(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ監視システムにおいて、
複数のスタックされたセルを含むバッテリと、
前記バッテリを収容するように構成されたハウジングであって、前記バッテリの第１の端部が、前記ハウジングの取り付け面に結合され、前記ハウジングが前記第１の端部の反対側の前記バッテリの第２の端部に関連付けられた少なくとも１つの基準マーカーを含む、ハウジングと、
前記バッテリの第２の端部と前記少なくとも１つの基準マーカーとを含む画像をキャプチャするように構成された撮像装置と、
前記撮像装置と通信するコントローラとを備え、前記コントローラが、少なくとも、  第１の時間において前記バッテリの前記第２の端部と前記少なくとも１つの基準マーカーとを含む第１の画像をキャプチャするように前記撮像装置に指示し、
前記第１の画像に基づいて前記少なくとも１つの基準マーカーに対する前記バッテリの前記第２の端部の第１の位置を判定し、
第２の時間において前記バッテリの前記第２の端部と前記少なくとも１つの基準マーカーとを含む第２の画像をキャプチャするように前記撮像装置に指示し、
前記第２の画像に基づいて前記少なくとも１つの基準マーカーに対する前記バッテリの前記第２の端部の第２の位置を判定し、
前記第１の位置と前記第２の位置の間の位置差を判定し、
前記位置差に基づいて前記バッテリの充電状態を計算するように構成される、バッテリ監視システム。
【請求項２】
前記バッテリの温度を検知するように構成された温度センサをさらに備え、
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記第１の時間において前記温度センサから前記バッテリの第１の温度を受信し、
前記第２の時間において前記温度センサから前記バッテリの第２の温度を受信し、
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差を判定するように構成され、
前記バッテリの充電状態が、前記温度差に基づいてさらに計算される、請求項１に記載のバッテリ監視システム。
【請求項３】
前記ハウジングが、複数の基準マーカーをさらに含み、前記複数の基準マーカーの各基準マーカーが、前記バッテリの前記複数のスタックされたセルの各セルに関連付けられる、請求項１または請求項２に記載のバッテリ監視システム。
【請求項４】
前記第１の画像が、前記第１の時間における前記複数のスタックされたセルおよび前記複数の基準マーカーを含み、
前記第２の画像が、前記第２の時間における前記複数のスタックされたセルおよび前記複数の基準マーカーを含み、
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記第１の画像に基づいて前記複数の基準マーカーの各基準マーカーに対する前記複数のスタックされたセルのそれぞれの各第１の位置を判定し、
前記第２の画像に基づいて前記複数の基準マーカーの各基準マーカーに対する前記複数のスタックされたセルのそれぞれの各第２の位置を判定し、
各第１の位置と各第２の位置との間の前記複数のスタックされたセルのそれぞれの各位置差を判定し、
各位置差に基づいて前記複数のスタックされたセルのそれぞれの各充電状態を計算するように構成される、請求項３に記載のバッテリ監視システム。
【請求項５】
監視装置において、
少なくとも１つの電気化学セルを含む電源と、
前記電源を収容するように構成された容器であって、前記少なくとも１つの電気化学セルが結合される容器と、
前記少なくとも１つの電気化学セルの画像をキャプチャするように構成された撮像装置と、
前記撮像装置と通信するコントローラとを備え、前記コントローラが、少なくとも、  第１の時間において前記少なくとも１つの電気化学セルの第１の画像をキャプチャするように前記撮像装置に指示し、
前記第１の画像に基づいて前記少なくとも１つの電気化学セルの第１の寸法を判定し、
第２の時間において前記少なくとも１つの電気化学セルの第２の画像をキャプチャするように前記撮像装置に指示し、
前記第２の画像に基づいて前記少なくとも１つの電気化学セルの第２の寸法を判定し、
前記第１の寸法と前記第２の寸法との間の寸法の変化を判定し、
前記寸法の変化に基づいて前記電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つを計算するように構成される、監視装置。
【請求項６】
前記電源の温度を検知するように構成された温度センサをさらに備え、
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記第１の時間において前記温度センサから前記少なくとも１つの電気化学セルの第１の温度を受信するように構成され、
前記電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、前記第１の温度に基づいてさらに計算される、請求項５に記載の監視装置。
【請求項７】
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記第２の時間において前記温度センサから前記少なくとも１つの電気化学セルの第２の温度を受信し、
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差を判定するように構成され、
前記電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、前記温度差に基づいてさらに計算される、請求項６に記載の監視装置。
【請求項８】
前記撮像装置が熱撮像センサを備え、
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記第１の時間において前記熱撮像センサから受信した熱撮像データに基づいて前記少なくとも１つの電気化学セルの第１の温度を判定するように構成され、
前記第２の時間において前記熱撮像センサから受信した熱撮像データに基づいて前記少なくとも１つの電気化学セルの第２の温度を判定するように構成され、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を判定し、
前記電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、前記温度差に基づいてさらに計算される、請求項５から請求項７のいずれかに記載の監視装置。
【請求項９】
前記容器の少なくとも一部が少なくとも１つの基準マーカーを含み、前記容器の少なくとも一部が前記電源の熱膨張係数と同様の熱膨張係数を有する材料から構成され、
前記第１の時間において前記撮像装置によってキャプチャされた前記第１の画像が、前記少なくとも１つの電気化学セルと前記少なくとも１つの基準マーカーとを含む、請求項５から請求項８のいずれかに記載の監視装置。
【請求項１０】
前記電源が複数のスタックされた電気化学セルを備え、前記容器が複数の基準マーカーを含み、前記複数の基準マーカーの各基準マーカーが、前記複数のスタックされた電気化学セルの各電気化学セルに関連付けられている、請求項５から請求項９のいずれかに記載の監視装置。
【請求項１１】
前記電源が、前記複数のスタックされた電気化学セルのうちの前記少なくとも１つの電気化学セルに隣接する結合面で前記容器に結合され、
前記複数のスタックされた電気化学セルの各電気化学セルの各第１の寸法が、前記結合面に対してかつ各基準マーカーに基づいて判定される、請求項１０に記載の監視装置。
【請求項１２】
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
各基準マーカーに基づいて前記複数のスタックされた電気化学セルのそれぞれの各第１の寸法を判定し、
前記複数のスタックされた電気化学セルの各第１の寸法の比較に基づいて、前記複数のスタックされた電気化学セルのうちの少なくとも１つの各劣化状態を判定するように構成される、請求項１０または請求項１１に記載の監視装置。
【請求項１３】
前記撮像装置が、マクロレンズおよび光源を有する高解像度カメラを備え、前記光源が、可視光または赤外線のうちの少なくとも一方を放射するように構成される、請求項５から請求項１２のいずれかに記載の監視装置。
【請求項１４】
前記コントローラが、さらに、少なくとも、
前記少なくとも１つの電気化学セルの動作中に、判定された頻度で前記電源の複数の画像をキャプチャするように前記撮像装置に指示するように構成され、
前記判定された頻度が、前記少なくとも１つの電気化学セルの予想される動作期間に基づいているか、または、
前記判定された頻度が、前記少なくとも１つの電気化学セルの充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つに基づいて変化する、請求項５から請求項１３のいずれかに記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「光学推定を使用した電源監視システム」という名称の、２０１７年３月２９日に出願された米国出願第１５／４７２，６３９号の利益を主張する。
【０００２】
バッテリは、電気自動車や、自律型または無人航空機を含む航空機などの車両でますます使用されている。バッテリが車両の主電源として使用される場合、バッテリの充電状態を理解して、予期せぬ車両の電力および制御の損失を回避することが望ましい。バッテリの充電状態を測定する既存のシステムは、車両に追加のコンポーネント、重量、および複雑さを追加することがある。したがって、コンポーネント、重量、および複雑さの最小限の増加で、バッテリの充電状態を監視できることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
詳細な説明は、添付の図を参照して説明される。図では、参照符号の左端の数字は、参照符号が最初に現れる図を識別している。異なる図における同じ参照符号の使用は、類似または同一のコンポーネントまたは機能を示している。
【図１】実装にかかる、航空機の平面図の概略図である。
【図２】実装にかかる、電源監視システムの概略図である。
【図３】実装にかかる、他の電源監視システムの概略図である。
【図４】実装にかかる、バッテリの充電状態のシーケンスの概略図である。
【図５Ａ】実装にかかる、例示的なバッテリ充電状態監視プロセスを示すフロー図である。
【図５Ｂ】実装にかかる、例示的なバッテリ充電状態監視プロセスを示すフロー図である。
【図６Ａ】実装にかかる、例示的なバッテリ劣化状態監視プロセスを示すフロー図である。
【図６Ｂ】実装にかかる、例示的なバッテリ劣化状態監視プロセスを示すフロー図である。
【図７】実装にかかる、例示的なバッテリ監視頻度判定プロセスを示すフロー図である。
【図８】実装にかかる、航空機制御システムの様々なコンポーネントを示すブロック図である。
【０００４】
本明細書では実装を例として説明するが、当業者は、実装が説明される例または図面に限定されないことを認識するであろう。図面およびその詳細な説明は、開示された特定の形態に実装を限定することを意図するものではなく、対照的に、意図は、添付した特許請求の範囲により定義される精神および範囲内にある全ての変更例、均等物および代替例を網羅することであることが理解されるべきである。本明細書で使用される見出しは、構成上の目的のためだけのものであり、説明または特許請求の範囲を限定するために使用されることを意図したものではない。この出願全体で使用される場合、「ｍａｙ」という語は、必須の意味（すなわち、しなければならない（ｍｕｓｔ）という意味）ではなく、許容的な意味（すなわち、可能性があるという意味）で使用される。同様に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語は、含むことを意味するが、これに限定されるものではない。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本開示は、電源の充電状態および／または劣化状態を監視する電源監視システムおよび対応する方法を説明する。例えば、電源、例えば、１つ以上のスタックされた電気化学セルを含むバッテリは、航空機のコンポーネントであってもよい。バッテリは、容器またはハウジング内に配置され、ハウジングは、バッテリの対応する電気化学セル、例えば対応する電気化学セルのエッジとそれぞれ位置合わせされる１つ以上の基準マーカーを含んでもよい。監視システムは、スタックされた電気化学セルおよび対応する基準マーカーの画像をキャプチャする撮像装置を含んでもよい。スタックされた電気化学セルのエッジおよび対応する基準マーカーは、画像認識技術を使用して認識され得る。キャプチャされた画像内の認識されたエッジおよび基準マーカーに少なくとも部分的に基づいて、１つ以上の電気化学セルの寸法、例えば物理的サイズ、および／または寸法変化、例えば物理的サイズの増減が距離推定技術を使用して判定され得る。判定された寸法および／または寸法変化は、バッテリの１つ以上の電気化学セルの充電状態および／または劣化状態を推定するために使用され得る。
【０００６】
いくつかの実施形態では、監視システムはまた、撮像装置による電気化学セルおよび対応する基準マーカーの画像のキャプチャを促進するために光源も含んでもよい。例えば、光源は、撮像装置とは別個のコンポーネントであってもよくまたは撮像装置の一部を形成してもよい。光源は、可視スペクトル、赤外スペクトル、光の他の波長、またはそれらの組み合わせの光を提供してもよい。代替的にまたは追加的に、ハウジングは、ハウジングの環境からの自然光、周囲光、または外部光が入射して画像のキャプチャを容易にすることを可能にするために１つ以上の開口または透明／半透明表面を含んでもよい。
【０００７】
他の実施形態では、ハウジング上の１つ以上の基準マーカーに加えてまたはその代わりに、１つ以上の歪みゲージが使用され、バッテリの１つ以上の電気化学セルの寸法変化を判定することが可能である。例えば、スタックされた電気化学セルは、それらの間の導電性のためにセルに目標圧力を加える例えばバンド、ストラップ、クランプなどの１つ以上のリテーナによってハウジング内の位置に保持され得る。リテーナは、セルに加えられる目標圧力を実質的に維持しながら、充電および放電中にセルの膨張および収縮を可能にするように順応性があり得る。リテーナの寸法変化を測定し、それによりセルの寸法変化を測定するために、１つ以上の歪みゲージがリテーナに配置されてもよい。追加的にまたは代替的に、各セルの寸法変化を測定するために、１つ以上の歪みゲージが各電気化学セルに適用されてもよい。測定された寸法変化は、バッテリの１つ以上の電気化学セルの充電状態および／または劣化状態を推定するために使用されてもよい。
【０００８】
さらに、監視システムは、温度の変化、例えば熱歪みに起因する１つ以上の電気化学セルの寸法変化の一部を判定してもよい。例えば、監視システムは、電気化学セルのうちの１つ以上に関連付けられた温度センサを含んでもよい。温度が測定され、１つ以上のセルのキャプチャ画像または歪みゲージ測定に関連付けられ、温度または温度の変化に起因する寸法変化が判定され得る。追加的にまたは代替的に、撮像装置および／または光源は、赤外光を利用してもよく、その場合、キャプチャされた画像に関連する温度は、キャプチャされた画像の赤外線または熱撮像データから判定され得る。そして、１つ以上のセルの判定された寸法および／または寸法変化は、熱歪みを補償するために修正され得る。
【０００９】
バッテリの電気化学セルの充電状態は、一般に、電気化学セルの充電レベル、例えば、０％（充電なし）から１００％（満充電）を指し得る。いくつかの実施形態では、電気化学セルの充電状態は、例えば、既知の充電状態におけるセルの既知の寸法を少なくとも参照することにより、セルの判定された寸法から判定され得る。さらに、電気化学セルの充電状態は、例えば経時的なセルの寸法の既知の変化率を少なくとも参照することにより、経時的なセルの寸法の変化から判定されてもよい。例えば、満充電状態とゼロ充電状態との間で、電源（または電源の個々のセル）の全体寸法の約２〜３％の寸法変化が観察されることがある。さらに、寸法の変化は、充電状態に応じてほぼ直線的に増加または減少することがある。いくつかの実施形態では、電源は、電源（または電源の個々のセル）の全体寸法に対して約２〜３％よりも大きいかまたは小さい寸法変化を示すことがある。
【００１０】
電気化学セルの劣化状態は、一般に、例えば、０％（その理想的な仕様のいずれも満たさない）から１００％（その理想的な仕様の全てを完全に満たす）など、その理想的な仕様に対するセルの状態を指し得る。劣化状態は、容量、抵抗、インピーダンス、コンダクタンス、電圧などの１つ以上のパラメータを含み得る。いくつかの実施形態では、電気化学セルの劣化状態は、経時的なセルの寸法の変化と、経時的な他の類似セルの寸法のそれぞれの変化および／または理想的な仕様を有する他の類似セルの寸法の既知の変化との比較から判定され得る。例えば、他の類似セルの物理的寸法のそれぞれの変化に対して充電および／または放電中に物理的寸法のより大きな変化を呈するセルは、より低い劣化状態、例えば容量の減少を有すると判定され得る。
【００１１】
さらなる実施形態では、監視システムは、例えば５〜１０秒ごとまたは他の頻度など、判定された頻度で画像をキャプチャするかまたは歪みゲージ測定値を受信してもよい。判定された頻度は、例えば３０分など、バッテリの予想動作時間に基づいてもよい。追加的にまたは代替的に、監視システムは、様々な頻度で画像をキャプチャするかまたは歪みゲージ測定値を受信してもよい。例えば、監視システムは、第１の判定された頻度で画像をキャプチャするかまたはデータを受信してもよく、バッテリの充電状態が判定された閾値に到達または超えたときに、監視システムは、第２の判定された頻度で画像をキャプチャするかまたはデータを受信してもよい。より具体的には、バッテリが放電され、２０％の充電状態の閾値を超えている場合、監視システムは、画像がキャプチャされるまたはデータが受信される頻度を増やしてもよい。同様に、バッテリが充電され、２０％の充電状態の閾値を超えた場合、監視システムは、画像がキャプチャされるまたはデータが受信される頻度を減らしてもよい。他の閾値、閾値の数、および関連する監視頻度の増加または減少もまた、本明細書で説明する監視システムおよび方法で実装され得る。
【００１２】
図１は、実装にかかる、航空機１００の平面図の概略図を示している。図示のように、航空機１００は、航空機のフレーム１０４の周りに間隔を置いて配置された８つのプロペラ１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６、１０２−７、１０２−８を含む。プロペラ１０２は、例えばアイテムを配送場所に配送するために、航空機１００が空中を航行することができるように、航空機１００および航空機１００によって係合される任意の在庫を持ち上げるのに十分なサイズのプロペラ（例えば、グラファイト、炭素繊維）の任意の形態であり得る。この例は、８つのプロペラを含むが、他の実装では、より多くのまたはより少ないプロペラが利用されてもよい。同様に、いくつかの実装では、プロペラは、航空機１００の異なる場所に配置されてもよい。さらに、代替の推進方法が利用されてもよい。例えば、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン、電気ジェットなどが使用され、航空機を推進してもよい。
【００１３】
同様に、航空機１００のフレーム１０４または本体は、グラファイト、炭素繊維、および／またはアルミニウムなどの任意の適切な材料であってもよい。この例では、航空機１００のフレーム１０４は、４つの剛性部材１０５−１、１０５−２、１０５−３、１０５−４、またはほぼ垂直な角度で交差して接合された剛性部材によるハッシュパターンに配置された梁を含む。この例では、剛性部材１０５−１および１０５−３は、互いに平行に配置され、ほぼ同じ長さである。剛性部材１０５−２および１０５−４は、互いに平行に配置されているが、剛性部材１０５−１および１０５−３に対して垂直に配置されている。剛性部材１０５−２および１０５−４は、ほぼ同じ長さである。いくつかの実施形態では、全ての剛性部材１０５は、ほぼ同じ長さであってもよく、他の実装では、いくつかのまたは全ての剛性部材は、異なる長さであってもよい。同様に、２組の剛性部材間の間隔は、ほぼ同じであっても異なっていてもよい。
【００１４】
図１に示す実装は、フレーム１０４を形成するように接合された４つの剛性部材１０５を含み、他の実装では、フレーム１０４に対するコンポーネントの数がより少なくても多くてもよい。例えば、他の実装では、４つの剛性部材ではなく、航空機１００のフレーム１０４は、６つの剛性部材を含むように構成されてもよい。そのような例では、剛性部材１０５−２、１０５−４のうちの２つは、互いに平行に配置されてもよい。剛性部材１０５−１、１０５−３および剛性部材１０５−１、１０５−３の両側にある２つの追加の剛性部材は、全て、互いに平行にかつ剛性部材１０５−２、１０５−４に対して垂直に配置されることができる。追加の剛性部材では、４つの側面の全てに剛性部材を有する追加の空洞がフレーム１０４によって形成されてもよい。フレーム１０４内の空洞は、例えば、アイテムおよび／またはアイテムを含むコンテナの係合、輸送および配送のための在庫係合機構など、１つ以上のコンポーネントを含むように構成されてもよい。
【００１５】
いくつかの実装では、航空機は、空力用に構成されてもよい。例えば、航空機制御システム１１０、剛性部材１０５のうちの１つ以上、フレーム１０４および／または航空機１００の他のコンポーネントを囲む空力ハウジングが航空機に含まれてもよい。ハウジングは、グラファイト、炭素繊維、アルミニウムなどの任意の適切な材料から構成され得る。同様に、いくつかの実装では、在庫（例えば、アイテムまたはコンテナ）の位置および／または形状は、空力的に設計され得る。例えば、いくつかの実装では、在庫係合機構は、在庫が係合されると、航空機１００による在庫の輸送中に追加の抗力が生じないように航空機１００のフレームおよび／またはハウジング内に囲まれるように構成されることができる。他の実装では、在庫は、抗力を低減し、航空機および在庫のより空力的な設計を提供するように成形されてもよい。例えば、在庫がコンテナであり、コンテナの一部が係合時に航空機の下方に延びる場合、コンテナの露出部分は、湾曲形状を有してもよい。
【００１６】
プロペラ１０２および対応するプロペラモータは、各剛性部材１０５の両端に配置されている。プロペラモータが取り付けられる剛性部材１０５はまた、本明細書ではモータアームとも呼ばれる。プロペラモータは、航空機１００および係合した在庫を持ち上げるためにプロペラによって十分な速度を生成することができ、それにより在庫の空中輸送を可能にする任意の形態のモータであってよい。例えば、プロペラモータは、それぞれ、ＦＸ−４００６−１３  ７４０ｋｖマルチローターモータとすることができる。プロペラは、航空機１００および係合したペイロードを持ち上げるのに十分なサイズおよび材料のものであり得る。いくつかの実装では、プロペラは、炭素繊維、アルミニウム、グラファイト、銀、銅、鋼などの導電性材料から形成されてもよい。
【００１７】
フレーム１０４には、航空機制御システム１１０が取り付けられている。この例では、航空機制御システム１１０は、フレーム１０４の中央および上部に取り付けられている。図８に関して以下でさらに詳細に説明するように、航空機制御システム１１０は、航空機１００の動作、ルーティング、航行、通信、および電源監視、ならびに在庫係合機構を制御する。
【００１８】
同様に、航空機１００は、１つ以上の電源またはモジュール１１２を含む。この例では、航空機１００は、フレーム１０４に取り外し可能に取り付けられた２つの電源１１２を含む。航空機用の電源は、バッテリ電力、太陽光発電、ガス発電、スーパーキャパシタ、燃料電池、代替発電源、またはそれらの組み合わせの形態であってもよい。例えば、電源１１２は、それぞれ、約６０００ｍＡｈのリチウムイオンポリマーバッテリ、ポリマーリチウムイオン（Ｌｉ−ポリ、Ｌｉ−Ｐｏｌ、ＬｉＰｏ、ＬＩＰ、ＰＬＩまたはＬｉｐ）バッテリであってもよい。電源１１２は、航空機制御システム１１０、プロペラモータ、および他のコンポーネントに結合され、それらに電力を供給する。
【００１９】
いくつかの実装では、電力モジュールのうちの１つ以上は、航空機が着陸している間に自律的に取り外しおよび／または他の電力モジュールと交換できるように構成されてもよい。例えば、航空機が配送場所、中継場所および／または荷役施設に着陸すると、航空機は、電力モジュールを再充電および／または交換する場所で充電部材と係合し得る。
【００２０】
上述したように、航空機１００はまた、在庫係合機構１１４も含み得る。在庫係合機構は、アイテムおよび／またはアイテムを保持するコンテナを係合および係合解除するように構成され得る。この例では、在庫係合機構１１４は、剛性部材１０５の交差部によって形成されるフレーム１０４の空洞内に配置される。在庫係合機構は、航空機制御システム１１０の下方に配置され得る。追加の剛性部材を備えた実装では、航空機は、追加の在庫係合機構を含み得、および／または在庫係合機構１１４は、フレーム１０４内の異なる空洞に配置され得る。在庫係合機構は、在庫を含むコンテナを安全に係合および係合解除するのに十分な任意のサイズのものであり得る。他の実装では、係合機構は、配送される在庫アイテムを含むコンテナとして動作してもよい。在庫係合機構は、（有線または無線通信を介して）航空機制御システム１１０と通信し、航空機制御システムによって制御され得る。
【００２１】
本明細書で説明する航空機の実装は、プロペラを利用して飛行を達成および維持するが、他の実装では、航空機は、他の方法で構成されてもよい。例えば、航空機は、固定翼、プロペラおよび固定翼、他の推進機構、および／またはそれらの組み合わせを含んでもよい。さらに、航空機は、１つ以上の推進機構を利用して離着陸を可能にし、固定翼構成または翼および推進機構の組み合わせ構成を利用して、航空機が空中にある間に飛行を維持することが可能である。
【００２２】
さらに、航空機１００は、本明細書で説明する電源監視システムおよび方法を利用して、その推進機構、制御システム１１０、および他のコンポーネントの電源として機能する電源１１２を監視することが可能である例示的な車両として本明細書で説明するが、本明細書で説明する電源監視システムおよび方法は、例えば、航空機、陸上車両、水上車両などの車両の任意の他の形態の電源を監視するために利用されてもよい。さらに、本明細書で説明する電源監視システムおよび方法は、監視される可能性のある１つ以上の電源を有する任意の他のシステム、機械、装置、機器、デバイス、またはオブジェクトで使用されてもよい。
【００２３】
図２は、実装にかかる電源監視システム２００の概略図である。監視システム２００は、電源の充電状態および／または劣化状態を判定するために、本明細書で説明されるような光学推定技術を利用することが可能である。監視システム２００は、複数のスタックされた電気化学セル２０４を有する例えばバッテリなどの電源２０２を含んでもよく、各セル２０４は、例えばセルの上エッジなどの対応するエッジ２０６を有する。電源２０２は、基準マーカー２１５を含み得る容器またはハウジング２１０内に配置されてもよく、各基準マーカー２１５は、セル２０４のそれぞれ１つの対応するエッジ２０６に関連付けられる。監視システム２００はまた、撮像装置２２０、光源２３０、および温度センサ２４０も含んでよく、それらのそれぞれは、例えば航空機制御システムなどの制御システム１１０と（有線または無線通信を介して）通信することが可能である。図２〜図４に示されるように、電源２０２は、図１に関して本明細書で説明される電源またはモジュール１１２および図８に関して本明細書で説明される電源８０６の例であり得る。
【００２４】
電源２０２は、１つ以上の電気化学セル２０４、例えば３０から５０個のセルから構成されるバッテリであってもよい。図２には５つのセル２０４のみが示されているが、任意の他の数、形状、またはサイズのセル２０４が電源２０２に含まれてもよい。各電気化学セル２０４は、正電極またはカソード層、負電極またはアノード層、およびそれらの間の分離層から構成され得る。カソード層およびアノード層は、それぞれ、カソード箔およびアノード箔を含んでもよい。分離層は、陽イオン、すなわち正に帯電したイオン、および陰イオン、すなわち負に帯電したイオンを含む導電性電解質を含み得る。一般に、バッテリの充電中は、電子を追加することによってカソード層において陽イオンが減少し、電子を除去することによってアノード層において陰イオンが酸化し、バッテリの放電中に電子の流れが逆になり得る。しかしながら、他の実施形態では、バッテリを充電および放電するために本明細書で説明されるプロセスは、逆であってもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、電源２０２は、インターカレーションを呈する１つ以上の電気化学セル２０４を有するリチウムイオンバッテリまたはニッケル水素バッテリであってもよい。インターカレーションは、充電および／または放電中にイオンがバッテリの層の結晶または格子構造に出入りする略可逆的プロセスを説明する。例として、イオンは、充電中にカソードおよび／またはアノード層の結晶または格子構造内に移動し得、イオンは、放電中にカソードおよび／またはアノード層の結晶または格子構造から移動し得、またはその逆であり得る。他の実施形態では、電源２０２は、インターカレーションを呈する任意の他の種類またはクラスのバッテリであってもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、電気化学セル２０４は、カソード層およびアノード層の連続層が互いの上にスタックされるように、例えば直方形または立方体などの角柱構成でスタックされてもよい。スタックされた電気化学セル２０４は、電気化学セル２０４が動作中に寸法変化を経験することを可能にする、例えば、ポリマーポーチ、可撓性ケーシング、または他の柔軟なハウジングなど、可撓性のあるまたは柔軟なケーシング内に一体に保持されてもよい。寸法変化は、充電および／または放電中の各セル内のインターカレーションの結果として生じることがある。例えば、充電中、インターカレーションにより、イオンをカソード層および／またはアノード層に追加させてもよく、それにより、電気化学セル２０４の寸法変化、例えば物理的寸法の増加を引き起こすことができる。同様に、放電中、インターカレーションにより、イオンをカソード層および／またはアノード層から除去させてもよく、それにより、電気化学セル２０４の寸法変化、例えば物理的寸法の減少を引き起こすことができる。他の実施形態では、インターカレーションによって生じる寸法変化は、例えば、充電中の物理的寸法の減少および／または放電中の物理的寸法の増加など、逆であってもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、角柱構成のスタックされた電気化学セル２０４から構成されるバッテリの場合、寸法変化は、異方性であり、互いの上にスタックされたカソード層およびアノード層の平面に対して略垂直な方向に沿って生じる可能性がある。さらに、電源２０２の１つ以上のセル２０４は、撮像装置を使用してキャプチャされた画像内で視認可能または認識可能な各エッジ２０６に関連付けられてもよい。図２に示されるように、各セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５は、キャプチャされた画像内で認識可能なそれぞれの関連するエッジ２０６−１、２０６−２、２０６−３、２０６−４、２０６−５を有してもよい。あるいは、電源２０２の１つのエッジ、例えばエッジ２０６−１のみが、キャプチャされた画像内で認識可能であってもよい。セル２０４の任意の他の数のエッジ２０６がキャプチャされた画像内で認識可能であってもよい。
【００２８】
電源２０２は、容器またはハウジング２１０内に配置されてもよい。ハウジング２１０は、電源２０２を保持するためにおよび／または環境から電源２０２を保護するために、任意の材料から構成されてもよい。例えば、ハウジング２１０は、プラスチック、金属、または任意の他の適切な材料から構成されてもよい。
【００２９】
さらに、ハウジング２１０は、撮像装置を使用してキャプチャされた画像内で視認可能または認識可能な１つ以上の基準マーカー２１５を含んでもよい。図２に示されるように、ハウジング２１０は、セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５の各エッジ２０６−１、２０６−２、２０６−３、２０６−４、２０６−５にそれぞれ関連付けられかつキャプチャされた画像内で認識可能な基準マーカー２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４、２１５−５を含んでもよい。あるいは、電源２０２に関連付けられた１つの基準マーカー、例えば基準マーカー２１５−１のみが、キャプチャされた画像内で認識可能であってもよい。他の任意の数の基準マーカー２１５がハウジング２１０上に設けられ、キャプチャされた画像内で認識可能であってもよい。
【００３０】
１つ以上の基準マーカー２１５は、様々な方法でハウジング２１０上に形成、印刷、またはそうでなければ配置されることが可能である。例えば、基準マーカー２１５は、インク、塗料、またはキャプチャされた画像内で認識可能な他のマーキング材料を使用して、ハウジング２１０の表面に印刷されてもよい。追加的にまたは代替的に、基準マーカー２１５は、キャプチャされた画像内で認識可能であるように、例えば、エッチング、カット、マーク、印、溝、突起、インク、塗料、または他の材料として、ハウジング２１０の材料の上または内部に形成または埋め込まれてもよい。
【００３１】
さらにまた、図２は、基準マーカー２１５を略直線として示しているが、その他の形状および／またはサイズのマーカーが可能である。例えば、基準マーカー２１５は、十字線、プラス記号、矢印、またはセル２０４の関連するエッジ２０６に対してキャプチャされた画像内で認識可能な他のインジケータまたは記号の形態をとり得る。さらに、図２では、ハウジング２１０上の特定の位置に基準マーカー２１５が示されているが、基準マーカー２１５は、それぞれの関連する基準マーカー２１５に対するセル２０４のエッジ２０６の寸法変化の判定を可能にする任意の他の適切な位置に形成、印刷または配置されてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、電源２０２のセル２０４のエッジ２０６のうちの１つ以上は、ハウジング２１０上の基準マーカー２１５の配置に関して本明細書で説明される様々な実施形態と同様の方法で電源２０２上に形成、印刷、または配置されてもよい。例えば、セル２０４のエッジ２０６は、セル２０４のエッジ２０６がキャプチャされた画像内で認識可能であるように、マーキング材料を使用して電源２０２のケーシングまたは材料上に印刷されてもよく、またはエッジ２０６は、基準マーカー２１５に関して上述したように、電源２０２のケーシングまたは材料の上または内部に形成または埋め込まれてもよい。
【００３３】
撮像装置２２０は、基準マーカー２１５に対するエッジ２０６の寸法または寸法変化を判定するために、ハウジング２１０上のセル２０４のエッジ２０６および基準マーカー２１５の画像をキャプチャすることができる任意の撮像装置であり得る。撮像装置２２０は、エッジ２０６および基準マーカー２１５が撮像装置２２０の視野内にあるように配置されてもよい。例えば、全てのエッジ２０６および関連する基準マーカー２１５を含む電源２０２の全体が撮像装置２２０の視野内にあってもよく、または電源２０２の一部のみ、例えば１つ以上のエッジ２０６および１つ以上の関連する基準マーカー２１５が撮像装置２２０の視野内にあってもよい。さらに、撮像装置２２０は、高解像度デジタルカメラであってもよい。さらに、撮像装置２２０は、近距離での高解像度画像のキャプチャを可能にするためにマクロレンズまたは他の同様のレンズもしくは構造を含んでもよい。さらに、撮像装置２２０は、可視スペクトル内、例えば人間の可視スペクトル内、赤外線スペクトル内、または光の任意の他の波長（または波長の組み合わせ）で画像をキャプチャしてもよい。
【００３４】
ハウジング２１０上のセル２０４および基準マーカー２１５のエッジ２０６の画像をキャプチャするのに適した他の種類の撮像装置または撮像装置とレンズとの組み合わせも利用することが可能である。さらに、撮像装置２２０は、静止画像に加えてまたはその代わりに、動画像、またはビデオをキャプチャしてもよい。本明細書で説明されるように、キャプチャされたビデオの様々なフレームは、キャプチャされた静止画像の分析と同様の方法で識別および分析されてもよい。
【００３５】
エッジ、ライン、印、記号、輪郭、表面、テクスチャ、または色を含む、撮像装置２２０によって撮像データにキャプチャされたエッジ２０６または基準マーカー２１５に関する情報および／またはデータは、任意の数の方法で撮像データから抽出されてもよい。例えば、デジタル画像におけるピクセルまたはピクセル群の色は、１つ以上の標準、例えば、ピクセル内の赤、緑、または青の部分が０から２５５の値の３つの対応する数値で表現されるＲＧＢ（「赤−緑−青」）カラーモデル、またはピクセルの色が６文字コードで表現され、各文字が１６の範囲を有し得る１６進モデルに従って判定および定量化されることができる。さらに、デジタル画像で表現されるエッジ２０６または基準マーカー２１５のエッジ、ライン、印、記号、輪郭、表面、テクスチャ、または特徴は、画像の領域もしくはセクター内の強度の変化を識別することによって、または特定の表面、特徴、遷移、不連続性、もしくはエッジに対応する画像の領域もしくは部分を定義することによってなど、１つ以上のコンピューターベースの方法を使用して識別されてもよい。
【００３６】
さらにまた、静止デジタル画像または動デジタル画像でキャプチャされたエッジ２０６または基準マーカー２１５のエッジ、ライン、印、記号、輪郭、外形、テクスチャ、色、シルエット、形状、または他の特性は、ルールベースまたは学習アルゴリズムおよびツールであってもよい１つ以上のアルゴリズムまたは機械学習ツールを使用して識別されてもよい。エッジ２０６または基準マーカー２１５は、静止していても動いていてもよく、単一の有限の期間において、または１つ以上の期間もしくは持続期間にわたって識別されてもよい。そのようなアルゴリズムまたはツールは、ノイズおよび混乱を最小限に抑え、誤った特徴、遷移、または不連続性を形成しない方法で、可能な限り密接に、デジタル画像内で特徴、遷移、または不連続性（例えば、エッジ、ライン、印、記号、輪郭、外形、テクスチャ、色、シルエット、形状、またはエッジ２０６もしくは基準マーカー２１５の他の特性）を認識およびマーキングすることを対象とすることが可能である。本開示にかかるデジタル画像内のエッジ２０６または基準マーカー２１５の特徴を認識するために利用されてもよいいくつかの検出アルゴリズムまたは技術は、これらに限定されるものではないが、キャニーエッジ検出器またはアルゴリズム；ソーベル演算子、アルゴリズム、またはフィルタ；Ｋａｙｙａｌｉ演算子；ロバーツエッジ検出アルゴリズム；プレヴィット演算子；Ｆｒｅｉ−Ｃｈｅｎ法；任意の機械学習ベースのアルゴリズム；または、関連技術の当業者に知られている可能性がある任意の他のアルゴリズムまたは技術を含む。
【００３７】
静止または移動エッジ２０６または基準マーカー２１５の特性が１つ以上のデジタル画像において認識されると、エッジ２０６または基準マーカー２１５のそのような特性は、１つ以上のデータストアに記憶され得るエッジ２０６または基準マーカー２１５に関して以前に認識された情報と一致する場合がある。これに関して、エッジ２０６とそれぞれの関連する基準マーカー２１５との間の寸法変化は、以前にキャプチャされた画像およびその中で認識された情報に少なくとも部分的に基づいて判定され得る。
【００３８】
さらに、距離推定技術が使用され、認識されたエッジ２０６と基準マーカー２１５との間、ならびに複数のキャプチャされた画像内の認識されたエッジ２０６と基準マーカー２１５との間の物理的寸法および／または物理的寸法の変化を経時的に判定することが可能である。距離推定技術は、セル２０４およびハウジング２１０の物理的、材料的、化学的、電気的、および／または熱的特性、撮像装置の物理的、撮像的および／または熱的特性、撮像装置とエッジ２０６または基準マーカー２１５との間の距離、エッジ２０６または基準マーカー２１５に対する撮像装置の位置および／または向き、および／または監視システムのコンポーネントおよびキャプチャされた画像に関連する他の要因に少なくとも部分的に基づいてもよい。距離推定技術はまた、任意の機械学習ベースのアルゴリズム、または関連分野の当業者に知られている可能性がある他のアルゴリズムもしくは技術を組み込むことも可能である。
【００３９】
監視システム２００はまた、照明を提供して、撮像装置２２０による高解像度画像のキャプチャを可能にする光源２３０も含んでもよい。例えば、光源２３０は、撮像装置２２０とは別個のコンポーネントであってもよく、または撮像装置２２０の一部を形成してもよい。光源２３０は、セル２０４のエッジ２０６およびハウジング２１０上の基準マーカー２１５に照明を提供するように配置されてもよい。さらに、光源２３０は、任意の波長の光を供給してもよい。例えば、撮像装置２２０が人間の可視光スペクトル内の画像をキャプチャする場合、光源２３０は、人間の可視光スペクトル内の光を供給してもよい。同様に、撮像装置２２０が赤外線スペクトル内の画像をキャプチャする場合、光源２３０は、赤外線スペクトル内の光を供給してもよい。代替的にまたは追加的に、光源２３０は、複数の異なる波長の光を供給してもよく、および／または撮像装置の動作および／または能力に基づいて選択的に作動されてもよい。
【００４０】
他の実施形態では、監視システム２００は、光源２３０を含まなくてもよい。代わりに、ハウジング２１０は、１つ以上の開口を含むかまたは環境からの光がハウジング２１０に入ることを可能にする半透明もしくは透明材料から少なくとも部分的に形成されてもよい。例えば、ハウジング２１０の環境は、例えば太陽からの自然光、例えば監視システム２００が配置される構造、装置、もしくは場所に関連する１つ以上の光源からの周囲光、および／または例えば監視システム２００が設けられる車両、システム、機械、装置、機器、デバイス、もしくはオブジェクト上の他の光源などの監視システム２００に関連する他の光源からの光を含んでもよい。
【００４１】
さらに、監視システム２００は、温度センサ２４０を含んでもよい。温度センサ２４０は、電源２０２、電源２０２の個々のセル２０４、および／またはハウジング２１０の温度に関連するデータを提供することができる任意の適切なセンサであってもよい。温度センサ２４０は、図２に示されるように、電源２０２に設けられてもよい。あるいは、温度センサ２４０は、電源２０２、１つ以上のセル２０４、および／またはハウジング２１０内またはその上の任意の他の場所に設けられてもよい。さらに、２つ以上の温度センサ２４０が設けられてもよく、および／または複数の温度センサ２４０が関連付けられて、電源２０２の各セル２０４の温度に関連するデータを提供してもよい。
【００４２】
１つ以上の温度センサ２４０によって提供される温度データが利用され、動作中、例えば充電および／または放電中に、電源２０２のセル２０４の判定された寸法または寸法変化を修正することが可能である。例えば、電源２０２の１つ以上のセル２０４は、充電中に、例えば温度上昇に起因する物理的寸法の増加などの熱歪みを経験することがある。同様に、電源２０２の１つ以上のセル２０４は、放電中に、例えば温度低下に起因する物理的寸法の減少などの熱歪みを経験することがある。他の実施形態では、例えば、放電中の温度上昇に起因する物理的寸法の増加、および／または充電中の温度低下に起因する物理的寸法の減少など、熱歪みが逆であってもよい。
【００４３】
特定の温度または温度の変化に関連する電源２０２の１つ以上のセル２０４の物理的寸法の変化は、経験的な方法により、電源のセルの熱歪みを含むデータストアを参照することにより、および／または電源の材料の熱特性に関連する情報を参照することにより、判定され得る。
【００４４】
一般に、電源２０２のセル２０４の熱歪みは、本明細書で説明するように、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化とは異なり、セル２０４が全ての方向で温度変化に起因する物理的寸法の変化を実質的に等しく受けるように等方性であり得る。したがって、他の実施形態では、１つ以上の温度センサ２４０の代わりにまたはそれに加えて、熱歪みに起因するセル２０４の物理的寸法の変化は、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化の方向とは異なる方向で撮像装置を使用して測定され得る。例えば、本明細書で説明されるエッジ２０６に対して直交するセル２０４の異なるエッジ、および本明細書で説明される基準マーカー２１５に対しても同様に直交するそれぞれの関連する基準マーカーは、撮像装置を使用してキャプチャされ、インターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向に沿った熱歪みに起因するセル２０４の寸法変化を判定することが可能である。そして、インターカレーションに起因するセル２０４の判定された寸法または寸法変化は、直交方向に測定された熱歪みに起因するいかなる寸法変化についても修正され得る。
【００４５】
さらに他の実施形態では、１つ以上の温度センサ２４０の代わりにまたはそれに加えて、撮像装置２２０または追加の撮像装置は、赤外線スペクトルの１つ以上の画像をキャプチャしてもよい。キャプチャされた赤外線画像に基づいて、セル２０４の温度または温度の変化が判定され得る。そして、インターカレーションに起因するセル２０４の判定された寸法または寸法変化は、撮像装置を使用してキャプチャされた赤外線画像から判定された温度または温度変化に起因する熱歪みに基づいて修正され得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、例えば基準マーカー２１５に近接するハウジング２１０の材料の温度に関連するデータは、本明細書で説明するように、温度センサ２４０を使用してまたは撮像装置２２０を使用した熱画像に基づいて提供され得る。ハウジング２１０の温度がさらに使用され、セル２０４の判定された寸法または寸法変化を修正して、ハウジング材料および関連する基準マーカー２１５が受ける熱歪みを説明することが可能である。例えば、ハウジング２１０および関連する基準マーカー２１５は、温度上昇に起因して膨張し、温度低下に起因して収縮することがある。ハウジング材料が受ける熱歪みならびに電源２０２が受ける熱歪みを判定および修正することにより、インターカレーションに起因するセル２０４の寸法変化は、より正確かつ確実に判定され得る。
【００４７】
さらにまた、ハウジング２１０は、電源２０２の材料の組み合わされた熱特性と略同様の熱特性を有するように選択された材料から形成されてもよい。このようにして、ハウジング２１０および関連する基準マーカー２１５は、同じ温度または温度変化に応答する電源２０２のセル２０４の膨張および収縮とほぼ同じ速度で温度変化に応答して膨張および収縮し得る。したがって、基準マーカー２１５に対するセル２０４のエッジ２０６に基づいて撮像装置を使用して判定される寸法変化は、関連するコンポーネントのそれぞれの関連する熱歪みがほぼ同じであり得るため、熱歪みについて既に本質的に修正されていることがあることから、本明細書に記載の方法および構造を使用して、温度変化に起因する電源２０２および／またはハウジング２１０の寸法変化を修正する必要はなくてもよい。
【００４８】
再度図２を参照すると、図２は、ハウジング２１０の底面によって支持される電源２０２の底面を示している。したがって、ハウジング２１０の底面を基準面または結合面として使用して、任意の寸法または寸法変化を測定可能であり、セル２０４のエッジ２０６および基準マーカー２１５は、基準面に対して膨張および収縮する。しかしながら、他の実施形態では、セル２０４は、電源２０２内の任意の他の層、位置、または結合面においてハウジング２１０の基準面に取り付けまたは結合されてもよい。例えば、電源２０２の底面の代わりに、エッジ２０６−３は、エッジ２０６−１、２０６−２および関連するそれぞれの基準マーカー２１５−１、２１５−２がエッジ２０６−３に関連する基準面または結合面に対する方向に膨張および収縮し、かつエッジ２０６−４、２０６−５および関連するそれぞれの基準マーカー２１５−４、２１５−５がエッジ２０６−３に関連する基準面または結合面に対する反対方向に膨張および収縮するように、ハウジング２１０に取り付けまたは結合されてもよい。同様に、電源２０２の任意の他の層または表面は、ハウジング２１０に取り付けられまたは結合されてもよく、それにより、セル２０４の寸法または寸法変化が判定されてもよい基準面または結合面として作用してもよい。
【００４９】
他の実施形態では、監視システム２００は、ハウジング２１０上に基準マーカー２１５を含まなくてもよく、電源２０２は、キャプチャされた画像内で認識可能な１つのエッジ、例えばエッジ２０６−１のみを含んでもよい。そのような実施形態では、電源２０２の全体の寸法または寸法変化は、撮像装置２２０を使用してキャプチャされた画像から判定されてもよい。電源２０２の物理的寸法は、電源２０２に関連する既知の物理的、材料的、化学的、電気的、および／または熱的特性、撮像装置２２０に関連する既知の物理的、撮像的および／または熱的特性、および／または電源２０２に対する撮像装置２２０の距離、位置、および／または向きに基づいて判定されてもよい。追加的にまたは代替的に、電源２０２の物理的寸法または寸法変化は、撮像装置２２０によってキャプチャされた２つ以上の画像の比較に基づいて判定されてもよい。
【００５０】
図３は、実装にかかる、他の電源監視システム３００の概略図である。監視システム３００は、電源の充電状態および／または劣化状態を判定するために、本明細書で説明されるような歪み測定技術を利用することができる。例えば、監視システム３００は、電源２０２の電気化学セル２０４を一体に保持しかつその間の導電性のためにセル２０４に目標圧力を加え得る、例えばバンド、ストラップ、クランプなどの１つ以上のリテーナ３０３を含んでもよい。さらに、監視システム３００は、電源２０２の１つ以上のセル２０４の寸法および／または変位を測定するための１つ以上の歪みゲージ３０５を含んでもよく、歪みゲージ３０５は、例えば航空機制御システムなどの制御システム１１０と（有線または無線通信を介して）通信可能である。
【００５１】
電源監視システム３００はまた、図２に示される電源監視システム２００に関して本明細書で説明される特徴のいずれかまたは全てを含んでもよい。例えば、本明細書で説明されるように、監視システム３００は、容器またはハウジング２１０内に配置され得る複数のスタックされた電気化学セル２０４を有する電源２０２を含んでもよく、監視システム３００は、例えば航空機制御システムなどの制御システム１１０と（有線または無線通信を介して）通信し得る温度センサ２４０を含んでもよい。電源２０２、スタックされた電気化学セル２０４、ハウジング２１０、および温度センサ２４０は、図２に示される同じまたは同様のコンポーネントに関して本明細書で説明される特徴のいずれかまたは全てを含んでもよい。さらに、図３は、セル２０４のエッジ２０６、ハウジング２１０上の基準マーカー２１５、撮像装置２２０、または光源２３０を示していないが、いくつかの実施形態では、図２および図３に関して本明細書で説明する構造および方法は、光学推定技術および歪み測定技術の両方を同時にまたは交互に利用する複合監視システムが使用されて電源２０２のセル２０４の寸法または寸法変化を監視し得るように組み合わせられてもよく、組み合わせは、より高い精度、信頼性、および／または冗長性を提供し得る。
【００５２】
再度図３を参照すると、監視システム３００は、セル２０４を一体に保持する１つ以上のリテーナ３０３を含んでもよく、セル２０４に目標圧力を加えることが可能である。図２には示していないが、図２に示されるセル２０４はまた、１つ以上のリテーナ３０３によって同様の方法で一体に保持されてもよい。全体としての電源２０２の適切な動作のために、電源２０２の個々のセル２０４の間に一貫した電気的接続および／または導電性を提供するために、目標圧力が判定され得る。リテーナ３０３は、セル２０４を保持することができるおよび／またはセル２０４に目標圧力を加えることができる、例えば、プラスチック、金属、または他の材料などの任意の材料から構成されてもよい。さらに、リテーナ３０３は、充電または放電中にセル２０４が膨張および／または収縮すると、セル２０４に加えられる圧力が目標圧力またはその近くに略維持され得るように、柔軟性、可撓性および／または弾性があってもよい。図３には２つのリテーナ３０３が示されているが、監視システム２００、３００では、他の任意の数、形状、またはサイズのリテーナ３０３が利用されてもよい。
【００５３】
１つ以上のリテーナ３０３は、リテーナ３０３の、したがってセル２０４の寸法または寸法変化を測定するために１つ以上の歪みゲージ３０５を含んでもよい。図３に示すように、リテーナ３０３−１は、リテーナ３０３−１の寸法変化を測定するために歪みゲージ３０５−１を含んでもよく、リテーナ３０３−２は、リテーナ３０３−２の寸法変化を測定するために歪みゲージ３０５−２を含んでもよい。追加的にまたは代替的に、セル２０４のうちの１つ以上は、それぞれのセル２０４の寸法変化を測定するために歪みゲージ３０５を含んでもよい。図３に示されるように、セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５は、それぞれ、それぞれのセル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５の寸法変化を測定するために、それぞれの歪みゲージ３０５−３、３０５−４、３０５−５、３０５−６、３０５−７を含んでもよい。
【００５４】
歪みゲージは、歪みゲージが貼付または取り付けられているオブジェクトの歪みを測定するように構成された任意の装置であってもよい。歪みゲージは、フレキシブル基板上にパターンで形成された例えば金属箔または導電性ストリップなどの導電体を含んでもよい。例えば、導電体は、フレキシブル基板の上面上で前後に延びかつ互いに隣接する平行線のパターンに形成されてもよい。フレキシブル基板の底面は、歪みゲージを測定対象のオブジェクトに取り付けるための接着剤を含んでもよい。あるいは、歪みゲージをオブジェクトに取り付ける他の方法が使用されてもよい。歪みゲージは、一般に、オブジェクトで測定される歪みの方向に略平行に延びる導電体の平行線でオブジェクトに取り付けられてもよい。
【００５５】
一般に、歪みゲージは、歪みゲージ上の導電体内の電気抵抗または電気コンダクタンスの変化を測定することにより、例えば変位または寸法変化などの歪みを測定することが可能である。例えば、導電体が弾性的に引き伸ばされると、すなわち、歪みゲージが取り付けられているオブジェクトの物理的寸法が大きくなると、歪みゲージの電気抵抗が増加する。同様に、導電体が弾性的に圧縮されると、すなわち、歪みゲージが取り付けられているオブジェクトの物理的寸法が減少すると、歪みゲージの電気抵抗が減少する。歪みゲージの導電体の物理的、電気的、熱的、および／または材料的特性、および／または歪みゲージが貼付されるリテーナ３０３および／またはセル２０４の物理的、材料的、化学的、電気的、および／または熱的特性に少なくとも部分的に基づいて、物理的寸法および／または物理的寸法の変化は、歪みに起因する電気抵抗または電気コンダクタンスの測定された変化に基づいて判定され得る。
【００５６】
図２に関して本明細書で説明されるように、図３に示される監視システム３００はまた、各コンポーネントの温度に関連するデータを提供するために、電源２０２、セル２０４のうちの１つ以上、および／またはハウジング２１０上または内部に１つ以上の温度センサ２４０を含んでもよい。１つ以上の温度センサ２４０によって提供される温度データが利用され、動作中、例えば充電および／または放電中に、電源２０２のセル２０４の判定された寸法または寸法変化を修正することが可能である。特定の温度または温度の変化に関連する電源２０２の１つ以上のセル２０４の寸法または寸法変化は、経験的な方法により、電源のセルの熱歪みを含むデータストアを参照することにより、および／または電源の材料の熱特性に関連する情報を参照することにより、判定され得る。
【００５７】
一般に、電源２０２のセル２０４の熱歪みは、本明細書で説明するように、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化とは異なり、セル２０４が全ての方向で温度変化に起因する物理的寸法の変化を実質的に等しく受けるように等方性であり得る。したがって、他の実施形態では、１つ以上の温度センサ２４０の代わりにまたはそれに加えて、熱歪みに起因するセル２０４の物理的寸法の変化は、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化の方向とは異なる方向に位置合わせされた１つ以上の歪みゲージ３０５を使用して測定され得る。例えば、セル２０４または電源２０２のうちの１つ以上に貼付される１つ以上の歪みゲージ３０５は、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向に位置合わせされ得る。より具体的には、熱歪みを測定することを目的とする歪みゲージ内の導電体の平行線は、セル２０４内のインターカレーションに起因する物理的寸法の変化を測定することを目的とする歪みゲージ内の導電体の平行線に対して略直交し得る。少なくとも熱歪みを測定するために位置合わせされた１つ以上の歪みゲージからの歪み測定に基づいて、インターカレーションに起因するセル２０４の判定された寸法または寸法変化は、直交方向において測定された熱歪みに起因するいかなる寸法変化に対しても修正され得る。
【００５８】
光学推定技術および歪み測定技術を組み合わせたさらに他の実施形態では、１つ以上の温度センサ２４０の代わりにまたはそれに加えて、撮像装置２２０または他の撮像装置は、赤外線スペクトルの１つ以上の画像をキャプチャしてもよい。キャプチャされた赤外線画像に基づいて、セル２０４の温度または温度の変化が判定され得る。そして、インターカレーションに起因するセル２０４の判定された寸法または寸法変化は、撮像装置を使用してキャプチャされた赤外線画像から判定された温度または温度変化の結果として判定された熱歪みに基づいて修正され得る。
【００５９】
図４は、実装にかかる、バッテリの充電状態のシーケンス４００の概略図である。図４は、図２に関して本明細書で説明した光学推定技術を使用したシーケンス４００を示している。しかしながら、図４に関して説明する物理的寸法または物理的寸法の変化の判定は、エッジ２０６、基準マーカー２１５、および撮像装置２２０の代わりにまたはそれらに加えて歪みゲージ３０５を利用する代替実施形態の範囲内ではあるが、図３に関して本明細書で説明する歪み測定技術に略等しく適用可能である。
【００６０】
図４は、例えば、時間１、時間２、および時間３などの３つの異なる時間、ならびに例えば、温度１、温度２、および温度３などの３つの異なるそれぞれの温度におけるハウジング２１０内の電源２０２の電気化学セル２０４の物理的寸法の例示的なキャプチャ画像を概略的に示している。セル２０４は、時間１に示されており、温度１は、基準位置、理想位置、または周囲位置におけるものであってもよく、各セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５の各エッジ２０６−１、２０６−２、２０６−３、２０６−４、２０６−５は、基準マーカー２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４、２１５−５と位置合わせされる。
【００６１】
時間１よりも後の時間でありかつ温度１よりも高い温度であり得る時間２、温度２において、いくつかの実施形態では、電源２０２のセル２０４は、充電され得、それにより、セル２０４内へのインターカレーションに起因して、時間１、温度１に示された物理的寸法から物理的寸法が増加する。したがって、各セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５の各エッジ２０６−１、２０６−２、２０６−３、２０６−４、２０６−５は、その各基準マーカー２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４、２１５−５ともはや位置合わせされない可能性がある。すなわち、各セル２０４は、基準マーカー２１５に対するおよび／または以前に判定されたエッジ２０６の位置に対するエッジ２０６の位置の変化を計算することによって判定されることができる量だけ物理的寸法が増加している。
【００６２】
電源２０２のセル２０４の物理的寸法または物理的寸法の変化に少なくとも部分的に基づいて、セル２０４の充電状態が判定され得る。例えば、セル２０４が経験的に判定される場合または０％の充電状態から１００％の充電状態までの物理的寸法の約５％の線形増加を呈することが知られている場合、時間１から時間２までの１％の物理的寸法の判定された増加は、充電状態の２０％の増加と相関させることが可能である。さらに、セル２０４が経験的に判定される場合または０％の充電状態から１００％の充電状態までの物理的寸法の約５％の線形増加を呈することが知られておりかつ０％の充電状態におけるセル２０４の物理的寸法が知られている場合、０％の充電状態における既知の物理的寸法よりも２％大きい判定された物理的寸法は、４０％の現在の充電状態と相関させることが可能である。同様に、セルの異なる相対充電状態における任意の他の既知の物理的寸法は、経験的に判定されたまたは既知の物理的寸法の変化と組み合わせて使用され、判定された物理的寸法を現在の充電状態と相関させてもよい。
【００６３】
同様に、時間１または時間２よりも後の時間でありかつ温度１または温度２よりも低い温度とすることができる時間３、温度３において、いくつかの実施形態では、電源２０２のセル２０４は、放電させることが可能であり、それにより、セル２０４内へのインターカレーションに起因して、時間１または時間２、温度１または温度２に示された物理的寸法から物理的寸法が減少する。したがって、各セル２０４−１、２０４−２、２０４−３、２０４−４、２０４−５の各エッジ２０６−１、２０６−２、２０６−３、２０６−４、２０６−５は、その各基準マーカー２１５−１、２１５−２、２１５−３、２１５−４、２１５−５ともはや位置合わせされない可能性がある。すなわち、各セル２０４は、基準マーカー２１５に対するおよび／または以前に判定されたエッジ２０６の位置に対するエッジ２０６の位置の変化を計算することによって判定されることができる量だけ物理的寸法が減少している。
【００６４】
電源２０２のセル２０４の物理的寸法または物理的寸法の変化に少なくとも部分的に基づいて、セル２０４の充電状態が判定され得る。例えば、セル２０４が経験的に判定される場合または１００％の充電状態から０％の充電状態までの物理的寸法の約４％の線形減少を呈することが知られている場合、時間１から時間３までの１％の物理的寸法の判定された減少は、充電状態の２５％の減少と相関させることが可能である。さらに、セル２０４が経験的に判定される場合または１００％の充電状態から０％の充電状態までの物理的寸法の約４％の線形減少を呈することが知られておりかつ１００％の充電状態におけるセル２０４の物理的寸法が知られている場合、１００％の充電状態における既知の物理的寸法よりも２％小さい判定された物理的寸法は、５０％の現在の充電状態と相関させることが可能である。同様に、セルの異なる相対充電状態における任意の他の既知の物理的寸法は、経験的に判定されたまたは既知の物理的寸法の変化と組み合わせて使用され、判定された物理的寸法を現在の充電状態と相関させてもよい。
【００６５】
図４に示されるように、例えば、時間１、時間２、および時間３などの画像キャプチャの時間に関連付けられた、例えば、温度１、温度２、および温度３などの温度のそれぞれを、本明細書で説明する構造および方法のいずれかを使用して判定することが可能である。例えば、温度を、１つ以上の温度センサ２４０を使用して、または赤外線撮像装置もしくは熱撮像センサを使用してキャプチャされた赤外線または熱撮像データから判定することが可能である。判定された温度および／または温度の変化に基づいて、判定された物理的寸法および／または物理的寸法の変化を、例えば温度１と温度２との間または温度１と温度３との間など、判定された温度および／または温度の変化に基づいて修正することが可能である。さらに、本明細書で説明するように、撮像装置または歪みゲージが使用され、インターカレーションに起因する物理的寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向に沿った熱歪みに起因するセル２０４の寸法変化を判定することが可能であり、判定された物理的寸法および／またはインターカレーションに起因する物理的寸法の変化を、熱歪みに起因する判定された寸法変化に基づいて修正することが可能である。
【００６６】
さらに、電源２０２の１つ以上のセル２０４の劣化状態を、経時的な２つ以上のセル２０４の物理的寸法のそれぞれの変化を比較することにより判定することが可能である。例えば、図４に示すように、２つ以上のセル２０４の相対的な劣化状態を、時間１、温度１と時間２、温度２との間で判定することが可能である。セル２０４−２および２０４−３を例にとると、セル２０４が時間１から時間２まで充電動作を受けている場合、セル２０４−２を、図示されたセル２０４の中で物理的寸法の最大の相対的増加を有すると判定することが可能である一方で、セル２０４−３を、物理的寸法の最小の相対的増加を有すると判定することが可能である。したがって、セル２０４−２は、図示されたセル２０４の中で最も低い相対的な劣化状態を有する一方で、セル２０４−３は、最も高い相対的な劣化状態を有すると判定することが可能である。より具体的には、セル２０４−２は、セル２０４−２が図示された他のセル２０４よりも早く満充電状態に到達することが可能であることから最も低い相対容量を有し得る一方で、セル２０４−３は、最も高い相対容量を有し得る  セルの劣化状態に関連する他のパラメータ、例えば、抵抗、インピーダンス、コンダクタンス、電圧などもまた、経時的なそのような比較によって判定することができる。
【００６７】
追加の例として、図４に示すように、２つ以上のセル２０４の相対的な劣化状態を、時間１、温度１と時間３、温度３との間で判定することができる。セル２０４−２および２０４−３を再度例にとると、セル２０４が時間１から時間３まで放電動作を受けている場合、セル２０４−２を、図示されたセル２０４の中で物理的寸法の最大の相対的減少を有すると判定することが可能である一方で、セル２０４−３を、物理的寸法の最小の相対的減少を有すると判定することが可能である。したがって、セル２０４−２は、図示されたセル２０４の中で最も低い相対的な劣化状態を有する一方で、セル２０４−３は、最も高い相対的な劣化状態を有すると判定することが可能である。より具体的には、セル２０４−２は、セル２０４−２が図示された他のセル２０４よりも速くゼロ充電状態に到達することが可能であることから最も低い相対容量を有し得る一方で、セル２０４−３は、最も高い相対容量を有し得る。セルの劣化状態に関連する他のパラメータ、例えば、抵抗、インピーダンス、コンダクタンス、電圧などもまた、経時的なそのような比較によって判定することができる。
【００６８】
さらに、理想的な仕様を有するセルの物理的寸法および／または物理的寸法の変化が経験的に判定される場合、および／または他の方法で知られている場合、物理的寸法、物理的寸法の変化、および／またはセルの充電状態は、理想的な仕様に対するセルの現在の劣化状態を判定するために、経時的に判定され、かつ理想的な仕様を有するセルの経験的に判定された寸法または既知の寸法および／または寸法の変化と比較されることが可能である。さらに、セルの劣化状態は、１つ以上のデータストアに記憶させることが可能であるセルの寸法または寸法変化の以前または過去の判定と比較することにより判定されてもよい。
【００６９】
図５Ａおよび図５Ｂは、実装にかかる、例示的なバッテリ充電状態監視プロセス５００を示すフロー図である。プロセス５００は、５０２におけるように、第１の時間においてバッテリの電気化学セルの第１の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより開始されてもよい。例えば、キャプチャされた第１の画像は、バッテリの１つ以上のエッジと、ハウジング上の１つ以上のそれぞれの関連する基準マーカーとを含み得る。そして、５０４におけるように、第１の画像は、１つ以上の画像認識技術を使用して処理され、電気化学セルのエッジと、識別されたエッジに関連付けられた基準マーカーとを識別することが可能である。第１の画像内のエッジおよび関連する基準マーカーを識別すると、５０６におけるように、関連する基準マーカーに対するエッジの第１の位置が、１つ以上の距離推定技術を使用して判定され得る。
【００７０】
プロセス５００はまた、５０８におけるように、第１の時間において電気化学セルの第１の温度を受信および／または判定することも可能である。第１の温度を、本明細書で説明されるように、温度センサを使用して、または赤外線撮像装置もしくは熱撮像センサを使用してキャプチャされた赤外線もしくは熱撮像データから判定することが可能である。そして、熱歪みに起因する寸法の変化を第１の温度に少なくとも部分的に基づいて判定することが可能である。追加的にまたは代替的に、熱歪みに起因する寸法の変化を、本明細書で説明するように、インターカレーションに起因する寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向の寸法の変化を測定するために撮像装置を使用して判定することが可能である。
【００７１】
判定された第１の位置および／または第１の温度に少なくとも部分的に基づいて、５１０におけるように、電気化学セルの充電状態を判定することができる。例えば、関連する基準マーカーに対するエッジの第１の位置を、第１の温度における熱歪みを考慮して修正することが可能である。そして、電気化学セルの充電状態を、例えば、セルの経験データに基づいて、セルの充電状態の１つ以上の以前の判定に基づいて、および／またはセルの特性に関連する他の情報に基づいてなど、修正された第１の位置に基づいて判定することができる。
【００７２】
プロセス５００は、５１２におけるように、バッテリの電気化学セルの任意の後続の画像をキャプチャして処理するかどうかを判定することにより継続することが可能である。バッテリの監視が完了している場合、またはそうでなければ停止される場合、プロセス５００は５３０において終了し得る。
【００７３】
しかしながら、バッテリの監視を継続する場合、プロセス５００は、５１４におけるように、後続の時間においてバッテリの電気化学セルの後続の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより継続することが可能である。例えば、キャプチャされた後続の画像は、バッテリの１つ以上のエッジと、ハウジング上の１つ以上のそれぞれの関連する基準マーカーとを含み得る。そして、５１６におけるように、後続の画像は、１つ以上の画像認識技術を使用して処理され、電気化学セルのエッジと、識別されたエッジに関連付けられた基準マーカーとを識別することが可能である。後続の画像内のエッジおよび関連する基準マーカーを識別すると、５１８におけるように、関連する基準マーカーに対するエッジの後続の位置が、１つ以上の距離推定技術を使用して判定され得る。そして、プロセス５００は、５２０におけるように、電気化学セルの識別されたエッジの連続する位置間の位置の変化を判定することが可能である。例えば、位置の変化を、後続の位置と第１の位置との間、および／または連続する後続の位置間で判定することが可能である。
【００７４】
プロセス５００はまた、５２２におけるように、後続の時間において電気化学セルの後続の温度を受信および／または判定することも可能である。後続の温度を、本明細書で説明されるように、温度センサを使用して、または赤外線撮像装置もしくは熱撮像センサを使用してキャプチャされた赤外線もしくは熱撮像データから判定することが可能である。プロセス５００はまた、５２４におけるように、電気化学セルの連続する温度間の温度変化を判定することも可能である。例えば、温度の変化を、後続の温度と第１の温度の間、および／または連続する後続の温度間で判定することが可能である。そして、熱歪みに起因する寸法の変化を、後続の温度または連続する温度の変化に少なくとも部分的に基づいて判定することが可能である。追加的にまたは代替的に、熱歪みに起因する寸法の変化を、本明細書で説明するように、インターカレーションに起因する寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向の寸法の変化を測定するために撮像装置を使用して判定することが可能である。
【００７５】
判定された位置、判定された温度、判定された位置の変化、および／または判定された温度の変化に少なくとも部分的に基づいて、電気化学セルの充電状態を、５２６におけるように判定することが可能である。例えば、関連する基準マーカーに対するまたは位置の１つ以上の以前の判定に対するエッジの判定された位置または位置の変化を、判定された温度または判定された温度の変化に起因する熱歪みを考慮して修正することが可能である。そして、電気化学セルの充電状態を、例えば、セルの経験データに基づいて、セルの充電状態の１つ以上の以前の判定に基づいて、および／またはセルの特性に関連する他の情報に基づいてなど、修正されて判定された位置または修正されて判定された位置の変化に基づいて判定することができる。
【００７６】
プロセス５００は、５２８におけるように、バッテリの電気化学セルの任意のさらなる後続の画像をキャプチャして処理するかどうかを判定することにより継続することが可能である。バッテリの監視が完了している場合、またはそうでなければ停止される場合、プロセス５００は５３０において終了し得る。しかしながら、バッテリの監視を継続する場合、プロセス５００は、５１４に戻ることが可能である。
【００７７】
図５Ａおよび図５Ｂは、主に、バッテリの電気化学セルの充電状態を判定するために光学推定技術の使用に言及しているが、プロセス５００はまた、本明細書で説明する歪み測定技術も利用することが可能である。例えば、プロセス５００は、セルの物理的寸法または物理的寸法の変化を判定するために、撮像装置を使用して画像をキャプチャする代わりにまたはそれに加えて、１つ以上の歪みゲージからの歪みゲージデータを受信および分析するように変更されてもよい。さらに、プロセス５００は、本明細書で説明するように、インターカレーションに起因する寸法の異方性変化の方向に対して直交する方向のセルの熱歪みを判定するために、撮像装置を使用して画像をキャプチャする代わりにまたはそれに加えて、１つ以上の歪みゲージからの歪みゲージデータを受信および分析するように変更されてもよい。そして、プロセス５００は、本明細書で説明する歪み測定技術を使用して、判定された位置、判定された温度、判定された位置の変化、および／または判定された温度の変化に少なくとも部分的に基づいて電気化学セルの充電状態を判定することが可能である。
【００７８】
図６Ａおよび図６Ｂは、実装にかかる、例示的なバッテリ劣化状態監視プロセス６００を示すフロー図である。プロセス６００は、６０２におけるように、第１の時間においてバッテリの複数の電気化学セルの第１の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより開始されてもよい。例えば、キャプチャされた第１の画像は、バッテリの１つ以上のエッジと、ハウジング上の１つ以上のそれぞれの関連する基準マーカーとを含み得る。そして、６０４におけるように、第１の画像は、１つ以上の画像認識技術を使用して処理され、複数の電気化学セルのエッジと、識別されたエッジに関連付けられた各基準マーカーとを識別することが可能である。第１の画像内のエッジおよび関連する各基準マーカーを識別すると、６０６におけるように、関連する各基準マーカーに対する識別されたエッジの各第１の位置が、１つ以上の距離推定技術を使用して判定され得る。
【００７９】
プロセス６００は、６０８におけるように、第２の時間においてバッテリの複数の電気化学セルの第２の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより継続することができる。例えば、キャプチャされた第２の画像は、バッテリの１つ以上のエッジと、ハウジング上の１つ以上のそれぞれの関連する基準マーカーとを含むことができる。そして、６１０におけるように、第２の画像は、１つ以上の画像認識技術を使用して処理され、複数の電気化学セルのエッジと、識別されたエッジに関連付けられた各基準マーカーとを識別することができる。第２の画像内のエッジおよび関連する各基準マーカーを識別すると、６１２におけるように、関連する各基準マーカーに対する識別されたエッジの各第２の位置が、１つ以上の距離推定技術を使用して判定され得る。
【００８０】
プロセス６００は、６１４におけるように、識別されたエッジの判定された各第１の位置と判定された各第２の位置との間の複数のセルのそれぞれの位置のそれぞれの変化を計算することによって継続することが可能である。そして、６１６におけるように、複数のセルのそれぞれの位置の各変化が互いに比較されることが可能である。例えば、比較に基づいて、複数のセルのうちの第１のセルが、そのそれぞれの第１の位置と第２の位置との間で最大の位置変化を経験したと判定することが可能である。同様に、複数のセルのうちの第２のセルが、そのそれぞれの第１の位置と第２の位置との間の最小の位置変化を経験したと判定することが可能である。
【００８１】
さらに、複数のセルの全てが、それぞれの第１の位置と第２の位置との間でほぼ同じ位置変化を経験したと判定することが可能である。さらに、複数のセルのそれぞれ（または一部）が、それぞれの第１の位置と第２の位置との間の異なるそれぞれの位置変化を経験したと判定することが可能である。
【００８２】
プロセス６００は、６１８におけるように、複数のセルが第１の時間から第２の時間まで充電されていたかどうかを判定することによって継続することが可能である。セルが充電されていた場合、６２０におけるように、それぞれの第１の位置と第２の位置との間で最大の位置増加を経験した複数のセルのうちの第１のセルは、最も低い劣化状態を有すると識別され得る。例えば、第１のセルの最大の位置増加は、第１のセルが他の同様のセルよりもまたはその理想的な仕様と比較して早く満充電状態に到達することが可能であることから、第１のセルの容量が減少したことを示すことが可能である。同様に、それぞれの第１の位置と第２の位置との間の最小の位置増加を経験した複数のセルのうちの第２のセルは、最も高い劣化状態を有すると識別され得ると判定することが可能である。例えば、第２のセルの最小の位置増加は、第２のセルが他の同様のセルよりも遅くまたはその理想的な仕様により近く満充電状態に到達することが可能であることから、第２のセルの容量がより高いことを示すことが可能である。
【００８３】
さらに、複数のセルの全てが、それぞれの第１の位置と第２の位置との間でほぼ同じ位置増加を経験した場合、バッテリのセルが全体として均衡が取れていることを示す、全てのセルが比較的同様の劣化状態を有すると判定することが可能である。さらに、複数のセルのそれぞれ（または一部）がそれぞれの第１の位置と第２の位置との間でそれぞれ異なる位置増加を経験した場合、バッテリのセルが全体として不均衡であることを示す、セルが比較的異なる劣化状態を有すると判定することが可能である。その後、６２４におけるように、プロセス６００は、終了し得る。
【００８４】
６１８に戻り、セルが充電されていなかった（したがって、放電されていた）場合、複数のセルのうち、それぞれの第１の位置と第２の位置との間で最大の位置減少を経験した第１のセルは、６２２におけるように、最も低い劣化状態を有すると識別され得る。例えば、第１のセルの最大の位置減少は、第１のセルが他の同様のセルよりもまたはその理想的な仕様と比較して早くゼロ充電状態に到達することが可能であることから、第１のセルの容量が減少したことを示すことが可能である。同様に、それぞれの第１の位置と第２の位置との間の最小の位置減少を経験した複数のセルのうちの第２のセルは、最も高い劣化状態を有すると識別され得ると判定することが可能である。例えば、第２のセルの最小の位置減少は、第２のセルが他の同様のセルよりも遅くまたはその理想的な仕様により近くゼロ充電状態に到達することが可能であることから、第２のセルの容量がより高いことを示すことが可能である。
【００８５】
さらに、複数のセルの全てが、それぞれの第１の位置と第２の位置との間でほぼ同じ位置減少を経験した場合、バッテリのセルが全体として均衡が取れていることを示す、全てのセルが比較的同様の劣化状態を有すると判定することが可能である。さらに、複数のセルのそれぞれ（または一部）がそれぞれの第１の位置と第２の位置との間でそれぞれ異なる位置減少を経験した場合、バッテリのセルが全体として不均衡であることを示す、セルが比較的異なる劣化状態を有すると判定することが可能である。その後、６２４におけるように、プロセス６００は、終了し得る。
【００８６】
図６Ａおよび図６Ｂは、主に、バッテリの電気化学セルの劣化状態を判定するために光学推定技術の使用に言及しているが、プロセス６００はまた、本明細書で説明する歪み測定技術も利用することが可能である。例えば、プロセス６００は、セルの物理的寸法または物理的寸法の変化を判定するために、撮像装置を使用して画像をキャプチャする代わりにまたはそれに加えて、１つ以上の歪みゲージからの歪みゲージデータを受信および分析するように変更されてもよい。さらに、光学推定技術または歪み測定技術のいずれかにより、プロセス６００は、温度データを受信および／または判定し、本明細書で説明する構造および方法のいずれかを使用して、熱歪みに基づいて判定された物理的寸法または物理的寸法の変化を修正するように変更されてもよい。
【００８７】
図７は、実装にかかる、例示的なバッテリ監視頻度判定プロセス７００を示すフロー図である。プロセス７００は、７０２におけるように、バッテリの予想される動作継続時間に少なくとも部分的に基づいて画像をキャプチャする第１の頻度を判定することにより開始されてもよい。例えば、バッテリが３０分間動作すると予想される場合、第１の頻度は、約５〜１０秒に１回に設定されることができる。代替的にまたは追加的に、第１の頻度の判定は、デフォルト頻度、バッテリの予想寿命、バッテリの寿命、バッテリが使用される車両、システム、機械、装置、機器、デバイス、またはオブジェクトの予想作動時間、バッテリの１つ以上のセルの充電状態および／または劣化状態の以前の判定、バッテリの予想される充電または放電速度、および／または他の要因に基づくことが可能である。
【００８８】
プロセス７００は、７０４におけるように、第１の頻度でバッテリの電気化学セルの画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより継続することが可能である。そして、プロセス７００は、図５Ａおよび図５Ｂに関して本明細書で説明されるように、７０６におけるように、キャプチャされた画像に基づいてバッテリの電気化学セルの充電状態を判定することが可能である。そして、７０８におけるように、セルの充電状態のうちの１つ以上が定義された閾値を超えたかどうかが判定することが可能である。そうでない場合、プロセス７００は、７０４に戻り、第１の頻度で画像をキャプチャするように撮像装置に指示し続けることが可能である。
【００８９】
７０８においてセルの充電状態のうちの１つ以上の定義された閾値を超えた場合、プロセス７００は、７１０におけるように、充電状態に少なくとも部分的に基づいて画像をキャプチャする後続の頻度を判定することが可能である。例えば、バッテリが放電されており、１つ以上の充電状態が２５％の充電状態の定義された閾値を超えた場合、第１の頻度よりも高い頻度が後続の頻度として判定されることが可能である。同様に、バッテリが充電されており、１つ以上の充電状態が７５％の充電状態の定義された閾値を超えた場合、第１の頻度よりも高い頻度が後続の頻度として判定されることが可能である。任意の他の定義された閾値、閾値の数、および関連する監視頻度の増加または減少もまた、本明細書で説明する監視システムおよび方法で実装されることができる。
【００９０】
プロセス７００は、７１２におけるように、後続の頻度でバッテリの電気化学セルの画像をキャプチャするように撮像装置に指示することにより継続することが可能である。そして、プロセス７００は、図５Ａおよび図５Ｂに関して本明細書で説明されるように、７１４におけるように、キャプチャされた画像に基づいてバッテリの電気化学セルの充電状態を判定することが可能である。そして、７１６におけるように、バッテリの監視を停止すべきかどうかを判定することが可能である。そうである場合、７２０におけるように、バッテリの監視を終了し得る。
【００９１】
しかしながら、バッテリの監視を継続する場合、７１８におけるように、セルの充電状態のうちの１つ以上が他の定義された閾値を超えたかどうかを判定することが可能である。そうでない場合、プロセス７００は、７１２に戻り、以前に判定された後続の頻度で画像をキャプチャするように撮像装置に指示し続けることが可能である。７１８において充電状態の他の定義された閾値を超えた場合、プロセス７００は、７１０に戻り、充電状態に少なくとも部分的に基づいて画像をキャプチャする新たな後続の頻度を判定することが可能である。
【００９２】
本明細書に記載のプロセス７００を使用して、バッテリの電気化学セルが監視される頻度は、バッテリの１つ以上のセルの充電状態の関数として経時的に変化されることが可能である。例えば、監視頻度は、セルの充電状態が減少すると増減することが可能であり、監視頻度はまた、セルの充電状態が増加すると増減することも可能であり、および／または監視頻度は、例えば満充電に近いまたは満放電に近いなど極端な範囲の充電状態においてより高くすることが可能であり、例えば充電状態の５０％近くなど中間範囲の充電状態においてより低くすることが可能である。さらに、セルが監視される頻度を変える他の方法も使用されてもよい。さらに、監視頻度は、電源、電力監視システム、制御システム、またはバッテリが使用される他のシステム内のエラーに応じた試験または評価を受けながら、例えばバッテリの特定の動作モードでの特定のイベントに応じて、自動、半自動、または手動で、制御システムまたはシステムのオペレータによって選択または命令されてもよい。
【００９３】
追加的にまたは代替的に、プロセス７００は、充電状態および充電状態に関連する定義された閾値に基づいて後続の監視頻度を判定することに関して本明細書で説明されるが、プロセス７００はまた、図６Ａおよび図６Ｂに関して本明細書で説明するように、電気化学セルの劣化状態、またはセルの任意の他の動作的特性、電気的特性、化学的特性、材料的特性、熱的特性、物理的特性も判定することが可能である。さらに、定義された閾値は、充電状態に関連する定義された閾値に加えてまたはその代わりに、セルの判定された劣化状態、またはセルの任意の他の動作的特性、電気的特性、化学的特性、材料的特性、熱的特性、または物理的特性に関連することが可能であり、後続の監視頻度は、劣化状態、またはセルの任意の他の動作的特性、電気的特性、化学的特性、材料的特性、熱的特性、物理的特性、またはそれらの組み合わせのうちの１つ以上に基づいて判定されることが可能である。
【００９４】
さらに、図７は、主に、バッテリの電気化学セルの監視頻度を判定するために光学推定技術の使用に言及しているが、プロセス７００はまた、本明細書で説明する歪み測定技術も利用することが可能である。例えば、プロセス７００は、セルの充電状態を判定してそれに応じて監視頻度を変更または調整するために、撮像装置を使用して画像をキャプチャする代わりにまたはそれに加えて、判定された頻度で１つ以上の歪みゲージからの歪みゲージデータを受信および分析するように変更されてもよい。さらに、光学推定技術または歪み測定技術のいずれかを使用して、プロセス７００は、判定された頻度で温度データを受信および／または判定し、本明細書で説明する構造および方法のいずれかを使用して、熱歪みに基づいて判定された物理的寸法または物理的寸法の変化を修正するように変更されてもよい。
【００９５】
図８は、実装にかかる、例示的な航空機制御システムまたはコントローラ１１０の様々なコンポーネントを示すブロック図である。様々な例において、ブロック図は、上述した様々なシステムおよびプロセスを実装するために使用され得る航空機制御システム１１０の１つ以上の態様を例示であり得る。航空機に関して説明したが、本明細書で説明するコンポーネントの全てまたは一部は、本明細書で説明する監視システムおよび対応する方法が実装され得る任意の他の車両、システム、機械、装置、デバイス、機器、またはオブジェクトの制御システムまたはコントローラ１１０を形成してもよい。
【００９６】
図示の実装では、航空機制御システム１１０は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース８１０を介して非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０に結合された１つ以上のプロセッサ８０２を含む。航空機制御システム１１０はまた、電子速度コントローラ８０４、電源８０６、および／またはナビゲーションシステム８０８を含んでもよい。航空機制御システム１１０は、電源監視モジュール８１２、ネットワークインターフェース８１６、および１つ以上の入出力装置８１８をさらに含む。
【００９７】
様々な実装では、航空機制御システム１１０は、１つのプロセッサ８０２を含むユニプロセッサシステム、またはいくつかのプロセッサ８０２（例えば、２つ、４つ、８つ、または他の適切な数）を含むマルチプロセッサシステムであってもよい。プロセッサ８０２は、命令を実行することが可能な任意の適切なプロセッサであってもよい。例えば、様々な実装では、プロセッサ８０２は、ｘ８６、ＰｏｗｅｒＰＣ、ＳＰＡＲＣ、またはＭＩＰＳ  ＩＳＡなどの様々な命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）のいずれか、または任意の他の適切なＩＳＡを実装する汎用または組み込みプロセッサであってもよい。マルチプロセッサシステムでは、各プロセッサ８０２は、通常、同じＩＳＡを実装してもよいが、必ずしもそうとは限らない。
【００９８】
非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０は、充電状態データおよび／または履歴、劣化状態データおよび／または履歴、物理的寸法データ、寸法変化データ、温度データ、撮像データ、歪みゲージデータ、および／またはプロセッサ８０２によってアクセス可能な他のデータ項目を含む実行可能な命令、データ、および電源データおよび／または特性を記憶するように構成されてもよい。様々な実装では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、シンクロナスダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、不揮発性／フラッシュ型メモリ、または任意の他の種類のメモリなどの任意の適切なメモリ技術を使用して実装され得る。図示された実装では、上述したものなどの所望の機能を実装するプログラム命令およびデータは、プログラム命令８２２、データ記憶装置８２４および電源データ８２６としてそれぞれ非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０に記憶されて示される。他の実装では、プログラム命令、データおよび／または電源データは、非一時的媒体などの異なる種類のコンピュータアクセス可能な媒体、または非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０または航空機制御システム１１０とは別個の同様の媒体において受信、送信または記憶され得る。
【００９９】
一般に、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、Ｉ／Ｏインターフェース８１０を介して航空機制御システム１１０に結合された例えばディスクまたはＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭなどの磁気または光学媒体などの記憶媒体またはメモリ媒体を含み得る。非一時的コンピュータ可読媒体を介して記憶されたプログラム命令およびデータは、ネットワークインターフェース８１６を介して実装され得るものなど、ネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達され得る電気、電磁気、またはデジタル信号などの伝送媒体または信号によって送信され得る。
【０１００】
一実装では、Ｉ／Ｏインターフェース８１０は、プロセッサ８０２、非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０、および任意の周辺機器、入出力装置８１８などのネットワークインターフェースまたは他の周辺インターフェース間のＩ／Ｏトラフィックを調整するように構成されてもよい。いくつかの実装では、Ｉ／Ｏインターフェース８１０は、任意の必要なプロトコル、タイミングまたは他のデータ変換を実行して、１つのコンポーネント（例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０）からのデータ信号を他のコンポーネント（例えば、プロセッサ８０２）による使用に適した形式に変換してもよい。いくつかの実装では、Ｉ／Ｏインターフェース８１０は、例えば、周辺機器コンポーネント相互接続（ＰＣＩ）バス規格またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）規格の変形など、様々な種類の周辺バスを介して取り付けられたデバイスのサポートを含んでもよい。いくつかの実装では、Ｉ／Ｏインターフェース８１０の機能は、例えば、ノースブリッジおよびサウスブリッジなどの２つ以上の別個のコンポーネントに分割されてもよい。また、いくつかの実装では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０へのインターフェースなど、Ｉ／Ｏインターフェース８１０の機能の一部または全ては、プロセッサ８０２に直接組み込まれてもよい。
【０１０１】
電子速度コントローラ８０４は、ナビゲーションシステム８０８と通信し、各推進機構の動作特性を調整し、判定された経路に沿って航空機を案内し、および／または他のナビゲーション操縦を実行する。ナビゲーションシステム８０８は、航空機をある場所へおよび／またはある場所から誘導するために使用されることができるＧＰＳまたは他の同様のシステムを含んでもよい。
【０１０２】
航空機制御システム１１０はまた、上述したように、プロセッサ８０２、非一時的コンピュータ可読記憶媒体８２０、撮像装置２２０、光源２３０、温度センサ２４０、歪みゲージ３０５、および／または電源８０６の充電状態および／または劣化状態を監視する他のコンポーネントと通信する電源監視モジュール８１２も含んでもよい。
【０１０３】
ネットワークインターフェース８１６は、航空機制御システム１１０、ネットワークに接続された他のコンピューターシステムなどの他のデバイス、撮像装置２２０、光源２３０、温度センサ２４０、歪みゲージ３０５、および／または他の車両、システム、機械、装置、機器、デバイス、またはオブジェクトの制御システムの間でデータが交換されることを可能にするように構成されてもよい。例えば、ネットワークインターフェース８１６は、多数の航空機との間の無線通信を可能にし得る。様々な実装では、ネットワークインターフェース８１６は、Ｗｉ−Ｆｉネットワークなどの無線一般データネットワークを介した通信をサポートしてもよい。例えば、ネットワークインターフェース８１６は、セルラー通信ネットワーク、衛星ネットワークなどの電気通信ネットワークを介した通信をサポートしてもよい。
【０１０４】
入出力装置８１８は、いくつかの実装では、１つ以上のディスプレイ、撮像装置、熱センサ、赤外線センサ、飛行時間センサ、加速度計、圧力センサ、気象センサなどを含むことができる。複数の入出力装置８１８は、航空機制御システム１１０によって存在および制御され得る。これらのセンサのうちの１つ以上が利用され、電源の充電状態および／または劣化状態の監視を支援することが可能である。
【０１０５】
図８に示すように、メモリは、上述した例示的なプロセスおよび／またはサブプロセスを実装するように構成され得るプログラム命令８２２を含んでもよい。データ記憶装置８２４は、電源の充電状態および／または劣化状態を監視するために提供され得るデータ項目を維持するための様々なデータストアを含んでもよい。例えば、電源データ８２６および／またはデータ記憶装置８２４は、充電状態データおよび／または履歴、劣化状態データおよび／または履歴、温度データ、撮像データ、歪みゲージデータなどを含んでもよい。
【０１０６】
電源データ８２６および／またはデータ記憶装置８２４はまた、電源２０２および／または電源２０２の個々のセル２０４に関連する特性および／または特徴、寸法データ、温度データ、および／または他のデータのいずれかに関連する、材料、化学、熱、電気、および／または物理的特性、動作特性、充電状態、劣化状態、理想的な仕様、履歴データに関連する任意のデータを含んでもよい。電源データ８２６および／またはデータ記憶装置８２４はまた、材料、熱、および／または物理的特性に関連するデータ、特性および／または特徴のいずれかに関連する履歴データ、寸法データ、温度データ、および／またはハウジング２１０および／またはリテーナ３０３に関連する他のデータを含んでもよい。さらに、電源データ８２６および／またはデータ記憶装置８２４はまた、撮像、熱、および／または物理的特性、動作特性に関連するデータ、特性および／または特徴のいずれかに関連する履歴データ、温度データ、および撮像装置２２０および／または光源２３０に関連する他のデータを含んでもよい。さらに、電源データ８２６および／またはデータ記憶装置８２４はまた、材料、熱、電気、および／または物理的特性、動作特性に関連するデータ、特性および／または特徴のいずれかに関連する履歴データ、寸法データ、温度データ、および／または温度センサ２４０および／または歪みゲージ３０５に関連する他のデータも含んでもよい。
【０１０７】
様々な実装では、１つ以上のデータストアに含まれているとして本明細書に示されているパラメータ値および他のデータは、説明されていない他の情報と組み合わせてもよく、またはより多くの、より少ない、または異なるデータ構造に別々に分割されてもよい。いくつかの実装では、データストアは、物理的に１つのメモリに配置されてもよく、または２つ以上のメモリに分散させてもよい。
【０１０８】
本明細書で説明される各プロセスは、本明細書で説明されるアーキテクチャによって、または他のアーキテクチャによって実装され得る。プロセスは、論理フロー内のブロックの集合として示されている。一部のブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装できる動作を表す。ソフトウェアの文脈では、ブロックは、１つ以上のプロセッサによって実行されると、記載された動作を実行する１つ以上のコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ実行可能命令を表す。一般に、コンピュータ実行可能命令は、特定の機能を実行したり特定の抽象データ型を実装したりするルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。
【０１０９】
コンピュータ可読媒体は、ハードドライブ、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気カードまたは光カード、半導体メモリデバイス、または電子命令を記憶するのに適した他の種類の記憶媒体などの非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。さらに、いくつかの実装では、コンピュータ可読媒体は、一時的コンピュータ可読信号（圧縮または非圧縮形式）を含んでもよい。コンピュータ可読信号の例は、これらに限定されるものではないが、キャリアを使用して変調されているかどうかにかかわらず、コンピュータープログラムをホストまたは実行するコンピューターシステムがインターネットまたは他のネットワークを介してダウンロードされた信号にアクセスするように構成されることができる信号を含む。最後に、動作が説明される順序は、限定として解釈されることを意図するものではなく、説明した動作の任意の数が任意の順序および／または並行して組み合わせられてプロセスを実装することができる。さらに、動作のうちの１つ以上は、任意と見なされるか、および／または他の動作とともに利用されなくてもよい。
【０１１０】
当業者は、航空機制御システム１１０が単に例示的なものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解するであろう。特に、コンピューティングシステムおよびデバイスは、コンピュータ、ネットワークデバイス、インターネット機器、ＰＤＡ、無線電話、ポケットベルなどを含む、示された機能を実行することができるハードウェアまたはソフトウェアの任意の組み合わせを含んでもよい。航空機制御システム１１０はまた、図示されていない他のデバイスに接続されてもよく、または代わりにスタンドアロンシステムとして動作してもよい。さらに、図示されたコンポーネントによって提供される機能は、いくつかの実装では、より少ないコンポーネントに結合されるかまたは追加のコンポーネントに分散されてもよい。同様に、いくつかの実装では、図示されたコンポーネントの一部の機能が提供されなくてもよく、および／または他の追加機能が利用可能であってもよい。
【０１１１】
当業者はまた、様々なアイテムが使用中にメモリまたは記憶装置に記憶されるものとして示されているが、これらのアイテムまたはそれらの一部がメモリ管理およびデータ整合性の目的でメモリと他の記憶装置との間で転送されてもよいことも理解するであろう。あるいは、他の実装では、ソフトウェアコンポーネントの一部または全ては、他のデバイスのメモリで実行され、図示された航空機制御システム１１０と通信してもよい。システムコンポーネントまたはデータ構造の一部または全てはまた、その様々な例が上述された非一時的コンピュータアクセス可能媒体または適切なドライブで読み取られるポータブル物品に記憶されてもよい（例えば、命令または構造データとして）。いくつかの実装では、航空機制御システム１１０とは他のコンピュータアクセス可能媒体に記憶された命令は、ネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される電気、電磁気、またはデジタル信号などの伝送媒体または信号を介して航空機制御システム１１０に送信されてもよい。様々な実装は、コンピュータアクセス可能媒体上で前述の説明に従って実装された命令および／またはデータを受信、送信または記憶することをさらに含んでもよい。したがって、本明細書で説明する技術は、他の制御システム構成で実施され得る。
【０１１２】
当業者は、いくつかの実装では、上述したプロセスおよびシステムによって提供される機能が、より多くのソフトウェアモジュールまたはルーチンに分割されるか、またはより少ないモジュールまたはルーチンに統合されるなどの代替方法で提供されることが可能であることを理解するであろう。同様に、いくつかの実装では、図示されたプロセスおよびシステムは、他の図示されたプロセスが代わりにそれぞれそのような機能を欠いているかまたは含む場合、または提供される機能の量が変更された場合など、記載されているよりも多いかまたは少ない機能を提供することが可能である。さらに、特定の方法（例えば、直列または並列）および／または特定の順序で実行されるものとして様々な動作が示されることが可能であるが、当業者は、他の実装では、動作が他の順序および他の方法で実行され得ることを理解するであろう。当業者はまた、単一のデータ構造を複数のデータ構造に分割したり、複数のデータ構造を単一のデータ構造に統合したりするなど、上述したデータ構造が異なる方法で構成され得ることも理解するであろう。同様に、いくつかの実装では、図示されたデータ構造は、他の図示されたデータ構造が代わりにそれぞれそのような情報を欠いているかまたは含む場合、または記憶されている情報の量または種類が変更された場合など、記載されているよりも多いまたは少ない情報を記憶することが可能である。図に示されかつ本明細書で説明される様々なプロセスおよびシステムは、例示的な実装を表す。プロセスおよびシステムは、他の実装ではソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせで実装されてもよい。同様に、他の実装では、プロセスの順序を変更したり、様々な要素を追加、並べ替え、結合、省略、変更などしたりしてもよい。
【０１１３】
本明細書で開示される実装は、バッテリ監視システムを含み得る。いくつかの実装では、バッテリ監視システムは、複数のスタックされたセルを含むバッテリ、バッテリを収容するように構成されたハウジングであって、バッテリの第１の端部は、ハウジングの取り付け面に結合され、ハウジングが、第１の端部の反対側のバッテリの第２の端部に関連付けられた少なくとも１つの基準マーカーを含むハウジングと、バッテリの第２の端部と少なくとも１つの基準マーカーとを含む画像をキャプチャするように構成された撮像装置と、撮像装置と通信するコントローラとを含み得る。いくつかの実装では、コントローラは、少なくとも、第１の時間においてバッテリの第２の端部と少なくとも１つの基準マーカーとを含む第１の画像をキャプチャするように撮像装置に指示し、第１の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの基準マーカーに対するバッテリの第２の端部の第１の位置を判定し、第２の時間においてバッテリの第２の端部と少なくとも１つの基準マーカーとを含む第２の画像をキャプチャするように撮像装置に指示し、第２の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの基準マーカーに対するバッテリの第２の端部の第２の位置を判定し、第１の位置と第２の位置との間の位置差を判定し、位置差に少なくとも部分的に基づいてバッテリの充電状態を計算するように構成されてもよい。
【０１１４】
必要に応じて、バッテリ監視システムは、バッテリの温度を検知するように構成された温度センサをさらに含んでもよい。必要に応じて、コントローラは、さらに、少なくとも、第１の時間において温度センサからバッテリの第１の温度を受信し、第２の時間において温度センサからバッテリの第２の温度を受信し、第１の温度と第２の温度との温度差を判定するように構成されてもよく、バッテリの充電状態が温度差に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、ハウジングが、複数の基準マーカーをさらに含んでもよく、複数の基準マーカーの各基準マーカーが、バッテリの複数のスタックされたセルの各セルに関連付けられる。必要に応じて、第１の画像が、第１の時間における複数のスタックされたセルおよび複数の基準マーカーを含んでもよく、第２の画像が、第２の時間における複数のスタックされたセルおよび複数の基準マーカーを含んでもよい。必要に応じて、コントローラは、さらに、少なくとも第１の画像に少なくとも部分的に基づいて複数の基準マーカーの各基準マーカーに対する複数のスタックされたセルのそれぞれの各第１の位置を判定し、第２の画像に少なくとも部分的に基づいて複数の基準マーカーの各基準マーカーに対する複数のスタックされたセルのそれぞれの各第２の位置を判定し、各第１の位置と各第２の位置との間の複数のスタックされたセルのそれぞれの各位置差を判定し、各位置差に少なくとも部分的に基づいて複数のスタックされたセルのそれぞれの各充電状態を計算するように構成されてもよい。
【０１１５】
本明細書に開示される実装は、監視装置を含み得る。いくつかの実装形態では、監視装置は、少なくとも１つの電気化学セルを含む電源と、電源を収容するように構成された容器であって、少なくとも１つの電気化学セルが結合される容器と、少なくとも１つの電気化学セルの画像をキャプチャするように構成された撮像装置と、撮像装置と通信するコントローラとを含み得る。いくつかの実装では、コントローラが、少なくとも、第１の時間において少なくとも１つの電気化学セルの第１の画像をキャプチャするように撮像装置に指示し、第１の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの第１の寸法を判定し、第１の寸法に少なくとも部分的に基づいて電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つを計算するように構成されてもよい。
【０１１６】
必要に応じて、コントローラが、さらに、少なくとも、第２の時間において少なくとも１つの電気化学セルの第２の画像をキャプチャするように撮像装置に指示し、第２の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの第２の寸法を判定し、第１の寸法と第２の寸法との間の寸法の変化を判定するように構成されてもよく、電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが寸法の変化に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、監視装置は、電源の温度を検知するように構成された温度センサをさらに含んでもよい。必要に応じて、コントローラは、さらに、少なくとも、第１の時間において温度センサから少なくとも１つの電気化学セルの第１の温度を受信するように構成されてもよく、電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、第１の温度に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、コントローラは、さらに、少なくとも、第２の時間において温度センサから少なくとも１つの電気化学セルの第２の温度を受信し、第１の温度と第２の温度との温度差を判定するように構成されてもよく、電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、温度差に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、撮像装置は、熱撮像センサを含んでよく、コントローラは、さらに、少なくとも、第１の時間において熱撮像センサから受信した熱撮像データに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの第１の温度を判定するように構成されてもよく、電源の充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、第１の温度に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、容器の少なくとも一部が、少なくとも１つの基準マーカーを含んでもよく、容器の少なくとも一部が、電源の熱膨張係数と同様の熱膨張係数を有する材料から構成され、第１の時間において撮像装置によってキャプチャされた第１の画像が、少なくとも１つの電気化学セルと少なくとも１つの基準マーカーとを含む。必要に応じて、電源が、複数のスタックされた電気化学セルを備えてもよく、容器が、複数の基準マーカーを含んでもよく、複数の基準マーカーの各基準マーカーが、複数のスタックされた電気化学セルの各電気化学セルに関連付けられている。必要に応じて、電源が、複数のスタックされた電気化学セルのうちの少なくとも１つの電気化学セルに隣接する結合面で容器に結合されてもよく、複数のスタックされた電気化学セルの各電気化学セルの各第１の寸法が、結合面に対してかつ各基準マーカーに少なくとも部分的に基づいて判定される。必要に応じて、コントローラが、さらに、少なくとも、各基準マーカーに少なくとも部分的に基づいて複数のスタックされた電気化学セルのそれぞれの各第１の寸法を判定し、複数のスタックされた電気化学セルの各第１の寸法の比較に少なくとも部分的に基づいて、複数のスタックされた電気化学セルのうちの少なくとも１つの各劣化状態を判定するように構成されてもよい。必要に応じて、撮像装置が、マクロレンズおよび光源を有する高解像度カメラを備えてもよく、光源が、可視光または赤外線のうちの少なくとも一方を放射するように構成される。
【０１１７】
本明細書で開示される実装は、第１の時間において少なくとも１つの電気化学セルを備える電源の第１の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することと、第１の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの第１の寸法を判定することと、第１の寸法に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つを計算することとを含むコンピュータ実装方法を含み得る。
【０１１８】
必要に応じて、コンピュータ実装方法は、第２の時間において電源の第２の画像をキャプチャするように撮像装置に指示することと、第２の画像に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気化学セルの第２の寸法を判定することとをさらに含んでもよく、少なくとも１つの電気化学セルの充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、第１の寸法と第２の寸法との間の差に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、コンピュータ実装方法は、温度センサまたは熱撮像センサの少なくとも一方を使用して、第１の時間において少なくとも１つの電気化学セルの第１の温度を判定することをさらに含んでもよく、少なくとも１つの電気化学セルの充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つが、第１の温度に少なくとも部分的に基づいてさらに計算される。必要に応じて、撮像装置は、少なくとも１つの電気化学セルの動作中に、判定された頻度で電源の複数の画像をキャプチャするように指示されてもよい。必要に応じて、判定された頻度は、少なくとも１つの電気化学セルの予想される動作期間に少なくとも部分的に基づいてもよい。必要に応じて、判定された頻度は、少なくとも１つの電気化学セルの充電状態または劣化状態のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて変化してもよい。
【０１１９】
上記から、特定の実装が例示の目的で本明細書において説明されたが、添付の特許請求の範囲およびそこに記載された特徴の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。さらに、特定の態様が特定の請求項の形態で以下に提示されるが、発明者は、利用可能な任意の請求項の形態で様々な態様を想定する。例えば、いくつかの態様のみがコンピュータ可読記憶媒体で具現化されるものとして現在記載され得るが、他の態様も同様に具現化されることが可能である。本開示の利益を有する当業者にとって明らかであろうように、様々な変更および変形が行われてもよい。そのような全ての変更および変形を包含することが意図されており、したがって、上記の説明は、限定的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきである。
【図１】
0006892728.tif 000002
【図２】
0006892728.tif 000003
【図３】
0006892728.tif 000004
【図４】
0006892728.tif 000005
【図５Ａ】
0006892728.tif 000006
【図５Ｂ】
0006892728.tif 000007
【図６Ａ】
0006892728.tif 000008
【図６Ｂ】
0006892728.tif 000009
【図７】
0006892728.tif 000010
【図８】
0006892728.tif 000011