JP2014524227A - 簡単な管理手段を有するアキュムレータの電池システム - Google Patents

Abstract

本発明は、アキュムレータの電池のシステム（１）に関し、複数の電気化学的アキュムレータ（４）と、電力接続線（７１、７２）と、コンピュータ（５２）とを含んでいる。電力接続線（７１、７２）は、電気負荷（５５）または充電電源（８）を前記電気化学的アキュムレータに接続し、コンピュータ（５２）は、電力接続を介して、電気化学的アキュムレータ（４）に接続されている。この電池システムは、複数の測定回路（３）を更に含んでいる。測定回路（３）は、それぞれの電気化学的アキュムレータに接続され、各アキュムレータの端子における電圧を測定し、測定電圧が閾値を超えたときには、各アキュムレータの端子において、電圧降下を誘起するように構成されている。コンピュータ（５２）は、前記電圧降下を識別するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気化学アキュムレータ電池に関する。この電池は、例えば、電気輸送手段、ハイブリッド輸送手段、またはそれらに組み込まれているシステムの分野で使用される。

電気化学アキュムレータは、通常、次の値の公称電圧を有している。
・ＮｉＭＨ型電池に対して１．２Ｖ、
・リチウムイオンリン酸鉄（すなわちＬｉＦｅＰＯ４）技術に対して３．３Ｖ、
・酸化コバルトに基づくリチウムイオン型技術に対して３.７Ｖ。

しかし、これらの公称電圧は、多くのシステムへの給電の要求条件に対しては、低すぎる。電圧の適切なレベルを得るためには、複数のアキュムレータが直列に接続される。高い値の電力および容量を得るためには、アキュムレータの複数のグループが並列に配置される。段数（アキュムレータのグループの数）および各段の並列接続されたアキュムレータの数は、電池に対して要求される電圧、電流、および容量に応じて変化する。複数のアキュムレータを組み合わせたものは、アキュムレータ電池と呼ばれている。

アキュムレータを、充電すると、その端子における電圧は大となる。各アキュムレータは、例えば、所与の充電電流に対するアキュムレータの電圧の時間変化によって定まる適切な充電レベルを有している。

アキュムレータは、例えば、所与の電流のもとで、その電気化学過程によって定まる公称電圧レベルに達したときに、充電されたとみなされる。この電圧に達する前に充電を中断すると、アキュムレータは、完全には充電されない。アキュムレータはまた、充電が所定の時間続けられたとき、または、アキュムレータを一定電圧で充電し、充電電流が最小閾値に達したときに、充電が完了したとみなされる。

製造上のばらつきによって、個々のアキュムレータは、異なる特性を有する。その差異は、電池が新品のときには小さいが、アキュムレータが不均一に疲労した場合には大となる。同時に製造されたアキュムレータが電池の中に含まれている場合でも、この差異は、存在する。電池の充電は、一般的に、異なるアキュムレータの中で電圧測定を行う制御装置によって監視される。

酸化コバルトに基づくリチウムイオン型アキュムレータの電圧の範囲は、典型的には、２．７〜４．２Ｖである。アキュムレータをこの範囲外で使用と、電池のアキュムレータが不可逆的に劣化する可能性がある。過充電は、アキュムレータの破壊、疲労の加速（電解液の劣化により）、またはサーマルストール現象による爆発につながる。従って、従来技術の制御装置では、各アキュムレータの充電を監視している。これにより、最も高く充電されたアキュムレータが、その動作範囲の上限値に達したときには、全てのアキュムレータの充電は、中断される。従って、十分に充電されていないアキュムレータの電圧は、上限値よりも低い値となる。

制御装置はまた、最も充電されていないアキュムレータが動作範囲の下限に達したときには、電池の放電を中断する。

従って、各アキュムレータの充電レベルを制御装置が確認できるようにするために、種々のコネクタが存在する。電池の安全性のレベルを高めるために、制御装置が他の作動パラメータ（アキュムレータの温度等）を検証できるようにするコネクタが、しばしば使用される。

複数のアキュムレータが存在する場合、従来において、電圧および温度を測定するための回路が、各アキュムレータに設けられている。制御装置は、マスターボードやコンピュータによって管理される複数のスレーブボードを備えている。これらのボードは、グループ分けされている。各スレーブボードは、ポイントツーポイント配線によって、複数（例えば８，または１６）の測定回路に接続されている。

このような構成では、アキュムレータは、高電圧を達成する電位に保持されなければならない。これにより、電圧測定は、接地から絶縁されているか、または高いレベルの共通電位の下で行われなければならない。自動車では、コンピュータは、一般的に、埋め込まれたネットワークと、その付属品への電力供給に特化されている１２Ｖの電池から給電される。組込みネットワークの電池は、車両のアースに接続されているので、スレーブボードとコンピュータとの間の通信のためには、アースに対する絶縁を十分に行う必要があることが分かる。また、測定回路とスレーブボードとの間のポイントツーポイント接続は、多数の接続を有するため、実質的な配線の長さは、相当に長いものとなる。従って、このような構成では、無視できない、コストと複雑さとが生じる。さらに、ポイントツーポイント配線接続の数が多いと、アキュムレータに直接接続して短絡する危険性が大となる。そのため、注意深い設計と製造が必要となる。これは、特に、保護システム（ヒューズまたはサーキットブレーカ）を統合しなければならないことを意味するものである。

特許文献１は、複数の直列接続されたアキュムレータを有する電池、電池の端子における電圧を測定する回路、通信回路、および制御回路に関する説明を記載している。通信回路は、電池の端子における電圧が閾値をよぎったときの電圧変動を、制御回路に通知する。

多数のアキュムレータが存在する場合の別の公知の構成においては、電圧および温度を測定するための回路は、各アキュムレータに固定されている。測定回路は、同一の通信バスに接続されている。コンピュータは、測定回路によってこの通信バス上で送信されている情報を取得する。

このような構成によって、ポイントツーポイント配線接続の欠点を回避することができる。しかしながら、このような構成によると、配線に高いレベルの電圧がかかるので、接地からの絶縁を有する特別に設計されたバスが必要になる。バスは、電池の中の非常に高い電圧レベルに接続されるので、バスの設計には、特別な注意を払わなければならない。従って、接地から絶縁することは、高価になり、複雑であり、かつ電池の中に、そのようなバスを統合することは、実施面で問題を提起する。

日本国特許第ＪＰ２００９―０８９４５３号明細書

本発明は、これらの欠点の１つ以上を解決することを目的としている。

従って、本発明は、アキュムレータの電池システムに関する。このアキュムレータの電池システムは、
− 直列に接続された複数の電気化学アキュムレータと、
− 電気負荷または充電電源を前記電気化学アキュムレータに接続する電力接続と、
− 電力接続によって電気化学アキュムレータに接続されている制御装置とを備えている。

システムは、更に、
− 複数の測定回路であって、各電気化学アキュムレータに取り付けられ、その各アキュムレータの端子電圧を測定するように構成されている測定回路と、
− 複数の通信回路であって、各電気化学アキュムレータに取り付けられ、測定電圧が閾値に達したときには、各アキュムレータの端子における電圧降下を誘起するように構成されている通信回路とを備えている。

制御装置は、電圧における前記降下を識別するように構成されている。

１つの変形例においては、測定回路および通信回路は、それぞれのアキュムレータによって給電される。

別の変形例においては、通信回路は、測定された電圧が閾値に達したときには、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数の、電圧降下を示す交流信号を誘起するように構成されている。

さらに別の変形例においては、通信回路は、このアキュムレータの端子における電圧が最大充電電圧に達したとき、または、このアキュムレータ端子における電圧が最小放電電圧に達したときには、それらのそれぞれのアキュムレータの端子において、電圧降下を誘起するように構成されている。

更に別の変形例においては、通信回路は、最大充電電圧に対しては、最小放電電圧に対する電圧降下のデューティ比よりも大きいデューティ比を有する電圧降下を誘起するように構成されている。

ある変形例においては、通信回路は、明白な電圧降下を生成するように構成され、制御装置は、生成された電圧降下に対する通信回線を同定するように構成されている。

別の変形例においては、このシステムは、
− 電力接続に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器と、
− ＤＣ／ＡＣ変換器と制御装置との間に挿入された寄生素子防止フィルタとを備えている。

更に別の変形においては、このシステムは、２０より大きい数の、直列接続されたアキュムレータを備え、電池の端子における電圧は、５０Ｖより高い。

更に別の変形においては、通信回路は、測定された電圧が閾値をよぎったときには、それらのアキュムレータの端子には、少なくとも０．１％の電圧降下を誘起するように構成されている。

１つの変形例においては、通信回路は、アキュムレータの端子の間に電気負荷を接続することにより、アキュムレータの端子における電圧降下を誘起する

本発明はまた、電池の、直列接続された電気化学アキュムレータにおける充電を管理するための方法にも関し、この方法は、
− それぞれのアキュムレータに取り付けられた測定回路によって、アキュムレータの端子における電圧を測定するステップと、
− 前記測定回路の１つを使用して、そのそれぞれのアキュムレータの端子における電圧が閾値に達したことを検出するステップと、
− 閾値に達したことが検出されたアキュムレータに対しては、端子において電圧降下を生成するステップと、
− 電気負荷または充電電源を前記アキュムレータに接続している電力接続を介して電気化学アキュムレータに接続されている制御装置によって、電圧降下を検出するステップとを備えている

１つの変形例においては、本発明の方法は、各アキュムレータによって測定回路への電力供給を行うステップを含んでいる。

別の変形例においては、電圧降下の発生は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数を有する、前記アキュムレータの端子における電圧降下を示す交流信号の発生を含んでいる。

さらに別の変形例においては、電圧降下の発生は、前記アキュムレータの端子と電気素子との接続を含み、前記電気素子は、接続されている間に、前記アキュムレータの端子において少なくとも０．１％の電圧降下を誘起するように構成されている。

本発明の他の特徴および利点は、以下に示す説明を読み、添付の図面を参照することによって、明確になると思う。なお、これらの説明は、決して網羅的でない実施例に関するものである。

本発明におけるアキュムレータの電池システムを示す図である。 測定回路および関連するアキュムレータの等価的電気回路図である。 電池の中の寄生インダクタと寄生キャパシタとのモデルを示す図である。 本発明による測定回路において実現される論理構成の１つの例を示す図である。 フィルタモジュールの１つの例を示す図である。 異なる周波数を有するクロック信号を発生する発振器の一例を示す図である。 １つの符号化例における異なる送信の間で測定された相関を示すグラフである。

本発明は、異なるセンサによって行われた測定を、キャリア電流を介して、制御装置に送信することを基礎としている。送信は、測定されたアキュムレータの端子における電圧を低下させることによって行われる。測定回路は、アキュムレータに取り付けられ、アキュムレータの端子に負荷を接続することにより、この電圧降下を誘導する。この送信は、直列接続されたアキュムレータの電力接続によって実行される。

この電圧によって、システムの接地からの絶縁に関する制約を制限することができ、特に、情報を送信するために必要な接続配線を減らすことによってコストを低減させることができる。

図１は、電動モータ５５を駆動するようになっている、本発明におけるアキュムレータ電池システム１を示す。アキュムレータ電池システム１は、直列接続された電気化学アキュムレータ４を含む電池２を備えている。電池２は、必要な電圧、および用いられるアキュムレータの種類に応じて、多数のアキュムレータ４（典型的に、は２０〜１００個のアキュムレータ）を備えている。アキュムレータ４は、接続線７１を介して直列接続されている。各アキュムレータ４は、それに接続された回路３を備えている。回路３は、例えば、典型的には、それに関連付けられた要素に固定されている。回路３は、電圧測定機能ならびに通信機能を有している。回路３は、以下においては、一般的な用語「測定回路」と呼ぶことにする。

電池２は、接続線７２によってフィルタモジュール５１に接続されている。ＥＭＣフィルタとして知られている電磁寄生素子防止フィルタ５３もまた、接続線７２を介して、電池２に接続されている。フィルタ５３は、フィルタモジュール５１とＡＣ／ＤＣ変換器５４との間に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器５４もまた、接続線７２に接続され、電池２と交流電流の下で働く成分（この場合には、電動モータ５５と交流充電源８）との間のインタフェースを形成している。

フィルタ５３は、モータ５５の作動時に、それ自体は公知の方法で、ＤＣネットワーク上の電磁擾乱を除去する。フィルタ５３は、特に高いレベルの充電または放電電流に対する電力切り替え回路によって誘導される可能性がある高次高調波をフィルタリングする。フィルタモジュール５１は、測定回路３から提供される情報を復調する。フィルタモジュール５１は、測定回路３によって送信された信号に対応する低電圧信号を提供する。集中制御装置（この場合には、コンピュータ５２により形成されている）は、フィルタモジュール５１に接続され、低電圧信号を取得する。コンピュータ５２は、低電圧ネットワーク（例えば、自動車の中に埋め込まれたネットワーク）によって給電することができる。変換器５４とフィルタモジュール５１との間にフィルタ５３が存在することにより、測定回路３によって送信される情報は、変換器５４またはモータの制御ユニットで行われるチョッピングに連結された高調波によって擾乱を受けることはない。符号化された情報が測定回路によって送信されると、コンピュータ５２は、それを復号化して、例えば、送信側の測定回路、および、送信された情報の内容（電圧値、高電圧閾値アラーム、低電圧閾値アラーム、アキュムレータの温度等）を識別する。従って、各測定回路３は、自分自身の符号化（例えば、異なるパルス幅、異なる送信パタン、または異なる送信周波数）を有することができる。システム１は、電池２とコンバータ５４との間の電気的接続を選択的に遮断することができる手段を備えている。従って、電池２は、電力供給される電気負荷または充電電源から、選択的に分離されることができる。フィルタモジュール５１は、例えば、電池と変換器５４との間の電気接続７２を開くスイッチを含むことができる。コンピュータ５２は、例えば、充電の終了、または放電の最大レベルを検出したときには、スイッチを開く命令を送信する。コンピュータはまた、電池２が放電閾値に達したときには、電源から電気負荷５５への給電を突然中断することがないように、電池２から出力される電流の低下を命令することもできる。

図２は、測定回路３とその関連するアキュムレータ４の等価的電気回路を示す。測定回路３は、アームを備え、このアームは、直列に接続された電力トランジスタ３２および放電抵抗３３を備えている。このアームは、ケーブル34によって、アキュムレータ４の端子に並列に接続されている。

回路３はまた、アキュムレータ４の端子に接続されたマイクロコントローラ３１を備えている。マイクロコントローラ３１は、アキュムレータ４の端子における電圧の測定値を提供するように構成されている。マイクロコントローラ３１はまた、アキュムレータ４の動作の他のパラメータ（例えば、その温度）を測定するように構成することができる。

測定回路３はまた、静的作動モード、および動的作動モードを有し、静的作動モードでは、測定回路３は、アキュムレータ４の端子における電圧を測定し、動的動作モードでは、測定回路３は、コンピュータ５２と通信を行う。

静的作動モードにおいては、トランジスタ３２はオフである。この静的作動モードでは、マイクロコントローラ３１は、アキュムレータ４の端子における電圧を測定する。

動的作動モードにおいては、トランジスタ３２はオンである。この作動モードでは、マイクロコントローラ３１は、コンピュータ５２と通信し、アキュムレータ４の端子における電圧の低下を検出する。この電圧降下は、コンピュータ５２により検出されるのに十分な振幅を有する。このように、マイクロコントローラ３１は、電力接続７１および７２を介してコンピュータ５２と、キャリア電流により、通信する。通信は、所定の周波数で、交流電圧における低下により行うことができる。

単純化したモデルにおいては、アキュムレータ４は、ＤＣ電圧源４２に接続されており、このＤＣ電圧源は、１ｍΩ程度の大きさの内部インピーダンス４１と直列に接続されている。電力トランジスタ３２および放電抵抗３３を含む回路３のアームは、このアームを通して流れる電流が、電池２の充電電流または放電電流と比較して、無視できない程度の大きさにされることが有利である。例えば、抵抗３３は、電力トランジスタ３２の遮断が、アキュムレータ４における電圧の０．１〜１％の電圧降下を誘起するような大きさにすることができる。アキュムレータ４の端子における０．１％程度の急激な電圧の低下は、容易に検出することができる。アキュムレータ４の端子における電圧は、通常は、比較的遅い変動を受けている。回路３によって誘起される電圧降下も、ボルトで表すことができる。従って、回路３は、容易に検出可能であるように、１〜１０ｍＶの範囲の電圧降下を誘起することが有利である。抵抗３３は、例えば３Ω程度の抵抗値を有することもできると考えられる。従って、アキュムレータの電流が１００Ａを超えるときには、抵抗３３の電流は、トランジスタ３２を遮断したときには、１Ａの電流が流れることになる。回路３の電流消費を制限するためには、放電抵抗３３は、送信周波数において、アキュムレータ４の内部インピーダンスよりも、少なくとも５０倍大きい値を有する必要がある。

測定回路３を、直列に接続された抵抗３３および電力トランジスタ３２を含む図に基づいて説明してきたが、この測定回路３は、任意の適切な手段によって（例えば、アキュムレータ４の中で要求される振幅の電圧降下を生成することができる導電抵抗を有する電力トランジスタ使用して）作ることもできる。

単純化した実施形態においては、測定回路３とコンピュータ５２との間の通信は、一方向通信である。この実施形態によると、測定回路３の複雑さおよびそれらの静的な電力消費を低減することができる。しかし、測定回路３とコンピュータ５２との間で双方向通信を設定することを想定することもできる。

測定回路３とコンピュータ５２との間のキャリア電流による情報の伝達は、任意の公知の変調技術によって行うことができる。伝送は、ベースバンドでまたはキャリアの変調により行うことができる。

互いに独立している測定回路３を使用することにより、複数の測定回路３により、同時にコンピュータ５２に情報を送信することができる。これらの送信間の干渉を防ぐために、公知の方法で、冗長機構又は誤り訂正符号を利用することができる。

全て直列に接続されているアキュムレータのセットは、図３に示すように、集中定数線路として、高周波でモデル化することができる。２つの直列接続されたアキュムレータの間の電力接続は、インダクタＬ１のように動作し、各アキュムレータは、車両の接地に対するキャパシタＣ２のように動作し、また、２つの直列接続されたアキュムレータの間に誘起されるキャパシタＣ１として表わされている。

アキュムレータの間に直列接続される広くて短い導電性ストリップの形のインダクタＬ１は、次の式で示すことができまる。
Ｌ１≒０.５*μｏ*Ｌｏ
ここで、μｏ＝１．２６μＨ／ｍであり、Ｌｏは、ストリップの長さである。

これにより、車両の電動モータに電力を供給するための従来の電池の寸法に対して想定されるインダクタＬ１およびキャパシタＣ２の値は、それぞれ、１００ｎＨ、および２０ｐＦのオーダーとなる。

電池２が、８０個の直列接続されたアキュムレータ４を備えていると仮定すると、この電池２は、７０Ωの特性インピーダンスおよび１００ＭＨｚ以上の遮断周波数を有する伝送路として働く。

測定回路３による情報の伝送に対して選択される周波数は、この値よりもはるかに小さく、例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲にあると有利であると考えられる。この周波数範囲で、高レベルンダクタＬ１およびコンデンサＣ２の伝送線路効果は、見落とされる可能性がある。

高電力アキュムレータの内部抵抗は、比較的低いので、その端子における測定可能な電圧変化がもたらされることは困難であろうと考えられるかもしれない。しかしながら、本発明者らは、１ｋＨｚ超える周波数では、このアキュムレータのインダクタンスは、その内部抵抗より優勢であり、従って、インピーダンス計算をすることができるという点に注目した。また、アキュムレータの内部抵抗は、高度に非線形である。この抵抗は、低い充電電流または放電電流に対しては、高い値であり、高い電流下では、急激に減少する。従って、測定電流３は、１ｋＨｚより高い周波数に対しては、十分に高い電流になり、これにより、測定可能な電圧変化を誘起することができる。従って、電圧の変動は、単純な積Ｒ×Ｉよりは遙かに大きな値となる（ここで，Ｒは、アキュムレータの内部抵抗であり，Ｉは，抵抗３３の電流である）。

システム１のＤＣネットワーク上における電圧と電流は，比較的安定であるので、このネットワークにおけるインピーダンスの変動は、限られている。インピーダンスは、予測可能で安定しているので、キャリア電流による伝送の品質は、予測可能であり、信頼性が高い。更に、充電電流および放電電流によって誘起される高調波の周波数は、知られており、予測可能である。従って、フィルタ５３は、これらの周波数を減衰させるように特化して設計することができる。測定回路３の送信周波数はまた、これらの外乱周波数から区別することができるように適合させることができる。電動エンジン車両の変換器５４のスイッチング周波数は、一般的に２５ｋＨｚ程度であり、これにより、ユーザーに対して不快感を与える雑音が、生成されることはない。

結論として、測定回路３の通信周波数は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲にあるのが有利である。

図４は、測定回路３に実装された論理構成の一例を示す。測定回路３は、発振器３４を備えている。発振器３４は、基準電位の差を定義する。発電機３４は、回路３をアキュムレータ４の端子に接続する接続線によって給電されている。発振器３４は、校正された電位差を分圧器３５の端子に印加する。分圧器３５は、比較器３６の第１の入力に印加される高閾値電圧、および比較器３８の第１の入力に印加される低閾値電圧を規定するように構成されている。アキュムレータ４の端子における電圧は、コンパレータ３６および３８の第２の入力に印加される。従って、アキュムレータ４の端子における電位の差が高閾値よりも高い場合には、比較器３６は、高レベル状態に移る。アキュムレータ４の端子における電位の差が低閾値より低い場合には、比較器３８は、高レベル状態に移る。

チョッパ回路３７および３９は、それぞれ、比較器３６および比較器３８の出力に接続されている。チョッパ回路３７および３９は、高レベル状態の信号を受信したときには、異なるデューティ比の信号を生成する。例えば、チョッパ回路３７は、デューティ比９０％の信号を生成することができる。チョッパ回路３９は、固定されたデューティ比１０％の信号を生成することができる。チョッパ回路３７および３９の出力は、ＯＲゲート３１１の入力に接続されている。ＯＲゲート３１１の出力は、電力トランジスタ３２の制御電極に接続されている。従って、アキュムレータ４の端子における電位の差が、電圧閾値のいずれかに達した場合には、電力トランジスタ３２は、その到達した閾値に対応するデューティ比を有する所定の周波数で閉じられる。従って、アキュムレータ４の端子における電圧は、このデューティ比で低下する。

アキュムレータ４の放電を制限するために、測定回路３は、その動的作動の継続時間を制限することができる。アキュムレータ４の端子の電圧が、低遮断閾値に達したときには、測定回路３による情報の伝送を中断して、既に放電限界に達しているこのアキュムレータの放電の継続を防止することができる。

チョッパ回路３７のデューティ比を比較的高くして、測定回路３を、既に高電圧閾値に達しているアキュムレータ４の充電電流を放散するために使用し、電池２のアキュムレータ４の充電を平衡させることに参加させると有利である。

チョッパ回路３９のデューティ比は、非常に低くして、このアキュムレータが、その低閾値電圧に達したときに、アキュムレータ４の電気消費量を大幅に低減させると有利である。

測定回路３による情報の送信が、アキュムレータ４による電圧閾値を超えることに限定すれば、測定回路３は、非常に短い期間、動的作動するだけである。そのため、測定回路３の電気消費量は、平均して、極端に低減される。

この例では、アナログによる解決策について説明したが、測定回路３を、デジタル回路（例えば、マイクロコントローラによって）とすることもできる

測定回路３は、その関連するアキュムレータ４によって常に電力供給されているので、静的作動状態にある場合のこのアキュムレータの電流消費量は、極力低くしなければならない。測定回路３は、低い電流消費（例えば、１０〜１００μＡ）を有するように、容易に形成することができる。この値は、通常の電気化学アキュムレータの自己放電電流の程度の大きさに相当する。

コンピュータ５２に送信するべき情報のコード化の代わりに、異なるデューティ比を使用するこことも可能であることは、言うまでもない。異なる測定回路３からの送信の間の干渉を回避するために、適切なコードに基づいて、コンピュータ５２に対して通信を行うことは容易である。

従って、測定回路３の制御装置（コンピュータ）５２に対する通信に使用される符号化は、この測定回路３の識別、およびコンピュータ５２において、この回路の測定の読み取りの両方を可能にしている。このように、複数の測定回路は、相互干渉することなく、同時に、コンピュータ５２と通信することができる。

特に、擬似ランダムシーケンスに基づいて、拡散コードを使用することが可能である。疑似ランダムシーケンスは、ビット（０または１）の一連のシーケンスであり、このシーケンスは、ランダムのように見えるが、実際には、周期を有する。送信されるシーケンスは、シンボル名を有している。同じ性質に準拠している、可能なシンボルのセットには、コード名が付される。

これらのシーケンスは、次に示す２つの特徴を有していると有利である。
（１）各シンボルの自己相関は高い。高い自己相関値を使用することにより、復調器により受信された複数のシンボルの中の１つの送信シンボルを識別することができる。
（２）シンボル間の相互相関は低い。低い相互相関値を使用することにより、シンボル間干渉を防止することができる。従って、復調器は、それらが同時に受信されていても、一義的に信頼度は高く、それらを識別することができる。

１つの変形例においては、最大長シーケンス（Ｇｏｌｄ，Ｗａｌｓｈ，Ｋａｓａｍｉ等）に基づくコードを使用することができる。これらのコードは、自己相関の点で、非常に高い性能を有する。

測定回路３によって送信された信号は取得され、そして、例えば、取得された信号と異なるコードとの間の相関が判定され、測定回路３およびその情報は、信号対雑音比とセル間干渉レベルを考慮に入れて、固定閾値に基づく仮説検定によって同定される。

Ｋａｓａｍｉコードは、例えば、自己相関と相互相関に関して、非常に良好な特性を有している。この特性を確認するために、特に、６３ビットのＫａｓａｍｉコードを使用してテストを行った。このＫａｓａｍｉコードは、異なる１６シンボル（４つのアキュムレータ、およびそれぞれに対して送信される情報の３の異なる値に対して十分である）を与える。
テストは、電池の４つのアキュムレータに対して、ビット送信周波数２００ｋＨｚ、シンボル送信周波数２Ｈｚ、および取得時のサンプリング周波数５ＭＨｚ（この周波数は、信号対雑音比の評価への応用として使用されると考えられる周波数より高い）として、実験室で行われた。

図７は、コンピュータ５２において、２００ｍｓのタイムスロット上で測定された信号の相関を示す。この図では、３つの異なる測定器３で送信された３シンボルを識別する。各ピークは、明確なシンボルに対応している。シンボル間のゼロでない相互相関によって生成される非常に小さいピークが多く観測されるが、その数は、非常に限られている。オシロスコープで取得した大まかな信号に対して、相関により復調を行うことにより、いずれの増幅やフィルタリングを行わずに、１９.６ｄＢの信号対雑音比が推定される。

電磁雑音の伝送に対する感度を低減するために、かなり高い周波数キャリア（例えば、１〜３０ＭＨｚ）を、変調して送信することができる。キャリアは、測定回路３の中で、水晶発振器に基づいた回路によって生成することができる。また復調は、ＸＯＲゲート（排他的論理和）タイプのゲートで行うことができる。ゲートの１つの入力端子は、キャリアを受信し、ゲートの別の入力端子は、ベースバンドにおける符号（例えば、Ｋａｓａｍｉ符号）を受信する。従って、ビット変化時におけるキャリアの１８０°位相変化を使用する、ＰＳＫ変調が達成される。

最大長系列に基づく符号（ｍ系列タイプ符号）は、利用可能な伝送速度、送信されるべき情報状態の数、または、測定回路３のマイクロコンピュータのメモリに応じて、パラメータ（符合長、相関の性能レベル、シンボル数）が決められると有利である。

別の変形例では、直交符号として知られている符号を使用する。この直交符号は、相互相関はゼロであるが、自己相関は低い値を有する。

測定回路３のコンピュータ５２の基本機能に対する通信を調整する（アキュムレータをバランスさせ、アキュムレータの過充電または過放電に対して保護する）ために、送信されるシンボル間に休止を挿入するのが望ましい。

測定回路によって行われる送信によるエネルギーの消費量を制限するために、これらの送信は、電池の動作の特別な条件が検出された時だけ行うようにすることができる。

図５および図６は、フィルタモジュール５１の例を示す。フィルタモジュール５１は、フィルタリングを行って電圧レベルを下げる回路５１１、サンプリング回路５１２、および可変デューティ比を有するクロック信号を発生する発振器５１３を備えている。回路５１１の入力端子は、電力接続７２を介して電池２の端子に接続されている。回路５１１は、電圧低下変成器ＴＲ１を備え、電圧低下変成器ＴＲ１の一次巻き線は、それぞれ、キャパシタＣ９とおよびそれに直列の抵抗Ｒ１と、キャパシタＣ８およびそれに直列の抵抗Ｒ１６とによって、回路５１１の入力端子に接続されている。変成器ＴＲ１の２次巻き線は、それぞれ、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３とによって、回路５１１の出力端子に接続されている。キャパシタＣ１０は、回路５１１の２つの出力端子の間に接続されている。変成器ＴＲ１の２次巻き線の中点は、抵抗Ｒ１０を介して、低電圧電源Ｖｃｃに接続され、並列に接続された抵抗Ｒ９およびキャパシタＣ４を介して、グラウンドに接続されている。

発振器５１３は、相補クロック信号ＱおよびＩＱを選択的に生成し、相補信号ＱおよびＩＱは、それぞれ、例えば９０％および１０％のデューティ比を有している。回路５１３は、抵抗Ｒ４とＲ５とを備え、Ｒ４およびＲ５は、電圧Ｖｃｃとグランドとの間に直列に接続されている。回路５１３は、演算増幅器Ｕ４を備え、演算増幅器Ｕ４の非反転入力は、抵抗Ｒ４とＲ５の間の中間ノードに接続されている。非反転入力は、抵抗Ｒ６を介して演算増幅器Ｕ４の出力に接続されている。演算増幅器Ｕ４の反転入力は、キャパシタＣ３を介してグラウンドに接続されている。反転入力は、2つの並列接続されたアームを介して演算増幅器Ｕ４の出力に接続されている。第１のアームは、抵抗Ｒ７を備え、第２のアームは、直列に接続された抵抗Ｒ８およびツェナーダイオードＤ１（任意の他のタイプのダイオードも使用することができる）を備えている。抵抗器Ｒ７は、所望のデューティ比を得るためには、抵抗Ｒ８の約１０倍より大きい値を有している。ツェナーダイオードＤ１の電流の方向によって、キャパシタＣ３は、充電されるか、または放電する。演算増幅器Ｕ４の出力は、デューティ比９０％のクロック信号Ｑを出力する。インバータＵ２は、演算増幅器Ｕ４の出力に接続され、１０％のデューティ比を有する相補的なクロック信号ＩＱを提供する。

サンプリング回路５１２の入力端子は、回路５１１の出力端子に接続されている。サンプリング回路５１２は、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３およびＩ４を備えている。スイッチＩ１およびＩ２の入力は、回路５１２の第１の入力端子に接続され、スイッチＩ３およびＩ４の入力は、回路５１２の第２の入力端子に接続されている。スイッチＩ１およびＩ３の制御入力は、クロック信号Ｑに接続されている。スイッチＩ２およびＩ４の制御入力は、クロック信号ＩＱに接続されている。スイッチＩ１およびＩ４の出力は、直列接続された抵抗Ｒ１１およびＲ１８を介して、増幅器 Ｕ５の非反転入力に接続されている。
スイッチＩ２およびＩ３の出力は、直列接続された抵抗Ｒ１２およびＲ１９を介して増幅器Ｕ５の反転入力に接続されている。キャパシタＣ５は、抵抗Ｒ１１およびＲ１８の中間ノードと、抵抗Ｒ１２およびＲ１９の中間ノードとの間を接続している。これらの中間ノードは、キャパシタＣ６およびＣ７によって、それぞれ、グランドに接続されている。これらのキャパシタＣ５〜Ｃ７、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１８およびＲ１９は、サンプリングされた信号を遮断する回路を形成している。増幅器ＶＵ５の反転入力は、抵抗Ｒ１４を介してその出力に接続されている。増幅器Ｕ５の出力における信号は、コンピュータ５２に与えられる。

発振回路５１３によって生成されたクロック信号ＱおよびＩＱの周波数は、測定回路３が通信に使用する変調周波数に近いが、等しくはない。従って、サンプリング回路５１２によってサンプリングされた信号は、低い周波数を有し、この周波数は、クロック信号Ｑの周波数と測定回路３の通信の周波数との差に比例している。この回路５１によって、電力接続７２に対する擾乱の可能性があるとしても、測定回路３によって生成される信号のデューティ比が判定されることが有利である。コンピュータ５２は、増幅器Ｕ５の出力における正値信号および負値信号のそれぞれの持続時間を測定することにより、測定回路３により生成される信号のデューティ比を決定することができる。

図示の例では、直列接続された各アキュムレータ４は、測定回路３を備えている。本発明はまた、各段が複数の並列接続された電気化学アキュムレータを含む、複数の直列接続された段を含む電池にも、適用することができる。このような構成においては、測定回路３は、各段の端子に接続される。

以上説明した本発明においては、測定機能および通信機能は、同じ回路３によって達成されるが、これら２つの機能を、２つの別個の回路で行わせることもできる。

１ アキュムレータの電池システム
２ 電池
３ 測定回路
４ 電気化学的アキュムレータ
８ 交流充電電源
３１ マイクロコントローラ
３２ 電力トランジスタ
３３ 放電抵抗
３４ ケーブル
３４ 発振器
３５ 分圧器
３６ 比較器
３７ チョッパ回路
３８ 比較器
３９ チョッパ回路
４１ 内部インピーダンス
４２ ＤＣ電圧源
５１ フィルタモジュール
５２ 制御装置（コンピュータ）
５３ 電磁寄生素子防止フィルタ
５４ ＡＣ／ＤＣ変換器
５５ 電動モータ
７２ 接続線
３１１ ＯＲゲート
５１１ 回路
５１２ サンプリング回路
５１３ 発振回路

Claims (15)

1. アキュムレータの電池システム（１）であって、
   − 直列に接続された複数の電気化学的アキュムレータ（４）と、
   − 電気負荷（５５）または交流充電電源（８）を、前記電気化学的アキュムレータ（４）に接続するようになっている電力接続部（７１、７２）と、
   − 電力接続を介して電気化学的アキュムレータ（４）に接続されている制御装置（５２）とを備える電池システム（１）において、
   − 複数の測定回路（３）であって、各測定回路は、それぞれの電気化学アキュムレータに取り付けられ、これらのアキュムレータの端子における電圧を測定するように構成されている測定回路（３）と、
   − 複数の通信回路であって、各通信回路は、それぞれの電気化学アキュムレータに取り付けられ、測定電圧が閾値に達したときには、各アキュムレータの端子における電圧降下を誘起するように構成されている通信回路とを備え、かつ
   制御装置（５２）は、前記電圧降下を識別するように構成されていることを特徴とするシステム。
2. 測定回路（３）と、前記通信回路には、それぞれのアキュムレータ（４）によって電力が供給されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 通信回路（３）は、測定電圧が閾値に達したときには、電圧の降下を示す、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数の交流信号を誘起するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記通信回路は、アキュムレータの端子における前記電圧が最大充電電圧に達したとき、またはアキュムレータの前記端子における前記電圧が最小放電電圧に達したときには、それぞれのアキュムレータの端子において、電圧降下を誘起するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記通信回路は、最大充電電圧に対しては、最小放電電圧に対する電圧降下のデューティ比よりも大きいデューティ比を有する電圧降下を誘起するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記通信回路は、明白な電圧降下を生成するように構成され、前記制御装置は、生成された電圧降下に対する通信回路を同定するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記通信回路は、測定回路（３）がそのアキュムレータの端子における電圧が、閾値に達したことを測定したときには、前記測定回路の識別子を、擬似ランダムによって符号化することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
8. 電力接続に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器と、前記変換器と前記制御装置との間に挿入されている寄生素子防止フィルタとを備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 直列接続された２０個より多くの数のアキュムレータを備え、電池（２）の端子における電圧は、５０Ｖより高いことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記通信回路は、測定電圧が閾値に達したときには、それらのアキュムレータの端子において、少なくとも、０．１％の電圧降下を誘起するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記通信回路は、前記アキュムレータの端子間に電気負荷（３３）を接続することにより、前記アキュムレータの端子における電圧降下を誘起するようになっていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 電池における直列接続された電気化学的アキュムレータの充電を管理するための方法であって、
    − 各アキュムレータ（４）に取り付けられた測定回路（３）によって、アキュムレータ（４）の端子における電圧を測定するステップと、
    − 前記測定回路の１つを使用して、各アキュムレータの端子における電圧が閾値に達したことを検出するステップと、
    − 閾値に達したことが検出された前記アキュムレータに対しては、端子において電圧降下を生成するステップと、
    − 電気負荷（５５）または充電電源を前記アキュムレータに接続している電力接続部（７２）を介して、前記電気化学アキュムレータに接続されている制御装置（５２）によって、電圧降下を検出するステップとを備えていることを特徴とする方法。
13. それぞれのアキュムレータによって、前記測定回路へ電力を供給するステップを備えていることを特徴とする、請求項１２に記載の、電池における直列接続された電気化学的アキュムレータの充電を管理する方法。
14. 前記電圧降下の生成は、前記アキュムレータの端子における、電圧降下を示す、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの交流を含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の、電池における直列接続された電気化学的アキュムレータの充電を管理するための方法。
15. 前記電圧降下の生成は、前記アキュムレータの端子に対する電気素子の接続を備え、前記電気素子は、接続されている間に、前記アキュムレータの端子において、少なくとも０．１％の電圧降下を誘起するように構成されていることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の、電池における直列接続された電気化学的アキュムレータの充電を管理するための方法。

Images