JP2009081989A - System and method for cell balancing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池保護システムに関し、さらに詳細には、セルバランスシステムに関する。 The present invention relates to a battery protection system, and more particularly to a cell balance system.
関連出願
本出願は、参照により本明細書に全体として組み込まれている、事件整理番号(docket number)02-0414の、発明者Flavious Lupu、Constantin Bucur、Xiaojun Zeng、Kaiyi Sheng、およびAnquan Xiaoによる、題名「Systems and Methods for Cell Balancing」の、2007年9月25日に出願された同時係属の米国出願の一部継続出願である。
RELATED APPLICATIONS This is a continuation-in-part of the co-pending US application filed September 25, 2007 under the title “Systems and Methods for Cell Balancing”.
マルチセル電池パックにおいては、セル経年劣化および異なるセル温度のために、セルは互いに異なるかもしれない。セル間の電圧差は、充電/放電サイクル数が増加するにつれて増加するかもしれず、それは、セル間のアンバランスをもたらすかもしれず、電池寿命を短くするかもしれない。 In a multi-cell battery pack, the cells may be different from each other due to cell aging and different cell temperatures. The voltage difference between cells may increase as the number of charge / discharge cycles increases, which may lead to an imbalance between cells and may shorten battery life.
電池パックが比較的高電流で放電される期間中に、セル間のアンバランスが或る限界に達する場合、最も弱いセルにおける電圧反転(voltage reversal)が、最も弱いセルに対して永久的な損傷をもたらすかもしれない。 If the imbalance between cells reaches a certain limit during the period when the battery pack is discharged at a relatively high current, the voltage reversal in the weakest cell will permanently damage the weakest cell. Might bring.
一実施形態では、セルバランス回路は、第1の電圧を有する第1のセル、第1のセルと直列で、第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセル、および第1の電圧と第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、第2のセルと並列のバイパス経路を含む。バイパス電流は、第1の電圧と第2の電圧との間の差に比例するバランス時間の間、有効にされる。 In one embodiment, the cell balance circuit includes a first cell having a first voltage, a second cell having a second voltage greater than the first voltage in series with the first cell, and the first cell Including a bypass path in parallel with the second cell to enable the bypass current for the second cell if the difference between the voltage of the second and the second voltage is greater than a predetermined threshold . The bypass current is enabled for a balance time that is proportional to the difference between the first voltage and the second voltage.
請求の範囲に記載される主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な記述が進むにつれて、および同様の数字が同様の部分を表す図面の参照により明らかになるであろう。 The features and advantages of embodiments of the claimed subject matter will become apparent as the following detailed description proceeds, and upon reference to the drawings, in which like numerals represent like parts.
本発明の実施形態の参照がこれから詳細に行われるであろう。本発明はこれらの実施形態と併せて述べられるであろうが、それらは、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図されないことが理解されるであろう。それどころか、本発明は、添付の請求項によって規定されるような本発明の精神および範囲内に含まれるかもしれない代替形態、変更形態および同等形態をカバーすることが意図される。 Reference to embodiments of the invention will now be made in detail. While the invention will be described in conjunction with these embodiments, it will be understood that they are not intended to limit the invention to these embodiments. On the contrary, the invention is intended to cover alternatives, modifications and equivalents, which may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
さらに、本発明の以下の詳細な記述において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が説明される。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが当業者には分かるであろう。他の場合には、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、既知の方法、手順、部品、および回路は、詳細には述べられなかった。 Furthermore, in the following detailed description of the present invention, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known methods, procedures, components, and circuits have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure aspects of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム(cell balancing system)100のブロック図を示す。図1の実施例で示されるように、セルバランスシステム100は、複数のセル102_1〜102_Nを有する電池パック102を含む。簡潔性および明瞭性のために、セルのすべてが図1で示されるとは限らない。複数のセル102_1〜102_Nの各々は、対応するセルと並列な対応するバイパス経路を有する。例えば、セル102_1は、抵抗器106_1、抵抗器106_2、およびスイッチ104_1を含むバイパス経路を有する。セル102_2は、抵抗器106_2、抵抗器106_3、およびスイッチ104_2を含むバイパス経路を有する。セル102_Nは、抵抗器106_N、抵抗器106_N+1、およびスイッチ104_Nを含むバイパス経路を有する。
FIG. 1 shows a block diagram of a
セルバランスシステム100はまた、一実施形態では、バランスコントローラ110、監視回路120、および論理コア130も含む。バランスコントローラ110は、対応するスイッチ104_1〜104_Nを制御することによって各セル102_1〜102_Nに対するバイパス経路を制御する(簡潔性および明瞭製性のために、スイッチのすべてが図1で示されるとは限らない)。監視回路120は、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を監視することができる。論理コア130は、監視回路120から監視信号を受け取り、バランスコントローラ110を制御することができる。一実施形態では、論理コア130は、プロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)または状態マシン(state machine)とすることができる。
The
一実施形態では、監視回路120は、アナログデジタル変換器(ADC)120を含む。各ADCサイクル中に、ADC120は、全セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を調べ、ADC120から監視信号を受け取る論理コア130は、任意のセルがアンバランス条件を満たすかどうかを決定するであろう。有利には、セルがアンバランス条件を満たす場合、バイパス(またはブリーディング)電流が対応するバイパス経路を通じて流れることができるように、対応するバイパス経路が導通されるであろう。
In one embodiment, the
図2は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図200を示す。図2は、図1と組み合わせて述べられる。
FIG. 2 shows a
一実施形態では、電池パックは、第1の電圧を有する第1のセルおよび第1のセルと直列で、第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセルを含む。第2のセルと並列のバイパス経路は、第1の電圧と第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルに対してバイパス(またはブリーディング(bleeding))電流を有効にするために導通可能である。有利には、第2のセルに対するバイパス(またはブリーディング)電流は、第1の電圧と第2の電圧との間の差に比例するバランス時間の間、有効にされる。 In one embodiment, the battery pack includes a first cell having a first voltage and a second cell having a second voltage greater than the first voltage in series with the first cell. A bypass path in parallel with the second cell is bypassed (or bleeding) for the second cell if the difference between the first voltage and the second voltage is greater than a predetermined threshold. ) Can conduct to enable current. Advantageously, the bypass (or bleeding) current for the second cell is enabled for a balance time proportional to the difference between the first voltage and the second voltage.
ブロック202では、各セル102_1〜102_Nに対するセル電圧が監視される。一実施形態では、複数のセル102_1〜102_Nに結合された監視回路120は、セル電圧を監視し、各セルに対するセル電圧を示す監視信号を生成する。一実施形態では、監視信号は、次いで、論理コア130へ送られる。ブロック204では、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧が、例えば論理コア130によって比較される。
In
一実施形態では、ブロック206において最小セル電圧と最大セル電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、流れ図200はブロック210へ進む。さもなければ、流れ図200はブロック202へ戻る。例えば、第1のセル120_1が最小電圧Vcell_minを有し、第2のセル102_2が最大電圧Vcell_maxを有し、Vcell_minとVcell_maxとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、そのときには流れ図200はブロック210へ進む。
In one embodiment, if the difference between the minimum cell voltage and the maximum cell voltage is greater than a predetermined threshold at
ブロック210では、所定のバランス時間T_balancingは、最小電圧Vcell_minと最大電圧Vcell_maxとの間の差に比例する量に設定される。一実施形態では、バランス時間T_balancingは、コントローラ(例えば、論理コア130)によって決定され、それは次式で与えることができる。
T_balancing = (Vcell_max-Vcell_min)*Tcd/Vcell_full (1)
ここで、Vcell_fullは、完全に充電されたセルに対する公称電圧を表し、Tcdは、完全に充電されたセルを消耗させるための放電時間を表す。等式(1)で示されるように、バランス時間T_balancingは、Vcell_minとVcell_maxとの間の差に比例する。
In
T_balancing = (Vcell_max-Vcell_min) * Tcd / Vcell_full (1)
Here, Vcell_full represents a nominal voltage for a fully charged cell, and Tcd represents a discharge time for depleting a fully charged cell. As shown in equation (1), the balance time T_balancing is proportional to the difference between Vcell_min and Vcell_max.
ブロック212では、バイパス電流が、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルに対して有効にされる。さらに明確には、バランスコントローラ110は、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルと並列の対応するバイパス経路を時間T_balancingの間導通させるために、対応するスイッチをオンにすることができる。ブロック214では、バランス時間T_balancingが満了する場合、流れ図200はブロック202へ戻って新規のサイクルを開始する。さもなければ、流れ図200はブロック214へ戻る。
In
したがって、バイパス経路は、最大セル電圧Vcell_maxを有するセルに対してバイパス電流を有効にするために導通されるであろう。一実施形態では、最大セル電圧Vcell_maxを最初に有するセルが、最小セル電圧Vcell_minに徐々に達するように、バイパス電流は、Vcell_minとVcell_maxとの間の差に比例する時間T_balancingの間有効にされる。図2で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池の充電、放電、またはアイドル段階(idle stage)などの、異なる段階において実行可能である。 Thus, the bypass path will be conducted to enable bypass current for the cell having the maximum cell voltage Vcell_max. In one embodiment, the bypass current is enabled for a time T_balancing that is proportional to the difference between Vcell_min and Vcell_max so that the cell that initially has the maximum cell voltage Vcell_max gradually reaches the minimum cell voltage Vcell_min. . The algorithm as shown in FIG. 2 can be performed at different stages, such as, in one embodiment, battery charging, discharging, or idle stage.
図3は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図300を示す。図3は、図1と組み合わせて述べられる。
FIG. 3 shows a
一実施形態では、セルバランスシステム100は、1つのセルに対してセルバランスを有効にすることができるのみならず、また2つ以上のセルに対しても同時にセルバランスを有効にすることができる。例えば、第1のセルと並列の第1のバイパス経路は、第1のセルに対して第1のバイパス(ブリーディング)電流を有効にすることができる。第2のセルと並列の第2のバイパス経路は、第1のセルと直列に結合される第2のセルに対して第2のバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす場合、第1のバイパス電流および第2のバイパス電流は、所定の一定期間の間、同時に有効にできる。第1のバイパス電流は第1のバイパス経路を通じて流れ、第2のバイパス電流は第2のバイパス経路を通じて流れる。
In one embodiment, the
一実施形態では、第1のセルの第1の電圧が所定のしきい値よりも大きく、第2のセルの第2の電圧もまた所定のしきい値よりも大きい場合、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす。代替実施形態では、第1のセルの第1の電圧と第3のセルの第3の電圧との間の第1の差が所定のしきい値よりも大きく、第2のセルの第2の電圧と第3の電圧との間の第2の差もまた所定のしきい値よりも大きい場合、第1のセルおよび第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす。 In one embodiment, if the first voltage of the first cell is greater than a predetermined threshold and the second voltage of the second cell is also greater than the predetermined threshold, the first cell and Both second cells satisfy the unbalance condition. In an alternative embodiment, the first difference between the first voltage of the first cell and the third voltage of the third cell is greater than a predetermined threshold, and the second voltage of the second cell If the second difference between the voltage and the third voltage is also greater than the predetermined threshold, both the first cell and the second cell satisfy the unbalance condition.
ブロック302では、新規のADCサイクルが始まる。ブロック304では、セル102_i(i=1)が選択される。ブロック306では、選択されたセル102_iがバランス段階にある(即ち、セル102_iと並列のバイパス経路を通じて流れるバイパス電流がある)場合、流れ図300はブロック310へ進む。
At
ブロック310では、セルバランスは、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルに対して一時的に無効にされるであろう(即ち、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルに対して対応するバイパス経路を通じて流れるバイパス電流が一時的に無効にされるであろう)。例えば、セル102_1が選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_1およびセル102_2に対して一時的に無効にされるであろう。セル102_2が選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_1、セル102_2、およびセル102_3に対して一時的に無効にされるであろう。セル102_Nが選択される場合、そのときにはセルバランスは、セル102_N-1およびセル102_Nに対して一時的に無効にされるであろう。
In
ブロック312では、監視回路120は、選択されたセル102_iに対するセル電圧を取得するであろう。さらに明確には、監視回路120内のADC変換器は、一実施形態では、セル102_iに対するセル電圧を示すアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を論理コア130へ送るであろう。ブロック314では、セル102_iおよびセル102_iに隣接する(複数)セルにおけるバランスが再開されて、流れ図300はブロック316へ進む。
In
ブロック306へ戻って、選択されたセル102_iがバランス段階にない場合、流れ図300はブロック308へ進む。監視回路120は、選択されたセル102_iに対するセル電圧を取得するであろう。さらに明確には、監視回路120内のADC変換器は、一実施形態では、セル102_iに対するセル電圧を示すアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を論理コア130へ送るであろう。流れ図300はブロック316へ進む。
Returning to block 306, if the selected cell 102_i is not in the balancing phase, the
ブロック316では、iが、電池パック内の全セル数Nよりも小さい場合、流れ図300はブロック318へ進む。ブロック318では、次のセルが選択されるように、iは1だけ増加される。流れ図300はブロック306へ戻る。上で述べられた、ブロック306に続くブロックは、明瞭さおよび簡潔さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
At
ブロック316では、iが、電池パック内の全セル数Nよりも小さくなければ、流れ図300はブロック320へ進む。ブロック320では、論理コア130が、一実施形態では、セル102_1〜102_Nに対するセル電圧を比較する。ブロック322では、バランスは、すべてのセル102_1〜102_Nに対して一時的に無効にされるであろう。ブロック324では、論理コア130は、任意のセルがアンバランス条件を満たすかどうかを調べることができる。一実施形態では、セル電圧が所定のしきい値よりも大きい場合、セルはアンバランス条件を満たす。一実施形態では、セル電圧と同じ電池パック内のもう1つのセルの電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、セルはアンバランス条件を満たす。有利には、セルバランスシステム100は、一度に1つのセルをバランスさせることができ、または同時に複数の(例えば、2以上の)セルをバランスさせることができる。例えば、N個のセルを有する電池に対して、セルバランスシステム100は、システム電力許容値および電池パックの熱的考察に従って、N-1個のセルまで同時にバランスさせることができる。言い換えれば、セルバランスシステム100は、N-1個のセルに対して同時にバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、同時にバランスするセル数は、論理コア130によって決定可能でありかつ/または使用者によってあらかじめ決定/プログラム可能である。
In
ブロック324では、1つまたは複数のセルがアンバランス条件を満たす場合、流れ図300はブロック326へ進む。ブロック326では、バイパス電流が、アンバランス条件を満たす1つまたは複数のセルに対して有効にされる。次いで流れ図は、遅延328の後ブロック302へ進み、新規のADCサイクルを開始する。遅延328はあらかじめ決定可能であり、またゼロにも設定可能である。ブロック324では、アンバランス条件を満たすセルがない場合、流れ図300はブロック302へ直接進み、新規のADCサイクルを開始する。
At
有利には、一実施形態では、セルバランスシステム100は、電池パック102内のセル電圧を連続的に監視することによって、実時間方式でセルバランスを実施することができる。アンバランスセルは所定の一定期間の間バランスさせられる。アンバランスセルが所定の一定期間の間バランスさせられた後、電池パック内のセル電圧は、任意のセルがアンバランスを満たすかどうかを再度調べるために、再度測定される。所定の一定期間は、ADCサイクルによって決定可能であり、例えば、ADCサイクルよりも小さい。所定の一定期間はまた、遅延素子328の遅延時間を設定することにより、使用者によっても決定可能である。
Advantageously, in one embodiment, the
図3で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。 The algorithm as shown in FIG. 3 can be implemented in one embodiment when cells in the battery pack are in a charge phase, a discharge phase, or an idle phase.
図4は、本発明の一実施形態による、セルバランスシステム100によって実施される動作の流れ図400を示す。図4は、図1と組み合わせて述べられる。
FIG. 4 shows a
一実施形態では、セルバランスシステム100は、セル102_1〜102_Nの充電状態(SOC)に従ってセルバランスを実施することができる。一実施形態では、論理コア130は、第1のセルの第1の充電レベルを示す第1のSOCを測定することができ、第2のセルの第2の充電レベルを示す第2のSOCを測定することができる。一実施形態では、第2のSOCは第1のSOCよりも大きい。有利には、第1のSOCと第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、第2のセルと並列のバイパス経路は、第2のセルに対するバイパス電流を有効にすることができる。一実施形態では、第2のセルに対するバイパス電流は、バランス時間の間有効にされる。一実施形態では、バランス時間は、第1のSOCと第2のSOCとの間の差に比例する量に設定可能である。代替実施形態では、バランス時間は、所定の一定期間に等しい量に設定可能である。
In one embodiment, the
ブロック402では、電池パック102は充電段階にある。ブロック404では、論理コア130は、現在バランス段階にある任意のセルがあるかどうかを決定するであろう。現在バランス段階にあるセルがない場合、論理コア130は、一実施形態では、ブロック406で示されるように、各セル102_1〜102_Nに対する先の充電/放電サイクルにおいて記録された完全充電容量(FCC)を読み取るであろう。
In
現在バランス段階にある1つまたは複数のセルがある場合、論理コア130は、一実施形態では、ブロック410で示されるように、バランス(ブリーディング)時間を決定する対応するタイマを調べるであろう。ブロック412では、タイマが満了しない場合、流れ図400はブロック404へ戻る。ブロック412では、タイマが満了する場合、流れ図400はブロック414へ進む。ブロック414では、一実施形態では、バランスは一時的に無効にされる。流れ図400はブロック408へ進む。
If there is one or more cells that are currently in the balance phase, the
ブロック408では、論理コア130は、電池パック102内の各セル102_1〜102_Nに対する現在の充電状態(SOC)を計算することができる。一実施形態では、各セルに対するSOCは、完全充電容量(FCC)に対する現在のセル容量の比によって決定される。一実施形態では、セルバランスシステム100は、各セルに対するSOCを計算することによって、どの(複数)セルがバランスされる必要があるかをあらかじめ予測することができる。
At
ブロック416では、全セルに対するSOCが、例えば論理コア130によって比較される。一実施形態では、論理コア130は、電池パック102内のセル102_1〜102_Nの間で最小SOCおよび最大SOCを捜すことができる。ブロック418では、最小SOCと最大SOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、流れ図400はブロック420へ進む。さもなければ、流れ図400はブロック408へ戻る。上で述べられた、ブロック408に続くブロックは、明瞭さおよび簡潔さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
At
ブロック420では、バランス時間Tは、論理コア130によって決定可能である。一実施形態では、バランス時間は、最小SOCと最大SOCとの間の差に比例する。ブロック422では、最大SOCを有するセルがバランスを開始し(例えば、対応するバイパス経路を通るそのバイパス電流を有効にすることによって)、対応するタイマが開始される。流れ図400はブロック404へ戻って、新規のサイクルを開始する。有利には、セルバランスシステム100は、各セルのセル電圧の代わりに各セルの充電状態に従ってどの(複数)セルをバランスさせるかを決定することができる。
In
図4で示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。 The algorithm as shown in FIG. 4 can be implemented in one embodiment when cells in the battery pack are in a charge phase, a discharge phase, or an idle phase.
図5Aは、本発明の一実施形態による、先読みセルバランスを有効にするためのセルバランス回路500Aを示す。図1におけるのと同じ符号を付けられた要素は同様の機能を有し、簡潔さと明瞭さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。
FIG. 5A shows a
有利には、セルバランスシステム500Aは、セルが所定の最大セル充電電圧(完全セル充電電圧)に達する前にセルバランスを有効にする。例えば、バイパス電流は、最大セル充電電圧の90%に等しいセル電圧に達するセルに対して有効にできる。セルが所定の最大セル充電電圧に達する前にバランスを開始することによって、一実施形態では、アンバランスセルはより長いバランス時間を有し、したがって電池寿命をさらに延ばすであろう。一実施形態では、図5Aで示されるような先読みセルバランス回路500Aは、電池パック102の充電プロセスで使用可能であるが、それに限定されるものではない。
Advantageously, the
セルバランスシステム500Aは、電池パック102内の各セル102_1〜102_Nに対する充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nを含む。簡潔性および明瞭性のために、充電およびバランスコントローラのすべてが図5Aで示されているとは限らない。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、一実施形態では、対応するセル102_1〜102_Nのセル電圧を監視し、各セル102_1〜102_Nに対するバランス制御信号を生成する。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、所定の最大セル充電電圧を表す参照信号522および所定の最大セル充電電圧(完全セル充電電圧)よりも小さい、例えば所定の最大セル充電電圧の90%である所定のバランスしきい値を表す参照信号520を受け取る。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nはまた、対応するセル102_1〜102_Nに対するセル電圧も受け取る。
The
一実施形態では、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、任意のセルのセル電圧が所定の最大セル充電電圧に達する場合、電池パック102への充電電力を休止させるために、充電終了信号540_1〜540_N(簡潔性および明瞭性のために、充電終了信号のすべてが図5Aで示されているとは限らない)を生成する。一実施形態では、ORゲート540は充電終了信号540_1〜540_Nを受け取る。充電終了信号540_1〜540_Nのいずれかが高レベルを有する場合、ORゲート540は、一実施形態では、電池パック102への充電電力を休止させるために、制御信号542を生成するであろう。さらに、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、一実施形態では、対応するセルのセル電圧が、所定の最大セル充電電圧よりも小さい所定のバランスしきい値に達する場合、対応するバイパス経路を通じて流れるバイパス電流を有効にするために、セルバランス信号を生成する。バイパス電流は、対応するスイッチ104_1〜104_Nをオンにすることによって有効にされる。
In one embodiment, each charge and balance controller 510_1-510_N includes a charge end signal 540_1-- to suspend charging power to the
図5Aで示されるようなアルゴリズムは、一実施形態では、電池パック内のセルが、充電段階、放電段階、またはアイドル段階にあるとき、実施可能である。 The algorithm as shown in FIG. 5A can be implemented in one embodiment when cells in the battery pack are in a charge phase, a discharge phase, or an idle phase.
図5Bは、本発明の一実施形態による、図5Aにおける充電およびバランスコントローラのための例となる回路図を示す。図5Aにおけるのと同じ符号を付けられた要素は同様の機能を有し、簡潔さと明瞭さのために、本明細書では繰り返して述べられないであろう。 FIG. 5B shows an example circuit diagram for the charge and balance controller in FIG. 5A, according to one embodiment of the invention. Elements labeled the same as in FIG. 5A have similar functions and will not be repeated here for the sake of brevity and clarity.
図5Aにおける各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、図5Bで示されるのと同様の構造を有する。一実施形態では、各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nは、セル電圧を所定の最大セル充電電圧522と比較するためのおよび比較結果に従って充電終了信号540を生成するための第1の比較器504を含む。各充電およびバランスコントローラ510_1〜510_Nはさらに、セル電圧を所定のバランスしきい値520(例えば、所定の最大セル充電電圧の90%)と比較するためのおよび比較結果に従ってセルバランス信号534を生成するための第2の比較器502を含む。信号Vcell+およびVcell-は、対応するセルの正端子および負端子にそれぞれ結合される。
Each charge and balance controller 510_1-510_N in FIG. 5A has a structure similar to that shown in FIG. 5B. In one embodiment, each charge and balance controller 510_1-510_N includes a
したがって、一実施形態では、セルバランスシステムが提供される。セルバランスシステムは、異なるセルバランスアルゴリズムに従って電池パックをバランスさせるのに使用でき、それによってセル間のアンバランスを低減し、電池寿命を延ばす。有利には、セルバランスシステムのバランス/ブリーディング精度はあらかじめ決定(プログラム)できる。例えば、任意の2つのセル間のセル電圧差が所定の(プログラム可能な)しきい値よりも小さい場合、または任意の2つのセル間のセル容量差が所定の(プログラム可能な)しきい値よりも小さい場合、セルバランスは終了できる。 Accordingly, in one embodiment, a cell balance system is provided. The cell balance system can be used to balance battery packs according to different cell balance algorithms, thereby reducing unbalance between cells and extending battery life. Advantageously, the balance / bleeding accuracy of the cell balance system can be predetermined (programmed). For example, if the cell voltage difference between any two cells is less than a predetermined (programmable) threshold, or the cell capacity difference between any two cells is a predetermined (programmable) threshold The cell balance can be terminated.
先の記述および図面は本発明の実施形態を表すが、添付の請求項で規定されるような本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなく、様々な追加、変更および置換がその中で行われてもよいことが理解されるであろう。本発明は、本発明の実施において使用される、形状、構造、配置、割合、材料、要素、および部品の多くの変更ならびにそれ以外とともに使用されてもよく、それらは、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および動作要件に特に適合されることを当業者は理解するであろう。現在開示される実施形態はそれ故に、すべての点で例示としてかつ限定的ではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの法的等価物によって示され、先の記述に限定されるものではない。 While the foregoing description and drawings represent embodiments of the invention, various additions, modifications, and substitutions may be made therein without departing from the spirit and scope of the principles of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that this may be done. The present invention may be used with many variations of shapes, structures, arrangements, proportions, materials, elements, and parts used in the practice of the present invention, and others, which depart from the principles of the present invention. Without having to, those skilled in the art will appreciate that they are specifically adapted to specific environmental and operational requirements. The presently disclosed embodiments are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims and their legal equivalents, It is not limited to the description.
100 セルバランスシステム
102 電池パック
102_1〜102_N セル
104_1〜104_N スイッチ
106_1〜106_N+1 抵抗器
110 バランスコントローラ
120 監視回路
130 論理コア
200 流れ図
202〜214 流れ図200の各ブロック
300 流れ図
302〜328 流れ図300の各ブロック
400 流れ図
402〜422 流れ図400の各ブロック
500A セルバランス回路
502 第2の比較器
504 第1の比較器
510_1〜510_N 充電およびバランスコントローラ
520 所定のバランスしきい値
522 所定の最大セル充電電圧
534 セルバランス信号
540 ORゲート
540_1〜540_N 充電終了信号
542 制御信号
100 cell balance system
102 battery pack
102_1-102_N cells
104_1 ~ 104_N switch
106_1 ~ 106_N + 1 resistors
110 Balance controller
120 Supervisory circuit
130 logical cores
200 Flow chart
202 to 214 Each block in
300 Flow chart
302 to 328 Each block of
400 Flow chart
402 to 422 Each block of
500A cell balance circuit
502 second comparator
504 First comparator
510_1 ~ 510_N Charge and balance controller
520 Pre-set balance threshold
522 Predetermined maximum cell charging voltage
534 cell balance signal
540 OR gate
540_1 ~ 540_N Charging end signal
542 Control signal
Claims (24)
前記第1のセルと直列で、前記第1の電圧よりも大きい第2の電圧を有する第2のセルと、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、前記第2のセルと並列のバイパス経路とを含み、
前記バイパス電流は、前記バイパス経路を通じて流れ、前記差に比例するバランス時間の間、有効にされる、セルバランス回路。 A first cell having a first voltage and a second cell in series with the first cell and having a second voltage greater than the first voltage;
When the difference between the first voltage and the second voltage is greater than a predetermined threshold, the second cell for enabling a bypass current for the second cell; A parallel bypass path,
The cell balance circuit, wherein the bypass current flows through the bypass path and is enabled for a balance time proportional to the difference.
第2のセルと並列で、前記第1のセルと直列に結合された前記第2のセルに対して第2のバイパス電流を有効にするために動作可能な第2のバイパス経路とを含み、
前記第1のセルおよび前記第2のセルの両方がアンバランス条件を満たす場合、前記第1のバイパス電流および前記第2のバイパス電流は、所定の一定期間の間同時に有効にされる、セルバランス回路。 A first bypass path operable in parallel with the first cell to enable a first bypass current for the first cell;
A second bypass path operable in parallel with a second cell to enable a second bypass current to the second cell coupled in series with the first cell;
The cell balance, wherein both the first cell and the second cell satisfy the unbalance condition, the first bypass current and the second bypass current are simultaneously enabled for a predetermined period of time. circuit.
前記第1のSOCと前記第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするための、前記第2のセルと並列なバイパス経路とを含み、
前記バイパス電流はバランス時間の間有効にされる、セルバランス回路。 A second for measuring a first state of charge (SOC) indicative of a first charge level of the first cell and indicative of a second charge level of a second cell in series with the first cell; A logical core for measuring the SOC of the second, wherein the second SOC is larger than the first SOC;
The second cell for enabling a bypass current for the second cell when the difference between the first SOC and the second SOC is greater than a predetermined threshold; A parallel bypass path,
A cell balance circuit, wherein the bypass current is enabled during a balance time.
前記第1のセルと直列である第2のセルの第2の充電レベルを示す第2のSOCを測定するステップであって、前記第2のSOCが前記第1のSOCよりも大きいステップと、
前記第1のSOCと前記第2のSOCとの間の差が所定のしきい値よりも大きい場合、前記第2のセルに対してバイパス電流を有効にするステップとを含み、
前記バイパス電流はバランス時間の間有効にされる、セルバランス方法。 Measuring a first state of charge (SOC) indicating a first charge level of the first cell;
Measuring a second SOC indicating a second charge level of a second cell in series with the first cell, wherein the second SOC is greater than the first SOC;
Enabling a bypass current for the second cell if the difference between the first SOC and the second SOC is greater than a predetermined threshold;
The cell balancing method, wherein the bypass current is enabled for a balance time.
前記セルに結合され、前記セルのセル電圧が所定の最大セル充電電圧に達する場合、前記電池パックへの充電電力を休止するための充電終了信号を生成するために動作可能であり、前記セル電圧が前記所定の最大セル充電電圧よりも小さい所定のしきい値に達する場合、前記バイパス経路を通るバイパス電流を有効にするためのセルバランス信号を生成するために動作可能な充電およびバランスコントローラとを含むセルバランス回路。 A bypass path in parallel with the cells in the battery pack;
Coupled to the cell and operable to generate a charge end signal to suspend charging power to the battery pack when the cell voltage of the cell reaches a predetermined maximum cell charge voltage; A charge and balance controller operable to generate a cell balance signal to enable bypass current through the bypass path when a predetermined threshold value less than the predetermined maximum cell charge voltage is reached. Including cell balance circuit.
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