(57)【要約】【課題】バッテリセルアレイを目標電圧に充電しながら、セル間の電圧レベルを制御する方法を開示する。【解決手段】この方法は、セル電圧を上げかつ平衡化する対象セル毎の性能パラメータ、平衡化モードとそのパラメータ基準、平衡化モード毎の抜け出し基準が確定された適切な平衡化モードでセル電圧平衡化ループ動作を実行する。動作は対応する各種パラメータを用い、対応する充電電流を利用してバッテリアレイのセル電圧の平衡をとりつつ目標電圧まで充電を続け、抜け出し基準を満たすと該平衡化モードを終了して、充電を終了する。【選択図】　　　図１
2004007983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを有するバッテリアレイのセル平衡化を制御する方法であって、前記充電は、複数のセル平衡化モードでもたらされて目標電圧を達成し、前記複数のセル平衡化モードの各セル平衡化モードは、少なくとも１つの各充電変数を用いて前記充電を達成する方法において、
（ａ）任意の順序で
（１）前記各セル平衡化モードを識別する少なくとも１つのパラメータ基準を確定するステップと、
（２）前記各セル平衡化モードごとに前記複数のセルから選択されたセルに関連する少なくとも１つの性能パラメータを識別するステップと、
（３）前記各セル平衡化モードから抜け出すことを可能にするとともに前記選択された各セルごとに前記少なくとも１つの性能パラメータが所定の値の範囲内であることを示す少なくとも１つの抜け出し基準を確定するステップと、
（ｂ）前記バッテリアレイを充電することを立ち上げるステップと、
（ｃ）少なくとも１つのパラメータ基準を適用して、実在するセル平衡化モードであるこのとき実在する前記各セル平衡化モードを識別するステップと、
（ｄ）前記実在するセル平衡化モードに対して前記少なくとも１つの充電変数を利用して前記充電をもたらすステップと、
（ｅ）前記選択されたセルに対して
（１）前記選択された各セルに関連する前記少なくとも１つの性能パラメータの少なくとも１つの実在する性能パラメータの測定値である前記実在するパラメータ・セットを取得するステップと、
（２）前記少なくとも１つの抜け出し基準と前記各実在するパラメータ・セットを比較するステップと、
（３）前記実在するパラメータ・セットが前記少なくとも１つの抜け出し基準を満足させるまでステップ（ｅ）（１）からステップ（ｅ）（２）を反復するステップと、
（ｆ）前記実在するセル平衡化モードを終了するステップと、
（ｇ）前記目標電圧が達成されるまでステップ（ｃ）からステップ（ｆ）を反復するステップと、
（ｈ）前記目標電圧が達成されると前記充電を終了するステップと、
を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリの充電方法と充電装置に関し、特に複数のバッテリアレイを有するバッテリアレイを充電することに関する。より詳細には、本発明は、リチウムイオンまたはリチウムポリマ・バッテリパックを含む複数セルのバッテリアレイを充電しながら個々のセルを平衡化することに関連して有用である。
【０００２】
【従来の技術】
多くのシステムは、直列に接続された複数の個々のバッテリセルを含むバッテリパックまたはバッテリアレイとして構成されたバッテリを用いている。このような構成は、たとえば、ランタイム（ｒｕｎ　ｔｉｍｅ）を最大にするとともに、リチウムイオンまたはリチウムポリマの化学反応を用いることが必要なシステムでつくられることが多い。バッテリアレイは、（たとえば、ビデオレコーダやカメラのような消費者製品用の）２つのセルから（たとえば、最高級ノートパソコン用の）４つまたはそれ以上のセルまでを含むことことがある。直列に配置されたセルをもつリチウムイオン・バッテリパックのような複数セル・バッテリアレイにおいては、バッテリアレイ全体の電量容量（ｃｏｕｌｏｍｂｍｅｔｒｉｃｃａｐａｃｉｔｙ）は、最小容量のセルによって限定される。その結果、バッテリパックのエネルギー容量は、個々のセルの電圧がいかに厳密に一致しているかによって決まる。セルの不一致が１００ｍｖ（ミリボルト）の場合、バッテリパックのエネルギー容量は１０％以上も減少することがある。
【０００３】
このようなセルの不一致は、製造中やバッテリアレイを充放電する処理中に導入される。リチウムイオン・セルの場合、工場におけるセルの製造は、バッテリアレイのセル間の容量の違いを５０ｍｖ以内になるように厳密に制御される。しかしながら、セルの不平衡または不一致は、当初工場で一致していた状態とは無関係ないくつかの要因によって導入される。セルの不平衡に影響するこれらの要因の例を挙げると、個々のセルの化学反応、セルのインピーダンス、自己放電の速度、容量の減少、動作温度の変動と、個々のセル間の他の変動が含まれる。セル温度の不一致は、複数の個々の熱発生源がバッテリパックに接近したところにある高密度にパックされた製品に対しては比較的普通の特徴であるセル不一致の重要な原因である。たとえば、２０℃の温度不一致は、充電周期中に１００ｍｖにもなるセル間の電圧差を発生させる。このような製品の一例は、ノート形コンピュータである。
【０００４】
セル不一致に起因する各種問題点のため、バッテリパックを充電しながらセルを平衡化することは、バッテリパックのエネルギー容量を最大にする場合の重要な要因である。現在用いられている２つの方法は、複数のセルをもつバッテリパックの充電中にセルを平衡させる。
【０００５】
現在用いられている１つの方法は、セル電圧差分測定（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｃｅｌｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を包含している。セル電圧差分測定を用いると、個々のセル電圧をサンプリングして、充電中にセルの差分電圧が計算される。高い差分電圧が検出されると、充電は中断され、個々のセルは選択的に放電されてセル間を適切に平衡させる。このセル電圧差分測定方法は、セルを正確に平衡させることを容易にするが、この方法を実行するためには複雑な回路と方法が要求される。セル電圧差分測定を実施するためには、たとえば、セル電圧の変換、すなわち、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換や多数回の算術演算を用いることが必要である。この方法を実施するために必要な装置と計算が複雑であるから、セル電圧差分測定は、通常、マイクロコントローラまたはＣＰＵ（中央処理装置）を用いた評価システムと協力して電圧を測定するためのアナログ・フロントエンドＩＣ（集積回路）を含む最高級、最高コストの製品のセル平衡化のために用いられている。
【０００６】
複数セルをもつバッテリパックの充電中にセルを平衡化するために現在用いられている第２の方法は、大地を基準とした固定閾値方法（ａ　ｇｒｏｕｎｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ，ｆｉｘｅｄ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｍｅｔｈｏｄ）である。このような固定閾値方法を用いると、１つのセルが第１の所定の閾値に到達した場合、そのセルは低い第２の閾値まで放電する。通常、第２の閾値は、目標電圧に等しいか目標電圧より高い電圧に設定された固定閾値、またはバッテリパック用に調整された電圧である。固定閾値方法を装備して実施することは、上に説明したセル電圧差分測定よりも費用がかからないが、精度が低いという弱点があり、上に説明したセル電圧差分測定を用いて経験できる充電時間よりもかなり長い充電時間が必要になる。充電時間が長くなる可能性は、セル間の初期電圧不一致が大きい場合に特に大きい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
セル電圧差分測定方法と固定閾値方法においては、サンプリングまたはセル平衡化の間隔中に充電が誤終了することを防ぐために、システム側の充電器は、バッテリパックの中の充電中のホスト製品によって制御されなければならない。
【０００８】
充電時間をあまり長くしない低コストで正確なセル平衡化方法に対するニーズが存在する。
【０００９】
充電されている（ｂｅｉｎｇ　ｃｈａｒｇｅｄ：以下、「充電中の」と記す）ホスト装置によって制御されたり、充電中のホスト装置と交信することを必要としない低コストのセル平衡化方法に対するニーズが存在する。
【００１０】
充電中のバッテリパックでのホスト装置による制御や、ホスト装置との交信を必要とせずに動作することができ、充電動作の誤終了を発生させずにセルの平衡化を可能にすることができる充電制御装置に対するニーズが存在する。
【００１１】
【課題を解決する手段】
バッテリアレイを目標電圧に充電しながらセル間の電圧レベルを制御する方法は、各充電電流を利用するセル平衡化モードを用いる。この方法は、（ａ）任意の順序で（１）各セル平衡化モードを識別するパラメータ基準を確定するステップと（２）各セル平衡化モードごとに選択されたセルに関連する性能パラメータを識別するステップと、（３）各セル平衡化モードごとに抜け出し基準（ｅｘｉｔ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）を確定するステップと、（ｂ）充電の始まりを立ち上げるステップと、（ｃ）実在するセル平衡化モードを識別するステップと、（ｄ）セル平衡化用の実在するセル平衡化モードに対する充電電流を利用するステップと、（ｅ）選択されたセルに対して（１）セルに関連する実在するパラメータを取得するステップと、（２）抜け出し基準と実在する各パラメータを比較するステップと、（３）実在するパラメータが抜け出し基準を満足させるまでステップ（ｅ）（１）からステップ（ｅ）（２）を反復するステップと、（ｆ）実在するセル平衡化モードを終了するステップと、（ｇ）ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）を反復するステップと、（ｈ）充電を終了するステップとを含む。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、廉価で正確で充電時間を実質的に長くしない、バッテリアレイのセル平衡化を制御するシステムと方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、充電動作の誤終了を発生させずにセル平衡化を可能にすることができるバッテリアレイのセル平衡化を制御するシステムと方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的と特徴は、添付の図面とともに検討された場合、以下に示す明細書から明白になるであろう。図面中、各種図面中の類似の要素は類似の参照番号を用いて命名され、本発明の好適実施例を例示している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、時間に関連する充電電流とセル電圧を示すとともに、本発明による方法の概要を与える代表的な充電の進行のグラフである。図１におけるグラフのプロット（ｇｒａｐｈｉｃ　ｐｌｏｔ）１０は、充電電流／セル電圧を表示する第１の軸１２と、時間を表示する第２の軸１４によって与えられている。曲線１６は、（複数セル・バッテリアレイの代表的なセルの）セル電圧を時間の関数として表示している。曲線１８は、充電電流を時間の関数として表示している。曲線１８には、充電電流が顕著に増加し、セル電圧が顕著に低下する充電周期の一部を表示するテーパー形部分１９がある。２つのテーパー形部分１９、１９ａは、バッテリアレイの中の２つの代表的なセルに対するテーパー形部分の効果を表示している。
【００１６】
グラフ１０は３つの領域、領域１、領域２および領域３に分割されている。領域１は、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間間隔を決める。領域２は、時点ｔ１から時点ｔ２までの時間間隔を決める。領域３は、時点ｔ２からそれ以後の時点までの時間を決める。領域１は、充電周期の一部を表示しており、この時間中にバッテリアレイはかなり消耗して、小量の電荷があるか、まったく電荷がない。領域１におけるセルのｄＶ／ｄＱ（電荷の変化当たりの電圧の変化）は最大であり、セル電圧（曲線１６）は大きく上昇中であり、充電電流（曲線１８）は最小レベルにある。領域２は、充電周期の一部を表示しており、この時間中のバッテリアレイは、中間の充電レベルにある。領域２におけるセルのｄＶ／ｄＱは最小であり、セル電圧（曲線１６）はごく僅かな上昇から中程度に上昇し、充電電流（曲線１８）は最大レベルにある。領域２は、グラフ１０によって表示されるバッテリアレイの代表的な充電周期の主充電時間の継続時間である。領域３は、充電周期の一部を表示しており、この時間中のバッテリアレイの充電レベルは高い。領域３におけるセルのｄＶ／ｄＱは最大であり、セルが各目標電圧（または調整電圧か調整された電圧）に到達すると、充電電流（曲線１８）は直ちに低下を始める。このような低下は、充電されているバッテリアレイの１つのセルに対しては図１のテーパー形部分１９で示されており、充電中のバッテリアレイの第２のセルに対しては図１のテーパー形部分１９ａで示されている。
【００１７】
領域１（間隔ｔ０〜ｔ１）、領域２（間隔ｔ１〜ｔ２）および領域３（間隔ｔ２〜それ以後の時点）の各継続時間は、充電中のバッテリ（またはバッテリパック）の充電レベルによって決まる。したがって、充電中のバッテリパックの充電状態を変更することによって、充電動作の継続時間、つまり領域１、領域２または領域３の間隔を長くすることができる。各バッテリセル間の平衡化を達成するために、バッテリパック内の各種バッテリセルの各充電状態の調整が利用されるが、バッテリパックをフル充電状態にする場合に経験する充電までの全時間（ｏｖｅｒａｌｌ　ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｃｈａｒｇｅ）を長くしてもよい。
【００１８】
平衡化された充電に対する一般的方法は、充電中にセルのサンプリングを実行してどのセルが不一致であるかを確かめ、選択したセルを放電させて、サンプリング中に識別されたセルの不一致を少なくすることを含む。バッテリアレイに対してフル充電電流を流しながらこのようなセルのサンプリングと放電動作を実行することは（たとえば、図１の領域２）、効果的なセル平衡化にならない。その理由は、評価されているセルのインピーダンスが寄与する電圧部分とセル固有の電圧（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ　ｃｅｌｌ　ｖｏｌｔａｇｅ）とが、セルの両端で測定した電圧に含まれるからである。個々のセル間のインピーダンス不一致はよくあることであって、これらの不一致はセルの測定電圧の誤差の一因となる。より正確なセル電圧測定値を得るよりよい方法は、充電電流を一時停止または中断した後、セルのサンプリング動作と放電動作を実行することである。したがって、或る時間中、充電動作が中断され、セルのサンプリングとセル間の選択的放電を可能として、サンプリング中に発見された不一致を小さくする。このような充電の一時停止は、セル電圧測定値に対するセル・インピーダンスの影響を除いて、セル不一致のより正確な表示をもたらす。充電が意図的に中断されたことを充電器が判らない充電システム、たとえば、充電中のホスト装置が充電器と交信しないシステムでは、問題が発生する。このような状態における充電器は、テーパー形電流（たとえば、図１のテーパー形部分１９、１９ａ）、あるいは充電器に時間的に早すぎるとともに誤って充電を停止させてしまうバッテリ・オープン条件を検出することができる。
【００１９】
図１は、バッテリを充電するときの充電電流、充電電圧および時間の間の関係を示している。時間間隔から見た領域１、領域２および領域３の描写は、たとえば、バッテリに充電電流を連続的に流してバッテリを充電することを仮定している。本発明による方法によって与えられる利点は、図１の概要の中に示されている。本発明による方法の重要な特徴は、領域１、領域２、領域３の１つから領域１、領域２、領域３の他の１つに進む前に、バッテリアレイ内のセル間でセル平衡化を達成することである。換言すると、本発明による方法の好適実施例を実施する場合の重要な点は、時間でもなく、また充電電流でもない。本発明による方法の好適実施例を実施する場合の重要な点は、領域１、領域２、領域３の次の領域に進む前に、領域１、領域２、領域３の１つの中でバッテリアレイ内セル間の平衡度が所定の程度になることを達成することである。
【００２０】
したがって、本発明による方法の好適実施例によれば、領域１、領域２、領域３の次の領域に進む前に、セル間の十分な平衡度が達成されるか否かを決定する場合に用いる確定された閾値が存在する。これらの閾値は、所望の平衡度がセル間で達成されているか否かを決定するセル平衡化アルゴリズムを用いて処理される電圧閾値であることが望ましい。本発明は、各種領域で各種セル平衡化アルゴリズムを用いて、所望のセル平衡化を達成することができることを熟考している。
【００２１】
領域１では、領域１低位電圧閾値（ｌｏｗｅｒ　Ｒｅｇｉｏｎ　１　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）Ｒ１ＴＨＬと領域１高位電圧閾値（ｈｉｇｈｅｒＲｅｇｉｏｎ　１　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）Ｒ１ＴＨＨが確定される。領域２では、領域２低位電圧閾値Ｒ２ＴＨＬと領域２高位電圧閾値Ｒ２ＴＨＨが確定される。領域３では、図５に関連して後で十分詳細に説明するように、バッテリアレイ内の全セルに対する調整された電圧の達成により近づくために、電圧閾値を動的にシフトすることができる。したがって、領域３では、第１の領域３低位電圧閾値Ｒ３ＴＨＬと第１の領域３高位電圧閾値Ｒ３ＴＨＨが確定される。ｎ番目の領域３低位電圧閾値Ｒ３ＴＨＬｎとｎ番目の領域３高位電圧閾値Ｒ３ＴＨＨｎが確定されることによって示されるように、領域３電圧閾値Ｒ３ＴＨＬ、Ｒ３ＴＨＨを複数回の充電中に反復して動的にシフトすることができる。用語「ｎ」を用いることは、本発明による方法を実施する場合に、領域３電圧閾値Ｒ３ＴＨＬｎ、Ｒ３ＴＨＨｎを確定する反復数に特定の制限が存在しないことを示すことを意図している。充電時間が重要なパラメータであると考えてもよいことは勿論である。このような状態では、方法の後続ステップに進むことに対して時間制限を設けることによって、または他の手段によって「ｎ」を所定の数に限定するなど、何らかの手段によって領域３電圧閾値Ｒ３ＴＨＬｎ、Ｒ３ＴＨＨｎを確定するための反復数を制限してもよい。
【００２２】
本発明による方法は、領域２で機能するセル平衡化方法を選択する前に、領域１電圧閾値Ｒ１ＴＨＬ、Ｒ１ＴＨＨに対してバッテリアレイから選択されたセルに対する（望ましくは、バッテリアレイ内の全セルに対する）所定の基準を満足させることを提供している。セル平衡化を追求するために用いられるセル平衡化アルゴリズムは、充電器から見た負荷を効率的に制御する。この充電器から見た負荷を効率的に制御することは、より速い充電速度で他のセルが充電され続けることを可能にしながら、選択されたセルの低速充電を達成することによって実行される。換言すると、セル平衡化アルゴリズムは、領域１に流される充電電流を用いて処理されるバッテリ・セル・アレイ内の充電状態、または領域２に流される充電電流を用いて処理されるバッテリ・セル・アレイ内の充電状態を充電器が連続して或いは継続的に見るように、充電器から見た負荷を構成する。
【００２３】
同様に、領域３で機能するセル平衡化方法を選択する前に、領域２電圧閾値Ｒ２ＴＨＬ、Ｒ２ＴＨＨに対してバッテリアレイの選択されたセルに対する（望ましくは、バッテリアレイ内の全セルに対する）所定の基準を達成するために（領域１または領域２で用いるのと同じセル平衡化アルゴリズムを使うことは必ずしも必要ではない）セル平衡化アルゴリズムを用いる。さらに、セル平衡化を終了する前に、領域３電圧閾値Ｒ３ＴＨＬｎ、Ｒ３ＴＨＨｎに対してバッテリアレイの選択されたセルに対する（望ましくは、バッテリアレイ内の全セルに対する）所定の基準を達成するために（領域１で用いるのと同じセル平衡化アルゴリズムを使うことは必ずしも必要ではない）セル平衡化アルゴリズムを用いる。
【００２４】
図２は、本発明による方法を実行する場合に用いられる代表的なセル平衡化のステップを示す模式図である。図２において、時間線３０は、充電処理のステップまたはモード３２の時間内生起と、電圧サンプリング信号３４の時間内変動を示している。図２で示す充電処理は、図２で示す最も早い時点以前から時点ｔ１までの充電ステップの中で連動している。時点ｔ１で、充電処理はリラックス・ステップに入る。リラックス・ステップ中、充電器は、充電電流を実質的にゼロに減衰できるために、バッテリアレイに高速充電電流を流していない（図１の曲線１８）。このように、図１に関連して前に考察したように、セル不一致の測定に、各セルのインピーダンスを横切って流れる充電電流からの誤差を導入することを回避する。電圧サンプリング信号３４は、継続時間がｔｓのサンプリング間隔に対する間隔ｔ２〜ｔ３の間パルスになり、時点ｔ３におけるセル電圧のサンプリングを達成する。セルのサンプリングが終了する時点ｔ３において、充電処理はセル平衡化ステップに入る。セル平衡化ステップは、時間間隔ｔ３〜ｔ１０を占有する。電圧サンプリング信号３４は、間隔ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９中（各間隔の継続時間はｔｓ）はパルスになり、時点ｔ５、ｔ７、ｔ９において実在するセル平衡化ステップの支援を得て電圧サンプリングを実行する。充電ステップは、時点ｔ１０で他のステップ、望ましくは他の充電ステップに入る。
【００２５】
図３は、図１に示す第１の充電モードでバッテリアレイを充電する本発明による方法の代表的な実施におけるセル電圧を時間の関数として示すグラフである。図３は、（図１の）領域１における本発明による方法の好適な用途の表示である。図３において、バッテリアレイ内の３つのセルの電圧は、時間に関して変わるものとして示されている。時間間隔ｔ１１〜ｔ１１０にわたって、第１のセル（セル１）はセル電圧Ｖ１を表し、第２のセル（セル２）はセル電圧Ｖ２を表し、さらに第３のセル（セル３）はセル電圧Ｖ３を表わしている。セル１、セル２、セル３のどのセルも図３に示されていない。
【００２６】
本発明による方法の好適実施例は、任意の順序で、各セル平衡化モードを識別し、セルに関連する少なくとも１つの性能パラメータを識別し、さらに性能パラメータに関連する抜け出し基準を確定するためのパラメータ基準を確定することから開始する。図３に示されている状況では、性能パラメータは、セル電圧低位閾値Ｖ１ｔｈＬＯＷとセル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨとして確定される。充電処理は、セル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨより低いセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３によって領域１の中にあるとして識別される。電圧サンプリング信号（たとえば、図２の電圧サンプリング信号３４）は、時点ｔ１２、ｔ１４、ｔ１６、ｔ１８、ｔ１１０で有効な継続時間がｔｓのサンプリング間隔中、セル電圧を周期的にサンプリングする。図３に示した本発明による方法の代表的な適用では、各サンプリング時点ｔｓの終わりで、どのセルをより遅い速度で充電すべきか、すなわち、セル間の不一致を小さくするためには、セル電圧がセル電圧低位閾値Ｖ１ｔｈＬＯＷよりも高いどのセルが、より遅い速度で充電されるかについての判断が実行される。セル間のより低速度の選択的充電を実行するための１つの仕組みは、選択されたセルの周囲の電流の一部を別経路に切り替えるため選択的に電流経路を確定することである。選択されたセルの周囲の電流の経路を切り替えるように回路が構成されている場合に、充電電流が流されていない場合は選択されたセルは放電するであろう。したがって、サンプリング時点ｔ１２、ｔ１４におけるより低速度の充電に対して、セル（セル１、セル２、セル３）のどれもが候補になっていない。サンプリング時点ｔ１６におけるセル電圧Ｖ２、Ｖ３はともにセル電圧低位閾値Ｖ１ｔｈＬＯＷ以上なので、セル２、セル３はサンプリング時点ｔ１６からｔ１１０までの進行方向に向かうセル電圧Ｖ２、Ｖ３を表示する緩傾斜の曲線によって示されているように、より遅い速度で充電される。セル電圧Ｖ１は、サンプリング時点ｔ１８までセル電圧低位閾値Ｖ１ｔｈＬＯＷ以上であるとして検出されず、この時間の後でセル１はサンプリング時間ｔ１８からｔ１１０までの進行方向に向かうセル電圧Ｖ１を表示する緩傾斜の曲線によって示されているように、より遅い速度で充電される。
【００２７】
図３に示す充電モードの代表的抜け出し基準は、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のどれかがセル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨ以上の場合、領域１は抜け出されうることを規定する。サンプリング時点ｔ１１０におけるセル電圧Ｖ３はセル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨ以上なので、図３に示すセル平衡化動作は消滅して充電が続く。この代表的な抜け出し基準を用いると、バッテリセル間で完全な平衡化が達成される前にセル平衡化動作を消滅させることが可能である。このことは、充電動作の過大な遅れを回避するために容認される。代替抜け出し基準つまり代替セル平衡化アルゴリズム、あるいは、代替抜け出し基準と代替セル平衡化アルゴリズムの組み合わせは、セル平衡化動作が消滅することを許す前に完全なセル平衡化が達成されることを保証するために、ここで考察した代表的な基準と平衡化アルゴリズムに置き換わりうる。代替方法として、時間制限を強制して、抜け出し基準の追加としてタイムアウト時限を確定してもよい。このような場合、タイムアウト時限が切れると、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のどれかがセル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨ以上となったか否かに関係なくセル平衡化動作は消滅する。
【００２８】
図４は、図１に示す第２の充電モードでバッテリアレイのセル平衡化を行うための本発明による方法の代表的な実施におけるセル電圧を時間の関数として示すグラフである。図４は、（図１の）領域２における本発明による方法の好適な用途の表示である。図４において、バッテリアレイ内の３つのセルの電圧は、時間に関して変わるものとして示されている。時間間隔ｔ２１〜ｔ２１０にわたって、第１のセル（セル１）はセル電圧Ｖ１を表し、第２のセル（セル２）はセル電圧Ｖ２を表し、さらに第３のセル（セル３）はセル電圧Ｖ３を表している。セル１、セル２、セル３のどのセルも図４に示されていない。
【００２９】
本発明による方法の好適実施例は、任意の順序で各種セル平衡化モードを識別し、セルに関連する少なくとも１つの性能パラメータを識別し、さらに性能パラメータに関連する抜け出し基準を確定するためのパラメータ基準を確定することから開始する。図４に示されている状況では、性能パラメータは、セル電圧低位閾値Ｖ２ｔｈＬＯＷとセル電圧高位閾値Ｖ２ｔｈＨＩＧＨとして確定される。充電処理は、セル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨ（図３）より高いセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３によって領域２（図１）の中にあるとして識別される。電圧サンプリング信号（たとえば、図２の電圧サンプリング信号３４）は、時点ｔ２２、ｔ２４、ｔ２６、ｔ２８、ｔ２１０で有効な継続時間がｔｓのサンプリング間隔中、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を周期的にサンプリングする。図４に示した本発明による方法の代表的な適用では、各サンプリング間隔ｔｓの終わりで、セル間の不一致を少なくするために、どのセルをより遅い速度で充電すべきか、セル電圧が平均セル電圧ＶＡＶＧよりも高いどのセルをより遅い速度で充電するかについての判断が実行される。セル間のより低速度の選択的充電を実行するための１つの仕組みは、選択されたセルの周囲の電流の一部を別経路に切り替えるため選択的に電流経路を確定することである。選択されたセルの周囲の電流経路を切り替えるように回路が構成されている場合に、充電電流が流されていない場合は選択されたセルは放電するであろう。平均セル電圧ＶＡＶＧは、
【数１】
2004007983.tif 000003
によって計算される。ここで　Ｎ＝アレイ内のセルの数
【００３０】
図４に示す充電動作では、Ｎ＝３である。
したがって、サンプリング時点ｔ２２におけるより低速度の充電に対して、セル（セル１、セル２、セル３）のどれもが候補になっていない。サンプリング時点ｔ２４におけるセル電圧Ｖ２、Ｖ３はともに平均セル電圧ＶＡＶＧ以上なので、セル２、セル３はサンプリング時点ｔ２４からｔ２６までの進行方向に向かうセル電圧Ｖ２、Ｖ３を表示する緩傾斜の曲線によって示されているように、より遅い速度で充電される。
【００３１】
サンプリング時点ｔ２６におけるセル電圧Ｖ２は、平均セル電圧ＶＡＶＧに等しいので、セル電圧Ｖ２を表示する傾斜が高まった曲線によって示されているように、セル２は高速で充電を始める。セル電圧Ｖ３は、依然としてサンプリング時点ｔ２６における平均セル電圧ＶＡＶＧよりも高いので、セル３はより遅い速度で充電され続ける。サンプリング時点ｔ２８におけるセル電圧Ｖ２、Ｖ３はともに平均セル電圧ＶＡＶＧよりも高い。したがって、セル３はより遅い速度で充電され続ける。セル電圧Ｖ１は平均セル電圧ＶＡＶＧ以上であるとして検出されないので、セル１は影響を受けない。図４に示す充電動作の代表的抜け出し基準は、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のすべてがセル電圧高位閾値Ｖ２ｔｈＨＩＧＨ以上の場合、領域２は抜け出されうることを規定する。サンプリング時点ｔ２１０においてセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のどれもがセル電圧高位閾値Ｖ２ｔｈＨＩＧＨ以上ではないので、図４に示すセル平衡化動作は動作を続ける。充電器から見た負荷は、領域２におけるセル平衡化動作は続けなければならないことを充電器に示す電流レベルで維持され、充電動作は領域２のセル平衡化が無かったときよりも長い。これは、本発明による方法の動的特性の一例であって、この特性によって１つの充電モード（たとえば、図１の領域１、領域２、領域３）から他の充電モードに至る遷移が時間によって駆動されるのではなく、アレイのセル内の条件のリアルタイムの評価によって駆動されるのである。
【００３２】
この代表的な抜け出し基準（ｅｘｉｔ　ｃｒｉｔｅｒｉａ）を用いると、バッテリセル間で完全な平衡化が達成される前にセル平衡化動作を消滅させることが可能である。このことは、充電動作の過大な遅れを回避するために容認される。代替抜け出し基準、つまり代替セル平衡化アルゴリズム、あるいは、代替抜け出し基準と代替セル平衡化アルゴリズムの組み合わせは、セル平衡化動作が消滅することを許す前に完全なセル平衡化が達成されることを保証するために、ここで考察した代表的な基準と平衡化アルゴリズムに置き換わりうる。代替方法として、時間制限を強制して、抜け出し基準の追加としてタイムアウト時限を確定してもよい。このような場合、タイムアウト時限が切れると、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のどれかがセル電圧高位閾値Ｖ２ｔｈＨＩＧＨ以上となったか否かに関係なくセル平衡化動作は消滅する。
【００３３】
図５は、図１に示す第３の充電モードでバッテリアレイのセル平衡化を行うための本発明による方法の代表的な実施におけるセル電圧を時間の関数として示すグラフである。図５は、（図１の）領域３における本発明による方法の好適な用途の表示である。図５において、バッテリアレイ内の３つのセルの電圧は、時間に関して変わるものとして示されている。時間間隔ｔ３１〜ｔ３１４にわたって、第１のセル（セル１）はセル電圧Ｖ１を表し、第２のセル（セル２）はセル電圧Ｖ２を表し、さらに第３のセル（セル３）はセル電圧Ｖ３を表している。セル１、セル２、セル３のどのセルも図５に示されていない。
【００３４】
本発明による方法の好適実施例は、任意の順序で各セル平衡化モードを識別し、セルに関連する少なくとも１つの性能パラメータを識別し、さらに性能パラメータに関連する抜け出し基準を確定するためのパラメータ基準を確定することから開始する。図５に示されている状況では、性能パラメータは、第１のセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ１と第１のセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ１として最初に確定される。充電処理は、セル電圧高位閾値Ｖ１ｔｈＨＩＧＨ（図３）より高いセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３による領域３（図１）の中にあるとして識別される。何故ならば、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、セル電圧高位閾値Ｖ２ｔｈＨＩＧＨ（図４）より高いからである。電圧サンプリング信号（たとえば、図２の電圧サンプリング信号３４）は、時点ｔ３２、ｔ３４、ｔ３６、ｔ３８、ｔ３１０、ｔ３１２、ｔ３１４で有効な継続時間がｔｓのサンプリング間隔中、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を周期的にサンプリングする。図５に示した本発明による方法の代表的な適用では、各セルの処理について或る種の判断が実行される。２ステップの評価が実行される。（１）セル電圧Ｖｎのどれかがこのとき実在するセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎよりも高い場合、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎは、すべてのセル電圧Ｖｎがセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎｅｗよりも低いレベルの新しい閾値、Ｖ３ｔｈＬＯＷｎｅｗ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎｅｗにより高くシフトされる。新しくより高い閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎｅｗ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎｅｗに関するさらなる評価が実行される。どのセル電圧Ｖｎもこのとき実在するセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎｅｗよりも高くない場合、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎｅｗ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎｅｗはこのときのレベルにとどまり、変更しなかった閾値についてさらなる評価が実行される。（２）各セル電圧Ｖｎがこのとき実在するセル電圧低位閾値３ｔｈＬＯＷｎｅｗよりも高い場合（上記ステップ（１）に従って閾値評価が実行された後）、電圧Ｖｎを表示する各セル、セルｎはより遅い速度で充電される。セル間のより低速度の選択的充電を実行するための１つの構造は、選択されたセルの周囲の電流の一部を別経路に切り替えるため選択的に電流経路を確定することである。回路が選択されたセルの周囲で電流の経路を切り替えるように構成されている場合に充電電流が流されていない場合、選択されたセルは放電するであろう。さらなる評価が用いられる。（３）すべてのセル、セル１，セル２，セル３のセル電圧が、このとき実在する閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎの中間のＶ１、Ｖ２、Ｖ３であるとすれば、すべてのセル、セル１，セル２，セル３は平衡していると想定される。このような想定された状況では、（ａ）フル充電が実行されて、可能な限り高速ですべてのセル、セル１，セル２，セル３を充電する。（ｂ）閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎは、すべてのセル電圧Ｖｎが新しいセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎよりも低いレベルの新しい閾値により高くシフトされる。さらに、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のどれかがこのとき実在する閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎの中間であり、他のセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が実在する低閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ以下のままになっている場合、このとき実在する閾値Ｖ３Ｖ、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎの中間にあるセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は放電し（たとえば、影響を受けるセルに対して充電電流が流されておらず、影響を受けるセルの周囲の回路を切り替える代替電流経路は動作可能になっているか、または確定されている）、実在する電荷は、セル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が実在する低閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ以下のセル上で保持される。さらに、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が実在する低閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷｎ以下の場合、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、一緒に高充電速度で充電される。
【００３５】
サンプリング時点ｔ３２におけるセル電圧Ｖ３が、このとき実在するセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ１より高いので、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ１、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ１は、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が新しいセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ２よりも低いレベルの新しい閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ２を確定する十分に高いレベルにシフトされる。次にセル電圧Ｖ１、Ｖ２はこのとき実在するセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２以下であるので、セル電圧がＶ１、Ｖ２であるセル１、セル２に対するより低速度の充電は実行されない。
【００３６】
サンプリング時点ｔ３４におけるセル電圧Ｖ３が、このとき実在するセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ１より高いが、セル電圧Ｖ２、Ｖ３は低電圧閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２以下なので、セル３は放電し、サンプリング時点ｔ３４から前方に向かうセル電圧Ｖ３を表示する曲線の下方向傾斜によって図５で明らかなように、セル２、セル３はそれぞれの電圧レベルに維持される。サンプリング時点ｔ３４におけるセル電圧Ｖ１、Ｖ２はともにセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２以下なので、サンプリング時点ｔ３４から前方に向かうセル電圧Ｖ２、Ｖ３を表示する曲線の平坦な電圧レベルによって明らかなように、このときセル１，セル２の実在する充電レベルは維持される。
【００３７】
サンプリング時点ｔ３６におけるセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２以下のままになっているので、セル１、セル２、セル３のすべては、サンプリング時点ｔ３６から前方に向かうセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を表示する平行な曲線によって示されているように、高速の充電速度で充電される。
【００３８】
サンプリング時点ｔ３８におけるすべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ２の中間にあるので、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ２、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ２は、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が新しいセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ３より低いレベルの新しい閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ３、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ３を確定する十分に高いレベルにシフトされる。セル１、セル２、セル３のすべてはフル充電状態を続ける。
【００３９】
サンプリング時点ｔ３１０におけるすべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、このとき実在するセル電圧低位閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ３以下であり、セル１、セル２、セル３のすべてはフル充電状態を続ける。
【００４０】
サンプリング時点ｔ３１２におけるすべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ３、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ３の中間にあるので、閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ３、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ３は、すべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が新しいセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ４より低いレベルの新しい閾値Ｖ３ｔｈＬＯＷ４、Ｖ３ｔｈＨＩＧＨ４を確定する十分に高いレベルにシフトされる。セル１、セル２、セル３のすべてはフル充電状態を続ける。
【００４１】
サンプリング時点ｔ３１２と時点ｔ３１３の中間におけるすべてのセル電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、（定格電圧または目標電圧としても知られている）調整された電圧ＶＲＥＧを達成する。この方法は、実在するセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎがＶＲＥＧ以上の場合、セル平衡化動作から抜け出すかセル平衡化動作を終了することを可能にする。その状況は、図５の間隔ｔ３１２〜ｔ３１３の中で現れる。したがって、セル平衡化はサンプリング時点ｔ３１４で終了する。代替方法として、時間制限を強制して、抜け出し基準の追加としてタイムアウト時限を確定してもよい。このような場合、タイムアウト時限が切れると、セル平衡化動作は領域３で消滅し、実在するセル電圧高位閾値Ｖ３ｔｈＨＩＧＨｎがＶＲＥＧ以上となったか否かに関係なくセル平衡化は終了する。
【００４２】
図６は、本発明による方法の好適実施例を示す流れ図である。図６において、複数のセルをもつバッテリアレイの充電を制御する方法１００は、スタート位置で始まる。充電は複数の充電モードで行われ、複数のセルでほぼ同様な目標電圧を達成する。複数の充電モードの各充電モードは、少なくとも１つの該当する充電変数（ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ）を用いて充電を達成する。方法１００は、任意の順序で、ブロック１０４で示すように、各該当するセル平衡化モードを識別する少なくとも１つのパラメータ基準（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）を確定するステップと、ブロック１０６で示すように、各セル平衡化モードに対して複数のセルから選択されたセルに付随する少なくとも１つの性能パラメータを識別するステップと、ブロック１０８で示すように、各セル平衡化モードから抜け出すことを可能にする少なくとも１つの抜け出し基準を確定するステップとともに継続する。少なくとも１つの抜け出し基準は、少なくとも１つの性能パラメータが選択された各セルごとに所定の値の範囲内にあることを示す。
【００４３】
方法１００は、質問ブロック１１０で示すように、充電をしているか否かについて質問することにより継続する。充電をしていない場合、方法１００はノー応答線を経由し、戻り線１１４を介して質問ブロック１１０に戻ることを続ける。遅れ１１３は、質問ブロック１１０に戻る場合に必要に応じて強制されることがある。遅れを強制するオプションは、点線で示されている遅れブロック１１３によって示される。
【００４４】
充電をしている場合、ブロック１１８で示すように、方法１００はイエス応答線１１６を介して進み、セル平衡化動作を開始する。ブロック１２０で示すように、方法１００は高速充電を終了してセル電圧のサンプリングを有効にすることにより継続する。方法１００は、このとき実在する各セル平衡化モードを識別する少なくとも１つのパラメータ基準を適用することにより継続し、このとき実在する各セル平衡化モードは、ブロック１２１で示すように、実在するセル平衡化モードである。ブロック１２１は、複数の質問ブロック１２２、１４０、１５８を含む。ブロック１２２で示すように、方法１００は第１の平衡化が要求されているか否か（たとえば、図１の領域３）について質問する。第１の平衡化が要求されていない場合、方法１００はノー応答線１３８を介して進み、ブロック１４０で示すように、条件付き平衡化（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ）が要求されているか否か（たとえば、図１の領域１）について質問する。条件付き平衡化が要求されていない場合、方法１００はノー応答線１５６を介して進み、ブロック１５８で示すように、第２の平衡化が要求されているか否か（たとえば、図１の領域２）について質問する。第２の平衡化が要求されていない場合、方法１００はノー応答線１７２を介して進み、戻り線１３３を介して戻り、ブロック１３５で示すように、ある間隔中に高速充電動作を実行する。ブロック１３５の後に実行される間隔は、一定の間隔でもよいし、所定の判断基準に基づいてオペレータまたはコンピュータプログラムによって制御される可変間隔でもよい。ブロック１３５の後に実行される高速充電に対する間隔の制御の詳細は、図６に示されていない。方法１００はブロック１３５に関連する間隔の後進行して、ブロック１３５からブロック１２０に戻り、高速充電を終了してさらなる電圧サンプリングを有効にする。
【００４５】
実在するセル平衡化モードが立ち上げられると（ブロック１２１）、方法１００は、実在するセル平衡化モードに対する少なくとも１つの充電変数を用いて（望ましくは、充電電流）ブロック１２３で示すように、ブロック１２１によって引き出された結論に適切な平衡化動作を遂行する。
【００４６】
したがって、第１の平衡化が要求されていると決定される場合、方法１００は、質問ブロック１２４からのイエス応答線１２４を介して進み、質問ブロック１２６で示すように、第１の平衡化アルゴリズムが有効か否かについて質問する。第１の平衡化アルゴリズムが有効である場合、方法１００はイエス応答線１２８を介して進み、ブロック１３０で示すように、（たとえば、図５に関連して説明したように）適切な平衡化を達成する。第１の平衡化アルゴリズムが有効ではない場合、方法１００はノー応答線１２６を介して進み、ブロック１３５で示すように、戻り線１３３を介して戻り、或る間隔中、高速充電動作を実行する。ブロック１３５の後に実行される間隔は、一定の間隔でもよいし、所定の判断基準に基づいてオペレータまたはコンピュータプログラムによって制御される可変間隔でもよい。ブロック１３５の後に実行される高速充電に対する間隔の制御の詳細は、図６に示されていない。方法１００はブロック１３５に関連する間隔の後進行して、線１３７を介してブロック１３５からブロック１２０に戻り、高速充電を終了してさらなる電圧サンプリングを有効にする。
【００４７】
条件付き平衡化が要求されていると決定される場合、方法１００は質問ブロック１４０からのイエス応答線１４２を介して進み、ブロック１４４で示すように、条件付き平衡化アルゴリズムが有効か否かについて質問する。条件付き平衡化アルゴリズムが有効である場合、方法１００はイエス応答線１４６を介して進み、ブロック１４８で示すように、（たとえば、図３の関連して説明したように）適切な平衡化を達成する。条件付き平衡化アルゴリズムが有効ではない場合、方法１００はノー応答線１５４を介して進み、ブロック１３５で示すように、戻り線１３３を介して戻り、ある間隔中、高速充電動作を実行する。ブロック１３５の後に高速充電動作が実行される間隔は、一定の間隔でもよいし、所定の判断基準に基づいてオペレータまたはコンピュータプログラムによって制御される可変間隔でもよい。ブロック１３５の後に実行される高速充電に対する間隔の制御の詳細は、図６に示されていない。方法１００は、ブロック１３５に関連する間隔の後進行して、線１３７を介してブロック１３５からブロック１２０に戻り、高速充電を終了してさらなる電圧サンプリングを有効にする。
【００４８】
第２の平衡化が要求されていると決定されている場合、方法１００は質問ブロック１５８からのイエス応答線１６０を介して進み、ブロック１６２で示すように、第２の平衡化アルゴリズムが有効か否かについて質問する。第２の平衡化アルゴリズムが有効である場合、方法１００はイエス応答線１６４を介して進み、ブロック１６６で示すように、（たとえば、図４に関連して説明したように）適切な平衡化を達成する。第２の平衡化アルゴリズムが有効ではない場合、方法１００はノー応答線１７０を介して進み、ブロック１３５で示すように、戻り線１３３を介して戻り、ある間隔中、高速充電動作を実行する。ブロック１３５の後に実行される間隔は、一定の間隔でもよいし、所定の判断基準に基づいてオペレータまたはコンピュータプログラムによって制御される可変間隔でもよい。ブロック１３５の後に実行される高速充電に対する間隔の制御の詳細は、図６に示されていない。方法１００は、ブロック１３５に関連する間隔の後進行して、線１３７を介してブロック１３５からブロック１２０に戻り、高速充電を終了してさらなる電圧サンプリングを有効にする。
【００４９】
したがって、ブロック１２３においては、（望ましくは選択されたセルは充電中のバッテリアレイ内のすべてのセルを含む）選択されたセルごとに充電中に用いられる平衡化モードに依存して（つまり、ブロック１３０、ブロック１４８またはブロック１６６）、方法１００は、選択された各セルに関連する少なくとも１つの性能パラメータの測定値である実在するパラメータ・セットを取得する。本発明による方法の好適実施例で簡単に記述されているように、セル電圧は実在するパラメータ・セットとして測定される。方法１００は、少なくとも１つの抜け出し基準と実在する各パラメータ・セットを比較することを続ける。方法１００は実在するパラメータ・セットを測定して、図３（図１、領域１の条件付き平衡化）と、図４（図１、の第２の平衡化）と、図５（図１、用域３の第１の平衡化）とに関連して説明したように、抜け出し基準を満足させるまで、この実在するパラメータ・セットと適切な抜け出し基準を比較することを続ける。
【００５０】
適切な抜け出し基準が満足されると、方法１００はブロック１２３から出て、戻り線１１４を介して質問ブロック１１０に戻る。遅れ１１３は、質問ブロック１１０に戻る場合に必要に応じて強制されることがある。遅れを強制するオプションは、点線で示されている遅れブロック１１３によって示される。
【００５１】
したがって、方法１００が第１の平衡化を実行していて（ブロック１３０）、適切な抜け出し基準を満足させると、方法１００は抜け出し条件線１３２を介して戻り線１１４に戻る。方法１００が条件付き平衡化を実行していて（ブロック１４８）、適切な抜け出し基準を満足させると、方法１００は抜け出し条件線１５０を介して戻り線１１４に戻る。方法１００が第２の平衡化を実行していて（ブロック１６６）、適切な抜け出し基準を満足させると、方法１００は抜け出し条件線１６８を介して戻り線１１４に戻る。
【００５２】
代替方法として、各セル平衡化モードごとに時間制限を強制して、抜け出し基準の追加としてタイムアウト時限を確定してもよい。このような場合、タイムアウト時限が切れると、抜け出し基準が満足されたか否かに関係なくこのとき実在するセル平衡化モードに対するセル平衡化動作は消滅する。したがって、方法１００が第１の平衡化を実行していて（ブロック１３０）、適切なタイムアウト時限が切れた場合、方法１００はタイムアウト線１３４を介して戻り線１１４に戻る。方法１００が条件付き平衡化を実行していて（ブロック１４８）、適切なタイムアウト時限が切れた場合、方法１００はタイムアウト線１５２を介して戻り線１１４に戻る。図６に示す本発明による方法の好適実施例においては、第２の平衡化（ブロック１６６）に対してタイムアウト・パラメータが与えられていない。何故ならば、タイムアウト・パラメータは、セル間の平衡化が中断せずに実行されることが望ましい第２の平衡化動作（図１の領域２）の中にあるからである。必要に応じて、タイムアウト抜け出し基準を第２の平衡化の態様に組み込めることは勿論である。
【００５３】
図７は、本発明によるセル平衡化装置の第１の実施例を示す電気的模式図である。図７において、バッテリアレイ２０３の充電を制御する（望ましくは基板以外の場所にあり、図７には示されていない）装置２００は、基板２０１上に置かれ、充電器コネクタ２０２、２０４で充電ユニットと接続するように構成される。装置２００は、感知ユニット２０６とセル平衡化制御ユニット２０８とを含む。感知ユニット２０６は、バッテリアレイ２０３と接続され個々のセルを選択的に抜き取る電圧サンプリング装置２１０を含む。セル電圧サンプリング装置２１０は、各セル電圧を、選択的に大地を基準とする値に変換する。感知ユニット２０６は、多重化制御ユニット２１２と、比較器２１４と、状態レジスタ２１６とを含む。充電制御ユニット２０８は、状態機械２２０と閾値発生ユニット２２２とを含む。閾値発生ユニット２２２は、所定の閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎを備えている。
【００５４】
多重化制御ユニット２１２は、バッテリアレイ２０３の各セルのうちどのセルがセル電圧サンプリング装置２１０によってサンプリングされるかを制御するセル電圧サンプリング装置２１０に接続される。セル電圧サンプリング装置２１０からの出力２１１は、バッテリアレイ２０３の各セルの各標本を表示する比較器２１４に与えられる。比較器２１４は、このとき実在するセル平衡化モードに対して適切な閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎを閾値発生ユニット２２２から受信する。適切な閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎは、どのセル平衡化モードが実在するかの決定に基づいて閾値発生ユニット２２２によって選択されるが、それはまたセル電圧サンプリング装置２１０によって選択された、バッテリアレイ２０３から選択的に与えられたセル電圧サンプリングの結果に基づき線２１９を介して閾値発生ユニット２２２に与えられる。
【００５５】
比較器２１４は、セル電圧サンプリング装置２１０からの出力２１１と閾値発生ユニット２２２から受信した閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎとの比較結果を示す比較指示２１５を状態レジスタ２１６に与える。
【００５６】
装置２００は、望ましくは１つのチップ製品の中に構成されたアナログ／デジタル装置である。セル電圧サンプリング装置２１０は、各セルごとに選択された個々の閾値に対してサンプリングするためにバッテリアレイ２０３内の各セルを選択する場合に、多重化制御ユニット２１２からの信号に応答する。閾値の試験と閾値との比較の第１のデジタル表示は、状態レジスタ２１６に与えられる比較指示２１５である。状態レジスタ２１６は、比較器２１４から受信した選択された比較指示２１５に関連する指示２１７を状態機械２２０に与える。多重化制御ユニット２１２は、セル電圧サンプリング装置２１０と状態レジスタ２１６と状態機械２２０と閾値発生ユニット２２２と接続され、セル電圧サンプリング装置２１０と状態レジスタ２１６と状態機械２２０と閾値発生ユニット２２２とのそれぞれによって、所定の時点でバッテリアレイ２０３の同じ各セルが処理されることを保証する。多重化制御ユニット２１２は、デジタル・ユニット、アナログ・ユニットでもよく、あるいはデジタル状態機械２２０と状態レジスタ２１６とのインターフェースをとるデジタル・アナログ・ハイブリッド・ユニットでもよい。望ましくは、セル電圧サンプリング装置２１０と比較器２１４と閾値発生ユニット２２２とはアナログ装置である。
【００５７】
状態機械２２０は、バッテリアレイ２０３から選択されたセルの低速充電を選択的に達成する分流装置２２４と接続される。バッテリアレイ２０３の選択されたセルの低速充電を達成する代表的な構造体は図７に示されている、分流装置２２４はバッテリアレイ２０３内の選択されたセルの周囲の電流の一部の経路を切り替えるための電流経路を確定して、充電しながらセル間の平衡化を達成する。状態機械２２０は切り替え装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と接続され、切り替え装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の切り替え動作を制御する。
【００５８】
要約すると、装置２００は、閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎを用いてバッテリアレイ２０３内の各セルの充電状態を検出する。状態機械２２０は、感知ユニット２０６と充電制御ユニット２０８と分流装置２２４との間の協力を制御してセルのサンプリングと平衡化とを達成する。セルのサンプリングと平衡化は、充電電流がゼロのとき、または電流が条件付きのときのいずれかで実行される。低容量のバッテリアレイ（つまり、電荷の量が少ないバッテリアレイ）におけるセルの平衡化はプリ・コンディショニング電流（ｐｒｅ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ）を用いて実行される。プリ・コンディショニング電流は、バッテリアレイを使い果たさずに（ｗｉｔｈｏｕｔ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｐｌｅｔｉｇ　ｔｈｅ　ｂａｔｔｅｒｙ　ａｒｒａｙ）バッテリアレイ内のセルの平衡化を可能にする低電流である。このような条件（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）では、セルのインピーダンス不一致による誤差が現れるが、低いプリ・コンディショニング電流を用いることによってこれらの誤差は最小になる。セルのインピーダンス不一致による最小誤差をこの充電モードの重要事項（ｃｒｉｔｉｃａｌ）と見なすことはできない。何故ならば、主セル平衡化動作は、セルが高レベルの容量であるときに達成されるからである。
【００５９】
中程度の容量のバッテリアレイにおけるセル平衡化は、（高速充電電流と呼ばれることがある）フル充電電流のときに実行される。このようなセル平衡化モードの動作の主な目的は、バッテリアレイの各セルの間に充電によって誘起したオフセットによって発生しうるセルの不平衡の増加を最小にすることである。
【００６０】
大容量のバッテリアレイのセル平衡化は、充電動作における最高の性能と正確さを達成するため、充電電流を使わずに実行されるか、小充電電流を用いて実行される。
【００６１】
スイッチＳ２は、スイッチＳ１とバッテリアレイ２０３との間の電流を制御する。スイッチＳ１は、充電器端子（ｌｏｃｕｓ）２０２とスイッチＳ２との間の電流を制御する。スイッチＳ３は、インピーダンスＲを回路の中に含めるか否かを制御する。インピーダンスＲは適切な値になっているので、スイッチＳ１が開いており、スイッチＳ２が閉じていて、スイッチＳ３が閉じている場合、装置２００の回路内にインピーダンスＲを含めることは、充電器端子２０２からバッテリアレイ２０３までの電流を小さくする。したがって、バッテリアレイが小容量である場合、与えられた低電流は、充電を達成するために適切である。
【００６２】
一例として、装置２００は状態機械２２０とバッテリアレイ２０３内の各セル電圧に応答して、次の表１に示すように、（図７に示されていない、充電器端子２０２、２０４に接続された充電装置と協力して）充電動作を達成する。
【表１】
2004007983.tif 000004
【００６３】
図８は、本発明の充電装置の第２の実施例を示す電気的模式図である。図８において、装置３００は、バッテリアレイ２０３の充電を制御する装置２００とほぼ同じように構成される。冗長を避けるため、装置３００の冗長な説明はせず、装置３００と装置２００との類似の構成部品は類似の参照番号を用いて識別される。図８のこの説明は、装置３００と装置２００（図７）の違いを中心に考察する。装置３００と装置２００（図７）の主な違いは、電流シンク３５０を設けたことである。
【００６４】
電流シンク３５０は、充電中のバッテリアレイ内部の充電電流が低電流（低容量）やゼロ（大容量）である条件の場合でも、充電ユニット（図８に示されず）から所定の電流が流れ続けることを保証するように構成される。電流シンク３５０は、装置３００が或るレベルの充電電流を必要とする電流平衡化動作を実行している場合、所定の電流を選択的に大地に分流する何らかの回路で具体化される。装置３００の好適実施例においては、低容量のバッテリアレイ２０３の充電を事実行うために必要な低電流レベルは充電ユニット自体によって与えられ、無電流動作（ｎｏ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）は電流シンク３５０によって収容される。好適実施例における電流シンク３５０は、充電ユニットが無電流状態を検出せず、時期尚早に、誤って充電動作を終了しないことに十分な所定の電流を充電ユニットから引き出す。
【００６５】
電流シンク３５０の好適実施例は、図８の中で点線で示されている。状態機械２２０に応答するスイッチＳ８は、装置３００の回路内にインピーダンスＲ８を選択的に含み、充電器端子２０２、２０４と接続された充電ユニット（図８に示されず）から大地に電流を分流する。インピーダンスＲ８は適切に選択され、充電ユニットから十分な電流が引き出されて充電ユニットによる充電動作の不適切な早すぎる終了を不可能にすることを保証する。充電中のホストユニット（図８に示されず）と充電ユニットとの間の通信または装置３００と充電ユニットとの間の通信は不要である。装置３００の回路内に電流シンク３５０を含めることは、図１から図７に関連して本明細書の初めの部分で説明したように、閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎとセル電圧の比較に基づいてバッテリアレイ２０３を充電するために選択されたセル平衡化モードに応答して達成される。
【００６６】
要約すると、装置３００は一定の閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎを用いてバッテリアレイ２０３の充電状態を検出する。状態機械２２０は、感知ユニット２０６と制御ユニット２０８と分流ユニット２２４の間の協力を制御してセルのサンプリングと平衡化を達成する。セルのサンプリングと平衡化は、ゼロ充電電流と条件付け以前の電流とのいずれかを用いて実行される。条件付け以前の電流は、バッテリアレイを使い果たさずにバッテリアレイ内のセルの平衡化を可能にする低電流である。低容量のバッテリアレイ（つまり、電荷の量が少ないバッテリアレイ）におけるセルの平衡化は条件付け以前の電流を用いて実行される。このような条件では、セルのインピーダンス不一致による誤差が現れるが、条件付け以前の低電流を用いることによって誤差は最小になる。セルのインピーダンス不一致による最小誤差をこのセル平衡化モードの重要事項と見なすことはできない。何故ならば、主セル平衡化動作は、セルが高レベルの容量であるときに達成されるからである。
【００６７】
中程度の容量のバッテリアレイのセル平衡化は、（高速充電電流と呼ばれることがある）フル充電電流のときに実行される。このようなセル平衡化モードの動作の主な目的は、バッテリアレイの各セルの間に充電によって誘起したオフセットにより発生するかもしれないセルの不平衡を最小にすることである。
【００６８】
大容量のバッテリアレイのセル平衡化は、望ましくは、充電動作における最高の性能と正確さを達成するため、電流シンク３５０によって確定された小充電電流を用いて実行される。電流シンク３５０は、十分な負荷が充電ユニット（図８に示されず）によって「見られる」ことを保証する。このことは、充電ユニットが誤って過小な負荷だと「見て」、その過小な負荷を充電の完了の表示として解釈した場合に発生するかもしれない充電動作の中断を回避する。
【００６９】
スイッチＳ２は、スイッチＳ１とバッテリアレイ２０３との間の電流を制御する。スイッチＳ１は、充電器端子（ｌｏｃｕｓ）２０２とスイッチＳ２との間の電流を制御する。スイッチＳ８は、インピーダンスＲ８が回路内に含まれていて、充電ユニットから所定の電流を引き出して大地に分流するか否かを制御する。スイッチＳ１が開いており、スイッチＳ２が閉じており、スイッチＳ８が閉じている場合は装置３００の回路内にインピーダンスＲ８を含めることが充電器端子２０２からバッテリアレイ２０３までの電流を小さくするように、インピーダンスＲ８は適切な値にされる。したがって、バッテリアレイが小容量の場合、充電端子２０２から引き出された低電流は、充電ユニットによる充電動作の早すぎる誤終了を不可能にすることに適している。
【００７０】
一例として、装置３００は状態機械２２０とバッテリアレイ２０３内の各セル電圧に応答して、次の表２に示すように、（図８に示されていない、充電器端子２０２、２０４に接続される充電装置と共同して）充電動作を達成する。
【表２】
2004007983.tif 000005
【００７１】
装置３００は、装置３００（または装置３００がセル平衡化動作を制御しているホスト製品）と、充電器端子２０２、２０４に接続された充電器ユニットとの間の通信を必要としない。充電器ユニットは、低電流充電動作または無電流充電動作が実行されている場合に関する情報を必要としない。装置３００の回路内に電流シンク３５０を含めることは、図１から図７に関連して本明細書の初めの部分で説明したように、閾値、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨｎとセル電圧の比較に基づいてバッテリアレイ２０３を充電するために選択されたセル平衡化モードに応答して達成される。
【００７２】
詳細な図面と与えられた特別な例によって本発明の好適実施例を説明してきたが、それは例示のためだけであること、本発明の装置と方法は精緻な詳細と開示された条件に限定されないこと、さらに特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨を逸脱することなく各種変更を実施できることを理解すべきである。
【００７３】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）複数のセルを有するバッテリアレイのセル平衡化を制御する方法であって、前記充電は、複数のセル平衡化モードでもたらされて目標電圧を達成し、前記複数のセル平衡化モードの各セル平衡化モードは、少なくとも１つの各充電変数を用いて前記充電を達成する方法において、
（ａ）任意の順序で
（１）前記各セル平衡化モードを識別する少なくとも１つのパラメータ基準を確定するステップと、
（２）前記各セル平衡化モードごとに前記複数のセルから選択されたセルに関連する少なくとも１つの性能パラメータを識別するステップと、
（３）前記各セル平衡化モードから抜け出すことを可能にするとともに前記選択された各セルごとに前記少なくとも１つの性能パラメータが所定の値の範囲内であることを示す少なくとも１つの抜け出し基準を確定するステップと、
（ｂ）前記バッテリアレイを充電することを立ち上げるステップと、
（ｃ）少なくとも１つのパラメータ基準を適用して、実在するセル平衡化モードであるこのとき実在する前記各セル平衡化モードを識別するステップと、
（ｄ）前記実在するセル平衡化モードに対して前記少なくとも１つの充電変数を利用して前記充電をもたらすステップと、
（ｅ）前記選択されたセルに対して
（１）前記選択された各セルに関連する前記少なくとも１つの性能パラメータの少なくとも１つの実在する性能パラメータの測定値である前記実在するパラメータ・セットを取得するステップと、
（２）前記少なくとも１つの抜け出し基準と前記各実在するパラメータ・セットを比較するステップと、
（３）前記実在するパラメータ・セットが前記少なくとも１つの抜け出し基準を満足させるまでステップ（ｅ）（１）からステップ（ｅ）（２）を反復するステップと、
（ｆ）前記実在するセル平衡化モードを終了するステップと、
（ｇ）前記目標電圧が達成されるまでステップ（ｃ）からステップ（ｆ）を反復するステップと、
（ｈ）前記目標電圧が達成されると前記充電を終了するステップと、
を含む前記方法。
【００７４】
（２）第１項に記載の複数のセルを有するバッテリアレイの充電を制御する方法において、前記充電は、前記実在するパラメータ・セットを取得するために消費された時間の少なくとも１つの部分中、中断する前記方法。
【００７５】
（３）第１項に記載の複数のセルを有するバッテリアレイの充電を制御する方法において、前記少なくとも１つのパラメータ基準は、前記複数のセルの各セルに対する閾値電圧の観点から表現される前記方法。
【００７６】
（４）第２項に記載の複数のセルを有するバッテリアレイの充電を制御する方法において、前記少なくとも１つのパラメータ基準は、前記複数のセルの各セルに対する閾値電圧の観点から表現される前記方法。
【００７７】
（５）バッテリアレイを目標電圧まで充電しながら、セル間の電圧レベルを制御する方法は、各充電電流を利用するセル平衡化モードを用いる。この方法は、（ａ）任意の順序で（１）各平衡化モードを識別するパラメータ基準を確定するステップと（２）各平衡化モードごとに選択されたセルに関連する性能パラメータを識別するステップと、（３）各平衡化モードごとに抜け出し基準を確定するステップと、（ｂ）充電の始まりを立ち上げるステップと、（ｃ）実在する平衡化モードを識別するステップと、（ｄ）充電用の実在する平衡化モードに対する充電電流を利用するステップと、（ｅ）選択されたセルに対して（１）セルに関連する実在するパラメータを取得するステップと、（２）抜け出し基準と実在する各パラメータを比較するステップと、（３）実在するパラメータが抜け出し基準を満足させるまでステップ（ｅ）（１）からステップ（ｅ）（２）を反復するステップと、（ｆ）実在するセル平衡化モードを終了するステップと、目標電圧が達成されるまで（ｇ）ステップ（ｃ）からステップ（ｆ）を反復するステップと、（ｈ）充電を終了するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】時間に関連する充電電流とセル電圧を示すとともに、本発明による方法の概要を与える代表的な充電の進行のグラフである。
【図２】本発明による方法を実行する場合に用いられる代表的なセル平衡化のステップを示す模式図である。
【図３】図１に示す第１のセル平衡化モードでバッテリアレイのセル平衡化を行うための本発明による方法の代表的な実施においてセル電圧を時間の関数として示すグラフである。
【図４】図１に示す第２のセル平衡化モードでバッテリアレイのセル平衡化を行うための本発明による方法の代表的な実施においてセル電圧を時間の関数として示すグラフである。
【図５】図１に示す第３のセル平衡化モードでバッテリアレイのセル平衡化を行うための本発明による方法の代表的な実施においてセル電圧を時間の関数として示すグラフである。
【図６】本発明による方法の好適実施例を示す流れ図である。
【図７】本発明の充電装置の第１の実施例を示す電気的模式図である。
【図８】本発明による充電装置の第２の実施例を示す電気的模式図である。
【符号の説明】
１０　充電電流／セル電圧のグラフ
１２　グラフ１０の縦軸
１４　グラフ１０の横軸
１６　セル電圧を表す曲線
１８　充電周期の一部を表す曲線
１９、１９ａ　曲線１８のテーパー形部分
３０　時間線
３２　モードを表する線
３４　電圧サンプリング信号
２００、３００　装置
２０１　基板
２０２、２０４　充電器コネクタ
２０３　バッテリアレイ
２０６　感知ユニット
２０８　セル平衡化制御ユニット
２１０　セル電圧サンプリング装置
２１１　セル電圧サンプリング装置からの出力
２１２　多重化制御ユニット
２１４　比較器
２１５　比較指示
２１６　状態レジスタ
２１７　比較指示に関連する指示
２１９　ユニット間の測定データを送る線
２２０　状態機械
２２２　閾値発生ユニット
２２４　分流器
３５０　電流シンク
【図１】
2004007983.tif 000006
【図２】
2004007983.tif 000007
【図３】
2004007983.tif 000008
【図４】
2004007983.tif 000009
【図５】
2004007983.tif 000010
【図６】
2004007983.tif 000011
【図７】
2004007983.tif 000012
【図８】
2004007983.tif 000013