特開 2024-111816 電池熱暴走の早期検出を可能にするバッテリセル封入

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111816

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】電池熱暴走の早期検出を可能にするバッテリセル封入

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20240809BHJP

   H01M 50/317 20210101ALI20240809BHJP

   H01M 50/375 20210101ALI20240809BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240809BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240809BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20240809BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 301

H01M50/317 101

H01M50/375

H01M50/342 101

H01M50/204 401D

H02H7/18

H02J7/00 S

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024013032

(22)【出願日】2024-01-31

(31)【優先権主張番号】18/165,121

(32)【優先日】2023-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ シー．フォスター

【テーマコード（参考）】

5G053

5G503

5H012

5H030

5H040

【Ｆターム（参考）】

5G053AA14

5G053BA09

5G053FA05

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA10

5G503CB04

5G503CB11

5G503FA06

5G503FA18

5G503GD03

5G503GD06

5H012AA03

5H012BB04

5H012EE01

5H012FF08

5H012JJ09

5H030AA06

5H030AA10

5H030AS08

5H030FF21

5H030FF31

5H030FF52

5H040AA37

5H040AS07

5H040AT04

5H040DD26

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電池における熱暴走の早期警告を提供するための製品、装置及びシステムを提供する。
【解決手段】バッテリセル本体２０２と、バッテリセル本体を封入するガス放出材料と、を備えるバッテリセルユニット２００であって、ガス放出材料２０４は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガス２０８を放出する化合物を含み、オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリセルユニットであって、
バッテリセル本体と、
前記バッテリセル本体を封入するガス放出材料であって、（ｉ）前記ガス放出材料は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガスを放出する化合物を含み、（ｉｉ）前記オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、（ｉｉｉ）前記１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能である、ガス放出材料と、を備える、バッテリセルユニット。

【請求項2】

前記ガス放出材料は、前記オフガス温度の範囲に対応付けられた特定の蒸気圧を含む１つ以上の化学成分が組み込まれたポリマーフィルムを含む、請求項１に記載のバッテリセルユニット。

【請求項3】

バッテリシステムであって、
１つ以上のバッテリセルを含むバッテリパックであって、前記１つ以上のバッテリセルは、バッテリセル本体と、前記バッテリセル本体を封入するガス放出材料であって、（ｉ）前記ガス放出材料は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガスを放出する化合物を含み、（ｉｉ）前記オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、（ｉｉｉ）前記１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能である、ガス放出材料と、を含む、バッテリパックと、
前記オフガスを検出するよう構成された前記ガスセンサと、
前記ガスセンサに結合されたバッテリ管理システムであって、前記オフガスの検出に基づいて１つ又は複数のアクションを実行するように構成されたバッテリ管理システムと、を備える、バッテリシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の様々な実施形態は、バッテリセルの封入に関し、より詳細には、熱暴走の早期表示を可能にするポリマーフィルムの処理に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池などの電池の熱暴走は、十分に立証された問題である。電池が、電池内で不可逆的な発熱連鎖反応を引き起こす可能性がある条件にさらされると、熱暴走から火災又は激しい爆発が生じる可能性がある。電気自動車製造業者は、バッテリ管理システムを利用してバッテリバンク内の電気的状態を監視するが、多くの場合、監視は、熱暴走の前に、状況に安全かつ適切に反応するのに十分な時間を乗員に与えるのに十分な通知を提供しない。可能な限り多くの予測時間で熱暴走事象を予測する手段が必要である。

【発明の概要】

【0003】

本明細書に記載される様々な実施形態は、電池における熱暴走の早期警告を提供するための製品、装置、及びシステムに関する。

【0004】

本開示の様々な実施形態によれば、バッテリセルユニットが提供される。いくつかの実施形態では、バッテリセルユニットは、バッテリセル本体と、バッテリセル本体を封入するガス放出材料とを備え、（ｉ）ガス放出材料は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガスを放出する化合物を含み、（ｉｉ）オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、（ｉｉｉ）１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能である。

【0005】

いくつかの実施形態では、ガスセンサは、金属酸化物センサ、電気化学センサ、全揮発性有機化合物センサ、又はエアロゾルセンサのうちの少なくとも１つを備える。いくつかの実施形態において、ガス放出材料は、オフガス温度の範囲に対応付けられた特定の蒸気圧を含む１つ以上の化学成分が組み込まれたポリマーフィルムを含む。いくつかの実施形態では、ガス放出材料はサーモクロミック添加剤を含む。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は１つ以上のポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、又はポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）のうちの少なくとも１つを含む１つ以上のポリオレフィンを含む。いくつかの実施形態において、オフガス温度の範囲は、熱暴走事象に対応付けられた温度未満である。いくつかの実施形態では、オフガス温度の範囲は、セル通気に対応付けられた温度未満である。いくつかの実施形態では、オフガス温度の範囲は、１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ）の範囲を含む。いくつかの実施形態において、化学成分は、ガス放出材料に別個に組み込まれ、オフガス温度の範囲を含むそのガス放出特性を改変する。

【0006】

別の実施形態によれば、バッテリシステムが提供される。いくつかの実施形態では、バッテリシステムは、１つ以上のバッテリセルを備えるバッテリパックを備え、１つ以上のバッテリセルは、バッテリセル本体と、バッテリセル本体を封入するガス放出材料とを備え、（ｉ）ガス放出材料は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガスを放出する化合物を含み、（ｉｉ）オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、（ｉｉｉ）１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能であり、ガスセンサは、オフガスを検出するように構成され、バッテリ管理システムは、ガスセンサに結合され、バッテリ管理システムは、オフガスの検出に基づいて１つ以上の動作を実行するように構成される。いくつかの実施形態では、ガスセンサは、信号をバッテリ管理システムに送信するように更に構成され、信号は、オフガスの検出に基づいて、１つ又は複数のバッテリセルのうちの少なくとも１つがオフガス温度の範囲に到達したという指示を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の動作は、バッテリパックの利用を無効にすることを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の動作は、警告信号を生成することを含む。いくつかの実施形態では、ガスセンサは、金属酸化物センサ、電気化学センサ、全揮発性有機化合物センサ、又はエアロゾルセンサのうちの少なくとも１つを備える。いくつかの実施形態において、ガス放出材料は、オフガス温度の範囲に対応付けられた特定の蒸気圧を含む１つ以上の化学成分が組み込まれたポリマーフィルムを含む。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は１つ以上のポリマーを含む。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は１つ以上のポリマーを含む。いくつかの実施形態において、オフガス温度の範囲は、熱暴走事象に対応付けられた温度未満である。いくつかの実施形態では、オフガス温度の範囲は、セル通気に対応付けられた温度未満である。いくつかの実施形態において、オフガス温度の範囲は、２４８°Ｆ～２６６°Ｆの範囲を含む。

【0007】

別の態様によれば、方法が提供される。いくつかの実施形態では、方法は、コンピューティングデバイスによって、ガスセンサからオフガス測定データをサンプリングするステップを含み、オフガス測定データは、１つ以上のバッテリセルと、バッテリセル本体を封入するガス放出材料とを含むバッテリパッケージに対応付けられ、（ｉ）ガス放出材料は、ある範囲のオフガス温度で１つ以上のオフガスを放出する化合物を含み、（ｉｉ）オフガス温度の範囲は、熱暴走保留事象に対応付けられ、（ｉｉｉ）１つ以上のオフガスは、ガスセンサによって検出可能である。いくつかの実施形態では、方法は、コンピューティングデバイスによって、オフガス測定データに基づいて１つ又は複数のバッテリセルの温度又は温度変化率を決定するステップと、コンピューティングデバイスによって、１つ又は複数のバッテリセルの温度又は温度変化率に基づいて熱暴走保留事象を決定するステップと、コンピューティングデバイスによって、熱暴走保留事象に基づいて１つ又は複数のアクションを実行するステップとを更に含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本開示の教示を組み込む実施形態は、本明細書に提示される図に関連して示され、説明される。

【図1】例示的な熱暴走温度曲線を示す。

【図2】本明細書で論じられるいくつかの実施形態に従う例示的なバッテリセルユニットを示す。

【図3】本開示の様々な実施形態による、熱暴走検出を組み込んだ例示的なバッテリシステムの例示的な概略図を示す。

【図4】本開示の様々な実施形態による、熱暴走保留事象を監視するための方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本開示のいくつかの実施形態について添付図面を参照しながら以下により詳細に説明するが、本開示の全てではなくいくつかの実施形態を示すものである。実際に、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同様の数字は、全体を通して同様の要素を指す。

【0010】

本明細書で使用される場合、「実質的に」及び「およそ」などの用語は、参照された要素又は関連する説明が、適用可能な工学公差内で正確であることを示す。

【0011】

本明細書で使用するとき、用語「備える（comprising）」は、限定するものではないが、含むことを意味しており、特許文脈で典型的に使用される手法で解釈されるべきである。「備える（comprises）」、「含む（includes）」、及び「有する（having）」などのより広範な用語の使用は、「からなる（consisting of）」、「から本質的になる（consisting essentially of）」、及び「から実質的に構成される（comprised substantially of）」などのより狭い用語へのサポートを行うことを理解されたい。

【0012】

語句「一実施形態では」、「一実施形態によると」及び同様の語句は、その語句に続く特定の特徴、構造又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ること、及び本開示の２つ以上の実施形態に含まれ得る（重要なことに、そのような語句は必ずしも同じ実施形態に言及しない）ことを一般に意味する。

【0013】

本明細書で使用するとき、用語「例」又は「例示的な」は、「一例、事例、又は実例としての役割を果たすこと」を意味する。「例示的な」として本明細書に記載される任意の実装形態は、必ずしも他の実装形態よりも好ましい又は有利であると解釈されなくてよい。

【0014】

本明細書が、ある構成要素又は特徴が、「含まれてもよい」、「含むことできる」、「含み得る」、「含むべきである」、「含むであろう」、「好ましくは含む」、「場合により含む」、「典型的には含む」、「任意選択的に含む」、「例えば含む」、「多くの場合含む」又は「含むかもしれない」（又は他のそのような言語）、あるいはある特性を有することを提示する場合、その特定の部品又は特徴は、含まれることを必要としないか又はその特性を有することを必要としない。そのような構成要素又は特徴は、いくつかの実施形態に任意選択的に含まれてもよく、又は除外されてもよい。

【0015】

電池の熱暴走検出に関連する多くの技術的課題及び困難がある。特に、熱暴走を検出するための従来の方法（例えば、熱暴走事象へのリードアップから生じるバッテリからの温度変化を検出するための温度センサの使用）は、熱暴走の初期段階を検出するように設計されていない。ガスセンサが熱暴走事象を予測することができる時間の長さは、特定の誤用状態（例えば、パンクｖｓ．過充電ｖｓ．過熱）、バッテリ組成物タイプ、使用されるバッテリ電解質システム、バッテリの充電状態、欠陥バッテリに対するセンサの位置、及びセンサの応答時間を含む多数の要因に依存する。変数の数が多いと、予測時間及び性能の変動性及び不確実性が導入され、その結果、乗員に対する警告時間が一貫しなくなる可能性があり、場合によっては、車両から出るのに必要な措置を開始するのに十分な時間が与えられない可能性がある。したがって、電池の早期熱暴走検出におけるそのような課題及び困難を克服する必要がある。

【0016】

加えて、新興の電気自動車市場内で熱暴走を検出するために標準センサが設計されている業界標準バッテリはない。更に、バッテリ技術は急速に進化し続けており、現在のバッテリ技術の制御不能状態を検出又は予測するようなセンサを設計することは、将来のバッテリ設計に対して効果的に機能することを意味しない。したがって、バッテリ技術が成熟するにつれて、異なるバッテリタイプのための一意のセンサ技術展開が必要とされる場合があり、これは、高価で時間のかかる再適格性確認を必要とすることになる。

【0017】

図１に示すように、リチウムイオン電池の熱暴走は、典型的には約１５０℃（３０２°Ｆ）で起こり始め、セル通気は、典型的には約１３４℃（２７２°Ｆ）で起こり始める。セル通気は、過度の動作温度に起因してバッテリセル内に蓄積された過度の圧力によって引き起こされ得るバッテリセルの破裂から生じる、バッテリセルからのガスの放出を指し得る。熱暴走は、バッテリセルの局所温度の急速な上昇によって現れる、制御されない発熱化学反応を指すことがある。熱暴走が起こると、バッテリセルは自己破壊し、車両火災の条件を確立する可能性がある。熱滑走路状態が検出され、その時に警報が発せられた場合、乗員が車両から出るために利用できるのは数分（例えば、５分未満）だけである。しかしながら、セル通気が検出されて警報が発せられた場合、図１に示す温度曲線に基づいて車両から出るために追加の時間（例えば、８分）が与えられてもよい。

【0018】

セル通気は、バッテリセル内のガス圧力の上昇の結果として起こり得る。ガス圧力の上昇は、温度の機能としてもよく、その結果、セル通気検出は、代用温度インジケータとみなすことができる。いくつかの車両は何千ものセルを含み得るので、各バッテリセル上で直接温度を測定することが実現可能でない場合があることを考慮すると、セル通気を検出すること（例えば、ガス検出又はエアロゾル検出）は、信頼性のある代替案を提供し得る。換言すれば、セル通気の検出は、温度とバッテリセルからのガス放出の両方の監視を提供することができる。しかしながら、セル通気を検出することの欠点は、セルから通気されるガスの化学的構成が、主にバッテリ内で使用される電解質システムに依存し得ることであり、したがって、ガスセンサを介したセル通気の検出は、センサ技術及び特定のガスに対するその感度、並びにオゾン、窒素酸化物、二酸化炭素、一酸化炭素、及び揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有し得る排気蒸気又はスモッグ等の周囲環境に存在する他のガスに対するその交差感度に依存し得る。

【0019】

本開示の種々の実施形態によれば、バッテリのセル通気を検出するのではなく、システムは、バッテリパックのバッテリセルを封入するために使用されるポリマーフィルム等の選択されたガス放出材料のガス放出を検出するように構成されてもよい。用語「オフガス（off-gas）」、「オフガス処理（off-gassing）」及び「ガス放出（outgassing）」並びに／又は同様の語は、本明細書では、ガス放出材料に溶解、捕捉、吸収、又は組み込まれたガスの放出を指すために互換的に使用される。本開示の様々な実施形態によるバッテリセルを封入するために使用可能なポリマーフィルムの例としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、ＰＣＴＦＥなどのポリオレフィンを含むポリマー、及び当業者に公知の他の種類のポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、選択されたガス放出材料は、１つ以上の合成織物又はエラストマーを含んでもよい。

【0020】

バッテリは、本明細書で説明されるように、任意のタイプの１つ以上のバッテリセルを備えるバッテリパックを指し得る。例示的なバッテリセルタイプは、いくつか例を挙げると、リチウムイオン（例えば、リン酸鉄リチウムｖｓ．リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物ｖｓ．リチウムマンガン酸化物ｖｓ．リチウムコバルト酸化物）、鉛酸、ニッケルカドミウム、ニッケル金属水素化物を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は、熱暴走保留事象に対応付けられたオフガス温度の範囲と、オフガス温度の範囲において、オフガスを放出する、ある閾値量のオフガスを放出する、又は所与の変化率でオフガスを放出することが可能な既知の特定の材料又は化合物とを備えてもよい。オフガスは、金属酸化物センサ、電気化学センサ、全揮発性有機化合物センサ、エアロゾルセンサ、又は異なる種類のガスを検出することが可能な任意の他の一般的な電子ガス感知機器及び／もしくは方法等のガスセンサによって検出されてもよい。したがって、前駆事象（例えば、セル通気温度未満のセル温度）は、電池電解質変数を決定する必要なく、既知のガス放出特性を有する選択されたガス放出材料で封入された任意のタイプのバッテリセルについて検出することができる。選択されたガス放出材料でバッテリセルを封入することはまた、既知の一貫した特性を有する１つ以上の特定のオフガス成分に対してセンサをカスタマイズする能力を提供し得る。したがって、バッテリ自体に取り付けられた既知の制御された一貫したガス放出材料を使用してバッテリ状態を監視することによって、センサを使用して、バッテリ技術又は材料とは無関係に熱暴走を正確に予測することができる。更に、ガス放出材料は、所与のセンサ技術に合わせて選択又は調整されてもよい。

【0021】

本開示の様々な実施形態によれば、ガスセンサは、バッテリパックによって放出される１つ以上のオフガスに基づいて、熱暴走事象を検出するように構成されてもよい。特に、バッテリパックは、所与の温度において、ガス放出材料がガスセンサによって検出可能なオフガスを放出し得るように、ガス放出材料で封入された１つ以上のバッテリセルを備えてもよい。いくつかの実施形態では、ガス放出材料は、所与の温度でガスセンサによって検出可能なオフガスを放出するために、特定の蒸気圧を含む１つ又は複数の化学成分で処理された、染み込ませられた、コーティングされた、加工された、又は他の方法で組み込まれたポリマーを含む。リチウムイオン電池用途では、所与の温度は、熱暴走が起こるときの温度（約１５０℃／３０２°Ｆ）よりも十分に低い温度、又はセル通気が起こり始めるときの温度（約１３４℃／２７２°Ｆ）よりも低い温度を含み得る。一例として、所与の温度は、１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ）の範囲であってもよい。しかしながら、例えば、異なる熱暴走温度特性又は曲線を含む様々な他の電池タイプのために、様々なガス放出温度を有する他のガス放出材料を選択することもできる。

【0022】

開示されたガス放出材料は、バッテリセルとガス放出材料の温度が平衡状態になるように、バッテリセル自体と密接に接触して配置されてもよく、したがって、ガス放出材料のガス放出がバッテリセルの温度を表すことを可能にする。ガス放出材料の特性は、ガスセンサが、ガス放出の検出を介して、確立された温度（例えば、セル通気温度又は熱暴走温度未満）を含む温度閾値を検出することを可能にする温度及びガス放出条件に対応し得る。閾値温度を超えると、ガス放出材料は、予測可能な速度及び温度でガス放出することができる。言い換えれば、ガスセンサは、温度センサとして機能的に作用し、ガス放出材料の温度がガス放出を引き起こす特定の温度に達したことを示すことができる。

【0023】

例示的な例として、有機エステルである酢酸イソアミルは、約１４２℃／２８８°Ｆの沸点温度を有し、これは、その最高オフガス速度を達成する温度であってもよく、電池の第１のセルベントのおおよその範囲内である。いくつかの実施形態において、酢酸イソアミルは、バッテリセルを封入するために、ポリマーなどのガス放出材料に組み込まれてもよい（例えば、播種されてもよい）。したがって、酢酸イソアミルは、周囲条件で蒸発しないが、ポリマーが酢酸イソアミルのオフガス温度閾値を超える温度に達すると、ＶＯＣセンサなどの特定のセンサによって検出可能であり得る。ガス放出材料がエステルから脱ガスする温度は、熱暴走温度より低い温度を示すように選択することができる。

【0024】

本開示の別の態様によれば、開示されたガス放出材料はまた、閾値温度に達すると、影響を受けたバッテリセルの視覚的表示を提供するために、色インジケータに組み込まれてもよい。例えば、ガス放出材料として選択されたポリマーは、１３０℃～１５０℃（２６６°Ｆ～３０２°Ｆ）の範囲を上回る任意の温度等の特定の量の熱への暴露によってポリマーの色を変化させるサーモクロミック添加剤とともに埋め込まれてもよい。サーモクロミック要素をガス放出材料に組み込むことは、複数のバッテリセルの各々を試験する必要なしに、複数のバッテリセル（例えば、バッテリパックの）のうちのどれが潜在的な損傷を示す過度の温度に暴露されたかの表示を提供し得る。そのような特徴は、バッテリパックを修理又は修理するときに技術者又は製造業者にとって有益であり得る。ポリマーなどのガス放出材料に温度活性化色表示を組み込むための方法は、当業者に知られている技法によって実施することができる。

【0025】

図２は、本開示の一実施形態による例示的なバッテリセルユニット２００を示す。バッテリセルユニット２００は、バッテリセル本体２０２及びガス放出材料２０４を含む。バッテリセル本体２０２は、容器内に密封されたカソード、アノード、及び電解質を含む容器を備えてもよい。いくつかの実施形態において、バッテリセル本体２０２は、リチウムバッテリセルを含む。他の実施形態では、バッテリセル本体２０２は、当業者に知られている他のタイプのバッテリセルを含むことができる。説明のために、バッテリセル本体２０２は矩形形状として示されているが、本開示の実施形態は、円筒形、角柱形、又はポーチなどの任意のタイプのバッテリタイプ又は形状因子に対して実装されてもよい。また、説明のために、バッテリセル本体２０２の全体が、ガス放出材料２０４に封入されているものとして示されている。しかしながら、他の実施形態では、バッテリセル本体２０２は、電気的接続を行うためにガス放出材料２０４を破る露出した接触部分又は接続リードを含むことができる。例えば、バッテリセル本体２０２は、アノードを絶縁し、外部導電性表面への短絡を防止するために、ポリマースリーブを含むガス放出材料２０４で包まれてもよい。ポリマーは、バッテリセル本体２０２の本体に適合する非導電性熱収縮ポリマーを含んでもよい。別の実施形態によれば、バッテリセル本体２０２は、ポリマーフィルムの形態の開示されたガス放出材料が取り付けられたケーシングを含むことができる。

【0026】

ガス放出材料２０４は、ガス放出材料２０４にオフガス２０８を発生させる特定の温度及び／又はガス放出条件に対応する選択された材料特性を含むことができる。オフガス２０８は、ある温度範囲（例えば、約１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ）の温度範囲）にわたって発生する１つ以上のガス成分を含むことができる。温度閾値は、セル通気又はセル通気前の確立された温度を含むことができる。ガス放出材料２０４によるバッテリセル本体２０２の封入は、バッテリセル本体２０２と密接に接触するガス放出材料２０４を含んでもよい。熱伝達２０６は、バッテリセル本体２０２及びガス放出材料２０４の温度を平衡状態にさせ、したがって、オフガス２０８が、温度閾値に到達すると、バッテリセル本体２０２の温度を表すことを可能にする。例えば、バッテリセル本体２０２が最初に通気する温度に一致する閾値温度を超えたとき、ガス放出材料２０４は、予測可能な速度及び温度でオフガス２０８を生成し得る。オフガス２０８の特定の閾値量（例えば、百万分の一（ｐｐｍ）などの濃度単位及び／又はオフガスの変化率によって測定される）及び／又は目標変化率の存在は、セル通気又はプレセル通気を示す温度閾値をガスセンサが検出することを可能にするために使用され得る。

【0027】

いくつかの実施形態において、ガスセンサは、開示されたガス放出材料（例えば、ガス放出材料２０４）で封入された１つ以上のバッテリセル（例えば、バッテリセル本体２０２）を含むバッテリパックで構成されてもよく、バッテリ管理システムに結合されてもよい。ガスセンサは、ガス放出材料からのガス放出に基づいて、バッテリパックの少なくとも１つのバッテリセルが、熱暴走条件に先立つ所与の温度に到達したことを示す信号をバッテリ管理システムに送信することができる。そのような信号を受信すると、バッテリ管理システムは、バッテリパックの利用を停止又は無効にし、警告信号を生成し、例えば電気自動車の場合、危険な状態を示す車載コンピュータに警告信号を送信することができる。

【0028】

図３は、本開示の実施形態による熱暴走検出を組み込んだ例示的なバッテリシステムを示す。バッテリシステム３００は、バッテリパック３０２、ガスセンサ３０６、バッテリ管理システム３０８、及び充電コントローラ３１２を備える。バッテリパック３０２は、複数のバッテリセル（例えば、バッテリセル本体２０２）を備えてもよく、各セルは、本開示の種々の実施形態に従って説明されるように、ガス放出材料内に封入又は包装されてもよい。複数のバッテリセルは、所望の電圧、容量、及び／又は電力密度を送達するように、直列、並列、又はそれらの組み合わせで構成されてもよい。複数のバッテリセルのうちの１つ以上の各々は、ガス放出前の閾値動作温度、例えば、約１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ）の温度範囲を備えてもよい。

【0029】

十分な熱（例えば、ガス放出材料を沸点に到達させる温度）がバッテリパック３０２の１つ以上のバッテリセルからガス放出材料に伝導される場合、オフガス３１０は、バッテリパック３０２から放出され得る。オフガス３１０は、ガス放出材料をガス放出させる臨界温度まで加熱した結果として放出されるガス放出材料に含まれる１つ以上のガスを含むことができる。ガスセンサ３０６は、オフガス３１０の組成にかかわらず、ガス放出材料から放出されるオフガスを検出することができるセンサを含むことができる。ガスセンサ３０６は、金属酸化物センサ、電気化学センサ、全揮発性有機化合物センサ、エアロゾルセンサ、又は異なるタイプのガスを検出することができる任意の他の一般的な電子ガス検知機器及び／又は方法を含むことができる。したがって、システム３００は、バッテリパック３０２内の１つ又は複数のバッテリセルがセル通気温度及び／又は熱暴走温度未満の特定の温度に達したときに、ガス放出材料からのオフガスを監視することによって、熱暴走の早期検出を提供することができる。

【0030】

バッテリパック３０２がオフガス３１０を放出すると、ガスセンサ３０６は、オフガス３１０の存在、特定の閾値量、及び／又は目標変化率を検出し、事象、例えば、オフガス３１０の検出に対応する又はそれを表すデータ信号をバッテリ管理システム３０８に送信することができる。一実施形態では、データ信号は、オフガスの検出に基づいて、１つ以上のバッテリセルのうちの少なくとも１つがオフガス温度の範囲に到達したという指示を含む。バッテリ管理システム３０８は、ガスセンサ３０６からのデータ信号に少なくとも部分的に基づいて、バッテリパック３０２の更なる温度上昇及び損傷を防止するための適切な機能を実行することができる。バッテリ管理システム３０８は、バッテリパック３０２の安全な動作を保護及び保証するように構成されたコンピューティングデバイス又はプロセッサを備えてもよい。例えば、バッテリ管理システム３０８は、バッテリセルを監視し、バッテリセルに保護を提供し、バッテリセルの性能を最適化し、バッテリセルの動作状態をデバイス制御ユニットに報告してもよい。

【0031】

一実施形態によれば、バッテリ管理システム３０８は、ガスセンサ３０６からのデータ信号を監視又は受信することができる。したがって、バッテリ管理システム３０８は、ガスセンサ３０６によるオフガス３１０の検出を表すデータ信号に少なくとも部分的に基づいて早期熱暴走を判定するように構成することができる。バッテリ管理システム３０８は、バッテリパック３０２の状態（例えば、オフガス３１０の検出を含む）を監視し、充電コントローラ３１２と通信して、その監視に少なくとも部分的に基づいてバッテリパック３０２の充電パラメータを管理することができる。充電コントローラ３１２は、所与の電流及び電圧でバッテリパック３０２の充電を提供するように構成されるコンピューティングデバイス又はプロセッサを備えてもよい。本明細書で開示されるように、プロセッサは、プログラマブル論理デバイス、マイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、共処理エンティティ、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、マイクロコントローラ、及び／又はコントローラを備え得る。

【0032】

図４は、本開示のいくつかの実施形態による熱暴走保留事象を監視するための例示的な方法を示す例示的なフロー図である。図４において、例示的な方法４００は、メモリ及び１つ又は複数のプロセッサを備えるコンピューティングデバイスによって実行され得る。コンピューティングデバイスは、バッテリ管理システムなどのバッテリ監視システムに対応付けられてもよい。ステップ４０２において、コンピューティングデバイスは、１つ以上のバッテリセルを含むバッテリパッケージに対応付けられたオフガス測定データをサンプリングする。１つ以上のバッテリセルは、本開示の種々の実施形態に従って説明されるように、ガス放出材料で封入されてもよい。

【0033】

コンピューティングデバイスは、１つ以上のガスセンサからオフガス測定データを受信してもよい。コンピューティングデバイスは、１つ又は複数のガスの存在、量、及び／又は濃度を検出するように構成された１つ又は複数のガスセンサに通信可能に結合され得る。特に、１つ以上のガスセンサは、バッテリパッケージの少なくとも１つのバッテリセルを封入するガス放出材料に対応付けられた１つ以上のオフガスのオフガス測定を行うことが可能であってもよい。オフガス測定データは、１つ以上のガスセンサによって検出された１つ以上のガスの存在、量、及び／又は濃度に基づく１つ以上の値を含んでもよい。いくつかの実施形態では、サンプリングされ、１つ以上のガスセンサから受信されたオフガス測定データは、オフガス事象を示す定量値（例えば、ｐｐｍ）、定性値（例えば、高、中、低）、又はブール／バイナリ値（例えば、はい／いいえ）を備えてもよい。

【0034】

いくつかの実施形態では、ステップ４０２に続いて、例示的な方法はステップ４０４に進み、コンピューティングデバイスは、オフガス測定データに基づいて１つ又は複数のバッテリセルの温度又は温度変化率を決定する。例えば、オフガスの存在、特定の閾値量、及び／又は標的変化率は、バッテリパッケージの少なくとも１つのバッテリセルを封入するガス放出材料の特定のガス放出特性に基づいて、特定のバッテリセル温度又はバッテリ温度の範囲（例えば、１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ））に対応付けられてもよい。逆に、オフガスの不在、閾値未満の量、及び／又は非目標変化率は、特定のバッテリセル温度未満の温度と対応付けられてもよい。

【0035】

いくつかの実施形態では、ステップ４０４に続いて、例示的方法は、ステップ４０６に進み、コンピューティングデバイスは、１つ以上のガスセンサによって提供されるオフガス測定データによって示されるように、１つ以上のバッテリセルの温度及び／又は１つ以上のバッテリセルの温度変化率に基づいて、熱暴走保留事象があるかどうかを判定する。１つ又は複数のバッテリセルの温度が熱暴走保留事象に対応付けられていない場合、例示的な方法はステップ４０２に戻り、コンピューティングデバイスは、バッテリパッケージに対応付けられたオフガス測定データをサンプリングし続ける。そうではなく、１つ以上のバッテリセルの温度が熱暴走保留事象（例えば、１２０℃～１４０℃（２４８°Ｆ～２８４°Ｆ））に対応付けられている場合、例示的な方法はステップ４０８に進み、コンピューティングデバイスは、熱暴走保留事象に基づいて１つ以上のアクションを実行する。１つ又は複数のアクションは、バッテリパックの利用を停止又は無効にすることと、警告信号を生成することと、（例えば電気自動車の場合、危険な状態を示す車載コンピュータに）警告信号を送信することとを含むことができる。

【0036】

結論
本明細書中に記載される実施例及び実施形態は、例示目的のみのためであり、そしてそれらに照らして種々の改変又は変更が当業者に示唆され、そして本出願の精神及び範囲内に含まれることが理解されるべきである。

【0037】

本明細書に記載される本開示の多くの修正例及び他の実施形態は、前述の説明及び関連する図面に提示される教示の利益を有する、本開示に関係がある当業者に着想されるであろう。したがって、本開示は、開示される特定の実施形態に限定されるものではないこと、並びに修正及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。特定の用語が本明細書で用いられているが、これらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】