JP2016518586A

JP2016518586A - セル電圧センサを接続する方法

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Publication number: JP2016518586A
Application number: JP2016501869A
Authority: JP
Inventors: リチャードジェイビスカップ; サムチャン
Original assignee: アティエヴァ、インコーポレイテッド
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105074485A; WO2014151345A1; DE112014000982T5; US20140278174A1; US10901019B2; CN105074485B

Abstract

バッテリパックモニタリング装置を提供する。装置は、バッテリパックの複数のブロックの各々の両端に結合してその電圧を測定するように構成された電圧測定システムを含み、ブロックは、各々が相互接続抵抗を有する相互接続によって直列に結合される。電圧測定システムは、複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいてかつバッテリパックの電流の測定値に基づいて複数のブロックの各々の内部抵抗を導出し、かつ複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいてかつ電流の測定値に基づいて相互接続の各々の相互接続抵抗を導出するように構成される。【選択図】図４

Description

バッテリパックは、電圧感知及び電流感知に関してモニタされるか又はモニタされない場合がある。モニタされないバッテリパックでは、接続抵抗の変化は、バッテリパックが突然に完全に故障するまで気付かれない可能性がある。セル電圧感知(sensing)の典型的な実施では、ブロック当たり１つだけの電圧測定値を使用する。これに加えて、電圧感知の位置は、パッケージ化の都合に照らして選択され、したがって、接続抵抗は推定が困難である。モニタされるバッテリパックでは、センサ及び回路は、故障する可能性があり、ブロックをモニタされないままにする。

この状況内で本発明の実施形態が生じる。

一実施形態において、バッテリパックモニタリング装置(monitoring apparatus)を提供する。装置は、バッテリパックの複数のブロックの各々の両端(opposed ends)に結合してその電圧を測定するように構成された電圧測定システムを含み、ブロックは、各々が相互接続抵抗を有する相互接続によって直列に結合される。電圧測定システムは、複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいてかつバッテリパックの電流の測定値に基づいて複数のブロックの各々の内部抵抗を導出する(derive)ように更に構成される。電圧測定システムは、複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいてかつ電流の測定値に基づいて相互接続の各々の相互接続抵抗を導出するように更に構成される。

別の実施形態において、バッテリパックモニタリング装置を提供する。装置は、バッテリパックの負端子に、バッテリパックの正端子に、及びバッテリパックの複数のブロック相互接続の各々の第１の端部に結合するように構成された第１の電圧測定ユニットを含む。装置は、バッテリパックの負端子に、バッテリパックの正端子に、及び複数のブロック相互接続の各々の第２の端部に結合するように構成された第２の電圧測定ユニットを含む。第１の電圧測定ユニット及び第２の電圧測定ユニットは、複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧に基づいてかつバッテリパックの電流の測定値に基づいて相互接続の各々の相互接続抵抗を導出するように構成される。第１の電圧測定ユニット及び第２の電圧測定ユニットは、複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧に基づいてかつ電流の測定値に基づいてバッテリパックの複数のブロックの各々の内部抵抗を導出するように構成される。バッテリパックは、複数のブロックを含み、複数のブロックの各ブロックは、ブロック相互接続によって直列に接続される。

更に別の実施形態において、バッテリパックをモニタする方法を提供する。本方法は、バッテリパックのブロックを直列に結合する複数の相互接続の第１の端部の電圧を測定する段階を含み、複数の相互接続の各々に関して、第１の端部は、バッテリパックの負端子により近く、反対側の第２の端部は、バッテリパックの正端子により近い。本方法は、複数の相互接続の反対側の第２の端部の電圧を測定する段階とバッテリパックの電流を測定する段階とを含む。本方法は、電流、相互接続の第１の端部の電圧、及び相互接続の反対側の第２の端部の電圧に基づいて複数の相互接続の各々の相互接続抵抗を計算する段階を含む。本方法は、電流、相互接続の第１の端部の電圧、及び相互接続の反対側の第２の端部の電圧に基づいてブロックの各々の内部抵抗を計算する段階を含む。

実施形態の他の態様及び利点は、説明する実施形態の原理を一例として示す添付図面に関連して行う以下の詳細説明から明らかになるであろう。

説明する実施形態及びその利点は、添付図面に関連して行う以下の説明の参照によって最も良好に理解されるであろう。これらの図面は、説明する実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって説明する実施形態に行うことができる形態及び細部のいかなる変更も制限するものではない。

直列にセルのブロックを結合する相互接続を有するバッテリパックの側面図である。図１のバッテリパックの概略図である。ある実施形態による電圧測定ユニットの概略図である。ある実施形態による電圧測定システムの概略図である。ある実施形態による更に別の電圧測定システムの概略図である。ある実施形態によるバッテリパックをモニタする方法のフロー図である。

バッテリパックモニタリング装置及び関連の方法を提供する。様々なタイプの相互接続が、バッテリパックにおいてセルのブロックを直列に結合するのに利用される。バッテリパックの相互接続及びブロックは、本明細書に説明する電圧測定ユニット及び電圧測定システムによってモニタされる。電圧測定システム及びバッテリパックをモニタする方法の様々な実施形態は、バッテリパック内のセルの冗長電圧感知を可能にするためにバッテリパックにおける電圧センサの分配を提供する。これに加えて、バッテリパックのセル間の接続の抵抗の決定及びバッテリパックに印加される(applied)電流の推定は、以下に説明する実施形態を通して可能にされる。本明細書に説明する実施形態は、冗長セル電圧感知（セル電圧感知の信頼性の増大）、電流センサが故障した場合のバックアップ電流推定（電流感知の信頼性の増大）、セル内部抵抗の推定（セル健全性のモニタリングのための）、及び接続抵抗の推定（接続健全性のモニタリング）を提供する。

詳細な例示的な実施形態を本明細書に開示する。しかしながら、本明細書に開示する特定の機能的な詳細は、実施形態を説明する目的のために単に代表的なものである。しかし、実施形態は、多くの代替形態に実施することができ、本明細書に説明する実施形態だけに限定されると解釈されない。

第１、第２のような用語は、様々な段階又は計算を説明するために本明細書で使用される場合があるが、これらの段階又は計算は、これらの用語によって制限されないことを理解されたい。これらの用語は、１つの段階又は計算を別の段階又は計算と区別するのに使用されるに過ぎない。例えば、第１の計算は、本発明の開示の範囲から逸脱することなく、第２の計算と呼ぶことができ、同様に、第２の段階は、第１の段階と呼ぶことができる。本明細書で使用する時に、用語「及び／又は」及び「／」記号は、関連の列挙されたアイテムのうちの１つ又はそれよりも多くのいずれか又は全ての組合せを含む。

本明細書で使用する時に、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その語が明示的に他の場合を示さない限り、複数形も含むように意図する。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、及び／又は「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という用語は、本明細書で使用する時に、記述する特徴、整数、段階、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又はそれよりも多くの他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成要素、及び／又はその群の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。したがって、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としたものであり、制限的ではないように意図している。

また、一部の代替実施では、説明する機能／行為は、図に説明する順番とは異なって発生する場合があることに注意しなければならない。例えば、連続して示す２つの図は、関わっている機能／行為に基づいて、実際には実質的に同時に実行される場合があり、又は時には逆の順番で実行される場合がある。

バッテリパックは、直列に接続されたバッテリセルの多くのブロックで製造されることが多く、バッテリセルの各ブロックは、並列に接続された多くの個々のバッテリセルで製造される。２つのブロック間の直列接続は、各ブロックのセルの内部抵抗に加えて抵抗を発生させる。パックの設計に基づいて、いくつかの異なる種類の接続がブロック間に存在することが多い。図１は、それぞれ、ブロック１、ブロック２、及びブロック３との間の相互接続１、相互接続２、及び相互接続３のような異なる種類の接続又は相互接続を有するバッテリパックを示している。図１のシステムは、図２に概略的に表され、図２は、相互接続１によってブロック２に直列に結合されたブロック１を示している。ブロック２、ブロック３、及びブロック４は、相互接続２及び相互接続３によって直列に結合される。相互接続４は、ブロック４を更に別のブロックに結合し、更に別のブロックは、相互接続（Ｎ−１）によって別のブロックブロックＮに結合されたブロック（Ｎ−１）を含む。ブロックは、僅かに１つのバッテリセルを有する場合があり、又は並列の２つ又はそれよりも多くのセルを有する場合があり、ブロック間の相互接続は、全ての相互接続に対して均一なタイプか又は混合タイプとすることができることを理解されたい。相互接続は、バスバー、接続板、ケーブル又は他のタイプのワイヤ、及び他の市販の相互接続構造体の形態とすることができる。

バッテリパックの各ブロックの電圧を測定しなければならないことが当てはまることが多い。多くの用途では、電圧測定が望まれ、したがって、電圧感知の信頼性も重要である。これに加えて、バッテリに印加される電流を確実に測定することが望ましい。電流の測定は、通常は専用電流センサを使用して達成される。直列に互いに接続されたあらゆる２つブロックに関して、接続による抵抗がある。バッテリパックが経年変化する時に、接続の品質が劣化することが多く、故障の危険性がある。接続の状態は、接続の抵抗を推定することによって決定することができる。バッテリは経年変化するので、各ブロック内のセルの内部抵抗を推定することも同じく望ましい。

図３は、ある実施形態によるｍ個の電圧を単一基準に対して測定することが可能にされた電圧測定ユニットの略示概略図である。バッテリパックのブロック１、ブロック２、ブロック３、ブロック４、ブロック（Ｎ−１）、及びブロックＮの電圧は、複数の電圧測定ユニット３０２によって測定される。各電圧測定ユニット３０２は、値（Ｖ₁−Ｖ_ref）、（Ｖ₂−Ｖ_ref）、（Ｖ₃−Ｖ_ref）、．．．、（Ｖ_m−Ｖ_ref）を測定する。

Ｎ個のブロックの全てを測定するために、電圧測定ユニットは、図４に示すように互いに連鎖にされる。図４が示すように、各電圧は相互接続の同じ側で測定され、各電圧測定ユニットのＶ_refは、前の電圧測定ユニットのＶ_mに接続される。例外は、追加の相互接続が存在しない場合があるパックのまさしく最後のブロック及びまさしく第１のブロックで発生する。具体的には、図４は、基準電圧Ｖ_refとしてバッテリの負端子に結合され、第１の電圧入力Ｖ₁として第１の相互接続のより高い側に結合され、第２の電圧入力Ｖ₂として第２の相互接続のより高い側に結合される等の第１の電圧測定ユニット３０２ａを示している。第２の電圧測定ユニット３０２ｂは、基準電圧Ｖ_refとして第１の電圧測定ユニット３０２ａのＶ_mに結合され、第１の電圧入力Ｖ₁として第１の相互接続のより高い側に結合され、第２の電圧入力Ｖ₂として次の相互接続のより高い側に結合される等、第２の電圧測定ユニット３０２ｂのＶ_mに接続されるバッテリの正端子まで結合される。相互接続のより高い側はまた、ブロックのより低い側であり、逆も同じであることを理解されたい。同様に、相互接続のより低い側はまた、ブロックのより高い側であり、逆も同じである。ここで、より低い及びより高いは、電気的にバッテリの負端子及び正端子に対してのものである。換言すると、相互接続又はブロックのより低い側又は端部は、相互接続又はブロックのより高い側又は端部よりもバッテリの負端子に電気的により近く、より高い側又は端部は、バッテリの正端子に電気的により近い。より低い端部は、相互接続又はブロックの第１の端部と呼ぶことができ、より高い端部は、相互接続又はブロックの第２の端部と呼ぶことができ、第１及び第２の端部は、相互接続又はブロックの両端であることを理解されたい。図４の電圧測定システムは、１つ又は複数の電圧測定ユニット３０２ａ〜ｂと、動作を実行するためのカップリング(couplings)、及び、ソフトウエア、ファームウエア、又はハードウエアの様々な組合せを含むことができる構成とを含む。

図４に示す配置を使用して、電圧測定システムは、各ブロックに対してブロック抵抗及び対応する相互接続抵抗の合計を推定するのに使用することができる。これは、電流パルスが印加される時に発生する電圧降下を計算することによって推定することができる。印加される電流の量は、予め決定されるか又はパック内の電流センサによって測定される。抵抗は、その後に、式Ｒ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_i}＝（Ｖ_i（ｔ₁）−Ｖ_i（ｔ₂）−Ｖ_i-1（ｔ₁）＋Ｖ_i-1（ｔ₂））／（Ｉ（ｔ₁）−Ｉ（ｔ₂））によって推定することができ、ここで、Ｉ（ｔ）は、時間ｔでの電流である。

抵抗値Ｒ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_i}は、バッテリパック上の電流センサが故障した場合に電流Ｉの第２の尺度を与えるために使用することができる。例えば、Ｒ_{block_1}＋Ｒ_{interconnect_1}及びＲ_{block_2}＋Ｒ_{interconnect_2}の推定値があれば、あらゆる時間の電流は、式Ｉ_estimated＝（（Ｖ₂−Ｖ₁）−（Ｖ₁−Ｖ_ref））／（（Ｒ_{block_2}＋Ｒ_{interconnect_2}）−（Ｒ_{block_1}＋Ｒ_{interconnect_1}））＋ｅによって推定することができ、ここで、ｅは、（（Ｒ_{block_2}＋Ｒ_{interconnect_2}）−（Ｒ_{block_1}＋Ｒ_{interconnect_1}））で割ったブロック１とブロック２間のセル電圧の差である。多くの用途では、２つのブロックの間の開放電圧（すなわち、印加される電流がない時のブロックの電圧）の差は、小さく保たれ、したがって、電流は、適切な誤差限界内で推定することができる。

抵抗値はまた、全てのブロックに対して推定抵抗値を比較することによって接続及びブロックの状態を測定するのに使用することができる。例えば、全てのｉに関するＲ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_i}と比較されたＲ_{block_1}＋Ｒ_{interconnect_1}の急増は、ブロック１又は相互接続１又は両方に関する問題を示すと考えられる。ブロック及び相互接続が劣化する方法のモデルを仮定することにより、問題がブロック１又は相互接続１又は両方である可能性がより高いか否かを推定することが可能であると考えられる。

Ｎ個のブロックの全てに対して冗長電圧測定を有するように、電圧測定ユニット３０２ａ〜ｄは、図５に示すように配備することができる。図５の電圧測定システムは、１つ又は複数の電圧測定ユニット３０２ａ−ｄと、動作を実行するためのカップリング、及び、ソフトウエア、ファームウエア、又はハードウエアの様々な組合せを含むことができる構成と、を含む。一実施形態において、電圧測定ユニットは、通信バス又はネットワークに結合される。ホール効果デバイス又は小さい抵抗器及び抵抗器にわたる電圧測定を有するもののような電流センサは、負端子、正端子、又はバッテリのブロックの２つの間に直列に設置することができる。電圧測定システム内の電圧測定ユニット３０２ａ〜ｄの１つの連鎖に関して、各電圧は、相互接続の同じ側で測定され、一方、システム内の電圧測定ユニットの追加の連鎖は、相互接続の反対側で各電圧を測定する。各連鎖に関して、各電圧測定ユニットのＶ_refは、前の電圧測定ユニットのＶ_mに接続される。電圧値の精度に関して、バッテリパックへの電圧測定ユニット３０２ａ〜ｄのカップリングは、適宜、ブロックの各々の正又は負端子に物理的に近くあるべきである。

具体的には、図５の電圧測定システムは、バッテリの負端子に結合され、かつバッテリの下側部分内のブロックの各々のより高い端部に結合された第１の電圧測定ユニット３０２ｃを有する。第２の電圧測定ユニット３０２ｄは、正のバッテリ端子を含むバッテリの上側部分内のブロックの各々のより高い端部に結合される。第３の電圧測定ユニット３０２ａは、バッテリの負端子を含むバッテリの下側部分内のブロックの各々のより低い端部に結合される。第４の電圧測定ユニット３０２ｂは、バッテリの上側部分内のブロックの各々のより低い端部に結合され、かつバッテリの正端子に結合される。

以上の説明と同等に、第１の電圧測定ユニット３０２ｃは、バッテリの負端子にかつバッテリの下側部分内の相互接続の各々のより低い端部に結合される。第２の電圧測定ユニット３０２ｄは、バッテリの上側部分内の相互接続の各々のより低い端部にかつバッテリの正端子に結合される。第３の電圧測定ユニット３０２ａは、バッテリの負端子にかつバッテリの下側部分内の相互接続の各々のより高い端部に結合される。第４の電圧測定ユニット３０２ｂは、バッテリの上側部分内の相互接続の各々のより高い端部にかつバッテリの正端子に結合される。

図５に示す配置を使用して、電圧測定システムは、各ブロックに対してブロック抵抗と対応する相互接続抵抗との合計を別々に推定するのに使用することができる。説明目的上、図５の上側半分に示す電圧測定ユニット３０２ｃ〜ｄは、上部連鎖にあり、上部電圧を測定し、上部抵抗を導出すると見なされ、図５の下側半分に示す電圧測定ユニット３０２ａ〜ｂは、底部連鎖にあり、底部電圧を測定し、底部抵抗を導出すると見なされる。様々な実施形態において、電圧測定ユニット３０２ａ〜ｄは、互いに協働するか、互いに通信するか、コントローラのような別のデバイスと通信するか若しくは他の方法で協働するか、又は電圧測定ユニット内に含まれる。電圧測定ユニットは、サブユニット又はモジュールを有することができる。

各ｉに関して、抵抗値Ｒ_{bottom_i}＝Ｒ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_i}は、底部連鎖に関して、前と同様に（すなわち、図４に関して上述したように）推定することができる。同じ方法を使用することにより、各ｉの抵抗値Ｒ_{top_i}＝Ｒ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_(i-1)}は、上部連鎖に対して推定することができ、ブロック１に関して、相互接続０がないのでＲ_{top_1}＝Ｒ_{block_1}である。したがって、Ｒ_{block_1}＝Ｒ_{top_1}及びＲ_{interconnect_1}＝Ｒ_{bottom_1}−Ｒ_{top_1}である。したがって、Ｒ_{block_2}＝Ｒ_{top_2}−Ｒ_{interconnect_1}であり、Ｒ_{interconnect_2}＝Ｒ_{bottom_2}−Ｒ_{top_2}である。一般的に、Ｒ_{block_i}＝Ｒ_{top_i}−Ｒ_{interconnect(i-1)}であり、Ｒ_{interconnect_i}＝Ｒ_{bottom_i}−Ｒ_{top_i}である。したがって、Ｒ_{block_i}及びＲ_{interconnect_i}を固有に決定することができる。図５の電圧測定システムは、したがって、複数のブロック相互接続の各々のより低い端部及びより高い端部の電圧に基づいてかつバッテリパックの電流の測定値に基づいて、相互接続の各々の相互接続抵抗を導出又は計算してブロックの各々の内部抵抗を導出することができる。同等に、図５の電圧測定システムは、ブロックの各々のより低い端部及びより高い端部の電圧に基づいてかつバッテリパックの電流の測定値に基づいて、相互接続の各々の相互接続抵抗を導出又は計算してブロックの各々の内部抵抗を導出することができる。

測定された電圧と共に抵抗Ｒ_{interconnect_i}を使用して、電圧測定ユニット３０２の１つだけの連鎖で可能であるよりも良好な電流の推定値を与えることができる。電流は、式Ｉ_estimated＝（（Ｖ_{top_(i+l)}−Ｖ_{top_i}）−（Ｖ_{bottom_(i+l)}−Ｖ_{bottom_i}））／（Ｒ_{interconnect_(i-l)}−Ｒ_{interconnect_i}）によって推定することができる。このようにして測定された電流の誤差限界は、前よりも遥かに小さく（すなわち、電圧測定ユニット３０２の１つだけの連鎖を伴う図４に関して上述したように）、その理由は、それが２つのブロックの開放電圧の差による影響を受けないからである。図５の電圧測定システムは、したがって、ブロックの各々のより低い端部及びより高い端部の電圧に基づいてかつ相互接続の２つの導出された相互接続抵抗に基づいてバッテリパックの電流を推定することができる。同等に、図５の電圧測定システムは、相互接続の各々のより低い端部及びより高い端部の電圧に基づいてかつ相互接続の２つの導出された相互接続抵抗に基づいてバッテリパックの電流を推定することができる。バッテリパックの電流を推定するこの機能は、特に、電流センサの故障の場合に又は設計によるか若しくは故障により電流センサが欠如するシステムにおいて有用である。電流を推定するための測定電圧及び推定相互接続抵抗の使用は、故障の事象において一時的に機能するので、個別の電流センサを使用してある実施形態で故障の場合に相互接続抵抗を推定することもできることを理解されたい。

Ｒ_{block_i}及びＲ_{interconnect_i}は別々に推定することができるので、バッテリの各接続及び各ブロックの状態を容易にモニタすることができる。図５の電圧測定システムは、各ブロック電圧が冗長に測定されるので電圧測定システムの信頼性を増大させる（図４に示すシステムに優って）。たとえ上部連鎖の電圧測定ユニットの全てが故障したとしても、例えば、全てのブロック電圧は、依然として底部連鎖によって測定され、逆も同じである。

図６は、バッテリパックをモニタする方法を示している。本方法は、図１及び図２のバッテリパックをモニタするのに適している。本方法は、図５の電圧測定システムを使用するバッテリパックモニタリング装置に使用することができる。開始点後に、アクション６０２において、第１の電圧測定ユニットをバッテリパックに結合する。図４及び図５に示すカップリングを使用することができる。次に、アクション６０４において、第２の電圧測定ユニットをバッテリパックに結合する。図５に示すカップリングを使用することができる。アクション６０６において、相互接続抵抗が導出される。例えば、測定された電圧並びに図４及び図５に関連して説明した式を使用することができる。バッテリパックの電流は、例えば、電流センサによって測定して計算に使用することができる。アクション６０８において、内部ブロック抵抗を導出する。例えば、測定された電圧並びに図４及び図５に関連して説明した式を使用することができる。電圧測定ユニットの一方が故障した場合に、他方のユニットの動作を維持することができると考えられる。電圧測定ユニットのいずれかは、電流センサがない場合に電流の推定値を与えることができると考えられる。ブロック抵抗及び／又は相互接続抵抗の継続モニタリングは、間近に迫った故障、進行中の故障、又は発生した故障の早期表示を与えることができると考えられる。本方法及び関連システムの実施形態は、したがって、故障許容性であり、故障を受けた時に優しく悪化する。図６の方法動作は、バッテリパックが動作されている時に絶えず繰り返され、又は循環することができることを理解されたい。

上述の実施形態を念頭に置いて、実施形態は、コンピュータシステムに格納されたデータを伴う様々なコンピュータ実施式動作を使用することができることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理的操作を必要とするものである。必ずしもそうではないが通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の方法で操作することができる電気信号又は磁気信号の形態を取る。更に、実行される操作は、生成、識別、決定、又は比較のような用語で言及されることが多い。実施形態の一部を形成する本明細書に説明する動作のいずれも、有用な機械動作である。実施形態はまた、これらの動作を実行するデバイス又は装置に関するものである。装置は、特に所要の目的のために構成することができ、又は装置は、コンピュータ内に格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は構成される汎用コンピュータとすることができる。特に、様々な汎用機械は、本明細書の教示に従って書かれたコンピュータプログラムと共に使用することができ、又は必要な動作を行うようにより特化された装置を構成することがより便利である場合がある。

実施形態はまた、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして具現化することができる。コンピュータ可読媒体は、後でコンピュータシステムによって読み取ることができるデータを格納することができるあらゆるデータストレージデバイスである。コンピュータ可読媒体の例は、ハードドライブ、ネットワーク取り付け式ストレージ（ＮＡＳ）、読取専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、及び他の光学及び非光学データストレージデバイスを含む。コンピュータ可読媒体はまた、コンピュータ可読コードが分散方式で格納かつ実行されるようにネットワーク結合式コンピュータシステム上に分散させることができる。本明細書に説明する実施形態は、手持ち式デバイス、ダブレット、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベース又はプログラマブル消費者電気機器、ミニコンピュータ、及びメインフレームコンピュータなどを含む様々なコンピュータシステム構成を用いて実施することができる。実施形態はまた、タスクが有線又は無線ネットワークを通してリンクされた遠隔処理デバイスによって行われる分散型コンピュータ環境において実施することができる。

方法動作を特定の順番に説明したが、他の動作は、説明した動作と動作の間に行うことができ、説明した動作は、僅かに異なる時間に発生するように調節することができ、又は説明した動作は、処理に関連付けられた様々な間隔での処理動作の発生を可能にするシステムにおいて分散させることができることを理解されたい。

説明の目的で以上の説明は、特定の実施形態を参照して説明した。しかし、上述の例示的な内容は、網羅的であること又は本発明を開示した形態の通りに限定することを意図していない。多くの修正及び変形は、上述の教示に照らして可能である。実施形態は、実施形態の原理及びその実際的な用途を最も良く説明し、それによって当業者が実施形態及び様々な修正を考えている特定の使用に適するように最も良好に利用することを可能にするために選択かつ説明したものである。したがって、本発明の実施形態は、例示的であり、制限的ではないと考えるべきであり、本発明は、本明細書に与えた細部に限定されないものとするが、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で修正することができる。

３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ電圧測定ユニット
Ｖ₁ 第１の電圧入力
Ｖ₂ 第２の電圧入力
Ｖ_m ｍ番目の電圧入力
Ｖ_ref 基準電圧

Claims

バッテリパックモニタリング装置であって、
バッテリパックの複数のブロックの各々の両端に結合してその電圧を測定するように構成された電圧測定システムであって、当該ブロックは、相互接続抵抗を各々が有する相互接続によって直列に結合される、電圧測定システム、を含み、
前記電圧測定システムは、
前記複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいて、かつ前記バッテリパックの電流の測定値に基づいて前記複数のブロックの各々の内部抵抗を導出し、及び、
前記複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいて、かつ前記電流の測定値に基づいて前記相互接続の各々の前記相互接続抵抗を導出する、
ように更に構成される、バッテリパックモニタリング装置。
複数の前記複数のブロックの各々の両端の電圧が、前記相互接続の各々のより高い端部及びより低い端部の電圧としてそれぞれ印加される、請求項１に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記複数のブロックの各々が、並列の１つ又は複数のセルを有する、請求項１に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記バッテリパックに結合し、かつ前記電流の測定値を与えるように構成された電流センサを更に含む、請求項１に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記電圧測定システムは、
バッテリパックの負端子に、かつ前記複数のブロックの各々の両端の各々の第１の端部に結合するように構成された第１の電圧測定ユニットと、
前記複数のブロックの各々の両端の各々の第２の端部に、かつ前記バッテリパックの正端子に結合するように構成された第２の電圧測定ユニットと、
を含む請求項１に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記電圧測定システムは、前記複数のブロックの各々の両端の電圧に基づいて、かつ前記相互接続の２つの前記導出された内部抵抗に基づいて前記バッテリパックの電流を推定するように更に構成されることを含む、請求項１に記載のバッテリパックモニタリング装置。
バッテリパックモニタリング装置であって、
バッテリパックの負端子に、当該バッテリパックの正端子に、及び当該バッテリパックの複数のブロック相互接続の各々の第１の端部に結合するように構成された第１の電圧測定ユニットと、
前記バッテリパックの負端子に、前記バッテリパックの正端子に、及び前記複数のブロック相互接続の各々の第２の端部に結合するように構成された第２の電圧測定ユニットと、
を含み、
前記第１の電圧測定ユニット及び前記第２の電圧測定ユニットは、
前記複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧に基づいて、かつ前記バッテリパックの電流の測定値に基づいて前記相互接続の各々の相互接続抵抗を導出し、及び、
前記複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧に基づいて、かつ前記電流の測定値に基づいて、前記ブロック相互接続によって直列に接続された複数のブロックを含む前記バッテリパックの複数のブロックの各々の内部抵抗を導出する、
ように構成される、バッテリパックモニタリング装置。
前記第１の電圧測定ユニットは、前記第２の電圧測定ユニットの故障の事象において動作可能であり、
前記第２の電圧測定ユニットは、前記第１の電圧測定ユニットの故障の事象において動作可能である、請求項７に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記第１の電圧測定ユニット及び前記第２の電圧測定ユニットは、電流センサがない場合に、前記相互接続の２つの前記導出された相互接続抵抗と前記複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧とに基づいて前記バッテリパックの電流を推定するように更に構成される、請求項７に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記第１の電圧測定ユニット及び前記第２の電圧測定ユニットは、
前記複数のブロック相互接続の各々の第１の端部及び第２の端部の電圧を前記ブロックの第２の端部及び第１の端部の電圧として印加し、
前記バッテリパックの負端子の電圧を基準電圧として印加し、及び、
前記バッテリパックの正端子の電圧を測定する、
ように更に構成される、請求項７に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記複数のブロック相互接続の各々の第１の端部への前記第１の電圧測定ユニットのカップリングは、前記ブロックの正端子の近くに位置し、
前記複数のブロック相互接続の各々の第２の端部への前記第２の電圧測定ユニットのカップリングは、前記ブロックの負端子の近くに位置する、請求項７に記載のバッテリパックモニタリング装置。
前記バッテリパックに結合し、かつ前記電流の測定値を与えるように構成された電流センサであって、抵抗器及びホール効果デバイスで構成された組からの１つを含む電流センサを更に含む、請求項７に記載のバッテリパックモニタリング装置。
バッテリパックをモニタする方法であって、
バッテリパックのブロックを直列に結合する複数の相互接続の第１の端部の電圧を測定する段階であって、当該複数の相互接続の各々に関して、第１の端部は当該バッテリパックの負端子により近く、反対側の第２の端部は当該バッテリパックの正端子により近い、前記複数の相互接続の第１の端部の電圧を測定する段階と、
前記複数の相互接続の反対側の第２の端部の電圧を測定する段階と、
前記バッテリパックの電流を測定する段階と、
前記電流、前記相互接続の第１の端部の電圧、及び前記相互接続の反対側の第２の端部の電圧に基づいて、前記複数の相互接続の各々の相互接続抵抗を計算する段階と、
前記電流、前記相互接続の第１の端部の電圧、及び前記相互接続の反対側の第２の端部の電圧に基づいて、前記ブロックの各々の内部抵抗を計算する段階と、
を含む方法。
電流センサの故障に応答して、前記相互接続の第１の端部の電圧と、前記相互接続の反対側の第２の端部の電圧と、前記複数の相互接続の２つの前記計算された相互接続抵抗とに基づいて前記バッテリパックの電流の推定値を計算する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
第２の電圧測定ユニットの故障の事象において、前記複数の相互接続の第１の端部の電圧を測定するように構成された第１の電圧測定ユニットの動作を維持する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
第１の電圧測定ユニットの故障の事象において、前記複数の相互接続の反対側の第２の端部の電圧を測定するように構成された第２の電圧測定ユニットの動作を維持する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記負端子の電圧を基準電圧として印加する段階であって、前記複数の相互接続の第１の端部の電圧及び前記複数の相互接続の反対側の第２の端部の電圧は、当該基準電圧に対して測定される、前記負端子の電圧を基準電圧として印加する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
第１の電圧測定ユニットを前記バッテリパックの負端子に及び前記複数の相互接続の第１の端部に結合する段階であって、前記複数の相互接続の第１の端部の電圧は、当該第１の電圧測定ユニットによって前記バッテリパックの負端子に対して測定される、第１の電圧測定ユニットを前記バッテリパックの負端子に及び前記複数の相互接続の第１の端部に結合する段階と、
第２の電圧測定ユニットを前記バッテリパックの負端子に及び前記複数の相互接続の反対側の第２の端部に結合する段階であって、前記複数の相互接続の反対側の第２の端部の電圧は、当該第２の電圧測定ユニットによって前記バッテリパックの負端子に対して測定される、第２の電圧測定ユニットを前記バッテリパックの負端子に及び前記複数の相互接続の反対側の第２の端部に結合する段階と、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
式Ｒ_{block_i}＋Ｒ_{interconnect_i}＝（Ｖ_i（ｔ₁）−Ｖ_i（ｔ₂）−Ｖ_i-1（ｔ₁）＋Ｖ_i-1（ｔ₂））／（Ｉ（ｔ₁）−Ｉ（ｔ₂））の適用によって抵抗を推定する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
式Ｉ_estimated＝（（Ｖ_{top_(i+l)}−Ｖ_{top_i}）−（Ｖ_{bottom_(i+l)}−Ｖ_{bottom_i}））／（Ｒ_{interconnect_(i-l)}−Ｒ_{interconnect_i}）の適用によって電流を推定する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。