JP2013507895A - 複数の電気エネルギ生成素子を備える電池 - Google Patents

Abstract

自動車用リチウム・ベース電池システムは、自動車を推進するためのエネルギを提供する、直列に配置された複数のリチウム電池セルを含む。電池セルのそれぞれは、第１の端子と、第２の端子と、並列に配置された複数のリチウム電池素子と、複数の切断スイッチと、シャント・スイッチと、を含む。電池素子のそれぞれは、第１の端子および第２の端子を含む。電池素子のそれぞれの第１の端子は、電池セルの第１の端子に接続される。電池素子のそれぞれの第２の端子は、対応する切断スイッチの１つを介して、電池セルの第２の端子に接続される。シャント・スイッチは、電池セルの第１の端子と第２の端子との間に接続される。制御モジュールは、シャント・スイッチおよび切断スイッチを選択的に開閉する。

Description

本技術は、例えば、電気自動車の推進力、または、ハイブリッド・モーター自動車の推進力、すなわち、駆動輪を駆動する電気モーターを、それらの駆動輪または場合によっては別の駆動輪を駆動する、内燃機関と組み合わせる、自動車の推進力に使用することのできる、電池に関する。

とりわけ、本技術は、駆動系の完全な電化に到達するかもしれない自動車の高度なハイブリッド化に適用される。この場合には、電池は、加速段階において自動車をアシストする役割をなすだけでなく、程度の差こそあれ、ある距離だけ自動車を動かす役割もなす。

本技術による電池は、また、その他の技術分野において、例えば、その他の形式の輸送機関において、とりわけ、航空機において、電気エネルギの蓄積に使用することができる。さらにまた、好適には、風車等の固定された利用分野においては、本技術による電池を安全にして、利用してもよい。

当該利用分野に必要な電力および／またはエネルギのレベルを保証するために、複数の電気エネルギ生成素子を備える電池を作成することが必要であり、それらの複数の電気エネルギ生成素子は、電力生成回路内に組み込まれる。

生成素子は、従来、軟質また硬質の密封容器を含み、この密封容器は、素子を電力生成回路に接続するための２つの端子を備える。カソードおよびアノードの役割を連続的になす電気活性層のスタックまたは巻き線が、容器内に配置され、この電気活性層は、電解質によって接触した状態にされる。より詳細には、リチウムイオン型またはリチウムポリマー型の電気化学素子が、必要な電気エネルギを生成するのに使用されてもよい。

生成素子は、不具合、例えば、磨耗、技量不足、または、誤用によって発生する不具合を有していることがあり、この不具合は、とりわけ、使用上の安全性および／または期待される電力生成に関して、電池が良好に機能するのを妨げることができる。

より詳細には、欠陥のある素子は、連続的な発熱化学反応にさらされ、この発熱化学反応は熱暴走をもたらすことがあり、このことは、密封容器内におけるガス生成を同時に発生し、素子を爆発の危険性にさらす発散反応プロセスを引き起こす。

電池の良好な動作状態を保証および維持するために、とりわけ、欠陥のある素子の電流が予め定められた電圧有効範囲外に存在するときに、その欠陥のある１つの素子または素子のグループの電流をシャントするように配置されたダイオードを使用することが、従来技術から知られている。

しかしながら、この解決法は、自動車の推進力、例えば、数百ボルト（一般的には、３００ボルト〜７００ボルト）の動作電圧を要求する自動車の推進力、に必要な大きな電力および大きなエネルギの電池に関しては、ほとんど実現不可能である。実際に、ダイオードにおけるエネルギ・シャントは、熱的に放散され、そして、電池の寸法がより大きい場合には、関連する熱生成は、急速に管理できないものとなる。

別の実施形態が、仏国特許第２８０３１２３号明細書（関連する米国特許第６，７４１，４３７号明細書を参照）で提案されており、この仏国特許第２８０３１２３号明細書は、欠陥のある電池素子からエネルギ消費装置へ放電することを意図したものであり、そのために、いったん放電されてしまえば、エネルギ消費装置は、危険性を伴うことなく短絡することができる。しかしながら、そのようなエネルギ消費装置は、大きな温度上昇を発生させるだけでなく、安全にする必要がない素子を安全にするのを、遅らせる場合がある。さらにまた、この解決法は、完全に放電した電池素子が永久的に非動作状態になるという意味において、可逆的動作を可能にするものではない。

また、火工式であってもよいアクチュエータであって、１つまたは複数の電池素子を、熱放散を伴うことなく、かつ、例えばミリ秒程度の短いシャント所要時間で、シャントできるようにする、アクチュエータも知られている。そのために、シャントされた素子の短絡回路の望ましくない現象の遷移特性が改善され、これにより、素子の安全性および損傷の観点から見た結果を制限することができる。

短絡回路の危険性は、シャント所要時間を大きく減少させることによって、最小限に抑制されるが、電池がより大きいものであり、かつ、それらの電池の動作電圧が増大すれば、電気アークを発生させるさらなる危険性が、電気回路を開くときに現れる。火工式アクチュエータの遷移時間の急速性は、電気アーク形成のこれらの危険性を回避できないようにする。さらにまた、これらのアクチュエータは、依然として高価なものであり、かつ、高エネルギ電池のそれぞれの素子上に設置するには大きすぎる。さらに、これらのアクチュエータは、１回しか動作することができないので、それらの不可逆性が、保守作業において電池を安全にするために、それらを使用できないようにする。

さらにまた、高エネルギの電池を使用するのを安全にするために、電力接触器が、一般的には、電力生成回路を遮断できるようにするために、直列に接続される。より詳細には、サービス・プラグとして知られている、手動で動作することのできるブレーカーは、理論的には、保守作業を安全にする役割をなす。しかしながら、そのような接触器は、高価なものであり、かつ、きわめて大きなものであり、その結果として、電池端子にだけ取り付けられる。結果的に、それらの接触器を開くことは、電池内部に高い電圧が存在することを防止しないばかりか、電池内の短絡回路の危険性も防止しない。

さらに、安全性に関連して、電池の安全動作に対する電池の容量の重要性に気づくことが、重要である。実際に、電池および素子は、内部の短絡回路（セパレータの欠陥、樹枝状結晶の発生、金属不純物の存在などからもたらされる短絡回路）を有することに影響を受けやすく、これらの短絡回路は、これらの短絡回路の領域に局在する温度上昇をもたらすことがあり、素子の熱暴走を引き起こす。この危険性の管理に関して最も大きな影響を及ぼす要因の１つは、依然として電池容量である。実際に、素子容量が大きくなればなるほど、電流密度も大きくなり、かつ、局所的な温度上昇が起きるので、発散反応が開始するのを促進する。その結果として、素子が、電力生成回路内において、ユニットとして、直列に接続されようが、または、セル内において並列にグループ化されようが、電池内の大容量素子の実施を安全にするのは、きわめて難しくなる。

さらにまた、有効寿命を保証し、かつ、電池の自律性および機能性を最適化するために、直列に接続された素子またはセルが、完全に電気的に平衡状態にあることが、重要である。実際に、過度に放電した、または、過度に充電した、素子は、変化することがあり、そのために、それらの素子の有効寿命は、結局は短くなり、あるいは、極端な場合には、熱暴走の危険性を発生させる。所与の温度において、素子の容量を完全に放電してしまった素子は、しきい電圧を超えるが、これは、その素子の容量が使い果たされたことを意味する。

製品の品質の変動および経時変化の様々なダイナミックスのために、素子の固有容量は、多かれ少なかれ分散するかもしれない。電池の放電は、最も弱い素子が使い果たされるとすぐに、すなわち、低しきい電圧を超えるとすぐに、停止する。したがって、完全に使い果たされていない素子に含まれるすべてのエネルギを使用することができない。

これとは逆に、再充電中に、プロセスは、素子の中の１つが高しきい電圧を超えたときに、停止する。その後、電池は、完全に満杯にならず、このことは、自動車の充電されるべき有効範囲を減少させる。電池を充電し続けるためには、最も多く充電された素子に含まれるエネルギが、その素子の電圧レベルを、その他の素子の電圧レベルに戻すために、抵抗に放散されてもよい。そのようなストラテジーは、平衡レベルを達成するための時間を必要とし、かつ、エネルギを熱の形で放散する。さらに、この温度増加は、信頼性の問題を引き起こす。

仏国特許第２８０３１２３号明細書

本技術は、とりわけ、電力の生成を中断することなく、それぞれの素子を電力生成回路からきわめて安全にシャントすることのできる、高エネルギかつ大電力の電池を提案することによって、従来技術の欠点を克服することを目的とする。さらにまた、このシャントは、欠陥のある素子に関連する危険性を回避するために、選択的かつ可逆的に実行して、保守作業を安全にし、かつ、電池の充電中および放電中に、直列に接続された素子またはセルの平衡を保証することができる。

このために、本技術は、電力生成回路に組み込まれた複数の電気エネルギ生成素子を備える電池を提案するものであり、それぞれの素子は、素子を電力生成回路に接続するための２つの端子を備えた密封容器内に含まれる。それぞれの素子の端子は、素子の電力生成回路への接続を電子的にスイッチングするための第１の装置によって、電力生成回路に接続され、そして、それぞれの素子は、素子の端子の両側に接続されたシャント・ループを備え、それによって、閉じられた電力生成回路を保守するときに素子をシャントするが、このシャント・ループは、素子の電力生成回路への接続を電子的にスイッチングするための第２の装置を備える。

本技術のさらなる利用分野が、以下に提供される詳細な説明から明らかとなる。詳細な説明および特定の例は、ただ単に説明のためのものであり、本技術の範囲を限定しようとするものではないことを、理解されたい。

本技術による電池の電力生成回路における電池セルの例としての組立品を示す図。 本技術による電池の電力生成回路における電池セルの例としての組立品を示す図。 本技術による電池の電力生成回路における電池セルの機能概略図。 本技術による電池の電力生成回路における電池セルの機能概略図。 本技術による電池の電力生成回路における電池セルの機能概略図。 本技術による電池セルの実施形態を含む例示的な電池システムの機能ブロック図。 本技術による電池セルの実施形態を含む例示的な電池システムの機能ブロック図。 本技術による電池セルの実施形態を含む例示的な電池システムの機能ブロック図。 本技術による例示的なスイッチの機能概略図。 本技術による例示的なスイッチの機能概略図。

ここで説明される図面は、ある特定の実施形態を説明するために、本技術によるコンポーネント、方法、および、装置の特徴の中から、一般的なものを例示しようとするものであることを、理解されたい。これらの図面は、ある特定の実施形態の特徴を正確には描写しておらず、また、特定の実施形態を、必ずしも本技術の範囲内に規定または限定しようとするものではない。

技術に関する以下の説明は、１つまたはそれ以上の発明の主題、製造、および、使用の本質的な単なる例であり、本出願において、または本出願に対する優先権を主張するかもしれない別の出願において、またはそれらから発生する特許において、請求される特定の発明の範囲、利用分野、または、使用を限定しようとするものではない。本技術を理解するのを助けることを意図した用語または語句の限定するものではない説明は、この詳細な説明の最後に提供される。

本明細書では、モジュールという用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、組み合わせ論理回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、命令を実行するプロセッサ（共有プロセッサ、専用プロセッサ、または、プロセッサのグループ）、説明される機能を提供するその他の適切なコンポーネント、または、システム・オン・チップ等の上述したもののいくつか若しくはすべてを組み合わせたものを意味してもよく、それらの一部分であってもよく、または、それらを含んでもよい。モジュールという用語は、プロセッサによって実行される命令を記憶するメモリ（共有メモリ、専用メモリ、または、メモリのグループ）を含んでもよい。

上述の命令という用語は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはマイクロコードを含んでもよく、また、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／またはオブジェクトを意味してもよい。上述の共有という用語は、複数のモジュールからのいくつかのまたはすべての命令が、単一（共有）のプロセッサを用いて実行されてもよいことを意味する。さらに、複数のモジュールからのいくつかのまたはすべての命令は、単一（共有）のメモリによって記憶されてもよい。上述のグループという用語は、単一のモジュールからのいくつかのまたはすべての命令が、プロセッサのグループを用いて実行されてもよいことを意味する。さらに、単一のモジュールからのいくつかのまたはすべての命令は、メモリのグループを用いて記憶されてもよい。

図１Ａに関して、電気エネルギ生成素子１０４および１０８等の複数の電気エネルギ生成素子を含む電池が、説明される。素子１０４および１０８が、図示および説明されるが、電池は、より多くの数の素子を含んでもよい。素子１０４および１０８は、電力生成回路内で接続される。より詳細には、素子１０４および１０８の電気化学は、リチウムイオンまたはリチウムポリマーであってもよい。

素子１０４および１０８のそれぞれは、密封容器内に含まれており、この密封容器は、素子１０４および１０８を電力生成回路に接続するための、アノードおよびカソードという２つの端子を備えている。単なる例として、素子１０４は、アノード端子１１２およびカソード端子１１６を含み、そして素子１０８は、アノード端子１２０およびカソード端子１２４を含む。容器内には、連続的にアノードおよびカソードの役割をなす電気活性層のスタックまたは巻き線が配置されており、これらの層は、電解質によって接触した状態にある。これらの層は、軟質の容器内に含まれてもよい。あるいは、これらの層は、硬質のコンテナ内に含まれてもよい。

一実施形態によれば、素子１０４および１０８は、電力生成回路内において直列に接続されてもよい。別の実施形態によれば、電池は、複数のセル１３０を含み、これらの複数のセル１３０は、電力生成回路内において直列に接続されており、それぞれのセル１３０は、並列に接続された少なくとも２つの素子１０４および１０８を備える。

図面では、セル１３０は、並列に接続された２つの素子１０４および１０８を含む。素子１０４のカソード端子１１６は、電力生成回路の素子１０４の接続を電気的にスイッチングするための第１の装置１３４によって、電力生成回路に接続されてもよい。素子１０８のカソード端子１２４は、電力生成回路の素子１０８の接続を電気的にスイッチングするための第２の装置１３８によって、電力生成回路に接続されてもよい。

図１Ｂの例等の別の実施形態では、素子１０４のアノード端子１１２は、電力生成回路の素子１０４の接続を電気的にスイッチングするための第１のスイッチング装置１３４によって、電力生成回路に接続されてもよい。素子１０８のアノード端子１２０は、電力生成回路の素子１０８の接続を電気的にスイッチングするための第２のスイッチング装置１３８によって、電力生成回路に接続されてもよい。

ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、素子１０４および１０８は、シャント・ループ１５０を備える。シャント・ループ１５０は、素子（例えば、素子１０４および１０８）のそれぞれの両側の端子に接続され、それによって、その素子をシャントすることができるので、電流は、もはやその素子を流れることはなく、それと同時に、電力生成回路を閉じた状態に維持するので、電力生成回路に接続されたその他の素子は、必要な電力を提供し続けることができる。電力生成回路の１つの素子（例えば、素子１０４および／または１０８）をシャントできるようにするために、シャント・ループ１５０は、その素子の電力生成回路への接続を電子的にスイッチングするための、第３のスイッチング装置１５４を備える。

より詳細には、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４は、それぞれ、素子１０４、素子１０８、および／または、シャント・ループ１５０の電力生成回路への接続状態を変更可能にし、とりわけ、スイッチの場合と同様に、接続を開閉可能にする。また、素子１０４および１０８は、従来技術において知られているようなセパレータ、ベント、および／または、短絡回路を備えてもよく、これらの装置は、素子がそのように電気的に分離されているので、電気的絶縁破壊の危険性を伴うことなく、シャントの後に、作動可能である。

図１Ａ〜図１Ｂは、セル１３０を示しており、このセル１３０では、シャント・ループ１５０は、並列に接続された素子１０４および１０８に共通である。これの代わりに、シャント・ループ１５０、したがって、第３のスイッチング装置１５４は、セル１３０の素子１０４および１０８のそれぞれに提供されてもよい。

セル１３０は、２つの素子１０４および１０８が電力を電力生成回路に供給する構成、すなわち、第１および第２のスイッチング装置１３４および１３８が閉じ、かつ、第３のスイッチング装置１５４が開いて、シャント・ループ１５０を切断する構成、で示されている。第３のスイッチング装置１５４は、シャント・スイッチと呼ばれてもよく、かつ、通常開いており、第１および第２のスイッチング装置１３４および１３８は、切断スイッチと呼ばれてもよく、かつ、通常閉じている。

シャント・スイッチが閉じられ、かつ、切断スイッチが閉じたままである場合には、一時的な短絡回路状態が存在する。したがって、切断スイッチは、シャント・スイッチが閉じられた直後に、および／または、シャント・スイッチが閉じられた期間と重なり合った期間中に、開かれる。最初にシャント・スイッチを閉じることは、一時的な短絡回路を形成するが、最初に切断スイッチを開くことは、電流の流れを中断し、そして、シャント・スイッチが閉じられると、電流のサージ（これはアークと呼ばれることもある）を生成する。

シャント・スイッチが閉じられると、すべての切断スイッチが開かれて、短絡回路状態を除去する。セル内のすべての素子に共通である単一の切断スイッチは、短絡回路状態を除去するが、この単一の切断スイッチは、素子をお互いに分離することができない。これは、一方の素子から他方の素子への放電等の、素子間の有害反応を防止する。その結果として、素子のそれぞれは、図面に示されるように、その素子自身の切断スイッチを含んでもよい。したがって、様々な実施形態において、セルのための切断スイッチのいずれかが開かれた場合には、セルのためのすべての切断スイッチが開かれる。この場合にも同様に、シャント・スイッチは、切断スイッチが開かれる前に、閉じられる。

様々な実施形態（例えば、図２Ａ〜図５Ｂ）によれば、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４は、それぞれ、複数のスイッチング装置を含んでおり、それらのスイッチング装置は、ダイオード、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、および、サイリスタであってもよい。第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４は、それぞれ、同じかまたは異なる特性を有してもよい。

より詳細には、図２Ａ〜図２Ｃの例に示されるように、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４は、それぞれ、一対のＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。単なる例として、第１のスイッチング装置１３４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８を含んでもよい。第２のスイッチング装置１３８は、ＭＯＳＦＥＴ２１２および２１６を含んでもよい。第３のスイッチング装置１５４は、ＭＯＳＦＥＴ２２０および２２４を含んでもよい。単なる例として、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のそれぞれは、ｎチャネル・エンハンスメント・モード・パワーＭＯＳＦＥＴであってもよい。それの代わりに、または、それに加えて、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ、デプレッション・モードＭＯＳＦＥＴ、横型ＭＯＳＦＥＴなどが使用されてもよい。

ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のそれぞれは、ボディ、ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を含む。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ２０４は、ソース端子２２８、ゲート端子２３２、および、ドレイン端子２３６を含む。ＭＯＳＦＥＴ２０８は、ソース端子２３８、ゲート端子２４０、および、ドレイン端子２４４を含む。ＭＯＳＦＥＴ２１２は、ソース端子２４８、ゲート端子２５２、および、ドレイン端子２５６を含む。ＭＯＳＦＥＴ２１６は、ソース端子２６０、ゲート端子２６４、および、ドレイン端子２６８を含む。ＭＯＳＦＥＴ２２０は、ソース端子２７２、ゲート端子２７６、および、ドレイン端子２８０を含む。ＭＯＳＦＥＴ２２４は、ソース端子２８４、ゲート端子２８８、および、ドレイン端子２９２を含む。

一実施形態では、図２Ａに示される例の場合のように、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれは、逆並列構成で接続されてもよい。より具体的には、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれは、一方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が他方のＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続され、かつ他方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が一方のＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続されるように、接続されてもよい。単なる例として、ソース端子２２８およびドレイン端子２３６は、それぞれ、ドレイン端子２４４およびソース端子２３８に接続されてもよい。ソース端子２４８およびドレイン端子２５６は、それぞれ、ドレイン端子２６８およびソース端子２６０に接続されてもよい。ソース端子２７２およびドレイン端子２８０は、それぞれ、ドレイン端子２９２およびソース端子２８４に接続されてもよい。したがって、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４は、単方向性であり、素子（例えば、素子１０４および／または１０８）は、切断可能であり、かつ、電流が、充電中および放電中のそれぞれにおいて、双方向に流れるようにする。

図２Ａの例においては、第１のスイッチング装置１３４および／または第２のスイッチング装置１３８は、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴおよびダイオード（図示しない）を含んでもよく、このダイオードは、コストを軽減するためにＭＯＳＦＥＴに取って代わる。使用可能なダイオードは、とりわけ、外部制御のない種類のものであってもよく、これは、しきい電圧、例えば、約０．６Ｖを超えたシャント・ループ１５０において、接続を開くように構成されることを意味する。

別の実施形態では、図２Ｂの例のように、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれは、ソース端子同士を直列に接続してもよい。より具体的には、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれは、一方のＭＯＳＦＥＴのソース端子が他方のＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続されるように、接続されてもよい。単なる例として、ソース端子２２８は、ソース端子２３８に接続されてもよい。ソース端子２４８は、ソース端子２６０に接続されてもよい。ソース端子２７２は、ソース端子２８４に接続されてもよい。

さらに別の実施形態では、図２Ｃの例のように、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれはドレイン端子同士を直列に接続してもよい。より具体的には、ＭＯＳＦＥＴの対のそれぞれは、一方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が他方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続されるように、接続されてもよい。単なる例として、ドレイン端子２３６は、ドレイン端子２４４に接続されてもよい。ドレイン端子２５６は、ドレイン端子２６８に接続されてもよい。ドレイン端子２８０は、ドレイン端子２９２に接続されてもよい。

ここで、図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、可逆的制御システム３００は、制御モジュール３０４および電池を含んでもよく、この電池は、セル１３０等の複数のセルを含む。可逆的制御システム３００は、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４の、それぞれが直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４の対に関連して、示される。しかしながら、可逆的制御システム３００は、また、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４の対が、ソース端子をドレイン端子に並列に接続した実施形態と、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４の対が、ドレイン端子同士を直列に接続した実施形態と、にも適用できる。

第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４は、それぞれ、電力生成回路を閉じた状態に維持しながら、１つまたはそれ以上の素子１０４および１０８を選択的にシャント可能にする。より詳細には、素子（例えば、素子１０４または１０８）をシャントすることは、第３のスイッチング装置１５４を閉じた後に、第１または第２のスイッチング装置１３４または１３８のいずれかの関連するものを開くことを含む。一実施形態によれば、素子（例えば、素子１０４または１０８）をシャントすることは、セル１３０のその他のすべての素子をシャントすること、すなわち、セル１３０のその他の素子に関連するすべてのスイッチング装置を開くことを伴ってもよい。

第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４をそれぞれ使用することは、より詳細には、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４を使用することは、接続をきわめて素早く開閉すること、例えば、約数マイクロ秒の所要時間を実現するものであり、このことは、素子（例えば、素子１０４および／または１０８）の短絡回路を、過渡的にきわめて素早く設定する。

図３Ａの例のような実施形態では、制御モジュール３０４は、対をなすＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のスイッチングを制御してもよい。単なる例として、制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８のゲート端子２３２および２４０にそれぞれ与えられるスイッチング制御信号３０８を介して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２１２および２１６のゲート端子２５２および２６４にそれぞれ与えられるスイッチング制御信号３１２を介して、ＭＯＳＦＥＴ２１２および２１６のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２２０および２２４のゲート端子２７６および２８８にそれぞれ与えられるスイッチング制御信号３１６を介して、ＭＯＳＦＥＴ２２０および２２４のスイッチングを制御してもよい。

図３Ｂの例のような別の実施形態では、制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のスイッチングを個別に制御してもよい。単なる例として、制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４のゲート端子２３２に与えられるスイッチング制御信号３１６を介して、ＭＯＳＦＥＴ２０４のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０８のゲート端子２４０に与えられるスイッチング制御信号３２０を介して、ＭＯＳＦＥＴ２０８のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２１２のゲート端子２５２に与えられるスイッチング制御信号３２４を介して、ＭＯＳＦＥＴ２１２のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２１６のゲート端子２６４に与えられるスイッチング制御信号３２８を介して、ＭＯＳＦＥＴ２１６のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２２０のゲート端子２７６に与えられるスイッチング制御信号３３２を介して、ＭＯＳＦＥＴ２２０のスイッチングを制御してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２２４のゲート端子２８８に与えられるスイッチング制御信号３３６を介して、ＭＯＳＦＥＴ２２４のスイッチングを制御してもよい。

制御モジュール３０４が、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のスイッチングを個別に制御する実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４のそれぞれをスイッチングするのに使用されるスイッチング制御信号３１６、３２０、３２４、３２８、３３２、および、３３６は、同じかまたは異なる振幅を有してもよい。制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４の対に関連するスイッチング制御信号３１６、３２０、３２４、３２８、３３２、および、３３６を生成してもよく、それによって、対の個々のＭＯＳＦＥＴ２０４、２０８、２１２、２１６、２２０、および、２２４は、同じかまたは異なる時刻にスイッチングされる。単なる例として、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８に関しては、制御モジュール３０４は、スイッチング制御信号３１６および３２０を生成して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８のスイッチングを、同じかまたは異なる時刻に達成してもよい。スイッチング制御信号３１６および３２０を生成して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８のスイッチングを異なる時刻に達成する場合には、制御モジュール３０４は、予め定められた順序で、スイッチング制御信号３１６および３２０を生成して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８をスイッチングしてもよい。予め定められた順序は、素子１０４の充電または素子１０４の放電のどちらが実行されるかに基づいて、選択されてもよい。

ここで、図４を参照すると、一実施形態によれば、制御モジュール３０４は、セル１３０のすべての素子を可逆的にシャントする機能を含む。より詳細には、この機能は、１つまたはそれ以上の条件が発生したときに、作動してもよい。単なる例として、この機能は、あらゆる電圧源を取り除くことによる電池の保守を可能にするために、作動してもよい。保守信号４０１が、電池の保守が実行されるときに入力されてもよい。

さらにまた、この機能は、電池に影響を及ぼし得る衝撃を検出した後に、作動してもよい。より詳細には、自動車を推進するように構成された電池の場合には、検出された衝撃は、電池の機械的完全性に影響を及ぼし得る自動車の事故、とりわけ、衝突事故に関係するものであってもよい。したがって、救急救命士が高電圧の電池に触れることによって感電死するというあらゆる危険性および火災の危険性を、減少させることができる。

単なる例として、電池に影響を及ぼし得る衝撃は、機械的衝撃センサ４０２を用いて検出されてもよい。機械的衝撃センサ４０２は、機械的衝撃センサ４０２が電池に影響を及ぼし得る衝撃を検出したか否かを示す衝撃信号４０３を生成してもよい。単なる例として、機械的衝撃センサ４０２は、加速度計を含んでいてもよく、機械的衝撃センサ４０２は、加速度が予め定められた加速度よりも大きいときに、衝撃信号４０３を生成してもよい。

一実施形態によれば、電池は、カソードがアノードに直列に接続された複数のセル１３０、１３０−２、．．．、１３０−Ｎ（まとめてセル１３０と呼ばれ、Ｎは２よりも大きいかまたは２に等しい整数である）の少なくとも１つに、過度の温度が発生したことを検出するための監視システムを備える。

セル１３０のそれぞれは、複数の素子を含む。単なる例として、セル１３０は、素子１０４および１０８を含み、かつ、１つまたはそれ以上のさらなる素子を含んでもよい。１つまたはそれ以上のスイッチが、素子のそれぞれに関連付けられる。単なる例として、スイッチ４０４および４０８は、素子１０４のカソード端子１１６とセル１３０のカソード端子４１２との間に、直列に接続されてもよい。素子は、関連付けられたスイッチとセル１３０のアノード端子との間に、直列に接続される。単なる例として、素子１０４は、素子１０４のアノード端子１１２がセル１３０のアノード端子４１６に接続されたものであり、素子１０４のカソード端子１１６がスイッチ４０４に接続されたものである。

単なる例として、セルの過度の温度は、温度センサを用いて検出されてもよい。セル１３０のそれぞれは、１つまたはそれ以上の温度センサを含んでもよい。単なる例として、セル１３０は、それぞれ、素子１０４および１０８に関連する温度センサ４３０および４３４を含んでもよい。温度センサ４３０および４３４は、それぞれ、素子１０４および１０８の温度を測定し、かつ、測定された温度に基づいて、温度信号４３８および４４２を生成する。制御モジュール３０４は、例えば、温度センサ４３０によって測定された温度が予め定められた温度よりも高いときに、過度の温度を検出してもよい。監視システムは、過度の温度が存在するときに、制御システムを動作させて、少なくとも１つの素子をシャントするように構成される。

一実施形態によれば、電池は、セル１３０に流れる過度の電流の発生を監視する監視システムを含む。例えば、セル１３０に流れる過度の電流は、電流センサ４４４を用いて検出されてもよい。電流センサ４４４は、セル１３０を流れる電流を測定し、かつ、測定された電流に基づいて、電流信号を生成する。制御モジュール３０４は、例えば、測定された電流が予め定められた電流よりも大きいときに、過度の電流の存在を検出してもよい。監視システムは、制御システムを動作させて、過度の電流が存在するときに、少なくとも１つの素子をシャントするように構成される。

一実施形態によれば、制御モジュール３０４は、複数のセル１３０の少なくとも１つの短絡回路等の、１つまたはそれ以上の素子（例えば、素子１０４または１０８）の不具合を検出するように構成される。制御モジュール３０４は、不具合が素子に発生したときに、少なくとも１つの素子をシャントするように構成される。

電池動作を安全にすることが、素子の不具合の発生を監視することによって、実行されてもよい。素子の不具合が検出された場合には、制御モジュール３０４は、欠陥のある素子をシャントすることを作動させ、それによって、電力生成回路を閉じた状態に維持している間に、電流は、もはや欠陥のある素子を流れなくなる。

不具合を検出することは、欠陥のある素子を電力生成回路から電気的に分離するために、欠陥のある素子をシャントすることを素早く作動可能にする。したがって、不具合が現れるとすぐに、欠陥のある素子は、もはや電気的にバイアスされることはなくなり、とりわけ、不具合を悪化させるのを防止することができる。より詳細には、欠陥のある素子内における熱暴走が、それによって回避される。さらにまた、電池の電力生成は、それによって中断されることはなく、これは、例えば、電池の不具合の後に、自動車から脱出するためのより多くの時間を、ドライバーに与える。

安全にするストラテジーによれば、セル（例えば、セル１３０）の１つの素子（例えば、素子１０４および１０８）の不具合の場合には、セルの複数の素子が過放電する危険性、または、逆に、セルの素子の１つが過放電する危険性を回避するために、セルのすべての素子をシャントすることが、作動する。

したがって、セルの素子に欠陥があるときに、電池は、内部短絡回路の場合には、並列に接続された素子のそれぞれに含まれるエネルギを分けることによって、また、電気アークの形成、すなわち、電気的絶縁破壊がセル内において発生したときに、熱暴走の危険性を冗長し得る電気アークの形成、すなわち電気的絶縁破壊を防止することによって、安全になる。

したがって、そのようなストラテジーは、並列に接続された素子間の電気的接続を切断可能にするものであり、このことは、セルの素子の１つに短絡回路が発生したときに、発散プロセスを引き起こす危険性を制限する。

一実施形態によれば、電池は、セル１３０の少なくとも１つに含まれる少なくとも１つの素子の充電状態を監視する監視システムを含む。単なる例として、素子１０４の充電状態は、素子電圧４４６、基準電圧４５０、および／または、セル１３０を流れる電流４４５を用いて監視されてもよく、素子電圧４４６は、素子１０４のカソード端子１１６で得られ、基準電圧４５０は、セル１３０への入力端子４５８で得られる。監視システムは、それらの素子の充電状態に応じて、少なくとも１つの素子、とりわけ、直列に接続された素子またはセルをシャントするために、制御システムを作動させるように構成される。単なる例として、監視システムは、セルの素子の充電レベルが、充電中に予め定められた最大充電レベル以上になったときに、あるいは、充電レベルが、放電中に予め定められた最小充電レベル以下に等しくなったときに、制御システムを作動させてもよい。

したがって、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４をそれぞれ制御する可逆的システムは、エネルギを損失することなく電池を平衡させるのにうまく使用することができ、その結果として、電池をより自律的なものにする。実際に、１つまたはすべての素子をシャントできることは、また、抵抗を介してエネルギを放散することなく、電池を電気的に平衡させるのにうまく使用することができる。

より詳細には、最も高い電圧を有する、直列に接続された素子またはセルは、再充電段階において、連続的にシャントされてもよい。この管理ストラテジーは、多すぎない数の素子またはセルが、同時にシャントされることを保証しながら、充電器の動作範囲に一致した電池の動作電圧を維持可能にする。素子またはセルのこのシャントは、電池のその他の素子またはセルの充電中になされてもよく、かつ、平衡させる時間を短い状態に維持可能にする。

同様に、最も大きなエネルギを含むより多くのセルを、放電終了時にすべてのセルが０％の充電状態（ＳＯＣ）に収束することを目的としてバイアスするために、最も弱い素子またはセルが、放電中にシャントされてもよい。したがって、この管理は、熱放散効果による損失を引き起こすことなく、電池内において使用されるエネルギを増大可能にする。

さらにまた、第１、第２、および、第３のスイッチング装置１３４、１３８、および、１５４をそれぞれ制御するための可逆的システムは、電力生成回路のより多くのまたはより少ない素子をシャントすることによって、電池の電圧を適合させるのにうまく使用することができる。

本技術の電池は、とりわけ、高エネルギＬｉイオン電池に関して、保守形式の日常的な使用の構成であろうが、あるいは、不具合の場合であろうが、電池動作を実際に安全にするのを可能にする。より詳細には、この安全にすることは可逆的なものであってもよく、かつ、選択的なシャントは、充電中に、熱放散を伴うことなく、かつ、熱放散を引き起こす前に、素子またはセルが最大充電状態に達することを必要とせずに、平衡動作を実行可能にする。

本技術は、また、エネルギを放散することなく、かつ、電池において利用できるエネルギ量を最大化しながら、使用段階における素子間の容量の差を補償可能にする。さらにまた、シャントする場合には、電流は、もはや素子間において流れることはなく、これは、大容量素子の使用を安全にすることに寄与し、そして、望ましくない事象に関与するエネルギは、ただ１つの素子に含まれるエネルギに限定され、これは、熱暴走の危険性を悪化させるのを防止する。

また、本技術による電池は、満充電による悪化を安全にするのを可能にし、１つまたは複数の素子をシャントすることは、ソフトウェア限界を補完するように作用して、制御されない再生の場合における素子の過充電を防止することができる。また、本技術による電池は、衝突情報が受信されたときに電池のすべての素子をシャントすることが、電池内部においてすらも高電圧を除去可能にする、という意味において、衝突事故の場合に、電気自動車またはハイブリッド自動車を安全にするのを可能にするものであり、このことは、損傷した自動車が燃え出す危険性および感電死する危険性を減少させる。

図５Ａおよび図５Ｂは、図２Ｂおよび図２Ｃにそれぞれ示される第１のスイッチング装置１３４の例としての図を含む。第１のスイッチング装置１３４のスイッチングが説明されるが、以下の概念は、第２のスイッチング装置１３８および第３のスイッチング装置１５４のスイッチングについても当てはまる。

ボディ・ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８がパワーＭＯＳＦＥＴである場合のように、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８のそれぞれに固有のものであってもよい。各ダイオードは、カソードおよびアノードを有し、かつ、アノードからカソードに電流が流れるようにするが、カソードからアノードに電流が流れないようにする、といえる。ダイオードの回路記号には、電流が流れるのを許される方向を指示するための矢印を使用している。ｎチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴにおいては、ボディ・ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴのソースからドレインに電流が流れるようにしてもよい。

例えば、ＭＯＳＦＥＴ２０４の半導体構造は、本質的に、ボディ・ダイオード５０４を生成してもよく、このボディ・ダイオード５０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４のソースからＭＯＳＦＥＴ２０４のドレインに電流が流れるようにする。同様に、ＭＯＳＦＥＴ２０８は、本質的に、ボディ・ダイオード５０８を備えてもよく、このボディ・ダイオード５０８は、ＭＯＳＦＥＴ２０８のソースからＭＯＳＦＥＴ２０８のドレインに電流が流れるようにする。ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８は、直列ではあるが逆方向に接続されるので、ボディ・ダイオード５０４および５０８は、共に、いずれかの方向に電流が流れないようにする。ただ１つのＭＯＳＦＥＴの場合には、電流は、一方の方向だけにブロックされる。なぜなら、ＭＯＳＦＥＴがオンまたはオフであるかどうかに関係なく、固有のボディ・ダイオードは、他方の方向に電流が流れるようにするからである。

図５Ａにおいては、ＭＯＳＦＥＴ２０４のソースとＭＯＳＦＥＴ２０８のソースが接続されるが、図５Ｂにおいては、ＭＯＳＦＥＴ２０４のドレインとＭＯＳＦＥＴ２０８のドレインが接続される。図５Ａおよび図５Ｂの両方において、固有のボディ・ダイオードは、反対方向に電流が流れないようにするので、ＭＯＳＦＥＴをオフすることは、電流が両方向に流れないようにするのに十分である。

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、制御モジュール３０４は、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８の一方をオンまたはオフにスイッチングする前に、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８の他方をオンまたはオフにスイッチングしてもよい。例えば、第１のスイッチング装置１３４を閉じると、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８は、両方ともオンされる。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８をオンする順序は、電流の期待される方向に基づいて制御されてもよい。例えば、充電する場合の電流の方向は、放電する場合の電流の方向と反対であってもよい。

同様に、第１のスイッチング装置１３４を開く場合には、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８は、両方ともオフされてもよい。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８をオフする順序は、電流の現在の方向に基づいて制御されてもよい。この場合も、現在の電流の方向は、放電の場合と比較して、充電の場合と反対であってもよい。

ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８をスイッチングする順序は、電流がボディ・ダイオード５０４および５０８を介して流れないようにするために、選択されてもよい。単なる例として、ボディ・ダイオード５０４および５０８を流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８の寿命をそれぞれ減少させるかもしれず、および／または、電力損失を増加させるかもしれない。

図５Ａを例として使用して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８は、オンであり、かつ電流は、ボディ・ダイオード５０８によって可能にされる方向（すなわち、図面の上から下への方向、または、ＭＯＳＦＥＴ２０４のドレインからＭＯＳＦＥＴ２０８のドレインへの方向）に、流れていると仮定する。様々な実施形態では、ボディ・ダイオード５０８に流れる電流は、ほとんど無いか、または、まったく無いが、これは、ボディ・ダイオード５０８によって提供される抵抗が、ＭＯＳＦＥＴ２０８のオン抵抗よりも大きいからである。

しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ２０８がオフされた場合には（ＭＯＳＦＥＴ２０４がオンのままであるときに）、ＭＯＳＦＥＴ２０８の抵抗は、無限大にまで増加し、ＭＯＳＦＥＴ２０８を流れていた電流は、ここで、ボディ・ダイオード５０８に流れる。それに反して、ＭＯＳＦＥＴ２０４が最初にオフされた場合には（ＭＯＳＦＥＴ２０８がオンのままであるときに）、ＭＯＳＦＥＴ２０４は、電流を止め、かつ、ボディ・ダイオード５０４は、電流が流れないようにする。そして、ＭＯＳＦＥＴ２０８は、電流がボディ・ダイオード５０８を流れる危険性を伴うことなく、オフされることが可能である。

したがって、規則を導き出すことができる。すなわち、現時点において電流が第１の方向に流れているスイッチング装置を開く場合には、トランジスタを最初にオフするが、このトランジスタのボディ・ダイオードは、電流が第１の方向に流れないようにするものである。この規則は、図５Ａおよび図５Ｂの両方の構成に適用され、また、双方向（充電または放電）に流れている電流にも適用される。

同様の解析は、第１のスイッチング装置１３４が閉じられる場合に行われてもよい。再び、図５Ａを例として使用して、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８はオフであるが、ＭＯＳＦＥＴ２０４および２０８がオンされると、電流は、ボディ・ダイオード５０８によって可能とされる方向（すなわち、上から下への方向）に、流れると仮定する。ＭＯＳＦＥＴ２０４が最初にオンされた場合には、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４を流れることができる。ＭＯＳＦＥＴ２０８はオフされているが、ボディ・ダイオード５０８は、電流がこの方向に流れられるようにし、かつ、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４およびボディ・ダイオード５０８を介して流れる。

それに反して、ＭＯＳＦＥＴ２０８が最初にオンされた場合には、電流は流れないが、これは、ＭＯＳＦＥＴ２０４がオフされており、かつ、ボディ・ダイオード５０４が、電流がこの方向に流れないようにするからである。その後、ＭＯＳＦＥＴ２０４がオンされると、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４を流れ、ボディ・ダイオード５０８にシャントすることなく、ＭＯＳＦＥＴ２０８を流れる。

したがって、さらなる規則を導き出すことができる。すなわち、閉じられたときに電流が第１の方向に流れるスイッチング装置を閉じる場合には、トランジスタを最初にオンするが、このトランジスタのボディ・ダイオードは、電流が第１の方向に流れるようにし、その後に、もう一方のトランジスタをオンする。この規則は、図５Ａおよび図５Ｂの両方
の構成に適用され、また、双方向（充電または放電）に流れている電流にも適用される。様々な実施形態では、スイッチング装置を閉じることは、通常スイッチをシャントするのに使用されが、一方で、スイッチング装置を開くことは、通常スイッチを切断するのに使用される。
（用語の限定するものではない説明）

ここで使用されるヘッディング（「序文」および「概略」のような）およびサブヘッディングは、ただ単に、本明細書内における一般的な構成の題目を意図するものであり、本技術の開示または本技術の態様を限定することを意図するものではない。より詳細には、「序文」において開示された主題は、新しい技術を含むかもしれず、また、従来技術を詳述することをなさないかもしれない。「概略」において開示された主題は、本技術の範囲全体または本技術の実施形態を完全に網羅しまたは完全に開示するものではない。

ここでの説明および特定の例は、本技術の実施形態を開示するものであるが、ただ単に説明することを目的とするものであり、本技術の範囲を限定しようとするものではない。さらにまた、特徴に言及した複数の実施形態の詳述は、さらなる特徴を有するその他の実施形態、または、言及した特徴の様々な組み合わせを含むその他の実施形態を排除しようとするものではない。特定の例は、本技術の構成物および方法を、どのようにして製造および使用するかを説明することを目的として提供されるが、明確に言及されない限り、製造または検査された本技術の所与の実施形態を説明しようとする表現であることを意図するものではない。実施形態、材料、構成物、および、方法の等価な変更、修正、および、変形を、本技術の範囲内において実質的に同じ結果で実施することができる。

わかりやすくするために、同じ符号は、図面において同じ構成要素を示すのに使用される。ここで使用される場合には、Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つという語句は、非排他的論理和を用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味するものと、解釈されたい。方法におけるステップは、本技術の原理を変更することなく、様々な順序で実行されてもよいことを、理解されたい。

ここで使用される場合には、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という語およびこれの変形は、限定するものではないことを意図するものであるので、含まれる項目を詳述することは、本技術のコンポーネント、構成物、装置、および、方法に役に立つ可能性がある、その他の類似する項目を排除しようとするものではない。同様に、「してもよい（ｃａｎ）」および「するかもしれない（ｍａｙ）」という用語およびそれらの変形は、限定するものではないことを意図するものであるので、実施形態が、ある特定の構成要素または特徴を備えてもよい、または備えるかもしれない、という詳述は、これらの構成要素または特徴を含まない、本技術のその他の実施形態を排除するものではない。

「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という非限定的用語が、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）、または、有する（ｈａｖｉｎｇ）のような非限定的用語の同義語として、本技術の実施形態を説明し、かつ、本技術の実施形態の権利を主張するためにここで使用されるが、実施形態は、代替として、「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」または「本質的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」等のより限定的な用語を使用して説明されてもよい。したがって、材料、コンポーネント、または、プロセス・ステップを列挙する特定の実施形態の場合には、本技術は、厳密に言えば、さらに、（〜からなるための）さらなる材料、コンポーネント、または、プロセスを排除する、および、実施形態の重要な特性に影響を及ぼす（本質的に〜からなるための）さらなる材料、コンポーネント、または、プロセスを排除するそのような材料、コンポーネント、または、プロセスからなる、または、本質的にそれらのものからなる実施形態を、たとえそのようなさらなる材料、コンポーネント、または、プロセスが本明細書に明確に列挙されていなくても、含む。例えば、構成要素Ａ、Ｂ、および、Ｃを列挙する構成物またはプロセスの詳述は、厳密に言えば、当技術分野において列挙されるかもしれない構成要素Ｄを排除する、Ａ、Ｂ、および、Ｃからなる、および、本質的にＡ、Ｂ、および、Ｃからなる実施形態を、たとえ構成要素Ｄがここで排除されるように明確に説明されなくても、想到させる。

Claims (19)

1. 自動車のリチウム・ベース電池システムであって、前記電池システムは、
   自動車を推進するためのエネルギを提供する、直列に配置された複数のリチウム電池セルであって、
   前記電池セルのそれぞれが、
   第１の端子および第２の端子と、
   並列に配置された複数のリチウム電池素子であり、前記電池素子のそれぞれが、第１の端子および第２の端子を備え、前記電池素子のそれぞれの前記第１の端子が、前記電池セルの前記第１の端子に接続された、複数のリチウム電池素子と、
   複数の切断スイッチであり、前記電池素子のそれぞれの前記第２の端子が、前記切断スイッチのうちの対応する１つを介して、前記電池セルの前記第２の端子に接続された、複数の切断スイッチと、
   前記電池セルの前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたシャント・スイッチと、を備えた電池セルと、
   前記シャント・スイッチおよび前記切断スイッチを選択的に開閉する制御モジュールと、
   を備えた電池システム。
2. 前記切断スイッチおよび前記シャント・スイッチのそれぞれが、第１の半導体スイッチおよび第２の半導体スイッチを備えた、請求項１に記載の電池システム。
3. 前記切断スイッチおよび前記シャント・スイッチごとに、前記制御モジュールが、前記第１の半導体スイッチおよび前記第２の半導体スイッチを同時に制御する、請求項２に記載の電池システム。
4. 前記第１の半導体スイッチおよび前記第２の半導体スイッチが、直列に接続され、かつ、それぞれ、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備えた、請求項２に記載の電池システム。
5. 前記シャント・スイッチの１つを閉じる場合に、前記制御モジュールが、前記シャント・スイッチの１つの前記第２のトランジスタをオンする前に、前記シャント・スイッチの１つの前記第１のトランジスタをオンする、請求項４に記載の電池システム。
6. 前記切断スイッチの１つを開く場合に、前記制御モジュールが、前記切断スイッチの１つの前記第２のトランジスタをオフする前に、前記切断スイッチの１つの前記第１のトランジスタをオフする、請求項４に記載の電池システム。
7. 前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、ＭＯＳＦＥＴのそれぞれが、ボディ、ソース、ゲート、および、ドレインを有し、かつ、（ｉ）前記第１のトランジスタのソースが、前記第２のトランジスタのソースに接続されるか、（ｉｉ）前記第１のトランジスタのドレインが、前記第２のトランジスタのドレインに接続されるか、のいずれか一方である、請求項４に記載の電池システム。
8. 前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタが、ｎチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴであり、かつ、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのトランジスタごとに、前記トランジスタのボディが、前記トランジスタのソースに接続された、請求項７に記載の電池システム。
9. 前記第１のトランジスタが、電流が第１の方向に流れるようにし、かつ、電流が第２の方向に流れるのを阻止する、固有ボディ・ダイオードを含み、前記第２のトランジスタが、電流が第２の方向に流れるようにし、かつ、電流が第１の方向に流れるのを阻止する、固有ボディ・ダイオードを含む、請求項７に記載の電池システム。
10. 前記シャント・スイッチの１つを閉じる場合に、前記制御モジュールが、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタの一方を最初にオンするものであり、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、期待される電流の方向に前記シャント・スイッチの１つを介して電流が流れるようにする固有ボディ・ダイオードを含む、請求項９に記載の電池システム。
11. 前記切断スイッチの１つを開く場合に、前記制御モジュールが、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタの一方を最初にオフするものであり、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、現在の電流の方向に前記切断スイッチの１つを介して電流が流れるのを阻止する固有ボディ・ダイオードを含む、請求項９に記載の電池システム。
12. 前記制御モジュールが、前記シャント・スイッチおよび前記切断スイッチの開閉を制御して、熱として奪われる電力を減少させ、かつ、短絡回路状態を損なってアークを発生させるのを防止する、請求項１に記載の電池システム。
13. 前記電池セルの１つに対応する前記切断スイッチを開く前に、前記制御モジュールが、前記電池セルの１つに対応する前記シャント・スイッチを閉じる、請求項１に記載の電池システム。
14. 前記電池セルの１つの前記電池素子の充電レベルが充電中に上限に達した場合、
    前記電池セルの１つの前記電池素子の充電レベルが放電中に下限に達した場合、
    前記電池セルの１つの前記電池素子の１つの温度が温度しきい値を超えた場合、
    の少なくとも１つの場合に、前記制御モジュールが、前記電池セルの１つに対応する前記切断スイッチを開く、請求項１３に記載の電池システム。
15. 前記電池素子の１つの不具合が検出された場合に、前記制御モジュールが、前記電池素子の１つを備えた前記電池セルに対応する前記切断スイッチを開く、請求項１３に記載の電池システム。
16. 前記制御モジュールが、前記電池セルの少なくとも１つに対応する前記切断スイッチを選択的に開いて、前記電池セルの総出力電圧を調節する、請求項１３に記載の電池システム。
17. 前記電池セルを流れる電流が電流しきい値よりも大きい場合、
    保守信号が受信された場合、
    前記自動車の衝突が検出された場合、
    の少なくとも１つの場合に、前記制御モジュールが、すべての前記電池セルに対応する前記切断スイッチを開く、請求項１３に記載の電池システム。
18. 請求項１に記載の電池システムと、
    機械的な衝撃が検出された場合に、衝撃信号を生成する機械的衝撃センサと、
    を備え、
    前記衝撃信号が、予め定められたしきい値を超えた場合に、前記制御モジュールが、前記シャント・スイッチを閉じる、
    電気自動車電力システム。
19. 前記機械的衝撃センサが、加速度計を備えた、請求項１８に記載の電気自動車電力システム。

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