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公開番号2024056740
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-23
出願番号2024010327,2021037546
出願日2024-01-26,2014-03-14
発明の名称電気及び電気化学エネルギーユニットの異常検出
出願人カリフォルニアインスティチュートオブテクノロジー
代理人個人
主分類G01R 31/396 20190101AFI20240416BHJP(測定;試験)
要約【課題】エネルギー装置及びこのようなエネルギー装置を備えるアレイ、ユニット及びシステムの異常を検出する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】エネルギーユニット110内の異常検出方法は、異常により発生される電磁放射を検出することによってエネルギーユニットの異常を受動的に検出するステップを含み、エネルギーユニットは電気エネルギーユニット及び電気化学エネルギーユニットの少なくとも一つを備える。エネルギーユニット内の異常を検出する方法は、(a)前記エネルギーユニットに信号を印加するステップと、(b)前記エネルギーユニット内の複数のそれぞれ異なる位置で、前記信号に対する前記エネルギーユニットの応答に対して複数の測定を実行するステップと、(c)前記複数の測定の結果を処理して前記異常を識別するステップとを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
エネルギーユニット内の異常を、前記異常により発生される電磁放射を検出することに
よって、受動的に検出するステップを備え、前記エネルギーユニットは電気エネルギーユ
ニット及び電気化学エネルギーユニットの少なくとも一つを含む、エネルギーユニット内
の異常を検出する方法。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記電磁放射を検出するステップは、
前記電磁放射に応答してセンサ信号を発生するステップ、及び
前記センサ信号を、前記エネルギーユニット内の異常を示す信号特徴部を分離するため
に処理するステップ、
を備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電磁放射は前記異常の発生時に前記異常により発生される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記エネルギーユニットの特性を測定するステップを更に備え、前記特性は、前記異常
を検出するために印加された電気信号に対する前記エネルギーユニットの温度、電圧、抵
抗、電流、キャパシタンス、インピーダンス、磁化率、圧力及び応答のうちの一つ以上を
含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記異常を前記異常の発生後１０ミリ秒以内に受動的に検出するステップを備える、請
求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電気エネルギーユニット及び前記電気化学エネルギーユニットの各々は、エネルギ
ー貯蔵システム及びエネルギー利用システムのうちの少なくとも一つを含む、請求項１記
載の方法。
【請求項７】
前記エネルギーユニットは、電気化学セル、キャパシタセル、ウルトラキャパシタセル
、フロー電池、及び燃料電池のうちの少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記エネルギーユニットは、電気的に接続された複数のエネルギー貯蔵装置を含み、前
記電気的に接続された複数のエネルギー貯蔵装置の各々は、電気化学セル、キャパシタセ
ル、ウルトラキャパシタセル、フロー電池、及び燃料電池のうちの少なくとも一つを含む
、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記エネルギーユニットは、車両内の電池システムの少なくとも一部分である、請求項
１記載の方法。
【請求項１０】
前記異常を受動的に検出するステップは、前記エネルギーユニット内のエネルギー貯蔵
装置内の短絡を受動的に検出する、請求項１記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８２，５５８号
及び２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８２，６５７号の優先
権利益を主張するものであり、それらは参照することによりそっくりそのまま本明細書に
組み込まれる。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
本発明は、エネルギーを貯蔵又は利用する電気及び電気化学装置の技術分野に関する。
本発明は概して、装置に発生する又は存在する異常の結果の重大性を低減するための装置
の管理に関する。電池は本発明が関連する装置の種類の顕著な例である。
【０００３】
電池の技術開発は進んでいるので、電源としての電池、特に充電可能電池の使用は大幅
に増加している。電池は、家庭用電気機器などの比較的低電力の機器及び電気自動車など
の高電力の機器を含む多種多様な機器の電源として使用されている。リチウムイオン電池
は充電可能な電池の中で最も広く使用されているものである。リチウムイオン電池のアキ
レス腱は、リチウムイオン電池セル内部で発生する電気的短絡の危険性及びそれと関連す
る結果である。電気的短絡は電池セルの急速加熱を生じ得る。その瞬間に、短絡位置（場
所）の局部的温度は電池を発火させるのに十分な温度に上昇する。これは電気自動車に使
用されているような高容量リチウムイオン電池システムの場合に特に心配である。リチウ
ムイオン電池の電気的短絡及び他の異常と関連する危険性を低減するために、一部の電池
システムは、電池システムの充電状態及び／又は健康状態をモニタリングする電池管理シ
ステムを使用している。モニタリングは一般的には電池システムの端子電圧及び／又は電
池システムの温度などの特性の測定に基づいている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、電気化学セル、キャパシタ、太陽電池パネルなどのエネルギー装置の連続動
作が危険な状態、有害な状態又は不安定な状態を発生しないようにこれらのエネルギー装
置を適切な安定状態又は健康状態に維持するために、このようなエネルギー装置及びこの
ようなエネルギー装置を備えるアレイ、ユニット及びシステムの異常を検出する方法及び
システムを提供する。このような異常が検出された場合、安全手段が、エネルギー装置に
異常をオフラインで提示させることができ、そうでなければ、例えばエネルギー装置を冷
却材にさらしてエネルギー装置を安全又は不活性状態にすることができる。本発明の方法
及びシステムは、任意選択として、例えば電気的短絡回路又は突然の電流の開放などの異
常の発生時にエネルギー装置により発生される電気、磁気又は電磁気信号などの信号をピ
ックアップコイルなどのセンサで検出する技術を使用する。本発明の方法及びシステムは
、任意選択として、電気、磁気又は電磁気信号など信号をエネルギー装置に直接的に又は
間接的に印加し、この信号に応答して変化するエネルギーユニットの電気的状態、例えば
電圧、電流、キャパシタンス、インダクタンス、抵抗又はインピーダンスの変化、を検出
してエネルギー装置内の異常の検出を可能にする技術を使用する。
【０００５】
一実施形態において、エネルギーユニット内の異常を検出する方法は、異常により発生
される電磁放射を検出することによってエネルギーユニットの異常を受動的に検出するス
テップを含み、前記エネルギーユニットは電気エネルギーユニット及び電気化学エネルギ
ーユニットの少なくとも一つを備える。
【０００６】
一実施形態において、電気エネルギー又は電気化学エネルギーユニット内の異常を検出
するシステムは、電磁放射に応答してセンサ信号を発生するセンサと、前記センサ信号を
処理して前記異常を示す信号特徴部を分離する処理モジュールとを含む。
【０００７】
一実施形態において、異常検出能力を備えたエネルギー貯蔵システムは、電気エネルギ
ー及び化学エネルギーの少なくとも一つである貯蔵エネルギーから電気を発生する少なく
とも一つのエネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵システムの電気的異常により発生
される電磁放射に応答してセンサ信号を発生するセンサとを含む。
【０００８】
一実施形態において、エネルギーユニットの異常を検出する方法は、（ａ）前記エネル
ギーユニットに信号を印加するステップと、（ｂ）前記エネルギーユニット内の複数のそ
れぞれ異なる位置で、前記信号に対する前記エネルギーユニットの応答に対して複数の測
定を実行するステップと、（ｃ）前記複数の測定の結果を処理して前記異常を識別するス
テップとを含む。
【０００９】
一実施形態において、エネルギーユニットの異常を検出するシステムは、前記エネルギ
ーユニットに信号を印加する送信機ユニットと、前記エネルギーユニットの特性のそれぞ
れ複数の測定を実行する複数の検出ユニットと、前記複数の測定の結果を処理して前記異
常を識別する処理モジュールとを含む。
【００１０】
一実施形態において、異常検出能力を備えたエネルギー貯蔵システムは、（ａ）電気エ
ネルギー及び化学エネルギーの少なくとも一つである貯蔵エネルギーから電気を発生する
複数のエネルギー貯蔵装置と、（ｂ）電気信号を受信するインタフェースと、（ｃ）前記
電気エネルギー貯蔵システム内の複数のそれぞれ異なる位置に置かれ、前記電気エネルギ
ー貯蔵システムの特性の測定を実行し、前記電気信号に対する応答を示す電気的測定結果
を得る複数の電気センサユニットとを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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