特表 2022-545841 スマート電子絶縁システムを有する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】スマート電子絶縁システムを有するバッテリモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/00 20060101AFI20221024BHJP

【ＦＩ】

G01R31/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022513952

(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】 US2020048556

(87)【国際公開番号】W WO2021041919

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】62/892,809

(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）】

2G036

【Ｆターム（参考）】

2G036AA20

2G036AA28

2G036BB08

(57)【要約】

バッテリモジュールは、第１の組の電源接点および第１の組の信号接点を含む。バッテリパックは、一組の電源接点に電力を供給するように動作可能である。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、バッテリモジュールと電気装置との充電状態、健全性状態、温度および電力の比較を得るように動作可能である。比較のうちの少なくとも１つに基づく閉路パラメータが計算される。閉路パラメータは、接続判定をもたらすために所定の閉路パラメータ値と比較される。電子絶縁システムは、接続判定の肯定的または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それぞれ接続または接続解除する。

【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の組の電源接点のうち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と、を含み、前記電子制御システムは、
前記バッテリモジュールと電気装置との充電状態の第１の比較を取得し、前記バッテリモジュールと前記電気装置との健全性状態の第２の比較を取得し、前記バッテリモジュールと前記電気装置との温度の第３の比較を取得し、前記バッテリモジュールと前記電気装置との電力の第４の比較を取得し、
前記第１の比較、前記第２の比較、前記第３の比較、または前記第４の比較のうちの少なくとも１つに基づいて閉路パラメータを計算し、
前記閉路パラメータを所定の閉路パラメータ値と比較して、前記第１の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に関する接続判定をもたらす、ように動作可能であり、
前記電子絶縁システムは、前記接続判定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、前記接続判定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】

前記電気装置は、第２のバッテリモジュールを含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項3】

前記バッテリモジュールと前記第２のバッテリモジュールとの充電状態の差を含む前記第１の比較と、
前記バッテリモジュールと前記第２のバッテリモジュールとの健全性状態の差を含む前記第２の比較と、
前記バッテリモジュールと前記第２のバッテリモジュールとの温度の差を含む前記第３の比較と、
前記バッテリモジュールと前記第２のバッテリモジュールとの電力の差を含む前記第４の比較と、を含む、請求項２に記載のバッテリモジュール。

【請求項4】

バッテリモジュールシステムの複数のバッテリモジュールの少なくとも一部を含む前記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と、前記バッテリモジュールの前記第１の組の電源接点に接続されるように動作可能な電源バスを含む前記バッテリモジュールシステムと、
を含む、請求項３に記載のバッテリモジュール。

【請求項5】

前記閉路パラメータは、
閉路電圧とサグ電圧との差の絶対値を含み、前記サグ電圧は、前記バッテリモジュールの前記電源接点が前記電源バスに接続される前の前記電源バス上の測定電圧を含み、前記閉路電圧は、前記バッテリモジュールの前記電源接点が前記電源バスに接続された場合に前記サグ電圧がどのようになるかの予測値である、
請求項４に記載のバッテリモジュール。

【請求項6】

前記所定の閉路パラメータ値は、５ボルト未満である、請求項５に記載のバッテリモジュール。

【請求項7】

前記所定の閉路パラメータ値は、２ボルト未満である、請求項５に記載のバッテリモジュール。

【請求項8】

前記電子絶縁システムは、
温度センサ、電流センサ、および電圧センサと、
前記温度センサ、前記電流センサ、および前記電圧センサと通信するマイクロプロセッサと、を含み、前記マイクロプロセッサは、
メモリと、
方法を実行するための前記マイクロプロセッサによる実行のために前記メモリに格納された命令と、を含み、前記方法は、
前記温度センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の温度を測定するステップと、
電流センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電流を測定するステップと、
前記電圧センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電圧を測定するステップと、
前記充電状態、前記健全性状態、および前記電力を前記温度、前記電流、および前記電圧を用いて計算するステップと、
前記第１、第２、第３、および第４の比較を取得するために、前記温度、前記電力、前記充電状態、および前記健全性状態を利用するステップと、
前記第１、第２、第３、および第４の比較に基づいて前記閉路パラメータを計算するステップと、
接続判定をもたらすために前記閉路パラメータを前記所定の閉路パラメータ値と比較するステップと、
を含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項9】

前記方法は、
前記バッテリモジュールの動作状態を決定するステップであって、前記動作状態は、電力取り出し前の状態、電力取り出し中の状態、および電力取り出し後の状態を含む、ステップと、
前記閉路パラメータを計算するために前記動作状態を利用するステップと、
を含む、請求項８に記載のバッテリモジュール。

【請求項10】

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、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と、を含み、前記第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と第２のバッテリモジュールとの充電状態の第１の比較を取得し、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との健全性状態の第２の比較を取得し、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との温度の第３の比較を取得し、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との電力の第４の比較を取得し、
前記第１の比較、前記第２の比較、前記第３の比較、または前記第４の比較のうちの少なくとも１つに基づいて閉路パラメータを計算し、
前記閉路パラメータを所定の閉路パラメータ値と比較して、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に関する接続判定をもたらす、ように動作可能であり、
前記電子絶縁システムは、前記接続判定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、前記接続判定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11】

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との充電状態の差を含む前記第１の比較と、
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との健全性状態の差を含む前記第２の比較と、
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との温度の差を含む前記第３の比較と、
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との電力の差を含む前記第４の比較と、
を含む、請求項１０に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項12】

前記閉路パラメータは、
閉路電圧とサグ電圧との差の絶対値を含み、前記サグ電圧は、前記第１のバッテリモジュールの前記第１の電源接点が前記電源バスに接続される前の前記電源バス上の測定電圧を含み、前記閉路電圧は、前記第１のバッテリモジュールの前記第１の電源接点が前記電源バスに接続された場合に前記サグ電圧がどのようになるかの予測値である、請求項１１に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項13】

前記所定の閉路パラメータ値は、５ボルト未満である、請求項１２に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項14】

前記所定の閉路パラメータ値は、２ボルト未満である、請求項１２に記載のバッテリモジュールシステム。

【請求項15】

前記電子絶縁システムは、
温度センサ、電流センサ、および電圧センサと、
前記温度センサ、前記電流センサ、および前記電圧センサと通信するマイクロプロセッサと、を含み、前記マイクロプロセッサは、
メモリと、
方法を実行するための前記マイクロプロセッサによる実行のために前記メモリに格納された命令と、を含み、前記方法は、
前記温度センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の温度を測定するステップと、
前記電流センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電流を測定するステップと、
前記少なくとも電圧センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電圧を測定するステップと、
前記測定された温度、電流および電圧を用いて前記充電状態、前記健全性状態および前記電力を計算するステップと、
前記第１、第２、第３、および第４の比較を得るために、前記温度、電力、充電状態、および健全性状態を利用するステップと、
前記第１の比較、第２の比較、第３の比較、および第４の比較に基づいて前記閉路パラメータを計算するステップと、
接続判定をもたらすために前記閉路パラメータを前記所定の閉路パラメータ値と比較するステップと、
を含む、請求項１０に記載のバッテリモジュール。

【請求項16】

前記方法は、
前記バッテリモジュールの動作状態を決定するステップであって、前記動作状態は、電力取り出し前の状態、電力取り出し中の状態、および電力取り出し後の状態を含む、ステップと、
前記閉路パラメータを計算するために前記動作状態を利用するステップと、
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】

バッテリモジュールを電気装置に接続する、コンピュータにより実施される方法であって、
少なくとも１つの温度センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の温度を測定するステップと、
前記少なくとも１つの電流センサを用いて前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電流を測定するステップと、
前記少なくとも電圧センサを用いて、前記バッテリモジュールおよび前記電気装置の電圧を測定するステップと、
前記バッテリモジュールの前記電流、温度、または電圧のうちの少なくとも１つから前記バッテリモジュールの充電状態、健全性状態、および電力を計算するステップと、
前記電気装置の前記電流、温度、または電圧のうちの少なくとも１つから前記電気装置の充電状態、健全性状態、および電力を計算するステップと、
前記バッテリモジュールと前記電気装置との充電状態の第１の比較、前記バッテリモジュールと前記電気装置との健全性状態の第２の比較、前記バッテリモジュールと前記電気装置との温度の第３の比較、および前記バッテリモジュールと前記電気装置との電力の第４の比較を取得するステップと、
前記第１、第２、第３、および第４の比較に基づいて閉路パラメータを計算するステップと、
接続判定をもたらすために前記閉路パラメータを所定の閉路パラメータ値と比較するステップと、
を含む、コンピュータにより実施される方法。

【請求項18】

前記接続判定の肯定的な結果に基づいて前記バッテリモジュールを前記電気装置に接続するステップと、
前記接続判定の否定的な結果に基づいて前記バッテリパックを前記電気装置から接続解除するステップと、
を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記バッテリモジュールの動作状態を決定するステップであって、前記動作状態は、電力取り出し前の状態、電力取り出し中の状態、および電力取り出し後の状態を含む、ステップと、
前記閉路パラメータを計算するために前記動作状態を利用するステップと、
を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

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１７に記載の方法。

【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 Ｓｍａｒｔ Ｃｌｏｓｅ－Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国仮特許出願第６２／８９２，８０９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と、電子絶縁システムを制御する電子制御システムと、を有するバッテリモジュールを提供することによって、従来技術を超える利点および代替案を提供する。電子制御システムによって制御される電子絶縁システムは、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、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、電子制御システムは、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。さらに、制御システムは、電源コネクタからバッテリモジュールのバッテリパックへの電流逆流を防止または阻止する。

【0009】

本開示の１つまたは複数の態様に係るバッテリモジュールは、第１の組の電源接点および第１の組の信号接点を含む。バッテリパックは、一組の電源接点に電力を供給するように動作可能である。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、電子絶縁システムと、第１の組の信号接点および／または第１の組の電源接点のうちの１つと、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と電気装置との充電状態の第１の比較を取得し、バッテリモジュールと電気装置との健全性状態の第２の比較を取得し、バッテリモジュールと電気装置との温度の第３の比較を取得し、バッテリモジュールと電気装置との電力の第４の比較を取得するように動作可能である。第１の比較、第２の比較、第３の比較、および／または第４の比較に基づく閉路パラメータが、電子制御システムによって計算される。閉路パラメータは、第１の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に関する接続判定をもたらすために所定の閉路パラメータ値と比較される。電子絶縁システムは、接続判定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、接続判定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。

【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、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、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と第２のバッテリモジュールとの充電状態の第１の比較を取得し、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールとの健全性状態の第２の比較を取得し、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールとの温度の第３の比較を取得し、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールとの電力の第４の比較を取得するように動作可能である。閉路パラメータは、第１の比較、第２の比較、第３の比較および／または第４の比較に基づいて計算される。閉路パラメータは、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に関する接続判定をもたらすために所定の閉路パラメータ値と比較される。電子絶縁システムは、接続判定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、接続判定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、バッテリモジュールを電気装置に接続するコンピュータにより実施される方法は、少なくとも１つの温度センサを用いてバッテリモジュールおよび電気装置の温度を測定するステップと、少なくとも１つの電流センサを用いてバッテリモジュールおよび電気装置の電流を測定するステップと、少なくとも電圧センサを用いてバッテリモジュールおよび電気装置の電圧を測定するステップと、を含む。バッテリモジュールの充電状態、健全性状態、および電力は、バッテリモジュールの電流、温度、または電圧のうちの少なくとも１つから計算される。電気装置の充電状態、健全性状態、および電力は、電気装置の電流、温度、または電圧のうちの少なくとも１つから計算される。第１の比較は、バッテリモジュールの充電状態と電気装置との間で得られる。第２の比較は、バッテリモジュールの健全性状態と電気装置との間で得られる。第３の比較は、バッテリモジュールの温度と電気装置との間で得られる。第４の比較は、バッテリモジュールの電力と電気装置との間で得られる。第１、第２、第３、および第４の比較に基づいて閉路パラメータが計算される。閉路パラメータは、接続判定をもたらすために所定の閉路パラメータ値と比較される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

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。

【0013】

【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。

【0014】

【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電力および通信システムの一実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0015】

【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。

【0016】

【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一実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0017】

【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一実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0018】

【図6】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電力および通信システムの別の実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0019】

【図7】本明細書に記載の態様による、図６の電気制御システムおよび電気絶縁システムの回路の別の実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0020】

【図8】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別の実施形態の概略図の一例を示す図である。

【0021】

【図9】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などのバッテリモジュールを電気装置に接続するための方法の流れ図の一例を示す図である。

【詳細な説明】

【0022】

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。

【0023】

「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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

図６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別の実施形態の概略図の一例が示されている。図６のモジュール１００の実施形態と図１のモジュール１００の実施形態との主な違いは、電力潮流制御システム１０８が取り外されていることである。そのダイオード１４０（図４参照）および／または他の一方向性回路を含む電力潮流制御システム１０８を取り外すことによって、バッテリモジュールの効率を高めることができる。しかしながら、本明細書でより詳細に説明するように、電子制御装置１１２の回路は、電力潮流制御システム１０８の取り外しを補償するように変更されてもよい。

【0059】

残りの図６～図９では、説明された構成要素の多くは、本明細書で前述した構成要素と同じまたは同様の形状適合および機能を有する。その場合、それらの構成要素は同一符号で参照される。

【0060】

バッテリモジュール１００は、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。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。

【0061】

電子制御システム２１２は、電子絶縁システム１１０、ならびに第１の組の信号接点１０４および／または第１の組の電源接点１０２に電気的に接続されている。しかしながら、電子制御システム２１２は、電力潮流制御システム１０８の除去を補償するように設計される。

【0062】

図７を参照すると、本明細書に記載の態様による、電気制御システム２１２および電子絶縁システム１１０の回路の概略図の一例が示されている。電子絶縁システム１１０は、図４で前述したものと同様であり、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。

【0063】

しかしながら、電子制御システム２１２のマイクロプロセッサ２１４は、電力潮流制御システム１０８の除去を補償するように特に設計されたアルゴリズムをそのメモリに含む。アルゴリズムは、バッテリモジュールを最小電流の逆流で別の電気装置（第２のバッテリモジュールなど）に接続するための最適な時間および条件を決定するための１つまたは複数の方法を実行するためにマイクロプロセッサによって実行される一組の命令としてマイクロプロセッサ２１４のメモリに格納される。さらに、マイクロプロセッサ２１４は、バッテリモジュール１００を別の電気装置に接続する方法を実行するために、より多くの機器と通信することができる。図７に示す例では、マイクロプロセッサは、１つまたは複数の電圧センサ１３２、１３４、１つまたは複数の電流センサ１３６、ならびに１つまたは複数の温度センサ２１６と電気的に通信する。

【0064】

したがって、電子制御システム２１２は、バッテリモジュール１００の充電状態と図３の電気装置１２０などの電気装置との間の第１の比較を取得するように動作可能である。電子制御システム２１２はまた、バッテリモジュール１００の健全性状態と電気装置１２０との第２の比較を得るように動作可能である。電子制御システム１００はまた、バッテリモジュール１００と電気装置１２０との温度（平均温度など）の第３の比較を得るように動作可能である。電子制御システム１００はまた、バッテリモジュール１００の電力（出力電力など）と電気装置１２０との間の第４の比較を得るように動作可能である。

【0065】

次いで、電子制御システム２１２は、第１の比較、第２の比較、第３の比較および／または第４の比較に基づいて閉路パラメータを計算することができる。その後に、閉路パラメータを所定の閉路パラメータ値と比較して、第１の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に関する接続判定をもたらすことができる。電子絶縁システムは、接続判定の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２１２は、接続判定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。

【0066】

バッテリモジュール１００は、第１のバッテリモジュール１００ａ（図５および図８参照）などの第１のバッテリモジュールであってもよく、電気装置１２０は、第２のバッテリモジュール１００ｂ（図５および図８参照）などの第２のバッテリモジュールであってもよい。その場合、第１の比較は、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの充電状態の差を含んでもよい。第２の比較は、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの健全性状態の差を含んでもよい。第３の比較は、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの温度差を含んでもよい。最後に、第４の比較は、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの電力差を含んでもよい。

【0067】

図８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１００ａ～１００ｅを有するバッテリモジュールシステム３００の別の実施形態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３００は、図５に示すものと同様の方法でバッテリモジュール１００ａ～１００ｅの電源接点１０２ａ～１０２ｅに接続された電源バス３０２を含む。バッテリモジュールシステム３００はまた、図５に示すものと同様の方法で信号接点１０４ａ～１０４ｂに接続された信号バス３０４を含む。

【0068】

図８に示す例では、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は、バッテリモジュールシステム３００の複数のバッテリモジュール１００ａ～１００ｅの少なくとも一部である。バッテリモジュールシステム３００は、第１のバッテリモジュール１００ａの第１の組の電源接点１０２ａおよび第２のバッテリモジュール１００ｂの第１の組の接点１０２ｂに接続されるように動作可能な電源バス３０２を含む。

【0069】

閉路パラメータは、前述したように、閉路電圧とサグ電圧との差の絶対値であってもよい。サグ電圧は、本明細書で使用する場合、バッテリモジュール１００ａの電源接点１０２ａが電源バス３０２に接続される前の電源バス３０２上の測定電圧である。本明細書で使用される場合、閉路電圧は、バッテリモジュール１００ａの電源接点１０２ａが電源バス３０２に接続された場合にサグ電圧がどのようになるかの予測値である。

【0070】

閉路パラメータが比較される所定の閉路パラメータ値は、変化してもよい。例えば、閉路パラメータは、５ボルト未満、４ボルト未満、３ボルト未満、２ボルト未満、または１ボルト未満であってもよい。

【0071】

マイクロプロセッサ２１２のメモリに命令として格納されたアルゴリズムは、閉路パラメータを計算し、一方の温度センサ２１６（図７参照）を用いて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などの電気装置の温度を測定することによって接続判定を決定することができる。電流センサ１３６により、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の電流を測定することができる。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の電圧は、電圧センサ１３２、１３４によって測定され得る。測定された温度、電流および電圧を用いて、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの充電状態、健全性状態および電力を計算することができる。次いで、温度、電力、充電状態、および健全性状態を使用して、前述の第１、第２、第３、および第４の比較を取得することができる。次いで、第１、第２、第３、および第４の比較に基づいて閉路パラメータを計算することができる。次いで、閉路パラメータを所定の閉路パラメータ値と比較して、接続判定をもたらすことができる。

【0072】

さらに、第１のバッテリモジュール１００ａの動作状態は、閉路パラメータ、したがって接続判定の結果に影響を及ぼす。最も重要な３つの動作状態は、「電力取り出し前」の動作状態、「電力取り出し中」の動作状態、および「電力取り出し後」の動作状態である。それらは、本明細書では以下のように定義される。

【0073】

「電力取り出し前」とは、バッテリモジュールシステム３００などのシステムがアイドル状態であり、電気自動車２０７のバッテリ２０６などの外部電気負荷に接続されてからまだ動作していないときである。これは、バッテリモジュール１００ａなどのバッテリモジュールからエネルギーが取り出される前に行われる。この状態では、バッテリモジュールは電源バス内に閉じられてもよく、または依然として開いていてもよい。この状態を他の２つの状態と区別する主な要因は、バッテリモジュールが電源バス内に閉じられると、外部電気負荷に電力が流れないことである。電気自動車２０７などの負荷では、これは車両が充電を開始する前の時間である。

【0074】

「電力取り出し中」とは、バッテリモジュール１００ａなどのバッテリモジュールが、電気自動車２０７のバッテリ２０６などの外部電気負荷にエネルギーを供給しているときである。電気自動車２０７などの負荷では、これは車両が充電している間の時間である。この状態では、バッテリモジュールから外部の電気負荷に電力が流れている。

【0075】

「電力取り出し後」とは、バッテリモジュール１００ａなどのバッテリモジュールが依然としてバッテリモジュールシステム３００などのシステムに接続されているが、それ以上電力取り出されていない時間である。これは、電気自動車２０７などの外部電気負荷が充電を停止したとき、または外部電子負荷がシステムから取り外されたときであり得る。これは、電力取り出し停止に起因してバッテリモジュールの電圧サグが除去されるという点で、「電力取り出し前」の状態とは異なる。したがって、バッテリモジュール電圧はその開回路電圧まで上昇する。

【0076】

したがって、接続判定を計算するためにマイクロプロセッサ２１４によって使用される方法は、バッテリモジュールの動作状態を判定するステップを含むことができ、動作状態は、「電力取り出し前」の状態、「電力取り出し中」の状態、および／または「電力取り出し後」の状態である。その後に、動作状態を使用して閉路パラメータを計算することができる。

【0077】

図９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を電気装置に接続するためのコンピュータにより実施される方法の流れ図４００の一例が示されている。一例として、本明細書で使用する場合、バッテリモジュールは第１のバッテリモジュール１００ａであってもよく、電気装置は第２のバッテリモジュール１００ｂであってもよい。両方のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂは、バッテリモジュールシステム３００などのバッテリモジュールシステムに接続され得る。

【0078】

本方法は、４０２において、第１のバッテリモジュール１００ａが最初にオンにされ、そのマイクロプロセッサ２１４を含むその制御回路がアクティブであるときに開始する。さらに、電気装置、例えばバッテリモジュール１００ｂもオンにされ、バッテリモジュール１００ａに信号を供給する。初期始動のこの時点で、電子絶縁システム１１０は、デフォルトで、バッテリモジュール１００ａの電源接点１０２からバッテリパック１０６を接続解除する。

【0079】

４０４において、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１００ａの温度が、温度センサ２１６などの１つまたは複数の温度センサによって測定される。温度は、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの両方の平均温度であってもよい。温度センサは、バッテリモジュール１００ａ、１００ｂ全体のいくつかの場所として配置されてもよい。バッテリモジュール１００ｂからの温度データは、信号データとして信号接点１０４ａおよびバッテリモジュール１００ａのマイクロプロセッサ２１４に送信され得る。

【0080】

さらに、４０４において、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの電流は、電流センサ１３６などの電流センサで測定され得る。電流は、バッテリモジュール１００ａ、１００ｂの出力電流であってもよい。

【0081】

さらに、４０４において、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの電圧は、電圧センサ１３２および１３４などの電圧センサを用いて測定され得る。電圧は、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの出力電圧であってもよい。

【0082】

４０６において、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの充電状態、健全性状態および電力が、バッテリモジュールの電流、温度および／または電圧のうちの少なくとも１つから計算される。電力は、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの出力電力であってもよい。

【0083】

４０８において、測定値および計算値は、マイクロプロセッサ２１４のアルゴリズムに送られる。アルゴリズムは、マイクロプロセッサ２１４のメモリに格納された実行可能命令の形態である。

【0084】

４１０において、バッテリモジュール１００ａの動作状態が判定される。動作状態は、電力取り出し前の状態、電力取り出し中の状態および電力取り出し後の状態であってもよい。

【0085】

４１２において、アルゴリズムは、第１のバッテリモジュール１００ａ（すなわち、バッテリモジュール）と第２のバッテリモジュール１００ｂ（すなわち、電気装置）との充電状態の第１の比較を取得する。アルゴリズムはまた、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの健全性状態の第２の比較を取得する。アルゴリズムはまた、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂとの温度の第３の比較を取得する。アルゴリズムはまた、第１のバッテリモジュール１００ａと第２のバッテリモジュール１００ｂの電力の第４の比較を取得する。比較の１つの形態は、差であり得る。すなわち、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの充電状態、健全性状態、温度および電力の比較は、第１および第２のバッテリモジュール１００ａ、１００ｂの充電状態、健全性状態、温度および電力の値の差であってもよい。

【0086】

４１４において、第１、第２、第３および／または第４の比較に基づいて閉路パラメータが計算される。閉路パラメータはまた、決定された動作状態に基づいてもよい。例えば、閉路パラメータは、閉路電圧とサグ電圧との差の絶対値であってもよい。サグ電圧は、第１のバッテリモジュール１００ａの電源接点１０２ａが電源バス３２０に接続される前の電源バス３０２上の測定電圧であってもよい。閉路電圧は、第１のバッテリモジュール１００ａの電源接点１０２ａが電源バス３０２に接続された場合にサグ電圧がどのようになるかの予測値であってもよい。

【0087】

４１６において、閉路パラメータは、接続判定をもたらすために所定の閉路パラメータ値と比較される。閉路パラメータが閉路電圧とサグ電圧との差の絶対値である場合、所定の閉路パラメータ値は、絶対値が５ボルト未満、４ボルト未満、３ボルト未満、２ボルト未満、または１ボルト未満でなければならないことであり得る。所定の閉路パラメータ値は、動作状態に応じて変化してもよい。

【0088】

接続判定が否定的な結果である場合には、例えば、閉路パラメータが所定の閉路パラメータ値の範囲内にない場合には、第１のバッテリモジュール１００ａは第２のバッテリモジュール１００ｂから接続解除される（または接続解除されたままである）。これは、電子制御システム２１２のマイクロプロセッサ２１４が、バッテリパック１０６をバッテリモジュール１００ａの電源接点１０４ａに接続しないように電子絶縁システム１１０に信号コマンドを提供することによって実施される。次いで、方法は、４０４にループバックし、新しい一連のステップを開始する。

【0089】

４１８において、接続判定が肯定的な結果である場合には、例えば、閉路パラメータが所定の閉路パラメータ値の範囲内にある場合には、第１のバッテリモジュール１００ａは第２のバッテリモジュール１００ｂに接続される。これは、電子制御システム２１２のマイクロプロセッサ２１４が、バッテリパック１０６をバッテリモジュール１００ａの電源接点１０４ａに接続するために（制御電圧などの）信号コマンドを電子絶縁システム１１０に提供することによって実施される。次いで、第１のバッテリモジュール１００ａのバッテリパック１０６を、バッテリモジュールシステム３００の電源バス３０２および第２のバッテリモジュール１００ｂに接続することができる。次いで、方法は４２０で停止する。

【0090】

電気自動車（例えば、電気自動車２０７）のバッテリ（例えば、バッテリ２０６）を充電するためのシステム（例えば、バッテリモジュール１００、電気装置１２０、バッテリモジュールシステム２００、および、バッテリモジュールシステム３００）および方法が本明細書に記載されているが、そのようなシステムおよび方法は、電気負荷に電気エネルギーを供給し、および／または他のエネルギー蓄積装置に充電するために使用することができる。そのような他のエネルギー蓄積装置は、電力網連結エネルギー蓄積装置、またはパーソナルエレクトロニクスから産業用電気自動車（例えば、フォークリフトトラックまたは他の作業車両）に及ぶ使用のための移動エネルギー蓄積装置であってもよい。

【0091】

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。

【0092】

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】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】