(57)【要約】      （修正有）【課題】充電速度とバッテリの老化速度との両立ができるバッテリ充電システム及びバッテリ充電方法を提供する。【解決手段】バッテリ充電システム１００において、制御信号Ｓｃを生成及び出力するための制御ユニット１１０と、制御ユニット及びバッテリＢＡＴに接続され、制御信号を受信するとともに制御信号に基づいて充電電流Ｉｃを生成し、充電電流を出力してバッテリを充電するための充電ユニット１２０と、バッテリ及び制御ユニットに接続され、バッテリから出力されるバッテリ電圧Ｖｂを測定し、バッテリ電圧に対応する測定信号Ｓｂを制御ユニットに出力するための測定ユニット１３０と、を備える。【選択図】図１
2019195252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号を生成及び出力するための制御ユニットと、
当該制御ユニット及びバッテリに接続され、当該制御信号を受信するとともに当該制御信号に基づいて充電電流を生成し、当該充電電流を出力して当該バッテリを充電するための充電ユニットと、
当該バッテリ及び当該制御ユニットに接続され、当該バッテリから出力されるバッテリ電圧を測定し、当該バッテリ電圧に対応する測定信号を当該制御ユニットに出力するための測定ユニットと、を備える
バッテリ充電システム。
【請求項２】
当該制御ユニットは、さらに、当該測定信号から当該バッテリの内部抵抗値を求め、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定することに用いられる、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
当該充電電流は、当該制御信号により時間軸に沿って電流波形を形成し、当該バッテリ電圧は当該時間軸に沿って電圧波形を形成し、
当該制御ユニットは、さらに、当該電流波形及び当該電圧波形から当該バッテリの内部抵抗値を求め、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定することに用いられる、
請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
当該充電電流は、当該制御信号により時間軸に沿って電流波形を形成し、当該電流波形の所定周期において、当該充電電流は電流最大値と電流最小値を有し、当該バッテリ電圧は電圧最大値と電圧最小値を有し、
当該制御ユニットは、さらに、当該電圧最大値、当該電圧最小値、当該電流最大値及び当該電流最小値から当該バッテリの内部抵抗値を求め、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定することに用いられる、
請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
当該充電電流は、当該制御信号により時間軸に沿って電流波形を形成し、当該電流波形の所定周期において、当該充電電流は電流最大値と電流最小値を有し、当該バッテリ電圧は電圧最大値と電圧最小値を有し、
当該制御ユニットは、さらに、当該電圧最大値、当該電圧最小値、当該電流最大値及び当該電流最小値から当該バッテリの内部抵抗値を求め、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定することに用いられ、
当該内部抵抗値は、当該電圧最大値と当該電圧最小値の差を当該電流最大値と当該電流最小値の差で割った商に比例する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
当該電流波形は、正弦波、三角波、矩形波、又は重複する特定の波形からなる波形である、請求項3、4又は5に記載のシステム。
【請求項７】
当該制御ユニットは、当該充電電流が急速充電電流値又は標準充電電流値を有するように、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定し、当該急速充電電流値は当該標準充電電流値よりも大きい、請求項2、3、4又は5に記載のシステム。
【請求項８】
当該制御ユニットは、マイクロコントローラ、プロセッサ又は特定用途向け集積回路であり、
当該測定信号は、電流信号、電圧信号、バイナリコード又はASCIIコードである、
請求項1、2、3、4、5、6又は7に記載のシステム。
【請求項９】
制御ユニットと、充電ユニットと、測定ユニットとを備えるバッテリ充電システムに用いられるバッテリ充電方法であって、
当該制御ユニットは制御信号を生成する工程と、
当該充電ユニットは、当該制御信号を受信するとともにそれに基づいて充電電流をバッテリに出力する工程と、
当該バッテリは、当該測定ユニットにバッテリ電圧を出力する工程と、
当該測定ユニットは、当該バッテリ電圧に対応する測定信号を当該制御ユニットに出力する工程と、を含むバッテリ充電方法。
【請求項１０】
当該制御ユニットは、当該測定信号から当該バッテリの内部抵抗値を求める工程と、
当該制御ユニットは、当該内部抵抗値に応じて当該制御信号を設定する工程と、をさらに含む
請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
当該充電電流は、当該制御信号により時間軸に沿って電流波形を形成し、当該バッテリ電圧は当該時間軸に沿って電圧波形を形成し、
当該制御ユニットは、当該測定信号から当該バッテリの当該内部抵抗値を求める工程は、
当該制御ユニットが当該電流波形及び当該電圧波形から当該内部抵抗値を求めることを含む、
請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
当該充電電流は、当該制御信号により時間軸に沿って電流波形を形成し、当該電流波形の所定周期において、当該充電電流は電流最大値と電流最小値を有し、当該バッテリ電圧は電圧最大値と電圧最小値を有し、
当該制御ユニットは、当該測定信号から当該バッテリの当該内部抵抗値を求める工程は、
当該制御ユニットが当該電圧最大値、当該電圧最小値、当該電流最大値及び当該電流最小値から当該内部抵抗値を求めることを含む、
請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
当該制御ユニットは、当該電圧最大値、当該電圧最小値、当該電流最大値及び当該電流最小値から当該内部抵抗値を求める工程は、
当該制御ユニットが、当該電圧最大値と当該電圧最小値の差を当該電流最大値と当該電流最小値の差で割った商から、当該内部抵抗値を求めることを含む、
請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
当該制御ユニットは当該制御信号を更新する工程と、
当該充電ユニットは、当該制御信号を受信するとともにそれに基づいて当該充電電流を更新し、更新後の当該充電電流を当該バッテリに出力する工程と、をさらに含み、
更新後の当該充電電流の平均電流値は更新された、
請求項9、10、11、12又は13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリ充電システムに関し、特にバッテリの内部抵抗値に応じて充電電流を調整可能なバッテリ充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
充電池は常に携帯型装置に用いられ、例えばノート型パソコン、携帯電話、タブレット型コンピュータ等にはその利用がよく見られている。現在、一部の充電池は急速に充電できるような大きな充電電流に耐えることができるようになった。
【０００３】
例を挙げて言うと、バッテリに大きな充電電流を印加すると、急速に充電でき、使用上の利便性を向上させることができる。しかし、バッテリに大きな充電電流を印加すると、バッテリの老化を速める可能性がある。もしバッテリの老化の度合がもう所定の度合に達した時に相変わらず急速に充電できるような大きな電流を印加すると、バッテリ全体の使用寿命を短縮することがある。
【０００４】
バッテリの使用寿命の短縮を避けるために、バッテリに普通の速度での充電を行うような小さな充電電流を印加することができる。そうすると、バッテリの老化が速くなることを回避してバッテリの使用寿命を長くすることができるが、充電が遅すぎてしまい、ユーザーが不便を感じることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
充電速度とバッテリの老化速度との両立が困難であるという難題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した充電速度とバッテリの老化速度との両立が困難であるという難題に鑑みて、以下の実施例で解決手段を提出する。
【０００７】
実施例によれば、制御信号を生成及び出力するための制御ユニットと、当該制御ユニット及びバッテリに接続され、当該制御信号を受信するとともに当該制御信号に基づいて充電電流を生成し、当該充電電流を出力して当該バッテリを充電するための充電ユニットと、当該バッテリ及び当該制御ユニットに接続され、当該バッテリから出力されるバッテリ電圧を測定し、当該バッテリ電圧に対応する測定信号を当該制御ユニットに出力するための測定ユニットと、を備えるバッテリ充電システムを提供することができる。
【０００８】
実施例によれば、制御ユニットと、充電ユニットと、測定ユニットとを備えるバッテリ充電システムに用いられるバッテリ充電方法であって、当該制御ユニットは制御信号を生成する工程と、当該充電ユニットは、当該制御信号を受信するとともにそれに基づいて充電電流をバッテリに出力する工程と、当該バッテリは、当該測定ユニットにバッテリ電圧を出力する工程と、当該測定ユニットは、当該バッテリ電圧に対応する測定信号を当該制御ユニットに出力する工程と、を含むバッテリ充電方法を提供することができる。
【０００９】
実施例で提供するバッテリ充電システム及びバッテリ充電方法によれば、バッテリの充電速度を確保すると同時に、バッテリの老化が速くなることを回避できるという効果を果たすことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、動的かつリアルタイムに、バッテリの内部抵抗値及び老化の状況に応じて、バッテリの使用期間の各段階において好適な充電電流を入力することにより、バッテリの充電速度を確保すると同時に、バッテリの老化が速くなることを回避できるという効果を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係るバッテリ充電システムの模式図である。
【図２】図１のバッテリ充電システムの操作波形図である。
【図３】図１の充電電流の波形変化模式図である。
【図４】図１のバッテリ充電システムのバッテリ充電方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図1は実施例に係るバッテリ充電システム100の模式図である。バッテリ充電システム100は、制御ユニット110と、充電ユニット120と、測定ユニット130とを備えることができる。制御ユニット110は、制御信号Scを生成するとともに、それを制御ユニット110の第1端から出力することができる。充電ユニット120は制御信号Scに基づいて充電電流Icを生成することができる。充電ユニット120の第1端は、制御信号Scを受信するように制御ユニット110の第1端に接続され、第2端は、充電電流Icを出力してバッテリBATを充電するようにバッテリBATの第1端に接続されることができる。測定ユニット130の第1端は、バッテリBATから出力されるバッテリ電圧Vbを測定するようにバッテリBATの第2端に接続され、第2端は、測定信号Sbを出力するように制御ユニット110の第2端に接続されることができる。測定信号Sbは、バッテリ電圧Vbに対応でき、制御ユニット110は、測定信号Sbを受信することによりバッテリ電圧Vbを取得することができる。
【００１３】
実施例により、制御ユニット110は、測定信号SbからバッテリBATの内部抵抗値Rbを求め、制御ユニット110は、得られた内部抵抗値Rbに応じて制御信号Scを設定することができる。例を挙げて言うと、制御ユニット110は演算によりバッテリBATの内部抵抗値Rbが所定値に達していないと判断した場合、バッテリBATの電池セルの老化の度合がまだ厳しくないと示し、制御ユニット110は、充電ユニット120から出力される充電電流Icを低下させない又は向上させるように、制御信号Scを設定することができる。逆に、制御ユニット110は演算によりバッテリBATの内部抵抗値Rbが所定値に達したと判断した場合、バッテリBATの電池セルの老化が所定の度合に達したと示すため、制御ユニット110は、充電ユニット120から出力される充電電流Icを向上させない又は低下させるように、制御信号Scを設定することができる。後で例を挙げて説明する。
【００１４】
図1に示すように、制御ユニット110と、充電ユニット120と、バッテリBATと、測定ユニット130とから閉回路システムを構成することができる。制御ユニット110は、持続して測定信号SbによりバッテリBATの内部抵抗値Rbを監視し、それに基づいて制御信号Scを設定及び調整して、充電電流Icを決めることができる。
【００１５】
図2は実施例において、図1のバッテリ充電システム100の操作波形図である。図2の横軸は時間軸であり、単位は例えばミリ秒（millisecond、msec）であってよく、縦軸は電圧値及び電流値に対応し、単位は例えばミリアンペア（mA）及びミリボルト（mV）であってよい。充電電流Icは、制御信号Scにより時間軸に沿って曲線210に示すような電流波形を形成することができる。充電電流Icの変化に伴い、バッテリ電圧Vbは、時間軸に沿って曲線220に示すような電圧波形を形成することができる。制御ユニット110は、電流波形及び電圧波形からバッテリBATの内部抵抗値Rbを求め、当該内部抵抗値Rbに応じて制御信号Scを設定することができる。
【００１６】
図2において、期間T1は開始タイミングであり、制御ユニット110は制御信号Scにより、充電電流Icを例えば約2000ミリアンペア（ただし、それに限定されない）という所定値に引き上げるように充電ユニット120を制御することができる。期間T2において、バッテリBATの内部抵抗値Rbを測定し、制御ユニット110は制御信号Scにより、充電電流Icの電流値が時間軸に沿って発振波形を有するように充電ユニット120を制御することができる。期間T2において、充電電流Icの電流波形は、例えば正弦波、三角波、矩形波、又は重複する特定の波形からなる波形であってよい。
【００１７】
期間T3は、充電電流Icの発振波形の所定の周期、例えば曲線210の谷から谷までの周期、又は曲線210の山から山までの周期に対応することができる。期間T3において、充電電流Icは電流最大値Imax及び電流最小値Iminを有し、バッテリ電圧Vbは電圧最大値Vmax及び電圧最小値Vminを有し、バッテリBATの内部抵抗値Rbは、電圧最大値Vmax、電圧最小値Vmin、電流最大値Imax及び電流最小値Iminから求めることができ、例えばRb=f(Imax, Imin, Vmax, Vmin)と表すことができ、ここで、f()は関数の表示式である。
【００１８】
別の実施例によると、内部抵抗値Rbは、電圧最大値Vmaxと電圧最小値Vminの差を電流最大値Imaxと電流最小値Iminの差で割った商に比例することができる。言い換えれば、内部抵抗値Rbは、Rb ∝ (Vmax-Vmin)/(Imax-Imin)と表すことができる。例を挙げて言うと、内部抵抗値RbはRb = (Vmax-Vmin)/(Imax-Imin)という式により得られる。
【００１９】
前記したように、制御ユニット110はバッテリBATの内部抵抗値Rbを算出した後、内部抵抗値Rbが高すぎるか否かを監視し、それに応じて制御信号Scを設定することができる。表1は実施例において、曲線210の4つの周期内にバッテリ電圧Vb及び充電電流Icを監視するとともにリアルタイムに内部抵抗値Rbを算出して記録したテーブルである。
【００２０】
【表１】
2019195252.tif 000003
【００２１】
表1はただ一例に過ぎず、実施例で4つの周期のみ監視するとは限らない。例を挙げて言うと、期間T2に充電電流Icの電流波形の20つの周期が含まれる場合、表1では持続して20つの周期を監視してもよい。図1の数字はただ例として応用する原理を説明するためのものであり、本発明の実施例又は実測結果を限定するものではない。前記したように、算出した内部抵抗値Rbが既に所定値に達した場合、バッテリBATの電池セルの老化が既に所定の度合に達したと示すため、充電電流Icを比較的低い値に保持し、又は高電流値から低電流値に降下させるように、制御信号Scを調整することができる。前記所定値は、例えば80ミリオーム（ただし、それに限定されない）であってもよいし、又はバッテリの型式及びテスト結果に応じて設定してもよい。
【００２２】
表2は実施例において、制御ユニット110が算出した内部抵抗値Rbに応じて制御信号Scを設定する操作説明表である。
【００２３】
【表２】
2019195252.tif 000004
【００２４】
表2において、第1の電流値は、例えば標準充電電流値又は標準充電電流値よりも低い充電電流値であり、第2の電流値は、例えば急速充電電流値であり、そのうち、第1の電流値は第2の電流値よりも小さくてよい。
【００２５】
実施例によると、期間T2内に、充電電流Icの波形の変化頻度が高すぎることは好ましくない。言い換えれば、期間T3に対応する周期が短すぎることは好ましくない。充電電流Icの電流波形の周期が短すぎると、バッテリ電圧Vbの変動により電池セルへのイオンドープの状況を示すことが困難であり、制御ユニット110が算出した内部抵抗値Rbの精度が低下する可能性がある。通常のノート型パソコンのバッテリを例として、期間T3が対応する電流波形の周期は約10秒（ただし、それに限定されない）である。電流波形の好適な周期は、実測の結果に応じて調整して設定することができる。
【００２６】
実施例によると、図1の制御ユニット110は、マイクロコントローラ（microcontroller unit、MCU）、プロセッサ又は特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ASIC）であってよい。測定ユニット130は、ゲージ用集積回路（gauge IC）であってよい。測定信号Sbは、電流信号、電圧信号、バイナリコード、又はバス（bus）で伝送するASCIIコードであってよい。図1において測定ユニット130がバッテリBATのバッテリ電圧Vbを検知することを例としているが、他の実施例において、測定ユニット130はバッテリBATから出力されるバッテリ電流を測定することもでき、バッテリ電流はバッテリ電圧Vbと正の相関を持っているので、前記原理を応用することもできる。
【００２７】
図3は実施例において、図1の充電電流Icの波形変化模式図である。図1の制御ユニット110は制御信号Scを更新することができ、充電ユニット120は、制御信号Scを受信するとともにそれに基づいて充電電流Icを更新し、更新後の充電電流IcをバッテリBATに出力することができる。実施例によると、更新後の充電電流Icの平均電流値は更新されることができる。図3は例を挙げて平均電流値更新の状況を説明する。図3では、期間T31において、制御ユニット110は充電電流Icの平均電流値を約0.5Aに制御することができる。制御ユニット110は期間T31において、発振波形を有する充電電流Icを利用してバッテリ電圧Vbの変化を観察し、バッテリBATの内部抵抗値Rbを算出することができる。内部抵抗値Rbが所定値に達していない場合、バッテリBATがより大きな充電電流に耐えられることを示すため、期間T32において、制御ユニット110は、充電電流Icの平均電流値を約1.5Aに向上させることができる。期間T32において、制御ユニット110が算出したバッテリBATの内部抵抗値Rbが所定値に達していない場合、制御ユニット110は、期間T33において、充電電流Icの平均電流値を約2.5Aに制御することができる。
【００２８】
期間T33の周期において、制御ユニット110による内部抵抗値Rbが既に所定値に達した場合、バッテリBATの老化の度合を考慮して充電電流Icを降下させて老化を遅くすべきであると示すため、期間T34において、充電電流Icの平均電流値を約1.5Aに調整することができる。期間T34に続く周期において、制御ユニット110による内部抵抗値Rbが既に所定値に達した場合、バッテリBATの老化の度合を考慮して充電電流Icを再び降下させるべきであると示すため、期間T35において、充電電流Icの平均電流値を約1.5Aに制御することができる。
【００２９】
図3の期間T31〜T35において、バッテリBATの内部抵抗値Rbを動的に検知することにより、バッテリの内部抵抗値Rbが所定値を超えていない場合、高い充電電流Icを印加することで、速い充電速度及びバッテリ老化の遅延を同時に達成することができる。図3の充電電流Icは、0.5A、1.5A及び2.5Aといった計3階の段階を有するように設定している。しかし、図3の数字及び波形はただ一例に過ぎず、実施例により、バッテリ規格及び制御システムの許容範囲内で、より多くの段階数を設計してより精確な制御を行ってもよい。
【００３０】
なお、図3において、充電電流Icは期間ごとに発振し続けるため、制御ユニット110は絶えずに内部抵抗値Rbを検知することができる。しかし、他の実施例において、内部抵抗値Rbを求め、かつ内部抵抗値Rbが高すぎないと確認した後、充電電流Icを一定値（例えば、当該期間における最大値）に調整することにより、最も高い充電速度に達するようにし、そして、バッテリBATを検査しようとするタイミングに、制御ユニット110が内部抵抗値Rbを検知できるように、充電電流Icを発振波形に調整することもできる。前記したバッテリBATを検査するタイミングは、例えば毎日又は毎週の特定時間に、又は例えばn分（nは正整数である）おきに内部抵抗値Rbの算出を実行してよい。それは制御ユニット110により設定することができる。
【００３１】
図4は、図1のバッテリ充電システム100のバッテリ充電方法400のフローチャートである。バッテリ充電方法400は以下の工程を含むことができる。
【００３２】
工程410：制御ユニット110は制御信号Scを生成する。
【００３３】
工程415：充電ユニット120は、制御信号Scを受信するとともにそれに基づいて充電電流IcをバッテリBATに出力する。
【００３４】
工程420：バッテリBATは、測定ユニット130にバッテリ電圧Vbを出力する。
【００３５】
工程425：測定ユニット130は、バッテリ電圧Vbに対応する測定信号Sbを制御ユニット110に出力する。
【００３６】
工程430：制御ユニット110は、測定信号Sbからバッテリの内部抵抗値Rbを求める。
【００３７】
工程435：制御ユニット110は、内部抵抗値Rbに応じて制御信号Scを設定する。
【００３８】
工程430における内部抵抗値Rbの演算過程は既に前述したため、重複する説明については省略する。工程435において、内部抵抗値Rbが所定値に達していない場合、充電電流Icを向上させ又は低下させない（充電電流Icが既に高電流である場合）ように、制御信号Scを設定することができる。内部抵抗値Rbが既に所定値に達した場合、充電電流Icを低下させ又は向上させない（充電電流Icが既に低電流である場合）ように、制御信号Scを設定することができる。実施例により、工程410〜435を繰り返して実行することができ、工程435を実行した後、必要に応じて工程410から実行してもよい。
【００３９】
以上により、実施例で提供するバッテリ充電システム及び方法を利用して、動的かつリアルタイムに、バッテリの内部抵抗値及び老化の状況に応じて、バッテリの使用期間の各段階において好適な充電電流を入力することができる。したがって、急速に充電できると同時にバッテリの使用寿命の短縮を避けることもでき、本分野の難題の解決に寄与する。
【００４０】
以上はただ本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の特許請求の範囲に基づいてなされた均等な変更や修飾は、いずれも本発明の請求範囲に含まれるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明で提供するバッテリ充電システム及び方法は、動的かつリアルタイムに、バッテリの内部抵抗値及び老化の状況に応じて、バッテリの使用期間の各段階において好適な充電電流を入力することにより、急速に充電できると同時にバッテリの使用寿命の短縮を避けることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
100 : バッテリ充電システム
110 : 制御ユニット
120 : 充電ユニット
130 : 測定ユニット
BAT : バッテリ
Rb : 内部抵抗値
Ic : 充電電流
Sc : 制御信号
Vb : バッテリ電圧
Sb : 測定信号
210、220 : 曲線
T1、T2、T3、T31、T32、T33、T34、T35 : 期間
400 : バッテリ充電方法
410〜435 : 工程
【図１】
2019195252.tif 000005
【図２】
2019195252.tif 000006
【図３】
2019195252.tif 000007
【図４】
2019195252.tif 000008