JP2005521363A - 複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーを管理するシステム（１０２）は、それぞれが複数のエネルギー貯蔵装置（１０２）の一つに関連付けられた、複数のエネルギー貯蔵装置コントローラ（１０４）と、電圧絶縁双方向通信を供給するためのエネルギー貯蔵装置コントローラ（１０４）の少なくとも一つによって制御される、エネルギー貯蔵装置（１０２）の二つの間の平衡回路（１０６）と、間の直列電気インターフェイスと、及びエネルギー貯蔵装置コントローラ（１０４）と電気的に連通する中央コントローラ（１１０）とを有する。エネルギー貯蔵デバイスを形成している複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置（１０２）におけるチャージを管理する方法は、エネルギー貯蔵デバイスに供給された電流を監視する段階と、エネルギー貯蔵デバイスの第１のエネルギー貯蔵装置及び第２のエネルギー貯蔵装置の充電レート及びキャパシティの少なくとも一つを決定する段階と、及び監視する段階及び決定する段階に応じて第１のエネルギー貯蔵装置から第２のエネルギー貯蔵装置に電流を分流させる段階とを含む。

Description

本発明は、一般に、複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理することに関する。より特定的には、本発明は、個々のエネルギー貯蔵装置がそれぞれ監視されかつ各装置におけるチャージ（電荷）が充電及び/又は放電中に等化される複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理する方法及びシステムに関する。

複数のセル（電池）で構成されたバッテリー・パックは、性能及び安全性問題を管理することを支援ために内部エレクトロニクスを用いることができる。個々のセルは、（例えば、ノートブック・コンピュータ及び自動車用）高電圧アプリケーションに対してより高いバッテリー・パック電圧を供給するために直列に接続することができる。水酸化ニッケル金属（Ｎ_iＭＨ）のような、水酸化金属セル、及びＬ_iイオン・セルのような、リチウム−ベース・ケミストリは、過少充電または過大充電された場合には破損しうるかまたは破裂しうる。内部エレクトロニクスは、バッテリー・パック内で安全電圧、電流及び温度を維持するために安全性の理由で用いることができる。

バッテリー・パックにおける内部エレクトロニクスに対する更なる使用の例は、残っている実行時間または充電時間を決定するためにチャージ・レベルをゲージングすること、充電及び放電処理を管理すること、及びホスト・デバイスまたはアプライアンスと通信することを含む。

個々のセル電圧は、個々のセルの直列接続されたグルーピング間またはセルのグループ間にて平衡のままでありえない。それよりも、全てのセル間で測定された電圧を参照して、あるセルは、オーバー・ポンテンシャルでありうるし、かつ他のセルは、アンダー・ポテンシャルでありうる。従って、バッテリー及びバッテリー・パックは、個々のセルを監視するための回路を含むことができ、かつ例えば、破損が発生する前にバッテリーまたはバッテリー・パックへの電流を停止することができる。

その内容がここで参考文献として採用される米国特許第５，６３１，５３４号公報は、セル間の電圧平衡を制御するためのバッテリー・パックに関連付けられた回路を開示する。平衡回路は、最初にフル・チャージに達したセルからフル・チャージ以下の電圧にあるセルにエネルギーを転送するために充電処理中に用いることができる。

米国特許第５，６３１，５３４号公報

本発明は、複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理するシステムに関する。例示的実施形態では、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーを管理するシステムは、それぞれが複数のエネルギー貯蔵装置の一つに関連付けられた、複数のエネルギー貯蔵装置コントローラと、エネルギー貯蔵装置コントローラの少なくとも一つによって制御される、二つのエネルギー貯蔵装置間の平衡回路と、電圧絶縁双方向通信を供給するためのエネルギー貯蔵装置コントローラ間の直列電気インターフェイスと、及びエネルギー貯蔵装置コントローラと電気的に連通する中央コントローラと
を備えている。

別の実施形態では、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーを管理するシステムは、第１のエネルギー貯蔵装置間の電圧を監視する第１の手段と、第２のエネルギー貯蔵装置間の電圧を個別に監視する第２の手段と、及び第１及び第２のエネルギー貯蔵装置の充電及び放電の少なくとも一つの間に第１及び第２の監視手段に応じて第１及び第２のエネルギー貯蔵装置間でエネルギーを交換することによって第１及び第２のエネルギー貯蔵装置間のチャージを平衡にする手段とを備え、チャージ平衡手段は、リアクタンス等化回路を含む。

エネルギー貯蔵デバイスを形成している複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置におけるチャージを管理する方法は、エネルギー貯蔵デバイスに供給された電流を監視する段階と、エネルギー貯蔵デバイスの第１のエネルギー貯蔵装置及び第２のエネルギー貯蔵装置の充電（チャージング）レート及びキャパシティの少なくとも一つを決定する段階と、及び監視する段階及び決定する段階に応じて第１のエネルギー貯蔵装置から第２のエネルギー貯蔵装置に電流を分流させる段階とを具備する。

図１は、エネルギー貯蔵装置１０２として表わされた、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理するための、システム１００として概略ブロック図形式で表わされた、例示的システムを示す。図１のシステム１００は、それぞれが複数のエネルギー貯蔵装置１０２の一つに関連付けられている、複数のエネルギー貯蔵装置コントローラ１０４を含む。二つのエネルギー貯蔵装置１０２の間の平衡回路１０６は、少なくとも一つのエネルギー貯蔵装置コントローラ１０４によって制御される。エネルギー貯蔵装置コントローラ１０４間の直列電気インターフェイス１０８は、電圧絶縁双方向通信を供給する。中央コントローラ１１０は、エネルギー貯蔵装置コントローラ１０４と電気的に連通する。

図２は、複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理するための図１のシステムの例示的実施形態である。図２のシステム２００は、詳細回路として示される。複数のエネルギー貯蔵装置コントローラ２０４は、集積回路２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄとして示される。例示的実施形態では、エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄによって表わされる、関連エネルギー貯蔵装置に対する監視を供給し、かつ隣接するエネルギー貯蔵装置間の平衡回路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄを介して平衡制御を供給する集積回路でありうる。

エネルギー貯蔵装置コントローラは、集積回路、複数の別個の集積回路、個別部品のモジュール、またはそのハイブリッドでありうる。例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラとして用いられる適切な集積回路は、Ａｔｍｅｌによって供給されかつカリフォルニア州Ｓａｎ ＪｏｓｅのＡｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な、ＡＴｔｉｎｙ１２（部品番号ＡＴｔｉｎｙ １２Ｖ-１ ＳＣ）として指定される。かかるコントローラは、ここに記述した機能を実行するようにプログラムされ、かつ図３に示すような支援構成部品を伴う。しかしながら、当業者は、特注設計された集積回路を含むあらゆる適切なエネルギー貯蔵装置コントローラを用いることができるということを理解するであろう。図３は、図２のコントローラ２０４に相当する個別部品の例示的実施形態である。図３に示した実施形態では、Ａｔｍｅｌ ＡＴｔｉｎｙ １２マイクロプロセッサ３００が等価回路３０４を形成する関連個別部品と一緒に示される。

エネルギー貯蔵装置コントローラは、電圧、温度、電流、及び電荷で構成されているグループから選択された関連エネルギー貯蔵装置のパラメータを監視することができる。例えば、かつエネルギー貯蔵装置コントローラ２０４ａを参照して、エネルギー貯蔵装置２０４ａは、エネルギー貯蔵装置の高電圧側２１２、例えば、正極、及び低電圧側２１４、例えば、負極を、エネルギー貯蔵装置コントローラに接続することによって監視することができる。

例示的平衡回路は、リアクタンス素子及びスイッチを含む。図２に示した例示的実施形態では、平衡回路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃは、インダクター２１６のような、リアクタンス素子と、第１のスイッチ２１８及び第２のスイッチ２２０とを有する。閉じた位置では、第１のスイッチ２１８は、平衡回路を第１のエネルギー貯蔵装置と並列に配置する。閉じた位置では、第２のスイッチ２２０は、平衡回路を第２のエネルギー貯蔵装置と並列に配置する。スイッチは、ＦＥＴでありうるが、しかしながら、あらゆる適切なスイッチを用いることができる。図２の例示的実施形態では、ＦＥＴ２２０及び２１８は、セル平衡に用いることができる、（図４に明示的に示した）内部並列本体ダイオードを含む。コントローラは、第１のエネルギー貯蔵装置からインダクターを充電するようにＦＥＴスイッチを動作することができる。ダイオードは、スイッチがオフにされたときに、第２のエネルギー貯蔵装置、例えば、宛先エネルギー貯蔵装置に自動的に導通する。

エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置間のチャージを平衡させるために、平衡回路の動作を制御する、例えば、平衡回路を選択したエネルギー貯蔵装置と並列に配置するように第１及び第２のスイッチを動作することができる。例示的実施形態では、エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置に対して二つの平衡モードを支援することができる。第１のモードでは、充電中のエネルギー貯蔵装置内の超過エネルギーは、例えば、抵抗負荷の使用により、抵抗バーン-オフ（消費）処理を通してバーン・オフされる。別の平衡モードでは、指定リアクタンス・ポンピングにより、一つのセルからの超過エネルギーは、充電及び放電の両方の間中に平衡回路を介して第２のセルに転送される。

セル平衡及びセス・キャパシティ補正は、エネルギー貯蔵装置の充電及び放電の両方の間中に発生することができる。エネルギー貯蔵装置の充電中のセル平衡の例では、第１のエネルギー貯蔵装置は、第２のエネルギー貯蔵装置よりも高い電圧または第２のエネルギー貯蔵装置よりも高い電荷の状態を有することができる。第１のエネルギー貯蔵装置と第２のエネルギー貯蔵装置との間の電荷を平衡させるために、エネルギー貯蔵装置コントローラは、例えば、２〜３マイクロ秒のパルス・サイクルをスイッチに供給することによって第１のエネルギー貯蔵装置から平衡回路内の、リアクタンス素子、例えば、インダクターを充電するようにスイッチを制御する。続いて、同じエネルギー貯蔵装置コントローラは、パルス・サイクルを取り除きスイッチを開く。スイッチを開いた、例えば、オフにしたときには、インダクターの電圧は、隣接する第２のエネルギー貯蔵装置、例えば、宛先エネルギー貯蔵装置に対するスイッチの本体ダイオードが導通するまでフライ・バックして、インダクターがそのエネルギー貯蔵装置に放電することができるようにする。それゆえに、エネルギーは、平衡回路のスイッチの制御された動作から高い電圧エネルギー貯蔵装置から低い電圧エネルギー貯蔵装置に流れることができる。

エネルギー貯蔵装置の放電中のセル平衡の例では、第１のエネルギー貯蔵装置は、第２のエネルギー貯蔵装置よりも低い電圧または第２のエネルギー貯蔵装置よりも低い電荷の状態を有することができる。第１のエネルギー貯蔵装置と第２のエネルギー貯蔵装置との間の電荷を平衡させるために、エネルギー貯蔵装置コントローラは、例えば、２〜３マイクロ秒のパルス・サイクルをスイッチに供給することによって第２のエネルギー貯蔵装置から平衡回路内の、リアクタンス素子、例えば、インダクターを充電するようにスイッチを制御する。続いて、同じエネルギー貯蔵装置コントローラは、パルス・サイクルを取り除きスイッチを開く。スイッチを開いた、例えば、オフにしたときには、インダクターの電圧は、隣接する第１のエネルギー貯蔵装置、例えば、宛先エネルギー貯蔵装置に対するスイッチの本体ダイオードが導通するまでフライ・バックして、インダクターがそのエネルギー貯蔵装置に放電することができるようにする。それゆえに、エネルギーは、平衡回路のスイッチの制御された動作から高い電圧エネルギー貯蔵装置から低い電圧エネルギー貯蔵装置に流れることができる。

ソースに対するアクティブ・スイッチだけを用いかつキャッチ・ダイオードに依存するこのアプローチは、二つのアクティブ・スイッチよりも効率的ではないが、しかし多くの利点を有する：ａ）宛先スイッチに制御パルス・トレインを供給する必要性がなく、それゆえに、システムを簡略化し、コストを低減することに寄与し、かつより強靭である、例えば、二つのスイッチを一緒にオンしてセルを短絡してしまう機会を低減する全てのエネルギー貯蔵装置コントローラを蜜に同期する必要性を回避する；ｂ）エネルギー貯蔵装置コントローラは、それが監視しているセルから供給されうる、例えば、３〜４．５Ｖで供給されうるし、かつ集積回路の例示的実施形態において，集積回路のピンの電圧が供給線路を超えないときに、小さな特徴サイズＣＭＯＳ処理を製造中に使用させる；及びｃ）インダクターは、制御戦略を変更することなくコスト及びサイズ低減のために抵抗負荷によって置き換えることができる。

例示的実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、一つ以上のエネルギー貯蔵セルを備えている、例えば、エネルギー貯蓄装置は、一つのエネルギー貯蔵セル・デバイスまたは複数のエネルギー貯蔵セル・デバイスのいずれかでありうる。一つのエネルギー貯蔵セル・デバイスの例では、エネルギー貯蔵装置は、一つのリチウム・イオン（Ｌｉ-イオン）セルを含むことができる。マルチ-セル・デバイスの例では、二つ以上のニッケル水素（ＮｉＭＨ）セルは、エネルギー貯蔵装置を形成するように直列に接続することができる。

エネルギー貯蔵装置は、概ね１．８ボルト（Ｖ）から５ボルト（Ｖ）の範囲内の動作電圧を有することができる。電圧を約５ボルト（Ｖ）またはそれ以下に維持することによって、各コントローラは、０．５マイクロン以下の集積回路特徴サイズを利用することができ、より高い密度の集積回路及び/又はより小さい集積回路を結果としてもたらす。

例示的エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵装置コントローラ間の直列電気インターフェイスに対して入力及び出力を有しうる。図２に示した例示的実施形態では、直列電気インターフェイス２０８は、エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４間に双方向通信を供給する。双方向通信は、デジタル通信でありうるか、またはアナログ通信のような、通信の他のモードでありうる。直列電気インタフェース２０８は、エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４間で直列に接続されかつ各接続は、電圧絶縁を供給するためにイン-ライン・キャパシタ２２２を有する。

例示的実施形態では、複数のエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理するためのシステムは、エネルギー貯蔵装置コントローラ及び平衡回路の動作を制御し、エネルギー貯蔵装置と直列な電流感知抵抗における電流を監視し、及び/又はエネルギー貯蔵装置と直列な切断スイッチを制御するための中央コントローラを含みうる。図２の例示的実施形態に示したように、中央コントローラ２１０は、集積回路でありうる。中央コントローラとして使用するのに適切な集積回路は、カリフォルニア州Ｓａｎ ＪｏｓｅのＡｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからから入手可能な、Ａｔｍｅｌ ＡＴ９０ＬＳ４４３３（製品番号ＡＴ９０ＬＳ４４３３−４ＡＣ）である。そのような中央コントローラは、図２のコントローラ２１０に置き換わりうるし、かつここに記述した機能を実行するように適切にプログラムされうる。図２に示した支援構成部品は、維持することができるし、かつ例えば、抵抗２２４間の測定電圧を増幅するために、抵抗２２４とＡｔｍｅｌコントローラ内のアナログ/デジタル変換器（ＡＤＣ）との間のパス（経路）におけるオペ・アンプによって補助されうる。図２に示したＡｔｍｅｌ ＡＴ２５１２８プログラム・メモリのような、個別プログラム・メモリ・チップは、Ａｔｍｅｌコントローラに含まれかつ個別部品として維持される必要がない。しかしながら、当業者は、特注設計されたコントローラを含む中央コントローラとしてあらゆる適切な集積回路を用いることができるということを理解するであろう。例示的実施形態では、中央コントローラ２１０は、エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４と電気的に連通する。中央コントローラ２１０は、電流感知抵抗２２４における電流を直接監視することができる。更に、中央コントローラ２１０は、エネルギー貯蔵装置２０２と直列である切断スイッチ２２６に動作可能にインターフェイスすることができる。中央コントローラ２１０と、コンピュータ、レコーディング・システムまたはディスプレイ・システムのような、別のシステムとの間の通信のためのホスト・インターフェイス２２８も供給されうる。

図４は、平衡回路４０６によって表わされた、平衡回路の例示的実施形態である。図示した例示的実施形態では、平衡回路４０６は、インダクター４１６、及びエネルギー貯蔵装置４０２との電気的接触を供給するスイッチ４１８を含む。ダイオード４３０は、スイッチ４１６間に接続することができる。また、第２のスイッチ４２０は、第２のエネルギー貯蔵装置４０２‘への電気的接触を供給するために含まれうる。スイッチ４１８、４２０は、少なくとも一つのエネルギー貯蔵装置コントローラによって制御することができる。エネルギー貯蔵装置コントローラ４０４は、エネルギー貯蔵装置４０２と並列な平衡回路４０６を閉じるためにまたは平衡回路４０６を開くためにスイッチ４１８を制御する。同様に、スイッチ４２０は、エネルギー貯蔵装置４０２’と並列な平衡回路４０６を閉じるためにまたは平衡回路４０６を開くために第２のエネルギー貯蔵装置コントローラ４０４’によって制御される。エネルギー貯蔵装置コントローラは、二つのインダクターの一つをその関連エネルギー貯蔵装置に接続するように二つのスイッチの一つを動作しかつインダクターの選択は、チャージに対する所望の宛先エネルギー貯蔵装置によって決定される。

図２の例示的実施形態で示したように、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーを管理するためのシステムは、エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４間に直列電気インターフェイス２０８を有する、例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラは、互いに直列に接続される。更に、直列に接続されたエネルギー貯蔵装置コントローラ２０４は、中央コントローラ２１０に更に直列に接続されうる。例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４は、中央コントローラ２１０に対してリモート周辺装置でありうるし、かつ電圧、温度、電流、及び電荷のような、関連パラメータに対して一つのエネルギー貯蔵装置の少なくとも一つを監視することができる。各エネルギー貯蔵装置コントローラ２０４は、それが監視しかつセル及び他の電圧を測定するためのＡＤＣを含みかつ、平衡回路２０６を介してエネルギー転送のために、二つのスイッチ２１８、２２０、例えば、パワーＦＥＴｓ、に対して制御するエネルギー貯蔵装置２０２から電力供給される。

例示的実施形態における直列電気インターフェイスは、各エネルギー貯蔵装置コントローラを通す直列通信である。通信は、二点間、両方向交互リンク、例えば、そのパラメータがノード数、例えば、コントローラの数と無関係である、“デイジーチェーン”でありうる。異なる電位における、エネルギー貯蔵装置コントローラ間の電圧絶縁は、単純ロジック・レベル電圧の交流結合によって供給される。それゆえに、例えば、エネルギー貯蔵装置電流及びインピーダンスによる、隣接するノード間のノイズ電圧は、制限されかつエネルギー貯蔵装置コントローラの総数（合計数）と無関係である。

直列電気インターフェイスによって供給された二点間リンクは、階層的アプローチで通信解決策を蓄積（増大）する。例示的実施形態では、エネルギー貯蔵装置コントローラは、集積回路であり、各シリアル・ポートは、コンテンション（回線争奪）なしで両方向信号方式を許容するためにオープン・ドレイン（例えば、論理的ＯＲリンク）を用いる。入力/出力ポートの両方のサンプリングは、クロックのリアルタイム間隔内で発生しうるし、かつ両方向交互リンク上の文字の転送は、非同期データ・フォーマット、例えば、スタート及びストップ・ビットを用いることができる。

ロジック・レベルは、交流結合間で維持することができる。例示的実施形態では、ロジック・レベルは、ＤＣ（直流）レベルを復元するために受信機でアクティブ・クランプを有するロジック・ゲートを用いて交流結合間で維持される。リンクの各端における休止レベルは、ロジック‘１’である。リンクにアサートされたデータ・パターンに対して、交流結合されたパターンの受信機における平均レベルは、（時定数τ結合を有する）ロジック‘１’電圧にドリフトして受信したロジック・レベルを損なう。受信機電圧オフセットは、エネルギー貯蔵装置の電圧変化によってシフトされかつまた妨害を受けやすい。受信機におけるＤＣレベルは、送信状態がロジック‘０’であることが分かっているときにリンクをローカル・ゼロに積極的にクランプすることによって、即ち、‘１’から‘０’への遷移を直ぐに追従することによって、復元される。クランプに対する制御は、スタート・ビットを検出している受信状態マシン内で実現される。クランプは、二つのサンプル間隔（Ｔ/２、ここでＴはビット時間）に対してオンにされるオープン・ドレイン出力によって具体化することができる。受信機におけるロジック‘０’のＤＣレベルを復元することは、妨害に対する雑音余裕度(noise immunity)を最大にする。ロジック‘０’が復元されることにより、ロジック‘１’における雑音余裕度は、送信及び受信チップの両方に対する供給電圧、即ち、隣接セル電圧に依存する。

動作の例示的方法は、リンクがアイドル休止状態（ロジック１）で開始すると仮定する。ドリフトに対する例示的な悪い場合の条件は、データ・ビッドが全てゼロを有する一遷移/バイトである-０００００００００１。次のクランプ前のドリフト≒Ｖ_logic×Ｔ_byte／（τ結合）またはτ結合に対する提案値(suggested value)を有するロジック・レベルの約１０％。ドリフトに対する例示的な最良の場合の条件は、最高の平均値＝０１１１１１１１１（全て１がその後に続くスタート・ビット）を有することである。スタート・ビットの後半中のドリフト＝Ｖ_logic×０．５^*Ｔ_bit／（τ結合）。Ｔ/２に対してアクティブ・クランプが適用される毎に、または２×τクランプ毎に、ドリフトは、（１／ｅ）²まで、または、例えば、Ｔがビット時間でありかつサンプル間隔がＴ/４である、その前の値の約１３％まで低減される。リンク方向が交互バイトで逆にされたとき、残留オフセットは、後続のドリフトに対する開始点として逆方向に対して、事実上、逆にされる。それゆえに、長期ドリフトは、上下データ・ストリームが類似すると仮定して（アクティブ・クランプなしでも）打ち消す傾向がある。アクティブ・クランプは、各リンクの、両方の端、または、一つの端だけで実現されうる。

直列電気インターフェイスは、ビット非同期転送、逆流を有するバイト同期論理リングを用いて、双方向、両方向交互を供給することができる。バイト同期論理リング・チャネルは、逆流方向に対して交互バイトを用いて全てのエネルギー貯蔵装置コントローラを通して設定することができる。更に、直列電気インターフェイスは、フレーム・ベース・トランザクション・システムを用いることができる。フレーム・ベース・トランザクション・システムは、
ＦＲＡＭＥ＝［＜アドレス＞＜長さ＞＜コマンド＞＜データ＞］
に等しいフレームを設定する

ＦＲＡＭＥは、ＦＲＡＭＥが直列電気インターフェイスを通過するときにエネルギー貯蔵装置コントローラによって適切に変更されるデータ・フィールドだけでバイト毎にパーズ（構文解析）することができる。ＦＲＡＭＥのフィールドは、チェック・ビットによって保護され、かつエネルギー貯蔵装置コントローラは、不良のアドレス及びコマンド・フィールドを無視する。追加のフラグ・ビットは、本体文字からヘッダー文字を識別することができる。このアプローチでは、直列通信連鎖（チェーン）における相対位置は、チップ・アドレスを規定するために用いることができる。そして、論理リングは、アドレス及びエコー・コマンド・シーケンスがエラー無しであることを確認するためにかつエネルギー貯蔵装置コントローラによって実行された変更に基づき変更されたデータ・フィールドを受け取るためにＦＲＡＭＥを中央コントローラに戻す。更に、中央コントローラによって検出された失敗トランザクションを繰り返すことができる。

例示的実施形態の直列通信スキーム（方式）では、ＡＣ（交流）結合及び電圧絶縁は、小面実装キャパシタによって供給することができる。面実装キャパシタは、各エネルギー貯蔵装置コントローラ間のイン・ラインに配置される。更に、バイト同期通信は、中央コントローラの水晶（クリスタル）制御タイミングに対して各エネルギー貯蔵装置コントローラのオンチップ発振器を較正するために用いることができる。これは、全てのコントローラ、例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラ及び中央コントローラに、正確なタイミングを与える。

例示的実施形態では、平衡回路に関連付けられたスイッチは、エネルギー貯蔵装置コントローラと統合することができる。図５は、コントローラ５００によって表わされた、統合スイッチを有するエネルギー貯蔵装置コントローラの例示的実施形態である。統合スイッチを有するエネルギー貯蔵装置コントローラ５００は、エネルギー貯蔵装置コントローラ５０４と、二つのスイッチ、即ち、第１のスイッチ５１８及び第２のスイッチ５２０とを備えている。第１のスイッチ５１８は、第１のエネルギー貯蔵装置５０２と動作可能に電気的に連通して第１の平衡回路５３２に関連付けられ、かつ第２のスイッチ５２０は、第２のエネルギー貯蔵装置５０２‘と動作可能に電気的に連通して平衡回路の第２の部分５３４に関連付けられる。図５に示すように、統合スイッチを有する複数のエネルギー貯蔵装置コントローラは、関連エネルギー貯蔵装置をそれぞれ制御するためにマルチ-コントローラ・アプリケーションで用いることができる。これは、平衡回路制御用モジュールを供給するために用いることができる。

図６は統合スイッチ６００を有するエネルギー貯蔵装置コントローラの例示的実施形態である。エネルギー貯蔵装置コントローラ６０４は、入力回線６３４を通して後続の統合コントローラ（図示省略）の出力から動作されるように電気的に構成された第１のスイッチ６１８及び第２のスイッチ６２０と動作可能に電気的に連通する。貯蔵装置コントローラ６０４は、第２の統合コントローラ（図示省略）と動作可能に連通して配置されるべく出力ポート６４０に動作可能に連通する。統合コントローラは、監視接続６４２及び６４４を通して関連エネルギー貯蔵装置からの、電圧のような、パラメータを監視する。入力ポート６４６及び出力ポート６４８は、直列電気インターフェイスを介して通信するために動作可能である。平衡回路接続６５０は、平衡回路のリアクタンス素子と動作可能に通信するように電気的に構成される。

第１のエネルギー貯蔵装置及び第２のエネルギー貯蔵装置の両方は、第１及び第２のスイッチを含んでいる平衡回路と動作可能に電気接触する。統合スイッチを有する後続のエネルギー貯蔵装置コントローラは、階層的方法で互いにインターフェイスする、例えば、エネルギー貯蔵装置、統合スイッチを有するエネルギー貯蔵装置コントローラ、及び平衡回路は、第１のエネルギー貯蔵装置コントローラが、総合スイッチの一つに入力するために後続のエネルギー貯蔵装置コントローラに出力を供給し、かつ後続のエネルギー貯蔵装置コントローラは、統合スイッチの一つに入力するために後続のエネルギー貯蔵装置コントローラに出力を供給する、等のように逐次統合される。

複数のエネルギー貯蔵システムにおけるエネルギーの管理は、二つ以上のエネルギー貯蔵装置間の平衡の形式でありうる。平衡は、制御アルゴリズムによりいつでも起動することができる。

Ｌｏａｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｕｍｐｉｎｇ（負荷適応ポンピング）と呼ばれる、例示的アルゴリズムは、短期間に取り込まれた電圧値、負荷電流変化による電圧エクスカーションに基づきうるし、かつ各セルの電圧エクスカーションの重み付き点を等しくするために用いることができる。重み付けは、フル・チャージに近いような各エネルギー貯蔵装置におけるチャージの全状態の関数でありうるし、かつ電圧エクスカーションの最大値（Ｖ_max）は、等しくされ、かつフル・チャージに近いし、電圧エクスカーションの最小値（Ｖ_min）は、等しくされる。最大及び最小電圧値は、エネルギー貯蔵装置のダイナミクス、例えば、エネルギー貯蔵装置の種類、負荷の大きさ、及びエネルギー貯蔵装置の大きさに適切な時定数（Ｖ_K）により減衰しうる。

この負荷適応ポンピング平衡アルゴリズムは、チャージ不均衡ではなく負荷変化を単に反映する電圧差を発生する、異なるインピーダンスのエネルギー貯蔵装置によるチャージの不要な移動を回避することができる。これは、エネルギー貯蔵装置をどの程度の負荷電流が流れるかにより充電し過ぎるか十分充電しないかのいずれかのように現せるようにし得る、エネルギー貯蔵装置間のインピーダンス差を適切に考慮に入れ得ない瞬時電圧だけに基づく平衡方法とは対照的である。

例示的実施形態では、一つのエネルギー貯蔵装置コントローラは、二つのエネルギー貯蔵装置に関連付けられる。二つのエネルギー貯蔵装置間の平衡回路は、所定のヒステリシス・バンド（Ｖ_H）内にエネルギー貯蔵装置電圧を等しくするために負荷適応電荷ポンプ平衡を供給するためにエネルギー貯蔵装置コントローラによってそれぞれ制御される。ヒステリシス電圧は、ノイズ及びパルス負荷による発振または“ハンティング”を回避するために十分である。例示的な負荷適応電荷ポンプ平衡アルゴリズムは、エネルギー貯蔵装置電圧を等しくするために用いることができる。

負荷適応チャージ・ポンプ平衡は、測定フェーズ及び平衡フェーズを有している反復期間を含む。各フェーズは、グローバル・ティック(global tick)、例えば、１秒によって調整される。測定フェーズの間、平衡電流は許されないし、かつ平衡フェーズの間、測定は許されない。

測定フェーズの間、エネルギー貯蔵装置コントローラは、先の平衡期間中のチャージ移動の方向を示すために“転送の方向”ビットを貯蔵する。エネルギー貯蔵装置コントローラがカリフォルニア州Ｓａｎ ＪｏｓｅのＡｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な、ＡＴｔｉｎｙ１２である例示的実施形態では、両方のエネルギー貯蔵装置電圧は、一つの仮想アナログ(Virtual Analog)変換器によって測定される。エネルギー貯蔵装置コントローラは、フラッシュ・プログラマブル・マイクロコントローラを含む。測定及び制御アルゴリズムは、統合コントローラ５００として図５に示した回路の機能を実行するためにコードで実現されうる。

二つのエネルギー貯蔵装置のそれぞれに対して、エネルギー貯蔵装置コントローラは、瞬時エネルギー貯蔵装置電圧（Ｖ_n,meas）を測定する。各セルに関連付けられた最高及び最低時間減衰ピーク電圧、（Ｖ_n,max及びＶ_n,min）は、スローな減衰に対して選択された時定数によって一増分減衰するものとして計算される。時定数（Ｖ_K）は、エネルギー貯蔵装置の種類、エネルギー貯蔵装置の大きさ及び負荷の大きさに特定なパラメータである。例えば、時定数は、１秒のタイミング定数で１００ｍＶピーク電圧を２〜１０秒で減衰させるために１０〜５０ｍＶでありうる。次いで、Ｖ_n,measは、時間減衰ピーク電圧と比較され、かつＶ_n,meas＞Ｖ_n,maxならば、Ｖ_n,maxは、Ｖ_n,measに更新される。同様に、かつＶ_n,meas＜Ｖ_n,minならば、Ｖ_n,minは、Ｖ_n,measに更新される。

次いで、各セルに対する電圧の重み付け平均（Ｖ_n）は、ピーク電圧Ｖ_n,max及びＶ_n,minに基づきかつエネルギー貯蔵装置に対する電圧の動作範囲に関して実際の電圧を参照して計算される。例えば、重み付け平均は、電圧動作範囲に関してエネルギー貯蔵装置の電圧の関数として変化する、例えば、重み付け平均は、Ｖ_n,measが最大エネルギー貯蔵装置動作電圧（Ｖ_C,MAX）に近いときにＶ_n,maxに概ね等しく、かつＶ_n,measが最小エネルギー貯蔵装置動作電圧（Ｖ_C,MIN）に近いときにＶ_n,minに概ね等しい。Ｖ_C,MAX及びＶ_C,MINは、エネルギー貯蔵装置の化学システムのような、エネルギー貯蔵装置パラメータの関数である。Ｖ_C,MAXとＶ_C,MINの間に線形遷移が存在し、Ｖ_n,measがＶ_C,MAXとＶ_C,MINの中間であるときに、Ｖ_nは、（Ｖ_n,min＋Ｖ_n,meas）/２に等しい。

チャージが平衡期間中に転送されるべきかどうかは、各セルの電圧の重み付け平均の間の差、例えば、二つのエネルギー貯蔵装置デバイスにおけるＶ₁とＶ₂との差（ここでＶ₁とＶ₂は、先に説明したＶ_nである）に基づく。それゆえに、Ｖ₂＜（Ｖ₁−Ｖ_H）ならば、電荷の転送は、平衡回路を介してエネルギー貯蔵装置１からエネルギー貯蔵装置２に発生する。同様に、Ｖ₁＜（Ｖ₂−Ｖ_H）ならば、電荷の転送は、平衡回路を介してエネルギー貯蔵装置２からエネルギー貯蔵装置１に発生する。意図した転送が最後のＫ_T期間内の方向の逆転を表す場合には、転送は、許されないということに注目する。

平衡フェーズの間、二つの関連ｍｏｓｆｅｔ（ＦＥＴ）スイッチＳｐ及びＳｎを有するエネルギー貯蔵装置コントローラは、測定期間の結果により、エネルギー貯蔵装置１とエネルギー貯蔵装置２との間で平衡インダクターを切り替えるためにスイッチを制御する。例えば、スイッチＳｐは、エネルギー貯蔵装置２間に平衡回路のインダクターを接続することができかつスイッチＳｎは、エネルギー貯蔵装置１間に平衡回路のインダクターを接続することができる。エネルギー貯蔵装置１からエネルギー貯蔵装置２に電荷を転送するために、エネルギー貯蔵装置コントローラは、Ｓｎをパルスにすることができる；エネルギー貯蔵装置２からエネルギー貯蔵装置１に電荷を転送するために、エネルギー貯蔵装置コントローラは、Ｓｐをパルスにすることができる。電荷が転送されない場合には、エネルギー貯蔵装置は、測定フェーズ及び平衡フェーズの次の反復まで待機モードに入る。

負荷適応電荷ポンプ平衡は、一つのエネルギー貯蔵装置コントローラ実施形態から二つ以上のエネルギー貯蔵装置コントローラを有する実施形態に外挿することができる。例示的実施形態では、通信フェーズが測定フェーズ及び平衡フェーズに追加される。それゆえに、反復期間は、測定フェーズ、通信フェーズ及び平衡フェーズを含むことができる。例示的実施形態では、通信フェーズは、測定フェーズの後に続きかつ通信フェーズに先行する。

例示的通信フェーズは、その近隣のエネルギー貯蔵装置コントローラのそれぞれの電圧が知らされている一つの平衡アルゴリズムに関連付けられたエネルギー貯蔵装置コントローラを少なくとも結果としてもたらすためにエネルギー貯蔵装置コントローラとデータを共有する。例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、エネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ＋１）及び（Ｎ−１）に関連付けられた電圧に気付いている。これは、関連平衡回路のどのスイッチ、例えば、ＳｎまたはＳｐを、各反復期間内の後続の平衡フェーズの間に動作すべきかを知っている全てのエネルギー貯蔵装置コントローラを結果としてもたらす。

例示的実施形態では、隣接するエネルギー貯蔵装置コントローラ間の通信は、中央コントローラからのコマンドによって起動することができる。例えば、“データ繰り上げ”コマンドで、エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、その関連エネルギー貯蔵装置の電圧（Ｖ_n）をエネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ＋１）に送信し、かつエネルギー貯蔵装置（Ｎ−１）からエネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ−１）に関連付けられたエネルギー貯蔵装置の電圧（Ｖ_n-1）を受信する。“データ繰り下げ”コマンドで、エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、その関連エネルギー貯蔵装置Ｎの電圧（Ｖ_n）をエネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ−１）に送信し、かつエネルギー貯蔵装置（Ｎ＋１）からエネルギー貯蔵装置（Ｎ＋１）の電圧（Ｖ_n+1）を受信する。各メッセージは、先の平衡期間中の電荷移動の方向を示すために“転送の方向”ビットを含む。

エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、Ｖ_n-1，Ｖ_n，及びＶ_n+1間の差、及び方向ビットに基づき、後続の平衡期間中に電荷を転送すべきかどうかを決定する。例えば、Ｖ_n-1＜（Ｖ_n−Ｖ_H）ならば、エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置Ｎからエネルギー貯蔵装置（Ｎ−１）に電荷を転送すべく動作する；Ｖ_n+1＜（Ｖ_n−Ｖ_H）ならば、エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置Ｎからエネルギー貯蔵装置（Ｎ＋１）にチャージを転送すべく動作する。意図した転送が最後のＫ_T期間内の方向の逆転を表す場合には、転送は、許されないということに注目する。

一つよりも多くのエネルギー貯蔵装置コントローラを有する二つ以上のエネルギー貯蔵装置コントローラに対する負荷適応電荷ポンプ平衡アルゴリズムに対する反復期間に対する平衡フェーズの例示的実施形態では、二つの関連ｍｏｓｆｅｔ（ＦＥＴ）スイッチ、Ｓｐ及びＳｎを有する各エネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置間の平衡インダクターを切り替えるためにスイッチを制御する。例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、エネルギー貯蔵装置（Ｎ＋１）間にインダクターＮを接続するためにエネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ＋１）のＳｐスイッチを制御し、エネルギー貯蔵装置Ｎは、エネルギー貯蔵装置Ｎ間にインダクターを接続するためにＳｎスイッチを有する。同様に、各エネルギー貯蔵装置コントローラＮは、エネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ−１）によって制御されるＳｐスイッチを有し、かつエネルギー貯蔵装置コントローラＮによって制御されるＳｎスイッチを有し、かつエネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ−１）のＳｐスイッチを制御する。電荷が転送されない場合には、エネルギー貯蔵装置は、速例フェーズ及び平衡フェーズの次の反復まで待機モードに入ることができる。

例示的実施形態では、各エネルギー貯蔵装置コントローラは、その関連エネルギー貯蔵装置から遠くの電荷だけを隣接するエネルギー貯蔵装置に転送することができる。一連のエネルギー貯蔵装置コントローラの端にある二つのエネルギー貯蔵装置コントローラ、例えば、次のエネルギー貯蔵装置によって各側に境を接していないエネルギー貯蔵装置コントローラは、隣の欠落を補償する。例えば、通信の“割当てアドレス(assign address)”フェーズの間、一連の端にあるエネルギー貯蔵装置コントローラが識別されかつその後これら二つのエネルギー貯蔵装置コントローラは、それらの通信を変調（変更）する。位置Ｎ＝１にあるエネルギー貯蔵装置コントローラ、例えば、第１のエネルギー貯蔵装置コントローラは、エネルギー貯蔵装置コントローラ（Ｎ−１）、例えば、存在しないエネルギー貯蔵装置コントローラＮ＝０と通信することを試みない（通信しようとしない）し、それは、電圧を比較しないし、存在しないエネルギー貯蔵装置コントローラＮ＝０に電荷を転送しない。同様に、一連の最後の存在しないエネルギー貯蔵装置コントローラは、存在しないより高いエネルギー貯蔵装置コントローラと通信することを試みないし、それは、電圧を比較しないし、存在しないエネルギー貯蔵装置コントローラに電荷を転送しない。

エネルギー貯蔵装置コントローラは、例えば、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に記憶されたパラメータでプレロードすることができる。プレロードするために適切なパラメータの例は以下のものを含む：モード（例えば、エネルギー貯蔵装置コントローラの数、中央コントローラの存在、等）、最後のコールドスタート以来の時間、デバイス内で転送された合計電荷、最大及び最小電圧、等のような歴史的データ、エネルギー貯蔵装置電圧の動作範囲の限界（最大、最小）、Ｖ_C,MAX及びＶ_C,MIN、電圧ヒステリシス、Ｖ_H（ミリボルト）、電圧ピーク減衰定数、Ｖ_K（ミリボルト）及びタイミング定数、Ｋ_T。

平衡アルゴリズムの別の例示的実施形態では、エネルギー貯蔵装置平衡は、二つのエネルギー貯蔵装置の電荷の状態は、以下の少なくとも二つの理由で異なりうるということに注目することによって達成することができる：ａ）エネルギー貯蔵装置は、同じキャパシティを有するがしかし異なる初期電荷を有しうる、及びｂ）エネルギー貯蔵装置は、ある一時点で同じ電荷を有していたが、しかしキャパシティにおける差により、負荷電流が流れるときに、各エネルギー貯蔵装置の電荷の状態は、それ自身のキャパシティの一部として表されるように、等しくなくなる。

上記例示的実施形態では、平衡アルゴリズムは、エネルギー貯蔵装置コントローラ間に分配されるものとして説明された。しかしながら、他の例示的実施形態は、平衡アルゴリズムを集中化し、アルゴリズム処理を実行し、かつ平衡機能を実行するためにコマンドを個々のエネルギー貯蔵装置コントローラに戻すように通信することができる。例えば、エネルギー貯蔵装置の電圧は、エネルギー貯蔵装置コントローラと連通する、中央コントローラまたは別個のコントローラでありうる、マスター・コントローラに利用可能にすることができる。

それゆえに、直列ストリングの複数のエネルギー貯蔵装置で、多少異なるキャパシティの各エネルギー貯蔵装置で、最低キャパシティ・エネルギー貯蔵装置は、その他のキャパシティ・エネルギー貯蔵装置より前にその限界に達し、従ってキャパシティ・エネルギー貯蔵デバイスを規定するであろう。

電荷移動の制御は、それが実際に発生するより前に不均衡を予測することができる頑強（ロバスト）スキームに対するセル電圧から分離される。この例示的実施形態の簡略化した説明は、以下の通りである：

まず、個々のエネルギー貯蔵装置キャパシティは、充電・放電サイクルを経るエネルギー貯蔵デバイスとして学習される。次いで、エネルギー貯蔵装置キャパシティにおける少しの差は、負荷を供給するかまたは充電器から入力する共通デバイス電流の関数として個々のエネルギー貯蔵装置平衡電流を決定するために用いられる。

この構成では、平衡は、以下の二つの項目に基づく：ａ）エネルギー貯蔵装置電圧または上述したような重み付けエクスカーションは、第１の項目を決定するために用いられる、そしてｂ）学習したキャパシティ・デルタによりスケールされた負荷電流の一部は、第２の項目に用いられる。これらの項目は、合計されかつ電流ポンプによりエネルギー貯蔵装置に供給される。電流ポンプは、一つのレートで動作するので、時間比例（タイム・プロポーショニング）は、平衡の可変量を供給するために用いることができる。キャパシティ・デルタは、第１の項目（例えば、セルから離れるように流れる電圧ベース平衡電流）を取りかつそれをデバイス電流と相関させることによって学習される。例えば、それは、第１の項目をゼロに駆動しようとする適応制御ループにおける電荷の状態における変化（負荷電流の時間積分）と相関することができる。相関は、掛け算に続いて積分を備えることができる。モジュロ演算を用いることによって積分器の出力は、自然にオーバーフローさせることができる。このオーバーフローは、キャパシティ・デルタの後続の比較におけるネット出力に影響を及ぼさないことを示すことができる。それゆえに、平衡電流の量を正確に知る必要がないし（予測が間違っている場合には制御ループが補償する）かつデバイス電流だけを測定すればよい。電圧ベース項目及びキャパシティ・ベース項目の両方を生成するために、それぞれの場合において対応するパラメータは、平衡電流が隣接セル間だけを流れるので、隣接するセルのものと比較される。隣接セルからのパラメータ及び負荷電流の値は、チップ間通信を介して利用可能になる。

図７に示す代替実施形態では、適応平衡回路は、エネルギー貯蔵装置のキャパシティを適応的に学習すること（例えば、予測すること）によって平衡電流を先制的に予期するために含まれる。この予測されたキャパシティは、エネルギー貯蔵装置の重み付けされた電圧の関数としてかつ負荷電流の関数として所与のエネルギー貯蔵装置に対してある期間にわたり学習される。各エネルギー貯蔵装置に対して、予測されたキャパシティは、エネルギー貯蔵装置の平衡電流の変更を評価することに用いるために決定される。

図７では、適応平衡回路７００は、各エネルギー貯蔵装置に対して、第１の帰還ループ７０４を補助する第２の帰還ループ７０２で実現される。各所与のエネルギー貯蔵装置に対する第１の帰還ループ７０４は、エネルギー貯蔵装置の重み付け電圧の関数として決定される平衡電流、例えば、電圧ベース平衡項目（Ｉ_bl）に対応する。他の実施形態におけるように、電圧ベース平衡電流Ｉ_blは、所与の負荷電流に対する所与のエネルギー貯蔵装置の充電/放電レートを変更するために用いられる。第２の帰還ループ７０２は、例えば、より頑強（ロバスト）な充電/放電性能を達成するために、エネルギー貯蔵デバイスにおける複数のエネルギー貯蔵装置に対してどのような適応平衡電流Ｉ_b2が要求されるかを先制的に評価するために用いられる。

第２の帰還ループ７０２は、例えば、所与のエネルギー貯蔵装置の適応予測キャパシティ（Ｄｅｌｔａ Ｃ）を生成する積分器７０６として構成することができる。次いでＤｅｌｔａ Ｃは、比較器７０８で近隣のエネルギー貯蔵装置（Ｄｅｌｔａ Ｃ_n+1及びＤｅｌｔａ Ｃ_n-1）に対する値と（絶対項または相対項で）比較され、一つまたは複数の比較器を用いることができる。比較は、比較されたエネルギー貯蔵装置間で好適なポンピング方向をアルゴリズムに決定させる、例えば、Ｄｅｌｔａ Ｃは、隣接値Ｄｅｌｔａ Ｃ_n+1及びＤｅｌｔａ Ｃ_nと比較されかつ電荷をセルの一つからセルの別のものに転送すべきかどうか、または、セルが許容範囲内で平衡されるかどうかを決定し、電荷は、それらの平衡されたエネルギー貯蔵装置間で転送されない。所与の重み付き電圧及び負荷電流に対して、平衡回路７００は、エネルギー貯蔵デバイスにおける他のエネルギー貯蔵装置に関してエネルギー貯蔵装置の平衡充電及び放電を達成するために平衡電流Ｉ_b2のどのくらいの量がエネルギー貯蔵装置に供給/エネルギー貯蔵装置から分流されるべきかを予期することができる。

第２のループ７０２は、比例/微分（差動）コントローラの微分（差動）ループの微分（差動）を用いるように考えることができる。即ち、動作において、第２のループは、エネルギー貯蔵装置の所与の重み付き電圧及び負荷電流に対してそれが関連付けられたエネルギー貯蔵装置に供給/分流された平衡電流の極性を監視する。この第２のループを実現するために、所与のエネルギー貯蔵装置のエネルギー貯蔵装置コントローラは、負荷電流Ｉ_LDの値を表している入力を受信することができる。エネルギー貯蔵装置コントローラは、ある期間にわたって、この負荷電流の関数として及びエネルギー貯蔵装置の重み付き電圧の関数としてエネルギー貯蔵装置に供給された平衡電流を監視することができる。この情報を用いて、エネルギー貯蔵装置コントローラは、その近隣のものに関するエネルギー貯蔵装置のキャパシティを予測することができる。

例えば、所与のエネルギー貯蔵装置は、重み付け電圧Ｖ_Wに充電されると仮定する。エネルギー貯蔵装置が負荷電流Ｉ_LOの起動中に先行するエネルギー貯蔵装置からそれに供給される平衡電流を必要とする場合には、コントローラは、エネルギー貯蔵装置は、先行するエネルギー貯蔵装置よりも大きいキャパシタを有するということを決定することができる。所与のエネルギー貯蔵装置及び近隣のエネルギー貯蔵装置の両方のフル・チャージングを達成するために充電または放電サイクル中にエネルギー貯蔵装置に供給された累積平衡電流がエネルギー貯蔵装置の充電サイクルの所与の割合（例えば、５％）に対して続くように先に決定されている場合には、エネルギー貯蔵装置のキャパシティは、先行するエネルギー貯蔵装置のそれよりも５％大きいと最初のうちは考えることができる。後続の充電サイクル及び/又は放電サイクルにより、この５％値は、それが最終値に安定するまで繰り返して調整することができる。その近隣エネルギー貯蔵装置のものに対するエネルギー貯蔵装置の予測キャパシティの微分値は、記憶することができ、それから、スループット動作を適応的に変更することができる。値は、ある期間にわたって、実質的に国定された値（例えば、±１０％）に、多分、安定するであろう。

エネルギー貯蔵装置コントローラは、電圧ベース平衡電流Ｉ_b1と適応平衡電流Ｉ_b2とを組合せる、例えば、足し算または掛け算することができ、かつ平衡回路の動作を調整するために入力信号を供給することができる。入力信号に基づき、例えば、入力信号値または極性に基づき、エネルギー貯蔵装置コントローラは、平衡回路を動作することができる。セル電圧測定への帰還を通して、Ｉ_b2の持続時間及び/又は振幅は、エネルギー貯蔵装置コントローラのメモリにおける相対エネルギー貯蔵装置のキャパシティを表している記憶された値を更新することによって将来の充電/放電サイクルにおいて増大または減少することができる。各比較に対して、キャパシティは、％（例えば、０．１％）に対応している、固定の相対キャパシティ“Ｘ”によって増分/減分することができる。

本発明は、その好適な実施形態に関連して説明されたが、特には説明されなかった追加、削除、変更、及び代替は、添付した特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなくなされうるということが当業者によって理解されるであろう。

図１は、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理するシステムの例示的実施形態である。 図２は、複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置におけるエネルギーを管理する図１のシステムの例示的実施形態である。 図３は、図２のエネルギー貯蔵装置コントローラに等しい個別部品の例示的実施形態を示す。 図４は、平衡回路の例示的実施形態である。 図５は、平衡回路のためのスイッチがエネルギー貯蔵装置コントローラに統合される例示的実施形態である。 図６は、統合スイッチを有するエネルギー貯蔵装置コントローラの例示的実施形態である。 図７は、適応平衡回路の例示的実施形態を示す。

Claims (24)

1. 複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーを管理するシステムであって、
   それぞれが複数のエネルギー貯蔵装置の一つに関連付けられた、複数のエネルギー貯蔵装置コントローラと、
   前記エネルギー貯蔵装置コントローラの少なくとも一つによって制御される、二つの前記エネルギー貯蔵装置間の平衡回路と、
   電圧絶縁双方向通信を供給するための前記エネルギー貯蔵装置コントローラ間の直列電気インターフェイスと、及び
   前記エネルギー貯蔵装置コントローラと電気的に連通する中央コントローラと
   を備えていることを特徴とするシステム。
2. 前記エネルギー貯蔵装置は、一つ以上の貯蔵セルを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記エネルギー貯蔵装置コントローラは、電圧、温度、及び電流で構成されたグループから選択された関連エネルギー貯蔵装置のパラメータを監視することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記平衡回路は、リアクタンス素子及び少なくとも一つのスイッチを含み、該スイッチは、前記エネルギー貯蔵装置コントローラの少なくとも一つによって制御されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 一つのエネルギー貯蔵装置コントローラによって監視された電圧は、５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記通信は、デジタル通信であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記エネルギー貯蔵装置と直列に電流感知抵抗を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記中央コントローラは、前記電流感知抵抗における電流を監視することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記エネルギー貯蔵装置と直列に切断スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記切断スイッチは、前記中央チップに動作可能にインターフェイスされることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記貯蔵装置コントローラは、別個の集積回路、個別部品、または集積回路及び個別部品の混成でありうることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 前記集積回路は、マルチチップ・モジュールでありうることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記直列電気インターフェイスは、コントラ・フローを有するビット非同期転送、バイト同期ロジカル・リングを用いて、双方向、両方向交互を供給することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. 複数の直列接続されたエネルギー貯蓄装置に貯蓄されたエネルギーを管理するシステムであって、
    第１のエネルギー貯蔵装置間の電圧を監視する第１の手段と、
    第２のエネルギー貯蔵装置間の電圧を個別に監視する第２の手段と、及び
    前記第１及び第２のエネルギー貯蔵装置の充電及び放電の少なくとも一つの間に前記第１及び第２の監視手段に応じて前記第１及び第２のエネルギー貯蔵装置間でエネルギーを交換することによって前記第１及び第２のエネルギー貯蔵装置間のチャージを平衡する手段とを備え、前記チャージ平衡手段は、リアクタンス等化回路を含むことを特徴とするシステム。
15. 前記第１の監視手段は、前記第１のエネルギー貯蔵装置の温度を監視することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第２の監視手段は、前記第２のエネルギー貯蔵装置の温度を監視することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
17. 前記チャージ平衡手段は、インダクターと、少なくとも一つのスイッチと、及び各スイッチ間に接続されたダイオードとを含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
18. 前記複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置における電流を監視する手段を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
19. 電圧監視する各手段間の電圧絶縁双方向通信のための手段を備えていることを特徴とする請求項１４にシステム。
20. 前記通信は、デジタル通信であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 前記エネルギー貯蔵装置と直列に切断スイッチを備えていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
22. 前記第１及び第２の監視手段のそれぞれは、専用コントローラであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
23. エネルギー貯蔵デバイスを形成している複数の直列接続されたエネルギー貯蔵装置におけるチャージを管理する方法であって、
    前記エネルギー貯蔵デバイスに供給された電流を監視する段階と、
    前記エネルギー貯蔵デバイスの第１のエネルギー貯蔵装置及び第２のエネルギー貯蔵装置の充電レート及びキャパシティの少なくとも一つを決定する段階と、及び
    前記監視する段階及び前記決定する段階に応じて前記第１のエネルギー貯蔵装置から前記第２のエネルギー貯蔵装置に電流を分流させる段階と
    を具備することを特徴とする方法。
24. 前記貯蔵装置平衡電流は、前記貯蔵装置のインピーダンスを補償することを特徴とする請求項２３に記載の方法。

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