JP2014202754A - インサイチュ電池監視システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電池セルの故障または短絡の危険性を識別する方法を提供する。【解決手段】電池監視のためのシステム１００は、電池１４０に送信器１３０からテスト信号を注入し、電池からの応答信号を受信器１５０で受信する。応答信号（複数可）は、少なくとも１つの反射信号を備える。プロセッサ１１０を用いて、応答信号（複数可）を基準線信号と比較して比較信号を生成することをさらに含む。また、プロセッサ１１０を用いて、比較信号（複数可）を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常を検出することを含む。プロセッサ１１０を用いて、比較信号（複数可）を使用することによって、電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定することを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、監視システムに関する。詳細には、本開示は、インサイチュ電池監視システムに関する。
航空機の電池は、通常、既存の蓄電池タイプ、例えばニッケル金属水素化物またはニッケル・カドミウムよりもエネルギー密度を高くすることができ、さらに高い充電／放電特性を有するリチウムイオンに基づくより進んだ化学的性質を用いて大容量を有するように設計される。この反応性のより高い化学的性質によって、電解質が特に高い温度で不安定になる場合がある。電池の充電状態（ＳＯＣ）は、普通は電池セル電圧（ＣＶ）および電池セル温度によって決定され、電池セルの現在の電池健全性および相対的安定性を完全には明らかにすることができない。
本開示の目的は、反射測定を使用して、温度、ＣＶ、およびＳＯＣ評価とともに、電池セル内部のカソード・アノード組立体の相対的なインサイチュ無線周波数（ＲＦ）インピーダンスの挙動を測定し、電池健全性に関するより完全な統合された経時評価を得ることである。目標は、電池セルの故障または短絡の危険性を識別することである。
本開示は、インサイチュ電池監視のための方法、システム、および装置に関する。開示された電池監視のための方法は、電池に少なくとも１つのテスト信号を注入することを含む。本方法は、電池から少なくとも１つの応答信号を受信することをさらに含む。１つまたは複数の実施形態において、少なくとも１つの応答信号は、少なくとも１つの反射信号を備える。また、本方法は、少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成することを含む。加えて、本方法は、少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常を検出することを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定することを含む。
１つまたは複数の実施形態において、電池は、少なくとも１つの電池セルおよび／または少なくとも１つの電池ケースを備える。少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのテスト信号は、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード、および／または少なくとも１つの電池ケースに注入される。
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのテスト信号は、無線周波数（ＲＦ）信号および／または高周波信号である。一部の実施形態において、本方法は、少なくとも１つの信号発生器を用いて、少なくとも１つのテスト信号を生成することをさらに含む。
１つまたは複数の実施形態において、少なくとも１つのテスト信号は、コードを用いて符号化される。少なくとも１つの実施形態において、コードは擬似乱数コードまたはゴールドコードである。一部の実施形態において、少なくとも１つのテスト信号は、スペクトル拡散変調された信号である。１つまたは複数の実施形態において、スペクトル拡散信号は、チャープ信号である。１つまたは複数の実施形態において、本方法は、少なくとも１つの復号器を用いて、少なくとも１つの応答信号を復号することをさらに含む。
少なくとも１つの実施形態において、電池への少なくとも１つのテスト信号の注入は、少なくとも１つの送信器によって行われる。１つまたは複数の実施形態において、電池からの少なくとも１つの応答信号の受信は、少なくとも１つの受信器によって行われる。一部の実施形態において、少なくとも１つの基準線信号は、電池に対する予期された電圧、電池に対する予期された温度、および／または電池に対する予期されたインピーダンスプロファイルの関数である。
１つまたは複数の実施形態において、電池監視のためのシステムは、電池に少なくとも１つのテスト信号を注入するための少なくとも１つの送信器を備える。システムは、電池から少なくとも１つの応答信号を受信するための少なくとも１つの受信器をさらに備える。少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つの応答信号は、少なくとも１つの反射信号を備える。さらに、システムは、少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成し、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常を検出し、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定するための少なくとも１つのプロセッサを備える。
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つの送信器は、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード、および／または少なくとも１つの電池ケースに少なくとも１つのテスト信号を注入する。一部の実施形態において、システムは、少なくとも１つのテスト信号を生成するための少なくとも１つの信号発生器をさらに備える。１つまたは複数の実施形態において、システムは、少なくとも１つの応答信号を復号するための少なくとも１つの復号器をさらに備える。
本開示の別の実施形態は、以下のように提示される。
条項１
電池に少なくとも１つのテスト信号を注入することと、
電池から少なくとも１つの応答信号を受信することであって、少なくとも１つの応答信号が少なくとも１つの反射信号を備えることと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成することと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの比較信号を使用して電池内部の少なくとも１つの異常を検出することと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定することと
を含む電池監視のための方法。
条項２
電池が少なくとも１つの電池セルおよび少なくとも１つの電池ケースのうちの少なくとも１つを備える条項１に記載の方法。
条項３
少なくとも１つのテスト信号が少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード、および／または少なくとも１つの電池ケースに注入される条項２に記載の方法。
条項４
少なくとも１つのテスト信号が無線周波数（ＲＦ）信号および／または高周波信号である条項１に記載の方法。
条項５
方法が少なくとも１つの信号発生器を用いて、少なくとも１つのテスト信号を生成することをさらに含む条項１に記載の方法。
条項６
少なくとも１つのテスト信号がコードを用いて符号化される条項１に記載方法。
条項７
コードが擬似乱数コードまたはゴールドコードである条項６に記載の方法。
条項８
少なくとも１つのテスト信号がスペクトル拡散変調された信号である条項６に記載の方法。
条項９
スペクトル拡散信号がチャープ信号である条項８に記載の方法。
条項１０
方法が少なくとも１つの復号器を用いて、少なくとも１つの応答信号を復号することをさらに含む条項６に記載の方法。
条項１１
電池への少なくとも１つのテスト信号の注入が少なくとも１つの送信器によって行われる条項１に記載の方法。
条項１２
電池からの少なくとも１つの応答信号の受信が少なくとも１つの受信器によって行われる条項１に記載方法。
条項１３
少なくとも１つの基準線信号が電池に対する予期された電圧、電池に対する予期された温度、および電池に対する予期されたインピーダンスプロファイルのうちの少なくとも１つの関数である条項１に記載の方法。
条項１４
電池に少なくとも１つのテスト信号を注入するための少なくとも１つの送信器と、
電池から少なくとも１つの応答信号を受信するための少なくとも１つの受信器であって、少なくとも１つの応答信号が少なくとも１つの反射信号を備える受信器と、
少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成し、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常を検出し、少なくとも１つの比較信号を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定するための少なくとも１つのプロセッサと
を備える電池監視のためのシステム。
条項１５
電池が少なくとも１つの電池セルおよび少なくとも１つの電池ケースのうちの少なくとも１つを備える条項１４に記載のシステム。
条項１６
少なくとも１つの送信器が少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード、および少なくとも１つの電池ケースに少なくとも１つのテスト信号を注入する条項１５に記載のシステム。
条項１７
少なくとも１つのテスト信号が無線周波数（ＲＦ）信号および高周波信号のうちの少なくとも１つである条項１４に記載のシステム。
条項１８
システムが少なくとも１つのテスト信号を生成するための少なくとも１つの信号発生器をさらに備える条項１４に記載のシステム。
条項１９
少なくとも１つのテスト信号がコードを用いて符号化される条項１４に記載のシステム。
条項２０
コードが擬似乱数コードおよびゴールドコードのうちの１つである条項１９に記載のシステム。
条項２１
少なくとも１つのテスト信号がスペクトル拡散変調された信号である条項１９に記載のシステム。
条項２２
スペクトル拡散信号がチャープ信号である条項２１に記載のシステム。
条項２３
システムが少なくとも１つの応答信号を復号するための少なくとも１つの復号器をさらに備える条項１９に記載のシステム。
条項２４
少なくとも１つの基準線信号が電池に対する予期された電圧、電池に対する予期された温度、および電池に対する予期されたインピーダンスプロファイルのうちの少なくとも１つの関数である条項１４に記載のシステム。
特徴、機能および利点は、本発明の様々な実施形態において独立して達成されてもよく、またはさらに別の実施形態において組み合わされてもよい。
本開示のこれらのならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付された特許請求の範囲および添付の図面に関して一層よく理解されるようになるであろう。
本開示の少なくとも１つの実施形態による、電池監視のための開示されたシステムの概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、電池監視のための開示された方法に対する流れ図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについて（アノードに対してカソードが参照された）主要構成を示す概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについてケースに対してカソードが参照された構成を示す概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについてケースに対してアノードが参照された構成を示す概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、電池セルが直列に接続されている、開示された電池監視システムについて複数の電池セルに対する監視構成を示す概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについて複数の電池セルに対する監視構成を示す概略図であって、電池セルが並列に接続されている。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な基準線信号を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な比較信号を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムによって用いられてもよいデータ処理システムのネットワークの概略図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムによって用いられてもよいデータ処理システムの概略図である。
本開示において示すそれぞれの図は、提示された実施形態の態様の変形形態を示し、差異のみを詳細に論じる。
本明細書で開示された方法および装置は、有効なインサイチュ電池監視システムを提供する。具体的には、システムは、電池に高周波テスト信号を注入し、反射測定に基づいた応答信号を受信する。応答信号は、電池セル内部の導電性面の特性インピーダンスの変化に比例した電圧レベルを有する反射信号を備える。応答信号の電圧レベルのいずれかが応答信号の予期された電圧レベルを超える場合、このことは、反射事象（複数可）の位置（複数可）が異常を呈している可能性があるというしるしである。
先に上で言及したように、航空機の電池は、通常、既存の蓄電池タイプ、例えばニッケル金属水素化物またはニッケル・カドミウムよりもエネルギー密度を高くすることができ、さらに高い充電／放電特性を備えたリチウムイオンに基づくより進んだ化学的性質を用いて大容量を有するように設計される。この反応性のより高い化学的性質によって、電解質が特に高い温度で不安定になる場合がある。電池の充電状態（ＳＯＣ）は、普通は電池セル電圧（ＣＶ）によって決定され、電池セルの現在の電池健全性および相対的安定性を完全には明らかにすることができない。本開示の目的は、反射測定を使用して、温度、ＣＶおよびＳＯＣ評価ととともに、電池セル内部のカソード・アノード組立体の相対的なインサイチュ無線周波数（ＲＦ）インピーダンス挙動を測定し、電池健全性に関するより完全な統合された経時評価を得ることである。目標は、電池セルの故障または短絡の危険性を識別することである。
電池に対する電気的な作用と環境暴露とが一体化された結果として、普通ならば単純なＣＶ測定によるＳＯＣ評価を複雑にする可能性がある。あるシナリオでは、製造と環境とが組み合わさった結果として、電池セルの安定性が損なわれ、それによってその電池セルおよびおそらくは他の電池セルをガス抜けおよび／または発火の危険性にさらすことがある。電池セル内部のカソード・アノード組立体のＲＦインピーダンスを監視することによって、物理的な組立体位置および完全性は、おそらくは監視される電池セル内部で短絡状態を引き起こす可能性があるデンドライトの成長を検知することによって、および／または異物屑（ＦＯＤ）を検出することによって評価されうる。
反射測定に基づいた測定は、現在、電線上の故障までの距離（ＤＦＴ）を決定するための好ましい方法である。反射測定法は、テスト中のワイヤ（ＷＵＴ）に無線または高周波テスト信号を注入する。テスト信号からの信号電圧は、ＷＵＴの特性インピーダンスの変化に対する割合に基づいて反射する。測定される反射が予期された反射を超える場合、反射事象の領域においてさらなる精査が必要である。導電性ワイヤは、ワイヤおよび絶縁誘電体材料に関して円対称性があるので、無線または高周波電磁波送信の挙動に関して「一次元性」（「ｓｉｎｇｌｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ」）を見せる。電池セルにおいて見出されるような、カソード・アノード構造と呼ばれる導電性プレートに対しては、そうした高周波送信は、波面がこの二次元構造のエッジで反射するため、より複雑になる。反射測定評価は、この構造に対してより複雑であるが、特性インピーダンスは、物理的な間隔および周りの電解質の化学的性質によって主に決定され、そのために、そうした電池構造の反射測定評価が実現可能であることを示唆する。目的は、ＤＦＴを検出することではなく、むしろ特異な位置（すなわちデンドライト）またはカソードとアノード間のギャップ閉鎖を促進する他の構造的な問題のいずれかに起因する短絡状態を検出することである。分離のためにカソードとアノード間のギャップが増加する場合は、開状態を検出することが予期される。カソード・アノード組立体の無線または高周波インピーダンスを連続的に評価することによって、インピーダンス応答の変化が重要な測定尺度となる。
以下の説明において、システムのより完璧な説明を行うために数多くの細目について述べる。しかし、開示されるシステムは、これらの具体的な細目なしに実行されうることが当業者には明白であろう。他の事例において、よく知られた特徴は、システムを不必要に不明瞭にしないように詳細に説明されてない。
図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、電池監視のための開示されたシステム１００の概略図である。この図において、監視電子回路１７０は、電池１４０にテスト信号を注入するように示されている。テスト信号は、１つまたは複数の実施形態において、無線または高周波信号（例えば、１〜３００メガヘルツ（ＭＨｚ）、または３００ＭＨｚ〜１０ギガヘルツ（ＧＨｚ））である。電池１４０は、少なくとも１つの電池セル（図示せず）および／または少なくとも１つの電池ケース（図示せず）を備える。
システム１００の動作中に、監視電子回路１７０のプロセッサ１１０は、最初に電池１４０に注入されるテスト信号のタイプを決定する。次いで、プロセッサ１１０は、テスト信号を生成するために信号発生器１２０へ命令を送る。１つまたは複数の実施形態において、テスト信号は、コード、例えば擬似乱数コードまたはゴールドコードを用いて符号化される。これらの実施形態に対して、信号発生器１２０は、コードに関するプロセッサ１１０の命令を適切な周波数でテスト信号に実装する。一部の実施形態において、テスト信号は、スペクトル拡散変調された信号である。他の実施形態において、テスト信号は、チャープ信号である。
信号発生器１２０がテスト信号を生成した後、テスト信号は、送信器１３０によって電池１４０に注入される。テスト信号は、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード（図示せず）、少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード（図示せず）、および／または少なくとも１つの電池ケース（図示せず）に注入される。電池１４０に対する異なる注入構成に関する詳細な議論は、図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃの説明において論じる。
一旦テスト信号が電池１４０に注入されると、応答信号が受信器１５０によって受信される。応答信号は、少なくとも１つの反射信号を備える。応答信号は、電池１４０内の具体的な異常の可能性を示すのに役立つ。電池１４０内の異常の１つの可能性は、開回路である。開回路異常に対して、応答信号は、開回路からのより大きな反射のためにより高い電圧レベルを有する反射信号（複数可）を含む。電池１４０内の異常のもう１つの可能性は、デンドライトである。カソード・アノード半組立体を橋絡しないデンドライト異常または導電性異物（複数可）に対して、応答信号は、この異常の局所領域からのより小さな反射のためにわずかに低い電圧を有する反射信号（複数可）を含む。そして、電池内の異常のもう１つの可能性は、短絡である。短絡異常に対して、応答信号は、この異常の局所領域に送信された信号の吸収のために実質的により低い電圧を有する反射信号（複数可）を含む。列記した３つの異常すべてにおいて、反射測定信号は、送信器１３０から異常までの時間に加えて反射信号が受信器１５０に戻る時間に基づく時間遅延をこうむる。
応答信号が受信器１５０によって受信された後、復号器１６０は、応答信号を復号する。次いで、プロセッサ１１０は、応答信号を基準線信号と比較して比較信号を生成する。この比較に対して、プロセッサ１１０は、具体的には応答信号のコードを基準線信号のコードと比較して比較信号に対するコードを生成する。１つまたは複数の実施形態において、基準線信号は、電池１４０の予期された電圧、電池１４０の予期された温度、および／または電池１４０に対する予期されたインピーダンスプロファイルの関数である。
次いで、プロセッサ１１０は、比較信号を使用して電池１４０内部の少なくとも１つの異常を検出する（および識別する）。加えて、プロセッサ１１０は、比較信号を使用して電池１４０内の異常の位置を決定する。
１つまたは複数の実施形態において、監視電子回路１７０のプロセッサ１１０は、信号（例えば、応答信号、基準線信号、および／または比較信号）を表示するために使用されるディスプレイと（例えば、有線または無線のいずれかによって）通信することができることに留意されたい。ディスプレイは、例えば、（図７のサーバ７０４に似た）デスクトップコンピュータまたは（図７のクライアント７１０に似た）ラップトップコンピュータの一部であるコンピュータディスプレイユニットであってもよい。
図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、電池監視のための開示された方法２００に対する流れ図である。本方法２００の開始２１０において、少なくとも１つのテスト信号が電池２２０に注入される。次いで、電池からの少なくとも１つの応答信号が受信される２３０。
応答信号（複数可）が受信された後、少なくとも１つのプロセッサが応答信号（複数可）を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号２４０を生成する。次いで、少なくとも１つのプロセッサが比較信号（複数可）２５０を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常を検出する。また、少なくとも１つのプロセッサが比較信号（複数可）２６０を使用することによって電池内部の少なくとも１つの異常の位置を決定する。次いで、方法２００は、終了する２７０。
図３Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについて（アノードに対してカソードが参照された）主要構成を示す概略図３００である。この図において、監視電子回路３３０は、電池ケース３５０によって取り囲まれた電池セル３４０にテスト信号を注入していることが示されている。
システムの動作中、監視電子回路３３０のプロセッサ３６０は、電池３４０に注入されるテスト信号のタイプを決定する。次いで、プロセッサ３６０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）３７０に命令を送ってテスト信号を生成する。テスト信号は、コード、例えば擬似乱数コードまたはゴールドコードを用いて符号化されてもよい。これらの実施形態に対して、ＡＳＩＣ３７０は、適切な周波数でテスト信号にコードに関するプロセッサ３６０の命令を実装する。一部の実施形態において、テスト信号はスペクトル拡散変調された信号であってもよく、または他の実施形態において、テスト信号は、チャープ信号である。
ＡＳＩＣ３７０がテスト信号を生成した後、テスト信号は、送受信回路（Ｔ／Ｒ Ｃｋｔ）３８０の送信器によって電池３４０に注入される。この主要構成に対して、テスト信号は、電池セル３４０の（プラス記号によって表示される）カソードに注入されるように示され、電池セル３４０の（マイナス記号によって表示される）アノードを介して参照される。１つまたは複数の実施形態において、図に示すように、送受信回路３８０は、コンデンサを備えることに留意されたい。
一旦テスト信号が電池セル３４０内へ進むと、応答信号は、電池セル３４０のアノードから参照される。送受信回路３８０の受信器は、応答信号を受信する。応答信号は、少なくとも１つの反射信号を備える。
応答信号が受信器によって受信された後、ＡＳＩＣ３７０は、応答信号を復号する。次いで、プロセッサ３６０は、応答信号を基準線信号と比較して比較信号を生成する。次いで、プロセッサ３６０は、比較信号を使用して電池セル３４０内部の少なくとも１つの異常を検出する（および識別する）。加えて、プロセッサ３６０は、比較信号を使用して電池セル３４０内の異常の位置を決定する。
図３Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについてケースに対してカソードが参照された構成を示す概略図３１０である。この図は、この図がテスト信号の注入について異なる構成を示す以外は図３Ａと同じである。この構成に対して、テスト信号は、電池セル３４０のカソードに注入されるように示され、電池ケース３５０から参照される。この構成は、電池ケース３５０が導電性であることが必要であることに留意されたい。
図３Ｃは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについてケースに対してアノードが参照された構成を示す概略図３２０である。この図は、この図がテスト信号の注入について異なる構成を示す以外は図３Ａおよび３Ｂと同じである。この構成に対して、テスト信号は、電池セル３４０のアノードに注入されるように示され、電池ケース３５０から参照される。この構成は、電池ケース３５０が導電性であることが必要であることに留意されたい。
図４Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについて複数の電池セル４２０に対する監視構成を示す概略図４００であって、電池セルが直列に接続されている。この図において、監視電子回路４１０は、電池ケース４３０内の監視電子回路４１０と一緒に収容されている複数の電池セル４２０にテスト信号を注入している。この図における複数の電池セル４２０は、互いに直列に接続されている。監視電子回路４１０の動作は、図３Ａにおいて述べたものと同じである。
図４Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムについて複数の電池セル４２０に対する監視構成を示す概略図４４０であって、電池セルが並列に接続されている。図４Ｂに示される監視構成は、図４Ａに示されるように電池セル４２０が直列という代わりに、並列に接続されているという点を除いて、図４Ａに示す監視構成と同じである。
他の実施形態において、開示された電池監視システムに対して、図４Ａおよび４Ｂに示された監視構成とは異なる様々な監視構成が使用されてもよいことに留意されたい。例えば、一部の実施形態において、電池セル４２０は、直列接続と並列接続の組み合わせによって互いに接続されてもよい。また、テスト中に、電池セル４２０のすべてを毎回テストする必要はないことに留意されたい。これらの場合については、電池セル４２０のうちの１つまたは一部のみが毎回テストされてもよい。
図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な基準線信号５０８を示すグラフ５００である。グラフ５００は、水平軸および垂直軸を有する。この例において、水平のアクセスは、距離軸５０２である。距離軸５０２は、テスト信号が注入される電池セル（または電池ケース）の位置から離れる距離を表わす。距離軸５０２と垂直軸の交点により近いグラフ５００上の点は、テスト信号が注入される物理的位置からの距離がより短いことを表わす。同様に、距離軸５０２と垂直軸の交点からより遠いグラフ５００上の点は、テスト信号が注入される物理的位置からの距離がより長いことを表す。
垂直軸は、信号電圧軸５０４である。信号電圧軸５０４は、基準線信号５０８の強さを表わす。基準線信号５０８の強さは、電池セルまたは電池ケース内の所与の位置においてテスト信号が遭遇するインピーダンス変化に相当してもよい。信号電圧軸５０４と距離軸５０２の交差により近いグラフ５００上の点は、より低い電圧を示し、信号電圧軸５０４と距離軸５０２の交差からより遠いグラフ５００上の点は、より大きな電圧を示す。
基準線信号５０８の部分５１０（すなわち高い電圧スパイク）は、テスト信号注入点における典型的なインピーダンス不整合を示していることに留意されたい。テスト信号注入点は、電池セルまたは電池ケースにテスト信号が入る（あるいは注入される）位置を表わす。基準線信号５０８の区間５１２は、電池のカソード・アノード構造のＲＦインピーダンスの挙動を示す反射シグネチャの領域を示す。また、基準線信号５０８の部分５１４は、電池のカソードの端部におけるインピーダンス不整合を示す。
図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な比較信号６０８を示すグラフ６００である。グラフ６００は、水平軸および垂直軸を有する。この例において、水平のアクセスは、距離軸６０２である。距離軸６０２は、テスト信号が注入される電池セル（あるいは電池ケース）の位置から離れる距離を表わす。距離軸６０２と垂直軸の交点により近いグラフ６００上の点は、テスト信号が注入される物理的位置からの距離がより短いことを表わす。同様に、距離軸６０２と垂直軸の交点からより遠いグラフ６００上の点は、テスト信号が注入される物理的位置からの距離がより長いことを表す。
垂直軸は、信号電圧軸６０４である。信号電圧軸６０４は、比較信号６０８の大きさを表わす。比較信号６０８の大きさは、電池セルまたは電池ケース内の所与の位置においてテスト信号が遭遇するインピーダンス変化の差の大きさに相当する。信号電圧軸６０４と距離軸６０２の交差により近いグラフ６００上の点は、より低い大きさ（すなわち電圧）を示し、信号電圧軸６０４と距離軸６０２の交差からより遠いグラフ６００上の点は、より大きな大きさ（すなわち電圧）を示す。
グラフ６００上の比較信号６０８は、基準線信号５０８と取得された第１のサンプル信号測定値（図示せず）の差の例である。比較信号６０８は、図５のグラフ５００の基準線信号５０８からの差の変化を検出するために使用される。開示されたシステムの動作中に、複数の応答信号（すなわち複数のサンプル信号測定値）は、ある時間にわたって取得され、基準線信号５０８と比較される。複数の応答信号をある時間にわたって基準線信号５０８と比較することによって、これらの信号の差（すなわち基準線信号５０８と応答信号の差）の段階的な変化が電池内の少なくとも１つの異常を示すことができる。
図６において、比較信号６０８の部分６１０（すなわち小さな電圧差）は、テスト信号注入点における典型的な許容しうるインピーダンス不整合の差を示す。テスト信号注入点は、電池セルまたは電池ケースにテスト信号が入る（あるいは注入される）位置を表わす。比較信号６０８の区間６１２は、ある時間にわたってＲＦインピーダンス変化の傾向について監視される対象領域を示す。例えば、信号が距離軸（Ｘ軸）６０２の下方に位置する傾向は、電池における短絡の傾向を示唆する。そして、例えば、信号が信号電圧軸（Ｙ軸）６０４の上方に位置する傾向は、電池における開回路の傾向を示唆する。加えて、比較信号６０８の部分６１４は、電池のカソードの端部における典型的な許容しうるインピーダンス不整合の差を示す。
ここで、図７および図８を参照すると、本開示の実施形態が実施されうるデータ処理環境の例示的な図が提供されている。図７および図８は、単に例示であって、異なる実施形態が実施されうる環境に関してなんらかの限定を主張また示唆することは意図されていないことを認識されたい。図示した環境に対して多くの変更がなされてもよい。
図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムによって用いられてもよいデータ処理システムのネットワークの概略図である。ネットワークデータ処理システム７００は、開示された電池監視システムの実施形態が実施されてもよいコンピュータのネットワークである。ネットワークデータ処理システム７００を使用して、例えば、航空機の電池（例えば、少なくとも１つの電池ケースおよび／または少なくとも１つの電池セルを備える電池）内の異常について監視することができる。監視は、任意の適切な航空機の製造および点検方法において行われてもよい。例えば、航空機の電池内の異常に対する監視は、部品および半組立体の製造中、稼働中、ならびに／または保守および点検中に行われてもよい。ネットワークデータ処理システム７００は、ネットワーク７０２を含み、このネットワーク７０２がネットワークデータ処理システム７００内部で互いに接続されている様々な機器とコンピュータ間の通信リンクを提供するために使用される媒体である。ネットワーク７０２は、有線、無線通信リンク、または光ファイバーケーブルなどの接続を含んでもよい。
図示する例において、サーバ７０４およびサーバ７０６は、記憶装置７０８とともにネットワーク７０２に接続している。加えて、クライアント７１０、７１２および７１４がネットワーク７０２に接続している。これらのクライアント７１０、７１２および７１４は、例えば、パーソナルコンピュータまたはネットワークコンピュータであってもよい。図示する例において、サーバ７０４は、クライアント７１０、７１２および７１４に対して、データ、例えばブートファイル、オペレーティングシステムイメージ、およびアプリケーションを提供する。クライアント７１０、７１２および７１４は、本例においてサーバ７０４に対するクライアントである。また、航空機７１６は、クライアント７１０、７１２および７１４と情報を交換することができるクライアントである。また、航空機７１６は、サーバ７０４および７０６と情報を交換することができる。航空機７１６は、飛行中に無線通信リンクを介して、または駐機中に任意の他のタイプの通信リンクを介して異なるコンピュータとデータを交換することができる。これらの例において、サーバ７０４、サーバ７０６、クライアント７１０、クライアント７１２、およびクライアント７１４は、コンピュータであってもよい。ネットワークデータ処理システム７００は、図示しない追加のサーバ、クライアント、および他の機器を含んでもよい。他の実施形態において、航空機７１６は、劣化に対して保守および監視を必要とする傾向がある任意のタイプの高性能の電池（すなわち、高レベルのアンペア時および高エネルギー密度の化学的性質を有する電池）を用いる他のタイプの車両またはプラットホームであってもよいことに留意されたい。
有利な一実施形態において、クライアント７１０を監視ユニットとして用いて、航空機７１６の電池を介してテスト信号を注入し、応答信号を受信する。次いで、サーバ７０６を用いて、応答信号を基準線信号と比較して比較信号を生成することができ、この比較信号を用いて電池内になんらかの異常が存在するかどうかを判定する。もちろん、航空機７１６、クライアント７１０および／またはサーバ７０６は、監視ユニットの一部または全体を含んでもよいことを認識されるであろう。
また、航空機７１６は、航空機７１６の機内に位置する監視ユニットを有してもよい。航空機７１６は、例えば、応答信号、基準線信号、および／または比較信号をクライアント７１０および／またはサーバ７０６に送信することができる。クライアント７１０および／またはサーバ７０６は、航空機７１６の製造業者の施設、航空会社、または任意の他の適切な場所に位置してもよい。さらに、クライアント７１０および／またはサーバ７０６は、ネットワーク７０２を使用して、航空機７１６に対する１つまたは複数の要求および応答を送信および受信することができる。要求は、航空機７１６の機内の電池を監視する要求であってもよい。応答は、電池からの１つまたは複数の応答信号、および／または電池健全性の状況に関する警報であってもよい。
図示する例において、ネットワークデータ処理システム７００は、互いに通信するためのプロトコルのうちの伝送コントロールプロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）群を使用するネットワークおよびゲートウェイの世界的な集合を表わすネットワーク７０２を有するインターネットである。もちろん、ネットワークデータ処理システム７００は、また、多くの異なるタイプのネットワーク、例えばイントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）などとして実施されてもよい。図７は、例であって、異なる実施形態に対するアーキテクチャを限定することは意図されていない。
図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、開示された電池監視システムによって用いられてもよいデータ処理システム８００の概略図である。データ処理システム８００は、サーバ７０４およびクライアント７１０などのサーバおよびクライアントを実施するために使用されてもよいデータ処理システムの例である。さらに、データ処理システム８００は、図７の航空機７１６において見出されうるデータ処理システムの例である。
この例示的な例において、データ処理システム８００は、通信機構８０２を含み、この通信機構８０２によってプロセッサユニット８０４、メモリ８０６、固定記憶装置８０８、通信ユニット８１０、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット８１２、ディスプレイ８１４間の通信が行われる。
プロセッサユニット８０４は、メモリ８０６にロードされうるソフトウェアのための命令を実行する役目をする。プロセッサユニット８０４は、特定の実施態様に応じて、多くの１つまたは複数のプロセッサであってもよく、またはマルチプロセッサコアであってもよい。さらに、プロセッサユニット８０４は、メインプロセッサがシングルチップ上に二次プロセッサとともに存在する１つまたは複数の異種混合のプロセッサシステムを使用して実施されてもよい。別の例示的な例として、プロセッサユニット８０４は、同一タイプの複数のプロセッサを含む対称的なマルチプロセッサシステムであってもよい。
メモリ８０６および固定記憶装置８０８は、記憶装置８１６の例である。記憶装置は、限定することなく、情報、例えば、関数形式のプログラムコード、ならびに／または一時的なおよび／もしくは永続的な他の適切な情報などを保存することができる任意のハードウェアである。メモリ８０６は、これらの例において、例えば、ランダムアクセスメモリ、または任意の他の適切な揮発性もしくは不揮発性記憶装置であってもよい。固定記憶装置８０８は、特定の実施態様に応じて、様々な形態をとることができる。例えば、固定記憶装置８０８は、１つまたは複数の構成要素または装置を含んでもよい。例えば、固定記憶装置８０８は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換え形光ディスク、書換え形磁気テープ、または上記のなんらかの組み合わせであってもよい。固定記憶装置８０８によって使用される媒体は、取外し可能であってもよい。例えば、取外し可能ハードドライブが固定記憶装置８０８用に使用されてもよい。
通信ユニット８１０は、これらの例において、他のデータ処理システムまたは装置との通信を提供する。これらの例において、通信ユニット８１０は、ネットワークインターフェースカードである。通信ユニット８１０は、物理的および無線通信リンクのいずれかまたは両方によって通信を提供することができる。
入出力ユニット８１２は、データ処理システム８００に接続されうる他の装置とのデータの入出力を可能にする。例えば、入出力ユニット８１２は、キーボード、マウスおよび／またはなんらかの他の適切な入力装置を介するユーザ入力のための接続を提供することができる。さらに、入出力ユニット１２は、プリンタに出力を送ることができる。ディスプレイ８１４は、ユーザに情報を表示するメカニズムを提供する。
オペレーティングシステム、アプリケーション、および／またはプログラムのための命令は、記憶装置８１６に位置してもよく、この記憶装置８１６が通信機構８０２を介してプロセッサユニット８０４と通信する。これらの例示的な例において、命令は、固定記憶装置８０８上の関数形式である。これらの命令は、プロセッサユニット８０４によって実行するためにメモリ８０６にロードされてもよい。異なる実施形態の処理は、メモリ８０６などのメモリに位置することができるコンピュータ実施命令を使用して、プロセッサユニット８０４によって行われてもよい。
これらの命令は、プログラムコード、コンピュータ使用可能プログラムコード、またはコンピュータ可読プログラムコードと呼ばれ、これらのコードがプロセッサユニット８０４内のプロセッサによって読まれ、実行されうる。異なる実施形態において、プログラムコードは、異なる物理的またはコンピュータ可読記憶媒体、例えばメモリ８０６または固定記憶装置８０８上で具現化されてもよい。
プログラムコード８１８は、選択的に取外し可能なコンピュータ可読媒体８２０上に関数形式で位置し、プロセッサユニット８０４によって実行するためにデータ処理システム８００上にロードまたは転送されてもよい。プログラムコード８１８およびコンピュータ可読媒体８２０は、コンピュータプログラム製品８２２を形成する。一例において、コンピュータ可読媒体８２０は、コンピュータ可読記憶媒体８２４またはコンピュータ可読信号媒体８２６であってもよい。例えば、コンピュータ可読記憶媒体８２４は、固定ストレージ８０８の一部であるハードドライブなどの記憶装置上に転送するための、固定ストレージ８０８の一部であるドライブまたは他の装置に挿入されるもしくは配置される光学または磁気ディスクを含んでもよい。また、コンピュータ可読記憶媒体８２４は、データ処理システム８００に接続されるハードドライブ、サムドライブ、またはフラッシュメモリなどの固定ストレージの形態をとってもよい。一部の事例において、コンピュータ可読記憶媒体８２４は、データ処理システム８００から取外し可能でなくてもよい。
あるいは、プログラムコード８１８は、コンピュータ可読信号媒体８２６を使用して、データ処理システム８００に転送されてもよい。コンピュータ可読信号媒体８２６は、例えば、プログラムコード８１８を含む伝播されるデータ信号であってもよい。例えば、コンピュータ可読信号媒体８２６は、電磁信号、光学信号、および／または任意の他の適切なタイプの信号であってもよい。これらの信号は、通信リンク、例えば無線通信リンク、光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、有線、および／または任意の他の適切なタイプの通信リンクによって送信されてもよい。言いかえれば、通信リンクおよび／または接続は、例示的な例において物理的であっても無線であってもよい。また、コンピュータ可読媒体は、無形の媒体、例えばプログラムコードを含む通信リンクまたは無線送信の形態をとってもよい。
一部の例示的な実施形態において、プログラムコード８１８は、データ処理システム８００内部で使用するために別の装置から固定記憶装置８０８に、またはコンピュータ可読信号媒体８２６を介してデータ処理システムにネットワークによってダウンロードされてもよい。例えば、サーバデータ処理システム内のコンピュータ可読記憶媒体に保存されたプログラムコードは、サーバからデータ処理システム８００にネットワークによってダウンロードされてもよい。プログラムコード８１８を提供するデータ処理システムは、プログラムコード８１８を保存または送信することができるサーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、または他のなんらかの装置であってもよい。
データ処理システム８００に対して図示された異なる構成要素は、異なる実施形態が実施されてもよいやり方にアーキテクチャ上の制限を設けるのが目的ではない。異なる例示的な実施形態は、データ処理システム８００に対して示された構成要素に加えて、またはそれら構成要素の代わりの構成要素を含むデータ処理システムにおいて実施されてもよい。図８に示す他の構成要素は、図示する例示的な例から変更されてもよい。異なる実施形態は、プログラムコードを実行することができる任意のハードウェア装置またはシステムを使用して実施されてもよい。一例として、データ処理システム８００は、無機の構成要素と一体化された有機の構成要素を含んでもよく、および／または人間以外の有機の構成要素ですべて構成されてもよい。例えば、記憶装置は、有機半導体で構成されてもよい。
別の例として、データ処理システム８００における記憶装置は、データを保存することができる任意のハードウェア装置である。メモリ８０６、固定ストレージ８０８、およびコンピュータ可読媒体８２０は、有形の形態の記憶装置の例である。
別の例において、バスシステムは、通信機構８０２を実施するために使用されてもよく、システムバスまたは入出力バスなどの１つまたは複数のバスから構成されてもよい。もちろん、バスシステムは、バスシステムに取付けられた異なる構成要素または装置間でデータの転送を提供する任意の適切なタイプのアーキテクチャを使用して実施されてもよい。さらに、通信ユニットは、モデムまたはネットワークアダプタなどの、データを送受信するために使用される１つまたは複数の装置を含んでもよい。さらに、メモリは、例えば通信機構８０２に存在することができるインターフェースおよびメモリコントローラハブにおいて見出されるようなメモリ８０６またはキャッシュであってもよい。
例示的な実施形態および方法について本明細書に開示したが、そうした実施形態および方法の変形および変更は、開示された技術の趣旨および範囲から逸脱することなく行われうることは、上記の開示から当業者に明白である可能性がある。開示された技術の他の多くの例が存在し、それぞれの例は、細部に関してのみ他とは異なるにすぎない。したがって、開示された技術は、添付の特許請求の範囲および準拠法の規定および原則によって要求される範囲にのみ限定されるものとすることが意図されている。
１００ システム
１１０ プロセッサ
１２０ 信号発生器
１３０ 送信器
１４０ 電池
１５０ 受信器
１６０ 復号器
１７０ 監視電子回路
２００ 方法
３００ 概略図
３１０ 概略図
３２０ 概略図
３３０ 監視電子回路
３４０ 電池セル
３５０ 電池ケース
３６０ プロセッサ
３７０ 特定用途向け集積回路
３８０ 送受信回路
４００ 概略図
４１０ 監視電子回路
４２０ 電池セル
４３０ 電池ケース
４４０ 概略図
５００ グラフ
５０２ 距離軸
５０４ 信号電圧軸
５０８ 基準線信号
５１０ 部分
５１２ 区間
５１４ 部分
６００ グラフ
６０２ 距離軸
６０４ 信号電圧軸
６０８ 比較信号
６１０ 部分
６１２ 区間
６１４ 部分
７００ ネットワークデータ処理システム
７０２ ネットワーク
７０４ サーバ
７０６ サーバ
７０８ 記憶装置
７１０ クライアント
７１２ クライアント
７１４ クライアント
７１６ 航空機
８００ データ処理システム
８０２ 通信機構
８０４ プロセッサユニット
８０６ メモリ
８０８ 固定記憶装置
８１０ 通信ユニット
８１２ 入出力ユニット
８１４ ディスプレイ
８１６ 記憶装置
８１８ プログラムコード
８２０ コンピュータ可読媒体
８２２ コンピュータプログラム製品
８２４ コンピュータ可読記憶媒体
８２６ コンピュータ可読信号媒体

Claims (15)

  1. 電池に少なくとも１つのテスト信号を注入することと、
    前記電池から、少なくとも１つの反射信号を備える少なくとも１つの応答信号を受信することと、
    少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成することと、
    前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記少なくとも１つの比較信号を使用することによって前記電池内部の少なくとも１つの異常を検出することと、
    前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記少なくとも１つの比較信号を使用することによって前記電池内部の前記少なくとも１つの異常の位置を決定することと
    を含む電池監視のための方法。
  2. 前記電池が少なくとも１つの電池セルおよび少なくとも１つの電池ケースのうちの少なくとも１つを備える請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも１つのテスト信号は、前記少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのアノード、前記少なくとも１つの電池セルの少なくとも１つのカソード、および前記少なくとも１つの電池ケース、のうちの少なくとも１つに注入される請求項２に記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つのテスト信号は、無線周波数（ＲＦ）信号および高周波信号のうちの少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
  5. 前記方法は少なくとも１つの信号発生器を用いて、前記少なくとも１つのテスト信号を生成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
  6. 前記少なくとも１つのテスト信号はコードを用いて符号化される請求項１に記載方法。
  7. 前記コードは擬似乱数コードまたはゴールドコードである請求項６に記載の方法。
  8. 前記少なくとも１つのテスト信号はスペクトル拡散変調された信号である請求項６に記載の方法。
  9. 前記スペクトル拡散信号はチャープ信号である請求項８に記載の方法。
  10. 前記方法は少なくとも１つの復号器を用いて、前記少なくとも１つの応答信号を復号することをさらに含む請求項６に記載の方法。
  11. 前記電池への前記少なくとも１つのテスト信号の前記注入は少なくとも１つの送信器によって行われる請求項１に記載の方法。
  12. 前記電池からの前記少なくとも１つの応答信号の前記受信は少なくとも１つの受信器によって行われる請求項１に記載方法。
  13. 前記少なくとも１つの基準線信号は前記電池に対する予期された電圧、前記電池に対する予期された温度、および前記電池に対する予期されたインピーダンスプロファイルのうちの少なくとも１つの関数である請求項１に記載の方法。
  14. 電池に少なくとも１つのテスト信号を注入するための少なくとも１つの送信器と、
    前記電池から少なくとも１つの応答信号を受信するための少なくとも１つの受信器であって、前記少なくとも１つの応答信号が少なくとも１つの反射信号を備える受信器と、
    前記少なくとも１つの応答信号を少なくとも１つの基準線信号と比較して少なくとも１つの比較信号を生成し、前記少なくとも１つの比較信号を使用することによって前記電池内部の少なくとも１つの異常を検出し、前記少なくとも１つの比較信号を使用することによって前記電池内部の前記少なくとも１つの異常の位置を決定するための少なくとも１つのプロセッサと
    を備える電池監視のためのシステム。
  15. 前記電池は少なくとも１つの電池セルおよび少なくとも１つの電池ケースのうちの少なくとも１つを備える請求項１４に記載のシステム。
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