JP2016115679A - 電池パックにおける接触点を点検するための方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電池パックにおける接触点を監視するための方法及びその装置を提供する。【解決手段】少なくとも、第一電極及び第二電極を有する第一電池セル、並びに第三電極及び第四電極を有する第二電池セルと、第一電池セルの第二電極を第二電池セルの第三電極に結合するための電力接続線と、第一電池セルと第二電池セルとの間に信号の通信を行なうための通信線と、第一電池セルに設置され、第一状態において第一電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するとともに、第二状態において第一電池セルの第一電極と通信線との間の第二電圧を検出するための電圧検出器を有する監視器と、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出し、この電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、該電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するためのデジタル回路とを備える電池パック。さらに電池セル、及び電池パックを監視するための方法を開示した。【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックに関し、特に電池パックを監視するための方法及びその装置に関する。

複数の電池セルを直列に接続してなる電池パックは、電源、特に携帯式電気設備に広く適用されている。電気車（ハイブリッド）において、電池パックが高電圧を発生してモータを駆動するのは周知となっている。このような電池パックにおいて、複数の電池セルを導電性の電力接続線を介して直列に結合する。それぞれの電力接続線は、例えば半田またはボルトにより、ある電池セルの正電極を隣接する電池セルの負電極に電気的に結合させてもよい。

特に、電池セルに流れる電流が大きい（例えば数百アンペア）場合、電池パックにおいて、無駄な電力消耗を減少させるために、電流経路上の各素子が低抵抗を有するように設計されることは好ましい。一般的に、電力接続線と電池の電極との間における接触点の抵抗は考量してもいい。また、該接触点は腐蝕、弛め、老化などが発生したときに、その抵抗が大きくなる。電池パックに流れる電流が大きい場合、たとえ接触点の抵抗が１ｍΩであっても、許されない。例えば、電池パックに流れる電流が１００Ａである場合、１０Ｗの電力消耗を発生する。これは望まれない。また、接触点の高抵抗が原因で過熱点（ｈｏｔｓｐｏｔ）が発生してしまうので、係る電池セルの寿命を厳重に抑制するようになる。激しく腐蝕される場合に、温度の上昇さえも点火または爆発をもたらす恐れがある。

従って、電池パックにおける接触点を点検するための方法及びそのシステムは望ましい。

本発明は、電池パックにおける接触点を点検するための方法及びその装置に関する。

実施の形態１において、電池パックを開示した。少なくとも、第一電極及び第二電極を有する第一電池セル、並びに第三電極及び第四電極を有する第二電池セルと、第一電池セルの第二電極を第二電池セルの第三電極に結合するための電力接続線と、第一電池セルと第二電池セルとの間に信号の通信を行なうための通信線と、第一電池セルに設置され、第一状態において第一電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するとともに、第二状態において第一電池セルの第一電極とこの通信線との間の第二電圧を検出するための電圧検出器を有する監視器と、第一電圧と前記第二電圧との電圧差を算出し、且つ電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、該電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するためのデジタル回路とを備えることを特徴とする電池パック。

該監視器は第一スイッチをさらに備え、該電圧検出器は第一電池セルの第一電極に結合される第一入力端子及び第一スイッチに結合される第二入力端子を有しており、第一状態において、第一スイッチにより該電圧検出器の第二入力端子を第一電池セルの第二電極に結合するとともに、第二状態において、第一スイッチにより該電圧検出器の第二入力端子を該通信線に結合することを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。

第二状態において、第二電池セルが第二電池セルの第三電極の電位で該通信線を介して転送するときに、第一電池セルの第一電極と該通信線との間の第二電圧を検出することを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。

第二電池セルは第二スイッチをさらに備え、第二状態において、第二スイッチにより該通信線を第二電池セルの第三電極に結合することを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。第一スイッチ及び第二スイッチは単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチであることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。接触点の劣化には接触点の腐蝕、接触点の弛めのうち少なくとも１つが含まれていることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。
該電池パックの操作を制御するための電池パック制御器をさらに備えており、少なくとも第一電池セル及び第二電池セルは該電池パック制御器とデイジーチェーン式通信線を介して通信し、該デジタル回路は第一電池セルの監視器、或は電池パック制御器に集積されていることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。

前記デジタル回路は、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出するためのオペアンプ、加算器、または減算器と、電圧差が前記予定閾値範囲内にあるか否かを確定するための比較器とを備えることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。

第一電極及び第三電極は正電極であり、第二電極及び第四電極は負電極である、或は第一電極及び第三電極は負電極であり、第二電極及び第四電極は正電極であることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。該電圧検出器にはアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を有していることを特徴とする本発明の一方面に係る電池パック。

実施の形態２において、電池セルを開示した。第一電極及び第二電極と、該電池セルの第二電極に結合されて電力を転送する電力接続線と、該電池セルから／該電池セルへ信号の通信を行なうための第一通信線と、該電池セルの第一電極に結合される第一入力端子と、第二入力端子とを有する電圧検出器と、該第二入力端子に結合され、且つ第一状態において該電圧検出器の第二入力端子を該電池セルの第二電極に結合するとともに、第二状態において該電圧検出器の第二入力端子を該第一通信線に結合することによって該電圧検出器が第一状態において該電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するとともに第二状態において該電池セルの第一電極と該通信線との間の第二電圧を検出するように配置されている第一スイッチと、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出し、且つ電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、該電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するためのデジタル回路とを備えることを特徴とする本発明の他の方面に係る電池セル。

電池セルはさらに、該電池セルから／該電池セルへ信号の通信を行なうための第二通信線と、第二状態において第二通信線を該電池セルの第一電極に結合される第二スイッチとを備えることを特徴とする本発明の他の方面に係る電池セル。第一通信線に結合される送信機／受信機をさらに備え、第二スイッチにより第一状態において該送信機／受信機を第二通信線に結合することを特徴とする本発明の他の方面に係る電池セル。

第一スイッチ及び第二スイッチは単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチであることを特徴とする本発明の他の方面に係る電池セル。接触点の劣化には接触点の腐蝕、接触点の弛めのうち少なくとも１つが含まれていることを特徴とする本発明の他の方面に係る電池セル。

実施の形態３において、少なくとも、第一電極及び第二電極を有する第一電池セル、並びに第三電極及び第四電極を有する第二電池セルを備え、第一電池セルの第二電極は電力接続線を介して第二電池セルの第三電極に結合されている電池パックを監視するため方法において、第一状態において第一電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するステップと、第二状態において第一電池セルの第一電極と、第一電池セルと第二電池セルとの間に信号の通信を行なうための通信線との間の第二電圧を検出するステップと、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出し、且つ電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、該電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するステップとを備える本発明の別の方面に係る電池パックを監視するため方法。

第二電池セルが第二電池セルの第三電極の電位で該通信線を介して転送するときに、第二状態において第一電池セルの第一電極と該通信線との間の第二電圧を検出するステップをさらに備えることを特徴とする本発明の別の方面に係る方法。

第二状態において該通信線を第二電池セルの第三電極に結合するステップと、第一電池セルの第一電極と該通信線との間の第二電圧を検出するステップとをさらに備えることを特徴とする本発明の別の方面に係る方法。

接触点の劣化には接触点の腐蝕、接触点の弛めのうち少なくとも１つが含まれていることを特徴とする本発明の別の方面に係る方法。第一電極及び第三電極は正電極であり、第二電極及び第四電極は負電極である、或は第一電極及び第三電極は負電極であり、第二電極及び第四電極は正電極であることを特徴とする本発明の別の方面に係る方法。

本発明によれば、電池パックに外部部品または配線を追加せずに、接触点が劣化した（例えば、腐蝕または弛め）または劣化しかけたことを監視器より検出できる。第一状態において電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出して、第二状態において第一電極と通信線との間の第二電圧を検出して、そして第一電圧と第二電圧との電圧差を監視することによって、電池パックにおける個別の電力接続線に対して接触点の抵抗の増加を点検できる。再び通信線を利用して第二電圧を検出することによって、別の部品または配線は少なくなる。必要となるすべての付加回路が電池セル監視器に集積されやすくなる。このように検出することによって電池パックの性能の改善を図り、再度の充電までのバッテリー持続時間を延ばして、電池パックへの潜在被害を避けるようになる。

以下のように図面に説明された本発明の好ましい実施例に対するより具体的な表現に基づいて、更なる特徴及びメリットが明白となる。その中、図面全体として、同一符号は通常同一または相当する要素を示す。

本発明の実施の形態１に係る電池パックを模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る集積監視器を有する電池パックを模式的に描画するブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る集積監視器を有する電池パックを示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る集積監視器を有する電池パックを示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る集積監視器を有する電池パックを示すブロック図である。

以下のように図面を対照しながら詳しく説明するのは、本発明に開示された実施例だけを適用できるためではなく、本発明の実施例を描画するためである。以下のように詳しく説明する内容には、本明細書の実施例への更なる理解を与えるための具体的な詳細も含まれている。当業者にとって、これらの具体的な詳細を有しなくても、本明細書の実施例を実行できるのは自明である。実施例において、周知となる構成及び設備をブロック図にて示すのは、本書類に記載された実施例が不明瞭とならないためである。

本出願に使われた「模式」または「模式的」という用語は、限定ではなく、単なる説明するためである。なお、素子Ａを素子Ｂに「接続する」または「結合する」と称する場合、該素子Ａを該素子Ｂに直接に接続または結合する、或は該素子Ａと該素子Ｂとの間には他の素子が存在している、と理解すべきだ。アルファベット付の参照符号（例えば、「２０２ａ」または「２０２ｂ」）について、該アルファベット付の参照符号を利用して、同一図面に開示された２つの類似する部品または素子を区別つける。１つの図面符号で全図面における同一符号を付けたすべての部品を示す場合、このようなアルファベット付の符号を省略できる。

図１は複数の電池セル１１０からなる電池パック１００を模式的に示す上面図である。明確にするために、電池パック１００は８つの電池セル１１０を有するように示されている。しかし、本発明の電池パックにはより多くまたは少ない電池セルを有すると理解すべきだ。電池セル１１０は導電性の電力接続線１０２より直列に結合され、各電力接続線１０２を介してある電池セルの正電極を隣接する負電極に接続する。このような電力接続線１０２は、半田またはボルトにより接続された接触点１０４などを介して、電池セルの電極に電気的に接続されてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１に係る集積監視器２１２を有する電池パック２００を模式的に描画するブロック図である。電池パック２００には電力接続線２０２（例えば、２０２ａ，２０２ｂ）により直列に接続される複数の電池セル２１０を備える。電池セル２１０ごとは正電極Ａ及び負電極Ｂを有する。電力接続線２０２の各端子は、半田またはボルトにより接続された接触点などを介して、対応する電池セルの電極に電気的に結合されてもよい。

図２には電池セル２１０に直列に接続される任意に選択可能な変換用抵抗器Ｒｃｏｎｖ（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）。任意に選択可能な電流監視器２２０は抵抗器Ｒｃｏｎｖでの電圧降下を検出することによって、電池セル２１０を直列に接続してなる電池パックに流れる電流を有効的に反映できるため、監視するように適用されている。電池パック２００は電池パック制御器２３０をさらに備えて、検出された検出値及び／又は入力指令に基づいて電池パック２００の動作を制御する。電池セル２１０（もし適用であれば、電流監視器２２０も含む）はデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）式通信線２０６を介して電池パック制御器２３０に通信できる。具体的には、何れかの電池セル２１０と電池パック制御器２３０との間に転送すべき信号は、該電池セル２１０と該電池パック制御器２３０との間にある他の電池セル２１０（もしあれば、他の部品も含む）を通過できればよい。通信線２０６上での通信は、電流領域または電圧領域に行なわれてもよい。

本発明の実施の形態１によれば、１つまたは複数の電池セル２１０は、該電池セル２１０に対して少なくとも接触点を点検するための集積監視器２１２を備えてもよい。このような監視器２１２は電池セル２１０内に集積されてもよい。代わりに、監視器２１２は電池パック２００内に且つ関連的な電池セル２１０の外部に構成されてもよい。監視対象となる電池セルにできるだけ接近するように構成されるのは好ましい。

本発明の実施の形態１によれば、電池セル２１０から関連的な監視器２１２へ電圧ＶＤＤ、ＶＳＳを供給し、その中、転送された監視器２１２のＶＤＤに基づいて通信線２０６のＤＣレベルを設定（例えば、イコール）してもよい。通常の期間内に、対になる電池セル２１０間にある電力接続線２０２は、接続する電池セルの電極と同一（または基本的に同一）な電位となり、且つ対応する通信線２０６の信号接地（ＶＳＳ）としてもよい。例えば、通信線２０６ａでの電位はほぼ電池セル２１０−１の電極Ａでの電位、または電池セル２１０−１の電極Ａでの電位に電池セル２１０−２の電池セル電圧を加算した電位に等しい。これはどちらの監視器２１２が通信線２０６ａを介してデータを転送しているかに依頼する。

しかし、電力接続線２０２と電池セルの電極との間における接触点が劣化（例えば、腐蝕、弛め、又は他の損害）してしまうと、電力接続線２０２と電子セルの電極との間における接触点の抵抗は大きくなり、且つ電位降下も大きくなる。それに応じて、電流経路において、劣化した接触点の下流での電位は通常の場合より低くなる。例えば、電池セル２１０−２が通信線２０６ａを介して電池セル２１０−１へデータを転送するとき、通信線２０６ａでの電位は通常の場合より低くなる。従って、監視器２１２を利用して電極と通信線２０６での電位を監視して接触点を監視するようになる。なお、通信線２０６ａは電池セル２１０−２の電極Ｂに選択的に接続されることによって、電池セル２１０−１における監視器２１２は電池セル２１０−２の電極Ｂでの電位を検出するようになる。

具体的には、電池セル２１０−１に関連した監視器２１２は電池セル２１０−１での第一電圧（例えば、電池セル２１０−１の両電極ＡとＢとの間の電圧）、及び電池セル２１０−１の電極Ｂと通信線２０６ａとの第二電圧を検出するように配置されている。第一電圧と第二電圧との電圧差を監視することによって、電力接続線２０２ａに対して接触点の抵抗の増加を検出できる。例えば、監視器２１２または電池パック制御器２３０は特定の電池セル２１０の第一電圧と第二電圧との電圧差を算出するとともに、該電圧差と閾値（または閾値範囲）とを比較することによって、関連的な電力接続線の接触点が劣化（例えば、腐蝕、弛めなど）したか否かを判明できる。以下、更なる詳細を説明する。

図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る集積監視器２１２を有する電池パックを示すブロック図である。説明するために、電池パックにおける、電力接続線２０２ｂを介して接点Ｃ及びＤにそれぞれ接続される２つの電池セル２１０−１及び２１０−２を示している。電池セル２１０−１及び２１０−２にはそれぞれ、監視器２１２−１及び２１２−２を集積している。なお、線分ＡＣまたはＢＤは対応する電池セル２１０の電極を表す。電池パックにおける他の電池セルも同じように配置されてもよい。

監視器２１２はそれぞれ、検出した検出値を分析する、或はこれらの検出値及び／又は電池パック制御器２３０（図２を参照）からの指令に基づいて電池セル２１０の動作を制御するためのデジタル回路３２６を有してもよい。通信線２０６を介して通信を行なうための送信機／受信機（ＴＲｘ）３２８を有してもよい。例えば、ＴＲｘ３２８はデジタル回路３２６から情報を受信して、通信線２０６を介して該情報を他の電池セル２１０及び／或は電池パック制御器２３０へ転送する。なお、ＴＲｘ３２８は通信線２０６を介して他の電池セル２１０及び／或は電池パック制御器２３０から信号を受信して他のデジタル回路３２６へ転送する。

監視器２１２には、電池セル２１０内の温度を連続的に監視するための温度センサ３２４と、圧力センサと（図示せずに）、電池セル２１０の他のパラメーターを計測するための他のセンサとをさらに備えてもよい。デジタル回路３２６は各検出値を受信して分析することによって、時間の流れと伴う電池セルの健康状態を確認するとともに、これらの検出値または電池パック制御器２３０からの指令に基づいて、電池セル２１０の操作を制御する。

本発明の実施の形態１によれば、各監視器２１２は電圧検出器３１２の両入力端子間の電圧差を検出するための電圧検出器３１２を有してもよい。理解を深めるために、ある電池セル（例えば、電池セル２１０−１）について説明するが、同様に配置される電池セルにも応用される。図３Ａに示すように、電圧検出器３１２−１の第一入力端子は電池セル２１０−１の電極Ａに結合され、且つ電圧検出器３１２−１の第二入力端子は第一スイッチＳ１に結合されてもよい。第一状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２−１の第二入力端子を電池セル２１０−１の電極Ｂに結合することによって、電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出する。一般的に、第一電圧は電池セル２１０−１の電池セル電圧を表す。

第二状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２−１の第二入力端子を通信線２０６ｂに結合することによって、電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと通信線２０６ｂとの間の第二電圧を検出する。実施の形態１において、第一スイッチＳ１は単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチとすることによって、電圧検出器３１２の第二入力端子を選択的に電極Ｂまたは通信線２０６に接続するようにしてもよい。

通信線２０６ｂを介する通信は、電流領域または電圧領域に行なわれてもよい。通信が電流領域（転送電位（例えばＶＤＤ）がそのまま変わらない）に行なわれると、受信側は該当する電圧検出器３１２−１の仮想接地として、該電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと通信線２０６ｂとの間に直接にＤＣ検出を行なうことができる。一方、通信が電圧領域に行なわれると、ＴＲｘ３２８−２が電池セル２１０−２の電極Ａの電位で通信線２０６ｂを介して転送しているときに電圧検出を行うことができる。具体的には、ＴＲｘ３２８−２が電池セル２１０−２の電極Ａの電位（例えば、給電電位ＶＤＤ）で転送するときに、通信線２０６ｂでの電位が電池セル２１０−２の電極Ａの電位と同一になる。従って、電池セル２１０−１の電極Ａと通信線２０６ｂとの間の第二電圧は電池セル２１０−１の電極Ａと電池セル２１０−２の電極Ａとの間の電圧を表す。

また、平滑またはタイミングを利用して、通信線２０６上の通信信号からＤＣ電圧を分離する。通信線２０６ｂ上に転送すべき情報がない場合、デジタル回路３２６−２も予定されたタイミングに基づいて通信線２０６ｂ上で仮想信号を転送するようにＴｒｘ３２８−２を指示することによって、電圧を検出する。各監視器２１２（具体的には、デジタル回路３２６）は通信線２０６上で何の通信を行なっているかを把握しているため、デジタル回路３２６は電圧検出器３１２を制御して、適切なタイミングで電圧を検出できる。

電圧検出器３１２は検出された第一電圧及び第二電圧をデジタル回路３２６へ転送して、デジタル回路３２６は第一電圧と第二電圧との電圧差を算出する。代りに、デジタル回路３２６は検出された第一電圧及び第二電圧を電池パック制御器２３０（例えば、ＴＲｘ３２８及び通信線２０６を介して）へ転送して、電池パック制御器２３０は第一電圧と第二電圧との電圧差を算出してもよい。このような第一電圧と第二電圧との電圧差は電力接続線２０２での電圧降下を表し、且つ電力接続線２０２と電池セルの電極との接触点の状況を示す。従って、デジタル回路３２６または電池パック制御器２３０は算出された電圧差と予定閾値（または閾値範囲）とを比較することによって、関連的な電力接続線の接触点が劣化（例えば、腐蝕、弛めなど）したか否かを判明できる。監視器２１２または電池パック制御器２３０は電圧差が予定閾値範囲を超えた（例えば、閾値より高い）場合に、電力接続線２０２ｂの接触点が劣化した旨を表す指示を送信する。

同様に、電池セル２１０−２における電圧検出器３１２−２は、電池セル２１０−２の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出し、ＴＲｘ３２８−２が通信線２０６ａにより次の電池セルから信号の通信を受信するときに電池セル２１０−２の電極Ａと通信線２０６ａとの間の第二電圧を検出して、且つ第一電圧と第二電圧との電圧差が予定閾値範囲を超えたか否かを確定するように、電力接続線２０２ａの接触点の状況を監視できる。同じ方法にて、電池パックにおける電力接続線２０２と該当する電池セルの電極との間にあるすべての接触点を監視できる。

図３Ａに破線にて示されたように、第一スイッチＳ１はデジタル回路３２６より制御されてもよい。従って、電池セル２１０におけるすべての第一スイッチＳ１を同期的／独立的に制御することによって、各電池セル２１０における電圧検出器３１２は該電池セル２１０の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出する、あるいは電池セル２１０は通信線２０６を介して信号の通信を受信するときに電池セル２１０の電極Ａと該当する通信線２０６との間の第二電圧を検出してもよい。例えば、第一状態において、各第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２の第二入力端子を電池セル２１０の電極Ｂに結合することによって、電圧検出器３１２は電池セル２１０の電池セル電圧を検出する。第二状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２の第二入力端子を通信線２０６に結合することによって、電圧検出器３１２は電池セル２１０が通信線２０６を介して信号の通信を受信するときに電池セル２１０の電極Ａと通信線２０６との間の第二電圧を検出する。よって、電池パック制御器２３０またはデジタル回路３２６は電池セル２１０の電極Ａと通信線２０６との間の第二電圧を周期的に、断続的に、またはランダム的に検出するようになる。

図３Ａに電圧検出器３１２が常に電池セル２１０の正電極Ａに結合されているのを示しているが、図３Ｂに示すように、各電池セル２１０の極性が反転させてもよい。第一状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２−１の第二入力端子を電池セル２１０−１の電極Ｂに結合することによって、電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出する。第二状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２−１の第二入力端子を通信線２０６ｂに結合することによって、電圧検出器３１２−１は、ＴＲｘ３２８−２が電池セル２１０−２の電極Ａでの電位（例えば、接地電位ＶＳＳ）で転送するときに電池セル２１０−１の電極Ａと通信線２０６ｂとの間の第二電圧を検出する。具体的には、ＴＲｘ３２８−２が電池セル２１０−２の電極Ａの電位（例えば、接地電位ＶＳＳ）で転送するときに、通信線２０６ｂでの電位が次の電池セル２１０−２の電極Ａの電位と同一になる。それに応じて、監視器２１２または電池パック制御器２３０は第一電圧と第二電圧との電圧差が予定閾値範囲を超えた（例えば、該電圧差が閾値より高い）場合に、電力接続線２０２ｂの接触点が劣化した旨を表す指示を送信する。

図４は、本発明の実施の形態３に係る集積監視器２１２を有する電池パックを示すブロック図である。図４は図３Ａに類似するが、その相違点は、監視器２１２が通信線２０６に結合される第二スイッチＳ２をさらに有する点である。第一状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２−１の第二入力端子を電池セル２１０−１の電極Ｂに結合することによって、電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出する。第一状態において、第二スイッチＳ２（及び／又は電池セル２１０−２におけるＳ２’）をオフとする、あるいは第二スイッチＳ２より信号の通信を行なうように該当する通信線２０６をＴＲｘ３２８に結合してもよい。

第二状態において、第一スイッチＳ１より電圧検出器３１２−１の第二入力端子を通信線２０６ｂに結合してもよい。それとともに、第二スイッチＳ２’より通信線２０６ｂを電池セル２１０−２の電極Ａに結合することによって、電圧検出器３１２−１は電池セル２１０−１の電極Ａと次の電池セル２１０−２の電極Ａとの間の第二電圧を検出する。実施の形態２において、第二スイッチＳ２は単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチとすることによって、通信線２０６を電極ＡまたはＴＲｘ３２８に選択的に接続するようにしてもよい。以上のように、デジタル回路３２６又は電池パック制御器２３０は、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出して、算出された電圧差と予定閾値（または閾値範囲）とを比較することによって、関連的な電力接続線２０２ｂの接触点が劣化（例えば、腐蝕、弛めなど）したか否かを判明できる。監視器２１２または電池パック制御器２３０は電圧差が予定閾値範囲を超えた（例えば、閾値より高い）場合に、電力接続線２０２の接触点が劣化した旨を表す指示を送信する。

図４に破線にて示されたように、第一スイッチＳ１及び第二スイッチＳ２はデジタル回路３２６より制御されてもよい。従って、１つの電池セル２１０における第一スイッチＳ１と第二スイッチＳ２とを同期的に制御することによって、電圧検出器３１２は該電池セル２１０の電極Ａと電極Ｂとの間の第一電圧を検出する、あるいは電池セル２１０の電極Ａと次の電池セル２１０の電極Ａとの間の第二電圧を検出してもよい。例えば、第一状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２の第二入力端子を電池セル２１０の電極Ｂに結合して、且つ電圧検出器３１２は電池セル２１０の電池セル電圧を検出する。また、各第二スイッチＳ２により通信線２０６をＴＲｘ３２８に結合することによって、ＴＲｘ３２８は通信線２０６を介して電池セル２１０との間に通信を行なう。第二状態において、第一スイッチＳ１により電圧検出器３１２の第二入力端子を通信線２０６に結合して、且つ第二スイッチＳ２により通信線２０６を電池セル２１０の電極Ａに結合することによって、電圧検出器３１２は電池セル２１０の電極Ａと次の電池セル２１０の電極Ａとの間の第二電圧を検出する。上記場合、ＴＲｘ３２８は電池セル２１０間の通信を中断（ｓｕｓｐｅｎｄ）させる。よって、電池パック制御器２３０またはデジタル回路３２６は、電池セル２１０の電極Ａと次の電池セル２１０の電極Ａとの間の第二電圧を周期的に、断続的に、またはランダム的に検出するように、第一スイッチＳ１及び第二スイッチＳ２を制御してもよい。

監視器２１２が電池セル２１０内にあるとき、電池セル２１０は該当する電極Ａ及び電極Ｂから監視器２１２へ電圧ＶＤＤ及びＶＳＳを供給する。通常の場合、デジタル回路３２６−１は第一電圧と第二電圧との電圧差が０（または小さく）となることを検出する。さもないと、電力接続線２０２ｂは該当する電池セルの電極との間における接触点Ｃ（またはＤ）が劣化してその抵抗が大きくなるとき、劣化した接触点での電圧降下が大きくなるので、電池セル２１０−２の電極Ａの電位が低くなってしまう。従って、デジタル回路３２６−１は第一電圧と第二電圧との電圧差の変化を検出する。検出された電圧差（例えば、その絶対値）が予定された閾値範囲を越える（例えば、予定閾値を越える）と、デジタル回路３２６−１は電力接続線２０２ｂの接触点が劣化した旨を表す指示を送信する。例えば、デジタル回路３２６−１はＴＲｘ３２８−１へ警告信号を送信して、そして、ＴＲｘ３２８−１は該警告信号を電池パック制御器２３０へ転送する。

同様に、電池セル２１０−２における電圧検出器３１２−２は電力接続線２０２ａの接触点の状況を監視できる。同じ方法にて、電池パックにおける電力接続線２０２と該当する電池セルの電極との間にあるすべての接触点を監視できる。図４に電圧検出器３１２が常に電池セル２１０の負電極Ａに結合されているのを示しているが、各電池セル２１０の極性が反転させてもよい。これは図４について説明された操作に類似するので、詳細な説明は省略する。

図３Ａ、図３Ｂ及び図４に戻りますと、実施の形態２において、両入力端子間の電圧（電圧降下）を検出するように、電圧検出器３１２はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）より実現される。ＡＤＣは検出された電圧差をデジタル値へ変換してデジタル回路３２６に送信して処理を行われる。デジタル化とするメリットとは、検出された「接触点」の電圧を電池パックに流れた電流で割ることによって、所望の精密度に接触点の抵抗を検出できるとのことである。一部の応用において、ＡＤＣ３１２は時間多重されて第一電圧及び第二電圧を交替に変換する。実施の形態２において、デジタル回路３２６は、第一電圧と第二電圧との電圧差を算出するように、オペアンプ、加算器、及び減算器、またはウェアルーチンを含ませてもよい。また、デジタル回路３２６には、該電圧差が予定された閾値範囲内にあるか否かを確定する（例えば、該電圧差と予定閾値とを比較する）ように、比較器またはウェアルーチンを含ませてもよい。好ましい実施形態において、デジタル回路３２６は電池セル２１０の監視器内に設置されてもよく、或は電池パック制御器２３０内に設置されてもよい。

該閾値範囲（または閾値）は編集可能に、或は配置可能に設定されることによって、異なるアプリ及び使用状況に応じて該システムを最適化する。このような閾値範囲（または閾値）は正常範囲（または正常値）及び適切なマージン（Ｍａｒｇｉｎ）に基づいて確定できる。限定例ではなく、実施例として、正常な接触点が０．１ｍΩという典型的な抵抗を有して且つ電池パックに流れる電流が２００Ａとなるピック値を有すると、結果的に、「正常」な範囲にある２０ｍＶとなるピック値を有する接触点電圧を取得できる。比較器に用いされる適切な閾値は４０ｍＶと設定されると、倍となる接触点の抵抗が許される。マージンは具体的な応用及び電池パックにかける総合な拘束に依頼する。

電圧検出器３１２より検出された情報、及び監視器２１２より監視された他の検出値は、ＴＲｘ３２８及びデイジーチェーン式通信線２０６を介して電池パック制御器２３０へ転送する。電力接続線の接触点での電圧が閾値より低い／高いである旨を表すＯＫ／ＮＯＫ信号を、電池パック制御器２３０へ送信してもよい。代わりに、監視器２１２は検出された電圧差を電池パック制御器２３０へ送信することによって、電池パック制御器２３０は電力接続線の接触点が正常に動作しているかを確定できる。また、劣化した接触点を正確に位置決めるように、送信される信号には、検出対象となる接触点に対応する識別子が含まれてもよい。

劣化した接触点（例えば、腐蝕、弛めによる接触点など）を検出すると、適切な対応を行なわれる。例えば、電池パック制御器２３０は電池パックを検査または修理すべきだという警告をユーザ（例えば、運転手）に出す。さらなる、又は変形的に、電池セル／電池パックにダメージを与えられないように、電池パック制御器２３０は充電または放電する期間内に接触点の抵抗が劇的に増大することを検出すると、電池パックを自動的に遮断してもよい。電池パック制御器２３０は劣化した接触点のある箇所を識別できるため、ユーザまたは技術者は快速且つ正確に調整できる。例えば、電池が破滅的に劣化する前に、弛めたボルトをしっかり締め、或は腐蝕したコンタクトを替えることができる。

上記説明した実施の形態は、色々なメリットを与えた。接触点の劣化（腐蝕または弛めなど）は電池セル監視器より検出される。第一状態において電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出して、第二状態において第一電極と通信線との間の第二電圧を検出して、そして第一電圧と第二電圧との電圧差を監視することによって、電池パックにおける個別の電力接続線に対して接触点の抵抗の増加を点検できる。再び通信線を利用して第二電圧を検出することによって、別の部品または配線は少なくなる。必要となるすべての付加回路が電池セル監視器に集積されやすくなる。このように検出することによって電池パックの性能の改善を図り、再度の充電までのバッテリー持続時間を延ばして、電池パックへの潜在被害を避けるようになる。また、接触点への点検は、外部部品または配線を追加せずに、他の検出（例えば、電圧、温度、圧力など）と組合わせてもよい。

本発明の各局面は電池及び／又は電池への制御に係る、タイプが異なる設備、システム及び装置に適用されている。例えば、電気車に応用される設備、システム及び装置が含まれている。本発明をそこまで限定する必要がないが、本発明の各方面は文脈の示例に基づいて解釈すべきだ。

模式的実施例について、模式的局面を参考しながら詳しく説明したが、本発明には他の実施例が含まれており、且つ細かいところまで修正してもよい、と理解すべきだ。本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の修正が可能であることは、当業者にとって自明である。そして、前記のような公開、説明及び図面は、本発明を限定することなく、単なる目的を説明するためのものである。本発明は特許請求の範囲により限定されている。

Claims (20)

1. 少なくとも、第一電極及び第二電極を有する第一電池セル、並びに第三電極及び第四電極を有する第二電池セルと、
   前記第一電池セルの第二電極を前記第二電池セルの第三電極に結合するための電力接続線と、
   前記第一電池セルと前記第二電池セルとの間に信号の通信を行なうための通信線と、
   前記第一電池セルに設置され、第一状態において前記第一電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するとともに、第二状態において前記第一電池セルの第一電極と前記通信線との間の第二電圧を検出するための電圧検出器を有する監視器と、
   前記第一電圧と前記第二電圧との電圧差を算出し、且つ前記電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、前記電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するためのデジタル回路とを備えることを特徴とする電池パック。
2. 前記監視器は第一スイッチをさらに備え、前記電圧検出器は前記第一電池セルの第一電極に結合される第一入力端子、及び前記第一スイッチに結合される第二入力端子を有しており、
   前記第一状態において、前記第一スイッチにより前記電圧検出器の第二入力端子を前記第一電池セルの第二電極に結合するとともに、
   前記第二状態において、前記第一スイッチにより前記電圧検出器の第二入力端子を前記通信線に結合することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記第二状態において、前記第二電池セルが前記第二電池セルの第三電極の電位で前記通信線を介して転送するときに、前記電圧検出器は前記第一電池セルの第一電極と前記通信線との間の第二電圧を検出することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記第二電池セルは第二スイッチをさらに備え、前記第二状態において、前記第二スイッチにより前記通信線を前記第二電池セルの第三電極に結合することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
5. 前記第一スイッチ及び前記第二スイッチは単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチであることを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
6. 前記接触点の劣化には、接触点の腐蝕及び接触点の弛めのうち少なくとも１つが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
7. 前記電池パックの操作を制御するための電池パック制御器をさらに備えており、
   少なくとも前記第一電池セル及び前記第二電池セルは前記電池パック制御器とデイジーチェーン式通信線を介して通信し、
   前記デジタル回路は前記第一電池セルの前記監視器、或は前記電池パック制御器に集積されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
8. 前記デジタル回路は、
   前記第一電圧と前記第二電圧との電圧差を算出するためのオペアンプ、加算器、または減算器と、
   前記電圧差が前記予定閾値範囲内にあるか否かを確定するための比較器とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
9. 前記第一電極及び前記第三電極は正電極であり、前記第二電極及び前記第四電極は負電極である、或は
   前記第一電極及び前記第三電極は負電極であり、前記第二電極及び前記第四電極は正電極であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
10. 前記電圧検出器にはアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を有していることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
11. 電池セルであって、
    第一電極及び第二電極と、
    前記電池セルの第二電極に結合されて電力を転送する電力接続線と、
    前記電池セルから／前記電池セルへ信号の通信を行なうための第一通信線と、
    前記電池セルの第一電極に結合される第一入力端子と、第二入力端子とを有する電圧検出器と、
    前記第二入力端子に結合され、且つ第一状態において前記電圧検出器の第二入力端子を前記電池セルの第二電極に結合するとともに、第二状態において前記電圧検出器の第二入力端子を前記第一通信線に結合することによって前記電圧検出器が前記第一状態において前記電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するとともに前記第二状態において前記電池セルの第一電極と前記第一通信線との間の第二電圧を検出するように配置されている第一スイッチと、
    前記第一電圧と前記第二電圧との電圧差を算出し、且つ前記電圧差が予定閾値範囲を超えた場合、前記電力接続線の接触点が劣化した旨を表す指示を送信するためのデジタル回路とを備えることを特徴とする電池セル。
12. 前記電池セルから／前記電池セルへ信号の通信を行なうための第二通信線と、
    前記第二状態において前記第二通信線を前記電池セルの第一電極に結合される第二スイッチとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の電池セル。
13. 前記第一通信線に結合される送信機／受信機をさらに備え、前記第二スイッチにより前記第一状態において前記送信機／受信機を前記第二通信線に結合することを特徴とする請求項１２に記載の電池セル。
14. 前記第一スイッチ及び前記第二スイッチは単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチであることを特徴とする請求項１２に記載の電池セル。
15. 前記接触点の劣化には、接触点の腐蝕及び接触点の弛めのうち少なくとも１１つが含まれていることを特徴とする請求項１１に記載の電池セル。
16. 少なくとも、第一電極及び第二電極を有する第一電池セル、並びに第三電極及び第四電極を有する第二電池セルを備え、前記第一電池セルの第二電極が電力接続線を介して前記第二電池セルの第三電極に結合されている電池パックを監視するための方法において、
    第一状態において前記第一電池セルの第一電極と第二電極との間の第一電圧を検出するステップと、
    第二状態において前記第一電池セルの第一電極と、前記第一電池セルと前記第二電池セルとの間に信号の通信を行なうための通信線との間の第二電圧を検出するステップと、
    前記第一電圧と前記第二電圧との電圧差を算出するステップと、
    前記電圧差が予定閾値範囲を超える場合、前記電力接続線の接触点が劣化したという旨を表す指示を出すステップとを備えることを特徴とする電池パックを監視するための方法。
17. 前記第二電池セルが前記第二電池セルの第三電極の電位で前記通信線を介して転送するときに、前記第二状態において前記第一電池セルの第一電極と前記通信線との間の第二電圧を検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記第二状態において前記通信線を前記第二電池セルの第三電極に結合するステップと、
    前記第一電池セルの第一電極と前記通信線との間の第二電圧を検出するステップとをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記接触点の劣化には、接触点の腐蝕及び接触点の弛めのうち少なくとも１つが含まれていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記第一電極及び前記第三電極は正電極であり、前記第二電極及び前記第四電極は負電極である、或は
    前記第一電極及び前記第三電極は負電極であり、前記第二電極及び前記第四電極は正電極であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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