特表 2022-550310 電池エンドポイントにおける突入電流を制限するためのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-01

(54)【発明の名称】電池エンドポイントにおける突入電流を制限するためのシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20221124BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221124BHJP

   H02H 9/02 20060101ALI20221124BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 309R

H02J1/00 301D

H02J7/00 302A

H02H9/02 E

H03K17/08 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022518915

(86)(22)【出願日】2020-09-18

(85)【翻訳文提出日】2022-05-19

(86)【国際出願番号】 US2020051387

(87)【国際公開番号】W WO2021061508

(87)【国際公開日】2021-04-01

(31)【優先権主張番号】16/582,313

(32)【優先日】2019-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＶＩＳＵＡＬ ＢＡＳＩＣ

２．ＪＡＶＡ

３．ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ

４．ＰＹＴＨＯＮ

(71)【出願人】

【識別番号】513113895

【氏名又は名称】ランディス・ギア イノベーションズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＮＤＩＳ＋ＧＹＲ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(74)【代理人】

【識別番号】100221556

【弁理士】

【氏名又は名称】金田 隆章

(72)【発明者】

【氏名】ファブレガ，ダニエル イー

【テーマコード（参考）】

5G013

5G165

5G503

5J055

【Ｆターム（参考）】

5G013AA02

5G013AA05

5G013BA01

5G013CA10

5G165BB05

5G165EA02

5G165GA07

5G165HA11

5G165LA01

5G165MA10

5G165NA05

5G503BA01

5G503BB02

5G503BB04

5G503CA01

5G503CA11

5G503FA17

5G503GA01

5G503GD03

5G503GD06

5J055AX08

5J055AX34

5J055BX16

5J055CX07

5J055CX23

5J055DX14

5J055EY01

5J055EY10

5J055EY21

(57)【要約】

電池及びコントローラと直列のソリッドステートスイッチを含むシステムが説明される。システムはまた、ソリッドステートスイッチのソースとゲートとの間に結合されたコンデンサと、ソリッドステートスイッチのゲートとグランドとの間に結合された抵抗器とを含む。ソリッドステートスイッチは、ソリッドステートスイッチへの電池からの電力の印加に基づいて、コンデンサ及び抵抗器の時定数に応じて開状態から閉状態に徐々に移行する。システムは、ソリッドステートスイッチへの電池からの電力の印加を制御する第１のスイッチングデバイスを更に含む。さらに、システムは、コントローラによるタスクの完了時にコンデンサの放電経路を提供する第２のスイッチングデバイスを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

資源測定システムであって、
資源計測モジュールと、
前記資源計測モジュールに関連するデータパケットをヘッドエンドシステム又は他の資源測定システムに送信するように構成された送信機と、
前記送信機に電力を供給するように構成された電池と、
突入電流リミッタと、を備え、
前記突入電流リミッタは、
前記電池及び前記送信機と直列のソリッドステートスイッチと、
前記ソリッドステートスイッチのソースとゲートとの間に結合されたコンデンサと、
前記ソリッドステートスイッチの前記ゲートとグランドとの間に結合された抵抗器と、を備え、
前記ソリッドステートスイッチは、前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの電力の印加時に、前記コンデンサ及び前記抵抗器の時定数を超えて開状態から閉状態に徐々に移行するように構成され、
前記ソリッドステートスイッチの前記閉状態は、前記電池から前記送信機への前記電力の伝送を可能にする、
資源測定システム。

【請求項2】

前記ソリッドステートスイッチは、エンハンスメントモードｐ型金属酸化物半導体を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記電池から前記電力を受け取り、前記送信機を制御するように構成されたコントローラを更に備え、
前記ソリッドステートスイッチは、前記コントローラによって受け取られた前記電力の電圧を、前記コントローラのパワーオンリセット閾値電圧を上回るように維持するように構成される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記突入電流リミッタは、
前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの前記電力の印加を制御するように構成された第１のスイッチングデバイスと、
前記送信機によるタスクの完了時に前記コンデンサの放電経路を提供するように構成された第２のスイッチングデバイスと、を更に備え、
前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイス及び前記第２のスイッチングデバイスを制御するための制御信号を提供する、
請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記コンデンサを放電するために前記第２のスイッチングデバイスが閉じたとき、前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの前記電力の印加を停止するために、前記第１のスイッチングデバイスは開くように前記コントローラによって制御される、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記送信機によって完了される前記タスクは、データパケットを送信することを含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１のスイッチングデバイスは、常開型の相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタを含み、前記第２のスイッチングデバイスは常閉型のＣＭＯＳトランジスタを含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記電池は、二酸化マンガンリチウム電池を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記突入電流リミッタから前記電力を受け取り、前記送信機に供給される前記電力の電圧を所定の電圧値に制御するように構成されたスイッチング電源を更に備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

（ｉ）突入電流制限デバイスのソリッドステートスイッチ及び（ｉｉ）前記突入電流制限デバイスの抵抗器コンデンサ回路において入力電力源から入力電力を受け取るステップであって、前記突入電流制限デバイスが、前記突入電流制限デバイスから資源測定デバイスのトランシーバへの出力電力の伝送を防止するように構成された抵抗モードにある、ステップと、
前記入力電力の電圧を、前記資源測定デバイスの前記トランシーバを制御するマイクロプロセッサのパワーオンリセット電圧閾値を上回るように維持しながら、前記抵抗器コンデンサ回路の抵抗器コンデンサ時定数に応じて前記ソリッドステートスイッチを前記抵抗モードから導電モードに徐々に移行させるステップと、
前記トランシーバによるパケット送信の完了時に前記抵抗器コンデンサ回路のコンデンサを放電するために放電スイッチを閉じるステップと、
を含む方法。

【請求項11】

前記放電スイッチを閉じるステップに応じて、電池と前記ソリッドステートスイッチとの間に直列に配置された電池アプリケータスイッチを開くステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記突入電流制限デバイスの前記抵抗器コンデンサ回路は、前記突入電流制限デバイスと前記トランシーバとの間に直列に配置されたスイッチモード電源の電流スパイクの予測タイミングに基づいて、前記抵抗器コンデンサ回路の抵抗器の抵抗を変更すること、又は前記抵抗器コンデンサ回路のコンデンサの容量を変更することによって調整される、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記抵抗器コンデンサ時定数は、前記トランシーバによる前記パケット送信の際中に使用される通信プロトコルのタイミングに基づいて調整される、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記放電スイッチを閉じるステップにおいて、前記ソリッドステートスイッチを前記導電モードから前記抵抗モードに移行させるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記コンデンサは、後続のデータ送信サイクル中に前記ソリッドステートスイッチにおいて前記入力電力源から前記入力電力を受け取る前に完全に放電される、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

電池及びコントローラと直列のソリッドステートスイッチと、
前記ソリッドステートスイッチのソースとゲートとの間に結合されたコンデンサと、
前記ソリッドステートスイッチの前記ゲートとグランドとの間に結合された抵抗器であって、前記ソリッドステートスイッチが、前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの電池電力の印加に基づいて、前記コンデンサ及び前記抵抗器の時定数に応じて開状態から閉状態に徐々に移行する、抵抗器と、
前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの電池電力の前記印加を制御するように構成された第１のスイッチングデバイスと、
前記コントローラによるタスクの完了時に前記コンデンサの放電経路を提供するように構成された第２のスイッチングデバイスと、
を備える、システム。

【請求項17】

前記コントローラによる前記タスクは、データパケットを送信するように送信機を制御することを含む、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

資源計測モジュールを更に備え、
前記コントローラは、前記資源計測モジュールの構成要素を制御するように構成され、前記コントローラは、パワーオンリセット電圧閾値を含み、
前記電池は、前記コントローラに電力を供給するように構成された、
請求項１６に記載のシステム。

【請求項19】

前記電池から前記ソリッドステートスイッチへの前記電力の電圧は、前記ソリッドステートスイッチが前記開状態から前記閉状態に移行する間、前記パワーオンリセット電圧閾値を上回るように維持される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記第１のスイッチングデバイスは、前記第２のスイッチングデバイスが前記コンデンサを放電するために閉じたとき、前記コントローラによって開くように制御される、請求項１８に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の分野は、電気システムの突入電流保護に関する。より具体的には、本開示は、電池エンドポイントに関連する負荷への電力の印加を制御するために使用される突入電流制限システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電池エンドポイントは、資源測定において使用されることがある。例えば、電池エンドポイントは、メータが他のメータ及びユーティリティと通信するための通信機能を提供することができる。電池エンドポイントに関連する電池の寿命が延びるにつれて、電池の電圧出力は低下し得る。電池寿命が終わりに近づくと、電池からの通信送信により、電池の電圧出力は、電池エンドポイントのパワーオンリセット（ＰＯＲ）電圧閾値を下回ることがある。いくつかの例では、電圧閾値を下回ることは、電池エンドポイントの散発的マイクロプロセッサリセットにつながる。

【0003】

古い電池を含む電池エンドポイントの潜在的な散発的リセットを防止するために、電池エンドポイントの使用可能な電池電圧閾値が増加される。電池エンドポイントの電池の電圧が電池寿命の終わりに急激に低下し得る例では、電池エンドポイントの使用可能な電池閾値を増加させることが、電池の利用可能寿命の減少につながり得る。したがって、電池エンドポイントに電力供給する電池は、電池の使用可能寿命が実際に使い果たされる前に、増加した使用可能な電池電圧閾値を下回る出力電圧を提供し得る。

【発明の概要】

【0004】

電池エンドポイントにおける突入電流を制限するためのシステムが提供される。本開示の様々な態様によれば、システムは、資源計測モジュールと、資源計測モジュールに関連するデータパケットをヘッドエンドシステム又は他の資源測定システムに送信する送信機とを含んでもよい。システムはまた、送信機に電力を供給する電池と、突入電流リミッタとを含む。突入電流リミッタは、電池及び送信機と直列のソリッドステートスイッチと、ソリッドステートスイッチのソースとゲートとの間に結合されたコンデンサとを含む。さらに、突入電流リミッタは、ソリッドステートスイッチのゲートとグランドとの間に結合された抵抗器を含む。ソリッドステートスイッチは、電池からソリッドステートスイッチへの電池電力の印加に基づいて、コンデンサ及び抵抗器の時定数に応じて開状態から閉状態に徐々に移行することができ、ソリッドステートスイッチの閉状態は、電池から送信機への電力の伝送を可能にする。

【0005】

別の例では、方法は、突入電流制限デバイスのソリッドステートスイッチ及び突入電流制限デバイスの抵抗器コンデンサ回路において入力電力源から入力電力を受け取ることを含む。突入電流制限デバイスは、突入電流制限デバイスから資源測定デバイスのトランシーバへの出力電力の伝送を防止する抵抗モードにある。本方法はまた、入力電力の電圧を、資源測定デバイスのトランシーバを制御するマイクロプロセッサのパワーオンリセット電圧閾値を上回って維持しながら、抵抗器コンデンサ回路の抵抗器コンデンサ時定数に応じてソリッドステートスイッチを抵抗モードから導電モードに徐々に移行させることを含む。さらに、本方法は、トランシーバによるパケット送信の完了時に抵抗器コンデンサ回路のコンデンサを放電するために放電スイッチを閉じることを含む。

【0006】

別の例では、システムは、電池及びコントローラと直列のソリッドステートスイッチを含む。システムはまた、ソリッドステートスイッチのソースとゲートとの間に結合されたコンデンサと、ソリッドステートスイッチのゲートとグランドとの間に結合された抵抗器とを含む。ソリッドステートスイッチは、電池からソリッドステートスイッチへの電池電力の印加に基づいて、コンデンサ及び抵抗器の時定数に応じて開状態から閉状態に徐々に移行する。システムは、電池からソリッドステートスイッチへの電池電力の印加を制御する第１のスイッチングデバイスを更に含む。さらに、システムは、コントローラによるタスクの完了時にコンデンサの放電経路を提供する第２のスイッチングデバイスを含む。

【0007】

これらの例示的な態様及び特徴は、現在説明されている主題を限定又は定義するためではなく、本出願で説明される概念の理解を助ける例を提供するために言及される。現在説明されている主題の他の態様、利点、及び特徴は、本出願全体を検討した後に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

様々な実施形態の態様及び特徴は、添付の図面を参照して例を説明することによってより明らかになるであろう。

【0009】

【図1】本開示の特定の実施形態による、スマートデバイスのネットワーク化されたシステム及びメッシュネットワークのブロック図である。

【図2】本開示の特定の実施形態による、突入電流リミッタを含む電池エンドポイントノードの概略図である。

【図3】本開示の特定の実施形態による、図２の突入電流リミッタによって提供される制御された突入電流を示すグラフである。

【図4】本開示の特定の実施形態による、複数の送信サイクルにわたって図２の突入電流リミッタによって提供される制御された突入電流を示すグラフである。

【図5】本開示の特定の実施形態による、図２の電池エンドポイントノードの送信サイクル中に突入電流を制限するためのプロセスのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

特定の例が本明細書で説明されるが、これらの例は単に例として提示されており、保護の範囲を限定するものではない。本明細書で説明される装置、方法、及びシステムは、様々な他の形態で具現化され得る。さらに、本明細書で説明される例示的な方法及びシステムの形態における様々な省略、置換、及び変更は、保護の範囲から逸脱することなく行われてもよい。

【0011】

本開示の特定の態様及び例は、電池エンドポイントに関連する負荷への電力の印加を制御するために使用される突入電流制限システム及び方法に関する。電池エンドポイントは、資源測定に関連するメッシュネットワークの構成要素であり得る。そのような例では、電池エンドポイントは、メッシュネットワークの追加の測定エンドポイント又はヘッドエンドシステムなど、メッシュネットワーク内の他のデバイスに、資源測定情報又は電池エンドポイントステータス情報を提供するために使用されてもよい。

【0012】

突入電流制限システムは、電池エンドポイントからのデータの送信サイクルの開始に関連する電流スパイクを防止するように動作されてもよい。一例として、突入電流制限システムが存在しないときに発生する電流スパイクは、電池エンドポイントのコントローラのパワーオンリセット電圧閾値を下回る電圧降下につながり得る。突入電流を制限すること（すなわち、突入電流スパイクを回避すること）によって、電池エンドポイントは、電圧がパワーオンリセット電圧閾値を下回ることに起因する潜在的な散発的リセットを回避し得る。

【0013】

説明された実施形態は、電池エンドポイントによる送信サイクルの開始中の電池エンドポイントの電池から電池エンドポイントのコントローラ及び通信システムへの電力出力を制御する突入電流制限システムを提供する。突入電流制限システムは、概して資源測定機能を提供する電池エンドポイントと共に使用するために説明されるが、決してそのように限定されない。むしろ、突入電流制限システムの実施形態は、任意のタイプの電気システムと共に、又はさもなければ要望通りに使用されてもよい。

【0014】

図１は、スマートデバイスのネットワーク化されたシステム１００及びメッシュネットワーク１０１の一例を示すブロック図である。ネットワーク化されたシステム１００及びメッシュネットワーク１０１は、スマートデバイス（例えば、通信技術を含む資源消費メータ、車両、家電製品など）がノード（すなわち、他のスマートデバイス）のネットワーク、インターネット、及び／又はイントラネットにわたって通信するためのネットワークインフラストラクチャを提供する。ネットワーク化されたシステム１００は、ネットワーク１０４からデータストリームを受信する中央処理システムとして機能し得るヘッドエンドシステム１０２を含む。ネットワーク１０４は、インターネット、イントラネット、又は任意の他のデータ通信ネットワークであってもよい。メッシュネットワーク１０１は、ネットワーク１０４と他のノード１０８ａ及び１０８ｂとの間の通信経路を提供するルートノード１０６を含んでもよい。例えば、ルートノード１０６は、ノード１０８ａ及び１０８ｂからデータを収集し、収集されたデータをネットワーク１０４に送信し、最終的に、ネットワーク化されたシステム１００のヘッドエンドシステム１０２に送信してもよい。ルートノード１０６は、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）コーディネータ、インターネットゲートウェイ、又はネットワーク１０４に接続することができる任意の他のデバイスであってもよい。さらに、ノード１１０は、ノード１０８ａを介してルートノード１０６と通信してもよく、ノード１１２ａ及び１１２ｂは、ノード１０８ｂを介してルートノード１０６と通信してもよい。

【0015】

ルートノード１０６は、概して、ルートノード１０６の下のノードレイヤ（例えば、レイヤ１）に位置するノード１０８ａ及び１０８ｂとのデータリンクに起因して、親ノードと呼ばれることがある。例えば、ルートノード１０６は、ネットワーク１０４と直接的に通信するものとして示されている。図示のように、ノード１０８ａ及び１０８ｂも、ノード１０８ａ及び１０８ｂの下のノードレイヤ（例えば、レイヤ２）に位置するノード１１０ならびにノード１１２ａ及び１１２ｂそれぞれとのデータリンクにより、親ノードと呼ばれることがある。ノード１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂはすべて、ノードレイヤを通して、ルートノード１０６、ネットワーク１０４、及び最終的にヘッドエンドシステム１０２に情報を送信してもよい。

【0016】

ノード１０６、１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂの各々は、他のノード１０６、１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂのうちの少なくとも１つとリンクされる。ノード１０６、１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂ間の通信を可能にするために、ノード１０６、１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂ間に通信リンク１１４が作成されてもよい。例えば、ノード１０６、１０８ａ、１０８ｂ、１１０、１１２ａ、及び１１２ｂの各々は、有線又は無線通信リンク１１４を使用して互いに通信してもよい。

【0017】

ノード１１０は、電池エンドポイント（ＢＥＰ）又は別のタイプの低電力エンドポイントを表す。すなわち、ノード１１０の構成要素は、商用電源以外の電力源によって電力供給される（例えば、電池電力、太陽光電力、風力発電電力などによって電力供給される）。一例では、電池エンドポイントは、必ずしも商用電力源のアクセス可能な近接度内に位置するとは限らないガス又は水道測定デバイスにおいて使用される。電池エンドポイントはまた、電力測定デバイス又は任意の他の計測デバイスにおいて使用されてもよい。ノード１１０の構成要素に電力供給するために使用される電池１１６の寿命が限られていることにより、ノード１１０及びノード１０８ａは、ノード１１０から周期パケット送信を受信するために通信方式を使用するリンク１１６を作成してもよい。このようにして、ノード１１０は、送信期間中にノード１０８ａにデータを送信し、パケット送信間で「スリープ」又は「低電力」モードに入ることができる。そのような構成は、電池１１６の利用可能寿命を延ばす能力をノード１１０に提供する。

【0018】

一例では、電池１１６は、２から２．４Ｖの間の電圧を有する二酸化マンガンリチウム電池である。別の例では、電池１１６は、ノード１１０の通信構成要素に電力を供給することができる任意の他のタイプのリチウムイオン電池であってもよい。いくつかの例では、電池１１６は、太陽エネルギーデバイス、風力エネルギーデバイス、又は任意の他のタイプの再生可能エネルギー資源から生成されたエネルギーを貯蔵することができる充電式電池である。

【0019】

動作中、より少ない又はより多いノードがメッシュネットワーク１０１に含まれてもよく、また、より多いルートノード１０６がネットワーク化されたシステム１００に含まれてもよい。さらに、図１に示されているメッシュネットワーク１０１は、ルートノードレイヤ（すなわち、ルートノード１０６）と、レイヤ１（すなわち、ノード１０８ａ及び１０８ｂ）と、レイヤ２（すなわち、ノード１１０、１１２ａ、及び１１２ｂ）とを含むが、より少ない又はより多いノードレイヤも考えられる。さらに、複数のＢＥＰノード１１０（又は他の非商用電源式ノード）が同じノード１０８ａに通信可能に結合されてもよく、追加のＢＥＰノード１１０（又は他の非商用電源式ノード）が他のノード１０８ｂ、１１２ａ、及び１１２ｂに通信可能に結合されてもよい。その上、図１は特定のネットワークトポロジ（例えば、ＤＯＤＡＧツリートポロジ）を示しているが、他のネットワークトポロジ（例えば、リングトポロジ、メッシュトポロジ、スタートポロジなど）も可能である。

【0020】

図２は、突入電流リミッタ２０２を含む電池エンドポイントノード２００の概略図である。電池エンドポイントノード２００は、図１に関して上記で説明されたノード１１０を表すことがある。図示のように、突入電流リミッタ２０２は、電池１１６から電力入力を受け取り、電流制限された電力出力をスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）２０４に提供する。ＳＭＰＳ２０４は、ＳＭＰＳ２０４の電圧出力２０９においてマイクロコントローラ２０６及びトランシーバ２０８に供給される電力の電圧振幅を制御する。例えば、ＳＭＰＳ２０４は、マイクロコントローラ２０６及びトランシーバ２０８に供給される電力の電圧を３．４ボルトまで下げる又は上げることがある。ＳＭＰＳ２０４によって安定化される他の電圧値も考えられる。データ送信サイクルの開始時に、ＳＭＰＳ２０４及びバルクコンデンサ２２８は、かなりの量の突入電流（例えば、１～２アンペア）を引き込むことがある。動作中、バルク入力コンデンサ２２８は、ＳＭＰＳ２０４の出力電圧を上げる際に使用するための直接の電圧源をＳＭＰＳ２０４に提供してもよい。

【0021】

マイクロコントローラ２０６は、トランシーバ２０８の動作を制御するために非一時的機械可読媒体に記憶された命令を実行することができる任意の処理デバイスであってもよい。一例では、マイクロコントローラ２０６及びトランシーバ２０８は、システムオンチップ（ＳｏＣ）であってもよい。マイクロコントローラ２０６の例は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は任意の他の適切な処理デバイスを含む。さらに、マイクロコントローラ２０６は、単一の処理デバイスを含む任意の数の処理デバイスを含むことができる。非一時的機械可読媒体は、プロセッサにコンピュータ可読命令又は他のプログラムコードを提供することができる任意の電子、光、磁気、又は他のストレージデバイスを含むことができる。コンピュータ可読媒体の非限定的な例は、磁気ディスク、メモリチップ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、光ストレージ、磁気テープ若しくは他の磁気ストレージ、又は処理デバイスが命令を読み取ることができる任意の他の媒体を含む。命令は、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｐｅｒｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、及びＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔを含む任意の適切なコンピュータプログラミング言語で書かれたコードからコンパイラ又はインタプリタによって生成されたプロセッサ固有命令を含んでもよい。１つ又は複数の例では、マイクロコントローラ２０６は、データ経路２１１にわたってトランシーバ２０８にデータパケット及び制御信号を提供する。

【0022】

１つ又は複数の例では、マイクロコントローラ２０６はまた、トランシーバ２０８に加えて電池エンドポイントノード２００の他の構成要素の動作を制御するための命令を実行することができる。例えば、マイクロコントローラ２０６は、電池エンドポイントノード２００の資源測定デバイスの計測モジュール２１０の動作を制御してもよい。例えば、マイクロコントローラ２０６は、計測モジュール２１０からの計測データの記憶、トランシーバ２０８による送信のためのデータ送信パケットへの計測データのパッケージング、又は計測モジュール２１０に関連する任意の他の動作を制御する動作を実行してもよい。一例では、トランシーバ２０８は、個々の送信機及び個々の受信機に置き換えられてもよい。別の例では、トランシーバ２０８は、送信機（すなわち、他のデバイスにデータを送信することのみができるデバイス）のみ、又は受信機（すなわち、他のデバイスからデータを受信することのみができるデバイス）のみに置き換えられてもよい。

【0023】

一例では、マイクロコントローラ２０６は、パワーオンリセット閾値電圧を含んでもよい。パワーオンリセット閾値は、マイクロコントローラ２０６に印加される電圧がパワーオンリセット閾値電圧を下回ったとき、マイクロコントローラ２０６をリセットさせる。ＳＭＰＳ２０４、マイクロコントローラ２０６、及びトランシーバ２０８がデータ送信サイクルを開始したとき、電池１１６によって供給される電力からの突入電流は、著しく大きいことがある（例えば、１～２アンペア程度）。送信サイクルを開始することは、ＳＭＰＳ２０４、マイクロコントローラ２０６、トランシーバ２０８、又はそれらの任意の組合せへの電池１１６からの電池電力の印加を含んでもよい。電池エンドポイントノード２００が送信サイクルを開始したときに発生する高電流の結果として、マイクロコントローラ２０６において電圧サグが発生し得る。一例では、マイクロコントローラ２０６において発生する電圧サグにより、マイクロコントローラ２０６に印加される電圧がマイクロコントローラ２０６のパワーオンリセット電圧閾値を下回ることがある。電圧がマイクロコントローラ２０６のパワーオンリセット電圧閾値を下回ったとき、マイクロコントローラ２０６の散発的リセットが発生し得る。

【0024】

電圧がマイクロコントローラ２０６のパワーオンリセット電圧閾値を下回ることを回避するために、突入電流リミッタ２０２は、電池エンドポイント２００が送信サイクルを開始するときに電池１１６から引き込まれる電流を制限する。一例では、突入電流リミッタ２０２は、スイッチングデバイス２１２及びスイッチングデバイス２１４を含む。マイクロコントローラ２０６からイネーブル信号２１６を受信すると、スイッチングデバイス２１２は、閉じて、電池１１６からの電力をスイッチングデバイス２１８に供給する。マイクロコントローラ２０６からの同じイネーブル信号２１６に基づいて、スイッチングデバイス２１４は、開いて、コンデンサ２２０の放電を防止する。スイッチングデバイス２１２及び２１４は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのソリッドステートスイッチであってもよい。図示のように、スイッチングデバイス２１２は、常開型の相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）スイッチであり、スイッチングデバイス２１４は、常閉型のＣＭＯＳスイッチである。常開型及び常閉型の構成により、スイッチングデバイス２１２又は２１４のうちの一方が開き、他方のスイッチングデバイス２１２又は２１４が閉じる。

【0025】

スイッチングデバイス２１２を閉状態に制御するためのイネーブル信号２１６がスイッチングデバイス２１２に提供されたとき、電池１１６からの電力がスイッチングデバイス２１８及びコンデンサ２２０に印加される。スイッチングデバイス２１８は、ｐチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴなどの常時オフ型のスイッチングデバイスであってもよい。常時オフ型のスイッチングデバイス２１８は、スイッチングデバイス２１８のソース２２２とゲート２２４との間の電圧差が閾値を超えたとき、完全オン状態に移行する。スイッチングデバイス２１８が完全オン状態にあるとき、スイッチングデバイス２１８の両端間の抵抗は最小であり、電池１１６からの電力はＳＭＰＳ２０４に供給される。

【0026】

コンデンサ２２０が完全に放電される場合、コンデンサ２２０は、最初に、電池１１６からの電力がスイッチングデバイス２１８及びコンデンサ２２０に印加されたときにスイッチングデバイス２１８のソース２２２とゲート２２４との間の短絡回路として働く。コンデンサ２２０の両端間の電圧降下は、完全に放電されたコンデンサ２２０に電力が最初に印加されたとき、最小であるため、ソース２２２とゲート２２４との間の電圧差はゼロに近く、スイッチングデバイス２１８の両端間の抵抗は極めて高いままである（すなわち、スイッチングデバイス２１８は事実上、完全オフ状態のままである）。コンデンサ２２０が、抵抗器２２６の抵抗値及びコンデンサ２２０の容量値によって確立されるＲＣ時定数を越えて充電すると、コンデンサ２２０の両端間の抵抗が増加する。コンデンサ２２０の両端間の抵抗のこの増加のために、ソース２２２とゲート２２４との間の電圧差が増加し、スイッチングデバイス２１８は完全オン状態に向かって徐々に移行する。すなわち、スイッチングデバイス２１８は、コンデンサ２２０が完全に充電されるまで、抵抗器２２６及びコンデンサ２２０のＲＣ時定数に応じて時間可変チャネル抵抗として機能する。

【0027】

コンデンサ２２０の容量、抵抗器２２６の抵抗、又はその両方は、スイッチングデバイス２１８が完全オン状態に移行するのにかかる時間を制御するように調節されてもよい。例えば、送信サイクルの最初の０．５ｍｓ内にかなりの量の突入電流が発生する場合、コンデンサ２２０及び抵抗器２２６は、ＲＣ時定数が０．５ｍｓよりも大きくなるように選択されてもよい。一例では、コンデンサ２２０及び抵抗器２２６は、トランシーバ２０８の通信プロトコルに基づいて選択される。例えば、トランシーバ２０８がＲＦメッシュプロトコルを使用して送信することは、トランシーバ２０８がＲＦメッシュＩＰプロトコルを使用して送信することとはわずかに異なる送信サイクルタイミングを有し得る。

【0028】

スイッチングデバイス２１８の時間可変チャネル抵抗は、バルク入力コンデンサ２２８及びＳＭＰＳ２０４における電流突入を防止し得る。オームの法則のために、高められた初期抵抗は、電池エンドポイントノード２００が送信サイクルを開始するとき、スイッチングデバイス２１８の両端間の電流を制限する。したがって、電圧サグにつながる突入電流の増加が回避され、マイクロコントローラ２０６に供給される電圧は、マイクロコントローラ２０６のパワーオンリセット閾値電圧を上回ったままである。

【0029】

トランシーバ２０８が、データパケットを受信するか、又はデータパケットを、例えばネットワーク化されたシステム１００内の他のノード又はデバイスに送信するプロセスを完了したとき、マイクロコントローラ２０６は、スイッチングデバイス２１２及び２１４からイネーブル信号２１６を除去する。イネーブル信号２１６を除去することによって、スイッチングデバイス２１２は開状態に移行し、スイッチングデバイス２１４は閉状態に移行する。スイッチングデバイス２１２及び２１４のこれらの移行は、ＳＭＰＳ２０４への電池１１６からの電力の印加を取り除き、コンデンサ２２０の放電プロセスを開始する。

【0030】

スイッチングデバイス２１４はグランドに結合されるため、スイッチングデバイス２１４を閉じることにより、コンデンサ２２０のための放電経路が提供される。一例では、送信サイクルは、トランシーバ２０８が２０ｍｓ間動作し、５ｍｓ間オフに切り替わることを含んでもよい。この送信サイクルは、連続的に繰り返されてもよい。スイッチングデバイス２１８が、「オフ」又は「開」状態で後続の送信サイクルを開始するのに十分迅速にオフになることを保証するために、コンデンサ２２０は、極めて迅速に放電することが可能であるべきである。したがって、スイッチ２１４を通る経路は、コンデンサ２２０のための効率的な放電経路を提供するためにグランドに接続される。一例では、コンデンサ２２０の容量は、コンデンサ２２０が送信サイクルのスイッチオフ時間フレーム中に完全に放電することができるように選択される。例えば、トランシーバ２０８が２０ｍｓ間動作し、５ｍｓ間オフに切り替わる送信サイクル中に、コンデンサ２２０は、後続の送信サイクルが開始したときにスイッチングデバイス２１８が完全オフ状態にあることを保証するために、５ｍｓ未満以内に完全に放電することができるように選択される。

【0031】

図３は、突入電流リミッタ２０２によって提供される制御された突入電流を示すグラフ３００である。グラフ３００は、時間（秒）を表す横軸３０２と、電流（アンペア）を表す第１の縦軸３０４と、電圧（ボルト）を表す第２の縦軸３０６とを含む。図２の構成要素を参照すると、線３０８はＳＭＰＳ２０４に流れる電流の指示を提供し、線３１０は電池１１６から出力される電圧の指示を提供し、線３１２はバルク入力コンデンサ２２８における電圧を表し、線３１４はＳＭＰＳ２０４からマイクロコントローラ２０６及びトランシーバ２０８への出力電圧を表し、線３１６はスイッチングデバイス２１２及び２１４を制御するために提供されるイネーブル信号２１６を表す。

【0032】

図示のように、時刻３１８においてトランシーバ２０８の送信サイクルが開始され、線３０８によって示されている、ＳＭＰＳ２０４に流れる電流が徐々に上昇し始める。電流は徐々に上昇する（すなわち、突入電流スパイクがない）ため、線３１０によって示されている、電池１１６によって出力される電圧は、パワーオンリセット閾値電圧３２０を下回る初期電圧サグを含まない。図示のように、パワーオンリセット閾値電圧３２０は１．８Ｖであってもよい。マイクロコントローラ２０６の仕様に応じて、他のパワーオンリセット閾値電圧３２０も使用されてもよい。

【0033】

図４は、複数の送信サイクルに応じて突入電流リミッタ２０２によって提供される制御された突入電流を示すグラフ４００である。グラフ４００は、時間（秒）を表す横軸４０２と、電流（アンペア）を表す第１の縦軸４０４と、電圧（ボルト）を表す第２の縦軸４０６とを含む。図２の構成要素を参照すると、線４０８はＳＭＰＳ２０４に流れる電流の指示を提供し、線４１０は電池１１６から出力される電圧の指示を提供し、線４１２はバルク入力コンデンサ２２８における電圧を表し、線４１４はＳＭＰＳ２０４からマイクロコントローラ２０６及びトランシーバ２０８への出力電圧を表し、線４１６はスイッチングデバイス２１２及び２１４を制御するために提供されるイネーブル信号２１６を表す。

【0034】

図示のように、時刻４１８においてトランシーバ２０８の送信サイクルが開始し、線４０８によって示されている、ＳＭＰＳ２０４に流れる電流が徐々に上昇し始める。電流は徐々に上昇する（すなわち、突入電流スパイクがない）ため、線４１０によって示されている、電池１１６によって出力される電圧は、パワーオンリセット閾値電圧３２０を下回る初期電圧サグを含まない。

【0035】

時刻４２０において、線４１６によって表されるイネーブル信号１１６は、送信機２０８によるデータパケット送信の完了時に０まで落ちる。したがって、線４１４によって表される、ＳＭＰＳ２０４からの出力電圧は、０Ｖまで徐々に低下し、線４０８によって表される、ＳＭＰＳ２０４に流れる電流は、０Ａまで低下する。これは、スイッチングデバイス２１８が完全オフ状態に移行するために発生する。時刻４２２において、新しい送信サイクルが開始する。

【0036】

図５は、トランシーバ２０８の送信サイクル中に突入電流を制限するためのプロセス５００のフローチャートである。ブロック５０２において、プロセス５００は、マイクロコントローラ２０６によって、データ送信ウィンドウ若しくは受信ウィンドウ、又は保留中のデータ送信イベント若しくは受信イベントを検出することを含む。一例では、マイクロコントローラ２０６は、規則的な送信サイクルでトランシーバ２０８を制御してもよい。例えば、トランシーバ２０８は、２０ｍｓ間データパケットを送信又は受信し、５ｍｓ間スリープし、送信及びスリープサイクルを繰り返すように、マイクロコントローラ２０６によって制御されてもよい。マイクロコントローラ２０６は、次のデータ送信ウィンドウ又は受信ウィンドウがいつ発生するかを検出してもよい。

【0037】

さらに、マイクロコントローラ２０６は、保留中の送信イベント又は受信イベント（例えば、トランシーバ２０８の標準的な送信及びスリープサイクル外でのトランシーバ２０８による送信又は受信の準備ができているデータパケット）を検出してもよい。そのようなデータパケットは、電池エンドポイントノード２００が早急な対処又は保守を必要とすることを示す、電池エンドポイントノード２００のステータスインジケータを含んでもよい。保留中の受信イベントは、トランシーバ２０８がトランシーバ２０８の標準的な送信及びスリープサイクル外でデータソースからデータパケットを受信するための事前スケジュールされたウェイク時間を含んでもよい。他のデータパケットも、トランシーバ２０８の標準的な送信及びスリープサイクル外で送信又は受信されてもよい。

【0038】

ブロック５０４において、送信ウィンドウ若しくは受信ウィンドウ又は保留中の送信イベント若しくは受信イベントを検出したことに応答して、プロセス５００は、電力印加スイッチ（例えば、スイッチングデバイス２１２）を制御して閉位置にすることと、放電スイッチ（例えば、スイッチングデバイス２１４）を制御して開位置にすることとを含む。イネーブル信号２１６は、スイッチングデバイス２１２及び２１４の各々を閉じ又は開放する制御信号を提供してもよく、スイッチングデバイス２１２は、スイッチングデバイス２１４が開くのとほぼ同じ時に閉じてもよい。本明細書で使用される「ほぼ同じ時」という句は、互いの．０５ｍｓ以内にアクションが発生することを示すことがある。さらに、電力印加スイッチを閉じることにより、電池１１６からコンデンサ２２０及びスイッチングデバイス２１８に電力が供給される。

【0039】

ブロック５０６において、プロセス５００は、ソリッドステートスイッチ（例えば、スイッチングデバイス２１８）において入力電力源（例えば、電池１１６）から入力電力を受け取ることを含む。コンデンサ２２０が最初にスイッチングデバイス２１８のソース２２２とゲート２２４との間の短絡回路として動作することにより、ソース２２２とゲート２２４との間の電圧差はゼロである。ソース２２２とゲート２２４との間の電圧差がない場合、スイッチングデバイス２１８は完全抵抗モードのままである。

【0040】

ブロック５０８において、プロセス５００は、スイッチングデバイス２１８が完全抵抗モードから導電モードに徐々に移行することを含む。例えば、抵抗器２２６及びコンデンサ２２０によって確立されたＲＣ時定数に応じて、スイッチングデバイス２１８は、電池１１６からの入力電力がスイッチングデバイス２１８及びコンデンサ２２０に印加されたとき、完全オン状態に徐々に移行する。完全オン状態に徐々に移行することによって、ＳＭＰＳ２０４及びバルク入力コンデンサ２２８に起因する突入電流スパイクが回避される。このようにして、マイクロコントローラ２０６のパワーオンリセット電圧を下回る電圧サグも回避される。例えば、突入電流スパイクがＳＭＰＳ２０４の始動から５ｍｓにあると予測される場合、ＲＣ時定数は、突入電流スパイクを回避するために６ｍｓに調整されてもよい。ＲＣ時定数の調整を容易にするために、抵抗器２２６は可変抵抗器（ポテンショメータなど）であってもよく、コンデンサ２２０は可変コンデンサであってもよく、又は抵抗器２２６及びコンデンサ２２０の両方が可変であってもよい。

【0041】

ブロック５１０において、プロセス５００は、トランシーバ２０８によってデータパケット送信を実行することを含む。一例では、トランシーバ２０８は、計測モジュール２１０から受信された計測データのデータパケットを、ネットワーク化されたシステム１００内の他のノード又はデバイスに送信する。トランシーバ２０８はまた、電池エンドポイントノード１１０に関連する任意の他の情報、又は他のノード若しくはヘッドエンドシステム１０２に関連する任意の他の情報を送信してもよい。

【0042】

ブロック５１２において、プロセス５００は、電力印加スイッチ（例えば、スイッチングデバイス２１２）を制御して開位置にすることと、放電スイッチ（例えば、スイッチングデバイス２１４）を制御して閉位置にすることとを含む。スイッチングデバイス２１２を開位置に移行させることによって、電池２１６からの電力は、スイッチングデバイス２１８及びコンデンサ２２０から除去される。一例では、スイッチングデバイス２１２は常開型のトランジスタであり、スイッチングデバイス２１４は常閉型のトランジスタである。そのような例では、マイクロコントローラ２０６は、スイッチングデバイス２１２と２１４の両方において制御信号を印加又は除去することによって、個々の制御信号を用いてスイッチングデバイス２１２及び２１４を反対の状態に制御することができる。さらに、スイッチングデバイス２１４を閉じることによって、コンデンサ２２０は、後続の送信サイクルを待つためにスイッチングデバイス２１４の両端間で迅速に放電される。追加の例では、スイッチングデバイス２１４は存在しないことがあり、コンデンサ２２０は、（例えば、グランドに結合された抵抗器の両端間で）ある期間にわたってゆっくり放電されてもよい。

【0043】

本主題がその特定の態様に関して詳細に説明されたが、当業者は、上記の理解を達成すると、そのような態様の変更、変形、及び均等物を容易に生成し得ることが理解されよう。したがって、本開示は、限定ではなく例として提示されており、当業者に容易に明らかになるような本主題のそのような修正、変形、及び／又は追加を含むことを排除しないことを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】