(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを充電するステップと、
前記バッテリを放電するステップと、
再充電予測ユニットを使用して、前記バッテリの充電状態を予測するステップとを有するバッテリの充電状態を決定する方法であって、
前記再充電予測ユニットが、前記バッテリを放電するステップにおいて、前記バッテリから切断され、
前記方法が更に、
充電する前に前記再充電予測ユニットを前記バッテリに接続するステップと、
前記バッテリを充電するステップと、
前記バッテリを充電するステップにおいて、バッテリパラメータを測定するステップと、
前記バッテリを放電する前に、前記再充電予測ユニットを前記バッテリから切断するステップと、
前記バッテリを充電する間に測定された前記バッテリパラメータを使用して、前記バッテリの前記充電状態を予測するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記バッテリの前記充電状態を予測する前記ステップが、前記バッテリの再充電が終了してから経過した時間を示すパラメータを使用して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッテリの前記充電状態を予測する前記ステップが、前記バッテリの特性を示すパラメータを使用して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バッテリの前記充電状態を予測する前記ステップが、前記バッテリの環境パラメータを示すパラメータを使用して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バッテリの前記充電状態を予測する前記ステップが、前記バッテリの経時変化をモデル化して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
残りの実行時間を予測する更なるステップが、前記バッテリの再充電の後に、過電圧を考慮して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
プロセッサ及び接続装置を有する再充電予測ユニットであって、
前記プロセッサは、前記再充電予測ユニットがバッテリから切断される一方で、該バッテリを放電する間、該バッテリの充電状態を予測し、
前記接続装置は、前記再充電予測ユニットと前記バッテリとの間の接続を確立し、
前記再充電予測ユニットが、請求項１に記載のバッテリの充電状態の予測を可能にするよう構成される、再充電予測ユニット。
【請求項８】
前記バッテリの前記充電状態を予測するため、少なくとも１つのパラメータを記憶するメモリを有する、請求項７に記載の再充電予測ユニット。
【請求項９】
前記少なくとも１つのパラメータを更新する更新装置を有する、請求項８に記載の再充電予測ユニット。
【請求項１０】
請求項７に記載の再充電予測ユニットを有するバッテリ充電器。
【請求項１１】
請求項７に記載の再充電予測ユニットを有するインプラント装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の再充電予測ユニットを有するバッテリ。
【請求項１３】
バッテリを再充電する間に該バッテリの充電状態を予測することができるように構成されるプロセッサ、並びに再充電予測ユニット及び前記バッテリの間の接続を確立する接続装置を有する再充電予測ユニットと、
電気負荷を給電するバッテリとを有するシステムであって、
前記再充電予測ユニットが、前記バッテリを放電する間、前記バッテリから切断され、
前記再充電予測ユニットが、請求項１に記載のバッテリの充電状態の予測を可能にするよう構成される、システム。
【請求項１４】
前記電気負荷が医療装置である、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの充電状態を決定する方法及び装置の分野に関する。特に、本発明は、人体又は動物の体内にインプラントされた医療装置を給電するのに使用されるバッテリの充電状態を決定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許ＵＳ６９０１２９３Ｂ２は、インプラント型医療機器用の電源寿命モニタを開示する。エネルギーカウンタは、インプラント型医療装置によって使用されるエネルギー量をカウントする。エネルギーコンバータは、使用されるエネルギーを電源寿命の残量推定に変換し、エネルギー寿命推定値を生成する。電圧モニタは、電源電圧を監視する。電圧コンバータは、電圧モニタにより監視される電圧を電源寿命の残量推定に変換し、電圧寿命推定値を生成する。計算機は、エネルギーコンバータ及び電圧コンバータに動作可能に結合され、電源の耐用寿命の初期におけるエネルギー寿命推定値、及び電源の耐用寿命の後期におけるエネルギー寿命推定値を使用して、電源寿命を予測する。米国特許ＵＳ６９０１２９３Ｂ２において開示される装置の機能は、電源寿命モニタ、電源、及び治療用装置のそれぞれの間の動作的な結合に基づく。残存する電源寿命の予測は、バッテリの放電の間における、インプラントのバッテリ電圧及びエネルギー消費量の測定に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、バッテリのユーザによるアクションをほとんど必要とせずに、バッテリの充電状態を決定する方法及び装置を提供するのに有利である。
【０００４】
おそらく、患者の体内にインプラントされるバッテリ自体又はバッテリにより給電されるシステムの簡潔さを維持することも所望されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの懸念のうちの１又はそれより多くをより良く解決するため、本発明の一態様において、バッテリの充電状態（ＳｏＣ）を決定する方法が提供される。この方法は、バッテリを充電するステップと、バッテリを放電するステップと、再充電予測ユニットを使用してバッテリの充電状態を予測するステップとを含み、再充電予測ユニットは、バッテリが放電する間、バッテリから切断される。バッテリを放電する間、すなわちバッテリに接続された装置を給電する間にいかなる測定も実行しないので、バッテリ放電中のバッテリの充電状態の予測は、バッテリの放電サイクルの間に、バッテリ又はバッテリにより給電される装置、すなわち医療用インプラント、及び再充電予測ユニット（ＲＰＵ）の局所的な分離を可能にする。
【０００６】
本願において「切断された」とは、ＲＰＵとバッテリとの間において、エネルギー又は信号の伝送を提供する有線又は無線通信を含む接続が確立されていないことを意味する。
【０００７】
本発明の一実施例において、バッテリ及びＲＰＵが、バッテリの全放電期間を通じて切断され得るが、バッテリ及びＲＰＵがバッテリの充電の少し後又は少し前に接続されたままであり得る、代替の実施例もあり得る。例えば医療用インプラントを充電する場合、充電が完了して、バッテリの放電が開始した後のある一定期間、バッテリとＲＰＵとを接続したままにすることが可能である。新たに充電されたバッテリの全体の実行時間と比較した場合、充電の直後にバッテリとＲＰＵとの間の接続を厳格に維持することは、放電期間のほとんどの間、バッテリ及びＲＰＵが切断されていることを暗示する。
【０００８】
本発明の一実施例において、バッテリの充電状態、したがって再充電が必要とされるまでのバッテリの残りの実行時間は、バッテリ状態及びバッテリによって給電される装置の損失（drainage）特性、すなわち装置の消費電力に基づく放電プロセスの正確なモデルに基づいて計算される。
【０００９】
更なる実施例において、モデルは、充電式バッテリの経時変化（aging）を考慮し、これに対して残りの実行時間が予測され得る。これは、バッテリが寿命全体に渡ってその性能を変化させることによる影響を考慮する上で役立つ。
【００１０】
本発明の一実施例において、バッテリの充電状態を予測するために使用されるモデルは、再充電直後のバッテリから利用可能な充電量の仮定に基づき得る。バッテリから利用可能なこの全体の充電量は、以下で詳細に説明されるように測定され得るか、又はバッテリの一般的な振る舞いを仮定する、測定なしのモデルに基づき得る。
【００１１】
本発明の更なる態様において、バッテリの充電状態を予測するステップは、バッテリの再充電が終了してから経過した時間を示すパラメータを使用して実行される。再充電から経過した時間をこうして考慮することは、バッテリの充電状態、すなわち現在の放電サイクルの間のバッテリの残りの実行時間の正確な予測を可能にする。
【００１２】
本発明の一実施例は、望ましくはバッテリの充電状態を予測するステップが、以下のパラメータを交互に使用するか、又はこの任意の組み合わせを使用することによって実行され、例えば容量、公称電流、公称電圧のようなバッテリの特性を示すパラメータ、例えば温度のような給電されるバッテリ及び／又は装置の環境パラメータを示すパラメータ、バッテリにより給電される装置の消費電力、電源装置の動作サイクル数を示すパラメータ等がある。
【００１３】
本発明の一実施例において、バッテリの充電状態を予測するステップは、バッテリの経時変化のモデル化を実行する。
【００１４】
一実施例において、本発明による方法は、充電の前に再充電予測ユニットをバッテリに接続するステップと、バッテリを充電するステップと、バッテリを充電する間、バッテリパラメータを測定するステップと、バッテリが放電する前にバッテリから再充電予測ユニットを切断するステップと、バッテリを充電する間に測定されたバッテリパラメータを使用して、バッテリの充電状態を予測するステップとを含む。
【００１５】
本願に関して、「バッテリを充電する間」が意味する部分は、充電の直前及び直後の区間を含む。
【００１６】
更に上記の実施例に関して、この実施例は、バッテリの充電サイクルの間に測定されたパラメータを組み込むことにより、放電サイクルの間、より正確にバッテリの充電状態を予測することを支援する。
【００１７】
バッテリを充電する間、バッテリにエネルギーを供給するため、バッテリは、充電器に接続されなければならない。それゆえ、充電サイクルの間、バッテリ及びバッテリに接続される装置は、いかなる場合でも充電する装置と接触されなければならない。したがって、再充電予測ユニットをバッテリと接触させる要件は、バッテリ、バッテリにより給電される装置、充電器、及び再充電予測ユニットを含むシステムの使用に対して、これ以上の不便さ又は複雑さを付与しない。
【００１８】
しかしながら、バッテリの充電の間、バッテリパラメータを測定することは、充電サイクルの終了時に充電状態を正確に決定すること、すなわち再充電後のバッテリから利用可能な充電の全体量を決定することを可能にし、更に、モデル化だけでなく、全体の寿命に関連するバッテリの実際の状態を検出することによって、バッテリの経時変化の影響を考慮することも更に可能にする。
【００１９】
バッテリの充電状態を決定するモデルを提供する、本発明の一実施形態の一例は、以下の説明で与えられる。充電状態及びバッテリから利用可能な最大電荷は、バッテリの再充電の間に更新される。これを達成するため、以下のステップが実行される。充電する前の充電状態が測定され、充電サイクルの間にバッテリに流れ込む電荷量が決定される。充電状態は、充電サイクルがうまく完了した後で測定される。
【００２０】
充電する前の充電状態は、バッテリが緩和状態又はスタンバイ状態にあり、非常に低い又はドレイン電流なし、すなわちいわゆる平衡電圧値（ＥＭＦ）にあるときのバッテリ電圧を測定することにより取得され得る。ＥＭＦから、充電状態は、ルックアップテーブルを使用して計算され得る。しかしながら、多くの実用的な用途、例えば医療機器において、バッテリの損失は非常に小さく、実際に待機状態の非常に近くで動作し、測定されたバッテリ電圧は、ＥＭＦを直接的に得る。したがって、本発明の実施例において、ＥＭＦ、及びＳｏＣsiは、バッテリを完全に緩和させることなく、充電プロセスを開始する前に直接決定され得る。
【００２１】
一実施例において、バッテリの再充電の開始前に充電状態ＳｏＣsiが決定される。
【００２２】
充電期間の間にバッテリに流れる電荷量Ｑchは、充電期間の間にバッテリに流れる電荷を単純に積分することによって取得される。
【００２３】
本発明の一実施例において、ＥＭＦは、充電が完了した後に再び測定される。この測定は、（充電による）バッテリの過電圧が緩和する過渡状態の後に実行され得る。この測定されたＥＭＦから、充電後の充電状態ＳｏＣsfが推定される。充電後のバッテリから利用可能な、全体の最大電荷容量Ｑmaxは、以下の式から計算され得る。
0005394376.tif 000002
【００２４】
この手法は、バッテリの経時変化を補正し、充電前にバッテリ残量を考慮する。装置の動作に利用可能な電荷Ｑavは、次式より計算される。
Ｑav=Ｑmax*ＳｏＣsf
【００２５】
本発明の一実施例において、バッテリにより給電される装置が依然として動作している間も、バッテリが再充電される。このような状況下において、バッテリの充電する間の放電率が非常に高く、バッテリのＥＭＦの直接的な決定ができないという場合があり得る。それから、バッテリを再充電する方法は、前にバッテリに給電されていた装置を動作させるために必要とされる電力を供給する外部充電器によって、電源としてのバッテリを置き換えることにより、開始されるであろう。バッテリは、外部電源、すなわち充電器が装置に給電し続ける間、スタンバイ状態にある。それからバッテリ電圧がＥＭＦまで緩和する。ＥＭＦ及びバッテリの充電状態は、バッテリの緩和状態への緩和の動態又はＥＭＦの最終的な値により決定され得る。バッテリのスタンバイモードへの緩和の後、バッテリの充電は、上記のように開始される。
【００２６】
本発明の一実施例において、充電後のＥＭＦを決定する前に、バッテリは再びスタンバイ状態にされ得る。バッテリの充電の最終的な状態は、装置が新たに再充電されたバッテリによって再び給電される前に決定される。
【００２７】
一実施例において、バッテリ電圧及び充電電流は、充電する間に測定される。バッテリ電圧と充電電流との間の関係から、バッテリの数学的モデルを使用して、Ｑmaxが導出される。
【００２８】
一実施例において、バッテリの充電は、充電の間の中間的なＳｏＣ推定をもたらすＥＭＦまでバッテリ電圧を緩和させるため、１回又はそれより多く中断される。積分された充電電流及びＳｏＣの１又はそれより多くの中間的な測定と最終的な測定とを組み合わせることによって、上記の方法論を使用して、より正確なＱmaxの推定を得ることができる
【００２９】
本発明の一実施例において、測定の間に決定される充電状態は、対応するモデルの値と比較され、バッテリのモデルは、使用されるバッテリに対して適合的に更新される。
【００３０】
本発明の一実施例において、ＳｏＣの値、Ｑmaxの値、１若しくはそれより多く、又は少なくとも最後の充電セッションの充電タイムスタンプが記憶される。一実施例におけるこのストレージは、バッテリ又はバッテリと関連付けられた装置内で行われ、その結果、ストレージは、バッテリを放電する間、ＲＰＵから切断される。
【００３１】
一実施例において、現在の充電セッションから測定されたＳｏＣsiと、前の充電セッションからの記憶されたＳｏＣsf及びＱmaxと、充電イベント間の経過時間とは、平均バッテリ損失Ｉdrainを推定するために使用される。
【００３２】
更なる実施例において、バッテリの電圧Ｖbatが、バッテリの放電の開始時に測定される。それからＶbatと充電後のＥＭＦとの間の差が決定される。この差は、過電圧と称される。通常、Ｖbatは、ＥＭＦよりも低くなるであろう。過電圧は、例えばバッテリの経時変化又は温度によって影響される。したがって、過電圧は、所定の条件下においてバッテリから引き出され得る電荷量を決定するのを支援し得る。バッテリから引き出され得る電荷は、バッテリにおいて利用可能な電荷から区別される。経験的関係によると、残りの充電状態ＳｏＣlは、所与のＣレート放電電流（Ｃ）において、以下の式から計算され得る。
0005394376.tif 000003
ここで、百分率のＳｏＣstは、Ｃレートの電流Ｃ及び温度Ｔ℃における放電開始時のＳｏＣを示す。ζ、θ、γ、σ、α、βは、実験的に測定されたＳｏＣlデータのフィッティングにより実験的に決定されたパラメータである。上の式により記載されるＳｏＣlの関数を以下の等式に代入すると、
0005394376.tif 000004
ただし、ＳｏＣd及びＩdがそれぞれ充電開始直後の充電状態及び電流である場合、ある時点における残りの実行時間ｔrは、放電が開始した直後に正確に予測され得る。充電後にバッテリから利用可能な全体の最大電荷容量Ｑmaxは、以下の式から上述のように計算され得る。
0005394376.tif 000005
ここでＳｏＣsi及びＳｏＣsfは、それぞれバッテリの再充電開始前及び充電後の充電状態である。Ｑchは、充電期間にバッテリに流れる電荷量であり、これは、充電期間にバッテリに流れる充電電流を積分することによって得ることができる。一実施例による残りの実行時間ｔrを予測するこの態様は、バッテリの充電後の過電圧を考慮し、したがってバッテリの経時変化を考慮する。
【００３３】
本発明による方法の一実施例において、平均バッテリ損失は、少なくとも１つ前の充電セッションからの記憶された値を使用して適応的に計算される。平均バッテリ損失の計算は、ＲＰＵにおいて実行される。
【００３４】
一実施例において、充電式バッテリによって給電された装置、又はバッテリと関連付けられる装置は、平均バッテリ損失を測定する手段と、この情報をＲＰＵに送信する手段とを含む。
【００３５】
充電式バッテリによって給電される装置の自律（autonomy）時間Ｔａは、装置の利用可能な電荷、バッテリ損失、充電が所望される充電レベルの臨界状態ＳｏＣminから計算され得る。
Ｔa=Ｑmax（ＳｏＣsf-ＳｏＣmin）/Ｉdrain
【００３６】
残りの実行時間は、自律時間と、最後の再充電から経過した時間との間の差として計算される。
【００３７】
残りの実行時間は、ユーザに対して表示され得、警告の合図は、残りの実行時間が臨界的な所定の記憶された値を下回るときに、残りの実行時間の代替として、又は付加的に出され得る。
【００３８】
一実施例において、本発明による方法は、医療用インプラントに給電するために使用されるバッテリの充電状態の表示を提供するため、及びバッテリの残りの実行時間を決定するために使用され得る。医療用インプラントのバッテリは、よく知られた条件、すなわち一定の温度及び一定且つ再現可能な電力消費で動作されるという利点を有し、その結果、放電動作の間のバッテリの損失が非常に正確にモデル化され得る。
【００３９】
上記の懸念の１又はそれより多くをより良く解決するため、本発明の更なる態様において、プロセッサ及び接続装置を有する再充電予測ユニットが設けられ、このプロセッサは、再充電予測ユニットがバッテリから切断される一方で、バッテリを放電する間、バッテリの充電状態を予測し、接続装置は、再充電予測ユニットとバッテリとの間の接続を確立する。
【００４０】
一実施例において、接続装置は、オス型又はメス型のコネクタであり得る。しかしながら、本発明に関して、接続装置は、無線周波数受信機／送信機又は誘導性カップリングのようなエネルギー又は情報を伝達するいかなる他の手段でもあり得る。
【００４１】
更なる実施例において、再充電予測ユニットは、バッテリの充電状態を予測する少なくとも１つのパラメータを記憶するメモリを有し得る。一実施例において、少なくとも1つのパラメータは、上記のような充電状態を予測するために使用されるパラメータの一つであり得る。
【００４２】
本発明の一実施例による再充電予測ユニットは、少なくとも1つのパラメータを更新する更新装置を含み得る。更新装置は、接続装置が、バッテリの充電の間にバッテリ又はバッテリと関連付けられたいずれかの装置に接続されるときに、パラメータを更新する。更新されたパラメータは、メモリに記憶され得る。更新されたパラメータは、装置を充電する間に決定されるパラメータであり得るが、放電する間にバッテリ又はいずれかの関連付けられた装置によって取得及び記憶されるパラメータでもあり得、これは、充電動作の間のみ、再充電予測ユニットに伝えられる。
【００４３】
本発明の一実施例による方法を使用して、バッテリの充電状態を予測することができる再充電予測ユニットは、バッテリ充電器に組み込まれ得る。代替として、再充電予測ユニットは、バッテリ及びバッテリ充電器から切り離されるユニットであり得る。
【００４４】
更なる実施例において、これは、本発明の一実施例による再充電予測ユニットを含むインプラント装置自身であり得る。しかしながら、本発明の一実施例による再充電予測ユニットは、代替としてバッテリ自身に組み込まれ得る。
【００４５】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかにされ、これらを参照して明確にされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の一実施例による再充電予測ユニットの要素を示す。
【図２】図２は、バッテリの残りの実行時間を推定するため、本発明の一実施例による再充電予測ユニットによって実行される方法を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の一実施例による再充電予測ユニットを含む、充電式インプラント医療装置を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例による別個の再充電予測ユニットを有する煙検出器を概略的に示す。
【図５】図５は、本発明の一実施例による別個の再充電予測ユニットと組み合わせて、アラーム時計を概略的に示す。
【図６】図６は、バッテリのエネルギー量を推定するため、本発明の一実施例によるプロセスを概略的に図示するフローチャートである。
【図７】図７は、バッテリの残りの実行時間を推定するため、本発明の代替の実施例によるプロセスを概略的に図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、本発明の一実施例による再充電予測ユニットの要素を概略的に示す。これは４つの要素Ｃ１乃至Ｃ４からなる。
【００４８】
Ｃ１（初期エネルギー量推定部）によって示されるのは、初期エネルギー量推定部である。要素Ｃ１は、再充電動作をした後、再充電可能エネルギー源によって給電される装置を使用する前に、電気エネルギー源、すなわちバッテリのエネルギー量を推定する。電気エネルギー源のエネルギー量のこのような推定は、エネルギー源から利用可能な全体の電荷の予測を必要とする。
【００４９】
初期エネルギー量推定部は、再充電可能エネルギー源の正確なモデル化に基づき得、又は付加的に、エネルギー源の再充電プロセスの間に取得される測定に基づき得る。
【００５０】
一実施例において、Ｃ１は、図６を参照してこれから記載されるプロセスによって、エネルギー源の容量を推定する。ステップ１０（ＲＰＵ：バッテリが充電を必要とするステップ）において、再充電予測ユニット（ＲＰＵ）１は、バッテリが充電を必要とすると決定し、オペレータ、例えば電気的に給電されるインプラントを有する患者又は医師は、ステップ１１（充電器／ＲＰＵをバッテリに接続するステップ）において再充電器をバッテリに接続する。記載される実施例において、再充電予測ユニット及び充電器は、単一の装置に統合される。ステップ１２（充電器がエネルギー供給を引き継ぐステップ）において、バッテリ及びバッテリによって給電される装置に接続される充電器は、給電された装置へのエネルギー供給を引き継ぎ、その結果、ステップ１３（バッテリ緩和のステップ）において、バッテリは、非常にわずかなバッテリ放電電流を示すスタンバイモードに緩和する。バッテリが緩和した後、緩和されたバッテリのバッテリ電圧（ＥＭＦ）は、ステップ１４（ＲＰＵ：ＥＭＦを測定するステップ）において測定される。しかしながら、代替の実施例において、動作の間のバッテリの放電が非常に小さく、バッテリが擬似的に緩和された状態にあり、その結果、測定された電圧がＥＭＦの良い近似である場合、バッテリの緩和は、省略され得る。測定されたＥＭＦは、充電状態ＳｏＣsi、すなわちフル充電された状態のバッテリから利用可能な最大の電荷の割合をステップ１５（ＲＰＵ：ＳｏＣsiを決定するステップ）においてルックアップテーブルから決定するために使用される。それからバッテリは、ステップ１６（バッテリを充電するステップ）において、充電器によって再充電される。ステップ１７（ＲＰＵ：電荷量Ｑchを決定するステップ）において、充電期間にバッテリに流れる全体の電荷量Ｑchは、充電期間の間にバッテリに流れる充電電流を積分することによって決定される。充電が完了した後、ステップ１８（ＲＰＵ：ＥＭＦを測定するステップ）において、ＥＭＦは、バッテリの充電された状態に対して再び測定され、したがって、充電状態ＳｏＣsfは、ステップ１９（ＲＰＵ：ＳｏＣsfを決定するステップ）においてルックアップテーブルから決定される。ステップ２０（ＲＰＵ：Ｑmaxを計算するステップ）において、再充電の後にバッテリから利用可能である全体の最大電荷容量Ｑmaxは、以下の式から計算される。
0005394376.tif 000006
装置を給電するために利用可能な電荷は、Ｑmax*ＳｏＣsfによって与えられる。放電器及びＲＰＵは、それぞれステップ２１（充電器／ＲＰＵを切断するステップ）においてバッテリから切断される。
【００５１】
図１を参照すると、要素Ｃ２（エネルギー損失推定部）は、バッテリのエネルギー損失の間、新たに再充電されたバッテリの実際の充電状態を決定するため、再充電予測ユニットの動作を引き継ぐ。それゆえＣ２は、バッテリ及び給電される装置の環境パラメータ、例えば温度、並びにバッテリにより給電される装置のエネルギー消費量を考慮する。充電器に接続されるＲＰＵが、いつ再充電プロセスが終了するかを決定し、したがって、バッテリが再び充電器から装置の給電を引き継ぐので、再充電予測ユニットは、バッテリの再充電が完了してから経過した時間を決定し得る。
【００５２】
Ｃ１により推定される初期エネルギー容量、及びＣ２による放電動作の間にバッテリから損失されると推定されるエネルギーから、要素Ｃ３（残り時間推定部）は、バッテリの残りの実行時間を計算する。この残りの実行時間は、日時分単位で残りの実行時間を示すディスプレイにおいて、ユーザに対して要素Ｃ４（ユーザに対する再充電表示）によって表示される。要素Ｃ４は、更に、バッテリの充電状態が、臨界レベル、この例では初期充電状態の２０％に達し、ユーザに対してバッテリを再充電するように示す場合、警告信号を作動させる。これは、段階的な態様で実行され得、すなわち充電状態がより臨界に近づくと、より警告が発せされる。
【００５３】
上で詳述された例において、バッテリはリチウムイオン（液体又はポリマ）バッテリである。しかしながら、他の再充電可能電源／バッテリ、例えば全固体型バッテリを使用する場合、同様の解決策が達成され得る。
【００５４】
図２において、バッテリから利用可能な推定されるエネルギーレベルＥ及び時間ｔの関係が、例示的に示される。バッテリから利用可能なエネルギーレベルが、所与の時刻８における臨界的なエネルギーレベルＥCを下回る場合、装置により給電されるバッテリのユーザは、再充電予測ユニットによって、バッテリの再充電が必要とされることを通知される。これは、動作の終了時９より前に生じる。
【００５５】
本発明による充電状態及びバッテリの残存実行時間を決定する方法の代替の実施例は、図７においてフローチャートの形態で概略的に図示される。この代替の実施例は、バッテリの充電直後のＥＭＦと、バッテリの放電開始時のバッテリ電圧との間の差として規定される、いわゆる過電圧を考慮する。過電圧は、バッテリの経時変化により強く影響される。したがって、過電圧を考慮することは、バッテリの残存実行時間ｔrを決定するとき、バッテリの経時変化を考慮することを可能にする。
【００５６】
この実施例による方法は、バッテリに残る実際の充電状態ＳｏＣlと、放電開始時の充電状態ＳｏＣstとの間の実証的な関係に依存する。
0005394376.tif 000007
ここでＴは実際の一定の温度を℃で表し、Ｃは、Ｃレート放電電流である。それゆえ、実世界の用途に使用されるバッテリの残りの実行時間を決定するための方法を使用する前に、パラメータζ、θ、γ、σ、α、βを決定するため、それぞれのバッテリの通常の振る舞いが、所与の温度Ｔ及びＣレート放電電流Ｃに対して実験的に測定されなければならない。
【００５７】
したがって、図７のステップ２００（ＳｏＣl対ＳｏＣstを決定するステップ）において、特定のバッテリに残る充電状態ＳｏＣlは、放電開始時の異なる充電状態ＳｏＣstに対して、上述されるＥＭＦ測定から決定される。これらの測定に対して、温度Ｔ及び放電電流Ｃは、これらがバッテリの使用される条件に類似するように選択され、例えばインプラントを給電するには、３７℃、５０ｍＶの定電流が選択される。ステップ２０１（測定された曲線に対して実証的な公式をフィッティングするステップ）において、測定から得られた曲線は、上の関係によりフィッティングされ、続いてステップ２０２（パラメータζ、θ、γ、σ、α、βを取得するステップ）においてパラメータζ、θ、γ、σ、α、βを抽出する。ステップ２０２がうまく完了した後、得られた実証的な関係は、動作条件のもとでの同じバッテリ装置の残りの実行時間ｔrを決定するために使用され得る。
【００５８】
ステップ２０３（再充電前にバッテリの充電状態を決定するステップ）において、バッテリの充電状態ＳｏＣsiは、ステップ２０４（バッテリを充電するステップ）においてバッテリの再充電を開始する前に決定される。再充電する間にバッテリに流れる電荷量は、ステップ２０５（Ｑchを決定するステップ）において、全充電期間に渡ってバッテリに流れる充電電流Ｑchを積分することにより、決定される。充電が完了した後、充電状態ＳｏＣsfは、ステップ２０６（ＳｏＣsfを決定するステップ）において決定される。充電する間に決定される３つのパラメータＳｏＣsi、ＳｏＣsf、及びＱchから、バッテリから利用可能な最大電荷容量Ｑmaxが、以下の式からステップ２０７（Ｑmaxを計算するステップ）において計算される。
0005394376.tif 000008
【００５９】
ステップ２０８（ＳｏＣstを決定するステップ）において、電流Ｃ及び周辺温度Ｔにおける放電プロセスの開始時のバッテリの充電状態ＳｏＣstは、上記のように決定される。百分率でのＳｏＣstの値は、ステップ２０９（ＳｏＣlを計算するステップ）における上記の関係に従って、残りの充電状態ＳｏＣlを計算するために使用される。定電流Ｃでバッテリの放電が開始したとき、充電状態ＳｏＣd及び放電電流Ｉdは、ステップ２１０（ＳｏＣd及びＩdを決定するステップ）においてすぐに決定される。
【００６０】
すべての必要なパラメータＱmax、ＳｏＣd、ＳｏＣl及びＩdを取得すると、残りの実行時間ｔrは、以下の式からステップ２１１（ｔrを計算するステップ）において分単位で計算され得る。
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【００６１】
図３乃至図５は、本発明の実施例によるバッテリの充電状態を決定する方法及び再充電予測ユニットの応用を示す。想定される応用は、図３において示される。この例は、充電式脳深部電気刺激装置１００に関する。装置は、充電式バッテリ１０２によって給電されるプログラミングユニット１０１によって、特定の刺激プログラムに対してプログラムされる。これらの装置は、充電器１０３によって充電される。バッテリのエネルギー量は、装置内の電力管理ユニットにより測定され、これは、充電器１０３に伝えられる。示される例の図１の要素Ｃ１に対応する電力管理ユニットは、プログラムユニット１０１に統合され、一方、他の要素は、再充電予測ユニット１０４自身の一部である。充電が終了すると、充電器１０３は、更新されたエネルギー量を充電予測ユニット１０４に伝える。再充電後のバッテリ１０２の充電状態及び刺激プログラムのパラメータ、すなわち装置１００の消費エネルギーに基づいて、以下において、再充電予測ユニットは、バッテリ損失のカーブを推定する。充電予測ユニット１０４は、内部クロックをリセットし、再充電が終了した後に経過した時間をトラッキングする。推定されたエネルギー準位又は推定された残りの実行時間が（例えば医師により設定される、又は装置において事前にプログラムされる）臨界値を下回る場合、再充電予測ユニットは、コンピュータディスプレイ又はテレビであり得るディスプレイ上でユーザにメッセージを提供し、ユーザに対して装置を充電するように示唆する。ユーザは、患者、医師、又は患者の親戚であり得る。
【００６２】
更なる用途が図４及び５において示され、同じパーツは、同じ参照符号を割り当てられる。
【００６３】
図４は、充電式バッテリ１０２で実行される煙検出器１１０を示す。充電器１０３に組み込まれる物理的に別個の充電インジケータ１０４は、残りの動作時間を予測し、検出器のバッテリが再充電を必要とするときにユーザに通知する。
【００６４】
図５は、充電式バッテリ１０２により給電されるアラーム時計１２０を示す。再充電ユニット１０３に組み込まれる物理的に別個の充電インジケータ１０４が、残りの実行時間を予測し、時計のバッテリが充電を必要とするとき、ユーザに通知する。
【００６５】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示され、記載されるが、このような例示及び説明は、説明又は例示であると考慮され、制限するものと考慮されるべきではなく、本発明は、開示された実施例に制限されない。
【００６６】
開示された実施例に対する他の変形例は、図面、詳細な説明、及び請求項を読み、請求項の発明を実施する当業者によって理解され、想到され得る。請求項における「有する」という語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形の表記は、複数形を排除しない。ある手段が相互に異なる従属請求項において繰り返されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。いずれの参照符号及び請求項も、範囲を制限するとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００６７】
１              再充電予測ユニット
Ｃ１乃至Ｃ４    必須要素
１０            ＲＰＵ：バッテリが再充電を必要とする
１１            充電器／ＲＰＵをバッテリに接続する
１２            充電器がエネルギー供給を引き継ぐ
１３            バッテリ緩和
１４            ＲＰＵ：ＥＭＦを測定する
１５            ＲＰＵ：ＳｏＣsiを決定する
１６            バッテリを充電する
１７            ＲＰＵ：電荷量Ｑchを決定する
１８            ＲＰＵ：ＥＭＦを測定する
１９            ＲＰＵ：ＳｏＣsiを決定する
２０            ＲＰＵ：Ｑmaxを計算する
２１            充電器／ＲＰＵを切断する
１００          刺激装置
１０１          プログラミングユニット
１０２          充電式バッテリ
１０３          充電器
１０４          予測ユニット
１１０          煙検出器
１２０          アラーム時計
２００          ＳｏＣl対ＳｏＣsを決定する
２０１          実証的な式を測定された曲線にフィッティングする
２０２          フィッティングパラメータζ、θ、γ、σ、α、βを得る
２０３          再充電前にバッテリの充電状態を決定する
２０４          バッテリを充電する
２０５          Ｑchを決定する
２０６          ＳｏＣsfを決定する
２０７          Ｑmaxを決定する
２０８          ＳｏＣstを決定する
２０９          ＳｏＣlを計算する
２１０          ＳｏＣd及びＩdを決定する
２１１          残りの実行時間ｔrを計算する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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