特開 2024-31887 電力制御システム、バッテリーシステム、およびバッテリーシステムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031887

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】電力制御システム、バッテリーシステム、およびバッテリーシステムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 K

H02J7/00 P

【審査請求】有

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023134535

(22)【出願日】2023-08-22

(31)【優先権主張番号】63/400198

(32)【優先日】2022-08-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】523319302

【氏名又は名称】エムアイエイチ コンソルティウム

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】クオ－フア チェン

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA05

5G503BB02

5G503CA01

5G503CA11

5G503CC02

5G503DA08

5G503FA06

5G503GB06

5G503GD03

5G503GD06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電気式移動体のためのバッテリーシステム及びその電力制御システム並びに制御方法を提供する。
【解決手段】バッテリーシステムは、第１バッテリーモジュール、複数の交換式バッテリーを収容する第２バッテリーモジュール及びスイッチデバイスを有する電力制御システムを含む。スイッチデバイスは、複数のスイッチ回路を有し、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替えることができ、第１接続構成を切り替えるとき、交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替える第１接続構成が直列接続であるとき、第１バッテリーモジュールの第１電極を、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続し、第１接続構成が並列接続である場合、スイッチデバイスは第１バッテリーモジュールの第１電極を、第１出力端子に接続し、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部を、第２出力端子に接続する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気式移動体のために構成されたバッテリーシステムであって、
第１バッテリーモジュールと、
複数の交換式バッテリーを収容するように構成された第２バッテリーモジュールと、
前記第１バッテリーモジュールおよび前記第２バッテリーモジュールに接続されたスイッチデバイスと、を備え、
前記スイッチデバイスは、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替え、前記第１接続構成を切り替えるとき、複数の前記交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるように構成されており、
前記第１接続構成および前記第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む、バッテリーシステム。

【請求項2】

前記スイッチデバイスは、前記第１接続構成を前記並列接続に切り替えるとき、前記第２接続構成を前記直列接続に切り替えるように構成されている、請求項１に記載のバッテリーシステム。

【請求項3】

前記スイッチデバイスは、前記第１接続構成を前記直列接続に切り替えるとき、前記第２接続構成を前記並列接続に切り替えるように構成されている、請求項１に記載のバッテリーシステム。

【請求項4】

前記電気式移動体は、前記電気式移動体のモータにエネルギーを供給するための電力変換デバイスを備え、
前記スイッチデバイスは、前記第１バッテリーモジュールと、前記第２バッテリーモジュールと、前記電力変換デバイスとの間に接続されるようにさらに構成されており、
前記スイッチデバイスは、
前記第２バッテリーモジュールに接続されており、前記第２接続構成を切り替えるように構成された第１スイッチ回路と、
前記第１バッテリーモジュール、前記第１スイッチ回路、および前記電力変換デバイスに接続されており、前記第２接続構成を切り替えるように構成された第２スイッチ回路と、を備える、請求項１に記載のバッテリーシステム。

【請求項5】

前記第１スイッチ回路は、複数のスイッチ回路ユニットを備え、
複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、第１入力点と第２入力点とを備え、複数の前記交換式バッテリーのうちの２つの交換式バッテリーを接続するように構成されており、
前記第１入力点は、２つの前記交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極に接続するように設定されており、
前記第２入力点は、２つの前記交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極に接続するように設定されており、
前記第１スイッチ回路は、第１出力端子と第２出力端子とをさらに備え、
前記第２接続構成が前記直列接続であるとき、複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第１バッテリーの前記第１電極を、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第２バッテリーの前記第２電極に接続するように構成されており、
前記第２接続構成が前記並列接続であるとき、複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第１バッテリーの前記第１電極を前記第１出力端子に接続し、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第２バッテリーの前記第２電極を前記第２出力端子に接続するように構成されている、請求項４に記載のバッテリーシステム。

【請求項6】

前記第２スイッチ回路は、第２スイッチ回路ユニットを備え、
前記第２スイッチ回路ユニットは、第１入力点と第２入力点とを備え、
前記第２スイッチ回路の前記第１入力点は、前記第１バッテリーモジュールの第１電極に接続するように設定されており、
前記第２スイッチ回路の前記第２入力点は、第２電極に対応する前記第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように設定されており、
前記第２スイッチ回路は、前記電力変換デバイスに接続するように構成されている第１出力端子と第２出力端子とをさらに備え、
前記第１接続構成が前記直列接続であるとき、前記スイッチ回路ユニットは、前記第１バッテリーモジュールの前記第１電極を、前記第２電極に対応する前記第１スイッチ回路部の前記出力部に接続するように構成されており、
前記第１接続構成が前記並列接続であるとき、前記スイッチ回路ユニットは、前記第１バッテリーモジュールの前記第１電極を前記第１出力端子に接続し、前記第２電極に対応する前記第１スイッチ回路ユニットの前記出力部を前記第２出力端子に接続するように構成されている、請求項４に記載のバッテリーシステム。

【請求項7】

前記スイッチデバイスは、前記電気式移動体の要求トルクがトルク閾値よりも大きい場合に、前記第１接続構成を前記並列接続に切り替える、請求項１に記載のバッテリーシステム。

【請求項8】

前記スイッチデバイスは、前記電気式移動体の前記要求トルクが前記トルク閾値以下であり、かつ、前記電気式移動体の要求回転速度が速度閾値より大きい場合、前記第１接続構成を前記直列接続にさらに切り替える、請求項７に記載のバッテリーシステム。

【請求項9】

電気式移動体のために構成された電力制御システムであって、
第１バッテリーモジュールと、複数の交換式バッテリーを収容するように構成された第２バッテリーモジュールとを接続するように構成されたスイッチデバイスと、
前記スイッチデバイスに接続され、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するように構成された電力制御ユニットと、を備え、
前記スイッチデバイスは、前記電力制御ユニットによって決定された前記接続構成に基づいて、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替え、前記第１接続構成を切り替えるとき、複数の前記交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるように構成されており、
前記第１接続構成および前記第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む、電力制御システム。

【請求項10】

前記スイッチデバイスは、前記第１接続構成を前記並列接続に切り替えるとき、前記第２接続構成を前記直列接続に切り替えるように構成されている、請求項９に記載の電力制御システム。

【請求項11】

前記スイッチデバイスは、前記第１接続構成を前記直列接続に切り替えるとき、前記第２接続構成を前記並列接続に切り替えるように構成されている、請求項９に記載の電力制御システム。

【請求項12】

前記電気式移動体は、前記電気式移動体のモータにエネルギーを供給するための電力変換デバイスを備え、
前記スイッチデバイスは、前記第１バッテリーモジュールと、前記第２バッテリーモジュールと、前記電力変換デバイスとの間に接続されるようにさらに構成されており、
前記スイッチデバイスは、
前記第２バッテリーモジュールに接続されており、前記第２接続構成を切り替えるように構成された第１スイッチ回路と、
前記第１バッテリーモジュール、前記第１スイッチ回路、および前記電力変換デバイスに接続され、前記第１接続構成を切り替えるように構成された第２スイッチ回路と、を備える、請求項９に記載の電力制御システム。

【請求項13】

前記第１スイッチ回路は、複数のスイッチ回路ユニットを備え、
複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、第１入力点と第２入力点とを備え、複数の前記交換式バッテリーのうちの２つの交換式バッテリーを接続するように構成され、
前記第１入力点は、２つの前記交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を接続するように設定されており、
前記第２入力点は、２つの前記交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極を接続するように設定されており、
前記第１スイッチ回路は、第１出力端子と第２出力端子とをさらに備え、
前記第２接続構成が前記直列接続であるとき、複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第１バッテリーの前記第１電極を、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第２バッテリーの前記第２電極に接続するように構成されており、
前記第２接続構成が並列接続であるとき、複数の前記スイッチ回路ユニットの各々は、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第１バッテリーの前記第１電極を前記第１出力端子に接続し、２つの前記交換式バッテリーのうちの前記第２バッテリーの前記第２電極を前記第２出力端子に接続するように構成されている、請求項１２に記載の電力制御システム。

【請求項14】

前記第２スイッチ回路は、第２スイッチ回路ユニットを備え、
前記第２スイッチ回路ユニットは、第１入力点と第２入力点とを備え、
前記第２スイッチ回路の前記第１入力点は、前記第１バッテリーモジュールの第１電極に接続するように構成されており、
前記第２スイッチ回路の前記第２入力点は、前記第２電極に対応する前記第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように構成されており、
前記第２スイッチ回路は、前記電力変換ユニットに接続するように構成されている第１出力端子と第２出力端子とをさらに備え、
前記第１接続構成が前記直列接続であるとき、前記スイッチ回路ユニットは、前記第１バッテリーモジュールの前記第１電極を、前記第２電極に対応する前記第１スイッチ回路ユニットの前記出力部に接続するように構成されており、
前記第１接続構成が前記並列接続であるとき、前記スイッチ回路ユニットは、前記第１バッテリーモジュールの前記第１電極を前記第１出力端子に接続し、前記第２電極に対応する前記第１スイッチ回路ユニットの前記出力部を前記第２出力端子に接続するように構成されている、請求項１２に記載の電力制御システム。

【請求項15】

前記電力制御システムは、前記電気式移動体の要求トルクがトルク閾値よりも大きい場合、前記第１接続構成を前記並列接続に決定する、請求項９に記載の電力制御システム。

【請求項16】

前記電力制御システムは、前記電気式移動体の前記要求トルクが前記トルク閾値以下であり、かつ、前記電気式移動体の要求回転速度が速度閾値よりも大きい場合に、前記第１接続構成を前記直列接続に決定する、請求項１５に記載の電力制御システム。

【請求項17】

バッテリーシステムに適用可能な制御方法であって、
前記バッテリーシステムは、第１バッテリーモジュールと、複数の交換式バッテリーを収容するように構成された第２バッテリーモジュールとを備え、
前記制御方法は、
前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するステップと、
決定された前記接続構成に基づき、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替えるステップと、
第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の前記第１接続構成を切り替えるとき、複数の前記交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるステップとを含み、
前記第１接続構成および前記第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む、制御方法。

【請求項18】

複数の前記交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるステップは、前記第１接続構成を前記並列接続に切り替えるとき、複数の前記交換式バッテリー間の前記第２接続構成を前記直列接続に切り替えるステップを含む、請求項１７に記載の制御方法。

【請求項19】

複数の前記交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるステップは、前記第１接続構成を前記直列接続に切り替えるとき、複数の前記交換式バッテリー間の前記第２接続構成を前記並列接続に切り替えることを含む、請求項１７に記載の制御方法。

【請求項20】

前記バッテリーシステムは、電気式移動体に適合化されており、
前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の前記接続構成を決定するステップは、
前記電気式移動体の要求トルクを取得するステップと、
前記要求トルクがトルク閾値より大きいか否かを判定するステップと、
前記要求トルクが前記トルク閾値よりも大きい場合、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の前記接続構成が前記並列接続であると決定するステップとを含む、請求項１７に記載の制御方法。

【請求項21】

前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の前記接続構成を決定するステップは、
前記電気式移動体の要求回転速度を取得するステップと、
前記要求回転速度が回転速度閾値よりも大きいか否かを判定するステップと、
前記要求トルクが前記トルク閾値以下であり、かつ、前記要求回転速度が前記回転速度閾値よりも大きい場合、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールとの間の前記接続構成が前記直列接続であると決定するステップと、をさらに含む、請求項２０に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は電気式移動体のためのバッテリーに関し、特に、電力制御システム、バッテリーシステム、および電気式移動体のためのバッテリーシステムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気式移動体（ＥＶ：Electric Vehicle）は一般に、動力源として電気エネルギーを少なくとも部分的に使用する移動体を指す、新エネルギー移動体である。エネルギー貯蔵ユニットのエネルギー密度の制限のため、バッテリー供給にすべて依存したバッテリー電気式移動体（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicles）の最大航続距離は、その人気の決定的要因である。

【0003】

近年、リチウムイオン電池や固体電池などの新たなバッテリー技術の発展に伴い、ＢＥＶの最大航続距離は、ますます許容可能なものになりつつある。しかしながら、道路状況、交通状況、温度、および負荷などの様々な要因のため、バッテリーの効率および容量が変動し得、ＢＥＶの残りの航続距離を正確に推定することが困難となり得る。したがって、効率的に充電すること、またはバッテリーを交換することは、ＢＥＶの新たな課題である。充電に関しては、現在、ＢＥＶの充電速度はガソリン車の燃料補給速度と大きく異なる。バッテリー交換に関しては、バッテリーパックが数百キログラムの重量を有し得るため、必要時にバッテリーを交換することを困難にする。

【発明の概要】

【0004】

そこで、本開示は、交換式バッテリーを発展させたものとして活用した第２バッテリーモジュールを使用し、簡便なバッテリー交換と、全体容量または電圧の増大との両方を提供する、電気式移動体（ＥＶ）のための、電力制御システム、バッテリーシステム、およびバッテリーシステムの制御方法を提供する。

【0005】

本開示の第１態様は、電気式移動体のために構成されたバッテリーシステムを提供する。バッテリーシステムは、第１バッテリーモジュールと、第２バッテリーモジュールと、スイッチデバイスとを備えている。第２バッテリーモジュールは、複数の交換式バッテリーを収容するように構成されている。スイッチデバイスは、第１バッテリーモジュールおよび第２バッテリーモジュールに接続され、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替え、第１接続構成を切り替えるとき、複数の交換式バッテリーとの間の第２接続構成を切り替えるように構成されており、第１接続構成および第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む。

【0006】

第１態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、第１接続構成を並列接続に切り替えるとき、第２接続構成を直列接続に切り替えるように構成されている。

【0007】

第１態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、第１接続構成を直列接続に切り替えるとき、第２接続構成を並列接続に切り替えるように構成されている。

【0008】

第１態様のいくつかの実施形態において、電気式移動体は電力変換デバイスを含む。電力変換デバイスは、電気式移動体のモータにエネルギーを供給するように構成されている。スイッチデバイスは、第１バッテリーモジュールと、第２バッテリーモジュールと、電力変換デバイスとの間を接続されるようにさらに構成されている。スイッチデバイスは、第１スイッチ回路と、第２スイッチ回路とを含む。第１スイッチ回路は、第２バッテリーモジュールに接続され、第２接続構成を切り替えるように構成されている。第２スイッチ回路は、第１バッテリーモジュールと、第１スイッチ回路と、電力変換デバイスとに接続され、第１接続構成を切り替えるように構成されている。

【0009】

第１態様のいくつかの実施形態において、第１スイッチ回路は、複数のスイッチ回路ユニットを含む。各スイッチ回路ユニットは、第１入力点および第２入力点を含み、複数の交換式バッテリーのうちの２つの交換式バッテリーを接続するように構成されている。第１入力点は２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極に接続するように設定されており、第２入力点は２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極に接続するように設定されている。第１スイッチ回路はまた、第１出力端子および第２出力端子を含む。第２接続構成が直列接続であるとき、各スイッチ回路ユニットは、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極に接続するように構成されている。第２接続構成が並列接続であるとき、各スイッチ回路ユニットは、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を第１出力端子に接続し、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極を第２出力端子に接続するように構成されている。

【0010】

第１態様のいくつかの実施形態において、第２スイッチ回路は、第２スイッチ回路ユニットを含み、第２スイッチ回路ユニットは、第１入力点および第２入力点を含む。第２スイッチ回路の第１入力点は、第１バッテリーモジュールの第１電極に接続するように設定されており、第２スイッチ回路の第２入力点は、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように設定されている。第２スイッチ回路は、電力変換デバイスに接続するように構成された第１出力端子および第２出力端子をさらに含む。第１接続構成が直列接続であるとき、スイッチ回路ユニットは、第１バッテリーモジュールの第１電極を、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように構成されている。第１接続構成が並列接続である場合、スイッチ回路ユニットは第１バッテリーモジュールの第１電極を、第１出力端子に接続し、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部を、第２出力端子に接続するように構成されている。

【0011】

第１態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値よりも大きい場合に、第１接続構成を並列接続に切り替える。

【0012】

第１態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値以下であり、かつ、電気式移動体の要求回転速度が速度閾値よりも大きい場合、第１接続構成を直列接続にさらに切り替える。

【0013】

本開示の第２態様は、電気式移動体のために構成された電力制御システムを提供する。電力制御システムは、スイッチデバイスと、電力制御ユニットとを含む。スイッチデバイスは、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとを接続するように構成されており、第２バッテリーモジュールは、複数の交換式バッテリーを収容するように構成されている。電力制御ユニットは、スイッチデバイスに接続されており、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するように構成されている。スイッチデバイスは、電力制御ユニットによって決定された接続構成に基づいて、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替え、第１接続構成を切り替えるとき、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるように構成され、第１接続構成および第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む。

【0014】

第２態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、第１接続構成を並列接続に切り替えるとき、第２接続構成を直列接続に切り替えるように構成されている。

【0015】

第２態様のいくつかの実施形態において、スイッチデバイスは、第１接続構成を直列接続に切り替えるとき、第２接続構成を並列接続に切り替えるように構成されている。

【0016】

第２態様のいくつかの実施形態において、電気式移動体は、電気式移動体のモータにエネルギーを供給するための電力変換デバイスを含む。スイッチデバイスは、第１バッテリーモジュールと、第２バッテリーモジュールと、電力変換デバイスとの間に接続されるようにさらに構成されている。スイッチデバイスは、第１スイッチ回路と、第２スイッチ回路とを備えている。第１スイッチ回路は、第２バッテリーモジュールに接続され、第２接続構成を切り替えるように構成されている。第２スイッチ回路は、第１バッテリーモジュール、第１スイッチ回路、および電力変換デバイスに接続され、第１接続構成を切り替えるように構成されている。

【0017】

第２態様のいくつかの実施形態において、第１スイッチ回路は、複数のスイッチ回路ユニットを含み、複数のスイッチ回路ユニットの各々は、第１入力点と第２入力点とを含み、複数の交換式バッテリーのうちの２つの交換式バッテリーを接続するように構成されている。第１入力点は、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を接続するように設定されており、第２入力点は２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極を接続するように設定されている。第１スイッチ回路は、第１出力端子および第２出力端子をさらに含む。第２接続構成が直列接続であるとき、各スイッチ回路ユニットは、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極に接続するように構成されている。第２接続構成が並列接続であるとき、各スイッチ回路ユニットは、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を第１出力端子に接続し、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極を第２出力端子に接続するように構成されている。

【0018】

第２態様のいくつかの実施形態において、第２スイッチ回路は、第２スイッチ回路ユニットを含み、第２スイッチ回路ユニットは、第１入力点と第２入力点とを含む。第２スイッチ回路の第１入力点は、第１バッテリーモジュールの第１電極に接続するように設定されており、第２スイッチ回路の第２入力点は、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように設定されている。第２スイッチ回路は、電力変換デバイスに接続するように構成された第１出力端子および第２出力端子をさらに含む。第１接続構成が直列接続であるとき、スイッチ回路ユニットは、第１バッテリーモジュールの第１電極を、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部に接続するように構成されている。第１接続構成が並列接続であるとき、スイッチ回路ユニットは、第１バッテリーモジュールの第１電極を、第１出力端子に接続し、第２電極に対応する第１スイッチ回路ユニットの出力部を第２出力端子に接続するように構成されている。

【0019】

第２態様のいくつかの実施形態において、電力制御システムは、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値よりも大きい場合、接続構成を並列接続に決定する。

【0020】

第２態様のいくつかの実施形態において、電力制御システムは、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値以下であり、かつ、電気式移動体の要求回転速度が速度閾値よりも大きい場合に、接続構成を直列接続に決定する。

【0021】

本開示の第３態様は、バッテリーシステムの制御方法を提供する。バッテリーシステムは、第１バッテリーモジュールと、複数の交換式バッテリーを収容するように構成された第２バッテリーモジュールを含む。制御方法は、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するステップと、決定された接続構成に基づき、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替えるステップと、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替えるとき、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるステップとを含む。第１接続構成および第２接続構成の各々は、直列接続および並列接続を含む。

【0022】

第３態様のいくつかの実施形態において、第１接続構成を並列接続に切り替えるとき、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成の切り替えは、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を、直列接続に切り替えるステップを含む。

【0023】

第３態様のいくつかの実施形態において、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるステップは、第１接続構成を直列構成に切り替えるとき、複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を並列接続に切り替えるステップを含む。

【0024】

第３態様のいくつかの実施形態において、バッテリーシステムは、電気式移動体に適合化されており、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するステップは、電気式移動体の要求トルクを取得するステップと、要求トルクがトルク閾値よりも大きいか否かを判定するステップと、要求トルクがトルク閾値よりも大きい場合、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成が、並列接続であると決定するステップとを含む。

【0025】

第３態様のいくつかの実施形態において、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を決定するステップは、電気式移動体の要求回転速度を取得するステップと、要求回転速度が回転速度閾値よりも大きいか否かを判定するステップと、要求トルクがトルク閾値以下であり、要求回転速度が回転速度閾値よりも大きい場合、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成が直列接続であると決定するステップとをさらに含む。

【0026】

上記に基づいて、本開示において提案されている電力制御システム、バッテリーシステム、および制御方法は、交換式バッテリー互換性第２バッテリーモジュールを発展として使用し、簡便なバッテリー交換と、全体容量または電圧の増大との両方を提供する。また、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を切り替えるためのスイッチデバイスの回路は、回路の背後にある電力変換デバイスの非現実的な電圧範囲の要求を回避するように設計され、バッテリーモジュールの寿命を延ばすこともできる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本開示の実施形態における、バッテリーシステムのブロック図を示す。

【図2】本開示の別の実施形態における、バッテリーシステムのブロック図を示す。

【図3】本開示の実施形態における、スイッチデバイスのブロック図を示す。

【図4】本開示の実施形態における、直列接続された第１バッテリーモジュールおよび第２バッテリーモジュールの概略図を示す。

【図5】本開示の実施形態における、並列接続された第１バッテリーモジュールおよび第２バッテリーモジュールの概略図を示す。

【図6】本開示の実施形態における、バッテリーシステムの制御方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、関連する図面を参照して、本開示における電気式移動体のためのバッテリーシステムの実施形態を説明する。同じ構成要素は、同じ参照符号によって識別されている。

【0029】

以下の説明は、本開示の例示的な実施形態に関する具体的な情報を含む。本開示に添付の詳細な説明および図面は、例示的な実施形態のみを示すことを意図している。しかしながら本開示は、これらの例示的な実施形態に限定されない。当業者は、本開示の様々な修正および代替可能な実施形態が実施可能であることを理解するであろう。加えて、本開示における図面および実施例は、一般に、縮尺通りに描かれておらず、実際の相対的なサイズに対応していない。

【0030】

用語「接続（couple）」は、接続（connection）として定義されており、直接的接続であってもよいし、中間的な構成要素を介した間接的接続であってもよく、必ずしも物理的接続に限定されない。用語「備える（comprising）」または「含む（including）」が使用されるとき、それらは「含むが、限定されない（including but not limited to）」を意味し、組み合わせ、グループ、シリーズなどの間の開かれた関係を明確に含む。

【0031】

図１は、本開示の実施形態におけるバッテリーシステムのブロック図を示し、図２は、本開示の別の実施形態におけるバッテリーシステムのブロック図を示す。

【0032】

図１および図２を参照すると、電気式移動体（ＥＶ）のバッテリーシステムは、第１バッテリーモジュール１１０、第２バッテリーモジュール１２０およびスイッチデバイス１３１を含んでよい。スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０に接続されてよく、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成（本願では第１接続構成とも適用）を切り替えるように構成されてよい。

【0033】

具体的には、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０は、電気式移動体に必要とされるエネルギーを貯蔵および提供するように構成されてよい。電気式移動体の異なる電圧または電流についての要求に応じて、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の第１接続構成を切り替えてよい。いくつかの実施形態において、電気式移動体がより高い電圧を必要とするとき、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０を直列接続に接続してよく、電気式移動体がより大きい電流を必要とするとき、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０を並列接続に接続してよい。いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１はまた、電気式移動体に必要とされるエネルギーを提供するために、第１バッテリーモジュール１１０または第２バッテリーモジュール１２０のみの使用を選択してよい。

【0034】

なお、本願において言及する「電気式移動体」という用語は、蓄えられた電気エネルギーを動力源として少なくとも部分的に使用する任意の移動体を指してもよく、陸上を移動する自動車（車両）またはモーターサイクルに限定されない。また、水上を移動するボート、または大気中を飛行する航空機を含むこともできる。

【0035】

図１および図２に戻る。スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０と、第２バッテリーモジュール１２０と、電力変換デバイス１４０との間に接続されてよく、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０を電力変換デバイス１４０に直列接続または並列接続で接続してよい。いくつかの実施形態において、電力変換デバイス１４０は、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０からのエネルギーを電気式移動体のモータ１６０に適した形態に変換してよく、変換後のエネルギーをモータ１６０に提供するように構成されてよい。例えば、電力変換デバイス１４０は、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０からの直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換し、モータ１６０に供給するインバータであってもよい。

【0036】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、図１に示すように、電力制御システム１３０に統合されてよい。そのような場合、電力制御システム１３０は、スイッチデバイス１３１と、スイッチデバイス１３１に接続された電力制御ユニット（ＰＣＵ：power control unit）１３３とを含んでよい。電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット（ＶＣＵ：vehicle control unit）１５０から信号を受信してよく、受信された信号に基づいて、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成（例えば、直列接続または並列接続に限定されない）を決定し、次いで、その決定に応じてスイッチデバイス１３１を制御するように構成されてよい。いくつかの実施形態において、図１には示されていないが、電力制御システム１３０は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ：battery management system）、電圧調整回路などの他の構成要素をさらに含んでよく、本開示はそれらに限定されない。

【0037】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、図２に示すように、電力制御システム１３０から独立していてもよい。そのような場合、電力制御システム１３０は、電力制御ユニット１３３を含んでいてよい。電力制御ユニット１３３は、外側のスイッチデバイス１３１に接続されてよく、移動体制御ユニット１５０から信号を受信するように構成されてよく、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成（例えば、直列接続または並列接続に限定されない）を決定してよく、次いで、その決定応じてスイッチデバイス１３１を制御するように構成されてよい。いくつかの実施形態において、図２には示されていないが、電力制御システム１３０は、バッテリー管理システム、電圧調整回路などの他の構成要素をさらに含んでよく、本開示はそれらに限定されない。

【0038】

いくつかの実施形態において、移動体制御ユニット１５０からの信号は、電気式移動体の要求トルクおよび要求回転速度のうちの少なくとも１つを含んでよい。例えば、電気式移動体の要求トルクは、運転者がアクセルペダルを踏む速度によって決定されてもよく、要求回転速度は、電気式移動体のアクセルペダルの深さまたはモータ１６０によって決定されてもよいが、本開示はこれに限定されない。

【0039】

いくつかの実施形態において、第１バッテリーモジュール１１０は、一般的に体積、重量、および電圧が比較的大きい、第１タイプのバッテリーを含んでよい。例えば、第１タイプのバッテリーは、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池などであってよく、数百ボルト（例えば、３００～４００ボルト）の電圧を提供することができるが、本開示はこれに限定されない。加えて、許容可能な蓄電容量を達成するために、電気式移動体に使用される第１タイプのバッテリーは多くの場合、数百キログラム（例えば、３００～４００キログラム）の重量を有し、交換が困難である。残存している電力が不足すると、充電ステーションでバッテリーを充電するために多くの時間を費やす必要がある。上記課題を解決し、電気式移動体の利便性およびバッテリー構成の柔軟性をさらに向上させるために、本開示のバッテリーシステムは、第２バッテリーモジュール１２０をさらに含む。

【0040】

いくつかの実施形態において、第２バッテリーモジュール１２０は、複数の交換式バッテリーを収容するように構成されてよく、交換式バッテリーは、例えば第２タイプのバッテリーであってよい。第２タイプのバッテリーは、例えば、第１タイプのバッテリーと比較して、小さい体積、重量、および電圧を特徴とする、第１タイプと異なるバッテリーであってもよい。例えば、第２タイプのバッテリーは、リチウムイオン電池、固体電池であってよく、各々は、数十ボルト（例えば、３０～５０ボルト）の電圧を提供してよく、数キログラム（例えば、９キログラム）の重さを有してよいが、本開示はこれに限定されない。有利なことに、第２タイプのバッテリーの上記の特性、および第２タイプのバッテリーのバッテリー交換ステーションの現在の普及に基づけば、ユーザは、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリーをより容易かつ便利に交換することができる。

【0041】

いくつかの実施形態において、第２バッテリーモジュール１２０は、交換式バッテリーと互換性がある複数のスロット１２０１～１２０４を含んでよい。スロット１２０１～１２０４の各々は、スイッチデバイス１３１に接続されてよく、スイッチデバイス１３１は、複数のスロット１２０１～１２０４における複数の交換式バッテリー間の接続構成（第２接続構成とも適用）を切り替えてよい。

【0042】

加えて、４つのスロット１２０１～１２０４が第２バッテリーモジュール１２０の内部に位置するものとして図面に示されているが、当業者は、第２バッテリーモジュール１２０が２つ、３つ、または４つよりも多いスロットを含みうることを理解されたい。本開示は、第２バッテリーモジュール１２０におけるスロットの数を限定しない。

【0043】

有利なことに、第２バッテリーモジュール１２０の追加は、電気式移動体の性能をさらに向上させうる。例えば、第１バッテリーモジュール１１０が第２バッテリーモジュール１２０と直列接続されるとき、出力電圧を増加させてモータ１６０をより高い回転速度へと駆動することができ、第１バッテリーモジュール１１０が第２バッテリーモジュール１２０と並列接続される場合、出力電流を増加させてより高いトルクを達成することができる。

【0044】

いくつかの実施形態において、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０からの信号に基づいて、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値よりも大きいか否かを判定してよい。その場合、より高い電流を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成が並列接続であると決定される。一方、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値以下であると判定された場合、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０からの信号に基づいて、電気式移動体の要求回転速度が回転速度閾値より大きいか否かを判定してもよい。その場合、より高い電圧を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュールとの間の接続構成が直列接続であると決定される。

【0045】

いくつかの実施形態において、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０からの信号に基づいて、電気式移動体の必要回転速度が回転速度閾値よりも大きいか否かを判定してよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電圧を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成が直列接続であると決定してよい。一方、電気式移動体の要求回転速度が回転速度閾値以下である場合、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０からの信号に基づいて、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値より大きいか否かを判定してもよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電流を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成が並列接続であると決定してよい。

【0046】

しかしながら、２つのバッテリーモジュール間の電圧差が並列接続中に大きすぎる場合、電流は逆流し、より低い電圧を伴うバッテリーモジュールにサージバックし、誤動作または爆発さえも引き起こし得る。一方、電子デバイスの入力電圧範囲には、通常、限界があるため、電力変換デバイスの負荷範囲を超えないようにするために、２つのバッテリーモジュールを直列接続したとき、最終的な出力電圧を適切に制御する必要がある。上記の問題に対処するために、本開示の実施形態は、スイッチデバイス１３１を用いた解決策を意図している。

【0047】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の第１接続構成を切り替えるように構成されてよく、また、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の第１接続構成を切り替えるとき、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えるように構成されてよい。

【0048】

図３は、本開示の実施形態における、スイッチデバイスのブロック図を示す。

【0049】

図３を参照すると、スイッチデバイス１３１は、第１スイッチ回路１３１１および第２スイッチ回路１３１２を含んでよい。第１スイッチ回路１３１１は、第２バッテリーモジュール１２０内の複数のスロット間の接続構成を切り替えるために、第２バッテリーモジュール１２０に接続されてよい。これにより、交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えできる。第２スイッチ回路１３１２は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の第１接続構成を切り替えるために、第１バッテリーモジュール１１０と、第１スイッチ回路１３１１と、電力変換デバイス１４０との間に接続されてよい。

【0050】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、第１接続構成を並列接続に切り替えるとき、第２接続構成を直列接続に切り替えるように構成される。具体的に、第１スイッチ回路１３１１が第１バッテリーモジュール１１０を第２バッテリーモジュール１２０と並列接続する場合、第２スイッチ回路１３１２は、第２バッテリーモジュール１２０内の複数の交換式バッテリーを、互いに直列接続させてよい。これは、逆電流サージの状況を効果的に防止することができる。

【0051】

例えば、第１バッテリーモジュール１１０は、４００Ｖの電圧を提供し、第２バッテリーモジュール１２０は、各々４０Ｖの電圧を有する１０個の交換式バッテリーを備える。この例において、第１バッテリーモジュール１１０が第２バッテリーモジュール１２０と並列接続され、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリーも各々並列接続される場合、第１バッテリーモジュール１１０の出力電圧（例えば、４００Ｖ）と第２バッテリーモジュール１２０の出力電圧（例えば、４０Ｖ）との間の過大な電圧差によって、交換式バッテリーに障害が発生することがある。したがって、第２スイッチ回路１３１２が第１バッテリーモジュール１１０を第２バッテリーモジュール１２０と並列接続するとき、第１スイッチ回路１３１１は、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリーを互いに直列接続するように接続し、第１バッテリーモジュール１１０の出力電圧（例えば、４００Ｖ）と第２バッテリーモジュール１２０の出力電圧（例えば、４０Ｖ）との間の電圧差を減少させる。この場合、総出力電圧は約４００Ｖである。

【0052】

いくつかの実施形態において、第１ＤＣ変換器は、第１バッテリーモジュール１１０と第２スイッチ回路１３１２との間に提供されてよい。第１ＤＣ変換器は、第１バッテリーモジュール１１０に対応するバッテリー管理システムから信号を受信してよく、必要に応じて第１バッテリーモジュール１１０の出力電圧を調整するように構成されてよい。これは、逆電流サージの状況をさらに効果的に防止することができる。

【0053】

いくつかの実施形態において、第２ＤＣ変換器は、第２バッテリーモジュール１２０と第１スイッチ回路１３１１との間に提供されてよい。第２ＤＣ変換器は、第２バッテリーモジュール１２０に対応するバッテリー管理システムから信号を受信してよく、必要に応じて第２バッテリーモジュール１２０の出力電圧を調節するように構成されてよい。これは、逆電流サージの状況をさらに効果的に防止することができる。

【0054】

いくつかの実施形態において、第１ＤＣ変換器と第２ＤＣ変換器との両方は、同時に存在してよく、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との出力電圧間の電圧差を調整するために、互いに通信してよい。

【0055】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、第１接続構成を直列接続に切り替えるとき、第２接続構成を並列接続に切り替えるように構成されてよい。すなわち、第１バッテリーモジュール１１０が第２バッテリーモジュール１２０と直列接続されるとき、第２バッテリーモジュール１２０内の複数の交換式バッテリーは、互いに並列接続されてよい。これにより、電力変換デバイス１４０への最終出力の電圧範囲は、効果的に制御されることができる。

【0056】

例えば、第１バッテリーモジュール１１０は、４００Ｖの電圧を提供し、第２バッテリーモジュール１２０は、各々４０Ｖの電圧を有する１０個の交換式バッテリーを備える。上述したように、スイッチデバイス１３１が第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを並列接続で接続するとき、総出力電圧は、約４００Ｖである。この例において、第１バッテリーモジュール１１０が第２バッテリーモジュール１２０と直列接続され、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリーも直列接続される場合、総出力電圧は８００Ｖである。その結果、電力変換デバイス１４０は、少なくとも４００Ｖ～８００Ｖの入力電圧範囲を必要とするが、実用的ではない。したがって、第２スイッチ回路１３１２が第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを直列接続するとき、第１スイッチ回路１３１１は、第２バッテリーモジュール１２０内の交換式バッテリーを互いに並列接続に接続させてよく、全体の総出力電圧（例えば、４４０Ｖ）を減少させ、電力変換デバイス１４０によって要求される入力電圧範囲を減少させることができる（例えば、４００Ｖから４４０Ｖに）。

【0057】

いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、例えば、電力制御ユニット１３３から受信された信号により制御されてよい。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、スイッチデバイス１３１は、例えば、移動体制御ユニット１５０またはバッテリー管理システムなどの他のデバイスから受信された信号によって制御されてよい。

【0058】

次に、図４および図５を参照して、本開示の実施形態において設計されたスイッチデバイス１３１を示すために、さらなる例が提供される。

【0059】

図４は本開示の実施形態において直列接続に接続された第１バッテリーモジュールおよび第２バッテリーモジュールの概略図を示し、図５は、本開示の実施形態において並列接続に接続された第１バッテリーモジュールおよび第２バッテリーモジュールの概略図を示す。

【0060】

図４および図５において、第１電極および第２電極は、各々白色のドットおよび黒色のドットで表されており、第１電極および第２電極は、同じではない。言い換えれば、第１電極はアノードであってよく、第２電極はカソードであってよい。あるいは、第１電極はカソードであってよく、第２電極はアノードであってよい。

【0061】

図４および図５を参照する。第１スイッチ回路１３１１は、複数のスイッチ回路ユニットを含んでもよく、各スイッチ回路ユニットは、複数の交換式バッテリーのうちの２つの交換式バッテリーを接続するように構成されてもよい。第２接続構成が直列接続であるとき、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極に接続する。第２接続構成が並列接続であるとき、２つの交換式バッテリーのうちの第１バッテリーの第１電極を、第１スイッチ回路ユニット１３１１の第１出力部Ｐ１（例えば、第１電極に対応する）に接続し、２つの交換式バッテリーのうちの第２バッテリーの第２電極を第１スイッチ回路ユニット１３１１の第２出力部Ｐ２（例えば、第２電極に対応する）に接続する。

【0062】

例えば、第１スイッチ回路ユニットは、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を含み、スロット１２０１およびスロット１２０２内の交換式バッテリーを接続するように構成される。スイッチＳＷ１の入力点Ｉ（例えば、第１スイッチ回路ユニットの第１入力部）は、スロット１２０１内の交換式バッテリーの第１電極に接続され、スイッチＳＷ２の入力点Ｉ（例えば、第１スイッチ回路ユニットの第２入力部）は、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第２電極に接続される。図５に示すように、第１接続構成が並列接続であり、第２接続構成が直列接続であるとき、第１スイッチ回路ユニットは、スロット１２０１内の交換式バッテリーの第１電極を、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第２電極に接続する。図４に示すように、第１接続構成が直列接続であり、第２接続構成が並列接続であるとき、第１スイッチ回路ユニットは、スロット１２０１内の交換式バッテリーの第１電極を、第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１に接続し、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第２電極を、第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続する。

【0063】

例えば、第２スイッチ回路ユニットは、スイッチＳＷ３およびスイッチＳＷ４を含み、スロット１２０２およびスロット１２０３内の交換式バッテリーを接続するように構成される。スイッチＳＷ３の入力点Ｉ（例えば、第２スイッチ回路ユニットの第１入力部）は、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第１電極に接続され、スイッチＳＷ４の入力点Ｉ（すなわち、第２スイッチ回路ユニットの第２入力部）は、スロット１２０３内の交換式バッテリーの第２電極に接続される。図５に示すように、第１接続構成が並列接続であり、第２接続構成が直列接続であるとき、第２スイッチ回路ユニットは、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第１電極をスロット１２０３内の交換式バッテリーの第２電極に接続する。図４に示すように、第１接続構成が直列接続であり、第２接続構成が並列接続であるとき、第２スイッチ回路ユニットは、スロット１２０２内の交換式バッテリーの第１電極を第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１に接続し、スロット１２０３内の交換式バッテリーの第２電極を第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続する。

【0064】

例えば、第３スイッチ回路ユニットは、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６を含み、スロット１２０３およびスロット１２０４内の交換式バッテリーを接続するように構成される。スイッチＳＷ５の入力点Ｉ（例えば、第３スイッチ回路ユニットの第１入力部）は、スロット１２０３内の交換式バッテリーの第１電極に接続され、スイッチＳＷ６の入力点Ｉ（例えば、第３スイッチ回路ユニットの第２入力部）は、スロット１２０４内の交換式バッテリーの第２電極に接続される。図５に示すように、第１接続構成が並列接続であり、第２接続構成が直列接続であるとき、第３スイッチ回路ユニットは、スロット１２０３内の交換式バッテリーの第１電極をスロット１２０４内の交換式バッテリーの第２電極に接続する。図４に示すように、第１接続構成が直列接続であり、第２接続構成が並列接続であるとき、第３スイッチ回路ユニットは、スロット１２０３内の交換式バッテリーの第１電極を第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１に接続し、スロット１２０４内の交換式バッテリーの第２電極を第１スイッチ回路ユニット１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続する。

【0065】

いくつかの実施形態において、各スイッチＳＷ１～ＳＷ６は、入力点Ｉと、第１出力点Ｏ１と、第２出力点Ｏ２とを少なくとも含んでよい。入力点Ｉは、第１出力点Ｏ１または第２出力点Ｏ２のいずれかに選択的に接続されてもよい。

【0066】

具体的には、スロット１２０１の第１電極は、スイッチＳＷ１の入力点Ｉに接続されてよく、スロット１２０１の第２電極は、第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続されてよい。スロット１２０２の第１電極は、スイッチＳＷ３の入力点Ｉに接続されてよく、スロット１２０２の第２電極はスイッチＳＷ２の入力点Ｉに接続されてよい。スロット１２０３の第１電極は、スイッチＳＷ５の入力点Ｉに接続されてよく、スロット１２０３の第２電極はスイッチＳＷ４の入力点Ｉに接続されてよい。スロット１２０４の第１電極は、第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１に接続されてよく、スロット１２０４の第２電極は、スイッチＳＷ６の入力点Ｉに接続されてよい。また、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、およびスイッチＳＷ５の第１出力点Ｏ１は、互いに接続され、第１電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１に接続される。スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ５の第２出力点Ｏ２は、各々スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ６の第１出力点Ｏ１に接続される。スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ６の第２出力点Ｏ２は、互いに接続され、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続される。

【0067】

図４に示すように、第１接続構成が直列接続であり、第２接続構成が並列接続であるとき、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ５の入力点Ｉは、それらの各スイッチの第２出力点Ｏ２に接続され、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ６の入力点Ｉは、それらの各スイッチの第１出力点Ｏ１に接続される。そのため、スロット１２０１、スロット１２０２、スロット１０２３、スロット１２０４の交換式バッテリーは、並列接続され、第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１および第２出力端子Ｐ２は、各々第１電極および第２電極に対応する。

【0068】

図５に示すように、第１接続構成が並列接続であり、第２接続構成が直列接続であるとき、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ５の入力点Ｉは、それら各スイッチの第２出力点Ｏ２に接続され、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ６の入力点Ｉは、それら各スイッチの第１出力点Ｏ１に接続される。したがって、スロット１２０１、スロット１２０２、スロット１０２３、スロット１２０４の交換式バッテリーは、直列接続され、第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１および第２出力端子Ｐ２は、各々第１電極および第２電極に対応する。

【0069】

図４および図５を参照すると、第２スイッチ回路１３１２は、少なくとも１つのスイッチ回路ユニットを含んでよく、第１バッテリーモジュール１１０と第１スイッチ回路１３１１とを接続するように構成されてもよい。第１接続構成が直列接続であるとき、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極を、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続する。第１接続構成が並列接続であるとき、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極を、第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３（例えば、第１電極に対応する）に接続し、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２を第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ４（例えば、第２電極に対応する）に接続する。

【0070】

例えば、第４スイッチ回路ユニットは、スイッチＳＷ７およびスイッチＳＷ８を含み、スイッチＳＷ７の入力点Ｉ（例えば、第４スイッチ回路ユニットの第１入力点）は、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極に接続され、スイッチＳＷ８の入力点Ｉ（例えば、第４スイッチ回路ユニットの第２入力点）は、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続される。第１接続構成が直列接続であるとき、図４に示すように、第４スイッチ回路ユニットは、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極を、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２に接続する。第１接続構成が並列接続であるとき、図５に示すように、第４スイッチ回路ユニットは、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極を第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３に接続し、第２電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第２出力端子Ｐ２を、第２スイッチ回路１３１２の第２出力端子Ｐ４に接続する。

【0071】

いくつかの実施形態において、スイッチＳＷ７およびスイッチＳＷ８の各々は、少なくとも入力点Ｉと、第１出力点Ｏ１と、第２出力点Ｏ２とを含んでよく、入力点Ｉは、第１出力点Ｏ１または第２出力点Ｏ２のいずれかに選択的に接続されてよい。

【0072】

具体的には、第１バッテリーモジュール１１０の第１電極は、スイッチＳＷ７の入力点Ｉに接続されてもよく、第１バッテリーモジュール１１０の第２電極は、第２スイッチ回路１３１２の第２出力端子Ｐ４に接続されてもよく、第１電極に対応する第１スイッチ回路１３１１の第１出力端子Ｐ１は、第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３に接続されてもよく、第２電極に対応する第１スイッチ回路の第２出力端子Ｐ２は、ＳＷ８の入力点Ｉに接続されてもよい。また、スイッチＳＷ７の第１出力点Ｏ１は、第１電極に対応する第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３に接続され、スイッチＳＷ７の第２出力点Ｏ２は、スイッチＳＷ８の第１出力点Ｏ１に接続され、スイッチＳＷ８の第２出力点Ｏ２は、第２電極に対応する第２スイッチ回路１３１２の第２出力端子Ｐ４に接続されてもよい。

【0073】

図４に示すように、第１接続構成が直列接続であるとき、スイッチＳＷ７の入力点Ｉは、その第２出力点Ｏ２に接続され、スイッチＳＷ８の入力点Ｉは、その第１出力点Ｏ１に接続される。したがって、第１バッテリーモジュール１１０は、第１スイッチ回路１３１１と直列に接続される。全体として、第１バッテリーモジュール１１０は、第２バッテリーモジュール１２０と直列接続され、第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３および第２出力端子Ｐ４は全体出力の第１電極および第２電極に各々対応する。

【0074】

図５に示すように、第１接続構成が並列接続であるとき、スイッチＳＷ７の入力点Ｉは、その第１出力点Ｏ１に接続され、スイッチＳＷ８の入力点Ｉは、その第２出力点Ｏ２に接続される。したがって、第１バッテリーモジュール１１０は、第１スイッチ回路１３１１と並列に接続される。全体として、第１バッテリーモジュール１１０は第２バッテリーモジュール１２０と並列接続され、第２スイッチ回路１３１２の第１出力端子Ｐ３および第２出力端子Ｐ４は、全体出力の第１電極および第２電極に各々対応する。

【0075】

図６は、本開示の実施形態におけるバッテリーシステムの制御方法のフローチャートを示す。本明細書に記載の制御方法は、図１～図５を参照して説明されたバッテリーシステムに適用可能である。以下は制御方法の詳細なステップであり、バッテリーシステムの各構成要素の説明を示す。

【0076】

図６を参照すると、ステップＳ６１０において、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成を決定する。

【0077】

具体的に、ステップＳ６１０は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とが、直列接続または並列接続で接続され、または、第１バッテリーモジュール１１０または第２バッテリーモジュール１２０のみを使用することを決定してよい。

【0078】

いくつかの実施形態において、ステップＳ６１０における決定は、電力制御ユニット１３３によって行われてよい。例えば、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０からモータ１６０の回転速度および運転者の意図（ペダルの強さまたは速度など）などの情報を取得してよく、取得された情報に基づいて、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成を決定してもよい。

【0079】

いくつかの実施形態において、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０から電気式移動体の要求トルクを取得してよく、それに応じて、要求トルクがトルク閾値よりも大きいか否かを判定してもよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電流を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを並列接続で接続することを決定してよい。一方、電気式移動体の要求トルクがトルク閾値以下であると判定された場合、電力制御ユニット１３３は、電気式移動体の要求回転速度を移動体制御ユニット１５０から取得してよく、要求回転速度が回転速度閾値より大きいか否かを判定してもよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電圧を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを直列接続で接続することを決定してよい。

【0080】

いくつかの実施形態において、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０から電気式移動体の要求回転速度を取得してよく、それに応じて、要求回転速度が回転速度閾値よりも大きいか否かを判定してよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電圧を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを直列接続で接続することを決定してよい。一方、電気式移動体の要求回転速度が回転速度閾値以下であると判定された場合、電力制御ユニット１３３は、電気式移動体の要求トルクを移動体制御ユニット１５０から取得してよく、要求トルクがトルク閾値より大きいか否かを判定してもよい。その場合、電力制御ユニット１３３は、より高い電流を提供するために、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを並列接続で接続することを決定してよい。

【0081】

いくつかの実施形態において、電力制御ユニット１３３は、移動体制御ユニット１５０から電気式移動体の要求回転速度およびトルクを取得してよい。さらに、電力制御ユニット１３３は、直列接続、または並列接続で第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを接続するか、またはデフォルトルールに基づいて第１バッテリーモジュール１１０または第２バッテリーモジュール１２０のみを使用するかを決定してよい。

【0082】

例えば、デフォルトルールは、以下の表１のように提示されてよい。ここで、回転速度は複数（例えば、３つ）の区間に分割され、トルクは複数（例えば、３つ）の区間に分割される。電力制御ユニット１３３において電気式移動体の要求回転速度およびトルクを取得した後、第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０は、直列接続、または並列接続で接続されてもよく、またはデフォルトルールに従って第１バッテリーモジュール１１０または第２バッテリーモジュール１２０のみを使用するようにしてもよい。

【表1】

【0083】

なお、本開示は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との接続構成を決定する具体的な方法に限定されるものではない。

【0084】

いくつかの実施形態において、ステップＳ６１０における決定は、バッテリー管理システムまたは移動体制御ユニットにより行われてもよく、本開示はそれに限定されない。

【0085】

ステップＳ６２０において、スイッチデバイス１３１は、ステップＳ６１０で決定された接続構成に従って、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の接続構成を切り替えてよい。

【0086】

具体的には、ステップＳ６１０で決定された接続構成が、第１バッテリーモジュール１１０のみ、または第２バッテリーモジュール１２０のみを使用する場合、スイッチデバイス１３１は、それに応じて、他のバッテリーモジュールの接続を切断してもよい。なお、第１バッテリーモジュール１１０のみ、および第２バッテリーモジュール１２０のみを使用するための回路構成は、本明細書では示されていないが、当業者は本明細書で示されるスイッチデバイス１３１を容易に変更することができるはずである。

【0087】

一方、ステップＳ６１０で決定された接続形態が、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを直列接続または並列接続する場合、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間に対応する第１接続構成を切り替えてよい。

【0088】

ステップＳ６３０において、スイッチデバイス１３１は、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０との間の第１接続構成を切り替えるとき、第２バッテリーモジュール１２０内の複数の交換式バッテリー間の第２接続構成を切り替えてよい。

【0089】

具体的には、スイッチデバイス１３１が、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを直列接続に切り替えるとき、スイッチデバイス１３１は、第２バッテリーモジュール１２０内の複数の交換式バッテリーを並列接続に切り替えてよく、スイッチデバイス１３１が、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０とを並列接続に切り替えるとき、スイッチデバイス１３１は、第２バッテリーモジュール１２０内の複数の交換式バッテリーを直列接続に切り替えてよい。

【0090】

要約すると、本開示の実施形態において提供される電力制御システム、バッテリーシステム、および制御方法は、バッテリー交換を容易にしながら、全体容量または電圧を改善するために、交換式バッテリー互換性第２バッテリーモジュールを発展として使用する。さらに、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールとの間の接続構成を切り替えるように構成されたスイッチデバイスの回路は、下流の電力変換デバイスのために非現実的な高電圧範囲の要求を回避するように設計され、バッテリーモジュールの寿命を延ばすことができる。

【0091】

上記の説明に基づいて、様々な技法が、それらの範囲から逸脱することなく、本出願で説明している概念を具現化するように構成され得ることは明らかである。さらに、特定の実施形態について具体的に説明し、図示したが、当業者は本概念の範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変形および修正を行うことができることを認識するであろう。したがって、説明されている実施形態はすべての点で、例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。さらに、本出願は、上記で説明した特定の実施形態に限定されず、多くの再構成、修正、および置換が本開示の範囲内で行われ得ることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】