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特表2023-506947回路、充電式電気化学セル、または電池を保護するためのシステムおよび方法
(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】2023-02-20
(54)【発明の名称】回路、充電式電気化学セル、または電池を保護するためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20230213BHJP
H02H 7/18 20060101ALI20230213BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20230213BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20230213BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 S
H02H7/18
H01M10/48 P
H01M10/44 P
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022537344
(86)(22)【出願日】2020-12-18
(85)【翻訳文提出日】2022-08-15
(86)【国際出願番号】 US2020065929
(87)【国際公開番号】W WO2021127385
(87)【国際公開日】2021-06-24
(31)【優先権主張番号】62/951,236
(32)【優先日】2019-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/951,225
(32)【優先日】2019-12-20
(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】500287732
【氏名又は名称】シオン・パワー・コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100156122
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 剛
(72)【発明者】
【氏名】ハンブリン，グレン アラン
(72)【発明者】
【氏名】リブレット，デイビッド ウォーレン
(72)【発明者】
【氏名】リブレット，シェイ トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ボック，ジェイムズ アンソニー
【テーマコード（参考）】
5G053
5G503
5H030
【Ｆターム（参考）】
5G053AA01
5G053BA01
5G053EC01
5G503AA01
5G503BA04
5G503BB01
5G503DA13
5G503FA17
5H030AA10
5H030AS08
5H030BB01
5H030BB21
5H030FF22
5H030FF42
5H030FF43
5H030FF44
5H030FF52
(57)【要約】
少なくとも１つの電気化学セルを保護するためのシステムであって、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさで、かつ少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて第２の閾値電流の大きさで、少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成された回路を含み、第１の電流の流れ方向が第２の電流の流れ方向と異なる、電気化学セル保護システム。電気化学セルを保護するための方法。少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさで、かつ少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて第２の閾値電流の大きさで、回路の少なくとも一部分を切断するように構成された回路を備えるシステム。回路の少なくとも一部分を保護するための方法。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの電気化学セルを保護するためのシステムであって、前記システムは、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成され、かつ
少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成された回路を備え、
前記第１の電流の流れ方向は、前記第２の電流の流れ方向と異なる、システム。
【請求項2】
前記第１の閾値電流の大きさは、前記第２の閾値電流の大きさとは異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の電流の流れ方向および／または前記第２の電流の流れ方向における電流を測定し、これに応答して前記回路を起動するように構成された少なくとも１つの電流測定制御を含む、請求項１～２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項4】
前記回路は、少なくとも１つのリレーを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの放電に対応し、前記第２の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの充電に対応し、
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流の少なくとも２倍高い、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流の４倍高い、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記システムは、単一部品または集積回路パッケージとして封入されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項8】
前記回路は、前記第１の閾値電流の大きさおよび／または前記第２の閾値電流の大きさを調整するように構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項9】
前記回路は、前記システム内の１つ以上の位置で前記少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項10】
前記少なくとも１つのリレーがソリッドステートである、請求項１～９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項11】
前記回路は、前記少なくとも１つの電気化学セルを負荷および／または充電源から切断するように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項12】
前記第１の電流の流れ方向における動作電流および／または前記第２の電流の流れ方向における動作電流が直流を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項13】
前記少なくとも１つの電気化学セルが電池パックの一部である、請求項１～１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項14】
前記少なくとも１つの電気化学セルが、同じ電気経路で充電および放電される、請求項１～１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項15】
前記回路は、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断する時間間隔内に前記少なくとも１つの電気化学セルを再接続するように構成される、請求項１～１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項16】
少なくとも１つの電気化学セルを保護するための方法であって、該方法は、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさで、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断すること、および
少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて第２の閾値電流の大きさで、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断すること
を含み、
前記第１の電流の流れ方向は前記第２の電流の流れ方向と異なる、方法。
【請求項17】
前記第１の閾値電流の大きさは、前記第２の閾値電流の大きさとは異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記方法は、前記第１の電流の流れ方向および／または前記第２の電流の流れ方向の電流を測定すること、それに応答して、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断するために回路を起動することを含む、請求項１６～１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
前記回路が、前記少なくとも１つのリレーを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記回路が、単一の集積回路パッケージを備える、請求項１６～１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
前記第１の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの放電に対応し、前記第２の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの充電に対応し、かつ
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流の少なくとも２倍高い、請求項１６～１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項22】
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流の４倍高い、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記方法は、前記第１の閾値電流の大きさおよび／または前記第２の閾値電流の大きさを調整することを含む、請求項１６～２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
前記方法は、回路の１つ以上の部分で少なくとも１つの電気化学セルを切断することを含む、請求項１６～２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項25】
前記少なくとも１つのリレーがソリッドステートである、請求項１６～２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項26】
前記方法は、前記少なくとも１つの電気化学セルを負荷および／または充電源から切断することを含む、請求項１６～２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項27】
前記第１の電流の流れ方向における動作電流および／または前記第２の電流の流れ方向における動作電流が直流を含む、請求項１６～２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項28】
前記少なくとも１つの電気化学セルが、電池パックの一部である、請求項１６～２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項29】
前記少なくとも１つの電気化学セルが、同じ電気経路に沿って充電および放電される、請求項１６～２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項30】
前記方法は、前記少なくとも１つの電気化学セルを切断する時間間隔内に、前記少なくとも１つの電気化学セルを再接続することを含む、請求項１６～２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項31】
少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断するように構成され、かつ前記少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで前記回路の少なくとも一部分を切断するように構成された回路を備え、
前記第１の電流の流れ方向は、前記第２の電流の流れ方向と異なる、システム。
【請求項32】
前記第１の閾値電流の大きさは、前記第２の閾値電流の大きさとは異なる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項33】
前記第１の電流の流れ方向および／または前記第２の電流の流れ方向における動作電流を測定し、それに応答して、前記回路を起動するように構成された少なくとも１つの電流測定制御を含む、請求項３１～３２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項34】
前記回路は、前記少なくとも１つのリレーを備える、請求項３１～３３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項35】
第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流より少なくとも２倍高い、請求項３１～３４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項36】
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流より４倍高く、前記第１の電流の流れ方向は、少なくとも１つの電気化学セルの放電に対応し、
第２の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの充電に対応する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項37】
前記システムは、単一部品または集積回路パッケージとして封入されている、請求項３１～３６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項38】
前記回路は、前記第１の閾値電流の大きさおよび／または前記第２の閾値電流の大きさを調整するように構成されている、請求項３１～３７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項39】
前記回路は、前記システム内の１つ以上の位置で前記少なくとも一部分を切断するように構成されている、請求項３１～３８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項40】
前記少なくとも１つのリレーはソリッドステートである、請求項３１～３９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項41】
前記回路は、少なくとも一部分を負荷および／または充電源から切断するように構成されている、請求項３１～４０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項42】
前記第１の電流の流れ方向の動作電流および／または前記第２の電流の流れ方向の動作電流は、直流を含む、請求項３１～４１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項43】
前記少なくとも一部分は、電池パックの一部である、請求項３１～４２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項44】
少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断すること、および前記少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで前記回路の少なくとも一部分を切断すること
を含み、
前記第１の電流の流れ方向は、前記第２の電流の流れ方向と異なる、回路の少なくとも一部分を保護する方法。
【請求項45】
前記第１の閾値電流の大きさは、前記第２の閾値電流の大きさとは異なる、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
前記方法は、前記第１の電流の流れ方向および／または前記第２の電流の流れ方向における動作電流を測定することを含む、請求項４４～４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項47】
前記方法は、前記第１の電流の流れ方向および／または前記第２の電流の流れ方向における閾値電流の測定に応答して、前記少なくとも１つのリレーを作動させて前記回路の少なくとも一部分を切断することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項48】
前記第１の電流の流れ方向は、少なくとも１つの電気化学セルの放電に対応し、前記第２の電流の流れ方向は、前記少なくとも１つの電気化学セルの充電に対応し、かつ
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流より少なくとも２倍高い、請求項４４～４７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項49】
前記第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、前記第２の電流の流れ方向における平均動作電流より４倍高い、請求項４８に記載の方法。
【請求項50】
前記方法は、前記第１の閾値電流の大きさおよび／または前記第２の閾値電流の大きさを調整することを含む、請求項４４～４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項51】
前記方法は、回路の１つ以上の部分において前記少なくとも一部分を切断することを含む、請求項４４～５０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項52】
前記少なくとも１つのリレーはソリッドステートである、請求項４４～５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項53】
前記方法は、前記少なくとも一部分を負荷および／または充電源から切断することを含む、請求項４４～５２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項54】
前記第１の電流の流れ方向における動作電流および／または前記第２の電流の流れ方向における動作電流は、直流を含む、請求項４４～５３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項55】
前記少なくとも一部分は、電池パックの一部である、請求項４４～５４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で、２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「Systems and Methods for Protecting a Circuit, Rechargeable Electrochemical Cell, or Battery」の米国仮出願第６２／９５１，２２５号、および２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「System and Method for Circuit Protection」の米国仮出願第６２／９５１，２３６号に基づく優先権を主張し、それぞれ参照によりその全体が本明細書中に援用される。
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で、２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「Systems and Methods for Protecting a Circuit, Rechargeable Electrochemical Cell, or Battery」の米国仮出願第６２／９５１，２２５号、および２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「System and Method for Circuit Protection」の米国仮出願第６２／９５１，２３６号に基づく優先権を主張し、それぞれ参照によりその全体が本明細書中に援用される。
【0002】
電気化学セルの保護を含む回路保護、並びに関連するシステムおよび方法が、概して記載される。
【背景技術】
【0003】
従来、電池は、自動車などの様々な産業における内燃機関などの確立された動力源とうまく競合することができなかった。この失敗の理由の１つは、電池のユーザが、電池が従来から提供している長寿命と信頼性に不満を持っていることである。
【発明の概要】
【0004】
本明細書で開示されるのは、回路および電気化学セルの保護および関連するシステムに関する実施形態である。本発明の主題は、場合によっては、相互に関連する製品、特定の問題に対する代替的な解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる用途を含む。
【0005】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの電気化学セルを保護するためのシステムを対象とする。このシステムは、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで、少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成され、かつ少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで、少なくとも１つの電気化学セルを切断するように構成された回路を備えもよく、第１の電流の流れ方向が第２の電流の流れ方向と異なる。
【0006】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの電気化学セルを保護するための方法を対象とする。この方法は、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさで、少なくとも１つの電気化学セルを切断すること；および少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて第２の閾値電流の大きさで、少なくとも１つの電気化学セルを切断することを含んでもよく、第１の電流の流れ方向は第２の電流の流れ方向と異なっている。
【0007】
いくらかの実施形態は、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断するように構成され、かつ少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断するように構成された回路を備え、第１の電流の流れ方向は第２の電流の流れ方向と異なる、システムを対象とする。
【0008】
更なる実施形態は、回路の少なくとも一部分を保護する方法を対象とする。この方法は、少なくとも１つのリレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断すること、および少なくとも１つのリレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで回路の少なくとも一部分を切断することを含んでもよく、第１の電流の流れ方向が第２の電流の流れ方向と異なる。
【0009】
本発明の他の利点および新規の特徴は、添付の図面と併せて考慮すると、本発明の様々な非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。本明細書と参照により援用される文献とが、矛盾するおよび／または整合しない開示を含む場合、本明細書が支配的であるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の非限定的な実施形態は、概略的であり、一定の縮尺で示すことを意図されていない添付の図面を参照して一例として説明する。図面において、図示の同一またはほぼ同一の各構成要素は、通常、単一の数字で表される。明瞭にするために、必ずしもすべての構成要素は、すべての図においてラベル付け、また図は、当業者が本発明を理解できるようにする必要がない場合に示された本発明の各実施形態の全ての構成要素である。図面において：
【図1A】いくつかの実施形態による、代表的な電気化学セル保護システムを例示するブロック図である。
【図1B】いくつかの実施形態による、代表的な回路保護システムを例示するブロック図である。
【図2】いくつかの実施形態による、代表的な回路保護システムを例示する回路図である。
【図3A】いくつかの実施形態による、代表的な電池管理システムを例示するブロック図である。
【図3B】いくつかの実施形態による、代表的な電池パックを例示するブロック図である。
【図4】いくつかの実施形態による、代表的な電気化学セル保護処理を示すフローチャートである。
【図5】いくつかの実施形態による、追加の代表的な電気化学セル保護プロセスを示すフローチャートである。
【図6】いくつかの実施形態による、代表的な回路保護プロセスを示すフローチャートである。
【図7】いくつかの実施形態による、追加の代表的な回路保護プロセスを示すフローチャートである。
【図8】いくらかの態様を実施するために使用され得る代表的なコンピュータシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明者らは、従来の回路が、特に電池セルおよびパックに関して、頻繁に十分に保護されていないことを認識し、理解している。従来、電池パックは、パック内のモジュールの故障によってパックの分裂が引き起こされることがある。この種の故障は、モジュール間に逆電圧を引き起こし、モジュール構成要素に害を及ぼす。
【0012】
本発明者らは、このような問題を回避することができることを認識し、理解しているが、従来の解決策は、それが存在する限りにおいて、高価で、重く、かつ、大型である。本発明者らは、回路、特に電池セルを保護するための、よりコスト、質量効率、および体積効率の良い構造および技術が可能であることを認識し、理解してきた。例えば、本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、故障限界に達した場合、またはパックまたはモジュール内の任意の電池セルが過／不足電圧、過電流、過／不足温度などの限界を超えて動作した場合に、電池パックまたはモジュールが負荷または充電源から切断され得ることを認識し、理解してきた。
【0013】
本発明者らは、更に、従来の電池セル用保護システムの中には、一方向にしか接続できない磁気吹き出しがあり、充電源への１つの接続と負荷への別の接続を必要とし、コスト、質量、および体積を増加させることを認識し、評価している。
【0014】
本発明者らはまた、いくらかの実施形態に従って、このよりコスト、質量効率、および体積効率の良い回路保護を提供する１つの方法は、非対称直流回路遮断を有する双方向リレーであることを認識し、理解している。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、非対称型回路遮断が、充電および放電などの異なる電流方向に対して異なる電流制限を提供することを認識し、理解している。本発明者らは、電気化学セルが充電と放電とで異なる容量を有する場合があり、従って、充電と放電とで異なる保護モードを必要とするかまたは正当化する場合があることを認識し、理解している。例えば、本明細書のいくつかの実施形態は、セルが、セルにとって安全であるかまたは最も効率的である特定の電流範囲外で充電または放電されることを防止してもよく、これは、所定のセルまたは電池について充電と放電の間で異なる可能性がある。
【0015】
本発明者らは、電池モジュールのようなモジュールは、モジュールを負荷および／または充電源から切断することによって保護されてもよく、これは、本明細書のいくつかの実施形態におけるリレーのような回路によって実行されてもよいことを認識し、理解している。いくつかの実施形態では、リレーは、オン／オフおよび双方向の方法で電流の流れを制御してもよい。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、リレーが入力に応じてオン／オフすることができ、これを用いて充電状態または放電状態を制御できることを認識し、理解している。ある実施形態では、この非対称性は、リレー機能を起動するために電流測定制御回路を抱き合わせることによって提供され得る。
【0016】
本発明者らは、再充電可能な電気化学セルの管理および操作のための従来の技術が、セル（およびそれらが含まれ得る電池）の以前は劣悪な長寿および性能をもたらしたことを認識および理解している。例えば、セルは、特に充電および放電速度が同様である場合、または充電速度が放電速度より高い場合、短いサイクル寿命（例えば、セルが十分な使用後にある時点で典型的にそうなるように、容量が元の容量の８０％を下回る前の完全な充電および放電サイクルの数が少ない）に悩まされてきた。例えば、電池のセルの多くのユーザは、電池がほぼ同一の充電および放電速度（例えば、充電に４時間、放電に４時間）を有することを望んでおり、電池メーカーは、そのようなほぼ同一の速度を提供する電池および電池管理システムを提供してきた。また、多くのユーザは、電池を使用するために充電を待つ不便さを軽減するためなど、様々な理由から、放電するよりも高い速度で充電する（例えば、充電に３０分、放電に４時間）電池を望んできた。
【0017】
本発明者らは、更に、いくらかの実施形態に従って、充電速度に対する放電速度のより高い比率を採用することによって、セル（およびセルを含む電池）のサイクル寿命、ひいてはセル（および電池）の寿命および性能が大幅に改善され得ることを認識し、理解している。更に、本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、このような比率を提供するためにセルを制御するセルおよび／または電池管理システムを提供することによって、これらの比率が採用され得ることを認識し、理解している。
【0018】
例えば、いくつかの実施形態は、充電サイクルの少なくとも一部のために、セルが、以前の放電サイクルの少なくとも一部の放電速度または電流よりも低い充電速度または電流で充電されるようにセルを制御するセル管理システムを対象とする。
【0019】
複数のセルを有する実施形態などのいくつかの実施形態は、セルが一度に全て充電され（または複数のセルが同時に放電され）、個別にまたはより小さなセットで放電できるようにセルを多重化する電池管理システムを対象とする。これにより、特定の負荷や用途に所望または要求される出力レートを提供しながら、サイクル寿命を向上させるセルの充電速度に対する放電速度の実際の比をもたらすことができる。更に、本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、均質な電流分布で一度にセルの一部（全てではない）を放電することも、サイクル寿命を改善し得ることを認識し、理解している。
【0020】
例えば、４つのセルを有する電池において、１つのセルを一度に０．５アンペアでそれぞれ３時間放電させ、その後４つのセルすべてを０．５アンペアで１２時間充電することができる。このような構成は、４：１の放電率対充電率の実際の比率を提供するが、ユーザの観点からは、セルがそれぞれ３時間（合計１２時間の放電時間）個別に放電されるため比率は１：１である。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、このような電池管理システムが、ユーザが電池に望むものまたは必要とするものを提供しながら、電池のサイクル寿命を実際に改善し得ることを認識し、理解している。いくつかの実施形態において、このデュオの利点を提供する機能は、ユーザから隠されてもよく、セルブロックおよび／または電池自体に統合されてもよい。
【0021】
図１Ａは、代表的な電気化学セル保護システム１００Ａを示す。いくつかの実施形態では、代表的なシステム１００Ａは、コントローラ（例えば、１１４）および／または１つ以上のセンサ（例えば、１１６）を含むかまたはそれに接続されてもよい回路（例えば、１１８）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システムは、電気化学セル（例えば、１２１Ａ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、セル１２１Ａは、単独で存在してもよい。他の実施形態では、追加のセル（例えば、図１Ａの任意のセル１２１Ｂおよび１２１Ｃ）および／または追加のセルセット（例えば、図１Ａの任意のセルセット１２２）が存在してよい（例えば、電池１２０を形成するために）。いくつかの実施形態では、セルは、電池パック（例えば、図３Ｂに示す２１０）の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、回路は、セルと負荷（例えば、１１７Ａ）および／または充電源（例えば、１１７Ｂ）との間に接続されてもよい。いくつかの実施形態において、この接続は、少なくとも１つのリレー（例えば、１０４）を含んでもよく、このリレーもまた、回路の一部として含まれてもよい。いくつかの実施形態では、セルは、同じ電気経路に沿って（例えば、リレー１０４、回路１１８などを通って）充電および放電の両方を行ってもよい。
【0022】
いくつかの実施形態において、代表的なシステム１００Ａは、コントローラ（例えば、１１４）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム１００Ａは、１つまたは複数のセンサ（例えば、１１６）を含んでもよい。例えば、センサは、第１の電流の流れ方向の動作電流（作動電流；operating current）および／または第２の電流の流れ方向の動作電流を測定し得る、少なくとも１つの電流測定制御を含んでもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのリレーを介して第１の電流の流れ方向の閾値電流および／または第２の電流の流れ方向の閾値電流を測定することに応答して、回路は、セルの切断（例えば、負荷および／または充電源から）を実行するように起動されてもよい。この起動は、いくつかの実施形態では、コントローラによって、および／または少なくとも１つの電流測定制御によって実行されてもよい。いくつかの実施形態において、電流測定制御は、図２に関連して議論されるような、電流測定回路およびコントローラを含んでもよい。例えば、電流測定回路は、２０６、２０１、および２０２の回路を含んでもよく、コントローラは、回路２０３を含んでもよい。いくつかの実施形態において、閾値は、電圧または温度などの障害または動作限界を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電流測定制御は、アナログであってもよい。代替的に、電流測定制御はデジタルであってもよい。例えば、電流測定制御の少なくとも一部は、アナログ‐デジタル変換器を使用するなどして、計装増幅器（例えば、２０６）からの出力をデジタル化し、複数のデジタル信号のいずれが生成されたかに基づいて、電流の流れの方向を決定してもよい。
【0023】
いくつかの実施形態において、回路は、リレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて、第１の閾値電流の大きさでセルを切断してもよく、および／または回路は、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて、第２の閾値電流の大きさで切断してもよい。
いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流よりも少なくとも０．１アンペア、少なくとも１アンペア、少なくとも５アンペア、または少なくとも１０アンペア高くてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流よりも５０アンペアも高く、１００アンペアも高く、５００アンペアも高く、または１０００アンペアも高くてもよい。例えば、第１の閾値電流の大きさは、２５アンペア、５０アンペア、１００アンペア、３００アンペア、５００アンペア、またはその間のどこかであってもよく（いくつかの実施形態では、これらのいずれかに追加の０．０１アンペアが加えられてもよい）、第２の閾値電流の大きさは、１アンペア、６アンペア、１２アンペア、２５アンペア、７５アンペア、１２５アンペア、またはその間のどこかであってもよい（いくつかの実施形態では、これらのいずれかに追加の０．０１アンペアが加えられてよい）。代替的に、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさと同じであってよい。いくつかの実施形態では、電流閾値は、予想される最大電流のすぐ上にあり、所定のセル配列が安全に提供または取ることができるよりも高くはない、それぞれであってよい。
いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流よりも少なくとも０．１アンペア、少なくとも１アンペア、少なくとも５アンペア、または少なくとも１０アンペア高くてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流よりも５０アンペアも高く、１００アンペアも高く、５００アンペアも高く、または１０００アンペアも高くてもよい。例えば、第１の閾値電流の大きさは、２５アンペア、５０アンペア、１００アンペア、３００アンペア、５００アンペア、またはその間のどこかであってもよく（いくつかの実施形態では、これらのいずれかに追加の０．０１アンペアが加えられてもよい）、第２の閾値電流の大きさは、１アンペア、６アンペア、１２アンペア、２５アンペア、７５アンペア、１２５アンペア、またはその間のどこかであってもよい（いくつかの実施形態では、これらのいずれかに追加の０．０１アンペアが加えられてよい）。代替的に、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさと同じであってよい。いくつかの実施形態では、電流閾値は、予想される最大電流のすぐ上にあり、所定のセル配列が安全に提供または取ることができるよりも高くはない、それぞれであってよい。
【0024】
いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい。例えば、第１および第２の電流の流れ方向は、互いに反対であってもよい（例えば、一方が流入し、他方が流出するように）。いくつかの実施形態では、セルは、回路の１つ以上の部分またはシステム内の位置で切断されてもよい。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、これは、例えば、電池パック回路内の任意の点での回路遮断を可能にし得ることを認識し、理解している。
【0025】
いくつかの実施形態において、これらの閾値電流は、セルを放電または充電する電流であってもよい。例えば、第１の電流の流れ方向は、セルの放電に対応してもよい。代替的にまたは追加的に、第２の電流の流れ方向は、セルの充電に対応してもよい。
【0026】
いくつかの実施形態において、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流は、直流であってもよく、または直流を含んでもよい。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、直流に対して本明細書の特徴を提供することが、電池セルでの使用に特に適切であり得ることを認識し、理解している。
【0027】
いくつかの実施形態では、リレーは、集積回路パッケージ内の１つまたは複数の半導体ダイ上に配置／形成された１つまたは複数のトランジスタなどの、少なくともいくつかのソリッドステート（または固体状態；solid state）要素を含んでもよい。本発明者らは、ソリッドステートリレーは、非ソリッドステートリレーと比較して、アーク放電、燃焼、または劣化する物理的接点がないことを認識し、評価している。更に、ソリッドステートリレーは、非ソリッドステートと比較して、スイッチのオン／オフに必要な電力が少なくて済む。更に、ソリッドステートリレーは、大電流シナリオでより大きなリレーを必要とする非ソリッドステートとは異なり、電流が増加してもオンするためにより多くの電力を必要としない。代替的に、リレーは、少なくとも１つの電気機械式スイッチを含んでもよい。
【0028】
いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさおよび／または第２の閾値電流の大きさは、システムの動作条件に応答するなどして、自動的におよび／または手動で調整されてもよい。例えば、閾値電流をいずれかの方向に対してより低くまたはより高くすることを必要とする何かが変化した場合、それに応じて閾値を変更することができる。代替的または追加的に、セルが使用され、充電速度と放電速度の所望の比率が変化すると、閾値電流は、任意のそのような所望の比率を満たすように調整されることができる。
【0029】
いくつかの実施形態において、第１の電流の流れ方向（例えば、放電方向）の平均動作電流は、第２の電流の流れ方向（例えば、充電方向）の平均動作電流よりも少なくとも２倍高くてもよい。例えば、第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、第２の電流の流れ方向における平均動作電流よりも４倍高くてもよい。
【0030】
いくつかの実施形態では、説明された切断を実行するために使用される回路は、単一の集積回路パッケージ内に、または単一部品として含まれてもよく、そのいずれもが、回路１１８、コントローラ１１４、および／またはセンサ１１６の任意の組み合わせを含んでもよい（例えば、集積回路パッケージまたは単一部品１１０として）。例えば、例示的な集積回路パッケージは、１つ以上の半導体ダイ上に配置／形成された図２に示された回路を含んでもよい。いくつかの実施形態は、集積回路パッケージ内に抵抗器２０５、抵抗器（単数または複数）２０１、およびトランジスタ２０４を含まなくてもよい。例えば、抵抗器２０５およびトランジスタ２０４は、集積回路パッケージとは別の充電／放電回路の一部として含まれてもよい。別の例では、抵抗器２０１は、集積回路パッケージに結合され、システムの閾値電流の大きさを設定するなど、ユーザによる再構成のためにアクセス可能であってもよい（例えば、ユーザは、自身の抵抗器２０１を提供してもよい）。例示的な単一部品は、プリント回路基板などの単一基板にマウント（例えば、表面マウント）またはその他の方法で取り付けられた集積回路パッケージ（例えば、単独または他の回路との組合せ）を含んでもよい。
【0031】
いくつかの実施形態において、セルは、セルを切断する時間間隔内に再接続されてもよい。例えば、回路は、セルを切断した後、１秒未満の時間間隔（すなわち、リレーの「クイックリセット」）内にリレーを閉じることによって、切断されたセルの再接続を可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、この再接続は、切断後５マイクロ秒以下の時間間隔内に実行されてもよい。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、このような高速再接続が、ソリッドステートリレーを使用して可能であり得ることを認識し、理解している。
【0032】
図１Ａには、単一のコントローラ１１４および単一のセンサ１１６等のみが示されているが、これらの構成要素の任意の適切な数が使用されてもよいことを理解されたい。多数の異なる実施態様のいずれかが採用されてもよい。
【0033】
いくつかの実施形態によれば、セルは、少なくとも１つのリチウム金属電極活物質を含んでもよい。更に、セルの各セット（例えば、セルセット１２１）は、１つまたは複数のセル（例えば、１２１Ａ～１２１Ｃ）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、セルの各セットは、単一のセルを備えてもよい。代替的に、各セルのセットは複数のセルを含んでよく、セル「ブロック」を形成してよく、または複数のセルのセットが一緒になってセルブロックを形成してよい。更に、各セル（電池、電池パック内の全ての電池、またはセルのセット内のいずれか）またはセルのセットは、同じ電気化学を利用してもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、各セルは、同じアノード活物質および同じカソード活物質を利用してもよい。
【0034】
複数のセルを有する実施形態などのいくつかの実施形態では、以下の図３Ａに関連して説明するような多重化スイッチ装置（図１Ａには示されていない）が含まれてもよく、以下の図３Ａおよび図３Ｂに関連して更に説明するようなスイッチのアレイを含んでもよい。更に、多重化スイッチ装置は、セルの各セットに、および／または各セルに個別に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、１１４などのコントローラは、多重化スイッチ装置を使用して、セルのセットを選択的に放電させてもよい。
【0035】
いくつかの実施形態において、コントローラ（例えば、１１４）は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array；ＦＰＧＡ）および／または特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit；ＡＳＩＣ）などのプログラマブルロジックアレイ（programmable logic array）を含んでもよい。代替的にまたは追加的に、コントローラは、１つ以上のプロセッサを含んでもよく、これらのプロセッサは、用途に適したどんな複雑さを有していてもよい。代替的にまたは追加的に、コントローラは、フィードバック制御ループなどのアナログ制御回路を含んでもよい。
【0036】
いくつかの実施形態において、コントローラは、セルの充電サイクルの少なくとも一部のために、セルが、以前の放電サイクルの少なくとも一部の放電速度または電流よりも低い充電速度または電流で充電されるように、セルを制御してもよい。例えば、コントローラは、セルの再充電容量のある割合（例えば、再充電容量の１％から１００％のどこか）に対して、セルの放電容量のある割合（例えば、放電容量の１％から１００％のどこか）に対して平均的に使用されてきた放電速度または電流よりも平均で少なくとも２倍低い（すなわち、充電速度または電流は放電速度または電流の半分の速度である）充電速度または電流でセルに充電させることができる。代替的にまたは追加的に、コントローラは、セルを、放電速度よりも少なくとも４倍低い充電速度または電流で充電させることができる（例えば、この制御の結果、最後の放電／充電サイクルにわたって、セルがセルの放電容量のある割合のために放電されたのと４分の１の速度でセルの再充電容量のある割合のために充電される）。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、放電速度に対する充電速度のそのような比率が、セルの性能およびサイクル寿命を改善し得ることを認識し、理解している。
【0037】
いくつかの実施形態において、セルを制御することは、充電および放電を開始および停止するタイミングおよび方法、放電を誘発すること、充電または放電の速度または電流を増加または減少させること、等を制御することを含んでもよい。例えば、セルの充電または放電を制御することは、それぞれ、充電または放電の開始、充電または放電の停止、充電または放電の速度または電流の増加または減少、およびこれらを含むことができる。
【0038】
本明細書では、「完全な充電サイクル」という用語は、一般に、セルの再充電容量の約１００％が充電される期間を指すために用いられ、「完全な放電サイクル」という用語は、一般に、セルの放電容量（その再充電容量とは異なる場合がある）の約１００％が放電される期間を指すために用いられる。一方、本明細書では、「充電ステップ」という用語は、一般に、放電を行わずに充電を行う連続的な期間を指すために使用され、「放電ステップ」という用語は、一般に、充電を行わずに放電を行う連続的な期間を指すために使用される。
【0039】
用語「充電サイクル」は、一般に、セルが充電される期間を指すために使用され、完全な充電サイクルである必要はない。「放電サイクル」という用語は、一般的にセルが放電される期間を指すために使用され、それは完全な放電サイクルである必要はない。用語「前回の放電サイクル」は、一般に、セルが放電されていた期間または放電されている期間を指すために使用される。例えば、この「前回の」放電サイクルは完了してもよいし、まだ進行中であってもよく、セルの放電容量の約１００％に合計される最近完了した放電ステップを指す必要はない。完全な放電サイクルが実行されていない場合、前回の放電サイクルは、以前に完了した放電ステップを指すことがある。
【0040】
「容量」という用語は、一般に、セルが所与のまたは定格電圧で供給できる電荷の量を指すために用いられ、しばしばアンペア時（ミリアンペア時またはｍＡｈなど）で測定される。いくつかの実施形態において、容量は、セルが所定の時点で保持できるｍＡｈ（複数の充電または放電サイクルにわたって変化し得る）であってもよく、所定の時点でセルに残っているｍＡｈであってもよく、またはセルが完全に再充電するために必要とするｍＡｈであってもよい。
【0041】
本明細書で使用されるように、セルが所定の期間にわたって（例えば、充電ステップの一部にわたって、充電ステップ全体にわたって、または一連の充電ステップにわたって）複数の異なる速度で充電される場合、その所定の期間にわたる平均充電速度は、以下のように計算される。
式中、ＣＲＡｖｇは所定の期間における平均充電速度、ｎはセルが充電される異なる速度の数、ＣＲｉは充電速度、ＣＣａｐｉは所定の期間中に充電速度ＣＲｉで充電されるセルの再充電容量の部分、ＣＣａｐＴｏｔａｌは全期間にわたって充電されるセルの再充電容量の合計である。例示すると、ある充電ステップにおいて、セルが２０ｍＡｈ／分の速度で再充電容量の０％から５０％まで充電され、その後１０ｍＡｈ／分の速度で再充電容量の５０％から８０％まで充電される場合、充電ステップ中の平均充電速度は、次のように計算される。
本明細書で使用されるように、セルが所定の期間にわたって（例えば、所定の充電ステップまたは一連の充電ステップにわたって）複数の異なる速度で放電される場合、その所定の期間における平均放電速度は、以下のように計算される。
ここで、ＤＲＡｖｇは所定の期間における平均放電速度、nはセルが放電される異なる速度の数、ＤＲｉは放電速度、ＤＣａｐｉは所定の期間中に放電速度ＤＲｉで放電されるセルの放電容量の部分、ＤＣａｐＴｏｔａｌは全期間にわたって放電されるセルの放電容量の総和である。例示すると、ある放電ステップにおいて、セルが２５ｍＡｈ／分の速度で放電容量の９０％から５０％まで放電され、その後、１５ｍＡｈ／分の速度で放電容量の５０％から２０％まで放電される場合、放電ステップ中の平均放電速度は、次のように算出される。
【数1】
式中、ＣＲＡｖｇは所定の期間における平均充電速度、ｎはセルが充電される異なる速度の数、ＣＲｉは充電速度、ＣＣａｐｉは所定の期間中に充電速度ＣＲｉで充電されるセルの再充電容量の部分、ＣＣａｐＴｏｔａｌは全期間にわたって充電されるセルの再充電容量の合計である。例示すると、ある充電ステップにおいて、セルが２０ｍＡｈ／分の速度で再充電容量の０％から５０％まで充電され、その後１０ｍＡｈ／分の速度で再充電容量の５０％から８０％まで充電される場合、充電ステップ中の平均充電速度は、次のように計算される。
【数2】
本明細書で使用されるように、セルが所定の期間にわたって（例えば、所定の充電ステップまたは一連の充電ステップにわたって）複数の異なる速度で放電される場合、その所定の期間における平均放電速度は、以下のように計算される。
【数3】
ここで、ＤＲＡｖｇは所定の期間における平均放電速度、nはセルが放電される異なる速度の数、ＤＲｉは放電速度、ＤＣａｐｉは所定の期間中に放電速度ＤＲｉで放電されるセルの放電容量の部分、ＤＣａｐＴｏｔａｌは全期間にわたって放電されるセルの放電容量の総和である。例示すると、ある放電ステップにおいて、セルが２５ｍＡｈ／分の速度で放電容量の９０％から５０％まで放電され、その後、１５ｍＡｈ／分の速度で放電容量の５０％から２０％まで放電される場合、放電ステップ中の平均放電速度は、次のように算出される。
【数4】
【0042】
図１Ｂは、代表的な回路保護システム１００Ｂを表している。いくつかの実施形態では、代表的なシステム１００Ｂは、コントローラ（例えば、１１４）および／または１つ以上のセンサ（例えば、１１６）を含むかまたはそれに接続されてもよい回路（例えば、１１８）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、回路は、回路の一部（例えば、１１９）と、負荷（例えば、１１７Ａ）および／または充電源（例えば、１１７Ｂ）との間に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、この接続は、少なくとも１つのリレー（例えば、１０４）を含んでもよく、このリレーは、回路の一部として含まれることもある。
【0043】
いくつかの実施形態では、代表的なシステム１００Ｂは、コントローラ（例えば、１１４）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム１００Ｂは、１つまたは複数のセンサ（例えば、１１６）を含んでもよい。例えば、センサは、第１の電流の流れ方向の動作電流および／または第２の電流の流れ方向の動作電流を測定し得る、少なくとも１つの電流測定制御を含んでもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのリレーを介して第１の電流の流れ方向の閾値電流および／または第２の電流の流れ方向の閾値電流を測定することに応答して、回路は、回路部分の切断（例えば、負荷および／または充電源から）を実行するように起動されてもよい。この起動は、いくつかの実施形態では、コントローラによって、および／または少なくとも１つの電流測定制御によって実行されてもよい。
【0044】
いくつかの実施形態において、回路は、リレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさで回路部分を切断してもよく、および／または回路は、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づいて第２の閾値電流の大きさで回路部分を切断してもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、図１Ａを参照して説明されるような第２の閾値電流の大きさとは異なってもよい。代替的に、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさと同じであってよい。いくつかの実施形態において、電流閾値はそれぞれ、予想される最大電流のすぐ上であって、所定のセル配列が安全に提供または取得される電流よりも高くならない。
【0045】
いくつかの実施形態において、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい（例えば、本明細書のいくつかの実施形態に記載されているように）。
【0046】
いくつかの実施形態では、回路部分は、システム内の１つまたは複数の位置で切断されてもよい。
【0047】
回路部分がセルを含む場合など、いくつかの実施形態では、これらの閾値電流は、セルを放電または充電する電流であってよい。例えば、第１の電流の流れ方向は、セルの放電に対応してもよい。代替的にまたは追加的に、第２の電流の流れ方向は、セルの充電に対応してもよい。
【0048】
いくつかの実施形態において、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流は、直流であってもよいし、直流を含んでもよい。
【0049】
いくつかの実施形態において、リレーは、ソリッドステート要素（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているような）を含んでもよい。
【0050】
いくつかの実施形態において、第１の閾値電流の大きさおよび／または第２の閾値電流の大きさは、自動的におよび／または手動で調整されてもよい。例えば、閾値電流がいずれかの方向に対してより低いまたはより高いことを必要とする何かが変化した場合、それに応じて閾値を変更することができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向（例えば、放電方向）の平均動作電流は、第２の電流の流れ方向（例えば、充電方向）の平均動作電流の少なくとも２倍高くてもよい。例えば、第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、第２の電流の流れ方向における平均動作電流よりも４倍高くてもよい。
【0052】
いくつかの実施形態において、説明された切断を実行するために使用される回路は、単一の集積回路パッケージ内に含まれてもよく、または単一部品として含まれてもよく、これは、回路１１８、コントローラ１１４、およびセンサ１１６の任意の組み合わせ（例えば、集積回路パッケージまたは単一部品１１０として）を含むことができる。
【0053】
いくつかの実施形態では、セルは、セルの切断の時間間隔内に再接続されてもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）。
【0054】
図１Ｂには、図１Ａと同様に、単一のコントローラ１１４および単一のセンサ１１６等のみが示されているが、これらの構成要素の任意の適切な数が使用されてもよいことを理解されたい。多数の異なる実施態様のいずれかが採用されてもよい。
【0055】
図２は、代表的な回路保護システム２００を示す。いくつかの実施形態では、システム２００は、少なくとも１つの負荷および／または充電源（例えば、本明細書中の他の箇所に記載したように１１７）および少なくとも１つの電池またはセル（例えば、本明細書中の他の箇所に記載したように１２０）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム２００は、図２に示されるような、これらの間に回路を含んでもよく、本明細書に記載される特徴を提供し得る。
【0056】
いくつかの実施形態において、システム２００は、一対のトランジスタ２０４を含むような、少なくとも１つのリレーを含んでもよい。代替的に、リレーは、少なくとも１つの電気機械スイッチを含んでもよい。いくつかの実施形態において、リレーは、セルと負荷／充電源との接続を解除および再接続してもよい。いくつかの実施形態において、リレーは、非常に高い電流を処理することができる非常に低いインピーダンスのトランジスタまたはスイッチであってもよい。
【0057】
いくつかの実施形態において、システム２００は、抵抗器２０５などの少なくとも１つのセンス抵抗器（またはシャント抵抗器）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、センス抵抗器は、セルと負荷／充電源との間の回路に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、センス抵抗器は、リレーと直列であってもよい。あるいは、第１の電流（例えば、充電／放電電流）がリレーを通過し、第１の電流を代表する（例えば、それに比例する）第２の電流がセンス抵抗器を通過してもよい。
【0058】
いくつかの実施形態では、システム２００は、計装用増幅器２０６などの少なくとも１つの増幅器を含んでもよい。いくつかの実施形態において、センス抵抗器（例えば、２０５）は、セルと負荷／ソースとの間を流れる電流を代表する電圧を生成してもよい。いくつかの実施形態において、増幅器は、センス抵抗器にわたる電圧に基づいて電流の流れの方向を決定してもよい。例えば、計装用増幅器を含む実施形態では、計装用増幅器に提供される電圧基準は、方向性電圧閾値を設定してもよい。一例として、電圧基準よりも高い計装用増幅器からの出力電圧は、センス抵抗器を通る第１の方向の電流を示し、電圧基準よりも高い電圧は、第１の方向と反対の第２の方向のセンス抵抗器を通る電流を示すことができる。いくつかの実施形態では、電圧基準は０ボルトに設定されてもよい。他の実施形態では、電圧基準は、０ボルトと回路の最高電圧の間、または０ボルトと回路の最低電圧の間の任意の場所に設定されてもよい。
【0059】
いくつかの実施形態では、センス抵抗器は、１０～１００オームの抵抗（例えば、図２に示すＲｓ）を有してよく、これは、本発明者らが認識している電圧降下および／または熱蓄積を制限し得るものである。
【0060】
いくつかの実施形態では、システム２００は、デュアルコンパレータ構成（例えば、２０２）のようなコンパレータ回路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、増幅器出力は、コンパレータ回路の１つまたは複数の入力に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、システム２００は、抵抗分割器（例えば、３抵抗チェーン２０１）を含んでもよく、この抵抗分割器は、コンパレータ回路の他の入力に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、抵抗分圧器は、各方向の閾値またはトリップ電流を設定してもよい。例えば、抵抗器の抵抗値は、増幅器の出力に対して比較するために、コンパレータ回路に入力される電圧を制御してもよい。コンパレータは、増幅器の出力が抵抗分割器によって提供される電圧を超えたかどうかを示す信号を出力してもよく、これは、センス抵抗器によって感知された電流が特定の方向に閾値を超えたかどうかを示すことができる。従って、電流の大きさを設定する１つの方法は、抵抗分割器の抵抗値を構成することである。抵抗分割器には、以下のように、任意の数の抵抗を含めることができることを理解する必要がある。
【0061】
いくつかの実施形態では、抵抗分割器（例えば、図２に示すＲ１、Ｒ２、およびＲ３）における抵抗の抵抗値は、１０～１００キロオームであってよく、これは、発明者らが、消費電力を制限し得ることを認識している。
【0062】
いくつかの実施形態では、システム２００は、Ｄフリップフロップ（例えば、２０３）および／またはＤラッチを含むような制御回路を含んでもよく、これらのいずれかまたは両方は、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣに配置されてもよい。代替的に、マイクロコントローラまたはプロセッサは、フリップフロップまたはラッチの機能を実行するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、入力Ｄ（データ）、Ｓ（セット）、およびＣ（クリア）を含んでもよい。更に、制御回路は、出力Ｑ（result）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、クロックピンに接続されたリセット入力を含んでもよい。
【0063】
いくつかの実施形態では、制御回路は、決定された電流の流れ方向および大きさに基づいてリレーを制御してもよい。例えば、所定の方向に対する閾値の大きさが動作電流によって満たされる場合、コンパレータ回路は、閾値が満たされたことを示す信号を制御回路に出力し、制御回路がリレーを開くように制御し、回路を破壊させることができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、電流の大きさの閾値に達したかどうかを検出するためにセンスレジスタを頻繁に監視するように構成されてもよい。例えば、図示された制御回路のＣ入力は、電流の大きさの閾値に達したことを示す信号を提供するコンパレータ回路に応答して、Ｑ出力を更新するように構成されてもよい。そのようなシナリオでは、Ｑ出力は、電池を負荷／充電器から切断または接続するためにリレーを開くまたは閉じるリレーに電圧を供給してもよい。クロックピンに結合されたリセット入力は、制御回路にＤ、Ｓ、および／またはＣ入力を（例えば、クロック信号に従って）頻繁に監視させることができる。例えば、制御回路は、クロック信号のパルスごとに、センス抵抗器における電流の状態を決定するためにＣ入力をチェックしてもよい。一部の実施形態では、クロック信号は、過電圧/過電流状態への迅速な対応、および/またはそのような状態がなくなった後の通常動作への迅速な復帰を容易にするために、数百メガヘルツ（ＭＨｚ）または数ギガヘルツ（ＧＨｚ）などの高い周波数で動作することがある。プロセッサを含む実施形態では、コンパレータ回路からの出力はプロセッサに入力されてもよく、プロセッサは、命令セットおよびシステムクロックに基づいて、電池を負荷／充電器に切断または接続するためにリレーを開くか閉じるかを決定してもよい。
【0064】
いくつかの実施形態では、システム２００は、抵抗Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６を有する図２に示すような抵抗器を含んでもよい。これらの抵抗は、１０オームから１００キロオームなど、所定の用途に適した任意の値を有していてもよい。
【0065】
いくつかの実施形態では、システム２００は、拡張可能であってよい。例えば、システム２００を任意の適切なサイズにし、セルまたは負荷または充電源などの任意の適切な数の外部構成要素に適するように、任意の種類のより多くの構成要素が追加されてもよい。いくつかの実施形態では、システム２００は、構成要素の一部のみを変更すること、または構成要素の値（例えば、電圧基準、抵抗値など）を変更することなどにより、調整可能であってよい。例えば、システム２００は、図示された構成要素の他の構成要素および構成が使用されてもよいので、図２に示された回路図に限定されない。
【0066】
図３Ａは、代表的な電池管理システム３００Ａを示す図である。複数のセルを有する実施形態などのいくつかの実施形態では、代表的なシステム３００Ａは、多重化スイッチ装置（例えば、１１２）、コントローラ（例えば、１１４）、１つまたは複数のセンサ（例えば、１１６）、および１つまたは複数の電池（例えば、１２０、１３０、１４０、１５０、など）を含んでもよい。図３Ａには、単一の多重化スイッチ装置１１２、コントローラ１１４、センサ１１６、および４つの電池１２０～１５０のみが示されているが、これらの構成要素の任意の適切な数が使用されてもよいことを理解されたい。多数の異なる実施態様のいずれかが採用されてもよい。更に、本明細書では、多重化スイッチ装置を参照するために単数形のラベルが使用されているが、本明細書に記載された多重化およびスイッチングに使用される構成要素は、任意の適切な数の装置（例えば、スイッチ）間に分散されてもよいことを理解されたい。
【0067】
いくつかの実施形態によれば、電池または電池は、少なくとも１つのリチウム金属電池を含んでもよい。更に、電池または電池（例えば、１２０～１５０）は、それぞれ、セルのセットとも呼ばれる１つ以上のセルセット（例えば、１２１～１２４、１３１～１３２、１４１～１４２、１５１～１５２など）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、２つ以上のセルのセットが、１２１～１２２などの各電池に含まれる。更に、セルの各セット（例えば、セルセット１２１）は、１つまたは複数のセル（例えば、１２１Ａ～１２１Ｃ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、セルの各セットは、単一のセルを有してよい。あるいは、各セルのセットは複数のセルを含んでよく、セル「ブロック」を形成してもよく、または複数のセットのセルが一緒になってセルブロックを形成してもよい。更に、各セル（電池、電池パック内の全ての電池、またはセルのセット内のいずれか）またはセルのセットは、同じ電気化学を利用してもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、各セルは、同じアノード活物質および同じカソード活物質を利用してもよい。
【0068】
いくつかの実施形態において、コントローラは、多重化スイッチ装置を使用して、異なる、プログラム可能な速度でセルのセットを選択的に放電および充電してもよい。例えば、コントローラは、多重化スイッチ装置を使用して、セルのセットを充電する第２の速度よりも少なくとも２倍高い第１の速度でセルのセットを選択的に放電してもよい（すなわち、放電は充電の２倍の速さである）。代替的にまたは追加的に、放電の第１の速度は、セルのセットを充電する第２の速度よりも少なくとも４倍高くてもよい（すなわち、充電の４倍の速度で放電する）。本発明者らは、いくらかの実施形態に従って、充電速度に対する放電速度のそのような比率が、セルの性能およびサイクル寿命を向上させ得ることを認識し、理解している。
【0069】
いくつかの実施形態において、負荷は、車両の少なくとも１つの構成要素であってよい。車両は、陸上、海上、および／または空中を移動するために適合された、任意の適切な車両であってよい。例えば、車両は、自動車、トラック、オートバイ、ボート、ヘリコプター、飛行機、および／または他の任意の適切なタイプの車両であってもよい。
【0070】
代替的または追加的に、コントローラは、多重化スイッチ装置（例えば、１１２）を使用して、セルのセットを、負荷によって採用または要求されるトポロジーで負荷に接続してもよい。
【0071】
いくつかの実施形態において、コントローラは、多重化スイッチ装置（例えば、１１２）を使用して、セルの他のセットが放電していない間に、放電のためにセルの単一のセットを分離してもよい。代替的にまたは追加的に、単一のセルが一度に分離されてもよい。例えば、コントローラは、多重化スイッチ装置を使用して、他のセルのセットが放電していない間に、放電のためにセルの単一セットまたは単一セルを分離してもよい。所定のサイクルについて、いくつかの実施形態によれば、任意のセルが２回放電される前に、各セルが１回放電されてもよい（例えば、順次放電が使用されるが、このような実施形態に限定されるものではない）。
【0072】
充電に関しては、いくつかの実施形態では、コントローラは、多重化スイッチ装置を使用して、セルのセット、および／またはセット内のセルを並列に充電してもよい。例えば、セルブロック、電池、または電池内の全てのセルは、放電速度の４分の１の速度で並列に充電されてもよい。
【0073】
図３Ｂは、代表的な電池パック２１０を示す。いくつかの実施形態では、代表的な電池パック２１０は、スイッチング制御システム（例えば、２１８）および１つ以上の電池（例えば、１２０、１３０、１４０、１５０、など）を含んでもよい。図３Ｂには、単一のスイッチング制御システム２１８および４つの電池１２０～１５０のみが示されているが、これらの構成要素の任意の適切な数が使用されてもよいことを理解されたい。多数の異なる実施態様のいずれかが採用されてもよい。更に、本明細書では、スイッチング制御システムを参照するために単数形のラベルが使用されるが、本明細書に記載される制御およびスイッチングに使用される構成要素は、任意の適切な数の装置（例えば、スイッチ、コントローラ等）にわたって分散されてもよいことは理解されるべきである。
【0074】
いくつかの実施形態では、スイッチング制御システム（例えば、２１８）は、以下の図３Ａおよび図３Ｂに関連して更に説明されるようなスイッチのアレイを含んでもよく、それはコントローラを含んでもよい。更に、スイッチング制御システムは、上記の図３Ａに関して説明したように、セルの各セットに、および／または電池の各セルに個別に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、スイッチング制御システムは、電池パックに統合されてもよい。
【0075】
【0076】
代表的なシステム３００Ａまたは代表的な電池パック２１０の構成要素のいずれかが、ハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素の任意の好適な組み合わせを使用して実装されてもよいことを理解されたい。このように、様々な構成要素は、説明された機能を実行するためにハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素の任意の適切な集まりを採用することができるコントローラと見なすことができる。
【0077】
本明細書に記載される電気化学セルのアノードは、様々なアノード活物質から構成されてもよい。本明細書で使用される場合、「アノード活物質」という用語は、アノードに関連する任意の電気化学的活性種を指す。例えば、アノードは、リチウム含有材料から構成されてもよく、リチウムはアノード活物質である。本明細書に記載の電気化学セルのアノードにおけるアノード活物質として使用するのに適した電気活性材料には、リチウム箔や導電性基板に蒸着されたリチウムなどのリチウム金属、およびリチウム合金（例えば、リチウム-アルミニウム合金およびリチウム‐錫合金）などがあるが、それだけに限定されるわけではない。負極材料（例えば、リチウムなどのアルカリ金属アノード）を基板上に堆積させる方法としては、熱蒸発、スパッタリング、ジェット気相成長、およびレーザーアブレーションなどの方法を挙げることができる。あるいは、アノードがリチウム箔、またはリチウム箔と基板を含む場合、これらを当技術分野で知られているようなラミネート加工によって積層してアノードを形成することができる。
【0078】
１つの実施形態において、アノード活物質層の電気活性なリチウム含有材料は、５０重量％以上のリチウムを含む。別の実施形態では、アノード活物質層の電気活性リチウム含有材料は、７５重量％より多いリチウムを含んでなる。更に別の実施形態では、アノード活物質層の電気活性なリチウム含有材料は、９０重量％を超えるリチウムを含む。アノードに使用するのに適した追加の材料および配置は、例えば、２００９年８月４日に出願されたScordilis-Kelleyらに対する米国特許公開第２０１０／００３５１２８号「Application of Force in Electrochemical Cells」に記載されており、これは、全ての目的のために参照によりその全体を本明細書に援用される。
【0079】
本明細書に記載される電気化学セルにおけるカソードは、様々なカソード活物質から構成されてもよい。本明細書で使用される場合、「カソード活物質」という用語は、カソードに関連する任意の電気化学的に活性な種を指す。いくつかの実施形態の電気化学セルのカソードにおけるカソード活物質として使用するための適切な電気活性材料は、１つ以上の金属酸化物、１つ以上のインターカレーション材料、電気活性遷移金属カルコゲニド、電気活性導電性ポリマー、硫黄、炭素および／またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるわけではない。
【0080】
いくつかの実施形態では、カソード活物質は、１つまたは複数の金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、インターカレーションカソード（例えば、リチウムインターカレーションカソード）が使用されてもよい。電気活性材料のイオン（例えば、アルカリ金属イオン）をインターカレートし得る好適な材料の非限定的な例としては、金属酸化物、硫化チタン、および硫化鉄が挙げられる。いくつかの実施形態では、カソードは、リチウム遷移金属酸化物またはリチウム遷移金属リン酸塩を含むインターカレーションカソードである。追加の例としては、ＬｉｘＣｏＯ２（Ｌｉ１．１ＣｏＯ２など）、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（Ｌｉ１．０５Ｍｎ２Ｏ４など）、ＬｉｘＣｏＰＯ４、ＬｉｘＭｎＰＯ４、ＬｉＣｏｘＮｉ（１-ｘ）Ｏ２、ＬｉＣｏｘＮｉｙＭｎ（１-ｘ-ｙ）Ｏ２などがある。３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ３／５Ｍｎ１／５Ｃｏ１／５Ｏ２、ＬｉＮｉ４／５Ｍｎ１／１０Ｃｏ１／１０Ｏ２、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ３／１０Ｃｏ１／５Ｏ２）などが挙げられる。Ｘは、０以上、２以下であってもよく、電気化学セルが完全に放電された場合、Ｘは、典型的には１以上、２以下であり、電気化学セルが完全に充電された場合、１以下である。いくつかの実施形態では、完全に充電された電気化学セルは、１以上かつ１．０５以下、１以上かつ１．１以下、または１以上かつ１．２以下であるｘの値を有することができる。更なる例としては、（０＜ｘ≦１）であるＬｉｘＮｉＰＯ４、（ｘ＋ｙ＝２）であるＬｉＭｎｘＮｉｙＯ４（例えば、ＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４）、（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）であるＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌ２Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４およびこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、カソード内の電気活性材料は、リチウム遷移金属リン酸塩（例えば、ＬｉＦｅＰＯ４）を含み、これは、いくらかの実施形態では、ホウ酸塩および／またはケイ酸塩で置換されることができる。
【0081】
上述のように、いくつかの実施形態において、カソード活物質は、１つまたは複数のカルコゲニドを含む。本明細書で使用する場合、「カルコゲニド」という用語は、酸素、硫黄、およびセレンの元素のうちの１つ以上を含む化合物に係るものである。好適な遷移金属カルコゲニドの例としては、これらに限定されないが、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびＩｒからなる群から選択される遷移金属の電気活性酸化物、硫化物、およびセレン化物が含まれる。１つの実施形態では、遷移金属カルコゲニドは、ニッケル、マンガン、コバルト、およびバナジウムの電気活性酸化物、並びに鉄の電気活性硫化物からなる群から選択される。１つの実施形態では、カソードは、二酸化マンガン、ヨウ素、クロム酸銀、酸化銀および五酸化バナジウム、酸化銅、オキシリン酸銅、硫化鉛、硫化鉄、ビスマス酸鉛、三酸化ビスマス、二酸化コバルト、塩化銅、二酸化マンガンおよび炭素のうちの１以上の材料が含まれる。別の実施形態では、カソード活物質層は、電気活性導電性ポリマーを含んでいる。適切な電気活性導電性ポリマーの例には、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、およびポリアセチレンからなる群から選択される電気活性導電性ポリマーおよび電子導電性ポリマーが含まれるが、これらに限定されるわけではない。導電性ポリマーの例には、ポリピロール類、ポリアニリン類、およびポリアセチレン類が含まれる。
【0082】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される電気化学セルにおけるカソード活物質として使用するための電気活性材料は、電気活性な硫黄含有材料を含む。「電気活性硫黄含有材料」は、本明細書で使用される場合、任意の形態の硫黄元素を含むカソード活物質に関し、電気化学活性は、硫黄原子または部位の酸化または還元を伴うものである。いくつかの実施形態の実施において有用な電気活性な硫黄含有材料の性質は、当該技術分野で知られているように、広く変化し得る。例えば、１つの実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、元素状硫黄を含む。別の実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、元素状硫黄と硫黄含有ポリマーとの混合物を含む。従って、適切な電気活性硫黄含有材料は、元素状硫黄、および硫黄原子と炭素原子を含む有機材料（重合体であってもなくてもよい）を含み得るが、これらに限定されない。好適な有機材料には、ヘテロ原子を更に含むもの、導電性ポリマーセグメント、複合体、および導電性ポリマーが含まれる。
【0083】
いくつかの実施形態では、カソード活物質層の電気活性硫黄含有材料は、５０重量％を超える硫黄を含む。別の実施形態では、電気活性な硫黄含有材料は、７５重量％を超える硫黄を含む。更に別の実施形態では、電気活性な硫黄含有材料は、９０重量％を超える硫黄を含んでなる。
【0084】
いくつかの実施形態のカソード活物質層は、約２０～１００重量％の電気活性カソード材料を含んでいてもよい（例えば、適切な量の溶媒がカソード活物質層から除去された後および／または層が適切に硬化された後に測定した場合）。１つの実施形態では、カソード活性層中の電気活性な硫黄含有材料の量は、カソード活性層の５～３０重量％の範囲である。別の実施形態では、カソード活物質層中の電気活性な硫黄含有材料の量は、カソード活物質層の２０重量％～９０重量％の範囲にある。
【0085】
カソードに使用するのに適した追加の材料、およびカソードを製造するのに適した方法は、例えば、発明の名称「Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same」の、１９９７年５月２１日出願の米国特許第５，９１９，５８７号、および発明の名称「Application of Force in Electrochemical Cells」の、２００９年８月４日に出願された、Scordilis-Kelleyらの米国特許公開第２０１０／００３５１２８号に記載されており、これらの各々は、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書中に援用される。
【0086】
様々な電解質が、本明細書に記載される電気化学セルと関連して使用され得る。いくつかの実施形態では、電解質は、非固体電解質を含んでよく、これは、多孔質セパレータを組み込んでもよいし、組み込まなくてもよい。本明細書で使用されるように、「非固体」という用語は、静的なせん断応力に耐えることができず、せん断応力が加えられると、非固体が継続的かつ永久的な歪みを経験する材料を指すために使用される。非固体の例としては、例えば、液体、変形可能なゲルなどが挙げられる。
【0087】
本明細書に記載された電気化学セルに使用される電解質は、イオンの貯蔵および輸送のための媒体として機能し得、固体電解質およびゲル電解質の特別な場合、これらの材料は更に、アノードとカソードとの間のセパレータとして機能し得る。イオンを貯蔵し輸送することができる液体、固体、またはゲル材料は、材料がアノードとカソードの間のイオン（例えば、リチウムイオン）の輸送を促進する限り、どのようなものでも使用することができる。電解質に使用するのに適した例示的な材料は、例えば、２００９年８月４日に出願されたScordilis-Kelleyらに対する米国特許公開第２０１０／００３５１２８号「Application of Force in Electrochemical Cells」に記載されており、その全体が参照によりすべての目的のために本明細書中に援用される。
【0088】
２０１９年７月３１日に出願され、「Multiplexed Charge Discharge Battery Management System」と題された米国出願第１６／５２７，９０３号は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書中に援用される。２０１９年１０月３１日に出願され、「System and Method for Operating a Rechargeable Electrochemical Cell or Battery」と題された米国出願第１６／６７０，９０５号は、すべての目的のためにその全体が参考により本明細書に援用される。
【0089】
以下の文献は、すべての目的のために、その全体が参照により本明細書中に援用される。
発明の名称「Lithium Anodes for Electrochemical Cells」の、２００１年５月２３日に出願された米国特許第７，２４７，４０８号明細書；
発明の名称「Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries」の、１９９６年３月１９日に出願された米国特許第５，６４８，１８７号明細書；
発明の名称「Stabilized Anode for lithium-Polymer Batteries」の、１９９７年７月７日に出願された米国特許第５,９６１,６７２号明細書；
発明の名称「Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same」の、１９９７年５月２１日に出願された米国特許第５，９１９，５８７号明細書；
発明の名称「Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries」の、米国特許出願公開第２００７／０２２１２６５号明細書として公開され、２００６年４月６日に出願された米国特許出願第１１／４００，７８１号；
発明の名称「Swelling Inhibition in Lithium Batteries」の、国際公開第２００９／０１７７２６号として公開された、２００８年７月２９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９１５８；
発明の名称「Separation of Electrolytes」の、米国特許出願公開第２０１０／０１２９６９９号明細書として公開された、２００９年５月２６日出願の米国特許出願第１２／３１２，７６４号；
発明の名称「Primer for Battery Electrode」の、国際公開第２００９／０５４９８７号として公開された、２００８年１０月２３日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２０４２；
発明の名称「Protective Circuit for Energy-Storage Device」の、米国特許出願公開第２００９／０２００９８６号明細書として公開された、２００８年２月８日出願の米国特許出願第１２／０６９，３３５号；
発明の名称「Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries」の、米国特許出願公開第２００７／０２２４５０２号明細書として公開された、２００６年４月６日出願の米国特許出願第１１／４００，０２５号；
発明の名称「Lithium Alloy/Sulfur Batteries」の、米国特許出願公開第２００８／０３１８１２８号明細書として公開された、２００７年６月２２日出願の米国特許出願第１１／８２１，５７６号；
発明の名称「Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods」の、米国特許出願公開第２００６／０２３８２０３号明細書として公開された、２００５年４月２０日出願の米国特許出願第１１／１１１，２６２号；
発明の名称「Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions」の、米国特許出願公開第２００８／０１８７６６３号明細書として公開された、２００７年３月２３日出願の米国特許出願第１１／７２８，１９７号；
発明の名称「Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods」の、国際公開第２００９／０４２０７１号として公開された、２００８年９月１９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１０８９４；
発明の名称「Porous Electrodes and Associated Methods」の、国際公開第２００９／０８９０１８号として公開された、２００９年１月８日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００００９０；
発明の名称「Application of Force In Electrochemical Cells」の、米国特許出願公開第２０１０／００３５１２８号明細書として公開された、２００９年８月４日出願の米国特許出願第１２／５３５，３２８号；
発明の名称「Cathode for Lithium Battery」の、２０１０年３月１９日出願の米国特許出願第１２／７２７，８６２号；
発明の名称「Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment」の、２００９年５月２２日出願の米国特許出願第１２／４７１，０９５号；
（発明の名称「Release System for Electrochemical Cells」の、２００９年８月２４日出願の仮特許出願第６１／２３６，３２２号から優先権を主張する）発明の名称「Release System for Electrochemical Cells」の、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５１３号；
発明の名称「Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells」の、２０１０年８月２４日出願の米国仮特許出願第６１／３７６，５５４号；
発明の名称「Electrochemical Cell」の、米国特許出願公開第２０１１／０１７７３９８号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５２８号；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９４号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５６３号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２９ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５５１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３０ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００５９３６１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５７６号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３１ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７６５６０号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５８１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２４ＵＳ０１]；
発明の名称「Low Electrolyte Electrochemical Cells」の、２０１０年９月２２日出願の米国特許出願第６１／３８５，３４３号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３３ＵＳ００]；および
発明の名称「Porous Structures for Energy Storage Devices」の、２０１１年２月２３日出願の米国特許出願第１３／０３３，４１９号[Ｓ１５８３．７００３４ＵＳ００]。
本明細書中に開示された他の全ての特許および特許出願もまた、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書中に援用される。
発明の名称「Lithium Anodes for Electrochemical Cells」の、２００１年５月２３日に出願された米国特許第７，２４７，４０８号明細書；
発明の名称「Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries」の、１９９６年３月１９日に出願された米国特許第５，６４８，１８７号明細書；
発明の名称「Stabilized Anode for lithium-Polymer Batteries」の、１９９７年７月７日に出願された米国特許第５,９６１,６７２号明細書；
発明の名称「Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same」の、１９９７年５月２１日に出願された米国特許第５，９１９，５８７号明細書；
発明の名称「Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries」の、米国特許出願公開第２００７／０２２１２６５号明細書として公開され、２００６年４月６日に出願された米国特許出願第１１／４００，７８１号；
発明の名称「Swelling Inhibition in Lithium Batteries」の、国際公開第２００９／０１７７２６号として公開された、２００８年７月２９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９１５８；
発明の名称「Separation of Electrolytes」の、米国特許出願公開第２０１０／０１２９６９９号明細書として公開された、２００９年５月２６日出願の米国特許出願第１２／３１２，７６４号；
発明の名称「Primer for Battery Electrode」の、国際公開第２００９／０５４９８７号として公開された、２００８年１０月２３日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２０４２；
発明の名称「Protective Circuit for Energy-Storage Device」の、米国特許出願公開第２００９／０２００９８６号明細書として公開された、２００８年２月８日出願の米国特許出願第１２／０６９，３３５号；
発明の名称「Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries」の、米国特許出願公開第２００７／０２２４５０２号明細書として公開された、２００６年４月６日出願の米国特許出願第１１／４００，０２５号；
発明の名称「Lithium Alloy/Sulfur Batteries」の、米国特許出願公開第２００８／０３１８１２８号明細書として公開された、２００７年６月２２日出願の米国特許出願第１１／８２１，５７６号；
発明の名称「Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods」の、米国特許出願公開第２００６／０２３８２０３号明細書として公開された、２００５年４月２０日出願の米国特許出願第１１／１１１，２６２号；
発明の名称「Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions」の、米国特許出願公開第２００８／０１８７６６３号明細書として公開された、２００７年３月２３日出願の米国特許出願第１１／７２８，１９７号；
発明の名称「Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods」の、国際公開第２００９／０４２０７１号として公開された、２００８年９月１９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１０８９４；
発明の名称「Porous Electrodes and Associated Methods」の、国際公開第２００９／０８９０１８号として公開された、２００９年１月８日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００００９０；
発明の名称「Application of Force In Electrochemical Cells」の、米国特許出願公開第２０１０／００３５１２８号明細書として公開された、２００９年８月４日出願の米国特許出願第１２／５３５，３２８号；
発明の名称「Cathode for Lithium Battery」の、２０１０年３月１９日出願の米国特許出願第１２／７２７，８６２号；
発明の名称「Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment」の、２００９年５月２２日出願の米国特許出願第１２／４７１，０９５号；
（発明の名称「Release System for Electrochemical Cells」の、２００９年８月２４日出願の仮特許出願第６１／２３６，３２２号から優先権を主張する）発明の名称「Release System for Electrochemical Cells」の、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５１３号；
発明の名称「Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells」の、２０１０年８月２４日出願の米国仮特許出願第６１／３７６，５５４号；
発明の名称「Electrochemical Cell」の、米国特許出願公開第２０１１／０１７７３９８号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５２８号；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９４号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５６３号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２９ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５５１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３０ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００５９３６１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５７６号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３１ＵＳ００]；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、米国特許出願公開第２０１１／００７６５６０号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５８１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２４ＵＳ０１]；
発明の名称「Low Electrolyte Electrochemical Cells」の、２０１０年９月２２日出願の米国特許出願第６１／３８５，３４３号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３３ＵＳ００]；および
発明の名称「Porous Structures for Energy Storage Devices」の、２０１１年２月２３日出願の米国特許出願第１３／０３３，４１９号[Ｓ１５８３．７００３４ＵＳ００]。
本明細書中に開示された他の全ての特許および特許出願もまた、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【0090】
図４は、電気化学セル保護のための代表的なハイレベルのプロセス４００を示す図である。代表的なプロセス４００の改善は、以下の段落で詳細に説明される。
【0091】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス４００は、少なくとも１つの電気化学セル（本明細書中の他の箇所に記載される電気化学セル１２１Ａなど）が、少なくとも１つのリレー（本明細書中の他の箇所に記載される回路１１８の一部であってよい）を介して第１の電流フロー方向に基づく第１の閾値電流の大きさで切断されてよい改善、４３０を含んでもよい。
【0092】
いくつかの実施形態において、セルは、改善４３０および／または改善４４０の後または前に、充電源または負荷に接続または再接続されてもよい。
【0093】
いくつかの実施形態において、代表的なプロセス４００は、改善４４０に進むか、または改善４３０の代わりに改善４４０を実行してもよく（図５に関してより詳細に説明する決定に基づいて）、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づく第２の閾値電流大きさでセルを切り離してもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい（例えば、これらの方向は互いに逆であってもよい）。
【0094】
例えば、第１の電流の流れ方向がセルの放電に対応し、第１の電流の流れ方向の動作電流が２５アンペア以上（任意の時間または所定の時間間隔で）である場合、回路はセルを充電源から切り離してもよい。一方、いくつかの実施形態によれば、第２の電流の流れ方向がセルの充電に対応し、第２の電流の流れ方向の動作電流が１アンペア以上（任意の時間または所定の時間間隔）である場合、回路は、セルを負荷から切断してもよい。いくつかの実施形態において、セルを負荷から切断することと充電源から切断することは、同じ操作であってもよい。例えば、セルは、本明細書中の他の箇所に記載するように、同じ電気経路に沿って充電および放電の両方を行ってもよい。
【0095】
いくつかの実施形態において、プロセス４００は、その後、必要に応じて終了または反復してもよい。
【0096】
図５は、電気化学セル保護のための代表的なプロセス５００を示す。代表的なプロセス５００の改善は、以下の段落で詳細に説明される。
【0097】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス５００は、任意選択的に、少なくとも１つの電気化学セル（例えば、１２１Ａ）が、同じ電気経路に沿って（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるように）充電および放電の両方を行ってもよい改善５１０で開始されてもよい。
【0098】
いくつかの実施形態では、セルは、電池パック（例えば、図３Ｂに示す２１０）の一部であってもよい。
【0099】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス５００は、その後、任意選択的に改善５１５に進み、少なくとも１つのリレー（本明細書中の他の箇所に記載される回路１１８の一部であってよい）を通る第１の電流の流れ方向および／または第２の電流の流れ方向の動作電流が、少なくとも１つの電流測定制御（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるセンサ１１６）を使用して測定されてもよい。いくつかの実施形態では、改善５１５は、電流の流れの方向を決定することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流は、直流であってもよいし、直流を含んでもよい。
【0100】
いくつかの実施形態では、リレーは、ソリッドステートであってもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）。
【0101】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス５００は、その後、任意選択で改善５２０に進み、少なくとも１つの閾値が満たされたかどうかを判断するために検討されてもよい（例えば、本明細書の別の場所に記載されているように）。例えば、閾値は、セルを放電または充電する閾値電流のように、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流の閾値測定値であってよい。いくつかの実施形態において、第１の電流の流れ方向は、セルの放電に対応してもよい。代替的にまたは追加的に、第２の電流の流れ方向は、セル（単数または複数）の充電に対応してもよい。いくつかの実施形態において、第１の閾値電流の大きさおよび／または第２の閾値電流の大きさは、調整されてもよい。例えば、いずれかの方向について閾値電流をより低くまたはより高くすることを必要とする何かが変化した場合、閾値はそれに応じて変更され得る。
【0102】
いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向（例えば、放電方向）の平均動作電流は、第２の電流の流れ方向（例えば、充電方向）の平均動作電流の少なくとも２倍高くてもよい。例えば、第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、第２の電流の流れ方向における平均動作電流よりも４倍高くてもよい。
【0103】
いくつかの実施形態では、閾値が満たされている場合、代表プロセス５００は、次に任意選択で改善５２５に進み、セルを切断するための回路が、コントローラ（例えば、１１４）などによって（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）起動されてもよい。代替的に、閾値が満たされていない場合、動作電流の測定が継続されてもよい。
【0104】
いくつかの実施形態において、説明された切断を実行するために使用される回路は、単一の集積回路内に、または単一部品として含まれてもよい。
【0105】
いくつかの実施形態では、セルは、回路の１つまたは複数の部分で切断されてもよい。
【0106】
いくつかの実施形態において、改善５２５は、任意選択的に、セルを負荷および／または充電源から切断してよい改善５２６を含んでもよい。
【0107】
いくつかの実施形態において、改善５２６は、任意選択的に、リレーを通る第１の電流の流れ方向に基づいて第１の閾値電流の大きさでセルを切断してよい改善５３０を含んでもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるように）。
【0108】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス５００は、改善５４０に進むか、または改善５３０と同時にもしくは何らかの重複を伴って改善５４０を実行してもよく、この場合、セルは、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づき、第２の閾値電流の大きさで切断されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい。
【0109】
いくつかの実施形態では、プロセス５００は、その後、任意選択的に改善５５０に進み、セルを切断してからの時間間隔内に再接続してもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるように）。
【0110】
いくつかの実施形態では、プロセス５００は、その後、必要に応じて終了するか、または繰り返すことができる。
【0111】
図６は、システム内の回路保護のための代表的な高レベルのプロセス６００を示す図である。代表的なプロセス６００の改善は、後続の段落で詳細に説明される。
【0112】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス６００は、システム内の回路の少なくとも一部分が、少なくとも１つのリレー（これは、本明細書中の他の箇所に記載される回路１１８の一部であってもよい）を通る第１の電流の流れ方向に基づく第１の閾値電流大きさで切断され得る、改善６３０を含んでもよい。
【0113】
いくつかの実施形態において、回路部分は、改善６３０および／または改善６４０の後または前に、ソースまたは負荷に接続または再接続されてもよい。
【0114】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス６００は、改善６４０に進むか、または改善６３０の代わりに改善６４０を実行してもよく（図７に関してより詳細に説明する決定に基づいて）、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づく第２の閾値電流大きさで回路部分は切断されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい（例えば、これらの方向は、互いに逆であってもよい）。
【0115】
例えば、第１の電流の流れ方向の動作電流が１アンペア以上である場合（任意の時間または所定の時間間隔で）、回路は回路部分を切断してよい。一方、第２の電流の流れ方向における動作電流が２５アンペア以上である場合（任意の時間または所定の間隔の時間）、回路は、回路部分を切断してもよい。
【0116】
いくつかの実施形態では、プロセス６００は、その後、必要に応じて終了するか、または繰り返すことができる。
【0117】
図７は、システム内の回路保護のための代表的なプロセス７００を示す図である。代表的なプロセス７００の改善は、以下の段落で詳細に説明される。
【0118】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス７００は、任意選択的に、改善７１５で開始してもよく、少なくとも１つのリレー（本明細書中の他の箇所に記載される回路１１８の一部であってよい）を通る第１の電流の流れ方向および／または第２の閾値電流大きさ流れ方向の動作電流が、少なくとも１つの電流測定制御（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるセンサ１１６）を使用して測定されてもよい。いくつかの実施形態において、改善７１５は、電流の流れの方向を決定することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流は、直流であってもよいし、直流を含んでもよい。
【0119】
いくつかの実施形態では、リレーは、ソリッドステートであってもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）。
【0120】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス７００は、その後、任意選択で改善７２０に進み、少なくとも１つの閾値が満たされたかどうかを判断するために検討されてもよい（例えば、本明細書の別の場所に記載されているように）。例えば、閾値は、第１の電流の流れ方向における動作電流および／または第２の電流の流れ方向における動作電流の閾値測定値であってよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさおよび／または第２の閾値電流の大きさは、調整されてもよい。例えば、いずれかの方向について閾値電流をより低くまたはより高くすることを必要とする何かが変化した場合、閾値はそれに応じて変更されることができる。
【0121】
いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向（例えば、放電方向）の平均動作電流は、第２の電流の流れ方向（例えば、充電方向）の平均動作電流の少なくとも２倍高くてもよい。例えば、第１の電流の流れ方向における平均動作電流は、第２の電流の流れ方向における平均動作電流よりも４倍高くてもよい。
【0122】
いくつかの実施形態では、閾値が満たされた場合、代表的なプロセス７００は、次に任意選択で改善７２５に進み、回路部分を切断するための回路が、コントローラ（例えば、１１４）などによって（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）起動されてもよい。代替的に、閾値が満たされていない場合、動作電流の測定が継続されてもよい。
【0123】
いくつかの実施形態において、説明された切断を実行するために使用される回路は、単一の集積回路内に、または単一部品として含まれてもよい。
【0124】
いくつかの実施形態では、回路部分は、システム内の１つまたは複数の位置で切断されてもよい。
【0125】
いくつかの実施形態において、改善７２５は、任意選択的に、セルが負荷および／または充電源から切断されてもよい改善７２６を含んでもよい。
【0126】
いくつかの実施形態において、改善７２６は、任意選択的に、リレーを通る第１の電流の流れ方向（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されるように）に基づく第１の閾値電流の大きさでセルを切断してよい、改善７３０を含んでもよい。
【0127】
いくつかの実施形態では、代表的なプロセス７００は、改善７４０に進むか、または改善７３０と同時にもしくは何らかの重複を伴って改善７４０を実行してもよく、この場合、セルは、リレーを通る第２の電流の流れ方向に基づく第２の閾値電流の大きさで切断されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の閾値電流の大きさは、第２の閾値電流の大きさとは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電流の流れ方向は、第２の電流の流れ方向と異なっていてもよい。
【0128】
いくつかの実施形態において、プロセス７００は、その後、任意選択的に改善７５０に進み、セルを切断してからの時間間隔内に再接続してもよい（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）。
【0129】
いくつかの実施形態では、プロセス７００は、その後、任意選択で改善７６０に進み、第１の閾値電流の大きさおよび／または第２の閾値電流の大きさが調整されてもよい。例えば、閾値電流がいずれかの方向に対してより低いまたはより高いことを必要とする何かが変化した場合、それに応じて閾値を変更することができる（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されているように）。
【0130】
いくつかの実施形態では、プロセス７００は、その後、必要に応じて終了するか、または繰り返すことができる。
【0131】
いくつかの実施形態において、図４～７を参照して上述した方法は、多数の方法のいずれかにおいて、変化してもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、上述した方法のステップは、記載されているものとは異なる順序で実行されてもよく、方法は、上述されていない追加のステップを含んでもよく、および／または方法は、上述したすべてのステップを含まなくてもよい。
【0132】
いくつかの態様は、コンピューティングデバイスを使用して実施され得ることが、前述の説明から更に理解されるべきである。図８は、システム８００における汎用コンピューティングデバイスを、コンピュータ８１０の形態で示しており、これは、前述のコントローラのいずれか（例えば、１１４）のような、ある側面を実施するために使用されてもよい。
【0133】
コンピュータ８１０において、構成要素は、処理ユニット８２０、システムメモリ８３０、およびシステムメモリを含む様々なシステム構成要素を処理ユニット８２０に結合させるシステムバス８２１を含むが、これらに限定されるわけではない。システムバス８２１は、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、および様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するローカルバスを含むいくつかのタイプのバス構造のいずれであってもよい。限定ではなく例として、そのようなアーキテクチャには、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、ビデオ電子標準協会（ＶＥＳＡ）ローカルバス、およびメザニンバスとしても知られる周辺コンポーネント相互接続（またはペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト；ＰＣＩ）バスが含まれる。
【0134】
コンピュータ８１０は、典型的には、様々なコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ８１０によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であり得、揮発性媒体と不揮発性媒体、取り外し可能媒体と非取り出し可能媒体の双方を含む。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体から構成され得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実装された揮発性および不揮発性の両方、取り外し可能および非取り出し可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、ＣＤ‐ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、または所望の情報を格納するために使用することができ、コンピュータ８１０によってアクセス可能な他の任意の１以上の媒体があるが、それらに限定はされない。通信媒体は、典型的には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータを、搬送波または他の搬送機構などの変調データ信号で具現化し、任意の情報配信媒体を含む。用語「変調データ信号」とは、信号内に情報をエンコードするような方法で、その特性の１つ以上が設定または変更された信号を意味する。例として、限定するものではないが、通信媒体には、有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体、および音響、ＲＦ、赤外線などの無線媒体が含まれる。また、上記のいずれかの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれるものとする。
【0135】
システムメモリ８３０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）８３１およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３２などの揮発性および／または不揮発性メモリの形態のコンピュータ記憶媒体を含む。起動時など、コンピュータ８１０内の要素間で情報を転送するのに役立つ基本ルーチンを含む基本入出力システム８３３（ＢＩＯＳ）は、通常、ＲＯＭ８３１に格納される。ＲＡＭ８３２は、典型的には、処理ユニット８２０に直ちにアクセス可能であり、かつ／または現在処理ユニット８２０によって操作されているデータおよび／またはプログラムモジュールを含む。限定ではなく例として、図８は、オペレーティングシステム８３４、アプリケーションプログラム８３５、他のプログラムモジュール８３９、およびプログラムデータ８３７を示す。
【0136】
コンピュータ８１０は、他の取り外し可能／取り外し不可能な、揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体を含むこともできる。例としてのみ、図８は、取り外し不可能な不揮発性の磁気媒体から読み出しまたは書き込むハードディスクドライブ８４１、取り外し可能な不揮発性の磁気ディスク８５２から読み出しまたは書き込む磁気ディスクドライブ８５１、およびＣＤ‐ＲＯＭまたは他の光学媒体などの取り外し可能な不揮発性の光ディスク８５９から読み出しまたは書き込む光ディスクドライブ８５５を図示する。例示的なコンピューティングシステムで使用できる他の取り外し可能／取り外し不可能、揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体には、磁気テープカセット、フラッシュメモリカード、デジタル多用途ディスク、デジタルビデオテープ、固体ＲＡＭ、固体ＲＯＭなどがあるが、これらに限定はされない。ハードディスクドライブ８４１は、典型的には、インターフェイス８４０などの非リムーバブルメモリインターフェイスによってシステムバス８２１に接続され、磁気ディスクドライブ８５１および光ディスクドライブ８５５は、典型的には、インターフェイス８５０などのリムーバブルメモリインターフェイスによってシステムバス８２１に接続される。
【0137】
前述し、図８に図示したドライブおよびその関連するコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ８１０のためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよび他のデータのストレージを提供する。図８では、例えば、ハードディスクドライブ８４１は、オペレーティングシステム８４４、アプリケーションプログラム８４５、他のプログラムモジュール８４９、およびプログラムデータ８４７を記憶するものとして図示されている。これらの構成要素は、オペレーティングシステム８３４、アプリケーションプログラム８３５、他のプログラムモジュール５３９、およびプログラムデータ８３７と同じであっても異なっていてもよいことに留意されたい。オペレーティングシステム８４４、アプリケーションプログラム８４５、他のプログラムモジュール８４９、およびプログラムデータ８４７は、最低限、異なるコピーであることを説明するために、ここでは異なる番号を付与している。ユーザは、キーボード８９２や、一般にマウス、トラックボール、タッチパッドと呼ばれるポインティングデバイス８９１などの入力デバイスを介して、コンピュータ８１０にコマンドや情報を入力することができる。他の入力装置（図示せず）としては、マイク、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星放送受信機、スキャナなどを挙げることができる。これらおよび他の入力装置は、システムバスに結合されたユーザ入力インターフェイス５９０を介して処理ユニット８２０に接続されることが多いが、パラレルポート、ゲームポート、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの他のインターフェイスおよびバス構造によって接続されてもよい。モニタ８９１または他のタイプの表示装置も、ビデオ・インターフェイス８９０などのインターフェイスを介してシステムバス８２１に接続される。モニタに加えて、コンピュータは、スピーカ８９７やプリンタ８９９などの他の周辺出力デバイスを含むこともあり、これらは出力周辺インターフェイス８９５を介して接続されることがある。
【0138】
コンピュータ８１０は、リモートコンピュータ８８０などの１つ以上のリモートコンピュータへの論理接続を使用して、ネットワーク化された環境で動作してもよい。リモートコンピュータ８８０は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークPC、ピアデバイス、または他の一般的なネットワークノードであってもよく、典型的にはコンピュータ８１０に関連して前述した要素の多くまたは全てを含むが、図８ではメモリ記憶装置８８１のみが図示されている。図８に示された論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）８７１およびワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）８７３を含むが、他のネットワークも含むことができる。このようなネットワーク環境は、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、インターネットなどでは当たり前のように存在する。
【0139】
ＬＡＮネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ８１０は、ネットワークインターフェイスまたはアダプタ８７０を介してＬＡＮ８７１に接続される。ＷＡＮネットワーキング環境で使用される場合、コンピュータ８１０は、典型的には、インターネットなどのＷＡＮ８７３を介して通信を確立するためのモデム８７２または他の手段を含む。内部または外部であってもよいモデム８７２は、ユーザ入力インターフェイス８９０、または他の適切な機構を介してシステムバス８２１に接続されてもよい。ネットワーク環境において、コンピュータ８１０に関連して示されたプログラムモジュール、またはその一部は、リモートメモリストレージデバイスに格納されてもよい。限定ではなく例として、図８は、メモリデバイス８８１に存在するものとしてリモートアプリケーションプログラム８８５を図示している。示されたネットワーク接続は例示的なものであり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の手段が使用されてもよいことが理解される。
【0140】
実施形態は、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサで実行されると、前述した様々な実施形態を実施する方法を実行する１つ以上のプログラムをエンコードしたコンピュータ可読記憶媒体（または複数のコンピュータ可読媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ、フラッシュメモリ、Field Programmable Gate Arrayまたは他の半導体デバイスにおける回路構成、または他の有形コンピュータ記憶媒体）として具現されてもよい。前述の例から明らかなように、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ実行可能命令を非一時的な形態で提供するのに十分な時間、情報を保持することができる。そのようなコンピュータ可読記憶媒体または媒体は、そこに記憶されたプログラムを１つまたは複数の異なるコンピュータまたは他のプロセッサにロードして、前述した本発明の様々な態様を実施できるように、搬送可能であり得る。本明細書で使用されるように、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピュータが情報を読み取ることができる有形の機械、機構、または装置のみを包含する。代替的または追加的に、いくつかの実施形態は、コンピュータ可読記憶媒体以外のコンピュータ可読媒体として具現化され得る。コンピュータ可読記憶媒体でないコンピュータ可読媒体の例としては、伝搬信号のような一過性の媒体が挙げられる。
【0141】
本発明のいくつかの態様が本明細書中に記載および例示されたが、当業者は、機能を実行し、および／または結果および／または前述の１つ以上の利点を得るための様々な他の手段および／または構造体を容易に予測し、そのような変形および／または改良はそれぞれ、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的に、当業者は、本明細書中に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示であることを意味することを容易に理解し、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、そのために本発明の教示が用いられる特定の用途に依存することを容易に理解する。当業者は、日常的な実験のみを用いて、本明細書中に記載された本発明のいくらかの態様に対する多くの同等物を認識し、または確認することができる。従って、前述の態様は、例示のためだけに示され、かつ添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載された以外の方法で実施することができると理解されるべきである。本発明は、本明細書中に記載された、個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。また、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾しない場合には、本発明の範囲内に包含されている。
【0142】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると解されるべきである。
【0143】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、句「および／または」は、結合した要素、即ち、ある場合には結合して存在し、他方で分離して存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると解されるべきである。明確に示されない限り、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを、「および／または」の文節によって具体的に識別された要素以外に、他の要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」は、「～を含む」などのオープンエンドの語と合わせて使用される場合、１つの態様において、ＢなしのＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、ＡなしのＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、ＡおよびＢの両方（任意に他の要素を含む）；などを意味する。
【0144】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、「または」は、上記定義した「および／または」と同じ意味を有すると解されるべきである。例えば、１つのリスト中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的である、即ち、
多くの要素または要素のリストの、１つより多いも含む少なくとも１つ、任意に、リストに挙げられていない更なる項目を含むと解釈されるべきである。明確に示されている項目のみ、例えば、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」、或いは特許請求の範囲において使用される場合の「～から成る」は、多くの要素または要素のリストの内の正確に１つを含むことを意味する。一般的に、本明細書中で用いられる用語「または」は、「どちらか」、「～の内の１つ」、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」などの排他性を有する用語が先行する場合、排他的選択肢（即ち、「一方、または両方でない他方」）を示すものとして解釈されるのみである。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的に～から成る」は、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有する。
多くの要素または要素のリストの、１つより多いも含む少なくとも１つ、任意に、リストに挙げられていない更なる項目を含むと解釈されるべきである。明確に示されている項目のみ、例えば、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」、或いは特許請求の範囲において使用される場合の「～から成る」は、多くの要素または要素のリストの内の正確に１つを含むことを意味する。一般的に、本明細書中で用いられる用語「または」は、「どちらか」、「～の内の１つ」、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」などの排他性を有する用語が先行する場合、排他的選択肢（即ち、「一方、または両方でない他方」）を示すものとして解釈されるのみである。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的に～から成る」は、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有する。
【0145】
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、１つ以上の要素の１つのリストに関する語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト中の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると解されるべきであるが、要素のリスト内に具体的に挙げられたそれぞれの要素の少なくとも１つを必ずしも含んでおらず、かつ要素のリスト中の要素どうしの組み合わせを必ずしも除外しない。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを意味する要素のリスト内で具体的に識別された要素以外に、要素が任意に存在してもよいことを可能にする。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、或いは同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、１つの態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂが存在しないＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａが存在しないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａおよび任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂ（任意に他の要素を含む）；などを意味することができる。
【0146】
明細書中と同様に特許請求の範囲において、このような「～を含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「～を含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「～を含む（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などのすべての移行句は、オープンエンドである、即ち、それらに限定されないが含むことを意味すると解される。移行句「～から成る」および「本質的に～から成る」だけは、「Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３」に記載されているように、それぞれクローズまたはセミクローズな移行句である。
【符号の説明】
【0147】
１００Ａ、１００Ｂ、２００、３００Ａ … システム
１０４ … リレー
１１２ … 多重化スイッチ装置
１１４ … コントローラ
１１６ … センサ
１１８ … 回路
１２０、１３０、１４０、１５０ … 電池
１２１、１２２ … セルセット
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ … 電気化学セル
２０１ … ３抵抗チェーン
２０２ … デュアルコンパレータ構成
２０３ … Ｄフリップフロップ
２０４ … トランジスタ
２０５ … 抵抗器
２０６ … 計装用増幅器
２１０ … 電池パック
２１８ … スイッチング制御システム
８１０ … コンピュータ
８２０ … 処理ユニット
８２１ … システムバス
８３０ … システムメモリ
８４０、８５０ … インターフェイス
８４１ … ハードディスクドライブ
８５１ … 磁気ディスクドライブ
８５５ … 光ディスクドライブ
１０４ … リレー
１１２ … 多重化スイッチ装置
１１４ … コントローラ
１１６ … センサ
１１８ … 回路
１２０、１３０、１４０、１５０ … 電池
１２１、１２２ … セルセット
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ … 電気化学セル
２０１ … ３抵抗チェーン
２０２ … デュアルコンパレータ構成
２０３ … Ｄフリップフロップ
２０４ … トランジスタ
２０５ … 抵抗器
２０６ … 計装用増幅器
２１０ … 電池パック
２１８ … スイッチング制御システム
８１０ … コンピュータ
８２０ … 処理ユニット
８２１ … システムバス
８３０ … システムメモリ
８４０、８５０ … インターフェイス
８４１ … ハードディスクドライブ
８５１ … 磁気ディスクドライブ
８５５ … 光ディスクドライブ
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】