JP7432995B2 - リチウムイオン電池高圧配電システムアーキテクチャ - Google Patents

リチウムイオン電池高圧配電システムアーキテクチャ Download PDF

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Description

本開示は、一般に、リチウムイオン（Ｌｉイオン）電池高圧配電システムアーキテクチャの運転に関する。より詳細には、本開示は、高圧Ｌｉイオン電池システム用の管理および運転技術を実施するためのシステムおよび方法に関する。
Ｌｉイオン電池は、ハイブリッド自動車や完全電気自動車など、多くの種類のビークル用の電源としてますます利用されている。電池の充放電中の様々な熱的状態が、Ｌｉイオン電池内の化学反応の種類に影響を及ぼす。熱が蓄積すると電池性能は影響を受ける。
本開示の一態様では、電池パックが、複数のリチウムイオン電池セルと、電池バスと複数のリチウムイオン電池セルとの間の運転位置（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、および電池バスとバスパワーパススルー（ｂｕｓ－ｐｏｗｅｒ ｐａｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ）との間のバイパス位置（ｂｙｐａｓｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）で動作可能な断路機構（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と、を含む。電池パックは、電池パックの性能を監視する電池管理システム（ＢＭＳ）をさらに含む。電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、ＢＭＳは断路機構をバイパス位置にする。
本開示の別の態様では、電池システムが直列に電気的に接続された複数の電池パックを含む。複数の電池パックにおける当該電池パックは複数のリチウムイオン電池セルを含む。電池バスが、直列の複数の電池パックにおける電池パックのうちの少なくとも２つと複数の電池パックにおける当該電池パックに関連する少なくとも１つの断路機構とを接続するように構成される。少なくとも１つの断路機構は、電池バスと当該電池パックの複数のリチウムイオン電池セルとの間の運転位置、および電池バスとバスパワーパススルーとの間のバイパス位置で動作可能である。ＢＭＳが複数の電池パックにおける当該電池パックに関連しており、当該電池パック性能を監視する。当該電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、ＢＭＳは少なくとも１つの断路機構をバイパス位置にする。
この種の一実施形態では、断路機構およびバスパワーパススルーは電池バスに不可欠である。この種の別の実施形態では、断路機構およびバスパワーパススルーは電池バスに不可欠である。
別の実施形態は、リチウムイオン電池パックを運転する方法の形をとる。この方法は、断路機構を操作して運転位置にするステップを含み、運転位置は、電池バスをリチウムイオン電池パック内の複数の電池セルに電気的に接続する。リチウムイオン電池パックの電流が電流センサによって監視され、リチウムイオン電池パック内の短絡を電流センサによって検出するのに応答して、断路機構はバイパス位置にされる、または操作してバイパス位置にされる。バイパス位置は、電池バスをリチウムイオン電池パックのバスパワーパススルーに電気的に接続する。
追加の態様は本特許の特許請求の範囲によって定義される。
本開示の一実施形態による電池パックの概略図である。 本開示の一実施形態による第１の電池システムの概略図である。 本開示の一実施形態による第２の電池システムの概略図である。 本開示の一実施形態による方法を示す図である。
図１は、本開示の一実施形態による電池パックの概略図である。特に、図１は電池パック１００を示す。電池パック１００は、電池パック１００の全電圧を得るために複数のリチウムイオン電池セル１０２を含む。複数のリチウムイオン電池セル１０２は、セパレータによって隔てられたアノード材料およびカソード材料を含む。複数のリチウムイオン電池セル１０２は、セル平衡化および他の類似目的で電池管理システム（ＢＭＳ）１１４と相互作用するように構成され得る。
電流センサ１１６が複数のリチウムイオン電池セル１０２からの電流を検出し、検出された電流をＢＭＳ １１４に提供する。電流センサ１１６は、電池パック１００の正側（例えば、図１に示されている上部）、電池パック１００の負側（例えば、図１に示されている下部）、または電池パック１００の正負両側で電流を検出することができる。１つの例示的な電流センサが、タムラ製作所（日本東京都）によって製造されたＬ３７Ｓ型電流センサである。しかしながら、任意の適切な定格の電流センサが使用され得る。いくつかの実施形態では、ホール効果電流センサが電池セル電流を検出するために利用される。
断路機構１０４は、電池バス１１０を複数のリチウムイオン電池セル１０２に接続する運転位置１０６で動作可能である。運転位置１０６では、複数のリチウムイオン電池セル１０２は電池バス１１０に電気的に接続される。断路機構１０４は、電池バス１１０をバスパワーパススルー１１２に接続するバイパス位置１０８でも動作可能である。本明細書で開示される諸図を通じて、断路機構はバイパス位置１０８で示されている。慣例によれば、運転位置１０６にある断路機構１０４は、その断路機構１０４の白三角形接点が左側に偏倚して、運転位置１０６に関連する黒三角形に隣接する状態で示されることになる。したがって、その断路機構１０４の運転位置１０６にあるとき、断路機構１０４は、電池バス１１０の正端から複数のリチウムイオン電池セル１０２を経由し電池バス１１０の負端までの電気流路を提供する。
バイパス位置１０８にあるとき、複数のリチウムイオン電池セル１０２は電池バス１１０から電気的に切り離される。したがって、その断路機構１０４のバイパス位置１０８にあるとき、断路機構１０４は、複数のリチウムイオン電池セル１０２を通る電気流路を提供しない。したがって、電位電圧は、複数のリチウムイオン電池セル１０２から電池バス１１０に印加されない。これにより、複数のリチウムイオン電池セル１０２によって印加される電位電圧なしに電池パック１００の取扱いおよび移動が可能になる。
図１および電池パック１００に関連して、電池バス１１０は、他の多くの電池パックを直列に電気的に接続して複数の電池パックを有する電池システムを形成するために、電池バスを介して負荷に直接接続されてもよく、電池パック接続部に接続されてもよい。
いくつかの実施形態では、断路機構１０４は単極双投スイッチまたはリレーである。断路機構１０４はソリッドステートスイッチによって実現されてもよい。断路機構例１０４は、２７０ ＶＤＣ（直流電圧）で動作することができる、または他の任意適当な定格を有するソリッドステート電力コントローラーを含む。
いくつかの実施形態では、断路機構１０４の運転位置１０６からバイパス位置１０８への移行は、瞬時またはほぼ瞬時の移行である。瞬時またはほぼ瞬時の移行は、運転位置１０６とバイパス位置１０８との間を５～６０ミリ秒で移行することができる高速作動断路機構によって実現され得るが、もちろん、さらに速いスイッチング速度を有する他の断路機構が使用されてもよい。
ＢＭＳ １１４は、様々な電池パラメータ（例えば、電流、電圧、温度、圧力）を監視することにより電池パック１００の性能を少なくとも部分的に監視するように構成される。電池パック１００の性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、ＢＭＳ １１４は断路機構１０４をバイパス位置１０８にする。トリガー事象の一例は、電流センサ１１６が短絡を検出することである。例えば、電池パック１００を出入りする電流の急上昇は短絡を示すことがある。さらに、複数のリチウムイオン電池セル１０２の両端間で測定される電圧は、電池パック１００の短絡の別の徴候としてゼロまたはほぼゼロに降下することがある。
トリガー事象は、電池パック１００内の差し迫った熱増加（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ）を示す任意の数の状態とすることもできる。熱増加は、過電圧状態、不足電圧状態、温度閾値を超える、温度プローブによって測定される温度、圧力閾値を超える、圧力プローブによって測定される圧力、などを検出することによって少なくとも部分的に検出され得る。
様々な実施形態では、熱増加状態の検出は、ＢＭＳ １１４が複数のリチウムイオン電池セル１０２内の単セルを監視することによって実現され得る。一例では、複数のリチウムイオン電池セル１０２内のセルのそれぞれの電圧はＢＭＳ １１４によって監視される。ＢＭＳ １１４は、複数のリチウムイオン電池セル１０２内の１つのセルの電圧が閾値電圧未満に降下すれば熱増加状態が存在すると決定することができる。
トリガー事象を検出するのに応答して、ＢＭＳ １１４は、断路機構１０４をバイパス位置１０８にするように構成される。トリガー事象を検出した後、ＢＭＳ １１４は、ＢＭＳが断路機構１０４をバイパス位置１０８にするようにするために、断路機構制御部１１８経由で信号を断路機構１０４に送る。断路機構制御部１１８は、機械スイッチ式断路機構を動作させるように構成されたリレー、ソリッドステート式断路機構を動作させる制御電圧、などとすることができる。
断路機構１０４は、断路機構制御部１１８に操作可能に接続され、断路機構制御部１１８によって操作され得る。断路機構制御部１１８は、消勢されると断路機構１０４をバイパス位置１０８にするリレーによって実現され得る。断路機構制御部１１８が付勢されると、断路機構１０４は応答可能に運転位置１０６にある。
一実施形態では、電池パック１００は、当初電池システム内に設置されないまたは負荷に接続されない。したがって、断路機構制御部１１８は消勢され、その結果、断路機構１０４はバイパス位置１０８になる。次いで、電池パック１００は、負荷に電力を供給するために電池システム内に設置される。活性化信号を受け取るのに応答して（例えば、１２０～１２４を経由して活性化信号を受け取ることにより）、ＢＭＳ １１４は断路機構制御部１１８を付勢し、これにより断路機構１０４はバイパス位置１０８から運転位置１０６に移行する。これにより、複数のリチウムイオン電池セル１０２は電池バス１１０と相互作用する電池パックの正電極および負電極と電気的に接続した状態に置かれる。次いで、電池パック１００は、電池バス１１０に電気的に接続される他の電池パックのいずれかと共に、様々な電気負荷に電力を供給するように構成される。
次いで、ＢＭＳ １１４は電池パラメータを監視し続ける。トリガー事象（例えば、短絡、熱増加状態）を検出するのに応答して、ＢＭＳ １１４は断路機構制御部１１８を消勢して、断路機構１０４を運転位置１０６からバイパス位置１０８に移行させる。
電池パック性能を監視すること、およびトリガー事象を検出するのに応答して断路機構１０４をバイパス位置１０８にすることに加えて、ＢＭＳ １１４は追加のサービスも提供する。ＢＭＳ １１４はまた、１２０を経由して外部電源を受け取り、１２２を経由してアナログ信号およびデジタル信号を通信し、１２４を経由して他のサービスビアと通信するように構成される。ＢＭＳ １１４はまた、電池パラメータを監視する、（例えば、温度測定値または電流測定値を監視することにより）熱増加状態を検出する、電池パック１００内の温度読取値および圧力読取値を監視する、電池充電機能を実行する、充電状態および健全性状態のパラメータを監視する、電池バス電力制御部を設ける、などを行うように構成され得る。
図２は、本開示の一実施形態による第１の電池システムの概略図である。特に、図２は、直列に接続された複数の電池パック２０２を含む第１の電池システム２００を示す。この場合、電池パック２０２は、図１で論じた電池パック１００と類似している。明瞭にする目的で、電池パック２０２の詳細のすべてが電池システム２００に示されているわけではない。図示の電池パック、この場合は電池パック２０２－１、２０２－２、２０２－３、および２０２－Ｎは、任意の数の電池パックが直列に配線され得ることを示している。少なくとも４個の電池パック２０２が電池システム２００内に示されているが、様々な実施形態が任意の数の電池パック２０２で実施され得ることは理解されるべきである。
電池システム２００では、電池パック２０２－１の負端が電池パック接続部２１０によって電池パック２０２－２の正端に接続される。電池パック接続部２１０は、電気ケーブルやバスバーなどによって実現され得る。この接続は、任意の数の電池パック２０２に対して繰り返すことができる。電池パック２０２はそれぞれ、当該電池パック２０２内の複数のリチウムイオン電池セル１０２の両端間に異なる電圧を有し得ることも考えられる。
一実施形態では、電池パック２０２－１のリチウムイオン電池セル１０２の両端間の電圧電位は５０ ＶＤＣであり、電池パック２０２－２および２０２－３の両端間の電圧電位は共に２５ ＶＤＣであり、電池パック２０２－Ｎの両端間の電圧電位は１５ ＶＤＣである。この種の実施形態では、電池パック２０２－１、２０２－２、２０２－３、および２０２－Ｎのすべてにわたる電池システム２００の両端間で測定される電圧は、それぞれの電池パックが、それらの電池パックの当該断路機構１０４をその断路機構１０４の運転位置１０６にした状態で、合計１１５ ＶＤＣとなる。この種の実施形態では、電池パック２０２－２に関連する断路機構１０４がバイパス位置１０８にあれば、電池システム２００の両端間の全電圧は、２５ ＶＤＣだけ部分的に降下して９０ ＶＤＣになるはずである、というのは、電池パック２０２－２に関連する複数のリチウムイオン電池セル１０２によって与えられる電圧電位は、その電位電圧がバスパワーパススルー１１２の代わりに電池システム２００から除去されるときに実現されるはずであるからである。
電池システム２００の電圧は、さらなる電池パック２０２の追加、各電池パック２０２の電圧の上昇、または両方の組み合わせで上昇することがある。いくつかの実施形態では、電池システム２００は、４００ ＶＤＣ超で運転するように構成される。
電池システム２００内に示されているように、断路機構１０４、バスパワーパススルー１１２、および電流センサ１１６は電池パック２０２に不可欠である。この種のシステムでは、電池パック２０２は独立したユニットとして働き、これらの下位構成要素は電池パック２０２の内部にあり電池パック２０２に不可欠である。したがって、断路機構１０４、電流センサ１１６、または複数の電流センサ１１６のトラブルシューティングおよび修理が、電池システム２００から当該電池パック２０２を除去すること、仕様外（例えば、故障または機能不全の）電池パック２０２を機能している電池パック２０２に置き換えること、および、後にある箇所で仕様外構成要素をトラブルシューティングおよび／または修理すること、によって実現され得る。この種の電池システムは、電池システム２００が中に設置されているビークルが、これらの仕様外構成要素のトラブルシューティングおよび修理の間に遅延するのを防ぐであろう。
図３は、本開示の一実施形態による第２の電池システムの概略図である。特に、図３は、図２の電池システム２００と類似している電池システム３００を示す。しかしながら、電池システム２００と比べると、電池パック接続部３１０は、電池パック３０２ではなく電池パック接続部３１０の不可欠な構成要素として、断路機構３０４、バスパワーパススルー３１２、および電流センサ３１６を含む。
さもなければ、電池システム３００は、電池パック３０２－１、３０２－２、３０２－３～３０２－Ｎが電池パック接続部３１０によって直列に配線された状態で、電池システム２００と同じ動作をすることができる。電池システム２００と比べると、電池システム３００は、電池パック３０２の外側の断路機構３０４、電流センサ３１６、およびバスパワーパススルー３１２と相互作用する電池パック３０２を含む。
この種のシステムでは、ＢＭＳ １１４が当該電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、ＢＭＳ １１４は、断路機構３０４を電池パック接続部３１０とバスパワーパススルー３１２との間のバイパス位置１０８にする。
電池システム２００と比べると、電池システム３００により、構成要素のうちのいくつかを電池パック接続部３１０に割り当てることで電池パック３０２のより単純な設計が可能になる。
図２および図３は、断路機構、電流センサ、およびバスパワーパススルーの３つすべてが電池パックか電池パック接続部のどちらかに不可欠であることを示しているが、電池システムは電池パック内のこれらの構成要素のうちのいくつかおよび電池パック接続部内の他の構成要素を含み得ることが考えられる。
さらに、冗長性を高めるために、構成要素は二重にされてもよい。例えば、電池システムは、電池パック２０２に不可欠な断路機構１０４と電池パック接続部３１０に不可欠な断路機構３０４の両方を含むことができる。
本開示の教示には産業全体にわたって幅広い用途がある。１つの非限定的な例では、電池システム２００は、航空機の推進システムを動作させる、すなわち推進システムに電力供給するために利用され、これについては図４に関連して以下でより詳細に論じる。
図４は、本開示の一実施形態による方法を示す。特に、図４は、ブロック４０２での断路機構を操作して運転位置にするステップと、ブロック４０４での電池セル電流を監視するステップと、ブロック４０６での短絡を検出するステップと、ブロック４０８での断路機構を操作してバイパス位置にするステップと、を含む方法４００を示す。
方法４００は、電池パック１００、電池システム２００、電池システム３００、または任意の類似のシステムによって実行され得る。
例として、電池システム２００は、方法４００をより詳細に説明するために使用される。この種の例では、電池システム２００は、電池パック接続部２１０によって直列に配線された１２個の電池パック２０２を含み、各電池パック２０２は、当該複数のリチウムイオン電池セル１０２の両端間に５０ ＶＤＣの電圧を有する。
ブロック４０２で、１２個の電池パック２０２はそれぞれ、断路機構１０４が運転位置１０６で運転している。このことは、電池パック接続部２１０を当該複数のリチウムイオン電池セル１０２からの電圧に電気的に接続して、電池システム全体２００の両端間に電池バス電圧を作る。各電池パック２０２は、その電池パック２０２の断路機構１０４を運転位置１０６にして運転しているので、電池バス両端間の全電圧は６００ ＶＤＣである。この全電圧は、電池システムから様々な電気負荷に電力を供給するように構成された配電システムによって、飛行機の推進システムや他の飛行機サービスなどに印加され得る。
ブロック４０４で、リチウムイオン電池パック２０２の電池電流（例えば、電池セル電流）が電流センサ１１６によって監視される。ＢＭＳ １１４は電流情報を受け取り、短絡状態を検出するように構成される。図４に示されている電池セル電流を監視するのに加えて、またはその代わりに、ＢＭＳ １１４は、トリガー事象として働くことができる熱増加状態の他の徴候に対して電池パック２０２を監視してもよい。この種の徴候は、過電圧状態、不足電圧状態、温度閾値を超える温度、圧力閾値を超える圧力、などを検出することを含むことができる。したがって、電流センサ１１６による短絡の検出か熱増加状態の検出のどちらかが、ＢＭＳ １１４に断路機構１０４を操作してバイパス位置１０８にするようにさせるトリガー事象であり得る。
ブロック４０６で、ＢＭＳ １１４は、短絡、またはいくつかの実施形態では他のトリガー事象が起きているかどうかを決定する。短絡またはトリガー事象が検出されていない場合、電池システム２００は、当該断路機構１０４が運転位置１０６にある状態で、ブロック４０２に従って運転し続ける。ブロック４０８で、短絡またはトリガー事象が当該電池パック２０２内に検出されている場合、当該断路機構１０４を操作してバイパス位置１０８にする。このことは、電池パック接続部２１０を当該バスパワーパススルー１１２に接続して、短絡またはトリガー事象が検出された当該電池パック２０２が当該電池パック２０２を効果的に迂回する。
電池システム２００を利用する例では、短絡またはトリガー事象が電池パック２０２－２内で検出された場合（ブロック４０６）、電池パック２０２－２内のＢＭＳ １１４は、断路機構制御部１１８によって、電池パック２０２－２内の断路機構１０４を操作してバイパス位置１０８にする（ブロック４０８）。電池システム２００内の電池パック２０２の残りの電池パックは、電池パック２０２－２が短絡またはトリガー事象を検出した結果として、残りの電池パックのそれぞれの断路機構１０４が運転位置１０６で運転し続ける。したがって、電池システム２００の両端間の全電圧は、５０ ＶＤＣだけ降下して合計５５０ ＶＤＣになる、というのは、５０ ＶＤＣ電池パックのうちの１つ（すなわち電池パック２０２－２）は、その電池パックの断路機構１０４がバスパワーパススルー１１２に電気的に接続されるため、その電池パックの複数のリチウムイオン電池セル１０２を電池バス１１０に電力を供給することから除去されるからである。
電池システム２００はこのとき電池パックを１つ減らして運転しているため、他の電池パック２０２のそれぞれによって供給される電力出力（したがって電池システム２００の電流）は、一定電力出力を維持するために増大すると見込まれる。
電池パック２０２－２のＢＭＳ １１４は、中央処理装置および／または電池システム２００内の他の電池パック２０２に通信信号を与えて、電池パック２０２－２が電池パック２０２－２の断路機構１０４をバイパス位置１０８にして運転している、したがって電池バスに電力を供給していないことを示すように構成され得る。
中央処理装置は、ビークルのオペレータ（例えば、飛行機のパイロット）に徴候を提供したり、ビークルから離れた第３者にメッセージを送ったりして、電池システム２００がトリガー事象を検出していること、および、電池パック２０２のうちの少なくとも１つがその電池パックの断路機構１０４をバイパス位置１０８にして運転していることを示すように構成され得る。中央処理システムは、電池システム２００からの有能電力を補償するために（例えば、推進力を設定した割合で削減することにより）電力消費を自動的に減らすようにさらに構成され得る。
さらに、別の電池パック２０２がその電池パック２０２の断路機構１０４をバイパス位置１０８にして運転しているという徴候を受け取るのに応答して、短絡または熱増加状態を検出するための閾値は、電池システム２００内の残りの電池パック２０２によって変化することができる。例えば、１つの電池パック２０２がその電池パックの断路機構１０４をバイパス位置１０８へ移行させたことに対する即座の応答として、残りの電池パック２０２からの電流は増大すると予想される。この移行の期間中、第１の電池パック２０２が第１の電池パック２０２内のトリガー事象を検出しているという通知を第２の電池パック２０２を受け取ることにより決定されたとおり、第２の電池パック２０２内の短絡または熱増加状態を検出するための閾値限界は、第１の電池パック２０２が除去されたことによる需要を満たすために電流が増大するのに伴うトリガー事象または短絡の不慮の検出で電池システム２００に電力を供給しないようにするために、増大され得る。
様々な実施形態では、断路機構１０４の運転位置１０６からバイパス位置１０８への移行は、瞬時またはほぼ瞬時の移行である。
電池システム２００は、本開示の別の実施形態に使用され得る。この種の実施形態では、電池システム２００は１３個の電池パック２０２を含み、電池パック２０２はそれぞれ、当該複数のリチウムイオン電池セル１０２の両端間に５０ ＶＤＣの電位電圧を有する。１３個の電池パック２０２のうちの少なくとも１つが予備電池パックとして識別される。予備電池パックは、当初その電池パックの電池断路機構１０４をバイパス位置１０８にして動作する。１３個の電池パックの残りのものは、動作電池パックとして識別され、それらの電池パックのそれぞれの断路機構１０４を運転位置１０６にする。したがって、１つの予備電池パックおよび１２個の動作電池パックを有する一実施形態では、電池バス１１０の両端間の全電圧は、１２個の５０ ＶＤＣ動作電池パックによって生成される６００ ＶＤＣである。
通常運転中、運転電池パックのそれぞれが方法４００を実行することができる。短絡を検出するのに応答して（ブロック４０６）、当該電池パックが、その電池パックの断路機構を操作してその断路機構のバイパス位置にすることができる（ブロック４０８）。さらに、短絡（または他のトリガー事象）を検出した当該電池パックは、その電池パックが短絡を検出しているという通信信号を（例えば、１２０～１２４を経由して）残りの電池パックに与える、または送る。運転電池パックとして識別された電池パックのうちの１つがこのときその電池パックの断路機構をバイパス位置にして動作しているという通信を受け取るのに応答して、予備電池パックは、その電池パックの断路機構をバイパス位置から運転位置へ移行させる。その結果、運転電池パックのうちの１つが電池バスに電圧を印加することから除去されると（例えば、方法４００に従って）、予備電池パックは、もはや電池バスに供給されていないエネルギーを補うために運転電池パックになる。
予備電池パックを有する電池システムの別の実施形態では、予備電池パックは、当初その電池パックの電池断路機構をバイパス位置にして動作することができる。しかしながら、電池システムが設置されているビークルのピーク負荷状況下では、予備電池パックは、ピーク負荷状況の期間中にその電池パックの断路機構を運転位置に移行させて運転電池パックになり得る。例えば、飛行機の離陸中、電池システムは、任意の予備電池パックを含むすべての電池パックがそれらの電池パックの断路機構を運転位置にして、運転することができる。ピーク負荷状況が静まった後（例えば、巡航高度での飛行機）、電池システムは、少なくとも１つの電池パックがその電池パックの断路機構をバイパス位置にして予備電池パックとして動作する状態に戻ることができる。
さらに、本開示は下記項による諸実施形態を含む。
１項．電池パックであって、複数のリチウムイオン電池セルと、電池バスと複数のリチウムイオン電池セルとの間の運転位置、および電池バスとバスパワーパススルーとの間のバイパス位置で動作可能な断路機構と、電池パック性能を監視し、電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、断路機構をバイパス位置にする電池管理システム（ＢＭＳ）と、を備える電池パック。
２項．複数のリチウムイオン電池セルからの電池電流を監視することにより電池パック性能を監視する電流センサをさらに備える、１項に記載の電池パック。
３項．トリガー事象が、電流センサによって短絡を検出することを含む、２項に記載の電池パック。
４項．トリガー事象が、リチウムイオン電池セルの熱増加状態を検出することを含む、１項に記載の電池パック。
５項．熱増加状態が、過電圧状態、不足電圧状態、および温度閾値を超える温度のうちの少なくとも１つの検出することによって検出される、４項に記載の電池パック。
６項．断路機構が、単極双投スイッチおよびソリッドステートスイッチの一方である、項１に記載の電池パック。
７項．断路機構に操作可能に接続された断路機構制御部をさらに備え、断路機構制御部が、付勢されると断路機構を運転位置にし、消勢されると断路機構をバイパス位置にする、項６に記載の電池パック。
８項．電池システムであって、直列に電気的に接続された複数の電池パックであって、複数の電池パックにおける当該電池パックが複数のリチウムイオン電池セル１０２を備える、複数の電池パックと、複数の電池パックにおける電池パックのうちの少なくとも２つの電池パックを直列に接続する電池パック接続部と、電池パック接続部と当該電池パックの複数のリチウムイオン電池セルとの間の運転位置、および電池バスとバスパワーパススルーとの間のバイパス位置で動作可能な複数の電池パックにおける当該電池パックに関連する少なくとも１つの断路機構と、複数の電池パックにおける当該電池パックに関連する電池管理システム（ＢＭＳ）であって、当該電池パック性能を監視し、当該電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、少なくとも１つの断路機構をバイパス位置にする、ＢＭＳと、を備える、電池システム。
９項．少なくとも１つの断路機構およびバスパワーパススルーが、当該電池パックおよび電池パック接続部の少なくとも一方に不可欠である、８項に記載の電池システム。
１０項．少なくとも１つの断路機構のうちの関連する１つに、トリガー事象に応答して操作可能に結合される断路機構制御部をさらに備え、少なくとも１つの断路機構制御部が、付勢されると関連断路機構を運転位置にし、消勢されると関連断路機構をバイパス位置にするように構成される、８項に記載の電池システム。
１１項．当該電池パック内の複数のリチウムイオン電池セルからの電池電流を監視することにより、複数の電池パックにおける当該電池パック性能を少なくとも部分的に監視する電流センサをさらに備える、８項に記載の電池システム。
１２項．トリガー事象が、電流センサによって当該電池パック内の短絡を検出することを含む、１１項に記載の電池システム。
１３項．少なくとも１つの断路機構のうちの１つが、単極双投スイッチおよびソリッドステートスイッチの一方である、８項に記載の電池システム。
１４項．複数の電池パックにおける電池パックのうちの少なくとも１つが、当初その電池パックの関連断路機構を運転位置にした運転電池パックとして識別され、複数の電池パックにおける電池パックのうちの少なくとも１つが、当初その電池パックの関連断路機構をバイパス位置にした予備電池パックとして識別され、さらに運転電池パックのうちの１つがトリガー事象を検出するのに応答して、運転電池パックが予備電池パックのうちの１つに通信信号を送り、通信信号を受け取るのに応答して、予備電池パックがその電池パックの関連断路機構をバイパス位置から運転位置へ移行させる、８項に記載の電池システム。
１５項．４００ ＶＤＣ超で運転する、８項に記載の電池システム。
１６項．飛行機上の推進システムを動作させる、８項に記載の電池システム。
１７項．複数の他の電池パックと直列に配線されたリチウムイオン電池パックを運転する方法であって、方法は、断路機構を操作して運転位置にするステップであって、運転位置が電池パック接続部をリチウムイオン電池パック内の複数の電池セルに電気的に接続する、ステップと、リチウムイオン電池パックの電池電流を電流センサによって監視するステップと、リチウムイオン電池パック内での短絡を電流センサによって検出するのに応答して、断路機構を操作してバイパス位置にするステップであって、バイパス位置が電池パック接続部をリチウムイオン電池パックのバスパワーパススルーに電気的に接続する、ステップと、を含む方法。
１８項．運転位置とバイパス位置との間の移行が瞬時移行である、１７項に記載の方法。
１９項．断路機構が、単極双投スイッチおよびソリッドステートスイッチの一方である、項１７に記載の方法。
２０項．関連断路機構をバイパス位置にした予備電池パックに、リチウムイオン電池パックの断路機構がバイパス位置にあることを示す通信信号を送るステップであって、予備電池パックが、通信信号を受け取るのに応答して関連断路機構をバイパス位置から運転位置へ移行させるように構成される、ステップをさらに含む、１７項に記載の方法。
前述の本文は、多くの様々な実施形態の詳細な説明を記述しているが、法的保護範囲は、本特許の最後に記載されている特許請求の範囲の言葉によって定義されることが理解されるべきである。詳細な説明は、例示にすぎないと解釈されるべきであり、あらゆる可能な実施形態を記述しているわけではない、というのは、あらゆる可能な実施形態を説明するのは、不可能ではないにしても実用的でないはずであるからである。現行の技術か本特許の出願日後に開発された技術のどちらかを用いて、多くの代替実施形態を実施することができるので、これらの代替実施形態は依然として保護範囲を定義する特許請求の範囲内にある。
用語が明示的に定義されない限り、その用語の意味を、明示的にも黙示的にも、その用語の明白な意味または普通の意味を超えて制限する意図はないことも理解されるべきであり、そのような用語は、本特許の任意の部分（特許請求の範囲の文言以外）でなされる任意のステートメントに基づいて範囲内が限定されると解釈されるべきでない。本特許の最後に特許請求の範囲に記載されている任意の用語が単一の意味と一致する形で本明細書において言及される限りにおいて、このことは、読者を混乱させないように明瞭にするためにのみなされ、かかる請求項の用語は、黙示的またはその他の方法で、その単一の意味に限定されるものではない。
１００ 電池パック
１０２ リチウムイオン電池セル
１０４ 電池断路機構
１０６ 運転位置
１０８ バイパス位置
１１０ 電池バス
１１２ バスパワーパススルー
１１４ 電池管理システム（ＥＭＳ）
１１６ 電流センサ
１１８ 断路機構制御部
２００ 第１の電池システム
２０２ リチウムイオン電池パック
２０２－１～３、２０２－Ｎ 電池パック
２１０ 電池パック接続部
３００ 電池システム
３０２、３０２－１～３、３０２－Ｎ 電池パック
３０４ 断路機構
３１０ 電池パック接続部
３１２ バスパワーパススルー
３１６ 電流センサ
４００ 方法

Claims (11)

  1. 複数の他の電池パックと直列に配線された電池パック（１００）であって、
    複数のリチウムイオン電池セル（１０２）と、
    電池バス（１１０）と前記複数のリチウムイオン電池セルとの間の運転位置（１０６）、および前記電池バスとバスパワーパススルー（１１２）との間のバイパス位置（１０８）で動作可能な断路機構（１０４）と、
    電池パック性能を監視し、
    前記電池パック性能におけるトリガー事象を検出するのに応答して、前記断路機構を前記バイパス位置にする
    電池管理システム（ＢＭＳ）（１１４）と、
    を備え、
    前記電池パックが前記断路機構を前記バイパス位置にして運転しているという通信信号を受け取るのに応答して、前記トリガー事象を検出するための閾値を前記複数の他の電池パックによって増大させる、電池パック（１００）。
  2. 前記複数のリチウムイオン電池セルからの電池電流を監視することにより前記電池パック性能を監視する電流センサ（１１６）をさらに備える、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記トリガー事象が、前記電流センサによって短絡を検出することを含む、請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記トリガー事象が、前記リチウムイオン電池セルの熱増加状態を検出することを含む、請求項１に記載の電池パック。
  5. 前記熱増加状態が、過電圧状態、不足電圧状態、および温度閾値を超える温度のうちの少なくとも１つを検出することによって検出される、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記断路機構が、単極双投スイッチおよびソリッドステートスイッチの一方である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池パック。
  7. 前記断路機構に操作可能に接続された断路機構制御部（１１８）をさらに備え、前記断路機構制御部が、
    付勢されると前記断路機構を前記運転位置にし、
    消勢されると前記断路機構を前記バイパス位置にする、
    請求項６に記載の電池パック。
  8. 複数の他の電池パックと直列に配線されたリチウムイオン電池パックを運転する方法（４００）であって、前記方法は、
    断路機構を操作して運転位置にするステップ（４０２）であって、前記運転位置が電池パック接続部を前記リチウムイオン電池パック内の複数の電池セルに電気的に接続する、ステップ（４０２）と、
    前記リチウムイオン電池パックの電池電流を電流センサによって監視するステップ（４０４）と、
    前記リチウムイオン電池パック内の短絡を前記電流センサによって検出するステップ（４０６）に応答して、前記断路機構を操作してバイパス位置にするステップ（４０８）であって、前記バイパス位置が前記電池パック接続部を前記リチウムイオン電池パックのバスパワーパススルーに電気的に接続し、前記リチウムイオン電池パックが前記断路機構を前記バイパス位置にして運転しているという通信信号を受け取るのに応答して、前記短絡を検出するための閾値を前記複数の他の電池パックによって増大させる、ステップ（４０８）と、
    を含む方法（４００）。
  9. 前記運転位置と前記バイパス位置との間の移行が瞬時移行である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記断路機構が単極双投スイッチおよびソリッドステートスイッチの一方である、請求項８または９に記載の方法。
  11. 関連断路機構をバイパス位置にした予備電池パックに、前記リチウムイオン電池パックの前記断路機構が前記バイパス位置にあることを示す通信信号を送るステップであって、前記予備電池パックが、前記通信信号を受け取るのに応答して前記関連断路機構を前記バイパス位置から前記運転位置へ移行させるように構成される、ステップをさらに含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
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