JP6379172B2 - バッテリの内部ショートの検出システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの特性を監視する技術に関し、より具体的には、ひとつあるいは複数のバッテリセルにおける内部ショートの検出のためのバッテリの監視に関する。

バッテリあるいはバッテリパックは、ひとつあるいは複数のセルで構成される。セルは、たとえばリチウムイオンセル、リチウム空気セル、リチウム金属ベースのセルなどであり、多様なデバイスに給電するために用いられる。バッテリの破局故障（Catastrophic failures ）は、数億ドルもの費用をともなう大規模リコールの要因となり、会社の評判、ブランドイメージを著しく毀損する。バッテリに蓄えられるエネルギーが増大するにつれ、重要な故障の潜在性はより多くの関心を集めることとなる。バッテリの破局故障のひとつとして熱暴走があり、セルの内部における回路ショートが、セル内部の分解反応を自己的に加速させる。熱暴走は、適時的な保護が行われなければ、発煙、発火、あるいは爆発の要因となりうる。

セル内部のショートを検出しうるいくつかのアプローチは、セルあるいはセルブロックの電圧を監視するものである。これらのアプローチにおいては、内部ショート回路によって生ずるセルの両端間電圧のドロップを検出するために、セル内において充電、放電が発生していないときのセルあるいはセルブロックの電圧の変化が監視される。セルが休止している期間において（すなわちセル内部に充電電流も放電電流も生じていないとき）、セルの電圧を監視することは、リチウムベースセル産業において、製造者によって品質管理試験として行われる。セルの組み立ておよび初期充電に続いて、セルはある期間にわたり休止状態とされ、セルの電圧が監視される。ある値を超えるセル電圧の低下は、セルの内部ショートの存在を示すといえ、したがってそのセルを不良として除去することが可能となる。このような電圧試験は、そのライフサイクルにおいて将来的に内部ショート回路が生じるであろうセルを特定するものではなく、したがって、使用中に内部ショート回路を引き起こすセルの破局破壊を導くおそれがある。さらにセルの休止状態におけるセル電圧の監視は、内部ショートの検出に関して相対的に感度が低い。なぜなら、セル内に内部ショートが生じていることを疑いなく確証しうるような十分に大きなセル電圧の変化を発生させるには、非常に長い時間を要するからである。もしショートが過度に発展すると、帰還不能点に到達し、もはや熱暴走および破局破壊は避けることができないものとなる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、バッテリの内部ショート回路を検出可能な比較的ローコストなシステムの提供にある。

バッテリの内部ショート回路を検出可能な比較的ローコストなシステムが提供される。これは、バッテリ内でさまざまな形態で構成されるセルに対して、たとえば複数のセルが直列に接続されるようなバッテリにも適用可能である。ある態様において、バッテリが休止状態である期間において、電圧源とセルとを平衡させ、診断期間において電流の流れを監視することにより、内部ショートが診断される。安定的なゼロ電流状態は、正常な、ショートしていないセルであることを示す。非ゼロの増加する電流は、内部ショートが存在することを示す。別の態様において、電圧源とセルとが平衡させられ、ある期間切断され、そして再接続される。そしてセルに電流サージが流れ込めば、内部ショートの存在が示され、ゼロ近くの電流により、正常セルであることが示される。

バッテリパックのショート検出の方法が開示される。バッテリパックは、複数のセルを含む。この方法は、ショート検出モジュールをバッテリパックに接続するステップと；ショート検出モジュールによりバッテリパックが休止状態であることを判定するステップと；ショートの試験の対象となる第１セルを選択するステップを備え、このショートの試験は、電圧源を第１セルに接続するステップと；第１セルの電流を測定するステップと；第１セルの測定された電流にもとづき第１セルがショートを含むか否かを判定するステップと、を備える。

またバッテリパックのショート検出のシステムが開示される。バッテリパックは、複数のセルを含む。このシステムは、複数のセルそれぞれが個別に試験対象となるようにして、バッテリパックと接続可能である、セルアドレシングマトリクス・コントロールと、セルアドレシングマトリクス・コントロールを介して、複数のセルと接続可能である電圧源および電流測定モジュールと、複数のセルのセルがショートを含むか否かを、電流測定モジュールからの入力にもとづいて判定するコントロールロジックと、を備える。

本発明のある態様によれば、バッテリの内部ショート回路を検出できる。

ショート検出のシステムの一実施の形態を示す図である。 セル接続およびバッテリパックの一実施の形態を示す図である。 バッテリパックの複数のセルの測定される電流の一例を示す図である。 ショート検出方法の一例を示す図である。 ショート検出方法の別の一例を示す図である。

バッテリ内の内部ショート回路を検出するためのシステムおよび方法のいくつかの実施の形態が、以下で詳細に説明する例示的な実施例とともに提供される。本発明は、リチウムイオンセル、リチウム空気セル、リチウム金属ベースのセルの特性を利用する。この特性はすなわち正常なショートの生じていないセルにおいては、一旦電流が収まりセルが休止状態となると、セル電圧はその平衡値へと緩和していき、一旦平衡値に達すると、セル電圧は非常に安定という特性である。このような振る舞いは単一セル、並列に接続されるセルのグループ、直列に接続されるセルのグループ、あるいは直列および並列に接続されるセルのグループに適用されるため、本発明は、バッテリ内のセルの様々な形態に適用可能である。図１Ａのシステム１００に示されるように、ショート検出モジュール１０２のハードウェア要素は、（１）バッテリパック１０１の個々のセルあるいはセルのグループを、電圧測定モジュール１０４との間で着脱可能であり、また電圧源／電流測定モジュール１０５との間で着脱可能であり、それにより電圧測定、電圧源、および電流測定のリソースを複数のセルにわたり多重化することが可能なセルアドレシングマトリクス・コントロール１０３と、（２）電圧測定モジュール１０４と、（３）所望の値にセットしうる制御可能な電圧源および電圧源から流れる電流を測定する手段を含む電圧源／電流測定モジュール１０５と、を備える。またセルの内部ショート回路を診断し、あるいはその量を測定する試験の方法が提供される。

図１Ａは、実施の形態に係るショート検出のシステム１００を示す。バッテリパック１０１は、適切な個数および配置を有するリチウムイオンセル、リチウム空気セルあるいはリチウム金属ベースのセルを含む。さまざまな実施の形態において、バッテリパック１０１の複数のセルは、並列、直列、あるいは並列と直列の組み合わせでありうる。バッテリパック１０１のセルは、セル接続１０７を介して、ショート検出モジュール１０２のセルアドレシングマトリクス・コントロール１０３と接続される。セル接続１０７は、バッテリパック１０１のセルの個数、構成にもとづいて適切な構成および個数を有することができる。セル接続１０７の構成は、ショート検出モジュール１０２により実行される試験の種類にも依存しうる。ある実施の形態において、バッテリパック１０１の単一セルを単位として、ショート検出モジュール１０２により試験を行ってもよい。別の実施の形態において、バッテリパック１０１のセルのブロックを単位として、ショート検出モジュール１０２により試験を行ってもよい。図１Ｂには、セル接続１０７および５個の直列接続されるセル１０８Ａ−１０８Ｅを含むバッテリパック１０１の一実施例が示され、５個の直列接続されるセルが個別に試験可能となっている。しかしながら、これは説明の便宜のために過ぎず、限定されるものではない。セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３は、バッテリパック１０１の単一セルあるいはセルのブロックに対して、電圧測定モジュール１０４および電圧源／電流測定モジュール１０５を接続しあるいは切断する。セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３は、内部ショートの試験対象の単一セルあるいはセルのグループを選択するために用いられる。このようにして、ショート検出モジュール１０２の電圧測定および電圧源のリソースは、バッテリパック１０１の非常に多くのセルの間で多重化される。

電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源は、その出力に目標電圧に安定化された電圧を発生しうるさまざまな形式であってよく、たとえばリニアのあるいはスイッチモードの電圧安定化を採用しうる。電圧源／電流測定モジュール１０５に使用されるこのような電圧源は、目標出力電圧を維持するフィードバックループにおいて直列パス素子が制御されるリニアレギュレータ、目標出力電圧を維持するフィードバックループにおいてシャントパス素子が制御されるリニアレギュレータ、あるいはスイッチモードレギュレータ（昇圧コンバータ、降圧コンバータ、極性反転コンバータ、などのＤＣ／ＤＣコンバータ）を含む。電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源は、その出力電圧を制御可能であり、要求に応じてセットし、また変化させることができる。この制御は、たとえば、それに限定されるものではないが、アナログおよび／またはデジタル制御入力を含む手段により行ってもよい。この制御としては、同等の機能を提供しうる別の手段を用いてもよい。たとえばいくつかの電圧レギュレータ（リニア、スイッチモードの両方を含む）は、プログラミング抵抗により制御することができる。これはレギュレータの出力電圧を設定する電圧あるいは電流をレギュレータに提供する回路の一部を提供する（すなわちプログラミング抵抗はアナログ制御信号を提供する）。

電圧源／電流測定モジュール１０５の電流測定デバイスは、適切な電流測定デバイス、たとえばそれには限定されないが、電流経路上に設けられ、その電圧降下をそのパスに流れる電流の量を決定するために用いることが可能なセンス抵抗；その電圧降下が増幅され、小さい電圧降下を電流に比例する大きな振幅信号として取り出すことが可能な増幅をともなうセンス抵抗；あるいはホール効果の電流変換器、フラックスゲート、あるいは目的の電流の測定に対応する電圧出力を生成するそのほかの電流変換器；などを用いることができる。電圧源／電流測定モジュール１０５の電流測定デバイスは、適切な電流測定デバイスであってよく、たとえば、それに限定されないが、ホール効果電流変換器、電流センス抵抗、誘導（インダクション）センサ、電流シャント、増幅付き電流センス抵抗を含みうる。増幅付き電流センス抵抗は、電流センス抵抗と、増幅ハードウェアを含み、センス抵抗の電圧降下を比較的小さく保つことができ（すなわち、センス抵抗の損入損失を相対的に小さくでき）、増幅ハードウェアは、電流センス抵抗に流れる電流に応じている相対的に大きな振幅の出力電圧信号を生成できる。

図２は、バッテリパックの複数のセルの測定電流を示す例示的なグラフ２００である。電圧源は５セルバッテリパックの各セルに印加され、各セルの試験の最初に、実質的にゼロ電流となるように調節される。電流は３０分間にわたり監視される。セル４と並列に設けられた１００Ω負荷は、セル４の１００Ωの内部ショートをシミュレートするために使用される。グラフ２００に示されるように、１００Ωショートがシミュレートされたセルにおいて、セル４に流れる電流は時間と共に増加している。これに対してそのほかのセルの電流は、相対的に低い値にて一定となり、あるいは３０分の試験の間に低い値に減衰していく。

図３には、ショート検出の方法３００の一実施の形態が示される。図３について、図１Ａを参照しつつ説明する。まずブロック３０１において、ショート検出モジュール１０２はセル接続１０７を介してバッテリパック１０１と接続される。そしてバッテリパック１０１が休止状態であること（つまりバッテリに電流が流れ込まず、またバッテリから電流が流れ出ないこと）が観測されると、バッテリパック１０１は、特定のバッテリの化学的性質およびセルの特性にもとづいて、バッテリが実質的にゼロ電流に平衡したとみなせるように十分に長い時間、休止状態が維持される。続いてブロック３０２において、バッテリパック１０１のセル（あるいはもしバッテリパック１０１がそのように構成されているのであれば、セルのブロック）のひとつが、内部ショートの試験のためにセルアドレシングマトリクス・コントロール１０３によって選択される。そしてブロック３０３において、バッテリパック１０１の選択されたセルの電圧が、セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３を介して電圧測定モジュール１０４により測定され、そして選択されたセルの測定電圧がコントロールロジック・メモリ１０６に保存される。いくつかの実施の形態において、以下で説明するように、ブロック３０３はオプションでありえる。続いてブロック３０４において、電圧源／電流測定モジュール１０５が出力電圧を出力するようにセットされ、選択されたセルに印加される。いくつかの実施の形態において、電圧源／電流測定モジュール１０５は、ブロック３０３において、コントロールロジック・メモリ１０６に保持されているバッテリパック１０１の選択されたセルについて測定された電圧値を出力するように、電圧源／電流測定モジュール１０５がセットされ、電圧源／電流測定モジュール１０５の出力電圧がバッテリパック１０１の選択されたセルに印加される。いくつかの実施の形態において、ブロック３０４の間に、選択されたセルに対する電圧源／電流測定モジュール１０５の初期接続に際して、電圧源／電流測定モジュール１０５から出力される電圧値を調節し、選択されたセルから流れる電流がゼロ（あるいはほぼゼロ）となるようにトリミングを施してもよい。そしてブロック３０５において、選択されたセルに接続される電圧源／電流測定モジュール１０５によって、電圧源／電流測定モジュール１０５によって選択されたセルから流れる電流がある期間にわたって監視され、電流がゼロ付近の値で実質的に安定であるか（正常なショートのないセルであるか）、もしくは時間とともに選択されたセルからの電流が増加しているのか（つまり内部ショート回路により内部損失をオフセットするための電流供給が必要であり、すなわちセルが内部ショート回路を含んでいる）が判定される。コントロールロジック・メモリ１０６は、電圧源／電流測定モジュール１０５が測定したセルの電流にもとづいて、選択されたセルが正常であるかショートを含んでいるかを示してもよい。続いてブロック３０６に進み、セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３により、次のセル（あるはセルのブロック）が試験対象として選択される。ブロック３０３，３０４，３０５は次のセルについても繰り返され、ブロック３０６においてバッテリパック１０１のすべてのセル（もしくはセルのブロック）のショート試験が完了するまで、別のセルが選択されてもよい。

方法３００のある実施の形態において、ブロック３０３に関するセル電圧の測定は行わなくてもよい。いくつかの実施の形態においてブロック３０４では、電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源がセルに接続され、電圧源／電流測定モジュール１０５の電流測定モジュールにより測定されるセルからの電流が最小となるように、電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源の出力電圧を変化させてもよい。一旦、選択されたセルからの電流が最小化されると、選択されたセルの出力電流はブロック３０５において測定される。この実施の形態において、電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源が選択されたセルに接続され、そして調節されている期間において、電圧源からの電流は、相対的に低い値に制限され、これにより選択されたセルがその休止状態から不必要に乱されないようにすることができる。この実施の形態において、図１のショート検出モジュール１０２から電圧測定モジュール１０４を省略してもよい。

図３の方法３００は、単一セルごとの（並列セルの単一ブロックごとの）試験に用いることができ、あるいは、直列接続されるいくつかのセル（あるいはセルのブロック）を１ユニットとする試験に用いることができる。たとえばバッテリ内で直列接続される４個のセルを１単位として、１セル単体の試験と同様に試験することができる。

方法３００を用いて、バッテリ内のすべてのセルを試験するのに要する総時間を短縮するために、バッテリパック１０１のセル（あるいはセルのブロック）の同時試験を行ってもよい。しかしながら、バッテリのセルが互いに電気的に絶縁されていないことに鑑みれば、さまざまな点を考慮しなければならない。このような絶縁の欠如に対処するアプローチとしては、ガルバニック絶縁された電圧源を用いて、パックのすべてのセルを同時に試験すること；非絶縁の電圧源を用いて直接なセルのセットを同時に試験すること；を含んでもよい（電圧源は直列接続されるセルに対して適切な電圧を供給する必要があり、たとえばそれぞれが４Ｖである３個の直接セルの試験では、０，４，８，１２Ｖの正確な出力が要求される）。

ショート検出モジュール１０２のハードウェアは、バッテリパック１０１の内部の同時に測定されるセルの個数が増えるほど複雑化していくが、しかしながら、これはバッテリパック１０１の全セルを試験するのに要する時間とトレードオフの関係にある。たとえばブロック３０１においてバッテリパック１０１を休止状態としうる合理的な診断時間は、１セルあたり３０分のオーダーでありえる。低電圧パックでは、これはそれほどの問題ではないが、しかしながら、たとえば８０セルの電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electrical Vehicle）では、全セルをスキャンするのに４０時間も要することとなる。したがって、１セルより多くを同時にスキャンするショート検出モジュール１０２の構成は、いくつかの用途において望まれる。

ショート検出の方法４００の別の実施の形態は図４に示される。図１Ａと対比しながら図４を説明する。はじめにブロック４０１において、セル接続１０７を介してショート検出モジュール１０２がバッテリパック１０１に接続され、そしてバッテリパック１０１が休止状態であること（つまりバッテリに電流が流れ込まず、またバッテリから電流が流れ出ないこと）が観測されると、バッテリパック１０１は、特定のバッテリの化学的性質およびセルの特性にもとづいて、バッテリが実質的にゼロ電流に平衡したとみなせるように十分に長い時間、休止状態が維持される。続いてブロック４０２において、バッテリパック１０１のセル（あるいはもしバッテリパック１０１がそのように構成されているのであれば、セルのブロック）のひとつが、内部ショートの試験のためにセルアドレシングマトリクス・コントロール１０３によって選択される。そしてブロック４０３において、バッテリパック１０１の選択されたセルの電圧が、セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３を介して電圧測定モジュール１０４により測定され、そして選択されたセルの測定電圧がコントロールロジック・メモリ１０６に保存される。いくつかの実施の形態において、以下で説明するように、ブロック４０３はオプションでありえる。続いてブロック４０４において、電圧源／電流測定モジュール１０５が出力電圧を出力するようにセットされ、選択されたセルに印加される。いくつかの実施の形態において、電圧源／電流測定モジュール１０５は、ブロック４０３において、コントロールロジック・メモリ１０６に保持されているバッテリパック１０１の選択されたセルについて測定された電圧値を出力するように、電圧源／電流測定モジュール１０５がセットされ、電圧源／電流測定モジュール１０５の出力電圧がバッテリパック１０１の選択されたセルに印加される。別の実施の形態において、セルからの電流が最小化されるように電圧出力が変化させられる。いくつかの実施の形態において、ブロック４０４の間に、選択されたセルに対する電圧源／電流測定モジュール１０５の初期接続に際して、電圧源／電流測定モジュール１０５から出力される電圧値を調節し、選択されたセルから流れる電流がゼロ（あるいはほぼゼロ）となるようにトリミングを施してもよい。そしてブロック４０５において、電圧源／電流測定モジュール１０５が選択されたセルからしばらくの間、取り外され、そして選択されたセルおよび電圧源／電流測定モジュール１０５が再接続され、そして再接続の後、選択されたセルからの電流が電圧源／電流測定モジュール１０５により測定される。もし選択されたセルと電圧源／電流測定モジュール１０５の間の再接続後に、選択されたセルからの、測定電流が安定でありゼロ近傍であるとき、選択されたセルについてショートのない状態であることが示される。選択されたセルと電圧源／電流測定モジュール１０５の再接続後に、選択されたセルからの測定電流に過渡的なスパイクが生じているとき、内部ショート回路が存在することが示される。続いてブロック４０６に進み、セルアドレシングマトリクス・コントロール１０３により、次のセル（あるはセルのブロック）が試験対象として選択される。ブロック４０３，４０４，４０５は次のセルについても繰り返され、ブロック４０６においてバッテリパック１０１のすべてのセル（もしくはセルのブロック）のショート試験が完了するまで、別のセルが選択されてもよい。

図４の方法４００で説明される本実施の形態において、電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源の十分に正確な制御は、バッテリパック１０１の各セルの電圧を決定しながらより高速にポーリングすることに資することとなる。ショート検出モジュール１０２はそして診断時間の間待機し、バッテリパック１０１のセルをより高速にポーリングし、各セルのストアされている電圧値を電圧源／電流測定モジュール１０５にセットする。これには電圧源／電流測定モジュール１０５の電圧源の、より正確なプログラム性が要求される。電圧源／電流測定モジュール１０５はいくつかの実施の形態において、集積回路を含んでもよい。

図３、４で説明したように内部ショートの存在を複数のセルについて試験する際に、バッテリは休止状態でなければならない（つまり、外部の電流がバッテリに流れ込まず、外部に電流が流れ出さない）。リチウムイオンバッテリに流れ込み、あるいはそれから流れ出る電流が、バッテリマネージメントシステムによりさまざまな目的で監視されることに鑑みれば（たとえばＳＯＣ（充電状態）を決定するためにクーロン法を用いたり、過電流状態を防止する回路保護のため）、本発明に係る方法において、内部ショートの試験の間、外部電流が流れないことを確認することは簡単である。本発明によりバッテリ内のセルの内部ショートの試験を行う間、もしバッテリに流れ込み、あるいは流れ出る電流が測定されれば、内部ショートの診断試験が停止され、バッテリが休止状態であると観測される次のタイミングで再開される。バッテリの流出入電流の存在により無効とされた試験は、次のタイミングで繰り返されてもよい。

図１Ａに示すショート検出モジュール１０２のいくつかの実施の形態は、バッテリシステムの全体の測定、管理の一部であるスタンドアローンシステムを含んでもよく、スタンドアローンシステムは本発明に必要なすべての要素を提供してもよく、バッテリのセルごとの分離した専用の配線を含んでもよい。別の実施の形態において、図１Ａのショート検出モジュール１０２はバッテリマネージメントアーキテクチャに統合されてよく、バッテリマネージメントシステムおよび本発明のシステムは、セル電圧測定機能、セル電圧センス配線（これらは標準的なリチウムイオンバッテリシステムにおいていずれにせよ必要とされる）を共通のリソースとして共有してもよい。標準的なバッテリマネージメントシステムに備わるメモリ、コントロールロジックおよび（ホストや別のシステムとの間の）通信機能を、本発明は、共有されたリソースとして流用してもよい。別の実施の形態において、図１Ａのショート検出モジュール１０２は、バッテリパックのセルの内部ショートの試験に用いうるスタンドアローンの診断装置（たとえば携帯型あるいはベンチトップ）を含んでもよい。

ここで説明した実施の形態は多くの別の形態で具現化してもよく、上述の説明は実施の形態を限定するものとみなしてはならない。むしろ実施の形態は、徹底かつ完全であり、当業者に対して発明の範囲を理解させるために提供されている。同様の構成には同様の符号を付している。

「第１」、「第２」、「第３」等の用語はさまざまな要素、構成、領域、レイヤあるいは部分を記述されるために用いられるが、これらの要素、構成、領域、レイヤあるいは部分はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、ある要素、構成、領域、レイヤあるいは部分を、別の要素、構成、領域、レイヤあるいは部分と区別するために用いられるに過ぎない。したがって「第１要素」、「構成」、「領域」、「レイヤ」あるいは「部分」は、説明から逸脱しない範囲において「第２要素」、「構成」、「領域」、「レイヤ」あるいは「部分」と呼んでも差し支えない。

ここで使用した用語はある特定の実施の形態を記述するためのものであり、限定を目的としたものではない。またここで使用したように、文脈から明らかにそうでない場合を除いて、単数形は、複数を含むことを意図したものであり、「少なくともひとつ」を含みうる。「または」は、「および／または」を意味する。「および／または」は、列挙されたアイテムに関連するひとつまたは複数の任意のあるいはすべての組み合わせを含む。「備える」、「含む」は、明細書に用いられる場合、説明される特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素および／または構成の存在を明示するものであるが、ひとつあるいは複数の別の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素および／または構成、それらの群が存在することを除外するものではない。

特に定義のない限り、あらゆる用語（技術的、科学的用語を含む）は、本願明細書の開示が属する分野の当業者に一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらには、辞書に一般的に定義される用語は、関連技術における文脈および本明細書と整合がとれるような意味に解釈すべきであり、明細書に明示的に定義されない限り理想的なあるいは過度に形式張った意味に解釈すべきでない。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。さらに、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、特定の状況や材料を本発明の教示に適合させるような多くの変形が考えられる。したがって本発明は、発明を実施しうるベストモードとして開示されている特定の実施の形態に限定すべきでなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるすべての実施の形態を含みうる。

１００…システム、１０１…バッテリパック、１０２…ショート検出モジュール、１０３…セルアドレシングマトリクス・コントロール、１０４…電圧測定モジュール、１０５…電圧源／電流測定モジュール、１０６…コントロールロジック・メモリ、１０７…セル接続。

Claims (18)

1. バッテリパックのショート検出の方法であって、
   前記バッテリパックは、複数のセルを含み、
   前記方法は、
   ショート検出モジュールをバッテリパックに接続するステップと、
   ショート検出モジュールにより前記バッテリパックが休止状態であることを判定するステップと、
   ショートの試験の対象となる第１セルを選択するステップと、
   を備え、
   前記ショートの試験は、
   電圧源を前記第１セルに接続するステップと、
   前記第１セルの電流を測定するステップと、
   前記第１セルの測定された電流にもとづき前記第１セルがショートを含むか否かを判定するステップと、
   を備え、
   前記電圧源を前記第１セルに接続するのに先立って、さらに、
   前記第１セルの電圧を測定し、測定された電圧を保持するステップと、
   前記電圧源を、前記測定された電圧を発生するようにセットするステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. バッテリパックのショート検出の方法であって、
   前記バッテリパックは、複数のセルを含み、
   前記方法は、
   ショート検出モジュールをバッテリパックに接続するステップと、
   ショート検出モジュールにより前記バッテリパックが休止状態であることを判定するステップと、
   ショートの試験の対象となる第１セルを選択するステップと、
   を備え、
   前記ショートの試験は、
   電圧源を前記第１セルに接続するステップと、
   前記第１セルの電流を測定するステップと、
   前記第１セルの測定された電流にもとづき前記第１セルがショートを含むか否かを判定するステップと、
   を備え、
   前記電圧源を前記第１セルに接続した後に、前記第１セルからの電流が最小化されるように前記電圧源が発生する電圧を変化させるステップと、
   前記電流を最小化した後に、前記第１セルの測定された電流にもとづいて、前記第１セルがショートを含むか否かを判定するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする方法。
3. 前記バッテリパックの前記複数のセルは並列に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記バッテリパックの前記複数のセルは直列に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
5. 前記バッテリパックの前記複数のセルは並列および直列の組み合わせで接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記バッテリパックにおいて、前記第１セルはセルのブロックを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記バッテリパックの前記複数のセルは、リチウムイオンセル、リチウム空気セル、リチウム金属ベースのセルのひとつを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１セルは、測定された電流が時間と共に増加したときにショートを含むもとの判定され、測定された電流が時間的に安定であるときショートを含まないものと判定されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ショートの試験の対象となる第２セルを選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記バッテリパックは、前記複数のセルそれぞれが個別に前記ショートの試験の対象となるように、前記ショート検出モジュールと接続されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 前記電圧源を前記第１セルと接続した後に、前記電圧源を前記第１セルから取り外すステップと、
    前記電圧源を前記第１セルと再接続するステップと、
    前記電圧源を前記第１セルと再接続した後に、前記第１セルの電流を測定するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第１セルは、前記電圧源を前記第１セルと再接続した後に、測定された電流に過渡的なスパイクが生じているとき、ショートを含むものと判定されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
13. バッテリパックのショート検出のシステムであって、
    前記バッテリパックは、複数のセルを含み、
    前記システムは、
    前記複数のセルそれぞれが個別に試験対象となるようにして、前記バッテリパックと接続可能である、セルアドレシングマトリクス・コントロールと、
    前記セルアドレシングマトリクス・コントロールを介して、前記複数のセルと接続可能である電圧源および電流測定モジュールと、
    前記複数のセルのセルがショートを含むか否かを、前記電流測定モジュールからの入力にもとづいて判定するコントロールロジックと、
    前記複数のセルのセルそれぞれについて測定された電圧を保持するメモリと、
    前記セルアドレシングマトリクス・コントロールを介して前記複数のセルと接続可能な電圧測定モジュールと、
    を備え、
    前記システムは、前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって、ショートの試験の対象となる前記バッテリパックの第１セルを選択するステップを含む方法を実行可能であり、
    前記試験は、
    前記電圧測定モジュールを前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって前記第１セルと接続するステップと、
    前記電圧測定モジュールによって前記第１セルの電圧を測定するステップと、
    測定電圧を前記メモリに格納するステップと、
    前記電圧源を、格納された前記測定電圧を出力するようにセットするステップと、
    前記電圧源および前記電流測定モジュールを、前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって前記第１セルと接続するステップと、
    前記電流測定モジュールによって前記第１セルの電流を測定するステップと、
    前記第１セルの測定された電流にもとづいて、前記第１セルがショートを含むか否かを前記コントロールロジックにより判定するステップと、
    を含むことを特徴とするシステム。
14. 前記システムは、前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって、ショートの試験の対象となる前記バッテリパックの第１セルを選択するステップを含む方法を実行可能であり、
    前記試験は、
    前記電圧源および前記電流測定モジュールを、前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって前記第１セルと接続するステップと、
    前記電圧源を前記第１セルに接続した後に、前記第１セルからの電流が最小化されるように、前記電圧源が発生する電圧を変化させるステップと、
    前記第１セルの電流を測定するステップと、
    前記第１セルからの電流を最小化した後に、前記第１セルの測定された電流にもとづいて、前記コントロールロジックによって前記第１セルがショートを含むか否かを判定するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第１セルは、測定された電流が時間と共に増加したときにショートを含むもとの判定されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第１セルは、測定された電流が時間的に安定であるときショートを含まないものと判定されることを特徴とする請求項１４または１５に記載のシステム。
17. 前記方法は、
    前記電圧源を前記第１セルと接続した後に、前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって、前記電圧源を前記第１セルから取り外すステップと、
    前記セルアドレシングマトリクス・コントロールによって、前記電圧源を前記第１セルと再接続するステップと、
    前記電圧源を前記第１セルと再接続した後に、前記電流測定モジュールによって前記第１セルの電流を測定するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載のシステム。
18. 前記第１セルは、前記電圧源を前記第１セルと再接続した後に、測定された電流に過渡的なスパイクが生じているとき、ショートを含むものと判定されることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載のシステム。

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