JP2002509342A - リチウム−ポリマー型電池及び制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
体ポリマー電解質電池のための電池コントローラ及び監視システムに関する。特
に、本発明は、無停電電源(UPS)電池コントローラに関する。発明の背景 近年は、充電可能な電池がますます広く利用されている。これらの電池は、中
長期において電気エネルギ蓄積を行う経済的方法を提供し、異なる産業分野にお
いて用途を見出している。
ねばならない今日のコンピュータ及び電気通信装置に対して用いられる無停電電
源(UPS)の分野である。UPSシステムは、グリッド電力が利用可能である
充電過程にある可充電電池を備えるが、この電池は、これに接続される電子装置
に対して、電源故障が検出されると直ちに電力を供給し始める。
ローラを必要とする。電池コントローラは、電池を充電する過程を制御し、電池
の放電状態を監視する。一部のUPSシステムにおいては、電池の充電あるいは
迂回を制御するために充電中の電池の温度検知が行われる。大型コンピュータシ
ステムあるいは電気通信装置のバックアップ電源用の従来のUPSシステムにお
いては、通常は鉛蓄電池がエネルギ蓄積手段として使用される。
電源/充電率レベルの特性を約束する新規な電池技術が開発されてきた。例えば
、金属/金属水素化物電池は効率のよいエネルギ蓄積源であることを証明してお
り、このような市販形態の電池がNi−MH電池のように優れていることを証明
した。
ム−ポリマー電池(LPB)である。この電池は固体の電解質を有し、蓄積手段
における相変化の結果として、蒸気を生じることなくエネルギを蓄積あるいは放
出する。LPBのエネルギ密度(W・h/l)及び比エネルギ(W・h/kg)
は、他の電池技術に比して非常に高い。
分配特性又は電荷受取り特性を有する。LPBの開回路電圧もまた放電の関数と
して著しく変化する。即ち、セルが完全充電状態から最小充電状態まで放電され
るときセル電圧は10%ないし30%だけ(例えば、3.2Vから2.0Vまで
)低下する。従って、比較的安定な室内条件から異なる気候条件における非常に
不安定な戸外条件へ変わり得る条件下の場面で働くUPSのような信頼性を必要
とする用途においては、従来のLPBを利用することは実行可能ではない。発明の概要 本発明の広い目的は、電池を信頼性高く据付け且つ使用することができるよう
に電池動作のニーズを管理することが可能である、LPBのような固体電池のた
めの電池コントローラを提供することにある。
維持する電池コントローラを提供することにある。
が電池内のセルを破壊するおそれがあることをセル電圧が示すとき、電池への又
は電池からの電流供給を遮断する電池コントローラを提供することにある。
うに温度と電流とのレベルを監視する、LPBのような固体電池のための電池コ
ントローラを提供することにある。
通信する通信手段を含む電池コントローラを提供することにある。
制御の必要性を有する他の電池の動作状態及び使用状態を制御して監視するため
のネットワーク給電システム(NPS)電池コントローラを提供することである
。
に依存して電池システムの温度を調整することにより、電池システムの性能を制
御する方法を提供することにある。電池の内部温度は電池動作モードに依存して
電池コントローラにより調整され、用途の種類に依存して特定の温度に設定され
る。本発明の好ましい実施の形態においては、2つの特定の温度、特に40℃と
60℃とが用いられ、電池コントローラは電池動作モードに依存して電池の内部
温度をこれら2つの温度の1つになるように設定する。
監視ステーションからネットワークを介して電池コントローラを遠隔制御する方
法を提供することにある。この遠隔ステーションから種々のタスクが実行される
が、これらは結局は、設定を変え又はセットアップするために管理者が局所的に
電池コントローラに対して行うことができる同じ仕事であり得る。
電池システムは、3.1ボルト/セルの最高電圧を有する直列に接続された1組
又は一連の9つのセルであり、これにより28Vの最高電池電圧を提供する。し
かし、種々の電圧を持つ異なる数の内部セルを有する他の組の電池もまた、この
発明の電池コントローラによって制御することができる。
固体電解質の電池に対する電池コントローラ・システムが提供され、該システム
は、前記セルの温度を検出するように配列された複数の温度センサと、前記セル
を加熱するように配列された複数の加熱素子と、前記温度センサから信号を受取
って前記セルの各々を所定の温度に維持するよう前記加熱素子に供給される電流
を制御する加熱素子コントローラと、電池からの電力需要を検出して前記電池に
又は該電池から供給される電力のレベル及び/又はエネルギ量に応答して前記所
定の温度を設定する電力モード・コントローラとを備えており、電力モード・コ
ントローラは少なくとも浮動温度と充電温度と電源温度とを設定する。
素子を含む。特に、この加熱素子は、少なくとも1つの印刷回路抵抗の加熱素子
が載置されたプラスチック・シートを含むことが望ましい。このプラスチック・
シートは、カプトン(Kapton。登録商標)から作られることが望ましい。
また望ましくは、前記温度センサがセル・スタックの端部及びこのスタックの中
間部付近に配置され、少なくとも1つおきのセル間に加熱素子が設けられ、前記
加熱素子コントローラがセル・スタックの端部及び中間部とは独立して加熱素子
に対する電流の供給を制御する。
々の電圧を検出する電圧センサと、検出された電圧を解釈していずれかのセルが
連続使用により破損を受けやすいか否かを判定する手段と、セルの1つが破損し
たとの判定に応答して電池を給電結線から遮断する手段を有する、金属及び固体
電解質電池に対する電池コントローラ・システムもまた提供される。
て一層良好に理解されよう。好ましい実施の形態の詳細な記述 本発明の好ましい実施の形態において、電池は、通信装置又は電子装置に対す
る無停電電源(UPS)を提供するため、ネットワーク給電システム(NPS)
の可充電電池列において使用される。NPS電池には、電池の動作状態及び使用
条件を制御し監視するコントローラ型の回路カード組立体が装備される。電子的
コントローラ及び該コントローラが電池の制御のため使用する方法が、本発明の
主な目的の1つである。本発明による電池及び電池コントローラ・システムはN
PSあるいはUPSの用途に限定されるものでないことに注意すべきである。
であり且つ特に出願人自身の発行された特許出願、許与された特許及び公報から
公知である構成を有する。図1に示されるように、電池ハウジング17は、現場
に据付けられるよう設計され、堅牢なプラスチック外殻を持つ自立装置である。
ハウジングの外殻は、リチウム−ポリマー電池を大気に露呈しないよう保護する
ため密閉される。2個のターミナル・ポスト18、18′がハウジング17から
突起し、25Vの直流(DC)を供給する。あるいは、NPSの用途に対しては
、50Vdcを供給するようにバッテリ15を構成することが可能である。2個
のネットワーク・ケーブル・コネクタ・ジャック19、19′が、電池15の通
信インターフェースを通信網及び他の電池とチェーン接続するためにハウジング
17に設けられる。
構成するように直列に接続され、例えば、(充電条件に従って)2.0ボルトと
3.2ボルトとの間で変動する電圧を有する9つのセルが公称電圧24Vを供給
するように直列に接続される。電池15は、個々のセル22のサイズ及び電池1
5の所要の供給電流及び蓄積容量特性に依存して、このような単一の列20を含
む。図2において、ハウジング17に含まれるセル22の列20が示されるが、
より高い供給電圧を生じるように2つの機械的に個別の列20を電気的に直列に
接続してもよく、あるいはまた、2つ(以上)の機械的に別個の列又はスタック
が、同じ供給電圧を保持しながら一層大きなエネルギ蓄積を提供するように並列
対(即ち、n対)で接続された個々のセルを有してもよい。各セル22は、リチ
ウム−ポリマー電池膜の平坦ロール又は柱状スタックから形成される。このよう
なセル構造は当技術において公知であり、また個々のシート、円筒状ロール、平
坦な矩形状ロール、折り畳まれたスタック等の形態を取り得る。セル22の列2
0は、熱損失を防止するためハウジング17内で断熱される。
としてチェーン状に配置される。好ましい実施の形態において、セルの列20は
、リチウム−ポリマー電池技術において周知のように、約15psi(100k
Pa)の最小圧力を生じるよう機械的に一体に圧縮される。図3及び図4に示さ
れるように、セル22間に、加熱素子26がセル22を所要の動作温度に加熱す
るため規則的な間隔で挿入される。
ップ電池は、通常の使用のためには加熱あるいは冷却を必要としない。当該実施
の形態において使用されるリチウム−ポリマー電池は、(周囲温度とは独立的に
)動作を開始するため40℃の温度で動作することを必要とする。この温度は、
更に大きな電力を送出する(あるいは、充電中は受取る)ことができるように6
0℃まで上昇させられる必要がある。更にまた、電池が放電されるとき、電池温
度は、停電が30分以上続くならば上昇されねばならない。
な温度センサ24が、複数の個所においてバッテリの温度を検出する。温度セン
サ回路32による温度センサの抵抗値の温度値への変換方法は、当技術において
周知である。加熱素子コントローラ34が温度値を分析し、セル22を所要の温
度に維持するように加熱素子26の動作のデューティ・サイクルを調整する。望
ましい実施の形態における加熱素子26は電気的に駆動され、例えばカプトン(
登録商標、図4参照)から作られたプラスチック・フィルム上に印刷抵抗素子と
して設けられ、セル22からは電気的に絶縁されている。加熱素子26における
リード線はこの素子の頂面に置かれ、温度センサ24は最高温度を検出するため
リード線の1つに近接して配置される。望ましい実施の形態による加熱素子26
は軽量であり、多くの体積をとらず、良好な熱伝達特性を持ち、特に高温で使用
されるときには電池の不活性ガスを汚染し得る物質を生じない。加熱素子26は
、この加熱素子を低温始動から使用してセル22をウォームアップすることがで
きるよう、電池の公称動作電圧で動作する。加熱素子26は、各セル22間、1
つおきのセル22間、あるいは更に離れて配置することができる。セル22間の
加熱素子を用いる利点は、生成された熱がセル22の本体へ直接伝達されること
である。セルの機械的圧縮が、優れた熱的接触を保証する。「ホット・スポット
」の発生を避け、所要の温度まで迅速且つ有効に電池を加熱することができる加
熱を行うことが重要である。
において大きい。この理由から、中間部より多くのヒータを列20の端部に設け
ることが望ましい。好ましい実施の形態においては、セルのスタック即ちセル群
の各端部及び中間部における個々の温度制御が提供される。好ましい実施の形態
による列20の内部における最大許容温度変動は±2℃である。当該好ましい実
施の形態では、端部と中間部における列20の温度を監視するため、(3つの区
域を代表する)6つの温度センサが配置される。温度センサの個数を倍にすると
、信頼性が改善される。
は、所定の温度設定値を有する。「休止」モードにおいては、温度制御システム
は不作動であり、このモードは「待機」モードと見なされる。「待機」モードで
は、整流機電圧が検出され、短期間後に「コールド・モード」に移動する旨の判
定がなされる。「コールド・モード」において、電池制御システムは、電池セル
を60℃に加熱するため整流電力を用いて加熱素子コントローラに給電する。6
0℃の温度に達すると、このシステムは「充電モード」へ切換わり、このモード
では電源スイッチ35が閉じ、電池は電圧が等しくなるまで整流器から充電され
る。整流器が充電中に故障すると、システムは「ホット電源故障」へ切換わり、
電池は60℃に保持される。充電の完了前に整流器が故障しなければ、システム
は「浮動」モードに入る。このモードでは、温度は40℃まで低下させられ、電
池は整流器の故障が生じると直ちに給電する。整流器の故障が生じると、システ
ムは「電源故障」モードへ入り、電池温度を40℃に維持する。この温度では、
LPBはそのエネルギ容量の50%を供給することができる。好ましい実施の形
態における正常な放電時には、電池15は少なくとも30分間40℃を保持する
。30分後に、電池は「ホット電源故障」モードに入る。このモードでは放電が
続き、電池温度は60℃まで上昇させられる。60℃においては、好ましい実施
の形態における電池はそのエネルギ容量の全てを供給することができる。浮動状
態で全エネルギ容量が利用できない更に低い温度に電池を維持すると、電池寿命
が延びる。電源故障が続く場合に要求されるようにバッテリ温度を上昇させるこ
とにより、全エネルギ容量及び電池の長寿命が達成される。
を検出すると共に、電流検出器39からの読みを用いて、供給される電流を検出
する。コントローラ30は、電流モードに適切な温度を設定するよう、温度設定
信号を加熱素子コントローラ34へ出力する。好ましい実施の形態による簡略化
された温度制御方式においては、通常のバックアップ用の最初の30分間は温度
は40℃に維持され、次いで、電池が部分的に放電されたとしても継続した電力
供給ができるよう、電池温度は60℃まで上昇される。代わりに、コントローラ
30は、電池エネルギが放電されるに伴い徐々に電池の温度を上昇させ得る。コ
ールド・モードと待機モードとの間の切換えに対する制御もまた、インターフェ
ース40を用いてオペレータにより決定される。
が盛込まれる。第一に、各セル22の電圧は、バス28とセル電圧測定及び監視
回路36とを用いて測定される。リチウム−ポリマー電池の場合は、個々のセル
は放電における或る時点で電力を供給する容量を失い、その結果、その電圧は更
に急激に低下する。個々のセルの電圧を測定して絶対スケール(即ち、ボルト単
位における電圧)と比較し、あるいは、測定された電圧を他のセルと対比するこ
とができる。1つのセル22が許容値より著しく低い電圧、例えば2.0V又は
他のセル電圧の所与のパーセントの値を持つことが検出されると、回路36はリ
レー・スイッチ37を開くことによりセルの列20を切り離すよう決定する。セ
ルの列20の連続的な使用を停止することにより、低電圧を持つ個々のセル22
に対する破損が防止される。しかし、セル20の均等化の前に行われる列の完全
充電は低電圧セル22を回復させ、以降のサイクルに有用とさせる。電池の均等
化とは、個々のセルが同じ電圧に充電されることを意味する。この目的のため、
個々のセル電圧モニタは、各セル22が共通電圧、例えば3.2Vに達するまで
これらセルを個々に充電するための電流をバス28に供給する特殊な能動的充電
モードを有する。
外部短絡条件の結果生じる過大電流が検出され、コントローラ38がリレー・ス
イッチ35を開く。電池15における列20が1つしかなければ、スイッチ37
及び35は同じスイッチとなる。コントローラ38がターミナル・ポスト18、
18′における電圧を検出し、電圧がゼロより高くなると、スイッチ35が閉じ
られ、電力供給が復帰する。このようにして、電力スイッチ35の循環動作が防
止される。
温度を検出し、温度が40℃の値まで低下するまで電池の列20をターミナル・
ポスト18、18′から切り離す。過剰温度を防止するための電気ヒータの電子
的制御に加えて、電池温度が93℃に達すると加熱素子26から電力供給を遮断
する熱断ヒューズが設けられる。熱断ヒューズは、ハウジングにおける最も熱く
なりやすいと思われる地点に配置される。熱断ヒューズは、NTE Elect
ronics社製のNTE−8090を含む。リチウムは(180℃で)液化し
得、空気に曝されると気化し得るので、極端な過剰温度は危険である。
電圧、電流、温度及び電力の諸モードのデータを収集する。インターフェース4
0は、電子的な状態レポートを送るため通信装置サイトで電話回線にモデムを介
して直接接続される。状態レポートは、規則的な間隔ばかりでなく、問題が検出
されると常に送出され得る。また、レポートが送られているときのみでなく遠隔
要求時にも、インターフェース40に対する遠隔アクセスを行うことができる。
即ち、インターフェース40は通信網を介して情報を提供し、又は送られた指令
を受入れることができる。インターフェース40が接続する通信網は、インター
ネット又は専用パケット交換データ網のようなデータ網であってよい。
圧又は温度の条件下で電池からの電力供給を停止する決定は、通信サービス・プ
ロバイダの遠隔の中央決定ステーションにおいて、あるいは、電池15と並列に
接続された他の電池装置の(インターフェース40を介する通信により取得され
た)動作状態データを考慮に入れる(インターフェース40で又は電池15にお
けるコントローラの1つで動作する)アルゴリズムの結果として行われる。電池
15が通信装置のサービスの維持において重要でなければ、望ましいが恐らくは
オプションの運転停止がなされるべきである。
示している。電池・コントローラ・システムは、電力スイッチ(Swpower)と ヒータとヒータ制御スイッチ(SWheater)とスイッチ電圧、電流及び電池温度
を監視する3つのセンサとを有するバッテリ自体からなる。一例として、電池は
、28ボルト/電池の最高電圧を生じるため直列に接続された9つのセル(Vce ll =3.1ボルト)から成る。
て内部温度を40℃(浮動温度)あるいは60℃(充電温度)のようなバッテリ
の最高性能に更に適する特定温度に維持するために使用される。なお、当該用途
において用いられる温度は単に一例として示されており、本発明の範囲を限定す
るものでない。他の温度あるいは温度範囲も同様に用いることができる。例えば
、2つより多い異なる温度を用いるシステムが、本発明の同じ原理を用いること
ができる。
再充電のため60℃まで上昇される。電池が完全に再充電されると、電池は浮動
モードになり、電池温度は40℃まで低下される。電源故障が生じると、電池は
最初の30分間40℃に維持され、次いで、ホット電源故障モードになり、温度
は60℃に上昇される。
る。更に、電源故障の期間、電池は、各セルの内部電圧が2ボルトより高いかぎ
り稼働状態に止まっており、温度は80℃より低く、あるいは電流は短絡状態よ
り小さい。1つのセルの電圧が2ボルトに達すると直ちに、電力スイッチ及びヒ
ータ・スイッチが開かれ、電池は電力が回復して動作サイクルを反復するまで待
機モードへ戻る。
作モードへ進むだけである。図6に示されるように、1つの状態から他の状態へ
の遷移は特定の事象及び/又は動作条件によって支配される。
ルド・モードでは電池電力はオフであり(SWpowerが開かれ)、他の全部のモ ードでは電池電力はオンである(SWpowerが閉じられる)。
及び短絡を監視することによってなされる。電力スイッチは電流が50アンペア
を越えるとき該スイッチを自動的に開く検出回路を備えるので、電力スイッチが
閉じた後は、ソフトウエアは、電力スイッチが検出回路により開かれたことを検
出すると、短絡モードに直接進む。
)のを待機し、電池とヒータ・スイッチは開いた状態に保持される。このモード
においては、ソフトウエアはスイッチ(Vswitch)における電圧を監視し、Vsw itch の読みが負であれば、整流器が電池に接続されていること及び電池電圧が整
流器電圧より低いことを意味するので、ソフトウエアはコールド・モードへ進む
。Vswitchの読みがゼロであれば、電池が接続されていないか整流器電圧が電池
電圧に等しいことを意味するので、ソフトウエアは瞬時にヒータを閉じ、スイッ
チに結果として生じる電圧を確かめる。Vswitchがゼロのままであると、整流器
は電池に接続され、ソフトウエアはコールド・モードへ進む。そうでなければ、
電池はスタンドアロンの状態であり、ソフトウエアは待機モードに止まる。Vsw itch の読みが正であれば、電池は接続されるが外部電力が電池へ印加されないこ
とを意味するので、温度が40℃に等しいかこれより高ければ、ソフトウエアは
待機モードに止まり、電池は電源故障モードへ切換わる。
チは開いた状態に保持され、ヒータがオンにされる。ウォームアップ・プロセス
は、再充電前に電池温度を60℃まで高めるために用いられる。コールド・モー
ドから出ると、電池の電力スイッチを閉じる前に、短絡条件がすでに存在するか
どうかを判定するための確認が行われなければならない。
れる。電池は、その電圧が整流器の電圧に達する(即ち、Vswitch=0)まで再
充電される。電池が完全に再充電されると、電池温度の設定点は40℃に設定さ
れ、電池は浮動モードへ進む。電池の充電中に、(1)電源故障が生じると、電
池温度はすでに60℃であるので、ソフトウエアは直接にホット電源故障モード
へ進み、(2)電池が切り離されていると、電池は待機モードへ戻る。
る。電池は、切り離されるまで、又は、電源故障、短絡又は過剰温度条件が生じ
るまで、このモードに止まる。
連続的に監視しており、電流が0より大きくなるときには常に、電池が切り離さ
れてしまい又は電源故障が生じている。ヒータをオフにすることにより、電流が
ゼロまで低減すると、電池は切り離され、ソフトウエアは待機モードへ進む。さ
もなければ、電流が0より大きいままであり、ソフトウエアは電源故障モードへ
進む。
は40℃に保持される。整流器電力がなくなると直ちに、電池は電源故障モード
に入る。電池がこのモードに止まるのは、(1)わずか30分だけ、あるいは、
(2)整流器電力が回復され、温度が80℃に達し、電池が切り離され又は個々
のセルにおける電圧が2ボルト以下に低下するまでである。30分の遅延に達す
ると、電池温度の設定点は60℃に上昇され、電池はホット電源故障モードに入
る。電力が回復されると、電池は充電モードへ直接戻る。電池が切り離されるか
セル電圧が2ボルト以下に低下すると、ヒータと電源スイッチとが開かれ、電池
は待機モードに入る。
、電池温度は60℃に保持される。ソフトウエアがこのモードに止まるのは、(
1)電力が回復されない場合、(2)電池が遮断されている場合、(3)セル電
圧の1つが2ボルトに達するまで、あるいは、(4)過剰温度又は短絡状態が検
出された場合である。電力が回復されると、電池は充電モードへ直接進む。
れ、ヒータがオフにされる。短絡状態が直されないかぎり、電池は当該モードに
止まる。短絡状態が直ると、電池はコールド・モードへ戻る。
読みは電池電圧に等しくなる。この電圧の読みがゼロより大きいかぎり、ソフト
ウエアは短絡モードに止まる。電圧がゼロになると、ソフトウエアはコールド・
モードへ戻る。
が開かれると常に、ヒータがオフにされ、ソフトウエアは過剰温度モードに入る
。電池温度が40℃より高いかぎり、電池はこのモードに止まる。電池温度が4
0℃に達するかあるいはこれより低いと、電池は待機モードへ進む。
イッチ、セルの電圧センサ及び加熱システムとのインターフェースを行う。また
、当該ソフトウエアは、電池動作を指令制御すると共に電池監視情報を送出する
ユーザ・インターフェースをも提供する。
る。スクリプト指令を用いると、情報について照会し、あるいはソフトウエア機
能パラメータを変更することが可能である。
れ又は閉じられる。閉じられると、検知回路(ハードウエア)は電力スイッチに
流れる電流を監視し、この電流が50アンペアを越えるとき電力スイッチを自動
的に開く。この検知回路はまた、スイッチの状態(オン/オフ)、電圧及び電流
を戻す。この状態はディジタル入力値であり、電流及び電圧は0ボルトと5ボル
トとの間のアナログ値である。両信号がA/Dコンバータ・チャネルへ送られ、
ソフトウエアにより読み取られる。
に用いられる。待機モードでは、ヒータ・スイッチが整流器又は負荷の存在を判
定するためオン/オフされる。短絡モード及び過剰温度モードにおいては、ヒー
タはオフにされる。コールド・モード、浮動モード及び電源故障モードでは、温
度の設定点は40℃である。充電モード及びホット電源故障モードでは、温度設
定点は60℃である。
電圧はアナログ・マルチプレクサへ送られ、該マルチプレクサからA/Dコンバ
ータへ送られる。これは、マルチプレクサにおける適切なチャネルを選択するこ
とにより、及び、A/Dコンバータにおける変換結果を読み取ることにより、ソ
フトウエアが個々のセルの出力電圧を測定することができることを意味する。
すると常に、電池の電力スイッチと電池が待機モードに戻される。
ベースとする。このマイクロコントローラは拡張モードで用いられ、68HC1
1F1資源、即ち、 8ビット・データ及び16ビット・アドレスのバス(64Kアドレス・スペー
ス)としての24個のI/Oポート、 512バイトEEPROM、 1024バイトRAM、 非同期シリアル通信インターフェース(SCI)(全2重、NRZ)、 同期シリアル周辺インターフェース(SPI)、 14個のI/Oポート を用いることができる。
。このソフトウエアは、割込み駆動された事象を用いてタスク間で切換わる。事
象の2つのソースは、SCI通信割込みと実時間クロック割込みである。
スケジューラとして実時間クロックを使用する。68HC11ブーストラップ・
モードはプログラムを内部68HC11の1KバイトRAMへダウンロードする
ために用いられる。ダウンロード・プロセスが完了すると、68HC11は当該
プログラムの実行を自動的に開始する。
イトの不揮発性スタティックRAMメモリへロードするユーティリティ・プログ
ラムをダウンロードするために用いられる。この目的のため、ブーストラップ・
ソフトウエアは通信コントローラを初期設定し、68HC11のI/Oピンの構
成を適切な条件に設定する。初期設定プロセスが完了した後、ダウンロード・ユ
ーティリティがSCIを受信モードに設定し、アプリケーション・プログラム・
ダウンロード・ファイルを待機する。ダウンロード・ファイル・フォーマットは
、モトローラS1コードでなければならない。
ップ・モードを外し、ボードをリセットしてアプリケーションを開始させる。
られる。このモードは、非多重16ビット・アドレス・バスと8ビット・データ
・バスとを提供する。更に、ソフトウエアは、 同期SPI転送のためのポートDビット4、3,2、 SCI通信のためのポートDビット2−1、 実時間タイマ、 プログラム・チップ選択(PG7)、 入力/出力ポート(PG5−0及びPA) の使用を要求する。
る。セル電圧読取りの機能は、アナログ・マルチプレクサを用いて所与の電池セ
ルと12ビットA/Dコンバータを選択し、電圧の読みを取得する。呼出される
と、この機能は10個のセルの電圧を読取り、結果をSCIインターフェースに
より送出する。更に、どれかのセルの電圧の読みが2ボルト以下であれば、警報
が発されて故障条件を知らせる。
提供する。状態は入力ポートPA−2を読出すことにより取得され、スイッチ電
圧及び電流はマルチプレクサ・チャネル10、11における12ビット・アナロ
グ/ディジタル変換によってそれぞれ取得される。
の機能は、温度設定点と不感帯値とを受取る。温度が温度設定点から不感帯値を
差し引いた値以下であると常に、ヒータはオンにされる。他方、温度が温度設定
点に不感帯値を加えた値以上であれば、ヒータはオフにされる。
から温度の読みを取得する。温度信号は、温度レベルに比例する電圧の読みを与
える抵抗温度検出器(RTD)回路から得られる。
電流の読みに従って電池動作モードを設定する。この機能はまた、過剰温度及び
短絡条件の監視を行い、それに応じて電力スイッチとヒータ・スイッチとを制御
する。
ラメータを変化させ、あるいは監視情報の照会を行う。スイッチ設定の機能は、
電池の電力スイッチを制御するために用いられる。この機能は、活性化されると
、電力スイッチ検知回路からのフィードバックを読取り、発された指令と共にス
イッチの状態を確認する。
ュールが存在する。一例として、当該モジュールの一部については次のパラグラ
フにおいて記述される。
コントローラが拡張モードで自動的に始動する。これは、I/OポートB、F、
Cはそれぞれ16ビット・アドレス・バス、8ビット・データ・バスとして構成
され、他の全てのI/Oポートは入力ポートとして構成されていることを意味す
る。
下表に従って設定する。
を有する外部12ビットA/Dコンバータをベースとする。外部A/Dコンバー
タは、モトローラ社のSPI通信プロトコルと互換性のある同期インターフェー
スを用いてデータを送受する。
0チャネルに接続され、MAX306の出力は信号変換のためA/Dコンバータ
(LTC1286)へ送られる。セル1〜9はチャネル0〜8に接続される。チ
ャネル選択は出力ポートPA−4〜PA−7によって行われる。チャネルが選択
されると、アナログ/ディジタル変換前に安定化するように、少なくとも5ミリ
秒の遅延が対応する信号に対して与えられる。
もまた、A/Dコンバータ(LTC1286)により変換のためアナログ・マル
チプレクサへ送られる。スイッチ電圧は、チャネル11において得られ、スイッ
チ電流はチャネル11において得られる。
コンバータからの結果を2つの変数で記録する。
相当値へ変換され、アナログ・マルチプレクサのチャネル12へ送られる。温度
は、A/Dコンバータ(LTC1286)によりRTD信号を変換することによ
って得られる。温度の読みは、(変換されず)そのまま呼出しルーチンへ返され
る。
処理し、ポーリング要求を返す。
ラは電池パラメータを確認し、図6に示される状態図に従ってソフトウエアを適
切な動作モードへ設定する。8MHzの水晶クロックにより、実時間タイマは3 2.77ミリ秒ごとに割込み(タイマ計時)を生成するように設定され、これは
スケジューラが約30Hzの速度で実行されることを意味する。スケジューラ・ ハンドラは、実行される毎に、タイマ計時カウントを所望の遅れまで増分する。
遅延に達すると、対応する機能(又はタスク)が実行され、カウントはこのプロ
セスを再開するようにリセットされる。
制御されるように、インターネット網などのネットワークを介して到達できる。
図7は、遠隔データ取得、制御及び監視ステーションからアクセスされ制御され
る複数の電池コントローラの全体的表示を示す。
/IP又はUDPなどの種々のプロトコルが用いられる。制御ステーションと電
池コントローラとの間に確立された通信リンクは、暗号化及びパスワード保護を
用いることにより、データのセキュリティを提供する。UPS制御装置もまた、
ユーザにより要求されるとき、FTP転送用のデータ記録能力を提供する。電池
コントローラを遠隔的にアクセスするために、他の通信機能も同様に用いること
ができる。インターネット網その他の広域ネットワークを用いるので、データの
取得、制御及び監視システムをどこにでも配置することができる。
クを提供するNPS通信コントローラ、(2)2つの電池の列に対する監視機能
を提供するNPS電流制限器、及び、(3)各電池において要求される監視及び
制御を提供するNPS電池コントローラから成る。
グ・ファイルを取得し、NPSシステムのヒストグラム及び現状を表示する監視
機能を提供する。
ラの数、ならびに、NPS電流制限器の数及び種類は、電池の出力電圧に依存し
て用途毎に変わる。
及び、必要な機能を提供してNPSシステム・コンポーネントに使えるようにす
るために、可搬型NPSサービス・ステーションを用いることができる。特に、
このステーションは、ソフトウエア/ファームウエアを更新し、動作パラメータ
を修正し、NPSシステムのログ・ファイルをNPS通信コントローラからダウ
ンロードするために用いられる。
ション及び遠隔ステーション)が設定される。
サーバとして機能する局所コンピュータ・ステーションが必要とされる。このU
PS通信コントローラは、電池コントローラと遠隔の取得・制御・監視ステーシ
ョンとの間のインターフェースとして用いられる。そのタスクは、通信網(イン
ターネットその他)上で遠隔ステーション間でデータを送受することである。一
例として、但しこれに限定するものではないが、UPS通信コントローラは、下
記の特徴、即ち、 ウインドウズ95/NTオペレーティング・システムを用いること、 Lonworks FTT−10の78Kビット通信インターフェースを備え
ること、 Lontalkファイル転送サービスを提供すること、 データ・ロギング及びプログラム・スペースに対する大量のディスク・スペー
スを有すること、 を具備する。
い実施の形態を教示することを意図するものであって、本発明の範囲を頭書の請
求の範囲で定義される種々の実施の形態を包含しないよう限定することを意図す
るものではない。
図である。
ある。
す。
はコントローラの動作状態を変更するため満たされねばならない条件を表わして
いる。
得る方法を示す。
らコントローラが遠隔監視ステーションにより遠隔的に監視される構成の一例を
示す。
れ、 前記加熱素子が前記セルの少なくとも1つおきに設けられ、 前記加熱素子コントローラが、前記スタックの前記端部と前記中間部とに対し
て独立的に前記加熱素子に対する電流の供給を制御する、 請求項14記載のコントローラ・システム。
Claims (18)
- 【請求項1】 ハウジングに収容配置された複数のセルを有する金属及び固
体電解質電池に対する電池コントローラ・システムであって、 前記セルの温度を検出するよう配置された複数の温度センサと、 前記セルを加熱するよう配置された複数の加熱素子と、 前記温度センサから信号を受取って、前記セルの各々を所定の温度に維持する
ように、前記加熱素子へ供給される電流を制御する加熱素子コントローラと、 電池からの電力需要を検出して、前記電池に又は該電池から供給される電力の
レベル及び/又はエネルギ量に応答して前記所定の温度を設定する、少なくとも
浮動温度と充電温度と電源温度とを設定する電力モード・コントローラと、 を備える電池コントローラ・システム。 - 【請求項2】 前記加熱素子が平坦な柱状のセル間に設けられた板状の加熱
素子を含む、請求項1記載のコントローラ・システム。 - 【請求項3】 前記加熱素子が、少なくとも1つの印刷回路抵抗加熱素子を
載置したプラスチック・シートを含む、請求項2記載のコントローラ・システム
。 - 【請求項4】 前記プラスチック・シートがカプトン(登録商標)から作ら
れる、請求項3記載のコントローラ・システム。 - 【請求項5】 前記電池が平坦な柱状のセルのスタックを含み、 前記温度センサが前記スタックの端部と前記スタックの中間部付近とに配置さ
れ、 前記加熱素子がセルの少なくとも1つおきに設けられ、 前記加熱素子コントローラが、前記スタックの前記端部と前記中間部に対して
独立的に前記加熱素子に対する電流の供給を制御する、 請求項2記載のコントローラ・システム。 - 【請求項6】 前記電池が平坦な柱状のセルのスタックを含み、 前記温度センサが前記スタックの端部と前記スタックの中間部付近とに配置さ
れ、 前記加熱素子が前記セルの少なくとも1つおきに設けられ、 前記加熱素子コントローラが、前記スタックの前記端部と前記中間部に対して
独立的に前記加熱素子に対する電流の供給を制御する、 請求項3記載のコントローラ・システム。 - 【請求項7】 更に、 前記の電力接続における前記電池の少なくとも電圧を検出する電圧センサ回路
と、 前記電圧センサからの信号を解釈して評価信号を生成する電池性能評価回路と
、 前記評価信号を通信網に中継する通信回路と、 を備える、請求項1記載のコントローラ・システム。 - 【請求項8】 更に、 使用期間において前記セルにより供給される電流を検出する電流センサと、 前記電流を解釈して過剰電流条件が存在するか否かを判定する手段と、 前記過剰電流条件に応答して前記電池を前記給電結線から切り離し、前記過剰
電流条件が終了すると前記電池を自動的に再接続する手段と、 を更に備える請求項1記載のコントローラ・システム。 - 【請求項9】 前記電池がリチウム−ポリマー電池である、請求項1ないし
8のいずれか一つに記載のコントローラ・システム。 - 【請求項10】 直列に接続された複数のセルと給電結線とを有する、金属
及び固体電解質電池に対する電池コントローラであって、 使用期間において各々の前記セルの 電圧を検出する電圧センサと、 検出された前記電圧を解釈して前記セルのどれかが連続使用により破損を受け
やすいか否かを判定する手段と、 前記セルの1つが破損するおそれがあるとの判定に応答して、前記電池を前記
給電結線から切り離す手段と、 を備える電池コントローラ・システム。 - 【請求項11】 更に、 前記給電結線における前記電池の少なくとも電圧を検出する電圧センサ回路と
、 前記電圧センサからの信号を解釈して評価信号を生成する電池性能評価回路と
、 前記評価信号を通信網へ中継する通信回路と、 を備える、請求項10記載のコントローラ・システム。 - 【請求項12】 更に、 使用期間において前記セルにより供給される電流を検出する電流センサと、 前記電流を解釈して過剰電流条件が存在するか否かを判定する手段と、 前記過剰電流条件に応答して前記電池を前記給電結線から切り離し、前記過剰
電流条件が終了すると前記電池を自動的に再接続する手段と、 を備える、請求項10記載のコントローラ・システム。 - 【請求項13】 更に、 前記セルの温度を検出するよう配置された複数の温度センサと、 前記セルを加熱するよう配置された複数の加熱素子と、 前記温度センサから信号を受取り、前記セルの各々を所定の温度に維持するよ
うに前記加熱素子へ供給される電流を制御する加熱素子コントローラと、 電池からの電力需要を検出し、前記電池に又は該電池から供給される電力のレ
ベルに応答して前記所定の温度を設定する、少なくとも浮動温度と充電温度と電
源温度とを設定する電力モード・コントローラと、 を備える、請求項10記載のコントローラ・システム。 - 【請求項14】 前記電池がリチウム−ポリマー電池である、請求項9ない
し13のいずれか一つに記載のコントローラ・システム。 - 【請求項15】 前記加熱素子が平坦な柱状のセル間に設けられたシート状
加熱素子を含む、請求項14記載のコントローラ・システム。 - 【請求項16】 前記加熱素子が少なくとも1つの印刷回路抵抗加熱素子を
載置したプラスチック・シートを含む、請求項15記載のコントローラ・システ
ム。 - 【請求項17】 前記プラスチック・シートがカプトン(登録商標)から作
られる、請求項16記載のコントローラ・システム。 - 【請求項18】 前記電池が平坦な柱状のセルのスタックを含み、 前記温度センサが前記スタックの端部と前記スタックの中間部付近とに配置さ
れ、 前記加熱素子が前記セルの少なくとも1つおきに設けられ、 前記加熱素子コントローラが、前記スタックの前記端部と前記中間部に対して
独立的に前記加熱素子に対する電流の供給を制御する、 請求項15記載のコントローラ・システム。
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