特許 5653454 バッテリセルタブモニター及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5653454

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】バッテリセルタブモニター及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20141218BHJP

   G01R 31/36 20060101ALI20141218BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 Q

   G01R31/36 A

【請求項の数】17

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-548942(P2012-548942)

(86)(22)【出願日】2010年12月13日

(65)【公表番号】特表2013-517755(P2013-517755A)

(43)【公表日】2013年5月16日

(86)【国際出願番号】US2010060087

(87)【国際公開番号】WO2011087658

(87)【国際公開日】20110721

【審査請求日】2013年12月6日

(31)【優先権主張番号】12/687,173

(32)【優先日】2010年1月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】ジェイ ランダル クーパー

(72)【発明者】

【氏名】ウェイビアオ ジャン

(72)【発明者】

【氏名】カイル ダブリュー スコット

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１５１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７８３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２７６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７５９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５６１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６４５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６９０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−９５２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８７５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 西独国特許出願公開第３５３３４３７（ＤＥ，Ａ）

【文献】 国際公開第９９／００１９１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １９／１６５

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとに電気的に接続される導電要素に電気的に接続されるバッテリセルタブ監視回路であって、前記バッテリセルタブ監視回路が、
前記導電要素から電流をプルする、又は前記導電要素へ電流を駆動するように接続される電流源と、
前記電流源の動作を制御するように接続される制御回路と、
前記電流源の動作の間に電圧を検知するように接続される電圧測定回路と、
を含み、
前記制御回路が、前記電圧測定に少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の状態を判定するように接続され、前記電流源が前記導電要素から電流をプルするように接続されるプルダウン電流源と前記導電要素へ電流を駆動するように接続されるプルアップ電流源とを含み、前記プルダウン電流源が第１のプルダウン電流源と第２のプルダウン電流源とを含み、前記プルアップ電流源が第１のプルアップ電流源と第２のプルアップ電流源とを含む、回路。

【請求項2】

請求項１に記載のバッテリセルタブ監視回路であって、
前記制御回路が前記第１のプルダウン電流源と前記第１のプルアップ電流源とを動作させ、前記導電要素の電気的接続が損なわれていないか周期的に判定する、回路。

【請求項3】

請求項１に記載のバッテリセルタブ監視回路であって、
前記制御回路が前記第２のプルダウン電流源と前記第２のプルアップ電流源とを動作させ、前記導電要素の電気的接続の品質を周期的に監視する、回路。

【請求項4】

第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとに電気的に接続される導電要素に電気的に接続されるバッテリセルタブ監視回路であって、前記回路が、
第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとに電気的に接続される前記導電要素から電流をプルする、又は前記導電要素へ電流を駆動するように接続される電流源と、
前記電流源の動作を制御するように接続される制御回路と、
前記電流源の動作の間に電圧を検知するように接続される電圧測定回路と、
を含み、
前記制御回路が、前記電圧測定に少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の導電状態の特性を判定するように接続され、
前記電流源が、前記導電要素から電流をプルするように接続されるプルダウン電流源と前記導電要素へ電流を駆動するように接続されるプルアップ電流源とを含み、
前記制御回路が前記プルアップ電流源と前記プルダウン電流源とを交互に動作するように制御して、前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの負荷を平衡化する、回路。

【請求項5】

請求項４に記載のバッテリセルタブ監視回路であって、
前記制御回路が前記プルダウン電流源の動作の間に電圧を第１の固定又は可変電圧閾値と比較し、更に、前記制御回路が前記プルアップ電流源の動作の間に電圧を第２の固定又は可変電圧閾値と比較する、回路。

【請求項6】

請求項４に記載のバッテリセルタブ監視回路であって、
前記制御回路が前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの相対的チャージに関する情報を受け取り、そして前記制御回路が前記プルアップ電流源と前記プルダウン電流源とを動作させて、前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの前記相対的チャージを平衡化する、回路。

【請求項7】

バッテリセル状態を監視する方法であって、
第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとの間に配置される導電要素から電流をプルすることと、
前記導電要素から電流をプルする間に前記第１のバッテリセルの第１の電圧を検知することと、
前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの間に配置される前記導電要素へ電流をプッシュすることと、
前記導電要素へ電流をプッシュする間に前記第１のバッテリセルの第２の電圧を検知することと、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とに少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の接続状態を判定することと、
を含む、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記導電要素へ電流をプッシュすることと前記導電要素から電流をプルすることとが周期的に交互に行われる、方法。

【請求項9】

請求項７に記載の方法であって、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とに少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の前記接続状態を判定する前記ステップが、
前記第１の電圧を第１の電圧閾値と比較することと、
前記第２の電圧を第２の電圧閾値と比較することと、
前記第１の電圧閾値と比較した前記第１の電圧と、前記第２の電圧閾値と比較した前記第２の電圧との関数に従って前記導電要素の前記接続状態の表示を提供することと、
を含む、方法。

【請求項10】

請求項７に記載の方法であって、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とに少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の前記接続状態を判定する前記ステップが、
前記第１の電圧と初期電圧との間の差を第１の電圧閾値と比較して、第１の比較を作成することと、
前記第２の電圧と前記初期電圧との間の差を第２の電圧閾値と比較して、第２の比較を作成することと、
前記第１の比較と前記第２の比較とに従って前記導電要素の前記接続状態の表示を提供することと、
を含む、方法。

【請求項11】

請求項７に記載の方法であって、
前記導電要素へ電流をプッシュする前記ステップが、
第１の間隔で第１の電流をプッシュすることと、
第２の間隔で第２の電流をプッシュすることと、
を含む、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法であって、
前記第１の間隔で前記第１の電流をプッシュする前記ステップが、前記導電要素が検知回路に接続されているか否かを判定するために、１ミリアンペアの電流をプッシュすることを含み、
前記第２の間隔で前記第２の電流をプッシュする前記ステップが、前記導電要素と前記検知回路との間の前記接続の劣化を判定するために、１０マイクロアンペアの電流をプッシュすることを含む、方法。

【請求項13】

請求項７に記載の方法であって、
前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの間のチャージの不平衡を判定することと、
前記導電要素を介して電流をプッシュすること又は電流をプルすることによって前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの間の前記チャージの不平衡を補正することと、
を更に含む、方法。

【請求項14】

第１のバッテリセルと第２のバッテリセルとに電気的に接続される導電要素に電気的に接続されるバッテリセルタブ監視装置であって、前記装置が、
第１の時間量の間に前記導電要素から第１の電流を周期的にプルするように接続される第１のプルダウン電流源と、
およそ前記第１の時間量の間に前記導電要素へ前記第１の電流にほぼ等しい電流を周期的にプッシュするように接続される第１のプルアップ電流源と、
第２の時間量の間に前記導電要素から第２の電流を周期的にプルするように接続される第２のプルダウン電流源と、
およそ前記第２の時間量の間に前記導電要素へ前記第２の電流にほぼ等しい電流を周期的に駆動するように接続される第２のプルアップ電流源と、
前記第１のプルダウン電流源、前記第１のプルアップ電流源、前記第２のプルダウン電流源、及び前記第２のプルアップ電流源の動作を制御するように接続される制御回路と、
前記第１のプルダウン電流源、前記第１のプルアップ電流源、前記第２のプルダウン電流源、及び前記第２のプルアップ電流源の動作の間電圧を検知するように接続される電圧測定回路と、
を含み、
前記制御回路が前記第１のプルダウン電流源と前記第１のプルアップ電流源との少なくとも１つの動作の間に電圧を第１の固定又は可変電圧閾値と比較し、前記制御回路が前記第２のプルダウン電流源と前記第２のプルアップ電流源との少なくとも１つの動作の間に電圧を第２の固定又は可変電圧閾値と比較するように、前記制御回路が前記測定された電圧に少なくとも部分的に基づいて前記導電要素の状態を判定するように接続される、装置。

【請求項15】

請求項１４に記載のバッテリセルタブ監視装置であって、
前記制御回路が前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの相対的チャージに関する情報を受け取り、前記制御回路が前記第２のプルアップ電流源と前記第２のプルダウン電流源とを動作させて、前記第１のバッテリセルと前記第２のバッテリセルとの前記相対的チャージを平衡化する、装置。

【請求項16】

請求項１５に記載のバッテリセルタブ監視装置であって、
前記第１の電流が１ミリアンペアであり、前記第２の電流が１０マイクロアンペアである、装置。

【請求項17】

請求項１４に記載のバッテリセルタブ監視装置であって、
前記第１のプルダウン電流源と前記第１のプルアップ電流源とが少なくとも１つのハードウエアベースの制御器により制御され、前記第２のプルダウン電流源と前記第２のプルアップ電流源とが少なくとも１つのファームウエアベースの制御器により制御される、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は全般的に電圧測定デバイス及び方法に関し、更に詳細にはバッテリスタック内のバッテリセルを監視するデバイス及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２個又はそれ以上のバッテリセルを含むバッテリパックを備えて電子デバイスに電力を供給することが一般的である。例えば２個又はそれ以上のバッテリセルを直列にスタックし、より高電圧を生成して各種の電子デバイスに電力供給することができる。これらのバッテリが監視されてバッテリに残存するエネルギー量に関する情報が電力を供給するデバイスの使用者に提供される。幾つかの用途ではバッテリスタックの各セルが監視される。これは特定用途に関して各セルの電圧のドリフトが高過ぎる又は低過ぎる場合、或いは特定のセルが動作を停止した場合にバッテリスタックの全体的性能に影響を与える恐れがあるためである。

【0003】

バッテリパック内のバッテリセルを監視する回路は各セルの電圧、及び直列全体の電圧を監視する。典型的には機械的なタブによって各バッテリセルが監視回路に電気的に接続される。この機械的なタブは時間の経過と共にバッテリパックの落下等の物理的条件によって切断されることがある。タブがバッテリセルから切断されると、監視回路は個々のセルを監視する能力を失ってしまう。

【発明の概要】

【0004】

一般的に言えば、これらの種々の実施形態によると、バッテリセルタブ監視装置が、２個のバッテリセルの間に電気的に接続される導電要素を含む。導電要素は検知回路に接続される。検知回路は、導電要素から電流をプルするように接続されるプルダウン電流源、及び／又は導電要素へ電流を駆動するように接続されるプルアップ電流源を含む。プルダウン電流源及びプルアップ電流源の動作の間電圧を検知するように電圧測定回路が接続される。測定された電圧は導電要素の状態を判定するように用いられうる。例えば、或る閾値を越える絶対電圧又は電圧変動が、バッテリセルタブの破損の前兆でありうる、バッテリセルタブ等の導電要素曲がりや亀裂を示すことができる。また別の閾値を越える絶対電圧又は電圧変動が、導電要素がバッテリセルから完全に切断されていることを示すことができる。

【0005】

異なる絶対電圧及び電圧変動を検知するための１つの手法は、異なる電流を導電要素へプッシュすること、又は導電要素からプルすることである。電流をプッシュすることとプルすることを交互に行うことにより、電圧チェックに起因するバッテリセルの不平衡を軽減し、付加的な電圧読み出しを生成する機会を提供する。検知電流をプッシュする又はプルするために用いられる電流源は、不平衡が検出されたときにバッテリセルを平衡化するためにも用いられうる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の様々な実施形態に従って構成される例示のバッテリセルタブモニターの回路図である。

【0007】

【図2】本発明の様々な実施形態に従って構成される例示のバッテリセルタブモニターの回路図である。

【0008】

【図3】本発明の様々な実施形態に従って構成される例示のバッテリセルタブモニターの、固定電圧閾値を検出する動作のフローチャートである。

【0009】

【図4】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【図5】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【図6】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【0010】

【図7】本発明の様々な実施形態に従って構成される例示のバッテリセルタブモニターの、電圧シフトを検出する動作のフローチャートである。

【0011】

【図8】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【図9】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【図10】本発明の様々な実施形態に従って構成されるときシステムで観察されうるサンプル波形である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は例示の実施形態の回路１００を示す。回路１００は、第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５に電気的に接続される導電要素１０５を含む。導電要素１０５は検知回路１２０に電気的に接続される。検知回路１２０は、導電要素１０５から電流をプルするように接続されるプルダウン電流源１２５を含む。検知回路１２０は、導電要素１０５へ電流を駆動するように接続されるプルアップ電流源１３０も含む。

【0013】

プルダウン電流源１２５及びプルアップ電流源１３０は各々１つの電流源だけで動作可能であるが、別の手法では各々が複数の独立制御可能な電流源を含みうる。図１の例ではプルダウン電流源１２５は、第１のプルダウン電流源１２７及び第２のプルダウン電流源１２９を含む。この例ではプルアップ電流源１３０が第１のプルアップ電流源１３２及び第２のプルアップ電流源１３５を含む。この例では検知回路１２０が第１の制御回路１４０及び第２の制御回路１４５を含む。１つの手法では第１のプルダウン電流源１２７は約１ミリアンペアの電流を提供し、そして第１の制御回路１４０によって制御される。第２のプルダウン電流源１２９は約１０マイクロアンペアの電流を提供し、そして第２の制御回路１４５によって制御される。同様に第１のプルアップ電流源１３２は約１ミリアンペアの電流を提供し、そして第１の制御回路１４０によって制御され、第２のプルアップ電流源１３５は約１０マイクロアンペアの電流を提供し、そして第２の制御回路１４５によって制御される。

【0014】

制御回路１４０及び１４５はハードウェアベースのコントローラ、又はファームウェアベースのコントローラでありうる。１つの手法では第１の制御回路１４０は、第１のプルアップ電流源１３２及び第１のプルダウン電流源１２７をオンオフすることができるハードウェアベースのコントローラを含む。第２の制御回路１４５は、第２のプルアップ電流源１３５及び第２のプルダウン電流源１２９をオンオフすることができるファームウェアベースのコントローラを含む。

【0015】

制御回路１４０及び１４５に関する例示の手法を図２を参照して説明する。ハードウェアベースのコントローラ２４０が、導電要素１０５からの電圧を異なる閾値電圧Ｖｔｈｌ及びＶｔｈ２と比較するように接続されるコンパレータ２２０及び２２２を含む。コンパレータ２２０及び２２２からの信号が、当業者に既知のもの等のハードウェア論理要素２２４に供給され、次にハードウェア論理要素２２４が、第１のプルアップ電流源１３２を制御するためのプッシュ電流制御信号２２８、及び第１のプルダウン電流源１２７を制御するためのプル電流制御信号２２６を提供する。

【0016】

図２に示すようなファームウェアベースのコントローラ２４５が、アナログデジタル変換器２５４に接続されるマイクロコントローラ２５２を含む。この手法ではアナログデジタル変換器２５４は、導電要素１０５から電圧を受け取り、これらの電圧信号をマイクロコントローラ２５２による処理のためのデジタル信号に変換するように接続される。マイクロコントローラ２５２はアナログデジタル変換器２５４の動作を制御するように接続される。またマイクロコントローラ２５２は、アナログデジタル変換器２５４によって供給される電圧デジタル信号に基づいて、第２のプルアップ電流源１３５を制御するためのプッシュ電流コントロール信号２５８、及び第２のプルダウン電流源１２９を制御するためのプル電流コントロール信号２５６を生成し、送信するようにプログラムされ構成される。スイッチ２６２、２６４、２６６、及び２６８がハードウェアベースのコントローラ２４０のための電圧検知及び電流提供を制御し、スイッチ２７２、２７４、２７６、及び２７８がファームウェアベースのコントローラ２４５のための電圧検知及び電流提供を制御する。

【0017】

再び図１を参照すると、検知回路１００は、プルダウン電流源１２７及びプルアップ電流源１３２の動作の間電圧を検知するように接続される電圧測定回路１５０を含む。検知回路１００は、プルダウン電流源１２９及びプルアップ電流源１３５の動作の間電圧を検知するように接続される第２の電圧測定回路１５５を含む。

【0018】

図１の例では、制御回路１４０及び電圧測定回路１５０は導電要素１０５の状態を判定するように接続される。例えば電圧測定回路１５０はプルダウン電流源１２７の動作の間測定される電圧を第１の電圧閾値と比較することができ、また電圧測定回路１５０はプルアップ電流源１３２の動作の間測定される電圧を第２の電圧閾値と比較することができる。測定された電圧といずれかの固定閾値との比較に基づき、或いは測定された電圧変動に基づき、制御回路１４０は導電要素１０５の状態を判定することができる。

【0019】

同様に、電圧測定回路１５５は、プルダウン電流源１２９の動作の間測定される電圧を第３の電圧閾値と比較することができ、また電圧測定回路１５５は、プルアップ電流源１３５の動作の間測定される電圧を第４の電圧閾値と比較することができる。測定された電圧といずれかの固定閾値との比較に基づき、或いは測定された電圧変動に基づき、制御回路１４５は導電要素１０５の状態を判定することができる。

【0020】

この例では、制御回路１４０がプルアップ電流源１３２及びプルダウン電流源１２７を交互に動作させるように制御して、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５の負荷を平衡化する。バッテリセル１１０及び１１５の負荷を平衡化することに加えて、プルダウン電流源１２７とプルアップ電流源１３２との間で交互に動作させることが電圧測定回路１５０に正と負の両方向での電圧変動の比較を可能にさせ、測定の精度を確かなものにする。例えばプルダウン電流源１２７の動作の間行われる測定を、プルアップ電流源１３２の動作の間行われる測定と比較することができ、所与の測定が予想範囲内に入っているか否かを判定することができ、スプリアス測定を低減できる。

【0021】

他の手法では、回路１００がプルアップ電流源１３０及びプルダウン電流源１２５の両方を含む必要はない。例えば回路１００が他の既知の負荷平衡メカニズムを含む場合、負荷の不平衡を低減するためにプルアップ電流源１３０及びプルダウン電流源１２５を使用する必要性は低くなり、プルアップ電流源１３０又はプルダウン電流源１２５の１つを実装して、本明細書で説明されるような電圧チェックを実施することができる。このような手法では、使用されない電流源の要素は取り除くこともできるし、或いは回路１００に残したままとすることもできる。

【0022】

多数の電流源を用いる別の手法では、制御回路１４０が第１のプルダウン電流源１２７及び／又は第１のプルアップ電流源１３２を動作させて、導電要素１０５の電気的接続が損なわれていないか周期的に判定する。制御回路１４５が第２のプルダウン電流源１２９及び／又は第２のプルアップ電流源１３５を動作させ、導電要素１０５の電気的接続の質を周期的に監視するようにしてもよい。

【0023】

そのような例の１つでは、導電要素１０５から約１ミリアンペアを約２ミリ秒間プルするように第１のプルダウン電流源１２７が制御される。次に導電要素１０５へ約１ミリアンペアを約２ミリ秒間プッシュするように第１のプルアップ電流源１３２が制御される。この例では、このチェックが８秒に１回実行される。電気的導電要素１０５が第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５から切断されると、その結果の切断時の電圧が、プルダウン電流源１２７が動作しているときに起こるような低閾値と、プルアップ電流源１３２が動作しているときに起こるような高閾値との両方において、電圧測定回路１５０によって検知される。連続するチェックにおいて、これらの高閾値及び低閾値の両方に合致すると、そのデバイスが故障状態に入るような、そのデバイスが断線状態の導電要素又はタブであるとの信号を検知回路１２０が発生する。

【0024】

このように構成された検知回路１２０が約１ミリアンペアのようなより大きな電流を印加する又はプルすることによって、導電要素１０５が故障し、もはや第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５と電気的接触状態ではないことを判定しうる或る閾値に電圧変動が到達するか否かを検知する。例えば約１０マイクロアンペアのようなより小さい電流を導電要素１０５からプルする又は導電要素１０５へプッシュすることで導電要素１０５の磨耗を示す電圧変動を検知してもよい。

【0025】

回路１００の別の用途では、制御回路１４５が第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５の相対的チャージに関する情報を受け取ることができる。この手法では制御回路１４５がプルアップ電流源１３５及びプルダウン電流源１２９を動作させて、第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５の相対的チャージを平衡化する。この手法では、当業界で既知であるような検知回路によって、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間のチャージの不平衡を判定することができる。各種手法において検知回路が、図１に示すものから分離された制御回路を含んでよく、或いは制御回路１４０及び／又は制御回路１４５と通信してもよい。バッテリパック内のセル間のこのような不平衡が、例えばバッテリパックの故障等を含む性能の低下を引き起こす可能性がある。従って第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間のチャージの不平衡を判定すると、検知回路１２０は、電流源のいずれかを用いて導電要素１０５を介して電流をプッシュする又は電流をプルすることにより、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間のチャージの不平衡を補正することができる。電流を選択的に特定のバッテリセルへプッシュすること及び特定のバッテリセルからプルすることによって、バッテリパックの相対的セルチャージを再平衡化することができる。更には不平衡の量に応じて、第１のプルダウン電流源１２７により一層大きな電流を印加し、或いは第２のプルダウン電流源１２９により一層小さな電流を印加するようにすることができる。これは補正すべきセルの不平衡の量に応じて行う。

【0026】

図１に示す例示の回路１００の残部はバッテリセルに関連して用いられる検知回路１２０の動作に使用される周知の要素を含む。例えばレジスタ１７１、１７２、及び１７３がキャパシタ１８１及び１８２と共に動作して、第１のバッテリセル１１０、第２のバッテリセル１１５、及びバッテリセル１１０と１１５の組合せの電圧過渡現象をフィルタリングする。例えば幾つかの実現例では、レジスタ１７１、１７２、及び１７３、並びにキャパシタ１８１及び１８２を省略することが可能でありうる。また回路ノードＶＣ１＿ＣＴＡＢを省略して、ＶＣ１＿ＣＴＡＢ回路ノードが省略された場合のレジスタ１７２の影響に考慮して、両方のプルダウン電流源及び両方のプルアップ電流源のために回路ノードＶＣｌのみを用いることも可能である。他の手法においては、追加の要素を加えることも可能である。

【0027】

バッテリセルタブ状態を監視する例示の方法を図３及び図１の例示の回路１００を参照して説明する。この方法は導電要素１０５の状態を判定するために固定電圧閾値を用いるもので、ハードウェアベースの制御回路又はファームウェアベースの制御回路のいずれかによって実施可能である。方法３００はステップ３０５として、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間に配置される導電要素１０５から電流をプルすることを含む。方法はステップ３１０として、導電要素１０５から電流をプルする間、第１のバッテリセル１１０の第１の電圧を検知することを含む。方法はステップ３１５として、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間に配置される導電要素１０５へ電流をプッシュすることを含み、ステップ３２０として、導電要素１０５に電流をプッシュする間、第１のバッテリセル１１０の第２の電圧を検知することを含む。図３に示すように、電流をプルするステップ３０５及び電流をプッシュするステップ３１５はどちらの順で行われてもよい。即ち導電要素１０５から電流をプルするステップ３１５が導電要素１０５を介して電流をプッシュするステップ３０５の前に行われてもよい。別の手法では、電流が導電要素１０５から引かれるか又は導電要素１０５へ押されるかのいずれかであるように、ステップ３０５及び３１０、又はステップ３１５及び３２０のいずれかが省略される。このような手法は他の既知の負荷平衡化法の適用を伴ってもよい。方法はステップ３３０として、第１の電圧及び第２の電圧に少なくとも部分的に基づいて導電要素１０５の接続状態を判定することを含む。

【0028】

導電要素１０５から電流をプルするステップ３０５及び導電要素１０５へ電流をプッシュするステップ３１５は、周期的に交互に行うことができる。１つの例では導電要素から電流をプルするステップ３０５及び／又は導電要素へ電流をプッシュするステップ３１５のいずれかが、第１の間隔で第１の電流をプッシュすること又はプルすること、及び第２の間隔で第２の電流をプッシュすること又はプルすることを含んでもよい。例えば第１の間隔で第１の電流をプルするステップが、導電要素１０５が検知回路１２０に接続されているか否かを判定するために約１ミリアンペアの電流をプルすることを含んでもよい。第２の間隔で第２の電流をプルするステップが、導電要素１０５と検知回路１２０との間の接続の劣化を判定するために約１０マイクロアンペアの電流をプルすることを含んでもよい。

【0029】

１つの手法では導電要素１０５の接続状態を判定するステップ３３０がステップ３１０で測定される電圧に少なくとも部分的に基づいて行われ、ステップ３４０で、第１の電圧を第１の電圧閾値と比較し、そしてステップ３５０で、ステップ３２０で測定された第２の電圧を第２の電圧閾値と比較する。ステップ３６０で、第１の電圧閾値と比較した第１の電圧、及び第２の閾値と比較した第２の電圧の関数に従って導電要素１０５の接続状態の表示が提供される。特定の電圧閾値は特定の用途に従って変化する。

【0030】

例として図４は、導電要素１０５が接続され、低抵抗を有しているとき、１ミリアンペアの電流が印加された場合に予想される電流及び電圧の波形を示す。表示ＶＣ１及びＶＣ１＿ＣＴＡＢは図１の例示の回路上のノードを示し、表示された電流及び電圧が印加され測定される。ＶＣ１＿ＣＴＡＢノードから１ミリアンペアの電流が引かれるとき、ＶＣ１ノードにおける電圧は、感知できるほどには変化せず、且つ固定の低閾値Ｔ１を超えない。同様に、ＶＣ１＿ＣＴＡＢノードへ１ミリアンペアの電流が押されるとき、ＶＣ１ノードにおける電圧は、感知できるほどには変化せず、且つ固定の高閾値Ｔ２を超えない。従って導電要素１０５が接続されていることが宣言される。

【0031】

図５は導電要素１０５が切断されているか又は非常に高抵抗を有するときに予想される電流及び電圧の波形を示す。１ミリアンペア電流がＶＣ１＿ＣＴＡＢノードから引かれるか又はＶＣ１＿ＣＴＡＢノードへ押されると、ＶＣ１で測定される電圧が、プルダウン電流源１２７がアクティブのとき固定の低閾値Ｔ１を超え、プルアップ電流源１３２がアクティブのとき固定の高閾値Ｔ２を超える。この状態は導電要素１０５が切断され、開状態であることを示す。

【0032】

図６は導電要素１０５が接続され、中程度の抵抗を有しているとき予想される電流及び電圧の波形を示す。１ミリアンペアの電流がＶＣ１＿ＣＴＡＢノードから引かれるか又はＶＣ１＿ＣＴＡＢノードへ押されると、ＶＣ１で測定される電圧は変動するが、プルダウン電流源１２７がアクティブのとき固定の低閾値を超えず、プルアップ電流源１３２がアクティブのとき固定の高閾値を超えない。固定の閾値を超えなかったので、導電要素１０５が接続されていることをシステムは宣言する。

【0033】

バッテリセルタブ状態を監視する別の例示の方法を図７及び図１の例示の回路１００を参照して説明する。この方法は導電要素１０５の状態を判定するために可変電圧閾値を用いるもので、ハードウェアベースの制御回路又はファームウェアベースの制御回路のいずれかによって使用されうる。方法７００はステップ７０２として、第１のバッテリセル１１０の初期電圧を測定することを含む。その後の電圧測定がこの初期電圧と比較され導電要素１０５の状態を判定する。方法はステップ７０５として、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間に配置される導電要素１０５から電流をプルすることを含む。方法はステップ７１０として、導電要素１０５から電流をプルすることに起因する、第１のバッテリセル１１０の電圧降下を検知することを含む。方法はステップ７１５として、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間に配置される導電要素１０５へ電流をプッシュすることを含み、ステップ７２０として、導電要素１０５へ電流をプッシュすることに起因する、第１のバッテリセル１１０の電圧上昇を検知することを含む。

【0034】

図７に示すように、電流をプルするステップ７０５及び電流をプッシュするステップ７１５は、いずれの順で実施されてもよい。即ち、導電要素１０５へ電流をプッシュするステップ７１５を導電要素１０５から電流をプルするステップ７０５の前に行ってもよい。別の手法では、電流が導電要素１０５から引かれるか又は導電要素１０５へ押されるかのいずれかであるように、ステップ７０５及び７１０又はステップ７１５及び７２０のいずれかが省略される。このような手法が他の既知の負荷平衡化法の適用を伴ってもよい。方法はステップ７３０として、ステップ７１０及び７２０で検知される電圧降下及び電圧上昇に少なくとも部分的に基づいて導電要素１０５の接続状態を判定することを含む。

【0035】

１つの手法では、接続状態を判定することが、ステップ７４０で、第１の電圧と初期電圧との間の差を第１の閾値と比較して第１の比較を作成することと、ステップ７５０で、第２の電圧と初期電圧との間の差を第２の電圧閾値と比較して第２の比較を作成することを含む。１つの手法では第１の閾値及び第２の閾値は最後に測定された電圧に基づいて判定され、これらの閾値が電流源の１つの特定の動作の間総電圧変化を測定するようになされる。方法はステップ７６０で、第１の比較及び第２の比較に従って導電要素の接続状態の表示を提供することを含む。

【0036】

このような例の１つでは、ファームウェアベースの制御回路１４５が指令を出して、約８ミリ秒間、中央のタブ又は導電要素１０５から１０マイクロアンペアの電流が引かれるようにすることができる。次に制御回路１４５がプルダウン電流源１２９を１０ミリ秒間オフにして、その後制御回路１４５が第２のプルアップ電流源１３５を制御して、１マイクロアンペアの電流が導電要素１０５に約８ミリ秒間供給されるようにする。導電要素１０５が部分的に切断されている場合は、１０マイクロアンペアの電流が導電要素１０５から引かれるか又は導電要素１０５へ押されることに起因して、導電要素１０５における電圧を制御回路１４５が検出することができる。この変動する電圧は、第１のバッテリセル１１０と第２のバッテリセル１１５との間に配置される導電要素１０５又は中央タブの磨耗を示す。

【0037】

例として、図８は導電要素１０５が接続され、低抵抗を有しているとき、１０マイクロアンペアの電流が印加されたとき予想される電流及び電圧の波形を示す。表示ＶＣ１及びＶＣ１＿ＣＴＡＢは、図１の例示の回路上のノードを示すもので、表示された電流及び電圧が印加され測定される。１０マイクロアンペアの電流がＶＣ１＿ＣＴＡＢノードから引かれるとき、ＶＣ１ノードにおける電圧は初期電圧から感知できる程には変化せず、且つ可変低閾値Ｔ３を超えない。同様に、１０マイクロアンペアの電流がＶＣ１＿ＣＴＡＢノードへ押されるとき、ＶＣ１ノードにおける電圧は、感知できるほどには変化せず、且つ可変高閾値Ｔ４を超えない。従って導電要素１０５が接続されていると宣言される。

【0038】

図９は、導電要素１０５が切断されるか又は非常に高抵抗を有しているとき予想される電流及び電圧の波形の１つの候補となるセットを示す。１０マイクロアンペアの電流がＶＣ１＿ＣＴＡＢノードから引かれるか或いはＶＣ１＿ＣＴＡＢノードへ押されると、ＶＣ１で測定される電圧が、プルダウン電流源１２９がアクティブであるとき可変低閾値Ｔ３を超え、プルアップ電流源１３２がアクティブであるとき可変高閾値Ｔ４を超える。この状態は、導電要素１０５が切断されて開状態であることを示す。この例から、低閾値Ｔ３及び高閾値Ｔ４が、電流源から電流を印加している間の電圧のデルタ又は変化を示すことがわかる。このように高閾値Ｔ４は、プルダウン電流源１３２からの電流の印加開始時の電圧から測定される。

【0039】

図１０は、導電要素１０５が接続され、中程度の抵抗を有しているとき予想される電流及び電圧の波形の１つの候補となるセットを示す。この例では図５の例とは異なり、ＶＣ１ノードで測定される電圧が、プルダウン電流源１２９がアクティブのとき低閾値Ｔ３を超え、プルアップ電流源１３５がアクティブのとき高閾値Ｔ４を超える。これはこの例ではより小さいデルタの閾値が印加されたことを反映している。更に、各種の状態をテストするために閾値は可変であってよい。このように特定の閾値が超えられると抵抗の大きさを判定でき、従って導電要素１０５の磨耗量を判定できる。

【0040】

図１を再び参照すると、この方法を実行するための特定の例示の回路は、第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５に電気的に接続され、検知回路１２０に電気的に接続される導電要素１０５を含みうる。検知回路１２０は、第１の時間量の間、導電要素１０５から第１の電流を周期的にプルするように接続される第１のプルダウン電流源１２７と、およそ第１の時間量の間、第１の電流にほぼ等しい電流を導電要素１０５へ周期的にプッシュするように接続される第１のプルアップ電流源１３２を含む。第２の時間量の間、第２の電流を導電要素１０５から周期的にプルするように第２のプルダウン電流源１２９が接続され、およそ第２の時間量の間、第２の電流にほぼ等しい電流を導電要素１０５へ周期的に駆動するように第２のプルアップ電流源１３５が接続される。この例では、第１の電流が約１ミリアンペアであり、第２の電流が約１０マイクロアンペアである。

【0041】

第１のプルダウン電流源１２７及び第１のプルアップ電流源１３２の動作を制御するように第１の制御回路１４０が接続され、第２のプルダウン電流源１２９及び第２のプルアップ電流源１３５の動作を制御するように第２の制御回路１４５が接続される。第１のプルダウン電流源１２７及び第１のプルアップ電流源１３２の動作の間電圧を検知するように第１の電圧測定回路１５０が接続され、第２のプルダウン電流源１２９及び第２のプルアップ電流源１３５の動作の間電圧を検知するように第２の電圧測定回路１５５が接続される。

【0042】

制御回路１４０及び１４５は、測定された電圧に少なくとも部分的に基づいて導電要素１０５の状態を判定するように接続されており、制御回路１４０及び１４５が第１のプルダウン電流源１２７及び第１のプルアップ電流源１３２の少なくとも１つの動作の間電圧を第１の電圧閾値と比較し、そして制御回路１４０及び１４５が第２のプルダウン電流源１２９及び第２のプルアップ電流源１３５の少なくとも１つの動作の間電圧を第２の電圧閾値と比較するようになっている。この例では、第１のプルダウン電流源１２７及び第１のプルアップ電流源１３２は、少なくとも１つのハードウェアベースの制御回路１４０によって制御され、第２のプルダウン電流源１２９及び第２のプルアップ電流源１３５は、少なくとも１つのファームウェアベースの制御回路１４５によって制御される。また制御回路１４５が第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５の相対的チャージに関する情報を受け取るように構成されて、制御回路１４５が第２のプルアップ電流源１３５及び第２のプルダウン電流源１２９を動作させ、第１のバッテリセル１１０及び第２のバッテリセル１１５の相対的チャージを平衡化するようにすることもできる。

【0043】

このように構成された、本明細書で説明されるようなバッテリセルタブ監視回路が、２個のバッテリセルの間の接続タブが切断されたとき、及びバッテリセルタブの破損の前兆でありうる磨耗の兆候をバッテリセルタブが示したときを判定することができる。また回路の種々の変更によって、選択的に電流をバッテリセルタブへプッシュすることか又はバッテリセルタブからプルすることを可能にし、バッテリセルチャージが不平衡となったときバッテリスタック内のバッテリセルのチャージを平衡化することができる。

【0044】

例示の実施形態の文脈で説明したような特徴又はステップのすべて又はその幾つかを有する例示の実施形態の文脈で説明した一つ又はそれ以上の特徴又はステップの異なる組合せを有する実施形態も、本明細書に包含されることを意図している。当業者にとっては本発明の請求の範囲内で他の多くの実施形態及び変形が可能であることが理解されるであろう。

【符号の説明】

【0045】

１００・・・回路
１０５・・・導電要素
１１０・・・第１のバッテリセル
１１５・・・第２のバッテリセル
１２０・・・検知回路
１２５・・・プルダウン電流源
１２７・・・第１のプルダウン電流源
１２９・・・第２のプルダウン電流源
１３０・・・プルアップ電流源
１３２・・・第１のプルアップ電流源
１３５・・・第２のプルアップ電流源
１４０・・・第１の制御回路
１４５・・・第２の制御回路
１７１、１７２、１７３・・・レジスタ
１８１、１８２・・・キャパシタ
２２０、２２２・・・コンパレータ
２２４・・・ハードウェア論理要素
２４０・・・コントローラ
２４５・・・コントローラ
２５２・・・マイクロコントローラ
２５４・・・アナログデジタル変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】