JP2000516339A - 特にバッテリーで動作する乗物のモジュールから成るバッテリーの監視および／または充電制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、特にバッテリーで駆動する乗物のモジュールから成るバッテリー（１）を監視するおよび／または充電状態を制御する方法およびその装置に関する。このため、監視のためにはバッテリー（１）に関連する測定データを検出し、これ等の測定データを評価ユニット（９）に導入する。その場合、バッテリー（１）は負荷ケーブル（２，３）を介して少なくとも一つの電力消費体（４）に接続している。この発明によれば、評価ユニット（９）は負荷ケーブル（２，３）に接続し、測定データは符号化された交番電圧を用いて負荷ケーブル（２，３）を介して評価ユニット（９）に伝送される。これにより、バッテリーの測定変換器から評価ユニットへ通じる電流分離する付加的な信号導線を省くことができる。特に、電気自動車に利用されているように、バッテリー（１）をモジュール式に形成する場合、上記の方式によりケーブル配線の経費を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】 特にバッテリーで動作する乗物のモジュールから成るバッテリーの 監視および／または充電制御方法と装置 この発明は、請求項１の前段に記載する特にバッテリーで動作する乗物のモジ ュールから成るバッテリーを監視するおよび／またはバッテリーの充電を制御す る方法、および、この方法を実施するため、請求項７の前段に規定する装置に関 する。 一連の使用目的のため、特に直列に接続された鉛蓄電池で形成された再充電可 能なバッテリーから電力を得る電気自動車は、既に実用化されている。道路の乗 物にもこのような環境に優しい駆動装置が益々使用され始まっている。 重要な問題は、バッテリーのモジュールの機能状況およびその状態を表示する ことにある。 バッテリーの他の応用例、例えば自動車のスタート用バッテリーでも、その充 電状態とそれに応じた表示は使用者にとって大切である。 バッテリーの動作状態を調べる方法は異なった多くの方法が知られている。 バッテリーの充電状態を確認するため、バッテリーの酸の密度を測定すること が知られている（ドイツ公開特許第37 06 076号明細書）。この方法は連続的な 検出と遠隔表示にかなり経費がかかる。 更に、充電電流と放電電流を評価して電荷の収支からバッテリーの充電状態を 求めることも知られている（ドイツ公開特許第43 39 568号明細書）。バッテリ ーの状態に関してできる限り正確な表示を得るため、電流強度、温度およびバッ テリーの劣化を考慮した修正を行う。特に、自動車のバッテリーの寿命を求めて 表示する同じような方法（ドイツ公開特許第37 12 629号明細書）では、バッテ リーの端子電圧、充放電電流、および温度も検知し、評価回路で演算処理し、そ して結果を表示ユニットに表示している。 他の周知の方法（ドイツ公開特許第37 06 076号明細書）では、バッテリーの 端子電圧を時間間隔を保ってサンプリングし、その結果を特性曲線の値と比較し 、比較結果から充電状態を決めている。 電気自動車のバッテリーの充電過程を制御する周知の方法（ドイツ公開特許第 195 21 962号明細書）では、バッテリー温度、バッテリー電圧および充電電流を 検出し、充電制御装置内で評価している。 上に述べたバッテリー監視と充電制御では、必要な測定データを把握するため バッテリーあるいはバッテリーモジュールや電池に関する測定値変換器が必要で ある。そこから、更にバッテリーの負荷ケーブルに加えて信号導線が測定値変換 器から制御・評価回路に通じている。これ等の信号導線はバッテリーの負荷ケー ブルとは電流で分離されている。特に、電気自動車内に応用されているように、 モジュール式に形成されているバッテリーでは、信号導線に大きな経費を必要と する。 更に、情報技術の装置、特に娯楽電子回路の装置、例えばラジオ無線装置、テ レビ装置あるいはビデオレコーダー用の遠隔操作変換器中のバッテリーの充電状 態表示器も知られている（ドイツ公告特許第41 05 369号明細書）。この場合、 遠隔操作変換器の充電状態を求めるため測定データを検知し、赤外光、超音波あ るいは電磁波のような伝達媒体により制御すべき装置に信号導線なしに制御すべ き装置に伝達する。制御すべき装置の中には、評価回路と充電状態を表示する表 示部材が含まれている。バッテリーについて検出した測定データを評価ユニット にこのように無線伝送することは望ましい状況の下でのみ可能で、特に自動車に は適していない。 この発明の課題は、バッテリーの動作状態を良好な機能の時に低経費で監視で きる冒頭の述べた種類の方法を構成することにある。 この課題は請求項１の構成により解決されている。この方法を実施する装置は 請求項７の項の構成で与えられる。 請求項１によれば、評価ユニットは負荷ケーブルに接続している。バッテリー について直接検出された測定データ、特に端子間電圧と温度は符号化された交番 電圧を用いて負荷ケーブルを介して評価ユニットに伝送される。 これにより、今まで使用していた信号導線を全く省くことができる。電流の分 離はもはや不要である。測定データを符号化して伝送する回路経費は、特に、多 数のモジュールおよび／または電池で形成され、全体の機能状態に関する表明に 対して個々のモジュールおよび／または電池が監視されるバッテリーを使用すれ ば、付加的な信号導線に比べて著しく少ない。 この場合、測定値はそれぞれ直接符号化されて評価ユニットに伝送されるか、 あるいは他のモジュールおよび／または電池に提示され、そこから表示ユニット へ更に伝送される。 この場合、伝送はシリアルに、しかも周波数変調して行われると有利である。 全ての個別モジュールから成るバッテリーの機能状態を評価するには、個々のモ ジュールに関する測定データを同時に検出することが重要である。そのため、測 定データの検出を中央評価ユニットによりトリガーする。その結果、これは全て のモジュールについて同時に検出される。これ等の測定データはデジタル化され 、モジュールの記憶回路に一時記憶され、そこからシリアルに評価ユニットによ り問い合わせされ、評価される。その場合、各モジュールには制御可能なモジュ ールアドルスが付属している。 使用する回路の電力消費を低減するため、これ等の回路が測定データを同時に 検出するためにトリガーされなく、測定データを評価ユニットに送らないなら、 これ等の回路は所謂「スリープ・モード」(Sleep mode)である準備状態に移行す る。 負荷ケーブルにデータ伝送する方法を実施する装置内では、交番電圧を周知の ように発生させるため、共振回路を使用する。その場合、バッテリーおよび／ま たはモジュールおよび／または電池のところの共振回路を励起すると変調電圧が 降下する。測定データを評価するため、マイクロコンピュータを使用する。この 場合、評価回路は他の機能のためにも使用されるマイクロコンピュータの中に組 み込まれている。 好ましくは、測定データを一時記憶するためにある記憶回路を各モジュールの 中に組み込むので、測定値変換器と一時記憶器の間には高価な配線が不要となる 。 図面に基づきこの発明をより詳しく説明する。 ここに示すのは、 図１；バッリーの充電状態を管理する方法を実施する回路図、 図２；測定データを符号化された交番信号を用いて伝達する直流共振回路の 回路図、 である。 図１には、バッテリー１が示してあり、このバッテリー１から負荷ケーブル２ と３が負荷抵抗４として模式的に示す電力消費体に通じている。負荷ケーブル２ には測定シャント５と主スイッチ６が含まれている。この測定シャント５は測定 導線７と８を介して中央評価ユニット９に接続している。この評価ユニットは信 号導線１０，１１を介して負荷ケーブル２，３に通じている。 バッテリー１はバッテリーで動作する車両中の電力源であり、負荷抵抗４は実 質上電動モータを表す。バッテリー１はモジュール式に形成されていて、通常の 鉛蓄電池が直列に接続されたモジュール１２〜１７として使用されている。各モ ジュール１２〜１７には、それぞれモジュールコントローラ１９〜２４であるモ ジュール回路が組み込まれている。 各モジュールコントローラ１９〜２４は、図示のように、端子間電圧を検出す るため付属するモジュール１２〜１７の各々の両方の端子２５，２６に接続して いる。更に、各モジュールコントローラ１９〜２４はそれぞれのモジュールに付 属する他の測定値変換器、例えば温度変換器（図示せず）に接続している。 中央評価ユニット９には、特に高圧フィルター、整流器、増幅器およびマイク ロコンピュータが含まれている。 モジュールコントローラ１９〜２４には、中央評価ユニット９と協働する他の デジタル・一時記憶装置および交番電圧により一時記憶された測定データを伝送 できる直列発振回路への接続端子がある。 図２の回路図では破線で囲んだ領域２７がバッテリー側であり、参照符号２８ でバッテリーのモジュールを示し、符号Ｒ1とＬ2でそれぞれバッテリーの複素内 部抵抗のオーム抵抗とインダクタンスを示す。インダクタンスＬ2とＬ3は導入導 線の負荷インダクタンスを示す。 回路の残りの部分はモジュールコントローラに付属している。インダクタンス Ｌ2とＬ3のある導入導線はトランジスタＱ2に接続している。このトランジスタ Ｑ2は、他の抵抗、特にＲ2,Ｒ3,Ｒ4とコンデンサＣ1と共に、ほぼ共振周波数で 動作する直列発振回路を形成する。 他のコンピュータＣ2を介して抵抗Ｒ3,Ｒ4,Ｒ5の分岐点に、発振器１で発生し た交番電圧が供給される。このため、バッテリー側の正極２９はインダクタンス Ｌ4を介して抵抗Ｒ4に、更に平滑コンデンサＣ3を介して接地部３０に接続して いる。 符号化された情報を送信する中央評価ユニット９（図１）の回路部分は同じよ うに形成されている。相違は、ソース電圧２８として全バッテリー１（図１）が 有効であるから、発振回路Ｌ1,Ｒ1,Ｌ2,Ｌ3とＣ1の同調にある。 図１と２に示す回路には以下の機能がある。 個々のモジュール１２〜１７では、それぞれモジュール電圧とモジュール温度 が検出される。一つのモジュールが多数の電池から成るのであれば、これ等の電 池も電圧状況に関して監視される。 全てのモジュールについて同時測定するため、これ等のモジュールは中央評価 ユニット９によりトリガーされる。マスターとしての中央評価ユニット９とスレ ーブとしてのモジュールコントローラ１９〜２４の間の交信は何時もマスターを 介して始められる。この場合、指令「測定開始」は全てのモジュールコントロー ラに当てはまる。この指令は電圧測定や温度測定を開始させ、測定データはモジ ュールコントローラの記憶ユニット内にデジタル化されて一時記憶される。 次いで、中央評価ユニット９により順次一時記憶されている測定データを調べ る。このため、負荷ケーブルを介してアドレスコードを送る。呼び出されたモジ ュールコントローラはエコー法で応答し、スタートビット（低電位），８ビット およびストップビット（高電位）により、一時記憶されている電圧値と温度値が 順次モジュールコントローラから中央評価ユニットに伝送される。次いで、次の モジュールコントローラを調べる。測定データを中央評価ユニットに全て保管し た後、そこで評価は既知の判定基準に従って行われ、バッテリーの充電状態が表 示される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バッテリー（１）に関連する測定データを検出し、これ等の測定データを評 価ユニット（９）に導入し、負荷ケーブル（２，３）がバッテリー（１）から 少なくとも一つの電力消費体（４）に通じている、特にバッテリーで駆動する 乗物のモジュールから成るバッテリー（１）を監視するおよび／または充電状 態を制御する方法において、 評価ユニット（９）が負荷ケーブル（２，３）に接続し、符号化された交番 電圧を用い負荷ケーブル（２，３）を介して測定データを評価ユニット（９） に伝送することを特徴とする方法。 ２．測定データは周波数変調して伝送されることを特徴とする請求項１に記載の 方法。 ３．測定データとして温度と電圧を検出することを特徴とする請求項１または２ に記載の方法。 ４．個々のモジュール（１２〜１７）と、場合によって、モジュールの電池に関 する測定データを検出し、負荷ケーブル（２，３）を介して直接評価ユニット （９）に、または他のモジュール（１２〜１７）に送ることを特徴とする請求 項１〜３の何れか１項に記載の方法。 ５．個々のモジュール（１２〜１７）に関する測定データを同時に検出するため 、測定を中央評価ユニット（９）によりトリガーし、各モジュール（１２〜１ ７）の測定データを一時記憶し、 各モジュール（１２〜１７）にはモジュールアドレスが付属していて、この モジュールアドレスにより一時記憶された測定データが評価ユニット（９）で 問い合わせされ、評価されることを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．測定をトリガーするためおよび測定データを伝送するために使用される回路 は、トリガーも測定データの伝送も行わない場合、電力消費の少ない所謂「ス リープモード」である準備状態に切り換わっていることを特徴とする請求項５ に記載の方法。 ７．バッテリーのモジュール（１２〜１７）および／またはモジュールの電池に 測定値変換器を配置し、情報導線を介してこれ等の測定値変換器の出力信号を 中央評価ユニット（９）に導入する、特にバッテリーで動作する乗物のモジュ ールから成るバッテリー（１）を監視するおよび／または充電状態を制御する 装置において、情報導線としてバッテリー（１）を少なくとも一つの電力消費 体（４）に接続する負荷ケーブル（２，３）が使用されることを特徴とする装 置。 ８．監視すべきモジュール（１２〜１７）の各々には、モジュールコントローラ （１９〜２４）が付属していて、このモジュールコントローラは負荷ケーブル （２，３）を介して少なくとも中央評価ユニット（９）に接続していることを 特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．モジュールコントローラ（１９〜２４）により、中央評価ユニット（９）で 評価される交番電圧を負荷ケーブル（２，３）に発生させるため、個々のモジ ュール（１２〜１７）の内部抵抗（Ｌ１，Ｒ１）と各モジュールコントローラ （１９〜２４）のコンデンサ（Ｃ1）で形成されるそれぞれ一つの発振回路が 励起されることを特徴とする請求項８に記載の装置。 10．中央評価ユニット（９）により、個々のモジュールコントローラ（１９〜２ ４）で評価される交番電圧を発生させるため、モジュール（１２〜１７）から 成るバッテリー（１）の内部抵抗と中央評価ユニット（９）のコンデンサ（Ｃ 1）で形成される発振回路を励起することを特徴とする請求項７〜９の何れか １項に記載の装置。 11．各モジュール（１２〜１７）には、トリガー後に中央評価ユニット（９）で 検出され、デジタル化された各モジュール（１２〜１７）の測定データを一時 記憶するため記憶回路が付属し、 中央評価ユニット（９）には一時記憶されている測定データをシリアルに呼 び出すため制御手段がある、 ことを特徴とする請求項７〜１０の何れか１項に記載の装置。 12．記憶回路はモジュールコントローラ（１９〜２４）の中に組み込まれている ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。 13．モジュールコントローラ（１９〜２４）はモジュール（１２〜１７）から直 接電圧の供給を受けることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の 装置。 14．モジュールコントローラ（１９〜２４）はそれぞれのモジュール（１２〜１ ７）の中に組み込まれていることを特徴とする請求項８〜１３の何れか１項に 記載の装置。