特表 2024-507529 リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法およびそのシステム

(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】2024-02-20

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法およびそのシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20240213BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20240213BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H01M50/569

H01M10/44 Q

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023550265

(86)(22)【出願日】2022-02-23

(85)【翻訳文提出日】2023-10-20

(86)【国際出願番号】 US2022017522

(87)【国際公開番号】W WO2022182760

(87)【国際公開日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】63/152,661

(32)【優先日】2021-02-23

(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】517284935

【氏名又は名称】ザ・ノコ・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｎｏｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】マクブライド，ジェイムズ ピー

(72)【発明者】

【氏名】スタンフィールド，ジェイムズ リチャード

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H043

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BB02

5G503CA11

5G503GD06

5G503HA01

5H030AA03

5H030AA04

5H030AS20

5H030BB02

5H030DD08

5H030FF43

5H043AA04

5H043AA12

5H043BA19

5H043CA21

5H043DA29

5H043FA22

(57)【要約】

単一の電気充電器を用いて電気的直列ストリング内で一緒に接続された複数の電池を充電するための電池バランシング方法およびシステム。例えば、電池バランシング方法およびシステムは、単一の電気充電器を用いて直列ストリングを充電するときに、電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数の電池の電池バランシングを提供するために、個々の電池の電池管理システム（ＢＭＳ）を利用する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、
前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、前記複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、
前記コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、前記リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、
このシーケンスが、前記バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、前記複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、前記リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、
単一の電気充電器が、前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された前記複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、方法。

【請求項2】

リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、
電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、前記複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、
マイクロコントローラを使用して、電池電圧を前記アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して読み取って前記電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、
このシーケンスが、前記バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、前記複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、前記リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、
単一の電気充電器が、前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された前記複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、方法。

【請求項3】

前記バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧に近い電圧に設定される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

電池の前記電気的直列ストリングが充電されるとき、電池がバランス閾値に達すると各電池上でセルバランシングがオンにされ、最終的に、前記電気的直列ストリング内の前記電池のすべてでセルバランシングがオンにされる、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

バランシングが、充電中にのみ実行される、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記バランシングが、前記電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記バランシングが、バランシングのための電圧閾値を前記満充電電圧に近い電圧に設定することによって行われ、前記電池が充電しており、閾値に達すると、バランシングが有効にされる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

充電終了後、前記電池電圧が、バランシングを無効にする、前記閾値を下回る電圧まで自然に緩和する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記電池管理システム（ＢＭＳ）内の制御電子機器が、電池が充電されているかどうかを示す信号をバランシング回路に提供することができる、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

バランシング電流が、効果的に電池のバランスをとるために十分な高さであるべきだが、電池充電器で使用される充電終了スキームに干渉しないために十分な低さであるべきである、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

適切なバランシングを提供し、ほとんどの電池充電器で機能するためのバランシング電流の値が、１００ｍＡから５００ｍＡの間である、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の前記満充電電圧に近い電圧に設定される、請求項２に記載の方法。

【請求項13】

電池の前記電気的直列ストリングが充電されるとき、電池がバランス閾値に達すると各電池上でセルバランシングがオンにされ、最終的に、前記電気的直列ストリング内の前記電池のすべてでセルバランシングがオンにされる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

バランシングが、充電中にのみ実行される、請求項２に記載の方法。

【請求項15】

前記バランシングは、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記バランシングが、バランシングのための前記電圧閾値を前記満充電電圧に近い電圧に設定することによって行われ、前記電池が充電しており、前記閾値に達すると、バランシングが有効にされる、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

充電終了後、前記電池電圧が、バランシングを無効にする、前記閾値を下回る電圧まで自然に緩和する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記電池管理システム（ＢＭＳ）内の制御電子機器が、電池が充電されているかどうかを示す信号をバランシング回路に提供することができる、請求項２に記載の方法。

【請求項19】

バランシング電流が、効果的に電池のバランスをとるために十分な高さであるべきだが、電池充電器で使用される充電終了スキームに干渉しないために十分な低さであるべきである、請求項２に記載の方法。

【請求項20】

適切なバランシングを提供し、ほとんどの電池充電器で機能するためのバランシング電流の値が、１００ｍＡから５００ｍＡの間である、請求項２に記載の方法。

【請求項21】

リチウムイオン電池の電気的直列ストリングを充電するための電池バランシングシステムであって、
前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を含み、前記複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有し、前記コンパレータは、リチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、前記リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするように構成され、
このシーケンスが、前記バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、前記複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、前記リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、
単一の電気充電器が、前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された前記複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、電池バランシングシステム。

【請求項22】

リチウムイオン電池の電気的直列ストリングを充電するための電池バランシングシステムであって、
電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を含み、前記複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有し、前記マイクロコントローラは、前記アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧を読み取って前記電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにするように構成され、
このシーケンスが、前記バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、前記複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、前記リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、
単一の電気充電器が、前記リチウムイオン電池の前記電気的直列ストリング内に一緒に接続された前記複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、電池バランシングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気的直列配置で接続されたリチウムイオン電池のストリングの充電状態（ＳｏＣ）に電池バランシングを行う方法、およびそのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池は、用途に要求される、より高い電圧に達するために、電気的に直列に配置された複数のリチウムイオンセルを使用して設計されることが多い。

【0003】

いかなる２つのリチウムイオン電池セルも、電池製造業者が電池組立中にセルを選別して適合させる高度な手順を利用しても、同一ではない。ＳｏＣ、容量、内部抵抗、自己放電率、および温度特性においてリチウムイオン電池間には常に小さい差がある。リチウムイオンセルのこれらの小さな差に対処しない場合、その結果、経時的にセル電圧にばらつきが生じる。セル電圧のばらつきは、電池性能の低下および潜在的に安全性問題につながる可能性がある。このため、多くの電池は、電池管理システム（ＢＭＳ）にセルバランシングを組み込んでいる。

【0004】

電気的に直列に接続されたリチウムイオン電池のセルバランシングに一般的に使用される２つの方法は、受動的バランシングおよび能動的セルバランシングを含む。

【0005】

受動的セルバランシングが最も一般的である。これは、低コストであり、実装が容易であり、効果的である。受動的セルバランシングでは、セルを他の電池セルと均等化するために、充電中にセル全体で負荷が切り替えられて充電電流をバイパスする。電気的に直列の電池セルの各々は、それ自体のバイパス抵抗器を有する。

【0006】

能動的セルバランシングは、バランスを維持するために、セル間で電荷を再分配するという、より複雑な方法を使用する。能動的セルバランシングは、通常、キャパシタまたはインダクタを使用して、エネルギーを貯蔵し、電池セル間でエネルギーを再分配する。これは、受動的セルバランシングの抵抗負荷に固有の電力損失を排除する低損失プロセスである。

【0007】

セルバランシングは、単一の電池パック内のセル間のバランスを維持するのに非常に効果的であり得る。しかしながら、電気的直列ストリング内で互いに接続されたときに電池（例えば、充電式電池、Ｌｉイオン充電式電池）のバランスをとる必要性も存在する。

【0008】

多くの用途では、より高い印加電圧に達するために２つ以上の電池を電気的に直列に接続する必要がある。電気的に直列に接続された電池のこのストリングは、単一のユニットとして充電および放電されることが多い。これは、電池内部の個々のセル間に不均衡が生じるのと同様に、電池間に不均衡を生じさせる可能性がある。

【0009】

電池の内部では、製造中に個々のセルが整合され、次いで電池が密封される。対照的に、電気的直列ストリング内の電池は必ずしも整合されておらず、それらは分離して取り外し可能であるため、それらのＳｏＣに影響を及ぼし得る異なる条件にさらされる場合がある。これらの理由から、直列に接続された電池のバランスをとるために何らかの方法を実施することが望ましい。いくつかの一般的な電池バランス方法を以下に説明する。

【0010】

（１）バランシング無し：
最も一般的な状況は、いかなる形態の電池バランシングも実施しないことである。バランシング無しでは、電池は、経時的にバランスが崩れて、ＢＭＳが電池のうちの１つの過充電または過放電保護を引き起こす場合がある。これにより、電池の電気的直列ストリングが開放され、適用障害が生じる。

【0011】

（２）個々の電池を充電する：
直列に接続された電池にバランシングを行うための簡単な解決策は、各電池を直列に接続されたストリング内で別々に充電することである。例えば、４つの直列に接続された１２Ｖ電池からなる４８Ｖシステムが、４つの個別１２Ｖ充電器（すなわち、各電池に１つの１２Ｖ充電器）を利用する。これは効果的なバランシング戦略であるが、多くの用途ではコストとスペースが法外である。ほとんどのシステム設計者は、電気的に直列に接続された電池ストリング全体に対して単一の充電器を好む。

【0012】

（３）定期的なチェックおよび再バランス：
直列に接続された電池のバランスをとるために使用される別の戦略は、バランスを定期的にチェックし、必要に応じて電池の再バランスを手動で行うことである。この方法では、電池は、負荷および／または充電器から接続解除され、測定される。電池のバランスが崩れている場合、各１つが、充電器で個別に充電されてバランスを回復する。この方法は効果的であるが、バランスをチェックするために電池使用を中断する必要があること、バランスをチェックするための最適な時間間隔を決定すること、およびスケジュールされ実行されなければならない手動操作であるという事実などの欠点を有する。

【0013】

（４）外部バランシング：
電気的に直列に接続されたストリング内の各電池を監視し、電池間のバランスを維持するためにバランシング技術を使用するように設計された電池充電バランシングシステムが利用可能である。これらのシステムは、電池の外部にある。それらは効果的であるが、電池の外部の追加のハードウェア、および直列ストリング内の各電池への外部配線を必要とする。

【発明の概要】

【0014】

本発明は、単一の充電器で複数の電池を充電するときに、電気的直列ストリング内で一緒に接続された複数の電池に電池バランシングを行うことを対象とする。本発明は、電池の外側に追加のハードウェアまたはケーブル配線無しで、電気的直列ストリング内に一緒に電気的に接続された複数の電池間で電池バランシングを実施する。電池間の通信は不要である。電池バランシングは、電気的直列ストリングのそれぞれの個々の電池の内部で行われる。

【0015】

本発明は、個々の電池レベル（例えば、パックレベル）で受動的バランシングを実施することを伴う。各個々の電池は、充電の終わり近くの充電電流の一部をバイパスするバランス抵抗器を有する。電池の電気的に直列に接続されたストリングにおいて、これは、より高い電圧を有する電池に対する充電電流を低減する効果を有しながら、より低い電圧を有する電池は満充電電流を受け取る。その結果、より低い電圧の電池が、より高い電圧の電池に追いつく。不均衡の量に応じて、電池は、バランスがとられた状態に達するために１回または複数回の充電サイクルを要する場合がある。

【0016】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、単一の電気充電器が、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、方法を対象とする。

【0017】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧近くである電圧に設定される、方法を対象とする。

【0018】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧近くである電圧に設定され、電池の電気的直列ストリングが充電されるとき、セルバランシングが、電池がバランス閾値に達すると各電池上でオンにされ、最終的に、電気的直列ストリング内の電池のすべてでセルバランシングがオンにされる、方法を対象とする。

【0019】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行される、方法を対象とする。

【0020】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とする、方法を対象とする。

【0021】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とし、バランシングが、バランシングのための電圧閾値を満充電電圧近くになるように設定することによって行われ、電池が充電しており、この閾値に到達すると、バランシングが有効にされる、方法を対象とする。

【0022】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とし、バランシングが、バランシングの電圧閾値を満充電電圧近くになるように設定することによって行われ、電池が充電しており、この閾値に到達すると、バランシングが有効にされ、充電終了後、電池電圧は、バランシングを無効にする、閾値を下回る電圧まで自然に緩和する、方法を対象とする。

【0023】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、電池管理システム（ＢＭＳ）内の制御電子機器が、電池が充電されているかどうかを示す信号をバランシング回路に提供することができる、方法を対象とする。

【0024】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシング電流が、効果的に電池のバランスをとるために十分な高さであるべきだが、電池充電器で使用される充電終了スキームに干渉しないために十分な低さであるべきである、方法を対象とする。

【0025】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、コンパレータを使用してリチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、適切なバランシングを提供し、ほとんどの電池充電器で機能するためのバランシング電流の値が、１００ｍＡから５００ｍＡの間である、方法を対象とする。

【0026】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、単一の電気充電器が、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、方法を対象とする。

【0027】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧近くである電圧に設定される、方法を対象とする。

【0028】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値が、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧近くである電圧に設定され、電池の電気的直列ストリングが充電されるとき、セルバランシングが、電池がバランス閾値に達すると各電池上でオンにされ、最終的に、電気的直列ストリング内の電池のすべてでセルバランシングがオンにされる、方法を対象とする。

【0029】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行される、方法を対象とする。

【0030】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときを検出するためにバランシング回路を必要とする、方法を対象とする。

【0031】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とし、バランシングが、バランシングのための電圧閾値を満充電電圧近くになるように設定することによって行われ、電池が充電しており、この閾値に到達すると、バランシングが有効にされる、方法を対象とする。

【0032】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシングが、充電中にのみ実行され、バランシングが、電池が充電されているときをバランシング回路が検出することを必要とし、バランシングが、バランシングのための電圧閾値を満充電電圧近くになるように設定することによって行われ、電池が充電しており、この閾値に到達すると、バランシングが有効にされ、充電終了後、電池電圧が、バランシングを無効にする、閾値を下回る電圧まで自然に緩和する、方法を対象とする。

【0033】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、電池管理システム（ＢＭＳ）内の制御電子機器が、電池が充電されているかどうかを示す信号をバランシング回路に提供することができる、方法を対象とする。

【0034】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、バランシング電流が、効果的に電池のバランスをとるために十分な高さであるべきだが、電池充電器で使用される充電終了スキームに干渉しないために十分な低さであるべきである、方法を対象とする。

【0035】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングに電池バランシングを行う方法であって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を提供するステップであって、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有する、ステップと、マイクロコントローラを使用して電池電圧を読み取るためにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするステップと、を含み、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、適切なバランシングを提供し、ほとんどの電池充電器で機能するためのバランシング電流の値が、１００ｍＡから５００ｍＡの間である、方法を対象とする。

【0036】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングを充電するための電池バランシングシステムであって、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を含み、複数のリチウムイオン電池は各々、コンパレータ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有し、コンパレータは、リチウムイオン電池の各々の電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、リチウムイオン電池の各々の各それぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするように構成され、このシーケンスが、バランス抵抗器を通って流れる充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々の電池セルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、単一の電気充電器が、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、電池バランシングシステムを対象とする。

【0037】

本明細書に記載の主題は、リチウムイオン電池の電気的直列ストリングを充電するための電池バランシングシステムであって、電気的に直列に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を含み、複数のリチウムイオン電池は各々、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、マイクロコントローラ、ＭＯＳＦＥＴ、およびバランス抵抗器を備える電池管理システム（ＢＭＳ）を有し、マイクロコントローラは、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して電池電圧を読み取って電池電圧が充電終止近くにあるときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴをオンにするように構成され、このシーケンスが、バランス抵抗器を通る充電電流の一部を分流し、複数のリチウムイオン電池の各々のセルをバイパスし、これは、リチウムイオン電池の各々の充電を減速する効果を有し、単一の電気充電器が、リチウムイオン電池の電気的直列ストリング内に一緒に接続された複数のリチウムイオン電池を充電するために使用される、電池バランシングシステムを対象とする。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】図１は、例えば、電気的直列ストリング内で一緒に接続された４つの電池の概略図である。４つの電池はすべて一緒に充電および放電される。

【図2】図２は、４つの電池セルで実施される電池バランシングスキームを示す概略図である。示されているすべての構成要素は、電池の内部にある。制御方法は、図示のように、コンパレータを使用する。他の類似または機能的に等価な制御方法を使用することができる。

【図3】図３は、４つのセル電池に実装されたバランシングスキームを示す概略図である。示されているすべての構成要素は、電池の内部にある。マイクロコントローラを用いた制御方法が示される。ここでも、他の類似の、または機能的に等価である制御方法を使用することができる。

【発明を実施するための形態】

【0039】

電気的直列ストリング内に一緒に接続された４つの電池２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ（電池１、電池２、電池３、電池４）を充電するためのシステムまたは回路１が、図１に示されている。システムまたは回路１は、４つの電池２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと、単一の電池充電器３と、バランス抵抗器４（すなわち負荷）とを備える。

【0040】

バランシングのためのシステムまたは回路１０が、図２に示されている。システムまたは回路１０は、電池セル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ（セル＃１、セル＃２、セル＃３、セル＃４）と、コンパレータ１６と、ＭＯＳＦＥＴ２２と、バランス抵抗器２４（すなわち負荷）とを備える。コンパレータ１６は、電池電圧が充電終止近くになったときを検出し、次いで、ＭＯＳＦＥＴ２２をオンにするために用いられる。このシーケンスは、バランス抵抗器２４を介して充電電流３０の一部（すなわち、バランス電流３２）を分流し、電池セル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄをバイパスし、これは、その特定の電池の充電を減速する効果を有する。

【0041】

本発明による電池バランシングシステムは、各々がシステムまたは回路１０を有する複数の電池を備え、電気的直列ストリング内で一緒に接続される。複数の電池は、単一の充電器を用いて充電される。

【0042】

本発明によるバランシングのための別のシステムまたは回路１１０が、図３に示されている。システムまたは回路１１０は、電池セル１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ（セル＃１、セル＃２、セル＃３、セル＃４）と、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１１８と、マイクロコントローラ１２０と、ＭＯＳＦＥＴ１２２と、バランス抵抗器１２４（すなわち負荷）とを備える。マイクロコントローラ１２０は、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１１８を用いて電池電圧を読み出して電池電圧が充電終止近くになったことを検出し、ＭＯＳＦＥＴ１２２をオンにする。これは、バランス抵抗器１２４を介して充電電流１３２の一部（すなわち、バランス電流１３２）を分流し、セルをバイパスして、充電を減速する効果を有する。

【0043】

本発明による別の電池バランシングシステムは、各々がシステムまたは回路１１０を有する複数の電池を備え、電気的直列ストリング内に一緒に接続される。

【0044】

バランス抵抗器が充電電流をバイパスし始める電池電圧閾値は、使用される特定のリチウムイオン電池の化学的性質の満充電電圧に近い電圧に設定される。例えば、例示的な電池の合理的な値を以下に示す。特定の電池および化学的性質に合わせてバランシングを最適化するために、他の値を選択することができる。

【0045】

例：
１）（３．６０Ｖ／セル）×（４セル）＝１４．４Ｖ（満充電電圧が３．６５Ｖ／セルの４セルＬｉＦｅＰＯ４）；および
２）（４．１８Ｖ／セル）×（３セル）＝１２．５４Ｖ（満充電電圧が４．２０Ｖ／セルの３セルコバルト系電池）

【0046】

本発明によるシステムおよび方法では、電池の電気的直列ストリングが充電されるとき、セルバランシングが、電池が上記で説明したバランス閾値に到達すると各電池においてオンにされる。最終的に、電気的直列ストリング内のすべての電池でセルバランシングがオンにされる。

【0047】

バランシングは、充電中にのみ実行される。これは、電池が充電されているときをバランシングシステムまたは回路が検出することを必要とする。これは、バランシングのための電圧閾値を満充電電圧近くに設定することによって行われる。電池が充電中であり、この閾値に達すると、バランシングが有効にされる。充電終了後、電池電圧は、バランシングを無効にする、閾値を下回る電圧まで自然に緩和する。

【0048】

あるいは、電池管理システム（ＢＭＳ）内の制御電子機器が、電池が充電されているかどうかを示す信号をバランシングシステムまたは回路に提供することができる。

【0049】

設計における考慮事項は、バランシング電流の選択である。バランシング電流は、効果的に電池のバランスをとるために十分な高さであるべきだが、電池充電器で使用される充電終了スキームに干渉しないために十分な低さであるべきである。

【0050】

定電流／定電圧（ＣＣ／ＣＶ）を利用する充電器は、充電サイクルの定電圧部分中に電流が特定のレベルを下回ったときに充電を終了する。充電器によって使用される典型的な閾値は、バルク充電電流の５～１０％である。適切な充電終了を保証するために、バランシング電流は、このレベル未満であるべきである。

【0051】

多くの汎用電池充電器は、定電流（ＣＣ）充電のみを使用する。これらの充電器は、電池電圧が終了電圧に近づくにつれて充電電流を減少させる。適切な充電終了を保証するために、バランシング電流は、最低充電電流レベルを下回るべきである。

【0052】

適切なバランシングを提供し、ほとんどの電池充電器で機能するためのバランシング電流の合理的な値は、１００ｍＡから５００ｍＡの間である。

【0053】

上述の本発明は、受動的バランシングを利用して、電気的に直列に接続された電池間のバランスを達成する。あるいは、能動的バランシングも同様に使用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】