JP2019511077A - バッテリシステムにおけるバッテリノードの自動アドレス指定 - Google Patents

Abstract

バッテリシステムにおける複数のバッテリノードに複数のアドレスを割り当てるための方法およびバッテリシステム。アドレス指定電力信号を、直列に接続され、各々少なくとも１つのバッテリに結合された複数のバッテリノード１からＮに連続的に出力するためのアドレス指定電源。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月２９日に出願された米国特許仮出願第６２／２８８，５０６号からの優先権を主張するものであり、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。

本発明は、バッテリシステムにおける複数のバッテリノードに複数のアドレスを割り当てる方法に関する。

複数のバッテリを用いるバッテリシステムは、バッテリの各々から固有のアドレス識別子を受信するマスターコントローラによって監視されることが多い。マスターコントローラは、電圧、温度、充電状態など、システム内のバッテリの各々に関連する様々なメトリクスを受信してもよい。マスターコントローラは、信号を受信してシステム内の個々のバッテリの各々にそれらの信号を送信するための複数の入力／出力を含んでもよい。バッテリの各々は、バッテリメトリクスをマスターコントローラに送信するモジュールを有してもよい。従来のシステムのマスターコントローラとバッテリの各々との間の配線は、非常に複雑で扱い難くなり易い可能性がある。バッテリを交換する必要がある場合、マスターコントローラへの再配線が難しい可能性がある。さらに、システム内のバッテリの各々は、マスターコントローラが各々のバッテリのメトリクスを認識し、見分けるための固有のアドレスを有する必要がある。バッテリを交換する必要がある場合、どのバッテリが、交換のためにマスターコントローラによって識別されたバッテリであるのかを判断するのが難しい可能性がある。

本発明の一態様は、バッテリシステムにおける複数のバッテリノードに複数のアドレスを割り当てる方法を提供する。バッテリシステムは、アドレス指定電力信号を出力するためのアドレス指定電源と、直列に接続され、各々少なくとも１つのバッテリに結合された複数のバッテリノード１からＮとを含む。ノードの各々は、正端子と、負端子と、正端子と負端子との間のバイパススイッチとを備える。これら各端子のうちの１つは、アドレス指定電力信号受信端子でもある。ノードの各々は、プロセッサと、そのアドレス指定電力信号受信端子に印可されたアドレス指定電力信号を検知するためにプロセッサに結合されたセンサと、データを送信および受信するためにプロセッサに結合された通信トランシーバとを含むバッテリモジュールをさらに備える。このシステムはまた、プロセッサと、データを送信および受信するための通信トランシーバとを含むマスターコントローラも備える。マスターコントローラおよび各バッテリモジュールのトランシーバは、互いに通信するように構成されている。

この方法は、各バッテリノードの全てのバイパススイッチが当初開かれ、ノードの各々がそれに対応付けられた少なくとも１つのバッテリへの電力接続から分離された状態で実行される。この方法は、アドレス指定電力信号をアドレス指定電源からバッテリノード１のアドレス指定電力信号受信端子に出力するステップと、バッテリノードの各々において、ノード１からＮの順に連続して、そのアドレス指定電力信号端子にアドレス指定電力信号が印加されたときに、ノードアドレス割り当てを実行するステップと、を含み、ノードアドレス割り当ては、（ｉ）アドレス指定電力信号受信端子においてアドレス指定電力信号を検知することと、（ｉｉ）複数のアドレスにおける次に利用可能なアドレスをバッテリノードに割り当てることと、（ｉｉｉ）アドレスの割り当てを確認するメッセージを、ノードの通信トランシーバを介してマスターコントローラおよび／または他の各ノードの通信トランシーバに送信することと、を含み、ノードアドレス割り当て中に、バッテリノードのバイパススイッチを閉じることによって、少なくともノード１からＮ−１のノードをバイパスして、後続のノードのアドレス指定電力信号受信端子にアドレス指定電力信号を印加する。

一部の実施形態において、マスターコントローラは、より一元的にノードアドレス割り当てを管理してもよい。例えば、アドレスの割り当てを確認するメッセージがマスターコントローラに送信され、それに応答してマスターコントローラは、次のノードアドレス割り当てにおける割り当てのために次に利用可能なアドレスを識別するメッセージを各ノードに送信する。（最初の割り当てについては、割り当てられているノードがないため、マスターコントローラは、初期ノードアドレスに関するメッセージを始めにも、すなわち確認メッセージに応答してではなく、送信してもよい。）従って、マスターコントローラは、どのアドレスが割り当てられるべきかを制御し、各ノード（特に割り当てられていないもの）に次に利用可能なアドレスがどのようなものであるかを通知する役割を担う。よって自らのアドレス電力受信信号でアドレス指定電力信号を受信するノードは、そのアドレスを用いることになる。

他の各実施形態において、ノードアドレス割り当て論理を各ノードに分散することができる。すなわち、各ノードのプロセッサは、利用可能なアドレスまたはそれを選択するための論理で事前ポピュレートされてもよい。例えば、アドレスの１つのノードへの割り当てを確認するメッセージが他の各ノードに送信され、それに応答して、割り当てられていないノードの各々のプロセッサは、次のノードアドレス割り当てにおける割り当てのために次に利用可能なアドレスを識別する。（最初の割り当てについては、各ノードはまた、初期ノードアドレスの割り当てのための、すなわち確認メッセージに応答してではない場合のアプローチと同じアプローチを用いてもよい。）従って、マスターコントローラは、次に利用可能なアドレスがどのようなものであるかを各ノードに通知する必要はない。なぜなら、各ノード自体が、ノード割り当てが初期のものであることに基づいて、または以前のアドレスが割り当てられていることを受信したことによって、自ら判断することができるからである。

そのような各実施形態において、この方法はまた、アドレスの割り当てを確認するメッセージの受信に応答して、自らのプロセッサにおいて前記アドレスを割り当て済みアドレスとして識別するマスターコントローラを含んでもよい。それにより、マスターコントローラは、方法実施中にどのような各ノードアドレスが割り当てられたかを記録することができる。

任意の実施形態において、アドレス指定電力信号受信端子におけるアドレス指定電力信号の検知は、任意的に、アドレス指定電力信号受信端子において閾値レベルを上回る閾値電圧を検知することを含んでもよい。

本発明の別の態様は、このアドレス指定方法を実行するように構成されたシステムを提供する。やはり、上述したように、このシステムは、マスターコントローラに対してより一元的な論理を有してもよく、または、より多くのその態様を各コントローラに分散してもよい。このシステムは、アドレス指定電力信号を出力するためのアドレス指定電源と、直列に接続され、各々少なくとも１つのバッテリに結合された複数のバッテリノード１からＮとを含む。ノードの各々は、正端子と、負端子と、正端子と負端子との間のバイパススイッチとを備え、これら各端子のうちの１つはアドレス指定電力信号受信端子でもある。ノードの各々は、プロセッサと、そのアドレス指定電力信号受信端子に印可されたアドレス指定電力信号を検知するためにプロセッサに結合されたセンサと、データを送信および受信するためにプロセッサに結合された通信トランシーバとを含むバッテリモジュールをさらに備える。マスターコントローラは、プロセッサと、データを送信および受信するための通信トランシーバとを備える。マスターコントローラおよび各バッテリモジュールのトランシーバは、互いに通信するように構成されている。

このバッテリシステムは、バッテリノードの全てのバイパススイッチが当初開かれ、ノードの各々がそれに対応付けられた少なくとも１つのバッテリへの電力接続から分離された状態で、各バッテリノードに複数のアドレスを割り当てる方法を実行するように構成されており、前記方法において、マスターコントローラは、アドレス指定電源に、アドレス指定電源からバッテリノード１のアドレス指定電力信号受信端子に向けてアドレス指定電力信号を出力させるように構成され、バッテリノードの各々は、ノード１からＮの順に連続して、そのアドレス指定電力信号端子にアドレス指定電力信号が印加されたときに、ノードアドレス割り当てを実行するように構成され、ノードアドレス割り当ては、（ｉ）バッテリノードのセンサを用いてアドレス指定電力信号受信端子においてアドレス指定電力信号を検知することと、（ｉｉ）複数のアドレスにおける次に利用可能なアドレスをバッテリノードのプロセッサに記憶することと、（ｉｉｉ）アドレスの割り当てを確認するメッセージを、バッテリノードの通信トランシーバを介してマスターコントローラおよび／または他の各ノードの通信トランシーバに送信することと、を含む。

各々のノードのプロセッサは、ノードアドレス割り当て中に、各々のノードのバイパススイッチを閉じることによって、少なくともノード１からＮ−１のノードをバイパスして、後続のノードのアドレス指定電力信号受信端子にアドレス指定電力信号を印加するように構成される。

本出願の他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付の図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

各々のバッテリ上の個々のバッテリモジュールに接続されたマスターコントローラを有し、全てのバイパススイッチが開かれている自動バッテリセルアドレス指定システムの例示的な図を示す。

マスターコントローラ用のセルアドレス指定アルゴリズムの図を示す。

バッテリモジュール用のセルアドレス指定アルゴリズムの図を示す。

マスターコントローラによって自動的にアドレス指定された後に第１のバッテリノードのバイパススイッチが閉じられた自動バッテリセルアドレス指定システムの例示的な図を示す。

マスターコントローラによって自動的にアドレス指定された後に第１および第２のバッテリノードのバイパススイッチが閉じられた自動バッテリセルアドレス指定システムの例示的な図を示す。

本発明は、バッテリシステムにおける複数のバッテリのアドレス指定を自動的に行う方法に関する。例示的な実施形態において、直列に接続された複数のバッテリノードは自動的にアドレス指定される。自動アドレス指定システムは、各々のバッテリノードに結合されたアドレス電源と、各々のバッテリノードを認知して固有のアドレスを供給するバイパススイッチとを利用する。例示的な実施形態において、マスターコントローラは、複数のバッテリノードの各々を順次アドレス指定する。例えば、第１のバッテリノードは、第１のノードインデックス値ｎを有してもよく、前記第１のバッテリノードに隣接する第２のバッテリノードは、第１のノードインデックス値から整数１つ分ずれた、例えば、ｎ−１、ｎ＋１などである第２のノードインデックス値を有してもよい。各アドレスは、連続的に隣接する整数である必要はなく、各々のノードに固有の任意の他の識別データであり得る。

アドレス電源はアドレス指定電力信号を供給し、このアドレス指定電力信号は、一部の実施形態においては、複数のバッテリノードへの電力線接続を通じて閾値電圧より大きいアドレス電圧を有してもよい。アドレス電源がマスターコントローラによって起動または接続され、全てのバッテリノードのバイパススイッチが開かれている場合、アドレス指定電力信号は一連のバッテリノードにおける第１のバッテリノード（バッテリノード１）の端子（便宜上、アドレス電力信号受信端子と称する）に印加され、アドレス指定電力信号受信端子において、閾値より大きいその電圧を検出することができる。第１のノードには、複数のアドレスから利用可能な第１のアドレスが割り当てられ、第１のノードのバイパススイッチは、その端子が短絡され、アドレス指定電力信号が次のノード（ノード２）のアドレス指定電力信号受信端子に印加されるように、閉じられる。これが繰り返され、後続のノード２からＮの各々に複数のアドレスから次に利用可能なアドレスが割り当てられる。ノードにアドレスが割り当てられたという事実が、以下で考察するように、有線または無線通信によってシステム中に送信されるので、各々のバッテリノードおよび／またはマスターコントローラは、アドレスが用いられたこと、および次に利用可能なアドレスを用いるべきであることを認識する。

本明細書で説明される各々のバッテリノードは、正端子と、負端子と、正端子と負端子との間に構成され、前記電力線に結合されるバイパススイッチと、バッテリモジュールとを備える。バッテリモジュールは、制御プログラムおよび／または回路論理を有するマイクロプロセッサと、ノード電圧または他のパラメータを測定するセンサと、通信トランシーバ（例えば、ノード電圧を、ＬＩＮバス接続線上のマスターコントローラに送信するためのデジタルノード電圧に変換するアナログ−デジタルコンバータを用いてＬＩＮバス接続線に電気的に結合された）とを備える。各々のバッテリモジュールは、ＬＩＮバス接続線または他の通信手段を通じてマスタと通信し、マスターコントローラおよび他の各ノードへの／からのデータおよび／またはコマンドを送信／受信する。電力線は、複数のバッテリの正端子および負端子に直列に結合される。

マスターコントローラは、内部に構成されたマスタープログラムおよび／または回路論理を有するマイクロプロセッサと、通信トランシーバ（例えば、ＬＩＮバス接続線を通じて各々のバッテリノードに電気的に結合された）とを備える。マスターコントローラは、電力線を通じて各バッテリノードに電気的に結合され、アドレス指定電力信号（閾値電圧を上回るアドレス電圧として検出され、そのように呼ばれてもよい）を供給するように構成されたアドレス電源を制御する。マスターコントローラは、アドレス指定を目的としてアドレス電源を起動させることになる。別個のマスター電源が、ノード電力線を通じてマスターおよび複数のバッテリノードの各々に電力を供給してもよい。マスター電源およびアドレス電源への電力は、ＶＤＣバスへの接続によって供給されてもよい。

例示的な方法において、複数のバッテリが直列に接続され、マスターコントローラは、前記ＬＩＮバス接続線を通じて複数のバッテリノードに「アドレス開始」信号を送信する。例示的な実施形態において、ＬＩＮバス接続線は、各々のバッテリノードに並列に結合され、それによって、マスターから各々のバッテリノードへの別個の特異な接続線の必要性が排除される。これにより、配線が簡略化され、複雑性が低減される。複数のバッテリノードは各々、マスターコントローラからの「アドレス開始」信号を受信して、各バッテリノードそれぞれのアドレスをＮＵＬＬに設定する。各ノードは通常、充電および再充電中は、セルをバイパスする理由はなく、バイパススイッチを開いておく必要があるため、各バイパススイッチはこの時点で開かれているべきである。アドレス開始信号（または別途送信される関連信号）はまた、全てのノードを開かせるか、またはそれら全てのノードのバイパススイッチのうち閉じているものがあれば、確実に開かれるようにしてもよい。その後、マスターコントローラは、各バッテリノードにアドレス電圧を供給するアドレス電源をオンにする。このアドレス電圧は、例えば、閾値が３．５Ｖより大きい場合にその閾値より大きく、例えば、７Ｖである。全てのバイパススイッチが開かれているため、第１のバッテリノードは、アドレス電圧に実質的に等しい電圧を有する唯一のバッテリノードである。マスターコントローラは、直列に接続された複数のバッテリノードに「プログラムアドレス」コマンドを送信し、各々のバッテリノードはそれぞれのノード電圧を測定する。前記閾値電圧を上回る測定ノード電圧を有する第１のバッテリノードは、例えば、１秒である閾値期間内にモジュール相互接続トランシーバを通じて「電圧肯定応答」をマスターコントローラに送信する。その後、第１のバッテリノードは、マスターコントローラによって送信された第１のノードインデックス値を第１のバッテリノードのマイクロプロセッサに記憶する。次に、第１のバッテリノードは、第１のバッテリノードのバイパススイッチを閉じ、前記ＬＩＮバス接続線を通じて、ノードインデックス値が記憶された旨の「アドレス肯定応答」をマスターコントローラに送信する。

第１のバッテリノードがアドレス指定された後、第１のバッテリノードのバイパススイッチが閉じられ、それによって、第２のバッテリノードも閾値電圧を上回るノード電圧を有するようにする。アドレス電源からの電力は、今や第１のバッテリノードのバイパススイッチを通って第２のバッテリノードに流れている。第２のバッテリノードはアドレス指定されていないので、第２のバッテリノードのバイパススイッチはまだ開かれている。第１のバッテリノードから「アドレス肯定応答」を受信した後、マスターは直列に接続された前記複数のバッテリノードの全てに次のプログラムアドレスコマンドを送信する。第２のバッテリノードは、今や閾値電圧より大きいノード電圧を有しており、閾値期間内にＬＩＮバス接続線を通じてマスターに電圧肯定応答を送信する。その後、第２のバッテリノードは、マスターによって供給される、第１のノードインデックス値とは異なる、例えば、１つ少ない整数である第２のノードインデックス値を記憶する。例えば、第１のバッテリノードインデックス値がｎである場合、第２のバッテリノードインデックス値はｎ−１であってもよい。次に、第２のバッテリノードは、バイパススイッチを閉じ、前記ＬＩＮバス接続線を通じて、第２のノードインデックス値が記憶された旨のアドレス肯定応答をマスターコントローラに送信する。これらの各ステップは、直列に接続されたバッテリノードの各々について繰り返され、連続するバッテリノードは各々、連続的なノードインデックス値を用いて順次アドレス指定される。ノードインデックス値がゼロまたはプリセット値に達すると、マスターはＬＩＮバス接続線を通じて全てのバッテリノードにアドレス停止信号を送信し、アドレス電源をオフにする。

各ノードアドレスは、最後のバッテリノードがノードアドレス１を受信して記憶するまで、デクリメントされてもよい。バッテリノードは、ノードアドレスが１である場合、バイパススイッチを閉じないようにプログラムされてもよい。ノードアドレスを記憶するときに最後のバイパススイッチを開いたままにしておく制御プログラムを有するバッテリモジュールは、直列に構成されたバッテリノードの数に関係なく、回路が短絡するのを防ぎ、自動アドレス指定プロトコルを有効にする。別の例示的な方法において、マスターコントローラは、ＬＩＮバス接続線を通じて全てのバッテリノードにアドレス停止信号を送信し、マスターが閾値時間内に電圧肯定応答を受信しない場合、アドレス電源をオフにする。

本発明の特定の例示的な各実施形態が本明細書に記載され、添付の各図に示されている。記載された各実施形態は、本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本発明の他の各実施形態、および記載された各実施形態の特定の変形、組み合わせ、および改良は、当業者が思い付くであろうものであり、そのような代替的な各実施形態、組み合わせ、変形、改良は全て本発明の範囲内である。

定義

本明細書で用いられる電力線は、複数のバッテリのバッテリ端子を直列に結合し、各バッテリから負荷に電流を供給するために前記負荷に結合される線、ワイヤである。

本明細書で用いられる閾値電圧は、バッテリノードがアドレス指定電力信号を受信したことを検出するために用いる電圧値であり、よって、そのノードのアドレス指定を有効にする。

本明細書で用いられる閾値期間は、ノードのアドレス指定に関連する識別可能な各事象の間に測定される期間である。例えば、この期間は、マスターコントローラによる「プログラムアドレス」コマンドの送信と、マスターによってアドレス指定された各バッテリノードからの電圧肯定応答の受信との間であってもよい。この期間はまた、ある１つのノードからの、それにアドレスが割り当てられた旨の確認メッセージ（後続のノードが次にアドレス指定される予定であることを示す）と、その後続のノードからの、それがアドレス指定された旨の確認メッセージとの間であってもよい。閾値期間は、１秒の何分の１、約１秒以上、約１秒以上、約２秒以上、約５秒以上などであってもよい。この期間はノードアドレス指定が行われるのに十分な時間を見込むように選択され、この期間を超過することは、ノードアドレス指定プロセスでエラーが発生したことを示すであろう。

本明細書で用いられるバッテリノードは、単一のバッテリまたは複数のバッテリ（すなわち、バッテリモジュールまたはセット）に結合されてもよい。例えば、第１のバッテリノードは、それに結合された単一のバッテリのみを有してもよく、または単一のバッテリノードに結合された、直列または並列に接続された２つ以上のバッテリを有してもよい。

本明細書で用いられるバッテリは、鉛酸、例えば、亜鉛−空気などの金属−空気、リチウム、ニッケル−カドミウムなどを含むが、これらに限定されない任意の好適なタイプのバッテリであってもよい。

本明細書で用いられるプリセットノードインデックス値は、マスターがアドレスプロトコルを終了するようにトリガするノードインデックス値である。これは、一連のノードの数が（事前プログラミングによって、または以前のアドレスプロセス中に一連のノードの数について取得された事実から、の何れかにより）既知である各システムにおいて用いられる。例えば、プリセットノードインデックス値はゼロであってもよく、一連の１６個のバッテリにおける第１のバッテリノードをノードインデックス値１６を用いてアドレス指定し、第２のノードアドレスをノードインデックス値１５などとしてもよい。最後のバッテリノードがノードインデックス値１でアドレス指定されると、後続のデクリメントされたノードインデックス値は今やゼロである。これがトリガとなって、マスターが「アドレス停止」コマンドを各バッテリノードに送信し、アドレス電源をオフにする。

ノードのアドレスは、バッテリシステム内のセルに固有の識別を参照する。アドレスのフォーマットは、本発明の実施にとって重要ではない。典型的には、アドレスは関連ノードとマスターコントローラの両方に記憶されたバイナリビットのセットとなり、その結果、マスターコントローラは、そのノードからのメッセージがそのノードに対応付けられていることを知り、そのノードは、そのアドレスに対するマスターコントローラからのメッセージが全てそのノードを対象としていることを知る。本明細書における説明では、説明のためにより単純化された整数１からＮを用いているが、各アドレス自体の符号化は、多数のビットを含むデータフィールドのように、より複雑であってもよい。例えば、８ビットのフィールドは、１つのシステム内で最大２５６個の固有アドレスを有効にするであろう。

各ノードやマスターコントローラなどの構成要素間で通信される任意のデータまたはコマンドにおけるメッセージ。

全ての実施形態がプリセットノードインデックス値を用いることになるわけではなく、一部の実施形態は、（システムおよびコントローラの収容力の範囲内で）任意の数のバッテリが含まれてもよいという意味で変更可能であってもよい。そのような各実施形態においては、同じコントローラを、例えば、１２個、１６個、または２０個のバッテリノードに直列に結合すればよく、アドレス指定では、割り当てられる各アドレスを最終値までインクリメントしてもよい。例えば、コントローラが一連の１２個のバッテリノードに結合されている場合、割り当てられる各アドレスのシーケンスは１から始まり、１２で終了することになる。同じコントローラを２０個のバッテリノードに直列に結合してもよく、割り当てられる各アドレスのシーケンスは１から始まり２０で終了することになる。これにより、一連のバッテリノードの具体的な数に関してシステムを事前プログラムする必要なく、同じコントローラを異なるサイズおよび構成のバッテリシステムにおいて用いることが可能となる。

図１に示すように、例示的なマスターコントローラ２０は、汎用またはＡＳＩＣであってもよいマイクロプロセッサ２２のようなプロセッサと、マスター相互接続トランシーバ２６であってもよい通信トランシーバとを備える。マスター相互接続トランシーバ２６は、各バッテリモジュールからの信号を送信および受信するＬＩＮバス接続線２７を通じて、個々のバッテリモジュール５０、すなわちノード４０の通信トランシーバ（モジュール相互接続トランシーバであってもよい）５６に結合される。ＬＩＮバスは必要とされない。ＣＡＮバスなど、他のネットワークバスを用いてもよい。同様に、マスターコントローラトランシーバ２６と各バッテリノード４０上のトランシーバ５６との間の通信は無線でもよい。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈトランシーバ、またはＷｉ−Ｆｉ、ＩＥＥＥ８０２、無線ＵＳＢのような他のプロトコルを用いたトランシーバを用いることができる。従って、開示される各実施形態は、ＬＩＮバスを用いるものとして以下に説明されるが、各ノード４０およびコントローラ２０の間に任意の通信プロトコルおよびシステムを用いてもよいことが理解されるべきである。

各々のバッテリノード４０は、１つ以上のバッテリ３０を備えてもよい。マスターコントローラは、任意的に、アドレス指定プロセス中にノード電力線２４を通じてマスターコントローラおよび各バッテリモジュールに電力を供給する電源２９と結合される。アドレス指定中、各バッテリはそのノード端子から切り離されてもよいため、電源２９のような外部電力が用いられる。各バッテリは、好ましくは切り離されているので、バッテリ自体の電位がアドレス指定電力信号の検出を妨げることなく、各端子をアドレス指定機能に用いることができる。電源は、いかなるタイプのものであってもよく、システムが接続されている外部グリッドから電力を供給する回路素子のバッテリであってもよい。アース４７は、マスターならびにバッテリモジュール５０、５０’’、５０’’’などの各々と結合されて示されている。別個のアドレス指定電源２８も示されており、これも同様に任意のタイプのものであってもよい。アドレス指定電源２８および電源２９もまた同じ構成要素内で組み合わされてもよく、一部の実施形態において、一般的な電力およびアドレス指定の目的で用いられる電力を同じ電源から引き出してもよい。

自動セルアドレス指定システム１０は、アドレス指定中にシステムに電力を供給するＶＤＣバス３６と電気的に接続される。マスターコントローラはアドレス電源２８から各バッテリモジュールへの電力配送を制御し、電力はノード電力線４６を通じて供給される。アドレス電源は、マスターコントローラによってバッテリノードをアドレス指定する前に前記ノードを確認するためのセルアドレス指定アルゴリズムにおいて用いられ、各々のバッテリに結合された電力線に結合される。バッテリモジュール５０、５０’などは各々、電力線４６およびアース４７に電気的に結合されている。個々のバッテリモジュールは各々、バッテリ３０の正端子４２と負端子４４との間に構成されるバイパススイッチ４８を制御する。

図１に示すように、アドレス指定プロセスの開始当初は全てのバイパススイッチが開かれており、それによって、バッテリノード１のみがアドレス電源によって供給される電圧を有するようにする。この電圧は、アドレス指定電源２８によって出力されるアドレス指定電力信号の電圧である。上述したように、電流、誘導など他のパラメータを測定してもよく、本明細書における電圧の検知または測定への参照は例示的なものである。当初、アドレス指定電力信号は、第１のノード（ノード１からＮのうちのノード１）の正端子に印加され、各々の後続ノード４０の正端子は、ノードアドレスが割り当てられ、バイパススイッチが閉じられるときにアドレス指定電力信号を受信することになる。電力信号が印加される端子（第１のノードの場合は当初、または第２から第Ｎのノードの場合はその後、の何れかにおける）を、便宜上、アドレス指定電力信号受信端子と呼ぶ場合がある。他の各実施形態において、その配置は逆にされてもよく、アドレス指定電力信号受信端子はバッテリノードの負端子とすることができる。

各々のバッテリノード４０のアドレス指定電力信号に印加される電圧は、電圧センサ回路５４のようなセンサ、およびプロセッサ５２に含まれるアナログ−デジタルコンバータ５８によって測定される。アナログ−デジタルコンバータ５８は、任意的に、回路からの電圧読み取り値をモジュール相互接続トランシーバ５６によってＬＩＮバス接続線２７上のマスターコントローラに中継されるデジタル信号に変換してもよい。各々のバッテリモジュールは、バイパススイッチを制御し、マスターコントローラとの通信のための信号を受信および生成するための、汎用プロセッサまたはＡＳＩＣのようなマイクロプロセッサ５２であってもよい、プロセッサ５２を備える。

図１に示すように、全てのバッテリノードのバイパススイッチが開かれている場合、第１のバッテリノード５０は、アドレス指定電力受信端子において、アドレス電源によって供給された、閾値より大きい、または、例えば、３．５Ｖより大きいノード電圧を有する。他の各バッテリノードは、第１のノードバイパススイッチが開かれているので、閾値を下回るノード電圧、または実質的にゼロボルトを有し、それによって、アドレス電源からの電力が後続の各バッテリノードに達するのを防止する。アドレス指定プロセスの開始時に、図１に示すように、全てのバッテリノードはそのノードアドレスをＮＵＬＬに設定していてもよい。ＮＵＬＬは、割り当てられたアドレスがまだないことに相当するゼロまたは何らかの任意の値であるアドレス、アドレスが割り当てられていないことを示すデータまたはフラグ、またはプロセスにおいてノードにアドレスが割り当てられていないことを示す任意の他のデータまたは情報を有することを意味してもよい。

図２は、マスターコントローラ用セルアドレス指定アルゴリズムの図を示し、図３は、バッテリモジュールアドレス指定アルゴリズムの図を示す。図２および図３の各実施形態は限定的ではなく、アドレス指定プロセスがより一元的に制御されるアプローチに関する。上述したように、また以下により詳細に説明するように、各ノード自体も、より分散された論理を有して、アドレス割り当てプロトコルのより多くの態様を個々に管理することができるようにしてもよい。

図２に示すように、マスターコントローラは、ＬＩＮバス接続線上の各バッテリモジュールに「アドレス開始」信号を送信することによって、セルアドレス指定プロトコルを開始する。図３に示すように、各々の電池モジュールは、この「アドレス開始」信号を受信し、それぞれのバイパススイッチを開き、またそれぞれのアドレスをＮＵＬＬに設定する。その後、マスターコントローラ２０は、アドレス電源をオンにして、アドレス指定を目的として各バッテリモジュールに電力を供給する。全てのバイパススイッチが開かれているので、第１のノード４０のみが、そのアドレス指定電力信号受信端子において、アドレス電源２８によって供給される、閾値電圧値を上回るノード電圧を有することになる。次に、マスターコントローラ２０は、ＬＩＮバス接続線を通じて「プログラムアドレス」コマンドを全てのバッテリモジュール４０に送信する。プログラムアドレス信号は、割り当てられるべきアドレスを含んでもよく、または一部の実施形態において、割り当てられるべきアドレスを含むメッセージが別途送信されてもよい。一連のバッテリにおける全てのバッテリモジュールまたはノードは、それぞれのノード電圧を測定する。第１のバッテリノード４０は、そのアドレス指定電力信号受信端子に閾値電圧を上回るノード電圧を有する唯一のノードであり、任意的に、通信トランシーバ４６を介し、ＬＩＮバス接続線を通じてマスターに「電圧肯定応答」を送信する。第１のバッテリノードのプロセッサ５２はまた、（ｎ）のような、マスターコントローラによって供給される第１のノードインデックス値も記憶する。ここで、ｎは、第１のバッテリノードマイクロプロセッサにおいて直列に接続されたバッテリノードの数である。その後、第１のバッテリモジュール５０は、第１のバッテリノードバイパススイッチを閉じ、インデックス値が記憶された旨の「アドレス肯定応答」をマスターコントローラ２０に送信する。それは、マスターコントローラ２０および場合によっては他の各ノード４０への、第１のアドレスがその第１のノードに割り当てられた旨の確認メッセージとして機能する。

好ましくは、しかし任意的に、マスターコントローラは、電圧肯定応答メッセージまたはアドレス肯定応答メッセージの何れかが上記のように予め設定された期間内に確実に送信されることを確認する。これにより、アドレス指定プロセスが良好に進行していることをコントローラに通知する。関連するメッセージが受信されることなくこの期間が経過すると、アドレス指定プロセスにおけるエラーとなる場合がある。それにより、プロセスの再始動、または保守などのための警告信号の送信が必要になる場合がある。図示されたプロセスにおいて、この期間は、電圧肯定応答メッセージを基準として測定されるが、アドレス肯定応答など任意の他の事象に結び付けられてもよい。

この実施形態において、割り当てが行われるべきノードの数が分かっているので、マスターコントローラ２０は、利用可能な最高アドレスから開始し、最終アドレスまで「カウントダウン」してもよい。減少アドレスを用いる必要はなく、任意の順序のアドレス割り当てを用いることができる。例えば、マスターコントローラはまた、１からＮまで増加するようにアドレスを割り当て、Ｎで停止することもできる。この実施形態において、アドレスの範囲がプリセットされているので、最後のノードバイパススイッチが閉じられ、電源２８がアース４７に短絡されている状況用に、システムに過電流保護を組み込む必要性が回避される。代替的に、システムに電流保護を組み込んでもよく、その使用を避けることは、コスト削減および複雑性の低減という、本発明の実施に必要ではない任意的な利点となる。アドレス指定の順序に関し、便宜上、第１のノードアドレスをノード１、最後のノードアドレスをノードＮと見なしてもよい。それは、第１のアドレスが１でなければならず、最後のアドレスがＮでなければならないことを意味するものではない。各アドレス自体は、アドレス指定シーケンスとは異なってもよい（例えば、一連のノード１からＮはアドレス１からＮ、Ｎから１、またはそれ以外を有してもよい）。

第１のバッテリノードがアドレス指定され、そのアドレスが割り当てられ、そのバイパススイッチが閉じられた後、マスターは次の「プログラムアドレス」コマンドを全てのバッテリモジュールに送信する。ここでも、全てのバッテリノードがそれぞれのノード電圧を測定する。一部の実施形態において、既にアドレスを割り当てられているノード（例えば、第１のノード）は、このステップを実行する必要はない。代替的に、そのようなノードはこのステップを実行してもよいが、その閉じられたバイパススイッチを通じてアドレス指定電力信号がノードをバイパスするために、センサが閾値を上回る電圧を検知しない場合がある。図４に示すように、第１のノードのバイパススイッチが閉じられているので、今や第２のバッテリモジュールも、そのアドレス指定電力信号受信端子に印加される閾値を上回るノード電圧を有する。従って、第２のバッテリノードは、上記した第１のノードが行ったのと同じプロセスを実行する。第２のバッテリノードのプロセッサ５０’は、そのトランシーバ５６’に、好ましくは閾値時間内に、ＬＩＮバス接続線を通じて、閾値電圧値を上回る旨の電圧肯定応答ｎをマスター（および場合によっては他の各ノード）に向けて送信させる。図２に示すように、閾値期間内、例えば、１秒以内に第２のバッテリノードからこの電圧肯定応答を受信すると、マスターはノードインデックス値をｎ−１にデクリメントし、この値を第２のノードに供給する。第２のバッテリモジュールは、例えば、このデクリメントされたインデックス値、ｎ−１を受信し、記憶する。その後、第２のバッテリモジュールは、バイパススイッチを閉じ、正の「アドレス肯定応答」をメッセージをマスターコントローラに送信する。このプロセスは、一連のバッテリにおける最後のバッテリノードがアドレス指定されるまで繰り返される。

例示的な実施形態において、最後のバッテリノードがデクリメントされたアドレスインデックス値１を記憶し、アドレス肯定応答メッセージをマスターコントローラに供給したとき、マスターコントローラは、ＬＩＮバス接続線を通じて各バッテリモジュールに「アドレス停止」信号を送信する。代替的な実施形態において、最後のバッテリノードが１であるアドレスのノードを記憶するとき、バイパススイッチは開かれたままであり、マスターが次の「プログラムアドレス」コマンドを送信する場合、各々のバッテリノードが既にアドレスを記憶しているため、図２に示すように、マスターが閾値時間内に肯定応答を受信することはない。従って、マスターコントローラはアドレス電源をオフにし、ＬＩＮバス接続線を通じて各バッテリモジュールに「アドレス停止」信号を送信する。受信および記憶されたアドレスが１である場合、バイパススイッチを開いたままに維持するように、各々のバッテリノードをプログラムしてもよく、これにより、アドレス電源の短絡が防止されることになる。このプロセスでは、順に連続したアドレスを用いて一連のバッテリの各々のバッテリノードを自動的にアドレス指定する。初期アドレスインデックス値は、ユーザによって設定されてもよく、また、図２および図３に示すアドレス指定アルゴリズムの実施に先立ってマスターコントローラによって実施される診断プログラムによって自動的に設定されてもよい。一連のバッテリにおける第１のバッテリノードは、アドレスインデックス値ｎを有してもよく、この値は、自動セルアドレス指定に先立ってオペレータによってマスターコントローラに入力されてもよいことが理解されるべきである。例示的な実施形態において、本明細書で提供される自動セルアドレス指定アルゴリズムは、ｎから１までの順に連続して各バッテリノードをアドレス指定する。ここで、ｎは一連のバッテリにおけるバッテリの数である。代替的な実施形態において、マスターコントローラがノードアドレス値をインデックスし、この値がゼロまたはプリセット数である場合、マスターは「アドレス停止」信号を送信してもよい。

本明細書に記載の通り、図４に示すように、第１のバッテリノードはマスターコントローラによってアドレス指定されている。第１および第２のバッテリノードは、今やアドレス電源によってアドレス指定電力信号受信端子に供給されるノード電圧を有する。第１のバッテリノード５０は、ノード１６としてアドレス指定されており、第２のバッテリノードは、ノード値１５でアドレス指定されている。第２のバッテリノードは、今やバイパススイッチを閉じ、「アドレス肯定応答」をマスターコントローラに送信してもよい。図５に示すように、第２のバッテリノードがバイパススイッチを閉じた後、第３のバッテリノード５０’’は、アドレス電源によって供給される電圧を有する。第３のバッテリノードが依然として開かれたバイパススイッチを有するため、一連のバッテリにおける第３のバッテリノードから後続の各バッテリノードは依然として電圧を有しない。図５に示すように、マスターコントローラは「プログラムアドレス」コマンドを送信し、第３のバッテリノードは、ＬＩＮバス接続線２７を通じてマスターに電圧肯定応答を送信し、ノード１４としてアドレス指定されている。このプロセスは、全てのバッテリノードが自動的にアドレス指定されるまで継続される。バイパススイッチは、各ノードバイパススイッチが連続的に閉じられることにより、アドレス指定が連続的に行われる状態で、コマンドをＬＩＮバス接続線を通じて全てのバッテリノードに送信することを可能にする。

別の実施形態において、アドレス指定論理の一部は、各バッテリノード４０自体におけるプロセッサ５２に分散されてもよい。これにより、システム構成が異なる、特に、一連のノードの数が異なるマスターコントローラ２０をより柔軟に用いることが可能となる。例えば、各々のノードにおけるプロセッサ５２は、割り当てのために次に利用可能なアドレスがどのようなものであるかを知るために、論理（ソフトウェアプログラミングまたは回路論理の何れか、またはその両方による）を用いて構成されてもよい。これは、各々のノードに共通するプロトコルとして確立されるであろう。例えば、各々のノードは、１００個の範囲のアドレス、またはシステム内で最も以前に割り当てられたアドレスのアドレスを操作してインクリメントを１つ加えることで、次に利用可能なアドレスを作成することを可能にする論理を格納しておけばよい。すなわち、操作または計算においては、最後に割り当てられたアドレスが８である場合、ノードがそれをインクリメントして次に利用可能なアドレスが９であることを知り、それを、そのセンサー５４がアドレス指定電源信号のそのアドレス指定電力受信端子への印可を検出した場合に用いればよい。

従って、このような実施形態において、任意の所定のノード４０のアドレスの割り当てを確認するメッセージは、そのトランシーバ５６によって、他の各ノードに送信される（そして、それらのトランシーバによって受信される）。これに応答して、各々の割り当てられていないノードのプロセッサ５２は、次のノードアドレス割り当てにおける割り当てのために次に利用可能なアドレスを識別する。後続のノード４０は、（センサ５４によって）その受信端子に印加されたアドレス指定電力信号を検知すると、そのアドレス割り当てを用いて、同じメッセージを送出することになるため、残りの割り当てられていない各ノードは割り当てのために次に利用可能なアドレスを再び識別することができる。これは全てのノードについて連続的に繰り返される。この実施形態のオプションとして、マスターコントローラ２０はまた、そのトランシーバを介してアドレスの割り当てを確認するメッセージを受信することに応答して、そのプロセッサ２２において前記アドレスを割り当て済みアドレスとして識別してもよい。これにより、マスターコントローラは、どのアドレスが割り当てられたかを判断することができ、その結果として、通常の充電／放電動作中に用いるための記録を有する。代替的に、マスターコントローラは、アドレス指定プロセスの完了後に割り当てられたアドレスを収集するために、報告機能のような別個のアルゴリズムを用いてもよい。

この実施形態において、アドレス指定プロセスの完了は、最後のセルのバイパススイッチの閉状態に対応付けられた状態を検出することであってもよい。例えば、過電流プロテクタが用いられる場合、過電流の検知は、アドレス指定電力信号を終了させ、プロセスの完了を示してもよい。同様に、最後のセルの後に設置される回路素子が、過電流状況を伴わずにプロセスの終了を示してもよい。この場合、例えば、全てのバイパススイッチを通じて短絡された信号を受信し、プロセスの完了を示すことができる抵抗器または他の回路が用いられる。

本発明のアドレス指定方法は何れも、バッテリシステムの初期設置時、システムの保守後に用いられてもよく、または全てのセルが適切にアドレス指定されたことを確実にする予防措置として定期的に行われてもよい。例えば、セルが故障して保守中に別のセルに交換された場合、そのセルはアドレスを有しない。アドレス指定プロセスを再実施することにより、交換されたセルに自動的にアドレスが割り当てられることになる。これにより、サービス技術者が手動でアドレスプログラミングを行う必要なく、セルを容易く交換することができる。

本明細書において実行されるアルゴリズムおよび方法体系は、関連機能を実行する構成要素に対応付けられた関連プロセッサの制御下で実行される。例えば、マスターコントローラ２０によって実行されるステップおよびマスターコントローラ２０によって発行されるメッセージは、そのプロセッサ２２の制御下で実行される。ノード４０またはバッテリモジュール５０によって実行されるステップおよびノード４０またはバッテリモジュール５０によって発行されるメッセージは、そのプロセッサ５２の制御下で実行される。

当業者には、本発明において、発明の精神または範囲から逸脱することなく種々の変更、組み合わせ、および変形が可能であることは明白であろう。本明細書に記載の具体的な各実施形態、特徴、および要素は、任意の好適な方法で変更および／または組み合わされてもよい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入る本発明の変更、組み合わせ、および変形を包含することが意図される。

Claims (8)

1. バッテリシステムにおける複数のバッテリノードに複数のアドレスを自動的に割り当てる方法であって、前記バッテリシステムは、
   アドレス指定電力信号を出力するためのアドレス指定電源と、
   直列に接続され、各々少なくとも１つのバッテリに結合された複数のバッテリノード１からＮであって、
   前記ノードの各々は、正端子と、負端子と、前記正端子と前記負端子との間のバイパススイッチとを備え、前記各端子のうちの１つはアドレス指定電力信号受信端子でもあり、
   前記ノードの各々は、バッテリモジュールをさらに備え、当該バッテリモジュールは、プロセッサと、前記アドレス指定電力信号受信端子に印可された前記アドレス指定電力信号を検知するために前記プロセッサに結合されたセンサと、データを送信および受信するために前記プロセッサに結合された通信トランシーバとを含む、複数のバッテリノード１からＮと、
   プロセッサと、データを送信および受信するための通信トランシーバとを備えるマスターコントローラと、
   を備え、
   前記マスターコントローラおよび前記各バッテリモジュールの前記トランシーバは、互いに通信するように構成されており、
   前記方法は、前記各バッテリノードの全ての前記バイパススイッチが当初開かれ、前記ノードの各々がそれに対応付けられた前記少なくとも１つのバッテリへの電力接続から分離された状態で実行され、前記方法は、
   前記アドレス指定電力信号を前記アドレス指定電源から前記バッテリノード１の前記アドレス指定電力信号受信端子に出力するステップと、
   前記バッテリノードの各々において、ノード１からＮの順に連続して、前記アドレス指定電力信号端子に前記アドレス指定電力信号が印加されたときに、ノードアドレス割り当てを実行するステップと、を含み、前記ノードアドレス割り当ては、
   （ｉ）前記アドレス指定電力信号受信端子において前記アドレス指定電力信号を検知することと、
   （ｉｉ）前記複数のアドレスにおける次に利用可能なアドレスを前記バッテリノードに割り当てることと、
   （ｉｉｉ）前記アドレスの割り当てを確認するメッセージを、前記ノードの前記通信トランシーバを介して前記マスターコントローラおよび／または他の前記各ノードの前記通信トランシーバに送信することと、を含み、
   前記ノードアドレス割り当て中に、前記バッテリノードの前記バイパススイッチを閉じることによって、少なくともノード１からＮ−１の前記ノードをバイパスして、後続のノードの前記アドレス指定電力信号受信端子に前記アドレス指定電力信号を印加する、方法。
2. 前記アドレスの割り当てを確認するメッセージが前記マスターコントローラに送信され、それに応答して前記マスターコントローラが、次のノードアドレス割り当てにおける割り当てのために前記次に利用可能なアドレスを識別するメッセージを前記各ノードに送信する、請求項１に記載の方法。
3. 前記アドレスの割り当てを確認するメッセージが他の前記ノードの各々に送信され、それに応答して、割り当てられていない前記ノードの各々の前記プロセッサが、次のノードアドレス割り当てにおける割り当てのために前記次に利用可能なアドレスを識別する、請求項１に記載の方法。
4. 前記マスターコントローラが、前記アドレスの割り当てを確認するメッセージの受信に応答して、自らのプロセッサにおいて前記アドレスを割り当て済みアドレスとして識別する、請求項３に記載の方法。
5. 前記アドレス指定電力信号受信端子における前記アドレス指定電力信号の検知が、前記アドレス指定電力信号受信端子において閾値レベルを上回る閾値電圧を検知することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ノードアドレス割り当て中に、前記バッテリノードＮｉの前記バイパススイッチも閉じられる、請求項１に記載の方法。
7. 前記ノードアドレス割り当て中に、前記バッテリノードＮの前記バイパススイッチが開かれたままである、請求項１に記載の方法。
8. 複数のバッテリノードに複数のアドレスを割り当てるように構成されたバッテリシステムであって、前記バッテリシステムは、
   アドレス指定電力信号を出力するためのアドレス指定電源と、
   直列に接続され、各々少なくとも１つのバッテリに結合された複数のバッテリノード１からＮであって、
   前記ノードの各々は、正端子と、負端子と、前記正端子と前記負端子との間のバイパススイッチとを備え、前記各端子のうちの１つはアドレス指定電力信号受信端子でもあり、
   前記ノードの各々は、バッテリモジュールをさらに備え、当該バッテリモジュールは、プロセッサと、前記アドレス指定電力信号受信端子に印可された前記アドレス指定電力信号を検知するために前記プロセッサに結合されたセンサと、データを送信および受信するために前記プロセッサに結合された通信トランシーバとを含む、複数のバッテリノード１からＮと、
   プロセッサと、データを送信および受信するための通信トランシーバとを備えるマスターコントローラと、
   を備え、
   前記マスターコントローラおよび前記各バッテリモジュールの前記トランシーバは、互いに通信するように構成されており、
   前記バッテリシステムは、前記各バッテリノードの全ての前記バイパススイッチが当初開かれ、前記ノードの各々がそれに対応付けられた前記少なくとも１つのバッテリへの電力接続から分離された状態で、前記各バッテリノードに前記複数のアドレスを割り当てる方法を実行するように構成され、前記方法において、
   前記マスターコントローラは、前記アドレス指定電源に、前記アドレス指定電源から前記バッテリノード１の前記アドレス指定電力信号受信端子に向けて前記アドレス指定電力信号を出力させるように構成され、
   前記バッテリノードの各々は、ノード１からＮの順に連続して、前記アドレス指定電力信号端子に前記アドレス指定電力信号が印加されたときに、ノードアドレス割り当てを実行するように構成され、前記ノードアドレス割り当ては、
   （ｉ）前記バッテリノードの前記センサを用いて前記アドレス指定電力信号受信端子において前記アドレス指定電力信号を検知することと、
   （ｉｉ）前記複数のアドレスにおける次に利用可能なアドレスを前記バッテリノードの前記プロセッサに記憶することと、
   （ｉｉｉ）前記アドレスの割り当てを確認するメッセージを、前記バッテリノードの前記通信トランシーバを介して前記マスターコントローラおよび／または他の前記各ノードの前記通信トランシーバに送信することと、を含み、
   前記ノードの各々の前記プロセッサは、前記ノードアドレス割り当て中に、前記バッテリノードの前記バイパススイッチを閉じることによって、少なくともノード１からＮ−１のノードをバイパスして、後続のノードの前記アドレス指定電力信号受信端子に前記アドレス指定電力信号を印加するように構成される、システム。