JP-2026515051-A - デュアルセルバンクバッテリを制御するためのシステム及び方法

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Abstract

デュアルセルバンクバッテリに加えられ得る変動する負荷を管理するためのシステム及び方法は、一次バッテリセルパックと、保護バッテリセルパックと、を含む、デュアルセルバンクバッテリを含み、保護バッテリセルパックは、一次バッテリセルパックを少なくとも部分的に内包する。バッテリ管理システムは、どのバッテリセルパック（一次バッテリセルパック又は保護バッテリセルパックのいずれか）が負荷を受けるように有効化されるべきかを判定する。【選択図】図２

Inventors

グラブス，マイケル
ハンナ，アンドリュー
ショカイル，ナデル

Assignees

サファイアテクノロジーグループ，インコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240506
Priority Date: 20230504

Claims (15)

システムであって、バッテリ管理システム、一次バッテリセルパック、及び、保護バッテリセルパックを備え、前記バッテリ管理システムは、負荷を識別することと、前記負荷に基づいて、前記負荷の値を判定することと、前記負荷の前記値に基づいて、前記一次バッテリセルパック又は前記保護バッテリセルパックに前記負荷を送ることと、を行うように構成されており、前記保護バッテリセルパックは、前記一次バッテリセルパックを少なくとも部分的に内包し、かつ、電解質添加剤を含んでおり、前記一次バッテリセルパックは、前記バッテリ管理システムが前記負荷の前記値が所定の閾値を超えると判定することに応答して、前記負荷を受けるように構成され、前記保護バッテリセルパックは、前記バッテリ管理システムが前記負荷の前記値が前記所定の閾値を下回ると判定することに応答して、前記負荷を受けるように構成されている、システム。
前記バッテリ管理システムは、電界効果トランジスタ及びシャントのうちの少なくとも１つから構成されており、前記シャントは、インバータから受けた前記負荷を識別する、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システム、前記一次バッテリセルパック、前記保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに前記負荷を送るように構成されているインバータを更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記負荷は、電流負荷、温度負荷、又は電圧負荷である、請求項１に記載のシステム。
前記一次バッテリセルパックは、前記負荷の補正されたアンペア数を出力するように更に構成されており、前記補正されたアンペア数は、前記一次バッテリセルパックの利用に関連付けられた範囲内の値を示す、請求項１に記載のシステム。
前記保護バッテリセルパックは、前記負荷の補正されたアンペア数を出力するように更に構成されており、前記補正されたアンペア数は、前記保護バッテリセルパックの利用に関連付けられた範囲内の値を示す、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、電流負荷感知アルゴリズムに基づいて、前記保護バッテリセルパックと前記一次バッテリセルパックとの間で切り替えるように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記一次バッテリセルパック、前記保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに関連付けられた前記負荷を監視するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記保護バッテリセルパックから前記一次バッテリセルパックに前記負荷をリダイレクトするように更に構成されており、前記負荷の前記リダイレクトは、前記負荷の前記監視に基づき、前記負荷の前記リダイレクトは、前記保護バッテリセルパックの現在の健全性が前記負荷を処理するのに不十分であるという判定に更に基づく、請求項８に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記一次バッテリセルパック、前記保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに関連付けられた前記負荷を処理するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記保護バッテリセルパックの充電状態、前記保護バッテリセルパックの内部セル温度、前記保護バッテリセルパックに関連付けられたインピーダンス、又はそれらの組み合わせに基づいて、前記保護バッテリセルパックに関連付けられた現在の健全性を判定するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記保護バッテリセルパックの現在の健全性が前記負荷を受けるのに不十分であるという判定に基づいて、前記一次バッテリセルパックに前記負荷を送るように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記保護バッテリセルパックの現在の健全性が前記負荷を受けるのに十分であるという判定に基づいて、前記保護バッテリセルパックに前記負荷を送るように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記負荷の前記値が前記所定の閾値を超えると前記バッテリ管理システムが判定することに応答して、アルゴリズムに基づいて、前記一次バッテリセルパックに関連付けられた電界効果トランジスタを開かせるように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バッテリ管理システムは、前記負荷の前記値が前記所定の閾値を下回ると前記バッテリ管理システムが判定することに応答して、アルゴリズムに基づいて、前記保護バッテリセルパックに関連付けられた電界効果トランジスタを開かせるように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。

Description

（関連出願の相互参照）本出願は、２０２３年５月４日に出願された米国仮特許出願第６３／４６４，１６６号の優先権及び利益を主張する。上記の出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。（発明の分野）本開示は、デュアルセルバンクバッテリに関し、より具体的には、デュアルセルバンクバッテリに加えられ得る変動する負荷を管理するためのシステム及び方法に関する。このセクションにおける記述は、本開示に関連する背景情報を提供するにすぎず、先行技術を構成しない場合がある。電気車両（Electric vehicle、ＥＶ）は、車両に電力を供給するために再充電可能なバッテリを使用するが、従来の内燃エンジン（ＩＣＥ）車両は、炭化水素系燃料によって電力が供給されるエンジンを使用する。車両の動作において炭化水素系燃料がないことは、多数の利益（排気の低減など）を提供し得るが、ＥＶは、バッテリを再充電するための限られた範囲及び充電ステーションなどの他の課題を有する。加えて、衝撃事象におけるバッテリの燃焼のリスクを軽減するために、保護構造がバッテリに追加されることが多い。しかしながら、保護構造は、車両に重量を追加し、これは、車両及び車両に電力を供給するバッテリの範囲及び機能性を更に低減する可能性がある。いくつかの状況では、バッテリに追加された保護構造は、衝撃事象中などに、バッテリの燃焼を完全には軽減しない。本開示は、ＥＶにおける再充電可能なバッテリの使用及び動作に関連するこれらの問題に対処する。このセクションは、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。デュアルセルバンクバッテリに加えられる変動する負荷を管理するためのシステム及び方法が提供される。一態様では、デュアルセルバンクバッテリは、第１のバッテリセルパックと、第２のバッテリセルパックと、から構成される。一例として、第２のバッテリセルパックは、第１のバッテリセルパックを内包するか、又は少なくとも部分的に囲む。別の例として、第２のバッテリセルパックは、デュアルセルバンクバッテリへの動的衝撃が軽減され得るように、電解質添加剤を含む。別の態様では、バッテリ管理システムは、インバータから負荷を受ける。例えば、負荷は、電流値、温度値、及び／又は電圧値であり得る。バッテリ管理システムは、負荷の具体的な値を判定する。負荷の値に基づいて、バッテリ管理システムは、第１のバッテリセルパック又は第２のバッテリセルパックのいずれかに負荷を送る。一例として、負荷が高い値を有するか、又は所定の値を上回る場合、バッテリ管理システムは、第１のバッテリセルパックに負荷を送る。代替的に、負荷が低い値を有する、例えば所定の値を下回る場合、バッテリ管理システムは、第２のバッテリセルパックに負荷を送る。本開示は、バッテリ管理システムであって、負荷を識別し、負荷に基づいて、負荷の値を判定し、負荷の値に基づいて、一次バッテリセルパック又は保護バッテリセルパックに負荷を送るように構成されており、保護バッテリセルパックは、一次バッテリセルパックを少なくとも部分的に内包し、電解質添加剤を含む、バッテリ管理システムと、負荷の値が所定の閾値を超えるとバッテリ管理システムが判定することに応答して、負荷を受けるように構成されている一次バッテリセルパックと、負荷の値が所定の閾値を下回るとバッテリ管理システムが判定することに応答して、負荷を受けるように構成されている保護バッテリセルパックと、を備え、バッテリ管理システムは、電界効果トランジスタ及びシャントのうちの少なくとも１つから構成されており、シャントは、インバータから受けた負荷を識別し、バッテリ管理システム、一次バッテリセルパック、保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに負荷を送るように構成されているインバータを更に備え、負荷は、電流負荷、温度負荷、又は電圧負荷であり、一次バッテリセルパックは、負荷の補正されたアンペア数を出力するように更に構成されており、補正されたアンペア数は、一次バッテリセルパックの利用に関連付けられた範囲内の値を示し、保護バッテリセルパックは、負荷の補正されたアンペア数を出力するように更に構成されており、補正されたアンペア数は、保護バッテリセルパックの利用に関連付けられた範囲内の値を示し、バッテリ管理システムは、電流負荷感知アルゴリズムに基づいて、保護バッテリセルパックと一次バッテリセルパックとの間で切り替えるように更に構成されており、バッテリ管理システムは、一次バッテリセルパック、保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに関連付けられた負荷を監視するように更に構成されており、バッテリ管理システムは、保護バッテリセルパックから一次バッテリセルパックに負荷をリダイレクトするように更に構成されており、負荷のリダイレクトは、負荷の監視に基づき、負荷のリダイレクトは、保護バッテリセルパックの現在の健全性が負荷を処理するのに不十分であるという判定に更に基づき、バッテリ管理システムは、一次バッテリセルパック、保護バッテリセルパック、又はそれらの組み合わせに関連付けられた負荷を処理するように更に構成されており、バッテリ管理システムは、保護バッテリセルパックの充電状態、保護バッテリセルパックの内部セル温度、保護バッテリセルパックに関連付けられたインピーダンス、又はそれらの組み合わせに基づいて、保護バッテリセルパックに関連付けられた現在の健全性を判定するように更に構成されており、バッテリ管理システムは、保護バッテリセルパックの現在の健全性が負荷を受けるのに不十分であるという判定に基づいて、一次バッテリセルパックに負荷を送るように更に構成されており、バッテリ管理システムは、保護バッテリセルパックの現在の健全性が負荷を受けるのに十分であるという判定に基づいて、保護バッテリセルパックに負荷を送るように更に構成されており、バッテリ管理システムは、負荷の値が所定の閾値を超えるとバッテリ管理システムが判定することに応答して、アルゴリズムに基づいて、一次バッテリセルパックに関連付けられた電界効果トランジスタを開かせるように更に構成されており、バッテリ管理システムは、負荷の値が所定の閾値を下回るとバッテリ管理システムが判定することに応答して、アルゴリズムに基づいて、保護バッテリセルパックに関連付けられた電界効果トランジスタを開かせるように更に構成されている。更なる適用可能な領域は、本明細書に提供される説明から明らかになるであろう。説明及び具体的な例は、例解のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。本開示が十分に理解され得るために、添付の図面を参照しながら、例として与えられる本開示の様々な形態を説明する。本開示によるデュアルセルバンクバッテリの斜視図である。本開示による例示的なシステムを例解するブロック図である。負荷を管理するための例示的な方法を例解するフローチャートである。本明細書において説明される図面は、例解を目的とするのみであり、任意の方法で本開示の範囲を限定することを意図していない。以下の説明は、本質的に例示にすぎず、本開示、用途又は使用を限定することを意図していない。図面全体を通して、対応する参照符号は、同様の又は対応する部分及び特徴を示すことを理解されたい。本明細書において説明される様々な例は、「デュアル」セルバンクバッテリパック及び関連するバッテリ管理システム（Battery Management System、ＢＭＳ）を提供し、標準的なバッテリパックバンクは、バリスティックエネルギー低減化学物質を含むセルを含有する保護用のバリスティック耐性のある二次バッテリパックバンク（保護バッテリセルパックとも称される）によって囲まれる。保護バッテリセルパックの様々な設計は、米国特許第９，５９０，２７４号、同第１０，３４７，９３４号、同第１０，６３７，１００号、同第１１，２３３，２７１号、及び同第１０，３４７，９４５号に例解及び説明されており、これらは、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。パックと層状になっているか、又はそのパックに近接して位置しているのは、高放電要求において従来のセルの使用をトリガするＢＭＳである。一実施態様では、ＢＭＳは、同じ電極化学組成の保護バッテリセルパックと標準バッテリセルパックとの間で切り替えることが可能な専用の電流負荷感知アルゴリズムを利用するように構成されている。一実施態様では、ＢＭＳは、異なる電極化学組成の保護バッテリセルパックと標準バッテリセルパックとの間で切り替えることができる専用の電流負荷感知アルゴリズムを利用するように構成されている。図１を参照すると、本開示によるデュアルセルバンクバッテリが例解され、概して参照番号１００によって示されている。いくつかの実施態様では、デュアルセルバンクバッテリ１００は、第１のバッテリセルパック１０５（例えば、一次バッテリセルパック）と、第２のバッテリセルパック１１０（例えば、保護バッテリセルパック）と、を備える、デュアルセルバンクバリスティックバッテリである。第１のバッテリセルパック１０５は、使用され得るバッテリのタイプに対して標準的な化学組成に基づいて形成又は配合されるバッテリセルパックであり得る。例えば、第１のバッテリセルパック１０５は、リチウムイオンバッテリ又はナトリウムイオンバッテリであり得る。しかしながら、本開示の教示とともに任意のバッテリタイプが使用され得ることを理解されたい。また、リチウムイオンバッテリ又はナトリウムイオンバッテリの各々に使用され得る標準的な化学組成は、経時的に変動し得、したがって、本明細書において説明される具体的なバッテリ化学組成は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。この形態では、第１のバッテリセルパック１０５は、第１の複数のバッテリ１１５から構成されており、第１の複数のバッテリ１１５の各バッテリは、第２のバッテリセルパック１１０に対して垂直配向に位置決めされ得る。しかしながら、バッテリ１１５は、本開示の範囲内に留まりながら、任意の配向、又は配向の組み合わせでパッケージ化され得ることを理解されたい。第２のバッテリセルパック１１０は、第１のバッテリセルパック１０５を配合するために使用される化学組成に対して異なる化学組成に基づいて形成又は配合されるバッテリセルパックである。しかしながら、第２のバッテリセルパック１１０は、第１のバッテリセルパック１０５を配合するために使用される化学組成と同じ化学組成から形成又は配合され得ることを理解されたい。例えば、第２のバッテリセルパック１１０は、リチウムイオンバッテリ又はナトリウムイオンバッテリであり得る。しかしながら、任意のバッテリタイプが使用され得ることが理解される。第２のバッテリセルパック１１０がリチウムイオンバッテリであり得る場合に、電解質添加剤が添加され得る。第２のバッテリセルパック１１０に対する動的衝撃の影響が軽減され得るように、電解質添加剤は、第２のバッテリセルパック１１０の標準的な化学的配合に含まれ得る。一態様では、第２のバッテリセルパック１１０は、電解質添加剤がない場合に第２のバッテリセルパック１１０に加えられる動的衝撃から引き起こされる燃焼の影響を受けやすい場合がある。別の態様では、電解質添加剤は、デュアルセルバンクバッテリ１００にバリスティック特性を提供し得、そのため、デュアルセルバンクバッテリ１００を保護するためには、保護構造の使用は、必要でない場合がある。第２のバッテリセルパック１１０は、第２の複数のバッテリ１２０から構成され得、第２の複数のバッテリ１２０の