JP5091219B2 - 電池管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、電池管理システムに関する。
この出願は、２００９年１月６日に出願されると共に、その全体における参照によりここに組み込まれた米国仮特許出願番号第61/142,689号に対する優先権を主張する。
現在は、リチウムイオン電池が、電気自動車（ＥＶ）、及びハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のような環境に優しい乗り物（車）において用いられている。リチウムイオン電池における１つのセルの有効な電圧は、約３〜４ボルトであるが、しかし、ＥＶ及びＨＥＶは、通常、最大で１００ボルトを超えるような更に高い電圧を必要とする。通常、ＥＶ及びＨＥＶを動かすために、複数のセルがお互いと直列に連結される。
電池管理においては、複数のセルが１つ以上の電池パックとして配置されると共に、アナログフロントエンド（analog front end：ＡＦＥ）装置が、それらの電圧及び温度のような、電池パックまたはセルの状態を判断するために、各電池パックに連結される。電池パックまたはセルの状態を表しているデジタルデータは、電池保護のような様々な目的のために、マイクロプロセッサに転送される。マイクロプロセッサと各ＡＦＥ装置との間の通信バスが、更に必要とされる。
図１は、オプトカプラをベースにした縦方向バスを備える従来の電池管理システム１００を示す。ＡＦＥ装置１２２、１２４、及び１２６は、電池パックにおける各セルの状態にアクセスするために、それぞれ、電池パック１１２、１１４、及び１１６に連結される。オプトカプラブロック１３２、１３４、及び１３６は、ＡＦＥ装置１２２、１２４、及び１２６と、中央電気制御装置（ＣＥＣＵ）１４０との間の通信バスを確立する。各オプトカプラブロックは、バスの各線のために、２つのオプトカプラを備える。
オプトカプラをベースにした縦方向バスを備える従来の電池管理システム１００は、オプトカプラが相対的に高価であると共に、それらの駆動能力がミリアンペア単位の電流を要求するので、高コスト及び高電力消費であるという弱点がある。現在は、コストを減少させるために、デイジーチェーン（daisy chain）構造の縦方向バスを備える電池管理システムが広く使用される。しかしながら、もしデイジーチェーン構造の縦方向バスに不通部分が存在する場合、ＡＦＥ装置とＣＥＣＵとの間の通信が遮断される可能性がある。その結果、電池管理システムの信頼性が減少する可能性がある。
一実施例において、電池管理システムは、複数のセルを有する電池と、前記電池に連結される複数の装置と、前記複数の装置の内の第１の装置に連結される制御装置とを備える。前記複数の装置は、前記セルの状態を判断することができる。前記制御装置は、初期設定の経路を介して前記複数の装置の内の送信先装置と通信すると共に、もし前記初期設定の経路に好ましくない状態が存在するならば、予備の経路を介して前記送信先装置と通信することができる。その結果、電池管理システムの信頼性は向上し得る。
主題の実施例の特徴及び利点は、以下の詳細な説明の進行、及び同等の符号が同等の構成要素を描写する図面の参照に従って、明白になるであろう。
オプトカプラをベースにした縦方向バスを備える従来の電池管理システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例による縦方向バス回路を示すブロック図である。 本発明の一実施例による縦方向バス回路を示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムのための縦方向バス回路を示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムのための縦方向バスの接続形態を示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムにおけるＡＦＥ装置を示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムを示すブロック図である。 本発明の別の実施例による電池管理システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例による電池管理システムにおける通信を可能にするための方法のフローチャートである。
これから本発明の実施例に対して詳細に言及する。本発明がこれらの実施例と共に説明されることになる一方、それらが本発明をこれらの実施例に制限することを意図していないということが理解されるであろう。それどころか、本発明は、本発明の精神および範囲内に含まれる可能性のある代替物、修正物および同等物を含むことを意図する。
ここで説明された実施例は、１つ以上のコンピュータまたは他の装置によって実行されるプログラムモジュールのような、何らかのコンピュータ読み取り可能な媒体上に存在するコンピュータが実行可能な命令の一般的な文脈において論じられ得る。一般的に、プログラムモジュールは、特別なタスクを行うか、もしくは特別な抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等含む。様々な実施例における要求通りに、プログラムモジュールの機能性は、併有され得るか、もしくは分散され得る。
以下の詳細な説明のいくらかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作の手順、論理ブロック、処理、及び他の記号表現の観点から提示される。これらの記述及び表現は、データ処理技術に熟練した当業者によって、彼らの業績の趣旨を他の当業者に最も効果的に伝達するために使用される手段である。本願において、手順、論理ブロック、プロセス等は、望ましい結果につながるステップまたは命令の首尾一貫した系列であると考えられる。それらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするステップである。通常、必ずではないが、これらの量は、コンピュータシステムにおいて、格納されて、転送されて、結合されて、比較されて、そして他の場合は操作されることが可能である電気信号もしくは磁気信号の形式をとる。
しかしながら、これら及び同様の用語全ては、適切な物理量と関連付けられるべきであり、そして、単にこれらの量に適用された便利なラベルであるということが留意されるべきである。以下の討論から明白であるので、明確に別の方法で表明されない限り、本願の初めから終わりまで、“判定する”、“可能にする”、“検出する”等の用語を使用する討論は、コンピュータシステムまたは同様の電子計算装置の動作または処理（例えば図１０のフローチャート１０００）のことを指すと共に、コンピュータシステムまたは同様の電子計算装置は、コンピュータシステムのレジスタまたはメモリの中の物理的な（電子的な）量として表されたデータを、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタあるいは他のそのような情報記憶装置、転送装置、または表示装置の中の同様に物理的な量として表された他のデータに、処理して変換する、ということが理解される。
限定ではなく、一例として、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報の記憶のためのあらゆる方法または技術において実現された、揮発性媒体及び不揮発性媒体、取り外し可能な媒体または取り外し不可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、もしくは所望の情報を格納するために使用され得る他の媒体、を含むが、しかしそれに制限されない。
通信媒体は、搬送波のような変調されたデータ信号もしくは他の伝送機構において、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具体化し得ると共に、あらゆる情報送達媒体を含む。用語“変調されたデータ信号”は、信号内の符号化情報に応じるような方法で設定または変更される１つ以上のその特性を有する信号を意味する。限定ではなく、一例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接的な配線接続のような有線媒体、そして音波、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、及び他の無線媒体のような無線媒体を含む。上記のうちのあらゆるものの組み合わせが、コンピュータ読み取り可能な媒体の範囲内に同様に含まれるべきである。
更に、本発明の以下の詳細な説明において、多数の具体的な詳細が本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本発明はそれらの具体的な詳細がなくても実施され得るということが当業者によって識別されることになる。他の例では、よく知られた方法、手順、コンポーネント、および回路は、本発明の態様を不必要に曖昧にしないように詳細に説明されていない。
本発明による実施例は、電池管理システムを提供する。一実施例において、制御装置は、初期設定の経路を介して、システム内の送信先フロントエンド装置と通信することができると共に、もし初期設定の経路に好ましくない状態が存在するならば、予備の経路を介して送信先装置と通信することができる。有利に、システムの信頼性は、向上し得る。
図２は、本発明の一実施例による縦方向バス回路２００を示す。縦方向バス回路２００は、３つのバスブロック２２０、２３０、及び２４０と、複数の抵抗器２６２、２６４、２６６、及び２６８とを備える。図２において示されるように、バスブロック２２０、２３０、及び２４０は、お互いに類似している。図２において、３つのバスブロックが示されるが、本発明はそのように限定されない。他の実施例において、縦方向バス回路２００は、３つより多いバスブロックまたは３つ未満のバスブロックを含み得る。
バスブロック２２０、２３０、及び２４０は、それぞれ異なる電圧を利用し得る。バスブロック２２０を一例として考えると、バス信号は、バスブロック２２０の入力ポート２１２に入力されると共に、バスブロック２３０に対して伝送される。バスブロック２２０の入力ポート２１２において、低いレベルの電圧はＶ０であり、そして高いレベルの電圧はＶ１である。バス信号がノード２１４においてバスブロック２３０に伝送されるとき、低いレベルの電圧はＶ２であり、そして高いレベルの電圧はＶ３であると共に、ここでＶ２及びＶ３は、それぞれＶ０及びＶ１とは異なる。同様に、バス信号は、バスブロック２３０からバスブロック２４０に伝送され得る。
バスブロック２２０、２３０、及び２４０は、バス信号を（図２の方向性に対して）上向きの方向に伝送する。例えば、縦方向バス回路２００において、バスブロック２２０は、一番下のバスブロックであり、そしてバスブロック２４０は、一番上のバスブロックである。バス信号は、バスブロック２２０の入力ポート２１２に入力されると共に、バス信号は、バスブロック２４０に伝送され、そしてバスブロック２４０の出力ポート２１８から出力される。
一実施例において、バスブロック２２０は、上向きの信号経路２２２、インバータゲート２７２及び２９４、そしてＦＥＴ２８４を備える。一実施例において、上向きの信号経路２２２は、ＦＥＴ２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、及び２２８、そしてインバータゲート２２９を備える。バスブロック２３０は、上向きの信号経路２３２、インバータゲート２７４及び２９６、そしてＦＥＴ２８６を備える。上向きの信号経路２３２は、ＦＥＴ２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、及び２３８、そしてインバータゲート２３９を備える。バスブロック２４０は、上向きの信号経路２４２、インバータゲート２７６及び２９８、そしてＦＥＴ２８８を備える。上向きの信号経路２４２は、ＦＥＴ２４３、２４４、２４５、２４６、２４７、及び２４８、そしてインバータゲート２４９を備える。
バスブロック２２０、２３０、及び２４０における上向きの信号経路２２２、２３２、及び２４２は、バス信号を低電圧レベルから高電圧レベルに変換する（増加させる、シフトする）。例えば、バスブロック２２０における信号経路２２２は、バス信号を、低電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ１、ＧＮＤ＝Ｖ０）から、高電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ３、ＧＮＤ＝Ｖ２）に変換する。
一実施例において、バスブロック２２０のインバータゲート２９４及びＦＥＴ２８４、そしてバスブロック２３０の抵抗器２６４及びインバータゲート２７４は、バス信号を、バスブロック２２０からバスブロック２３０に伝送する。同様に、一実施例において、バスブロック２３０のインバータゲート２９６及びＦＥＴ２８６、そしてバスブロック２４０の抵抗器２６６及びインバータゲート２７６は、バス信号を、バスブロック２３０からバスブロック２４０に伝送する。
バスブロック２２０の入力ポート２１２に入力されたバス信号が“ハイ（high）”の状態であるか、もしくは入力ポート２１２に入力されたバス信号の電圧がＶ１であるとき、その場合に、ＦＥＴ２２７がターンオフされると共に、ＦＥＴ２２８がターンオンされ、従って、ノード２５２における電圧は“ロウ（low）”に駆動される。ＦＥＴ２２３のゲート電圧は、ＦＥＴ２２３をターンオンするために、“ロウ（low）”に駆動される。そのようにして、ＦＥＴ２２３のドレインのノード２５６における電圧は、“ハイ（high）”に駆動されると共に、ＦＥＴ２８４のゲートの電圧は、ＦＥＴ２８４をターンオフするために、インバータゲート２９４によって“ロウ（low）”に駆動される。ＦＥＴ２８４は、ノード２１４においてバス信号を出力するために、抵抗器２６４に連結されると共に、ノード２１４における電圧は、“ハイ（high）”の状態になる（その電圧はＶ３である）。
一方、入力ポート２１２から入力されたバス信号が“ロウ（low）”の状態であるか、もしくは入力ポート２１２において入力されたバス信号の電圧がＶ０であるとき、その場合に、ＦＥＴ２２８がターンオフされると共に、ＦＥＴ２２７がターンオンされ、従って、ノード２５６における電圧は“ロウ（low）”に駆動される。そして、ＦＥＴ２８４のゲート電圧は、ＦＥＴ２８４をターンオンするために、“ハイ（high）”に駆動される。ＦＥＴ２８４は、ノード２１４においてバス信号を出力するために、抵抗器２６４に連結されると共に、ノード２１４における電圧は、“ロウ（low）”の状態になる（その電圧はＶ２である）。
一実施例において、ＦＥＴ２２５及び２２６は、それぞれ、ノード２５６及び２５２における電圧の最大振幅（full swing：最大変化量）を減少させるために組み込まれ得る。従って、ノード２５６及び２５２における電圧は、Ｖ３からＶ２までの最大振幅を有している。その結果、電力消費が削減され得ると共に、バス信号速度が増加し得る。
従って、バス信号は、入力ポート２１２からノード２１４まで、バスブロック２２０を通って伝送され得る。同様の方法において、バス信号は、ノード２１４からノード２１６までバスブロック２３０を通って伝送されると共に、次にバスブロック２４０を通って伝送され、そして出力ポート２１８において出力される。すなわち、バス信号は、低電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ１、ＧＮＤ＝Ｖ０）から高電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ７、ＧＮＤ＝Ｖ６）に変換される。従って、入力ポート２１２において入力されたバス信号が“ハイ（high）”の状態であるとき、出力ポート２１８の出力バス信号は、“ハイ（high）”の状態、すなわち「ＯＵＴ＝１」になる。入力ポート２１２において入力されたバス信号が“ロウ（low）”の状態であるとき、出力ポート２１８の出力バス信号は、“ロウ（low）”の状態、すなわち「ＯＵＴ＝０」になる。
図３は、本発明の一実施例による縦方向バス回路３００を示す。縦方向バス回路３００は、３つのバスブロック３２０、３３０、及び３４０、そして複数の抵抗器３６２、３６４、３６６、及び３６８を備える。図３において示されたように、バスブロック３２０、３３０、及び３４０は、お互いに類似している。図３において、３つのバスブロックが示されるが、本発明はそのように限定されない。
バスブロック３２０、３３０、及び３４０は、異なる電圧を利用する。バスブロック３２０を一例として考えると、バス信号は、バスブロック３２０の入力ポート３１２に入力されると共に、バスブロック３３０に対して伝送される。バスブロック３２０の入力ポート３１２において、低いレベルの電圧はＶ６であり、そして高いレベルの電圧はＶ７である。バス信号がノード３１４においてバスブロック３３０に伝送されるとき、低いレベルの電圧はＶ４であり、そして高いレベルの電圧はＶ５である。同様に、バス信号は、バスブロック３３０からバスブロック３４０に伝送され得る。
バスブロック３２０、３３０、及び３４０は、バス信号を（図３の方向性を考えに入れると）下向きの方向に伝送する。例えば、縦方向バス回路３００において、バスブロック３２０は、一番上のバスブロックであり、そしてバスブロック３４０は、一番下のバスブロックである。バス信号は、バスブロック３２０の入力ポート３１２に入力されると共に、バス信号は、バスブロック３４０に伝送され、そしてバスブロック３４０の出力ポート３１８から出力される。
一実施例において、バスブロック３２０は、下向きの信号経路３２２、インバータゲート３７２及び３９４、そしてＦＥＴ３８４を備える。一実施例において、下向きの信号経路３２２は、ＦＥＴ３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、及び３２８、そしてインバータゲート３２９を備える。バスブロック３３０は、下向きの信号経路３３２、インバータゲート３７４及び３９６、そしてＦＥＴ３８６を備える。下向きの信号経路３３２は、ＦＥＴ３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、及び３３８、そしてインバータゲート３３９を備える。バスブロック３４０は、下向きの信号経路３４２、インバータゲート３７６及び３９８、そしてＦＥＴ３８８を備える。下向きの信号経路３４２は、ＦＥＴ３４３、３４４、３４５、３４６、３４７、及び３４８、そしてインバータゲート３４９を備える。
バスブロック３２０、３３０、及び３４０における下向きの信号経路３２２、３３２、及び３４２は、バス信号を高電圧レベルから低電圧レベルに変換する。例えば、バスブロック３２０における信号経路３２２は、バス信号を、高電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ７、ＧＮＤ＝Ｖ６）から、低電圧レベル（ＶＤＤ＝Ｖ５、ＧＮＤ＝Ｖ４）に変換する。
一実施例において、バスブロック３２０のインバータゲート３９４及びＦＥＴ３８４、そしてバスブロック３３０の抵抗器３６４及びインバータゲート３７４は、バス信号を、バスブロック３２０からバスブロック３３０に伝送する。同様に、一実施例において、バスブロック３３０のインバータゲート３９６及びＦＥＴ３８６、そしてバスブロック３４０の抵抗器３６６及びインバータゲート３７６は、バス信号を、バスブロック３３０からバスブロック３４０に伝送する。
バスブロック３２０の入力ポート３１２に入力されたバス信号が“ハイ（high）”の状態、すなわち「ＩＮ＝１」であるか、もしくは入力ポート３１２に入力されたバス信号の電圧がＶ７であるとき、その場合に、ＦＥＴ３２８がターンオフされると共に、ＦＥＴ３２７がターンオンされ、従って、ノード３５６における電圧は“ハイ（high）”に駆動される。そして、ＦＥＴ３８４のゲート電圧は、ＦＥＴ３８４をターンオフするために、“ロウ（low）”に駆動される。ＦＥＴ３８４は、ノード３１４においてバス信号を出力するために、抵抗器３６４に連結されると共に、ノード３１４における電圧は、“ハイ（high）”の状態になる（その電圧はＶ５である）。
一方、入力ポート３１２において入力されたバス信号が“ロウ（low）”の状態、すなわち「ＩＮ＝０」であるか、もしくは入力ポート３１２において入力されたバス信号の電圧がＶ６であるとき、その場合に、ＦＥＴ３２７がターンオフされると共に、ＦＥＴ３２８がターンオンされ、従って、ノード３５２における電圧は“ハイ（high）”に駆動される。ＦＥＴ３２３のゲート電圧は、ＦＥＴ３２３をターンオンするために、“ハイ（high）”に駆動される。そのようにして、ＦＥＴ３２３のドレインのノード３５６における電圧は、“ロウ（low）”に駆動されると共に、ＦＥＴ３８４のゲートの電圧は、ＦＥＴ３８４をターンオンするために、インバータゲート３９４によって“ハイ（high）”に駆動される。ＦＥＴ３８４は、ノード３１４においてバス信号を出力するために、抵抗器３６４に連結されると共に、ノード３１４における電圧は、“ロウ（low）”の状態になる（その電圧はＶ４である）。
一実施例において、ＦＥＴ３２５及び３２６は、それぞれ、ノード３５６及び３５２における電圧の最大振幅を減少させるために組み込まれ得る。従って、ノード３５６及び３５２における電圧は、それぞれ、Ｖ５からＶ４までの最大振幅を有している。その結果、電力消費が削減され得ると共に、バス信号速度が増加し得る。
従って、バス信号は、入力ポート３１２からノード３１４まで、バスブロック３２０を通って伝送され得る。同様の方法において、バス信号は、その場合に、ノード３１４からノード３１６までバスブロック３３０を通って伝送されると共に、次にバスブロック３４０を通って伝送され、そして出力ポート３１８において出力される。従って、入力ポート３１２において入力されたバス信号が“ハイ（high）”の状態であるとき、出力ポート３１８の出力バス信号は、“ハイ（high）”の状態、すなわち「ＯＵＴ＝１」になる。入力ポート３１２において入力されたバス信号が“ロウ（low）”の状態であるとき、出力ポート３１８の出力バス信号は、“ロウ（low）”の状態、すなわち「ＯＵＴ＝０」になる。
図４は、本発明の一実施例による電池管理システムのための縦方向バス回路４００を示す。電池４１０は、３つの電池パック４１２、４１４、及び４１６を備える。縦方向バス回路４００は、１線式バス用に構成されると共に、３つのバスブロック４２０、４３０、及び４４０、そして複数の抵抗器４６２、４６４、及び４６６を備える。一実施例において、バスブロック４２０、４３０、及び４４０のそれぞれは同じであると共に、集積回路（ＩＣ）チップとして形成され得る。図４において、３つのバスブロックが示されるが、本発明はそのように限定されない。
バスブロック４２０は、上向きの信号経路４２２、下向きの信号経路４２４、そしてＩ／Ｏ（入力／出力）装置４２６及び４２８を備える。同様に、バスブロック４３０は、上向きの信号経路４３２、下向きの信号経路４３４、そしてＩ／Ｏ（入力／出力）装置４３６及び４３８を備える。バスブロック４４０は、上向きの信号経路４４２、下向きの信号経路４４４、そしてＩ／Ｏ（入力／出力）装置４４６及び４４８を備える。上向きの信号経路４２２、４３２、及び４４２は、図２に示される上向きの信号経路２２２、２３２、及び２４２と同類である。下向きの信号経路４２４、４３４、及び４４４は、図３に示される下向きの信号経路３４２、３３２、及び３２２と同類である。
別の実施例において、縦方向バス回路４００は、２線式（2-wire）バスのための、２つの上向き信号経路と、２つの下向き信号経路と、４つのＩ／Ｏ装置とをそれぞれが有するバスブロックを備え得る。
Ｉ／Ｏ装置４２６は、図２に示されるインバータゲート２７２と同類であるインバータゲート４７２、そしてそれぞれが図３に示されるインバータゲート３９８及びＦＥＴ３８８と同類であるインバータゲート４９８及びＦＥＴ４８８を備える。Ｉ／Ｏ装置４２８、Ｉ／Ｏ装置４３６、Ｉ／Ｏ装置４３８、Ｉ／Ｏ装置４４６、及びＩ／Ｏ装置４４８は、Ｉ／Ｏ装置４２６と同類であり、従って更には説明されない。
バスブロック４２０、４３０、及び４４０は、それぞれ、更に、複数の電圧調整器を備える。この実施例において、複数の電圧調整器は、複数の低電圧降下（ＬＤＯ：low drop-out）電圧調整器４５２、４５４、及び４５６であり得る。
電池パック４１２、４１４、及び４１６のそれぞれにおける１つのセルの正極（positive terminal）における電圧、及びＬＤＯのぞれぞれの出力電圧は、バスブロックを介したバス信号伝送を可能にするために提供される。例えば、電圧Ｖ４は、電池パック４１４におけるセル４９４の正極の電圧であり、そして、電圧Ｖ２は、電池パック４１２におけるセル４９２の正極の電圧である。バスブロック４３０において、電圧Ｖ４がＬＤＯ４５４に供給され、そして、ＬＤＯ４５４によって出力電圧Ｖ３が出力される。そのようにして、出力電圧Ｖ３、及び電圧Ｖ２は、バスブロック４３０とバスブロック４２０との間でバス信号伝送を可能にするために供給される。このように、電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、及びＶ５は、縦方向バス回路４００におけるバス信号伝送を可能にするために供給される。すなわち、一実施例において、バスブロックによって共有された共通の電圧レベルが、ブロック間でバス信号伝送を可能にするために使用されると共に、共通の電圧レベルは、電池パック内のセルの正極における電圧、及びＬＤＯの出力電圧によって提供され得る。
相対的に安定しているＬＤＯ４５２、４５４、及び４５６の出力電圧は、縦方向バス回路４００におけるバス信号伝送を可能にするための電源を供給する。従って、縦方向バス回路４００は、急速な充電または放電の間のセル電圧変動によって影響を受けず、従って相対的に信頼できる。
ノード４０２、４０４、４０６は、バスブロック４２０、４３０、及び４４０のＩ／Ｏポートとして機能する。上記で説明されたように、各ノードにおけるバス信号は、上向き方向及び下向き方向に伝送され得る。例えば、ノード４０２におけるバス信号は、ノード４０４、４０６に伝送され得ると共に、バス信号は、ノード４０４、４０６から伝送されて、ノード４０２において受信され得る。従って、バスブロック４２０、４３０、及び４４０のそれぞれは、１線式（1-wire）バスのための２つのＩ／Ｏポート（例えば、バスブロック４２０のノード４０２及び４０４）を使用する。別の実施例において、そのバスブロックは、２線式（2-wire）バスのための４つのＩ／Ｏポート（図示せず）を使用する。従って、バスブロックのＩＣチップのピン数が削減され得る。
Ｉ／Ｏ装置はオープンドレインであると共に、従って、Ｉ／Ｏ装置は相対的に適応性があり、そして、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、または他の種類のバスとして構成され得る。更に、縦方向バス回路４００は、静的な状態において電力消費を必要としない。縦方向バス回路４００の各バスブロックにおいて伝送されたバス信号は、差動信号であり、例えば、信号経路４２２において、ＦＥＴ４２３がターンオンされるか、もしくはＦＥＴ４２３がターンオフされるかどうかは、ノード４５２における電圧とノード４５６における電圧との間の電圧差によって決定される。従って、相対的に高いバス信号速度と、相対的に良い耐性（tolerance）が獲得され得る。
ノード４０２、４０４、及び４０６は、各ノードの動作電圧がそのＩ／Ｏ装置の電源電圧の範囲内にあるので、過電圧の過渡信号を受けることはないであろう。例えば、ノード４０２の動作電圧は、Ｖ０からＶ１までである。
電池パック４１２、４１４、及び４１６のそれぞれにおけるセルの最大数は、電池パックに連結されたバスブロックにおけるＦＥＴの最大許容“Ｖｄｓ”、及びこのバスブロックの一番上のバスブロックにおけるＬＤＯの出力電圧によって決定される。例えば、図４において示されたように、バスブロック４２０におけるＦＥＴ４２５／４２７の最大許容“Ｖｄｓ”は、Ｖ３とＶ２との間の電圧差に電池パック４１２によって供給された電圧を加えたものに等しく、ここで、Ｖ３とＶ２との間の電圧差は、バスブロック４３０におけるＬＤＯ４５４の出力電圧である。従って、電池パック４１２におけるセルの最大数は、以下の（１）式で与えられ得る。
Ｎ＝（Ｖｄｓ−ＶＬＤＯ）／Ｖｃｅｌｌ ・・・（１）
“Ｎ”は、電池パック４１２におけるセルの最大数であり、“Ｖｄｓ”は、ＦＥＴ４２５／４２７の最大許容“Ｖｄｓ”であり、ＶＬＤＯは、バスブロック４３０におけるＬＤＯ４５４の出力電圧であり、そして、Ｖｃｅｌｌは、セル電圧である。
図５は、本発明の一実施例による電池管理システムのための縦方向バスの接続形態５００を示す。縦方向バスの接続形態５００は、Ｉ２Ｃバスアプリケーションのために使用される。縦方向バスの接続形態５００は、バスブロック５２０、５３０、及び５４０を備える。バスブロック５２０、５３０、及び５４０は、電池パック５１２、５１４、及び５１６に連結される。複数の電圧調整器が、それぞれ、バスブロック５２０、５３０、及び５４０に含まれている。この実施例において、複数の電圧調整器は、ＬＤＯ５５２、５５４、及び５５６であり得る。
図５において、３つのバスブロックが示されるが、本発明はそのように限定されない。
電池パック５１２、５１４、及び５１６のそれぞれにおける１つのセルの正極（positive terminal）における電圧、及びＬＤＯの出力電圧は、バスブロック５２０、５３０、及び５４０を介したバス信号伝送を可能にするために提供される。例えば、電池パック５１４におけるセル５０４の正極の電圧は、ＬＤＯ５５４に供給されると共に、ＬＤＯ５５４によって出力電圧が出力される。従って、ＬＤＯ５５４によって出力された出力電圧、及びセル５０２の正極における電圧は、バスブロック５３０とバスブロック５２０との間でバス信号伝送を可能にするために供給される。上記で説明されたように、バスブロック５２０、５３０、及び５４０のぞれぞれは、例えばＩ２Ｃバスプロトコルを使用して、他のバスブロックと通信することができる。
図６は、本発明の一実施例による電池管理システム６００を示す。電池管理システム６００は、電池６１０、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０、そしてＣＥＣＵ６６０を備える。電池６１０は、電池パック６１２、６１４、及び６１６を備える。電池６１０に連結されるＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０は、電池６１０におけるセルの状態にアクセスすることができる。ＡＦＥ装置６２０に連結されるＣＥＣＵ６６０は、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０の送信先ＡＦＥ装置と通信し得る。
図６において、３つのバスブロックが示されるが、本発明はそのように限定されない。
一実施例において、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０は同じであると共に、同じ集積回路（ＩＣ）チップとして形成され得る。一実施例において、ＡＦＥ装置６２０は、監視ブロック６２２、バスブロック６２４、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）６２６、バスエンジン６２８、ＬＤＯ６５２、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。同様に、ＡＦＥ装置６３０は、監視ブロック６３２、バスブロック６３４、ＡＤＣ６３６、バスエンジン６３８、ＬＤＯ６５４、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。ＡＦＥ装置６４０は、監視ブロック６４２、バスブロック６４４、ＡＤＣ６４６、バスエンジン６４８、ＬＤＯ６５６、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。一実施例において、バスブロック６２４、６３４、及び６４４のそれぞれは、バス信号を上向き方向と下向き方向にそれぞれ伝送するために、上向きの信号経路（例えば、図４に示される上向きの信号経路４２２）と、下向きの信号経路（例えば、図４に示される下向きの信号経路４２４）とを備える。
一実施例において、電池パック６１２、６１４、及び６１６のぞれぞれにおける１つのセルの正極の電圧、及びＬＤＯ６５２、６５４、及び６５６の出力電圧は、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０を介したバス信号伝送を可能にするための共通の電圧レベルを提供する。例えば、電池パック６１２におけるセル６８２の正極の電圧、及びバスブロック６３０におけるＬＤＯ６５４の出力電圧は、ＡＦＥ装置６２０及び６３０を介したバス信号伝送を可能にするための共通の電圧レベルを提供する。
ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０は、電池パックにおける各セルの状態を監視すると共に、バスブロック６２４、６３４、及び６４４、バスエンジン６２８、６３８、及び６４８、そしてＩ／Ｏ装置（図示せず）によって構成される縦方向バスを通してＣＥＣＵ６６０と通信するために使用される。
一実施例において、ＡＦＥ装置６２０を一例として考えると、ＡＦＥ装置６２０における監視ブロック６２２は、電池の状態、例えば電池電圧、セル電圧、セル温度、電池電流を監視すると共に、電池の状態を表している監視信号をＡＤＣ６２６に対して送信するために使用される。ＡＦＥ装置６２０におけるＡＤＣ６２６は、アナログ信号である電池の状態を、デジタル信号に変換すると共に、そのデジタル信号をバスエンジン６２８に対して送信する。バスエンジン６２８は、ＡＦＥ装置６２０における制御装置であると共に、ＣＥＣＵ６６０と通信し得る。
ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０のそれぞれは、ＣＥＣＵ６６０と通信するために、マスターモードまたはスレーブモードにおいて動作することができる。ＡＦＥ装置がマスターモードにおいて動作するとき、ＡＦＥ装置におけるバスエンジンは、ＣＥＣＵ６６０との通信のための信号を発することができる。例えば、ＡＦＥ装置６４０がマスターモードにおいて動作するとき、バスエンジン６４８は、警報信号をＣＥＣＵ６６０に対して発する。警報信号は、縦方向バスによってバスエンジン６３８及び６２８に伝送され、その後、ＣＥＣＵ６６０に伝送される。ＡＦＥ装置がスレーブモードにおいて動作するとき、ＣＥＣＵ６６０は、ＡＦＥ装置のバスエンジンとの通信のための信号を発する。例えば、ＡＦＥ装置６４０がスレーブモードにおいて動作するとき、ＣＥＣＵ６６０が提供する信号は、ＡＦＥ装置６２０におけるバスエンジン６２８に伝送され、その後、縦方向バスによってＡＦＥ装置６４０におけるバスエンジン６４８に伝送される。
２線式バスプロトコルが構造６００において使用されるとき、各バスエンジンは、相対的に良いエラー耐性（error tolerance）を求めて、３つのバスラインを使用する。図６において示されたように、バスエンジン６２８は、バスエンジン６２８の左側に３つのポートＡ、Ｂ、及びＣを備えると共に、バスエンジン６２８の右側に３つのポートＡｉ、Ｂｉ、及びＣｉを備える。例えば、もしポートＡ、Ｂ、Ａｉ、及びＢｉがバス信号を伝送するための初期設定のポートとして与えられると共に、もしポートＢに誤りがあるならば、その場合に、ポートＣが、バス信号を伝送するための予備ポートとして使用され得る。従って、相対的に良いエラー耐性が獲得され得る。一実施例において、１線式バスプロトコルが構造６００において使用される場合、各バスエンジンは、相対的に良いエラー耐性を求めて、２つのバスラインを使用する。
一実施例において、ＬＤＯ６５２、６５４、及び６５６は、オンライン診断及び較正のための基準電圧を提供する。一実施例において、ＣＥＣＵ６６０は、更に、オンライン診断及び較正のための正確な内部ＡＤＣ（図示せず）を備える。ＬＤＯ６５２の出力電圧は、ＣＥＣＵ６６０における正確な内部ＡＤＣと、ＡＦＥ装置６２０におけるＡＤＣ６２６とによって変換される。もし２つの変換された結果が等しくないならば、その場合に、ＡＤＣ６２６が較正されることになる。同様に、ＬＤＯ６５４の電圧は、ＡＦＥ装置６３０におけるＡＤＣ６３６を診断して較正するために、較正されたＡＤＣ６２６と、ＡＦＥ装置６３０におけるＡＤＣ６３６とによって変換される。その結果、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０におけるＡＤＣの全てが、診断されて較正され得る。従って、電池管理システム６００においてオンライン診断及び較正を実行することは、相対的に容易である。
ＡＤＣのオンライン診断及び較正のために、外部の正確な基準電圧（図示せず）が、ＬＤＯ６５２、６５４、及び６５６によって供給される基準電圧として使用され得る。
図７は、本発明の一実施例によるＡＦＥ装置７００を示す。図４における構成要素と同じ参照符号が付けられた構成要素は、類似の機能を有している。図７の実施例において、ＡＦＥ装置７００は、上向きの信号経路４２２、下向きの信号経路４２４、Ｉ／Ｏ装置４２６及び４２８、ＬＤＯ４５２、そしてバスエンジン７２８を備える。Ｉ／Ｏ装置４２６は、インバータゲート４７２及び４９８を備え得る。同様に、Ｉ／Ｏ装置４２８は、２つのインバータゲート７７２及び７９８を備え得る。
有利に、ＡＦＥ装置７００は、セルフテスト機能を実行し得る。一実施例において、より具体的には、Ｉ／Ｏ装置４２８及び４２６におけるインバータゲート７７２、７９８、４７２、及び４９８を制御することによって、もし上向きの信号経路４２２または下向きの信号経路４２４に好ましくない状態が存在するならば、その場合に、それは検出され得る。
一実施例において、制御信号“上方向入力イネーブル（ＵＩＥ：upward input enable）”が、インバータゲート４７２に対して入力され得ると共に、制御信号“下方向出力イネーブル（ＤＯＥ：downward output enable）”が、インバータゲート４９８に対して入力され得る。同様に、制御信号“上方向出力イネーブル（ＵＯＥ：upward output enable）”が、インバータゲート７９８に対して入力され得ると共に、制御信号“下方向入力イネーブル（ＤＩＥ：downward input enable）”が、インバータゲート７７２に対して入力され得る。一実施例において、制御信号は、インバータゲート４７２、７９８、７７２、及び４９８を制御するために使用される。
バスエンジン７２８は、インバータゲート４９８、４７２、７７２、及び７９８を制御することによって、信号経路４２２及び４２４に好ましくない状態が存在するかどうかを判定し得る。一実施例において、論理“０”である制御信号ＤＯＥ及びＵＩＥ、そして論理“１”である制御信号ＤＩＥ及びＵＯＥが、インバータゲート４９８、４７２、７７２、及び７９８をそれぞれ制御するために、バスエンジン７２８から送信され得る。従って、一実施例において、インバータゲート４９８及び４７２が無効にされ得ると共に、インバータゲート７７２及び７９８が有効にされ得る。バスエンジン７２８は、テスト信号を上向きの信号経路４２２に送信することができる。もし好ましくない状態が存在しないならば、テスト信号は、上向きの信号経路４２２、インバータゲート７９８、ＦＥＴ７８８、インバータゲート７７２、及び下向きの信号経路４２４によって形成されるループを経由して、バスエンジン７２８に対してフィードバックされ得る。従って、もしバスエンジン７２８がテスト信号を受信しないならば、好ましくない状態が検出され得る。
一実施例において、バスエンジン７２８は、更に、例えば上向きの信号経路４２２の中の、または下向きの信号経路４２４の中の好ましくない状態の場所を判定し得る。この場合に、バスブロック４２０（図４）は、更に、複数の上向きの信号経路及び複数の下向きの信号経路（図示せず）を備え得る。一度好ましくない状態の存在が検出されれば、バスエンジン７２８は、異なる上向きの信号経路に沿ってテスト信号を送信することができる。もしバスエンジン７２８がそのテスト信号を受信し得るならば、好ましくない状態は、上向きの信号経路４２２に存在する。他の場合は、好ましくない状態は、下向きの信号経路４２４に存在する。
一実施例において、好ましくない状態の場所が判定されるとき、好ましくない状態の場所を表しているフラグが、バスエンジン７２８に設定され得る。
図８は、本発明の一実施例による電池管理システム８００を示す。図６における構成要素と同じ参照符号が付けられた構成要素は、類似の機能を有している。
図８の実施例において、電池管理システム８００は、電池６１０、ＡＦＥ装置８２０、８３０、及び８４０、そしてＣＥＣＵ６６０を備える。電池６１０は、電池パック６１２、６１４、及び６１６を備える。電池６１０に連結されるＡＦＥ装置８２０、８３０、及び８４０は、電池６１０におけるセルの状態にアクセスすることができる。ＣＥＣＵ６６０は、ＡＦＥ装置８２０、８３０、及び８４０のＡＦＥ装置と連結されると共に、送信先ＡＦＥ装置と通信し得る。有利に、ＣＥＣＵ６６０は、送信先ＡＦＥ装置と初期設定の経路を介して通信し得ると共に、好ましくない状態が初期設定の経路に存在するならば、送信先ＡＦＥ装置と予備の経路を介して通信し得る。一実施例において、好ましくない状態は、初期設定の経路の不通状態を含む。
図８において、３つのＡＦＥ装置が示されるが、本発明はそのように限定されない。
図８の実施例において、ＣＥＣＵ６６０は、電池６１０におけるセルの中で最も低い電圧レベルを有するセル８１８によって電力を供給されるＡＦＥ装置８２０に連結される。
一実施例において、ＡＦＥ装置８２０、８３０、及び８４０は同じであると共に、同じ集積回路（ＩＣ）チップとして形成され得る。図８の実施例において、ＡＦＥ装置８２０は、監視ブロック６２２、バスブロック８２４、ＡＤＣ６２６、バスエンジン６２８、ＬＤＯ６５２、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。監視ブロック６２２は、それぞれのセルの状態を示す監視信号を出力し得る。バスブロック８２４は、バスブロック８２４内部に、監視信号を伝送するための内部信号経路（例えば内部の初期設定の信号経路８２７及び内部の予備の信号経路８２５）を備え得る。一実施例において、内部の初期設定の信号経路８２７は、上向きの信号経路（例えば、図４に示される上向きの信号経路４２２）と、下向きの信号経路（例えば、図４に示される下向きの信号経路４２４）とを備え得る。内部の予備の信号経路８２５は、もし好ましくない状態が内部の初期設定の信号経路８２７に存在するならば、予備として機能するように、図４に示される上向きの信号経路４２２と、図４に示される下向きの信号経路４２４とを備え得る。
同様に、ＡＦＥ装置８３０は、監視ブロック６３２、バスブロック８３４、ＡＤＣ６３６、バスエンジン６３８、ＬＤＯ６５４、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備え得る。バスブロック８３４は、内部の初期設定の信号経路８３７及び内部の予備の信号経路８３５を備え得る。ＡＦＥ装置８４０は、監視ブロック６４２、バスブロック８４４、ＡＤＣ６４６、バスエンジン６４８、ＬＤＯ６５６、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備え得る。バスブロック８４４は、内部の初期設定の信号経路８４７及び内部の予備の信号経路８４５を備え得る。
装置の外側の外部信号経路は、ＡＦＥ装置８２０、８３０、及び８４０の間に連結されると共に、監視信号をＡＦＥ装置の間で伝送することができる。一実施例において、外部信号経路は、外部の初期設定の信号経路及び外部の予備の信号経路を備え得る。外部の予備の信号経路は、もし好ましくない状態が外部の初期設定の信号経路に存在するならば、予備として機能し得る。
図８の実施例において、電池管理システム８００は、１線式バス用に構成されると共に、外部の初期設定の信号経路“ＳＤ＿１”、及び外部の予備の信号経路“ＳＰＡ＿１”が、ＡＦＥ装置８２０とＡＦＥ装置８３０との間に連結される。外部の予備の信号経路“ＳＰＡ＿１”は、もし好ましくない状態が外部の初期設定の信号経路“ＳＤ＿１”に存在するならば、予備として機能し得る。同様に、外部の初期設定の信号経路“ＳＤ＿２”、及び外部の予備の信号経路“ＳＰＡ＿２”が、ＡＦＥ装置８３０とＡＦＥ装置８４０との間に連結される。
図８において、それぞれの２つのＡＦＥ装置の間に１つの外部の初期設定の信号経路と１つの外部の予備の信号経路とが示されるが、本発明はそのように限定されない。
制御装置６６０は、送信先ＡＦＥ装置と、初期設定の経路を介して通信し得る。一実施例において、初期設定の経路は、ＣＥＣＵ６６０を経由した経路と、ＡＦＥ装置８２０における内部の初期設定の信号経路８２７と、ＡＦＥ装置の内部の複数の内部の初期設定の信号経路と、ＡＦＥ装置８２０と送信先ＡＦＥ装置との間の複数の外部の初期設定の信号経路と、を含み得る。例えば、ＡＦＥ装置８４０が送信先ＡＦＥ装置であり、そして制御装置６６０から信号が送信される場合に、信号をＡＦＥ装置８４０に伝送するための初期設定の経路は、制御装置６６０と、バスエンジン６２８と、内部の初期設定の信号経路８２７における上向きの信号経路と、外部の初期設定の信号経路ＳＤ＿１と、バスエンジン６３８と、内部の初期設定の信号経路８３７における上向きの信号経路と、外部の初期設定の信号経路ＳＤ＿２と、バスエンジン６４８とを経由し得る。
ＣＥＣＵ６６０は、好ましくない状態が初期設定の経路に存在するかどうかを判定し得る。一実施例において、各ＡＦＥ装置がＣＥＣＵ６６０から送信される信号を受信するとき、フィードバック信号がＡＦＥ装置によって生成され、そしてＣＥＣＵ６６０に対して伝送され得る。そのようにして、信号がＣＥＣＵ６６０から送信された後に、もしＣＥＣＵ６６０がバスエンジン６２８及びバスエンジン６３８からフィードバック信号を受信すると共に、バスエンジン６４８からフィードバック信号を受信しないならば、好ましくない状態が、内部の初期設定の信号経路８３７における上向きの信号経路、外部の初期設定の信号経路ＳＤ＿２、またはバスエンジン６４８に存在し得る。その場合に、上述のように、バスエンジン６３８は、セルフテストを実行することができる。
一実施例において、もしバスエンジン６３８が、好ましくない状態が内部の初期設定の信号経路８３７における上向きの信号経路に存在することを検出するならば、その信号は、もう一度ＣＥＣＵ６６０から送信され得ると共に、内部の初期設定の信号経路８３７における上向きの信号経路が、内部の予備の信号経路８３５における上向きの信号経路に切り替えられるという点で、初期設定の経路とは異なる予備の経路を介してＡＦＥ装置８４０に伝送され得る。一実施例において、そうでない場合は、その信号は、外部の初期設定の信号経路ＳＤ＿２が、ＡＦＥ装置８３０とＡＦＥ装置８４０との間に配置された外部の予備の信号経路ＳＰＡ＿２に切り替えられるという点で、初期設定の経路とは異なる予備の経路を介してＡＦＥ装置８４０に伝送され得る。その結果、システム８００の信頼性が向上し得る。
図８において、各ＡＦＥ装置内に１つの内部の予備の信号経路が示されるが、本発明はそのように限定されない。複数の内部の予備の信号経路が各ＡＦＥ装置に含まれ得ると共に、従ってシステム８００の更に高い信頼性が獲得され得る。
図９は、本発明の別の実施例による電池管理システム９００を示す。図６における構成要素と同じ参照符号が付けられた構成要素は、類似の機能を有している。
図９の実施例において、電池管理システム９００は、電池６１０、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０、ＣＥＣＵ６６０、アイソレータ（isolator：断路器）９２０、そしてマルチプレクサ（ＭＵＸ）９１０を備える。アイソレータ９２０は、変圧器、オプトカプラ等であり得る。電池６１０は、電池パック６１２、６１４、及び６１６を備える。電池６１０に連結されるＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０は、電池６１０におけるセルの状態にアクセスすることができる。少なくとも２つのＡＦＥ装置に連結されたＣＥＣＵ６６０は、送信先ＡＦＥ装置と通信し得る。図９の実施例において、ＣＥＣＵ６６０は、ＡＦＥ装置６２０及びＡＦＥ装置６４０に連結される。ＡＦＥ装置６２０は、電池６１０におけるセルの中で最も低い電圧レベルを有するセル９１８によって電力を供給される。ＡＦＥ装置６４０は、電池６１０におけるセルの中で最も高い電圧レベルを有するセル９１９によって電力を供給される。
図９において、３つのＡＦＥ装置が示されるが、本発明はそのように限定されない。
有利に、制御装置６６０は、送信先ＡＦＥ装置と、初期設定の経路を介して通信し得ると共に、もし好ましくない状態が初期設定の経路に存在するならば、送信先ＡＦＥ装置と、予備の経路を介して通信し得る。一実施例において、初期設定の経路は、複数のＡＦＥ装置の第１のセットを含み、予備の経路は、複数のＡＦＥ装置の第２のセットを含むと共に、複数のＡＦＥ装置の第１のセットと複数のＡＦＥ装置の第２のセットとは異なる。一実施例において、好ましくない状態は、初期設定の経路の不通状態を含む。
図９の実施例において、ＣＥＣＵ６６０は、１つのバスインタフェース（バスＩ／Ｆ）を備え、従って、ＭＵＸ９１０は、通信を可能にするように初期設定の経路または予備の経路を選択するように、ＣＥＣＵ６６０によって使用されると共に制御され得る。アイソレータ９２０は、ＣＥＣＵ６６０から送信される信号の電圧レベルを変換し得ると共に、従って、その信号は、予備の経路を介して伝送され得る。
一実施例において、ＡＦＥ装置６２０、６３０、及び６４０は同じであると共に、同じ集積回路（ＩＣ）チップとして形成され得る。図９の実施例において、ＡＦＥ装置６２０は、監視ブロック６２２、バスブロック６２４、ＡＤＣ６２６、バスエンジン６２８、ＬＤＯ６５２、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。監視ブロック６２２は、それぞれのセルの状態を示す監視信号を出力し得る。バスブロック６２４は、監視信号を伝送するための内部信号経路を備え得る。一実施例において、内部の信号経路は、上向きの信号経路（例えば、図４に示される上向きの信号経路４２２）と、下向きの信号経路（例えば、図４に示される下向きの信号経路４２４）とを備え得る。
同様に、ＡＦＥ装置６３０は、監視ブロック６３２、バスブロック６３４、ＡＤＣ６３６、バスエンジン６３８、ＬＤＯ６５４、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。ＡＦＥ装置６４０は、監視ブロック６４２、バスブロック６４４、ＡＤＣ６４６、バスエンジン６４８、ＬＤＯ６５６、及びＩ／Ｏ装置（図示せず）を備える。
図９の実施例において、電池管理システム９００は、１線式バス用に構成される。一実施例において、ＡＦＥ装置６２０とＡＦＥ装置６３０とは、外部の信号経路“ＳＤ＿１”を介して連結される。同様に、一実施例において、ＡＦＥ装置６３０とＡＦＥ装置６４０とは、外部の信号経路“ＳＤ＿２”を介して連結される。図９において、それぞれの２つのＡＦＥ装置の間に１つの外部の信号経路が示されるが、本発明はそのように限定されない。
上述のように、制御装置６６０は、送信先ＡＦＥ装置と、初期設定の経路を介して通信し得ると共に、もし好ましくない状態が最初の経路に存在するならば、送信先ＡＦＥ装置と、予備の経路を介して通信し得る。一実施例において、初期設定の経路は、制御装置６６０と、ＡＦＥ装置６２０における内部の信号経路と、ＡＦＥ装置の内部の複数の内部の信号経路と、ＡＦＥ装置６２０と送信先ＡＦＥ装置との間の複数の外部の信号経路と、を経由し得る。予備の経路は、ＣＥＣＵ６６０と、ＡＦＥ装置６４０における内部の信号経路と、ＡＦＥ装置の内部の複数の内部の信号経路と、ＡＦＥ装置６４０と送信先ＡＦＥ装置との間の複数の外部の信号経路と、を経由し得る。すなわち、ＣＥＣＵ６６０が提供する信号は、送信先ＡＦＥ装置に対して上向き方向に伝送され得ると共に、もし好ましくない状態が上向き方向の経路に存在するならば、送信先ＡＦＥ装置に対して下向き方向に伝送され得る。
ＡＦＥ装置６４０が送信先ＡＦＥ装置であり、そしてＣＥＣＵ６６０から信号が送信される場合に、信号をＡＦＥ装置６４０に伝送するための初期設定の経路は、制御装置６６０と、バスエンジン６２８と、バスブロック６２４における内部の信号経路と、外部の信号経路ＳＤ＿１と、バスエンジン６３８と、バスブロック６３４における内部の信号経路と、外部の信号経路ＳＤ＿２と、バスエンジン６４８とを経由し得る。
ＣＥＣＵ６６０は、初期設定の経路に好ましくない状態が存在するかどうかを判定し得る。一実施例において、各ＡＦＥ装置がＣＥＣＵ６６０から送信される信号を受信するとき、フィードバック信号が、ＡＦＥ装置によって生成され得ると共に、ＣＥＣＵ６６０に対して伝送され得る。そのようにして、信号がＣＥＣＵ６６０から送信された後に、もしＣＥＣＵ６６０がバスエンジン６２８及びバスエンジン６３８からフィードバック信号を受信すると共に、バスエンジン６４８からフィードバック信号を受信しないならば、好ましくない状態が、初期設定の経路に存在する。従って、その信号は、もう一度ＣＥＣＵ６６０から送信され得ると共に、予備の経路を介して伝送され得る。この場合において、予備の経路は、制御装置６６０とバスエンジン６４８とを経由する。その結果、システム９００の信頼性が向上し得る。
一実施例において、ＣＥＣＵ６６０は、少なくとも２つのＡＦＥ装置と連結され得る。その結果、システム９００の更に高い信頼性が獲得され得る。
一実施例において、電池管理システム９００における各ＡＦＥ装置は、上述のように、もし好ましくない状態が存在するならば、予備として使用され得る内部の予備の信号経路と外部の予備の信号経路とを、更に備え得る。その結果、システム９００の更に高い信頼性が獲得され得る。
図１０は、本発明の一実施例による電池管理システムにおける通信を可能にするための方法のフローチャート１０００を示す。図１０は、図８及び図９と組み合わせて説明される。
ブロック１００２において、ＣＥＣＵ６６０は、ＣＥＣＵ６６０と送信先装置との間の通信を可能にするように機能する初期設定の経路に好ましくない状態が存在するかどうかを判定し得る。図８の実施例において、初期設定の経路は、ＣＥＣＵ６６０を経由した経路と、ＡＦＥ装置８２０における内部の初期設定の信号経路８２７と、ＡＦＥ装置の内部の複数の内部の初期設定の信号経路と、ＡＦＥ装置８２０と送信先ＡＦＥ装置との間の複数の外部の初期設定の信号経路と、を含み得る。図９の実施例において、初期設定の経路は、制御装置６６０を経由した経路と、バスブロック６２４における内部の信号経路と、ＡＦＥ装置の内部の複数の内部の信号経路と、ＡＦＥ装置６２０と送信先ＡＦＥ装置との間の複数の外部の信号経路と、を含み得る。上述のように、ＣＥＣＵ６６０は、初期設定の経路に好ましくない状態が存在するかどうかを判定し得る。
ブロック１００４において、もし好ましくない状態が検出されるならば、予備の経路を介して通信が可能にされ得ると共に、そうでなければ、初期設定の経路を介して通信が可能にされ得る。図８の実施例において、もし好ましくない状態が初期設定の経路における内部の初期設定の信号経路に存在するならば、予備の経路は、上述のような経路であり得る。図８の実施例において、もし好ましくない状態が初期設定の経路における外部の初期設定の信号経路に存在するならば、予備の経路は、上述のような経路であり得る。図９の実施例において、予備の経路は、上述のような経路であり得る。
上述の説明および図面は本発明の実施形態を表すが、本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなしに、様々な追加、修正および置換がこれらの実施形態に加えられる可能性があることは、理解されるであろう。当業者は理解することであろうが、本発明の実施において形、構造、配列、割合、材料、要素、およびコンポーネントおよびその他についての多くの修正が使用された状態で、本発明が使用される可能性があり、これらの多くの修正は、本発明の原理から逸脱することなしに、特に、特定の環境および動作要件に適合されている。したがって、ここで開示された実施形態は、全ての点において例示であり限定でないと考えられるべきであり、上述の説明に限定されない。
１００ 従来の電池管理システム
１１２、１１４、１１６ 電池パック
１２２、１２４、１２６ ＡＦＥ装置
１３２、１３４、１３６ オプトカプラブロック
１４０ 中央電気制御装置（ＣＥＣＵ）
２００ 縦方向バス回路
２１２ 入力ポート
２１８ 出力ポート
２２０、２３０、２４０ バスブロック
２２２、２３２、２４２ 上向きの信号経路
２２９、２３９、２４９ インバータゲート
２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８ ＦＥＴ
２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８ ＦＥＴ
２４３、２４４、２４５、２４６、２４７、２４８ ＦＥＴ
２５２、２５６ ノード
２６２、２６４、２６６、２６８ 抵抗器
２７２、２７４、２７６、２９４、２９６、２９８ インバータゲート
２８４、２８６、２８８ ＦＥＴ
３００ 縦方向バス回路
３１２ 入力ポート
３１４、３１６ ノード
３１８ 出力ポート
３２０、３３０、３４０ バスブロック
３２２、３３２、３４２ 下向きの信号経路
３２９、３３９、３４９ インバータゲート
３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８ ＦＥＴ
３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８ ＦＥＴ
３４３、３４４、３４５、３４６、３４７、３４８ ＦＥＴ
３５２、３５６ ノード
３６２、３６４、３６６、３６８ 抵抗器
３７２、３７４、３７６、３９４、３９６、３９８ インバータゲート
３８４、３８６、３８８ ＦＥＴ
４００ 電池管理システムのための縦方向バス回路
４０２、４０４、４０６ ノード
４１０ 電池
４１２、４１４、４１６ 電池パック
４２０、４３０、４４０ バスブロック
４２３ ＦＥＴ
４６２、４６４、４６６ 抵抗器
４２２、４３２、４４２ 上向きの信号経路
４２４、４３４、４４４ 下向きの信号経路
４２６、４２８、４３６、４３８、４４６、４４８ Ｉ／Ｏ（入力／出力）装置
４５２、４５４、４５６ 低電圧降下（ＬＤＯ）電圧調整器
４６２、４６４、４６６ 抵抗器
４７２ インバータゲート
４８８ ＦＥＴ
４９２、４９４ セル
４９８ インバータゲート
５００ 縦方向バスの接続形態
５０２、５０４ セル
５１２、５１４、５１６ 電池パック
５２０、５３０、５４０ バスブロック
５５２、５５４、５５６ ＬＤＯ
６００ 電池管理システム
６１０ 電池
６１２、６１４、６１６ 電池パック
６２０、６３０、６４０ ＡＦＥ装置
６２２、６３２、６４２ 監視ブロック
６２４、６３４、６４４ バスブロック
６２６、６３６、６４６ アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）
６２８、６３８、６４８ バスエンジン
６５２、６５４、６５６ ＬＤＯ
６６０ ＣＥＣＵ
６８２ セル
７００ ＡＦＥ装置
７２８ バスエンジン
７７２、７９８ インバータゲート
７８８ ＦＥＴ
８００ 電池管理システム
８１８ セル
８２０、８３０、８４０ ＡＦＥ装置
８２４、８３４、８４４ バスブロック
８２５、８３５、８４５ 内部の予備の信号経路
８２７、８３７、８４７ 内部の初期設定の信号経路
９００ 電池管理システム
９１０ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
９１８、９１９ セル
９２０ アイソレータ（isolator：断路器）

Claims (27)

  1. 電池管理システムであって、
    複数のセルを有する電池と、
    それぞれが前記電池に連結されると共に、前記セルの状態を判断するように機能する、直列に接続された複数の装置と、
    前記電池の状態を管理するために前記複数の装置の内の第１の装置に連結される制御装置と、
    前記複数の装置間を接続すると共に、前記第１の装置を介して前記複数の装置と前記制御装置との間で信号を伝達する信号経路とを備え、
    前記信号経路が、初期設定の経路及び予備の経路を備え、
    前記複数の装置のそれぞれが、もし前記初期設定の経路に好ましくない状態が存在するならば、前記複数の装置と前記制御装置との間の通信を、前記初期設定の経路から前記予備の経路に切り替える経路制御装置を備え、
    前記初期設定の経路及び予備の経路が、それぞれ、前記制御装置から前記複数の装置の方向に信号を伝達するバス、及び前記複数の装置から前記制御装置の方向に信号を伝達するバスを備える
    ことを特徴とする電池管理システム。
  2. 前記好ましくない状態が、前記初期設定の経路の不通状態を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記制御装置が、更に、前記複数の装置の内の第２の装置に連結される
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記複数の装置が、前記セルによって電力を供給されると共に、直列に接続された隣接する装置と前記セルによって供給された電圧レベルを共有する
    ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
  5. 前記第１の装置が、前記セルの中で最も低い電圧レベルを有するセルによって電力を供給される装置から成る
    ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  6. 前記第２の装置が、前記セルの中で最も高い電圧レベルを有するセルによって電力を供給される装置から成る
    ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  7. 電池管理システムであって、
    複数のセルを有する電池と、
    それぞれが前記電池に連結されると共に、前記セルの状態を判断するように機能する、直列に接続された複数の装置と、
    前記電池の状態を管理するために前記複数の装置の内の第１の装置に連結される制御装置と、
    前記複数の装置間を接続すると共に、前記第１の装置を介して前記複数の装置と前記制御装置との間で信号を伝達する信号経路とを備え、
    前記信号経路が、初期設定の経路及び予備の経路を備え、
    前記複数の装置のそれぞれが、もし前記初期設定の経路に好ましくない状態が存在するならば、前記複数の装置と前記制御装置との間の通信を、前記初期設定の経路から前記予備の経路に切り替える経路制御装置を備え、
    前記初期設定の経路及び予備の経路が、それぞれ、前記制御装置から前記複数の装置の方向に信号を伝達するバス、及び前記複数の装置から前記制御装置の方向に信号を伝達するバスを備えると共に、
    前記複数の装置のそれぞれが、
    それぞれのセルの状態を示す監視信号を出力するように機能する監視ブロックと、
    前記監視ブロックに連結されると共に、前記監視信号を伝送するように機能するバスブロックとを更に備え、
    前記バスブロックが、前記バスブロック内部に内部信号経路を備え、
    前記複数の装置の外部の外部信号経路が、前記装置間に連結されると共に、前記装置間で前記監視信号を伝送するように機能する
    ことを特徴とする電池管理システム。
  8. 前記好ましくない状態が、前記初期設定の経路の不通状態を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 前記内部信号経路が、内部の初期設定の信号経路を含み、前記外部信号経路が、外部の初期設定の信号経路を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  10. 前記初期設定の経路が、
    前記第１の装置と前記制御装置との間の経路と、
    前記第１の装置における内部の初期設定の信号経路と、
    第１の複数の前記装置内部の第１の複数の内部の初期設定の信号経路と、
    前記第１の装置と前記送信先装置との間の第１の外部の初期設定の信号経路と
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  11. 前記内部信号経路が、更に、内部の予備の信号経路を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. もし前記第１の装置における内部の初期設定の信号経路に前記好ましくない状態が存在するならば、その場合に、前記第１の装置における前記内部の初期設定の信号経路が、前記第１の装置内に配置された内部の予備の信号経路に切り替えられるという点で、前記予備の経路が、前記初期設定の経路とは異なる経路を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記外部信号経路が、更に、外部の予備の信号経路を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記第１の装置と前記送信先装置との間の前記第１の外部の初期設定の信号経路に前記好ましくない状態が存在するならば、その場合に、前記第１の外部の初期設定の信号経路が、前記第１の装置と前記送信先装置との間に配置された外部の予備の信号経路に切り替えられるという点で、前記予備の経路が、前記初期設定の経路とは異なる経路を含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記制御装置が、更に、前記複数の装置の内の第２の装置に連結されると共に、
    前記予備の経路が、
    前記第２の装置と前記制御装置との間の経路と、
    前記第２の装置における内部の初期設定の信号経路と、
    第２の複数の前記装置内部の第２の複数の内部の初期設定の信号経路と、
    前記第２の装置と前記送信先装置との間の第２の外部の初期設定の信号経路と、を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  16. 前記複数の装置が、前記セルによって電力を供給されると共に、直列に接続された隣接する装置と前記セルによって供給された電圧レベルを共有する
    ことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記第２の装置が、前記セルの中で最も高い電圧レベルを有するセルによって電力を供給される装置から成る
    ことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記複数の装置が、前記セルによって電力を供給されると共に、直列に接続された隣接する装置と前記セルによって供給された電圧レベルを共有する
    ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  19. 前記第１の装置が、前記セルの中で最も低い電圧レベルを有するセルによって電力を供給される装置から成る
    ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記制御装置が、前記好ましくない状態が存在するかどうかを判定する
    ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  21. 電池管理システムにおける通信を可能にするための方法であって、
    前記電池管理システムが、
    複数のセルを有する電池と、
    それぞれが前記電池に連結されると共に、前記セルの状態を判断するように機能する、直列に接続された複数の装置と、
    前記電池の状態を管理するために前記複数の装置の内の第１の装置に連結される制御装置と、
    前記複数の装置間を接続すると共に、前記第１の装置を介して前記複数の装置と前記制御装置との間で信号を伝達する信号経路とを備え、
    前記信号経路が、初期設定の経路及び予備の経路を備え、
    前記複数の装置のそれぞれが、前記複数の装置と前記制御装置との間の通信を、前記初期設定の経路から前記予備の経路に切り替える経路制御装置を備え、
    前記初期設定の経路及び予備の経路が、それぞれ、前記制御装置から前記複数の装置の方向に信号を伝達するバス、及び前記複数の装置から前記制御装置の方向に信号を伝達するバスを備え、
    前記方法が、
    前記制御装置と前記送信先装置との間の前記通信を可能にするように機能する前記初期設定の経路に好ましくない状態が存在するかどうかを判定する段階と、
    前記好ましくない状態が検出されたならば、前記予備の経路を介して前記通信を可能にし、そうでなければ、前記初期設定の経路を介して前記通信を可能にする段階と
    を含むことを特徴とする方法。
  22. 前記複数の装置のそれぞれが、内部の初期設定の信号経路を備え、
    前記複数の装置の外部の初期設定の信号経路が、前記複数の装置間に連結される
    ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 前記初期設定の経路が、
    前記第１の装置と前記制御装置との間の経路と、
    前記第１の装置における内部の初期設定の信号経路と、
    第１の複数の前記装置内部の第１の複数の内部の初期設定の信号経路と、
    前記第１の装置と前記送信先装置との間の第１の外部の初期設定の信号経路と、を含む
    ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. もし前記第１の装置における内部の初期設定の信号経路に前記好ましくない状態が存在するならば、その場合に、前記第１の装置における前記内部の初期設定の信号経路が、前記第１の装置内に配置された内部の予備の信号経路に切り替えられるという点で、前記予備の経路が、前記初期設定の経路とは異なる経路を含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 前記第１の装置と前記送信先装置との間の前記第１の外部の初期設定の信号経路に前記好ましくない状態が存在するならば、その場合に、前記第１の外部の初期設定の信号経路が、前記第１の装置と前記送信先装置との間に配置された外部の予備の信号経路に切り替えられるという点で、前記予備の経路が、前記初期設定の経路とは異なる経路を含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  26. 前記制御装置が、更に、前記複数の装置の内の第２の装置に連結されると共に、
    前記予備の経路が、
    前記第２の装置と前記制御装置との間の経路と、
    前記第２の装置における内部の初期設定の信号経路と、
    第２の複数の前記装置内部の第２の複数の内部の初期設定の信号経路と、
    前記第２の装置と前記送信先装置との間の第２の外部の初期設定の信号経路と、を含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  27. 前記好ましくない状態が、前記初期設定の経路の不通状態を含む
    ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
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