概して、本発明は、とりわけ、例えば、1つ以上の電力セルを備えるコンポーネント等のコンポーネントの電圧を平衡化させるためのモジュールおよび方法を提供する。本発明の一実施形態によれば、インタフェース回路は、第1のコンポーネントの電圧を監視する動作モードで動作され、第1のコンポーネントの電圧をサンプリングする別の動作モードで動作され、かつ第1のコンポーネントの電圧を平衡化させるさらに別の動作モードで動作される。
ば各種実施形態によれば、モジュールは、一体となって統合されたインタフェースまたはスイッチングネットワーク、ならびに、例えば、トランジスタおよびレジスタ、または平衡化を達成するためにこのインタフェースまたはスイッチングネットワークと一体となって統合されるレジスタ等の素子を含む。
本発明の別の実施形態によれば、1つ以上の電力セルとインタフェースをとる方法であって、この方法が、第1スイッチング素子が第1スイッチング素子構成になるように構成され、第2スイッチング素子の第2スイッチング素子構成に形成されるとこれら1つ以上の電力セルの内の第1電力セルの電圧を監視することと、第1スイッチング素子が第2スイッチング素子構成になるように構成されており、第2スイッチング素子の第2スイッチング素子構成に形成されると第1電力セルからサンプリングされた電圧を発生させることと、第2スイッチング素子の第1スイッチング素子構成に形成されると第1電力セルの電圧を平衡化させることと、を含む。
別の実施形態によれば、第1、第2および第3端子を有する第1スイッチングネットワークと、第1スイッチングネットワークの第1と第2端子間に結合された第1エネルギー貯蔵素子と、第1スイッチングネットワークの第1端子に結合された第1インピーダンス素子と、第1スイッチングネットワークの第3端子に結合された第2インピーダンス素子と、を備えるモジュールが提供される。
図1は、フィルタ回路22に接続された制御モジュール12を備える電力セルモニタおよび制御回路10のブロック図である。電力セルモニタおよび制御回路10は、電力貯蔵装置24に接続されている。制御モジュール12は、制御モジュール12の入力部に接続されたまたは代替的に、制御モジュール12の入力部として機能する入力部と、アナログデジタルコンバータ(ADC)20に接続された出力部を有するマルチプレクサ(MUX)18の入力部に接続された出力部と、を有するインタフェースネットワーク16を含む。電源貯蔵装置24は、それぞれ、制御回路10の対応するフィルタ部分221、222、・・・、22nに接続される複数の電力セル241、242、・・・、24nから成り得る。あるいは、電力貯蔵装置は、キャパシタ、燃料セル、バッテリ等から成り得る。インタフェースネットワーク16は、複数のスイッチング素子161、162、・・・、16nから成り得るが、ここで、スイッング素子161は、入力端子161I1、161I2、161I3、161I4、161I5と、出力端子161O1、161O2、161O3とを有し、スイッング素子162は、入力端子162I1、162I2、162I3、162I4、162I5と、出力端子162O1、162O2、162O3とを有し、スイッング素子16nは、入力端子16nI1、16nI2、16nI3、16nI4、16nI5と、出力端子16nO1、16nO2および16nO3を有する。ある実施形態によれば、入力端子161I3は入力端子162I1に接続されて入力端子16CI1を形成し、入力端子16(n−1)I3は入力端子16nI1に接続されて入力端子16CI(n−1)を形成し;出力端子161O3は出力端子162O1に接続されて出力端子16CO1を形成し、出力端子16(n−1)O3は出力端子16nO1に接続されて出力端子16CO(n−1)を形成する。添字「n」は整数を表すことに留意されたい。
別の実施形態では、制御モジュール12は、入力ピンまたは入力リード線12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2n、12P(2n+1)を有する半導体パッケージ中のモノリシック集積された半導体デバイスであり、ここで、nは、整数を表す。例えば、入力端子161I1、161I2、16CI1、162I2、・・・、16CI(n−1)、16nI2および16nI3は、それぞれ、入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2nおよび12P(2n+1)に接続される。入力端子161I1、161I2、16CI1、162I2、・・・、16CI(n−1)、16nI2、および16nI3は、それぞれ、入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2n、および12P(2n+1)に直接に接続されているように図示されているが、これは本発明を制限するものではなく、他の回路要素を介して相互に接続されてもよい。あるいは、入力端子161I1、161I2、16CI1、162I2、・・・、16CI(n−1)、16nI2および16nI3は、それぞれ、入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2nおよび12P(2n+1)として機能し得る。
別の実施形態によれば、制御モジュール12およびフィルタ部分22はモノリシックに集積されて、集積半導体デバイスを形成している。制御モジュール12およびフィルタ部分22がモノリシックに集積されている実施形態では、入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2nおよび12P(2n+1)は存在せず、入力端子221I1、22CI1、22CI(n−1)および22nI2が、入力ピンとして機能するか、あるいは、入力ピンに接続されている。
スイッチング素子161の入力端子161I4および161I5は、それぞれ制御信号V261およびV281を受信するように結合されており、スイッチング素子162の入力端子162I4および162I5は、それぞれ、制御信号V262およびV282を受信するように結合されており、スイッチング素子16nの入力端子16nI4および16nI5は、それぞれ、制御信号V26nおよびV28nを受信するように結合されている。
スイッチング素子161、・・・、16nの出力端子161O1、161O2、16CO1、162O2、・・・、16CO(n−1)、16nO2および16nO3は、MUX18の対応する入力端子に接続されている。
フィルタ22は複数のフィルタ部分221、222、・・・、22nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セルに接続されている入力端子と、インタフェースネットワーク16の対応する入力ピンに接続されている出力端子とを含む。フィルタ部分221は、入力端子221I1および221I2と、出力端子221O1、221O2および221O3とを有し、フィルタ部分222は、入力端子222I1および222I2と、出力端子222O1、222O2および222O3とを有し、フィルタ部分22nは、入力端子22nI1および22nI2と、出力端子22nO1、22nO2および22nO3とを有する。ある実施形態によれば、入力端子221I2は入力端子222I1に接続されて入力端子22CI1を形成し、入力端子22(n−1)I2は入力端子22nI1に接続されて入力端子22CI(n−1)を形成する。出力端子221O3は出力端子222O1に接続されて出力端子22CO1を形成し、出力端子22(n−1)O3は出力端子22nO1に接続されて出力端子22CO(n−1)を形成する。制御モジュール12がモノリシック集積された半導体デバイスで、フィルタ22が個別の回路素子から形成されている実施形態では、出力端子221O1、221O2、22CO1、222O2、・・・、22CO(n−1)、22nO2および22nO3は、それぞれ、入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2nおよび12P(2n+1)に接続される。
入力端子221I1は、電力セル241の正極に接続され、入力端子22CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子22CI(n−1)は電力セル24nの正極に接続される。入力端子22nI2は電力セル24nの負極に接続される。
スイッチング素子161、162、・・・、16n、フィルタ部分221、222、・・・、22nおよび電力セル241、242、・・・、24nの個数は、本発明の制限ではないことに留意されたい。
完全を期すために、図2は、それぞれ、4つのフィルタ部分221、222、223、および224に接続された4つのスイッチング素子161、162、163、および164を備える電力セルモニタおよび制御回路10Aを説明するために包含される。したがって、制御回路10Aは、4つの電力貯蔵装置241、242、243および244に接続される。4つのスイッチング素子、4つのフィルタ部分および4つの電力貯蔵装置が図2に図示されているが、これは本発明の制限ではない、すなわち、4つより多いまたは少ないスイッチング素子や、フィルタ部分や、電力貯蔵装置が存在し得る。より具体的には、スイッチング素子161は、入力端子161I1、161I2、161I3、161I4および161I5と、出力端子161O1、161O2および161O3と、を有し;スイッチング素子162は、入力端子162I1、162I2、162I3、162I4および162I5と出力端子162O1、162O2および162O3と、を有し、スイッチング素子163は、入力端子163I1、163I2、163I3、163I4および163I5と出力端子163O1、163O2および163O3と、を有し、スイッチング素子164は、入力端子164I1、164I2、164I3、164I4および164I5と出力端子164O1、164O2および164O3と、を有する。ある実施形態によれば、入力端子161I3は入力端子162I1に接続されて入力端子16CI1を形成し、入力端子162I3は入力端子163I1に接続されて入力端子16CI2を形成し、入力端子163I3は入力端子164I1に接続されて入力端子16CI3を形成し、出力端子161O3は出力端子162O1に接続されて出力端子16CO1を形成し、出力端子162O3は出力端子163O1に接続されて出力端子16CO2を形成し、出力端子163O3は出力端子164O1に接続されて出力端子16CO3を形成し得る。
スイッチング素子161の入力端子161I4および161I5は、それぞれ、制御信号V261およびV281を受信するように結合されており、スイッチング素子162の入力端子162I4および162I5は、それぞれ、制御信号V262およびV282を受信するように結合されており、スイッチング素子163の入力端子163I4および163I5は、それぞれ、制御信号V263およびV283を受信するように結合されており、スイッチング素子164の入力端子164I4および164I5は、それぞれ、制御信号V264およびV284を受信するように結合されている。
それぞれ、スイッチング素子161、162、163および164の出力端子161O1、161O2、16CO1、162O2、16CO2,163O2、16CO3、164O2、および164O3は、MUX18の対応する入力端子に接続される。
フィルタ22は複数のフィルタ部分221、222、223および224から成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、243および244に接続された入力端子ならびに制御モジュール12のスイッチング素子の対応する入力ピンに接続された出力端子を含む。フィルタ部分221は、入力端子221I1および221I2と出力端子221O1、221O2および221O3と、を有し、フィルタ部分222は、入力端子222I1および222I2と出力端子222O1、222O2および222O3と、を有し、フィルタ部分223は、入力端子223I1および223I2と出力端子223O1、223O2および223O3と、を有し、フィルタ部分224は、入力端子224I1および224I2と出力端子224O1、224O2および224O3と、を有する。ある実施形態によれば、入力端子221I2は入力端子222I1に接続されて入力端子22CI1を形成し、入力端子222I2は入力端子223I1に接続されて入力端子22CI2を形成し、入力端子223I2は入力端子224I1に接続されて入力端子22CI3を形成する。入力端子221I1は、電力セル241の正極に接続され、入力端子22CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子22CI2は、それぞれ、電力セル242および243の負極および正極に接続される。入力端子22CI3は、それぞれ、電力セル243および244の負極および正極に接続される。入力端子224I2は、電力セル244の負極に接続される。
出力端子22103は出力端子22201に接続されて出力端子22CO1を形成し、出力端子222O3は出力端子223O1に接続されて出力端子22CO2を形成し、出力端子223O3は出力端子224O1に接続されて出力端子22CO3を形成し得る。出力端子221O1は入力ピン12P1に接続され、出力端子221O2は入力ピン12P2に接続され、出力端子22CO1は入力ピン12P3に接続され、出力端子222O2は入力ピン12P4に接続され、出力端子22CO2は入力ピン12P5に接続され、出力端子223O2は入力ピン12P6に接続され、出力端子22CO3は入力ピン12P7に接続され、出力端子224O2は入力ピン12P8に接続され、出力端子224O3は入力ピン12P9に接続される。
図3は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分22mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク16(図1および2を参照して説明した)のスイッチング素子またはスイッチング部分16mの回路図である。図1のスイッチング素子161、162、・・・、16nが、スイッチング素子16mから成り、かつ変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチング素子161はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチング素子162はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチング素子16nはスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。同様に、図2のスイッチング素子161、162、163、164は、スイッチング素子16mから成り、変数mは、整数1、2、3および4を表すために用いられている。例えば、スイッチング素子161はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチング素子162はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチング素子163はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、3に置き換えられ、スイッチング素子164はスイッチング素子16mに対応するが、ここで、mは、4に置き換えられる。
スイッチング素子16mはスイッチ26mおよび28mを含み、各スイッチ26mおよび28mは制御端子および1対の導電端子を含む。スイッチ26mは電流制御素子または平衡化スイッチと呼ばれ、スイッチ28mはサンプリングスイッチと呼ばれ得る。より具体的には、スイッチ26mは、制御端子26m,1、導電端子26m,2および導電端子26m,3を有する。導電端子26m,2は、入力端子16mI1および出力端子16mO1に接続される。導電端子26m,2は、端子16mI1および16mO1に接続され得るか、または代替的に、端子16mI1および16mO1は入/出力端子を形成し得ることに留意されたい。スイッチ28mは、制御端子28m,1、導電端子28m,2および導電端子28m,3を有する。導電端子28m,2は、導電端子26m、3ならびに端子16mI2および16mO2に接続される。導電端子28m,3は、入力端子16mI3および出力端子16mO3に接続される。導電端子28m,3は、端子16mI3および16mO3に接続され得るか、または代替的に、端子16mI3および16mO3は入/出力端子を形成し得ることに留意されたい。さらに、端子26m,1は、図1の端子161I4、162I4、・・・、16nI4に対応し、端子28m,1は、図1の端子161I5、162I5、・・・、16nI5に対応することに留意されたい。
フィルタ部分22mは、入力端子22mI1に接続された、または代替的に、入力端子22mI1として機能する端子と、出力端子22mO1に接続された、または代替的に、端子22mO1として機能する端子と、を有するインピーダンス素子34mを備える。出力端子22mO1は、エネルギー貯蔵素子36mを介して出力端子22mO2に接続され得る。入力端子22mI2は、インピーダンス素子34(m+1)を介して出力端子22mO3に接続され得る。例えば、インピーダンス素子34mおよび34(m+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子36mはキャパシタである。インピーダンス素子34mおよび34(m+1)はレジスタにはかぎられないため、これらは図3では記号Zで表されている。スイッチング部分16mがモノリシック集積された半導体デバイスもしくはモノリシック集積された半導体デバイスのある部分であり、回路素子34m、34(m+1)および36mが個別の回路素子である実施形態では、回路素子34m、34(m+1)および36mは入力ピン12P(2m−1)、12P2mおよび12P(2m+1)を介してスイッチング部分16mに接続される、すなわち、出力端子22mO1は入力ピン12P(2m−1)に接続され、出力端子22mO2は入力ピン12P2mに接続され、出力端子22mO3は入力ピン12P(2m+1)に接続される。
電力セル24mは、フィルタ部分22mの入力端子22mI1に接続された正極と、フィルタ部分22mの入力端子22mI2に接続された負極と、を有するバッテリセルを備える。
出力端子22mO1は入力端子16mI1に電気的に接続され、出力端子22mO2は入力端子16mI2に電気的に接続され、出力端子22mO3は入力端子16mI3に電気的に接続されることに留意されたい。
引き続き図3を参照すると、スイッチング部分16mは、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。継続観察動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧を、スイッチング素子26mおよび28mをオープンまたはクローズするように構成することによって監視する。例えば、電力セル24mにまたがる電圧は、スイッチング素子26mをオープンするのに適切な制御電圧V26mをスイッチング素子26mの制御端子に印加し、スイッチング素子28mをクローズするのに適切な制御電圧V28mをスイッチング素子28mの制御端子に印加し、これによって、出力端子16mO2を出力端子16mO3に短絡させることによって監視することが可能である。
スイッチング素子28mをクローズすると、出力端子16mO2が出力端子16m03に短絡され、キャパシタ36mが電力セル24mの電圧に実質的に充電される、すなわち、キャパシタ36mは、電力セル24mの電圧に実質的に等しい電圧にまで充電される。キャパシタ36mの電圧は、出力端子16mO1と16mO2間に出力される。MUX18(図1および2に示す)は、出力端子16mO1と16mO2間の電圧をADコンバータ20に伝達するように構成されている。したがって、電力セル24mのフィルタリングされた電圧を表す電圧は、ADC20に伝達され、これによって電力セル24mにまたがる電圧を観察または監視する。
サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧を、スイッチング素子26mをオープンするのに適切な制御電圧V26mをスイッチング素子26mの制御端子に印加し、スイッチング素子28mをクローズするのに適切な制御電圧V28mをスイッチング素子28mの制御端子に印加し、これによって、出力端子16mO2を出力端子16mO3に短絡させることによって、サンプリングならびに記憶もしくは保持することが可能である。キャパシタ36mは、電力セル24mにまたがる電圧に実質的に等しい電圧に充電される、すなわち、キャパシタ36mは電力セル24mの電圧をサンプリングする。
電力セル24mの電圧をサンプリングした後、スイッチング素子26mをオープンするのに適した制御電圧V26mがスイッチング素子26mの制御端子に維持され、スイッチング素子28mをオープンするのに適した制御電圧V28mがスイッチング素子28mの制御端子に印加される。MUX18およびADC20(図1および2に示す)は、出力端子16mO1および16mO2が高インピーダンスネットワークに接続されるように構成される。キャパシタ36mの両端に現れるサンプリングされた電圧は保持される。キャパシタ36mにまたがる電圧は、出力端子16mO1を出力端子16mO2間に出力される。MUX18は、出力端子16mO1と出力端子16mO2との間の電圧をADコンバータ20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mの電圧を表すサンプリングされた電圧はADC20に伝達される。
平衡化動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、スイッチング素子26mをクローズするのに適切な制御電圧V26mをスイッチング素子26mの制御端子に印加し、スイッチング素子28mをクローズするのに適切な制御電圧V28mをスイッチング素子28mの制御端子に印加することによって平衡化させることが可能である。したがって、インピーダンス素子34m、スイッチング素子26m、スイッチング素子28mおよびインピーダンス素子34(m+1)を通過する平衡化電流によって、電力セル24mが放電される。スイッチング素子26mは平衡化スイッチまたはスイッチと呼ばれ、スイッチング素子28mはサンプリングスイッチまたはスイッチと呼ばれ得る。
図4は、図1を参照して説明したように制御モジュール12およびフィルタ回路22を備え、図3を参照して説明したフィルタ回路22およびインタフェース回路16の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御回路100のブロック図である。図1の実施形態と同様に、図4に示すインタフェースネットワーク16のスイッチングネットワーク161、162、・・・、16nはスイッチング素子16mから成り、ここで、変数mは、図3を参照して説明されるように、整数1、2、・・・、nを表すために用いられる。例えば、スイッチングネットワーク161はスイッチング部分16mに対応し、ここで、mは、1で置き換えられ、スイッチングネットワーク162はスイッチング部分16mに対応し、ここで、mは、2で置き換えられ、スイッチングネットワーク16nはスイッチング部分16mに対応し、ここで、mは、nで置き換えられる。
制御回路100はバッテリ装置24に接続される。上述したように、制御モジュール12は、制御モジュール12の入力部に結合されるか、または代替的に、制御モジュール12の入力部として機能する入力端子および、アナログツーデジタルコンバータ(ADC)20に接続される出力部を有するマルチプレクサ(MUX)18の入力部に結合される出力端子を有するインタフェースネットワーク16を含む。インタフェースネットワーク16は、図1および3を参照して説明した。
フィルタ22は複数のフィルタ部分221、222、・・・、22nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、・・・、24nに接続されている入力端子と、スイッチングネットワーク161、162、・・・、16nの対応する入力端端子に接続されている出力端子と、を含む。フィルタ部分221は、入力端子221I1および22CI1と、出力端子221O1、221O2および22CO1と、を有し、フィルタ部分222は、入力端子22CI1および22CI2と、出力端子22CO1、222O2および22CO2と、を有し、フィルタ部分22nは、入力端子22CI(n−1)および22nI2と、出力端子22cO(n−1)、22nO2および22nO3と、を有する。
入力端子221I1は、電力セル241の正の端子に接続され、入力端子22CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負の端子および正の端子に接続される。入力端子22CI(n−1)は電力セル24nの正の端子に接続され、入力端子22nI2は電力セル24nの負の端子に接続される。
フィルタ部分221は、インピーダンス素子341および342と、エネルギー貯蔵素子361と、を備える。より具体的には、出力端子221O1は、インピーダンス素子341を介して入力端子221I1に、エネルギー貯蔵素子361を介して出力端子221O2に接続される。入力端子22CI1は、インピーダンス素子342を介して出力端子22CO1に接続される。インピーダンス素子342はフィルタ部分221および222に対して共通であることに留意されたい。例えば、インピーダンス素子341および342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子361はキャパシタである。
フィルタ部分222は、インピーダンス素子342およびエネルギー貯蔵素子362を備える。より具体的には、出力端子22CO1は、インピーダンス素子342を介して入力端子22CI1に、エネルギー貯蔵素子362を介して出力端子222O2に接続される。例えば、エネルギー貯蔵素子362はキャパシタである。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分221とフィルタ部分222との間に存在するように、フィルタ部分222と、フィルタ部分222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分22nは、インピーダンス素子34nおよび34(n+1)と、エネルギー貯蔵素子36nと、を備える。より具体的には、出力端子22CO(n−1)は、インピーダンス素子34nを介して入力端子22CI(n−1)に、エネルギー貯蔵素子36nを介して出力端子22nO2に接続される。出力端子22CO(n−1)はまた、入力ピン12P(2n−1)に接続される。入力端子22nI2は、インピーダンス素子34(n+1)を介して出力端子22nO3に接続される。例えば、インピーダンス素子34nおよび34(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子36nはキャパシタである。インピーダンス素子34nおよび34(n+1)はレジスタであることに限られないため、図4では記号Zで示されている、すなわち、これらは他のタイプのインピーダンス素子であり得る。スイッチング部分161、162、・・・、16nから成る図4のインタフェースネットワーク16は、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。インタフェース回路16の動作モードは、図3を参照して説明されている。
図5は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分22mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク16(図1および2を参照して説明した)のスイッチング部分16mの回路図である。図1のスイッチングネットワーク161、162、・・・、16nが、スイッチング部分16mから成り、かつ変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク161はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチングネットワーク162はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチング素子16nはスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。図5のスイッチング部分16mは図3のスイッチング部分16mに類似しているが、キャパシタ36mの端子のうちの1つが入力ピン12P(2m−1)に接続されていない点だけが異なる。したがって、キャパシタ36mは、一方の端子は入力ピン12P2mに接続されているが、他方の端子は別の回路(図6に示す)と共有されている。図3を参照して述べたように、スイッチング素子26mは平衡化スイッチまたはスイッチと呼ばれ、スイッチング素子28mはサンプリングスイッチまたはスイッチと呼ばれ得る。
図6は、図1を参照して説明したように制御モジュール12およびフィルタ回路22を備え、図5を参照して説明したフィルタ回路22およびインタフェース回路16の実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御モジュール150のブロック図である。制御モジュール150は、バッテリ装置24に接続される。上述したように、制御モジュール12は、制御モジュール12の入力部に接続されるか、または代替的に、制御モジュール12の入力部として機能する入力端子と、アナログツーデジタルコンバータ(ADC)20に接続される出力を有するマルチプレクサ(MUX)18の対応する入力部に接続される出力端子と、を有するインタフェースネットワーク16を含む。インタフェース回路16は、スイッチング部分161、162、・・・、16nおよびスイッチング端子26Aから成る。スイッチング部分161、162、・・・、16nは、図4を参照して説明されている。
スイッチング素子26Aは、制御信号V26Aを受信するように結合された制御端子26A1、導電端子26A2および導電端子26A3を有する。導電端子26A2は、導電端子16AI1および出力端子16AO1に接続される。導電端子26A3は、入力端子161I1、出力端子161O1および導電端子261、2に接続される。
出力端子16AO1、161O1、161O2、16CO1、162O2、・・・、16CO(n−1)、16nO2、16nO3は、MUX18の対応する入力端子に接続される。
フィルタ22は複数のフィルタ部分221、222、・・・、22nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、・・・、24nに接続される入力端子と、スイッチングネットワーク161、162、・・・、16nの対応する入力端子に接続されている出力端子と、を含む。フィルタ部分221は、入力端子221I1および22CI1ならびに出力端子221O1、221O2および22CO1を有し、フィルタ部分222は、入力端子22CI1および22CI2ならびに出力端子22CO1、222O2および22CO2を有し、フィルタ部分22nは、入力端子22CI(n−1)および22nI2ならびに出力端子22CO(n−1)、22nO2および22nO3を有する。
入力端子221I1は、電力セル241の正極に接続され、入力端子22CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子22CI(n−1)は電力セル24nの正極に接続され、入力端子22nI2は電力セル24nの負極に接続される。
フィルタ部分221は、インピーダンス素子341および342とエネルギー貯蔵素子361と、を備えるが、エネルギー貯蔵素子361は、入力ピン12PAに接続された端子および入力ピン12P2に接続された端子を有する。出力端子221O1は入力ピン12P1に接続される。入力端子22CI1はインピーダンス素子342を介して出力端子22CO1に接続される。インピーダンス素子342はフィルタ部分221および222に共通であることに留意されたい。例えば、インピーダンス素子341および342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子361はキャパシタである。
フィルタ部分222は、インピーダンス素子342およびエネルギー貯蔵素子362を備える。出力端子22CO1は、入力ピン12P3に接続される。エネルギー貯蔵素子362の一方の端子は入力ピン12P2に接続され、キャパシタ362の他方の端子は入力ピン12P4に接続される。例えば、インピーダンス素子342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子362はキャパシタである。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分221とフィルタ部分222との間に存在するように、フィルタ部分222と、フィルタ部分222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分22nは、インピーダンス素子34nおよび34(n+1)とエネルギー貯蔵素子36nと、を備える。出力端子22CO(n−1)は、入力ピン12P(2n−1)に接続される。入力端子22CI(n−1)はインピーダンス素子34nを介して出力端子22CO(n−1)に接続され、入力端子22nI2はインピーダンス素子34(n+1)を介して出力端子22nO3に接続される。出力端子22nO3は、入力ピン12P(2n+1)に接続される。エネルギー貯蔵素子36nは、入力ピン12P2nに接続された端子を有し、また、隣接するフィルタ部分に接続された端子を有する。例えば、3つのフィルタ部分が存在する実施形態によれば、エネルギー貯蔵素子36nのインデックスnは3である、すなわち、エネルギー貯蔵素子36nは参照文字363で識別され、フィルタ部分222のエネルギー貯蔵素子362の端子に接続される端子を有する。例えば、インピーダンス素子34nおよび34(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子36nはキャパシタである。インピーダンス素子341、342、・・・、34n、34(n+1)はレジスタであることに限られないため、これらは参照文字Zで識別される、すなわち、他のタイプのインピーダンス素子であり得ることになる。
別の実施形態によれば、セルの極性は、これらのセルが図1、2、4および6に示す反対の極性となるように切り替えられる。
引き続き図6を参照すると、スイッチング部分161、・・・、16nを備えるインタフェースネットワーク16は、フィルタリング継続観察モード、微分サンプルアンドホールドモードおよび内部平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、スイッチング素子261、・・・、26nをオープンするように構成し、スイッチング素子281、・・・、28nと26Aをクローズするように構成することによって監視する。例えば、電力セル241にまたがる電圧は、MUX18の、出力端子16AO1および161O2の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル241のフィルタリングされた電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって電力セル241にまたがる電圧が観察または監視される。
同様に、電力セル242にまたがる電圧は、MUX18の、出力端子161O2および162O2の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル242にまたがる電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって電力セル242にまたがる電圧が観察または監視される。
電力セル24nにまたがる電圧は、MUX18の、出力端子16(n−1)O2および16nO2の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル24nにまたがる電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって電力セル24nにまたがる電圧が観察または監視される。
微分サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、それぞれ、スイッチング素子26A、261、・・・、26nおよび281、・・・、28nの制御端子に対して適切な制御電圧V26A、V261、・・・、V26n、およびV281、・・・、V28nを印加することによってサンプリングならびに記憶もしくは保持することが可能である。サンプリングするために、スイッチング素子は、フィルタリング継続観察モードを可能とするように構成される。このようなスイッチ構成に応答して、キャパシタ361、・・・、36nは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧に実質的に等しい電圧まで充電される。キャパシタ361、・・・、36nは、フィルタとして機能し、サンプリングされた信号をフィルタリングする。スイッチング素子26Aおよび281、・・・、28nのオン抵抗(Rdson)は、キャパシタ361、・・・、36nの両端子と直列になっており、これによって、同相雑音に付きものの問題が軽減される。
電力セル241、・・・、24nの電圧をサンプリングした後、情報は、これらのスイッチング素子の開放に好適な制御電圧V26AおよびV281、・・・、V28nを、それぞれ、スイッチング素子26Aおよび281、・・・、28nの制御端子に印加することによってキャパシタ361、・・・、36n上に保持される。スイッチング素子261、・・・、26nは、開放状態にとどまる、すなわち、フィルタリング継続観察モードのときと同じ状態を保つ。このスイッチング構成に応答して、キャパシタ361、・・・、36nは、電力セル241、・・・、24nのスタックから隔離され、これによって、それらの電圧が電力セル241、・・・、24n上に出力される。
電力セル241の電圧を表すサンプリングされた電圧は、MUX18の、出力端子16AO1および161O2の電圧をADC20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。
MUX18の、出力端子161O2および162O2の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して、電力セル242の電圧を表すサンプリングされた電圧がADC20に伝達される。
MUX18の、出力端子16(n−1)O2および16nO2の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して、電力セル24nの電圧を表すサンプリングされた電圧がADC20に伝達される。
内部平衡化動作モードでは、電力セル241にまたがる電圧は、スイッチング素子261および281の閉鎖に好適な制御信号V261およびV281を、それぞれ、スイッチング素子261および281の制御端子に印加することによって平衡化され得る。したがって、インピーダンス素子341、スイッチング素子261、スイッチング素子281およびインピーダンス素子342を通過する平衡化電流によって、電力セル241が放電される。
その他の電力セルにまたがる電圧は、同様の方法を用いることによって平衡化させることが可能であることに留意されたい。
図7は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分22mを介して電力セル24mに接続されるスイッチング部分16m(図1および2を参照して説明した)の回路図である。図1のスイッチングネットワーク161、162、・・・、16nが、スイッチング部分16mから成り、かつ変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク161はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチングネットワーク162はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチングネットワーク16nはスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。同様に、図2のスイッチングネットワーク161、162、163、164は、スイッチング部分16mから成り、変数mは、整数1、2、3および4を表すために用いられている。例えば、スイッチングネットワーク161はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチングネットワーク162はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチングネットワーク163はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、3に置き換えられ、スイッチングネットワーク164はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、4に置き換えられる。
スイッチング部分16mを、図3を参照して説明した。
フィルタ部分22mは、図3を参照して説明したフィルタ部分に類似しているが、平衡化素子30mおよび32mも含む点だけが異なる。例えば、平衡化素子30mおよび32mは、それぞれ、トランジスタおよびレジスタである。トランジスタ30mは、レジスタ32mを介して入力端子22mI1に接続されるドレイン端子と、入力端子22mI2に接続されるソース端子と、出力端子22mO2として機能するか、または代替的に、出力端子22mO2に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子22mO1は、インピーダンス素子34mを介して入力端子22mI1に接続され、エネルギー貯蔵素子36mを介して出力端子22mO2に接続される。入力端子22mI2は、インピーダンス素子34(m+1)を介して出力端子22mO3に接続される。例えば、インピーダンス素子34mおよび34(m+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子36mはキャパシタである。レジスタ32mおよび34mは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子22mI1に接続されるか、または代替的に、入力端子22mI1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ32mの他方の端子はトランジスタ30mのドレイン端子に接続され、レジスタ34mの他方の端子はキャパシタ36mの端子に接続されて、出力端子22mO1として機能するか、または代替的に、出力端子22mO1に接続される結節を形成し得る。キャパシタ36mの他方の端子はトランジスタ30mのゲート端子に接続され、また、出力端子22mO2に接続されるか、または代替的に、出力端子22mO2として機能する結節を形成し得る。レジスタ34(m+1)は、トランジスタ30mのソース端子に接続されて、入力端子22mI2に接続されるか、または代替的に、入力端子22mI2として機能する結節を形成する端子と、出力端子22mO3として機能するか、または代替的に、出力端子22mO3に接続される端子と、を有する。インピーダンス素子32m、34m、および34(m−1)はレジスタであることに限られないため、図7では記号Zで示されている、すなわち、これらは他のタイプのインピーダンス素子であり得る。
電力セル24mは、フィルタ部分22mの入力端子22mI1に接続された正極と、フィルタ部分22mの入力端子22mI2に接続された負極と、を有するバッテリセルを備える。
出力端子22mO1は入力ピン12P(2m−1)に電気的に接続され、出力端子22mO2は入力ピン12P2mに電気的に接続され、出力端子22mO3は入力ピン12P(2m+1)に電気的に接続されることに留意されたい。
引き続き図7を参照すると、スイッチング部分16mは、フィルタリング継続監視または観察モードと、サンプルアンドホールドモードと、平衡化モードと、を含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。フィルタリング継続監視モードでは、スイッチング素子26mをオープンするのに適切な制御電圧V26mがスイッチング素子26mの制御端子に印加され、スイッチング素子28mをクローズするのに適切な制御電圧V28mがスイッチング素子28mの制御端子に印加される。スイッチング素子28mをクローズすることによって、平衡化トランジスタ30mのゲートツーソース電圧が実質的にゼロに設定され、これによって、平衡化トランジスタ30mがオフとなる。加えて、フィルタのレジスタ34mおよび34(m+1)を流れる電流は実質的にゼロであり、したがって、キャパシタ36mは、電力セル24mにまたがる電圧に実質的に等しい電圧にまで充電される。MUX18(図1および2に図示する)は、出力端子16mO1および16mO2の電圧をADコンバータ20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mの電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって、電力セル24mにまたがる電圧が観察または監視される。
サンプルアンドホールド動作モードでは、スイッチング素子26mをオープンするのに適切な制御電圧V26mをスイッチング素子26mの制御端子に印加し、スイッチング素子28mをクローズするのに適切な制御電圧V28mをスイッチング素子28mの制御端子に印加する。スイッチング素子28mをクローズすることによって、平衡化トランジスタ30mのゲートツーソース電圧が実質的にゼロに設定され、これによって、平衡化トランジスタ30mがオフとなる。加えて、フィルタのレジスタ34mおよび34(m+1)を流れる電流は実質的にゼロであり、したがって、キャパシタ36mは、電力セル24mにまたがる電圧に実質的に等しい電圧にまで充電される、すなわち、キャパシタ36mは電力セル24mの電圧をサンプリングする。次に、スイッチング素子26mをオープンするのに適切な制御電圧V26mがスイッチング素子26mの制御端子に維持され、また、スイッチング素子28mをオープンするのに適切な制御電圧V28mがスイッチング素子28mの制御端子に印加される。MUX18およびADC20(図1および2に図示する)は、出力端子16mO1および16mO2が高インピーダンスネットワークに接続されるように構成される。トランジスタ30mのゲート端子は高インピーダンスの結節であるため、レジスタ34mおよびキャパシタ36mを電流が流れることはない。したがって、キャパシタ36mに現れるサンプリングされた電圧が保持される。キャパシタ36mにまたがる電圧は、出力端子16mO1と16mO2との間に現れる。MUX18(図1および2に図示する)は、出力端子16mO1と出力端子16mO2間の電圧をADコンバータ20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mの電圧を表すサンプリングされた電圧はADC20に伝達される。
平衡化動作モードでは、スイッチング素子26mをクローズするのに適切な制御電圧V26mがスイッチング素子26mの制御端子に印加され、スイッチング素子28mをオープンするのに適切な制御電圧V28mがスイッチング素子28mの制御端子に印加される。したがって、キャパシタ36mはスイッチング素子26mを通って放電され、トランジスタ30mは導通状態になり、レジスタ32mおよびトランジスタ30mを流れる平衡化電流によって電力セル24mが放電される。図3を参照して検討したように、スイッチング素子26mは平衡化スイッチまたはスイッチと呼び得るし、スイッチング素子28mはサンプリングスイッチまたはスイッチと呼び得る。
図8は、図1を参照して説明したように制御モジュール12およびフィルタ回路22を備え、図7を参照して説明したようにフィルタ回路22mおよびイスイッチングネットワーク16mの回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御モジュール200のブロック図である。インタフェース回路16は、図4を参照して説明した。
フィルタ22は複数のフィルタ部分221、222、・・・、22nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、・・・、24nに接続された入力端子と、インタフェースネットワーク16の対応する入力ピン12P1、12P2、12P3、12P4、・・・、12P(2n−1)、12P2n、12P(2n+1)に接続される出力端子と、を含む。フィルタ部分221は、入力端子221I1および22CI1と、出力端子221O1、221O2および22CO1と、を有し、フィルタ部分222は、入力端子22CI1および22CI2と、出力端子22CO1、222O2および22CO2と、を有し、フィルタ部分22nは、入力端子22CI(n−1)および22nI2と、出力端子22CO(n−1)、22nO2および22nO3と、を有する。フィルタ部分221、222、・・・、22nは図4を参照して説明した。加えて、図8の各フィルタ部分221、222、・・・、22nは、平衡化トランジスタおよび平衡化レジスタを含む。より具体的には、フィルタ部分221は、レジスタ321を介して入力端子221I1に接続されるドレイン端子と、入力端子22CI1に接続されるソース端子と、出力端子221O2として機能するか、または代替的に、出力端子221O2に接続されるゲート端子と、を有するトランジスタ301を含む。レジスタ321およびインピーダンス341は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子221I1に接続されるか、または代替的に、入力端子221I1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ321の他方の端子はトランジスタ301のドレイン端子に接続され、インピーダンス素子341の他方の端子はキャパシタ361の端子に接続されて、出力端子221O1として機能するか、または代替的に、出力端子221O1に接続される結節を形成する。キャパシタ361の他方の端子はトランジスタ301のゲート端子に接続され得るし、また、出力端子221O2に接続されるか、または代替的に、出力端子221O2として機能する結節を形成し得る。インピーダンス素子342は、トランジスタ301のソース端子に接続されて、入力端子22CI1に接続されるか、または代替的に、入力端子22CI1として機能する結節を形成する端子と、出力端子22CO1に接続されるか、または代替的に、出力端子22CO1として機能する端子と、を有する。インピーダンス素子342はフィルタ部分221および222に対して共通であることに留意されたい。
フィルタ部分222は、レジスタ322を介して入力端子22CI1に接続されるドレイン端子と、入力端子22CI2に接続されるソース端子と、出力端子222O2として機能するか、または代替的に、出力端子222O2に接続されるゲート端子と、を有するトランジスタ302を備える。レジスタ322およびインピーダンス素子342は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子22CI1に接続される端子を有する。レジスタ322の他方の端子はトランジスタ302のドレイン端子に接続され、レジスタ342の他方の端子はキャパシタ362の端子および出力端子22CO1に接続される。キャパシタ362の他方の端子は、トランジスタ302のゲート端子に接続され得る、また、出力端子222O2に接続されるか、または代替的に、出力端子222O2として機能する結節を形成する。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分221とフィルタ部分222との間に存在するように、フィルタ部分222とフィルタ部分223(図示せず)との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分22nは、レジスタ32nを介して入力端子22CI(n−1)に接続されるドレイン端子と、入力端子22nI2に接続されるソース端子と、出力端子22nO2と、して機能するか、または代替的に、出力端子22nO2に接続されるゲート端子と、を有するトランジスタ30nを備える。入力端子22CI(n−1)は、インピーダンス素子34nを介して出力端子22CO(n=1)に接続される。レジスタ32nおよびインピーダンス素子34nは各々が、一般的には一緒に入力端子22CI(n−1)に接続される端子を有する。レジスタ32nの他方の端子はトランジスタ30nのドレイン端子に接続され、インピーダンス素子34nの他方の端子はキャパシタ36nの端子に接続され、出力端子22CO(n−1)として機能するか、または代替的に、出力端子22CO(n−1)に接続され得る結節を形成し得る。出力端子22CO(n−1)は入力ピン12P(2n−1)に接続される。キャパシタ36nの他方の端子はトランジスタ30nのゲート端子に接続され、出力端子22nO2に接続され得るか、または代替的に、出力端子22nO2として機能する結節を形成し得る。インピーダンス素子34(n+1)は、トランジスタ30nのソース端子に接続されて、入力端子22nI2に接続され得るか、または代替的に、入力端子22nI2として機能する結節を形成する端子と、出力端子22nO3に接続され得るか、または代替的に、出力端子22nO3として機能する端子と、を有する。
引き続き図8を参照すると、スイッチング部分161、162、・・・、16nから成るインタフェースネットワーク16は、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。インタフェース回路16の動作モードは、図7を参照して説明した。
図9は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分22mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク16(図1および2を参照して説明した)のスイッチング部分16mの回路図である。図1のスイッチングネットワーク161、162、・・・、16nが、スイッチング部分16mから成り、かつ変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク161はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチングネットワーク162はスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチングネットワーク16nはスイッチング部分16mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。図9のスイッチング部分16mは図7のスイッチング部分16mに類似しているが、キャパシタ36mの端子の内の1つが入力ピン12P(2m−1)に接続されていない点だけが異なる。このように、キャパシタ36mは、入力ピン12P2mに接続された端子を有するが、その他の端子は図10に示すように別の回路と共有されている。図3を参照して検討したように、スイッチング素子26mは、平衡化スイッチまたは平衡化スイッチング素子と呼ばれ、スイッチ28mは、サンプリングスイッチまたはサンプリングスイッチング素子と呼ばれ得る。
図10は、図6を参照して説明したように制御モジュール12およびインタフェースネットワーク16を備え、図9を参照して説明したフィルタ回路22およびインタフェース回路16の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび回路モジュール250のブロック図である。制御モジュール250はバッテリ装置24に接続される。制御モジュール250は図6の制御モジュール150に類似しているが、フィルタ回路22がトランジスタ301、・・・、30nおよびインピーダンス素子321、・・・、32n等の平衡化素子をさらに含む点だけが異なる。より具体的には、フィルタ部分221は、レジスタ321を介して入力端子221I1に接続されるドレイン端子と、入力端子22CI1に接続されるソース端子と、出力端子221O2として機能するか、または代替的に、出力端子221O2に接続されるゲート端子と、を有するトランジスタ301を含む。レジスタ321およびインピーダンス341は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子221I1に接続されるか、または代替的に、入力端子221I1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ321の他方の端子はトランジスタ301のドレイン端子に接続され、インピーダンス素子341の他方の端子は、出力端子221O1として機能するか、または代替的に、出力端子221O1に接続され得るが、この出力端子は入力ピン12P1に接続される。キャパシタ361の1つの端子は入力ピン12PAに接続される。キャパシタ361の他方の端子はトランジスタ301のゲート端子に接続され、また、出力端子221O2に接続されるか、または代替的に、出力端子221O2として機能する結節を形成する。キャパシタ361のこの端子および出力端子221O2は、入力ピン12P2に接続される。インピーダンス素子342は、トランジスタ301のソース端子に接続されて、入力端子22CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子22CI1として機能する結節を形成する端子と、出力端子22CO1に接続され得るか、または代替的に、出力端子22CO1として機能する端子と、を有する。インピーダンス素子342はフィルタ部分221および222に対して共通であることに留意されたい。
フィルタ部分222は、レジスタ322を介して入力端子221I1に接続されるドレイン端子と、入力端子22CI2に接続されるソース端子と、出力端子222O2として機能するか、または代替的に、出力端子222O2に接続されるゲート端子と、を有するトランジスタ302を含む。レジスタ322およびインピーダンス342は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子22CI1に接続される端子を有する。レジスタ322の他方の端子はトランジスタ302のドレイン端子に接続され、インピーダンス素子342の他方の端子は、出力端子22CO1として機能するか、または代替的に、出力端子22CO1に接続され得るが、この出力端子は入力ピン12P3に接続される。キャパシタ362の1つの端子は、トランジスタ301のゲート、キャパシタ361の端子および入力ピン12P2に接続される。キャパシタ362の他方の端子はトランジスタ302のゲート端子に接続され、また、出力端子222O2に接続され得るか、または代替的に、出力端子222O2として機能する結節を形成するが、この出力部は入力ピン12P4に接続される。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分221とフィルタ部分222との間に存在するように、フィルタ部分222とフィルタ部分223(図示せず)との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分22nは、レジスタ32nを介して入力端子22CI(n−1)に接続されるドレイン端子と、入力端子22nI2に接続されるソース端子と、入力ピン12P2nに接続される出力端子22nO2として機能するか、または代替的に、出力端子22nO2に接続され得るゲート端子と、を有するトランジスタ30nを備える。インピーダンス素子34nは、トランジスタのソース端子に接続されて、入力端子22CI(n−1)に接続され得るか、または代替的に、入力端子22CI(n−1)として機能する結節を形成する端子と、出力端子22CO(n−1)に接続され得るか、または代替的に、入力端子22CO(n−1)として機能する端子と、を有する。出力端子22CO(n−1)は入力ピン12P(2n−1)に接続される。レジスタ32nおよびインピーダンス素子34nは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子22CI(n−1)に接続される端子を有する。レジスタ32nの他方の端子はトランジスタ30nのドレイン端子に接続され、インピーダンス素子34nの他方の端子は、出力端子22CO(n−1)として機能し得るか、または代替的に、出力端子22CO(n−1)に接続され得る。キャパシタ36nの他方の端子は、トランジスタ30nのゲート端子に接続され、出力端子22nO2に接続され得るか、または代替的に、出力端子22nO2として機能する結節を形成する。インピーダンス素子34(n+1)は、トランジスタ30nのソース端子に接続されて、入力端子22nI2に接続され得るか、または代替的に、入力端子22nI2として機能する結節を形成する端子と、入力ピン12P(2n+1)に接続される出力端子22nO3に接続され得るか、または代替的に、出力端子22nO3として機能する端子と、を有する。
別の実施形態によれば、セルの極性は、これらのセルが図に示す反対の極性となるように切り替えられる。あるいは、nチャネルトランジスタをpチャネルトランジスタと置き換えることが可能である。
制御モジュール250の動作は、平衡化動作モードを例外として、制御モジュール150(図6)の動作に類似している。デフォルトの動作モードがフィルタリングされた継続観察モードであり、これによって、スイッチング素子26A、281、・・・、28nがクローズされ、スイッチング素子261、・・・、26nが開いていると仮定すると、電力セル241にまたがる電圧は、スイッチング素子261をクローズするのに適切な制御電圧V261をスイッチング素子261の制御電圧に印加し、スイッチング素子281をオープンするのに適切な制御電圧V281をスイッチング素子281の制御電圧に印加することによって平衡化することが可能である。したがって、トランジスタ301は導通状態になり、レジスタ321およびトランジスタ301を流れる平衡化電流によって、電力セル241は放電される。
その他の電力セルにまたがる電圧は、同様の方法を用いることによって平衡化させることが可能であることに留意されたい。
図11は、本発明の実施形態による、フィルタ回路322に接続される制御モジュール312を備える電力セルモニタおよび制御回路300のブロック図である。電力セルモニタおよび制御回路300は、電力貯蔵装置24に接続される。制御モジュール312は、制御モジュール312の入力部に接続されるか、または代替的に、制御モジュール312の入力部として機能する入力部と、アナログツーデジタルコンバータ(ADC)20に接続される出力を有するマルチプレクサ(MUX)18の入力部に接続される出力部と、を有するインタフェースネットワーク316を含む。電力貯蔵装置24は、それぞれ、制御回路300の対応するフィルタ部分3221、3222、・・・、322nに接続される複数の電力セルまたはバッテリ241、242、・・・、24nから成り得る。あるいは、電力貯蔵装置は、キャパシタ、燃料セル等から成り得る。インタフェースネットワーク316は、複数のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nから成り得、ここで、スイッングネットワーク3161は、入力端子3161I1、3161I2、3161I3、3161I4、3161I5、3161I6および3161I7と、出力端子3161O1、3161O2、3161O3および3161O4と、を有し、スイッング素子3162は、入力端子3162I1、3162I2、3162I3、3162I4、3162I5、3162I6および3162I7と、出力端子3162O1、3162O2、3162O3および3162O4と、を有し、スイッング素子316nは、入力端子316nI1、316nI2、316nI3、316nI4、316nI5、316nI6および316nI7と、出力端子316nO1、316nO2、316nO3および316nO4と、を有する。別の実施形態によれば、入力端子3161I4は入力端子3162I1に接続されて入力端子316CI1を形成し、入力端子316(n−1)I4は入力端子316nI1に接続されて入力端子316CI(n−1)を形成し、出力端子3161O4は出力端子3162O1に接続されて出力端子316CO1を形成し、出力端子316(n−1)O4は出力端子316nO1に接続されて出力端子316cO(n−1)を形成する。
別の実施形態では、制御モジュール312は、入力ピンまたは入力リード線312P1、312P2、312P3、312P4、312P5、312P6、・・・、312P(3n−2)、312P(3n−1)、312P3nおよび312P(3n+1)を有する半導体パッケージ中のモノリシック集積された半導体デバイスであり、ここで、nは、整数を表す。例えば、入力端子3161I1、3161I2、3161I3、316CI1、3162I2、3162I3、・・・、316CI(n−1)、316nI2、316nI3および316nI4は、それぞれ、入力ピン312P1、312P2、312P3、312P4、312P5、312P6、・・・、312P(3n−2)、312P(3n−1)、312P3nおよび312P(3n+1)に接続される。入力端子3161I1、3161I2、3161I3、316CI1、3162I2、3162I3、・・・、316CI(n−1)、316nI2、316nI3および316nI4は、それぞれ、入力ピン312P1、312P2、312P3、312P4、312P5、312P6、・・・、312P(3n−2)、312P(3n−1)、312P3nおよび312P(3n+1)に直接に接続されていることが図示されているが、これは本発明の制限ではなく、例えば、入力端子3161I1、3161I2、3161I3、316CI1、3162I2、3162I3、・・・、316CI(n−1)、316nI2、316nI3および316nI4を他の回路素子を介して、それぞれ、入力ピン312P1、312P2、312P3、312P4、312P5、312P6、・・・、312P(3n−2)、312P(3n−1)、312P3nおよび312P(3n+1)に接続することが可能である。
別の実施形態によれば、制御モジュール312と、にフィルタ部分322またはフィルタ部分322の一部と、は、モノリシック集積されて、集積された半導体デバイスを形成する。このフィルタを部分的に集積した例を図22に示す。制御モジュール312と、フィルタ部分322またはフィルタ部分322の一部と、がモノリシック集積された実施形態では、入力ピン312P1、312P2、312P3、312P4、312P5、312P6、・・・、312P(3n−2)、312P(3n−1)、312P3nおよび312P(3n+1)は存在しない。
スイッチングネットワーク3161の入力端子3161I5、3161I6および3161I7は、それぞれ、制御信号V261、V281およびV311を受信するように結合されており、スイッチングネットワーク3162の入力端子3162I5、3162I6および3162I7は、それぞれ、制御信号V262、V282およびV312を受信するように結合されており、スイッチングネットワーク316nの入力端子316nI5、316nI6および316nI7は、それぞれ、制御信号V26n、V28nおよびV31nを受信するように結合される。
スイッチングネットワーク3161、・・・、316nの出力端子3161O1、3161O2、3161O3、316CO1、3162O2、3162O3、316CO(n−1)、316nO2、316nO3および316nO4は、MUX18の対応する入力端子に接続される。
フィルタ322は複数のフィルタ部分3221、3222、・・・、322nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セルに接続された入力端子と、インタフェースネットワーク316の対応する入力ピンに接続された出力端子と、を含む。フィルタ部分3221は、入力端子3221I1および3221I2と、出力端子3221O1、3221O2、3221O3および3221O4と、を有し、フィルタ部分3222は、入力端子3222I1および3222I2と、出力端子3222O1、3222O2、3222O3および3222O4と、を有し、フィルタ部分322nは、入力端子322nI1および322nI2と出力端子322nO1、322nO2、322nO3および322nO4と、を有する。ある実施形態によれば、入力端子3221I2は入力端子3222I1に接続されて入力端子322CI1を形成し、入力端子322(n−1)I2は入力端子322nI1に接続されて入力端子322CI(n−1)を形成し得る。出力端子322(n−1)04は出力端子3222O1に接続されて出力端子322CO1を形成し、出力端子3222O4は出力端子322nO1に接続されて出力端子322CO(n−1)を形成し得る。制御モジュール312がモノリシック集積された半導体デバイスであり、フィルタ322が個別の回路素子から形成される実施形態では、出力端子3221O1は入力ピン312P1に接続され、出力端子3221O2は入力ピン312P2に接続され、出力端子3221O3は入力ピン312P3に接続され、出力端子322CO1は入力ピン312P4に接続され、出力端子3222O2は入力ピン312P5に接続され;出力端子3222O3は入力ピン312P6に接続され、出力端子322CO(n−1)は入力ピン312P(3n−2)に接続され;出力端子322nO2は入力ピン312P(3n−1)に接続され;出力端子322nO3は入力ピン312P3nに接続され、出力端子322nO4は入力ピン312P(3n+1)に接続される。
入力端子3221I1は電力セル241の正極に接続され、入力端子322CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子322CI(n−1)は、電力セル24nの正極に接続され、入力端子322nI2は電力セル24nの負極に接続される。
添字「n」は整数を表すことに留意されたい。さらに、スイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316n、フィルタ部分3221、3222、・・・、322nおよび電力セル241、242、・・・、24nの個数は、本発明の制限ではないことに留意されたい。
図12は、本発明の別の実施形態に従う、フィルタ部分322mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図11のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nが、スイッチング部分316mから成り、変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク3161はスイッチング部分316mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチングネットワーク3162はスイッチング部分316mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチングネットワーク316nはスイッチング部分316mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。
スイッチング部分316mは、スイッチング素子326m、328mおよび331mを備えるが、ここで、各スイッチング素子326m、328mおよび331mは、制御端子および1対の導電端子を含む。より具体的には、スイッチング素子326mは、制御端子326m、1、導電端子326m、2および導電端子326m、3を有する。導電端子326m、2は、端子316mI1および316mO1に接続され、または代替的に、端子316mI1および316mO1は入/出力端子を形成し得る。スイッチング素子328mは、制御端子328m、1、導電端子328m、2および導電端子328m、3を有する。導電端子328m、2は、導電端子326m、3と、端子316mI2および316mO2と、に接続される。導電端子328m、3は、入力端子316mI4および出力端子316mO4に接続される。導電端子328m、3は、端子316mI4および316mO4に接続されるか、または代替的に、端子316mI4および316mO4が入/出力端子を形成し得る。導電端子331m、2は、入力端子316mI3および出力端子316mO3に接続される。端子326m、1、328m、1、および331m、1は、それぞれ、図11の端子316nI5、316nI6、および316nI7に対応することに留意されたい。スイッチング素子331mはサンプリングスイッチと呼ばれ、スイッチング素子328mおよび326mは平衡化スイッチまたは電流制御スイッチと呼ばれ得る。
フィルタ部分322mは、入力端子322mI1に接続されるか、または代替的に、入力端子322mI1として機能する端子と、出力端子322mO1に接続されるか、または代替的に、出力端子322mO1として機能する端子と、を有するインピーダンス素子334mを備える。出力端子322mO1は、エネルギー貯蔵素子336mを介して出力端子322mO2に接続され得る。入力端子322mI2は、インピーダンス素子334(m+1)を介して出力端子322mO3に接続され得る。例えば、インピーダンス素子334mおよび334(m+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336mはキャパシタである。スイッチング部分316mがモノリシック集積された半導体デバイスまたはモノリシック集積された半導体デバイスの一部であり、回路素子334m、334(m+1)および336mが個別の回路素子である実施形態では、回路素子334m、336mおよび334(m+1)は、入力ピン312P(3m−2)、312P3mおよび312P(3m+1)を介してスイッチング部分316mに接続される、すなわち、出力端子322mO1は入力ピン312P(3m−2)に接続され、出力端子322mO2は入力ピン312P3mに接続され、出力端子322mO3は入力ピン312P(3m+1)に接続される。入力ピン312P(3m−1)は、別の回路素子には接続されないことがある。別の実施形態では、フィルタが部分的にまたは完全にモノリシックに集積されており、それに従って出力ピンが変化する。インピーダンス素子はレジスタであることに限られないため、これらは記号Zで識別される、すなわち、他のタイプのインピーダンス素子であり得ることになる。
電力セル24mは、フィルタ部分22mの入力端子322mI1に接続された正極と、フィルタ部分322mの入力端子322mI2に接続された負極と、を有するバッテリセルを備える。
出力端子322mO1は入力ピン312P(3m−2)を介して入力端子316mI1に電気的に接続され、出力端子322mO2は入力ピン312P3mを介して入力端子316mI3に電気的に接続され、出力端子322mO3は入力ピン312P(3m+1)を介して入力端子316mI4に電気的に接続されることに留意されたい。
引き続き図12を参照すると、スイッチング部分316mは、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、これらのスイッチング素子の開放に好適な制御電圧V326mおよびV328mを、それぞれ、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に印加し、このスイッチング素子の閉鎖に好適な制御電圧V331mをスイッチング素子331mの制御端子に印加することによって監視される。したがって、電力セル24mにまたがる電圧は、出力端子316mO1と316mO3間に出力される。MUX18(図11に示す)は、出力端子316mO1と316mO3間の電圧をADコンバータ20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mのフィルタリングされた電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって電力セル24mにまたがる電圧を観察または監視する。
サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、これらのスイッチング素子の開放に好適な制御電圧V326mおよびV328mを、それぞれ、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に印加し、このスイッチング素子の閉鎖に好適な制御電圧V331Vmをスイッチング素子331mの制御端子に印加することによってサンプリングして記憶または保持することが可能である。キャパシタ336mは、電力セル24mにまたがる電圧に実質的に等しい電圧に充電される、すなわち、キャパシタ336mは電力セル24mの電圧をサンプリングする。
電力セル24mの電圧をサンプリングした後、スイッチング素子331mをオープンするのに適した制御電圧V331mがスイッチング素子331mの制御端子に印加されるが、スイッチング素子331mを開放構成に維持するのに適切な制御電圧V326mおよびV328mは、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に維持される。したがって、キャパシタ336mに現れるサンプリングされた電圧が保持されて、出力端子316mO1と316mO3間に現れる。MUX18は、出力端子316mO1と316mO3間の電圧をADC20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mのサンプルアンドホールド電圧を表すサンプリングされた電圧が、ADC20に伝達される。
平衡化動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、スイッチング素子326mおよび328mの閉鎖に好適な制御電圧V326mおよびV328mを、それぞれ、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に印加することによって平衡化することが可能である。したがって、インピーダンス素子334m、スイッチング素子326m、スイッチング素子328mおよびインピーダンス素子334(m+1)を通過する平衡化電流によって、電力セル24mが放電される。図3のスイッチング素子26mおよび28mと同様に、スイッチング素子326mは平衡化スイッチング素子または平衡化スイッチと呼ばれ、スイッチング素子331mはサンプリングスイッチング素子またはサンプリングスイッチと呼ばれ得る。
スイッチング素子328mはオプション素子であり、スイッチング素子328mが存在しない実施形態によれば、出力端子316mO2は出力端子316mO4に短絡されることに留意されたい。
図13は、図11を参照して説明したように制御モジュール312およびフィルタ回路322を備え、図12を参照して説明したフィルタ回路322およびインタフェース回路316の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御回路350のブロック図である。図11の実施形態と同様に、図13に示すインタフェースネットワーク316のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nは、スイッチング部分316mから成り、変数mは、図12を参照して説明されるように、整数1、2、・・・、nを表すために用いられる。例えば、スイッチングネットワーク3161はスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、1で置き換えられ、スイッチングネットワーク3162はスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、2で置き換えられ、スイッチングネットワーク316nはスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、nで置き換えられる。
制御回路350はバッテリ装置24に接続される。上述したように、制御モジュール312は、制御モジュール312の入力部に結合されるか、または代替的に、制御モジュール312の入力部として機能する入力端子と、ADC20に接続される出力部を有するマルチプレクサ(MUX)18の入力部に結合される出力端子と、を有するインタフェースネットワーク316を含む。
スイッチングネットワーク3161は、スイッチング素子3261、3281および3311を備えるが、ここで、各スイッチング素子3261、3281および3311は、制御端子および1対の導電端子を含む。より具体的には、スイッチング素子3261は、制御端子3261、1、導電端子3261、2および導電端子3261、3を有する。導電端子3261、2は端子3161I1および3161O1に接続され得るか、または代替的に、端子3161I1および3161O1は入/出力端子を形成し得る。スイッチング素子3281は、制御端子3281、1、導電端子3281、2および導電端子3281、3を有する。導電端子3281、2は、導電端子3261、3と、端子3161I2および3161O2と、に接続される。導電端子3281、3は、入力端子316CI1および出力端子316CO1に接続される。導電端子3281、3は、端子316CI1および316CO1に接続され得るか、または代替的に、端子316CI1および316cO1が入/出力端子を形成し得る。導電端子3311、2は、入力端子3161I3および出力端子316mO3に接続される。端子3261、1、3281、1および3311、1は、それぞれ、図11の端子3161I5、3161I6および3161I7に対応することに留意されたい。
スイッチングネットワーク3162は、スイッチング素子3262、3282および3312を備えるが、ここで、各スイッチング素子3262、3282、および3312は、制御端子および1対の導電端子を含む。より具体的には、スイッチング素子3262は、制御端子3262、1、導電端子3262、2、および導電端子3262、3を有する。導電端子3262、2は端子316CI1および316CO1に接続され得るか、または代替的に、端子316CI1および316CO1は入/出力端子を形成し得る。スイッチング素子3282は、制御端子3282、1、導電端子3282、2および導電端子3282、3を有する。導電端子3282、2は、導電端子3262、3と、端子3162I2および3162O2と、に接続される。導電端子3312、2は、入力端子3162I3および出力端子3162O3に接続される。導電端子3282、3および3312、3は、以下に説明するスイッチングネットワーク316nに接続される。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、スイッチングネットワーク3161とスイッチングネットワーク3162との間に存在するように、スイッチングネットワーク3162とスイッチングネットワーク3162に接続されたスイッチング部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、スイッチングネットワーク3162の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
スイッチング部分316nは、スイッチング素子326n、328nおよび331nを備えるが、ここで、各スイッチング素子326n、328n、および331nは、制御端子および1対の導電端子を含む。より具体的には、スイッチング素子326nは、制御端子326n、1、導電端子326n、2、および導電端子326n、3を有する。導電端子326n、2は、端子316CI(n−1)および316CO(n−1)に接続され、または代替的に、端子316CI(n−1)および316CO(n−1)は入/出力端子を形成し得る。スイッチング素子328nは、制御端子328n、1、導電端子328n、2および導電端子328n、3を有する。導電端子328n、2は、導電端子326n、3と、端子316nI2および316nO2とに接続される。導電端子328n、3は、入力端子316nI4および出力端子316nO4に接続される。導電端子328n、3は、端子316nI4および316nO4に接続されるか、または代替的に、端子316nI4および316nO4が入/出力端子を形成し得る。導電端子331n、2は、入力端子316nI3および出力端子316nO3に接続され、導電端子331n、3は、入力端子316nI4および出力端子316nO4に接続される。
フィルタ322は複数のフィルタ部分3221、3222、・・・、322nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、・・・、24nに接続される入力端子と、スイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nの対応する入力端子に接続される出力端子と、を含む。フィルタ部分3221は、入力端子3221I1および322CI1と、出力端子3221O1、3221O2および322CO1と、を有し、フィルタ部分3222は、入力端子322CI1および322CI2と、出力端子322CO1、3222O2および322CO2と、を有し、フィルタ部分322nは、入力端子322CI(n−1)および322nI2と、出力端子322CO(n−1)、322nO2および322nO3と、を有する。
入力端子3221I1は、電力セル241の正極に接続され、入力端子322CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子322CI(n−1)は電力セル24nの正極に接続され、入力端子322nI2は電力セル24nの負極に接続される。
フィルタ部分3221は、インピーダンス素子3341および3342と、エネルギー貯蔵素子3361と、を備える。より具体的には、出力端子3221O1は、インピーダンス素子3341を介して入力端子3221I1に、エネルギー貯蔵素子3361を介して出力端子3221O2に接続される。入力端子322CI1は、インピーダンス素子3342を介して出力端子322CO1に接続される。インピーダンス素子3342はフィルタ部分3221および3222に対して共通であることに留意されたい。例えば、インピーダンス素子3341および3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3361はキャパシタである。
フィルタ部分3222は、インピーダンス素子3342およびキャパシタ3362を備える。より具体的には、出力端子322CO1は、インピーダンス素子3342を介して入力端子322CI1に、エネルギー貯蔵素子3362を介して出力端子3222O2に接続される。例えば、インピーダンス素子3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3362はキャパシタである。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分3221とフィルタ部分3222との間に存在するように、フィルタ部分3222と、フィルタ部分3222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分3222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分322nは、レジスタ334nおよび334(n+1)と、エネルギー貯蔵素子336nと、を備える。より具体的には、出力端子322CO(n−1)は、インピーダンス素子334nを介して入力端子322CI(n−1)に、エネルギー貯蔵素子336nを介して出力端子322nO2に接続される。入力端子322nI2は、インピーダンス素子334(n+1)を介して出力端子322nO3に接続される。例えば、インピーダンス素子334nおよび334(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336nはキャパシタである。
引き続き図13を参照すると、インタフェースネットワーク316は、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。インタフェース回路316の動作モードは、図12を参照して説明されている。
スイッチング素子3281、3282、・・・、328nはオプション素子であり、スイッチング素子3281、3282、・・・、328nが存在しない実施形態によれば、それぞれ、出力端子3161O2が出力端子3161O4に短絡され、出力端子3162O2が出力端子3162O4に短絡され、出力端子316nO2が出力端子316nO4に短絡されることに留意されたい。
図14は、本発明の別の実施形態による、フィルタ部分322mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク316(図12および13を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図11および15のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nが、スイッチング部分316mから成り、変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク3161はスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、1で置き換えられ、スイッチングネットワーク3162はスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、2で置き換えられ、スイッチングネットワーク316nはスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、nで置き換えられる。図14のスイッチング部分316mは図12のスイッチング部分316mに類似しているが、キャパシタ336mの端子のうちの1つが入力ピン312P(3m−2)に接続されていない点だけが異なる。したがって、キャパシタ336mは、一方の端子は入力ピン312P3mに接続されているが、他方の端子は入力ピン312P(3m−2)には接続されない。図12を参照して検討したように、スイッチング素子326mは平衡化スイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子331mはサンプリングスイッチング素子と呼ばれ得る。
スイッチング素子328mはオプション素子であり、スイッチング素子328mが存在しない実施形態によれば、出力端子316mO2は出力端子316mO4に短絡される。
図15は、図11を参照して説明したように制御モジュール312およびフィルタ回路322を備え、図14を参照して説明したフィルタ回路322およびインタフェース回路316の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御モジュール400のブロック図である。図15の実施形態はまた、図15で入力ピン312P2、312P5および312P(3n−1)がフローティング状態に置かれている点が図11の実施形態と異なることに留意されたい。制御モジュール400はバッテリ装置24に接続される。上述したように、制御モジュール312は、制御モジュール312の入力部に接続されるか、または代替的に、制御モジュール312の入力部として機能する入力端子と、ADC20に接続される出力部を有するMUX18の入力部に接続される出力端子と、を有するインタフェースネットワーク316を含む。インタフェース回路316は、スイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nおよびスイッチング素子326Aから成る。スイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nは、図13を参照して説明した。
スイッチング素子326Aは、制御信号V326Aを受信するように結合された制御端子326A1、導電端子326A2および導電端子326A3を有する。制御端子326A1は入力端子316A1として機能し得る。導電端子326A2は、導電端子316AI1および出力端子316AO1に接続される。導電端子326A3は、入力端子3161I1、出力端子3161O1および導電端子3261、2に接続される。
出力端子3161O1、3161O2、3161O3、316CO1、3162O2、3162O3、・・・、316CO(n−1)、316nO2、316nO3、316nO4および316AO1は、MUX18の対応する入力端子に接続される。
フィルタ322は複数のフィルタ部分3221、3222、・・・、322nから成り、ここで、各フィルタ部分は、電力貯蔵装置24の対応する電力セル241、242、・・・、24nに接続される入力端子と、スイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nの対応する入力端子に接続された出力端子と、を含む。フィルタ部分3221は、入力端子3221I1および322CI1と、出力端子3221O1、3221O2および322CO1と、を有し、フィルタ部分3222は、入力端子322CI1および322CI2と、出力端子322CO1、3222O2および322CO2と、を有し、フィルタ部分322nは、入力端子322CI(n−1)および322nI2と、出力端子322CO(n−1)、322nO2および322nO3と、を有する。
入力端子3221I1は、電力セル241の正極に接続され、入力端子322CI1は、それぞれ、電力セル241および242の負極および正極に接続される。入力端子322CI(n−1)は電力セル24nの正極に接続され、入力端子322nI2は、電力セル24nの負極に接続される。
フィルタ部分3221は、インピーダンス素子3341および3342と、エネルギー貯蔵素子3361と、を備えるが、ここで、エネルギー貯蔵素子3361は、入力ピン312PAに接続された端子と、入力ピン312P3に接続された端子と、を有する。出力端子3221O1は入力ピン312P1に接続される。入力端子322CI1は、インピーダンス素子3342を介して出力端子322CO1に接続され、出力端子322CO1は入力ピン312P4に接続される。インピーダンス素子3342はフィルタ部分3221および3222に対して共通であることに留意されたい。例えば、インピーダンス素子3341および3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3361はキャパシタである。
フィルタ部分3222は、インピーダンス素子3342およびエネルギー貯蔵素子3362を備える。出力端子322CO1は、入力ピン312P4に接続される。エネルギー貯蔵素子3362の1つの端子は入力ピン312P3に接続され、キャパシタ3362の他方の端子は入力ピン312P6に接続される。例えば、インピーダンス素子3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3362はキャパシタである。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分3221とフィルタ部分3222との間に存在するように、フィルタ部分3222と、フィルタ部分3222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、フィルタ部分3222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
フィルタ部分322nは、インピーダンス素子334nおよび334(n+1)と、エネルギー貯蔵素子336nと、を備える。出力端子322CO(n−1)は、入力ピン312P(3n−2)に接続される。入力端子322CI(n−1)は、インピーダンス素子334nを介して出力端子322CO(n−1)に接続される。入力端子322nI2は、インピーダンス素子334(n+1)を介して出力端子322nO3に接続される。エネルギー貯蔵素子336nの1つの端子は入力ピン312P6に接続され、エネルギー貯蔵素子336nの他方の端子は入力ピン312P3nに接続される。例えば、インピーダンス素子334nおよび334(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336nはキャパシタである。
別の実施形態によれば、セルの極性は、これらのセルが図に示す反対の極性となるように切り替えられる。
引き続き図15を参照すると、スイッチングネットワーク3161、・・・、316nは、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび内部平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。既に検討したように、動作モードは、スイッチング素子326A、3261、・・・、326n、3281、・・・、328nおよび3311、・・・、331nの状態に従って、すなわち、これらのスイッチング素子がオープンされクローズされオープンまたはクローズされる組み合わせに従って選択し得る。
フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、スイッチング素子3261、・・・、326nおよび3281、・・・、328nがオープンされるように構成し、スイッチング素子3311、・・・、331nおよび326Aがクローズされるように構成することによって監視される。例えば、電力セル241にまたがる電圧は、MUX18の、出力端子316AO1および3161O3の電圧をADC20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル241のフィルタリングされた電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって、電力セル241にまたがる電圧が観察または監視される。同様に、電力セル242にまたがる電圧は、MUX18の、出力端子3161O3および3162O3の電圧をADC20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル242のフィルタリングされた電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって、電力セル242にまたがる電圧が観察または監視される。電力セル24nにまたがる電圧は、MUX18の、出力端子316(n−1)O3および316nO3の電圧をADC20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。このように、電力セル24nのフィルタリングされた電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって、電力セル24nにまたがる電圧が観察または監視される。
微分サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、スイッチング素子326A、3261、・・・、326n、3281、・・・、328n、および3311、・・・、331nの制御端子に、それぞれ、適当な制御電圧V326A、V3261、・・・、V326n、V3281、・・・、V328n、およびV3311、・・・、V331nを印加することによってサンプリングならびに記憶もしくは保持することが可能である。サンプリングするために、スイッチング素子は、フィルタリング継続観察モードを可能とするように構成される。このようなスイッチ構成に応答して、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧に実質的に等しい電圧まで充電される、すなわち、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nの電圧をサンプリングする。キャパシタ3361、・・・、336nは、フィルタとして機能し、サンプリングされた信号をフィルタリングする。スイッチング素子326Aおよび3311、・・・、331nのオン抵抗(Rdson)は、キャパシタ3361、・・・、336nの両端子と直列になっており、これによって、同相雑音に付きものの問題が軽減される。
電力セル241、・・・、24nの電圧をサンプリングした後、情報は、これらスイッチング素子の開放に好適な制御信号V326AおよびV3311、・・・、V331nを、それぞれ、スイッチング素子326Aおよび3311、・・・、331nの制御端子に印加することによってキャパシタ3361、・・・、336n上に保持される。スイッチング素子3261、・・・、326nは、開放状態にとどまる、すなわち、フィルタリング継続観察モードのときと同じ状態を保つ。このスイッチング素子構成に応答して、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nのスタックから隔離され、これによって、電力セル241、・・・、24n上に出力された電圧が保持される。
電力セル241の電圧を表すサンプリングされた電圧は、MUX18の、出力端子316AO1および3161O3の電圧をADコンバータ20に伝達する構成に応答して監視することが可能である。MUX18の、出力端子3161O3および3162O3の電圧をADC20に伝達する構成に応答して、電力セル242の電圧を表すサンプリングされた電圧がADC20に伝達される。MUX18の、出力端子316(n−1)O3および316nO3の電圧をADC20に伝達する構成に応答して、電力セル24nの電圧を表すサンプリングされた電圧がADC20に伝達される。
内部平衡化動作モードでは、スイッチング素子3311、・・・、331nおよび362Aはオープンされたりクローズされたりするが、一方、電力セル241、・・・、24nは、図6とスイッチング素子261、・・・、26nおよび281、・・・、28nを参照してした場合と同様にスイッチング素子3261、・・・、326nおよび3281、・・・、328nを用いて平衡化される。
スイッチング素子3281、3282、・・・、328nはオプション素子であり、スイッチング素子3281、3282、・・・、328nが存在しない実施形態によれば、それぞれ、出力端子3161O2が出力端子3161O4に短絡され、出力端子3162O2が出力端子3162O4に短絡され、出力端子316nO2が出力端子316nO4に短絡されることに留意されたい。
図16は、本発明の別の実施形態による、フィルタ部分322を介して電力セル24に接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図13、15および17のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nが、スイッチング部分316mから成り、変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチングネットワーク3161はスイッチング部分316mに対応し、ここで、mは、1で置き換えられ、スイッチングネットワーク3162はスイッチング素子316mに対応し、ここで、mは、2で置き換えられ、スイッチングネットワーク316nはスイッチング素子316mに対応し、ここで、mは、nで置き換えられる。
スイッチング部分316mを図12を参照して説明した。例えば、スイッチング素子326mおよび328mは単純なトランジスタプリドライバを形成するが、いずれかの極性を持つ外部平衡化素子を駆動することが可能な他のなんらかのプリドライバ回路で置き換えることが可能である。
図16のフィルタ部分322mは、図12を参照して説明したフィルタ部分に類似しているが、平衡化素子330mが平均化素子330mおよび332mを含む点だけが異なる。平均化素子330mは、NPNバイポーラトランジスタ、PNPバイポーラトランジスタ、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFET等で有り得る。例えば、平衡化素子330mおよび332mは、それぞれ、NチャネルMOSFETトランジスタおよびレジスタである。NチャネルMOSFET330mは、レジスタ332mを介して入力端子322mI1に接続されるドレイン端子と、入力端子322mI2に接続されるソース端子と、入力ピン312P(3m−1)に接続される出力端子322mO2として機能するか、または代替的に、出力端子322mO2に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子322mO1は、インピーダンス素子334mを介して入力端子322mI1に接続される。エネルギー貯蔵素子336mは、入力ピン312P(3m−2)に接続された端子と、入力ピン312P3mに接続された端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子334mおよび334(m+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336mはキャパシタである。レジスタ332mおよび334mは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322mI1に接続されるか、または代替的に、入力端子322mI1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ332mの他方の端子はトランジスタ330mのドレイン端子に接続され、レジスタ334mの他方の端子はキャパシタ336mの端子に接続されて、出力端子322mO1として機能するか、または代替的に、出力端子322mO1に接続される結節を形成する。上述したように、キャパシタ336mの他方の端子は出力ピン312P3mに接続される。レジスタ334(m+1)は、トランジスタ330mのソース端子に接続されて、入力端子322mI2に接続されるか、または代替的に、入力端子322mI2として機能し得る結節を形成する端子を有し、そして、入力端子として機能し得るか、または代替的に、入力端子322mO4に接続される端子をも有する。
電力セル24mは、フィルタ部分322mの入力端子322mI1に接続された正極と、フィルタ部分322mの入力端子322mI2に接続された負極と、を有するバッテリセルを備える。
出力端子322mO1は入力ピン312P(3m−2)に電気的に接続され、出力端子322mO2は入力ピン312P(3m−1)に電気的に接続され、出力端子322mO4は入力ピン312P(3m+1)に電気的に接続されることに留意されたい。
引き続き図16を参照すると、スイッチング部分316mは、フィルタリング継続監視もしくは観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、このスイッチング素子の開放に好適な制御電圧V326mをスイッチング素子326mの制御端子に印加し、これらのスイッチング素子の閉鎖に好適な制御電圧V328mおよびV331mを、それぞれ、スイッチング素子328mおよび331mの制御端子に印加することによって監視される。したがって、電源セル24mのフィルタリングされた電圧は、出力端子316mO1と316mO3間に現れる。MUX18(図11に図示する)は、出力端子316mO1と316mO3間の電圧をADC20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mの電圧を表す電圧がADC20に伝達され、これによって、電力セル24mにまたがる電圧が観察または監視される。
サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、このスイッチング素子の開放に好適な制御電圧V326mをスイッチング素子326mの制御端子に印加し、これらのスイッチング素子の閉鎖に好適な制御電圧V328mおよびV331mを、それぞれ、スイッチング素子328mおよび331mの制御端子に印加することによってサンプリングならびに記憶もしくは保持される。キャパシタ336mは、電力セル24mにまたがる電圧に実質的に等しい電圧にまで充電される、すなわち、ャパシタ336mは電力セル24mの電圧をサンプリングする。
電力セル24mの電圧をサンプリングした後、スイッチング素子331mの開放に好適な制御電圧V331mがスイッチング素子331mの制御端子に印加される一方で、スイッチング素子326mおよび328mを、それぞれ、開放構成および閉鎖構成で維持するのに好適な制御電圧V326mおよびV328mは、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に維持される。したがって、キャパシタ336mに現れるサンプリングされた電圧が保持されて、出力端子316mO1と316mO3間に現れる。MUX18は、出力端子316mO1と316mO3間の電圧をADC20に伝達するように構成される。したがって、電力セル24mのサンプルアンドホールド電圧を表す電圧が、ADC20に伝達される。
平衡化動作モードでは、電力セル24mにまたがる電圧は、スイッチング素子326mの閉鎖およびスイッチング素子328mの開放に好適な制御電圧V326mおよびV328mを、それぞれ、スイッチング素子326mおよび328mの制御端子に印加することによって平衡化することが可能である。したがって、インピーダンス素子332mおよびトランジスタ330mを通過する平衡化電流によって、電力セル24mが放電される。図12を参照して検討したように、スイッチング素子326mは平衡化スイッチング素子またはスイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子331mはサンプリングスイッチング素子と呼ばれ得る。
図17は、図11および16を参照して説明したように制御モジュール312およびフィルタ回路322を備え、図16を参照して説明したフィルタ回路322およびインタフェース回路316の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび制御回路450のブロック図である。制御モジュール450はバッテリ装置24に接続される。制御モジュール450は、制御モジュール350に類似しているが、制御モジュール450が平衡化構造体3301、3302、・・・、330nおよび平衡化構造体3321、3322、・・・、332nを含む点だけが異なる。より具体的に、また、図13を参照して説明した制御モジュール350の説明に続いて、トランジスタ3301は、レジスタ3321を介して入力端子3221I1に接続されるドレイン端子と、入力端子322CI1に接続されるソース端子と、入力ピン312P2に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子3221O1は、インピーダンス素子3341を介して入力端子3221I1に接続される。エネルギー貯蔵素子3361は、入力ピン312P1に接続される端子と、入力ピン312P3に接続される端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子3341および3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3361はキャパシタである。レジスタ3321および3341は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子3221I1に接続され得るか、または代替的に、入力端子3221I1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ3321の他方の端子はトランジスタ3301のドレイン端子に接続され、レジスタ3341の他方の端子はキャパシタ3361の端子に接続されて、出力端子3221O1として機能するか、または代替的に、出力端子3221O1に接続され得る結節を形成する。レジスタ3342は、トランジスタ3301のソース端子に接続されて、入力端子322CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI1として機能し得る結節を形成する端子と、出力端子322CO1として機能し得るか、または代替的に、出力端子322CO1に接続され得る端子と、を有する。
トランジスタ3302は、レジスタ3322を介して入力端子322CI1に接続されるドレイン端子と、入力端子322CI(n−1)に接続されるソース端子と、入力ピン312P5に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子322CO1は、インピーダンス素子3342を介して入力端子322CI1に接続される。エネルギー貯蔵素子3362は、入力ピン312P4に接続された端子と、入力ピン312P6に接続された端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子3342および3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3362はキャパシタである。レジスタ3322および3342は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI1を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ3322の他方の端子はトランジスタ3302のドレイン端子に接続され、レジスタ3342の他方の端子はキャパシタ3362の端子に接続されて、出力端子322CO1として機能するか、または代替的に、出力端子322CO1に接続され得る結節を形成する。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分3221とフィルタ部分3222との間に存在するように、フィルタ部分3222と、フィルタ部分3222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、スイッチングネットワーク3222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
トランジスタ330nは、レジスタ332nを介して入力端子322CI(n−1)に接続されるドレイン端子と、入力端子322nI2に接続されるソース端子と、入力ピン312P(3n−1)に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子322nO4は、インピーダンス素子334(n+1)を介して入力端子322nI2に接続される。エネルギー貯蔵素子336nは、入力ピン312P(3n−2)に接続される端子と、入力ピン312P3nに接続される端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子334(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336nはキャパシタである。レジスタ332nおよび334nは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI(n−1)に接続されるか、または代替的に、入力端子322CI(n−1)を形成する結節を形成する端子を有する。レジスタ332nの他方の端子はトランジスタ330nのドレイン端子に接続され、レジスタ334nの他方の端子はキャパシタ336nの端子に接続されて、出力端子322CO(n−1)として機能するか、または代替的に、出力端子322CO(n−1)に接続される結節を形成する。レジスタ334(n+1)は、トランジスタ330nのソース端子に接続されて、入力端子322nI2に接続され得るか、または代替的に、入力端子322nI2として機能する結節を形成する端子と、入力ピン312P(3n+1)に接続され得る出力端子322nO4として機能するか、または代替的に、出力端子322nO4に接続され得る端子と、を有する。
引き続き図17を参照すると、スイッチング部分3161、・・・、316nは、フィルタリング継続観察モード、サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。図16を参照して検討したように、動作モードは、スイッチング素子3261、・・・、326n、3281、・・・、328nおよび3311、・・・、331nの状態に従って、すなわち、これらのスイッチング素子がオープンされクローズされオープンまたはクローズされる組み合わせに従って選択し得る。
図18は、本発明の別の実施形態による、フィルタ部分322mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図11のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nが、スイッチング部分316mから成り、変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチング素子3161はスイッチング素子316mに対応し、ここで、mは、1で置き換えられ、スイッチング素子3162はスイッチング素子316mに対応し、ここで、mは、2で置き換えられ、スイッチング素子316nはスイッチング素子316mに対応し、ここで、mは、nで置き換えられる。図18のスイッチング部分316mは図16のスイッチング部分316mに類似しているが、キャパシタ336mの端子のうちの1つが入力ピン312P1に接続されていない点だけが異なる。したがって、キャパシタ336mは、一方の端子は入力ピン312P3mに接続されているが、他方の端子は入力ピン312P(3m−1)には接続されない。図12を参照して検討したように、スイッチング素子326mは平衡化スイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子331mはサンプリングスイッチング素子と呼ばれ得る。
図19は、図11および17を参照して説明したように制御モジュール312およびフィルタ回路322を備え、図18を参照して説明したフィルタ回路322およびインタフェース回路316の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび回路モジュール500のブロック図である。制御モジュール500はバッテリ装置24に接続される。制御モジュール500は制御モジュール400に類似しているが、制御モジュール500が平衡化構造体3301、3302、・・・、330nおよび平衡化構造体3321、3322、・・・、332nを含む点だけが異なる。より具体的に、また、図15を参照して説明した制御モジュール400の説明に続いて、トランジスタ3301は、レジスタ3321を介して入力端子3221I1に接続されるドレイン端子と、入力端子322CI1に接続されるソース端子と、入力ピン312P2に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子3221O1は、インピーダンス素子3341を介して入力端子3221I1に接続される。エネルギー貯蔵素子3361は、入力ピン312PAに接続される端子と、入力ピン312P3に接続される端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子3341および3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3361はキャパシタである。レジスタ3321および3341は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子3221I1に接続され得るか、または代替的に、入力端子3221I1を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ3321の他方の端子はトランジスタ3301のドレイン端子に接続され、レジスタ3341の他方の端子は、出力端子3221O1を介して入力ピン312P1に接続される。レジスタ3342は、トランジスタ3301のソース端子に接続されて、入力端子322CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI1として機能し得る結節を形成する端子と、入力ピン312P4に接続され得る出力端子322CO1として機能し得るか、または代替的に、出力端子322CO1に接続され得る端子と、を有する。
トランジスタ3302は、レジスタ3322を介して入力端子322CI1に接続されるドレイン端子と、入力端子322CI(n−1)に接続されるソース端子と、出力端子3222O2を介して入力ピン312P5に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子322CO1は、インピーダンス素子3342を介して入力端子322CI1に接続される。エネルギー貯蔵素子3362は、入力ピン312P3に接続された端子と、入力ピン312P6に接続された端子と、を有する。例えば、インピーダンス素子3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3362はキャパシタである。レジスタ3322および3342は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI1を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ3322の他方の端子はトランジスタ3302のドレイン端子に接続され、レジスタ3342の他方の端子は、出力端子322CO1を介して入力ピン312P4に接続される。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分3221とフィルタ部分3222との間に存在するように、フィルタ部分3222と、フィルタ部分3222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、スイッチングネットワーク3222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
トランジスタ330nは、レジスタ332nを介して入力端子322CI(n−1)に接続されるドレイン端子と、入力端子322nI2に接続されるソース端子と、出力端子322nO2を介して入力ピン312P(3n−1)に接続されるゲート端子と、を有する。出力端子322nO4は、インピーダンス素子334(n+1)を介して入力端子322nI2に接続される。エネルギー貯蔵素子336nは、入力ピン312P3nに接続された端子を有する。例えば、インピーダンス素子334(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336nはキャパシタである。レジスタ332nおよび334nは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI(n−1)に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI(n−1)を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ332nの他方の端子はトランジスタ330nのドレイン端子に接続され、レジスタ334nの他方の端子は、出力端子322CO(n−1)を介して入力ピン312P(3n−2)に接続される。レジスタ334(n+1)は、トランジスタ330nのソース端子に接続されて、入力端子322nI2に接続され得るか、または代替的に、入力端子322nI2として機能する結節を形成する端子と、入力ピン312P(3n+1)に接続される出力端子322nO4として機能し得るか、または代替的に、入力端子322nO4に接続され得る端子と、を有する。
別の実施形態によれば、セルの極性は、これらのセルが図に示す反対の極性となるように切り替えられる。あるいは、nチャネルトランジスタをpチャネルトランジスタと置き換えることが可能である。
引き続き図19を参照すると、スイッチングネットワーク3161、・・・、316nは、フィルタリング継続観察モード、微分サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。既に検討したように、動作モードは、スイッチング素子326A、3261、・・・、326n、3281、・・・、328nおよび3311、・・・、331nの状態に従って、すなわち、これらのスイッチング素子がオープンされクローズされオープンまたはクローズされる組み合わせに従って選択し得る。
フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、スイッチング素子3261、・・・、326nがオープンされるように構成し、スイッチング素子3281、・・・、328n、3311、・・・、331nおよび326Aがクローズされるように構成することによって監視される。電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧は、図15を参照して説明したのと類似した技法を用いてMUX18を構成することによって、ADC20によって監視することが可能である。
微分サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧は、適当な制御電圧V326A、V3261、・・・、V326n、V3281、・・・、V328nおよびV3311、・・・、V331nを、それぞれ、スイッチング素子326A、3261、・・・、326n、3281、・・・、328nおよび3311、・・・、331nの制御端子に印加することによってサンプリングならびに記憶もしくは保持することが可能である。サンプリングするために、スイッチング素子は、フィルタリング継続観察モードを可能とするように構成される。このようなスイッチング素子構成に応答して、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧に実質的に等しい電圧まで充電される、すなわち、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nの電圧をサンプリングする。キャパシタ3361、・・・、336nは、フィルタとして機能し、サンプリングされた信号をフィルタリングする。スイッチング素子326Aおよび3311、・・・、331nのオン抵抗(Rdson)は、キャパシタ3361、・・・、336nの両端子と直列になっており、これによって、同相雑音に付きものの問題が軽減される。
電力セル241、・・・、24nの電圧をサンプリングした後、情報は、これらスイッチング素子の開放に好適な制御信号V326AおよびV3311、・・・、V331nを、それぞれ、スイッチング素子326Aおよび3311、・・・、331nの制御端子に印加することによってキャパシタ3361、・・・、336n上に保持される。スイッチング素子3261、・・・、326nおよび3281、・・・、328nは状態を変化させない、すなわち、フィルタリング継続観察モードのときと同じ状態を保つ。このスイッチング素子構成に応答して、キャパシタ3361、・・・、336nは、電力セル241、・・・、24nのスタックから隔離され、これによって、電力セル241、・・・、24n上に出力された電圧が保持される。
電力セル241、・・・、24nのサンプルアンドホールドされた電圧は、図15を参照して説明したのと同じような方法でMUX18を構成することによってADC20によって監視することが可能である。
平衡化動作モードでは、スイッチング素子3311、・・・、331nおよび362Aはオープンされたりクローズされたりするが、一方、電力セル241、・・・、24nは、図16および17を参照して説明したのと類似の技法を用いて平衡化される。
図20は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分322を介して電力セル24に接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図21のスイッチングネットワーク3161、3162、・・・、316nが、スイッチング部分316mから成り、変数mが、整数1、2、・・・、nを表すために用いられることに留意されたい。例えば、スイッチング素子3161はスイッチング素子316mに対応するが、ここで、mは、1に置き換えられ、スイッチング素子3162はスイッチング素子316mに対応するが、ここで、mは、2に置き換えられ、スイッチング素子316nはスイッチング素子316mに対応するが、ここで、mは、nに置き換えられる。
スイッチング部分316mを図12を参照して説明した。スイッチング素子326mは、図12に示す実施形態のような平衡化レジスタ332mが存在しない実施形態で平衡化のために用いられるオプション回路素子である。
フィルタ部分322mは、図14を参照して説明したフィルタ部分に類似しているが、平衡化素子332mを含む点だけが異なる。出力端子322mO1は、インピーダンス素子334mを介して入力端子322mI1に接続される。エネルギー貯蔵素子336mは、入力ピン312P3mに接続された端子を有する。例えば、平衡化素子332mおよび334mと334(m+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336mはキャパシタである。レジスタ332mおよび334mは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322mI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322mI1を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ332mの他方の端子は、出力端子322mO2を介して入力ピン312P(3m−1)に接続される。キャパシタ336mの一方の端子は、入力ピン312P3mに接続される出力端子322mO3に接続され得るか、または代替的に、出力端子322mO3として機能し得る。キャパシタ336mの他方の端子は、図21に示すように他の回路に接続され得る。レジスタ334(m+1)は、入力端子322mI2に接続され得るか、または代替的に、入力端子222mI2として機能する端子と、出力端子322mO4として機能するか、または代替的に、出力端子322mO4に接続される端子と、を有する。
電力セル24mは、フィルタ部分322mの入力端子322mI1に接続された正極と、フィルタ部分322mの入力端子322mI2に接続された負極と、を有するバッテリセルを備える。
出力端子322mO1は入力ピン312P(3m−2)に電気的に接続され、出力端子322mO2は入力ピン312P(3m−1)に電気的に接続され、出力端子322mO3は入力ピン312P3mに電気的に接続され、出力端子322mO4は入力ピン312P(3m+1)に電気的に接続されることに留意されたい。
図21は、図11を参照して説明したように制御モジュール312およびフィルタ回路322を備え、図20を参照して説明したフィルタ回路322およびインタフェース回路316の回路実装物の実施形態をさらに含む電力セルモニタおよび回路モジュール550のブロック図である。制御モジュール550はバッテリ装置24に接続される。制御モジュール550は制御モジュール500に類似しているが、制御モジュール550が平衡化構造体3321、3322、・・・、332nを含むが、平衡化構造体3301、3302、・・・、330nは含まない点だけが異なる。より具体的に、また、図19を参照して説明した制御モジュール500の説明に続いて、出力端子3221O1は、インピーダンス素子3341を介して入力端子3221I1に接続される。エネルギー貯蔵素子3361は、入力ピン312PAに接続される端子と、入力ピン312P3に接続される端子と、を有する。例えば、平衡化素子3321およびインピーダンス素子3341及び3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3361はキャパシタである。レジスタ3321および3341は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子3221I1に接続され得るか、または代替的に、入力端子3221I1を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ3321の他方の端子は、出力端子3221O2に接続され得るか、または代替的に、出力端子3221O2として機能し、レジスタ3341の他方の端子はキャパシタ3361の端子に接続されて、出力端子3221O1として機能し得るか、または代替的に、出力端子3221O1に接続され得る結節を形成し得る。出力端子3221O1は入力ピン312P1に接続され、出力端子3221O2は入力ピン312P2に接続される。レジスタ3342は、入力端子322CI1に接続されるか、または代替的に、入力端子322CI1として機能する端子と、出力端子322CO1として機能し得るか、または代替的に、出力端子322CO1に接続され得る端子と、を有する。
出力端子322CO1は、インピーダンス素子3342を介して入力端子322CI1に接続される。エネルギー貯蔵素子3362は、入力ピン312P3に接続された端子と、入力ピン312P6に接続された端子と、を有する。例えば、平衡化回路3322およびインピーダンス素子3342はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子3362はキャパシタである。レジスタ3322および3342は各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI1に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI1を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ3322の他方の端子は、出力端子3222O2に接続されるか、または代替的に、出力端子3222O2として機能し、レジスタ3342の他方の端子は、出力端子322CO1として機能し得るか、または代替的に、出力端子322CO1に接続され得る。出力端子3322O2は入力ピン312P5に接続される。類似の共有コンポーネントおよび接続部が、フィルタ部分3221とフィルタ部分3222との間に存在するように、フィルタ部分3222と、フィルタ部分3222に接続された別のフィルタ部分との間に存在することに留意されたい。明瞭さのために、スイッチングネットワーク3222の全てのコンポーネントが図示されているわけではない。
出力端子322nO4は、インピーダンス素子334(n+1)を介して入力端子322nI2に接続される。エネルギー貯蔵素子336nは、入力ピン312P3nに接続された端子を有し、出力端子322nO3として機能し得る。例えば、平衡化回路332nおよびインピーダンス素子334(n+1)はレジスタであり、エネルギー貯蔵素子336nはキャパシタである。レジスタ332nおよび334nは各々が、一般的には一緒に接続されて、入力端子322CI(n−1)に接続され得るか、または代替的に、入力端子322CI(n−1)を形成し得る結節を形成する端子を有する。レジスタ332nの他方の端子は、入力ピン312P(3n−1)に接続され得る出力端子322nO2に接続され得るか、または代替的に、出力端子322nO2として機能し、レジスタ334nの他方の端子は入力ピン312P(3n−2)に接続され得る。レジスタ334(n+1)は、入力端子322nI2に接続されるか、または代替的に、入力端子322nI2として機能し得る端子と、入力ピン312P(3n+1)に接続され得る出力端子322nO4として機能し得るか、または代替的に、出力端子322nO4に接続され得る端子と、を有する。
別の実施形態によれば、セルの極性は、これらのセルが図に示す反対の極性となるように切り替えられる。
引き続き図21を参照すると、スイッチングネットワーク3161、・・・、316nは、フィルタリング継続観察モード、微分サンプルアンドホールドモードおよび平衡化モードを含む少なくとも3つの互いに異なる動作モードで動作する。既に検討したように、動作モードは、スイッチング素子326A、3261、・・・、326n、3281、・・・、328nおよび3311、・・・、331nの状態に従って、すなわち、これらのスイッチング素子がオープンされクローズされオープンまたはクローズされる組み合わせに従って選択し得る。
フィルタリング継続観察動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧を、スイッチング素子3261、・・・、326nおよび3281、・・・、328nがオープンされるように構成し、スイッチング素子3311、・・・、331nおよび326Aがクローズされるように構成することによって監視される。電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧は、MUX18を、図15を参照してした構成と同様に構成することによってADC20によって監視することが可能である。
微分サンプルアンドホールド動作モードでは、電力セル241、・・・、24nにまたがる電圧は、図19を参照して説明したのと類似した技法およびスイッチング構成を用いてADC20によって監視することが可能である。
平衡化動作モードでは、スイッチング素子3311、・・・、331nおよび362Aがオープンまたはクローズされる。電力セル241を平衡化するために、スイッチング素子3261はオープンされ、スイッチング素子3281はクローズされる。したがって、インピーダンス素子3321、スイッチング素子3281およびインピーダンス素子3342を通過する平衡化電流によって、電力セル241が放電される。その他の電力セルにまたがる電圧は、類似の技法を用いて平衡化され得ることに留意されたい。図12を参照して検討したように、スイッチング素子328mは平衡化スイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子331mはサンプリングスイッチング素子と呼ばれ得る。スイッチング素子3261、・・・、326nは、省略し得るオプションの回路素子であることに留意されたい。
図22は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分322mを介して電力セル24mに接続されるインタフェースネットワーク316(図14および15を参照して説明した)のスイッチング部分316Amの回路図である。スイッチング部316Amは図14を参照して説明したスイッチング部316mに類似しているが、電流制御素子328m、入力ピン312P(3m−1)、端子316mI2および端子316mO2が存在せず、電流制御素子326mの導電端子326m、3がスイッチング素子331mの導電端子331m、3に接続され、スイッチング部分316Amが、スイッチング端子331mに接続されるフィルタリングインピーダンス素子Zfをさらに含む点だけが異なる。フィルタリングインピーダンス素子Zfは端子331m、2と端子316mI3との間に接続されているところが図示されているが、これは本発明の制限ではない。例えば、フィルタリングインピーダンス素子Zfは、端子331m、3と端子316mI4との間に接続され得る。
したがって、図22は、フィルタインピーダンス素子をサンプルアンドホールド経路でフィルタ抵抗と部分的に集積したものを備える実施形態を示す。この実施形態によれば、平衡化経路の全体的なインピーダンスはフィルタ機能から分離されており、これは、平衡化電流が高いまたは上昇していたり、インピーダンス素子334および334(m+1)が低抵抗値を有するオーム抵抗である図14、15、20および21に示すような実施形態で図22のフィルタ部分322mを使用する際に有益である。インピーダンス素子Zfを含むことによって、インピーダンス素子334mおよび334(m+1)から実質的に独立したより小型のフィルタ記憶素子336mを使用することが可能となる。
図23は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分322を介して電力セル24に接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図23の実施形態は、スイッチング素子326mおよび328mが、出力ピン312P(3m−1)に接続される出力部と出力端子316mO2に接続される入力部と、を有するプリドライバ327mで置き換えられる図16のそれに類似している。プリドライバ327mは、駆動信号VDRIVE1を受信するために結合された端子と、駆動信号VDRIVE2を受信するために結合された端子と、を有する。スイッチング素子326mおよび328mに類似したスイッチング素子はプリドライバ327mに含まれることに留意されたい。
図24は、本発明の別の実施形態によれば、フィルタ部分322を介して電力セル24に接続されるインタフェースネットワーク316(図11を参照して説明した)のスイッチング部分316mの回路図である。図24の実施形態は、スイッチング素子326mおよび328mが、出力ピン312P(3m−1)に接続される出力部と出力端子316mO2に接続される入力部と、を有するプリドライバ327mで置き換えられる図18のそれに類似している。プリドライバ327mは、駆動信号VDRIVE1を受信するために結合された端子と、駆動信号VDRIVE2を受信するために結合された端子と、を有する。スイッチング素子326mおよび328mに類似したスイッチング素子は、プリドライバ327mに含まれることに留意されたい。
以下に示す構成は、本発明の実施態様の例を示す。
第1端子、第2端子、および第3端子を有するスイッチングネットワークと、
第1入力端子および第2入力端子と、第1出力端子、第2出力端子、および第3出力端子と、を有するフィルタ回路と、を備え、
前記第1出力端子が、前記スイッチングネットワークの前記第1端子に結合され、前記第3出力端子が、前記スイッチングネットワークの前記第3端子に結合される、モニタおよび制御回路(米国特許出願(13/753,832)の出願時の請求項1に対応、以下同様)。
前記スイッチングネットワークが、
制御端子と、第1電流供給端子と、第2電流供給端子と、を有する第1スイッチング素子であって、前記第1スイッチング素子の前記第2電流供給端子が、前記フィルタ回路の前記第2出力端子に結合される、第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に結合され、制御端子と、第1電流供給端子と、第2電流供給端子と、を有する電流制御素子であって、平衡電流を導通させるか、または前記平衡電流を導通させることができる素子を制御するように構成される、電流制御素子と、
を備える、段落0172に記載されたモニタおよび制御回路(請求項2に対応)。
前記フィルタ回路が、
第1端子および第2端子を有する第1エネルギー貯蔵素子であって、前記第2端子が、前記フィルタ回路の前記第2出力端子として機能する、第1エネルギー貯蔵素子と、
第1端子および第2端子を有する第1インピーダンス素子であって、前記第1端子が、前記フィルタ回路の前記第1入力端子として機能し、前記第2端子が、前記フィルタ回路の前記第1出力端子として機能する、第1インピーダンス素子と、
第1端子および第2端子を有する第2インピーダンス素子であって、前記第1端子が、前記フィルタ回路の前記第2入力端子として機能し、前記第2端子が前記フィルタ回路の前記第3出力端子として機能する、第1インピーダンス素子と、
を備える、段落0173に記載されたモニタおよび制御回路(請求項3に対応)。
前記電流制御素子の前記第1電流供給端子が、前記第1スイッチングネットワークの前記第1端子に結合される、段落0174に記載されたモニタおよび制御回路(請求項4に対応)。
前記第1スイッチング素子と直列に結合されるインピーダンスをさらに含む、段落0174に記載されたモニタおよび制御回路(請求項5に対応)。
前記第1スイッチング素子の前記第2電流供給端子が、前記電流導通素子の前記第2電流供給端子に結合される、段落0174に記載されたモニタおよび制御回路(請求項6に対応)。
前記第1スイッチング素子の前記第1電流供給端子が、前記電流導通素子の前記第1電流供給端子に結合される、段落0174に記載されたモニタおよび制御回路(請求項7に対応)。
制御端子と、第1電流供給端子および第2電流供給端子と、を有する第2スイッチング素子であって、前記第2スイッチング素子の前記第1電流供給端子が、前記電流導通素子の前記第2電流供給端子に結合される第2スイッチング素子をさらに含む、段落0178に記載されたモニタおよび制御回路(請求項8に対応)。
制御電極と、第1電流供給電極および第2電流供給電極と、を有する第1トランジスタであって、前記第1トランジスタの前記制御電極が、前記電流導通素子の前記第2電流供給端子に結合され、前記第1トランジスタの前記第2電流供給電極が、前記第1インピーダンス素子および第2インピーダンス素子のうちの1つの前記第1端子に結合される、第1トランジスタと、
第1端子および第2端子を有する第3インピーダンス素子であって、前記第3インピーダンス素子の前記1の端子が、前記第1インピーダンス素子および第2インピーダンス素子のうちの1つの前記第1端子に結合され、前記第3インピーダンス素子の前記第2端子が、前記第1トランジスタの前記第1電流供給電極に結合される、第3インピーダンス素子と、
をさらに含む、段落0174に記載されたモニタおよび制御回路(請求項9に対応)。
前記フィルタ回路が、
第1端子および第2端子を有する第1インピーダンス素子であって、前記第1端子が、前記フィルタ回路の前記第1入力端子として機能する、第1インピーダンス素子と、
第1端子および第2端子を有する第2インピーダンス素子であって、前記第1端子が、前記フィルタ回路の前記第2入力端子として機能し、前記第2端子が、前記フィルタ回路の前記第3出力端子として機能する、第2インピーダンス素子と、
第1端子および第2端子を有する第1エネルギー貯蔵素子であって、前記第1エネルギー貯蔵素子の前記第1端子が、前記第1インピーダンス素子および第2インピーダンス素子のうちの1つの前記第2端子に結合され、前記第1エネルギー貯蔵素子の前記第2端子が、前記フィルタ回路の前記第2出力端子として機能する、第1エネルギー貯蔵素子と、
を備える、段落0173に記載されたモニタおよび制御回路(請求項10に対応)。
制御電極と、第1電流供給電極および第2電流供給電極と、を有する第1トランジスタであって、前記制御電極が、前記第1エネルギー貯蔵素子の前記第2端子に結合され、前記第2電流供給電極が、前記電流導通素子の前記第1電流供給端子に結合される、第1トランジスタと、
第1端子および第2端子を有する第3インピーダンス素子であって、前記第3インピーダンス素子の前記第1端子が、前記第1インピーダンス素子の前記第1端子に結合され、前記第3インピーダンス素子の前記第2端子が、前記第1トランジスタの前記第1電流供給電極に結合される、第3インピーダンス素子と、
をさらに含む、段落0181に記載されたモニタおよび制御回路(請求項11に対応)。
第1端子、第2端子、および第3端子を有するスイッチングネットワークと、
前記スイッチングネットワークの前記第1端子に結合される第1インピーダンス素子と、
前記スイッチングネットワークの前記第2端子に結合されるエネルギー貯蔵素子と、
前記スイッチングネットワークの前記第3端子に結合される第2インピーダンス素子と、
を備える回路(請求項12に対応)。
前記スイッチングネットワークが、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する、サンプリングスイッチであって、前記サンプリングスイッチの前記第2端子が、前記エネルギー貯蔵素子の前記第2端子に結合される、サンプリングスイッチと、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する平衡化スイッチであって、前記平衡化スイッチの前記第2端子が、前記サンプリングスイッチの前記第2端子に結合され、前記平衡化スイッチの前記第1端子が、前記スイッチングネットワークの前記第3端子に結合される、平衡化スイッチと、
を備える、段落0183に記載された回路(請求項13に対応)。
制御電極と、第1電流供給電極および第2電流供給電極と、を有する、トランジスタであって、前記制御電極が、前記スイッチングネットワークの前記第2端子に結合され、前記第1電流供給電極が、前記第2インピーダンス素子に結合され、前記第2電流供給電極が、前記第1インピーダンス素子に結合される、トランジスタと、
前記トランジスタの前記第1電流供給電極と前記第2インピーダンス素子との間に結合される第3インピーダンス素子と、
をさらに含む、段落0184に記載された回路(請求項14に対応)。
前記スイッチングネットワークが、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する、サンプリングスイッチであって、前記サンプリングスイッチの前記第2端子が、前記エネルギー貯蔵素子の前記第2端子に結合される、サンプリングスイッチと、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する、第1平衡化スイッチであって、前記第1平衡化スイッチの前記第1端子が、前記サンプリングスイッチの前記第1端子に結合される、第1平衡化スイッチと、
を備える、段落0183に記載された回路(請求項15に対応)。
前記スイッチングネットワークが、第4端子をさらに備える、段落0183に記載された回路(請求項16に対応)。
前記スイッチングネットワークが、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有するサンプリングスイッチであって、前記サンプリングスイッチの前記第1端子が、前記第1インピーダンス素子に結合され、前記サンプリングスイッチの前記第2端子が、前記エネルギー貯蔵素子に結合される、サンプリングスイッチと、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する、第1平衡化スイッチであって、前記第1平衡化スイッチの前記第1端子が、前記サンプリングスイッチの前記第1端子に結合され、前記第1平衡化スイッチの前記第2端子が、前記スイッチング回路の前記第4端子に結合される、第1平衡化スイッチと、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有する、第2平衡化スイッチであって、前記第2平衡化スイッチの前記第2端子が、前記スイッチング回路の前記第4端子に結合され、前記第2平衡化スイッチの前記第1端子が、前記第2インピーダンス素子に結合される、第2平衡化スイッチと、
を備える、段落0187に記載された回路(請求項17に対応)。
制御電極と、第1電流供給電極および第2電流供給電極と、を有する、トランジスタであって、前記制御電極が、前記スイッチングネットワークの前記第4端子に結合され、前記第1電流供給電極が、前記第3インピーダンス素子に結合され、前記第2電流供給電極が、前記第1インピーダンス素子に結合される、トランジスタと、
前記トランジスタの前記第1電流供給電極と前記第2インピーダンス素子との間に結合される第3インピーダンス素子と、
をさらに含む、段落0188に記載された回路(請求項18に対応)。
前記スイッチングネットワークが、
制御端子と、第1端子および第2端子と、を有するスイッチであって、前記スイッチの前記第1端子が、前記第1インピーダンスに結合され、前記スイッチの前記第2端子が、前記エネルギー貯蔵素子に結合される、スイッチと、
制御電極と、第1電流供給電極および第2電流供給電極と、を有する、トランジスタであって、前記制御電極が、前記スイッチングネットワークの前記第4端子に結合され、前記第2電流供給電極が、前記第1インピーダンス素子に結合される、トランジスタと、
前記トランジスタの前記第1電流供給電極と前記第2インピーダンス素子との間に結合される第3インピーダンス素子と、
入力および出力を有するプリドライバであって、前記出力が、前記スイッチングネットワークの前記第4端子に結合される、プリドライバと、
をさらに備える、段落0187に記載された回路(請求項19に対応)。
前記エネルギー貯蔵素子が、第1端子および第2端子を有し、前記第2端子が、前記スイッチングネットワークの前記第2端子に結合され、前記第1端子が、前記第2インピーダンス素子に結合される、段落0190に記載された回路(請求項20に対応)。
1つ以上の電力セルとインタフェースをとるための方法であって、
フィルタリング第1動作モードでインタフェース回路を動作させて、前記1つ以上の電力セルの第1電力セルの電圧をフィルタリングおよび監視する段階と、
第2動作モードで前記インタフェース回路を動作させて、前記第1電力セルの前記電圧をサンプリングする段階と、
平衡第3動作モードで前記インタフェース回路を動作させて、前記第1電力セルの前記電圧を平衡化させる段階と、
を含む方法(請求項21に対応)。
前記第1動作モードで前記インタフェース回路を動作させることが、第1スイッチの第1スイッチ構成への構成、第2スイッチの第2スイッチ構成に形成されると、前記第1電力セルの前記電圧をフィルタリングフィルタリングおよび監視することを含む、段落0192に記載された方法(請求項22に対応)。
前記第2動作モードで前記インタフェース回路を動作させることが、前記第1スイッチおよび第2スイッチの前記第2スイッチ構成に形成されると、前記第1電力セルからサンプリングされた電圧を発生させて、前記サンプリングされた電圧を保持することを含む、段落0193に記載された方法(請求項23に対応)。
前記第3動作モードで前記インタフェース回路を動作させることが、前記第2スイッチの前記第1スイッチ構成に形成されると、前記第1電力セルの前記電圧を平衡化させることを含む、段落0194に記載された方法(請求項24に対応)。
前記第1スイッチを前記第1スイッチ構成になるように構成することが、前記第1スイッチをクローズすることを含み、前記第2スイッチを前記第2スイッチ構成になるように構成することが、前記第2スイッチをオープンすることを含む、段落0195に記載された方法(請求項25に対応)。
具体的な実施形態を本明細書に説明したが、本発明を開示された実施形態に制限すること、を意図するものではない。本発明の趣旨から逸脱することなく、修正および変更を実施することが可能であること、を、当業者は理解するであろう。本発明は、このような修正および変更の全てが添付された請求の範囲内に収まるものとしてその範囲に含めること、を意図するものである。例えば、セルの極性は、これらのセルが図に示す反対の極性となるように切り替えられ得る。あるいは、nチャネルトランジスタをpチャネルトランジスタと置き換えることが可能である。