(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）から第１のバス（１３０；２３０；３３０；４３０）を介して少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）へ電力およびデータ信号を供給するためのシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）であって、
−前記メイン制御ユニットは、前記第１のバスを介して前記少なくとも１つのスレーブユニットに電力を供給するために、複数の第１のパルス（Ｐ１）を備える第１の交流信号を供給するために適合された第１の交流信号発生器（１１４；２１４；３１４；４１４）を備え、
−各スレーブユニットは、第１の直列キャパシタデバイス（１１９；２１９；３１９；４１９）を用いて前記第１のバスに交流結合され、各第１の直列キャパシタ素子は、その入力において供給される前記第１のパルス（Ｐ１）をその出力において第２のパルス（Ｐ２）に変換するために配置され、前記第２のパルスは、少なくとも１つのエッジまたは側面を有し、
−前記メイン制御ユニットは、前記複数の第１のパルス（Ｐ１）を変調することによって、前記少なくとも１つのスレーブユニットにデータを送信するために適合され、
−前記少なくとも１つのスレーブユニットは、パルス振幅または少なくとも１つのエッジまたは側面の受信の間の時間差を決定することによって、またはパルスを計数することによって、前記複数の第２のパルス（Ｐ２）を復調することで前記データを受信するために適合され、
前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；３１５；４１５）から前記メイン制御ユニット（１２０；３２０；４２０）にデータを通信するために、直流的デカップリング要素（１３５、３１９；４４１）を用いて前記メイン制御ユニット（１２０；３２０；４２０）および前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；３１５；４１５）の間に接続される第２のバス（１４０；３４０；４４０）をさらに備える、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのエッジまたは側面は、立ち上がりまたは立ち下がりエッジであり、前記スレーブユニットは、異なるパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの受信の間の時間差を決定するように適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのエッジまたは側面は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジであり、前記スレーブユニットは、パルスの立ち上がりエッジおよび後エッジの受信の間の時間差を前記スレーブユニットによって決定するように適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記変調および復調は、パルス位置変調（ＰＰＭ）、パルス幅変調（ＰＷＭ）、ＰＦＭ（パルス周波数変調）、パルスインターバル変調（ＰＩＭ）、またはパルス数変調のいずれかまたはいずれかの組み合わせである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
−前記メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記第１のパルス（Ｐ１）が立ち上がりまたは立ち下がりエッジを有するように、前記第１の交流信号を供給するために適合され、
−前記メイン制御ユニットは、連続する第１のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を変更することによりデータを送信するために適合され、
−少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、連続する第２のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を決定することによって前記データを受信し、前記決定された時間間隔（Δｔ）を対応するデータシンボルに変換するために適合される、請求項１または請求項２に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）。
【請求項６】
前記第１の交流信号発生器（１１４；２１４；３１４；４１４）は、実質的に長方形のパルスを生成するために適合される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）。
【請求項７】
メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）および前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、第１および第２のデータシンボル（「０」、「１」）のそれぞれに対応する、少なくとも第１のおよび第２の所定の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）を検出し、かつ適用するために適合される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１４）。
【請求項８】
前記メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）および前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、第１、第２、第３および第４のデータシンボル（「００」、「０１」、「１０」、「１１」）のそれぞれに対応する、少なくとも第１、第２、第３および第４の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４）を検出し、かつ適用するために適合される、請求項７に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）。
【請求項９】
前記メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）および前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、複数のデータシンボルに対応する複数の時間間隔、特に第１、第２および第３のデータシンボル（「０」、「１」、「ｘ」）のそれぞれに対応する少なくとも第１、第２および第３の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３）を検出し、かつ適用するために適合され、前記第３のデータシンボルは、ダミーのデータシンボルである、請求項７に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）。
【請求項１０】
前記システムは、再充電可能なエネルギー貯蔵システムであり、直列に結合される再充電可能なエネルギー貯蔵デバイス（１１２）の列（１１１）を備え、各スレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、再充電可能なエネルギー貯蔵デバイス（１１２）の１つを充電または放電するためのバランシングユニットである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のシステム（１１３；２１３；３１３；４１３）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５、３１５；４１５）は、前記メイン制御ユニット（１２０；３２０；４２０）に前記第２のバス（１４０；３４０；４４０）上に前記第１の交流信号と同期して、データを送信するために適合された請求項１に記載のシステム（１１３；３１３；４１３）。
【請求項１２】
−前記直流的デカップリング要素は、第２の直列キャパシタデバイス（３１９、４４１）であり、
−前記少なくとも１つのスレーブユニットは、立ち上がりまたは立ち下がりエッジを有する複数の第３のパルス（Ｐ３）を備える第２の交流信号を前記第２の直列キャパシタデバイスに供給するために適合され、連続する第３のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）は、前記スレーブユニットから前記メイン制御ユニットに送信されるべきデータにしたがって変調され、
−前記メイン制御ユニット（３２０；４２０）は、前記第２の直列キャパシタデバイス（３１９、４４１）の出力で生じる第４のパルス（Ｐ４）の前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を検出するために適合され、前記第３のパルスは、その入力に適合される、請求項１に記載のシステム（３１３、４１３）。
【請求項１３】
メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）から第１のバス（１３０；２３０；３３０；４３０）を介して少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）に電力およびデータ信号を供給するための方法であって、前記少なくとも１つのスレーブユニットは、１つまたは複数の直列キャパシタデバイス（１１９；２１９；３１９；４１９）を用いて前記第１のバスに交流結合され、前記方法は、
ａ）前記メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）から前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）に、各パルスが少なくとも１つのエッジまたは側面を有する複数の第１のパルス（Ｐ１）を備える第１の交流信号を生成し、前記第１の交流信号を前記第１のバス（１３０；２３０；３３０；４３０）に適用することによって、組み合わされた電力およびデータ信号を供給するステップと、
ｂ）前記１つまたは複数の直列キャパシタデバイス（１１９；２１９；３１９；４１９）の前記入力で前記第１のパルス（Ｐ１）を受信し、前記１つまたは複数の直列キャパシタデバイスの前記出力で第２のパルス（Ｐ２）を供給するステップと、
ｃ）前記メイン制御ユニット（１２０；２２０；３２０；４２０）から前記少なくとも１つのスレーブユニットに（１１５；２１５；３１５；４１５）、前記複数の第１のパルス（Ｐ１）を変調することによって、データを送信するステップと、
ｄ）前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）において、パルス振幅または前記少なくとも１つのエッジまたは側面の受信の間の時間差を決定することにより、またはパルスを計数することにより、前記複数の第２のパルス（Ｐ２）を復調することでデータを受信するステップとを備え、
前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；３１５；４１５）はさらに、直流的デカップリング要素（１３５、３１９；４４１）を用いて第２のバス（１４０；３４０；４４０）に通信可能に結合され、前記方法はさらに、
−データを前記スレーブユニット（１１５；３１５；４１５）の１つから前記第２のバス（１４０；３４０；４４０）を介して前記メイン制御ユニット（１２０；３２０；４２０）に通信するステップを備える、方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのエッジまたは側面は、立ち上がりまたは立ち下がりエッジであり、前記スレーブユニットは、異なるパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの受信の間の時間差を決定するように適合される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのエッジまたは側面は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジであり、前記スレーブユニットは、パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの前記スレーブユニットによる受信の間の時間差を決定するように適合される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記変調および復調は、パルス位置変調（ＰＰＭ）、パルス幅変調（ＰＷＭ）、ＰＦＭ（パルス周波数変調）、パルスインターバル変調（ＰＩＭ）またはパルス数変調のいずれかまたはいずれかの組み合わせである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
−前記第１の交流信号は、前記第１のパルス（Ｐ１）が立ち上がりまたは立ち下がりエッジを有するように生成され、
−前記第１のパルス（Ｐ１）の前記変調は、連続する第１のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を変更することにより行われ、
−前記第２のパルス（Ｐ２）の前記復調は、連続する第２のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を検出し、前記決定された時間間隔（Δｔ）を対応するデータシンボルに変換することによって行われる、請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
−前記第１の第１の交流信号発生器（１１４、２１４；３１４；４１４）は、第１および第２のデータシンボル（「０」、「１」）それぞれを送るための第１および第２の所定の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）それぞれを適用し、
前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、連続する第２のパルス（Ｐ２）の前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間、前記時間間隔（Δｔ）を測定し、前記測定された時間間隔（Δｔ）に対応する前記２つの所定の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）の１つを選択し、前記選択された時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）を対応する第１および第２のデータシンボル（「０」、「１」）に変換することによって前記第２のパルスを復調する、請求項１３または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
−前記第１の第１の交流信号発生器（１１４、２１４；３１４；４１４）は、第１、第２および第３のまたはそれ以上のデータシンボル（「０」、「１」、「ｘ」）のそれぞれを送るために、第１の、第２のおよび第３のまたはそれ以上の所定の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３）それぞれを適用し、前記第３のデータシンボルは、ダミーのデータ信号であり、
前記少なくとも１つのスレーブユニット（１１５；２１５；３１５；４１５）は、連続する第２のパルスの前記立ち上がりまたは立ち下がりエッジの間の前記時間間隔（Δｔ）を測定し、前記測定された時間間隔（Δｔ）に対応する前記第１の、第２のおよび第３のまたはそれ以上の所定の時間間隔（Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３）を選択し、前記選択された時間間隔（Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３）を対応する第１の、第２のおよび第３のまたはそれ以上のデータシンボル（「０」、「１」、「ｘ」）に変換することによって、前記第２のパルス（Ｐ２）を復調し、前記第３のデータシンボルは、ダミーのデータ信号である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的にメイン制御ユニット（マスター）から少なくとも１つのスレーブユニット（スレーブ）にバスを介してパルス電力およびデータを供給するための方法およびシステムの分野に関する。より具体的には、本発明は、たとえば、複数の再充電可能なセルを含む再充電可能なエネルギー貯蔵システムにマスターとスレーブとが直流的に分離されているシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
単一のバス上で電力とデータを通信するための幾つかの技術は、当該分野で周知である。よく知られた例は、同時に交流電力を運ぶために使用される導電体上でデータが運ばれる「電力線通信」（ＰＬＣ）である。具体的な例としては、既存の家庭用電気配線を介してネットワークをサポートする様々な電力線通信仕様のファミリ名である「ホームプラグ」である。そのようなシステムの特性は、電力が低周波交流信号（たとえば、５０Ｈｚで２２０Ｖ）であり、データ情報が高周波信号（たとえば、最大３０ＭＨｚ）で送信機側で重畳され、そのデータ信号が受信機側で適切なフィルタ技法によって電力信号から分離することができるということである。このようなシステムの欠点は、それが送信機と受信機側それぞれでモデムを必要とすることであり、いくつかの用途ではこのシステムを非常に高価とし、また（モデムを必要としないシステムと比較して）余分な基板スペースを必要とすることである。別の欠点は、バスに接続されたデバイスが、変圧器が使用されない限り、直流的にバスに結合されることであり、このことはまた、スレーブユニットを、このため、システムを大型で高価にする。
【０００３】
仏国特許出願公開第２６１２０１９Ａ１号明細書は、たとえばシールドされたツイストペアといった二線バス、およびバスに接続された複数のユニットを含むシステムを開示する。バスには、一般的な電源変圧器が装備され、システムの各ユニットは、第１の変圧器によってバスに結合されている。各ユニットは、バスとユニットとの間でデジタル信号を転送することを意図した、フェライトコアを有する絶縁変圧器によって、バスに接続されている。このようなシステムの欠点は、各ユニットが電力を受信するための第１の変圧器と、データ通信を行うためのフェライトコアを有する絶縁変圧器とを必要とすることである。つまり、ユニット、このためシステムは、かさばり、重く、高価となる。
【０００４】
国際公開第２０１１／０３６１４７号公報は、図１に示すように、直列に結合された、たとえばバッテリーセルといった、複数の再充電可能なエネルギー貯蔵デバイス１２上の電荷のバランスさせるためのシステムを記述している。スレーブデバイス（ここではバランスユニット１５）は、直列キャパシタ１９によって電力バス３０から直流的に分離される。スレーブとメイン制御ユニット２０との間のデータ通信は、たとえばＣＡＮバスといった別個のバス４０上で発生する。スレーブ１５は、異なる電位にあるので、それらは、ＣＡＮバスに直接接続されることはできないが、たとえば、光カップリングを使用するインターフェース装置によってそれに接続されてもよく、このことは、基板スペースを必要とし、部品コストを増加させる。
【０００５】
図１は、ストリング１１を形成するように直列に接続された複数のバッテリーセル１２を再充電するためのシステム１３を示し、各セル１２は、バランスユニット１５によって制御される。このシステムのメイン制御ユニット２０は、直列キャパシタ１９を通してスレーブユニット１５に設けられているバス３０上に電力パルスを供給するための交流信号発生器１４を備える。その電力の一部は、スレーブユニットのローカル電源２２のため、図２を参照して、ローカルマイクロコントローラ１８に電力を供給するために使用される。マイクロコントローラ１８は、対応するバッテリーセル１２を充電および／または放電するために、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を開きおよび／または閉じるように構成される。電力パルスの別の部分は、対応するバッテリーセル１２を充電または放電するために使用される。マイクロコントローラ１８は、たとえば、バッテリーセル１２の電圧を、内部Ａ／Ｄ変換器２１によってピンＳ＋およびＳ−上の電圧差を測定することによって、測定することができる。第２のバス４０を介して、電力バス３０から分離され、メイン制御ユニット２０は、たとえば、対応するバッテリーセル１２のセル電圧を測定することを特定のスレーブユニットに指示するために、スレーブユニット１５のそれぞれにコマンドを送信することができ、その値が測定され、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル化されるとき、この特定のスレーブユニットは、データバス４０を介してメイン制御ユニット２０に測定された電圧値を送信することができる。関心のある読者は、詳細については欧州特許出願公開第２３０２７５７Ａ１号明細書を参照されたい。
【０００６】
第２のバス４０は、たとえば、（周知の）ＣＡＮバスであることができる。しかし、スレーブユニット１５が、直列に接続されている貯蔵要素１２に接続されるため、スレーブ１５は、異なる電位にあり、したがって、それらは、第２のバス４０に直接接続されることはできず、たとえば光カップリングといった手段で直流的分離を介して接続される必要がある。
【０００７】
図２は、図１の再充電可能なエネルギー貯蔵システムのバランスユニット１５の１つをより詳細に示す。スイッチＳＷ１およびＳＷ２の制御と目的は、欧州特許出願公開第２３０２７５７Ａ１号明細書に記載されている。ノード「Ｐ」は、電力が直列キャパシタ１９を介して電力バス３０から注入される場所であり、ノード「Ｃ」は、マイクロコントローラ１８とメイン制御ユニット２０とが第２のバス４０を介して通信できるノードである。通信インターフェースは、ＥＰ２３０２７５７Ａ１には詳細に記載されていない。
【０００８】
バス上で電力とデータを供給するための他の方法およびシステムが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
メイン制御ユニットに接続された個々のスレーブに対処するための代替的な方法およびシステムを提供することが本発明の実施形態の目的である。
【００１０】
この目的は、システムおよび本発明の実施形態に係る方法によって達成される。
第１の態様において、本発明は、メイン制御ユニットから少なくとも１つのスレーブユニットに第１のバスを介して電力およびデータ信号を供給するためのシステムを提供する。メイン制御ユニットは、第１のバスを介して少なくとも１つのスレーブユニットに電力を供給するための複数の第１のパルスを含む第１の交流信号を供給するように適合された第１の交流信号発生器を備え、各スレーブユニットは、第１の直列キャパシタ（または静電容量回路、または静電容量素子）を用いて第１のバスに交流結合され、各第１の直列キャパシタ（または静電容量回路、または静電容量素子）は、その入力において供給される第１のパルスをその出力において第２のパルスへ変換するために配置され、メイン制御ユニットは、複数の第１のパルスを変調することによって、少なくとも１つのスレーブユニットにデータを送信するように適合されており、少なくとも１つのスレーブユニットは、複数の第２のパルスを復調することによってデータを受信するように適合されている。電子部品を購入するのに経済的であるため、パルスは、好ましくは、ブロックまたは方形波パルスである。本発明の実施形態は、送信すべきデータ信号をパルス列に変換するための方法を使用してパルスシーケンスを変調し、復調する。パルスは、バイナリパルスであってもよく、すなわちそれらは「ハイ」と「ロー」値を有する。マスタユニットは、パルス発生器と、変調パルスを送信する送信機とを含み、スレーブは受信機を有する。パルスは、バイナリパルスとすることができ、マスターはバイナリパルス発生器と送信機とを有し、受信機は、バイナリパルス復調器を有する。データ情報は、信号の振幅といったパルスの検出可能な特性上で運ばれることができ、または情報は信号の時間軸に沿って運ばれることができる。本発明の実施形態は、パルス振幅変調、パルス位置変調（ＰＰＭ）、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス周波数変調（ＰＦＭ）、パルス間隔変調（ＰＩＭ）、パルス数変調等を利用することができる。特に、パルスは、少なくとも１つのエッジまたは側面を有している。パルスは、受信された信号からのデータ情報の復調において基準点として使用することができる、立ち上がりまたは立ち下がりエッジまたは側面を有することができる。パルス振幅、またはパルスエッジまたは側面間の時間差は、受信されたデータ情報の一部であるビット値に関連付けることができる。好ましい実施形態では、パルスエッジまたは側面は、１つのパルス上の第１のパルスエッジまたは側面と第２のパルス上の第２のパルスエッジまたは側面とすることができる。パルスエッジまたは側面は、立ち上がりエッジまたは立ち上がりエッジであることができ、前エッジが好ましい。パルスエッジまたは側面は、１つのパルス上の第１のパルスエッジまたは側面と、同じパルス上の第２のパルスエッジまたは側面上することができる。これは、パルスの幅を規定する。
【００１１】
代替的に、パルス列は、スレーブユニットで受信されカウントされることができ、この場合カウント数は、あるビット値に関連付けされる。特定のパルスのハイ状態またはパルスの特定のロー状態（たとえば、区別可能なある長さが計数するための停止信号、および／または開始信号として使用されることができる。）
マスタユニットからスレーブユニットにデータおよび電力を送信するのと同様にまたはその代わりに、本発明のシステムは、スレーブからマスターへデータ情報を送信してもよく、同様のパルス列が使用されることができる。たとえば通信は、時間分割されてもよく、すなわち、マスターからデータスレーブユニットに送信されるべきデータに時間が割り当てられ、マスタユニットにおよび／または他のスレーブユニットにスレーブがデータを送信するために別の時間が割り当てられる。
【００１２】
スレーブユニットに関連付けられた単一の第１の直列キャパシタの代わりに、たとえば、２以上の直列キャパシタといった、キャパシタの組み合わせが使用されてもよいことに留意されたい。たとえば、回路の静電容量値を提供する部品の回路を使用することができる。回路または個別のキャパシタは、「静電容量素子」、または「静電容量回路」として説明され、静電容量値を有し、キャパシタのように作用するデバイスまたは回路を意味し、すなわち、それは直流電圧信号をブロックし、Ｄブロッキングキャパシタを通過した後の信号は歪められることがあるものの、交流信号を介して方形波のような信号を可能にする。
【００１３】
本実施形態によれば、電力パルスおよびデータは、たとえば配線といった、同一の物理的な導体上、すなわち、同じバス上に供給される。
【００１４】
実施形態では、システムは、１つのスレーブユニットのみを備える。別の実施形態では、システムは、たとえば、２つのスレーブユニット（１ビットによって一意にアドレス指定可能）、または３から４のスレーブユニット（２ビットによって一意にアドレス指定可能）、または５から８のスレーブユニット（３ビットによって一意にアドレス指定可能）、または８個以上のスレーブユニットのように、第１のバスに接続された複数のスレーブユニットを備える。これは、単一のバスがすべてのスレーブユニットに電力およびデータを供給するために使用され得る電力およびデータバスの利点である。この場合、プロトコルは、たとえば、ブロードキャストコマンド（すなわちすべてのスレーブのために意図されるコマンド）を使用すること、または１つのスレーブまたはスレーブのサブセットをアドレス指定するための特定のコマンドを送信することができる。
【００１５】
第１の直列キャパシタまたは第１の静電容量回路または第１の静電容量デバイスを介して、第１のバスと少なくとも１つのスレーブユニットとを連結することによって、少なくとも１つのスレーブユニットは直流第１のバスから直流的に分離される。これは、非接触の電力およびデータ伝送が要求される用途において、たとえば、薬剤を放出するためなどの身体外部のマスタデバイスと埋込装置との間の通信を確立するための医療用途において、または異なる電位にある多数のスレーブを有するシステムにおいて（たとえば、直列に接続された再充電可能なエネルギー貯蔵デバイスの列を含む再充電可能なエネルギー貯蔵システムにおいて）、または安全性の理由のためのメーターシステムにおいて、有用であり得る。
【００１６】
データ信号および電力信号の重ね合わせにより、単一のバス上で電力とデータを送信することは、従来技術で知られている。しかし、発明者が知る限り、直列キャパシタ、静電容量回路または静電容量デバイスを介して交流結合との組み合わせで、パルス電力信号自体を変調することにより、単一のバスを介してパルス電力およびデータを供給する先行技術の回路は、存在しない。可能な説明は、直列キャパシタの出力の信号が激しく歪むので、ベースバンドデータ信号として使用することは困難であるためであろう。しかし、本発明者らは、このような歪んだ信号は、電力およびデータの両方を供給するためにやはり有効に使用されることができることを見出した。本発明を可能にする要因の一つは、（１）タイミング特性など様々な変調特性を有する正方形またはブロック波を容易に生成可能とする、小さいプログラム可能なマイクロコントローラの経済的な価格の利用可能性と、（２）これが、（たとえば、立ち上がりエッジの到着、周波数変化、特別な停止パルス等の時間インスタンスを検出するなど、パルスの特性を検出する）入来する歪んだ信号のデジタル処理を可能にすることである。静電容量カップリングは、一般的に長い線（たとえば２０．０メートル以上長い）に対してあまりよく動作しないが、この技術は非常によく、たとえば５．０ｍよりも小さい、好ましくは３．０メートルより小さい外寸法を有するバッテリパックなどのエネルギー貯蔵システムなどの用途に適していることを留意すべきである。
【００１７】
マスタユニットと各スレーブが、キャパシタよりも重く、かさばり、高価である変圧器を必要とする、仏国特許出願公開第２６１２０１９Ａ１号明細書にたとえば記載されているような、直流的分離を提供せず、またより複雑なハードウェアも必要とする先行技術の回路とは対照的に、本発明の実施形態の主な利点の一つは、本発明のシステムが、（メイン制御ユニットによって）データを送信し、（スレーブによって）データを受信するための非常に簡単なハードウェアを用いて構築することができるということである。コストは、たとえば複数のバランシングユニットを有する再充電可能なバッテリシステムのように、複数のスレーブユニットが必要とされるシステムにおいて、非常に重要な因子である。
【００１８】
たとえば長方形パルス、三角パルスは、台形形状を有するパルスなど、異なる種類の第１のパルスが適用されることができるが、使用することができる電子部品の単純さのために長方形波または長方形パルスが好ましい。パルス波形は、パルス振幅変調、パルス数変調、パルス幅変調（ＰＷＭ）またはパルス位置変調（ＰＰＭ）などによって、いくつかの方法で調節することができ、これらの各々が本発明の実施の形態である。
【００１９】
バスを使用することによって、電力およびデータは、メイン制御ユニットが個々のスレーブユニットのそれぞれに接続されている場合に比べて、配線の数が減少した複数のスレーブユニットに送達されることができる。
【００２０】
個別のデータと個別の電力パルスとをたとえばインターリーブされた方法で使用されるシステムとは対照的に、電力が送信されると同時にデータが送信されることが可能となるため、電力パルスがデータを送信するためにそれ自体で調節されることが、本発明の実施の形態の利点である。電源（電力パルスを供給する）がデータ通信中に中断されない場合は、スレーブユニットではより少ないデカップリングが必要となる。
【００２１】
システムの実施形態では、メイン制御ユニットは、第１のパルスは立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを有するように第１の交流信号を供給するように適合されており、メイン制御ユニットは、連続した第１のパルスの立ち上がりエッジ（または立ち下がり）とまたは１つのパルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジとの間の振幅または時間間隔といった、これらのパルスの特性を変更することにより、データを送信するように適合され、少なくとも１台のスレーブユニットは、振幅または、たとえば連続した第２のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間、または１つのパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの間といった、エッジ間の時間間隔のような、これらのパルスの特性を決定することにより、データを受信するように、および決定された時間間隔を対応するデータシンボルに変換するように適合される。
【００２２】
パルスの立ち上がり（または立ち下がり）の前エッジのみを検出することによって、第２のパルスに負の電圧レベルをとることができると仮定して、負のエッジを検出するための追加の回路は、省略することができる。これは、検出回路を簡素化する。時間間隔は、好ましくは、立ち上がり（または立ち下がり）エッジの連続するパルスのエッジ間で測定される。
【００２３】
本発明の実施形態では、負のエッジの位置は、データ通信のために重要である必要はない。すべてのパルスが同じ波形（特に、同じ幅）を持っている場合、この変調は、パルス位置変調として知られるが、それは、本発明では必須ではなく、パルスの幅は、一定であってもよいし、変化してもよい。
【００２４】
実施形態では、第１の交流信号発生器が実質的に長方形のパルスを生成するように適合される。
【００２５】
実質的に長方形の（第１の）パルスは、たとえば、スイッチと一定の直流電流源またはフリップフロップ回路とを用いて、容易に生成されることができる。そのようなパルスのタイミングは、適切な時間インスタンスでスイッチを開閉することによって容易に決定することができる。送信側では、そのような時間インスタンスは、マイクロプロセッサのタイマ割り込みを使用することによって容易に生成されることができる。受信機側で、立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔は、入力端子における信号の立ち上がりエッジで割り込みが自動的に発生するような割り込み機能を有する入力ピンを用いて、容易に測定されることができる。これは、送信機と受信機側で、ほんの小さな、たとえば最小の処理能力を必要とし、既存のマイクロプロセッサ、たとえば、低コストのマイクロコントローラによって実現されてもよい。
【００２６】
実施形態では、メイン制御ユニットおよび少なくとも１つのスレーブユニットは、たとえば第１の、第２のデータシンボルそれぞれに対応する時間間隔といった、たとえば少なくとも第１および第２の所定のエッジのタイミングを検出し、なおかつ適用するように適合される。
【００２７】
たとえば、第１のデータシンボルがゼロビット「０」であることができ、第２のデータシンボルは、１ビット「１」であることができる。この場合、信号発生器は、各電力パルスと共に１データビットを送信することになる。たとえば、交流信号が１０ｋＨｚの（変調された）パルス列である場合は、バス上の生のデータレート（すなわち、プロトコルのオーバーヘッドを含む）は、１０キロビット／秒であろう。１つまたは複数のスレーブにマスタユニットが送信できる正味のデータレートは、使用されているプロトコルに依存する。正味のデータが送信されるべきではない場合には、当技術分野で知られているように、交流信号発生器は、バス上にたとえば「ダミーパケット」を送信してもよい。
【００２８】
実施形態では、メイン制御ユニットおよび少なくとも１つのスレーブユニットは、たとえば、第１の、第２、第３および第４のデータシンボルそれぞれに対応する時間間隔などの少なくとも、第１、第２、第３および第４の振幅またはエッジのタイミングを検出し、なおかつ適用するように適合されている。
【００２９】
この場合、信号発生器は、各電力パルスと共に２つのデータビットを送信することになる。たとえば、交流信号が１０ｋＨｚの（変調）パルス列である場合は、バス上の生のデータレート（すなわち、プロトコルのオーバーヘッドを含む）は２０キロビット／秒であろう。本発明は、しかしながら、シンボル当たり１または２データビットに限定されるものではなく、２以上のデータビット、たとえば３または４、または４ビット／パルス以上を使用してもよい。
【００３０】
実施形態では、メイン制御ユニットおよび少なくとも１つのスレーブユニットは、第１の、第２および第３のデータシンボルそれぞれに対応する時間間隔などの、少なくとも第１、第２、および第３の振幅または後エッジを検出し、なおかつ適用するように適合され、第３のデータシンボルは、ダミーデータシンボルである。
【００３１】
たとえば、第１のデータシンボルはゼロビット「０」とすることができ、第２のデータシンボルは、１ビット「１」とすることができ、ダミーデータシンボルは、ダミービットとすることができる。この場合、データが送信されるべきではなく電力のみが送信されるべきときに、信号発生器は第３のタイミングまたは振幅または電力パルス間の時間間隔を適用することができる。そのようなプロトコルは、ダミーデータを処理する必要がないので、受信側での復号化処理が簡単であるという利点を有し得、より少ない処理パワーを必要とし得る。たとえばダミーデータが異なるパケット間で送信される場合、そのような実施形態はまた、フレーミングエラーに対してより堅牢であり得る。
【００３２】
たとえば、データが８ビットずつのフレームまたは列またはコマンドで送信された場合、ダミーデータシンボルは、たとえば（スタートビットのような）コマンドの区切りまたはクロック信号として使用されてもよい。しかし、このプロトコルは、フレームごとに８ビット、またはフレームごとに８つ以上のビット未満を使用することができる。
【００３３】
実施形態では、システムは、直列に接続された再充電可能なエネルギー貯蔵デバイスの列を含む再充電可能なエネルギー貯蔵システムであり、各スレーブユニットは、再充電可能なエネルギー貯蔵デバイスを充電または放電するためのバランシングユニットである。
【００３４】
この例では、第１のバス上に配置された電力は、主に再充電可能なエネルギーデバイス（たとえばバッテリセル）を充填するためのものであり、第１のバスに注入される電力の一部のみが、バランシングユニット自体（たとえば、スイッチを制御するために、通信するために、電圧を測定するために）使用される。
【００３５】
実施形態では、システムはさらに、少なくとも１つのスレーブユニットからメイン制御ユニットへデータを通信するために、メイン制御ユニットおよび少なくとも１つのスレーブユニットの間に直流的デカップリング要素によって接続された、第２のバスを備える。
【００３６】
第２のバスは、第１のバスとは異なってもよい。好ましくは、第２のバスは、すべてのスレーブユニットに接続されている。第２のバス上のデータ通信は、例示的には、「アップリンク」と呼ばれ、第１のバス上のデータ通信は、例示的に、「ダウンリンク」と呼ばれるだろう。
【００３７】
第２のデータチャネルは、Ｉ２Ｃバス、またはＣＡＮバス、または当業者に公知の任意の他の単方向または双方向バス（この双方向バスは、単一方向で、すなわち特定の実施形態では、スレーブから主ユニットに使用され得るが）などとすることができ、直流的デカップリング要素は、たとえば、Ｉ２ＣバスインタフェースまたはＣＡＮバスインタフェース、等を有する光デカップリング要素とすることができる。
【００３８】
このような実施形態は、１つまたは複数のスレーブユニットがメイン制御ユニットに戻る通信を可能にする。たとえば、複数のスレーブユニットを有する再充電可能なエネルギー貯蔵システムの場合には、スレーブユニットは、メイン制御ユニットに、対応するエネルギーセルの電圧レベルを通信することができる。
【００３９】
この実施形態は、（第１のバスを介してメインユニットからスレーブユニットへと、第２のバスを介してスレーブユニットからメインユニットへと）双方向通信が、直流的分離を用いて、両方向、すなわちメイン制御ユニットからスレーブユニット（複数可）への方向と戻る方向とに、光結合を使用することなく、可能であるという利点を提供する。
【００４０】
実施形態では、少なくとも１つのスレーブユニットは、たとえば、第１の交流信号に同期して、第２のバスを介してメイン制御ユニットにデータを送信するように構成される。
【００４１】
同期する実施形態では、スレーブの１つは、電力パルスの立ち上がりエッジを検出した後まもなく（たとえば直後に）、（フォトカプラなどを介して）第２のバス上にデータ（たとえば１ビット）を配置する。
【００４２】
パルス位置変調（ＰＰＭ）は、第１のバス上および第２のバスの両方で使用することができるが、それは必須はなく、たとえば、第２のバスはまた、パルス幅変調（ＰＷＭ）またはパルス振幅変調またはパルスカウント変調などの別の種類の変調を使用することができる。しかし、これらの場合の一部では、メインユニットは、スレーブユニットによって送信されたパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方を検出することができなければならない。
【００４３】
メインユニットによって送信されたパルスの形状とスレーブによって送信されたパルスの形状とは、同じである必要はない。たとえば、メインユニットによって送信されたパルスは、三角形状であってもよく、スレーブによって送信されたパルスは、長方形であってもよいが、メインユニットとスレーブの両方で長方形パルスが送信されることが好ましい。
【００４４】
システムのいくつかの実施形態では、実際のデータは、メイン制御ユニットといずれのスレーブユニットとによって同時に送信されない。３つの定義済みの時間差を有する上記の例では、「データ無」に対応する第３の時間間隔は、スレーブの１つがアップリンクチャネルを介して通信しているときに、ダウンリンク上で使用されてもよい。データがあってもなくても、メインユニットからパルスを送信し続けることにより、すべてのユニットは、たとえばパルスをカウントすることにより、簡単かつ効率的に同期を維持することができ、スレーブからのデータの衝突は回避されることができる。第２のバス上のデータレートは、ＲＳ２３２タイミングプロトコルを使用する例と比較して増加されることができる。
【００４５】
第２のバスを有するシステムの実施形態では、直流的デカップリング要素は、第２の直列キャパシタ静電容量回路または静電容量デバイスであり、少なくとも１台のスレーブユニットは、立ち上がりエッジ（または立ち下がりエッジ）を有する複数の第３のパルスを含む第２の交流信号を第２の直列キャパシタ、静電容量性回路または静電容量素子に供給するように適合されており、それによって、たとえば連続した第３のパルスの立ち上がりエッジ（または立ち下がりエッジ）の間の時間間隔などの、振幅またはエッジのタイミングは、スレーブユニットからメイン制御ユニットに送信するデータに応じて変調される。メイン制御ユニットは、たとえば、第３のパルスがその入力に印加されたときの第２の直列キャパシタ、静電容量回路、または静電容量素子の出力に由来する第４のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔といった振幅またはエッジのタイミングを検出するように構成されている。
【００４６】
本実施形態の第１の例では、第２のバスと第１のバスとは、同一のバスであり、第２および第１のキャパシタ、静電容量回路、または静電容量素子は、同一のキャパシタ、静電容量回路または静電容量デバイスである。この例では、単一のバスは、メイン制御ユニットからスレーブへの電力および／またはデータ、スレーブからマスターへのデータを転送するために使用される。スレーブからのデータは、たとえば、メイン制御ユニットが沈黙しているとき、バス上に置くことができる。スレーブからのデータは、たとえば、メイン制御ユニットがバス上の電力パルスを入れられていない比較的短いまたは比較的長い期間の間など、メイン制御ユニットによって送信されるコマンドとの間に、たとえばインターリーブされてもよい。電力と順方向および逆方向との通信のための単一のバスを使用することは、単一のバスのみを要するという利点（このため、より少ない配線、より少ないハンドリング、より少ない接続、より低コストの利点）を提供する。
【００４７】
この実施形態の別の例では、第１のバスと第２のバスとは、互いとは別である。このことは、順方向および逆方向の通信が並列に発生してもよく、第２のバス上でいずれの電力パルスも発生しないという利点を提供し、このことは、ハードウェアでは、より低い振幅がスレーブによって送信されるパルスのために使用することができ、および／またはより少ない外乱がバス上で発生し、および／または第１のバス上へ電力供給を継続することができるために、スレーブにより少ない静電容量デカップリングが必要とされ、および／または、より少ないデータのバッファリングが必要になるので、および／またはソフトウェアでは、たとえば単純なプロトコルなど、単純かつ安価な実施を可能にすることができる。いずれの場合も、（スレーブからメイン制御ユニットへの）戻りの通信は、（電力パルスのバーストの間に）単一のバス上でまたは別個の第２のバス上で送信されても、第１の交流信号の周波数と実質的に同一のクロック周波数か、または異なるクロック周波数で発生する。
【００４８】
第２の直列キャパシタ、静電容量性回路、または静電容量デバイスを使用することは、ダウンリンクチャネルでも、アップリンクチャネルでも、光結合ユニットが全く必要とされないという、重要な利点を提供する。これは、コストを節約し、基板スペースを節約し、労働力を減少させ、信頼性を向上させる（より少ない部品の利点を有する）。
【００４９】
データを送信するためにスレーブユニットで使用される、たとえば、「０」または「１」などの各データシンボルの振幅、パルス数、または所定の時間間隔の長さ（またはパルス幅など）は、同じであってもよく、またはデータを送信する際にメイン制御ユニットによって使用される振幅、パルスカウントまたは時間間隔の長さとは異なってもよい。ダウンリンク通信に使用されるパルス当たりのビット数は、アップリンク通信のためのパルス当たりのビット数と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
【００５０】
第２の態様によれば、本発明は、第１のバスを介してメイン制御ユニットから少なくとも１つのスレーブユニットに電力およびデータ信号を供給するための方法を提供し、少なくとも１つのスレーブユニットは、１つまたは複数の直列キャパシタ、静電容量性回路または静電容量素子を用いて第１のバスに交流結合され、方法は、ａ）複数の第１のパルスを含む第１の交流信号を生成することにより、また、第１のバスに第１の交流信号を印加することにより、メイン制御ユニットから少なくとも１つのスレーブユニットに組み合わされた電力およびデータ信号を供給し、ｂ）１つまたは複数の直列キャパシタ、静電容量性回路、または静電容量素子の入力で第１のパルスを受信し、１つまたは複数の直列キャパシタ、静電容量性回路、または静電容量素子の出力で第２のパルスを供給し、ｃ）複数の第１のパルスを変調することによって、メイン制御ユニットから少なくとも１つのスレーブユニットにデータを送信し、ｄ）複数の第２のパルスを復調することにより、少なくとも１つのスレーブユニットでデータを受信する。好ましくは、少なくとも１つのスレーブユニットは、第１のバスに接続されている複数のスレーブユニットすべてである。
【００５１】
方法の実施形態では、第１の交流信号は、第１のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジを有するように生成され、第１のパルスの変調は、同一のまたは連続した第１のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔を変更することによって行われ、第２のパルスの復調は同一のまたは連続した第２のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔を検出することと、決定された時間間隔を対応するデータシンボルに変換することによって行われる。
【００５２】
実施形態では、第１の交流発生機は、第１および第２の所定の時間間隔のそれぞれを、第１のおよび第２のデータシンボルそれぞれを送信するために適用し、少なくとも１つのスレーブユニットは、同一のまたは連続する第２のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔を測定することと、測定された時間間隔に対応する２つの所定の時間間隔のいずれかを選択すること、第１および第２のデータシンボルを対応する選択された時間間隔に変換することによって第２のパルスを復調する。
【００５３】
「対応する」所定の時間間隔を選択することとは、例示的には、測定された時間間隔とデータシンボルに対応する所定の時間間隔のそれぞれとの間の差を計算することと、最小絶対差分値を有するものを選択することとにより行われるが、他の技術が利用されてもよい。
【００５４】
実施形態では、第１の交流発生機は、たとえば「０」、「１」、「ｘ」といった、第１の、第２の、および第３のデータシンボルそれぞれを送信するために、第１、第２および第３の所定の時間間隔それぞれを適用し、第３のデータシンボルは、ダミーデータ信号である。少なくとも１つのスレーブユニットは、同一または連続する第２のパルスの立ち上がり（または立ち下がり）エッジ間の時間間隔を測定することと、測定された時間間隔に対応する第１、第２および第３の所定の時間間隔の１つを選択することと、選択された時間間隔を対応する第１、第２および第３のデータシンボルに変換することにより、第２のパルスを復調し、第３のデータシンボルは、ダミーデータ信号である。
【００５５】
実施形態では、少なくとも１つのスレーブユニットは、さらに直流的デカップリング要素によって第２のバスに通信可能に接続され、この方法は、さらに、第１の交流信号と同期してまたは非同期で、スレーブユニットの１つから第２のバスを介してメイン制御ユニットへデータを通信するステップを含む。
【００５６】
直流的デカップリング要素としてフォトカプラを使用する場合、スレーブのデータ出力は歪められず、メインユニットは、スレーブによって送信された長方形パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを容易に検出することができる。この場合、スレーブは、たとえば、パルス位置変調、またはパルス幅変調、またはＲＳ−２３２変調を使用することができる。
【００５７】
静電容量結合がスレーブからメインユニットへの通信のために使用される場合、信号が歪み得る。スレーブが長方形パルスを送信し、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用している場合、メインユニットは、データを復号するために立ち上がり、立ち下がりの両エッジを検出できるようにする必要があるだろう。スレーブがパルス位置変調（ＰＰＭ）を使用している場合は、メインユニットは、立ち上がりエッジのみを検出する必要がある。振幅変調またはパルスカウント変調といった他の変調が使用されることができる。
【００５８】
スレーブユニットは、第１のパルスのために使用されたものと同じ（または実質的に同一の）クロック周波数をデータを送信するために使用することができるが、それは必須ではなく、スレーブユニットはまた、たとえば、ローカル発振器に基づいて、無関係のクロック周波数を使用することができる。異なるスレーブのクロック周波数は、しかし、実質的に同じでなければならない。
【００５９】
データレートが非同期通信の場合よりもはるかに高くなることができるということは、同期通信を使用することの利点である。
【００６０】
適切なプロトコルを使用して、戻りチャネル上のメッセージの衝突を回避することができる。いくつかのプロトコルは、たとえば、マスターが最初にある１つのスレーブにメッセージやコマンドを送信し、その後に１つのスレーブが第２のバスに応答するための時間が与えられる、プロトコルも可能である。第１のスレーブがデータを送信したときに、マスターは、次のスレーブをアドレス指定する等する。しかし、他のプロトコルを使用することもできる。
【００６１】
本発明の特定の好ましい態様は、添付された独立および従属クレームに記載されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴と、および、単に請求項に明示していない他の従属請求項の特徴と適切に組み合わされてもよい。
【００６２】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載する実施形態（複数可）を参照して明らかになり、説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】当技術分野で知られている、直列に接続された再充電可能な複数のセルを備える、再充電可能なエネルギー貯蔵システムを示す。
【図２】図１の再充電可能なエネルギー貯蔵システムのバランスユニットの１つをより詳細に示す。
【図３】本発明の実施形態による再充電可能なエネルギー貯蔵システムを示す。
【図４】図３のシステムで使用することができる、スレーブユニットの一例を示す拡大ブロック図である。
【図５】スレーブユニットからメイン制御ユニットへの通信が、光カップリングデバイスを使用してどのように確立されることができるかを説明するために図４のスレーブユニットの一部の回路図を示し、第２のスイッチは、明瞭さの理由から図面において省略される。
【図６】立ち上がりエッジ（たとえば長方形パルスの急な立ち上がりエッジ）を有する第１のパルスが、立ち上がりエッジ（たとえば、レベルの衰退に続く急な立ち上がりエッジ）を有する第２のパルスにどのように変換されるかを説明するための、当該技術分野で知られている簡単なテスト回路の一例であり、第２のパルスの立ち上がりエッジは、第１のパルスの立ち上がりエッジと実質的に同時に起こる。
【図７Ａ】立ち上がりエッジを有する第１のパルスを含むパルス電力波形の一例を示す図であり、第１のパルスの立ち上がりエッジ間の間隔はメイン制御ユニット（マスター）からスレーブユニットに送信されるデータに応じて変調される。
【図７Ｂ】図７Ａの波形がその入力に印加されるときに、図６の回路の出力で得られる第２のパルスの例を示す図である。
【図７Ｃ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｄ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｅ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｆ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｇ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｈ】パルス電力波形のさらなる実施形態を示す。
【図７Ｉ】デカップリングキャパシタの値がどのように算出されることができるかを示す。
【図８】メイン制御ユニットが複数のスレーブへ電力およびデータを送信するように適合されるが、スレーブからメインユニットへのリターンチャンネルが存在しない、本発明の態様に従ったシステムの実施形態を示す。
【図９】図８のシステムで使用することができる、スレーブユニットの一例を示す。
【図１０】メイン制御ユニットが、バスを介して複数のスレーブへ電力およびデータを送信するように適合され、スレーブは、同じバスを介してメイン制御ユニットに選択的にデータを送信するために適合される、本発明の態様に従ったシステムの実施形態を示す。
【図１１】図１のシステムで使用することができる、スレーブユニットの一例を示す図である。
【図１２】メイン制御ユニットが第１のバスを介して複数のスレーブへ電力およびデータを送信するように適合され、スレーブが第１のバスとは異なる第２のバスを介してメイン制御ユニットに選択的にデータを送信するように適合される、本発明の態様に従ったシステムの実施形態を示す。
【図１３】図１２のシステムで使用することができる、スレーブユニットの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図面は、概略的であり、非限定的である。
図面において、幾つかの要素のサイズは誇張されてもよく、例示の目的のため正しい縮尺では描かれていない。
【００６５】
請求項における任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、異なる図面において、同じ参照符号は同じまたは類似の要素を指す。
【００６６】
例示的な実施形態の詳細な説明
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するが、本発明は、それによってではなく、特許請求の範囲のみ限定されるものではない。記載された図面は、概略的であり、非限定的である。図面において、幾つかの要素のサイズは誇張されてもよく、例示の目的のため正しい縮尺で描かれていない。寸法および相対寸法は、本発明の実施の実際の縮小には対応していない。
【００６７】
また、説明および請求項における第１、第２のといった用語は、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、または他の方法で配列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上記の用語は適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示されるものとは異なる順序で動作可能であることが理解されるべきである。
【００６８】
また、説明および特許請求の範囲における上、下といった用語は、説明の目的のために使用され、必ずしも相対位置を記述するためのものではない。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、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示されるものとは異なる向きで動作可能であることが理解されるべきである。
【００６９】
特許請求の範囲で使用される「備える」という用語は、その後に列挙される手段に限定されると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。このため、述べられた特徴、数値、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べきであるが、１つまたは複数の他の特徴、数値、ステップ、または構成要素、またはそ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を含むデバイス」との記載の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定すべきではない。本発明に関して、装置の関連する構成要素がＡおよびＢのみであることを意味する。
【００７０】
本明細書における「一実施形態」または「実施形態」への参照は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の１つまたは複数の実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所での「一実施形態では」または「実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を参照しなくても、してもよい。さらに、本開示から当業者に明らかであるように、１つまたは複数の実施態様において、特定の特徴、構造または特性は、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００７１】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明では、本発明の様々な特徴は、開示を合理化し、１つまたは複数の様々な発明の態様の理解を助ける目的で、単一の実施形態、図、またはその説明に一緒にグループ化されるときがあることが理解されるべきである。この開示の方法は、しかしながら、請求される発明が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、後述の請求項が反映するように、発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴より少ない。このため、詳細な説明、添付の特許請求の範囲はここに明示的に本発明の別個の実施形態として独立している各請求項と共に、この詳細な説明に組み込まれる。
【００７２】
さらに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含み、他の特徴を含まないが、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、異なる実施形態を形成することを意図する。たとえば、後述の特許請求の範囲において、請求される実施形態のいずれかは、任意の組み合わせと使用することができる。
【００７３】
本明細書で提供される説明において、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細なしに実施できることを理解されたい。他の例において、周知の方法、構造、および技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために詳細には示されていない。
【００７４】
本明細書において「データ」について参照する場合、記載は、たとえば、ペイロードデータ、アドレス情報、コマンド等のデータを含むあらゆる種類のデータを参照する。データが解釈される方法は、メイン制御ユニットとスレーブユニットとの間で使用される通信プロトコルの問題である。可能なプロトコルのいくつかの側面がより詳細に説明されるが、本発明はこれに限定されず、他のプロトコルも同様に使用することができる。
【００７５】
本書において、「ロー」電圧レベルから「ハイ」電圧レベルに変化する信号の「立ち上がりエッジ」の「立ち上がり時間」について参照される場合、参照は、信号がローレベルからハイレベルのステップの１０％の値から９０％の値に変更するためにとる時刻が参照される。パルス信号が（０Ｖと１２Ｖとの間で変化する）１２Ｖの振幅を有する長方形ブロック波である例では、立ち上がり時間は、１．２０Ｖから１０．８０Ｖに信号が変化するために必要な時間として定義される。
【００７６】
実施形態は、立ち上がりエッジを使用して記載される場合、これらはまた、立ち下りエッジを用いて実施されることもできる。前エッジは、タイミングを決定する際に後エッジよりも好ましくあり得る。
【００７７】
本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵システムと共に使用することができるが、本発明は、エネルギー貯蔵システム単体に限定されず、メイン制御ユニットは、１つまたは複数のスレーブユニットに、そこから直流的に分離されながら、電力およびデータを供給することを目的とする他の用途にも使用することができる。本発明の原理はまた、たとえば、１つまたは複数のスレーブデバイスが体内に埋め込まれ、身体の外部のメイン制御ユニットが、静電容量カップリングを介してスレーブデバイスに電力およびデータを供給する医療用途にも使用されてもよい。別の用途は、メイン制御ユニットがバッジ読取器の一部であり、スレーブユニットがアクセスカードの一部である、アクセス制御システムであってもよい。
【００７８】
第１の実施形態
図３〜図７は、本発明の実施形態の主な原理を説明するために使用されるだろう。
【００７９】
図３は、本発明の態様に従ったシステム１１３を示す。システム１１３は、図１のエネルギー貯蔵システム１３の変形例であるが、これは、エネルギー貯蔵システムに本発明を限定することを意味するものではない。図３のブロック図を図１のものと比較すると、両方のシステム１１３、１３の主な違いは、「電力およびデータ」と「データ」の矢印により示されているように、第２のバス１４０上を介する代わりに、第１のバス１３０上を介して、メイン制御ユニット１２０から１つまたは複数のスレーブユニット１１５へデータが発生することであることがすぐに明らかとなる。図３からは直接明らかではないが、このことは、第２のバス１４０が今度は双方向の代わりに単方向であることができるという、重要な利点を提供している。フォトカプラを使用する場合、２つのオプトカプラ（各方向に１つ）のいずれかは、スレーブ１１５ごとに省略することができることを意味する。これは、特に、たとえば少なくとも８つの、または少なくとも１６つの、または少なくとも３２のスレーブ、またはそれ以上を有する複数のスレーブを有するエネルギー貯蔵システムなどのシステムで、基板スペースおよび部品コストの点で大きな利点である。さらに、（図１のシステム１３と比較して）第２のバス１４０上のトラフィックを低減することができ、このことは、たとえばより遅いオプトカプラといった、より遅いインタフェースデバイスを使用可能にすることができ、加えて、部品コストを減少させることができる。これは、ノイズ、ＥＭＣ、およびＥＭＩ問題を低減し、このため、システムの信頼性を高めることができる。
【００８０】
本発明の重要な側面は、次に説明するように、直列キャパシタ１１９を介してスレーブ１１５から直流的に分離された同一のバス１３０を介して、電力とデータの両方が送信されることができる方法である。
【００８１】
図４は、図３に示すエネルギー貯蔵システム１１３に使用することができる、スレーブユニット１１５の実施形態を示す。（メイン制御ユニット１２０から発する）電力およびデータ信号は、「Ｐ」と付された入力を介して、スレーブユニット１１５に供給される。図１および図２に関連して説明したように、電力の一部は、ローカル電源１２２のために使用され、上記の従来技術で説明したと同様の方法で、ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチを制御することにより、別の部分は、外部機器に、この場合バッテリーセル１２（図４には図示せず）に転送されてもよい。マイクロコントローラ１１８は、ラインＲＸを介してメイン制御ユニット１２０からのデータを受信することができ、ラインＴＸを介してメイン制御ユニット１２０にデータを送信することができる。一方、図２では、通信ラインＲＸとＴＸの両方がノード「Ｃ」に進み、図４のスレーブユニットにおいて、（データを送信するための）ＴＸだけがノード「Ｃ」に向かい、（データを受信するための）ラインＲＸはノード「Ｐ」に接続される。この差異の重要な利点は、図４のブロック図からすぐに明らかでないかもしれないが、たとえば図５に示されている概略図から明らかになるであろう。しかし、本発明はこの概略図のみに限定されるものではなく、他の概略図を使用することもできる。
【００８２】
図５は、第２のスイッチＳＷ２から離れた図４のスレーブユニット１１５をより詳細に示し、いくつかのデカップリングキャパシタ、静電容量性回路、または静電容量デバイスは明確にするために省略されている。ローカル電源１２２はブロック図として示されているが、このような回路は、当技術分野で周知であるので、ここではさらに詳細に図示または説明する必要はない。Ｃ２は、直流成分を遮断しながら、ローカル電源１２２に電力を通過させ、バッテリーセル１２（図示せず）を充電するための直列キャパシタ（または静電容量性回路、または静電容量性素子）である。キャパシタＣ２（または静電容量性回路、または静電容量性素子）は図３のキャパシタ１１９に相当するが、示されるように、第２のキャパシタＣ１（または静電容量性回路、または静電容量素子）は、通信の信頼性を高め、セル要素１２の状態、スイッチＳＷ１の状態にあまり依存しないために、必要に応じて、Ｃ２に並列に接続される。存在する場合、Ｃ１の値は、典型的には、Ｃ２よりも数桁小さい。代替的に、抵抗Ｒ１はＣ２の出力に接続される場合、キャパシタＣ１（または静電容量性回路、または静電容量素子）は省略されてもよいが、しかしこの場合、通信信号は、第１のスイッチＳＷ１が閉じられ、また対応するセル１２（図５に示されていない）の電圧が低くなるであろう場合には弱いであろう。バス１３０とスレーブユニット１１５との間の直列キャパシタＣ１（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を介して別個のデータパスを追加することは、データを受信すべき場合に、スイッチＳＷ１を開く必要がないという利点を提供する。このことは、通信の信頼性をより高くし、またマイクロプロセッサ１１８のソフトウェアを簡素化する。スイッチＳＷ１は、たとえばバイポーラトランジスタ、またはＦＥＴ、サイリスタ、または当技術分野で公知の任意の他の適切なスイッチとすることができる。光絶縁部品１３５の出力段は、電力信号ＰＰによってメイン制御ユニット１２０から電力供給されることができる。マイクロコントローラ１１８は、好ましくは、その入力に、入力端子の電圧レベルがＶＤＤを大きく（たとえば０．５Ｖ以上）超え、ローカルＧＮＤを大きく（たとえば０．５Ｖ以上）下回ることを防止するための、クランプダイオード（図示せず）を有する。マイクロコントローラ１１８の接地端子ＧＮＤは、Ｓ−ノードを介してバッテリーセル１２の低電圧レベルに例示的に接続される。このことは、キャパシタＣ１（または静電容量性回路、または静電容量素子）が、マイクロコントローラ１１８の入力ピンに、それを損傷することなく、単純な抵抗Ｒ１を介して結合されることを可能にする。これにより、パルスＰ２の負の部分は、（マイクロコントローラの内部上で）実質的に消えるであろう。このスレーブユニット１１５が図１の従来技術のシステム１３において使用される場合、キャパシタＣ１（または静電容量性回路、または静電容量素子）と抵抗Ｒ１とは省略することができるが、別の（単方向の）光絶縁部品は、マイクロコントローラによって受信されたデータのために追加されなければならず、これはより多くの基板スペースを占有し、コストを増大させるだろう。
【００８３】
システム１１３、特にスレーブユニット１１の構成を説明したが、その動作について、図を６および図７を参照して説明する。
【００８４】
まず、図６の簡単なテスト回路を用いて、メイン制御ユニット１２０と交流信号発生器１１４とによって生成された（図３参照）、たとえば長方形パルスの、第１のパルスＰ１が、直列キャパシタ１１９（または静電容量または静電容量素子）によって非長方形の第２のパルスＰ２にどのように変形され（歪められ）るかを、説明する。急な立ち上がりエッジのｒ１を有する長方形パルスＰ１は、第１のパルスＰ１の立ち上がりエッジｒ１と実質的に同時に起こる急な立ち上がりエッジｒ２を有する第２のパルスＰ２へと直列静電容量によって変形されるが、指数関数的に時間をかけて衰退することが当技術分野において周知である。第１および第２のパルスＰ１、Ｐ２の正確な大きさおよび形状は、パルスがスレーブユニット１１５への十分な量の電力を供給するのに適している限り、また情報を転送するために使用されるパルスの関連した特性がスレーブで抽出されることができる限り、本発明の実施形態が動作するために最重要ではない。たとえば、いくつかの実施形態では、スレーブユニット１１５は、さらに説明されるであろうように、十分な精度で連続するパルスＰ２の立ち上がりエッジｒ２ａとｒ２ｂとの間の時間差を測定することができる。図１および図３の再充電可能なエネルギーシステム１１３で、電力パルスＰ１はたとえば、１２Ｖなどの所定の振幅を有し、１０ｋＨｚまたは２５ｋＨｚなどの所定の周波数の、好ましくは約５０％のデューティサイクルの所定のデューティサイクルを有する、長方形パルスである。しかし、たとえば５Ｖまたは約６Ｖまたは約２４Ｖといった１２Ｖよりも大きいまたは小さい他の振幅使用することができ、他の周波数とデューティサイクルとを使用することもできる。
【００８５】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、データは、本発明の実施形態において、メイン制御ユニット１２０からスレーブユニット１１５に通信する方法の原理を示す。たとえば、図３のシステム１１３において、電力パルス自体の調節がある。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、第１のパルスＰ１のような一連の例を示し、パルスは立ち上がりエッジ、好ましくは特に急な立ち上がりエッジを有し、メイン制御ユニット１２０からスレーブユニット１１５に送信されるデータに応じて、後続の第１のパルスＰ１の立ち上がりエッジ間の間隔（時間差）が変調、特にベースバンド変調される。変調方式として、当技術分野で「ＰＰＭ」として知られているパルス位置変調を使用することができる。しかし、この手法が使用されることは必須ではない。示されている波形はその変形であり、古典的なＰＰＭのように各パルスの高い時間が同じであるが、このことは本発明の実施形態のために必須ではない。本発明の実施形態については、立ち上がりエッジの位置のみが重要である。他の実施形態では、トレーニングエッジを用いてもよい。図７Ａは、交流信号発生器１１４によって生成される波形の例を示す。マスタユニットは、変調された交流信号を送信する送信機を有する。交流信号はバイナリ信号であってもよい。長方形パルスが第１のパルスのＰ１として使用されることは必須ではなく、たとえばのこぎり波からの三角パルスが、使用されることもできることに留意すべきである。しかし、長方形パルスは、それらがたとえば「０」と「１」との間のデジタル出力ピンをトグルし、いわゆるＨブリッジの入力にそれを適用することによって、（メイン制御ユニット１２０の一部として）マイクロコントローラなどの簡単な電子回路によって生成することが極めて容易であるので有利である。このような回路は、一般的に、モータ制御回路で使用され、したがってここではさらに詳細に説明する必要はない。たとえば、Ｈブリッジの出力はアクティブ「ロー」、またはアクティブ「ハイ」、または「ハイインピーダンス」であることが知られている。
図７Ｂは、図７Ａまたは図７Ｃの波形がその入力に印加されるときに、直列キャパシタ１１９（または静電容量性回路、または静電容量素子）の出力に現れる第２のパルスＰ２の一例を示す。第２のパルスＰ２の波形の正確な形状は、（スレーブ側）の静電容量の「後ろ」の回路の実際のインピーダンスに応じて、図６に示す理想的な波形からずれてもよい。たとえば、図６の回路では、インピーダンスは単一の抵抗であり、その場合、第２のパルスＰ２は指数関数として衰退する。しかし、図５の回路の場合、インピーダンスは、ダイオードＤ２、電源１２２、（開放または閉鎖することができる）スイッチＳＷ１、また必要に応じてエネルギー貯蔵セル（図示せず）も備える、より複雑な回路のものである。しかしながら、これらの実施形態においてＰＰＭといった適切な変調および復調手法を選択することによって、第２のパルスＰ２の正確な形状は、あまりまたはまったく重要ではなく、たとえば、変調されるパラメータである、連続するパルスの立ち上がりエッジｒ２ａ、ｒ２ｂなどのパルスエッジ間の位置のみが重要である。
【００８６】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示す実施例では、連続するパルス間の時間差Δｔは、たとえば３つの所定の値などの、いくつかの所定の値の１つを仮定することができ、データがマスター制御ユニット１２０からスレーブ１１５に一切送信されないとき、「データ無」または「ダミービット」に対応する、後続のパルス間の第３の所定の時間差Δｔ３が使用される。これらのパルスは、データを一切運ばず、電力のみを運ぶ。メイン制御ユニット１２０からスレーブ１１５に「１」ビットが送信されるとき、「１」ビットに対応する後続のパルス間の第２の所定の時間差Δｔ２が使用される。このようなパルスは、電力およびデータ情報の両方を運ぶ。メイン制御ユニット１２０からスレーブ１１５に「０」ビットが送信されるとき、「０」ビットに対応する後続のパルス間の第１の所定の時間差Δｔ１が使用される。このようなパルスもまた、電力およびデータ情報の両方を運ぶ。後続のパルス間の第２の所定の時間差Δｔ２は、たとえば、後続のパルス間の第１の所定の時間差Δｔ１より大きくてもよいし、後続のパルス間の第３の所定の時間差Δｔ３は、後続のパルス間の第１の所定の時間差Δｔ１より小さくてもよい。しかし、これは必須ではなく、逆であってもよいし、後続のパルス間の第２および第３の所定の時間差Δｔ２、Δｔ３の両方が、後続のパルス間の第１の所定の時間差Δｔ１より小さいか大きくてもよい。第１のバス上のパルスの周波数が約２５ｋＨｚである場合の例では、Δｔ１とΔｔ２とΔｔ３とは、（たとえばそれぞれ１．５未満マイクロ秒ごとなどの公差で）約３５、４０、４５マイクロ秒に等しく選択することができ、それぞれ「０」、「１」および「データ無」に対応してもよいが、他の値が使用されてもよい。
【００８７】
上記の説明は、パルス周波数変調の（すなわち、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに関して示され、説明された）形態を使用するものとして説明することができる本発明の実施形態に関する。変調は、ビットを符号化するために、ブロック波の周期を変化させることによって達成される。１つの周期（Δｔ３）は、「アイドル」「ダミー」または「データ無」を送信する。他の期間は、１ビットまたはそれ以上の異なるビットの組み合わせを送信する。復調は、立ち上がりエッジの時間を測定し、異なる時間の長さをビット値に関連付けることによって達成される。
【００８８】
代替的にさらなる実施形態では、変調は、一定のパルス周期を維持するが、ブロック波（図７Ｄ、図７Ｅ）のオン、オフ時間を変化させることによって行われてもよい。これは、パルス幅変調の一形態である。復調するために、時間の経過は、各パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの間で測定される。図６に示した回路の構成要素は、測定可能な立ち下がりエッジを保持するために寸法決めされている。再び、１つまたは複数のビット（図７Ｅ）の異なるビットの組み合わせは、帯域幅を増加させるために符号化されることができる。
【００８９】
本発明のさらなる実施形態によれば、２つの上記の技術の組み合わせを使用することができ、たとえば、アイドル信号が所定の時間Ｔ１によって生成される。これらのパルスは、電力だけを伝達する。データのために、異なる時間Ｔ２（図７Ｆ参照）が使用される。異なるデータ値の間の区別は、Ｔ２内部でデューティサイクルを変化させることによって達成される。これは、パルス幅変調が、Ｔ２のデューティサイクル内で使用されることを意味する。データが送信されているか否かを決定するために単純な周期測定が使用されることができるので、復調は幾分単純化される。データの受信が開始されると、復調は、測定を用いてパルスによって行われる。
【００９０】
本発明のさらに別の代替実施形態は、図７Ｇに示されている変調技術を使用する。本実施形態では、データ信号の供給は、ビット値を表すために、パルスの特定の数を作成することによる。復調のために、１つのパルス列内のパルスは、時間測定されるよりむしろ計数される。１つのパルス列がいつ開始または停止するかを示すために、パルス列での計数のため使用されるものよりも、より長い（図７Ｇ参照）またはより短いアイドル時間またはより長いまたはより短いパルスが使用されることができる。たとえば図７Ｇに示されるパルス列を用いて、パルス間の長い遅延、すなわちより長い低い値は、開始／停止信号として使用され、単純なタイムアウトカウンタは、いつパルスカウントをリセットするかを決定するために使用されることができる。この実施形態の利点は、受信側において処理能力を増加させる必要なく、キャリア周波数を高くすることができるということである（たとえば、×８）。このように、データ帯域幅は、前述の実施形態と比較して維持されているが、スレーブに送信される電力が増加されることができるか、カップリングキャパシタ（３１９）または静電容量性回路または静電容量素子のサイズが減少されることができる。
【００９１】
さらに別の実施形態では、変調は、複数の振幅を有するブロック波を用いて、異なる時間についてかなり同様に行われることができる。これは、振幅変調の一形態である。この場合、たとえば、変調は、ブロック波に対して異なる出力電圧を有する電源をスイッチングすることにより行われことができる。これは、送信側に追加のスイッチを必要とする。復調のための追加のコンパレータは、元の振幅を決定するために必要とされ得る。
【００９２】
本発明の実施形態はまた、双方向データ伝送のために使用されることができる。たとえば、スレーブは、たとえばブロードキャスト信号の形態で、マスターまたは他のスレーブに送信するためにパルスデータを生成することができる。たとえば、ハイインピーダンス状態は、元々生成されたブロック波タイミング内で生成されるか、または本発明のいずれの実施形態においても、たとえば、ブロック波の生成を停止することのない実施形態においても、任意の適切なタイムスロットで生成されてもよい。この場合、ブロック波は、スレーブからメインコントローラへの同期通信を可能にするクロックパルス列と考えることができる。スレーブは、ハイインピーダンス状態の間、データライン上に独自の種類のパルスを生成することによって通信する（図７Ｈ参照）。このパルスでは、ブロック波および／またはその長さに対する位置は、メイン制御ユニットによって検出されることができる。これらのパラメータは、ビットパターンに結び付けることができる。
【００９３】
本発明の実施形態のいずれにおいても、スレーブユニットまたは他の場所ではおけるデカップリングキャパシタのサイズ、図７Ｉを参照して以下のように決定されることができる。図５中Ｃ１のまたは図６中Ｃのキャパシタの値は、たとえば次式で計算されたキャパシタの放電電流から開始して計算することができる。
【００９４】
Ｉ＝Ｕ／Ｒ
Ｉが分かっている場合、Ｃは次の式で計算することができる。
【００９５】
Ｉ＝Ｃ×Δｖ／Δｔ
図７Ｉは、Δｖがたとえば最大１Ｖからであることを示し、Δｔは、生成されたブロック波から知られる。
【００９６】
スレーブユニット１１５のマイクロコントローラ１１８は、たとえば、立ち上がりエッジで割り込みを自動的に発生させる入力ピンを使用して、組み合わされた電力およびデータ信号を簡単に復号または復調することができ、マイクロコントローラは、たとえば、第１のパルスが発生したときの時間値（またはカウンタ値）を測定し、第２のパルスが発生したときの時間値（またはカウンタ値）を測定し、そしてこれらの時間インスタンス（またはカウンタ値）の間の差をΔｔとして計算することによって、そして所定の値Δｔ１、Δｔ２とΔｔ３の１つとの最良の一致を見つけ、対応するビット「０」または「１」または「データビット無」を割り当てることによって、後続のパルス間の時間間隔を決定するしさえすればよい。
【００９７】
なお、上記が図３のハードウェア上で使用されることができる周知のＯＳＩモデルの「物理層」の１つの可能な実施形態を特定するということは、当業者には明らかである。物理層は、「ビット」がデバイス間で通信される方法を指定する。この層は、典型的には、たとえば電圧、速度、およびケーブルの端子配置などのパラメータを指定する。
【００９８】
任意の適切な上位層プロトコルは、この物理層の上位で使用されることができるが、再充電可能なエネルギーシステム１１３での使用に適したプロトコルは、本発明に係るシステムを限定することなく、一つの実施形態として次に説明される。
【００９９】
実施例では、各マイクロコントローラ１１８およびこのため各スレーブユニット１１５は、バス上の固有のアドレス、たとえば３２のスレーブユニットを有するシステムにおいて、たとえば５ビットのアドレスを有することになる。アドレスは、たとえば、スレーブソフトウェアにハードコードされるか、または不揮発性メモリ（スレーブに埋め込まれるか、またはそれに外部接続されたフラッシュまたはＥＥＰＯＭ）に書き込まれてもよく、またはプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を埋めることにより、またはディップスイッチを使用して、または他の方法でＰＣＢレベルで設定することができてもよい。通信サイクルは、上述した「データビット無」に対応する「アイドル」状態から始まる。メイン制御ユニット１２０は、電力パルスのみを送信し、データを送信しない。スレーブユニット１１５は、連続したパルスの立ち上がりエッジ間の時間差Δｔを測定することにより（この場合、それらはΔｔ３を検出するであろう）、バスを「リッスンして（聴いて）」いる。そして、メイン制御ユニット１２０は、指示情報およびアドレス情報を含む所定のビット数からなるデータパケットを送信する。ほんの一例として、メイン制御ユニット１２は、命令に対して３ビット、アドレスに対して＋５ビットを含む８ビットのデータパケットを送信することができる。このような８ビットのデータパケットは、８つの可能なコマンドおよび３２のスレーブアドレスを提供する。もちろん、データパケットの長さは、ニーズに、すなわち、アドレスの数、特定の用途のために必要なコマンドの数に適合させることができる。可能なコマンドの１つは、「すべての第１のスイッチＳＷ１を開く」であってもよく、この場合、アドレスフィールドは無関係であり、各スレーブユニット１１５は、第１のスイッチＳＷ１を開くことになる。他のコマンドは次のように、「１つの第１のスイッチＳＷ１を閉じる」であることができ、この場合アドレス指定されたスレーブユニットだけがその第１のスイッチを閉じる。別のコマンドは、「すべての電圧を測定」であることができる。各マイクロコントローラ１１８は、そのＡ／Ｄ変換器を使用することにより、その電気セル１２の電圧を測定し、メモリに一時的に値を格納するであろう。別のコマンドは、「１つの測定された電圧を伝達する」であることができ、アドレス指定されたスレーブは、第２のバス４０を介して測定された電圧を伝達するであろう。
【０１００】
第２のバス１４０上の通信は、第１のバス１３０の通信と同じ周波数に基づくことができる、たとえば、それと同期してもよいが、それは必須というわけではない。
【０１０１】
同期する場合、各受信電力パルスは第２のバス１４０にデータを出力するためのクロック信号として使用され、すなわち、受信パルスの各立ち上がりエッジで、アドレス指定されたスレーブは、測定値のすべてのビットが送信されるまで、その光カプラ１３５に１つのビット値を送信する。マスター１２０は、第１のバス３０上に第１のパルスＰ１を送信しているので、第２のバス１４０上のデータを容易に復号することができる。
【０１０２】
非同期通信の一例として、各スレーブユニット１１５は、たとえば、光インターフェースを介してＳ２３２のようなタイミングプロトコルを使用して、たとえば、ローカル発振器から導出されるローカルクロックを用いて、自身のタイミングを使用することができる。もちろん、メイン制御ユニット１２０は、スレーブ１１５から受信したデータを復号するために、第２のバス１４０の受信側で同一のプロトコルを使用しなければならない。
【０１０３】
一方、図７Ａおよび図７Ｂに示した波形は、３つの時間差Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、既に上で示したように、他の実装も可能である。たとえば、さらなる可能な実施（図示せず）として、２つの時間差Δｔ１とΔｔ２だけを使用することができ、Δｔ１が「１」のビットに対応し、Δｔ２が「０」ビットに対応する。再び、適切なプロトコルを使用して、たとえば、ヘッダフィールド（たとえば、同期目的のために、たとえば１６進数値０ｘ４７といった同期バイト）と、コマンドフィールド（たとえば、３ビット）と、アドレスフィールド（たとえば、５ビット）とを有するデータパケットを使用して、メイン制御ユニット１２０は、電力パルスを変調することによって第１のバス１３０を介して各スレーブユニット１１５と通信することができるであろう。この場合、データ情報が一切スレーブに送信されるべきではない場合、たとえば、「ＮＯＰ」コマンド（ノーオペレーション）といったダミーパケットは、バス上で送信されることができ、これは、たとえば８つのコマンドの１つとして、任意の適切な方法で実施されることができるが、何のアクションも必要としない。上述されたように、他のプロトコルは、この物理層の上部で使用することができる。
【０１０４】
さらに別の可能な実装（図示せず）として、４つの時間差Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４を使用することができ、Δｔ１は、２つのビットを含む「００」というシンボルに対応し、Δｔ２は「０１」に対応し、Δｔ３は「１０」というシンボルに対応し、およびΔｔ４は「１１」というシンボルに対応する。このようなハードウェア層を使用することにより、２つのデータビットは、電力パルスごとに送信されることができる。可能なタイミングは、Δｔ１＝約３２．５マイクロ秒、Δｔ２＝約３７．５マイクロ秒、Δｔ３＝約４２．５マイクロ秒、Δｔ４＝約４７．５マイクロ秒（それぞれ＋／−１〜５マイクロ秒以下の許容範囲を有する）であることができ、他のタイミングがまた、選択されてもよい。
【０１０５】
さらに別の可能な実装（図示せず）として、５つの時間差Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４、Δｔ５を使用することができ、Δｔ１は、２つのビットを含む「００」というシンボルに対応し、Δｔ２は「０１」に対応し、Δｔ３は「１０」というシンボルに対応し、Δｔ４は「１１」というシンボルに対応し、Δｔ５は、「データ無」というシンボルに対応してもよい。後者のシンボルは、たとえば、パケットの区切りとして使用されてもよい。これに関する利点は、全体のパッケージまたは所定の長さの複数のパケットであってもスキャンされる必要性がないので、同期損失の場合に再同期することが容易であるということである。
【０１０６】
上記より、より多くの、たとえば、「０００」、「００１」、．．．「１１１」、任意の「データ無」に対応する、８つまたは９つの所定の時間差Δｔ１〜Δｔ８と任意のΔｔ９を使用することにより、電力パルスあたり２つ以上のデータビットを送信することも可能であることは、当業者に明らかである。第１のバス１３０上で信頼性の高い通信を実現するためには、立ち上がりエッジは、所定の間隔との関係で短い「立ち上がり時間」を有する、すなわち、急なことが好ましい。たとえば、立ち上がり時間は、好ましくは立ち上がりエッジ間の最小時間差の２０％未満、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、またはさらには３％未満であるべきである。一般に、第１のパルスＰ１のパルス周波数が高いほど、立ち上がり時間は、信頼性の高い通信を維持するために、短くなければならない。
【０１０７】
第１の実施形態はエネルギー貯蔵システムとして説明されたが、説明したバス上でパルス電力とデータを供給するための方法およびシステムは、たとえば、上述した医療用埋込装置等の、上記メイン制御ユニットがバスに接続され、１つまたは複数のスレーブユニットが直列キャパシタを用いてバスに接続される他のシステムにも適用可能であることは明らかである。同様に、このようなシステムのスレーブユニットは、用途に応じて、バランスユニットである必要はない。たとえば、鉛蓄バッテリーセルは、一般に、個々のバランスを必要としないが、個々の監視が必要とされ得る。同じことは、燃料電池と、フローセルに適用される。
【０１０８】
第２の実施形態：
図３から図７Ｉに関連して説明した第１の実施形態により、本発明の主要な原理を説明したが、本発明のさらなる実施形態が容易に理解されるであろう。以下では、第１の実施形態に関連するすべての開示は、ここで参照することにより本実施形態に含まれる。具体的には、図７Ａ〜図７Ｈを参照して説明したすべてのパルス波形、変調および復調技術は、参照によって本実施の形態に含まれる。
【０１０９】
図８は、本発明の態様に係るシステム２１３の第２の実施形態を示し、メイン制御ユニット２２０は、バス２３０を介して１つまたは複数のスレーブ２１５に組み合わされた電力およびデータパルスを送信するように適合され、スレーブ２１５は、直列キャパシタ２１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を用いてバス２３０に接続されている。スレーブ２１５は、いずれかの方法で、またはたとえばマイクロコントローラ２１８によって見られる第２のパルスＰ２の立ち上がりエッジ間の時間差を測定することによって、（第１の実施形態）上述したものと同じ方法で、データを受信することができる。
【０１１０】
第２の実施形態と第１の実施形態との主な違いは、スレーブ２１５がメイン制御ユニット２２０にデータを通信することができる第２のチャネルが、第２の実施形態では設けられていないことである。このため本発明は、単方向通信システムでも使用されることができる。
【０１１１】
図９は、図８のシステム２１３において使用することができるスレーブユニット２１５の一例を示す。このスレーブユニット２１５は、フォトカプラをまったく必要とせず、このため、基板面積、部品点数およびコストをさらに低減することができ、システムの信頼性をさらに向上させることができることに留意すべきである。
【０１１２】
第３の実施形態：
図１０は、本発明の態様に係るシステム３１３の第３の実施形態を示し、メイン制御ユニット３２０は、バス３３０を介して１つまたは複数のスレーブユニット３１５に電力およびデータ信号を送信するように適合され、スレーブユニット３１５は直列キャパシタ３１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を用いてバス３３０に接続される。  スレーブユニット３１５は、いずれかの方法で、または上述したものと同様に（第１の実施の形態）第２のパルスＰ２の立ち上がりエッジ間の時間差を測定することで、メイン制御ユニット３２０からデータを受信することができる。以下では上記の第１および第２の実施形態に関連するすべての開示は、ここで参照することにより本実施形態に含まれる。具体的には、図７Ａ〜図７Ｈを参照して説明したすべてのパルス波形、変調および復調技術は、参照によって本実施の形態に含まれる。
【０１１３】
第３の実施形態と第１の実施形態との主な違いは、スレーブユニット３１５が同じチャネル３３０を介しておよび同一の直列キャパシタ３１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を通して、メイン制御ユニット３２０に戻って通信することができるということである。しかし、メイン制御ユニット３２０およびスレーブユニット３１５は、ベースバンド通信を使用しているので、同時に通信することができない（完全に二重ではない）が、たとえば所定の時間期間にわたって交互に通信してもよい。これは、スレーブが送信しているときに、交流信号発生器３１４の出力ドライバが高インピーダンス状態に置かれることを必要とし得る。しかし、交流信号発生器は、たとえばバス３３０と交流信号発生器３１４との間のスイッチ（図示せず）を介するなどいずれかの方法で、第１のバスからいずれかの方法で分離されることができる。
【０１１４】
一例では、第１のメイン制御ユニット３２０は、上記のいずれかの方法または同様の方法で第１のパルスＰ１を送信することによって、十分なエネルギーと任意にデータをスレーブユニット３１５に供給し、その後パルスの送信を停止するであろう。続いて、スレーブの１つは、第３のパルスＰ３を、たとえば立ち上がりエッジを有する長方形パルスを、メイン制御ユニット３２０について上述したいずれかの方法でまたは同様の方法で、キャパシタ３１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）に供給するであろう。しかし、スレーブユニット３１５はデータをメイン制御ユニット３２０に電力なしで送信しさえすればよいので、第３のパルスＰ３は、第１のパルスＰ１と全く同じである必要はなく、したがって、パルスＰ３は、たとえば異なる振幅および／または形状および／またはタイミングを有してもよく、データは第１のパルスのために使用されるものとは異なる周波数で送信されてもよい。第３のパルスＰ３は、図６に示すのと同様の方法で、直列キャパシタ３１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を介して第４のパルスＰ４に変換される。  第１の実施形態ではスレーブユニット３１５によって送信されるデータが第１のパルス（クロック）と同期し得るが、対照的に、それは図１０の実施形態では可能ではない。代わりに、図１０の実施形態のメイン制御ユニット３２０のマイクロプロセッサ（図示せず）は、第４のパルスＰ４の立ち上がりエッジ間の時間差Δｔを測定し、それらをビットストリームに変換し、これは、第１の実施形態のスレーブユニットによって行われたのと同様に、その後使用されるプロトコルによって解釈されることができるであろう。所定の時間差の値（たとえばΔｔ１、Δｔ２、等）およびメイン制御ユニット３２０からのスレーブユニット３１５に向かう通信（すなわちダウンリンク）に使用するプロトコルは、必ずしもスレーブユニット３１５からメイン制御ユニット３２０への通信（すなわち、アップリンク）に使用されるものと同じである必要はないが、同じプロトコルを使用して実現するのが容易であり得る。
【０１１５】
図１１は、図１０のシステム３１３において使用することができるスレーブユニット３１５の一例を示す。このスレーブユニット３１５は、メイン制御ユニット３２０に伝達するためのフォトカプラを必要としないが、第３のパルスＰ３（キャパシタ３１９（または静電容量性回路、または静電容量デバイス）によって第４のパルスＰ４に変換される）を生成するための追加の交流信号発生器３４５を必要としないことに留意されたい。この交流信号発生器３４５は、電圧バッファを備えるか電圧バッファで構成され、またはＨブリッジを備えてもよく、または他の適切な回路を含んでもよい。メインユニットが電力および／またはデータを送信しているとき、またはラインＴＸ（図示しない）が追加のスイッチを使用するなどの別の方法でＰノードから切断されることができるときに、好ましくは、このバッファ３４５は、高インピーダンス状態に置かれる。
【０１１６】
システム３１３がエネルギー貯蔵システムである場合（したがって、貯蔵セル、およびスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を追加することによって）、そのシステムは、従来技術の回路１３（図１）と同じ機能を提供しながら、よりコンパクトで、より低重量、低コストであり、より高いシステムの信頼性を有する。
【０１１７】
第４の実施形態：
図１２は、本発明の態様によるシステム４１３の第４の実施形態を示し、メイン制御ユニット４２０は、バス４３０を介して１つまたは複数のスレーブユニット４１５に電力およびデータ信号を送信するように適合され、スレーブユニット４１５は、直列キャパシタ４１９（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を用いてバスに接続される。スレーブユニット４１５は、第２のパルスＰ２の立ち上がりエッジ間の時間差Δｔを測定することにより、前述と同様に（第１の実施の形態）、メイン制御ユニット４２０からデータを受信することができる。以下では、第１から第３の実施形態に関連するすべての開示は、ここで参照することにより本実施例に含まれる。具体的には、図７Ａ〜図７Ｈを参照して説明したすべてのパルス波形、変調および復調技術は、参照によって本実施の形態に含まれる。
【０１１８】
第４の実施形態と（図３の）第１の実施形態との主な違いは、スレーブユニット４１５が第１のチャネル４３０とは異なる第２のチャネル４４０を介してメイン制御ユニット４２０に戻って通信するが、フォトカプラを使用する代わりに、第２の直列キャパシタ４４１（または静電容量性回路、または静電容量性デバイス）によって直流的分離が得られるということである。
【０１１９】
一例では、第１のメイン制御ユニット４２０は、上述のいずれかの方法または同様の方法で第１のパルスＰ１を送信することによって、十分なエネルギーを、また任意にデータをスレーブユニット４１５へ供給するであろう。実装に応じて、特に、マイクロコントローラの処理能力に応じて、メインユニットはその後、スレーブユニットが復号や復調を必要としないようにパルスの送信を停止してもよく、または電力パルスのみを送信し続けてもよく、または電力とデータの送信とを継続してもよいが、スレーブのサブセットのためのみである。続いて、スレーブの１つは、メイン制御ユニット４２０について上述したいずれかの方法または同様の方法で、キャパシタ４４１（または静電容量性回路、または静電容量性素子）に第３のパルスＰ３、たとえば立ち上がりエッジを有する長方形パルスを供給するであろう。しかし、上述したように、スレーブユニット４１５はメイン制御ユニット４２０へ電力なしにデータを送信しさえすればよいため、第３のパルスＰ３は、第１のパルスＰ１と全く同じである必要はなく、このため、パルスＰ３は、たとえば、異なる振幅および／または形状および／またはタイミングを有することができる。第３のパルスＰ３は、図６に示すいずれかの方法または同様の方法で、直列キャパシタ４４１（または静電容量性回路、または静電容量性素子）を介して第４のパルスＰ４に変換されるであろう。第３のパルスＰ３は、たとえば、第１のパルスＰ１と実質的に同一のクロック周波数で送信されてもよく、または別のクロック周波数で、たとえばマイクロコントローラのローカルクロック周波数で送信されてもよい。所定の時間差の値（たとえばΔｔ１、Δｔ２等）およびメイン制御ユニット４２０からスレーブユニット４１５に向かう通信（すなわちダウンリンク）に使用されるプロトコルは、スレーブユニット４１５からメイン制御ユニット４２０への通信（すなわち、アップリンク）で使用されるものと、必ずしも同じである必要はないが、同じプロトコルを使用して実現するのが容易であり得る。
【０１２０】
図１３は、図１２のシステム４１３において使用することができるスレーブユニット４１５の一例を示す。このスレーブユニット４１５は、メイン制御ユニット４２０に通信するためのフォトカプラが必要としないが、第３のパルスＰ３を生成するための追加の交流信号発生器４４５を必要とすることに留意すべきである。この交流信号発生器は電圧バッファを含むか電圧バッファで構成されてもよく、またはＨブリッジを備えてもよく、または他の適切な回路を含んでもよい。交流信号発生器４４５は、ノード「Ｐ」ではなく、直列キャパシタ４４１（または静電容量性回路、または静電容量性素子）に接続するために別のノード「Ｃ」に接続される。
【０１２１】
システム４１３が、エネルギー貯蔵システムである場合（このため貯蔵セル、およびスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を追加することによって）、そのシステムは、従来技術の回路１３（図１）と同じ機能を提供しながら、ＣＡＮバスが除去され、すべてのオプトカプラがキャパシタ４１９、４４１（または静電容量性回路、または静電容量性素子）に置き換えられているために、よりコンパクトで、より低重量、低コストであり、より高いシステムの信頼性を有する。
【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７Ａ−７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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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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