(57)【要約】バッテリ充電方法およびシステムを提供する。バッテリ充電方法は、少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電し、第１時間期間の終了時にバッテリの充電状態を判定し、第２時間期間の終了時にバッテリがほぼ完全に充電されている場合、バッテリ（１００）を第１電圧で第２時間期間充電し、更にバッテリを第２電圧で第３時間期間充電するステップから成る。バッテリ充電システム（２１０）は、電流源と、カットオフ電圧コントローラ／タイマ（２１６）と、少なくとも１つのバッテリと、電圧／電流レギュレータのそれぞれとを備えており、電圧／電流レギュレータのそれぞれの各々に印加する電圧を規制する。
2005517279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのバッテリを充電する方法であって、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和である、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値に等しい、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧にほぼ等しい、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧にほぼ等しい、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間である、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間である、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記代替第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記方法の前記ステップを、カットオフ電圧コントローラ／タイマによって制御する、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマがマイクロコントローラである、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記方法の前記ステップを、マイクロコントローラによって制御する、方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのバッテリを充電する方法であって、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成り、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和であり、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値にほぼ等しく、
前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧にほぼ等しく、
前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧にほぼ等しく、
前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記代替第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、方法。
【請求項１３】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
カットオフ電圧コントローラ／タイマと、
少なくとも１つのバッテリと、
前記バッテリの各前記それぞれに印加する電圧、および前記バッテリの各前記それぞれに供給する電流を規制する、電圧／電流レギュレータのそれぞれと、
を備え、
前記カットオフ電圧コントローラ／タイマは、前記電圧／電流レギュレータの制御によって、前記電圧を制御し、前記バッテリの各前記それぞれに印加する前記電圧の時間期間を制御する、バッテリ充電システム。
【請求項１４】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマがマイクロコントローラである、バッテリ充電システム。
【請求項１５】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行する、バッテリ充電システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のバッテリ充電システムにおいて、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマは、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記プロセスのステップを制御する、バッテリ充電システム。
【請求項１７】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行し、該ステップが、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成る、バッテリ充電システム。
【請求項１８】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行し、該ステップが、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成り、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和であり、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値にほぼ等しく、
前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧にほぼ等しく、
前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧にほぼ等しく、
前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記代替第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、バッテリ充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、バッテリ充電方法およびシステムに関し、更に特定すれば、バッテリの過充電を防止する充電方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の引用
本願は、２件の同時係属中の出願に関連がある。一方の特許出願は、"Battery Charging System"（バッテリ充電システム）と題し、他方の特許出願は"Battery Charging Method and System"（バッテリ充電方法およびシステム）と題し、各々、発明者Michael CheikyおよびTe-Chien Flex Yangによるものであり、出願番号は未定で、各々２００１年１２月１４日に出願され、これらの内容はこの引用により本願にも含まれることとし、本願に関しては従来技術であるとは認められるものではない。
【０００３】
背景技術
電気エネルギを蓄積するための再充電可能バッテリ、およびバッテリを消耗した後にバッテリを充電し再度バッテリを充電状態にするバッテリ充電器は公知であり、特殊なものではない。通例では、バッテリは、完全なまたは部分的な消耗の後に充電するが、その際、エネルギをバッテリに送り込み、バッテリ内部の化学的プロセスを逆に行い、電圧をバッテリに印加し、電流をバッテリに流すことによって電荷を再生する。一般的な充電方法では、バッテリのバッテリ電圧よりも高い電源電圧を充電するバッテリに印加し、バッテリが追加の電流を受け入れるのを中止したときに充電を停止する。このような充電方法は、充電開始時におけるバッテリの充電状態を考慮しておらず、殆ど常にバッテリに有害な影響を及ぼす結果となり、性能低下およびバッテリの短寿命化を招く。
【０００４】
過充電を極力抑え、そうすることによってバッテリの性能を高め寿命を延ばすバッテリ充電方法が求められている。このバッテリ充電方法は、１つ以上のバッテリを同時に充電でき、バッテリの充電状態、即ち、バッテリがかなり充電されているか、またはほぼ完全に消耗したかについて、充電サイクル中の早い時期に評価し、このような充電状態に基づいてしかるべくバッテリを充電しなければならない。
【０００５】
バッテリは、一般に、２つ以上の直流電気セル(galvanic cell)から成る。異なる材料の２つの電極が、電気的に互いに隔離されているが、共通のイオン導通電解質内に置かれている。バッテリの過充電は、複雑で望ましくない副反作用に至る可能性があり、特にこれらは電解質の分解に関与する。後者は気体の生成を招く可能性があり、そのためにバッテリの内部インピーダンスが増大する。このようにバッテリ内部インピーダンスが増大したバッテリは、最適動作状態からすぐに逸脱する可能性がある。加えて、過充電は、樹脂状結晶の成長を助長し、このためにバッテリの短絡が生ずる。一方、現在ではバッテリに高電力密度化が増々要求されているので、過小充電はいずれの充電方式においても回避しなければならない。
【０００６】
銀系バッテリは、通例、高いエネルギ密度、即ち、高いエネルギ対重量および体積比、比較的高い電流ドレインでエネルギを送り出す能力、および高い信頼性を有しているので、今日のエネルギ蓄積および供給の要求を満たすばかりでなく、次世代技術に用いる有力な候補にもなっている。このように、過充電の悪影響を極力抑えたバッテリ充電方法およびシステムが求められている。
【０００７】
銀系バッテリの充電は、銀の２つの活性酸化状態(active oxidation state)を反映する２つのプラトー(plateau)によって特徴付けられる。最初のプラトーが現れるのは、銀を一価酸化銀（Ａｇ２Ｏ）に変換するときであり、２番目のプラトーは、二価銀（ＡｇＯ）の形成を反映する。充電の終末に向かうに連れて、通常最大容量の約９０％において、プラトーは急激に上昇する曲線に変形し、バッテリの過充電が始まる。このため、最大充電電圧および充電電流を制限するバッテリ充電方法およびシステムが必要となる。このバッテリ充電方法およびシステムは、バッテリの充電を徐々に減らして行き、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリの損傷を防止しなければならない。バッテリを損傷するガス化(gassing)は最少に抑えなければならない。
【０００８】
銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性および拡張性を高めたバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長期間にわたって交換を不要とするか、または最小限に抑える必要がある。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるかまたは殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【０００９】
これまでにも様々なバッテリ充電方法およびシステムが知られている。しかしながら、これらバッテリ充電方法およびシステムには、前述の要望を満たすものはない。
分路レギュレータを用いた様々な充電方法およびシステムが開示されている。
【００１０】
米国特許第５，８２１，７３３号(Turnbull)および第５，７４７，９６４号(Turnbull)は、再充電バッテリ、およびセルの各々と並列に接続するように構成した複数の分路レギュレータを含む、多数の直列接続バッテリ・セルのバッテリ充電システムを開示する。充電中に各セルの電圧を監視する。あるセルが最大に充電されたときに、最大充電セルを避けて、過剰充電電流を分路し、残りのセルを引き続き充電することができる。
【００１１】
Turnbullは、この分路レギュレータの様々な実施形態を示している。Turnbullの実施形態の１つでは、Turnbullは各々バッテリ・セルと並列な分路レギュレータを単に示すに過ぎない。別の実施形態では、Turnbullは、分路レギュレータと電界効果トランジスタとを用い、そのドレインおよびソース端子を、各バッテリ・セル間で並列に接続する。各分路レギュレータは、電圧検知回路の制御下にあり、電圧検知回路は、バッテリ・セルの実際のセル電圧を検知し、それを基準電圧と比較する差動増幅器を、充電回路のいずれかの場所に含む。更に別の実施形態では、Turnbullは複数の隔離スイッチを用いてバッテリ・セルを充電回路から切断し、バッテリ充電器が使用されていないときに、バッテリ・セルがセルを放電するのを防止する。
【００１２】
米国特許第５，９８２，１４４号(Johnson et al)は、分路回路を有する再充電可能電源過充電保護回路を開示する。分路回路は、最大充電限度にまで充電したときに、電流を分路し、バッテリまたは一連のバッテリ・セルのバッテリ・セルを迂回させる。分路回路は、各バッテリ・セル間に接続した分路レギュレータを含む。
【００１３】
米国特許第６，０２５，６９６号(Lenhart et al)は、電圧または温度のような、バッテリ・セルの動作状態を検出するセンサと、リチウム・イオン・バッテリのバッテリ・セル間に接続したコントローラとを有するバッテリ・セル・バイパス・モジュールを開示する。コントローラは、導通モードに変化するように動作し、こうして電流を分路させバッテリ・セルを迂回させることができる。コントローラは、入力が所定値を超過する場合、電圧過剰出力信号を送信するように動作可能な電圧制限演算増幅器と、電流を迂回させる所定のゲート電圧を有するトランジスタとを含む。トランジスタは、電圧制限演算増幅器からの電圧過剰出力信号に応答して、バッテリ・セルを迂回するように電流を分路させる。
【００１４】
米国特許第４，７１９，４０１号(Altmejd)は、直列接続した一連のバッテリ・セルにおいて、各々、各セル間から分路したツエナー・ダイオードを開示する。
プラトーおよび変曲点を用いた様々な充電方法およびシステムが開示されている。
【００１５】
米国特許第５，６４２，０３１号(Brotto)は、充電状態を検出するバッテリ再充電システムを開示する。これは、初期状態において、充電するバッテリが既に完全充電状態にあるかまたはほぼ完全充電状態にあるか否か検出して、過充電を防止する。充電状態の検査を最初にバッテリに対して行う際、電流パルスを印加し、得られた電圧減衰特性を観察する。最初からほぼ完全に充電されていたバッテリは、さほど完全に充電されていないバッテリよりも、大きな電圧減衰を呈する。このバッテリ検査の初期状態の結果を用いてバッテリの充電を最良に終了させる方法を決定する。
【００１６】
米国特許第４，３９２，１０１号(Saar et al)および米国特許第４，３８８，５８２号(Saar et al)は、経時的なバッテリ特性変動の素描(profile)を分析することによって、高速にバッテリを充電する方法および装置を開示する。この特性は、バッテリが充電されるに連れて蓄積される化学的エネルギの変化を示す。この方法は、一連の特定の挙動(event)の発生について特性図を分析することから成り、特性図は、好ましくは、高速充電速度の適用を中断すべき時点を特定する１つ以上の変曲点を含む。別の分析方法では、制限時間値、電圧または電圧の傾き、あるいは蓄積エネルギのレベルの負方向への変化というような別の挙動の発生時に、充電電流を停止するかまたは制御する。経時的な特性変化を分析するには、好ましくは、特性の連続値を測定し、傾きを計算し、連続する傾きの値を比較して、変曲点および特性変化におけるその他の有意な挙動を識別する。これらの方法を実行する装置は、電源と、特性図を分析し電源を制御するマイクロコンピュータとを備えている。
【００１７】
SaarおよびBrottoは、少なくとも４つの別個の領域に分離可能な電圧−時間曲線を示す。領域Ｉは、バッテリを最初に充電器に取り付け、充電を開始した直後における、充電シーケンスの開始を表す。充電シーケンスが領域Ｉを通過した後、充電曲線は、更に安定した領域ＩＩに入る。領域ＩＩは、一般に、充電シーケンスの中で最も長い領域であり、バッテリ自体内部における殆どの内部化学的変換によって特徴付けられる。このために、バッテリの電圧は領域ＩＩ全域では殆ど上昇せず、したがってこの領域は充電曲線におけるプラトー領域を表す。領域ＩＩの終了時に、曲線の変曲点があり、これは領域ＩＩから領域ＩＩＩへの遷移を表し、曲線の傾きが減少基調から増大基調に変化する点によって認められる。領域ＩＩＩは、バッテリ電圧が時間に対して急速に上昇する領域であり、したがって急速電圧上昇領域を表す。領域ＩＩＩによってバッテリ電圧がその最大充電状態まで上昇するに連れて、バッテリの内圧および温度も上昇する。バッテリ内部の温度および圧力の効果が広まると、バッテリ電圧の上昇が徐々に減少し始める。この漸減効果は、別の変曲点として認められ、電圧導関数曲線ｄＶ／ｄｔにおける鋭い降下によっても特徴付けられる。領域ＩＶは、後者の屈曲点に続く最大充電領域を表し、充電終了目標を含む。充電電圧は、非常に短い時間期間だけ、充電終了目標において安定する。したがって、充電が継続すると、バッテリ内部で更に加熱が進むことによって、バッテリの電圧が低下し、加えてバッテリに損傷を与える原因にもなり得る。
【００１８】
米国特許第６，２１５，３１２号(Hoenig et al)は、ＡｇＺｎバッテリを分析する方法および装置を開示する。これは、充電状態に対応する高および低電圧プラトー状態を有するバッテリのステータスを診断する。
他にも高速充電装置およびバッテリが開示されているが、その一部は複雑で入り組んでいる。
【００１９】
米国特許第５，３０７，０００号(Podrazhansky et al)は、充電および放電パルスのシーケンスを用いる方法および装置を開示する。放電パルスは、充電パルスの振幅(magnitude)とほぼ同じ振幅を有するが、充電パルスの期間よりはかなり短い期間を有することが好ましい。放電パルスは負方向スパイク(negative-going spike)を生じ、これを測定して、充電を停止するように促す。
【００２０】
米国特許第６，０９７，１７２号(Podrazhansky et al)は、放電パルス、次いで第１休止期間に続いて充電パルスを発生し、次いで第２休止期間に続いて別の放電パルスを発生する技法によって、バッテリを充電する装置および方法を開示する。第２休止期間の内選択したものの時間を延長し、バッテリの平衡を取り、バッテリの開放回路電圧を静定させ、バッテリの過充電状態を反映できるようにする。個別に延長した第２休止期間中に測定した開放回路電圧を比較することによって、小さな電圧低下を検出し、気体が発生し開放回路電圧に影響を及ぼすとき等、過充電状態を判定するために用いる。一旦過充電を検出したなら、バッテリの充電を停止する。米国特許第６，２３２，７５０号(Podrazhansky et al)も、二極波形を利用してバッテリの急速充電を行う、別のバッテリ充電器を開示している。
【００２１】
米国特許第５，２０４，６１１号(Nor et al)および米国特許第５，３９６，１６３号(Nor et al)は、実質的にバッテリまたはセルの電流を受け入れる能力を超えない速度で、制御した電流によって再充電可能バッテリおよびセルを高速充電する回路を開示する。充電電流が中断している間に、バッテリ・セルの無抵抗端子電圧を検出し、独立した基準電圧と比較して、基準電圧と検知した無抵抗端子電圧との間に差が存在するときの充電電流を制御する。
時間を充電における因子として用いた、様々な充電方法およびシステムが開示されている。
【００２２】
米国特許第６，１３７，２６８号(Mitchell et al)が開示するバッテリ充電システムでは、長い時間期間（秒単位）にわたって電流の平均を取り、最大平均充電レートを判定する。この長い時間期間で充電電流を積分して、１期間に対してプログラムした最大充電値に達した場合、固定した長い期間の残りの間電流を直ちに遮断する。
【００２３】
米国特許第６，２１５，２９１号(Mercer)は、バンドギャップ基準回路を有する制御回路を開示する。この回路は、放電したバッテリに高い一定充電電流を印加する時間長を最大限延長することによって、バッテリ充電システムの充電サイクル時間を最短化する。
他にも充電装置、バッテリ、および方法が開示されているものの、前述の要望を満たすものは未だない。
【００２４】
米国特許第５，１６６，５９６号(Goedken)は、可変量充電電流源を有するバッテリ充電器を開示する。米国特許第６，２２２，３４３号(Crisp et al)は、異なる種類のバッテリを充電可能なバッテリ充電器、バッテリの充電方法、およびバッテリ充電器を動作させるソフトウエア・プログラムを開示する。
【００２５】
米国特許第５，３８７，８５７号(Honda et al)、第５，４３８，２５０号(Retzlaff)、第５，９９４，８７８号(Ostergaard et al)、第６，０３７，７５１号(Klang)、第５，０８９，７６５号(Yamaguchi)、第４，１１３，９２１号(Goldstein et al)、第５，０４９，８０３号(Palanisamy)、第５，１６０，８８０号、第６，１２４，７００号(Nagai et al)、(palanisamy)、第４，７４５，３４９号(Palanisamy)、第５，７２１，６８８号(Bramwell)、第６，２５２，３７３号(Stefansson)、第５，２７０，６３５号(Hoffman et al)、第６，１０４，１６７号(Bertness et al)、第３，７０８，７３８号(Crawford et al)、英国特許第ＧＢ２１７８６０８Ａ号(Yu Zhiwei)および第８９２，９５４号(Wolff)、国際特許第ＷＯ００／１４８４８号(Simmonds)および第ＷＯ０１／４７０８６号(Gabehart et al)、フランス国特許第ＦＲ２６８３０９３−Ａ１号(Michelle et al)、およびヨーロッパ特許出願第ＥＰ１０７６３９７Ａ１号(Klang)は、各々、別の装置、バッテリ、および方法を開示するが、いずれも前述の要望を満たしていない。
【００２６】
前述の理由から、過充電の悪影響を極力抑え、したがってバッテリの高性能化および長寿命化を図ったバッテリ充電方法およびシステムが求められている。このバッテリ充電方法およびシステムは、１つ以上のバッテリを同時に充電可能であり、バッテリの充電状態、即ち、バッテリかなり充電されているか、またはほぼ完全に消耗したかについて、充電サイクル中の早い時期に評価し、このような充電状態に基づいてしかるべくバッテリを充電しなければならない。この充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限しなければならず、バッテリの充電を徐々に減少させ、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリに対する損傷を防止しなければならない。バッテリを損傷するガス化は、極力抑えなければならない。銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性および拡張性を高めたバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済まさなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、過充電の悪影響を極力抑えることによって、バッテリの高性能化および長寿命化を図ったバッテリ充電方法およびシステムに関する。このバッテリ充電方法およびシステムは、１つ以上のバッテリを同時に充電可能であり、バッテリの充電状態、即ち、バッテリがかなり充電されているか、またはほぼ完全に消耗したかについて、充電サイクル中の早い時期に評価し、このような充電状態に基づいてしかるべくバッテリを充電する。この充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限し、バッテリの充電を徐々に減少させ、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリに対する損傷を防止する。バッテリを損傷するガス化は、極力抑える。銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性および拡張性を高めたバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済ませるようにしなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。本発明の充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限し、バッテリの充電を徐々に減少させる。加えて、本方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能であり、前述の要望を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の特徴を有するバッテリ充電方法は、少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、第１時間期間の終了時に、少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、第１時間期間の終了時に少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、第１電圧において第２時間期間少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、第１時間期間の終了時に、少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、第１電圧において代替第２時間期間少なくとも１つのバッテリを充電し、更に第２電圧において代替第３時間期間少なくとも１つのバッテリを充電するステップとから成る。
【００２９】
本発明の特徴を有するバッテリ充電システムは、電流源と、カットオフ電圧コントローラ／タイマと、少なくとも１つのバッテリと、バッテリのそれぞれ各１つに印加する電圧、およびバッテリのそれぞれ各１つに供給する電流を規制する、電圧／電流レギュレータのそれぞれとを備え、カットオフ電圧コントローラ／タイマは、電圧／電流レギュレータの制御によって、電圧を制御し、バッテリのそれぞれ各１つに印加する電圧の時間期間を制御する。
【００３０】
バッテリ充電方法およびシステムは、バッテリに供給する電流の流れを規制する。電流は、定充電電流源から発生する。バッテリ充電方法およびシステムは、バッテリに供給する電流を整形し、バッテリに供給する電流を徐々に減少させるために用いることもできる。
【００３１】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、ならびに利点は、以下の説明、添付した特許請求の範囲、および添付図面を参照することにより、一層良く理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
これより、図面の図１から図１２を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。種々の図面における同一要素は、同じ参照番号で識別することとする。
【００３３】
図１は、本発明のバッテリ充電方法１００のステップを示す。バッテリ充電方法１００は、ステップ１０１にて開始する。ステップ１０２において、充電するバッテリを第１時間期間第１電圧で充電する。第１時間期間の終了時に、ステップ１０３において、バッテリを評価して充電状態を判定する。即ち、バッテリがほぼ完全に充電されているか否か、またはバッテリの電荷がほぼ完全に消耗しているか判定する。ステップ１０３において、第１時間期間の終了時にバッテリがほぼ完全に充電されていると判定した場合、ステップ１０４において、バッテリを第２時間期間第１電圧で充電する。次いで、ステップ１０５において、バッテリを第３時間期間第２電圧で充電する。ステップ１０３において、第１時間期間の終了時においてバッテリがほぼ完全に充電されていないと判定した場合、即ち、第１時間期間の終了時においてバッテリがほぼ完全に消耗していると判定した場合、ステップ１０６において、バッテリを代替第２時間期間第１電圧で充電する。次いで、ステップ１０７において、バッテリを代替第３時間期間第２電圧で充電する。ステップ１０８において、バッテリ充電方法１００は終了する。
【００３４】
図２は、銀系バッテリの典型的な充電特性図２０２を示し、充電中に、銀の２つの活性酸化状態を反映するバッテリ電圧を、時間の関数として表している。銀系バッテリは、２カ所にプラトーを有するのが通例である。第１プラトー２０４は、「プラトー領域」と呼ばれ、銀が一価酸化銀（Ａｇ２Ｏ）に形質転換したときに現れ、通例では、バッテリ容量の１０％変化毎に、４％未満の電圧変化を有する。バッテリ内の銀は、「プラトー領域」において、一価酸化銀に変換する。更にバッテリを充電すると、バッテリは第２プラトー２０６に達する。これは、二価の銀種（ＡｇＯ）の形成を示す。充電の終焉に近づくに連れて、通常では最大容量の約９０％において、プラトーは鋭く立ち上がる曲線２０７に変形し、バッテリの過充電が始まる。バッテリの化学薬品やその他のパラメータによっては、別のプラトーも存在する場合がある。
【００３５】
本発明の教示に関連して、以下の経験的観察をその一部として紹介する。これらは、図１に示した、本発明のバッテリ充電方法１００に適用可能である。これらの経験的観察は、特に銀系バッテリに関連がある。
【００３６】
銀系バッテリを充電するために必要な総時間は、Ｔｔｏｔａｌ＝Ｃ／ＩＣＣで定義することができる。ここで、Ｃはバッテリの容量、ＩＣＣはバッテリに供給する充電電流の値である。総時間Ｔｔｏｔａｌは、例えば、第１時間期間Ｔ１、第２時間期間Ｔ２、および第３時間期間Ｔ３のような時間期間を有するものとして定義することができる。第１時間期間Ｔ１は、前述のように、第１電圧での充電の開始から、バッテリを評価してこのバッテリがほぼ完全に充電されているかまたはほぼ完全に消耗しているか判定するまでの時間期間として定義することができる。第２時間期間Ｔ２は、第１時間期間Ｔ１の終了時から第３時間期間の開始までの、第１電圧で充電する時間期間として定義することができる。第３時間期間Ｔ３は、第２時間期間Ｔ２の終了後から充電の終了までの、第２電圧でバッテリを充電する時間期間として定義する。したがって、バッテリを充電するために要する総時間Ｔｔｏｔａｌは、第１時間期間Ｔ１、第２時間期間Ｔ２、および第３時間期間Ｔ３の和となり、総時間Ｔｔｏｔａｌ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３となる。
【００３７】
以上の経験的観察および本発明の教示に加えて、以下のようにバッテリの充電を最適化することができる。
【００３８】
１）完全充電近くから開始するバッテリでは、第３時間期間Ｔ３の開始まで、第１時間期間Ｔ１および第２時間期間Ｔ２の和にほぼ等しい時間期間Ｔｖ１の間第１電圧でバッテリを充電し、次いで第３時間期間Ｔ３の間、第１時間期間Ｔ１および第２時間期間Ｔ２の和である時間期間Ｔｖ１の約１／５の時間だけ第２電圧でバッテリを充電する。
【００３９】
２） 比較的消耗したバッテリ状態において開始するバッテリでは、代替第３時間期間Ｔ３’の開始まで、第１時間期間Ｔ１および代替第２時間期間Ｔ２’の和にほぼ等しい代替時間期間Ｔｖ１’の間第１電圧で充電し、次いで代替第３時間期間Ｔ３’の間、第１時間期間Ｔ１および代替第２時間期間Ｔ２’の和である代替時間期間Ｔｖ１’の好ましくはほぼ半分の時間だけ、第２電圧で充電する。
【００４０】
３）第１電圧は、充電特性図２０２の第１プラトー２０４および第２プラトー２０６の間の電圧である、電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい。
【００４１】
４）第２電圧は、充電特性図２０２の鋭く上昇する曲線２０７の前に、第２プラトー上またはそれよりも多少上における電圧である電圧Ｖ２（２０９）にほぼ等しい。
【００４２】
５）更に具体的には、充電特性図２０２の第１プラトー２０４および第２プラトー２０６の間の電圧である電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい第１電圧でバッテリを充電し、充電開始からの第１時間期間Ｔ１を時間期間δとして選択する。δは、δ＝φＣ／ＩＣＣと定義され、０．０５＜φ＜０．１０である。
【００４３】
６）第１時間期間Ｔ１の終了から第３時間期間Ｔ３の開始までの第２時間期間Ｔ２をほぼＴ２＝αＣ／ＩＣＣと選択し、０．７０＜α＜０．８０とする。更に、第３時間期間Ｔ３をほぼＴ３＝βＴ２と選択し、０．１５＜β＜０．２５とする。
【００４４】
７）第１時間期間Ｔ２の終了から代替第３時間期間Ｔ３’までの代替第２時間期間Ｔ２’をほぼＴ２’＝α’Ｃ／ＩＣＣと選択し、０．５５＜α’＜０．６５とする。代替第３時間期間Ｔ３’をほぼＴ３’＝βＴ２’と選択し、０．１５＜β’＜０．２５とする。
【００４５】
８）銀系バッテリを充電するために要する総時間を、Ｔｔｏｔａｌ＝Ｃ／ＩＣＣと定義する。Ｃはバッテリの容量であり、ＩＣＣはバッテリに供給する充電電流の値である。ここで、バッテリを充電するために要する時間期間Ｔｔｏｔａｌは、第１時間期間Ｔ１、第２時間期間Ｔ２、および第３時間期間Ｔ３の和である。つまり、総時間Ｔｔｏｔａｌ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３である。
【００４６】
９）充電特性図２０２の第２プラトー２０６でバッテリＢ１（２１８）のそれぞれ１つずつを充電する実質的な時間である、時間期間Ｔ３または代替時間期間Ｔ３’に特別な注意を払う。何故なら、バッテリを過剰に長い時間充電した場合、第２プラトー２０６においてガス化が発生し始めるからである。
【００４７】
したがって、本発明のバッテリ充電方法１００は、先に開示した値を用いることによって、銀亜鉛バッテリに対して最適化することができる。
【００４８】
この場合も、バッテリ充電方法１００は、図１に示すように、ステップ１０１において開始する。したがって、ステップ１０２において、充電開始から第１時間期間Ｔ１の間、充電特性図２０２の第１プラトー２０４および第２プラトー２０６の間の電圧である、電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい第１電圧で、銀系バッテリを充電することが好ましい。Ｔ１＝φＣ／ＩＣＣ、０．０５＜φ＜０．１０である。第１時間期間Ｔ１の終了時に、ステップ１０３においてバッテリを評価して、充電状態を判定する。即ち、バッテリはほぼ完全に充電されているか、またはバッテリの電荷はほぼ消耗しているか判定を行う。ステップ１０３において、第１時間期間Ｔ１の終了時にバッテリがほぼ完全に充電されていると判定した場合、ステップ１０４において、第１時間期間Ｔ１の終了から第３時間期間Ｔ３の開始までの時間期間である、第２時間期間Ｔ２の間、バッテリを第２電圧で充電することが好ましい。Ｔ２＝αＣ／ＩＣＣ、０．５５＜α＜０．６５である。次に、ステップ１０５において、第３時間期間Ｔ３＝βＴ２（０．４５＜β＜０．５５）の間、通例では充電特性図２０２の鋭く上昇する曲線２０７の前にある、第２プラトー上の電圧またはこれより多少高い電圧である、電圧Ｖ２（２０９）にほぼ等しい第２電圧でバッテリを充電する。ステップ１０３において、第１時間期間の終了時にバッテリがほぼ完全に充電されていないと判定した場合、即ち、第１時間期間の終了時にバッテリがほぼ完全に消耗している場合、ステップ１０６において、代替第２時間期間Ｔ２’＝α’Ｃ／ＩＣＣの間（０．７０＜α’＜０．８０）、電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい第１電圧でバッテリを充電することが好ましい。次に、ステップ１０７において、代替第３時間期間Ｔ３’＝β’Ｔ２’（ここで、０．１５＜β’＜０．２５）の間、電圧Ｖ２（２０９）にほぼ等しい第２電圧でバッテリを充電する。バッテリ充電方法１００は、ステップ１０８において終了する。
【００４９】
本発明のバッテリ充電方法１００のステップは、カットオフ電圧コントローラで制御することができ、カットオフ電圧コントローラは、マイクロコントローラ、コンピュータ、またはその他の適したデバイスとすればよい。
【００５０】
図３は、本発明の一実施形態である、バッテリ充電システム２１０のブロック図を示す。これは、先に引用した、発明者Michael CheikyおよびTe-Chien Felix Yangによる"Battery Charging System"と題し、出願番号が未定の２００１年１２月 日に出願した同時係属中のバッテリ充電システム４００とは異なる。即ち、本発明のバッテリ充電システム２１０の各プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２は、制御１電圧入力２１４を有し、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６と共に示されている。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６は、マイクロコントローラとすればよく、ここから制御１電圧入力２１４および電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）を得ることができる。
【００５１】
本発明のバッテリ充電システム２１０は、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の使用によって、直列のままバッテリＢ１（２１８）をバッテリ充電システム２１０から切断することなく、適切な電圧においてバッテリＢ１（２１８）の各々に印加する電流を規制し、整形し、分路させる。
【００５２】
バッテリ充電システム２１０は、複数のカットオフ電圧を有することができ、これらは、規制するために選択したプラトーの数、および充電するバッテリＢ１（２１８）の種類に応じて、制御１電圧入力２１４および電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）に入力することができる。バッテリＢ１（２１８）は、同一および／または異なる特性を有する、同一および／または異なる種類のバッテリでもよい。したがって、バッテリＢ１（２１８）は、同一および／または異なる電気的特性、化学的特性、および／または物理的特性を有することができる。バッテリ充電システム２１０は、充電すべき複数のバッテリＢ１（２１８）と、複数のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２を有することができる。
【００５３】
タイマ制御型スイッチＳ１（２２０）は、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって制御することができ、電流源ＩＣ（２２１）、複数の直列のバッテリＢ１（２１８）、および複数の直列のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２と直列である。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２のそれぞれ各１つは、バッテリＢ１（２１８）のそれぞれ各１つの間で、バッテリＢ１（２１８）のそれぞれ各１つに印加する電圧および供給する電流を規制する。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を個々にプログラムすると、種々の充電方法およびプロセスを受け入れることもできる。
【００５４】
図４は、制御１電圧入力２１４および電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）を有するプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の典型的な１つを示し、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６から通信することができる。制御１電圧入力２１４は、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６内部で得ることができ、あるいは直接手作業でまたは外部ソースから入力することもできる。電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）は、図３ではカットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６を介して入力され、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって制御するように示されているが、これも同様にカットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６内部で得ることもでき、あるいは直接手作業でまたは外部ソースから入力することもできる。
【００５５】
図５は、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の代替実施形態を示し、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８は、制御１電圧入力３０、制御２電圧入力３２、電圧基準入力ＶＣＣｌ（２３４）として示す複数のカットオフ電圧入力を有する。カットオフ電圧の数を増加させるには、単に追加の光アイソレータＵ６０（２３６）を付加し、抵抗抵抗器およびポテンショメータを付随させ、これらに応じてプログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８を較正すればよい。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々のカットオフ電圧の数は、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々において用いられている光アイソレータＵ６０（２３６）の数よりも１つ多い。
【００５６】
図４および図５に示すプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２および２２８の各々は、２００１年１２月に出願され出願番号が未定の、発明者Michael CheikyおよびTe-Chien Felix Yangによる、"Battery Charging System"（バッテリ充電システム）と題する同時係属中の出願に開示されている。しかしながら、他にも適した電圧／電流レギュレータがあればそれを用いてもよく、ここでは以下に手短にその概要を述べる。これは、本発明の種々の教示の理解に役立つであろう。
【００５７】
図４は、制御１電圧入力２１４および電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）を有するプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の典型的な１つを示す。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２は、光アイソレータＵ５０（２５０）を有する。制御１電圧入力２１４における電圧と電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）との間の電圧差から生ずる電流が、制限抵抗器Ｒ４（２５２）を通過して光アイソレータＵ５０（２５０）を活性化し、その結果ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（２５２）がポテンショメータ抵抗器Ｒ２（２５８）の上側部分２５６と並列となる。ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（２５４）の抵抗は、抵抗器Ｒ２（２５８）の上側部分２５６の抵抗と比較すると大きい。可調節バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２６０）に結合される有効抵抗が低下するので、可調節バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２６０）のツエナー基準電圧ＶＲＥＦ（２６２）にオフセットを与える。その結果、制御１電圧入力２１４における電圧の値に応じて、バッテリ充電システム２１０において２つのカットオフ電圧を用いることができる。
【００５８】
バッテリ充電システム２１０の必要性に応じて、カットオフ電圧は、時間の関数として変化するようにプログラムすることができ、あるいは他の命令の結果として変化させることや、固定値を有することや、手作業で変化させることもできる。例えば、カットオフ電圧は、充電特性図２０２の第１プラトー２０４と第２プラトー２０６との間の電圧Ｖ１（２０８）、および通例では鋭く上昇する曲線２０７の手前にある、第２プラトーより多少高い電圧Ｖ２（２０９）に設定することができる。バッテリ充電システムのプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々の制御１電圧入力２１４における電圧は、バッテリ充電システム２１０の必要性および充電するバッテリＢ１（２１８）の種類によっては、異なるカットオフ電圧に設定することもできる。
【００５９】
これより再度図３および図４を参照する。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２は、それぞれのバッテリＢ１（２１８）を充電することができる電圧、即ち、カットオフ電圧を制限する。プログラマブル電圧／電流レギュレータを通例設定する電圧即ちカットオフ電圧を図２に示す。電圧Ｖ１（２０８）は、例えば、充電特性図２０２の第１プラトー２０４および第２プラトー２０６の間の電圧とすることができる。銀亜鉛電池では、電圧Ｖ１（２０８）は、通例では、１．６５から１．９８ボルトの範囲であり、好ましくは１．８７ボルトである。銀カドミウム・バッテリでは、電圧Ｖ１（２０８）は、通例では、１．２５から１．４０ボルトの範囲であり、好ましくは１．３５ボルトであるが、他に適した値があればそれを用いてもよい。電圧Ｖ２（２０９）は、例えば、通例では鋭く上昇する曲線２０７の前にある第１プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧とするとよい。銀亜鉛バッテリでは、電圧Ｖ２（２０９）は、１．９０から２．１０ボルトの範囲であり、好ましくは１．９８ボルトであるが、他に適した値があればそれを用いてもよい。銀カドミウム・バッテリでは、電圧Ｖ２（２０９）は、１．５０から１．６５ボルトの範囲、好ましくは１．５５とすればよいが、他に適した値があればそれを用いてもよい。
【００６０】
図６は、２つのカットオフ電圧と共に用いる図３および図４のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正する方法３００、即ち、２つのカットオフ電圧と共に用いるプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々の制御１電圧入力２１４を較正する方法３００のステップを示す。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正する方法は、ステップ３０１にて開始する。タイマ制御スイッチＳ１（２２０）をオンに設定することによって、バッテリ充電システム２１０内にあるバッテリＢ１（２１８）以外に電流を流し（ステップ３０２）、次いで、制御１電圧入力２１４における電圧を、論理高に対応する高電圧ＶＨＩＧＨに設定する（ステップ３０３）。次に、ポテンショメータＲ２（２５８）を調節して、論理高および高電圧ＶＨＩＧＨに対応する高カットオフ電圧を得て、バッテリＢ１（２１８）を接続すべき電圧とする（ステップ３０４）。次に、制御１電圧入力２１４の電圧を論理低に対応する低電圧ＶＬＯＷに設定し（ステップ３０５）、次いでポテンショメータ抵抗器Ｒ３（２５４）を調節して、論理低および低電圧ＶＬＯＷに対応する低カットオフ電圧を得て、バッテリＢ１（２１８）を接続すべき電圧とする（ステップ３０６）。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正する方法はステップ３０７にて終了し、その後であれば、バッテリＢ１（２１８）を電圧／電流レギュレータ２１２のそれぞれの１つに接続してもよい。
【００６１】
充電中に、制御１電圧入力２１４における電圧を論理低に対応するＶＬＯＷに設定することにより、論理低に対応する電圧ＶＬＯＷを生成し、バッテリＢ１（２１８）を接続すべき電圧とする。あるいは、充電中に、制御１電圧入力２１４における電圧を論理高に対応するＶＨＩＧＨに設定することによって、論理高に対応する電圧ＶＨＩＧＨを生成し、バッテリＢ１（２１８）を接続すべき電圧とする。
【００６２】
図５のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々を較正する方法４００、即ち、複数のカットオフ電圧と共に用いるためにプログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々の制御１電圧入力（２３０）および制御２電圧入力（２３２）を較正する方法４００は、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正する方法３００とほぼ同一であるが、図７に示すように、追加のステップを付加しこれらを用いることによって、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々の制御２電圧入力３２等を較正可能であることを除く。
【００６３】
プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々を較正する方法４００はステップ４０１にて開始する。タイマ制御スイッチＳ１１（２７０）をオンに設定することによって、バッテリ充電システム２１０内にあるバッテリＢ１１（２１８）以外に電流を流し（ステップ４０２）、次いで、制御１電圧入力（２３０）における電圧を、論理高に対応する高電圧ＶＨＩＧＨに設定し（ステップ４０３）、制御２電圧入力（２３２）を、論理低に対応する低電圧ＶＬＯＷに設定する（ステップ４０４）。次に、ポテンショメータＲ２（２７４）を調節して、中間レベル電圧ＶＭＩＤに対応する中間レベル・カットオフ電圧を得て、バッテリＢ１１（２７２）を接続すべき電圧とする（ステップ４０５）。次に、制御１電圧入力（２３０）における電圧を再度論理高に対応する高電圧ＶＨＩＧＨに設定し（ステップ４０６）、次いで、制御２電圧入力（２３２）を再度論理低に対応する低電圧ＶＬＯＷに設定する（ステップ４０７）。次に、ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（２７８）を調節して、論理低および低電圧ＶＬＯＷに対応する低カットオフ電圧を得て、バッテリＢ１１（２７２）を接続すべき電圧とする（ステップ４０８）。次に、制御１電圧入力（２３０）における電圧を再度論理高に対応する高電圧ＶＨＩＧＨに設定し（ステップ４０９）、次いで制御２電圧入力（２３２）を再度論理低に対応する低電圧ＶＬＯＷに設定する（４１０）。次に、ポテンショメータ抵抗器Ｒ４（２７８）を調節して、高カットオフ電圧を得て、バッテリＢ１１（２７２）を接続すべき電圧とする（ステップ４１１）。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々を較正する方法はステップ４１２にて終了し、その後であれば、バッテリＢ１１（２７２）を電圧／電流レギュレータ２２８のそれぞれの１つに接続してもよい。
【００６４】
尚、ステップ４０３および４０４は、前述の代わりに、逆の順序で実行してもよく、あるいはほぼ同時に実行してもよいことを注記しておく。同様に、ステップ４０６および４０７も、前述の代わりに、逆の順序で実行してもよく、あるいはほぼ同時に実行してもよく、更にステップ４０９および４１０も、前述の代わりに、逆の順序で実行してもよく、あるいはほぼ同時に実行してもよい。
【００６５】
一旦２つのカットオフ電圧と共に用いるための図６のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正する方法３００、即ち、２つのカットオフ電圧と共に用いるためのプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々の制御１電圧入力２１４を較正する方法３００が完了したなら、あるいは図７のプログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々を較正する方法４００、即ち、複数のカットオフ電圧と共に用いるためのプログラマブル電圧／電流レギュレータ２２８の各々の制御１電圧入力（２３０）および制御２電圧入力（２３２）を較正する方法４００が完了したなら、バッテリＢ１（２１８）またはバッテリＢ１１（２７２）を、それぞれ、図１、図８および図９に示すステップにしたがって充電することができる。これについては、以下で概要を説明する。
【００６６】
ここで、再度述べるが、図３に示すように、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって制御することができるタイマ制御スイッチＳ１（２２０）は、電流源ＩＣ（２２１）、複数の直列なバッテリＢ１（２１８）、および複数の直列なプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２と直列となっている。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各それぞれ１つは、バッテリＢ１（２１８）の各１つの間で、バッテリＢ１（２１８）のそれぞれの各々に印加する電圧および供給する電流を規制する。プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を個別にプログラムすれば、種々の充電方法およびプロセスを受け入れることができる。したがって、当然認められるべきは、バッテリＢ１（２１８）の各々は同一および／または別々でもよい、即ち、バッテリＢ１（２１８）は同じおよび／または異なる種類でもよく、同一および／または異なる特性を有してもよく、同一および／または異なるカットオフ電圧および充電時間を用いて充電してもよいということである。
【００６７】
カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６は、マイクロコントローラとするとよく、バッテリＢ１（２１８）を充電するのに要する時間を追跡し、タイマ制御スイッチＳ１（２２０）を制御し、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２に供給するカットオフ電圧および電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）を制御するために用いることができる。
【００６８】
本発明のバッテリ充電システム２１０は、少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行することができる。図１、図８、および図９は、本発明のバッテリ充電方法１００をバッテリ充電システム２１０またはその他の適したバッテリ充電システムに適用する場合における、バッテリ充電方法１００のステップを示す。バッテリ充電方法１００のステップの内、あるものは図８および図９において更に詳細に、即ち、下位のステップに分割されており、これらは、バッテリ充電方法１００のステップに組み込むことができる。図８および図９に示すステップの上位３桁の数値は、図１における同じ番号のステップと関連がある。
【００６９】
この場合も同様に、バッテリ充電方法１００は同様にステップ１０１にて開始する。図６に示し前述したように、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々を較正した後、ステップ１０１−１においてカットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６をオンに切り換える。ステップ１０１−２において、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６を初期化する。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６は、初期化ステップ１０１−２の一部として、プログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２の各々の制御１電圧入力２１４を、充電特性図２０２の第１プラトー２０４における電圧Ｖ１（２０８）である第１カットオフ電圧に設定し、電圧基準入力ＶＣＣ（２１７）をプログラマブル電圧／電流レギュレータ２１２に設定し、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６内部のタイマを起動する。次に、ステップ１０１−３において、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６はタイマ制御スイッチＳ１（２２０）を閉じ、電流源Ｉ-Ｃ（２２１）から電流を流し始め、ステップ１０１−４においてバッテリ充電システム２１０にバッテリＢ１（２１８）の充電を開始させる。本発明の前述の教示に基づいて、充電特性図２０２の第１プラトー２０４における電圧Ｖ１（２０８）である第１電圧において充電を開始する。
【００７０】
ステップ１０２において、充電開始から第１時間期間Ｔ１の間、充電特性図２０２の第１プラトー２０４および第２プラトー２０６の間の電圧である電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい第１電圧でバッテリＢ１（２１８）を充電する。Ｔ１＝φＣ／ＩＣＣ、０．０５＜φ＜０．１０である。第１時間期間Ｔ１の終了時に、ステップ１０３において、バッテリを評価して、バッテリの状態を判定する。即ち、バッテリがほぼ完全に充電されているか、またはバッテリの電荷はほぼ消耗しているか判定する。ステップ１０３−１において、バッテリ（２１８）の各々の電圧を測定する。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６はアナログ／ディジタル変換器を内部に有し、バッテリＢ１（２１８）の各々から受けたバッテリ電圧ＶＢ（２０８）の各々を、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６に受け入れ可能なディジタル信号に変換する。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６は、マイクロコントローラとするとよい。ディジタル信号は、バッテリ（２１８）の各々におけるバッテリ電圧ＶＢ（２８０）を表し、ステップ１０３−２においてカットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６内部で、これらを第１ディジタル化電圧と比較する。第１ディジタル化電圧は、電圧Ｖ１（２０８）に実質的に等しい。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６は、バッテリＢ１（２１８）の各々における電圧ＶＢ（２８０）が、充電特性図２０２の第１プラトー２０４における電圧Ｖ１（２０８）に達しているか否か、ステップ１０３−３において判定を行い、次いでステップ１０３−４において、第１カットオフ電圧で充電する時間期間Ｔ２、および第２カットオフ電圧で充電する時間期間Ｔ３を設定する。
【００７１】
バッテリＢ１（２０８）が、第１時間期間Ｔ１の終了時に、充電特性図２０２の第１プラトー２０４における電圧Ｖ１（２０８）に達しているとステップ１０３−３において判定した場合、バッテリＢ１（２１８）はほぼ完全に充電されていると見なされ、ステップ１０４において、バッテリＢ１（２１８）を第１電圧で第２時間期間Ｔ２充電する。カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって、Ｔ２＝αＣ／ＩＣＣおよび０．６０＜α＜０．７０と設定する。
【００７２】
次に、ステップ１０５において、第３時間期間Ｔ３＝βＴ２（０．４０＜β＜０．５０）の間、通例充電特性図２０２の鋭く上昇する曲線２０７の前に位置する第２プラトー上の電圧またはこれよりも多少高い電圧である、電圧Ｖ２（２０９）にほぼ等しい第２電圧でバッテリを充電し、次いで第３時間期間Ｔ３の間電圧Ｖ２（２０９）で充電する。電圧Voltage V2（２０９）および時間期間Ｔ３は、ステップ１０５の間に、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって設定する。
【００７３】
バッテリＢ１（２１８）が、第１時間期間Ｔ１の終了時に、充電特性図２０２の第１プラトー２０４における電圧Ｖ１（２０８）に達していないとステップ１０３−３において判定した場合、バッテリＢ１（２１８）は、ステップ１０３において、第１時間期間の終了時にほぼ完全に充電されていないと見なされる。即ち、バッテリは、第１時間期間の終了時にはほぼ完全に消耗していると見なされ、カットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６による設定にしたがい、ステップ１０６において代替第２時間期間Ｔ２’＝α’Ｃ／ＩＣＣ（ここで、０．８０＜α’＜０．９０）の間、電圧Ｖ１（２０８）にほぼ等しい第１電圧でバッテリを充電する。
【００７４】
次に、ステップ１０７において、代替第３時間期間Ｔ３＝β’Ｔ２’（ここで、０．２０＜β’＜０．３０）の間、電圧Ｖ２（２０９）にほぼ等しい第２電圧でバッテリを充電する。第２電圧VoltageＶ２（２０９）および時間期間Ｔ３は、ステップ１０７の間にカットオフ電圧コントローラ／タイマ２１６によって設定する。バッテリ充電方法１００は、ステップ１０８にて終了する。
【００７５】
図１０は、異なる充電状態を有する典型的な３．０ワット−時銀亜鉛バッテリについての、典型的な充電電圧および時間期間を示す表である。これらは、図１１および図１２にもグラフで表されている。
【００７６】
図１１は、ほぼ完全充電状態から開始して、特定の充電状態における、典型的な３．０ワット−時銀亜鉛バッテリの実際のバッテリ充電特性図であり、本発明のバッテリ充電方法１００および本発明のバッテリ充電システム２１０を用いて充電した結果を示す。
【００７７】
図１１のバッテリ充電特性図は、第１時間期間Ｔ１を１時間とし、その間およびその終了時において、第１カットオフ電圧にあるバッテリを示し、このバッテリはほぼ完全に充電されていることを示す。つまり、１．８７ボルトである第１カットオフ電圧で、１０時間である第２時間期間Ｔ２の間バッテリを充電し続ける。次に、カットオフ電圧を、１．９８ボルトである第２カットオフ電圧に高め、この第２カットオフ電圧で時間期間Ｔ３の間充電する。時間期間Ｔ３は２時間である。第３時間期間Ｔ３の後、バッテリの充電は完了し、その後、バッテリは第１カットオフ電圧における零入力値(quiescent value)に戻る。総バッテリ充電時間は１３時間である。本発明のバッテリ充電方法１００およびバッテリ充電システム２１０を用いた場合、いずれの時点においてもガス化は観察されなかった。
【００７８】
図１２は、ほぼ完全に充電されていない状態から開始して、特定の充電状態における典型的な３．０銀亜鉛バッテリの実際のバッテリ充電特性図であり、本発明のバッテリ充電方法１００および本発明のバッテリ充電システム２１０を用いた充電の結果を示す。
【００７９】
図１２のバッテリ充電特性図は、第１時間期間Ｔ１を１時間とし、その間およびその終了時において、第１カットオフ電圧未満のバッテリ電圧を示し、バッテリがほぼ完全に充電されていないことを示す。つまり、１．８７ボルトである第１カットオフ電圧で、８時間である代替第２時間期間Ｔ２’の間バッテリを充電し続ける。次に、カットオフ電圧を、１．９８ボルトである第２カットオフ電圧に高め、第２カットオフ電圧で代替時間期間Ｔ３’の間バッテリを充電する。代替時間期間Ｔ３’は４時間である。代替第３時間期間Ｔ３’の後バッテリの充電は完了し、その後バッテリは第１カットオフ電圧における零入力値に戻る。総バッテリ充電時間は１３時間である。本発明のバッテリ充電方法１００およびバッテリ充電システム２１０を用いた場合、いずれの時点においてもガス化は観察されなかった。
【００８０】
このように、バッテリ充電システム２１０のバッテリの各々は、本発明のバッテリ充電方法１００を用いると、複数の電流源を使用する必要なく、個々に直列に充電することができる。通例、バッテリ・パックは複数のバッテリを直列に有する場合が多い。したがって、バッテリ・パック内のバッテリ全てを個々にそして独立して、それらそれぞれのカットオフ電圧に直列に充電することができ、そのためバランスの取れたバッテリ・パックを確実に得ることができる。
【００８１】
以上本発明のある種の好適な形態を参照しながら、本発明について比較的詳しく説明したが、他の形態も可能である。したがって、添付した特許請求の範囲の精神および範囲は、この中に含まれる好適な形態の説明には限定されないこととする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、本発明のバッテリ充電方法のステップを示す概略図である。
【図２】図２は、バッテリ充電特性図を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明にしたがって構成したバッテリ充電システムのブロック図である。
【図４】図４は、本発明にしたがって構成したカットオフ電圧コントローラ／タイマの概略図である。
【図５】図５は、本発明にしたがって構成したカットオフ電圧コントローラ／タイマの別の実施形態の概略図である。
【図６】図６は、図４のプログラマブル電圧／電流レギュレータを較正する方法のステップを示す概略図である。
【図７】図７は、図５のプログラマブル電圧／電流レギュレータを較正する方法のステップを示す概略図である。
【図８】図８は、図１の本発明のバッテリ充電方法のステップの詳細を示す概略図である。
【図９】図９は、図１の本発明のバッテリ充電方法の別のステップの詳細を示す概略図である。
【図１０】図１０は、異なる充電状態を有するバッテリについて、典型的な充電電圧および時間期間を示す表である。
【図１１】図１１は、特定の充電状態におけるバッテリの実際のバッテリ充電特性図を示すグラフである。
【図１２】図１２は、図１１とは異なる状態におけるバッテリの実際のバッテリ充電特性図を示すグラフである。
【図１】
2005517279.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月7日(2004.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのバッテリを充電する方法であって、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリが実質上完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリが実質上完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和である、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値に等しい、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧に実質上等しい、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧にほぼ等しい、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間である、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間である、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記代替第３時間期間の開始時に終了し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記方法の前記ステップを、カットオフ電圧コントローラ／タイマによって制御する、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマがマイクロコントローラである、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記方法の前記ステップを、マイクロコントローラによって制御する、方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのバッテリを充電する方法であって、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成り、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和であり、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な前記総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値にほぼ等しく、
前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧にほぼ等しく、
前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧に実質上等しく、
前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値に実質上等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時に実質上完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間の終了時に開始し、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間の終了時に開始し、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、方法。
【請求項１３】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
カットオフ電圧コントローラ／タイマと、
少なくとも１つのバッテリと、
前記バッテリの各前記それぞれに印加する電圧、および前記バッテリの各前記それぞれに供給する電流を規制する、電圧／電流レギュレータのそれぞれと、
を備え、
前記カットオフ電圧コントローラ／タイマは、前記電圧／電流レギュレータの制御によって、前記電圧を制御し、前記バッテリの各前記それぞれに印加する前記電圧の時間期間を制御する、バッテリ充電システム。
【請求項１４】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマがマイクロコントローラである、バッテリ充電システム。
【請求項１５】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行する、バッテリ充電システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のバッテリ充電システムにおいて、前記カットオフ電圧コントローラ／タイマは、前記少なくとも１つのバッテリを充電する前記プロセスのステップを制御する、バッテリ充電システム。
【請求項１７】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行し、該ステップが、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成る、バッテリ充電システム。
【請求項１８】
請求項１３記載のバッテリ充電システムにおいて、当該バッテリ充電システムは、前記少なくとも１つのバッテリを充電するプロセスのステップを実行し、該ステップが、
少なくとも１つのバッテリを第１電圧において第１時間期間充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリの充電状態を判定するステップと、
前記第１時間期間の前記終了時に前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に充電されている場合、前記第１電圧において第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、第２電圧において第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
前記第１時間期間の終了時に、前記少なくとも１つのバッテリがほぼ完全に消耗している場合、前記第１電圧において代替第２時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電し、更に前記第２電圧において代替第３時間期間前記少なくとも１つのバッテリを充電するステップと、
から成り、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な総時間は、前記１時間期間、前記第２時間期間、および前記第３時間期間の和、または前記第１時間期間、前記代替第２時間期間、および前記代替第３時間期間の和であり、
前記少なくとも１つのバッテリを充電するために必要な前記総時間は、前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を、該少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で除算した値にほぼ等しく、
前記第１電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の第１プラトーおよび第２プラトー間の電圧にほぼ等しく、
前記第２電圧は、前記少なくとも１つのバッテリの充電特性図の鋭く上昇する曲線の前にある第２プラトーにおける電圧またはそれよりも多少高い電圧にほぼ等しく、
前記第１時間期間は、充電開始時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．０５および０．１０の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に充電されている場合、
前記第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．５５および０．６５の間であり、
前記第３時間期間は、前記第２時間期間の終了時に開始し、前記第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．４５および０．５５の間であり、
前記少なくとも１つのバッテリが、前記第１時間期間の前記終了時にほぼ完全に消耗している場合、
前記代替第２時間期間は、前記第１時間期間の終了時に開始し、前記少なくとも１つのバッテリに供給する充電電流で前記少なくとも１つのバッテリのバッテリ容量を除算して係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．７０および０．８０の間であり、
前記代替第３時間期間は、前記代替第２時間期間の終了時に開始し、前記代替第２時間期間に係数を乗算した値にほぼ等しく、前記係数が０．１５および０．２５の間である、バッテリ充電システム。
【誤訳訂正書】
【提出日】平成16年5月7日(2004.5.7)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】０００８
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【０００８】
銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性が高く高価なバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長期間にわたって交換を不要とするか、または最小限に抑える必要がある。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるかまたは殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００２６
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００２６】
前述の理由から、過充電の悪影響を極力抑え、したがってバッテリの高性能化および長寿命化を図ったバッテリ充電方法およびシステムが求められている。このバッテリ充電方法およびシステムは、１つ以上のバッテリを同時に充電可能であり、バッテリの充電状態、即ち、バッテリかなり充電されているか、またはほぼ完全に消耗したかについて、充電サイクル中の早い時期に評価し、このような充電状態に基づいてしかるべくバッテリを充電しなければならない。この充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限しなければならず、バッテリの充電を徐々に減少させ、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリに対する損傷を防止しなければならない。バッテリを損傷するガス化は、極力抑えなければならない。銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性が高く高価なバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済まさなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００２７
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００２７】
本発明は、過充電の悪影響を極力抑えることによって、バッテリの高性能化および長寿命化を図ったバッテリ充電方法およびシステムに関する。このバッテリ充電方法およびシステムは、１つ以上のバッテリを同時に充電可能であり、バッテリの充電状態、即ち、バッテリがかなり充電されているか、またはほぼ完全に消耗したかについて、充電サイクル中の早い時期に評価し、このような充電状態に基づいてしかるべくバッテリを充電する。この充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限し、バッテリの充電を徐々に減少させ、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリに対する損傷を防止する。バッテリを損傷するガス化は、極力抑える。銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、洗練性が高く高価なバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済ませるようにしなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。本発明の充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限し、バッテリの充電を徐々に減少させる。加えて、本方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能であり、前述の要望を満たすものである。
【国際調査報告】
2005517279.tif 000015