JP2022066139A - バッテリセル電圧を検出するためのコントローラおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリセル電圧を検出するためのコントローラおよび方法を提供すること。【解決手段】バッテリパック中のバッテリセルの電圧を検出するためのコントローラは、バッテリセルに結合される変換器と切換ユニットとを含む。各バッテリセルのアノードがそれぞれの第１の経路を通してそれぞれの変換器に結合され、各バッテリセルのカソードがそれぞれの第２の経路を通してそれぞれの変換器に結合される。切換ユニットは、バッテリセルと変換器の間に結合される。変換器は、切換ユニットを通してバッテリセルのアノードに結合される。バッテリセルに対応する切換ユニットがオンになると、バッテリセルのアノードがそれぞれの変換器にそれぞれの第１の経路を通して動作電流およびサンプリング電流を提供し、動作電流は、バッテリセルのアノードからそれぞれの変換器を通ってグランドに流れる。【選択図】図２

Description

関連出願
本出願は、中華人民共和国国家知識産権局（ＣＮＩＰＡ）に２０２０年１０月１６日に出願した、「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ」という題名の、中国特許出願第２０２０１１１０７６２６．４号の優先権を主張するものである。

近年では、電動工具、電気自転車、電気自動車、軍事機器、航空分野および他の分野において、バッテリが幅広く使用されている。バッテリセルの電圧は、バッテリセルのアノードとカソード間の電位差を表しており、バッテリの充放電性能を測るための重要な指標の１つである。

図１は、従来型バッテリ電圧検出システム１００の回路図である。変換システム１００は、電流ミラー３４０によって生成される補償電流Ｉ_ＭＰ１を使用して、抵抗器ＲＦ３から抵抗器３０８＿３に流れるサンプリング電流Ｉ_{３２２＿３}を補償し、演算増幅器３０４＿４の動作電流Ｉ_{３０４＿４}を使用して、抵抗器ＲＦ２から抵抗器３０８＿２に流れるサンプリング電流Ｉ_{３２２＿２}を補償し、演算増幅器３０４＿３の動作電流Ｉ_{３０４＿３}を使用して、抵抗器ＲＦ１から抵抗器３０８＿１に流れるサンプリング電流Ｉ_{３２２＿１}を補償する。理想的な状態では、抵抗器ＲＦ３、ＲＦ２、およびＲＦ１を通って流れる電流は、補償のためすべてゼロである。しかし、抵抗器ＲＦ４を通って流れる電流が比較的大きいために、抵抗器ＲＦ４で生じる電圧降下がやはり比較的大きくなり、サンプリング電流Ｉ_{３２２＿４}によって示されるバッテリセル３０２＿４の検出電圧Ｖ_{３０２＿４}の精度が低くなる。

バッテリパック中のバッテリセルの電圧を検出するための方法の実施形態が開示される。バッテリセルはそれぞれの変換器に対応し、各バッテリセルのアノードは、それぞれの第１の経路を通してそれぞれの変換器に結合され、各バッテリセルのカソードは、それぞれの第２の経路を通してそれぞれの変換器に結合され、変換器は、切換ユニットを通してバッテリセルのアノードに結合される。方法は、バッテリセルに対応する切換ユニットをオンにして、バッテリセルのアノードをイネーブルにし、それぞれの変換器にそれぞれの第１の経路を通して動作電流およびサンプリング電流を提供するステップであって、動作電流がバッテリセルのアノードからそれぞれの変換器を通してグランドに流れる、ステップと、それぞれの変換器によってバッテリセルの電圧を検出するステップとを含む。

他の実施形態では、バッテリパック中のバッテリセルの電圧を検出するためのコントローラは、バッテリセルに結合される変換器と切換ユニットとを含み、各バッテリセルのアノードがそれぞれの第１の経路を通してそれぞれの変換器に結合され、各バッテリセルのカソードがそれぞれの第２の経路を通してそれぞれの変換器に結合される。切換ユニットは、バッテリセルと変換器の間に結合される。変換器は、切換ユニットを通してバッテリセルのアノードに結合される。バッテリセルに対応する切換ユニットがオンになると、バッテリセルのアノードがそれぞれの変換器にそれぞれの第１の経路を通して動作電流およびサンプリング電流を提供し、動作電流は、バッテリセルのアノードからそれぞれの変換器を通ってグランドに流れる。

特許請求される主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な説明が進み、図を参照すると、明らかになろう。ここで、同様の数字は同様の部分を描く。

従来型バッテリ電圧検出システムを示す回路図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラを示す回路図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラ中の多数の切換ユニットのタイミング図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラを示す回路図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラ中の多数の切換ユニットのタイミング図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラを示す回路図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラ中の多数の切換ユニットのタイミング図である。 本発明の実施形態に従った、コントローラ中の多数の切換ユニットのタイミング図である。 本発明の実施形態に従った、バッテリセル電圧を検出するための方法を示すフローチャートである。

ここで、本発明の実施形態に対して詳細に参照が行われることになる。本発明は、これらの実施形態と組み合わせて記載される一方で、これらの実施形態は、これらの実施形態に本発明を限定する意図がないことを理解されよう。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨および範囲内に含むことができる代替、修正、および等価物をカバーすることが意図される。

さらに、本発明の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を実現させるために、多数の具体的な詳細が記載される。しかし、本発明は、これらの具体的な詳細なしに実施できることを、当業者なら理解されよう。他の事例では、本発明の態様を不明瞭にするのを避けるために、よく知られている方法、手順、構成要素、および回路は、詳細には記載されていない。

図２は、本発明の実施形態に従った、バッテリパック中のバッテリセルの電圧を検出するためのコントローラ２１０Ａの回路図２００を示す。図２の中の例示のバッテリパックは、バッテリセルＣＥＬＬ１、ＣＥＬＬ２、ＣＥＬＬ３、およびＣＥＬＬ４を含み、コントローラ２１０Ａは、バッテリセルＣＥＬＬ１～ＣＥＬＬ４にそれぞれ対応する変換器２１１＿１～２１１＿４を含む。この実施形態では、バッテリセルＣＥＬＬ１は、トップバッテリセル（すなわち、基準グランドＧＮＤから最も遠いバッテリ）と呼ばれ、バッテリセルＣＥＬＬ４は、ボトムバッテリセル（すなわち、基準グランドＧＮＤに最も近いバッテリ）と呼ばれる。

バッテリセルＣＥＬＬｊ（ｊ＝１、２、または３）のアノードは、第１の経路を通して変換器２１１＿ｊに結合され、バッテリセルＣＥＬＬｊのカソードは、第２の経路を通して変換器２１１＿ｊに結合される。コントローラ２１０Ａは、バッテリセルＣＥＬＬ１～ＣＥＬＬ４と変換器２１１＿１～２１１＿４の間にそれぞれ結合される切換ユニット２１２＿１～２１２＿４をさらに含む。変換器２１１＿１～２１１＿４は、それぞれ、切換ユニット２１２＿１～２１２＿４を通してバッテリセルＣＥＬＬ１～ＣＥＬＬ４のアノードに結合される。各バッテリセルの対応する切換ユニットがオンになるとき、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードによって提供される動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊは、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通して流れる。動作電流Ｉ_ＯＰｊは、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードから、第１の経路および対応する変換器２１１＿ｊを通りグランドへと流れる。バッテリセルＣＥＬＬ（ｊ＋１）のアノードによって提供される動作電流Ｉ_{ＯＰ（ｊ＋１）}およびサンプリング電流Ｉ_{１＿（ｊ＋１）}は、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通して流れる。一実施形態では、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路は、接続抵抗器ＲＦｊを含む。変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路は、接続抵抗器ＲＦ（ｊ＋１）を含む。バッテリセルＣＥＬＬ４について、バッテリセルＣＥＬＬ４のアノードは、接続抵抗器ＲＦ４および切換ユニット２１２＿４を介して変換器２１１＿４に結合され、バッテリセルＣＥＬＬ４のカソードは、切換ユニット２１２＿５を介して変換器２１１＿４に結合される。一実施形態では、接続抵抗器ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、およびＲＦ４の抵抗値は等しい。

変換器２１１＿ｊは、切換ユニット２１２＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）をオンまたはオフにすることによってイネーブルまたはディセーブルにすることができる。たとえば、切換ユニット２１２＿１（たとえば、スイッチＳ１およびＫ１）をオンにすることによって、変換器２１１＿１がイネーブルにされ、切換ユニット２１２＿１をオフにすることによって、変換器２１１＿１がディセーブルにされる。一実施形態では、切換ユニット２１２＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、スイッチＳｊおよびスイッチＫｊを含む。スイッチＫｊをオンにすることによって、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードが変換器２１１＿ｊに、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通して動作電流Ｉ_ＯＰｊを提供する。スイッチＫｊを制御することによって、変換器２１１＿ｊの中の演算増幅器ＯＰｊは、電力を節約するために個々にイネーブルまたはディセーブルにすることができる。スイッチＳｊをオンにすることによって、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードは、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通して変換器２１１＿ｊにサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを提供する。

加えて、切換ユニット２１２＿４および２１２＿５が同時にオンであると、変換器２１１＿４がイネーブルにされ、切換ユニット２１２＿４および２１２＿５のいずれか１つをオフにすることによって、変換器２１１＿４がディセーブルにされる。切換ユニット２１２＿４および２１２＿５が同時にオンであると、セルＣＥＬＬ４のアノードによって提供されるサンプリング電流Ｉ_１＿４（図示せず）および動作電流Ｉ_ＯＰ４（図示せず）は、変換器２１１＿４を通って流れる。

変換器２１１＿ｊは、セルＣＥＬＬｊの電圧を検出し、サンプリング信号ＳＡＭｊ（ｊ＝１、２、３、または４）を生成する。一実施形態では、サンプリング信号ＳＡＭｊは、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊであってよい。具体的には、変換器２１１＿ｊは、セルＣＥＬＬｊの電圧をサンプリング電流Ｉ_１＿ｊに変換し、それによって、セルＣＥＬＬｊの電圧を示す。別の実施形態では、サンプリング信号ＳＡＭｊは、サンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭｊであってよい。具体的には、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊ（ｊ＝１、２、３、または４）は、サンプリング抵抗器Ｒｓｊを通して流れ、サンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭｊとして検出される。一実施形態では、サンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭｊ（ｊ＝１、２、３、または４）は、すべてが、同じ基準電圧（たとえば、グランド）に基づいている。

一実施形態では、変換器２１１＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、演算増幅器ＯＰｊ、抵抗器Ｒａｊ、トランジスタＭＰＳｊ、およびサンプリング抵抗器Ｒｓｊを含む。演算増幅器ＯＰｊ（ｊ＝１、２、または３）は、スイッチＫｊを通してバッテリセルＣＥＬＬｊのアノードに結合され、動作電流Ｉ_ＯＰｊが、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードから、接続抵抗器ＲＦｊおよび演算増幅器ＯＰｊを介してグランドに流れる。抵抗器Ｒａｊは、スイッチＳｊを通してセルＣＥＬＬｊのアノードに結合され、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊがセルＣＥＬＬｊのアノードから、接続抵抗器ＲＦｊ、抵抗器Ｒａｊ、およびサンプリング抵抗器Ｒｓｊを介してグランドに流れる。変換器２１１＿４は、サンプリング抵抗器Ｒｓ４を含む。図２の中のコントローラ２１０Ａの動作モードは、以下の２つのモードを含むことができる。

第１の動作モードでは、コントローラ２１０Ａは、図２の中のすべての切換ユニット２１２＿１～２１２＿４をオンにし、その結果、変換器２１１＿１～２１１＿４がすべてイネーブルにされる。変換器２１１＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通して、セルＣＥＬＬｊによって提供される動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを受け取る。セルＣＥＬＬｊに隣接する下のセルＣＥＬＬ（ｊ＋１）によって提供される動作電流Ｉ_{ＯＰ（ｊ＋１）}およびサンプリング電流Ｉ_{１＿（ｊ＋１）}は、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通して流れる。一実施形態では、理想的な状態では、関連する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、各バッテリセルによって提供される動作電流とサンプリング電流の合計をほぼ等しくすることができる。変換器２１１＿ｊが、バッテリセルＣＥＬＬｊの電圧を検出し、バッテリセルＣＥＬＬｊの電圧を示すサンプリング信号ＳＡＭｊ（たとえば、サンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭｊまたはサンプリング電流Ｉ_１＿ｊ）を生成する。

加えて、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出するとき、バッテリセルＣＥＬＬ４、接続抵抗器ＲＦ４、および変換器２１１＿４が閉ループを構築する。変換器２１１＿４は、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出し、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を示すサンプリング信号ＳＡＭ４（たとえば、変換器２１１＿４を通って流れる電流または変換器２１１＿４上の電圧）を生成する。

図１と比較して、図２のコントローラ２１０Ａは、各変換器中の演算増幅器のための電力供給方法を変えており、その結果、各変換器に対応する第１の経路を通って流れる電流および第２の経路を通って流れる電流の両方が、２つの隣接するバッテリセルのアノードによって提供される動作電流とサンプリング電流の合計である。理想的な状態では、関係する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、各演算増幅器の動作電流をほぼ等しくすることができ、各サンプリング電流をほぼ等しくすることができる。一実施形態では、上の条件で、接続抵抗器の抵抗値が等しくなるように設定されているため、各接続抵抗器の電圧降下がやはりほぼ等しくなる。したがって、図１のシステムと比較して、コントローラ２１０Ａは、各バッテリセルの電圧をより正確に検出することができる。しかし、各バッテリセルのアノードが対応する変換器のために動作電流およびサンプリング電流を提供するため、バッテリセルＣＥＬＬ１、ＣＥＬＬ２、ＣＥＬＬ３、およびＣＥＬＬ４を通って流れる電流は順に増加する。コントローラ２１０Ａが比較的長時間動作した後、個々のセルの電圧間のバランス（バランスとは、個々のセルの電圧差が許容可能範囲内にあることを意味する）が失われる場合があり、このことによって、各サンプリング信号によって表される各セルの検出電圧の正確さが低下することになる。これに対処するため、本発明は、コントローラ２１０Ａの第２の動作モードを含む。

第２の動作モードでは、コントローラ２１０Ａが、２つの隣接するバッテリセル（たとえば、バッテリセルＣＥＬＬｊ、ＣＥＬＬ（ｊ＋１）、ｊ＝１、２、３）に対応する切換ユニット（たとえば、切換ユニット２１２＿ｊ、２１２＿（ｊ＋１））を選択的にオンにして、２つの隣接する変換器（たとえば、変換器２１１＿ｊ、２１１＿（ｊ＋１））をイネーブルにする一方で、他の変換器はディセーブルのままとなる。

２つの隣接する変換器（たとえば、変換器２１１＿ｊ、２１１＿ｊ（ｊ＋１）、ｊ＝１、２、３）の上側変換器（たとえば、変換器２１１＿ｊ）は、上側の変換器に対応する第１の経路を通して、２つの隣接するセルの上側のセル（たとえば、ＣＥＬＬｊ）のアノードから、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを受け取る。２つの隣接するセルの下側のセル（たとえば、ＣＥＬＬ（ｊ＋１））のアノードからの動作電流Ｉ_{ＯＰ（ｊ＋１）}およびサンプリング電流Ｉ_{１＿（ｊ＋１）}が、上側変換器（たとえば、変換器２１１＿ｊ）に対応する第２の経路を通って流れる。上側変換器（たとえば、変換器２１１＿ｊ）は、上側のセル（たとえば、ＣＥＬＬｊ）の電圧を検出する。

ＣＥＬＬ４の電圧を検出するため、コントローラ２１０Ａは、切換ユニット２１２＿４および２１２＿５の両方をオンにすることができ、または、切換ユニット２１２＿４をオンにして、切換ユニット２１２＿５をオフにすることができる。両方の方法は、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を正確に検出するために、コントローラ２１０Ａをイネーブルにすることができる。

第２の動作モードでは、２つの隣接するバッテリセルに対応する切換ユニットのオン時間のデューティサイクルを制御することによって、各バッテリセルを通って流れる電流間の差異の平均値を減らし、それによって、バッテリセルの間のバランスを維持することができる。デューティサイクルとは、２つの隣接するバッテリセルに対応する切換ユニットのオン時間ｔと、検出期間Ｔの比のことをいう。検出期間Ｔとは、すべてのバッテリセルＣＥＬＬ１、ＣＥＬＬ２、ＣＥＬＬ３、およびＣＥＬＬ４の電圧を検出するのに必要な合計時間のことをいう。詳細は、図３で記載されることになる。

図３は、本発明の実施形態に従った、第２のモードで動作するコントローラ２１０Ａ中の切換ユニットのタイミング図を示す。図３に示される実施形態では、ｔ０からｔ１の時間期間の間、切換ユニット２１２＿１および２１２＿２だけがオンにされ、変換器２１１＿１がセルＣＥＬＬ１の電圧を検出する。ｔ２からｔ３の時間期間の間、切換ユニット２１２＿２および２１２＿３だけがオンにされ、変換器２１１＿２がセルＣＥＬＬ２の電圧を検出する。ｔ４からｔ５の時間期間に、切換ユニット２１２＿３、２１２＿４、および２１２＿５だけがオンにされ、変換器２１１＿３がセルＣＥＬＬ３の電圧を検出する。ｔ６からｔ７の時間期間の間、切換ユニット２１２＿４だけがオンにされ、変換器２１１＿４がセルＣＥＬＬ４の電圧を検出する。この実施形態では、ｔ１－ｔ０＝ｔ３－ｔ２＝ｔ５－ｔ４＝ｔ７－ｔ６である。他の実施形態では、ｔ１－ｔ０、ｔ３－ｔ２、ｔ５－ｔ４、およびｔ７－ｔ６は、等しくない場合がある。

たとえば、図３中の検出期間Ｔが１００ｍｓであり、２つの隣接するバッテリセルに対応する切換ユニットのオン時間ｔが両方とも１００μｓであると仮定すると、この場合には、デューティサイクルが１００μｓ／１００ｍｓである。また、対応する第１の経路を通して各変換器によって受け取られる電流が１０μＡであると仮定する。この例では、コントローラ２１０Ａが第１のモードで動作するとき、バッテリセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流とバッテリセルＣＥＬＬ３を通って流れる電流との間の差異は、２０μＡである。この例では、コントローラ２１０Ａが図３に示される様式（第２のモード）で動作するとき、検出期間Ｔの間、セルＣＥＬＬ１を通って流れる電流とセルＣＥＬＬ３を通って流れる電流との間の差異の平均値は、２０ｎＡに減らされる。第２のモードのときに、２つの隣接するバッテリセルに対応する切換ユニットのオン時間ｔのデューティサイクルを制御すること（たとえば、減らすこと）によって、バッテリセルを通って流れる電流間の差異の平均値を減らし、それによって、バッテリセルの間のバランスを維持できることを理解することができる。

図４は、本発明の実施形態に従った、コントローラ２１０Ｂの回路図を示す。

図２の中のコントローラ２１０Ｂと比較して、コントローラ２１０Ｂは、複数のミラーユニットをさらに含む。図４の例では、コントローラ２１０Ｂは、ミラーユニット４１０＿１、４１０＿２、および４１０＿３を含む。

ミラーユニット４１０＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通る電流と、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通る電流との間の差異を減らすように、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する変換器２１１＿ｊの動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを複製する。ミラーユニット４１０＿ｊは、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路に結合される。

具体的には、ミラーユニット４１０＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、動作電流Ｉ_ＯＰｊに比例する第１の複製電流を生成する。一実施形態では、理想的な状態では、第１の複製電流は、関係する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、動作電流Ｉ_ＯＰｊにほぼ等しくすることができる。ミラーユニット４１０＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）は、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊに比例する第２の複製電流を生成する。一実施形態では、理想的な状態では、第２の複製電流は、関係する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊにほぼ等しくすることができる。動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊは、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる。第１の複製電流および第２の複製電流は、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通って流れる。

一実施形態では、各ミラーユニットが第１の分岐、第２の分岐、および第３の分岐を含む。サンプリング電流Ｉ_１＿ｊは、変換器２１１＿ｊ（ｊ＝１、２、または３）に結合される第１の分岐を通って流れる。第１の分岐に結合される第２の分岐は、サンプリング電流Ｉ_１＿ｊに比例する第１の複製電流を生成する。第１の複製電流は、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路から第２の分岐に流れる。変換器２１１＿ｊに結合される第３の分岐は、動作電流Ｉ_ＯＰｊに比例する第２の複製電流を生成する。第２の複製電流は、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路から第３の分岐に流れる。

図４に示される実施形態では、ミラーユニット４１０＿１は、第１の分岐、第２の分岐、および第３の分岐を含む。第１の分岐はトランジスタＭ１を含み、第２の分岐はトランジスタＭ２を含み、第３の分岐はトランジスタＭ３を含む。トランジスタＭ１のゲートがトランジスタＭ２のゲートに結合されて電流ミラー構造を構築し、トランジスタＭ３のゲートが演算増幅器ＯＰ１の内側の動作電流Ｉ_ＯＰ１に関係する構成要素に結合されて電流ミラー構造を構築する。サンプリング電流Ｉ_１＿１は、トランジスタＭ１を介してグランドに流れる。トランジスタＭ２は、トランジスタＭ１を通って流れるサンプリング電流Ｉ_１＿１を複製して、第１の複製電流を生成する。第１の複製電流は、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を介してトランジスタＭ２に流れる。トランジスタＭ３は、変換器２１１＿１の動作電流Ｉ_ＯＰ１を複製して第２の複製電流を生成する。第２の複製電流は、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を介してトランジスタＭ３に流れる。図４の実施形態では、ミラーユニット４１０＿２および４１０＿３の構造は、ミラーユニット４１０＿１のものと同じである。

動作では、図４の中のコントローラ２１０Ｂが、バッテリセルＣＥＬＬｊ（ｊ＝１、２、または３）に対応する切換ユニット２１２＿ｊを選択的にオンにして、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する変換器２１１＿ｊがイネーブルにされ、他の変換器がディセーブルにされる。バッテリセルＣＥＬＬｊに対応するミラーユニット４１０＿ｊは、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる電流を複製するためにイネーブルにされる。セルＣＥＬＬｊの電圧は、変換器２１１＿ｊによって検出される。

たとえば、ＣＥＬＬ１の電圧を検出するために、スイッチＳ１およびＫ１がオンにされ、変換器２１１＿１およびミラーユニット４１０＿１がイネーブルにされる。ミラーユニット４１０＿１は、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通る電流を、変換器２１１＿１に対応する第２の経路に複製する。理想的な状態では、ミラーユニット４１０＿１によって作られる複製電流により、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通る電流が、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通る電流とほぼ等しくなる。変換器２１１＿１は、セルＣＥＬＬ１の電圧を検出し、セルＣＥＬＬ１の電圧を示すサンプリング信号ＳＡＭ１を生成する。

バッテリセルＣＥＬＬ２およびＣＥＬＬ３の電圧を検出するプロセスは、バッテリセルＣＥＬＬ１の電圧を検出するものと同様である。バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出するプロセスは、図２で記載されたものと同様である。

上の説明によれば、ミラーユニットを使用することによって、変換器２１１＿ｉ（ｊ＝１、２、または３）に対応する第１の経路を通る電流は、変換器２１１＿ｉに対応する第２の経路を通る電流にほぼ等しくすることができ、その結果、サンプリング信号が対応するセルの電圧を正確に示すことができる。さらに、各バッテリセルに対応する切換ユニットのオン時間ｔのデューティサイクルを制御すること（たとえば、減らすこと）によって、バッテリセルを通って流れる電流間の差異の平均値を減らし、それによって、セルの間のバランスを維持することができる。デューティサイクルとは、各切換ユニットのオン時間ｔと検出期間Ｔの比のことをいう。

図５は図４の中のコントローラ２１０Ｂ中の切換ユニットのタイミング図を示す。図５に示される実施形態では、ｔ０からｔ１の時間期間の間、切換ユニット２１２＿１だけがオンにされ、変換器２１１＿１がセルＣＥＬＬ１の電圧を検出する。ｔ２からｔ３の時間期間に、切換ユニット２１２＿２だけがオンにされ、変換器２１１＿２がセルＣＥＬＬ２の電圧を検出する。ｔ４からｔ５の時間期間に、切換ユニット２１２＿３だけがオンにされ、変換器２１１＿３がセルＣＥＬＬ３の電圧を検出する。ｔ６からｔ７の時間期間の間、切換ユニット２１２＿４だけがオンにされ、変換器２１１＿４がセルＣＥＬＬ４の電圧を検出する。この実施形態では、ｔ１－ｔ０＝ｔ３－ｔ２＝ｔ５－ｔ４＝ｔ７－ｔ６である。他の実施形態では、ｔ１－ｔ０、ｔ３－ｔ２、ｔ５－ｔ４、およびｔ７－ｔ６は、等しくない場合がある。

各切換ユニットのオン時間ｔのデューティサイクルを制御すること（たとえば、減らすこと）によって、各バッテリセルを通って流れる電流間の差異の平均値を減らし、それによって、セルの間のバランスを維持することができる。

図６は、本発明の実施形態に従った、コントローラ２１０Ｃの回路図を示す。

図２の中のコントローラ２１０Ａと比較して、図６に示されるコントローラ２１０Ｃは、ミラーユニット６１０および補償回路６２０をさらに含む。

ミラーユニット６１０は、トップセルＣＥＬＬ１に対応する第２の経路に結合され、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる電流と、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通って流れる電流との間の差異を減らすために、トップバッテリセルに対応する変換器２１１＿１の動作電流Ｉ_ＯＰ１およびサンプリング電流Ｉ_１＿１を複製するように動作可能である。

具体的には、ＣＥＬＬ１の電圧を検出するために、切換ユニット２１２＿１およびスイッチＳＷ１がオンにされ、変換器２１１＿１およびミラーユニット６１０がイネーブルにされる。バッテリセルＣＥＬＬ１のアノードによって提供される動作電流Ｉ_ＯＰ１およびサンプリング電流Ｉ_１＿１は、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる。ミラーユニット６１０は、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる電流を、変換器２１１＿１に対応する第２の経路に複製し、そのことによって、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる電流と、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通って流れる電流との間の差異を減らす。一実施形態では、理想的な状態では、関連する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、また、ミラーユニット６１０を使用することによって、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる電流が、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通って流れる電流とほぼ等しくなる。したがって、変換器２１１＿１は、バッテリセルＣＥＬＬ１の電圧を正確に検出することができる。

補償回路６２０は、変換器２１１＿１～２１１＿４に結合されて、１つまたは複数のセルに対応する第１の経路の電流を補償するための、１つまたは複数の補償電流を生成するように動作可能である。１つまたは複数のバッテリセルは、トップバッテリセル以外のバッテリセルであってよい（たとえば、バッテリセルＣＥＬＬ２およびＣＥＬＬ３）。

具体的には、バッテリセルＣＥＬＬｊ（ｊ＝２または３）の電圧を検出するために、切換ユニット２１２＿ｊおよびスイッチＳＷｊがオンにされ、変換器２１１＿ｊおよび補償回路６２０がイネーブルにされる。変換器２１１＿ｊは、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通して、セルＣＥＬＬｊによって提供される動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを受け取る。補償回路６２０は、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する第１の経路を通って流れる電流を補償するために、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊに従って補償電流Ｉ_ＣＯＭｊを生成する。

一実施形態では、補償回路６２０は、複数の変換器に結合される検出ユニット６２１および検出ユニット６２１に結合される補償ユニット６２２を含む。検出ユニット６２１は、変換器の動作電流およびサンプリング電流をサンプリングし、動作電流とサンプリング電流の合計に比例するそれぞれの基準電流を生成する。

具体的には、バッテリセルＣＥＬＬｊ（ｊ＝２または３）の電圧を検出するために、切換ユニット２１２＿ｊがオンにされ、変換器２１１＿ｊがイネーブルにされて、バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードが動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを変換器２１１＿ｊに、対応する第１の経路を通して提供する。スイッチＳＷｊがオンにされ、検出ユニット６２１が、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊをサンプリングし、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊの合計に比例する基準電流Ｉ_ＲＥＦｊを生成する。

一実施形態では、検出ユニット６２１は、セレクタ６６８、演算増幅器ＯＰＣ、トランジスタＭＣ１、抵抗器Ｒａ５、およびトランジスタＭＣ２を含む。セレクタ６６８は、複数のサンプリング信号の中から１つのサンプリング信号Ｖ_ＳＡＭｉを選択するように動作可能である。一実施形態では、セレクタ６６８によって選択されるサンプリング信号Ｖ_ＳＡＭｉは、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応するサンプリング電圧である。トランジスタＭＣ１は、演算増幅器ＯＰｊ（ｊ＝１、２、または３）中の動作電流Ｉ_ＯＰｊに関連する構成要素にそれぞれ結合されて、演算増幅器ＯＰｊの動作電流Ｉ_ＯＰｊを複製するように動作可能である電流ミラーを構築する。セレクタ６６８によって選択されるサンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭｉが抵抗器Ｒａ５に印加されて電流Ｉ_ＳＲを生成する。動作電流Ｉ_ＯＰｊと電流Ｉ_ＳＲの合計が基準電流Ｉ_ＲＥＦｉである。基準電流Ｉ_ＲＥＦｉは、トランジスタＭＣ２を通ってグランドに流れる。理想的な状態では、関連する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、電流Ｉ_ＳＲをサンプリング電流Ｉ_１＿ｉとほぼ等しくすることができ、基準電流Ｉ_ＲＥＦｉは、動作電流Ｉ_ＯＰｊと電流Ｉ_ＳＲの合計に比例することができる。

補償ユニット６２２は、基準電流Ｉ_ＲＥＦｊ（ｊ＝２または３）に比例する補償電流Ｉ_ＣＯＭｊを生成する。補償電流Ｉ_ＣＯＭｊは、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する第１の経路を通って流れる電流を補償する。

具体的には、補償ユニット６２２は、基準電流Ｉ_ＲＥＦｊ（ｊ＝２または３）を複製して補償電流Ｉ_ＣＯＭｊを生成する。スイッチＳＷｊがオンにされると、補償電流Ｉ_ＣＯＭｊが補償ユニット６２２からバッテリセルＣＥＬＬｊに対応する第１の経路に流れる。理想的な状態では、関係する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、補償電流Ｉ_ＣＯＭｊ（ｊ＝２または３）の大きさが、動作電流Ｉ_ＯＰｊとサンプリング電流Ｉ_１＿ｊの合計にほぼ等しくなり、その結果、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる全電流がゼロに等しくなる。一方で、切換ユニット２１２＿（ｊ＋１）がオフにされるため、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通って流れる電流はやはりゼロである。変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる電流、および変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通って流れる電流は両方ともゼロであるために、変換器２１１＿ｊは、バッテリセルＣＥＬＬｊの電圧を正確に検出することができる。

一実施形態では、補償ユニット６２２がトランジスタＭＰ１、ＭＰ２、およびＭＰ３を含む。トランジスタＭＰ１、ならびにトランジスタＭＰ２およびＭＰ３は、トランジスタＭＰ１を通って流れる基準電流Ｉ_ＲＥＦｊを複製するように動作可能である電流ミラーを構築して、対応する補償電流Ｉ_ＣＯＭｊを生成する。スイッチＳＷｊ（ｊ＝２または３）がオンにされると、補償電流Ｉ_ＣＯＭｊが補償ユニット６２２から変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路に流れ、その結果、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる全電流は、ほぼゼロに等しくなる。

上の説明によれば、変換器は、各バッテリセルの電圧を正確に検出することができる。しかし、バッテリセルＣＥＬＬ１の電圧を検出するとき、ミラーユニット６１０によって生成された複製電流が、バッテリセルＣＥＬＬ１のカソードとバッテリセルＣＥＬＬ２のアノードの間のノードから、抵抗器ＲＦ２を通って流れ、バッテリセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流を、他のバッテリセルを通って流れる電流より小さくさせる。このことによって、バッテリパックがそのバランスを失うことになる。これに対処するため、本発明の実施形態に従ったコントローラ２１０Ｃ中の補償回路６２０は、バランス電流Ｉ_ＢＬを生成するようにさらに動作可能である。スイッチＳＷ２がオンにされると、バランス電流Ｉ_ＢＬが補償ユニット６２２から変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通ってトップバッテリセルＣＥＬＬ１のカソードに流れ、トップバッテリセルＣＥＬＬ１のアノードにさらに流れて、トップバッテリセルを通って流れる電流と他のバッテリセルを通って流れる電流との間の差異を減らし、それによって、各セルの間のバランスを維持する。

図７および図８は、コントローラ２１０Ｃに関連するタイミング図を示す。図７に示されるような実施形態では、検出期間Ｔにおいて、コントローラ２１０Ｃが最初に各バッテリセル（たとえば、ＣＥＬＬ１～ＣＥＬＬ４）の電圧を一度検出し、次いで、トップバッテリセルＣＥＬＬ１に対応する変換器２１１＿１を再びイネーブルにする。補償回路６２０は、変換器２１１＿１の動作電流Ｉ_ＯＰ１とサンプリング電流Ｉ_１＿１の合計に比例するバランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。図８に示されるような別の実施形態では、セルＣＥＬＬｉの電圧を検出するとき、補償回路６２０は、セルＣＥＬＬｉに対応する変換器２１１＿ｉの動作電流Ｉ_ＯＰｉとサンプリング電流Ｉ_１＿ｉの合計に比例するバランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。図８の例では、ＣＥＬＬｉは、ＣＥＬＬ４である。他の例では、ＣＥＬＬｉは、トップバッテリセルＣＥＬＬ１およびトップバッテリセルに隣接するより下のバッテリセル（すなわち、ＣＥＬＬ２）以外の任意のバッテリセルであってよい。詳細な説明は、下に与えられる。

図７は、本発明の実施形態に従った、図６の中のコントローラ２１０Ｃの中の複数の切換ユニットのタイミング図を示す。

ｔ０からｔ１の時間期間では、コントローラ２１０ＣがバッテリセルＣＥＬＬ１の電圧を検出する。切換ユニット２１２＿１およびスイッチＳＷ１がオンにされ、変換器２１１＿１およびミラーユニット６１０がイネーブルにされる。ミラーユニット６１０は、変換器２１１＿１に対応する第１の経路を通って流れる電流を、変換器２１１＿１に対応する第２の経路に複製する。変換器２１１＿１は、セルＣＥＬＬ１の電圧を検出し、セルＣＥＬＬ１の電圧を示すサンプリング信号ＳＡＭ１を生成する。この時間期間の間、変換器２１１＿１に対応する第２の経路を通って流れる電流が存在し、それによって、バッテリセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流が、他のバッテリセルを通って流れる電流より小さくなる。

ｔ２からｔ３の時間期間の間、コントローラ２１０ＣがバッテリセルＣＥＬＬ２の電圧を検出し、ｔ４からｔ５の時間期間の間、コントローラ２１０ＣがバッテリセルＣＥＬＬ３の電圧を検出する。セルＣＥＬＬｊ（ｊ＝２または３）の電圧を検出するとき、切換ユニット２１２＿ｊおよびスイッチＳＷｊだけがオンにされ、変換器２１１＿ｊおよび補償回路６２０がイネーブルにされる。バッテリセルＣＥＬＬｊのアノードが、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊを、対応する第１の経路を通して変換器２１１＿ｊに提供する。検出ユニット６２１が、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊをサンプリングし、動作電流Ｉ_ＯＰｊおよびサンプリング電流Ｉ_１＿ｊの合計に比例する基準電流Ｉ_ＲＥＦｊを生成する。補償ユニット６２２は、基準電流Ｉ_ＲＥＦｊに従って補償電流Ｉ_ＣＯＭｊを生成する。補償電流Ｉ_ＣＯＭｊは、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する第１の経路を通る電流を補償する。補償電流Ｉ_ＣＯＭｊの効果に起因して、バッテリセルＣＥＬＬｊに対応する第１の経路を通って流れる電流が減少する。理想的な状態では、関係する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、補償電流Ｉ_ＣＯＭｊ（ｊ＝２または３）が、動作電流Ｉ_ＯＰｊとサンプリング電流Ｉ_１＿ｊの合計にほぼ等しくなり、その結果、変換器２１１＿ｊに対応する第１の経路を通って流れる全電流がほぼゼロに等しくなる。この時間期間の間、切換ユニット２１２＿（ｊ＋１）がオフであるため、変換器２１１＿ｊに対応する第２の経路を通って流れる電流はやはりゼロである。したがって、変換器２１１＿ｊは、バッテリセルＣＥＬＬｊの電圧を正確に検出することができる。

ｔ６からｔ７の時間期間の間、コントローラ２１０ＣがバッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出する。バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出するプロセスは、図２で記載されたものと同様である。

ｔ８からｔ９の時間期間の間、コントローラ２１０ＣがセルＣＥＬＬ１によって消費された電流を補償する。切換ユニット２１２＿１およびスイッチＳＷ２が再びオンにされ、変換器２１１＿１および補償回路６２０がイネーブルにされる。バッテリセルＣＥＬＬ１のアノードが変換器２１１＿１に動作電流Ｉ_ＯＰ１およびサンプリング電流Ｉ_１＿１を提供する。補償回路６２０は、動作電流Ｉ_ＯＰ１およびサンプリング電流Ｉ_１＿１をサンプリングし、動作電流Ｉ_ＯＰ１とサンプリング電流Ｉ_１＿１の合計に比例するバランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。バランス電流Ｉ_ＢＬは、バッテリセルＣＥＬＬ１のカソードからバッテリセルＣＥＬＬ１のアノードに流れる。この例では、バランス電流Ｉ_ＢＬは、バッテリセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流を単に増加させる。理想的な状態では、関連する構成要素のパラメータを適切に設定することによって、バランス電流Ｉ_ＢＬが、動作電流Ｉ_ＯＰ１とサンプリング電流Ｉ_１＿１の合計にほぼ等しくなる。この方法は、バッテリセルＣＥＬＬ１によって消費された、減った電流を正確に補償することができる。

この実施形態では、ｔ１－ｔ０＝ｔ３－ｔ２＝ｔ５－ｔ４＝ｔ７－ｔ６＝ｔ９－ｔ８である。他の実施形態では、ｔ１－ｔ０、ｔ３－ｔ２、ｔ５－ｔ４、ｔ７－ｔ６、およびｔ９－ｔ８は、等しくない場合がある。

図８は、本発明の実施形態に従った、図６の中のコントローラ２１０Ｃの中の複数の切換ユニットの別のタイミング図を示す。時間ｔ０からｔ６の時間期間では、バッテリセルＣＥＬＬ１、ＣＥＬＬ２、およびＣＥＬＬ３の電圧を検出するプロセスは、図７で記載されたものと同様である。

ｔ６からｔ７の時間期間では、コントローラ２１０ＣがバッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出する。切換ユニット２１２＿４がオンにされ、切換ユニット２１２＿５がオフにされる。変換器２１２＿４は、セルＣＥＬＬ４の電圧を検出し、セルＣＥＬＬ４の電圧を示すサンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭ４を生成する。補償回路６２０は、切換ユニット２１２＿１～２１２＿３のうちのいずれか１つをオンにし、オンにした切換ユニットに対応する演算増幅器の動作電流をサンプリングし、サンプリング電圧Ｖ_ＳＡＭ４をサンプリングして、バランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。バランス電流Ｉ_ＢＬは、バッテリセルＣＥＬＬ１のカソードからバッテリセルＣＥＬＬ１のアノードに流れる。この例では、バランス電流Ｉ_ＢＬは、バッテリセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流を単に増加させる。この方法は、バッテリセルＣＥＬＬ１によって消費された、減った電流を補償する一方で、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧を検出し、こうして時間を節約して電力消費を減らすことができる。

この実施形態では、ｔ１－ｔ０＝ｔ３－ｔ２＝ｔ５－ｔ４＝ｔ７－ｔ６である。他の実施形態では、ｔ１－ｔ０、ｔ３－ｔ２、ｔ５－ｔ４、およびｔ７－ｔ６は、等しくない場合がある。図８の例では、バッテリセルＣＥＬＬ４の電圧が検出されると、補償回路６２０がバランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。他の例では、他のバッテリセル（たとえばＣＥＬＬ３）を検出するとき、補償回路６２０は、検出されるバッテリセルに対応する演算増幅器の動作電流およびサンプリング電圧に従ったバランス電流Ｉ_ＢＬを生成する。

図７および図８に示される実施形態では、補償回路６２０によって生成される補償電流が、変換器２１１＿２および２１１＿３に対応する第１の経路を通る全電流をゼロにほぼ等しくさせ、補償回路６２０によって生成されるバランス電流が、検出期間Ｔの間にセルＣＥＬＬ１を通って流れる電流を、他のセルを通って流れる電流にほぼ等しくさせる。したがって、各バッテリセルの電圧を正確に検出するために各変換器をイネーブルにする一方で、バッテリパックの寿命が短くならないように、各バッテリセルを通って流れる電流間のバランスをやはり維持する。

図９は、本発明の実施形態に従った、バッテリセル電圧を検出するための方法のフローチャート９００を示す。

ブロック９０１では、変換器が、切換ユニットを通してバッテリセルのアノードにそれぞれ結合される。

ブロック９０２では、バッテリセルの対応する切換ユニットがオンにされ、バッテリセルのアノードをイネーブルにし、バッテリセルについて動作電流およびサンプリング電流をそれぞれの変換器にそれぞれの第１の経路を通して提供する。動作電流は、バッテリセルのアノードからそれぞれの変換器を通ってグランドに流れる。

ブロック９０３では、それぞれの変換器がバッテリセルの電圧を検出する。

上で記載したように、本発明は、バッテリセル電圧を検出するためのコントローラおよび方法を開示する。本発明に従った実施形態は、変換器と対応するバッテリセルのアノードとの間に結合される第１の経路を通る電流と、変換器と対応するバッテリセルのカソードとの間に結合される第２の経路を通る電流との間の差異を減らし、そのことによって、変換器が、各バッテリセルの電圧を正確に検出することを可能にする。

上の説明および図面が本発明の実施形態を表す一方で、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の原理の趣旨および範囲から逸脱することなく、そこに様々な追加、修正、および置換を行うことができることが理解されよう。本発明は、形状、構造、配置、割合、材料、要素、および構成要素の多くの修正形態で使用できること、そうでない場合には、本発明の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に具体的に適合される、本発明の実施で使用できることを当業者なら理解されよう。ここで開示される実施形態は、したがって、すべての点で、限定ではなく説明として考えるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的な等価物によって示され、上の説明に限定されない。

１００ 従来型バッテリ電圧検出システム、変換システム
２００ 回路図
２１０Ａ コントローラ
２１０Ｂ コントローラ
２１０Ｃ コントローラ
２１１＿１ 変換器
２１１＿２ 変換器
２１１＿３ 変換器
２１１＿４ 変換器
２１２＿１ 切換ユニット
２１２＿２ 切換ユニット
２１２＿３ 切換ユニット
２１２＿４ 切換ユニット
２１２＿５ 切換ユニット
３０２＿４ バッテリセル
３０４＿３ 演算増幅器
３０４＿４ 演算増幅器
３０８＿１ 抵抗器
３０８＿２ 抵抗器
３０８＿３ 抵抗器
３４０ 電流ミラー
４１０＿１ ミラーユニット
４１０＿２ ミラーユニット
４１０＿３ ミラーユニット
６１０ ミラーユニット
６２０ 補償回路
６２１ 検出ユニット
６２２ 補償ユニット
６６８ セレクタ
９００ フローチャート

Claims (26)

1. バッテリパック中の複数のバッテリセルの電圧を検出するための方法であって、前記複数のバッテリセルの各バッテリセルが、複数の変換器のうちのそれぞれの変換器に結合され、前記複数の変換器が複数の切換ユニットを通して前記複数のバッテリセルのアノードに結合され、前記各バッテリセルのアノードが複数の第１の経路のうちのそれぞれの第１の経路を通して前記それぞれの変換器に結合され、前記各バッテリセルのカソードが複数の第２の経路のうちのそれぞれの第２の経路を通して前記それぞれの変換器に結合されており、
   前記複数の切換ユニットのうちの１つの切換ユニットをオンにするステップであって、前記切換ユニットが前記複数のバッテリセルのうちの１つのバッテリセルに対応し、前記バッテリセルの前記アノードをイネーブルにして、前記バッテリセルについての前記それぞれの第１の経路を通して前記バッテリセルについての前記それぞれの変換器に動作電流およびサンプリング電流を提供し、前記動作電流が前記バッテリセルの前記アノードから前記バッテリセルについての前記それぞれの変換器を通してグランドに流れる、ステップと、
   前記バッテリセルについての前記それぞれの変換器によって前記バッテリセルの電圧を検出するステップと
   を含む、方法。
2. 前記複数のバッテリセルのうちの２つの隣接するバッテリセルに対応する前記複数の切換ユニットのうちの２つの切換ユニットを選択的にオンにして、前記２つの隣接するバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの２つの隣接する変換器をイネーブルにする一方で、前記複数の変換器のうちの他の変換器がディセーブルにされるステップであって、前記２つの隣接する変換器のうちの上側変換器が、前記２つの隣接するバッテリセルのうちの上側バッテリセルのアノードから、前記上側バッテリセルに対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通して、動作電流およびサンプリング電流を受け取り、前記２つの隣接するバッテリセルのうちの下側バッテリセルのアノードからの動作電流およびサンプリング電流が、前記上側バッテリセルに対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路を通って流れる、ステップと、
   前記上側変換器によって前記上側バッテリセルの電圧を検出するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記２つの切換ユニットのデューティサイクルを制御して、前記複数のバッテリセルのうちの各バッテリセルを通る電流間の差異の平均値を減らすステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数の切換ユニットをオンにして、前記複数の変換器をイネーブルにするステップであって、前記複数の変換器のうちの各変換器が、前記複数のバッテリセルのうちのそれぞれのバッテリセルのアノードから、前記各変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちのそれぞれの第１の経路を通った動作電流およびサンプリング電流を受け取り、前記それぞれのバッテリセルに隣接する下側バッテリセルのアノードからの動作電流およびサンプリング電流が、前記各変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちのそれぞれの第２の経路を通って流れる、ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のバッテリセルのうちの第１のバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの第１の変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流と、前記第１の変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路を通る電流との間の差異を減らすために、ミラーユニットによって、前記第１の変換器の動作電流およびサンプリング電流を複製するステップであって、前記ミラーユニットが、前記第１の変換器に対応する前記第２の経路に結合される、ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記複製するステップが、
   前記動作電流に従った第１の複製電流を生成するステップであって、前記第１の複製電流が前記動作電流に比例する、ステップと、
   前記サンプリング電流に従った第２の複製電流を生成するステップであって、前記第２の複製電流が前記サンプリング電流に比例する、ステップと
   を含み、
   前記動作電流および前記サンプリング電流が、前記第１の変換器に対応する前記第１の経路を通って流れ、前記第１の複製電流および前記第２の複製電流が、前記第１の変換器に対応する前記第２の経路を通って流れる、請求項５に記載の方法。
7. 前記ミラーユニットが第１の分岐、第２の分岐、および第３の分岐を備え、前記サンプリング電流が前記第１の分岐を通って流れ、前記第２の分岐が前記第１の複製電流を生成するように動作可能であり、前記第１の複製電流が前記第１の変換器に対応する前記第２の経路から前記第２の分岐に流れ、前記第３の分岐が前記第２の複製電流を生成するように動作可能であり、前記第２の複製電流が前記第１の変換器に対応する前記第２の経路から前記第３の分岐に流れる、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１のバッテリセルに対応する前記複数の切換ユニットのうちの１つの切換ユニットを選択的にオンにして、前記第１の変換器をイネーブルにする一方で、前記複数の変換器のうちの他の変換器がディセーブルにされるステップと、
   前記ミラーユニットをイネーブルにして、前記第１の変換器に対応する前記第１の経路を通る前記電流を複製するステップと、
   前記第１の変換器によって、前記第１のバッテリセルの電圧を検出するステップと
   をさらに含む、請求項５に記載の方法。
9. 前記複数の切換ユニットのデューティサイクルを制御して、前記複数のバッテリセルを通る電流間の差異の平均値を減らすステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数のバッテリセルがトップバッテリセルを備え、
    前記トップバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの１つの変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流と、前記変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路を通る電流との間の差異を減らすために、ミラーユニットによって、前記変換器の動作電流およびサンプリング電流を複製するステップであって、前記ミラーユニットが前記変換器に対応する前記第２の経路に結合される、ステップと、
    前記複数のバッテリセルのうちの１つの第１のバッテリセルに対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流を補償するために、補償回路によって補償電流を生成するステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記補償回路が検出ユニットおよび補償ユニットを備え、前記生成するステップが、
    前記検出ユニットによって、前記第１のバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの第１の変換器の動作電流およびサンプリング電流をサンプリングするステップと、
    前記検出ユニットによって、前記第１の変換器の前記動作電流および前記サンプリング電流の合計に比例する基準電流を生成するステップと、
    前記補償ユニットによって、前記基準電流に比例する前記補償電流を生成するステップと、
    前記第１のバッテリセルに対応する前記第１の経路を通る前記電流を補償するステップと
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記補償回路によって、前記トップバッテリセルのアノードへと前記トップバッテリセルのカソードを通るバランス電流を生成し、前記トップバッテリセルを通る電流と前記複数のバッテリセルのうちの他のバッテリセルを通る電流との間の差異を減らすステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記複数のバッテリセルのうちの前記各バッテリセルの電圧を検出するステップと、
    前記トップバッテリセルに対応する前記変換器をイネーブルにするステップと、
    前記トップバッテリセルに対応する前記変換器によって、前記トップバッテリセルからの前記動作電流および前記サンプリング電流を受け取るステップと、
    前記補償回路によって、前記トップバッテリセルからの前記動作電流と前記サンプリング電流の合計に比例する前記バランス電流を生成するステップと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. バッテリパック中の複数のバッテリセルの電圧を検出するためのコントローラであって、
    前記複数のバッテリセルに結合される複数の変換器であって、前記複数のバッテリセルの各バッテリセルのアノードが複数の第１の経路のうちのそれぞれの第１の経路を通して前記複数の変換器のそれぞれの変換器に結合され、前記各バッテリセルのカソードが複数の第２の経路のうちのそれぞれの第２の経路を通して前記それぞれの変換器に結合される、複数の変換器と、
    前記複数のバッテリセルと前記複数の変換器の間に結合される複数の切換ユニットであって、前記複数の変換器が前記複数の切換ユニットを通して前記複数のバッテリセルのアノードに結合される、複数の切換ユニットと
    を備え、
    前記複数のバッテリセルのうちの１つのバッテリセルに対応する複数のスイッチのうちの１つの切換ユニットがオンになるとき、前記バッテリセルのアノードが前記バッテリセルについての前記それぞれの第１の経路を通して前記バッテリセルについての前記それぞれの変換器に動作電流およびサンプリング電流を提供し、前記動作電流が前記バッテリセルの前記アノードから前記バッテリセルについての前記それぞれの変換器を通してグランドに流れる、コントローラ。
15. 前記コントローラが、前記複数のバッテリセルのうちの２つの隣接するバッテリセルに対応する前記複数の切換ユニットのうちの２つの切換ユニットを選択的にオンにして、前記２つの隣接するバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの２つの隣接する変換器をイネーブルにする一方で、前記複数の変換器のうちの他の変換器がディセーブルにされるように動作可能であり、前記２つの隣接する変換器のうちの上側変換器が、前記２つの隣接するバッテリセルのうちの上側バッテリセルのアノードから、前記上側バッテリセルに対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通して、動作電流およびサンプリング電流を受け取り、前記２つの隣接するバッテリセルのうちの下側バッテリセルのアノードからの動作電流およびサンプリング電流が、前記上側バッテリセルに対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路を通って流れる、請求項１４に記載のコントローラ。
16. 前記２つの切換ユニットのデューティサイクルを制御して、前記複数のバッテリセルの各バッテリセルを通る電流間の差異の平均値を減らすように動作可能である、請求項１５に記載のコントローラ。
17. 前記コントローラが、前記複数の切換ユニットをオンにして、前記複数の変換器をイネーブルにするように動作可能であり、前記複数の変換器のうちの各変換器が、前記複数のバッテリセルのうちのそれぞれのバッテリセルのアノードから、前記各変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちのそれぞれの第１の経路を通った動作電流およびサンプリング電流を受け取り、前記それぞれのバッテリセルに隣接する下側バッテリセルのアノードからの動作電流およびサンプリング電流が、前記各変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちのそれぞれの第２の経路を通って流れる、請求項１４に記載のコントローラ。
18. 前記複数のバッテリセルのうちの第１のバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの第１の変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路に結合されるミラーユニットであって、前記第１の変換器の動作電流およびサンプリング電流を複製して、前記第１の変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流と前記第１の変換器に対応する前記第２の経路を通る電流との間の差異を減らすように動作可能である、ミラーユニットをさらに含む、請求項１４に記載のコントローラ。
19. 前記ミラーユニットが、前記動作電流に比例する第１の複製電流を生成し、前記サンプリング電流に比例する第２の複製電流を生成するように動作可能であり、前記動作電流および前記サンプリング電流が前記第１の変換器に対応する前記第１の経路を通って流れ、前記第１の複製電流および前記第２の複製電流が前記第１の変換器に対応する前記第２の経路を通って流れる、請求項１８に記載のコントローラ。
20. 前記ミラーユニットが第１の分岐、第２の分岐、および第３の分岐を備え、前記サンプリング電流が前記第１の分岐を通って流れ、前記第２の分岐が前記第１の複製電流を生成するように動作可能であり、前記第１の複製電流が前記第１の変換器に対応する前記第２の経路から前記第２の分岐に流れ、前記第３の分岐が前記第２の複製電流を生成するように動作可能であり、前記第２の複製電流が前記第１の変換器に対応する前記第２の経路から前記第３の分岐に流れる、請求項１９に記載のコントローラ。
21. 前記第１のバッテリセルに対応する前記複数の切換ユニットのうちの１つの切換ユニットを選択的にオンにして前記第１の変換器をイネーブルにする一方で、前記複数の変換器のうちの他の変換器がディセーブルにされ、前記ミラーユニットをイネーブルにして、前記第１の変換器に対応する前記第１の経路を通る前記電流を複製するように動作可能である、請求項１８に記載のコントローラ。
22. 前記複数の切換ユニットのデューティサイクルを制御して、前記複数のバッテリセルを通る電流間の差異の平均値を減らすように動作可能である、請求項２１に記載のコントローラ。
23. 前記複数のバッテリセルがトップバッテリセルを備え、
    前記トップバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの１つの変換器に結合され、前記変換器の動作電流およびサンプリング電流を複製して、前記変換器に対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流と前記変換器に対応する前記複数の第２の経路のうちの１つの第２の経路を通る電流との間の差異を減らすように動作可能であるミラーユニットと、
    前記複数の変換器に結合され、前記複数のバッテリセルのうちの第１のバッテリセルに対応する前記複数の第１の経路のうちの１つの第１の経路を通る電流を補償するために補償電流を生成するように動作可能である補償回路と
    をさらに備える、請求項１４に記載のコントローラ。
24. 前記補償回路が、
    前記第１のバッテリセルに対応する前記複数の変換器のうちの第１の変換器の動作電流およびサンプリング電流をサンプリングし、前記第１の変換器の前記動作電流と前記サンプリング電流の合計に比例する基準電流を生成するように動作可能である検出ユニットと、
    前記基準電流に比例する前記補償電流を生成するように動作可能である補償ユニットと
    を備える、請求項２３に記載のコントローラ。
25. 前記補償回路が、前記トップバッテリセルのアノードへと前記トップバッテリセルのカソードを通るバランス電流を生成し、前記トップバッテリセルを通る電流と前記複数のバッテリセルのうちの他のバッテリセルを通る電流との間の差異を減らすように動作可能である、請求項２３に記載のコントローラ。
26. 前記コントローラが、前記複数のバッテリセルのうちの前記各バッテリセルの電圧を検出し、前記トップバッテリセルに対応する前記変換器をイネーブルにするように動作可能であり、前記変換器が前記トップバッテリセルからの前記動作電流および前記サンプリング電流を受け取り、前記補償回路が、前記トップバッテリセルからの前記動作電流と前記サンプリング電流の合計に比例する前記バランス電流を生成する、請求項２５に記載のコントローラ。

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