バッテリ監視のための方法および装置
直列につながれた複数セルを持つバッテリスタック（１２）を監視するバッテリ監視システムが提供される。
監視システムは、バッテリスタック（１２）内のセルの各部分集合を監視する監視モジュール（３０，３２）を含み、各監視モジュール（３０，３２）は、一つ以上の制御信号に応じてセルの各部分集合のセル電圧を測定し、そのセル電圧を表す少なくとも一つ以上の読み出し信号を提供するものであり、監視モジュール（３０，３２）は、セルの各部分集合の電圧が各監視モジュールに参照されるようにスタック（１２）に電気的につながれ、制御信号および読み出し信号はスタック（１２）の監視モジュールを通してつながれ、
監視モジュールに制御信号を提供し、監視モジュールから読み出し信号を受け取るシステム制御ユニットを含む。
監視システムは、バッテリスタック（１２）内のセルの各部分集合を監視する監視モジュール（３０，３２）を含み、各監視モジュール（３０，３２）は、一つ以上の制御信号に応じてセルの各部分集合のセル電圧を測定し、そのセル電圧を表す少なくとも一つ以上の読み出し信号を提供するものであり、監視モジュール（３０，３２）は、セルの各部分集合の電圧が各監視モジュールに参照されるようにスタック（１２）に電気的につながれ、制御信号および読み出し信号はスタック（１２）の監視モジュールを通してつながれ、
監視モジュールに制御信号を提供し、監視モジュールから読み出し信号を受け取るシステム制御ユニットを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００７年３月２日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６０／９０４，５４４に基づく優先権を主張し、その明細書の全体を参照により繰り込むものである。
【０００２】
技術分野
本発明は、バッテリ監視の方法および装置、特に低電圧監視回路を使ったバッテリスタックのセルを監視する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
バッテリは様々な用途に使われている。そのような応用の一つにハイブリッド車両がある。これらの車両では、複数の各バッテリセルは直列に連結され、要求される出力電圧を持つバッテリスタックを形成する。例えば、バッテリスタック全体で生み出される総電位差がおよそ１５０〜６００ボルトになるような、多くの数のセルが連結される。
一般的にはバッテリスタックの各セルの、電圧、電気抵抗および充電状態を監視することが望ましい。過剰電圧は、セルが燃えるもしくは爆発する可能性がある熱暴走を表示するものかもしれない。低電圧は放電された状態であることを表示するものかもしれない。代表的な要求は、バッテリスタック全セルの電圧およびバッテリセルの電流をほぼ同時に測定すること、すなわち数マイクロ秒以内で、１００ミリ秒毎に測定を繰り返すことである。これはバッテリスタックの充電状態および電気抵抗を正確に確定することを可能にする。
【０００４】
低電圧バッテリを監視する方法はこの分野において知られている。しかしながら、バッテリスタックの数百ボルトを監視するのには大きな問題が存在する。１６〜３０ボルトもしくはそれ以下で動作するような低電圧回路を用いてバッテリ監視システムを構築するのが望ましい。加えて、光アイソレータのような多重アイソレーション装置の必要性を避けることも望ましい。したがって、新しいバッテリ監視の装置および方法への需要がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第一の態様によれば、連結された複数セルを持つバッテリスタックを監視するための監視モジュールが提供される。監視モジュールは、バッテリスタック内のセルの少なくとも部分集合（時々「ブリック」と称して知られている）に相当するセルの電圧をサンプリングするサンプリング回路と、該部分集合における対応するセルのサンプリング電圧を受け取りサンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路、ならびに制御信号に応じてサンプリング回路に連続して読み取り命令および順次読み込み命令を提供するモジュール制御装置からなる。
いくつかの実施態様では、監視モジュールは、制御信号に応じてバッテリスタック内のセルを制御するような一つ以上の制御機能を提供するのに利用される。さらなる実施態様では、監視モジュールは休止期間中の節電のための低電力モードを持つ。追加の実施態様では、監視モジュールは適切な機能を検証する一つ以上の診断作業を提供するように構成される。
【０００６】
本発明の第二の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視するためにバッテリ監視システムが提供される。監視システムは、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールと、監視モジュールへ制御信号を提供し監視モジュールからの読み出し信号を受け取るシステム制御ユニットとから成り、各監視モジュールは一つ以上の制御信号に応答してセルの各部分集合の電圧を測定しそのサンプリングされたセル電圧を示す少なくとも一つの読み出し信号を提供し、それらの監視モジュールはセルの各部分集合の電圧が参照できるように電気的にスタックとしてつながれ、制御信号および読み出し信号はスタックの監視モジュールを経由してつながれてい。る。
【０００７】
本発明の第三の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法が提供される。その方法は、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールを提供すること、各監視モジュールにセルの各部分集合の電圧を参照させること、監視モジュールを経由して制御信号および読み出し信号をシリアルにつなげることから成る。
【０００８】
本発明の第四の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法が提供される。その方法は、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する一つ以上の監視モジュールを提供し、同時に一つ以上の監視モジュールでバッテリスタック内のセルの各部分集合のセル電圧をサンプリングし、連続してバッテリスタック内のセルの各部分集合のサンプリング電圧を読み取り、そのサンプリング電圧を示す少なくとも一つの読み出し信号を提供することから成る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のより良い理解のために、添付する図面を参照し、ここに参照として繰り込む。
【図１】図１は、本発明の実施態様に従ったバッテリ制御システムのブロック回路図である。
【図２】図２は、本発明の実施態様に従った監視モジュールのブロック回路図である。
【図３】図３は、監視モジュールにサンプリング信号を供給するためのデイジーチェーン構造の回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図４】図４は、監視モジュールに読み出し信号を供給するためのデイジーチェーン構造の回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図５】図５は、読み出し回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図６】図６は、バッテリ監視システムの動作を示したタイミング図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様に沿った監視モジュールの実装のブロック回路図である。
【図８】図８は、図７の監視モジュールの動作を示したタイミング図である。
【図９】図９は、本発明の実施態様に沿ったセル平衡機能を示したバッテリ監視システムのブロック回路図である。
【図１０】図１０は、セル平衡機能の動作を示したタイミング図である。
【００１０】
詳細な説明
本発明は、一連のバッテリセルスタックからの例えば２〜５ボルトくらいの少しの差動電圧が、例えば３００〜６００ボルトくらいの高い同相電圧を利用し測定されることを可能にする。測定は標準の、低価格で、低電圧の回路技術により完成される。本発明の態様では、差動スイッチドキャパシタ積分器がサンプルホールド回路として利用される。サンプルホールド回路は不要な電力損失を避けるためにバッテリセルに高いインピーダンス負荷を与える。サンプルホールド回路は、バッテリスタック電流が測定されるのと同時にスタックのすべてのセル電圧が測定されることを可能にする。このセル電圧およびスタック電流の同時測定は、各バッテリセルの出力インピーダンスの正確な測定をもたらす。高い同相電圧に耐えるため、高い同相電圧は各監視モジュール全体に均一に分配される。それゆえに、各監視モジュールは限られた数のバッテリセルの電圧を見るだけである。電圧測定はセル単位で行われ、監視モジュールのスタックを介して接地基準に渡される電流に変換される。同様に監視モジュールは、監視モジュールのスタックを介して接地基準から渡される制御信号によりアドレス指定される。公開されるシステムは、システムに必要な高額なチャネル分離の数を抑える利点がある。
【００１１】
本発明の態様に沿ったバッテリ監視システム１０のブロック図が図１に示される。監視されるバッテリスタック１２はいわゆる“ブリック”を含み、それぞれはバッテリスタック内のセルの部分集合を含む。図１の例では、ブリック１４および１６が示される。標準的なバッテリスタックは複数のブリックを含む。各ブリックは連結されたいくつかのセル２０を含み、そのブリックは連結されバッテリスタックを形成する。図１の例では、各ブリック１４および１６は、６つのセル２０を含む。異なる数のブリック、およびブリックごとの異なる数のセルが特定のバッテリスタックに利用される。例として、セル２０はリチウムイオンバッテリ技術を利用する。バッテリスタックのセルの数は各セルの電圧およびバッテリスタックに要求される電圧によって決まる。バッテリスタック電圧は正もしくは負である。
バッテリ監視システム１０は、各ブリックに関連する監視モジュールおよびシステム制御ユニットを含む。図１の実施態様では、バッテリ監視システム１０は、ブリック１４に関連する監視モジュール３０、ブリック１６に関連する監視モジュール３２およびシステム制御ユニット４０を含む。各監視モジュールは各ブリックセルからの運用電力を受け取る。したがって、監視モジュール３０はブリック１４からの運用電力を受け取り、監視モジュール３２はブリック１６からの運用電力を受け取る。さらに、ブリック内の各セル電圧は、以下に述べられるように監視のために各監視モジュールにつながれる。
【００１２】
バッテリ監視システムの監視モジュールは、直列構造もしくはデイジーチェーン構造で相互接続される。デイジーチェーン構造では、各監視モジュールは、一つのブリックもしくはバッテリスタック内のセルの部分集合を参照し、信号は一つの監視モジュールから他のモジュールに順々につながれる。デイジーチェーン構造は、特定の監視モジュールの同相電圧が該監視モジュール内の回路の定格電圧よりもかなり高くても、各モジュールが各ブリックの電位差において動作することを可能にする。例えばブリック１４が０〜２５ボルトで動作し、ブリック１６が２５〜５０ボルトで動作すると仮定する。すると監視モジュール３０は０〜２５ボルトで、監視モジュール３２は２５〜５０ボルトで動作することになる。
制御および読み出し信号は、複数の光アイソレータもしくは他のアイソレーション装置の必要性を排除するために、監視モジュール間にデイジーチェーン構造でつながれる。デイジーチェーン構造では、バッテリスタックの各終端にある監視モジュール以外の各監視モジュールは、２つの隣接した監視モジュールを持つ。前述のように、バッテリスタック電圧は正もしくは負である。監視モジュールのデイジーチェーン構造内の制御および読み出し信号の接続は、バッテリスタックの極性によって決まる。
バッテリ電圧が正である通常の場合、制御信号はシステム制御ユニット４０から接地基準で監視モジュールへ、そして隣接したより高い電圧の監視モジュールへ、そして最大電圧の監視モジュールへつながれる。正バッテリ電圧の場合の読み出し信号は、最大電圧の監視モジュールから、隣接したより低い電圧の監視モジュールへと順につながれていく。接地基準での監視モジュールからの読み出し信号はシステム制御ユニット４０につながれる。
バッテリ電圧が負の場合、制御信号はシステム制御ユニット４０から接地基準の監視モジュールへ、そして隣接するより低い電圧の監視モジュールへ順々に、そして最下電圧の監視モジュールへとつながれる。読み出し信号は最下電圧の監視モジュールから隣接するより高い電圧の監視モジュールへ順々につながれる。接地基準の監視モジュールからの読み出し信号はシステム制御ユニット４０へとつながれる。
【００１３】
図１に示されるように、制御信号はバッテリスタックのすべてのセル電圧が実質的に同時に測定されることを促すサンプリング信号を含む。読み取り信号によって、測定されたセル電圧が連続して読み出される。制御信号はディジタル信号でもよい。一般的に、測定されるセル電圧は接地基準に一番近いセルを発端に順々に読み出される。読み出し信号は、デイジーチェーン構造内の各監視モジュール間を流れるアナログ差動電流である。図１に示すように、監視モジュール３０の差動出力電圧は抵抗５０および５２を介して接地され、またシステム制御ユニット４０につながれる。他の態様では、読み出し信号はアナログシングルエンド電流、アナログ電圧もしくはディジタル信号である。
システム制御ユニット４０は差動A／Dコンバータ５４およびマイクロコントローラ６０を含む。A／Dコンバータ５４は読み出し信号をディジタル値に変換し、そのディジタル値をマイクロコントローラ６０に供給する。マイクロコントローラ６０は、測定されたセル電圧およびバッテリスタック電流を基に演算を行う。さらに、マイクロコントローラ６０は、サンプリング信号および読み取り信号を含んだ制御信号を監視モジュールに与える。
さらに、抵抗６４はバッテリスタック１２の電流を測定する。抵抗６４に渡る電圧は、増幅器６６を介してマイクロコントローラ６０に供給される。バッテリスタック１２の電流は、バッテリスタック１２の各セル電圧が監視モジュール３０および３２にサンプリングされるのと同じ時間でサンプリングされる。したがって、マイクロコントローラ６０は各セルの内部抵抗を決定できる。
【００１４】
監視モジュール３０の一つの実施態様であるブロック図が図２に示される。監視システム内の各監視モジュールは同じ構造を持つ。サンプリング回路は、バッテリセルの少なくとも部分集合に相当するセルのセル電圧をサンプリングするために与えられる。一般的にセルの部分集合はブリックのセルに相当する。図２の例では、各ブリックは６つのを含む。したがって、監視モジュール３０はサンプリング回路１００、１０１、１０２，１０３、１０４および１０５を含む。各サンプリング回路は、付随するセルのセル電圧を受け取り、読み出し回路１１０に差動出力を与える。各サンプリング回路は、サンプリング回路が付随するセルの電圧を測定するように促すサンプリング命令を受け取る。セル電圧は同時にサンプリングされるため、共通のサンプリング命令が使用できる。各サンプリング回路もまた、測定されたセル電圧が読み出し回路１１０に供給されるように促す読み取り命令を受け取る。測定されるセル電圧は、サンプリング回路から連続して読み出されるので、別々の読み取り命令線路が必要になる。アドレス方式を利用できるが、サンプリングおよび制御回路の複雑さが増すことになる。
読み出し回路１１０は、測定されたセル電圧を差動電流に変換し、その差動電流をデイジーチェーン構造内の隣接する監視モジュールに供給するか、もしくはシステム制御ユニット４０のA／Dコンバータ５４に供給する。セル電圧を示す差動電流は、それらがサンプリング回路１００〜１０５から読み出されるように同じ配列に供給される。そして、隣接する監視モジュール（図１の監視モジュール３２等）が読み出しのために起動される。差動電流に変換されたセル電圧は、監視モジュール３２から監視モジュール３０の読み出し回路１１０へ供給される。デイジーチェーン構造内では、差動電流は読み出し回路１１０を通過し、隣接する監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０へ流れる。この方法では、測定されたすべてのセル電圧は連続して読み出され、システム制御ユニット４０に差動電流として供給される。
【００１５】
モジュール制御ユニット１２０は、サンプリング回路１００〜１０５へ同時にサンプリング命令を与え、その制御信号に応じてサンプリング回路に読み取り命令を与える。制御信号は、監視モジュールのデイジーチェーン構造内の位置により、デイジーチェーン構造内の隣接した監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０から受け取る。読み取り制御信号は、バッテリ制御システムのサンプリング回路一連に通じるリードクロックである。モジュール制御ユニット１２０は、サンプリング命令およびリードクロックを、バッテリ監視システム１０のデイジーチェーン構造内の隣接する監視モジュールに供給する。
サンプリング信号を伴う各監視モジュール内の制御回路の実施態様の模式図が図３に示される。監視モジュール３０、３２、３４はそれぞれブリック１４、１６、１８につなげられる。各監視モジュールは、抵抗１４０、トランジスタ１４２およびコンパレータ１４４から成る。抵抗１４０およびトランジスタ１４２は各監視モジュール内で直列につながれ、これら抵抗およびトランジスタは各監視モジュールを経由して直列につながれる。コンパレータ１４４は、抵抗１４０に渡る電圧を感知する。サンプリング信号は、各監視モジュールの抵抗１４０を通して流れる電流をもたらす。電流により作られる電圧は、各監視モジュールのコンパレータ１４４の出力状態を変化させ、サンプリング回路が全てのセル電圧を同時に測定するように促す。抵抗１４０、トランジスタ１４２およびコンパレータ１４４を含む各監視モジュールの回路は、対応するブリックの電圧だけに耐えることが求められる。
【００１６】
読み取り信号を伴う各監視モジュールの制御回路の実施態様の模式図が図４に示される。各監視モジュールは、抵抗１５０、コンパレータ１５２、カウンター１５４およびトランジスタ１５６、１５８、１６０を含む。各読み取り信号がシステム制御ユニット４０から受け取られる時、電流は抵抗１５０を通して得られ、コンパレータ１５２の出力状態を変化させ、よってカウンター１５４の値を増加させる。カウンター１５４は、読み取り命令を監視モジュールの各サンプリング回路に連続して与える。さらに、その読み取り命令は、電圧／電流コンバータを有効にする読み出し回路１１０（図２）に供給される。上記例では、カウンター１５４は、監視モジュールの６つのサンプリング回路のための６つの読み取り命令を与える。よってカウンター１５４はトランジスタ１６０を作動させ、読み取り信号が隣接する監視モジュールに供給されるのを促す。上記過程は隣接する監視モジュールおよび続けてスタック内の各監視モジュールで繰り返される。最終的に、すべてのサンプリング回路が同時に読み出される。
【００１７】
読み出し回路１１０（図２）の実施態様の回路図が図５に示される。電圧／電流コンバータ２１０は、サンプリング回路１００〜１０５（図２）からのIN+およびIN-信号を受け取る。電圧／電流コンバータ２１０は、電流源２２０および２２２、トランジスタ２３０、２３２、２３４，２４０および２４４、電流源２５０および２５２からなる差動回路である。抵抗２６０は、トランジスタ２３０および２４０のソース間につながれる。入力IN+およびIN-の差動電圧は、電流IRが抵抗２６０を介して流れるように促す。出力電流I01およびI02間の差が2IRに等しいことが分かる。結果として、差動出力電流が測定されたセル電圧を表すことになる。
差動電流I01およびI02は、隣接した監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０に供給される。さらに、電圧／電流コンバータ２１０は、デイジーチェーン構造内の該監視モジュールからの電流I11およびI12を受け取り、これらの電流を出力として次の監視モジュールに供給する。先述のように、サンプリング回路は連続して読み出され、任意の時点では一つのサンプリング回路しか読み出されない。読み出し信号が他の監視モジュールから与えられた場合、電圧／電流コンバータ２１０は休止されるか、もしくはその電流はトランジスタ２３４および２４４から迂回されるかのどちらかである。結果として、トランジスタ２３４および２４４は、デイジーチェーン構造内の次の監視モジュールを通して読み出し信号を渡す。
【００１８】
バッテリ監視システムの動作を図解したタイミング図が、図６に示される。サンプリング信号は、最初にすべての監視モジュールに供給され、バッテリスタック内の全てのセル電圧は実質的に同時に測定される。同時に、図１のレジスタ６４に感知されたバッテリスタック１２の電流は、システム制御ユニット４０に供給される。次にリードクロックが測定されたセル電圧が監視モジュールから連続して読み出されるように促す。図６の例では、監視モジュール３０の６つの測定されたセル電圧が読み出され、続いて監視モジュール３２の６つの測定されたセル電圧が読み出され、それが順々に繰り返される。読み出し信号はアナログ差動電流で、その大きさは測定された各セル電圧を表す。すべての測定されたセル電圧が読み出された後、この過程が例えば１００ミリセカンドの間隔を置いて繰り返される。
監視モジュールが、測定および読み出しセル電圧の機能と関連して説明された。追加的な機能が本発明の範囲内で提供可能である。いくつかの実施態様では、監視モジュールは、制御信号に応じて対応するブリックを制御するような、一つ以上の制御機能を果たすために使われる。例えば、セルバランスは、システム制御ユニット４０から供給される制御信号に応じて監視モジュールにより制御される。さらに、監視モジュールは、ブリックのどのような任意のパラメータを測定するのにも使用できる。サーミスタのような温度センサーの出力を測定し、システム制御ユニット４０に測定された温度を読み出すのも一つの例である。
【００１９】
さらなる実施態様では、監視モジュールは、動作休止状態中の省電力のための低電力モードを持つ。例としてのみであるが、監視モジュールは、既定の期間制御信号を受け取らない場合、通常モードから低電力へ自動的に切り替わるようにしても良い。監視モジュールは、いくらかの制御信号を受け取った場合は、自動的に通常モードから切り替わる。
さらなる実施態様では、監視モジュールは、監視モジュールが適切に機能しているかを検証する一つ以上の診断機能を含む。たとえば、既定の期間かもしくはシステム制御ユニット４０から供給された適切な制御信号のどちらか一つに応じて、監視モジュールで生成された基準電圧が測定され、システム制御ユニット４０へ読み出される。さまざまな種類の診断機能が利用できることは理解されるであろう。
本発明の実施態様に沿った監視モジュール３００の導入が、図７〜１０に示される。図における同様の要素１〜１０は、同じ参照番号を持つ。監視モジュール３００は、先述の監視モジュール３０、３２、３４に相当する。
図７において、監視モジュール３００はサンプルホールド回路３０２および３０４を含み、それぞれは３つのセルの電圧をサンプリングする。さらに、サンプルホールドキャパシタ３０６は、サンプルホールド回路３０２および３０４の入力に与えられる。サンプルホールド回路３０２および３０４の出力は、差動出力電流IOUT1およびIOUT2を提供する電圧／電流コンバータ３１０および３１２にそれぞれ与えられる。電圧／電流コンバータ３１０は、隣接する監視モジュールからの差動入力電流IIN1およびIIN2を受け取る。モジュール制御ロジックは、制御論理３２０、隣接する低電圧監視モジュールもしくはシステム制御ユニットへつながる低デイジーチェーンインターフェース３２２、および隣接する高電圧監視モジュールへつながる高デイジーチェーンインターフェース３２４を含む。監視モジュール３００はセルバランスユニット３３０および３３２、ならびに２．５ボルトの基準電圧３３４および３３６を含む。
【００２０】
監視モジュールのタイミングが、図８のタイミング図と共に説明される。ディジタル制御信号SYNCLがシステム制御ユニットから送られ、その信号が立ち下がりの間、すべてのセル電圧をサンプリングする。制御信号SYNCLは前述のサンプリング信号に相当する。セル電圧はサンプルホールドキャパシタ３０６に格納される。システム制御ユニットから提供されたリードクロックREADLは、システム硬正のための基準電圧をサンプリングし、次にサーミスタ電圧の測定を行う。次に、サンプルホールド回路３０２および３０４に格納されたセル電圧が、差動出力電流IOUT1およびIOUT2を提供するために連続して読み出される。差動出力電流は、セル電圧、サーミスタおよび規準電圧に比例する。図８の差動電圧VOUT1およびVOUT2は、図１に示される外部抵抗５０および５２に渡る電圧を表す。
監視モジュール３００のセルバランス機能が、図９および図１０に示される。セルバランスは、ピンCB1〜CB６につながれた外部FET３５０および論理信号CBLおよびシステム制御ユニットに監視モジュール３００に提供されるCBTOLを制御することで達成できる。制御信号は、セルが要求する荷電平衡に基づいて論理ハイ出力をピンCB１〜CB６に提供する。
【００２１】
図１０において、制御信号SYNCLがローにされ、リードクロックREADLが開始される。リードクロックREADLがセル１の測定の開始を意味する３回目のローサイクルに入った時、制御信号CBLの立ち上がりエッジはセルバランス出力CB1をハイに設定する。制御信号CBLに立ち上がりエッジがない場合、セルバランス出力は作動されず、そのセルでは荷電平衡が行われない。制御信号CBTOLは、セルバランスラインCB１〜CB６のすべてをローにリセットする。
本発明の説明された少なくとも一つの実施態様のいくつかの目的を達成するために、様々な変更、改良および改善が簡単に当業者により行われることが好ましい。このような変更、改良および改善は本公開の一部を意味し、本発明の精神および領域の範囲内であることを意味する。したがって、先述の説明および図はほんの例にすぎない。
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００７年３月２日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６０／９０４，５４４に基づく優先権を主張し、その明細書の全体を参照により繰り込むものである。
【０００２】
技術分野
本発明は、バッテリ監視の方法および装置、特に低電圧監視回路を使ったバッテリスタックのセルを監視する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
バッテリは様々な用途に使われている。そのような応用の一つにハイブリッド車両がある。これらの車両では、複数の各バッテリセルは直列に連結され、要求される出力電圧を持つバッテリスタックを形成する。例えば、バッテリスタック全体で生み出される総電位差がおよそ１５０〜６００ボルトになるような、多くの数のセルが連結される。
一般的にはバッテリスタックの各セルの、電圧、電気抵抗および充電状態を監視することが望ましい。過剰電圧は、セルが燃えるもしくは爆発する可能性がある熱暴走を表示するものかもしれない。低電圧は放電された状態であることを表示するものかもしれない。代表的な要求は、バッテリスタック全セルの電圧およびバッテリセルの電流をほぼ同時に測定すること、すなわち数マイクロ秒以内で、１００ミリ秒毎に測定を繰り返すことである。これはバッテリスタックの充電状態および電気抵抗を正確に確定することを可能にする。
【０００４】
低電圧バッテリを監視する方法はこの分野において知られている。しかしながら、バッテリスタックの数百ボルトを監視するのには大きな問題が存在する。１６〜３０ボルトもしくはそれ以下で動作するような低電圧回路を用いてバッテリ監視システムを構築するのが望ましい。加えて、光アイソレータのような多重アイソレーション装置の必要性を避けることも望ましい。したがって、新しいバッテリ監視の装置および方法への需要がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第一の態様によれば、連結された複数セルを持つバッテリスタックを監視するための監視モジュールが提供される。監視モジュールは、バッテリスタック内のセルの少なくとも部分集合（時々「ブリック」と称して知られている）に相当するセルの電圧をサンプリングするサンプリング回路と、該部分集合における対応するセルのサンプリング電圧を受け取りサンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路、ならびに制御信号に応じてサンプリング回路に連続して読み取り命令および順次読み込み命令を提供するモジュール制御装置からなる。
いくつかの実施態様では、監視モジュールは、制御信号に応じてバッテリスタック内のセルを制御するような一つ以上の制御機能を提供するのに利用される。さらなる実施態様では、監視モジュールは休止期間中の節電のための低電力モードを持つ。追加の実施態様では、監視モジュールは適切な機能を検証する一つ以上の診断作業を提供するように構成される。
【０００６】
本発明の第二の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視するためにバッテリ監視システムが提供される。監視システムは、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールと、監視モジュールへ制御信号を提供し監視モジュールからの読み出し信号を受け取るシステム制御ユニットとから成り、各監視モジュールは一つ以上の制御信号に応答してセルの各部分集合の電圧を測定しそのサンプリングされたセル電圧を示す少なくとも一つの読み出し信号を提供し、それらの監視モジュールはセルの各部分集合の電圧が参照できるように電気的にスタックとしてつながれ、制御信号および読み出し信号はスタックの監視モジュールを経由してつながれてい。る。
【０００７】
本発明の第三の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法が提供される。その方法は、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールを提供すること、各監視モジュールにセルの各部分集合の電圧を参照させること、監視モジュールを経由して制御信号および読み出し信号をシリアルにつなげることから成る。
【０００８】
本発明の第四の態様によれば、直列に連結された複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法が提供される。その方法は、バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する一つ以上の監視モジュールを提供し、同時に一つ以上の監視モジュールでバッテリスタック内のセルの各部分集合のセル電圧をサンプリングし、連続してバッテリスタック内のセルの各部分集合のサンプリング電圧を読み取り、そのサンプリング電圧を示す少なくとも一つの読み出し信号を提供することから成る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のより良い理解のために、添付する図面を参照し、ここに参照として繰り込む。
【図１】図１は、本発明の実施態様に従ったバッテリ制御システムのブロック回路図である。
【図２】図２は、本発明の実施態様に従った監視モジュールのブロック回路図である。
【図３】図３は、監視モジュールにサンプリング信号を供給するためのデイジーチェーン構造の回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図４】図４は、監視モジュールに読み出し信号を供給するためのデイジーチェーン構造の回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図５】図５は、読み出し回路の実施態様を示したブロック回路図である。
【図６】図６は、バッテリ監視システムの動作を示したタイミング図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様に沿った監視モジュールの実装のブロック回路図である。
【図８】図８は、図７の監視モジュールの動作を示したタイミング図である。
【図９】図９は、本発明の実施態様に沿ったセル平衡機能を示したバッテリ監視システムのブロック回路図である。
【図１０】図１０は、セル平衡機能の動作を示したタイミング図である。
【００１０】
詳細な説明
本発明は、一連のバッテリセルスタックからの例えば２〜５ボルトくらいの少しの差動電圧が、例えば３００〜６００ボルトくらいの高い同相電圧を利用し測定されることを可能にする。測定は標準の、低価格で、低電圧の回路技術により完成される。本発明の態様では、差動スイッチドキャパシタ積分器がサンプルホールド回路として利用される。サンプルホールド回路は不要な電力損失を避けるためにバッテリセルに高いインピーダンス負荷を与える。サンプルホールド回路は、バッテリスタック電流が測定されるのと同時にスタックのすべてのセル電圧が測定されることを可能にする。このセル電圧およびスタック電流の同時測定は、各バッテリセルの出力インピーダンスの正確な測定をもたらす。高い同相電圧に耐えるため、高い同相電圧は各監視モジュール全体に均一に分配される。それゆえに、各監視モジュールは限られた数のバッテリセルの電圧を見るだけである。電圧測定はセル単位で行われ、監視モジュールのスタックを介して接地基準に渡される電流に変換される。同様に監視モジュールは、監視モジュールのスタックを介して接地基準から渡される制御信号によりアドレス指定される。公開されるシステムは、システムに必要な高額なチャネル分離の数を抑える利点がある。
【００１１】
本発明の態様に沿ったバッテリ監視システム１０のブロック図が図１に示される。監視されるバッテリスタック１２はいわゆる“ブリック”を含み、それぞれはバッテリスタック内のセルの部分集合を含む。図１の例では、ブリック１４および１６が示される。標準的なバッテリスタックは複数のブリックを含む。各ブリックは連結されたいくつかのセル２０を含み、そのブリックは連結されバッテリスタックを形成する。図１の例では、各ブリック１４および１６は、６つのセル２０を含む。異なる数のブリック、およびブリックごとの異なる数のセルが特定のバッテリスタックに利用される。例として、セル２０はリチウムイオンバッテリ技術を利用する。バッテリスタックのセルの数は各セルの電圧およびバッテリスタックに要求される電圧によって決まる。バッテリスタック電圧は正もしくは負である。
バッテリ監視システム１０は、各ブリックに関連する監視モジュールおよびシステム制御ユニットを含む。図１の実施態様では、バッテリ監視システム１０は、ブリック１４に関連する監視モジュール３０、ブリック１６に関連する監視モジュール３２およびシステム制御ユニット４０を含む。各監視モジュールは各ブリックセルからの運用電力を受け取る。したがって、監視モジュール３０はブリック１４からの運用電力を受け取り、監視モジュール３２はブリック１６からの運用電力を受け取る。さらに、ブリック内の各セル電圧は、以下に述べられるように監視のために各監視モジュールにつながれる。
【００１２】
バッテリ監視システムの監視モジュールは、直列構造もしくはデイジーチェーン構造で相互接続される。デイジーチェーン構造では、各監視モジュールは、一つのブリックもしくはバッテリスタック内のセルの部分集合を参照し、信号は一つの監視モジュールから他のモジュールに順々につながれる。デイジーチェーン構造は、特定の監視モジュールの同相電圧が該監視モジュール内の回路の定格電圧よりもかなり高くても、各モジュールが各ブリックの電位差において動作することを可能にする。例えばブリック１４が０〜２５ボルトで動作し、ブリック１６が２５〜５０ボルトで動作すると仮定する。すると監視モジュール３０は０〜２５ボルトで、監視モジュール３２は２５〜５０ボルトで動作することになる。
制御および読み出し信号は、複数の光アイソレータもしくは他のアイソレーション装置の必要性を排除するために、監視モジュール間にデイジーチェーン構造でつながれる。デイジーチェーン構造では、バッテリスタックの各終端にある監視モジュール以外の各監視モジュールは、２つの隣接した監視モジュールを持つ。前述のように、バッテリスタック電圧は正もしくは負である。監視モジュールのデイジーチェーン構造内の制御および読み出し信号の接続は、バッテリスタックの極性によって決まる。
バッテリ電圧が正である通常の場合、制御信号はシステム制御ユニット４０から接地基準で監視モジュールへ、そして隣接したより高い電圧の監視モジュールへ、そして最大電圧の監視モジュールへつながれる。正バッテリ電圧の場合の読み出し信号は、最大電圧の監視モジュールから、隣接したより低い電圧の監視モジュールへと順につながれていく。接地基準での監視モジュールからの読み出し信号はシステム制御ユニット４０につながれる。
バッテリ電圧が負の場合、制御信号はシステム制御ユニット４０から接地基準の監視モジュールへ、そして隣接するより低い電圧の監視モジュールへ順々に、そして最下電圧の監視モジュールへとつながれる。読み出し信号は最下電圧の監視モジュールから隣接するより高い電圧の監視モジュールへ順々につながれる。接地基準の監視モジュールからの読み出し信号はシステム制御ユニット４０へとつながれる。
【００１３】
図１に示されるように、制御信号はバッテリスタックのすべてのセル電圧が実質的に同時に測定されることを促すサンプリング信号を含む。読み取り信号によって、測定されたセル電圧が連続して読み出される。制御信号はディジタル信号でもよい。一般的に、測定されるセル電圧は接地基準に一番近いセルを発端に順々に読み出される。読み出し信号は、デイジーチェーン構造内の各監視モジュール間を流れるアナログ差動電流である。図１に示すように、監視モジュール３０の差動出力電圧は抵抗５０および５２を介して接地され、またシステム制御ユニット４０につながれる。他の態様では、読み出し信号はアナログシングルエンド電流、アナログ電圧もしくはディジタル信号である。
システム制御ユニット４０は差動A／Dコンバータ５４およびマイクロコントローラ６０を含む。A／Dコンバータ５４は読み出し信号をディジタル値に変換し、そのディジタル値をマイクロコントローラ６０に供給する。マイクロコントローラ６０は、測定されたセル電圧およびバッテリスタック電流を基に演算を行う。さらに、マイクロコントローラ６０は、サンプリング信号および読み取り信号を含んだ制御信号を監視モジュールに与える。
さらに、抵抗６４はバッテリスタック１２の電流を測定する。抵抗６４に渡る電圧は、増幅器６６を介してマイクロコントローラ６０に供給される。バッテリスタック１２の電流は、バッテリスタック１２の各セル電圧が監視モジュール３０および３２にサンプリングされるのと同じ時間でサンプリングされる。したがって、マイクロコントローラ６０は各セルの内部抵抗を決定できる。
【００１４】
監視モジュール３０の一つの実施態様であるブロック図が図２に示される。監視システム内の各監視モジュールは同じ構造を持つ。サンプリング回路は、バッテリセルの少なくとも部分集合に相当するセルのセル電圧をサンプリングするために与えられる。一般的にセルの部分集合はブリックのセルに相当する。図２の例では、各ブリックは６つのを含む。したがって、監視モジュール３０はサンプリング回路１００、１０１、１０２，１０３、１０４および１０５を含む。各サンプリング回路は、付随するセルのセル電圧を受け取り、読み出し回路１１０に差動出力を与える。各サンプリング回路は、サンプリング回路が付随するセルの電圧を測定するように促すサンプリング命令を受け取る。セル電圧は同時にサンプリングされるため、共通のサンプリング命令が使用できる。各サンプリング回路もまた、測定されたセル電圧が読み出し回路１１０に供給されるように促す読み取り命令を受け取る。測定されるセル電圧は、サンプリング回路から連続して読み出されるので、別々の読み取り命令線路が必要になる。アドレス方式を利用できるが、サンプリングおよび制御回路の複雑さが増すことになる。
読み出し回路１１０は、測定されたセル電圧を差動電流に変換し、その差動電流をデイジーチェーン構造内の隣接する監視モジュールに供給するか、もしくはシステム制御ユニット４０のA／Dコンバータ５４に供給する。セル電圧を示す差動電流は、それらがサンプリング回路１００〜１０５から読み出されるように同じ配列に供給される。そして、隣接する監視モジュール（図１の監視モジュール３２等）が読み出しのために起動される。差動電流に変換されたセル電圧は、監視モジュール３２から監視モジュール３０の読み出し回路１１０へ供給される。デイジーチェーン構造内では、差動電流は読み出し回路１１０を通過し、隣接する監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０へ流れる。この方法では、測定されたすべてのセル電圧は連続して読み出され、システム制御ユニット４０に差動電流として供給される。
【００１５】
モジュール制御ユニット１２０は、サンプリング回路１００〜１０５へ同時にサンプリング命令を与え、その制御信号に応じてサンプリング回路に読み取り命令を与える。制御信号は、監視モジュールのデイジーチェーン構造内の位置により、デイジーチェーン構造内の隣接した監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０から受け取る。読み取り制御信号は、バッテリ制御システムのサンプリング回路一連に通じるリードクロックである。モジュール制御ユニット１２０は、サンプリング命令およびリードクロックを、バッテリ監視システム１０のデイジーチェーン構造内の隣接する監視モジュールに供給する。
サンプリング信号を伴う各監視モジュール内の制御回路の実施態様の模式図が図３に示される。監視モジュール３０、３２、３４はそれぞれブリック１４、１６、１８につなげられる。各監視モジュールは、抵抗１４０、トランジスタ１４２およびコンパレータ１４４から成る。抵抗１４０およびトランジスタ１４２は各監視モジュール内で直列につながれ、これら抵抗およびトランジスタは各監視モジュールを経由して直列につながれる。コンパレータ１４４は、抵抗１４０に渡る電圧を感知する。サンプリング信号は、各監視モジュールの抵抗１４０を通して流れる電流をもたらす。電流により作られる電圧は、各監視モジュールのコンパレータ１４４の出力状態を変化させ、サンプリング回路が全てのセル電圧を同時に測定するように促す。抵抗１４０、トランジスタ１４２およびコンパレータ１４４を含む各監視モジュールの回路は、対応するブリックの電圧だけに耐えることが求められる。
【００１６】
読み取り信号を伴う各監視モジュールの制御回路の実施態様の模式図が図４に示される。各監視モジュールは、抵抗１５０、コンパレータ１５２、カウンター１５４およびトランジスタ１５６、１５８、１６０を含む。各読み取り信号がシステム制御ユニット４０から受け取られる時、電流は抵抗１５０を通して得られ、コンパレータ１５２の出力状態を変化させ、よってカウンター１５４の値を増加させる。カウンター１５４は、読み取り命令を監視モジュールの各サンプリング回路に連続して与える。さらに、その読み取り命令は、電圧／電流コンバータを有効にする読み出し回路１１０（図２）に供給される。上記例では、カウンター１５４は、監視モジュールの６つのサンプリング回路のための６つの読み取り命令を与える。よってカウンター１５４はトランジスタ１６０を作動させ、読み取り信号が隣接する監視モジュールに供給されるのを促す。上記過程は隣接する監視モジュールおよび続けてスタック内の各監視モジュールで繰り返される。最終的に、すべてのサンプリング回路が同時に読み出される。
【００１７】
読み出し回路１１０（図２）の実施態様の回路図が図５に示される。電圧／電流コンバータ２１０は、サンプリング回路１００〜１０５（図２）からのIN+およびIN-信号を受け取る。電圧／電流コンバータ２１０は、電流源２２０および２２２、トランジスタ２３０、２３２、２３４，２４０および２４４、電流源２５０および２５２からなる差動回路である。抵抗２６０は、トランジスタ２３０および２４０のソース間につながれる。入力IN+およびIN-の差動電圧は、電流IRが抵抗２６０を介して流れるように促す。出力電流I01およびI02間の差が2IRに等しいことが分かる。結果として、差動出力電流が測定されたセル電圧を表すことになる。
差動電流I01およびI02は、隣接した監視モジュールもしくはシステム制御ユニット４０に供給される。さらに、電圧／電流コンバータ２１０は、デイジーチェーン構造内の該監視モジュールからの電流I11およびI12を受け取り、これらの電流を出力として次の監視モジュールに供給する。先述のように、サンプリング回路は連続して読み出され、任意の時点では一つのサンプリング回路しか読み出されない。読み出し信号が他の監視モジュールから与えられた場合、電圧／電流コンバータ２１０は休止されるか、もしくはその電流はトランジスタ２３４および２４４から迂回されるかのどちらかである。結果として、トランジスタ２３４および２４４は、デイジーチェーン構造内の次の監視モジュールを通して読み出し信号を渡す。
【００１８】
バッテリ監視システムの動作を図解したタイミング図が、図６に示される。サンプリング信号は、最初にすべての監視モジュールに供給され、バッテリスタック内の全てのセル電圧は実質的に同時に測定される。同時に、図１のレジスタ６４に感知されたバッテリスタック１２の電流は、システム制御ユニット４０に供給される。次にリードクロックが測定されたセル電圧が監視モジュールから連続して読み出されるように促す。図６の例では、監視モジュール３０の６つの測定されたセル電圧が読み出され、続いて監視モジュール３２の６つの測定されたセル電圧が読み出され、それが順々に繰り返される。読み出し信号はアナログ差動電流で、その大きさは測定された各セル電圧を表す。すべての測定されたセル電圧が読み出された後、この過程が例えば１００ミリセカンドの間隔を置いて繰り返される。
監視モジュールが、測定および読み出しセル電圧の機能と関連して説明された。追加的な機能が本発明の範囲内で提供可能である。いくつかの実施態様では、監視モジュールは、制御信号に応じて対応するブリックを制御するような、一つ以上の制御機能を果たすために使われる。例えば、セルバランスは、システム制御ユニット４０から供給される制御信号に応じて監視モジュールにより制御される。さらに、監視モジュールは、ブリックのどのような任意のパラメータを測定するのにも使用できる。サーミスタのような温度センサーの出力を測定し、システム制御ユニット４０に測定された温度を読み出すのも一つの例である。
【００１９】
さらなる実施態様では、監視モジュールは、動作休止状態中の省電力のための低電力モードを持つ。例としてのみであるが、監視モジュールは、既定の期間制御信号を受け取らない場合、通常モードから低電力へ自動的に切り替わるようにしても良い。監視モジュールは、いくらかの制御信号を受け取った場合は、自動的に通常モードから切り替わる。
さらなる実施態様では、監視モジュールは、監視モジュールが適切に機能しているかを検証する一つ以上の診断機能を含む。たとえば、既定の期間かもしくはシステム制御ユニット４０から供給された適切な制御信号のどちらか一つに応じて、監視モジュールで生成された基準電圧が測定され、システム制御ユニット４０へ読み出される。さまざまな種類の診断機能が利用できることは理解されるであろう。
本発明の実施態様に沿った監視モジュール３００の導入が、図７〜１０に示される。図における同様の要素１〜１０は、同じ参照番号を持つ。監視モジュール３００は、先述の監視モジュール３０、３２、３４に相当する。
図７において、監視モジュール３００はサンプルホールド回路３０２および３０４を含み、それぞれは３つのセルの電圧をサンプリングする。さらに、サンプルホールドキャパシタ３０６は、サンプルホールド回路３０２および３０４の入力に与えられる。サンプルホールド回路３０２および３０４の出力は、差動出力電流IOUT1およびIOUT2を提供する電圧／電流コンバータ３１０および３１２にそれぞれ与えられる。電圧／電流コンバータ３１０は、隣接する監視モジュールからの差動入力電流IIN1およびIIN2を受け取る。モジュール制御ロジックは、制御論理３２０、隣接する低電圧監視モジュールもしくはシステム制御ユニットへつながる低デイジーチェーンインターフェース３２２、および隣接する高電圧監視モジュールへつながる高デイジーチェーンインターフェース３２４を含む。監視モジュール３００はセルバランスユニット３３０および３３２、ならびに２．５ボルトの基準電圧３３４および３３６を含む。
【００２０】
監視モジュールのタイミングが、図８のタイミング図と共に説明される。ディジタル制御信号SYNCLがシステム制御ユニットから送られ、その信号が立ち下がりの間、すべてのセル電圧をサンプリングする。制御信号SYNCLは前述のサンプリング信号に相当する。セル電圧はサンプルホールドキャパシタ３０６に格納される。システム制御ユニットから提供されたリードクロックREADLは、システム硬正のための基準電圧をサンプリングし、次にサーミスタ電圧の測定を行う。次に、サンプルホールド回路３０２および３０４に格納されたセル電圧が、差動出力電流IOUT1およびIOUT2を提供するために連続して読み出される。差動出力電流は、セル電圧、サーミスタおよび規準電圧に比例する。図８の差動電圧VOUT1およびVOUT2は、図１に示される外部抵抗５０および５２に渡る電圧を表す。
監視モジュール３００のセルバランス機能が、図９および図１０に示される。セルバランスは、ピンCB1〜CB６につながれた外部FET３５０および論理信号CBLおよびシステム制御ユニットに監視モジュール３００に提供されるCBTOLを制御することで達成できる。制御信号は、セルが要求する荷電平衡に基づいて論理ハイ出力をピンCB１〜CB６に提供する。
【００２１】
図１０において、制御信号SYNCLがローにされ、リードクロックREADLが開始される。リードクロックREADLがセル１の測定の開始を意味する３回目のローサイクルに入った時、制御信号CBLの立ち上がりエッジはセルバランス出力CB1をハイに設定する。制御信号CBLに立ち上がりエッジがない場合、セルバランス出力は作動されず、そのセルでは荷電平衡が行われない。制御信号CBTOLは、セルバランスラインCB１〜CB６のすべてをローにリセットする。
本発明の説明された少なくとも一つの実施態様のいくつかの目的を達成するために、様々な変更、改良および改善が簡単に当業者により行われることが好ましい。このような変更、改良および改善は本公開の一部を意味し、本発明の精神および領域の範囲内であることを意味する。したがって、先述の説明および図はほんの例にすぎない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する監視モジュールであって：
バッテリスタックのセルの少なくとも部分集合である対応するセルのセル電圧をサンプリングするサンプリング回路；
セルの部分集合に相当するセルからサンプリングされたセル電圧を受け取りそのサンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路；
制御信号に応じて、同時サンプリング命令をサンプリング回路に提供しサンプリング回路に連続読み取り命令を提供するモジュール制御ユニットを含む、前記監視モジュール。
【請求項２】
各サンプリング回路がスイッチドキャパシタサンプリング回路を含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項３】
読み出し回路が隣接する監視モジュールからの読み出し信号を受け取るように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項４】
読み出し回路が監視モジュール電圧の範囲内のアナログ読み出し信号として読み出し信号を提供するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項５】
モジュール制御ユニットが監視モジュール電圧の範囲内でディジタル制御信号の形で制御信号を受け取る、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項６】
監視モジュールがバッテリスタック内のセルの部分集合によって電源供給される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項７】
監視モジュールが隣接する監視モジュールに制御信号を供給するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項８】
読み出し回路が隣接する監視モジュールまたはシステム制御ユニットに読み出し信号を供給するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項９】
セルの部分集合内のセルバランスを監視および制御するセルバランス回路をさらに含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１０】
温度センサーを監視し温度を表す読み出し信号を提供するする回路をさらに含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１１】
監視モジュールが制御信号に応じて少なくとも一つの制御機能を果たすように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１２】
監視モジュールが休止期間中に低電力モードで動作するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１３】
監視モジュールが正常な機能を検証する一つ以上の診断動作を果たすように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１４】
直列につながれた複数セルを持つバッテリスタックを監視するバッテリ監視システムであって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視し、一つ以上の制御信号に応じてセルの各部分集合のセル電圧を測定し、そのセル電圧を表す少なくとも一つ以上の読み取り信号を提供する監視モジュールであって、セルの各部分集合の電圧が各監視モジュールに参照されるようにスタックに電気的につながれ、制御信号および読み取り信号はスタックの監視モジュールを通してつながれる、監視モジュールを含む監視モジュールに制御信号を提供し、監視モジュールから読み取り信号を受け取るシステム制御ユニットを含む、前記バッテリ監視システム。
【請求項１５】
各監視モジュールが；
セルの部分集合に相当するセルのセル電圧をサンプリングするサンプリング回路；
セルの部分集合に相当するセルのサンプリングされたセル電圧を受け取り、サンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路；
制御信号に応じて、サンプリング回路にサンプリング命令を同時に提供し、サンプリング回路および読み出し回路に読み取り命令を連続して提供するモジュール制御ユニットを含む、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１６】
各監視モジュールがスタック内の隣接する監視モジュールに制御信号を供給するように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１７】
各サンプリング回路がスイッチドキャパシタサンプリング回路を含む、請求項１５に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１８】
各監視モジュールがバッテリスタック内のセルの各部分集合を備える、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１９】
各監視モジュールが制御信号に応じて一つ以上の制御機能を果たすように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２０】
各監視モジュールが休止期間中に低電力モードで動作するように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２１】
各監視モジュールが正常な機能を検証する一つ以上の診断機能を果たすように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２２】
読み出し信号がサンプリングされたセル電圧を表す差動電流読み出し信号から成る、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２３】
読み出し信号がサンプリングされたセル電圧を表すアナログ読み出し信号から成る、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２４】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法であって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールを提供すること；
セルの各部分集合の電圧を各監視モジュールに参照させること；
制御信号および読み出し信号を監視モジュールを通して直列につなぐこと；
を含む、前記方法。
【請求項２５】
制御信号およびリード信号を監視モジュールを通して直列につなぐことが、バッテリスタックの各セルの監視される電圧を示す差動電流読み出し信号を供給することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
制御信号および読み出し信号を監視モジュールを通して直列につなぐことが、バッテリスタック各セルの監視された電圧を表すアナログ読み出し信号を供給することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
バッテリスタック内のセルのセルバランスを制御することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
制御信号に応じて一つ以上の制御機能を果たすことをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
休止期間中に監視モジュールを低電圧モードで動作させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法であって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視させるために一つ以上の監視モジュールを提供すること；
一つ以上の監視モジュールと共にバッテリスタック内のセルのセル電圧を同時にサンプリングすること；
バッテリスタック内のセルのサンプリングされたセル電圧を連続して読み出し、サンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供すること；
を含む、前記方法。
【請求項３１】
セル電圧を同時にサンプリングすることが、スイッチドキャパシタサンプリング回路を用いてセル電圧をサンプリングすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの読み出し信号を提供することが、サンプリングされたセル電圧を表す差動電流読み出し信号の提供を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも一つの読み出し信号を提供することが、サンプリングされたセル電圧を表す、アナログ読み出し信号の提供を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
バッテリスタック内のセルのセルバランスを制御することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
休止期間中に一つ以上の監視モジュールを低電圧モードで動作させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項１】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する監視モジュールであって：
バッテリスタックのセルの少なくとも部分集合である対応するセルのセル電圧をサンプリングするサンプリング回路；
セルの部分集合に相当するセルからサンプリングされたセル電圧を受け取りそのサンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路；
制御信号に応じて、同時サンプリング命令をサンプリング回路に提供しサンプリング回路に連続読み取り命令を提供するモジュール制御ユニットを含む、前記監視モジュール。
【請求項２】
各サンプリング回路がスイッチドキャパシタサンプリング回路を含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項３】
読み出し回路が隣接する監視モジュールからの読み出し信号を受け取るように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項４】
読み出し回路が監視モジュール電圧の範囲内のアナログ読み出し信号として読み出し信号を提供するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項５】
モジュール制御ユニットが監視モジュール電圧の範囲内でディジタル制御信号の形で制御信号を受け取る、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項６】
監視モジュールがバッテリスタック内のセルの部分集合によって電源供給される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項７】
監視モジュールが隣接する監視モジュールに制御信号を供給するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項８】
読み出し回路が隣接する監視モジュールまたはシステム制御ユニットに読み出し信号を供給するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項９】
セルの部分集合内のセルバランスを監視および制御するセルバランス回路をさらに含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１０】
温度センサーを監視し温度を表す読み出し信号を提供するする回路をさらに含む、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１１】
監視モジュールが制御信号に応じて少なくとも一つの制御機能を果たすように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１２】
監視モジュールが休止期間中に低電力モードで動作するように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１３】
監視モジュールが正常な機能を検証する一つ以上の診断動作を果たすように構成される、請求項１に記載の監視モジュール。
【請求項１４】
直列につながれた複数セルを持つバッテリスタックを監視するバッテリ監視システムであって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視し、一つ以上の制御信号に応じてセルの各部分集合のセル電圧を測定し、そのセル電圧を表す少なくとも一つ以上の読み取り信号を提供する監視モジュールであって、セルの各部分集合の電圧が各監視モジュールに参照されるようにスタックに電気的につながれ、制御信号および読み取り信号はスタックの監視モジュールを通してつながれる、監視モジュールを含む監視モジュールに制御信号を提供し、監視モジュールから読み取り信号を受け取るシステム制御ユニットを含む、前記バッテリ監視システム。
【請求項１５】
各監視モジュールが；
セルの部分集合に相当するセルのセル電圧をサンプリングするサンプリング回路；
セルの部分集合に相当するセルのサンプリングされたセル電圧を受け取り、サンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供する読み出し回路；
制御信号に応じて、サンプリング回路にサンプリング命令を同時に提供し、サンプリング回路および読み出し回路に読み取り命令を連続して提供するモジュール制御ユニットを含む、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１６】
各監視モジュールがスタック内の隣接する監視モジュールに制御信号を供給するように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１７】
各サンプリング回路がスイッチドキャパシタサンプリング回路を含む、請求項１５に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１８】
各監視モジュールがバッテリスタック内のセルの各部分集合を備える、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項１９】
各監視モジュールが制御信号に応じて一つ以上の制御機能を果たすように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２０】
各監視モジュールが休止期間中に低電力モードで動作するように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２１】
各監視モジュールが正常な機能を検証する一つ以上の診断機能を果たすように構成される、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２２】
読み出し信号がサンプリングされたセル電圧を表す差動電流読み出し信号から成る、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２３】
読み出し信号がサンプリングされたセル電圧を表すアナログ読み出し信号から成る、請求項１４に記載のバッテリ監視システム。
【請求項２４】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法であって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視する監視モジュールを提供すること；
セルの各部分集合の電圧を各監視モジュールに参照させること；
制御信号および読み出し信号を監視モジュールを通して直列につなぐこと；
を含む、前記方法。
【請求項２５】
制御信号およびリード信号を監視モジュールを通して直列につなぐことが、バッテリスタックの各セルの監視される電圧を示す差動電流読み出し信号を供給することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
制御信号および読み出し信号を監視モジュールを通して直列につなぐことが、バッテリスタック各セルの監視された電圧を表すアナログ読み出し信号を供給することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
バッテリスタック内のセルのセルバランスを制御することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
制御信号に応じて一つ以上の制御機能を果たすことをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
休止期間中に監視モジュールを低電圧モードで動作させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
直列につながれた複数のセルを持つバッテリスタックを監視する方法であって：
バッテリスタック内のセルの各部分集合を監視させるために一つ以上の監視モジュールを提供すること；
一つ以上の監視モジュールと共にバッテリスタック内のセルのセル電圧を同時にサンプリングすること；
バッテリスタック内のセルのサンプリングされたセル電圧を連続して読み出し、サンプリングされたセル電圧を表す少なくとも一つの読み出し信号を提供すること；
を含む、前記方法。
【請求項３１】
セル電圧を同時にサンプリングすることが、スイッチドキャパシタサンプリング回路を用いてセル電圧をサンプリングすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの読み出し信号を提供することが、サンプリングされたセル電圧を表す差動電流読み出し信号の提供を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも一つの読み出し信号を提供することが、サンプリングされたセル電圧を表す、アナログ読み出し信号の提供を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
バッテリスタック内のセルのセルバランスを制御することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
休止期間中に一つ以上の監視モジュールを低電圧モードで動作させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１０−５２０７３３（Ｐ２０１０−５２０７３３Ａ）
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５１７３４（Ｐ２００９−５５１７３４）
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００２６９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０８９７９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５０１１４４００３）アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００２６９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０８９７９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５０１１４４００３）アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
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