特許 6574793 より信頼できる電圧測定値を用いる蓄電池システム

(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】6574793

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】より信頼できる電圧測定値を用いる蓄電池システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/396 20190101AFI20190902BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20190902BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20190902BHJP

   G01R 19/25 20060101ALI20190902BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190902BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20190902BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190902BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/396

   G01R31/382

   G01R31/385

   G01R19/25

   H02J7/00 Q

   H02J7/02 H

   H01M10/48 P

   H01M10/44 P

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-574253(P2016-574253)

(86)(22)【出願日】2015年6月25日

(65)【公表番号】特表2017-526903(P2017-526903A)

(43)【公表日】2017年9月14日

(86)【国際出願番号】FR2015051712

(87)【国際公開番号】WO2015197982

(87)【国際公開日】20151230

【審査請求日】2018年5月24日

(31)【優先権主張番号】1456009

(32)【優先日】2014年6月26日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】パルミエリ ミカエル

(72)【発明者】

【氏名】ベランジェ マルク

(72)【発明者】

【氏名】カルクエ セバスチャン

(72)【発明者】

【氏名】コルデッセ リオネル

(72)【発明者】

【氏名】ダービー アレクシ

(72)【発明者】

【氏名】メンスラー ミシェル

(72)【発明者】

【氏名】ダン−ファン−ニャン クリストフ

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−００４５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８２５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００６６５７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２０２９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５０４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１８２３７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３６−３１／３９６

Ｇ０１Ｒ １９／２５

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された第１及び第２の電気化学蓄電池の段（４１、４２）と、
第１段の少なくとも１つの蓄電池の端子間の電位により電力を供給され、第１段の蓄電池の端子間の電位差を測定するために設けられ、第１出力インターフェイス（３１２）を備え、第１段の前記蓄電池の端子間で測定された電位差を符号化するために設けられた第１アナログ／デジタル変換部を備え、前記第１出力インターフェイスは、第１段の蓄電池端子間の少なくとも２つの電位により定義される論理レベルを用いて、符号化された電位差に対応する第１デジタルシーケンスを伝達するために設けられる、第１制御装置（３１）と、
第２段の少なくとも１つの蓄電池の端子間の電位により電力を供給され、第２段の蓄電池の端子間の電位差を測定するために設けられ、入力インターフェイス（３２１）を備え、第２出力インターフェイス（３２２）を備え、入力インターフェイスで受ける第１デジタルシーケンスから第１制御装置により測定される電位差を復号するために設けられた復号部を備え、第２段の前記蓄電池の端子間で測定される電位差、又は、入力インターフェイスで受けるデジタルシーケンスの２つの電位を選択的に符号化するために設けられた第２アナログ／デジタル変換部を備え、受けたデジタルシーケンスの２つの電位に基づいて、第１段の前記蓄電池の端子間の電位差を推定するために設けられた処理装置を備え、第２出力インターフェイスが、符号化された電位差、復号された電位差、又は、処理装置により推定された電位差を示す情報に対応する第２デジタルシーケンスを選択的に供給するために設けられる、第２制御装置（３２）と、
第１出力インターフェイスにより加えられた第１デジタルシーケンスの２つの電位を第２制御装置の供給電位間の２つの電位に変換するために設けられ、また、変換された第１デジタルシーケンスを第２制御装置の入力インターフェイスに加えるために設けられる、電位レベル変換部（３４）と
を備えることを特徴とする蓄電池システム（１）。

【請求項2】

前記電位レベル変換部（３４）は、
第１制御装置（３１）の第１出力インターフェイス（３１２）と第２制御装置（３２）の入力インターフェイス（３２１）との間に接続された第１電気負荷（３４２）
第２制御装置（３２）の入力インターフェイス（３２１）と第２制御装置の前記供給電位の１つとの間に接続された第２電気負荷（３４１）
を特徴とする分圧部を有する
請求項１記載の蓄電池システム（１）。

【請求項3】

充電状態における第２段の端子の最大動作電位差をＶｍａｘとし、
放電状態における第２段の端子の最小動作電位差をＶｍｉｎとし、
第１電気負荷はインピーダンスＲ１を有し、第２電気負荷はインピーダンスＲ２を有し、前記インピーダンスＲ１、Ｒ２は、Ｒ１／Ｒ２＞Ｖｍａｘ／Ｖｍｉｎである
請求項２記載の蓄電池システム（１）。

【請求項4】

第１デジタルシーケンスは、第１段の端子間の前記電位によりそれぞれ定義される２つの論理レベルを備える
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蓄電池システム。

【請求項5】

蓄電池（６１）の第１段及び蓄電池（６２）の第２段はそれぞれ直列に接続された、いくつかの電気化学蓄電池（６１１、６２１）を備え、前記第１制御装置は、第１段の蓄電池のそれぞれについての端子間の電位差を測定するために設けられ、前記第２制御装置は、第２段の蓄電池のそれぞれについての端子間の電位差を測定するために設けられ、第１デジタルシーケンスの前記論理レベルの少なくとも１つは、第１段の前記蓄電池の１つの、１つの端子における電位により定義される
請求項１記載の蓄電池システム（１）。

【請求項6】

前記第１制御装置（３１）は、蓄電池の第１段の端子間の電位差を入力部で受ける、ステップダウン型電圧変換部（３１３）を介して電力を供給される
請求項５記載の蓄電池システム。

【請求項7】

前記電位レベル変換部（３４）は、ガルバニック絶縁を有していない
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の蓄電池システム（１）。

【請求項8】

前記第１及び第２の制御装置は、放電電流を第１段及び第２段にそれぞれ選択的に加えるために設けられ、前記第１制御装置は、処理装置を有し、第１及び第２の制御装置の前記処理装置は、それらの個々の段に、個々の入力インターフェイスで受けるデジタルシーケンスに基づいて、放電電流の適用又は中断を選択的に制御するために設けられる
請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の蓄電池システム（１）。

【請求項9】

前記第１制御装置又は前記第２制御装置の出力インターフェイスに、ガルバニック絶縁回路（５１、５２）により接続された制御回路（５）を備え、制御回路は、前記第１又は第２の制御装置から受け、電位差の値を含むデジタルシーケンスを復号するために設けられる
請求項８記載の蓄電池システム（１）。

【請求項10】

制御回路（５）は、制御装置の入力インターフェイスに、ガルバニック絶縁回路により接続され、制御回路は、その段のこの制御装置による放電電流の適用又は中断を制御するデジタルシーケンスを生成するために設けられる
請求項９記載の蓄電池システム（１）。

【請求項11】

第１制御装置（３１）の第１出力インターフェイスに供給される第１デジタルシーケンスの論理レベルは、この第１出力インターフェイスに高インピーダンス状態を加えることにより定義される
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の蓄電池システム（１）。

【請求項12】

第２制御装置（３２）の前記復号部（３０５）は、入力インターフェイス（３２１）で受ける第１デジタルシーケンスを少なくとも１つの電位しきい値と比較して、第１制御装置により測定された電位差を復号するために設けられ、前記第２制御装置は、入力インターフェイスで受けるデジタルシーケンスの少なくとも１つの電位により前記電位しきい値の値を変更するために設けられる
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の蓄電池システム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学蓄電池に関する。電気化学蓄電池は、例えば、電気及びハイブリッド輸送システム又は埋め込みシステムの分野で用いられることができる。

【背景技術】

【0002】

電気化学蓄電池は、普通、次の桁の公称電圧を有する。
ニッケル水素型電池に対して、１．２Ｖ
リン酸鉄系リチウムイオン（ＬｉＦｅＰＯ_４）技術に対して、３．３Ｖ
コバルト酸化物系リチウムイオン型技術に対して、３．７Ｖ

【0003】

これらの公称電圧は、多くのシステムの要求に対してあまりにも小さく、電力を供給されることができない。適切な電圧レベルを得るために、いくつかの蓄電池は直列に配置される。大きな電力及び容量を得るために、いくつかのグループの蓄電池は直列で配置される。段（stage）の数、及び、各段において並列な蓄電池の数は、電池にとって好ましい電圧、電流及び容量に従って変化する。いくつかの蓄電池（accumulator）の接続体（association）が蓄電池（accumulator battery）と呼ばれる。

【0004】

蓄電池の充電は、その端子間の電圧の増加につながる。各蓄電池技術はそれ自身の個々の充電プロファイルを有しており、充電プロファイルは、例えば、所定の充電電流についての蓄電池の電圧の時間的な変化により定義される。

【0005】

蓄電池は、例えば、所定の電流の下で、その電気化学プロセスにより定義される公称電圧レベルに到達したときに、充電されたと判断される。もしも、この電圧に到達する前に充電が中断されたならば、蓄電池は十分に充電されない。充電が所定の期間続いたとき、又は、充電池が一定電圧に維持される間に、充電電流が最小しきい値に到達したときに、充電池は充電されたと判断されることもできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００８／１８０１０６号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１１００５６０３号明細書

【特許文献3】米国特許第６４１１９１２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

製造ばらつきのために、複数の蓄電池は実際には異なる特性を有する。電池が新しいときには比較的に小さい、これらの差異は、蓄電池の異なる消耗によって強調される。同じ製造バッチからの蓄電池が電池と関連付けられたときでも、ばらつきは依然として維持される。

【0008】

コバルト酸化物系リチウムイオン型蓄電池の動作範囲は、典型的には２．７〜４．２Ｖである。この範囲の外での使用は、蓄電池の不可逆的な劣化につながることがある。動作範囲よりも小さな電圧はセルを劣化させる。過充電は、蓄電池の破壊、消耗の加速、熱暴走現象による爆発につながることがある。

【0009】

そのために、個々の制御装置は各段の電圧レベルを監視する。これらの制御装置のそれぞれは段に属し、一般にこの段により電力を供給される。各制御装置は中央装置と通信し、その段についての測定された電圧レベルを中央装置に供給する。中央装置は、受けた電圧レベルにより、各段への充電又は放電の中断指令を生成する。

【0010】

例えば、充電された段のほとんどが動作範囲の上限に到達したときに、全ての段の充電は中断される。このとき、最も少なく充電された段の電圧は、上限よりも小さい電圧に等しい。

【0011】

最も少なく充電された段が動作範囲の下限に到達したときに、中央装置は、電池の放電中断も制御する。

【0012】

測定及び中断の決定は離れたところで行われるので、制御装置と中央装置との間の通信は、電池の完全の状態を確保するために必須である。

【0013】

特許文献１は、デイジーチェイン接続された制御モジュールを備える、高電圧電池管理システムを記載する。

【0014】

特許文献２は、複数のセルに共通する電池管理システムを記載する。各セルは、セルの端子間の冗長電圧測定を行うための個々の回路を有する。

【0015】

先行技術により知られる第１の通信解決手段によると、中央装置はデータバスに接続される。これらの制御装置のそれぞれに加えられる、いろいろな電圧レベルのために、このデータバスはガルバニック絶縁（galvanic isolation）により各制御装置に接続される。

【0016】

先行技術により知られる第２の通信解決手段によると、制御装置は有線接続を介して段階的に通信する。中央装置は、電池の端部の２つの制御装置に、ガルバニック絶縁装置を介して接続される。

【0017】

この第２の解決手段のコストを削減するために、特許文献３は、電圧レベル移動（translation）による、制御装置間の段階的な通信を記載する。そのような構造は、特に、ガルバニック絶縁体を除外して、電池の全体コストを削減することを可能にする。

【0018】

しかしながら、そのような構造は、制御装置により行われる電圧測定の信頼性が不十分であるので、特定の安全要求を満足するのに不十分である。この要求を満足するために、各段の制御装置を倍増することが知られているが、それは、かなりのコスト超過をもたらす。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明は、この欠点を解決することを目的とする。本発明は、添付した特許請求の範囲で定義するように、蓄電池システムに関する。

【発明の効果】

【0020】

本発明の他の特徴及び利点は、何ら限定しない例として与えられる、添付する図面を参照して、明細書からよりはっきりと明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る蓄電池システムの第１例の概略図である。

【図2】本発明に係る蓄電池システムの第２例の概略図である。

【図3】制御装置接続体の第１例を示す。

【図4】制御装置の例を概略的に示す。

【図5】制御装置接続体の第２例を示す。

【図6】電池の一端の制御装置と接続された追加制御装置を示す。

【図7】図３の制御装置接続体の例の変形例を示す。

【図8】図５の制御装置接続体の例の変形例を示す。

【図9】段を充電することが予定される制御装置の変形例を示す。

【図10】段を充電することが予定される制御装置の変形例を示す。

【図11】本発明に係る蓄電池システムの第３例の概略図である。

【図12】受ける信号に基づいて提供されるいろいろなしきい値を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、本発明の第１実施の形態に係る蓄電池システム１を概略的に示す。図２は、本発明の第２実施の形態に係る蓄電池システム１を概略的に示す。

【0023】

これらの実施の形態に係るシステム１は、例えば、電気自動車を駆動するために提供されても良い。システム１は、直列に接続された電気化学蓄電池段４を含む電池２を備える。電池２は、例えば、要求される電圧及び用いられる蓄電池の種類に応じて直列に接続される２０〜１００個の蓄電池を典型的に含む、多数の段４を備える。段４は、電力電気接続（power electrical connection）７１により直列に接続される。各段４は、それに属する制御装置を有する。各制御装置は、入力インターフェイス及び出力インターフェイスを有する。制御装置は、それらが属する段の端子間の電位差を測定するために設けられる。制御装置３は、また、段階的に通信するために、特に、測定した電位差の値を通信するために設けられる。

【0024】

図１の実施の形態では、制御装置３は、例えば、入力インターフェイス３０１及び出力インターファイス３０２を含む、スレーブ（slave）制御装置である。制御装置３５は、入力インターフェイス３５１及び出力インターファイス３５２を含む、マスター（master）制御装置である。そのような構造は、例えば、スレーブ制御装置３とマスター制御装置３５との間のガルバニック絶縁を除外して、制御装置３５が制御装置３に指令を伝達することを可能にする。

【0025】

図２の実施の形態では、制御装置３は全て、入力インターフェイス３０１及び出力インターファイス３０２を含むスレーブ制御装置である。遠隔中心装置５は、制御装置３により形成された通信デイジーチェインの端部に、ガルバニック絶縁装置５１、５２を介して接続される。中心装置５は、典型的には、制御装置３により測定された電位差の値を検索し、指令をこれらの制御装置３に供給する。

【0026】

図３は、直列に接続された２つの段４１、４２における、制御装置接続体の第１の例を示す。電池２の負端子と正端子との間の直列接続において、段４１は、例えば、指数（index）がＮであり、段４２は指数がＮ＋１である。段４１の負端子における電位はＶ_ｎ−１で示され、段４１の正端子における電位はＶ_ｎで示され、段４２の負端子における電位に等しく、段４２の正端子における電位はＶ_ｎ＋１で示される。複数の段の端子間の平均電位差がＶｃｅｌに等しいと仮定すると（各段の公称電圧は同一であると仮定される）、電位Ｖ_ｎ−１は（ｎ−１）×Ｖｃｅｌにおおよそ等しい。

【0027】

第１制御装置３１は、段４１に属し、段４１に電気的に接続される。第１制御装置３１は、電位Ｖ_ｎ、Ｖ_ｎ−１により電力を供給される。第２制御装置３２は、段４２に属し、段４２に電気的に接続される。第２制御装置３２は、電位Ｖ_ｎ＋１、Ｖ_ｎにより電力を供給される。

【0028】

図３に示す例では、通信は制御装置３２から制御装置３１へと行われる。制御装置３１は入力インターフェイス３１１及び出力インターフェイス３１２を有する。制御装置３２は入力インターフェイス３２１及び出力インターフェイス３２２を有する。出力インターフェイス３２２は、電位レベル変換部３３を介して入力インターフェイス３１１に接続される。入力インターフェイス３２１は、指数Ｎ＋２の段の制御装置の出力インターフェイスに接続される。出力インターフェイス３１２は、指数Ｎ−１の段の制御装置の入力インターフェイスに接続される。

【0029】

制御装置３２は、段４２の端子間の電位差を測定し、この電位差を（任意には、しきい値との比較によるシングルビット符号化を用いて）デジタル化し、（Ｍ_ｎ＋１で示される）デジタル化した電位差を、それぞれＶ_ｎ＋１、Ｖ_ｎに等しい、少なくとも２つの論理レベルを含むデジタルシーケンスの形態で、例えば、出力部に電位Ｖ_ｎ＋１又はＶ_ｎを加えるスイッチにより、出力部３２２に加える。デジタルシーケンスは、電位レベル変換部３３の入力部に加えられる。変換部３３の出力部は、入力インターフェイス３１１に接続される。変換部３３の基準端子は、電位Ｖ_ｎ−１に接続される。変換部３３は、その入力部に加えられるデジタルシーケンスの論理レベルを制御装置３１の供給電位（supply potential）間の論理レベルに変換するために設けられる。変換部３３の入力部上のデジタルシーケンスは、それぞれＶ_ｎ＋１、Ｖ_ｎに等しい２つの論理レベルを有し、変換部３３は、入力部３１１にＶ_ｎとＶ_ｎ−１との間の２つの論理レベルを有するデジタルシーケンスを加える。

【0030】

ここでは、変換部３３は、その基準端子とその入力部との間に分圧部を形成する。変換部３３は、例えば、出力部３２２と入力部３１１との間に接続された抵抗３３１を有し、入力部３１１とこの変換部３３の基準端子との間に接続された抵抗３３２を有する。例えば、もしも抵抗３３１、３３２が同じ抵抗値を有するならば、入力部３１１に加えられるデジタルシーケンスはそれぞれ（Ｖ_ｎ−１＋（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ−１）／２）及び（Ｖ_ｎ−１＋（Ｖ_ｎ−Ｖ_ｎ−１）／２）に等しい２つの論理レベルを有する。もちろん、例えば、抵抗３３２の抵抗値の２倍の抵抗値を有する抵抗３３１を用いて、他の分圧比が用いられても良い。

【0031】

制御装置３１は、段４１の端子間の電位差を測定し、（Ｍ_ｎで示される）この電位差を（任意には、しきい値との比較によるシングルビット符号化を用いて）デジタル化する。その上、制御装置３１は、段４２の電位差Ｍ_ｎ＋１を読むために、入力部３１１で受けるデジタルシーケンスを復号する。加えて、制御装置３１は、入力部３１１で受けるデジタルシーケンスの論理レベルを測定する。入力部３１１で受けるデジタルシーケンス上で測定される論理レベルに基づいて、制御装置３１は、段４２の端子間の電位差を、特に、変換部３３の変換ルール（conversion law）の知識に基づいて、推定する。推定された電位差はＥ_ｎ＋１で示される。もしも、制御装置３１が２つの論理レベルＮＬ１_ｎ＋１、ＮＬ２_ｎ＋１を測定するならば、もしも、変換部３３が同一の抵抗３３１、３３２を用いて分圧部を形成するならば、Ｅ_ｎ＋１は次の関係式により得られる。
Ｅ_ｎ＋１＝｜ＮＬ１_ｎ＋１−ＮＬ２_ｎ＋１｜×２

【0032】

電位差Ｅ_ｎ＋１の推定は、このように、段４２の端子間の電位の測定冗長性を確実にする。この冗長性は、デイジーチェインの方法で値Ｍ_ｎ＋１及びＥ_ｎ＋１を伝達するために、又は、（２値又は偏差値の）信頼度指標（reliability indicator）と一緒に値Ｍ_ｎ＋１を中央装置又はマスター制御装置に伝達するために、用いられることができる。

【0033】

制御装置３１は、デジタル化された電位差Ｍ_ｎ、復号された電位差Ｍ_ｎ＋１、推定された電位差Ｅ_ｎ＋１、又は、測定された電位差Ｍ_ｎ＋１の信頼度指標を出力部３１２に選択的に加える。

【0034】

図４は、制御装置３１、３２として用いられることができる、制御装置３０の例の概略図である。制御装置３０は、測定回路部３０３を介して、段の端子間に加えられる電位Ｖ_１、Ｖ_０間の差異を測定する。制御装置３０は、アナログ／デジタル変換部３０４を有する。測定回路部３０３は、アナログ／デジタル変換部３０４の入力部に測定された電位差を加える。アナログ／デジタル変換部３０４は、処理部３０６の入力部に測定された電位差を加える。制御装置３０は、これらの電位Ｖ_１、Ｖ_０により電力を供給される。

【0035】

制御装置３０は、入力インターフェイス３０１及び出力インターフェイス３０２を有する。インターフェイス３０１は、隣の制御装置により測定された、又は、他の制御装置から生じて隣の測定装置により反映された、電位測定値を含むデジタルシーケンスを受ける。制御装置３０は、復号部３０５を備える。入力インターフェイス３０１はデジタルシーケンスを受け、それを復号部３０５の入力部に加える。復号部３０５はデジタルシーケンスを復号し、電位差測定値を処理部３０６に加える。

【0036】

その上、入力インターフェイス３０１は、受けたデジタルシーケンスの論理レベルの電位を、アナログ／デジタル変換部３０４の入力部に加える。アナログ／デジタル変換部３０４は、デジタルシーケンスのこれらの論理レベルのデジタル値を供給する。制御装置３１を参照して前に説明したように、これらの論理レベルの間の差異に基づいて、処理部３０６は、デジタルシーケンスを生成した段の電位差を推定する。処理部３０６は、復号された電位差測定値の信頼度を、それと推定された電位差とを比較することにより、これらの値の間の偏差がしきい値より小さいか確認することにより、又は、これらの値の間の偏差を単純に計算することにより、決定することもできる。

【0037】

処理部３０６は、出力インターフェイス３０２を介して伝達されるべき情報、例えば、回路３０３により測定され、変換部３０４によりデジタル化された電位差、入力インターフェイス３０１に加えられた論理レベルに基づいて処理部３０６により推定された電位差、復号部３０５により復号された電位差、復号された電位差の信頼度指標、又は、復号された電位差と推定された電位差との間の偏差値を制御する。

【0038】

出力インターフェイス３０２は、それぞれＶ_ｎ、Ｖ_ｎ−１に等しい、少なくとも２つの論理レベルを含むデジタルシーケンスの形態の選択された情報、すなわち、この制御装置３０の供給電位を伝達する。

【0039】

そのような制御装置３０に基づくシステム１は、測定された電位差レベルについての他の制御装置による証明を有し、異なる制御装置の間のガルバニック絶縁問題を有さない、測定された電位差レベルの段階的な通信を可能にする。

【0040】

制御装置３０は、例えば、マイクロコントローラの形態で提供されることができる。

【0041】

図５は、直列に接続された、（それぞれ指数Ｎ、Ｎ＋１で特定される）２つの段４１、４２における制御装置の接続体の第２例を示す。電位は図３と同じ参照記号で特定される。第１制御装置３１は段４１に属し、段４１に電気的に接続される。第１制御装置３１は電位Ｖ_ｎ、Ｖ_ｎ−１により電力を供給される。第２制御装置３２は段４２に属し、段４２に電気的に接続される。第２制御装置３２は電位Ｖ_ｎ＋１、Ｖ_ｎにより電力を供給される。

【0042】

図５に示す例では、通信は、制御装置３１から制御装置３２へと行われる。制御装置３１は入力インターフェイス３１１及び出力インターフェイス３１２を有する。制御装置３２は入力インターフェイス３２１及び出力インターフェイス３２２を有する。出力インターフェイス３１２は、電位レベル変換部３４を介して入力インターフェイス３２１に接続される。入力インターフェイス３１１は、指数Ｎ−１の段の制御装置の出力インターフェイスに接続される。出力インターフェイス３２２は、指数Ｎ＋２の段の制御装置の入力インターフェイスに接続される。

【0043】

制御装置３１は、段４１の端子間の電位差を測定し、この電位差を（任意には、しきい値との比較によるシングルビット符号化を用いて）デジタル化し、（Ｍ_ｎで示される）デジタル化された電位差を、それぞれＶ_ｎ、Ｖ_ｎ−１に等しい、少なくとも２つの論理レベルを含むデジタルシーケンスの形態で、例えば、出力部に電位Ｖ_ｎ＋１又はＶ_ｎを加えるスイッチにより、出力部３１２に加える。デジタルシーケンスは、電位レベル変換部３４の入力部に加えられる。変換部３４の出力部は、入力インターフェイス３２１に接続される。変換部３４の基準端子は、電位Ｖ_ｎ＋１に接続される。変換部３４は、その入力部に加えられるデジタルシーケンスの論理レベルを、制御装置３２の供給電位間の論理レベルに変換するために設けられる。変換部３４の入力部上のデジタルシーケンスは、それぞれＶ_ｎ、Ｖ_ｎ−１に等しい２つの論理レベルを有し、変換部３４は、入力部３２１にＶ_ｎとＶ_ｎ＋１との間の２つの論理レベルを有するデジタルシーケンスを加える。

【0044】

ここでは、変換部３４は、その基準端子とその入力部との間に分圧部を形成する。変換部３４は、例えば、この変換部３４の基準端子と入力部３２１との間に接続された抵抗３４１を有し、入力部３２１と出力部３１２との間に接続された抵抗３４２を有する。例えば、もしも抵抗３４１、３４２が同じ抵抗値を有するならば、入力部３２１に加えられるデジタルシーケンスはそれぞれ（Ｖ_ｎ＋１−（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ−１）／２）及び（Ｖ_ｎ−１−（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ）／２）に等しい２つの論理レベルを有する。もちろん、例えば、抵抗３４１の抵抗値の２倍の抵抗値を有する抵抗３４２を用いて、他の分圧比が用いられても良い。

【0045】

制御装置３２は、段４２の端子間の電位差を測定し、（Ｍ_ｎ＋１で示される）この電位差を（任意には、しきい値との比較によるシングルビット符号化を用いて）デジタル化する。その上、制御装置３２は、段４１の電位差Ｖ_ｎを読むために、入力部３２１で受けたデジタルシーケンスを復号する。加えて、制御装置３２は、入力部３２１で受けたデジタルシーケンスの論理レベルを測定する。入力部３２１で受けるデジタルシーケンス上で測定される論理レベルに基づいて、制御装置３２は、段４１の端子間の電位差を、特に、変換部３４の変換ルールの知識に基づいて、推定する。推定された電位差はＥ_ｎで示される。もしも、制御装置３２が２つの論理レベルＮＬ１_ｎ、ＮＬ２_ｎを測定するならば、もしも、変換部３４が同一の抵抗３４１、３４２を用いて分圧部を形成するならば、Ｅ_ｎは次の関係式により得られる。
Ｅ_ｎ＝｜ＮＬ１_ｎ−ＮＬ２_ｎ｜×２

【0046】

電位差Ｅ_ｎの推定は、このように、段４１の端子間の電位の測定冗長性を確実にする。この冗長性は、デイジーチェインの方法で値Ｍ_ｎ及びＥ_ｎを伝達するために、又は、（２値又は偏差値の）信頼度指標と一緒に値Ｍ_ｎを中央装置又はマスター制御装置に伝達するために、用いられることができる。

【0047】

制御装置３２は、デジタル化された電位差Ｍ_ｎ＋１、復号された電位差Ｍ_ｎ、推定された電位差Ｅ_ｎ、又は、測定された電位差Ｍ_ｎの信頼度指標を出力部３２２に選択的に加える。

【0048】

図５の制御装置３１、３２は、図４を参照して説明した制御装置３０の構造を有していても良い。

【0049】

用いられる制御装置は、制御装置の間の上り通信及び制御装置の間の下り通信の両方を実行することもできる。この目的のために、各制御装置は２つの入力インターフェイス（第１インターフェイスは上位の指数の制御装置の出力インターフェイスと通信することが予定され、第２インターフェイスは下位の指数の制御装置の出力インターフェイスと通信することが予定される）及び２つの出力インターフェイス（第１インターフェイスは上位の指数の制御装置の入力インターフェイスと通信することが予定され、第２インターフェイスは下位の指数の制御装置の入力インターフェイスと通信することが予定される）を含んでも良い。

【0050】

制御装置３０の供給電位と、それが伝達するデジタルシーケンスの論理レベルとの間のひずみ（distortion）を避けるために、抵抗３３１、３３２、３４１、３４２は、それらを流れる電流を制限するために、有利には、例えば、１０ｋΩ〜１ＭΩの比較的大きな抵抗値を有する。論理レベルから推定された電位は、このように、かなりの正確さを維持する。比較的大きな値は、推定された電位差の正確さを増強し、比較的小さな値は、熱雑音耐性を増強し、入力フィルタを含む必要性を限定する。

【0051】

直列接続の端部に配置された制御装置に関しては、その段における電位差測定の冗長性は、追加の制御装置により、任意に得られることができる。そのような配置例が図６に示される。制御装置３０は、電池２の正端子に接続された、段４の端子に接続される。追加の制御装置３６は、電池２の正端子の電位を基準として有するＤＣ／ＤＣ変換部３７により、電力を供給される。変換部３７は、制御装置３６に他の供給電位を加える。制御装置３６は、前に説明した変換部３４を介して制御装置３０の出力インターフェイス３０２に接続される入力インターフェイス３６１を有する。そのような配置は、制御装置３６及び制御装置３０に同じ構造が用いられることを可能にする。

【0052】

制御装置３０の復号部３０５は、典型的には、受けた電位レベルをしきい値と比較することにより、受けたデジタルシーケンスにおける２つの論理レベルを区別する。もしも、受けた信号がこのしきい値よりも大きなレベルを有しているならば、復号部３０５は、それに第１のデジタル値、例えば、１を割り当てる。もしも、受けた信号がこのしきい値よりも小さな値を有しているならば、復号部３０５は、それに第２のデジタル値、例えば、０を割り当てる。復号誤りのリスクを限定するために、しきい値は有利には、入力インターフェイス上で期待される電位の間の中央値に設定される。

【0053】

制御装置３０は、それが接続される段により電力を供給されるので、この制御装置３０の供給電位は、この段の電荷（charge）、経時変化又は内部抵抗により、又は、この段により供給される電流により、変化する。結果として、生成され、他の制御装置３０に加えられるデジタル信号の電位レベルは変化する。有利には、各制御装置３０は、その復号部３０５のしきい値を適合させる。しきい値は、制御装置３０が他の制御装置３０からデジタルシーケンスを受ける初期化ステップの間に、受けたデジタルシーケンスの電位レベルの間の中央値としてしきい値を設定することにより、適合されることができる。しきい値は更に、特定の数のサンプル上のこれらの電位レベルの間の平均値に調整されることができる。

【0054】

より良い干渉耐性を確保するために、受けた信号は上側のしきい値及び下側のしきい値を比較されることができ、もしも、受けた信号が上側のしきい値を越えるならば、第１のデジタル値が受けた信号に由来され、もしも、受けた信号が下側のしきい値よりも小さいならば、第２のデジタル値が受けた信号に由来される。上側のしきい値の値、下側のしきい値の値は、例えば、初期化シーケンスの間に受けたデジタルシーケンスの電位により適合されることができる。

【0055】

図７は、図３の制御装置の接続体の変形例を示す。この例では、変換部３３は、制御装置の間の通信に用いられる周波数にバンド幅を限定するフィルタを含む。ここでは、フィルタはＲＣタイプであり、容量３３３は抵抗３３２と並列に接続される。

【0056】

図８は、図５の制御装置の接続体の変形例を示す。この例では、変換部３４は、制御装置の間の通信に用いられる周波数にバンド幅を限定するフィルタを含む。ここでは、フィルタはＲＣタイプであり、容量３４３は入力部３２１と電位Ｖ_ｎとの間に接続される。

【0057】

前に説明したように、電位変換部３３に関して、デジタルシーケンスの論理レベルの不確かさを限定するルールが設定されることができる。もしも、抵抗３３１の値がＲ３３１として定義され、抵抗３３２の値がＲ３３２として定義されるならば、すなわち、
ａ＝Ｒ３３１／Ｒ３３２
である。

【0058】

例えば、図３の制御装置３１により制御装置３２へと伝達されるデジタル信号の電位が制御装置３２の供給電位の間にあるためには、次の関係が証明されなくてはならない。
０≦（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ−１）／（１＋ａ）≦（Ｖ_ｎ−Ｖ_ｎ−１）

【0059】

ｋが、一方の充電された段の最大電位差と、他方の放電された段の最小電位差との間の比率であるときに、もしもｋ＜ａであるならば、前の不等式は証明される。

【0060】

いったん比率ａが設定されると、抵抗Ｒ３３１、Ｒ３３２の桁（orders of magnitude）は、決定されたままで維持される。これらの値は、例えば、アナログ／デジタル変換部３０４の入力インピーダンスにより、及び／又は、変換部３３の好ましいバンド幅により、設定されることができる。

【0061】

前に説明したように、電位変換部３４に関して、デジタルシーケンスの論理レベルの不確かさを限定するルールが設定されることができる。もしも、抵抗３４１の値がＲ３４１として定義され、抵抗３４２の値がＲ３４２として定義されるならば、すなわち、
ｂ＝Ｒ３４２／Ｒ３４１
である。

【0062】

例えば、図５の制御装置３２により制御装置３１へと伝達されるデジタル信号の電位が制御装置３１の供給電位の間にあるためには、次の関係が証明されなくてはならない。
０≦（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ）×Ｒ３４２／（Ｒ３４１＋Ｒ３４２）−（Ｖ_ｎ−Ｖ_ｎ-1）×Ｒ３４１／（Ｒ３４１＋Ｒ３４２）≦（Ｖ_ｎ＋１−Ｖ_ｎ）

【0063】

ｋが、一方の充電された段の最大電位差と、他方の放電された段の最小電位差との間の比率であるときに、もしもｋ＜bであるならば、前の不等式は証明される。

【0064】

いったん比率ａ又はｂが設定されると、抵抗Ｒ３４１、Ｒ３４２の桁は、決定されたままで維持される。これらの値は、例えば、アナログ／デジタル変換部３０４の入力インピーダンスにより、及び／又は、変換部３４の好ましいバンド幅により、設定されることができる。

【0065】

各制御装置は、例えば、その段の端子間に放電電流を加えるために、中央装置又はマスター装置から受けた指令を実行することができる。そのような放電電流は、例えば、複数の段の電荷平衡（charge balancing）を実行するために、提供されても良い。

【0066】

図９は、その段のバランシング放電（balancing discharge）を実行するために設けられた制御装置３０の第１変形例を示す。制御装置３０は、処理部３０６からの指令により選択的に電力を供給される抵抗３０７を備える。ここでは、抵抗３０７は、制御装置３０に接続された段の放電を実行するために、電位Ｖ_０に接続される。

【0067】

図１０は、制御装置３０の第２変形例を示す。制御装置３０は、一方では、マイクロコントローラと、マイクロコントローラの処理部３０６により制御されるトランジスタ３０８と、電位Ｖ_０と電位Ｖ_１との間でトランジスタ３０８と直列に接続される抵抗３０７とを備える。ここでは、トランジスタ３０８はｎＭＯＳタイプであり、２状態モード（two-state mode）で制御される。そのような制御装置３０は、比較的に大きな放電電流が加えられることができる。

【0068】

変形例によると、制御装置３０は、第１及び第２の論理レベルの供給電位及び第３の論理レベルの高インピーダンス状態を加えるために設けられることができる。図３の例では、出力部３２２が高インピーダンス状態にあるときに、電位Ｖ_ｎ−１が入力部３１１に加えられる。入力部３１１に加えられる電位は、そのとき、段４１、４２の電位差とは独立である。制御装置３０の第１及び第２の供給電位は、例えば、１を符号化し（encode a 1）、高インピーダンス状態は０を符号化することができる。電位差を推定し、それをデジタルシーケンス中の符号化された電位差と比較するために、第１及び第２の供給電位は他の制御装置により用いられることができる。

【0069】

図４の例では、出力部３１２が高インピーダンス状態にあるときに、電位Ｖ_ｎ＋１が入力部３２１に加えられる。入力部３２１に加えられる電位はこのように安定しており、制御装置３０のアナログ／デジタル変換部の全範囲が用いられることを可能にする。制御装置３０の第１及び第２の供給電位は、例えば、０を符号化し、高インピーダンス状態は１を符号化することができる。電位差を推定し、それをデジタルシーケンス中の符号化された電位差と比較するために、第１及び第２の供給電位は他の制御装置により用いられることができる。

【0070】

通信及び冗長情報は、このように相関を失わされることができる。

【0071】

図１１は、蓄電池システムの他の例の概略図である。ここでは、この例は下り通信に対応するが、それは同様の方法で上り通信として実行されても良い。システム１のコストを削減するために、直列のいくつかの段を備え、安全の観点で重要な、各段の端子間の電位差を測定する能力を維持する同じモジュールによって、各制御装置は共用される。図示するように、システム１は、直列に接続された２つのモジュール６１、６２を備える。モジュール６１、６２は更に図示されていない他のモジュールとも直列に接続される。モジュール６１は直列に接続された、複数の蓄電池６１１を備える。モジュール６２は直列に接続された、複数の蓄電池６２１を備える。図示されたモジュール６１、６２の各段は、単一の蓄電池を備えるが、各段は、もちろん、並列に接続された複数の蓄電池を備えることもできる。単純化のために、モジュール６１、６２は、直列に接続された、同数ｍの蓄電池を備える。

【0072】

第１制御装置３１は、モジュール６１に属し、モジュール６１に電気的に接続される。いろいろな電位Ｖ_Ｎ〜Ｖ_Ｎ＋ｍが制御装置３１の測定入力部に加えられる。いろいろな電位Ｖ_Ｎ＋１〜Ｖ_Ｎ＋ｍは更にアナログレベルマルチプレクサ３１４の入力部に加えられる。電位Ｖ_Ｎは、更に、マルチプレクサ３１４の基準端子に加えられる。第２制御装置３２は、モジュール６２に属し、モジュール６２に電気的に接続される。いろいろな電位Ｖ_{Ｎ＋ｍ＋１}〜Ｖ_Ｎ＋２ｍが制御装置３２の測定入力部に加えられる。いろいろな電位Ｖ_Ｎ＋ｍ〜Ｖ_Ｎ＋２ｍは更にアナログレベルマルチプレクサ３２４の入力部に加えられる。電位Ｖ_Ｎ＋ｍは、更に、マルチプレクサ３２４の基準端子に加えられる。制御端子（control terminal）に加えられる信号により、アナログマルチプレクサはそれらの出力部に、入力部又は基準端子で受ける電位の１つを選択的に加える。

【0073】

電圧制御装置に対応するレベルを有し、モジュール中の直列のいろいろな蓄電池に関して同一の消費量を有する、安定な供給電圧を有するために、制御装置は、有利には、モジュール全体の端子に接続された電圧調整回路により電力を供給される。例では、制御装置３１には電圧調整回路３１３が提供され、制御装置３２には電圧調整回路３２３が提供される。ここでは、電圧調整回路３１３、３２３はステップダウン型の電圧変換部であり、それらの入力部はそれらの個々のモジュールの端子間の電位差により電力を供給される。もしも、電位差（全ての段について実質的に同一であると仮定して）がＶ_ｍと定義されるならば、電圧調整回路３１３、３２３は有利にはこの電位差Ｖ_ｍでそれらの個々の制御装置に電力を供給する。

【0074】

図１１に示す例では、通信は制御装置３２から制御装置３１へと行われる。制御装置３１は、入力インターフェイス３１１及び出力インターフェイス３１２を有する。出力インターフェイス３１２は、マルチプレクサ３１４の制御入力部に接続される。制御装置３２は、入力インターフェイス３２１及び出力インターフェイス３２２を有する。出力インターフェイス３２２は、マルチプレクサ３２４の制御端子に接続される。マルチプレクサ３２４の出力部は、電位レベル変換部３３を介して入力インターフェイス３１１に接続される。ここでは、前の例で説明したように、変換部３３は、その基準端子とその入力部との間に分圧部を形成する。ここでは、変換部３３は、マルチプレクサ３２４と入力部３１１との間に接続された抵抗３３１、及び、入力部３１１と制御装置３１の基準電位Ｖ_Ｎとの間に接続された抵抗３３２を有する。

【0075】

制御装置３２は、指数ｋ（ｋは１〜ｍの間にある）の蓄電池の上側の端子の電位、又は、モジュール６２のこの蓄電池の端子間の電位差を測定する。測定値はデジタル化され、高い論理レベルを提供するであろうマルチプレクサ３２４の入力部、又は、低い論理レベルを提供するであろう基準端子を選択するために、デジタルシーケンスは出力部３２２に加えられる。マルチプレクサ３２４は、ｍ＋１の異なる入力電位を有する。

【0076】

有利には、ある電位（例えば、電位Ｖ_Ｎ＋ｍ〜Ｖ_{Ｎ＋ｍ／２}）は低い論理レベルを符号化するために用いられ、他の電位（例えば、電位Ｖ_{Ｎ＋ｍ／２＋１}〜Ｖ_Ｎ＋２ｍ）は高い論理レベルを符号化するために用いられる。デジタルしきい値Ｓｎは、Ｖ_{Ｎ＋ｍ／２}〜Ｖ_{Ｎ＋２ｍ＋１}の間に設定される。マルチプレクサ３２４を介して生成されたデジタルシーケンスは、高状態について異なる電位を用いても良い。同様に、マルチプレクサ３１４を介して生成されたデジタルシーケンスは、高状態について異なる電位を用いても良い。制御装置３１は、このように、蓄電池６２１の各端子の電位を冗長的に有しても良い。

【0077】

図１２は、モジュール６２中の直列の３つの蓄電池を用いる簡略化された場合の、デジタルシーケンスの生成の間にマルチプレクサ３２４の出力部に加えられる電位の例を示す概略図である。電位Ｖ_Ｎ＋ｍ、Ｖ_{Ｎ＋ｍ＋１}は０を符号化し、電位Ｖ_{Ｎ＋ｍ＋２}、Ｖ_Ｎ＋２ｍは１を符号化する。低いアナログしきい値Ｓｂａは、０を符号化する電位が特定されることを可能にし、高いアナログしきい値Ｓｈａは、１を符号化する電位が特定されることを可能にする。適切なアナログしきい値を用いることで、制御装置３１は、電位がデジタルシーケンスの所定のビットで用いられる蓄電池６２１を特定することができる。

【0078】

制御装置３１により受けられる電位の展開により、いろいろなしきい値は経時的に適合されても良い。

【0079】

マルチプレクサ３２４による伝達は、個々の変換部に加えられる２つの出力値を介して行われても良い。第１論理レベルを伝達するために、マルチプレクサ３２４の第１出力部は、例えば、Ｖ_{Ｎ＋ｍ＋ｋ}を加え、第２出力部はＶ_{Ｎ＋ｍ＋ｋ＋１}を加えても良い。第２論理レベルを伝達するために、マルチプレクサ３２４の第１及び第２の出力部はＶ_Ｎ＋ｍを加えても良い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】