(57)【要約】  エネルギー伝送システムは、電気的に直列接続された２つ以上のエネルギー伝送モジュールにてなる少なくとも１つのストリングを含む。各エネルギー伝送モジュールは、電流を貯えて伝送するための１つ以上のエネルギー伝送デバイスと、各エネルギー伝送デバイスを監視し制御するためのモジュールモニタとを含む。各ストリングは、各エネルギー伝送モジュールにアクセス可能なストリング通信経路を含み、モジュールモニタは、当該モジュールモニタのエネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報をストリング通信経路を介して通信するように動作可能である。各ストリングはまた、ストリング内の各モジュールモニタとストリング通信経路を介して通信するためのストリングマネージャデバイスを含む。エネルギー伝送システムはまた、システム通信経路を介して各ストリングマネージャデバイスと通信するためのシステムコントローラを含む。
2009538112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に直列接続された２つ以上のエネルギー伝送モジュールにてなる少なくとも１つのストリングを備えたエネルギー伝送システムであって、
各エネルギー伝送モジュールは、
電流を貯えて伝送するための１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスと、
上記各エネルギー伝送デバイスを監視し制御するためのモジュールモニタとを含み、
上記エネルギー伝送システムは、エネルギー伝送モジュールの各ストリング毎に、
（ｉ）上記各エネルギー伝送モジュールにアクセス可能なストリング通信経路と、
（ｉｉ）上記ストリング通信経路を介して、上記ストリング内の各モジュールモニタと通信するためのストリングマネージャデバイスとを備え、
各エネルギー伝送モジュールの上記モジュールモニタは、当該モジュールモニタのエネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報を、上記ストリング通信経路を介して通信するように動作可能であり、
上記エネルギー伝送システムは、システム通信経路を介して各ストリングマネージャデバイスと通信するためのシステムコントローラを備えたエネルギー伝送システム。
【請求項２】
各エネルギー伝送デバイスを監視し制御するためのデバイスモニタをさらに含み、
各デバイスモニタは、上記モジュールモニタが上記デバイスモニタ及び上記エネルギー伝送デバイスのためのプロキシとして機能するように、上記モジュールモニタと通信する請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項３】
上記エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、上記エネルギー伝送モジュールの電気的な特性を含む請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項４】
上記エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、上記エネルギー伝送モジュールを制御するためのコマンドを含む請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項５】
上記エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、上記システム内にモジュールの所定の配列を構成するための命令を含む請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項６】
上記エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、上記モジュールに関連づけられる環境の情報を含む請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項７】
異常なモジュールを上記通信経路から絶縁するための１つ又は複数の絶縁用スイッチをさらに含む請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項８】
上記通信経路は、アドレス指定される通信プロトコルをサポートする有線通信バスである請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項９】
上記システムは、複数のモジュールにてなる１つのストリングのみを含み、
上記システムコントローラは、上記ストリングに関連する上記ストリングマネージャに関連づけられる機能性を提供するように、上記ストリングマネージャを包含する請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項１０】
各ストリングマネージャは、より多い又はより少ないモジュールを上記ストリング内に収容し、
上記システムマネージャは、より多い又はより少ないストリングマネージャを上記システム内に収容する請求項１記載のエネルギー伝送システム。
【請求項１１】
１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスと、
上記１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスを監視すること、制御すること及び管理することのうちの少なくとも１つに関連する機能性を提供するための１つ又は複数の電気的なデバイスと、
プリント配線基板とを備えたエネルギー伝送システムであって、
上記各エネルギー伝送デバイスは、当該エネルギー伝送デバイスに供給されるエネルギーを貯え、貯えられたエネルギーを電流として伝送するように動作可能であり、
上記プリント配線基板は、
（ｉ）上記エネルギー伝送デバイスを上記プリント配線基板に電気的に接続するための電気的な接点と、
（ｉｉ）上記エネルギー伝送デバイスを所定の配列で互いに電気的に接続し、上記エネルギー伝送デバイスを上記１つ又は複数の電気的なデバイスに接続するための導電体とを含み、
上記１つ又は複数のエネルギー伝送デバイス及び上記１つ又は複数の電気的なデバイスは上記プリント配線基板に直接的に搭載されるエネルギー伝送システム。
【請求項１２】
エネルギー伝送システムを組み立てる方法であって、
エンドキャップの対を設けることを含み、
上記エンドキャップは、（ｉ）エネルギー伝送デバイスのアレイを所定の配列に拘束するためのポストと、（ｉｉ）上記エネルギー伝送デバイスへの電気的な接続部を提供するための導電プレートと、（ｉｉｉ）上記エネルギー伝送デバイスの電気ポートに対応する位置における上記エンドキャップを介して上記導電プレートにアクセスするためのアクセスポートとをそれぞれ含み、
上記方法は、
上記ポストが上記エネルギー伝送デバイスを上記所定の配列に拘束し、上記エネルギー伝送デバイスの上記電気ポートが上記導電プレートに接触するように、上記エネルギー伝送デバイスを上記エンドキャップ間に配置することと、
上記エンドキャップ間のバッテリを上記所定の配列にクランプするように、上記エンドキャップをまとめて固定することと、
上記エネルギー伝送デバイスの上記電気ポートと上記導電プレート上の所定の位置との間に導電ボンドを形成するように、上記アクセスポートを介して上記導電プレートに熱を印加することとを含む方法。
【請求項１３】
上記アクセスポートを介して熱を印加することはさらに、上記導電プレートを抵抗溶接することを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
上記エンドキャップの頂部にプリント配線基板を配置することをさらに含み、
上記導電プレートから延在する１つ又は複数の導電タブは、上記セルと上記プリント配線基板との間に電気的な接続部を提供する請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
２つ以上のモジュールを所定の構成で配列するためのフレームを設けることをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
エンドキャップの対を備えたエネルギー伝送システムであって、
上記エンドキャップは、（ｉ）エネルギー伝送デバイスのアレイを所定の配列に拘束するためのポストと、（ｉｉ）上記エネルギー伝送デバイスへの電気的な接続部を提供するための導電プレートと、（ｉｉｉ）上記エネルギー伝送デバイスの電気ポートに対応する位置における上記エンドキャップを介して上記導電プレートにアクセスするためのアクセスポートとをそれぞれ含み、
上記エネルギー伝送デバイスは、上記ポストが上記エネルギー伝送デバイスを上記所定の配列に拘束し、上記エネルギー伝送デバイスの上記電気ポートが上記導電プレートに接触するように、上記エンドキャップ間に配置され、
上記エンドキャップは、上記エンドキャップ間のバッテリを上記所定の配列にクランプするように、まとめて固定され、
上記エネルギー伝送デバイスの上記電気ポートと上記導電プレート上の所定の位置との間には導電ボンドが形成されたエネルギー伝送システム。
【請求項１７】
上記エンドキャップの頂部に配置されたプリント配線基板をさらに含み、
上記プリント配線基板は、上記導電プレートから延在する１つ又は複数のタブに電気的に接続された請求項１６記載のエネルギー伝送システム。
【請求項１８】
通信経路に接続するための電気コネクタをさらに含み、
上記電気コネクタは、上記プリント配線基板上に搭載された１つ又は複数の電気的なデバイスに電気的に接続された請求項１７記載のエネルギー伝送システム。
【請求項１９】
上記エネルギー伝送デバイスは、交互の極性のグループで、上記エネルギー伝送デバイスのグループが電気的に直列接続されるように、配列される請求項１６記載のエネルギー伝送システム。
【請求項２０】
上記エネルギー伝送デバイスのグループは、電気的に並列に接続された請求項１９記載のエネルギー伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエネルギー伝送デバイスに関し、特に、スケーラビリティ及びフォールトトレランスを容易にする階層的に設けられたエネルギー伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
並列冗長システムには、バッテリ、電力供給装置、コンピュータのハードドライブ、マイクロプロセッサ及び通信リンク等の多くの例が存在する。フェイルオーバの方法が存在し、この方法により、並列冗長システムの１つ又は複数の構成要素の故障がシステム全体の停止時間に繋がらない。
【０００３】
現時点では、最新のエネルギー伝送システム（ＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ））は、このような冗長性を提供するために並列に接続される場合が多い。電力供給装置、バッテリ及び発電機は全て、このようなシステムの周知の例である。
【０００４】
図１Ａは、従来技術のバッテリ管理システム（ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ））１０を示し、中央のバッテリ管理構成要素１２はストリング１６内の全てのバッテリセル又は直列の要素１４に接続される。
【０００５】
図１Ｂは、従来技術のＢＭＳ２０を示し、中央のバッテリ管理構成要素２２は各セル又は直列の要素２４に接続された個々のセルモニタ構成要素２８から情報を受信する。図１Ｂのアーキテクチャでは、各バッテリセル又は直列の要素２４に関連づけられるデータはセルモニタ構成要素２８を介して下流へ送られ、中央のバッテリ管理構成要素２２に到る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術のこれらの冗長システムの欠点は、当該冗長システムの複数の方向へのスケーラビリティが限定されることにある。通常、従来技術のＢＭＳは、直列接続の場合はセルの数によって、また、並列接続の場合はバッテリサイズによって、特定のバッテリ構成のためにカスタム設計される。バッテリパックのサイズを拡大するためには、追加の接続部及び検出回路を有する新しい回路カードを設計しなければならない。
【０００７】
全てのセル又は直列の要素１４にインタフェースで接続する（図１Ａに示すような）中央バッテリ管理システム１０には、バッテリパック全体において接続された多くの配線を有するという欠点がある。各バッテリ要素に関する電圧及び温度の情報を伝送する長い配線は重大な電磁干渉に曝され、これにより、信号の保全性が下がり、ＢＭＳ１０の測定精度が低下する。また、上記配線は、中央バッテリ管理構成要素１２を有するＢＭＳ回路カードに接続する他の配線より高い電圧を有する場合がある。これは、他の回路機能及びハザードフリーの動作に対する大きい電圧干渉を防止するための、慎重なＰＣＢレイアウト及びコネクタ設計を必要とする。
【０００８】
（図１Ｂに示すような）直列に構成されたセルモニタという解法は、セルモニタ装置２８が直列に接続された多くの数のセルからの情報をパススルー（通過）させることができないために、多過ぎる直列セル２４をスケーリングできないという限定を課される。典型的なパススルーの方法は、各セルモニタ２８に下流のモニタ２８からの情報を受け入れさせ、その情報をバッファさせ、それ自身の情報を追加させ、次に、パケットを中央のバッテリ管理構成要素２２により近い次のモニタに向けて上流へ送出させる。パケットのサイズは、モニタからモニタへ移動するにつれて大きくなる。何れかの時点で、パケットは大きくなり過ぎて直列のモニタのうちのいずれか１つのメモリバッファに入らなくなる場合がある。結果的に、この技術は、一般に約２５個のセルに限定される。どんな場合でも、直列ストリングが大きくなるにつれて、情報がストリング内の最後のモニタからＢＭＳ２２に及ぶのに必要とされる時間は、適切に応答するシステム動作にとって受け入れ難いものとなる。
【０００９】
さらに、直列の要素のうちの１つが故障すると、一般に、故障した直列の要素は情報を直列回路内の他のモジュールからＢＭＳ２２に向けて上流に送ることができない。
【００１０】
最後に、バッテリストリング内の各直列の要素にインテリジェントな測定／通信デバイスを取り付けるためには、追加的に費用がかさむ。通常、このようなシステムを、並列方向又は直列方向の何れかでスケーリングすることができるが、両方でスケーリングすることはできない。これは、このようなシステムは、設計段階又は組み立て段階の何れかにおいて、並列の要素又は直列の要素をさらに追加できるが、両方を追加できないことを意味する。
【００１１】
また、従来技術のシステムは、システムコントローラが高い境界電圧を超えては通信できないことに起因して、多くの数の直列のセルをスケーリングすることができないという制限をも課される。
【００１２】
従来のバッテリモジュールの設計は、通常、特定のアプリケーションのために設計された大型の特注のパックである。１つの共通のベースパッケージからのより小型でスケーラブルでかつマルチ構成可能なバッテリパックの解法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ここで記述される実施形態は、ここではエネルギー伝送デバイス（ＥＤＤｓ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ））というモジュールを組み立て、かつ／又は上記モジュールのアセンブリを構成する方法を含む。ＥＤＤは、構成要素のＥＤＤが直列に接続されていれば、アセンブリが各ＥＤＤの電圧の総和を提供するようにエネルギーを蓄えて伝送し、あるいは、構成要素のＥＤＤが並列に接続されていれば、各ＥＤＤの電流容量の総和を提供するようにネルギーを蓄えて伝送する。一般に、ＥＤＤは、所定の定格の電圧、電流及びエネルギーを有する単一のバッテリセル又は複数のバッテリセルであってよい。
【００１４】
記述される実施形態によれば、複数のＥＤＤにてなるアセンブリであるＥＤＤは、それが単一のＥＤＤであるかのように監視され、管理され、制御される。各ＥＤＤは、電子回路（本明細書では「プロキシ」という。）によって監視され、管理され、制御され、上記電子回路は、ＥＤＤの外部にあるエンティティにステータスを報告し、ＥＤＤの外部にあるエンティティから受信されるコマンドに基づいて制御機能を実行する。
【００１５】
記述される実施形態では、ＥＤＤを、構成要素のＥＤＤの電圧の総和の演算を達成するために直列に配線接続し、又は構成要素のＥＤＤの電流容量の総和を達成するために並列に配線接続することができる。ＥＤＤを、並列のＥＤＤのクラスタ又は直列のＥＤＤのクラスタにグループ化し、もしくは並列−直列の様々な組合せのクラスタにもグループ化し、この場合にも外部のエンティティは単に１つのインタフェースを介する単一のＥＤＤとして管理し、監視し、制御することができる。さらに、記述している方法は、ＥＤＤ又は通信要素の複数の故障が発生し、しかも他の動作している要素又はＥＤＤへの通信を中断しないことを可能にする。
【００１６】
ある態様では、本発明は、電気的に直列接続された２つ以上のエネルギー伝送モジュールにてなる少なくとも１つのストリングを含むエネルギー伝送システムである。各エネルギー伝送モジュールは、電流を貯えて伝送するための１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスを含む。上記ストリングはまた、ストリング内の各エネルギー伝送デバイスを監視し制御するためのモジュールモニタを含む。エネルギー伝送モジュールの各ストリングはさらに、各エネルギー伝送モジュールにアクセス可能なストリング通信経路を含む。各エネルギー伝送モジュールのモジュールモニタは、当該モジュールモニタのエネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報を、ストリング通信経路を介して通信するように動作可能である。上記システムはさらに、ストリング通信経路を介して、ストリング内の各モジュールモニタと通信するためのストリングマネージャデバイスと、システム通信経路を介して各ストリングマネージャデバイスと通信するためのシステムコントローラとを含む。
【００１７】
ある実施形態では、上記システムはさらに、各エネルギー伝送デバイスを監視し制御するためのデバイスモニタを含む。各デバイスモニタは、モジュールモニタがデバイスモニタ及びエネルギー伝送デバイスのためのプロキシとして機能するように、モジュールモニタと通信する。
【００１８】
別の実施形態では、エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、エネルギー伝送モジュールの電気的な特性を含む。別の実施形態では、エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、エネルギー伝送モジュールを制御するためのコマンドを含む。さらに別の実施形態では、エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、システム内にモジュールの所定の配列を構成するための命令を含む。さらに別の実施形態では、エネルギー伝送モジュールに関連づけられる情報は、モジュールに関連づけられる環境の情報を含む。
【００１９】
ある実施形態は、異常なモジュールを通信経路から絶縁するための１つ又は複数の絶縁用スイッチをさらに含む。
【００２０】
別の実施形態では、通信経路は、アドレス指定される通信プロトコルをサポートする有線通信バスである。
【００２１】
さらに別の実施形態では、上記システムはモジュールにてなる１つのストリングのみを含み、システムコントローラは、上記ストリングに関連するストリングマネージャに関連づけられる機能性を提供するように、上記ストリングマネージャを包含する。
【００２２】
ある実施形態では、各ストリングマネージャは、より多い又はより少ないモジュールを上記ストリング内に収容し、上記システムマネージャは、より多い又はより少ないストリングマネージャを上記システム内に収容する。
【００２３】
別の態様において、エネルギー伝送システムは１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスを含む。各エネルギー伝送デバイスは、当該エネルギー伝送デバイスに供給されるエネルギーを貯え、貯えられたエネルギーを電流として伝送するように動作可能である。上記システムはさらに、１つ又は複数のエネルギー伝送デバイスを監視すること、制御すること及び管理することのうちの少なくとも１つに関連する機能性を提供するための１つ又は複数の電気的なデバイスを含む。上記システムはまた、エネルギー伝送デバイスをプリント配線基板に電気的に接続するための電気的な接点と、エネルギー伝送デバイスを所定の配列で互いに電気的に接続する導電体とを備えたプリント配線基板を含む。導電体はまた、エネルギー伝送デバイスを１つ又は複数の電気的なデバイスに接続する。１つ又は複数のエネルギー伝送デバイス及び１つ又は複数の電気的なデバイスは、プリント配線基板に直接的に搭載される。
【００２４】
別の態様において、エネルギー伝送システムを組み立てる方法は、エンドキャップの対を設けることを含む。エンドキャップは、エネルギー伝送デバイスのアレイを所定の配列に拘束するためのポストと、エネルギー伝送デバイスへの電気的な接続部を提供するための導電プレートと、エネルギー伝送デバイスの電気ポートに対応する位置におけるエンドキャップを介して導電プレートにアクセスするためのアクセスポートとを含む。本方法はさらに、ポストがエネルギー伝送デバイスを所定の配列に拘束し、エネルギー伝送デバイスの電気ポートが導電プレートに接触するように、エネルギー伝送デバイスをエンドキャップ間に配置することを含む。本方法はまた、エンドキャップ間のバッテリを所定の配列にクランプするように、上記エンドキャップをまとめて固定することと、エネルギー伝送デバイスの電気ポートと導電プレート上の所定の位置との間に導電ボンドを形成するように、アクセスポートを介して導電プレートに熱を印加することとを含む。
【００２５】
ある実施形態では、アクセスポートを介する熱の印加はさらに、導電プレートを抵抗溶接することも含む。
【００２６】
ある実施形態は、エンドキャップの頂部にプリント配線基板を配置することをさらに含む。導電プレートから延在する１つ又は複数の導電タブは、セルとプリント配線基板との間に電気的な接続部を提供する。
【００２７】
別の実施形態は、２つ以上のモジュールを所定の構成で配列するためのフレームを設けることをさらに含む。
【００２８】
別の態様において、エネルギー伝送システムはエンドキャップの対を含み、上記エンドキャップは、エネルギー伝送デバイスのアレイを所定の配列に拘束するためのポストと、エネルギー伝送デバイスへの電気的な接続部を提供するための導電プレートと、エネルギー伝送デバイスの電気ポートに対応する位置におけるエンドキャップを介して導電プレートにアクセスするためのアクセスポートとを含む。エネルギー伝送デバイスは、ポストがエネルギー伝送デバイスを所定の配列に拘束し、エネルギー伝送デバイスの電気ポートが導電プレートに接触するように、エンドキャップ間に配置される。エンドキャップは、エンドキャップ間のバッテリを所定の配列にクランプするように、まとめて固定される。エネルギー伝送デバイスの電気ポートと導電プレート上の所定の位置との間には、導電ボンドが形成される。
【００２９】
ある実施形態は、エンドキャップの頂部に配置されたプリント配線基板をさらに含む。プリント配線基板は、導電プレートから延在する１つ又は複数のタブに電気的に接続される。
【００３０】
別の実施形態は、通信経路に接続するための電気コネクタをさらに含む。電気コネクタは、プリント配線基板上に搭載された１つ又は複数の電気的なデバイスに電気的に接続される。
【００３１】
別の実施形態では、エネルギー伝送デバイスは、交互の極性のグループで、上記エネルギー伝送デバイスのグループが電気的に直列接続されるように、配列される。
【００３２】
さらに別の実施形態では、エネルギー伝送デバイスのグループは、電気的に並列に接続される。
【００３３】
本発明の前述の目的及び他の目的、本発明の様々な特徴並びに本発明自体は、以下の説明を添付の図面と合わせて読むことによってより完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】従来技術のバッテリ管理システムを示す。
【図１Ｂ】従来技術の別のバッテリ管理システムを示す。
【図２】本発明の一態様に係るＥＤＤパックの一実施形態を示す。
【図３】故障が検出されたときの、絶縁された故障したプロセッサを示す。
【図４】ＥＤＤモジュールと通信経路との通信接続の一実施形態を示す。
【図５】通信経路とモジュールモニタとの間に絶縁用デバイスを有するＥＤＤモジュールの例示的な実施形態を示す。
【図６】ＥＤＤパック内のモジュールにアドレスを割り当てるための手順を示すフロー図である。
【図７】本発明の一態様に係るＥＤＤモジュールアセンブリの一実施形態である。
【図８】図７のＥＤＤモジュールの構成要素を示す別の図である。
【図９】図７のＥＤＤモジュールの構成要素を示すさらに別の図である。
【図１０】図７のＥＤＤモジュールの構成要素を示す他の図である。
【図１１】図７のＥＤＤモジュールの構成要素を示す別の図である。
【図１２】プリント配線基板上に搭載されたセルのグループとしてのＥＤＤパックを示す。
【図１３】ＥＤＤパックのさらに別の実施形態を示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
説明する実施形態において、ＥＤＤモジュールの集合体を、ＥＤＤパック１００内で並列の及び／又は直列の構成で構成することができる。図２はこのような構成の一般化された図を示し、この構成において、ＥＤＤモジュール１０２は、パック１００の端子１０６上において所望の電圧を達成するように、直列ストリング１０４（図２では垂直方向。）に配線で接続されている。各モジュール１０２を、直列の１つ又は複数のセル１０８を有するように、又は、並列の１つ又は複数のセル１０８を有するように構築することができる。各セル１０８は、正の電気ポートと負の電気ポートとを含む。同様に、各モジュール１０２も正の電気ポートと負の電気ポート（即ち、端子１０６。）とを含み、これにより、モジュール内におけるセル１０８の幾つかの複合的な配置が示される。
【００３６】
明瞭であることを目的として、図２では１つのストリング１０４のみの詳細な構成を示しているが、これらの詳細な構成が全てのストリングに共通であることは理解されるべきである。さらに、示されている詳細に記載されたストリングは３つのモジュール１０２を含んでいるが、各ストリングがこれより多い、又はこれより少ないモジュール１０２を有し得ることも理解されるべきである。最後に、図２はパック１００内の４つのストリング１０４を示しているが、ここで記述されているパックはこれより多い、又はこれより少ない数のストリングを有することができる。
【００３７】
各モジュール１０２は、当該モジュール１０２内のセル１０８を監視し管理するモジュールモニタ１１０を含む。セルモニタ１１０は、とりわけ電圧、電流、環境の条件（例えば、温度。）及び故障ステータス等のモジュール１０２の様々な特徴を測定してもよい。例えば、セルモニタは、モニタ１１０に接続された電流センサ１２２を用いて、モジュールが生成する電流を測定してもよい。ある実施形態では、モジュールモニタ１１０はマイクロプロセッサを含む電気的なデバイスである。他の実施形態では、モジュールモニタ１１０はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ））又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ））を含んでもよいが、この限りではない。一般に、モジュールモニタ１１０はプロセッサ／コントローラの機能性を提供する任意の電気回路であってもよい。
【００３８】
各モジュールモニタ１１０は、通信経路１１４を介して、当該モジュールモニタ１１０のモジュール１０２に関連づけられる情報を送信し、モジュール１０２を管理するための情報を受信する。ある実施形態では、通信経路１１４は有線バスを含むが、他の実施形態では、通信経路１１４は光ファイバ、音声チャンネル、ＲＦ又は他の無線チャンネル等の媒体、もしくは、一般に情報を通信することのできる任意の媒体を含んでもよい。
【００３９】
ＥＤＤモジュール１０２の各ストリング毎に、ストリングマネージャ１１６は、通信経路１１４を介してそのストリング内のモジュールモニタ１１０と通信する。ある実施形態では、ストリングマネージャ１１６はマイクロプロセッサを含む電気的なデバイスである。他の実施形態では、ストリングマネージャ１１６はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよいが、この限りではない。一般に、ストリングマネージャ１１６はプロセッサ／コントローラの機能性を提供する任意の電気回路であってもよい。
【００４０】
各ストリングマネージャ１１６は、そのストリング内のモジュールモニタ１１０からモジュールの情報を受信し、そのストリング内のモジュール１０２の管理に関する情報をモジュールモニタ１１０に送信する。
【００４１】
冗長性又はエネルギーのスケーラビリティをさらに高めるために、パック１００内において、複数のストリング１０４を並列に接続することができる。図２は、パック通信バス１１８を介してストリングマネージャ１１６の列と通信しているパックコントローラ１２０を示している。上述した通信経路１１４の場合と同様に、通信バス１１８もまた、一般に情報を通信することのできる任意の媒体であってもよい。
【００４２】
図２に示すように、パックコントローラ１２０は、各モジュール１０２に関連づけられる情報を関連のモジュールモニタ１１０及びストリングマネージャ１１６を介して受信し、同一の経路を介して制御及び管理情報をモジュール１０２に提供する。実施形態によっては、パック１００はモジュールの情報を受信し管理情報を配信するために、別々の通信経路を利用する。パックマネージャ１２０がモジュール１０２に送る情報は、例えばモジュール１０２内のセル１０８を調整し又はバランスをとるためのコマンド、もしくはセル内のモジュールの所望の配列に関する命令を含んでもよい。
【００４３】
上述した階層性は、ＥＤＤパック１００に対する要求に依存して深くなり又は浅くなりうる。例えば、ＥＤＤパック１００が１つだけのストリング１０４にてなるとすれば、パックコントローラ１２０は単一の列のＥＤＤモジュールモニタ１１０と通信する。
【００４４】
要約すれば、ＥＤＤパック１００の最も低いレベルにおいて、モジュールモニタ１１０は、そのモジュール１０８内のセル１０８を監視し管理し、他のＥＤＤにより共用される通信バスを介して上位レベルのモニタに情報を送る。最も高いレベルにおいて、バッテリ管理システム（ＢＭＳ−本明細書ではパックコントローラ１２０ともいう。）は、上記共用される通信バス上で、一度に１つの下位レベルのモニタと、独立に通信する。ＥＤＤモジュールの複数のストリングが存在する場合、ＢＭＳ１２０は、そのストリング内のモジュールに対するプロキシとしてそれぞれ動作しかつ各モジュールモニタと通信するストリングマネージャ１１６と、通信する。モジュール１０２のストリングが１つしか存在しない場合、ＢＭＳ１２０はモジュールモニタと直接的に通信する。
【００４５】
任意の１つのＥＤＤモジュールモニタ１０２において故障が発生すれば、他のＥＤＤモニタ１０２は共通のバスを介してストリングマネージャ１１６プロキシとの通信を続け、故障したプロセッサは、異常状態（例えば、故障、誤動作又は劣化。）が検出されると、図３に示すように上記共通のバスから絶縁されることが可能である。ある実施形態では、モジュールモニタが完全に機能しない場合でも絶縁が可能であるように、モジュール１０２上の別個の構成要素として絶縁用スイッチ１３０が含まれる。他の実施形態では、絶縁用スイッチ１３０は、モジュールモニタ１１０の他の部分が機能を停止した場合でも絶縁用スイッチが機能を保つ可能性を高めるフェイルセーフな設計を用いて、モジュールモニタ内に統合される。
【００４６】
上述したように、各ＥＤＤモジュール１０２は、通信経路１１４上で通信するモジュールモニタを含む。各モジュールモニタは、上記共通のバス上において自らを識別するために、ＢＭＳ１２０が初期設定するときの識別手順に加わる。ある実施形態では、ＢＭＳ１２０は各モジュールモニタ１１０に固有のアドレスを提供する。各モジュールが当該モジュールのアドレスを受信すると、ＢＭＳ１２０は任意のＥＤＤモジュールに対して制御又は問合せコマンドを発行し、そのモジュールに固有の情報を受け取ることができる。コマンドを発行するために、ＢＭＳ１２０は、パック通信バス１１８にストリングマネージャ１１６に対してコマンドコード及びアドレス情報を送信し、次にストリングマネージャ１１６はこの情報を、通信バス１１４を介してモジュールモニタ１１０に伝達する。これは、グローバルな同報通信メッセージの他にモジュールに固有のメッセージもまた可能にする。グローバルな同報通信メッセージの場合、アドレス情報は全てのモジュールモニタによって認識されるグローバルアドレスを含んでもよく、又は、アドレス情報は各個別のモジュールアドレスを含んでもよい。モジュールに固有のメッセージの場合、各モジュールモニタ１１０はメッセージを受信して解釈するが、コマンドに応答するのは一致するアドレスを有するモジュール１０２のみである。モジュール１０２は、コマンドを受信すると、そのコマンドに応答するデータを通信経路１１４上に送信することによって応答する。対応するストリングマネージャ１１６はデータを受信し、パック通信バスを介してＢＭＳ１２０に伝達する。
【００４７】
以後、本明細書における記述がＢＭＳ１２０がモジュールモニタ１１０と通信し又はモジュールモニタがＢＭＳ１２０と通信することに関連する場合、その通信はストリングマネージャ１１６を介して行われることが仮定されている。
【００４８】
通信プロトコル．
通信経路１１４及びパック通信バス１１８は、シリアル、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＳＰＩ、１２Ｃ又は共用された物理的な媒体上でアドレス指定プロトコルを実施する技術上周知の他の通信技術の何れであってもよい。しかしながら、各モジュール１０２に関連づけられる電圧はＢＭＳでの基準に比べて高いので、通信経路１１４（及び、実施形態によってはパック通信バス１１８。）は、通信経路１１４と各モジュール１０２との間の技術上周知の絶縁用デバイス１２４（例えば、光学的な、磁気的な又はＲＦの。）を用いて、絶縁される。図４は、ＥＤＤモジュール１０２と通信経路１１４との通信接続の一実施形態を示す。図５は、通信経路１１４とモジュールモニタ１１０との間に絶縁用デバイス１２４を有する例示的な実施形態を示す。
【００４９】
アドレスの割当て．
上述したように、ＢＭＳ１２０は、初期設定のときに各モジュールモニタ１１０にアドレスを提供する。アドレスの提供には他の手順が用いられてもよいが、以下、例示的な一実施形態において用いられる手順について説明する。
【００５０】
ＢＭＳ１２０は、個別のトリガ信号をトリガ入力ライン上の１番目に接続されたＥＤＤモジュールモニタ１１０に送信する。ある実施形態では、トリガ入力ラインは個別の経路であるが、他の実施形態では、トリガラインは通信プロトコルの一部である。
【００５１】
トリガ信号に応答して、モジュールモニタ１１０はＢＭＳ１２０に肯定応答メッセージを送信する。ＢＭＳ１２０は、通信経路１１４上でストリングマネージャ１１６にアドレス割当て信号を返す。ストリング内の全てのモジュールモニタ１１０がアドレス割当て信号を受信するが、トリガ信号を受信するモジュールモニタ１１０のみが自らに新しいアドレスを割り当てる。
【００５２】
ＢＭＳ１２０が１番目に接続されたモジュール、即ち「現在のモジュール」（その時点でアドレスを割り当てられているモジュール。）にアドレスを割り当てることに成功すると、ＢＭＳ１２０はその現在のモジュールに「トリガ起動」メッセージを送り、現在のモジュールに次に接続されているモジュールへのトリガ信号を起動させる。ＢＭＳはモジュール１０２に次のアドレスを送り、このアドレスは、２番目に接続されたモジュールのトリガ信号がアクティブである（即ち、それが新しい「現在のモジュール」である。）という理由で、２番目に接続されたモジュールによって受け入れられる。
【００５３】
ＢＭＳ１２０が２番目に接続されたモジュールにアドレスを割り当てることに成功すると、ＢＭＳ１２０は１番目に接続されたモジュール（即ち、「現在のモジュール−１」。）へトリガ非活性化メッセージを、続いて２番目に接続されたモジュールにトリガ起動メッセージを送り、これにより、３番目に接続されたモジュールが「現在のモジュール」になる。従って、トリガ信号のこの再割当ては、「現在のモジュール」の役割をストリングに沿って２番目に接続されたモジュールから３番目に接続されたモジュールに移し、かつ「現在のモジュール−１」の役割を１番目に接続されたモジュールから２番目に接続されたモジュールに移す。
【００５４】
次いでＢＭＳ１２０は次のアドレスを送り、これは、新しい「現在のモジュール」のトリガがこれでアクティブになるという理由で新しい「現在のモジュール」（即ち、３番目に接続されたモジュール。）により受け入れられる。このアドレス割当てプロセスは、最後のモジュールがそのアドレスを確立するまで続く。ＢＭＳ１２０は、そのホストのＥＤＤパック１００内に構成されたモジュールが幾つ存在するかに関する情報を有し、よって、ＢＭＳ１２０は全てのモジュールへの割当てが完了するまでアドレスの割当てを続ける。
【００５５】
ＥＤＤパック１００の動作中の何らかの時点でモジュールモニタ１１０が特定の時間期間内にトリガ信号に応答しなければ、モジュール１０２は、その非応答モジュールが結果的に「故障開始」状態になる誤作動を起こしたものと結論付ける。
【００５６】
全てのモジュールモニタ１１０にアドレスが割り当てられると、モジュールモニタ１１０は、ＢＭＳ１２０により任意の順序で個々にアクセスされることが可能である。図６は、上述した手順のフローチャートの例を示す。
【００５７】
共用されるバスのプロトコルの値／活用される測定回路．
動作の間、ＢＭＳ１２０は、セルモジュール１０２の電圧の全てを全く同時に取得することができる。ＢＭＳ１２０はこれを、モジュール１０２の全てによって認識されかつ受け入れられる要求であって、セル電圧に対するグローバルな要求を送信することによって達成する。各モジュール１０２のモジュールモニタ１１０は、ＢＭＳ１２０からスナップショットコマンドを受信したときに、当該モジュールの構成要素のセルに関連づけられる電圧の「スナップショット」（即ち、サンプル。）を取得する。全てのモジュールモニタ１１０は、スナップショットコマンドを受信すると、実質的に同時にそのセルのスナップショットをとる。
【００５８】
次に、ＢＭＳ１２０は、各モジュールを体系的にアドレス指定して、サンプリングされた電圧の情報を要求する。この技術の優位点は、各セルの電圧の情報が特定の時間に関連していることにある。この時間は、パック１００の電流がサンプリングされた時点である可能性もあれば、ＢＭＳ１２０が他の何らかのイベントを検出した時点である可能性もある。全てのセル電圧は電流に相関され得るので、パック及びセルの健康状態、すなわちインピーダンスを計算することができる。
【００５９】
図７は、ここで記述されているＥＤＤパックの一実施形態を示す。ベースパン１５０は、ＥＤＤパック１００の基本的なハウジングを提供する。ベースパン１５０内に搭載されるフレーム１５２は、モジュール１０２を支持するための構造部を提供する。モジュール１０２に電気的に接続された通信経路１１４が示されている。
【００６０】
図８は、図７のＥＤＤパックからの個々のモジュール１０２の一部を示す。セル１０８（本図ではセルは見えない−図１０を参照されたい。）の配列の両側には、２つのエンドキャップ１５４が設けられる。この実施形態では、エンドキャップ１５４は射出成形されたＵＬ９４−Ｖ０定格ＰＣ／ＡＢＳ材料製であるが、技術上周知の他の低導電性の材料を用いてもよい。
【００６１】
エンドキャップ１５４の近くを覆う絶縁シート１５６が示されている。この実施形態では、絶縁シート１５６は、隣接するモジュール１０２間の導電を防止するように、低導電性のＦＲポリプロピレンシートである。しかしながら、他の実施形態は、絶縁シート１５６として技術上周知の他の絶縁材料を用いてもよい。
【００６２】
図８はまた、通信経路１１４とモジュール１０２のモジュールモニタ１１０との間の物理的な及び電気的な接続を防止するための電気コネクタ１５８も示している。ダストカバー１６０は、モジュールモニタ１１０及びモジュール１０２に関連づけられる他の電気的な構成要素を有するプリント配線基板１６２のために外部環境からの保護を提供する。
【００６３】
図９は、エンドキャップ１５４のうちの１つを示す詳細図である。導電プレート１６４は、セル１０８の電気ポートへの電気的な接続部を提供するためにエンドキャップ１５４の内側の面上に置かれる。この実施形態では、プレート１６４はＮｉ−２００で溶接されたストラップであるが、技術上周知の他の導電性の材料を用いてもよい。
【００６４】
複数のポスト１６６は、エンドキャップ１５４から導電プレート１６４を介して複数のポスト１６６が延在する。これらのポストは、エンドキャップ１５４間に置かれるセル１０８に対して機械的な境界部及び構造的な支持部を提供する。ポスト１６６は、プレート１６４とセル１０８との間に電気的な接続部を形成する前に、セル１０８をエンドキャップ１５４に対して、及び他のセル１０８に対して所定の所望の位置に拘束する。
【００６５】
導電タブ１６８は、プレート１６４からエンドキャップ１５４の頂部に延在する。これらの導電タブ１６８は、プレート１６４から、各エンドキャップ１５４ペアの頂部に置かれるプリント配線基板１６２（図示せず。）までの電気的な接続部を提供する。これらのタブ１６８は、モジュールモニタ１１０（プリント配線基板１６２上に存在する。）に対して、モジュール１０２内のセル１０８への電気的なアクセス部を提供する。
【００６６】
図１０は、エンドキャップ１５４のポスト１６６間に配列されたセル１０８のアレイを示す。本図では、明瞭であることを目的として、少数のセル１０８にのみ参照番号が付されている。図示するように、セル１０８は、セル１０８のグループがエンドキャップ１５４間で前後して電気的に直列接続され得るように、交互の極性の並列接続されたグループにして配列されている。直列接続されたセルグループの最端部では、エンドキャップ１５４の各端部に終端導体１７０が設けられる。
【００６７】
図１１は、図８に示すものと同様の組み立てられたモジュール１０２を示すが、絶縁シート１５６は備わっていない。セル１０８はエンドキャップ１５４間でクラムシェル（二枚貝の貝殻に挟まれるように。）で固定され、次にこれらのエンドキャップ１５４は、エンドキャップ１５４を介する幾つかのポイントで構造的な支持を目的として互いにねじ留めされる。エンドキャップ１５４内のアクセスポート１７２（即ち、穴。）は、各セルがプレート１６４の内側の面上の導電プレート１６４に接触する位置で、導電プレート１６４の外側の面を露出する。この場合も、本図では、明瞭であることを目的として、少数のポート１７２のみを参照番号で示す。次に、セル１０８は、アクセスポート１７２を介して導電プレート１６４に抵抗溶接される。この組み立て順序及びポスト１６６によって提供される構造は、溶接に与える応力を防止する鍵である。
【００６８】
図１２に示すように、ある実施形態では、ＥＤＤパック２００は、プリント配線基板２０２（ＰＣＢ）上に搭載されたセル１０８のグループである。ＰＣＢ２０２は、セルに接続するため及びセルが提供する電流を導くための電気的な接点２０４を有する。セル１０８は、各セル１０８の端子に溶接された電気的な接点２０４を介してＰＣＢ２０２に電気的に接続され、接点２０４はＰＣＢ２０２へはんだ付けされる。セル１０８はまた、ＰＣＢ２０２に、接着剤、機械的な固定具（例えば、ストラップ、クランプなど。）又はセル１０８をＰＣＢ２０２に物理的に取り付けるための技術上周知の他の技術によって物理的に接続されてもよい。
【００６９】
ＰＣＢ２０２はまた、エネルギー伝送デバイスを所定の配列で互いに電気的に接続するために必要なセルからセルへの電気配線も有し、これにより、セル１０８の所望の直列接続、並列接続又はこれらの組合せが実装される。最後に、ＰＣＢ２０２は、バランシングデバイス、モニタ及び制御デバイス並びにＥＤＤパック２００の監視、制御及び管理に関する機能性を提供する他の電気的な構成要素等の様々な電子回路２０６を有する。
【００７０】
図１３は、ＥＤＤパック３００のさらに別の実施形態を示す分解図である。この実施形態は、セル１０８、エンドキャップ１５４、導電プレート１６４、ポスト１６６、導電タブ１６８及びアクセスポート１７２等のここで記述されている構成要素の多くの異なるバージョンを含む。
【００７１】
本発明は、本発明の精神又は本質的な特徴を逸脱することなく、他の特定の形式で具現されてもよい。従って、本発明の実施形態は例示的なものとされるべきものであって限定的なものではなく、本発明の範囲はこれまでに述べた説明ではなく添付の請求項によって示される。従って、請求項と等価の意味及び範囲に含まれる全ての変更は本発明の範囲に包含されるべきものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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