(57)【要約】【課題】  バッテリを監視し、制御するバッテリ監視制御システムおよび方法を提供する。【解決手段】  複数のバッテリモニタモジュール、および関連付けられた、システムコントローラとシリアル通信するＩＣバッテリモニタチップを含むバッテリ監視制御システム内に、第１のシリアルバスに加えて、冗長で、独立した対称的な第２のシリアルバスが設けられる。加えて、第１または第２のシリアルバスのうちの１つにおける有効な通信のインタフェースの何れの２つのシリアル通信ピンも、直接隣接せず、これによって、直列のバッテリモニタモジュールの１つのピンが動作不能になった場合でも、連続的なバッテリ駆動が可能になる。さらに、第１または第２のシリアルバスの一方に導通不良や短絡が生じても、バッテリシステムは動作可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電子装置に有効に接続された少なくとも１つのバッテリセルと、
少なくとも１つのバッテリセルにそれぞれ関連し、第１の通信インタフェース、および冗長な第２の通信インタフェースを有する少なくとも１つのバッテリモニタモジュールと、
各バッテリモニタモジュールと有効に、信号的に通信し、少なくとも１つのバッテリチップを監視してデータを収集し、少なくとも１つのバッテリセルの充電バランスを制御する命令を実行するように構成されたシステムコントローラと、
少なくとも１つのバッテリモニタモジュールをシステムコントローラに独立して電気的に結合するように構成された第１および第２の通信リンクと、
を備えたバッテリ監視制御システム。
【請求項２】
上記バッテリセルは、１つ以上のリチウムイオン電池、燃料電池、または電気化学セルから形成されるバッテリパックを含む、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項３】
さらに、少なくとも１つのバッテリモニタモジュールに関連する少なくとも１つのバッテリモニタチップを含む、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項４】
それぞれ対応する複数のバッテリセルの１つに関連する複数のバッテリモニタモジュールを含み、
上記複数のバッテリモニタモジュールのそれぞれは、互いに、およびシステムコントローラに、電気的に直列のデイジーチェーンに接続された、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項５】
複数のバッテリモニタモジュールのそれぞれは、複数のバッテリモニタモジュールのそれぞれの間の電位を整合させ、複数のバッテリモニタモジュールのそれぞれにわたる電位を安定化させる、請求項４のバッテリ監視制御システム。
【請求項６】
上記電子装置が、エレクトリック、ハイブリッド、ハイブリッドエレクトリック、または燃料電池車両中の少なくとも１つの電子コンポーネントを含む、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項７】
さらに、上記第１の通信リンクを定義するシリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）シリアル通信リンクと、
少なくとも１つのバッテリモニタモジュールに関連する上記第１の通信インタフェースを定義するＳＰＩと、
を備えた、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項８】
さらに、ＳＰＩに関連する少なくとも４つの第１のインタフェースノードを備え、上記第１のインタフェースノードは、シリアルデータ出力（ＳＤＯ）ノード、シリアルデータ入力（ＳＤＩ）ノード、シリアルクロック（ＳＣＬＫ）ノード、およびチップセレクト（ＣＳ）ノードを含む、請求項７のバッテリ監視制御システム。
【請求項９】
さらに、
上記第２の通信リンクを定義するＵＡＲＴシリアル通信リンクと、
少なくとも１つのバッテリモニタモジュールと関連する少なくとも１つのバッテリモニタチップと関連する上記第２の通信インタフェースを定義するＵＡＲＴインタフェースと、
を備えた、請求項８のバッテリ監視制御システム。
【請求項１０】
さらに、上記ＵＡＲＴインタフェースに関連する少なくとも２つの第２のインタフェースノードを備え、
上記第２のインタフェースノードは、少なくとも１つの送信（ＴＸ）ノード、および少なくとも１つの受信（ＲＸ）ノードを含み、
上記４つの第１のインタフェースノードが２つの第２のインタフェースノードの何れとも隣接しない、請求項９のバッテリ監視制御システム。
【請求項１１】
上記少なくとも１つの送信ノードインタフェースが、
シリアルデイジーチェーン中の、次のより高い電位のバッテリモニタチップに関連する受信ノード（ＲＸＬｎ）に結合されるように適合された高電位側送信ピン（ＴＸＨｎ−１）と、
手前のより低い電位のバッテリモニタチップに関連した受信ノード（ＲＸＨｎ−１）に結合されるように適合された次のより高い電位のバッテリモニタチップに関連する低電位側送信ピン（ＴＸＬｎ）と、
を備えた、請求項１０のバッテリ監視制御システム。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの受信ノードが、
次のより高電位のバッテリモニタチップに関連する送信ノードインタフェース（ＴＸＬｎ）に結合されるように適合された高電位側受信ピン（ＲＸＨｎ−１）と、
手前のより低電位のバッテリモニタチップに関連した送信ノードインタフェース（ＴＸＨｎ−１）に結合されるように適合された次のより高い電位のバッテリモニタチップに関連する低電位側受信ピン（ＲＸＬｎ）と、
を備えた、請求項１０のバッテリ監視制御システム。
【請求項１３】
上記ＵＡＲＴインタフェース、および上記ＵＡＲＴシリアル通信リンクは、各バッテリモニタモジュールおよびシステムコントローラとの間で冗長で対称的な通信を提供するように構成された、請求項１０のバッテリ監視制御システム。
【請求項１４】
さらに、
シリアルデータ出力（ＳＤＯ）ノード、シリアルデータ入力（ＳＤＩ）ノード、シリアルクロック（ＳＣＬＫ）ノード、およびチップセレクト（ＣＳ）ノードを含み、
シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）に関連する複数のＳＰＩ第１インタフェースノードと、
少なくとも１つのＳＤＯ、ＳＤＩ、ＳＣＬＫ、ＣＳノードと、
少なくとも１つの送信インタフェースノード、および少なくとも１つの受信インタフェースノードを含む複数のＵＡＲＴ第２インタフェースノードと、
を備えた、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項１５】
上記４つのＳＰＩ第１インタフェースノードは、上記２つのＵＡＲＴ第２インタフェースノードに隣接しない、請求項１４のバッテリ監視制御システム。
【請求項１６】
上記第２の通信インタフェースは、チップ上のレジスタへのアクセス、変換の開始、および関連するバッテリモニタチップのデータの読み出しの動作を含む第１の通信インタフェースによって実行される、対称的、および冗長な動作をするように構成された、請求項１のバッテリ監視制御システム。
【請求項１７】
電子装置、およびバッテリセルを含み、電力を上記電子装置に供給するよう動作し、システムコントローラおよび複数の関連するバッテリモニタモジュールと有効に電気的に通信するバッテリ監視制御システムのためのバッテリ監視方法であって、
システムの機能を決定するためのシステムのセルフテストを実行し、
第１のシリアル通信リンクの機能を決定し、
冗長な第２のシリアル通信リンクの機能を決定し、
第１または第２のシリアル通信リンクから、１つ以上のバッテリモニタモジュールおよびシステムコントローラとの間で通信するための通信リンクを選択し、
システムの機能が縮小される場合にユーザに通知し、および
システムの機能が縮小される場合に、制限された動作戦略（ＬＯＳ）を実施する、バッテリ監視制御方法。
【請求項１８】
さらに、
第１のシリアルコミュニケーションリンクが縮小された機能で動作するか、第２のシリアルコミュニケーションリンクが縮小された機能で動作するか、第１のシリアル通信リンクまたは第２のシリアル通信リンクを使用するか、を決定するためのシステムコントローラを用い、および
システムの機能が縮小される場合に、車両のユーザにシステムの機能が縮小されることを通知するように適合されたユーザへの通知システムを起動する、請求項１７のバッテリ監視制御方法。
【請求項１９】
さらに、システムの機能が縮小される場合に、動作する適切なＬＯＳを選択するためのシステムコントローラを用いることを含む、請求項１７のバッテリ監視制御方法。
【請求項２０】
さらに、
システムコントローラが１つ以上のバッテリモニタモジュールとの通信における開始、送信、受信、または終了をするように動作して、複数のバッテリモニタモジュールおよびシステムコントローラの間で通信し、
システムコントローラが各対応するバッテリセルから電子装置に電力を供給するための動作をして、車両電力システムを動作させる
ことを含む、請求項１７のバッテリ監視制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、バッテリを監視し制御するシステム、および複数のバッテリ間のリンクの提供、特に、バッテリ間の冗長なリンクを監視する方法、および結合される集積回路（ＩＣ）バッテリモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車またはハイブリッド自動車に用いられる、バッテリのためのバッテリ電子機器は、バッテリの出力を監視し管理するのと同様に、バッテリ間の接続の管理について、いくつかのチャレンジを提示する。既存のＩＣバッテリモニタチップアーキテクチャは、バッテリモニタチップからシステムコントローラまでのシリアルまたはパラレルの通信リンクを含む。上記システムコントローラは、個々のバッテリの充電バランスも制御するとともに、システム中の全てのバッテリモニタチップを調整し、これらからデータを収集する。
【０００３】
電気自動車またはハイブリッド自動車は、典型的に複数のバッテリを含むので、これらの個々のバッテリは、結合されたバッテリモニタチップによってそれぞれ管理される。複数のバッテリが単一の大きなバッテリとして機能するために、それぞれの対応するバッテリモニタチップはシステムコントローラと信号的に通信する。
【０００４】
最近の多くのバッテリモニタＩＣは、バッテリモニタチップを互いに接続する「連続デイジーチェーン」方式をサポートする。これによって、システムコントローラと各バッテリモニタチップとの間のシリアルの分離の付随するコストおよび複雑さを回避する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、「連続デイジーチェーン」を用いることによって形成されるバッテリシステム中の回路では、もし、「連続デイジーチェーン」中の複数のバッテリモニタチップのそれぞれの対応するバッテリモニタチップ間のシリアルリンクに含まれる電気的接続のいずれかに導通不良または隣接ノードとの短絡が生じると、連続チェーン上の各バッテリモニタチップについて、シリアル通信が失敗する。
【０００６】
複数のバッテリモニタチップの各バッテリモニタチップ間の冗長な通信リンクがなければ、各バッテリモニタチップ間のシリアルリンクの不良は、バッテリシステム全体をシャットダウンさせることになり得る。
【０００７】
既存の装置がそれらの所与の目的を果たすとともに、対称形で冗長なシリアルリンクの形成によってもたらされる、連続デイジーチェーンリンク中の単一ポイント不良モードに対する低コストで強力な解決が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
バッテリ監視制御システムは、少なくとも１つの電子装置に有効に接続された少なくとも１つのバッテリセルと、少なくとも１つのバッテリセルのそれぞれに連結され、第１の通信インタフェース、および冗長な第２の通信インタフェースを有する少なくとも１つのバッテリモニタモジュールと、それぞれのバッテリモニタモジュールと有効に信号的に通信し、少なくとも１つのバッテリチップを監視してデータを収集し、少なくとも１つのバッテリセルの充電バランスを制御する指令を実行するように構成されたシステムコントローラと、少なくとも１つのバッテリモニタモジュールをシステムコントローラに電気的に独立して結合するように構成された第１および第２の通信リンクとを有している。
【０００９】
バッテリ監視制御システムの監視制御方法は、システムの機能を決定するためのシステムセルフテストを実行し、第１のシリアル通信リンクの機能を決定し、冗長な第２のシリアル通信リンクの機能を決定し、１つ以上のバッテリモニタモジュールとシステムコントローラとの間の通信のために、第１または第２の通信リンクの１つの通信リンクを選択し、システムの機能が縮小される場合にユーザに通知し、システムの機能が縮小される場合に、制限運転戦略（ＬＯＳ）を実施することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】複数のバッテリモニタチップを接続する従来のシステムを例示するブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る、システムコントローラおよび相互間のシリアル通信のための複数のバッテリモニタモジュールおよびチップを含むバッテリ監視制御システムを例示するブロック図である。
【図３】本発明の一実施例に係る、対応する第１および第２のバッテリ通信リンクにそれぞれ接続される第１および第２の通信インタフェースをそれぞれ有する２つのバッテリモニタチップの詳細を示すブロック図である。
【図４】バッテリ監視制御システムを使用する方法を例示するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例に係る、シリアル周辺インタフェイス（ＳＰＩ）の機能を決定する方法を例示するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例に従う汎用非同期レシーバ／トランスミッタ（ＵＡＲＴ）の機能を決定する方法を例示するフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例に係る、通信リンクを選択する方法を例示するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施例に係る、システムの機能が縮小される場合にユーザに通知する方法を例示するフローチャートである。
【図９】本発明の一実施例に係る、制限運転戦略（ＬＯＳ）を実施する方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に開示する本発明を用いたバッテリ監視制御システムおよび方法は、公知技術である、第１の通信インタフェースをバックアップするために設けられる特殊な目的のハードウェアピンと比べて、より強力な通信インタフェースを提供する。上記システムおよび方法は、第１のシリアルバスに加えて、冗長かつ独立した対称的な第２のシリアルバスを提供する。しかも、連結された第１または第２のシリアルバスの一方との有効な通信のインタフェースからの２つのシリアル通信ピンは直接隣接せず、したがって、一連のバッテリモニタモジュール中の単一のピンが動作不良になったときに連続的なバッテリの運用が可能になる。さらに、バッテリシステムは、第１または第２のシリアルバスの一方だけに導通不良または短絡が生じた場合には、動作状態が保たれる。
【００１２】
以下、図面、特に図１を参照する。図１は、電気的および信号的に接続された複数のバッテリモニタチップおよびシステムコントローラが設けられた従来技術のシステムを例示する。図１から解るように、単一のシリアル接続だけが各対応するバッテリとシステムコントローラとの間の通信を維持する。シリアルリンクのいずれかのコンポーネントにおける不適合なイベントは、図１に示すシステムを有する車両の動作停止を引き起こし得る。
【００１３】
図２は、本発明の一実施例に係るバッテリモニタシステム１０のブロック図を例示する。通常、システム１０は、少なくとも１つの電子装置１２と、少なくとも１つの電子装置４０に電気的に有効に導通され、少なくとも１つの電子装置４０に電力を供給する複数のバッテリセル１４またはバッテリ１６と、それぞれ、複数のバッテリセル１４またはバッテリ１６のうちの対応する１つに連結された少なくとも１つ以上のバッテリモニタモジュール４２と、各バッテリモニタモジュール４２と有効に信号的に通信するシステムコントローラ１８と、第１のバッテリ通信リンク２０と、対称的かつ冗長であり、第１のバッテリ通信リンク２０と独立に構成された第２のバッテリ通信リンク２２とを備えている。上記各第１および第２のバッテリ通信リンク２０，２２は、それぞれ、各バッテリモニタモジュール４２、およびシステムコントローラ１８と有効にシリアル信号通信する。
【００１４】
本発明の一実施例において、１つ以上のバッテリまたはバッテリパック１６に付随する各対応するバッテリセル１４は、リチウムイオンバッテリセル、燃料電池、または電気化学セルであってもよい。互いに電気化学的コミュニケーションの複数のバッテリセル１４は、以下、バッテリパック１６と総称され得る。
【００１５】
本発明の一実施例において、電子装置４０は、バッテリセル１４またはバッテリパック１６によって電力を供給されるいかなる電気的コンポーネントまたは装置であってもよい。電子装置４０は、電気車両またはハイブリッド車両に結合されていてもよい。車両は、限定されないが、自動車、軽トラック、大型トラック、オートバイ、または他のいかなる車両も、乗客、貨物またはこれらのいかなる組み合わせも運搬するように設計され、意図されようと、含み得る。加えて、車両は、エレクトリック、ハイブリッド、ハイブリッドエレクトリック、または燃料電池車両であってもよい。本発明は、しかしながら、本発明の範囲から逸脱することのない範囲で、内燃機関によって駆動される自動車、シリーズ方式のハイブリッド電気自動車（ＳＨＥＶ：series hybrid electric vehicles）、パラレル方式のハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ：parallel hybrid electric vehicles）、燃料電池自動車、および電気自動車を含むいかなるハイブリッドまたは非ハイブリッドのシステムにも用いられ得る。
【００１６】
本発明の一実施例において、それぞれの対応するバッテリモニタモジュール４２は、バッテリパラメータおよび状態を監視し、他のモジュールと通信するために協同するハードウェアまたはソフトウェアのいかなる組合せも含むことができる。
【００１７】
本発明の他の一実施例において、それぞれの対応するバッテリモニタモジュール４２は、バッテリ診断モジュール２６を含んでいてもよい。このバッテリ診断モジュールは、限定されないが、充電状態（ＳＯＣ：state-of-charge）、開放電圧（ＯＣＶ：open circuit voltage）、および流れる電流を含み得るバッテリパラメータを決定するよう動作する。
【００１８】
各々の第１および第２のバッテリ通信リンク２０，２２は、システムコントローラ１８と、複数のバッテリモニタモジュール４２との間に含まれる。本発明の一実施例では、各バッテリモニタモジュール４２は、さらに、所望のバッテリセルパラメータを検出するセンサ３０、内蔵された電源３２と、その中でバッテリセル端子３７ａ，３７ｂ間の電圧が入力される電圧レギュレータ３４と、および通信リンクのうちの１つによって受信され、または送信されるデータを処理する集積プロセッサ３８を含む。上記内蔵された電源３２は、センサ３０に電力を供給するように構成されていてもよい。
【００１９】
本発明の一実施例において、それぞれの対応するバッテリモニタモジュール４２は、１つ以上のシリアルインタフェースを介してシステムコントローラ１８と通信するシリアルコントローラを、ＩＣのバッテリモニタチップ２４の形で含んでもよい。
【００２０】
図２に示すように、作動中に、複数のバッテリモニタチップ２４は、順次直列に接続されている。図２においては、例示的なバッテリモニタチップ２４ｎが図示され、ｎ個のバッテリモニタチップ（ｎは正の整数）が互いに直列に接続されている。各バッテリモニタチップ２４は、少なくとも１つのバッテリセル１４またはバッテリパック１６と電気的および信号的に接続されている。
【００２１】
それぞれの対応するバッテリモニタチップ２４は、隣接するバッテリモニタチップ２４、およびシステムコントローラ１８とともに、関連するバッテリのために、関連するバッテリ診断モジュール２６と信号的および電気的に通信し得る。
【００２２】
本発明の一実施例において、少なくとも１つのバッテリモニタモジュール４２は、ｎ個までの複数のバッテリモニタモジュールを含むことができる（ｎは正の整数）。各バッテリモニタモジュール４２は、関連するバッテリモニタチップ２４を備えている。各バッテリモニタチップ２４は、バッテリパック１６に含まれる対応するバッテリセル１４の端子３７ａ，３７ｂに接続された１対の入力リード線３６ａ，３６ｂを備えている。
【００２３】
本発明の一実施例において、各バッテリモニタチップ２４は、それぞれ少なくとも１つの第１および第２の通信インタフェース４４，４６を含む。ここでは、上記少なくとも１つの第１の通信インタフェース４４は、シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）と呼び、上記少なくとも１つの第２の通信インタフェース４６は、汎用非同期レシーバ／トランシーバ（ＵＡＲＴ：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）インタフェースと呼ぶ。
【００２４】
それぞれ対応するバッテリモニタチップ２４に結合されたＳＰＩ、およびＵＡＲＴインタフェース４４，４６は、それぞれ対応して、かつ独立にＳＰＩ通信リンク２０、およびＵＡＲＴ通信リンク２２に接続される。
【００２５】
各々のＳＰＩおよびＵＡＲＴインタフェース４４，４６は、各対応するバッテリモニタチップ２４がシステムコントローラ１８と電気的および信号的に接続されるように設けられるのと同様に、各対応するバッテリモニタチップ２４間の電気的および信号的接続の提供に適合される。
【００２６】
各バッテリセル１４またはバッテリパック１６からの出力は、第１または第２のバッテリ通信リンク２０，２２を介した、あるビット数から成るバイトの送信を含むディジタル、シリアル通信を可能にする接続によって、それぞれのバッテリモニタチップ２４、および、さらにシステムコントローラ１８に接続されている。
【００２７】
各バッテリモニタチップ２４は、１つ以上のシリアルインターフェースからバッテリモニタチップに入力または出力を供給するのに適合する複数のピンを含み、バッテリモニタモジュール４２に含まれる集積プロセッサ３８によって演算が行われる。
【００２８】
図２および図３に示される本発明の一実施例において、それぞれの対応するバッテリモニタチップ２４は、協働してＳＰＩ４４を形成する複数のピン、および協働してＵＡＲＴインタフェース４６を形成する複数のピンを含む。
【００２９】
各バッテリモニタチップ２４は、図３に詳細に示すように、互いにデイジーチェーン接続される。チェーン中のより高い電位のチップに接続される、低い方の電位のバッテリモニタチップのピンは、末尾に「Ｈ」を付している。より低い電位のバッテリモニタチップと通信する、高い方の電位のチップのピンには、末尾に「Ｌ」を付している。末尾に「Ｌ」が付された各ピンは、チェーン中で手前の低い電位のチップの「Ｈ」が付されたピンに接続される。
【００３０】
図３は、ピン、およびチップチップ２４ｎ−１とチップ２４ｎとの結合の詳細図である。図３に示すように、第１および第２のバッテリモニタチップ２４ｎ−１，２４ｎを含む本発明の一実施例において、第１のバッテリモニタチップ２４ｎ−１における「Ｈｎ−１」が付された各ピンは、第２のバッテリモニタチップ２４ｎにおける「Ｌｎ」が付された対応するピンと通信するように接続され得る。一方、第２のバッテリモニタチップ２４ｎにおける「Ｈｎ」が付されたピンは、次のより高い電位のチップ２４ｎ＋１（不図示）、またはシステムコントローラ１８（図２）と通信するように接続される。上記システムコントローラ１８は、ピン４８ａ，４８ｂ，４８ｃを有し（図２）、１つ以上のバッテリモニタチップ２４と通信するように適合される。
【００３１】
本発明の一実施例において、第１の通信リンク２０は、ＳＰＩシリアル通信リンク、またはＳＰＩバスである。ここでは、リンク、およびバスの用語は、１つ以上の電気または電子装置間のデータ通信経路を意味するものとして特に区別せずに用いられている。
【００３２】
本発明の一実施例において、各バッテリモニタチップ２４は、修正されたロープロフィールクヮッドフラットパッケージ（ＬＱＦＰ）の集積回路チップであってもよい。
【００３３】
本発明の一実施例において、いくつかの標準のＳＰＩのピンの名称は、次のように読み替え得る。すなわち、ＭＯＳＩ（master Out Slave in）は、ＳＤＯ（serial Data Out）；ＭＩＳＯ（Master In slave out）は、ＳＤＩ（Serial Data In）。しかし、ＣＳ（Chip Select）およびＳＣＬＫ（Serial Clock）を含むいくつかのピンの名称は、標準のＳＰＩバスの名称のままになっている。
【００３４】
各バッテリモニタチップ２４ｎ−１，２４ｎは、限定されないが、少なくとも４つのＳＰＩインタフェースリンクノード４４（チップ２４ｎ−１と結び付けられた４４ｎ−１、およびチップ２４ｎと結び付けられた４４ｎ）、すなわち、２つのＳＰＩシリアルクロックピンＳＣＬＫＨｎ，ＳＣＬＫＬｎ（ＳＣＬＫノード）と、少なくとも２つのシリアルデータ入力ピンＳＤＩＨｎ，ＳＤＩＬｎ（ＳＤＩノード）と、少なくとも２つのシリアルデータ出力ピンＳＤＯＨｎ，ＳＤＯＬｎ（ＳＤＯノード）と、少なくとも２つのチップセレクトピンＣＳＨｎ，ＣＳＬｎ（ＣＳノード）とを含むＳＰＩインタフェースを備えている。上記各ＳＰＩインタフェースとリンクノードに関連付けられたピン、すなわち、ＳＣＬＫノード、ＳＤＩノード、ＳＤＯノード、およびＣＳノードは、電気的、信号的にＳＰＩシリアル通信リンク２０に接続されている。ここで特定された各ＳＰＩインタフェースピンは、動作時には、バッテリ監視制御システム１０内に設けられているバッテリモニタチップの数、および各バッテリモニタチップの動作状態に応じては、ＳＰＩ通信リンク２０との間で通信可能であってもなくてもよい。当業者が認識するように、このようなピン構成は、１つ以上のバッテリセル１４に接続されたｎ個までの複数のバッテリモニタチップ２４およびシステムコントローラ１８間の双方向の通信が可能になり、使用可能なＳＰＩを提供する。
【００３５】
本発明の一実施例において、付加的な変換スタートピンＣＮＶＳＴが、データの変換を開始させるのに用いられる。ＣＮＶＳＴピンが、ノンコンフォーミングまたはノンオペレーショナルモードで作動している場合でも、変換は、冗長なシリアル通信リンクを介して、すなわち、ＵＡＲＴインタフェース４６、およびＵＡＲＴシリアル通信リンク２２を介して、バッテリモニタチップ２４のデイジーチェーンにより開始され得る。
【００３６】
図３に例示するバッテリモニタチップ２４ｎ−１，２４ｎは、また、ＵＡＲＴインタフェース４６を形成するように適合した複数のピンを含む。上記のように、ＵＡＲＴシリアル通信リンク２２は、ＳＰＩまたはＳＰＩ通信リンクがノンコンフォーミング事態の場合に、各バッテリモニタチップ２４およびシステムコントローラ１８間の冗長な通信経路として作用することが意図されている。各システム構成要素間の望ましいシリアル通信は、ＳＰＩに加えて、ＵＡＲＴインタフェースおよび／またはチップコンポーネントを用いることによって達成され得る。
【００３７】
図２および図３に示される本発明の一実施例において、バッテリ監視制御システム１０は、システムコントローラ１８と各バッテリモニタチップ２４との間、および各バッテリチップ２４との間でさまざまな双方向通信を実行するために、少なくとも１つのＵＡＲＴ通信リンク２２と協働するＵＡＲＴインタフェース４６を含む。データを送信するときに、ＵＡＲＴインタフェース４６は、ＳＰＩ４４よりも遅い速度（ボーレート）でデータを送信し得る。しかし、ＵＡＲＴインタフェース４６を使用してデータを送信する場合には、車両５０は制限された動作戦略（ＬＯＳ：limited operation strategy）状態に従って動作し得る。
【００３８】
システムコントローラ１８およびバッテリモニタチップ２４は、冗長なＵＡＲＴ通信リンク２２が通常の動作中に定期的にセルフテストを実行することによって、テストされるようにいくらか協調する。もし、第１の通信リンク２０は動作しないで、ＵＡＲＴ通信リンクは動作する場合、車両は、ＬＯＳ状態またはモードで作動し続けることができる。しかし、もし、ＵＡＲＴシリアル通信リンク２２も、第１の通信リンク２０も動作していない場合には、バッテリシステムはシャットダウンすることができる。
【００３９】
チップ上のレジスタへのアクセス、変換の開始、およびチップからのデータの読み出しなど、第１のシリアルインタフェース（ＳＰＩ）４４を介して実行される動作は、また、冗長なＵＡＲＴインタフェース４６によって対称的に実行される。コントローラおよびシリアル通信方法についての当業者は、それぞれ対応するバッテリモニタチップ２４上におけるＵＡＲＴシリアルインターフェース４６の使用方法、すなわち、標準的なＵＡＲＴシリアル通信のために、隣接するチップ２４間で送信（ＴＸ）および受信（ＲＸ）ピンをクロス接続することを認識し得る。
【００４０】
冗長なＵＡＲＴ通信リンク２２（図２および図３にＵＡＲＴバス２２として示される）は、複数のバッテリモニタチップ２４およびシステムコントローラ１８との間の双方向通信を提供するのに適合させられる。ＵＡＲＴ通信経路は、それぞれ、複数の各バッテリモニタチップ２４（図３により詳しく示される）およびシステムコントローラ１８（図２に示される）に設けられる送信および受信ピンＴＸ，ＲＸから形成される複数のＵＡＲＴ第２インタフェースノードを介して、各バッテリモニタチップ２４およびシステムコントローラ１８と通信するように実装することができる。
【００４１】
本発明の一実施例において、ＵＡＲＴ通信リンクおよびインタフェース２２、４６は、システムコントローラ１８に含まれる精密なオンチップ発振器からタイミング信号を受信してもよく、ＵＡＲＴ通信リンク内で動作を同期させるＵＡＲＴクロック信号を供給するように適合されてもよい。
【００４２】
ＵＡＲＴ通信リンク２２は、複数の各バッテリモニタチップ２４間に、シリアル接続を形成し、したがって、各対応するバッテリモニタチップ２４は、それぞれ、ここではピンの名称として末尾にそれぞれ「Ｌ」および「Ｈ」を付す複数のＵＡＲＴ「入力」ピンおよびＵＡＲＴ「出力」ピンを含む。
【００４３】
本発明の一実施例において、各バッテリモニタチップ２４上のＵＡＲＴインタフェース４６は、電位レベルが、より低い電位の手前のチップｎ−１に接続する、より高い電位のチップ２４のために正しく扱われることを保証する。このようにして、それぞれ異なる電位を有するチップ２４ｎ−１，２４ｎは、直列に接続され得る。チップ２４ｎ−１，２４ｎに対する追加のＵＡＲＴ通信リンク２２は、より高い電位レベルの各次のチップ（ｎ）からより低い電位レベルの手前のチップ（ｎ−１）へ電位レベルを正しく整合させることが可能になる。バッテリセルが直列に接続されると、より低い電位のバッテリセルのバッテリモニタチップと、より高い電位のバッテリセルのバッテリモニタチップとの間に電位オフセットが生じ、異なる電位の各チップ間の適切な通信を可能にするために電位修正により補償する必要がある。電位修正の要因は、より低い電位のバッテリモニタチップと、より高い電位のバッテリモニタチップとの接続のために、例えば各バッテリモニタモジュール４２に対応する電圧レギュレータ３４を用いるなどＳＰＩ通信の分野で公知の手法と同様にして、もたらされ得る。
【００４４】
本発明の一実施例において、バッテリモニタチップが定常状態で作動するときには、各バッテリモニタチップ２４に流れる電流は、所定の許容度の範囲内で実質的に等しく調整される。このようにして、第１のチップで測定される電流および電圧は、次の隣接するチップで測定される電流および電圧と実質的に同程度となる。
【００４５】
本発明の一実施例において、４つの第１のＳＰＩインタフェースノード４４ｎ、４４ｎ−１の全て、および関連付けられたピン、すなわち、ＳＤＩＨｎ，ＳＤＩＬｎ；ＣＳＨｎ，ＣＳＬｎ；ＳＣＬＫＨｎ，ＳＣＬＫＬｎ；ＳＤＯＨｎ，ＳＤＯＬｎ、およびＳＤＩＨｎ−１，ＳＤＩＬｎ−１；ＣＳＨｎ−１，ＣＳＬｎ−１；ＳＣＬＫＨｎ−１，ＳＣＬＫＬｎ−１；ＳＤＯＨｎ−１，ＳＤＯＬｎ−１は、バッテリモニタチップ２４ｎ，２４ｎ−１に、それぞれ次のように配置される。すなわち、４つの第１のＳＰＩインタフェースノード４４ｎ、４４ｎ−１に関連付けられた８本のピンの何れも、冗長なシリアルＵＡＲＴノード４４ｎ，４４ｎ−１、または関連付けられたピンＴＸＨｎ，ＲＸＬｎ；ＲＸＨｎ，ＴＸＬｎ、およびＴＸＨｎ−１，ＲＸＬｎ−１；ＲＸＨｎ−１，ＴＸＬｎ−１の何れとも隣接しないように配置される。これにより、バッテリモニタチップ２４ｎ，２４ｎ−１において、はんだブリッジ、または他のノンコンフォーミングなどの単一ポイント接続の発生が２つの隣接するピンを任意に短絡させる場合でも、少なくとも２つの第１および第２のシリアルバス２０，２２のうちの１つは動作可能な状態に保たれる。ＳＰＩノードとＵＡＲＴインタフェースノードとの分離を可能にする上記ピン構成は、図３に示され、ＳＰＩまたはＵＡＲＴインタフェースノード４４，４６の各セットの間の少なくとも１つのピン（not TX or RX）が、ＴＸでもＲＸでもないピンを示している。しかし、上記ピンは、ＣＮＶＳＴピンであってもよい。
【００４６】
システム１０を使用する方法は、図４において例示するように設けられ、システムの機能を決定するためのセルフテストを実行することを含む。通常、上記方法は、
第１のシリアル通信リンクの機能を決定し、
冗長な第２のシリアル通信リンクの機能を決定し、
１つ以上のバッテリモニタチップおよびシステムコントローラとの間で通信するための第１または第２のシリアル通信リンクから１つの通信リンクを選択し、
システムの機能が縮小される場合に、ユーザへの通知を提供し、
システムの機能が縮小される場合に、制限された動作戦略（ＬＯＳ）を実施する。
【００４７】
より詳しくは、システム１０を使用する方法１００は、図４のフローチャートに例示するように、以下を含む。すなわち、
システムコントローラが、その構成要素の機能を決定するために、システム１０のセルフテストを実行し（１０２）、
ＳＰＩの機能の決定、すなわち、システムコントローラが、ＳＰＩ通信リンクが縮小された機能で作動しているかどうかを決定し（１０４）、
ＵＡＲＴの機能の決定、すなわち、システムコントローラが、ＵＡＲＴ通信リンクが縮小された機能で作動しているかどうかを決定し（１０６）、
適切な通信リンクの決定、すなわち、システムコントローラが、第１のＳＰＩ通信リンクを使用するか、または第２のＵＡＲＴ通信リンクを使用するかを決定し（１０８）、
システムの機能が縮小される場合に、ユーザへの通知の提供、すなわち、システムコントローラが、車両のユーザにシステムの機能が縮小されることの通知を提供するように適合されたユーザ通知システムを起動するように作動し（１１０）、
システムの機能が縮小される場合に、ＬＯＳのインプリメント、すなわち、システムコントローラが、システムの機能が縮小される場合にシステムを作動させる適切なＬＯＳを決定し（１１２）、
バッテリモニタチップおよびシステムコントローラの間の通信、すなわち、システムコントローラが、複数のバッテリモニタチップのうちの少なくとも１つのバッテリモニタチップとの通信における開始、送信、受信、または終了をするように動作し（１１４）、
車両電力システムの作動、すなわち、システムコントローラが、それぞれの対応するバッテリから車両の電力中央システムに電力を供給するように作動する（１１６）。
【００４８】
本発明の一実施例では、図５に、より詳細に例示するように、ＳＰＩ機能を決定する方法（１０４）は、以下を含む。すなわち、
システムコントローラが、ＳＰＩの機能テストを開始し（１２０）、
システムコントローラと共に、複数のバッテリモニタチップの各バッテリモニタチップの間のＳＰＩリンクが動作可能であることを検証し（１２２）、
ＳＰＩ通信リンクが機能しているかを決定して（１２４）、ＳＰＩ通信リンクが作動しているかどうかをシステムコントローラに知らせるためにシステムコントローラ内に登録し（１２６）（１２８）、
ＳＰＩ通信リンクが動作可能な場合（１２６）または動作不能な場合（１２８）にＳＰＩの機能テストを終了する（１３０）。
【００４９】
セルフテストは、あらかじめ設定される時間によって定義され、モニタされる１つ以上のバッテリセルのサンプリングを通じて電圧を含むパラメータが得られる獲得ウインドウの間に、データを取得する。システムが複数のバッテリセルを含む場合、サンプルされたパラメータは平均され、単一の平均のパラメータ値が、複数の読み出しのためにレポートされる。
【００５０】
本発明の一実施例において、獲得ウインドウは、４００ｎｓ〜２ｍｓを含む。さらに、外部のイベントが生じる場合には、システム１０のチェックはあらかじめ設定された時間の間行われる。一実施例では、あらかじめ設定される時間は外部のイベントが発生する１００μｓ以内である。
【００５１】
本発明の一実施例では、図６のより詳細なフローチャートに例示するように、ＵＡＲＴ機能を決定する方法（１０６）は、以下を含む。すなわち、
システムコントローラが、ＵＡＲＴの機能テストを開始し（１４０）、
システムコントローラと共に、複数のバッテリモニタチップの各バッテリモニタチップの間のＵＡＲＴリンクが動作可能であることを検証し（１４２）、
ＵＡＲＴ通信リンクが機能しているかを決定して（１４４）、ＵＡＲＴ通信リンクが作動しているかどうかをシステムコントローラに知らせるためにシステムコントローラ内に登録し（１４６）（１４８）、
ＵＡＲＴ通信リンクが動作可能な場合（１４６）または動作不能な場合（１４８）にＵＡＲＴの機能テストを終了する（１５０）。
【００５２】
本発明の一実施例では、図７のより詳細なフローチャートに例示するように、適切な通信リンクを決定する方法（１０８）は、以下を含む。すなわち、
システムコントローラが、各ＳＰＩおよびＵＡＲＴ通信リンクが機能しているかどうかを決定する（１５２）（１５４）。
【００５３】
システムコントローラが、ＳＰＩ通信リンクが機能していると決定する場合（１５６）、システムコントローラはＳＰＩを使用する通信を開始する（１５８）。
【００５４】
システムコントローラが、ＳＰＩが縮小された機能によって作動していると決定する場合には（１６０）、システムコントローラは、ＵＡＲＴ通信リンクの機能を決定するための動作をする（１５４）。
【００５５】
システムコントローラが、ＳＰＩが縮小された機能によって作動していると決定する場合で、かつ、ＵＡＲＴが最大限の機能によって作動していると決定する場合には（１６２）、システムコントローラは、ＵＡＲＴ通信リンクを使用する通信を開始する（１６４）。
【００５６】
システムコントローラが、各ＳＰＩおよびＵＡＲＴが縮小された機能によって作動していると決定する場合には（１６６）、システムコントローラは、通信を停止させる（１６８）。
【００５７】
本発明の一実施例では、図８のより詳細なフローチャートに例示するように、システムの機能が縮小される場合にユーザに通知をする方法（１１０）は、以下を含む。すなわち、
システムコントローラが、システムの機能が縮小されるかを決定し（１７０）、
システムの機能が縮小されない場合には（１７２）、システムコントローラは、ユーザ通知を終了する動作をする（１７４）。
【００５８】
システムコントローラが、システムの機能が縮小されると決定する場合には（１７６）、システムコントローラは、ＵＡＲＴ機能が縮小されるかどうかを決定する（１７８）。
【００５９】
システムコントローラが、ＵＡＲＴ機能が縮小されると決定する場合には（１８０）、システムコントローラは、ユーザに「サービスが要求される」ことを通知するように、ユーザ通知モジュールに促す信号をユーザ通知モジュールに提供するように動作する（１８２）。
【００６０】
システムコントローラが、ＵＡＲＴ機能が縮小されないと決定する場合には（１８４）、システムコントローラは、ＳＰＩ機能が縮小されるかどうか決定するように動作する（１８６）。
【００６１】
システムコントローラが、ＳＰＩ機能が縮小されないと決定する場合には（１８８）、システムコントローラは、ユーザ通知を終了する動作をする（１７４）。
【００６２】
システムコントローラが、ＳＰＩ機能が縮小されると決定する場合には（１９０）、システムコントローラは、ユーザに「ＬＯＳ」通知をするように、ユーザ通知モジュールに促すように動作する（１９２）。
【００６３】
システムコントローラは、次に、ＳＰＩおよびＵＡＲＴ通信リンクが縮小された機能で動作しているかどうかを決定するように動作し得る（１９４）。
【００６４】
システムコントローラが、ＳＰＩおよびＵＡＲＴのうちの一方だけが縮小された機能で動作していると決定する場合には（１９６）、システムコントローラは、ユーザ通知を終了する動作をする（１７４）。
【００６５】
システムコントローラが、ＳＰＩおよびＵＡＲＴが両方とも縮小された機能で動作していると決定する場合には（１９８）、システムコントローラは、ユーザに「動作不能」通知をするように、ユーザ通知モジュールに促すように動作し（２００）、ユーザ通知を終了する動作をする（１７４）。
【００６６】
本発明の一実施例では、図９のより詳細なフローチャートに例示するように、システムの機能が縮小される場合にＬＯＳをインプリメントする方法（１１２）は、以下を含む。すなわち、
診断チェックを開始し（２０２）、
システムコントローラが、ＳＰＩ機能が縮小されているかを決定して（２０４）、ＳＰＩまたはＵＡＲＴ機能が縮小されている場合には、ＬＯＳを選択し（２１０）、
ＳＰＩ機能が縮小されていない場合には（２０６）、ＵＡＲＴ機能が縮小されているかどうかを決定し（２０８）、
ＳＰＩ機能が縮小されているか、またはＵＡＲＴ機能が縮小されているかのいずれかの場合には、システムの条件に基づいてＬＯＳを選択し（２１０）、
ＳＰＩもＵＡＲＴ機能も縮小されていない場合には、診断チェック（２０２）を再度開始する。
【００６７】
本発明の他の一実施例において、システムコントローラは、複数のＬＯＳから、システム状況に応じてシステムが作動する適切なＬＯＳを選択してもよい。車両レベルで、ＬＯＳで作動する場合に、例えばセル電圧の根本的な計測値を決定するために用いられるバッテリのＳＯＣおよびサンプリング周波数に関する知識に基づいて縮小されることが必要になる出力に許容できるマージンを与えるためにバッテリに発行される出力制限など、いくつかの性能パラメータは縮小されることが必要となるかもしれない。
【００６８】
以上、記載されている特定の方法および技術は、単に本発明の原理の一応用を図示するだけであることは理解されべきである。記載された方法およびシステムへの多数の変形は、本来の本発明の精神と範囲から逸脱することなく、なされることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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