(57)【要約】【課題】並列接続されたバッテリ間の差動電流に基づいてバッテリをモニタリングする。【解決手段】差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するためのシステムは、第１のバッテリ（１０１）と、第２のバッテリ（１０２）と、差動電流測定モジュール（１０３）とを備え、第２のバッテリは第１のバッテリと並列に接続され、差動電流測定モジュールは少なくとも１つの電流測定装置を備える。差動電流測定モジュールは第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成される。差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するための方法は、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定することを含む。第１のバッテリは第２のバッテリと並列に接続される。【選択図】図１
2020058227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するためのシステムであって、前記システムは、
第１のバッテリと、
前記第１のバッテリと並列に接続されている、第２のバッテリと、
少なくとも１つの電流測定装置を備える差動電流測定モジュールであって、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成されている、差動電流測定モジュールと
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記測定された差動電流に基づいて前記第１のバッテリにおける不具合を検知するようにさらに構成されているシステム。
【請求項３】
請求項１または２のうちのいずれかに記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリに関連付けられる第１の電流を測定するように構成された第１の電流測定装置と、前記第２のバッテリに関連付けられる第２の電流を測定するように構成された第２の電流測定装置とを備え、前記差動電流は前記第１の電流と前記第２の電流との間の差であるシステム。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとのうちの一方に関連付けられる第１の電流を測定するように構成された第１の電流測定装置と、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとにおける総電流を測定するように構成された第２の電流測定装置とを備え、前記差動電流は前記第１の電流と前記総電流とに基づいて測定されるシステム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のシステムにおいて、前記第１の電流測定装置と前記第２の電流測定装置は、それぞれ、ホール効果トランスデューサ、電流検出抵抗器、誘導センサ、電流シャント、および増幅を有する電流検出抵抗器のうちの１つを備えるシステム。
【請求項６】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
第３のバッテリと、
第４のバッテリであって、前記第２のバッテリは前記第３のバッテリと並列に接続される、第４のバッテリと、
前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成された追加の差動電流測定モジュールと、
をさらに備え、
当該システムが、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる前記差動電流と比較するように構成されている、
システム。
【請求項７】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間に配置されたスイッチをさらに備え、前記スイッチは、
前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断ち、
診断期間の経過後に、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続するように
構成され、
前記差動電流測定モジュールは、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとが再接続された後に、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定するように構成された電流測定装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記スイッチと前記電流測定装置とは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備え、前記差動電流は前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース電圧に基づいて測定されるシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記第１のバッテリは並列に接続された第１の電池と第２の電池とを備え、前記第１の電池と前記第２の電池との間に配置された追加のスイッチを備える追加の差動電流測定モジュールをさらに備え、前記追加のスイッチは
前記第１のバッテリにおける不具合の存在が検出された後に、前記第２の電池から前記第１の電池の接続を断ち、
診断期間の経過後に前記第１の電池と前記第２の電池とを再接続するように
構成され、
前記追加の差動電流測定モジュールは、前記第１の電池と前記第２の電池とが再接続された後に、前記第１の電池および前記第２の電池に関連付けられる差動電流を測定するように構成された追加の電流測定装置をさらに備えるシステム。
【請求項１０】
差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するための方法であって、
前記第１のバッテリが前記第２のバッテリに並列に接続されている状態で、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定すること
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記測定された差動電流に基づいて前記第１のバッテリにおける不具合を検知することをさらに含む方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法において、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定することは、
前記第１のバッテリに関連付けられる第１の電流を測定することと、
前記第２のバッテリに関連付けられる第２の電流を測定することと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の差を測定することと
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の方法において、
前記第３のバッテリが前記第４のバッテリと並列に接続されている状態で、第３のバッテリおよび第４のバッテリに関連付けられる差動電流を測定すること、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる前記差動電流と比較することと
をさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法において、
前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間に配置されたスイッチによって前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断つことと、
診断期間の経過後に、前記スイッチによって前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続することと、
前記第１のバッテリにおける不具合の存在を検出するために最小不具合しきい値と前記測定された差動電流を比較することと
をさらに含み、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定することを、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続した後に行う、
方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記スイッチによって前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの接続を断つ前に前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとが定常状態にあるように、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの接続を断つ前に所定の期間の間、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを接続することと、
前記第１のバッテリにおける不具合の検知に応じて前記スイッチによって前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断つことと
をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概略的にはバッテリの特性のモニタリングの分野に関し、さらに詳細には、並列に接続されたバッテリ間の差動電流（またはバッテリ間電流）の測定に基づいたバッテリのモニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは例えばリチウムイオン電池などの１つ以上の電池で構成され、多くの異なる種類の装置に電力供給するために使用される。バッテリの破滅的不具合は何億ドルもの費用がかかる大規模なリコール、および企業の名声やブランドイメージに対して著しいダメージをもたらす。バッテリのエネルギー含量は上昇し続けるので、深刻な不具合の可能性が大きな懸案事項となる。バッテリの破滅的不具合は、電池内の内部短絡が電池内で自己加速的分解反応を開始する熱暴走現象を含む可能性がある。熱暴走現象は、介入が適時的に行われない場合には、煙、火炎、または爆発をも含む可能性がある。
【０００３】
電池または電池ブロックの電圧をモニタリングすることによってバッテリ電池における短絡を検知するために、いくつかの異なる手法が利用可能である。これらの手法において、内部短絡と関連付けられ得る電池内の電圧降下を検知するために、電池内で充電または放電が生じていないときに、電池または電池ブロックの電圧の変化がモニタリングされる。電池が停止している間（すなわち、電池を流れる充電電流または放電電流が存在しない時）の電池の電圧の経時的なモニタリングは、リチウムイオン電池業界において、品質管理テストとして電池製造業者によって使用される。電池の組み立ておよび最初の充電に続いて、電池は、一定期間の間、停止したままにされ、電池の電圧がモニタリングされる。一定の値を超えた電池の電圧の低下は、電池における内部短絡の存在を示し得るので、その電池は不具合があるとして不合格とすることができる。こうした電圧テストは、電池の寿命サイクルにおいて後に内部短絡を発生させる電池を識別しないため、動作中に内部短絡を発生させる電池の破滅的不具合をもたらす可能性がある。さらに、電池が停止している時の電池の電圧のモニタリングは内部短絡の検知に関しては比較的低い感度を有する。なぜならば、内部短絡は、内部短絡が電池に存在するか否かを明確に確認できるほどに電池の電圧に対して充分に大きな影響を有するためには、長い期間を必要とし得るからである。短絡があまりにも発達してしまった場合には、熱暴走および電池の破滅的不具合を回避することがもはや不可能な帰還不能点に到達する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
差動電流のモニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するためのシステムの例示的な実施形態は、第１のバッテリと、第２のバッテリと、少なくとも１つの電流測定装置を備える差動電流測定モジュールとを含み、第２のバッテリは、第１のバッテリと並列に接続され、差動電流測定モジュールは、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成される。
【０００５】
差動電流のモニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するための方法の例示的な実施形態は、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定することを含み、第１のバッテリは第２のバッテリと並列に接続される。
【０００６】
さらなる特徴は本例示的な実施形態の技術を通じて実現される。他の実施形態が、本明細書において詳細に記載され、請求されるものの一部と考えられる。例示的な実施形態の特徴のより良い理解のために、記載と図面とを参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
ここで図面を参照すると、同様な要素はいくつかの図面において同様に番号を振られ、本開示の上記の局面および他の局面、本開示の上記の利点および他の利点、並びに本開示の上記の特徴および他の特徴が、添付の図面を参照して本発明の例示的な実施形態をさらに詳細に記載することによってさらに明らかになる。
【０００８】
【図１】図１は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図２】図２は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図３】図３は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図４】図４は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図５】図５は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図６】図６は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図７】図７は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングシステムの実施形態を例示する。
【図８】図８は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングのための方法の実施形態の流れ図を例示する。
【図９】図９は、並列接続バッテリのための差動電流モニタリングのための方法の実施形態の流れ図を例示する。
【図１０】図１０は、一対の並列の例示的な短絡のない電池に関する個々の電池電流のグラフを示す。
【図１１】図１１は、図１０の電池に関する差動電流データのグラフを示す。
【図１２】図１２は、短絡を含む一対の並列の例示的な電池に関する個々の電池の電流のグラフを示す。
【図１３】図１３は、図１２の電池に関する差動電流データのグラフを示す。
【図１４】図１４は、シグモイド関数に適合させた、図１１のデータのグラフを示す。
【図１５】図１５は、シグモイド関数に適合させた、図１３のデータのグラフを示す。
【図１６】図１６は、一対の並列の例示的な短絡のない電池に関する差動電流と総電流とのデータのグラフを示す。
【図１７】図１７は、短絡を含む一対の並列の例示的な電池に関する差動電流と総電流とのデータのグラフを示す。
【図１８】図１８は、処理後の、図１７のデータのグラフを示す。
【図１９】図１９は、処理後の、図１７のデータのグラフを示す。
【図２０】図２０は、処理後の、図１７のデータのグラフを示す。
【図２１】図２１は、一対の並列の例示的な短絡のない電池に関する差動電流データのグラフを示す。
【図２２】図２２は、短絡を含む一対の並列の例示的な電池に関する差動電流データのグラフを示す。
【図２３】図２３は、例示的なバッテリに関する診断期間に対する差動電流検知感度データのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
並列接続バッテリのための差動電流モニタリングのためのシステムおよび方法についての例示的な実施形態が以下で詳細に説明される。並列接続された２つのバッテリ間の差動電流（バッテリ間電流と称してもよい）の測定は、並列接続バッテリのうちの一方から他方への正味の電流の流れが２つのバッテリ間の特性の差を示すので、バッテリの様々な特性を測定するために使用されてもよい。例えば、差動電流は並列バッテリのうちの１つにおける内部短絡などの不具合を正確に検知するために使用されてもよい。様々な実施形態において、こうした不具合の検知は、バッテリの使用中に、熱暴走条件を含む激しいバッテリの不具合を防ぐために使用されてもよく、または電池がバッテリパックに組み立てられる前の製造プロセスの間に、不良品のバッテリ電池を識別して、不良品であると識別された電池の廃棄を可能にするために使用されてもよい。
【００１０】
電流が例えば充電プロセスおよび放電プロセスの間に一対の並列接続バッテリに流れている時に、通常のバッテリの挙動に関連付けられる電流フローが共通モードの信号として両方のバッテリにおいて観察される。従って、２つの並列バッテリ間の差動電流が調べられる際には、正常なバッテリ動作に関連付けられる比較的大きい共通モードの電流信号は消え、比較的小さい電流の差動電流信号が残る。並列バッテリは比較的均等に電流を分けあい、一対の並列バッテリに対する差動電流は理想的にはゼロである。しかし、実際には、バッテリの寿命の初期における電池間の特性にわずかな違いがあれば、何らかの不均等性が予期されてもよく、電池の経年劣化のしかたが異なる場合には、大きな不均等性が発達する可能性があり、大幅に異なる容量のバッテリで構成されたバッテリの並列ブロックをもたらす。しかし、電池の並列ブロックにおけるバッテリの容量が大幅に異なる場合においても、正常なバッテリ間の正味の差動電流は経時的に平均されてほぼゼロになる。一方のバッテリがより高い容量を有するので放電の間により多くの電流を送る場合には、このバッテリはまた、充電の間により多くの電流を受け入れる。その結果、並列の対におけるいずれのバッテリも、例えば内部短絡によって内部で放電していない限り、２つのバッテリにわたる正味の充電バランスが維持される。従って、バッテリの正常性は、１つ以上の完全なサイクルにおける一方の並列バッテリから他方への電荷の正味の流れを含む差動電流の識別に基づいて、またはバッテリの充電／放電の電流全てが止まった後で比較的低い値に低下しない差動電流フローに基づいてモニタリングされてもよい。
【００１１】
差動電流の測定は受動的であっても能動的であってもよい。差動電流の測定が受動的である実施形態において、１つ以上の電流測定装置を含む差動電流測定モジュールが、動作中に２つの並列接続バッテリ間の差動電流を測定するために使用され、測定された差動電流は、並列接続バッテリにおける特性のあらゆる変化を測定するために経時的にモニタリングされる。一対の並列バッテリからの差動電流信号は様々な信号解析方法を使用して解析されてもよい。例えば、バッテリが停止している時に実質的にゼロ以外の値を有する差動電流の存在は、バッテリのうちの一方における内部短絡を示す可能性がある。別の例において、差動電流データ（例えば、電流対時間または電流対容量）は一方のバッテリから別の並列バッテリへの電荷の正味の移動が生じているか否かを決定するために、時間について積分されてもよい。さらに別の例において、特定の期間および／または多数の充電−放電のサイクルにわたる差動電流の平均値が観察されてもよく、すなわち、ゼロから離れた平均差動電流の大きさの変化は内部短絡の存在を示す可能性がある。
【００１２】
差動電流測定が能動的である他の実施形態において、差動電流測定モジュールは２つの並列接続バッテリの間に配置されたスイッチと電流測定装置とを含む。バッテリは、スイッチを介して診断期間の間接続を断たれ、その後再接続される。内部短絡のないバッテリは長い間安定した端子電圧を維持するので、再接続された時には比較的低い差動電流を示す。しかし、内部短絡がバッテリのうちの一方に存在する場合には、そのバッテリは診断期間の間に放電電流が流れる。従って、バッテリが再接続された後のバッテリのうちの一方から他方への電流の突入を含む差動電流の存在は、電流の突入を受けるバッテリにおける不具合の存在を示す。一方のバッテリにおける内部短絡状態は、バッテリが再接続された時に比較的大きい突入電流をもたらすので、バッテリのうちの一方における内部短絡の存在は最小不具合しきい値と差動電流信号を比較することによって検出されてもよい。
【００１３】
差動電流は、様々な実施形態において、単一の電池または並列および／もしくは直列に接続された複数の電池を備える、２つの並列バッテリに関して測定されてもよく、例えば、電池がバッテリパックに組み立てられる前または後などの電池の寿命サイクルにおける任意の時点におけるバッテリの特性を測定するために使用されてもよい。２つの並列バッテリは一部の実施形態において異なる構成を備えてもよい。並列で複数の電池を含むバッテリパックにおける複数の電流測定装置と一部の実施形態におけるスイッチとの包含は、不具合を含む個々の電池の特定（例えば識別）を可能にする。このようなバッテリパックは並列ユニットとして接続された任意の適切な数の電池を含んでもよく、個々の電池の電流の解析はパック全体の並列サブユニットとして接続された任意の適切な数の電池を有するパックまで広げられてもよい。バッテリパックは任意の適切な種類のバッテリを含んでもよく、任意の適切な種類のバッテリは、様々な実施形態において、リチウムイオンバッテリ、鉛酸バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、またはニッケル水素バッテリを含むが、これらに限定されない。このようなバッテリパックは任意の適切な電気装置に組み込まれてもよく、任意の適切な電気装置は、ラップトップまたはノートブックのコンピュータ、動力工具、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電気自動車、エネルギー格納システム、および軍装備品を含むが、これらに限定されない。
【００１４】
図１は並列に接続されたバッテリ１０１および１０２のための差動電流モニタリングシステム１００の実施形態を例示する。電流は、端子１０４から差動電流測定モジュール１０３を通り２つのバッテリ１０１および１０２へ、そして端子１０５へ流れる。電流１０６はバッテリ１０１および１０２の両方に流れる総電流（Ｉｔｏｔａｌ）である。電流１０７（Ｉ１）はバッテリ１０１と関連付けられ、電流１０８（Ｉ２）はバッテリ１０２に関連付けられる。ＩｔｏｔａｌはＩ１＋Ｉ２に等しい。差動電流測定モジュール１０３はバッテリ１０１および１０２間の差動電流を測定し、その差動電流はＩ１とＩ２との間の差に等しい。差動電流測定モジュール１０３によって測定された差動電流はバッテリ１０１および１０２の特性をモニタリングするために使用される。差動電流測定モジュール１０３はまた差動電流データを収集して解析するための論理回路を含み、任意の適切な論理回路が差動電流データを収集して解析するために差動電流測定モジュール１０３に含まれてもよい。バッテリ１０１および１０２は、様々な実施形態において、単一の電池、または任意の適切な構成の並列および／もしくは直列に接続された複数の電池を備えてもよく、バッテリ１０１および１０２はまた異なるバッテリ構成を備えてもよい。
【００１５】
差動電流測定モジュール１０３は様々な実施形態において１つ以上の電流測定装置を含んでもよく、さらなる実施形態においては、バッテリ１０１および１０２の接続を断ち、そして再接続するためのスイッチを含んでもよい。差動電流測定モジュール１０３の電流測定装置（複数可）は任意の適切な電流測定装置であってよく、任意の適切な電流測定装置は、ホール効果トランスデューサ、電流検出抵抗器、誘導センサ、電流シャント、または増幅を有する電流検出抵抗器を含むが、これらに限定されない。増幅を有する電流検出抵抗器は電流検出抵抗器と増幅ハードウェアとを含み、増幅ハードウェアは解析のために電流検出抵抗器を通って流れる電流に関連する比較的大きな出力電圧信号を出力するが、電流検出抵抗器における電圧降下は比較的小さく維持され得るように（すなわち、検出抵抗器に起因する挿入損失が比較的小さくなるように）なっている。差動電流測定モジュール１０３がスイッチを含む実施形態において、スイッチは任意の適切な種類のヒューズまたはスイッチを備えてもよく、任意の適切な種類のヒューズまたはスイッチは、一部の実施形態において、リレー、固体スイッチ、サイリスタ、機械スイッチ、または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含むが、これらに限定されない。スイッチがＭＯＳＦＥＴである実施形態において、ＭＯＳＦＥＴを通る差動電流はＭＯＳＦＥＴにおけるドレイン−ソースの電圧降下に基づいて測定されてもよいので、ＭＯＳＦＥＴもまた電流測定装置を備えてもよい。バッテリ１０１および１０２は任意の適切な種類のバッテリであってもよく、任意の適切な種類のバッテリは、様々な実施形態において、リチウムイオンバッテリ、鉛酸バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、またはニッケル水素バッテリを含むが、これらに限定されない。
【００１６】
差動電流はいくつかの異なる手法を使用して差動電流測定モジュール１０３によって測定されてもよく、差動電流測定モジュール１０３などの差動電流測定モジュールの様々な実施形態と、１つ以上の差動電流測定モジュールと共に使用するための様々なバッテリ構成とが図２〜図７に関して以下で説明される。第１の手法はＩ１およびＩ２を測定するための各電流測定装置を含む（図２に関して以下でさらに詳細に説明される）。第２の手法はＩ１（またはＩ２）およびＩｔｏｔａｌを測定するための各電流測定装置を含み、次に、測定された値からＩ２（またはＩ１）を計算する（図３に関して以下でさらに詳細に説明される）。第３の手法はＩ１（またはＩ２）を測定するための電流測定装置を含み、Ｉｔｏｔａｌの値はバッテリ管理ユニットなどの他の供給源から得られ、次に、測定された値からＩ２（またはＩ１）を計算する。第４の手法は、バッテリ１０１からバッテリ１０２（またはその逆）に流れる差動電流を直接測定する単一の電流測定装置を含み、その測定は、Ｉｔｏｔａｌがゼロに等しい場合に行われ得る。この手法はスイッチを含む差動電流測定モジュール１０３で使用されてもよい（図５〜図７に関して以下で詳細に説明される）。さらなる実施形態において、バッテリの挙動は第１の対の並列バッテリからの差動電流信号をバッテリパックにおける同じ種類の第２の対の並列バッテリによって提供された差動電流信号と比較することによってモニタリングされてもよい（図４に関して以下でさらに詳細に説明される）。２つの差動電流信号間で顕著な偏差が検知された場合には、並列の対のバッテリのうちの一方における不具合を示す可能性がある。バッテリのうちの任意のもの、および図２〜図７に関して以下で説明される（１つ以上の電流測定装置と、一部の実施形態においてスイッチとを備える）差動電流測定モジュールは、図１に関して説明された装置および構成のうちの任意のものを備えてもよい。任意の適切な論理回路が差動電流データを収集して解析するために図２〜図７の差動電流測定モジュールと共に使用されてもよく、様々な解析技術が図１０〜図２２に関して以下で説明される。一部の実施形態において、所定の期間にわたる差動電流の平均値が測定されてもよく、２つの並列バッテリのうちの一方における不具合が例えば所定の期間の間における差動電流の平均値の大きさの変化を検知することによって、測定された平均値に基づいて検知されてもよい。他の実施形態において、差動電流は最小不具合しきい値と比較されてもよい。
【００１７】
図２は並列接続バッテリ２０１および２０２のための受動型差動電流モニタリングシステム２００の実施形態を例示する。電流は端子２０４から電流測定装置２０３Ａ〜Ｂを備える差動電流測定モジュールを通り、２つのバッテリ２０１および２０２を通って端子２０５に流れる。バッテリ２０１および２０２の差動電流は電流測定装置２０３Ａ（Ｉ１、バッテリ２０１に関連付けられる）および電流測定装置２０３Ｂ（Ｉ２、バッテリ２０２に関連付けられる）によって出力される電流信号の差によって与えられる。図３は並列接続バッテリ３０１および３０２のための受動型差動電流モニタリングシステム３００の別の実施形態を例示する。電流は端子３０４から電流測定装置３０３Ａ〜Ｂを備える差動電流測定モジュールを通り、２つのバッテリ３０１および３０２を通って端子３０５に流れる。電流測定装置３０３ＡはＩｔｏｔａｌを与え、電流測定装置３０３ＢはＩ１を与え、Ｉ２はＩｔｏｔａｌとＩ１との間の差に等しく、バッテリ３０１および３０２の間の差動電流の計算を可能にする。図３のシステムの別の実施形態において、電流測定装置３０３Ａは省かれてもよく、Ｉｔｏｔａｌはバッテリ管理ユニットなどの別の供給源（図示せず）から受けてもよい。
【００１８】
図４は並列接続バッテリ４０１、４０２、４０３、および４０４のための受動型差動電流モニタリングシステム４００の実施形態を例示し、この実施形態においては、２組の２つの並列バッテリが互いに基準差動電流信号を提供する。電流は、端子４０６から、並列バッテリ４０１および４０２の間の差動電流を測定する差動電流測定モジュール４０５Ａと並列バッテリ４０３および４０４の間の差動電流を測定する電流測定モジュール４０５Ｂとを通って端子４０７に流れる。差動電流測定モジュール４０５Ａ〜Ｂは任意の適切な方法で対応する差動電流を測定してもよい。差動電流測定モジュール４０５Ａ〜Ｂからの差動電流信号は次に互いに比較される。差動電流測定モジュール４０５Ａ〜Ｂからの２つの差動電流信号間の顕著な偏差が検知された場合には、対の並列バッテリ４０１／４０２または４０３／４０４のうちの一方における不具合を示す可能性がある。任意の適切な論理回路が、差動電流データを収集し比較して解析するために差動電流測定モジュール４０５Ａ〜Ｂと関連付けられてもよい。
【００１９】
図５は並列接続バッテリ５０１および５０２のための能動型差動電流モニタリングシステム５００の実施形態を例示し、この実施形態においては、差動電流測定モジュールはスイッチ５０４と電流測定装置５０３とを備える。システム５００における能動差動電流測定は以下の通りに行われ、図９に関して以下でさらに詳細に考察もされる。第一に、スイッチ５０４が閉じられ、バッテリ５０１および５０２は実質的に定常状態の電流フローが達成されるように平衡可能にされる。スイッチ５０４は次に、診断期間に対応する期間の間開かれ、診断期間の長さはバッテリ５０１または５０２におけるあらゆる内部短絡を検知することに関する所望の感度レベルに従って選択できる。診断期間が長くなるほど、内部短絡は短絡を含むバッテリの充電状態に大きな影響を有する。スイッチ５０４が開いている診断期間の次に、スイッチ５０４は閉じられ、バッテリ５０１および５０２の間の差動電流フローが電流測定装置５０３によって測定される。バッテリ５０１およびバッテリ５０２に内部短絡がない場合には、バッテリ５０１および５０２の両方が診断期間の間安定した充電状態を維持し、スイッチ５０４が診断期間の終了時に閉じられた時に電流フローは電流測定装置５０３によってほとんど検知されないか、または全く検知されない。しかし、例えば、バッテリ５０２が内部短絡を含む場合には、診断期間の間のその内部短絡への放電は、バッテリ５０１の充電状態を安定したままにしながら、診断期間の間、バッテリ５０２を放電させる。従って、診断期間の終了時におけるバッテリ５０１および５０２の再接続の際に、バッテリ５０２への電流フローの急上昇が結果として生じる。この電流フローはバッテリ５０２における内部短絡の存在を示す。電流測定装置５０３によって検知される電流フローの大きさは内部短絡の大きさに関連し、電流フローの検知はバッテリ５０１または５０２のいずれが内部短絡を含むかを示す。能動差動電流テストの間、システム５００の端子５０５および５０６の間のＩｔｏｔａｌはゼロに等しい。一部の実施形態において、電流測定装置５０３に関連付けられる論理回路は、バッテリ５０１または５０２のうちの一方における短絡の存在を検出するために最小しきい値と測定された差動電流を比較してもよい。スイッチ５０４は、様々な実施形態において、リレー、固体スイッチ、サイリスタ、機械スイッチ、および１つ以上のＭＯＳＦＥＴのうちの１つであってもよい。
【００２０】
図６は、直列に接続された２つのブロックの並列バッテリ６０１Ａ〜Ｄおよび６０２Ａ〜Ｄで構成されたバッテリパックのための能動型差動電流モニタリングシステム６００の別の実施形態を例示する。バッテリパックは端子６０７および６０８を介して装置に電力を供給する。各バッテリに隣接する並列バッテリに対する各バッテリの並列接続は、スイッチ６０３Ａ〜Ｄ／６０４Ａ〜Ｃのうちのいずれか１つと、それぞれの関連付けられる電流測定装置６０５Ａ〜Ｃ／６０６Ａ〜Ｃとを含むそれぞれの差動電流測定モジュールを介して行われる。システム６００における不具合の存在を検出するために、バッテリ６０１Ａ〜Ｃおよび６０２Ａ〜Ｃにおいて定常状態が達成されるまで、スイッチ６０３Ａ〜Ｄおよび６０４Ａ〜Ｄは閉じられ、次に、スイッチ６０３Ａ〜Ｃおよび６０４Ａ〜Ｃのサブセットが診断期間の間開かれる。診断期間の後、開かれたスイッチは閉じられ、差動電流フローの測定が閉じられたスイッチに関連付けられる６０５Ａ〜Ｃおよび６０６Ａ〜Ｃの電流測定装置によって行われる。スイッチ６０３Ａ〜Ｃおよび６０４Ａ〜Ｃの様々なサブセットの一連の開閉が、不具合を含むバッテリ６０１Ａ〜Ｃおよび６０２Ａ〜Ｃの個々のバッテリを側定するために使用されてもよい。例えば、スイッチ６０３Ｂは診断期間の間開かれるが、スイッチ６０３Ａおよび６０３Ｃは閉じられてもよく、次に、スイッチ６０３Ｂは、並列バッテリ６０１Ａ〜Ｃおよび並列バッテリ６０１Ｃ〜Ｄのうちの１つにおける不具合の存在を検出するために閉じられる。例えば、電流測定装置６０５Ｂがバッテリ６０１Ｃ〜Ｄからバッテリ６０１Ａ〜Ｂの方向で流れる差動電流を示す場合には、バッテリ６０１Ａ〜Ｂのうちの一方における不具合が示される。スイッチ６０３Ｂが次にバッテリ６０１Ａ〜Ｂを隔離するために開かれてもよく、スイッチ６０３Ａと電流測定装置６０５Ａとが次にバッテリ６０１Ａ〜Ｂのうちのいずれが不具合を含むかを検出するために使用されてもよい。一部の実施形態において、パック内の１つのバッテリ内で内部短絡が発生したという認識に基づいて（例えば、熱暴走を防ぐための）効果的な介入が行われ得る場合には、どの個々のバッテリが不具合を有しているかを識別することは不必要であり得る。しかし、内部短絡を含む特定のバッテリが識別できる場合には、依然としてパック内の他のバッテリがバッテリパックの端子６０７および６０８に電力を供給できるようにしながら、例えば適切なスイッチを開くことによってそのバッテリを選択的に隔離する。これにより、識別された内部短絡を含むバッテリへの電流フローを防ぐことによって安全を維持しながら、例えば、バッテリが電力供給している装置のシャットダウンの制御を可能にするようにバッテリの全体的な機能を維持することが可能であり得る。
【００２１】
図７は３つのブロックの並列バッテリ７０１Ａ〜Ｂ、７０２Ａ〜Ｂ、および７０３Ａ〜Ｂで構成されたバッテリパックのための能動型差動電流モニタリングシステム７００の別の実施形態を例示する。システム７００のバッテリパックは端子７０８および７０９において電力を供給する。図７の差動電流測定装置はＭＯＳＦＥＴ７０４Ａ〜Ｂ、７０５Ａ〜Ｂ、７０６Ａ〜Ｂ、および７０７Ａ〜Ｂを含む。ＭＯＳＦＥＴを通って流れる電流はＭＯＳＦＥＴにおけるドレイン−ソース電圧降下に基づいて測定されてもよいので、ＭＯＳＦＥＴ７０４Ａ〜Ｂ、７０５Ａ〜Ｂ、７０６Ａ〜Ｂ、および７０７Ａ〜Ｂは、スイッチと電流測定装置との両方として作用する。ＭＯＳＦＥＴ７０４Ａ〜Ｂ、７０５Ａ〜Ｂ、７０６Ａ〜Ｂ、および７０７Ａ〜Ｂの様々なサブセットの一連の開閉が、不具合を含むバッテリ７０１Ａ〜Ｂ、７０２Ａ〜Ｂ、および７０３Ａ〜Ｂのうちの個々のバッテリを測定するために使用されてもよい。ＭＯＳＦＥＴ７０４Ａ〜Ｂ、７０５Ａ〜Ｂ、７０６Ａ〜Ｂ、および７０７Ａ〜Ｂはまた、短絡がバッテリ７０１Ａ〜Ｂ、７０２Ａ〜Ｂ、および７０３Ａ〜Ｂのうちのいずれかにおいて検知された場合に全バッテリパックをシャットダウンするように開かれてもよく、またはＭＯＳＦＥＴ７０４Ａ〜Ｂ、７０５Ａ〜Ｂ、７０６Ａ〜Ｂ、および７０７Ａ〜Ｂのサブセットが、残りのバッテリは端子７０８および７０９において電力を供給し続けるが、システム７００における不具合が発生した単一のバッテリを隔離するために開かれてもよい。
【００２２】
図８は差動電流に基づくバッテリモニタリングのための方法８００の流れ図を例示する。図８は上述した図１〜図７のシステムのうちの任意のものにおいて実行されてよい。第１に、ブロック８０１において、並列に接続された第１のバッテリと第２のバッテリとの間の差動電流（すなわち、バッテリ間電流）が差動電流測定装置によって測定される。次に、ブロック８０２において、第１のバッテリにおける特性の変化が、測定された差動電流に基づいて検知される。特性の変化は差動電流データの任意の適切な信号解析技術を使用して検知されてもよい。一部の実施形態において、差動電流信号は最小不具合しきい値と比較されてもよい。他の実施形態において、差動電流データ（例えば、電流対時間または電流対容量）は１つのバッテリから別の並列バッテリへの電荷の正味の移動が生じているか否かを測定するために期間について積分されてもよく、この場合、１つのバッテリから別のバッテリへの電荷の正味の移動は内部短絡の発生を示す。さらに別の実施形態において、特定の期間および／または多数の充電−放電サイクルにわたる差動電流の平均値が観察されてもよく、ゼロから離れる、平均差動電流の大きさの変化は内部短絡の存在を示す可能性がある。特性の検知された変化は一部の実施形態において第１のバッテリにおける内部短絡などの不具合の識別を含んでもよい。
【００２３】
図９は、図８のブロック８０１で行われたような、第１のバッテリと第２のバッテリとの間の差動電流を測定するための方法９００の実施形態の流れ図を例示する。方法９００は上述の図１および図５〜図７のシステムのうちの任意のものにおいて実行されてもよい。第一に、ブロック９０１において、第１のバッテリと第２のバッテリとの間に配置されたスイッチが、第１のバッテリと第２のバッテリとが定常状態に到達するまで閉じられる。定常状態は診断期間の長さに基づいて定義されてもよい（ブロック９０２において以下で説明される）。一部の実施形態において、定常状態は、２つのバッテリ間の電流フローが、バッテリが互いから切断される意図した診断期間に等しい期間の間に電流フローの最大の大きさの１０％未満しか変化しないように、電流フローが安定する点であってもよい。
【００２４】
次に、ブロック９０２において、スイッチは診断期間の間開かれる。診断期間は様々な実施形態において約１５分から約２４時間の範囲であってもよく、システムに存在するバッテリの種類に基づいて異なっていてもよい。診断期間が長くなるほど、システムは再接続後の内部短絡の検知に対して感度が高くなる。図２３は例示的な２．４Ａｈの１８６５０型のバッテリ電池に関する診断期間データに対する感度（すなわち、ミリアンペアすなわちｍＡでのピーク差動電流）のグラフ２３００を示す。図２３において、診断期間は１５分から２４時間の範囲である。図２３から分かるように、１００オームの短絡が１５分の診断期間を使用して検知できる。より小さい短絡（例えば、３０００オームまたは６３００オーム）に関しては、何時間もの診断期間が必要とされる。所与の電流を招く短絡を検知することはまた、含まれる並列バッテリの容量がより大きいので、より長い診断期間を必要とする。バッテリが停止し、最も短い期間（例えば、約０．５時間から約２時間）の間停止しているときには、診断期間は数分オーダーの短い時間でもよい。充電と放電とがバッテリにおいて生じている場合には、診断期間は、充電プロセスと放電プロセスとが終わった後に、最も短い停止期間経過してから行われてもよい。次に、ブロック９０３において、診断期間の経過後、スイッチは閉じられ、バッテリが再接続される。最後に、ブロック９０４において、スイッチに関連付けられる電流測定装置が第１のバッテリと第２のバッテリとの間の差動電流の存在を検知する。
【００２５】
例示的な並列バッテリに関する差動電流データと、図８の方法８００のブロック８０２において使用されてもよい様々な信号解析技術とが、図１０〜図２２に関して以下で説明される。図１０は、サイクルの間の、一対の並列の短絡のない２．６Ａｈの１８６５０リチウムイオン電池に関する、経時的にみた個々の電池の（アンペアすなわちＡで示す）電流のグラフ１０００を示し、図１１は図１０の電池間の差動電流のグラフ１１００を示す。図１０は標準的なノートブックコンピュータの充電率および放電率を模擬する。図１１に示されるように、電流は２つの電池間でほぼ等しく分けられ、これは、２つの電池に対して測定された差動電流の値が電池の対にとって充電および放電の電流の非常にわずかな一部であることを示す。差動電流信号は主にノイズであり、これよりはるかに大きい充電および放電の電流が両方の電池における共通モードの信号として現れ、消失する。図１２および図１３に移ると、短絡を有する同様な並列バッテリに関する経時的差動電流データが示される。図１２は、電池におけるわずかな短絡を模擬するための電池のうちの一方において１００オームの負荷につながれた並列の対の１８６５０電池に関する個々の電池電流のグラフ１２００を示す。図１３は図１２の電池間に流れる差動電流のグラフ１３００を示す。一方の電池における比較的小さい短絡の存在は比較的小さい電流をもたらす。等しい電流の分配からの偏差が、短絡を模擬する負荷がバッテリに接続された時点で観察できる。特に、図１３において、抵抗器が電池のうちの一方を横切って接続された時点である約１１０分において生じる差動電流の平均値の遷移が存在する。
【００２６】
図１１に示された差動電流データは約１．９０ｍＡの平均値を有するが、図１３に示された差動電流データは５１．５ｍＡの平均値を有する。平均差動電流を解析することによって、２つ以上の並列電池間で電荷の正味の移動が顕著に生じているか否かに関して測定が行われ得る。測定誤差とノイズレベルが考慮されたときには、図１１に示されるような約１．９０ｍＡの平均値は比較的小さいので、顕著な内部短絡は存在しないと結論付けられるが、図１３に示された５１．５ｍＡの差動電流値は一方の電池から他方の電池への持続的な電流フローを示し、従って内部短絡を示す。同程度の大きさおよび成長速度の内部短絡が同時に両方の電池に存在した場合には、偽陰性の結果が得られるが、同様な特性を有する同時短絡がそのように偶発的に形成される可能性は比較的低い。
【００２７】
短絡のない状態から短絡した状態への遷移がまた、シグモイド関数に差動電流データをフィッティングすることによって検出されてもよい。シグモイド関数は１つの状態から別の状態への遷移を経験するシステムの数学的表示を提供し、顕著な信号ノイズが存在する場合であってもこうした遷移を識別する効果的な手段である。図１４はシグモイド関数にフィッティングした図１１のデータのグラフ１４００を示す。グラフ１４００は差動電流データ内で遷移を示さないので、いずれの電池においても内部短絡は現れなかったことを示す。図１５は短絡状態を含む図１３の差動電流データに対するシグモイドフィッティングのグラフ１５００を示す。図１５から分かる通り、短絡のない状態から約１１０分の時刻における１００オームの短絡の存在への遷移はそのフィッティングによって識別される。
【００２８】
図１６は並列の一対の正常な（すなわち、短絡のない）電池における経時的にみた差動電流（アンペア、Ａ）と総電流（アンペア、Ａ）とのグラフ１６００を示す。並列でサイクルさせられたときに正常な電池はほぼ等しく電流を分け合うが、完全な均衡で電流を分け合わないので、何らかの差動電流が観察される。しかし、短絡のない電池で観察される差動電流信号は典型的には、図１６におけるデータから分かるように、並列の一対の電池において全体的な電流と関係がある。この関係を使用して、電池の対に対する全体的な充電および放電の電流と相関しない内部短絡プロセスを示す可能性があるあらゆる信号成分から正常な充電および放電のプロセスに関連付けられる差動電流における信号成分をデコンボリューションすることによって、差動電流を解析することが可能である。グラフ１６００における波形の振幅は一桁ほどだけ異なるが、正常な（短絡のない）サイクルの間、差動電流は予測可能な形で総電流をたどることが分かる。
【００２９】
短絡を有する並列バッテリの場合、総電流と比較して異常な差動電流の挙動が観察される可能性がある。図１７は、電池の対がピーク動作電圧に近かったときに現れる内部短絡を電池のうちの１つが含むことを示す差動電流波形のグラフ１７００を示す。約６３０分と約８９０分とにおけるグラフ１７００の波形における異常なピークは、内部短絡を含む電池への電流フローに対応する。約４００分と約１１２０分とにおいて小さいピークも観察され、この場合には、短絡の大きさが小さい。１つの信号処理技術において、図１７に示された種類の信号が式１に従って処理されてもよい。
Ｉｒｅｓｕｌｔ（ｔ）＝Ｉｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（ｔ）−α［Ｉｔｏｔａｌ（ｔ）］      式１
スケーリングパラメータαは正常な動作から生じる差動電流の寄与の大きさを最小化するように選択されてよい。図１８は図１７のデータに式１を適用した結果のグラフ１８００を示し、過渡的な内部短絡の存在に関連付けられる信号成分から正常な動作に関連付けられる信号成分をデコンボリューションしている。断続的な内部短絡に関連付けられる電流のピークが不変である間、正常な充電−放電プロセスから生じる信号成分は、分析時に重視されない。その結果、内部短絡の検知のための全体的な信号対バックグラウンド比が増加され、検知をさらに高感度なものにする。
【００３０】
短絡に起因する差動電流に対する感度は、総電流に対する差動電流の割合を使用して増加されてもよい。並列の対の電池における差動電流はまた、差動電流の大きさが総電流に対する比として評価されたときに異常に大きい場合を探すために総電流と比較されてもよい。図１９は図１７に示されたデータにこの解析を適用したグラフ１９００を示す。分析の出力（図１９において「ガンマ」と称す）が式２を使用して生成される。
Ｏｕｔｐｕｔ（ｔ）＝Ｉｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（ｔ）／Ｉｔｏｔａｌ（ｔ）    
式２
図１９に示されるような並列の対の電池（電池１および電池２）に対する差動電流と総電流との割合の値は、差動電流が総電流に対して不相応に大きいので１つ以上の電池における内部短絡を示す期間を識別するために測定される。この種の解析結果は、電池の温度と充電−放電の効率とによって独立して決定されるような内部短絡を示さない放電の間、同様な大きさの差動電流を無視しながら、（４回の充電のそれぞれの終了に向かって）高い電圧で形成する内部短絡（充電の終了に向かって過渡的に形成されて、放電が開始した時に取り除かれる図１９の短絡）に関連付けられる大きい振幅の信号をもたらす。総電流がゼロである、充電ステップと放電ステップとの間の休止期間の間、総電流で除算された差動電流の割合は無限であり、利用できない。他の解析技術が休止期間の間に適用されてもよい。
【００３１】
図２０は総電流に対する差動電流の割合に基づいた処理アルゴリズムの出力と差動電流との比較のグラフ２０００を示し、内部短絡に起因する差動電流の検知の比較的高い感度を示す。図１９のデータに式２を適用した結果４つの明確なピークが生じ、これらのピークのそれぞれが、並列接続された電池のうちの１つにおける内部短絡の発生に対応し、差動電流波形単独で取得され得るよりも比較的大きい振幅の、内部短絡に対するマーカを与える出力を作り出す。
【００３２】
図２１は図９の方法９００に関して記載されたような、一対の短絡のない並列接続リチウムイオン電池の能動的反応測定に由来する差動電流データのグラフ２１００を示し、図２２は短絡を含む同様なバッテリに関する差動電流データのグラフ２２００を示す。バッテリは、平衡状態とされ、診断期間の間、接続を断たれ、そして再接続される。図２１に示されるように、両方の電池が互いから接続を断たれる前に平衡させられた時には、診断期間の間、電池は同じ端子電圧のままであるので、再接続の際に電流は流れなかった。図２２は図２１に提示された条件と同じ条件下で収集された差動電流データを示すが、１００オームの負荷が一方の電池にかけられ、程度の小さい内部短絡の存在を模擬している。図２２のデータは、電池の再接続が、この場合、２時間であった診断期間の間に１００オームの負荷へ放電した電池への電流の突入を含む大きな電流スパイクをもたらすことを示す。差動電流におけるこの大きなスパイクは容易に識別でき、そのスパイクは、１つの電池内の１００オームの負荷の存在下での一対の電池のサイクルの間に観察された差動電流のあらゆる値の大きさを充分に超える大きさを有する。図２２はまた電池の接続を断って再接続する前に生じたいくつかの充電−放電サイクルに関する差動電流データを含む。
【００３３】
バッテリは、本明細書において使用される通り、１つ以上の電池を指し、各電池は化学反応によって電気を作り出す装置である。バッテリ内の１つ以上の電池は、並列、直列、またはそれらの任意の組み合わせで接続されてもよい。
【００３４】
例示的な実施形態の技術的効果と利点とは、差動電流データに基づいた、バッテリの特性における電荷の正確な検知を含む。
【００３５】
本明細書において使用される用語は特定の実施形態を記載する目的だけのためのものであり、本発明を限定することを意図していない。本明細書において使用される通り、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」という単数形は、特に断りがない場合には、複数形も含むことを意図している。「備える」および／または「備えている」という用語は、この明細書において使用されるときには、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことがさらに理解される。
【００３６】
対応する構造、材料、行為、および全ての手段またはステップの均等物に加えて、以下の特許請求の範囲における機能的要素は、明確に請求される通り、請求された他の要素と組み合わせて機能を行うためのあらゆる構造、材料、または行為を含むことが意図される。本発明の記載は例示と記載との目的のために提示されたが、網羅的であること、または開示された形態に本発明を限定することを意図していない。多数の改変および変化形が本発明の範囲と精神とを逸脱することなく当業者には明らかである。実施形態は、本発明の原理と実用的な用途とを最も良く説明するために、そして、当業者が、企図された特定の用途にふさわしいと、様々な改変を有する様々な実施形態に関して本発明を理解できるように選択され記載される。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  第１のバッテリ
１０２  第２のバッテリ
１０３  差動電流測定モジュール
【図１】
2020058227.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月25日(2019.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するためのシステムであって、前記システムは、
第１のバッテリと、
前記第１のバッテリと並列に接続されている、第２のバッテリと、
電流測定装置を１つのみ備える差動電流測定モジュールであって、前記差動電流測定モジュールは、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに対して最下流側に配置され、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成されている、単一の差動電流測定モジュールと
を備え、
前記差動電流測定モジュールは前記測定された差動電流に基づいて、前記第２のバッテリから前記第１のバッテリへの平均作動電流の大きさの変化を検出することにより、前記第１のバッテリにおける内部短絡を検知するように構成されているシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
電流測定装置を１つのみ備える追加の差動電流測定モジュールであって、前記追加の差動電流測定モジュールは、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに対して最上流側に配置され、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成されている、単一の追加の差動電流測定モジュール
を備え、
前記追加の差動電流測定モジュールは前記測定された差動電流に基づいて、前記第２のバッテリから前記第１のバッテリへの平均作動電流の大きさの変化を検出することにより、前記第１のバッテリにおける内部短絡を検知するように構成されているシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記電流測定装置は、それぞれ、ホール効果トランスデューサ、電流検出抵抗器、誘導センサ、電流シャント、および増幅を有する電流検出抵抗器のうちの１つを備えるシステム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のシステムを用いて、差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するための方法であって、
前記第１のバッテリが前記第２のバッテリに並列に接続されている状態で、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定することと、
前記測定された差動電流に基づいて、前記第２のバッテリから前記第１のバッテリへの平均作動電流の大きさの変化を検出することにより、前記第１のバッテリにおける内部短絡を検知することと、
を含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
対応する構造、材料、行為、および全ての手段またはステップの均等物に加えて、以下の特許請求の範囲における機能的要素は、明確に請求される通り、請求された他の要素と組み合わせて機能を行うためのあらゆる構造、材料、または行為を含むことが意図される。本発明の記載は例示と記載との目的のために提示されたが、網羅的であること、または開示された形態に本発明を限定することを意図していない。多数の改変および変化形が本発明の範囲と精神とを逸脱することなく当業者には明らかである。実施形態は、本発明の原理と実用的な用途とを最も良く説明するために、そして、当業者が、企図された特定の用途にふさわしいと、様々な改変を有する様々な実施形態に関して本発明を理解できるように選択され記載される。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するためのシステムであって、前記システムは、
第１のバッテリと、
前記第１のバッテリと並列に接続されている、第２のバッテリと、
少なくとも１つの電流測定装置を備える差動電流測定モジュールであって、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成されている、差動電流測定モジュールとを備えるシステム。
［態様２］
態様１に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記測定された差動電流に基づいて前記第１のバッテリにおける不具合を検知するようにさらに構成されているシステム。
［態様３］
態様１または２のうちのいずれかに記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリに関連付けられる第１の電流を測定するように構成された第１の電流測定装置と、前記第２のバッテリに関連付けられる第２の電流を測定するように構成された第２の電流測定装置とを備え、前記差動電流は前記第１の電流と前記第２の電流との間の差であるシステム。
［態様４］
態様１または２に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとのうちの一方に関連付けられる第１の電流を測定するように構成された第１の電流測定装置と、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとにおける総電流を測定するように構成された第２の電流測定装置とを備え、前記差動電流は前記第１の電流と前記総電流とに基づいて測定されるシステム。
［態様５］
態様３または４に記載のシステムにおいて、前記第１の電流測定装置と前記第２の電流測定装置は、それぞれ、ホール効果トランスデューサ、電流検出抵抗器、誘導センサ、電流シャント、および増幅を有する電流検出抵抗器のうちの１つを備えるシステム。
［態様６］
態様１または２に記載のシステムにおいて、
第３のバッテリと、
第４のバッテリであって、前記第２のバッテリは前記第３のバッテリと並列に接続される、第４のバッテリと、
前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる差動電流を測定するように構成された追加の差動電流測定モジュールと、
をさらに備え、
当該システムが、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる前記差動電流と比較するように構成されているシステム。
［態様７］
態様１または２に記載のシステムにおいて、前記差動電流測定モジュールは前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間に配置されたスイッチをさらに備え、前記スイッチは、
前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断ち、
診断期間の経過後に、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続するように構成され、
前記差動電流測定モジュールは、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとが再接続された後に、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定するように構成された電流測定装置をさらに備えることを特徴とするシステム。
［態様８］
態様７に記載のシステムにおいて、前記スイッチと前記電流測定装置とは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備え、前記差動電流は前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース電圧に基づいて測定されるシステム。
［態様９］
態様７に記載のシステムにおいて、前記第１のバッテリは並列に接続された第１の電池と第２の電池とを備え、前記第１の電池と前記第２の電池との間に配置された追加のスイッチを備える追加の差動電流測定モジュールをさらに備え、前記追加のスイッチは
前記第１のバッテリにおける不具合の存在が検出された後に、前記第２の電池から前記第１の電池の接続を断ち、
診断期間の経過後に前記第１の電池と前記第２の電池とを再接続するように
構成され、
前記追加の差動電流測定モジュールは、前記第１の電池と前記第２の電池とが再接続された後に、前記第１の電池および前記第２の電池に関連付けられる差動電流を測定するように構成された追加の電流測定装置をさらに備えるシステム。
［態様１０］
差動電流モニタリングに基づいてバッテリの特性を測定するための方法であって、
前記第１のバッテリが前記第２のバッテリに並列に接続されている状態で、第１のバッテリおよび第２のバッテリに関連付けられる差動電流を測定することを含む方法。
［態様１１］
態様１０に記載の方法において、前記測定された差動電流に基づいて前記第１のバッテリにおける不具合を検知することをさらに含む方法。
［態様１２］
態様１０または１１に記載の方法において、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定することは、
前記第１のバッテリに関連付けられる第１の電流を測定することと、
前記第２のバッテリに関連付けられる第２の電流を測定することと、
前記第１の電流と前記第２の電流との間の差を測定することと
を含む方法。
［態様１３］
態様１０または１１に記載の方法において、
前記第３のバッテリが前記第４のバッテリと並列に接続されている状態で、第３のバッテリおよび第４のバッテリに関連付けられる差動電流を測定すること、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに関連付けられる前記差動電流と比較することと
をさらに含む方法。
［態様１４］
態様１０に記載の方法において、
前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間に配置されたスイッチによって前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断つことと、
診断期間の経過後に、前記スイッチによって前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続することと、
前記第１のバッテリにおける不具合の存在を検出するために最小不具合しきい値と前記測定された差動電流を比較することと
をさらに含み、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに関連付けられる前記差動電流を測定することを、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを再接続した後に行う、
方法。
［態様１５］
態様１４に記載の方法において、
前記スイッチによって前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの接続を断つ前に前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとが定常状態にあるように、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの接続を断つ前に所定の期間の間、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとを接続することと、
前記第１のバッテリにおける不具合の検知に応じて前記スイッチによって前記第２のバッテリから前記第１のバッテリの接続を断つことと
をさらに含む方法。