JP2023544126A - セル内センシングの為のバッテリセル内信号伝送のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

セル内センシングのシステム及び方法を提供する。本方法は、バッテリセル内で気密封止されたセンサアセンブリからのセンシングデータを測定するステップを含んでよい。センサアセンブリは、センシング素子、プロセッサ、及び無線機を含んでよい。本方法は更に、センサアセンブリを介してセンシングデータを送受信するステップを含んでよい。センシングデータは、バッテリセルの温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含んでよい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月２４日に出願された米国特許仮出願第６３／０８２，６９０号の利益を主張するものである。この出願の全内容は参照によって本明細書に組み込まれている

リチウムイオンセルは、その高エネルギ密度ゆえにポータブルエネルギ貯蔵装置の第１の選択肢である。充放電サイクル中に内部圧力が発生し、これはセル容量に比例する。内部圧力は、放電サイクル中に急速に減少する。２度目の充電プロセス中に誘起される圧力は、最初のサイクルの圧力より低く、その後のサイクルでのピーク圧力はますます小さくなる。そのようなセルには、安全機能として圧力解放弁が装備されており、これはセルが爆発しないように設計されている。セルの内部圧力を測定することが可能であれば、電極コーティング、パック、及びケースの設計に役立つ情報が得られる。

本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。

以下で詳述するように、本開示の実施形態は、バッテリセル内からのセンシングデータの測定、送信、及び受信が可能なセル内センシングのシステム及び方法を含む。本方法は、バッテリセル内で気密封止されたセンサアセンブリからのセンシングデータを測定するステップを含んでよい。センサアセンブリは、センシング素子、プロセッサ、及び無線機を含んでよい。本方法は更に、センサアセンブリを介してセンシングデータを送受信するステップを含んでよい。センシングデータは、バッテリセルの温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含んでよい。

以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてよい。幾つかの実施形態では、本方法は更に、無線対応バッテリセルのバッテリパックと中央コントローラとの間の通信を提供するステップを含んでよい。本方法は又、無線対応バッテリセルのモジュールとローカルコントローラとの間の通信を提供するステップを含んでよい。本方法は更に、ローカルコントローラを介してセンシングデータのマスタコントローラへの戻りを中継するステップを含んでよい。マスタコントローラは、ＢＭＳ（バッテリ管理システム）と通信していてよい。ローカルコントローラとマスタコントローラとの間の通信は、有線通信及び／又は無線通信を含んでよい。幾つかの実施形態では、本方法は又、マスタコントローラに中継されたセンシングデータに少なくともある程度基づいてバッテリセルの充放電を調節するステップを含んでよい。センサアセンブリは、バッテリセルのケースに接続されたアンテナを含んでよく、バッテリセルのケースは、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されてよい。センサアセンブリは更に、アノード及びカソードの少なくとも一方に接続されたアンテナを含んでよく、アノード及びカソードのその少なくとも一方は、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、センサアセンブリは更に、アンテナを含んでよく、無線機は１つ以上の周波数帯で動作するように構成されてよい。本方法は更に、時分割多重化及び周波数分割多重化の少なくとも一方を使用して、センサアセンブリにより、１つ以上の無線信号を多重化するステップを含んでよい。バッテリセルは、金属ケースのプリズムバッテリセル、プリズム缶のバッテリセル、プリズムパウチのバッテリセル、及び円柱缶のバッテリセルのうちの少なくとも１つであってよい。バッテリセルは、堅いケース及び軟らかいケースの少なくとも一方を含んでよい。幾つかの実施形態では、センサアセンブリは、バッテリセルと電気連通していてよい。

本開示の１つ以上の実施形態にはセンサアセンブリが含まれる。センサアセンブリは、センシング素子、プロセッサ、及び無線機を含んでよい。センシング素子は、バッテリセル内のセンシングデータを測定するように構成されてよい。センシングデータは、温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含んでよい。プロセッサは、センシング素子と通信していてよい。無線機は、プロセッサと通信していてよく、センシングデータを送受信するように構成されてよい。センシング素子、プロセッサ、及び無線機は、バッテリセル内で気密封止されていてよい。

以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてよい。幾つかの実施形態では、無線機は、センシングデータをローカルコントローラに渡すように構成されてよい。ローカルコントローラは、センシングデータを、ＢＭＳ（バッテリ管理システム）と通信しているマスタコントローラに中継するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、センサアセンブリは更に、無線機と通信しているアンテナを含んでよい。アンテナは、バッテリセルのケースに接続されてよく、バッテリセルのケースは、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、センサアセンブリは更に、無線機と通信しているアンテナを含んでよい。アンテナは、アノード及びカソードの少なくとも一方に接続されてよく、それによって、アノード及びカソードのその少なくとも一方は、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、無線機は、１つ以上の周波数帯で動作するように構成されてよい。無線機は、１つ以上の無線信号の多重化された信号を出力するように構成されてよい。多重化された信号は、時分割多重化及び周波数分割多重化の少なくとも一方を含んでよい。幾つかの実施形態では、プロセッサ及び無線機はバッテリセルと電気連通していてよい。

１つ以上の例示的実施態様の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。これらの説明、図面、及び特許請求項から他の可能な例示的特徴及び／又は可能な例示的利点も明らかになるであろう。幾つかの実施態様はそのような可能な例示的特徴及び／又は可能な例示的利点がなくてもよく、そのような可能な例示的特徴及び／又は可能な例示的利点は、幾つかの実施形態には必ずしも必須でなくてよい。

本概要は幾つかの概念を紹介する為に設けたものであり、それらの詳細については、以下の詳細説明において詳述する。本概要は、特許請求対象に必須の特徴を明示するものではなく、特許請求対象の範囲を限定することの補助として使用されるものでもない。

本開示の実施形態の説明は、以下の図面を参照して行う。

各図面間で類似の参照符号は、類似の要素を示すものと考えてよい。

本開示の実施形態に適合するバッテリパックの一実施形態を示す。 本開示の実施形態に適合する動作を示すフローチャートを示す。 本開示の実施形態に適合する図を示す。 本開示の実施形態に適合するプリズムバッテリの図を示す。 本開示の実施形態に適合するプリズムバッテリの別の図を示す。 本開示の実施形態に適合するバッテリパックの一実施形態を示す。 セル内から自動車用バッテリパック内の受信器まで測定された受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）を示す図を示す。 本開示の実施形態に適合する、フェライトビーズを使用してセンサの電源をＲＦ信号から切り離すことを示す一実施形態を示す。

以下の説明は、特定の実施態様に関するものである。当然のことながら、以下の説明は、当業者が、本明細書において任意の発行済み特許にある特許「請求項」によってここで又は後で定義される任意の対象物を作成及び使用することを可能にすることのみを目的とする。

特に、特許請求される特徴の組み合わせは、本明細書に含まれる実施態様及び実例に限定されるものではなく、それらの実施態様の一部、及び後述の特許請求項の範囲に含まれる様々な実施態様の要素の組み合わせを含む、それらの実施態様の修正形態を包含するものとする。当然のことながら、いかなるそのような実際の実施態様の開発においても、いかなるエンジニアリング又は設計のプロジェクトとも同様に、開発者らのそれぞれの目標を達成するために、実施態様固有の様々な決定（例えば、システム関連及びビジネス関連の制約の順守）が行われなければならず、それらは実施態様ごとに様々でありうる。更に、そのような開発作業は複雑で時間のかかるものでありうるが、それでもやはり、当業者が本開示の利益を享受する為に設計、組立、及び製造を行うルーチンであろうことも理解されたい。本出願におけるいかなる事柄も、「クリティカル」又は「必須」と明示されない限り、特許請求される発明にとってクリティカルとも必須とも見なされない。

又、本明細書では、様々な要素を説明する為に、第１の、第２の、等の用語を用いる場合があるが、当然のことながら、これらの要素は、これらの語句によって限定されるものではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別する為にのみ用いられる。例えば、本発明の範囲から逸脱しない限り、第１のオブジェクト又はステップが第２のオブジェクト又はステップと呼ばれてよく、同様に、第２のオブジェクト又はステップが第１のオブジェクト又はステップと呼ばれてよい。第１のオブジェクト又はステップ、並びに第２のオブジェクト又はステップは、いずれもそれぞれオブジェクト又はステップではあるが、それらは同じオブジェクト又はステップと見なされるものではない。

上述のように、リチウムイオンセルは、その高エネルギ密度ゆえにポータブルエネルギ貯蔵装置の第１の選択肢である。充放電サイクル中に内部圧力が発生し、これはセル容量に比例する。典型的な値として、電解液浸漬のみに起因する、電極による圧力は０．１５ＭＰａであり、これは充電終了時にはピーク値の約１ＭＰａまで上昇する。内部圧力は、放電サイクル中に急速に減少しうる。２度目の充電プロセス中に誘起される圧力は、最初のサイクルの圧力より低く、その後のサイクルでのピーク圧力はますます小さくなりうる。そのようなセルには、安全機能として圧力解放弁が装備されてよく、これはセルが爆発しないように設計される。セルの内部圧力（並びに他の内部状態）を測定することが可能であれば、電極コーティング、パック、及びケースの設計に役立つ情報が得られるであろう。

より重要なこととして、セルの内部圧力及び内部温度を測定して報告することが可能であれば、それを用いてセル及びセルの健康状態（ＳＯＨ）の管理を強化することが可能であり、それによってバッテリの耐用寿命を延ばすことが可能である。本開示の実施形態は安全弁の必要性を排除しなくてよいが、セルの内部圧力を測定することが可能であれば、そのことが、セルを保護し、熱暴走を防ぐことに役立ちうる。これは、セルが圧力特性又は温度特性の異常を示している場合にバッテリ管理システム（ＢＭＳ）が充電又は放電を停止することが可能な為である。本明細書に含まれる実施形態は又、他のセンシングデータも利用でき、そのようなデータとして温度、電圧、及び衝撃があり、これらに限定されない。

図１～７に示すように、本開示の実施形態は、バッテリセル内からのセンシングデータの測定、送信、及び受信が可能なセル内センシングのシステム及び方法を提供する。本明細書に含まれる実施形態は、セルの気密封止を電線が貫通することを必要とせずに、温度、圧力、電圧、及び衝撃等のセンシングデータをセル内から測定することを可能にできる。

幾つかの実施形態では、セルの内部圧力（並びに他の内部状態）を測定することが可能であることにより、電極コーティング、パック、及びケースの設計に役立つ情報が得られる。より重要なこととして、セルの内部圧力及び内部温度を測定して報告することが可能であることにより、それを用いてセル及びセルの健康状態（ＳＯＨ）の管理を強化することが可能であり、それによってバッテリの耐用寿命を延ばすことが可能である。

そこで、セルの気密封止を改造したり、これに悪影響を及ぼしたりすることなくバッテリセル内からセンシングデータを測定するという目標を達成する為に、無線信号を使用してデータを伝送するシステム及び方法を提案する。典型的なバッテリセルケース（例えば、プリズムバッテリセルケース）は、無線信号が内部から外部に伝送されるのを防ぐシールド効果が完全であるとは言えないが、金属ケースであればかなりのレベルの信号減衰が可能である。シールド効果は、シールドが電磁放射をいかにうまく抑圧するかの尺度であり、金属の物理特性によって支配される。支配的な電界を有する波は高伝導性金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ）によって反射されることが可能であり、一方、磁気的に支配的な波は、鋼及びある程度のグレードのステンレス綱を含む強磁性体材料（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ）によって吸収／抑圧されることが可能である。幾つかの実施形態では、バッテリセルのカソードを取り巻く電気的絶縁材料が、電磁信号がバッテリセルから「漏れ出る」経路を与えることもありうる。別の実施形態では、アノードが、電磁信号がバッテリセルから「漏れ出る」経路を与えることもありうる。

最も伝統的な無線通信システムでは、金属エンクロージャのシールド効果によってもたらされる更なる信号減衰により、システムが動作不能になる可能性がある。これは、エンクロージャの外側の離れたところで受信される信号強度が、無線機で検出可能な最小値（受信器の感度）を下回ることになる為である。幾つかの実施形態では、セル内の高度なセンシング用途の為に、無線システムに必要とされる最大動作範囲は、おそらくは２メートル未満であってよく、これは、大きな自動車用バッテリパックのサイズにほぼ相当する。４３３ＭＨｚで動作するシステムでは、これは３波長未満ということになるが、２．４ＧＨｚで動作する同等物にとってはその同じ距離が１６波長より長いことになる。全ての条件が同じだとすると、これは、自由空間伝搬環境では経路損失が１５ｄＢ増えることに匹敵する。

そこで、本明細書に含まれる実施形態は、セルの気密封止を改造したり、これに悪影響を及ぼしたりすることなくバッテリセル内からセンシングデータを測定するという目標を達成する為に、無線信号を使用してデータを伝送するシステム及び方法を提供する。幾つかの実施形態では、セルの内部圧力及び内部温度を測定して報告することが可能であることにより、それを用いてセル及びセルの健康状態（ＳＯＨ）の管理を強化することが可能であり、それによってバッテリの耐用寿命を延ばすことが可能である。プリズムセルには、安全機能として圧力解放弁が装備されてよく、これはセルが爆発しないように設計される。本明細書に含まれる実施形態は安全弁の必要性を排除しなくてよいが、バッテリセルの内部圧力を、他の内部状態とともに測定することが可能であれば、そのことが、セルを保護し、熱暴走を防ぐことに役立ちうる。これは、セルが圧力特性又は温度特性の異常を示している場合にコントローラ及び／又はバッテリ管理システム（ＢＭＳ）が充電又は放電を停止することが可能な為である。

ここで図１を参照すると、本開示の実施形態に適合するバッテリパックシステム１００の図が示されている。システム１００は、バッテリセル１１０と、通信システム１１２と、中央コントローラ１１４と、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）１１６と、複数のバッテリセルからなるモジュール１１８と、バッテリパック１２０とを含む。

幾つかの実施形態では、個々のバッテリセル１１０はセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、センサ通信システム１１２及びセンシング素子（図示せず）を含んでよい。センサアセンブリは、バッテリセル１１０内に位置してよい。幾つかの実施形態では、センサアセンブリは、バッテリセル１１０内で気密封止されてよい。これらの実施形態、センサアセンブリの全部分（例えば、電線、電源、アンテナ等）は、バッテリセルのケース内に位置してよい。従って、センサアセンブリは、センサアセンブリが監視しているバッテリセル１１０から電力を供給されてよい。センサアセンブリの更なる詳細については、例えば、図３を参照されたい。

幾つかの実施形態では、バッテリパック１２０はバッテリセル１１０を収容し、システム１００の他の構成要素も収容してよい。幾つかの実施形態では、バッテリパック１２０は、複数のバッテリセル１１０を収容してよい。複数のバッテリセル１１０は、バッテリセルのモジュール１１８の形に構成されてよい。幾つかの実施形態では、バッテリパック１２０は、バッテリセルのモジュール１１８を複数個収容してよい。バッテリセルのモジュール１１８は、バッテリパック１２０内でサブシステムとして動作してよい。

幾つかの実施形態では、通信システム１１２は、バッテリセル１１０から中央コントローラ１１４への無線通信を可能にできる。中央コントローラ１１４は、個々のバッテリセル１１０と直接通信していてよい。幾つかの実施形態では、中央コントローラ１１４は、個々のバッテリセル１１０とではなく、バッテリセルのモジュール１１８と通信していてよい。中央コントローラ１１４は、各通信システム１１２との間で情報を送受信するように構成されてよい。

幾つかの実施形態では、アノード端子又はカソード端子とのＲＦ接続のシナリオにおいて、ローカルコントローラは、発生するＲＦ信号の強度の効率が最適化されるように無線モジュールの出力インピーダンスを調節できることに注目されたい。モジュールがバッテリパック１２０内のどこに組み込まれるかに応じて、対応するＲＦインピーダンスが著しく変化する可能性がある為、自動ＲＦインピーダンス調節が意義のあるものとなる。

幾つかの実施形態では、システム１００はバッテリ管理システム（ＢＭＳ）１１６を含んでよい。ＢＭＳ１１６は、バッテリパック１２０内に位置してよい。中央コントローラ１１４は、センサアセンブリが取得したセンシングデータを有線又は無線の信号でＢＭＳ１１６に中継してよい。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ１１６は、センシングデータに少なくともある程度基づいて、バッテリセル１１０及び／又はバッテリセルのモジュール１１８の充放電を制御してよい。このようにして、ＢＭＳ１１６は、個々のバッテリセル１１０の動作を安全且つ／又は最適な範囲に保つことが可能である。

次に図２を参照すると、バッテリセル管理の方法を表すフローチャート２００が示されている。本方法は、バッテリセル内で気密封止されているセンサアセンブリからのセンシングデータを測定するステップ（２２０）を含んでよく、センサアセンブリは、センシング素子、プロセッサ、及び無線機を含む。本方法は更に、センサアセンブリを介してセンシングデータを送受信するステップ（２２２）を含んでよく、センシングデータは、バッテリセルの温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含む。本方法は更に、無線対応バッテリセルのバッテリパックと中央コントローラとの間の通信を提供するステップ（２２４）を含んでよい。本方法は又、無線対応バッテリセルのモジュールとローカルコントローラとの間の通信を提供するステップ（２２６）を含んでよい。本方法は更に、ローカルコントローラを介してセンシングデータのマスタコントローラへの戻りを中継するステップ（２２８）を含んでよく、マスタコントローラは、ＢＭＳ（バッテリ管理システム）と通信している。本方法は又、マスタコントローラに中継されたセンシングデータに少なくとも基づいてバッテリセルの充放電を調節するステップ（２３０）を含んでよい。本方法は更に、時分割多重化及び周波数分割多重化の少なくとも一方を使用して、センサアセンブリにより、１つ以上の無線信号を多重化するステップ（２３２）を含んでよい。他の多くの動作も本開示の範囲に含まれる。

次に図３を参照すると、センサアセンブリ３００の一実施形態が示されている。センサアセンブリ３００は、センシング素子３３４、プロセッサ３３６、無線機３３８、及びアンテナ３４０を含んでよく、これらはエンクロージャ３４２に収容されている。プロセッサ３３６、無線機３３８、及びアンテナ３４０は、通信システム（例えば、通信システム１１２）として動作してよい。

幾つかの実施形態では、センシング素子３３４は、バッテリセル（例えば、バッテリセル１１０）の温度、圧力、電圧、及び物理的衝撃のうちの１つ以上を測定してよい。センシング素子３３４は１つ以上のセンサを含んでよく、そのようなセンサとして、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、熱電対、サーミスタ、ひずみゲージ、ＭＭＳ圧力センサ、ＭＥＭＳ圧力センサ、セラミック容量性圧力センサ、抵抗式電圧センサ、静電容量式電圧センサ、及び／又は加速度計があり、これらに限定されない。

幾つかの実施形態では、プロセッサ３３６は、無線機３３８及びセンシング素子３３４と通信していてよい。プロセッサ３３６は、センサアセンブリ３００の動作の為の命令を無線機３３８及びセンシング素子３３４に与えるように構成されてよい。プロセッサ３３６は、信号調整回路を含んでよく、又は信号調整回路を代行してよい。幾つかの実施形態では、プロセッサ３３６は、センサアセンブリ３００内のマイクロコントローラに内蔵されてよい。追加及び／又は代替として、プロセッサ３３６は、メモリの読み出しアクセス及び／又は書き込みアクセスが可能であってよい。メモリは、センシングデータ及び／又は動作命令を記憶するように構成されてよい。

幾つかの実施形態では、無線機３３８は、センシング素子３３４からのセンシングデータを、アンテナ３４０を介して送受信するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、無線機３３８は、ローカルコントローラ、中央コントローラ、マスタコントローラ、及び／又は受信器と通信していてよい。無線機３３８は、１つ以上の周波数帯で動作するように構成されてよく、そのような周波数帯として、４３３ＭＨｚ、８６８ＭＨｚ、及び２．４ＧＨｚがあり、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、無線機３３８は、１つ以上の無線信号を多重化するように構成されてよい。追加及び／又は代替として、プロセッサ３３６、信号調整回路、及び／又はマイクロコントローラが無線信号を多重化してよく、無線機がその信号を送信してよい。多重化手法として時分割多重化及び周波数分割多重化があってよく、これらに限定されない。

幾つかの実施形態では、アンテナ３４０は、信号がバッテリセル内から最適に送信されるように適切に成形及び配置されてよい。幾つかの実施形態では、アンテナ３４０は、バッテリセルのケースに接続されてよく、バッテリセルのケースは、アンテナ３４０の放射素子の一部として動作してよい。別の実施形態では、アンテナ３４０は、バッテリセルのアノード及び／又はカソードに接続されてよく、アノード及び／又はカソードは、アンテナ３４０の放射素子の一部として動作してよい。このようにして、バッテリセルケースは、アンテナ材料を追加することなく伝送性能を向上させることに役立ちうる。

幾つかの実施形態では、エンクロージャ３４２は、センサアセンブリ３００の構成要素の全て又は一部を収容して保護するように構成されてよい。エンクロージャ３４２は、バッテリセル内の状態がセンシング素子３３４、プロセッサ３３６、及び無線機３３８等の構成要素に悪影響を及ぼすことを防ぐ（例えば、腐食等を防ぐ）ように構成されてよい。

次に図４を参照すると、バッテリセル（例えば、プリズムバッテリセル）の図４００が示されている。通信システム４１２（例えば、プロセッサ３３６、無線機３３８、及びアンテナ３４０）がデバイスの外にある場合には、それでもセンシング素子４３４が通信システム４１２と通信しなければならない為に、バッテリセル４１０の気密封止を破らずにいかにしてバッテリセル４１０内からのセンシングデータを測定するかという問題が存在することになる。そこで、本明細書に含まれる実施形態は、図５に示すように、セル内のシステム全体が気密封止を維持するように構成されてよい。

そこで図５を参照すると、本開示の実施形態に適合するセンサアセンブリを収容するバッテリセルの図５００が示されている。センサアセンブリは、センシング素子５３４及び通信システム５１２（例えば、プロセッサ３３６、無線機３３８、及びアンテナ３４０）を含んでよく、これらは両方とも、バッテリセル５１０（例えば、プリズムバッテリセル）内に収容されている。

幾つかの実施形態では、センサアセンブリは、バッテリセル５１０と電気連通していてよい。具体的には、センサアセンブリは、センサアセンブリが測定しているバッテリセルから電力を供給されてよい。図５に示すように、通信システム５１２は、１つ以上の電線５４４でバッテリセル５１０のアノード５４６及びカソード５４８と接続されてよい。このようにして、通信システム５１２及びセンシング素子５３４は両方とも、バッテリセル５１０内に新たに電源を導入することなく電力を供給されることが可能である。追加及び／又は代替として、通信システム５１２及びセンシング素子５３４は、バッテリセル５１０内で気密封止されてよく、バッテリセル５１０の外にある電源から電力を送ることは不要である。

次に図６を参照すると、本開示の実施形態に適合するバッテリパックシステム６００の図が示されている。システム６００は、バッテリセルのモジュール６１８を１つ以上含んでよい。具体的には、図６では、バッテリセルのモジュール６１８ａ、６１８ｂ、６１８ｃが示されている。本開示の実施形態の想定では、バッテリセルのモジュール６１８は何個あってもよい。

幾つかの実施形態では、バッテリセルのモジュール６１８ａは、１つのモジュールに複数のバッテリセル６１０ａを含んでよい。各バッテリセル６１０ａは、通信システム６１２ａ及びセンシング素子（図６には示さず。例えば、センシング素子４３４、５３４）を含んでよい。同様に、バッテリセルのモジュール６１８ｂ、６１８ｃも、それぞれ複数のバッテリセル６１０ｂ、６１０ｃを含んでよく、各バッテリセルはそれぞれの通信システム６１２ｂ、６１２ｃを有する。

幾つかの実施形態では、バッテリセルの各モジュール６１８ａ、６１８ｂ、６１８ｃは、それぞれのローカルコントローラ６５０ａ、６５０ｂ、６５０ｃと通信してよい。例えば、幾つかの実施形態では、ローカルコントローラ６５０ａは、バッテリセルのモジュール６１８ａとの間でデータを送受信してよい。そして、ローカルコントローラ６５０ａ、６５０ｂ、６５０ｃは、センシングデータのマスタコントローラ６５２への戻りを中継してよく、そのマスタコントローラ６５２は、ＢＭＳ（例えば、ＢＭＳ１１６）にセンシングデータを伝達する。ローカルコントローラ６５０とマスタコントローラ６５２との間の通信は有線でも無線でもよい。

次に図７を参照すると、本開示の一実施形態を示す図７００が示されている。この例では、複数のバッテリセル１１０からなるバッテリパック７２０内で実施形態が良好に示され、４３３ＭＨｚで妥当性検査される。この特定の実施例では、自動車用バッテリパック内の様々な位置７５４、具体的には１２個の様々な位置７５４にある中空のプリズムセルの中の、ＴＰＭＳセンサ（例えば、ＨＫＭＣファラデー設計）を含むセンサアセンブリに関して受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）データを記録した。データの収集には、受信器感度が約－１０５ｄｂｍである受信器７５６（例えば、ＴＤＡ５２３５ ＲＦセクションを有するＳｅｎｓａｔａ ＵＴＲ）を使用した。受信器７５６は任意の適切な位置に置かれてよく、例えば、バッテリセル１１０を覆うバッテリケースの内側に置かれてよい。受信器７５６は、幾つかの実施態様では、バッテリ電力網から電気的に完全に切り離されてよい。

各位置７５４における、バッテリパック７２０（例えば、自動車用バッテリパック）内でのバッテリセル７１０内から受信器７５６までのＲＳＳＩマージン（ｄＢ）を表す様々な結果を図７に示す。これらの結果は、システムが２メートルに近い距離を置いて動作可能であることを示している。別の実施形態では、セル内で動作するように設計された１つ以上のアンテナを使用して最大信号伝送を可能にして性能を向上させることが可能である。例えば、幾つかの実施形態では、アンテナがバッテリセルのケースに接続されてよく、バッテリセルのケースは、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている。別の実施形態では、アンテナはアノード及び／又はカソードに接続されてよく、それによって、アノード及び／又はカソードは、アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている。

高いデータ帯域幅に対応する為の別の実施形態もテストされており、より高い周波数帯で好適であることが示されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯がテストされており、バッテリセル内のセンサアセンブリとバッテリパックに組み込まれた受信器との間で通信を確立することが示されている。

図７に示されたバッテリパック７２０内の各バッテリセル７１０は、金属ケースのプリズムバッテリセルとして描かれているが、他の様々なタイプのバッテリセルも本開示の範囲に含まれる。幾つかの実施形態では、バッテリセル７１０は、図７の金属ケースのプリズムバッテリセル以外に、プリズム缶のバッテリセル、プリズムパウチのバッテリセル、又は円柱缶のバッテリセルであってよい。幾つかの実施形態では、バッテリセル７１０は又、堅いケース及び／又は軟らかいケースを含んでよい。ケースは又、バッテリセルのエンクロージャ又はパッケージと呼ばれてよい。本開示の範囲から逸脱しない限り、任意の適切なバッテリ構造が使用されてよい。

次に図８を参照すると、本開示の一実施形態を示す図８００が示されている。この実施例が示すところでは、センサの電源をＲＦ信号から切り離す為にフェライトビーズが使用されているが、本開示の範囲から逸脱しない限り、他の材料が使用されてもよい。ここで、フェライトビーズは、ＲＦに対しては高いインピーダンスを示しうるが、直流の電流は通すことが可能である。図示のアノード及びカソードは、ＲＦアンテナとして使用されてよい。

本明細書に記載のどの実施形態でも使用されているように、「回路」という用語は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路、状態機械回路、及び／又は、プログラマブル回路が実行する命令を格納するファームウェアを、単独又は任意の組み合わせで含んでよい。本明細書に記載の任意の実施形態に記載の動作及び／又は動作可能構成要素はいずれも、ソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード回路、及び／又はこれらの任意の組み合わせの形で実施可能であることを最初に理解されたい。

本明細書において使用された術語は、特定の実施形態を記述することを目的としており、本開示の限定を意図したものではない。本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに矛盾する場合を除き、複数形も同様に包含するものとする。更に当然のことながら、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という語句は、本明細書で使用される場合には、述べられた特徴、整数、手順、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであり、１つ以上の他の特徴、整数、手順、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらの集まりの存在又は追加を排除するものではない。

以下の特許請求項におけるミーンズ・オア・ステップ・プラス・ファンクション（ｍｅａｎｓ ｏｒ ｓｔｅｐ ｐｌｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）要素の対応する構造、材料、動作、及び均等物は、他の特許請求された要素との組み合わせで、具体的に特許請求されたとおりに機能を実施する全ての構造、材料、または動作を包含するものとする。本開示の記載は、例示及び説明を目的として提示しており、網羅的であることも、開示された形態での本開示に限定されることも意図していない。当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱しない、様々な修正や変形が明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実際の適用を最もよく説明する為に、且つ、他の当業者が、想定される特定の使用に適した様々な修正を有する様々な実施形態に関して本開示を理解することを可能にするように、選択して説明されたものである。

ここまで幾つかの例示的実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば容易に理解されるように、本明細書に記載の、本開示の範囲から実質的に逸脱しない限り、それらの例示的実施形態において様々な修正が可能である。従って、そのような修正は、後述の特許請求項において定義されている、本開示の範囲に含まれるものとする。特許請求項においては、ミーンズプラスファンクション節は、本明細書に記載の構造を、記載された機能を実施するものとして包含し、且つ、構造的均等物のみならず均等な構造も包含するものとする。従って、釘が木製部品を一緒に固定する為に円柱面を採用していて、ねじがらせん面を採用しているという点においては、釘とねじは構造的均等物とは言えないが、木製部品を固定する環境においては、釘とねじは均等な構造であると言える。出願人の明確な意図として、特許請求項が「～する手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句を関連付けられた機能とともに明示的に使用する場合を除き、本明細書の特許請求項のいずれに対するいかなる限定についても特許法第１１２条第６段落は適用しない。

ここまで、本出願の開示を詳細に、且つ、本出願の実施形態を参照することにより、説明してきたが、添付の特許請求項で定義される本開示の範囲から逸脱しない限り、修正形態及び変形形態が可能であることは明らかであろう。

Claims (20)

1. バッテリセル内で気密封止されているセンサアセンブリからのセンシングデータを測定するステップであって、前記センサアセンブリは、センシング素子、プロセッサ、及び無線機を含む、前記測定するステップと、
   前記センサアセンブリを介して前記センシングデータを送受信するステップであって、前記センシングデータは、前記バッテリセルの温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含む、前記送受信するステップと、
   を含む、セル内センシングの方法。
2. 無線対応バッテリセルのバッテリパックと中央コントローラとの間の通信を提供するステップ
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 無線対応バッテリセルのモジュールとローカルコントローラとの間の通信を提供するステップ
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ローカルコントローラを介して前記センシングデータのマスタコントローラへの戻りを中継するステップであって、前記マスタコントローラはＢＭＳ（バッテリ管理システム）と通信している、前記中継するステップ
   を更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記ローカルコントローラと前記マスタコントローラとの間の通信は、有線及び無線の少なくとも一方である、請求項４に記載の方法。
6. 前記マスタコントローラに中継された前記センシングデータに少なくとも基づいて前記バッテリセルの充放電を調節するステップ
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記センサアセンブリは更に、前記バッテリセルのケースに接続されたアンテナを含み、それによって、前記バッテリセルの前記ケースは、前記アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている、請求項１に記載の方法。
8. 前記センサアセンブリは更に、アノード及びカソードの少なくとも一方に接続されたアンテナを含み、それによって、前記アノード及び前記カソードの前記少なくとも一方は、前記アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている、請求項１に記載の方法。
9. 前記センサアセンブリは更に、アンテナを含み、前記無線機は１つ以上の周波数帯で動作するように構成されている、請求項１に記載の方法。
10. 時分割多重化及び周波数分割多重化の少なくとも一方を使用して、前記センサアセンブリにより、１つ以上の無線信号を多重化するステップ
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記バッテリセルは、金属ケースのプリズムバッテリセル、プリズム缶のバッテリセル、プリズムパウチのバッテリセル、及び円柱缶のバッテリセルのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
12. 前記バッテリセルは、堅いケース及び軟らかいケースの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記センサアセンブリは前記バッテリセルと電気連通している、請求項１に記載の方法。
14. バッテリセル内のセンシングデータを測定するように構成されたセンシング素子であって、前記センシングデータは、温度、圧力、電圧、及び衝撃のうちの少なくとも１つを含む、前記センシング素子と、
    前記センシング素子と通信しているプロセッサと、
    前記プロセッサと通信していて、センシングデータを送受信するように構成された無線機であって、前記センシング素子、前記プロセッサ、及び前記無線機はバッテリセル内で気密封止されている、前記無線機と、
    を含むセンサアセンブリ。
15. 前記無線機は、前記センシングデータをローカルコントローラに渡すように構成されており、前記ローカルコントローラは、前記センシングデータを、ＢＭＳ（バッテリ管理システム）と通信しているマスタコントローラに中継するように構成されている、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
16. 前記無線機と通信しているアンテナを更に含み、前記アンテナは前記バッテリセルのケースに接続されており、それによって、前記バッテリセルの前記ケースは、前記アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
17. 前記無線機と通信しているアンテナを更に含み、前記アンテナはアノード及びカソードの少なくとも一方に接続されており、それによって、前記アノード及び前記カソードの前記少なくとも一方は、前記アンテナの放射素子の一部として動作するように構成されている、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
18. 前記無線機は１つ以上の周波数帯で動作するように構成されている、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
19. 前記無線機は、１つ以上の無線信号の多重化された信号を出力するように構成されており、前記多重化された信号は、時分割多重化及び周波数分割多重化の少なくとも一方を含む、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
20. 前記プロセッサ及び前記無線機は前記バッテリセルと電気連通している、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。

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