JP2017510027A - 電池セルアセンブリ - Google Patents

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Abstract

電池セル及び薄膜プロファイルセンサを含んでいる電池セルアセンブリが提供される。前記アセンブリは、ハウジング及び前記ハウジングから延びた第１及び第２電極端子を含んでいる電池セルを含んでいる。前記アセンブリは、マイクロプロセッサ及び感知回路を含む薄膜プロファイルセンサをさらに含んでいる。前記感知回路はハウジングに直接接続されている。前記感知回路は、電池セルの作動パラメータ値を示す信号を発生させる。前記マイクロプロセッサは、感知回路からの信号に基づいて作動パラメータ値を決定するようにプログラムされている。前記アセンブリは、薄膜プロファイルセンサに連結され、前記センサが保護層とハウジングとの間に位置するようにする保護層をさらに含んでいる。

Description

本発明は、電池セルアセンブリに関する。
電池セルの温度値（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖａｌｕｅ）を正確に決定し、前記温度値に基づいて電池セルの温度レベルを調節するのに困難がある。
本出願の発明者は、電池セルと関連する作動パラメータ値（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ）を決定するために、電池セルのハウジングに直接接続されている薄膜プロファイルセンサ（ｔｈｉｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒ）を使用する電池セルアセンブリの必要性を確認した。
実施例に係る電池セルアセンブリが提供される。前記電池セルアセンブリは、ハウジング及び前記ハウジングから延びた第１及び第２電極端子を含んでいる、電池セルを含んでいる。前記電池セルアセンブリは、前記ハウジング上に直接位置した薄膜プロファイルセンサ（ｔｈｉｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒ）をさらに含んでいる。前記薄膜プロファイルセンサは、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）及び感知回路（ｓｅｎｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでいる。前記感知回路はハウジングに直接接続されている。前記マイクロプロセッサ及び感知回路は、互いに作動可能なように接続されている。前記感知回路は、電池セルの作動パラメータ値（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅ）を示す信号を発生させるように構成されている。前記マイクロプロセッサは、感知回路からの信号に基づいて作動パラメータ値を決定するようにプログラムされている。前記マイクロプロセッサは、格納装置（ｍｅｍｏｒｙ ｄｅｖｉｃｅ）内に前記作動パラメータ値を格納するようにさらにプログラムされている。前記電池セルアセンブリは、薄膜プロファイルセンサが保護層とハウジングとの間に位置するように、前記薄膜プロファイルセンサ上に位置して連結されている保護層をさらに含んでいる。
電池セルアセンブリ及び電池制御モジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ）を含んでいる電池システムの模式図である。 本発明の一実施例に係る図１の電池セルアセンブリの第１面（ｓｉｄｅ）の模式図である。 図１の電池セルアセンブリの第２面の模式図である。 図１の４−４線に沿った電池セルアセンブリの部分断面図である。 図１の５−５線に沿った電池セルアセンブリの他の部分断面図である。 図１の電池セルアセンブリ内に使用され、感知回路、基準電圧回路（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）、データ伝送回路（ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）、データ受信回路（ｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）、及び熱発生回路（ｈｅａｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む薄膜プロファイルセンサの電気回路図である。 電池セルアセンブリと関連する作動パラメータを決定する方法、及び図６の薄膜プロファイルセンサを使用して作動パラメータ値を制御する方法のフローチャートである。 電池セルアセンブリと関連する作動パラメータを決定する方法、及び図６の薄膜プロファイルセンサを使用して作動パラメータ値を制御する方法のフローチャートである。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例に係る電池セルアセンブリ２０を含んでいる電池システム１０、及び電池制御モジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ）３０が提供される。
図１、図３、図５及び図７を参照すると、電池セルアセンブリ２０は、電池セル４０、薄膜プロファイルセンサ５０及び保護層５２，５４を含んでいる。電池セルアセンブリ２０の利点は、薄膜プロファイルセンサ５０が電池セル４０のハウジング６０に直接接続されて位置しており、電池セル４０と関連する作動パラメータ値を決定し、前記作動パラメータ値に基づいて電池セル４０の作動パラメータを制御するということである。具体的に、一実施例において、薄膜プロファイルセンサ５０は、感知回路１００を使用して電池セル４０と関連する温度値を決定し、前記温度値に基づいて電池セル４０の温度レベルを調節するために熱発生回路１０８を制御する。
理解を目的として、ここで、“トレース（ｔｒａｃｅ）”という用語は、薄膜導電部材（ｔｈｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍｅｍｂｅｒ）を意味する。
図１乃至図５を参照すると、電池セル４０は、ハウジング６０、及び前記ハウジングから延びた電極端子６２，６４を含んでいる。前記電池セル４０は、プラスチック層７０、負極層７２、分離層７４、正極層７６、及びプラスチック層７８をさらに含んでいる。負極層７２は、プラスチック層７０と分離層７４との間に接続されている。負極層７２は電極端子６２に電気的に接続されている。正極層７６は、分離層７４とプラスチック層７８との間に接続されている。正極層７６は電極端子６４に電気的に接続されている。負極層７２及び正極層７６は、電極端子６２と電極端子６４との間で電圧を発生させる。一実施例において、電池セル４０はリチウムイオンパウチ型電池セル（ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎ ｐｏｕｃｈ−ｔｙｐｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）である。また、前記実施例において、ハウジング６０（図３参照）は、実質的に四角形（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｓｈａｐｅｄ）であり、外面６６（図４参照）を含んでいる。他の実施例において、電池セル４０は、例えば、ニッケル水素電池セル（ｎｉｃｋｅｌ−ｍｅｔａｌ−ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）またはニッケルカドミウム電池セル（ｎｉｃｋｅｌ−ｃａｄｍｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）のような他の類型の電池セルであってもよい。また、更に他の実施例において、電池セル４０のハウジングは、例えば、円筒形（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｈａｐｅ）のような他の形状を有することができる。また、更に他の実施例において、電池セル４０は、他の類型のエネルギー貯蔵セル（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｅｌｌ）に代替されてもよい。例えば、電池セル４０は、延びた第１及び第２電極端子を含んでいるウルトラキャパシタ（ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）に代替されるか、または、延びた第１及び第２電極端子を含んでいるスーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）に代替されてもよい。
図４乃至図６を参照すると、薄膜プロファイルセンサ５０は、電池セル４０の作動パラメータ値を決定し、前記作動パラメータ値に基づいて電池セル４０の作動パラメータを制御するように構成されている。例えば、一実施例において、薄膜プロファイルセンサ５０は、電池セル４０の温度値を決定するために感知回路１００を使用し、前記温度値に基づいて電池セル４０の温度レベルを調節するために熱発生回路１０８を制御する。
薄膜プロファイルセンサ５０は、マイクロプロセッサ９０、感知回路１００、基準電圧回路１０２、データ受信回路１０４、データ伝送回路１０６、熱発生回路１０８、及びリード（ｌｅａｄｓ）１１０，１１２を含んでいる。マイクロプロセッサ９０は、感知回路１００、データ受信回路１０４、データ伝送回路１０６、及び熱発生回路１０８に作動可能なように電気的に接続されている。一実施例において、感知回路１００及び熱発生回路１０８は、ハウジング６０の外面６６（図４参照）に直接接続されて位置している。また、データ受信回路１０４及びデータ伝送回路１０６の少なくとも一部分は、ハウジング６０の外面６６に直接接続されて位置している。
図１、図２、図５及び図６を参照すると、マイクロプロセッサ９０は、以下でより詳細に説明されているように、作動パラメータ値に基づいて電池セル４０の作動パラメータ値（例えば、温度レベル）を決定し、電池セル４０の作動パラメータ（例えば、温度レベル）を調節するようにプログラムされている。マイクロプロセッサ９０は、格納装置１４０、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート１５０，１５２，１５４，１５６，１５８，１６０，１６２を含んでいるアナログ−デジタルコンバータ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４２、及びオシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１７０を含んでいる。マイクロプロセッサ９０は、リード１１０，１１２を介して電池セル４０の電極端子６２，６４に電気的に接続されている。電極端子６２，６４は、マイクロプロセッサ９０に作動電圧を供給するように構成されている。一実施例において、マイクロプロセッサ９０は、回路ボード（ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）１１９上に直接接続されて位置しており、回路ボード１１９は、保護層５２とプラスチック層７０との間に接続されている。更に他の実施例において、マイクロプロセッサ９０は、接着または他の付着手段を使用して、電池セル４０のハウジング６０の外面６６に直接接続されて位置している。このような実施例において、回路ボード１１９は電池セルアセンブリ２０から除去され得る。マイクロプロセッサ９０は、前記マイクロプロセッサ９０に対して、ここに述べられた課題の少なくとも一部を行うために、ソフトウェア道具（ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）及び／又は格納装置１４０内に格納されたデータを使用する。
感知回路１００は、電池セル４０の作動パラメータ値（例えば、温度値）を示す信号を発生するように構成されている。図示された実施例において、感知回路１００は、ハウジング６０の外面６６に直接接続されて位置している。もちろん、他の実施例において、感知回路１００の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０にさらに接続されている回路ボード１１９（図５参照）上に直接接続されて位置している。感知回路１００は、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１９０、抵抗器（ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）１９４，１９８，２０２，２０６、抵抗トレース（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｒａｃｅ）２１０、及びノード（ｎｏｄｅｓ）２１８，２２２，２２６を含んでいる。抵抗トレース２１０は、電池セル４０の温度レベルに基づいて変化する抵抗レベルを有する。
図６を参照すると、抵抗器１９０は、ベース（ｂａｓｅ）Ｂ１、エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）Ｅ１、及びコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）Ｃ１を含んでいる。エミッタＥ１は、ノード２１８に電気的に接続されており、電池セル４０の正極端子上の作動電圧に電気的にさらに接続されている。ノード２１８は、マイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１５０に電気的にさらに接続されている。ベースＢ１は、ノード２２２に電気的にさらに接続されている。抵抗器１９４は、ノード２２２とノード２１８との間に電気的に接続されている。また、抵抗器１９８は、ノード２２２とＩ／Ｏポート１５２との間に電気的に接続されている。抵抗器２０２は、コレクタＣ１とノード２２６との間に電気的に接続されている。また、抵抗トレース２１０は、ノード２２６と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。したがって、抵抗器２０２は、抵抗トレース２１０と電気的に直列接続されており、電気ノード（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｄｅ）２２６は、これらの間に電気的に接続されている。抵抗器２０２は、トランジスタ１９０がオンされるとき、作動電圧に電気的にさらに接続される。抵抗器２０６は、ノード２２６とＩ／Ｏポート１５４との間に電気的に接続されている。
図１及び図６を参照すると、抵抗トレース２１０は、電池セル４０の温度レベルに基づいて変化し、電池セル４０の温度レベルを決定するためにマイクロプロセッサ９０によって使用される、抵抗レベルを有する。一実施例において、抵抗トレース２１０は、ハウジング６０の外面６６（図４参照）上に直接接続されて位置している。抵抗トレース２１０は、互いに電気的に直列接続されている抵抗トレース部（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｒａｃｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）３４０，３４２，３４４，３４６，３４８，３５０，３５２，３５４，３５６，３５８，３６０，３６２，３６４，３６６を含んでいる。図示のように、抵抗トレース３４２，３４６，３５０，３５４，３５８，３６２は、互いに離隔しており、柔軟なプラスチックシート８０の第１面１３０に沿って長手方向に実質的に互いに平行である。一実施例において、抵抗トレース２１０は、０．３３〜１．０ｍｍの厚さを有している。もちろん、更に他の実施例において、抵抗トレース２１０は、１．０ｍｍよりさらに厚い厚さを有することができる。一実施例において、抵抗トレース２１０は、ハウジングの外面６６上に印刷されており、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ニッケル、錫（ｔｉｎ）、銀、銅、またはこれら素材の少なくとも２つ以上の合金からなる群から選択される少なくとも１つからなっている。
更に他の実施例において、抵抗トレース２１０は、ハウジング６０上に異なる構成を有してもよい。例えば、抵抗トレース２１０は、電池セル４０の所望の温度感知範囲（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を提供するために、互いに平行に延びている複数の第１トレース部（ｆｉｒｓｔ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）であって、端部領域（ｅｎｄ ｒｅｇｉｏｎｓ）において、実質的に垂直に位置している１つ以上のトレース部と共に接続されている、複数の第１トレース部で構成され得る。また、例えば、抵抗トレース２１０は、電池セル４０の所望の温度感知範囲を提供するために、平行に延びて１つまたはそれ以上の直列トレース部に接続されたトレース部の他の組み合わせで構成されてもよい。
抵抗トレース２１０は、電池セル４０の温度に基づいて変化する抵抗を有するので、トランジスタ１９０がオンされたとき、ノード２２６での電圧は電池セル４０の温度レベルを示す。また、Ｉ／Ｏポート１５４に供給された電圧は、電池セル４０の温度レベルをさらに示す。
電池セル４０の温度レベルを決定するために、マイクロプロセッサ９０は、Ｉ／Ｏポート１５２上にトランジスタ１９０をオンさせる低い論理レベル電圧（ｌｏｇｉｃ ｌｅｖｅｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を出力するようにプログラムされている。トランジスタ１９０がオンされたとき、マイクロプロセッサ９０は、Ｉ／Ｏポート１５４の抵抗器２０６上の電圧（温度_感知）を測定するようにプログラムされている。マイクロプロセッサ９０は、前記電圧（温度_感知）に基づいて電池セル４０の温度レベルを示す温度値を決定するようにさらにプログラムされている。一実施例において、マイクロプロセッサ９０は、（Ｉ／Ｏポート１５４での電圧レベルに対応する）複数の電圧値及び電池セル４０の複数の関連温度レベルを含んでいる、格納装置１４０内に格納された検索テーブル（ｌｏｏｋｕｐ ｔａｂｌｅ）を使用する。マイクロプロセッサ９０は、検索テーブル内の関連温度値に接続するために、電池セル４０の温度レベルに対応する測定電圧レベルを使用する。
マイクロプロセッサ９０は、電池セル４０のＶｏｐｅｎまたはＶｌｏａｄ電圧のいずれかを決定するために、Ｉ／Ｏポート１５０上の電圧を測定するようにさらにプログラムされている。具体的に、マイクロプロセッサ９０は、トランジスタ３００がオフされたとき、電池セル４０のＶｏｐｅｎ電圧レベルに対応するＩ／Ｏポート１５０上の電圧を測定する。反対に、マイクロプロセッサは、トランジスタ３００がオンされたとき、電池セル４０のＶｌｏａｄ電圧レベルに対応するＩ／Ｏポート１５１上の電圧を測定する。
基準電圧回路１０２は、マイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１５６に基準電圧を入力するように形成されている。図示された実施例において、基準電圧回路１０２は、回路ボード１１９（図１参照）に直接接続されて位置している。もちろん、他の実施例において、基準電圧回路１０２の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０の外面６６上に直接接続されて位置してもよい。基準電圧回路１０２は、抵抗器２３０、ダイオード２３２、及びノード２３４を含んでいる。抵抗器２３０は、作動電圧とノード２３４との間に電気的に接続されている。ダイオード２３２は、ノード２３４と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。ノード２３４は、Ｉ／Ｏポート１５６に電気的にさらに接続されている。
図１及び図６を参照すると、データ受信回路１０４は、薄膜プロファイルセンサ５０が電池制御モジュール３０からデータを受信するように形成されている。図示された実施例において、データ受信回路１０４の少なくとも一部の構成要素は、回路ボード１１９（図１参照）上に直接接続されて位置している。もちろん、他の実施例において、データ受信回路１０４の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０の外面６６上に直接接続されて位置してもよい。データ受信回路１０４は、赤外線受信トランジスタ（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２４２、抵抗器２４４、電圧バッファ（ｖｏｌｔａｇｅ ｂｕｆｆｅｒ）２４８、及びノード２５２を含んでいる。トランジスタ２４２は、ベースＢ２、コレクタＣ２、及びエミッタＥ２を含んでいる。コレクタＣ２は、電池セル４０の正極端子に電気的に接続されている。エミッタＥ２は、抵抗器２４４にさらに接続されたノード２５２に電気的に接続されている。抵抗器２４４は、ノード２５２と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。電圧バッファ２４８は、ノード２５２とマイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１５８との間に電気的に接続されている。ベースＢ２が臨界照明レベル（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ）を有する赤外線を受信するとき、トランジスタ２４２がオンされ、電圧バッファ２４８を介してＩ／Ｏポート１５８に電圧を供給する。したがって、赤外線が内部にバイナリメッセージ（ｂｉｎａｒｙ ｍｅｓｓａｇｅ）を含んでいるとき、トランジスタ２４２は、電圧バッファ２４８を介してＩ／Ｏポート１５８にバイナリ電圧メッセージ（ｂｉｎａｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｅｓｓａｇｅ）を供給するために、繰り返してオン、オフされる。
データ受信回路１０４は、電池セル４０と関連する臨界作動パラメータ値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅ）に対応して内部にバイナリメッセージを含む信号を受信するように構成されている。例えば、一実施例において、前記信号は赤外線信号に対応する。また、一実施例において、臨界作動パラメータ値は、電池セル４０の少なくとも１つの臨界温度値に対応する。もちろん、他の実施例において、データ受信回路１０４は、Ｉ／Ｏポート１５８に作動可能なように接続された無線周波数受信機（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ） ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を含むことができ、バイナリメッセージを含んでいる受信信号は、ＲＦ信号に対応し得る。また、更に他の実施例において、臨界作動パラメータ値は、電池セル４０と関連する他の臨界パラメータ値に対応し得る。
内部のバイナリメッセージと共に信号を受信した後に、データ受信回路１０４は、前記受信された信号に対応して、バイナリメッセージを含む電圧信号を出力するようにさらに構成されている。前記バイナリメッセージは、電池セル４０の臨界作動パラメータ値を示し、マイクロプロセッサ９０によって受信される。一実施例において、バイナリメッセージは、電池セルの少なくとも１つの臨界温度値に対応する臨界作動パラメータ値を含んでいる。
データ伝送回路１０６は、薄膜プロファイルセンサ５０が電池制御モジュール３０にデータを伝送するように形成されている。具体的に、マイクロプロセッサ９０は、データ伝送回路１０６が、電池セル４０の測定された作動パラメータ値を示す第１バイナリメッセージを内部に含む信号を伝送するように誘導するための制御信号を発生するようにプログラムされている。図示された実施例において、データ伝送回路１０６の少なくとも一部の構成要素は、回路ボード１１９（図１参照）上に直接接続されて位置している。もちろん、他の実施例において、データ伝送回路１０６の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０の外面６０上に直接接続されて位置してもよい。データ伝送回路１０６は、赤外線伝送ダイオード（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）２５８、トランジスタ２６０、抵抗器２６４，２６８，２７２、ダイオード２７６，２８０、及びノード２８４を含んでいる。
トランジスタ２６０は、ベースＢ３、コレクタＣ３、及びエミッタＥ３を含んでいる。赤外線伝送ダイオード２５８は、コレクタＣ３と電池セル４０の正極端子との間に電気的に接続されている。抵抗器２６４は、エミッタＥ３と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。抵抗器２６８は、ベースＢ３と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。ベースＢ３は、ノード２８４に電気的にさらに接続されている。ダイオード２７６，２８０は、ノード２８４と電池セル４０の負極端子との間に電気的に直列に接続されている。抵抗器２７２は、ノード２８４とマイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１６０との間に電気的に接続されている。
マイクロプロセッサ９０が、Ｉ／Ｏポート１６０に高い論理レベル電圧を出力するように指示するとき、トランジスタ２６０がオンされ、赤外線伝送ダイオード２５８は赤外線を放出する。したがって、マイクロプロセッサ９０が、内部に電池セル４０の測定された作動パラメータ値に対応するバイナリメッセージを含む信号を出力しようとするとき、マイクロプロセッサ９０は、内部にバイナリメッセージを含む赤外線信号を発生させるために、Ｉ／Ｏポート１６０によって電圧出力を制御する。一実施例において、前記バイナリメッセージは、電池セル４０の測定温度値に対応する測定作動パラメータ値を含んでいる。
図１、図２及び図６を参照すると、熱発生回路１０８は、電池セル４０の温度レベルが臨界温度レベル未満であるとき、電池セル４０の温度レベルを増加させるように形成されている。図示された実施例において、熱発生回路１０８の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０の外面６６（図４参照）に直接接続されている。もちろん、他の実施例において、熱発生回路１０８の少なくとも一部の構成要素は、ハウジング６０にさらに接続されている回路ボード１１９（図４参照）上に位置してもよい。熱発生回路１０８は、トランジスタ３００、発熱素子トレース（ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｒａｃｅ）３０２、抵抗器３０４，３０８，３１２、ダイオード３１６，３２０、ノード３２４，３２８、及び感知線（ｓｅｎｓｅ ｌｉｎｅ）３２９を含んでいる。
トランジスタ３００は、ベースＢ４、コレクタＣ４、及びエミッタＥ４を含んでいる。発熱素子トレース３０２は、コレクタＣ４と電池セル４０の正極端子との間に電気的に接続されている。抵抗器３０４は、エミッタＥ４と電池セル４０の負極端子との間に電気的に接続されている。感知線３２９は、エミッタＥ４とマイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１６４との間に電気的に接続されている。ベースＢ４はノード３２８に電気的に接続されている。ダイオード３１６，３２０は、ノード３２８と電池セル４０の負極端子との間に電気的に直列に接続されている。抵抗器３１２は、ノード３２８とマイクロプロセッサ９０のＩ／Ｏポート１６２との間に電気的に接続されている。
発熱素子トレース３０２は、電圧が前記発熱素子トレース３０２に供給されるとき、熱を発生させるように構成されている。図示された実施例において、発熱素子トレース３０２は、柔軟なプラスチックシート８０上に直接接続されて位置している、実質的に蛇行状（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ−ｓｈａｐｅｄ）である発熱素子トレースである。また、発熱素子トレース３０２は、互いに直列に接続されている発熱素子トレース部４００，４０２，４０４，４０６，４０８，４１０，４１２，４１４，４１６，４１８，４２０，４２２，４２４を含んでいる。また、一実施例において、発熱素子トレース３０２は、ハウジング６０の外面６６上に印刷されており、黒鉛、ニッケル、錫、銀、銅、またはこれら素材の少なくとも２つ以上の合金からなる群から選択される少なくとも１つからなっている。他の実施例において、発熱素子トレース３０２は、柔軟なプラスチックシート８０上に異なる構成を有してもよい。例えば、発熱素子トレース３０２は、電池セル４０の所望の発熱範囲を提供するために、互いに平行に延びている複数の第１発熱素子トレース部（ｆｉｒｓｔ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｒａｃｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）であって、端部領域において、実質的に垂直に位置している１つ以上の発熱素子トレース部に共に接続されている複数の第１発熱素子トレース部で構成され得る。また、例えば、発熱素子トレース３０２は、電池セル４０の所望の発熱範囲を提供するために、平行に延びて１つまたはそれ以上の直列発熱トレース部に接続された発熱素子トレース部の他の組み合わせで構成されてもよい。
作動過程において、マイクロプロセッサ９０は、電池セル４０の温度値が第１臨界温度レベル未満である場合、熱を発生させるために発熱素子トレース３０２に電流を供給するように熱発生回路１０８のトランジスタ３００を誘導するための制御電圧（ｃｏｎｔｒｏｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を発生するようにプログラムされている。また、マイクロプロセッサ９０は、電池セル４０の温度値が第２臨界温度値を超える場合、発熱を止めるように発熱素子トレース３０２を誘導するために、発熱素子トレース３０２に電流供給を中断するように熱発生回路１０８のトランジスタ３００を誘導するために制御電圧の発生を中断するようにプログラムされている。
マイクロプロセッサ９０は、トランジスタ３００がオンされたとき、ノード３２４での電圧を測定することによって、Ｉｌｏａｄ電流値を決定するようにさらにプログラムされている。マイクロプロセッサ９０は、下記式を用いてＩｌｏａｄ電流値を計算する。
Ｉｌｏａｄ＝ノード３２４での電圧／抵抗器３０４の公知の抵抗値（ｋｎｏｗｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ）
図４を参照すると、保護層５２は、薄膜プロファイルセンサ５０が保護層５２とハウジング６０のプラスチック層７０との間に位置するように、薄膜プロファイルセンサ５０上に位置して連結されている。一実施例において、保護層５２は薄いプラスチック層からなっている。また、前記実施例において、保護層５２は、実質的に透明なプラスチック層である。
保護層５４は、ハウジング６０のプラスチック層７８の一面上に連結されて位置している。一実施例において、保護層５４は薄いプラスチック層からなっている。また、前記実施例において、保護層５４は、実質的に透明なプラスチック層である。
図１、及び図６乃至図８を参照すると、電池セル４０と関連する作動パラメータ値を決定する方法、及び前記作動パラメータ値に基づいて電池セル４０の作動パラメータを制御する方法のフローチャートが示されている。
ステップ５０２において、操作者は、電池セル４０、薄膜プロファイルセンサ５０、及び保護層５２，５４を含んでいる、電池セルアセンブリ２０を形成する。電池セル４０は、ハウジング６０、及び前記ハウジング６０から延びた第１及び第２電極端子６２，６４を含んでいる。保護層５２は、薄膜プロファイルセンサ５０が保護層５２とハウジング６０との間に位置するように薄膜プロファイルセンサ５０上に位置して連結されている。薄膜プロファイルセンサ５０は、マイクロプロセッサ９０、感知回路１００、熱発生回路１０８、データ伝送回路１０６、及びデータ受信回路１０４を含んでいる。マイクロプロセッサ９０は、感知回路１００、熱発生回路１０８、データ伝送回路１０６、及びデータ受信回路１０４に作動可能なように電気的に接続されている。感知回路１００と熱発生回路１０８はハウジング６０に直接接続されている。感知回路１００は抵抗トレース２１０を含んでいる。抵抗トレース２１０は、電池セル４０の温度レベルに基づいて変化する抵抗レベルを含んでいる。ステップ５０２の後に、方法はステップ５０４に進む。
ステップ５０４において、外部電池制御モジュール（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ）３０は、第１バイナリメッセージと共に、（ｉ）電池セル識別子値（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ ｖａｌｕｅ）、（ｉｉ）第１温度臨界値、及び（ｉｉｉ）第２温度臨界値を含んでいる信号を伝送する。ステップ５０４の後に、方法はステップ５０６に進む。
ステップ５０６において、データ受信回路１０４は、第１バイナリメッセージを含んでいる信号を外部電池制御モジュール３０から受信し、マイクロプロセッサ９０によって受信された電池セル識別子値と第１及び第２温度臨界値を含んでいる信号を発生させる。ステップ５０６の後に、方法はステップ５０８に進む。
ステップ５０８において、マイクロプロセッサ９０は、電池セル識別子値が、電池セル４０と関連して格納された電池セル識別子値と同一であるか否かを決定する。前記格納された電池セル識別子値は、ステップ５０８に先立ち、格納装置１４０内に格納される。もし、ステップ５０８の値が“はい”である場合、方法はステップ５１０に進む。そうでなければ、方法はステップ５１２に進む。
ステップ５１０において、マイクロプロセッサ９０は、第１温度臨界値と第２温度臨界値を格納装置１４０内に格納する。ステップ５１０の後に、方法はステップ５２０に進む。
ステップ５０８において、もし、ステップ５０８の値が“いいえ”である場合、方法はステップ５１２に進む。ステップ５１２において、マイクロプロセッサ９０は、以前に格納装置１４０内に格納された第１温度臨界値及び第２温度臨界値を検査する。ステップ５１２の後に、方法はステップ５２０に進む。
ステップ５２０において、感知回路１００は、電池セル４０の温度値を示す第１電圧を発生させる。温度値は電池セル４０の温度レベルを示す。ステップ５２０の後に、方法はステップ５２２に進む。
ステップ５２２において、マイクロプロセッサ９０は、感知回路１００からの第１電圧に基づいて電池セル４０の温度値を決定する。具体的に、一実施例において、マイクロプロセッサ９０は、検索テーブルに対する索引として第１電圧を使用して温度値を選択するために、格納装置１４０内に格納されており、電池セル４０の複数の温度値を感知回路１００からの複数の電圧に関連付ける検索テーブルに接続する。ステップ５２２の後に、方法はステップ５２４に進む。
ステップ５２４において、マイクロプロセッサ９０は、格納装置１４０内に温度値を格納する。ステップ５２４の後に、方法はステップ５２６に進む。
ステップ５２６において、マイクロプロセッサ９０は、第２バイナリメッセージと共に、（ｉ）電池セル識別子値、及び（ｉｉ）電池セル４０の温度値を含んでいる信号を伝送するようにデータ伝送回路１０６を誘導するための制御信号を発生させる。ステップ５２６の後に、方法はステップ５２８に進む。
ステップ５２８において、外部電池制御モジュール３０は、第２バイナリメッセージを含んでいる信号をデータ伝送回路１０６から受信する。
ステップ５３０において、マイクロプロセッサは、前記温度値が第１臨界温度値未満であるか否かを決定する。もし、ステップ５３０の値が“はい”である場合、方法はステップ５３２に進む。そうでなければ、方法はステップ５３４に進む。
ステップ５３２において、マイクロプロセッサ９０は、電池セル４０の温度レベルを増加させるための熱を発生させるために、発熱素子トレース３０２に電流を供給するように熱発生回路１０８を誘導するための制御電圧を発生させる。
ステップ５３４において、マイクロプロセッサ９０は、温度値が第２臨界温度値を超えるか否かを決定する。第２臨界温度値は第１臨界温度値よりも大きい。もし、ステップ５３４の値が“はい”である場合、方法はステップ５３６に進む。そうでなければ、方法はステップ５２０に戻る。
ステップ５３６において、マイクロプロセッサ９０は、発熱を止めるように発熱素子トレース３０２を誘導するために、発熱素子トレース３０２に電流の供給を中断するように熱発生回路１０８を誘導するために制御電圧の発生を中断する。ステップ５３６の後に、方法はステップ５２０に戻る。
上述した方法は、上記方法を実行するためのコンピュータ実行命令を含んでいる１つまたはそれ以上のコンピュータ可読媒体（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉａ）の形状内に少なくとも部分的に含まれてもよい。前記コンピュータ可読媒体は、下記のハードドライブ（ｈａｒｄ ｄｒｉｖｅｓ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）、及びその他の当業界に公知となったコンピュータ可読媒体の１つまたはそれ以上で構成されてもよく、前記コンピュータ実行命令がロードされ、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサによって実行されるとき、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサは、方法を実行するための装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ）となる。
前記電池セルアセンブリは、他のアセンブリに比べて実質的な利点を提供する。具体的に、電池セルアセンブリは、電池セルと関連する作動パラメータ値を決定し、前記作動パラメータ値に基づいて電池セルの作動パラメータを制御するために、電池セルの外面に接続された薄膜プロファイルセンサを使用するという技術的効果を提供する。具体的に、薄膜プロファイルセンサは、感知回路を使用して電池セルと関連する温度値を決定し、前記温度値に基づいて電池セルの温度レベルを調節するために熱発生回路を制御する。
たとえ、本発明は、単に制限された数の例示にのみ関連して具体的に記述されたが、本発明が、上記に表現された例示のみに限定されるものではない点を認識しなければならない。より正確には、本発明は、変形、変更、置換、またはここに表現されたものだけでなく、本発明の意図と範疇に適するように、相応する組み合わせにいくらでも修正可能である。さらに、たとえ、本発明の様々な例示が表現されたが、本発明の様態は、単に表現された例示の一部のみを含むことができるという点を認識しなければならない。したがって、本発明は、上記の表現によって限定されるものではない。
以上で説明したように、本発明に係る電池セルアセンブリは、他のアセンブリに比べて実質的な利点を提供する。具体的に、電池セルアセンブリは、電池セルと関連する作動パラメータ値を決定し、前記作動パラメータ値に基づいて電池セルの作動パラメータを制御するために、電池セルの外面に接続された薄膜プロファイルセンサを使用するという技術的効果を提供する。具体的に、薄膜プロファイルセンサは、感知回路を使用して電池セルと関連する温度値を決定し、前記温度値に基づいて電池セルの温度レベルを調節するために熱発生回路を制御する。
１０ 電池システム
２０ 電池セルアセンブリ
３０ 電池制御モジュール
４０ 電池セル
５０ 薄膜プロファイルセンサ
５２、５４ 保護層
６２ 電極端子
６４ 電極端子
７０ プラスチック層
７２ 負極層
７４ 分離層
７６ 正極層
７８ プラスチック層
９０ マイクロプロセッサ
１００ 感知回路
１０２ 基準電圧回路
１０４ データ受信回路
１０６ データ伝送回路
１０８ 熱発生回路
１１０ リード
１１２ リード
１１９ 回路ボード
１４０ 格納装置
１５０〜１６２ 入出力ポート
１９０ 抵抗器
１９０ トランジスタ
１９４、１９８、２０２、２０６ 抵抗器
２１０ 抵抗トレース
２１８、２２２、２２６ ノード
２３０ 抵抗器
２３２ ダイオード
２３４ ノード
２４２ トランジスタ
２４４ 抵抗器
２４８ 電圧バッファ
２５２ ノード
２５８ 赤外線伝送ダイオード
２６０ トランジスタ
２６４、２６８、２７２ 抵抗器
２７６、２８０ ダイオード
２８４ ノード
３００ トランジスタ
３０２ 発熱素子トレース
３０４、３０８、３１２ 抵抗器
３１６、３２０ ダイオード
３２４、３２８ ノード
３２９ 感知線
３４０〜３６６ 抵抗トレース
４００〜４２４ 発熱素子トレース部

Claims (18)

  1. ハウジング及び前記ハウジングから延びた第１及び第２電極端子を含んでいる電池セルと、
    前記ハウジング上に位置した薄膜プロファイルセンサ（ｔｈｉｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒ）であって、前記薄膜プロファイルセンサはマイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）及び感知回路（ｓｅｎｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでおり、前記感知回路はハウジングに直接接続されており、前記マイクロプロセッサ及び感知回路は互いに作動可能なように接続されており、前記感知回路は、電池セルの作動パラメータ値（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅ）を示す信号を発生させるように構成されている、薄膜プロファイルセンサと、
    を含んでおり、
    前記マイクロプロセッサは、感知回路からの信号に基づいて作動パラメータ値を決定するようにさらにプログラムされており、
    前記マイクロプロセッサは、格納装置（ｍｅｍｏｒｙ ｄｅｖｉｃｅ）内に前記作動パラメータ値を格納するようにさらにプログラムされており、
    保護層（ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）が薄膜プロファイルセンサ上に位置して連結されることによって、前記薄膜プロファイルセンサは、保護層とハウジングとの間に位置することを特徴とする、電池セルアセンブリ。
  2. 前記感知回路は、電池セルの温度レベルに基づいて変化する抵抗レベルを有する抵抗トレース（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｒａｃｅ）を含んでおり、
    前記作動パラメータ値は、電池セルの温度レベルに対応する温度値（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖａｌｕｅ）を含み、前記信号は、感知回路上に第１電圧を構成することを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  3. 前記感知回路は、第１及び第２抵抗器（ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）をさらに含んでおり、前記第１抵抗器は、抵抗トレース、及び電気ノード（ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｄｅ）の間に直列に接続されており、前記第１抵抗器は、作動電圧に電気的にさらに接続されており、前記第２抵抗器は、電気ノードとマイクロプロセッサとの間に接続されており、前記マイクロプロセッサは、第２抵抗器上の第１電圧を測定するようにさらにプログラムされており、前記マイクロプロセッサは、第１電圧に基づいた電池セルの温度レベルを示す温度値を決定するようにさらにプログラムされていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セルアセンブリ。
  4. 前記抵抗トレースは、０．３３ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項２に記載の電池セルアセンブリ。
  5. 前記抵抗トレースは、ハウジング上に直接位置していることを特徴とする、請求項２に記載の電池セルアセンブリ。
  6. 前記抵抗トレースは、互いに離隔しており、実質的に互いに平行に延びた少なくとも第１、第２及び第３抵抗トレース部（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｒａｃｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）を含んでおり、前記第１、第２及び第３抵抗トレース部は、互いに電気的に直列接続されており、柔軟なプラスチックシートの第１面に沿って長手方向に延びていることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  7. 前記抵抗トレースは、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ニッケル、錫（ｔｉｎ）、銀、銅、またはこれら素材の少なくとも２つ以上の合金からなる群から選択される少なくともいずれか１つからなることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  8. 前記薄膜プロファイルセンサは、ハウジング上に直接位置した発熱素子トレース（ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｒａｃｅ）を有している熱発生回路（ｈｅａｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）をさらに含んでおり、前記発熱素子トレースは、マイクロプロセッサに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セルアセンブリ。
  9. 前記発熱素子トレースは、実質的に蛇行状（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ−ｓｈａｐｅｄ）の発熱素子トレースであることを特徴とする、請求項８に記載の電池セルアセンブリ。
  10. 前記発熱素子トレースは、黒鉛、ニッケル、錫、銀、銅、またはこれら素材の少なくとも２つ以上の合金からなる群から選択される少なくともいずれか１つからなることを特徴とする、請求項８に記載の電池セルアセンブリ。
  11. 前記マイクロプロセッサは、電池セルの温度値が第１臨界温度レベル未満である場合、熱を発生させるために発熱素子トレースに電流を供給するように熱発生回路を誘導するための制御電圧（ｃｏｎｔｒｏｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を発生するようにさらにプログラムされていることを特徴とする、請求項８に記載の電池セルアセンブリ。
  12. 前記マイクロプロセッサは、電池セルの温度値が第２臨界温度値以上である場合、発熱を止めるように発熱素子トレースを誘導するために、発熱素子トレースに電流供給を中断するように熱発生回路を誘導するために制御電圧の発生を中断するようにさらにプログラムされていることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルアセンブリ。
  13. 前記マイクロプロセッサは、電池セルの第１及び第２電極端子に電気的に接続されており、前記第１及び第２電極端子は、マイクロプロセッサに作動電圧を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  14. 前記薄膜プロファイルセンサは回路ボード（ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）をさらに含んでおり、前記マイクロプロセッサは回路ボードに直接接続されており、前記回路ボードは、保護層とハウジングとの間に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  15. 前記マイクロプロセッサは、ハウジング上に直接さらに位置していることを特徴とする、請求項１４に記載の電池セルアセンブリ。
  16. 前記薄膜プロファイルセンサは、回路ボードに少なくとも部分的に接続されたデータ伝送回路（ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）をさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記データ伝送回路が電池セルの作動パラメータ値を示す第１バイナリメッセージ（ｂｉｎａｒｙ ｍｅｓｓａｇｅ）を内部に含む第１信号を伝送するように誘導するための制御信号を発生するようにさらにプログラムされていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池セルアセンブリ。
  17. 前記薄膜プロファイルセンサは、回路ボードに少なくとも部分的に接続されたデータ受信回路（ｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）をさらに含み、前記データ受信回路は、内部に第２バイナリメッセージを含む第２信号を受信し、受信された第２信号に対応して第２バイナリメッセージを含む電圧信号を出力するように構成されており、前記第２バイナリメッセージは、作動パラメータ臨界値（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ）を含み、マイクロプロセッサによって受信されることを特徴とする、請求項１６に記載の電池セルアセンブリ。
  18. 前記作動パラメータ臨界値は、電池セルの温度臨界値（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ）を含んでいることを特徴とする、請求項１７に記載の電池セルアセンブリ。
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