(57)【要約】【課題】バッテリ監視システムの電力消費およびコストを低減し、精度を向上させること。【解決手段】複数のバッテリセルを有するバッテリ用のバッテリ監視システムを開示する。バッテリ監視システムは、バッテリセルの両端にそれぞれ結合された複数の第1のスイッチセットと、エネルギー貯蔵素子と、第2のスイッチセットを介してエネルギー貯蔵素子に結合された比較器とを有する。エネルギー貯蔵素子は、第1のスイッチセットを介してバッテリセルのセル電圧をそれぞれサンプリングする。比較器は、それぞれのセル電圧を第1の基準信号と比較することにより、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定する。第2のスイッチセットと第1のスイッチセットのうちの1つとは、交互にオンにされる。【選択図】図2
2012080763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセルを備えるバッテリ用のバッテリ監視システムであって、
前記バッテリセルの両端にそれぞれ結合された複数の第1のスイッチセットと、
前記第1のスイッチセットに結合され、かつ前記第1のスイッチセットを介して前記バッテリセルのセル電圧をそれぞれサンプリングするエネルギー貯蔵素子と、
第2のスイッチセットを介して前記エネルギー貯蔵素子に結合され、かつそれぞれのセル電圧を第1の基準信号と比較することにより、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定する比較器と、
を具備し、
前記第2のスイッチセットと前記第1のスイッチセットのうちの1つとが交互にオンにされる、バッテリ監視システム。
【請求項２】
前記第1のスイッチセットおよび前記第2のスイッチセットに結合され、かつ前記第2のスイッチセットと前記第1のスイッチセットのうちの前記1つとを交互にオンにする状態機械であって、前記比較器にさらに結合され、前記比較器から比較結果を受け取ることにより前記故障状態が発生しているか否かを確定する、状態機械
をさらに具備する、請求項1に記載のバッテリ監視システム。
【請求項３】
前記状態機械に結合され、かつ前記故障状態を示す閾値を格納するメモリと、
前記メモリと前記比較器との間に結合され、かつ前記閾値を前記第1の基準信号に変換するデジタル-アナログ(D/A)変換器と、
をさらに具備する、請求項2に記載のバッテリ監視システム。
【請求項４】
前記状態機械に結合され、かつ前記状態機械を駆動する発振信号を生成する発振器と、
前記発振器に結合され、かつ前記発振信号のパルスの数を計算して前記状態機械を制御するカウンタと、
をさらに具備する、請求項2に記載のバッテリ監視システム。
【請求項５】
前記それぞれのセル電圧が前記第1の基準信号を上回るとともに、遅延期間の後に第2の基準信号を上回ったままである場合に、前記故障状態が発生していることを検出する、請求項1に記載のバッテリ監視システム。
【請求項６】
前記それぞれのセル電圧が第3の基準信号を下回るとともに、遅延時間の後に第4の基準信号を下回ったままである場合に、前記故障状態が発生していることを検出する、請求項1に記載のバッテリ監視システム。
【請求項７】
前記第1のスイッチセットの各々が、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの正の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子との間に結合され、前記第2のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの負の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子との間に結合されている、請求項1に記載のバッテリ監視システム。
【請求項８】
前記第2のスイッチセットが、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子と前記比較器との間に結合され、前記第2のスイッチが前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子に結合されている、請求項1に記載のバッテリ監視システム。
【請求項９】
複数のバッテリセルを備えたバッテリと、
前記バッテリに結合され、かつ前記バッテリセルのセル電圧を監視して、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定するバッテリ監視システムであって、
前記バッテリセルの両端にそれぞれ結合された複数の第1のスイッチセットと、
前記第1のスイッチセットに結合され、かつ前記第1のスイッチセットを介して前記バッテリセルの前記セル電圧をそれぞれサンプリングするエネルギー貯蔵素子と、
第2のスイッチセットを介して前記エネルギー貯蔵素子に結合され、かつそれぞれのセル電圧を第1の基準信号と比較することにより、前記それぞれのバッテリセルにおいて前記故障状態が発生しているか否かを確定する比較器と、
を備え、前記第2のスイッチセットと前記第1のスイッチセットのうちの1つとが交互にオンにされる、
バッテリ監視システムと、
当該システムにエネルギーを提供するエンジンと、
前記バッテリ監視システムと前記エンジンとの間に結合され、かつ前記バッテリから前記エンジンへの電力を制御するコントローラ回路と、
を具備するシステム。
【請求項１０】
前記バッテリ監視システムが、
前記第1のスイッチセットおよび前記第2のスイッチセットに結合され、かつ前記第2のスイッチセットと前記第1のスイッチセットのうちの前記1つとを交互にオンにする状態機械であって、前記比較器にさらに結合され、前記比較器から比較結果を受け取ることにより前記故障状態が発生しているか否かを確定する、状態機械
をさらに備える、請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
前記バッテリ監視システムが、
前記状態機械に結合され、かつ前記故障状態を示す閾値を格納するメモリと、
前記メモリと前記比較器との間に結合され、かつ前記閾値を前記第1の基準信号に変換するデジタル-アナログ(D/A)変換器と、
をさらに備える、請求項10に記載のシステム。
【請求項１２】
前記バッテリ監視システムが、
前記状態機械に結合され、かつ前記状態機械を駆動する発振信号を生成する発振器と、
前記発振器に結合され、かつ前記発振信号のパルスの数を計算して前記状態機械を制御するカウンタと、
をさらに備える、請求項10に記載のシステム。
【請求項１３】
前記バッテリ監視システムが、前記それぞれのセル電圧が前記第1の基準信号を上回るとともに、遅延期間の後に第2の基準信号を上回ったままである場合に、前記故障状態が発生していることを検出する、請求項9に記載のシステム。
【請求項１４】
前記バッテリ監視システムが、前記それぞれのセル電圧が第3の基準信号を下回るとともに、遅延時間の後に第4の基準信号を下回ったままである場合に、前記故障状態が発生していることを検出する、請求項9に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第1のスイッチセットの各々が、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの正の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子との間に結合され、前記第2のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの負の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子との間に結合される、請求項9に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第2のスイッチセットが、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子と前記比較器との間に結合され、前記第2のスイッチが前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子に結合される、請求項9に記載のシステム。
【請求項１７】
複数のバッテリセルを備えたバッテリを監視する方法であって、
エネルギー貯蔵素子により、複数の第1のスイッチセットを介して前記バッテリセルのセル電圧をそれぞれサンプリングするステップであって、前記第1のスイッチセットが前記バッテリセルの両端にそれぞれ結合され、かつ前記エネルギー貯蔵素子に結合される、ステップと、
第2のスイッチセットを介して前記エネルギー貯蔵素子からそれぞれのセル電圧を受け取るステップであって、前記第2のスイッチセットと前記第1のスイッチセットのうちの1つとが交互にオンにされる、ステップと、
前記それぞれのセル電圧を第1の基準信号を比較することにより、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定する、ステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
メモリにおける前記故障状態を示す閾値にアクセスするステップと、
デジタル-アナログ(D/A)変換器により前記閾値を前記第1の基準信号に変換するステップと、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記故障状態が、前記それぞれのセル電圧が前記第1の基準信号を上回る場合、かつ前記それぞれのセル電圧が遅延期間後に第2の基準信号を上回ったままである場合に発生する、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記故障状態が、前記それぞれのセル電圧が第3の基準信号を下回る場合、かつ前記それぞれのセル電圧が遅延期間後に第4の基準信号を下回ったままである場合に発生する、請求項17に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1のスイッチセットの各々が、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの正の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子との間に結合され、前記第2のスイッチが、前記それぞれのバッテリセルの負の端子と前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子との間に結合される、請求項17に記載の方法。
【請求項２２】
前記第2のスイッチセットが、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、前記第1のスイッチが、前記エネルギー貯蔵素子の第1の端子と前記比較器との間に結合され、前記第2のスイッチが前記エネルギー貯蔵素子の第2の端子に結合される、請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、バッテリ監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のバッテリセルを含むバッテリを、ラップトップコンピュータ、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)およびエネルギー貯蔵システム等、種々の応用で使用することができる。動作中、バッテリセルは、故障状態、たとえば過電圧状態または不足電圧状態に陥る可能性があり、それによりバッテリセルが損傷する可能性がある。
【０００３】
図1は、バッテリ110用の従来のバッテリ監視システム100のブロック図を示す。図1では、バッテリ110は、複数のバッテリセル、たとえば111〜112を有している。バッテリ監視システム100は、複数のフィルタ、たとえば120および122、複数の電圧電流変換器、たとえば130および132、ならびに複数の比較器、たとえば140および142を有し、バッテリセル111〜112それぞれのセル電圧をリアルタイムに監視する。電圧電流変換器130および132の各々は、増幅器およびシフタを有し、それぞれのバッテリセルの両端のセル電圧を電流に変換する。それぞれの電圧電流変換器に、検知抵抗器、たとえば151および153が結合され、電流を、対応するバッテリセルの両端のセル電圧に比例する電圧に変換する。対応する比較器が、検知抵抗器からの電圧を基準電圧と比較することにより、対応するバッテリセルにおいて過電圧状態または不足電圧状態等の故障状態が発生しているか否かを確定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィルタ、増幅器、レベルシフタおよび比較器を用いて、対応するバッテリセルのセル電圧を監視する。したがって、こうした複雑なトポロジにより、バッテリ監視システム100の電力消費およびコストが増大する。さらに、複数のフィルタおよび検知抵抗器によって誘導される電流の不整合により、検出誤差がもたらされる可能性があり、それはバッテリ監視システム100の精度に悪影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
複数のバッテリセルを有するバッテリ用のバッテリ監視システムの実施形態を開示する。バッテリ監視システムは、バッテリセルの両端にそれぞれ結合された複数の第1のスイッチセットと、エネルギー貯蔵素子と、第2のスイッチセットを介してエネルギー貯蔵素子に結合された比較器とを有する。エネルギー貯蔵素子は、第1のスイッチセットを介してバッテリセルのセル電圧をそれぞれサンプリングする。比較器は、それぞれのセル電圧を第1の基準信号と比較することにより、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定する。第2のスイッチセットと第1のスイッチセットのうちの1つとは、交互にオンにされる。
【０００６】
請求項に記載の主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な説明が進むに従い、かつ図面を参照することにより、明らかとなろう。図面において同様の数字は同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来のバッテリ用のバッテリ監視システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、バッテリ用のバッテリ監視システムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による、バッテリ用のバッテリ監視システムにより、故障状態、たとえば過電圧状態および不足電圧状態を確定するタイミング図である。
【図４】本発明の一実施形態による、バッテリ用のバッテリ監視システムによって実行される動作のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による、バッテリ用のバッテリ監視システムによって実行される過電圧検証のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による、バッテリ用のバッテリ監視システムによって実行される不足電圧検証のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による、システムにおいてエンジンに電力を提供するバッテリを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで、本発明の実施形態について詳細に参照する。本発明を、これらの実施形態に関連して説明するが、それらは、本発明をこれらの実施形態に限定するようには意図されていないことが理解されよう。対照的に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲内に含まれ得る、代替形態、変更形態および等価形態を包含するように意図されている。
【０００９】
さらに、本発明の以下の詳細な説明では、本発明が完全に理解されるために、多数の特定の詳細を示す。しかしながら、当業者には、本発明をこれらの特定の詳細なしに実施してもよいことが理解されよう。他の場合では、本発明の態様を不要に曖昧にしないように、周知の方法、手続き、構成要素および回路については詳細に説明していない。
【００１０】
一実施形態では、バッテリ用のバッテリ監視システムは、バッテリに結合されたスイッチマトリクスを含む。スイッチマトリクスは、バッテリのバッテリセルにそれぞれ結合された複数の第1のスイッチセットを含む。エネルギー貯蔵素子、たとえばサンプリングコンデンサは、第1のスイッチセットをそれぞれ介してバッテリセルのセル電圧をサンプリングする。比較器は、第2のスイッチセットを介してサンプリングされたセル電圧を受け取り、それぞれのセル電圧を基準信号と比較して、それぞれのバッテリセルにおいて故障状態、たとえば過電圧状態または不足電圧状態が発生しているか否かを確定する。バッテリセルは、故障状態から保護され、バッテリの寿命は延長される。図1における従来の構造と比較して、本発明のバッテリ監視システムでは電力効率が向上する。
【００１１】
図2は、本発明の一実施形態による、バッテリ210用のバッテリ監視システム200のブロック図を示す。図2の例では、バッテリ210は、バッテリセル210_0〜210_3を含む。しかしながら、他の数のバッテリセルをバッテリ210に含めることができる。
【００１２】
一実施形態では、バッテリ監視システム200は、発振器220、カウンタ230および発振器220に結合された状態機械240を有している。発振器220は、発振信号を発生してカウンタ230および状態機械240を駆動することができる。状態機械240に結合されたカウンタ230は、発振信号におけるパルスの数を計算し、状態機械240を制御する。ピンINPUTにおける制御信号は、状態機械240をオンまたはオフに制御することができる。状態機械240は、スイッチマトリクス250およびスイッチセット270を制御して、バッテリセル210_0〜210_3のセル電圧を、たとえば逐次、サンプリングし、対応するサンプリングされたセル電圧に従ってそれぞれのバッテリセル210_0〜210_3において故障状態が発生しているか否かを検出することができる。
【００１３】
図2の例では、スイッチマトリクス250は、複数のスイッチセット250_0〜250_3を有している。しかしながら、バッテリセルの数に応じて、スイッチマトリクス250に他の数のスイッチセットを含めることができる。スイッチセット250_0〜250_3は、それぞれバッテリセル210_0〜210_3の両端に結合されるとともに、エネルギー貯蔵素子、たとえばサンプリングコンデンサ260に結合されている。図2の例では、サンプリングコンデンサ260は、バッテリ監視システム200の外部にある。別法として、サンプリングコンデンサ260をバッテリ監視システム200に組み込むことができる。スイッチセット250_0〜250_3の各々は、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含み、状態機械240からの対応する制御信号によって制御される。たとえば、バッテリセル210_0の正の端子は、スイッチセット250_0の第1のスイッチおよびピンCS+を介して、サンプリングコンデンサ260の第1の端子に結合される。バッテリセル210_0の負の端子は、スイッチセット250_0の第2のスイッチおよびピンCS-を介してサンプリングコンデンサ260の第2の端子に結合される。スイッチセット250_0の第1のスイッチおよび第2のスイッチは、状態機械240からの制御信号によって制御される。スイッチセット270は、第1のスイッチおよび第2のスイッチを含む。スイッチセット270の第1のスイッチは、サンプリングコンデンサ260の第1の端子と比較器280との間に結合されている。一実施形態では、スイッチセット270の第2のスイッチは、サンプリングコンデンサ260の第2の端子と基準信号を受け取る端子との間に結合されている。図2の例では、基準信号は接地である。スイッチセット270の第1のスイッチおよび第2のスイッチは、状態機械240からの制御信号によって制御される。
【００１４】
状態機械240は、一実施形態では、スイッチセット250_0およびスイッチセット270を交互にオンにする。スイッチセット250_0がオンにされ、スイッチセット270がオフにされた場合、サンプリングコンデンサ260は、スイッチセット250_0を介してバッテリセル210_0のセル電圧をサンプリングすることができ、所定時間、サンプリングコンデンサ260に電荷が保持される。したがって、サンプル-ホールド手続きが実行される。スイッチセット250_0がオフにされ、スイッチセット270がオンにされた場合、バッテリセル210_0はサンプリングコンデンサ260から分離され、サンプリングコンデンサ260の両端の電圧を、スイッチセット270を介して比較器280に送出して、故障状態が発生しているか否かを検出することができる。スイッチセット250_0の電力消費量は、サンプリングコンデンサ260の静電容量およびサンプリング周波数とバッテリセル210_0の両端のセル電圧とによって確定される。有利には、スイッチセット250_0の電力効率が向上する。
【００１５】
状態機械240は、メモリ201に格納されている所定閾値をアドレスに従って選択することができる。所定閾値は、過電圧状態または不足電圧状態等の故障状態を示す。一実施形態では、メモリ201は、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ(EEPROM)である。閾値は、デジタル-アナログ(D/A)変換器290によってアナログ基準信号に変換される。D/A変換器290は、メモリ201と比較器280との間に結合される。状態機械240は、セル電圧がサンプル-ホールド手続きを介して得られた後に比較手続きを実行する。より詳細には、比較器280は、バッテリセル210_0のセル電圧を、所定閾値を示すアナログ基準信号と比較することにより、バッテリセル210_0において故障状態、たとえば過電圧状態または不足電圧状態が発生しているか否かを確定する。バッテリセル210_0において故障状態が発生している場合、状態機械240はピンOUTPUTを介して外部装置に通知することができる。バッテリセル210_0において故障状態が発生していない場合、状態機械240は、バッテリ210におけるセル電圧のすべてがバッテリ監視システム200によって検出されるまで、他のバッテリセル210_1〜210_3に対して個別にサンプル-ホールド手続きおよび比較手続きを開始することができる。
【００１６】
有利には、バッテリ監視システム200は、切替モードトポロジを採用する。バッテリ監視システム200は、スイッチマトリクス250における対応するスイッチセットをオンに切り替えることにより、対応するバッテリセルのセル電圧をサンプリングし、スイッチセット270をさらにオンに切り替えることにより、サンプリングされたセル電圧を基準信号と比較して、バッテリセル210_0〜210_3が故障状態にならないようにする。したがって、バッテリ寿命を延長することができる。さらに、バッテリ監視システム200の電力効率が向上する。
【００１７】
図3は、本発明の一実施形態により、バッテリ監視システム、たとえばバッテリ監視システム200によって故障状態、たとえば過電圧状態および不足電圧状態を確定するタイミング図の一例を示す。図3を、図2と組み合わせて説明する。
【００１８】
波形301は、過電圧閾値を示すアナログ基準信号SOVを示す。波形303は、過電圧解除閾値を示すアナログ基準信号SOV_RELEASEを示す。波形320は、バッテリ210におけるバッテリセルのセル電圧を示す。波形340は、バッテリセルにおいて過電圧状態が発生している場合を示す、比較器280の出力信号を示す。セル電圧は、比較器280によって、アナログ基準信号SOVおよびアナログ基準信号SOV_RELEASEとそれぞれ比較される。一実施形態では、比較器280の出力は論理ハイ(high)であり、それは、セル電圧がアナログ基準信号SOVを上回り、かつ所定の過電圧遅延期間にアナログ基準信号SOV_RELEASEを上回ったままである場合に、過電圧状態が発生していることを示す。そうでない場合、比較器280の出力は論理ロー(low)であり、それは過電圧状態が発生していないことを示す。
【００１９】
同様に、波形302は、不足電圧閾値を示すアナログ基準信号SUVを示す。波形304は、不足電圧解除閾値を示すアナログ基準信号SUV_RELEASEを示す。波形360は、バッテリ210におけるバッテリセルのセル電圧を示す。波形380は、バッテリセルにおいて不足電圧状態が発生している場合を示す、比較器280の出力信号を示す。セル電圧は、比較器280によって、アナログ基準信号SUVおよびアナログ基準信号SUV_RELEASEとそれぞれ比較される。一実施形態では、比較器280の出力は論理ローであり、それは、セル電圧がアナログ基準信号SUVを下回り、かつ所定の不足電圧遅延期間にアナログ基準信号SUV_RELEASEを下回ったままである場合に、不足電圧状態が発生していることを示す。そうでない場合、比較器280の出力は論理ハイであり、それは不足電圧状態が発生していないことを示す。
【００２０】
図4は、本発明の一実施形態による、バッテリ監視システム、たとえばバッテリ監視システム200によって実行される動作のフローチャート400を示す。図4を、図2および図3と組み合わせて説明する。
【００２１】
ブロック411において、バッテリ監視システム200は動作を開始する。ブロック420において、状態機械240により、パラメータCが初期値、たとえば0に設定される。ブロック420において、状態機械240の制御下で、スイッチセット270がオフにされ、スイッチセット250_Cがオンにされる。ループ遅延期間の後、ブロック422において、サンプリングコンデンサ260は、スイッチセット250_Cを介してバッテリセル210_Cのセル電圧をサンプリングし、所定期間セル電圧VCSを示す電荷を保持する。したがって、サンプル-ホールド手続きが実行される。
【００２２】
所定期間が満了した後、ブロック431において、状態機械240によって制御されて、スイッチセット250_Cがオフにされ、スイッチセット270がオンにされる。ブロック433におけるサンプリング遅延期間の後、セル電圧VCSは比較器280に送出される。ブロック440において、状態機械240は、メモリ201のアドレスを選択して、そのアドレスに従って過電圧閾値を読み出す。過電圧閾値は、D/A変換器290により、デジタル信号からアナログ基準信号、たとえば過電圧閾値を示すアナログ基準信号SOVに変換される。ブロック442において、セル電圧VCSは、比較器280によりアナログ基準信号SOVと比較される。VCSがSOVを上回る場合、ブロック451において、過電圧検証が実行される。VCSが第1のアナログ基準信号SOVに等しいかまたはそれを下回る場合、ブロック460において、状態機械240は、メモリ201のアドレスを選択して、そのアドレスに従って不足電圧閾値を読み出す。不足電圧閾値は、D/A変換器290によってアナログ基準信号SUVに変換される。ブロック462において、セル電圧VCSは比較器280によってアナログ基準信号SUVと比較される。VCSが第2のアナログ基準信号を下回る場合、ブロック471において、不足電圧検証が実行される。VCSが第2のアナログ基準信号に等しいかまたはそれを上回る場合、ブロック480において、パラメータCは1インクリメントされる。
【００２３】
ブロック482において、パラメータCは、バッテリ210のバッテリセルの総数Nと比較される。CがN未満である場合、ブロック491において、状態機械240は、スイッチセット270をオフにし、スイッチセット250_Cをオンにする。フローチャート400はブロック422に進み、次のバッテリセルに対してサンプル-ホールド手続きおよび比較手続きが実行されるようにする。パラメータCがNに等しくなるまで、サンプル-ホールド手続きおよび比較手続きは、他のバッテリセルに対して個々に実行される。パラメータCがNに等しい場合、フローチャート400はブロック420に戻り、バッテリ監視システム200は新たなサイクルを開始してバッテリセルを監視することができる。
【００２４】
図5は、本発明の一実施形態による、バッテリ監視システム、たとえばバッテリ監視システム200によって実行される過電圧検証のフローチャート451の一例を示す。図5を、図2〜図4と組み合わせて説明する。
【００２５】
ブロック511において、過電圧検証が動作を開始する。ブロック521において、状態機械240は、メモリ201のアドレスを選択して、そのアドレスに従って過電圧解除閾値を読み出す。過電圧解除閾値は、D/A変換器290によってアナログ基準信号SOV_RELEASEに変換される。ブロック531において、状態機械240に制御されて、スイッチセット270はオフにされ、スイッチセット250_Cはオンにされる。サンプリングコンデンサ260は、バッテリセル210_Cのセル電圧をサンプリングして、所定期間電荷を保持することができる。ブロック541における過電圧遅延期間の後、ブロック551において、スイッチセット250_Cはオフにされ、スイッチセット270はオンにされる。ブロック561において、セル電圧VCSがアナログ基準信号SOV_RELEASEと比較されて、過電圧状態が発生しているか否かが確定される。VCSがアナログ基準信号SOV_RELEASEを上回る場合、ブロック571において、状態機械240は、外部装置に対して、ピンOUTPUTを介して、バッテリセル210_Cにおいて過電圧状態が発生していることを通知することができる。そして、フローチャート451はブロック531に戻る。VCSがアナログ基準信号SOV_RELEASEを下回る場合、ブロック581において、バッテリセル210_Cにおいて過電圧状態は発生していない。そして、フローチャート451は図4のブロック480に戻り、パラメータCを1インクリメントする。
【００２６】
図6は、本発明の一実施形態による、バッテリ、たとえばバッテリ210用のバッテリ監視システム、たとえばバッテリ監視システム200によって実行される不足電圧検証のフローチャート471の一例を示す。図6を、図2〜図4と組み合わせて説明する。
【００２７】
ブロック610において、不足電圧検証が動作を開始する。ブロック620において、状態機械240は、メモリ201のアドレスを選択して、そのアドレスに従って不足電圧解除閾値を読み出す。不足電圧解除閾値は、D/A変換器290によってアナログ基準信号SUV_RELEASEに変換される。ブロック630において、状態機械240に制御されて、スイッチセット270はオフにされ、スイッチセット250_Cはオンにされる。サンプリングコンデンサ260は、バッテリセル210_Cのセル電圧をサンプリングして、所定期間電荷を保持することができる。ブロック640における不足電圧遅延期間の後、ブロック650において、スイッチセット250_Cはオフにされ、スイッチセット270はオンにされる。ブロック660において、セル電圧VCSがアナログ基準信号SUV_RELEASEと比較されて、不足電圧状態が発生しているか否かが確定される。VCSがアナログ基準信号SUV_RELEASEを下回る場合、ブロック670において、状態機械240は、外部装置に対して、ピンOUTPUTを介して、バッテリセル210_Cにおいて不足電圧状態が発生していることを通知することができる。そして、フローチャート471はブロック630に戻る。VCSがアナログ基準信号SUV_RELEASEを上回る場合、ブロック680において、バッテリセル210_Cにおいて不足電圧状態は発生していない。そして、フローチャート471は図4のブロック480に戻り、パラメータCを1インクリメントする。
【００２８】
図7は、本発明の一実施形態による、車両等のシステム700におけるエンジン707に電力を提供するバッテリ701を示すブロック図を示す。図7を、図2〜図6と組み合わせて説明する。
【００２９】
一実施形態では、バッテリ監視システム200およびバッテリ701を、バッテリパックに組み込むことができる。コントローラ回路705は、バッテリ701からエンジン707への電力を制御する。バッテリ701、バッテリ監視システム200、コントローラ回路705およびエンジン707は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車等のシステム700に含まれる。有利には、バッテリ監視システム200は、切替モードトポロジとサンプル-ホールド技術および比較技術を採用して、バッテリセルのセル電圧を監視する。したがって、バッテリ701に対し、故障状態が発生しないようにすることができる。バッテリ701の寿命が延長され、システム700の信頼性が向上し、それにより、電気自動車またはハイブリッド電気自動車におけるシステム電力効率が向上し、したがって、汚染物質および温室効果ガス排出と、化石燃料に対する依存とが低減する。
【００３０】
したがって、本発明による実施形態は、バッテリ用のバッテリ監視システムを提供して、バッテリのバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かを確定する。バッテリ監視システムは、複数の第1のスイッチセットを有している。第1のスイッチセットは、それぞれバッテリセルに結合されるとともに、エネルギー貯蔵素子に結合される。状態機械が、第1のスイッチセットおよび第2のスイッチセットに結合される。動作時、状態機械は、第1のスイッチセットのうちの1つおよび第2のスイッチセットを交互にオンにする。したがって、エネルギー貯蔵素子は、第1のスイッチセットを介してバッテリセルのセル電圧をそれぞれサンプリングし、所定期間、セル電圧を示す電荷を保持し、第2のスイッチセットを介してセル電圧を比較器に送出する。そして、セル電圧は1つまたは複数の閾値と比較され、対応するバッテリセルにおいて故障状態が発生しているか否かが確定される。
【００３１】
有利には、バッテリセルのセル電圧を監視するために用いられる切替モードトポロジならびにサンプル-ホールド技術および比較技術により、バッテリセルは故障状態になることがなく、バッテリの寿命が延長される。さらに、バッテリ監視システムにおいて電力効率が向上する。
【００３２】
上述した説明および図面は、本発明の実施形態を表すが、添付の特許請求の範囲において規定されるように、本発明の原理の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明においてさまざまな追加、変更および置換を行うことができることが理解されよう。当業者は、特に本発明の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に適合される、本発明を実施する際に用いられる、形態、構造、配置、比率、材料、要素および構成要素等に対する多くの変更を加えて、本発明を用いることができることを理解するであろう。したがって、本明細書で開示した実施形態は、あらゆる点で、例示的なものであって限定的なものではないものとみなされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって示され、上述した説明には限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
200  バッテリ監視システム
201  メモリ
210  バッテリ
210_0〜210_3  バッテリセル
220  発振器
230  カウンタ
240  状態機械
250  スイッチマトリクス
250_0〜250_3  スイッチセット
260  サンプリングコンデンサ
270  スイッチセット
280  比較器
290  デジタル-アナログ(D/A)変換器
701  バッテリ
705  コントローラ回路
707  エンジン
【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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【外国語明細書】
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