JP6924861B2 - 複数のセルを有するバッテリのためのバッテリ監視システム - Google Patents

Description

本発明は、液体電解質バッテリ、例えば鉛酸バッテリの状態及び性能を監視するためのインテリジェントシステムに関する。

液体電解質バッテリ、例えば鉛酸バッテリは、電気化学反応によって電気エネルギを供給する。電気化学反応は、電位を生成するために、酸、例えば硫酸とバッテリ電極との反応を伴う。鉛酸バッテリは、その信頼性及び低コストのために、自家動力車両（例えば、フォークリフト及びリーチトラックを含む）、予備電源、及び他の用途のための一次電源の１つである。

鉛酸バッテリの状態又は性能を監視するための様々なセンサが存在する。例えば、鉛酸バッテリは、再充電の場合及び熱によって引き起こされる水分蒸発による水の喪失を経験する。従って、周知の水位センサは、バッテリ筐体内の液面を測定し得る。周囲空気温度、バッテリ液温度、バッテリ電圧、アンペア時スループット、及び半電圧（バッテリの他半部と比較したときのバッテリの一半部の電圧）を測定するための追加のセンサが知られている。

しかしながら、様々な問題が既存のセンサで発生する。例えば、既存のセンサは、統合を欠き、各バッテリを手動で検査する必要性を完全に緩和しない。加えて、既存の液面センサは、バッテリによって消費される水の量を測定せず、代わりに所与の時点における所定の液面の存在又は欠如を測定する。

従って、液体電解質バッテリ、特に鉛酸バッテリのための改善されたバッテリ監視システムの必要性が引き続き残っている。加えて、鉛酸バッテリの状態及び性能を自動的に監視して、それによりバッテリ動作及び寿命を向上させる改善されたバッテリ監視システムの必要性が引き続き残っている。

複数の液体電解質バッテリのためのバッテリ監視システムが提供される。バッテリ監視システムは、複数のバッテリのそれぞれの状態又は性能を監視するためのセンサのネットワークを含む。センサネットワークからのセンサデータは、無線ネットワークを介して独立型装置と共有される。独立型装置、例えばスマートフォン又はタブレットは、センサデータの解析のためのサーバと通信する。独立型装置は、複数のバッテリの適切な整備及びメンテナンスを保証するためにメンテナンス警告を提供する。

一実施形態では、複数のバッテリのそれぞれは、センサネットワークと電気通信する制御モジュールを含む。センサは、電圧センサ、流量センサ、圧力センサ、液面センサ、アンペア時スループット電流センサ、及びバッテリ汚れセンサを含み得る。制御モジュールは、加えて、内蔵温度センサ及び内蔵加速度計を含む。センサは、電解液面、電解液温度、周囲温度、バッテリ方向、アンペア時スループット、正端子と負端子との間の電圧、及びバッテリの半電圧を測定する。

別の実施形態では、制御モジュールは、任意選択的にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｓｍａｒｔ広告モードに従い、無線ネットワークを介してデータを共有する。第１のパケットは、バッテリステータスに関する。バッテリが早急な対応を必要とする場合、バッテリステータスパケットは、ユーザに警告し得る。例えば、バッテリステータスパケットは、バッテリ衝撃、バッテリ温度、セル不均衡、及び低電解液面に関する情報を含み得る。第２のパケットは、履歴センサデータを含み、履歴センサデータは、ディジタルタイムスタンプを含む。履歴センサデータは、記憶及び解析のためにサーバに転送される。

更に別の実施形態では、制御モジュールは、無線パーソナルネットワーク、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔネットワーク又はＺｉｇＢｅｅネットワークを介して独立型装置とデータを共有する。独立型装置は、無線パーソナルエリアネットワークを介してデータを受信するように適合されたスマートフォン、タブレット、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、又は車両コンピュータを含み得る。独立型装置は、ゲートウェイ（無線アクセスポイント）、セルラシステム、又はメッシュネットワークも含み得る。独立型装置は、メンテナンス警告、又は例えば危険な液面若しくは危険なバッテリ温度を示す他の警告を表示するように適合されたアプリケーションプログラムを含む。

更に別の実施形態では、バッテリ監視システムは、鉛酸バッテリに追加される水の量を測定する。バッテリ監視システムは、流量センサと、圧力センサと、流量センサ及び圧力センサの出力に結合されたマイクロプロセッサとを含む。マイクロプロセッサは、流量が所定の最小流量を超過する場合、供給チューブ内の測定された圧力に基づいて、鉛酸バッテリに追加される水の量を判定する。バッテリに追加される水の量は、バッテリの状態及びその残存耐用年数を示し得る。

更に別の実施形態では、バッテリ監視システムは、流量センサなしに、鉛酸バッテリに追加される水の量を測定する。この実施形態では、マイクロプロセッサは、水圧が最小圧力を超過するときと、水圧が最大圧力で安定するときとの間の期間に基づいて、鉛酸バッテリに追加される水の量を判定する。上記のように、バッテリに追加される水の量は、バッテリの状態及びその残存耐用年数を示し得る。

更に別の実施形態では、バッテリ監視システムは、任意選択的に流量センサなしに圧力センサを用いて、水が鉛酸バッテリに追加されたかどうかを判定する。この実施形態では、マイクロプロセッサは、バッテリが給水されたかどうかを判定するために圧力センサの出力を測定する。バッテリが給水されなかった場合、ユーザは、任意選択的に独立型装置に公開されるメンテナンス警告を介して、バッテリに給水する必要性を警告され得る。

更に別の実施形態では、バッテリ監視システムは、多軸加速度計、加速度計の出力に結合されたマイクロプロセッサ、及びマイクロプロセッサと無線通信する独立型ユニットを含む。マイクロプロセッサは、加速度計出力に基づいて、バッテリハウジングへの衝撃及びバッテリハウジングの方向を判定するように動作可能である。この情報は、独立型装置にブロードキャストされる。独立型装置は、危険なバッテリ状態、例えばバッテリハウジングが危険な方向にある（例えば、著しく傾斜されている）こと、又はバッテリハウジングが危険な衝撃（例えば、落下）にさらされたことをユーザに警告し得る。

従って、本発明は、液体電解質バッテリ、特に鉛酸バッテリのための改善されたバッテリ監視システムを提供し得る。改善されたバッテリ監視システムは、バッテリ性能及びバッテリ状態の解析を提供するために、接続されたセンサのネットワークで既存のセンサを置き換えることができる。改善されたバッテリ監視システムは、各鉛酸バッテリの適切なメンテナンスレベルを保証することにより、鉛酸バッテリの手動検査を低減又は除去することができると共に、バッテリ動作及び寿命を向上させることができる。

本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、添付の図面及び添付の請求項に従って考察された場合に本発明の以下の説明から明らかになるであろう。

単点給水システムに結合されたディープサイクル鉛酸バッテリの斜視図である。 単点給水システムに結合されたディープサイクル鉛酸バッテリの上面図である。 現在の実施形態によるバッテリ監視システムの上面図である。 現在の実施形態による、内部無線通信回路を備えた制御モジュールの斜視図である。 現在の実施形態による制御モジュールの概略図である。 バッテリ警告を判定するための、手持ち式装置及び遠隔サーバを含むバッテリ監視システムの図である。 現在の実施形態によるセンサデータの収集を示すフローチャートである。 複数の制御モジュールからローカル独立型装置へのセンサデータのアップロードを示すフローチャートである。 ローカル独立型装置から遠隔サーバへのセンサデータのアップロードを示すフローチャートである。 現在の実施形態によるバッテリの加速度計データの評価を示すフローチャートである。

本明細書で考察され且つ開示されるような本発明は、液体電解質バッテリ、特に鉛酸バッテリのためのバッテリ監視システムを含む。以下で明らかにされるように、バッテリ監視システムは、複数の液体電解質バッテリの状態又は性能を監視するためのセンサのネットワークを含む。センサデータは、無線ネットワークを介して独立型装置と共有される。独立型装置と電気通信するサーバは、解析のためにデータを受信し、これにより、追加のメンテナンス警告及び他の警告が独立型装置に送信され得る。

Ｉ．バッテリ概要
ここで、図１を参照すると、例示的な液体電解質バッテリが示されており、一般に１００で明示されている。液体電解質バッテリ１００は、電極と、電解質溶液と、端子とのアセンブリを収容する複数のバッテリセルを含むディープサイクル鉛酸バッテリである。バッテリセルは、共通ハウジング１０２を共有し、１２ボルト構成を含む。各バッテリセルは、ハウジングカバー１０４上に小さいベント開口部を含む。鉛酸バッテリは、各バッテリセル内へねじり込まれるベントキャップも含む。正端子１０６及び負端子１０８は、ハウジングカバー１０４の上端から突出する。

再充電中及び熱によって引き起こされる水分蒸発により、鉛酸バッテリ１００は、水の喪失を経験する。図１に示されているように、単点給水システム１１０は、各バッテリセルに水を供給する。単点給水システムは、注入口１１２から各バッテリセルへの流体流路を提供する可撓性供給チューブ１１６を含む。単点給水システムは、ベントキャップに取って代わり、各バッテリセルのためのベント開口部内へねじり込まれる、各バッテリセルのための補給制御バルブ１１４も含む。

ＩＩ．システム概要
上記のように、現在の実施形態は、複数のディープサイクル鉛酸バッテリの状態又は性能を監視するためのバッテリ監視システムを含む。バッテリ監視システム１０は、図１〜５に示されており、制御モジュール１２、複数の外部センサ、及び複数の内部センサを含む。外部センサは、電流センサ１４、流量センサ１６、圧力センサ１８、正極２０、接地電極２２、半電圧電極２４、液面センサ２８、及びバッテリ汚れセンサ３０を含む。内部センサ（制御モジュール１２の内部）は、温度センサ３２及び加速度計３４を含む。他の実施形態は、必要に応じて、より多数又は少数の外部センサ及び／又は内部センサを含む。各センサは、鉛酸バッテリ１００の特性（例えば、状態又は性能）を測定する。測定される特性は、電解液面、電解液温度、周囲温度、ハウジング完全性（例えば、過去の落下又は衝撃のいずれかの履歴）、ハウジング方向、正端子と負端子との間の電圧、及びバッテリ１００の半電圧を含み得る。他の特性は、他の実施形態において必要に応じて測定され得る。

図１〜２に示されているように、制御モジュール１２は、ハウジングカバー１０４の中央に搭載される。制御モジュール１２は、上記のセンサの出力を処理するための内部コントローラを含む。コントローラは、本実施形態においてマイクロプロセッサ４０であるが、例えば、他の実施形態において特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含み得る。マイクロプロセッサ４０は、任意選択的にアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）４２を介して、上記で識別された各センサの出力に結合される。制御モジュール１２は、シフトレジスタ、例えばマイクロプロセッサ４０への入力数を低減するための並列入力直列出力シフトレジスタを追加的に含み得る。シフトレジスタは、外部センサとマイクロプロセッサ４０との間で接続されるように、図５に示されている信号調整回路４４に組み込むことができる。マイクロプロセッサ４０は、無線パーソナルネットワーク、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔ（ＢＬＥ）ネットワーク）を介した通信のための統合通信回路を追加的に含み得る。他のネットワークは、例えば、ＺｉｇＢｅｅネットワーク及びＷｉ−Ｆｉネットワークを含む。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔネットワークが用いられる場合、統合通信回路は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈチップ、及び独立型装置（以下で説明される）との通信のための一体型２．４ＧＨｚアンテナを含み得る。

同様に図５に示されているように、制御モジュール１２は、プログラミングインターフェース４６、シリアルデバッガインターフェース４８、内蔵温度センサ３２、内蔵加速度計３４、外部不揮発性メモリ（ＮＶＭ）５０、内蔵ＬＥＤ表示器５２、遠隔ＬＥＤ表示器５４へのシリアルバス、規制されたレール電圧５６、及び４ピンワイヤ対ワイヤコネクタ５８を含む。プログラミングインターフェース４６は、無線ネットワークを介して、センサデータを処理し且つ／又はセンサデータをブロードキャストするためのコンピュータ可読命令を受信する。シリアルデバッガインターフェース４８は、梱包及び出荷前に、マイクロプロセッサ４０が適切に動作していることを確認するためのデータ転送をサポートする。内蔵温度センサ３２は、出力のための温度測定値をマイクロプロセッサ４０に提供する。温度センサ３２は、可変抵抗を有するサーミスタを含み得る。任意選択的に分圧器を用いてサーミスタの抵抗を測定することにより、マイクロプロセッサ４０は、周囲空気温度を判定し得る。内蔵加速度計３４は、バッテリ１００の方向（例えば、直立、逆さ、傾斜）及びバッテリ１００へのあらゆる衝撃を測定する３軸加速度計である。内蔵ＬＥＤ表示器５２は、バッテリ１００の状態又は性能に関する即時フィードバックを提供する。幾つかの実施形態では、内蔵表示器５２は、３つのＬＥＤ、即ち安定した緑色ＬＥＤ、安定した赤色ＬＥＤ、及び点滅赤色ＬＥＤを含む。安定した緑色ＬＥＤは、液面が補給を必要としないことを示し得る。点滅赤色は、液面が補給を必要とすることを示し得る。及び安定した赤色は、液面が高すぎることを示し得る。ＬＥＤ表示器５２は、制御モジュール１２上に存在するように説明されたが、同様に又は代替として、他の場所、例えば液面センサ２８上に存在し得る。ＬＥＤ表示器４２は、代替として、制御モジュール１２から突出するワイヤ端部に存在し得る。最後に、ワイヤ対ワイヤコネクタ５８は、本実施形態では、４つの接続部、即ちマイクロコントローラに対する２つの接続部（５Ｖ及び接地）と、シリアルデバッガインターフェース４８に対する２つの接続部（転送及び受信）とを含む。

周期的に又はセンサデータが収集されるときに、制御モジュール１２は、近くの独立型装置６０のために、無線ネットワークを介してセンサデータを公開又は送信する。独立型装置６０は、手持ち式装置、例えばスマートフォン、タブレット、若しくはラップトップを含むか、又はデスクトップ装置、例えばコンピュータワークステーション、若しくは車両コンポーネント、例えば内蔵車両コンピュータを含む。次に、独立型装置６０は、更なる解析のために、遠隔サーバ６２にデータの全て又は一部を通信する。図６に示されているように、独立型装置６０は、無線ネットワークを介して複数のバッテリ監視システム１０に接続され得る。遠隔サーバ６２に送信されたデータは、遠隔データベースに格納され且つ／又は解析され得る。例えば、遠隔サーバ６２は、センサデータを解析し、追加されたメンテナンス警告及び他の警告を独立型装置６２に通信し得る。

繰り返すと、独立型装置６０は、バッテリ１００とそれぞれ関連する複数の制御モジュール１２からセンサデータを取得する。一実施形態では、制御モジュール１２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔプロトコル（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ又はＢＬＥとも呼ばれる）に従って、独立型装置６０と通信する。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔプロトコルによれば、制御モジュール１２は、それぞれ中央装置が読み取るデータをポストする周辺装置である。独立型装置６０は、中央装置として、制御モジュール１２から公開されたデータを読み取る。制御モジュール１２は、例えば、センサデータに対する重要な変更が存在する場合、規則的に又はイベントに応じて、公開されたデータを更新し得る。センサデータは、２つのパケットを含む。第１のパケットは、バッテリステータスを含む。バッテリステータスパケットは、バッテリがアクション項目を必要としていることをユーザに警告するために用いられ得る。例えば、バッテリステータスパケットは、バッテリ衝撃、過温度、セル不均衡、及び低電解液面に関する情報を含み得る。アクション項目は、水をバッテリに補給すること、バッテリを新しいバッテリと交換すること、バッテリ上端カバーを清掃すること、又はバッテリを垂直方向に戻すことを含み得る。アクション項目は、均衡化、バッテリを充電すること、バッテリを修理すること、温度単点給水システムの修理、又は充電の状態も含み得る。アクション項目は、例えば、独立型装置６２のタッチスクリーンディスプレイ上でユーザに提示され得る。第２のパケットは、履歴センサデータを含み得る。履歴センサデータは、以下で更に説明されるように、遠隔サーバ６２による診断解析のためのディジタルタイムスタンプを含む。

特に、遠隔サーバ６２は、バッテリ１００に関連する一連の診断機能を実行するプロセッサを含む。診断機能の出力に基づいて、遠隔サーバ６２は、独立型装置６０に１つ又は複数のメンテナンス警告を送信する。しかしながら、他の実施形態では、独立型装置６０は、バッテリ１００に関連する診断機能を実行するように適合された内部プロセッサを含む。これらの実施形態では、遠隔サーバ６２は省略され、独立型装置６０は自己警告を提供する。診断機能は、コンピュータ可読データ記憶装置に格納された一連の命令を含む。コンピュータ可読データ記憶装置は、プロセッサによって読み取れる携帯メモリ装置であり得る。そのような携帯メモリ装置は、コンパクトディスクと、ディジタルビデオディスクと、フラッシュドライブと、内臓若しくはコンピュータに外部で接続されたディスクドライバによって読み取り可能な任意の他のディスク、メモリスティック、又は現在周知であるか若しくは今後開発されるかに関わらず任意の他の携帯記憶媒体とを含み得る。代替として、機械可読データ記憶装置は、コンピュータのハードディスク又はフラッシュドライブなど、コンピュータの埋め込みコンポーネントであり得る。

ＩＩＩ．センサ概要
上記のように、バッテリ監視システム１０は、バッテリ１００の１つ又は複数の特性を測定及び報告するための様々なセンサを含む。例示的なセンサは、非限定的な例によって以下で説明される。追加のセンサは、他の実施形態において必要に応じて利用され得る。センサデータは、無線ネットワークを介してブロードキャストされる前に、マイクロコントローラ４０によってタイムスタンプされて解析される。

電流センサ１４は、バッテリ１００の電力出力を測定するように適合された電気センサである。図５に示されているように、電流センサ１４は、２つの入力（供給及び接地）と１つの出力（電流センサ信号）とを備えた信号調整回路４４に結合される。信号のアナログ値は、バッテリ１００の電力出力に比例し、アナログ入力としてマイクロプロセッサ４０に出力される。

フローセンサ１６は、供給チューブ１１６と流体連通する注入口及び放出口を有するインラインフローセンサである。フローセンサ１６は、内部回転子と内部ホール効果センサとを含む。回転子が回転する速度は、水の流量に依存して変化する。ホール効果センサは、対応するパルス信号を信号調整回路４４に出力し、次に信号調整回路４４は、ＡＤＣ４２を介してマイクロプロセッサ４０に出力する。その後、マイクロプロセッサ４０は、供給チューブ１１６内の流量に対応する値にディジタル信号を変換する。

圧力センサ１８は、供給チューブ１１６と流体連通する注入口及び放出口を有するインライン圧力センサである。圧力センサ１８は、供給チューブ１１６における流体圧力に比例するアナログ信号を出力する。圧力センサ１８の出力は、信号調整回路４４に結合され、次に信号調整回路４４は、ＡＤＣ４２を介してマイクロプロセッサ４０に出力する。その後、マイクロプロセッサ４０は、供給チューブ１１６内の圧力に対応する値にディジタル信号を変換する。

半電圧センサ２４は、バッテリ１００の一半部における電圧をバッテリ１００の他半部における電圧と比較するように適合される。図５に示されているように、半電圧センサ２４は、信号調整ユニット４４への出力を含み、その出力は、４〜４６ボルトＤＣである。半バッテリ電圧は、ＡＤＣ４２への４つの入力の１つであり、ＡＤＣ４２はまた、各端子電圧（ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−によって表される）と、汚れたバッテリの電圧とを含む。

液面センサ２８は、バッテリハウジング１０４内の液面を測定する容量センサを含む。容量センサは、液面がプローブに対して増加するのに伴って変化する出力を提供する。液面センサ２８の出力は、ワイヤ対ワイヤコネクタ５８と、続いてマイクロプロセッサ４０とに結合される。液面センサ２８の構造及び機能性は、本出願と同日付で出願された「Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許出願第１５／０７９１２５号明細書（米国特許出願公開第２０１７／２７９１６７号明細書）において明らかにされ、その出願の内容は、その全体が参照により援用される。

バッテリ汚れセンサ３０は、バッテリカバー１０４上の電解液の蓄積を検出し、バッテリカバー１０４上に導電性パッドを含む。導電性パッドは、「汚れたバッテリの電圧」として、図５に示されている電圧を信号調整回路４４に出力する。ＡＤＣ４２は、ディジタル信号をマイクロプロセッサ４０に出力し、このディジタル信号は、汚れたバッテリの電圧に基づいている。負端子２２と導電性パッドとの間の電圧が所定の範囲内に入ると、バッテリカバー１０４上に短絡が存在し、バッテリカバー１０４が清掃されるべきであることをエンドユーザに通知するための信号が独立型ユニット６０に送信され得る。

内蔵温度センサ３２は、マイクロプロセッサ４０への出力のための、水位上方の（例えば、バッテリカバー１０４の頂上の）温度測定値を提供する。内蔵温度センサ３２は、本実施形態においてサーミスタを含み、サーミスタは、周囲温度に比例する抵抗を有する。内蔵温度センサ３２の出力は、マイクロプロセッサ４０へのアナログ入力である。

内蔵加速度計３４は、方向感知、自由落下感知、及び衝撃感知を提供する３軸加速度計である。特に、内蔵加速度計３４は、バッテリ１００の方向（例えば、垂直、逆さ、傾斜）と、バッテリ１００へのあらゆる自由落下イベント又は衝撃とを測定する。内蔵温度センサ３２の出力は、マイクロプロセッサ４０へのアナログ入力である。

図７を参照すると、センサデータの動作を示すフローチャートが示されている。判定ステップ７０では、マイクロプロセッサ４０は、現在のイテレーションが起動又はパワーサイクルの結果として起こっているかどうかを判定する。パワーサイクルが検出された場合、マイクロコントローラは、独立型装置６０への後続の送信のために、ステップ７２で不揮発性メモリ５０に電源喪失のフラグを立てる。起動が検出された場合、マイクロプロセッサ４０は、ステップ７４において、センサデータのサンプリング、無線ネットワークを介した送信、及び内蔵センサのポーリングのためのウォッチドッグタイマを開始する。本明細書で用いられているように、ウォッチドッグタイマは、通常動作中に規則的に再開する電子カウントダウンタイマを含む。判定ステップ７６では、マイクロプロセッサ４０は、割り込みがトリガされたかどうかを判定する。割り込みがトリガされた場合、マイクロプロセッサ４０は、ステップ７８で割り込みを加速度計又は通信回路からのものとして識別する。マイクロプロセッサ４０は、ステップ８０で加速度計３４を読み取るか、又は判定ステップ７８の結果に依存してステップ８２で通信要求に応える。判定ステップ８４では、マイクロプロセッサ４０は、タイムアウトが満了したかどうかを判定する。満了していなければ、マイクロプロセッサ４０は、ステップ７４に戻る。タイムアウトが満了している場合、マイクロプロセッサ４０は、判定ステップ８６でタイムアウトのソースを識別する。次に、マイクロプロセッサ４０は、タイムアウトのソースに従ってセンサデータを読み取り、その後、ステップ７４に戻る。いかなるタイムアウトもない状態で、マイクロプロセッサ４０は、同様に不揮発性メモリ５０に格納された閾値との比較のためにセンサデータを不揮発性メモリ５０に格納する。閾値は、独立型装置６０によって随時更新され得る。予想されたパラメータの外部にあるセンサデータは、タイムスタンプされ、無線ネットワーク、任意選択的にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ無線パーソナルネットワークを介したブロードキャストのために不揮発性メモリ５０に格納される。

独立型装置６０によるデータの読み取りが図８に更に示されている。ステップ９０において、ローカル無線ネットワーク上の各制御モジュール１２を発見した後、独立型装置６０は、（図８及び図９において「周辺装置」又は「周辺機器」として識別される）各制御モジュール１２を識別する。ステップ９２では、独立型装置６０は、そのような各制御モジュール１２に接続し、それを認証する。独立型装置６０は、ステップ９４において、そのような各制御モジュール１２からデータを読み取り、ステップ９６でローカルメモリにそのデータを書き込む。独立型装置６０は、データ読み取りが完了したかどうかをステップ９８で判定する。データ読み取りが完了していない場合、独立型装置６０は、ステップ１００で制御モジュール１２からデータパケットを引き続き探す。データ読み取りが完了した場合、独立型装置６０は、ステップ１０２で制御モジュール１２から接続を切る。ステップ１０４において、無線ネットワークが利用可能な場合、独立型装置６０は、ステップ１０６で遠隔サーバ６２にデータをアップロードする。判定ステップ１０８では、独立型装置６０は、データ読み取りが完了したかどうかを判定し、完了していなければ、更なる反復のためにステップ９０に戻る。

独立型装置６０からサーバ６２へのデータのアップロードが図９に更に示されている。ステップ１１０では、独立型装置６０は、無線ネットワークが利用可能かどうかを判定する。無線ネットワークが利用可能でない場合、独立型装置６０は、ステップ１１２において、無線ネットワークに接続するように引き続き試みる。無線ネットワークが利用可能な場合、独立型装置６０は、ステップ１１４でサーバアプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）に対して認証を受ける。ステップ１１６では、独立型装置６０は、最後の更新の時刻をチェックする。ステップ１１８では、独立型装置６０は、最後のサーバアップロード以降に、制御モジュール１２から受信されるデータのための自らのローカル記憶装置をフィルタリングする。ステップ１２０では、独立型装置６０は、サーバ６２にＰＯＳＴ要求を送信し、サーバ６２がＰＯＳＴ要求に伴うデータを受領及び格納することを要求し、データは、制御モジュール１２からのタイムスタンプされたセンサデータに対応する。ステップ１２２では、独立型装置６０は、サーバ６２から応答コード及びメッセージを受信する。ステップ１２４では、独立型装置６０は、要求がサーバ６２によって受信及び処理されているかどうかを判定する。例えば、応答コード２００は、ＨＴＭＬである。独立型装置６０は、ＰＯＳＴ要求の受領がサーバ６２によって承認されたかどうかに依存して、上記のプロセスを反復するか又は終了する。

ＩＶ．診断機能
上記のように、バッテリ監視システム１０は、複数の鉛酸バッテリ１００の自動診断を提供するように適合される。自動診断は、複数の鉛酸バッテリ１００のそれぞれの適切な整備及びメンテナンスを保証するためにメンテナンス警告をもたらし得る。診断は、幾つかの実施形態では、制御モジュールマイクロプロセッサ４０によって遠隔で実行され得る。一方で他の実施形態では、診断は、独立型装置６０又はサーバ６２によってローカルで実行され得る。次に、結果としてのメンテナンス警告は、ユーザが調べるために、独立型装置６０上でホストされたアプリケーションプログラムによって提示される。

現在の実施形態に従って、多数の診断機能が以下で提示される。これらの診断機能は、（ａ）複数のバッテリのそれぞれの内部における液面を測定することと、（ｂ）流量センサ及び圧力センサを用いて、複数のバッテリのそれぞれに追加される水の量を測定することと、（ｃ）流量センサを用いずに圧力センサを用いて、複数のバッテリのそれぞれに追加される水の量を測定することと、（ｄ）加速度計を用いて、バッテリの方向及びあらゆる危険な衝撃を測定することとを含む。追加の診断機能は、他の実施形態において必要に応じて利用され得る。各診断機能の出力は、バッテリに関するアクション項目を示すために、独立型装置への警告を一般に含む。アクション項目は、バッテリに水を補給すること、バッテリを新しいバッテリと交換すること、バッテリ上端カバーを清掃すること、又はバッテリを垂直方向に戻すことを含み得る。他の警告は、他の実施形態において必要に応じて生成され得る。

バッテリ内の液面を測定することは、液面センサ２８の出力を測定することと、その出力を所定の最小液面と比較することとを一般に含む。液面センサ２８の出力は、複数の非ゼロの液面が検出され得るように、バッテリ内の液面に関連して変化する。比較（マイクロプロセッサ４０、独立型装置６０、又はサーバ６２によって実行される）により、測定された液面が最小液面より低いと判定された場合、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、バッテリの次の使用に先立ってバッテリに補給するためのアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラム上で提示され得る。

バッテリに追加される水の量を測定することは、（各バッテリのために）供給チューブ１１６を通して移動する水の流量を測定することと、測定された流量が最小流量を超える期間中に追加される水の量を計算することと、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラムのために、計算された水の量を出力することと、任意選択的に、給水が完了した場合に独立型装置６０のユーザに知らせることとを一般に含む。追加される水の量の計算は、体積流量を判定するために、流量（流量センサ１６の出力から導き出されるような）に供給チューブ１１６の面積を掛けることによって実行される。次に、体積流量は、流量が最小流量を超過した合計期間を掛けられ、本明細書で「補給量」とも呼ばれる、測定された追加水量に達する。流量が安定していない場合、上記の計算は、同じ期間にわたる流量を積分することによって実行され得る。次に、測定された追加水量は、その特定のバッテリのための予想された追加水量と比較される。予想された追加水量は、例えば、バッテリの残存耐用年数の関数であり得る。次に、その関数は、例えば、以前の充電関回数に基づき得る。測定された追加水量が予想された追加水量を超過する場合、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、老朽化するバッテリを交換するアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラムによって表示され得る。独立型装置６０は、収集されたデータに基づいて補水を追加的にスケジューリングし得る。

バッテリに追加される水の量を測定することは、代替として、（各バッテリのために）供給チューブ１１６を通して移動する水の圧力を測定することと、測定された圧力が最小圧力と最大圧力との間にある期間中に追加される水の量を計算することと、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラムのために、計算された水の量を出力することと、給水が完了した場合に独立型装置のユーザに知らせることとを含み得る。追加される水の量の計算は、（圧力センサ１８によって測定されるように）供給チューブ１１６内の圧力から流量が導き出されるベルヌーイ式に従って実行される。次に、流量は、体積流量を判定するために、供給チューブ１１６の面積を掛けられる。次に、体積流量は、測定された圧力が所定の最小圧力と所定の最大圧力との間にあった合計期間を掛けられ、補給量に達する。流量が安定していない場合、上記の計算は、同じ期間にわたる流量を積分することによって実行され得る。次に、補給量は、その特定のバッテリのための予想された追加水量と比較される。予想された追加水量は、例えば、バッテリの残存耐用年数の関数であり得る。次に、バッテリの残存耐用年数は、以前の充電回数に基づき得る。補給量が予想された追加水量を超過する場合、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、老朽化するバッテリを交換するためのアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラムによって表示され得る。独立型装置６０は、収集されたデータに基づいて補水を追加的にスケジューリングし得る。幾つかの実施形態では、この方法は、バッテリに追加される水の量の測定と無関係に、バッテリが給水されたかどうかを検出するように修正される。例えば、この方法は、測定された圧力（又は上記で導き出されたような流量）と閾値圧力（又は閾値流量）との比較に基づいて、バッテリが給水されたかどうかを判定することを含み得る。バッテリが給水されなかった場合、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、バッテリに給水するためのアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラムによって表示され得る。

バッテリの方向及びあらゆる危険な衝撃を測定することは、（各バッテリのために）加速度計出力を測定することと、加速度計出力に基づいて、バッテリハウジングの方向及びバッテリハウジングへのあらゆる衝撃を判定することとを含む。バッテリハウジングの方向は、コンピュータ可読メモリに格納された方向の許容範囲と比較され得る。測定された方向が許容される方向範囲外にある場合、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、バッテリをその直立位置に戻すためのアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラム上で提示され得る。加速度計出力が、所定の最大Ｇ力を超過する任意のＧ力を明らかにすると、独立型装置６０は、ユーザへの警告を生成する。警告は、バッテリを視覚的に検査するか又は交換するためのアクション項目を含み得る。アクション項目は、独立型装置６０上でホストされるアプリケーションプログラム上で提示され得る。

更に図１０に関連して、バッテリの方向及びあらゆる危険な衝撃を測定することは、ステップ１３０で１２Ｃバスを介して加速度計カウントデータを読み取ることを含む。加速度計データは、角度イベント及び衝撃イベントについてステップ１３２で分析される。判定ステップ１３４では、マイクロコントローラは、加速度計データが角度イベント、衝撃イベント、又は両方のイベントに関するかどうかを判定する。角度イベントが判定された場合、マイクロプロセッサ６０は、ステップ１３６において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ広告パケットによって用いられる角度イベントの例外フラグを立てる。このデータは、ステップ１３８でタイムスタンプと共にＮＶＭ５０に格納される。衝撃イベントが判定された場合、マイクロプロセッサ６０は、ステップ１４０において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ広告パケットによって用いられる衝撃イベントの例外フラグを立てる。このデータは、ステップ１４２でタイムスタンプと共にＮＶＭ５０に格納される。両方のイベントが判定された場合、マイクロプロセッサ６０は、ステップ１４４において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ広告パケットによって用いられる両方のイベントの例外フラグを立てる。このデータは、ステップ１４６でタイムスタンプと共にＮＶＭ５０に格納される。格納されたデータは、後にステップ１３０において、独立型装置６０による受領のためにＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥネットワークにわたって送信される。

従って、独立型装置６０のためのアプリケーションプログラムは、複数のバッテリに関する多数のメンテナンス警告を提示し得る。メンテナンス警告は、バッテリ状態及び／又はバッテリに関するアクション項目を示し得る。アクション項目は、亀裂に関してバッテリハウジングを視覚的に検査すること、バッテリに水を補給すること、バッテリを新しいバッテリと交換すること、バッテリ上端カバーを清掃すること、又はバッテリを垂直方向に戻すことに関する推奨を含み得る。他の警告は、他の実施形態において必要に応じて生成され得る。アプリケーションプログラムは、ユーザからの入力を受信することもできる。例えば、アプリケーションプログラムは、アクション項目が実行されたこと、例えば、バッテリが検査されたか、バッテリが水を補給されたか、バッテリが交換されたか、バッテリが清掃されたか、又はバッテリが垂直方向に戻されたかということの確認を受信し得る。その入力は、マイクロコントローラ４０又は遠隔サーバ６２の１つ又は両方に送信され得る。

上記の説明は、本発明の現在の実施形態の説明である。添付の請求項で定義されるような本発明の趣旨及びより広範な態様から逸脱することなく、様々な代替形態及び変更形態がなされ得、添付の請求項は、均等物の原則を含む特許法の原理に従って解釈されるべきである。例えば、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その」又は「前記」という冠詞を用いた単数形の要素へのいかなる言及も、要素を単数形に限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. 複数のセルを有するバッテリのためのバッテリ監視システムであって、
   前記セルのそれぞれに一つ設けられた、複数の補給制御バルブと
   前記補給制御バルブに流体を導くための供給チューブと、
   前記供給チューブに動作可能に接続され、前記供給チューブを通して移動する流体の流量を検出する流量センサであって、出力を提供する、流量センサと、
   前記供給チューブに動作可能に接続され、前記供給チューブを通して移動する流体の圧力を検出する圧力センサであって、出力を提供する、圧力センサと、
   前記流量センサの前記出力及び前記圧力センサの前記出力に電気的に結合されるコントローラであって、
   前記流量センサの前記出力の機能として、前記供給チューブを通して移動する流体の流量を判定することと、
   前記圧力センサの前記出力の機能として、前記供給チューブを通して移動する流体の圧力を判定することと、
   前記判定された流量が最小流量を超過する第１の期間中に、前記供給チューブ及び前記補給制御バルブを通して前記バッテリに追加される流量の第１の計算を判定することと、
   前記判定された圧力が最小圧力を超過するときと、前記判定された圧力が安定するときとの間の第２の期間中に、前記供給チューブ及び前記補給制御バルブを通して前記バッテリに追加される流量の第２の計算を判定することと
   を実行するように動作可能な、コントローラと
   を含む、バッテリ監視システム。
2. 前記コントローラは、独立型装置上でホストされるアプリケーションプログラムのために、前記判定された流体の量を出力するように更に動作可能である、請求項１に記載のバッテリ監視システム。
3. 前記コントローラは、パーソナルエリアネットワークを介して前記独立型装置と通信するように適合される、請求項２に記載のバッテリ監視システム。
4. 前記独立型装置は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクトップコンピュータ、内蔵車両コンピュータ、無線アクセスポイント、セルラシステム、又はメッシュネットワークを含む、請求項２に記載のバッテリ監視システム。
5. 前記圧力センサは、前記供給チューブと通信するインライン圧力センサである、請求項１に記載のバッテリ監視システム。
6. 複数のセルを有するバッテリのためのバッテリ監視システムであって、
   前記セルのそれぞれに一つ設けられた、複数の補給制御バルブと
   前記補給制御バルブに流体を導くための供給チューブと、
   前記供給チューブに動作可能に接続され、前記供給チューブを通して移動する流体の流量を検出する流量センサであって、出力を提供する、流量センサと、
   前記流量センサの前記出力に電気的に結合されるコントローラであって、
   前記流量センサの前記出力の機能として、前記供給チューブを通して移動する流体の流量を判定することと、
   前記判定された流量が最小流量を超過する期間中に、前記供給チューブ及び前記補給制御バルブを通して前記バッテリに追加される流量の計算を判定することと、
   を実行するように動作可能である、コントローラと
   を含む、バッテリ監視システム。
7. 前記コントローラに電気的に接続される通信モジュールを更に含む、請求項６に記載のバッテリ監視システム。
8. 前記通信モジュールは、パーソナルエリアネットワークを介して前記独立型装置と通信するように適合される、請求項７に記載のバッテリ監視システム。
9. 前記流量センサは、前記供給チューブと流体連通する注入口及び放出口を有するインライン流量センサである、請求項６に記載のバッテリ監視システム。
10. 複数のセルを有するバッテリのためのバッテリ監視システムであって、
    前記セルのそれぞれに一つ設けられた、複数の補給制御バルブと、
    前記補給制御バルブに流体を導くための供給チューブと、
    前記供給チューブに動作可能に接続され、前記供給チューブを通して移動する流体の圧力を検出する圧力センサであって、出力を提供する、圧力センサと、
    前記圧力センサの前記出力に電気的に結合されるコントローラであって、
    前記圧力センサの前記出力の機能として、前記供給チューブを通して移動する流体の圧力を判定することと、
    前記判定された圧力が最小圧力を超過するときと、前記判定された圧力が安定するときとの間の期間中に、前記供給チューブ及び前記補給制御バルブを通して前記バッテリに追加される流量の計算を判定することと
    を実行するように動作可能である、コントローラと
    を含む、バッテリ監視システム。
11. 前記コントローラは、前記バッテリが給水されなかった場合、独立型装置上でホストされるアプリケーションプログラムのために警告を出力するように更に動作可能である、請求項１０に記載のバッテリ監視システム。
12. 前記コントローラに電気的に接続される通信モジュールであって、パーソナルエリアネットワークを介して独立型装置と通信するように適合される通信モジュールを更に含む、請求項１０に記載のバッテリ監視システム。

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