(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキュムレータ（２）を管理するための装置（１００）であって、
−少なくとも３つの歪みゲージ（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）を含む複数の歪みゲージ（１４）であって、少なくとも３つの別々の応力軸に沿った応力を測定するように配置された歪みゲージと、
−各々の前記歪みゲージがその応力軸方向に受けた歪みを測定するための測定装置（４０）と、
−可逆的電気スイッチ（６０）と、
−前記測定装置（４０）によって得られた測定値から、前記アキュムレータ（２）の充電状態を決定することが可能であり、前記充電状態により前記電気スイッチ（６０）の開閉を制御する計算装置（５０）と、を備え、
前記計算装置（５０）が、複数の前記歪みゲージ（１４）によって測定された前記応力の漸進的変化を計算する段階を含むアルゴリズムを実施し、
前記応力の漸進的変化を計算する段階が、時間ｔにおける横座標（ｄ（ｔ））とモール円の半径（ｒ（ｔ））を計算することを含む、アキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項２】
前記計算装置（５０）が、第１の一連の値と、前記第１の一連の値と異なる第２の一連の値とを含む記憶手段を含み、前記計算装置が、
−前記測定装置（４０）によって得られた前記測定値が前記第１の一連の値に属するときに前記電気スイッチ（６０）を閉じ、又は、
−前記測定装置（４０）によって得られた前記測定値が前記第２の一連の値に属するときに前記電気スイッチ（６０）を開くように制御する、請求項１に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項３】
前記計算装置（５０）が、複数の前記歪みゲージ（１４）によって測定された前記応力の漸進的変化の計算結果を、前記計算装置によって記憶された前記第１の一連の値又は前記第２の一連の値で識別するアルゴリズムを実施する、請求項２に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項４】
複数の前記歪みゲージ（１４）が、接続端子を含むカバー（１２）と接して保持され、また少なくとも１つの接続端子を有する少なくとも１つのアキュムレータ（２）を含み、それにより、前記歪みゲージ（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）が、前記カバー（１２）に加わる機械的応力を測定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項５】
前記カバー（１２）の接続端子が、前記管理装置（１００）と前記アキュムレータ（２）の前記接続端子とに属する前記電気スイッチ（６０）に接続された、請求項４に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項６】
前記アキュムレータ（２）が、マンドレル（１０）に巻き付けられた、請求項４又は５に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項７】
前記アキュムレータ（２）が、リチウムアキュムレータである、請求項４〜６のいずれか一項に記載のアキュムレータの管理装置（１００）。
【請求項８】
接続端子を備えたカバー（１２）を有し、前記カバー（１２）に収容された少なくとも２つのアキュムレータ（２）に属する前記接続端子に接続されたパック（２０）であって、前記各アキュムレータ（２）が、請求項４又は５に記載の管理装置（１００）を含むパック（２０）。
【請求項９】
前記計算装置（５０）の記憶装置に第１の一連の測定値を記録する段階を含み、前記測定値が、前記アキュムレータの完全性を維持するために、前記アキュムレータ（２）の充放電時に前記測定装置（４０）によって得られる、請求項４〜８のいずれか一項に記載の管理装置（１００）を較正する方法。
【請求項１０】
前記計算装置（５０）の記憶装置上に第２の一連の測定値を記録する段階を含み、前記測定値が、前記アキュムレータの完全性の不可逆的破壊を防ぐために、前記アキュムレータ（２）の充放電時に、前記測定装置（４０）によって得られる、請求項４〜９のいずれか一項に記載の管理装置（１００）を較正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、電気化学発電装置の技術分野に属する。本発明は、より詳細には、アキュムレータをその使用中に監視し追跡することを可能にする装置及びその装置の使用方法に関する。換言すると、本発明は、電気化学アキュムレータの動作の管理と関連した技術分野を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
本出願の範囲内で、用語「アキュムレータ」は、セパレータによって分離され全体が電解質と接する正電極と負電極で構成された電気化学電池を指す。
【０００３】
アキュムレータは、開けることができまた検討される技術と実施される電気化学的メカニズムに応じて部分的に不浸透性又は完全に不浸透性のカバーによって外部環境から分離されることがある。したがって、材料と添加物（その一部は汚染物質又は有毒な可能性がある）は、外部環境を汚染する危険なしに隔室に収容される。その結果、全体は、以下で要素と呼ばれる単位物体を構成する。実際的な理由のため、また検討される貯蔵システムのエネルギーを増やすために、幾つかのアキュムレータ要素が、他のカバー内に収集されてバッテリ若しくはモジュール、更にはパックが構成される。モジュール又はパックは、直列及び／又は並列に接続された幾つかのアキュムレータを含むことができる。
【０００４】
構成する化学元素によって特徴付けられた様々なタイプのアキュムレータがある。例えば、アキュムレータが、リチウムイオンの可逆的な混入と放出を可能にする（合金を形成する金属内の挿入又は変換メカニズムによる）陰極と陽極を有するとき、アキュムレータは、リチウムイオン型のものであり、より一般的にはリチウムアキュムレータと呼ばれる。より正確には、リチウムイオンアキュムレータは、多くの場合ナノスケールの寸法を有し、またシリコン又はすず、更にはＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12スピネル型リチウム化酸化チタンを含む、黒鉛炭素又は金属合金からなる負電極（放電プロセス中は陰極）を含むことができる。陰極（放電プロセス中は陽極）は、例えば、コバルト（ＬｉＣｏＯ2）及び／又はマンガン（ＬｉＭｎ2Ｏ4）及び／又はニッケル（Ｌｉ（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ）Ｏ2）又はリチウム化リン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ4）を含む遷移金属酸化物でよい。したがって、正電極と負電極間でリチウムイオンの可逆的交換が可能であり、放電時に陰極によって放電されるリチウムイオンは、陽極に混入され、充電時には逆の反応が起こる。電極は、リチウム塩が溶かされた有機溶液（一般に無水非プロトン有機溶媒からなる）に浸漬される。有機電解質の存在は、水に成分（活性物質、リチウム塩）を反応させるために必要とされ、このことは、本明細書で更に説明されるような水性電解質とは異なるリチウムアキュムレータの充電の最後の挙動を意味する。
【０００５】
リチウム電気化学電池を構成する要素は、様々に配置されうる。例えば、これらの様々な要素は、角柱又は円柱を構成するように互いに重ね合わされてもよい。電気化学電池を巻き付けることによって円柱形アキュムレータを得ることができる。多くの場合、この巻いたものは、電気化学電池が巻き付けられる中心コアを含むことができる。中心コア又はマンドレルは、金属又はプラスチックタイプのものでよい。電気化学電池の構成要素を外部環境から分離することを可能にする密閉カバーは、柔軟でヒートシールされてもよく、さらには端と縁が溶接された剛性ケースを構成するように剛性でもよい。したがって、カバーは、ステンレス鋼、アルミニウム型プラスチック、又は金属材料で構成されうる。
【０００６】
リチウムアキュムレータの通常使用は、電気化学電池の充電及び放電サイクルを含む。より正確には、リチウムイオンは、これらのサイクル中に電極を含む材料内に可逆的に移動するか挿入され、電極は、そのようなサイクル中にその結晶構造及び容積を変化させる酸化又は還元反応を受ける。電極が受ける変形により、アキュムレータが充電プロセスにあるか放電プロセスにあるかを知ることができる。これらのサイクルを特徴付けるために「充電状態」も使用される。
【０００７】
リチウムアキュムレータは、過充電又は過放電現象に対する非許容性によって、他のタイプのアキュムレータと区別される。実際には、リチウム電気化学電池は、有機電解質を含み、この有機電解質は、水性電解質と違って、長過ぎるか異常な充電サイクル中にアキュムレータに生じる過充電電流を（二次反応の存在により）消費できない。水性電解質は、従来の水電気分解反応（正電極で酸素を形成し、負電極で水素を形成する。それぞれ水の酸化と還元）によって、そのような過充電電流の消費を可能にする。リチウムアキュムレータの場合は、特別な添加物の導入を除き、有機電解質で、過充電電流の一部を消費する二次的かつ可逆的な電気化学反応が起こらないことがある。その結果、過充電電流は、リチウムが混入された電極材料の結晶構造とガス状態の電解質を劣化させる。このように形成されたガスは、パックカバーに閉じ込められてその内圧を高める。したがって、過充電電流が多過ぎると、アキュムレータをその外部環境から分離するカバーの爆燃が起こる可能性がある。過放電の場合は、黒鉛電極を保護する表層が、ガス状態で分解され、過リチウム化現象が正電極で起こって体積が増える。したがって、アキュムレータの過放電は、過充電と同じ効果を引き起こすことがある。また、過充電現象は、アキュムレータの熱暴走を引き起こしてこれらの構成要素及び／又は保護カバーを溶解させる可能性がある。パックのこのような不可逆的劣化を防ぐには、リチウムアキュムレータの充放電サイクルの許容限度を知る必要がある。換言すると、電流値からリチウムアキュムレータが過充電状態か過放電状態かを知る必要がある。これらの状態は、用語「セイフティ状態」と呼ばれる。
【０００８】
また、リチウムアキュムレータの構成要素は、その使用及びエージング中に、ガス状態で劣化される。そのように形成されたガスは、アキュムレータがセイフティ状態のときよりゆっくりと少しずつ放出される。前述のように、アキュムレータのエージングは、パックの爆発又はアキュムレータの熱暴走を引き起こすことがある。実際には、アキュムレータのエージングが進むと、電極が不均一に劣化し、電極の一方でのリチウム混入特性が変化することがある。したがって、電気化学反応が、電極で不均一になり、アキュムレータの熱暴走を引き起こす可能性がある。
【０００９】
安全上の理由で、アキュムレータのエージング状態（「健全状態」とも呼ばれる）を知ることも必要である。
【００１０】
パックの前述の状態のうちの１つを知り検出することを可能にする様々な装置がある。
【００１１】
例えば、パックがセイフティ状態にならないようにするために、パックカバーに安全弁を接続することができる。これにより、カバー内の圧力が臨界値を超えたとき、弁は、カバー内に収容されたガスを外部環境に放出する。この解決策は、一方で、カバー内に閉じ込められることが望ましい環境上有害な化合物を放出し、他方で、カバーの不透過性が不可逆的に破壊されるためアキュムレータが使用できなくなるので、きわめて厳しい。
【００１２】
温度ヒューズを使用することにより、パックの爆燃又は爆発の危険を制限することができ、パック温度がその正常動作温度より３０℃〜５０℃高い臨界値を超えたときに同一パック内にある電気化学電池を無効にすることができる。温度ヒューズが作動した後、アキュムレータとその外部環境との間の電気接続が不可逆的に切り換えられる。この解決策と関係するもう１つの欠点は、パック内の温度ヒューズが占めるスペースである。更に、付加的な温度ヒューズがパックに追加されたとき、電気接続の接触抵抗を最小にするように注意を払わなければならない（非特許文献１）。換言すると、パック内に１つ以上の温度ヒューズがあると、パック故障のリスクが高まり、電気化学電池をその外部環境から分離するカバー体積が増える。
【００１３】
別の選択肢によれば、パック内に分離要素（又は「シャットダウン」）を配置することができる。分離要素は、３つの高分子フィルムを含む。中心のポリエチレンフィルムは、他の２つのポリプロピレン周辺フィルムより低い融点を有する。周辺フィルムは、約１１０℃でその孔が閉塞し、それにより「化学的カットオフスイッチ」として働く。中心フィルムは、温度的により安定しており、電極間の物理的分離を維持することを可能にする。パックの内部温度が、８０℃〜１８０℃の臨界値を超えると、パックは、電流の送出も受け取りもしなくなる。１８０℃を超えると、高分子のフィルムは、その機械的完全性を失い、電極が短絡する（非特許文献２）。前述の装置と同様に、分離要素は、セイフティ状態のときにパックを不可逆的に劣化させる。換言すると、この安全装置を作動させた後はパックを使用できなくなる。
【００１４】
パックがセイフティ状態で使用されるのを防ぐもう１つの解決策は、アキュムレータの過充電中に、正電極を構成する材料の代わりに酸化させることができるレドックスシャトル分子と呼ばれる添加物を、電気化学電池の電解質に入れることである。これらの分子は、過充電時にパックに注入された過剰電荷を吸収し、これにより過充電が終わるまで、陰極電位をレドックス分子の酸化電位に対して阻止する（非特許文献３）。
【００１５】
別の解決策によれば、パックの端子で電圧を測定し追跡することによって、パックの健全状態を監視することができる。
【００１６】
このために、電圧の変化は、検出されるほど十分に高くなければならない。しかし、幾つかのアキュムレータから成るパックでは、この測定は、パックに収容された全てのアキュムレータに拡張される。したがって、正常に動作している幾つかのアキュムレータからはアキュムレータの過充電を検出することができない。他方、パックの端子の電圧の測定は、測定された電圧が充電状態の値に固有でない限り、信頼できる情報を提供することができない。これは、例えば、アキュムレータが広範囲の充電状態で同じ電位を有する場合である。ＬｉＦｅＰＯ4／Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12アキュムレータの場合は、両方の２つの活性物質ＬｉＦｅＰＯ4とＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12が、広いプラトーを有する平らな電位曲線を有すると言うことができる。したがって、そのようなアキュムレータの電圧変化は、広範囲の充電状態でほとんど一定であり、したがって、電圧値は、要素の充電状態に固有ではない（非特許文献４）。この結果、各要素間の電圧差の測定に基づいて要素間の充電状態のバランスをとるのが複雑になる。更に、パックの動作条件（パックの端子での電流値、内部温度）が、パック挙動を変化させ、測定値の解釈を妨げることがある。したがって、アキュムレータは、未検出のセイフティ状態のことがある。
【００１７】
歪みゲージを使用してアキュムレータのプールの充電状態を知ることもできる。
【００１８】
例えば、特許文献１は、幾つかのアキュムレータ（前記文献の図２と図８）を含むパック（２２）又は（４８）の表面にそれぞれ接合された２つの歪みゲージ（２４，２６）又は４つの歪みゲージ（４０，４２，４４，４６）の使用について言及している。前記ゲージによって得られた測定値から、パック（２２，４８）の充電状態を知ることができる。
【００１９】
別の例によれば、特許文献２は、歪みゲージ（１１４）（図１）を含むテープ（１１８）に束ねられた幾つかのリチウムアキュムレータ（１０２）について言及している。歪みゲージは、テープ（１１８）の変形によって、アキュムレータのプールの体積変化を測定することができる。そのような測定値から、全てのアキュムレータ（１０２）の充電、安全及び健全状態を知ることができる。以下の図２は、特許文献２の図５に対応し、この図は、歪みゲージ（１１８）によって得られた測定値（５０４）が、全てのアキュムレータ（段落［０３６，０３８］）の最小充電値を検出するのに不十分であることをはっきりと示している。このために、そのような測定値をアキュムレータの端子で得られた電圧測定値で完成させなければならない。
【００２０】
リチウムアキュムレータは、セイフティ状態で使用されるのを防ぎアキュムレータを最適な状態で確実に使用できるようにするために充電状態の厳密な管理と監視を必要とする繊細な技術である。このためには、充電状態を監視しアキュムレータの健全状態を知ることができることが求められる。したがって、本出願の目的は、アキュムレータの充電状態を監視し、健全状態を知ることを可能にする装置及びその使用方法を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６，４０７，５５３号
【特許文献２】ＷＯ２０１１／０７２２９５号
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Investigating electrical contact resistance losses in lithium-ion battery assemblies for hybrid and electric vehicles」P. Taheri, S. Hsieh, M. Bahrami, Journal of Power Sources, 196 (2011) 6525-6533
【非特許文献２】Battery Separators”, P. Arora, Z. Zhang, Chem. Rev., 104 (2004) 4419-4462
【非特許文献３】Redox shuttles for safer lithium-ion batteries」Z. Chen, Y. Qin, K. Amine, Electrochimica Acta, 54 (2009) 5605-5613
【非特許文献４】Lithium Intercalation and Deintercalation Processes in Li4Ti5O12and LiFePO4」D.V.Safronov, S.A.Novikova, A.M.Skundin, and A.B.Yaroslavtsev, Inorganic Materials, 2012, Vol. 48, No.1, pp. 57-61．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の目的は、前述の問題に対する解決策を提供することである。
【００２４】
本発明は、
−少なくとも３つの歪みゲージを含む複数の歪みゲージであって、少なくとも３つの別々の応力軸に沿った応力を測定するように構成された歪みゲージと、
−各ゲージが前記応力軸方向に受けた歪みを測定するための測定装置と、
−可逆的な電気スイッチと、
−測定装置によって得られた測定値に応じて、電気スイッチの開閉を制御するか、制御するように特別にプログラムされた計算装置とを含む、アキュムレータの管理装置に関する。
【００２５】
用語「応力軸」は、歪みゲージが、受ける機械的歪みを測定する軸を定義する。
【００２６】
スイッチは、装置をそのクライアント環境から電気的に接続しかつ／又は切断することを可能にする。クライアント環境は、前記装置に電気的に接続され、装置（例えば、アキュムレータ）を電気的に充電及び／又は充電する可能性のある全ての導電要素を指す。
【００２７】
計算装置は、第１の一連の値と、第１の一連の値と異なる第２の一連の値とを含む記憶装置を含むことができる。計算装置は、測定装置によって得られた測定値が第１の一連の値に属するときに電気スイッチを閉じるか、測定装置によって得られた測定値が第２の一連の値に属するときに電気スイッチを開くように制御することができる。
【００２８】
計算装置は、その初期状態に対して測定された歪みゲージの伸長−収縮（又は、牽引−圧縮）を計算するステップを含むアルゴリズムを実施することができる。計算装置は、記憶メモリに結合されたマイクロプロセッサを含むことができる。計算装置は、例えば、コンピュータでよい。
【００２９】
計算装置は、複数の歪みゲージによって測定された応力の漸進的変化の計算結果を、計算装置によって記憶された第１の一連の値又は第２の一連の値で識別するアルゴリズムを実施することができる。
【００３０】
応力の漸進的変化を計算するステップは、時間ｔにおける横座標（ｄ（ｔ））とモール円の半径（ｒ（ｔ））の計算を含むことができる。
【００３１】
計算装置は、ｄ（ｔ）とｒ（ｔ）の計算値を表示するための表示装置を含むことができることがある。１対の値（ｄ（ｔ）；ｒ（ｔ））は、直角基準系で示された関数ｆ（ｔ）として表わすことができ、値ｄ（ｔ）は縦座標に対応し、値ｒ（ｔ）は横座標に対応する。
【００３２】
複数の歪みゲージは、電流の出口と入口のための逆極性を有する接続端子を含むアキュムレータのカバーと接触されてもよく、それにより、歪みゲージが、カバーに加わる機械的応力を測定する。検討されるアキュムレータ技術により、前記カバーに収容された少なくとも１つのアキュムレータを不浸透的に収容するように気密でよい。
【００３３】
複数の歪みゲージは、カバーの１つ以上の外側面に固定、取り付け、又は接合されてもよく、内側面は、アキュムレータに対向する面である。これと反対に、歪みゲージは、カバーの内側面に対して又はアキュムレータの１つの要素に対して取り付けられたカバー内に位置決めされてもよい。ゲージの位置決めは、パックを構成するカバー又はアキュムレータが受ける応力を、最大振幅を有する信号によって測定するように最適化される。好ましいゲージの位置は、要素が最大歪みを有するゾーン内、円柱状要素の場合には基礎の高さの半分にある中央ゾーン上又は角柱要素の対角直線が近い角度で通るゾーン上である。
【００３４】
カバー内に収容されカバー上で使用可能なアキュムレータの接続端子は、管理装置に属する電気スイッチと、別のアキュムレータ自体のカバーに収容されその別のアキュムレータの少なくとも１つの接続端子とに接続されてもよい。アキュムレータの接続端子は、それ自体のカバーに収容された他の幾つかのアキュムレータの同じ極性を有する接続端子に接続されうることがある。このように作成されたアキュムレータの組立体は、第２のカバー内に、それぞれの負極性と正極性の２つの接続端子が前記カバー上にある状態で、収集されてもよい。
【００３５】
アキュムレータは、多くの場合マンドレルに巻き付けられた角柱又は円柱形状でよい。アキュムレータは、リチウムアキュムレータでもよく、同等設計（角柱、円柱）のニッケルーカドミウム又はニッケル−金属水素化物技術のアキュムレータでもよい。
【００３６】
本出願は、また、前述のような少なくとも２つのアキュムレータを収容するカバーを含むパックに関する。パックに収容された各アキュムレータは、それ自体の管理装置を含むことができる。
【００３７】
本発明は、また、アキュムレータの完全性を維持するために、第１の一連の測定値を計算装置の記憶装置に記録し、前記測定値が、アキュムレータの充放電時に測定装置によって得られる段階を含む、前述の管理装置を較正する方法に関する。
【００３８】
較正方法は、また、アキュムレータの完全性の不可逆的破壊を防ぐために、第２の一連の測定値を計算装置の記憶装置上に記録し、前記測定値が、アキュムレータを充放電する際に測定装置によって得られる段階を含むことができる。
【００３９】
換言すると、第１の一連の測定値に属する値は、充電状態と関連付けられうる。第２の一連の測定値に属する値は、健全状態又は進行エージング状態と関連付けられうる。
【００４０】
管理装置は、較正された後で、パックの使用を最適に管理できるように上記パックと類似又は同一のパック上に取り付けられてもよい。
【００４１】
換言すると、本発明は、好ましい向きで位置決めされた歪みゲージの結合使用による管理装置及び管理装置を較正する方法に関する。次に、歪みゲージの測定値は、パックの充電状態又はセイフティ状態及び／又はエージング状態を識別するために互いに関連付けられる。管理装置によって、制御パックと類似又は同一のパックの前の状態のうちの１つを実時間で知ることができ好都合である。パックの状態により、管理装置は、パックの完全性を維持するためにパックをクライアント環境に対して接続又は切断することを可逆的に可能にする。
【００４２】
管理装置によって、アキュムレータを含むパックの動作又は使用を管理することができる。また、幾つかのアキュムレータを含むパックを構成する各アキュムレータの状態を正確に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の更なる詳細及び特徴が、以下の添付図面に関して行われる以下の記述を読むことにより明らかになる。様々な図面の同一、類似又は同等な部分は、ある図から別の図への切り換えを容易にするために同じ参照数字が付与される。図に表わされた様々な部分は、図をより明瞭にするために必ずしも均一な倍率で描かれていない。
【００４４】
【図１】特許文献２の図１である。
【図２】特許文献２の図５である。
【図３】パック内にマンドレルのないリチウムアキュムレータのカバーに取り付けられた複数の歪みゲージを有する側面断面を表わす図である。
【図４Ａ】歪みゲージの幾つかの装置を表わす図である。
【図４Ｂ】歪みゲージの幾つかの装置を表わす図である。
【図４Ｃ】歪みゲージの幾つかの装置を表わす図である。
【図５】リチウムアキュムレータを含むパックに取り付けられた管理装置を表わす図である。
【図６】要素又はパックの充電サイクル中に、マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックに取り付けられた複数の歪みゲージによって得られた測定値を表わす図である。
【図７】要素又はパックの放電サイクル時に、マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックに取り付けられた複数の歪みゲージによって得られた測定値を表わす図である。
【図８】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの端子での電圧の変化、並びに要素又はパックの充電サイクル中に管理装置によって測定されたカバーの最大及び最小主歪みの変化を表わす図である。
【図９】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの端子での電圧の変化、及び要素又はパックの放電サイクル中に管理装置によって測定されたカバーの最大及び最小主歪みの変化を表わす図である。
【図１０】幾つかの放充電サイクル中に、マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの端子での電圧の変化を表わす図である。
【図１１】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの放電時の調査関数の変化を表わす図である。
【図１２】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの充電時の調査関数の変化を表わす図である。
【図１３】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックのクリティカル過充電時の調査関数の変化を表わす図である。
【図１４】マンドレルのないリチウムアキュムレータを含むパックの状態の関数として調査関数が漸進的変化するゾーンを表わす図である。
【図１５】マンドレルを備えたリチウムアキュムレータを含むパックの様々な充電サイクルに対応する幾つかの調査関数を表わす図であり、各充電サイクルは、数百サイクル離されている。
【図１６】マンドレルを備えたリチウムアキュムレータを含むパックカバーに取り付けられた複数の歪みゲージの側面断面を表す図である。
【図１７】マンドレルのない２つの異なるアキュムレータの要素のカバー上の複数の歪みゲージの幾つかの調査関数を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明は、リチウムアキュムレータを含むパックの充電状態とセイフティ性（既に上で定義された意味を有する）を監視し、前記パックのエージング状態を実時間で知ることを可能にする管理装置に関する。管理装置の例示的実施形態は、本開示の第１の部分に述べられる。第２の部分では、管理装置を較正し使用してパックを最適に使用することを可能にする例示的方法が述べられる。これらの２つの例示的実施形態は、組み合わせて新しい実施形態を構成できる幾つかの代替物又は変形物により完成される。
【００４６】
したがって、詳細な開示の第１の部分は、単一リチウムアキュムレータを含むパック２０の充電又はセイフティ状態並びに健全状態を実時間で追跡することを可能にする例示的な管理装置に関する。本発明の理解をしやすくするために、管理装置１００は、パック２０に取り付けられるように表わされているが、管理装置は、必ずしもパック２０を含まない。
【００４７】
一例では、パック２０は、形が円柱状のリチウムアキュムレータ２を含む。アキュムレータは、ＬｉＦｅＰＯ4／黒鉛タイプのものであり、分離要素８によって分離された陰極４と陽極６を含む。アキュムレータは、それ自体に中空円柱を構成するように巻き付けられる。アキュムレータは、その環境から、アルミニウムの密封カバー１２によって分離される。カバーは、アキュムレータ形状と一致し、したがって、やはり円柱形のものである。アキュムレータは、例えば、商標「Ａ１２３システム」（参考名ＡＮＲ２６６５０−Ｍ１（上記参照））で販売されているものでよい。パック２０の寸法は、重量７０ｇの場合、方向（０；ｊ）に長さ６５ｍｍ、方向（０；ｉ）に直径２６ｍｍである。
【００４８】
管理装置１００は、複数の歪みゲージ１４を含み、各ゲージは、カバー１２の外側面に取り付けられるか保持され、カバーの内側面は、アキュムレータ２に向いた面である。歪みゲージ１４は、パック２０の膨らみ部分、有利には前記パックの長さの半分の部分に取り付けられることが好ましい。これらの歪みゲージ１４は、第１の歪みゲージ１４Ａ、第２の歪みゲージ１４Ｂ及び第３の歪みゲージを１４Ｃ含む（図４Ａ）。歪みゲージは、その測定値の処理を単純化するために、カバー上のそれぞれの位置の関数として、三角回転方向にしたがって番号付けされる。３つの歪みゲージは全て、必ずしも３つの別々の方向又は応力軸に沿ってカバー１２の応力を測定できるように位置合わせされ配置されるとは限らない。一例によれば、第１の歪みゲージ１４Ａは、その応力軸（ＣＣ’1）が第３の歪みゲージ１４Ｃの応力軸（ＣＣ’3）と垂直になるように位置決めされる（図４Ａ）。第２の歪みゲージ１４Ｃは、その応力軸（ＣＣ’2）が前の両方の軸の間に位置決めされかつ応力軸（ＣＣ’1）及び（ＣＣ’2）と４５°の角度になるように位置決めされる。複数の歪みゲージ１４は、この例によれば、商標「Ｖｉｓｈａｙ」で販売され参考名Ｃ２Ａ−１３−１２５ＬＲ−３５０を有する矩形ゲージロゼットである。歪みゲージ１４は、「コンスタンタン」型銅及びニッケル金属合金からなり、３５０Ωの抵抗値、アルミニウムと同等の２３．２ｐｐｍ／℃の熱膨張率に対応する１３の温度自己補正（Ｔ．Ｓ．Ｃ．）を有し、各歪みゲージは、長さ３．１８ｍｍとゲート幅１．７８ｍｍとを有する。
【００４９】
各歪みゲージは、電力を供給する電圧源に接続されうる。各ゲージは、この同じゲージ１４が受けた歪みεX（ｔ）を実時間（ｔ）で測定するための測定装置４０に接続される（図５）。歪み測定値は、計算装置５０（この場合、基準値を記憶するための装置と表示装置とを有するコンピュータ）に通信される。計算装置５０は、ゲージの測定値から、選択されたアルゴリズムにしたがって計算を実行することを可能にする。このアルゴリズムの結果に応じて、計算装置は、パック２０からの電圧端子をクライアント環境７０に接続する電気スイッチ６０の開閉を可逆的に制御することができる。用語「クライアント環境」は、パックの電圧端子に接続された全ての導電要素を示す。
【００５０】
したがって、本明細書で述べられる例示的な管理装置１００は、前述の装置１４、４０、５０及び６０を含む（図５）。換言すると、管理装置１００は、必ずしもパック２０を含まない。
【００５１】
詳細な開示は、選択されたアルゴリズムに関する。より正確には、このアルゴリズムによって、管理装置１００はパック２０の動作を最良に管理することを可能にする。発明者は、意外にもパック２０のカバー１２の歪み（前記パックの充放電サイクル中に複数の歪みゲージ１４によって測定される）が線形でないことに気付いた。図６と図７はそれぞれ、パック２０の充放電サイクル中にゲージ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃによって測定されたカバー１２の歪みを表わす。これらの２つの図で、同じ歪みゲージによって得られた一連の測定値（ε14A（ｔ），ε14B（ｔ），ε14C（ｔ））が、完全充放電サイクルの場合、パックの充電状態の関数として線形ではないことは明らかである。更に、歪みゲージによって得られた測定値の振幅は、それらの応力軸の向きの関数として変化する（例えば、測定値ε14A（ｔ）及びε14B（ｔ）を参照）。曲線Ｖ（ｔ）は、アキュムレータの端子の電圧の漸進的変化を表わす。
【００５２】
これらの結果が、特許文献２（図２）の技術的教示に反し、したがって、幾つかのアキュムレータを束ねるテープに取り付けられた歪みゲージによって得られた応力の測定値と全てのアキュムレータのフル充電状態との間に線形関係がある可能性があることに注意されたい。
【００５３】
各ゲージに関して、発明者は、カバー１２上の応力軸の位置決めの関数としてこの歪みゲージによって提供された測定値の振幅変化を除去したかった。このために、発明者は、以前の充放電サイクル中の、カバー１２の最大歪みＥｐ（ｔ）の軸方向の歪み振幅と、最小歪みＥｑ（ｔ）の軸方向の歪み振幅とを計算した（図８と図９）。最大歪みＥｐ（ｔ）の軸方向の歪み振幅は、以下の式１によって計算される。
【００５４】
【数１】
0006400079.tif 000002
【００５５】
最小歪みＥｑ（ｔ）の軸方向の歪み振幅は、以下の式２によって計算される。
【００５６】
【数２】
0006400079.tif 000003
【００５７】
図８に、充電サイクル中に、最小歪み（Ｅｑ（ｔ））と関連付けられた曲線が、アキュムレータ２の充電の０％〜３０％で実質的に線形に漸進的変化することが分かる。これを越えると、曲線Ｅｑ（ｔ）は、アキュムレータの充電の６０％まで減少し、次に再びアキュムレータの充電の１００％まで増大する。
【００５８】
これと逆の現象は、アキュムレータ２の放電サイクル中に観察される（図９）。最大歪み（Ｅｐ（ｔ））と関連した曲線の漸進的変化は、曲線Ｅｑ（ｔ）のものと類似しているが、もっと小さい振幅のものである。曲線Ｅｑ（ｔ）及びＥｐ（ｔ）の傾きによって、パック２０内のアキュムレータ２が充電サイクルか放電サイクルかを識別することができる。
【００５９】
充電サイクルの場合、アキュムレータの０〜２０％と７５％〜９０％の充電状態で、曲線Ｅｑ（ｔ）及びＥｐ（ｔ）が、実質的に線形に漸進的変化する（図８）。パック２０の端子で測定された電圧曲線（Ｖ（ｔ））も、充電状態のもっと小さい範囲（即ち、０〜１０％と９５〜１００％）で線形挙動を有することに注意されたい。また、これらの挙動は、パックの放電サイクル中の曲線Ｅｑ（ｔ）、Ｅｐ（ｔ）及びＶ（ｔ）に関して観察可能である（図９）。
【００６０】
より広い充電範囲でパック２０の充電状態を決定するために、発明者は、曲線Ｅｑ（ｔ）、Ｅｐ（ｔ）及びＶ（ｔ）の情報を関連付けることを考えた。下の表１は、この相関関係によって、幾つかの範囲の充電値に関してアキュムレータ２の充電状態を確実に知ることができないことを示す。実際には、これらの測定値だけから、２０％〜３０％と５５％〜７５％の充電状態を区別することができない。
【００６１】
【表１】
0006400079.tif 000004
【００６２】
これと同じことは、表２に示されたような放電サイクルについても当てはまる。以前の測定値から、８２％〜６４％と３８％〜２５％の充電状態範囲を区別できない。
【００６３】
【表２】
0006400079.tif 000005
【００６４】
発明者は、曲線Ｅｐ（ｔ）の傾きを計算することによってこれらの不確定を解決することを考えた。実際には、発明者は、この傾きが、当該の充電範囲の関数として変化することに気付いた。このため、充放電サイクルを充電又は放電の不確定範囲で実行して、これらの範囲の値を区別するのに十分な数の測定値を得た。この解決策により、Ｖ（ｔ）の測定とＥｑ（ｔ）、並びにｄＥｑ（ｔ）／ｄｔ及びこれらの３つの異なるデータ（Ｅｑ（ｔ），ｄＥｑ（ｔ）／ｄｔ，Ｖ（ｔ））の相関関係が計算される。この解決策は、技術的に実現可能であるが、発明者は、パック２０の充電状態をより迅速かつ単純に決定することを可能にするアルゴリズムを使用することを望んだ。
【００６５】
発明者は、歪みゲージ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃによって得られた測定値を使用して、カバー１２の応力の漸進的変化をモール円によるグラフ表示で表わすことを選択した。モール円の横座標ｄ（ｔ）は、以下の式３によって計算される。
【００６６】
【数３】
0006400079.tif 000006
【００６７】
モール円の半径ｒ（ｔ）は、以下の式４によって計算される。
【００６８】
【数４】
0006400079.tif 000007
【００６９】
値ｄ（ｔ）とｒ（ｔ）は、計算装置５０によって実時間で計算される。換言すると、アルゴリズムは、ｄ（ｔ）とｒ（ｔ）を計算する段階を含む。
【００７０】
アルゴリズムは、計算される１対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））を１対の基準値（ｄｒ，ｒｒ）のリストと比較することを可能にする別の計算段階を含む。計算される１対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））が、クリティカル対（ｄrc，ｒrc）と呼ばれる１対の基準値に対応するとき、計算装置は、パック２０をそのクライアント環境７０から電気的に分離するために、電気スイッチ６０を開くか開き続けるように制御する。この反対に、計算される１対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））が、正常対（ｄrn，rrn）と呼ばれる１対の基準値に対応するとき、計算装置は、パック２０をそのクライアント環境７０に電気的に接続するために、電気スイッチ６０を閉じるか閉じ続けるように制御する。
【００７１】
次に、前述のように管理装置１００を較正する方法を、正常及びクリティカル基準値を決定する点から述べる。より正確には、制御パック２０に取り付けられた管理装置１００の対の基準値の決定を可能にする方法について述べる（図５）。制御パックは、正常動作状態と異常動作状態で充放電されて、測定された各対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））が、１対のクリティカル又は正常基準値と関連付けられうる。制御パック２０の異常動作状態は、セイフティ状態で現われる状態として定義される（上記参照）。以下の例示的な較正方法によれば、制御パック（定格容量Ｃｎ＝２３００ｍＡｈを有し、「Ａ１２３システム」型で、参考名ＡＮＲ２６６５０−Ｍ１で販売されている）のアキュムレータ２は、（メーカによって推奨されるような）充電時の３．６Ｖと放電時の２．３Ｖの２つの電圧しきい値間で、Ｃｎ／５ｈの電流方式で３つの充放電サイクルを受ける（図１０）。第３のサイクルの終わりの過充電は、要素の電圧がメーカによる推奨充電電圧の終わり（３．６Ｖ）を超えるような低い充電電流を加えることによって課される。したがって、要素の電圧は、ゆっくり増大して、３．６Ｖ〜３．８Ｖで許容過充電ゾーンに達し、次に３．８Ｖを超える電圧ではクリティカル過充電ゾーンに達する。
【００７２】
これらのサイクル中に、装置５０は、対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））を実時間で計算し、それらの値を記憶手段に記憶する。図１０を使用することにより、各瞬間に、アキュムレータ内で、正常充電、正常放電、クリティカル過充電、クリティカル放電のどの状態であるかを識別することもできる。各対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））に対して、図１０を使用して、アキュムレータ状態に対応する状態を関連付けることができる。
【００７３】
対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））を調査グラフ（即ち、横座標に値ｄ（ｔ）と縦座標に値ｒ（ｔ）を含む直交基準系）にグラフで表わすことができる。換言すると、対の値（ｄ（ｔ），ｒ（ｔ））は、調査グラフ内に実時間で描かれた調査曲線ｆ（ｔ）の座標でよい。
【００７４】
図１１は、図１０のグラフ上の０〜５時間、１２〜１７時間、２４〜２９時間で実行される放電サイクル中の調査曲線ｆ（ｔ）の漸進的変化を表わす。このサイクル中、値ｄ（ｔ）が減少し、値ｒ（ｔ）が増大する。調査関数ｆ（ｔ）は、縦座標軸の左側に向けて増大する。制御パックは、パックの正常放電挙動に対応する調査グラフ上のゾーンを決定するために、数回放電される。この例によれば、この正常放電のゾーンＩは、（ｄ＝−５．５６；ｒ＝４．０１）と（ｄ＝６．６１；ｒ＝１．７７）の間である（図１４）。
【００７５】
図１２は、６〜１１時間、１８〜２３時間、３０〜３５時間で行われたカットオフ電圧しきい値３．６Ｖの３つ全ての充電サイクル中と、図１０のグラフ上のメーカにより推奨された最大電圧（３．８Ｖ）まで３５〜５５時間の許容過充電中の調査曲線ｆ（ｔ）の漸進的変化を表わす。正常充電状態では値ｄ（ｔ）が増大し値ｒ（ｔ）が減少し、許容過充電状態では値ｄ（ｔ）及びｒ（ｔ）が増大することが分かる（図１２）。正常充電（３．６Ｖ未満の電圧）に対応する調査グラフのゾーンは、（ｄ＝−９．３９；ｒ＝４．５７）と（ｄ＝８．４７；ｒ＝５．３０）の間の正常充電のゾーンＩＩに対応する（図１４）。許容過充電（３．６Ｖ〜３．８Ｖの電圧）に対応するゾーンＩＩＩは、（ｄ＝９．６２；ｒ＝４．８８）と（ｄ＝７．４２；ｒ＝５．６２）の間の許容過充電のゾーンに対応する（図１４）。
【００７６】
充電電流が維持されて、その結果、電圧がその最大値まで上昇し、即ち、３．８Ｖの推奨最大充電カットオフしきい値を超えたとき、調査関数ｆ（ｔ）が、過充電の許容ゾーンから出ることに気付く（図１３）。クリティカル過充電のゾーンＩＶは、（ｄ＝７．６５；ｒ＝５．４５）を超えるゾーンに対応する（図１４）。換言すると、クリティカル過充電ゾーンは、ｄ＞７．６５とｒ＞５．４５によって定義されたゾーンに対応する。
【００７７】
許容過放電ゾーンと非許容又はクリティカル過放電ゾーンは、同じように決定することができる。明瞭にするために、これらのゾーンは、図に表わされない。
【００７８】
調査関数ｆ（ｔ）によって、制御パックの状態を実時間で単純に図形表現することができ好都合である。上記ゾーンのうちの１つのゾーン内の調査曲線ｆ（ｔ）の位置の関数として、パックが充電状態とセイフティ状態のどちらであるかを知ることができる（図１４）。
【００７９】
したがって、調査グラフ内の調査関数ｆ（ｔ）の位置が、制御パックの動作サイクル数の関数として変化することが分かる。この現象は、図１５に、幾つかの動作サイクルを行う前後に行われる、マンドレルを有するＬｉＣｏＯ2−ＬｉＭｎ2Ｏ44／Ｃ型アキュムレータの３つの正常充電及び放電サイクルに関して示される。このとき、検討される要素は、定格容量Ｃｎ３０００ｍＡｈと定格電圧３．７８Ｖで参考名ＩＣＲ  １８６５０−３０Ａの「Ｓａｍｓｕｎｇ」要素である。その寸法は、重量が４８ｇの場合、長さ６５ｍｍと直径１８ｍｍである。本明細書に示された例で使用されるゲージは、銅とニッケルの金属合金（コンスタンタン）から成る商標「Ｖｉｓｈａｙ」、参考照名Ｃ２Ａ−０６−０６２ＬＲ−１２０の三角形ゲージロゼットである。これは、１２０Ωの抵抗値を有し、０６温度自己補正（ＴＳＣ）は、鋼の膨張係数と同一の１１．３ｐｐｍ／℃の熱膨張係数に対応する。ロゼットの各ゲージは、長さ１．５２ｍｍとゲート幅１．２７ｍｍを有する。
【００８０】
この図では、アキュムレータが新しいとき、調査関数ｆ1（ｔ）が、−１０〜５１５のｄ（ｔ）の値と、０〜３３０のｒ（ｔ）の値とによって区切られたゾーン内にあることが分かる。１４５回の充放電サイクルの後で、関数ｆ2（ｔ）は、−４００〜１８５のｄ（ｔ）の値と−６８５〜１０２０のｒ（ｔ）の値とよって区切られた調査グラフの第２のゾーンに移動する。したがって、調査グラフ内の関数ｆ（ｔ）の移動により、アキュムレータの健全状態を実時間で追跡することができる。前と同じように、オペレータは、制御パックのエージング状態を、計算された各対の値（ｄ（ｔ）；ｒ（ｔ））に関連付けることができる。
【００８１】
前述の較正方法から、前述の対の基準値（ｄr；ｒr）を決定することができる。より正確には、制御パック（図５）に取り付けられた管理装置１００によって計算された対の値（ｄ（ｔ）；ｒ（ｔ））は、以下のように参照される。−正常放電ゾーン、正常充電ゾーン、許容過充電のゾーン又は許容過放電ゾーンに属するときは正常（ｄrn，rrn）、又は
−上に定義されたゾーンのいずれかに属さないときはクリティカル（ｄrc，ｒrc）。
【００８２】
このように、管理装置１００は、制御パックと同一又は類似のパック２０と共に使用されるのに適する。
【００８３】
次に管理装置１００の使用方法を述べる。本発明による管理装置が、前述の手段１４，４０，５０，６０（図５）を含むことに注意されたい。管理装置を使用する例示的方法は、任意の順序で実行される以下の段階、
−パック２０のカバー１２上に複数の歪みゲージ１４に取り付ける段階と、
−パック２０の少なくとも１つの電圧端子に電気スイッチ６０を接続する段階と、
−計算装置５０のスイッチを入れて上で選択されたアルゴリズムを実行できるようにする段階とを含むことができる。
【００８４】
次に例示的な管理装置１００の変形例について述べる。
【００８５】
歪みゲージは、変形されたときに測定可能な電圧を生成する圧電材料からなるか圧電材料を含むことができる。
【００８６】
また、歪みゲージ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが、その応力軸が値ｄ（ｔ）及びｒ（ｔ）の計算を容易にする角度をなすように配置されうる。ゲージの応力軸は、その間に、例えば４５°、６０°、１２０°などの単純な値を有する角度をなすことができる。ゲージは、デルタロゼット型幾何学形状（図４Ｂ）又は図４Ｃに表わされた構成にしたがって配置されてもよい。
【００８７】
また、複数の歪みゲージ１４は、測定される歪み振幅に対応するゲージ定格因子と最大歪み、抵抗値及び膨張率によって特徴付けられた矩形ゲージロゼットでよい。また、温度に関係なくまた各ゲージ用の温度制御システムを備えることなく、前述の歪みゲージの歪み測定値の精度を改善するために、測定ゲージが取り付けられたものと同じ性質の支持板に取り付けられたフリーゲージ（温度の影響を受けない）を追加し、その応答を他のゲージによって記録された歪みに対して減算することもできる。また、温度プローブを使用して室温を測定し、次に較正後に歪みゲージによって測定された歪み値に補正を適用することができる（温度の関数としてのゲージ歪みの「ブランク」測定）。
【００８８】
別の変形例によれば、計算装置５０に関して、パック２０のユーザが調査関数ｆ（ｔ）を実時間で見ることを可能にする表示インタフェースを含むことができる。
【００８９】
計算装置５０は、また、パック２０のユーザが、アキュムレータの充電状態及び／又は放電状態を調査グラフでの関数ｆ（ｔ）の挙動の関数として監視することを可能にするキーボード型インタフェースを含むことができる。
【００９０】
１つの応用例によれば、管理装置１００は、円柱又は角柱形アキュムレータ２を含むパック２０上に取り付けられうる。
【００９１】
別の例示的な応用例によれば、管理装置１００は、ＬｉＭｎ2Ｏ4−ＬｉＣｏＯ2／黒鉛（ＬＭＯ−ＬＣＯ／Ｇ）型の円柱形リチウムアキュムレータ２を含むパック２０に取り付けられてもよい。アキュムレータは、プラスチック又は金属の中心コア又はマンドレル１０に巻き付けられてもよい（図１６）。本明細書で述べたパックは、例えば、定格容量３０００ｍＡｈと定格電圧３．７８Ｖを特徴とするアキュムレータを含む、参照名ＩＣＲ  １８６５０−３０Ａ、商標「Ｓａｍｓｕｎｇ」で販売されている。素子の寸法は、重量が４８ｇの場合、方向（０；ｊ）の長さ６５ｍｍと方向（０；ｉ）の直径１８ｍｍである。
【００９２】
更に別の応用例によれば、パック２０は、幾つかのアキュムレータを含むことができ、その接続端子は、パックの接続端子に接続される。各アキュムレータは、前記アキュムレータをパックに電気的に接続し切断することができるように、それ自体の管理装置１００を含むことができる。より正確には、各アキュムレータの電気スイッチ６０は、このアキュムレータの接続端子とパックの接続端子との間に、両方の端子を可逆的に接続又は切断できるように接続される。
【００９３】
更に別の応用例によれば、歪みゲージは、保護カバー１２の内側、又はアキュムレータ２の外側の金属コレクタ上に接合されるか取り付けられてもよい。歪みゲージ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃは、例えば、カバーの内側面上、アキュムレータ外の金属コレクタ上、アキュムレータ２の最終巻線の電極を支持する金属板上、又は角柱形アキュムレータの最終層上に接合されてもよい。ゲージは、また、アキュムレータ２を作成する要素をまとめることを可能にするプラスチックカバー又はフィルムに接合されてもよい。
【００９４】
次に、詳細な開示は、管理装置１００を使用するための方法の幾つかの変形例について述べる。
【００９５】
パック２０の各タイプについて、パック２０のカバー１２上の複数の歪みゲージ１４の最適位置を経験的に決定することができる。実際には、調査関数ｆ（ｔ）の挙動が、実質的に、同一パック上の歪みゲージの装置の位置の関数として変化することが分かった。図１７では、第１の充放電サイクルに関して、パックの長さの半分ｆA（ｔ）とパックの接続端子のうちの１つｆB（ｔ）における歪みゲージ装置１４の位置決めに対応する調査関数の挙動が表わされる。また、図１７では、歪みゲージ装置１４が半分の長さｆC（ｔ）でありまた同じパックの接続端子ｆD（ｔ）であるときのパックの第３の動作サイクルに対応する調査関数の挙動も表わされる。
【００９６】
また、調査関数の挙動は、実質的に、アキュムレータを構成する材料の性質、単位面積（基本重量）当たりの活性材料の量、アキュムレータ形状、巻数とアキュムレータを構成する要素のスタック数、マンドレルが巻かれたものの中心にあるかどうか、パックカバーの形状と性質（プラスチック、ステンレス鋼、アルミニウムなど）の関数として変化することが分かった。
【００９７】
例えば、マンドレル（図１６）に巻き付けられた円柱形アキュムレータは、パック２０の保護カバー１２をよりはっきりと変形させる。
【００９８】
これと反対に、アキュムレータ２が、中心マンドレルを含まないとき、体積膨張が、巻かれたものの内方と外方に向けて起こり、したがって、歪みゲージによって記録される歪みが、アキュムレータ２によって受ける歪みをあまり忠実に反映しない。換言すると、円柱形アキュムレータ内の中心マンドレルの存在により、マンドレルを含まない同じアキュムレータよりも、その状態に関するより正確な情報を得ることができる。
【００９９】
前記ゲージが放電アキュムレータに接合されたときに歪みゲージの歪みの変化が大きくなることが分かった。したがって、アキュムレータが放電状態又は完全放電状態のとき、歪みゲージをパックカバー上又はカバー内にあるアキュムレータ上に取り付けることが推奨される。
【０１００】
結論として、本発明は、リチウムアキュムレータ又は同等設計（例えば、ニッケルーカドミウム又はニッケル金属水素化物）を有する他のアキュムレータタイプを含むパックを管理するための装置、並びに前記装置を使用する方法に関する。この管理装置によって、パックの充電状態又は安全性、並びにそのエージング状態を実時間で追跡することができる。これらの情報から、管理装置は、パックとそのクライアント環境の間の接続部分を監視して、パックを不可逆的に劣化させるか又はその環境にリスクとなる可能性のあるパックの乱用を回避する。管理装置の動作は、パックにおいて可逆的であり、パックを劣化させず好都合である。
【符号の説明】
【０１０１】
２  アキュムレータ
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  歪みゲージ
４０  測定装置
５０  計算装置
６０  電気スイッチ
１００  管理装置
【図１】
0006400079.tif 000008
【図２】
0006400079.tif 000009
【図３】
0006400079.tif 000010
【図４Ａ】
0006400079.tif 000011
【図４Ｂ】
0006400079.tif 000012
【図４Ｃ】
0006400079.tif 000013
【図５】
0006400079.tif 000014
【図６】
0006400079.tif 000015
【図７】
0006400079.tif 000016
【図８】
0006400079.tif 000017
【図９】
0006400079.tif 000018
【図１０】
0006400079.tif 000019
【図１１】
0006400079.tif 000020
【図１２】
0006400079.tif 000021
【図１３】
0006400079.tif 000022
【図１４】
0006400079.tif 000023
【図１５】
0006400079.tif 000024
【図１６】
0006400079.tif 000025
【図１７】
0006400079.tif 000026