特表 2022-545840 バッテリモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-31

(54)【発明の名称】バッテリモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20221024BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20221024BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 B

H01M10/44 P

H01M10/48 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022513951

(86)(22)【出願日】2020-08-28

(85)【翻訳文提出日】2022-04-28

(86)【国際出願番号】 US2020048549

(87)【国際公開番号】W WO2021041914

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】62/892,804

(32)【優先日】2019-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522078107

【氏名又は名称】スパークチャージ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＰＡＲＫＣＨＡＲＧＥ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100090251

【氏名又は名称】森田 憲一

(72)【発明者】

【氏名】エリス，クリストファー アール．

(72)【発明者】

【氏名】ホイットニー，リチャード

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB01

5G503CA08

5G503CA11

5G503GA15

5G503GD02

5H030AA06

5H030AS08

5H030AS12

5H030BB27

5H030DD25

5H030FF41

5H030FF43

(57)【要約】

バッテリモジュールは、一組の電源接点と、一組の信号接点と、一組の電源接点に電力を供給するように動作可能なバッテリパックと、を含む。電子絶縁システムは、バッテリパックと一組の電源接点とを電気的に接続解除および接続するように動作可能である。電子制御システムは、電子絶縁システムと、一組の信号接点または一組の電源接点の一方と、に電気的に接続される。電子制御システムは、バッテリモジュールおよび電気装置のうちの１つに関連するパラメータを測定し、パラメータを所定の値と比較するように動作可能である。電子絶縁システムは、比較の肯定的な結果に基づいてバッテリパックを一組の電源接点に接続し、比較の否定的な結果に基づいてバッテリパックと一組の電源接点とを接続解除する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリモジュールであって、
第１の組の電源接点と、
第１の組の信号接点と、
前記一組の電源接点に電力を供給するように動作可能なバッテリパックと、
前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを電気的に接続解除および電気的に接続するように動作可能な電子絶縁システムと、
前記電子絶縁システムと、前記第１の組の信号接点または前記第１の組の電源接点の少なくとも一方と、に電気的に接続された電子制御システムであって、前記バッテリモジュールまたは電気装置の少なくとも一方に関連するパラメータを測定し、前記パラメータを所定の値と比較して、前記バッテリモジュールを前記電気装置に接続することが望ましいかどうかを判定するように動作可能である、電子制御システムと、
を含み、前記電子絶縁システムは、前記比較の肯定的な結果に基づいて前記バッテリパックを前記第１の組の電源接点に接続し、前記電子絶縁システムは、前記比較の否定的な結果に基づいて前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを接続解除する、バッテリモジュール。

【請求項2】

前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の一方に関連する前記パラメータであって、
前記バッテリモジュールに関連する第１のパラメータと、
前記電気装置に関連する第２のパラメータと、
を含む、前記パラメータを含み、
前記パラメータを所定の値と比較することは、前記第１のパラメータと前記第２のパラメータとの間の差を前記差の所定の許容範囲と比較することをさらに含み、
前記差が前記許容範囲内にある場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックを前記第１の組の電源接点に接続し、前記差が前記許容範囲内にない場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを接続解除する、
請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項3】

前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に接続された電力潮流制御システムであって、前記第１の組の電源接点から前記バッテリパックへの電流の逆流を阻止するように動作可能である、電力潮流制御システムを含む、
請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項4】

前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に電気的に接続された少なくとも１つの切り替え装置を含み、
前記少なくとも１つの切り替え装置が開位置にある場合に、前記第１の組の電源接点が前記バッテリパックから絶縁され、
前記少なくとも１つの切り替え装置が閉位置にある場合に、前記第１の組の電源接点が前記バッテリパックに電気的に接続される、請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項5】

前記電気装置の第２の組の電源接点に電気的に接続するように動作可能である前記第１の組の電源接点と、
前記電気装置の第２の組の信号接点に電気的に接続するように動作可能である前記第１の組の信号接点と、
前記一組の電源接点に電力を供給するように動作可能な少なくともアノードおよびカソードを含む前記バッテリパックと、
前記第１の組の信号接点および前記第２の組の信号接点が互いに接続されたときに前記第１のパラメータと前記第２のパラメータとの間の前記差を測定するように動作可能である前記電子制御システムと、
を含む、請求項２に記載のバッテリモジュール。

【請求項6】

前記電気装置は第２のバッテリモジュールである、請求項５に記載のバッテリモジュール。

【請求項7】

前記第１のパラメータは、前記バッテリモジュールの第１の充電状態を含み、
前記第２のパラメータは、前記第２のバッテリモジュールの第２の充電状態を含み、
前記差は、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態との間の前記差を含む、
請求項６に記載のバッテリモジュール。

【請求項8】

前記差の前記許容範囲は、前記第１の充電状態が前記第２の充電状態の±２５％以内であるときである、請求項７に記載のバッテリモジュール。

【請求項9】

バッテリモジュールであって、
第１の組の電源接点と、
第１の組の信号接点と、
前記一組の電源接点に電力を供給するように動作可能なバッテリパックと、
前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に接続された電力潮流制御システムであって、前記第１の組の電源接点から前記バッテリパックへの電流の逆流を阻止するように動作可能である、電力潮流制御システムと、
を含む、バッテリモジュール。

【請求項10】

前記電力潮流制御システムは、前記逆流を阻止するために前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に接続された少なくとも１つのダイオードを含む、請求項９に記載のバッテリモジュール。

【請求項11】

前記第１の組の電源接点と、
前記第１の組の信号接点と、
前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを電気的に接続解除および接続するように動作可能な電子絶縁システムと、
前記電子絶縁システムと、前記第１の組の信号接点または前記第１の組の電源接点の一方と、に電気的に接続された電子制御システムであって、前記バッテリモジュールおよび電気装置の両方に関連する少なくとも１つのパラメータの間の差を測定するように動作可能である、電子制御システムと、
を含み、
前記差が許容範囲内にある場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックを前記第１の組の電源接点に接続し、前記差が前記許容範囲内にない場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを接続解除する、
請求項９に記載のバッテリモジュール。

【請求項12】

前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に電気的に接続された少なくとも１つの切り替え装置を含み、
前記少なくとも１つの切り替え装置が開位置にある場合に、前記第１の組の電源接点が前記バッテリパックから絶縁され、
前記少なくとも１つの切り替え装置が閉位置にある場合に、前記第１の組の電源接点が前記バッテリパックに電気的に接続される、請求項１１に記載のバッテリモジュール。

【請求項13】

前記電気装置は第２のバッテリモジュールである、請求項１１に記載のバッテリモジュール。

【請求項14】

前記差は、前記バッテリモジュールの第１の充電状態と前記第２のバッテリモジュールの第２の充電状態との間の差を含む、請求項１３に記載のバッテリモジュール。

【請求項15】

バッテリモジュールシステムであって、
バッテリモジュールシステム電源バスと、
複数のバッテリモジュールと、を含み、前記複数のバッテリモジュールのうちの第１のバッテリモジュールは、
前記電源バスに電気的に接続された第１の組の電源接点と、
第１の組の信号接点と、
前記第１の組の電源接点に電力を供給するように動作可能な第１のバッテリパックと、
前記第１のバッテリパックと前記第１の組の電源接点とを電気的に接続解除および接続するように動作可能な第１の電子絶縁システムと、
前記第１の電子絶縁システムと、前記第１の組の信号接点または前記第１の組の電源接点のうちの少なくとも一方と、に電気的に接続された第１の電子制御システムと、
を含み、
前記電子制御システムは、前記複数のバッテリモジュールのうちの前記第１のバッテリモジュールまたは第２のバッテリモジュールのうちの少なくとも一方に関連するパラメータを測定し、前記パラメータを所定の値と比較して、前記第１のバッテリモジュールを前記第２のバッテリモジュールに接続することが望ましいかどうかを判定するように動作可能であり、
前記電子絶縁システムは、前記比較の肯定的な結果に基づいて前記バッテリパックを前記第１の組の電源接点に接続し、前記電子絶縁システムは、前記比較の否定的な結果に基づいて前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを接続解除する、バッテリモジュールシステム。

【請求項16】

前記第１のバッテリモジュールは、前記複数のバッテリモジュールのうちのいずれかのバッテリモジュールを含み、
前記第２のバッテリモジュールは、前記複数のバッテリモジュールのうちの他のいずれかのバッテリモジュールを含む、
請求項１５に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項17】

前記第１のバッテリモジュールおよび前記第２のバッテリモジュールのうちの一方に関連する前記パラメータであって、
前記第１のバッテリモジュールに関連する第１の充電状態と、
前記第２のバッテリモジュールに関連する第２の充電状態と、をさらに含む、前記パラメータを含み、
前記パラメータを所定の値と比較することは、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態との間の差を前記差の所定の許容範囲と比較することをさらに含み、
前記差が前記許容範囲内にある場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックを前記第１の組の電源接点に接続し、前記差が前記許容範囲内にない場合には、前記電子絶縁システムは、前記バッテリパックと前記第１の組の電源接点とを接続解除する、
請求項１５に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項18】

前記第１のバッテリモジュールであって、前記第１のバッテリパックと前記第１の組の電源接点との間に接続された第１の電力潮流制御システムを含み、前記第１の電力潮流制御システムは、前記第１の組の電源接点から前記第１のバッテリパックへの電流の逆流を阻止するように動作可能である、前記第１のバッテリモジュールと、
前記第２のバッテリモジュールであって、前記第２のバッテリパックと前記第２の組の電源接点との間に接続された第２の電力潮流制御システムを含み、前記第２の電力潮流制御システムは、前記第２の組の電源接点から前記第２のバッテリパックへの電流の逆流を阻止するように動作可能である、前記第２のバッテリモジュールと、
を含む、請求項１７に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項19】

前記電源バスは、外部電気負荷に接続するように動作可能である、
請求項１に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項20】

前記第１のバッテリモジュールは、
前記第１のバッテリモジュールの頂部に位置する前記複数のバッテリモジュールのうちの別のバッテリモジュールを検出するように動作可能な頂部検出装置と、
前記第１のバッテリモジュールの底部に位置する前記複数のバッテリモジュールのうちの別のバッテリモジュールを検出するように動作可能な底部検出装置と、
を含む、請求項１に記載のバッテリモジュールシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本特許出願は、２０１９年８月２８日に出願された「Ｂａｔｔｅｒｙ Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国仮特許出願第６２／８９２，８０４号の優先権を主張する。前述の出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本開示は、バッテリモジュールに関する。より具体的には、本開示は、電子絶縁システムおよび電力潮流制御システムを有するバッテリモジュールに関する。

【背景】

【0003】

バッテリモジュールシステムは、一組の任意の数のバッテリモジュールであり、各バッテリモジュールはバッテリパックを含む。各バッテリパックは、１つまたは複数のバッテリセルを含む。バッテリモジュールシステムのバッテリモジュールは、任意の数の用途に必要な所望の電圧、容量、または電力密度を供給するために、直列、並列、または両方の混合で電気的に構成され得る。バッテリモジュールシステムは、電気自動車（「ＥＶ」）の充電、高耐久性電動工具への電力供給などのエネルギー密度の高いバッテリ用途に使用されている。

【0004】

バッテリモジュールシステムのバッテリモジュールを組み立てる際の危険性は、バッテリパックが等しく適合する限り低くなり得る。バッテリパックは、初期製造業者において、内部抵抗、初期電圧および充電状態（ＳＯＣ）などのパラメータについて正確に測定、較正および適合され得る。次いで、バッテリモジュールは、工場で出荷に合法的なＳＯＣ（例えば、満充電の３０％～６０％）まで放電され、それらの最終目的地に出荷され、そこでバッテリモジュールを所望のバッテリモジュールシステムに組み立てることができる。

【0005】

しかしながら、問題として、バッテリモジュールは、出荷中にＳＯＣ、内部抵抗、および他の内部パラメータを不注意に変更する可能性がある。例えば、導電性材料は、出荷中にバッテリモジュールの電源接点と接触する可能性がある。さらに、バッテリモジュールは、使用中にそれらの内部パラメータが異なるレートまたは異なる程度に変更されることがあり得る。２つのバッテリモジュール間の内部パラメータの差が許容できないほど大きい場合には、アーク放電、火災または他の危険性が著しく増大する。

【0006】

さらに、２つのバッテリモジュールが著しく異なるＳＯＣにある場合には、より大きいＳＯＣを有するバッテリモジュールは、より小さいＳＯＣを有するバッテリモジュール内に放電し、総電力出力は著しく低下する。さらに、バッテリモジュール間でＳＯＣが大きく異なると、逆流電流が発生し、バッテリモジュールが損傷する可能性がある。

【0007】

したがって、内部パラメータが著しく異なる場合に、他のバッテリモジュール（または他の同様の電気装置）との電気的接触を防止または阻止することができるバッテリモジュールが必要とされている。さらに、逆流を防止または抑制できるバッテリモジュールが求められている。さらに、バッテリモジュールシステムの個々のバッテリモジュールが、各バッテリモジュールの内部パラメータの差に応じて選択的に互いに接続することができるバッテリモジュールシステムが必要とされている。

【概要】

【0008】

本開示は、バッテリパックとバッテリモジュールの電源接点との間に電気的に接続された電子絶縁システムおよび電力潮流制御システムをバッテリモジュールに設けることによって、従来技術を超える利点および代替案を提供する。バッテリモジュールまたはバッテリモジュールに接続される第２の電気装置のいずれかからの１つまたは複数のパラメータが許容できない値にある場合には、電子絶縁システムは、バッテリパックが電源接点に接続するのを防止する。例えば、電子絶縁システムは、第１および第２のバッテリモジュールのＳＯＣが許容可能な値の範囲外である場合には、バッテリパックと、第２のバッテリモジュールに接続されるべき第１のバッテリモジュールの電源コネクタと、の間の電気的接触を防止することができる。さらに、バッテリモジュールは、バッテリモジュールシステムに組み立てることができ、バッテリモジュールの各々は、それらの内部パラメータの違いに応じて他のバッテリモジュールに選択的に接続することができる。

【0009】

加えて、電力潮流制御システムは、バッテリモジュールが何に接続されていても、バッテリモジュールのバッテリパックへの電源コネクタからの電流逆流を防止または阻止する。例えば、電力潮流制御モジュールは、そのような逆流を防止または阻止するために１つまたは複数のダイオードまたは他の一方向電流装置およびシステムを含んでもよい。

【0010】

本開示の１つまたは複数の態様によるバッテリモジュールは、第１の組の電源接点と、第１の組の信号接点と、一組の電源接点に電力を供給するように動作可能なバッテリパックと、を含む。電子絶縁システムは、バッテリパックと第１の組の電源接点とを電気的に接続解除および電気的に接続するように動作可能である。電子制御システムは、電子絶縁システムならびに第１の組の信号接点および／または第１の組の電源接点に電気的に接続される。電子制御システムは、バッテリモジュールおよび／または電気装置に関連するパラメータを測定し、パラメータを所定の値と比較して、バッテリモジュールを電気装置に接続することが望ましいかどうかを判定するように動作可能である。電子絶縁システムは、比較の肯定的な結果に基づいてバッテリパックを第１の組の電源接点に接続する。電子絶縁システムは、比較の否定的な結果に基づいてバッテリパックと第１の組の電源接点とを接続解除する。

【0011】

本開示の１つまたは複数の態様による別のバッテリモジュールは、第１の組の電源接点と、第１の組の信号接点と、一組の電源接点に電力を供給するように動作可能なバッテリパックと、を含む。電力潮流制御システムは、バッテリパックと第１の組の電源接点との間に接続される。電力潮流制御システムは、第１の組の電源接点からバッテリパックへの電流の逆流を阻止するように動作可能である。

【0012】

本開示の１つまたは複数の態様によるバッテリモジュールシステムは、バッテリモジュールシステム電源バスと、複数のバッテリモジュールと、を含む。複数のバッテリモジュールのうちの第１のバッテリモジュールは、電源バスに電気的に接続された第１の組の電源接点と、第１の組の信号接点と、第１の組の電源接点に電力を供給するように動作可能な第１のバッテリパックと、を含む。第１の電子絶縁システムは、第１のバッテリパックと第１の組の電源接点とを電気的に接続解除および接続するように動作可能である。第１の電子制御システムは、第１の電子絶縁システムと、第１の組の信号接点および第１の組の電源接点の一方と、に電気的に接続される。電子制御システムは、複数のバッテリモジュールのうちの第１のバッテリモジュールおよび第２のバッテリモジュールのうちの一方に関連するパラメータを測定し、パラメータを所定の値と比較して、第１のバッテリモジュールを第２のバッテリモジュールに接続することが望ましいかどうかを判定するように動作可能である。電子絶縁システムは、比較の肯定的な結果に基づいてバッテリパックを第１の組の電源接点に接続する。電子絶縁システムは、比較の否定的な結果に基づいてバッテリパックと第１の組の電源接点とを接続解除する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本開示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

【0014】

【図1】本明細書に記載の態様による、バッテリモジュールおよびその外部インターフェースの概略図の一例を示す図である。

【0015】

【図2】本明細書に記載の態様による、図１のバッテリモジュールの高電力および通信システムの概略図の一例を示す図である。

【0016】

【図3】本明細書に記載の態様による、バッテリモジュール（図１など）と電気装置との間の制御インターフェースの概略図の一例を示す図である。

【0017】

【図4】本明細書に記載の態様による、図２の電気制御システム、電気絶縁システム、および電力潮流制御システムの回路の概略図の一例を示す図である。

【0018】

【図5】本明細書に記載の態様による、図１の複数のバッテリモジュールを有するバッテリモジュールシステムの概略図の一例を示す図である。

【詳細な説明】

【0019】

ここで、本明細書に開示する方法、システム、およびデバイスの構造、機能、製造、および使用の原理の全体的な理解を提供するために、特定の例を説明する。１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。当業者であれば、本明細書に具体的に記載され、添付の図面に示されている方法、システム、および装置は非限定的な例であり、本開示の範囲は特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。一例に関連して図示または説明された特徴は、他の例の特徴と組み合わされてもよい。そのような修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

【0020】

「有意に」、「実質的に」、「およそ」、「約」、「相対的に」という用語、または特許請求の範囲を含む本開示全体で使用され得る他のそのような類似の用語は、基準またはパラメータからの処理の変動などによる小さな変動を記述および説明するために使用される。このような小さな変動には、基準またはパラメータからのゼロ変動も含まれる。例えば、それらは、±１０％以下、例えば±５％以下、例えば±２％以下、例えば±１％以下、例えば±０．５％以下、例えば±０．２％以下、例えば±０．１％以下、例えば±０．０５％以下を指すことができる。

【0021】

図１を参照すると、本明細書に記載の態様による、第１のバッテリモジュール１００およびその外部インターフェースの概略図の一例が示されている。外部インターフェースは、一組のまたは複数組の電源接点１０２と、一組のまたは複数組の信号接点１０４と、を含む。各組の電源接点１０２は、バッテリパック１０６（図２参照）から生成された電力をバッテリモジュール１００に伝導するように動作可能な１つまたは複数の接点を有することができる。各組の信号接点１０４は、信号と通信し、信号を送信および／または受信するように動作可能な１つまたは複数の接点を有することができる。

【0022】

概要として、バッテリモジュール１００などのバッテリモジュールは、感電およびアーク放電などの他の安全上の危険を防ぐために、輸送および保管中に外界から電気的に絶縁され得る。本明細書でより詳細に説明するように、バッテリモジュール１００は、電源接点１０２の通電を可能にする前にハードウェアおよびソフトウェアの冗長性を使用する。

【0023】

これにより、バッテリモジュール１００または第２の電気装置１２０のいずれかの特定の測定されたパラメータが許容可能な値を有する場合にのみ、電源接点１０２が第２の電気装置１２０（図３参照）に接続された後に通電されることが保証される。第２の電気装置は、例えば、エネルギー伝達モジュール、特定のバッテリモジュール充電器、特定の所定の負荷、および／または追加のバッテリモジュールであってもよい。バッテリモジュール１００は、例えば、携帯型電気自動車２０６（図５参照）の充電に使用されるエネルギー密度の高いバッテリモジュールシステム２００（図５参照）で使用することができる。さらに、バッテリモジュール１００は、接続された複数のバッテリモジュールが互いに放電しないことを保証する電気ハードウェアを含む。バッテリモジュール１００の電力潮流制御システム１０８は、バッテリモジュール１００および第２の電気装置１２０がどの電圧にあっても実質的にわずかな逆電流を保証する。これにより、バッテリモジュール１００の効率および信頼性が向上する。

【0024】

図２を参照すると、本明細書に記載の態様による、バッテリモジュール１００の電力および通信システムの概略図の一例が示されている。先に述べたように、バッテリモジュール１００は、外部インターフェースとして一組または複数組の電源接点１０２および信号接点１０４を含む。さらに、バッテリモジュール１００の内部には、バッテリパック１０６、電力潮流制御システム１０８、電子絶縁システム１１０、およびバッテリモジュール１００と図３に示す第２の電気装置１２０などの他の電気装置との両方のための電子制御システム１１２がある。

【0025】

電源接点１０２は、バッテリモジュール１００を充電または放電する能力を提供する。信号接点１０４は、バッテリモジュール１００と他の電気装置１２０との間で補助電圧、制御信号、およびシリアル通信線を伝達する。図２に示すように、電力潮流制御システム１０８は、より低い充電状態（ＳＯＣ）を有するバッテリモジュール１００がより高いＳＯＣを有するバッテリモジュール１００によって充電されるのを防止または抑制する。電子絶縁システム１１０は、電子絶縁システム１１０に制御電圧（図示せず）がない場合に電源コネクタ１０２が確実に通電されないようにする能動的切り替え素子（図４参照）を含むことができるシステムである。バッテリモジュール１００内の電子制御システム１１２は、多数の機能を処理する。例として、電子制御システム１１２は、バッテリモジュール１００の外部の装置に補助電圧を供給し、バッテリモジュールシステム２００（図５参照）内の接続されたバッテリモジュール１００の数を決定し、バッテリモジュール１００と外部装置（図３の電気装置１２０など）との間のシリアル通信を提供し、電子絶縁システム１１０を安全にオンおよびオフする時期を決定することができる。

【0026】

電子制御システム１１２は、電子絶縁システム１１０および電力潮流制御システム１０８を制御するために使用することができるいくつかの電気信号およびセンサ（図４参照）を含む。これらの信号およびセンサは、バッテリカウント、頂部検出、底部検出、ＣＡＮバス、バッテリイネーブル、および制御電圧を含むが、これらに限定されない。これらの信号およびセンサの組み合わせにより、バッテリモジュール１００およびバッテリモジュールシステム２００は、適切な装置（図３の第２の電気装置１２０など）が接続され、バッテリモジュール１００および／またはバッテリモジュールシステム２００に貯蔵されたエネルギーを使用する準備ができたときにのみ、電源端子１０２に電力を供給することを確実にすることができる。

【0027】

再び図１および図２を参照すると、第１のバッテリモジュールは、外部インターフェースとして第１の組の電源接点１０２および第１の組の信号接点１０４を含む。バッテリパック１０６は、一組の電源接点１０２に電力を供給するように動作可能である。バッテリパック１０６は、バッテリセルのシステム（図示せず）から構成されてもよい。各バッテリセルは、電解質によって分離された１つまたは複数のアノードおよびカソードを含むことができる。

【0028】

電子絶縁システム１１０は、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２とを電気的に接続解除および電気的に接続するように動作可能である。電子制御システム１１２は、電子絶縁システム１１０と、第１の組の信号接点１０４または第１の組の電源接点１０２の少なくとも一方と、に電気的に接続されている。電子制御システム１１２は、第１のバッテリモジュール１００および／または第２の電気装置１２０（図３参照）に関連するパラメータを測定し、そのパラメータを所定の値と比較して、第１のバッテリモジュール１００を第２の電気装置１２０に接続することが望ましいかどうかを決定するように動作可能である。電子絶縁システム１１０は、パラメータを所定の値と比較した肯定的な結果に基づいて、バッテリパック１０６を第１の組の電源接点１０２に接続することができる。電子絶縁システムは、比較の否定的な結果に基づいて、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２とを接続解除することができる。

【0029】

第２の電気装置１２０は、いくつかの異なる種類の装置とすることができる。例えば、別のバッテリモジュール１００であってもよい。また、充電装置、またはエネルギー伝達モジュール、または特定の所定の負荷であってもよい。

【0030】

上述の測定されたパラメータは、機能するために重要な第１のバッテリモジュール１００または第２の電気装置１２０のいずれかのいくつかのパラメータおよび／または特性のうちの１つであってもよい。例えば、測定されたパラメータは、第１のバッテリモジュール１００および／または第２の電気装置１２０における特定の特性の有無を示すことができる。また、一例として、パラメータは、第１のバッテリモジュール１００または第２の電気装置１２０の抵抗、電流、電圧、充電状態（ＳＯＣ）または健全性状態（ＳＯＨ）であってもよい。

【0031】

第１のバッテリモジュール１００および／または第２の電気装置１２０に関連するパラメータは、第１のバッテリモジュール１００に関連する第１のパラメータと、第２の電気装置１２０に関連する第２のパラメータと、を含んでもよい。さらに、パラメータと所定の値との比較は、第１のパラメータと第２のパラメータとの間の差と、差の所定の許容範囲との比較をさらに含むことができる。差が許容範囲内にある場合には、電子絶縁システム１１０は、バッテリパック１０６を第１の組の電源接点１０２に接続することができる。差が許容範囲内にない場合には、電子絶縁システム１１０は、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２とを接続解除することができる。

【0032】

言い換えれば、パラメータは、第１のバッテリモジュール１００と第２の電気装置１２０の両方で測定された２つのパラメータの差であってもよい。例えば、パラメータは、第１のバッテリモジュール１００と第２の電気装置１２０との健全性状態（ＳＯＨ）または充電状態（ＳＯＣ）の差であってもよい。

【0033】

パラメータが比較される所定の値は、第１のバッテリモジュール１００および／または第２の電気装置１２０の機能にとって重要な値であり得る。例えば、所定値は、第１のバッテリモジュール１００と第２の電気装置１２０（例えば、第２の電気装置１２０は第２のバッテリモジュール１００であってもよい）とのＳＯＣの差の許容範囲であってもよい。例えば、許容範囲は、第１のバッテリモジュール１００のＳＯＣが第２の電気装置のＳＯＣの±５０％、±３０％、±２５％、±１５％、±１０％、または±５％以内であってもよい。

【0034】

第１のバッテリモジュール１００はまた、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２との間に接続された電力潮流制御システム１０８を含む。図２に示す例では、電力潮流制御システム１０８は、電子絶縁システム１１０と第１の組の電源接点１０２との間に接続される。電力潮流制御システム１０８は、第１の組の電源接点１０２からバッテリパック１０６への電流の逆流を防止または阻止するように動作可能である。電力潮流制御システム１０８は、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２との間に接続された少なくとも１つのダイオード１４０（図４参照）を含んでもよい。

【0035】

図３を参照すると、本明細書に記載の態様による、第１のバッテリモジュール１００と第２の電気装置１２０との間の制御インターフェース１２８の概略図の一例が示されている。第１のバッテリモジュール１００は、制御インターフェース１２８において第２の電気装置１２０の第２の組の電源接点１０２に電気的に接続するように動作可能な第１の組の電源接点１２２を含む。さらに、バッテリモジュール１００の第１の組の信号接点１０４は、第２の電気装置１２０の第２の組の信号接点１２４に電気的に接続するように動作可能である。

【0036】

図３に示すように、バッテリモジュール１００の電子制御システム１１２および第２の電気装置１２０の電子制御システム１２６は両方とも、第１および第２の組の信号接点１０４、１２４が互いに接続されたとき、ならびに／あるいは第１および第２の組の電源接点１０２、１２２が互いに接続されたときに、バッテリモジュール１００に関連する第１のパラメータと第２の電気装置１２０に関連する第２のパラメータとの間の差を測定するように動作可能である。バッテリモジュール１００の電子制御システム１１２は、第１の組の電源接点１０２および／または第１の組の信号接点１０４を介してパラメータを測定することができる。第２の電気装置１２０の電子制御システム１２６は、第２の組の電源接点１２２および／または第２の組の信号接点１２４を介してパラメータを測定することができる。

【0037】

図４を参照すると、本明細書に記載の態様による、バッテリモジュール１００の電子制御システム１１２、電子絶縁システム１１０、および電力潮流制御システム２０８の回路の概略図の一例が示されている。電子制御システム１１２は、メモリおよびメモリ内の実行可能プログラムを有するマイクロプロセッサ１３０を含むことができる。マイクロプロセッサ１３０は、信号接点１０４および／または電源接点１０２と通信し、信号を受信し、および／または信号を処理することができる。

【0038】

電子制御システム１１２は、第１の組の電源接点１０２とバッテリパック１０６との間の様々な電圧を測定するために、マイクロプロセッサ１３０と電気的に通信する様々な電圧センサ１３２、１３４を含んでもよい。さらに、電子制御システム１１２は、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２との間で伝導されている電流を測定するために、マイクロプロセッサ１３０と電気的に通信する電流センサ１３６を含んでもよい。

【0039】

電子絶縁システム１１０は、バッテリパック１０６と第１の組の電源接点１０２との間に電気的に接続された少なくとも１つの切り替え装置１３８を含んでもよい。少なくとも一方の切り替え装置１３８が開位置にあるとき、第１の組の電源接点１０２はバッテリパック１０６から絶縁される。少なくとも１つの切り替え装置１３８が閉位置にあるとき、第１の組の電源接点１０２はバッテリパック１０６に電気的に接続される。少なくとも１つの切り替え装置１３８は、１つまたは複数のリレー、ＭＯＳＦＥＴおよび／または他の種類のトランジスタスイッチなどを含んでもよい。

【0040】

電力制御システム１０８は、１つまたは複数のダイオード１４０を含んでもよい。さらに、他の一方向性電流素子および／または回路が利用されてもよい。

【0041】

図５を参照すると、本明細書に記載の態様による、複数のバッテリモジュール１００を有するバッテリモジュールシステム２００の概略図の一例が示されている。バッテリモジュールシステム２００は、電気的に並列に接続されたバッテリモジュール１００から出力された電力を電気自動車２０６のバッテリなどの外部電気負荷に導くバッテリモジュールシステム電源バス２０２を含む。一例として、バッテリモジュールシステム２００の電力出力は、負荷コネクタ２０８を介して外部電気負荷に接続されてもよい。

【0042】

図５に示す例では、外部電気負荷は、バッテリモジュールシステム２００が充電している電気自動車２０６用のバッテリである。しかしながら、外部電気負荷は、任意の数の電気装置、システム、および用途を含んでもよい。例えば、外部電気負荷は、電動工具、航空機システムなどを含んでもよい。

【0043】

バッテリモジュールシステム２００は、電源バス２０２において互いに並列に接続された複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅを含む。しかしながら、バッテリモジュールシステム２００には、任意の数のバッテリモジュール１００が用いられてもよい。

【0044】

同様の構成要素についての同様の符号は、図５において、バッテリモジュールシステム２００内のバッテリモジュールのいずれかまたはすべて、ならびに／あるいはバッテリモジュールの構成要素およびシステムを指すときに使用される。しかしながら、明確にするために、図５の特定のバッテリモジュール、構成要素、またはシステムを参照する場合、文字「ａ～ｅ」が符号の最後に付加される。

【0045】

複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅのうちの第１のバッテリモジュール１００ａは、電源バス２０２に電気的に接続された第１の組の電源接点１０２ａを含む。第１のバッテリモジュール１００ａはまた、信号バス２０４を介して互いに電気的に接続された第１の組の信号接点１０４ａを含む。あるいは、信号接点は、様々なセンサなどの信号源に独立して接続されてもよい。このような独立した信号は、このような信号を搬送する独立した導体を有するが、共通の信号バスを有さない、より大きなケーブルハーネスを通過することができる。

【0046】

第１のバッテリモジュール１００ａの第１のバッテリパック１０６ａは、第１の組の電源接点１０２ａに電力を供給するように動作可能である。第１のバッテリモジュール１００ａの第１の電子絶縁システム１１０ａは、第１のバッテリパック１０２ａと第１の組の電源接点１０２ａとを電気的に接続解除および接続するように動作可能である。第１の電子制御システム１１２ａは、第１の電子絶縁システム１１０ａと、第１の組の信号接点１０４ａおよび第１の組の電源接点１０２ａの一方または両方と、に電気的に接続されている。

【0047】

第１のバッテリモジュール１００ａの電子制御システム１１２ａは、複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅの第１のバッテリモジュール１００ａおよび／または第２のバッテリモジュール１００ｂに関連するパラメータを測定するように動作可能であってもよい。電子制御システム１１２ａはまた、パラメータを所定の値と比較して、第１のバッテリモジュール１００ａを第２のバッテリモジュール１００ｂに接続することが望ましいかどうかを決定するように動作可能であってもよい。次いで、バッテリモジュール１００ａの電子絶縁システム１１０ａは、比較の肯定的な（例えば、互換性のある充電状態または充電前の互換性のある電圧）結果に基づいて、バッテリモジュール１００ａのバッテリパック１０６ａをバッテリモジュール１００ａの第１の組の電源接点１０２ａに接続することができる。電子絶縁システム１１０ａは、比較の否定的な（例えば、非適合充電状態）結果に基づいて、バッテリパック１０６ａと第１の組の電源接点１０２ａとを接続解除することができる。

【0048】

バッテリモジュールシステム２００の第１および第２のバッテリモジュールをそれぞれ具体的にバッテリモジュール１００ａおよびバッテリモジュール１００ｂと称したが、第１および第２のバッテリモジュールはそれぞれ、バッテリモジュールシステム２００の任意のバッテリモジュール１００であってもよい。言い換えると、第１のバッテリモジュール１００は、バッテリモジュールシステム２００の複数のバッテリモジュールのうちのいずれかのバッテリモジュール１００ａ～１００ｅを含んでもよい。さらに、第２のバッテリモジュール１００は、バッテリモジュールシステム２００の複数のバッテリモジュールのうちの他の任意のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅを含んでもよい。

【0049】

電子制御システム１１２ａによって測定され、第１のバッテリモジュール１００ａおよび第２のバッテリモジュール１００ｂの一方または両方に関連するパラメータは、第１のバッテリモジュール１００ａに関連する第１の充電状態およびバッテリモジュール１００ｂに関連する第２の充電状態をさらに含んでもよい。さらに、パラメータと所定の値との比較は、第１の充電状態と第２の充電状態との間の差を、差の所定の許容範囲と比較することをさらに含むことができる。

【0050】

第１の充電状態（第１のＳＯＣ）と第２の充電状態（第２のＳＯＣ）との差が許容範囲内にある場合には、電子絶縁システム１１０ａは、バッテリパック１０６を第１の組の電源接点１０２ａに接続することができる。差が許容範囲内にない場合には、電子絶縁システム１１０ａは、バッテリパック１０６ａと第１の組の電源接点１０２ａとを接続解除することができる。許容範囲は、第１のバッテリモジュール１００ａのＳＯＣが第２のバッテリモジュール１００ｂのＳＯＣの±５０％以内、±３０％以内、±２５％以内、±１５％以内、±１０％以内、または±５％以内であってもよい。

【0051】

バッテリモジュールシステム２００の第１のバッテリモジュール１００ａはまた、第１のバッテリパック１０６ａと第１の組の電源接点１０２ａとの間に接続された第１の電力潮流制御システム１０８ａを含んでもよい。第１の電力潮流制御システム１０８ａは、第１の組の電源接点１０２ａから第１のバッテリパック１０６ａへの電流の逆流を防止または実質的にわずかなレベルまで抑制するように動作可能である。これは、他の一方向電流素子または回路を使用して、１つまたは複数のダイオード１４０（図４参照）を用いて行うことができる。

【0052】

第２のバッテリモジュール１００ｂはまた、第２のバッテリパック１０６ｂと第２の組の電源接点１０２ｂとの間に接続された第２の電力潮流制御システム１０８ｂを含んでもよい。第２の電力潮流制御システム１０８ｂは、第２の組の電源接点１０２ｂから第２のバッテリパック１０６ｂへの電流の逆流を防止または阻止するように動作可能である。

【0053】

バッテリモジュールシステム２００の様々なバッテリモジュール１００ａ～１００ｅはまた、頂部検出装置および底部検出装置を含んでもよい。例えば、第１のバッテリモジュール１００ａは、第１のバッテリモジュール１００ａの頂部に位置する複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅのうちの他のバッテリモジュール１００を検出するように動作可能な頂部検出装置を含んでもよい。さらに、第１のバッテリモジュール１００ａは、第１のバッテリモジュール１００ａの底部に位置する複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅのうちの他のバッテリモジュール１００を検出するように動作可能な底部検出装置を含んでもよい。

【0054】

頂部および底部検出装置は、バッテリモジュール１００がバッテリモジュール１００のスタックの中間部分にあるかどうかを判定するように設計された任意の数の回路素子およびシステムを含んでもよい。頂部および底部検出装置はまた、任意の所与のバッテリモジュール１００の上方または下方にいくつのバッテリモジュール１００があるかを決定するのを助けることができる。一例では、ＣＡＮバス接点は、接点がそのようなＣＡＮバスに接続することを可能にするために、バッテリモジュールのスタック内の最も下のバッテリモジュール（例えば、バッテリモジュール１００ａ）の底部側で有効にすることができる。残りの部分、すなわち最も下ではないバッテリモジュールでは、ＣＡＮバスは最も下のモジュールにのみ接続され、スタック内の中央または頂部のモジュール上のＣＡＮバス接点は有用ではないため、そのようなＣＡＮバス接点は有効にならない。したがって、位置検出装置（例えば、頂部または底部検出装置）は、バッテリモジュールのスタックの１つまたは複数のみが別の装置に接続する場合、またはそうでなければバッテリモジュールのスタックの残りの部分とは異なるように機能する場合に有用であり得る。頂部および底部検出器の使用の別の例は、電源バスがユーザ／オペレータから安全に絶縁され得るかどうかを判定することができることである。最も下のバッテリには、電源バスが完全に絶縁されたままであることを確実にするためにベースまたはカバーが含まれてもよい。

【0055】

本明細書でより詳細に説明した前述の概念および追加の概念のすべての組み合わせ（そのような概念は相互に矛盾しない限り）は、本明細書に開示する発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示する本発明の主題の一部であると考えられる。

【0056】

本発明を特定の例を参照して説明したが、記載された本発明の概念の趣旨および範囲内で多くの変更を行うことができることを理解されたい。したがって、本開示は、記載された例に限定されず、以下の特許請求の範囲の文言によって定義される全範囲を有することが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】