(57)【要約】  本開示における方法は、電気車両の蓄電池システムのような大規模蓄電池システムにおける、セル、ブロックおよびモジュールの識別、選択および配置を可能にする。本発明の実施形態の一例によって、セル、ブロックおよびモジュールを、固有の識別子または関連パラメータ（例えば内部抵抗の寄与度または容量）によって識別することが可能になる。さらに、ブロックを形成するために、セルを、容量範囲分類瓶の群から選択することができる。また、セルのパラメータに基づいて、基礎となるセルデータベースの中に保守管理されるセルの利用可能な在庫からセルを選択するために擬似乱数発生器を用いることができる。さらに、サイクル使用に起因する全ブロック容量の劣化を最小化しながら、一様なセルの有効インピーダンスおよび平準化されたセルの時効劣化を実現するように、セルをブロック内に配置することができる。また、ブロックの容量を、運転中の既知の平均温度勾配に基づいて計算することができる。
2013504145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大規模蓄電池のコンポーネントの識別方法であって、
その大規模蓄電池内部に含まれる複数のセルのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記大規模蓄電池内部に含まれる複数のセルブロックのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記セルおよび前記ブロック用の前記識別記号および関連パラメータのデータベースを保守管理するステップと、
前記関連パラメータに基づいてセルおよびブロックを選択するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記関連パラメータが前記セルおよびブロックの容量を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記関連パラメータが前記セルおよびブロックの内部抵抗を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
擬似乱数発生器を用いて、前記大規模蓄電池内部における配置用としてのセルおよびブロックを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記擬似乱数発生器が、前記大規模蓄電池内部における配置用として利用可能なセルの正規分布に基づいてセルを選択する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記大規模蓄電池の内部に含まれる複数のブロックモジュールのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記データベースを、前記モジュール用の前記識別記号および関連パラメータによって更新するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記関連パラメータが前記モジュールの容量を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記関連パラメータが前記モジュールの内部抵抗を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
擬似乱数発生器を用いて、前記大規模蓄電池内部における配置用としてのモジュールを選択するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
蓄電池システムを構成するためのセルの選択方法であって、
蓄電池セルの容量を測定するステップと、
データベースにおいて、各蓄電池セルをそのそれぞれの容量測定結果と関連付けるステップと、
測定された蓄電池セルの容量の統計的分布を計算するステップと、
蓄電池セルを、前記蓄電池システムにおける配置用として前記統計的分布から選択するステップと、
選択された蓄電池セルを前記蓄電池システム内部に並列に配置するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記蓄電池セルが、前記蓄電池システムの容量が前記統計的分布の平均になる傾向を有する結果になるように選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記蓄電池セルの容量が、４０００ｍＡｈ〜４５００ｍＡｈの範囲内である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記蓄電池セルの容量が、４４２０ｍＡｈ〜４４８０ｍＡｈの範囲内である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
蓄電池セルを選択するステップが、蓄電池セルを、前記統計的分布に沿う特定のセグメントから無作為に選択するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記統計的分布の特定のセグメント内部の蓄電池セルが取り尽くされてしまうと、蓄電池セルを、前記統計的分布の平均により近い隣接セグメントから選択するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックであり、各ブロック内部に並列に接続された蓄電池セルを含む複数のセルブロック、
を含む蓄電池システムであって、
各ブロックにおける前記蓄電池セルの容量は、前記蓄電池セルが選択される蓄電池セルの母集団の統計的分布に従う、
蓄電池システム。
【請求項１７】
前記蓄電池セルが、蓄電池システムの容量が前記統計的分布の平均になる傾向を有する結果になるように選択される、請求項１６に記載の蓄電池システム。
【請求項１８】
前記蓄電池セルの容量が、４０００ｍＡｈ〜４５００ｍＡｈの範囲内である、請求項１６に記載の蓄電池システム。
【請求項１９】
前記蓄電池セルの容量が、４４２０ｍＡｈ〜４４８０ｍＡｈの範囲内である、請求項１６に記載の蓄電池システム。
【請求項２０】
前記ブロックが、前記統計的分布に沿う特定のセグメントから無作為に選択される蓄電池セルを含む、請求項１６に記載の蓄電池システム。
【請求項２１】
蓄電池システム用のセルの選択方法であって、
その蓄電池システムのコンポーネントに対する内部抵抗を測定するステップと、
内部抵抗の測定結果を含むデータベースを保守管理するステップと、
前記内部抵抗の測定結果に基づいて前記蓄電池システム内にセルを配置するステップと、
を含む方法。
【請求項２２】
セルを配置するステップが、内部抵抗の測定結果が低いセルを、蓄電池端子に対して、前記蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が高い領域に配置するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
セルを配置するステップが、内部抵抗の測定結果が高いセルを、蓄電池端子に対して、前記蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が低い領域に配置するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記データベースが、前記蓄電池システムのセルおよびコンポーネント用の識別記号および関連パラメータを含み、その関連パラメータは前記内部抵抗を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記関連パラメータが、前記蓄電池システムのセルおよびコンポーネントの容量を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
複数の蓄電池セルからなるブロックを電気的に連結した複数のブロックであり、各ブロック内部に並列に接続された蓄電池セルを含む複数のブロック、
を含む蓄電池システムであって、
各ブロックにおいては、内部抵抗が低い蓄電池セルが、蓄電池端子に対して、前記蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が高い領域に配置される、
蓄電池システム。
【請求項２７】
各ブロックにおいて、内部抵抗が高い蓄電池セルが、蓄電池端子に対して、前記蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が低い領域に配置される、請求項２６に記載の蓄電池システム。
【請求項２８】
蓄電池システムのコンポーネントのための所望の容量を選択する方法であって、
前記蓄電池システム内部の温度パターンを決定するステップと、
前記蓄電池システムのコンポーネントの温度依存容量を推定するステップと、
この温度依存容量および前記温度パターンを用いて前記蓄電池システムのコンポーネントを選択するステップと、
を含む方法。
【請求項２９】
前記蓄電池システム内部のブロックに対する許容可能な温度を確立するために、基準ブロックを選択するステップと、
この基準ブロックの温度および前記蓄電池システム内部の他のブロックの温度に基づいて温度差を決定するステップと、
前記蓄電池システム内部のブロックの所望の容量を、前記温度依存容量および温度差に基づいて決定するステップと、
前記計算された所望容量に基づいて、ブロックを前記蓄電池システムの内部に配置するステップと、
をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
電気的に連結された複数の蓄電池システムコンポーネント、
を含む蓄電池システムであって、
低容量の蓄電池システムコンポーネントが、熱源から最も遠くに離して配置されるように選択される、
蓄電池システム。
【請求項３１】
前記蓄電池のコンポーネントが、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックを含む、請求項３０に記載の蓄電池システム。
【請求項３２】
前記蓄電池のコンポーネントが、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックモジュールを含む、請求項３０に記載の蓄電池システム。
【請求項３３】
大規模蓄電池のコンポーネントを識別する方法であって、
前記大規模蓄電池内部に含まれる複数のセルのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記大規模蓄電池内部に含まれる複数のセルブロックのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記大規模蓄電池内部に含まれる複数のブロックモジュールのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、
前記セル、ブロックおよびモジュール用の前記識別記号および関連パラメータのデータベースを保守管理するステップと、
を含む方法。
【請求項３４】
前記関連パラメータが、前記セル、ブロックおよびモジュールの容量を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記関連パラメータが、前記セル、ブロックおよびモジュールの内部抵抗を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
擬似乱数発生器を用いて、前記大規模蓄電池内部における配置用としてのセル、ブロックおよびモジュールを選択するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記擬似乱数発生器が、前記大規模蓄電池内部における配置用として利用可能なセルの正規分布に基づいてセルを選択する、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は２００９年９月１日付けで出願された米国仮特許出願第６１／２３８，８８２号の利益を主張する。この仮特許出願のすべての教示は参照によって本願に組み込まれる。
【０００２】
大規模蓄電池システムは、多様な電気車両およびハイブリッド電気車両用の電力貯蔵装置として用いられる。電気動力またはハイブリッド動力で駆動可能な車両のいくつかの例として自動車、ボートおよびトロリーカーが挙げられる。これらの蓄電池システムの容量は、通常、１０ｋＷｈから１００ｋＷｈまでの範囲に及び、また、その呼称全蓄電池電圧は４４．４Ｖｄｃから４４４Ｖｄｃの範囲に及ぶ。
【背景技術】
【０００３】
大規模蓄電池システムを構築する最も一般的な方策は、システムの所望の電圧および容量を実現するために、いくつかの個別の高容量蓄電池セルを直列および並列に一緒に接続する方式である。各蓄電池システムは、数１０個から数１００個の個別の蓄電池セルから組み立てることができる。セルの製造工程の帰結として、いかなるセル群も、少なくとも２つの基本的なパラメータ、すなわち内部インピーダンスおよび電荷保持容量について異なる分布を呈する。製造されたセルの１つの群内部においてインピーダンスおよび容量の両者が変動することは、システム内部における並列および直列のセルの組合せがインピーダンスおよび容量における変動を蒙ることになるので、大規模蓄電池システムの製造において重要な課題を提供する可能性がある。システム内部におけるインピーダンスおよび容量の変動は、全蓄電池システムの特性に直接影響を及ぼすが、この影響を受ける特性には、容量、エネルギー貯蔵効率、サイクル寿命、熱エネルギー損失、内部温度の均一性、平衡化電子装置のコスト、および熱除去（冷却）システムのコストが含まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の要約は、本開示に含まれるいくつかの実施形態の詳細を述べる。この情報は、本発明の態様の基本的なレベルの理解を提供するために提示される。この詳細は本質的に一般的なものであって、実施形態の特に重要な態様を提示するようには提供されていない。以下に述べる情報の唯一の意図は、本開示の簡単化された例を提供すること、および、さらに詳細な記述を導入することにある。当業者は、請求項および明細書の範囲によって包含される他の実施形態、変更態様、変形態様などがあることを理解するであろう。
【０００５】
本発明の実施形態の一例は、大規模蓄電池の製造または組み立てにおいて使用するコンポーネントの識別方法を含む。この方法は、大規模蓄電池内部に含まれる複数のセルおよび複数のセルブロックのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップを含み、さらに、セルおよびブロック用の識別記号および関連パラメータのデータベースを保守管理するステップと、その関連パラメータに基づいてセルおよびブロックを選択するステップとを含む。関連パラメータは、セルおよびブロックの容量または内部抵抗を含むことができる。さらに、大規模蓄電池内部における配置用としてのセルおよびブロックを選択するために、擬似乱数発生器を用いることができる。擬似乱数発生器は、大規模蓄電池内部における配置用として利用可能なセルの正規分布に基づいてセルを選択することができる。
【０００６】
この方法は、さらに、大規模蓄電池の内部に含まれる複数のブロックモジュールのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップと、前記データベースを、そのモジュール用の識別記号および関連パラメータによって更新するステップとを含むように構成することができる。関連パラメータは、モジュールの容量または内部抵抗を含むことができる。この場合も、大規模蓄電池内部における配置用としてのモジュールを選択するために、擬似乱数発生器を用いることができる。
【０００７】
本発明の実施形態の別の例は、蓄電池システムと、蓄電池システムを構成するための対応するセルの選択方法とを含む。この方法は、蓄電池セルの容量を測定するステップと、データベースにおいて、各蓄電池セルをそのそれぞれの容量測定結果と関連付けるステップとを含むように構成することができる。また、測定された蓄電池セルの容量に基づいて統計的分布を計算することができ、蓄電池セルを、蓄電池システムにおける配置用としてその統計的分布から選択することができる。続いて、選択された蓄電池セルを蓄電池システム内部に並列に配置することができる。この蓄電池セルは、蓄電池システムの容量が統計的分布の平均になる傾向を有する結果になるように選択することができる。蓄電池セルの容量は、４０００ｍＡｈ〜４５００ｍＡｈの範囲、あるいは、４４２０ｍＡｈ〜４４８０ｍＡｈの範囲とすることができる。さらに、蓄電池セルは、統計的分布に沿う特定のセグメント（当業者に「瓶（ｂｉｎ）」として知られる）から無作為に選択することができる。統計的分布の特定のセグメント内部の蓄電池セルが取り尽くされてしまうと、蓄電池セルを、統計的分布の平均により近い隣接セグメントから選択することができる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は蓄電池システムを含む。この蓄電池システムは、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックを含むように構成することができ、各ブロック内部に並列に接続された蓄電池セルを含む。また、各ブロックにおける蓄電池セルの容量は、その蓄電池セルが選択される蓄電池セルの母集団の統計的分布に従う。蓄電池セルは、蓄電池システムの容量が統計的分布の平均になる傾向を有する結果になるように選択することができる。
【０００９】
本発明の実施形態のさらに別の例は、蓄電池システムと、蓄電池システムのための対応するセルの選択方法とを含む。この方法は、蓄電池システムのコンポーネントに対する内部抵抗を測定するステップと、内部抵抗の測定結果を含むデータベースを保守管理するステップと、内部抵抗の測定結果に基づいて蓄電池システム内にセルを配置するステップとを含むように構成することができる。セルを配置するステップは、内部抵抗の測定結果が低いセルを、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が高い領域に配置するステップを含むことができる。セルを配置するステップは、さらに、内部抵抗の測定結果が高いセルを、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が低い領域に配置するステップを含むことができる。蓄電池の端子が２つ以上の位置で外部接続され、蓄電池端子への／からの２つ以上の電流径路が設けられる場合には、高インピーダンスのセルは端子接続位置の近くに配置され、低インピーダンスのセルは端子接続位置から遠くに離して配置される。さらに、データベースは、蓄電池システムのセルおよびコンポーネント用の識別記号および関連パラメータを含むことができる。関連パラメータは、蓄電池システムのセルおよびコンポーネントの内部抵抗または容量を含むことができる。
【００１０】
本発明の実施形態のさらに別の例は、蓄電池システムのコンポーネントのための所望の容量を選択する方法を含む。この方法は、蓄電池システム内部の温度パターンを決定するステップと、蓄電池システムのコンポーネントの温度依存容量を推定するステップと、この温度依存容量および温度パターンを用いて蓄電池システムのコンポーネントを選択するステップとを含むように構成することができる。
【００１１】
さらに、蓄電池システム内部のブロックに対する許容可能な温度を確立するために、基準ブロックを選択することができる。この場合、基準ブロックの温度と、蓄電池システム内部の他のブロックの温度とに基づいて温度差を決定することができる。蓄電池システム内部のブロックの所望の容量は、温度依存容量と温度差とに基づいて決定することができる。さらに、計算された所望の容量に基づいて、ブロックを蓄電池システムの内部に配置することができる。
【００１２】
本発明の実施形態のさらに別の例は、蓄電池システムを含むことができる。この蓄電池システムは、電気的に連結された複数の蓄電池システムコンポーネントと、熱源から最も遠くに離して配置されるように選択される低容量の蓄電池システムコンポーネントとを含むように構成することができる。蓄電池のコンポーネントは、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロック、または、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックモジュールを含むことができる。
【００１３】
本発明の実施形態のさらに別の例は、大規模蓄電池のコンポーネントを識別する方法を含むことができる。この方法は、大規模蓄電池内部に含まれる複数のセル、ブロックおよびモジュールのそれぞれに対して識別記号を取り付けるステップを含むように構成することができる。セル、ブロックおよびモジュール用のこの識別記号および関連パラメータを含むデータベースを保守管理することができる。関連パラメータは、セル、ブロックおよびモジュールの容量または内部抵抗を含むことができる。大規模蓄電池内部における配置用としてセル、ブロックおよびモジュールを選択するため、擬似乱数発生器を用いることができる。擬似乱数発生器は、また、大規模蓄電池内部における配置用として利用可能なセルの正規分布に基づいてセルを選択することができる。
【００１４】
以上述べた内容は、添付の図面に例示されるような本発明の実施形態の例に関する以下のさらに具体的な記述から明らかになるであろう。添付の図面においては、同じ参照符号は、異なる図面を通して同じ部分を示す。
【００１５】
図面は、必ずしもスケールどおりではなく、本発明の実施形態を例示することが強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施形態の例に従って並列に接続された８個のセルを有するブロックの上面を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａのブロックの概略側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａのブロックの概略正面図である。
【図１Ｄ】図１Ａのブロックの概略底面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態の例に従って用いることができるモジュールの上面を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａのモジュールの概略斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ａのモジュールの概略側面図である。
【図２Ｄ】図２Ａのモジュールの概略端面図である。
【図２Ｅ】図２Ａのモジュールの概略分解図である。
【図３】本発明の実施形態の例に従って直列に接続された１６個のモジュールを有するストリングを示す概略接続図である。
【図４】本発明の実施形態の例に従って並列に接続された３つのストリングを有する大規模蓄電池パックを示す概略接続図である。
【図５】本発明の実施形態の例に用いることができる、容量によって分布させた製造セルの統計モデルを示すチャートである。
【図６−１】本発明の実施形態の例による、２つのモジュールの内部直流抵抗モデルを示す概略図である。
【図６−２】本発明の実施形態の例による、２つのモジュールの内部直流抵抗モデルを示す概略図である。
【図７Ａ】充電／放電サイクルのデータと、残りのブロックに比べて僅かな容量の不適合を有する２つのブロックの影響とを表すチャートである。
【図７Ｂ】外部熱源のごく近傍における蓄電池モジュールに対する温度勾配を示す。
【図７Ｃ】本発明の実施形態の例による、１つのモジュール内部におけるセルおよびブロックの配置を示す物理的な概略配置図である。
【図８】本発明の実施形態の例による、内部抵抗および容量に関するセルおよびブロックのパラメータを含むブロックおよびセルの識別子からなる典型的なモジュールの構成を表すチャートである。
【図９】母集団の在庫表の保守管理と、その容量が母集団の測定された正規分布内にあるセルの選択とを記述する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の例を説明する。
【００１８】
本明細書において引用するすべての特許、公刊された適用例および参考文献は、その全体が参照によって本願に組み込まれる。
【００１９】
現今の大規模電気車両蓄電池システムおよび他の大規模蓄電池システムは、製造されたセルの在庫を完全に利用しながら、高レベルのシステム性能、効率および寿命を達成するようにブロックおよびモジュール用のセルを選択する方法を提供しない。現今の大規模蓄電池システムは、セルが一旦選択されてしまった後、サイクル使用による全ブロック容量の劣化を最小化しながら、一様なセルの有効インピーダンスおよび平準化されたセルの時効劣化過程を確保するように、選択されたセルをブロックの内部に配置する方法を提供しない。ブロックを横断する既知の平均温度勾配を受ける現今の大規模蓄電池システムは、他のブロックに比べて高い平均温度で作動するいくつかのブロックによる容量低下を補償するように選択されたブロックを配置する方法を提供しない。
【００２０】
しかし、本発明の実施形態は、電気車両のような大規模蓄電池システムの製造方法と、対応する蓄電池システムとを含む。さらに具体的には、本発明は、全システム性能と、寿命と、セル製造在庫の利用とを改善するような、改善された蓄電池システムと、製造されたセルを蓄電池システム用として選択しかつその内部に配置する方法とに関する。
【００２１】
大規模蓄電池システムは、通常、種々の容量および電圧サイズを可能にし、異なる適用エンクロージャへの機械的な嵌め込みを可能にし、かつ、全体の組み立て、試験、保守管理およびサービス作業を簡素化するために、共通のサブユニットの階層構造を用いて製造される。大規模蓄電池システム製造階層構造の底辺に、単一の高容量の蓄電池セルが位置している。市販されている単一の高容量蓄電池セルの一例は、Ｂｏｓｔｏｎ−Ｐｏｗｅｒ  Ｓｗｉｎｇ（商標）  Ｌｉイオン蓄電池セルである。
【００２２】
本発明の実施形態の一例によれば、各高容量の蓄電池セル（または単にセル）が固有の内部インピーダンスおよび電荷保持容量を呈し、これらは、セルの製造工程の終端において知られることになる。これらのパラメータが測定されると、これらのパラメータは、固有のセル識別子によって個別のセルに関係付けられる。パック製造工程の間、セルは、パック製造の階層構造における次の大きさのサブユニットであってブロックとして知られるサブユニットを組み立てるため、グループで選択されかつ配置される。
【００２３】
ブロック１００の例が図１Ａ〜１Ｄに示される。これらの図は、１３０Ｗｈ（ワット＊時間）の呼称容量を有する単一の高容量蓄電池セル１０５ａ〜ｈの８ｐ１ｓ（８並列×１直列）のグループ化を表現している。このブロック１００は、温度感知電子装置１１２を含むことができる。このブロック１００は個別セルと同じ電圧を有し、その容量は個別セルの容量の合計であるので、単一の「仮想セル（ｖｉｒｔｕａｌ  ｃｅｌｌ）」とも呼称される。図１Ａ〜１Ｄは、本発明の実施形態の一例によるブロック１００の（それぞれ）上面図、側面図、正面図および底面図を示す。ブロック１００は、複数の蓄電池セル１０５ａ〜ｈと、負極バスバー１１０と、負極バスバー１１０に対するネジ接続部１１３ａ〜ｂと、（それぞれ）各蓄電池セル１０５ａ〜ｈ用の負極バスバー接続片１１５ａ〜ｈと、正極バスバー１２０と、正極バスバーに対するネジ接続部１２３ａ〜ｂと、（それぞれ）各蓄電池セル１０５ａ〜ｈ用の正極バスバー接続片１２５ａ〜ｈとを含むことができる。図１Ａに示すように、各セル１０５ａ〜ｈの上面の（負極）端子は、負極バスバー接続片（またはタブストリップ）１１５ａ〜ｈを用いて、第１の銅製バスバー（負極バスバー１１０として表現される）に電気的に接続される。この負極バスバー接続片１１５ａ〜ｈは、隣接するセル対を跨いで対角線状に一直線上に並べられる。また、この負極バスバー接続片１１５ａ〜ｈは、各セル１０５ａ〜ｈの上面側端子に溶接され、負極バスバー１１０にも溶接される。同様に、各セルの底面の（正極）端子は、図１Ｄに示すように、各セルの缶の底面に溶接されるタブストリップを用いて、第２の銅製バスバー（正極バスバー１２０として表現される）に電気的に接続される。ブロックへの電気的な接触は、各バスバーの左側および右側のいずれかまたは両者のネジ接続子１１３ａ〜ｂ、１２３ａ〜ｂを用いて行われる。熱感知回路ボード１１２は、４つのセルの列間に縦方向に配置することができる。図１Ｂに示すように、熱センサー回路ボード１１２からのタブは、負極バスバー１１０近傍のブロックの右側から突き出ており、蓄電池管理システムの制御器（図示されていない）に対するセンサーボード１１２の電気的接続を可能にする。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｄをさらに続けて参照すると、セル１０５ａ〜ｈを、機械的には、上面タブストリップ１１５ａ〜ｈおよび底面タブストリップ１２５ａ〜ｈによって所定位置に固定することができる。この両タブストリップ１１５ａ〜ｈおよび１２５ａ〜ｈが、セル１０５ａ〜ｈをブロック１００としての所定位置に保持する。ブロック１００の形態の安全面の特徴は、セル１０５ａ〜ｈの過大圧力ベント側が、ブロック１００のそれぞれの側において外向きに向くことができるという点、例えば図１Ｂに示すように、セル１０５ｅ〜ｈのベント側はブロック１００の片側において外向きに向くことができるという点にある。この方式によって、セル１０５ａ〜ｈに過大圧力の事象が生じた場合には、セル１０５ａ〜ｈは、隣接セルの中に内向きに排気するのではなく、周囲の冷却空洞部の中に外向きに排気することになるであろう。
【００２５】
図１Ａ〜１Ｄをさらに続けて参照すると、タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈおよびバスバー１１０、１２０が、ブロック１００の衝撃または振動から生じるような静的および動的な機械的負荷の下で、タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈおよび／またはバスバー１１０、１２０が機械的に曲り得るような可撓性のコンプライアンスを有することができる。タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈの溶接は、それらが、静的および動的負荷条件の間においても、それらのそれぞれの取り付け点に機械的および電気的に取り付けられた状態を維持し得るような溶接強度を有する。タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈの可撓性のコンプライアンスと、バスバー１１０、１２０の剛性とは、曲がりの優勢なモードが、タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈの内部に生起して、バスバー１１０、１２０の内部または溶接箇所（タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈ上の小さい窪みとして表現される）には生起しないように選択することができる。このような場合には、ブロック１００が、適用環境において普通に生じる振動数および大きさの機械的衝撃または振動を曲げにおいて受けた時に、タブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈの可撓性のコンプライアンスと、バスバー１１０、１２０の剛性とによって、機械的な応力の大部分がタブストリップ１１５ａ〜ｈ、１２５ａ〜ｈの内部に生起し、溶接取り付け点には生じないことが保証される。この機械的な構成は、ブロック１００に対してより高いレベルの静的および動的負荷を許容し得るものであり、これによって、溶接箇所の機械的な破損とサイクル疲労とのリスクが低減される。このような破損およびサイクル疲労は、影響を受けた溶接箇所の電気的な遮断または相互接続インピーダンスの実質的な増大のような、不安全な状態を惹起する可能性がある。
【００２６】
本発明の実施形態の一例は、大規模蓄電池のコンポーネントの識別方法を含む。図１Ａ〜１Ｄのブロック１００の各セル１０５ａ〜ｈも、図１Ｂに示すように、各セル１０５ａ〜ｈの外向きの面のようなセル１０５ａ〜ｈの表面に識別記号を含むことができる。本明細書において用いる識別指示子は、バーコード、シリアル番号、無線認識デバイス（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ：ＲＦＩＤ）、あるいは（人の眼または機械検出装置のいずれかによって）読み取りまたは走査可能なコードを含むことができる。さらに、識別記号は、セル１０５ａ〜ｈまたはブロック１００の表面に取り付ける（取り外し可能にまたは恒久的に）、または埋め込む、または刷り込むことができる。識別記号の取り付けは、セル１０５ａ〜ｈ、ブロック１００またはモジュール（図２Ａ〜２Ｅに関して以下に詳しく説明する）の製造、組み立てまたは生産の間に行うことができる。セル１０５ａ〜ｈおよびブロック１００用の識別記号および関連パラメータ（容量および内部抵抗のような）を含むデータベースを保守管理することができる。このため、セル１０５ａ〜ｈおよびブロック１００を関連パラメータに基づいて選択することができる。このデータベースは、さらに、セル１０５ａ〜ｈ、ブロック１００またはモジュールの製造に関係する情報、例えば、製造ステップ完了の日付／時刻のスタンプ、製造に関係するプロセスパラメータの測定結果（例えば、インピーダンス、開路電圧、短絡回路電流および高圧試験）などの情報を含むことができる。関連パラメータは、セル１０５ａ〜ｈおよびブロック１００の容量または内部抵抗を含むことができる。大規模蓄電池内部における配置用としてのセル１０５ａ〜ｈおよびブロック１００を、例えば、大規模蓄電池内部における配置用として利用可能なセル１０５ａ〜ｈの正規分布に基づいて選択するために、擬似乱数発生器を用いることができる。
【００２７】
ブロックは、通常、蓄電池システムの製造階層構造における次の大きさのサブユニットであってモジュールとして知られるサブユニットを形成するため、監視および平衡化電子装置（図示されていない）と共に、直列に組み立てられる。図２Ａ〜２Ｅは、本発明の実施形態によるモジュール２００の実施形態の一例の（それぞれ）上面図、斜視図、側面図、端面図および分解図を示す。
【００２８】
モジュール２００は、直列に接続された６個のブロック（例えば図１Ａ〜１Ｄに表現されるブロック１００）を含むことができる。このモジュール２００は、４８個のセルを有し、７８０Ｗｈの呼称容量を備えている。図２Ｅに示すように、モジュール２００は、ネジ２０５〜２０７と、セルブロックのアセンブリ２１０と、セルブロックの端部部材２１５と、上面カバーおよび間隙パッドのアセンブリ２２０と、底面カバーおよび間隙パッドのアセンブリ２２５と、プラスチックのスペーサ２３０と、背面の電子回路ボードアセンブリ２３５と、回路ボードのリテーナ２４０と、セルブロック監視ケーブルのアセンブリ２４５と、セル間接続子２５０と、絶縁体（背面回路ボード）２５５と、絶縁体（端子側上面）２６０と、絶縁体（端子側底面）２６５とを含むことができる。図２Ａにおいて、ブロックＢ１〜Ｂ６を、各ブロック用の端子がモジュール２００の上面および底面において突き出るように、長さ方向に隣接させて配置することができる。この例においては、６個のブロックＢ１〜Ｂ６が、図２Ａの上部に示すように、交互に接続されるバスバー端子によって直列に電気接続される。この形態においては、底面のバスバー端子は未接続の状態に残すことができる。最も左側および最も右側の底面のバスバー端子は、全モジュール２００の正極端子および負極端子を形成する。図２Ｂに示すように、モジュール２００は、２つの最大外面上に置かれる非導電性の成形プラスチックプレートを用いて、機械的に損傷を受けずに保持することができる。成形された溝が、セルブロックの上面および底面の輪郭に適合して所要のブロック間の間隔を維持する。保持ネジが、プレートおよび全アセンブリを一緒に保持するように上面プレートから底面プレートに通っている。ブロック間の空洞部は空気冷却チャンネルとして機能することができる。背面としてのプリント電子回路ボード２３５は、モジュール２００の未接続端子側に取り付けることができる。個別ブロックの電圧を監視する蓄電池管理制御電子装置（図示されていない）と、熱センサーボード（例えば図１Ｂの熱感知回路ボード１１２）とは背面上に含めることができる。モジュール２００も識別記号を含むことができる。
【００２９】
本発明の実施形態の一例に従って、識別記号を、大規模蓄電池の内部に含まれる複数のブロック（例えば図１Ａ〜１Ｄのブロック１００）モジュール２００のそれぞれに対して取り付けることができる。従って、データベースを、モジュール用の識別記号および関連パラメータによって更新することができ、大規模蓄電池内部における配置用としてのモジュール２００を選択するために、擬似乱数発生器を用いることができる。
【００３０】
２つ以上のモジュールを（例えば直列に）接続してストリングを形成することができる。図３は、本発明の実施形態の一例に従って直列に接続された１６個のモジュール３１０ａ〜ｐを有するストリング３００を示す概略接続図である。ストリング３００は、正極端子３０５と、蓄電池モジュール３１０ａ〜ｐ（例えば図２Ａ〜２Ｅのモジュール２００）と、負極端子３１５と、蓄電池管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅ  ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）制御器（図示されていない）への通信径路３２０と、ストリング中央ヒューズおよびサービス断路器３２５とを含むように構成することができる。各蓄電池モジュール３１０ａ〜ｐは直列接続の６個のブロックを含むことができ、この６個のブロックを含むモジュールが、図３において「６ｓモジュール」として表現されている。ストリング３００は、正極端子３０５と、負極端子３１５と、ＢＭＳ制御器への通信径路３２０とを介して、パックの電子装置（図示されていない）に接続することができる。ＢＭＳ制御器（図示されていない）は、複数のブロックのそれぞれ、またはその中に含まれる複数のセルのそれぞれを監視するためにモジュールに接続することができる。さらに、パックの電子装置を、蓄電池システムの充電および放電を制御するために用いることができる。各ストリング３００は、安全目的のためのストリング中央ヒューズおよびサービス断路器３２５を含むことができる。
【００３１】
２つ以上のストリングを（例えば直列または並列に）接続して蓄電池パックを形成することができる。図４は、本発明の実施形態の一例に従って並列に接続された３つのストリング４１０ａ〜ｃを有する車両用の大規模蓄電池パック４００を示す概略接続図である。パック４００は、正極端子４０５と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３と、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、ストリング４１０ａ〜ｃ（例えば図３のストリング３００）と、高圧フロントエンド（ｈｉｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｆｒｏｎｔ  ｅｎｄ：ＨＶＦＥ）４１１と、ヒューズ４１３ａ〜ｃ（例えば図３のストリング中央ヒューズおよびサービス断路器３２５）と、ＢＭＳ制御器４１５と、ＣＡＮバス４１７と、車両ＣＰＵ通信路４２０とを含むように構成することができる。ストリング４１０ａ〜ｃは、（例えば図３に示すような）ＢＭＳ制御器４１５およびＨＶＦＥ４１１と接続することができる。ＨＶＦＥ４１１は、全パック４００を、適用対象（例えば電気車両）の主動力バスに接続する／それから遮断する電気機械作動の接触器を提供することができる。さらに、ＨＶＦＥ４１１は、絶縁損傷欠陥感知能力のような診断能力を有することができる。ＢＭＳ制御器４１５は、ブロック、モジュールおよびストリングの操作と安全制御とを管理するために用いることができる。ＢＭＳ制御器４１５は、また、性能最適化アルゴリズムを実行するために用いることができる。ＢＭＳ制御器４１５は、さらに、パック４００の外部の装置に対するパック４００用の通信インターフェースとして機能することもできる（例えば、ＢＭＳ制御器４１５はＣＡＮバス４１７を介して車両ＣＰＵ用の通信路４２０と通信する）。ＢＭＳ制御器４１５は、光学的に絶縁されたシリアル通信径路４１６を介してＨＶＦＥ４１１と通信することができる。
【００３２】
セル製造工程の間に、セルを、インピーダンスおよび容量に関して試験することができる。通常、セルの受け入れ可能なインピーダンスの範囲は例えば約１３ｍオーム〜約２２ｍオームであるが、この範囲に入ると判定されたセルは、次に、その容量に従っていくつかの瓶に分類される。ブロックを形成する組み立ての間にセルを瓶から選択する場合、１つの製造上の検討事項は、ブロックにおけるセルの選択および配置（例えば図１Ａ〜１Ｄのブロック１００における固定位置）に関する。例えば、ノート型コンピュータに見られる３ｓ１ｐまたは３ｓ２ｐ形態のような小型の蓄電池システムにおいては、パック内のすべてのセルは、非常に近似した容量を有するパックを提供するように、容量「適合」されるか、または同じ瓶から選択される。セル容量の適合化が生じるのは、直列要素が類似の容量を有し、その結果として、パックの運転の間、直列要素の充電状態（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の厳密な平衡が維持されると見られるからである。従って、同じ瓶からセルを選択することによってそれぞれの小型パックを製造するので、そして利用可能なすべての瓶から小型パックを製造するので、セルの在庫を完全に利用することができる。
【００３３】
しかし、パックが大きくなると、例えば１０ｓまたは１００ｓのセルから構成されるようになると、直列要素（例えばブロック）の容量を、製造されたセルの在庫を完全に利用しながら適合させることは難しくなる。例えば、大型の蓄電池システムにおいては、すべてのセルを、小型の蓄電池システムの場合に実施したように各ブロックに対して同じ瓶から選択すると、そして、セルの在庫を利用するために、異なる瓶から選択されるブロックを結合すると、好ましくない状況が生起する可能性がある。そのようにすることは、モジュール内部において容量「適合」しない直列要素（例えばブロック）を生じさせる結果になり、これは、モジュール全体の容量を低下させ、平衡化操作の増大を必要とし、これに伴って非効率およびコストの上昇を招くことになる。
【００３４】
図５は、容量によるセルの典型的な分布に関する統計的モデルデータを示す。本発明の別の実施形態は、図５に一例を示すような製造セルの分布における容量範囲の分類瓶（グラフにおいてバーで表現される）の群から、蓄電池システムを構成するためのセルを選択する方法を含む。ここで用いる「瓶（ｂｉｎ）」という用語は、セル容量の所定の範囲であって、その特定の所定範囲によって包含される容量を有する製造セルに相当するセル容量の範囲を意味する。図に示す各バーは、単一の瓶と指定することができる。代替的に、単一瓶の数を少なくするために、隣接するバーの群を指定することができる。
【００３５】
本発明の実施形態のこの例によれば、蓄電池セルの容量を測定し、続いて、各蓄電池セルを、データベースにおいてそのそれぞれの容量の測定結果と関連付けることができる。次に、蓄電池セルの統計的分布を計算することができる。この分布の各瓶からセルを無作為に選択すること、あるいは、ほぼすべての容量範囲の分類瓶にわたって分布するセルを選択することによって、さらに続いて選択されたセルをブロックにグループ化することによって、結果として得られるブロックは、ブロック間の変動が小さい良好な容量適合を示すであろう。セルの容量は、図５のモデルに類似の形状を呈する正規分布において製造されることが知られている。本発明の実施形態の一例によれば、セルを、全分布を横断して選択して、同じブロックの中に並列に配置することができる。１つのブロック内部においては、低容量のセルが高容量のセルを相殺することができ、結果として得られるブロックの容量は、正規分布の統計的平均になる傾向を有するであろう。この選択方法は、２ｐ３ｓのノート型コンピュータ用の形態のような小型パック用のセルの選択に用いられる方法とは異なるものである。後者の方法においては、パック内のすべてのセル間のきわめて厳密な適合容量を維持するために、セルが同じ瓶から選択されるのである。さらに、本発明の実施形態の一例に従ってなされるセル選択によって、セルをすべての瓶から取り出すことが可能になり、その結果、瓶がより一様に取り尽くされていく。これによって、製造者が、利用可能な製造在庫をより完全に利用できるようになる。
【００３６】
そのため、本発明の実施形態の一例によれば、蓄電池システムを、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックを含むように構成することができ、この場合、各ブロック内部には並列に接続された蓄電池セルが含まれる。各ブロックにおける蓄電池セルの容量は、蓄電池セルが選択される蓄電池セルの母集団の統計的分布に従うことができる。また、蓄電池セルは、蓄電池システムの容量が統計的分布の平均になる傾向を有する結果になるようにも選択することができる。
【００３７】
図５を続けて参照すると、分布が製造されたセルの実際の母集団を表現しており、その容量は近似的に正規分布を呈すること、および、受け入れ可能なセル容量が４４２０ｍＡｈ（５％）および４４８０ｍＡｈ（９５％）の限界線の間にあることが仮定されている。平均容量は約４４４９ｍＡｈである。範囲の境界および瓶の個数は製造プロセスによって変化する可能性があり、例えば、４４００ｍＡｈの呼称容量を有する蓄電池セルの場合の典型的な製造範囲が４４２０ｍＡｈ〜４４８０ｍＡｈである。セルの母集団をグループ化するために、統計的な限界、例えば、製造されたすべてのセルの５％が４４２０ｍＡｈ以下を有することができ、製造されたすべてのセルの９５％が４４８０ｍＡｈ以下であるような限界を用いることができる。将来予期される範囲を、特定のセル製品の呼称容量の回りに分布させることができる。将来の範囲は、４４００ｍＡｈ、４６００ｍＡｈ、４８００ｍＡｈ、５０００ｍＡｈ、５２００ｍＡｈ、５４００ｍＡｈの回りに、そして、改良型のセル製造技術が容量を改善するのに伴ってさらに高い容量に集約されるかもしれない。瓶は、受け入れ可能なセル容量の範囲をカバーするように選定され、この例においては４つの瓶が選定されている。瓶Ａは、約４４２０ｍＡｈ〜４４３４ｍＡｈの範囲の容量を有するセルを含み、瓶Ｂは、約４４３５ｍＡｈ〜４４４９ｍＡｈの範囲の容量を有するセルを含み、瓶Ｃは、約４４５０ｍＡｈ〜４４６４ｍＡｈの範囲の容量を有するセルを含み、瓶Ｄは、約４４６５ｍＡｈ〜４４８０ｍＡｈの範囲の容量を有するセルを含む。８個のセルの各ブロックに対して、２つのセルを、平均容量を中心とする４つの瓶のそれぞれから無作為に選定する。１つの瓶内部のすべてのセルが取り尽くされてしまうと、平均容量に近い隣接瓶からセルを選定することができる。結果的に得られるブロックは、セルの平均容量に近いより一様な容量を有する傾向をもつであろう。
【００３８】
別の製造上の検討事項はブロック内部におけるセルの配置に関する。この特定の製造上の検討事項は、セルのインピーダンスの変動と、ブロック内部における可能なセル配置位置間の溶接タブおよびバスバーに基づく相互接続インピーダンスの変動とに関係する。ブロックの各セルが、ブロックの出力端子に対する異なる有効インピーダンスを、その内部インピーダンスに応じて有するようになれば、そのセルは、隣接セルと平等にはサイクル作動しなくなるであろう。その結果、ブロック内のいくつかのセルは、不均等に時効劣化し、その隣接体よりも速い容量劣化を蒙り、ブロック内部における全体的な容量劣化がより急速に生起するであろう。１つのブロックの容量が他の直列ブロックと異なることになるので、いくつかの有害な影響が全モジュールの容量および効率を低下させる。ブロックの電圧を均等化する充電平衡化操作が用いられなければ、最低容量のブロックが、最初に低カットオフ電圧限界値に達して、そのモジュールが消尽されて再充電を必要とする状態を惹起するであろう。このため、残りのブロックにおける付加的な充電容量は完全には利用されないことになり、モジュールの性能が最も弱いブロックによって決定される。しかし、ブロックの電圧を均等化する充電平衡化操作を用いると、容量が低下したブロックは、より長い時間間隔にわたってより高い平衡化電流を要求するであろう。その結果、パックの全エネルギー効率は低下するであろう。平衡化回路のコンポーネントは、高コストの高い電流定格を有することが必要であろう。ブリーダ抵抗器による受動的平衡化操作を用いると、付加的な熱が発生し、その結果モジュールからそれを除去することになる。付加的な熱除去は、高コストの大型の冷却システムを必要とする。
【００３９】
本発明のさらに別の実施形態は、モジュールの選択されたセルをブロック内に配置する方法であって、サイクル使用による全ブロック容量の劣化を最小化しながら、一様なセルの有効インピーダンスおよび平準化されたセルの時効劣化を実現する方法である。この方法に従って、蓄電池システムのコンポーネントに関する内部抵抗を測定することができ、この内部抵抗の測定結果を含むデータベースを保守管理する。セルが、その内部抵抗の測定結果に基づいてブロック用として選択されると、そのセルは、ブロック内に配置することができ、続いてモジュールの形成に用いることができる。図６は、モジュール６００における８ｐセルブロックに対する内部直流（ＤＣ）抵抗モデルを示す。モジュール６００は、ブロックＢ１〜ブロックＢｎとして表現されるいくつかのブロックを含む。このブロックは、モジュールの正極および負極の端子を介してモジュール６００の電子装置に接続することができる。例えば、ブロックＢ１は、その正極バスバー部分６０５ａ〜ｄを介して、モジュール６００の正極端子６０１ａ（図６において「モジュール＋」として表現される）に接続され、ブロックＢｎは、負極バスバー部分６４０ａ〜ｄを介して、モジュール６００の負極端子６０１ｂ（図６において「モジュール−」として表現される）に接続される。また、ブロックは、そのそれぞれのネジ接続部を介して相互に接続することができる。例えば、ブロック１の６０３ａのネジ接続部６２３ａは、Ｒバス−接続６２４を介して、ブロックＢ２（図示されていない）のネジ接続部６２３ｂに接続される。
【００４０】
継続して図６を参照すると、正極および負極の溶接タブと、バスバー部分と、バス接続部と、接続ネジとが、通常ミリオームレベルで付加的な抵抗を構成する。さらに、各蓄電池セルは、ブロックのインピーダンスに対するそれ自体の内部抵抗（ＩＲ）の寄与量を有する。例えば、ブロックＢ１は、正極バスバー部分６０５ａ〜ｄと、正極の溶接タブ６１０ａ−１〜６１０ｄ−２と、セル（ブロック内部のそれらのセル位置Ｂ１−１〜Ｂ１−８によって指示される）の内部抵抗と、負極の溶接タブ６１５ａ−１〜６１５ｄ−２と、負極バスバー部分６２０ａ〜ｄと、ネジ接続部６２３ａと、Ｒバス−接続６２４とを含み、ブロックＢｎは、正極バスバー部分６２５ａ〜ｄと、正極の溶接タブ６３０ａ−１〜６３０ｄ−２と、内部抵抗６３３ａ−１〜６３３ｄ−２と、負極の溶接タブ６３５ａ−１〜６３５ｄ−２と、負極バスバー部分６４０ａ〜ｄと、ネジ接続部６２３ｂと、Ｒバス−接続（図示されていない）とを含む。内部抵抗の測定結果が低いセルは、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が高い領域に配置することができる。さらに、内部抵抗の測定結果が高いセルは、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が低い領域に配置することができる。図６に示されるブロックの接続トポロジーにおいては、ブロックの右側に近いセルは、ブロックの端子に対する低い直列接続インピーダンスを受け、逆に、ブロックの左側に近いセルは、ブロックの端子に対する高い直列接続インピーダンスを受ける。同じバス位置を共有するセルは、ブロックの端子に対して同じ直列接続インピーダンスを受ける。ブロックにおける左側のセルが受ける付加的な直列接続インピーダンスは、ブロックの端子に対する付加的なバスバーのインピーダンスによるものである。異なる別のトポロジーにおいては、ブロックの端子に、別の位置で、あるいは同じブロックにおける複数の位置でアクセスすることができる点に留意されたい。ブロックの端子への１つまたは複数の電流径路およびバスバー横断の数量は製造上の検討事項である。図６の表現とは異なる一般的なトポロジーは、１つより多い位置における外部接触、例えば、ブロックの右端および左端の両者の２つの位置における外部接触であって図６に示すものと類似の外部接触を含むことができるであろう。外部接続が、２つの位置においてそれぞれ単一の蓄電池端子に対してなされるようなトポロジーにおいては、蓄電池端子への／からの２つの電流径路が存在するであろう。このような場合には、インピーダンスが高いセルを端子接触位置の近くに配置し、インピーダンスが低いセルを端子接触位置から遠くに離して配置する。図６に類似しているが左側および右側の両者に接点を有するトポロジーにおいては、ブロックの中央部のセルは付加的な相互接続インピーダンスを受けるであろう。そして本発明によれば、これらのセルは、内部インピーダンスが低い組から配置されるべきである。同様に、端子ブロックの左端および右端のセルは内部インピーダンスが高い組から配置されるべきである。一般的に、異なるトポロジーの端子ブロックにおいては、低インピーダンスのセルは、端子に対するすべての外部接触位置から遠くに離して配置されるべきであり、一方、高インピーダンスのセルは、端子に対する外部接触位置の近くに配置されるべきである。
【００４１】
本発明の別の実施形態に従って、蓄電池システムを、複数の蓄電池セルからなるブロックを電気的に連結した複数のブロックを含むように構成することができ、各ブロック内部に並列接続された蓄電池セルが含まれる。各ブロックにおいて、内部抵抗が低いセルは、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が高い領域に配置することができ、さらに、内部抵抗が高いセルは、蓄電池端子に対して、蓄電池システムの他のコンポーネントからもたらされる内部抵抗が低い領域に配置することができる。
【００４２】
別の製造上の検討事項は、同じブロック内部のすべてのセルが、ブロック端子に対して等価の接続および内部抵抗を受けるという点である。これらの製造上の検討事項を組み入れることによって、サイクル使用による全ブロック容量の劣化を最小化しながら、より平準化されたセルの時効劣化を実現できる。本発明の実施形態の一例に従って、選択されたブロックセルを、そのＩＲ値に応じてブロック全体に配置することができる。図６を参照すると、ＩＲ値がより低いセルはより左側に配置され、ＩＲ値がより高いセルはより右側に配置される。例えば、ブロックＢ１に対して８個のセルを選択すると仮定する（セル選択については図８を参照して以下に詳述する）。この場合、セルは、ＩＲに従って、例えば１７．００ｍオーム〜１９．３４ｍオームの範囲に従って分類することができる。図７Ｃについては以下に詳述するが、図７Ｃは、本発明の実施形態の一例によるモジュール内部におけるセルおよびブロックの配置を示す物理的な配置図表である。最低ＩＲの２つのセルを、図７Ｃに示すように、位置Ｂ１−４およびＢ１−８に配置することができる。続いて、ＩＲ値が次に高い２つのセルを位置Ｂ１−７およびＢ１−３に配置することができ、以下同様に、最高ＩＲ値の２つのセルが位置Ｂ１−５およびＢ１−１に配置されるまで続ける。このため、結果的に得られるブロックは、ブロック端子において、セルの時効劣化を平準化し、サイクル使用による全ブロック容量の劣化を最小化するように厳密に適合したセルインピーダンスを有することができる。
【００４３】
別の製造上の検討事項は、ブロック内部におけるセルの配置を含む、モジュール内部におけるブロックの配置に関する。この製造上の検討事項は、既知の温度勾配を受けるモジュールに関係する。この温度勾配は、モジュールの１つの位置におけるセル温度がモジュールの他の位置におけるセル温度と異なる現象を惹起するその運転環境からもたらされるものである。ブロックにおける各セル、あるいはモジュールにおける各ブロックが異なる平均温度になると、そのセルまたはモジュールは異なる充電能力を有する可能性がある。その結果、ブロックにおけるセル、またはモジュールにおけるブロックは、不均等に時効劣化し、その隣接体よりも速い容量劣化を受ける可能性がある。この状況においては、モジュール内部における全容量の劣化がより速やかに生じる可能性がある。例えば、図７Ａは、充電／放電サイクルのデータと、残りのブロックに比べて僅かな容量不適合を有する２つのブロックの影響を示す図表である。図７Ａは、５０回の充電／放電サイクルにわたる実験的なサイクル使用データを、サイクル１、サイクル２５およびサイクル５０における計算ブロック容量と共に示している。図７Ａは、ブロック２〜５の容量がほぼ平衡しており、ブロック１および６の容量が低いことを示している。サイクル５０において、不適合ブロックの容量は、適合ブロックの容量未満に劣化し続けている。
【００４４】
本発明のさらに別の実施形態は、モジュール内部の予期される温度パターンに基づいてブロックを選択しかつ配置する方法である。最初に、蓄電池システム内部の温度パターンを決定することができる。このパターンは、図７Ｂに示すように、蓄電池モジュールが外部熱源に近接して運転される結果生じることがある。図７Ｂは、外部熱源（ＥＨＳ）７０５からの温度に当てられる蓄電池モジュール７１０を表現している。グラフは、ブロック容量の低下を決定するのに用いることができる各ブロックに対する平均温度を示している（例えば、ブロックＢ１に対してＴ１、ブロックＢ２に対してＴ２、ブロックＢ３に対してＴ３、ブロックＢ４に対してＴ４、ブロックＢ５に対してＴ５、およびブロックＢ６に対してＴ６）。次に、蓄電池システムのコンポーネントの温度依存容量を推定することができる。容量は、ＥＨＳ７０５から最も離れたブロックについては低減される。例えば、図７Ｂにおいては、ブロックＢ２はブロックＢ１より４℃だけ低温であり、続く各ブロックは、ブロックおよびＥＨＳ７０５の間の距離の増大と共に４℃ずつ低温になる。従って、モジュール７１０用として必要なブロック容量を計算するために、１００ｍＡｈ／℃の容量低下係数を用いることができる。続いて、蓄電池システムのコンポーネントを、温度依存容量および温度パターンを用いて選択することができる。
【００４５】
本発明の実施形態の別の例に従って、蓄電池システムを、電気的に連結された複数の蓄電池システムコンポーネントを含むように構成することができる。低容量の蓄電池システムコンポーネントを、熱源から最も遠くに離して配置するように選択することができる。さらに、蓄電池のコンポーネントは、電気的に連結された複数の蓄電池セルブロック、または電気的に連結された複数の蓄電池セルブロックモジュールを含むことができる。
【００４６】
本発明の実施形態の一例による別の方法によれば、１つのブロック、例えばブロックＢ１を、蓄電池システム内部のブロックに対する許容可能な温度を確立するための基準ブロックとして用いることができる。この場合、ブロックＢ１の温度と、蓄電池システム内部の他のブロックの温度とに基づいて温度差を決定することができる。ブロックＢ２の容量差は、容量−温度低下係数に温度差を乗じたもの、すなわち−４＊１００＝−４００ｍＡｈを用いて選択することができる。つまり、ブロックＢ２は、ブロックＢ１より４００ｍＡｈだけ小さい容量を有するように選択される。同様に、ブロックＢ３、ブロックＢ４、ブロックＢ５およびブロックＢ６に対して、容量を選択することができる。この場合、ブロックＢ１の呼称容量が約１００００ｍＡｈであれば、ブロックＢ２は約９６００ｍＡｈの容量を有するように選択され、ブロックＢ３は約９２００ｍＡｈの容量を有するように、ブロックＢ４は約８８００ｍＡｈの容量を有するように、ブロックＢ５は約８４００ｍＡｈの容量を有するように、そしてブロックＢ６は約８０００ｍＡｈの容量を有するように選択される。この場合、ブロックは、計算された所要容量に基づいて、蓄電池システム内部に配置することができる。
【００４７】
別の実施形態の例においては、運転中のモジュールに対して予期される温度パターンを測定または推定することができる。運転温度は、用途、並びに、蓄電池が充電されているのか、放電されているのか、あるいは開路状態にあるのかによって大きく左右される。通常、モジュールの温度は、室温より数度高い温度、例えば３０℃から、−２０℃および６０℃の間の極端なモジュールの運転状態に及ぶであろう。第１ブロックとモジュールにおける各追加ブロックとの間の平均温度差は温度パターンを用いて計算することができる。その際、第１ブロックからより高い予期平均温度差においてブロック用として要求されるｍＡｈ表示の付加容量を計算するのに、温度−容量評定係数（単位ｍＡｈ／℃）を用いることができる。同様に、第１ブロックからより低い予期平均温度差においてブロック用として要求される容量を低減するのに、温度−容量評定係数を用いることができる。
【００４８】
継続して図７Ｂを参照すると、温度は、各ブロック内部に配置される温度センサー（例えば図１Ｂにおけるブロック１００の温度感知回路ボード１１２）または外部温度プローブを用いて測定することができる。各ブロックに対する平均温度と、図７Ｂに示すような結果としてのパターンとが決定される。この例においては、ブロックＢ１に対してＴ１は５０℃、ブロックＢ２に対してＴ２は４６℃、ブロックＢ３に対してＴ３は４２℃、ブロックＢ４に対してＴ４は３８℃、ブロックＢ５に対してＴ５は３４℃、そしてブロックＢ６に対してＴ６は３０℃とすることができる。
【００４９】
さらに、図７Ｃは、影付けした３つのブロック、すなわちブロックＢ１、ブロックＢ３およびブロックＢ５と、影付けなしの３つのブロック、すなわちブロックＢ２、ブロックＢ４およびブロックＢ６とを含むモジュール７３０を示す。この場合、（ｉ）影付けなしのブロックは、影付けしたブロックより平均として３℃だけ低温であること、および、（ｉｉ）モジュール７３０用として必要なブロック容量の計算には、１００ｍＡｈ／℃の容量低下係数が用いられることと仮定する。従って、ブロックＢ１を基準ブロックとして用いることができ、ブロックＢ３およびブロックＢ５は、ブロックＢ１との間に平均的な温度差を有しないことが予期される。ブロックＢ２、ブロックＢ４およびブロックＢ６は、ブロックＢ１より３℃だけ低温であることが予期される。容量−温度低下係数に温度差を乗じたもの、すなわち−３＊１００＝−３００ｍＡｈを用いて、ブロックＢ２、ブロックＢ４およびブロックＢ６が、ブロックＢ１より３００ｍＡｈだけ低い容量を有するように選択される。これらのブロックから構成されるモジュールは、改善された容量およびサイクル寿命を有するであろう。
【００５０】
本発明のさらに別の実施形態は、データベースに保守管理される固有の識別子（ＩＤ）と関連パラメータとを用いて、セル、ブロックおよびモジュールを識別する方法を含む。ブロックおよびモジュールの組み立ての間、それぞれ特定のパラメータ値または値の範囲を有するセルおよびブロックを選択して組み合わせることが有利である。このような選択は、ＩＤデータベースのクエリーを用いて行うことができる。例えば、その容量が在庫ブロックの母集団の特定の範囲内にあるブロックのクエリーによって、所望のモジュールに配置するための特定のブロックを選択することが可能になる。これらのブロックを結合してモジュールを形成すると、そのモジュールは、例えば、電荷貯蔵容量、サイクル寿命または温度性能のような予期される所要特性を有することができる。さらに、セルおよびブロックをＩＤコードの母集団から選択することによって、セルおよびブロックの製造在庫のより完全な利用が可能になる。また、セルおよびブロックの在庫を検証して、それぞれブロックおよびモジュールを作製するための残存セルおよびブロックの利用可能な組合せを、望ましい性能を有するように決定することも可能になる。
【００５１】
本発明の実施形態のこの例に従って、セル、ブロックおよびモジュールの製造の間、それぞれのセル、ブロックおよびモジュールに固有の識別子（ＩＤ）コードを割り当てることができる。続いて、セル、ブロックまたはモジュールを、電荷貯蔵容量、開路電圧および内部インピーダンスのような特性（または関連）パラメータを決定するために試験することができる。この固有ＩＤおよび関連パラメータは、関連付けて、後刻の検索用としてデータベース内において保守管理することができる。図８は、モジュールＩＤ４６０３３を有するモジュールの典型的なモジュール構成を示すチャートである。図８は、本発明の実施形態の一例に従って、ブロックおよびセルの識別子からなるモジュールＩＤ４６０３３の構成を示す。図８は、内部抵抗および容量に関するセルおよびブロックのパラメータをも含んでいる。モジュール４６０３３は６個のブロックを含み、そのブロックのそれぞれが固有のブロックＩＤコードを有する。このブロックＩＤコードは、順番に、第１ブロックをチャートの最上段に掲げ、第６ブロックをチャートの最下段に掲げる形に配置されている。同様に、６個のブロックのそれぞれは８個のセルから構成され、その各セルも固有のセルＩＤコードを有する。ブロックおよびモジュールに関わるＩＤコードの順序は、１つのブロック内部におけるセルの物理的配置、および１つのモジュール内部におけるブロックの物理的配置を付加的に決定することができる。例えば、図８に列挙したセル、ブロックおよびモジュールの構成は、図７Ｃに示す形態に従って物理的に配置することができる。図７Ｃにおけるセルおよびブロックの順序は、図８のデータベースの項目に保存されたセルおよびブロックの順序に関係付けることができる。例えば、図８の第１ブロックを形成する８個のセルは、図７Ｃの最低電位のＢ１−１、Ｂ１−２、・・・Ｂ１−８のセルに対応することができる。これらのセルの順序付けは図８に列挙したものと同じにすることができる。第１ブロックの下に列挙された最初のセルがセルＢ１−１であり、次に列挙されるセルがＢ１−２として続き、これが、図７ＣのＢ１−８である第１ブロックの最後のセルまで続く。モジュールの第２ブロックの第１セルがその次に列挙されているが、これが図７Ｃの位置Ｂ２−１に配置され、次に列挙されるセルが図７Ｃの位置Ｂ２−２に配置される。
【００５２】
さらに、セルの選択は擬似乱数発生器を用いて行うことができる。この擬似乱数発生器は、その出力が、標準的なセルの分布（例えば、製造されたセルの容量分布の統計的モデルを示す図５のような分布）と同じ算術平均および標準偏差を有する正規分布上にあるものである。発生出力値は、選択瓶と同じ範囲をカバーする仮想瓶の中に置かれる。「仮想瓶」は、コンピュータで発生させたセル容量の非物理的な集合体として定義することができる。構成要素の値が、数発生器で発生させたものであって、製造されたセルの実際の容量値に対応していないので、「仮想瓶」という用語を用いている。製造されたセルの分布の算術平均および標準偏差を周期的に測定して、それに従って擬似乱数発生器の分布を修正する。
【００５３】
本発明の実施形態のさらに別の例は、その容量が測定された正規分布内にある製造セルの在庫プール（または母集団）を保守管理することを含む。図９は、母集団の在庫表の保守管理と、その容量が母集団の測定された正規分布内にあるセルの選択とを記述する流れ図９００である。
【００５４】
この流れ図９００は、製造された蓄電池セルの母集団が存在するか否かを確定するステップ９１０によって開始９０５することができる。母集団が存在しなければ、この方法は終了９１５する。母集団が存在すれば、各蓄電池セルに対する識別記号を含むデータベースを保守管理９２０することができる。各蓄電池セルの容量を測定９２３することができ、さらに、各蓄電池セルの内部抵抗を測定９２５することができる。続いて、データベースを関連パラメータ（例えば、容量または内部抵抗）によって更新９３０することができる。次に、その出力が、在庫プールの分布と同じ算術平均および標準偏差を有する正規分布上にある擬似乱数発生器を用いる９４０ことができる。この擬似乱数発生器は、在庫プールを探索することによって出力を出し、その数発生器の出力に最も近い容量を有するセル用のセル識別子を見出す。この方法で識別された８個（すなわち、１つのブロックにおける並列セルの個数）のセルからなる群を用いて、ブロックを作製することができる。ブロックが完成９５０すると、この方法は終了９１５する。ブロックが完成９５０していなければ、この方法は、製造された蓄電池セルの母集団を評価するステップ９１０（例えば、母集団が取り尽くされたか否か、新しいセルが製造されたか否か、あるいはセルがなくなったかどうかを決定するステップ）に戻る。この方法による実施形態の例によって、製造されたセル在庫のより一様な取り尽くしが可能になる。従って、製造されたセル在庫の利用が高レベルに維持される。結果的に得られるブロックはより一様に容量適合させることができ、これは、ブロック間の容量変動の僅少化、および／または、セル分布の幾何平均になる傾向の容量を可能にする傾向を有する。
【００５５】
図９の流れ図は単なる一例であることが理解されるべきである。他の実施形態においては、別の形態、構成、付加的なステップのブロック、ステップのブロックの少数化などが可能である。例えば、この方法は、複数のセルからなるブロック、複数のブロックからなるモジュール、および複数のモジュールからなるストリングのような蓄電池システムのコンポーネントに対して使用し得ることが理解されるべきである。例えば、図８は、蓄電池システムを構成するのに用いることができるセル、ブロックおよびモジュールに関する情報の詳細を示している。図９は、セルの在庫表の保守管理と、典型的な目的のためのその在庫からのブロックの選択とを記述している。
【００５６】
本発明を、その実施形態の例を参照して具体的に示しかつ記述したが、当業者は、本発明において、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における種々の変更をなし得ることを理解するであろう。例えば、多くの表現例が８個のセルを含むブロックに関係しているが、一般的に、セルの個数および配置を大規模蓄電池に対して要求される出力に基づいて変更し得る実施形態の例を用いることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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