(57)【要約】  明細書は、マルチセルバッテリのセルにおける電解質レベルを監視するためのモニタ、システム、および方法を開示する。システムは、バッテリの任意の１つ以上のセルにわたり取り付けられているリード線により電力を受けることができる。システムは、自身のワイヤを有し、任意のバッテリセルに設置できる電導性プローブを含んでいる。プローブは、プローブが電解質と物理的接触している（容認できる電解質レベルを示している）かどうかを決定するために使用される１つ以上の信号を提供するために電流サンプリングされる。プローブは、陰極として、および陽極としてサンプリングできる。プローブは、ＰＷＭ（パルス幅変調）を使用してサンプリングできる。プローブは、電流制限を使用してサンプリングできる。
2021503696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入することと、
陰極としての前記プローブを、陰極電流信号を決定するために、電流サンプリングすることと、
陽極としての前記プローブを、陽極電流信号を決定するために、ＰＷＭを使用して、電流サンプリングすることと、
前記陰極電流信号および前記陽極電流信号の少なくとも１つの関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定することと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１電流サンプリングステップは、ＰＷＭを使用することを含んでいることを特徴とする請求項１に定義される方法。
【請求項３】
前記第１電流サンプリングステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
前記第２電流サンプリングステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでいることを特徴とする請求項１に定義される方法。
【請求項４】
第２電流サンプリングステップは、前記陰極電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項１に定義される方法。
【請求項５】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項１に定義される方法。
【請求項６】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入することと、
陰極としての前記プローブを、陰極電流信号を決定するために、電流サンプリングすることであって、前記電流サンプリングすることは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
前記陰極電流信号の関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定することと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記電流サンプリングステップは、ＰＷＭを使用することを含んでいることを特徴とする請求項６に定義される方法。
【請求項８】
陽極としての前記プローブを、陽極電流信号を決定するために、第２電流サンプリングすることを更に備えており、前記第２電流サンプリングステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
前記決定するステップは、前記陰極電流信号および前記陽極電流信号の少なくとも１つの関数であることを特徴とする請求項６に定義される方法。
【請求項９】
前記第２電流サンプリングステップは、ＰＷＭを使用することを含んでいることを特徴とする請求項８に定義される方法。
【請求項１０】
前記第２電流サンプリングステップは、前記陰極電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項８に定義される方法。
【請求項１１】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項６に定義される方法。
【請求項１２】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、
前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入することと、
電流信号を決定するために、ＰＷＭを使用して、前記プローブを電流サンプリングすることと、
前記電流信号の関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定することと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記電流サンプリングステップは、
陰極電流信号を決定するために、陰極としての前記プローブを電流サンプリングすることと、
陽極電流信号を決定するために、陽極としての前記プローブを電流サンプリングすることを備えており、
前記決定するステップは、前記陰極電流信号および前記陽極電流信号両者の関数であることを特徴とする請求項１２に定義される方法。
【請求項１４】
前記第２電流サンプリングステップは、前記陰極電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項１３に定義される方法。
【請求項１５】
前記電流サンプリングステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでいることを特徴とする請求項１２に定義される方法。
【請求項１６】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項１２に定義される方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、バッテリ内の電解質レベルを監視するためのモニタ、システム、および方法に関し、より特別には、電気モニタ、システム、および方法に関する。
【０００２】
バッテリ内の電解質レベルを監視するためのモニタ、システム、および方法はよく知られている。しかし、そのようなシステムは、どこに、および、どのようにして、電解質プローブを設置および使用できるかということに関して制限がある。最も顕著な制約は、プローブは常にバッテリシステムにおいて陰極として構成しなければならないということである。
【０００３】
プローブは、システムにおいて陰極として構成されることが要求されることには幾つかの理由がある。第１の理由は、プローブが電解質と接触していて、プローブの電圧を測定するときに、プローブは常に、ＬＥＤまたは入力を直接駆動するために使用できる正の電圧を有するであろうということである。第２の理由は、プローブはそれにより、より長い有用寿命を有するであろうということである。プローブを陰極として構成すると、プローブはバッテリセルの内部における物質によりゆっくりメッキされ、プローブは、存在し続けることができ、かなり長い時間有用であることができる。一方、プローブを陽極として構成すると（つまり、電流がプローブからセル内に流れるように）、プローブは酸化して、相対的に早い時期に機能が止まる。
【０００４】
陰極として構成されると、電流は、プローブのセルにおける電解質からプローブを通して、測定装置に流れ（または、幾つかの場合においては、ＬＥＤに直接流れ）、そして、バッテリの接地であることがある、低電圧電位点に流れる。
【０００５】
既知の電解質レベル監視製品には、ミシガン州のＦｌｏｗ−Ｒｉｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ  ｏｆ  Ｂｙｒｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒにより販売されている「Ｅａｇｌｅ  Ｅｙｅ」製品、ノースカロライナ州のＢａｔｔｅｒｙ  Ｗａｔｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｏｆ  Ｃｌｅｍｍｏｎｓにより販売されている「ｉ−Ｌｉｔｅ」製品、ペンシルバニア州のＰｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ｏｆ  Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙｖｉｌｌｅにより販売されている「Ｂｌｉｎｋｙ」および「ＳｍａｒｔＢｌｉｎｋｙ」製品、テネシー州のＨａｗｋｅｒ  Ｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  Ｏｏｌｔｅｗａｈにより販売されている「Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｂｏｓｓ」製品、および、バージニア州のＡｋｅｒ  Ｗａｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｏｆ  Ｃｈａｒｌｏｔｔｅｓｖｉｌｌｅにより販売されている「ＤＣ  ＰｏｗｅｒＬｏｇｇｅｒ」製品が含まれる。
【０００６】
既知の製品の幾つかは、寄生レベルモニタとして分類できる。これらの装置においては、電力は、バッテリセル内のプローブにより、バッテリセルから引かれるが、それは、プローブが電解質に接触しているときのみである。プローブは、装置の設置ワイヤよりも正である２つから４つのセルとして設置される。この設置により、プローブは常に陰極として構成されることが保証される。これらの装置は、プローブが電解質と接触している時間の１００％はオンであり、プローブの摩耗を増大させ、バッテリの消耗を増大させる。これらの装置は、プローブが電解質と接触していないときは、１００％オフである。プローブにおける電圧が増大すると、装置の消費電流もまた増大する。これらの装置はすべて、超えてしまうと損傷を受けるであろう最大電流または電圧定格を有している。これらの製品の例としては、Ｆｌｏｗ−Ｒｉｔe  Ｃｏｎｔｒｏｌｓにより販売されている「Ｅａｇｌｅ  Ｅｙｅ」製品、および、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃにより販売されている「Ｂｌｉｎｋｙ」製品がある。
【０００７】
既知の製品の幾つかは、それぞれが別個のプローブを有し、ときには、別個のプローブ接地ワイヤを有している、受電装置である。これらの装置の電力範囲は、４Ｖから約１８Ｖである。プローブおよび接地ワイヤ（または別個のプローブ接地ワイヤ）は、寄生レベルモニタに関する、同じ設置規則に従って設置しなければならない。具体的には、プローブは、装置の設置ワイヤよりも正の２つ以上のセルでなければならない。これらの製品の例としては、Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｗａｔｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓにより販売されている「ｉ−Ｌｉｔe」製品、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃにより販売されている「ＳｍａｒｔＢｌｉｎｋｙ」製品、および、Ａｋｅｒ  Ｗａｄｅにより販売されている「ＤＣ  ＰｏｗｅｒＬｏｇｇｅｒ」製品が含まれる。
【０００８】
上記の製品はすべて、プローブが、バッテリシステムにおいて陰極として構成されることを要求している。要求されている設置場所でない場所でのこれらの製品の設置は、製品は損傷するか、または機能しない。寄生電力構成（つまり、装置に対する電力を、プローブを通して、セルから引く構成）を使用するレベルモニタは、プローブと接地ワイヤとの間のセルの最小および／または最大数に対する制約を有している。プローブと接地ワイヤとの間に、多すぎるセルが設置されると、プローブ電圧は高すぎて、装置は損傷する。プローブと接地ワイヤとの間に、少なすぎるセルが設置されると、電圧は正確には検出できない。
【０００９】
設計および設置の制限のために、現在の製品の幾つから更なる問題が起こる。装置の幾つかにおいては、ＬＥＤは、電解質と接触しているプローブに存在する電圧から直接照明される。これについては、ユーザの観点から問題がある。プローブまたは装置電力の電圧が低ければ低いほど、ＬＥＤは、それだけ暗くなる。これは特に、プローブが接地ワイヤと同じセルに設置される場合に起きる（つまり、プローブは１ボルト未満の電位しか受けない）。この場合、ＬＥＤは「オン」であるが、見えるようには実際には照明されない。逆もまた正しい。プローブの電圧が高ければ高いほど、それだけ明るくＬＥＤは照明される。この極端な場合においては、ＬＥＤの仕様を超えて、ＬＥＤは損傷する。電圧はまた、バッテリの通常の使用の間、および、バッテリ充電サイクルの間に、増加または減少する可能性があり、それもまた、および、更にＬＥＤ強度に影響を与える。
【００１０】
現在利用できるバッテリ電解質レベルモニタが、電解質レベルの高さを決定できるためには、固有の不正確さがある。この不正確さは、電圧を測定することによる伝導率の測定に由来する。この方法は、モニタを、（ａ）鉛蓄電池の上部に存在する「浮遊電圧および電流」、および（ｂ）バッテリを充電および放電する性質のためのバッテリ／セル電圧の変化の影響を受けやすくさせる。
【００１１】
現在利用可能なモニタは、電圧閾値に基づいてオンまたはオフに切り替わる。電圧は、プローブを通して、専用接地基準またはモニタの電力接地に対して測定される。プローブは、バッテリの上部プレートを通して、バッテリセルに設置される。バッテリの上部プレートと接触する如何なる装置または物質も、浮遊電圧および電流の影響を受けやすい。レベル監視システムにおいては、プローブ、プローブハウジング、またはプローブガスケットは、バッテリの上部プレートと直接接触しており、浮遊電圧および電流の影響を受けやすい。レベルモニタ装置に対するスイッチング電圧閾値は、０７ボルトと低くてよい。（ａ）浮遊電圧が測定される、バッテリ上の２点、および（ｂ）バッテリのサイズに依存して、ゼロボルトから数十ボルトの間の何れかの浮遊電圧が、バッテリ上部プレート上に存在する可能性がある。浮遊電圧および電流が十分に大きいと、電圧は、プローブ、プローブハウジング、またはプローブガスケットを通して伝導し、プローブが電解質に接触していなくても、プローブ上で測定できる。この状況は、偽陽性を生成でき、従って、バッテリが追加の水を必要としているときに、バッテリのユーザに適切に警報を送ることができない。バッテリを、十分でない水量で動作させると、バッテリの有効寿命を削減し、バッテリに損傷を与え、極端な場合には、バッテリにおける熱事象という結果にもなり得る。
【００１２】
ゴルフカート市場における他の問題として、既知のバッテリ電解質レベルモニタの設置は、バッテリの上部プレートの修正を要求し、もっとも顕著には、上部プレートを通して、プローブ設置穴を開けることによる。しかし、バッテリの上部プレートを修正することは、典型的には、バッテリ製造会社により提供されるバッテリ保証を無効にする。従って、ゴルフ市場は、そのようなモニタは、設置の間に、上部プレートに穴を開けることを要求するので、現在提供されている産業バッテリ電解質レベルモニタの何れをも使用することを拒否している。この問題はまた、アジアの一部のような、幾つかの産業市場、再生可能エネルギ市場、およびバックアップバッテリ市場においても存在する。
【発明の概要】
【００１３】
上記の問題は、マルチセルバッテリのセルにおける電解質レベルを監視するためのモニタ、システム、および、方法に関する本発明により対処される。システムは、バッテリの任意の１つ以上のセルにわたって取り付けられているリード線により電力を受けることができる。システムは、電導性プローブを含んでおり、電導性プローブは、これもまた任意のバッテリセルに設置できる自身のワイヤを有している。プローブは、プローブが電解質と物理的に接触している（容認できる電解質レベルを示している）かどうかを決定するために使用される１つ以上の信号を提供するために、電流サンプリングされる。プローブは、陰極として、および陽極としてサンプリングできる。プローブは、ＰＷＭ（パルス幅変調）を使用してサンプリングできる。プローブは、電流制限を使用してサンプリングできる。
【００１４】
本発明は、（ａ）マルチセルバッテリのセルの何れにも設置でき、（ｂ）相対的に長い寿命を有し、（ｃ）設置の間に、バッテリ上部プレートの修正を必要としない、バッテリ電解質レベルモニタおよびシステムを提供する。
【００１５】
第１の特徴、つまり、プローブを、完全な機能性を伴って、バッテリセルの何れにも設置する能力は、「プローブ位置独立性」と称される。
【００１６】
第２の特徴、つまり、相対的に長い寿命は、陰極構成におけるプローブをサンプリングするためのパルス幅変調（ＰＷＭ）の使用を通して達成される。このアプローチは、プローブ上における如何なるメッキも相当に削減し、それにより、プローブの寿命を延ばす。
【００１７】
第３の特徴は、浮遊電圧および電流により作られる偽陽性問題を、電圧のかわりに電流を測定することにより克服する。電流制限器は、プローブの酸化を早め、使用できなくさせる、過度の電流をプローブが消費することを防止する。電流制限器は、プローブを通して消費される十分な電流を可能にし、それにより、プローブからの信号は、バッテリの上部プレートに存在する浮遊電圧および電流に対する「ノイズ」閾値よりも高くなる。この特徴は、浮遊電圧および電流の存在にも拘わらず、電解質のレベルについての決定の正確さを向上する。
【００１８】
発明のこれらの、および他の目的、利点、および特徴は、本実施形態および図面の記述を参照することにより、より完全に理解且つ認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】バッテリ電解質レベル監視システムのブロック図である。
【図２】プローブ回路のブロック図である。
【図３Ａ】マルチセルバッテリに設置され、４８Ｖの電力を受けるシステムの模式図である。
【図３Ｂ】マルチセルバッテリに設置され、１２Ｖの電力を受けるシステムの模式図である。
【図４Ａ】本発明との連携における模擬使用の１６年超後のプローブの図である（新しいプローブとの比較において）。
【図４Ｂ】本発明の陰極構成の６００年超後のプローブの図である。
【図５】本発明の陽極構成において使用されるプローブに対する「長さの損失」データのグラフである。
【図６】３つのプローブの図であり、１つは新しく、他の２つは、異なる構成で動作させられて使用されたものである。
【図７】プローブ回路内のファームウェアに対するＦＳＭ（有限状態マシン）フロー図である。
【図８】プローブ制御およびサンプリング機能フロー図である。
【図９】圧力事象フロー図である。
【図１０】プローブ事象フロー図である。
【図１１】スケジューラ事象フロー図である。
【図１２】システム内のファームウェアに対する、ＦＳＭを組み合わせた全体フロー図である。
【図１２Ａ】システム内のファームウェアに対する、ＦＳＭを組み合わせた全体フロー図である。
【図１２Ｂ】システム内のファームウェアに対する、ＦＳＭを組み合わせた全体フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明の実施形態を詳細に説明する前に、発明は、動作の詳細または構成の詳細に制限されず、また、下記の記述に記されている、または図面において例示されている構成要素の配置に制限されないということは理解されるべきである。発明は種々の他の実施形態において実現でき、ここにおいて明示的には開示されていない代替的方法で、実践または実行できる。また、ここにおいて使用される言い回しおよび用語は、記述の目的のためであり、制限的とは見なされるべきではないということも理解されるべきである。「含んでいる」および「備えている」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびそれらの等価物を含むと同時に、それらの追加的項目および等価物も含むということが意図されている。更に、種々の実施形態の記述においては、列挙方式を使用できる。別途、明確に示されない限り、列挙方式の使用は、発明を、如何なる特定の順序、または特定の数の構成要素に制限するとは解釈されるべきではない。列挙方式の使用は、発明の範囲から、列挙されるステップまたは構成要素と組み合わせることができる、または、それらに組み合わせることができる、如何なる追加的ステップまたは構成要素も排除するものとは解釈されるべきではない。「Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも１つ」のような請求項要素への如何なる言及も、Ｘ、Ｙ、またはＺそれぞれの何れか１つ、および、Ｘ、Ｙ、およびＺの任意の組み合わせ、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＸとＹ、ＸとＺ、およびＹとＺを含むことが意図されている。
【００２１】
「垂直な」、「水平な」、「上部の」、「底部の」、「上方の」、「下方の」、「内部の」、「内部に向けて」、「外部の」、および「外部に向けて」のような方向に関する用語は、例として示されている実施形態の向きに基づいて、発明を記述することにおいて支援するために使用される。方向に関する用語の使用は、発明を如何なる特定の向きに制限するとは解釈されるべきではない。
【００２２】
この記述に含まれている数値は、本実施形態を記述するためのみの例である。他の実施形態に対する他の適切な数値は、当業者には容易に明白となろう。
システム
【００２３】
本発明のバッテリ電解質レベルモニタおよび／またはシステムは図１において例示されており、全体は１０で示されている。システム１０は、プローブ回路１２、プローブ１３、ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）１４、電力供給源１６、ＬＥＤドライバ１８、リモートＬＥＤ２０、および他のセンサ２２（本発明に関連しない）を含んでいる。
【００２４】
プローブ回路１２は、図２に例示されている。プローブ回路１２は、ＭＣＵ４３、光絶縁体３６、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４４、４６、および４８、電流制限器３４および４４、ツェナーダイオード５０および５２、およびダイオード５４および５６を含んでいる。
【００２５】
プローブ回路１２は、２つのサブ回路の組み合わせとして設計されており、１つは、陰極として振る舞うようにプローブ１３を構成し、他方は、陽極として振る舞うようにプローブを構成する。
【００２６】
図２におけるサブ回路経路３０は、プローブが陽極として構成されるときに、電流が流れる経路を示している。この経路３０は、ハイサイド制御線３２により「オン」とされる。プローブが陽極として構成されているときに、電解質と接触している場合、電流は、Ｖ＋から、電流制限器３４および光絶縁体３６を通してプローブ回路内に流れ、最終的にプローブ１３に流れ、バッテリセル（例示されていない）の電解質に流れ込む。プローブ１３は接地として振る舞い、電解質により物質腐食の影響を受けやすい。
【００２７】
図２におけるサブ回路経路４０は、プローブが陰極として構成されるときに、電流が流れる経路を示している。経路４０は、ローサイド制御線４２により「オン」とされる。プローブが陰極として構成されているときに、電解質と接触している場合、電流は、バッテリセルにおける電解質から、光絶縁体３６および電流制限器４４を通してプローブ１３内に流れ、最終的にＶ−に流れる。プローブ１３は供給源のように振る舞い、電気メッキの影響を受けやすい。
【００２８】
プローブ回路１２に対する測定方法は、プローブにおける電圧ではなく、プローブ１３を通る電流を測定することによる伝導率を使用する。
【００２９】
「浮遊」電圧および電流は、清潔さ、バッテリの状態、およびバッテリ構成材料のために、バッテリの上部プレート上に存在する。任意のセンサが、バッテリの上部で効果的であるためには、その測定は、浮遊電圧および電流の影響を受けることはできない。電流を測定することにより、本発明は、浮遊電圧および電流の影響を克服する。これは、バッテリ監視産業においては固有であると考えられている。
【００３０】
制御回路１２は、例えば、２０ｍＡに設定されている電流制限器３４および４４を含んでいる。ノイズ閾値は１６．５ｍＡに設定されており、従って、制御回路１２は浮遊電圧および電流に影響されない。１６．５ｍＡの閾値は、上部プレート上の浮遊電流の最悪のケースと考えられているよりも約２５％高い。従って、プローブ信号は、浮遊電圧および電流により生成されるノイズ閾値より高くなる。従って、光絶縁体３６がオンおよび／またはオフに切り替わるとき、陽極または陰極構成の何れかに対して、ＭＣＵ４３へのプローブ入力信号は正確である。
【００３１】
可能な変形例として、電流制限装置を、より高い電流制限（例えば、２０ｍＡから３０ｍＡに変更）を有するように選択でき、それにより、より多くの電流がプローブを通過することを可能にする。この変形例は、バッテリの上部の、浮遊電圧および電流の形状の「ノイズ」に対する、より高い耐性を産み出す。しかし、この変形例は、より多くの電流がプローブ材料を通過すると、プローブの酸化またはメッキが加速されるので、プローブの寿命を縮めてしまう。
【００３２】
ファームウェア（ＭＣＵ４３内）により使用される陰極／陽極構成は、装置１０がバッテリからどの場所で電力を受けるかに対して、バッテリのどの場所にプローブ１３が置かれるかによって決まる。この特徴は、プローブ１３が、バッテリの任意のセルに置くことを可能にし、その機能を実行することを可能にする。プローブ位置独立性のこの特徴は、本発明に対して斬新なものと考えられている。本実施形態に基づく、プローブ１３に対する可能な設置範囲は、装置１０に対する正の供給線（Ｖ＋）の下方８０Ｖまでであり、装置に対する負の供給線（Ｖ−）の上方８０Ｖまでである。
【００３３】
図３Ａおよび３Ｂは、（ａ）４８Ｖの電力を受ける装置、および（ｂ）１２Ｖの電力を受ける装置それぞれで、システム１０およびプローブが４８Ｖバッテリに設置されたときのプローブ１３の（ａ）陽極、および（ｂ）陰極構成それぞれを例示している。ぞれぞれの図は、一体構造のバッテリまたは産業用バッテリに対する従来のような、直列に接続されている２４の個々の２Ｖセルを含んでいるバッテリ５０を例示している。
【００３４】
図３Ａにおいて、装置１０は、２４のセルから電力を受け、それにより、装置は、４８Ｖの電力を受ける。プローブ１３をセル１または２の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陽極のみの構成で動作する結果になる。プローブ１３を、セル３〜２２の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陰極または陽極構成（デフォルトは、陰極構成）で動作する結果となる。プローブ１３をセル２３または２４の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陰極のみの構成で動作する結果になる。
【００３５】
図３において、装置１０は、５つのセルから電力を受け、それにより、装置は、１２Ｖの電力を受ける。プローブをセル１〜１１の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陽極のみの構成で動作する結果になる。プローブを、セル１２または１３の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陰極または陽極構成（デフォルトは、陰極構成）で動作する結果となる。プローブ１３をセル１４〜２４の何れかの中に置くと、プローブ回路１２が、陰極のみの構成で動作する結果になる。
【００３６】
プローブ回路１２および制御ファームウェアは、ＭＣＵ４３からのデジタル制御線３２および４２により、プローブ回路のハイサイドおよびローサイドの独立した制御を可能にする。回路１２のハイサイドは、陽極構成を制御し、回路のローサイドは、陰極構成を制御する。このアプローチは、制御線３２および４２に対するＰＷＭ信号の使用を、電解質および電気メッキの影響を削減することにより、プローブの寿命を最適化することが意図されているデューティサイクル「オンタイム」のパーセントで可能にする。ファームウェは常に、回路１２を最初は陰極モードで構成し、陰極モードにおいて信号が存在しないときのみ、陽極モードを試みるようにデフォルト設定されている。
【００３７】
何れのモードにおいても信号が存在しない場合、プローブは電解質と接触していない。そして装置は、ユーザに適切に警報を発する。ＰＷＭ制御信号を使用することに加えて、動作の、陰極が最初で、陽極が二番目という順序に対する論理は、プローブ１３の寿命を可能な限り延長する。
【００３８】
ＰＷＭ制御信号に対しては、デューティサイクルオンタイムに対する良好な閾値は、サンプリング期間の約０．０１％であることを観測した。例えば、サンプリングレートが毎秒１回である場合、プローブは、目標の０．０１％デューティサイクル以下に留まるためには、１００マイクロ秒だけオンになるべきである。この制御方式は、陽極として構成されるときの、物理プローブ１３の有用寿命を延長する。ＰＷＭ制御では、陰極構成におけるプローブに対する推定寿命は約５７０年である。陽極構成におけるプローブに対する推定寿命は１６年超である。
【００３９】
陽極構成の１６年後のプローブ（新しいプローブとの比較において）が、図４Ａに例示されている。陰極構成の６００年を超える後のプローブが、図４Ｂに例示されている。図４Ａおよび４Ｂは、本発明領域の技術を使用して可能な、プローブの長い寿命を図で証明している。
【００４０】
図５は、１８年超の使用期間の陽極プローブに対するデータをグラフで提示している。線６０は、その期間の間の物理的プローブ長の損失を示している。約１６．８年が、プローブが時間経過とともに、累積的に１ｍｍの長さを失う点である。
【００４１】
まったく対照的に、ＰＷＭ制御の使用なしでは、陽極構成におけるプローブは、約４８時間で消耗されてしまう。図６は、新しいプローブ６２、陰極構成のプローブ６４（ＰＷＭ制御のもとで動作された）、および陽極構成のプローブ６６（ＰＷＭ制御なし、つまり１００％オンタイムで、４８時間動作された）間の比較を示している。
【００４２】
プローブ材料の選択は、構成に拘わらず、プローブの寿命に相当の影響を与える。材料は、好ましくは、硫酸および高温に晒される、鉛蓄電池セルの内部において、存在し続けることが可能であるべきである。Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（ヘイストロイ）という商標で、Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌにより販売されている合金は、極端に苛酷な環境条件に耐えるそれらの能力のために、特に望ましい材料であることが識別された。しかし、任意のプローブの寿命を延長する本発明の使用では、他の潜在的に適切な材料としては、ステンレス鋼、鉛、および、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニリデン）などの伝導性プラスチックがある。材料選択における考慮には、環境必要条件およびコストが含まれる。
制御
【００４３】
システムＭＣＵ１４およびプローブ回路ＭＣＵ４３により使用されるアーキテクチャおよびファームウェアを例示している図は、図７〜１２、１２Ａ、および１２Ｂに例示されている。これらの図は、当業者が、図を実現するために必要なコードを準備することを可能にするために十分な詳細を提供している。従って、図は、それ自身が説明的であり、図の詳細な見直しは不要である。
代替サンプリング方法
【００４４】
これまで記述してきたサンプリング方法は、陰極構成においてまずサンプリングし、正の信号が受信されない場合、二番目に陽極構成においてサンプリングする。何れかが正の信号を返してきた場合、プローブ１３は流体中にあり、ＬＥＤ２０は照明される。このアプローチは、実際上、論理「ｏｒ」方法である。
【００４５】
「ノイズの多い」バッテリに特に有用な代替サンプリング方法は、毎回、陰極構成においてサンプリングし、陽極構成においてサンプリングすることである。両者のサンプリングが正の信号を返してきたときは、プローブは流体中にあることが分かる。これは実際上、論理「ａｎｄ」方法である。この方法は、陰極サンプリング信号および陽極サンプリング信号は一致することが要求されるので、信号が正確であるという、より高い信用性を提供する。しかし、この方法は、プローブが毎回陽極構成においてサンプリングされるので、プローブの有用寿命を削減してしまう犠牲を払うことになる。しかし、プローブは、陽極構成において動作されても１６年超の有用寿命を有していると考えられているので、削減されるプローブの寿命は、システムの寿命に対して、あったとしても、わずかな実際の悪効果しかもたらさない。
【００４６】
追加的考慮として、代替方法は、バッテリにおけるプローブを、プローブが陰極構成および陽極構成の両者で動作させることができるセルに置くことを制約する。通常、および図３Ａと３Ｂに例示されているように、陰極のみの場所は最初の２つのセルで、陽極のみの場所は、バッテリの最後の２つのセルである。従って、産業４８Ｖシステム（例えば）においては、プローブはセル３〜２２の何れにも置くことができる。
【００４７】
まとめると、代替方法は、（ａ）プローブからの信号における信頼性を増大し、（ｂ）プローブがあたかも陽極のみのモードで動作されたかのように、各プローブの有効寿命が同じとなることを制限し、（ｃ）バッテリにおいてプローブを置くことを、適度に制約する。
利点
【００４８】
本発明の１つの利点は、再び、「浮遊電圧および電流」として知られている、バッテリの上部上の電気ノイズを無視／克服する能力である。本発明の設計は、浮遊電圧および電流に影響されず、発明は、電解質レベルについてのすべての決定を正確にすることを可能にする。
【００４９】
本発明の他の利点は、プローブ位置独立性である。本発明は、ユーザがプローブを、バッテリの任意のセルの中に設置することを可能にし、プローブは、選択されたセルに無関係に作動する。この利点は、プローブを陰極または陽極として構成する能力により可能とされる。発明は、プローブがバッテリセルのどこに置かれたかとは無関係に、バッテリセルの内部の電解質レベルを正確に測定できるバッテリ監視システムの統合されたものである。装置およびプローブ回路の機能および測定はまた、システムに電力を供給するために使用されるバッテリセルとは独立している。
【００５０】
本発明の更に他の利点は、位置に無関係に、バッテリにおける任意のセル中の電解質のレベルを測定する能力である。プローブは、陰極および／または陽極として機能できる。プローブは、電力のために使用されるバッテリセルに無関係に、バッテリにおいて何れの場所にも設置できる。開示された実施形態は、装置が動作するためには、例えば、１２Ｖから４８Ｖを必要とする。しかし、プローブは装置に、自身の単一のワイヤで取り付けられ、バッテリにおいて、任意のセル中に設置できる。つまり、装置が−８０Ｖから＋８０Ｖの範囲内の電力を受けるセルの上方、下方、直接上、またはそれらの間に設置できる。
【００５１】
我々は、１６年超のプローブの有効寿命を測定することが可能であった。これは、我々自身が課した１ｍｍの「長さの損失」仕様に基づいている。プローブは、１６年超よりも更に長く機能し続けるであろうが、仕様（例えば、１ｍｍ仕様）を超えることが起こり得、ユーザの必要条件に合致しないことがあり得る。
【００５２】
また、システムは、マイクロコントローラを含んでいる、電力を受けるシステムなので、（ａ）プローブ信号を測定し、および（ｂ）ＬＥＤインディケータ駆動する機能は分離することができ、および分離されている。これは、ＬＥＤ強度は、プローブが測定できる電圧とは無関係であるという結果になる。ＬＥＤは、（ａ）プローブが設置されているセル、および（ｂ）プローブが電解質と接触しているか、または接触していないかとは無関係に、最大強度で駆動でき、またはオフにすることができる。
結論
【００５３】
上記の記述は、発明の本実施形態の記述である。種々の改変および変更を、付随する請求項において定義されているような発明の精神および、より広い態様から逸脱することなく行うことができ、付随する請求項は、等価物の教義を含む特許法の原則に従って解釈されるべきである。この開示は、例示の目的にために提示されており、発明のすべての実施形態を網羅する記述と解釈されるべきではなく、請求項の範囲を、これらの実施形態と関連して例示または記述された特定の要素に制限するとは解釈されるべきではない。例えば、制限されることはないが、記述された発明の任意の個々の要素は、実質的に類似の機能を提供する、または十分な動作を提供する代替要素と置き換えることができる。これは、例えば、当業者には現在知られているような、現在の既知の代替要素、および、当業者が、発展すると、代替と認識できるような、将来発展できる代替要素を含んでいる。更に、開示された実施形態は、一緒に記述され、協調して恩恵の集合体を提供できる、複数の特徴を含んでいる。本発明は、これらの特徴すべてを含む実施形態、またた、発行された請求項に明示的に記述されている範囲を除く、記述された恩恵のすべてを提供する実施形態のみに制限されない。例えば、冠詞「１つの」、「その」、または「前記」を使用しての、単数形での請求項要素への如何なる言及も、要素を単一のものに制限するようには、解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月23日(2020.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入するステップと、
陰極としての前記プローブを、陰極電流信号を決定するために、第１電流サンプリングするステップと、
陽極としての前記プローブを、陽極電流信号を決定するために、第２電流サンプリングするステップと、
前記陰極電流信号および前記陽極電流信号の両方の関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定するステップと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２電流サンプリングするステップは、ＰＷＭを使用することを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１電流サンプリングするステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
前記第２電流サンプリングするステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第１および第２電流サンプリングするステップの他方によって決定された前記電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記の前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第２電流サンプリングするステップであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入するステップと、
陰極としての前記プローブを、陰極電流信号を決定するために、第１電流サンプリングするステップであって、前記第１電流サンプリングするステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
陽極としての前記プローブを、陽極電流信号を決定するために、第２電流サンプリングするステップであって、前記第２電流サンプリングするステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含んでおり、
前記陰極電流信号および前記陽極電流信号の両方の関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定するステップと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第２電流サンプリングするステップは、ＰＷＭを使用することを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第１および第２電流サンプリングするステップの他方によって決定された前記電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記の前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第２電流サンプリングするステップであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
マルチセルバッテリのセルにおける電解質のレベルをサンプリングする方法であって、
前記方法は、
電導性プローブを前記セル内に挿入するステップと、
陰極としての前記プローブを、陰極電流信号を決定するために、第１電流サンプリングするステップと、
陽極としての前記プローブを、陽極電流信号を決定するために、ＰＷＭを使用して、第２電流サンプリングするステップと、
前記陰極電流信号および前記陽極電流信号の両方の関数として、前記プローブは、前記セル内の電解質と接触しているかどうかを決定するステップと、
前記プローブは、前記セルにおいて電解質と接触しているかどうかを示すステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第１および第２電流サンプリングするステップの他方によって決定された前記電流信号が所定の値を有している場合のみ実行されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記の前記第１および第２電流サンプリングするステップの一つは、前記第２電流サンプリングするステップであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２電流サンプリングするステップは、前記プローブを通る前記電流を制限することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記示すステップは、光源を照明することを含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2021503696.tif 000019