JP2019537735A - 物理分析のためのセンサおよびバッテリセル用モジュール式適応可能ホルダ - Google Patents

物理分析のためのセンサおよびバッテリセル用モジュール式適応可能ホルダ Download PDF

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Abstract

ホルダシステムを含む、バッテリ試験のためのシステムおよび方法。ホルダシステムは、試験中のバッテリに１または複数のトランスデューサを結合するように設計され、１または複数のトランスデューサは、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成される。ホルダシステムは、少なくとも１つのトランスデューサをバッテリに結合されるように収容するための少なくとも１つのアームと、少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加し、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するための加圧デバイスとを含む。またホルダシステムは、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を決定し、決定された圧力に基づいて少なくとも１つのトランスデューサに印加される圧力を調整するようにも構成される。【選択図】図２Ｄ

Description

関連出願との相互参照
本特許出願は、本願の譲受人に譲渡され、参照によってその全体が本願に明確に組み込まれる、２０１６年１１月２日に出願され係属中の“ＭＯＤＵＬＡＲ, ＡＤＡＰＴＡＢＬＥ ＨＯＬＤＥＲＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＢＡＴＴＥＲＹ ＣＥＬＬＳ ＦＯＲ ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＳＩＳ”と題された米国仮特許出願第６２／４１６，４９７号の利益を主張するものである。
連邦支援の研究または開発に関する陳述
本発明は、全米科学財団により授与された認可番号ＳＢＩＲ１６２１９２６の下における米国連邦政府の援助によりなされたものである。米国連邦政府は、この発明において一定の権利を有する。
開示の分野
開示される態様は、バッテリ診断に関する。より具体的には、典型的な態様は、１または複数の種類および／または形状のバッテリの物理分析に使用するための１または複数の種類のセンサを収容するように構成されたモジュール式適応可能ホルダに関する。
バッテリ産業は現在、製造中または使用中のバッテリの物理特性およびその変化を検出するための、拡大縮小可能であり、整合性があり、非破壊的であり、スタンドアロン式であるなどの属性を有する技術を有さない。バッテリ診断のためのいくつかの従来技術は、たとえば温度、内圧、応力歪み、開回路電圧、直流（ＤＣ）インピーダンス、交流（ＡＣ）インピーダンス、および電流電圧特性などのバッテリの物理特性を測定することを伴う。
上述した技術を用いて収集されたバッテリに関する情報は、バッテリの全体状況の異なる態様を推測するために用いられ得る。たとえば、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）バッテリの充放電サイクル中のＬｉ−ｉｏｎバッテリにおける温度の上昇は、Ｌｉ−ｉｏｎバッテリの充放電速度または電力出力を示し得る。あるいは温度の上昇は、Ｌｉ−ｉｏｎバッテリにおける内部短絡の形成または電解質の破壊の可能性を示し得る。他の例において、パウチセル型バッテリの表面に載置された歪みゲージは、（たとえばパウチセル内のガス形成に起因する）パウチセル内の圧力の上昇を検出し、またはパウチセル内の電極の劣化状態を検出するために用いられ得る。
電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ：electrochemical-acoustic signal interrogation）は、バッテリの物理特性の変化を測定するために超音波信号を用いる別の診断技術である。ＥＡＳＩは、超音波信号の音波が伝達する経路に沿った物理特性の任意の変化をバッテリの音響挙動が感知するという原理で動作する。したがってＥＡＳＩは、バッテリの内部部品を直接かつ能動的に調査するために用いられ得る（電気、熱、および歪みベースの診断技術は、ＥＡＳＩによって可能となるような調査をすることができないと認識される）。加えて、ＥＡＳＩは、バッテリの化学的性質またはジオメトリに依存しないものでもある。またＥＡＳＩは、たとえばバッテリの本体と直接接触するトランスデューサのペアなど、最小限のハードウェアで実装され得る。
図１を参照すると、ＥＡＳＩのためのハードウェア例を備えるシステム１００の略図が示される。システム１００は、トランスデューサ１０８ａ〜ｂのペアがバッテリ１０２の表面における２つの位置（たとえば対向側面）に固定され得るバッテリ１０２を備える。たとえばねじ１０６ａ〜ｂなどのハードウェアが示されるが、トランスデューサ１０８ａ〜ｂをバッテリ１０２の本体に固定するための他の代替の手段が用いられてもよい。バッテリサイクラ１１０は、バッテリ１０２を充放電するためのコントローラを表し、バッテリ１０２の端子１０４ａ〜ｂを通してバッテリ１０２に接続され得る。超音波パルサ／受信器１１２はトランスデューサ１０８ａ〜ｂに結合され、超音波パルサ／受信器１１２の１つの制御により、トランスデューサ１０８ａ〜ｂの一方は超音波信号を送信するように構成され、トランスデューサ１０８ａ〜ｂの他方は、送信された超音波信号を受信するように構成される。超音波パルサ／受信器１１２として識別されるブロック内に提供され、またはこれに結合され得るコンピュータ（個別には不図示）は、受信した超音波信号を分析し、ＥＡＳＩ技術に従ってバッテリ１０２の特性を推測するように構成され得る。
たとえばシステム１００などのＥＡＳＩシステムによって多様な物理センサが用いられ得るが、単一のセンサ型式は、バッテリの状態を決定し得る物理特性およびその変化の全態様を検出することができない場合があることが確認されている。よって、いくつかのバッテリ診断アプローチは、特にバッテリが使用中である時、バッテリの状態のより完全な状況を得るために、異なるセンサ型式を用いて２つ以上の測定技術を利用し得る。しかし、電気リードがバッテリのタブに接続される電気試験法を除き、当該技術において、測定センサ、特にたとえばトランスデューサ１０８ａ〜ｂなどのＥＡＳＩセンサとバッテリ本体の表面との間の物理的接触を維持するための標準的な方法は存在しない。
したがって、複数種類の測定センサに対応し、これを収容し得る、異なる種類のバッテリ（たとえば円筒形バッテリ、パウチ型セルなど）に使用できるモジュール式適応可能ホルダの必要性がある。
概要
本開示の典型的な態様は、バッテリ試験のためのシステムおよび方法に関する。ホルダシステムは、試験中のバッテリに１または複数のトランスデューサを結合するように設計され、１または複数のトランスデューサは、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成される。ホルダシステムは、少なくとも１つのトランスデューサをバッテリに結合されるように収容するための少なくとも１つのアームと、少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加し、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するための加圧デバイスとを含む。またホルダシステムは、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を決定し、決定された圧力に基づいて、少なくとも１つのトランスデューサに印加される圧力を調整するようにも構成される。
たとえば、典型的な態様は、ホルダシステムを備える装置に関する。ホルダシステムは、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された１または複数のトランスデューサをバッテリに結合するように構成される。ホルダシステムは、少なくとも１つのトランスデューサをバッテリに結合されるように収容するように構成された少なくとも１つのアームと、少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加し、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するように構成された加圧デバイスとを備える。
他の典型的な態様は、バッテリを試験する方法に関する。方法は、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された１または複数のトランスデューサをバッテリに結合することと、少なくとも１つのアームをバッテリに結合することとを備え、少なくとも１つのトランスデューサが少なくとも１つのアームに収容される。方法はさらに、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するために、少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加することを備える。
また他の典型的な態様は、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された少なくとも１つのトランスデューサを試験中のバッテリに結合されるように収容するための手段と、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するために少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加するための手段とを備えるバッテリホルダシステムに関する。
添付図面は、本発明の様々な態様の説明を補助するために示され、限定ではなく例示のためだけに提供されるものである。
図１は、ＥＡＳＩのためのハードウェア例を示す略図である。
図２Ａは、本開示の典型的な態様に係る、バッテリのＥＡＳＩのためのホルダシステム例を示す。 図２Ｂは、本開示の典型的な態様に係る、バッテリのＥＡＳＩのためのホルダシステム例を示す。 図２Ｃは、本開示の典型的な態様に係る、バッテリのＥＡＳＩのためのホルダシステム例を示す。 図２Ｄは、本開示の典型的な態様に係る、バッテリのＥＡＳＩのためのホルダシステム例を示す。
図３Ａは、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間の圧力を印加および調整するためのメカニズム例を示す。 図３Ｂは、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間の圧力を印加および調整するためのメカニズム例を示す。 図３Ｃは、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間の圧力を印加および調整するためのメカニズム例を示す。 図３Ｄは、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間の圧力を印加および調整するためのメカニズム例を示す。 図３Ｅは、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間の圧力を印加および調整するためのメカニズム例を示す。
図４は、本開示の態様に係る、試験中のバッテリとトランスデューサとの間に圧力を印加するための重力補助メカニズムを有するホルダシステム例を示す。
図５は、本開示の態様に係る、バッテリ試験のための自動化プロセス例を示す。
図６は、本開示の態様例に係る、トランスデューサとバッテリとの間の機械的接触を改善するために用いられるカプラントの態様例を示す。
図７は、本開示の態様例に係る、トランスデューサの近接場を越える距離にバッテリを配置するように構成された導波管の態様を示す。
図８は、本開示の態様例に係る、ホルダシステムを用いてバッテリを試験する方法を示す。
本発明の態様は、本発明の特定の態様に向けられた以下の説明および関連図面に開示される。代替の態様は、本発明の範囲から逸脱することなく考案され得る。また、本発明の関連細部を不明瞭にしないために、本発明の周知の要素は詳しく説明されず、または省略される。
「典型的な」という言葉は本明細書において、「例、実例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するように用いられる。本明細書で「典型的」として説明される任意の態様は、必ずしも他の態様に比べて好適または有利であると解釈されるものではない。同様に、「本発明の態様」という用語は、本発明の全態様が、説明された特徴、利点、または動作モードを含むことを必要とするものではない。
本明細書で用いられる用語は、特定の態様を説明することのみを目的とし、本発明の態様を限定することは意図されない。本明細書で用いられる場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明示しない限り、複数形も同様に含むことが意図される。また、「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」という用語は、本明細書で用いられる場合、記述された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明記するが、１または複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を除外するものではないことが理解される。
また、多くの態様は、たとえばコンピューティングデバイスの要素によって実行される動作のシーケンスに関して説明される。本明細書で説明される様々な態様は、特定の回路（たとえば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））によって、１または複数のプロセッサによって実行されているプログラム命令によって、または両者の組み合わせによって実行され得ることが認識される。また、本明細書で説明されるこれらの動作のシーケンスは、実行時、本明細書で説明される機能を関連プロセッサに実行させるコンピュータ命令の対応するセットを格納している任意の形式のコンピュータ可読記憶媒体において全体が具体化されるものとみなされ得る。したがって、本発明の様々な態様は、複数の異なる形式で具体化されてよく、それら全ては、特許請求の範囲に記載の主題事項の範囲内であると考えられる。加えて、本明細書で説明される態様の各々について、任意のそのような態様の対応する形式は、たとえば説明される動作を実行する「ように構成された論理」として本明細書で説明され得る。
本開示の典型的な態様は、バッテリの診断を支援するための異なる種類であり得る１または複数のセンサを異なる種類および／またはジオメトリのバッテリに取り付けることを可能にするように構成されたホルダに関する。理解されるように、本開示における「バッテリ」への言及は、任意の特定の種類のバッテリまたはセルに関する任意の内在的限定を想定するものではなく、任意の種類の電気化学エネルギ蓄積デバイスを包含することが一般に意図される。
図２Ａ〜Ｄを参照すると、典型的なホルダシステム２００、２２０、２４０、および２６０の模式図が示される。ホルダシステム２００、２２０、２４０、および２６０は、一般に１または複数のセンサを備え、またはより一般的には、異なるジオメトリであってよい異なる種類のバッテリに機械的に結合（たとえば固定または取付け）されるように構成された１または複数のトランスデューサユニットを備える。
たとえば、図２Ａによると、ホルダシステム２００の上面図および側面図が示される。ホルダシステム２００は、パウチ／角柱セルであってよいバッテリ２０２を備える。一般に「アーム」と称される、ホルダシステム２００の２つの代表的な部分は、参照番号２０４ａ〜ｂで示され指定される。アーム２０４ａ〜ｂは可動式であってよく、バッテリ２０２の様々な表面との接触を確立するように構成され得る。アーム２０４ａ〜ｂは、それぞれトランスデューサ２０８ａ〜ｂを備え、トランスデューサ２０８ａ〜ｂの各１つは、たとえばバッテリ２０２への／からの超音波信号などの音響信号を送信および／または受信するように構成される。２つのトランスデューサ２０８ａ〜ｂが示されるが、２つのトランスデューサ２０８ａ〜ｂの一方が音響信号を送信するように構成され、２つのトランスデューサ２０８ａ〜ｂの他方が、送信された音響信号を受信するように構成されてよく、単一のトランスデューサが、バッテリ２０２の物理分析を目的として（たとえば反射信号を）送信かつ受信するように構成されてもよいことが理解される。
明確には示されないが、ホルダシステム２００と協働するように構成された、トランスデューサ２０８ａ〜ｂに指示するための様々な制御メカニズム、バッテリ２０２を診断するために音響信号を分析するための処理メカニズムなどが存在し得る。１つの態様において、アーム２０４ａ〜ｂは、バッテリ２０２の両側面において同軸上にトランスデューサ２０８ａ〜ｂを配置するように構成され得る。トランスデューサ２０８ａ〜ｂは、任意の種類の（たとえば、上面図または側面図のいずれかにおける横方向の）対称性を維持するように位置合わせされる必要はなく、それらそれぞれの配置は、所望される分析の種類に基づいてよい。ホルダシステム２００のアーム２０４ａ〜ｂは、異なるジオメトリのバッテリ２０２を収容するためのスロット、およびこれに対応して、バッテリ２０２の表面に対したとえば垂直など所望の角度で位置合わせされる、トランスデューサ２０８ａ〜ｂのためのスロットも備えてよい。上述したように、アーム２０４ａ〜ｂは、バッテリ２０２の表面に沿った異なる位置における音響信号ベースの分析（たとえＥＡＳＩ）を得るために個々に独立して可動であってよい。アーム２０４ａ〜ｂの動き、配置、および／または作動は、典型的な態様において、ロボットメカニズムまたはコンピュータ制御メカニズムによって実現され得る。
バッテリ２０２と接触するエリアにおいてトランスデューサ２０８ａ〜ｂに印加される圧力は、バッテリ２０２を通して送信／受信される信号の測定に影響を及ぼし得ることが認識される。したがって、たとえば２０８ａ〜ｂなどの１または複数のトランスデューサに印加される圧力を制御することが望ましい。したがって、１つの態様において、たとえばばね、空気圧機構、親ねじ、リニアアクチュエータ、電磁ソレノイド、リニアモータアクチュエータ、油圧機構など、一定の、かつ好適には調整可能な圧力を印加および維持するための加圧デバイスまたは加圧のための手段が、それぞれアーム２０４ａ〜ｂ内に設けられ得る。図２Ａは、そのような加圧のための手段がばね２０６ａ〜ｂを含む典型的な態様を示し、図２Ｄは、加圧のための他の手段を示す。図示するように、ばね２０６ａ〜ｂは、バッテリ２０２の表面との機械的結合を制御するためにトランスデューサ２０８ａ〜ｂに圧力を印加するように構成され得る（図示された例において、トランスデューサ２０８ａ〜ｂの各々は、ばね２０６ａ〜ｂのそれぞれ１つとバッテリ２０２との間に配置されるように示される）。たとえば同一精度の圧縮ばねとして構成されたばね２０６ａ〜ｂを用いて、等しいスタック圧がトランスデューサ２０８ａ〜ｂの両方に印加され得る。ばね２０６ａ〜ｂのばね剛性によってばね圧縮距離を調整することによって、トランスデューサ２０８ａ〜ｂとバッテリ２０２のそれぞれの表面との境界面における圧力が調整され、たとえば平方インチ当たり１〜１０ポンド（ｐｓｉ）の間で合わせられ得る（圧力を１〜５０ｐｓｉまたはそれ以上に制御するために、たとえば図２Ｄに関して詳述されるような他の作動方法が用いられ得る。）
図２Ｂは、上述したホルダシステム２００といくつかの態様において同様であり得る、ホルダシステム２２０の上面図および側面図を示す。したがって、ホルダシステム２２０の類似部品は、図２Ａのホルダシステム２００と同様の形式で構成されてよく、簡潔性のために、類似部品の説明を繰り返すことは避けられる。特に、ホルダシステム２２０は、たとえばＥＡＳＩを用いたバッテリ２２２の物理的分析を目的として、トランスデューサ２２８ａ〜ｂを備えるアーム２２４ａ〜ｂをバッテリ２２２に機械的または物理的に結合するように構成され得る。バッテリ２２２は円筒形セルであってよく、それに対応してアーム２２４ａ〜ｂは、バッテリ２２２の円筒形状を収容するように構成され得る。アーム２２４ａ〜ｂは、それぞれトランスデューサ２２８ａ〜ｂに結合された、たとえばばね２２６ａ〜ｂなどの加圧のための手段も備えてよい。
図２Ｃは、たとえばＥＡＳＩに用いるための２つ以上のトランスデューサユニットを収容するように構成された他の典型的なホルダシステム２４０を示す。上面図において具体的に示されるものは、バッテリ２４２のＥＡＳＩのためのトランスデューサの機械的結合を可能にするように構成されたアーム２４４ａ〜ｂである。アーム２４４ａ〜ｂの各々は、複数のトランスデューサを備えるように示される。たとえばアーム２４４ａは、トランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａを備えるように示され、アーム２４４ｂは、トランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂを備えるように示される。これらのトランスデューサ２５１−ｂ、２５２ａ〜ｂ、および２５３ａ〜ｂの各々へ加圧するための対応する手段は、それぞれのばね２６４ａ〜ｂ、２４７ａ〜ｂ、および２４８ａ〜ｂとして示される。各アームに３つのトランスデューサユニット（たとえばアーム２４４ａに２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａ）が収容されるように示されるが、これらのトランスデューサユニットは、それぞれのアーム内で個々に独立して可動であってよく、あるいは代替の配置において個別のアームに収容されてよい。また、各トランスデューサユニットの圧力は、（たとえばトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａに関してそれぞればね２４６ａ、２４７ａ、および２４８ａを用いて）個々に制御可能であってよい。
また図２Ｃは、上述したホルダシステム２４０の上面図に対応する回路図も示す。例において、アーム２４４ａのトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａは、音響信号を送信するように構成され、アーム２４４ｂのトランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂは、送信された音響信号を受信するように構成され得る（トランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂの各１つは、任意の１または複数のトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａから送信された音響信号を受信するように構成され得ることに留意する）。トランスデューサ２５１ａ〜ｂ、２５２ａ〜ｂ、および２５３ａ〜ｂからのワイヤまたは相互接続は、制御ブロックおよび／または処理要素とともに、たとえばバッテリ２４２のＥＡＳＩのために送信および受信された信号を分析するように構成され得るマルチプレクサ２６０に電気的に結合され得る。
また、たとえば特に高分子ゲル、シリコン油、ゴムパッド、エラストマ、エポキシ、グリセリン、およびプロピレングリコールなどであるがこれに限定されない音響カプラントを使用することによって、上述したトランスデューサの表面とバッテリの表面との間の高品質な機械的接触を実現することが可能である。典型的なバッテリホルダは、歪みゲージまたは他の湿度センサ、化学種など、ならびにたとえば熱電対、または圧力センサ、または任意の組み合わせのセンサのための（たとえば３Ｄ印刷）ホルダを収容するように設計されてもよい。
たとえば、図２Ｄを参照すると、カプラント、センサ用スロット、および熱電対用スロットの例とともに、ホルダシステム２６０の上面図および側面図が示される。さらに詳細には、図２Ｄは、（側面図に示される、スロット２６１内に配置または収容され得る）バッテリ２６２と、バッテリ２６２のＥＡＳＩ測定のためのトランスデューサ２６８ａ〜ｂを備えるアーム２６４ａ〜ｂとを備えるホルダシステム２６０を示す。また、たとえば空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、ばねアクチュエータ、ねじアクチュエータ、リニアアクチュエータなど、一定の圧力作動のための任意の手段として、それぞれのトランスデューサ２６８ａ〜ｂに加圧するための手段２６６ａ〜ｂが示される。側面図において、上述したホルダシステムと同様に手段２６６ａ〜ｂがばね２６６ａ〜ｂを備える例が示される。
側面図において示されるカプラント２７２は、上述したトランスデューサ２６８ａ〜ｂの表面とバッテリ２６２の表面との間の高品質な機械的接触を実現するために、バッテリ２６２とトランスデューサ２６８ａ〜ｂとの間の境界面にあってよい。カプラント２７２は、たとえば特に高分子ゲル、シリコン油、ゴムパッド、エラストマ、エポキシ、グリセリン、およびプロピレングリコールから形成され得る。
また、ホルダシステム２６０は、参照番号２７０で識別される熱電対も含んでよい。
いくつかの典型的な態様において、歪み測定およびそれらの関連応用／調整もまた、典型的なバッテリにおいて実行され得る。たとえば、たとえば歪みゲージ、レーザ距離計、赤外線（ＩＲ）距離計など、歪みを測定するためまたはバッテリの厚さにおける変化を測定するための他のプロセスのための手段は、トランスデューサ−バッテリ境界面における歪みを測定し、それに従って任意の所望の調整を実行するために用いられ得る。したがって、参照番号２７４で識別される１または複数のスロットが示され、スロット２７４は、歪みゲージ、または湿度、圧力などの他のセンサ、またはそれらの組み合わせを収容するように構成され得る。
ホルダシステム２００、２２０、２４０、および２６０における加圧のための手段、たとえば図２Ａ〜Ｄにおいて説明されるばねは、いくつかの場合に適し得るが、使用され得る異なる加圧のための手段の間で変化があることが可能である。これらの変化は、加圧のための任意の手段において生じ得るが、以下のセクションにおいて説明される典型的な特徴のいくつかを示すために、ばねの場合がさらに詳しく説明される。ばねの場合、変化は、それらの製造中に生じ得る。また変化は、異なるばねの間でばね定数、ばね剛性などにおいても存在し得る。これらのばねの特徴における変化は、それぞれのトランスデューサと、トランスデューサが機械的に結合されたバッテリとの間でばねによって印加される圧力に変化をもたらしてよく、圧力は、本明細書において「Ｐtd」と称される。また、バッテリの充電／放電サイクルの過程にわたり、および経年とともに、バッテリの体積が拡大することがあり、それによって、トランスデューサへの加圧に使用されるばねの更なる圧縮がもたらされ、Ｐtdにおける潜在的変化ももたらされ得る。ＥＡＳＩは、Ｐtdに依存するものとして理解され、これは、たとえば上述したＰtdにおける増加などのＰtdにおける変化が、測定された音響信号に影響を及ぼし得ることを意味する。したがって、ばねの場合、より一般的にはトランスデューサに加圧するための任意のデバイスまたは手段の場合に関して、トランスデューサ−バッテリ境界面における一定の圧力Ｐtdを維持することが望ましい。したがって、以下のセクションは、加圧のためのデバイスまたは手段によって印加される圧力を調整するためのデバイスまたは手段を説明する。
図３Ａ〜Ｄは、たとえばＥＡＳＩのために、トランスデューサ−バッテリ境界面における調整可能な圧力Ｐtdのために構成されたいくつかのホルダシステム例を示す。図３Ａは、調整可能な圧力Ｐtdのために構成された追加の装置を有さない、図２Ａにおいて説明されたホルダシステム２００と同様のホルダシステム例３００を示す。詳しくは、ホルダシステム３００は、バッテリ３０２に機械的に結合されたトランスデューサ３０８ａ〜ｂを保持するように構成されたアーム３０４ａ〜ｂと、結合を容易にするためにトランスデューサ３０８ａ〜ｂに圧力を印加するように構成されたそれぞれのばね３０６ａ〜ｂとを有するバッテリ３０２を備える。
図３Ｂは、図３Ａのホルダシステムに対する改善を備えるホルダシステム３１０を示し、ホルダシステム３１０は、この場合バッテリ３０２にトランスデューサ３０８ａ〜ｂを結合するように構成された板またはスロット３１４として示される１または複数の圧力調整デバイスを備え、圧力は、ねじ／ボルト３１２（たとえば親ねじ）を用いて調整され得る。この実装において、バッテリ３０２とトランスデューサ３０８ａ〜ｂとの間の境界面における圧力を調整するための圧力調整デバイスまたは手段は、その境界面に配置される。圧力センサ（不図示）は、組立て時のＰtdを測定し、その後トランスデューサ−バッテリ境界面における一定の圧力を印加または維持するために、バッテリ３０２とトランスデューサ３０８ａ〜ｂの各々との間の境界面に配置され得る。
圧力を調整するための手段として構成される上述した板３１４およびねじ／ボルト３１２の代わりに、調整可能な圧力を印加し、フィードバックループの一部として圧力センサを用いて、適切な圧力レベルが満たされおよび／または維持されることを確実にするために、電動リニアアクチュエータ、リニアステッパモータ、電動親ねじ、または他のコンピュータ制御アクチュエータを用いることも可能である。手動の親ねじまたはコンピュータ制御アクチュエータのいずれかとともに、そのような圧力センサを用いる設計は、バッテリの充電／放電サイクルの過程においてＰtdを監視および維持するためにも用いられ得る。
図３Ｃは、トランスデューサ−バッテリ境界面に印加される圧力を調整するための他の典型的な手段とともに構成されるホルダシステム３２０を示す。この場合、トランスデューサ３０８ａ〜ｂに加圧するための手段、たとえばばね３０６ａ〜ｂの圧力は、対応するアーム３０４ａ〜ｂ内に、またはアーム３０４ａ〜ｂと一体的に設けられ得る、たとえばねじ／ボルト３２２ａ〜ｂなどの圧力を調整するための手段によってそれぞれ調整され得る。図３Ｂを参照して上述したものと同様に、圧力を調整するための代替手段は、調整可能な圧力を印加するための電動リニアアクチュエータ、リニアステッパモータ、電動親ねじ、または他のコンピュータ制御アクチュエータを含んでよい。圧力センサもまたトランスデューサ−バッテリ境界面に設けられてよく、あるいは、ねじ３２２ａ〜ｂとそれぞれのトランスデューサ３０８ａ〜ｂとの間の境界面に設けられてよく、圧力センサは、トランスデューサ−バッテリ境界面において適切な圧力レベルが満たされおよび／または維持されることを確実にするためにフィードバックループの一部として用いられ得る。
図３Ｄは、加圧のための手段および圧力を調整するための手段が同じ機構として組み合わせられ得る、他の典型的なホルダシステム３３０を示す。この場合、図３Ａ〜Ｃに示されるばね３０６ａ〜ｂは、トランスデューサ３０８ａ〜ｂに圧力を直接印加し調整するように構成されるものとして示される。上述したように、ＥＡＳＩベースの分析のための様々な測定の過程にわたり、バッテリ３０２における一定の圧力を印加および維持することを目的として、ねじ３３２ａ〜ｂの代わりに、またはねじ３３２ａ〜ｂとともに、代替機構が用いられ得る。
図３Ｅは、圧力を調整または印加するための手段（または圧力作動機構）とそれぞれのトランスデューサの背面との間にパックが配置される、他の典型的なホルダシステム３４０を示す。たとえばパック３４４ａ〜ｂは、作動のための手段または圧力を印加／調整するための手段３４２ａ〜ｂと、トランスデューサ３０８ａ〜ｂのそれぞれの背面との間に配置される。カプラント３４６は、トランスデューサ３０８ａ〜ｂの表面または前面とバッテリ３０２との間に、ホルダシステム３４０に関する任意選択的な特徴として示される。
パック３４４ａ〜ｂは、それぞれのトランスデューサ３０８ａ〜ｂの平坦背面との接触を維持するように構成され、それによってトランスデューサ３０８ａ〜ｂの表面全体に印加される圧力を分散させる。パック例３４２ａ／ｂの正面図、側面図、および背面図を含む様々な図が示される。背面図から見ると、パック３４２ａ／ｂは、圧力アクチュエータまたは圧力を印加／調整するためのそれぞれの手段３４２ａ／ｂのピストンまたはばねまたは「アーム」を収容するためのスロットを背面に有する。また、パック３４２ａ／ｂは、それぞれのトランスデューサ３０８ａ／ｂと名目的に同じ径寸法であってよく、トランスデューサホルダ溝内で滑らかに滑動する。拡大図に示すように、パック３４２ａ／ｂは、それぞれのトランスデューサ３０８ａ／ｂに取り付けられたケーブル固定具３４８の外周に嵌合するように構成された（たとえば、パック３４２ａ／ｂの正面図および側面図に見られるようなリングまたは円形クランプを備える）付属物３４７を有してよい。またパック３４２ａ／ｂは、その内部にそれぞれのトランスデューサ３０８ａ／ｂの少なくとも背部を包囲または収容するようにも設計され得る。上述した態様において、パック３４４ａ〜ｂは、それぞれのトランスデューサ３０８ａ〜ｂとバッテリ３４２との位置合わせを改善し、それぞれのトランスデューサ３０８ａ〜ｂによって送信／受信される音響信号の再現性／整合性も改善し得る。
バッテリの初期厚さまたは充電／放電サイクル中のバッテリ厚さにおける任意の変化に対し不変である一定のスタック圧をバッテリにおいて維持するいくつかの態様において、重力に補助され得る典型的なホルダシステムが本明細書に開示される。
図４を参照すると、他の重力補助ホルダシステム４００が示され、バッテリ４０２はプラットフォームに載置され、プラットフォームは、たとえば金属ブロックまたは金属板４１２ａによって形成された上面を有する（たとえば、低費用かつ適応性のある実装において３Ｄプリンタによって作成された）固定ベース４１８を備えてよい。金属板４１２ａの上面に、バッテリ４０２が載置され得るスロットが示される。
バッテリの種類またはバッテリのジオメトリに依存して、別の金属ブロックまたは金属板４１２ｂは、金属板４１２ａの表面と異なる、より具体的には対向する表面においてバッテリと接触するように構成され得る。図示した側面図における、バッテリ４０２の底面に固定ベース４１８および金属板４１２ａを備えるプラットフォームを有するこの場合において、金属板４１２ｂは、バッテリ４０２の上面と接触するように構成され得る。また、金属板４１２ｂは、金属板４１２ｂにおける予め作られた穴を貫通する潤滑金属ポスト４１４（あるいは、たとえばレール、ロッド、トラックなど、金属ブロック４１２ｂに自由な動きをもたらすための他の手段）によって可動式であってよい。金属ポスト４１４の任意の残りの長さを収容するために、金属板４１２ａおよび固定ベース４１８にも対応する穴が設けられ得る。あるいは、底部および上部金属板４１４ａ〜ｂは、パウチおよび角柱セルのための長方形スロットおよび円筒形セルのための半円形セグメントを含む、バッテリ４０２の任意のジオメトリに適合するように機械切削された溝を有してよい。この構成によって、金属板４１２ｂは、重力によって補助され、バッテリ４０１に一定の圧力をもたらすように構成され得る。
加圧のための追加の手段は不要であるが、図示された実装において、アーム４０４ａ〜ｂは、それぞれ金属板４１４ａ〜ｂに取り付けられ、または機械的に結合されるものとして示され、アーム４０４ａ〜ｂはそれぞれ、トランスデューサ４０８ａ〜ｂ、およびたとえばばね４０６ａ〜ｂなどの加圧のための追加の手段を備える。組み合わせにおいて、ホルダシステム４００は、バッテリ４０２のＥＡＳＩのためにバッテリ４０２へ／からの音響信号を送信／受信するためのトランスデューサ４０８ａ〜ｂを電気的および／または機械的に結合するように構成され得る。
金属板４１２ａ〜ｂまたは金属ブロックが上述されたが、固定ベースまたはプラットフォーム上に位置するバッテリの頂部に一定の質量を印加するための任意の手段が代わりに用いられてよい。ホルダシステム４００の図示した例において、トランスデューサ４０８ｂが固定された金属ブロック４１２ｂは、金属ポスト４１４に沿って自由に動くように構成され得る。この構成によると、たとえば、バッテリ４０２が充電／放電サイクルを経ると、対応して、アーム４０４ｂを備える一定の質量が金属ポスト４１４に沿って移動してよく、この方法でトランスデューサ−バッテリ境界面に一定の加圧力が維持され得る。
また、圧力センサは、トランスデューサ４０８ａ〜ｂとそれぞれの金属板４１２ａ〜ｂとの間に配置されてよく、たとえばねじ４１０ａ〜ｂなどの圧力を調整するための手段もまた図示される態様である。圧力を調整するための代替手段として、コンピュータ制御アクチュエータ、空気圧または電磁ソレノイド、リニアまたは他の種類の機械式アクチュエータなどが、金属板４１２ａ〜ｂに一定のＰtdを印加するために用いられ得る。バッテリ４０２の厚さにおける変化を測定するために歪みゲージまたは他の手段を用いることによって、たとえば充電／放電サイクル中の正確なバッテリ厚さの追加の測定が得られ得る。この厚さ測定は、たとえばポスト４１４に沿って配置されコンピュータに接続された変位センサによってなど、様々な方法で自動化され得る。
本明細書で説明される典型的なホルダシステムは、モジュール式設計であってよい。たとえば、トランスデューサユニットを収容するために用いられる（上で「アーム」と称される）ホルダの態様、およびバッテリを収容するホルダ（または「バッテリホルダ」）の態様は、互いに独立してよく、または必要に応じて結合され得る。バッテリを収容するためのホルダの態様は、（たとえば３Ｄ印刷された）可撓性ユニット、トランスデューサにバッテリの本体または表面を露出させるための同一かついくつかの例において同軸スロットを有する金属またはプラスティックジャケットを備えてよい。いくつかの態様において、スロットは同軸である必要はなく、軸外れトランスデューサ測定が実行され得るトランスデューサの構成に対応し得る。
アームは、トランスデューサがバッテリホルダにおけるスロットを通ってバッテリの表面に正確に載置されるように、バッテリホルダに収まる固定具を有してよい。
また、バッテリホルダは、歪みゲージまたは他の湿度センサ、化学種など、ならびにたとえば熱電対、または圧力センサなどの部品、またはセンサの任意の組み合わせのための（たとえば３Ｄ印刷された）ホルダを収容するように設計されてもよい。
バッテリホルダおよびセンサホルダは、様々なセンサホルダがバッテリホルダに正確に固定されることを可能にするユニバーサル固定具も有してよい。ユニバーサル固定具は、バッテリの本体における測定がバッテリホルダ内のスロットを通して行われることを可能にする。センサホルダは、開示される態様に従ってバッテリをバッテリホルダ内に配置する前に、予め装填され、バッテリホルダに取り付けられ得る。
上述したホルダシステムのためのモジュール式設計は、長期の充電／放電サイクリングデータを収集するため、ならびにたとえばＥＡＳＩなどの音響信号ベースの分析を通してバッテリの温度、圧力、および内部構造を測定するために構成され得る。典型的なモジュール式ホルダシステムは、ＥＡＳＩを用いた開回路電圧、温度、内部圧、および内部構造の迅速な短期的測定のためにも有利に構成され得る。１つの「スナップショット」における複数の物理パラメータの測定は、たとえば全てのパラメータが許容レベル内であり、使用可能であるかを確かめるために、バッテリ試験が実行されることを可能にする。
上述した典型的なホルダ設計は、個々のバッテリ、および適用可能な場合、センサの、ホルダシステムへの手動のセットアップ／装填のために構成され得る。しかし、手動の装填は、ユーザに関連する非効率性および誤りを招き得る。ＥＡＳＩがバッテリ生産ラインにおいて実行される場合、たとえば、装填およびセットアッププロセスを自動化することによって、高スループット動作が実現され得る。そのような自動化展開において、たとえば、センサホルダは、前もってバッテリホルダ内により有利に設計され、バッテリホルダは、高スループット測定のために試験中の各バッテリに効率的かつ迅速に載置され得る自動化アクチュエータアームまたはユニットとして設計され得る。バッテリホルダは、自身の経路内のバッテリの存在を検出し、バッテリホルダを自動的に閉鎖または定位置に固定し、測定を完了するための移動および圧力センサを有する機械式アームに取り付けられ得る。そのような自動化されたバッテリとバッテリホルダとの位置合わせの実装は、たとえば、自動化機械式アームに関連設定がプログラムされ得る場合、（ＥＡＳＩのための）トランスデューサおよび歪みゲージまたはバッテリ厚さを測定するための他の技術によって印加される圧力が正確であることを確実にするために用いられ得る。
図５は、典型的な自動化ホルダシステムの代表的な態様を示す。さらに具体的には、たとえば図４のホルダ４００などのホルダの側面図および上面図が示される。側面図は、たとえばねじ４１０ａ〜ｂなどの低圧アクチュエータまたは圧力を調整するための手段、センサのためのスロットを備えるたとえば（可動ホルダまたは上部金属板４１２ｂおよび固定ホルダまたは底部金属板４１２ａを有する）金属板４１２ａ〜ｂなどのトランスデューサホルダ、および（いくつかの態様においてトランスデューサのアレイを含み得る）トランスデューサ４０８ａ〜ｂを示す。上面図は、上部金属板４１２ｂ、アーム４０４ｂ、およびねじ４１０ｂを示す。実装例において、図示されるホルダシステム４００の上部（たとえばアーム４０４ｂおよび金属板４１２ｂ）は、たとえばホルダシステム４００を通過すると各バッテリに関連トランスデューサを機械的に結合するためにこれらの上部を上げ下げするように構成された自動化システムを用いて、可動式であってよい。様々なバッテリ５０２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが示され、バッテリ５０２ｃは、ホルダシステム４００の上部の下に正確に位置合わせされる。バッテリ５０２ａ〜ｅは、たとえば生産ラインと類似したコンベアベルト５０４に載置されてよく、コンベアベルト５０４によってバッテリ５０２ａ〜ｅがセンサユニットを通過すると同時に、物理測定が迅速に行われ得る。
たとえば図５に示すもののような典型的な自動化測定システムは、高速制御／品質保証のためのシステムに組み込まれてよく、測定センサの出力は、試験されるバッテリの品質を格付け／評価し、それに従ってバッテリを分類または破棄するために用いられるアルゴリズムに供給され得る。
バッテリ試験のための従来の設計において、たとえば長方形、円筒形など異なるジオメトリに関して別々のプラットフォーム設計が必要とされ得る。しかし、典型的なホルダシステムは、試験中のバッテリの任意のジオメトリまたは形状に適合し、またはこれを収容し得るという意味で、ユニバーサルホルダシステムとして構成され得る。いくつかの態様において、典型的なユニバーサルホルダシステムは、試験中のバッテリを固定および配置するためのバッテリホルダに機械作動を組み込み得る。たとえば、１または複数の光または触覚または他の種類の近接センサは、バッテリホルダ内へバッテリを載置する間にバッテリホルダ内のバッテリの形状および位置を測定するために用いられ得る。また、その後コンピュータ制御メカニズムは、測定のためにバッテリを性格に配置、位置合わせ、および固定するための機械部品を作動するために用いられ得る。本明細書で説明されるものと同様の種類のユニバーサル固定具を有するセンサホルダは、モジュール式センサ設計を可能にするためにも用いられ得る。
いくつかの態様において、たとえば高分子ゲル、シリコン油、グリセリン、プロピレングリコール、またはこれらの組み合わせなどの流体カプラントは、たとえば上述した態様においてバッテリを試験するために用いられ得る物体と音響トランスデューサとの間の適切な機械的結合を確実にするために用いられ得る。流体カプラントは、機械的接触をもたらし、または改良し得る。しかしいくつかの例において、流体カプラントは、トランスデューサ（またはトランスデューサを保持するアーム）と試験中のバッテリとの間の境界面を流れ、またはそこから流れ落ち、複数の測定にわたり持続しないことがある。流体カプラントは特に、バッテリ生産ラインのような高スループット環境において長持ちせず、または不適切であり得る。
したがって本開示のいくつかの態様において、非流体カプラントが代わりに用いられてよく、非流体カプラントは、トランスデューサ（またはトランスデューサを保持するアーム）に装着され得る。このように装着された非流体カプラントは、バッテリを損傷させることなく、または残留物を一切残すことなく複数の測定にわたりトランスデューサと試験中のバッテリとの間の機械的接触を確実に改良し得る。
ここで図６を参照すると、図２Ｃに関して上述されたホルダシステム２４０のいくつかの特徴を備えるホルダシステム６００が示され、同様の番号を付けられた部品の包括的な繰り返しは避けられる。簡潔に言うと、図６は、たとえば音響信号を送信するように構成されたアーム２４４ａのトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａと、たとえば送信された音響信号を受信するように構成されたアーム２４４ｂのトランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂとを有する回路の模式図を示す（ただし、トランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂの各１つは、いずれか１つまたは複数のトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａから送信された音響信号を受信するように構成され得ることに留意する）。トランスデューサ２５１ａ〜ｂ、２５２ａ〜ｂ、および２５３ａ〜ｂからのワイヤまたは相互接続は、マルチプレクサ２６０に電気的に結合され得る。超音波パルサ／受信器６０４は、送信のために適当なトランスデューサ２５１ａ、２５２ａ、および２５３ａを適切にルート指定するためにマルチプレクサ２６０へ信号を送信するように構成されてよく、対応して、マルチプレクサ２６０は、更なる分析のためにトランスデューサ２５１ｂ、２５２ｂ、および２５３ｂからの受信信号を超音波パルサ／受信器６０４へ再びルート指定してよい（ここで、いくつかの実装において、超音波パルサ／受信器６０４のパルサおよび受信部は単一のユニットに含まれてよく、他の実装において、パルサおよび受信部は個別に収容および／または個別に制御され得ることが理解される）。超音波パルサ／受信器６０４に結合されたコンピュータ６０２は、たとえばバッテリ２４２のＥＡＳＩに関する計算を実行することによって、分析を支援してよい。
また図６には、トランスデューサ２５１ａ〜ｂ、２５２ａ〜ｂ、２５３ａ〜ｂとバッテリ２４２との間のカプラントも示される。それぞれのトランスデューサとバッテリ２４２の本体との間のカプラントは、参照番号６０６で識別される。カプラント６０６は、流体または非流体カプラントであってよい。１つの態様において、カプラント６０６は、上述したように非流体または乾燥カプラントとして構成され、それぞれのトランスデューサとバッテリ２４２の本体との間の良好な機械的接触を多数の試験にわたり維持するために、示されるそれぞれの境界面に装着され得る。たとえばカプラント６０６などの乾燥カプラントは、それぞれのトランスデューサ（またはトランスデューサを収容するアーム）または他のセンサに、ブーツまたはカバーの形状で装着され得る。たとえばシリコンゴム、エラストマ、ワックス、シアノアクリレート、エポキシなどを含むいくつかの種類の乾燥カプラントがカプラント６０６を形成するために用いられ得る。これらの乾燥カプラントは、（たとえばブーツまたはカバーの形状で）トランスデューサに装着され、バッテリホルダ、たとえばアーム２４４ａ〜ｂに固定され得る。バッテリホルダは、いくつかの例において、機械超音波カプラントトランスデューサブーツを有して設計されてもよい。
典型的な態様において、ホルダシステム例に提供されるトランスデューサは、超音波点源ではなく有限の直径を有してよく、たとえばトランスデューサによって送信される音波は（たとえば圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）トランスデューサなどとして実装される）トランスデューサの表面全体から発出し得ることが認識される。平円形の面を有するトランスデューサは、トランスデューサの正面に円筒形の質量に似た音場を放出することが観察される。音波はトランスデューサの面に沿った複数の点から発生するので、放出される超音波信号の強度は、光線に沿って、回折としても知られている強め合う波干渉および弱め合う波干渉による影響を受ける。これらの種類の干渉は、発生源すなわちトランスデューサの付近で超音波信号の強度における広範囲の変動をもたらすことがあり、これはトランスデューサの「近接場」とも称される。近接場における音響変動により、材料（たとえばバッテリ）中の欠陥の正確な評価は、それらが近接場内に位置する場合、困難である。
超音波がより均一である、近接場より先のエリアは、トランスデューサの「遠場」と称される。遠場において、超音波は、トランスデューサの面の中心から発生するパターンに広がることが観察される。近接場と遠場との間の遷移は距離Ｎにおいて生じ、場合によっては、平坦（または非集束）トランスデューサの「自然集束」と称される。近接場を特徴付ける振幅の変動は、遷移点において滑らかに減少する振幅に変化するため、近接／遠場距離Ｎは重要である。トランスデューサに対して近接場のすぐ先のエリアは、超音波の調子が良く最大強度であるエリアであることが観察される。したがって、試料またはバッテリ試験が、トランスデューサの面から距離Ｎをわずかに越える距離にある場合、最適な検出結果が得られ得る。典型的な態様において、トランスデューサの「近接場」のすぐ先に試料またはバッテリを配置するために導波管が設けられ得る。
図７を参照すると、バッテリ７０２と、それぞれＥＡＳＩ測定のためのトランスデューサ７０８ａ〜ｂ、（図３Ｅに関して説明したような）パック７１４ａ〜ｂ、および圧力を印加／調整するための手段７１２ａ〜ｂを備えるアーム７０４ａ〜ｂとを有するホルダシステム７００の上面図が示される。例において、トランスデューサ７０８ｂは、超音波を放出するための送信トランスデューサとして構成され、トランスデューサ７０８ａは、受信器トランスデューサとして構成され得る。また、トランスデューサ７０８ｂとバッテリ７０２との間に配置された、トランスデューサ７０８ｂの近接場の先にバッテリ７０２を配置するように構成された導波管７２０も示される。導波管７２０によってトランスデューサ７０８ｂに対してバッテリ７０２が配置される距離Ｎは、Ｎ＝Ｄ２ｆ／４ｃとして計算されてよく、式中、Ｄはトランスデューサ７０８ｂの直径であり、ｆはトランスデューサ７０８ｂによって送信される音波または超音波の周波数であり、ｃは導波管７２０の媒体または材料内での音の速度である。
導波管７２０は、長さＮかつ直径Ｄの円筒またはブロックとして実装され、既知の材料であってよく（ｃは既知の材料内での音の速度であり）、周波数ｆの送信トランスデューサ７０８ｂの正面に配置され、バッテリ７０２をトランスデューサ７０８ｂの「近接場」のすぐ先に配置する。導波管が非常に低減衰の材料で作られる実装は、典型的な態様において有利であると思われる。また、（図２Ｄ、図６に関して説明したような）カプラントは、ホルダシステム７００の様々な部品間の機械的接触を改良するために用いられ得る。たとえば図示するように、カプラント７１６ａは、導波管７２０とバッテリ７０２との間に配置され、７１６ｂは、トランスデューサ７０８ｂと導波管７２０との間に配置され得る。
導波管７２０は、バッテリ７０２に入りバッテリ７０２の他方の側面で受信器トランスデューサ７０８ａにおいて受信される音響信号の品質を向上させるために、図７に従ってホルダシステム７００の一部として含まれ得る。導波管７２０を用いる場合、音波の「近接場」変動は回避または最小限にされてよく、それに伴って音響測定の信頼性が向上し得る。
本明細書において、態様は、プロセス、機能、および／またはアルゴリズムを実行するための様々な方法を含むことが理解される。たとえば図８は、バッテリ（たとえば図２Ａのバッテリ２０２）を試験する典型的な方法を示す。
ブロック８０２は、バッテリに１または複数のトランスデューサ（たとえばトランスデューサ２０８ａ〜ｂ）を結合することを備え、１または複数のトランスデューサは、バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成される。
ブロック８４は、バッテリに少なくとも１つのアームを結合することを備え、少なくとも１つのトランスデューサは、少なくとも１つのアーム（たとえばアーム２０４ａ〜ｂ）に収容される。
ブロック８０６は、少なくとも１つのトランスデューサとバッテリとの間の圧力を制御するために、少なくとも１つのトランスデューサに（たとえば、ばね２０６ａ〜ｂなどの加圧デバイスを用いて）圧力を印加することを備える。
当業者が理解するように、情報および信号は、様々な異なる方法および技術のいずれかを用いて表され得る。たとえば、上記説明を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁粒子、光場または光粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表され得る。
また、当業者が理解するように、本明細書に開示される態様に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組み合わせとして実装され得る。このハードウェアとソフトウェアとの相互置換性を明確に説明するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、それらの機能に関して一般的に上述された。そのような機能がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途およびシステム全体に課された設計制約に依存する。当業者は、各特定の用途のために様々な方法で説明された機能を実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の範囲から逸脱させるものとして解釈されてはならない。
本明細書に開示される態様に関連して説明された方法、シーケンス、および／またはアルゴリズムは、ハードウェアにおいて直接、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはそれら２つの組み合わせにおいて具体化され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術において知られている他の任意の形式の記憶媒体に常駐し得る。典型的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体へ情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。
したがって、本発明の態様は、音響信号を送信／受信するためにバッテリに結合されたトランスデューサを用いてバッテリを分析するための方法を具体化するコンピュータ可読媒体を含んでよい。したがって、本発明は、説明された例に限定されるものではなく、本明細書で説明される機能を実行するための任意の手段が本発明の態様に含まれる。
上記開示は、本発明の例示的な態様を示すが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更および修正がなされ得ることに留意すべきである。本明細書で説明された本発明の態様に係る方法クレームにおける機能、ステップ、および／または動作は、任意の特定の順序で実行される必要はない。また、本発明の要素は単数形で説明され特許請求の範囲に記載されるが、単数形が明示される限定がない限り、複数形が考慮される。

Claims (30)

  1. バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された１または複数のトランスデューサを前記バッテリに結合するように構成されたホルダシステムを具備し、
    前記ホルダシステムは、
    前記バッテリに結合される少なくとも１つのトランスデューサを収容するように構成された少なくとも１つのアームと、
    前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の圧力を制御するために、前記少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加するように構成された加圧デバイスと、
    を具備する、
    装置。
  2. 前記少なくとも１つのトランスデューサは、音響信号の送信器または受信器のいずれかである、請求項１の装置。
  3. 音響信号を送信するように構成された第１のトランスデューサによって音響パルスを送信し、音響信号を受信するように構成された第２のトランスデューサによって、送信されたパルスを受信するように構成された、超音波パルサおよび受信器をさらに備える、請求項２の装置。
  4. 前記第１のトランスデューサは第１のアーム内に収容され、前記第２のトランスデューサは第２のアーム内に収容され、前記第１のアームおよび前記第２のアームは、独立して移動可能であり、前記第１のアームおよび前記第２のアームは、互いに同軸または軸外れのいずれかであるように配置される、請求項３の装置。
  5. 前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランスデューサは、第１のアーム内に収容される、請求項３の装置。
  6. 前記加圧デバイスは、ばね、空気圧式圧力機構、親ねじ、リニアアクチュエータ、または電磁ソレノイドの１または複数を備える、請求項１の装置。
  7. 前記加圧デバイスによって印加される前記圧力を調整するように構成された圧力調整デバイスをさらに備える、請求項１の装置。
  8. 前記圧力調整デバイスは、
    前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の境界面に配置されたねじおよびボルトアセンブリ、または
    前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の前記境界面に対向する、前記少なくとも１つのトランスデューサの外面に配置されたねじ、
    の１または複数を備える、請求項７の装置。
  9. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の圧力を決定するように構成された少なくとも１つの圧力センサをさらに備え、前記圧力調整デバイスは、１または複数の電動リニアアクチュエータ、リニアステッパモータ、電動親ねじ、前記少なくとも１つの圧力センサからのフィードバックに基づいて調整可能な圧力を印加するように構成されたコンピュータ制御アクチュエータ、コンピュータ制御空気圧弁、コンピュータ制御ピストン、またはコンピュータ制御ソレノイドを備える、請求項７の装置。
  10. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の境界面における歪みを決定するように構成された歪みゲージをさらに備える、請求項１の装置。
  11. 前記加圧デバイスは、固定プラットフォームおよび可動プラットフォームを備える重力補助デバイスを備え、前記可動プラットフォームは、前記可動プラットフォームに結合された前記少なくとも１つのアームによって、重力に基づいて圧力を印加するように構成される、請求項１の装置。
  12. 前記バッテリは、パウチセルまたは円筒形セルを含む１または複数のジオメトリのセルを備える、請求項１の装置。
  13. 前記ホルダシステムは、前記バッテリを収容するためのスロット、前記バッテリを収容するためのスロット、または、１または複数のセンサを収容するための１または複数のスロット、の１または複数をさらに備える、請求項１の装置。
  14. 前記少なくとも１つのトランスデューサの正確な位置合わせのために、前記バッテリに対する前記アームの自動、ロボットによる、またはコンピュータ制御の配置のためのデバイスをさらに備える、請求項１の装置。
  15. 前記デバイスは、２つ以上のバッテリを試験するプロセス中に前記２つ以上のバッテリを前記少なくとも１つのアームに段階的に接触させるように構成されたコンベアベルトを備える、請求項１４の装置。
  16. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の機械的接触を改良するために前記少なくとも１つのトランスデューサに装着された非流体カプラントをさらに備える、請求項１の装置。
  17. 前記少なくとも１つのトランスデューサの背面との接触を維持し、前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の境界面において圧力を分散させるように構成されたパックをさらに備える、請求項１の装置。
  18. 前記パックは、前記加圧デバイスのピストンを受け入れるためのスロットを備える、請求項１７の装置。
  19. 前記パックは、前記少なくとも１つのトランスデューサの少なくとも背部を収容するように構成され、または、前記パックは、前記少なくとも１つのトランスデューサに取り付けられたケーブル固定具の外周に嵌合するように構成された付属物を備える、請求項１７の装置。
  20. 前記バッテリと前記少なくとも１つのトランスデューサとの間に設けられた導波管をさらに備え、前記導波管は、前記少なくとも１つのトランスデューサの近接場の先に前記バッテリを配置するように構成される、請求項１の装置。
  21. 前記導波管は、長さＮおよび直径Ｄの円筒形であり、前記導波管を通る音の速度はｃであり、前記少なくとも１つのトランスデューサは、周波数ｆで音響信号を送信するように構成され、Ｎ＝Ｄ2ｆ／４ｃである、請求項２０の装置。
  22. バッテリを試験する方法であって、
    前記バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された１または複数のトランスデューサを前記バッテリに結合することと、
    少なくとも１つのアームを前記バッテリに結合することであって、少なくとも１つのトランスデューサが前記少なくとも１つのアームに収容されることと、
    前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の圧力を制御するために、前記少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加することと、
    を備える方法。
  23. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の前記圧力を決定することと、前記決定された圧力に基づいて前記少なくとも１つのトランスデューサに印加される前記圧力を調整することと、をさらに備える、請求項２２の方法。
  24. 自動メカニズム、ロボットメカニズム、またはコンピュータ制御メカニズムに基づいて、前記バッテリに対し前記アームを正確に位置合わせすることをさらに備える、請求項２２の方法。
  25. ２つ以上のバッテリをコンベアベルトに載置することと、前記２つ以上のバッテリを前記少なくとも１つのアームと段階的に接触させることと、をさらに備える、請求項２４の方法。
  26. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の機械的接触を改良するために、前記少なくとも１つのトランスデューサにカプラントを装着することをさらに備える、請求項２２の方法。
  27. 前記少なくとも１つのトランスデューサの背面と接触するパックを構成することに基づいて、前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の境界面における圧力を分散させることをさらに備える、請求項２２の方法。
  28. 前記少なくとも１つのトランスデューサの近接場の先に前記バッテリを配置するために、前記バッテリと前記少なくとも１つのトランスデューサとの間に導波管を設けることをさらに備える、請求項２２の方法。
  29. バッテリの電気化学音響信号質問（ＥＡＳＩ）のために構成された少なくとも１つのトランスデューサを試験中の前記バッテリに結合されるように収容するための手段と、
    前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の圧力を制御するために前記少なくとも１つのトランスデューサに圧力を印加するための手段と、
    を備えるバッテリホルダシステム。
  30. 前記少なくとも１つのトランスデューサと前記バッテリとの間の前記圧力を決定するための手段と、前記決定された圧力に基づいて前記少なくとも１つのトランスデューサに印加される前記圧力を調整するための手段と、をさらに備える、請求項２９のバッテリホルダシステム。
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