▶ エーヴィーエル パワートレイン エンジニアリング インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-10
(54)【発明の名称】電力供給制御システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20221102BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 W
H02M3/28 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022541910
(86)(22)【出願日】2020-09-10
(85)【翻訳文提出日】2022-04-27
(86)【国際出願番号】 US2020050080
(87)【国際公開番号】W WO2021050650
(87)【国際公開日】2021-03-18
(31)【優先権主張番号】62/898,304
(32)【優先日】2019-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/016,233
(32)【優先日】2020-09-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515294101
【氏名又は名称】エーヴィーエル パワートレイン エンジニアリング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ブルース・フォールス
(72)【発明者】
【氏名】スコット・コチャン
(72)【発明者】
【氏名】アルウィン・ルッツ
(72)【発明者】
【氏名】ブライアン・モラン
(72)【発明者】
【氏名】ジェフ・タベルスキー
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS17
5H730BB23
5H730BB85
5H730BB98
5H730DD02
5H730DD04
5H730EE02
5H730FD41
5H730ZZ01
5H730ZZ05
5H730ZZ07
(57)【要約】
複数の電力セルを含んだ電力供給モジュールのためのセル管理モジュールは、少なくとも１つのセル検知回路、および少なくとも１つのセル検知回路に接続された電流測定回路を含んでいる。少なくとも１つのセル検知回路は、第１の巻線、および第１の巻線に誘導的に連結された第２の巻線を備えたトランスを含んでいる。セル検知回路の第１の副回路はトランスの第１の巻線を含み、第１の巻線を通じて第１の信号を選択的にパルス状にするように動作可能である。セル検知回路の第２の副回路は、トランスの第２の巻線および電力供給モジュールの電力セルの１つを含んでいる。電流測定回路は、少なくとも１つのセル検知回路の第１の副回路に接続されており、測定された第１の信号の電流に基づいて、電力セルの電圧を推測する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電力セルを含んだ電力供給モジュールのためのセル管理モジュールであって、第１の巻線および該第１の巻線に誘導的に連結された第２の巻線を含んだトランスと、
前記トランスの第１の巻線を含み、前記第１の巻線を通じて、第１の電圧を有する第１の信号を選択的にパルス状にするように動作可能な第１の副回路と、
前記トランスの第２の巻線、および第２の電圧を有する前記電力セルの１つを含んだ第２の副回路と、
を備えた少なくとも１つのセル検知回路と、
前記少なくとも１つのセル検知回路に接続されて、前記第１の副回路から受信した第１の信号の電流を測定するように構成された電流測定回路と、
を備えた、セル管理モジュール。
【請求項2】
前記第１の副回路は、前記トランスの第１の巻線を通じて、前記第１の信号をパルス状にするように動作可能なスイッチを含んでいる、請求項１に記載のセル管理モジュール。
【請求項3】
前記第１の副回路は、前記スイッチを選択的に開閉するように動作可能な制御回路を含んでいる、請求項２に記載のセル管理モジュール。
【請求項4】
前記第１の信号を供給する電力源をさらに含んでいる、請求項１に記載のセル管理モジュール。
【請求項5】
前記第２の副回路は、前記第２の巻線と前記電力セルの１つとの間に配置された整流器を含んでいる、請求項１に記載のセル管理モジュール。
【請求項6】
前記整流器はショットキーダイオードである、請求項５に記載のセル管理モジュール。
【請求項7】
少なくとも１つの前記セル検知回路は複数のセル検知回路を含み、前記セル検知回路の各々１つは、前記電流測定回路に並列に接続されている、請求項１に記載のセル管理モジュール。
【請求項8】
前記第１の信号を供給する電力源をさらに備え、複数の前記セル検知回路の各々は前記電力源に並列に接続されている、請求項７に記載のセル管理モジュール。
【請求項9】
複数の前記セル検知回路の各々に接続されて、前記第１の信号が前記セル検知回路の１つを通じることを選択的に許容し、一方で前記第１の信号が別の前記セル検知回路を通じて流れることを防止するように構成されたコントローラをさらに備えている、請求項７に記載のセル管理モジュール。
【請求項10】
前記コントローラは、前記セル検知回路の１つの前記電力セルの１つの電圧に基づいて、前記セル検知回路の１つを通じて前記第１の信号のパルス周波数およびパルス持続時間のうちの少なくとも一方を変化させるように構成されている、請求項９に記載のセル管理モジュール。
【請求項11】
複数の電力セルを含んだ電力供給モジュールのためのセル管理モジュールであって、第１のトランス巻線を含んだ第１の副回路であって、前記第１のトランス巻線を通じて、第１の電圧を有する第１の信号を選択的にパルス状にするように動作可能な第１の副回路と、
前記第１のトランス巻線に誘導的に連結された第２のトランス巻線、および第２の電圧を有する前記電力セルの１つを含んだ第２の副回路と、
を含んだ少なくとも１つのセル検知回路と、
前記第１の副回路に接続されて、前記第１のトランス巻線から受信した第１の信号の測定された電流に基づいて、前記電力セルの１つの第２の電圧を推測するように構成された電流測定回路と、
を備えたセル管理モジュール。
【請求項12】
前記第１の副回路は、前記第１のトランス巻線を通じて、前記第１の信号をパルス状にするように動作可能な第１のスイッチを含んでいる、請求項１１に記載のセル管理モジュール。
【請求項13】
前記第１の副回路は、前記第１のスイッチを選択的に開閉するように動作可能な制御回路を含んでいる、請求項１２に記載のセル管理モジュール。
【請求項14】
前記第２の副回路は、前記第２のトランス巻線を通じて、前記第２の電圧を有する第２の信号をパルス状にするように動作可能な第２のスイッチを含んでいる、請求項１３に記載のセル管理モジュール。
【請求項15】
前記第２の副回路は、前記第２のトランス巻線と前記電力セルの１つとの間に配置された整流器を含んでいる、請求項１１に記載のセル管理モジュール。
【請求項16】
少なくとも１つの前記セル検知回路は複数のセル検知回路を含み、前記セル検知回路の各々は、前記電流測定回路に並列に接続されている、請求項１１に記載のセル管理モジュール。
【請求項17】
前記第１の信号を供給する電力源をさらに備え、複数の前記セル検知回路の各々は前記電力源に並列に接続されている、請求項１６に記載のセル管理モジュール。
【請求項18】
複数の前記セル検知回路は、１８個（１８）よりも多いセル検知回路を含んでいる、請求項１６に記載のセル管理モジュール。
【請求項19】
複数の前記セル検知回路の各々に接続されて、前記第１の信号が前記セル検知回路の１つを通じることを選択的に許容し、一方で前記第１の信号が別の前記セル検知回路を通じて流れることを防止するように構成された複数の回路コントローラをさらに備えている、請求項１６に記載のセル管理モジュール。
【請求項20】
電力供給モジュールの複数の電力セルを管理するための方法であって、第１の電流および第１の電圧を有する第１の信号を、第１の電力源から供給するステップと、
第１の信号を受信する第１の巻線および該第１の巻線に誘導的に連結された第２の巻線を備えたトランスを含んだ第１のセル検知回路を通じて、前記第１の信号を選択的にパルス状にするステップであって、前記第１の信号は、前記第２の巻線内の第２の電圧を有する第２の信号を含んだ、選択的にパルス状にするステップと、
前記第２の信号の第２の電圧を、前記第１のセル検知回路に接続された電力セルのセル電圧と組み合わせるステップであって、組み合わせられた前記電圧は、前記トランスの第２の巻線を通じて第２の電流を流す、組み合わせるステップと、
前記第１の巻線から受信した前記第１の信号の第２の電流を測定するステップと、
前記第２の電流に基づいて、前記電力セルのセル電圧を推測するステップと、
を含んでいる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
このＰＣＴ国際出願は、２０１９年９月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８９８，３０４号に対して米国特許法第１１９条（ｅ）の下で優先権を主張した、２０２０年９月９日に出願された米国特許出願第１７／０１６，２３３号への優先権を主張しており、その開示は、それら全体を参照することによりここに統合されている。
【0002】
本開示は全体的に電気回路に関し、より具体的には、自動車に関する電力供給のための電気回路およびそれに関連した方法に関する。
【背景技術】
【0003】
このセクションは、本開示に関連した背景の情報を提供しており、必ずしも先行技術ではない。
【0004】
電気自動車（ＥＶｓ）またはホームシステムにおいて使用されるバッテリのような大容量バッテリは、一般的に複数のセルから成り、それらのセルは協働して、ＥＶｓの推進システムまたはホームもしくはビジネスの電気システムへと電力等の動力を送達する。これらのセルに必要とされる高出力のために、作動の際に複雑さが生じ得る。例えば、個別のセルもしくは複数のセルの故障は、熱的および／または性能的問題を生じ得る。セルの容態（ＳＯＨ）および／または充電状態（ＳＯＣ）の監視は、セルの状態の示唆を提供し、それによりＥＶまたはホームシステムに、運転の際に不十分な電力が供給される可能性を減少させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
このセクションは開示の全体的な要約を提供し、その全範囲またはそのすべての特徴の包括的な開示ではない。
【0006】
一構成においては、複数の電力セルを含んだ電力供給モジュールのためのセル管理モジュールが提供されている。セル管理モジュールは、（ｉ）第１の巻線およびこの第１の巻線に誘導的に連結された第２の巻線を含んだトランスと、（ｉｉ）トランスの第１の巻線を含み、第１の巻線を通じて、第１の電圧を有する第１の信号を選択的にパルス状にするように動作可能な第１の副回路と、（ｉｉｉ）トランスの第２の巻線、および第２の電圧を有する電力セルの１つを含んだ第２の副回路と、を備えた少なくとも１つのセル検知回路を含んでいる。電流測定回路は少なくとも１つのセル検知回路に接続されて、第１の副回路から受信した第１の信号の電流を測定するように構成されている。
【0007】
セル管理モジュールは、以下の１つ以上の追加の特徴を含み得る。例えば、第１の副回路は、トランスの第１の巻線を通じて第１の信号をパルス状にするように動作可能なスイッチを含み得る。第１の副回路は、スイッチを選択的に開閉するように動作可能な制御回路を含み得る。一構成においては、電力源が第１の信号を供給し得る。
【0008】
第２の副回路は、第２の巻線と電力セルの１つとの間に配置された整流器を含み得る。この構成においては、整流器はショットキーダイオードとし得る。
【0009】
少なくとも１つのセル検知回路は複数のセル検知回路を含み、それによりセル検知回路の各々１つは、前記電流測定回路に並列に接続され得る。この構成においては、電力源は第１の信号を供給し得、複数のセル検知回路の各々は、電力源に並列に接続されている。それに加えて、コントローラは複数のセル検知回路の各々に接続され得、第１の信号がセル検知回路の１つを通じることを選択的に許容し、一方で第１の信号が別のセル検知回路を通じて流れることを防止するように構成され得る。コントローラはセル検知回路の１つの電力セルの１つの電圧に基づいて、セル検知回路の１つを通じた第１の信号のパルス周波数およびパルス持続時間のうちの少なくとも一方を変化させるように構成されている。
【0010】
別の構成においては、複数の電力セルを含んだ電力供給モジュールのためのセル管理モジュールが提供されている。セル管理モジュールは、（ｉ）第１のトランス巻線を含んだ第１の副回路であって、第１のトランス巻線を通じて、第１の電圧を有する第１の信号を選択的にパルス状にするように動作可能な第１の副回路と、（ｉｉ）第１のトランス巻線に誘導的に連結された第２のトランス巻線、および第２の電圧を有する前記電力セルの１つを含んだ第２の副回路と、を含んでいる。電流測定回路は前記第１の副回路に接続されて、第１のトランス巻線から受信した第１の信号の測定された電流に基づいて、電力セルの１つの第２の電圧を推測するように構成されている。
【0011】
セル管理モジュールは、以下の１つ以上の追加の特徴を含み得る。例えば、第１の副回路は、第１のトランス巻線を通じて、第１の信号をパルス状にするように動作可能な第１のスイッチを含み得る。この構成においては、第１の副回路は、第１のスイッチを選択的に開閉するように動作可能な制御回路を含み得る。さらに、第２の副回路は、第２のトランス巻線を通じて、第２の電圧を有する第２の信号をパルス状にするように動作可能な第２のスイッチを含み得る。
【0012】
一構成においては、第２の副回路は、前記第２のトランス巻線と前記電力セルの１つとの間に配置された整流器を含み得る。さらに、少なくとも１つのセル検知回路は複数のセル検知回路を含み得、セル検知回路の各々は、電流測定回路に並列に接続されている。電力源は第１の信号を供給し得、複数のセル検知回路の各々は電力源に並列に接続され得る。それに加えて、複数のセル検知回路は、少なくとも２０のセル検知回路を含み得る。複数の回路コントローラは、複数のセル検知回路の各々に接続され得、第１の信号がセル検知回路の１つを通じることを選択的に許容し、一方で第１の信号が別のセル検知回路を通じて流れることを防止するように構成されている。
【0013】
別の構成においては、電力供給モジュールの複数の電力セルを管理するための方法が提供されている。その方法は、（ｉ）第１の電流および第１の電圧を有する第１の信号を、第１の電力源から供給するステップと、（ｉｉ）第１の信号を受信する第１の巻線および第１の巻線に誘導的に連結された第２の巻線を備えたトランスを含んだ第１のセル検知回路を通じて、第１の信号を選択的にパルス状にするステップであって、第１の信号は、第２の巻線内の第２の電圧を有する第２の信号を含んだ、選択的にパルス状にするステップと、（ｉｉｉ）第２の信号の第２の電圧を、第１のセル検知回路に接続された電力セルのセル電圧と組み合わせるステップであって、組み合わせられた電圧は、トランスの第２の巻線を通じて流れる第２の電流を生じさせる、組み合わせるステップと、を含んでいる。その方法は、第１の巻線から受信した第１の信号の第２の電流を測定するステップと、第２の電流に基づいて、電力セルのセル電圧を推測するステップと、を追加で含んでいる。
【0014】
適用可能なさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。この要約内の説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【0015】
本明細書に記載の図面は、選択された構成の例示のみを目的としており、すべての可能な実施ではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本開示の原理に従った電力供給システムを示すために、一部分が除去された自動車を示した斜視図である。
【図10】本開示の原理に従った電力供給モジュールのセル検知モジュールの例の概略的な線図を示した図である。
【図11】本開示の原理に従った電力供給モジュールのセル管理モジュールの例の概略的な線図を示した図である。
【図12】本開示の原理に従った電力供給モジュールのセル管理モジュールの別の例の概略的な線図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
対応した参照符号は、全図において対応した部品を指示している。
【0018】
ここで、添付の図面を参照して、構成例をより完全に説明する。この開示が完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように、例示的な構成が提供されている。本開示の構成の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、および方法の例などの特定の詳細が示されている。特定の詳細を採用する必要がないこと、構成例が多くの異なる形態において具体化され得ること、および特定の詳細および構成例が、開示の範囲を制限するように解釈されるべきではないことは、当業者には明らかであろう。
【0019】
本明細書で使用される用語は、特定の例示的な構成を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形も含むことを意図し得る。「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「ｈａｖｉｎｇ」という用語は包括的であり、したがって、特徴、ステップ、操作、要素、および／または部品の存在を指定するが、１つ以上の特徴、ステップ、操作、要素、部品、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。本明細書に記載の方法のステップ、プロセス、および操作は、性能の順序として具体的に特定されない限り、説明または図示された特定の順序でそれらの性能を必ずしも必要とすると解釈されるべきではない。追加のまたは代替のステップが採用され得る。
【0020】
要素または層が、別の要素または層に「接して」、「係合されて」、「接続されて」、「取り付けられて」、または「連結されて」と称される場合、それは、他の要素もしくは層に接触して、係合されて、接続されて、取り付けられて、もしくは連結され得るか、または介在する要素もしくは層が存在し得る。対照的に、要素が別の要素または層に「直接接触している」、「直接係合されている」、「直接接続されている」、「直接取り付けられている」、または「直接結合されている」と称される場合、介在する要素または層が存在しない場合がある。要素間の関係を説明するために使用される他の単語は、同様の方法で解釈されるべきである（例えば、「間に」と「直接間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）。本明細書で使用される場合、「および／または」との用語は、関連する列挙されたアイテムの１つ以上のすべての組み合わせを含む。
【0021】
第１、第２、第３などの用語は、本明細書では、様々な要素、構成部品、領域、層、および／またはセクションを説明するために使用され得る。これらの要素、構成部品、領域、相、および／またはセクションは、これらの用語によって制限されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成部品、領域、層、またはセクションを別の領域、層、またはセクションから区別するためにのみ使用し得る。「第１」、「第２」などの用語、およびその他の数値用語は、文脈によって明確に示されていない限り、並びまたは順序を意味するものではない。したがって、以下に論じられた第１の要素、構成部品、領域、層、またはセクションは、例示的な構成の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成部品、領域、層、またはセクションと称し得る。
【0022】
図１および図２を参照すると、複数の電力供給モジュール２００を備えた電力供給システム１００を含んだ自動車１０が図示されている。自動車は、シャーシ１２、ボディ１４、１つ以上のモータ１６、および１つ以上のモータ１６を含むかまたはモータに連結された複数のホイール１８を含んでいる。図１に示されたように、自動車１０の一部（例えばトラックの荷台、後部ドア等）は、電力供給システム１００をより良好に視認するために除去されている。自動車１０は、商用車として全体的に図示されている一方で、自動車１０は、本開示の範囲内で他のタイプの自動車（たとえは乗用車、バン、トラック等）を含み得ることが理解されるだろう。この点において、シャーシ１２は、ボディ１４、１つ以上のモータ１６、ホイール１８、および電力供給システム１００に結合されているか、さもなければそれらを支持し得る。ボディ１４はさらに、車両１０の１人以上の乗員または使用者を収容するための区画２０をさらに形成し得る。
【0023】
図１に示されたように、シャーシ１２は一対の長手方向フレームレール２２を含み得る。シャーシ１２がここでは全体的に２つのレール１２を含むとして示され且つ記載されている一方で、シャーシ１２は、本開示の範囲内において、２つ以上のフレームレール２２を含み得ることが理解されるだろう。第１のおよび第２の長手方向フレーム２２は、それらの間に空間２４を形成し得る。以下に論じられているように、電力供給システム１００は空間２４内に配置され得る。いくつかの実施形態では、第１のフレームレール２２の少なくとも一部分は、第２のフレームレール２２におよび自動車１０の長手方向軸に略平行な方向に延びている。
【0024】
図２から図４Ｃを参照すると、電力供給システム１００は、電力供給プレート１０４およびこの電力供給プレート１０４に取り外し可能に取り付けられた複数の電力供給モジュール２００を含んだ、電力供給フレーム１０２を含んでいる。以下により詳細に論じられているように、フレーム１０２は、シャーシ１２のレール２２の間の電力供給プレート１０４および電力供給モジュール２００を支持するように構成されている。電力供給プレート１０４は、複数の電力供給モジュール２００を離脱可能に接続して、自動車１０のための高圧電力源を形成するように構成されている。
【0025】
電力供給システム１００のフレーム１０２は、一体に接続されてフレーム１０２を形成した複数のフレーム部材１１０ａ、１１０ｂを含んでいる。フレーム部材１１０ａ、１１０ｂは、シャーシ１２のレール２２に対して直交して延びた１つ以上の横方向フレーム部材１１０ａ、およびシャーシ１２のレール２２に対して平行に延びた１つ以上の縦方向フレーム部材１１０ｂを含んでいる。追加として、１つ以上の横方向フレーム部材１１０ａは、シャーシレール２２の間に延びており、シャーシレール２２を互いに接続している。縦方向フレーム部材１１０ｂは、隣接した横方向フレーム部材１１０ａの間に延びて、横方向フレーム部材を接続している。
【0026】
図１および図２を参照すると、フレーム部材１１０ａ、１１０ｂは協働して、シャーシ１２のレール２２の間の空間２４を複数の電力供給モジュール区画１１２へと分割しており、各区画は、少なくとも１つの電力供給モジュール２００を受容するように構成されている。フレーム部材１１０ａ、１１０ｂは協働して、フレーム１０２の上側１１４およびフレーム１０２の底側１１６を形成している。フレーム１０２の上側１１４は、シャーシ１２のレール２２の間に電力供給プレート１０４を支持するためのフレームベッド１１４を形成すると記載され得る。
【0027】
フレーム１０２の底側１１６は、フレーム１０２の各電力供給モジュール区画１１２へのアクセスを提供している。結果的に、電力供給モジュール２００は、フレーム１０２の底側１１６を通じて電力供給プレート１０４に取り付けられることが可能である。各フレーム部材１１０ａ、１１０ｂは、電力供給モジュール２００の高さＨ２００（図７）に対応した高さＨ１１０を有し、これにより電力供給モジュール２００が電力供給モジュール区画１１２内に搭載された場合に、電力供給モジュール２００は、フレーム１０２の底側１１６と略同一平面となり得る。結果的に、電力供給モジュール２００は、自動車１０の底側に沿って追加の構造を提供し得る。追加として、自動車１０は、フレーム１０２の底側１１６に取り付けられるように構成されて、区画１１２内の電力供給モジュール２００を取り囲むカバーパネル（図示略）を含み得る。
【0028】
引き続き図１および図２を参照すると、電力供給プレート１０４は、フレーム１０２の上側１１４により支持されており、フレーム１０２から離れる方を向いた上側１２０およびフレーム１０２の方を向いた底側１２２を含んでいる。図２に示されたように、電力供給プレート１０４の底側１２２は、電力供給モジュール区画１１２に露出されており、フレーム１０２の底側１１６を通じてアクセス可能である。
【0029】
図２から図４Ｃを参照すると、電力供給プレート１０４は複数のバスパネルポート１２４を含み、各ポートは、電力供給モジュール２００のそれぞれ１つを電力供給プレート１０４へと電気的に連結するように構成されている。電力供給プレート１０４は、底側１２２（図２）におよび上側（図４Ａ）にバスパネルポート１２４を含み得る。図３に最も良好に示されたように、各バスパネルポート１２４は、低圧端子１２６および一対の高圧端子１２８、１３０を含んでいる。高圧端子１２８、１３０は、正極高圧端子１２８および負極高圧端子１３０を含んでいる。高圧端子１２８、１３０は、バスパネルポート１２４のハウジング内に窪んでおり、電力供給モジュール２００の搭載および除去の際に、不注意による高圧端子１２８、１３０のいずれかとの接触の可能性を最小限に抑制している。
【0030】
図４Ｂに示されたように、正極高圧端子１２８は、正極バスネットワーク１３２を通じて互いに電気的に接続されており、負極高圧端子１３０は、負極バスネットワーク１３４を通じて互いに電気的に接続されている。正極バスネットワーク１３２は、正極主バスバー１３６および複数の正極補助バスバー１３８ａ、１３８ｂを含んでいる。同様に、負極バスネットワーク１３４は、負極主バスバー１４０および複数の負極補助バスバー１４２ａ、１４２ｂを含んでいる。各補助バスバー１３８ａ、１３８ｂ、１４２ａ、１４２ｂは、複数の高圧端子１２８、１３０を対応した１つの主バスバー１３６、１４０に連結している。図示された例においては、電力供給プレート１０４は、個々のバスパネルポート１２４の複数の高圧端子１２８、１３０を一体に直列に接続した直列の補助バスバー１３８ａ、１４２ａを備えて構成されている。電力供給プレート１０４は、個々のバスパネルポート１２４の複数の高圧端子１２８、１３０を一体に並列に接続した並列の補助バスバー１３８ｂ、１４２ｂも含んでいる。補助バスバー１３８ａ、１３８ｂ、１４２ａ、１４２ｂのタイプおよび配列は、電力供給システム１００の電圧および容量（例えば電流）に基づいて選択されている。結果的に、直列の補助バスバー１３８ａ、１４２ａおよび／または並列の補助バスバー１３８ｂ、１４２ｂは、電力供給システム１００の所望の電圧または容量に依存して、電力供給システム１００内に多かれ少なかれ統合されている。
【0031】
各主バスバー１３６、１４０は、個々の正極および負極補助バスバー１３８ａ、１３８ｂ、１４２ａ、１４２ｂの１つと並列に電気的に連結されている。したがって、直列の正極補助バスバー１３８ａと、並列の正極補助バスバー１３８ｂと、は正極主バスバー１３６に並列に接続されており、直列の負極補助バスバー１４２ａと、並列の負極補助バスバー１４２ｂと、は負極主バスバー１４０に並列に接続されている。主バスバー１３６、１４０の各々は、電力供給システム１００を自動車１０の高圧電気システムに電気的に連結するために構成された主バス端子１４４、１４６（図４Ｃ）を含んでいる。追加として、自動車１０は、電力供給システム１００から１つ以上のモータ１６の各々へと高圧電力を分配するように構成された高圧分配センタ（図示略）を含み得る。
【0032】
図４Ｃおよび図４Ｄを参照すると、電力供給プレート１０４は、層状の配列において積層された複数のパネル１５０、１５２、１５４ａ、１５４ｂを含み得る。電力供給プレート１０４は、電力供給バスパネル１５０、バスパネルカバー１５２、および電力供給プレート１０４の対向側に配置された一対の電力モジュール搭載パネル１５４ａ、１５４ｂを含んでいる。全体的に、電力供給バスパネル１５０およびバスパネルカバー１５２は、１つ以上の非導電性材料を含み、これにより電力供給バスパネル１５０は、高圧バスネットワーク１３２、１３４の周りに絶縁筐体を設けている。電力モジュール搭載パネル１５４ａ、１５４ｂは、各電力供給モジュール２００の取付インターフェイスを提供し、電力供給モジュール２００により発生した熱エネルギを吸収および消散するように構成された１つ以上の熱導電性材料を含み得る。
【0033】
図４Ｃを参照すると、電力供給バスパネル１５０は、上側１５６、および上側１５６の反対側に形成された底側１５８を含んでいる。バスパネルポート１２４は、電力供給バスパネル１５０の上側１５６および底側１５８に取り付けられている。電力供給バスパネル１５０の底側１５８は、正極バスネットワーク１３２および負極バスネットワーク１３４を電力供給バスパネル１５０内に受容するように構成された凹部１６０のネットワークを含み得る。バスパネルカバー１５２は、電力供給バスパネル１５０の底部１５８に取り付けて、高圧バスネットワーク１３２、１３４を電力供給バスパネル１５０の凹部１６０内に取り囲むように構成されている。図４Ａおよび図４Ｂに示されたように、バスパネルカバー１５２は複数の開口部１６２を含み、各開口部は、電力供給バスパネル１５０の底側１５８に取り付けられた対応した１つのバスパネルポート１２４を受容するように構成されている。結果的に、電力供給パネル１５０およびバスパネルカバー１５２は、高圧バスネットワーク１３２、１３４を絶縁材料内に取り囲み、一方で各バスパネルポート１２４へのアクセスを提供するように構成されている。
【0034】
下側電力モジュール搭載パネル１５４ａおよび上側電力モジュール搭載パネル１５４ｂは、電力供給パネル１０４の対向側に配置され、電力供給モジュール２００のための取り付けインターフェイスを提供している。各搭載パネル１５４ａ、１５４ｂは、電力供給パスパネル１５０に向かって内向きに向いた内側面１６４ａ、１６４ｂ、および内側面１６４ａ、１６４ｂの反対側に形成されて、且つ電力供給バスパネル１５０から離れる方に向いた個々の外側面１６６ａ、１６６ｂを含んでいる。
【0035】
図４Ｄに示されたように、下側電力モジュール搭載パネル１５４ａの内側面１６４ａは、下側電力モジュール搭載パネル１５４ａの内側面１６４ａに沿って熱伝達流体を循環させるように構成された下側冷却導管ネットワーク１６８ａを含んでいる。同様に、図４Ｃは、上側電力モジュール搭載パネル１５４ｂの内側面１６４ｂが、上側電力モジュール搭載パネル１５４ｂの内側面１６４ｂに沿って熱伝達流体を循環させるように構成された上側冷却導管ネットワーク１６８ｂを含んでいることを示している。下側冷却導管ネットワーク１６８ａおよび上側冷却導管ネットワーク１６８ｂは、内側面１６４ａ、１６４ｂに形成された複数の冷却チャネルを含み、これにより冷却導管ネットワーク１６８ａ、１６８ｂは、電力供給プレートが組み立てられた場合に、バスパネルカバー１５２および電力供給バスパネル１５０により取り囲まれ得るかまたは覆われ得る。追加として、下側および上側冷却導管ネットワーク１６８ａ、１６８ｂは、冷媒源と流体連通し、ならびに電力供給バスパネル１５０およびバスパネルカバー１５２を通じて形成された導管１７０、１７２を通じて互いに流体連通し得る。したがって、電力供給モジュール２００が、搭載パネル１５４ａ、１５４ｂの外側面１６６ａ、１６６ｂに対して搭載された場合に、搭載パネル１５４ａ、１５４ｂは冷却導管ネットワーク１６８ａ、１６８ｂを通じて熱伝達流体を循環させ、電力供給モジュール２００の温度を管理するだろう。
【0036】
ここで図５から図９に注目すると、本開示による電力供給モジュール２００の一例が示されている。電力供給モジュール２００は、下側ハウジング２０４およびカバー２０６を備えた筐体２０２、直列に接続された複数の電力セル２１０を含んだ電力カートリッジ２０８、ならびに電力供給モジュール２００の動作を管理するように構成されたコントローラ２１２を含んでいる。各電力供給モジュール２００は独立したカセット２００として構成されており、それらは選択的に電力供給プレート１０４に接続および離脱されて、電力供給システム１００の性能を改造または維持することが可能である。したがって、図６および図９に示されたように、各電力供給モジュール２００は、電力供給プレート１０４のバスパネルポート１２４（図３）の対応した１つに電力供給モジュール２００を接続するように構成された、電力供給モジュールポート２１４を含んでいる。ここで、電力供給モジュールポート２１４は、低圧端子２１６、正極高圧端子２１８、および負極高圧端子２２０を含み、各々は、電力供給モジュール２００が電力供給プレート１０４に取り付けられた場合に、バスパネルポート１２４の１つの、端子１２６、１２８、１３０の対応した１つと結合するように構成されている。
【0037】
図７に示されたように、電力カートリッジ２０８は、互いに直列に接続された複数の電力セル２１０を含んでいる。例えば、本例の電力カートリッジ２０８は、直列に配列された１９２個の電力セルを含んでいる。したがって、電力セル２１０の電圧は、累積されて組み合わされ、バッテリセル２１０の電圧の総和に等しい高電圧出力を有する電力供給モジュール２００を提供している。以下により詳細に論じられているように、電力供給モジュール２００は、所望の高電圧出力を提供するために、直列に配列された任意の数の電力セル２１０を含み得る。各電力セル２１０は、例えばリチウムイオン、鉛酸、ニッケルカドミウム、ニッケル水素等の、任意の適切な組成を含んだバッテリとし得る。電力セル２１０は、例えば推進システム等の電気自動車（ＥＶ）の構成部品、または家庭もしくはビジネスの電気システムに電力を供給し得る。
【0038】
電力セル２１０は、比較的高い熱伝達係数を有する流体または固定材料等の、熱伝達材料２２２内に封入され得る。いくつかの例では、熱伝達材料２２２は、カセット内に配置されて各電力セル２１０を取り囲んだ油を含み得る。熱伝達材料２２２は下側ハウジング２０４と接して、これにより熱エネルギは、個々の搭載パネル１５４ａ、１５４ｂの対応した冷却導管ネットワーク１６８ａ、１６８ｂを通じて循環する熱伝達流体を介して、熱伝達材料２２２へとまたは熱伝達材料２２２からハウジング２０４を通じて伝達され得る。例えば、電力セル２１０により生じた熱エネルギは熱伝達材料２２２により吸収されて、ハウジング２０４と個々の搭載パネル１５４ａ、１５４ｂとの間の搭載界面を通じて熱伝達流体へと伝達され得る。寒い気候のような他のシナリオにおいては、熱伝達流体は補助熱源により加熱され、熱エネルギを搭載界面および熱伝達材料２２２を通じて電力セル２１０へと伝達し、これにより電力セル２１０を作動温度閾値よりも高い温度に維持し得る。
【0039】
いくつかの例においては、筐体２０２は、筐体２０２内の熱伝達材料２２２の熱膨張を調整する構成されたように圧力バッファ２２４を含み、熱伝達材料２２２と電力セル２１０との間の最大接触を確実にし、その一方で熱伝達材料２２２の圧力が筐体２０２の破裂圧力閾値を超えることを防止し得る。圧力バッファ２２４は、カバー２０６内に配置された圧縮可能な気胞または閉鎖セル発泡パッドを含み得る。ここで、圧力バッファ２２４は、熱伝達材料２２２が熱くなって膨張し、それにより筐体２０２内において略定圧を維持する場合に圧縮するように構成されている。代替的に、圧力バッファ２２４は、膨張した熱伝達材料２２２を蓄積するための通路またはリザーバを露出するように動作可能な、伸縮自在のピストンまたはバルブ（いずれも図示略）を含み得る。図８に示されたように、筐体２０２は、電力カートリッジ２０８内に熱伝達材料２２２を収容するように構成されたセパレータプレート２２６を含み得る。
【0040】
追加として、筐体２０２は、ドーム形状のカバー２０６内に据え付けられた内部循環ポンプ（図示略）を含み得る。設けられた場合、循環ポンプは、熱伝達材料を筐体内に循環させ、電力供給モジュール２００からの熱エネルギの除去を最大化する。循環ポンプは、一定に運転され得るかまたはサーモスタットにより制御され得、これにより各電力供給モジュール２００の循環ポンプは、熱伝達材料２２２の温度が温度閾値を満たした場合にのみ運転する。
【0041】
各電力供給モジュール２００のコントローラ２１２は、各電力セル２１０の充電状態を動的に検知して釣り合わせる。図１０および図１１を参照すると、コントローラのセル管理モジュール２３０を概略的に表した電気回路が、全体的に示されている。以下により詳細に論じられているように、セル管理モジュール２３０（図１１）は、それぞれのセル検知回路２３２（図１０）を通じて複数の電力セル２１０に並列に接続されている。したがって、電力セル２１０は電力セル２１０内で直列に互いに接続されて、電力セル２１０の電圧の和に等しい比較的高い電圧を電力セル２１０の端子２１８、２２０に提供するが、セル検知回路２３２は、独立して各電力セル２１０に並列に接続されている。セル検知回路２３２の隔離は、セル検知回路２３２が、個別に各電力セル２１０の電圧を管理することが可能な低圧部品の使用を実行することを可能にしている。低圧部品の使用は、セル管理モジュール２３０を構成することに関連したコストが、高圧部品を必要とする同程度のセル管理回路と比較して減少されることが可能であるので、有利である。
【0042】
図１０および図１１を参照すると、隔離されたセル検知回路２３２の一例が示されている。セル検知回路２３２は、トランス２３８により互いに誘導的に接続された一次回路２３４および二次回路２３６を含んでいる。各トランス２３８は、各々がコア２４４に巻き付けられた一次コイルまたは巻線２４０および二次コイルまたは巻線２４２を含んでいる。コア２４４は、鉄、フェライト、シリコン鋼等の任意の適切な材料から形成され得る。トランス２３８は、コントローラ２１２の印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置され得る。複数のセル検知回路２３２ａ－２３２ｎが実装された場合に（図１１）、すべてのトランス２３８ａ－２３８ｎは、同じコントローラ２１２上に配置され得る。
【0043】
図１０に示されたように、一次回路２３４は、以下により詳細に論じられているように、一次信号ＩＰを発生または供給する一次電力源２４６、および一次信号ＩＰの電流を測定するように構成された電流測定回路２４８、を含んでいるか、またはそれらに接続されている。一次電力源２４６は、低圧（１２Ｖから４８Ｖ）電力供給リザーバ（ＶＰ）を含み得る。図１１に示されたように、複数のセル検知回路２３２ａ－２３２ｎがセル管理モジュール２３０に実装された場合、すべてのセル検知回路２３２ａ－２３２ｎは、同じ一次電力源２４６および電流測定回路２４８に接続され得る。したがって、セル検知回路２３２ａ－２３２ｎは、単一の電流測定回路２４８を共有するように構成されており、このことは、セル管理モジュール２３０の複雑さおよびコストを最小化している。
【0044】
単一の電流測定回路２４８を使用して、複数のセル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎの全体の隔離された電流測定を容易にするために、各一次回路２３４、２３４ａ－２３４は、個々の一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎ内に実装された、スイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎを選択的に開閉するように動作可能な独立した制御回路２５０、２５０ａ－２５０ｎも含んでいる。換言すると、制御回路２５０、２５０ａ－２５０ｎは、電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎの１つに関連したセル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎの一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎを通じた一次電流信号ＩＰの流れを選択的に許容するように構成されている。制御回路２５０、２５０ａ－２５０ｎは、電力制御モジュール２００のコントローラ２１２上に実装され得る。図１１に示されたように、複数の電力セル２１０ａ－２１０ｎが電力制御モジュール２００内に含まれている場合に、電力制御モジュール２００のコントローラ２１２は、セル検知回路２３２ａ－２３２ｎの各１つと関連した制御回路２５０ａ－２５０ｎを含んでいる。
【0045】
いくつかの実施において、スイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴｓ）、電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴｓ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴｓ）等のトランジスタである。他の実施において、スイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎはリレー、または他の任意の適切なスイッチとし得る。図示された例においては、スイッチは、トランス２３８、２３８ａ－２３８ｎの一次巻線２４０の下流且つ電流測定回路２４８の上流に配置されている。しかしながら、各一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎのスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは、一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎに沿ってどこにでも実装され得る。
【0046】
電流測定回路２４８は、各電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎの容態（ＳＯＨ）および充電状態（ＳＯＣ）を監視するように構成されている。例えば一次巻線２４０を通じて流れる電流に基づいて、多様なセル２１０、２１０ａ－２１０ｎのＳＯＨおよび／またはＳＯＣを測定するために、電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎに関連したスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは起動され、これにより電流測定回路２４８により送信されたパルス電流は、特定の一次巻線２４０を通じて流れるように構成されている。この構成においては、電流測定回路２４８は、個別の電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎのＳＯＨおよびＳＯＣを監視し、これにより任意の変化が確認されて、必要であれば、任意の是正措置が取られ得る。例えば、特定の電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎのＳＯＨおよび／またはＳＯＣが所定の閾値よりも低いことが確定された場合に、電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎは、修理、除去、および／または交換され得る。そのような是正措置は、手動でまたは自動的に生じ得る。
【0047】
各電力セルのＳＯＨに関して、電流測定回路２４８は、電力供給モジュール２００の全電圧を連続的に検知または受信し、電力供給モジュール２００の全電圧を長時間にわたり比較するように構成されている。例えば、セル検知回路２３２がパルス状にされた場合に、セル検知回路の特定の電力セル２１０の電流（Ｉ）と抵抗（Ｒ）との積に対応した電圧変化ΔＶｃｅｌｌは、電力供給モジュール２００の全電圧内に観測可能である。ここで、セル管理モジュール２３０の各セル検知回路２３２は、電力供給モジュール２００の全電圧変化ΔＶｍｏｄｕｌｅを個別に決定するためにパルス状にされる。この全電圧変化ΔＶｍｏｄｕｌｅは、電力供給モジュール２００のすべての電力セル２１０の直流抵抗に比例しており、且つ電力供給モジュール２００のＳＯＨの決定に使用されることが可能である。
【0048】
特定の電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎを対象とするために、対象とされた電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎに関連したスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎの１つは閉じられ、残りのスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは開いたままであり、これにより一次信号ＩＰは、対象とされた電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎに関連したセル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎを通じてのみ流れる。例えば、第２の電力セル２１０ｂが対象とされた場合に、第２のスイッチ２５２ｂが閉じられて、これにより一次信号ＩＰは一次回路２３４ｂを通じて流れる。以下に記載されたように、電流測定回路２４８は、電流検知抵抗を横切ったすなわちオームの法則を使用した電圧降下に基づいた、動的一次巻線２４０を通じた一次信号ＩＰの電流を測定することが可能である。代替的に、電流測定回路２４８は、任意の適切な方式において電流を測定し得る。電流測定回路２４８は、位相角、一次電流積分、温度、較正パラメータに関連したデータを含んだ、追加のデータを収集し得る。電流測定回路２４８は、（ｉ）パルス状の電流および任意の他のデータのアナログ信号をデジタル信号へと変換し、および（ｉｉ）これらのデジタル信号をデジタルフィルタ／保護／ドライブ回路に送信する、ことが可能である。
【0049】
続いて図１０および図１１を参照すると、各セル検知回路２３２の二次回路２３６、２３６ａ－２３６ｎは、トランス２３８、２３８ａ－２３８ｎの二次巻線２４２、整流器２５４、２５４ａ－２５４ｎ、および二次回路２３６、２３６ａ－２３６ｎに沿って全てが直列に配列された電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎの１つを含んでいる。先に論じられたように、二次回路２３６、２３６ａ－２３６ｎは、トランス２３８、２３８ａ－２３８ｎの二次巻線２４２を通じて一次回路２３４に誘導的に接続されている。したがって、一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎの直流一次電流信号ＩＰは、トランス２３８、２３８ａ－２３８ｎにより交流二次電流信号ＩＳへと変換され、電力セル２１０の上流で、二次信号ＩＳの、交流信号から、電力セル２１０の直流電圧と互換性のある直流信号への変換を、整流器２５４、２５４ａ－２５４ｎにより処理されなければならない。いくつかの例においては、整流器２５４はショットキーダイオードとして実装され、このことは、素早い回復および低電圧降下が所望される環境において整流を有利に提供する。
【0050】
ここで論じられているように、一次電力源２４６の電力から受信した一次信号ＩＰは、基礎または初期一次信号ＩＰ－１として示されてもよく、一方でトランスの下流の一次信号ＩＰは、変化したまたは調整された一次信号ＩＰ―２として示されてもよい。同様に、二次巻線２４２により生じた二次信号ＩＳは、基礎または初期二次信号ＩＳ－１として示されてもよく、一方で電力セル２１０の下流の二次信号ＩＳは、変化したまたは調整された二次信号ＩＳ－２として示されてもよい。調整または変化は、電圧および／または電流の変化に言及しており、それは、信号ＩＰ、ＩＳが個々に一次巻線２４０および電力セル２１０を通過した場合に、信号ＩＰ、ＩＳに与えられ得る。
【0051】
使用時には、セル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎのそれぞれの１つに関連した電力セル２１０の電圧は、一次回路２３４の一次信号ＩＰの測定された数値に基づいて、電流測定回路２４８により推測され、これは以下により詳細に論じられている。電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎの１つの電圧を測定するために、一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎのスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは、コントローラ２１２により脈動させられ、一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎを通じた一次信号ＩＰの流れを許容する。ここで、セル管理モジュール２３０の単一のスイッチ２５２、２５２ａ－２５２ｎは、一次回路２３４、２３４ａ－２３４ｎを分離してパルス状にするときに閉じられ、それにより電流測定回路２４８が、各セル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎに関連した電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎの電圧を独立して推測することを可能にしている。
【0052】
図１０を参照すると、包括的なセル検知回路２３２の１つ内の電力セル２１０の電圧を推測する方法が示されている。図１１の各セル検知回路２３２、２３２ａ－２３２ｎは、電力セル２１０に関連した個々の一次回路２３４ａ－２３４ｎのスイッチ２５２ａ－２５２ｎが閉じられた場合に、包括的なセル検知回路２３２と同様に作動する。これまでに述べたように、コントローラ２１２は、検知および／または釣り合いのための特定の電力セル２１０を対象とし、電力セル２１０に関連した一次回路２３４のスイッチ２５２は閉じられて、一次信号ＩＰのパルスが一次回路２３４を通じて流れることを可能にする。
【0053】
一次信号ＩＰのパルスの持続時間は、一次信号ＩＰの測定の最大化と、二次回路２３６および電力セル２１０での一次信号ＩＰの効果の最小化と、の間の所望の釣り合いを提供するように選択される。例えば、パルス持続時間が短すぎた場合、電流測定回路２４８は、一次信号ＩＰを正確に測定することが不可能となり得、その結果、対応した二次回路２３６の電力セル２１０のＳＯＨまたはＳＯＣを推測することが不可能となり得る。その逆に、パルス持続時間が長すぎた場合、一次信号ＩＰは、二次信号ＩＳおよび／または電力セル２１０に望ましくない影響を及ぼし得るか、または効果をもたらし得る。いくつかの例においては、セル検知機能のための一次信号ＩＰのパルス持続時間は、１０マイクロ秒である。しかしながら、以下に論じられているように、パルス持続時間は、電力セル電圧の釣り合い等の他の機能のために調節され得る。
【0054】
基礎一次信号ＩＰ－１がトランス２３８の一次巻線２４０を通じて流れた場合に、磁束がトランスコア２４４内に発生させられる。これまでに述べたように、二次巻線２４２もトランスコア２４４に接続されており、これにより二次巻線２４２は、一次巻線２４０に誘導的に接続されている。したがって、基礎一次信号ＩＰ－１により生じた磁束は、二次巻線２４２内に二次電圧を誘起し、これは基礎二次信号ＩＳ－１に対応している。これまでに述べたように、基礎二次信号ＩＳ－１は、電力セル２１０の直流電圧と互換性のない交流電圧として、トランスから出力され得る。したがって、基礎二次信号ＩＳ－１は、基礎二次信号ＩＳ－１を交流電圧から直流電圧へと変換するための整流器２５４を通過する。整流器２５４（すなわちショットキーダイオード）は、基礎二次信号ＩＳ－１の電圧を、基礎二次信号ＩＳ－１が整流器２５４を通過したときに降下させ得る。次に、ここでは直流電圧である基礎二次信号ＩＳ－１は、対象とされた電力セル２１０に移動する。
【0055】
変換された基礎二次信号ＩＳ－１（すなわちショットキーダイオードの後の二次信号ＩＳ）の電圧が、電力セル２１０の電圧よりも大きい場合、電流は二次回路２３６を通じて流れ始めるだろう。換言すると、基礎二次信号ＩＳ－１の電圧が、整流器に関連した電圧降下（すなわちショットキーダイオード降下）および電力セル２１０の電圧の和よりも大きい場合、電圧における差は、電力セル２１０からトランス２３８の二次巻線２４２へと流れる変化した二次信号ＩＳ－２をもたらす。
【0056】
電流がワイヤを通じて流れる場合はいつでも、磁気作用を生じる力（ＭＭＦ）がワイヤにより発生させられる。したがって、基礎一次信号ＩＰ－１は、一次巻線２４０内に一次ＭＭＦを発生させる。同様に、変化した二次信号ＩＳ－２は二次巻線２４２を通じて流れた場合に、二次ＭＭＦは二次巻線２４２内に生成される。二次ＭＭＦは、「バック」ＭＭＦとして作用し、これは、一次巻線２４０の一次ＭＭＦに反作用または対抗し、これにより基礎一次信号ＩＰ－１に関連した第１の電圧から変化した一次信号ＩＰ－２に関連した第２の電圧へと一次信号ＩＰの電圧を減少させる。キルヒホッフの電圧法則にしたがって、一次巻線２４０の一次電圧の強度および位相角は同一のままでなければならず、これにより一次信号ＩＰの電流は、二次巻線２４２の二次ＭＭＦにより与えられた電圧変化を計上するために変化する。例えば、より低い電圧を有する電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎは、電力セル２１０の電圧と基礎二次信号ＩＳ－１の電圧との間の差がより大きくなった場合に、より大きい二次ＭＭＦに帰結する。その結果、変化した一次信号ＩＰ－２の電流は、より大きい二次ＭＭＦを計上するために比較的大きくなるだろう。それとは逆に、より高い電圧を有する電力セル２１０、２１０ａ－２１０ｎは、より小さい二次ＭＭＦに帰結し、これにより変化した一次信号ＩＰ－２は比較的低い電流を有する。
【0057】
これまでに導入したように、電流測定回路２４８は、対象とされた電力セル２１０に関連した変化した一次信号ＩＰ－２の電流を測定するように構成されている。変化した一次信号ＩＰ－２の電流が比較的高い（すなわち、二次ＭＭＦが電力セル２１０の低い電圧の結果として大きい）場合、電流測定回路２４８は、電力セル２１０の電圧が比較的低いと推測する。それとは逆に、変化した一次信号ＩＰ－２の調節された電流が比較的低い（すなわち、二次ＭＭＦが電力セル２１０の高い電圧の結果として小さい）場合、電流測定回路２４８は、電力セル２１０の電圧が比較的高いと推測する。電流測定回路２４８は、電流測定回路２４８が、変化した一次信号ＩＰ－１の測定された電流に基づいて、電力セル２１０の実際の電圧を推測することが可能であるように構成（すなわち較正）され得る。
【0058】
各電力セル２１０の容態（ＳＯＨ）および充電状態（ＳＯＣ）を測定することに加えて、セル管理モジュール２３０は、各電力セル２１０の電圧を動的に釣り合わせるように構成され得る。例えば、セル検知回路２３２の各時間は（例えば測定の間）パルス状であり、エネルギは一次回路２３４から二次回路２３６へと移送される。一次回路２３４から二次回路２３６へとより多くのエネルギを供給するために、パルスの周波数および／または持続時間が増大されることが可能である。例えば、パルス持続時間は、検知のために使用される１０マイクロ秒の持続時間から１５マイクロ秒の持続時間へと増大され、一次回路２３４から二次回路２３６へと５０％多くのエネルギを供給する。それに加えてまたはその代わりに、一次回路２３４はより高周波のパルス状とされる。個別の電力セル２１０を動的に釣り合わせることは、各電力セル２１０が電力供給モジュール２００の寿命を越えて完全に充電されることが可能であることを、有利に確実にしている。
【0059】
特に図１２を参照すると、セル管理モジュール２３０´が提供されており、複数のセル検知回路２３２を含んでいる。セル管理モジュール２３０´に対するセル管理モジュール２３０に関連した構成部品の構造および機能の実質的な類似性の観点において、類似した参照符号がこれ以降使用され且つ図において類似した構成部品を認定しており、一方でシンボルプライム（´）を含んだ参照符号は、変化した構成部品を認定するために使用されている。
【0060】
図１２のセル管理モジュール２３０´の例においては、各セル検知回路２３２ａ´－２３２ｎ´の二次回路２３６ａ´－２３６ｎ´は変形され、ダイオード２５４ａ－２５４ｎを排除して、二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎを追加している。ここで、二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎは、方向制御可能なダイオードとして作用するように構成されている。特に、一次スイッチ２５２ａ－２５２ｎおよび二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎのパルスのタイミングは、信号ＩＰ、ＩＳが第１の方向ＩＰ＋、ＩＳ＋に流れて電力セル２１０を充電し、反対の第２の方向ＩＰ－、ＩＳ－に流れて電力セル２１０を放電するように調節されることが可能である。
【0061】
図示されたように、二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎは、電力セル２１０ａ－２１０ｎの間に配置されており、セル検知回路２３２ａ´－２３２ｎ´の対応した制御回路２５０ａ－２５０ｎにより制御されている。二次回路２３６ａ´－２３６ｎ´内に二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎを含むことは、低圧（１２Ｖから４８Ｖ）電力供給リザーバ２４６に接続された双方向フライバック変換器を形成している。第１の前進（すなわち充電）モードにおいて、エネルギは、最初に一次スイッチ２５２ａ－２５２ｎを脈動させることにより一次電力源２４６から移送され、これにより一次信号ＩＰ＋はトランス２３８ａ－２３８ｎへと流れ、エネルギはトランス２３８ａ－２３８ｎ内に蓄えられる。一次スイッチ２５２ａ－２５２ｂの開放（すなわち脈動停止）の際に、二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎは閉じられ、二次信号ＩＳ＋が二次回路２３６ａ´－２３６ｎ´内に流れることを可能にし、これによりエネルギは電力セル２１０ａ－２１０ｎへと移送される。第２の逆転（すなわち放電）モードにおいて、エネルギは電力セルから一次電力源２４６へと移送される。ここで、二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎは最初に脈動され、これにより二次信号ＩＳ－は電力セル２１０からトランス２３８ａ－２３８ｎへと流れ、電力セル２１０からの電圧によりトランス２３８ａ－２３８ｎを充電する。充電されたトランス２３８ａ－２３８ｎと共に、一次スイッチ２５２ａ－２５２ｎは閉じられ、一次信号ＩＰ－はトランス２３８ａ－２３８ｎから一次電力源２４６へと流れ、エネルギをトランス２３８ａ－２３８ｎから一次電力源２４６へと移送する。図１２のセル検知回路２３２ａ´－２３２ｎ´において、個々の二次スイッチ２５６ａ－２５６ｎは、コンデンサ等の隔離手段を使用して一次側（すなわち、一次回路２３４ａ－２３４ｎを含んだ側）から制御される。
【0062】
図１２のセル管理モジュール２３０´は、従来のシステムと比較していくつかの利点を提供している。例えば、自動車電力システムは、高圧電力システムから受け取った高圧電力を、自動車のモータ１６（すなわちパワーステアリング、ブレーキブースタ、アクセサリ等）に関連した自動車の構成部品により使用されることが可能な低圧（１２Ｖから４８Ｖ）へと変換するように構成された低圧ネットＤＣ／ＤＣ変換器モジュールを一般的に含んでいる。したがって、低圧直流電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器を必要としない電力供給モジュール（２００）から直接供給され、それによりシステムコストおよび複雑さを最小化している。それに加えて、図１２の構成は、比較的高い電荷を有すると認定された電力セル（２１０）から一次電力源（２４６）（例えば低圧バス）へとエネルギが直接移送されることを可能にしており、これによりエネルギは、比較的低い電圧を有する電力供給モジュール２００内の電力セル２１０へと移送されることが可能である。したがって、図１２のシステムは、外部電力源により充電される低圧セル２１０を必要とした従来のシステムとは逆に、双方向の電力移送を可能にすることにより、改善された電力セル２１０が釣り合うことを可能にして、電力供給モジュール２００内の別の１つの電力セル２１０のより高い電圧に合致させている。
【0063】
全体を通して論じられたように、本開示の原理にしたがって構成されたセル管理モジュール２３０は、電力セルのＳＯＣおよびＳＯＨを測定するための既知の構成および方法と比較して、複数の利点を提供している。例えば、従来のセル測定技術は、特殊ＡＳＩＣ（特殊用途向け集積回路）構成を利用しており、この構成は、セルエネルギを熱エネルギとして放出する抵抗器を使用したセル電圧測定およびセル平衡を管理している。しかしながら、抵抗器の使用は、有用な電気エネルギが消費される熱エネルギとして変換および廃棄されるので、効率を低減し、電力供給モジュール内の熱を増大させることになる。それに対して、本開示の構成は、一次信号ＩＰの電流を測定することにより電力セル２１０の電圧を推測し、スイッチングを通じた一次信号ＩＰのパルス周波数および／またはパルス持続時間を変化させることにより電力セル２１０の電圧を釣り合わせる。したがって、エネルギの損失および熱生成は最小化されている。
【0064】
セル管理モジュール２３０の別の利点は、電力セル２１０の管理に関連したコストまたは複雑さの段階的な増加なしに、電力セル２１０がいくつでも直列に組み込まれることを可能にしていることである。これまでに論じられたように、従来のセル管理技術はＡＳＩＣ構成を利用している。しかしながら、ＡＳＩＣ構成は、管理可能な電力セルの数に一般的に制限がある（例えば１つのＡＳＩＣは６から１８の電力セルを管理可能である）。したがって、従来の電力供給モジュール内の電力セルの数が増大した場合、追加のＡＳＩＣ構成がセル管理構造に追加されなければならず、このことは、設計のコストおよび複雑さを段階的に増大させる。それとは逆に、電流セル管理モジュール２３０は単一の電流測定回路２４８を使用して、対象とされた電力セル２１０への一次信号ＩＰをパルス状にすることにより、任意の数の電力セル２１０を測定しおよび釣り合わせる。
【0065】
前述の記載は、図および説明の目的のために提供された。本開示が網羅的とされるまたは制限されることは、目的とされていない。特別な構成の個別の要素または特徴は、特別な構成に全体的に制限されないが、該当する場合、互換性があり、具体的に示されていない、または記載されていない場合でてあっても、選択した構成で使用されることが可能である。同じものが多くの方法で変形され得る。そのような変形は、開示からの逸脱であるとみなされるべきではなく、そのような変化は、本開示の範囲内に含まれることを意図されている。
【符号の説明】
【0066】
１０ ・・・自動車
１２ ・・・シャーシ
１４ ・・・ボディ
１６ ・・・モータ
１８ ・・・ホイール
２２ ・・・長手方向フレームレール
２４ ・・・空間
１００ ・・・電力供給システム
１０２ ・・・電力供給フレーム
１０４ ・・・電力供給プレート
１１０ａ ・・・横方向フレーム部材
１１０ｂ ・・・縦方向フレーム部材
１１２ ・・・電力供給モジュール区画
１１４ ・・・上側、フレームベッド
１１６ ・・・底側
１２４ ・・・バスパネルポート
１２６ ・・・低圧端子
１２８ ・・・正極高圧端子
１３０ ・・・負極高圧端子
１３２ ・・・正極バスネットワーク
１３４ ・・・負極バスネットワーク
１３６ ・・・正極主バスバー
１３８ａ、１３８ｂ ・・・正極補助バスバー
１４０ ・・・負極主バスバー
１４２ａ、１４２ｂ ・・・負極補助バスバー
１５０ ・・・電力供給バスパネル
１５２ ・・・バスパネルカバー
１５４ａ ・・・下側電力モジュール搭載パネル
１５４ｂ ・・・上側電力モジュール搭載パネル
１６０ ・・・凹部
１６２ ・・・開口部
１６４ａ、１６４ｂ ・・・内側面
１６６ａ、１６６ｂ ・・・外側面
１６８ａ ・・・下側冷却導管ネットワーク
１６８ｂ ・・・上側冷却導管ネットワーク
１７０、１７２ ・・・貫通導管
２００ ・・・電力供給モジュール
２０２ ・・・筐体
２０４ ・・・下側ハウジング
２０６ ・・・カバー
２０８ ・・・電力カートリッジ
２１０ ・・・電力セル
２１２ ・・・コントローラ
２１４ ・・・電力供給モジュールポート
２１６ ・・・低圧端子
２１８ ・・・正極高圧端子
２２０ ・・・負極高圧端子
２２２ ・・・熱伝達材料
２２４ ・・・圧力バッファ
２２６ ・・・セパレータプレート
２３０、２３０´ ・・・セル管理モジュール
２３２ ・・・セル検知回路
２３４ ・・・一次回路
２３６ ・・・二次回路
２３８ ・・・トランス
２４０ ・・・一次コイル
２４２ ・・・二次コイル
２４４ ・・・コア
２４６ ・・・一次電力源
２４８ ・・・電流測定回路
２５０ ・・・制御回路
２５２ ・・・スイッチ
２５４ ・・・整流器
２５６ ・・・二次スイッチ
ＩＰ ・・・一次信号
ＩＳ ・・・二次信号
ＶＰ ・・・低圧電力供給リザーバ
１２ ・・・シャーシ
１４ ・・・ボディ
１６ ・・・モータ
１８ ・・・ホイール
２２ ・・・長手方向フレームレール
２４ ・・・空間
１００ ・・・電力供給システム
１０２ ・・・電力供給フレーム
１０４ ・・・電力供給プレート
１１０ａ ・・・横方向フレーム部材
１１０ｂ ・・・縦方向フレーム部材
１１２ ・・・電力供給モジュール区画
１１４ ・・・上側、フレームベッド
１１６ ・・・底側
１２４ ・・・バスパネルポート
１２６ ・・・低圧端子
１２８ ・・・正極高圧端子
１３０ ・・・負極高圧端子
１３２ ・・・正極バスネットワーク
１３４ ・・・負極バスネットワーク
１３６ ・・・正極主バスバー
１３８ａ、１３８ｂ ・・・正極補助バスバー
１４０ ・・・負極主バスバー
１４２ａ、１４２ｂ ・・・負極補助バスバー
１５０ ・・・電力供給バスパネル
１５２ ・・・バスパネルカバー
１５４ａ ・・・下側電力モジュール搭載パネル
１５４ｂ ・・・上側電力モジュール搭載パネル
１６０ ・・・凹部
１６２ ・・・開口部
１６４ａ、１６４ｂ ・・・内側面
１６６ａ、１６６ｂ ・・・外側面
１６８ａ ・・・下側冷却導管ネットワーク
１６８ｂ ・・・上側冷却導管ネットワーク
１７０、１７２ ・・・貫通導管
２００ ・・・電力供給モジュール
２０２ ・・・筐体
２０４ ・・・下側ハウジング
２０６ ・・・カバー
２０８ ・・・電力カートリッジ
２１０ ・・・電力セル
２１２ ・・・コントローラ
２１４ ・・・電力供給モジュールポート
２１６ ・・・低圧端子
２１８ ・・・正極高圧端子
２２０ ・・・負極高圧端子
２２２ ・・・熱伝達材料
２２４ ・・・圧力バッファ
２２６ ・・・セパレータプレート
２３０、２３０´ ・・・セル管理モジュール
２３２ ・・・セル検知回路
２３４ ・・・一次回路
２３６ ・・・二次回路
２３８ ・・・トランス
２４０ ・・・一次コイル
２４２ ・・・二次コイル
２４４ ・・・コア
２４６ ・・・一次電力源
２４８ ・・・電流測定回路
２５０ ・・・制御回路
２５２ ・・・スイッチ
２５４ ・・・整流器
２５６ ・・・二次スイッチ
ＩＰ ・・・一次信号
ＩＳ ・・・二次信号
ＶＰ ・・・低圧電力供給リザーバ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】