(57)【要約】      （修正有）【課題】操作可能なＥＶにバッテリパックの導入を必要としない高エネルギー・バッテリパックのエネルギー管理および保全を行うためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】バッテリサービス（補修）ユニットは、必要なときに動作環境内にパックの導入を複製（再現）するシグナチャを提供する能力を追加することによって、バッテリパックが動作環境内に導入されているか否かに拘わらず、パックの一次又は二次高電圧ポートを通して高エネルギーバッテリパックを充電又は放電するために複数のアクセス機構を有する。【選択図】図１
2013243912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作環境への導入のために構成されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のためのバッテリ・サービス・ユニットであって、
前記ＥＳＳとインタフェース接続する一次接続システムと、
前記一次接続システムに結合された高電圧バッテリ・サービス・インタフェースであって、放電ポートを含む高電圧バッテリ・サービス・インタフェースと、
前記放電ポートに結合された高電圧放電器ユニットであって、前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳから伝達されたエネルギーを散逸させるように構成された高電圧放電器ユニットと、
前記高電圧バッテリ・サービス・インタフェースに結合されたコントローラであって、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが所定のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記ＥＳＳからエネルギーを選択的に散逸させるコントローラと、
を備えることを特徴とするバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項２】
前記高電圧バッテリ・サービス・インタフェースが充電ポートをさらに備えており、
前記充電ポートに結合された高電圧充電器ユニットをさらに備え、前記コントローラは、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが前記所定のＳＯＣレベルを下回ったときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧充電器ユニットを用いて前記ＥＳＳにエネルギーを選択的に加えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項３】
前記ＥＳＳが前記動作環境内に導入されておらず、前記動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、そして、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含んでおり、
前記制御インタフェースを用いて前記インターロックに結合された動作環境シミュレータであって、前記動作環境シグナチャを前記インターロックに提供すると共に前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を可能にする動作環境シミュレータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項４】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項５】
前記推進バッテリパックは、前記複数の直列接続されたバッテリエレメントに結合されたバッテリ管理システムを含み、前記推進バッテリパックは、複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記バッテリ管理システムは、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含み、前記コントローラは、前記制御インタフェースを用いて前記バッテリ管理システムにオーバーライド信号を発行し、前記オーバーライド信号は、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記コントローラが前記ＥＳＳからエネルギーを散逸させることなく、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを自己放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項４に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項６】
前記ＥＳＳが前記動作環境内に導入されておらず、前記動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、そして、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含んでおり、
前記制御インタフェースを用いて前記インターロックに結合された動作環境シミュレータであって、前記動作環境シグナチャを前記インターロックに提供すると共に前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を可能にする動作環境シミュレータをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項７】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項８】
前記推進バッテリパックは、前記複数の直列接続されたバッテリエレメントに結合されたバッテリ管理システムを含み、前記推進バッテリパックは、複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記バッテリ管理システムは、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含み、前記コントローラは、前記制御インタフェースを用いて前記バッテリ管理システムにオーバーライド信号を発行し、前記オーバーライド信号は、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記コントローラが前記ＥＳＳからエネルギーを散逸させることなく、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを自己放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項９】
前記動作環境は、危険にさらされた動作環境を含み、前記ＥＳＳが前記危険にさらされた動作環境内に導入されており、前記危険にさらされた動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、前記危険にさらされた動作環境が前記動作環境シグナチャを提供せず、そして、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含んでおり、
前記制御インタフェースを用いて前記インターロックに結合された動作環境シミュレータであって、前記動作環境シグナチャを前記インターロックに提供すると共に前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を可能にする動作環境シミュレータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１０】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１１】
前記推進バッテリパックは、前記複数の直列接続されたバッテリエレメントに結合されたバッテリ管理システムを含み、前記推進バッテリパックは、複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記バッテリ管理システムは、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含み、前記コントローラは、前記制御インタフェースを用いて前記バッテリ管理システムにオーバーライド信号を発行し、前記オーバーライド信号は、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記コントローラが前記ＥＳＳからエネルギーを散逸させることなく、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを自己放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１２】
前記ＥＳＳにインタフェース接続する二次接続システムをさらに備え、
前記高電圧放電器ユニットが前記二次接続システムに結合されており、
前記コントローラは、前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳから前記放電器ユニットにエネルギーを伝達することなく、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが所定のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧放電器ユニットを直接的に用いて前記二次接続システムを通して前記ＥＳＳからエネルギーを選択的に散逸させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１３】
前記ＥＳＳにインタフェース接続する二次接続システムをさらに備え、
前記高電圧放電器ユニットが前記二次接続システムに結合されており、
前記コントローラは、前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳから前記放電器ユニットにエネルギーを伝達することなく、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが所定のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧放電器ユニットを直接的に用いて前記二次接続システムを通して前記ＥＳＳからエネルギーを選択的に散逸させることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１４】
前記ＥＳＳが前記動作環境内に導入されており、前記動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが前記動作環境によって提供される動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、そして、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含んでおり、
前記コントローラは、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが前記所定のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳの前記ＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記ＥＳＳからエネルギーを散逸させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１５】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１６】
前記ＥＳＳが前記動作環境内に導入されており、前記動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが前記動作環境によって提供される動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含み、前記動作環境は、前記ＥＳＳの外部に複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記動作環境は、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含み、そして、前記コントローラは前記制御インタフェースを用いて前記動作環境にオーバーライド信号を発行し、前記オーバーライド信号は、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記コントローラが前記ＥＳＳからエネルギーを散逸させることなく、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１７】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項１６に記載のバッテリ・サービス・ユニット。
【請求項１８】
動作環境内への導入のために構成されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のための方法であって、
ａ）前記ＥＳＳの所望のＳＯＣレベルを選択することと、
ｂ）前記動作環境の一次接続システムを通して前記ＥＳＳと外部高電圧サービスユニットとの間でエネルギーを伝達することと、
ｃ）前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが前記所望のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所望のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧サービスユニットを用いて前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳと前記外部高電圧サービスユニットとの間で伝達されたエネルギーを選択的に散逸させることと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
ｄ）前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが前記所望のＳＯＣレベルよりも低いときに前記所望のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧サービスユニットを用いて前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳを選択的に充電することをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＥＳＳが前記動作環境内に導入されておらず、前記動作環境がインターロックを含み、当該インターロックが動作環境シグナチャを検知する場合を除いて前記インターロックが前記ＥＳＳに対してエネルギー伝達を禁止し、そして、前記一次接続システムは、前記インターロックに通信する制御インタフェースを含んでおり、
ｄ）前記ＥＳＳと外部高電圧サービスユニットとの間のエネルギーの伝達を可能にすべく、前記外部高電圧サービスユニットから前記インターロックに前記動作環境シグナチャを提供することとをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
動作環境内に導入されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のための方法であって、
ａ）前記ＥＳＳの所望のＳＯＣレベルを選択することと、
ｂ）制御インタフェースを含む一次接続システムを用いて前記動作環境に結合された外部サービスユニットを使用して、危険にさらされていない動作のために前記動作環境を試験することと、
ｃ）前記ＥＳＳの前記ＳＯＣレベルが前記所望のＳＯＣレベルを超過したとき、且つ、前記動作環境が前記危険にさらされていない動作を含むとき、前記所望のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記外部サービスユニットから提供された放電コマンドに応答して、前記動作環境を用いて前記ＥＳＳに保存されたエネルギーを選択的に散逸させることと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記動作環境は電気推進モータを有する電気車両を含み、且つ、前記ＥＳＳはエンクロージャに配置された複数の直列接続されたバッテリエレメントを含む推進バッテリパックを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記推進バッテリパックは、前記複数の直列接続されたバッテリエレメントに結合されたバッテリ管理システムを含み、前記推進バッテリパックは、複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記バッテリ管理システムは、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含んでおり、
ｄ）前記制御インタフェースを用いて前記バッテリ管理システムにオーバーライド信号をアサートすることであって、前記オーバーライド信号は、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを自己放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記動作環境は、前記ＥＳＳの外部に複数のエネルギー散逸エレメントを含み、前記動作環境は、前記複数のエネルギー散逸エレメントの電力散逸を制限する電力保存モダリティを含んでおり、
ｄ）前記制御インタフェースを用いて前記動作環境にオーバーライド信号をアサートすることであって、前記オーバーライド信号は、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記ＥＳＳから電力散逸を増加させてエネルギーを自己放電させるために前記電力保存モダリティを中断することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
電気車両に使用される高電圧バッテリの補修のためのバッテリ・サービス・ユニットであって、
車両の電気特性を提供する車両シグナチャシミュレーション回路であって、該電気特性によって、バッテリパック内のバッテリ管理システムが前記バッテリパック内のバッテリに高電圧アクセスを提供し、且つ、前記バッテリ管理システムに低電圧通信アクセスを提供する、車両シグナチャシミュレーション回路と、
前記バッテリパックを充電及び放電するときに、前記低電圧通信アクセスを介して前記バッテリ管理システムに通信するバッテリサービス通信インタフェースと、
前記バッテリパック及び前記バッテリ管理システムが適切に機能していると前記バッテリ・サービス・ユニットが決定したときに、前記バッテリパックを充電及び放電することに使用される、前記バッテリパックとの一次充電ポート接続であって、前記バッテリ管理システムは、前記バッテリ・サービス・ユニットからの充電及び放電を促進する、一次充電ポート接続と、
前記バッテリパック及び前記バッテリ管理システムの少なくとも一方が適切に機能していないと前記バッテリ・サービス・ユニットが決定したときに、前記バッテリ管理システムの介在なしに直接的に前記バッテリパックを充電及び放電することに使用される、前記バッテリパックとの二次充電ポート接続と、
を備えることを特徴とするバッテリ・サービス・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年５月１９日に提出された米国特許出願第６１／６４９，２９３号および２０１２年６月２１日に提出された米国特許出願第６１／６６２，９１３号の出願の利益を主張するものであり、これらの出願の内容は明示的に、その全体があらゆる目的で参照により開示に含まれる。本出願は、２０１３年３月４日に提出された「ＳＥＣＯＮＤＡＲＹ  ＳＥＲＶＩＣＥ  ＰＯＲＴ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＰＡＣＫ（高電圧バッテリパックの二次サービスポート）」と題する米国特許出願第１３／７８４，１２５号に関連し、かつ２０１３年３月４日に提出された「ＳＥＬＦ−ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＶＯＬＴＡＧＥ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＰＡＣＫ（高電圧バッテリパックの自己放電）」と題する米国特許出願第１３／７８４，５４２号に関連し、これらの双方の内容は明示的に、その全体があらゆる目的で参照により開示に含まれる。
【０００２】
本発明は、概して、エネルギー貯蔵システムの充電および放電に関し、かつより具体的には、但し排他的ではなく、電気車両（ＥＶ）に使用可能な高電圧バッテリパックのエネルギー保全および管理に関する。
【背景技術】
【０００３】
この背景技術部分において論じる主題は、単にそれが背景技術部分において言及されているという結果によって先行技術であるものと見なされるべきではない。同様に、この背景技術部分において言及される、または背景技術部分の主題に関連づけられる課題も、先に先行技術において認識されているものと見なされるべきではない。背景技術部分における主題は、単に異なる手法を表すものであり、これら自体もまた発明であり得る。
【０００４】
電気車両によって使用されるバッテリパックは、狭い空間に大量のエネルギーを貯蔵し、高いエネルギー密度を生み出す。これらのバッテリパックは、単に環境保護およびパッケージング効率のためだけに設計されるわけではない外部ハウジングを含む。このハウジングは、特に一定範囲の予想される異常な動作条件の下での安全性および安定性を強化するものでもある。
【０００５】
高いエネルギー密度が関連することに起因して、限られた状況設定下でも貯蔵エネルギーが制御可能に放出されるよう保証するために、内部安全機構を設けることが知られている。これらの安全機構は、エネルギーの充足および放出を可能にするために、動作可能な車両により提供される機械的および電気的インタフェースと相互に作用する。
【０００６】
バッテリパックのエネルギー保全および管理が必要とされるシチュエーションは広範にわたるが、その全てが、車両、または１００％動作可能であると分かっている車両に、バッテリパックが据え付けられているというシチュエーションを含むわけではない。これらのシチュエーションの中には、バッテリパックがＥＶ内に据え付けられていな場合の高エネルギー・バッテリパックの貯蔵、輸送およびリサイクルを含むものがある。他には、ＥＶ内に据え付けられているが、状況が、ＥＶまたはそのサブシステムの運転性能が低下し得ることを指しているバッテリパックに基づく動作がある。動作性能低下は、衝突または自然の作用によって生じる場合もあり、バッテリパックの安全システムを危険にさらす可能性がある。安全システムが実際には危険にさらされていない場合でも、車両の状態または、その環境またはステータスが、安全システムが危険にさらされているリスクがあることを指す場合もある。これらのシチュエーションにおいては、その車両が必要なインタフェースおよび安全構造を提供すべく利用可能であり得るものと期待することが妥当ではない場合がある。当然ながら、完璧な機能のＥＶおよびバッテリパックに関連して保全および管理操作が必要とされるシチュエーションもある。
【０００７】
保全および管理操作は、バッテリパックを所望の充電状態（ＳＯＣ）レベルまで安全に充電しかつ放電することを含む。シチュエーションによっては、所望のＳＯＣレベルには、放電操作または充電操作を必要とする可能性もある。何らかの状況下では、バッテリパックがＥＶへ据え付けられるという恩恵を受けず、この操作を実行することが必要であり、または望ましく、また、バッテリパック候補を据え付けられ得る操作（運転）可能なＥＶを提供することが、あらゆる事例で経済的または可能であるとは限らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
操作可能なＥＶにバッテリパックの導入（又はインストール、据付）を必要としない高エネルギー・バッテリパックのエネルギー管理および保全を提供するための装置及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
操作可能なＥＶにバッテリパックの導入を必要としない高エネルギー・バッテリパックのエネルギー管理および保全を提供するためのシステム及び方法を開示する。バッテリサービス（補修）ユニットは、必要なときに動作環境内にパックの導入（据え付け）を複製（再現）するシグナチャを提供する能力を追加することによって、バッテリパックが動作環境内に導入されているか否かに拘わらず、パックの一次又は二次高電圧ポートを通して高エネルギーバッテリパックを充電又は放電するために複数のアクセス機構を有する。
【００１０】
本発明に関する下記の概要は、高エネルギー・バッテリパックのエネルギー管理および保全に関連する技術的特徴の幾つかについて理解を容易にするために行うものであり、本発明を完全に説明するためのものではない。本発明の様々な態様の完全な認識は、明細書本文全体、請求の範囲、図面および要約書を全体として捉えることにより得ることができる。本発明は、ＥＶへの用途に加えて高エネルギーバッテリパックの他の用途、バッテリセルに加えて他の種類のエネルギー貯蔵デバイス、及び、リチウムイオン化学に加えて他のセル（電池）化学に適用することができる。
【００１１】
バッテリ・サービス・ユニットは、高電圧バッテリパックの所望のＳＯＣレベルを自動的に設定する、独立式に電力供給される充電及び放電コンポーネントと、動作環境の外部でバッテリパックの操作を可能とするようにバッテリパックの動作環境を複製（再現）する動作環境シミュレータと、を含む。
【００１２】
動作環境への導入のために構成されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のためのバッテリ・サービス・ユニットは、
ＥＳＳとインタフェース接続する一次接続システムと、
前記一次接続システムに結合された高電圧バッテリ・サービス・インタフェースであって、放電ポートを含む高電圧バッテリ・サービス・インタフェースと、
前記放電ポートに結合された高電圧放電器ユニットであって、前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳから伝達されたエネルギーを散逸（消散）させるように構成された高電圧放電器ユニットと、
前記高電圧バッテリ・サービス・インタフェースに結合されたコントローラであって、前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが所定のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所定のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記高電圧放電器ユニットを用いて前記ＥＳＳからエネルギーを選択的に散逸させるコントローラと、
を含む。
【００１３】
動作環境内への導入のために構成されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のための方法は、
ａ）前記ＥＳＳの所望のＳＯＣレベルを選択することと、
ｂ）前記動作環境の一次接続システムを通して前記ＥＳＳと外部高電圧サービスユニットとの間でエネルギーを伝達することと、
ｃ）前記ＥＳＳのＳＯＣレベルが前記所望のＳＯＣレベルを超過したときに、前記所望のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定（セット）するように、前記高電圧サービスユニットを用いて前記一次接続システムを通して前記ＥＳＳと前記外部高電圧サービスユニットとの間で伝達されたエネルギーを選択的に散逸させることと、
を含む。
【００１４】
動作環境内に導入されたエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）の充電状態（ＳＯＣ）の保全及び管理のための方法は、
ａ）前記ＥＳＳの所望のＳＯＣレベルを選択することと、
ｂ）制御インタフェースを含む一次接続システムを用いて前記動作環境に結合された外部サービスユニットを使用して、危険にさらされていない動作のために前記動作環境を試験することと、
ｃ）前記ＥＳＳの前記ＳＯＣレベルが前記所望のＳＯＣレベルを超過したとき、且つ、前記動作環境が前記危険にさらされていない動作を含むとき、前記所望のＳＯＣレベルに前記ＥＳＳのＳＯＣレベルを自動的に設定するように、前記外部サービスユニットから提供された放電コマンドに応答して、前記動作環境を用いて前記ＥＳＳに保存されたエネルギーを選択的に散逸させることと、
を含む。
【００１５】
電気車両に使用される高電圧バッテリの補修のためのバッテリ・サービス・ユニットは、
車両の電気特性を提供する車両シグナチャシミュレーション回路であって、該電気特性によって、バッテリパックのバッテリ管理システムが前記バッテリパックのバッテリに高電圧アクセスを提供し、且つ、前記バッテリ管理システムに低電圧通信アクセスを提供する、車両シグナチャシミュレーション回路と、
前記バッテリパックを充電及び放電するときに、前記低電圧通信アクセスを介して前記バッテリ管理システムに通信するバッテリサービス通信インタフェースと、
前記バッテリパック及びバッテリ管理システムが適切に機能していると前記バッテリ・サービス・ユニットが決定したときに、前記バッテリパックを充電及び放電することに使用される、前記バッテリパックとの一次充電ポート接続であって、前記バッテリ管理システムは、前記バッテリ・サービス・ユニットからの充電及び放電を促進する、一次充電ポート接続と、
前記バッテリパック及び前記バッテリ管理システムの少なくとも一方が適切に機能していないと前記バッテリ・サービス・ユニットが決定したときに、前記バッテリ管理システムの介在なしに直接的に前記バッテリパックを充電及び放電することに使用される、前記バッテリパックとの二次充電ポート接続と、
を含む。
【００１６】
実施形態は、サポートする動作環境（例えば、ＥＶ）が動作（操作）可能でなく、尚且つ、バッテリパックが適切に動作しているか、あるいは、バッテリの外部損傷、内部損傷又は他の同様の状況によってバッテリパックが危険にさらされた状態にあるかどうかがが知られていないときに、高電圧バッテリパックを充電及び放電するための方法及びシステムを含んでいる。
【００１７】
本明細書に記述する実施形態は何れも、単独で、または互いとの任意の組み合わせで用いられてもよい。本明細書に包含される発明は、この簡単な概要に、または要約書に単に部分的に言及または暗示されている実施形態、または全く言及または暗示されていない実施形態も含む場合がある。本発明の様々な実施形態は、本明細書における１つまたは複数の場所で論じられ、または暗示されているであろう先行技術による様々な欠陥によって動機付けられている場合があるが、本発明の実施形態は、必ずしもこれらの欠陥の何れかに対処するものではない。言い替えれば、本発明の様々な実施形態は、本明細書で論じられているであろう異なる欠点に対処している場合もある。実施形態の中には、本明細書で論じているであろう幾つかの欠点または唯一の欠点に部分的に対処しているだけのものもあれば、これらの欠点のうちの何れにも対処しないものもある。
【００１８】
本発明の他の特徴、利点および優位点は、明細書本文、図面および請求の範囲を含む本開示内容を精査した時点で明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付の図面は、個々の図を通じて類似の参照番号は同一の、または機能上類似するエレメントを指しており、本明細書に組み込まれかつその一部を形成し、さらに本発明を例示するものであり、本発明の詳細な説明と合わせて、本発明の原則を説明する役割を果たす。
【００２０】
【図１】本発明の幾つかの実施形態による、バッテリ・サービス・ユニットへ連結される高電圧バッテリパックを有する電気車両を略示するブロック図である。
【００２１】
【図２】本発明の幾つかの実施形態による、バッテリ・サービス・ユニットで使用される高電圧バッテリ・サービス・インタフェースにおける選択されたサブコンポーネントを略示する別のブロック図である。
【００２２】
【図３】本発明の幾つかの実施形態による、バッテリ・サービス・ユニットにより使用される一次ＨＶポートおよび二次ＨＶポートを含むバッテリパックの設計略図である。
【００２３】
【図４】一次充電コネクタを用いる更なる動作環境４００における高電圧バッテリパック１０４のエネルギー伝達を示す。
【００２４】
【図５】二次充電コネクタを用いる更なる動作環境５００における高電圧バッテリパック１０４のエネルギー伝達を示す。
【００２５】
【図６】機能していないバッテリパック１０４の放電プロセス６００のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態は、操作可能なＥＶ内にバッテリパックを導入することを要求しない、高エネルギー・バッテリパックのエネルギー管理および保全を提供するためのシステムおよび方法を提供する。以下の説明は、当業者が本発明を作製および使用できるようにするために提示されるものであり、特許出願およびその要件に照らして提供されるものである。
【００２７】
以下の詳細な説明では、説明を目的として、多くの具体的な詳細を、本発明の様々な実施形態の完全な理解をもたらすために明らかにしている。当業者には、本発明のこれらの様々な実施形態が単なる例示であって、如何様にも限定を意図するものではないことが認識されるであろう。本開示の恩恵を有する当業者には、本発明の他の実施形態が容易に思い浮かぶであろう。
【００２８】
さらに、明瞭さを期して、本明細書に記述する実施形態の決まりきった特徴については、その全てが示され、または説明されているわけではない。当業者であれば、このような実際の任意実装の開発においては、特定の設計目標を達成するために、多くの実装特異的決定が要求され得ることを容易に認識するものと思われる。これらの設計目標は、実装毎に、かつ開発者毎に変わる。さらに、このような開発努力は複雑かつ時間を要するものであるが、本開示の恩恵を有する一般的な当業者にとっては日常的な技術上の仕事であろう。
【００２９】
バッテリパックの充電および放電を可能にするために高電圧バッテリパックの動作環境（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）をシミュレートできる（例えば、ＥＶをシミュレートできる）バッテリ・サービス・ユニット（バッテリ補修装置、ｂａｔｔｅｒｙ  ｓｅｒｖｉｃｅ  ｕｎｉｔ）は、多くの優位点を有する。バッテリパックが、動作環境に据え付けられていない、動作環境に据え付けられているが、動作環境が低下しているかもしれない、かつ恐らくは信頼性がない状況下にある、または危険にさらされていない環境（ｕｎｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｄ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）に据え付けられている場合、バッテリ・サービス・ユニットは、ＳＯＣの予測可能かつ安全な管理および保全操作を有効化する。
【００３０】
再充電可能なバッテリパックは、所望のＳＯＣレベルを設定するために管理および保全を必要とする。精確なＳＯＣレベルが如何なるものであるかは、バッテリパックを構成するエネルギー貯蔵エレメント（要素）の構造および性質（例えば、バッテリセルに使用されるセルの化学物質のタイプ）、およびバッテリパックによりどのような操作の実行が期待されるか、によって決まる。並列／直列の組み合わせで配列される何十、何百および時には何千ものリチウムイオンエネルギー貯蔵エレメントから組み立てられる高電圧バッテリパックに関しては、様々な動作に最適なＳＯＣレベルおよび範囲が存在する。事例によっては、最適なＳＯＣレベルは、バッテリパックの推定寿命への影響を最小限に抑えるように設定される。事例によっては、最適なＳＯＣレベルは、バッテリパックの近傍の人および資産、およびバッテリパックを補修する人員に危害を与えるリスクを最小限に抑えるように設定される。
【００３１】
本発明の実施形態は、この広範に渡る可能なシナリオに適用可能な単一のバッテリ・サービス・ユニットを提供する。他の実施形態は、限定されたシナリオセット、または時として単一のシナリオに特化される可能性もある。これらのシナリオは、バッテリパックの放電／充電を、１）貯蔵、２）輸送、３）リサイクル、および４）補修を見込んで行うことを含む。貯蔵は、理想的には、推定寿命を最大化するために適したＳＯＣを設定する。貯蔵の間、バッテリパックは電荷を失い、よってバッテリパックは、ＳＯＣを所望のレベルに維持するために定期的に充電される必要がある。バッテリパックの輸送に関しては、安全ガイドラインおよび法的要件が存在し、バッテリ・サービス・ユニットは、輸送に適したＳＯＣを設定するために使用される。リサイクルの前には、バッテリパックから可能な限り多くのエネルギーを取り除くことが望ましい。補修シナリオには、ａ）バッテリパックの、その動作環境以外の場所での補修、ｂ）バッテリパックまたはサポート側動作環境が部分的または完全に機能していない場合にバッテリパックへの損傷を誘発する可能性を有する、または有していたイベントに起因して危険にさらされ得る（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｄ）動作環境に据え付けられている場合の、バッテリパックの補修、およびｃ）無傷のかつ機能している動作環境におけるバッテリパックの補修、を含む、多くの異なる状況が含まれる。
【００３２】
動作環境が、無傷であり、かつ機能しているＥＶを含む場合、バッテリ・サービス・ユニットは、車両の状態を安全に診断し、次に、その状況下で適当と見なされる通りにバッテリパックを充電または放電するよう進むために、バッテリ管理システム等の既存のハードウェア／ソフトウェアインフラを活用することができる。電気車両が衝突している、または他の潜在的な損傷イベント（例えば、洪水）にさらされている場合、バッテリ・サービス・ユニットは、応答者または他の補修専門家によって、バッテリパックを安全に放電するために使用される。バッテリ・サービス・ユニットを使用することで、バッテリパックはより安全な状態に置かれ、リスクを低減して車両を移動または修理できる。
【００３３】
さらに、バッテリ・サービス・ユニットの実施形態の中には、補修専門家によって、ＥＶの保全および管理に関連する日常的なサービスを提供するためにも使用され得るものがある。バッテリ・サービス・ユニットは、確実に、バッテリパックを適切なレベルまで充電し、バッテリ管理システムが正しく機能しているようにするために、様々な機能を介して補修専門家をガイドするプログラムステップを含んでもよい。
【００３４】
本明細書における論考において、本発明の実施形態は、所望のＳＯＣレベルを決定し、かつエネルギー貯蔵システムのＳＯＣレベルを自動的にこの所望のＳＯＣレベルに設定するものとして記述されている。シナリオによっては、これらの実施形態は、エネルギー貯蔵システムの動作環境に依存してＳＯＣ現行情報を提供し、かつ他の例では、外部サービスユニットが（測定、計算または推定によって）ＳＯＣ現行レベルを決定する。実施形態の中には、実際のＳＯＣレベルを予め決められた閾値内の所望のＳＯＣレベルに自動的に設定するために、ＥＳＳに関連するエネルギーを伝達するものもある。
【００３５】
以下の論考も、高電圧および高エネルギーへの言及を含む。本発明のコンテキスト（背景、状況）において、高電圧は４０Ｖを超える電圧である。このコンテキストにおける高エネルギーは、１０ｋＷｈ以上を貯蔵するバッテリパックを含むが、他の実施形態では、高エネルギーを異なるエネルギー容量または容量閾値に規定する場合もある。
【００３６】
図１は、バッテリ・サービス・ユニット１０６へ連結される高電圧バッテリパック１０４を有する電気車両（ＥＶ）１０２を含む動作環境１００を略示している。動作環境１００は、全く無傷のＥＶ１０２、並びにＥＶ１０２が部分的または完全に危険にさらされ得るシチュエーションを含むシナリオに関連している。ＥＶ１０２は、周知であるように、エネルギー伝達用の一次高電圧（ＨＶ）ポート１０８と、関連のデジタル制御インタフェース１１０とを含む。一次ＨＶポート１０８は、充電ステーションからバッテリパック１０４へ充電用エネルギーを安全に伝達するための標準電気機械的インタフェースを提供する。一次ＨＶポート１０８には、充電ステーションが充電を監視しかつ制御するために用いるデジタル制御インタフェース１１０が関連づけられる。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、一次ＨＶポート１０８およびデジタル制御インタフェースが利用可能でありかつ機能している場合に、これらを介してバッテリパック１０４へアクセスするための相補的な電気機械的インタフェースを含む。
【００３７】
ＥＶ１０２は、さらに、バッテリパック１０４へのアクセスを直に管理しかつ保全するための二次ＨＶポート１１２を含む。二次ＨＶポート１１２の電気機械的インタフェースおよびバッテリパック１０４とのその相互作用には、可能な実装が多く存在する。本明細書では、インタフェースのコンポーネントおよび相互作用の幾つかを記述する。図７の説明を含む本明細書での論考は、代表的な二次ＨＶポート１１２に関する更なる詳細を提供する。
【００３８】
バッテリ・サービス・ユニット１０６は、高電圧接続（ＨＶ）およびＲＳ−２３２通信プロトコル等の制御ライン（ＣＴＬ）を介して高電圧充電器ユニット１１６へ連結される高電圧バッテリ・サービス・インタフェース１１４を含む。加えて、バッテリ・サービス・ユニット１０６はさらに、同じく高電圧（ＨＶ）接続および自動車産業において広く使用されるＣＡＮ−ＩＯ（コントローラ・エリア・ネットワーク入力／出力）のようなデジタル通信インタフェース等の別の制御ライン（ＣＴＬ）を介して、高電圧放電器ユニット１１８へ連結される。任意選択のコントローラ１２０（例えば、コンピュータまたはこれに類似するもの）は、同じくＣＡＮ−ＩＯと互換性のある信号を生成し得るデジタル制御インタフェースアダプタ１２２を用いてバッテリ・サービス・インタフェース１１４と相互作用する。コントローラ１２０上で実行される指示は、高電圧バッテリパック１０４、並びに適宜、充電器ユニット１１６および放電器ユニット１１８の動作を監督する。コントローラ１２０は、外部エレメントを含む実装に加えて、バッテリ・サービス・ユニット１０６へ統合されてもよい。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、コントローラ１２０から独立して、バッテリ・サービス・インタフェース１１４、充電器ユニット１１６および放電器ユニット１１８の何らかの制御能力を提供するインタフェースエレメントを含んでもよい。
【００３９】
充電器ユニット１１６は、バッテリパック１０４に適した従来の充電器として動作する。本発明の実施形態は、最大充電速度１ｋＷを提供するが、他の実装は、他の充電速度を提供してもよい。放電器ユニット１１８は、バッテリパック１０４から放電されるエネルギーを、バッテリ・サービス・ユニット１０６を用いて、損傷することなく、または負傷のリスクなしに吸収するエネルギー散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ）および／または変形（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｖｅ）エレメント（例えば、抵抗器）を含む。本発明の実施形態は、最大放電速度１０ｋＷを提供するが、他の実装は、他の放電速度を提供してもよい。
【００４０】
図１の実施形態において、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、電力源１２４から動作電力を受け入れる。電力源１２４は、バッテリ・サービス・ユニット１０６に給電しかつこれを制御するために、ＡＣライン電力（例えば、グリッドまたは発電機電力）およびＤＣバッテリ電力を含む。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、本明細書に記述される広範なシナリオおよびシチュエーションをサポートするように設計され、よって、これらのシチュエーションの中には、（バッテリパックに十分なエネルギーが貯蔵されているものと想定して）バッテリパック１０４の貯蔵エネルギーへの予測可能かつ容易なアクセスを含まないものがある。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、如何なるコンテキストにおいても確実に使用可能であるようにするために、独自の電力源を含む。実装によっては、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、バッテリパック１０４からのエネルギーによって電力を全て、または部分的に給電されても、充電されてもよい。
【００４１】
バッテリ・サービス・ユニット１０６の一実施形態は、１）放電器（固定抵抗負荷バンクまたは電子負荷）と、２）可変電圧定電流または定電圧電源と、３）コントローラと、４）ドライブ・インバータ・シミュレータ（例えば、キャパシタ）と、５）ａ．安全性および信頼性のための冗長回路を有し、かつ、ｂ．Ｅ−Ｓｔｏｐを介して、またはＨＶケーブルが切断されると自動的にトリガされる、オンボードキャパシタのための能動放電回路と、６）オンボードキャパシタのための受動放電回路と、７）電流センサと、８）負荷下での開放からコンタクタを保護する方法と、９）ユーザ構成可能なＳＯＣ（充電状態）と、１０）容量検査を実行する方法と、１１）出荷に関する規制要件に従ってバッテリを適切なレベルまで充電または放電する方法と、１２）過電圧保護と、１３）不足電圧（過放電）保護と、１４）過熱保護と、１５）電圧測定ディスプレイと、１６）ステータスＬＥＤインジケータと、を含む。
【００４２】
本発明の選択された実施形態の他の特徴には、１）構成可能なＨＶバスキャパシタンス（バッテリ・サービス・ユニットが様々なパワートレインからのバッテリと共働できるようにする）、２）構成可能な低電圧入力ボード−ａ．低電圧信号は製品毎に、即ち異なるコネクタ、異なる電圧、異なる予測抵抗で変わることから、バッテリ・サービス・ユニットへの低電圧入力が構成可能かつ拡張可能であることにより、複数の製品に１つの異なるケーブルアタッチメントだけで対処することができる、３）ＣＡＮ上で制御される全てのリレー、センサおよび内部デバイス（必要に応じたＣＡＮメッセージの変更に伴い、デバイスからデバイスへの容易な通信を可能にする）、４）（例えば、車両破壊イベント後に）車両サービスセンタまたはロードサイド（沿道）アシスタンスにおける、または貯蔵施設およびこれに類似するものを通じた配備を可能にするために、移動（モバイル）プロダクトとして実装されてもよいこと、５）複数のバッテリ製品ラインに渡って機能するよう構成可能な電圧範囲、および６）複数のバッテリ製品ラインに渡って機能するためにモジュール放電システムとして実装されること、が含まれる。
【００４３】
動作の一般的な説明は、（動作環境に据え付けられるか否かに関わらず）バッテリ・サービス・ユニット１０６をバッテリパック１０４へ連結すること、およびバッテリパック１０４を予め規定されたユーザ決定ＳＯＣレベルへ自動充電／放電することを含む。
【００４４】
図１において、実施形態は、ＨＶバッテリパック１０４とバッテリ・サービス・ユニット１０６との間に直接的な機能的接続を有するものとして示されている。様々な実装では、（例えば、ＥＶ１０２の信号／機械インタフェースに）１つまたは複数の配線ハーネスおよびコネクタが存在してもよい。
【００４５】
図２は、図１に示されている高電圧バッテリ・サービス・インタフェース１１４の選択されたサブコンポーネント（副構成要素）を略示している。高電圧バッテリ・サービス・インタフェース１１４は、高電圧バッテリサービス通信インタフェース２００と、デジタル制御シグナリングモジュール２０２と、デジタル制御インタフェーススイッチ２０４と、高電圧端子セット２０６と、高電圧電源コネクタ２０８、高電圧負荷バンクコネクタ２１０、高電圧バッテリパック１０４への接続のための高電圧一次／二次ＨＶポートコネクタ２１２、アダプタ１２２への接続のためのデジタルＩ／Ｏモジュール２１４（例えば、ドングル）およびデジタル制御インタフェースポート２１６を含む他のシステムへの様々な相互接続部と、を含む。パーソナルコンピュータへの接続は、コントローラ１２０へのＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続と、ＣＡＮ−ＩＯ標準または類似のプロトコルに適合する高電圧バッテリサービス通信インタフェース２００へのデジタルＩ／Ｏ接続とを有するデジタルＩ／Ｏモジュール２１４を用いる。高電圧バッテリ・サービス・インタフェース１１４は、デジタル制御インタフェースポート２１６、緊急遮断スイッチ２１８およびオン−オフスイッチ２２０、並びに、１つまたは複数の内部デジタルＩ／Ｏコネクタ２２２および１つまたは複数の外部デジタルＩ／Ｏコネクタ２２４を含む。
【００４６】
インタフェース２００は、さらに、動作環境シミュレータ２２６と、充電／放電リレーセット２２８と、高電圧放電論理および負荷２３０とを含む。シミュレータ２２６は、実装特異的であって、ＥＶ等のバッテリパック１０４の意図される動作環境に整合する電気特性複合体または「シグナチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）」を生成するコンポーネントの組み合わせを含む。シミュレータ２２６は、動作環境を模倣し、かつバッテリパック１０４に、バッテリパック１０４がある動作モードへ移行できるようにするために必要なインタフェースエレメント（例えば、電気信号および負荷）を提供する。例えば、バッテリパック１０４は、一般に、バッテリパック１０４がエネルギーを伝達する前に給電されかつある特定の構成に設定されなければならない内部コンタクタ（接触器）を含む。シミュレータ２２６は、充電または放電が可能であり得るように、バッテリ・サービス・ユニット１０６がこのような高電圧コンタクタを動作させることを有効化する。実施形態によっては、シミュレータ２２６は、動作環境のインピーダンスに整合する、かつバッテリパック１０４内の予め決められた抵抗器と組み合わされると、ある特定の車両により識別され得る時定数を生成する、様々なキャパシタおよび／またはインダクタを含む。バッテリパック１０４は、一旦動作モードに入ると様々なコマンドを受信することを受容する。図２に示されている実装において、シミュレータ２２６は、異なる動作環境をシミュレートするように再構成することが可能である。
【００４７】
動作中、高電圧バッテリサービス通信インタフェース２００は、通信が確立されると、バッテリパック１０４からデジタル制御インタフェースポート２１６を介して低電圧入力を受信する。実施形態によっては、コントローラ１２０は、車がある具体的な状態（例えば、「運転（ＤＲＩＶＥ）」状態）にあることを指すバッテリパックにおけるステータスをトグルするために、その動作環境がその時点で前記具体的な状態をサポートできるかどうかに関わらず、デジタル制御インタフェーススイッチ２０４を介してデジタル制御シグナリングモジュール２０２へデジタルコマンドを送信してもよい。バッテリパック１０４の充電は、高電圧電源コネクタ２０８へのコネクタを有効化することによって達成されてもよく、一方で放電は、高電圧負荷バンクコネクタ２１０へのコネクタを有効化することによって発生してもよく、典型的には、抵抗器の１つまたは幾つかのバンクは、別々のエンクロージャ（筐体、ハウジング）内に、ファンまたは他の熱放散サブコンポーネントと共に保持される。
【００４８】
図３は、本発明の幾つかの実施形態による、バッテリ・サービス・ユニットにより使用される一次ＨＶポートおよび二次ＨＶポートを含むバッテリパックの設計を略示している。図３は、高電圧バッテリエンクロージャ３０５内に包含される複数の直列に電気連結されたバッテリモジュール３０２を含むバッテリパック３００を示す。バッテリパック３００は、さらに、電流センサ３１０と、ヒューズ３１５と、コンタクタセット３２０と、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）３２５と、一次電力コネクタ（例えば、一次ＨＶポート１０８）と、制御インタフェース（例えば、デジタル制御インタフェース１１０）と、二次電力コネクタ（例えば、二次ＨＶポート１１２）とを含む。エンクロージャ３０５は、典型的には、バッテリパック３００のコンポーネントのための構造的／環境的コンテナ（密閉される場合もあれば、半密閉式である場合もある）を提供する。バッテリパック３００は、バッテリパック３００のコンポーネントから隔離および絶縁され、かつこれらの温度を制御するように構成される冷却材配分システム（包括的に、冷却材ループ３３５およびポンプ３４０で表される）を含む場合が多い。本明細書で後述するように、ポンプ３４０（または他の冷却材コントローラ）は、好ましくは、バッテリパック３００とは異なる補助エネルギー貯蔵システム３４５（典型的には、１２Ｖバッテリ）からのエネルギーによって給電される。バッテリパック３００からの利用可能エネルギーを中断すると、補助エネルギー貯蔵システム３４５を用いることなく、冷却材ループ３３５における冷却材の流れが中断される。説明を容易にする目的で、本好適な実施形態の検出および応答モダリティ（様式、ｍｏｄａｌｉｔｙ）を制御するために、ＢＭＳ３２５、ポンプ３４０および補助エネルギー貯蔵システム３４５とインタフェース接続する離散コントローラ３５０も、図示されている。実施形態によっては、コントローラ３５０は、他の制御機能に統合されてもよい。
【００４９】
バッテリパック３００は、図３では５個のモジュール３０２が示されているが、異なる任意数を含んでもよい。複数のモジュール３０２は、エンクロージャ３０５の内部において、実線により示される直列経路で直列に連結される。電流センサ３１０、ヒューズ３１５およびコンタクタ３２０は、直列連結モジュール３０２と直列している。電流センサ３１０は、バッテリパック３００内の直列電流を測定する。バッテリパック３００が正常に機能している場合は、全てのモジュール３０２が同じ電流を呈し、かつ電流センサ３１０がこの値を示す。ヒューズ３１５は、この直列経路内に配置され、かつ過電流状態を防止するように設計される。
【００５０】
コンタクタ３２０は、一次電力コネクタを介してモジュール３０２を外部負荷へ選択的に通信するための切換システムである。バッテリ管理システム（ＢＭＳ）３２５はコンタクタ３２０を制御し、かつバッテリパック３００の所望のパラメータ（例えば、動作およびＳＯＣ特性およびこれらに類似するもの）を測定しかつ決定するためのコントローラおよびセンサを含む。先に述べたように、ＢＭＳ３２５は、概して、バッテリ・サービス・ユニット１０６が適正な動作環境の正しい電気シグナチャを提供すると、コンタクタ３２０を閉止する。電気シグナチャの提供により、ＢＭＳ３２５は、バッテリパック３００が事実上有効かつ無傷の動作環境に据え付けられているかのように動作する。場合によりコンタクタ３２０の「セル側（ｃｅｌｌ  ｓｉｄｅ）」へも連結される二次電力コネクタは、代替エネルギー・アクセス・ポート（例えば、本明細書に記述している二次ＨＶポート／サービスポート）として使用される。実施形態によっては、二次電力コネクタは、バッテリパック３００の一部、または全部が危険にさらされている場合、および／またはＢＭＳ３２５も動作不能であってコンタクタ３２０を閉止できない場合等に、バッテリパック３００の直接的な充電および／または放電操作のためのサービス・アクセス・ポートを提供するために使用される。
【００５１】
バッテリパック３００は、さらに、二次電力コネクタ３３２に対するエネルギーの流れを制限する電流保護デバイス（例えば、ヒューズ）３６０を含む。幾つかの実施形態は、代替エネルギー・アクセス・ポートが確実に充電または放電の一方専用に使用されるようにする等、エネルギーの流れを一方向へ限定するためのダイオード３６５、またはこれに類似するものをさらに含む。
【００５２】
バッテリパック３００の設計、製造および試験に際しては、細心の注意が払われるが、時として、直列エレメントのうちの１つまたは複数の間に内部短絡３５５が生じる場合がある。事例によっては、車両が衝突、破滅的イベント（天災または人為的）または一般的な摩耗または故障の状態にある結果、これらの短絡が生ずる虞がある。図３には、代表的な内部短絡３５５が点線で示されているが、内部短絡は、モジュール３０２の直列の重なりの中に包含される内部短絡を含め、他の場所でも生じ得ることは理解されよう。内部短絡３５５を介して電流を調達する関連の直列エレメントのうちの１つまたは複数は、意図された直列経路を介する電流のみならず、内部短絡３５５を介する電流にも寄与する。したがって、これらの直列エレメントは、コンポーネントの過熱、故障および時としてハザードに繋がり得る持続的な高レベル電流を呈し始める可能性がある。短絡回路の全てまたは一部を形成したオブジェクトもまた、危険な熱／温度を生み出し得ることから、これは、時としてさらに複雑化する。
【００５３】
内部短絡３５５は、異なる電位における隣接する高電圧（ＨＶ）連鎖コンポーネント間で、または２つ以上のポイントにおいて絶縁が失われる場合は導電性の絶縁されたエンクロージャを介して、または塩水、水、水／グリコール混合物およびこれらに類似するもの等の導電流体のような別の媒体を介して発生する場合がある。内部短絡３５５のインピーダンスおよび内部短絡３５５により影響される幾つかの直列エレメントは、短絡電流を決定する。事例によっては、内部短絡３５５は、断続的であってもよい。内部短絡３５５は、内部短絡３５５による電力の放散に伴って、内部短絡３５５がそのインピーダンスを変える（例えば、開路になる）かどうかを決定する手助けもする熱容量を有する。実施形態によっては、ＢＭＳ３２５は、これらの条件をバッテリ・サービス・ユニット１０６へ報告し、バッテリ・サービス・ユニット１０６にバッテリパック３００の充電または放電方法を決定させる。
【００５４】
ＢＭＳ３２５およびバッテリパック３００が無傷で正しく動作している場合、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、一次電力コネクタを介して接続する。これが効果的である理由は、バッテリ・サービス・ユニット１０６が、この具体的な状態における車両の動作を模倣しかつＢＭＳ３２５を利用してコンタクタ３２０を安全に開閉することができ、バッテリパックおよびそのコンポーネントの摩耗および亀裂が最小限に抑えられることにある。車両に利用可能な他の制御および安全対策も、この動作モードにおいて利用可能なままである。
【００５５】
ＢＭＳ３２５および／またはバッテリパック３００が１つまたは幾つかの欠陥または故障を呈した場合、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、代わりに二次電力コネクタを介する接続に係合してもよく、これにより、ＢＭＳ３２５による制御を迂回する。この代替手法は、衝突または他のイベント等の緊急事態では必要であり場合もあるが、二次電力コネクタを介するバッテリパック３００のこのような放電は、結果的に、基礎的なバッテリセルおよび相互接続に部分的または過酷な損傷を与える場合がある。
【００５６】
図４は、一次充電コネクタを用いる更なる動作環境４００における高電圧バッテリパック１０４のエネルギー伝達を示す。更なる動作環境４００において、バッテリパック１０４は、その動作環境内に据え付けられていない。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、バッテリパック１０４の所望のＳＯＣレベルを自動的に設定するために使用される。実施形態によっては、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、各々が予め決められた関連のＳＯＣレベルを有する予め選択されたシナリオ（例えば、貯蔵、陸上輸送、航空輸送、リサイクル、緊急放電およびこれらに類似するもの）を含む。オペレータは予め選択されたシナリオのうちの１つを選択し、バッテリ・サービス・ユニット１０６によって、バッテリパック１０４を、選択されたシナリオに関連づけられる予め決められたＳＯＣレベルまで自動的に充電／放電させる。
【００５７】
図４において、更なる動作環境４００は、バッテリパック１０４からＨＶエネルギーを放電するようにバッテリ・サービス・ユニット１０６を構成する。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、電力源１２４からの動作電力（例えば、１２０−２３０ＶＡＣ）を、電力ライン４０５を用いてバッテリ・サービス・インタフェース１１４および放電器ユニット１１８へ供給する。バッテリ・サービス・インタフェース１１４は、リモートイネーブル信号ライン４１０を用いて放電器ユニット１１８へリモートイネーブル信号を発行し、かつデジタルＩ／Ｏライン４１５を用いてバッテリパック１０４と通信しかつこれを制御する。バッテリパック１０４およびインタフェース方法によって、バッテリ・サービス・ユニット１０６はさらに、コマンドを受ける前、かつ／またはエネルギー伝達イベントの開始前に、バッテリパック１０４の動作環境をシミュレートすべくシミュレーション情報を提供する必要がある場合がある。高電圧ライン４２０は、バッテリパック１０４をバッテリ・サービス・ユニット１０６へ連結し、かつバッテリ・サービス・インタフェース１１４を放電器ユニット１１８へ内部連結する。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、充電器ユニット１１６をバッテリ・サービス・インタフェース１１４へ連結しかつ制御信号を適切に設定することによって、バッテリパック１０４へＨＶエネルギーを充電してもよい。事例によっては、充電すべくバッテリ・サービス・ユニット１０６をバッテリパック１０４へ連結するために、異なる機械的インタフェース（例えば、配線ハーネス）が必要である場合がある。
【００５８】
図５は、二次充電コネクタを用いる更なる動作環境５００における高電圧バッテリパック１０４のエネルギー伝達を示す。更なる動作環境５００において、バッテリパック１０４は、その動作環境内に据え付けられていない。しかしながら、図５の実施形態は、バッテリパック１０４がその動作環境に据え付けられるが、ある理由、または別の理由（本明細書に記述している理由等）で一次充電コネクタが使用されない用途にも適用可能である。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、バッテリパック１０４の所望のＳＯＣレベルを自動的に設定するために使用される。実施形態によっては、バッテリ・サービス・ユニット１０６は、各々が予め決められた関連のＳＯＣレベルを有する予め選択されたシナリオ（例えば、貯蔵、陸上輸送、航空輸送、リサイクル、緊急放電およびこれらに類似するもの）を含む。これらのＳＯＣレベルは、バッテリパック１０４が充電／放電イベントの完了時には動作可能であるように、ＳＯＣ充電／放電が制御されるように設定される。オペレータは予め選択されたシナリオのうちの１つを選択し、バッテリ・サービス・ユニット１０６にバッテリパック１０４を、選択されたシナリオに関連づけられる予め決められたＳＯＣレベルまで自動的に充電／放電させ、かつ可能であれば、将来的性能（例えば、寿命）に悪影響を与えない方法でこれを行わせる。動作環境５００は、さらに、主たる目的がバッテリパック１０４の取り残されたエネルギーを、時として可能な限り迅速に、除去することにある緊急放電モードをサポートする。このモードでは、バッテリパック１０４を損傷するリスクが高まる。本発明の実施形態の中には、一次ポートを用いるエネルギー伝達に関してはより安全な特徴を提供し、かつ二次ポートを用いるエネルギー伝達に関してはよりロバストなオプションを提供するものがある。
【００５９】
図５において、更なる動作環境５００は、バッテリパック１０４からのＨＶエネルギーを、バッテリパックに関するシミュレーションまたは通信なしに、直接放電器ユニット１１８を介して放電するようにバッテリ・サービス・ユニット１０６を設定する。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、電力源１２４からの動作電力（例えば、１２０−２３０ＶＡＣ）を、電力ライン４０５を用いて放電器ユニット１１８へ供給する。高電圧ライン４２０は、バッテリパック１０４をバッテリ・サービス・ユニット１０６へ連結し、かつバッテリ・サービス・インタフェース１１４を放電器ユニット１１８へ内部連結する。バッテリ・サービス・ユニット１０６は、二次ＨＶコネクタを用いて充電器ユニット１１６をバッテリパック１０４へ連結することによって、ＨＶエネルギーをバッテリパック１０４に充電してもよい。事例によっては、充電すべくバッテリ・サービス・ユニット１０６をバッテリパック１０４へ連結するために、異なる機械的インタフェース（例えば、配線ハーネス）が必要である場合がある。
【００６０】
バッテリ・サービス・ユニット１０６の開示されている実施形態は、バッテリパック１０４を放電するための広範な用途を見込んでいる。これらの用途は、バッテリパック１０４および／またはその動作環境が無傷かつ動作可能であるかどうかに依存する。機能し得るバッテリパック１０４の場合、次の３つの放電オプションが存在する：１）バッテリ・サービス・ユニット１０６により自動的に命令される場合もあるが、動作環境のプロセスおよびデバイスを用いて、エネルギーの自然な放電を行う、２）図４に記述されているように、バッテリ・サービス・ユニット１０６がバッテリパック１０４を放電する、および３）本開示に含まれる特許出願に記述されているように、バッテリ・サービス・ユニット１０６がバッテリパック１０４に自己放電するように命令する。オプション１および２は、１０ｋＷまでの好ましい放電速度および１−２０ｋＷ（車両または負荷バンク）の放電速度範囲を有するように構成され、かつオプション３は、１０Ｗまでの好ましい放電速度および５−５０ｋＷの放電速度範囲を有する。オプション１では、ＥＶの動作環境は、キャビン温度制御（例えば、ヒータ、ＨＶＡＣコンプレッサ付きエアコン）、パワートレイン冷却システムおよび低電圧負荷（例えば、へッドランプ）を含む。これらのシステムのうちの１つまたは複数は、動作環境にバッテリパック１０４を放電させるようにバッテリ・サービス・ユニット１０６により有効化かつ作動されてもよい。これは、オプション３とは区別される。オプション３では、放電エレメントはバッテリパック１０４内に包含されるが、オプション１では、放電エレメントはバッテリパック１０４の外側、但しその動作環境内に存在する。オプション２は、放電エレメントを動作環境の外側へ設ける。実装の中には、これらのオプションの組み合わせを含むものもある。
【００６１】
自己放電の好ましい構造および方法の具体的な詳細は、本開示に組み込まれている自己放電の特許出願に記述されているが、概して、自己放電は、バッテリパック１０４の電力散逸エレメントを用いて故意にエネルギーを放出しかつ標準的なＥＶ操作のための有用性を下げることを指すものであって、動作電力用にエネルギーを保存／維持しようとする典型的なシステムに逆行している。バッテリパック１０４は、典型的には電力保存機能を含み、かつ本発明の実施形態の中には、電力を散逸させるために電力保存機能を無効にする（オーバーライドする、ｏｖｅｒｒｉｄｅ）、または制限することができるものがある。事例によっては、電力散逸が最大化され、バッテリパック１０４を危険にさらす、または損傷することがあり、自己放電による電力散逸が最大化されるが、同時にバッテリパック１０４の将来的動作も保全されるものもある。内部電力散逸エレメントには、プロセッサと、送信機と、非電力保存モードで動作されると集合的にかなりの電力を散逸させることができる他のエレメントとが含まれる。実施形態によっては、バッテリパック１０４の自己放電の場合、または動作環境がバッテリパック１０４の外部の散逸エレメントを用いる場合、冷却システムは、放電イベントのリスクを減らすために、熱が循環性冷却材へと排出されるので有効化される。状況によっては、エネルギー消費性のプロセス（例えば、加水分解）を誘発するために、冷却材内に故意の短絡が生成される。
【００６２】
機能しないバッテリパック１０４の場合も、次の３つの放電オプションが存在する：１）図５に記述されているように、バッテリ・サービス・ユニット１０６がバッテリパック１０４を、６ｋＷまでの好ましい放電速度および１−６ｋＷの放電速度範囲で放電する、２）本開示に組み込まれた特許出願に記述されているように、バッテリ・サービス・ユニット１０６がバッテリパック１０４に自己放電するように命令する、および３）サービス要員がバッテリパック１０４の現場まで出向いて、手動で安全に放電する。
【００６３】
図６は、機能していないバッテリパック１０４の放電プロセス６００を示すフローチャートである。プロセス６００は、ステップ６０５からステップ６３０までを含む。プロセス６００は、ＢＭＳ３２５との通信が可能であるかどうかを試験するステップ６０５において開始される。ＢＭＳ３２５との通信が可能である場合、プロセス６００は、次に、ステップ６１０において、全てのモジュール３０２との通信が可能であるかどうかを決定する試験を実行する。全てのモジュール３０２との通信が可能である場合、プロセス６００はバッテリパック１０４に、先のオプション２で記述した通りの自己放電オプションを実行するように命令する。ステップ６１０における試験で、全てのモジュール３０２との通信が不可能であると決定した場合（例えば、モジュールの故障、ワイヤの損傷またはこれらに類似するもの）、プロセス６００は、先のオプション３で記述した通りの現場での手動放電を行うステップ６２０を実行する。ステップ６０５における試験で、ＢＭＳ３２５との通信が不可能であると決定した場合（例えば、ＢＭＳ３２５の故障またはワイヤの故障またはこれらに類似するもの）、プロセス６００は、ステップ６２５において試験を実行する。ステップ６２５における試験で、モジュール３０２の内部高電圧直列モジュールチェーンが無傷であるかどうかを決定する。ステップ６２５における試験で、ＨＶチェーンは無傷であると決定すると、プロセス６００は、先のオプション１に記述されている通りにバッテリ・サービス・ユニット１０６を使用し、放電ポート（例えば、二次ポート）を用いてバッテリパック１０４を放電するステップ６３０を実行する。ステップ６２５における試験で、ＨＶチェーンは無傷でないと決定すると（例えば、ヒューズが飛んでいる、またはケーブルが損傷している、またはこれらに類似するもの）、プロセス６００は、現場で手動放電を行うステップ６２０を実行する。
【００６４】
例および実装について記述してきたが、これらは、本発明の何れの態様をも限定するべきものではない。したがって、本発明の実装は、デジタル電子回路において、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはこれらの組み合わせにおいて実装することが可能である。本発明の装置は、プログラマブルプロセッサによって実行されるための機械読取り可能記憶デバイスにおいて実体的に具現されるコンピュータ・プログラム・プロダクトに実装することが可能であり、かつ本発明の方法ステップは、本発明の機能を実施するための指示プログラムを実行するプログラマブルプロセッサにより、入力データを操作しかつ出力を生成することによって実施することが可能である。本発明は、効果的には、データ記憶システムとの間でデータおよび指示を送受信するために連結される少なくとも１つのプログラマブルプロセッサと、少なくとも１つの入力デバイスと、少なくとも１つの出力デバイスとを含むプログラマブルシステム上で実行可能な１つまたは複数のコンピュータプログラムに実装することが可能である。各コンピュータプログラムは、高レベル手続きまたはオブジェクト指向プログラミング言語で、または、必要であればアッセンブリまたは機械言語で実装することが可能であり、何れにしても、言語はコンパイルまたはインタープリタ言語であることが可能である。適切なプロセッサには、例示として、汎用および特殊用途マイクロプロセッサの双方が含まれる。概して、プロセッサは、読取り専用メモリおよび／またはランダム・アクセス・メモリから指示およびデータを受信する。概して、コンピュータは、データファイルを格納するための１つまたは複数の大容量記憶デバイスを含み、このようなデバイスは、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスク等の磁気ディスク、磁気光学ディスク、光ディスクを含む。コンピュータプログラム指示およびデータを実体的に具現することに適する記憶デバイスには、例示としてＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュ・メモリ・デバイス等の半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスク等の磁気ディスク、磁気光学ディスク、ＣＤ  ＲＯＭディスクを含むあらゆる形式の不揮発性メモリが含まれる。前出のものは何れも、ＡＳＩＣによって補足される、またはＡＳＩＣに組み込まれることが可能である。
【００６５】
これまでに述べたシステムおよび方法は、本発明の好適な実施形態の詳細を理解する手助けとしておおまかに記述されている。本明細書における説明では、本発明の実施形態の完全な理解をもたらすために、コンポーネントおよび／または方法の例等の具体的な詳細が多く提供されている。本発明の幾つかの特徴および利点は、このようなモードで実現されるが、全ての場合に必要であるわけではない。しかしながら、当業者には、本発明の実施形態が１つまたは複数の具体的な詳細なしに、または他の装置、システム、アセンブリ、方法、コンポーネント、材料、パーツおよび／またはこれらに類似するものを用いて実施することができることが認識されるであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を分かりにくくしないように、周知の構造、材料または動作については具体的に示されず、また詳細に記述されていない。
【００６６】
本明細書を通じて、「一実施形態」、「ある実施形態」または「ある具体的な実施形態」の言及は、その実施形態に関連して記述されている特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも全ての実施形態に含まれるものではないことを意味する。したがって、本明細書の様々な場所における「一実施形態における」、「ある実施形態における」または「ある具体的な実施形態における」という言い回しの個々の出現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、本発明の任意の具体的な実施形態の特定の特徴、構造または特性は、任意の適切な方法で１つまたは複数の他の実施形態と組み合わされてもよい。本明細書に記述されかつ示されている本発明の実施形態の他の変形および変更が、本明細書に記述されている教示に照らして可能であること、かつ本発明の範囲および精神の一部として考慮されるべきことは理解されるべきである。
【００６７】
また、図面／図に描かれているエレメントのうちの１つまたは複数が、さらに分離されて、または統合されて実装される、あるいは、ある種の事例では、ある具体的な適用により有益であるとして除去される、または動作不能とされる可能性すらある。
【００６８】
さらに、図面／図における矢印は何れも、別段の指摘のない限り、限定ではなく単なる例示として考察されるべきである。さらに、本明細書において、「または」という言い回しは、別段の指摘のない限り、概して「および／または」を意味することが意図される。また、コンポーネントまたはステップの組み合わせも、用語法が分離または組み合わせの可能性を不明瞭にするものと予見される場合に、記述されているものと考慮される。
【００６９】
本明細書における説明、およびこれに続く請求の範囲を通じて使用される定冠詞および不定冠詞は、コンテキストにより明らかに別段の決定づけがない限り、複数も包含して指す。同様に、本明細書における説明、およびこれに続く請求の範囲を通じて使用される「における」の意味は、コンテキストにより明らかに別段の決定づけがない限り、「における」および「の上の」を含む。
【００７０】
要約書に記述されている内容を含む、本発明の例示された実施形態に関するこれまでの説明は、網羅的であることが意図されるものではなく、また、本発明を本明細書に開示されている精確な形態に限定するためのものでもない。本明細書において、本発明の具体的な実施形態およびその例は、単に例示を目的として記述されているが、関連業者には認識されかつ理解されるように、本発明の範囲および精神の範囲内で様々な等価の変形が可能である。指摘の通り、本発明に対するこれらの変形は、本発明の例示された実施形態に関するこれまでの説明に照らして行われてもよく、かつ本発明の範囲および精神に包含されるべきものである。
【００７１】
したがって、本明細書では、本発明がその具体的な実施形態を参照して説明されているが、前出の開示では、変形の許容範囲、様々な変更および置換が意図され、よって、例によっては、本発明の実施形態の幾つかの特徴が、記載される本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の特徴の対応的使用なしに採用されることは認識されるであろう。したがって、ある特定の状況または材料を本発明の本質的な範囲および精神に適応させる多くの変形が行われてもよい。本発明は、添付の請求の範囲において使用される特定の言い回し、および／または本発明を実行するために企図される最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されないこと、および本発明は、添付の請求の範囲に記載された範囲に含まれる任意かつ全ての実施形態および等価物を包含することが意図される。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ決定されるべきものである。
【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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【外国語明細書】
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