(57)【要約】  電池が開示される。この電池は、中を貫く内部ボアを有する電気化学セルと、電気化学セルに電気的に結合されるとともに内部ボアの一部分内に配された電圧コンバータモジュールとを備え、その電圧コンバータは、電気化学セルによって生成された第１の電圧を第２の異なる電圧に変換するように構成されている。
2010521055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中を貫く内部ボアを有する電気化学セルと、
前記電気化学セルに電気的に結合されるとともに、前記内部ボアの一部分内に配された電圧コンバータモジュールであって、前記電気化学セルによって生成された第１の電圧を第２の異なる電圧に変換するように構成されている電圧コンバータモジュールと、
を備える電池。
【請求項２】
前記電気化学セルが、少なくとも９０％の容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成されている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記電気化学セルがリン酸鉄リチウムセルを含む、請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記電気化学セルと前記電圧コンバータとを収容する電池ケースと、
前記第２の電圧が供給される、前記電池ケース上に配された一組みの外部端子とを更に備える、請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記電気化学セルと電圧コンバータモジュールとの間で結合された一組みのタブと、
前記電圧コンバータモジュールと前記電池ケースによって支持された外部端子との間で結合された第２の一組みのタブとを更に備える、請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記電圧コンバータモジュールが、
電子スイッチング素子と、
前記電子スイッチング素子に電気的に結合されたコントローラであって、前記電子スイッチング素子を制御するように構成されているコントローラとを含む、請求項１に記載の電池。
【請求項７】
前記コントローラが、
前記一組みの外部端子における電圧レベルを監視し、
前記外部端子における前記電圧レベルが所定の電圧レベルに実質的に等しくなるよう、前記監視された電圧レベルに基づいて前記電子スイッチング素子を切り替えさせるように構成されている、請求項２に記載の電池。
【請求項８】
少なくとも９０％の容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成された少なくとも１つの電気化学セルと、
前記少なくとも１つの電気化学セルに電気的に結合されており、前記少なくとも１つの電気化学セルによって生成された第１の電圧を第２の異なる電圧に変換するように構成されている電圧コンバータモジュールと、
前記少なくとも１つの電気化学セルと前記電圧コンバータとを収容する電池ケースと、
前記第２の電圧が供給される、前記電池ケース上に配された一組みの外部端子と、
を備える電池。
【請求項９】
少なくとも１つの電気化学セルに結合された電極における第１の電圧を第２の異なる電圧に変換する工程であって、前記電極及び前記少なくとも１つの電気化学セルが電池ケース内に配されており、前記少なくとも１つの電気化学セルが、少なくとも９０％の容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成されている工程と、
前記電池ケース上に配された外部端子において前記第２の電圧を供給する工程と、
を備えた方法。
【請求項１０】
前記第１の電圧を変換する工程が、
電子スイッチング素子を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
例えば、ニッカド、ニッケル水素、アルカリ及び／又はＬｉＦｅＳ２の化学作用に基づいた商業的な電気化学セル（例えば、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ及びＤ電池用の電気化学セル）は、１．４Ｖ〜１．８Ｖの範囲内の開回路電圧（ＯＣＶ）を有する。電気化学セルの化学作用及びセルに接続された負荷によって生じるドレインに応じて、使用中の商業的な電気化学セルに対する閉開路電圧（ＣＣＶ）は通常、１．８Ｖ〜０．９Ｖの範囲内にある。一般的なタイプの消費者向けの電池動作可能な装置はしたがって、多くの場合、上記の化学作用のタイプを有する市販品電池によって供給される電圧／電力レベルと相応した電圧レベルで動作するように設計される。リチウム／ＭｎＯ２及びリチウムイオンの化学作用に基づく電池など、より高電圧の電気化学一次電池及び二次電池（すなわち再充電性電池）は、一般に、より低電圧の電池と比べて、より高いエネルギー及び電力密度を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
電圧コンバータモジュールと内部で一体化された少なくとも１つの高電圧電気化学セル（１．８Ｖを超える）を備える電池が開示される。電圧コンバータモジュールは、電気化学セルのカソード及びアノード集電材に結合される。電圧コンバータモジュール及び高電圧電気化学セルのすべての構成要素は、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、及びＤ電池などの円柱状の電池、角柱状の電池、ボタン型の電池などを含めて、標準サイズの電池にパッケージされてもよい。電圧コンバータモジュールは、少なくとも１つの電気化学セルによって供給される高電圧を、市販の電池動作可能な装置に適合するより低い電圧（例えば１．８Ｖ以下）へと減じる。
【０００３】
内部で一体化された電圧コンバータモジュールを有する電池は、一次又は二次のいずれかの高電圧電気化学セルを備えることができる。二次の（すなわち再充電性の）電気化学セルが構造内で使用される状況下において、充電電流は、電池のケーシング上に配された付加的な電池端子を通じて印加されてもよい。
【０００４】
高電圧電気化学セルと電圧コンバータモジュールとを組み合わせることによって、電池は、典型的には低電圧の標準的な電池によって電力供給される電池動作可能な装置の稼働時間を延長する。
【０００５】
本明細書で説明する電池は、市販の標準的な電池が時々呈する傾斜した放電曲線ではなく、平坦な放電曲線を示す。
【０００６】
一態様において、電池が開示される。その電池は、中を貫く内部ボアを有する電気化学セルと、電気化学セルに電気的に結合されるとともに、内部ボアの一部分内に配された電圧コンバータモジュールであって、電気化学セルによって発生した第１の電圧を第２の異なる電圧に変換するように構成されている電圧コンバータと、を備える。
【０００７】
実施形態は、以下のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
【０００８】
電気化学セルは、少なくとも９０％容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成されてもよい。
【０００９】
電気化学セルには、リン酸鉄リチウムセルが挙げられる。
【００１０】
電池は、電気化学セルと電圧コンバータとを収容する電池ケースと、第２の電圧が与えられる、電池ケース上に配された一組みの外部端子とを更に備えてもよい。
【００１１】
電池は、電気化学セルと電圧コンバータモジュールとの間に結合された一組みのタブと、電圧コンバータモジュールと電池ケースによって支持された外部端子との間に結合された第２の一組みのタブとを更に備えてもよい。
【００１２】
電圧コンバータモジュールは、電子スイッチング素子と、その電子スイッチング素子に電気的に結合されたコントローラであって、電子スイッチング素子を制御するように構成されたコントローラとを含んでもよい。
【００１３】
コントローラは、一組みの外部端子における電圧レベルを監視し、外部端子における電圧レベルが所定の電圧レベルに実質的に等しくなるように、その監視した電圧レベルに基づいて電子スイッチング素子を切り替えさせるように構成されてもよい。
【００１４】
別の態様において、電池が開示される。その電池は、少なくとも９０％容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成された少なくとも１つの電気化学セルと、その少なくとも１つの電気化学セルに電気的に結合され、その少なくとも１つの電気化学セルによって発生した第１の電圧を第２の異なる電圧に変換するように構成された電圧コンバータモジュールと、その少なくとも１つの電気化学セルと電圧コンバータとを収容する電池ケースと、第２の電圧が与えられる、電池ケース上に配された一組みの外部端子とを備えている。
【００１５】
実施形態は、以下のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
【００１６】
電圧コンバータモジュールは、電子スイッチング素子と、その電子スイッチング素子に電気的に結合されたコントローラであって、電子スイッチング素子を制御するように構成されたコントローラとを含んでもよい。コントローラは、一組みの外部端子における電圧レベルを監視し、外部端子における電圧レベルが所定の電圧レベルに実質的に等しくなるように、その監視した電圧レベルに基づいて電子スイッチング素子を切り替えさせるように構成されてもよい。
【００１７】
その少なくとも１つの電気化学セルに、リチウムイオンセルを挙げることができる。リチウムイオンセルには、リン酸鉄リチウムセルを挙げることができる。
【００１８】
少なくとも１つの電気化学セルによって発生する第１の電圧は、１．８Ｖを超えてもよい。
【００１９】
電気化学セルは、電解質溶液で充填されたジェリーロールを含んでもよく、そのジェリーロールは、ジェリーロールの中を貫く内部ボアを画定し、また、電圧コンバータがその内部ボア内に配されてもよい。
【００２０】
電池は少なくとも１つの付加的な端子を更に備えてもよく、その端子は、電池を再充電するための充電電流を受け、その充電電流を、少なくとも１つの電気化学セルに結合された電極に導くように構成される。
【００２１】
更なる態様において、ある方法が開示される。その方法は、少なくとも１つの電気化学セルに結合された電極における第１の電圧を第２の異なる電圧に変換する工程であって、電極及び少なくとも１つの電気化学セルが電池ケース内に配されており、少なくとも１つの電気化学セルが、少なくとも９０％容量の充電レベルに１５分以内に充電されるように構成されている工程と、電池ケース上に配された外部端子において第２の電圧を供給する工程とを備える。
【００２２】
実施形態は、以下のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
【００２３】
第１の電圧を変換する工程は、電子スイッチング素子を制御することを備えてもよい。電子スイッチング素子を制御することは、外部端子における電圧レベルを監視し、外部端子における電圧レベルが所定の電圧レベルに実質的に等しくなるように、その監視した電圧レベルに基づいて電子スイッチング素子を切り替えさせることを含んでもよい。
【００２４】
少なくとも１つの電気化学セルの電極における第１の電圧を変換する工程は、少なくとも１つのリン酸鉄リチウムセルの電極における第１の電圧を変換することを備えてもよい。
【００２５】
この方法は、少なくとも１つの電気化学セルが、少なくとも１つの電気化学セルの充電容量の少なくとも９０％の充電レベルを１５分以内に達成するように、少なくとも１つの電気化学セルに印加する電流レベルを決定すること、及び、決定した電流レベルに実質的に等しい充電電流を少なくとも１つの電気化学セルに印加することを更に備えてもよい。充電電流を印加することは、充電電流を一組みの外部端子に印加することを含んでもよい。充電電流を印加することは、電池ケース上に配された少なくとも１つの付加的な充電端子に充電電流を印加することを含んでもよく、その少なくとも１つの付加的な充電端子は、少なくとも１つの電気化学セルに結合された電極に結合される。
【００２６】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付の図面及び以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、その説明と図面から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】電圧コンバータモジュールと一体化した電池の横断面図。
【図１Ｂ】図１Ａの横断面図の一部分の拡大図。
【図１Ｃ】図１Ａの横断面図の一部分の拡大図。
【図２】図１Ａ〜１Ｃに示す電池の内部構成のブロック図。
【図３】図１及び２の電圧コンバータの物理的配置の例示的実施形態の横断面図。
【図４】図３の電圧コンバータモジュールのブロック図。
【図５】図４の電圧コンバータモジュールの回路図。
【図６】ＬＴＣ３４１１集積回路を使用して実装された電圧コンバータモジュールの例示的実施形態の回路図。
【図７】図１Ａ〜１Ｃの電池の電気化学セルによって発生した内部電圧を、電池動作可能な装置に印加される外部電圧に変換する手順の例示的実施形態の流れ図。
【図８Ａ】電圧コンバータを組み込んだ再充電性電池の例示的実施形態の内部構成のブロック図。
【図８Ｂ】電圧コンバータと一体化した再充電性電池の別の例示的実施形態の内部構成のブロック図。
【図９】図８Ａの再充電性電池に結合された充電装置の例示的実施形態のブロック図。
【図１０】図８Ａの再充電性電池を再充電する充電手順の例示的実施形態の流れ図。
【図１１】バイパス回路の例示的実施形態の回路図。
【図１２】双方向バックブーストコンバータの例示的実施形態の回路図。
【図１３】ブーストコンバータの別の例示的実施形態の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１Ａを参照すると、ここでは「ＡＡ電池」に対応する概して一般的な外部構成を備える電池１０が示されている。電池１０は、少なくとも１つの高電圧電気化学セルと、内部電圧コンバータ４０とを組み込んでいる。電池１０は、二次セル（若しくは電池）又は一次セル（電池）であることが可能である。一次電気化学セルは、一度だけ例えば使い尽くすまで放電させ、次いで廃棄するためものである。一次セルは、再充電することを意図したものではない。一次セルについては、例えば、デビッド・リンデン（David Linden）「電池ハンドブック（Handbook of Batteries）」（マグロウヒル（McGraw-Hill）、第２版、１９９５年）に記載されている。二次電気化学セルは、何回でも、例えば、５０回を超えて、１００回を超えて、又はそれ以上の回数、再充電することができる。場合によっては、二次セルは、多数の層を有するセパレータ及び／又は比較的厚いセパレータなど、比較的丈夫なセパレータを含むことができる。二次セルはまた、セル内で生じ得る膨張などの変化に対処するように設計することができる。二次セルについては、例えば、フォーク（Falk）／サルキンド（Salkind）「アルカリ蓄電池（Alkaline Storage Batteries）」（ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Sons, Inc.）、１９６９）、米国特許第３４５，１２４号、及びフランス特許第１６４，６８１号に記載されており、これらはすべて参照によって本願に組み込まれる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、また以下でより詳細に説明するように、電池１０は、黒鉛アノード材料又はチタン酸リチウムアノード材料と、再充電性電池の高速な再充電を可能にするように適合されたリチウム化リン酸鉄（lithiated-iron-phosphate）カソード材料とを有する再充電性（つまり二次）リチウムイオン電気化学セルである（例えば、１５分以内に電池の充電容量の約８０％〜９０％の充電レベルを達成することが可能な電池）。更に、図１Ａは円柱状のＡＡ電池を示しているが、内部電圧コンバータが、他のタイプの円柱状の電池、並びに、角柱状の電池、ボタンセル電池などと一体化されてもよい。電池１０は電池ケース１２を備えており、この電池ケース１２内に、電池１０の少なくとも１つの電気化学セルを構成する巻回電極及びセパレータスタックのジェリーロール１４が配されている。ジェリーロールは典型的には、負のリード線に電気的に接触するアノードと、正のリード線に電気的に接触するカソードと、セパレータと、電解質とを含んでいる。アノード、カソード、セパレータ、及び電解質は、ハウジング内に収容されている。電解質は、１つ以上の溶媒と、その溶媒系に少なくとも部分的に溶解した塩とを含んでいる。
【００３０】
図１Ａ〜１Ｃに示す実施形態において、ジェリーロール１４は中心の内部ボア１５を画定しており、この内部ボア１５はロール１４の長手方向軸に沿って延びており、また、この内部ボア１５内に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０（例えば図２に示す）の電気回路を収容するコンバータハウジング１６が置かれている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、電池１０の電気化学セルによって発生した第１の電圧を、電池１０と共に使用される電池動作可能な装置に供給される所望の第２の電圧に変換するように構成されている。いくつかの実施形態において、コンバータハウジング１６は、中空の円筒管であり、端部で封止されており、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ回路を受容するように構成されている。
【００３１】
ジェリーロール１４は、電池１０の正の導電性端子２０に近接して位置する導電性タブ１８と、負のキャップ端子２４に近接して接続されたタブ２２とを介して、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ４０に接続されている（正及び負の端子は、電池１０によって発生した電圧／電流が電池動作可能な装置に印加される端子である）。タブ１８及び２２は、それぞれ電池１０のカソード及びアノード電極に連結している。
【００３２】
図１Ｂ及び１Ｃを参照すると、２つの付加的なタブ、つまりタブ１９及び２３が、コンバータハウジング１６を電池ケース１２に、そして負のキャップ端子２４と近接して位置する安全ガス抜きディスク２６に、機械的に固定している。いくつかの実施形態において、タブ１９及び２３は、それらのタブをそれぞれケース１２及びディスク２６に溶接することによって、電池ケース１２及び／又はガス抜きディスク２６に固定される。タブ１９及び２３はまた、電圧コンバータモジュール４０をそれぞれ端子２０及び２４に電気的に連結するように構成されている。以下でより詳細に説明するように、電圧コンバータモジュール４０によって変換された電流／電圧は、このようにして電池１０の外部端子２０及び２４に供給され、電池動作可能な装置は、外部端子２０及び２４と電気的接触を確立する。
【００３３】
電池１０は、円柱状の電池ケース１２の端部に配された頂部絶縁体２８と底部絶縁体３０とを更に備えている。頂部及び底部絶縁体２８及び３０は、ジェリーロール１４からの漏洩を防止する。また電池１０は、電池１０の電気化学セルを構成するジェリーロールから負のキャップ２４を絶縁する非導電性ポリマーシール３２と、絶縁ワッシャ３４とを備えている。
【００３４】
負の端子キャップ２４の隣に、ＰＰＴＣ要素３６（ポリマー正温度係数要素）要素が配されている。電池１９はまた、外部の漂遊電流及び電荷から電池１０を絶縁するために、電池ケース１２の外面を覆う絶縁ラップ３８を備えている。
【００３５】
一般に、電池１０を製造するために、電圧コンバータモジュール（例えばコンバータ４０）は、ジェリーロール１４がマンドレルに巻回された後に、ジェリーロールの中心に配される。ジェリーロールに巻回されるカソード及びアノードからそれぞれ延びるタブ１８及び２２は、電圧コンバータモジュールに接続される。図１Ｂ及び１Ｃに示す、コンバータハウジング１６から延びるタブ１９及び２３は、電池のケース１２及びガス抜きディスク２６に溶接されるかないしは別の方法で取り付けられる。すべての接続がなされた後、ジェリーロール１４は電解質で充填され、圧着される。
【００３６】
図２を参照すると、電池１０は、少なくとも１つの電気化学セル（例えばジェリーロール１４）に電気的に連結される内部カソード端子４２とアノード端子４４とを備えている。ジェリーロール１４内で生じる電気化学的な相互作用の結果、内部的な第１の電圧Ｖｉがカソード４２及びアノード４４で生じ、その第１の電圧Ｖｉは次いで電圧コンバータ４０に与えられる。内部的な第１の電圧は、電池の化学作用に依存し、１．８Ｖ〜４．４Ｖの範囲内の値を有することができる。第１の内部電圧Ｖｉは、組み込まれた電圧コンバータモジュール４０に与えられる。図１Ａに関連して上で説明したように、組み込まれた電圧コンバータ４０は、電圧コンバータハウジング１６の内部に配されており、それぞれカソード４２及びアノード４４と連結されたタブ１８及び２２を介して電気化学セルと電気的に接続されている。以下で明らかとなるように、電圧コンバータモジュール４０は、内部電圧Ｖｉを、電池動作可能な装置（例えば、懐中電灯、携帯電話、カメラなど）を動作させるのに必要な外部の第２の電圧レベルＶｅに変換する。いくつかの実施形態において、外部の第２の電圧は、例えば１．２Ｖ〜１．５Ｖの範囲内の電圧レベルを有する。また、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０は、カソード４２及びアノード４４で生じる電圧レベルを増加させるように構成されてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、コンバータ４０は、例えば電池ケーシング１２上に配されたユーザーインターフェースを通じて与えられたユーザー指定の入力に少なくともいくぶんか基づいて、ＤＣ内部電圧Ｖｉを外部電圧Ｖｅに変換する。そのようなユーザーインターフェースは、例えばスイッチを含んでいてもよく、そのスイッチによって、ユーザーは、電池動作可能な装置に対する所望の電圧を指示してもよい。いくつかの実施形態において、外部電圧の決定は、例えば、電池動作可能な装置を動作させるのに必要な電圧を表すデータを提供する電圧指示機構（例えば、ＩＤ抵抗を使用する指示機構）を使用して、所望の外部電圧を識別することによって実施されてもよい。無線自動選別（ＲＦＩＤ）技術に基づいた機構を含めて、他のタイプの電圧指示機構が用いられてもよい。
【００３８】
第２の外部電圧Ｖｅは、図１Ａ〜１Ｃに示す正端子キャップ２０及び負端子キャップ２４にそれぞれ位置する外部端子４６及び４８に供給される。
【００３９】
図３は、図１Ａに示す線３−３に沿った、コンバータハウジング１６の横断面図である。図示のように、コンバータハウジング１６の内壁５６によって規定される、コンバータハウジング１６の内容積部の内側に、電圧コンバータモジュール４０の例示的実施形態が配されている。コンバータハウジング１６は、注封されたエポキシ及びプラスチックシールを使用して気密に封止されており、したがってコンバータの回路をいかなる外側の材料（例えば、電気化学セル及び／又は電解質）からも保護している。
【００４０】
議論したように、典型的には、ジェリーロールに基づいたセルは、ジェリーロールの構成要素をマンドレルの周りに巻回することによって設けられる。この結果として、内部の空洞又はボア１５（図１Ａ〜１Ｃに示す）が、ジェリーロール１４内に設けられる。いくつかの実施形態において、内部ボア１５は、ジェリーロール１４の長手方向軸に沿って延びる。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の電気回路を収容するコンバータハウジング１６はこのボア内に配置され、したがってボアの空隙のうちの少なくとも一部分を占有する。コンバータハウジング１６をボア１５の中に配置することによって、コンバータハウジング１６は、これ以外の場合には電池内で使用されることのない空隙を占有する。この空隙は一般には使用されないので、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を加えることで、電池ハウジングのサイズを増加させることも電池ハウジングの構成を変更することも、あるいは電池の充電容量を減少させることもなく、統合された配列がもたらされる。対照的に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０がジェリーロール内の空隙の外側に配置された場合、電池の同じサイズ及び構成を維持するためには、ジェリーロールは、より小型化される必要があり、したがってセル容量が減少する。更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の電気回路を収容したコンバータハウジング１６にジェリーロールを連結するタブ１８及び２２を介して、電流がジェリーロールから引き出される（図１Ａ〜１Ｃを参照）。
【００４１】
電圧コンバータモジュールは、能動及び受動電子部品で占められた二層のプリント回路基板（ＰＣＢ）５０を含んでいる。ＰＣＢ５０は、コンバータハウジング１６の内部に嵌入されている。図示のように、ＰＣＢ５０は、中空円筒状のコンバータハウジング１６の直径（例えば３．５ｍｍ〜４．０ｍｍ）に実質的に等しい幅を有しており、そのため、いくつかの実施形態において、ＰＣＢボード５０は、コンバータハウジング１６の内壁５６によって及ぼされる引張力で定位置に保持される。いくつかの実施形態において、ＰＣＢボード５０をコンバータハウジング１６の内壁５６上に固定するために、取り付け機構が使用されてもよい。
【００４２】
ＰＣＢボード５０の一方の表面上に、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０のコントローラ５２が配されている。コントローラ５２は、例えばコントローラ５２によって決定されるレベルを有する外部電圧／電流を電池１０の外部端子４６及び４８に印加させるために、トランジスタなどのスイッチング素子を制御するように構成されている。いくつかの実施形態において、コントローラ５２はまた、スイッチング素子（例えば図５に示す）を含んでいる。図３に更に示すように、ＰＣＢボード５０の反対側には、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０の実装に使用される抵抗器、インダクタ、及び／又はコンデンサなどの受動構成要素５４ａ〜５４ｃが配されている。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ４０は、カソード４２及びアノード４４における内部電圧を電池の外部端子４６及び４８における所望の電圧レベルに減じる（つまり降圧する）ように構成されたスイッチングバックＤＣ−ＤＣコンバータ回路で実装されてもよい。昇圧型の実施形態を提供することは可能である。
【００４４】
図４を参照すると、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０が示されている。ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０は、コントローラ５２を含んでいる。コントローラ５２はプロセッサ６０を含んでおり、このプロセッサ６０は、制御信号を生成してバックコンバータ７０の動作を制御する。プロセッサ６０は、いかなるタイプの計算及び／又は処理デバイスであってもよい。一例が、マイクロチップテクノロジー社（Microchip Technology Inc.）によるＰＩＣ１８Ｆ１３２０マイクロコントローラである。コントローラ５２の実装に使用されている処理デバイス６０は、揮発性及び／又は不揮発性記憶素子を有しており、その揮発性及び／又は不揮発性記憶素子は、プロセッサに基づくデバイスの一般動作を可能にするためのコンピュータ命令、並びに、電池１０のカソード及びアノード電極において生じた内部電圧を、電池動作可能な装置を動作させるのに好適な電圧レベルに変換する電圧制御動作を実施するための実行プログラムを含んだソフトウェアを格納するように構成されている。処理デバイス６０は、複数のアナログ及びデジタル入出力ラインを備えたアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ６２を含んでいる。処理デバイス６０によって生成されたデジタル信号を受信し、それに応答して、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０のバックコンバータ７０などのスイッチング回路のデューティサイクルを調整する電気信号を生成するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ装置６４及び／又はパルス幅変調器（ＰＷＭ）６６が、プロセッサ６７に組み込まれるか又はプロセッサ６０に電気的に結合されている。
【００４５】
ここで図５を参照すると、バックコンバータ７０は、２つの、例えばバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）７２及び７４と、インダクタ７６とを含んでおり、このインダクタ７６は、電池１０の電極がバックコンバータ７０と電気的に通信しているときにはエネルギーを蓄積し、電池の電極がバックコンバータ７０から電気的に隔離されている間にはそのエネルギーを電流として放出する。またバックコンバータ７０は、エネルギー蓄積要素としても使用されるコンデンサ７８を含んでいる。インダクタ７６及びコンデンサ７８はまた、バックコンバータ７０の出力におけるスイッチング電流及び電圧リップルを減じるための出力フィルタとしても働く。
【００４６】
外部端子４６及び４８に印加される電圧レベルは、トランジスタ７２及び７４のベースに印加される電圧レベルを制御することによって調整される。電気化学セルからの電力を外部端子４６及び４８に印加させるために、コントローラ５２の端子５２ｄ（ＳＷ１）からの動作電気信号がトランジスタ７２のベースに印加され、その結果、電池１０の電気化学セルの電極４２及び４４からトランジスタ７２へ、そして外部端子４６及び４８へと電流が流れる。
【００４７】
トランジスタ７２のベースに印加される動作信号が除去されると、電気化学セルからの電流が停止し、インダクタ７６及び／又はコンデンサ７８は、蓄積したエネルギーから電流を供給する。トランジスタ７２のオフ期間の間、第２の動作信号が、コントローラ５２の端子５２ｅ（ＳＷ２）によってトランジスタ７４のベースに印加されて、外部端子４６及び４８への電流の流れが（トランジスタ７２のオン期間の間にインダクタ７６及び／又はコンデンサ７８に蓄積されたエネルギーを使用して）可能となる。いくつかの実施形態において、整流ダイオードがトランジスタ７４の代わりに使用される。
【００４８】
トランジスタのオン期間、つまりデューティサイクルは、初期には、必要な外部電圧レベルＶｅに実質的に等しい電圧レベルをもたらす期間として近似される。そのような近似は、ルックアップテーブルにアクセスして、電池１０の必要な外部電圧Ｖｅを、必要な外部電圧レベルＶｅをもたらすデューティサイクルと関連付けることによって取得されてもよい。
【００４９】
トランジスタのオン期間、つまりデューティサイクルは、初期には、コントローラ又はフィードバックループが出力電流及び電圧を測定する間、０％のデューティサイクルから逓増される。必要な外部電圧Ｖｅに達すると、フィードバック制御ループは、例えば比例積分微分、つまりＰＩＤ機構を使用して、閉ループ線形フィードバック計画を用いてトランジスタのデューティサイクルを管理する。
【００５０】
このように、トランジスタ７２のオン期間中に電池１０の電気化学セルによって供給される電圧／電流、並びに、トランジスタ７２のオフ期間中にインダクタ７６及び／又はコンデンサ７８の動作から生じる電圧／電流は、必要な外部電圧Ｖｅに実質的に等しい有効電圧レベルをもたらすはずである。
【００５１】
いくつかの実施形態において、コントローラ５２は、例えば、コントローラ５２の端子５２ｂ（ＶＳＥＮＳＥとマークされている）を介して測定値を伝える電圧センサー７１ａによって測定された、外部端子４６及び４８における電圧の測定値を周期的に受信する（例えば０．１秒毎）。この受信した測定電圧に基づいて、コントローラ５２は、外部端子における外部電圧Ｖｅへの調節がなされるようにデューティサイクルを調節し、その結果、この電圧は、必要な外部電圧Ｖｅに実質的に等しい値に集束する。このように、バックコンバータ７０は、外部端子４６及び４８に印加される調節可能な電圧レベルをもたらす調節可能なデューティサイクルで動作するように構成される。デューティサイクルの調節はまた、電流センサー７１ｂを使用して達成されてもよい。
【００５２】
電圧センサー及び／又は電流センサーに加えて、充電器１０は、電池１０の他の特性を測定するように構成された他のセンサーを含んでいてもよい。例えば、電池１０は、電池１０が過熱している場合にコントローラ５２が修正又は予防処置を取ることを可能にするために、温度センサー（例えばサーミスタに基づく）を備えてもよい。
【００５３】
受信した測定信号は、電圧及び／又は電流センサーによって測定された電圧のレベル及び電流レベルを求めるために、例えば閾値比較回路を含み得る専用の充電制御装置など、アナログ論理処理要素（図示せず）を使用して処理される。またＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール４０は、回路レベルのノイズなどの外来的な要因によって生じ得る間違った測定（例えば、電圧、温度などの間違った測定）を防止するために、アナログ及び／又はデジタル入力信号に対して信号のフィルタリング及び処理を実施する、フィルタ６１及び６３などの信号処理ブロックを含んでいてもよい。
【００５４】
ＤＣ−ＤＣバックコンバータの効率は、降圧レギュレータＩＣ及び外部負荷の選択に、少なくとも部分的に依存する。一般に、電池１０などの電池の効率（例えば、入力電力が最終的に電力変換回路の出力に配電される百分率）は、８５％〜９５％の範囲内にある。
【００５５】
図６を参照すると、いくつかの実施形態において、ＤＣ−ＤＣバックコンバータは、リニアテクノロジー社（Linear Technology Corp.）により製造されているＬＴＣ３４１１コンバータ８０などの高効率同期式降圧レギュレータを使用して実装されてもよい。ＬＴＣ３４１１チップは、スイッチングコントローラとスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）とを単一のパッケージに組み合わせている。ＬＴＣ３４１１チップの利点は、比較的サイズが小さく、動作が効率的であることである。類似した機能を有する他のタイプの市販の集積回路を含んだ他のタイプのバックコンバータが使用されてもよい。
【００５６】
図７を参照すると、電池１０の電気化学セルによって発生した内部電圧を、電池動作可能な装置に印加される外部電圧に変換する例示的な手順９０が示されている。電池１０の少なくとも１つの電気化学セルによって発生した電圧は、カソード４２及びアノード４４に結合されたコンバータ４０の端子に印加される。また電気化学セルによって発生した電力は、コンバータ４０に給電し、したがってコンバータ４０を動作させるためにも使用される。電圧コンバータ４０は、電池１０の外部端子４６及び４８に印加される外部電圧Ｖｅを決定する。いくつかの実施形態において、外部電圧は予め決められており、電圧コンバータ４０によって、内部電圧Ｖｉはその予め決められた値（例えば、１．２Ｖ〜１．５Ｖの範囲内の特定の電圧レベル）に変換される。いくつかの実施形態において、可変外部電圧レベルが、コンバータ４０によって生成されてもよい。本明細書において説明するように、そのような実施形態において、コンバータ４０は、所望の外部電圧に関する情報を電池ケース１２上に配されたユーザーインターフェースから受信するか、ないしは別の方法で、伝えられた情報を通信機構（例えば、ＲＦＩＦ技術に基づく機構）から受信し、出力する電圧Ｖｅをその受信した情報に基づいて決定する。
【００５７】
電池１０の外部端子４６及び４８に印加される外部電圧を決定すると、コンバータは、決定した外部電圧Ｖｅに実質的に等しい定電圧が外部端子４６及び４８に印加されるように、バックコンバータなどのＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ回路を調整する（９４）。上で説明したように、決定した外部電圧レベルは、所望の外部電圧に実質的に等しい電圧が端子４６及び４８に印加されるように、バックコンバータ７０のスイッチング素子（例えばトランジスタ７２）に印加されるデューティサイクル信号を生成するために使用される。スイッチング素子のオン期間の間に電気化学セルから印加される電流と、スイッチング素子のオフ期間の間にバックコンバータ７０のエネルギー蓄積要素から放出される電流とが組み合わされて、結果として、必要な外部電圧Ｖｅに実質的に等しい有効電圧がもたらされる。
【００５８】
上記のように、いくつかの実施形態において、電圧コンバータモジュールを組み込んだ電池は再充電性電池であり、例えば、リン酸鉄リチウムの電気化学セルを有し、例えば電池の８０％〜９０％容量の充電レベルに１５分未満で再充電されるように構成された再充電性電池である。いくつかの実施形態において、電池は、活性材料としてＬｉＦｅＰＯ４を含んだカソードと、炭素アノードと、セパレータと、電解質とを備える。そのような実施形態において、カソードはまた、結合剤を含んでもよい。カソードの厚さは、セルの設計及び必要な性能特性に依存する。アノードは、炭素アノードであってもよい。電極（カソード及びアノード）は、基材を用意し、その基材の両面を適切な物質、例えば、アノードに炭素、並びにカソードに結合剤、導電性炭素、及び活性物質の混合物、を被覆することによって製作することができる。リン酸鉄リチウムの化学作用に基づいた再充電性電池の例示的実施形態が、「リチウムイオン二次電池（Lithium Ion Secondary Batteries）」という名称の、同時に出願される特許出願に記載されており、この特許出願の内容はすべて参照によって本願に組み込まれる。
【００５９】
いくつかの実施形態において、再充電性電池１００は、３００Ｗｈ／Ｌを超えるエネルギー密度で４．４Ｖ〜１．８Ｖの間の使用電圧範囲を有するリチウムイオン電池など、高エネルギー密度の電気化学系である。
【００６０】
図８Ａを参照すると、充電器１１０に接続された例示的な再充電性電池１００が示されている。電池１００は、構成においては電池１０（図１Ａ〜１Ｃ及び図２）に類似しているが、少なくとも１つの付加的な外部充電用電池端子１０２を備えており、この外部充電用電池端子１０２は、カソード１０４に電気的に結合されており、電池１００の組み込まれたＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを迂回している。外部電池端子は、再充電性電池１００の電池ケース（図１Ａに示す電池ケース１２と類似している）の外面上に配された接触表面（図示せず）を含んでいる。電池１００が充電器１１０の充電区画（図示せず）内に受容されると、充電器の端子の一方は、外部充電電池端子１０２に機械的にかつ電気的に結合するのに対し、充電器の端子のもう一方は、電池を電池動作可能な装置に接続するためにも使用される外部端子１０６に機械的にかつ電気的に結合する。アノード１０８は、電圧コンバータ１０９に接続されている。そのように接続されると、充電器１１０は動作中に、電池充電端子１０２を通じて充電電流を印加して、電池１００の電気化学セルの充電レベルを補充する。急速充電動作（例えば、再充電性電池に９０％の充電容量を１５分未満で達成させる）を実施するように構成された実施形態を含めて、充電器１１０の例示的実施形態が、例えば、「急速な電池充電の装置及び方法（Fast Battery Charger Device and Method）」、「電池を自動的にロード及びアンロードする機構を備えた電池充電器（Battery Charger with Mechanism to Automatically Load and Unload Batteries）」、「携帯型のエネルギー蓄積及び充電装置（Portable Energy Storage and Charging Device）」、及び、「リン酸鉄リチウム超急速電池充電器（Lithium Iron Phosphate Ultra Fast Battery Charger）」という名称の、同時に出願される特許出願において記載されており、これらすべての特許出願の内容はすべて、参照によって本願に組み込まれる。
【００６１】
図８Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、再充電性電池１００は、アノード１０８に直接電気的に結合された第２の充電端子１０３を備えている。したがって、電池１００が、例えば充電器１１０の充電区画内に受容されると、充電器の端子は、電池の充電端子１０２及び１０３に電気的にかつ機械的に結合し、閉じた電気経路をカソード１０４及びアノード１０８を介して確立する。充電端子１０３は、例えば、負のキャップ（図１Ａに示す負のキャップ２４に類似している）の近くに、電池ケースの外面上に配された接触表面（図示せず）を備えている。したがって、図８Ｂに示す再充電性電池１００の実施形態において、再充電性電池は、充電器１１０によって印加された充電電流を受けてカソード及びアノードに導いてジェリーロール１４内の電荷を補充するように構成された専用の充電端子を有しており、また、別の専用の一組みの外部端子１０２及び１０６が、外部電圧Ｖｅの印加に使用される。
【００６２】
いくつかの実施形態において、充電電流を印加して電池１００の電気化学セルを再充電するための、別の一組みの専用の端子は使用されない。そのような実施形態において、充電電流は電池の外部端子（すなわち、図８Ａ及び８Ｂに示す端子１０５及び１０６などの端子であり、それらの端子を通じて、電池によって発生し、組み込まれた電圧コンバータによって変換された電圧が、電池動作可能な装置に印加される）に印加される。これらの状況下で、電圧コンバータは、外部端子から受けた充電電流をカソード及びアノードに導くために、バイパス回路、例えば図１１のダイオードＤ２を含んでもよい。いくつかの実施形態において、内部ブーストコンバータを使用すると、外部端子電圧は、内部セル（電極対）電圧よりも高くなる。このようにして、電力は、ブーストコンバータを介してより低電圧の電極対からより高電圧の端子に、また、より高電圧の充電電流源からセルを充電することを可能にするために反対の方向にも流れることができる。このモードにおいて、コンバータはバックコンバータとして働き、充電電圧を、より低電圧の電極対に充電するのに適切な電圧に減じる。バックブーストコンバータの実施形態に対する電気接続図を示す図１２及び１３を参照されたい。
【００６３】
図９を参照すると、充電器１１０は、充電動作の開始時に定充電電流を電池に印加するように構成されている。定電流が電池に送られている（すなわち、充電器が定電流つまりＣＣモードで動作している）期間の間、再充電性電池１００の電圧は増加する。電池１００の電圧が、例えば所定の３．８Ｖの上限電圧（この上限電圧は、クロスオーバー電圧と呼ばれることがある）に達すると、充電器１１０は、残りの充電期間にわたって電池の電圧をこの上限電圧に維持するように構成されている。所定のクロスオーバー値に実質的に等しい定電圧が電池１００に印加される期間の間、充電器１１０は、定電圧、つまりＣＶモードで動作しているとされる。
【００６４】
充電器１１０は、電力変換モジュール１１２に結合されている。いくつかの実施形態において、電力変換モジュール１１２は、充電器１１０の中に組み込まれ、したがって充電器１１０のハウジング内に配される。この電力変換モジュール１１２は、ＡＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール１１４を有しており、このＡＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール１１４は、８５Ｖ〜２６５Ｖ、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの定格で電力を供給する電源など、充電器の外部のＡＣ電力源に電気的に結合されており、また、このＡＣ電力を低いＤＣ電圧（例えば５Ｖ〜２４Ｖ）に変換し、例えば、この低いＤＣ電圧を例えばＤＣ−ＤＣ電圧コンバータモジュール１１６に与えて、再充電性電池を充電するのに好適なレベルを得る（例えばリン酸鉄リチウムの電気化学セルを有する再充電性電池には、例えば約３．７Ｖ〜４．２Ｖの間のレベルのＤＣ電圧。他のタイプのセルが、１．８Ｖ〜４．４Ｖの範囲内の電圧レベルなど、異なる電圧レベルを有してもよい）。
【００６５】
充電器１１０はコントローラ１２０を更に含んでおり、このコントローラ１２０は、再充電性電池１００に印加される充電電流を決定し、その決定した充電電流に実質的に等しい電流を電池１００に印加し、指定された又は所定の時間、例えば５分〜１５分が経過した後に充電電流を停止させるように構成されている。コントローラ１２０はまた、所定の電池電圧又は充電レベルに達すると充電動作を停止するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１２０は、一定の１２Ｃの充電速度が当てはまるようにバックコンバータ１３０を調整する（すなわち、１Ｃの充電速度は、１時間で電池を充電するのに必要とされる電流に相当し、したがって、１２Ｃは、約１／１２時間、すなわち５分で特定の電池を充電するのに必要とされる充電速度である）。そのような１２Ｃの充電速度は、所定の最大充電電圧に達するまで又は５分間の期間が終了するまで当てはめられる。最大充電電圧に達すると、コントローラ１２０は制御モードを変更し、所定の充電時間、例えば５分間が終了するまで定電圧を電池１００に印加する。
【００６６】
いくつかの実施形態において、再充電性電池１００に印加される充電電流は、例えば充電器１１０のハウジング（図示せず）上に配されたユーザーインターフェースを通じて与えられたユーザー指定の入力に、少なくとも部分的に基づいていてもよい。そのようなユーザーインターフェースは、例えば、再充電される電池の容量、充電期間など、充電動作と密接に関係する設定をユーザーが指示することができるスイッチ、ボタン、及び／又はノブを有していてもよい。使用する特定の充電電流を決定するために、ユーザー指定の設定／パラメータに対応する好適な充電電流を示すルックアップテーブルがアクセスされる。
【００６７】
いくつかの実施形態において、充電電流の決定は、例えば、電池の容量及び／又は電池のタイプを表すデータを提供する識別機構を使用して、充電器１１０の充電区画内に配置された再充電性電池１００の容量を識別することによって実施されてもよい。電池の容量を表す抵抗率を有するＩＤ抵抗の使用に基づいた識別機構を有する例示的な充電装置の詳細な説明が、「電池判定を利用した超急速電池充電器（Ultra Fast Battery Charger with Battery Sensing）」という名称の、同時に出願される特許出願に提示されており、この特許出願の内容はすべて、参照によって本願に組み込まれる。いくつかの実施形態において、充電電流の決定は、電池の容量及び／又はタイプ（例えば、電池のＤＣ充電抵抗）を示す電池の電気特性のうちの少なくとも１つを測定することによって実施されてもよい。測定した電池の特性に基づいて充電電流を適応的に決定する例示的な充電装置の詳細な説明が、「適応的充電装置及び方法（Adaptive Charger Device and Method）」という名称の、同時に出願される特許出願に提示されており、この特許出願の内容はすべて、参照によって本願に組み込まれる。
【００６８】
コントローラ１２０は、電池１００に対して実施される充電動作を制御するように構成された処理デバイス１２２を有している。コンバータ４０の処理デバイス６０と同様に、処理デバイス１２２は、マイクロチップテクノロジー社（Microchip Technology Inc.）によるＰＩＣ１８Ｆ１３２０マイクロコントローラなど、いかなるタイプの計算及び／又は処理デバイスであってもよい。コントローラ１２０の実装に使用されている処理デバイス１２２は、揮発性及び／又は不揮発性記憶素子を有しており、その揮発性及び／又は不揮発性記憶素子は、プロセッサに基づくデバイスの一般動作を可能にするためのコンピュータ命令、並びに、電池１００が結果的に１５分未満に少なくとも９０％の充電容量を達成するような充電動作を含めた、充電器１１０に結合された電池１００に対する充電動作を実施するための実行プログラムを含んだソフトウェアを格納するように構成されている。処理デバイス１２２は、複数のアナログ及びデジタル入出力ラインを備えたアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１２４を含んでいる。またコントローラ１２０は、処理デバイス１２２によって生成されたデジタル信号を受信し、それに応答して、充電器１１０のバックコンバータ１３０などのスイッチング回路のデューティサイクルを調整する電気信号を生成するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータデバイス１２６及び／又はパルス幅変調器（ＰＷＭ）１２８を含んでいる。
【００６９】
バックコンバータ１３０は、コンバータ４０のバックコンバータ７０と類似しており、バックコンバータ７０と類似した方式で動作するように構成されている。このように、バックコンバータ１３０は、電力変換モジュール１１２によって供給された電流／電圧を、例えば端子１０２及び１０６を介して電池１００に印加できるように電気的に作動される、トランジスタ（図示せず）などのスイッチング素子を含んでいる。バックコンバータ１３０はまた、バックコンバータのスイッチング素子のオン期間の間に電流がバックコンバータに送られたときにエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積要素（例えば、コンデンサ及び／又はインダクタ）を含んでいる。スイッチング素子により、電力変換モジュール１１２から送られる電流が、電池１００から遮断されると、エネルギー蓄積要素内のエネルギーは、再充電性電池１００の中に放出される。スイッチング素子のオン期間の間に印加された電流及びスイッチング素子のオフ期間の間にエネルギー蓄積要素から放出された電流から生じる電流は、再充電性電池１００に印加される必要な充電電流に実質的に等しい。
【００７０】
電池１００に印加される電流／電圧を調整するために、充電器１１０はまた、例えばコントローラ１２０を使用して実装されたフィードバック調節機構を含んでいる。フィードバック調節機構は、結果として生じる、電池１００に印加される電流が、コントローラ１２０によって決定された充電電流と実質的に等しくなるように、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（例えばバックコンバータ１３０）のスイッチング素子を作動させるデューティサイクルを調節するために使用される。例えば、いくつかの実施形態において、コントローラ１２０は、例えば、測定値をコントローラ１２０に伝える電流センサー（図示せず）によって測定された、電池１００を通じて流れる電流の測定値を周期的に受信する（例えば０．１秒毎）。受信したこの測定電流値に基づいて、コントローラ１２０は、電池１００を通じて流れる電流が充電電流レベルに実質的に等しい値に収束するように、デューティサイクルを調節してこの電流の調節を生じさせる。
【００７１】
また充電器１１０は、電圧センサー（図示せず）、並びに、再充電性電池１００及び／又は充電器１１０のいずれかの他の特性を測定するように構成された他のセンサーを含んでいてもよい。例えば、充電器１１０及び／又は電池１００の温度制御が必要とされる実施形態において（例えば、電池１００を充電する充電期間が１５分間を超える場合）、充電器１１０は、電池１１０、及び／又は、充電器１１０の様々なモジュールが配され得る回路基板に結合された温度センサー（例えばサーミスタ）を含んでいてもよい。
【００７２】
図１０を参照すると、再充電性電池１００を再充電するための例示的な充電手順１４０が示されている。電池が充電器に挿入され、ユーザーが、例えば充電器１１０のハウジング上に配された「開始（START）」ボタンを押下することによって、充電サイクルを開始する。
【００７３】
充電手順を始めるのに先立って、充電器１１０は、特定の障害状態が存在するか否かを判断する。例えば、充電器１１０は、電池１００の電圧Ｖ０を測定する（１４２）。充電器１１０は、測定電圧が所定の範囲（例えば２Ｖ〜３．８Ｖ）にあるか否かを判断する（１４４）。電池１００の測定電圧Ｖ０が所定の許容範囲になく、したがって現状での充電動作が不安全となると判断される状況下では、充電器は充電動作を続行せず、充電手順は終了してもよい。これらの状況下では、問題があるという指示が、充電器１１０のハウジング上のユーザーインターフェースを介してユーザーに与えられる。
【００７４】
充電器１１０は、電池のタイプ、充電期間、電池の容量などを含めた、充電プロセスと密接な関係する情報に基づいて、電池１００を充電するために使用される充電電流及び／又は充電期間を決定する（１４６）。例えば、充電器１１０は、１５分未満で電池１００を少なくとも９０％の充電容量に充電する充電電流を決定するように構成されていてもよい。
【００７５】
充電器１１０は、充電器１１０の充電区画内に配置された電池１００の容量及び／又はタイプを判断してもよい（１４５）。本明細書において説明したように、充電電流を決定するために使用される情報は、例えば充電器１１０のハウジング上に配されたユーザーインターフェースを通じて与えられてもよい。それに加えてかつ／又はそれに代わって、電池の特性（例えば、容量、タイプ）を表す情報を電池が充電器に伝えることができる識別機構を通じて、あるいは、電池の電気特性（例えば、ＤＣ充電抵抗）を測定し、かかる測定値に基づいて電池１００のタイプ及び／又は容量を判断することによって、充電プロセスに密接に関係する情報が与えられてもよい。充電器１１０が、特定の容量を有する特定のタイプの電池を受容するように構成されている場合、充電器１１０は、その特定の電池及び容量に好適な所定の充電電流を使用する。充電電流の決定は、充電電流を種々の電池の容量、電池のタイプ、充電期間などと関連付けるルックアップテーブルにアクセスすることによって実施されてもよい。
【００７６】
電池１００に印加される充電電流を決定すると、予め指定された充電動作の期間を測定するように構成されたタイマーが始動される（１４８）。タイマーは、例えば、プロセッサ１２２の専用のタイマーモジュールであってもよく、また、プロセッサ１２２の内部又は外部クロックによって測定される一定の時間間隔で増分されるレジスタであってもよい。
【００７７】
例えばバックコンバータ１３０などの電流／電圧調整回路が、決定された電流に実質的に等しい定電流が再充電性電池１００に印加されるように制御される（１５０）。説明したように、決定された充電電流は、その充電電流に実質的に等しい電流が電池１００に印加されるように、バックコンバータ１３０のスイッチング素子（例えばトランジスタ）に印加されるデューティサイクル信号を生成するために使用される。特定のデューティサイクルのオフ時間の間、電力変換モジュール１１２は電池１００から遮断され、バックコンバータ１３０のエネルギー蓄積要素（例えば、インダクタ及び／又はコンデンサ）に蓄積されたエネルギーが、電流として電池に放出される。電力変換モジュール１１２から印加される電流と、バックコンバータ１３０のエネルギー蓄積要素から放出される電流とが組み合わされ、結果として、決定された充電電流に実質的に等しい有効電流となる。
【００７８】
いくつかの実施形態において、充電器１００は、ＣＣ／ＣＶ充電プロセスを実施する。したがって、そのような実施形態において、電池１００の端子における電圧は周期的に測定され、所定の上限電圧（すなわちクロスオーバー電圧）に達したことが判断される（１５２）。電池１００の電圧が、所定の上限電圧に達すると、電流／電圧調整回路は、クロスオーバー電圧レベルに実質的に等しい定電圧レベルを電池１００の端子において維持するように制御される。
【００７９】
充電期間に実質的に等しい期間が経過したと判断された後（１５４）、又は、特定の充電若しくは電圧レベルに達した後（電池１００の周期的測定によって判断し得るように）、電池１００に印加される充電電流が停止される。
【実施例】
【００８０】
実施例及び他の実施形態
以下を含めて、様々なタイプの化学作用が、本明細書で説明する実施形態で使用されてよい。
【表１】
2010521055.tif 000003
【００８１】
１．２Ｖ〜１．３Ｖの範囲のより低レベルで動作するように電圧コンバータを調整し、それによって稼働時間をより長くすることができる。
【００８２】
本発明の多数の実施形態について説明してきた。それでもなお、様々な修正が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは理解されよう。例えば、実施形態については、ダウンコンバータを用いて第１の電圧を電池から受け、相対的に低い第２の電圧を電池の端子において供給するものとして説明してきたが、第１の電圧を電池から受け、相対的に高い第２の電圧を電池の端子において供給するアップコンバータとしてコンバータを構成することができる。それゆえに、他の実施形態は以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2010521055.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010521055.tif 000010
【図６】
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【図７】
2010521055.tif 000012
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
2010521055.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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