(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部分を備え、自身の化学的状態に応じて膨張及び収縮する、少なくとも１つのバッテリセル（１２）と、
前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）の前記第１の部分と接触するように構成された、第１の部分を有する基板（１６）と、
前記基板（１６）に取り付けられた、前記基板（１６）の変位を表す信号を生成する、ＬＥＤ（３０）及びフォトトランジスタ（２８）を備えるセンサ（２６）と、
前記センサ（２６）と通信可能に接続された、前記センサ（２６）から前記信号を受信し、前記信号を処理して前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）の状態の通知を生成する制御装置（１８）と、
を備えるバッテリパック（１０）。
【請求項２】
前記制御装置（１８）は、所定の周波数でパルス状エネルギーを生成するように前記ＬＥＤ（３０）を操作し、前記フォトトランジスタ（２８）は、前記ＬＥＤ（３０）から前記パルス状エネルギーを受け取る、請求項１に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項３】
前記制御装置（１８）は、前記受け取ったエネルギーを表す信号を前記フォトトランジスタ（２８）から受信し、前記信号の周波数を、前記ＬＥＤ（３０）の前記周波数と比較することにより、前記フォトトランジスタ（２８）が前記ＬＥＤ（３０）から前記パルス状エネルギーを受けていることを確認する、請求項２に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）、前記基板（１６）、前記センサ（２６）、及び前記制御装置（１８）を取り囲む不透明ケース（１４）であって、前記基板（１６）を、前記基板（１６）の前記第１の部分が前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）の前記第１の部分に接触する位置に保持する前記不透明ケース（１４）を更に備え、
前記不透明ケース（１４）が開いている場合には、前記フォトトランジスタ（２８）は、前記受け取ったエネルギーをひずませる周辺光に曝されており、前記制御装置（１８）は、前記フォトトランジスタ（２８）からの前記信号を、開いたケース（１４）を表しているものとして識別し、前記バッテリパック（１０）が開いていることを表す信号を生成する、請求項３に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項５】
前記制御装置（１８）に接続されたグラフィカルディスプレイ（２０）を更に備え、前記制御装置（１８）は、前記バッテリパック（１０）が開いていることを表す前記信号を生成すると、前記バッテリパック（１０）に不正変更が加えられたことを視覚的に示すように前記グラフィカルディスプレイ（２０）を操作する、請求項４に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項６】
前記制御装置（１８）に接続されたグラフィカルディスプレイ（２０）を更に備え、前記制御装置（１８）は、前記センサ（２６）からの信号を危険信号であると識別すると、視覚的警告を生成するように前記グラフィカルディスプレイ（２０）を操作する、請求項１に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項７】
前記センサ（２６）からの信号が危険信号であると識別されると、可聴警報を発するように、前記制御装置（１８）によって操作されるスピーカ（２２）を更に備える、請求項６に記載のバッテリパック（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）に選択的に接続される放電回路（３８）であって、前記制御装置（１８）に接続された、前記制御装置（１８）によって操作可能な前記放電回路（３８）を更に備え、
前記制御装置（１８）は、前記センサ（２６）からの信号を危険信号であると識別すると、前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）に接続するように前記放電回路（３８）を操作して、前記少なくとも１つのバッテリセル（１２）を前記危険な状態から放電させる、請求項１に記載のバッテリパック（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エネルギー貯蔵装置の分野に関する。本開示は特に、バッテリパックの安全状態の判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のリチャージャブルバッテリは、バッテリの動作に伴いエネルギーの蓄積及び放出を行う１つ以上のセルを含む。バッテリセルは、過充電、充電不足、物理的損傷等を含む様々な形で危険な状態になりやすい。このような状態は、１つ以上のセルの短絡に繋がる可能性があり、これが起こると、セル内の温度及び圧力が上昇する。温度及び圧力が上昇すると、危険な状態になり、バッテリセルが発火及び／又は爆発する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７１２６３１２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書では、少なくとも１つのバッテリセルを有するバッテリパックを開示する。この少なくとも１つのバッテリセルは、バッテリセルの化学的状態に応じて膨張したり収縮したりする。第１の部分を有する基板が、バッテリセルの第１の部分と接触するように構成される。センサが、基板に取り付けられており、基板の変位を表す信号を生成する。制御装置が、このセンサと通信可能に接続されており、センサから信号を受信し、この信号を処理してバッテリセルの状態の通知を生成する。
【０００５】
バッテリに適用される安全装置が、対向する第１及び第２の部分を有する基板を含む。基板の第１の部分は、バッテリの第１の部分と接触するように構成され、この基板は、バッテリに対して可動な状態を維持するように構成される。発光ダイオード（ＬＥＤ）が、基板に固定され、基板の表面の端から端まで電磁エネルギーを放射する。フォトトランジスタが、ＬＥＤと対向して基板に固定されており、ＬＥＤからエネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを表す信号を生成する。制御装置が、フォトトランジスタと通信可能に接続される。制御装置は、受け取ったエネルギーを表す信号を受信し、この受信信号を処理してバッテリの安全状態を判定する。
【０００６】
本明細書では、バッテリの安全性を監視する方法を開示する。本方法は、バッテリの少なくとも１つのセルの端から端にフレキシブル基板を固定するステップを含む。基板の少なくとも第１の部分を、この少なくとも１つのセルに対して固定し、基板の少なくとも第２の部分を、この少なくとも１つのセルに対して可動にする。基板と結合されたセンサを用いて、基板の変位を測定する。制御装置を用いて、この測定された変位を処理して、バッテリの少なくとも１つのセルの安全状態を判定する。出力装置が、制御装置によって操作され、バッテリの少なくとも１つのセルの安全状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】バッテリパックの一実施例の切欠図である。
【図２】図１のバッテリパックの実施例の線２−２に沿った切欠図である。
【図３】バッテリパックの別の実施例の切欠図である。
【図４】図２の実施例のバッテリパックの、線４−４に沿った別の図である。
【図５】図３に示したバッテリパックの実施例の、線５−５に沿った別の図である。
【図６】バッテリの安全性を監視する方法の一実施例のフローチャートである。
【図７】バッテリの安全性を監視する方法の別の実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、バッテリパック１０の一実施例を示す。バッテリパック１０は、少なくとも１つのセル１２を含む。多くの実施例では、バッテリパック１０は、複数のセル１２を含む。セル１２は、任意の各種リチャージャブルバッテリセルであってよい。セル１２の構造の一例として、例えばリチャージャブルバッテリ用途に関する分野で既知の、リチウムイオンポリマーセルの構造が挙げられる。
【０００９】
セル１２の構造の一例は、マイラー（商標）等の薄膜又はフォイルから作製される外層を含み、これは、誘電体材料（例えば、リチウムイオンポリマー）を中に保持するポケット又はポーチを形成するように構成される。幾つかの実施例では、誘電体材料は固体ポリマーであるが、別の実施例では、誘電体材料は電解液である。セル１２のフォイルポーチは、エッジが封止されて中空を形成している。セルが電荷を蓄積するにつれ、誘電体材料は、保持していたガスをフォイルポーチ内に放出する。これにより、フォイルポーチが風船のように膨らむが、封止されたエッジは、セル１２が中くらいに膨らむ間、ほぼ平坦なままである。セル１２が放電すると、ガスは誘電体材料に再吸収され、セル１２は収縮状態に戻る。通常の充放電サイクルの間に、セル１２は、５〜１０％の範囲内で膨張したり収縮したりする可能性がある。一実施例では、セル１２は、（図１で高さとして描かれている）狭いほうの寸法が約６ミリメートルなので、充放電サイクルの間に１ミリメートル以下の膨張又は収縮が発生することになる。セルの誤動作の一因は、セル１２の過充電であるが、これについては本明細書において後で詳述する。
【００１０】
バッテリ１０は更に、ケース１４を含んでいる。ケース１４は、プラスチック又は他の同様の材料で作製されており、セル１２を含む、バッテリパック１０内の各部品を保護する。バッテリパック１０は、１つ以上のセル１２が物理的に損傷した場合には、誤動作する可能性がある。１つ以上のセルが物理的に損傷すると、セルどうしが短絡して危険な状態になる恐れがあるが、これについては本明細書において後で詳述する。ケース１４は、セル１２を物理的損傷から保護する一助となる。ケース１４は更に、バッテリパック１０の他の部品の構造及び支持部となるが、これについては本明細書において後で詳述する。更に、本明細書で開示する幾つかの実施例に関して後で詳述するように、ケース１４は、バッテリパック１０の外部からの周辺光がケース１４の内部に入らないような、不透明の構造であってよい。
【００１１】
ケース１４内には、少なくとも１つのセル１２と平行に、基板１６が配置されている。基板１６は、これに限定されないが、樹脂又は繊維埋め込みエポキシを含む、任意の数の既知の基板材料から作製可能である。この基板は、柔軟性を有するように作られる。基板１６の具体的な柔軟性の度合いは、実施例の個々の用途の構造に応じて様々であってよいが、本明細書において後で詳述するように、基板１６は、セル１２の膨張及び／又は収縮に伴って曲がる。一実施例では、基板１６は、バッテリパック１０の電子部品を機械的に支持し、且つ、電気的に接続するために使用されるプリント回路基板（ＰＣＢ）である。基板１６に接続された電子部品のうちの幾つかについては、本明細書において詳説するが、当業者には明らかなように、基板１６には、その他の電子部品も、バッテリパック１０の他の機能及び動作のために、必要に応じて装着される。
【００１２】
一実施例ではマイクロプロセッサである制御装置１８が、基板１６によって支持され、基板１６と電気的に接続されているように描かれているが、ＰＣＢ１６上のその他の電子部品を制御装置１８と通信可能に接続し、制御装置１８によって操作されるようにしてもよいことを理解されたい。
【００１３】
制御装置１８は、本明細書において開示の様々な機能及び処理を構成する。制御装置１８は、この制御装置１８によって実行されると、本明細書に開示の機能を制御装置１８に実行させるコンピュータ可読コードでプログラムされた、例えばフラッシュメモリ等の非過渡的コンピュータ可読媒体と通信可能に接続可能である。
【００１４】
制御装置１８は、１つ以上の出力装置と通信可能に接続されている。これらの出力装置は、グラフィカルディスプレイ２０及びスピーカ２２を含んでいる。グラフィカルディスプレイ２０は、制御装置１８からの出力表示を視覚的表現として提示し、スピーカ２２は、制御装置１８からの出力を音声表現として提示する。
【００１５】
複数のセル１２を含む一実施例では、セル１２は、狭いほうの寸法の方向を縦方向としてセル１２を積み重ねたスタック構成で配列されている。更に別の実施例では、セルの長いほうの寸法が一直線に並ぶように、セルを隣り合わせに並べてもよい。図１に示したように、複数のセル１２を、縦に複数個を積み重ねた配列を２つ、水平方向に揃えた組み合わせの形で配列してもよい。複数のセル１２を積み重ねた実施例では、これらのセルは、接着剤を使用して相互に固定される。一実施例では、この接着剤は接着テープである。基板１６は、基板１６の少なくとも一部分が１つ以上のセル１２と接触するように構成されているが、基板１６は、セル１２に固定されるのではなく、セル１２上に浮いているように配置されている。これにより、基板１６は、セル１２とは独立に動くことが可能であるが、基板１６の変位は、セル１２の膨張及び／又は収縮に対する応答である。ケース１４の１つ以上のリップ２４で、基板１６の少なくとも第１の部分を、１つ以上のセル１２と接触する位置に保持し、基板１６をセル１２上で浮いた状態にしてもよい。
【００１６】
センサ２６が、基板１６上に配置されている。センサ２６は、セル１２の膨張又は収縮に起因するフレキシブル基板１６の変位を測定する。図１に示した実施例では、センサ２６は、フォトトランジスタ２８であり、このフォトトランジスタ２８は、フォトトランジスタ２８と対向して基板１６上に配置される発光ダイオード（ＬＥＤ）３０から電磁エネルギーを受け取る。しかし、基板１６の変位を検知するセンサの別の構成も、本開示の範囲内で用いることもできることを理解されたい。使用可能な別タイプのセンサ２６の、非限定的な例として、基板１６の端から端まで配置されたひずみゲージ（図示せず）や、基板１６と少なくとも１つのセル１２との間に配置された圧力トランスデューサ（図示せず）等がある。
【００１７】
制御装置１８は、ＬＥＤ３０を動作させ、基板１６の表面の端から端まで伝搬する、フォトトランジスタ２８が受け取る電磁エネルギー（例えば、可視紫外光、又は赤外光）を生成する。フォトトランジスタ２８は、制御装置１８と通信可能に接続され、このフォトトランジスタ２８が受け取った電磁エネルギーを表す信号を生成する。上述のように、実施例においてケース１４は、バッテリパック１０の外部からの周辺光がケース１４の内部に入ることを阻止するような不透明構造になっている。したがって、周辺光に起因するひずみが無いため、フォトトランジスタ２８は、ＬＥＤ３０によって生成される比較的低レベルの電磁エネルギーに対して高感度であり得る。
【００１８】
上述のように、フォトトランジスタ２８は、ＬＥＤ３０から受け取った電磁エネルギーを表す信号を生成する。この信号は、フォトトランジスタ２８から制御装置１８に送信される。制御装置１８は、フォトトランジスタ２８から受け取った信号を、制御装置１８からＬＥＤ３０に送信された制御信号と比較することにより、フォトトランジスタ２８が受け取った電磁エネルギーを評価する。設計又は較正により、フォトトランジスタ２８が受け取った電磁エネルギーを、１つ以上のセル１２の膨張又は収縮によって生じる基板１６の変位に関連付けることができる。後に、本明細書に開示の実施例に関して詳述するが、基板１６の少なくとも一部分が変位すると、フォトトランジスタ２８が受け取るＬＥＤ３０からの電磁エネルギーの量は、ＬＥＤ３０とフォトトランジスタ２８とが一直線の並びから外れるにつれて減少する。
【００１９】
別の実施例では、ＬＥＤ３０が所定のパターン又は周波数の複数パルスの形で電磁エネルギーを与えるように、制御装置１８がＬＥＤ３０に制御信号３４を与える。この所定のパルス列は、フォトトランジスタ２８がこの電磁エネルギーのパルス列の受け取り後に生成するセンサ信号３２に追加情報を与える。一実施例では、このパルス発生は、制御装置１８によって制御される周波数変調の形で行われる。制御装置１８は、所定の周波数又はパルス構成の制御信号３４を受信センサ信号３２と比較することにより、フォトトランジスタ２８が受け取る反射光又は周辺光に関連する誤差を低減し、基板の変位の判定を改善できる。一実施例において、フォトトランジスタ２８は、入射してくる電磁エネルギーを復調し、復調されたセンサ信号は、受け取ったエネルギーがＬＥＤ３０からのものであることを確認するために用いられる。制御装置１８は、別の実施例においても復調を実行可能であることを理解されたい。
【００２０】
図２は、図１に示したバッテリパック１０を線２−２で切り取った切欠図である。図２では、既に説明した部品と類似の部品がわかるように、類似の参照符号を用いている。図２では、特に、ケース１４のリップ２４の別の見え方を強調している。図２からわかるように、リップ２４は、基板１６並びに基板１６の下方に位置するセル１２の両方の第１の部分の上方に延びている。
【００２１】
図４は、図１及び２に示したバッテリパック１０の同じ実施例を、図２の線４−４に沿って切り取ったものを示す。但し、図４のバッテリパック１０において、セル１２は、通常動作時のセル１２に発生する通常の膨張よりも大きく膨張している。セル１２を用いる上述の最近のバッテリ用途において、セル１２は、危険な状態に達すると急激に膨張してサイズが２倍になることがある。したがって、本明細書に開示のセル１２の例では、典型的には６〜７ミリメートルのセルが、危険な状態のとき、１２〜１４ミリメートルまで膨張する可能性がある。
【００２２】
セル１２の膨張が、セル１２の上に浮かぶフレキシブル基板１６に与える効果として、基板１６の少なくとも一部分が、セル１２の膨張によって変位する。リップ２４が基板１６の両端部をほぼ所定位置に保持しているため、基板の中央部がセルの膨張によって変位する。基板１６の変位によって、フォトトランジスタ２８及びＬＥＤ３０が動いて一直線の並びから外れ、ＬＥＤ３０からの電磁エネルギー３６を、フォトトランジスタ２８で十分に受け取れなくなる。上述のように、フォトトランジスタ２８は、受け取った電磁エネルギー３６を表すセンサ信号を生成して制御装置１８に送信する。制御装置１８は、受け取ったセンサ信号を解析して、ＬＥＤ３０とフォトトランジスタ２８との間の、並びから外れた量に起因する、受信信号の減衰量に注目する。制御装置１８は、この減衰量から、セル１２の膨張によって生じた基板１６の変位量を測定する。
【００２３】
図３及び５は、バッテリパックの別の実施例４０を示す。図１、２、及び４に示した実施例と、図３及び５に示した実施例との間では、類似の参照符号を用いて類似の部品を示す。バッテリパック１０及びバッテリパック４０の実施例間の主な違いは、リップ部分４４を含むケース４２である。リップ４４は、基板４６に接触することにより、基板４６の一部分を１つ以上のセル１２に確実に接触させる。バッテリパック４０では、リップ４４が、基板４６の内側部分をセル１２の内側エッジに固定する。基板４６はセル１２上に浮いた状態なので、セル１２の膨張に起因して、基板４６の端部が制限されることなく持ち上がり、セル１２から離れる。したがって、バッテリパック４０では、セル１２の膨張によって、基板４６の端部が上方に変位する。基板４６の、このような別の変位は、バッテリパック１０における基板１６の変位と同じ効果をもたらす。即ち、ＬＥＤ３０が放射する電磁エネルギー３６の方向は、フォトトランジスタ２８が電磁エネルギー３６の大部分を受け取れないような方向である。制御装置１８は、受け取った電磁エネルギーの減少を反映する制御信号をフォトトランジスタ２８から受信する。制御装置１８は、フォトトランジスタ２８が受け取った電磁エネルギー３６の量から、基板４６の変位量を求める。
【００２４】
また別の実施例において、制御装置１８は、ＬＥＤ３０を動作させ、周波数変調電磁エネルギー３６を生成する。フォトトランジスタ２８は、この周波数変調電磁エネルギーを受け取り、これに応じたセンサ信号を生成する。上述のように、フォトトランジスタ２８又は制御装置１８が、受け取った電磁エネルギーを復調する。電磁エネルギー３６に周波数成分を追加することにより、制御装置１８は、制御信号３４とセンサ信号３２との比較を、単に強度に基づくだけでなく、更に周波数成分に基づいて行うことが可能になる。これによって得られる追加処理情報を用いることにより、制御装置１８の実施例において、バッテリパック４０のセル１２の安全状態の追加解析を行うことができる。
【００２５】
本明細書に開示のバッテリパックの一実施例において、制御装置は更に、ケース１４、４２が開かれている状況かどうかを監視する不正開封明示機構を提供する。本明細書に開示のバッテリパックを正常動作させるためには、複雑な電子制御、並びにバッテリパックのセルに蓄積されるポテンシャル電荷が必要であるが、ケース１４、４２が破損すると危険である。このような危険として、例えば、１つ以上の荷電セル１２によって感電する恐れがある。その他の重大な危険として、電子部品の損傷又はセル１２の損傷が挙げられる。電子部品が損傷すると、バッテリパック１０、４０の動作や性能に重大な影響が及ぶ。また、セル１２が損傷すると、バッテリパック１０、４０の性能が損なわれるか、又は、１つ以上のセル１２の内部に非常に危険な状態を引き起こす可能性がある。
【００２６】
そこで、制御装置１８を動作させることで、ケース１４、４２が不適切に破損すると、フォトトランジスタ２８がケース１４、４２の内部に入り込む周辺光に曝されているかどうかを検出するようにしてよい。そのような周辺光は、制御装置１８が、フォトトランジスタ２８からのセンサ信号３２において検出する。制御装置１８では、このような周辺光を、フォトトランジスタ２８が周辺光に曝されていないときのセンサ信号３２と比較した場合の、センサ信号における付加ノイズ又は他のひずみとして識別することが可能である。電磁エネルギー３６を所定のパルスパターン又は所定の周波数で生成する、ＬＥＤ３０の機能を含む、本明細書に開示のバッテリパックの実施例は、バッテリパック部品に不正変更が加えられたことを識別する実施例に特に適しているが、これは、フォトトランジスタ２８が周辺光に曝されたことによってセンサ信号内で見つかったひずみ又はノイズと比較することが可能なベースラインを識別するために更に使用可能な追加の周波数成分情報を、制御装置１８が信号の周波数変調から得ていることによる。
【００２７】
図１に戻ると、本明細書に記載のように、制御装置１８はバッテリパック１０の安全状態を判定する。安全状態として、バッテリパック１０の異常動作が検出された場合、１つ以上のセル１２の危険な状態である可能性があり、これは、基板１６の変位に繋がるセルの過剰な膨張によって明らかになる。更に、制御装置１８は、フォトトランジスタによって検出された周辺光によるノイズ又はひずみがセンサ信号３２において検出された場合に、バッテリパック１０の電気部品に不正変更が加えられたことを検出できる。
【００２８】
制御装置１８は、このように検出された低下した安全状態に対し、様々な形で応答可能である。既に示したように、制御装置１８は、グラフィカルディスプレイ２０及びスピーカ２２を操作して、検出された危険を、視覚的及び／又は聴覚的な警報又は通知で示すことができる。このような通知は、バッテリパック１０内で検出された状態の危険性をユーザに警告することが可能であり、ユーザに是正を指示することが可能である。
【００２９】
別の実施例では、制御装置１８が更に放電回路３８に接続される。放電回路３８は１つ以上のセル１２に接続され、セル１２に蓄積されたエネルギーを制御された状態で放電するように、制御装置１８によって操作可能である。制御装置１８は、セルの危険な状態が検出されると、自動的に放電回路３８をセル１２に接続する。これによって、セル１２は放電して、時間が経つにつれて安全なレベルになり、バッテリパック１２は廃棄可能な状態になる。
【００３０】
セル１２の自動放電と組み合わせて、又はその代わりに、制御装置１８で、バッテリパック１０を制御して、バッテリパック１０を動作不能にする。このことは、バッテリパック１０の更なる損傷を抑える。また、バッテリパック１０を自動的に動作不能にすることにより、バッテリパック１０内に何らかの危険な状態があっても、ユーザがこれに曝されにくくなる。制御装置１８は、バッテリパック１０が動作不能になっていることを潜在的ユーザに知らせるために、視覚的又は聴覚的な通知を出すように動作する。
【００３１】
図６は、バッテリの安全性を監視する方法の一実施例５０を示すフローチャートである。方法５０は、５２において、少なくとも１つのバッテリセルの端から端まで基板を固定することから始まる。既に開示したように、基板の少なくとも一部分が、少なくとも１つのバッテリセルの一部分と接触するように、且つ、基板がこの少なくとも１つのバッテリセルに対して可動に取り付けられるように、基板を動作可能に固定することが可能である。したがって、この少なくとも１つのバッテリセルが膨張及び／又は収縮すると、基板の少なくとも一部分が変位する。一実施例では、基板は、基板が弾性又は半剛性を有するような材料から作製されるが、別の構造の基板も使用可能であることを理解されたい。
【００３２】
次に、５４において、基板の変位を測定する。上述のように、基板は、少なくとも一部分が、少なくとも１つのバッテリセルの膨張又は収縮によって変位するように配置される。この変位は、様々なセンサの使用により測定可能である。変位を測定するセンサの一実施例は、ＬＥＤ及びフォトトランジスタを含む。変位を測定するセンサの別の実施例は、ひずみゲージである。
【００３３】
５６では、測定された基板の変位を処理して、少なくとも１つのバッテリセルの安全状態を識別する。上述のように、少なくとも１つのバッテリセルの通常の充放電サイクルの間、少なくとも１つのバッテリセルは、膨張したり収縮したりする。バッテリセルの膨張又は収縮が過剰な場合、バッテリセルが、バッテリ、又はバッテリから給電されている電気装置、又はバッテリのユーザに対する危害や損傷に繋がり得る危険な状態にあることを示している。この危害又は損傷は、１つ以上のセルの発火又は爆発の危険に起因する。したがって、少なくとも１つのバッテリセルの膨張による基板の変位は、バッテリセルの望ましくない膨張量を表す閾値又は他の所定値と比較することにより、処理可能である。
【００３４】
５８では、識別された安全状態（例えば、バッテリセルの危険な状態）を通知する。上述のように、この通知は、グラフィカルディスプレイ上に提示される視覚的通知であってよい。この通知は更に、制御装置によって操作されるスピーカから提供される聴覚的通知であってよい。更に別の実施例では、この通知は、１つ以上の自動応答を命じる、バッテリの制御装置からの電子信号であるが、これについては本明細書において後述する。
【００３５】
６０では、自動応答を行う。一実施例では、自動応答は、１つ以上のバッテリセルの両端に放電回路を接続することである。放電回路は、危険な状態を是正してバッテリを動作不能にするために、セルから過剰エネルギーを除去するように操作される。別の実施例では、制御装置は、バッテリを動作可能状態から電子的に動作不能にする自動応答を行う。これは、少なくとも１つのバッテリセルに状態悪化があればこれを制限し、そのバッテリの使用をやめることをユーザに促すように機能する。
【００３６】
図７は、方法５０の実施例と関連して使用可能な、別の実施例の方法７０である。具体的には、方法７０は、方法５０の５４〜５８でもたらされる、より具体的な機能の一実施例である。
【００３７】
７２では、制御信号によって制御されるＬＥＤ等から、パルス状電磁エネルギーを供給する。電磁エネルギーは、制御装置の制御に従って所定のパターン又は周波数でパルス化することが可能である。一実施例において、所定のパターン又は周波数は、電磁エネルギーの周波数変調である。７４では、周波数変調された電磁エネルギーを、フォトトランジスタ等により受け取る。フォトトランジスタは、電磁エネルギーを受け取り、７６において、その受け取った電磁エネルギーを表す信号を与える。７６で与えられた信号は、制御装置に送信され、制御装置は、７８において、その信号を解析してバッテリの安全状態を判定する。一実施例において、フォトトランジスタ又は制御装置が、受け取った電磁エネルギーを復調する。
【００３８】
一実施例では、上記の７２〜７６において概説した方法が、バッテリの初期起動時に実行される。より具体的な実施例では、これはバッテリセルの初回充電の前に実行される。したがって、本方法の７２〜７６の結果、基準信号が生成される。この基準信号（即ち、ベースライン信号）は、７８から始まる、バッテリの安全状態を判定するための解析に用いられる。このベースライン測定の追加値を、本方法の後半の７８〜９０の実行時に、比較に用いることが可能である。
【００３９】
８０において、基準信号が、周波数変調された電磁エネルギー（即ち、電磁エネルギー源に送信された制御信号）と一致する場合は、８２において、バッテリが正常な安全状態で動作していると判定される。８２においてこの判定が行われるのは、与えられたパルス状電磁エネルギーと受け取った電磁エネルギーとの間に一致がみられる場合、安全状態のいかなる異常条件も満たされないためである。
【００４０】
８４において、基準信号が、与えられた周波数変調電磁エネルギーから減衰しながらも、周波数成分を保持している場合は、８６において、バッテリの安全状態が限界にあり、バッテリの１つ以上のセルが膨張していて危険な状態にあると判定される。受け取ったパルス状電磁エネルギーの減衰は、ＬＥＤとフォトトランジスタとの間の一直線の並びを乱した基板の変位の結果である。したがって、基板が変位し、ＬＥＤ及びフォトトランジスタが一直線の並びから更に外れるにつれ、フォトトランジスタが受け取る電磁エネルギーを表す信号が、基板の変位を表すように減衰する。
【００４１】
最後に、８８において、受け取った電磁エネルギーを表す信号のＳＮ比が低いと判定された場合は、９０において、バッテリに不正変更が加えられたと判定される。既に開示したように、バッテリの電子部品は、周辺光を遮断する不透明ケースに封入されている。受け取った電磁エネルギーを表す信号に含まれるひずみ又はノイズの量が増えた場合は、周辺光がフォトトランジスタに入射したことが原因である。
【００４２】
第１の実施例では、バッテリパックの安全性判定に必要な消費電力を最小限に抑えるために、ＬＥＤの使用電力は非常に小さい。この場合、不透明のバッテリケースが開くと、ＬＥＤが生成する光は、入射する周辺光に打ち勝つことができず、周辺光は受け取られる電磁エネルギーを飽和させる。圧力ゲージ又はひずみゲージを利用する別の実施例では、バッテリケースが開いたときに、基板と１つ以上のリップとの係合を外すことができる。これにより、基板の端から端までの圧力又はひずみが低減されるので、センサで検知される圧力又はひずみが減少するか、なくなる。
【００４３】
このように周辺光の入射が発生するのは、バッテリの不透明ケースが損傷して、電子部品やセルが損傷や不正操作の危険に曝される場合のみである。したがって、電子部品が一旦損傷や不正操作の危険に曝されると、バッテリの安全性を保証することはできなくなるので、９０において、バッテリに不正変更が加えられたという判定によって、バッテリが意図されたように動作し得ないことが潜在的ユーザに通知される。
【００４４】
本明細書では、最適な態様も含めた例を用いて本発明を開示しているが、これによってまた、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の付随の方法の実施も含め、当業者が本発明を実施することができる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に定義されているが、当業者に想到可能なその他の例もこれに含まれ得る。こうしたその他の例も、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的な差異を有さない等価の構成要素を有する場合、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００４５】
１０  バッテリパック
１２  セル
１４  ケース
１６  基板
１８  制御装置
２０  グラフィカルディスプレイ
２２  スピーカ
２４  リップ
２６  センサ
２８  フォトトランジスタ
３０  発光ダイオード（ＬＥＤ）
３２  センサ信号
３４  制御信号
３６  電磁エネルギー
３８  放電回路
４０  バッテリパック
４２  ケース
４４  リップ
４６  基板
５０  方法
５２  ステップ
５４  ステップ
５６  ステップ
５８  ステップ
６０  ステップ
７０  方法
７２  ステップ
７４  ステップ
７６  ステップ
７８  ステップ
８０  ステップ
８２  ステップ
８４  ステップ
８６  ステップ
８８  ステップ
９０  ステップ
【図１】
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【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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