JP3993386B2 - バッテリ内ネットワークを採用した耐故障性バッテリシステム - Google Patents
バッテリ内ネットワークを採用した耐故障性バッテリシステム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明はエネルギー蓄積デバイスに関し、より詳細には、バッテリ内通信ネットワークおよび耐故障性知能(fault-tolerant intelligence) を採用した分散形バッテリ・システム(distributed battery system)に関する。
従来の技術
最近では多くの先進のバッテリ技術が開発されているが、それは例えば金属水素化物( 例えばNi-MH)、リチウム・イオンおよびリチウム・ポリマ・セル技術などであり、広範囲な商用的用途および消費者用途に対して高エネルギー生成を約束するものである。高エネルギー用途においては、通常高電圧且つ高電流を生成すべく相当に多数の別体のエネルギー蓄積デバイスもしくはセルが直列および並列接続されている。この様なセルの組合せは、エネルギー蓄積システムの電力容量を増大する。一例として電気自動車に給電するのに適したバッテリシステムは、数百ボルトの定格電圧および数百アンペア(A) の定格電流を有し得る。
【０００２】
高出力バッテリシステムを設計するひとつの手法としては、所定の直列および／または並列配置と共に多数の自給式エネルギー蓄積デバイスを接続し、所望の電圧および定格電流を達成する手法が挙げられる。通常大掛かりなバッテリシステムを構築する上でモジュール手法を使用すれば、設計の融通性およびシステムの保守性が高められる。但し、所定のバッテリシステム内において別体のエネルギー蓄積デバイスの個数を増加すれば、各デバイスの動作ステータスの決定が困難になることが理解され得る。また、バッテリシステム内に存在する、または差し迫った故障を検出してこのような故障を修復することの困難性も増大する。
【０００３】
例えば、各々が多数の電気化学セルを含むエネルギー蓄積モジュールを数個直列接続した分散形バッテリシステムにおいては、電気化学性および電圧／電流特性が等しいもしくは極めて類似したセルを使用するのが望ましい。直列に配列されたセル中のあるエネルギー蓄積セルが、直列接続された他の複数のエネルギー蓄積セルとはまったく異なる特性を示す場合、充電および放電の間に不都合な結果に帰着することが知られている。例えば不都合な結果としては、直列配列内における異常なエネルギー蓄積セルの電圧が充電の間において公称最大電圧限界を急速に超えることが挙げられる。このような過電圧もしくは過充電状態はセルを損傷し得ると共に、直列接続体における当該セルおよび他のセルの耐用期間を大きく減少させることもある。
【０００４】
大量生産されるエネルギー蓄積セルの特性は、所定の構築要件から種々の度合で逸脱することが理解される。更に、製造時点では容認可能と見なされたとしても、セル特性は経時的に種々の比率で且つ種々の度合で製造仕様から逸脱する。分散形バッテリシステムを構成するモジュールもしくはセルの直列配列におけるセルの化学的性質および性能における僅かなもしくは顕著な差異を検出するためには、個々のモジュールおよびセルの動作状態に関する十分な情報を獲得するための包括的データ獲得スキーム（scheme）が必要である。獲得されたなら、この情報は処理され、分散形バッテリシステムで生じた異常動作状態に対処するための修正動作対策が実施されなければならない。
【０００５】
故にバッテリ製造業界においては、直列接続された多数のエネルギー蓄積モジュールおよびセルの動作をまとめるため、および直列接続されたモジュールおよびセル内で発生した故障を修復する修正動作対策を実施するための装置および方法に対する要望が存在する。更にバッテリシステム内で生じた故障の存在下においても安全で信頼性のある動作を提供する分散形バッテリシステムに対する要望も存在する。本発明はこれらのおよび他の要望を満足するものである。
発明の要約
本発明は、通信ネットワークを採用した分散形エネルギー蓄積システムに関するものである。分散形バッテリシステムは、各々がプロセッサおよび通信インタフェースを含む多数のエネルギー蓄積モジュールを含んでいる。ネットワーク動作モードにおいてバッテリコンピュータは、バッテリ内ネットワーク(intra-battery network) を介して各モジュールプロセッサと通信すると共に個々のモジュールプロセッサと協働し、モジュールの監視および制御動作を調整する。バッテリコンピュータは、バッテリおよび個々のモジュールの電圧および電流状態などの多数のバッテリおよびモジュール状態、並びに、バッテリの熱管理システムの状態を監視する。過放電保護システム、等化調節システムおよび通信システムもまた、バッテリコンピュータにより制御される。バッテリコンピュータは、バッテリレベル状態に関する種々のステータスデータを経過記録すると共に報告するが、これは別体のシステムプラットフォームコンピュータへと報告され得る。
【０００６】
モジュールがバッテリコンピュータに対する通信接続の不在を検出した場合、モジュールは独立動作モードへと移行する。独立モードで動作するモジュールは、モジュール内でローカル的に種々の監視および制御機能を実行することにより、安全で継続的な動作を確かなものとする。モジュールプロセッサは、充電／放電サイクルの間において、電流、電圧および温度状態の監視を独自に調整し、欠陥セルのバイパスを行い、セル電圧を等化し、且つモジュール内で生ずる故障状態を検出して経過記録する。独立動作の期間の間に蓄積されたモジュールステータス情報は、モジュールプロセッサとバッテリコンピュータとの間の通信接続が再確立されたときにバッテリコンピュータへと引き続き送信される。
発明の実施の形態
図面の内の特に図１を参照すると、給電接続（power connection）６７により相互に直列接続されたものとして示された多数のエネルギー蓄積装置６６を含む耐故障性分散形バッテリシステムの実施例が示されている。またエネルギー蓄積装置６６の各々は通信用下部構造６４に連結され、これを介してバッテリプラットフォームコンピュータ６２とエネルギー蓄積装置６６との間で通信が行われる。各モジュール６６は、モジュール６６内に配置されて通信用下部構造６４上でバッテリコンピュータ６２と電気的に通信するプロセッサもしくはコンピュータを含んでいる。この構成に依れば、バッテリコンピュータ６２、通信用下部構造６４およびモジュール６６は、バッテリ内ネットワーク６８を構成する。バッテリコンピュータ６２は更に、システムプラットフォームコンピュータ６０と通信する。
【０００７】
一実施例においてバッテリコンピュータ６２は、充電および放電動作の間における各モジュール６６の動作を調整すべく、通信用下部構造６４上で制御／構成信号(configuration signals）を通信する。モジュール６６の各々は、ステータス、故障および他の情報をバッテリコンピュータ６２に対して通信する。各モジュール６６および他の情報源から受信した情報に応答して、バッテリコンピュータ６２は、バッテリシステムおよびモジュール６６内に提供された種々の電気および熱管理システムを制御し、バッテリシステムが正規に作動することを確かなものとする。
【０００８】
図１に示された分散形バッテリシステムの重要な形態は、モジュール６６がネットワークモードまたは独立モードで動作し得る能力である。典型的な状況展開においては、通信用下部構造６４またはバッテリコンピュータ６２で生じた故障に応じて特定モジュール６６がネットワークモードから独立モード動作へと移行し、それによりこの特定モジュール６６はバッテリコンピュータ６２から電気的にもしくは論理的に分離される。例えば、モジュール６６とバッテリコンピュータ６２との間の通信リンクにおける中断は、通常分離されたモジュール６６に対してバッテリコンピュータ６２が動作変更を行うのを阻害する。このような場合、分離されたモジュール６６はバッテリコンピュータ６２との通信接続の不在を検出し、それに応じて独立モードで動作する。
【０００９】
独立モードで動作するモジュール６６は、該モジュール６６内においてローカル的に種々の監視および制御動作を実行し、分離されたモジュール６６の安全で継続的な動作を確かなものとする。この点に関し、図１に示された分散形バッテリシステムは、バッテリプラットフォームのレベルで発生した故障、またはバッテリ内ネットワーク６８上で通信しているバッテリコンピュータ６２とモジュール６６との間で発生した故障が、バッテリコンピュータ６２もしくは独自にモジュール６６の各々により管理される、という耐故障性システムと見なされ得る。
【００１０】
分散形バッテリシステムの一実施例によれば、高エネルギー用途での使用に良く適したエネルギー蓄積デバイスまたはモジュールは、多数の角柱状(prismatic）薄膜電気化学セルを並列および／または直列関係で選択的に相互接続し、所望の電圧および電流定格を達成することで構築される。図２Ａに示された実施例においては、８個の電気化学セル７０がグループ化されると共に並列接続されてセルパック７２を形成している。ひとつのエネルギー蓄積装置７４は、６個のセルパック７２をグループ化すると共に各パック７２を直列接続して構成される。バッテリ７６は、直列接続された２４個のモジュール７４を使用して構築され得る。
【００１１】
エネルギー蓄積装置の基本的エネルギー生成要素として採用され得る電気化学セルは、図３に示されたような薄膜角柱構造を有し得る。図３に示された実施例に依れば電気化学セル８０は、アノードを構成する膜８４とカソードを構成する膜８８との間に薄膜固体電解質８６が配置された平坦に巻かれた角柱形状を有するものとして示される。各カソード膜８８の間には中央カソード電流コレクタ８９が配置され、両面セル構成を形成する。単一のカソードコレクタ８９が、単一のアノード／セパレータ／カソード要素の組合せに結合されるという単一面セル構成も代替的に採用され得る。この構成においては、通常個々のアノード／セパレータ／カソード／コレクタ要素の組合せの間に絶縁膜層が配置される。セル８０の第１縁部８５に沿ってアノード８４を露出すると共にセル８０の第２縁部８３に沿ってカソード電流コレクタ８９を露出すべく、アノード膜８４はカソード電流コレクタ８９に対して側方にオフセットされる。図３に示された実施例は、薄膜電気化学セル８０が巻かれる力生成(force producing) コア要素８２を含んでいる。
【００１２】
図３に示された電気化学セル８０は、イオン搬送膜を構成する固体ポリマ電解質８６と、リチウム金属アノード８４と、酸化バナジウムカソード８８とを含み得る。これらの膜要素は、ポリプロピレン膜などの絶縁膜も含み得る薄膜積層角柱構造を形成すべく作製される。アノードおよびカソード電流収集膜８４、８９の縁部８５、８３に沿って電流収集接点を形成すべく、公知のスパッタ金属被覆処理が採用される。金属溶射(metal-sprayed）接点はアノードおよびカソード膜縁部８５、８３の長に沿い、優れた電流収集を提供すると共に、良好な電気接触および熱伝導特性を示すことを銘記されたい。
【００１３】
一般的に、図３に示された固体薄膜電気化学セルを構成する活性物質は、通常動作温度を相当に超える温度において化学的および機械的一体性を保持する。例えば、１８０℃までの温度が許容され得る。各図中に概略的に示された電気化学セルは、米国特許第５，４２３，１１０号、第５，４１５，９５４号および第４，８９７，９１７号に開示された方法に従って作製され得る。
【００１４】
図２Ａに示された構成が与えられると共に電気化学セル７０の各々は図３に示されたセルと等しい寸法および特性を有するとすれば、別体セル７０の各々は約３６．５Whの合計エネルギー出力を提供する。セルパック７２の各々は約２９２Whの合計エネルギー出力を提供する一方、各モジュール７４は１．７５kWh の合計エネルギー出力を提供する。直列接続された２４個のモジュール７４によりバッテリ７６は、約４２kWh の合計エネルギー出力を提供する。電気化学セル７０の構造および構成、セルパック７２、モジュール７４およびバッテリ７６を形成する電気化学セル７０の相互接続は、図２Ａに示された構成から変更され得ることを理解されたい。
【００１５】
図４乃至図５には、スター構成もしくはスタートポロジ（topology）に配置されたバッテリ内ネットワーク１００を取り入れた分散形バッテリシステムの実施例が示されている。図４乃至図５に示されたスタートポロジは、モジュールコンピュータすなわち制御器１０２の各々と中央バッテリコンピュータ１０１との間におけるピア・ツー・ピア（pier-to-pier）の電気的な接続を提供する。スタートポロジを採用するバッテリ内方式に対する利点は、複数の伝送ライン破損からの本質的保護である。例えば、特定モジュールコンピュータ１０２とバッテリコンピュータ１０１との間の通信リンク１０３が破損したとしても、バッテリコンピュータ１０１に対して別のモジュールコンピュータ１０２を接続する伝送ライン１０４は通信リンク１０３の破損により影響を受けないままである。スター構成バッテリ内ネットワークにおいては接続上の問題を診断することは比較的容易であり、バッテリコンピュータ１０１はバッテリ内ネットワーク１００内における欠陥通信リンクの箇所を信頼性を以て識別し得る。
【００１６】
スターネットワークトポロジを採用する別の利点としては、分散形バッテリシステム内における特定モジュール１０２の物理的箇所が容易に決定され得ることが挙げられる。このように、分散形バッテリシステム１００内への新たなモジュールもしくは交換モジュールの挿入は、バッテリコンピュータ１０１内における新たなモジュールもしくは交換モジュールの物理的箇所のプログラミングを必要としない。図５は、図４に示された概略的スター形バッテリ内ネットワークトポロジの詳細を示している。図５に示されたモジュールアレイ１０２は夫々、個々の伝送ライン１０４を使用してバッテリコンピュータ１０１（図示せず）に接続されている。更に、各モジュール１０２の正および負の端子は、別体の電力ライン１０６を使用して直列接続されている。電力ライン１０６は、正および負の電力端子１０７、１０８にて終端する。
【００１７】
図６乃至図７においてバッテリ内ネットワークは、単一の伝送ラインもしくはバス１０４がモジュールコンピュータ１０２の各々をバッテリコンピュータ１０１と接続するというバス構成を有するものとして示されている。モジュールコンピュータ１０２の各々は、別体ライン１０９を介して伝送ライン１０４に接続される。図６乃至図７の実施例で示されたようなバッテリ内バスネットワークで採用され得る調停スキーム（arbitration scheme）を利用するに適した通信プロトコルは、ＭＩＬ規格１５５３に規定されている。同様に図７に示されたように、モジュール１０２は、正および負のバッテリ端子１０７、１０８にて終端する直列電力接続１０６にそれぞれ接続されている。各図中に示されたスター構成およびバス構成以外のバッテリ内ネットワークトポロジを採用し、バッテリコンピュータ１０１と各モジュールコンピュータ１０２との間の通信を行い得ることが理解される。例えば、スター構成リング、スター／バス構成、または、他の標準的なもしくはハイブリッド式のトポロジが採用され得る。
【００１８】
採用された特定のネットワークトポロジに拘わりなく、バッテリ内ネットワーク内のデータ伝送速度は比較的に低速であると予期される。一実施例においては、バッテリコンピュータ６２と個々のモジュールコンピュータ１０２との間でステータスおよびコマンドパラメータを通信すべく２６バイトのコマンド構造が採用される。例えば、２４個のエネルギー蓄積装置１０２を含む分散形バッテリシステムにおいて、単一のコマンドが２６バイトを構成するとすれば、２４個のモジュールをポーリングする為に必要とされる最小の帯域幅は、６，２４０ビット／秒[(２６バイト／モジュール) ×（２４モジュール) ×（１０ビット／バイト) ×（ＰHz) ＝６，２４０×Ｐビット／秒] である。尚、この例においては、非同期シリアルインタフェースが採用される。
【００１９】
モジュールポーリング周波数ＰHzを達成する為に必要な最小帯域幅Ｂを計算するための一般式は次式により与えられる：
Ｂ＝（ｘバイト／モジュール) ×（ｙモジュール) ×
（ｚビット／バイト) ×（Ｐ Hz) (1)
式中、ｘはコマンドおよび応答のフォーマットに従うバイト数を表し、ｙは分散形バッテリシステムを構成する個々のモジュールの個数を表し、ｚはバイト当たりの定義ビット数を表し、およびＰはヘルツで与えられたポーリング周波数を表す。
【００２０】
以下の表１は、種々のポーリング周波数Ｐにてバッテリ内ネットワーク１００上で情報を送信するに必要とされる通信用下部構造６４の帯域幅を示している。尚、表１に示された帯域幅の値は、２５％までの付加的オーバヘッドを必要とし得るものであり、全てのプロトコルオーバヘッドを含むものではないことを銘記されたい。
【００２１】
【表１】
【００２２】
本発明の一実施例に係るバッテリコンピュータコマンドおよびモジュールコンピュータ応答の代表的セットが、それぞれ表２および表３に示されている。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
特定モジュールの保守もしくは交換時などにおいてバッテリ内ネットワークからモジュールが分離されるとき、固有シリアル番号などの固有ＩＤはコンピュータプラットフォームバッテリ１０１により登録される。バストポロジを有するバッテリ内ネットワークにおいては、バッテリ内ネットワークに挿入された新たなモジュールのＩＤの登録は、バッテリ技術者が交換モジュールの物理的箇所をバッテリコンピュータにプログラムすることにより手動で実施され得る。
【００２６】
代替的に、バス上に提供された各コネクタは、バッテリ内ネットワーク内で固有な位置ＩＤと関連付けられる。バスコネクタに対して、特定モジュールとバッテリコンピュータ１０１との間で送信される情報内に固有位置ＩＤ情報を符号化する識別回路が取り入れられ又は連結され得る。スターネットワークトポロジを採用すれば、ネットワーク内における各モジュールの物理的箇所を識別する必要性が回避されることが理解される。
【００２７】
スタートポロジを採用したバッテリ内ネットワークは、バストポロジと比較して多数の利点を提供する。例えば、スターネットワーク上における各伝送ラインは既知の物理的箇所を有することから、スターネットワーク上で通信を行う各モジュールの物理的箇所は既知である。これに対してバス構成は、各モジュールがバッテリ内ネットワーク内で何処にあるかを決定すべく、各モジュールにおける付加的なハードウェアを必要とする。更に、バスネットワーク上で通信を行う全てのノードは、厳格なプロトコルに従わねばならず、処理オーバヘッドおよびメモリ使用量を増大する。更に、バス構成ネットワーク内で生ずる短絡は、各モジュールとバッテリコンピュータとの間の全ての通信を本質的に終結させ得る。通常バス上の開路状態は、物理的に開路の向こう側に配置された他の全てのモジュールからバッテリコンピュータを分離する。
【００２８】
スターネットワークトポロジに伴う欠点は、高い故障割合を有することが知られているコネクタの個数に関するものである。スター構成はバストポロジと比較してバッテリプラットフォームレベルで更なるコネクタを必要とするが、モジュールレベルにおけるコネクタ当たりのピン数は少なくなり得る。故に、バッテリコンピュータ１０１と各モジュールコンピュータ１０２との間の通信を行う為に必要な全体的な接点の個数は、いずれのトポロジに対してもほぼ等しい。
【００２９】
図８には、バッテリコンピュータ１２２が多数のモジュールコンピュータ１３０およびシステムプラットフォームコンピュータ１２０と通信するという耐故障性分散形バッテリシステムの実施例が示されている。一実施例に依れば、分散形バッテリシステムは電気自動車に対する主要電源として採用される。この構成においてバッテリコンピュータ１２２は、電気自動車内で他の装置との間で通信を行う為に使用されるプロトコルと同等の又は互換性のある通信プロトコルを使用してシステムプラットフォームコンピュータ１２０と通信する。例えば、“Surface Vehicle Standard SAE-J 1850 ”仕様、または、“Vehicle Area Network (VAN)”プロトコルが使用され得る。代替的に、非互換的なプロトコル同士の間での効果的な翻訳を行うべく、プロトコルトランスレータもしくはブリッジ(brige）が採用され得る。本明細書中に記述された階層的バッテリシステムは、例えば遠隔通信システムおよび航空宇宙システムなどの、電気自動車以外のシステムで採用され得ることを理解されたい。
【００３０】
図８に更に示されるような、バッテリコンピュータ１２２は多数のモジュールコンピュータ１３０と協働し、分散形バッテリシステム内における監視、制御および報告作用を提供する。個々のモジュールは、独立モードにおいても独自に動作し得る。バッテリコンピュータ１２２は、多数のバッテリシステム状態を監視１２４するが、これは、バッテリの電位および電流ステータス、およびバッテリの熱管理システムの状態を含むものである。
【００３１】
バッテリコンピュータ１２２により多数のバッテリレベルシステムが管理もしくは調整される（１２６）が、これらは例えば、過放電保護システム、熱管理システム、等化調節システム、および、通信制御システムなどである。バッテリコンピュータ１２２は、バッテリレベル状態に関する種々のステータスデータも経過記録および報告する（１２８）が、これには、システムプラットフォームコンピュータ１２０により必要とされる電圧、残存“燃料(fuel)”、保守およびサービスの推奨および履歴、温度、およびその他の情報が含まれる。
【００３２】
前述のようにモジュールの各々には、独立動作とバッテリコンピュータ１２２との協働動作の両者を提供するマイクロプロセッサもしくはコンピュータ１３０を含んでいる。モジュールコンピュータ１３０の各々は、電位、電流および温度状態などのモジュール内の種々の動作およびステータス状態を監視する（１３２）。これに加え、バイパスされたセルパックの番号および他の故障状態がモジュールにより監視される（１３２）。更に、モジュール内の最大および最小のセルパック電圧などの等化電位がモジュールコンピュータ１３０により監視される。
【００３３】
モジュールコンピュータ１３０は多数のモジュールレベル機能を制御する（１３４）が、これには、充電および放電作用の間における欠陥セルパックのバイパスの実行およびモジュール内に含まれたセルパックの電位の等化の促進が含まれる。また、モジュールコンピュータ１３０により種々のモジュールステータス情報が経過記録もしくは報告される（１３６）が、これらには、故障状態、活性セルパックの個数、保証データ、シリアル番号情報、および、バッテリコンピュータ１２２により要求された他の情報が含まれる。モジュールコンピュータ１３０は、個々のセルパックレベルに対して、監視（１３８）、管理（１４０）およびステータス情報の報告（１４２）を提供する。
【００３４】
図９には、図８に示されたような耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータ１２２により管理される種々の動作が、フローチャートとして示されている。バッテリコンピュータ１２２は、定常的にバッテリ電位および電流を決定する（１５０）。端子電位および電流が公称範囲内である場合（１５２）、これらのパラメータの監視は異常状態が生じまたは充電処置が要求されるまで継続する（１５４）。バッテリコンピュータ１２２は、通常システムプラットフォームコンピュータ１２０からの充電要求コマンドの受信により、充電処置を開始する（１５６）。充電処置（１５６）の間および充電処置（１５６）の終結の後、端子および電流パラメータは継続的に監視される（１５０）。
【００３５】
バッテリコンピュータ１２２が、端子電位もしくは電流が公称範囲内に無いことを決定した場合（１５２）、バッテリコンピュータ１２２は各モジュールの動作ステータスを決定すべくバッテリ内ネットワークに接続された各モジュールをポーリングする（１５８）。一実施例においてバッテリコンピュータ１２２は、マスタ／スレーブ・ポーリング技術を用いてモジュールコンピュータ１３０の各々に対して応答させる。この構成においては、各モジュールは相互に通信を行わず、バッテリコンピュータ１２２に対してのみ通信を行うものとする。故に、バッテリコンピュータ１２２がマスタ装置として動作するマスタ／スレーブ・プロトコルが適切である。代替実施例においては、モジュールコンピュータ１３０とバッテリコンピュータ１２２との間における接続の提供に加え、個々のモジュールコンピュータ１３０間に通信接続を提供することが望ましいこともある。この構成においては、独立モードで作用する分離モジュールは、ネットワークモードで作動する他のモジュールを介してバッテリコンピュータ１２２と通信することが可能である。
【００３６】
一実施例においてモジュールコンピュータ１３０は、所定速度にて種々の測定およびモジュールステータス決定を継続的に行う。バッテリコンピュータ１２２からのコマンドの受信により各モジュールコンピュータ１３０は、要求された情報をバッテリ内ネットワークを介してバッテリコンピュータ１２２に送信することによりコマンドに応答する。バッテリコンピュータ１２２が各モジュールコンピュータ１３０をポーリング（１５８）する速度は、分散形バッテリシステム内におけるモジュールの個数、および各モジュールコンピュータ１３０とバッテリコンピュータ１２２との間で通信される情報の量を考慮して決定され得る。例えば２４個のモジュールノードを有するバッテリ内ネットワークに対しては、１回／秒のポーリング速度で十分である。
【００３７】
バッテリコンピュータ１２２がいずれかのモジュールが異常に動作していることを決定した場合（１６０）、バッテリコンピュータ１２２は異常の原因を決定する（１６２）と共に、異常状態の修復を試行する。欠陥セルパックもしくは短絡セルパックのバイパスを実行することなどにより、異常が現場(in-situ）で修正された場合（１６４）、バッテリコンピュータは影響を受けたモジュールコンピュータ１３０に対して修正活動コマンドを発行する（１６６）。異常状態が修正されない場合、バッテリコンピュータ１２２は故障状態を経過記録する（１６８）と共に、故障状態をシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと報告する。故障状態の重大性に依存してシステムプラットフォームコンピュータ１２０は、特定の故障状態に対して注意を向ける為の報知器または他の警報機構を起動し得る。
【００３８】
端子電位または電流が公称作動範囲内に無く（１５２）、且つ、いずれのモジュールも異常状態で動作していない場合（１６０）、バッテリコンピュータ１２２はモジュール充電が必要であることを決定し得る（１７０）。バッテリコンピュータ１２２が、充電は不要であること、および異常端子電位または電流状態の由来が決定できないことを決定した場合、公称状態からの逸脱が重大でない場合（１７２）には、異常状態は経過記録されると共にバッテリコンピュータ１２２に対して報告される（１７４）。端子電位または電流が事前設定スレッショルド値に関して相当に逸脱する場合、原因未確認の異常状態はバッテリコンピュータ１２２内に経過記録されると共に、更なる評価の為にシステムプラットフォームコンピュータ１２０へ報告される。システムプラットフォームコンピュータ１２０は、異常状態の重大性に依存して、状態に注意を向ける為の更なる処置を取り得る。
【００３９】
モジュールの充電が必要であることをバッテリコンピュータ１２２が決定した場合（１７０）、低燃料ステータス状態を告知する低燃料信号がシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと通信される。バッテリコンピュータ１２２により発行された充電要求をシステムプラットフォームコンピュータ１２０が無視し又は無効（override）にする場合、通常低燃料状態はバッテリコンピュータ１２２に経過記録されてシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと報告される（１７６）。システムプラットフォームコンピュータ１２０から充電要求コマンド信号が受信された場合、充電処理を完了する為の見積時間と共に燃料レベルステータスが報告される（１８０）。
【００４０】
通常バッテリコンピュータ１２２は、各モジュール内の個々のセルパックの電位を決定すべくモジュールコンピュータ１３０の各々をポーリングすることにより充電処理を開始する（１８２）。バッテリコンピュータ１２２は、取得したセルパック電圧情報に基づいて充電パラメータを計算する（１８４）と共に、種々のモジュールコンピュータ１３０に対して充電パラメータを送信する（１８６）。充電処理の間、各モジュールのステータスはバッテリコンピュータ１２２により監視される（１８８）。充電処理が完了すると、充電後のモジュールの電位、および充電／放電サイクルの合計回数などの、各モジュールに関する履歴データが更新される（１９０）。充電処理が完了した後、バッテリコンピュータ１２２は、バッテリ端子電位および電流の監視（１５０）を含む通常動作を再開する。
【００４１】
図１０に与えられたフローチャートは、バッテリ内ネットワーク上で通信を行う各モジュールをポーリングするときに、バッテリコンピュータ１２２が行う種々の処理段階を記述している。バッテリコンピュータ１２２は、分散形バッテリシステム内におけるモジュールを選択する（２００）と共にモジュールをポーリングして（２０２）、選択モジュールの通信ステータスを決定する（２０４）。モジュールがオンラインまたはバッテリ内ネットワークを介してアクセス可能である場合（２０６）、モジュールはネットワークと現在の通信能力を通信する（２１０）。通常モジュールの各々は、バッテリコンピュータとの通信が可能か否かを決定する。特定モジュールがバッテリコンピュータとの通信を不可能であると決定した場合、特定モジュールはモジュールがバッテリコンピュータとの通信を再確立するまで独立モードで動作する（２０８）。上述の如く独立動作モードにおいてモジュールは、通常充電／放電動作の間における、電位、電流、および温度パラメータを監視し、欠陥セルパックのバイパスを行い、セル電圧を等化し、且つ、モジュール内で生ずる故障状態を検出して経過記録を行う。
【００４２】
ネットワークモード動作または独立モード動作のいずれにおいても、モジュールの動作ステータスが決定される（２１２）と共に範囲外動作パラメータが決定され（２１４、２１６）、それに応じて修正活動が行われる（２１８）。動作データは、対応する日付およびタイムスタンプ（time stamp）情報と共に、モジュールおよびバッテリコンピュータの一方もしくは両方に経過記録される（２２０）。付加的なモジュールに対して応答させる必要がある場合（２２２）、ポーリング処理が終結する（２２４）までバッテリコンピュータはポーリング処理を継続する。ポーリング処理は、継続的に、または分散形バッテリシステム内における異常状態が検出されると選択的に行われ得る。
【００４３】
図１１には、分散形バッテリシステムを構成する各エネルギー蓄積デバイスの構成をポーリングする場合においてバッテリコンピュータが実行する種々の処理段階が詳細に示されている。バッテリコンピュータがバッテリシステム内における特定モジュールをポーリングするとき（２３０）、モジュールに対する種々の動作パラメータが測定される（２３２）。ひとつのモジュール内において多数のセルパックが相互に接続されるというモジュール構成において、個々のセルパックの各々がポーリングされて、各セルパックに対する電圧が決定される（２３４，２３６，２３８）。各セルパックの電位が決定された後、特定モジュールに対する差分電流(differential current)が測定され（２４０）、これは種々のタイプのモジュール故障状態を決定する基礎として使用される。モジュールに対する差分電流は、モジュールの正の端子を介して検出された電流と、モジュールの負の端子を介した電流との間の差（即ち、ＩPos −ＩNeg ) として与えられる。
【００４４】
通常モジュールは、モジュール内の種々の位置に分散された所定数の温度センサを含み、センサから温度値が決定される（２４２）。モジュール内でバイパスされたセルパックの個数が決定される（２４４）と共に、モジュール内に存在する全ての故障状態が決定される（２４６）。特定モジュールにおける各セルパックの平均電位は、既に獲得されたセルパック電圧の値を用いて決定される（２４８）。各モジュール内におけるセルパック電位の分散(variance)、および、各セルパック電位の分布もしくは広がりを表す分散係数が決定される（２５０，２５２）。種々のモジュール動作パラメータに関する上述の情報もしくは決定は、次に、モジュールおよびバッテリコンピュータ内に記憶される。もし付加的なモジュールがポーリングされるべきであれば（２５４）、バッテリコンピュータは次のモジュールを選択して（２５６）上述の種々の測定および検出を反復し、そうでなければポーリング処理が終結される（２５８）。
【００４５】
以下の表４には、分散形バッテリシステムの種々の構成要素により獲得される種々のデータのタイプ、およびデータが獲得される特定構成要素が提供されている。また、データが如何にして獲得もしくは測定されるか、どの構成要素に対してデータが報告されるか、および特定データを記憶する構成要素に関する説明も提供される。記号“Ｘ”は、特定のデータ要素の出所、測定、報告または記憶に関する特定バッテリシステム構成要素を表している。また、記号“(X) ”は、示されたモジュール構成要素により特定機能が実行されたことを表す。記号“Ｏ”は、通常関連エネルギー蓄積デバイス構成要素が特定データ要素を報告もしくは記憶することを表すが、他の構成要素もまたこれらのデータ要素を報告もしくは記憶し得ることを表している。図４に示された情報は、本発明の原理に従って構成かつ動作せしめられる耐故障性分散形バッテリシステムにより行われるデータ獲得プロセスの多くの可能な実施例のひとつに関するものに過ぎないことを理解されたい。
【００４６】
【表４】
【００４７】
図１２乃至図１３を参照すると、一実施例に従い、バッテリシステムを構成する個々のエネルギー蓄積装置中に提供された電子回路の実施例の概略が示されている。モジュールの各々は、通信インタフェース回路２７２を用いてバッテリ内ネットワークに連結されたマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ２７０を含んでいる。一実施例において、バッテリ内ネットワークはＲＳ−４８５ディファレンシャルペア(differential pain）を採用し、且つ、通信インタフェース回路２７２はＲＳ−４８５ディファレンシャルペアとの連結の為の適切なコネクタを含んでいる。例えばバッテリコンピュータは、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社により製造されたモデル６８ＨＣ１１又はＩｎｔｅｌ社により製造されたモデル８０９６などのコントローラを含み得る。
【００４８】
図１２に示されたように、各モジュール内には、モジュールの種々の箇所における温度を決定する温度検知回路２７４が提供される。温度センサ２７４は、モジュールコントローラ２７０に対して送信される信号を生成するが、モジュールコントローラ２７０は検知された温度値を、事前設定スレッショルド値または公称温度範囲と比較する。モジュールコントローラのメモリにより取得されたモジュール温度情報は、モジュールコントローラ２７０に経過記録されると共に、バッテリコンピュータに対して報告される。各モジュール内に配置された温度検知回路２７４により提供されたデータは、バッテリコンピュータにより使用され、通常外部の能動的冷却装置を制御することによりモジュールおよびバッテリシステムの温度を調節する。
【００４９】
電流センサ２７６は、差分電流（ＩPos −ＩNeg ）の検知により可能な故障状態を検出すべく採用される。各モジュールは、モジュールの入力および出力電流信号を測定する２個の電流センサを含んでいる。入力および出力電流信号は電位に変換されると共に、電流差（ＩPos −ＩNeg ）を表す差分電圧を計算する演算増幅回路に印加される。温度に依存する大きな影響をゼロにすべく、２個のホール効果センサが採用される。
【００５０】
図１２に示された電流検知回路２７６は、多数のモジュール間の故障状態または動作異常を検出すべく採用され得る。電流検知回路２７６を使用して検出され得る特定モジュール間の故障状態は、モジュールのエネルギー蓄積装置と、エネルギー蓄積装置を収納する導電性ケースとの間で発生し得る絶縁表面の破損箇所(breach)に関するものである。モジュール制御回路は、絶縁破損箇所から帰着するモジュールケース電位の変化またはモジュールケースにおける循環電流の発生を検出すると共に、異常状態に対処すべく修正活動を行う。このような故障状態の発生および故障状態の修復の確認は、バッテリ内ネットワークを介してバッテリコンピュータに報告される。
【００５１】
図１３に示されたモジュール制御回路は、モジュール内に含まれた各セルパック２７８とのインタフェースをモジュールコントローラ２７０に対して許容するＤ／Ａ変換器(DAC）２８０を含んでいる。例えばＤＡＣ２８０を使用してモジュールコントローラ２７０は、充電処理の間において各セルパックに対して動的等化設定点パラメータを送信する。モジュールコントローラ２７０は、予備平衡(pre-balancing）段階などの充電および放電の種々の段階の間に、モジュールを構成する個々のセルパック２７８に対して他の設定点及び制御パラメータを通信する。
【００５２】
また図１３には、モジュールコントローラ２７０により制御されてモジュール内の欠陥セルパックのバイパスを行うバイパス断定回路２８２も示されている。バイパス操作は、独立モードで作用しているとき、またはバッテリコンピュータから受信したバイパス制御信号に応じて、モジュールコントローラ２７０単独で行われ得る。
【００５３】
図１４には、図１５に示されたようなバッテリシステムの熱管理を包む種々の処理段階をフロー図として提供している。分散形バッテリシステム３３０に対する熱管理制御処理の開始（３００）は、バッテリシステム３３０を構成する個々のモジュール３３２の温度のサンプリング（３０２）を含んでいる。一実施例において且つ図１６を参照すると、各モジュール３３２は、モジュール３３２内の種々の箇所に載置された４個の温度センサ２９０が提供されている。４個の温度センサ２９０の各々は、＋５Ｖ電源及び共通モジュールアース２９４に連結される。調整された＋５Ｖ電源は、ホストモジュール３３２から直接的に又は外部電圧源から導かれ得る。図１６に示された実施例において、各温度センサ２９０の信号出力は、コントローラ２７０の入力ポート２９７に連結された共通バスに接続される。
【００５４】
選択された温度センサ２９０のタイプに依存し、バス２９８に結合された温度センサ２９０の信号出力２９６は、コントローラ２７０のデジタル入力ポート２９７に直接接続され得る。この構成に採用され得る温度センサとしては、Dallas Semiconductor社により製造されたモデルＤＳ１８１０及びＤＳ１８２１が挙げられる。他のタイプの温度センサは、Ａ／Ｄ変換器(ADC) を使用してコントローラ２７０のデジタル入力ポート２９７へと連結され得る。
【００５５】
また多数の温度センサと協働したバッテリコンピュータは、バッテリシステム３３０の能動的冷却システム３３１の注入ポート３４４及び吐出ポート３４２を通過する伝熱流体（thermal transfer fluid）の温度をサンプリングする（３０４）。個々のおよび平均の、モジュールおよびバッテリの温度は、モジュールコントローラ２７０により計算される（３０６）。モジュールコントローラ２７０は、検知された温度値が、低温及び高温設定値などの設定温度値を超えたか否かを決定する（３０８）。範囲外の温度はモジュールコントローラ２７０により経過記録される（３０８）と共にバッテリコンピュータへと通信される（３１０）。
【００５６】
伝熱流体もしくはモジュールの温度が低温もしくは高温を超えたことの決定（３１２、３１８）に応答して、バッテリコンピュータは伝熱流体の流速及び温度を調整することにより、検出された温度の上昇もしくは低下を相殺する。例えばバッテリコンピュータはポンプ３３４の速度を変更する（３１４，３１９）と共に、ラジエータまたはヒータのコイル（図示せず）に対する流体のアクセスを制御し（３１６、３２０、３２２）、モジュール３３２を冷却もしくは加熱する流体を、それぞれ冷却および加熱する。特定モジュール３３２に出入りする伝熱流体の流速は、個々のモジュール３３２の入力および／または出力３４６、３４８に提供された制御可能バルブ（図示せず）を使用して更に調整され得る。ポンプ吐出口３３６およびポンプ戻り口３３８の圧力および流速は、ポンプ３３４とバッテリシステムの流体流路３４２、３４４との間に載置されたマニホルド３４０を使用して制御され得る。
【００５７】
本発明の一実施例に依れば、図２Ｂ乃至図２Ｃに示されたようなエネルギー蓄積モジュール９０は、電気化学セル９３の積層体および一体化された相互接続ボード９４が内部に配置された内側ハウジング９２を含んでいる。相互接続ボード９４は接続パターン又は導電グリッド９５を含むが、グリッドはボード９４がハウジング９２内に設置されたときに、所定接続構成に従い電気化学セル９３を相互接続する。通常接続パターン又はグリッド９５は、十分に堅固なプラスチックもしくは積層材料などの板状絶縁材料９６に対して固定もしくは接着される。
【００５８】
通常相互接続ボード９４上には、多数の電気的および電気機械的な構成要素が取付けられる。例えば図２Ｂに示されたように、相互接続ボード９４は多数のヒューズパック９１、等化／バイパス機構９７および正負の電力端子９８を含んでいる。また相互接続ボード９４上には、１つ又はそれ以上の外部通信ラインと連結された通信コネクタ９９が配置される。尚、相互接続ボード９４上に位置する任意の又は全ての構成要素は、相互接続ボード９４以外のボードもしくはプラットフォーム上に取付けられると共に、モジュールハウジング９２の内部もしくは外部に載置され得ることを理解されたい。
【００５９】
一実施例において相互接続ボード９４および電気化学セル９３は、密閉シールされたハウジング９２内に配置され、電力ラインおよび通信ラインは、内側ハウジングカバー７５上に提供されて密閉シールされた貫通端子(feed-throughs）７１、７３を介してハウジング内を貫通している。通常内側ハウジング・カバー７５は、内側ハウジング９２に溶接され、その間に密閉シールを生成する。更に、シールされたエネルギー蓄積モジュール９０は、セル９３とハウジング９２との間と、相互接続ボード９４とハウジング９２との間の熱移動を提供する内部熱管理システムを含んでいる。
【００６０】
モジュール９０に出入りする熱の伝導を更に促進すべく、ハウジング９２の外部に載置された外部熱管理システムが採用され得る。モジュール９０の外殻カバー１１５上に提供された注入および吐出ポート１１１、１１３を介し、モジュール内に熱伝達媒体が導入され得る。熱伝達媒体は、ハウジング９２と外側ケーシング１０５との間に形成もしくは提供された冷却チャネルを介して押し込まれる。熱伝達媒体の温度および流速は、必要に応じて外部熱管理システムにより調節され得る。
【００６１】
図２Ｃに最もよく示されるように相互接続ボード９４は、通常事前設計された接続レイアウトに従い独立した電気化学セル９３の相互接続を好適に提供するパターン化された導電表面９５を含んでいる。パターン化導電表面９５を有する相互接続ボード９４の採用に依り実現された大きな利点は、ハウジング９２内において個々の電気化学セル９３の各々に対する位置に拘わりなく且つ電気化学セル９３の位置を混乱させることなく所望の定格電流および電圧が達成され得る柔軟性に関するものである。
【００６２】
本明細書中で論じた種々の実施例に対し、本発明の範囲または精神から逸脱することなしに種々の改変および付加が為され得ることを当然に理解されたい。例えば、本発明の原理は、ニッケル金属水素化物(Ni-MH) 、リチウム・イオンおよび他の高エネルギーバッテリ技術などの、リチウム・ポリマ電解質を利用した以外のバッテリ技術と共に使用されるべく採用され得る。したがって本発明の範囲は上述した特定実施例に制限されるのでは無く、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直列接続された多数のエネルギー蓄積デバイスを含む耐故障性分散形バッテリシステムの実施例を示す図である。
【図２Ａ】 セル、セルパック、モジュールおよびバッテリ形状などの種々のエネルギー蓄積デバイス形状を示す図である。
【図２Ｂ】 相互接続ボードを使用することにより選択的に直列および／または並列に相互接続された薄膜電気化学セルの積層体を含み、各セルおよび相互接続ボードは密閉シールされたハウジング内に配置された、固体エネルギー蓄積モジュールの実施例を示す図である。
【図２Ｃ】 多数の電気化学セルとの選択的な直列および／または並列接続を提供する接続パターンが配置された相互接続ボードの表面を示す図である。
【図３】 角柱形状を有する固体薄膜電気化学セルの実施例を示す図である。
【図４】 耐故障性分散形バッテリシステムにおいて使用されるスタートポロジを有するバッテリ内通信ネットワークを示す図である。
【図５】 図５Ａと図５Ｂの配列を示す図である。
【図５Ａ】 スター形トポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図５Ｂ】 スター形トポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図６】 耐故障性分散形バッテリシステムにおいて使用されるバストポロジを有するバッテリ内通信ネットワークを示す図である。
【図７】 バストポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図８】 バッテリ内通信ネットワークを介して通信するモジュールコンピュータおよびバッテリコンピュータにより実行される種々の動作を示す図である。
【図９】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１０】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１１】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１２】 図１２Ａと図１２Ｂの配列を示す図である。
【図１２Ａ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１２Ｂ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１３】 図１３Ａおよび図１３Ｂの配列を示す図である。
【図１３Ａ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１３Ｂ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１４】 耐故障性分散形バッテリシステムに対する熱管理システムの制御などの、バッテリコンピュータにより調整される種々の処理段階のフローチャートを示す図である。
【図１５】 耐故障性分散形バッテリシステムの能動的熱管理システムを示す図である。
【図１６】 耐故障性分散形バッテリシステムのモジュールおよび冷却／加熱システムに対して温度情報を提供する多数のセンサを示す図である。
発明の属する技術分野
本発明はエネルギー蓄積デバイスに関し、より詳細には、バッテリ内通信ネットワークおよび耐故障性知能(fault-tolerant intelligence) を採用した分散形バッテリ・システム(distributed battery system)に関する。
従来の技術
最近では多くの先進のバッテリ技術が開発されているが、それは例えば金属水素化物( 例えばNi-MH)、リチウム・イオンおよびリチウム・ポリマ・セル技術などであり、広範囲な商用的用途および消費者用途に対して高エネルギー生成を約束するものである。高エネルギー用途においては、通常高電圧且つ高電流を生成すべく相当に多数の別体のエネルギー蓄積デバイスもしくはセルが直列および並列接続されている。この様なセルの組合せは、エネルギー蓄積システムの電力容量を増大する。一例として電気自動車に給電するのに適したバッテリシステムは、数百ボルトの定格電圧および数百アンペア(A) の定格電流を有し得る。
【０００２】
高出力バッテリシステムを設計するひとつの手法としては、所定の直列および／または並列配置と共に多数の自給式エネルギー蓄積デバイスを接続し、所望の電圧および定格電流を達成する手法が挙げられる。通常大掛かりなバッテリシステムを構築する上でモジュール手法を使用すれば、設計の融通性およびシステムの保守性が高められる。但し、所定のバッテリシステム内において別体のエネルギー蓄積デバイスの個数を増加すれば、各デバイスの動作ステータスの決定が困難になることが理解され得る。また、バッテリシステム内に存在する、または差し迫った故障を検出してこのような故障を修復することの困難性も増大する。
【０００３】
例えば、各々が多数の電気化学セルを含むエネルギー蓄積モジュールを数個直列接続した分散形バッテリシステムにおいては、電気化学性および電圧／電流特性が等しいもしくは極めて類似したセルを使用するのが望ましい。直列に配列されたセル中のあるエネルギー蓄積セルが、直列接続された他の複数のエネルギー蓄積セルとはまったく異なる特性を示す場合、充電および放電の間に不都合な結果に帰着することが知られている。例えば不都合な結果としては、直列配列内における異常なエネルギー蓄積セルの電圧が充電の間において公称最大電圧限界を急速に超えることが挙げられる。このような過電圧もしくは過充電状態はセルを損傷し得ると共に、直列接続体における当該セルおよび他のセルの耐用期間を大きく減少させることもある。
【０００４】
大量生産されるエネルギー蓄積セルの特性は、所定の構築要件から種々の度合で逸脱することが理解される。更に、製造時点では容認可能と見なされたとしても、セル特性は経時的に種々の比率で且つ種々の度合で製造仕様から逸脱する。分散形バッテリシステムを構成するモジュールもしくはセルの直列配列におけるセルの化学的性質および性能における僅かなもしくは顕著な差異を検出するためには、個々のモジュールおよびセルの動作状態に関する十分な情報を獲得するための包括的データ獲得スキーム（scheme）が必要である。獲得されたなら、この情報は処理され、分散形バッテリシステムで生じた異常動作状態に対処するための修正動作対策が実施されなければならない。
【０００５】
故にバッテリ製造業界においては、直列接続された多数のエネルギー蓄積モジュールおよびセルの動作をまとめるため、および直列接続されたモジュールおよびセル内で発生した故障を修復する修正動作対策を実施するための装置および方法に対する要望が存在する。更にバッテリシステム内で生じた故障の存在下においても安全で信頼性のある動作を提供する分散形バッテリシステムに対する要望も存在する。本発明はこれらのおよび他の要望を満足するものである。
発明の要約
本発明は、通信ネットワークを採用した分散形エネルギー蓄積システムに関するものである。分散形バッテリシステムは、各々がプロセッサおよび通信インタフェースを含む多数のエネルギー蓄積モジュールを含んでいる。ネットワーク動作モードにおいてバッテリコンピュータは、バッテリ内ネットワーク(intra-battery network) を介して各モジュールプロセッサと通信すると共に個々のモジュールプロセッサと協働し、モジュールの監視および制御動作を調整する。バッテリコンピュータは、バッテリおよび個々のモジュールの電圧および電流状態などの多数のバッテリおよびモジュール状態、並びに、バッテリの熱管理システムの状態を監視する。過放電保護システム、等化調節システムおよび通信システムもまた、バッテリコンピュータにより制御される。バッテリコンピュータは、バッテリレベル状態に関する種々のステータスデータを経過記録すると共に報告するが、これは別体のシステムプラットフォームコンピュータへと報告され得る。
【０００６】
モジュールがバッテリコンピュータに対する通信接続の不在を検出した場合、モジュールは独立動作モードへと移行する。独立モードで動作するモジュールは、モジュール内でローカル的に種々の監視および制御機能を実行することにより、安全で継続的な動作を確かなものとする。モジュールプロセッサは、充電／放電サイクルの間において、電流、電圧および温度状態の監視を独自に調整し、欠陥セルのバイパスを行い、セル電圧を等化し、且つモジュール内で生ずる故障状態を検出して経過記録する。独立動作の期間の間に蓄積されたモジュールステータス情報は、モジュールプロセッサとバッテリコンピュータとの間の通信接続が再確立されたときにバッテリコンピュータへと引き続き送信される。
発明の実施の形態
図面の内の特に図１を参照すると、給電接続（power connection）６７により相互に直列接続されたものとして示された多数のエネルギー蓄積装置６６を含む耐故障性分散形バッテリシステムの実施例が示されている。またエネルギー蓄積装置６６の各々は通信用下部構造６４に連結され、これを介してバッテリプラットフォームコンピュータ６２とエネルギー蓄積装置６６との間で通信が行われる。各モジュール６６は、モジュール６６内に配置されて通信用下部構造６４上でバッテリコンピュータ６２と電気的に通信するプロセッサもしくはコンピュータを含んでいる。この構成に依れば、バッテリコンピュータ６２、通信用下部構造６４およびモジュール６６は、バッテリ内ネットワーク６８を構成する。バッテリコンピュータ６２は更に、システムプラットフォームコンピュータ６０と通信する。
【０００７】
一実施例においてバッテリコンピュータ６２は、充電および放電動作の間における各モジュール６６の動作を調整すべく、通信用下部構造６４上で制御／構成信号(configuration signals）を通信する。モジュール６６の各々は、ステータス、故障および他の情報をバッテリコンピュータ６２に対して通信する。各モジュール６６および他の情報源から受信した情報に応答して、バッテリコンピュータ６２は、バッテリシステムおよびモジュール６６内に提供された種々の電気および熱管理システムを制御し、バッテリシステムが正規に作動することを確かなものとする。
【０００８】
図１に示された分散形バッテリシステムの重要な形態は、モジュール６６がネットワークモードまたは独立モードで動作し得る能力である。典型的な状況展開においては、通信用下部構造６４またはバッテリコンピュータ６２で生じた故障に応じて特定モジュール６６がネットワークモードから独立モード動作へと移行し、それによりこの特定モジュール６６はバッテリコンピュータ６２から電気的にもしくは論理的に分離される。例えば、モジュール６６とバッテリコンピュータ６２との間の通信リンクにおける中断は、通常分離されたモジュール６６に対してバッテリコンピュータ６２が動作変更を行うのを阻害する。このような場合、分離されたモジュール６６はバッテリコンピュータ６２との通信接続の不在を検出し、それに応じて独立モードで動作する。
【０００９】
独立モードで動作するモジュール６６は、該モジュール６６内においてローカル的に種々の監視および制御動作を実行し、分離されたモジュール６６の安全で継続的な動作を確かなものとする。この点に関し、図１に示された分散形バッテリシステムは、バッテリプラットフォームのレベルで発生した故障、またはバッテリ内ネットワーク６８上で通信しているバッテリコンピュータ６２とモジュール６６との間で発生した故障が、バッテリコンピュータ６２もしくは独自にモジュール６６の各々により管理される、という耐故障性システムと見なされ得る。
【００１０】
分散形バッテリシステムの一実施例によれば、高エネルギー用途での使用に良く適したエネルギー蓄積デバイスまたはモジュールは、多数の角柱状(prismatic）薄膜電気化学セルを並列および／または直列関係で選択的に相互接続し、所望の電圧および電流定格を達成することで構築される。図２Ａに示された実施例においては、８個の電気化学セル７０がグループ化されると共に並列接続されてセルパック７２を形成している。ひとつのエネルギー蓄積装置７４は、６個のセルパック７２をグループ化すると共に各パック７２を直列接続して構成される。バッテリ７６は、直列接続された２４個のモジュール７４を使用して構築され得る。
【００１１】
エネルギー蓄積装置の基本的エネルギー生成要素として採用され得る電気化学セルは、図３に示されたような薄膜角柱構造を有し得る。図３に示された実施例に依れば電気化学セル８０は、アノードを構成する膜８４とカソードを構成する膜８８との間に薄膜固体電解質８６が配置された平坦に巻かれた角柱形状を有するものとして示される。各カソード膜８８の間には中央カソード電流コレクタ８９が配置され、両面セル構成を形成する。単一のカソードコレクタ８９が、単一のアノード／セパレータ／カソード要素の組合せに結合されるという単一面セル構成も代替的に採用され得る。この構成においては、通常個々のアノード／セパレータ／カソード／コレクタ要素の組合せの間に絶縁膜層が配置される。セル８０の第１縁部８５に沿ってアノード８４を露出すると共にセル８０の第２縁部８３に沿ってカソード電流コレクタ８９を露出すべく、アノード膜８４はカソード電流コレクタ８９に対して側方にオフセットされる。図３に示された実施例は、薄膜電気化学セル８０が巻かれる力生成(force producing) コア要素８２を含んでいる。
【００１２】
図３に示された電気化学セル８０は、イオン搬送膜を構成する固体ポリマ電解質８６と、リチウム金属アノード８４と、酸化バナジウムカソード８８とを含み得る。これらの膜要素は、ポリプロピレン膜などの絶縁膜も含み得る薄膜積層角柱構造を形成すべく作製される。アノードおよびカソード電流収集膜８４、８９の縁部８５、８３に沿って電流収集接点を形成すべく、公知のスパッタ金属被覆処理が採用される。金属溶射(metal-sprayed）接点はアノードおよびカソード膜縁部８５、８３の長に沿い、優れた電流収集を提供すると共に、良好な電気接触および熱伝導特性を示すことを銘記されたい。
【００１３】
一般的に、図３に示された固体薄膜電気化学セルを構成する活性物質は、通常動作温度を相当に超える温度において化学的および機械的一体性を保持する。例えば、１８０℃までの温度が許容され得る。各図中に概略的に示された電気化学セルは、米国特許第５，４２３，１１０号、第５，４１５，９５４号および第４，８９７，９１７号に開示された方法に従って作製され得る。
【００１４】
図２Ａに示された構成が与えられると共に電気化学セル７０の各々は図３に示されたセルと等しい寸法および特性を有するとすれば、別体セル７０の各々は約３６．５Whの合計エネルギー出力を提供する。セルパック７２の各々は約２９２Whの合計エネルギー出力を提供する一方、各モジュール７４は１．７５kWh の合計エネルギー出力を提供する。直列接続された２４個のモジュール７４によりバッテリ７６は、約４２kWh の合計エネルギー出力を提供する。電気化学セル７０の構造および構成、セルパック７２、モジュール７４およびバッテリ７６を形成する電気化学セル７０の相互接続は、図２Ａに示された構成から変更され得ることを理解されたい。
【００１５】
図４乃至図５には、スター構成もしくはスタートポロジ（topology）に配置されたバッテリ内ネットワーク１００を取り入れた分散形バッテリシステムの実施例が示されている。図４乃至図５に示されたスタートポロジは、モジュールコンピュータすなわち制御器１０２の各々と中央バッテリコンピュータ１０１との間におけるピア・ツー・ピア（pier-to-pier）の電気的な接続を提供する。スタートポロジを採用するバッテリ内方式に対する利点は、複数の伝送ライン破損からの本質的保護である。例えば、特定モジュールコンピュータ１０２とバッテリコンピュータ１０１との間の通信リンク１０３が破損したとしても、バッテリコンピュータ１０１に対して別のモジュールコンピュータ１０２を接続する伝送ライン１０４は通信リンク１０３の破損により影響を受けないままである。スター構成バッテリ内ネットワークにおいては接続上の問題を診断することは比較的容易であり、バッテリコンピュータ１０１はバッテリ内ネットワーク１００内における欠陥通信リンクの箇所を信頼性を以て識別し得る。
【００１６】
スターネットワークトポロジを採用する別の利点としては、分散形バッテリシステム内における特定モジュール１０２の物理的箇所が容易に決定され得ることが挙げられる。このように、分散形バッテリシステム１００内への新たなモジュールもしくは交換モジュールの挿入は、バッテリコンピュータ１０１内における新たなモジュールもしくは交換モジュールの物理的箇所のプログラミングを必要としない。図５は、図４に示された概略的スター形バッテリ内ネットワークトポロジの詳細を示している。図５に示されたモジュールアレイ１０２は夫々、個々の伝送ライン１０４を使用してバッテリコンピュータ１０１（図示せず）に接続されている。更に、各モジュール１０２の正および負の端子は、別体の電力ライン１０６を使用して直列接続されている。電力ライン１０６は、正および負の電力端子１０７、１０８にて終端する。
【００１７】
図６乃至図７においてバッテリ内ネットワークは、単一の伝送ラインもしくはバス１０４がモジュールコンピュータ１０２の各々をバッテリコンピュータ１０１と接続するというバス構成を有するものとして示されている。モジュールコンピュータ１０２の各々は、別体ライン１０９を介して伝送ライン１０４に接続される。図６乃至図７の実施例で示されたようなバッテリ内バスネットワークで採用され得る調停スキーム（arbitration scheme）を利用するに適した通信プロトコルは、ＭＩＬ規格１５５３に規定されている。同様に図７に示されたように、モジュール１０２は、正および負のバッテリ端子１０７、１０８にて終端する直列電力接続１０６にそれぞれ接続されている。各図中に示されたスター構成およびバス構成以外のバッテリ内ネットワークトポロジを採用し、バッテリコンピュータ１０１と各モジュールコンピュータ１０２との間の通信を行い得ることが理解される。例えば、スター構成リング、スター／バス構成、または、他の標準的なもしくはハイブリッド式のトポロジが採用され得る。
【００１８】
採用された特定のネットワークトポロジに拘わりなく、バッテリ内ネットワーク内のデータ伝送速度は比較的に低速であると予期される。一実施例においては、バッテリコンピュータ６２と個々のモジュールコンピュータ１０２との間でステータスおよびコマンドパラメータを通信すべく２６バイトのコマンド構造が採用される。例えば、２４個のエネルギー蓄積装置１０２を含む分散形バッテリシステムにおいて、単一のコマンドが２６バイトを構成するとすれば、２４個のモジュールをポーリングする為に必要とされる最小の帯域幅は、６，２４０ビット／秒[(２６バイト／モジュール) ×（２４モジュール) ×（１０ビット／バイト) ×（ＰHz) ＝６，２４０×Ｐビット／秒] である。尚、この例においては、非同期シリアルインタフェースが採用される。
【００１９】
モジュールポーリング周波数ＰHzを達成する為に必要な最小帯域幅Ｂを計算するための一般式は次式により与えられる：
Ｂ＝（ｘバイト／モジュール) ×（ｙモジュール) ×
（ｚビット／バイト) ×（Ｐ Hz) (1)
式中、ｘはコマンドおよび応答のフォーマットに従うバイト数を表し、ｙは分散形バッテリシステムを構成する個々のモジュールの個数を表し、ｚはバイト当たりの定義ビット数を表し、およびＰはヘルツで与えられたポーリング周波数を表す。
【００２０】
以下の表１は、種々のポーリング周波数Ｐにてバッテリ内ネットワーク１００上で情報を送信するに必要とされる通信用下部構造６４の帯域幅を示している。尚、表１に示された帯域幅の値は、２５％までの付加的オーバヘッドを必要とし得るものであり、全てのプロトコルオーバヘッドを含むものではないことを銘記されたい。
【００２１】
【表１】
本発明の一実施例に係るバッテリコンピュータコマンドおよびモジュールコンピュータ応答の代表的セットが、それぞれ表２および表３に示されている。
【００２３】
【表２】
【表３】
特定モジュールの保守もしくは交換時などにおいてバッテリ内ネットワークからモジュールが分離されるとき、固有シリアル番号などの固有ＩＤはコンピュータプラットフォームバッテリ１０１により登録される。バストポロジを有するバッテリ内ネットワークにおいては、バッテリ内ネットワークに挿入された新たなモジュールのＩＤの登録は、バッテリ技術者が交換モジュールの物理的箇所をバッテリコンピュータにプログラムすることにより手動で実施され得る。
【００２６】
代替的に、バス上に提供された各コネクタは、バッテリ内ネットワーク内で固有な位置ＩＤと関連付けられる。バスコネクタに対して、特定モジュールとバッテリコンピュータ１０１との間で送信される情報内に固有位置ＩＤ情報を符号化する識別回路が取り入れられ又は連結され得る。スターネットワークトポロジを採用すれば、ネットワーク内における各モジュールの物理的箇所を識別する必要性が回避されることが理解される。
【００２７】
スタートポロジを採用したバッテリ内ネットワークは、バストポロジと比較して多数の利点を提供する。例えば、スターネットワーク上における各伝送ラインは既知の物理的箇所を有することから、スターネットワーク上で通信を行う各モジュールの物理的箇所は既知である。これに対してバス構成は、各モジュールがバッテリ内ネットワーク内で何処にあるかを決定すべく、各モジュールにおける付加的なハードウェアを必要とする。更に、バスネットワーク上で通信を行う全てのノードは、厳格なプロトコルに従わねばならず、処理オーバヘッドおよびメモリ使用量を増大する。更に、バス構成ネットワーク内で生ずる短絡は、各モジュールとバッテリコンピュータとの間の全ての通信を本質的に終結させ得る。通常バス上の開路状態は、物理的に開路の向こう側に配置された他の全てのモジュールからバッテリコンピュータを分離する。
【００２８】
スターネットワークトポロジに伴う欠点は、高い故障割合を有することが知られているコネクタの個数に関するものである。スター構成はバストポロジと比較してバッテリプラットフォームレベルで更なるコネクタを必要とするが、モジュールレベルにおけるコネクタ当たりのピン数は少なくなり得る。故に、バッテリコンピュータ１０１と各モジュールコンピュータ１０２との間の通信を行う為に必要な全体的な接点の個数は、いずれのトポロジに対してもほぼ等しい。
【００２９】
図８には、バッテリコンピュータ１２２が多数のモジュールコンピュータ１３０およびシステムプラットフォームコンピュータ１２０と通信するという耐故障性分散形バッテリシステムの実施例が示されている。一実施例に依れば、分散形バッテリシステムは電気自動車に対する主要電源として採用される。この構成においてバッテリコンピュータ１２２は、電気自動車内で他の装置との間で通信を行う為に使用されるプロトコルと同等の又は互換性のある通信プロトコルを使用してシステムプラットフォームコンピュータ１２０と通信する。例えば、“Surface Vehicle Standard SAE-J 1850 ”仕様、または、“Vehicle Area Network (VAN)”プロトコルが使用され得る。代替的に、非互換的なプロトコル同士の間での効果的な翻訳を行うべく、プロトコルトランスレータもしくはブリッジ(brige）が採用され得る。本明細書中に記述された階層的バッテリシステムは、例えば遠隔通信システムおよび航空宇宙システムなどの、電気自動車以外のシステムで採用され得ることを理解されたい。
【００３０】
図８に更に示されるような、バッテリコンピュータ１２２は多数のモジュールコンピュータ１３０と協働し、分散形バッテリシステム内における監視、制御および報告作用を提供する。個々のモジュールは、独立モードにおいても独自に動作し得る。バッテリコンピュータ１２２は、多数のバッテリシステム状態を監視１２４するが、これは、バッテリの電位および電流ステータス、およびバッテリの熱管理システムの状態を含むものである。
【００３１】
バッテリコンピュータ１２２により多数のバッテリレベルシステムが管理もしくは調整される（１２６）が、これらは例えば、過放電保護システム、熱管理システム、等化調節システム、および、通信制御システムなどである。バッテリコンピュータ１２２は、バッテリレベル状態に関する種々のステータスデータも経過記録および報告する（１２８）が、これには、システムプラットフォームコンピュータ１２０により必要とされる電圧、残存“燃料(fuel)”、保守およびサービスの推奨および履歴、温度、およびその他の情報が含まれる。
【００３２】
前述のようにモジュールの各々には、独立動作とバッテリコンピュータ１２２との協働動作の両者を提供するマイクロプロセッサもしくはコンピュータ１３０を含んでいる。モジュールコンピュータ１３０の各々は、電位、電流および温度状態などのモジュール内の種々の動作およびステータス状態を監視する（１３２）。これに加え、バイパスされたセルパックの番号および他の故障状態がモジュールにより監視される（１３２）。更に、モジュール内の最大および最小のセルパック電圧などの等化電位がモジュールコンピュータ１３０により監視される。
【００３３】
モジュールコンピュータ１３０は多数のモジュールレベル機能を制御する（１３４）が、これには、充電および放電作用の間における欠陥セルパックのバイパスの実行およびモジュール内に含まれたセルパックの電位の等化の促進が含まれる。また、モジュールコンピュータ１３０により種々のモジュールステータス情報が経過記録もしくは報告される（１３６）が、これらには、故障状態、活性セルパックの個数、保証データ、シリアル番号情報、および、バッテリコンピュータ１２２により要求された他の情報が含まれる。モジュールコンピュータ１３０は、個々のセルパックレベルに対して、監視（１３８）、管理（１４０）およびステータス情報の報告（１４２）を提供する。
【００３４】
図９には、図８に示されたような耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータ１２２により管理される種々の動作が、フローチャートとして示されている。バッテリコンピュータ１２２は、定常的にバッテリ電位および電流を決定する（１５０）。端子電位および電流が公称範囲内である場合（１５２）、これらのパラメータの監視は異常状態が生じまたは充電処置が要求されるまで継続する（１５４）。バッテリコンピュータ１２２は、通常システムプラットフォームコンピュータ１２０からの充電要求コマンドの受信により、充電処置を開始する（１５６）。充電処置（１５６）の間および充電処置（１５６）の終結の後、端子および電流パラメータは継続的に監視される（１５０）。
【００３５】
バッテリコンピュータ１２２が、端子電位もしくは電流が公称範囲内に無いことを決定した場合（１５２）、バッテリコンピュータ１２２は各モジュールの動作ステータスを決定すべくバッテリ内ネットワークに接続された各モジュールをポーリングする（１５８）。一実施例においてバッテリコンピュータ１２２は、マスタ／スレーブ・ポーリング技術を用いてモジュールコンピュータ１３０の各々に対して応答させる。この構成においては、各モジュールは相互に通信を行わず、バッテリコンピュータ１２２に対してのみ通信を行うものとする。故に、バッテリコンピュータ１２２がマスタ装置として動作するマスタ／スレーブ・プロトコルが適切である。代替実施例においては、モジュールコンピュータ１３０とバッテリコンピュータ１２２との間における接続の提供に加え、個々のモジュールコンピュータ１３０間に通信接続を提供することが望ましいこともある。この構成においては、独立モードで作用する分離モジュールは、ネットワークモードで作動する他のモジュールを介してバッテリコンピュータ１２２と通信することが可能である。
【００３６】
一実施例においてモジュールコンピュータ１３０は、所定速度にて種々の測定およびモジュールステータス決定を継続的に行う。バッテリコンピュータ１２２からのコマンドの受信により各モジュールコンピュータ１３０は、要求された情報をバッテリ内ネットワークを介してバッテリコンピュータ１２２に送信することによりコマンドに応答する。バッテリコンピュータ１２２が各モジュールコンピュータ１３０をポーリング（１５８）する速度は、分散形バッテリシステム内におけるモジュールの個数、および各モジュールコンピュータ１３０とバッテリコンピュータ１２２との間で通信される情報の量を考慮して決定され得る。例えば２４個のモジュールノードを有するバッテリ内ネットワークに対しては、１回／秒のポーリング速度で十分である。
【００３７】
バッテリコンピュータ１２２がいずれかのモジュールが異常に動作していることを決定した場合（１６０）、バッテリコンピュータ１２２は異常の原因を決定する（１６２）と共に、異常状態の修復を試行する。欠陥セルパックもしくは短絡セルパックのバイパスを実行することなどにより、異常が現場(in-situ）で修正された場合（１６４）、バッテリコンピュータは影響を受けたモジュールコンピュータ１３０に対して修正活動コマンドを発行する（１６６）。異常状態が修正されない場合、バッテリコンピュータ１２２は故障状態を経過記録する（１６８）と共に、故障状態をシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと報告する。故障状態の重大性に依存してシステムプラットフォームコンピュータ１２０は、特定の故障状態に対して注意を向ける為の報知器または他の警報機構を起動し得る。
【００３８】
端子電位または電流が公称作動範囲内に無く（１５２）、且つ、いずれのモジュールも異常状態で動作していない場合（１６０）、バッテリコンピュータ１２２はモジュール充電が必要であることを決定し得る（１７０）。バッテリコンピュータ１２２が、充電は不要であること、および異常端子電位または電流状態の由来が決定できないことを決定した場合、公称状態からの逸脱が重大でない場合（１７２）には、異常状態は経過記録されると共にバッテリコンピュータ１２２に対して報告される（１７４）。端子電位または電流が事前設定スレッショルド値に関して相当に逸脱する場合、原因未確認の異常状態はバッテリコンピュータ１２２内に経過記録されると共に、更なる評価の為にシステムプラットフォームコンピュータ１２０へ報告される。システムプラットフォームコンピュータ１２０は、異常状態の重大性に依存して、状態に注意を向ける為の更なる処置を取り得る。
【００３９】
モジュールの充電が必要であることをバッテリコンピュータ１２２が決定した場合（１７０）、低燃料ステータス状態を告知する低燃料信号がシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと通信される。バッテリコンピュータ１２２により発行された充電要求をシステムプラットフォームコンピュータ１２０が無視し又は無効（override）にする場合、通常低燃料状態はバッテリコンピュータ１２２に経過記録されてシステムプラットフォームコンピュータ１２０へと報告される（１７６）。システムプラットフォームコンピュータ１２０から充電要求コマンド信号が受信された場合、充電処理を完了する為の見積時間と共に燃料レベルステータスが報告される（１８０）。
【００４０】
通常バッテリコンピュータ１２２は、各モジュール内の個々のセルパックの電位を決定すべくモジュールコンピュータ１３０の各々をポーリングすることにより充電処理を開始する（１８２）。バッテリコンピュータ１２２は、取得したセルパック電圧情報に基づいて充電パラメータを計算する（１８４）と共に、種々のモジュールコンピュータ１３０に対して充電パラメータを送信する（１８６）。充電処理の間、各モジュールのステータスはバッテリコンピュータ１２２により監視される（１８８）。充電処理が完了すると、充電後のモジュールの電位、および充電／放電サイクルの合計回数などの、各モジュールに関する履歴データが更新される（１９０）。充電処理が完了した後、バッテリコンピュータ１２２は、バッテリ端子電位および電流の監視（１５０）を含む通常動作を再開する。
【００４１】
図１０に与えられたフローチャートは、バッテリ内ネットワーク上で通信を行う各モジュールをポーリングするときに、バッテリコンピュータ１２２が行う種々の処理段階を記述している。バッテリコンピュータ１２２は、分散形バッテリシステム内におけるモジュールを選択する（２００）と共にモジュールをポーリングして（２０２）、選択モジュールの通信ステータスを決定する（２０４）。モジュールがオンラインまたはバッテリ内ネットワークを介してアクセス可能である場合（２０６）、モジュールはネットワークと現在の通信能力を通信する（２１０）。通常モジュールの各々は、バッテリコンピュータとの通信が可能か否かを決定する。特定モジュールがバッテリコンピュータとの通信を不可能であると決定した場合、特定モジュールはモジュールがバッテリコンピュータとの通信を再確立するまで独立モードで動作する（２０８）。上述の如く独立動作モードにおいてモジュールは、通常充電／放電動作の間における、電位、電流、および温度パラメータを監視し、欠陥セルパックのバイパスを行い、セル電圧を等化し、且つ、モジュール内で生ずる故障状態を検出して経過記録を行う。
【００４２】
ネットワークモード動作または独立モード動作のいずれにおいても、モジュールの動作ステータスが決定される（２１２）と共に範囲外動作パラメータが決定され（２１４、２１６）、それに応じて修正活動が行われる（２１８）。動作データは、対応する日付およびタイムスタンプ（time stamp）情報と共に、モジュールおよびバッテリコンピュータの一方もしくは両方に経過記録される（２２０）。付加的なモジュールに対して応答させる必要がある場合（２２２）、ポーリング処理が終結する（２２４）までバッテリコンピュータはポーリング処理を継続する。ポーリング処理は、継続的に、または分散形バッテリシステム内における異常状態が検出されると選択的に行われ得る。
【００４３】
図１１には、分散形バッテリシステムを構成する各エネルギー蓄積デバイスの構成をポーリングする場合においてバッテリコンピュータが実行する種々の処理段階が詳細に示されている。バッテリコンピュータがバッテリシステム内における特定モジュールをポーリングするとき（２３０）、モジュールに対する種々の動作パラメータが測定される（２３２）。ひとつのモジュール内において多数のセルパックが相互に接続されるというモジュール構成において、個々のセルパックの各々がポーリングされて、各セルパックに対する電圧が決定される（２３４，２３６，２３８）。各セルパックの電位が決定された後、特定モジュールに対する差分電流(differential current)が測定され（２４０）、これは種々のタイプのモジュール故障状態を決定する基礎として使用される。モジュールに対する差分電流は、モジュールの正の端子を介して検出された電流と、モジュールの負の端子を介した電流との間の差（即ち、ＩPos −ＩNeg ) として与えられる。
【００４４】
通常モジュールは、モジュール内の種々の位置に分散された所定数の温度センサを含み、センサから温度値が決定される（２４２）。モジュール内でバイパスされたセルパックの個数が決定される（２４４）と共に、モジュール内に存在する全ての故障状態が決定される（２４６）。特定モジュールにおける各セルパックの平均電位は、既に獲得されたセルパック電圧の値を用いて決定される（２４８）。各モジュール内におけるセルパック電位の分散(variance)、および、各セルパック電位の分布もしくは広がりを表す分散係数が決定される（２５０，２５２）。種々のモジュール動作パラメータに関する上述の情報もしくは決定は、次に、モジュールおよびバッテリコンピュータ内に記憶される。もし付加的なモジュールがポーリングされるべきであれば（２５４）、バッテリコンピュータは次のモジュールを選択して（２５６）上述の種々の測定および検出を反復し、そうでなければポーリング処理が終結される（２５８）。
【００４５】
以下の表４には、分散形バッテリシステムの種々の構成要素により獲得される種々のデータのタイプ、およびデータが獲得される特定構成要素が提供されている。また、データが如何にして獲得もしくは測定されるか、どの構成要素に対してデータが報告されるか、および特定データを記憶する構成要素に関する説明も提供される。記号“Ｘ”は、特定のデータ要素の出所、測定、報告または記憶に関する特定バッテリシステム構成要素を表している。また、記号“(X) ”は、示されたモジュール構成要素により特定機能が実行されたことを表す。記号“Ｏ”は、通常関連エネルギー蓄積デバイス構成要素が特定データ要素を報告もしくは記憶することを表すが、他の構成要素もまたこれらのデータ要素を報告もしくは記憶し得ることを表している。図４に示された情報は、本発明の原理に従って構成かつ動作せしめられる耐故障性分散形バッテリシステムにより行われるデータ獲得プロセスの多くの可能な実施例のひとつに関するものに過ぎないことを理解されたい。
【００４６】
【表４】
図１２乃至図１３を参照すると、一実施例に従い、バッテリシステムを構成する個々のエネルギー蓄積装置中に提供された電子回路の実施例の概略が示されている。モジュールの各々は、通信インタフェース回路２７２を用いてバッテリ内ネットワークに連結されたマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ２７０を含んでいる。一実施例において、バッテリ内ネットワークはＲＳ−４８５ディファレンシャルペア(differential pain）を採用し、且つ、通信インタフェース回路２７２はＲＳ−４８５ディファレンシャルペアとの連結の為の適切なコネクタを含んでいる。例えばバッテリコンピュータは、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社により製造されたモデル６８ＨＣ１１又はＩｎｔｅｌ社により製造されたモデル８０９６などのコントローラを含み得る。
【００４８】
図１２に示されたように、各モジュール内には、モジュールの種々の箇所における温度を決定する温度検知回路２７４が提供される。温度センサ２７４は、モジュールコントローラ２７０に対して送信される信号を生成するが、モジュールコントローラ２７０は検知された温度値を、事前設定スレッショルド値または公称温度範囲と比較する。モジュールコントローラのメモリにより取得されたモジュール温度情報は、モジュールコントローラ２７０に経過記録されると共に、バッテリコンピュータに対して報告される。各モジュール内に配置された温度検知回路２７４により提供されたデータは、バッテリコンピュータにより使用され、通常外部の能動的冷却装置を制御することによりモジュールおよびバッテリシステムの温度を調節する。
【００４９】
電流センサ２７６は、差分電流（ＩPos −ＩNeg ）の検知により可能な故障状態を検出すべく採用される。各モジュールは、モジュールの入力および出力電流信号を測定する２個の電流センサを含んでいる。入力および出力電流信号は電位に変換されると共に、電流差（ＩPos −ＩNeg ）を表す差分電圧を計算する演算増幅回路に印加される。温度に依存する大きな影響をゼロにすべく、２個のホール効果センサが採用される。
【００５０】
図１２に示された電流検知回路２７６は、多数のモジュール間の故障状態または動作異常を検出すべく採用され得る。電流検知回路２７６を使用して検出され得る特定モジュール間の故障状態は、モジュールのエネルギー蓄積装置と、エネルギー蓄積装置を収納する導電性ケースとの間で発生し得る絶縁表面の破損箇所(breach)に関するものである。モジュール制御回路は、絶縁破損箇所から帰着するモジュールケース電位の変化またはモジュールケースにおける循環電流の発生を検出すると共に、異常状態に対処すべく修正活動を行う。このような故障状態の発生および故障状態の修復の確認は、バッテリ内ネットワークを介してバッテリコンピュータに報告される。
【００５１】
図１３に示されたモジュール制御回路は、モジュール内に含まれた各セルパック２７８とのインタフェースをモジュールコントローラ２７０に対して許容するＤ／Ａ変換器(DAC）２８０を含んでいる。例えばＤＡＣ２８０を使用してモジュールコントローラ２７０は、充電処理の間において各セルパックに対して動的等化設定点パラメータを送信する。モジュールコントローラ２７０は、予備平衡(pre-balancing）段階などの充電および放電の種々の段階の間に、モジュールを構成する個々のセルパック２７８に対して他の設定点及び制御パラメータを通信する。
【００５２】
また図１３には、モジュールコントローラ２７０により制御されてモジュール内の欠陥セルパックのバイパスを行うバイパス断定回路２８２も示されている。バイパス操作は、独立モードで作用しているとき、またはバッテリコンピュータから受信したバイパス制御信号に応じて、モジュールコントローラ２７０単独で行われ得る。
【００５３】
図１４には、図１５に示されたようなバッテリシステムの熱管理を包む種々の処理段階をフロー図として提供している。分散形バッテリシステム３３０に対する熱管理制御処理の開始（３００）は、バッテリシステム３３０を構成する個々のモジュール３３２の温度のサンプリング（３０２）を含んでいる。一実施例において且つ図１６を参照すると、各モジュール３３２は、モジュール３３２内の種々の箇所に載置された４個の温度センサ２９０が提供されている。４個の温度センサ２９０の各々は、＋５Ｖ電源及び共通モジュールアース２９４に連結される。調整された＋５Ｖ電源は、ホストモジュール３３２から直接的に又は外部電圧源から導かれ得る。図１６に示された実施例において、各温度センサ２９０の信号出力は、コントローラ２７０の入力ポート２９７に連結された共通バスに接続される。
【００５４】
選択された温度センサ２９０のタイプに依存し、バス２９８に結合された温度センサ２９０の信号出力２９６は、コントローラ２７０のデジタル入力ポート２９７に直接接続され得る。この構成に採用され得る温度センサとしては、Dallas Semiconductor社により製造されたモデルＤＳ１８１０及びＤＳ１８２１が挙げられる。他のタイプの温度センサは、Ａ／Ｄ変換器(ADC) を使用してコントローラ２７０のデジタル入力ポート２９７へと連結され得る。
【００５５】
また多数の温度センサと協働したバッテリコンピュータは、バッテリシステム３３０の能動的冷却システム３３１の注入ポート３４４及び吐出ポート３４２を通過する伝熱流体（thermal transfer fluid）の温度をサンプリングする（３０４）。個々のおよび平均の、モジュールおよびバッテリの温度は、モジュールコントローラ２７０により計算される（３０６）。モジュールコントローラ２７０は、検知された温度値が、低温及び高温設定値などの設定温度値を超えたか否かを決定する（３０８）。範囲外の温度はモジュールコントローラ２７０により経過記録される（３０８）と共にバッテリコンピュータへと通信される（３１０）。
【００５６】
伝熱流体もしくはモジュールの温度が低温もしくは高温を超えたことの決定（３１２、３１８）に応答して、バッテリコンピュータは伝熱流体の流速及び温度を調整することにより、検出された温度の上昇もしくは低下を相殺する。例えばバッテリコンピュータはポンプ３３４の速度を変更する（３１４，３１９）と共に、ラジエータまたはヒータのコイル（図示せず）に対する流体のアクセスを制御し（３１６、３２０、３２２）、モジュール３３２を冷却もしくは加熱する流体を、それぞれ冷却および加熱する。特定モジュール３３２に出入りする伝熱流体の流速は、個々のモジュール３３２の入力および／または出力３４６、３４８に提供された制御可能バルブ（図示せず）を使用して更に調整され得る。ポンプ吐出口３３６およびポンプ戻り口３３８の圧力および流速は、ポンプ３３４とバッテリシステムの流体流路３４２、３４４との間に載置されたマニホルド３４０を使用して制御され得る。
【００５７】
本発明の一実施例に依れば、図２Ｂ乃至図２Ｃに示されたようなエネルギー蓄積モジュール９０は、電気化学セル９３の積層体および一体化された相互接続ボード９４が内部に配置された内側ハウジング９２を含んでいる。相互接続ボード９４は接続パターン又は導電グリッド９５を含むが、グリッドはボード９４がハウジング９２内に設置されたときに、所定接続構成に従い電気化学セル９３を相互接続する。通常接続パターン又はグリッド９５は、十分に堅固なプラスチックもしくは積層材料などの板状絶縁材料９６に対して固定もしくは接着される。
【００５８】
通常相互接続ボード９４上には、多数の電気的および電気機械的な構成要素が取付けられる。例えば図２Ｂに示されたように、相互接続ボード９４は多数のヒューズパック９１、等化／バイパス機構９７および正負の電力端子９８を含んでいる。また相互接続ボード９４上には、１つ又はそれ以上の外部通信ラインと連結された通信コネクタ９９が配置される。尚、相互接続ボード９４上に位置する任意の又は全ての構成要素は、相互接続ボード９４以外のボードもしくはプラットフォーム上に取付けられると共に、モジュールハウジング９２の内部もしくは外部に載置され得ることを理解されたい。
【００５９】
一実施例において相互接続ボード９４および電気化学セル９３は、密閉シールされたハウジング９２内に配置され、電力ラインおよび通信ラインは、内側ハウジングカバー７５上に提供されて密閉シールされた貫通端子(feed-throughs）７１、７３を介してハウジング内を貫通している。通常内側ハウジング・カバー７５は、内側ハウジング９２に溶接され、その間に密閉シールを生成する。更に、シールされたエネルギー蓄積モジュール９０は、セル９３とハウジング９２との間と、相互接続ボード９４とハウジング９２との間の熱移動を提供する内部熱管理システムを含んでいる。
【００６０】
モジュール９０に出入りする熱の伝導を更に促進すべく、ハウジング９２の外部に載置された外部熱管理システムが採用され得る。モジュール９０の外殻カバー１１５上に提供された注入および吐出ポート１１１、１１３を介し、モジュール内に熱伝達媒体が導入され得る。熱伝達媒体は、ハウジング９２と外側ケーシング１０５との間に形成もしくは提供された冷却チャネルを介して押し込まれる。熱伝達媒体の温度および流速は、必要に応じて外部熱管理システムにより調節され得る。
【００６１】
図２Ｃに最もよく示されるように相互接続ボード９４は、通常事前設計された接続レイアウトに従い独立した電気化学セル９３の相互接続を好適に提供するパターン化された導電表面９５を含んでいる。パターン化導電表面９５を有する相互接続ボード９４の採用に依り実現された大きな利点は、ハウジング９２内において個々の電気化学セル９３の各々に対する位置に拘わりなく且つ電気化学セル９３の位置を混乱させることなく所望の定格電流および電圧が達成され得る柔軟性に関するものである。
【００６２】
本明細書中で論じた種々の実施例に対し、本発明の範囲または精神から逸脱することなしに種々の改変および付加が為され得ることを当然に理解されたい。例えば、本発明の原理は、ニッケル金属水素化物(Ni-MH) 、リチウム・イオンおよび他の高エネルギーバッテリ技術などの、リチウム・ポリマ電解質を利用した以外のバッテリ技術と共に使用されるべく採用され得る。したがって本発明の範囲は上述した特定実施例に制限されるのでは無く、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直列接続された多数のエネルギー蓄積デバイスを含む耐故障性分散形バッテリシステムの実施例を示す図である。
【図２Ａ】 セル、セルパック、モジュールおよびバッテリ形状などの種々のエネルギー蓄積デバイス形状を示す図である。
【図２Ｂ】 相互接続ボードを使用することにより選択的に直列および／または並列に相互接続された薄膜電気化学セルの積層体を含み、各セルおよび相互接続ボードは密閉シールされたハウジング内に配置された、固体エネルギー蓄積モジュールの実施例を示す図である。
【図２Ｃ】 多数の電気化学セルとの選択的な直列および／または並列接続を提供する接続パターンが配置された相互接続ボードの表面を示す図である。
【図３】 角柱形状を有する固体薄膜電気化学セルの実施例を示す図である。
【図４】 耐故障性分散形バッテリシステムにおいて使用されるスタートポロジを有するバッテリ内通信ネットワークを示す図である。
【図５】 図５Ａと図５Ｂの配列を示す図である。
【図５Ａ】 スター形トポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図５Ｂ】 スター形トポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図６】 耐故障性分散形バッテリシステムにおいて使用されるバストポロジを有するバッテリ内通信ネットワークを示す図である。
【図７】 バストポロジを有するバッテリ内通信ネットワークの詳細図である。
【図８】 バッテリ内通信ネットワークを介して通信するモジュールコンピュータおよびバッテリコンピュータにより実行される種々の動作を示す図である。
【図９】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１０】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１１】 耐故障性分散形バッテリシステムのバッテリコンピュータおよび各モジュールコンピュータにより調整される多くの動作を形成するフロー図である。
【図１２】 図１２Ａと図１２Ｂの配列を示す図である。
【図１２Ａ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１２Ｂ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１３】 図１３Ａおよび図１３Ｂの配列を示す図である。
【図１３Ａ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１３Ｂ】 本発明の一実施例に係る耐故障性分散形バッテリシステムのエネルギー蓄積モジュール内に取り入れられた電子的監視および制御回路の概略図である。
【図１４】 耐故障性分散形バッテリシステムに対する熱管理システムの制御などの、バッテリコンピュータにより調整される種々の処理段階のフローチャートを示す図である。
【図１５】 耐故障性分散形バッテリシステムの能動的熱管理システムを示す図である。
【図１６】 耐故障性分散形バッテリシステムのモジュールおよび冷却／加熱システムに対して温度情報を提供する多数のセンサを示す図である。
Claims (27)
- 各々が複数のエネルギー蓄積ユニットを有し、直列に連結されてバッテリを形成する複数のエネルギー蓄積モジュールと、
バッテリ内ネットワークであって、
各々が前記複数のモジュールのひとつに連結された複数のモジュールプロセッサと、
ネットワーク動作モードにおいて前記モジュールプロセッサと通信して各モジュールプロセッサを監視かつ制御する前記モジュールプロセッサと連結したメインコンピュータとを有し、前記モジュールプロセッサは前記メインコンピュータとのネットワーク接続の不在に応答して独立動作モードで夫々のモジュールを監視かつ制御するバッテリ内ネットワークと、
を有する耐故障性分散形バッテリシステム。 - 独立動作モードで動作している特定モジュールプロセッサは、前記特定モジュールプロセッサと、ネットワーク動作モードで動作しているモジュールプロセッサとの間に確立された通信ラインを介して前記メインコンピュータと通信する請求項１に記載のシステム。
- 前記モジュールプロセッサの各々はそれぞれのモジュールの電圧状態および電流状態を監視し、前記複数のモジュール中の特定モジュールの電圧状態および電流状態は、前記メインコンピュータから送信されて前記特定モジュールにより受信されたポーリング信号に応答して前記メインコンピュータへ送信される請求項１に記載のシステム。
- 前記モジュールプロセッサの各々は関連するエネルギー蓄積ユニットの各々の電圧状態および電流状態を監視し、前記複数のモジュール中の特定モジュールのエネルギー蓄積ユニットの電圧状態および電流状態は、前記メインコンピュータから送信されて前記特定モジュールにより受信されたポーリング信号に応答して前記メインコンピュータへと送信される請求項１に記載のシステム。
- 前記メインコンピュータは、前記分散形バッテリシステムのメインコンピュータ、または前記分散形バッテリシステムとは別体のメインコンピュータのいずれか一つを構成する請求項１に記載のシステム。
- 前記モジュールプロセッサの各々は前記メインコンピュータに対してモジュール電圧情報を送信し、前記メインコンピュータは前記モジュール電圧情報を使用して充電パラメータを計算し、前記充電パラメータは充電処理を開始する前に前記メインコンピュータから前記モジュールプロセッサへ送信される請求項１に記載のシステム。
- 特定モジュールの欠陥エネルギー蓄積ユニットにて生じた異常電圧状態を検出すると、ネットワーク動作モードで動作している場合には前記メインコンピュータが、また独立動作モードで動作している場合には前記特定モジュールのプロセッサが、前記欠陥エネルギー蓄積ユニットのバイパスを実行する請求項１に記載のシステム。
- 前記メインコンピュータは、充電処理の間に前記モジュールプロセッサの各々をポーリングすることによりモジュールの各々に対する電圧および温度情報を取得する請求項１に記載のシステム。
- 前記メインコンピュータは取得された前記電圧情報に応答して充電処理を変更する請求項８に記載のシステム。
- 更に、前記モジュールの温度を調整するための管理システムを有し、
前記メインコンピュータは前記熱管理システムを制御することにより前記モジュールの温度を公称温度範囲内に維持する請求項１に記載のシステム。 - 独立またはネットワーク動作モードの間において、モジュールステータス情報は定常的にモジュールプロセッサの各々により経過記録される請求項１に記載のシステム。
- 独立動作モードで動作している特定モジュールプロセッサにより経過記録されたモジュールステータス情報は、前記特定モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間のネットワーク接続を再確立した後に前記メインコンピュータへとアップロードされる請求項１に記載のシステム。
- 前記バッテリ内ネットワークは、実質的にスター、バス、ハイブリッドスター、又は、ハイブリッドバス構成を有する請求項１に記載のシステム。
- 前記エネルギー蓄積ユニットの各々は薄膜リチウム・ポリマ電気化学セルを有する請求項１に記載のシステム。
- 各々が複数のエネルギー蓄積ユニットを有し、電力ラインに直列に接続された、複数の別体に収容されるエネルギー蓄積モジュールと、
バッテリコンピュータと、
前記エネルギー蓄積モジュール中のひとつのエネルギー蓄積モジュールのハウジング内に各々配置され、それぞれのエネルギー蓄積ユニットおよび前記バッテリコンピュータに連結された複数のモジュールプロセッサと、
前記エネルギー蓄積モジュールの各々の入力および出力において前記電力ラインに連結された入力センサおよび出力センサとを有し、
前記入力および出力センサは電力パラメータを検出し、前記モジュールプロセッサの各々は、前記電力パラメータを使用して前記モジュールプロセッサのそれぞれのエネルギー蓄積モジュール内で生ずる故障状態を検出し、ネットワーク接続の不存在時には、独立動作モードで前記モジュールプロセッサの各々が故障状態の検出をする修正活動を行い、ネットワーク接続の存在時には、ネットワーク動作モードで前記バッテリコンピュータが故障状態の検出をする修正活動を行う、
耐故障性分散形エネルギー蓄積システム。 - 前記モジュールプロセッサの各々は、それぞれの入力および出力センサにより検出された前記電力パラメータの差を使用して故障状態を検出する請求項１５に記載のシステム。
- 前記入力および出力センサにより検出された前記電力パラメータは電流パラメータ又は電圧パラメータのいずれか一方である請求項１５に記載のシステム。
- 前記故障状態は、特定エネルギー蓄積モジュールのエネルギー蓄積ユニットで発生した短絡であり、
独立動作モードで動作しているときには前記特定エネルギー蓄積モジュールの前記プロセッサは前記短絡エネルギー蓄積ユニットを前記電力ラインから分離すべくバイパス的修正活動を行い、
ネットワーク動作モードで動作しているときには前記バッテリコンピュータがバイパス的修正活動を行う請求項１５に記載のシステム。 - 前記エネルギー蓄積ユニットの各々は薄膜リチウム・ポリマ電気化学セルを有する請求項１５に記載のシステム。
- 前記各モジュールプロセッサおよび前記バッテリコンピュータは、実質的にスター、バス、ハイブリッドスター、又はハイブリッドバス構成のひとつを有するバッテリ内ネットワークを形成する請求項１５に記載のシステム。
- 前記モジュールプロセッサの各々は前記エネルギー蓄積ユニットの各々に対する電圧情報を前記メインコンピュータに送信し、前記メインコンピュータは前記電圧情報を使用して充電パラメータを計算し、前記充電パラメータは充電処理を開始する前に前記メインコンピュータから前記各モジュールプロセッサへと送信される請求項１５に記載のシステム。
- エネルギー蓄積モジュールの外部のメインコンピュータと通信するモジュールプロセッサと複数のエネルギー蓄積ユニットとを各々が有する複数の独立したエネルギー蓄積モジュールの制御方法であって、
前記モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間の接続を監視し、
前記エネルギー蓄積ユニットの各々の電力パラメータを検出し、
特定モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間の接続の喪失に応答して前記特定モジュールプロセッサにより欠陥エネルギー蓄積ユニットに関する故障状態に対処するための修正活動を行い、
前記特定モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間で確立された継続的接続に応答して前記メインコンピュータにより欠陥エネルギー蓄積ユニットに関する故障状態に対処するための前記修正活動を行う方法。 - 前記メインコンピュータは前記エネルギー蓄積ユニットの各々の電力パラメータの検出を実施する請求項２２に記載の方法。
- 前記それぞれのモジュールプロセッサは前記エネルギー蓄積ユニットの各々の電力パラメータの検出を実施する請求項２２に記載の方法。
- 前記それぞれのモジュールプロセッサによる前記エネルギー蓄積ユニットの各々の前記電力パラメータの検出は、更に、
特定モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間の接続の喪失の期間中に電力パラメータを経過記録し、
前記特定モジュールプロセッサと前記メインコンピュータとの間の接続を再確立した後に、前記特定モジュールプロセッサから前記メインコンピュータに対して前記電力パラメータをアップロードすることを有する請求項２４に記載の方法。 - 前記エネルギー蓄積モジュールの各々に関連した前記エネルギー蓄積ユニットの各々の前記電力パラメータの検出は、更に、
前記エネルギー蓄積ユニットの各々の電力パラメータを前記メインコンピュータに送信し、
前記電力パラメータを使用して充電パラメータを計算し、
充電処理を開始する前に前記充電パラメータを前記メインコンピュータから前記各モジュールプロセッサへと送信することを有する請求項２２に記載の方法。 - 前記エネルギー蓄積ユニットの各々の前記電力パラメータの監視は、前記エネルギー蓄積ユニットの各々の電圧を監視を有し、
前記修正活動は、特定エネルギー蓄積ユニットで生じた異常電圧状態の検出によって前記特定エネルギー蓄積ユニットのバイパスを行うことを有する請求項２２に記載の方法。
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