JP6173922B2 - セルを個別管理するバッテリー - Google Patents

Description

本発明はバッテリーに関する。より詳細には複数の基本セルから成る複数の段を具備するバッテリーに関する。本発明はバッテリーの管理方法にも関する。

図１及び図２は「バッテリーパック」とも呼ばれる先行技術によるバッテリーを示している。そのようなバッテリーパックは（以下では単にバッテリーと呼ぶことにする）、多数の基本バッテリーから成る。そのような基本バッテリーはたとえば円筒形であり、入れ子になった同心円円筒、又はらせん状に巻かれた層の形態の多数の正及び負極を具備し、同心円円筒は電解質層及び膜の層によって分離されている。これらの要素は、基本バッテリー構造の作用部となる、すなわち電気エネルギーの保存及び再生機能に直接関わるユニットを形成する。この例においてはこの作用部分は化学的性質のものである。なお、そのような基本バッテリーは基本セルとも呼ばれ、他の化学的構成要素に基づく作用部分、あるいは容量性作用部分を具備することができることに留意されたい。また、基本バッテリーの作用部分は、第一外面がバッテリーの正極すなわち第一電流コレクターを形成し、第二外面が負極すなわち第二電流コレクターを形成するハウジング内に配設される。このハウジングは、バッテリーの作用部分を保持及び支持し、外部に対する防水性を確保する機能を有する。ハウジングは、物理的アセンブリを内蔵し、この物理的アセンブリは、固定され分離が不可能な一体構造ユニットを形成し、その電気接続部は基本バッテリーのユーザーにとっては変更不可能であり、両方の端子において出力電流は入力電流に等しい。したがって、作用部分と、二つの端子をもつハウジングとで構成されるこのユニットを、基本セル、さらにはより単純にセルと呼ぶことにする。より詳細には、図１及び図２に示すバッテリーは、直列に配置された複数の段すなわちモジュール２を備え、各モジュールは、図１で概略を示すように、並列に配置された複数のセル１を具備する。

図２は、そのようなバッテリーの典型的な構造を示すものであり、同構造において各セルは円筒形を有し、たとえばリチウム−イオン型バッテリーである。この例において、各モジュール２は１０個のセル１から成る列を二つ備え、隣接するセルの円筒形側面は接触している。バッテリーはまた、重ねられて配置された１１個のモジュール２を備え、その結果、種々のモジュールの円筒形セルの軸が一直線上になり、セルはその長手方向において一直線になる。この配置により占有体積を最小にすることができる。

エンジン５に電源を供給するために先行技術のそのようなバッテリーを使用する場合、バッテリーとエンジン５との間に配置される、図３に示すような直流／直流又は交流変換器型の中間装置６が必要になる。装置６は、バッテリーの出力電圧をエンジン５のニーズに合わせて調節し、エンジンに要求される速度及びトルクに適合するようにする機能を有する。なお、バッテリーから電源が供給される任意の充電にも同じ原則が適用されることに留意されたい。また、バッテリーの再充電時にも、電気網の入力電圧に追随するために、電気網とバッテリーとの間において同等の装置を使用しなければならない。バッテリーに結合された複数の中間装置を使用する場合、特に、トランジスター及び使用しているその他の構成部品のレベルにおいて損失が発生するなど、いくつもの欠点があり、そのため、総体的に追加のエネルギーの消費が生じる。また、そのために占有体積が増加する。

先行技術のそのようなバッテリーの管理には、通常、出力電気量を測定し、そこからバッテリーの作動を診断することが含まれる。この手法は、たとえば欠陥のあるモジュール又はいくつかのセルグループなどのバッテリーの部位を正確に特定することができないため、不充分であることがわかった。その結果、実践においては、バッテリーの作動の最適化の不良、並びに欠陥部分が生じた時点での性能の急速な低下が生じ、それにバッテリーの状態の急速な悪化及び早期老化を伴うことがしばしばある。

この総体的な手法を改善するために、バッテリーのモジュールのレベルにおける特定の変動を観測することから成る診断方法がいくつか存在する。この第二の手法により、バッテリーのいくつかのモジュールの特異な挙動を局所的により詳細に観測することが可能になる。しかしながらこの手法の実施は複雑であり、中央診断装置を各モジュールに接続するために多数の電線を使用する必要があり、そのため、高い電気的リスクが生じる可能性があるが、これは電線が熱をもったり、あるいは摩擦により被覆が破れ、たとえば比較的距離が離れて電位差が大きい二つの段の間で短絡が発生することがあるからである。またこの方法は、電源に関する電位がバッテリー内に存在する電位からきわめて遠い可能性がある中央診断装置を保護するために中間ガルバーニ絶縁を必要とする。最後に、この方法では不充分にしかバッテリーの全体的作動に働きかけることができない。

上で示したような従来のバッテリーの他に、特許文献１は、エンジンのニーズに合わせて可変電圧を出力側に供給するために、エネルギー発生手段に結合された切り換え可能な複数のエネルギー貯蔵要素を含む電気回路について記載している。そのような手法は上で記載した従来のバッテリーと比較して使用の柔軟性はもたらすが、上記のその他全ての欠点に対しては何ら解決方法をもたらさない。

仏国特許第２９２６１６８号明細書

このように、既存の解決方法の欠点の少なくとも一部を解消することができる改善されたエネルギー貯蔵方法の必要性が存在し、本発明は以下の目的の全て又は一部を達成することを目的とする。

本発明の第一の目的は、長期間にわたり信頼性が高い作動を保証することができるエネルギー貯蔵方法を提供することである。

本発明の第二の目的は、変化するエンジンのニーズのように様々な使用要件に容易に適合するエネルギー貯蔵方法を提供することである。

この目的のため本発明は、直列に配置された複数のモジュールを含むバッテリーであって、各モジュールが、下側のモジュールとの接続に適した下側端子と、上側のモジュールとの接続に適した上側端子とを含み、各モジュールが、下側端子と、セルを含む上側端子との間に少なくとも一つの分岐を含むバッテリーにおいて、ある所与のモジュールのレベルにおいて配設された一つのスイッチと、所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセルから電源が直接供給される前記スイッチの駆動回路とを具備することを特徴とするバッテリーに関する。
前記少なくとも一つのスイッチは、
− バッテリーのある特定のセルを接続するあるいは接続を切るためのセルスイッチ
− バッテリーのある特定のセルをバイパスする又はしないようにするための並列スイッチ
− バッテリーの一つのモジュールをバイパスする又はしないようにするためのモジュールスイッチ
− バッテリーの複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないようにするためのスイッチ
− バッテリーの出力電圧を反転させる又はしないようにするためのスイッチ
− バッテリーのいくつかの下位部分を直列配置又は並列配置にするための直列／並列反転スイッチ
− 二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチ
のうちのいずれかとすることができる。

本発明は、所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセルから、バッテリーのある所与のモジュールのレベルに配設されたスイッチの駆動回路に電源を供給するステップを含むことを特徴とする、上で記述したようなバッテリーの管理方法にも関する。

本発明は請求項により詳細に定義される。
本発明のこれらの目的、特徴及び長所は添付の図面を参照して行う非限定的な個別の実施形態についての以下の記述において詳細に説明する。

先行技術によるバッテリーの構造の略図である。 先行技術のそのようなバッテリーの実際の構造の斜視図である。 電源供給に先行技術のそのようなバッテリーを使用するエンジンの電気回路の略図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの略図である。 本発明の実施形態によるバッテリーのモジュールの略図である。 図５に示すモジュールを作製するために選択された電気回路図をより詳細に示す図である。 変形形態による図５に示すモジュールを作製するための電気回路図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの構造内への本発明の電気機能の物理実装を示す図である。 本発明の実施形態の各基板上に存在する構成要素をより詳細に示す図である。 本発明の実施形態の一変形形態を示す図である。 本発明の実施形態の一変形形態を示す図である。 本発明の実施形態のこの変形形態による基板の構造をより詳細に示す図である。 本発明の実施形態の第二の変形形態を示す図である。 本発明の実施形態のこの第二の変形形態によるモジュールに組み合わされる基板のより詳細な構造を示す図である。 本発明の実施形態の第三の変形形態を示す図である。 本発明の実施形態の第三の変形形態を示す図である。 本発明の実施形態の基板の一変形形態を示す図である。 先行技術によるリチウム−イオン型電池の内部構造を示す図である。 本発明の第二の実施形態によるリチウム−イオン型電池の内部構造を示す図である。 本発明の第二の実施形態の変形形態を示す図である。 本発明の第二の実施形態の変形形態を示す図である。 本発明の第二の実施形態の変形形態を示す図である。 本発明によるバッテリーを内蔵するフレームの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態による自動車の内部に組み込まれる前出のフレームを示す図である。 本発明の一実施形態による並列トランジスターの駆動原理を示す図である。 本発明によるバッテリーのサーボ駆動の一実施形態を示す図である。 本発明によるバッテリーによって供給が可能な電圧例を示すである。 Ｈ型ブリッジを有する本発明によるバッテリーの一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態によるＨ型ブリッジを有するバッテリーのより詳細な構造を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの再充電システムを示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの内部における搬送電流による通信原理の実施形態を示す略図である。 本発明の一実施形態による、複数の異なる並列スイッチを有するバッテリーの変形形態を示す図である。 本発明の一実施形態による、複数の異なる並列スイッチを有するバッテリーの変形形態を示す図である。 本発明の一実施形態による、複数の異なる並列スイッチを有するバッテリーの変形形態を示す図である。 バッテリーが複数の部分に分割された本発明の一実施形態を示す図である。 複数の部分に分割され、本発明の一実施形態によるＨ型ブリッジを有するバッテリーのより詳細な構造の一変形形態を示す図である。 複数の部分に分割され、本発明の一実施形態によるＨ型ブリッジを有するバッテリーのより詳細な構造を示す図である。 複数の基本電池がひとまとめにされる本発明の一実施形態によるバッテリーを示す図である。 電池から出力される比較的低い電圧を基にする直列及び並列トランジスターの駆動のための解決方法を示す図である。 符号の反転が可能な三つの独立した電圧を出力するようなされた本発明の一実施形態による三つのカラムを具備するバッテリーを示す図である。 三相電圧を出力するようなされた図３８のバッテリーの一変形形態を示す図である。 本発明の一実施形態による三相電圧を出力するバッテリーの構造の詳細図である。 三相電圧を出力する図４０のバッテリーの作動例を示す図である。 本発明の一実施形態による電気インピーダンスの測定の実施の略図である。

本発明の有利な態様によれば、バッテリーの全セル又は一部のセルに少なくとも一つのスイッチが組み込まれ、この少なくとも一つのスイッチの駆動装置であって、バッテリーの少なくとも一つのセルにより局所的に電源が供給される少なくとも一つの部分を具備する駆動装置、を介して、必要に応じていくつかのセルを使用する又は使用しないようにすることができる。それにより、バッテリーの最適化、バッテリーの性能及び寿命の向上をはかることができる。
以下の図においては、説明を簡単にする目的から、本発明の各実施形態において同一又は類似する要素については同じ符号を用いることにする。

図４は、先行技術における場合と同様にバッテリーが複数のモジュール１２に編成された多数のセル１１を具備する本発明の一実施形態によるバッテリーの略図である。しかしながら各セル１１は、その各セル専用であって直列に配置された一つのスイッチ１３に結合され、このスイッチのＯＦＦにより、バッテリーの残りの部分からそのセルの接続を解除することができる。したがって以下の説明においてはこれを「セルスイッチ１３」と呼ぶことにする。さらに各モジュール１２は、モジュール１２のセル１１の並列スイッチ１４も具備し、したがってモジュール全体を短絡することができる。したがって以下の説明においてはこれを「モジュールスイッチ１４」と呼ぶことにする。図４に示すように、モーターなどの負荷１５に電源を供給するためにそのようなバッテリーを使用することにより、先行技術において使用されている中間変換装置なしで済ますことができる。以下ではこの作動原理について説明する。

図５は本発明の実施形態によるバッテリーのモジュール１２をより詳細に示す図である。モジュールは、下側隣接モジュールに接続された下側端子１７と、上側隣接モジュールとの直列接続に適した上側端子１８とを含む。この例によれば、このモジュールは、並列接続された６個のセル１１を含む。当然のことながら変形形態ではモジュールは別の任意の数のセルを含むことができる。より詳細には、モジュールはまず、上側端子１８と下側端子１７との間に配置された六つの並列分岐を含み、これらの分岐上には、一つのセル１１、並びに二つの端子１７、１８のうちの一方の端子のセルの接続を切る又は切らないようにするためのセルスイッチ１３が配置される。モジュールは、セルに対し並列であってセルをシャントすることができるモジュールスイッチ１４が配置された第７の分岐を含む。図示例では第三及び第四セルのみが使用されているが、それはそれらセルのそれぞれのセルスイッチ１３がＯＮになっているが、他の全てのセルスイッチがＯＦＦになっているからである。また、モジュール１２をエネルギー貯蔵又は再生という通常の構成に設定するために、モジュールスイッチ１４はＯＦＦになっている。

図６は、図５を参照して上で説明した構成を作製するために選択された電気回路図をより詳細に示す図である。この図６においては、図を簡略化する目的から、二つのセルスイッチ１３のみを図示する。種々のスイッチ１３、１４は、出力トランジスター２３、２４、好ましくは、変形形態では使用することが可能なＰＭＯＳトランジスターと比較して導通状態において導電性の利得をもたらすＮＭＯＳタイプのトランジスターを使用して作製される。変形形態においては、双極子、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴなど、その他のタイプのトランジスターを使用することも可能である。また、電流の通過をより確実にするために、複数のトランジスターを並列に配置することもできる。当然のことながら、セルスイッチ１３と同数のセルトランジスター２３、及びモジュールスイッチ１４を形成するための一つのモジュールトランジスター２４が存在する。これら全てのトランジスター２３、２４は、並列に取付けられたダイオード２５、２６に組み合わされるが、ダイオードは、逆方向に電流を通すというその特性を示すにあたっては、ＮＭＯＳディスクリート出力トランジスターである場合にはトランジスター内に組み込まれ、変形形態では個別のダイオードとなる。最後に、通常「ドライバー」という英語の名称で呼ばれる駆動回路２７にはリンク２８から電源が供給されるが、リンク２８により、最も充電されたセルの電圧にほぼ相当する電圧差であって、リンク２８上に配置されたダイオード４０のレベルにおいて電圧降下により若干（たとえば０．６Ｖ程度）低くなった電圧差を回収することができる。この駆動回路は、種々のトランジスター２３、２４を駆動し、そうすることによりスイッチの駆動という機能を果たすために、これらトランジスターに向けて駆動信号４１を発生する機能を有する。図を明解にする配慮から図示はしないが、同様に、スイッチの状態を評価することができる演算装置、場合によっては通信システムなど、同じ解決方法より、モジュールの全ての電子構成部品に電源を供給することができる。

次にこの装置の作動について説明する。図４の回路と同様の回路において、通常の作動構成でこの装置を使用するときには、セルトランジスター２３のうちの少なくとも一つがＯＮであるが、モジュールトランジスター２４はＯＦＦであるので、それにより、ＯＮのセルトランジスター２３に結合されたセル１１は電圧及び電流を送出することができ、電流はＯＮ状態のトランジスターを横断し、最終的に負荷１５へ電源供給をもたらす。電流は下側端子１７から上側端子１８側に流れる。反対に、全てのセルトランジスター２３がＯＦＦであり且つモジュールトランジスター２４がＯＮである場合には、電流はこのモジュールトランジスターを通過し、モジュールのセルは隔離され、電源電流の発生には関与しない。全てのトランジスター２３、２４がＯＦＦの場合、消費電流、すなわちバッテリーからの放電電流は、モジュールトランジスター２４に結合された反転ダイオード２６を通過し、モジュールの端子１７、１８における電圧はおよそ−０．６Ｖに等しい状態を保つ（上側端子１８の電圧は下側端子１７の電圧よりも約０．６Ｖ低い。この電圧下降はモジュールトランジスター２６に結合された反転ダイオード２６に由来する）。最後に、安全上の理由から、セル１１を短絡させないようにするため、トランジスターモジュール２４もＯＮの場合には、セルトランジスター２３をＯＮの状態にすることが回避される。このように、ＯＮの状態のセルトランジスター２３からモジュールトランジスター２４がＯＮになる状態に移行する場合、又は逆の場合には、たとえば数ナノ秒という短時間の間、全てのトランジスターをＯＦＦにする中間ステップを実施するのが好ましい。

他方、この図６に示す装置は、電流が反転され上側端子１８から下側端子１７に流れる、セル再充電モードでの作動にも適している。通常の状況下ではセルトランジスター２３はＯＮであるがモジュールトランジスター２４はＯＦＦであり、それにより電流はセルトランジスター２３を横断することができ、セル１１を再充電する。反対に全てのセルトランジスター２３がＯＦＦであり、且つモジュールトランジスター２４がＯＮであると、電流はこのモジュールトランジスターを横断し、モジュール全体が隔離されるため、再充電されない。全てのトランジスター２３、２４がＯＦＦの場合には、電流はセルトランジスター２３に結合された反転ダイオード２５を通り、モジュールの端子１７、１８における電圧は、セルの電圧（たとえば３．３Ｖ）にダイオード２５の端子における電圧（たとえば＋０．６Ｖ）を加えた値のままでいる。最後に、この再充電段階においても同様に、安全上の理由から、セル１１を短絡させないようにするため、トランジスターモジュール２４もＯＮの場合には、セルトランジスター２３をＯＮの状態にすることが回避される。

全てのトランジスターがＯＦＦのときであってもモジュールの電圧は低いままであり、それにより、比較的低い電圧に耐え、安価であり、導通状態における抵抗値がきわめて低くしたがって損失がほとんど発生しないトランジスターを使用することが可能になることに留意されたい。このことは、セル１１が４０Ｖ未満の電圧を有する場合、特に確認される。

図７は、同じ原理を異なる方法で作製するための、前出の電気回路図の一変形形態を示し、この一変形形態は、考察されるモジュール、さらには隣接するモジュールのセルに保存されている電圧から回路の電子構成部品１４０への局所的電源供給が特に得られるものである。簡略化する目的から電子構成部品については詳細に説明することはしないが、それら構成部品は、少なくとも一つの駆動回路と、上で説明したようなスイッチとを含む。この変形形態ではＰＮＰバイポーラ−トランジスター１４１がモジュールの各セル１１に結合される。これらのトランジスター１４１は全て駆動装置１４５の一つの端子１４２からの同じ電流により駆動される。その結果、強度が各セル１１の電圧、すなわち各セル１１の充電状態及び健全性によって異なるような電流が各トランジスターの出力側１４３に生じる。結果として得られる電流を電子構成部品に供給するために、これらの電流が付加される。トランジスター１４１の駆動は、最終電源供給電流１４４が所望する値に到達するよう行われる。本解決方法により、モジュールの種々のセルの状態及び使用可能電圧に応じてこれらのセルに負荷を与えることが可能になる。

さらに、ダイオードを使用しているため、この解決方法により、図６を参照して上で説明した実施形態における場合と同様に、モジュールのレベルで使用可能な電圧と電子構成部品が実際に利用可能な電圧との間において電圧降下を受けることが回避される。この電圧降下は、セルがたとえば１．５Ｖの低電圧セルとなるような実施形態においては非常に具合が悪い。

駆動装置１４５は、モジュールのレベルにおける電圧降下を引き起こす可能性がある過大出力を必要としない、上で説明したような電源供給装置の駆動を実現できるようにするため、この実施形態による二つの増幅段１４６及び１４７を含む増幅装置を具備するので、この実施形態では電圧降下が避けられる。そのために、第１トランジスターＴｄｉｆｆのレベルにおいて、モジュールからきわめて低い第１電流が取り出され、次に、端子１４２上で所望の駆動値に達するまで、増幅カスケードによって増幅される。端子１４２上の駆動電流は、電子構成部品１４０の電流需要に応じて自動的に調節されるので、電流はリアルタイムで真に必要な値に制限され、したがってこの駆動に関する平均消費量が制限される。

数値は、駆動用として１２５ｎＡの電流を取り出すことにより４０Ａの電源電流値に到達することが可能な実施例を示す。

本発明の実施形態によれば、各セルは、セルの状態に特徴的な数値を測定する少なくとも一つのセンサーをさらに具備する。この測定センサーはたとえば、当該レベルのセルにおける電圧及び／又は電流及び／又は温度を測定することができる。さらに各測定センサーは、通信装置により、マイクロコントローラータイプの演算装置のようなローカル及び／又はリモートインテリジェント装置に接続され、この装置は測定値を受信し、実施した測定を考慮に入れることによりバッテリーの最適作動モードを決定するために、後でより詳細に説明するバッテリー管理方法を実施する。実際にはこの最適動作とはＯＦＦ又はＯＮすべきスイッチ１３、１４を決めることである。バッテリーの種々のスイッチのこの構成はリアルタイムで変更することができる。したがってこの方法により、たとえば欠陥のあるセル又はオーバーヒート状態のセルを排除すること、電流を各モジュールの内部さえにも向けること、リアルタイムでバッテリーの各セルを均衡させることができる。留意事項としては、バッテリーから電源が供給される負荷１５が求める平均電流は、最大消費時に求められるピーク電流よりもはるかに少なく、そのためバッテリーは、あるモジュールの全体がたとえば不良であるか又はオーバーヒート状態にあると考えられる場合、接続が解除されたセルの数が比較的多いとき、すなわちバッテリーの結合されたセルスイッチ１３がＯＦＦであるか、さらには接続が解除されたモジュールスイッチ、すなわちバッテリーの結合されたモジュールスイッチ１４がＯＮであるとき、大部分の時間、満足のゆく作動が可能である。

図８から図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーの構造内に本発明により付加される電気機能の物理的な実施形態の可能な例を示す図である。

図８及び図９は、バッテリーの各モジュール用として、上で説明した構成部品を含む基板２０が付加される第一の実施形態である。この基板は、各モジュールの下面又は上面上に配置されたプリント回路の形態を有する。このようにバッテリーは各モジュール間に基板２０を含む。

次に、図８及び図９に示す実施形態によれば、各基板は通信バス２１により中央演算装置２２に接続され、演算装置は、バッテリーの一つのモジュール内で局所的に行われた測定の受信し、バッテリーの管理方法を実行するが、この方法は特にバッテリーのスイッチのＯＦＦ及び／又はＯＮの駆動の送信を含む。通信バス２１によるこのデータ転送には、データの多重化及びデジタル化、並びに（変成器又は光カプラーによる）ガルバーニ絶縁が必要となる場合がある。また駆動回路２７が各基板上に設置され、演算装置２２とスイッチの間の中間素子となり、演算装置の駆動を実施するためのスイッチの機能を果たすトランジスター２３、２４に送られる電圧の調節を行うことができる。これらの駆動回路２７は、一切の短絡を防止するために、さらに、たとえばセルスイッチ１３がＯＮであるのにモジュールスイッチ１４をＯＮするということを防止するための安全機能を内蔵することができる。

図９は各基板上にある構成部品をより詳細に示す図であり、温度、電圧及び電流を測定するための測定センサー２９と、たとえば各セルの負荷レベルを評価し、各セルを使用するか否か、などの関連性を決定する一つ又は複数の処理回路３０とを含む。基板２０はさらに、スイッチ１３、１４を形成する種々のトランジスター２３、２４の作動を可能にする駆動回路２７を具備する。最後に基板は、中央演算装置２２と通信するために、通信装置とリンクした通信インタフェースを具備する。特に駆動回路２７及び処理回路３０は、上で詳細に示したように、基板２０上に出力を分配することにより、モジュールの少なくとも一つのセルから電源が直接供給される。

図１０ａ及び図１０ｂは、上で説明した実施形態の各基板の電子機能がただ一つの基板２０上に集約された変形形態を示す図であり、基板上ではセルの軸が基板２０に対し直角になるようセルが配置される。図１０ａは、基板２０上のモジュール１２の分布を見ることができる上面図であり、図１０ｂは、様々なセル１１、並びに、基板２０の図示を簡素にするために網羅的でなく略図で示したセルトランジスター２３のようないくつかの電子構成部品を区別することができる後面斜視図である。しかしながら、基板は、上で説明した全ての構成部品を具備する。通信バス２１は、基板の全長にわたって、基板２０の自由端周辺に位置する中央演算装置２２まで延びている。この通信バス２１は、通信バス専用のプリント回路帯であって、たとえば質量により分離され及び／又は両者の間に安全距離を保持することにより、種々のモジュールの電子構成部品から分離された帯を設けることにより、モジュールの電子部分から物理的に隔離することができる。変成器又は光カプラーのような両者の間の通信素子のみが両者の間にまたがるような状態で残り、その結果、ガルバーニ絶縁を確保しつつ通信が行われる。各モジュール１２に結合された種々の構成部品は、バッテリーの少なくとも一つのセルからの出力分配により局所的に電源が供給される。この出力配分は、当該モジュールのレベルにおいて使用可能な、すなわちモジュールの少なくとも一つのセルから供給される電圧から、各モジュールに対して設けられるのが好ましい。

図１１は、二つのモジュール１２に結合され、この例においてはそれぞれが七つのセルを含む基板２０の構造をより詳細に示す図である。上で説明したように、各セルについて、そのセルに直列な一つのセルトランジスター２３が設けられ、各モジュール１２について、並列な一つのモジュールトランジスター２４が設けられる。また、各セルについて、温度センサー３３、電圧センサー３５及び電流センサー３６が設けられる。これら三つのセンサー３３、３５、３６による測定値は、三つの通信チャンネル４３、４５、４６のそれぞれによるマルチプレクサー３２を経由して、ローカル処理回路３０に送信される。留意事項としては、わかりやすくする配慮から図においては接続部は簡略化されているが、実際には各センサー及び各電圧への接続を得るためのフラットケーブルがある。さらに、トランジスターのレベルにおいて存在する電圧を類推するために、モジュールの電圧も測定されるのが有利である。こうして処理回路３０は、「ＡＤＣ入力」タイプのデジタル化を行う通信入力部３１のレベルにおいてこれらのデータを受信するか、変形形態においては、マルチプレクサー３２のレベルでこのデジタル化が行われるので、これらの信号は既にデジタル化された状態で到着する。可能な一実施形態によれば、処理回路３０は、全センサーに対し問い合わせるのに足る入力／出力点数を有するマイクロコントローラーとすることができる。全てのトランジスター２３、２４は、処理回路３０の命令に従い駆動信号４１をトランジスターに送信する出力駆動回路２７により制御される。最後に処理回路３０は、通信バス２１により、ガルバーニ絶縁を形成するインタフェース３７を介して中央演算装置２２に接続される。ただ一つのモジュールに接続されたこれらの構成部品は全て、モジュール１２のセルのうちの少なくとも一つのセルの電圧から電源が供給される。既に説明したように、バッテリーの各モジュール１２は、その処理回路３０のおかげで自前の知能を使うことができ、モジュール全体を管理する中央演算装置２２と共同でバッテリーの管理方法に寄与する。中央演算装置については図２４を参照して後でより詳細に説明することにする。

他方、一つのモジュールに結合された全ての出力構成部品は、対応するモジュールのレベルで利用可能な電圧により電源が直接供給される。一つのモジュールの少なくとも一つのセルから行うこの局所的な電源供給は、特にトランジスターの駆動回路２７のように、上で図１１において例として説明した構成部品のうち、電源を必要とする全ての構成部品に関連する。結合されたモジュールから電源が供給されるそのような駆動回路は、その他のモジュール及び／又はモジュールの外部の電位から電気的に絶縁される。そのような実施形態は、破損又は短絡をもたらす可能性がある、段の電位とはきわめて異なる電位により、あるトランジスターを制御するというリスクが排除されるという長所を有する。さらにこの解決方法は、駆動回路の構成部品と電源との間の接続数を減らすことができるという追加的長所を有するが、それはこれらの要素同士の間及び電圧発生源からの距離を短くすること、特に、接続すべきセルにできるだけ近いところにトランジスターを設置することにより、これら要素をまとめることが可能であるからである。最後に、きわめて短い接続を使用することにより、たとえば二つのモジュール間の短絡のあらゆるリスクが著しく低減される。

同様に、段から電源が供給される通信装置により、高度に絶縁されたリンクを経由して他の段及び／又は中央システムとの通信が可能になることがあり、電気的リスク（段間の短絡、バッテリーの一つの段の電位と比較して数ｋＶというようにきわめて異なる電位のところに設置された中央システムの故障、修理者にとっての電気的リスク）を防止することができる。ガルバーニ絶縁を通して出力トランジスターを駆動することが可能なパルス変成器とは異なり、モジュールから電源が供給される通信装置により、受信信号の解釈（アドレス、情報の解読）、送信する信号の符号化、通信ラインの共通化が可能である一方、パルス変成器では、各トランジスターに合わせて個別化された接続ラインを使用することにより出力トランジスターを「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」することが可能であるに過ぎない。通信装置はたとえば、多数のマイクロコントローラー内に存在するインタフェース１２Ｃとすることができ、これを、ガルバーニ絶縁を介して各段に対し共通化された通信バスに接続する。通信装置もまた、バッテリーの少なくとも一つのセルから局所的に電源が供給される。

上で説明した例においては、バッテリーの管理方法は、各モジュールのレベルに配置されたローカル処理回路３０と中央演算装置２２との協働により実行される。したがって、バッテリーの諸管理機能の全てはこの組合せにより実行することができることになる。ローカルレベルのいくつかの管理機能を中央レベルに送るか、中央レベルからローカルレベルに送ることにより、複数の実施形態を想定することが可能である。

図１２から図１４は、バッテリーの管理方法が各モジュール、さらには各セルのレベルでもっぱら局所的に実行される第二の実施変形形態を示す図である。これは、様々なスイッチのより反応の良い操作が可能になる、基板２０と中央演算装置２２との間にガルバーニ絶縁を設け、転送すべき情報を複雑に符号化しなければならないという義務を回避することができるという長所を有する。図１２は、温度、電圧及び電流を測定するために各基板２０が測定センサー２９を含み、たとえば各セルの負荷レベルを評価し、各セルを使用する又はしないという関連性を求めるために一つ又は複数の処理回路３０を含む、そのような変形形態を示す図である。基板はさらに、セルスイッチ及びモジュールスイッチを形成し、自らのモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセルから局所的に電源が供給される種々のトランジスター２３、２４を作動させることができる駆動回路２７を具備する。

図１３は、この例では六つのセルを含む、モジュール１２に結合された基板の構造をより詳細に示す図である。上で説明したように、各セルについて、セルに対して直列に配置された一つのセルトランジスター２３が設けられる。またさらに、温度センサー３３、電圧センサー３５及び電流センサー３６が各セルのレベルに配置される。これら三つのセンサー３３、３５、３６による測定値は、三つの通信チャンネル４３、４５、４６のそれぞれによるマルチプレクサー３２を経由して、あるいは変形形態では、共通化された同一のチャンネルにより処理回路３０に送信される。こうして処理回路３０は、「ＡＤＣ入力」タイプのデジタル化を行う通信入力部３１のレベルにおいてこれらのデータを受信する。可能な一実施形態によれば、処理回路３０は、全センサーに対し問い合わせるのに足る入力／出力点数を有するマイクロコントローラーとすることができる。留意事項としては、ただ一つのモジュールトランジスター２４は、この実施例において、トランジスター３４によって形成された複数の並列スイッチに置き換えられる。この変形形態においては、並列トランジスター３４がＯＮにされたとき、出力経路長をできるだけ短縮するよう、これらのトランジスター３４が各セルに対し並列に配置される。このように、全ての実施形態及びその変形形態においては、モジュールスイッチ１４は、モジュールの各セル上の並列スイッチに置き換えることができる。これらのトランジスター２３、２４は全て、処理回路３０の命令に従い、駆動回路２７により制御される。

図１４ａ及び図１４ｂは、図１０ａ及び図１０ｂのそれと類似する第三の変形形態を示す図であり、電子機能はただ一つの基板２０上に集約され、基板上には、セルの軸が基板２０に対し直角になるようセルが配置され、中央演算装置とのリンクなしで、各モジュールのレベルにおけるそのローカル処理のみが行われる。図１４ａは基板２０上のモジュール１２の分布を見ることができる上面図であり、図１４ｂは、様々なセル１１、並びに、基板２０の図示を簡素にするために網羅的ではなく略図で示したセルトランジスター２３のようないくつかの電子構成部品を区別することができる後面斜視図である。しかしながら、この基板は、図１３を参照して説明した全ての構成部品を含む。

留意事項としては、最終的に様々な数の基板２０で実施形態を実現することが可能であり、一つの基板は、一つ、二つ又は任意の数のモジュールについて本発明の電子回路を含むことができる。さらに、上で説明した電子構成部品の一部しか基板上に存在する又はしない実施形態、あるいはセル及び／又はモジュール間でいくつかの構成部品が共有される実施形態を予想することも可能である。たとえばスイッチ駆動回路は隣接する複数のモジュールが共有することができ、その結果、許容できる電圧電源を保持することが可能になる。

いずれの場合も、接続部の長さを最大限短縮するよう、したがって関連する損失を最大限低減するようセルの端子に最も近いところにセル１１との接続端子が配置されるよう基板２０が配置されるのが有利である。同様に、基板のプリント回路上では、出力線は可能な限り短く、導体の断面積は可能な限り大きくする。

導体の断面積を大きくするためには、導体ロッド又は導線を上から溶接することにより、プリント回路のトラックを補強することが可能である。図１５は、プリント回路タイプの基板２０が複数のセル１１のモジュール上に重ねられるそのような解決方法を示している。この図では、わかりやすくする配慮から二つのセルの二つのモジュールだけを示してあるが、バッテリーは、二つ以上のモジュールを具備し、それぞれのモジュールが二つ以上のセルを有する。留意事項としては、そのような補強は、発生する熱、特に出力トランジスターから発散される熱の第２の排出機能を果たし、そのために、その形状は、対流器又はラジエーターのようにこの機能を促進する表面を有することができる。対流器１６はこの基板状に設けられ、その結果、セルを基板の電子部分に電気的に接続する（たとえば、正極及び負極が基板を横断し、セルの端子に締めつけられるナットを介して基板及び補強出力トラックを締めつけるようなセル。熱膨張の影響を補正し、長期間良好な電気的接触を確保するために、基板とナットとの間に、比較的弾性を有するワッシャーを追加することができる。変形形態では単純なハンダにより、セルの端子とＰＣＢ基板の出力トラックとの間の電気的接触を確保することができる）。図に示すように、導電補強材１９がプリント回路のトラックに追加される。この補強材は、トラックにハンダ付けされた及び／又は接着された潜在的なヒートシンクにもなる。これを補完するものとして、空気の循環、並びにセル１１及び電子構成部品の冷却を促進するために、図示しないが穴を基板２０に穿通することができる。

図１６は、先行技術においてよく用いられているリチウムイオンタイプのセルの内部構造を示す図である。上で説明したように、そのようなセルは円筒形であり、多数の正極５１及び負極５２を具備し、これら電極は同じ軸で巻線され入れ子になり、電解液層５３により分離された層の形態を有する。第一外面は、バッテリーの正極５４すなわち第一電流コレクターを形成し、第二外面は、負極５５すなわち第二電流コレクターを形成する。

図１７は本発明の第二の実施形態によるリチウムイオンタイプのセルを示す図であり、この実施形態では、追加機能はセル構造の内部に組み込まれている。

このように、本発明のエネルギー保存セル５０は、図１６に示す先行技術のバッテリーと同じ構成部品を含む。バッテリー５０の内部への構成部品の組み込みを容易にするために、正の内側電極５４’が追加され、基本バッテリーのエネルギーを保存する活性部分に接続される。このようにバッテリーは、トランジスターの形態であってバッテリーの活性部分に対し直列に配置されたセルスイッチ６３と、バッテリーに対し並列、すなわちセルトランジスター６３に対し直列な活性部分に対し並列に配置された第二トランジスター６４を具備する。バッテリーはさらに、これらのスイッチの駆動装置と、入力インタフェース６１及び駆動回路６７を伴うマイクロコントローラー６０を具備し、駆動回路はマイクロコントローラーからの指示を受信し、ＯＦＦ及び／又はＯＮのコマンドをスイッチに送信する。最後に、バッテリーは、一つの温度センサー６２と、一つ又は複数の電圧センサー６５と、一つの電流センサー６６を組み込む。したがってこれらの構成部品は全て、上で触れた内側の正極５４’と外側の正極５４の間に設けられたセルの上側体積空間内に実装される。もちろん、変形形態では、これらの構成部品は、セル５０の外被部材６８の内側など、違う配置にするか、セルが、これらの構成部品の一部しか内蔵しないようにすることができる。たとえば携帯電話用のフラットバッテリーのようにセルを長方形にすることができる。また、活性部分の電極の極性並びにセルの極性を反転することができよう（直列トランジスターは、正極ではなく負極側に設置されることになる）。他方、これらの構成部品はセルの活性部分から電源が直接供給される。

図１８から図２０は前出の実施形態の一変形形態を示す図であり、この変形形態においては、セル５０の内部に追加された種々の構成部品は、必要な電線数を減らし、そのようなセルの大量生産を容易にするために、プリント回路タイプ７０の基板上に配置される。図１８はそのような実施形態を示す図であり、この実施形態においては、基板７０はセルの二つの正極５４’、５４間にあり、これら二つの端子に直接接続されている。基板の側面部分は、たとえば接着剤を含む防水層７１で被覆され、ラッカータイプの絶縁保護層で保護される。この防水層７１によって、基板を保護し、且つ防水にして固定しながらも、防水してセルの二つの極５４、５５をセルから分離することができる。さらに、基板７０の上に設置された構成要素は、セルのＯＮである部分によって電源を直接供給され、ワニスタイプの保護絶縁層によって守られている。

図１９及び図２０は基板７０の一実施例の詳細図である。基板はセルの下側正極５４’との下側リンクを含む。基板はその下側表面に以下の構成部品を組み込んでいる：マイクロコントローラー６０又は論理回路から送出された低出力低電圧信号を基にして出力トランジスターを制御する駆動回路６７。この実施形態においては、マイクロコントローラー６０は、入力インタフェース６１によるＣＡＮタイプのアナログ−デジタル変換器を介して、種々のセンサー、すなわち一つの温度センサー６２と、それぞれ内側の正極５４’、外側の正極５４の電圧を測定するための二つの電圧センサー６５と、一つの電流センサー６６とに、接続される。基板７０はさらに、直列のセルトランジスター６３及び並列の第二トランジスターを組み込んでいる。さらに、この変形形態によれば、マイクロコントローラー６０は、セルの外被部材６８を横断するチャンネルにより、通信端子７２に接続され且つセルの外部からアクセス可能な通信インタフェース６９を具備する。この通信端子７２により、同じモジュール上で並列接続されたセル、又は外部制御システムとの通信が可能になる。そのような場合、通信のガルバーニ絶縁を設置することができる。

セルの内部に組み込まれた基板を使用するこれらの場合は常に、ただ一つのトランジスターで得られるＯＮ状態における総抵抗値の値を下げ、より多い電流を流すようにするか、熱の排出を容易にするために、温度上昇を基板７０上の複数の場所に分散させるために、スイッチ機能を果たす目的で複数の並列接続トランジスターを使用することが可能である。

このように、本発明の第二の実施形態の範囲内では、先に説明した機能を外被部材内に直接組み込むセルを使用することにより、本発明の第一の実施形態及びその変形形態を変更することができ、それにより、本発明の第一の実施形態において説明した独立した基板２０の必要性を回避することができる。バッテリー内のセルの物理的構成は適用例毎に異なるが、基板２０がそのような物理的構成に従わなければ第一の実施形態とは異なり、この第二の形態においては、基板はセルに合わせられるが、バッテリー内のセルの構成には合わせられない。

このように説明したバッテリーの構造はモジュールタイプであり、適当なフレーム又はラック内に、通信バス及び出力バスを介して相互に接続できる、独立して取り外し可能な種々のハウジングの形態で物理的に実施することができる。各ハウジングは、一つのモジュールから複数のモジュールに至るまで、バッテリーの任意の下位部分を含むことができる。

図２１は、ラックタイプのモジュラー構造内に種々のハウジング１５０が配置されたそのようなアプローチを示す図である。各ハウジングは、独立し、ロック／アンロック装置により保持されるスライダーの形態で固定される。ハウジングはその固定位置において、コネクター１５３を介して通信バス１５２に接続され、その結果、高度にガルバーニ絶縁され、また出力コネクター１５４により通信バス１５１に接続されるので、これらのハウジングは隣接するハウジングとの直列結合が可能になる。ロック／アンロック装置１５８は、ハウジング１５０を抜き取るためにこの装置が操作されたとき、通信バス及び出力バスへの接続を自動的に切断することができるスイッチシステムに結合される。残りのハウジング間の接続を切断しないようにしてハウジングを抜くときには、たとえば機械的又は電気的スイッチ１５５を介して接続が短絡に置き換えられる。そのために、ロック／アンロック装置のレバー又はハンドルの操作によるロック／アンロック動作の開始が検出され、情報が中央演算装置など、バッテリーの総体的管理システムに送信される。ハウジングのアンロックの場合、演算装置は、バッテリーの総体的動作からただちにロック／アンロック装置を切り離し、端子に０電圧を印加するが、これによりその後の操作の安全性が確保され、安全な保存が可能になる。次にスイッチにより、出力及び通信バスとの接続が機械的又は電気的な方法で自動的に切断される。フレーム内にハウジングを挿入する場合には、前出の操作の逆の操作が行われる。

このようにバッテリーは直列に配置された複数のハウジングを含むとともに、ハウジングを取り外し可能な方法で収納するための複数の場所とともにフレームを含み、一つの場所は、出力バスを介してあるハウジングをバッテリーの端子に接続するための電気接点を含み、この場所は、ある場所内にハウジングが存在しない場合、フレームスイッチに結合されるので、フレームの別の場所内に配置された少なくとも一つの別のハウジングを介して、電気的再現を保持することができる。

この構造はバッテリーの物理的管理が容易になるという長所を有する。各ハウジング内に含まれる各サブアセンブリは、上で示した実施形態において説明した構造のおかげで、独立的に又は半独立的に管理される。したがって、充電状態、老化など健全状態、万一の場合の劣化、各ハウジングの電流及び電圧容量を正確に知ることができ、ある所与のハウジングが不良の場合、そのハウジングで作業を行い、モジュール、さらにはセルを交換するか、必要であれば、バッテリーセットには影響を与えることなく交換することが可能である。

このようにこの物理的アセンブリは図２２に示すような自動車に組み込むことができ、同図では種々のハウジングは、自動車の下部の全長にわたって配分され、たとえば、出力バス１５１及び通信バス１５２を含むリンク１５６により相互に結合され、このセットは中央演算装置１５７に結合される。

本発明は、上で説明したようなバッテリーの管理方法にも関する。この方法は、バッテリーの少なくとも一つのセルから、セルスイッチの駆動回路に電源を供給するステップを含む。

本方法はさらに、バッテリーの少なくとも一つのセルによる電源供給を必要とするバッテリーの内部のその他の全ての電子構成部品に電源を供給するステップも含むことができる。
本バッテリー管理方法は以下の追加ステップを含むことができる。
− セルの状態を表す、バッテリーの所与のセルのレベルにおける値を測定するステップ、
− 前記測定値を考慮に入れることによりセルスイッチ及び／又はモジュールスイッチ及び／又は並列スイッチの位置を決定するステップ、
− 上の決定に応じて、セルスイッチ及び／又はモジュールスイッチ及び／又は並列スイッチのＯＦＦ又はＯＮを指令するステップ。

このように、本バッテリー管理方法により、複数のセルスイッチ及び／又はモジュールスイッチの位置を常に求めることができるので、バッテリーの各モジュールを均衡させることができ、モジュールの各セルを均衡させるために電流を各モジュールの内部に向けることができる。本方法は特に、セルのレベルにおいて測定した値を基にして欠陥セル、オーバーヒート状態のセルなどを認識することより、セルの不良及び／又はリスクのある状態を診断することから成り、その結果、たとえばセルスイッチをＯＦＦにするか当該モジュールスイッチをＯＮにすることにより、当該セルをバッテリーの総体的動作から切断する又は隔離することができる中間ステップを含むことができよう。

したがって、図５に示す例に戻ると、セル１、２、５及び６は隔離されていると思われる。多数のセル及びモジュールを含むバッテリー内では、バッテリーの使用に不利な影響を与えることなく、たとえば全セル数の１０％というように相当数のセルを隔てることが容易であるが、これは、一般的に需要電流が利用可能最大電流より低く、消費のピーク状態でのみ使用されるからである。また消費のピーク時であっても、隔離されているセルを一時的に利用してより大きなニーズに対応することができる。これらのセルは大部分の場合、使用されない状態のままであるので、セルがバッテリーの総体的健全性を損ねることはない。

したがって、本バッテリー管理方法は、限定しない例として、バッテリーの少なくとも一つのセル、全てのセル、あるいは一部のセルのレベルにおいて、電流、電圧、温度、インピーダンススペクトロメトリー、あるいはその他のものの一つ又は複数の測定値を含み得る、セルの状態を評価するステップを含むセルの診断ステップを含む。このため、測定した値はあらかじめ決められたしきい値と比較することができる。したがって各セルトランジスターの操作はセルのこの評価状態によって異なり、たとえばセルにより異常電流又は異常温度が出現した場合、あるいは衰弱セルを通して放電する隣接セルの状況のようにセルが他のセルに反転電流を供給する場合、この制御によりたとえばセルの接続を切ることができる。

セルを診断するステップは、特に、セルの充電を評価し、セルの健全状態を評価するステップを含む。同様に各セルトランジスターの制御はこれらの評価によって異なる。特に、セルの推定充電量と放電しきい値及び／又は充電しきい値との比較を確立することができる。

セルを診断するステップは、たとえばセルの複雑な電気インピーダンスの測定を含む。そのため、たとえばセルに結合された直列スイッチのＯＦＦ又はＯＮのようなスイッチの個別駆動など、セル内を電流が通過する際、セルのレベルにおける電流及び電圧の測定が行われる。ホワイトノイズ、に対する応答、目量、又はパルスに対する応答により、複雑なインピーダンスの測定を既知の方法で行うことができ、それにより、セルの充電状態又は健全状態に関する情報を推論することができる。

本発明の一実施形態によりセルを診断するステップは、電流変成器を介して行うセル内部の電流の測定も含む。これは、特に直流電流の場合、測定を容易にするために、直流センサーを使用しないで電流の周波数を上げるという着想である。この周波数を上げるための第一の解決方法は、モジュールのレベルで使用されるセルを交互に配置し、バッテリーから出力電圧を発生させるために使用されるモジュールを交互に配置することである。第二の解決方法は、電流を測定する瞬間にセルを急速に接続し且つ接続を解除することから成る。最終的にこれらの解決方法はセルのレベルにおいて電流のハッシングを実施し、それにより、この電流の測定を促進することができる。したがって、電流センサーとして単純な電流変成器を使用するだけでよく、これは、図示した実施形態において説明した種々の電子構成部品を含む基板上に配置することができる。

セルを診断するステップはセルの充電状態の評価も含む。このための第一の解決方法はセルの出力電圧を測定することに基づく。別の方法は、累計アンペア時、次いでセルの容量との関係における充電率を把握するために、放電状態から電流を積分することから成る。この後者の解決方法は、電流の積分に由来するこの偏流を補完し、セルの老化に応じてセルの容量を更新するために、完全な充電及び放電作業による定期的な較正が必要である。この較正は、他のセルが通常的に作動している間に、一つ又は複数のセル上で行うことができるので、バッテリーを完全に停止する必要がないという長所を有する。バッテリーの均衡を保持するため、全てのセルがほぼ同じ回数の較正を受ける。

また本バッテリー管理方法はセルの使用の周期的変更を実行することができるので、固定であっても可変であってもよい所定の周期比に従ってバッテリーのセルの全て又は一部が通常作動状態から接続解除状態に及びその反対に移行する。この周期比により、バッテリーの各セルの使用時間の比率を決め、たとえば、不良セル又はオーバーヒート状態のセルの使用時間の比率がオーバーヒート状態でないセルの使用時間の比率よりも低くなるようにすることができる。そのようなサイクルは、電流又は電圧の全体的ニーズに応じて、全セルについて又はその一部について、たとえ良好なセルであっても用いることができる。要求される電流を満たすよう、常に充分な数のアクティブなセルを確保することにより、常にたとえばほぼ同等数のアクティブなセルが得られるよう、種々のセルの作動サイクルは時間的にシフトすることができる。

こうして本バッテリー管理方法は以下のステップを実行する。
− バッテリーが負荷に接続されているとき、充電率が最も高いモジュール及び／又はセルを、バッテリーが再充電されているときは充電率が最も低いモジュール及び／又はセルを優先的に使用することにより、モジュール及び／又はセル間を均等化するステップ、
− モジュール及び／又はセルの充電が均等になるよう、同じモジュール及び／又はセルを常時使用することはしないで、モジュール及び／又はセルの平均使用率を変更することにより、モジュール及び／又はセル間を均等化するステップ。実際、たとえば、ある一つのモジュールが他のモジュールと比べてきわめて充電されていて、その充電状態が他のモジュールの充電状態にできるだけ早く到達するよう、そのモジュールを常時使用する場合、そのモジュールはオーバーヒートするおそれがある。均等化はバッテリーの充電中又は使用中に連続して実行するのが好ましく、そうすることにより、均等状態に素早く到達するために、あるモジュールに強く負荷をかけるという必要がない。そのようなモジュールの平均使用率を他のモジュールと比較して数パーセント変えるだけで、バッテリーパックのモジュールのストレス及び温度上昇の均衡を過度にくずさなくとも、モジュールの負荷の均等化を確保することができる。この均衡化は、同じモジュールであるかないかにかかわらず、そのセルに対し同じように適用される。
− モジュールが供給できる電流に応じてモジュールを選択し、モジュールが所要電流以上の電流を供給できるとき、モジュールに負荷をかけるステップ。所要電流がより少ない段階においては、電流供給能力がより低いモジュールを使用する。
− 温度が最も高いモジュール及び／又はセルの使用を制限するか、所要電流が最も少ないときに優先的に使用するステップ。包括的には、あるモジュール及び／又はセルの温度がしきい値を超えることが防止され、この超過のリスクが事前に想定される。セルの老化を均一にし、セルの寿命を延ばすために、バッテリー内部の温度を比較的均一に保つのが最適である。

変形形態においては、他の戦略が想定可能であり、バッテリー管理方法はたとえば以下のステップを含むことができる。
− 必要な初回の交換時、バッテリーのある部分だけを交換すればいいようにするため、その部分を優先的に使用するステップ。バッテリーのその部分は互換性がより高くなるよう想定することが可能である。
− 集中的使用に耐えるよう最適化されたセルをより高い割合で使用し、バッテリーの残りの部分の負荷は制限し、その残りの部分はむしろエネルギー容量をもたらすよう最適化するステップ。より一般的には、セル技術において異質なバッテリー、すなわち異なる性質のセルを集約したバッテリーの場合、各セルの長所を考慮して全体的性能を最適化するためには、使用において異質性をもつことが有利なことがある。

留意事項としては、本バッテリー管理方法は、セルの老化を遅らせる目的で、一つ又は複数のセルの充電電流及び／又は放電電流をハッシングするステップを実行する。このハッシングは、バッテリーの出力部分において良好な電圧レベルを確保しつつ、ある周期比によりセルを接続及び切断するかのモジュールの作動を交互にすることにより容易に実行することができる。電流のハッシングにより、より高い「ピーク」電流に到達することができ、それは、セルの内部では、通常電圧より高い最大電圧となって現れるので、セル内のイオンのマイグレーションが促進され、保存容量の損失が軽減される。

他方、本バッテリー管理方法の範囲内で以下のステップを実行することが可能である。
− モジュールの電圧の上側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをＯＮし（しきい値は、セルが接続されたときにモジュールのレベルにおいて充電時に到達可能な最大電圧に安全値を加えたものに相当。これは、充電電流がバッテリーを通過する間、全てのセルの接続が切れていることを検出する方法である）、モジュールトランジスターを通過する放電電流が出現した場合、モジュールトランジスターを再度ＯＦＦするステップ。この電流は他のモジュールセル内でも検出される。したがって電流センサーはセルトランジスター及びモジュールトランジスターに共通な出力チャンネル上に設置することができる。セルが不良でない場合、又は充電不足でない場合、セルトランジスターをＯＮする。
− モジュールの電圧の下側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをＯＮし（しきい値は、セルが接続されたときにモジュールのレベルにおいて放電時に到達可能な最小電圧から安全値を引いたものに相当）、放電電流がバッテリーを通過する間、全てのセルの接続が切られていることを検出し、モジュールトランジスターのレベルで放電電流が出現した場合、モジュールトランジスターを再度ＯＦＦするステップ。この電流は他のモジュールセルのレベルでも検出される。モジュールの電圧がセルの電圧に向かって再上昇するときには、非不良セル又は過充電セルについてはセルトランジスターをＯＮする。モジュールの電圧の再上昇を確認することにより、モジュールのレベルにおけるモジュールトランジスターのいずれもＯＮのままではないことを確認する。
− モジュールの電圧の下側しきい値を超えてから短時間後、モジュールトランジスターをＯＮし、しきい値より低い放電電流が発生し、及びモジュールトランジスターのＯＮの直前に、高すぎる放電電流が原因でセルトランジスターがＯＦＦになった場合、モジュールトランジスターを再度ＯＦＦし、次いでセルトランジスターをＯＮ（セルトランジスターをＯＮすることにより、並列接続セル上でＯＮのままになっているであろうモジュールトランジスター内で、電流の低下、さらには電流の反転が生じなければならない。これは、それらのＯＦＦを加速させるからである）にするステップ。モジュールトランジスターがＯＮしたままであったとすると、それによりセルトランジスター上で過電流を生じさせるおそれがあり、そのため、これらトランジスターの再度ＯＦＦを生じさせる。
− たとえばあるしきい値より高い電圧、あるいはあるしきい値を超える最大保存アンペア時によりセルが過充電される傾向を有する場合、放電電流があり、且つ対応するモジュールトランジスターがＯＦＦの場合、セルトランジスターはＯＦＦになるステップ。対応するモジュールトランジスターがＯＮの場合には、上で説明した操作を適用する。
− たとえばあるしきい値より低い電圧、あるいはあるしきい値を下回るアンペア時によりセルが充電不足になる傾向を有する場合、セルトランジスターをＯＦＦにするステップ。充電電流が存在し、且つ対応するモジュールトランジスターがＯＦＦの場合には、セルトランジスターは再度ＯＮになる。対応するモジュールトランジスターがＯＮの場合には、上で説明した操作を適用する。
− セルがオーバーヒート状態になったらセルトランジスターをＯＦＦにし、そこで、セルトランジスターのＯＮ・ＯＦＦ動作を周期的に繰り返し、対応するモジュールトランジスターがＯＦＦである限り、セルの温度を許容可能なレベルに制限する。セルの温度が過度に高い値に達した場合、セルトランジスターはＯＦＦのままである。温度が、あらかじめ決められた許容しきい値を再び下回ったときには、対応するモジュールトランジスターがＯＦＦのままである場合には、トランジスターは再度ＯＮになる。その後温度が過度且つ異常に急速に再上昇すると、セルは不良とみなされ、そのセルトランジスターはＯＦＦの状態に保たれる。
− セル内の電流が、セルトランジスターの充電及び放電段階における動作の場合、異なっていてもよい最大しきい値を超えたときにセルトランジスターをＯＦＦにし、次いで、段の電圧がセルの電圧に近づき、もちろんモジュールトランジスターがＯＦＦのままである場合、セルトランジスターを再度ＯＮする。このことは、このＯＮ動作では、即時再ＯＦＦ動作を必要とする過電流が発生しないことを意味する。
− 当然のことながら、セルが不良と診断された場合、それに結合されたセルトランジスターはセルが必要に応じて交換されるまでＯＦＦの状態のままである。

最後に、バッテリーの診断方法は、より一般的には、たとえば、電圧、電流、温度、アンペア時など、セルの状態に特徴的な少なくとも一つの値、さらには任意の別の重要な値を測定するステップ、次いで、この測定値を考慮して、結合されているセル及び／又はモジュールスイッチの状態について判定するステップを含む。上で説明したように、この決定は、セルスイッチの完全ＯＦＦ、あるいはセルの故障時には関連するモジュールスイッチをＯＮし、バッテリーの残りの部分の接続を切るか、中間的には、セルを許容できる状態に維持するために、最適な周期比によりＯＦＦ及び／又はＯＮを交互に行うことから成る動作をもたらすことができる。したがって、一実施形態によれば、到達したしきい値によって異なる動作を判定するために、ある一定の測定値について複数のしきい値をあらかじめ確定ことができる。出力を消費するあまりにも頻繁なスイッチングを避け、無意味なスイッチングを避け、さらにバッテリーの種々のセル間でのスイッチングの同期を完全に制御するために、スイッチのＯＮ及びＯＦＦ操作を最小限にするよう、ある所与のセルに関連する値の測定に引き続いて行う動作が決められる。

先に説明したように、上述の電池管理方法は、ローカル及び／又はリモート演算装置により実施することができる。この演算装置は一つ又は複数のマイクロプロセッサーを含むことができる。

留意事項としては、中央演算装置に頼ることなくローカルで本方法を実施する場合、以下のような長所がある。
− 一つ又は複数の測定並びにその分析はローカル且つ他のモジュールとは独立して行われるので、反応をきわめて速くすることができる。この反応は、ガルバーニ絶縁を有するリンクによる通信を必要とし、まず第一の遅延を発生するシリアル符号化、次いで転送速度が低いため第二の遅延をもたらすバスによる転送による中央演算装置による実施よりも高速である。
− モジュールが独自の演算装置を含む場合、各セルについて、その健全状態及びその充電状態について正確な診断ができるよう、高度な処理方法を用いることができる。

セルの管理が完全にローカルである場合には、本バッテリー管理方法は以下の特有ステップを含むことができる。
− 同じ段のセルの故障率がしきい値に達した場合ただちに、段の作動を止めるために、全セルのＯＦＦ、並びに各セル内に潜在的に設置されている分流器の起動を命令する。
− たとえば漏電、オーバーヒートがあるときなど、セルが故障したとき、セルが過放電状態であるとき（これはたとえば電圧しきい値を下回ることによって検出される）又は過充電状態であるとき（これはたとえば電圧しきい値又は許容アンペア時を上回ることによって検出される）には、セルは直列トランジスターのＯＦＦによって切断される。
− セルが熱くなったときは、ある周期比により接続／切断することができるので、その温度上昇が制限される。この目的は、セルのレベルで測定される温度に応じて周期比をサーボ制御することによって実現することができる。
− 切断されたセルから見て段の電圧が０Ｖ未満（たとえばおよそ−１００ｍＶ）まで充分に降下した場合、セルはそのパラレルトランジスターをＯＮする（電圧は自動的に０を通過するので、すなわち通常、同一段の全セルが切断されるので、バッテリーパック上で電流が消費されるときには、並列接続セルが短絡されるリスクはない）。電圧がしきい値未満に移行するのが検出されるのと、隣接セルも、しきい値を通過したことを検出する時間がもてたようにするためのパラレルトランジスターとの駆動との間には若干の遅延を設けることができる。
− バッテリーパックに充電電流を印加する際、切断されたセルから見て、外部電圧が、充電時にセルが到達できる最大電圧を超えて上昇した場合、セルはそのパラレルトランジスターをＯＮする（電圧がこのしきい値を超えるためには段の全セルをＯＦＦしなければならないので、並列接続セルが短絡されるリスクはない）。
− 所要電流を供給する、又は入力電流を受け入れるのに充分な数の並列セルがなくなった場合に特に発生する、セルから見て電流が高すぎるケースでは、セルの直列トランジスターがＯＦＦになり、それによりセルが劣化するリスクが排除される。この切断後、残っているアクティブな並列接続のセルから見て電流が高すぎる場合、セルは自動的に切断する。
− 段の全てのセルが切断され、バッテリーから電流が消費される場合、段のレベルにおける電圧が低下し負になる傾向がある。このとき、各セルはその並列トランジスターをＯＮにし、トランジスターはバッテリー内で電流を循環させるため受け継ぐ。
− 段の全てのセルが切断され、再充電電流がバッテリーに供給されると、段の電圧は上昇し、セルの最大充電電圧を超える。この場合、セルにより並列トランジスターのＯＮが開始する。
− 電圧しきい値を超えたことを全てのセルが検出したことを確信するために、各セルのレベルにおける並列スイッチの駆動に対し自発的に若干の遅延を設定し、このＯＮ動作により電圧を０に戻す前に電圧をよく変化させる。
− 過大な放電（電圧しきい値未満への移行）の結果、セルが切断した場合、段の電圧がセルの電圧を上回るようになってきたらただちに再度ＯＮするよう設定できる（並列スイッチはＯＮしなかった場合）。並列スイッチがＯＮにされていた場合、無効にする決定は、再充電電流の方向である分流器を流れる電流を検出してから行うことができる。すると、並列に配置された一つ／複数のセルが何らかの理由によりＯＮにされたその並列スイッチを保持しない限り、並列スイッチのＯＦＦにより電圧は再上昇することができるはずである。電圧が一定時間内に再度上昇することができない場合、並列配置セルの並列スイッチが長時間あらゆる電流を受けることを防ぐために、並列スイッチが再度ＯＮされる。反対に電圧がセル電圧又はそれ以上まで再上昇する場合、直列セルスイッチがＯＮになり、セルが再充電される。
− 過大な充電（電圧しきい値より上への移行）の結果、セルが切断した場合、段の電圧がセルの電圧未満になってきたらただちに再度ＯＮするよう設定できる（並列スイッチはＯＮしなかった場合）。並列スイッチがＯＮにされていた場合、無効にする決定は、放電電流の方向である並列分流器を流れる電流を検出してから行うことができる。すると、並列に配置された一つ／複数のセルが何らかの理由によりＯＮにされたその並列スイッチのＯＦＦに引き続いてセルスイッチがＯＮする。全てのセルが常に放電電流を検出する時間を有することができるよう、並列スイッチのＯＦＦと直列セルスイッチのＯＮとの間に若干の遅延を設けることができる。
− 過大電流の結果、セルが切断し、並列スイッチが作動しなかった場合、並列に設置されたセルが電流に耐え電圧を保持することができたことを意味するので、セルは、段の電圧がセルの電圧に充分に近くなったらただちに、再接続を試みることができる。
− 過大電流の結果、セルが切断し、並列スイッチが作動した場合、隣接するセルが過大に充電されていたか、過大に放電されていたため、もはや電流の保存には与らなかったことが推定される。この場合、並列スイッチ内を流れる電流は、セルのＯＦＦを発生させ（且つ隣接するセルを想定させ）た電流とは反対の符号になるとすぐに、ＯＦＦになる。充電電流があると、電圧がセルの電圧に接近するとただちにセルスイッチがＯＮになり、一定時間内に電圧が再上昇できない場合、並列スイッチが再度ＯＮされ（並列接続セルがその並列スイッチを再度ＯＦＦすることはなかったため、大電流を長時間残しておくことは不可能であると仮定する）。放電電流があり、且つ段の電圧が降下し出す場合、直列スイッチはＯＮになり（すなわち並列に設置された全てのセルの並列スイッチがＯＦＦであることが確実であると。そうでない場合には電圧は降下できなかったであろう）、全てのセルに対し、放電電流、次いで電圧の降下を検出する時間を確保するために、並列スイッチのＯＦＦ（次いで電圧の降下の検出）とセルスイッチのＯＮとの間に若干の遅延を設けることができる。
− セルの修復不可能な機能低下の結果、セルが切断した場合、セルスイッチが再度ＯＮになることは絶対にない。反対に、場合によってはＯＮしなければならない並列スイッチはＯＦＦにすることもできる。段の電圧がしきい値を下回る値（およそ−１００ｍＶ）に移行したことが検出されて並列スイッチがＯＮになった場合、並列スイッチを通過する電流が再充電電流であるときには、並列スイッチは再度ＯＦＦすることができる。段の電圧がしきい値を上回る値（充電中にセルが到達し得る最大電圧）に移行したことが検出されて並列スイッチがＯＮになった場合には、並列スイッチを通過する電流が放電電流であるときには、並列スイッチを再度ＯＦＦすることができる。実際には、並列スイッチを一般的なＯＮにしたものは、並列に設置されたセルがその満充電又は完全放電又は電流過多に達し、もし反電流がバッテリー内に出現すると、並列に設置されたセルが再度ＯＮになるということに拠ると仮定する。もし、並列に設置された隣接セルが再度接続されない場合、段の電圧は公称最大電圧を上回るか、公称最小電圧を下回るよう分配され、改めて段のセルの並列スイッチを起動する。
− セルの修復可能な機能低下の結果、セルが切断した場合、機能低下が消滅したとき（たとえばその温度が充分に降下したときあるいはセルが交換された場合）、セルは再度接続することができる。並列スイッチが既にＯＮになっていた場合には、前項と同じ手順に従う。

上記の原理は集中管理を基にして同様な方法で実施することができる。

バッテリー管理方法のこれらの操作は全て、一つ又は複数のマイクロコントローラーによる分析を基にして行われた。変形形態では、行うべきアクションは単純であるので、非同期電子回路の全部又は一部を使用することが可能であり、本解決方法のエネルギー消費を制限するための高周波クロックの必要がない。そのような変形形態においては、しきい値の検出は、比較器を経由するアナログ測定値に基づいて直接行われることになり、しきい値を通過したことにより生じるアクションは、たとえばフリップフロップ、レジスターなどを使用する論理回路を通して非同期的に実行することができる。

図２３は、並列トランジスター３４の制御を可能にするそのような手法により可能な実施例を示す図である。この実施形態においては、図示はしないが、モジュールの電圧Ｖｍｏｄ、セルの端子における電圧Ｖｃｅｌ、セルを通る電流Ｉの測定センサーが用いられる。これらの測定値は三つのしきい値と比較されるが、その内訳は、モジュール電圧用の高しきい値Ｖｓ１と低しきい値Ｖｓ２の二つの値、及び電流用しきい値Ｉｓ１である。四つのオペアンプ９０（すなわち比較器）によりこれらの測定値を上で説明したしきい値と比較することができ、その結果、複数の論理演算子９１及び遅延セル９２を用いて、モジュールトランジスターをＯＦＦするか否かについての最終判断を下すことができる。この回路の遅延セル「遅延（Ｄｅｌａｙ）」９２は、ある所与のイベントに対する反応を遅延させるというその機能に加え、ある一定の期間、比較の結果が一定であり、比較の結果の安定性があらかじめ決められた時間中反復されたときしか変位を考慮しないよう保証することができるので、たとえば、隣接するセル又はモジュールのスイッチングによって生じるノイズが原因で乱される測定値は消去される。

モジュールトランジスターのこの種の制御の長所は、測定信号をデジタル化する必要がないこと、及び反応をきわめて速くすることができるため、信号の超高周波サンプリングをそれほど必要としないという事実に拠るものである。さらに、全ての動作をパラレルで行うことができるが、これは、全てのセルが同期的反応し、段の各セルに共通ではないクロックエッジに基づくのではなく、段の全てのセルに共通な段の電圧に基づいたトランジスターのＯＦＦ又はＯＮを有することが所望される場合には、きわめて興味深い。というのは、セルに対し追加出力を行わない場合、同じクロックを共有することができないからである。したがってそのような同期により、セルトランジスター２３と並列トランジスター２４のＯＮのオーバーラップを少なくすること、さらにはなくすことが可能になることがある。

他方、本バッテリー管理方法は、バッテリーが長期間使用されないとき、可能な全てのセルの接続を切断する追加ステップを実行する。このステップは、特に、事故又は火災の後の特別な状況下において大きな安全性をもたらす。多数のセル、好ましくは全てのセルの接続が切断されると、たとえ重大なインシデントの場合であっても、セル間で大きな短絡が生じるリスクはきわめて低いままである。また、停止時にセルを分離することにより、いくらかの漏電電流が最も大きいセル又は不良をもつセルを通してセルが放電するという事態が回避される。

有利な実施形態によれば、本発明の管理方法は、あらかじめ決められた値の出力電圧及び／又はあらかじめ決められた設定値による交流出力電圧を得るようセル及び／又はモジュールスイッチを駆動するステップを含む。同様に、本発明の管理方法は、充電する各セル内であらかじめ決められた充電電圧及び／又は電流を得るよう、充電段階においてセル及び／又はモジュールスイッチを駆動するステップを含む。

したがって本バッテリー管理方法により、たとえば充電のニーズなど、所望する用途に応じて出力電圧を適合させることができる。この適合はたとえば、直列で使用する一定数のモジュールを限定的に選択し、必要な合計電圧がバッテリーが出力できる最大電圧よりも低いとき、他のモジュールは使用されないままとすることを含む。この選択においては、最も充電されているモジュールを優先するために、最も放電されたモジュールを排除すること及び／又は上で説明したような不良を有するモジュールを使用しないままにすることが可能である。これを補うものとして、本方法はセルそのもののレベルで行い、最も充電されたセルの使用を優先することにより、選択されたいくつかのモジュールの、選択されたいくつかのセルの接続を切断することにより、所望の電圧を得ることができる。

本発明の出力電圧を適合する場合、複雑な形態をとることも可能である。実際、本発明は、自動車の同期又は非同期モーター用の正弦波出力電圧を出力するのにも適している。図２４は、たとえば図１１の実施形態の中央演算装置２２の内部で使用されるそのような電圧出力を得るためのバッテリーの制御例を示す図である。この制御は、ブロック８１において、特にアクセルペダルを介して伝達される自動車の運転手からの要求があった場合それを考慮するとともに、ブロック８２により伝達される速度Ｖｉｔ及びトルクＣｏｕのような自動車のエンジンの作動値に応じた設定電圧Ｖ_ＣＯＮＳ及び設定電流Ｉ_ＣＯＮＳを含むバッテリーの出力部で所望される電気的パラメーターの設定値の計算ブロック８０に基づく。留意事項として、設定値は、たとえばＩ_ＣＯＮＳとＶ_ＣＯＮＳとの積のような、電流と電圧とのこれらの値の組合せから成ることもあり得る。少なくとも一つの設定値を決定するブロック８０は、振幅、周波数、場合によっては、電源を供給するエンジンのタイプによる電流／電圧パラメーターの位相の調節を考慮するベクトル制御に基づくことができる。もちろん、この原理は、直流電圧のニーズのようにより単純な状況の場合でも作用する。次いで制御ブロックは、設定値Ｉ_ＣＯＮＳ、Ｖ_ＣＯＮＳと、対応する実際の値Ｉ_ｒｅｅｌ、Ｖ_ｒｅｅｌとの差を基にする補正ブロック８３を含み、このブロックはニーズをブロック８４に送信し、このブロックはバッテリー内で必要なモジュール数、及び場合によっては使用するこれらのモジュールの特定セルを決定する。好ましい実施形態によれば、モジュール内で使用するセルの選択は、ローカルで測定されたパラメーターに基づいてモジュールのレベルで行われる。そのために、このブロック８４は、バッテリーのモジュール及びセルのレベルで行われる数値の測定についての情報、特にセル又はモジュールの充電状態ＳｏＣ及び健全状態ＳｏＨを受け取る。最後に最終ブロック８５は、ブロック８４により決定された選択を実行し、特に必要なコマンドをバッテリーの種々のスイッチに送信する。その結果、実電流値Ｉ_ｒｅｅｌ及び実電圧値Ｖ_ｒｅｅｌが出力され、車のエンジンによってこれらの値が受信され、エンジンは、ブロック８２により送信された速度Ｖｉｔ及びトルクＣｏｕのような作動値に到達することができる。最後に、変動周波数リミッター及び／又はローパスろ過は、補正ブロック８３に対して、あるいはフィードバックループに対して作用することができ、周波数５００Ｈｚの出力電圧に対して２００ＫＨｚの周波数のようにセルのスイッチング周波数を制限することにより、適切な平均値が得られる。

バッテリーの出力電圧のこの制御機能によりスイッチドバッテリータイプの変換構造の役割を果たすことができ、その構造により、応用例のニーズに電圧を合わせるためにバッテリーパックの出力部におけるＤＣ／ＤＣ変換器の使用を回避することができ、先行技術の図３ではなく、図４の略図によるバッテリーの使用が可能になる。

図２５は、１００Ｈｚ正弦波型電圧、４０Ｖのピーク振幅、中央電圧４０Ｖの設定値、及びそれぞれが４Ｖで、スイッチング周波数が１０ｋＨｚ（すなわち一期間あたり１００回のスイッチング）のモジュール２０個から成るバッテリーについての、上で説明したような制御を介してバッテリーから供給することができる電圧波の例を示す図である。

０Ｖを中心とする単相電圧を発生できるようにするためには、二つのカラムと一つの差動電圧を使用できるようにするか、第一端子のレベルにおける四つのスイッチ８６、８７、８８、９０、二つのスイッチ８６、８７及び第二端子のレベルにおける二つのスイッチ８８、８９を基にしてバッテリーの端子における電圧を反転することができる、図２６に示すようなＨ型ブリッジを追加しなければならない。二つのスイッチ８６、８８がＯＮで他の二つがＯＦＦであるとき、出力電圧Ｖｏｕｔは正の値である。反対に、二つのスイッチ８７．８９がＯＮであり他の二つがＯＦＦであるとき、出力電圧Ｖｏｕｔは負の値である。

図２７は、たとえば二つのセルを含む五つのモジュールを含む、図１１に示すようなバッテリー構造を基にした、図２６で説明した原理のより詳細な実施形態を示す図である。上で説明したように、各セル１１について、セルに対して直列なセルトランジスター２３が設けられ、各モジュール１２について、並列なモジュール２４が設けられる。また、簡略化する目的から図示してないが、セルに特徴的な値を測定する少なくとも一つもセンサーがモジュールのレベルに存在する。上で説明したように、モジュール１２のレベルにあるローカル制御回路２７は、中央演算装置２２の命令のもと、通信バス２１により、ガルバーニ絶縁を形成するインタフェース３７を介して、制御信号４１によりトランジスター２３、２４を制御する。バッテリーはさらに上で示したような四つのスイッチ８６、８７、８８、８９を含むが、これらはこの実施形態によるトランジスターであり、制御リンク９０を介してバッテリーの最上端モジュール及び最下端モジュールの制御回路２７によりそれぞれ制御される。

留意事項としては、本バッテリー管理方法はスイッチ８６、８７、８８、８９の最適なスイッチングを実行する。たとえば出力電圧が正弦波電圧でなければならない場合、スイッチングによる損失を制限するため、電圧が０を通るときトランジスターのスイッチングが行われる。バッテリーの出力側で５０Ｈｚ波が所望される場合、Ｈ型ブリッジのトランジスターで毎秒５０回のＯＮ／ＯＦＦを行う必要がある。

さらに、本バッテリー管理方法は、直列トランジスター又はモジュールトランジスターの管理のために行われるステップと同様のＨ型ブリッジのトランジスターのインテリジェントな管理も有利に実行する。たとえば、温度又は電流の測定をこれらのステップに組み合わせ、たとえば異常高温など、測定値がある決まったしきい値を超えた場合にトランジスターＯＦＦの決断を下すことも可能である。もちろんこの測定値は、このインテリジェント管理を実施するために、ローカル及び／又はリモート処理回路に送信することができる。

バッテリーの最上端モジュール及び最下端モジュールは、他のモジュールより多数の電子構成部品を内蔵する。これらの構成部品は全て、モジュールのレベルで利用可能な電圧から電源を供給されるのが好ましい。この場合、他のモジュールよりも両端モジュールの方がより負荷を受ける。これらのモジュールのより高いニーズを満たすため、以下の解決方法が可能である。
− Ｈ型ブリッジのスイッチのスイッチングのために充分な充電を保存するため、放電モードのバッテリー管理では、バッテリーを完全に放電するまでして、両端モジュールのセルへの負荷を少なくする、及び／又は
− 両端モジュールが他よりも多くのセルを含む及び／又は保存容量が高いセルをより多く含む、及び／又は
− 他の隣接モジュールからも両端モジュールの構成部品への電源供給を行う。これは、他のモジュールの電位もかなり近いままであるので実現可能である。

他方、前出の動作原理は、同じようにして、バッテリーの再充電段階にも適用され、それによりバッテリーは標準的な電気回路網に接続することにより直接再充電することが可能である。より詳細には、バッテリーは、再充電時、電圧発生源に接続され、セル及びトランジスターは内部抵抗となるので、バッテリー内を電流が循環することにより、電源から課される電圧とバッテリーの種々の直列モジュールにより得られる無負荷電圧との差に相当する抵抗性電圧の降下が生じる。この差を制御することが可能であることにより、バッテリーの充電電流を管理することが可能になる。したがってバッテリーは、選択したセルのレベルで所望の充電電流を得るためスイッチをＯＦＦ及び／又はＯＮするステップを含む充電方法も実行する。上で説明した制御と同様の制御を実行することができ、それにより、直列に配置すべきモジュールの数を求めることができるが、これら制御はすなわち、バッテリーの内部で再充電電流の設定値を得るためのものである。上で説明したのと同様に、この方法は、セルの充電状態及び健全状態を考慮して、再充電すべきセルを選択するステップを含む。留意事項としては、発生源とバッテリーの間で流れる電流を平準化するために、両者の間にインダクタンスを置くことができる。この留意事項はバッテリーと負荷との間にも同様に適用される。こうして、バッテリーにより、電圧／電流タイプの変換器を必要としないで電気回路網上で簡単に再充電することができる。

留意事項としては、バッテリーにより負の電圧を発生又は吸収することができない場合でも、バッテリーは、図２８に示すように、バッテリーのレベルにおいて正の電圧Ｕを得るために、主電源とバッテリーの間に間置したブリッジ整流器３８を使用することにより、電圧／電流タイプの電気／電気変換器を必要としないで、電気回路網上での再充電を受け入れることができる。

最後に、上で説明した解決方法は多くの長所を有するが、なかでも；
− 本解決方法は多数の基本スイッチ、すなわち相互に離れた、好ましい実施形態による多数のトランジスターに基づくものであり、それにより、トランジスターの作動により発散されるエネルギーを簡単に排出することができるが、それはこの発散エネルギーが、少量のエネルギー単位が多数、バッテリー構造体内に分散した状態になっているからである。
− 本解決方法によれば、電流の動的スイッチングを通してバッテリーのセルのリアルタイムな平準化を行うことができる。
− 本解決方法によれば、各モジュールの使用率の最適化を通してバッテリーのモジュールのリアルタイムな平準化を行うことができる。
− 本解決方法により作動不全セルの接続を切断することができる。
− 本解決方法により、セルの電源を完全に切断するか、セルにとって許容される平均電流に到達することができる周期比に従い、温度が過度に上昇したセル内の電流を制限することができる。
− 本解決方法により、バッテリーのフル電圧の高周波数ハッシングを必要とせずに、バッテリーの出力電圧をソフトに調節することができる（低周波数スイッチング＜１０００Ｈｚ及びたとえば４Ｖというような小さな電圧変化ステップ）。本解決方法により、直流モーターの制御又は直流電源による再充電用として所望される直流電圧を調節することができる。また本解決方法により、同期又は非同期モーターなどの制御のため、あるいは電気回路網での直接再充電のための交流電圧を発生することも可能である。
− 本解決方法により、あるモジュールのあるセルを個別に隔離することができ、バッテリーの作動中であっても、特に、無負荷電圧を測定することが可能である。
− 本発明により、たとえば停車時又は大きな故障の検出時、全てのセルを隔離することができるので、ユーザー、あるいは、たとえば火災時の消防士など、現場に駆け付ける人にとってのあらゆる電気的リスクを排除することが可能になる。

セルの電圧及びバッテリーのあるモジュールの電圧の双方を測定することにより、そこから、出力トランジスターの端子における電圧を推定することが可能である。いくつかの構成では、これらの電圧、及びセル又はモジュールトランジスターを通る電流を基にして、トランジスターが不良であるかどうかを検出することが可能である。したがってバッテリーは、スイッチという基本機能を果たすトランジスターの全て又は一部分の作動を診断する方法を実行するが、この方法は以下の複数のステップの全て又は一部分を含む。
− セルトランジスターのＯＦＦ時に、電流が通っているのに段の電圧がセルの電圧とほぼ等しいままである場合、それはセルトランジスターのうちの少なくとも一つがもはやＯＦＦではないからである。どのトランジスターであるかを知るには、電流がどのセルを流れるかを調べればよい。したがって本診断方法は、あるモジュールの全てのセルトランジスターのＯＦＦを指令し、モジュールの電圧を測定し、セルの電圧に近い値の場合、各セルを通る電流を測定し、そこを電流が通る場合、セルトランジスターを「不良」であると分類するステップを含む。次いで、少なくとも一つのセルトランジスターが不良（ＯＮしたまま）なモジュールに結合された一つ／複数のモジュールトランジスターは、短絡を発生しないようにするため、もはや起動されない。本方法は、不良スイッチの同一性、及び／又は各モジュールが供給することができる最大電流に関するデータを、ローカル及び／又は中央ユニットに送信する追加ステップを含むことができる。ユーザーはどのトランジスターを交換すべきかを知ることができるようにならなければならない。
− 並列トランジスターのＯＦＦ指令時に、電流が通っているのに、少なくとも一つの段の電圧がほぼ０のままである場合、少なくとも一つの並列トランジスターがＯＦＦにならず、不良である。各モジュールを通る電流を測定することにより、不良な一つ又は複数の並列トランジスターを特定することができる。したがって本診断方法は、並列トランジスターをＯＦＦに命令し、電圧及び電流を測定し、電流が流れているのに電圧が０の場合、不良モジュールトランジスターを特定するステップを含む。次いで、並列トランジスターが不良（ＯＮしたまま）なモジュールに結合されたセルトランジスターは、短絡を発生させないようにするためもはや起動されない。当該モジュールはモジュールトランジスター又は並列スイッチが交換されるまで使用しない。
− セルトランジスターのＯＮ指令時に、結合されているセル内の電流は０であるのに、トランジスター上で電圧降下が見られる場合、セルトランジスターが不良であり、もはやＯＮしない。そのような状況により、モジュールが供給できる電流が制限される。バッテリーの中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。
− 同様に、トランジスター上の電流は０であるのに、モジュールトランジスターのＯＮ指令によりトランジスター上で電圧降下が発生した場合、トランジスターが不良であり、もはやＯＮしないことを意味する。それにより、セルの接続が切断されたときにモジュールが通すことができる電流が制限される。中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。
− 分岐内の電流の符号が、他の分岐内を流れる電流の符号とは反対であって、ある一定のしきい値を超えている場合、この分岐の常時開トランジスターの漏洩電流が診断される。中央演算装置には、モジュールがまだ耐えることができる最大電流が通知される。さらに、ユーザーには交換すべきトランジスターが知らされる。

もちろん本発明は前出の例に限定されるものではない。特に、セル一つあたり複数の測定センサーを設置することができたが、変形形態ではこれらの測定センサーを廃止するか、他の数の測定センサーを選択することができる。さらに、電圧、電流又は温度以外のセルの状態に特徴的な別の値を測定するために、説明した測定センサー以外のタイプの測定センサーを使用することが可能である。各セルは任意の形態を有することができ、エネルギー保存についての任意の技術に基づくことができ、本発明の実施形態においてより詳細に説明したリチウム−イオンに限定されるものではない。さらに、それぞれのエネルギー保存セルは、光起電セル又は任意の太陽光センサー、熱センサー、力学／電気変換器など、ローカルなエネルギー発生源に結合することができる。

また、前出の実施形態は、バッテリーの各セルについてセルスイッチを実装することにより説明した。しかしながら、本発明の構想によりセルのうちの一部だけを管理すること、したがって、バッテリーのセルの一部だけにセルスイッチを配置すること、したがって有利には、管理においてある一定の柔軟性を確保するために、少なくとも一つのスイッチを同一モジュールの少なくとも二つのセル上に配置することにより、バッテリーの改善を得ることが可能であろう。モジュールによっては、上で説明した手法を実施しないようにすることでき、従来のモジュールと、本発明による改良モジュールとを組み合わせたバッテリーを構想することが可能である。他方、バッテリーの各モジュールについてモジュールスイッチが、又は変形形態において各セルと結合される並列スイッチが説明された。また、本発明の簡略構成においては、そのようなスイッチを動作可能状態のままであり、これを廃止することも可能であろう。さらに本発明は、モジュールの一部についてのみのための一つ又は複数のモジュールスイッチ、及び／又は並列スイッチを内蔵したあらゆる中間的実施形態も包含する。

さて、例をわかりやすくする目的から、示した図はほとんどセルを含んでいない。しかしながら、想定する実施形態は、数百ボルト、たとえば２５０ボルト以上に達することがある、より高い出力電圧を供給することができるバッテリーの作製にも適している。したがってこれら実施例は、多数のモジュール、特に８個以上のモジュールを含むバッテリーに適合する。

図３０から図３２は、この目的のため、バッテリーの複数のモジュールのシャント機能の実施についての変形形態を示す図であり、複数のモジュールの接続が切断されたときに電流の通路を追加することができ、そうすることにより損失が制限される、複数のモジュールについて並列に配置された追加スイッチに基づくものである。

図３０は、それぞれが、連続する四つのモジュールをシャントすることができる第一連のスイッチ２１４、それぞれが、連続する六つのモジュールをシャントすることができる第二連のスイッチ３１４、それぞれが、連続する六つのモジュールを同じくシャントすることができるが、第二連に対し変位した第三連のスイッチ４１４、それぞれが、連続する六つのモジュールを同じくシャントすることができるが、前者二つの連に対し変位した第四連のスイッチ５１４、連続する八つのモジュールをシャントすることができる第五連のスイッチ６１４、及び、連続する八つのモジュールを同じくシャントすることができるが、第五連に対し変位した第六連のスイッチ７１４を付加する。

これらの様々な連の全てのスイッチは、異なるモジュールの下側端子と上側端子の間に、相互に並列に配置される。もちろん、前出の例において説明したように、短絡状態が生じるのを防止するために管理は首尾一貫している。
二つの図３１及び３２は同じ手法による別の二つの変形形態を示す図である。

これら種々の実施形態の長所は、複数の段を同時にシャントするスイッチのおかげで、複数のモジュールの切断時に、はるかに直接的な電流通過路が付加されることであり、そのため、発生する損失ははるかに少ない。したがって、必要なモジュール数に従って、刻一刻、バッテリーの合計抵抗値を最小にするよう、ほぼ最適な構成が実施される。

種々の上記のセルスイッチ及び／又はモジュールスイッチ及び／又は並列スイッチは、トランジスターを使用して実装されている。ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスターが主に用いられたが、充分に低い電圧でスイッチング可能であるという長所を有するＮＰＮ及びＰＮＰバイポーラ−トランジスター、ＦＥＴトランジスター、ＪＦＥＴトランジスター、ＩＧＢＴトランジスター、ＧａＮトランジスター、リレーなどを使用することが可能である。変形形態では、ＯＦＦにしたいと所望するタイミングに電流が自然に反転するようになる場合には、サイリスターのような、説明したスイッチとは別のタイプの任意のスイッチを実装することが可能であろう。

本発明のバッテリーは、インテリジェントユニット、演算装置、すなわちローカル通信装置からアクセス可能なローカル及び／又はリモート処理回路によって管理することができ、この演算装置は、バッテリーを管理するための任意のソフトウェア及び／又はハードウェアを含むことができ、特にスイッチの構成を決めることができる。そのために、バッテリーは、そのスイッチの任意の作動手段及び任意の制御回路を内蔵することができる。しかしながら、このスイッチ制御回路は、バッテリーの少なくとも一つのセル、好ましくは、制御回路が作用するモジュール又は隣接するモジュールのセルから電源が直接供給され、この同じ解決方法は、バッテリーのレベルに内蔵され電源を必要とする全ての構成部品に有利に適用される。したがってバッテリーは、一つ又は複数のモジュールのレベルで使用可能な一つ又は複数のセルから供給される電圧からの一つ又は複数の電源回路を内蔵する。この電源回路は、基板上に配置すること、セル内又はバッテリー内に直接配置すること、あるいは別の任意の手段により配置することができる。

本発明は、上で説明した実施形態及び／又はそれらの変形形態をただ組み合わせるだけで、その他にも多くの変形形態を容易に考案することができる。

留意事項としては、ある負荷が要求する電流、又はある発生源から供給される電流が過大なためいくつかのセルの接続切断ができないということがなければ、バッテリー内及び／又は外部ユニットへの通信は、搬送電流の原理により行うことができる。実際、この原理は、誘導電流の変調及び、バッテリー全体及びそれを超えて伝播する、モジュールのレベルでの出力の変調、を発生させるために、バッテリーのいくつかのセルの接続及び切断を自発的に反復することに基づく。したがって、この出力変調はバッテリーの他のモジュール及び外部負荷から見ることができ、それにより、既存であって標準化されている又はいないにかかわらず任意の通信プロトコルにより情報を送信するにあたり、この変調を使用することができる。たとえば、セルのアドレスにより全てのセルに順に問い合わせ、次に、各セルが専用の空き時間内に応答するというマスター回路を画定することができる。マスターはたとえば、電圧、電流及び／又は温度の測定値のような情報を、ある決まったセルに要求し、次にこのセルは、要求された情報を、起こり得る不良の有無について知らせることができる符号を場合によっては加えて、送信することができる。したがってこの原理によりバッテリーの種々のセルは、単純にセル間で通信するか、バッテリーの中央演算装置又は処理回路に向けて、又は外部ユニットに向けて通信することができる。留意事項としては、電流の変調は、セルの接続を完全に切断しなくとも、セルトランジスターの導通状態における抵抗を変調すること、すなわち分極点の周囲のトランジスターのグリッド電圧を変調することだけで、行うことができる。これにより、セルの接続が完全に切断されること、及び電流の循環に関して中継する段の他のセルに過度にオーバーロードを与えることが回避される。この、導通状態の抵抗の変調は、モジュールトランジスターがアクティブであるときには、このトランジスター上でも行うことができる。したがってこれにより、たとえセルトランジスターのＯＦＦにより段の接続が切断されても通信することができる。搬送電流による通信によって、それほど大きな電気的損失を発生することなく段のレベルにおける大電流を変調することができる。実際、この電流変調は、バッテリーに属していることから単に保存され消費される電流の消費を変調することにより行われるので、搬送電流システムについて従来使用されている線形モードにおける抵抗又はトランジスターのような散逸素子内に存在する損失がない。

したがって図２９は原理の実施の略図であり、ここではバッテリーの第一モジュール１２１は少なくとも一つのセルスイッチ１３を作動させることにより通信信号１００を発生する一方、次に、バッテリーの第二モジュール１２２のレベルで、対応する信号１０１を受信する。

図３３は本発明の実施形態の一変形形態を示す図であり、ここでは、バッテリーは、複数のセルから成る複数のモジュールを含む四つの同一保存部分すなわち部分集合体に分割される。これらのモジュールの構造は上で説明したような構想を組み込み、各セルはここでは一つのセルスイッチを含み、各モジュールは一つのモジュールスイッチを含む。これらの種々の部分は、これらを接続する第一スイッチ１０３をＯＮにし、第二スイッチ１０４をＯＦＦにすることにより、直列に配置することができ、その場合は図４を参照して上で説明したような幾何学的形状をなす一方、反対に第一スイッチ１０３をＯＦＦにし、第二スイッチ１０４をＯＮにすることにより、並列に配置することができる。変形形態では、諸部分を直列に二つずつまとめ、次にこの二つの部分をまとめたものを並列に配置するなど、任意の中間的組合せが可能である。この変形形態により。高い出力電圧Ｖｓと、電圧はより低いが、全ての部分が直列である場合に得られるであろう電流より高い出力電流Ｉｓを伴うものとのいずれかを選択することができる。したがって、所望する出力電圧が、モジュールの半数が供給できる電圧を下回った場合には即、この構造を利用することができる。この電圧が、全数の直列モジュールで供給できる電圧の１／４を下回る場合には、示される四つの部分を並列で使用することができる。

変形形態では、任意の数の部分をもつ同じ手法を実施することができ、各モジュールは、バッテリーの残りの部分に対し直列又は並列に組み合わせるのに適した部分とすることができる。また、これら種々の部分同士が異なっていてもよく、同じ数のセルを含んでいなくともよい。したがって本バッテリー管理方法は、出力側で求められる電圧及び電流に応じて、あらかじめ決められた期間により、並列に設置すべき部分の数を自動的に計算するステップと、次いで、各瞬間毎にニーズに最も適したバッテリーの幾何学的形状を得るようスイッチ１０３、１０４を作動させるステップを含むことができる。

図３４は、上で図３３を参照して説明した原理の実施形態を示す図である。この例においてバッテリーは、図のわかりやすさを得るために、三つのモジュールから成る二つの部分のみを含む。もちろん、この原理は、１００個程度のモジュールから成り、多数の部分に分割可能なバッテリーについても複製することができる。図示するバッテリーは図１１を参照して説明したバッテリーに相当する。モジュールは全て、既に詳細に説明した電子構成部品を含み、通信バス２１及びガルバーニ絶縁３７により中央演算装置２２に接続される。さらにバッテリーは、上で説明したような四つのスイッチ８６から８９を介してＨ型ブリッジを具備する。最後に、上で説明したようなスイッチ１０３、１０４、１０４’を形成する三つのトランジスターを追加することにより、二つに分割したバッテリーが得られる。図示するように、二つのトランジスター１０３、１０４はバッテリーの中心部に位置するので、これらのトランジスターの両側に物理的に分布する隣接モジュールの制御回路２７により制御される。他方、トランジスター１０４’は、バッテリーの下端近辺に位置決めされ、バッテリーの下側モジュールの制御回路の信号９０により制御される。もちろんこれらのスイッチ１０３、１０４、１０４’はバッテリーの構造内での配置が異なっていてもよい。

図３５は、二つのセルから成る八つのモジュールを含むバッテリーの別の実施例を示す図であり、それぞれ電圧Ｖ_１及びＶ_２を再現する四つのモジュールから成る二つの部分に分配されている。このバッテリーはさらに１０個のＭＯＳトランジスターを含み、うち五つのトランジスターＫ１１からＫ１５は第一部分に結合され、同じく五つのトランジスターＫ２１からＫ２５は第二部分に結合される。これら１０個のトランジスターは隣接するモジュールにより直接制御される。これらのトランジスターにより、バッテリーの二つの部分の電圧反転及び直列又は並列化という二つの機能を実行することができる。そのための解決方法は、前出の構成と同価の解決方法である。バッテリーによって再現される合計電圧Ｖ_Ｓは実際、以下の公式で定義される。
− トランジスターＫ１３、Ｋ１４及びＫ２１がＯＮで、他のトランジスターがＯＦＦのとき Ｖ_Ｓ＝Ｖ_１＋Ｖ_２
− トランジスターＫ１１、Ｋ２３及びＫ２４がＯＮで、他のトランジスターがＯＦＦのとき Ｖ_Ｓ＝−Ｖ_１−Ｖ_２
− トランジスターＫ１２、Ｋ２２、Ｋ１５、Ｋ２５、Ｋ１４及びＫ２１がＯＮで、他のトランジスターがＯＦＦのとき Ｖ_Ｓ＝Ｖ_１＝Ｖ_２
− トランジスターＫ１２、Ｋ２２、Ｋ１５、Ｋ２５、Ｋ１１及びＫ２４がＯＮで、他のトランジスターがＯＦＦのとき Ｖ_Ｓ＝−（Ｖ_１＝Ｖ_２）

この実施例は、Ｖ_１又はＶ_２を上回る電圧を受けることが全くないトランジスターＫ１４、Ｋ１５、Ｋ２４及びＫ２５を含み、それにより、それほど損失を発生しないでより強い電流を受けることが可能な低電圧トランジスターを選択することができる。１０個のトランジスターは、前出のケースと同様、電源供給を受けることができ、バッテリーの二つの部分の下側及び上側モジュール上に設置することができる電子装置を経由して制御される。これらのトランジスターのソースのポテンシャルはこれらのモジュールを基準としているので、トランジスターの制御が簡単になる。

Ｎ個のモジュールを含むバッテリーの場合、要求された電圧を得るためにｎ個の直列モジュールが必要であることが計算によりわかった場合には、以下の計算を行うことができる。
− ｎ＜Ｎ／２の場合、バッテリーを二分することにより、二つの部分の並列化を行う
− ｎ＜Ｎ／３の場合、バッテリーを三分する、など。

変形形態では、要求電圧がＮ／２のような限度値を中心として変化するとき、スイッチをあまりにも頻繁に切り換えることを防止するために、ヒステリシス型制御を選択することができる。そのために、ｑを整数の定数としてｎ＜Ｎ／ｐ−ｑであるとき、バッテリーをｐ個の部分に分割するよう決定することができる。

変形形態では、本バッテリー管理方法は、電圧値及び／又は出力電流値を中心とする任意の制御を実施することができる。出力電圧が設定値を下回るとき、直列モジュール数ｎは増加し、反対に出力電圧が設定値を上回るとき、この数ｎは減少する。整数のｎの値では到達できない設定値に到達するために数ｎが二つの値の間を行き来するのを防ぐために、制御を平均値に到達させることを目的として、補正装置又はフィードバックループのレベルで変動周波数リミッター及び／又はローパスろ過を使用することができる。

もしバッテリーが、交流電圧、又は時間軸において所与の周期で変動する任意の電圧を供給しなければならない場合、バッテリーの種々の部分の並列化は、各周期毎に過度に頻繁にあるモードから別のモードに切り換わることを防ぐために、正弦波又は供給すべき変動電圧の振幅に対し適用される同様の基準に基づいて決定することができる。一般的に、要求電圧の振幅が小さくなればなるほど要求電流は多くなる。

したがって本発明のこの実施変形形態により、ほぼ一定の出力において、出力電流値及び電圧値を変更することができる。この解決方法は、たとえば急坂を通過する際の低速時により高いトルク、すなわちより高い電源電流を必要とする自動車のモーターなど、いくつかのモーターへの電源供給に完璧に適する。したがって本発明は、説明したようなバッテリーを具備する自動車も対象とするが、このバッテリーは、素早く交換するために取り外し可能である場合と可能ではない場合とがある。

本発明において、各段又はモジュールが、制御回路によって制御されるスイッチに全て接続された基本セルから成る実施形態について説明した。しかしながら、上で記載したように、全ての基本セルがセルスイッチを含むわけではない変形形態及び／又は全てのモジュールが制御されるわけではない変形形態を想定することも可能である。したがって別の簡単な実施変形形態は、セルスイッチのない、図３５の構造に類似する構造から成り、それにより構造を種々のモジュールの直列化又は並列化機能だけに縮小することができる。

この目的のため、図３６は本発明の別の実施変形形態を示す図であり、ここでは、複数の基本セル１１がまとめられてより大きなセル又はセル群１１１を形成する。次に本発明の構造は、モジュール１１２にまとめられ、全てがトランジスター１２３の形態のセル群のスイッチに結合され、各段がトランジスター１２４の形態の段スイッチを含むセル群１１１に適用される。したがって、本発明は、前出の諸実施形態において基本セルとして想定したセルが、実際には、モノリシックの組立の様式を取り得るセル群であって、接続部が固定され変更不可能で、場合によっては、少なくとも二つの外部端子を有するハウジングの形態をとるものであっても、最終的に様式及び使用が上で定義されたような基本セルの様式及び使用と同様のセル群に相当するような任意の実施形態を包含する。したがって全ての説明における「セル」という用語は、リチウム−イオンバッテリーのような基本セルから多数の基本セルを結合したものまで、電気保存要素のあらゆるエンティティであると理解すべきである。留意事項としては、図３６の変形形態では、電子制御装置は二つの段１１２で共有される。

この制御装置は、下段の低ポテンシャルに対しスイッチ１１３、１１４を形成するトランジスター１２３、１２４の制御を行う。同制御装置は、温度センサー、電圧センサー、及び電流センサーのように種々のセンサー１３３を含み、これらセンサーは三つの通信チャンネルにより処理回路１３０と通信する。したがって処理回路１３０は、「ＡＤＣ入力」型のデジタル化を行う通信入力部１３１のレベルでこれらのデータを受信する。可能な実施例によれば、処理回路は、センサー全体に問い合わせるのに足る入力／出力点数を有するマイクロコントローラーとすることができる。これらのトランジスター−１２３、１２４は全て、制御回路１３０の命令により、出力制御回路１２７により制御される。最後に、処理回路１３０は、通信バス１２５、及びガルバーニ絶縁を形成するインタフェース３７を介して、図示しない中央演算装置に接続される。

図３７は、インダクタンス１３５を取り囲む二つのトランジスターすなわちＰＭＯＳトランジスター１３６及びＮＭＯＳトランジスター１３７のＯＮによりあらかじめ充電されたインダクタンスの放電を経由する、トランジスター１２３、１２４の制御回路の実施形態を示す図である。インダクタンス１３５が充分に充電されると、ＮＭＯＳトランジスター１３７はＯＦＦになるがＰＭＯＳトランジスター１３６はＯＮのままである。すると電流はダイオード１３８を通り、モジュールトランジスター１２４のグリッドを、その状態が変化するのに充分になるまで充電する。

また本発明は三相の実施例にも適合する。図３８は三つの出力保存カラム１１６を含むバッテリーを簡略に示す図であり、各構造は、上で説明したような本発明によるバッテリーと同様であり、三相モーター１１５に電源を供給することができる。

図３９は、三相モーター１１５に三相電圧を供給するのに適したバッテリーの変形形態を示す図であり、バッテリーの各カラム１１６が、図２６を参照して説明したようなＨ型ブリッジを作製するためのスイッチ８６から８９、有利にはトランジスター、を具備するという点で前出の実施形態とは異なる。このＨ型ブリッジによりモーターの制御のピークツーピーク電圧を二倍にすること、及び同様に、同じ出力に（Ｕｅｆｆ＊ｌｅｆｆ＝ｃｓｔｅ）について出力電流を二つに分けることができる。これらのスイッチは、一周期あたり二回、すなわち出力電圧の符号が変わる毎、に切り換わる。図３８の構造と比較してこの構造により、カラムから供給される電流が、周期のうちのいくつかのタイミングにおいて、他のカラム内の反転電流の状態で移動し、不意にセルを充電及び放電するサイクルが生じることを防ぐことができる。この解決方法では、三相モーター１１５の三つの巻線にはそれぞれ別々に電源を供給することができる。この分離によりバッテリーのカラム１１６のそれぞれにガルバーニ絶縁を施すことができる。三つのカラム１１６が、たとえば電気の安全性上の理由から車両の内部など、様々な場所に物理的に分布する三つのバッテリーブロックに分離される場合には、この絶縁は特に有益であることがある。

図４０は、三相電源を供給することができる別の変形形態を示す図である。使用する装置は、図２７を参照して説明したようなバッテリーの二つの構造又は二つのカラムを直列接続したものを含む。図示したように、各カラムは、正弦波型の交流出力電圧を再現するのに適する。２Π／３の位相ずれを、これら二つのカラムで再現される電圧に印加することにより、バッテリーの出力側で三相電流を回収することが可能である。留意事項としては、各カラムはそれぞれ通信バス２１、２１’によりその中央演算装置２２、２２’に接続され、これら二つの中央演算装置２２、２２’は、バッテリー全体、及び特にその二つのカラムの協動を管理する主演算装置２２２に結合している。

したがって、三つの演算装置はそのようなバッテリーの管理方法の実施に関与する。たとえば主演算装置２２２は、バッテリーの二つのカラムのそれぞれの上で使用する段の数ｎ１及びｎ２を決定する。そのための解決方法は、以下の規定により数ｎ１及びｎ２を選択することから成る。
− ｎ１＝［（設定ピーク電圧の振幅／モジュールの電圧）＊ｓｉｎ（２Πｆｔ）］に最も近い整数に四捨五入
− ｎ２＝［（設定ピーク電圧の振幅／モジュールの電圧）＊ｓｉｎ（２Πｆｔ）］に最も近い整数に四捨五入

演算装置は、信号の周波数ｆ及びその振幅を含む所望の出力設定値を定める。モーターに電源を供給するためにバッテリーを使用する場合、出力電圧及び電流並びにモーターの速度はサーボ制御ループにより管理することができる。数ｎ１及びｎ２は、このサーボ制御により画定される設定値に到達するために、任意のタイミングｔで調節される。

追加として、バッテリーの各カラム専用の二つの演算装置２２，２２’により、要求された電圧及び電流の値を達成しつつも、画定された数ｎ１及びｎ２を満たすのに使用するモジュール（及び場合によってはセル）をより正確に決めることができる。この選択は種々のモジュール間の充電のバランスを尊重するようにして行われる。そのために各演算装置２２，２２’は、そのカラムの各モジュールの充電状態及び電流容量についての情報を受信し、それにより、各瞬間にどのｎ１及びｎ２個のモジュールが正確に使われるかを判別することができる。したがって短期的に要求される電流が得られるセルが選択され、電流のピークが流れるまで接続された状態を保つので、モジュールの過大な回数の接続及び切断が防止される。より低い電流しか供給できないモジュールは、要求ピーク電流がこれらモジュールの電流容量を下回るときのみ使われる。

さらに主演算装置２２２は、各カラムがその作動中のＨ型ブリッジを設定するようにするために、要求電圧の符号についての情報も送信する。有利な実施形態によれば、この情報は、数ｎ１及びｎ２の符号を変えることにより、各カラムに送信される。

他方、本管理方法は、二つのカラムの各モジュールの充電状態及び電流容量についての情報を主演算装置２２２に送信するステップも含む。こうして電流及びバッテリーが供給することができる最大電圧を計算することが可能であるので、バッテリーの管理の際、それらを考慮することができる。したがって、必要な場合、主演算装置２２２は、要求されたあるいは吸収されたピーク電流の制限、さらにはモーターへの電源供給の場合にはモーターの速度の制限を実行することができる。

最後に、上で図示したバッテリーの全ての実施形態は、異なる補完的機能を果たすために、様々なタイプのスイッチを使用することが可能ことを示しているが、それらスイッチの主なものは以下の通りである。
− バッテリーのある特定のセルを接続又は切断するためのセルスイッチ
− バッテリーのある特定のセルをバイパスする又はしないための並列スイッチ
− バッテリーの一つのモジュールをバイパスする又はしないためのモジュールスイッチ
− バッテリーの複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないためのスイッチ
− バッテリーの出力側電圧を反転する又はしないためのスイッチ
− バッテリーのいくつかの下部部分を直列又は並列に配置するための直列／並列反転スイッチ
− 最後に、二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチを実装することが可能である。

有利な実施形態によれば、説明したように、全てのスイッチは、バッテリー自体の少なくとも一つのセルから電源が供給された、すなわち外部電源に頼らず局所的に電源が供給された制御回路によって操作される。他方、制御回路と、***作スイッチ、たとえば***作トランジスターとの間で、同程度の電圧を使用するためには、スイッチの制御は、充分に近く、最も近いか近接するモジュールの少なくとも一つのセルから電源が供給される充分に近い制御回路により行われるのが好ましい。そのために、たとえばＮＭＯＳトランジスターの場合のソース又はドレンなど、一方の端子が制御回路によりある特定のモジュールの電圧に接続されたスイッチであって、その制御回路がこのモジュール又は隣接するモジュール、より正確にはこれらのモジュールのうちの一つのモジュールの少なくとも一つのセルから電源が供給されるようなスイッチ、を制御するという選択をするのが有利である。より一般的には、スイッチの端子との電位差があらかじめ決められたしきい値を超えないモジュール上に電源リンクがある、任意の制御回路を選択することができるが、しきい値を超えると、スイッチを破損させたり、電気的リスク状態を引き起こすおそれがある。このしきい値は安全規格により定められ、実装されるスイッチの種類によって異なる。この近接局所的電源は、制御回路とスイッチとの間の長さが短いリンクの使用が可能になるという第二の長所を有する。

次に、制御回路は種々のスイッチを確実に作動させることが可能であることに留意すべきである。種々のモジュールが３Ｖの電位差を有し、スイッチがＮＭＯＳ型である場合、制御回路は、その入力端子上に存在する３Ｖの電圧を昇圧するために電荷ポンプを内蔵し、スイッチに応じて、スイッチの作動に必要なより高い電圧を出力部で使用するのが好ましい。たとえばＮＭＯＳトランジスターの場合、グリッドとソースとの間の電圧差が、確実な作動を確保するために２０Ｖ程度になるような電圧をそのグリッドに供給することを選択するものとする。

したがって図４１は、モジュールの老化及び容量の低下といういくつかの仮説を伴った、抵抗充電に適用されるそのようなバッテリーの使用例を示す図である。図示しない変形形態では、バッテリーの充電を実行するため、バッテリーを三相電源に接続することができる。

さらに、上で説明したバッテリーの解決方法の構造により、他の有利な機能を使用することができる。

第一の機能は電気インピーダンスを測定することから成る。そのために、セル１１に結合されている直列スイッチ１３をＯＮ及び／又はＯＦＦすることが可能であり、その結果、バッテリーパック内を循環する電流の一部がセルを通るようにする、又はしないようにすることが可能である。セルを電流が通過するタイミングを制御し、セル１１のレベルにおける電流及び電圧を測定することにより、セルの複雑電気インピーダンスを類推することが可能である。図４２に示すように、ある電気要素の電気特性を識別するための方法として、ホワイトノイズ１６０、ステップ１６１又はパルス１６２への応答など従来の方法が知られている。セルの充電状態及び健全状態をより良く見積もるために、この複雑電気インピーダンスの測定により、電流、電圧、及び温度の測定値に対する追加情報を提供することが潜在的に可能である。

直列スイッチの精緻に定められた制御に基づくこのような複雑インピーダンスの測定は、直列セルがＯＦＦのとき、モジュールの他のセルが電流の引き継ぐ間に行われるのが有利である。変形形態では、バッテリーの通常動作を基にしてこの測定を実施することも可能であるが、バッテリーは、セル（又はモジュール）がアクティブになったとき、当然のことながらセル内にステップ電流を発生する。

バッテリーパック内で消費される電流が多かれ少なかれ直流又は低周波である場合、測定を行うために直流を通す電流センサー（電流の通路の近傍の磁場を測定するセンサー、ホール降下センサー、又はシャント抵抗）を使用することが必要となることがある。これらセンサーは比較的高価でエネルギーを大量に消費する特性を有する。この制限を解消するために、採用された構造のおかげで、負荷の中を循環する電流と比較して、セル内で消費される電流の周波数を人工的に上昇させることが可能である。実際、モジュールのレベルで使われるセルを互い違いにすることができ、出力電圧を発生するために使われるモジュールを互い違いにすることができる。また、電流を測定したいと所望するまさにその瞬間のセルの高速接続／切断をさせることができる。セル又はモジュールのレベルにおけるこの電流ハッシングにより、より容易に電流を測定できるが、それは電流の周波数が上昇したからである。たとえば、測定電子機器の支持体となるＰＣＢ基板に直接組み込むことができる単純な電流変成器を使用することができる。セルの接続を切ることによりセルを通る電流がなくなり、電流変成器の磁気材料の飽和が解消される（たとえば直流又は超低周波電流の循環に関連する飽和）。セルを再接続すると、電流変成器は、材料が改めて飽和するまでの間、本来の電流変成器として機能する。この飽和の前においては、それを利用して変成器の二次側における電流の測定を行う。最後に、電流の測定を行うことを所望する毎に、一時的にセルの接続を切断する。

第二の機能は電流の測定である。別の種類の電流変成器を較正するためにセルの接続を一時的に切断する（且つ、場合によっては電流が反転ダイオードを通らないようにする）。セルの接続が切断されているのでセルを通る電流はないことがわかり、それによりセンサーの零点較正を行うことができる。較正済の既知の電流がバッテリーパック内を流れている場合（たとえばパックの再充電中の瞬間）、あるいはバッテリーパックのレベルにおいて、較正済であって正確な電流センサーにより電流の測定を行う場合、センサーの特徴の他のポイントも較正することができる。次に、セルを一つずつ接続して、セルの電流を各段のレベルの別のセルにスイッチングすることにより、このポイントの電流に対する各セルの電流センサーの較正を行うこと、及び別のポイントの電流についても同じことができる。最終的に、較正済であって、安定し、正確であり、バッテリーパック内（セル又はパックのレベル）に設置したただ一つの電流センサーでこの構想をさらに若干外挿すれば、一式のスイッチを使用して、バッテリーパックの他の全ての電流センサーの較正を行うことができる。このように特にバッテリーパックの動作中に電流センサーのリアルタイム較正が行えるという可能性により、ごく低コストのセンサーを使うことができる（なぜならセンサーが長期間にわたりきわめて安定している必要がないからである）。

第三の機能はバッテリーの放電状態又は健全状態の測定を較正することから成る。あるセルの充電状態を計算するための最も一般的な解決方法はセルの端子における電圧を測定することである。リン酸鉄リチウム−イオン型の、作用部分が先端的な化学原理に基づく基本バッテリーの場合、電圧の測定それほど正確ではない、というのは、充電又は放電の終了には程遠いときは特に、電圧は充電状態よりも温度に依存するからである。充電状態についてより精度が高い測定値を得るため方法として、セルを通る電流を積分することができることが知られている。放電状態を起点とし、電流を積分し（通算アンペア時）、セルの容量（基本バッテリーが保存できるアンペア時）を知れば、二つの値の比を求めることにより、セルの充電率を推定することができる。この解決方法はどちらかと言えば信頼性があるが定期的な較正が必要である、というのは、電流、考慮されない漏れ電流の測定値に関する誤差のため、及びセルは老化に伴いその容量が減少する（保存可能なアンペア時が減少する）ため、電流の積分の計算は時間の経過とともにずれが生じるようになる。したがって較正を行う必要がある。そのための現在の解決方法は、ある一定のサイクル数又はある一定の使用時間の後、バッテリーパックを完全に充電する及び／又は放電することから成る。完全放電に引き続いて満充電を行うことにより、たとえばセルの保存容量（アンペア時）を更新することが可能である。この作業にはかなりの時間、たとえば、通常のバッテリー再充電という単純な状況の二倍から三倍の時間を要する。さらにこの作業は損失部分においてエネルギーを消費する（完全放電中）。

この欠点を解消するため、本解決方法によるバッテリーの構造では、バッテリーパック全体についてではなく、単にバッテリーパックのセルのうちの一部についてこれらの作業を行うことが可能になり、その結果、これらの較正段階の間、バッテリーパックを使い続けることができ、使用可能な合計容量は数パーセントしか減少しない。較正は、バッテリーのうちの一個又は数個のセルを完全に放電し且つ充電し、セル容量並びにアンペア時カウンターを更新することから成る。いくつかのセルについてのこの分析を基にして、一部は外挿により、バッテリーパック全体の状態を推定することが可能である。各セルによって行われる充電／放電サイクルの数を不均衡にしないようにするには、毎較正時に較正セルを変えるだけでよい。すなわち毎較正時、異なるセル連をサンプリングする。

第四の機能はセルの動作を改良することから成る。セルの中には、充電又は放電電流が分断されると老化の速度が緩やかになる化学的作用部分を含むセルがある。実際、同じ出力がセル内に散逸される場合、電流がハッシングされて、ある一部分の時間しか印加されない場合、より高い「ピーク」電流に達することが可能であるが、それは損失が低減されるからである。このより高いピーク電流は、セル内では、セルの通常電圧よりも若干高いピーク電圧となって現れ、セルは、セルの内部においてより多いエネルギーでイオンを移動させる傾向を有し、それにより、一方の電極から他方の電極へのエネルギーのマイグレーションが促進され、受け入れ電極へのエネルギーの挿入がある限度内で改善される。この原理によりセルは、ある充電／放電サイクルから次のサイクルへ移る際のその保存容量の損失を制限することができ、したがってその老化速度を緩めることができる。選択された構造の範囲内では、たとえば、（ある段の種々のセルの接続／切断における位相のずれを伴う）ある一定の周期比でセルを接続することにより、セルからセルへの有効総電流の通過を交流化するか、出力部において良好なレベルの電圧を確保しつつ、当該スイッチを起動させてモジュールの起動を交流化することにより、バッテリーのセル内の電流をハッシングすることは容易である。

留意事項としては、上で説明したようなバッテリーのセル全体又は一部を、たとえば太陽センサー、熱センサー、力学／電気変換器などの局所的エネルギー発生源に組み合わせることができるので、たとえばバッテリーの再充電のためにこの発生源を使用すること、及び／又はバッテリーによるエネルギーの供給に追加的な可能性をもたらすことができる。

１ セル
２ モジュール
５ モーター
６ 中間装置
１１、５０、１１１ セル
１２、１１２ モジュール
１３、６３、１１３ セルスイッチ
１４、１１４ 並列スイッチ
１５ 負荷
１７ 下側端子
１８ 上側端子
１９ 導電補強材
２０ 基板
２１、２１’ 通信バス
２２、２２’ 中央演算装置
２３、２４ トランジスター
２５、２６ ダイオード
２７、６７、１２７ 駆動回路
２８ リンク
２９ 測定センサー
３０ 処理回路
３１ 通信入力部
３２ マルチプレクサー
３３ 温度センサー
３４ 並列トランジスター
３５ 電圧センサー
３６ 電流センサー
３７ インタフェース
３８ ブリッジ整流器
４０ ダイオード
４１ 駆動信号
４３、４５、４６ 通信チャンネル
５０ エネルギー保存セル
５１ 正極
５２ 負極
５３ 電解液層
５４ 第一電流コレクター
５４’ 正の内側電極
５５ 第二電流コレクター
６０ マイクロコントローラー
６１ 入力インタフェース
６２ 温度センサー
６５ 電圧センサー
６６ 電流センサー
６８ 外被部材
６９ 通信インタフェース
７０ 基板
７１ 防水層
７２ 通信端子
８０ 計算ブロック
８１、８２、８４ ブロック
８３ 補正ブロック
８５ 最終ブロック
８６、８７、８８、８９ スイッチ
９０ 信号
９１ 論理演算子
９２ 遅延セル
１００ 通信信号
１０１ 対応する信号
１０３、１０４、１０４’ トランジスター
１１５ 三相モーター
１１６ カラム
１２１ バッテリーの第一モジュール
１２２ バッテリーの第二モジュール
１２３、１２４ トランジスター
１２５ 通信バス
１２７ 入力制御回路
１４１ トランジスター
１４２ 端子
１４３ トランジスターの出力側
１４４ 最終電源供給電流
１４５ 駆動装置
１４６、１４７ 増幅段
１５０ ハウジング
１５１、１５２ 通信バス
１５３ コネクター
１５４ 通信コネクター
１５５ 機械的又は電気的スイッチ
１５６ リンク
１５７ 中央演算装置
１５８ ロック／アンロック装置
１６０ ホワイトノイズ１
１６１ ステップ
１６２ パルス
２２２ 主演算装置
２１４ 第一連のスイッチ
３１４ 第二連のスイッチ
４１４ 第三連のスイッチ
５１４ 第四連のスイッチ
６１４ 第五連のスイッチ
７１４ 第六連のスイッチ

Claims (25)

1. 直列に配置された複数のモジュール（１２；１１２）を含むバッテリーであって、
   各モジュールが、
   下側モジュールとの接続が可能な下側端子（１７）と、
   上側モジュールとの接続が可能な上側端子（１８）と、
   前記下側端子と前記上側端子との間において並列に配置された複数の分岐であって、各分岐が、直列に配置されたセル及びセルスイッチを含み、前記セルスイッチが、前記バッテリーの前記セルを接続する又は接続を切断するように構成されている、複数の分岐と、
   前記バッテリーの特定のセル及び／又は一つのモジュール及び／又は複数のモジュールを同時にバイパスする又はしないようにするために、追加の分岐として設けられた少なくとも一つの並列スイッチと、
   前記セルスイッチと前記少なくとも一つの並列スイッチを制御し、所与のモジュール（１２；１１２）又は隣接モジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から電源が直接供給される駆動回路（２７；６７；１２７）と、
   正弦波出力電圧を供給するように、リアルタイムで前記バッテリーの前記セルスイッチ及び／又は前記並列スイッチを開く及び／又は閉じるように構成されたローカル及び／又はリモートインテリジェント装置と、
   を具備することを特徴とするバッテリー。
2. 所与のモジュール又は隣接モジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から電源が直接供給される前記所与のモジュールのレベルに配置された少なくとも一つのスイッチの駆動回路を具備し、
   前記少なくとも一つのスイッチが、
   バッテリーの出力電圧を反転させる又はしないようにするためのスイッチ
   バッテリーのいくつかの下位部分を直列配置又は並列配置にするための直列／並列反転スイッチ
   二つのセルを直列又は並列に配置するための追加スイッチ
   のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
3. 複数のセル（１１；５０；１１１）を具備し、前記セル（１１；５０；１１１）のそれぞれが、セルスイッチに結合されており、前記セルスイッチは、前記セル（１１；５０；１１１）に対し直列に配置され、前記所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から電源が直接供給される所与のモジュールのレベルにそれぞれが存在する一つ又は複数の回路によって駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリー。
4. 電源供給のため、ダイオード（４０）を介してバッテリーのモジュール（１２；１１２）の少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）に接続された駆動回路（２７；６７；１２７）を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー。
5. 前記モジュール（１２、１１２）のレベルで利用可能な電圧又は電流によって駆動されるトランジスター（１４１）を介して、前記バッテリーの前記モジュール（１２；１１２）の少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）に接続された駆動回路（２７；６７；１２７）を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー。
6. 前記トランジスター（１４１）が、増幅装置を介して前記モジュール（１２，１１２）のレベルで利用可能な電圧又は電流によって駆動されることを特徴とする請求項５のバッテリー。
7. 前記駆動回路（２７；６７；１２７）が、前記バッテリーのモジュール（１２；１１２）の全セル（１１；５０；１１１）に接続されることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリー。
8. あるセル（１３；６３；１１３）に結合されたあるセルの状態に特徴的な数値を測定する少なくとも一つのセンサー（３３，３５，３６；６２，６５，６６；１３３）を具備し、駆動回路（２７；６７；１２７）が、前記セル（１３；６３；１１３）の状態に特徴的な値に応じて前記セルの前記セルスイッチ（１３；６３；１１３）を駆動することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー。
9. あるセル（１１；５０；１１１）のレベルにおける電流を測定するセンサー、及び／又は、
   あるセル（１１；１１１）の端子及び／又はそのセルスイッチの端子における電圧を測定するセンサー（３５）、及び／又は
   あるセル（１１；１１１）の温度及び／又はインピーダンススペクトロメトリーを測定するセンサー
   を具備することを特徴とする請求項８に記載のバッテリー。
10. 所与のモジュールのレベルにある一つ又は複数の処理回路（３０）であって、前記バッテリーの前記所与のモジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から電源が直接供給される一つ又は複数の処理回路（３０）、及び／又は
    前記セルの状態に特徴的な値の少なくとも一つの測定値に応じて前記駆動回路（２７；６７；１２７）を介して前記バッテリーの前記スイッチ（１３；１４；３４；６３；６４；１１３；１１４）を操作する中央演算装置（２２）
    を具備することを特徴とする、請求項８又は９に記載のバッテリー。
11. ある所与のモジュールに結合された通信モジュールであって、中央サーバー（２２）との通信のための、及び／又は少なくとも一つの別のモジュール（１２；１１２）との通信のためのインタフェース（３７）を含む通信モジュール、及び／又は
    ある所与のモジュールに結合され、所与の一つ又は複数のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から電源が直接供給される処理回路（３０）
    を具備することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリー。
12. 前記バッテリーのセル（１１）とのリンクのための端子（１６）と、
    一つ又は複数のモジュール（１２）のためのセルスイッチ（１３）と、
    前記セルスイッチ（１３）の駆動回路（２７；６７；１２７）と、
    前記バッテリーの少なくとも一つのセルからの前記駆動回路（２７；６７；１２７）への電源供給回路と、
    を含む基板（２０）を具備することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリー。
13. 前記バッテリーの各モジュール（１２）間に配設された基板（２０）、又は
    前記バッテリーの全セル（１１）が配設された一枚だけの基板（２０）、又は
    それぞれの基板が複数のモジュール（１２）に結合された複数の基板
    を具備することを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリー。
14. 少なくとも一つのセル（５０）を備え、前記少なくとも一つのセル（５０）が、セルスイッチ（６３）と、前記セル（５０）から電源が直接供給される駆動回路（６７）とを備え、それらが前記セル（５０）の外皮部材（６８）に内蔵されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリー。
15. バッテリーの出力電圧を反転させるための、四つのスイッチ（８６、８７、８８、８９）で作製されたＨ型ブリッジを備え、
    これら四つのスイッチが、
    上端モジュールのレベルに配置され、前記モジュールのレベル又はその近接部に配設された駆動回路により駆動される二つのトランジスターと、
    下端モジュールのレベルに配置され、前記モジュールのレベル又はその近接部に配設された駆動回路により駆動される二つのトランジスターと
    により構成されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のバッテリー。
16. バッテリーの部分集合体の直列結合又は並列結合を変更するためのスイッチ（１０３、１０４）を具備し、これらのスイッチが、バッテリーの一つのモジュールのレベルに配設された少なくとも一つの駆動回路（２７；６７；１２７）により駆動されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のバッテリー。
17. 前記セルスイッチ（１３；６３；１１３）がトランジスターであることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載のバッテリー。
18. 直列に配置された複数のハウジング（１５０）を具備し、
    前記ハウジングを取り外し可能に収納するための場所を有するフレームを具備し、一つの場所が出力バスを介してハウジングを前記バッテリーの端子に電気的に結合するための電気接点を含み、前記場所は、フレームスイッチに結合され、これにより、ある場所内にハウジングがない場合、前記フレームの他の場所内に配設された少なくとも一つの別のハウジングを介して、電気的出力を保持することができることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載のバッテリー。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載のバッテリーを管理する方法であって、
    所与のモジュール又は隣接するモジュールの少なくとも一つのセル（１１；５０；１１１）から、前記バッテリーのある所与のモジュール（１２；１１２）のレベルに配設されたスイッチの駆動回路（２７；６７；１２７）に電源を供給するステップと、
    リアルタイムで前記バッテリーのセルスイッチ及び／又は並列スイッチを開く及び／又は閉じて、正弦波出力電圧を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする、バッテリーの管理方法。
20. 前記バッテリーの少なくとも一つのセルによって、電源供給を必要とする前記バッテリーの内部のその他の全ての電子構成部品に電源を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載のバッテリーの管理方法。
21. セル（１１；５０；１１１）の状態を表す、バッテリーの所与のモジュール（１２；１１２）の前記セルのレベルにおける値を測定するステップと、
    前記測定値を少なくとも一つの処理回路（３０）又は演算装置（２２）に送信するステップと、
    前記測定値を考慮に入れることによりセルスイッチ（１３；６３；１１３）の位置を決定するステップと、
    前記所与のモジュール又は隣接するモジュールから電源が供給される駆動回路（２７；６７；１１３）を介して前記セルスイッチ（１３；６３；１１３）のＯＦＦ又はＯＮを指令するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の管理方法。
22. 前記セル（１１；５０；１１１）の状態を診断し、前記セルの充電及び／又はセルの健全性を見積もるために測定値をしきい値と比較することから成るステップを含むことを特徴とする、請求項２１に記載のバッテリーの管理方法。
23. 前記セルがしきい値未満の充電あるいは過充電を有するとき、又はセルが不良であるかあるいはオーバーヒート状態にあるとき、前記セルスイッチ（１３；６３、１１３）をＯＦＦにすることから成るステップを含むことを特徴とする、請求項２２に記載のバッテリーの管理方法。
24. セル（１１；５０；１１１）に組み合わされた前記セルスイッチ（１３；６３、１１３）を周期的にＯＦＦ／ＯＮするステップを含み、周期比が前記セル（１１；５０；１１１）の合計使用時間に応じて決定され、合計使用時間自体も前記バッテリーの電流及び電圧の総体的必要量及び当該セルの診断に応じて決定されることを特徴とする、請求項１９から２３のいずれか一項に記載のバッテリーの管理方法。
25. 前記バッテリーが負荷に接続されているとき、充電率が最も高い前記モジュール及び／又はセルを、前記バッテリーが再充電されているときは充電率が最も低い前記モジュール及び／又は前記セルを優先的に使用することにより、モジュール間及び／又はセル間を均等化するステップと、
    前記モジュール及び／又は前記セルの充電が均等になるよう、同じ前記モジュール及び／又はセルを常時使用することはしないで、前記モジュール及び／又は前記セルの平均使用率を変更することにより、モジュール及び／又はセルを均等化するステップと、
    前記モジュールが供給できる電流に応じて前記モジュールの使用を選択するステップと、
    温度が最も高い前記モジュール及び／又は前記セルの使用を制限するか、所要電流が少ないときに優先的に前記モジュール及び／又は前記セルを使用するステップと、
    バッテリー内部の温度を均一に保つステップと、
    の全て又は一部を含むことを特徴とする、請求項１９から２４のいずれか一項に記載のバッテリーの管理方法。

Images