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特表2024-506458直列接続セル、内部リレー及び内部バッテリ管理システムを備えたバッテリモジュール
(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】2024-02-14
(54)【発明の名称】直列接続セル、内部リレー及び内部バッテリ管理システムを備えたバッテリモジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20240206BHJP
B60L 3/00 20190101ALI20240206BHJP
B60L 58/21 20190101ALI20240206BHJP
B60L 58/20 20190101ALI20240206BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20240206BHJP
H01M 50/284 20210101ALN20240206BHJP
H01M 50/213 20210101ALN20240206BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 P
B60L3/00 S
B60L58/21
B60L58/20
H02J7/02 H
H01M50/284
H01M50/213
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023540666
(86)(22)【出願日】2021-10-14
(85)【翻訳文提出日】2023-08-25
(86)【国際出願番号】 US2021055047
(87)【国際公開番号】W WO2022146528
(87)【国際公開日】2022-07-07
(31)【優先権主張番号】17/141,125
(32)【優先日】2021-01-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/182,072
(32)【優先日】2021-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523161778
【氏名又は名称】パラトブ グループ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】パラトブ，デニス
【テーマコード（参考）】
5G503
5H030
5H040
5H125
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA03
5G503BB01
5G503GD04
5H030FF41
5H040AA03
5H040AA37
5H040AS07
5H040AT01
5H040AY08
5H125AA01
5H125AC12
5H125BC18
5H125CC01
5H125EE21
5H125FF05
(57)【要約】
任意の数の直列接続されたセルを備えるバッテリモジュールの低コスト製造を促すバッテリセル監視・調整回路が開示される。複数の直列接続されたセル監視・調整回路を利用したバッテリ管理システムが開示される。開示された回路を作動するための方法が提供される。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリセルと回路基板アセンブリとを備えるバッテリセルアセンブリであって、前記回路基板アセンブリは前記バッテリセルの正端子及び前記バッテリセルの負端子に結合され、前記回路基板アセンブリは、前記バッテリセルを監視するバッテリセル監視・調整回路をさらに備え、前記バッテリセル監視・調整回路はさらに、コントローラと、
前記コントローラによるコマンドメッセージの受信及び応答メッセージの伝送のためのアップリンクポートと、
前記コントローラによるコマンドメッセージの伝送及び応答メッセージの受信のためのダウンリンクポートであって、前記アップリンクポートとは区別され別個のものである、ダウンリンクポートとを備え、
前記アップリンクポートは、前記正端子及び前記負端子の一方に通信可能に結合され、
前記ダウンリンクポートは、前記正端子及び前記負端子の他方に通信可能に結合される、
バッテリセルアセンブリ。
【請求項2】
前記アップリンクポートの前記バッテリセル正端子及び前記バッテリセル負端子の一方への前記通信可能な結合と、前記ダウンリンクポートの前記バッテリセル正端子及び前記バッテリセル負端子の他方への前記通信可能な結合とが、ＡＣ結合である、請求項１に記載のバッテリセルアセンブリ。
【請求項3】
バッテリモジュールであって、筐体と、
モジュール正端子と、
モジュール負端子と、
前記筐体内に収容された複数の直列接続されたバッテリセルアセンブリと、
モジュールコントローラであって、前記複数の直列接続されたバッテリセルアセンブリに通信可能に結合されている、モジュールコントローラとを備え、
前記複数の直列接続されたバッテリセルアセンブリのそれぞれは、バッテリセルと、回路基板アセンブリとをさらに備え、前記複数の直列接続された回路基板アセンブリの少なくとも１つは、前記バッテリセルの正端子及び前記バッテリセルの負端子に結合され、前記複数の直列接続された回路基板アセンブリの前記少なくとも１つは、前記バッテリセルを監視するバッテリセル監視・調整回路をさらに備え、前記バッテリセル監視・調整回路はさらに、
コントローラと、
前記コントローラによるコマンドメッセージの受信及び応答メッセージの伝送のためのアップリンクポートであって、前記バッテリセルの前記正端子及び前記バッテリセルの前記負端子の一方に通信可能に結合されている、アップリンクポートと、
前記コントローラによるコマンドメッセージの伝送及び応答メッセージの受信のためのダウンリンクポートであって、前記アップリンクポートとは区別され別個のものであり、前記バッテリセルの前記正端子及び前記バッテリセルの前記負端子の他方に通信可能に結合されている、ダウンリンクポートとを備え、
前記コントローラは不揮発性メモリをさらに備え、
前記不揮発性メモリは第１の一意の識別子（ＩＤ）でプログラムされ、前記第１の一意のＩＤは前記アップリンクポートに関連付けられ、
前記不揮発性メモリは第２の一意のＩＤでさらにプログラムされ、前記第２の一意のＩＤは前記ダウンリンクポートに関連付けられる、
バッテリモジュール。
【請求項4】
前記モジュールコントローラが、交流（ＡＣ）結合によって、前記モジュール正端子及び前記モジュール負端子のうちの第１のモジュール端子にさらに通信可能に結合される、請求項３に記載のモジュール。
【請求項5】
前記モジュールコントローラが、交流結合によって、前記モジュール正端子及び前記モジュール負端子のうちの第２のモジュール端子にさらに通信可能に結合される、請求項４に記載のモジュール。
【請求項6】
電圧コンバータをさらに備え、前記コンバータは、前記モジュール正端子及び前記モジュール負端子から電力を引き出すように構成され、前記モジュールコントローラに電力を供給するようにさらに構成される、請求項３に記載のモジュール。
【請求項7】
低電圧バッテリをさらに備え、前記低電圧バッテリは、前記電圧コンバータから電気エネルギーを受け取るように構成され、前記低電圧バッテリは、前記モジュールコントローラに電気エネルギーを供給するようにさらに構成される、請求項６に記載のモジュール。
【請求項8】
バッテリセル監視・調整回路を作動する方法であって、前記回路は、コントローラと、アップリンクポートと、ダウンリンクポートとを備え、前記コントローラは不揮発性メモリをさらに備え、前記不揮発性メモリは、前記アップリンクポートに関連付けられる第１の一意のＩＤでプログラムされ、前記不揮発性メモリは、前記ダウンリンクポートに関連付けられる第２の一意のＩＤでさらにプログラムされ、前記方法は、前記アップリンクポートを介したコマンドメッセージの受信を待機するステップと、
前記待機の後、前記アップリンクポートでコマンドメッセージを受信するステップと、
前記アップリンクポートに関連付けられた前記第１の一意のＩＤと一致しないメッセージＩＤを有する前記コマンドメッセージを受信したことに応答して、前記コマンドメッセージを破棄し、コマンドメッセージの受信を待機するステップを繰り返すステップと、
前記アップリンクポートに関連付けられた前記第１の一意のＩＤと一致するメッセージＩＤを有する前記コマンドメッセージを受信したことに応答して、前記ダウンリンクポートを介して新しいコマンドメッセージを伝送するステップであって、前記新しいコマンドメッセージは、前記ダウンリンクポートに関連付けられた第２の一意のＩＤであるメッセージＩＤを有する、伝送するステップと、
前記受信したコマンドメッセージで指定されたコマンドを実行するステップと、
応答メッセージを準備するステップであって、前記準備された応答メッセージは、前記アップリンクポートに関連付けられた第１の一意のＩＤであるメッセージＩＤを有する、準備するステップと、
所定の時間内に終了するように設定されたタイムアウト期間を開始するステップと、
前記タイムアウト期間中、前記ダウンリンクポートを介した応答メッセージの受信を待機するステップと、
前記タイムアウト期間中に新しい応答メッセージを受信するステップと、
前記新しい応答メッセージが前記第２の一意のＩＤに一致しないメッセージＩＤを有することに応答して、前記受信した新しい応答メッセージを破棄し、前記タイムアウト期間中、前記ダウンリンクポートを介した応答メッセージの受信を待機するステップを繰り返すステップと、
前記受信した新しい応答メッセージが前記第２の一意のＩＤに一致するメッセージＩＤを有することに応答して、前記受信した新しい応答メッセージを前記準備された応答メッセージに追加することにより、前記準備された応答メッセージを更新し、前記更新された準備された応答メッセージを前記アップリンクポートを介して伝送し、前記アップリンクポートを介したコマンドメッセージの受信を待機するステップを繰り返すステップと、
タイムアウト期間の満了に応答して、前記アップリンクポートを介して前記準備されたメッセージを伝送し、前記新しい応答メッセージを受信する前に、前記タイムアウト期間の満了に応答して、前記アップリンクポートを介したコマンドメッセージの受信を待機するステップを繰り返すステップと
を含む方法。
【請求項9】
前記バッテリセル監視・調整回路がバッテリセルに結合され、前記バッテリセルは正端子と負端子を有し、前記アップリンクポートは前記正端子と前記負端子のうちの第１の端子に通信可能に結合され、前記ダウンリンクポートは前記正端子と前記負端子のうちの第２の端子に通信可能に結合される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記アップリンクポートがＡＣ結合によって前記バッテリセルの前記正端子及び前記バッテリセルの前記負端子のうちの前記第１の端子に通信可能に結合され、前記ダウンリンクポートがＡＣ結合によって前記バッテリセルの前記正端子及び前記バッテリセルの前記負端子のうちの前記第２の端子に通信可能に結合される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、シリアル番号１７１４１１２５を有し、２０２１年１月４日に提出された同時係属出願のＢＡＴＴＥＲＹ ＭＯＤＵＬＥ ＷＩＴＨ ＳＥＲＩＥＳ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ ＣＥＬＬＳ， ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＲＥＬＡＹＳ ＡＮＤ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＢＡＴＴＥＲＹ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭの一部継続出願である、シリアル番号１７１８２９７２を有し、２０２１年２月２２日に提出された同時係属出願のＢＡＴＴＥＲＹ ＭＯＤＵＬＥ ＷＩＴＨ ＳＥＲＩＥＳ ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ ＣＥＬＬＳ， ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＲＥＬＡＹＳ ＡＮＤ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＢＡＴＴＥＲＹ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭに付与された優先権を主張し、その両方はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
様々なタイプの乗り物を電気推進に変換する需要が急速に高まっている。最高の性能と効率を実現するために、そのような乗り物の電気ドライブトレインは、直流（ＤＣ）高電圧で動作する必要がある。公称４００Ｖ ＤＣで動作するシステムは現在一般的であり、８００Ｖ ＤＣ以上を使用する高性能設計も実用化されつつある。
【0003】
このようなシステムに電力を供給するバッテリパックの容量も増加している。現在では７０ＫＷｈを超えるパックが一般的で、２，０００Ａを超える電流を供給できるものもある。このようなレベルの電力は、電気自動車が衝突やその他の不都合な事象に巻き込まれたときの緊急要員による救助活動中だけでなく、通常の組み立て及び整備作業中の両方で、生命を脅かす多くの危険をもたらす可能性がある。
【0004】
結露、降水、又は偶発的な水没によって湿気にさらされると、パック内のショートを引き起こし、火災や爆発につながる可能性がある。
【0005】
大容量パックは通常、複数の個別の小型セルを必要とし、それらのグループが所望の電流能力を達成するために並列に接続され、次に複数のグループが所望の電圧を達成するために直列に接続される。一般的に多数のセルが必要とされ、かなりの重量と嵩が生じるため、乗り物用バッテリパックはモジュールで構成されることが多い。典型的な既知のバッテリモジュール設計は、パックの数分の一であり、取り扱いを容易にする大きさであり、多くの場合、人間の皮膚に接触しても無害と考えられる約５０Ｖ未満のモジュール電圧を有するが、いくつかのより高電圧のモジュールも知られている。
【0006】
テスラなどに代表される自動車用バッテリ設計の新しい傾向は、モジュール構造から脱却し、直接セルで構成され、整備が不可能なモノリシックバッテリパックを作ることである。主流の自動車用途では実用的かもしれないが、通常運転の一部として過酷な使用を強いられる高性能車では、このアプローチは望ましくない。このような乗り物は、定期的に衝撃荷重を受け、しばしば衝突による損傷を受ける。このような乗り物は、通常の使用の一部として、頻繁な整備、修理、主要部品の交換を必要とする。モノリシックな整備不可能なバッテリパックは、このような要件に反している。
【0007】
当技術分野で知られているモジュール式パックでは、所望のパック電圧を達成するために、低電圧モジュールがパック内で直列に接続されるのが一般的である。パックは通常、筐体と、筐体内に収容されたリレー、ヒューズ、バッテリ管理システム、電流感知装置、絶縁監視装置等などの安全装置とを備えている。通常、安全装置はモジュールの外部にあり、コストと製造の複雑さを軽減するため、パック内のすべてのモジュールで共有される安全装置は１セットのみである。このような特徴により、整備のために開封されず、事故又は水の浸入などの他の不都合な状況によって完全性が損なわれない限り、パック全体の安全性が保たれる。
【0008】
当該技術分野で知られている個々のモジュールは、パック全体よりも低い電圧を有し得るが、それらは並列に接続されたセルグループを特徴としており、したがって大きな電流能力を有し、それは典型的にはパック全体の所望の電流能力に等しい。この特性により、各モジュールにリレーを追加することは、大電流リレーの費用と、複数のモジュールが直列に接続された場合に加算し得る増加した抵抗のために、非現実的である。その結果、当該技術分野で知られているモジュールは、モジュールを構成するセルに常に接続される外部端子を有している。大電流能力では、外部端子を横切ってショートすると、非常に大量のエネルギーが放出され、火災、深刻な怪我、及びモジュールの潜在的な損傷の危険性が高くなる。
【0009】
乗り物用バッテリパックでは一般的ではないが、高電圧モジュールを並列接続することは当該技術分野で知られている。Ｈｏｍらに付与された米国特許第１０，３３３，３２８号において、Ｈｏｍは、複数のバッテリを並列に接続するマルチバッテリ充電ステーションを教示している。Ｈｏｍは、充電のための共通電源バスへの各バッテリの選択的接続を管理するために、各バッテリ内にダイオード又は電気スイッチを設けることを教示している。Ｈｏｍによって教示されるこの発明の目的は、異なる充電状態を有する複数のバッテリを共通電源バスに接続する方法を提供することである。Ｈｏｍは、個々のバッテリの安全な取り扱いについて考慮しておらず、したがって、バッテリ内のセルから両方の外部端子を隔離することを想定していない。Ｈｏｍは、安全性の観点から各バッテリの内部構造を考慮していない。しかしながら、並列接続されたバッテリの異なる充電状態を管理するＨｏｍによって教示される方法は、そのような状態を管理するための当該技術分野における既知の方法の一例である。
【0010】
並列接続されたセルグループを利用するモジュール又はパック構造のさらなる欠点は、そのようなグループ内の１つのセルが内部短絡を起こすという事実であり、これはデンドライト成長に起因する既知の故障モードである。グループ内の他のすべてのセルの全電流が、故障したセルを通して流れることになる。これは急速な過熱と、その結果としての爆発又は火災につながる可能性がある。このリスクを軽減するため、個々のセルは通常、可溶性リンクによって共通のバスバーに接続される。可溶性リンクは抵抗を有し、電流が増加すると熱を発生させる。リンクが溶けるのに十分な熱が発生すると、接続が切断され、故障したセルへの電流が永久に遮断される。このアプローチの主な欠点は、通常の使用において、可溶性リンクの固有の抵抗が、高電流レベルで動作する際に、パックの不要な発熱と全体的なエネルギー損失につながることである。
【0011】
モジュール内で並列に接続された複数のセルのもう１つの望ましくない効果は、セルの１つが既知の欠陥である過度の自己放電を起こすと、それと並列に接続された全てのセルが、時間とともに欠陥セルを通して放電することである。これはグループ全体の充電状態を、最大値に対する割合で低下させることになる。複数の並列グループが直列に接続されてパックを形成するのが一般的であるため、どの時点においてもパック全体の使用可能容量は、最大値に対する割合として、最も低いグループの充電状態によって制限される。これは、並列セルの直列接続されたグループすべてから同じ割合でエネルギーが除去されるという事実に起因する。
【0012】
最も低いグループの過放電は、そのグループ、ひいてはパック全体の永久的な損傷につながる。その結果、他のグループがまだ高い充電状態を保っていても、最も低いグループの許容最低充電状態に達したら放電を停止しなければならない。このように、現在当該技術分野で実施されている方法に従って構造化されたパックでは、単一の欠陥セルがパック全体の容量を実質的に低下させる結果となり得る。このようなパックの整備は危険であり、専門的な訓練と装置を必要とし、通常は実用的ではない。
【0013】
当該技術分野で一般的に行われているように、乗り物用パックの設計は、コスト、製造効率、及び安全性の工学的トレードオフである。コストと製造効率は最優先事項であるため、安全性は、乗り物に搭載され、通常使用される際のパックの状況で考慮されることがほとんどである。当該技術分野で知られている乗り物用バッテリパックは、整備のために開封されたり、衝突やその他の不都合な事象で破損したりすると、極めて危険である。このような状況では、パックの取り扱いは、潜在的に甚大な損傷、傷害、さらには死亡さえも防ぐために、高度な訓練を受けた人員と専門的な装置を必要とする。
【0014】
オフロード、レクリエーション、軽海洋、軽飛行機など、幅広い高性能な乗り物に電気推進を提供する需要がある。このような乗り物は、通常の運転において酷使され、頻繁な衝突を伴い、大規模な整備を必要とする。そのため、主流の自動車用バッテリパックの構造で採用されている設計及び優先事項は、このような用途では実用的ではない。
【0015】
乗り物用バッテリの分野で必要とされているのは、専門的な訓練や装置がなくても安全に扱うことができ、不測の事象によって損なわれる際に危険をもたらすことなく、高電圧、大電流のバッテリパックの経済的かつ実用的な構造を可能にし、組み立てられたパックの劣化を緩やかにし、専門的な訓練や装置がなくても容易かつ経済的なパックの整備を可能にし、運転中の火災やエネルギー損失のリスクを最小限に抑えることができる乗り物用バッテリモジュール設計である。
【0016】
このような乗り物用バッテリモジュールは、取り扱いが安全であることに加え、堅牢であり、一般に入手可能な材料と製造技術で容易に製造できることが必要である。
【発明の概要】
【0017】
本発明の第１の目的は、運転、保管、輸送時の乱暴な取り扱いに耐えるために堅牢である、乗り物で使用するのに適した高電圧バッテリモジュールを提供することである。
【0018】
本発明の第２の目的は、一般に入手可能な材料と大量生産方法を利用して、容易かつコスト効率よく構築できるバッテリモジュール設計を提供することである。
【0019】
これらの目的を達成するために、本発明のバッテリモジュールは、複数の直列接続セルを含む筐体を備え、複数の直列接続セルは筐体から電気的に絶縁されている。直列接続されたセルは、１つの連続したストリングとして接続されてもよいし、同じ筐体内に含まれる複数の独立した直列接続されたストリングとして接続されてもよい。
【0020】
１つ又は複数のセル監視・調整回路を備える第１のプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）が提供される。いくつかの実施形態では、第１のＰＣＢＡはセル相互接続手段も備え得る。他の実施形態では、セルはワイヤによって相互接続され得る。第１のＰＣＢＡに電気的に接続された複数の抵抗器は、セルの平衡化を容易にし、また所望の場合にはセルの加熱を容易にするために提供される。いくつかの実施形態では、追加的なセル相互接続を備える第２のＰＣＢＡが利用され得る。
【0021】
いくつかの実施形態では、複数の直列接続されたセル及び第１のＰＣＢＡを含む筐体の部分は、封止され得る。そのような実施形態では、使用される封止剤は、熱伝導性液体、固体に硬化される液体等を含む任意の既知のタイプのものであり得る。
【0022】
外部インターフェースＰＣＢＡが提供される。多くの実施形態では、外部インターフェースＰＣＢＡは、第１のＰＣＢＡ及び／又は第２のＰＣＢＡとは別個であり得、電気接続及びデータ接続は、任意の既知のタイプのコネクタによって行われる。外部インターフェースＰＣＢＡが第１及び／又は第２のＰＣＢＡと物理的に一体化されている他の実施形態も可能である。
【0023】
外部インターフェースＰＣＢＡは、正と負の電気端子を備え、前記両端子は前記筐体から、また前記複数のセルから電気的に絶縁されている。第１の常開型電気リレーが、直列接続されたセルの正極側を前記正端子に電気的に接続するために設けられる。第２の常開型電気リレーが、直列接続されたセルの負極側を負端子に接続するために設けられる。電気機械式やソリッドステートを含む多くのタイプのリレーが当技術分野で知られている。
【0024】
複数の直列接続されたセルグループが同じ筐体内に収容されている実施形態では、直列接続されたセルの各グループを前記正端子及び前記負端子に個別に接続するために追加のリレーを設けることができる。このような実施形態では、個々のグループを直列に接続することによって、直列接続されたセルの別々のグループを直列接続されたセルの連続したグループに接続するために、追加のリレーがさらに設けられてもよい。
【0025】
外部インターフェースＰＣＢＡは、外部制御バスへの接続手段、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）回路、及び第１のＰＣＢＡ上のＢＭＳ回路とセル調整回路との間の通信のためのデータ相互接続手段をさらに備える。
【0026】
多くの実施形態では、外部インターフェースＰＣＢＡは、封止されていない筐体の別の部分に含まれる整備可能な構成要素である。
【0027】
公知の大量生産プロセスを使用して本発明のモジュールを製造し、組み立てる方法が開示されている。
【0028】
費用効果の高いセル監視・調整回路が開示される。
【0029】
本発明は以下の図面を参照して本明細書に記載される。図面中の構成要素は、必ずしも互いに一定の縮尺で描かれていない。同様の参照数字は、複数の図全体を通して、対応する部品を指している。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】円筒形セルを利用した本発明の代表的な実施形態の分解図である。
【図2】複数のセル相互接続と複数のセル監視・調整回路を備える本発明の代表的な第１のＰＣＢＡの図である。
【図3】本発明の代表的な第２のＰＣＢＡの図である。
【図4】抵抗器保持手段を有する複数の機械的アライメント構造と、その中に保持された複数の抵抗器とを示す。
【図5】ＰＣＢＡに組み付けられた機械的アライメント構造と保持された抵抗器とを示す。
【図6】プレス加工されたアルミニウムから作製された代表的な機械的アライメント構造の側面図である。
【図7】フレキシブル回路として構成され、単一の円筒形セルに結合されたＰＣＢＡを示す。
【図8】金属ワイヤから作製された相互接続によって直列に、かつＰＣＢＡに電気的に接続された円筒形セルの図である。
【図9】プレス加工された銅から作製された代表的なセル相互接続の側面図である。
【図10】プレス加工された銅から作製された代表的なセル相互接続の等角図である。
【図11】本発明の組み立てられたモジュールの部分断面図である。
【図12】第１のキャビティと第２のキャビティを有する代表的な筐体の図である。
【図13】直列接続されたセルの２つの独立したグループを個別に並列接続又は一緒に直列接続するように構成された代表的な外部インターフェースＰＣＢＡを示す。
【図14】直列接続されたセルの２つの独立したグループを個別に一緒に直列接続するように構成された代表的な外部インターフェースＰＣＢＡを示す。
【図15】直列接続されたセル及び抵抗器に接続されたセル監視・調整回路を示す図である。
【図16】直列接続されたセルに結合されたセル監視・調整回路間の通信のための低コストのアップリンク及びダウンリンク回路を示す。
【図17】直列接続されたセルの２つのグループ、セル監視・調整回路、並びに外部インターフェースＰＣＢＡ間の接続を示す図である。
【図18】単一セル監視・調整回路におけるセル状態の報告方法のフロー図である。
【図19】単一セル監視・調整回路によるセルの調整方法のフロー図である。
【図20】単一セル監視・調整回路によってセルを加熱する方法のフロー図である。
【図21】セル端子に通信可能に結合されたアップリンク及びダウンリンクポートを有するセル監視・調整回路を示す。
【図22】バッテリセルと、監視・調整回路を備えるＰＣＢＡとを有するバッテリセルアセンブリを示す。
【図23】セル端子に通信可能に結合されたアップリンク及びダウンリンクポートを有するバッテリセル監視・調整回路を動作させる方法のフロー図である。
【図24】複数の直列接続されたセルと、ＡＣ結合通信リンクを有する対応する複数のセル監視・調整回路と、低電圧バッテリ、電圧コンバータ及びＡＣ結合制御バスポートを有する外部インターフェースＰＣＢＡとの間の接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
円筒形セルを利用した本発明の一実施形態を図１に示す。示された実施形態は限定的なものではなく、角柱型又はパウチ型など、異なる形状のセルを利用する他の実施形態は、本明細書における開示に基づいて当業者に明らかになるものとする。
【0032】
バッテリモジュール１０を製造するための開示されたシステム及び方法は、図と併せて以下の詳細な記載を検討することにより、より深く理解されるであろう。詳細な記載及び図は、本明細書に記載される様々な発明の例を提供する。当業者であれば、開示された例は、本明細書に記載された発明の範囲から逸脱することなく、変形、修正、及び変更が可能であることを理解するであろう。異なる用途及び設計上の考慮事項のために多くの変形例が企図されるが、簡潔さのために、企図される各変形例は、以下の詳細な記載では個々に記載されない。
【0033】
以下の詳細な記載を通じて、バッテリモジュール１０のシステム及び方法に関する様々な例が提供される。それらの例における関連する特徴は、異なる例において同一、同様、又は非同様であり得る。簡潔にするために、関連する特徴について各例で重複して説明することはない。その代わりに、関連する特徴名の使用は、関連する特徴名を有する特徴が、先に説明された例における関連する特徴と同様である可能性があることを読者に知らせる手がかりとなる。所与の例に特有の特徴は、その特定の例において記載される。読者は、所与の特徴が、いずれかの所与の図又は例における関連する特徴の具体的な描写と同一又は同様である必要はないことを理解すべきである。
【0034】
本明細書中、特に断りのない限り、以下の定義が適用される。
【0035】
「実質的に」とは、その用語によって修飾される特定の寸法、範囲、形状、概念、又はその他の態様に多かれ少なかれ適合することを意味し、特徴又は構成要素が正確に適合する必要はない。例えば、「実質的に円筒形」の対象物とは、対象物が円筒に似ているが、真の円筒から１つ又は複数のずれを有していてもよいことを意味する。
【0036】
「備える」「含む」、及び「有する」（及びその活用形）は、必ずしもこれらに限定されないが含む、ということを意味するために交換可能に使用され、明示的に記載されていない追加的な要素又は方法ステップを除外することを意図しないオープンエンドな用語である。
【0037】
「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、グループの様々なメンバー等を区別又は識別するために使用され、連続的、時系列的、又は数値的な限定を示すことを意図していない。
【0038】
「結合された」とは、直接的であるか、介在する構成要素を介した間接的であるかにかかわらず、恒久的又は解放可能に接続されることを意味する。
【0039】
「電気的に結合された」、「電気的に接続された」とは、回路素子間の電流の伝導を可能にする方法で接続された回路素子を意味する。
【0040】
「コネクタ」、「電気コネクタ」とは、回路素子を解放可能な方法で電気的に結合する構造又は装置を意味する。
【0041】
「相互接続」、「電気的相互接続」とは、回路素子を解放不可能な方法で電気的に結合する構造又は装置を意味する。
【0042】
「通信可能に結合された」とは、電子装置が、電子メッセージの伝送を目的として、無線で、又はコネクタを使用して、直接的であるか通信ネットワークを介して間接的であるかを問わず、別の電子装置と通信下にあることをいう。
【0043】
「制御可能に結合された」とは、電子装置が別の電子装置の動作を制御することを意味する。
【0044】
「ＰＣＢＡ」とは、非伝導性基板と、回路素子を電気的に結合するための１つ又は複数のエッチングされた導電性トレースと、集積回路、リレー、セル相互接続等であり得る１つ又は複数の電気回路素子とを備えるプリント回路基板アセンブリを意味する。
【0045】
「抵抗器」とは、電流に対して抵抗を与え、それによって電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、当該電気エネルギーを放散させる目的で、又は隣接する構成要素を加熱する目的で使用される電気回路要素を意味する。抵抗器は、ワイヤ、フィルム、基板上のコーティング、線形領域で動作するトランジスタ、トランジスタのアレイ、又はその他の既知の手段から構成することができる。線形領域におけるトランジスタの動作は、トランジスタを横切って流れる電流に対して制御された抵抗の効果を生じさせ、トランジスタ設計の技術分野ではよく知られている。いくつかの実施形態では、抵抗器をバッテリセルのハウジングに組み込むことができる。他の実施形態では、抵抗器を集積回路（ＩＣ）に組み込むことができる。
【0046】
本発明の文脈における「抵抗器スイッチ」とは、具体的には、抵抗器を単一のバッテリセルと並列に電気的に接続して、電流がバッテリから抵抗器を通って流れるようにし、それによってセルに蓄積された電気エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するための、トランジスタであり得る電気スイッチを意味する。いくつかの実施形態では、抵抗器スイッチと抵抗器は、線形領域で動作するトランジスタとして実装される同一素子であり得る。
【0047】
「機械的アライメント構造（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」とは、セル、抵抗器、ＰＣＢＡ等などの構成要素を、製造中、組立中、及び使用中に、互いに対して機械的に保持し、アライメントするシステムである。機械的アライメント構造は、特定の実施形態におけるその機能に必要な任意の形状を有し得、金属プレス加工、プラスチック射出成形等など、任意の利用可能な材料から任意の利用可能な手段によって作製することができる。
【0048】
［セル」、「バッテリセル」とは、電圧及び電流を生成するために使用される電解質によって分離された単一の陽極及び陰極を指す。本発明のバッテリモジュールは、グループ内で直列に接続された１つ又は複数のセルのグループを備える。セルは、円筒形、角柱形、パウチ形、又は任意の他のタイプであり得る。セルは、リチウムイオン又は任意の他の化学種のものであり得る。
【0049】
「通信アップリンク」、「アップリンクポート」、「アップリンク」とは、コマンドメッセージが受信され、状態メッセージが送信されるデジタル通信ポートを意味する。
【0050】
「通信ダウンリンク」、「ダウンリンクポート」、「ダウンリンク」とは、コマンドメッセージが送信され、状態メッセージが受信されるデジタル通信ポートを意味する。
【0051】
「コマンドメッセージ」とは、第１の電子回路から第２の電子回路に送信され、前記第２の回路による動作又は状態変化を開始させる電子メッセージである。
【0052】
「状態メッセージ」とは、第２の電子回路から第１の電子回路に送信される電子メッセージであり、前記メッセージは、前記第２の回路、又は別の回路の状態又は動作状態に関連する情報を含む。
【0053】
「封止剤」とは、電気的には絶縁性であるが熱伝導性を有する流体のことである。多くの封止剤が知られている。封止剤は、ハウジングのキャビティに流し込まれ、注入され、又は引き込まれ、その中に含まれる構成要素間の空隙を埋める。本発明の文脈において、封止剤の主な機能は、封止された構成要素を互いに、及びハウジングの壁に熱的に結合することである。いくつかの封止剤は、ハウジングキャビティに導入された後、化学的に硬化して固体状態になるように配合されている。このような封止剤は、封止された構成要素に機械的支持を与えるという二次的な機能を果たす。変圧器オイルなどの他の封止剤は、液体状態を保つように配合されている。その二次的な機能は、封止されたキャビティへの水分や汚染物質の侵入を防ぐことである。
【0054】
図１に分解図として示されている代表的な実施形態は、９６個の直列接続されたセルの２つのグループに配置された１９２個の円筒形セルを含むバッテリモジュールであり、各グループは正味公称電圧４００Ｖを有する。示された実施形態は数値的に限定されるものではなく、任意の数の直列接続されたセルグループを利用することができ、各グループのセルの数が少なくとも２つであれば、各グループのセルの数は任意である。セルは、円筒形、角柱形、パウチ状、又は任意の他のタイプのものであり得る。
【0055】
モジュール１０の示された実施形態複数のセル４００、抵抗器４２０を同じく保持する機械的アライメント構造（ＭＡＳ）１６０によって支持される。ＭＡＳ１６０、セル４００、及び抵抗器４２０は、一次ＰＣＢＡ１１５、及び二次ＰＣＢＡ１１７に結合される。組み立てられた素子は、一次ハウジング１００の第１のキャビティに収容される。外部インターフェースＰＣＢＡ９２５は、ハウジング１００の第２のキャビティに収容され、ＰＣＢＡ１１５及びＰＣＢＡ１１７に電気的及び通信的に結合されている。
【0056】
いくつかの実施形態では、セル４００を含むハウジング１００の第１のキャビティは、熱伝導性であり得、固体状態に硬化するように配合され得る封止剤（図示せず）で充填される。
【0057】
熱伝導性エンドプレート１５０はハウジング１００に組み付けられ、セル４００から電気的に絶縁された状態で、封止剤によってセル４００に熱的に結合される。
【0058】
いくつかの実施形態では、外部インターフェースＰＣＢＡ９２５を含むハウジング１００の第２のキャビティは封止剤で充填され、この封止剤は熱伝導性であり得、封止された構成要素をハウジングに熱的に結合し、水分及び汚染物質の侵入を防止しながら、ＰＣＢＡ９２５の整備又は交換を容易にするために液体状態のままであるように硬化するように配合され得る。液体封止剤の損失を防止するために、任意の公知のタイプのシールを適宜採用することができる。
【0059】
一次ＰＣＢＡ１１５の代表的な非限定的実施形態が図２に示されている。これは、プリント回路基板（ＰＣＢ）１１１と、複数のセル相互接続４７０と、複数のセル監視・調整回路９５０と、ＰＣＢＡに結合される直列接続されたセルの関連グループごとに１つの通信コネクタ９１０とを備える。ＰＣＢ１１１は、電気回路がエッチングされた非伝導性基板を備える。このようなＰＣＢ及び回路は、ＰＣＢに電気回路素子を組み付ける手段と同様に周知であり、したがって、その構造の詳細は簡潔にするために本明細書では記載又は図示しない。
【0060】
モジュール製造中にセル相互接続４７０をセル４００に結合することを可能にするアパーチャ１７５が示されているが、限定するものではない。このような結合は溶接によって行われるのが最も一般的であるが、他の結合方法を用いてもよい。示された実施形態におけるアパーチャ１７５は、溶接のためのアクセスという目的を果たすだけであり、そのようなアクセスを必要としない組立技術を利用する実施形態では存在しない場合がある。アパーチャ１７５が存在する場合、それらは、意図された機能のための任意の適切な形状及びサイズであり得る。
【0061】
機械的アライメント構造（ＭＡＳ）をＰＣＢＡ１１５に機械的に結合するためのアパーチャ１７０が示されているが、限定するものではない。示されたアパーチャは楕円形のスロットの形態であるが、任意の形状及びタイプの機械的結合インターフェースが可能である。
【0062】
図３には、任意選択の二次ＰＣＢＡ１１７が示されている。示された実施形態におけるその主な目的は、複数のセル相互接続４７０を保持しアライメントし、セル相互接続と抵抗器４２０との間に電気的接続を提供し、セル４００のグループを外部インターフェースＰＣＢＡ９２５に接続するための電気コネクタ４５０を提供することである。いくつかの実施形態では、セル相互接続及び電気コネクタは、専用のＰＣＢＡを必要とせずに、セルに直接結合することができる。そのような実施形態では、二次ＰＣＢＡ１１７は省略することができる。
【0063】
図４は、アルミニウムのプレス加工から作製され得る複数の機械的アライメント構造（ＭＡＳ）１６０の一実施形態を示す。本発明の実施形態内のＭＳＡ１６０の目的は、組立中及び使用中に、モジュール１０の様々な要素を互いに機械的にアライメントし、結合することである。図示の実施形態は、形状、材料、及び特定の機能を限定しない。複数の円筒形抵抗器４２０が保持手段１６５によって保持された状態で示されている。セルに直接組み付けられるものを含め、異なる形状の抵抗器を利用する他の実施形態も可能である。そのような実施形態では、保持手段１６５は異なるものであってもよいし、完全に省略されてもよい。
【0064】
機械的保持タブ１６８が示されており、これは示されたＰＣＢＡ１１５及び１１７のアライメントスロット１７０とインターフェースする。示された特徴は代表的なものに過ぎず、限定するものではない。
【0065】
図５は、ＰＣＢＡ１１５に機械的に結合された複数のＭＳＡ１６０及び抵抗器４２０を示す。
【0066】
代表的なＭＳＡ１６０は、図６にさらに示されている。
【0067】
セル４００に直接取り付けられ、他の同様に構成されたアセンブリへの直列接続に適したフレキシブルＰＣＢＡ１１５を有する実施形態を図７に示す。相互接続４７０及び通信リンク９９９は、フレキシブル基板１１１の一体部品として示されている。抵抗器４２０とバッテリセル監視・調整回路９５０は別個の素子として示されているが、いくつかの実施形態では、抵抗器４２０は回路９５０内に組み込まれていてもよく、トランジスタ又はトランジスタのアレイであってもよい。回路９５０は、アップリンクポート９９０及びダウンリンクポート９９５を有するように示されている。回路間の接続及びフレキシブル基板内の相互接続は、ＰＣＢＡの製造技術において周知であり、明示的に示されていない。
【0068】
図８は、本発明の別の実施形態の部分的な描写であり、セル４００は、ワイヤから形成されたコネクタ４７０によってＰＣＢＡ１１５及び１１７に結合され、抵抗４２０はＰＣＢＡ１１５及び１１７にはんだ付けされ、ＭＳＡは存在しない。
【0069】
図９及び１０は、銅板から形成され、相互接続をＰＣＢＡに機械的及び電気的に結合するための結合特徴部４７５を備えるセル相互接続４７０の代表的な実施形態を示す。多くの種類と形状のセル相互接続、及びそれらをセルとＰＣＢＡに結合する手段は、本発明の範囲内で可能であり、当業者には容易に明らかであろう。
【0070】
図１１は、熱伝導性エンドプレート１５０を含む組み立てられたモジュール１０の部分断面図である。複数のセル４００がハウジング１００の第１のキャビティ１１０に収容されているのが示されている。セルは、セル相互接続４７０によってＰＣＢＡ１１５及び１１７に電気的及び機械的に結合されている。外部インターフェースＰＣＢＡ９２５は、ハウジング１００の第２のキャビティ１２０に収容され、コネクタ４５０によってＰＣＢＡ１１７に電気的に結合され、コネクタ９１０によってＰＣＢＡ１１５に通信可能に結合されている様子が示されている。ＰＣＢＡ１１５は、バッテリセル監視・調整回路９５０をさらに備えることが示されている。
【0071】
図１２にさらに示されるハウジング１００の仕切り壁１２５は、図示の実施形態においてキャビティ１１０と１２０を分離しているが、これはキャビティ１１０を第１のタイプの封止剤で封止するため、及びいくつかの実施形態ではキャビティ１２０を第２のタイプの封止剤で封止するためである。仕切り壁１２５は例示であり、限定するものではない。仕切り壁１２５が存在する場合、特定の実施形態に適切なように、コネクタ４５０及び９１０を通すためのアパーチャが壁に存在し得る。いくつかの実施形態では、仕切り壁１２５は、筐体を部分的に充填するように流し込まれ、その後硬化して固体状態になる封止剤の体積の表面として形成されてもよい。他の実施形態において、筐体１００の１つ又は複数の外壁の一部又は全体は、固体状態に硬化された封止剤の体積の表面として形成されてもよい。
【0072】
また図１１には、ハウジング１００の負端子アパーチャ３０５を介してアクセス可能な負端子３００が示されている。この断面図には、正端子２００又は制御バスコネクタ７００は示されていない。図はさらに、ＰＣＢＡ９２５に組み付けられたリレー６００の代表的な位置を示している。
【0073】
代表的なハウジング１００がさらに図１２に示され、第１のキャビティ１１０、第２のキャビティ１２０、仕切り壁１２５、正端子アパーチャ２０５、制御バスコネクタアパーチャ７０５、及び負端子アパーチャ３０５を示している。示されたアパーチャの形状、位置及び機能は、限定するものではない。いくつかの実施形態では、このような機能をすべて単一のアパーチャにまとめることができる。他の実施形態では、アパーチャを筐体の異なる面に配置してもよく、機械的保持や他の機能と組み合わせてもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、任意の公知のタイプのシール及び安全特徴部を採用することができる。
【0074】
外部インターフェースＰＣＢＡ９２５の一実施形態が図１３に示されており、正端子２００、負端子３００、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）回路９００、制御バスコネクタ７００、直列接続されたセル４００のグループに電気的に結合するためのコネクタ４５０、及びＰＣＢＡ１１５とその中に含まれたセル監視・調整回路９５０（図１１も参照）とに通信可能に結合するための通信コネクタ９１０（図１１も参照）を備えている。電流センサ９０５が正端子２００に結合されているように示されているが、他の実施形態では電流センサを負端子３００に結合してもよい。電圧測定回路９０７は、端子２００及び３００に接続されて示されている。いくつかの実施形態では、電圧測定回路９０７はＢＭＳ回路９００に内蔵されていてもよい。リレー５００、５５０、６００、６５０、６６０も示されている。リレー５００、５５０、６００、６５０及び６６０は、ＰＣＢＡ１１５及び直列接続セル４００の２つのグループと連動して機能することが、図１７にさらに図解されている。
【0075】
いくつかの実施形態では、リレー５００及び５５０は第１のタイプのものであり得、リレー６００及び６５０は第２のタイプのものであり得る。例えば、第１のタイプのリレーが電気機械式である場合、開放時に完全なガルバニック絶縁を提供する。しかしながら、電気機械式リレーは応答が比較的遅い。第２のタイプのリレーがソリッドステートで、制御入力に非常に迅速に応答するものであれば、それらは電流センサ９０５が過電流を検出した場合に回路を開くのに使用することができる。ソリッドステートリレーの中には、完全なガルバニック絶縁を提供しないものもある。２つの異なるタイプのリレーを利用することにより、ＰＣＢＡ９２５は完全なガルバニック絶縁と過電流状態に対する高速応答の両方を提供することができる。
【0076】
いくつかの実施形態では、電流センサ９０５はホール効果型であり得る。
【0077】
ＰＣＢＡ９２５の別の実施形態が図１４に示されており、ここではリレー５５０、６５０及び６６０が省略され、代わりにリレー６６０が相互接続６６５によって置き換えられて、直列接続されたセル４００の２つのグループを互いに直列に接続し、それによって直列接続されたセルの単一のグループを形成する。
【0078】
いくつかの実施形態では、ＰＣＢＡ９２５の交換可能な構成が、所望に応じて並列又は直列に接続することによってモジュール内の直列接続セルのグループを構成するために提供され得る。この交換可能性により、モジュールが組み立てられ、セル４００を含むキャビティ１１０が固体状態に硬化するように調合された封止剤で封止された後、モジュールを異なる電圧、例えば４００Ｖと８００Ｖで動作するように構成することができる。
【0079】
いくつかの実施形態では、ＰＣＢＡ９２５の機能は、本発明の範囲から逸脱することなく、単一のアセンブリにおいてＰＣＢＡ１１５の機能と物理的に組み合わされてもよい。
【0080】
他の実施形態では、ＰＣＢＡ１１５は、電気的及び通信的に直列に結合された複数の実質的に同一のアセンブリで構成されてもよい。
【0081】
図１５は、本発明のセル監視・調整回路９５０を備えたＰＣＢＡ１１５、及び本発明のモジュールの他の要素へのそれらの接続を示す図解図である。図１５に参照数字なしで示されている要素は、参照数字で識別される同様の要素と同じである。
【0082】
示された構成は、ＰＣＢトレースであり得る相互接続９４０によって、１つの回路９５０を直列接続されたセル４００のグループのうちの２つに接続する。セルは、相互接続４７０によってモジュール内で電気的に直列に接続される。単一の抵抗器４２０は、対応する２つのセル４００間で共有され、コントローラ９５５の制御の下、抵抗器スイッチ９８０によって２つのセルの一方と他方に交互に並列接続される。
【0083】
示された回路９５０は、接続されたセルごとの電圧測定回路９６０、温度測定回路９６５、アップリンクデジタルポート９９０及びダウンリンクデジタルポート９９５をさらに備える。各回路９５０のアップリンクポート９９０は、通信コネクタ９１０に結合されたデジタルリンク９９９によって、隣接する回路９５０のダウンリンクポート９９５に通信可能に接続されているが、当該チェーンの第１の回路９５０のアップリンクポートは、コネクタ９１０によってＰＣＢＡ９２５上のＢＭＳ回路９００に通信可能に接続され、チェーンの最後の回路９５０のダウンリンクポートは接続されていないという例外がある。
【0084】
本発明の回路９５０の正電源レール９７０は、接続されたセル４００のうち最も正側の正端子に接続され、回路９５０の負電源レール９７５は、接続されたセル４００のうち最も負側の負端子に接続される。
【0085】
本発明の回路９５０の重要な際立った特徴は、別個の区別されたアップリンクポート９９０とダウンリンクポート９９５である。メッセージ通信用のポートは当技術分野でよく知られている。しかしながら、一般的なアプローチは、このようなポートをＣＡＮバス、Ｉ２Ｃバス等などの通信バスに接続することである。複数の直列接続されたセルと、各セルに結合された管理回路とを有するバッテリモジュールにおいて、最も正のセルに接続された回路と最も負のセルに接続された回路との間に非常に大きな電位差が存在し得る。
【0086】
回路が共通のメッセージバスに接続されている場合、通信ポートは非常に大きな電圧差で他の回路からの信号を受け入れることができなければならないだろう。光絶縁などの大きな電圧差に対応するための解決策は当該技術分野に存在するが、それらはコストを著しく増加させるため、本発明の目的に反する。
【0087】
各回路９５０のアップリンクポート９９０とダウンリンクポート９９５が区別された別個のものであると規定することにより、通信リンク９９９は、したがって、バスではなく、ポイントツーポイントリンクとして実装される。このため、隣接する２つの回路９５０間の電圧差にのみ対応する必要があるが、この電圧差は小さく、安価な回路部品で容易に実装することができる。
【0088】
示された構成のいくつかの態様は有利であるが、限定するものではない。単一のセル及び対応する抵抗器、又は２つを超える直列接続されたセル及び対応する抵抗器の接続のみを有する回路９５０の構成は、当業者には容易に明らかであろう。示された構成は、各回路内の動作電圧を低く保ち、隣接する回路間の電圧ポテンシャルを低減し、ＰＣＢトレース配線を簡素化するという利点を提供する。
【0089】
特に、アップリンクポートとダウンリンクポートは、ローカル正電源レール９７０超、及びローカル負電源レール９７５未満の入力電圧に耐える必要があるため、動作電圧を低く保つことで、リンクを実装するために低コストの回路を使用することができる。
【0090】
図１６は、２線式シリアルリンクとしての低コスト通信リンク９９９の一実施形態を示す。図１５と図１６における同様の要素は、簡潔にするためにこれ以降記載されない。隣接回路９５０間のシグナリングは、アップリンクデジタルポート９９０にプルダウン抵抗器９９３を備えたｎ－ＦＥＴスイッチ９９１を利用し、ダウンリンクデジタルポート９９５にプルアップ抵抗器９９４を備えたｐ－ＦＥＴスイッチ９９２を利用することによって達成される。示された実施形態では、隣接する回路９５０間の電圧差に対応することができる。示された構成により、アップリンクデジタルポート９９０は、正電源レール９７０の電圧を上回る電圧を有する信号を受け入れることができ、ダウンリンクデジタルポート９９５は、負電源レール９７５の電圧を下回る電圧を有し得る信号を受け入れることができる。同様の機能を備える他の回路部品を利用した他の多くの実施形態が可能である。
【0091】
示された構成は、さらに、接続されたセルの１つが内部短絡を起こし、その結果、その端子間の電圧が低下又はゼロになった場合でも、回路に電力を供給し、機能し続けることを可能にする。
【0092】
これらの利点は、容易に利用可能な低コストの大量生産方法と材料を使用して、信頼性が高く安全なモジュールの製造を可能にするという主な目的に役立つ。
【0093】
別の実施形態が、単一セルに結合されるように構成されたセル監視・調整回路９５０を示す図１７に示されている。図１５、図１６、及び図１７における同様の要素は、簡潔にするためにこれ以降記載されない。この実施形態では、抵抗器４２０は回路９５０とともにＰＣＢＡ１１５に結合されている。示された実施形態では、分かりやすくするために抵抗器４２０を別個の要素として示しているが、他の実施形態では、抵抗器４２０は、トランジスタ又は線形領域で動作するトランジスタのアレイとして回路９５０の内部に組み込んでもよく、これは抵抗器スイッチとしても機能し得る。
【0094】
回路９５０と抵抗器４２０を備える個別の専用ＰＣＢＡ１１５は、モジュール１０内の対応する各セルに機械的熱的及び電気的に結合されている。セルは相互接続４７０によってモジュール内で電気的に直列に接続され、個々のＰＣＢＡ１１５は通信リンク９９９によって対応して直列に通信可能に接続される。このような実施形態では、ＰＣＢＡ１１５はフレキシブル回路として構成されてもよい。
【0095】
回路９５０は、好ましくは、コスト削減の目的で特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装される。完全に別々の市販の構成要素を利用する実施形態を容易に構築することができ、それは本明細書でなされる開示に基づいて電気回路設計の当業者に明らかになるものとする。
【0096】
本発明の回路９５０のユニークで際立った特性のいくつかは、任意の数の直列接続セルに対応するために、隣接する同一の回路をチェーン状に接続するためのアップリンクポート９９０及びダウンリンクポート９９５であり、単一のＢＭＳ回路９００から回路９５０のチェーン全体を制御することを容易にする。このような回路を動作させるためのユニークな方法が、本明細書でさらに開示される。
【0097】
示された回路９５０の別のユニークな特徴は、２つのセル間で１つの抵抗器を共有する能力であり、これにより全体的な構成要素の数、複雑さ、及びコストが低減される。この機能は、２つのセル構成に限定されるものではなく、任意の偶数個の直列接続されたセルに接続するように構成された回路に容易に実装することができる。
【0098】
本発明の別のユニークな特徴は、周囲温度より高い温度にセルを維持 することが望まれる場合に、セルに蓄積された電気エネルギーの一部を抵抗器４２０に放散することによってセル４００を加熱する能力である。
【0099】
本明細書で開示される回路の完全な電気的機能の概念的表現を図１７に示す。この図は、分かりやすくするために、４つの直列接続されたセルの２つのグループを有する構成である。任意の数のグループ又は任意の数の直列接続されたセルを有する構成が、本明細書でなされる開示に基づいてどのように構築され得るかは、当業者には容易に明らかであろう。
【0100】
図１７の図は、４つの直列接続されたセルの２つのグループのそれぞれに２つずつ、合計４つの回路９５０を備えるＰＣＢＡ１１５を示している。相互接続９４０によって１つの回路９５０に結合される直列接続されたセルの各対の間で、１つの抵抗器４２０が共有される。相互接続９４０は、プリント回路トレース、ワイヤ、集積回路パッケージピン、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。セルはセル相互接続４７０によって直列に接続される。ＰＣＢＡ１１５とＰＣＢＡ９２５の間の電気コネクタ４５０及び通信コネクタ９１０を図式的に表す。
【0101】
いくつかの実施形態では、コネクタ９１０は、光、誘導又は無線結合によるガルバニック絶縁を特徴とする。ＰＣＢＡ１１５及びＰＣＢＡ９２５は、機能を明確にするために別個のものとして図示されているが、いくつかの実施形態では単一の物理的アセンブリに組み合わされてもよい。他の実施形態では、ＰＣＢＡ１１５は、複数の実質的に同一のアセンブリを備え得る。
【0102】
ＰＣＢＡ９２５の示された構成は、ＢＭＳ回路９００の制御下にあるリレーによって、直列接続されたセルの２つのグループを互いに並列に、又は互いに直列に接続することを容易にする。直列構成の場合、リレー５００、６００、６６０は閉じ、リレー５５０、６５０は開く。グループの並列接続を実現するには、リレー５００、５５０、６００、６５０を閉じ、リレー６６０を開く。非使用時の安全のため、すべてのリレーを開くことで、端子２００と３００の完全な絶縁が達成される。
【0103】
示されたＢＭＳ回路９００は２つのダウンリンクポート９９５を備え、それぞれは通信リンク９９９と通信コネクタ９１０を介して回路９５０のチェーンに通信可能に接続され、各チェーンは直列接続されたセル４００のグループに対応する。
【0104】
制御バスポート７００は、パックコントローラ、乗り物コントローラ（ＶＣＵ）、充電器等などの外部コントローラと通信するために設けられる。
【0105】
いくつかの実施形態では、端子２００と３００、及び制御バスポート７００は、単一の物理的なコネクタに組み合わされてもよい。
【0106】
いくつかの実施形態では、ＢＭＳ回路９００及びリレー５００、５５０、６００、６５０及び６６０にセル４００とは独立して電力を供給するために、追加の低電圧電力コネクタが提供されてもよい。
【0107】
本発明の回路９５０の動作方法が、図１８、図１９及び図２０に概念的に表されている。この方法は、回路９５０に結合された単一セルに関して記載されている。複数の直列接続されたセルが単一の回路９５０に結合されている構成では、方法は結合されたセルごとに繰り返される。このような繰り返しは当業者には容易に明らかであろうから、その詳細な記載は簡潔にするために省略する。
【0108】
モジュール全体の状態（セル電圧と温度を含み得る）を取得するために、ＢＭＳ回路９００は、通信リンク９９９と通信コネクタ９１０によって回路９００に結合された第１の回路９５０にダウンリンク９９５を介して状態要求コマンドメッセージを発行する。
【0109】
図１８に示されるように、ステップＡでアップリンク９９０を介して状態要求コマンドメッセージを受信すると、各回路９５０は、ステップＢで、直列に接続されたチェーンの次の回路９５０にダウンリンク９９５で同じ状態要求コマンドメッセージを再発行する。
【0110】
次に、回路９５０はステップＣでその結合セルの状態を測定し、ステップＤでそのアップリンクを介して結果を送信する。
【0111】
複数の直列接続セルが回路９５０に結合されている場合、ステップＣとＤはセルごとに繰り返される。この繰り返しは図１８には明示されていない。
【0112】
ステップＥとＦで、回路９５０はチェーンの後続の回路９５０から状態メッセージを受信するのを待つ。受信されたそのようなメッセージごとに、ステップＤは、ダウンリンク経由で受信された状態メッセージをアップリンク経由で伝送するように繰り返される。
【0113】
いくつかの実施形態では、所定の非活動期間が指定され得、その後回路９５０が低電力モードに入る。低電力モードにあるとき、回路９５０は、ステップＡでなど、メッセージを受信すると目覚めるように構成され得る。
【0114】
すべての状態要求コマンドメッセージがダウンリンクを介してチェーン内のすべての回路９５０に伝送され、その結果生じる状態メッセージがアップリンクを介して回路９００に戻るように伝送されると、回路９００はモジュール内のすべてのセルの状態を受信したことになる。
【0115】
モジュール内のすべてのセルのバランスをとるために、ＢＭＳ回路９００は、まず、状態要求コマンドメッセージに応答して報告された全セルの電圧を比較し、報告された電圧の中で最低であり得る、又はアルゴリズムによって到達した別の値であり得る適切な目標電圧を選択する。
【0116】
次に、回路９００は、ダウンリンク９９５を介して、通信リンク９９９と通信コネクタ９１０によって回路９００に結合された第１の回路９５０に目標セル電圧コマンドメッセージを発行する。
【0117】
図１９に示されているように、ステップＨでアップリンク９９０を介して目標セル電圧コマンドメッセージを受信すると、各回路９５０はステップＪで、直列に接続されたチェーンの次の回路９５０にダウンリンク９９５で同じ目標セル電圧コマンドメッセージを再発行する。
【0118】
各回路９５０は次にステップＫで結合セルの電圧を測定する。測定されたセル電圧がステップＬでなされた比較に基づいて命令された目標セル電圧を上回っている場合、回路９５０はステップＭで所定の時間、抵抗器スイッチ９８０によって結合抵抗器４２０を結合セルと並列に接続する。所定の時間が終了すると、抵抗器はステップＮでセルから切り離される。いくつかの実施形態では、抵抗器４２０と抵抗器スイッチ９８０は同じものであってもよく、線形領域で動作するトランジスタ又はトランジスタのアレイとして実装されてもよい。いくつかの実施形態では、この抵抗は、抵抗器における所望のエネルギー散逸速度を生成するために変化させることができる。
【0119】
複数の直列接続されたセルが回路９５０に結合されている場合、ステップＫ～Ｎはセルごとに繰り返される。この繰り返しは図１９には明示されていない。
【0120】
モジュール内のすべてのセルを所定の温度に維持するために、ＢＭＳ回路９００は通信リンク９９９と通信コネクタ９１０によって回路９００に結合された第１の回路９５０にダウンリンク９９５を介して目標セル温度コマンドメッセージを発行する。
【0121】
図２０に示されているように、ステップＱでアップリンク９９０を介して目標セル温度コマンドメッセージを受信すると、各回路９５０はステップＲで直列接続されたチェーンの次の回路９５０にダウンリンク９９５で同じ目標セル温度コマンドメッセージを再発行する。
【0122】
回路９５０は次にステップＳにおいて結合セルの温度を測定する。いくつかの実施形態では、回路９５０は複数のセルに熱的に結合されてもよいし、いずれか１つのセルの温度を直接測定するのではなく、１つ又は複数のセルの近傍の局所的な温度を測定するように構成されてもよい。本記載及びそれに基づく特許請求の範囲の目的のために、このような測定値はすべてセル温度の測定値とみなされる。
【0123】
測定されたセル温度又は局所温度が、ステップＴで行われた比較に基いて命令された目標セル温度を下回る場合、回路９５０は、ステップＵで所定の時間の間、抵抗器スイッチ９８０によって結合抵抗器４２０を結合セルと並列に接続する。所定の時間が終了すると、抵抗器はステップＶにおいてセルから切り離される。いくつかの実施形態では、抵抗器４２０及び抵抗器スイッチ９８０は同じものであってもよく、線形領域で動作するトランジスタ又はトランジスタのアレイとして実装される。いくつかの実施形態では、この抵抗は、抵抗器における所望のエネルギー散逸速度を生成するために変化させることができる。
【0124】
一部継続開示
いくつかの実施形態では、コストを低減し信頼性を高めるために、モジュール内の区別された電気的接続の数を最小限にすることが望ましい場合がある。図７は、一体型相互接続４７０と、アップリンクポート９９０及びダウンリンクポート９９５に対応する通信リンク９９９用の区別された接続とを有する、単一セル４００に結合されるＰＣＢＡ１１５のアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、通信信号を電力伝導相互接続４７０に注入することによって、区別された通信リンク接続を排除することが望ましい。
いくつかの実施形態では、コストを低減し信頼性を高めるために、モジュール内の区別された電気的接続の数を最小限にすることが望ましい場合がある。図７は、一体型相互接続４７０と、アップリンクポート９９０及びダウンリンクポート９９５に対応する通信リンク９９９用の区別された接続とを有する、単一セル４００に結合されるＰＣＢＡ１１５のアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、通信信号を電力伝導相互接続４７０に注入することによって、区別された通信リンク接続を排除することが望ましい。
【0125】
デジタル通信の技術分野では、高周波キャリア信号の横モード波伝搬を使用して単一の電力導体上に通信信号を注入する技術が知られている。情報を搬送するために、高周波キャリア信号は、振幅変調、周波数変調、位相シフトキーイング、パルス位置変調等を含むいくつかの既知の技術のうちの１つ又は複数によって変調される。パルス位置変調は、代替手段と比較して実装コストが低いため、本発明の回路に特に適している。
【0126】
電力導体に通信信号を注入することにより、相互接続４７０がセル間のリンク９９９の信号を搬送し、図７に示された区別された接続を排除することが可能になる。しかしながら、このような技術は、少なくとも２０メガヘルツ（ＭＨｚ）超、好ましくは数百又は数千ＭＨｚの非常に高い信号周波数を必要とする。このような高周波数では、多くのセルタイプは信号に対して実質的に高いインピーダンスを示す。したがって、直列に接続されたセルのグループでは、通常、グループの最初のセルから最後のセルまで高周波信号を確実に伝導することはできないだろう。
【0127】
区別された別個のアップリンクとダウンリンクを有する本発明の回路９５０のユニークな構成は、リンク９９９の通信信号が隣接セル間の単一の相互接続４７０を横断することを単に要求することによって、この問題を解決する。これはさらに、非常に低い信号電力を使用することを可能にし、意図しない放射電磁エネルギーを大幅に低減し、全体的なエネルギー損失を低減する。
【0128】
このような構成は図２１に代表的に示されており、これはコンデンサ９８５を利用して各セル４００の正端子４０１と負端子４０２に結合されたＰＣＢＡ１１５を示す。各ＰＣＢＡ１１５と対応するセル４００は一緒になってセルアセンブリ４０５を形成し得る（図２２）。複数のセルアセンブリ４０５は相互接続４７０によって直列に接続されてもよい。各アセンブリ４０５内で、アップリンクポート及びダウンリンクポートは、交流（ＡＣ）結合によって対応するセルの正端子及び負端子に通信可能に結合され、それによって各対応する通信リンク９９９の半分が形成される。
【0129】
相互接続４７０によって２つのセルアセンブリ４０５間を直列接続すると、リンク９９９の信号の対応する相互接続４７０への交流（ＡＣ）結合によって、２つの対応する回路９５０の通信結合が達成され、それによって各アセンブリ４０５内に形成されたリンクの２つの半分が通信可能に接続される。本明細書で開示されるバッテリセルアセンブリ内のバッテリセル端子への信号の新規な通信結合は、追加の配線又はコネクタを必要とすることなく、アセンブリ間の直列電気接続を行うだけで、本発明のセルアセンブリ間に通信リンクを形成することを可能にする。バッテリモジュールの正端子と負端子への信号の同様の通信結合が、本明細書でさらに開示される（図２４）。
【0130】
【0131】
多くの実施形態は、より多くの直列接続されたセルを利用し得、それはいくつかの実施形態では約８００Ｖの全体電圧をもたらす１９２個のセルであり得る。ＡＣ結合は、通信回路の技術分野、特に電力線通信（ＰＬＣ）の技術分野で知られており、ここでは詳細に記載しない。ＡＣ信号が回路９５０の正電源レール９７０と負電源レール９７５に到達しないようにするために、任意選択のフィルタリングインダクタ９８４が示されている。
【0132】
抵抗器４２０が回路９５０の外部にあるように示されている。しかしながら、本明細書で先に開示したように、抵抗器は、抵抗器スイッチ９８０を線形領域で動作させることによって、回路９５０の内部に実装することができる。
【0133】
図２１は、アップリンク９９０がセル４００の正端子４０１に結合され、ダウンリンク９９５がセルの負端子４０２に結合されている様子を示している。この構成は例示であり、限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、アップリンク９９０がセル４００の負端子４０２に結合され、ダウンリンク９９５がセルの正端子４０１に結合される逆の構成も可能である。
【0134】
各回路９５０はさらに、コントローラ９５５を有するものとして示されており、各前記コントローラは、モジュール１０（図１）内に含まれるすべての回路９５０の間で一意である回路識別子（ｃＩＤ）を含むデータ９５８でプログラムされる不揮発性メモリ９５６を有する。示された実施形態では、各不揮発性メモリ９５６は、対応するアップリンクポート９９０に結合される回路９５０の一意のｃＩＤ（アップリンクｃＩＤ、又はＵｃＩＤによって識別される）を含むデータ９５７と、対応するダウンリンクポート９９５に結合される回路９５０の一意のｃＩＤ（ダウンリンクｃＩＤ、又はＤｃＩＤによって識別される）を含むデータ９５９とでさらにプログラムされる。このようなプログラミングは、任意の既知の方法によって、バッテリモジュール１０の製造中に達成することができる。不揮発性メモリ９５６は、消去不可能（ＯＴＰ：ｏｎｅ ｔｉｍｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）タイプのものであり得る。区別されたｃＩＤは、モジュールコントローラ９００（図１７）に割り当てられてもよく、モジュールコントローラ９００（図１７）に通信可能に結合されるアップリンクポート９９０を有するように構成される回路９５０のメモリ９５６にプログラムされるＵｃＩＤデータに含まれてもよい。ダウンリンクポート９９５に結合された他の回路を持たない回路９５０は、そのＤｃＩＤデータにプログラムされた所定の値を有し得、この値は、接続なし（ＮＵＬＬ）を表すゼロ又は別の所定の値であり得る。
【0135】
図２１はさらに、対応する回路９５０のダウンリンクポート９９５に直列に接続されたセルの総数を代表するデータ９５４（ダウンストリーム回路の数、すなわちｎＤｃによって識別される）を示す。このデータは任意であり、通信のタイミングを最適化するためにいくつかの方法で使用されてもよい。いくつかの実施形態では、データ９５４を省略することができる。
【0136】
示された実施形態において、ｃＩＤ、ＵｃＩＤ及びＤｃＩＤの使用は例示であり、限定するものではないことに留意されたい。示された識別子の目的は、メッセージを交換する目的で、直列接続された回路９５０の各有効なペアを一意に識別し、他の有効なペアの回路間で交換され得る意図せずに受信されたメッセージを拒絶することである。いくつかの実施形態では、各通信リンク９９９には、一意のリンク回路識別子（ＬｃＩＤ）が割り当てられてもよく、この一意のリンク回路識別子は、リンクによって通信可能に結合される２つのコントローラ９５５のそれぞれのＤｃＩＤ及びＵｃＩＤデータにプログラムされてもよい。このような実施形態では、リンク９９９を介して送信されるメッセージは、一意のリンク回路識別子を含み得る。
【0137】
図２１に示されたユニークな構成は、セル４００と回路９５０を有するＰＣＢＡ１１５とを備えるセルアセンブリの構築を容易にする。このようなアセンブリ４０５は、円筒形セルを利用した図２２に示されている。この図は代表的なものであり、限定するものではない。角柱型、パウチ型、又は他の任意のタイプのセルを利用する実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかになるものとする。複数のこのようなアセンブリを相互接続４７０（図２１）によって直列に接続し、同じ物理的接続によってセルアセンブリを電気的にも通信的にも結合することができる。これにより、このようなアセンブリを利用するバッテリモジュール１０を構成する際の配線や組立の手間を最小限に抑えることができる。
【0138】
各セル４００はリンク９９９の高周波通信信号に対して実質的に高いインピーダンスを示すが、実質的に高いインピーダンスは信号を完全に遮断しない可能性がある。したがって、非限定的な好ましい実施形態では、非隣接回路９５０間の通信干渉を防止又は緩和するためのステップを講じることができる。
【0139】
いくつかの実施形態では、コマンドメッセージは、第１の周波数の信号を使用して伝送されてもよく、状態メッセージは、区別された第２の周波数の信号を使用して伝送されてもよく、このような周波数は、対応する信号が互いに干渉しないように選択される。他の実施形態では、すべての信号が同じ周波数を使用し得る。
【0140】
干渉を防止する方法の１つの種類は、時分割多重（ＴＤＭ）を利用する。ＴＤＭ技術は、デジタル通信の技術分野において周知であり、本発明の回路の構成に特有の態様を除き、本明細書では詳述しない。特に、ＴＤＭ技法は、多重化スキームのフレームのタイミングの開始のための基準として使用される同期パルスを必要とする。単一の信号が、直列接続された回路９５０間のすべてに確実に到達しない可能性があるため、従来の同期パルスは、多くの実施形態において不可能である可能性がある。本明細書では、回路間の同期を容易にするために、各回路９５０の一意のｃＩＤ９５８を利用する新規なＴＤＭ方法が開示される。
【0141】
示された実施形態のバッテリモジュール１０は、製造時に、複数のセル４００と、それに対応して各前記セルに結合された回路９５０とを直列に接続するように構成される。実質的にそのような接続が行われる時点で又はその前に、各回路９５０には一意のｃＩＤ９５８が割り当てられ、その対応するコントローラ９５５の不揮発性メモリ９５６は、ｃＩＤ９５８を含むデータでプログラムされ、また、ＵｃＩＤ９５７及びＤｃＩＤ９５９は、前記接続によって隣接させられ、対応するリンク９９９によって通信可能に結合される対応する回路９５０のｃＩＤを含むデータでプログラムされる。いくつかの実施形態では、リンク９９９に一意の識別子が割り当てられてもよく、対応するデータＵｃＩＤ及びＤｃＩＤはリンク識別子でプログラムされてもよい。
【0142】
示されたモジュール１０の複数の他の回路９５０と通信するために回路９５０を動作させる方法が、図２３のフローチャートに示されている。示された方法はＴＤＭを実施し、さらに本発明の回路９５０の一意のｃＩＤ９５８と、各回路９５０の不揮発性メモリ９５６にプログラムされたデータＵｃＩＤ９５７及びＤｃＩＤ９５９とを利用する。
【0143】
本方法のステップを図２３のフローチャート８０１に示す。いくつかの代替実施態様では、ブロックに記された機能は、図２３に記された順序から外れて発生してもよく、追加の機能を含んでもよく、及び／又はいくつかの機能を省略してもよいことに留意されたい。例えば、図２３に連続して示された２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行される場合があり、ブロックは、時には逆の順序で実行される場合があり、又は、ブロックのいくつかは、本明細書で以下にさらに明らかにされるように、関係する機能性に応じて、すべてのインスタンスにおいて実行されない場合がある。このようなすべての修正及び変形は、本開示の範囲内で本明細書に含まれることが意図される。
【0144】
ブロック８０２では、コマンドメッセージが、アップリンクポート９９０を介してコントローラ９５５によって受信される。メッセージに埋め込まれたｃＩＤは、ブロック８０３で、不揮発性メモリ９５６に格納されたＵｃＩＤ９５７の値と比較される。値が一致しない場合（ＮＯ条件）、コマンドメッセージは無視され、コントローラは、別のメッセージを受信するまでブロック８０２に戻る。
【0145】
メッセージｃＩＤがＵｃＩＤ９５７と一致する場合（ＹＥＳ条件）、コマンドは有効であるとみなされ、コントローラはブロック８０４に進む。ブロック８０４で、有効なコマンドメッセージが、メッセージに埋め込まれた送信者ＩＤとして、回路自身のｃＩＤ９５８を使用して、ダウンリンクポート９９５を介して再伝送される。いくつかの実施形態では、一意のリンク識別子がメッセージｃＩＤとして使用されてもよい。
【0146】
ブロック８０５で、受信したコマンドメッセージで指定されたコマンドが、コントローラ９５５によって実行される。コマンドの実行は、結合セル４００の電圧の測定、温度の測定、抵抗器スイッチ９８０の制御等を含み得る。
【0147】
応答メッセージは、ブロック８０６でコントローラによって準備される。この応答メッセージは、ブロック８０５におけるコマンドの実行中に取得された測定値のデータ、抵抗器スイッチ９８０の状態等を含み得る。
【0148】
本明細書に示される方法によれば、有効なコマンドメッセージの受信及び処理は、受信コントローラ９５５のＴＤＭフレームの同期パルスとして機能する。ＴＤＭフレームに関連するタイムアウトクロックは、ブロック８０７で開始される。不揮発性メモリ９５６に格納されたＤｃＩＤ９５９がＮＵＬＬであり、他の回路９５０がダウンリンクポート９９５に結合されていないことを示す場合、タイムアウト期間はゼロに設定される。いくつかの実施形態では、任意選択のデータｎＤｃ９５４は、最適なタイムアウト値を計算するために使用されてもよい。他の実施形態では、タイムアウト値は予め決められていてもよい。コントローラ９５５のＴＤＭフレームの終了は、さらに後述するように、送信者ｃＩＤがＤｃＩＤと一致する応答メッセージをダウンリンクポートを介して受信するか、又はタイムアウト期間が満了することによってトリガされる。
【0149】
ブロック８０８で、コントローラ９５５は、ダウンリンクポートを介してメッセージが受信されたかどうかをチェックする。メッセージが受信された場合（ＹＥＳ条件）、ブロック８０９で、メッセージに埋め込まれたｃＩＤが、格納されたＤｃＩＤ９５９と比較される。値が一致する場合、ブロック８１０（ＹＥＳ条件）で、受信されたメッセージがブロック８０６で準備された応答メッセージに追加され、その結果得られる結合メッセージが、メッセージに埋め込まれた送信者ｃＩＤとしてｃＩＤ９５８を使用して、アップリンクポート９９０を介してブロック８１２で伝送される。いくつかの実施形態では、一意のリンク識別子をメッセージｃＩＤとして使用することができる。ブロック８０９での値が一致しない場合（ＮＯ条件）、コントローラはブロック８１１に進む。
【0150】
ブロック８０８で、メッセージが受信されていない場合（ＮＯ条件）、ブロック８１１で、タイムアウトクロックがゼロ値であるかチェックされる。タイムアウトに達しておらず、タイムアウトクロックがゼロでない場合（ＮＯ条件）、コントローラはブロック８０８に戻り、新しい受信メッセージをチェックする。タイムアウトクロック値がゼロの場合（ＹＥＳ条件）、ブロック８１２で、コントローラは、ブロック８０６で準備されたメッセージを、メッセージに埋め込まれたｃＩＤとしてｃＩＤ９５８を使用して伝送する。本明細書におけるタイムアウトクロックのゼロ値の使用は、ブロック８０７で設定された値からクロックがゼロにカウントダウンされる状態で、ブロック８０７でタイムアウトクロックが開始されてから少なくとも所定の時間が経過したことを示す目的で例示されるものであり、限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、少なくとも所定の時間が経過したことを示すために、任意の他の値又は任意の他の保時方法を使用してもよい。
【0151】
本発明のモジュールのいくつかの実施形態では、制御バスポート７００を、ＡＣ結合によって端子２００及び３００の一方又は両方にさらに結合することが望ましい場合がある。このユニークな構成は、配線及び接続の要件をさらに低減し得、コストを低減し、モジュールの信頼性及び安全性を向上する働きをする。このような実施形態を図２４に示す。
【0152】
モジュールコントローラ９００に電力を供給するために、端子に存在する可能性のある高電圧電力をコントローラ９００による使用に適した低電圧電力に変換する電圧コンバータ９０１が示されている。このようなコンバータは、電源設計の技術分野で知られている。端子に高電圧電力が存在しないときに回路９００に電力を供給するための低電圧バッテリ９０２がさらに示されている。バッテリ９０２は、充電可能なタイプのものであり得る。
【0153】
制御バスポート７００は、結合コンデンサ９８５によって両端子２００及び３００に結合されるように示されている。いくつかの実施形態では、縦モード信号伝送が採用され、ＡＣ回路の両端子を利用することができる。他の実施形態では、横モード信号伝送を利用することができ、信号用に端子の一方のみを必要とする。このような実施形態では、制御バスポート７００は、端子の一方のみに結合され得る。さらに他の実施形態では、制御バスポート７００は、２つの別個の区別されたチャネルを備えてもよく、例えば一方はメッセージ受信用、他方はメッセージ送信用である。このような実施形態では、区別されたチャネルの一方を端末２００に結合し、他方を端末３００に結合することができる。縦方向及び横方向の信号伝送モード、ならびに信号を電力導体にＡＣ結合する手段は、電力線通信（ＰＬＣ）の技術分野で知られており、本明細書では詳述しない。
【0154】
本明細書に開示される実施形態は例示であり、限定するものではない。他の実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書における開示に基づいて当業者に容易に明らかになるものとする。
【0155】
上述したバッテリモジュール１０の実施形態は、本発明の実施態様の可能な例に過ぎないことを強調しておく。上述した実施形態に対して、多くの変形及び修正を行うことができる。そのようなすべての修正及び変形は、本開示の範囲内で本明細書に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【0156】
さらに、上記の開示は、独立した有用性を有する複数の区別された発明を包含する。これらの発明のそれぞれは特定の形態で開示されているが、上記に開示され示された特定の実施形態は、多数の変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではない。本発明の主題は、上記に開示され、そのような発明に係る当業者に固有の様々な要素、特徴、機能及び／又は特性の新規かつ非自明な組合せ及び下位組合せをすべて含む。本開示又はその後に提出された特許請求の範囲が「ａ」要素、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」要素、又はいずれかのそのような同等の用語を記載している場合、本開示又は特許請求の範囲は、１つ又は複数のそのような要素を組み込んだものと理解されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも排除するものでもない。
【0157】
出願人は、新規かつ非自明であると考えられる開示された発明の組合せ及び下位組合せに向けられた請求項を提出する権利を留保する。特徴、機能、要素及び／又は特性の他の組み合わせ及び下位組合わせにおいて具現化される発明は、本出願又は関連出願において、それらの請求項の補正又は新たな請求項の提示を通じて請求することができる。このような補正された請求項又は新たな請求項は、同一の発明又は異なる発明に向けられたものであるかどうかにかかわらず、また、元の請求項に対して範囲が異なる、より広い、より狭い、又は等しいかどうかにかかわらず、本明細書に記載された発明の主題の範囲内で考慮される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】