JP6902545B2 - １つのスイッチを用いる、セルと制御配線電子機器との間の接続性チェック - Google Patents

Description

本発明は、セルを有する再充電可能なエネルギ貯蔵システムおよび接続性チェックを実施する方法に関する。

背景
再充電可能なエネルギ貯蔵装置などのエネルギセル、たとえばウルトラャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、バッテリ、燃料電池などは、通常、より高い直流電圧に達するよう、直列に配置される。

セルは、個々のセル（１つのウルトラキャパシタ、１つのリチウムイオンキャパシタ、１つのバッテリセル、１つの燃料電池など）とすることができ、または一連のより多くのセル（例えば、４つのリチウムイオンキャパシタ、４つのウルトラキャパシタ、…６つまたは８つの…）とすることもできる。

バッテリ管理システムでは、個々のセルまたは直列の少数のセルから電圧を測定することができる。電圧を測定するために、好ましくは電子機器とセルとの間に信頼できる接続が存在する。

再充電可能なエネルギ貯蔵装置は、図１に示すように、電源、直列のセルモジュールの列、およびモジュールごとに１つの平衡／監視回路の組を含むことができる。各セルモジュールは、個々のセルまたは一連のセルを含むことができる。スイッチが変圧器の１次側で制御され、モジュールが平衡状態でなければならないときを判断する。セル電圧は、例えばＡＤコンバータを介して測定される。

図中のセルモジュールへの接続Ｘ．Ｙの番号付けは、以下の通りである。
１．ＸはモジュールＸの−電極への接続部である。

２．Ｘ．はモジュールＸの＋電極への接続部である。
３．Ｘ−は、モジュールＸの負電極の、平衡回路への接続部である。

３．Ｘ＋は、モジュールＸの正電極の、平衡回路への接続部である。
セルモジュール１２．１，１２．２，１２．３，１２．４の各々は、監視および制御回路１５．１…１５．４それぞれと、スイッチＳＷ．１，…ＳＷ．４と、インダクタなどのフィルタＦ．１…Ｆ．４と、フィルタ回路ＦＣ．１…ＦＣ．４とを含む。たとえば、マイクロコントローラとして実施される監視および制御回路（１５．１…１５．４）は、モジュールに関連付けられるセルのセルモジュール電圧を測定するように適合される。各モジュールは、通常、フィルタ回路（ＦＣ．１…．ＦＣ．４）がアナログ入力Ｐ＋に接続され、フィルタＦ．１…．Ｆ．４が監視および制御回路（１５．１…１５．４）のアナログ入力Ｐ−に接続されている。

番号１１，２１，３１およびＮ１は、電源と各モジュール１２への入力およびそのスイッチＳＷとの間のガルバーニ絶縁を指す。

ガルバーニ絶縁１１，２１，３１およびＮ１後の入力Ｖの電圧は、セル電圧よりも高くなければならない。スイッチＳＷ（ＳＷ１…．ＳＷ４）は、能動的平衡システムに使用できるスイッチである。スイッチＳＷが閉じられると、セルモジュールは電圧Ｖに充電される。

ＵＳ５２５４９３０Ａには、バッテリバックアップシステムにおける複数のバッテリのための障害検出器が開示されている。ここでは、充電回路における変圧器の一次側（セルの側ではない）で使用される２つのスイッチがある。セルへの電圧および電流が測定され、障害状態が（セルへの高い充電電流に対して）測定されると、充電器からのスイッチが遮断状態になる。

ＵＳ５６６６０４０Ａには、ネットワーク接続されたバッテリモニタおよび制御システムならびに充電方法が開示されている。電圧が測定され、過電圧でバイパス抵抗がスイッチで切り換えられてセルを放電する。このスイッチは接続チェックには使用できない。

ＵＳ６８４４７０３Ｂ２には、充電状態が最も低いセルに対して優先的充電が行われるバッテリセル平衡システムが開示されている。少なくとも１つの電流制限装置が、変圧器／整流回路および電源に電気的に結合される。電流制限装置は、複数のセルのうちの少なくとも１つのセルの反射電圧から電源電圧をバッファリングする。これを行う方法も提供される。

本発明の一態様の実施形態は再充電可能なエネルギ貯蔵セルシステムを提供し、この再充電可能なエネルギ貯蔵セルシステムは、直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各再充電可能なセルモジュールは、
個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルへの接続部を含み、これらの接続部は、個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルがモジュールに接続されることを可能にし、各再充電可能なセルモジュールはさらに、
接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
少なくとも１つのフィルタ回路とを含み、
再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、
再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、再充電可能なエネルギ貯蔵システムのすべての接続が損なわれていない場合、制御可能なスイッチが開いているときと制御可能なスイッチが閉じているときとで監視および制御回路を介する電圧測定値に変化がないように適合されており、制御可能なスイッチの開閉時に監視および制御回路によって測定された電圧測定値における偏差は不良接続の表示である。

システムは、さらに、電圧差が、意味のない差を示す大きさではなく、不良接続または誤接続を示す大きさを有するか否かを評価するように構成されることができる。

一旦接続されると、個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルは、モジュールまたはモジュールの一部となる。一般に、動作中、複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルはモジュールにおいて接続されることになる。スイッチが閉じられると、不良接続の場合にはフィルタ回路が充電される。これは、電圧の偏差の大きさに寄与する。これは、セル電圧＝０Ｖ、たとえば再充電可能なエネルギ貯蔵装置がウルトラキャパシタである場合にも当てはまる。接続が不良である場合、電圧測定値間に有意な差が見られる。本発明のフィルタ回路は、不良接続または誤接続があるときに充電されるので、０ボルトから最大許容セル電圧までの全範囲を検出することができる。

有利なことに、スイッチ活性化時間はあまり長くない。ウルトラキャパシタを含むモニタセルまたは１つ以上のバッテリセルの容量は非常に大きいので、制御可能なスイッチがオンである、測定が行われるのに必要な時間の間、開いたスイッチでのセル電圧と閉じたスイッチでのセル電圧との間に有意な差は観察されず、したがって、再充電可能なエネルギ貯蔵セルは、有意な量までは、つまり電圧変化のためには、充電されない。典型的な値は、最大充電電流が２００ｍＡである状態でスイッチが４００μ秒間閉じられることであろう。そのような小さな充電エネルギは、セル電圧に変化をもたらさないであろう。システムは、再充電可能なエネルギ貯蔵セルが接続されない状態で提供されることができ、システムは、使用されるべき再充電可能なエネルギ貯蔵セルと動作するように構成することができる。したがって、制御可能なスイッチを適切な閉時間に設定することができる。

セルモジュールのすべてのスイッチは同時に閉じられることができ、セルモジュールのすべての監視および制御回路が、スイッチが開いた状態で、セル電圧を測定することができる。これにより、すべてのセルの非常に迅速なテストが可能になる。

スイッチは、好ましくは制御可能であり、セルが接続されたモジュールがいつ均衡をとられるかを制御するために使用することも、不良接続または誤接続に対するテスト中に用いることもできる。

このシステムでは、単一の共通接続部は、再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と、異なるモジュール内の２つの監視および制御回路の２つのアナログ入力との間に接続される。

フィルタが、スイッチとモジュールのアナログ入力との間に接続され得る。
不良接続は、単一の共通接続部における不良接続とセルの端子における不良接続とから選択される。

電源が設けられ得、各モジュールの入力およびスイッチに接続される。電源は、システムと一体でもよいし、特別な部品として設けられてもよい。

電源と各モジュールの入力およびそのスイッチとの間にガルバーニ絶縁のための手段が設けられ得る。

スイッチは、電源から、スイッチが配置されているモジュールに関連付けられるセルに、電荷を転送するための制御可能なスイッチとすることができる。

フィルタ回路は、スイッチとスイッチが位置するモジュールへのアナログ入力との間に接続されたインダクタとすることができる。

本発明の実施形態は、直列状態における一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備える再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実施する方法を提供し、各再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールは、
個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルが再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールに接続されるための接続部と、
接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路とを含み、
再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、この方法では、各モジュールに関して、
スイッチが１つのモジュールにおいて開かれ、
モジュール内でセル電圧を測定して第１の測定値を与え、
スイッチを閉じ、
セル電圧を測定して第２の測定値を与え、
第１の測定値と第２の測定値との間に電圧差が存在するかどうかを判定する。

この方法は、さらに、電圧差が、意味のない差ではなく、不良接続または誤接続を示す大きさを有するか否かを評価することを含む。一旦接続されると、個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルは、モジュールまたはモジュールの一部となる。一般に、動作中、複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルはモジュールにおいて接続されることになる。スイッチが閉じられると、不良接続の場合にはフィルタ回路が充電される。これは、電圧の偏差の大きさに寄与する。これは、セル電圧＝０Ｖ、たとえば再充電可能なエネルギ貯蔵装置がウルトラキャパシタである場合にも当てはまる。接続が不良である場合、電圧測定値間に有意な差が見られる。本発明のフィルタ回路は、不良接続または誤接続があるときに充電されるので、０ボルトから最大許容セル電圧までの全範囲を検出することができる。

有利なことに、スイッチ活性化時間はあまり長くない。ウルトラキャパシタを含むモニタセルまたは１つ以上のバッテリセルの容量は非常に大きいので、制御可能なスイッチがオンである、測定が行われるのに必要な時間の間、開いたスイッチでのセル電圧と閉じたスイッチでのセル電圧との間に有意な差は観察されず、したがって、再充電可能なエネルギ貯蔵セルは、有意な量までは、つまり電圧変化のためには、充電されない。典型的な値は、最大充電電流が２００ｍＡである状態でスイッチが４００μ秒間閉じられることであろう。そのような小さな充電エネルギは、セル電圧に変化をもたらさないであろう。システムは、再充電可能なエネルギ貯蔵セルが接続されない状態で提供されることができ、システムは、使用されるべき再充電可能なエネルギ貯蔵セルと動作するように構成することができる。したがって、制御可能なスイッチを、選択された再充電可能なエネルギ貯蔵セルに対して適切な閉時間に設定することができる。

セルモジュールのすべてのスイッチは同時に閉じられることができ、セルモジュールのすべての監視および制御回路が、スイッチが開いた状態で、セル電圧を測定することができる。これにより、すべてのセルの非常に迅速なテストが可能になる。

電圧差は不良接続を示し、不良接続が発見されると、あるアクションが実行され得る。たとえば、このアクションは、欠陥セル番号の報告、欠陥セルに関する情報の記憶、またはアラームの活性化とすることができる。

検出され得る不良接続は、
単一の共通接続部における不良接続、およびセルの端末における不良接続のいずれかであり得る。

本発明の実施形態は、処理エンジン上で実行されると、本発明の実施形態の方法のいずれかを実行する、ソフトウェアコードセグメントを備えるコンピュータプログラム製品を提供する。

光ディスク、磁気ディスク、ソリッドステートメモリまたは磁気テープのような不揮発性機械可読信号記憶装置を、コンピュータプログラム製品がそこに記憶された状態で提供することができる。

このシステムおよび／または方法の利点
・セルと測定電子機器との間の接続をチェックするだけでなく、セル間の接続もチェックする
・接続テストを、セル電圧＝０ボルト、たとえばウルトラキャパシタを伴うモジュールで行うことができ、ウルトラキャパシタまたはバッテリを備えたシステムをチェックすることができる。ウルトラキャパシタは電圧がＬレベル、０Ｖにさえなり得るが、その全電圧範囲内で開いた接続の全範囲において制御できる。本発明のフィルタ回路は、不良接続または誤接続があるときに充電されるので、０ボルトから最大許容セル電圧までの全範囲を検出することができる。

・接続チェックはわずか１つのスイッチで可能である
・能動平衡化スイッチを接続チェックに使用できる
・起動時にセル間の接続を監視することにより、セキュリティを強化する。

・接続エラーが電子機器にあるか、または接続エラーがセル間にあるかを認識する。
・電子機器への壊れた接続は、ヒューズ制御でもあり得る（ヒューズが監視および制御装置に配置されている場合）

セルモジュールが直列連結された再充電可能なエネルギ貯蔵装置の概略図である。 共通接続部（わずか１本の配線）がセル極と監視および制御回路との間にある状態でセルモジュールが直列に連結された、本発明の一実施形態による再充電可能なエネルギ貯蔵装置の概略図である。 共通接続部（わずか１本の配線）がセル極と監視および制御回路との間にある状態でセルモジュールが直列に連結された、本発明の別の実施形態による再充電可能なエネルギ貯蔵装置の概略図である。 本発明の実施形態によって検出され得る不良接続を示す。 本発明の実施形態によって検出され得る不良接続を示す。 本発明の実施形態によって検出され得る不良接続を示す。 本発明の実施形態によって検出され得る不良接続に対する接続性チェックのためのフローシートである。

例示的な実施形態の説明
本発明は、特定の実施形態に関して、および特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面において、要素のいくつかのサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対的な寸法は、本発明の実施に対する実際の低減に対応していない。

さらに、明細書および特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも、時間的、空間的、順位付け、またはその他の態様における順序を記述するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作可能であることを理解されたい。

さらに、明細書および特許請求の範囲における、上、下などの用語は、説明目的で使用されており、具体的にそのように述べられていない限り、必ずしも、相対的な位置を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の向きで動作可能であることを理解されたい。

特許請求の範囲で使用される用語「備える／含む」は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを排除するものではないことに留意されたい。それは、したがって、記載された特徴、完全体（integer）、ステップまたは構成要素の存在を特定するものとして解釈されるが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップもしくは構成要素、もしくはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されるべきではない。それは、本発明に関しては、その装置の唯一の関連する構成要素は、ＡおよびＢであることを意味する。

論理、ハードウェア、プロセッサまたは回路への言及は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ディスクリートなコンポーネントもしくはトランジスタ論理ゲートなどに限定されない、任意の度合いに集積された任意の種類の論理またはアナログ回路を含むことができる。

図２は、各々が１つ以上の再充電可能なエネルギ貯蔵セル９を含む複数のエネルギ貯蔵モジュール１２の直列列を含む、本発明の実施形態による再充電可能エネルギ貯蔵システム１０を示す。エネルギ貯蔵モジュール１２は再充電可能である。各または任意のエネルギ貯蔵モジュール１２は、単一のエネルギ貯蔵セル９または複数のエネルギ貯蔵セル（図示せず）９の並列接続を含むことができる。直列に接続された再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、ともになってバッテリ、パックまたはスタックを形成する。本発明の実施形態によれば、再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、任意のタイプの再充電可能なエネルギ貯蔵装置を含むことができる。本発明の実施形態のモジュールおよび方法は、ウルトラキャパシタまたはリチウムバッテリと共に有利に使用される。本発明の特定の実施形態によれば、エネルギ貯蔵モジュール１２は、スーパーキャパシタまたは電気もしくは電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）としても知られているウルトラキャパシタを含むことができる。これらは、一般的なキャパシタと比較して異常に高いエネルギ密度を有する電気化学的キャパシタであり、典型的には大容量電解キャパシタより数千倍大きい。典型的なキャパシタンス値は、数ファラッドから数千ファラッドの範囲である。代替の実施形態では、再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、たとえばリチウムまたはリチウムイオン（リロン）バッテリセルなどの高エネルギ密度のバッテリセルなどのバッテリセルを含むことができる。燃料電池またはフローバッテリのような他の種類の再充電可能なエネルギ貯蔵モジュールも同様に使用することができる。好ましい用途は、平均的な電力規格と比較して非常に高い瞬間電力を必要とするエネルギ平滑化および瞬間負荷装置の分野にある。

本発明の実施形態によれば、各再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、たとえば、２Ｖと４Ｖとの間の、制限された範囲の許容動作電圧を有し得る。たとえば、車両用途におけるエネルギ源として有用な、たとえば数十ボルトから数百ボルトまたはそれ以上の有用な動作電圧を得るためには、複数の、時には多数の再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２を直列に結合する必要がある。本発明の実施形態による再充電可能なエネルギ貯蔵システム１０は、必要に応じて、複数の再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２にわたって電荷を均衡させるためのシステムを含むことができる。

ＡＣ信号生成器１４は、複数の再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２の１つ以上を充電または放電するために設けられ得る。各モジュール１２は、監視および制御ユニット１５を含む。

エネルギ貯蔵モジュール１２の各セル９には、その正端子である第１の端子２．１，２．２，２．３，２．４と、その負端子である第２の端子１．１，１．２，１．３，１．４とが設けられている。エネルギ貯蔵モジュール１２は、第１のエネルギ貯蔵セル９．１…９．４の正端子２．１，２．２，２．３，２．４が第２のエネルギ貯蔵セル９．１…９．４の負端子１．１，１．２，１．３，１．４に結合されるように、連なって結合される。連なりの内の少なくとも最初のエネルギ貯蔵モジュール１２．１の負極端子１．１および最後のエネルギ貯蔵モジュール１２の正極端子２．４は、外部からアクセス可能である。

本発明の実施形態によれば、再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、共通接続部（わずか１本の配線）が正のセル端子２．１，２．２，２．３，２．４とそれ自身のモジュール１２の入力Ｐ＋および隣接のモジュールの入力Ｐ−との間にある状態で、直列に連結され、負のセル端子１．１，１．２，１．３，１．４は、それ自身のモジュール１２の入力Ｐ−および異なる隣接するモジュールの入力Ｐ＋に接続される。

監視および制御ユニット１５は、関連付けられるエネルギ貯蔵モジュール１２の瞬間的な電気的パラメータ、たとえばＰ＋とＰ−との間の電圧を測定するように適合されている。これを得るために、監視および制御ユニット１５は、適切な測定回路を設けられる。本発明の一実施形態では、この測定回路は、平衡および監視ユニット１５内のアナログ／デジタル変換器のアナログ入力とすることができる。

本発明の実施形態による各モジュール１２はさらに、入力信号を受信するための入力端子Ｖを含む。この入力端子は、スイッチＳＷを介して、モジュール１２の入力Ｐ＋、Ｐ−の一方の入力Ｐ＋に電気的に接続される。入力信号Ｖは、ＡＣ信号生成器１４から受信される。スイッチＳＷの作動は、監視および制御ユニット１５によって制御することができる。本発明のこの実施形態によれば、測定回路は測定された値、たとえば電圧をデジタル化し、保存してもよい。スイッチＳＷが閉じているときおよび開いているときに測定されたパラメータ値、たとえば電圧は、接続が良好であれば差はない。この比較によって差が識別された場合は、不十分な接続、不良接続または誤接続があることを示す。

スイッチＳＷは能動スイッチとすることができる。能動スイッチの例は、Ｔ ＩＡＣまたはバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタとすることができる。

監視および制御回路１５は、スイッチＳＷ（ＳＷ．１…．ＳＷ．４）を制御する機能を有する。スイッチＳＷを使用すると、各監視および制御回路（１５．１…１５．４）およびモジュール１２．１…１２．４たとえば接続３．１−，３．１＋，３．２−，３．２＋，…）または３．１，３．（１…２），３．（２…３）…））およびセルとの良好な接続をチェックするだけでなく、セル（９．１；２．１；１．２；２．２…）間の接続もチェックすることが可能になる。

本発明の実施形態のすべてまたはいずれかにおいて、スイッチＳＷは、制御可能なスイッチとすることができ、すなわち、ＴＩＡＣまたはバイポーラトランジスタもしくはＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタなどの電子的に制御可能なスイッチとすることができる。これらのスイッチの閉時間は、たとえば、ユーザーによって設定可能である。

本発明の実施形態によれば、すべてのモジュール１２をＡＣ信号生成器１４に結合することができる。このＡＣ信号生成器１４は、システムを設けられることができ、または別個に購入されることができる。このＡＣ信号生成器１４は、ブロック波生成器、正弦波信号源、鋸歯生成器、または任意の他のタイプのＡＣ信号生成器とすることができる。ＡＣ信号生成器１４が高周波信号生成器であると有利であり、なぜなら、それにより部品サイズが小さくなるからである。正弦波信号生成器は、より効率的であり、ピーク電流がより低く、したがって発熱が低く、スイッチング損失を実質的に生じない。しかし、ブロック波生成器は、正弦波信号生成器よりも実装が容易である。ＡＣ信号生成器１４は、外部ソース（図示せず）、たとえば充電器から電力を供給されることができる。ＡＣ信号生成器１４は、メインコントローラ２０によって制御することができる。すべてのモジュール１２に対して単一のＡＣ信号生成器１４を有することは有利である。スイッチＳＷとセルの正極との間に、フィルタ素子Ｆ．１…．Ｆ．４、たとえばインダクタを配置できる。

本発明の別の実施形態による再充電可能なエネルギ貯蔵システム１０が図３に概略的に示されている。図３において、再充電可能なエネルギ貯蔵モジュール１２は、共通接続部（わずか１本の配線）が正のセル端子２．１，２．２，２．３，２．４とそれ自身のモジュール１２の入力Ｐ＋および隣接のモジュールの入力Ｐ−との間にある状態で、直列に連結され、負のセル端子１．１，１．２，１．３，１．４は、それ自身のモジュール１２の入力Ｐ−および異なる隣接するモジュールの入力Ｐ＋に接続される。

監視および制御ユニット１５は、関連付けられるエネルギ貯蔵モジュール１２の瞬間的な電気的パラメータ、たとえばＰ＋とＰ−との間の電圧を測定するように適合されている。これを得るために、均衡および監視ユニット１５は適切な測定回路を設けられる。本発明の一実施形態では、この測定回路は、アナログ−デジタル変換器、たとえば監視および制御ユニット１５内に存在するローカルマイクロコントローラ１８のアナログ入力とすることができる。

本発明のこの実施形態による監視および制御ユニット１５はさらに、入力信号を受信するための入力端子Ｖを含む。この入力端子は、スイッチＳＷを介して、モジュール１２の入力Ｐ＋、Ｐ−の一方の入力Ｐ＋に電気的に接続される。入力信号Ｖは、ＡＣ信号生成器１４から受信される。スイッチＳＷの作動は、ローカルコントローラ１８によって制御することができる。

スイッチＳＷは、好ましくは制御可能なスイッチである。制御可能なスイッチの例は、ＴＩＡＣまたはバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタとすることができる。これらのスイッチの閉時間は、たとえば、ユーザーによって設定可能である。

本発明のこの実施形態によれば、すべてのモジュール１２をＡＣ信号生成器１４に結合することができる。このＡＣ信号生成器１４は、ブロック波生成器、正弦波信号源、鋸歯生成器、または任意の他のタイプのＡＣ信号生成器とすることができる。ＡＣ信号生成器１４が高周波信号生成器であると有利であり、なぜなら、それにより部品サイズが小さくなるからである。正弦波信号生成器は、より効率的であり、ピーク電流がより低く、したがって発熱が低く、スイッチング損失を実質的に生じない。しかし、ブロック波生成器は、正弦波信号生成器よりも実装が容易である。ＡＣ信号生成器１４は、外部ソース（図示せず）、たとえば充電器から電力を供給されることができる。ＡＣ信号生成器１４は、メインコントローラ２０によって制御することができる。すべてのモジュール１２に対して単一のＡＣ信号生成器１４を有することは有利である。

本発明のこの実施形態によれば、各モジュール１２は、キャパシタ１９によってＡＣ信号生成器１４に結合される。キャパシタ１９によって提供される容量結合は、同相電圧を阻止するために使用される。これは、モジュール１２が、異なる、変動する電位レベルにあるため、必要とされる。

本発明のこの実施形態によれば、測定回路は測定された値、たとえば電圧をデジタル化し、それらの値をローカルコントローラ１８に送信してもよい。スイッチＳＷが閉じているときおよび開いているときに測定されたパラメータ値、たとえば電圧。この比較によって差が識別された場合は、不十分な接続、不良接続または誤接続があることを示す。

本発明のすべての実施形態は、不連続性を検出すること、すなわち、スイッチＳＷを開閉しセル電圧を測定することによって接続性チェックを実行することができる。

たとえば、すべての実施形態において、すべての接続が良好である場合、すなわち不良接続がない場合：
・すべての監視および制御回路はスイッチＳＷが開いている状態でセル電圧を測定し、
・接続チェックのために、監視および制御回路１５は短時間の間スイッチＳＷを閉じる。スイッチＳＷは制御可能であるので、スイッチ活性化時間は制御可能である。有利なことに、スイッチ活性化時間はあまり長くない。ウルトラキャパシタのような再充電可能なエネルギ貯蔵セルを含むモニタセルまたは１つ以上のバッテリセルの容量は非常に大きいので、スイッチＳＷが閉じられている、測定が行われるのに必要な時間の間、開いたスイッチでの電圧測定と閉じたスイッチでの電圧測定との間に有意差は観察されない。スイッチＳＷを閉じる必要がある短い時間の間、バッテリまたはウルトラキャパシタなどの再充電可能なエネルギ貯蔵セルの充電は無視できる。したがって、制御可能なスイッチＳＷは、再充電可能なエネルギ貯蔵セルがかなりの量に充電されるような時間の間、すなわち検出可能な電圧変化のために、オンのままにされる必要はない。典型的な値は、最大充電電流が２００ｍＡである状態でスイッチが４００μ秒間閉じられることであろう。そのような小さな充電エネルギは、再充電可能なエネルギ貯蔵セルのセル電圧に変化をもたらさないであろう。

・すべてのスイッチＳＷを同時に閉じることができる。
・すべての接続が損なわれていない場合、実際のセル電圧が測定され、スイッチＳＷが開いているときおよび接続チェックのためにＳＷが閉じられているときに監視回路を通じた電圧測定に変化はない。

本発明の実施形態の動作は、以下の実施例によって例示される。
例１．電子機器への接続が不良である場合。たとえば図４を参照されたい（共通配線３．（２．．３）。

・共通配線３．（２．．３）は不良接続を与える（「×」で示される）。
・接続チェックのため、すべてのスイッチＳＷが同時に閉じられる。前述したように、電圧Ｖはセル電圧よりも高くなければならない。

モジュール１２．２からの監視回路が電圧上昇を測定し、ＳＷが閉じられ、モジュール１２．２からのフィルタ回路ＦＣ．２が充電される。

監視および制御ユニット１５．３で測定された電圧は、ＳＷが閉じられた状態で、減少する。モジュール１２．３で測定される電圧＝セル９．２の電圧＋セル９．３の電圧（これはセル９．２およびセル９．３からのセル電圧によって形成される固定電圧である）−モジュール１２．２の監視および制御回路１５．２を介して測定された電圧。

この場合、ＳＷ開での電圧測定とＳＷ閉での電圧測定とには偏差が存在する。電圧測定の偏差は、不良接続の表示である。

例２．セルの負端子への不良接続：たとえばセル９．３、図５を参照
・すべてのＳＷが開いているとき：セル９．１セル９．２の電圧は、それらの監視および制御回路１５．１，１５．２．を介して正しく測定される。セル９．３の測定電圧はＬレベルであり、正しくない。セル９．３より上の電圧は、それらの監視および制御回路１５．４およびそれ以上を介して正確に測定される。

・接続チェックのため、すべてのスイッチＳＷが閉じられる。モジュール１２．３のフィルタ回路ＦＣ．３は電圧Ｖに充電される。監視および制御装置１５．３の測定電圧は電圧Ｖまで上昇している。ＳＷ開およびＳＷ閉での電圧測定値に偏差があり、この偏差は不良接続の表示である。

例３．セルの＋端子への不良接続：たとえばセル９．２、図６参照
・すべてのＳＷが開いているとき：セル９．１の電圧は、監視および制御回路１５．１を介して正しく測定される。セル９．２の測定電圧は、監視および制御ユニット１５．２によって測定される通りではＬレベルであり、正しくない。セル９．２より上の電圧は、それらの監視および制御回路１５．３および１５．４およびそれ以上を介して正確に測定される。

・接続チェックのため、すべてのスイッチＳＷが閉じられる。モジュール１２．２のフィルタ回路ＦＣ．２は電圧Ｖに充電され、モジュール１２．２の監視および制御ユニット１５．２での測定された電圧は電圧Ｖまで上昇している。ＳＷ開およびＳＷ閉での電圧測定値に偏差があり、この偏差は不良接続の表示である。

図７は、本発明の実施形態のいずれかで実行可能な接続性チェック１００のためのフローシートを示す。ステップ１０１において、モジュール１２のスイッチＳＷが開かれる。ステップ１０２において、結果を損なうであろうセルからの負荷があるか否かがチェックされる。ＹＥＳであれば、ステップ１０３においてモジュール１２によって電圧を測定して第１の測定値を得、続いて待機ステップ１０４が実行される。ステップ１０５において、同じモジュール１２のスイッチＳＷが閉じられる。ステップ１０６において、第２の測定値を与えるために電圧が再び測定される。ステップ１０７において、第１の測定値と第２の測定値との間に差があるかどうかが判定される。ＹＥＳの場合、不良接続があり、あるアクションが実行される。このアクションは、欠陥セル番号の報告またはアラームの活性化であり得る。ＮＯの場合、接続チェックが別のセルで再開される。ステップ１０８において、スイッチが開かれる。ステップ１０９において、接続性チェックは満足に完了する。

本発明は、再充電可能なエネルギ貯蔵システムに関し、
直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルと、
接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
少なくとも１つのフィルタ回路とを含み、
再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備える。

コントローラは、少なくとも、制御可能なスイッチを制御するために提供され、コントローラは、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ、または中央処理装置（ＣＰＵ）および／もしくはグラフィック処理装置（ＧＰＵ）などによって提供されるような処理能力を有し、ソフトウェア、すなわち１つ以上のコンピュータプログラムでプログラミングされることにより、それらのそれぞれの機能を実行するように適合させることができる。

そのようなコントローラは、メモリ（非一時的コンピュータ可読媒体、ＲＡＭおよび／またはＲＯＭなど）、オペレーティングシステム、オプションで固定フォーマットディスプレイなどのディスプレイ、キーボードなどのデータ入力デバイス、「マウス」などのポインタデバイス、他のデバイスと通信するためのシリアルもしくはパラレルポート、ネットワークのいずれかに接続するためのネットワークカードおよび接続を有してもよい。

ソフトウェアは、バッテリ、リチウムイオンキャパシタ、ウルトラキャパシタもしくはスーパーキャパシタのようなハイブリッド、燃料電池など、制御可能なスイッチと、再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の監視および制御回路との間の単一の共通接続部と伴う、再充電可能なエネルギ貯蔵装置の再構成方法を実行するように適合させることができる。

このソフトウェアは、ソフトウェアがコントローラにロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つ以上の処理エンジン上で実行されると、以下の機能を実行するように適合されたコンピュータプログラム製品で実施することができる：
１つのモジュールにおいてスイッチを開き、
モジュール内でセル電圧を測定して第１の測定値を与え、
スイッチを閉じ、
セル電圧を測定して第２の測定値を与え、
第１の測定値と第２の測定値との間に電圧差が存在するかどうかを判定する。差は、不良接続の表示である。

このソフトウェアは、ソフトウェアがコントローラにロードされ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの１つ以上の処理エンジン上で実行されると、以下の機能を実行するように適合されたコンピュータプログラム製品で実施することができる：
欠陥セル番号を格納するか、
欠陥セルの報告を生成するか、または
アラームを作動させる。

上記のソフトウェアのいずれも、ネットワークのサーバまたはノードのいずれかにおいて処理エンジン用にコンパイルされたコンピュータプログラム製品として実装されてもよい。コンピュータプログラム製品は、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ）、デジタル磁気テープ、磁気ディスク、ＵＳＢフラッシュメモリなどのソリッドステートメモリ、ＲＯＭなどの非一時的信号記憶媒体に格納することができる。

Claims (22)

1. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムであって、
   直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
   個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルに接続するための接続部と、
   接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
   セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
   フィルタ回路とを含み、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
   再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムのすべての接続が損なわれていない場合、前記スイッチが開いているときと前記スイッチが閉じているときとで前記監視および制御回路を介する電圧測定値に変化がないように適合されており、前記スイッチの開閉時に前記監視および制御回路によって測定された電圧測定値における偏差は不良接続の表示であり、不良接続の場合には前記スイッチは閉じられ前記フィルタ回路が充電され、
   前記セルモジュールのすべての前記スイッチが同時に閉じられ、前記セルモジュールのすべての前記監視および制御回路が、前記スイッチが開いた状態で、セル電圧を測定する、再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
2. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムであって、
   直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
   個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルに接続するための接続部と、
   接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
   セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
   フィルタ回路とを含み、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
   再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムのすべての接続が損なわれていない場合、前記スイッチが開いているときと前記スイッチが閉じているときとで前記監視および制御回路を介する電圧測定値に変化がないように適合されており、前記スイッチの開閉時に前記監視および制御回路によって測定された電圧測定値における偏差は不良接続の表示であり、不良接続の場合には前記スイッチは閉じられ前記フィルタ回路が充電され、
   前記不良接続は、前記単一の共通接続部における不良接続とセルの端子における不良接続とから選択される、再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
3. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムであって、
   直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
   個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルに接続するための接続部と、
   接続チェックに使用するための制御可能なスイッチと、
   セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
   フィルタ回路とを含み、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
   再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、
   前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムのすべての接続が損なわれていない場合、前記スイッチが開いているときと前記スイッチが閉じているときとで前記監視および制御回路を介する電圧測定値に変化がないように適合されており、前記スイッチの開閉時に前記監視および制御回路によって測定された電圧測定値における偏差は不良接続の表示であり、不良接続の場合には前記スイッチは閉じられ前記フィルタ回路が充電され、
   電源をさらに備え、前記電源は、各モジュールの入力および前記スイッチに接続され、
   前記制御可能なスイッチは、前記電源から、前記スイッチが配置されている前記モジュールに関連付けられる前記セルに、電荷を転送するためのものである、再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
4. 前記電源と各モジュールの前記入力およびそのスイッチとの間にガルバーニ絶縁をさらに備える、請求項３に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
5. 前記制御可能なスイッチは、モジュールがいつ均衡を取られることになるかを制御するためのものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
6. 前記単一の共通接続部は、再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と、異なるモジュール内の２つの監視および制御回路の２つのアナログ入力との間に接続される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
7. 前記スイッチとモジュールのアナログ入力との間に接続されるフィルタをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
8. 前記フィルタは、前記スイッチと、前記スイッチが位置する前記モジュールへのアナログ入力との間に接続されたインダクタである、請求項７に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
9. 電圧偏差が不良接続を示す大きさを有するか否かを評価するように構成された、請求項１〜８のいずれか１項に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
10. 前記制御可能なスイッチの閉時間が設定される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の再充電可能なエネルギ貯蔵システム。
11. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行する方法であって、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
    個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルへの接続部と、
    接続チェックに使用するためのスイッチと、
    セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
    フィルタ回路とを含み、
    前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
    再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、前記方法では、各モジュールに関して、
    前記スイッチが１つのモジュールにおいて開かれ、
    前記モジュール内でセル電圧を測定して第１の測定値を与え、
    前記スイッチを閉じ、前記スイッチが閉じられると、不良接続が検出される場合には、前記フィルタ回路が充電され、
    セル電圧を測定して第２の測定値を与え、
    前記第１の測定値と前記第２の測定値との間に電圧差が存在するかどうかを判定する、再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行し、
    前記セルモジュールのすべての前記スイッチが同時に閉じられ、前記セルモジュールのすべての前記監視および制御回路が、前記スイッチが開いた状態で、セル電圧を測定する、方法。
12. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行する方法であって、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
    個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルへの接続部と、
    接続チェックに使用するためのスイッチと、
    セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
    フィルタ回路とを含み、
    前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
    再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、前記方法では、各モジュールに関して、
    前記スイッチが１つのモジュールにおいて開かれ、
    前記モジュール内でセル電圧を測定して第１の測定値を与え、
    前記スイッチを閉じ、前記スイッチが閉じられると、不良接続が検出される場合には、前記フィルタ回路が充電され、
    セル電圧を測定して第２の測定値を与え、
    前記第１の測定値と前記第２の測定値との間に電圧差が存在するかどうかを判定する、再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行し、
    前記不良接続は、前記単一の共通接続部における不良接続とセルの端子における不良接続とから選択される、方法。
13. 再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行する方法であって、前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムは、直列状態の一連の再充電可能なエネルギ貯蔵セルモジュールを備え、各セルモジュールは、
    個々の再充電可能なエネルギ貯蔵セルまたは複数の再充電可能なエネルギ貯蔵セルへの接続部と、
    接続チェックに使用するためのスイッチと、
    セルモジュール電圧を測定することに対して適合された監視および制御回路と、
    フィルタ回路とを含み、
    前記再充電可能なエネルギ貯蔵システムはさらに、
    再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と各モジュール内の前記監視および制御回路との間の単一の共通接続部を備え、前記方法では、各モジュールに関して、
    前記スイッチが１つのモジュールにおいて開かれ、
    前記モジュール内でセル電圧を測定して第１の測定値を与え、
    前記スイッチを閉じ、前記スイッチが閉じられると、不良接続が検出される場合には、前記フィルタ回路が充電され、
    セル電圧を測定して第２の測定値を与え、
    前記第１の測定値と前記第２の測定値との間に電圧差が存在するかどうかを判定する、再充電可能なエネルギ貯蔵システムにおいて接続性チェックを実行し、
    電源を各モジュールの入力およびそのスイッチに接続することをさらに備え、
    前記スイッチは、前記電源から、前記スイッチが配置されている前記モジュールに関連付けられる前記セルに、電荷を転送するためのものである、方法。
14. 前記電源と各モジュールの前記入力およびそのスイッチとの間にガルバーニ絶縁を設けることをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
15. 差は不良接続を示し、あるアクションが実行される、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記アクションは、欠陥セル番号の報告またはアラームの活性化である、請求項１５に記載の方法。
17. モジュールがいつ均衡を取られることになるかを制御するために前記スイッチを動作させることをさらに備える、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 再充電可能なエネルギ貯蔵セルの端子と異なるモジュール内の２つの監視および制御回路の２つのアナログ入力との間に前記単一の共通接続部を接続することをさらに備える、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記スイッチとモジュールのアナログ入力との間にフィルタを接続することをさらに備える、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記スイッチと前記スイッチが位置する前記モジュールへのアナログ入力との間に接続されたインダクタを接続することによって、前記フィルタを設けることをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
21. 処理エンジン上で実行されると、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の方法を実行する、ソフトウェアコードセグメントを備えるコンピュータプログラム製品。
22. 請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品を格納する不揮発性信号記憶装置。

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