(57)【要約】      （修正有）【課題】第２の経路による冗長的な測定アプローチを使用するバッテリ診断システムおよび方法。【解決手段】バッテリ診断を提供するための方法は、再充電可能なバッテリの第１のバッテリセルＣｅｌｌｉの第１の電圧を、回路網の第１の測定経路１２２を介して、第１の測定回路１１０を使用して測定するステップであって、第１の電圧の測定は、第１の電圧サンプルを、第１の期間中に、第１の測定回路を使用して取得することを含むステップと、第１のバッテリセルの第２の電圧を、回路網の第１の測定経路とは異なる、回路網の第２の測定経路１２４を介して、第２の測定回路を使用して測定するステップであって、第２の電圧の測定は、第２の電圧サンプルを、第１の期間中に、第２の測定回路を使用して取得することを含むステップと、測定された第１の電圧を、測定された第２の電圧と比較するステップと、診断出力信号を比較に基づいて生成するステップと、を有する。【選択図】図１
2019179029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ診断を提供するための方法において、
再充電可能なバッテリの第１のバッテリセルの第１の電圧を、回路網の第１の測定経路を介して、第１の測定回路を使用して測定するステップであって、前記第１の電圧の測定は、少なくとも１つの第１の電圧サンプルを、第１の期間中に、前記第１の測定回路を使用して取得することを含むステップと、
前記第１のバッテリセルの第２の電圧を、前記回路網の前記第１の測定経路とは異なる、前記回路網の第２の測定経路を介して、第２の測定回路を使用して測定するステップであって、前記第２の電圧の測定は、少なくとも１つの第２の電圧サンプルを、前記第１の期間中に、前記第２の測定回路を使用して取得することを含むステップと、
測定された前記第１の電圧を、測定された前記第２の電圧と比較するステップと、
診断出力信号を、前記比較に基づいて生成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１の電圧サンプルを、第１の測定スキームを使用して取得し、
前記少なくとも１つの第２の電圧サンプルを、前記第１の測定スキームとは異なる第２の測定スキームを使用して取得する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電圧を測定するステップは、さらに、複数の第１の電圧サンプルを、前記第１の期間中に前記第１の測定回路を使用して取得するステップを含み、
前記第２の電圧を測定するステップは、さらに、複数の第２の電圧サンプルを、前記第１の期間中に前記第２の測定回路を使用して取得するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電圧を測定するステップは、さらに、前記第２の測定回路に接続されている平均値形成回路を使用する、前記第２の測定回路の出力の平均値を形成するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記診断出力信号を、測定された前記第１の電圧と測定された前記第２の電圧との差が、第１の電圧閾値を上回ると出力する、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１の測定回路は、第１のドミナントポールを有しており、前記第２の測定回路は、第２のドミナントポールを有しており、
前記方法は、さらに、前記第１のドミナントポールと前記第２のドミナントポールとを整合させるステップを有する、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１の測定回路も含めた、前記第１の測定経路の第１の総実効フィルタリング特性は、前記第２の測定回路も含めた、前記第２の測定経路の第２の総実効フィルタリング特性に、実質的に類似する、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、さらに、
第１の基準電圧生成器を用いて、第１の基準電圧を前記第１の測定回路に供給するステップと、
前記第１の基準電圧生成器とは異なる第２の基準電圧生成器を用いて、第２の基準電圧を前記第２の測定回路に供給するステップと、
を有する、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、さらに、
前記第１の基準電圧生成器を用いて、前記第１の基準電圧を、前記第１の測定回路と同一の測定スキームを基礎としている第３の測定回路に供給するステップと、
前記再充電可能なバッテリの、第１のバッテリセルに直列に接続されている第２のバッテリセルの第３の電圧を、前記回路網の第３の測定経路を介して、前記第３の測定回路を使用して測定するステップであって、前記第３の電圧の測定は、複数の第３の電圧サンプルを、前記第１の期間の後に現れる第２の期間中に、前記第３の測定回路を使用して取得することを含むステップと、
前記第２のバッテリセルの第４の電圧を、前記第３の測定経路とは異なる、前記回路網の第４の測定経路を介して、前記第２の測定回路を使用して測定するステップであって、前記第４の電圧の測定は、複数の第４の電圧サンプルを、前記第２の期間中に、前記第２の測定回路を使用して取得することを含むステップと、
測定された前記第３の電圧を、測定された前記第４の電圧と比較するステップと、
前記第３の電圧と前記第４の電圧との差が、第１の電圧閾値を上回ると、前記診断出力信号を出力するステップと、
を有する、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
回路網の第１の経路を介して、第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第１の測定回路と、
前記第１の経路とは異なる、前記回路網の第２の経路を介して、前記第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第２の測定回路と、
コントローラと、
を含む回路において、
前記コントローラは、
第１の期間中に、前記第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、前記第１の測定回路に測定させ、
前記第１の期間中に、前記第１のバッテリセルの前記第１の端子および前記第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、前記第２の測定回路に測定させ、
前記第１の測定回路の出力を、前記第２の測定回路の出力と比較し、
診断出力信号を、前記比較に基づいて生成する、
ように構成されている、
回路。
【請求項１１】
前記第１の測定回路は、前記第２の測定回路とは異なるアーキテクチャを有している、
請求項１０記載の回路。
【請求項１２】
前記第１の測定回路は、第１のドミナントポールを有しており、前記第２の測定回路は、第２のドミナントポールを有しており、前記第１のドミナントポールは、前記第２のドミナントポールに実質的に等しい、
請求項１０記載の回路。
【請求項１３】
前記回路は、さらに、
前記第１の測定回路に接続されている第１の基準電圧生成器と、
前記第２の測定回路に接続されている第２の基準電圧生成器と、
を含んでいる、
請求項１０記載の回路。
【請求項１４】
前記第１の測定回路は、Σ−Δアナログ・ディジタル変換器を含んでおり、
前記第２の測定回路は、逐次比較型アナログ・ディジタル変換器を含んでいる、
請求項１０記載の回路。
【請求項１５】
前記第２の測定回路は、ウィンドウコンパレータを含んでおり、
前記コントローラは、前記ウィンドウコンパレータの上限および前記ウィンドウコンパレータの下限を、前記第１の測定回路の出力に基づいて設定するように構成されている、
請求項１０記載の回路。
【請求項１６】
前記回路は、さらに、第１のセンシング端子と第２のセンシング端子と第１の電力端子とを含んでおり、
前記第１のセンシング端子は、前記第１の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第１の端子に前記回路網を介して接続されるように構成されており、
前記第２のセンシング端子は、前記第１の測定回路および前記第２の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第２の端子に接続されるように構成されており、
前記第１の電力端子は、前記第２の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第１の端子に接続されるように構成されている、
請求項１０記載の回路。
【請求項１７】
前記回路は、さらに、第１のセンシング端子と第２のセンシング端子と第１の電力端子と第２の電力端子とを含んでおり、
前記第１のセンシング端子は、前記第１の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第１の端子に前記回路網を介して接続されるように構成されており、
前記第２のセンシング端子は、前記第１の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第２の端子に接続されるように構成されており、
前記第１の電力端子は、前記第２の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第１の端子に接続されるように構成されており、
前記第２の電力端子は、前記第２の測定回路に接続されており、前記第１のバッテリセルの前記第２の端子に接続されるように構成されている、
請求項１０記載の回路。
【請求項１８】
前記第１の経路の第１の総実効フィルタ特性は、前記第２の経路の第２の総実効フィルタ特性にほぼ等しい、
請求項１０記載の回路。
【請求項１９】
前記回路網は、平衡回路網を含んでいる、
請求項１０記載の回路。
【請求項２０】
前記第１の測定回路は、第１のステップ応答を有しており、前記第２の測定回路は、第２のステップ応答を有しており、前記第１のステップ応答は、前記第２のステップ応答に実質的に等しい、
請求項１０記載の回路。
【請求項２１】
バッテリ管理システムにおいて、
直列に接続されている、０より大きい正の整数であるＮ個のバッテリセルを含んでいる再充電可能なバッテリと、
前記再充電可能なバッテリに接続されている平衡回路網と、
前記平衡回路網に接続されているバッテリ監視回路と、
を含んでおり、
前記バッテリ監視回路は、
前記Ｎ個のバッテリセルの第１のバッテリセルに、前記平衡回路網の第１の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、第１の基準電圧生成器に接続されているΣ−Δアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記第１のバッテリセルに、前記第１の経路とは異なる、前記平衡回路網の第２の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、前記第１の基準電圧生成器とは異なる第２の基準電圧生成器に接続されており、前記Σ−Δ  ＡＤＣとは異なるアーキテクチャを有している測定回路と、
コントローラと、
を含んでおり、
前記コントローラは、
前記第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、第１の期間中に測定するように前記Σ−Δ  ＡＤＣを制御し、
前記第１のバッテリセルの前記第１の端子および前記第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、前記第１の期間中に測定するように前記測定回路を制御し、
前記Σ−Δ  ＡＤＣの出力を、前記測定回路の出力と比較し、
診断出力信号を、前記比較に基づいて生成する、
ように構成されている、
バッテリ管理システム。
【請求項２２】
前記バッテリ管理システムは、さらに、Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣおよびＮ個の測定回路を含んでおり、前記Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣには、前記Σ−Δ  ＡＤＣが含まれ、前記Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣは、それぞれ、前記Ｎ個のバッテリセルの各バッテリセルに接続されており、前記Ｎ個の測定回路には、前記測定回路が含まれ、前記Ｎ個の測定回路は、それぞれ、前記Ｎ個のバッテリセルの各バッテリセルに接続されている、
請求項２１記載のバッテリ管理システム。
【請求項２３】
前記Σ−Δ  ＡＤＣは、１以上の正の整数であるＮ次の第１のドミナントポールを有しており、前記測定回路は、前記Ｎ次の第２のドミナントポールを有しており、前記第１のドミナントポールは、前記第２のドミナントポールに実質的に等しい、
請求項２１記載のバッテリ管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、電子システムおよび方法に関し、また特定の実施形態においては、第２の経路による冗長的な測定アプローチを使用するバッテリ診断システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動の車両は、推進のために電気モータを使用する車両である。典型的には、電動の車両は、電気モータに電力を供給するためにバッテリパックを使用する。バッテリパックは、典型的には、例えば４００Ｖ以上の電圧を達成するために、直列に接続されているバッテリセルから成るスタックを含んでいる。例えば、バッテリパックは、直列に接続されている、９６個のリチウムイオンバッテリセルから成るスタックを含むことができる。４００Ｖ未満の電圧も使用することができる。
【０００３】
電動の車両は、典型的には、バッテリパックによって電力が供給されるので、バッテリパックの正常性は、安全に関する重要な関心事である。一部のケースにおいては、バッテリパックの単一のバッテリセルの故障が、大きな被害をもたらす可能性がある。例えば、製造に起因して、または利用に関する変化に起因して、バッテリパックにおける一部のバッテリセルが、他のバッテリセルよりも僅かに少ない容量を有する可能性がある。バッテリセルの平衡が保たれなければ、複数回の充電／放電サイクルの後に、１つまたは複数のバッテリセルが故障する可能性がある。
【０００４】
したがって車両は、典型的には、個々のバッテリセルそれぞれを監視して、周期的に平衡を再度保つようにしている。バッテリセルの監視、また平衡を再度保つことは、典型的には、平衡回路網を介してバッテリパックに接続されている、バッテリスタックモニタ、バッテリモニタＩＣまたはセンシングＩＣと称されることが多い、外部の集積回路（ＩＣ）によって行われる。一部の実現形態においては、各バッテリセルがバッテリパックにおける他のバッテリセルに関して平衡が保たれていることを保証するために、外部ＩＣが、バッテリパックの各バッテリセルの電圧を監視し、続いて、その監視された電圧に基づいて、バッテリセルの一部を放電させる。外部ＩＣをバッテリパックに接続するために使用される平衡回路網が故障することも考えられるので、外部ＩＣは、他の診断フィーチャとして、平衡回路網の開路を検出することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施形態によれば、バッテリ診断を提供するための方法が、再充電可能なバッテリの第１のバッテリセルの第１の電圧を、回路網の第１の測定経路を介して、第１の測定回路を使用して測定するステップであって、第１の電圧の測定は、少なくとも１つの第１の電圧サンプルを、第１の期間中に、第１の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、第１のバッテリセルの第２の電圧を、回路網の第１の測定経路とは異なる、回路網の第２の測定経路を介して、第２の測定回路を使用して測定するステップであって、第２の電圧の測定は、少なくとも１つの第２の電圧サンプルを、第１の期間中に、第２の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、測定された第１の電圧を、測定された第２の電圧と比較するステップと、診断出力信号を、比較に基づいて生成するステップと、を有する。
【０００６】
１つの実施形態においては、回路が、回路網の第１の経路を介して、第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第１の測定回路と、第１の経路とは異なる、回路網の第２の経路を介して、第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第２の測定回路と、コントローラと、を含んでおり、コントローラは、第１の期間中に、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、第１の測定回路に測定させ、第１の期間中に、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、第２の測定回路に測定させ、第１の測定回路の出力を、第２の測定回路の出力と比較し、診断出力信号を、比較に基づいて生成する、ように構成されている、回路。
【０００７】
１つの実施形態においては、バッテリ管理システムが、直列に接続されているＮ個（ただし、Ｎは０より大きい正の整数である）のバッテリセルを含んでいる再充電可能なバッテリと、再充電可能なバッテリに接続されている平衡回路網と、平衡回路網に接続されているバッテリ監視回路と、を含んでおり、バッテリ監視回路は、Ｎ個のバッテリセルの第１のバッテリセルに、平衡回路網の第１の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、かつ第１の基準電圧生成器に接続されている、Σ−Δアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）と、第１のバッテリセルに、第１の経路とは異なる、平衡回路網の第２の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、第１の基準電圧生成器とは異なる第２の基準電圧生成器に接続されており、かつΣ−Δ  ＡＤＣとは異なるアーキテクチャを有している、測定回路と、コントローラと、を含んでおり、コントローラは、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、第１の期間中に測定するようにΣ−Δ  ＡＤＣを制御し、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、第１の期間中に測定するように測定回路を制御し、Σ−Δ  ＡＤＣの出力を、測定回路の出力と比較し、かつ診断出力信号を、比較に基づいて生成する、ように構成されている、バッテリ管理システム。
【０００８】
本発明、また本発明の利点のより完全な理解に関しては、添付の図面と共に、以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図２】本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの故障を検出する実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図３】本発明の別の実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図４】本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図５】本発明の別の実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図６】本発明のさらに別の実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図７】本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図８】本発明の１つの実施形態による、同時の測定を達成するための１つの考えられる測定システムの概略図を示す。
【図９】本発明の１つの実施形態による、図７のバッテリ管理システムのバッテリセルそれぞれの電圧を測定するためのタイミングチャートを示す。
【図１０】本発明の別の実施形態による、バッテリ管理システムの一部の概略図を示す。
【図１１】本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの故障を検出する実施形態による方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
異なる図面における対応する参照番号および参照符号は、別記しない限りは、一般的に対応する部分を表している。図面には、好適な実施形態の関連する態様が明瞭な説明のために図示されているが、それらの態様は縮尺通りに描かれたのではない。特定の実施形態をより明瞭に説明するために、同一の構造、材料、またはプロセスステップのヴァリエーションを表す文字は、図面の番号に従うものとする。
【００１１】
本発明の好適な実施形態の構成および使用を、下記において詳細に考察する。しかしながら、本発明が、多くの適用可能な本発明によるコンセプトを提供し、それらのコンセプトを多種多様な特別なコンテキストにおいて実現できることは明らかであろう。考察する特定の実施形態は、本発明を構成および使用するための特定のやり方を単に表しているに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
下記においては、本明細書に記載の種々の実施例のより良い理解を提供するために、種々の特定の詳細を説明する。それらの実施形態は、特定の詳細のうちの１つまたは複数を必要とせずとも達成することができるか、または他の方法、コンポーネント、材料などを用いて達成することができる。別のケースにおいては、実施形態の異なる態様を不明瞭にしないために、公知の構造、材料またはオペレーションを詳細には図示していない、または詳細には説明していない。本明細書において「１つの実施形態」という記述は、実施形態に関連させて説明する特定の構成、構造または特徴が、少なくとも１つの実施形態に含まれているということを表している。したがって、本明細書の種々の個所に記載されている「１つの実施形態において」などの語句は、必ずしも、厳密に同一の実施形態を表している必要はない。さらに、特定の形態、構造または特徴を、任意の適切なやり方で、１つまたは複数の実施形態において組み合わせることができる。
【００１３】
本発明を、特定のコンテキストにおける実施形態に関して説明する。診断回路は、電動の車両のバッテリパックに接続されており、また種々の技術でもって実現されている冗長的な電圧測定回路を使用することによって、バッテリパック、平衡回路網、ならびに診断回路の内部および外部にある他のコンポーネントにおける故障を検出するように構成されている。一部の実施形態を、電動の車両とは異なるシステムにおいて、例えば電圧を測定する他のシステムにおいて使用することができる。本明細書において説明する技術とは異なる、電圧を測定するための技術を使用することもできる。
【００１４】
システムの冗長性を、システムの故障確率を低減するためのセーフティクリティカルなシステム、例えばバッテリ管理システムにおいて使用することができる。故障の確率の低減は、一般的に、冗長的なシステムと一次システムとが相関していない（すなわち相互に排他的である）場合に、最も効果的である。例えば、典型的には、冗長的な管理システムと一次システムとの相関が低くなるほど、単一の特定のイベントまたは（共通の故障原因としても知られている）根本的な原因の結果として、一次システムおよび冗長的なシステムが故障する確率は低くなる。
【００１５】
本発明の１つの実施形態においては、バッテリ管理システムが、バッテリパックの各バッテリセルの電圧を監視するために冗長性を利用するバッテリ監視ＩＣを使用する。バッテリセルの電圧は、一次電圧測定回路および二次電圧測定回路を用いて測定される。一次電圧測定回路および二次電圧測定回路は、異なる技術で実現されており、異なる基準電圧生成器を使用し、またバッテリセルの電圧を、異なる経路を介して同時に測定する。バッテリ監視ＩＣ内部の故障、またはバッテリ監視ＩＣ外部の故障、例えば故障したコンポーネントおよび漏れのある経路を、一次電圧測定回路によって測定された電圧と二次電圧測定回路によって測定された電圧との差と、電圧閾値と、の比較によって検出することができる。
【００１６】
図１は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム１００の概略図を示す。バッテリ管理システム１００の一部のコンポーネントおよび詳細は、図面を見やすくするために省略されている。バッテリ管理システム１００は、バッテリパック１０１を含んでおり、このバッテリパック１０１は、アナログフィルタ・平衡回路網１０４を介して、バッテリ監視ＩＣ１０２に接続されている。バッテリ監視ＩＣ１０２は、静電放電（ＥＳＤ）保護回路１０６、開路診断・平衡回路１０８および電圧測定回路１０９を含んでいる。バッテリパック１０１は、直列に接続されている複数のバッテリセルを含んでいる。しかしながら、図１には、図面を見やすくするために、バッテリパック１０１の１つのバッテリセルｃｅｌｌｉのみが図示されている。
【００１７】
通常動作中、バッテリセルｃｅｌｌｉの電圧が、電圧測定回路１０９によって監視される。電圧測定回路１０９によって測定された電圧は、例えば、バッテリパック１０１内の他のバッテリセルに関して平衡を保つために、バッテリセルｃｅｌｌｉが放電されるべきか否かを求めるために使用される。バッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を、バッテリセルｃｅｌｌｉが放電されているか否か、または過充電されているか否かを求めるために使用することもできる。バッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を、他の目的のために、例えば開路電圧（ＯＣＶ）でシステムオンチップ（ＳｏＣ）を再較正するために使用することもできる。
【００１８】
電圧測定回路１０９は、バッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を測定するための冗長性を有している。例えば、電圧測定回路１０９は、電圧測定回路１１０および電圧測定回路１１２を含んでいる。電圧測定回路１１０と電圧測定回路１１２とは、異なる測定スキームを用いるように実現されている。異なる測定スキームには、異なるアーキテクチャ（例えば、ＳＡＲ  ＡＤＣまたはΣ−Δ  ＡＤＣ）および／または異なる測定原理が含まれる。例えば、電圧測定回路１１０を、特定のディジタルフィルタリングを用いる１３ビットΣ−Δ  ＡＤＣとして実現することができ、また電圧測定回路１１２を、異なるディジタルフィルタリングを使用する１６ビットΣ−Δ  ＡＤＣとして実現することができる。電圧測定回路１１０および電圧測定回路１１２は、それぞれ、異なる基準電圧を使用する。基準生成器１１１は、電圧測定回路１１０に関する基準電圧を、また基準生成器１１３は、電圧測定回路１１２に関する基準電圧を、それぞれ生成する。
【００１９】
図１に示されているように、電圧測定回路１１０は、経路１２２を使用してバッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を測定し、また電圧測定回路１１２は、経路１２４を使用してバッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を測定する。経路１２２および経路１２４は、バッテリ監視ＩＣ１０２の異なるピンを使用し、またアナログフィルタ・平衡回路網１０４の異なるコンポーネントを使用する。バッテリ監視ＩＣ１０２の各ピンは、自身の固有のＥＳＤ保護回路を有しているので、経路１２２および経路１２４を、異なるＥＳＤ構造に接続することもできる。ＩＣ１０２のピンのＥＳＤ構造は、図１においては、図面を見やすくするために、ＥＳＤ保護回路１０６として集合的に示されている。経路１２２および経路１２４を、（開路診断・平衡回路１０８の実現形態に応じて）開路診断・平衡回路１０８の異なる回路に接続することもできる。
【００２０】
両電圧測定回路１１０および１１２によって、バッテリセルｃｅｌｌｉの電圧が同時に測定される。経路１２２および１２４のフィルタリング特性は、両電圧測定回路１１０および１１２によって同時に同一の信号が測定された際に、比較可能な結果を実現できるように設計されている。
【００２１】
基準生成器回路１１１および１１３を、従来技術において公知である任意のやり方で実現することができる。例えば、基準生成器回路１１１および基準生成器回路１１３を、独立したバンドギャップ回路を使用することによって実現することができ、それらの独立したバンドギャップ回路によって、電圧測定回路１１２に関する基準として使用されるべき独立した電圧と、電圧測定回路１１０に関する基準として使用されるべき独立した電圧と、が供給される。一部の実施形態においては、各バンドギャップ回路および電圧レギュレータのアーキテクチャが異なっていてもよい。別の実施形態においては、基準生成器回路１１１のアーキテクチャと、基準生成器回路１１３のアーキテクチャと、が同一であってもよい。他の実現形態も考えられる。
【００２２】
開路診断・平衡回路１０８は、開路テストを実施することによって、アナログフィルタ・平衡回路網１０４に開路条件が存在しているか否かを検出する。また開路診断・平衡回路１０８は、バッテリパック１０１における他のバッテリセルに関してバッテリセルｃｅｌｌｉの平衡を保つために、所望の電圧までバッテリセルｃｅｌｌｉを放電する。開路診断・平衡回路１０８は、従来技術において公知である任意のやり方で実現することができる。例えば、典型的な実現形態は、電流源、比較器およびトランジスタを含んでいる。
【００２３】
アナログフィルタ・平衡回路網１０４は、抵抗器を含む平衡回路網と、平衡回路網の抵抗器との組合せにおいてフィルタリングを提供するコンデンサを含むアナログフィルタと、を含んでいる。非限定的な例として、一部の実施形態においては、抵抗器Ｒ１が、５Ωの抵抗を有しており、抵抗器Ｒ２が、２０Ωの抵抗を有しており、またコンデンサＣ１が、３３０ｎＦの容量を有している。他の抵抗値および容量値を使用することもできる。例えば、抵抗器Ｒ１およびＲ２の抵抗ならびにコンデンサＣ１の容量を、同時に同一の信号が測定された際に比較可能であるべき電圧測定回路１１２および１１０の測定値を提供できる所望のフィルタリング特性に基づいて選択することができる。一部の実施形態においては、整合総実効フィルタリング特性を得るために、電圧のサンプリングに続くフィルタリングによって平衡回路網のフィルタリング特性を補うことができる。アナログフィルタ・平衡回路網１０４を、例えば図３および図４に示したような、他の配置構成を用いて実現することができる。
【００２４】
ＥＳＤ保護回路１０６は、ＥＳＤ放電のための経路を、バッテリ監視ＩＣ１０２の一部またはすべてのピンに提供する。ＥＳＤ保護回路１０６を、従来技術において公知である任意のやり方で実現することができる。例えば、ＥＳＤダイオードを、逆バイアス構成で、ピン（例えば、Ｕｉ）とグラウンドノードおよび／またはバッテリ供給ノードおよび／またはバッテリ監視ＩＣ１０２の他のピンとの間に接続することができる。他の実現形態も考えられる。
【００２５】
バッテリ監視ＩＣ１０２は、モノリシック半導体基板に実現されている。一部の実施形態においては、バッテリ監視ＩＣ１０２を、マルチチップアーキテクチャで実現することができ、この場合には、例えば、電圧測定回路１１０が、第１のモノリシック半導体基板に、基準生成器１１１と共に配置され、また電圧測定回路１１２が、第１のモノリシック半導体基板とは異なる基板であるが、しかしながら同一のパッケージにパッケージングされる第２のモノリシック半導体基板に、基準生成器１１３と共に配置される。他の実現形態も考えられる。
【００２６】
バッテリパック１０１は、複数のバッテリセルを含んでいる。例えば、バッテリパック１０１は、直列に積層されている、１２個の再充電可能なリチウムイオンバッテリセルを含むことができる。直列に積層されている異なる数のバッテリセルを使用することもできる。一部の実施形態においては、直列に接続されているバッテリセルのスタックを、バッテリセルの別のスタックに、並列および／または直列に接続することができる。例えば、バッテリパックは、直列に接続されている８個のセルスタックから成るスタックを４個含むことができ、この場合、その４個のスタックは、並列に接続されており、また直列に接続されている８個のバッテリセルスタックはそれぞれ、直列に接続されている１２個のリチウムイオンバッテリセルを含んでいる。一部のバッテリパックは、異なる化学的性質を有しているバッテリセルを使用することができる。例えば、一部のバッテリパックは、種々の化学的性質を基礎とする他のリチウムを使用することができる。他の化学的性質を使用することができる。
【００２７】
一部の実施形態の利点には、異なる測定技術を用いて実現されている独立した電圧測定回路を基礎とする、冗長的な電圧測定回路を有することによる、また異なる基準電圧および異なる測定経路を使用することによる、バッテリ管理システムの共通要因に対するロバスト性の向上が含まれる。一部の実施形態は、さらに、２つの電圧測定回路の電圧測定値間の統計的な分析を実施することによって、例えば、２つの電圧測定回路によって測定された測定値間の相関関係を検査することによって、診断能力を改善する。
【００２８】
図２は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの故障を検出する実施形態による方法２００のフローチャートを示す。方法２００を、バッテリ管理システム１００を使用して実現することができる。代替的に、方法２００を、バッテリ管理システムの他の実現形態において実現することができる。以下の考察は、図１に示したようなバッテリ管理システム１００が方法２００を実現することを想定する。
【００２９】
ステップ２０２において、バッテリパック１０１のバッテリセルの電圧、例えばバッテリセルｃｅｌｌｉの電圧が、第１の電圧測定回路によって、例えば電圧測定回路１１０によって測定される。第１の電圧測定回路は、回路網を介して、例えばアナログフィルタ・平衡回路網１０４を介して、バッテリセルに接続されている。第１の電圧測定回路は、第１の時間中に第１の経路を介して、バッテリセルの電圧を測定する。
【００３０】
ステップ２０４において、バッテリセルの電圧が、第１の電圧測定回路とは異なる第２の電圧測定回路によって、例えば電圧測定回路１１２によって測定される。第２の電圧測定回路は、第１の時間中に第２の経路を介して、バッテリセルの電圧を測定する。換言すれば、第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路は、異なる経路を介して、バッテリセルの電圧を同時に測定する。
【００３１】
ステップ２０６において、第１の電圧測定回路によって測定された電圧が、第２の電圧測定回路によって測定された電圧と比較される。第１の電圧測定回路によって測定された電圧と、第２の電圧測定回路によって測定された電圧と、が実質的に等しい場合には（例えば、測定値の差が、電圧閾値Ｖｔｈ以下である場合には）、バッテリ管理システムは、正常に動作しており、また測定された電圧を、他の目的のために、例えばバッテリセルの平衡を再び保つべきか否か、または充電を停止すべきか否かを判断するために使用することができる。第１の電圧測定回路によって測定された電圧と、第２の電圧測定回路によって測定された電圧と、が異なる場合には（例えば、測定値の差が、電圧閾値Ｖｔｈよりも大きい場合には）、故障が検出される。
【００３２】
第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路は、同等のフィルタを用いて、同時に同一の信号を測定しているので、バッテリセルの電圧の突然の変化は、２つの電圧測定回路によって同様に捕捉されることになる。そのような同相除去によって、故障が存在しているか否かを求めるための低い電圧閾値Ｖｔｈを設定することができる。低い電圧閾値Ｖｔｈを使用することによって、アナログフィルタ・平衡回路網１０４のコンデンサの漏れ、バッテリ監視ＩＣ１０２のピンＵｉおよび／またはＧｉにおける漏れ、ＥＳＤ構造における漏れ、およびトランジスタ１１６および／または１１８における漏れのような故障を検出することができる。
【００３３】
例えばリチウムイオンバッテリセルを使用する一部の実施形態においては、第１の電圧と第２の電圧との差の絶対値が、例えば１０ｍＶの電圧閾値Ｖｔｈ未満である場合には、第１の電圧および第２の電圧が実質的に等しいことが求められる。例えば５ｍＶ以下のより低い閾値、または例えば２０ｍＶ、５０ｍＶ以上のより高い閾値も使用することができる。
【００３４】
一部の実施形態の利点には、開路検出では検出できない故障の検出が含まれる。例えば、バッテリ監視ＩＣ内部およびバッテリ監視ＩＣ外部の種々のコンポーネントにおける漏れを検出することができる。
【００３５】
図３は、本発明の別の実施形態による、バッテリ管理システム３００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム３００は、バッテリ管理システム１００と同様に動作し、またバッテリ管理システムの故障を検出する方法２００を実現することができる。しかしながら、バッテリ管理システム３００は、バッテリセルｃｅｌｌｉにわたる各ノードを監視するために、異なる経路に沿った２つの異なるピンを含んでいる。例えば、ノードＢＣｉには、ピンＵｉを介して経路３１０を使用して、またはピンＧｉ−１を使用して経路３１２を介してアクセスすることができ、またノードＢＣｉ−１には、ピンＵｉ−１を介して経路３１０を使用して、またはピンＧｉ−２を使用して経路３１２を介してアクセスすることができる。
【００３６】
一部の実施形態においては、電圧測定回路１１０が、ピンＵｉおよびＵｉ−１を使用してバッテリセルｃｅｌｌｉの電圧を正確に測定するための一次電圧測定回路として使用され、それに対して電圧測定回路１１２は、ピンＧｉ−１およびＧｉ−２を使用して電圧測定回路１１０によって測定された電圧を検証するための、安全上の理由の二次電圧測定回路として使用される。図３に示されているような二次電圧測定回路のための２つの独立したピンを使用することによって、二次電圧測定回路によって測定される電圧は、例えば平衡化電流による影響を受けない。例えば、平衡化電流を、ピンＧｉ−１へと流して、ピンＧｉ−２を介して流し出すことができる。
【００３７】
一部の実施形態の利点は、例えば図１および図３に示されているような平衡回路網の既存の構造を再利用することによって、冗長的な電圧測定経路を含ませることにある。
【００３８】
図４は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム４００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム４００の一部のコンポーネントおよび詳細、例えばＥＳＤ構造および開路診断・平衡回路は、図面を見やすくするために省略されている。バッテリ管理システム４００は、アナログフィルタ・平衡回路網４０４を介して、バッテリ監視ＩＣ４０２に直列に接続されて配置されている、ｎ個のバッテリセルを含んでいる。バッテリ監視ＩＣ４０２は、ｎ個の電圧測定回路４１０およびｎ個の電圧測定回路４１２を含んでいる。各バッテリセルは、アナログフィルタ・平衡回路網４０４を介して、電圧測定回路４１０および電圧測定回路４１２それぞれに接続されている。
【００３９】
一部の実施形態においては、ｎは、１２であってよい。そのような実施形態においては、ピンＶＳにおける電圧は、例えば、通常動作中は約６０Ｖであると考えられる。他の実施形態を、１２より少ない数、例えば６またはそれ未満の数のｎで実現することができる。他の実施形態を、１２より大きい値、例えば１５、２４、またはそれよい大きい値で実現することができる。
【００４０】
図４に示されているように、冗長的な電圧測定回路はそれぞれ、図１に示した構成と同様に、３個のピンを介して各バッテリセルに接続されている。一部の実施形態は、例えば図３に示されているように、４ピン構成を使用して、バッテリ管理システム４００を実現することができる。
【００４１】
ｎ個の電圧測定回路４１０およびｎ個の電圧測定回路４１２を有することによって、バッテリ管理システム４００は、ｎ個のバッテリセルそれぞれの電圧を同時に測定することができる。換言すれば、バッテリパック１０１のすべてのバッテリセルは、各電圧測定回路４１０および４１２によって同時かつ冗長的に測定される、自身に関連付けられた電圧を有することができる。
【００４２】
一部の実施形態は、１つまたは複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）を使用して、２つまたはそれ以上のバッテリセル間で電圧測定回路を共有することができる。例えば、図５は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム５００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム５００は、バッテリ管理システム４００と同様に動作する。しかしながら、バッテリ管理システム５００は、ｎ個の電圧測定回路５１０を有する代わりに、ＭＵＸ５０５を使用して、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルに電圧測定回路５１０を共有させる。
【００４３】
バッテリ管理システム５００は、１つの電圧測定回路５１０および各電圧測定回路５１２を使用して、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルそれぞれの電圧を同時に測定する。例えば、バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧は、電圧測定回路５１２０および電圧測定回路５１０によって同時に測定され、ここでＭＵＸ５０５は、バッテリセルｃｅｌｌ１に関連付けられたチャネルを選択するように構成されている。バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧が測定された後に、バッテリセルｃｅｌｌ２の電圧を、電圧測定回路５１２１および電圧測定回路５１０によって同時に測定することができ、ここでＭＵＸ５０５は、バッテリセルｃｅｌｌ２に関連付けられたチャネルを選択するように構成されている。このシーケンスは、順番通りである必要はないが、バッテリパック１０１におけるバッテリセルそれぞれに対して繰り返される。
【００４４】
図５に示されているように、電圧測定回路５１０は、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルで共有されている。一部の実施形態は、ｎ以下の数であるｋ個のバッテリセルで電圧測定回路５１０を共有することができる。
【００４５】
一部の実施形態は、１つより多くのバッテリセルで、電圧測定回路５１２を共有することもできる。例えば、図６は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム６００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム６００は、バッテリ管理システム５００と同様に動作する。しかしながら、バッテリ管理システム６００は、ｎ個の電圧測定回路５１２を有する代わりに、ＭＵＸ６０４を使用して、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルで電圧測定回路５１２を共有する。
【００４６】
バッテリ管理システム６００は、電圧測定回路５１０および６１２を使用して、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルそれぞれの電圧を同時に測定する。例えば、バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧は、電圧測定回路５１０および６１２によって同時に測定され、ここでＭＵＸ５０５および６０４は、バッテリセルｃｅｌｌ１に関連付けられたチャネルを選択するようにそれぞれ構成されている。バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧が測定された後に、バッテリセルｃｅｌｌ２の電圧を、電圧測定回路５１０および６１２によって同時に測定することができ、ここでＭＵＸ５０５および６０４は、バッテリセルｃｅｌｌ２に関連付けられたチャネルを選択するようにそれぞれ構成されている。このシーケンスは、順番通りである必要はないが、バッテリパック１０１におけるバッテリセルそれぞれに対して繰り返される。
【００４７】
図６に示されているように、電圧測定回路６１２は、バッテリパック１０１のｎ個のバッテリセルで共有されている。一部の実施形態は、ｎより小さい数であるｊ個のバッテリセルで電圧測定回路６１２を共有することができる。一部の実施形態においては、ｊがｋに等しくてよい。一部の実施形態においては、ｊ、ｋおよびｎが相互に等しくてよい。
【００４８】
図７は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム７００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム７００は、（例えば１２個のリチウムイオンバッテリセルを有する）バッテリパック７０１と、アナログフィルタ・平衡回路網７０３を介してバッテリパック７０１に接続されているバッテリ監視ＩＣ７０２と、を含んでいる。バッテリ管理システム７００は、バッテリ管理システム６００と同様に動作する。しかしながら、バッテリ管理システム７００は、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６を用いる電圧測定回路６１２を実現し、かつ１２個のΣ−Δ  ＡＤＣ７０４を実現し、それらのΣ−Δ  ＡＤＣ７０４はそれぞれ、ＭＵＸ５０５を介してバッテリパックに接続されている単一の電圧測定回路５１０の代わりに、アナログフィルタ・平衡回路網７０３を介して、バッテリパック７０１の各バッテリセルに接続されている。基準生成器１１１は、１２個のΣ−Δ  ＡＤＣ７０４すべてに関する基準電圧Ｖｒｅｆ１を供給し、それに対して、基準生成器１１３は、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６に関する基準電圧Ｖｒｅｆ２を供給する。
【００４９】
通常動作中、コントローラ７０２は、特定のバッテリセル（例えば、ｃｅｌｌ１）に関連付けられたチャネル（例えば、ＣＨ０）を選択するようにＭＵＸ６０４をコンフィギュレートし、また特定のバッテリセルの電圧を同時に測定するように、各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４（例えば、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４０）およびＳＡＲ  ＡＤＣ７０６をコンフィギュレートする。このプロセスは、バッテリパック７０１におけるバッテリセルのそれぞれに対して繰り返される。
【００５０】
公知のように、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４およびＳＡＲ  ＡＤＣ７０６はそれぞれ、入力端においてサンプリングされたアナログ電圧に関連付けられたディジタル値を生成するにもかかわらず、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４およびＳＡＲ  ＡＤＣ７０６は、異なるアーキテクチャおよび動作原理を使用することによって、それらの各ディジタル値を生成する。例えば、ＳＡＲ  ＡＤＣは、典型的にはＡＤＣ入力端におけるアナログ電圧サンプルをサンプル＆ホールドし、続いてｍビットＤＡＣを用いて電圧を生成し、ｍビットＤＡＣによって生成された電圧を、入力端においてサンプリングされた電圧と、比較器を使用して比較する。ＳＡＲ  ＡＤＣによって生成されたディジタル出力は、ｍビットＤＡＣをコンフィギュレートするために使用する場合には、サンプリングされた入力の電圧に最も近い電圧を生成するディジタルコードである。典型的には、ＳＡＲ  ＡＤＣは、そのようなｍビットＤＡＣコードを発見するために二分探索を使用する。ｍビットＤＡＣは、典型的には、８ビット、１０ビット、１２ビット、またはそれよりも大きい数のビットを有する。
【００５１】
Σ−Δ  ＡＤＣは、アナログ入力をディジタル出力に変換するために、オーバサンプリング技術およびノイズシェーピング技術の組合せを使用する。典型的には、１ビットＤＡＣは、ディジタルコードを生成するために、微分器、積分器およびディジタルフィルタリングの組合せにおいて使用される。ＳＡＲ  ＡＤＣとは異なり、Σ−Δ  ＡＤＣは、大部分、アナログコンポーネントではなくディジタルロジックを使用して実現されている。ＳＡＲ  ＡＤＣおよびΣ−Δ  ＡＤＣは、従来技術において十分に公知であるので、さらなる考察は行わない。
【００５２】
Σ−Δ  ＡＤＣおよびＳＡＲ  ＡＤＣは、典型的には、異なるサンプリングレートを有しているので、ＡＤＣの両タイプについてのエイリアシングが阻止されるように、アナログフィルタ・平衡回路網７０３のフィルタリング特性を設計することができる。一部の実施形態においては、周波数ｆｓ／２において、例えば１ｍＶよりも低い値にノイズを低減することによってアンチエイリアシングが達成される。ここでｆｓは、最も遅いＡＤＣ（例えば、ＳＡＲ  ＡＤＣ）のサンプリング周波数である。
【００５３】
バッテリ監視ＩＣ７０２は、モノリシック半導体基板に実現されている。一部の実施形態においては、バッテリ監視ＩＣ７０２を、マルチチップアーキテクチャで実現することができ、この場合には、例えば、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６およびＭＵＸ６０４が、第１のモノリシック半導体基板に、基準生成器１１１と共に配置され、またΣ−Δ  ＡＤＣ７０４が、第１のモノリシック半導体基板とは異なる基板であるが、しかしながら同一のパッケージにパッケージングされる第２のモノリシック半導体基板に、基準生成器１１３と共に配置される。他の実現形態も考えられる。
【００５４】
図８は、本発明の１つの実施形態による、同時の測定を達成するための測定システム８００の概略図を示す。測定システム８００は、同一の期間にセルｃｅｌｌｉの電圧を、一次測定回路８０４および二次測定回路８１０を用いて同時に測定し、また測定された各電圧を基礎として、一次測定結果および二次測定結果を生成する。一部の実施形態においては、電圧測定回路１１０を、一次測定回路８０４として実現することができ、また電圧測定回路１１２を、二次測定回路８１０として実現することができる。
【００５５】
測定システム８００は、一次測定回路８０４、二次測定回路８１０およびアンチエイリアシングフィルタ８０２、８０８を含んでいる。一部の実施形態においては、アンチエイリアシングフィルタ８０２および８０８が、アナログフィルタ・平衡回路網（例えば、上記において説明した１０４、４０４および７０３）に相当する。図８は、それぞれが１６ビットを有している、一次測定結果および二次測定結果を示す。他の値、例えば８ビット、１２ビット、１４ビット、２４ビット、３２ビットも使用できると解される。
【００５６】
一次測定回路８０４は、アンチエイリアシングフィルタ８０２のフィルタリング特性、ならびにサンプリングブロックおよび平均値形成ブロック８０６のフィルタリング特性を含む、総実効フィルタリング特性を有している。二次測定回路８１０は、アンチエイリアシングフィルタ８０８のフィルタリング特性、サンプリングブロック８１２のフィルタリング特性およびディジタル平均値形成ブロック８１４のフィルタリング特性を含む、総実効フィルタリング特性を有している。一次測定回路８０４および二次測定回路８１０の総実効フィルタリング特性は、２つの測定回路８０４および８１０によって、同時に同一の信号を測定できるように設計されている。
【００５７】
一部の実施形態においては、測定回路８０４および８１０の総実効フィルタリング特性が、類似のドミナントポールおよび類似のステップ応答を有することによって整合されている。非限定的な例として、一次測定回路８０４が、Σ−Δ  ＡＤＣを用いて実現されており、また二次測定回路８１０が、ＳＡＲ  ＡＤＣを用いて実現されている１つの実施形態においては、アンチエイリアシングフィルタ８０２が、約５００ｋＨｚの極を有することができ、またΣ−Δ  ＡＤＣが、約２０ＭＨｚで各入力信号をサンプリングすることができ、かつ約１００Ｈｚにある極を持つ平均値形成Ｎ次フィルタ（ただしｎは、１以上であると考えられる）を有することができるサンプリングおよび平均値形成ブロック８０６を有しており、かつアンチエイリアシングフィルタ８０８が、約１０ｋＨｚの極を有することができ、ＳＡＲ  ＡＤＣが、約４００Ｈｚで入力信号をサンプリングすることができるサンプリングブロック８１２を有しており、またＮ次ディジタル平均値形成ブロック８１４が、約１００Ｈｚにある極でもってディジタル平均値形成を実行することができる。この例においては、測定回路８０４および８１０それぞれのドミナントポールが、約１００Ｈｚであり、同一の周波数スロープを有している（例えば、ｎが１である場合には、２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ）。極周波数、サンプリング周波数およびフィルタの次数に関する他の値を使用することもできる。
【００５８】
一部の実施形態は、同じ速度で減衰する同一のドミナントポールを有することなく、類似の（整合された）総実効フィルタリング特性を達成することができる。例えば、一部の実施形態においては、一次測定回路８０４が、１００Ｈｚの１次極および１０５Ｈｚの１次極を有することができ、それに対して、二次測定回路８１０は、９９Ｈｚの２次極を有することができる。そのような実施形態においては、一次測定回路８０４の総実効フィルタリング特性が、二次測定回路８１０の総実効フィルタリング特性を整合するものと見なされる。他のフィルタリング特性およびドミナントポールおよび周波数スロープに関する他の値を使用することもできる。
【００５９】
一部の実施形態においては、Σ−Δ  ＡＤＣが、１次カスケード積分コム（ＣＩＣ：ｃａｓｃａｄｅｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ−ｃｏｍｂ）フィルタでもって実現されている。ＣＩＣフィルタを、従来技術において公知である任意のやり方で実現することができる。
【００６０】
一部の実施形態においては、測定回路８０４および８１０を、同一の方式で実現することができる。例えば、一部の実施形態においては、測定回路８０４および８１０を、いずれもΣ−Δ  ＡＤＣでもって実現することができる。一部の実施形態においては、測定回路８０４および８１０を、いずれもＳＡＲ  ＡＤＣでもって実現することができる。さらに別の実施形態においては、一次測定回路８０４が、Σ−Δ  ＡＤＣでもって実現されており、それに対して、二次測定回路８１０は、比較器でもって実現されている。他の実現形態も考えられる。
【００６１】
図９は、本発明の１つの実施形態による、バッテリパック７０１の１２個のバッテリセルそれぞれの電圧を測定するためのタイミングチャートを示す。波形９０４は、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４の変換タイミングに相当する。波形９０６は、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６および関連付けられたＭＵＸ６０４の変換タイミングに相当する。波形９０５は、波形９０４および９０６の一部を拡大したヴァージョンである。
【００６２】
図９に示されているように、診断時間ｔＣＨ＿Ｄｉａｇｎｏｓｅの間に、バッテリパック７０１の１２個のバッテリセルそれぞれの電圧が測定される。例えば、時間ｔｃｈ０の間に、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４０は、バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧を測定し、それに対して、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６は、バッテリセルｃｅｌｌ１の電圧に関連付けられた、ＭＵＸ６０４のチャネルＣＨ０の電圧を測定する。時間ｔｃｈ１の間に、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４１は、バッテリセルｃｅｌｌ２の電圧を測定し、それに対して、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６は、バッテリセルｃｅｌｌ２の電圧に関連付けられた、ＭＵＸ６０４のチャネルＣＨ１の電圧を測定する。このシーケンスは、バッテリパック７０１の１２個のバッテリセルすべてに対して繰り返される。
【００６３】
波形９０５に示されているように、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６および各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４は、各バッテリセルの電圧を同時にかつ同じ期間にわたり測定する。換言すれば、ＳＡＲ  ＡＤＣ７０６が典型的には、測定時間中にΣ−Δ  ＡＤＣ７０４よりも少ない数のサンプルを収集する。このサンプルが収集される時間は同一とする。測定時間中に各ＡＤＣによって収集されたサンプルは、続いて、それぞれの最終的な値を取得するために、（例えば、ローパスフィルタを使用することによって）それぞれ平均値が形成される。例えば、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４の周波数ＪおよびΣ−Δ  ＡＤＣ７０４によって取得される入力サンプルの数Ｑは、周波数ＰでＬ個のサンプルを取得するためにＳＡＲ  ＡＤＣ７０６が要した時間と同じ時間を要するように選択される。非限定的な例として、期間ｔｃｈ０が７５μｓである場合には、６６６ｋＨｚで動作するＳＡＲ  ＡＤＣ７０６は、５０個の入力サンプルを収集し、それに対して、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４０は、１３．６５ＭＨｚのオーバサンプリングレートで動作している間に、入力信号の１，０２４個のサンプルを取得する。一部の実施形態においては、各変換の間の時間ｔ１が最小化され、例えば１μｓに最小化される。
【００６４】
図１０は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システム１０００の一部の概略図を示す。バッテリ管理システム１０００は、バッテリパック７０１およびバッテリ監視ＩＣ１００２を含んでおり、このバッテリ監視ＩＣ１００２は、アナログフィルタ・平衡回路網７０３を介して、バッテリパック７０１に接続されている。バッテリ管理システム１０００は、バッテリ管理システム４００と同様に動作する。しかしながら、バッテリ管理システム１０００は、それぞれがΣ−Δ  ＡＤＣ７０４を用いる各電圧測定回路４１０を実現しており、またそれぞれが比較器回路１００８を用いる電圧測定回路５１２を実現している。基準生成器１１１は、１２個のΣ−Δ  ＡＤＣ７０４すべてに関する基準電圧Ｖｒｅｆ１を供給し、それに対して、基準生成器１１３は、ＤＡＣ１０１６に関する基準電圧Ｖｒｅｆ２を供給し、ＤＡＣ１０１６は、すべての比較器回路１００８に関する基準を供給する。
【００６５】
通常動作中、比較器回路１００８それぞれが、ウィンドウコンパレータとして動作する。各比較器回路１００８の高閾値および低閾値は、ＤＡＣ１０１６によって供給される。
【００６６】
測定時間中に、各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４が、サンプルを収集し、また測定された電圧に関連付けられたディジタル値を生成し、その一方で、各比較器回路１００８は、複数の比較結果を生成し、また最終的な値として、最大頻度比較結果を生成する。例えば、バッテリセルｃｅｌｌ１が、その端子において電圧Ｖ３（例えば、３．６Ｖ）を有していると仮定すると、Σ−Δ  ＡＤＣ７０４０は、第１の測定時間中に複数のサンプルを収集し、また結果として、３．６Ｖに相当するディジタル値を生成する。同一の第１の測定時間中に、比較器回路１００８０は、その入力端における値を、ＤＡＣ１０１６から供給された値と比較し、また比較の度に、電圧がウィンドウ外であれば、入力はウィンドウ外にあることを表す値（例えば、０）を生成し、また電圧がウィンドウ内であれば、入力はウィンドウ内にあることを表す値（例えば、１）を生成する。比較器回路１００８０がＺ個のサンプル（例えば、１００個のサンプル）を生成し、それらのサンプルのうちのより多い方のサンプル（例えば、５１以上）が、ウィンドウ内にあり（例えば、１）、またより少ない方のサンプル（例えば、４９以下）が、ウィンドウ外にある（例えば、０）場合、最終的な結果は、入力がウィンドウ内にある（例えば、１）ということであり、このことは、サンプリングされた電圧が、ＤＡＣ１０１６によって供給される限界内にあることを意味している。それに対し、Ｚ個のサンプルのうち、より多い方のサンプルが、ウィンドウ外にあり（例えば、０）、またより少ない方のサンプルが、ウィンドウ内にある（例えば、１）場合、最終的な結果は、入力がウィンドウ外にある（例えば、０）ということであり、このことは、サンプリングされた電圧が、ＤＡＣ１０１６によって供給される限界外にあることを意味している。同一の測定が、バッテリパック７０１の各バッテリセルに対して実行される。このようにして、各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４によって測定された電圧がＤＡＣ１０１６によって規定されたウィンドウ内にあるかを検証するために、比較器回路１００８を使用することができる。
【００６７】
一部の実施形態においては、入力がウィンドウ外にある場合には、比較器回路１００８０が０を生成し、また入力がウィンドウ内にある場合には、比較器回路１００８０が１を生成する。別の実施形態においては、入力がウィンドウ外にある場合には、比較器回路１００８０が１を生成し、また入力がウィンドウ内にある場合には、比較器回路１００８０が０を生成する。別の実施形態においては、入力がウィンドウ外にある場合には、比較器回路１００８０が負の値を生成し、また入力がウィンドウ内にある場合には、比較器回路１００８０が正の値を生成する。別の実施形態においては、入力がウィンドウ外にある場合には、比較器回路１００８０が正の値を生成し、また入力がウィンドウ内にある場合には、比較器回路１００８０が負の値を生成する。他の実現形態も考えられる。
【００６８】
一部の実施形態においては、ＤＡＣ１０１６が、高閾値を、バッテリセルに関する最大推奨動作電圧（例えば、リチウムイオン電池に関しては４．５Ｖ）と同じレベルに設定することができ、また低閾値を、バッテリセルに関する最小動作電圧（例えば、リチウムイオン電池に関しては２．７Ｖ）に設定することができる。他の実現形態は、例えば５０ｍＶ以下のウィンドウなどのより狭いウィンドウを実現することができる。
【００６９】
種々の充電レベルにわたる、リチウムバッテリセルのようなバッテリセルの電圧曲線は線形ではない。例えば、リチウムバッテリセルが完全に充電されると、バッテリセルの電圧は、４．２Ｖよりも高くなる可能性があり、またリチウムバッテリセルが放電されると、バッテリセルの電圧は、３Ｖ以下になる可能性がある。大部分の時間（例えば、８０％の充電レベルから２０％の充電レベルまで）にわたり、電圧は約３．６Ｖであると考えられる。充電曲線における種々の点の間に比較器回路１００８のための比較の狭いウィンドウ（例えば、５ｍＶのウィンドウ）を達成するために、一部の実施形態は、ウィンドウの値を動的に生成する。例えば、一部の実施形態は、第１の時間中に、各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４を用いて１回目の測定を行うことができ、続いて、測定された値を中心にしたウィンドウを生成するためにＤＡＣ１０１６をコンフィギュレートし、それに続いて、第２の時間中に、各Σ−Δ  ＡＤＣ７０４および各比較器回路１００８を用いて、バッテリセルの電圧を同時に測定する。
【００７０】
図１１は、本発明の１つの実施形態による、バッテリ管理システムの故障を検出する実施形態による方法１１００のフローチャートを示す。方法１１００を、バッテリ管理システム１０００を使用して実現することができる。代替的に、方法１１００を、バッテリ管理システムの他の実現形態において実現することができる。以下の考察は、図１０に示したようなバッテリ管理システム１０００が方法１１００を実現することを想定する。
【００７１】
ステップ１１０２において、バッテリパック７０１のバッテリセルの電圧、例えばバッテリセルｃｅｌｌ１の第１の電圧Ｖｏｌｔ１が、第１の電圧測定回路によって、例えばΣ−Δ  ＡＤＣ７０４０によって、第１の時間中に第１の経路を介して測定される。
【００７２】
ステップ１１０４において、高電圧閾値Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈおよび低電圧閾値Ｖｔｈ＿ｌｏｗが、第１の電圧に基づいて設定される。例えば、測定された第１の電圧が３．６Ｖである場合には、高電圧閾値Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈを、３．６５Ｖに設定することができ、また低電圧閾値Ｖｔｈ＿ｌｏｗを、３．５５Ｖに設定することができる。一部の実施形態においては、測定された電圧を、選択された高電圧閾値Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈと低電圧閾値Ｖｔｈ＿ｌｏｗとの間で中心に置くことができる。別の実施形態においては、測定された電圧が、選択された高電圧閾値Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈと低電圧閾値Ｖｔｈ＿ｌｏｗとの間で中心に置かれなくてもよい。電圧閾値は、例えばＤＡＣを使用することによって、例えばＤＡＣ１０１６を使用することによって、ウィンドウコンパレータに、例えば比較器回路１００８０に適用される。
【００７３】
ステップ１１０６においては、第２の電圧Ｖｏｌｔ２が、第２の時間中に、第１の電圧測定回路を使用して測定される。同一の第２の時間中に、第３の電圧Ｖｏｌｔ３が、比較器回路を用いてサンプリングされ、この電圧Ｖｏｌｔ３が、高電圧閾値Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈおよび低電圧閾値Ｖｔｈ＿ｌｏｗによって規定されたウィンドウ内にあるか否かが求められる。
【００７４】
第２の電圧Ｖｏｌｔ２がウィンドウ外にある場合には、ステップ１１１０に示されているように、ステップ１１０２が再び実行される。例えば突然の電流スパイクに起因して、電圧Ｖｏｌｔ２がウィンドウ外になることも考えられる。電圧Ｖｏｌｔ２がウィンドウ内にあり、かつ比較器回路が、第３の電圧Ｖｏｌｔ３はウィンドウ内にあることを示す場合には、バッテリ管理システムが通常通りに動作しており、またエラーが測定に影響を及ぼすことはない。それとは異なり、電圧Ｖｏｌｔ２がウィンドウ内にあり、かつ比較器回路が、第３の電圧Ｖｏｌｔ３は、ウィンドウ外にあることを示す場合には、ステップ１１１２およびステップ１１１６に示されているように、故障が検出される。
【００７５】
一部の実施形態においては、方法１１００が、各バッテリセルにおいて順次実行される。別の実施形態においては、複数（バッテリパック７０１のすべてのメモリセルを含めて、例えば、２個、３個、４個、またそれ以上の数）のメモリセルが、方法１１００を同時に実行する。
【００７６】
ここで、本発明の実施例を要約する。他の実施形態は、明細書および添付の特許請求の範囲の全体から理解することができる。
【００７７】
実施例１．バッテリ診断を提供するための方法であって、この方法は、再充電可能なバッテリの第１のバッテリセルの第１の電圧を、回路網の第１の測定経路を介して、第１の測定回路を使用して測定するステップであって、第１の電圧の測定は、少なくとも１つの第１の電圧サンプルを、第１の期間中に、第１の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、第１のバッテリセルの第２の電圧を、回路網の第１の測定経路とは異なる、回路網の第２の測定経路を介して、第２の測定回路を使用して測定するステップであって、第２の電圧の測定は、少なくとも１つの第２の電圧サンプルを、第１の期間中に、第２の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、測定された第１の電圧を、測定された第２の電圧と比較するステップと、診断出力信号を、比較に基づいて生成するステップと、を有する、バッテリ診断を提供するための方法。
【００７８】
実施例２．少なくとも１つの第１の電圧サンプルは、第１の測定スキームを使用して取得され、少なくとも１つの第２の電圧サンプルは、第１の測定スキームとは異なる第２の測定スキームを使用して取得される、実施例１の方法。
【００７９】
実施例３．第１の電圧の測定は、さらに、複数の第１の電圧サンプルを、第１の期間中に第１の測定回路を使用して取得することを含み、また第２の電圧の測定は、さらに、複数の第２の電圧サンプルを、第１の期間中に第２の測定回路を使用して取得することを含む、実施例１または２の方法。
【００８０】
実施例４．第２の電圧の測定は、さらに、第２の測定回路に接続されている平均値形成回路を使用する、第２の測定回路の出力の平均値形成を含む、実施例１から３のうちの１つの方法。
【００８１】
実施例５．診断出力信号は、測定された第１の電圧と測定された第２の電圧との差が、第１の電圧閾値を上回ると出力される、実施例１から４のうちの１つの方法。
【００８２】
実施例６．第１の測定回路は、第１のドミナントポールを有しており、また第２の測定回路は、第２のドミナントポールを有しており、方法は、さらに、第１のドミナントポールと第２のドミナントポールとを整合させるステップを有する、実施例１から５のうちの１つの方法。
【００８３】
実施例７．第１の測定回路も含めた、第１の測定経路の第１の総実効フィルタリング特性は、第２の測定回路も含めた、第２の測定経路の第２の総実効フィルタリング特性に、実質的に類似する、実施例１から６のうちの１つの方法。
【００８４】
実施例８．さらに、第１の基準電圧生成器を用いて、第１の基準電圧を第１の測定回路に供給するステップと、第１の基準電圧生成器とは異なる第２の基準電圧生成器を用いて、第２の基準電圧を第２の測定回路に供給するステップと、を有する、実施例１から７のうちの１つの方法。
【００８５】
実施例９．さらに、第１の基準電圧生成器を用いて、第１の基準電圧を、第１の測定回路と同一の測定スキームを基礎としている第３の測定回路に供給するステップと、再充電可能なバッテリの、第１のバッテリセルに直列に接続されている第２のバッテリセルの第３の電圧を、回路網の第３の測定経路を介して、第３の測定回路を使用して測定するステップであって、第３の電圧の測定は、複数の第３の電圧サンプルを、第１の期間の後に現れる第２の期間中に、第３の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、第２のバッテリセルの第４の電圧を、第３の測定経路とは異なる、回路網の第４の測定経路を介して、第２の測定回路を使用して測定するステップであって、第４の電圧の測定は、複数の第４の電圧サンプルを、第２の期間中に、第２の測定回路を使用して取得することを含む、ステップと、測定された第３の電圧を、測定された第４の電圧と比較するステップと、第３の電圧と第４の電圧との差が、第１の電圧閾値を上回ると、診断出力信号を出力するステップと、を有する、実施例１から８のうちの１つの方法。
【００８６】
実施例１０．回路であって、回路網の第１の経路を介して、第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第１の測定回路と、第１の経路とは異なる、回路網の第２の経路を介して、第１のバッテリセルに接続されるように構成されている第２の測定回路と、コントローラと、を含んでおり、コントローラは、第１の期間中に、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、第１の測定回路に測定させ、第１の期間中に、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、第２の測定回路に測定させ、第１の測定回路の出力を、第２の測定回路の出力と比較し、診断出力信号を、比較に基づいて生成する、ように構成されている、回路。
【００８７】
実施例１１．第１の測定回路は、第２の測定回路とは異なるアーキテクチャを有している、実施例１０の回路。
【００８８】
実施例１２．第１の測定回路は、第１のドミナントポールを有しており、第２の測定回路は、第２のドミナントポールを有しており、また第１のドミナントポールは、第２のドミナントポールに実質的に等しい、実施例１０または１１のうちの１つの回路。
【００８９】
実施例１３．さらに、第１の測定回路に接続されている第１の基準電圧生成器と、第２の測定回路に接続されている第２の基準電圧生成器と、を含んでいる、実施例１０から１２のうちの１つの回路。
【００９０】
実施例１４．第１の測定回路は、Σ−Δアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでおり、また第２の測定回路は、逐次比較型（ＳＡＲ）アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでいる、実施例１０から１３のうちの１つの回路。
【００９１】
実施例１５．第２の測定回路は、ウィンドウコンパレータを含んでおり、コントローラは、ウィンドウコンパレータの上限およびウィンドウコンパレータの下限を、第１の測定回路の出力に基づいて設定するように構成されている、実施例１０から１３のうちの１つの回路。
【００９２】
実施例１６．さらに、第１の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第１の端子に回路網を介して接続されるように構成されている、第１のセンシング端子と、第１の測定回路および第２の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第２の端子に接続されるように構成されている、第２のセンシング端子と、第２の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第１の端子に接続されるように構成されている、第１の電力端子と、を含んでいる、実施例１０から１５のうちの１つの回路。
【００９３】
実施例１７．第１の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第１の端子に回路網を介して接続されるように構成されている、第１のセンシング端子と、第１の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第２の端子に接続されるように構成されている、第２のセンシング端子と、第２の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第１の端子に接続されるように構成されている、第１の電力端子と、第２の測定回路に接続されており、かつ第１のバッテリセルの第２の端子に接続されるように構成されている、第２の電力端子と、を含んでいる、実施例１０から１５のうちの１つの回路。
【００９４】
実施例１８．第１の経路の第１の総実効フィルタ特性は、第２の経路の第２の総実効フィルタ特性にほぼ等しい、実施例１０から１７のうちの１つの回路。
【００９５】
実施例１９．回路網は、平衡回路網を含んでいる、実施例１０から１８のうちの１つの回路。
【００９６】
実施例２０．第１の測定回路は、第１のステップ応答を有しており、第２の測定回路は、第２のステップ応答を有しており、また第１のステップ応答は、第２のステップ応答に実質的に等しい、実施例１０または１９のうちの１つの回路。
【００９７】
実施例２１．バッテリ管理システムであって、直列に接続されているＮ個（ただし、Ｎは０より大きい正の整数である）のバッテリセルを含んでいる再充電可能なバッテリと、再充電可能なバッテリに接続されている平衡回路網と、平衡回路網に接続されているバッテリ監視回路と、を含んでおり、バッテリ監視回路は、Ｎ個のバッテリセルの第１のバッテリセルに、平衡回路網の第１の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、かつ第１の基準電圧生成器に接続されているΣ−Δアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）と、第１のバッテリセルに、第１の経路とは異なる、平衡回路網の第２の経路を介して接続されるように構成されている入力端を有しており、第１の基準電圧生成器とは異なる第２の基準電圧生成器に接続されており、かつΣ−Δ  ＡＤＣとは異なるアーキテクチャを有している、測定回路と、コントローラと、を含んでおり、コントローラは、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第１の電圧サンプルを、第１の期間中に測定するようにΣ−Δ  ＡＤＣを制御し、第１のバッテリセルの第１の端子および第２の端子の複数の第２の電圧サンプルを、第１の期間中に測定するように測定回路を制御し、Σ−Δ  ＡＤＣの出力を、測定回路の出力と比較し、かつ診断出力信号を、比較に基づいて生成する、ように構成されている、バッテリ管理システム。
【００９８】
実施例２２．さらに、Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣおよびＮ個の測定回路を含んでおり、Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣには、前述のΣ−Δ  ＡＤＣが含まれ、Ｎ個のΣ−Δ  ＡＤＣはそれぞれ、Ｎ個のバッテリセルの各バッテリセルに接続されており、Ｎ個の測定回路には、前述の測定回路が含まれ、Ｎ個の測定回路はそれぞれ、Ｎ個のバッテリセルの各バッテリセルに接続されている、実施例２１のバッテリ管理システム。
【００９９】
実施例２３．Σ−Δ  ＡＤＣは、Ｎ次（ただし、Ｎは１以上の正の整数である）の第１のドミナントポールを有しており、測定回路は、Ｎ次の第２のドミナントポールを有しており、第１のドミナントポールは、第２のドミナントポールに実質的に等しい、実施例２１のバッテリ管理システム。
【０１００】
本発明を、図示した実施形態を参照しながら説明したが、本明細書は、限定的なものと解されることを意図したものではない。図示の実施形態の種々の変更および組合せ、ならびに本発明の他の実施形態は、当業者には、本明細書を参照することによって明らかになる。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなあらゆる修正または実施形態を含むことが意図されている。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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