(57)【要約】      （修正有）【課題】リチウムイオン電池に関する危険な状態の監視及び防止をする安全装置を提供する。【解決手段】リチウムイオン電池モジュール用の安全装置は、リチウムイオン電池モジュール内の電池セルの形状又は寸法の変化に基づいて、劣化を検出し出力信号を送信するように構成される健全性監視部品２００と、出力信号を受信しリチウムイオン電池モジュールの動作を少なくとも無効化するように構成される安全保護部品７００ａとを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池モジュール用の安全装置であって、
前記リチウムイオン電池モジュール内の電池セルの劣化を検出し出力信号を送信するように構成される健全性監視部品であって、前記健全性監視部品は前記電池セルの形状又は寸法の変化を検出する、健全性監視部品と、
前記出力信号を受信し前記リチウムイオン電池モジュールの動作を少なくとも無効化するように構成される安全保護部品と、
を備える安全装置。
【請求項２】
前記電池モジュールの前記動作は、前記電池モジュールの蓋端子から前記電池セルを物理的に切り離すことによって無効化される、
請求項１の安全装置。
【請求項３】
前記電池モジュールの前記動作は、前記電池セルの端子と前記電池モジュールの蓋端子との間の電路に開回路を作り出すことにより前記電池モジュールの前記蓋端子から前記電池セルを電気的に切り離すことによって、無効化される、
請求項１の安全装置。
【請求項４】
前記電池モジュールの前記動作は、前記電池モジュールへ充電電力を供給するバックアップ電力システムをシャットダウンすることによって、無効化される、
請求項１の安全装置。
【請求項５】
前記バックアップ電力システムは無停電電源システムである、
請求項４の安全装置。
【請求項６】
前記安全保護部品は、更に、前記電池モジュールの健全な状態が守られていないことの通知信号を送信する、
請求項１の安全装置。
【請求項７】
前記リチウムイオン電池モジュールを更に備える、
請求項１の安全装置。
【請求項８】
前記健全性監視部品は、劣化中の前記電池セルの膨張から前記電池セルの変位を検出するように構成される赤外線センサを備える、
請求項１の安全装置。
【請求項９】
前記健全性監視部品は、劣化中の前記電池セルの膨張から前記電池モジュールのエンクロージャ内の圧力の変化を検出するように構成される感圧センサを備える、
請求項１の安全装置。
【請求項１０】
前記健全性監視部品は、劣化中の前記電池セルの膨張から前記電池セルの１以上の端子にかかる力を測定する、
請求項１の安全装置。
【請求項１１】
前記健全性監視部品は、劣化中の前記電池セルの膨張から生じる接点喪失状態を検出するように構成される電圧センサを備える、
請求項１の安全装置。
【請求項１２】
前記電池セルは、リチウム鉄リン酸化物（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｆｅｒｒｏｕｓ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｏｘｉｄｅ（ＬＦＰＯ））電池セル、リン酸鉄リチウム電池セル、リチウムニッケルマンガンコバルト電池セル、リチウムニッケルコバルトアルミニウム電池セル、又はコバルト酸リチウム電池セルを備える、
請求項１の安全装置。
【請求項１３】
リチウムイオン電池モジュールを保護する方法であって、
前記リチウムイオン電池モジュール内の電池セルの形状又は寸法の変化を検出することと、
安全保護部品へ出力信号を送信することと、
前記安全保護部品を介して前記リチウムイオン電池モジュールの動作を無効化することと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記電池セルの形状又は寸法の前記変化の前記検出は、赤外線検出路をまたぐ前記電池セルの変位を検出することを含む、
請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記電池セルの形状又は寸法の前記変化の前記検出は、前記電池セルの膨張から前記電池モジュールのエンクロージャ内の圧力の変化を検出することを含む、
請求項１３の方法。
【請求項１６】
前記電池セルの形状又は寸法の前記変化の前記検出は、劣化中の前記電池セルの膨張から前記電池セルの１以上の端子にかかる力を測定することと、前記力を閾値限界と比較することとを含む、
請求項１３の方法。
【請求項１７】
前記電池セルの形状又は寸法の前記変化の前記検出は、劣化中の前記電池セルの膨張から生じる接点喪失状態を検出することを含む、
請求項１３の方法。
【請求項１８】
前記リチウムイオン電池モジュールの動作を前記無効化することは、前記電池モジュールの蓋端子から前記電池セルを物理的に切り離すこと、前記電池セルの端子と前記電池モジュールの蓋端子との間の電路に開回路を作り出すことにより前記電池モジュールの前記蓋端子から前記電池セルを電気的に切り離すこと、又は前記電池モジュールへ充電電力を供給するバックアップ電力システムをシャットダウンすること、のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１３の方法。
【請求項１９】
前記電池モジュールの健全な状態が守られていないことの通知信号を送信することを更に含む、
請求項１３の方法。
【請求項２０】
前記電池セルは、リチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰＯ）電池セル、リン酸鉄リチウム電池セル、リチウムニッケルマンガンコバルト電池セル、リチウムニッケルコバルトアルミニウム電池セル、又はコバルト酸リチウム電池セルを備える、
請求項１３の方法。
【請求項２１】
リチウムイオン電池モジュールを保護する方法であって、
第１の電池セルの第１の端子と第２のセルの第２の端子との間にセル端子コレクター板を直列に接続することであって、
前記セル端子コレクター板は開放端と閉塞端とを有し、前記開放端は前記第１の電池セルの前記第１の端子に接続されており、前記閉塞端は接続された前記第２の電池セルの前記第２の端子に接続されており、前記リチウムイオン電池モジュールは、少なくとも前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとを備える、
接続することと、
セル劣化から前記第１の電池セル又は前記第２の電池セルの膨張中に、前記セル端子コレクター板の前記開放端が前記第１の電池セルの前記第１の端子との接点を喪失することによって、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとの間の開回路状態を作り出すことと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記リチウムイオン電池モジュールの前記開回路状態を検出することと、
前記開回路状態を検出することに応じて前記リチウムイオン電池モジュールの問題を示す警報をトリガすることと、
を更に含む、
請求項２１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的に、リチウムイオン電池に関する危険な状態の監視及び防止並びにそれに関連する用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無停電電源（ＵＰＳ）システム用のバックアップエネルギー源としての用途を含む幅広い用途のためのエネルギー源として、鉛蓄電池が使用されている。鉛蓄電池には、一つには低コストであるが故に、長い歴史がある。しかし、鉛蓄電池の使用には、鉛の有毒性、鉛蓄電池の低エネルギー密度、気づかないうちに故障してしまう虞、短寿命等の欠点もある。そのような問題により、ＵＰＳシステムを含む多くの用途において、鉛蓄電池は満足のいくものとなっていなかった。代替として、リチウムイオン電池が、多くの用途において鉛蓄電池に取って代わるであろうと思われる。しかし、リチウムイオン電池もまた、電池の健全度（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｈｅａｌｔｈ（ＳＯＨ））の判断が難しく、結果的に電池の動作に関する安全性問題を防止することが難しい。そのため、リチウムイオン電池は、いくつかの用途において、特に、大きなＵＰＳシステム（例えば８００ｋＶＡ、５００Ｖ  ＵＰＳシステム）等の大規模用途においては、望ましくないものとなる。したがって、安全上の懸念事項に対する取組みと改善を行えれば、リチウムイオン電池は、今日の用途の多くにおいて鉛蓄電池に取って代わることが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
以下の図面を参照すれば、本開示の多くの局面がより良く理解されるであろう。図面における各部品の寸法は必ずしも比例するものではなく、本開示の原理を明確に示すことに強調が置かれている。更に、図面において、同様の参照符号は複数の図面にわたって対応する部分を示している。
【０００４】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、セル劣化による電池セルの膨張の影響を示すリチウムイオン電池モジュールの図である。
【０００５】
図２は、本開示の実施形態による、赤外線センサを利用するリチウムイオン電池モジュール用の健全性監視部品の図である。
【０００６】
図３（ａ）〜図３（ｂ）は、本開示の実施形態による、感圧センサを利用するリチウムイオン電池モジュール用の健全性監視部品の図である。
【０００７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本開示の実施形態による、力センサ及び／又はセル端子コレクター板を利用するリチウムイオン電池モジュール用の健全性監視部品の図である。
【０００８】
図５及び図６は、本開示の実施形態による、電圧センサを利用して接点喪失状態を検出するリチウムイオン電池モジュール用の健全性監視部品の図である。
【０００９】
図７（ａ）〜図７（ｂ）は、本開示の実施形態による、リチウムイオン電池モジュールの端子を電気的に切り離すように構成されるリチウムイオン電池モジュールの安全保護部品の図である。
【００１０】
図８は、本開示の実施形態による、健全性監視部品と安全保護部品とを有するリチウムイオン電池モジュールを採用するバックアップ電力システムのブロック図である。
【発明の概要】
【００１１】
本開示に従い、リチウムイオン電池について健全度を監視し安全保護アクティビティを可能にするための装置、方法、及びシステムの実施形態を開示する。したがって、そのような安全保護アクティビティを上記開示された装置、方法、及びシステムにより実行して、１以上のリチウムイオン電池が（例えば熱暴走状態における）破断又は発火することを防止することができる。
【００１２】
安全性問題がリチウムイオン電池の大きな懸念事項である一方で、従来のリチウムイオン電池は、一般に、診断エレクトロニクスを利用して電池の安全動作を維持しようとしてきた。したがって、過電圧（過充電）、不足電圧（過放電）、過電流、及び過温度の各判断が、従来の診断エレクトロニクス機器によって行われる診断テストの種類となる。しかし、診断エレクトロニクス機器自体が（リチウムイオン電池に加えて）長年動作するうちに故障したり部分的に故障したりすることもあり、これは、従来のリチウムイオン電池を電源として使用することにおいては大きなリスクである。
【００１３】
本開示に従い、リチウムイオン電池モジュールの健全度を監視し安全保護対策又はアクティビティを可能にするための実施形態の、システム、装置、及び方法を説明する。そのような機構は、リチウム鉄リン酸化物（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｆｅｒｒｏｕｓ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｏｘｉｄｅ（ＬＦＰＯ））電池、リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）電池、リチウムニッケルマンガンコバルト（ＮＭＣ）電池、リチウムニッケルコバルトアルミニウム（ＮＣＡ）電池、コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）電池、等を含む、様々なリチウムイオン電池モジュールに拡張可能である。簡潔のため、ＬＦＰＯ電池及びＬＦＰＯ電池モジュールを使用して、本開示を説明する。通常の技術を有する当業者ならば、本明細書に開示された技術がＬＦＰＯ電池の使用のみに限定されるのではなく、一般のリチウムイオン電池に適用されることを理解するであろう。
【００１４】
ＬＦＰＯ電池モジュールについては、多くの点において既存の鉛蓄電池システムよりも優れていることが実証されている。例えば、カソード材料としてのリチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰＯ）の使用及び利点が、米国特許第７，４９４，７４４号、米国特許第７，５８５，５９３号、米国特許第７，６２９，０８４号、及び米国特許第７，７１８，３２０号（これらは全て参照により本明細書に援用される）に既に記載されている。電池バランスシステムにおけるＬＦＰＯの使用及び利点が、米国特許第７，７８２，０１３号、米国特許第７，８０８，２０７号、及び米国特許第７，８２５，６３２号（これらは全て参照により本明細書に援用される）に既に記載されている。電池システム制御／動作に関するＬＦＰＯの使用及び利点が、米国特許第７，７７７，４５１号、米国特許第８，２１７，６２５号、米国特許第７，８２１，２３１号、及び米国特許第８，１５９，１９１号（これらは全て参照により本明細書に援用される）に既に記載されている。
【００１５】
まず始めに、図１（ａ）は、直列の４つのリチウムイオン電池（例えば、ＬＦＰＯ）セル１１０（例えば、開路電圧ＯＣＶ＝１３．２Ｖを有する）を含む、リチウムイオン電池モジュール１００を示す。リチウムイオン電池のリスクとしてあるように、リチウムイオン電池セル１１０が時間と共に過充電されると、内部セル圧力を増加させる電解液分解により、電池セル体積１１０は膨張する。電池セル１１０は内部セル圧力が増加してもなお機能し得るが、（セル膨張に起因する）電解液材料の欠乏により、性能はより速く劣化する傾向にある。
【００１６】
例えば、図１（ｂ）に示すように、電池モジュール１００が過充電されると、電池セル１１０は（矢印１２０で示すように）横方向に膨張し始めることができる。また、電池セル１１０は、図１（ｃ）に示すように、電池モジュール１００内に電池セル１１０を束ねる輪もしくはバンド１３０に対して静的応力をかけることができる、又は図１（ｄ）に示すように、電池モジュール１００の外箱１５０に対して静的応力を直接かけることができる。
【００１７】
したがって、本開示の実施形態は、リチウムイオン電池モジュール１００の健全度を監視しリチウムイオン電池モジュール１００の安全保護対策を可能にするための、改善された技術を提供する。したがって、本開示の実施形態は、安全保護部品と共に健全性監視部品を備える。例えば、健全性監視部品は、電池セル劣化のプロセスにおいて生じる電池セル形状又は寸法の変化を、監視及び検出する。
【００１８】
１つの実施形態において、健全性監視部品は、電池セルの物理的体積における変化を検出する。前述及び以下の記述において、ＬＦＰＯ電池モジュールは、電池セルの積層体として４つの電池セルを直列に接続したものを含むものとする。なお、電池モジュールは、４つのセルを含む必要はなく、更に、電池モジュール自体を直列に接続して、ＵＰＳシステム等の異なるシステム電圧要求事項を有する様々な用途に適した複合電池システムを形成してもよい。
【００１９】
図２を参照して、健全性監視部品２００の１つの実施形態は、電池セル１１０の縁の変位又は近接を測定するように構成される、赤外線センサ２１０を利用する。当該図において、赤外線センサ２１０は、積層体２２０の縁に対するセンサ２１０の位置を離間する間隙２３０を有して、積層された電池セルに対し上方かつ直交して位置している（例えば、この間隙は数ミリメートルから数センチメートルであってよい）。したがって、電池セル１１０がセル劣化により膨張すると、電池積層体２２０の縁は、センサ２１０の赤外線検出路の範囲内を移動でき、検出が可能となる。そして、赤外線センサ２１０は、赤外線検出路内の電池セル１１０の縁の検出を示す信号を出力してもよい。この開示において後に論ずるように、そのような信号は、本開示の実施形態に従い、安全保護部品へ出力されてもよい。
【００２０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、感圧センサ３２０を利用して電池モジュール１００の箱１５０内の圧力の変化を検出する、健全性監視部品２００の更なる実施形態を説明する。例えば、セル劣化中に電池セル１１０が膨張すると、当該電池セル１１０は、複数の電池セルを封入している箱１５０に対して（圧力変化の形で）静的応力をかける。図３（ａ）に示すように、感圧センサ３２０（例えば圧電センサ）が、電池セル１１０又は電池セルの積層体の頂部に取付けられる。したがって、感圧センサ３２０は、電池セル１１０の膨張による電池モジュールの箱内の圧力の変化を検出できる。また、図３（ｂ）に示すように、感圧センサ３２０を外箱１５０に直接載置することができる。更なる実施形態では、感圧センサ３２０を複数の電池セル１１０を束ねる輪又はバンド１３０に載置することができる。
【００２１】
したがって、電池セル１１０又は積層体が膨張すると、電池セル１１０と外箱１５０との間に圧力が蓄積して感圧センサ３２０をトリガすることができる。感圧センサ３２０は、電池モジュール１００内の圧力の変化の検出を示す信号を出力してもよい。そして、この開示において後に論ずるように、そのような信号は、本開示の実施形態に従い、安全保護部品へ出力されてもよい。
【００２２】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、健全性監視部品２００の１つの実施形態は、セル劣化中に、電池セル端子４１０、４２０、又は電池セル１１０を束ねる輪／バンド１３０にかかる外力の量を測定するように構成される。図４（ａ）において、上記部品の１つの実施形態は、１つの開放端４６０と１つの閉塞端４８０とを有するセル端子コレクター板４５０の上に配置された、ばね４３０と力センサ４４０とを含む。当該図において、開放端は、第１の電池セルの端子４１０（例えば正端子）に接続されており、他方の閉塞端は、第１の電池セルに直列に接続された第２の電池セルの端子４２０（例えば負端子）に接続されている。更に、セル端子コレクター板４５０は、金属等の導電性材料からできている。
【００２３】
図４（ｂ）における変形したセルのように電池セル１１０が膨張すると、セル膨張によって余分に変位が生じることにより、セル端子コネクター板４５０は切り離され得る。その一方で、セル膨張のない通常の動作中では、セル端子コネクター板４５０の開放端４６０は、図４（ａ）に示すように、隣接するセル端子に接続される。
【００２４】
図４（ａ）において、電池セル１１０が膨張すると、セル端子４１０、４２０にかかる膨張力は、ばね４３０を伸ばし、そして、力センサ４４０は、ばね４３０の変位を検出及び測定することができる。変位限界又は閾値に達する又はそれを超えると、力センサ４４０は（ばねにかかる）力の変化の検出を示す信号を安全保護部品へ出力するように、構成される。
【００２５】
様々な実施形態において、かけられた力を検出し出力信号を生成するために使用される力センサ及びばね要素は、力トランスデューサー回路素子の形であってもよい。同様の種類の装置（力センサ及びばね要素）もまた、図４（ｃ）に示すように電池セル１１０を束ねるエンクロージャ１５０に載置され、電池セル１１０又は電池積層体の膨張に起因するかけられた力１２０（矢印で示す）による１以上のばね４３０の変位を測定するために使用され得る。
【００２６】
図５を参照して、健全性監視部品２００の更なる１つの実施形態は、電圧センサ５１０を利用して、電池モジュール１００の外箱１５０の蓋端子Ｔ１、Ｔ２間の電圧測定値における変化となる、接点喪失状態を検出する。このため、電圧センサ５１０は、電池モジュール１００の蓋端子Ｔ１、Ｔ２の間に配置され得る。したがって、セル劣化により電池セル１１０が膨張して（以下で論ずるように）接点喪失状態を生じさせると、電圧センサ５１０は、接点喪失状態の検出を示す信号を安全保護部品へ出力できる。
【００２７】
接点喪失状態が生じるように、健全性監視部品２００の１つの実施形態は、セル膨張により電池モジュール１００の個々のセル１１０の端子６１１と頂部蓋端子６２３とから物理的に切り離されるように構成される、開放端（又は少なくとも１つの開放端）を有する端子ケーブル６３０を更に備え、これにより、開回路状態とも呼ばれる接点喪失状態を生じさせる。例えば、図６を参照すると、（電池モジュール箱１５０の後壁６２１に作用する膨張力１２０により）電池セルが膨張すると、電池モジュール箱１５０の頂部蓋６２０と電池セル１１０とを接続する端子ケーブル（複数可）６３０は、セル膨張に起因する互いに反対の方向に働く変位力（矢印６５１、６５２で示す）により、切り離され得る。なお、当該図において、頂部蓋６２０及びセル膨張の動きの方向は、変位の大きさを増大させるように反対方向である。同様に、いくつかの実施形態では、電池セル１１０が膨張すると、セル端子コネクター板４５０（図４（ｂ）に記載）もまた、セル膨張によって余分に変位が生じることにより切り離され得る。論じてきたように、変形したセルにより電気接点が直接切り離されると、開回路状態となり、それにより、電圧センサ５１０が電圧の変化を検出して信号を安全保護部品へ出力できるようになる。また、電圧センサ５１０を使用して出力信号を安全保護部品７００へ送信して電池モジュール１００の問題を示す代わりに、電池モジュール１００を充電するために使用されるバックアップ電力システム７１０（図１０）等の外部システムが、電池モジュールへ供給中のフロート充電電流が開回路状態によりゼロに低下していることを検出することによって、問題自体を特定してもよい。そして、外部システムは、局所警報をトリガして、外部システム及び電池モジュール１００の１以上に問題があることを示してもよい。
【００２８】
上記実施形態において、出力信号は、リチウムイオン電池モジュール１００について健全度を監視し安全保護アクティビティを可能するための上記開示されたシステムの安全保護部品へ出力されるものとして、開示された。例えば、安全保護部品７００ａの１つの実施形態は、リレー要素７１０を備える。リレー要素７１０は、健全性監視部品２００から出力信号７４０を受信することに応じて電池モジュール１００の個々のセルの端子７２０と頂部蓋端子Ｔとの間の電路を電気的に切り離し、それによって電池モジュール１００の蓋端子Ｔへの電池セル１１０の接続を切り離す（開回路状態とも呼ばれる）ように構成される。例えば、リレー要素７１０は、電池モジュール１００の端子Ｔと電池セル１１０との間の電気接点を喪失させる開回路状態を作り出すようにトリガ（例えば、開状態にされ）され得る。
【００２９】
他の実施形態において、リレー要素は、低溶融温度を示す金属塊（例えば、スズ、アルミニウム、又は他の合金）を有する代替要素で置き換え可能である。図７（ｂ）は、電池モジュール１００の蓋端子Ｔへの電池セル１１０の接続を切り離す電気接点喪失を生じ得る低融点金属塊を溶融するように設計された、安全保護部品７００ｂを示す。図７（ｂ）において、加熱要素７６１は、低溶融温度金属材料７６０を囲むように配置され得る。健全性監視部品２００からの出力信号７４０を受信したことに応じてリレー要素７６２が閉状態へトリガされると、加熱要素７６１が起動され、電池エネルギーが加熱要素７６１を加熱することを可能にする。低溶融温度材料７６０が溶融すると、電池セル１１０は蓋端子Ｔから切り離され、電池モジュール１００の端子Ｔと電池セル１１０との間の電気接点が喪失される。
【００３０】
出力信号７４０ａ（図８）をリレーすることを介して電池モジュール１００を切り離すために安全保護部品７００ａ、７００ｂを使用することに替えて又はそれに加えて、開示されたシステムの安全保護部品７００ｂ（図８）のいくつかの実施形態は、図８に示すように、電池モジュール（複数可）１００が二次電池として接続される、バックアップ電力システム８１０のシャットダウンを開始する。例えば、健全性監視部品２００からの出力信号７４０ｂ（図８）が、ＵＰＳシステム等のバックアップ電力システム８１０の入力へリレーされて、バックアップ電力システム８１０のシャットダウンをトリガしてもよい。これにより、バックアップ電力システム８１０がシャットダウンされると、電池モジュール１００への充電電力のシャットダウンにより、電池モジュール１００の更なる劣化は起こらないと考えられる。そうでない場合、バックアップ電力システム８１０が作動状態であれば、一次電源からの主電力、又はバックアップ電力システム８１０から供給される二次電力が、バックアップ電力システム８１０に接続された負荷へ供給され得る。
【００３１】
バックアップ電力システム８１０の「健全度」の標準設定が高い（例えば、セル膨張におけるゼロトレランス）場合、電池モジュール１００においてもバックアップ電力システム８１０においても電気接点を切り離す必要はないかもしれない。この場合、いくつかの実施形態では、健全性監視部品２００からの出力信号７４０は、システム検査の通知として機能してもよい。したがって、セル膨張を検知し、そしてその結果、電池モジュール１００の健全な状態が守られていないこと及びシステム検査の必要があることを通知するための警報又は通知信号として機能する出力信号を送信することに基づく、純粋な「健全度」監視システムを構築することができる。なお、警報の例示的な形態には、可聴警報、可視警報、又はＲＳ―２３２、ＲＳ―４８５、ＣＡＮプロトコル等を使用した通知の任意の形態が含まれる。これにより、電池モジュール１００自体において又は外部でバックアップ電力システム８１０において、警報を生成することができる。
【００３２】
システム通信障害の発生を最小限にし防止するために、いくつかの実施形態において冗長保護対策を実施することが考えられる。これには、本開示の実施形態による、電池モジュール１００内における物理的な端子切り離しに加えて、電池モジュールレベル及びバックアップ電力システムレベルの両方での電気的切り離しが含まれる。
【００３３】
上述した実施形態は、多くの可能な具現例である。更なる実施形態及び具現例には、以下も含まれる。例えば、リチウムイオン電池モジュール１００用の安全装置の、他にもあるうちの１つの実施形態は、リチウムイオン電池モジュール１００内の電池セル１１０の劣化を検出し出力信号を送信するように構成される、健全性監視部品２００を備える。例えば、健全性監視部品２００は、電池セルの形状又は寸法の変化を検出してもよい。そのような装置は、出力信号を受信しリチウムイオン電池モジュール１００の動作を少なくとも無効化するように構成される、安全保護部品７００を更に備える。
【００３４】
様々な実施形態において、電池モジュール１００の動作は、電池モジュール１００の蓋端子Ｔから電池セル１１０を物理的に切り離すことによって無効化される。いくつかの実施形態において、電池モジュール１００の動作は、電池セル１１０の端子７２０と電池モジュールの蓋端子Ｔとの間の電路に開回路を作り出すことにより電池モジュール１００の蓋端子Ｔから電池セル１１０を電気的に切り離すことによって、無効化される。他にもあるうちの１つの実施形態において、電池モジュール１００の動作は、電池モジュール１００へ充電電力を供給するバックアップ電力システム８１０をシャットダウンすることによって、無効化されてもよい。更なる実施形態において、バックアップ電力システム８１０は、無停電電源システムである。様々な実施形態において、安全保護部品７００は、更に、電池モジュール１００の健全な状態が守られていないことの通知信号を送信する。
【００３５】
他にもあるうちの１つの実施形態において、安全装置は、リチウムイオン電池モジュール１００を更に含む。加えて、いくつかの実施形態において、健全性監視部品２００は、劣化中の電池セルの膨張から電池セル１１０の変位を検出するように構成される赤外線センサ２１０を備える。更なる１つの実施形態において、健全性監視部品２００は、劣化中の電池セル１１０の膨張から電池モジュール１００のエンクロージャ１５０内の圧力の変化を検出するように構成される感圧センサ３２０を備える。更に１つの実施形態において、健全性監視部品２００は、劣化中の電池セル１１０の膨張から電池セル１１０の１以上の端子４１０、４２０にかかる力を測定する。そのような健全性監視部品２００は、劣化中の電池セル１１０の膨張から生じる接点喪失状態を検出するように構成される電圧センサ５１０を備えてもよい。さらに、様々な実施形態において、そのような装置の電池セル１１０は、リチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰＯ）電池セル、リン酸鉄リチウム電池セル、リチウムニッケルマンガンコバルト電池セル、リチウムニッケルコバルトアルミニウム電池セル、又はコバルト酸リチウム電池セルを備える。
【００３６】
本開示によれば、他にもあるうちの、リチウムイオン電池モジュール１００を保護する方法の１つの実施形態は、電池セル１１０の膨張によるリチウムイオン電池モジュール１００内の電池セル１１０の形状又は寸法の変化を検出することと、安全保護部品７００へ出力信号を送信することと、安全保護部品７００を介してリチウムイオン電池モジュール１００の動作を無効化することと、を含む。いくつかの実施形態において、電池セル１１０の劣化の検出は、赤外線検出路をまたぐ電池セル１１０の変位を検出することを含む。他にもあるうちの１つの実施形態において、電池セル１１０の劣化の検出は、電池セル１１０の膨張から電池モジュール１００のエンクロージャ１５０内の圧力の変化を検出することを含む。
【００３７】
加えて、１つの実施形態において、電池セル１１０の劣化の検出は、劣化中の電池セル１１０の膨張から電池セル１１０の１以上の端子４１０、４２０にかかる力を測定することと、その力を閾値限界と比較することとを含む。更に、１つの実施形態において、電池セル１１０の劣化の検出は、劣化中の電池セル１１０の膨張から生じる接点喪失状態を検出することを含む。更に、１つの実施形態において、リチウムイオン電池モジュール１００の動作を無効化することは、電池モジュール１００の蓋端子Ｔから電池セル１１０を物理的に切り離すこと、電池セル１１０の端子７２０と電池モジュール１００の蓋端子Ｔとの間の電路に開回路を作り出すことにより電池モジュールの蓋端子Ｔから電池セル１１０を電気的に切り離すこと、又は電池モジュール１００へ充電電力を供給するバックアップ電力システム８１０をシャットダウンすること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００３８】
他にもあるうちの様々な実施形態において、そのような方法は、電池モジュール１００の健全な状態が守られていないことの通知信号を送信することを更に含む。更にいくつかの実施形態において、電池セル１１０は、リチウム鉄リン酸化物（ＬＦＰＯ）電池セル、リン酸鉄リチウム電池セル、リチウムニッケルマンガンコバルト電池セル、リチウムニッケルコバルトアルミニウム電池セル、又はコバルト酸リチウム電池セルを備える。
【００３９】
本開示の上述した実施形態は単なる可能な具現例に過ぎず、本開示の原理を明確に理解するために示したに過ぎない。本開示の精神及び原理から実質的に逸脱することなく、上述した実施形態（複数可）に対して多くの変更及び変形がなされ得る。そのような変形及び変更の全ては、この開示の範囲に含まれかつ以下の特許請求の範囲により保護されることが意図される。
【図１（ａ）】
2019165001.tif 000003
【図１（ｂ）】
2019165001.tif 000004
【図１（ｃ）】
2019165001.tif 000005
【図１（ｄ）】
2019165001.tif 000006
【図２】
2019165001.tif 000007
【図３（ａ）】
2019165001.tif 000008
【図３（ｂ）】
2019165001.tif 000009
【図４（ａ）】
2019165001.tif 000010
【図４（ｂ）】
2019165001.tif 000011
【図４（ｃ）】
2019165001.tif 000012
【図５】
2019165001.tif 000013
【図６】
2019165001.tif 000014
【図７（ａ）】
2019165001.tif 000015
【図７（ｂ）】
2019165001.tif 000016
【図８】
2019165001.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月31日(2019.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図４（ｂ）における変形したセルのように電池セル１１０が膨張すると、セル膨張によって余分に変位が生じることにより、セル端子コレクター板４５０は切り離され得る。その一方で、セル膨張のない通常の動作中では、セル端子コレクター板４５０の開放端４６０は、図４（ａ）に示すように、隣接するセル端子に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
接点喪失状態が生じるように、健全性監視部品２００の１つの実施形態は、セル膨張により電池モジュール１００の個々のセル１１０の端子６１１と頂部蓋端子６２３とから物理的に切り離されるように構成される、開放端（又は少なくとも１つの開放端）を有する端子ケーブル６３０を更に備え、これにより、開回路状態とも呼ばれる接点喪失状態を生じさせる。例えば、図６を参照すると、（電池モジュール箱１５０の後壁６２１に作用する膨張力１２０により）電池セルが膨張すると、電池モジュール箱１５０の頂部蓋６２０と電池セル１１０とを接続する端子ケーブル（複数可）６３０は、セル膨張に起因する互いに反対の方向に働く変位力（矢印６５１、６５２で示す）により、切り離され得る。なお、当該図において、頂部蓋６２０及びセル膨張の動きの方向は、変位の大きさを増大させるように反対方向である。同様に、いくつかの実施形態では、電池セル１１０が膨張すると、セル端子コレクター板４５０（図４（ｂ）に記載）もまた、セル膨張によって余分に変位が生じることにより切り離され得る。論じてきたように、変形したセルにより電気接点が直接切り離されると、開回路状態となり、それにより、電圧センサ５１０が電圧の変化を検出して信号を安全保護部品へ出力できるようになる。また、電圧センサ５１０を使用して出力信号を安全保護部品７００へ送信して電池モジュール１００の問題を示す代わりに、電池モジュール１００を充電するために使用されるバックアップ電力システム７１０（図７（ａ））等の外部システムが、電池モジュールへ供給中のフロート充電電流が開回路状態によりゼロに低下していることを検出することによって、問題自体を特定してもよい。そして、外部システムは、局所警報をトリガして、外部システム及び電池モジュール１００の１以上に問題があることを示してもよい。
【外国語明細書】
2019165001000001.pdf