JP5113191B2 - フライングキャパシタを用いた直列接続セル電圧測定のための方法とシステム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２００７年１月７日に出願された米国特許仮出願第６０／８８３，７９４号の優先権を主張する。これは、本明細書に参照によって組み込まれる。

本願発明は、直列に接続された複数のバッテリセルの各セルの電圧を判定するための方法とシステムに関する。

電気自動車やハイブリッド電気自動車は、一般的に、複数のセル（即ち、バッテリ）を利用して、電気駆動モータや他の電気装置に電力を供給する。当業者にとっては極めて周知のことだが、高電圧を提供するため、これらのセルはしばしば互いに直列の関係で接続される。

こうした直列接続セルは、個別のセルの間にばらつきがあるせいで、安定した電圧を維持し初期不良を防ぐために、定期的な均一化、即ち、電荷の平均化を必要とする。セルの均一化の難点のひとつは、どのもしくはどれらのセルが個別に充電や置換を必要としているのかを判定することである。そこで、各セルの電圧を判定するためのシステムを提供することが要求される。

この要求に応えるために、これまで数多くのシステムと技術が開発されてきた。先行技術のシステムでは、より安定した電圧を計測できるように、セルに接続された１つ以上のキャパシタがしばしば利用される。このセルとキャパシタは複数のバスによって接続される。例えば、シマモトらの特許文献１は、さまざまなセルに接続された複数のセルスイッチと、このセルスイッチに接続された１組のバスと、このバスに接続された１つのキャパシタと、このキャパシタに接続された増幅器とを有するシステムを開示する。

米国特許第６，３６２，６２７号明細書

上記のシステム、あるいは、他の既知の先行技術が存在するものの、直列に接続された個別のセルの電圧を計測するための方法とシステムとには、改善する余地が残されている。

本願発明は、直列に接続された複数のセルの中の個別のセルの電圧を計測する方法を提供する。この方法は、セルとキャパシタとの間に配置された複数のバスを介してセルのうち１つをキャパシタに電気的に接続する工程を含む。この方法はさらに、キャパシタを所定の充電時間で充電する工程を含む。このキャパシタは、所定の充電時間の経過に応答して、バスから電気的に切断される。またこの方法は、キャパシタのバスからの電気的切断に応答して、バスの電荷を減少させる工程を含む。

また本願発明は、直列に接続された複数のセルの中の個別のセルの電圧を計測するためのシステムを提供する。このシステムは、複数のセルへの電気的接続のための複数のセルスイッチを含む。各セルスイッチは、第１の側と第２の側とを含む。このとき、各セルスイッチの第１の側はセルのうち１つの正極端子に電気的に接続可能である。第１バスは、セルスイッチの第２の側にひとつおきに電気的に接続される。第２バスは、第１バスに接続されていない各セルスイッチの第２の側に電気的に接続している。またこのシステムは、セルのうち少なくとも１つの電荷を蓄えるためのキャパシタを含む。このキャパシタは１組の端子を含む。第１バススイッチは、セルのうち少なくとも１つをキャパシタに接続するために、第１バスとキャパシタとの間で電気的に接続される。第２バススイッチは、セルのうち少なくとも１つをキャパシタに接続するために、第２バスとキャパシタとの間で電気的に接続される。またこのシステムは、第１バスと接地との間で電気的に接続された第１バス接地スイッチ、および、第２バスと接地との間で電気的に接続された第２バス接地スイッチを含む。

本願発明は先行技術に勝る利点を提供する。バスの電荷を減少させることで、本方法と本システムとは、バスとキャパシタとの間の電気的干渉を低減し、かつ／または、排除する。この電気的干渉は、キャパシタの読み取りの精度を下げ、これにより、調査中セルの電圧計測の精度を下げかねない。そこで、この電気的干渉を減少させることで、より精度の高いセル電圧の計測が得られる。

本発明の他の有利な点は容易に認められることと思うが、添付図面との関連を念頭に以下の詳細な記述を参照することでいっそうの理解を得られるだろう。

本発明に係るシステムの第１の実施形態の電気ブロック図であり、複数のセル、および、セルをキャパシタに電気的に接続するための１組のバスと１つのフライングキャパシタとを有する個別の各セルの電圧を計測するためのシステムを示すものである。 本発明に係るシステムの第２の実施形態の電気ブロック図であり、バスを接地に電気的に接続するための１組のバス接地スイッチを具体的に示すものである。 本発明に係る方法の流れ図である。

図面を参照しながら、直列に接続された複数のセルの中の個別のセル１２の電圧を計測するためのシステム１０と方法１００を示す。このとき同種の数字は複数の図面に渡って対応する部品を表す。当業者であれば、“セル”が一般的には“バッテリ”と言われることを理解しているだろう。しかし、本明細書では一貫性を保つために、セル１２という用語が全体にわたって使用されている。このことは、いかなる点においても本願発明を制限するものとみなされるべきではない。

図１と図２は、それぞれ、本発明に係るシステム１０の第１と第２の実施形態を示している。これら例示的実施形態のそれぞれにおいて、電気装置、例えば、これらに限定されるわけではないが、電気自動車（ＥＶ）あるいはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に電力を供給するために、１０個のセル１２が直列に接続されている。各セルは、好ましくは、約４ボルト（Ｖ）の充電電圧を有するリチウムセルであり、合計で約４０Ｖの電圧を供給する。言うまでもないが、セル１２の数あるいは型・容量はいかなるものでも本願発明に利用され得るので、例示的実施形態においてリチウム型で４Ｖのセル１２を１０個使用したことは、本願発明を制限するものとみなされるべきではない。さらに、複数のセル１２は、自動車を除く他の用途でも使用され得る。記述を明確にするため、セル１２は、さまざまな図で１番目のセル１２Ａから１０番目のセル１２Ｊまで順番に記されている。

当業者にとっては周知のことだが、各セル１２は正の側（即ち、正極）と負の側（即ち、負極）とを含む。複数のセル１２は共に直列して電気的に接続される。具体的には、１番目のセル１２Ａの正の側が２番目のセル１２Ｂの負の側に電気的に接続され、２番目のセル１２Ｂの正の側が３番目のセル１２Ｃの負の側に電気的に接続され、というように繰り返される。一般的に、セル１２が自動車に配置される場合、１番目のセル１２Ａの負の側がシャーシ・グラウンド、即ち、自動車の金属フレームに電気的に接続される。しかし、１番目のセル１２Ａの負の側がシャーシ・グラウンドから電気的に絶縁されている場合もあり得る。

当業者であれば、各セル１２が実際は、直列に接続された複数のセル１２の全体の電流容量を増加するために、複数の物理セル１２を並列に接続し均一な電圧レベルで作動するようにしたものであってもよいことは理解できるだろう。さらに、各セル１２は実際には複数の物理セルを直列に接続したものであってもよい。

例示的実施形態において、システム１０は複数のセルスイッチ１４を含む。各セルスイッチ１４は、セルスイッチ１４が入れられているときに電子が両側の間で流れるように、第１の側（番号を付せず）と第２の側（番号を付せず）とを有する。セルスイッチ１４が切られているときは、対照的に、電子が両側の間を流れることは全体として妨げられる。

セルスイッチ１４により実行される電気的スイッチ切り替えが可動部品なしで（即ち、“半導体”実装で）行うことができるように、好ましくは、セルスイッチ１４はトランジスタを利用して実装される。さらに好ましくは、セルスイッチ１４は、１組の金属‐酸化物‐シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）として実装される。この組となった各ＭＯＳＦＥＴは、好ましくは、数多くの電子メーカーから購入できるＢＳＳ８４Ｐチャネル型である。この１組の各ＭＯＳＦＥＴの電源は互いに電気的に接続され、また各ＭＯＳＦＥＴのゲートは互いに電気的に接続される。一方のＭＯＳＦＥＴのドレインはセルスイッチ１４の第１の側として働き、他方のＭＯＳＦＥＴのドレインはセルスイッチ１４の第２の側として働く。機械的スイッチあるいはリレースイッチの代わりにＭＯＳＦＥＴを使用することで、システム１０の実装費用は大幅に減少し、一方セル１２計測のサイクル速度は増加する。

しかし、当業者であれば、各スイッチの代わりに、単一のＭＯＳＦＥＴ、もしくは、１つあるいは複数の異なる型のトランジスタ、異なる型の電界効果トランジスタ、１つのリレー、他の適切なスイッチング装置を実装してもよいことが理解できるだろう。さらにここで、セルスイッチ１４（と他のスイッチと）の操作は本明細書中で“開いている”あるいは“開いた”、“閉じた”、“閉じている”などとして言及されるが、これは機械型スイッチの慣例にならった。しかしこれは利便性のために行われたに過ぎず、セルスイッチ１４（と他のスイッチと）を機械型スイッチに限定するものと解釈すべきではない。

セルスイッチ１４の数は、好ましくは、計測すべきセル１２の数に等しいように設けられる。そこで、１０個のセル１２が直列に接続されるこの例示的実施形態では、１０個のセルスイッチ１４が利用される。記述を明確にするため、１０個のセルスイッチ１４は１番目のセルスイッチ１４Ａから１０番目のセルスイッチ１４Ｉまで順番にラベルされている。各セルスイッチ１４の第１の側はセル１２の正極端子のうち１つに電気的に接続可能である。

また記述を明確にするため、１番目のセルスイッチ１４Ａの第１の側は１番目のセル１２Ａの正の側に電気的に接続され、２番目のセルスイッチ１４Ｂの第２の側は２番目のセル１２Ｂの正の側に電気的に接続され、というように繰り返される。セル１２は直列に電気的に接続されているので、１番目のセルスイッチ１４Ａの第１の側は、１番目のセル１２Ａの正の側と２番目のセル１２Ｂの負の側との両方に電気的に接続されている。同様の理屈が他のセルスイッチ１４にも当てはまる。

システム１０は、複数のセルスイッチ操作回路（図示せず）を含んでもよい。各セルスイッチ操作回路は、少なくとも１つのセルスイッチ１４を起動するために、少なくとも１つのセルスイッチ１４に電気的に接続される。この例示的実施形態では、各セルスイッチ操作回路は１組のセルスイッチ１４を操作し得る。

引き続き図１と図２とを参照するが、この例示的実施形態のシステム１０は、また、第１バス１８と第２バス２０とを含む。第１バス１８は、セルスイッチ１４をひとつおきに、即ち、セルスイッチ１４を交互に電気的に接続することで形成される。第２バス２０は、第１バス１８に接続されていない全てのセルスイッチ１４を電気的に接続することで形成される。この例示的実施形態では、第１バス１８は、１，３，５，７，９番目のセルスイッチ１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｅ，１４Ｇ，１４Ｉの第２の側を電気的に接続する。第２バス２０は、２，４，６，８，１０番目のセルスイッチ１４Ｂ，１４Ｄ，１４Ｆ，１４Ｈ，１４Ｊの第２の側を電気的に接続する。

システム１０は、セル１２のうち１つの電圧に対応する電荷を保持するためのキャパシタ２２含む。キャパシタ２２は１組の端子を含む。利便性のため、以降、これらの端子を正極端子および負極端子として言及する。この例示的実施形態では、キャパシタ２２は１μＦ（マイクロファラッド）の静電容量を有する。条件を満たすキャパシタ２２の１つとしてはパナソニックの製造するＥＣＷＵ１１０５ＫＣＶが挙げられ、これは定格直流１００ボルト（静電容量の誤差±１０％）である。言うまでもないが、異なる静電容量と他の物理的および電気的性質とを有する他のキャパシタ２２もまた条件を満たし得る。キャパシタ２２は、以下でより詳細に記述されるように、複数のセルのそれぞれによって充電される。そこで、キャパシタ２２は、“フライングキャパシタ”と当業者には言われている。

この例示的実施形態のシステム１０はキャパシタ２２の充電と絶縁とを調整するための４つのバススイッチ２４，２６，２８，３０をさらに含む。セルスイッチ１４と同様に、これらスイッチ２４，２６，２８，３０のそれぞれは第１の側と第２の側とを有する。さらに、各バススイッチ２４，２６，２８，３０は、好ましくは、１組のＭＯＳＦＥＴとして実装され、上述のセルスイッチ１４と同様に構成される。

複数のバススイッチ２４，２６，２８，３０は第１バス正極スイッチ２４と、第２バス正極スイッチ２６と、第１バス負極スイッチ２８と、第２バス負極スイッチ３０とを含む。第１バス正極スイッチ２４と第１バス負極スイッチ２８との第１の側は第１バス１８へ電気的に接続される。第２バス正極スイッチ２６と第２バス負極スイッチ３０との第１の側は第２バス２０へ電気的に接続される。第１バス正極スイッチ２４と第２バス正極スイッチとの第２の側はキャパシタ２２の正極端子へ電気的に接続される。第１バス負極スイッチ２８と第２バス負極スイッチ３０との第２の側はキャパシタ２２の負極端子へ電気的に接続される。代替実施形態（図示せず）では、この例示的実施形態の４つのバススイッチ２４，２６，２８，３０の代わりに、システム１０が各バス１８，２０にひとつずつ、計２つのバススイッチのみで実装されてもよい。

また、システム１０は接地スイッチ３２を含む。接地スイッチ３２の一方の側はキャパシタ２２の負極端子へ電気的に接続され、他方の側は接地へ電気的に接続される。システム１０が自動車に実装される場合、接地は一般的にシャーシ・グラウンドである。この好ましい実施形態では、負極接地スイッチ３２はＢＳＳ１４５型ＭＯＳＦＥＴとして実装されるが、他の適切なＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。ＭＯＳＦＥＴの電源は接地へ電気的に接続され、ドレインはキャパシタ２２の負極端子へ電気的に接続される。

システム１０は、好ましくは、キャパシタに蓄えられた電荷を増幅するための増幅器３４を含む。この例示的実施形態では、増幅器３４は演算増幅器（オペアンプ）３４である。利便性のため、以降、オペアンプ３４という用語は増幅器３４という用語の代わりに使用されるが、これは本発明を制限するものと解釈されるべきではない。オペアンプ３４は２つの入力（一般的に非反転入力および反転入力として言及される）と１つの出力とを含む。この例示的実施形態では、オペアンプ３４は各入力から１の出力へ増幅利得を提供し、単一利得増幅器という別名で言及されることもある。適切なオペアンプ３４の１つとしては、カリフォルニア州ミルピタスのリニアテクノロジー株式会社から入手可能なＬＴ１６３６が挙げられる。しかしまた、他の適切なオペアンプ３４あるいは他の型の増幅器３４を実装してもよい。

この例示的実施形態では、オペアンプ３４の非反転入力はキャパシタ１２の正極端子へ電気的に接続され、オペアンプ３４の反転入力はキャパシタ２２の負極端子へ電気的に接続される。オペアンプ３４はキャパシタ２２の電圧を増幅し、増幅された電圧信号を生成する。増幅された電圧信号は、オペアンプ３４の出力から得られ、キャパシタ２２の電圧に比例して応答する。またキャパシタ２２を充電するセル１２に関しても同様である。

またシステム１０は、キャパシタ２２から電圧を受け取って電圧をデジタルデータに変換するための、キャパシタ２２と電気的に連絡しているアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３６を含む。この例示的実施形態では、ＡＤＣ３６は、オペアンプ３４によって供給されるアナログ信号をデジタルデータに変換するためのオペアンプ３４の出力へ電気的に接続される。この例示的実施形態では、オペアンプ３４の出力はＡＤＣ３６へ直接接続される。しかし、代替実施形態では、オペアンプ３４とＡＤＣ３６との間でマルチプレクサ（図示せず）を利用してもよい。

この例示的実施形態では、ＡＤＣ３６は、アナログ信号を受け取るための入力とデジタルデータを担うデジタル信号を生成するための出力とを含む。適切なＡＤＣ３６の１つとしては、テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツが製造するＡＤＳ７８２９ＩＤＲＢＲが挙げられる。このＡＤＣ３６のデジタル信号は１２ビットの分解能を有し、連続して出力に渡される。ＡＤＣ３６の入力はオペアンプ３４の出力へ電気的に接続される。ＡＤＣ３６は、入力で増幅された電圧信号を受け取り、増幅された電圧信号に対応するデジタル信号を生成する。そこで、デジタル信号が運ぶデジタルデータはキャパシタ２２とキャパシタ２２を充電するセル１２との電圧に比例して応答する。このデジタルデータは、本明細書中で、デジタル電圧データとして言及されているかもしれない。また、デジタル信号は、本明細書中で、デジタル式電圧信号として言及されているかもしれない。

バス１８，２０で生じる電荷はＡＤＣ３６によるキャパシタ２２の電圧の読み取りに影響する。こうした状況は、全てのバススイッチ２４、２６、３０、２８を開状態にすることで、バス１８，２０がキャパシタ２２から絶縁されていたとしても、生じ得る。これが生じるのは、バス１８，２０の電圧が、バス１８，２０とキャパシタ２２、ＡＤＣ３６との間の近接近に呼応して、キャパシタの電圧よりも著しく高くなるため、あるいは、バススイッチ２４，２６，３０，２８を介した漏れ電流のため、および、バススイッチ２４，２６，３０，２８全体の電気容量のためである。例えば、この図示実施形態の１０番目のセル１２Ｊを計測すると、第１バス１８の電圧は約３６Ｖであり、第２バス２０の電圧は約４０Ｖであるだろう。そこで、ＡＤＣ３６によるキャパシタ２２の最も正確な電圧読み取りを達成するために、バス１８，２０の電圧は、ＡＤＣ３６によるキャパシタ２２の電圧の解析に先行して、減少していることが好ましい。

さまざまな技術が、キャパシタ２２の電圧の読み取りに先行してバス１８，２０の電荷を減少させるために、採用され得る。システム１０の第１の実施形態では、図１に示すように、バス１８，２０の電圧の減少は、バススイッチ２４，２６，２８，３０の全てを最初に開き、即ち、バス１８，２０をキャパシタ２２から電気的に切断し、次にバス１８，２０のそれぞれへ最も電圧の低いセル１２を接続することによって行われる。第１の実施形態では、具体的には、１番目のセル１２Ａを第１バス１８に接続するために１番目のセルスイッチ１４Ａが閉じ、セル１２Ｂを第２バス２０へ接続するために２番目のセルスイッチ１４Ｂが閉じる。一方、他のセルスイッチ１４Ｃ〜１４Ｊは開く。そして、バス１８，２０の電圧は、キャパシタ２２全体の電圧より低いかあるいは同じ程度になる。

第２の実施形態では、図２に示すように、システム１０は第１バス接地スイッチ３８と第２バス接地スイッチ４０とを含む。第１バス接地スイッチ３８は第１バス１８を接地へ電気的に接続し、第２バス接地スイッチ４２は第２バス２０を接地へ電気的に接続する。第１と第２バス接地スイッチ３８，４０は、上述のように、ＭＯＳＦＥＴで、あるいは、当業者に周知の他の技術で実装されてもよい。第２の実施形態では、バス１８，２０の電荷の減少は、バススイッチの全てを最初に開き、次にバスを接地に電気的に接続することでバス１８，２０を放電するようバス接地スイッチ３８，４０を閉じることによって行われる。

システム１０は、システム１０のさまざまな部品の制御操作用の制御器４２をさらに含む。制御器４２はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、あるいは、コンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、当業者にとって周知の他の同様の装置であってもよい。例示的実施形態では、制御器４２は、ｐテキサス州オースチンに本社を置くフリースケール・セミコンダクタが製造する６８ＨＣ９０８ＧＲ３２Ａ型マイクロコントローラである。言うまでもないことだが、他の制御器でも適切なものであればよい。

制御器４２は、ＡＤＣ３６からデジタルデータを受け取るためにＡＤＣ３６と連絡している。具体的には、例示的実施形態では、制御器４２は複数の入力と出力とを含む。このとき複数の入力は、デジタル信号を受け取るための計測入力を含む。計測入力はＡＤＣ３６の出力へ電気的に接続されているので、キャパシタ２２（および各セル１２）の電圧に対応するデジタルデータは制御器４２によって受け取られる。当業者にとっては周知のことだが、多くの制御器は１つ以上の内部ＡＤＣを有する。そこで、別の実施形態（図示せず）ではＡＤＣ３６が制御器４２内に集積していてもよい。

メモリ４４は、データを蓄えるために制御器４２と連絡している。このデータは、各セル１２の電圧に対応するデジタルデータ、即ちデジタル電圧データ、を含むが、これに限定されない。メモリ４４は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、フラッシュ・メモリ、ハード・ディスク、フロッピー・ディスク、コンパクト・ディスク、あるいは、当業者にとって周知の他の記憶装置でもよい。さらに、この例示的実施形態でそうであるように、メモリ４４は制御器４２に内蔵されていてもよい。

この例示的実施形態では、制御器４２は、スイッチ１４，２４，２６，２８，３０，３２，３８，４０の動作を制御するためスイッチ１４，２４，２６，２８，３０，３２，３８，４０と連絡している。セルスイッチ１４に関して、制御器４２の４つの出力が、好ましくは、デコーダ４６へ電気的に接続されている。デコーダ４６は、好ましくは、ＢＣＤ（二進化十進数）を十進数に変換するデコーダ４６、例えば７４ＨＣ４０２８である。好ましいデコーダ４６は、制御器４２へ電気的に接続された４つの入力と１０個の出力（即ち、１番目のデコーダ出力から１０番目のデコーダ出力まで）とを含む。デコーダ４６の出力の１つのみが、制御器４２によってデコーダ４６の入力へ供給されたＢＣＤに基づき起動される。１０個の出力のそれぞれは、少なくとも１つのセルスイッチ１４を操作するため、セルスイッチ操作回路の１つに電気的に接続される。この例示的実施形態では、１番目のデコーダ出力は１番目のセルスイッチ１４Ａを操作し、２番目のデコーダ出力は１番目と２番目のセルスイッチ２４を操作し、３番目のデコーダ出力は２番目と３番目のセルスイッチ２４を操作しと、１０番目のデコーダ出力が９番目と１０番目のセルスイッチ２４を操作するまで続く。

この例示的実施形態では、制御器４２の少なくとも１つの出力はバススイッチ２４，２６，２８，３０の操作を制御するために利用される。セレクタ４８は、バススイッチ２４，２６ ２８，３０を制御するため、制御器４２とバススイッチ２４，２６，２８，３０との間に実装される。さらに、制御器４２の出力の少なくとも１つは接地スイッチ３２の作動を制御するために接地スイッチ３２に電気的に接続されている。さらに、この１番目の実施形態では、制御器４２の出力の少なくとも１つは、バス接地スイッチ３８，４０の作動を制御するために、第１バス接地スイッチ３８と第２バス接地スイッチ４０とに電気的に接続されている。

システム１０のさまざまな構成要素は、当業者にとって周知のように、プリント回路基板（ＰＣＢ）に載置されてもよい。ＰＣＢは、マスクを用いて導電性材料を一面あるは両面にプリントされている。導電性材料はさまざまな構成要素を構成要素間の多数の配線が必要ないように電気的に接続する。言うまでもないが、上述の装置の他、さまざまな別の電気的あるいは電子的装置がシステム１０の実装に用いられてもよい。当業者にとっては周知のことだが、これら装置は、レジスタ、ダイオード、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、およびキャパシタを含んでもよいが、これらに限定されない。

本発明の機能性，優位性，正確性，および効率性は、セル１２の電圧の判定の方法１００を精査することで、よりよく理解されるだろう。以降、利便性のために、方法１００はシステム１０のさまざまな構成要素に関して記述される。しかし、方法１００は、ここで主張され記載されるように、本願記載のシステム１０を除いた状況下で実践されてもよい。

方法１００は、計測のためにセル１２のなかから１つを選択する工程１０２を含んでいてもよい。システム１０のこの例示的実施形態では、制御器４２は、ソフトウェアを操作することで、どのセル１２が計測されるかを選択する。一般的に、制御器４２のソフトウェアは、各セル１２の電圧が順番に計測されるように、全てのセル１２に単純に順序をつける。しかし、特定の状況では、制御器４２は、特定のセル１２に焦点を当てるためそのような順次処理から逸脱してもよい。

次に、方法１００は、セル１２とキャパシタ２２との間に配置されるバス１８，２０を介してセル１２のうち１つをキャパシタ２２へ電気的に接続する工程１０４へと続く。好ましくは、キャパシタ２２に接続されているセル１２は工程１０２で選択された被選択セル１２である。システム１０の例示的実施形態では、制御器４２は、被選択セル１２に基づくさまざまなスイッチ１４，２４，２６，２８，３０，３２を操作することで、キャパシタ２２の正極端子を被選択セル１２の正の側に電気的に接続し、キャパシタ２２の負極端子被選択セル１２そ負の側へ電気的に接続する。セルスイッチ１４あるいは被選択セル１２に対応するセルスイッチ１４を操作するため、制御器４２はデコーダ４６を利用する。適切なバススイッチ２４，２６，２８，３０を操作するため、この制御器はセレクタ４８を利用する。

例えば、１番目のセル１２Ａの電圧を判定する際、キャパシタ２２は１番目のセル１２Ａの電圧で充電される必要がある。そこで、１番目のセルスイッチ１４Ａは閉じ、一方、他のセルスイッチ１４Ｂ〜１４Ｊは開く。しかし、好ましい実施形態では、１番目のセル１２Ａの負の側は接地されているので、制御器は接地スイッチ３２を閉じる。第２バス正極スイッチ２６と第１バス負極スイッチ２８とが開く一方で、第１バス正極スイッチ２４と第２バス負極スイッチ３０とは閉じる。こうして、キャパシタ２２は１番目のセル１２Ａの電圧レベルで充電される。

さらに例えば、２番目のセル１２Ｂが選択されると、１番目と２番目のセルスイッチ１４Ａ，１４Ｂは閉じるが、他のセルスイッチ１４Ｃ〜１４Ｊは開く。第２バス正極スイッチ２６と第１バス負極スイッチ２８とは閉じる一方で、第１バス正極スイッチ２４と第２バス負極スイッチ３０と接地スイッチ３２とは開く。そこで、キャパシタ２２は２番目のセル１２Ｂの電圧レベルで充電される。３番目のセル１２Ｃが選択されると、２番目と３番目のセルスイッチ１４Ｂ，１４Ｃは閉じる一方で、他のセルスイッチ１４Ａ，１４Ｄ〜１４Ｊは開く。第１バス正極スイッチ２４と第２バス負極スイッチ３０とが閉じる一方で、第２バス正極スイッチ２６と第１バス負極スイッチ２８と接地スイッチ３２とは開く。こうして、キャパシタ２２は３番目のセル１２Ｃの電圧レベルで充電される。自明なことではあるが、当業者であれば同様の手順を用いて相互のセル１２を開閉するための適切なスイッチ１４を判定できるだろう。

次に、方法１００は、キャパシタ２２の電圧レベルが計測中のセル１２の電圧レベルに実質的に一致するように、所定の充電時間でキャパシタを充電する工程１０６へと続く。したがって、所定の充電時間は、セル１２とキャパシタ２２との電気的性質に基づいており、好ましくは制御器４２によって追跡される。

次に、所定の充電時間の経過に応答して、方法１００は、キャパシタ２２をバス１８，２０から電気的に切断する工程１０８へと続く。具体的には、システム１０の例示的実施形態では、バススイッチ２４，２６，２８，３０は、キャパシタ２２がバス１８，２０から電気的に切断されるように操作される。

そして方法１００は、バスからキャパシタ２２を電気的に切断することに応答してバス１８，２０の電荷を減少させる工程１１０に続く。第１の実施形態では、セルスイッチ１４は、バスが最低電位でセル１２と電気的に接続されるように操作される。具体的には、１番目と２番目のセルスイッチ１４Ａ，１４Ｂは閉じるが、他のセルスイッチ１４Ｃ〜１４Ｊは開く。このようにして、バス１８，２０は１番目と２番目のセル１２Ａ，１２Ｂのレベルまで放電される。第２の実施形態では、セルスイッチ１４は開き、バス接地スイッチ３８，４０は閉じる。そして、バス１８，２０は接地に放電する。

バス１８，２０を放電した後、方法１００は、キャパシタ２２の電圧を計測する工程１１２に続く。この例示的実施形態では、この計測工程１１２は３つの副工程に分割することができる。最初は、キャパシタ２２の電圧が増幅され、増幅されたアナログ電圧信号が生成される。上記のように、キャパシタ２２の電圧の増幅は１の因数によるので、電圧の上昇は生じない。次に、ＡＤＣ３６はオペアンプ３４から増幅されたアナログ電圧信号を受け取る。したがって、増幅されたアナログ電圧信号はデジタル式電圧信号へと変換される。上記のように、ＡＤＣ３６は制御器４２と電気的に接続され、あるいは一体化されている。そこで、デジタル式電圧信号は制御器４２に連絡している。デジタル式電圧信号は、キャパシタ２２の電圧と一致するデジタルデータ、ひいては被選択セル１２の電圧を符号化する。制御器４２がキャパシタ２２の電圧を読み取ることに応答して、計測されるセル１２の電圧に一致する電圧がメモリ４４に蓄えられる。

またシステム１０は、セル１２の平衡を保つための、即ち、各セル１２の電圧が実質的に等しくなるように各セル１２の電圧を調節するための、１つ以上の抵抗による平衡回路（図示せず）を含む。セル１２のこの調節は、好ましくは、上記のように各セル１２から得られた電圧読み取りに基づく。

本発明を本明細書中で例示的に示してきたが、使用された用語が意図するところは、制限を設けることではなく、記述中のことばの本質にあると解されるべきである。自明なことではあるが以上の教示を参考に、本発明の多くの修正形態と変形例とが考えられる。本発明は別の点で、添付請求項の範囲で具体的に記述された以上に、実用的であり得る。

Claims (10)

1. 直列に接続された複数のセルの中の個別のセルの電圧を計測する方法であり、
   前記複数のセルとキャパシタとの間に配置された複数のバスを介して前記セルのうち１つを前記キャパシタに電気的に接続する工程と、
   所定の充電時間で前記キャパシタを充電する工程と、
   前記所定の充電時間の経過に応答して前記バスから前記キャパシタを電気的に切断する工程と、
   前記バスからの前記キャパシタの電気的切断に応答して前記バスの電荷を減少させる工程と、
   を含む方法。
2. デジタル式電圧信号を生成するために前記バスの電荷の減少に応答して前記キャパシタの電圧を計測する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 制御器による前記デジタル式電圧信号の読み取り工程をさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記バスの電荷を減少させる前記工程が、前記バスからの前記キャパシタの電気的切断に応答して最低電位で前記バスを前記セルに電気的に接続する工程であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記バスの電荷を減少させる前記工程が、前記バスからの前記キャパシタの電気的切断に応答して前記バスを接地に電気的に接続することで前記バスを放電させる工程であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 直列に接続された複数のセルの中の個別のセルの電圧を計測するシステムであり、
   前記複数のセルへの電気的接続用の複数のセルスイッチであり、前記セルスイッチのそれぞれが 第１の側と第２の側を有し、前記セルスイッチのそれぞれの前記第１の側が前記セルのうち１つの正極端子に電気的に接続可能である、セルスイッチと、
   前記セルスイッチの前記第２の側にひとつおきに電気的に接続した第１バスと、
   前記第１バスに接続していないセルスイッチのそれぞれの前記第２の側へ電気的に接続した第２バスと、
   前記セルのうち少なくとも１つの電荷を蓄えるためのキャパシタであり、１組の端子を有するキャパシタと、
   前記セルのうち少なくとも１つを前記キャパシタへ接続するための、前記第１バスと前記キャパシタとの間で電気的に接続された第１バススイッチと、
   前記セルのうち少なくとも１つを前記キャパシタへ接続するための、前記第２バスと前記キャパシタとの間で電気的に接続された第２バススイッチと、
   前記第１バスと接地との間で電気的に接続された第１バス接地スイッチと、前記第２バスと接地との間で電気的に接続された第２バス接地スイッチと、
   を含むシステム。
7. 前記キャパシタから電圧を受け取って電圧をデジタル電圧データに変換するための、前記キャパシタと電気的に連絡するアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
8. 前記スイッチを制御して前記ＡＤＣによって提供されるデジタル電圧データを受け取るための、前記ＡＤＣと連絡する制御器をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記第１バススイッチが、前記第１バスと前記キャパシタの正極端子との間で電気的に接続された第１バス正極スイッチ、及び、前記第１バスと前記キャパシタの負極端子との間で電気的に接続された第１バス負極スイッチであることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
10. 前記第２バススイッチが、前記第２バスと前記キャパシタの正極端子との間で電気的に接続された第２バス正極スイッチ、及び、前記第２バスと前記キャパシタの負極端子との間で電気的に接続された第２バス負極スイッチであることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。

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