(57)【要約】電池セルの物理的特性の管理及び個々の充電制御が長い電池寿命を達成し、より信頼性ある動作を達成することができる。本発明は、無線通信リンクを介して電池の自動管理を行うためのシステム、セルユニット、制御ユニット、及び方法を開示するものである。本発明によれば、電池の個々のセルのライフサイクルが外部制御ユニットによって探知され、記録される。好ましくは、電池セルの両電極間を短絡する能力を有する、電池セルの能動的制御が提供される。
2006506787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池セルを備えた電池の自動管理システムであって、
少なくとも１つの電池セルの物理的パラメータを測定する少なくとも１つのセルユニットと、
制御ユニットと、
前記物理的パラメータの測定値を、第１無線通信リンクを介して前記制御ユニットに送信する送信機と、
を備えている電池の自動管理システム。
【請求項２】
前記制御ユニットが、前記少なくとも１つのセルユニットに第２無線通信リンクを介して制御信号を送信する制御ユニット送信機を備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
スイッチングユニットを備え、このスイッチングユニットは前記少なくとも１つの電池セルの両電極間に可制御電流パスを一時的に確立するように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
電池が複数の電池セルを備え、前記スイッチングユニットは前記複数の電池セルの充電状態が互いに調整されて充電バランスをとるように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセルユニットが、前記少なくとも１つの電池セルの電解質に直接接触するために、少なくとも部分的に前記少なくとも１つの電池セルの内部領域内に配置され、
前記少なくとも１つのセルユニットが頑丈で耐化学性材料によって少なくとも部分的に取り囲まれている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
セルユニット相互間に互いに直接通信を行うための通信リンクを備えている請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも１つのセルユニットが、リード、蓄積手段、及び可制御整流器の少なくとも１つを備え、
前記リードは高周波電磁波を電気エネルギーに変換する高周波デカップラを備え、
前記蓄積手段は電気エネルギーを蓄積するように構成され、
前記可制御整流器は少なくとも１つの電池セルの充電を制御するように構成されている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
電池セルの物理的パラメータを測定するセルユニットであって、このセルユニットは、
そのセルユニットの物理的パラメータの測定値を、無線通信リンクを介して送信するセルユニット送信機を備えている、電池セルの物理的パラメータを測定するセルユニット。
【請求項９】
スイッチングユニットを備え、このスイッチングユニットは前記電池セルの充電状態が互いに調整されて充電バランスをとるように構成されている請求項８に記載のセルユニット。
【請求項１０】
少なくとも１つのセルユニットが、リード、蓄積手段、及び可制御整流器の少なくとも１つを備え、
前記リードは高周波電磁波を電気エネルギーに変換する高周波デカップラを備え、
前記蓄積手段は電気エネルギーを蓄積するように構成され、
前記可制御整流器は電池セルの充電を制御するように構成されている、
請求項９に記載のセルユニット。
【請求項１１】
電池セルの物理的パラメータの測定値を受信する制御ユニットであって、
制御信号をセルユニットに送信する制御ユニット送信機を備え、
前記測定値が第１無線通信リンクを介して受信され、
前記制御信号が第２無線通信リンクを介して送信される、
電池セルの物理的パラメータの測定値を受信する制御ユニット。
【請求項１２】
前記制御信号が前記セルユニットに同期情報を供給する請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１３】
前記制御ユニットが各セルユニットを個別にアドレス指定し、
前記制御ユニットが前記電池セルの物理的パラメータの測定を開始し、
前記制御ユニットが前記物理的パラメータの測定値の送信を要求する、
請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１４】
少なくとも１つの電池セルを備えた電池の自動管理方法であって、
少なくとも１つのセルユニットによって少なくとも１つの電池セルの物理的パラメータを測定し、
前記物理的パラメータの測定値を、第１無線通信リンクを介して制御ユニットに送信する、
ステップを備える電池の自動管理方法。
【請求項１５】
個々の制御信号を前記制御ユニットから第２無線通信リンクを介して前記少なくとも１つのセルユニットに送信するステップをさらに備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各セルユニットが少なくとも１つの電池セルを備えた、電池セルの各群の物理的パラメータを測定し、
各電池セルが少なくとも２つの群に属し、
特定の群の物理的パラメータの測定値が互いに減算されるか、個々の電池セルの物理的パラメータ得るように処理される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの電池セル内の電解質の比重又は充填レベルが、放射された電磁波信号の変化を検知することによって測定される請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
電磁波の送信、誘導送信、光送信、音響送信、及びＡＣ電流送信からなる群から選択された少なくとも１つの技術によって信号が送信される請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
複数の電池セルの電極間に一時的に電流パスを確立することによって複数の電池セルの相互充電を行うように充電バランスがとられる請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池管理の分野に関する。より詳細には、本発明は、電池の自動管理、電池セルの物理的パラメータを測定するセルユニット、電池セルの物理的パラメータの測定値を受信する制御ユニット、及び電池の自動管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の電気エネルギーを供給するために用いられる電池はしばしば電気的に並列又は直列に接続された複数の電池セルを備えている。このような大容量電池は自動車エンジン又は船舶エンジンの一部をなし、エンジンの始動用に用いられ、又は電気エネルギーを例えば無線装置や電灯、電気ヒータ等に供給するために用いられる。
【０００３】
特にエンジンスタータを駆動するために用いる電池のような用途においては、電池が何時でも正しく確実に動作することが重要である。そのためユーザは電池の充電状態についての情報を得ることが必要である。独立した複数の電池セルを備えた電池にとっては、各単一セルについての物理的パラメータ、例えば、それら個々のセルの充電状態、個々のセルの電解質の充填レベル、又は個々のセルの温度等についての知識を得ることが重要である。
【０００４】
複数の電池セルを直列に接続した場合、例えば電気接点の腐食又はセルの物理的損傷による単一電池セルの故障は電池全体の故障に直結し、電池で駆動しようとするシステムを機能不全に至らしめることになる。
【０００５】
電池故障のリスクを極小化するために、ユーザは定期的に電池を交換したり、電池の単一セルを交換したりする。他方、電池故障のリスクなしにできるだけ長期にわたって電池を動作せるためには、単一電池セルが機能不全を起こした時でも電池全体の動作を維持するように、電池セルの状態を定期的にチェックしなければならず、又は少なくとも個々の電池セルの電極間に電気的短絡を確立するシステムを備えなければならない。
【０００６】
欧州特許第０６６５５６８号明細書は、電池セル故障を検知し、故障セルを自動的にバイパスし、それにより故障をバイパスし、電池システムの機能を維持させるセルバイパススイッチに関するものである。ドイツ特許第３７２１７５４号明細書は、例えば、高抵抗状態になった時、又は機能不全状態になった時、電池の単一電池セルを短絡するために用いられる短絡回路部材を開示している。ドイツ特許第６９５０３９３２号明細書には電気的短絡状態を提供する他のシステムが開示されている。
【０００７】
電池が機能不全を生じた時、個々の電池セルをバイパスすることができるということも重要であるが、そればりではなく、個々の各電池セルの充電状態を測定し、各電池セルの充電状態を外部制御装置に報告することも重要なことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は電池のセルの物理的特性を監視する、単純で安価なシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明の模範的な（exemplary）実施態様によれば、上記目的は、少なくとも１つの電池セルを備えた電池の自動管理システムにおいて、少なくとも１つのセルユニットと、制御ユニットと、送信機と、を備えることによって解決される。少なくとも１つのセルユニットは個々の電池セル又は電池セル群の物理的パラメータを測定するために用いられる。送信機は物理的パラメータの測定値を制御ユニットに送信するために用いられる。物理的パラメータの測定値は第１無線通信リンクを介して送信される。
【００１０】
言い換えれば、本発明のこの特定の構成により、電池の１つ又はそれ以上の電池セルの物理的特性が少なくとも１つのセルユニットによって測定され、その後、電池から離れた所に位置する制御ユニットに報告される。好ましくは、本発明のこの模範的な実施態様により、物理的パラメータの測定値が制御ユニットに無線で送信される。無線送信は、制御ユニットを電池から離れた所に配置することを可能にし、又、少なくとも１つのセルユニットを制御ユニットに接続するのにリード線が不要であるという利点を持っている。これはシステムのコストを低減させる。
【００１１】
請求項２に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、制御ユニットが、少なくとも１つのセルユニットに第２無線通信リンクを介して制御信号を送信するために用いられる制御ユニット送信機を備える。
【００１２】
好ましいことに本発明のこの実施態様によれば、システムは電池セルの物理的パラメータを測定し、それを外部制御ユニットに報告するためにのみ用いられるのではなく、外部制御ユニットから無線通信リンクを介してセルユニットを制御するためにも用いられる。
【００１３】
セルユニットによって測定された電池セルの物理的特性には、電池セルの電極間電圧、電池セルの電極間の電圧にある一定量の変化を生ずる時間間隔、電池セルの電極又は電解質（electrolyte）の温度、電池セルの電解質の充填レベル又は電解質の比重等が含まれる。もちろん、セルユニットによって測定される物理的パラメータには他にも数多くあり、例えば個々の電池セル内の空気圧、個々の電池セル内のガス濃度、電解質の色又は吸光率、及び電解質の粘度変化等がそれである。
【００１４】
請求項３に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、セルユニットがスイッチングユニットを備え、このスイッチングユニットは少なくとも１つの電池セルの両電極間に可制御電流パスを一時的に確立するように構成される。好ましいことに、セルユニットを電池セルの電極に接続することによって、セルユニットは電池セルから電気エネルギーを得ることが可能になる。付加的に、電池セルの電極間の電気接続を確立し、電池セルの電圧の直接測定を可能にする。さらにスイッチングユニットは故障を生じた電池セルの電極間を短絡するように構成することができる。
【００１５】
請求項４に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、スイッチングユニットは複数の電池セルの充電状態が互いに調整されて充電バランスをとるように構成される。言い換えれば、電池が外部負荷を駆動していてセルユニットが電池セルの異なる充電状態を検知した場合、各電池セル間の充電バランスがとられ、それは、低充電状態の電池セルが、その充電が平均充電値に達するまで外部負荷から断路され、又はバイパスされることを意味する。この平均充電値は電池の全ての電池セルについての平均充電値でありうる。
【００１６】
請求項５に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、セルユニットは、電池セルの電解質に直接接触するようにするために、少なくとも部分的に電池セルの内部領域内に配置される。電解質によるセルユニットへの損傷を回避するために、セルユニットの化学的に耐性のない材料はロバスト性であって化学的に耐性のある材料によって取り囲まれる。これによって、セルユニットの拡張されたセンサが電解質の物理的特性、例えばその温度又は比重を測定することができる。
【００１７】
請求項６に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、個々のセルユニット相互間又はセルユニットの群相互間に互いに直接通信を行うための通信リンクが確立される。この通信は制御ユニットからの干渉なしに行うことができる。例えば、個々のセルユニットは互いにその測定値を比較したり処理したりすることができる。さらに、互いに直接通信を行うことによって、制御ユニットという資源を用いることなく個々のセルユニットが他のセルユニットからデータ処理や測定を要求したりすることができる。従って、セルユニットと制御ユニットとの間で情報の同報通信を行う必要がなく、それにより時間と資源の両方を節約することができる。
【００１８】
請求項７に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、少なくとも１つのセルユニットがリードを備える。このリードは高周波デカップラを備える。好ましくは、高周波デカップラは低域フィルタとして作用し、これを制御ユニットからの信号を受信したり、制御ユニットに信号を送信したりするためのダイポールアンテナとして用いることを可能にする。
【００１９】
さらに高周波デカップラは高周波電磁波を電気エネルギーに変換するように構成することができる。好ましくは、高周波デカップラは電磁波を受信し、その電磁波を電気エネルギーに変成する。電気エネルギーは少なくとも１つのセルユニットを駆動するために用いられうる。
【００２０】
さらに、少なくとも１つのセルユニットは、電気エネルギーを蓄積する蓄積手段を備える。蓄積された電気エネルギーは個々の電池セル又は電池セル群を充電するために用いることができる。さらに、少なくとも１つのセルユニットは、少なくとも１つの電池セルの充電を制御する可制御整流器を備えることができる。
【００２１】
本発明の一つの模範的な実施態様によれば、個々の電池セルの物理的特性を測定し、電池セルから離れた所に位置する制御ユニットに測定値を報告するシステムが備えられるばかりでなく、個々の電池セルの充電を制御ユニットによって離れた所から無線通信リンクを介して能動的に制御するシステムも備えられるということも理解されるべきである。
【００２２】
注目すべきことに、次により詳細に述べる電池の自動管理システムは電池の充電及び機能、より具体的には、個々の電池セルの充電及び機能を制御するのであるが、同じシステムがソーラセル又は燃料セルのアレイを制御するのにも用いることができる。
【００２３】
請求項８に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、セルユニットが電池セルの物理的パラメータを測定するために備えられる。その場合、セルユニットはセルユニット送信機を備える。セルユニット送信機は物理的パラメータの測定値を、無線通信リンクを介して送信するために用いられる。セルユニットはデータ処理並びに測定値及び処理データの蓄積のためにマイクロチップを備えることができる。個々のセルユニット相互間に通信リンクを確立することによって、個々のセルユニットは相互間の通信及びデータ交換が可能になる。例えば、セルユニットは複数の測定値を組み合わせたり処理したりすることができ、組み合わせたり処理したりしたデータ値を制御ユニットに送信することができる。さらに又、相互間の通信、及び測定された値又は組み合わされて処理された測定値を含むデータの交換によって、セルユニットは外部制御ユニットの助けを借りることなく電池セルを管理するために次にとるべきステップに関する決定を行うことができる。これにより時間及び制御ユニットという貴重な資源を節約することができる。
【００２４】
エネルギーを節約するために、データを処理したり物理的特性を測定したりする必要がなく、又、測定した値を送信する必要がない時は、セルユニットをスリーピングモードすなわち休眠モードにすることができる。
【００２５】
請求項９に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、スイッチングユニットを備え、このスイッチングユニットは電池セルの充電状態が互いに調整されて充電バランスをとるように構成される。
【００２６】
請求項１０に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、少なくとも１つのセルユニットがリードを備え、このリードは高周波デカップラを備える。好ましくは、高周波デカップラは低域フィルタとして作用し、制御ユニットから信号を受信したり制御ユニットに信号を送信したりするためのダイポールアンテナとしてリードが用いられるようにすることを可能にする。さらに、高周波デカップラは高周波電磁波を電気エネルギーに変換するために用いることができる。このようにして、適当な周波数の電磁波を外部からセルユニットに送信し、その後、電磁波を高周波デカップラによって電気エネルギーに変換することによって、そのセルユニットを駆動することができる。さらに、セルユニットは電気エネルギーを蓄積する蓄積手段を備えることができる。蓄積された電気エネルギーは個々の電池セルを充電するために用いることができる。例えば、セルユニットは個々の電池セルからエネルギーを抽出し、そのエネルギーを蓄積手段に蓄積することができる。第２ステップにおいてセルユニットはその蓄積手段を他の電池セルに移して空にし、かくしてそれを充電する。それに続いて、セルユニットは第１の個々の電池セルから電気エネルギーを再び抽出し、その後、再び第２電池セルに移してその蓄積手段を空にする。このプロセスはそれが有用である限り繰り返すことができる。さらにセルユニットは電池セルの充電を制御する可制御整流器を備えることができる。
【００２７】
請求項１１に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、電池セルの物理的パラメータの測定値を受信し、制御信号をセルユニットに送信するように構成された制御ユニットが備えられる。電池セルの物理的パラメータの測定値及び制御信号は共にそれぞれ無線周波数送信又は光送信のような第１及び第２無線通信リンクを介して送信される。情報を無線で送信することの利点は、制御ユニットをセルユニットから離れた所に置くことができ、ユーザが持ち歩くことさえも可能にすることである。さらに無線通信は、各セルユニットをリードによって制御ユニットに接続する方式よりも相当安価である。又、無線送信方式は既設の電池セルシステムへの本発明のシステム／ユニットの取付を容易にすることができる。
【００２８】
請求項１２に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、制御ユニットからセルユニットに送信される制御信号は同期情報を供給する。この同期情報は電池セル内又はその近くに配置された個々のセルユニットの全てを同期させるために用いることができる。
【００２９】
請求項１３に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、制御ユニットは各セルユニットを個別にアドレス指定し、電池セルの物理的パラメータの測定を開始する。エネルギーを節約する目的で、セルユニットはスリーピングモードにすることができるので、制御ユニットは測定の開始前にセルユニットを注意喚起（wake-up）させる（通常動作状態にする）ことができるようにするのがよい。付加的に、制御ユニットは物理的パラメータの測定値の送信を要求することができるようにする。データをセルユニットから受信した後、制御ユニットは物理的パラメータの測定値を含みうる受信データを処理し、適当な制御信号を個々のセルユニットに送信することができる。制御信号は１つの電池セルの２つの電極間に短絡状態を確立するための要求を含むことができる。注意すべきことは、セルユニットは個々にアドレス指定できることである。制御ユニットはセルユニットを注意喚起させ、又は測定を要求することができる。さらに、制御ユニットはセルユニットに、その測定データを送信し、演算し、又は処理することについて質問することができる。セルユニットから測定値又は処理済みデータを受信することにより、制御ユニットは、個々の電池セルの履歴を整備するために、セルユニットの測定値又は処理済みデータを記録する。個々の電池セルのこの履歴は、例えば個々の電池セルの寿命を予測するために、電池のユーザにとって特別な関心事でありうる。
【００３０】
請求項１４に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、少なくとも１つの電池セルを備えた電池の自動管理方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのセルユニットによって少なくとも１つの電池セルの物理的パラメータを測定し、物理的パラメータの測定値を、第１無線通信リンクを介して制御ユニットに送信するステップを備える。
【００３１】
さらに、請求項１５に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、個々の制御信号は制御ユニットから第２無線通信リンクを介して電池の少なくとも１つのセルユニットに送信される。本発明の構成による方法は、制御ユニットと少なくとも１つのセルユニットとの間に電気接続を施す必要なしに、外部制御ユニットによって制御される個々の電池セルの充電制御及び寿命追跡手段として用いることができる。
【００３２】
請求項１６に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、各セルユニットは少なくとも１つの電池セルを備えた電池セルの各群の物理的パラメータを測定する。本発明のこの構成によれば、各電池セルは少なくとも２つの群に属し、特定の群の物理的パラメータの測定値が互いに減算されるか、個々の電池セルの物理的パラメータ得るように処理される。測定値の減算又は他の処理ステップは他のセルユニットに対して通信リンクを確立した個々のセルユニット、又は物理的パラメータの測定値が無線通信リンクを介して送信される制御ユニットによって行われうる。
【００３３】
請求項１７に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、セルユニットが、少なくとも１つの電池セル内の電解質の比重又は充填レベルを、放射された電磁波信号の変化を検知することによって測定する。電磁波信号はセルユニット自体又は他の装置、例えば制御ユニットによって放射されうる。好ましくは、放射電磁波信号の周波数は制御ユニットとセルユニットとの間の送信信号のために用いられる周波数と同じ範囲内にあるものとする。これは、放射電磁波信号の変化を検知するのに付加的な電子受信機手段を必要としないことを意味する。
【００３４】
請求項１８に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、制御ユニットとセルユニットとの間、又は個々のセルユニット相互間の通信が、電磁波の送信、誘導送信、光送信、音響送信、又はＡＣ電流送信によって達成される。注意すべきことは、ＡＣ電流送信は制御ユニットとセルユニットとの間の通信には適当でないということである。その理由は、制御ユニットとセルユニットとの間の通信が無線通信リンクを介して確立されるものだからである。ＡＣ電流送信は、もちろん、個々のセルユニット間の通信には適当なものである。
【００３５】
請求項１９に記載した本発明の他の模範的な実施態様によれば、複数の電池セルの電極間に一時的に電流パスを確立することによって複数の電池セルの充電を行うように充電バランスがとられる。
【００３６】
本発明の実施態様を要約すれば、電池の個々のセルユニットの充電状態が無線通信リンクを介して外部制御ユニットによって測定され制御されることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の上記の面及び他の面は以下に説明する実施例を参照して説明するところから明らかになるであろう。
【００３８】
次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００３９】
図１ないし１０において、同一ないし対応する部材に対しては同一参照符号が用いられている。
【００４０】
図１は本発明の一実施例による電池の自動管理システムの概略を示すものである。大型電池（図１には示されていない）の２つの個別電池セルの上部には電極２が備えられている。各電極２には端子ポスト３が接続され、端子ポスト３はリード４を介して隣接端子ポスト３に電気的に接続される。リード４及び端子ポスト３は隣接する電池セル１の電極同士を電気的に接続する。本発明の１つのアスペクトによれば、電池セルの各電極にセンサ端子６が電気的に接続され、センサ端子６の各対が各セルユニット５によって電気的に接続される。図１に示されている特定の実施例では、端子は電池セルの電極にネジ７によって取り付けられる。しかしながら、端子６及び３を電池セルの電極２に取り付けるために他の任意の適当な機械的手段、例えば電極、プラグ、又は接着剤を用いることもできる。セルユニットと通信を行う中央ユニット１０は概略的に示されている。中央ユニット１０はアンテナのほかに、より上位のシステム、例えばコンピュータへの接続手段を備えている。さらに電池セルは電解質（electrolyte）を補充したり、この電池セルの保守をしたりするための開口９と、開口９を密封する閉鎖手段８とを備えている。
【００４１】
図２は２４個の電池セル１２を備えた電池１１の概略を示すものである。各電池セルが充填用及び電池セル保守用の開口を備えており、それらの開口は閉鎖手段１３によって密封される。電池セルの電極は、複数の電池セルが直列に接続されるように、端子ポスト１４を介して他の電極に電気的に接続される。
【００４２】
各電池セルの各電極対は、図２に示されているように、セルユニット１６及びセンサ端子１５を介して接続される。セルユニット１６及びセンサ端子１５は、電池セルの電極に機械力を加えないように曲げられうる可撓性のリード線を備えることができる。このリード線は電池セルの電極とセンサ端子１５との間を低オーム抵抗で接続する。図２に示されているように、センサは電池セルの両電極間に容易に挿入でき、迅速な保守作業及びセンサ交換を可能とする。中央ユニット１７は電池１１から離れた所に位置しており、無線通信リンクを介してセルユニット１６との通信を行うためのアンテナを備えている。
【００４３】
図３はセルユニット及びそれらの各端子の異なる実施例を示すものである。電池の２つの電池セル１８は、それぞれ図３に示されているように電極１９、及び電池セル同士を接続するリード２０を備えている。さらに電池セルは電池セルの電解質充填及び保守のための開口と、その開口の上に開口を密閉するための閉鎖手段２１とを備えている。電池セル１８の電極１９は、ネジ２９によって電池セル１８の電極１９に取り付けられる電気コネクタ２８を備えている。セルユニット２３は可撓性のリードによってプラグ２７に接続される。プラグ２７は電気コネク２８に差し込まれる。それにより電池セル１８の電極１９とセルユニット２３との間を電気接続することができる。
【００４４】
セルユニット２２は端子２５の一部の上に配置され、リードによってプラグ２６に電気的に接続される。プラグ２６は端子２４に差し込まれる。２つの端子２４及び２５は、端子２４及び２５、プラグ２６、及びセルユニット２２を備えたアセンブリ全体が、図３に矢印によって示されているように、電池セル１８の上面に位置して電極１９と端子２４及び２５との間に容易に電気接触をもたらすように、電池セル１８の電極１９にタイトに接触させられる。電池セル１８の電極１９とセルユニット２２及び２３との間に電気接触をもたらすように本発明に組み込まれる、他の多くの実施形態を用いることも可能であることに留意されたい。
【００４５】
図４は本発明による電池の自動管理方法の一実施例を説明する説明図である。この特定の実施例においては、制御ユニット３０は手持ちユニットの形に構成されている。制御ユニット３０は手持ち式である必要はなく、据え置き型であってもよいものと理解されるべきである。それにもかかわらず制御ユニットが手持ち式であるということは携帯できるというユーザにとっての利点となり、ユーザフレンドリー操作につながる。図４に示されているように、制御ユニット３０は、個々のセルユニット３７に制御信号３６を送信するアンテナ３１と、個々のセルユニット３７からその測定値３５を受信するアンテナ３２とを備えている。両アンテナ３１及び３２は異なる周波数領域で動作する。しかし、ただ１つのアンテナを用いて制御信号３６の送信と測定値３５の受信との両方を行うことも可能である。アンテナ３２及び３１には、アンテナ３１を介してセルユニット３７に送信される制御信号を供給し、アンテナ３２を介してセルユニット３７から測定値３５を受信し、受信した測定値３５を記憶し、さらに受信し記憶した測定値３５を処理する回路３３が接続されている。回路３３はマイクロチップを備えることができる。測定され処理された値を可視化するために、ディスプレイ３４が備えられる。セルユニット３７から無線通信リンクを介して制御ユニット３０に送信される信号３５には、電極電圧のような電池セルの物理的パラメータの測定値のみならず、個々の電池セルの通し番号や、電池セル仕様、日付、保守情報、セルタイプに関する特殊情報等の他の型の情報も含まれる。電池３８はコネクタ３９によって直列に接続された複数の電池セルを備えている。各電池セルの対をなす各電極は各セルユニット３７を介して接続される。
【００４６】
図５ａ及び５ｂはセルユニット４０，４１及び４２の模範的な配置構成例を示すものである。ここでは、セルユニット４０，４１及び４２は、少なくとも１つの電池セルを含む電池セル群の間を接続する。セルユニット４１による電池セル群を接続することの利点は、数ある中でも、そうすることによって特定のセルユニット４１が単一電池セルの各電極の接続の場合におけるよりも高電圧で駆動できることである。セル群がセルユニット４０，４１及び４２によって接続されるけれども、各単一の電池セルの物理的値の演算は可能である。
【００４７】
図５ａ及び５ｂはそれぞれ６個の電池セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦを有する電池を示している。隣接する２つの電池セルの各対（ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＥ，ＥＦ）は無線セルユニット４０によって接続されている。さらに図５ａにおいては、セルユニット４１は、セルＡ及びＦ間の物理的パラメータを測定できるように電池セルＡ及びＦの各電極間に接続されている。
【００４８】
図５ａ及び５ｂに示されている特定の場合において、セルユニット４０，４１及び４２によって測定される物理的パラメータは電池セルの直列接続における電圧として作用するものと仮定されている。電池セルＡ及びＢ間で左側のセルユニット４０によって測定される測定値ＡＢは、
測定値ＡＢ＝電池セルＡの測定値＋電池セルＢの測定値
に従って演算される。
【００４９】
次のセルユニット４０は値ＢＣを、
測定値ＢＣ＝電池セルＢの測定値＋電池セルＣの測定値
に従って測定する。
【００５０】
従って、
測定値ＣＤ＝電池セルＣの測定値＋電池セルＤの測定値
測定値ＤＥ＝電池セルＤの測定値＋電池セルＥの測定値
測定値ＥＦ＝電池セルＥの測定値＋電池セルＦの測定値
であり、セルユニット４１は、
測定値ＡＢＣＤＥＦ＝電池セルＡの測定値＋・・・＋電池セルＦの測定値
を測定する。
【００５１】
互いに各式に減算を施すことによって、各単一電池セルについての値を演算することができる。この演算はシステムに装備されるマイクロチップ手段によって実行することができる。演算を実行するマイクロチップは制御ユニット内に装備されていてもよいし、セルユニットの１つに装備されていてもよい。
【００５２】
図５ｂはセルユニット４０及び４２の他のアセンブリを示すものであり、ここでは、セルユニット４２は電池セルＡの電極と電池セルＣの電極との間に接続されている。従ってセルユニット４２は測定値ＡＢＣを、
測定値ＡＢＣ＝電池セルＡの測定値＋電池セルＢの測定値＋電池セルＣの測定値
に従って測定する。
【００５３】
再び互いに各式に簡単に減算を施すことによって、各単一電池セルについての値を演算することができる。図５ａに示されているアセンブリに比較して図５ｂに示されているアセンブリの利点として、以下のことが分かるであろう。即ち、セルユニット４２はある電圧で駆動されるが、その電圧は、各セルユニット４０を駆動する電圧より数桁大きな電圧ではなく、例えば図５ｂにおいては係数１．５という小さな係数でしかない。従ってセルユニット４０及びセルユニット４２に対して同じ設計を用いることができる。
【００５４】
図６は、適切なアンテナ４６を有する小型円筒状電池を示すものである。円筒状電池セルは円筒状電極４３、及び２つの電極４４を備えており、一方の電極は負極として作用し、他方の電極は正極として作用する。円筒状電池の電極４４にアンテナ４６及びセルユニット４５が接続されている。アンテナ４６は円筒状電池セルを取り巻くコイルの形状をしている。アセンブリ全体は、電磁波が貫通しうる絶縁コーティング４７によって取り囲まれている。図６に示されている本発明の一例としての実施例は、本発明によるセルユニットは、単一の円筒状電池セルに適用可能であることを示している。
【００５５】
図７は本発明の一実施例によるセルユニット５６を備えた電池セルを示すものである。電極４８及び４９は互いに接触することなしに対向する金属板の形に構成されている。電極４９はコネクタ５１によって接続され、電極４８はコネクタ５０によって接続されている。コネクタ５０は電池セルの正極５２に電気的に接続され、コネクタ５１は電池セルの負極５３に電気的に接続されている。両電極５２及び５３はセルハウジングの外部に突出している。セルユニット５６は金属リード５４、５５によって電極５２及び５３間に接続されている。本発明のこの特定の実施例によれば、コネクタ５１及び５０、電極５３及び５２、並びに金属リード５４は同じ金属で作られる。セルユニット５６はハウジングによって取り囲まれてもよく、その場合、ハウジングはプラスチック、ガラス、又はセラミックスからなるグループの中から選択された材料で作られる。金属リード５４同士は互いに接触することはないが、セルユニット５６の絶縁ハウジングによって機械的に接続される。金属リード５４はダイポールアンテナを形成するように構成され、その終端部がインダクタンス性端子５５によって終止される。インダクタンス５５は、高周波ＡＣ電流は通さないが低周波又はＤＣ電流は通過させる低域フィルタとして作用する。
【００５６】
セルハウジング５７には例えば強酸又はそれをベースにした電解質が満たされる。そのためハウジング５２内に配置される電極部分は全て頑丈で耐化学性の材料で作られるか、又はそのような材料で取り囲まれなければならない。
【００５７】
図８はそれぞれ円筒形状をした３つの電池セルを備えた電池を示すものである。３つの円筒状セルはこれらの円筒状セルを収容するハウジング５９によって取り囲まれている。各円筒状セルはそれぞれ負極６１及び正極６４を備えている。正極６４は電極６５に電気的に接触している。電池の左側の主コンタクト６０は左側の電池セルの負極６１に電気的に接続され、右側の主コンタクト６０は右側の電池セルの電極６５に電気的に接続されている。左側の電池セルの電極６５はリード６６を介して中央の電池セルの負極６１に電気的に接続されている。中央の電池セルの電極６５は、図８に示されているように、リード６６を介して右側電池セルの負極６１に電気的に接続されている。３つの円筒状電池セルの各電極６５は各セルユニット６７の一端に電気的に接続されている。各セルユニット６７の他端はそれぞれリード６８を介して各負極６１に電気的に接続されている。リード６８は、低周波電磁界用のアンテナとして用いられうるようにソレノイドの形状に形成される。セルユニット６７は集積回路の形で作られる。各電池セルは、電磁波を貫通させうるハウジング６２によって取り囲まれる。各電池セルの内部領域６３には電解質が満たされる。
【００５８】
図９はセンサ端子６９を介して電池セル（図９には示されていない）の電極に電気的に接続されるセルユニット７０の回路図を示すものである。リード７１及び７２がセンサ端子６９を電源装置７３及び測定装置７７に接続する。電源装置７３はリード７４を介して測定装置７７に第１基準電圧を供給する。さらに電源装置７３はリード７１及び７２間の電圧のＡ／Ｄ変換をすることができる。測定装置７７に供給される基準電圧は測定値を基準電圧と比較するために用いられる。さらに電源装置７３はリード７５及び７６を介して測定装置７７、中央処理装置７９及び送信機８１を駆動するのに用いられる安定化駆動電圧を生成する。電源装置７３は駆動電圧を、電池セルの電極によって供給される電圧とは異なる電圧に変成することもできる。さらに又、電源装置７３は測定装置７７によって供給される電圧のＡ／Ｄ変換を行うことができる。測定装置７７は電池セルの物理的パラメータを測定し、その測定値を、リード７８を介して中央処理装置７９に送信する。中央処理装置７９は測定値を一時的に保存してそれらを処理する。測定値の処理は測定値の減算、測定値の組合せ、又はその他の演算の形式を含む。
【００５９】
外部制御ユニット（図示せず）にデータを送信するために中央処理装置７９はリード８１を介して送信機８１にデータを供給する。送信機８１はデータを制御ユニットに同報通信するのに用いられるアンテナ８２を備えている。
【００６０】
電源装置７３は第２基準電圧を生成し、それを、リード８３を介して装置８５に供給する。リード８３を介して供給される第２基準電圧はリード７４を介して供給される第１基準電圧に関する上記説明と同様に、電源装置７３によって生成されたディジタル信号の形で供給される。
【００６１】
本発明の他の実施例によれば、第１及び第２基準電圧は同一のものでありうる。さらに本発明の他の実施例においては、測定値の比較的緩慢な変化により、Ａ／Ｄ変換器７３はマルチプレクスモードで動作されうる。
【００６２】
装置８５は温度センサ８４でありうる素子に接続される。温度センサ８４は電池セル内の電解質の温度を測定するのに用いられる。温度センサ８４の出力は電圧信号であり、それは装置８５によって第２基準電圧と比較される。温度センサ８４の測定電圧と第２基準電圧との比較は電解質の実際温度を反映する値を導出する。この値はリード８９を介して中央処理装置７９に送信される。
【００６３】
本発明の他の実施例によれば、センサ８４は制御ユニットから注意喚起信号（wake-up signal ）を受信するアンテナの形に構成される。装置８５はエネルギー節約の理由でスリーピングモードに置かれているセンサ７０を注意喚起する（正常動作モードにする）ために受信した注意喚起信号を、リード８９を介して中央処理装置７９に送信する。
【００６４】
測定した値又は処理した値を制御ユニットに送信し、かつ制御ユニットから制御信号を受信するアンテナ８２は、リード７１及び７２内に集約されることができる。リード７１及び７２上にデカップラ９０が配置されており、図９に示されているようにフェライトビーズ又はコイルの形に構成されうるが、他の任意の形の低域フィルタを用いることもできる。デカップラ９０は低周波又はＤＣ電流は通過させるが、送信機８１によりリード１００を介してアンテナ８２に供給される高周波電流は阻止する低域フィルタとして作用するように構成することができる。従って、周波数デカップラは低域フィルタとして作用することができ、リードを、制御ユニットからの信号を受信したり制御ユニットに信号を送信したりするダイポールアンテナとして用いることを可能にする。
【００６５】
さらにデカップラ９０は高周波電磁波を電気エネルギーに変換するように構成されうる。好ましくは、デカップラ９０は電気エネルギーに変成される電磁波を受信することができる。電気エネルギーは少なくとも１つのセルユニットを駆動するために用いることができる。
【００６６】
図１０は本発明の一実施例による可制御スイッチを備えるセルユニットの回路図を示すものである。図１０に示すセルユニットは基本的には、図９に示したセルユニットと同じ素子及び機能を持っている。中央処理装置７９はリード９１を介して可制御スイッチングユニット９２に接続されている。可制御スイッチングユニット９２は中央処理装置７９によって制御され、両センサ端子６９間に流れる電流を、抵抗９３を介して調整するように構成される。可制御スイッチングユニット９２及び抵抗９３は、電池セルをバイパスする電流を制御するために、単一の部品、例えば単一電子装置として形成されてもよいことを理解すべきである。可制御スイッチングユニット９２によって、電池内の電池セルの２つの電極間に短絡がもらされる。従って可制御スイッチングユニット９２は１つ又はそれ以上の電池セルをバイパスするためにサイリスタ又は電界効果トランジスタのような大電流スイッチの形に構成される。
【００６７】
可制御スイッチングユニット９２は、複数の電池セルの各電池セルの充電が平均充電値に従って調整されるような充電バランスをとるように構成される。言い換えれば、電池が外部負荷を駆動し、セルが電池セルの異なる充電状態を検知する場合、各電池セル間の充電バランスが実行され、低充電状態の電池セルはその充電が平均充電値に達するまで外部負荷から断路されることを意味する。これは、充電値が電池の全ての電池セルの平均充電値であることを意味する。
【００６８】
複数の電池セルの充電も又電池セルのそれぞれが同じ充電進行状態又は充電結果を持つようにバランスされうる。上述のごとく、これは電池セルの電極間に各可制御電流パスを一時的に確立することによって成し遂げられうる。
【００６９】
本発明によれば、図１ないし１０に示されたセルユニットによって測定され又は作用を受ける物理的特性には次のａ〜ｚを含むことができる。すなわち、
ａ）  高オーム動作抵抗を持つ、又は持たない電池セルの両電極間の電圧、
ｂ）  セルの通常充電若しくは放電サイクル中又は大電流通電中の動作セルのＤＣ電圧、
ｃ）  設定された電流通電中の動作セルのＤＣ電圧、
ｄ）  充電／放電サイクル又は再生サイクルの特定時点でのＤＣ電圧、
ｅ）  基準電圧を得る、又は基準電圧間隔を通して経過する時間、
ｆ）  セルの物理的特性を測定するために外部電圧源又は電流源によるセル又はその群への給電中における電圧降下、電流、又は抵抗、
ｇ）  電池全体へのＡＣ電圧／ＡＣ電流の給電中のＡＣ電圧、
ｈ）  一定若しくは可変の周波数又は複数の異なる周波数を有する値を交互に用いた場合の上記ｃ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）の物理特性、
ｉ）  電池セルの例えば電解質又は電極の温度、
ｊ）  電解質の充填レベル又は電解質の比重、
ｋ）  電池セル内部の圧力、
ｌ）  過大圧力値の開口事象の数又は開口の長さの記録、
ｍ）  電解質の誘電率、
ｎ）  電池セル内における電解質上方のガス濃度、
ｏ）  電解質の気泡又は沸騰の発生、
ｐ）  気泡の発生又はガスの化学的再結合による音の発生、
ｑ）  電解質の色又は吸光係数の変化、
ｒ）  電極上に置かれた質量、
ｓ）  電池セルの床上又は壁上の堆積物、
ｔ）  ビスコース又はゲル状電解質の粘度の変化、
ｕ）  電池セルの全質量
ｖ）  電池セル中で発生したガスを再結合させるために用いた化学触媒の温度、導電率、湿度、及び他の電気的に測定可能な物理特性、
ｗ）  電池セルの壁又は電池セルの他の部材の変形、例えば電池セル内の圧力や温度の増大を検知するために行うセンサの変形、
ｘ）  電池セルの内部又は外部の放射、例えば時間的分布を記録するために行うセルの電気化学的に活性な部材の放射性マーキング、
ｙ）  セル電流、特に並列電池セルの放電バランス時のセル電流、
ｚ）  電池セル又はその群の、他の多数の物理的パラメータ。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施例による電池の自動管理システムの概略を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による電池の自動管理システムの単純化された平面図である。
【図３】本発明の一実施例による２つの別のセルユニットの単純化された説明図である。
【図４】本発明の一実施例による方法の単純化された説明図である。
【図５ａ】本発明の一実施例による電池の極に接続された複数のセルユニットの平面図である。
【図５ｂ】本発明の他の実施例による電池の極に接続された複数のセルユニットの平面図である。
【図６】円筒状セル及び各アンテナを備えた小型電池を示す。
【図７】本発明の一実施例によるセルユニットを備えた二次電池を示す。
【図８】各セルが本発明の一実施例による円筒状セルを複数個備えた小型電池を示す。
【図９】本発明の一実施例によるセルユニットの回路図を示す。
【図１０】本発明の他の実施例によるセルユニットの回路図を示す。
【図１】
2006506787.tif 000003
【図２】
2006506787.tif 000004
【図３】
2006506787.tif 000005
【図４】
2006506787.tif 000006
2006506787.tif 000007
【図６】
2006506787.tif 000008
【図７】
2006506787.tif 000009
【図８】
2006506787.tif 000010
【図９】
2006506787.tif 000011
【図１０】
2006506787.tif 000012
【国際調査報告】
2006506787.tif 000013
2006506787.tif 000014