(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリー動作を制御する適応可能な集電電気化学（ＡＣＥ）システムを含むバッテリーアセンブリを提供する。【解決手段】適応可能な集電電気化学（ＡＣＥ）システム１１０の各コンタクトパッド１１５−１〜３は、バッテリー電極（陽極または陰極）上に形成され、関連する個別バッテリー領域に結合され、関連するトランジスタによって電流集電プレート１２０に接続される。センサーは各個別バッテリー領域の動作パラメータをモニターするために用いられ、制御回路はトランジスタの動作状態を制御するためにセンサーデータを用い、各々のトランジスタを流れる局所的な電流を、測定された局所的な動作パラメータに従って増加させるか、減少させるか又はオフする。制御回路は、「スタンドアロン」制御論理を用い局所的なセンサーデータを処理するローカル制御回路又は全てのセンサーデータを処理してトランジスタ動作を調整する中央コントローラを用いる。【選択図】図１
2015089329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、複数のバッテリー領域の前記陽極と前記陰極との間に局所的な電流を生成して各前記局所的な電流が関連する前記バッテリー領域を通過するようにするための手段と、を含むバッテリーと、
前記バッテリーと負荷回路との間の電流を制御するための適応可能な集電電気化学システムと、を含み、前記適応可能な集電電気化学システムは、
複数のコンタクトパッドの各コンタクトパッドが対応する前記バッテリー領域に結合されるように、前記陽極および前記陰極の一方に取り付けられる複数のコンタクトパッドであって、それによって前記対応するバッテリー領域の前記関連する局所的な電流が前記各コンタクトパッドを流れる、複数のコンタクトパッドと、
集電基板と、
複数のトランジスタであって、各前記トランジスタが関連するコンタクトパッドに接続される第１の端子と、前記集電基板に接続される第２の端子と、制御端子と、を有する、複数のトランジスタと、
前記複数のバッテリー領域の各々の動作パラメータを測定するための、および前記測定により決定される値を有する複数の第１のセンサー信号を生成するための手段と、
前記第１のセンサー信号を処理するための、および各制御電圧が前記第１のセンサー信号の少なくとも１つにより決定される電圧レベルを有するように複数の制御電圧を生成するための手段であって、各前記制御電圧は、関連する前記コンタクトパッドから前記関連するトランジスタを通り前記集電基板へ流れる局所的な電流部分が前記制御電圧に比例するように、関連する前記トランジスタの前記制御端子に印加される、手段と、
を含むバッテリーアセンブリ。
【請求項２】
バッテリーと負荷回路との間の電流を制御するための適応可能な集電電気化学システムであって、前記バッテリーは、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に複数の局所的な電流を生成して各前記局所的な電流が関連するバッテリー領域に生成されるようにするための手段と、を含み、前記システムは、
間隔を置いた構成で配置される複数のコンタクトパッドであって、前記複数のコンタクトパッドの各コンタクトパッドは、前記陽極および前記陰極の一方に動作可能に接続される場合に、前記対応するバッテリー領域で生成された前記関連する局所的な電流が前記各コンタクトパッドを流れるように、対応する前記バッテリー領域に結合される、複数のコンタクトパッドと、
集電基板と、
複数のトランジスタであって、各前記トランジスタが関連するコンタクトパッドに接続される第１の端子および前記集電基板に接続される第２の端子を有する、複数のトランジスタと、
複数のセンサーであって、各前記センサーが対応する前記バッテリー領域の動作パラメータを測定するための手段、および前記測定に基づいて設定される値を有する第１のセンサー信号を生成するための手段を含む、複数のセンサーと、
複数の制御電圧を生成するための手段を含む制御回路であって、各前記制御電圧は、前記第１のセンサー信号の少なくとも１つにより決定される電圧レベルを有し、各前記制御電圧は、前記関連するコンタクトパッドから前記関連するトランジスタを通り前記集電基板へ流れる局所的な電流の部分が前記各制御電圧により決定されるように、関連する前記トランジスタを制御する、制御回路と、
を含むシステム。
【請求項３】
バッテリーと負荷回路との間の電流を制御するための方法であって、前記バッテリーは、陽極と、陰極と、複数のバッテリー領域において複数の局所的な電流を生成して、各前記局所的な電流が前記陽極と前記陰極との間の関連する前記バッテリー領域に生成されるようにするための手段と、を含み、前記方法は、
複数のコンタクトパッドを前記陽極および前記陰極の一方に間隔を置いた構成で配置するステップであって、前記複数のコンタクトパッドの各コンタクトパッドが、対応するバッテリー領域で生成される関連する前記局所的な電流を受け取る、ステップと、
前記複数のバッテリー領域の各々の局所的な動作パラメータを測定し、前記測定された動作パラメータに基づいて複数のセンサー信号を生成するステップと、
前記複数のセンサー信号に基づいて前記複数のコンタクトパッドと前記負荷回路との間の前記複数の局所的な電流を制御することによって、前記複数のバッテリー領域の各々の前記局所的な電流の生成を制御するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーに関し、特にバッテリー制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーはその目的にかなうためにエネルギーの集中を必要とするが、集中したエネルギーの制御されない放出は固有の安全上のリスクをもたらす。例えば、電気自動車（ＥＶ）では、バッテリーシステム設計は、このリスクをスパイラル的に軽減するように行われる。すなわち、より低いエネルギーのバッテリー化学選択から、埋め込み型セル安全素子へ、低減された実装密度へ、電池管理システム（ＢＭＳ）監視および安全回路へ、そして車両構造保護へと進む。これらの軽減のための階層は、破局的なバッテリー事故を防止することに部分的に成功しただけであり、ＥＶの商業的可能性を直接制限するコストおよび重量の増加という犠牲を払うことになる。より効率的な軽減方法が可能であり得るが、このスパイラルから抜け出してＥＶの完全な可能性を達成するためには、バッテリーセルは、それの固有のリスクを内在的にそれ自体で軽減するように作られなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、バッテリー、およびバッテリーの個別領域の局所的な電流の生成を制御することによりバッテリー動作（すなわち、バッテリーと負荷回路との間の電流）を制御する適応可能な集電電気化学（ＡＣＥ）システムを含むバッテリーアセンブリに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、ＡＣＥシステムは、関連するバッテリー領域に各コンタクトパッドを結合させるように（すなわち、特定の個別バッテリー領域で生成される局所的なバッテリー電流の実質的に全てが１つの関連するコンタクトパッドを流れるように）、バッテリーの電極（すなわち、陽極または陰極）の一方に取り付けられる間隔を置いたコンタクトパッドを用いる。このように間隔を置いたコンタクトパッドを設けることによって、本発明は各バッテリー領域の局所的な電流を個別に制御することを容易にする。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、ＡＣＥシステムは、コンタクトパッドと集電プレート（基板）との間の電流を個別に制御する、トランジスタおよび関連する制御回路のアレイを含む。各トランジスタは、関連するコンタクトパッドに接続される第１の（例えば、ドレインまたはエミッタ）端子と、集電基板に接続される第２の（例えば、ソースまたはコレクタ）端子と、制御回路から送信される関連する制御電圧を受け取る制御（例えば、ゲートまたはベース）端子とを、有する。各トランジスタに印加される制御電圧を調整する（すなわち、増加または減少させる）ことによって、ＡＣＥシステムは、各コンタクトパッドから集電基板へ流れる局所的な電流部分を制御する。各コンタクトパッドを通る電流が１つの個別バッテリー領域だけに由来するので、この配置はバッテリー動作の局所的な制御を容易にする。具体的には、特定の個別バッテリー領域で生成される局所的なバッテリー電流量は、関連するコンタクトパッドを経由してその特定の個別バッテリー領域に結合されるトランジスタの動作状態を制御することによって、増加するか、減少するか、またはオフにされる。本発明は、このように、バッテリー動作を最適化し、かつ、局所的に故障したバッテリー領域をオフにできることによって、１つのバッテリー領域における局所的故障が破局的な全体のバッテリー故障を発生させることを防止する、自立的なバッテリー管理を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様によれば、ＡＣＥシステムは、個別バッテリー領域の各々における１つまたは複数の局所的なバッテリー動作パラメータを測定するためにセンサーのアレイを利用する。そして、制御回路は、センサーデータを処理し、測定された動作パラメータに基づいて、バッテリー動作が最適化されるようにトランジスタを制御する。一実施形態では、個別バッテリー領域の各々の局所的な動作パラメータ（例えば、特定の個別バッテリー領域を流れる電流量、および特定の個別バッテリー領域の温度）を測定するために、および、これらの測定された局所的な動作パラメータに基づいて決定される値を有する関連するセンサー信号を生成するために、電流センサーおよび温度センサーが用いられる。「スタンドアロン」制御回路の実施形態では、各制御回路が１つの関連する個別バッテリー領域に対してのみ生成されるセンサー信号を受信し、センサー信号を記憶された目標値と比較し、関連する電流制御トランジスタを制御する関連するトランジスタ制御電圧を生成するように、複数の「ローカル」制御回路が用いられる。この「スタンドアロン」制御論理方式の利点は、付加的な相互接続配線または電子回路を用いずに、多くのサイズのバッテリーに用いることができる、費用効果的な拡張性のあるバッテリー制御システムを、この方法が促進するということである。「中央制御」の実施形態では、中央コントローラが全てのセンサーからのデータを受信し処理して、各電流制御トランジスタに対して関連するトランジスタ制御電圧を送信する。「中央コントローラ」の実施形態は拡張性を制限する付加的なオーバーヘッド（例えばバスライン）を必要とするにもかかわらず、この方法は、例えば、最適バッテリー出力を維持するために、故障したかまたは問題のあるバッテリー領域の電流生成を減少させると共に、正常なバッテリー領域の電流生成を増加させるような、スタンドアロン方法を用いて達成することができない、協調バッテリー制御戦略を容易にする。
【０００７】
本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を考慮すれば、より良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す簡略図である。
【図２Ａ】図２（Ａ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図２Ｂ】図２（Ｂ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図３Ａ】図３（Ａ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図３Ｂ】図３（Ｂ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図４Ａ】図４（Ａ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図４Ｂ】図４（Ｂ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図５Ａ】図５（Ａ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図５Ｂ】図５（Ｂ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す部分図である。
【図６Ａ】図６（Ａ）は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す分解斜視図である。
【図６Ｂ】図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡＣＥシステムの一部分を示す拡大した部分分解斜視図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態によるＡＣＥシステムを示す簡略ブロック図である。
【図８】図８は、第１の動作期間中における図７のＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す斜視図である。
【図９】図９は、第２の動作期間中における図７のＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第３の動作期間中における図７のＡＣＥシステムを含むバッテリーアセンブリを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明はバッテリー制御システムの改良に関する。以下の説明は、当業者が本発明を特定の用途およびその要件の場面において提供するように製作し使用することを可能にするために提示される。本明細書で用いられる「上部の」および「上に」などの方向を表す用語は、説明のための相対的位置を提供することが目的であって、絶対的な基準系を示すことが目的ではない。本明細書で用いられる「結合される」および「接続される」という用語は、以下のように定義される。「接続される」という用語は、例えば、通常の集積回路製作技術に基づいて形成された金属線を介する２つの回路素子間の直接的な接続を記述するために用いる。対照的に、「結合される」という用語は、２つの回路素子間の直接的な接続または間接的な接続を記述するために用いる。例えば、２つの結合された素子は、金属線を介して直接的に接続されてもよいし、あるいは、介在する回路素子（例えば、キャパシタ、抵抗器、インダクタ、あるいはトランジスタのソース／ドレイン端子）を介して、またはインダクタンスによって間接的に接続されてもよい。好ましい実施形態に対する様々な修正は、当業者にとって明らかであろう。また、本明細書において定義される一般的原理は、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は図示され記載された特定の実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新しい特徴と矛盾しない最も広い範囲が与えられるものである。
【００１０】
図１は、本発明の一般化した実施形態による、外部負荷（図示せず）に負荷電流ＣＬＯＡＤを供給するためのバッテリーアセンブリ１００を示す。バッテリーアセンブリ１００は、バッテリー１０１および適応可能な集電電気化学（ＡＣＥ）システム１１０を一般的に含む。
【００１１】
図１の上部に示すように、バッテリー１０１は、陽極１０２と陰極１０３との間に局所的な電流Ｃ１１〜Ｃ３２を生成するように機能する、陽極１０２、陰極１０３、電解質領域１０５、および上部集電プレート１０６を含むように、一般化した形式で（正確な縮尺ではなく）示す。ここで、局所的な電流の各々は、バッテリー１０１の関連する領域の陽極１０２と陰極１０３との間に生成される。バッテリー１０１は、特定のバッテリータイプに限定されないが、好ましくは再充電可能なものである（例えば、リチウムイオンおよび下位のタイプ、例えば、Ｌｉ−ＮＭＣ、Ｌｉ−ＮＣＡ、Ｌｉ−ＦｅＰＯ４、ニッケル水素、または臭化亜鉛）。さらに、バッテリー１０１は、比較的大きい電極接触面積構成を有することによって特徴づけられる（すなわち、陽極１０２および陰極１０３の幅Ｗはバッテリー１０１の厚さＴより実質的に大きく、陽極１０２および陰極１０３は電極接触領域の全体にわたって連続的な（物理的に分離しない）構造を含む）。後述するように、大きい接触面積構成は、破線の卵形により一般的に示す個別バッテリー領域１０１−１、１０１−２および１０１−３の制御を容易にする。動作中には、既知のバッテリー技術に従って、電流（２本の破線の矢印によって示す）が生成され、または陽極１０２と陰極１０３との間に流れる。説明のために、各バッテリー領域１０１−１〜１０１−３の局所的な電流は、関連する破線の卵形を通る２本の破線の矢印によって識別される（例えば、局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２は関連するバッテリー領域１０１−１で生成され、局所的な電流Ｃ２１およびＣ２２は関連するバッテリー領域１０１−２で生成され、局所的な電流Ｃ３１およびＣ３２は関連するバッテリー領域１０１−３で生成される）。各バッテリー領域の２本の破線の矢印を用いた局所的な電流の描写は、単に電流が各バッテリー領域の実質的に全ての部分で生成されることを示すだけの目的である。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、ＡＣＥシステム１１０は、関連するバッテリー領域１０１−１〜１０１−３に各コンタクトパッド１１５−１〜１１５−３を結合させるようにバッテリー１０１の電極に取り付けられた、間隔を置いたコンタクトパッド（集電器）１１５−１、１１５−２および１１５−３を含む。図１に示す実施形態では、コンタクトパッド１１５−１〜１１５−３は、陰極１０３に配置され（すなわち、動作可能に接続され）、間隔を置いた構成で配置される伝導性の（例えば、アルミニウムまたは他の金属）構造であり、そのようにして、バッテリー領域１０１−１〜１０１−３で生成された関連する局所的な電流がそれぞれコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３を流れる。具体的には、コンタクトパッド１１５−１は、個別バッテリー領域１０１−１の下の陰極１０３の一部分に配置され、局所的な電流部分Ｃ１１およびＣ１２がコンタクトパッド１１５−１によって受け取られる（すなわち、それを流れる）。同様に、コンタクトパッド１１５−２は個別バッテリー領域１０１−２の下に配置され、コンタクトパッド１１５−２が局所的な電流部分Ｃ２１およびＣ２２を受け取り、コンタクトパッド１１５−３は個別バッテリー領域１０１−３の下に配置され、コンタクトパッド１１５−３が局所的な電流部分Ｃ３１およびＣ３２を受け取る。バッテリー１０１は、陰極１０３が典型的には集電器パッドより伝導性の小さい材料を含み、間隔を置いたコンタクトパッド間（例えば、コンタクトパッド１１５−１と１１５−２との間、およびコンタクトパッド１１５−２と１１５−３との間）の電流の流れに抵抗するかまたはそれを防止するように構成されることに留意されたい。したがって、各バッテリー領域１０１−１〜１０１−３において生成される局所的なバッテリー電流は、それぞれ実質的に完全に１つの関連するコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３だけを流れる。本明細書では、「実質的に完全に」とは、バッテリー領域の周辺の境界領域で生成された電流部分は２つの隣接するコンタクトパッドのいずれかに流れることができるが、各バッテリー領域の内部領域で生成された全ての電流部分は１つのコンタクトパッドだけに流れるということを意味する。コンタクトパッド１１５−１〜１１５−３が陰極１０３に接続されるように（すなわち、電流がバッテリー１０１からコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３を通って負荷へ流れるように）示しているが、コンタクトパッド１１５−１〜１１５−３が陽極１０２に接続されるように（すなわち、電流が負荷からコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３を通りバッテリー１０１へ流れるように）、ＡＣＥシステム１１０をバッテリー１０１に取り付けることも可能であることに留意されたい。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、ＡＣＥシステム１１０は、集電プレート（基板）１２０とコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３との間にそれぞれ動作可能に接続されるＭＯＳＦＥＴトランジスタ１３１−１〜１３１−３のアレイを含む。具体的には、トランジスタ１３１−１は、関連するコンタクトパッド１１５−１に接続されるドレイン（第１の）端子１３１−１１、集電プレート１２０に接続されるソース（第２の）端子１３１−１２、および関連する制御電圧ＶＣ１を受け取るゲート（制御）端子１３１−１３を有する。この配置では、制御電圧ＶＣ１によってトランジスタ１３１−１がオンになると（例えば、制御電圧ＶＣ１がトランジスタ１３１−１のしきい値電圧を越えると）、局所的な電流Ｃ１（トランジスタ１３１−１を通る破線の矢印で示す）がコンタクトパッド１１５−１から集電プレート１２０に流れ、電流Ｃ１は制御電圧ＶＣ１の電圧レベルによって決定される（すなわち、それに比例する）電流量を有する。同様に、トランジスタ１３１−２は、コンタクトパッド１１５−２に接続されるドレイン端子１３１−２１、集電基板１２０に接続されるソース端子１３１−２２、および制御電圧ＶＣ２を受け取るゲート端子１３１−２３を有し、トランジスタ１３１−３は、コンタクトパッド１１５−３に接続されるドレイン端子１３１−３１、集電基板１２０に接続されるソース端子１３１−３２、および制御電圧ＶＣ３を受け取るゲート端子１３１−３３を有する。制御電圧ＶＣ１およびＶＣ２は、コンタクトパッド１１５−２および１１５−３から集電プレート１２０へ局所的な電流Ｃ２およびＣ３を生成するために、トランジスタ１３１−２および１３１−３をそれぞれ制御する。集電プレート１２０は、局所的な電流Ｃ１〜Ｃ３の総和が負荷電流ＣＬＯＡＤを形成するようにこれらの電流の結合を容易にする金属シートまたは他の導電材料により実現される。
【００１４】
ＡＣＥシステム１１０は、トランジスタ１３１−１〜１３１−３の動作状態をそれぞれ個別に調整することによって、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３で生成される局所的なバッテリー電流の個別制御を容易にする。すなわち、コンタクトパッド１１５−１を流れる電流部分Ｃ１は個別バッテリー領域１０１−１だけから得られるので、個別バッテリー領域１０１−１の局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２の局所的な制御は、制御電圧ＶＣ１を調整する（すなわち、増加または減少させる）ことによって達成され、それによってトランジスタ１３１−１の動作状態が調整される。例えば、バッテリー領域１０１−１の局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２と関係する電流量は、トランジスタ１３１−１を通る電流部分Ｃ１が減少することで実効的に減少し、それは減少する制御電圧ＶＣ１によって達成される。逆に、バッテリー領域１０１−１の局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２の量は、制御電圧ＶＣ１を増加させることによって実効的に増加する。同様にして、個別バッテリー領域１０１−２および１０１−３の局所的な制御は、制御電圧ＶＣ２およびＶＣ３により達成される。
【００１５】
本発明の第３の態様によれば、ＡＣＥシステム１１０は、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３の局所的なバッテリー動作パラメータを測定するために、１つまたは複数の部品（例えば、電流センサー１３５−１〜１３５−３、および／または温度センサー１３７−１〜１３７−３）を用い、また、測定された動作パラメータに基づいてトランジスタ１３１−１〜１３１−３の動作状態を制御するために（すなわち、測定された動作パラメータと関係するデータを処理し、処理されたデータに基づいて制御電圧ＶＣ１、ＶＣ２およびＶＣ３を生成するために）、制御回路１５０を用いる。電流および温度センサーの他に、他の部品（例えば、電圧計または化学センサー）を、局所的なバッテリー動作パラメータを測定するために用いることができる。
【００１６】
電流センサー１３５−１〜１３５−３は、既知の電流測定技術を用いて、トランジスタ１３１−１〜１３１−３を流れる電流部分Ｃ１〜Ｃ３を測定することによって、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３で生成される電流量を測定し、測定された電流部分により決定される（それに比例する）（データ）値を有する関連する電流センサー信号ＣＳＣ１〜ＣＳＣ３を生成する。具体的には、電流センサー１３５−１は、トランジスタ１３１−１のドレイン端子１３１−１１とソース端子１３１−１２との間を流れる電流部分Ｃ１を測定し、それは個別バッテリー領域１０１−１で生成される局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２の量を示し、そして、電流センサー１３５−１は、測定された電流部分Ｃ１に対応するアナログまたはデジタルデータ値を有する関連する電流センサー信号ＣＳＣ１を生成する。同様に、電流センサー１３５−２および１３５−３は、それぞれトランジスタ１３１−２および１３１−３を流れる電流部分Ｃ２およびＣ３を測定し、関連する電流センサー信号ＣＳＣ２およびＣＳＣ３を生成する。送信された電流センサー信号ＣＳＣ２およびＣＳＣ３は、電流センサー１３５−１〜１３５−３に含まれる回路および電流データを処理するために用いられる回路に応じて、アナログまたはデジタルのいずれかのデータ値を含む。
【００１７】
温度センサー１３７−１〜１３７−３は、コンタクトパッド１１５−１〜１１５−３にそれぞれ配置され、既知の温度測定技術を用いて、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３の局所的な動作温度Ｔ１〜Ｔ３を測定する。また、温度センサー１３７−１〜１３７−３は、測定された局所的な温度Ｔ１〜Ｔ３により決定される（例えば、それに比例する）（データ）値をそれぞれ有する、関連する温度センサー信号ＣＳＴ１〜ＣＳＴ３を生成するように構成される。具体的には、温度センサー１３７−１は、個別バッテリー領域１０１−１で生成される局所的な温度Ｔ１を測定するために、コンタクトパッド１１５−１に装着され、測定された局所的な温度Ｔ１に対応するアナログまたはデジタルデータ値を有する、関連する温度センサー信号ＣＳＴ１を生成する。同様に、温度センサー１３７−２および１３７−３は、個別バッテリー領域１０１−２および１０１−３でそれぞれ生成される局所的な温度Ｔ２およびＴ３を測定し、関連する温度センサー信号ＣＳＴ２およびＣＳＴ３を生成する。
【００１８】
制御回路１５０は、電流センサー信号ＣＳＣ１〜ＣＳＣ３、温度センサー信号ＣＳＴ１〜ＣＳＴ３、または電流および温度信号の組み合わせを受信し処理するように、ならびに、受信したセンサー信号の少なくとも１つにより決定される（例えば、それに比例する）電圧レベルを有する制御電圧ＶＣ１、ＶＣ２、およびＶＣ３を生成するように、既知の技術を用いて動作可能に構成され作製される。例えば、制御回路１５０は、電圧レベルがセンサー信号ＣＳＣ１またはＣＳＴ１に比例するように、あるいはセンサー信号ＣＳＣ１またはＣＳＴ１の組み合わせにより決定される計算値に比例するように、あるいは２つ以上の電流センサー信号ＣＳＣ１〜ＣＳＣ３および２つ以上の温度センサー信号ＣＳＴ１〜ＣＳＴ３により決定される計算値に比例するように、制御電圧ＶＣ１を生成する。上述したように、制御回路１５０は、トランジスタ１３１−１〜１３１−３の制御端子に制御電圧ＶＣ１、ＶＣ２およびＶＣ３をそれぞれ印加（送信）して、関連するコンタクトパッド１１５−１〜１１５−３から集電基板１２０に流れる局所的な電流部分Ｃ１〜Ｃ３が、印加された制御電圧ＶＣ１、ＶＣ２およびＶＣ３により決定される（例えば、それに比例する）ようにする。
【００１９】
本発明の代替的な特定の実施形態によれば、制御回路１５０は、「スタンドアロン」制御論理方式、「中央コントローラ」制御論理方式、またはこれらの２つの制御論理方式の組み合わせを実現するように動作可能に構成される。
【００２０】
「スタンドアロン」制御論理方法では、制御回路１５０は、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３に隣接してそれぞれ配置される「ローカル」制御回路１３３−１〜１３３−３を含み、各制御回路１３３−１〜１３３−３は、１つの関連する個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３だけについて生成される動作パラメータデータを受信し処理する。例えば、制御回路１３３−１は、電流センサー１３５−１に接続され、電流センサー信号ＣＳＣ１を記憶された目標電流値と比較するように、およびセンサー信号ＣＳＣ１と記憶された値との差に基づいて制御電圧ＶＣ１を調整（生成）するように構成される。あるいは、制御回路１３３−１は、温度センサー１３７−１から温度センサー信号ＣＳＴ１を受信するように接続され、温度センサー信号ＣＳＴ１と記憶された目標温度との比較に基づいて制御電圧ＶＣ１を調整するように構成される。さらに別の実施形態では、制御回路１３３−１は、電流センサー信号ＣＳＣ１および温度センサー信号ＣＳＴ１の両方を受信し処理するように接続される。同時に、制御回路１３３−２は、電流センサー１３５−２から電流センサー信号ＣＳＣ２を、および／または温度センサー１３７−２から温度センサー信号ＣＳＴ２を受信し処理して、トランジスタ１３１−２を制御するトランジスタ制御電圧ＶＣ２を生成する。また、制御回路１３３−３は、電流センサー１３５−３から電流センサー信号ＣＳＣ３を、および／または温度センサー１３７−３から温度センサー信号ＣＳＴ３を受信し処理して、トランジスタ１３１−３を制御するトランジスタ制御電圧ＶＣ３を生成する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図４（Ａ）、および図４（Ｂ）を参照して記載される実施例についてさらに後述するように、各個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３は他の全てのバッテリー領域から独立に制御され、制御電圧ＶＣ１〜ＶＣ３は局所的なバッテリー動作パラメータのみに基づいて生成される。この「スタンドアロン」配置の利点は、付加的な相互接続配線または電子回路を用いずに、多くのサイズのバッテリーに用いることができる、費用効果的な拡張性のあるバッテリー制御システムを、この方法が促進するということである。
【００２１】
「中央制御」制御論理方法では、制御回路１５０は、１つまたは複数のバスライン１４０を経由して、センサー１３５−１〜１３５−３および１３７−１〜１３７−３の全てにより生成されたセンサー信号を受信し、センサー信号によって提供された関係するデータを処理して、関係するトランジスタ制御電圧ＶＣ１〜ＶＣ３をトランジスタ１３１−１〜１３３−３に送信する中央コントローラ１５５を含む。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図５（Ａ）、および図５（Ｂ）を参照して記載される実施例についてさらに後述するように、個別バッテリー領域１０１−１〜１０１−３は、全てのバッテリー領域から集められた局所的なバッテリー動作パラメータに基づいて、集合的に制御される。この「中央コントローラ」制御論理方法は、製造コストを上昇させるバスライン１４０の形で付加的なオーバーヘッドを必要とし、拡張性を制限する可能性がある（例えば、異なるバッテリーサイズには別々に製造されたＡＣＥシステムが必要となり得る）にもかかわらず、この方法は「スタンドアロン」方法を用いて達成することができない（後述する）協調バッテリー制御方式を容易にする。
【００２２】
他の実施形態では、「スタンドアロン」および「中央制御」制御論理方式の１つまたは複数の特徴が組み合わされる制御論理方式が実現される。例えば、図７を参照して後述するように、中央コントローラは、修正された「ローカル」制御回路に送信される協調制御電圧信号を処理し生成するために用いられ、修正された「ローカル」制御回路は、協調制御電圧信号に応答してトランジスタ制御電圧を生成する。当業者が認識するように、本発明の趣旨および範囲に含まれる他の制御論理方式を用いることもできる。
【００２３】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、第１の例示的実施形態による、バッテリー１０１（上述した）のバッテリー領域１０１−１および関連するＡＣＥシステム部分１１０Ａ−１を含む部分的なバッテリーアセンブリ１００Ａを示す断面図である。具体的には、ＡＣＥシステム部分１１０Ａ−１は、上述したようにバッテリー領域１０１−１に結合されるコンタクトパッド１１５Ａ−１と、コンタクトパッド１１５Ａ−１と集電基板１２０Ａの対応する部分との間に接続されるトランジスタ１３１Ａ−１と、トランジスタ１３１Ａ−１と集電基板１２０Ａとの間を流れる電流部分（動作パラメータ）Ｃ１を測定するための、および対応する電流センサー信号ＣＳＣ１を生成するための電流センサー１３５Ａ−１と、電流センサー信号ＣＳＣ１を受信し処理して、トランジスタ１３１Ａ−１の制御端子に印加される対応する制御電圧ＶＣ１を生成するローカル制御回路１３３Ａ−１を含む「スタンドアロン」制御回路１５０Ａと、を含む。また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、２つの異なる動作期間における部分的なバッテリーアセンブリ１００Ａで生成される電流および信号を示す。図２（Ａ）は第１の時刻ｔ１におけるバッテリーアセンブリ１００Ａを示し（図では「１００Ａ（ｔ１）」で示す）、図２（Ｂ）は第２の時刻ｔ２におけるバッテリーアセンブリ１００Ａを示す。ここで、時刻ｔ２は時刻ｔ１の後に生じる。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ローカル制御回路１３３Ａ−１は、トランジスタ１３１Ａ−１に電流部分Ｃ１（ｔ１）を生成させる電圧レベルを有する制御電圧ＶＣ１（ｔ１）を生成する。同時に、電流センサー１３５Ａ−１は、電流部分Ｃ１（ｔ１）（時刻ｔ１におけるバッテリー領域１０１−１の局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２の和に等しい）を測定して、対応するセンサー信号ＣＳＣ１（ｔ１）をローカル制御回路１３３Ａ−１に送信する。「スタンドアロン」制御論理方式を用いて、ローカル制御回路１３３Ａ−１は、バッテリー領域１０１−１が予め設定された目標電流の範囲内であるかどうかを決定し、この比較に基づいて制御電圧ＶＣ１を調整する（すなわち、増加または減少させる）ために、センサー信号ＣＳＣ１（ｔ１）を１つまたは複数の記憶された目標電流値ＣＴと比較する。説明のために、電流部分Ｃ１（ｔ１）は目標電流範囲より低いものとし、図２（Ａ）では「Ｃ１（ｔ１）＜ＣＴ」として示しているが、それは局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２が低すぎることを示す。このように、ローカル制御回路１３３Ａ−１は、トランジスタ１３１Ａ−１を流れる電流を増加させるために、制御電圧ＶＣ１を増加させることによって反応し、次にそれは局所的な電流Ｃ１およびＣ２を増加させる。
【００２５】
図２（Ｂ）は、時刻ｔ１の後の時刻ｔ２におけるバッテリーアセンブリ１００Ａを示し、ローカル制御回路１３３Ａ−１は、制御電圧ＶＣ１（ｔ１）より所定量だけ高い電圧レベルを有する調整された制御電圧ＶＣ１（ｔ２）を生成し、それによって、トランジスタ１３１Ａ−１に電流部分Ｃ１（ｔ１）より高い電流部分Ｃ１（ｔ２）を生成させる。電流センサー１３５Ａ−１は、電流部分Ｃ１（ｔ２）（時刻ｔ２におけるバッテリー領域１０１−１の局所的な電流Ｃ１１およびＣ１２の和に等しい）を測定して、対応するセンサー信号ＣＳＣ１（ｔ２）をローカル制御回路１３３Ａ−１に送信し、それによって、図２（Ａ）について上述した処理を繰り返すことにより、（必要に応じて）さらなる調整が行われる。
【００２６】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、「中央コントローラ」制御論理方式を用いる第２の例示的実施形態による、バッテリー１０１のバッテリー領域１０１−１および関連するＡＣＥシステム部分１１０Ｂ−１を含む部分的なバッテリーアセンブリ１００Ｂを示す断面図である。上述した実施形態と同様に、ＡＣＥシステム部分１１０Ｂ−１は、コンタクトパッド１１５Ｂ−１と集電基板１２０Ｂとの間に接続されるトランジスタ１３１Ｂ−１および電流部分Ｃ１を測定するための電流センサー１３５Ｂ−１を含む。ＡＣＥシステム部分１１０Ｂ−１は、制御回路１５０Ｂが中央制御（ＣＣ）回路１５５Ｂを含むという点で上述した実施形態と異なり、中央制御（ＣＣ）回路１５５Ｂは、複数の電流センサーからバスライン（または専用の信号線）１４０を経由して電流センサー信号（電流センサー１３５Ｂ−１から受信される電流センサー信号ＣＳＣ１を含む）を受信し、関連するトランジスタの制御端子に印加される対応する制御電圧を生成する（例えば、制御電圧ＶＣ１はトランジスタ１３１Ｂ−１のゲート端子に送信される）。図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ３において、ローカル制御回路１３３Ａ−１は、バッテリー領域１０１−１からトランジスタ１３１Ａ−１を流れる電流部分Ｃ１（ｔ３）を生成する制御電圧ＶＣ１（ｔ３）を生成し、電流部分Ｃ１（ｔ３）は電流センサー１３５Ａ−１により測定され、電流センサー１３５Ａ−１は対応するセンサー信号ＣＳＣ１（ｔ３）を、バスライン１４０を経由して中央コントローラ１５５Ｂに送る。中央コントローラ１５５Ｂは、センサー信号ＣＳＣ１（ｔ３）および他の電流センサーからのセンサー信号を受信して、記憶された論理に基づいてセンサー信号を処理する（例えば、受信した第１のセンサー信号ＣＳＣ１（ｔ３）に基づいて制御電圧ＶＣ１を調整する）。説明のために、電流部分Ｃ１（ｔ３）は目標電流範囲より高いものとし、図３（Ａ）では「Ｃ１（ｔ３）＞ＣＴ」として示しているが、それはバッテリー領域１０１−１の局所的な電流が高すぎることを示す。このように、中央コントローラ１５５Ｂは、トランジスタ１３１Ｂ−１を流れる電流を減少させるために、トランジスタ１３１Ｂ−１に対する制御電圧を減少させることによって反応し、次にそれは局所的な電流Ｃ１およびＣ２を増加させる。図３（Ｂ）は、時刻ｔ４におけるバッテリーアセンブリ１００Ａを示し、ローカル制御回路１３３Ｂ−１は、制御電圧ＶＣ１（ｔ３）より所定量だけ低い電圧レベルを有する調整された制御電圧ＶＣ１（ｔ４）を生成し、それによって、トランジスタ１３１Ｂ−１に電流部分Ｃ１（ｔ３）より低い電流部分Ｃ１（ｔ４）を生成させる。
【００２７】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、軽微な局所的故障によって温度過上昇条件が生じ、適応可能な集電器が局所的な温度を低下させるように電流を調整する例を示す。この実施形態では、ＡＣＥシステム１００Ｃ−１は、コンタクトパッド１１５Ｃ−１と基板１２０Ｃとの間に接続されるトランジスタ１３１Ｃ−１と、バッテリー領域１０１−１のバッテリー１０１の局所的な動作温度（動作パラメータ）Ｔ１を測定するための、および対応する温度センサー信号ＣＳＴ１を生成するための温度センサー１３７Ｃ−１と、温度センサー信号ＣＳＴ１を受信し処理して、トランジスタ１３１Ｃ−１の制御端子に印加される対応する制御電圧ＶＣ１を生成するローカル制御回路１３３Ｃ−１を含む「スタンドアロン」制御回路１５０Ｃと、を含む。図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ５において、ローカル制御回路１３３Ｃ−１は電流部分Ｃ１（ｔ５）を生じる制御電圧ＶＣ１（ｔ５）を生成し、温度センサー１３７Ｃ−１は温度Ｔ１０１−１（ｔ５）を測定して、対応するセンサー信号ＣＳＴ１（ｔ５）をローカル制御回路１３３Ｃ−１に送信し、ローカル制御回路１３３Ｃ−１はセンサー信号ＣＳＴ１（ｔ５）を１つまたは複数の記憶された目標温度（例えば、最大最適動作温度ＴＭＡＸ）と比較して、この比較に基づいて制御電圧ＶＣ１を調整する（すなわち、増加または減少させる）。説明のために、温度Ｔ１０１−１（ｔ５）は、ターゲット温度ＴＭＡＸより高いものとする。図４（Ｂ）は、時刻ｔ５の後の時刻ｔ６におけるバッテリーアセンブリ１００Ｃを示し、ローカル制御回路１３３Ｃ−１は、制御電圧ＶＣ１（ｔ５）より所定量だけ低い電圧レベルを有する調整された制御電圧ＶＣ１（ｔ６）を生成し、それによって、トランジスタ１３１Ｃ−１に電流部分Ｃ１（ｔ５）より低い電流部分Ｃ１（ｔ６）を生成させ、それによって、時刻ｔ６の後における局所的な温度は時刻ｔ５で測定された温度から低減される。
【００２８】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、セル全体に波及して安全上のリスクを示す重大な悪条件（例えば火事）または重大な故障によって、温度過上昇条件が生じる別の例を示し、適応可能な集電器はバッテリーを停止させるために全ての制御領域にわたって反応する。ＡＣＥシステム部分１１０Ｄ−１は、コンタクトパッド１１５Ｄ−１と集電基板１２０Ｄとの間に接続されるトランジスタ１３１Ｄ−１と、バッテリー１０１の領域１０１−１の局所的な温度Ｔ１０１−１を測定するために配置される温度センサー１３７Ｄ−１と、を含み、制御回路１５０Ｄは、複数のセンサーからバスライン１４０を経由してセンサー信号（温度センサー１３７Ｄ−１からのセンサー信号ＣＳＴ１を含む）を受信し、関連するトランジスタにバスライン１４０を通じて送信される（例えば、信号ＶＣ１はトランジスタ１３１Ｄ−１に送信される）対応する制御電圧を生成する中央制御（ＣＣ）回路１５５Ｄを含む。図５（Ａ）に示すように、時刻ｔ７において、バッテリー領域１０１−１を流れる電流部分Ｃ１（ｔ７）を生じるために制御電圧ＶＣ１（ｔ７）がトランジスタ１３１Ｄ−１に印加され、温度センサー１３７Ｄ−１は温度Ｔ１０１−１（ｔ７）を検出して、対応するセンサー信号ＣＳＴ１（ｔ７）を、バスライン１４０を経由して中央コントローラ１５５Ｂに送信する。図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ８において、中央コントローラ１５５Ｂは、温度Ｔ１０１−１（ｔ７）が目標温度ＴＭＡＸより非常に高いことをセンサー信号ＣＳＴ１（ｔ７）から決定し、制御電圧ＶＣ１（ｔ８）を非活性化する（すなわち、ＶＣ１（ｔ８）＝０Ｖ）ことによって反応し、それによってバッテリー領域１０１−１を流れる電流Ｃ１２を停止させる。
【００２９】
図２（Ａ）／図２（Ｂ）および図４（Ａ）／図４（Ｂ）の例について上述したように、「スタンドアロン」制御回路を用いる適応可能な集電器の構成は、原因にかかわらず局所的な電流が設計しきい値（目標値）より低いかまたはそれを超える場合に、各バッテリー領域の局所的な制御を可能にする。バッテリー１０１が不足電流を生じることによって出力を減少させる局所的な欠陥を有する場合には、１つまたは複数のローカル制御回路は、それらの関連する制御電圧を上げるように自動的に適応させ（調整し）（例えば、図２（Ａ）および図２（Ｂ）について上述したように、制御回路１３３Ａ−１は制御電圧ＶＣ１を上げるように調整する）、それによって、電流生成を促進させるために、欠陥のあるバッテリー領域のトランジスタ抵抗を減少させる（すなわち、トランジスタコンダクタンスを増加させる）。逆に、バッテリー１０１が過電流条件を生じる局所的な欠陥を有する場合には、図４（Ａ）および図４（Ｂ）について述べたように、適応可能な集電器の構成は、電流を制御帯域内に維持するために導電性を自動的に低下させる（抵抗を増加させる）。さらに、１つまたは複数の測定された電流部分が切迫した突発故障（例えば、急激に増加する電流または温度）を示す場合には、図５（Ｂ）について述べたことと同様に、ローカル制御回路は、バッテリー１０１内部の電流生成を停止させるために、トランジスタをオフにすることによって自動的に適応し、それによって、バッテリー１０１からのエネルギーの放出は、動作中のバッテリー材料を物理的に分離することによって、設計限界を超えることができず、全ての下流のリスクを直接に低減させる。一実施形態では、制御回路１５０Ａによって実行される閉ループ適応可能制御動作は、充電および放電の両方の期間で実施される。
【００３０】
図３（Ａ）／図３（Ｂ）および図５（Ａ）／図５（Ｂ）に示した例で述べたように、「中央コントローラ」制御回路を用いる適応可能な集電器配置は、全てのバッテリー領域の協調制御を可能にし、原因にかかわらず設計しきい値（目標値）より低いかまたはそれを超える電流／温度条件に対して適応するように局所的な電流を調整することを容易にする。全てのバッテリー領域のそれぞれの電流部分の寄与がそれらの設計性能帯域内に維持されるように、全てのバッテリー領域の性能を適応させ、安全上のリスクおよびセル間の不均衡から保護することによって、本発明のＡＣＥシステムは、大部分のオーバヘッドシステムを不要にする自立的なバッテリーアセンブリの生産を容易にする。
【００３１】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、ＡＣＥシステム１１０Ｅが薄膜電子回路を用いて構築される実際的な実施形態によるバッテリーアセンブリ１００Ｅを示す分解斜視図である。バッテリー１０１は、陽極１０２、陰極１０３、電解質領域１０５、および陽極集電プレート１０６を含む。ＡＣＥシステム１１０Ｅは、可撓性薄膜（例えばプラスチック）基板１１１Ｅに配置される「スタンドアロン」制御／センサーユニット１６０Ｅのアレイと、基板１１１Ｅの上に配置される間隔を置いたコンタクトパッド１１５Ｅのアレイと、基板１１１Ｅの下に配置される集電プレート１２０Ｅと、を含む。各制御／センサーユニット１６０Ｅは導電性トレースによって関連する薄膜トランジスタに接続され、薄膜トランジスタは関連するコンタクトパッド１１５Ｅと集電プレート１２０Ｅとの間に接続される。例えば、図６（Ｂ）に示すように、制御／センサーユニット１６０Ｅ−１８は、導電性トレースによって関連するバイポーラ型薄膜トランジスタ１３１Ｅ−１８と接続され、バイポーラ型薄膜トランジスタ１３１Ｅ−１８は、第１の金属ビア構造によりコンタクトパッド１１５Ｅ−１８に接続されるエミッタ端子と、絶縁層１１２Ｅを貫通して延びる第２の金属ビア構造により集電基板１２０Ｅに接続されるコレクタ端子と、制御／センサーユニット１６０Ｅ−１８から制御電圧を受け取るために接続される制御（ベース）端子と、を有する。制御／センサーユニット１６０Ｅ−１８は、トランジスタ１３１Ｅ−１８を流れる電流を測定するための回路、および上述したものと同様の「スタンドアロン」制御論理方式を用いてトランジスタ１３１Ｅ−１８のベース端子に印加される制御電圧を生成するための処理回路の両方を含む集積化された回路であり、それによって、制御／センサーユニット１６０Ｅ−１８は、コンタクトパッド１１５Ｅ−１８から集電基板１２０Ｅへ流れる局所的な電流部分を制御する。再び図６（Ａ）に示すように、このようにして、制御／センサーユニット１６０Ｅ−１８は、バッテリー１０１の個別バッテリー領域１０１−１８を制御し、残りの制御／センサーユニット１６０Ｅは、バッテリー１０１の個別バッテリー領域１０１−１１〜１０１−９８を個別に制御する。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す薄膜製造方法を用いて、ＡＣＥシステム１１０Ｅは、通常のアルミニウム箔と近似的に同じ厚さに作られ、陰極コーティングを従来の製造プロセスに組み込むための基板として役立つ。
【００３２】
図７は、別の例示的実施形態によるＡＣＥシステム１１０Ｆを示す簡略ブロック図である。前述の実施形態と同様に、ＡＣＥシステム１１０Ｆは、可撓性の薄膜（例えばプラスチック）基板１１１Ｆ上に作製され、制御／センサー（ＣＮＴ／ＳＥＮ）ユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎのアレイと、上述した技術を用いて対応するコンタクトパッド１１５Ｆ−１１〜１１５Ｆ−ｍｎに接続される関連する薄膜トランジスタと、を含む。ＡＣＥシステム１１０Ｆは、バスライン１４０Ｆ−１〜１４０Ｆ−ｎを経由して制御／センサーユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎと通信するように構成される中央コントローラ１５５Ｆを含むという点で、前述の実施形態と異なる。中央コントローラ１５５Ｆは、各制御／センサーユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎが「スタンドアロン」論理方式を用いてバッテリー（図示せず）の関連する領域を制御し、また、バスライン１４０Ｆ−１〜１４０Ｆ−ｎを経由して、中央コントローラ１５５Ｆに警報信号（例えば、センサーまたは他の信号）を送信するという点で、上述した「スタンドアロン」および「中央コントローラ」論理方式の特徴を組み合わせる制御論理を実現する。この構成によって、中央コントローラ１５５Ｆが動作仕様を更新して、各制御／センサーユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎに送信することが可能になる。すなわち、各制御／センサーユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎは、中央コントローラ１５５Ｆから送信される記憶された目標仕様値（例えば目標電流値）に基づいて、その関連するトランジスタのコンダクタンスを設定し、必要に応じて局所的な電流を調整するために、それ自体の「ローカル」センサー測定を用いる。特定の制御／センサーユニットによって制御されるバッテリー領域が記憶された警報限界を超える（例えば、電流または温度が高すぎる）場合には、制御／センサーユニット１６０Ｆ−１１〜１６０Ｆ−ｍｎは、故障したバッテリー領域を停止し、適当な信号を中央コントローラ１５５Ｆに送信するように構成される。それから、中央コントローラ１５５Ｆは、損傷したバッテリー領域に隣接するバッテリー領域を永久に停止し、他の制御／センサーユニットに送る仕様を調整することができて、それによって、並列検出および制御冗長性およびグレースフル・デグラデーション特性を有する堅固性を提供し、損傷したバッテリー領域の活性物質の開回路分離を提供するフェールセーフとして機能することができる。
【００３３】
図８〜１０は、図６（Ａ）について上述したものと同様のバッテリー１０１を含み、図７について上述したＡＣＥシステム１１０Ｆを用いるバッテリーアセンブリ１００Ｆの動作を示す。この例では、バッテリー１０１は、上記の方法を用いてＡＣＥシステム１１０Ｆによりアクセスされる６４の個別バッテリー領域（破線で示す）を含む。図８は、個別バッテリー領域１０１−３６が故障した後のバッテリーアセンブリ１００Ｆを示し、それは関連するローカル制御／センサーユニットにより（例えば、測定された範囲外の電流または温度によって）検出される。関連する制御／センサーユニットは、故障したバッテリー領域１０１−３６の電流生成を停止し（例えば、濃い陰影で示すバッテリー領域１０１−３６を制御するトランジスタに「０Ｖ」の制御信号を印加することによって）、中央コントローラ１５５Ｆ（図７に示す）に制御信号を送信する。引き続いて、図９に示すように、中央コントローラ１５５Ｆは、起こり得る突発故障を最小にするために、故障した領域１０１−３６を取り囲む選択されたバッテリー領域（例えば、薄い陰影で示すバッテリー領域１０１−２５および１０１−２７）の電流を減少させる仕様を、隣接する制御／センサーユニットに送信する。１つの実際的な例では、これらの安全動作はこれらの周囲のバッテリー領域からの電力出力を２０％減少させることを含み、結果としてバッテリー１０１によって生成される電力を４％減少させる。図１０は、中央コントローラ１５５Ｆが補償方式を実行した後のバッテリーアセンブリ１００Ｆを示し、この方式では、周辺のバッテリー領域（例えば、図１０のＬ字形陰影領域で示すバッテリー領域１０１−１１、１０１−８８およびその間のバッテリー領域）を制御する制御／センサーユニットに、付加的な制御信号が送信され、それによってこれらのバッテリー領域の各々で電流生成が１７％増加し、それによってバッテリー１０１の総バッテリー出力電力レベルは全出力に回復する。
【００３４】
本発明のＡＣＥシステムは、必然的に限界費用を追加し、セルレベルの容積エネルギー密度を減少させるが、ＥＶバッテリーシステムのバランスへの劇的な影響は、このコストを数倍以上相殺する可能性を有する。ＡＣＥシステムが軽微な製造欠陥を補償する能力を提供するので、バッテリー材料の純度および製造制御要件の低減によって、さらにコスト面で有利となる可能性がある。進行中のＥＶバッテリーシステム解析は、本発明のシステムを用いて、重量およびコストについて約２５％の削減を達成する可能性を示す。
【００３５】
本発明は特定の具体的な実施形態について記載しているが、本発明の発明的特徴が他の実施形態にも適用できることは当業者に明らかであり、その全ては本発明の範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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