JP2023029826A - アーク検出、故障分離、及びバッテリシステム再構成のための装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリモジュールの外部短絡又は他の外部故障による突然のエネルギー解放を緩和する装置及び方法を提供する。【解決手段】バッテリパック内の複数のバッテリモジュール４をバイパスするための装置において、各バッテリモジュールは、複数の弱くされたヒュージブルリンク５６ａを含む。それらは、関連付けられたセルを仮想セル２６ａ～ｄのバスバー４６ａ、ｂに接続するか又は専用バスバーに接続する。故障が除去され、故障したバッテリモジュールがバイパスされた後で、バッテリパックは、負荷に電力を提供するために、電気ネットワークに再接続される。ＥＬＣＵ７０は、故障の検出及び分離の後で、ヒュージブルリンクが燃え尽きた後でバッテリパックを再接続するアルゴリズムを実行し、故障したバッテリストリング内の動作可能なモジュールの再構成と、バッテリパック内の他の動作可能なバッテリストリングの再構成と、の夫々の起動時間を調整する。【選択図】図１０

Description

本開示は、広くは、モジュール式バッテリシステムを管理するための装置及び方法に関し、特に、推進器モータコントローラに高電圧直流（HVDC）電力を供給している故障したバッテリパックを管理するための装置及び方法に関する。

交流（AC）モータが航空機の推進用に使用されるときに、DC電源によって供給される電気エネルギーは、AC電力に変換される。例えば、DC電源は、複数の相互に並列な直列接続されたバッテリモジュールのストリングを含んでよい。一実施態様では、バッテリがHVDCバスに接続される。今度は、HVDCバスが、DC電力をACモータによって使用されるAC電力に変換するモータコントローラに接続される。本明細書で使用されるときに、直流の文脈における「高電圧」という用語は、より電気的な航空機のDC電圧である５４０V_DCを超える、又は単純化のために６００V_DCを超える任意のDC電圧を意味する。

幾つかの航空機の全て電気的な又はハイブリッド電気的な推進スキームでは、大きな電気モータに電力を提供するために、高容量高電圧（例えば、６００／１０００／２０００V_DC）バッテリパックが使用される。電気的な推進スキーム及び全体システムは、短絡に対する保護を必要とする。（本明細書で使用されるときに、「短絡」という用語は、電気インピーダンスがない又は非常に低い状態で、意図せぬ経路に沿って電流が移動することを可能にする電気回路を意味する）。一般的な種類の短絡は、バッテリの正端子及び負端子が、低抵抗導体によって接続されたときに生じる。

航空機バッテリパックは、一定レベルの動作において（１以上の）負荷に十分な電力を流すことを確実にするために、並列に配置された複数のストリングを有するアーキテクチャを有してよい。各バッテリストリングは、直列接続されたバッテリモジュールを備える。ストリング内の各バッテリモジュールは、個々のセルの並列／直列配置である。例えば、バッテリモジュールは、複数行のセルを含んでよい（セルの各行は、本明細書で「仮想セル」と称される）。各行は、（本明細書で以後「セルバスバー」と称される）一対の陽極電流コレクタと陰極電流コレクタとの間で並列に接続された複数のセルを含む。仮想セルは、直列に接続されてバッテリモジュールを形成する。バッテリモジュール内の並列なセルは、セルの故障に対して各個々のセルを保護するそれぞれのヒュージブルリンクを用いて接続されてよい。

各バッテリモジュールは、安全なスタンドアロン動作を確実にするための基本的な保護手段を含む。個々のセルの短絡故障の場合に、故障したセルと直列なヒュージブルリンクは、全ての並列なセルを見て、過電流によりオープンすることとなる。故障したセルは分離されることとなり、バッテリモジュールは、低減された容量で動作可能であり続ける。単一のヒュージブルリンクの両端間の低電圧のためにアーク放電は存在しない。しかし、バッテリモジュールの外部短絡の場合には、１つの仮想セルのうちの組み合わされた（例えば、全ての）ヒュージブルリンクが、過電流のためにオープンし、バッテリモジュールを分離することとなる。したがって、バッテリモジュールは、開回路になり、動作不可能になる。解決策がない場合、不健全なバッテリモジュールを含むバッテリストリングもまた、動作不可能になる。

１以上のバッテリモジュールの両端間の外部短絡に応じて、ヒュージブルリンクが飛んでオープンしたときに、仮想セルが開いた後で、バッテリパックのバッテリモジュールを管理することが必要になる。非常に高い短絡電流の前に、バッテリモジュールの両端間の抵抗が著しく減少したことにより、バッテリモジュールの正のリード線と負のリード線との間で短絡が生じた場合、ヒュージブルリンクはヒューズとして作用する。幾つかの場合では、飛んだヒュージブルリンクの両端間で、電気アークが生じる可能性がある。アークは、雰囲気の絶縁耐力が超えられたときに確立される、反対の極性の２つの電極の間のプラズマ柱である。必要とされる電圧を生成するために、並列なセルのブロック（仮想セル）が直列に接続され、飛んだヒュージブルリンクの両端間でアークが燃えているときに、バッテリパックの電圧は、アークを維持するのに十分であり、損傷をもたらすだろう。問題は、ヒュージブルリンク（又は電流遮断デバイス若しくは正の熱係数デバイスと呼ばれる機能的に同様なデバイス）が、短絡したセルの中への過剰な電流を緩和するための主たるソースとして作用するが、高電圧バッテリモジュールの両端間で外部短絡が生じる場合に、マイナスの役割も果たすことである。

以下で幾らか詳細に開示される主題は、バッテリパック内の１以上のバッテリモジュールの両端間で外部短絡又は他の外部故障が生じた場合に、突然のエネルギー解放を緩和するための装置及び方法を対象とする。様々な実施形態によれば、各バッテリモジュールは、バッテリモジュール内（例えば、各仮想セル内）に存在する他のヒュージブルリンクよりもわずかに「弱い」複数の専用ヒュージブルリンク（本明細書で以後「弱くされたヒュージブルリンク」）を含む。弱くされたヒュージブルリンクは、関連付けられたセルを仮想セルバスバーに接続してよく、又はバッテリセルに接続されていない専用バスバーを接続してよい。システム設計中に弱くされたヒュージブルリンクをサイズ決定するための方法論が、本明細書で開示される。本明細書で開示されるアーク検出方法は、飛んだヒュージブルリンクによって形成された間隙にわたる故障を検出するために、電流を絶えずモニタしたり又は２つ以上の測定値を比較したりすることを必要としない。

故障が除去され、故障したバッテリモジュールがバイパスされた後で、バッテリパックは、（1以上の）負荷に電力を提供するために、電気ネットワークに再接続される準備ができる。本明細書で提案されるバッテリ管理技法は、故障の検出及び分離の後で、ヒュージブルリンクが燃え尽きた後でバッテリパックをHVDC電力分配システムに再接続するためのアルゴリズムが実行されることを含む。加えて、故障したバッテリストリング内の動作可能な（健全な）モジュールを再接続するための起動時間と、バッテリパック内の他の動作可能なバッテリストリングを再接続するための起動時間とを、正確に調整するのに適した方法が開示される。

本明細書で使用されるときに、「弱くされたヒュージブルリンク」という用語は、その長さにわたるアークをより速く発達させるように構成され（例えば、サイズ決定され、成形され）、同じバッテリモジュール内の他の「弱くされていない」ヒュージブルリンクよりも低い定格電流（より早いオープン時間）を有する小さいヒューズを意味する。これは、弱くされていないヒュージブルリンクがオープンする前に、弱くされたヒュージブルリンクがオープンする（例えば、飛ぶ）ことを確実にする。本明細書で使用されるときに、「バッテリモジュール」という用語は、直列、並列、又はそれらの混合で配線された複数のバッテリセルを含むバッテリを意味する。本明細書で使用されるときに、「バッテリストリング」という用語は、直列に配線された複数のバッテリモジュールを意味する。

上述の方法を実装するための装置の様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１以上を組み込む。すなわち、（ａ）わずかにより弱い専用ヒュージブルリンク、（ｂ）ヒュージブルリンクによって支持されたアークが任意のシステム電圧に対してそれ自体で消えることを確実にするように設計された弱くされたヒュージブルリンク、（ｃ）弱くされたヒュージブルリンクの両端間のアーク放電を検出し、次いで、その事象を電子負荷制御ユニット（ELCU）に報告する専用デバイス、（ｄ）バッテリモジュールに再接続するように命令する（ELCUの内側の）アルゴリズム、（ｅ）１以上の負荷に供給する単一のストリング内のモジュールを再接続するための方法、及び（ｆ）１以上の負荷に供給するための並列に接続された他のストリングを有するバッテリパックのストリング内のモジュールを再接続するための方法である。

１以上のバッテリモジュールの両端間の外部故障によるバッテリパック内の突然のエネルギー解放を緩和するための装置及び方法の様々な実施形態が、以下で幾らか詳細に説明されることとなるが、これらの実施形態のうちの１以上は、以下の態様のうちの１以上によって特徴付けられてよい。

以下で詳細に開示される主題の一態様は、バッテリモジュールである。該バッテリモジュールは、第１のバスバーと第２のバスバーとを備える第１のバス、第１のバスバーと第１のバスバーとのうちの一方に接続された第１の複数のバッテリセル、第１のバスバーと第２のバスバーとのうちの他方に接続され、それぞれ、第１の複数のバッテリセルに接続された複数の弱くされたヒュージブルリンク、第３のバスバーと第４のバスバーとを備える第２のバス、第３のバスバーと第４のバスバーとのうちの一方に接続された第２の複数のバッテリセル、及び、第３のバスバーと第４のバスバーとのうちの他方に接続され、それぞれ、第２の複数のバッテリセルに接続された複数の弱くされていない複数のヒュージブルリンクを備える。弱くされたヒュージブルリンクは、バッテリモジュールの陽極と陰極との間の短絡の場合に、弱くされていないヒュージブルリンクが飛んでオープンする前に、飛んでオープンするように構成されている。

以下で詳細に開示される主題の別の一態様は、バッテリシステムである。該バッテリシステムは、正のバッテリバスバーと負のバッテリバスバー、正のバッテリバスバーと負のバッテリバスバーとの間で直列に接続された第１のハーフストリングと第２のハーフストリングとを含むバッテリストリングであって、第１のハーフストリングは、直列に接続された複数のバッテリモジュールを備え、バッテリモジュールの各々は、陽極、陰極、陽極と陰極との間で直列に接続された複数の仮想セルであって、弱くされたヒュージブルリンクに接続された並列なバッテリセルを含む第１の仮想セルと、弱くされていないヒュージブルリンクに接続された並列なバッテリセルを含む第２の仮想セルとを含む、複数の仮想セル、陽極と陰極とに接続されたバイパススイッチ、及び第１の仮想セル内のアークを検出するように配置され、構成されたアーク検出装置を備える、バッテリストリング、並びに、各アーク検出装置に接続され、各バイパススイッチに接続された電子制御負荷ユニットであって、アーク検出装置が任意のバッテリモジュールの第１の仮想セル内のアークの存在を示すステータス信号を出力した場合に、該バッテリモジュールのバイパススイッチを閉じるように構成された電子負荷制御ユニットを備える。

以下で詳細に開示される主題の更なる一態様は、バッテリシステムである。該バッテリシステムは、一対のバスバー、正のバスバーと負のバスバーとの間で並列に接続された複数のバッテリストリングを備えるバッテリパック、バスバーのうちの一方とそれぞれのバッテリストリングとの間に配置され、バスバーのうちの一方とそれぞれのバッテリストリングとに接続された複数のストリング接触器、それぞれのバッテリストリングに接続された複数の電子制御ユニット、及び、複数の電子制御ユニットに通信可能に結合されたバッテリパック管理システムを備える。各バッテリストリングは、正のバッテリバスバーと負のバッテリバスバーとの間で直列に接続された第１のハーフストリングと第２のハーフストリング、及び、第１のハーフストリングと第２のハーフストリングとの間に配置され、第１のハーフストリングと第２のハーフストリングとに接続された中間点切断回路を備える。第１のハーフストリングは、直列に接続された第１の複数のバッテリモジュールを備え、第２のハーフストリングは、直列に接続された第２の複数のバッテリモジュールを備える。バッテリモジュールの各々は、陽極、陰極、陽極と陰極との間で直列に接続された複数の仮想セルであって、弱くされたヒュージブルリンクに接続された並列なバッテリセルを含む第１の仮想セルと、弱くされていないヒュージブルリンクに接続された並列なバッテリセルを含む第２の仮想セルとを含む、複数の仮想セル、陽極と陰極とに接続されたバイパススイッチ、及び、第１の仮想セル内のアークを検出するように配置され、構成されたアーク検出装置を備える。各電子負荷制御ユニットは、各アーク検出装置に接続され、それぞれのバッテリストリングの各バイパススイッチに接続され、アーク検出装置が任意のバッテリモジュールの第１の仮想セル内のアークの存在を示すステータス信号を出力した場合に、該バッテリモジュールのバイパススイッチを閉じるように構成されている。

以下で詳細に開示されるまた別の１つの主題は、ストリング接触器が閉じられたときにバスバーに電気接続されるバッテリストリングを構成するための方法である。バッテリストリングは、中間点切断回路が閉じられたときに直列に電気接続される一対のハーフストリングを備え、ハーフストリングのうちの一方は、閉じられたストリング接触器を介してバスバーに電気接続され、ハーフストリングの各々は、直列に接続されたそれぞれの複数のバッテリモジュールを備える。該方法は、複数のバッテリモジュールのうちの１つに含まれる故障したバッテリモジュール内のアークの発生を検出すること、及び、アークを検出したことに応じて、故障したバッテリモジュールの陽極と陰極とを接続するバイパススイッチを閉じることを含む。幾つかの実施形態によれば、該方法は、バイパススイッチを閉じる前に、ストリング接触器と中間点切断回路とを開くことを更に含む。

更なる一態様は、バッテリモジュールである。該バッテリモジュールは、第１のバスバーと第２のバスバーとを備える第１のバス、第１とバスバーと第２のバスバーとに接続された第１の複数のヒュージブルリンク、第３のバスバーと第４のバスバーとを備える第２のバス、第３のバスバーと第４のバスバーとのうちの一方に接続された複数のバッテリセル、及び、第３のバスバーと第４のバスバーとのうちの他方に接続され、それぞれ、複数のバッテリセルに接続された第２の複数のヒュージブルリンクを備える。第１の複数のヒュージブルリンクは、バッテリモジュールの陽極と陰極との間の短絡の場合に、第２の複数のヒュージブルリンクが飛んでオープンする前に、飛んでオープンするように構成されている。

１以上のバッテリモジュールの両端間の外部故障による、バッテリパック内の突然のエネルギー解放を緩和するための装置及び方法の他の態様が、以下で開示される。

上記で説明された特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において個別に実現されてもよく、又は、更に別の実施形態において組み合わされてもよい。先述の態様及び他の態様を示すために、図面を参照して、様々な実施形態が以下で説明される。図面は、縮尺通りに描かれていない。

一実施形態による、並列に接続された複数のバッテリストリングを備えるバッテリシステムによって給電される単一の推進器を有する、航空宇宙電子推進システムアーキテクチャを表す図である。 一実施形態による、バッテリ電力分配システム、１つのバッテリストリング（他のバッテリストリングは示されていない）、及び２つのハーフストリングの間に配置された中間点バッテリ切断サブシステムを含む、図１で描かれているシステムの一部分を幾らか詳細に表す図である。バッテリストリングは、１つのバッテリモジュールが複数の仮想セルにわたる短絡を有する状態で示されている。 各バッテリストリングのハーフストリングの間に配置された中間点バッテリ切断サブシステムを有するバッテリシステム内の２つの隣接するバッテリモジュールにわたり、１つのハーフストリングにわたり、及び８つのモジュールのバッテリストリング全体のストリングにわたり、それぞれ、生じ得る３つの種類の故障を示している図である。 一実施形態による、弱くされたヒュージブルリンクを有する単一の仮想セル、及び、弱くされていないヒュージブルリンクを有する残りの仮想セルを備える、単一のバッテリモジュールを表す図である。 図４で描かれている弱くされたヒュージブルリンクを有する単一の仮想セルを表す図である。 図５で描かれている仮想セルの単一の弱くされたヒュージブルリンクの上面図を表している図である。 図５Ａで描かれている弱くされたヒュージブルリンクの断面図を表している図である。 DCアークモデルによる、様々な短絡電流（アンペアの）向けのヒュージブルリンクの長さ（mmの）に対する、ヒュージブルリンクにわたり推定されるアーク電圧（ボルトの）を示すグラフである。 DCアーク抵抗モデルによる、様々な短絡電流（アンペアの）向けの飛んだヒュージブルリンクによって形成される間隙長さ（mmの）に対する、アーク抵抗（オームの）を示すグラフである。 短絡が１つの箇所で生じ、アークが１つの仮想セルのヒュージブルリンクの両端間で生じた場合の、システム（複数の直列接続された仮想セル、ワイヤ、及びケーブルを備える）内の抵抗を表す図である。 提案される一実施態様による、図５で描かれている弱くされたヒュージブルリンクの長さを選択するためのアルゴリズムのステップを特定するフローチャートである。 一実施形態による、バッテリモジュールのストリング、及び、１以上のバッテリモジュールの仮想セル内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間のアークを検出し、次いで、これらのバッテリモジュールをバイパスするための装置を表す図である。 別の一実施形態による、バッテリモジュールのストリング、及び、１以上のバッテリモジュールの専用バス内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間のアークを検出し、次いで、これらのバッテリモジュールをバイパスするための装置を表す図である。 弱くされたヒュージブルリンクの両端間にアークを有する仮想セル、アークを光学的に検出するための装置、及び、アークを被った仮想セルが存在するバッテリモジュールをバイパスするための装置を表す図である。 弱くされたヒュージブルリンクの両端間にアークを有する仮想セル、電圧感知によってアークを検出するための装置、及び、アークを被った仮想セルが存在するバッテリモジュールをバイパスするための装置を表す図である。 中間点バッテリ切断サブシステムによって別の１つのハーフストリングから分離された１つのハーフストリングの１つ、２つ、及び４つのバッテリモジュールにそれぞれ関与する３つの故障シナリオを含む、一対のバッテリバスバーの間で並列に接続された複数の８つのモジュールのバッテリストリング（１つのバッテリストリングだけが示されている）を備えるバッテリシステムによって給電される単一の推進器を有する、航空宇宙電子推進システムアーキテクチャを表す図である。 １つの仮想セル内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間でアークが開始された、単一の短絡したバッテリモジュールのシナリオを表す図である。図はまた、アークを検出し、バッテリモジュールをバイパスするための関連付けられた装置も特定する。 それぞれのアークが、各バッテリモジュールの１つの仮想セル内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間に存在する、２つのバッテリモジュールの短絡したシナリオを表す図である。図はまた、アークを検出し、両方のバッテリモジュールをバイパスするための関連付けられた装置も特定する。 後続のアークが、各バッテリモジュール内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間で生成された、４つのバッテリモジュールにわたり故障が生じたシナリオを表す図である。 １つのハーフストリングの１つ、２つ、及び４つのバッテリモジュールにそれぞれ関与する、第１のバッテリストリング内の３つの故障シナリオを含む、正及び負のバッテリバスバーの間で並列に接続された複数の８つのモジュールのバッテリストリングを備えるバッテリパックによって給電される単一の推進器を有する、航空宇宙電子推進システムアーキテクチャを表す図である。 １つのバッテリストリング内の通常の（影響を受けない）動作（実線）中及び故障の初期化中の時間に対する、複数のバッテリストリングを有するバッテリシステムの電圧及び電流、並びに、１つのバッテリストリングの健全なバッテリモジュールのその後の再接続（破線）を示すグラフである。

以下で図面を参照する。別々の図面中にある同様の要素には、同一の参照番号が付されている。

１以上のバッテリモジュールの両端間の外部故障による、バッテリパック内の突然のエネルギー解放を緩和するための装置及び方法の例示的な実施形態が、以下で幾らか詳細に説明される。しかし、実際の実施態様の全ての特徴が本明細書で説明されているわけではない。当業者であれば、そのような実施形態の開発においては、それぞれの実施態様によって異なるシステム関連の制約の遵守、ビジネスに関連した制約の遵守などの、開発者の特定の目的を達成するためには、多数の実施態様に特化した判断を行う必要があることを理解されたい。更に、このような開発のための労力は複雑であり、時間がかかるものであるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、取り組むべき所定の事柄であることを理解されたい。

本明細書で開示される飛行機電子推進システムは、プロペラの回転を駆動する電気モータ、直流電流（DC）を交流電流（AC）に変換するように構成された１以上のモータコントローラ、及びDC電源（例えば、バッテリシステム）を含む。DC電源は、例えば、高電圧DC（HVDC）電源を生成するために、低電圧DC電源の電圧レベルを増加させる又は高めるための、DC‐DC変換器を含んでよい。本明細書で使用されるときに、DC‐DC変換器は、DC電源の電圧レベルを変更するために使用される電気的な又は電気機械的なデバイスである。HVDC電力は、次いで、高電圧AC電源を生成するために、モータコントローラの１以上のインバータに供給されてよい。

１０００V_dcを潜在的に超える高電力及び電圧を用いて、電子推進システムは、ハーフストリング内の１つのバッテリモジュールにわたる又は２つ以上の直列接続されたバッテリモジュールにわたる故障を検出し、分離する能力を組み込むことによって利益を得、次いで、モータコントローラに低減されたDC電力を提供するために、バッテリパックを再構成し、再接続し得る。本明細書で提案される装置及び方法は、航空宇宙電子推進システムを参照しながら説明されることとなるが、本明細書で開示される概念はまた、航空機以外の輸送体（例えば、自動車、列車、及び船舶）を推進するために使用される電気推進システムにも適用可能であることが、当業者に理解されよう。

図１は、単一のプロペラ３２を有する航空宇宙電子推進システムアーキテクチャを表す図である。図１で部分的に描かれている電子推進システム２は、DC電力をAC電力に変換するモータコントローラ５０、モータコントローラ５０からAC電力を受け取るACモータ３０、及びACモータ３０によって回転するように駆動されるプロペラ３２を含む。プロペラ３２は、ACモータ３０の出力軸に機械的に結合されたプロペラシャフト３４、及び複数のプロペラブレード３６を含む。DC電源は、正及び負のHVDC電力線２１ａ及び２１ｂを含むHVDC電力分配システム２０を介して、モータコントローラ５０に接続されたバッテリパック１８である。

バッテリパック１８は、バッテリ電力分配システム１２（本明細書で以後「BPDU１２」）を介して、HVDC電力分配システム２０に接続されている。BPDU１２は、本質的に、バッテリパック１８によって出力されるDC電力をモニタし、伝達し、及び制御するために必要とされるハードウェアを包含する筐体である。モータコントローラ５０は、HVDC電力分配システム２０を介して、そのDC電力を受け取る。

幾つかの実施形態によれば、バッテリパック１８は、複数の独立したバッテリストリング２４を含む。各バッテリストリング２４は、直列接続されたバッテリモジュール（図１では示されていないが、図２のバッテリモジュール４を参照のこと）のそれぞれの組から構成される一対のハーフストリング２５ａ及び２５ｂを備える。各ストリング内のバッテリモジュールの数は、必要とされる使用可能な電圧／電位を有するバッテリストリング２４を生成するように選択される。図１で描かれている一実施例では、各バッテリストリング２４が、（例えば、４つの）直列接続されたバッテリモジュールの第２のハーフストリング２５ｂに（図１では示されていないそれぞれの中間点バッテリ切断ユニットを介して）間接的に接続された（例えば、４つの）直列接続されたバッテリモジュールの第１のハーフストリング２５ａを含む。

BPDU１２は、正及び負のバッテリバスバー３８ａ及び３８ｂ（本明細書で以後「バッテリバスバー３８ａ及び３８ｂ」）を含む。BPDU１２は、各バッテリストリング２４の一端をバッテリバスバー３８ａに接続する第１の複数のストリング接触器８、及び各バッテリストリング２４の他端をバッテリバスバー３８ｂに接続する第２の複数のストリング接触器８を更に含む。（接触器は、電力回路を切り替えるために使用される電気的に制御されるスイッチである。接触器は、高電流負荷デバイスに直接的に接続されるように設計されている）。HVDC電力分配システム２０は、（閉じた）ストリング接触器８を介して、バッテリパック１８からDC電力を受け取り、そのDC電力をモータコントローラ５０に供給する。

BPDU１２は、バッテリパック管理システム２２（本明細書で以後「BPMS２２」）を更に含む。バッテリパック１８の動作は、BPMS２２によって管理される。複数の並列なバッテリストリングが、パックの内部故障の場合に冗長性を提供してよい。BPMS２２は、バッテリストリング２４の冗長保護、フェールセーフ動作、及び選択的シャットダウンを確実にするように構成されてよい。BPMS２２は、バッテリ過充電保護を提供し、又はバッテリの熱暴走をもたらし得る他の事象若しくは事象の組み合わせを防止するように更に構成されてよい。より具体的には、BPMS２２は、ストリング接触器８の切り替え状態を変更するための能力を有する。

バッテリパック１８によって生成されるDC電力は、HVDC電力分配システム２０を介して、モータコントローラ５０に（可能であれば電力損失なしに）供給される。幾つかの実施態様では、モータコントローラ５０が、ACモータ３０内のステータ巻き線のそれぞれの組にAC電流を提供するための３つのチャネルを有する。モータコントローラ５０の各チャネルは、電力スイッチを有するそれぞれのインバータ５２と、電力スイッチの状態を制御するそれぞれのインバータコントローラ５４とを備える。インバータ５２は、ACモータ３０の巻き線（図１では示されていない）に接続されている。インバータ５２の動作は、インバータコントローラ５４によって制御される。インバータコントローラ５４は、スイッチ信号線を介して、インバータ５２へスイッチ制御信号を送信し、インバータ５２からスイッチ状態信号を受信する。インバータ５２は、DC電力をACモータ３０用の多相AC電力に変換する。

図１で見られるように、電子推進システム２は、エンジン制御ユニット１０（本明細書で以後「ECU１０」）を更に含む。ECU１０は、インバータコントローラ５４と相互作用する。インバータコントローラ５４は、ECU１０から制御信号を受信し、ECU１０にフィートバック信号を送信するように通信可能に結合されている。ECU１０は、全てのインバータコントローラ５４用の指揮及び調整の役割を実行する。ECU１０は、電子推進コントローラ４０（本明細書で以後「EPC４０」）と通信可能に更に結合されている。

EPC４０は、図１で描かれている飛行機電子推進システム２の動作全体を制御する。EPC４０は、推力制御レバーとピッチ制御レバーと（図１では示されていない）からパイロット入力を受け取る。EPC４０は、それぞれのコントローラエリアネットワーク（図１ではCAN１及びCAN２によって示されている）を介して、BPMS２２及びECU１０と通信する。EPC４０は、デジタルトルク制御信号をECU１０に送信する。EPC４０はまた、プロペラ３２のフェザリングを制御するためのガバナ（図１では示されていない）にアナログ制御信号を送信する。ガバナは、プロペラのブレードのピッチを変化させることによって、プロペラのrpmを一定に保つように構成された一定速度プロペラガバナであってよい。液圧ガバナは、プロペラ３２内の液圧機構を通るエンジンオイルの流量を制御するために、液圧バルブを使用することによって、これを実現する。

図２は、一実施形態による、図１で描かれているシステムの一部分の構成を幾らか詳細に表している図である。図２で描かれている構成要素は、BPDU１２、１つのバッテリストリング２４（他のバッテリストリングは示されていない）、バッテリストリング２４のハーフストリング２５ａと２５ｂとの間に配置されている中間点バッテリ切断サブシステム１４、及びBPMS２２を含む。バッテリストリング２４は、１つのバッテリモジュール４ａが、その陽極と陰極との間に外部短絡３を有する状態で示されている。

バッテリパック１８は、複数の独立したバッテリストリングを含むが、それぞれのハーフストリング２５ａ及び２５ｂを含む１つのバッテリストリング２４のみが、図２で示されている。図２で描かれている例示的な一実施形態では、各ハーフストリング２５ａ及び２５ｂが、直列に接続された４つのバッテリモジュール４から構成されている。ハーフストリング２５ａ及び２５ｂは、中間点バッテリ切断サブシステム１４によって、直列に接続されている。各バッテリストリング２４は、それぞれの（閉じた）ストリング接触器８を介して、DC電力を一対のバッテリバスバー３８ａ及び３８ｂに供給する。バスバー３８ａ及び３８ｂからのDC電力は、それぞれのHVDC電力線２１ａ及び２１ｂによって、HVDC負荷に分配される。

図２で見られるように、各バッテリストリング２４は、ストリング毎のガルバニック分離を提供するために、プラス側とマイナス側とに位置付けられた専用の対のストリング接触器８を有する。複数のバッテリストリング２４は、ストリング接触器８が閉じられているときに、バッテリバスバー３８ａ及び３８ｂを介して、BPDU１２内で共に接続されている。更に、それぞれの専用の端点電流センサ１６（例えば、ホール効果電流センサ）が、各ハーフストリング２５ａを正（又は負）のバッテリバスバー３８ａに接続するストリング接触器８の間に配置されている。

BPMS２２は、動作モード（充電、放電など）及びシステム／パック保護モード（システム短絡保護、非平衡ストリング電流など）に応じて、異なる正及び負のストリング接触器８を制御するように構成（例えば、プログラム）されている。各対の正及び負のストリング接触器８は、それぞれの中間点バッテリ切断サブシステム１４及びBPMS２２によって、二重制御の下にある。BPMS２２は、調整目的で全ての中間点バッテリ切断サブシステム１４と通信可能に結合されている。BPMS２２は、電気推進システムのオートパイロットなどのライン交換可能ユニットとの通信を担当している。

各バッテリストリング２４は、第１の複数のモジュールモニタユニット６ａ及び第２の複数のモジュールモニタユニット６ｂを更に含む。それらは、各バッテリモジュール４の内側のセルの状態をモニタする。各バッテリモジュール４は、２つの独立した異種のモニタユニット６ａ及び６ｂによってモニタされる。各モジュールモニタユニットは、各仮想セルの電圧及び各個々のセルの温度を独立して測定するためのセンサを含む。モジュールモニタユニット６ａはまた、平衡用回路も含む。平衡用回路は、関連付けられた中間点バッテリ切断サブシステム１４によって起動され、制御される受動的な（又は能動的な）平衡機能を実行する。モジュールモニタユニット６ａは、仮想セルの電圧及び個々のセルの温度を表すセンサデータを、データバス７ａを介して、関連付けられた中間点バッテリ切断サブシステム１４に通信する。充電モードでは、中間点バッテリ切断サブシステム１４が、仮想セルから仮想セルへの適正な平衡を保証するための命令を、平衡用回路に送る。モジュールモニタユニット６ｂは、仮想セルの電圧及び個々のセルの温度を表すセンサデータを、データバス７ｂを介して、BPMS２２に通信する。更に、モジュールモニタユニット６ｂは、範囲外のセル電圧及びセル温度について集計フラグを提供し得る。

中間点バッテリ切断サブシステム１４は、スマート中間切断ユニット２８（本明細書で以後「SMDU２８」）及び中間点切断接触器６６を含む。（本明細書で使用されるときに、修飾語「スマート」は、バッテリシステムの現在の状態を示す受け取られたセンサデータに基いて、コンピュータ又はプロセッサによって、動作が開始され又はデバイスが制御されることを意味する）。SMDU２８は、中間点切断接触器６６の状態を制御するように構成されたプロセッサを含む。SMDU２８は、BPMS２２と通信可能に結合されている。中間点バッテリ切断サブシステム１４は、中間点電流センサ６５を更に含む。それは、中間点切断接触器６６が閉じられたときに、中間点バッテリ切断サブシステム１４を通って流れる電流を表す電気信号をSMDU２８に出力する。SMDU２８はまた、個々のセル温度及び仮想セル電圧を表す電気信号を、データバス７ａを介して、モジュールモニタユニット６ａから受け取る。

BPMS２２及びSMDU２８は、ストリング接触器８の状態を独立して制御するように構成されている。提案される一実施態様によれば、SMDU２８は、故障が中間点電流センサ６５を通って流れる電流によって示されたときに、中間点切断接触器６６を開くバッテリストリングの保護機能を実行するように構成されている。

中間点バッテリ切断サブシステム１４（図２で部分的に描かれている）は、バッテリストリング２４全体にわたる短絡に対する保護を提供するように構成されてよい（更なる保護がストリング接触器８によって提供される。それは、故障電流が並列なストリングから流れないように故障したストリングを保護する）。図３で描かれている例示的な一実施態様によれば、中間点バッテリ切断サブシステム１４は、中間点切断接触器の代わりに中間点切断回路１５を含む。中間点切断回路１５は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）８８（又は他の適切な半導体スイッチ）及び並列に接続されたダイオード９０を含む。大きなサイズのバッテリパック用に半導体素子が使用されてよい。大きなサイズのバッテリパックでは、定格電圧及び電流が、接触器が許容し得るレベルよりも高くなり得る。図２で示されているSMDU２８は、故障の場合にMOSFET８８を開くバッテリストリングの保護機能を実行するように構成されている。

しかし、中間点バッテリ切断サブシステム１４は、以下のもののうちのいずれに対しても保護を提供しない。すなわち、１つのハーフストリングにわたる短絡、単一のバッテリモジュールにわたる短絡、及び１つのハーフストリング内の２つ以上の直列接続されたバッテリモジュールにわたる短絡である。例えば、図３は、３つの種類の故障を示している。それらは、中間点バッテリ切断サブシステム１４によって２つのハーフストリング２５ａ及び２５ｂに分離された８つの直列接続されたバッテリモジュール４から構成されるバッテリストリング２４内で生じる可能性がある。すなわち、（ａ）２つの隣接するバッテリモジュール４にわたる故障３ａ、（ｂ）１つのハーフストリング２５ａ（４つのバッテリモジュール４）にわたる故障３ｂ、及び（ｃ）ストリング２４全体にわたる故障３ｃである。これらの場合では、中間点バッテリ切断サブシステム１４が、故障３ｃに対する保護を提供するが、故障３ａ及び３ｂについては提供しない。

したがって、図３で描かれている故障３ａ及び３ｂなどの、ハーフストリングの全て又は一部分にわたる故障を検出し、分離するための方法及び装置を提供することは改善であってよい。加えて、ハーフストリングの全て又は一部分にわたる故障が除去された後で、動作可能なままである（DC電力の生成を再開する準備ができている又は再開する状態にある）ストリング２４内の任意のバッテリモジュール４の再接続のための方法及び手段を提供することは有利であり得る。より具体的には、本明細書で提案される革新的な技術は、（ａ）モジュールの内側の他の保護手段よりも早く故障を除去する能力を有する、意図的に弱くされたヒュージブルリンクの採用によって、モジュールのレベルにおける（モジュールの内側の）故障を除去し、（２）モジュールの内側の安全バイパススイッチを閉じて、それによって、バイパス経路（この経路は、任意の除去されていない故障状態を緩和するために非常に低い抵抗を有する）を介して、低減されたレベルでの電力の流れを可能にし、及び（３）故障が未だ続いている場合に、バイパスが電流用の並列なルートを生成する、ように作用する。

本明細書で提案されるバッテリモジュールの設計は、短絡によって生成される並列な経路が、更なる損失をもたらさないことを確実にする（実際、バイパスは、非常に低い抵抗を有する。それによって、電流の大部分は、バイパスを通って流れ、それによって、故障の箇所において生成される熱を著しく低減させる）。わずかに低減された電力を利用可能にすることに加えて、本明細書で提案される装置及び方法はまた、保守費用も低減させる。というのも、損傷の箇所は知られており、損傷の近傍に位置付けられたハードウェアは、より容易に除去され、修理され、及び再設置されるように設計されてよいからである。

加えて、バッテリストリング２４内の１以上のバッテリモジュール４の損失を補償する能力が、改善されたシステム可用性を可能にする。本明細書で提案される方法論によれば、バッテリストリング２４内の動作可能なバッテリモジュールは、同じストリングの動作不可能なバッテリモジュールから独立して動作してよい。また、故障が除去された後で、BPDU１２の構成要素は、ハーフストリングの任意の単一のバッテリモジュールにわたる又は２つ以上の直列接続されたバッテリモジュールにわたる故障を除去した後で、バッテリストリング２４を再接続する調整されたやり方で動作されてよい。以下で幾らか詳細に開示される更なる属性によれば、故障の存在は、その故障が、バイパススイッチを通る電流のほとんどを再経路指定する能力によって自動的に除去された場合に、許容可能であってよい。

図４は、提案される一実施態様による、単一のバッテリモジュール４を表している図である。各バッテリモジュール４は、個々のセルの並列／直列配置である。図４で描かれている一実施例では、バッテリモジュール４が、セル５の４つの行を含む。各行は、セルバスバー４６ａ及び４６ｂのそれぞれの一対の間で並列に接続された２０個のセルを含む。各並列なセルの配置は、仮想セル（又はブリック）であると考えられている。４つの仮想セル２６ａ～２６ｄは、直列に接続されている。仮想セル２６ｂ～２６ｄの各々についてのセルの配置は、セルの故障に対して保護を提供するために、各個々のセル５と直列なそれぞれの弱くされていないヒュージブルリンク５６を使用して実装される。対照的に、仮想セル２６ａについてのセルの配置は、セルの故障に対して保護を提供するために、並列に接続されたそれぞれの弱くされたヒュージブルリンク５６ａを使用して実装される。

図４で描かれているバッテリモジュール４は、安全なスタンドアロン動作を確実にするための基本的な保護を含む。個々のセルが短絡する故障の場合に、故障したセルと直列な弱くされていないヒュージブルリンク５６は、全ての並列なセルの電流を受け取り、過電流によってオープンすることとなる。故障したセルは分離されることとなり、バッテリモジュール４は、低減された容量で動作可能なままとなる。単一の弱くされていないヒュージブルリンク５６の両端間の低い電圧（個々のセルの電圧のレベル未満、例えば、＜５V_DCである）により、アーク放電は存在しない。

バッテリモジュール４の陽極（仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ）と陰極（仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂ）との間のバッテリモジュールの外部短絡（例えば、図４の故障３）の場合に、仮想セル２６ａの組み合わされた弱くされたヒュージブルリンク５６ａは、過電流によりオープンし、バッテリモジュール４を分離するように設計されている。したがって、バッテリモジュール４は、開回路になり、動作不可能になる。しかし、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの弱くされた程度（定格電流又はオープン時間）が、特定の用途向けに適切であることを確実にするために、ヒュージブルリンクは適正にサイズ決定される必要がある。提案される一実施態様による、弱くされたヒュージブルリンクをサイズ決定するための方法論が、次に説明されることとなる。

個々のバッテリモジュールの一実施例用の設計パラメータは、以下のものを含む。すなわち、
V_VC＝２．５V～４．２V（定格）は、仮想セルの電圧である（単一のセルの両端間の電圧でもある）。
Nは、１つの仮想セル内の並列なセルの数である。
Mは、モジュール毎の仮想セルの数である。
Lは、ストリング内のモジュールの数である。
V_M=M x V_VC は、単一のモジュールの両端間のスタック電圧である。
V_sys=Lx V_M=L x M x V_VCは、ストリングの両端間のスタック電圧、すなわち、システム電圧である。
V_{VC_arc}＝２０V～１００Vは、アークの長さに応じた、すなわち、ヒュージブルリンクの長さに応じた（ヒュージブルリンクの両端間の電圧は、定格で０．１V未満である）、及びモジュール毎の仮想セルの数に応じた、実際に、仮想セルの両端間のアークにわたる電圧、すなわち、ヒュージブルリンクが燃えている間のヒュージブルリンクの両端間の電圧である。

弱くされたヒュージブルリンクは、弱くされていないヒュージブルリンクとは異なる以下の属性を有する。（ａ）より小さな断面（より高い抵抗、より短い燃焼時間）、（ｂ）弱くされたヒュージブルリンクの両端間のモニタされた電圧、（ｃ）オープン時間t_blowは、定格の仮想セル（NVC）における弱くされていないヒュージブルリンクのオープン時間t_{blow_NVC}よりも短い（t_blow＜１／２t_{blow_NVC}は許容できる最低限である）、及び（ｄ）アーク故障検出は、（光ダイオードによって）光学的に又は電圧V_VCのデジタル若しくはアナログモニタを使用して実施され得る。

ヒュージブルリンクは、セルの内部短絡の場合における過剰な電流に対して保護を提供する主たる手段である。ヒュージブルリンクは、従来のヒューズと同じやり方で飛んで、オープンする。すなわち、ヒュージブルリンクは、熱ヒューズ動作のI ²t法に従う。したがって、セルが、陽極と陰極との間の内部短絡を経験する場合、並列に接続されたその近傍のセルは、故障したセルに短絡電流を供給する。セルが保護されていない場合、これは、故障したセルの内側の過剰なエネルギーの蓄積及び突然の解放をもたらす。ヒュージブルリンクは、短絡電流がI ²t曲線によって規定される閾値を超えたときに飛んで、オープンするように設計されている。

通常は、ヒュージブルリンクが燃えるプロセスには、導電性アークの形成が伴う。アークの温度及び持続時間は、アークを通って流れる電流及び保護装備の起動時間によって規定される。バッテリセルがスタック内に組み立てられるときに、特により多数の直列接続されたセルでは、故障中の残留電圧が、保護が起動されるのが遅すぎる場合、著しい損傷をもたらすのに十分長い時間にわたりアークを維持するのに十分であり得る。本明細書で提案される革新的な技術の目標は、１以上のモジュール又はハーフストリング全体が外部短絡したときに、バッテリ及び他の構造への破滅的な損傷を防止するために、ヒュージブルリンクの両端間のアーク放電時間を許容可能な最小値に低減させることである。

バッテリモジュールの両端間の外部短絡（例えば、バッテリモジュールの陽極及び陰極の両端間のアーク３）が生じたときに、アーク放電を生成する短絡電流は、ヒュージブルリンクの両端間のアークのインピーダンスによって制限されるが、ゼロには低減されない。言い替えると、回路の閉鎖は２つのアークによって支持される。すなわち、故障の箇所におけるアークとヒュージブルリンクの両端間のアークとである。したがって、突然の熱エネルギー解放が、故障の箇所で継続し、それは、許容できない損傷をもたらすことがある。特定の場合では、アークにわたる残留電圧が、２０Vまで下がり得る。

図５は、図４で描かれている弱くされたヒュージブルリンク５６ａを有する仮想セル２６ａを表す図である。セルバスバー４６ａ及び４６ｂ（「陽極及び陰極の電流コレクタ」としても知られる）の間の電圧は、仮想セル電圧V_VCに等しい。各ヒュージブルリンク５６ａの電極又は端子９（これもまた分離され、拡大されて示されている）の間の電圧は、図５でV_{VC_arc}によって示されている。

図５Ａは、図５で描かれている仮想セル２６ａの単一の弱くされたヒュージブルリンク５６ａの上面図を表している図である。図５Ａは、リンクの長さｚを示している。図５Ｂは、図５Ａで描かれている弱くされたヒュージブルリンク５６ａの断面図を表している図である。図５Ｂは、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの高さｈ及び幅ｗを示している。端子９の間の長さＺは、導電性材料の有効長であり、弱くされたヒュージブルリンクは、スペースを節約するという実際の目的のためにランダムな形状（例えば、図５Ａで示されているようにｓ形状）を有し得る。

単一の弱くされたヒュージブルリンク５６ａの抵抗は、以下の式を使用して計算されてよい。すなわち、

ここで、ρは、導電性材料（例えば、銅）の抵抗であり、ｚは、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの長さ（図５Ａで示されている）であり、ｗは、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの幅（図５Ｂで示されている）であり、及び、ｈは、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの高さ（図５Ｂで示されている）である。ヒューズの長さｚは、アークにわたる所望の電圧降下に基いた選択プロセスによって特定される。

ヒュージブルリンクの断面積A（w×h）は、オープン時間ｔを許容可能な最小値にするために、リンクの燃焼時間を電流の関数、例えば、オンダドンク（Onderdonk）方程式（銅についてI=0.188×A/t^0.5）として規定する法則によって規定される。短くされたオープン時間は、低減された断面積の結果であるため、これはまた、弱くされたヒュージブルリンクの抵抗を増加させることももたらす。例えば、アーク放電時間を５０％に低減させるために、断面積は、２５％だけ低減されるべきであり、抵抗は、方程式（１）に従って同じく２５％だけ増加され得る。

弱くされたヒュージブルリンクの最適な長さを計算するために、DCアークモデル及びDCアーク抵抗モデルを使用してコンピュータシミュレーションが行われた。図６は、DCアークモデルによる、様々な短絡電流（１２５から３０００アンペアまで変化する）向けのヒュージブルリンクの長さ（mmの）（その「長さ」は、ヒュージブルリンクが飛んだときに「電極間隙」になる）に対する、飛んだヒュージブルリンクの両端間の推定されるアーク電圧（ボルトの）を示しているグラフである。図７は、DCアーク抵抗モデルによる、様々な短絡電流（２００から１５０００アンペアまで変化する）向けの電極間隙（mmの）に対する、アーク抵抗（オームの）を示しているグラフである。

弱くされたヒュージブルリンクの長さは、以下のステップを含むプロセスにおいて、図６及び図７のグラフを使用して所望の抵抗を実現するために選択されてよい。すなわち、

第１のステップ（図６で丸「１」によって示されている）では、仮想セルのうちの１つから利用可能な最小及び最大電流が、ヒュージブルリンクの長さに対するアーク電圧のグラフ上の曲線の群から（図６）適用可能な曲線を選択することによって特定される。各曲線は、短絡電流のそれぞれの異なる大きさについて導出されている。この実施例では、選択された曲線が、３００アンペアに等しい短絡電流に対応した。最小及び最大短絡電流は、潜在的な故障が生じ得る種々のゾーン内の回路のインピーダンスによって、及びセル温度によって規定される。

第２のステップ（図６で丸「２」によって示されている）では、ハーフストリングの両端間の又は単一のモジュールの両端間の故障中の最大残留電圧（図６で水平な破線によって示されている）が特定される。それは、短絡電流の関数であってよい。

第３のステップ（図６で丸「３」によって示されている）では、最小及び最大短絡電流向けの（１以上の）交差点（グラフ上の）におけるヒュージブルリンクの長さが特定される。（図６及び図７は、デモ目的であり、ヒュージブルリンクの長さ、アーク電圧又は抵抗、及び短絡電流の実際の又は典型的な値を表していない）。

第４では、アーク放電中のヒュージブルリンクの抵抗（R_{FL_arc}）が、図８を参照しながら以下で説明されるやり方で特定される。

上述された方法を使用して計算された両方の依存関係は非線形であり、すなわち、曲線は、約５mmから１０mmの間のリンク長／間隙についてわずかに減少する。この領域では、短絡事象中のバッテリの残留電圧（アークを持続させないために、アーク電圧未満であり得る）が選択されたときに、対応する線（ordinate）は、短絡電流（例えば、３００A）のトレースと２回交差する。

図８は、短絡が１つの箇所で生じ、アークが１つの仮想セルのヒュージブルリンクの両端間で生じた、システム（複数の直列接続された仮想セル、ワイヤ、及びケーブルを備える）内の抵抗を表している図である。R_sysは、システム（ワイヤ、ヒュージブルリンク、ケーブルなど）の抵抗（一定）である。R_SCは、故障（ボルテッド故障又は別のアークであり得る）の箇所における抵抗（一定／動的）である。R_{FL_arc}は、ヒュージブルリンクの両端間のアークの抵抗（ヒュージブルリンクの長さ及び短絡電流の関数）（動的）である。したがって、ヒュージブルリンクの両端間のアーク電圧は、以下の方程式を使用して計算されてよい。すなわち、

ここで、V_{res_bat}は、以下の方程式によって与えられる、故障中のバッテリの両端間の残留電圧である。すなわち、

ここで、V_{res_cell}は、故障中のモジュールの中に組み立てられた単一のセルの両端間の残留電圧である。

アークは、以下の場合、自己消火する。すなわち、

或いは、

ここで、R_{res_cell}は、故障中のセルの残留抵抗であり、Mは、１つのモジュール内の仮想セルの数であり、Lは、（短絡によって影響を受ける）直列なモジュールの数であり、及び、Nは、仮想セル内の並列なセルの数である。

次いで、ヒュージブルリンクの最小長さが、アーク電圧対ヒュージブルリンクの長さのグラフを使用して選択される。それによって、R_{FL_arc}は、方程式（２）を満たす。代替的に、以下の仮定が行われてよい。すなわち、

仮定１短絡の箇所における抵抗が知られていない場合、R_SCという項は、ヒュージブルリンク及びシステムの両端間のアークの抵抗が、短絡故障中のセルの抵抗よりも著しく大きいという仮定を用いて省略され得る。また、ボルテッド故障（アーク放電なし）の抵抗は、アーク及びシステムの抵抗と比較して無視できると仮定される。両方の場合で、方程式（２）は、以下のように改変され得る。すなわち、

仮定２にもかかわらず、故障中のセルの抵抗が、システム及びヒュージブルリンクの両端間のアークに対して高い場合、仮定が、故障の箇所における抵抗の値について行われてよい。実際に、このシナリオは、アークが故障の箇所において生成されるときに、実現可能である。そこで、求められている抵抗が、ヒュージブルリンクの両端間のアークの抵抗よりも小さくない、すなわち、R_{FL_arc}以上であると仮定してよい。そして、方程式（２）は、以下のように更に改変され得る。すなわち、

ここで、Ｃは、２以上の定数である。

３つの場合（仮定なし、及び仮定のうちの１つなし）についてのアーク電流は、以下の方程式を使用して計算されてよい。すなわち、

ここで、定数Ｃは、２以上である。

抵抗R_sysは、個々の構成要素の抵抗の合計である。構成要素は、電気システムのうちの残りのものとのインターフェースにおける出力バスバー、相互接続モジュールケーブル、接触器、ヒューズ、ラグなどを含むが、それらに限定されない。モジュール内部には、集電プレートと仮想セル間の相互接続とが存在する。加えて、通常動作下のヒュージブルリンクは、典型的には数ミリオームに近い有限な抵抗を有する。直列接続されたセル及びそれらのヒュージブルリンクは、１つのソースを表すので、その等価抵抗及びヒュージブルリンクの抵抗（全ては直列に接続されている）は、合計のR_sysに対するそれらの寄与を特定するために加算される。

弱くされたヒュージブルリンクは、他のセル内の弱くされていないヒュージブルリンクの断面積と比較してより小さい断面積を有し、したがって、その抵抗は、方程式（１）毎の弱くされたヒュージブルリンクの断面積に対する弱くされていない（通常の）ヒュージブルリンクの断面積の比の値だけより高くなる。幾つかの直列接続されたセルを有するバッテリを表している１つの大きなモジュールの場合、１つの弱くされたヒュージブルリンクだけが、全体のR_sysに対して著しく寄与し得るが、各モジュール内に弱くされた（より高い抵抗の）リンクを有する複数の直列接続されたモジュールを有する場合は、方程式（１）によって計算される弱くされたリンクの実際の抵抗が、抵抗R_sysの計算において含まれることを必要とし得る。

図９は、提案された一実施態様による、図５で描かれている弱くされたヒュージブルリンクの長さを選択するためのアルゴリズム１００のステップを特定するフローチャートである。先ず、モデル化された短絡故障の箇所が特定される（ステップ１０２）。次いで、故障の箇所における抵抗に関する３つの仮定のうちのいずれか１つが選択される（ステップ１０４）。任意選択的な仮定（前述されたような）は、以下の通りである。すなわち、（ａ）故障個所における抵抗が知られており、（ｂ）故障個所における抵抗はゼロに等しく、又は（ｃ）故障個所における抵抗は、飛んだヒュージブルリンクの両端間のアークの抵抗以上である。次に、第１の仮定に対する短絡電流I_{SC_asmd}についての値が仮定される（又は短絡解析方法を使用して計算される、本明細書で以後下付き記号「asmd」によって示される）（ステップ１０６）。

I_{SC_asmd}の値及びオンダドンク方程式が、次いで、故障の開始からｔ秒後にオープンする通常の（弱くされていない）ヒュージブルリンクの断面積を計算するために使用される（ステップ１０８）。次に、弱くされたヒュージブルリンクがオープンするための短くされた時間t_aが特定される（ステップ１１０）。次いで、弱くされたヒュージブルリンクの断面積が、再びオンダドンク方程式を使用して計算される（ステップ１１２）。

I_{SC_asmd}の値がまた、残留セル電圧V_{res_cell}及び残留セル抵抗R_{res_cell}を特定するために使用される（ステップ１１４）。そして、図６及び図７の実施例として提供された解析手段又はグラフを使用して、ヒュージブルリンクの長さ及びヒュージブルリンクの両端間のアーク抵抗R_{FL_arc}を計算する（ステップ１１６）。次いで、選択された仮定を検証するための試みが行われ（ステップ１１８）、選択された仮定が検証されたか否かの判定が行われる（ステップ１２０）。一方で、選択された仮定が検証されなかった場合、方法１００は、ステップ１０４に戻り、異なる仮定が採用される。

他方で、選択された仮定が検証された場合、システムを通って流れるアーク電流I_arcが、方程式（５ａ）～（５ｃ）のうちの１つを使用して計算される（ステップ１２２）。それらは、選択された仮定に対応する。次に、電流の差Δi＝I_arc－I_{SC_asmd}が計算される（ステップ１２４）。電流の差Δiについて必要とされる精度（例えば、５％）は、ステップ１２６で以前に規定された。計算された電流の差Δiは、必要とされる精度と比較される。例えば、計算された電流の差Δiが、５％未満であるか否かの判定が行われる（ステップ１２８）。

一方で、ステップ１２８で、計算された電流の差Δiが５％未満であるという判定が行われた場合、ヒュージブルリンクの長さ及び断面積についての電流の計算は、システム設計において適用され、方法１００は終了する（ステップ１３０）。他方で、ステップ１２８で、計算された電流の差Δiが５％以上であるという判定が行われた場合、電流の計算は、受け入れられず、次いで、仮定された短絡電流I_{SC_asmd}についての次の近似が採用される（ステップ１３２）。次いで、ステップ１０８、１１４、及び１１６が繰り返されて、プロセスは前述されたように流れる。

本明細書で開示される技術の更なる一態様によれば、電流バイパススキームを採用することによって、１以上のバッテリモジュールに能動的な保護が提供される。これは、モジュールの内側にバイパススイッチを設置し、それによって、電力が、バイパス経路（この経路は、任意の除去されていない故障状態を緩和するために、非常に低い抵抗を有する）を介して低減されたレベルで流れることを可能にすることによって、実現される。故障が未だ存在する場合、バイパスは、電流用の並列なルートを生成する。

図１０は、一実施形態による、Ｌ個のバッテリモジュール、及び、１以上のバッテリモジュール４の仮想セル２６ａ内の弱くされたヒュージブルリンク５６ａの両端間のアークを検出し、次いで、これらのバッテリモジュールをバイパスするための装置を表す図である。図１０では、モジュール＃１が、幾らか詳細に示されている。モジュール＃２は、ブロックによって表されている。モジュール＃３からモジュール＃（Ｌ－１）は、示されていない。そして、モジュール＃Ｌは、ブロックによって表されている。

提案される一実施態様によれば、各バッテリモジュール４は、弱くされたヒュージブルリンク５６ａを有する１つの仮想セル５６ａを有し、同じバッテリモジュール４の他の仮想セル２６ｂ～２６ｄの各々は、弱くされていないヒュージブルリンク５６を有する。各バッテリモジュール４は、仮想セル２６ａの弱くされたヒュージブルリンク５６ａが、他の弱くされていないヒュージブルリンク５６よりも早く、バッテリモジュール４の両端間の故障を除去するように設計されている。前述されたように、弱くされたヒュージブルリンク５６ａが、飛んでオープンした後で、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの両端間で、アークが開始され持続されてよい。

図１０で見られるように、弱くされたヒュージブルリンク５６ａを有する各仮想セル２６ａは、それぞれのアーク検出ユニット４４によってモニタされる。各アーク検出ユニット４４（本明細書で以後「ADU４４」）は、飛んだヒュージブルリンクの電極９の両端間のアークの存在を検出し、ステータス信号をそれぞれの信号線を介して電子負荷制御ユニット７０（本明細書で以後「ELCU７０」）に出力する（例えば、故障を報告する）。例示目的で、ADU４４からのステータス信号は、それぞれ、ADU M1からADU MLと名付けられている。ここで、M1は、モジュール＃１を示すなどである。ADU４４からの任意のステータス信号が、バッテリモジュール４の内側のアークの存在を示していることに応じて、ELCU７０は、そのバッテリストリングの電流を流すために、モジュール全体をバイパスするように、バイパススイッチ４２を連結することとなる。他のモジュールも、影響を受けていれば、それらのヒュージブルリンクの両端間のアークをELCU７０に報告する。ELCU７０は、各影響を受けているバッテリモジュール４に、（関連付けられているバイパススイッチ４２を閉じることによって）それ自体をバイパスさせるように命令する。

図１０で見られるELCU７０は、図２で見られるSDMU２８の部分である。ELCU７０は、過アーク放電制御機能を有する処理ユニット（例えば、マイクロプロセッサ）である。それは、様々なより低いレベルのコントローラから情報を受け取る。それらのコントローラには、差動保護モジュール７２、絶縁モニタデバイス７４、脱飽和保護モジュール７６、過電流保護モジュール７８、及びソフトスタート制御モジュール８０が含まれる。より低いレベルのコントローラから受け取った情報に基いて、ELCU７０は、電気システムの他の要素との調整を実施する。それらの要素には、中間点切断接触器６６及びストリング接触器８（図２参照）が含まれる。

ELCU７０は、モジュール／ストリング保護モジュール６８を更に含む。それは、ステータス信号ADU M1からADU MLを受信し、記憶する。例えば、ステータス信号「０」は、アークが特定のADU４４によって検出されていないことを示し、ステータス信号「１」は、アークが特定のADU４４によって検出されたことを示している。ELCU７０は、ストリングの電流を一方のHVDCバスバーから他方に流すために、バッテリモジュール４全体をバイパスするように、それぞれのバイパススイッチ４２を連結するように更に構成されている。より具体的には、ELCU７０は、バイパススイッチ４２の状態を制御するために、バイパスリンクBY1からBYLを介して、制御信号をそれぞれのバイパススイッチ４２に送信する。例えば、制御信号「０」は、バイパススイッチ４２が開かれるべきことを示し、制御信号「１」は、バイパススイッチ４２が閉じられるべきことを示している。

図１０で描かれている一実施例では、モジュール＃１に関連付けられているADU４４が、飛んだ弱くされたヒュージブルリンクの両端間のアークを検出したことを、ステータス信号が示していることに応じて、ELCU７０が、モジュール＃１に関連付けられているバイパススイッチ４２を閉じるように命令する制御信号を送信し、それによって、仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ（実質的にバッテリモジュール４の陽極）から仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂ（実質的にバッテリモジュール４の陰極）への電流の流れのためのバイパス経路６２を確立する。したがって、バイパス経路６２内の電流は、任意の短絡電流と並列に流れる。モジュールの内側の故障の箇所及び弱くされたヒュージブルリンクの効率的で安全なバイパスを確実にするために（後者は、オープンされ、潜在的にアークを持続させているが）、バイパス回路６２の抵抗は、故障及びアークの組み合わされた抵抗よりも著しく低く選択される。実際に、この抵抗は、数ミリオーム以下の程度にあり得る。ELCU７０は、１つのバッテリストリング内のバッテリモジュール４の全てについてのバイパススイッチ４２の全てを、同様なやり方で管理するように構成されている。

図１０はまた、以下の説明を必要とする。図１２及び図１３を参照しながら以下で説明される提案される実施態様によれば、バッテリモジュール４は、図１０では示されていない内部アーク検出シナリオ（例えば、図１２の光検出器５８、及び図１３の電流制限能力を有する分圧抵抗６０ａ及び６０ｂ）を含む。加えて、バイパススイッチ４２は、図１０ではバッテリモジュール４の外部として描かれているが、バッテリモジュール４のハウジングの内側に位置付けられている。

図１０は、バッテリモジュール４を描いている。その内部では、仮想セル２６ａの複数のセルが、複数の弱くされたヒュージブルリンク５６ａを介して、仮想セル２６ａのセルバスバー４６ｂに電気接続されている。複数のリンクが、個々のセルの陽極若しくは陰極又は両方の側に接続されてよい。対照的に、図１１で描かれているシステムは、専用バス４８のバスバー４８ａ及び４８ｂを接続する弱くされたヒュージブルリンク５６ａを有するバッテリモジュールを含む。図１１で示されているバイパススイッチ４２は、図１０を参照しながら説明されたのと同じである（そして、同じやり方で動作する）が、バッテリモジュール４及び関連付けられたADU４４が異なる。ADU４４が仮想セルのセルバスバー４６ａ及び４６ｂに接続される代わりに、ADU４４は、それぞれの専用バス４８のバスバー４８ａ及び４８ｂに接続されている。

図１１で見られるように、各バッテリモジュールは、４つの仮想セル２６ａ～２６ｄ、及び仮想セル２６ｂと２６ｃとの間に直列で電気接続された専用バス４８を含む。専用バス４８のバスバー４８ａ及び４８ｂは、複数の弱くされたヒュージブルリンク５６ａを介して、互いに電気接続されている。したがって、通常動作中に、電流は、仮想セル２６ｄ、仮想セル２６ｃ、専用バス４８、仮想セル２６ｂ、及び仮想セル２６ａを通るシーケンスで流れる。しかし、バッテリモジュール４の陽極と陰極との間の外部短絡に応じて、弱くされたヒュージブルリンク５６ａは、弱くされていないヒュージブルリンク５６が飛ぶ前に飛ぶ。これは、専用バス４８のバスバー４８ａと４８ｂとの間のアークを生成する。そのアークは、関連付けられたADU４４によって検出される。

専用バスバー４８の両端間の弱くされたヒュージブルリンク５６ａの数は、各仮想セルの両端間の弱くされていないヒュージブルリンク５６の数と等しくてよい。しかし、代替的な実施態様では、図１１で示されているように、専用バスバー４８の両端間の弱くされたヒュージブルリンク５６ａの数が、各仮想セルの両端間の弱くされていないヒュージブルリンク５６の数未満であってよい。

図面では描かれていない代替的な提案される一実施態様によれば、専用バス４８は、弱くされたヒュージブルリンク５６ａの代わりに、弱くされていないヒュージブルリンク５６を用いて設計されてよい。その条件として、専用バスバー４８の両端間の弱くされていないヒュージブルリンク５６の数は、専用バスバー４８の両端間の弱くされていないヒュージブルリンクが、仮想セルの両端間の弱くされていないヒュージブルリンクが飛ぶ前に飛ぶように、各仮想セルの両端間の弱くされていないヒュージブルリンク５６の数よりも十分に少ない。結果として、より少ない弱くされていないヒュージブルリンクは、仮想セルの両端間の弱くされていないヒュージブルリンクよりも早く、バスバー４８ａ及び４８ｂの間の、したがって、バッテリモジュール４の両端間の故障を除去し得る。この場合、弱くされていないヒュージブルリンクは、同じ長さ及び断面を有し得るが、短絡電流は、より少ないヒュージブルリンクの両端間に分配され得る。したがって、専用バス４８の各弱くされていないヒュージブルリンクは、より高い短絡電流を経験し得る。そして、全てのリンクは、仮想セルの弱くされていないヒュージブルリンクよりも早くオープンし得る。ヒュージブルリンクの数の選択のプロセスはまた、オンダドンク方程式に基き、以下のやり方で実行されることが意図される。すなわち、

アーク放電の時間t_aは、ヒュージブルリンクを通って流れる電流ｉに対するヒュージブルリンクの断面Ａの比の二乗に比例する。すなわち、

バッテリモジュール内の複数のヒュージブルリンクの長さは等しく、電圧降下がアークを消すのに十分であることを確実にするように、方程式（２）に基いて計算されると仮定してよい。また、（より良く一般化するために）全てのヒュージブルリンクの断面は同じであると仮定してよい。次いで、t_aについての新しい要件に基いて、各専用バスの両端間のヒュージブルリンクの数を計算してよい。例えば、新しいアーク放電時間t_{a_new}＝０．５t_aがである場合、

であり、したがって、専用バス４８内のヒュージブルリンクの新しい数は、仮想セルの両端間のヒュージブルリンクの数の０．７０７倍であるべきである。例えば、各仮想セル内に２０個のヒュージブルリンクを有するＮ＝２０の並列なセルが存在する場合、専用バス４８の両端間のヒュージブルリンクの数は、（仮想セル間のアーク放電の時間と比較して）アーク放電の時間を５０％だけ低減させるために、１４個であるべきである。一般化されたやり方では、専用バスの両端間のヒュージブルリンクの数Ｆは、以下の方程式を使用して特定されてよい。すなわち、

図１１で描かれている装置は、以下のように動作する。すなわち、ADU４４が、故障を検出する（詳細については図１２及び図１３を参照のこと）。ADU４４は、ELCU７０に故障を報告する。ELCU７０は、バッテリストリングの電流が流れ続けることを可能にするために、バッテリモジュール４全体をバイパスするように、関連付けられたバイパススイッチ４２を連結させる（閉じる）。他のバッテリモジュールも、影響を受けていれば、それらのヒュージブルリンクの両端間のアークをELCU７０に報告する。ELCU７０は、影響を受けているバッテリモジュール４に、（バイパススイッチ４を閉じることによって）それら自体をバイパスさせるように命令する。

図１２は、弱くされたヒュージブルリンク（図１２では見えない）の両端間にアークを有する仮想セル２６ａ、アーク１１を光学的に検出するための装置、及び、アーク１１の検出に応じてバッテリモジュール４をバイパスするための装置を表している図である。光学的なアーク検出装置は、光検出器５８及びADU４４（又はそれらの構造的な等価物）を含む。光検出器５８は、アーク１１によって発された光を検出し、発された光の強度を示す電気信号をADU４４に出力する。ADU４４は、光検出器５８からの電気信号が、特定の閾値を超える強度を示しているときを検出するように構成されている。その閾値は、実験及び較正によって以前に確立されている。モジュールをバイパスする装置は、ELCU７０及びバイパススイッチ４２（又はそれらの構造的な等価物）を含む。前述されたように、ADU４４は、飛んだヒュージブルリンクの電極９の間のアーク１１を検出し、その故障を信号線を介してELCU７０に報告する。ADU４４からの任意のステータス信号が、バッテリモジュール４の内側の弱くされたヒュージブルリンクによってそれぞれ接続された一対の電極９の間のアーク１１の存在を示していることに応じて、ELCU７０は、バイパススイッチ４２を起動して閉じ、それによって、バッテリモジュール４全体をバイパスする。

光検出器５８は、光ダイオード又は光トランジスタであってよい。提案される一実施態様では、光検出器５８の陰極が、電源（＋V）に接続され、光検出器５８の陽極が、ADU４４に接続されている。抵抗６０は、光検出器５８の陽極と接地との間に配置される。任意選択的に、光検出器５８は、光パイプ（図１２では示されていない）と光学的に結合されてよい。光パイプ（例えば、光ファイバ）は、アーク１１から光を受け取り、次いで、捕捉された光を光パイプの長さに沿って光検出器５８に送信する。

図１３は、弱くされたヒュージブルリンク（図１２では見えない）の両端間にアーク１１を有する仮想セル２６ａ、電圧感知を使用してアークを検出するための装置、及び、アークの存在を示す電圧の検出に応じてバッテリモジュール４をバイパスするための装置を表している図である。アーク検出装置は、抵抗分圧器６４及びADU４４（又はそれらの構造的な等価物）を含む。抵抗分圧器６４は、ADUの入力電流を制限するために、比較的高い値の抵抗値を有する一対の抵抗６０ａ及び６０ｂを含む。それらは、それぞれ、電極９において仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ及び４６ｂに接続されており、ADU４４の入力に更に接続されている。指定された閾値よりも大きい電圧差の検出に応じて、ADU４４は、故障をELCU７０に報告するように構成されている。ADU４４からのステータス信号が、アーク１１の存在を示していることに応じて、ELCU７０は、バイパススイッチ４２を起動して閉じる。

本明細書で開示される革新的な技術の更なる態様は、様々な状況において故障（図１４で見られるような）を除去した後で、バッテリシステムの再構成のための手段及び方法を提供する。１つの状況は、バッテリストリング内の単一のバッテリモジュールが、短絡したときである（図１５で見られるように）。別の１つの状況は、バッテリストリング内の複数のバッテリモジュールが短絡したときである（図１６で見られるように）。そして、更なる１つの状況は、ハーフストリングが短絡したときである（図１７で見られるように）。単一の故障したバッテリストリングに影響を与えるこれらの同じ状況は、故障したバッテリストリング（図１８で見られるような）と並列に接続された更なるバッテリストリングを有するバッテリパック１８内で、より複雑な対応を必要とする場合がある。

図１４は、一対のバッテリバスバー３８ａ及び３８ｂの間で並列に接続された複数の８つのモジュールのバッテリストリング（図１４では、１つのバッテリストリング２４だけが示されている）を備えるバッテリシステムによって給電される、航空宇宙電子推進システム２を表している図である。図１４はまた、１つのハーフストリング２５ａのうちの１つ、２つ、及び４つのバッテリモジュールにそれぞれ関与する、３つの代替的な故障シナリオを表している記号を含む。一方のハーフストリング２５ａは、中間点バッテリ切断サブシステム１４を介して、他方のハーフストリング２５ｂに接続されている。図１４は、３つの種類の外部故障を示している。それらは、バッテリストリング２４内で生じることがある。すなわち、（ａ）単一のバッテリモジュール４にわたる故障３、（ｂ）２つの隣接するバッテリモジュール４にわたる故障３ａ、及び（ｃ）１つのハーフストリング２５ａ（４つのバッテリモジュール）にわたる故障３ｂである。これらの状況では、中間点バッテリ切断サブシステム１４が、故障３、３ａ、及び３ｂのいずれに対しても保護を提供しないが、図１０及び図１１において描かれたバッテリモジュールバイパスサブシステムは、未だ動作可能であるバッテリストリング２４内の故障していないバッテリモジュール４に保護を提供する。バッテリストリング２４内の故障による影響を受けたバッテリモジュールが、バイパスされた後で、バイパスされたバッテリモジュールからの電力なしに動作を再開するために、バッテリシステムを再構成するための方策が含まれる。

図１５は、単一の短絡したバッテリモジュールのシナリオを表している図である。その場合、故障３（例えば、バッテリモジュールの陽極と陰極との間の短絡）に応じて１つの仮想セル２６ａ内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間で、アーク１１が開始されている。バッテリ保護システム（図１５では、高いレベルで描かれている）は、前述されたADU４４、ELCU７０、及びバイパススイッチ４２を含む。

１つの可能なシナリオによれば、事象のシーケンスが以下のようであってよい。先ず、故障３が、仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａと仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂとの間で生じる（これらのセルバーは、バッテリモジュール４のそれぞれ陽極及び陰極である）。仮想セル２６ａ内の弱くされたヒュージブルリンクは、t_a後にオープンする。それは、オンダドンク方程式によって計算されるように（図９に対するコメントを参照のこと）、アークを消すために必要とされるアーク放電時間である。アーク１１の閃光は、ADU４４によって検出されて、ELCU７０に報告される。ELCU７０は、タイムスタンプを含むアーク放電事象を記録したデジタルデータを含むログを維持する。アーク１１が消えたことを検証するために必要とされる時間遅延の後で、ELCU７０は、バイパススイッチ４２に閉じるよう命令し、それによって、バッテリモジュール４の陽極と陰極との間の電流の流れのためのバイパス経路６２を確立する。バイパススイッチ４２は、半導体デバイスとして実装されてよい。その場合、バイパススイッチ４２は、必要であれば動作のその線形領域においてソフトスタートを提供するための能力を有し得る。

バイパススイッチ４２が閉じられた後で、システム電流I_sysが、バイパス経路６２に沿って負荷（図１５では示されていない）に流れる。この構成は、故障３が完全に除去されることを実際には必要としない。すなわち、バイパスのインピーダンスは非常に低く、バイパス経路６２は、必要とされる過負荷で完全な負荷電流を支持するように設計されている。バイパスされる１つのバッテリストリング２４内の１つのバッテリモジュール４では、バッテリパック全体によって提供されるDC電圧が、１つのモジュール内の直列接続された仮想セルの数に単一の仮想セルの電圧を掛けた積だけ、より低い。この情報は、ELCU７０によって記録され、処理され、ミッション計画目的で使用されてよい。

図１６は、接続されたバッテリモジュール４ａ及び４ｂの両端間で（例えば、バッテリモジュール４ａの陽極からバッテリモジュール４ｂの陰極まで）故障３ａが生じたシナリオを描いている。それぞれのアーク（図１６では示されていない）は、故障３ａに応じて、バッテリモジュール４ａ及び４ｂの内側の弱くされたヒュージブルリンクの両端間で開始されてよい。バッテリ保護システム（図１６では、高いレベルで描かれている）は、バッテリモジュール４ａ内のアークを検出するADU４４ａ、バッテリモジュール４ａの陽極及び陰極に接続されたバイパススイッチ４２ａ（図１６では接続部が示されていない）、バッテリモジュール４ｂ内のアークを検出するADU４４ｂ、バッテリモジュール４ｂの陽極及び陰極に接続されたバイパススイッチ４２ｂ、及びADU４４ａ及びADU４４ｂに接続されたELCU７０を含む。

システム設計者は、２つのバッテリモジュールの内側の故障３ａを、順次に及び独立して除去するために、弱くされたヒュージブルリンクによって必要とされる時間（本明細書で以後「除去時間」）におけるばらつきを考慮する必要がある。一般性を失うことなしに、バッテリモジュール４ａのヒュージブルリンクが、わずかにより高い抵抗を有し、バッテリモジュール４ｂよりも早くアーク放電を開始すると仮定してよい。この事例では、バッテリモジュール４ａ内の弱くされたヒュージブルリンクは、バッテリモジュール４ｂ内で故障電流が遮断される前に、飛んでオープンする。バッテリモジュール４ａ内の弱くされたヒュージブルリンクは、時間t_a1後に飛んでオープンする。故障３ａの箇所において短絡が未だ存在している場合、それは負荷電流のための経路になるが、システム電圧は、バッテリモジュール４ａによって生成される電圧に等しい値だけ、より低くなる。しかし、故障３ａが、バッテリモジュール４ａの内側の弱くされたヒュージブルリンクのオープンと同時に消された場合、システム電流I_sysはまた遮断される。

バッテリモジュール４ａの内側のアークの閃光が、ADU４４ａによって検出され、ELCU７０に報告される。アークが消されたことを検証するために必要とされる時間遅延の後で、ELCU７０は、バッテリモジュール４ａに関連付けられたバイパススイッチ４２ａに閉じるよう命令する。前述されたように、故障３ａが消された場合、バイパススイッチ４２ａの閉鎖は、システム電流を再確立し、バッテリストリングは、図１４を参照しながら前述されたのと同じやり方で、低減された電圧レベルにおいてその通常の動作を継続する。故障３ａが未だ存在する場合、バッテリモジュール４ａをバイパスする作用は、バッテリモジュール４ａ及び４ｂの両端間の高い短絡電流を再確立する。次に、バッテリストリングの状態は、バッテリモジュール４ａがバイパスされて、故障電流がバッテリモジュール４ｂによって支持されるというものである。

故障３ａの継続された存在により、バッテリモジュール４ｂ内の弱くされたヒュージブルリンクも、結局、飛んでオープンするが、それは、バッテリモジュール４ａ内の弱くされたヒュージブルリンクが、既に飛んだ後である。バッテリモジュール４ｂ内の弱くされたヒュージブルリンクは、更なる除去時間t_a2の後（除去時間t_a1の終わりから測定して）に飛んでオープンする。故障３ａの箇所において短絡が未だ存在している場合、それは負荷電流のための経路を維持するが、システム電圧は、２つのバッテリモジュール４ａ及び４ｂによって生成される電圧に等しい値だけ、より低くなる。しかし、故障３ａが、バッテリモジュール４ｂの内側の弱くされたヒュージブルリンクのオープンと同時に消された場合、システム電流I_sysはまた遮断される。

バッテリモジュール４ｂの内側のアークの閃光が、ADU４４ａによって検出され、ELCU７０に報告される。アークが消されたことを検証するために必要とされる時間遅延の後で、ELCU７０は、バッテリモジュール４ｂに関連付けられたバイパススイッチ４２ｂに閉じるよう命令する。故障３ａが消された場合、バイパススイッチ４２ｂの閉鎖は、システム電流を再確立し、バッテリストリングは、各バッテリモジュールの両端間の通常の電圧の２倍に等しい値だけ低減された電圧レベルにおいてその通常の電圧を継続する。故障３ａが未だ存在する場合、バッテリモジュール４ｂをバイパスする作用は、バッテリモジュール４ａ及び４ｂの両端間の高い短絡電流を再確立する。次に、バッテリストリングの状態は、バッテリモジュール４ａ及び４ｂが、両方ともバイパスされたというものである。ELCU７０は、今や、特定のバッテリストリング内で、２つのバッテリモジュールが、故障してバイパスされたという情報を含み、システム電圧は、２つのバッテリモジュールによって生成される電圧だけ、予測されるよりも低い。故障３ａを除去するために必要とされる全時間は、t_a1とt_a2との合計である。

図１７は、ハーフストリング２５ａの４つのバッテリモジュール４ａ～４ｄの両端間で、故障３ｂが生じたシナリオを表している図である。各バッテリモジュール内の弱くされたヒュージブルリンクの両端間で、順次（又は同時に）アークが生成されている。図１７は、また、ELCU７０によって制御されたスイッチ状態を有する、関連付けられたバイパススイッチ４２も示している（ADUは、図面内の煩雑さを回避するために示されていない）。

図１７を未だ参照すると、ハーフストリング２５ａの両端間の短絡は、ヒュージブルリンクを飛ばしてオープンし、アークを検出し、バイパススイッチ４２を閉じるという同じシーケンス（各バッテリモジュールの範囲内で）によって、各バッテリモジュール内で（順次）除去されてよい。この場合、バッテリストリングの両端間の電圧は、通常のバッテリストリングの電圧の正確に１／２であり、故障を除去するために必要とされる時間は、Σ^L _i=1t_aiである。ここで、Ｌは、故障によって影響を受ける直列接続されたモジュールの数（図１７では４つ）である。連続するモジュールがバイパスされる順序は、本質的に重要ではない。図１７で描かれているシナリオに応じてシステムが完了すると、ELCU７０はオフになっているハーフストリング２５ａについての情報を含み、以下で説明されるように、他の電源及び負荷との調整を行う。

提案される別の一実施態様によれば、ELCU７０は、バッテリストリングが自動的に再接続しないことを確実にするために、ADU４４又は保護の他の要素（例えば電圧不足を検出することはできるが、ハーフストリング２５ａの内側の故障を除去することができない）によって検出された故障状態に応じて、回路の他の保護要素の起動を調整してよい（例えば、図２で見られる中間点切断接触器６６をオープンする）。動作のこのモードでは、再接続することが、ELCU７０によって提供される命令によってのみ行われ得る。

図１４で示されているストリングの実施態様は、中間点バッテリ切断サブシステム１４を有するアーキテクチャでは、弱くされたヒュージブルリンクの最大長さが、故障によって潜在的に影響を受けるバッテリモジュールの数（Ｌ）が、バッテリストリング２４内のバッテリモジュール４の総数の１／２を超えないことに基いて、計算されるべきであることを示唆する。これは、システムの異なる保護要素の間の調整の原理によって支持される。中間点切断は、先ずBPDU１２の外部故障に応じて起動され、図１４で見られるストリング接触器８によって戻される。一組のヒュージブルリンクを弱くすること、及びモジュールのバイパスを実施することは、ハーフストリングの１以上のバッテリモジュールの両端間の短絡を緩和するが、それらの起動時間は、中間点切断起動タイミング（ミリ秒）及びストリング接触器８のもの（数十ミリ秒）と比較して、著しく遅くなる（数百ミリ秒）ことが必要とされる。

図１８は、正及び負のバッテリバスバー３８ａ及び３８ｂの間で並列に接続された複数のバッテリストリング２４ａ、２４ｂ、…、２４ｋを備えるバッテリパック１８によって給電される単一の推進器を有する、航空宇宙電子推進システムアーキテクチャを表している図である。図１８は、それぞれ、１つのハーフストリング２５ａの１つ、２つ、又は４つのバッテリモジュール４に関与する、バッテリストリング２４ａ（本明細書で以後「故障したバッテリストリング２４ａ」）内の３つの故障シナリオを示している。

本明細書で提案される革新的な技術の更なる態様によれば、バイパスによる電力損失が、１つのバッテリストリング全体の定格電力未満であるときに、ミッションが完了又は継続を必要とする場合、故障が除去された後で、故障したバッテリストリング２４ａを再接続する問題を解決するための手段及び方法が提供される。複数の並列なストリングに関与する、このシナリオのための故障検出及び特に分離は、単一のストリングが単一の負荷又は複数の負荷に電力を提供する場合とは異なっている。

その差は、次の事実に関連する。すなわち、並列なバッテリストリングは、それらの出力電圧を等しくする傾向があり、直列に接続されたモジュールの数を減らして故障を除去した直後に、ストリングのうちの１つが再接続する場合、循環電流が流れ得ることである。このリスクの最も単純な緩和は、ブロッキングダイオードを使用することであるが、システム内に実際的なレベルの電力（数百キロワットからメガワット）の流れがない場合、ダイオードは、（ａ）重くなり、（ｂ）更なる熱減衰／冷却システムによって扱われる必要がある数百ワットからキロワットの熱を拒絶し、及び（ｃ）通常のバッテリ充電動作用のバイパス回路を必要とし得る。この全ては、システム効率を著しく低減させ、設計を複雑にし得る。しかし、それであっても、バッテリストリングは、低減されたレベルで電力を提供することができないだろう。というのも、ダイオードの陰極における電圧は、その陽極における電圧よりも高くなり得、したがって、ダイオードは、並列な影響を受けていないストリングの電圧レベルが、故障したバッテリストリング２４ａ内の残っている直列接続されたモジュールのレベル未満に必然的に降下するまで、閉じたままになり得るからである。

提案される一実施形態によれば、「仮想」ダイオードの概念が実施される。それによって、故障したバッテリストリング２４ａは、先ずシステムから切断され、次いで、ELCU７０が、影響を受けていないバッテリストリングのシステム電圧が、故障したバッテリストリング２４ａの残りの健全なバッテリモジュールの電圧未満に降下したという情報を、BPMS２２から受け取った後でのみ、接続し戻される。上述されたように、BPMS２２は、調整目的で全ての中間点バッテリ切断サブシステム１４と通信可能に結合され、過アーク放電制御を有する。各個々のELCUからの情報は、BPMS２２の主たるコントローラへ経路指定される。この通信は、双方向であってよい。それは、BPMS２２が、残っている健全なバッテリストリングの電圧に関して、ELCU７０に情報を与えることを可能にする。

このプロセスは、図１８を参照しながら説明されてよい。先ず、故障３、３ａ、又は３ｂが、故障したバッテリストリング２４ａのハーフストリング２５ａ内の１以上のバッテリモジュール４の両端間で生じる。（１以上の）影響を受けているモジュールの両端間及びストリング全体の両端間の電圧が、定格電圧よりも著しく低いレベルまで落ちたときに、その故障は、（この実施例では）バッテリパック１８の正の側の電流センサ１６（例えば、ホール効果電流センサ）を介して過電流保護モジュールによってか、及び／又は、ELCU７０（図１８では示されていない）の内側の電圧保護によって検出される。故障中に、バス３８ａ及び３８ｂに接続されている、故障によって影響を受けているストリングの電流センサ１６は、大きな負の電流を感知してよい。というのも、影響を受けていないバッテリストリング２４ｂから２４ｋは、全てのストリングの電圧を等しくするために、故障したバッテリストリング２４ａへ電流を供給し得るからである。

モジュールの両端間に故障が存在するときに、モジュールの両端間の電圧は、ほとんどゼロに落ちる。感知回路は、差動保護モジュール７２（図１０参照）に接続されている抵抗分圧器として実装されてよい。短絡の場合では、バッテリモジュールの高い側及び低い側における電圧が、差動保護モジュール７２によって、ほとんど同じ値であるとして読まれ得る。それは、電圧がM×V_cellである通常の動作の場合とは対照的である。ここで、Mは、モジュール内の仮想セルの数であり、V_cellは、セルの電圧（典型的には、数十ボルト、恐らく１００V未満）である。

電圧不足又は過電流を検出すると、ELCU７０は、故障したバッテリストリング２４ａの中間点切断回路１５に開くように命令する。冗長レベルとして、故障したバッテリストリング２４ａとバッテリバスバー３８ａ及び３８ｂとの間のストリング接触器８もまた、同じ事例において、ELCU７０によって開くように命令される。これらのステップは、図１４～図１７を参照しながら説明されたプロセスから独立しており、１から数ミリ秒の時間枠の範囲内で実行されるこの時間は、（１以上の）影響を受けているモジュールの弱くされたヒュージブルリンクが、飛んでオープンし、故障を除去するのに十分ではない。しかし、故障したバッテリストリング２４ａを分離することは重要である。というのも、他の並列なバッテリストリング２４ｂから２４ｋが、それらの電流を故障したバッテリストリング２４ａに供給する場合、これは、バッテリストリングのバッテリセルに対する熱損傷、故障個所における熱損傷、及びシステム内の予測できない電圧不安定をもたらすことがあるからである。

故障したバッテリストリング２４ａを切断すると、故障の影響を受けているバッテリモジュール４の内側の弱くされたヒュージブルリンクは、除去時間t_aの後に飛ぶこととなり、図１３～図１５を参照しながら説明されたのと同じ動作のシーケンスが実行される。MOSFET８８が開かれた後で、Ｓ個の故障の影響を受けているバッテリモジュールの両端間の電圧降下は、次の事実によりM×S×V_{res_cel}となる。すなわち、今や電圧ループは、故障のためにバイパスされたＳ個のバッテリモジュールのみの両端間で閉じたものとして規定されるということである。しかし、設計が、L個のモジュールが直列に接続されている方程式（２）を満たす場合、それは、Ｓ個のモジュールについて方程式（２）を自動的に満たすこととなる。というのも、Ｓ≦Ｌ／２だからである。これは、１以上の負荷のための単一のバッテリストリングを有するシステムの設計と、複数のバッテリストリングが並列になっているときと、の間で区別され得る。次いで、以下のステップが実行される。すなわち、（１）各ADU４４は、ヒュージブルリンクのアークを検出し、それらが生じたことをELCU７０に報告し、（２）タイムアウト後に、ELCU７０が、（１以上の）バイパススイッチ４２に開くように命令し、及び（３）バイパス経路６２は、電流を負荷に提供する準備ができている。この時点において、故障したバッテリストリング２４ａは、未だ電気システムの残りから切断されている。故障したバッテリストリング２４ａの健全なバッテリモジュールを再接続するための手順が、次に、図１９を参照しながら説明されることとなる。

図１９は、１つのバッテリストリング内の通常の（影響を受けない）動作（実線）中及び故障の初期化中の時間に対する、複数のバッテリストリングを有するバッテリシステムの電圧及び電流、並びに、１つのバッテリストリングの健全なバッテリモジュールのその後の再接続（破線）示しているグラフである。

図１９は、１以上のバッテリモジュールの弱くされたヒュージブルリンクを飛ばし、関連付けられた（１以上の）バイパススイッチを閉じることによって、故障が除去された後の、故障したバッテリストリングの時間的に調整された再接続を示している。明瞭さのためと主要な原理のデモ目的で、故障の瞬間における故障したストリングの電圧（V_FS）は、故障の瞬間におけるシステムの電圧（V_f）（バッテリバスバーの両端間で測定された）と、同じ瞬間におけるS×V_modに等しい電圧と、の間の差に等しい。ここで、V_modは、単一のモジュールによって生成される電圧であり、Ｓは、故障したバッテリストリング内の故障の影響を受けている（１以上の）バッテリモジュールの数である。すなわち、Ｓ＝１、…、Ｌ／２である。故障のこの瞬間の後で、システム電圧は、V_{sys_f}（図１９の破線の曲線）になり、概して、通常の影響を受けていない動作（実線）の下でのシステム電圧V_{sys_n}よりも早く降下する。電圧の変化の速度は、システム（バッテリパック）内の並列なストリングの数によって規定され、個々のストリングの電流は（１以上の）負荷によって必要とされる電力V_sys ×ΣI_stringを支持するために、I_{string_n} （通常の動作下）及びI_{string_f}（１つのストリングが故障を有するとき）を出力する。Ｓ個のバイパスされたモジュールを有する故障したストリングの電圧V_FSが、V_{sys_f}に等しくなったときに、故障したバッテリストリングは、再接続され得る。すなわち、再接続時間t_recは、以下のときに生じる。すなわち、

ELCU内にプログラムされる再接続ルーチンは、影響を受けていないバッテリストリングの両端間の、及び故障したバッテリストリング内の個々のモジュールの両端間の、電圧の実際の測定値に基く。時間t_recにおける再接続は、先ずストリング接触器８を閉じることによって、次いで、中間点切断接触器６６（図２参照）又はMOSFET８８（図３参照）を閉じることによって実行される。故障の除去が検証された後で、システムは、低減された電力条件の下で動作可能である。

また、この開示は、ストリングの両端間で同じ又はほとんど等しい電圧を有する場合以外の、充電の異なる状態を有するセルの並列なストリングを動作させる問題に対処しない。したがって、全ての曲線、それらの絶対値及び傾斜、並びに遷移の正確なタイミングは、例示目的のみである。システムに対する全ての付随する非効率及び関連付けられた効果は、ミッションの安全な完了後に対処され得る。

幾つかのモジュールを含む、特定のシステム、装置、アプリケーション、又はプロセスが、本明細書で説明されてきた。モジュールは、本明細書で開示されたストリーミング計算を可能にするためにハードウェア又はファームウェアとして実装されることが好ましいモジュールを除き、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせ内に実装され得る個別の機能のユニットであり得る。モジュールの機能がソフトウェアを介して任意の部分で実行されるときに、モジュールは、非一過性の有形なコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。

図示した種々の実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態における、装置及び方法の幾つかの可能な実施態様の構造、機能、及び動作を示している。その際、フロー図又はブロック図の各ブロックは、工程又はステップのモジュール、セグメント、機能、及び／又は部分を表し得る。例えば、ブロックのうちの１以上は、プログラムコードとしてハードウェア内で、又はプログラムコードとハードウェアの組合せとして実行可能である。ハードウェア内に実装されたときに、ハードウェアは、例えば、フローチャート又はブロック図内の１以上の動作を実行するように製造又は構成された集積回路の形態を採り得る。

１以上のバッテリモジュールの両端間の外部故障によるバッテリパック内の突然のエネルギー解放を緩和するための装置及び方法が、様々な実施形態を参照しながら説明されてきたが、本明細書の教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であること、及びその要素を同等物に置換し得ることが当業者には理解されよう。加えて、その範囲から逸脱することなく、多数の修正を行って、本明細書の教示を特定の状況に適合させることができる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されないことが意図されている。

本明細書で開示される電子推進コントローラ、エンジン制御ユニット（エンジンコントローラとしても知られる）、インバータコントローラ、及び電子負荷制御ユニットは、ハードウェア又はソフトウェアと組み合わされたハードウェアを使用して実装されてよい。例えば、コントローラ又は制御モジュールは、設定可能ハードウェア、プログラマブルデバイス、又はそれらの両方を使用して実装されてよい。設定可能ハードウェアは、コントローラの１以上の機能を実行するように設定可能なハードウェアを含んでよい。プログラマブルデバイスは、コントローラの１以上の機能を実装するためにプログラム可能な任意のデバイスを含んでよい。例えば、非限定的に、プログラマブルデバイスは、中央処理装置、マイクロプロセッサ、又はデジタル信号プロセッサを含んでよい。プログラマブルデバイスは、コントローラの１以上の機能を実施するために、プログラム指示命令の形態を採るソフトウェア又はファームウェアを実行するよう構成されてよい。プログラム指示命令は、プログラマブルデバイスによる実行又はプログラマブルデバイスへの転送のために、任意の適切な非一過性の有形なコンピュータ可読記憶媒体内に記憶されてよい。

特に、本明細書で開示される電子負荷制御ユニット（制御モジュール）は、本明細書で開示されるバッテリモジュール保護及びバッテリシステム再構成を提供するためのアルゴリズムの１以上を含む制御ロジックに従って構成される。制御モジュールは、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせ内に実装され得る独特な機能のユニットであってよい。制御モジュールの機能が、ソフトウェアを介して任意の部分で実行されるときに、モジュールは、非一過性の有形なコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。上で開示された方法は、ストリーミング（又はオンザフライ）を採用してよい。その場合、それらの計算を実行するように構成された制御モジュールは、FPGA若しくはASIC又は他のハードウェアベースの実装に適切である。

本明細書で説明され特許請求される方法は、限定するものではないが、記憶デバイス及び／又はメモリデバイスを含む非一過性の有形なコンピュータ可読記憶媒体で具現化される実行可能な指示命令として符号化されてよい。このような指示命令は、処理システム又はコンピュータシステムで実行された場合、システムデバイスに、本明細書に記載された方法の少なくとも一部分を実施させる。

本明細書に添付されている方法の請求項では、ステップのアルファベット順が、先行するステップへの後続の簡略参照を可能にすることのみを目的としており、方法のステップをアルファベット順に実行することを要求するように、請求項の範囲を制限することを目的としていない。

付記：以下の段落は、本開示の更なる態様について記載している。
Ａ１．
バッテリシステムであって、
一対のバスバー（４６ａ、４６ｂ）、
正の前記バスバーと負の前記バスバーとの間で並列に接続された複数のバッテリストリング（２４）を備えるバッテリパック（１８）、
前記バスバーのうちの一方とそれぞれのバッテリストリングとの間に配置され、前記バスバーのうちの一方とそれぞれのバッテリストリングとに接続された複数のストリング接触器（８）、
それぞれのバッテリストリングに接続された複数の電子制御ユニット（７０）、並びに
前記複数の電子制御ユニットに通信可能に結合されたバッテリパック管理システム（２２）を備え、
各バッテリストリングは、前記正のバッテリバスバーと前記負のバッテリバスバーとの間で直列に接続された、第１のハーフストリング（２５ａ）と第２のハーフストリング（２５ｂ）、及び、前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとの間に配置され、前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとに接続された中間点切断回路（１５）を備え、
前記第１のハーフストリングは、直列に接続された第１の複数のバッテリモジュール（４）を備え、及び、前記第２のハーフストリングは、直列に接続された第２の複数のバッテリモジュール（４）を備え、
前記バッテリモジュールの各々は、陽極（４６ａ）、陰極（４６ｂ）、前記陽極と前記陰極との間で直列に接続された複数の仮想セル（２６ａ～２６ｄ）であって、弱くされたヒュージブルリンク（５６ａ）に接続された並列なバッテリセル（５）を含む第１の仮想セル（２６ａ）と、弱くされていないヒュージブルリンク（５６）に接続された並列なバッテリセル（５）を含む第２の仮想セル（２６ｂ）と含む、複数の仮想セル、前記陽極と前記陰極とに接続されたバイパススイッチ（４２）、及び、前記第１の仮想セル内のアークを検出するように配置され、構成されたアーク検出装置（４４）を備え、
各電子負荷制御ユニットは、各アーク検出装置に接続され、それぞれのバッテリストリングの各バイパススイッチに接続され、前記アーク検出装置が、任意のバッテリモジュールの前記第１の仮想セル内のアークの存在を示すステータス信号を出力した場合に、前記バッテリモジュールの前記バイパススイッチを閉じるように構成されている、バッテリシステム。
Ａ２．
各電子負荷制御ユニットは、過電流保護モジュール（７８）及び差動保護モジュール（７２）を備え、それぞれの中間点切断回路及びそれぞれのストリング接触器に接続され、前記過電流保護モジュールによる前記バッテリモジュール内の過電流状態の検出又は前記差動保護モジュールによる前記バッテリモジュール内の電圧不足状態の検出のいずれかに応じて、任意のバイパススイッチを閉鎖する前に、前記中間点切断回路及び前記ストリング接触器を開くように更に構成されている、段落Ａ１に記載のバッテリシステム。
Ａ３．
各電子負荷制御ユニットは、影響を受けていないバッテリストリングのシステム電圧が、故障したバッテリストリングの残りの健全なバッテリモジュールの電圧未満に降下したときに、１以上のバイパススイッチを閉鎖した後で、前記中間点切断回路及び前記ストリング接触器を閉じるように更に構成されている、段落Ａ２に記載のバッテリシステム。
Ａ４．
ストリング接触器（８）が閉じられたときに、バスバー（３８ａ）に電気接続されているバッテリストリング（２４）を構成するための方法であって、前記バッテリストリングは、中間点切断回路（１５）が閉じられたときに、直列に電気接続された一対のハーフストリング（２５ａ、２５ｂ）を含み、前記ハーフストリングのうちの一方は、閉じられた前記ストリング接触器を介して前記バスバーに電気接続され、前記ハーフストリングの各々は、直列に接続されたそれぞれの複数のバッテリモジュール（４）を備え、前記方法は、
前記複数のバッテリモジュールのうちの１つ内に含まれた故障したバッテリモジュール（４ａ）内のアーク（３）の発生を検出すること、及び
前記アークの検出に応じて、前記故障したバッテリモジュールの陽極（仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ）と陰極（仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂ）とを接続するバイパススイッチ（４２）を閉じることを含む、方法。
Ａ５．
前記バイパススイッチを閉じる前に、前記ストリング接触器と前記中間点切断回路とを開くことを更に含む、段落Ａ４に記載の方法。
Ａ６．
バッテリモジュール（４）であって、
第１のバスバー（４８ａ）と第２のバスバー（４８ｂ）とを備える第１のバス（４８）、
前記第１のバスバー（４８ａ）と前記第２のバスバー（４８ｂ）とに接続された第１の複数のヒュージブルリンク（５６ａ）、
第３のバスバー（４６ａ）と第４のバスバー（４６ｂ）とを備える第２のバス、
前記第３のバスバー（４６ａ）と前記第４のバスバー（４６ｂ）とのうちの一方に接続された複数のバッテリセル（５）、及び
前記第３のバスバー（４６ａ）と前記第４のバスバー（４６ｂ）とうちの他方に接続され、前記複数のバッテリセルにそれぞれ接続された第２の複数のヒュージブルリンク（５６）を備え、
前記第１の複数のヒュージブルリンクは、前記バッテリモジュールの陽極（仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ）と陰極（仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂ）との間で短絡した場合に、前記第２の複数のヒュージブルリンクが飛んでオープンする前に、飛んでオープンするように構成されている、バッテリモジュール。

Claims (15)

1. バッテリモジュール（４）であって、
   第１のバスバー（４６ａ）と第２のバスバー（４６ｂ）とを備える第１のバス、
   前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとうちの一方に接続された第１の複数のバッテリセル（５）、
   前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとのうちの他方に接続され、前記第１の複数のバッテリセルにそれぞれ接続された複数の弱くされたヒュージブルリンク（５６ａ）、
   第３のバスバー（４６ａ）と第４のバスバー（４６ｂ）と備える第２のバス、
   前記第３のバスバーと前記第４のバスバーとうちの一方に接続された第２の複数のバッテリセル（５）、及び
   前記第３のバスバーと前記第４のバスバーとのうちの他方に接続され、前記第２の複数のバッテリセルにそれぞれ接続された複数の弱くされていないヒュージブルリンク（５６）を備え、
   前記弱くされたヒュージブルリンクは、前記バッテリモジュールの陽極（仮想セル２６ａのセルバスバー４６ａ）と陰極（仮想セル２６ｄのセルバスバー４６ｂ）との間で短絡した場合に、前記弱くされていないヒュージブルリンクが飛んでオープンする前に、飛んでオープンするように構成されている、バッテリモジュール。
2. 前記第２のバスバーと前記第３のバスバーとは、直列に接続されている、請求項１に記載のバッテリモジュール。
3. 前記弱くされたヒュージブルリンクは、第１のオープン時間を有し、前記弱くされていないヒュージブルリンクは、前記第１のオープン時間よりも長い第２のオープン時間を有する、請求項１に記載のバッテリモジュール。
4. 前記弱くされたヒュージブルリンクによってそれぞれ接続された複数対の電極の間のアークの存在を検出するように配置され、構成されたアーク検出装置（４４）を更に備える、請求項１に記載のバッテリモジュール。
5. 前記バッテリモジュールの前記陽極と前記陰極とに接続されたバイパススイッチ（４２）を更に備える、請求項４に記載のバッテリモジュール。
6. 前記アーク検出装置は、光検出器（５８）を含む、請求項４に記載のバッテリモジュール。
7. 前記アーク検出装置は、抵抗分圧器（６４）を含む、請求項４に記載のバッテリモジュール。
8. バッテリシステムであって、
   正のバッテリバスバー（４６ａ）と負のバッテリバスバー（４６ｂ）、
   前記正のバッテリバスバーと前記負のバッテリバスバーとの間で直列に接続された第１のハーフストリング（２５ａ）と第２のハーフストリング（２５ｂ）とを含むバッテリストリング（２４）であって、前記第１のハーフストリングは、直列に接続された複数のバッテリモジュール（４）を備え、前記複数のバッテリモジュール（４）の各バッテリモジュールは、陽極（４６ａ）、陰極（４６ｂ）、前記陽極と前記陰極との間で直列に接続された複数の仮想セル（２６ａ～２６ｄ）であって、弱くされたヒュージブルリンク（５６ａ）に接続された並列なバッテリセル（５）を含む第１の仮想セル（２６ａ）と、弱くされていないヒュージブルリンク（５６）に接続された並列なバッテリセル（５）を含む第２の仮想セル（２６ｂ）と含む、複数の仮想セル、前記陽極と前記陰極とに接続されたバイパススイッチ（４２）、及び、前記第１の仮想セル内のアークを検出するように配置され、構成されたアーク検出装置（４４）を備える、バッテリストリング、並びに
   各アーク検出装置に接続され、各バイパススイッチに接続された電子負荷制御ユニット（７０）であって、前記アーク検出装置が、任意のバッテリモジュールの前記第１の仮想セル内のアークの存在を示すステータス信号を出力した場合に、前記バッテリモジュールの前記バイパススイッチを閉じるように構成されている電子負荷制御ユニットを備える、バッテリシステム。
9. 前記電子負荷制御ユニットは、過電流保護モジュール（７８）を含む、請求項８に記載のバッテリシステム。
10. 前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとの間に配置され、前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとに接続された中間点切断回路（１５）を更に備え、前記電子負荷制御ユニットは、前記中間点切断回路に接続され、前記過電流保護モジュールが前記バッテリモジュール内の過電流状態を検出したことに応じて、任意のバイパススイッチを閉鎖する前に、前記中間点切断回路を開くように更に構成されている、請求項９に記載のバッテリシステム。
11. 前記正のバスバーと前記第１のハーフストリングとの間に配置され、前記正のバスバーと前記第１のハーフストリングとに接続されたストリング接触器（８）を更に備え、前記電子負荷制御ユニットは、前記ストリング接触器に接続され、前記過電流保護モジュールが前記バッテリモジュール内の過電流状態を検出したことに応じて、任意のバイパススイッチを閉鎖する前に、前記ストリング接触器を開くように構成されている、請求項９に記載のバッテリシステム。
12. 前記電子負荷制御ユニットは、差動保護モジュール（７２）を含む、請求項８に記載のバッテリシステム。
13. 前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとの間に配置され、前記第１のハーフストリングと前記第２のハーフストリングとに接続された中間点切断回路（１５）を更に備え、前記電子負荷制御ユニットは、前記中間点切断回路に接続され、前記差動保護モジュールが前記バッテリモジュール内の電圧不足状態を検出したことに応じて、任意のバイパススイッチを閉鎖する前に、前記中間点切断回路を開くように更に構成されている、請求項１２に記載のバッテリシステム。
14. 前記正のバスバーと前記第１のハーフストリングとの間に配置され、前記正のバスバーと前記第１のハーフストリングとに接続されたストリング接触器（８）を更に備え、前記電子負荷制御ユニットは、前記ストリング接触器に接続され、前記差動保護モジュールが前記バッテリモジュール内の電圧不足状態を検出したことに応じて、任意のバイパススイッチを閉鎖する前に、前記ストリング接触器を開くように構成されている、請求項１２に記載のバッテリシステム。
15. 前記弱くされたヒュージブルリンクは、第１のオープン時間を有し、前記弱くされていないヒュージブルリンクは、前記第１のオープン時間よりも長い第２のオープン時間を有する、請求項８に記載のバッテリシステム。

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