セルテレメトリーのためのサンプルホールドアンプ
【課題】リチウムイオンバッテリーセルは、過充電又は充電不足に起因する過電圧又は電圧不足の状態に陥った時に機能が非最適に成り得る。
【解決手段】セルテレメトリーのためのシステム及び方法が開示されている。電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにする。さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが起動され、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作が停止される。
【解決手段】セルテレメトリーのためのシステム及び方法が開示されている。電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにする。さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが起動され、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作が停止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は概して、バッテリーセルのテレメトリーに関するものである。さらに具体的には、本発明の実施形態はセル電圧平衡化のためのバッテリーセルテレメトリーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単体セルが供給できる電圧よりも高い電圧で作動するリチウムイオンバッテリーはおおむね複数のセルからできている。リチウムイオンバッテリーセルは、過充電又は充電不足に起因する過電圧又は電圧不足の状態に陥った時に機能が非最適に成り得る。一つのバッテリーの寿命範囲において、バッテリーセルは他のバッテリーセルに対して高い又は低い、整合しない内部漏洩抵抗を生じ得る。徐々に、この漏れ電流の不整合により、一又は複数のバッテリーセルが過充電又は充電不足の状態になる。バッテリーセルの過充電の結果、セルの非最適な作動の結果をもたらし得るセル温度の上昇に起因する非最適状態となり得る。バッテリーセルが、貯蔵エネルギーをゼロボルト又はゼロアンペア時まで放電すると、バッテリーセルが作動不能となり得る。
【発明の概要】
【０００３】
セルテレメトリーのためのシステム及び方法が開示されている。サンプリング変圧器の平均磁化電流は、電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることによって、約ゼロアンペアとなる。さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが起動され、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作が停止される。次に、パルス駆動スイッチと同期サンプリングスイッチの動作が停止され、ほぼ同時に電圧クランプ機構が起動される。それぞれの回路はクロックに従って交代する。このように、高電圧源に浮動している小さい電圧が正確に測定される。
【０００４】
第１実施形態では、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムは、サンプリング変圧器、サンプリング変圧器に連結されたパルス駆動スイッチ、及びサンプリング変圧器に連結された電圧クランプ機構を含む。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムはさらに、パルス駆動スイッチと電圧クランプ機構に連結されたドライバー手段、及びサンプリング変圧器に連結された同期サンプリングスイッチを含む。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムはさらに、パルス駆動スイッチ、電圧クランプ機構、及び同期サンプリングスイッチに連結された駆動回路を含む。ドライバー手段はパルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構を駆動させるように作動可能である。電圧クランプ機構は、ボルト秒を平衡化させてサンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能である。同期サンプリングスイッチは、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに電気的に連結させるように作動可能である。駆動回路は、電圧クランプ機構のスイッチの動作を停止させながら、同時にパルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチをオンに切り替えるように作動可能である。
【０００５】
第２実施形態では、セルテレメトリーのための方法は、サンプリング変圧器の平均磁化電流を、電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることにより、約ゼロアンペアとすることを含む。本方法はさらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させることを含む。
【０００６】
第３実施形態では、セルテレメトリー用のサンプルホールドアンプシステムを使用する方法は、サンプリング変圧器の入力においてバッテリーセルから電流を受ける。本方法はさらに、電圧クランプ手段を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにする。本方法はまた、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ手段の動作を停止させる。
【０００７】
この概要は、詳細説明において後にさらに詳しく記載される概念の選択範囲を簡略化した形態で紹介するために提供されている。この概要は請求される主題の重要な特色又は本質的特徴を特定するものではなく、また、請求される主題の範囲の決定において補助的な役割を果たすものでもない。図面は必ずしも原寸に比例していない。
【０００８】
本発明の実施形態のさらに完全な理解は、下記図面と合わせて詳細説明及び請求項を参照することによって得られる。図面において、同じ参照番号は図面全体にわたって類似の要素を指し示す。図面は、本発明の広さ、範囲、規模、又は適用性を限定することなく、本発明の理解を促進するために提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの図である。
【図３】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの図である。
【図４】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的利得曲線のグラフである。
【図５】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的テレメトリー（ＴＭ）電圧解析結果の表である。
【図６】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的エラー解析表である。
【図７】本発明の実施形態による、セルテレメトリープロセスを示す例示的フロー図である。
【図８】本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセスを示す例示的フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
下記の詳細説明は事実上の例えであり、本発明、又は本発明の実施形態の応用及び使用を限定するものではない。特定の装置、技術及び用途の説明は、実施例としてのみ提供されている。本明細書に記載された実施例への変更は当業者には容易に明らかとなるものであり、本明細書に定義された一般的原理を、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の実施例及び用途に応用することができる。さらに、前述の分野、背景、概要又は下記の詳細説明に記載された全ての表された又は暗示された理論に制約されるものではない。本発明は、請求項と範囲が一致したものであり、本明細書に記載し示した実施例に限定されるものではないとみなされるべきである。
【００１１】
本発明の実施形態は、機能及び/又は論理ブロックコンポーネント及び様々な処理ステップの観点から本明細書に説明されている場合がある。当然ながら、上記ブロックコンポーネントは、特定機能を行うように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び/又はファームウェアコンポーネントによって実現することができる。簡潔にするために、増幅器、サンプルホールド回路、テレメトリー、バッテリーセル電圧の測定、及びシステムの他の機能性の態様（及びシステムの個々の作動コンポーネント）に関連する従来技術及びコンポーネントは本明細書に詳細に説明されていない場合がある。加えて、当業者は、本発明の実施形態を様々な回路とともに実行することができ、本明細書に記載された実施形態は本発明の単なる例示的な実施形態であることを理解するであろう。
【００１２】
本発明の実施形態は、実際の非限定的な用途、すなわち、リチウムイオンバッテリーセルの電圧測定において本明細書に記載されている。本発明の実施形態はしかしながら、上記リチウムイオンバッテリーに限定されず、本明細書に記載された技術は他の用途に用いることもまた可能である。例えば、非限定的に、実施形態はリチウムイオンバッテリーセル、リチウムポリマーバッテリーセル、リチウム硫黄バッテリーセル、燃料セル、他の種類のバッテリー、他の再充電可能な種類のバッテリー等に適用可能である。
【００１３】
この説明を読んだ後に当業者には明らかになることであるが、下記は本発明の実施例及び実施形態であり、これらの実施例に従って行われることに限定されない。他の実施形態を用いることができ、本発明の例示的実施形態の範囲から逸脱することなしに、構造的な変更を行うことができる。
【００１４】
サンプルホールド回路は、変動するアナログ信号の電圧を測定するのに一般に使用する電子機器である。サンプルホールド回路は、変動するアナログ信号をサンプリングして電圧サンプルを取得し、測定用に電圧サンプルを保持する。サンプルホールド回路は低エネルギー電子信号を測定するためにアナログ／デジタルコンバーターにおいて一般に使用される。この発明の実施形態は、高電源、例えば非限定的にリチウムイオンバッテリーセルからの電圧を正確に測定するために使用可能なサンプルホールド回路を提供する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム１００（システム１００）の機能ブロック図である。システム１００はサンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、及び駆動回路１１２を含む。
【００１６】
サンプリング変圧器１０２は外部電源、例えば非限定的に、バッテリーセル１１６、他のバッテリーセル１４０等に連結されている。バッテリーセル１１６及び他のバッテリーセル１４０は、例えば非限定的に、リチウムバッテリー等を含むことができる。サンプリング変圧器１０２はまた、例えば非限定的に、サンプリング変圧器１０２によって測定される電圧を使用するのに使用可能な外部回路（図示せず）にも連結されている。サンプリング変圧器１０２によって測定される電圧はサンプリングコンデンサ１１８に蓄えられる。外部回路は、例えば非限定的に、リチウムイオンバッテリー等のセルの電圧を平衡化させるのに使用されるセル平衡化回路を含むことができる。サンプリング変圧器１０２はまた、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、及び同期サンプリングスイッチ１１０にも連結されている。パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、及び同期サンプリングスイッチ１１０の制御下において、サンプリング変圧器１０２はサンプリング変圧器の出力１２２の第１バッテリーセル出力１２０（すなわち、１２０及び１２８間の電圧）の電圧を、実質的に高い精度と、サンプリング変圧器１０２を通る最小電流で表す。このように、バッテリーセル１１６の電圧は、図３の説明においてさらに詳しく説明するように、サンプリング変圧器１０２の出力を測定することにより、正確に制御／測定することができる。
【００１７】
パルス駆動スイッチ１０４は、共通ノード１２４によって電圧クランプ機構１０６及びサンプリング変圧器１０２に連結されている。パルス駆動スイッチ１０４はまた、ドライブライン１２６を介してドライバー手段１０８に連結されて、これにより駆動される。パルス駆動スイッチ１０４は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、電流が第１バッテリーセル出力１２０（サンプリング変圧器１０２の入力１２０）からサンプリング変圧器１０２を通って第２バッテリー出力１２８まで流れるのを選択的に可能にする。
【００１８】
電圧クランプ機構１０６は、共通ノード１２４によってパルス駆動スイッチ１０４及びサンプリング変圧器１０２に連結されている。電圧クランプ機構１０６はまた、ドライブライン１４２を介してドライバー手段１０８に連結されて、これにより駆動される。電圧クランプ機構１０６は第２バッテリー出力１２８に接地されている。電圧クランプ機構１０６は、ボルト秒を平衡化させ、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能である。
【００１９】
ドライバー手段１０８は、ドライブライン１２６を介してパルス駆動スイッチ１０４に連結され、ドライブライン１４２を介して電圧クランプ機構１０６に連結されている。ドライバー手段１０８は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止に従って、サンプリング変圧器１０２を制御するためにパルス駆動スイッチ１０４を駆動する。クロック１１４の第２フェーズは、クロック１１４の第１フェーズと実質的にフェーズにずれがある。ドライバー手段１０８は、例えば非限定的に、駆動回路１１２の第１出力１３０と共通接地１３２との間に連結された一次巻線（第１誘導コイル）(図示せず)と、ドライブライン１２６と第２バッテリー出力１２８との間に連結された少なくとも一つの二次巻線（第２誘導コイル）（図示せず）を含む変圧器を含むことができる。少なくとも一つの二次巻線はまた、ドライブライン１４２と二次バッテリー出力１２８との間に連結することもできる。あるいは、少なくとも一つの二次巻線のうちの２つの二次巻線のうちの一つを、ドライブライン１４２を介して電圧クランプ機構１０６に連結させることもできる。
【００２０】
同期サンプリングスイッチ１１０は、駆動回路１１２の第２出力１３４と、サンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６に連結されている。同期サンプリングスイッチ１１０はまた、共通接地１３２に接地されている。同期サンプリングスイッチ１１０は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、サンプリングコンデンサ１１８にサンプリング変圧器１０２を電気的に結合させる又は電気的結合を解除する。同期サンプリングスイッチ１１０がクロック１１４の第１フェーズによって起動されると、同期サンプリングスイッチ１１０はサンプリング変圧器１０２を共通接地１３２に連結させ、電流がサンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６を介し、第２コイル出力１３６の制御下で共通接地１３２へ／から流れ、またサンプリングコンデンサ１１８へ／から流れることができる。このように、サンプリング変圧器１０２はサンプリングコンデンサ１１８に電気的に結合される。同期サンプリングスイッチ１１０がクロック１１４の第１フェーズによって動作が停止されると、同期サンプリングスイッチ１１０はサンプリング変圧器１０２を共通接地１３２から連結解除し、電流はサンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６を介して共通接地１３２へ／から流れることができなくなり、サンプリングコンデンサ１１８へ／から流れることができなくなる。このように、サンプリング変圧器１０２はサンプリングコンデンサ１１８から連結解除される。
【００２１】
駆動回路１１２はドライバー手段及び同期サンプリングスイッチに連結されており、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を同時に「オン」に切り替えると同時に、電圧クランプ機構１０６を「オフ」に切り替えるように作動可能である。さらに、駆動回路１１２は、クロック１１４の第２フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０をほぼ同時に「オフ」に切り替えると同時に、電圧クランプ機構１０６を「オフ」に切り替えるように作動可能である。駆動回路１１２は、リード線１３８を介してクロック１１４に連結され得る。
【００２２】
クロック１１４は、例えば非限定的に、単相クロック、二相クロック等を含むことができる。二相クロックは、信号が２つの異なる信号相において有効であるクロックである。例えば、単相クロック信号は、例えば非限定的に、信号をＣＭＯＳの予備ゲートに連結させる、単相クロックを変圧器に連結させて代替極性接続を使用する等によって、クロック信号の立ちあがりエッジ及び立ち下がりエッジの両方を使用して、二相クロックとして使用することができる。クロック１１４は、例えば非限定的に、単相クロックを含むことができ、二相機能性は、図３の説明に関連して後に説明するように、ドライバー手段ＴＸ１に連結された接続部を介して生成される。
【００２３】
図２は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の図である。このセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００は、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路２０２（Ｓ／Ｈ回路２０２）、バッテリーシリーズ２０４、及びクロック回路２０６を含む。
【００２４】
クロック回路２０６は、例えば非限定的に、約５％、約１０％、約２０％等のデューティサイクルを含むことができる。
【００２５】
バッテリーシリーズ２０４は、例えば非限定的に、一連の約１００Ｖの結合電圧等の電圧のバッテリーセルを含む。バッテリーシリーズ２０４は、一連のバッテリーセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを表す２つの電源を含む。第１電源は、Ｓ／Ｈ回路２０２によって測定されるセルのＶｃｅｌｌを表す。第２電源Ｖｃｍは、一連の２５直列接続セルを表す。セルのＶｃｅｌｌは、例えば非限定的に、約４Ｖ等の電圧を含むことができる。セルのＶｃｅｌｌは、リード線２０８／２１０によってＳ／Ｈ回路２０２に連結することができ、各リード線２０８／２１０は、それぞれ例えば非限定的に約１オーム等の抵抗Ｒ１及びＲ１０を含む。
【００２６】
Ｓ／Ｈ回路２０２は、サンプリング変圧器（ＴＸ２）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）、電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）を駆動するドライバー手段（ＴＸ１）、同期サンプリングスイッチ（Ｑ９）、及び駆動回路（Ｖｃｌｋ）を含む。Ｓ／Ｈ回路２０２は、図１に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００２７】
駆動回路Ｖｃｌｋからの狭クロックパルスはドライバー手段ＴＸ１によってＱ１０及びＱ１１にトランス結合され、ほぼ同時にＱ１０を「オン」に、そしてＱ１１を「オフ」に切り替える。狭クロックパルスはＱ９に容量（すなわちＣ３を介して）結合され、ＤＣ再生（すなわち、Ｒ１４、Ｒ８及びＱ４を介して）され、Ｑ９に駆動電圧を印加することにより、Ｑ９がＱ１０と同時に「オン」に切り替わる。Ｑ９とＱ１０の両方が「オン」に切り替わると、セル電圧がサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加される。サンプリング変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１はコンデンサＣ５に連結されて、セルテレメトリー電圧ＣＥＬＬ＿ＴＭがセル電圧Ｖｃｅｌｌと等しい電圧となるまで充電する。
【００２８】
クロックパルスが低い時はＱ９とＱ１０は「オフ」に切り替わり、Ｑ１１が「オン」に切り替わる。（多数の狭クロックパルスの後の）安定状態では、コンデンサＣ１を横切る平均電圧が、サンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加されたボルト秒をほぼぴったり平衡化させる電圧まで増加する。このボルト秒の平衡化が起きると、サンプリング変圧器ＴＸ２の磁化電流はほぼゼロの電流に安定する。したがって、平均的には磁化電流はゼロであるため、バッテリーセルからサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線までの「オン」の時間経路に関連する様々な寄生抵抗を流れる磁化電流によるエラーの発生は無視できる。
【００２９】
コンデンサＣ１の電圧はほぼ「ゼロ」の磁化電流を維持するように自動調整されるため、エラーが、サンプリング変圧器ＴＸ２のインダクタンス、開閉頻繁度、セル電圧Ｖｃｅｌｌの大きさに大きく影響されることはない。さらに、Ｖｃｅｌｌはわずかにマイナス、又はプラスのいずれかであってよく、精度に影響はない。
【００３０】
各ＦＥＴＱ９、Ｑ１０、Ｑ１１は、それぞれのゲートからＤＣバイアスを除去するための回路を含むことができる。例えば非限定的に、Ｑ９を抵抗器Ｒ８及びＲ１４、及びＦＥＴ Ｑ４に連結させて、Ｑ９とＣ３からＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ９がクロック回路２０６からのクロック信号に適切に応答できるようになる。例えば非限定的に、Ｑ１０を抵抗器Ｒ９及びＲ１１、及びＦＥＴ Ｑ８に連結させてＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１０が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答できるようになる。例えば非限定的に、Ｑ１１を抵抗器Ｒ２及びＲ６に連結させてＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１１が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答できるようになる。
【００３１】
Ｓ／Ｈ回路２０２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１４は例えば非限定的に下記：Ｒ１は約１オーム、Ｒ２は約１キロオーム、Ｒ３は約１００オーム、Ｒ６は約１００キロオーム、Ｒ８は約１００キロオーム、Ｒ９は約２０キロオーム、Ｒ１０は約１オーム、Ｒ１１は約１０オーム、及びＲ１４は約１０キロオームの抵抗を有することができる。Ｓ／Ｈ回路２０２のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、及びＣ７は例えば非限定的に下記：Ｃ１は約４７０ｎＦ、Ｃ２は約１００ｐＦ、Ｃ３は約５００ｐＦ、Ｃ４は約１ｎＦ、Ｃ５は約１００ｎＦ、Ｃ６は約４７０ｎＦ、及びＣ７は約１０ｕＦのキャパシタンスを有することができる。
【００３２】
図３は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム３００の図である。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム３００は、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路３０２（Ｓ／Ｈ回路３０２）、バッテリーシリーズ３０４、及びクロック回路３０６を含む。
【００３３】
クロック回路３０６は例えば非限定的に、約５％、約１０％、約２０％等のデューティサイクルを有することができる。クロック回路３０６はコンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ３を介して変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に容量結合されている。コンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ３は例えば非限定的にそれぞれ、４７０ｎＦのキャパシタンスと１００オームの抵抗を有することができる。
【００３４】
変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２は、変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に同調結合され、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）にゲートＱ１０Ｇ及びソースＱ１０Ｓを介して同調結合される。このように、変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２は、クロック信号とほぼ同じフェーズ（第１フェーズ）で、クロック回路３０６からパルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）にクロック信号を実質的に伝達するように作動可能である。
【００３５】
変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１は、変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に同調結合され、ゲートＱ１１Ｇ及びソースＱ１１Ｓを介して電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）に逆相結合されている。このように、変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１は、クロック信号と同様に実質的に逆相（第２フェーズ）で、クロック回路３０６からのクロック信号を電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）に実質的に伝達するように作動可能である。
【００３６】
クロック回路３０６はまた、変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１（すなわちドレインＱ９Ｄ）と接地の間に連結されたＦＥＴ Ｑ９にも（同調）結合されている。このように、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）は両方ともクロック回路３０６からのクロック信号と同調して駆動されることにより、サンプリング変圧器ＴＸ２がクロック回路３０６からのクロック信号と同調して作動することが可能になる。例えば非限定的に、約１０％の短いデューティサイクルを有することにより、クロック回路３０６からのクロック信号は、サンプリング変圧器ＴＸ２を実質的に短時間駆動させるパルスを含むことができる。
【００３７】
バッテリーシリーズ３０４は、例えば非限定的に約１００Ｖの結合電圧等の電圧の、直列バッテリーセルを含む。バッテリーシリーズ３０４は、直列バッテリーセルに相当する２つの電源を含む。第１電源はＳ／Ｈ回路３０２によって測定されるセルのＶｃｅｌｌ１で表される。第２電源Ｖｃｅｌｌ２は、一連の２５直列接続セルを表す。セルのＶｃｅｌｌ１は、例えば非限定的に、約４Ｖ等の電圧を含むことができる。
【００３８】
Ｓ／Ｈ回路３０２は、サンプリング変圧器（ＴＸ２）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）、電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）、パルス駆動スイッチを駆動するためのドライバー手段、同期サンプリングスイッチ（Ｑ９）、及び駆動回路を含む。Ｓ／Ｈ回路３０２は、図１〜２に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有していてよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）及び電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）はノードＱ１０Ｄにおいてサンプリング変圧器（ＴＸ２）に連結されている。
【００３９】
サンプリングは、駆動クロックＣＬＫの駆動クロックパルスが高い時に起こる。ＣＬＫの駆動クロック信号はＴＸ１を介してトランス結合され、駆動クロック信号をＱ１０及びＱ１１へ送る。駆動クロックパルスは（すなわちＣ３を介して）容量結合され、（すなわちＲ１４、Ｒ８及びＱ４を介して）ＤＣ再生されてＱ９に駆動電圧を印加する。
【００４０】
高い駆動クロックパルスによって、Ｑ９及びＱ１０は「オン」に切り替わる。Ｑ１０が「オン」の時、Ｖｃｅｌｌ１はサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に連結されている。サンプリング変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１の出力電圧は、ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加された電圧と比例する。Ｑ９はこの時点で「オン」に切り替わるため、コンデンサＣ５はセル電圧Ｖｃｅｌｌ１に比例する電圧まで充電する。サンプリング変圧器ＴＸ２の比率が１：１の場合、出力電圧ＶＴＭはｃｅｌｌ＋とｃｅｌｌ−の間のセル電圧とほぼ同一である。
【００４１】
ＣＬＫのクロック出力がゼロに達した時に、Ｑ９及びＱ１０は「オフ」に切り替わる。Ｑ９が「オフ」であるため、コンデンサＣ５はＣＬＫの駆動クロックパルスにおいて確立された電圧に充電されたままである。
【００４２】
また、クロック出力がゼロになった時、Ｑ１１は「オン」に切り替わり、ｃｅｌｌ＋と、これもまたＣ１のプラス側であるＱ１１Ｓとの間のサンプリング変圧器ＴＸ２が接続される。多数のサイクル経過後に、Ｑ１１Ｓの電圧はＶｃｅｌｌ１の電圧よりも高い電圧まで充電され、これにより、サンプリング変圧器ＴＸ２全体の平均電圧がゼロボルトとなる。サンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１全体の平均電圧がゼロボルトであるため、サンプリング変圧器ＴＸ２の磁化インダクタンスの平均電流もまたゼロとなる。したがって、出力電圧は温度又は耐用期間において、サンプリング変圧器ＴＸ２のパラメータの変動によって大きな影響を受けることはない。さらに、Ｓ／Ｈ回路３０２はクロックＣＬＫの周波数の変化又はパルス幅の変化に大きく影響されることはない。
【００４３】
ＦＥＴＱ９、Ｑ１０、Ｑ１１はそれぞれ、各ゲートからＤＣバイアスを除去するための回路を含むことができる。例えば非限定的に、Ｑ９は、抵抗器Ｒ８及びＲ１４、及びＦＥＴ Ｑ４に連結されて、Ｑ９及びＣ３からＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ９がクロック回路３０６からのクロック信号に適切に応答する。例えば非限定的に、Ｑ１０は抵抗器Ｒ１、Ｒ３及びＲ４、及びＦＥＴ Ｑ８に連結されて、ＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１０が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２からのクロック信号に適切に応答する。例えば非限定的に、Ｑ１１は抵抗器Ｒ２及びＲ５、及びダイオード Ｄ３に連結されて、ＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１１が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答する。
【００４４】
Ｓ／Ｈ回路３０２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、及びＲ１４は、例えば非限定的に下記：Ｒ１は約１キロオーム、Ｒ２は約１０キロオーム、Ｒ３は約１００オーム、Ｒ４は約１キロオーム、Ｒ５は約１００オーム、Ｒ８は約１００キロオーム、Ｒ１４は約１０キロオームの抵抗を有することができる。Ｓ／Ｈ回路３０２のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、及びＣ７は例えば非限定的に下記：Ｃ１は約４７０ｎＦ、Ｃ２は約１００ｐＦ、Ｃ３は約５００ｐＦ、Ｃ４は約１ｎＦ、Ｃ５は約１００ｎＦ、Ｃ６は約４７０ｎＦ、及びＣ７は約１０ｕＦのキャパシタンスを有することができる。
【００４５】
図４は本発明の実施形態による、ＴＭ電圧出力対セル電圧を示すセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的利得曲線のグラフ４００である。図４は、ＴＭ電圧出力４０４の線形性を示す。セル電圧が−０．２Ｖから＋５Ｖに変動すると、ＴＭ電圧出力４０４は較正曲線４０２（Ｙ＝０．９９９８９×＋０．００１２、直線式）の＋／−０．２％以内に適合される。較正が行われない場合、ＴＭ電圧出力４０４はそれでも、後に表５００で示すように、セル電圧の約−０．２〜４．３ｍＶ以内に適合する。
【００４６】
図５は本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００のＴＭ電圧解析結果の例示的な表５００である。表５００はセル電圧５０２、解析結果５０４、計算利得５０６、計算オフセット５０８、計算出力５１０、較正エラー５１２、及び未較正エラー５１４を示す。
【００４７】
図６は本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的エラー解析表６００である。表６００は、４Ｖに等しいＶｃｅｌｌでの入力パラメータ６０２に対する出力電圧の変化６２０を示す。磁化インダクタンス６０４の変化によりＶｃｅｌｌ６０６が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．１ｍＶになる。同様に、サンプリング周波数６０８の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１０が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．１ｍＶになる。デューティサイクル６１２の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１４が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．２ｍＶになる。ハーネス抵抗６１６の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１８が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜１ｍＶになる。
【００４８】
根二乗和（ＲＳＳ）エラー６２２は約１．０４８８である。中心極限定理によれば、ＲＳＳは幾つかの構成パラメータの統計的分布を、電圧変化の変動性を特徴づける単一のガウス分布に結合させる。最悪の場合の性能は、結合電圧分布の３σ（３標準偏差）として定義することができる。
【００４９】
極値解析（ＥＶＡ）エラー６２４は約１．６ｍＶである。ＥＶＡエラー解析は、データコーナー（例えば、標準値、最小値、及び最大値）でのパラメータの組み合わせを解析して、最悪の場合の性能尺度を得る。
【００５０】
図７は本発明の実施形態による、セルテレメトリープロセス７００を示す例示的フロー図である。プロセス７００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せによって機械的に実施することができる。当然ながら、プロセス７００は任意の数の追加又は代替タスクを含むことができ、図７に示すタスクは図示した順番で行う必要はなく、プロセス７００は本明細書に詳しく説明していない追加の機能性を有するさらに包括的な手順又はプロセスに組み込むことができる。説明するために、プロセス７００の下記説明は図１〜６に関連して上述した要素を参照する場合がある。実際の実施形態では、プロセス７００の一部を例えば：サンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、駆動回路１１２等のシステム１００（図１）の異なる要素によって実施することができる。プロセス７００は、図１〜６に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有してよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００５１】
プロセス７００は、電圧クランプ機構１０６を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペア近くにすることによって開始することができる（タスク７０２）。
【００５２】
プロセス７００はパルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６の動作を停止させることによって継続することができる（タスク７０４）。
【００５３】
プロセス７００は、パルス駆動スイッチ１０４と同期サンプリングスイッチ１１０の動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６を起動させることによって継続することができる（タスク７０６）。
【００５４】
プロセス７００は、サンプリング変圧器１０２の入力１２０においてバッテリーセル１１６からの電流を受け取ることによって、継続することができる（タスク７０８）。
【００５５】
プロセス７００は、サンプリング変圧器１０２の出力において電圧を測定して測定電圧を得ることによって継続することができる（タスク７１０）。
【００５６】
プロセス７００は、測定電圧に基づいてバッテリーセル１１６のセルの電圧平衡を制御することによって、継続することができる（タスク７１２）。
【００５７】
図８は、本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセス８００を示す例示的フロー図である。プロセス８００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せによって機械的に実施することができる。当然ながら、プロセス８００は任意の数の追加又は代替タスクを含むことができ、図８に示すタスクは図示した順番で行う必要はなく、プロセス８００は本明細書に詳しく説明していない追加の機能性を有するさらに包括的な手順又はプロセスに組み込むことができる。説明するために、プロセス８００の下記説明は図１〜７に関連して上述した要素を参照する場合がある。実際の実施形態では、プロセス８００の一部を例えば：サンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、駆動回路１１２等のシステム１００（図１）の異なる要素によって実施することができる。プロセス８００は、図１〜７に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有してよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００５８】
プロセス８００は、サンプリング変圧器１０２の入力１２０においてバッテリーセル１１６からの電流を受け取ることによって、開始することができる（タスク８０２）。
【００５９】
プロセス８００は、電圧クランプ機構１０６を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペア近くにすることによって継続することができる（タスク８０４）。
【００６０】
プロセス８００は、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６の動作を停止させることによって継続することができる（タスク８０６）。
【００６１】
プロセス８００は、パルス駆動スイッチと同期サンプリングスイッチ１１０の動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６を起動させることによって継続することができる（タスク８０８）。
【００６２】
プロセス８００は、サンプリング変圧器１０２の出力において電圧を測定して測定電圧を得ることによって継続することができる（タスク８１０）。
【００６３】
プロセス８００は、測定電圧に基づいてバッテリーセル１１６のセルの電圧平衡を制御することによって、継続することができる（タスク８１２）。
【００６４】
このようにして、高電源からの電圧が正確に測定される。
【００６５】
上の説明は、互いに「接続され」又は「連結され」ている要素又はノード又は機構を指している。本明細書で使用されている「接続された」は、特に明記しない限り、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に直接接合されている（又は直接連通している）ことを指すが、これは必ずしも機械的なものではない。同様に、特に明記しない限り、「連結された」は、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に直接あるいは間接的に接合されている（又は直接あるいは間接的に連通している）ことを指すが、これは必ずしも機械的なものではない。このため、図１〜３は要素の例となる配置を図示しているが、本発明の実施形態には追加の介在要素、装置、機構、又はコンポーネントが存在し得る。
【００６６】
本明細書に使用された用語及び表現、またこれらの変形は、特に明記しない限り、限定とは反対に制約がないものとして解釈されるべきである。前述の例として：用語「含む」は、「限定なしに含む」等として解釈すべきであり；用語「実施例」は対象の品目の事例を提供するのに使用され、これらのリストを網羅する又は限定するものではなく；「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」及び同様の意味を持つ用語等の形容詞は、説明する品目を所定の時間間隔に又は現時点で利用可能な品目に限定するものとして解釈するべきではなく、むしろ、現在あるいは将来の任意の時点で利用可能な、又は知られている可能性のある従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含するものとして解釈するべきである。同様に、接続詞「及び」でつながる品目グループは、そのグループ内にそれらの各品目又は全ての品目が存在することが要求されると解釈するべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」として解釈すべきである。同様に、接続詞「又は」でつながる品目グループは、そのグループ内で相互排他性が要求されると解釈するべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」として解釈すべきである。さらに、本発明の品目、要素又はコンポーネントは、単数のものとして説明され得るあるいは請求され得るが、単数であることが明白に記載されていない限り、複数も本発明の範囲内にあると考えられる。例えば「一又は複数の」、「少なくとも」、「非限定的に」、又はある場合の同様な表現等の広がりのある単語及び表現の存在は、上記広がりのある表現がない場合に、範囲が狭い事例が意図される又は要求されるという意味に解釈するべきではない。
【符号の説明】
【００６７】
１００ システム
１２２ サンプリング変圧器の出力
１２４ 共通ノード
１２６ ドライブライン
１２８ 第２バッテリー出力
１３０ 駆動回路の第１出力
１３２ 共通接地
１３４ 駆動回路の第２出力
１３６ サンプリング変圧器の第２コイル出力
１３８ リード線
１４２ ドライブライン
２００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム
２０２ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路
２０４ バッテリーシリーズ
２０６ クロック回路
２０８ リード線
２１０ リード線
３００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム
３０２ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路
３０４ バッテリーシリーズ
３０６ クロック回路
４００ 利得曲線のグラフ
４０２ 較正曲線
４０４ ＴＭ電圧出力
５００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムのＴＭ電圧解析結果の例示的な表
６００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的エラー解析表
７００ セルテレメトリープロセス
８００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセス
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は概して、バッテリーセルのテレメトリーに関するものである。さらに具体的には、本発明の実施形態はセル電圧平衡化のためのバッテリーセルテレメトリーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単体セルが供給できる電圧よりも高い電圧で作動するリチウムイオンバッテリーはおおむね複数のセルからできている。リチウムイオンバッテリーセルは、過充電又は充電不足に起因する過電圧又は電圧不足の状態に陥った時に機能が非最適に成り得る。一つのバッテリーの寿命範囲において、バッテリーセルは他のバッテリーセルに対して高い又は低い、整合しない内部漏洩抵抗を生じ得る。徐々に、この漏れ電流の不整合により、一又は複数のバッテリーセルが過充電又は充電不足の状態になる。バッテリーセルの過充電の結果、セルの非最適な作動の結果をもたらし得るセル温度の上昇に起因する非最適状態となり得る。バッテリーセルが、貯蔵エネルギーをゼロボルト又はゼロアンペア時まで放電すると、バッテリーセルが作動不能となり得る。
【発明の概要】
【０００３】
セルテレメトリーのためのシステム及び方法が開示されている。サンプリング変圧器の平均磁化電流は、電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることによって、約ゼロアンペアとなる。さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが起動され、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作が停止される。次に、パルス駆動スイッチと同期サンプリングスイッチの動作が停止され、ほぼ同時に電圧クランプ機構が起動される。それぞれの回路はクロックに従って交代する。このように、高電圧源に浮動している小さい電圧が正確に測定される。
【０００４】
第１実施形態では、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムは、サンプリング変圧器、サンプリング変圧器に連結されたパルス駆動スイッチ、及びサンプリング変圧器に連結された電圧クランプ機構を含む。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムはさらに、パルス駆動スイッチと電圧クランプ機構に連結されたドライバー手段、及びサンプリング変圧器に連結された同期サンプリングスイッチを含む。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムはさらに、パルス駆動スイッチ、電圧クランプ機構、及び同期サンプリングスイッチに連結された駆動回路を含む。ドライバー手段はパルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構を駆動させるように作動可能である。電圧クランプ機構は、ボルト秒を平衡化させてサンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能である。同期サンプリングスイッチは、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに電気的に連結させるように作動可能である。駆動回路は、電圧クランプ機構のスイッチの動作を停止させながら、同時にパルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチをオンに切り替えるように作動可能である。
【０００５】
第２実施形態では、セルテレメトリーのための方法は、サンプリング変圧器の平均磁化電流を、電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることにより、約ゼロアンペアとすることを含む。本方法はさらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させることを含む。
【０００６】
第３実施形態では、セルテレメトリー用のサンプルホールドアンプシステムを使用する方法は、サンプリング変圧器の入力においてバッテリーセルから電流を受ける。本方法はさらに、電圧クランプ手段を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにする。本方法はまた、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ手段の動作を停止させる。
【０００７】
この概要は、詳細説明において後にさらに詳しく記載される概念の選択範囲を簡略化した形態で紹介するために提供されている。この概要は請求される主題の重要な特色又は本質的特徴を特定するものではなく、また、請求される主題の範囲の決定において補助的な役割を果たすものでもない。図面は必ずしも原寸に比例していない。
【０００８】
本発明の実施形態のさらに完全な理解は、下記図面と合わせて詳細説明及び請求項を参照することによって得られる。図面において、同じ参照番号は図面全体にわたって類似の要素を指し示す。図面は、本発明の広さ、範囲、規模、又は適用性を限定することなく、本発明の理解を促進するために提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの図である。
【図３】本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの図である。
【図４】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的利得曲線のグラフである。
【図５】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的テレメトリー（ＴＭ）電圧解析結果の表である。
【図６】本発明の実施形態による、図２のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムの例示的エラー解析表である。
【図７】本発明の実施形態による、セルテレメトリープロセスを示す例示的フロー図である。
【図８】本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセスを示す例示的フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
下記の詳細説明は事実上の例えであり、本発明、又は本発明の実施形態の応用及び使用を限定するものではない。特定の装置、技術及び用途の説明は、実施例としてのみ提供されている。本明細書に記載された実施例への変更は当業者には容易に明らかとなるものであり、本明細書に定義された一般的原理を、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の実施例及び用途に応用することができる。さらに、前述の分野、背景、概要又は下記の詳細説明に記載された全ての表された又は暗示された理論に制約されるものではない。本発明は、請求項と範囲が一致したものであり、本明細書に記載し示した実施例に限定されるものではないとみなされるべきである。
【００１１】
本発明の実施形態は、機能及び/又は論理ブロックコンポーネント及び様々な処理ステップの観点から本明細書に説明されている場合がある。当然ながら、上記ブロックコンポーネントは、特定機能を行うように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び/又はファームウェアコンポーネントによって実現することができる。簡潔にするために、増幅器、サンプルホールド回路、テレメトリー、バッテリーセル電圧の測定、及びシステムの他の機能性の態様（及びシステムの個々の作動コンポーネント）に関連する従来技術及びコンポーネントは本明細書に詳細に説明されていない場合がある。加えて、当業者は、本発明の実施形態を様々な回路とともに実行することができ、本明細書に記載された実施形態は本発明の単なる例示的な実施形態であることを理解するであろう。
【００１２】
本発明の実施形態は、実際の非限定的な用途、すなわち、リチウムイオンバッテリーセルの電圧測定において本明細書に記載されている。本発明の実施形態はしかしながら、上記リチウムイオンバッテリーに限定されず、本明細書に記載された技術は他の用途に用いることもまた可能である。例えば、非限定的に、実施形態はリチウムイオンバッテリーセル、リチウムポリマーバッテリーセル、リチウム硫黄バッテリーセル、燃料セル、他の種類のバッテリー、他の再充電可能な種類のバッテリー等に適用可能である。
【００１３】
この説明を読んだ後に当業者には明らかになることであるが、下記は本発明の実施例及び実施形態であり、これらの実施例に従って行われることに限定されない。他の実施形態を用いることができ、本発明の例示的実施形態の範囲から逸脱することなしに、構造的な変更を行うことができる。
【００１４】
サンプルホールド回路は、変動するアナログ信号の電圧を測定するのに一般に使用する電子機器である。サンプルホールド回路は、変動するアナログ信号をサンプリングして電圧サンプルを取得し、測定用に電圧サンプルを保持する。サンプルホールド回路は低エネルギー電子信号を測定するためにアナログ／デジタルコンバーターにおいて一般に使用される。この発明の実施形態は、高電源、例えば非限定的にリチウムイオンバッテリーセルからの電圧を正確に測定するために使用可能なサンプルホールド回路を提供する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム１００（システム１００）の機能ブロック図である。システム１００はサンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、及び駆動回路１１２を含む。
【００１６】
サンプリング変圧器１０２は外部電源、例えば非限定的に、バッテリーセル１１６、他のバッテリーセル１４０等に連結されている。バッテリーセル１１６及び他のバッテリーセル１４０は、例えば非限定的に、リチウムバッテリー等を含むことができる。サンプリング変圧器１０２はまた、例えば非限定的に、サンプリング変圧器１０２によって測定される電圧を使用するのに使用可能な外部回路（図示せず）にも連結されている。サンプリング変圧器１０２によって測定される電圧はサンプリングコンデンサ１１８に蓄えられる。外部回路は、例えば非限定的に、リチウムイオンバッテリー等のセルの電圧を平衡化させるのに使用されるセル平衡化回路を含むことができる。サンプリング変圧器１０２はまた、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、及び同期サンプリングスイッチ１１０にも連結されている。パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、及び同期サンプリングスイッチ１１０の制御下において、サンプリング変圧器１０２はサンプリング変圧器の出力１２２の第１バッテリーセル出力１２０（すなわち、１２０及び１２８間の電圧）の電圧を、実質的に高い精度と、サンプリング変圧器１０２を通る最小電流で表す。このように、バッテリーセル１１６の電圧は、図３の説明においてさらに詳しく説明するように、サンプリング変圧器１０２の出力を測定することにより、正確に制御／測定することができる。
【００１７】
パルス駆動スイッチ１０４は、共通ノード１２４によって電圧クランプ機構１０６及びサンプリング変圧器１０２に連結されている。パルス駆動スイッチ１０４はまた、ドライブライン１２６を介してドライバー手段１０８に連結されて、これにより駆動される。パルス駆動スイッチ１０４は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、電流が第１バッテリーセル出力１２０（サンプリング変圧器１０２の入力１２０）からサンプリング変圧器１０２を通って第２バッテリー出力１２８まで流れるのを選択的に可能にする。
【００１８】
電圧クランプ機構１０６は、共通ノード１２４によってパルス駆動スイッチ１０４及びサンプリング変圧器１０２に連結されている。電圧クランプ機構１０６はまた、ドライブライン１４２を介してドライバー手段１０８に連結されて、これにより駆動される。電圧クランプ機構１０６は第２バッテリー出力１２８に接地されている。電圧クランプ機構１０６は、ボルト秒を平衡化させ、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能である。
【００１９】
ドライバー手段１０８は、ドライブライン１２６を介してパルス駆動スイッチ１０４に連結され、ドライブライン１４２を介して電圧クランプ機構１０６に連結されている。ドライバー手段１０８は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止に従って、サンプリング変圧器１０２を制御するためにパルス駆動スイッチ１０４を駆動する。クロック１１４の第２フェーズは、クロック１１４の第１フェーズと実質的にフェーズにずれがある。ドライバー手段１０８は、例えば非限定的に、駆動回路１１２の第１出力１３０と共通接地１３２との間に連結された一次巻線（第１誘導コイル）(図示せず)と、ドライブライン１２６と第２バッテリー出力１２８との間に連結された少なくとも一つの二次巻線（第２誘導コイル）（図示せず）を含む変圧器を含むことができる。少なくとも一つの二次巻線はまた、ドライブライン１４２と二次バッテリー出力１２８との間に連結することもできる。あるいは、少なくとも一つの二次巻線のうちの２つの二次巻線のうちの一つを、ドライブライン１４２を介して電圧クランプ機構１０６に連結させることもできる。
【００２０】
同期サンプリングスイッチ１１０は、駆動回路１１２の第２出力１３４と、サンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６に連結されている。同期サンプリングスイッチ１１０はまた、共通接地１３２に接地されている。同期サンプリングスイッチ１１０は、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、サンプリングコンデンサ１１８にサンプリング変圧器１０２を電気的に結合させる又は電気的結合を解除する。同期サンプリングスイッチ１１０がクロック１１４の第１フェーズによって起動されると、同期サンプリングスイッチ１１０はサンプリング変圧器１０２を共通接地１３２に連結させ、電流がサンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６を介し、第２コイル出力１３６の制御下で共通接地１３２へ／から流れ、またサンプリングコンデンサ１１８へ／から流れることができる。このように、サンプリング変圧器１０２はサンプリングコンデンサ１１８に電気的に結合される。同期サンプリングスイッチ１１０がクロック１１４の第１フェーズによって動作が停止されると、同期サンプリングスイッチ１１０はサンプリング変圧器１０２を共通接地１３２から連結解除し、電流はサンプリング変圧器１０２の第２コイル出力１３６を介して共通接地１３２へ／から流れることができなくなり、サンプリングコンデンサ１１８へ／から流れることができなくなる。このように、サンプリング変圧器１０２はサンプリングコンデンサ１１８から連結解除される。
【００２１】
駆動回路１１２はドライバー手段及び同期サンプリングスイッチに連結されており、クロック１１４の第１フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を同時に「オン」に切り替えると同時に、電圧クランプ機構１０６を「オフ」に切り替えるように作動可能である。さらに、駆動回路１１２は、クロック１１４の第２フェーズによる起動及び動作停止にしたがって、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０をほぼ同時に「オフ」に切り替えると同時に、電圧クランプ機構１０６を「オフ」に切り替えるように作動可能である。駆動回路１１２は、リード線１３８を介してクロック１１４に連結され得る。
【００２２】
クロック１１４は、例えば非限定的に、単相クロック、二相クロック等を含むことができる。二相クロックは、信号が２つの異なる信号相において有効であるクロックである。例えば、単相クロック信号は、例えば非限定的に、信号をＣＭＯＳの予備ゲートに連結させる、単相クロックを変圧器に連結させて代替極性接続を使用する等によって、クロック信号の立ちあがりエッジ及び立ち下がりエッジの両方を使用して、二相クロックとして使用することができる。クロック１１４は、例えば非限定的に、単相クロックを含むことができ、二相機能性は、図３の説明に関連して後に説明するように、ドライバー手段ＴＸ１に連結された接続部を介して生成される。
【００２３】
図２は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の図である。このセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００は、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路２０２（Ｓ／Ｈ回路２０２）、バッテリーシリーズ２０４、及びクロック回路２０６を含む。
【００２４】
クロック回路２０６は、例えば非限定的に、約５％、約１０％、約２０％等のデューティサイクルを含むことができる。
【００２５】
バッテリーシリーズ２０４は、例えば非限定的に、一連の約１００Ｖの結合電圧等の電圧のバッテリーセルを含む。バッテリーシリーズ２０４は、一連のバッテリーセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを表す２つの電源を含む。第１電源は、Ｓ／Ｈ回路２０２によって測定されるセルのＶｃｅｌｌを表す。第２電源Ｖｃｍは、一連の２５直列接続セルを表す。セルのＶｃｅｌｌは、例えば非限定的に、約４Ｖ等の電圧を含むことができる。セルのＶｃｅｌｌは、リード線２０８／２１０によってＳ／Ｈ回路２０２に連結することができ、各リード線２０８／２１０は、それぞれ例えば非限定的に約１オーム等の抵抗Ｒ１及びＲ１０を含む。
【００２６】
Ｓ／Ｈ回路２０２は、サンプリング変圧器（ＴＸ２）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）、電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）を駆動するドライバー手段（ＴＸ１）、同期サンプリングスイッチ（Ｑ９）、及び駆動回路（Ｖｃｌｋ）を含む。Ｓ／Ｈ回路２０２は、図１に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００２７】
駆動回路Ｖｃｌｋからの狭クロックパルスはドライバー手段ＴＸ１によってＱ１０及びＱ１１にトランス結合され、ほぼ同時にＱ１０を「オン」に、そしてＱ１１を「オフ」に切り替える。狭クロックパルスはＱ９に容量（すなわちＣ３を介して）結合され、ＤＣ再生（すなわち、Ｒ１４、Ｒ８及びＱ４を介して）され、Ｑ９に駆動電圧を印加することにより、Ｑ９がＱ１０と同時に「オン」に切り替わる。Ｑ９とＱ１０の両方が「オン」に切り替わると、セル電圧がサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加される。サンプリング変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１はコンデンサＣ５に連結されて、セルテレメトリー電圧ＣＥＬＬ＿ＴＭがセル電圧Ｖｃｅｌｌと等しい電圧となるまで充電する。
【００２８】
クロックパルスが低い時はＱ９とＱ１０は「オフ」に切り替わり、Ｑ１１が「オン」に切り替わる。（多数の狭クロックパルスの後の）安定状態では、コンデンサＣ１を横切る平均電圧が、サンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加されたボルト秒をほぼぴったり平衡化させる電圧まで増加する。このボルト秒の平衡化が起きると、サンプリング変圧器ＴＸ２の磁化電流はほぼゼロの電流に安定する。したがって、平均的には磁化電流はゼロであるため、バッテリーセルからサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線までの「オン」の時間経路に関連する様々な寄生抵抗を流れる磁化電流によるエラーの発生は無視できる。
【００２９】
コンデンサＣ１の電圧はほぼ「ゼロ」の磁化電流を維持するように自動調整されるため、エラーが、サンプリング変圧器ＴＸ２のインダクタンス、開閉頻繁度、セル電圧Ｖｃｅｌｌの大きさに大きく影響されることはない。さらに、Ｖｃｅｌｌはわずかにマイナス、又はプラスのいずれかであってよく、精度に影響はない。
【００３０】
各ＦＥＴＱ９、Ｑ１０、Ｑ１１は、それぞれのゲートからＤＣバイアスを除去するための回路を含むことができる。例えば非限定的に、Ｑ９を抵抗器Ｒ８及びＲ１４、及びＦＥＴ Ｑ４に連結させて、Ｑ９とＣ３からＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ９がクロック回路２０６からのクロック信号に適切に応答できるようになる。例えば非限定的に、Ｑ１０を抵抗器Ｒ９及びＲ１１、及びＦＥＴ Ｑ８に連結させてＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１０が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答できるようになる。例えば非限定的に、Ｑ１１を抵抗器Ｒ２及びＲ６に連結させてＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１１が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答できるようになる。
【００３１】
Ｓ／Ｈ回路２０２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１４は例えば非限定的に下記：Ｒ１は約１オーム、Ｒ２は約１キロオーム、Ｒ３は約１００オーム、Ｒ６は約１００キロオーム、Ｒ８は約１００キロオーム、Ｒ９は約２０キロオーム、Ｒ１０は約１オーム、Ｒ１１は約１０オーム、及びＲ１４は約１０キロオームの抵抗を有することができる。Ｓ／Ｈ回路２０２のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、及びＣ７は例えば非限定的に下記：Ｃ１は約４７０ｎＦ、Ｃ２は約１００ｐＦ、Ｃ３は約５００ｐＦ、Ｃ４は約１ｎＦ、Ｃ５は約１００ｎＦ、Ｃ６は約４７０ｎＦ、及びＣ７は約１０ｕＦのキャパシタンスを有することができる。
【００３２】
図３は本発明の実施形態による、例示的セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム３００の図である。セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム３００は、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路３０２（Ｓ／Ｈ回路３０２）、バッテリーシリーズ３０４、及びクロック回路３０６を含む。
【００３３】
クロック回路３０６は例えば非限定的に、約５％、約１０％、約２０％等のデューティサイクルを有することができる。クロック回路３０６はコンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ３を介して変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に容量結合されている。コンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ３は例えば非限定的にそれぞれ、４７０ｎＦのキャパシタンスと１００オームの抵抗を有することができる。
【００３４】
変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２は、変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に同調結合され、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）にゲートＱ１０Ｇ及びソースＱ１０Ｓを介して同調結合される。このように、変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２は、クロック信号とほぼ同じフェーズ（第１フェーズ）で、クロック回路３０６からパルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）にクロック信号を実質的に伝達するように作動可能である。
【００３５】
変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１は、変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｐ１に同調結合され、ゲートＱ１１Ｇ及びソースＱ１１Ｓを介して電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）に逆相結合されている。このように、変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１は、クロック信号と同様に実質的に逆相（第２フェーズ）で、クロック回路３０６からのクロック信号を電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）に実質的に伝達するように作動可能である。
【００３６】
クロック回路３０６はまた、変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１（すなわちドレインＱ９Ｄ）と接地の間に連結されたＦＥＴ Ｑ９にも（同調）結合されている。このように、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）は両方ともクロック回路３０６からのクロック信号と同調して駆動されることにより、サンプリング変圧器ＴＸ２がクロック回路３０６からのクロック信号と同調して作動することが可能になる。例えば非限定的に、約１０％の短いデューティサイクルを有することにより、クロック回路３０６からのクロック信号は、サンプリング変圧器ＴＸ２を実質的に短時間駆動させるパルスを含むことができる。
【００３７】
バッテリーシリーズ３０４は、例えば非限定的に約１００Ｖの結合電圧等の電圧の、直列バッテリーセルを含む。バッテリーシリーズ３０４は、直列バッテリーセルに相当する２つの電源を含む。第１電源はＳ／Ｈ回路３０２によって測定されるセルのＶｃｅｌｌ１で表される。第２電源Ｖｃｅｌｌ２は、一連の２５直列接続セルを表す。セルのＶｃｅｌｌ１は、例えば非限定的に、約４Ｖ等の電圧を含むことができる。
【００３８】
Ｓ／Ｈ回路３０２は、サンプリング変圧器（ＴＸ２）、パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）、電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）、パルス駆動スイッチを駆動するためのドライバー手段、同期サンプリングスイッチ（Ｑ９）、及び駆動回路を含む。Ｓ／Ｈ回路３０２は、図１〜２に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有していてよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。パルス駆動スイッチ（ＦＥＴ Ｑ１０）及び電圧クランプ機構（Ｑ１１及びＣ１）はノードＱ１０Ｄにおいてサンプリング変圧器（ＴＸ２）に連結されている。
【００３９】
サンプリングは、駆動クロックＣＬＫの駆動クロックパルスが高い時に起こる。ＣＬＫの駆動クロック信号はＴＸ１を介してトランス結合され、駆動クロック信号をＱ１０及びＱ１１へ送る。駆動クロックパルスは（すなわちＣ３を介して）容量結合され、（すなわちＲ１４、Ｒ８及びＱ４を介して）ＤＣ再生されてＱ９に駆動電圧を印加する。
【００４０】
高い駆動クロックパルスによって、Ｑ９及びＱ１０は「オン」に切り替わる。Ｑ１０が「オン」の時、Ｖｃｅｌｌ１はサンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に連結されている。サンプリング変圧器ＴＸ２の二次巻線Ｓ１の出力電圧は、ＴＸ２の一次巻線Ｐ１に印加された電圧と比例する。Ｑ９はこの時点で「オン」に切り替わるため、コンデンサＣ５はセル電圧Ｖｃｅｌｌ１に比例する電圧まで充電する。サンプリング変圧器ＴＸ２の比率が１：１の場合、出力電圧ＶＴＭはｃｅｌｌ＋とｃｅｌｌ−の間のセル電圧とほぼ同一である。
【００４１】
ＣＬＫのクロック出力がゼロに達した時に、Ｑ９及びＱ１０は「オフ」に切り替わる。Ｑ９が「オフ」であるため、コンデンサＣ５はＣＬＫの駆動クロックパルスにおいて確立された電圧に充電されたままである。
【００４２】
また、クロック出力がゼロになった時、Ｑ１１は「オン」に切り替わり、ｃｅｌｌ＋と、これもまたＣ１のプラス側であるＱ１１Ｓとの間のサンプリング変圧器ＴＸ２が接続される。多数のサイクル経過後に、Ｑ１１Ｓの電圧はＶｃｅｌｌ１の電圧よりも高い電圧まで充電され、これにより、サンプリング変圧器ＴＸ２全体の平均電圧がゼロボルトとなる。サンプリング変圧器ＴＸ２の一次巻線Ｐ１全体の平均電圧がゼロボルトであるため、サンプリング変圧器ＴＸ２の磁化インダクタンスの平均電流もまたゼロとなる。したがって、出力電圧は温度又は耐用期間において、サンプリング変圧器ＴＸ２のパラメータの変動によって大きな影響を受けることはない。さらに、Ｓ／Ｈ回路３０２はクロックＣＬＫの周波数の変化又はパルス幅の変化に大きく影響されることはない。
【００４３】
ＦＥＴＱ９、Ｑ１０、Ｑ１１はそれぞれ、各ゲートからＤＣバイアスを除去するための回路を含むことができる。例えば非限定的に、Ｑ９は、抵抗器Ｒ８及びＲ１４、及びＦＥＴ Ｑ４に連結されて、Ｑ９及びＣ３からＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ９がクロック回路３０６からのクロック信号に適切に応答する。例えば非限定的に、Ｑ１０は抵抗器Ｒ１、Ｒ３及びＲ４、及びＦＥＴ Ｑ８に連結されて、ＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１０が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ２からのクロック信号に適切に応答する。例えば非限定的に、Ｑ１１は抵抗器Ｒ２及びＲ５、及びダイオード Ｄ３に連結されて、ＤＣバイアスを除去することにより、Ｑ１１が変圧器ＴＸ１の二次巻線Ｓ１からのクロック信号に適切に応答する。
【００４４】
Ｓ／Ｈ回路３０２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、及びＲ１４は、例えば非限定的に下記：Ｒ１は約１キロオーム、Ｒ２は約１０キロオーム、Ｒ３は約１００オーム、Ｒ４は約１キロオーム、Ｒ５は約１００オーム、Ｒ８は約１００キロオーム、Ｒ１４は約１０キロオームの抵抗を有することができる。Ｓ／Ｈ回路３０２のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、及びＣ７は例えば非限定的に下記：Ｃ１は約４７０ｎＦ、Ｃ２は約１００ｐＦ、Ｃ３は約５００ｐＦ、Ｃ４は約１ｎＦ、Ｃ５は約１００ｎＦ、Ｃ６は約４７０ｎＦ、及びＣ７は約１０ｕＦのキャパシタンスを有することができる。
【００４５】
図４は本発明の実施形態による、ＴＭ電圧出力対セル電圧を示すセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的利得曲線のグラフ４００である。図４は、ＴＭ電圧出力４０４の線形性を示す。セル電圧が−０．２Ｖから＋５Ｖに変動すると、ＴＭ電圧出力４０４は較正曲線４０２（Ｙ＝０．９９９８９×＋０．００１２、直線式）の＋／−０．２％以内に適合される。較正が行われない場合、ＴＭ電圧出力４０４はそれでも、後に表５００で示すように、セル電圧の約−０．２〜４．３ｍＶ以内に適合する。
【００４６】
図５は本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００のＴＭ電圧解析結果の例示的な表５００である。表５００はセル電圧５０２、解析結果５０４、計算利得５０６、計算オフセット５０８、計算出力５１０、較正エラー５１２、及び未較正エラー５１４を示す。
【００４７】
図６は本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的エラー解析表６００である。表６００は、４Ｖに等しいＶｃｅｌｌでの入力パラメータ６０２に対する出力電圧の変化６２０を示す。磁化インダクタンス６０４の変化によりＶｃｅｌｌ６０６が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．１ｍＶになる。同様に、サンプリング周波数６０８の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１０が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．１ｍＶになる。デューティサイクル６１２の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１４が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜０．２ｍＶになる。ハーネス抵抗６１６の変化により、Ｖｃｅｌｌ６１８が変動し、その結果、出力電圧の変化６２０が＜１ｍＶになる。
【００４８】
根二乗和（ＲＳＳ）エラー６２２は約１．０４８８である。中心極限定理によれば、ＲＳＳは幾つかの構成パラメータの統計的分布を、電圧変化の変動性を特徴づける単一のガウス分布に結合させる。最悪の場合の性能は、結合電圧分布の３σ（３標準偏差）として定義することができる。
【００４９】
極値解析（ＥＶＡ）エラー６２４は約１．６ｍＶである。ＥＶＡエラー解析は、データコーナー（例えば、標準値、最小値、及び最大値）でのパラメータの組み合わせを解析して、最悪の場合の性能尺度を得る。
【００５０】
図７は本発明の実施形態による、セルテレメトリープロセス７００を示す例示的フロー図である。プロセス７００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せによって機械的に実施することができる。当然ながら、プロセス７００は任意の数の追加又は代替タスクを含むことができ、図７に示すタスクは図示した順番で行う必要はなく、プロセス７００は本明細書に詳しく説明していない追加の機能性を有するさらに包括的な手順又はプロセスに組み込むことができる。説明するために、プロセス７００の下記説明は図１〜６に関連して上述した要素を参照する場合がある。実際の実施形態では、プロセス７００の一部を例えば：サンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、駆動回路１１２等のシステム１００（図１）の異なる要素によって実施することができる。プロセス７００は、図１〜６に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有してよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００５１】
プロセス７００は、電圧クランプ機構１０６を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペア近くにすることによって開始することができる（タスク７０２）。
【００５２】
プロセス７００はパルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６の動作を停止させることによって継続することができる（タスク７０４）。
【００５３】
プロセス７００は、パルス駆動スイッチ１０４と同期サンプリングスイッチ１１０の動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６を起動させることによって継続することができる（タスク７０６）。
【００５４】
プロセス７００は、サンプリング変圧器１０２の入力１２０においてバッテリーセル１１６からの電流を受け取ることによって、継続することができる（タスク７０８）。
【００５５】
プロセス７００は、サンプリング変圧器１０２の出力において電圧を測定して測定電圧を得ることによって継続することができる（タスク７１０）。
【００５６】
プロセス７００は、測定電圧に基づいてバッテリーセル１１６のセルの電圧平衡を制御することによって、継続することができる（タスク７１２）。
【００５７】
図８は、本発明の実施形態による、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセス８００を示す例示的フロー図である。プロセス８００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せによって機械的に実施することができる。当然ながら、プロセス８００は任意の数の追加又は代替タスクを含むことができ、図８に示すタスクは図示した順番で行う必要はなく、プロセス８００は本明細書に詳しく説明していない追加の機能性を有するさらに包括的な手順又はプロセスに組み込むことができる。説明するために、プロセス８００の下記説明は図１〜７に関連して上述した要素を参照する場合がある。実際の実施形態では、プロセス８００の一部を例えば：サンプリング変圧器１０２、パルス駆動スイッチ１０４、電圧クランプ機構１０６、ドライバー手段１０８、同期サンプリングスイッチ１１０、駆動回路１１２等のシステム１００（図１）の異なる要素によって実施することができる。プロセス８００は、図１〜７に示す実施形態と同様の機能、材料及び構造を有してよい。したがって、共通の特徴、機能、及び要素は本明細書に重複して説明していない場合がある。
【００５８】
プロセス８００は、サンプリング変圧器１０２の入力１２０においてバッテリーセル１１６からの電流を受け取ることによって、開始することができる（タスク８０２）。
【００５９】
プロセス８００は、電圧クランプ機構１０６を使用してボルト秒を平衡化させることによって、サンプリング変圧器１０２の平均磁化電流を約ゼロアンペア近くにすることによって継続することができる（タスク８０４）。
【００６０】
プロセス８００は、パルス駆動スイッチ１０４及び同期サンプリングスイッチ１１０を起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６の動作を停止させることによって継続することができる（タスク８０６）。
【００６１】
プロセス８００は、パルス駆動スイッチと同期サンプリングスイッチ１１０の動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構１０６を起動させることによって継続することができる（タスク８０８）。
【００６２】
プロセス８００は、サンプリング変圧器１０２の出力において電圧を測定して測定電圧を得ることによって継続することができる（タスク８１０）。
【００６３】
プロセス８００は、測定電圧に基づいてバッテリーセル１１６のセルの電圧平衡を制御することによって、継続することができる（タスク８１２）。
【００６４】
このようにして、高電源からの電圧が正確に測定される。
【００６５】
上の説明は、互いに「接続され」又は「連結され」ている要素又はノード又は機構を指している。本明細書で使用されている「接続された」は、特に明記しない限り、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に直接接合されている（又は直接連通している）ことを指すが、これは必ずしも機械的なものではない。同様に、特に明記しない限り、「連結された」は、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に直接あるいは間接的に接合されている（又は直接あるいは間接的に連通している）ことを指すが、これは必ずしも機械的なものではない。このため、図１〜３は要素の例となる配置を図示しているが、本発明の実施形態には追加の介在要素、装置、機構、又はコンポーネントが存在し得る。
【００６６】
本明細書に使用された用語及び表現、またこれらの変形は、特に明記しない限り、限定とは反対に制約がないものとして解釈されるべきである。前述の例として：用語「含む」は、「限定なしに含む」等として解釈すべきであり；用語「実施例」は対象の品目の事例を提供するのに使用され、これらのリストを網羅する又は限定するものではなく；「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」及び同様の意味を持つ用語等の形容詞は、説明する品目を所定の時間間隔に又は現時点で利用可能な品目に限定するものとして解釈するべきではなく、むしろ、現在あるいは将来の任意の時点で利用可能な、又は知られている可能性のある従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含するものとして解釈するべきである。同様に、接続詞「及び」でつながる品目グループは、そのグループ内にそれらの各品目又は全ての品目が存在することが要求されると解釈するべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」として解釈すべきである。同様に、接続詞「又は」でつながる品目グループは、そのグループ内で相互排他性が要求されると解釈するべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」として解釈すべきである。さらに、本発明の品目、要素又はコンポーネントは、単数のものとして説明され得るあるいは請求され得るが、単数であることが明白に記載されていない限り、複数も本発明の範囲内にあると考えられる。例えば「一又は複数の」、「少なくとも」、「非限定的に」、又はある場合の同様な表現等の広がりのある単語及び表現の存在は、上記広がりのある表現がない場合に、範囲が狭い事例が意図される又は要求されるという意味に解釈するべきではない。
【符号の説明】
【００６７】
１００ システム
１２２ サンプリング変圧器の出力
１２４ 共通ノード
１２６ ドライブライン
１２８ 第２バッテリー出力
１３０ 駆動回路の第１出力
１３２ 共通接地
１３４ 駆動回路の第２出力
１３６ サンプリング変圧器の第２コイル出力
１３８ リード線
１４２ ドライブライン
２００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム
２０２ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路
２０４ バッテリーシリーズ
２０６ クロック回路
２０８ リード線
２１０ リード線
３００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム
３０２ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプ回路
３０４ バッテリーシリーズ
３０６ クロック回路
４００ 利得曲線のグラフ
４０２ 較正曲線
４０４ ＴＭ電圧出力
５００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムのＴＭ電圧解析結果の例示的な表
６００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム２００の例示的エラー解析表
７００ セルテレメトリープロセス
８００ セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用したプロセス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムであって：
サンプリング変圧器；
サンプリング変圧器に連結されたパルス駆動スイッチ；
サンプリング変圧器に連結されて、ボルト秒を平衡化し、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能な電圧クランプ機構；
パルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構に連結されて、パルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構を駆動するように作動可能なドライバー手段；
サンプリング変圧器に連結されて、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに電気的に結合させるように作動可能な同期サンプリングスイッチ；並びに
パルス駆動スイッチ、電圧クランプ機構、及び同期サンプリングスイッチに連結されて、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを同時にオンに切り替える間に電圧クランプ機構をオフに切り替えるように作動可能な駆動回路
を含む、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項２】
駆動回路が、さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチをオフに切り替える間に電圧クランプ機構をほぼ同時にオンに切り替えるように作動可能である、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項３】
駆動回路が、駆動回路に連結されたクロックを含む、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項４】
サンプリング変圧器に連結されたバッテリーをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項５】
セルテレメトリーのための方法であって、
電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化することによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにすること、及び
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させること
を含む方法。
【請求項６】
同期サンプリングスイッチが、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに接続させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチの動作を停止し、ほぼ同時に電圧クランプ機構を起動させること、
サンプリング変圧器の入力において、バッテリーセルからの電流を受け取ること、及び
サンプリング変圧器の出力において電圧を測定して測定電圧を得ること
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
測定電圧に基づき、バッテリーセルの電圧平衡を制御することをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも一つを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが第１信号によって駆動され、
電圧クランプ機構が第２信号によって駆動され、
第１信号がクロックの第１フェーズを含み、且つ
第２信号がクロックの第２フェーズを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用する方法であって、
サンプリング変圧器の入力においてバッテリーセルからの電流を受取ること、
電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることにより、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにすること、並びに
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させること
を含む方法。
【請求項１１】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチの動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構を起動させること、並びに
サンプリング変圧器の出力において電圧を測定して、測定電圧を得ること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
測定電圧に基づいてバッテリーのセルの電圧平衡を制御することをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも１つを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムであって：
サンプリング変圧器；
サンプリング変圧器に連結されたパルス駆動スイッチ；
サンプリング変圧器に連結されて、ボルト秒を平衡化し、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにするように作動可能な電圧クランプ機構；
パルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構に連結されて、パルス駆動スイッチ及び電圧クランプ機構を駆動するように作動可能なドライバー手段；
サンプリング変圧器に連結されて、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに電気的に結合させるように作動可能な同期サンプリングスイッチ；並びに
パルス駆動スイッチ、電圧クランプ機構、及び同期サンプリングスイッチに連結されて、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを同時にオンに切り替える間に電圧クランプ機構をオフに切り替えるように作動可能な駆動回路
を含む、セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項２】
駆動回路が、さらに、パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチをオフに切り替える間に電圧クランプ機構をほぼ同時にオンに切り替えるように作動可能である、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項３】
駆動回路が、駆動回路に連結されたクロックを含む、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項４】
サンプリング変圧器に連結されたバッテリーをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のセルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステム。
【請求項５】
セルテレメトリーのための方法であって、
電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化することによって、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにすること、及び
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させること
を含む方法。
【請求項６】
同期サンプリングスイッチが、サンプリング変圧器をサンプリングコンデンサに接続させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチの動作を停止し、ほぼ同時に電圧クランプ機構を起動させること、
サンプリング変圧器の入力において、バッテリーセルからの電流を受け取ること、及び
サンプリング変圧器の出力において電圧を測定して測定電圧を得ること
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
測定電圧に基づき、バッテリーセルの電圧平衡を制御することをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも一つを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチが第１信号によって駆動され、
電圧クランプ機構が第２信号によって駆動され、
第１信号がクロックの第１フェーズを含み、且つ
第２信号がクロックの第２フェーズを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セルテレメトリー用サンプルホールドアンプシステムを使用する方法であって、
サンプリング変圧器の入力においてバッテリーセルからの電流を受取ること、
電圧クランプ機構を使用してボルト秒を平衡化させることにより、サンプリング変圧器の平均磁化電流を約ゼロアンペアにすること、並びに
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチを起動させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構の動作を停止させること
を含む方法。
【請求項１１】
パルス駆動スイッチ及び同期サンプリングスイッチの動作を停止させ、ほぼ同時に電圧クランプ機構を起動させること、並びに
サンプリング変圧器の出力において電圧を測定して、測定電圧を得ること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
測定電圧に基づいてバッテリーのセルの電圧平衡を制御することをさらに含み、
バッテリーが、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、リチウム硫黄バッテリー、及び燃料セルからなるグループの少なくとも１つを含む、
請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１８０５４（Ｐ２０１２−１１８０５４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２２２６７９（Ｐ２０１１−２２２６７９）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２６７９（Ｐ２０１１−２２２６７９）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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