JP5179851B2

JP5179851B2 - 埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリパック、電子システム、およびバッテリパックを監視するための方法

Info

Publication number: JP5179851B2
Application number: JP2007323844A
Authority: JP
Inventors: ビル・デンシャム; ジェームズ・ケイム; セルバン・ポペスク
Original assignee: オーツーマイクロ，インコーポレーテッド
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: KR101363211B1; JP2009135064A; EP2065962A1; KR20090056755A; EP2065962B1

Description

本出願は、２００６年１２月１日に出願されたＥｍｂｅｄｄｅｄＢａｔｔｅｒｙＣｅｌｌＭｏｎｉｔｏｒという名称の米国仮出願第６０／８７２０７７の優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書中に組込まれる。

本発明は、電力システムに関し、具体的に埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリシステムに関する。

バッテリは、ノートブックコンピュータ、携帯電話等のような電子装置に電力を提供するために電子装置に広く使用されている。しかし、バッテリの温度は、バッテリが充電又は放電している時に上昇しうる。リチウムイオンバッテリ、特にコバルトカソードケミストリ型のバッテリは、発熱反応が自立的になる時に臨界温度（例えば、摂氏１３５度と摂氏１４５度との間）に達しうる。高い温度によりバッテリが損傷しうる。

従来の電子システムにおいて、サーミスタは、バッテリパックの温度を監視するように採用することができる。しかし、サーミスタは、サーミスタから離間して設置されるバッテリセルの高い温度に対して迅速に応答することができない。

米国特許第４７９２７４３号明細書（特開昭６２−２９３９４１号公報）米国特許第４９３１９４７号明細書米国特許第５３４９２８２号明細書米国特許第５６２２７８９号明細書米国特許第５７１７９３７号明細書（特開平１０−３３２９号公報）米国特許第６１１８２４８号明細書（特表２００２−５１０８５２号公報）米国特許出願公開第２００２／０１９５９９６号明細書（特開２００２−３２５３６３号公報）米国特許出願公開第２００４／００７０３７１号明細書米国特許出願公開第２００４／０１９２４０７号明細書（特開２００３−３１９５７０号公報）米国特許出願公開第２００４／０２１２３５０号明細書（特表２００６−５２４８９９号公報）米国特許出願公開第２００７／００８０６６２号明細書（特表２００９−５１２１４４号公報）米国特許出願公開第２００７／０２１２５９６号明細書（特表２００３−５２８５５９号公報）米国特許出願公開第２００７／０２２９０３２号明細書国際公開第２００６／０８２４２５号

バッテリパックは、本明細書中で開示される。バッテリパックは、バッテリセル及びセルモニタを含む。セルモニタは、バッテリセルに埋め込まれ、バッテリセルを監視するように、及びバッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成するように動作可能である。

セルモニタに埋め込まれたバッテリパック／システムは、本明細書中に開示される。図で示した実施形態は、例示目的のためであるので、本開示で一般に組込まれたいくつかの従属構成要素及び／又は周辺構成要素は、簡潔性及び明確性のために本明細書中で省略される。本発明による実施形態の説明において、特定の技術は、明確性の目的で採用される。しかし、この特許明細書の開示は、選択された専門用語及び指定された実施形態に限定されることを意図しない。各特定の実施形態は、類似の方法で動作する全ての技術的同等物を含むことが分かる。

一つの実施形態において、一つ以上のバッテリセルを含むバッテリパックが提供される。セルモニタは、各バッテリセルに埋め込まれ、対応するバッテリセルを監視するように、及び対応するバッテリセルの所定の状態（例えば、好ましくない状態、即ち故障状態）を示す警報信号を生成するように動作可能である。各セルモニタは、対応するバッテリセルの所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路を含む。また、各セルモニタは、セルモニタの検出信号に従って警報信号を生成するように動作可能な送信器を含む。また、バッテリパックは、警報信号を受信するための受信器を含み、警報信号に従ってバッテリパックに対する保護行為（例えば、バッテリパック充電の終了又はバッテリパック放電の終了）を引起すためのバッテリ管理ユニットを含む。

図１は、本発明の一つの実施形態による埋め込まれたセルモニタ１０１を備えるバッテリセル１００のブロック図を示す。バッテリセル１００は、バッテリパック（簡潔性及び明確性の目的で図１に図示せず）内にある。セルモニタ１０１は、バッテリセル１００に埋め込まれ、バッテリセル１００の正極１３１と負極１３３との間に接続される。セルモニタ１０１は、バッテリセル１００を監視するように、及びバッテリセル１００の所定の状態（例えば、好ましくない状態）を示す警報信号１９１を生成するように動作可能である。一つの実施形態において、好ましくない状態は、過電圧状態及び過温度状態を含むがこれらに限定されない。一つの実施形態において、セルモニタ１０１は、バッテリセル１００の好ましくない状態を検出するように、及び検出された好ましくない状態を示す検出信号１０３を生成するように動作可能な検知回路１０４を含む。また、セルモニタ１０１は、検出信号１０３を受信するように、及び検知回路１０４からの検出信号１０３に従って警報信号１９１を生成するように動作可能な送信器１３５を含む。有利には、バッテリパックは、警報信号１９１を取得し、対応する保護行為（例えば、バッテリパック充電の終了又はバッテリパック放電の終了）を実行することで、好ましくない状態における損傷からバッテリパックを保護する。

図２Ａは、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタ１０１を備えるバッテリセル１００Ａの詳細図を示す。図１と同様に表示した要素は、類似の機能を有し、故にこれらの要素に対する任意の繰返しの説明は、明確性及び簡潔性の目的で本明細書中で省略される。一つの実施形態において、検知回路１０４は、バッテリセル１００Ａの好ましくない状態を検出するように、及び検出信号１０３を生成するように動作可能である。送信器１３５Ａは、検知回路１０４からの検出信号１０３に従って警報信号１９１を生成するように動作可能である。

具体的に、検知回路１０４は、電圧センサ１１１と、比較器１１７と、論理ＯＲゲート１２１とを含むことができる。一つの実施形態において、電圧センサ１１１は、抵抗にすることができる。電圧センサ１１１は、バッテリセル１００Ａの電圧を監視するように動作可能である。電圧センサ１１１によって監視される電圧は、比較器１１７によって参照電圧１１３と比較される。参照電圧１１３は、所定のスレショルド電圧にすることができる。バッテリセル１００Ａの電圧が参照電圧１１３より大きく、過電圧状態を示しうる場合、比較器１１７は、論理ＯＲゲート１２１に対して信号（例えば、高い電圧レベルを備える）を生成する。

一つの実施形態において、検知回路１０４はまた、温度センサ１１５及び比較器１１９を含む。一つの実施形態において、温度センサ１１５は、サーミスタにすることができる。温度センサ１１５は、バッテリセル１００Ａの温度を監視するように、及びバッテリセル１００Ａの温度を示す信号を生成するように動作可能である。バッテリセル１００Ａの温度を示す信号は、電圧レベルＶｔを有する。電圧レベルＶｔは、比較器１１９によって参照電圧１１３と比較される。電圧レベルＶｔが参照電圧１１３より大きく、過温度状態を示しうる場合、比較器１１９は、論理ＯＲゲートに対して信号（例えば、高い電圧レベルを備える）を生成する。

一つの実施形態において、電圧センサ１１１及び温度センサ１１５はそれぞれ、バッテリセル１００Ａの電圧と温度とを連続的に監視する。好ましくない状態（例えば、過電圧状態及び／又は過温度状態）が発生した場合、論理ＯＲゲート１２１は、送信器１３５Ａに対して検出信号１０３（例えば、高い電圧レベルを備える）を生成することができる。送信器１３５Ａは、好ましくない状態が発生した場合、検出信号１０３に従ってバッテリパックに対して警報信号１９１を生成することができる。具体的に、バッテリセル１００Ａの電圧が所定のスレショルドより大きい場合及び／又はバッテリセル１００Ａの温度が所定のスレショルドより大きい場合、警報信号１９１が生成される。結果的に、対応する行為がバッテリパックを保護するように実行されうる。

一つの実施形態において、送信器１３５Ａは、パルス生成器１０５と、抵抗１０９と、パルス生成器１０５に接続されたスイッチ１０７（例えば、トランジスタ）とを含む。パルス生成器１０５が好ましくない状態を示す検出信号１０３を受信する時、パルス生成器１０５は、検出信号１０３に従ってスイッチ１０７に対して一連のパルスを生成することができる。一つの実施形態において、パルス生成器１０５は、検出信号１０３に応答して周波数ｆ０を備える一連の高い電流パルス（例えば、１％の負荷サイクルを備えるパルス幅変調信号）を生成することができる。スイッチ１０７は、パルス生成器１０５から一連のパルスを受信するように、及び警報信号１９１を生成するように動作可能である。一つの実施形態において、スイッチ１０７は、パルスによって周期的にオン及びオフに切り替えられる。故に、警報信号１９１は、一つの実施形態において、周波数ｆ０を有するＡＣ信号として示される。バッテリセル１００Ａのセル電圧は、スイッチ１０７がオンの時に下降する。引続き、端子１３１と１３３との間のセル電圧は、一つの実施形態において、警報信号１９１に応答して周波数ｆ０を備えるＡＣ電圧として示すことができる。

図２Ｂは、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタ１０１を備えるバッテリセル１００Ｂのもう一つの詳細図を示す。図１及び図１Ａと同様に表示した要素は、類似の機能を有し、明確性及び簡潔性の目的で本明細書中に繰返し説明しない。一つの実施形態において、セルモニタ１０１は、検出信号１０３を受信するように、及び検出信号１０３に従って警報信号１９１を生成するように送信器１３５Ｂを含む。具体的に、送信器１３５Ｂは、一つの実施形態において、発振器２０５と、発振器２０５に接続されたキャパシタ２０７とを含む。一つの実施形態において、発振器２０５は、高周波信号トーン発振器にすることができる。もう一つの実施形態において、発振器２０５は、高周波デュアルトーン発振器にすることができる。

発振器２０５は、論理ＯＲゲート１２１から検出信号１０３を受信することができる。一つの実施形態において、発振器２０５は、周波数ｆｏｓｃを有し、検出信号１０３に従って警報信号１９１として発振信号、例えば高周波ｆｏｓｃ（例えば、１０ＭＨｚ）を有する正弦ＡＣ波形を生成する。キャパシタ２０７は、バッテリセル１００Ｂに周波数ｆｏｓｃを有する警報信号１９１を送信するように動作可能である。結果として、電圧センサ１１１が過電圧状態を検出する時、及び／又は温度センサ１１５が過温度状態を検出する時、バッテリセル１００Ｂのセル電圧は、警報信号１９１に応答して周波数ｆｏｓｃを備えるＡＣ電圧として示すことができる。

図２Ａ及び図２Ｂに関して上記説明した通り、警報信号１９１は、バッテリセル１００の好ましくない状態、例えば、過温度及び／又は過電圧状態を反映することができる。結果的に、ＡＣ電圧は、警報信号１９１に応答してバッテリセルにわたって示されうる。好ましくない状態が発生した場合に当該警報信号を検出すること、及び対応する行為を実行することに関して、図３を参照して以下に説明する。

図３は、本発明の一つの実施形態による、バッテリシステム３００（例えば、バッテリパック）のブロック図を示す。バッテリパック３００は、直列又は並列に接続された一つ以上のバッテリセル３１０を含み、各々は、一つの実施形態において図１の構成を採用することができる。セルモニタは、各バッテリセル３１０に埋め込まれる。故に、バッテリセル３１０は、埋め込まれたセルモニタによって個別に又は各々監視される。また、バッテリパック３００は、一つの実施形態において、正極３３１と、負極３３３と、受信器３０１と、バッテリ管理ユニット３０５と、バッテリ管理ユニット３０５によって制御されるスイッチ３０７とを含む。図２Ａ及び図２Ｂに関して上記説明した通り、好ましくない状態（例えば、過温度状態及び／又は過電圧状態）がバッテリセルで検出される時、ＡＣ電圧は、警報信号に応答してバッテリセルにわたって示されうる。故に、一つの実施形態において、ＡＣ電圧は、バッテリパック３００の正極３３１と負極３３３との間で示されることができる。受信器３０１は、一つの実施形態において、バッテリパック３００の正極３３１と負極３３３とに接続され、バッテリパック３００の正極３３１と負極３３３との間のＡＣ電圧を検出することによってセルモニタから警報信号を受信するように動作可能である。また、受信器３０１は、警報信号に従って駆動信号３０３を生成することができる。

一つの実施形態において、受信器３０１は、バッテリパック３００に関連付けられたノイズを除去するための直列に接続されたキャパシタ３１３及び抵抗３１５として示される高域フィルタを含む。一つの実施形態において、バッテリセル３１０からの警報信号（例えば、ＡＣ信号）が高域フィルタのカットオフ周波数より高い周波数ｆ０を有する場合、受信器３０１は、駆動信号３０３を生成することができる。バッテリ管理ユニット３０５は、受信器３０１から駆動信号３０３を受信し、駆動信号３０３に従って切り替え信号３９１を生成することができる。対応する行為は、切り替え信号３９１に応答してバッテリパック３００を保護するように実行されうる。例えば、切り替え信号３９１は、スイッチ３０７を切って、バッテリ充電／放電を終了して、損傷からバッテリパックを保護する。

一つの実施形態において、バッテリ管理ユニット３０５は、受信器３０１から駆動信号３０３を検出するための検出回路３４０を含む。当該構成は、例示目的のためであり、他の構成もバッテリ管理ユニット３０５で採用することができる。検出回路３４０は、一つの実施形態において、整流器３４１及び比較器３４５を含む。整流器３４１は、駆動信号３０３を受信するための、及び駆動信号３０３を整流するための高周波整流器にすることができる。一つの実施形態において、整流器３４１は、駆動信号３０３に従って電圧信号を生成する。その後比較器３４５は、電圧信号を参照信号と比較する。整流器３４１からの電圧信号の電圧レベルが参照信号３４３の電圧レベルより大きい場合、比較器３４５は、一つの実施形態においてバッテリ管理ユニット３０５に信号（例えば、高い電圧レベルを備える）を出力する。その後バッテリ管理ユニット３０５は、比較結果に従って切り替え信号３９１を生成してバッテリパック３００に対する保護行為を引起すことができる。例えば、切り替え信号３９１は、スイッチ３０７を切ることができ、それは、バッテリパック３００の正極３３１に接続される。結果的に、バッテリパック３００は、負荷又は充電器（簡潔性及び明確性の目的で図３に図示せず）から外されることができ、過温度状態及び／又は過電圧状態における損傷から保護されうる。

図４は、本発明のもう一つの実施形態に従うバッテリシステム４００（例えば、バッテリパック）のブロック図を示す。図３と同様に表示した要素は、類似の機能を有し、明確性及び簡潔性の目的で本明細書中において繰返し説明されない。バッテリパック４００は、図３の受信器３０１に類似した受信器４０１を含む。受信器４０１は、バッテリセル３１０から警報信号を検出し、バッテリ管理ユニット３０５に対して駆動信号３０３を生成する。一つの実施形態において受信器４０１は、バッテリパック４００に関連付けられたノイズを除去するための直列なキャパシタ３１３、インダクタ４１７、及び抵抗３１５として示される帯域通過フィルタを含む。一つの実施形態において、帯域通過フィルタの共振周波数は、図２Ａ及び図２Ｂにおける警報信号１９１の周波数に等しく設定できる。故に、警報信号は、帯域通過フィルタを通過することができる。故に、受信器４０１は、バッテリセル３１０から高周波警報信号を受信し、駆動信号３０３を生成することができる。バッテリ管理ユニット３０５は、駆動信号３０３に従って切り替え信号３９１を生成することができる。切り替え信号３９１は、スイッチ３０７を制御することによってバッテリパック４００に対する保護行為を引起すことができる。例えば、スイッチ３０７は、バッテリ管理ユニット３０５の制御下で切り替え信号３９１によって切られることができる。結果的に、バッテリパック４００は、負荷又は充電器（簡潔性及び明確性の目的で図４に図示せず）から外されることができ、好ましくない状態における損傷から保護されうる。

従って、所定の状態（例えば、過温度状態及び／又は過電圧状態）がバッテリセル３１０からバッテリセル１００に埋め込まれたセルモニタ１０１によって検出される時、セルモニタ１０１は、警報信号を生成することができる。警報信号は、一つの実施形態においてバッテリセル１００にわたってＡＣ電圧を引起すことができる。故に、ＡＣ電圧は、警報信号に応答してバッテリパック３００（４００）の正極３３１と負極３３３との間に示されることができる。その後受信器３０１（４０１）は、警報信号を検出して、バッテリ管理ユニット３０５に対して駆動信号３０３を生成することができる。バッテリ管理ユニット３０５は、スイッチ３０７を制御することができる切り替え信号３９１を生成することができる。スイッチ３０７は、駆動信号３０３に従ってバッテリパック３００（４００）を保護するためにバッテリ管理ユニット３０５の制御下で切られる。有利には、バッテリセル３１０の各セルは、個々に埋め込まれたセルモニタによって監視される。バッテリセル３１０の一つが過温度及び／又は過電圧状態を受けている場合、そのバッテリセルのセルモニタは、バッテリパック３００（４００）に警報するために警報信号を送信することができる。結果的に、対応する行為が実行されて、好ましくない状態における損傷からバッテリパック３００（４００）を保護する。

図２Ｂで説明した通り、送信器１３５Ｂは、バッテリセル１００Ｂの正極１３１に発振器２０５からの警報信号を送信するためのキャパシタ２０７を含む。図５及び図６を参照する以下の説明では、組み立て工程における当該キャパシタの例示的な実施形態を説明する。

図５は、ダイ５００の断面図を示し、セルモニタ（例えば、図２Ｂのセルモニタ１０１）が本発明の一つの実施形態に従って組み立てられる。図５を参照すると、ダイ５００は、金属層５０３と、金属層５０５と、絶縁体５０７とを含む。金属層５０３及び金属層５０５は、絶縁体５０７によって絶縁される。図２Ｂの検知回路１０４と発振器２０５とを含む回路５０１は、金属層５０３と金属層５０５とに接続される。ダイ５００の組み立て中、金属層５０３及び金属層５０５は、検知回路１０４及び発振器２０５を組み立てる時に形成される。有利には、絶縁体５０７は、金属層５０３と金属層５０７との間に形成できるので、金属層５０３、絶縁体５０７、及び金属層５０５は、比較的大きなキャパシタンスを備えるキャパシタ２０７を構成することができる。従って、この構成は、キャパシタの組み立て目的で２つの余分な金属層の形成を省略することができ、ダイ５００の費用が低減されうる。

図６は、ダイ６００のもう一つの断面図を示し、セルモニタ１０１が本発明の一つの実施形態に従って組み立てられる。ダイ６００は、多数の金属層、例えば、金属層６０３と、金属層６０５と、金属層６０７とを含む。金属層は、絶縁体６１５及び絶縁体６１７によって分離される。一つの実施形態において、金属層６０３は、ビア６１３を介して金属層６０７に接続される。一つの実施形態において、図２Ｂの検知回路１０４と発振器２０５とを含む回路６０１は、金属層６０５及び金属層６０７に接続される。ダイ６００の組み立て中、金属層６０３、金属層６０５、及び金属層６０７は、検知回路１０４及び発振器２０５を組み立てる時に形成される。有利には、多数の金属層は、提供されうるキャパシタの鉛直層の数を拡張することができる。故に、金属層６０３、金属層６０５、及び絶縁体６１５は、第１キャパシタを構成することができ、金属層６０５、金属層６０７、及び絶縁体６１７は、第２キャパシタを構成することができる。第１キャパシタ及び第２キャパシタは、図６に示す通り並列に接続される。有利には、キャパシタ２０７は、並列に第１キャパシタ及び第２キャパシタを含むことができる。故に、図６における並列に接続されたキャパシタのキャパシタンスは、図５のキャパシタのキャパシタンスの２倍にすることができる。一つの実施形態において、余分の金属層は、キャパシタ構成を形成するために確保され、ダイ６００の費用が低減されうる。

図７は、本発明の一つの実施形態に従う、セルモニタ１０１のセルモニタダイ７００を示す。一つの実施形態において、セルモニタ１０１は、セルモニタダイ７００上に組み立てられる。セルモニタダイ７００は、ボタン７０５（例えば、基板）と上部７０３（例えば、図５の金属層５０３又は図６の金属層６０３）とを含む。ボタン７０５が接地されるので、ボタン７０５は、一つの実施形態においてバッテリセル１００の負極に接続されうる。上部７０３は、正の接点であり、一つの実施形態において単一ワイヤによってバッテリセル１００の正極１３１に接続されうる。故に、単一ワイヤは、バッテリセル１００にセルモニタダイを埋め込むことができる。有利には、セルモニタダイ７００は、一つの実施形態においてバッテリセル１００の上部キャップに統合され、もう一つの実施形態においてバッテリセル１００の中央に統合されうる。

バッテリパック３００（４００）は、多種の電子システムに使用されうる。図８は、本発明の一つの実施形態に従って、電気自動車、コンピュータ等のような電子システム８００を示す。一つの実施形態において、電子システム８００は、バッテリパック８０４と、バッテリパック８０４に接続された負荷８０６とを含むことができる。一つの実施形態において、負荷８０６は、自動車モータ、コンピュータシステム等を含みうるが、これらに限定されない。一つの実施形態において、電子システム８００は、アダプタ（簡潔性及び明確性の目的で図８に図示せず）に接続できる入力端子８０２を含む。アダプタは、特定の状態でバッテリパック８０４を充電することができる。バッテリパック８０４は、負荷８０６に電力を供給することができる。一つの実施形態において、バッテリパック８０４は、図３／図４に示すような構成を採用する。バッテリパック８０４は、一つ以上のバッテリセルを含み、その各々は、バッテリセルを監視するためにセルモニタが組込まれる。故に、バッテリパック８０４は、一つの実施形態において、正確に監視され、その各バッテリセルに対する任意の好ましくない状態から保護されうる。

図９は、本発明の一つの実施形態によるバッテリシステムによって実行される動作のフローチャート９００を示す。バッテリシステムは、一つの実施形態において図３／図４に示すような構成を採用することができる。図９は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂとあわせて説明される。ブロック９０２において、バッテリパックの各バッテリセルは、対応するセルモニタ１０１によって各々監視されるので、関連付けられたバッテリセルの所定の状態を示す警報信号１９１を生成することができる。セルモニタ１０１は、各バッテリセルに埋め込まれる。一つの実施形態において、温度センサ１１５は、バッテリセルの温度を監視できるので、セルモニタ１０１は、バッテリセルの温度が所定のスレショルドより大きい場合に警報信号１９１を生成する。電圧センサ１１１は、バッテリセルの電圧を監視できるので、セルモニタ１０１は、バッテリセルの電圧が所定のスレショルドより大きい場合に警報信号１９１を生成する。ブロック９０４において、セルモニタ１０１は、バッテリセルの所定の状態を示す警報信号１９１を生成する。一つの実施形態において、所定の状態は、好ましくない状態（例えば、過電圧及び／又は過温度状態）にすることができる。ブロック９０６において、保護行為（例えば、バッテリ充電／放電の終了）は、警報信号１９１に従って引起すことができる。一つの実施形態において、バッテリセルは、警報信号に応答して負荷又は充電器から外されることができる。

従って、バッテリパックは、本開示において提供される。セルモニタは、対応するバッテリセルを監視するためにバッテリパックの各バッテリセルに埋め込まれる。好ましくない状態（例えば、過温度状態及び／又は過電圧状態）がバッテリセルで検出される時、対応するセルモニタは、バッテリパックに対して警報信号を生成することができる。バッテリパックの受信器は、警報信号を受信し、バッテリ管理ユニットに対して駆動信号を生成することができる。バッテリ管理ユニットは、対応する行為を行い、好ましくない状態における損傷からバッテリパックを保護することができ、例えばバッテリパックと他の回路との間の接続を無効にすることができる。

上記開示した通り、バッテリパックの各バッテリセルは、対応するバッテリセルを個々に監視するためのセルモニタを含む。好ましくない状態が対応するバッテリセルのセルモニタによってひとたび検出されると、バッテリパックは、好ましくない状態に関して報告を受けることができる。故に、セル監視を比較的正確にでき、好ましくない状態に応答する速度を比較的早くできる。

しかし、本明細書中に説明された実施形態は、本発明を利用する実施形態の一部であり、本明細書中で例示的に説明されるが限定的に説明されない。当業者によって直ちに明らかとなる多数の他の実施形態は、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の精神及び範囲から実質的に逸脱することなく成しうる。また、本発明の要素は、単一であるとして説明又は請求されうるが、単一であると限定していることが明確に述べられている場合を除いて、複数であると考えられる。

図１は、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリセルのブロック図を示す。図２Ａは、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリセルの図を示す。図２Ｂは、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタを備えるバッテリセルの図を示す。図３は、本発明の一つの実施形態による、バッテリシステムのブロック図を示す。図４は、本発明の一つの実施形態による、バッテリシステムのブロック図を示す。図５は、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタのダイに関する断面図を示す。図６は、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタのダイに関する断面図を示す。図７は、本発明の一つの実施形態による、埋め込まれたセルモニタのダイを示す。図８は、本発明の一つの実施形態による、電子システムのブロック図を示す。図９は、本発明の一つの実施形態による、バッテリシステムによって実行される動作のフローチャートを示す。

１０４検知回路
１３５送信器

Claims

バッテリセルと、
前記バッテリセルに埋め込まれ、前記バッテリセルを監視するように、及び前記バッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成するように動作可能なセルモニタと
を具備し、
前記セルモニタは、
前記バッテリセルの前記所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受信するように、及び前記検知回路から前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な送信器と
を具備し、
前記送信器は、
前記検出信号を受信するように、及び前記検出信号に従って複数のパルスを生成するように動作可能なパルス生成器と、
前記パルス生成器に接続され、前記複数のパルスを受信するように、及び前記警報信号を生成するように動作可能なスイッチと
を具備することを特徴とするバッテリパック。
前記セルモニタは、前記バッテリセルの温度を監視するように動作可能な温度センサを具備し、前記セルモニタは、前記バッテリセルの前記温度が所定のスレショルドより大きい場合、前記警報信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
前記セルモニタは、前記バッテリセルの電圧を監視するように動作可能な電圧センサを具備し、前記セルモニタは、前記バッテリセルの前記電圧が所定のスレショルドより大きい場合、前記警報信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
バッテリセルと、
前記バッテリセルに埋め込まれ、前記バッテリセルを監視するように、及び前記バッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成するように動作可能なセルモニタと
を具備し、
前記セルモニタは、
前記バッテリセルの前記所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受信するように、及び前記検知回路から前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な送信器と
を具備し、
前記送信器は、
前記検出信号を受信するように、及び前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な発振器と、
前記発振器に接続され、前記バッテリセルに前記警報信号を送信するように動作可能なキャパシタと
を具備することを特徴とするバッテリパック。
前記バッテリパックの正極と負極とに接続され、前記警報信号を受信するように、及び前記警報信号に従って駆動信号を生成するように動作可能な受信器と、
前記受信器から前記駆動信号を受信するように、及び前記駆動信号に従って切り替え信号を生成するように動作可能なバッテリ管理ユニットとをさらに具備し、
前記切り替え信号は、前記バッテリパックに対する保護行為を引起すことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
前記受信器は、高域フィルタを具備することを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
前記受信器は、帯域通過フィルタを具備することを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
前記バッテリ管理ユニットは、
前記駆動信号を受信するための、及び電圧信号を生成するための整流器と、
前記電圧信号を参照信号と比較するための比較器とを具備し、
前記切り替え信号は、前記比較結果に従って生成されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
負荷と、
前記負荷に電力を供給するように動作可能なバッテリパックとを具備し、
前記バッテリパックは、
バッテリセルと、
前記バッテリセルに埋め込まれ、前記バッテリセルを監視するように、及び前記バッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成するように動作可能なセルモニタと
を具備し、
前記セルモニタは、
前記バッテリセルの前記所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受信するように、及び前記検知回路からの前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な送信器と
を具備し、
前記送信器は、
前記検出信号を受信するように、及び前記検出信号に従って複数のパルスを生成するように動作可能なパルス生成器と、
前記パルス生成器に接続され、前記複数のパルスを受信するように、及び前記警報信号を生成するように動作可能なスイッチと
を具備することを特徴とする電子システム。
前記セルモニタは、前記バッテリセルの温度を監視するように動作可能な温度センサを具備し、前記セルモニタは、前記バッテリセルの前記温度が所定のスレショルドより大きい場合に前記警報信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の電子システム。
前記セルモニタは、前記バッテリセルの電圧を監視するように動作可能な電圧センサを具備し、前記セルモニタは、前記バッテリセルの前記電圧が所定のスレショルドより大きい場合に前記警報信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の電子システム。
負荷と、
前記負荷に電力を供給するように動作可能なバッテリパックとを具備し、
前記バッテリパックは、
バッテリセルと、
前記バッテリセルに埋め込まれ、前記バッテリセルを監視するように、及び前記バッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成するように動作可能なセルモニタと
を具備し、
前記セルモニタは、
前記バッテリセルの前記所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受信するように、及び前記検知回路からの前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な送信器と
を具備し、
前記送信器は、
前記検出信号を受信するように、及び前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な発振器と、
前記発振器に接続され、前記バッテリセルに前記警報信号を送信するように動作可能なキャパシタと
を具備することを特徴とする電子システム。
前記バッテリパックの正極と負極とに接続され、前記警報信号を受信するように、及び前記警報信号に従って駆動信号を生成するように動作可能な受信器と、
前記駆動信号を受信するように、及び前記駆動信号に従って切り替え信号を生成するように動作可能なバッテリ管理ユニットとをさらに具備し、
前記切り替え信号は、前記バッテリパックに対する保護行為を引起すことを特徴とする請求項９に記載の電子システム。
前記バッテリ管理ユニットは、
前記駆動信号を受信するための、及び電圧信号を生成するための整流器と、
前記電圧信号を参照信号と比較するための比較器と
を具備することを特徴とする請求項１３に記載の電子システム。
前記負荷は、自動車モータを具備することを特徴とする請求項９に記載の電子システム。
前記負荷は、コンピュータシステムを具備することを特徴とする請求項９に記載の電子システム。
バッテリセルに埋め込まれたセルモニタによってバッテリパックの前記バッテリセルを監視する過程と、
前記バッテリセルの所定の状態を示す警報信号を生成する過程と
を具備し、
前記セルモニタは、
前記バッテリセルの前記所定の状態を検出するように、及び検出信号を生成するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受信するように、及び前記検知回路から前記検出信号に従って前記警報信号を生成するように動作可能な送信器と
を具備し、
前記送信器は、
前記検出信号を受信するように、及び前記検出信号に従って複数のパルスを生成するように動作可能なパルス生成器と、
前記パルス生成器に接続され、前記複数のパルスを受信するように、及び前記警報信号を生成するように動作可能なスイッチと
を具備することを特徴とするバッテリパックを監視するための方法。
前記バッテリセルの温度を監視する過程と、
前記バッテリセルの前記温度が所定のスレショルドより大きい場合に前記警報信号を生成する過程と
を具備することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記バッテリセルの電圧を監視する過程と、
前記バッテリセルの前記電圧が所定のスレショルドより大きい場合に前記警報信号を生成する過程と
を具備することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記警報信号に従って前記バッテリパックに対する保護行為を引起す過程を具備することを特徴とする請求項１７に記載の方法。