JP5281609B2 - バッテリー - Google Patents

Description

本発明はバッテリーに関する。本発明は、産業用バッテリのセルを監視および／または制御するシステムでの使用に適用できる。

産業用バッテリは、直列および直並列の様々な組合せで電気的に接続できる多数の充電式バッテリーセルを備えて、所望の出力電圧を有する充電式バッテリを提供する。バッテリを充電するには、セルの動作中、電流の流れる方向と反対方向に、電流をセルに通す。多くの異なるタイプのバッテリーセルが入手可能であるが、産業用途で普通に用いられる大半のものは、各バッテリーセルが２ボルトを供給する鉛バッテリーセル、および各バッテリーセルが１．２ボルトを供給するニッケルカドミウム（ニッカド）バッテリーセルである。

バッテリは普通、海底石油掘削装置、発電所、およびそれらに類する大規模な産業プラントにおける重要システムのためのバックアップ電源として用いられる。バッテリは、主発電機の故障の際に、バックアップとして提供されるので、予め設定した最低時間で電力を重要システムへ提供できるように、常に監視および維持されなければならない。

今まで、バッテリ全体を監視して、バッテリ電圧を示す多くのバッテリ監視システムが提案されてきた。しかし、バッテリを構成する個々のセルも監視できるシステムの提案は極く限られる数であった。これらのシステムは多数の監視装置を用い、それら監視装置のいくつかは、自らが監視する単数または複数のバッテリーセルによって電力供給され、そして、セル電圧を示すステータス情報を、バッテリ全体を監視するバッテリ集中監視システムへ戻す。

しかし、セルは直列接続され、かつ、それぞれのセル監視装置は、自らが監視中のセルによって電力供給されているので、各セル監視装置の接地または基準電圧は異なる。例えば、直列接続された６０個の鉛セルを有する産業用バッテリでは、第５セルの負端子、即ち接地は略８ボルトの電位にあり、正端子は略１０ボルトの電位にあるが、第７セルの負端子は略１２ボルトの電位にあり、正端子は略１４ボルトの電位にある。このことが、当該技術において、セル監視装置が相互に、そしてバッテリ集中監視システムから電気的に隔離されなければならないという、よくある誤解に導いたのである。

ひとつの周知のセル監視システムにおいて、各セルは、集中監視システムのところにある電気的に隔離された自らの入力部へ独立して結合される。このシステムに伴なう問題は、個々のセル監視装置を集中監視システムへ結合するためには、多数のコネクタが必要なことである。その結果、実際には、バッテリーセルをリアルタイムで持続的に監視するのに用いられることはほとんどない。

別の周知のセル監視システムでは、各セル監視装置は、監視装置間での光学的リンクを用いるか、または、ＤＣ路を持たない変圧器を用いて、デイジーチェーン構成でそれと隣り合うセル監視装置と直列に結合される。このシステムに伴なう問題は、動作するためには、電気から光および光から電気へのコンバータ、または変調兼復調器を各セル監視装置が必要とし、この追加回路がさらにセルからの電力を必要とするので、それらを比較的高価で非能率にしてしまうことである。

よって、バッテリのセルのステータスを監視して報告でき、しかも監視中のセルからは最小限の電力しか消費しない、簡潔なセル監視装置を提供する要求がある。

本発明者は、単純な電子部品を用いて、異なる電圧で動作するセル監視装置の抱える問題を克服することが可能であること、そしてそれにより、個々のセル監視装置と集中監視システム間の電気的隔離が不必要であることに気付いたのである。

本出願人は、多数のセル信号装置を用い、各セル信号装置は、それぞれ１つ以上のバッテリーセルと、デイジーチェーン構成でセル信号装置に接続する通信リンクとによって電力供給するようにしたPCT/GB98/00170で、この問題に対する解決策を提案したが、そこでは、各セル信号装置は、隣接するセル信号装置から送信される信号を受信するように動作可能なＤＣレベルシフト回路を備えて、受信信号のＤＣレベルをシフトして、レベルシフトされたその信号を次のセル信号装置へ送信するために出力する。適当なＤＣレベルシフト回路として、本出願はとりわけ、電圧比較器を提案する。しかし、隣接するセル信号装置間の電圧レベルに大きな差がある場合、または直列接続された多数のセル信号装置がある場合、ＤＣレベルをシフトするためにそのような電圧比較器を用いることは実用的ではない。

なし

一局面によると、本発明は、第１と第２信号装置を備える信号システムを提供し、信号は、第１信号装置の出力端子のインピーダンスを変えること、そして第２信号装置のインピーダンス変化を検出することによって、第１信号装置から第２信号装置へ送信される。このようにして信号を送信することによって、信号装置は、両者間の電気的隔離を必要とせずに互いにリンクされることができる。この信号システムは、直列接続された複数のバッテリーセルを監視および／または制御するために用いるバッテリ監視および／または制御システムの一部として使用できる。この場合、信号装置間に電気的絶縁を必要としないので、通信リンクは、単純なワン―ワイヤ通信バスであってもよい。

信号装置が、例えば、バッテリ監視および／または制御システムと通信できるようにするために、各信号装置は、通信リンクとの間で送受信できることが好ましい。この場合、各セル信号装置は、隣接するセル信号装置へ送信されるべき信号に従ってインピーダンスが変化できる出力端子、もう１つのセル信号装置の出力端子の変化を検知するための検知手段、および他のセル信号装置によって送信される信号を再生するための手段、を備えることができる。

出力端子は、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチを備え、そして各信号装置は、送信されるべき信号に従ってスイッチを開閉するための手段を備えるのが好ましい。このようにして、出力端子のインピーダンスを、ごく僅かな電力消費で、高インピーダンス値から低インピーダンス値へ変えることができる。

各信号装置は、隣接する信号装置から送信される信号を受信するためのマイクロコントローラを備えているので、もう１つのセル信号装置へオンワード（前へ）送信するために、送信信号を再コンディショニングできる。このようにして、多数の信号装置を通る信号の伝播によって引起されるエラーを低減できる。

本発明は、セル信号装置に電力供給する１つのセルまたは複数のセルに接続可能な電力入力端子；前記通信リンクを介して、隣接するセル信号装置に接続する出力端子；前記隣接するセル信号装置へ送信されるべき信号に従って、前記出力端子のインピーダンスを変えるための手段；もう１つの隣接するセル信号装置から信号を受信するための入力端子；および、前記通信リンクと前記入力端子とを介して前記もう１つの隣接するセル信号装置の出力端子のインピーダンス変化を検知し、そして検知されたインピーダンス変化に従って変わる信号を出力するための手段を備える、上記信号システムで用いるためのセル信号装置も提供する。

本発明は、上記で定義された複数のセル信号装置を備える信号キットも提供する。このキットは、直列にセル信号装置を接続するための通信リンクを備えてもよい。

本発明は：第１と第２信号装置を提供し；第１信号装置の出力端子を第２信号装置の入力端子に接続するための通信リンクを提供し；（i）送信されるべき信号に従って前記出力端子のインピーダンスを変え；（ii）通信リンクと入力端子を介して、前記出力端子のインピーダンス変化を検知し；そして（iii）検知されたインピーダンス変化に従って変わる信号を出力することによって、第１信号装置から第２信号装置へ信号を送信する；各ステップを含む信号方法も提供する。

図１は、直列に接続された多数のバッテリーセルと、バッテリの全ステータスを監視するためのバッテリ集中監視システムと、バッテリのセルを監視するための個別のセル監視装置とを備えるバッテリを概略的に示す。 図２は、バッテリーセルの電圧分布を示すプロットである。 図３は、図１に示すバッテリ集中監視システムをより詳細に示す配線図である。 図４は、図１に示すセル監視装置の一つの配線図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態において信号が隣接するセル信号装置間で回送される方式を概略的に示す。 図６は、第２の実施の形態によるセル監視装置の形態、および、それが隣のセル監視装置へ接続される方式を概略的に示す。 図７は、隣接するセル信号装置間で信号が送信され得る代替の方式を概略的に示す。 図８は、本発明の第２の実施の形態によるバッテリ監視システムで用いるためのバッテリーセル監視装置の配線図である。 図９は、直列に接続された多数のバッテリーセルと、バッテリを全体を制御するためのバッテリ集中制御システムと、バッテリのセルを制御するための個別の制御装置とを備えるバッテリを概略的に示す。 図１０は、図９に示すバッテリーセル制御装置の一つの配線図である。 図１１は、本発明を実施するバッテリ監視および制御システムで用いるためのバッテリーセル監視兼制御装置の配線図である。 図１２は、バッテリのセルが直並列構成で接続される産業用バッテリの配線図である。 図１３は、複数の産業用バッテリを監視するためのシステムの配線図である。 図１４は、本発明の更なる実施の形態によるセル監視装置の形態、および、それが隣のセル監視装置へ接続される方式を概略的に示す。

本発明を、単なる実施例により、添付図面を参照して以下に説明する。

本発明の第１の実施の形態を図１から５を参照して以下に説明する。図１は、一般的に参照番号１によって指示する産業用バッテリを概略的に示し、セルＣｉの負端子Ｃｉ−が先行するセルＣｉ−１の正端子Ｃｉ−１＋へ接続され、セルＣｉの正端子Ｃｉ＋が後続のセルＣｉ＋１の負端子Ｃｉ＋１−に接続されるように接続された多数の鉛バッテリのセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３．．．Ｃｎを備え、ここで、第１セルＣ１の負端子Ｃ１−はバッテリの負端子であり、最後のセルＣｎの正端子Ｃｎ＋はバッテリの正端子である。バッテリーセルは鉛バッテリであるので、各々はほぼ２ボルトを提供し、バッテリの電圧は全体として略２ｎボルトである。

図２は、産業用バッテリの電圧特性を示し、直列でのセルの位置に対する各セルの端子電位を示す。図示のように、この電圧特性は階段形状を有し、各段はそれぞれのバッテリーセルＣｉの電圧ＶＣＥＬＬに等しい高さを有する。産業用途のために、１２０ボルトの電圧が必要とされることが多い。それ故に、６０個直列接続された鉛バッテリまたは１００個直列接続されたニッカドバッテリーセルが必要とされるであろう。場合によって、直列接続での各セルは、冗長性を提供するよう、一つ以上の類似のセルで並列に接続され、それにより、単一のセルが不良になる場合でも、バッテリは不良にならない。

図１は、バッテリ集中監視システム３も示し、それはコネクタ４および６経由でバッテリ１によって電力供給され、コネクタ４および６はバッテリ集中監視システム３をバッテリ１の負端子Ｃ１−および正端子Ｃｎ＋へそれぞれ接続する。バッテリ監視システム３は、（バッテリが充電されその後放電される間に、コネクタ４および６からバッテリの電圧を、および、電流センサ８によって検知されるバッテリ１から引出されるまたはそれへ供給される電流を監視することによって決定される）バッテリの充電および放電特性に基づき産業用バッテリ１の全ステータスと、（温度センサ５から入力される）周囲温度と、（バッテリーセル製造者によって提供される）バッテリーセルの効率特性に関する情報についてとを監視する。監視結果は、バッテリ集中監視システム３に格納され得る、または、電話線７経由で遠隔のユーザ（図示せず）へ送信され得る。

図１に示すように、バッテリーセルＣｉの各々は、その正と負の端子Ｃｉ＋とＣｉ−の間でセルの上部にそれぞれ搭載されたバッテリーセル監視装置ＣＭｉも有し、それはセルＣｉのステータスを監視する。各セル監視装置ＣＭｉは、それが監視するセルＣｉによって電力供給され、２本ワイヤの通信リンク９経由で、バッテリ集中監視システム３と通信する。通信リンク９は、セル監視装置ＣＭｉをデイジーチェーン構成で直列にバッテリ集中監視システム３へ連結し、それにより、バッテリ集中監視システム３からセル監視装置ＣＭｉへの通信は１本のワイヤ上で通信リンク９に沿って左から右へ通過し、セル監視装置ＣＭｉからバッテリ集中監視システム３への通信はもう一方のワイヤ上で通信リンク９に沿って右から左へ通過する。各セル監視装置ＣＭｉは、それ自体のセル識別番号またはアドレスを有し、この実施の形態では、それは、装置に搭載されたＤＩＰスイッチを用いてあらかじめ設定される。これは、バッテリ集中監視システム３からの通信が特定のセル監視装置へ向けられることを可能にし、バッテリ集中監視システム３が受信した通信のソースの識別を可能にする。

図１に示すバッテリ監視システムは２つのモードで動作する。第１モードで、バッテリ集中監視システム３は、産業用バッテリ１の全ステータスを監視し、セル監視装置ＣＭｉの各々を順次ポーリングする。このモード中、セル監視装置ＣＭｉの各々は、バッテリ集中監視システム３からの通信リンク９上の通信に従い、それに向けられた通信を識別した際に応答する。ポーリングされる際に、各セル監視装置ＣＭｉは、該当するバッテリーセルＣｉにつき多数の試験を実行し、試験の結果をバッテリ集中監視システム３へ通信リンク９経由で返答し戻す。

動作の第２モードで、バッテリ集中監視システム３は、バッテリーセルＣｉの一つに欠陥状態があることを指示するセル監視装置ＣＭｉからの通信リンク９上の通信に従う。この第２モードの動作では、各セル監視装置ＣＭｉは、該当するバッテリーセルＣｉを連続的に監視し、欠陥状態の検出の際に、通信リンク９が空いているかチェックし、次に、適切なメッセージをバッテリ集中監視システム３へ通信リンク９経由で送り戻す。

図３は、図１に示すバッテリ集中監視システム３の配線図である。図示のように、バッテリ集中監視システム３は、バッテリ集中監視システム３の動作を制御するためのＣＰＵ１１を備える。ＣＰＵ１１は、入力センサからのデータが格納され、試験プログラムが実行される主メモリ１３と、バッテリの電流ステータスを表示するディスプレイ１５と、センサデータおよびバッテリ試験の結果を格納するための大容量記憶装置１７へ、データバス１２経由で接続される。大容量記憶装置１７は、バッテリ集中監視システム３内に固定され得るが、フロッピディスクまたはＰＣＭＩＡメモリカードが好ましい。解析のために引出されオペレータのパーソナルコンピュータに入力され得る。オペレータは、格納されたデータおよび結果も取出すことができ、バッテリ集中監視システム３の設定および初期化をＲＳ−２３２シリアルインタフェース１８経由で制御できる。上記で言及したように、試験結果を大容量記憶装置１７に格納する代りに、それらは、遠隔のコンピュータシステム（図示せず）で表示および／または解析するためにモデム２１および電話線７経由で送信され得る。この実施の形態では、バッテリーセルＣｉの一つに欠陥がある場合、または、その他の欠陥状態がある場合、ＣＰＵ１１は、局所警報器２３を始動し、バッテリ１またはバッテリーセルＣｉの一つ以上に欠陥があることを技術者に警告する。この実施の形態では、欠陥を画作する状態およびその閾値は、あらかじめユーザが定義可能であり、ユーザ設定である。

バッテリ集中監視システムは、アンペア時間（Ａｈｒ）またはワット時間（Ｗｈｒ）で全バッテリ容量と、全バッテリ容量のパーセントとして実際つまり残留バッテリ容量と、バッテリ１の内部抵抗とを全体として測定する。バッテリ集中監視システム３はまた、個別のセルの内部抵抗を、通信リンク９および通信回路１９経由で受信される個別のセル監視装置ＣＭｉから受信されたデータから測定できる。バッテリ集中監視システム３はバッテリ１を連続的に監視するとは云え、センサデータおよび他のバッテリデータ、すなわち、残留バッテリ容量等は、格納スペースを節約するために、周期的にだけ大容量記憶装置１７に格納される。周期は、ユーザによって予め規定され、この実施の形態では１０秒に設定される。更に、サンプルが格納される際に、それらは時間および日付が刻印され、それにより、バッテリの充電および放電動向が監視でき、万一のバッテリ不良の原因を検出することに用いられる。この実施の形態では、格納されることになるデータは、重要なイベントを識別し目立たせることを試みるために選別もされ、選別されたデータも大容量記憶装置１７に格納される。重要なイベントとして選別されるものは、ユーザが定義可能であるけれども、例えば、２°Ｃの温度上昇または全バッテリ容量の１％を超える残留バッテリ容量の変化であり得る。

上記で言及したように、バッテリのステータスデータ、すなわち、バッテリ電圧、放電／充電電流、バッテリ温度、および、残留および全バッテリ容量は、ディスプレイ１５上に表示される。簡素化のために、ディスプレイ１５は連続的に更新される必要はないので、それは、大容量記憶装置１７に格納されるステータスデータのサンプルを使用してだけ更新される。それ故に、この実施の形態では、ディスプレイ１５は、１０秒毎に更新される。

この実施の形態では、バッテリ集中監視システム３は、バッテリ１を充電するのに用いられるバッテリ充電器（図示せず）を制御することにも使用される。詳細には、バッテリ集中監視システム３は、バッテリの充電がバッテリ１に対してバッテリ製造者によって推奨される特定の充電手順に従うよう、充電電流、残留バッテリ容量、周囲温度、等々を監視し、充電器（図示せず）の動作を制御する。

全バッテリ容量は、時の経過で減少するので（老化の故に）、バッテリ集中監視システム３は、全バッテリ容量およびバッテリ内部抵抗の定期的（例えば、毎日または毎月の）自動的測定を実行するようプログラムされる。これは、バッテリ集中監視システム３がバッテリ寿命特性の実態を確立でき、バッテリの寿命終点および欠陥状態の早期検出を予測できることを可能にする。

図４は、図１に示すセル監視装置ＣＭｉの一つをより詳細に示す配線図である。図示のように、セル監視装置ＣＭｉは、セル監視装置ＣＭｉの動作を制御するための、および、電圧相互接続部センサ３３と、セル電圧センサ３５と、温度センサ３７と、電解液の液面／ＰＨのセンサ３９とから受信されたセンサデータを解析するためのマイクロコントローラ３１を備える。

電圧相互接続部センサ３３は、監視されているセルとその隣のセルとの間の電圧降下を、セルＣｉの各端子とセルＣｉをその隣のセルへ接続するそれぞれの端子接続部との間の電位差を測定することによって測定する。理想的には、各端子と該当する端子接続部との間に電圧降下はあってはならない。しかし、時の経過でセル端子に蓄積する化学的堆積物の故に、または、セルの機能不全の理由で、セル端子と該当するコネクタとの間に電位差が存在することがあり、バッテリーセルＣｉかまたは隣のセルとの相互接続部かいずれかに欠陥があることを指示する。セル電圧センサ３５は、それが監視するセルＣｉの正端子Ｃｉ＋と負端子Ｃｉ−との間の電位差を検知するために用意される。温度センサ３７は、セルＣｉで局所的にセル温度を検知する。各セルＣｉで局所温度を監視することによって、欠陥セル、または、効率良く動作していないセルを迅速に識別することが可能である。電解液の液面／ＰＨのセンサは、それが監視しているバッテリーセルＣｉの電解液液面および／または電解液ＰＨを検知する。

マイクロコントローラ３１は、センサから入力されたデータを解析し、欠陥状態を監視し、バッテリ集中監視システム３へ通信リンク９経由で報告する。マイクロコントローラ３１はデジタルデータを処理するので、そして、センサから受信される信号およびバッテリ監視システム３から受信されるメッセージはアナログ信号であるので、マイクロコントローラ３１は、内蔵のアナログ／デジタル・コンバータ（図示せず）を有し、それにより、センサデータおよび受信されるメッセージを相当するデジタル信号へ変換できる。セル監視装置ＣＭｉを電力供給するために、セルＣｉの正端子Ｃｉ＋と負端子Ｃｉ−は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７の入力へ接続され、それは、セルＣｉのグラウンド（それはセルＣｉの負端子Ｃｉ−の電圧電位に等しい）に対して電圧ＶＣＣｉを生成し、それはマイクロコントローラ３１および装置での他の構成要素を電力供給することに使用され、それはこの実施の形態ではＣｉ−＋３ボルトである。

セル監視装置は通信リンク９によって直列に接続されるので、各セル監視装置ＣＭｉは、（ｉ）通信リンク９のワイヤ９ａ上でバッテリ集中監視システム３から起源しそれ自体による受信のためおよび／または次のセル監視装置ＣＭｉ＋１へ前方送信するためのアップリンク (up-link) 通信を受信する；（ｉｉ）通信リンク９のワイヤ９ｂ上でセル監視装置ＣＭｉ+1からバッテリ集中監視システム３への戻し送信のためのダウンリンク (down-link) 通信を受信する；および（ｉｉｉ）通信リンク９のワイヤ９ｂ上でそれ自体によって生成されバッテリ集中監視システム３へダウンリンク通信を戻し送信する；よう動作可能である。

図４に示すように、この実施の形態では、マイクロコントローラ３１は、バッテリ集中監視システム３から起源するアップリンク通信をワイヤ９ａと、電位分割器４１と、コンパレータ４３とを経由して受信する。マイクロコントローラ３１は、バッテリ集中監視システムから受信されたメッセージがそれ向けであるか否か、または、それが次のセル監視装置ＣＭｉ＋１へのオンワード送信用であるかどうかを識別する。メッセージがこのセル監視装置ＣＭｉ向けである場合、マイクロコントローラ３１は、メッセージを復号化し、適切な処置 (action) を取る。受信されたメッセージがオンワード送信用である場合、マイクロコントローラ３１は、メッセージを再生成し、それをワイヤ９ａへ出力ブロック４５経由で出力する。この実施の形態では、送信されるメッセージは、デジタルデータを表わす方形波信号である。信号は、誤り訂正目的のために符号化され、マイクロコントローラ３１は、受信されたメッセージで誤りをチェックする。マイクロコントローラ３１は、次のセル監視装置ＣＭｉ＋１への送信のためにメッセージを再生成するので、信号レベルでの遷移間のタイミングは、再同期されることができ、それによって、通信リンク９に沿うパルスの送信に起因するいずれの誤りも低減する。

同様な様式で、セル監視装置ＣＭｉ＋１からワイヤ９ｂ上で受信されるダウンリンクメッセージは、電位分割器４７およびコンパレータ４９経由でマイクロコントローラ３１へ回送される。この実施の形態では、全てのダウンリンク通信は、バッテリ集中監視システム３への戻し送信用である。それ故に、マイクロコントローラ３１は、受信されたデータでいずれの誤りもチェックし、可能な場合、それを訂正する。次に、マイクロコントローラ３１は、メッセージを再生成し、それをバッテリ集中監視システム３へ戻しオンワード送信のためにワイヤ９ｂへ出力ブロック５１経由で出力する。

メッセージがセル監視装置間で送信される方式を、図５を参照して、より詳細に以下に説明する。セル監視装置ＣＭｉ−１のマイクロコントローラ３１によって再送信されるバッテリ集中監視システム３から起源するアップリンクメッセージは、ライン３２上でＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１ｉ−１のソース電極はセル監視装置ＣＭｉ−１のグラウンドＣｉ−１−へ接続され、ドレイン電極は、抵抗器Ｒａｉ、ＲｂｉおよびＲｃｉ−１経由で、セル監視装置ＣＭｉでのＤＣ／ＤＣコンバータ５７によって出力されるＶｃｃｉへ接続される。動作では、セル監視装置ＣＭｉ−１でのマイクロコントローラ３１が（バイナリ０を表わす）電圧ロー (low) をライン３２上へ出力する場合、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１は、電流がドレイン電極からソース電極へ流れることを許容せず、それ故に、ＶｃｃｉおよびＣｉ−１−の間の接続を効果的に開回路とする。それ故に、電圧ローがＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される場合、ほぼＶｃｃｉの電圧がライン３４上でコンパレータ４３へ印加され、ここでそれが基準電圧Ｖｒｅｆ１ｉと比較される。セル監視装置ＣＭｉ−１のマイクロプロセッサ３１が（バイナリ１を表わす）電圧ハイ (high) をライン３２上へ出力する場合、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１はスイッチオンされ、電流がドレイン電極からソース電極へ流れ得る。それ故に、電流はＶｃｃｉから抵抗器Ｒａｉ、ＲｂｉおよびＲｃｉ−１を通り、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１を通りセル監視装置ＣＭｉ−１のグラウンドＣｉ−１−へ流れる。結果として、Ｖｃｃｉ−Ｘボルトがライン３４上でコンパレータ４３へ印加され、ここで、それが基準電圧Ｖｒｅｆ１ｉと比較される。Ｘの値は、ＶｃｃｉおよびＣｉ−１−の間の差と抵抗器Ｒａｉ、ＲｂｉおよびＲｃｉ−１の値とに従う。基準電圧Ｖｒｅｆ１ｉの値はＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１がスイッチオンの際にライン３４上でコンパレータ４３へ印加される電圧レベルとそれがスイッチオフの際の電圧レベルとの間であると仮定する場合、コンパレータ４３の出力は、セル監視装置ＣＭｉのグラウンド電位Ｃｉ−とＶｃｃｉとの間で変化する方形波信号３６であり、セル監視装置ＣＭｉ−１のＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される方形波信号３８の変化と同期しているであろう。それ故に、セル監視装置ＣＭｉ−１でのＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１へ印加された信号の変化の中に符号化されたメッセージは、セル監視装置ＣＭｉ−１からセル監視装置ＣＭｉへ転送される。

同様な様式で、セル監視装置ＣＭｉでのマイクロコントローラ３１によって出力されバッテリ集中監視システム３への戻し送信用のダウンリンクメッセージは、ライン４０上でＭＯＳＦＥＴＱ２ｉのゲート電極へ印加される。ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉのドレイン電極は、電位Ｖｃｃｉへ上昇され、ソースは、抵抗器Ｒｄｉ、Ｒｅｉ−１およびＲｆｉ−１経由で、セル監視装置ＣＭｉ−１のグラウンド電位Ｃｉ−１−へ接続される。動作では、セル監視装置ＣＭｉでのマイクロコントローラ３１が電圧ローをライン４０上へ出力する場合、ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉは、電流がドレイン電極からソース電極へ流れることを許容せず、それ故に、ＶｃｃｉとＣｉ−１−との間の接続を効果的に開回路とする。それ故に、電圧ローがＭＯＳＦＥＴＱ２ｉのゲート電極へ印加される場合、ほぼ零ボルトの電圧がライン４２上でコンパレータ４９へ印加され、ここで、それが基準電圧Ｖｒｅｆ２ｉ−１と比較される。セル監視装置ＣＭｉのマイクロコントローラ３１が電圧ハイをライン４０上へ出力する場合、ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉはスイッチオンされ、電流がＶｃｃｉから抵抗器Ｒｄｉ、Ｒｅｉ−１およびＲｆｉ−１を通りセル監視装置ＣＭｉ−１のグラウンドＣｉ−１−へ流れる。結果としてＶｃｃｉ−Ｙボルトがライン４２上でコンパレータ４９へ印加され、ここでそれが基準電圧Ｖｒｅｆ２ｉ−１と比較される。Ｙの値は、ＶｃｃｉおよびＣｉ−１−の間の差と抵抗器Ｒｄｉ、Ｒｅｉ−１およびＲｆｉ−１の値とに従う。この場合も同様に、基準電圧Ｖｒｅｆ２ｉ−１の値はＭＯＳＦＥＴＱ２ｉがスイッチオンの際にライン４２上でコンパレータ４９へ印加される電圧レベルとそれがスイッチオフの際の電圧レベルとの間であると仮定する場合、コンパレータ４９の出力は、セル監視装置ＣＭｉ−１のグラウンド電位 Ｃｉ−１−とＶｃｃｉ−１との間で変化する方形波信号４４であり、セル監視装置ＣＭｉのＭＯＳＦＥＴＱ２ｉのゲート電極へ印加される信号４６の変化と同期しているであろう。それ故に、ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉへ印加された信号の変化の中に符号化されたメッセージはセル監視装置ＣＭｉからセル監視装置ＣＭｉ−１へ転送される。

各セル監視装置ＣＭｉでの抵抗器ＲａｉからＲｆｉの値は（ｉ）セル監視装置ＣＭｉの入力端子と出力端子とをバッファする；（ｉｉ）セル監視装置ＣＭｉの消費電力を低減する；および（ｉｉｉ）隣接するセル監視装置間の電圧差に対して必要な電圧分割を提供するために選定される。

この技術に精通した者は分かるであろうように、セル監視装置ＣＭｉとＣＭｉ−１との間でアップリンクおよびダウンリンクのデータを転送するための上記の技術は、ＶｃｃｉとＣｉ−１−との間の差がＭＯＳＦＥＴスイッチＱ１ｉ−１およびＱ２ｉの動作範囲を超えないとする場合にだけ正常に動く。この実施の形態では、各バッテリーセルＣｉはセル監視装置ＣＭｉを備え、隣接するセル監視装置の動作電位の差はほぼ２ボルトであり、Ｖｃｃｉはセル監視装置のグラウンド電位より上の３ボルトである。それ故に、この実施の形態では、ＶｃｃｉとＣｉ−１−との間の差はほぼ５ボルトである。そのような負荷で動作できるＭＯＳＦＥＴトランジスタＱは、容易に入手可能である。実際、６０ボルトまでの負荷で動作できる市販で入手可能なＭＯＳＦＥＴがある。それ故に、隣接するセル監視装置間でデータを送信するこの技術は、例えば、一つのセル監視装置が１０番目のバッテリーセルＣｉ毎に用意される実施の形態においてさえ、最も実用的な状況で用いることができる。

セル監視装置ＣＭｉの各々は、同様な様式で動作する。しかし、注目すべきことは、この実施の形態では、第１セル監視装置ＣＭ１が、バッテリ集中監視システム３と同じグラウンドつまり基準電圧を有することである。それ故に、この実施の形態では、第１セル監視装置ＣＭ１のアップリンクの電位分割器４１およびコンパレータ４３も、ダウンリンクの出力ブロック５１も用いる必要はないが、しかし、通常、セル監視装置ＣＭｉの各々を標準化するために、これらは備えられる。同様に、最後のセル監視装置ＣＭｎは、後続のセル監視装置に対してデータを送信しないし、そこからデータを受信しない。それ故に、セル監視装置ＣＭｎは、アップリンクでの出力ブロック４５も、ダウンリンクでの電位分割器４７およびコンパレータ４９も必要でない。しかし、通常、全てのセル監視装置ＣＭｉが同一であるために、これらは備えられる。

上記で説明したバッテリ監視システムは、以下の利点を有する。

（１）セル監視装置ＣＭｉ間に、または、第１セル監視装置ＣＭ１とバッテリ集中監視システム３との間に電圧隔離の必要がない。それ故に、各セル監視装置ＣＭｉは、数ミリアンペアを消費するだけであり、マイクロコントローラ３１によって必要とされる電源電圧へバッテリーセル電圧を変換するために非常に安価で容易に入手可能なＤＣ／ＤＣコンバータを必要とするだけである。

（２）セル監視装置ＣＭｉ間に電気的絶縁は必要とされないので、セル監視装置間に比較的高価な電圧隔離されたリンクを最早必要としない。説明された実施の形態で、各セル監視装置ＣＭｉは、その隣へ２本のワイヤによってリンクされる。それ故に、バッテリ監視システムのコストは低く、システム設置は簡単化される。

（３）バッテリ１での全てのセルＣｉの連続的監視が経済的で実用的になり、ユーザは、一つ以上のバッテリーセルＣｉが定格以下または欠陥であるかどうかをリアルタイムに報知され得る。

（４）各セルＣｉの内部抵抗は、リアルタイムでバッテリからセルを切離すことなく決定され得る、何故なら、バッテリ集中監視システム３は、バッテリの充電および放電電流（それはセル電流と同じである）を測定する能力があり、各セルの内部抵抗を計算するために、それを（セル監視装置によって決定される）個別のセル電圧と関係付け得るからである。

（５）各セル監視装置ＣＭｉは、セルからセルの相互接続部への電圧降下を測定し、通常、時の経過でセル端子に蓄積する化学的堆積物の故の、または、セルの機能不全の理由の、欠陥の相互接続部状態を示すことができる。

（６）各セル監視装置ＣＭｉはセル電圧とセル温度を測定できるので、欠陥セルを検出する確率を増大することが可能である。それ故に、産業用バッテリは、必要な場合にのみ補修されれば良い。

（７）各セル監視装置ＣＭｉは該当するセル電圧およびセル温度等々を他のセル監視装置と同時に読むことができるので、各セル監視装置によって提出されるデータは、個別セルから一時に一つを読み取る従来技術のシステムと比較して、時の経過で起こる負荷の変化および／または周囲温度の変化によって間違いにされる可能性は少ない。

多数の代替の実施の形態を以下に説明するが、それは第１の実施の形態と同様な様式で動作する。従って、これらの代替の実施の形態の説明は、第１の実施の形態の特徴と異なる特徴に限定する。

図６は、セル監視装置を直列に接続する単一の通信ワイヤ９経由で、隣接するセル監視装置ＣＭｉ間でアップリンクと共にダウンリンクへメッセージが送信され得る実施の形態を示す。図６に示すように、各セル監視装置ＣＭｉは、第１の実施の形態と同じで、電位分割器４１および４９と、コンパレータ４３および４７と、出力ブロック４５および５１とを有する。この実施の形態と第１の実施の形態との間の差は、隣接するセル監視装置間のアップリンクとダウンリンクが共通の通信ワイヤ９を共有することである。これは、接続部６２でセル監視装置ＣＭｉでの出力ブロック５１を、セル監視装置ＣＭｉでの電位分割器４１とセル監視装置ＣＭｉ−１での出力ブロック４５との間に接続することによって、および、接続部６４でセル監視装置ＣＭｉ−１での電位分割器４９を、セル監視装置ＣＭｉでの電位分割器４１とセル監視装置ＣＭｉ−１での出力ブロック４５との間に接続することによって、達成される。

隣接するセル監視装置間のアップリンクとダウンリンクの両接続は同じワイヤ９経由であるので、セル監視装置間の通信は、いずれか所定の時間に一方向だけであることができる。これを達成するために、ダウンリンクの通信中、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１はスイッチオフされ、それにより、ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉの状態をスイッチすることによって送信されるメッセージは、電位分割器４９およびコンパレータ４７経由でセル監視装置ＣＭｉ−１でのマイクロコントローラ（図示せず）内へ通過する。同様に、例えば、セル監視装置ＣＭｉからセル監視装置ＣＭｉ＋１へのアップリンク通信に対して、ＭＯＳＦＥＴＱ２ｉ＋１はスイッチオフされ、それにより、出力ブロック５１は高インピーダンスを有し、電位分割器４１の動作に影響しない。更に、この技術に精通した者は分かるであろうように、電位分割器および出力ブロックが第１の実施の形態と同じ方式で動作するために、抵抗器Ｒａ、Ｒｂ、ＲｅおよびＲｆの抵抗値は、抵抗器ＲｃおよびＲｄの抵抗値に較べて比較的大きくなくてはならない。この実施の形態では、２ボルトのバッテリーセル電圧で、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｅ＝Ｒｆ＝１０ｋオーム、Ｒｄ＝Ｒｃ＝２ｋオーム、Ｖｒｅｆ１ｉ＝Ｖｒｅｆ２ｉ＝Ｖｃｃｉ／２およびＶｃｃｉ＝Ｃｉ−＋５Ｖ。この技術に精通した者は分かるであろうように、この実施の形態のセル監視装置は、いずれのバッテリーセル電圧でも動作するよう容易に適合でき、必要とされる変更は、抵抗器の値、基準電圧値、および、ＭＯＳＦＥＴの最大許容ドレイン・ソース間電圧だけである。

この技術に精通した者は分かるであろうように、上記の実施の形態では、データは、メッセージを送信するセル監視装置での出力ブロックの出力インピーダンスを変化することによって、および、メッセージを受信するセル監視装置でこの変化を検出することによって、隣接するセル監視装置間で送信された。例えば、アップリンクメッセージデータがセル監視装置ＣＭｉ−１からセル監視装置ＣＭｉへ送信される場合、セル監視装置ＣＭｉ−１での出力ブロック４５のインピーダンスは、送信されるデータに従って変化される − 電圧ローが送信される場合、出力ブロック４５のインピーダンスは非常に高く成され、それに対し、電圧ハイが送信される場合、出力ブロック４５のインピーダンスは比較的低く成される。出力ブロック４５のインピーダンスのこの変化は、送信されたアップリンクメッセージを受信するセル監視装置ＣＭｉでの電位分割器４１およびコンパレータ４３によって検出される。この技術に精通した者は分かるであろうように、送信されるデータに従ってセル監視装置の出力インピーダンスを変化する種々の方式があり、隣接するセル監視装置でその変化を検出する種々の方式がある。図７は、これらの代替の実施の形態の一つを示す。

図７に示す実施の形態では、セル監視装置ＣＭｉ−１の出力インピーダンスは、第１の実施の形態でそれが変化されたのと同じ方式で変化されるが、しかし、この変化は、異なる様式でセル監視装置ＣＭｉにおいて検出される。詳細には、この実施の形態では、電流検出器４８が使用され、セル監視装置ＣＭｉでのＶｃｃｉ端子とセル監視装置ＣＭｉ−１でのグラウンド電位Ｃｉ−１−との間に流れる電流の変化を検出する。動作では、電圧ローがＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される場合、ＭＯＳＦＥＴは開放であり、電流はライン５０を流れ下らない。しかし、電圧ハイがＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される場合、ＭＯＳＦＥＴは導通し、電流はライン５０を流れ下る。電流でのこの変化は、電流センサ４８によって検出される。より詳細には、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１のゲート電極へ印加される電圧ハイから電圧ローへ（またはその逆）の遷移がある度に、電圧スパイクが電流検出器４８に誘導される。図７に示すように、ＭＯＳＦＥＴＱ１ｉ−１へ印加されるアップリンクメッセージデータ５２に応答して、一連の電圧スパイク５３が電流検出器４８に誘導され、スパイク検出器５４へ回送され、それは、マイクロコントローラ（図示せず）への送信のためにアップリンクメッセージデータ５２を再生成し出力する。抵抗器Ｒ１とＲ２が、セル監視装置ＣＭｉの各々による消費電力を低減するために、および、それぞれのセル監視装置の入出力をバッファするために、備えられる。

上記の実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴが、送信されるメッセージデータに従ってそのインピーダンスが変化され得る装置として使用された。この技術に精通した者は分かるであろうように、これらのＭＯＳＦＥＴは、いずれの電子的スイッチ（半導体リレー、電気機械的リレー、Ｊ−ＦＥＴ、トランジスタ、等々）によって置換えられることができ、アップリンクおよびダウンリンクメッセージがマイクロコントローラによって受信され再送信される実施の形態では、全く省略されることができる。これは、マイクロコントローラの出力ピンの出力インピーダンスは、それが電圧ハイまたは電圧ローのいずれを出力しているに従って変化するからである。それ故に、例えば、セル監視装置ＣＭｉ−１でのマイクロコントローラからの出力ピンは、セル監視装置ＣＭｉでの電位分割器４１へ直接接続されることもできよう。しかし、そのような実施の形態は好ましくない、何故なら、マイクロコントローラは、隣接するセル監視装置から出力ピンへ印加される電圧によって損傷され得るからである。

上記の実施の形態では、各セル監視装置ＣＭｉは、バッテリ集中監視システム３からメッセージを受信するための、種々のセンサからのデータを解析するための、および、バッテリ集中監視システム３へ通信リンク９経由でデータを送り戻すための、マイクロコントローラ３１を有する。図８は、マイクロコントローラ３１を使用しない第２の実施の形態の代替のセル監視装置ＣＭｉを概略的に示す。

詳細には、図８に示すように、各セル監視装置ＣＭｉは、セル電圧センサ３５と温度センサ３７からセンサ信号を受信し、受信されたセンサ信号に従って変化する信号をライン７３上に出力する信号発生器７１を備える。信号発生器７１は、交流信号を出力する電圧制御発振器を備えることができ、その周波数は、例えば、セル電圧センサ３５からの入力電圧に従って変化する。信号発生器７１からの信号出力は、可変インピーダンス装置７７へ印加され、そのインピーダンスは信号発生器７１からの信号出力に従って変化する。可変インピーダンス装置７７のインピーダンスの変化は、セル監視装置ＣＭｉ−１によって検出され、それによって、信号発生器７１によって送信されたメッセージを再生成する。セル監視装置ＣＭｉ＋１からバッテリ集中監視システム３への戻しオンワード（前方）送信のためのメッセージを受信できるために、図８に示すように、各セル監視装置ＣＭｉはインピーダンスモニタ７８も備え、それはセル監視装置ＣＭｉ＋１での可変インピーダンス装置７７のインピーダンスの変化を検出し、そこからインピーダンスモニタがセル監視装置ＣＭｉ＋１から送信されたメッセージを再生成する。この再生成されたメッセージは、次に、セル監視装置ＣＭｉ−１へのオンワード（前方）送信のために、ライン７９経由で可変インピーダンス装置７７へ印加される。第１の実施の形態でのように、各セル監視装置ＣＭｉは、それが監視しているセルＣｉによって電力供給される。これは、図８で、接続部Ｃｉ＋およびＣｉ−によって示され、それはそれぞれ入力端子７４および７６へ接続される。

上記の実施の形態では、説明されたシステムは、バッテリ監視システムであった。図９は、産業用バッテリのセルを制御するための制御システムである第３の実施の形態を概略的に示す。図示のように、制御システムは、バッテリ集中監視システム３がここではバッテリ集中制御システム８０であり、セル監視装置ＣＭｉがここではバッテリーセル制御装置ＣＣｉであることを除き、図１に示すバッテリ監視システムと同様な構成を有する。図１の監視システムでのように、バッテリ集中制御システム８０は、セル制御装置ＣＣｉの各々と通信リンク９経由で通信する。

図１０は、図９に示すバッテリーセル制御装置ＣＣｉの一つを概略的に示す。各セル制御装置ＣＣｉは、バッテリ集中制御システム８０から受信された適切な制御信号に応答して、それぞれのバッテリーセルＣｉでの酸および水の補充を制御することに使用される。第１の実施の形態でのように、各セル制御装置ＣＣｉは、それが制御するセルによって電力供給され、それは入力Ｃｉ＋およびＣｉ−によって表わされ、それぞれ入力電力端子８１と８３へ印加される。この実施の形態では、各セル制御装置ＣＣｉは、バッテリ集中制御システム（図示せず）からメッセージを受信するよう編成されるが、しかし、メッセージを戻し送信しない。それ故に、この実施の形態では、単一ワイヤだけの通信リンク９が必要とされる。動作では、セル制御装置ＣＣｉ−１の出力インピーダンスでの変化が、インピーダンスモニタ７８によって検出され、そこからアップリンクメッセージデータが再生成される。この実施の形態では、マイクロコントローラ９１は、オンラインに接続されない。換言すれば、再生成されたアップリンクメッセージデータは、オンワード（前方）送信のためににマイクロコントローラ９１によって、復号化されず、次に、再生成されない。その代りに、インピーダンスモニタ７８によって再生成されたアップリンクメッセージデータは、可変インピーダンス装置７７のインピーダンスを変化することに直接使用され、それにより、アップリンクメッセージデータは次のセル制御装置ＣＣｉ＋１へ送信される。マイクロコントローラ９１は、受信されたメッセージを接続部９３経由で監視し、受信された信号がそれへ向けられた際に、適切な制御信号を出力端子９５と９７へ出力する。端子９５と９７へ出力された制御信号を用いて、弁９９と１０１のそれぞれの位置を制御し、それにより、水タンク１０３および酸タンク１０５からバッテリーセルＣｉへ追加される水と酸の量を制御する。マイクロコントローラ９１は、電解液の液面／ＰＨのセンサ３９から受信されたセンサ信号を参照して追加する水と酸の量を決定する。この技術に精通した者は分かるであろうように、マイクロコントローラ９１をオンラインで持たない利点は、メッセージが最少の遅延で通信リンク９に沿って送信されることである。しかし、欠点は、メッセージが一つのセル制御装置から次へ転送されることに従いシステムが電圧遷移の同期外れに起因するエラーをより生じる傾向になること、および、隣接するセル制御装置間で送信されるメッセージデータ上に実行される誤り訂正がないことである。

上記の実施の形態では、バッテリ集中監視システムまたはバッテリ集中制御システムは、それがシステムを全体として監視または制御するよう用意された。図１１は、セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉを概略的に示し、それは、併用のバッテリ制御および監視システムで使用されることができ、ここでは、バッテリ集中監視および制御システムは無く、各セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉが他のセル監視兼制御装置と直接通信する。他の実施の形態のように、各セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉは、それが監視し制御するセルによって電力供給され、それは入力Ｃｉ＋およびＣｉ−によって表わされ、それぞれ入力電力端子１１５および１１７へ印加される。図１１に示すように、各セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉはマイクロコントローラ１１１を備え、それは、温度センサ３７からセンサデータを受信し、それぞれのセルＣｉ上に搭載された、例えば、液晶ディスプレイ（図示せず）を制御するために制御データを出力端子１１３へ出力する。

この実施の形態では、アップリンクデータは、インピーダンスモニタ７８ａによって再生成され、次に、セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉ＋１への前方送信のために可変インピーダンス装置７７ａへ回送される。同様に、ダウンリンクメッセージデータは、インピーダンスモニタ７８ｂによって再生成され、セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉ−１への前方送信のために可変インピーダンス装置７７ｂへ回送される。図示のように、この実施の形態では、マイクロコントローラ１１１は、アップリンクおよびダウンリンクへ接続部１２３および１２５によってオフラインで接続され、それにより、各セル監視兼制御装置ＣＭ＆Ｃｉは、他のセル監視兼制御装置からデータを受信し、それへデータを送信できる。

上記で説明された実施の形態へなされ得る種々の変形を以下に説明する。

第１の実施の形態では、セル監視装置を用いて、バッテリの各セルを監視した。より安価な実施例では、各セル監視装置ＣＭｉを用いて、２つ以上の直列に接続されたバッテリーセルＣｉを監視できるであろう。

説明した実施の形態では、セルは直列に接続される。バッテリーセルＣｉを直並列または梯子構成に接続することは可能である。図１２は、バッテリーセルのそのような相互接続を示し、こそで、セルＣｉａはセルＣｉｂと並列に接続され、並列結合のＣｉａおよびＣｉｂは、直列に接続され、ここでｉ＝１からｎである。図１２に示す構成では、単一のセル監視装置ＣＭｉがバッテリーセルの各々を監視するために用意され、通信リンク９は、ＣＭｉａをＣＭｉｂへ、およびＣＭｉｂをＣＭｉ＋１ａへ、等々接続する。代替として、単一のセル監視装置を使用して、各並列結合のバッテリーセルＣｉａおよびＣｉｂを監視できるであろう。加えて、２つより多くのバッテリーセルが並列に接続され得る。

上記の実施の形態では、バッテリ集中監視および／または制御システムは、通信リンク９の零ボルト基準電圧端に設けられた。代替として、バッテリ集中監視および／または制御システムは、通信リンク９の高い基準電圧端で接続されることができるであろう。更に代替として、バッテリ集中監視および／または制御システムは、両端で接続されることもできるであろうし、それによって、メッセージが、セル監視／制御装置を通って一方向でバッテリ監視／制御システムへ送信され、そこから受信される環状の通信経路を形成する。従って、各セル監視／制御装置は、メッセージが通信リンク９をアップまたはダウンいずれへ送信されるかに従って、アップリンクまたはダウンリンクいずれかを必要とするだけである。

上記で説明された実施の形態では、通信リンク９は、一本または二本のワイヤを備えた。この技術に精通した者は分かるであろうように、通信リンク９は、それに沿いデータが並行して送信され得る任意本数のワイヤを備えてもよい。

上記の実施の形態では、別々のバッテリ集中監視システムまたはバッテリ集中制御システムが備えられた。代替の実施の形態では、併用のバッテリ監視兼制御システムを使用して、バッテリの監視と制御の両方に使用できるであろう。

上記で説明された実施の形態では、複数のバッテリーセルを備える単一のバッテリが、バッテリ集中監視および／または制御システムによって監視および／または制御される。図１３は代替の実施の形態を示し、そこでは、複数のバッテリＢｉが提供され、各バッテリＢｉはそれ自体のバッテリ集中監視システムＢＭｉによって監視され、それはデータバス１５３経由で遠隔オペレータの端末１５１と通信する。データバス１５３は、専用データリンクであっても良く、または、公衆電話交換であり得る。動作では、バッテリ集中監視システムＢＭｉの各々は、それぞれのバッテリＢｉを監視し、そのステータスを遠隔オペレータの端末１５１へ戻し報告し、ここで、各バッテリ状態が人間のオペレータによって監視される。同様なシステムは、複数のバッテリを制御するために、または監視および制御するためにも提供されることができよう。

上記の実施の形態では、セル信号装置はデイジーチェーン構成で直列に接続され、直列通信リンクでの各セル信号装置の位置は、バッテリーセルの直列接続においてセル信号装置に電力供給するセル（単数または複数）の位置に相当する。これは必須でない。セル信号装置は、バッテリーセルの直列接続に対していずれの任意の直列構成にも接続されることができる。これは、ＭＯＳＦＥＴスイッチＱ１およびＱ２が、そのドレインおよびソース電極にまたがって印加される電圧負荷に関係無く、同じ様式で動作するからである。しかし、この場合、各セル監視／制御装置での抵抗器ＲａからＲｆの値は、異なるであろうし、通信リンクで隣接するセル監視装置間の電圧での差を顧慮して必要な電圧分割を提供するよう選定されるであろう。

上記の実施の形態では、別々の通信ワイヤ９が、セル信号装置を直列に接続するために設けられた。図１４は、隣接するセル監視装置ＣＭｉ間の通信リンクがバッテリーセルを使って直列に接続する接続部を用いて提供される実施の形態を示す。図示のように、各セル監視装置ＣＭｉは、セル監視装置ＣＭｉの動作を制御するための、そしてバッテリーセルセンサ３３（それは、例えば、監視されるセルとその隣のセルとの間の電圧降下、監視されるセルでの局所温度、監視されるバッテリーセルの電解液の液面／ＰＨ等を検知できる）から受信されるセンサデータを解析するためのマイクロコントローラ３１と、バッテリ集中監視システム３から受信されたデータをマイクロコントローラ３１への送信のために適切なデータパルスに変換するための周波数／電圧コンバータ３５と、マイクロコントローラ３１から送信されたデータをバッテリ集中監視システム３へ戻し送信するために適切な信号に変換するための電圧／周波数コンバータ３７とを備える。図１４に示すように、各セル監視装置ＣＭｉの周波数／電圧コンバータ３５および電圧／周波数コンバータ３７は、セル監視装置ＣＭｉを電力供給するバッテリーセルＣｉの電力入力端子Ｃｉ−およびＣｉ＋にまたがり接続される。

動作において、マイクロコントローラ３１は、センサ３３から入力されたデータを解析し、欠陥状態を監視し、および、バッテリ集中監視システム３へ電圧／周波数コンバータ３７と、コネクタ９と、いずれか中間のセル監視装置とを経由して報告する。この実施の形態では、マイクロコントローラ３１によって電圧／周波数コンバータ３７へ出力されたデータを使用して、搬送波信号の周波数を変調し、コネクタ９へ出力される。この実施の形態では、使用される搬送波信号の中心周波数は、電解液が、送信される信号に対し非常に高いインピーダンスを表わすように選定され、それにより、これらの信号は一つのセル監視装置から次のセル監視装置を通り、かつ電解液を通ることはない。この実施の形態では、無線周波数範囲での周波数を有する搬送波信号が使用される。

同様な様式で、バッテリ集中監視システム３により送信された信号は、周波数／電圧コンバータ３５によって受信されて、変調され、変調されたデータは、次に、マイクロコントローラ３１へ回送される。バッテリ集中監視システム３からのメッセージがそのセル監視装置向けでない場合、マイクロコントローラは、電圧／周波数コンバータ３７へデータを繰返し送出し、コンバータは、次のセル監視装置へのオンワード送信のために変調された搬送波信号を再生成する。

セル監視装置ＣＭｉへ電力供給するために、セルＣｉの正端子Ｃｉ＋および負端子Ｃｉ−は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７の入力へ接続され、それは、セルＣｉの接地（それはセルＣｉの負端子Ｃｉ−の電圧電位に等しい）に対して電圧Ｖｃｃｉを発生し、それを用いて、マイクロコントローラ３１と、周波数／電圧コンバータ３５と、電圧／周波数コンバータ３７とへ電力供給する。

各セル監視装置が実行する検知、およびバッテリ集中監視ユニットによって実行される処理のより詳細な説明は、本出願人の先の国際出願ＷＯ９８／３２１８１に見出すことができ、その内容は引用されて本明細書に組込まれる。

この技術に精通した者は分かるであろうように、この実施の形態で説明されたセル監視システムの利点は、バッテリ集中監視ユニット３とセル監視装置ＣＭｉの各々との間の通信が、バッテリーセルを直列に接続するのみ使用している銅線をそのまま使用して達成されることである。本出願人の先の国際出願ＷＯ９８／３２１８１では、セル監視装置ＣＭｉをバッテリ集中監視ユニット３へ接続する別々の通信リンクを提供するためには、一本以上の別々のワイヤが必要であった。上記で説明された実施の形態により、信号の変調器および復調器が各監視装置に必要であるとはいえ、それら追加ワイヤは不必要である。

数多くの代替の実施の形態を以下に説明するが、それは上記の実施の形態と同様な様式で動作する。従って、これらの代替の実施の形態の説明は、第１の実施の形態の特徴と異なる特徴に限定する。

上記の実施の形態では、搬送波信号の周波数が、セル監視装置によって送信されるデータに従って変調された。代替の実施の形態では、搬送波電流の位相または振幅がデータで変調されることができよう。

上記の実施の形態では、バッテリ集中監視ユニット３によって送信される信号は、一つのセル監視装置ＣＭｉのマイクロコントローラから次へ、メッセージが適切なセル監視装置によって受信されるまで通過する。同様に、一つのセル監視装置ＣＭｉからバッテリ集中監視システム３へ戻す通信は、隣のセルのマイクロコントローラを通ってバッテリ集中監視システム３へ戻る。これは、使用される搬送波信号の周波数が各々のセルでの電解液を通ることのないように選定されたからである。代替の実施の形態では、各バッテリーセルの電解液を通貨できる搬送波信号周波数を使用することが可能であろう。そのような実施の形態では、各セル監視装置ＣＭｉが次のセル監視装置へメッセージを再送信する必要はないであろう、というのは、全てのセル監視装置はバッテリ集中監視システムから同時に通信を受信するからである。従って、各セル監視装置は、それ自体へ向けられた通信を聞くだけであり、その一方でそれ以外を捨て、それ自体のデータをバッテリ集中監視システム３へ戻し送信するだけとなろう。

本発明は上記で説明した実施例の実施の形態によって限定されず、種々の他の変形および実施の形態がこの技術に精通した者に明白であろう。

Claims (16)

1. バッテリーであって：
   複数のバッテリーセル；
   前記複数のバッテリーセルを直列に接続するためのコネクタ；および、
   各々が、それぞれ１つ以上の前記複数のバッテリーセルによって電力供給される複数のセル信号装置；を備え、
   各セル信号装置は、セル信号装置に電力供給する１つまたは複数のセルへ接続可能な電力入力端子、および前記電力入力端子を介して前記コネクタへ信号を送信するために前記電力入力端子を通って接続される指令送信器を備えるバッテリー。
2. 各セル信号装置は、前記並列入力端子を横切る前記指令送信器と並列に接続され、前記電力入力端子を介して前記コネクタから指令を受信するよう動作可能な指令受信器を備える請求項１に記載のバッテリー。
3. バッテリーであって：
   複数のバッテリーセル；
   前記複数のバッテリーセルを直列に接続するためのコネクタ；および、
   各々が、それぞれ１つ以上の前記複数のバッテリーセルによって電力供給される複数のセル信号装置；を備え、
   各セル信号装置は、セル信号装置に電力供給する１つまたは複数のセルへ接続可能な電力入力端子、および前記電力入力端子を介して前記コネクタからの通信を受信するために前記電力入力端子を通って接続される指令受信器を備えるバッテリー。
4. 前記指令送信器は、送信されるためのデータを有する搬送信号を変調するよう動作可能である請求項１または２に記載のバッテリー。
5. 前記指令送信器は、送信されるべきデータに従って前記搬送信号を周波数変調するよう動作可能である請求項４に記載のバッテリー。
6. 各指令受信器は、前記データを取出すために前記コネクタから前記受信通信を復調するよう動作可能である請求項２または３に記載の請求項によるバッテリー。
7. 前記搬送信号の周波数は、前記送信された搬送信号が電解質を通過しないように前記バッテリーセルの電解質に関連して選択される請求項４または５に記載のバッテリー。
8. 各セル信号装置は、セル信号装置に電力供給する１つまたは複数のセルの状態を示す信号を、センサから受信するよう動作可能な少なくとも１つのセンサ入力端子を備える請求項１から７の何れかに記載のバッテリー。
9. バッテリー全体を監視するためのバッテリー集中監視システムを更に備え、前記セル信号装置の各々が前記コネクタを介して前記バッテリー集中監視システムと通信できるよう動作可能である、請求項１から８の何れかに記載のバッテリー。
10. 前記バッテリ集中監視システムは、前記複数のセル信号装置の各々を順次ポーリングするよう動作可能であり、そしてポーリングされると、各セル信号装置は、前記セル信号装置に電力供給するセルの状態を示す信号を、前記コネクタを介して前記バッテリ集中監視システムへ戻すよう動作可能である請求項９に記載のバッテリー。
11. 各セル信号装置は、前記コネクタからの通信を受信し、前記コネクタへの通信を送信するよう動作可能なマイクロコントローラを備える請求項１から１０の何れかに記載のバッテリー。
12. 前記セル信号装置に電力供給する１つまたは複数のセルへ接続可能な電力入力端子；および、前記電力入力端子を介して通信リンクへ信号を送信するために、前記電力入力端子を通って接続される指令送信器；を備える請求項１から１１の何れかに記載のバッテリーで用いるためのセル信号装置。
13. 前記電力入力端子を通る前記指令送信器と並列に接続され、前記電力入力端子を介して通信リンクから通信を受信するよう動作可能な通信受信器を更に備える請求項１２に記載のセル信号装置。
14. 前記セル信号装置に電力供給する１つまたは複数のセルへ接続可能な電力入力端子；および、前記電力入力端子を介して通信リンクからの通信を受信するために、前記電力入力端子を通って接続される通信受信器；を備える請求項１から１１の何れかに記載のバッテリーで用いるためのセル信号装置。
15. 前記バッテリーセルの端子は、前記セル信号装置の電力入力端子へ接続可能であるバッテリーセルと組合せた請求項１２から１４の何れかに記載のセル信号装置。
16. コネクタによって直列接続される複数のバッテリーセル間で信号を送るための信号方法であって：
    各々が、それぞれ１つ以上の前記複数のバッテリーセルによって電力供給される複数のセル信号装置を提供し；
    セル信号装置へ電力供給する１つまたは複数のセルへ接続される電力入力端子を介して各セル信号装置に電力供給し；
    前記電力入力端子を介して前記コネクタから前記セル信号装置へおよびそこから前記コネクタへ信号を送る各ステップを含む方法。

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