"知的な電池パック管理のための無線電池エリアネットワークWiBaANシステムであって、少なくとも1つの主電池管理ユニットM-BMU100と、少なくとも1つの対応する電池セル10にそれぞれ接続された、複数のスレーブ電池管理ユニットS-BMU100と、を含み、前記S-MBU210のそれぞれは、第1無線モードにより少なくとも1つの前記M-BMU100に接続されるシステム。前記セル10間の電荷を再平衡化するために、少なくとも2つの電池セル10に接続された再平衡化手段250,251をさらに含み、前記セル10がおよそ最大電荷に到達する時はいつでも、その超過電荷が、当該最大電荷にあるセル10に自動的に再分配される、請求項1に記載のシステム。前記再平衡化手段250,251は、前記システムの残りから前記セル10を切断できる、請求項2に記載のシステム。前記M-BMU100が少なくとも1つの前記S-MBU210からの故障信号に反応的でない時はいつでも、無電で前記S-MBU210に指示を送信するために、少なくとも1つの前記M-BMU100に接続された第2保護手段SPD600をさらに含む、請求項3に記載のシステム。無線で前記M-BMU100と通信するために、個別のS-MBU240とそれぞれ取り付けられた複数の無線リピータ手段610をさらに含み、それにより前記S-MBU240の無線到達範囲を拡張する、請求項4に記載のシステム。前記電池セル2が筐体に配置されており、前記S-MBU210は、当該電池セル10筐体にそれぞれ直接的に設けられる、請求項5に記載のシステム。前記電池セル筐体に設けられた各前記S-MBU10は、電圧、電流、インピーダンスおよび温度からなる群から選択される前記電池セル1の状態を計測するための少なくとも1つのセンサ240を含む、請求項6に記載のシステム。第2無線モードにより少なくとも1つの前記M-BMU100に無線で接続された、少なくとも1つの最上位電池管理ユニットT-BMU510をさらに含む、請求項7に記載のシステム。前記第1無線モードは時分割モードTDMである、請求項8に記載のシステム。前記第2無線モードは周波数分割モードFDMである、請求項9に記載のシステム。前記第1および第2無線モードは多重化法により通信する、請求項10に記載のシステム。前記システムはスターネットワーク接続形態を有する、請求項11に記載のシステム。前記S-MBU210は、は単一チップ上に組み込まれる、請求項12に記載のシステム。大規模な電池使用において個別の電池を賢く監視および制御するためのシステムおよび方法が開示される。本システムは、電池パック内で無線電池エリアネットワークを確立することによって、主電池管理ユニットM-BMUに複数の電池をリンク付けることができる。本方法は、電圧、電流、温度またはインピーダンスについての個々の電池動作の監視と、電池を平衡状態にしたりバイパスしたりすることによるその動作の制御とを含む。各電池動作の監視および制御は、好ましくは、各電池セル上に直接設けられたスレーブ電池管理ユニットS-BMUによって実行される。充電状態SoCおよび劣化状態SoHアルゴリズムは、M-BMUにおいて実行される。セルを監視および制御するためのデータプロトコルは、所定の周期でS-BMUとM-BMUとの間で伝達される。そのような無線電池エリアネットワークは、大規模電池使用のための拡張性を容易に提供できる。加えて、無線電池エリアネットワークは、対応する電池セルに対して電池動作を直接的に精度良く設定でき、したがって電池パックの寿命サイクルを拡張する。本発明は、以下の図面を参照してさらに理解される。記載中、本発明を示す異なる構成による同様の要素を特定するために、同様の番号が使用される。一般的に、全ての電池管理システムBMSは、電子回路ボードを使用して実装される。BMSは、各セルの電圧、電流、インピーダンスおよび温度を監視する。BMSは、全てのLiイオン電池セルを各々監視しなくてはならないので、典型的な従来技術のBMSボードは、全てのLiイオンセルに配線される必要がある。これは、監視されるLiイオン電池セルを増加させる必要がある場合に問題となりうる。従来技術では、階層状のBMS構成がしばしば使用されるが、BMS構成の使用はまた、BMSボード数および全体的なコストの増加を必要とする。電気自動車EVまたは発電所における使用の場合においてしばしばそうであるように、Liイオンセルの数が数百または数千まで増加する場合、ワイヤハーネスは深刻な問題となる。したがって、BMS実装の最大の問題点は配線である。この問題を緩和するために、スター型接続形態、リング型接続形態またはデイジーチェーン型接続形態が導入されてきた。これらの接続形態は配線問題を低減するかもしれないが、これらは、全ての電池が設定可能ではないので、最適化の問題を引き起こす。電池寿命および性能の最適化のために、個別の電池を制御することが理想的である。図1は、従来技術による完全集中型の、従来技術により配線されたBMS構成を示す。各BMSコントローラ30は、マイクロプロセッサ32、IOインタフェース33、メモリ34およびBMA35を含む。これは、1つのBMSコントローラボード30および配線20-1,...,20-8が各電池セル10-1,...,10-7に接続される、最も単純な構成である。しかしながら、配線は、大容量または高電圧電池パックのためには問題となりうる。たとえば100セルを直列に有する電池パックは、セル10と集中型BMS30との間をつなぐ101本の配線を備えなくてはならない。これら配線20の全ての経路を定めることは困難である。さらに悪いことに、電池10内により多くの配線があればあるほど、これらのうち一本が電池10の2極間でプラズマ放電の経路となる危険性がより大きい。図2は、BMSボード40が電池セル10に設けられ、BMSボード40が中央BMSコントローラ30に単一デイジーチェーン20-1,20-2,20-3によって接続される、他の従来技術の完全分散型構成を示す。配線問題はこの接続形態では解決されるが、1つのBMSボード40の故障が全電池パックの故障となり、計測時間は積層された電池10の数に比例して増加する。図3は、各電池セル10に設けられたスレーブ電池管理ユニットS-BMU210が無線で1つの主電池管理ユニットM-BMU100に接続される、本発明の好ましい実施形態により提案された無線電池エリアネットワークWiBaANを示す。提案された構成は、従来技術のBMS構成の全てに対して大きな利点を有する。WiBaAN400は、500より少ない電池セルを有する大型電池パックのための1つのM-BMU100と、各電池セル10のための複数のS-BMU200とからなる。各M-BMU100は、RF無線110、アンテナ150、マイクロプロセッサ120、メモリ140および様々なインタフェース130を含む。または、RF無線110、マイクロプロセッサ120およびメモリの一部140、電源管理ユニットおよびインタフェース130は、単一シリコンチップまたはダイ上に統合されうる。各S-BMU210は、アナログセンサ240、RF無線220、オンボードアンテナ230および電池制御ロジック250を含む。または、アナログセンサ240、RF無線220および電池制御ロジック250は、単一シリコンチップ上に実装されうる。WiBaANと共に組み込まれるスマートBMS400は、各電池セル10と通信でき、その電圧、電流、インピーダンスおよび環境温度等の実際の動作状態を監視できる。個別の電池セル100状態を監視することは、BMS400の主要な要素である。WiBaANにおける有効な通信バンド幅は、電池パック10のサイズすなわち、パック内の電池数と、応用のシステムリフレッシュレートすなわち、EVのCAN-バス更新レートとに完全に依存する。WiBaANは、個別の電池セルS-BMU210およびBMSコントローラM-BMU100間で簡易なインタフェースを提供し、さらなるパックを追加して無線インタフェースの再設定を実行することにより効果的な通信バンド幅の柔軟な拡張を提供する。個別電池セル10のリアルタイムの動作状態に関する情報は、製造業者からの電池仕様についての情報に組み込まれ、システムが各電池セル10の充電状態SoCおよび公差条件を制御し、究極的に電池寿命または電池サイクル時間若しくはその両方を延ばすことを可能にする。加えて、それは、BMSがセルを平衡化する時間を顕著に減少できるように、セルパック10内におけるセル平衡化251を賢く均一化することを可能にする。無線リンクは、本質的に電圧に依存しないデータ転送を提供するので、WiBaANは、S-BMU200およびM-BMU100間のデータ通信のための遮断器を必要としない。頻繁に故障し易い、大多数のアクセス不能で放置されたS-BMU210は、接続状態のメンテナンスを困難なものとする。数百から数千のS-BMU200は、WiBaAN領域500中にわたって配設されうる。それらは一般的に、ノード密集度が1m3あたり100S-BMUまたはこれより高いように、相互から10フィート内に配設される。密集して詰められたノードを多数配設することは、注意深い取扱いと特別な接続状態メンテナンスを必要とする。しかしながら、装置故障が、無線センサノードにおけるエネルギー不足または破壊のため正常または一般的な事象である一方、WiBaAN500内のS-BMU200は、搭載された電池によって直接供給された電力のため、ほとんど故障することがない。いかなるWiBaANの応用においても高度に可動性のノードを有することは困難であるため、WiBaANは、通常、変動タスクの動態を経ることはない。加えて、それは入念な妨害の標的ではない。開示されたWiBaAN接続形態は、配設後における頻繁な変更に処されるものではない。WiBaANは多重無線通信システムであるが、図4は、好適に可能なWiBaAN接続形態の一つとしての半二重システムを示す。WiBaANは、第2ノードへの1本のポイントツーポイントリンクを有する1つのノードからなる。中央ノードがM-BMU100として選択され、その他のノードがS-BMU200である。ネットワークは、ネットワークのM-BMU100が各通信における個別のS-BMU210にのみ対処する、非ブロードキャスト多重アクセス通信を使用する。WiBaANは、いくつかのS-BMU200と、ハブとしての1つのM-BMU100とを含む。WiBaANにおけるVの最大数は、通信パケットサイズ、有効WiBaANバンド幅、および必要とされるシステムリフレッシュレートを考慮して決定されうる。電機自動車EVの例では、下り/上り回線データのパケットサイズがPSビット、WiBaAN最大データレートがDRビット/秒、そしてCAN-バスリフレッシュレートがRR秒であるとすると、WiBaAN領域内のS-BMU200の最大数は、DRRR/PSよりも小さいべきである。図5は、WiBaAN内においてM-BMU100といくつかのS-BMU200との間で通信するための、確立された時分割多重プロトコルTDMに基づくデータ転送アクセス方法を示す。上りリンクおよび下りリンク間のデータ速度に非対称性があり、上りリンクおよび下りリンクの経路は非常に類似する可能性が高いため、TDMはWiBaANにおいて利点を有する。TDMは、下り回線および上り回線の両方向に信号を転送するため、単一周波数スペクトルを使用する。TDMシステムは、送信下りリンクおよび受信上りリンク回線間の保護時間を必要とする。Tx/Rx切り替え間隔TTGとは、下りリンクおよび上りリンク転送との間の間隔である。この間隔は、M-BMU100が送信モードから受信モードに切り替わり、S-BMU210が受信モードから送信モードに切り替わるための時間を許容する。図6は、ハイブリッド多重通信ネットワークに基づく、階層WiBaAN構成500を示す。それは、電池コントローラの3つの異なる階層からなる:T-BMU510、M-BMU100およびS-BMU200。1つの最高階層の電池管理ユニットT-BMU510は、電池管理システムの最高階層ノードであり、RF無線、アンテナ、マイクロプロセッサ、コントローラ、周辺インタフェースユニット、およびM-BMU100と同様の電源管理ユニットを含む。T-BMU510は、複数のM-BMU100の動作を制御し、M-BMU100からデータを収集し、コントローラエリアネットワークCANまたはCAN-バス等の外部インタフェース520を介して主システムと通信する。T-BMU510および複数のM-BMU100間の無線通信ネットワークは、各チャネルが異なるキャリア周波数信号fci340を使用する周波数分割多重化FDM技術によって好適に確立される。構成のより高い階層の各ノードは、直近の低い階層よりも長い制御間隔および実行時間により動作する。各分岐は、電池管理群400を形成するM-BMU100およびいくつかのS-BMU200により組織される。各群400は、隣接RF通信間での干渉を抑制するように、隣接電池管理群とのFDMネットワークfo330を確立する。他方で、図5に示されるように、電池管理群内の各M-BMU100と複数のS-BMU200との間で通信するために、時分割多重化TDMが使用される。電池管理群のサイズは、S-BMU200、データ転送速度、更新電池データ転送速度の仕様等のパラメータによって決定される。たとえば、700より少ない等S-BMU200の数に制限があり、データ転送速度IMb/s、100m秒更新データ転送速度の場合、次のような結果を得られるだろう。その条件下、唯一の電池群は、全てのWiBaANの存在を管理する必要があり、M-BMU100は、各S-BMU200のSoC/SoHを算出でき、それらの監視データに基づいて全体構成を制御できる。図6に示されるように、システム全体が1つより多い電池群を含み、階層構造を必要とする場合、各M-BMU100は、電池群内の各S-BMUについてSoC/SoHを算出してBMS動作を制御するための、T-BMS510にSoC/SoHデータを転送するマイクロプロセッサを含む。または、当該T-BMUは、マイクロプロセッサによって全てのS-BMUのSoC/SoHを算出でき、この場合、M-BMU100は、データ転送ゲートウェイの役割を果たす。図7は、ネットワーク400がM-BMU100および周辺S-BMUノード200間に1つ以上の無線リピータまたはRFゲートウェイ610を有する、WiBaANの改変された実際的な接続形態を示す。RFゲートウェイ610は、M-BMU100の転送電力によってサポートされる点を超えて、または、WiBaANが実装される物理的パッケージによってサポートされる点を超えて、M-BMU100およびS-BMU200ノード210間のポイントツーポイントリンクの最大転送距離を拡張するために使用される。図8は、物理的センサユニット240が電池セル10上に設けられ、セル10が所定数mまでの電池セル10列に積層されうる、変形WiBaAN接続形態の他の実施形態を示す。センサユニット240上の2組のシリアルポートは、センサユニット240がデイジーチェーン接続されるか、またはCAN等の他のデジタルインタフェースによって接続されることを可能にする。M-BMU100との通信は、RF無線250を介して、最低レベルで実行される。この接続形態は、無線通信リンクを単純化するために使用され、必要とされるRF無線の数を減少することができる。電池パック400のモジュール化260が改良された電池パック構造の物理的複雑性を克服することも有益である。図9aは、BMS100のための無線2次的電池保護SPD機構のブロック図である。2次的保護は、電池管理システムBMS100による主保護機構が動作故障を起こした時に電池パックを保護するための機構を意味する。2次的保護を達成するために、電池パック10内の各セルの電圧および温度が監視される必要がある。動作条件が安全圏から外れている場合、適切な故障検出信号が、主BMSまたは制御マイクロプロセッサとは独立して動作する保護回路に配送される。WiBaANでは、図9bに示されるように、セル電池10が安全とは考慮されない条件で動作している時、主BMS100は、電池セルへのさらなる破損を回避するための動作を起こすこれが主保護である。たとえば、主BMS100は、電池回路を切断するために、主保護回路または回路ブレーカーと通信できる。したがって、本発明の他の実施形態では、保護回路600は、無線通信性能も備えられる。いかなる理由でも、主BMS100がスレーブ200からの故障信号に反応できない時は、スレーブ200は、電池セル10を保護するために、無線チャンネルを介して2次保護装置SPDに直接フラグ信号超過電圧または不足電圧フラグを通信する。開示されたSPD600は、RF基地局610、判定装置620、コントローラ630およびRFアンテナ640を含む。SPD600は、電池パック10への主充電/放電ケーブルを切断するための主リレーまたは回路ブレーカー660を制御できる。従来の電池パック構成が、時に追加的なワイヤハーネスを伴う2次的保護装置を実装する一方、開示されたWiBaANは、ワイヤハーネスの追加的な負担を伴うことなく、SPD600のみを必要とする。さらに、S-BMU210ユニットは、WiBaANにおいてSPD600のために使用されうる。図10aは、電池セル10上に設けられたS-BMU210を示すブロック図である。S-BMU210は、次を含む:電池センサユニット240、RF無線一式220、オンボードアンテナ230、電源管理ユニット222、デジタル信号処理ユニット226、および電池制御ロジック250。S-BMU210は、オンボードアンテナ230および水晶を除く全ての主な機能ユニットを含む、単一シリコンチップソリューション220によって実装されうる。電池センサユニット240は、電池セル10の電圧、電流、インピーダンスまたは温度を計測するためのアナログセンサと、アナログデータ多重化装置と、高解像度アナログ-デジタル変換器227とを含む。S-BMU210の主な特徴の一つは、電池の平衡化とバイパス251の制御可能性を提供することである。図10bは、電池制御ロジック回路250並びに平衡およびバイパス回路251のブロック図である。電池制御ロジック回路250は、超過電圧および不足電圧フラグ生成ユニット252と、後続の制御信号を生成するための平衡動作制御ユニット253とを含む:受動的平衡PBAL;能動的平衡ABAL;またはバイパス制御BPAL。平衡およびバイパスの制御命令は、M-BMU100から対応するS-BMU210に転送され、スレーブベースバンドモデム226において解釈され、制御ロジック250に配信される。受動的平衡は、1.パワーMOSFET254および受動抵抗255によるチップレベルで;2.外部電源スイッチ装置および受動的要素によるボードレベルで;または、内部および外部的な方法の組合せを含む、複数の方法によって実装されうる。能動的平衡機能は、特有かつ好適で選択的なセル均等化技術251に基づいて、オンボードで実装されうる。選択的セル均等化技術は、M-BMU100のSoCデータを使用して実行される。第1に、M-BMU100は、最高充電電圧を有するS-BMU210に能動的平衡命令を伝達する。第2に、S-BMU210からの追加電荷が、スイッチ256および第2変圧器257を介して主変圧器に配電される。第3に、M-BMU100は、最低電荷を有する電池セルを選択し、スイッチ256をオンに切り替えることで主変圧器から第2変圧器257への電荷再分配を引き起こし、能動的平衡を達成する。制御ユニット253は、超低オン抵抗リレースイッチ258を制御することによって、電池スタックの一連のうち故障したどの電池もバイパスできる。S-BMU210は電池セル10上に設けられ、直接計測された温度および電流データは、電池環境および動作にマッピングされうる。短距離無線データ通信の規格には、近距離無線通信NFC、無線自動識別RFID、ジグビー登録商標またはブルートゥース登録商標等、当業者に知られた様々な規格がある。それらは、低製造コストおよび小さい電波到達範囲のため、多くの領域で好ましく実装されてきた。しかしながら、様々な高速度データ通信への要求、およびネットワークセンサ200の非常に高い集密度分布の取り扱いのため、WiBaANは、上述の規格よりも、アプリケーション駆動の特別な設計および仕様を必要とする。金属筐体によって覆われた電池パック内にそれが所在して、潜在的な電磁干渉EMIおよび電磁両立性EMCを回避したとしても、最高インピーダンスの問題が残る。さらに、以下の特徴がWiBaANについて考慮されるべきである:可変RF電源出力、全方向ビルトインアンテナ、超低電力動作、安全なQoS、広い温度範囲にわたる堅牢な動作性、電池分布の自動識別、および自動モード制御。図11は、好ましいWiBaAN技術を動作させるために必要とされる手順の基本的な機能的流れを示す。これは、5モード処理である。WiBaANの工場モード610が、自動または走査方法による各S-BMUの識別情報I.D.の設定によって定義され、それから、それは、全てのS-BMUのI.D.およびM-BMUのメモリの検索空間における電池接続形態を格納する。電池パック10がシステム内に装備される時、WiBaAN装置は、モードを工場モードからスタンバイモード620に変換する。それは、複数のS-BMU200およびM-BMU100がスタンバイモード620に入るように試みる。スタンバイモード620は、基本的なシステム確認および診断、基本的なRF通信チャネル確認、およびキャリア周波数、LO周波数、信号バンド幅や利得等のRF無線のパラメータの初期設定を実行する。活動モード630では、電池監視データを転送するため、または平衡化またはバイパスすることによる電池動作を制御するために、全てのS-BMU200は、それらの電池動作状態およびM-BMU100との通信を監視している。M-BMU100は、所定周期および順序で各電池のデータを順に収集し、各電池およびそのパックのSoCおよびSoHを算出する。1つのS-BMU210がM-BMU100との通信を完了した後、それが自動的にスリープモード640に入る一方、次の隣接S-BMU210が活動モード630に移行する準備をする。スリープモード640では、S-BMU210とRF無線内の不使用の構成要素とは、電力を節約するために電源が落とされる。監視役により規定される所定時間の経過後、S-MBU210は、再起動するために、M-BMU100からのパケットに傾聴し始める。電池パックの主電源スイッチが切られる時、電池パックは、全てのS-MBU210機能を使用不能とする電源落ちモード650に入る。その間、専用電池によって電源供給されるM-BMU100は、システムの診断を実行する。M-BMU100によって生成される電源立上げ信号660は、全てのS-MBU210を電源落ちモード650からスタンバイモード620に移行させる。要するに、本発明のWiBaANと他の無線電池監視システムとの間には、いくつかの重要かつ特有な差異がある。第1に、本発明のWiBaANは、周波数への敏感性、可変なデータ転送速度、自己メンテナンスするRF無線構成を採用する、特有な時分割半二重無線データ通信技術を伴う。第2に、BMSコントローラと複数の電池センサとの間の相互作用は、各電池セルの状態のデータを監視および収集でき、各電池セルの電荷平衡化およびバイパスを制御でき、閉制御ループとの無線リンクを維持できる。また、本発明によれば、WiBaANは、特定の応用において数千の電池セルを取り扱うように、階層ツリー構造に拡張できる。さらに、他の無線システムに対するコストは、コスト重視の大規模電池使用には耐えがたいものである一方、本発明は、非常にコスト効率の良い、シングルチップソリューションを提供する。したがって、本発明の無線電池エリアネットワークWiBaAN構成は、Liイオン電池パックのコストを顕著に低減する一方、信頼性をもって拡張性を向上する。本発明が、その好ましい実施形態を参照しつつ記載されてきたが、当業者によれば、本発明の思想および範囲から逸脱することなく本発明を含む部分および方法に様々な変更がなされうると解される。"