(57)【要約】  少なくとも１つの充電式電気化学セルを備える充電式電池（１２）を充電する方法を開示する。この方法は、少なくとも１つの電池の電気的特性を測定する工程と、この測定した少なくとも１つの電気的特性に基づいて電池に印加する充電電流を決定する工程とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの充電式電気化学セルを備える充電式電池を充電する方法であって、
前記電池の少なくとも１つの電気的特性を測定する工程と、
前記測定された少なくとも１つの電気的特性に基づいて前記電池に印加する充電電流を決定する工程とを含む、方法。
【請求項２】
前記決定された充電電流を前記電池に印加する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記決定された充電電流に従って、前記電池に印加する電流を調節する工程を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電気的特性を測定する工程が、
初回時点での前記電池への電流の印加に対して前記電池の端子間の電圧を測定する工程と、
それ以降の時点での前記電池への電流の印加に対して前記電池の端子間の電圧を測定する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電気的特性を測定する工程が、
前記初回時点で印加される電流とそれ以降の時点で印加される電流との差異で除した、前記初回時点で測定される電圧とそれ以降の時点で測定される電圧との差異に基づいて、定常状態充電抵抗を算定する工程を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記充電電流を決定する工程が、
測定されたパラメーターに関する複数個の値のうちの対応する１つに関連付けられている複数の充電電流値を格納するルックアップテーブルにアクセスする工程と、
少なくとも部分的に、前記算定された値に基づいて、前記ルックアップテーブル内に格納されている前記複数の充電電流値の１つを選択する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電池の端子間の電圧を定期的に測定する工程と、
前記電池の端子間の測定電圧が所定の電圧値に達すると、前記電池の端子間の電圧が前記所定の電圧値に維持されるように、前記電池に印加する前記充電電流を調整する工程とを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記充電電流を定期的に調整して、前記電池の端子間の所定の電圧レベルが指定期間内に達成されるようにする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
定期的に前記充電電流を調整する工程が、
前記電池の端子における昇圧速度を決定する工程と、
予測子修正子計算法を使用して、前記決定された昇圧速度に基づいて前記充電電流を算定する工程とを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの充電式電気化学セルを備える充電式電池を充電するように構成される充電装置であって、
前記電池を受容するように構成されている充電区画であって、前記電池の対応する端子と結合されるように構成される電気接点を有する、充電区画と、
前記電池の少なくとも１つの電気的特性を測定するように構成されるとともに、
前記測定した少なくとも１つの電気的特性に基づいて前記電池に印加する充電電流を決定するように構成されるコントローラとを備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の充電器では、電気的、機械的又はデジタル信号技術によって充電する電池の種類が決定され、それによって印加する適切な充電形式が決定される。例えば、一部の技術は、電池内蔵のＩＤレジスタを使用し、この値によって、この特定の電池に印加される充電パラメーターが決定される。コネクタの極性キーの位置又は特定のコネクタピンの位置を使用するなどの機械的技術も使用され、異なる充電パラメーターを必要とする種々の電池モデルが区別される。例えば、スマートバッテリＳＭＢｕｓ標準は、シリアルデータ通信インターフェースを使用して充電パラメーターを充電装置に伝達する。上記の方法には、電池電源端子を超えた位置にある追加接続点、又は蓄積されたエネルギーを携帯用装置に供給するという基本的な電池機能には必要ない一部の機械的追加機能が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
スマートバッテリ標準、例えばＳＭＢｕｓ標準の場合、充電器と電池との間にスマートインターフェースを実装するには、電気回路及び少なくとも２個の追加コネクタピンが必要であり、これによって電池の原価、複雑性、及び寸法が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの態様では、少なくとも１つの充電式電気化学セルを備える充電式電池を充電する方法を開示する。この方法は、少なくとも１つの電池の電気的特性を測定する工程と、この測定した少なくとも１つの電気的特性に基づいて電池に印加する充電電流を決定する工程とを含む。
【０００４】
実施形態は、以下の１つ以上を含んでよい。
【０００５】
方法は、決定された充電電流を電池に印加する工程を含んでよい。方法は、決定された充電電流に従って電池に印加する電流を調整する工程を更に含んでよい。
【０００６】
少なくとも１つの電気的特性を測定する工程は、初回時点での電池への電流の印加に対して電池の端子間の電圧を測定する工程と、それ以降の時点での電池への電流の印加に対して電池の端子間の電圧を測定する工程とを含んでよい。少なくとも１つの電気的特性を測定する工程は、初回時点で印加される電流とそれ以降の時点で印加される電流との差異で除した、初回時点で測定される電圧とそれ以降の時点で測定される電圧との差異に基づいて、定常状態充電抵抗を算定する工程を含んでよい。
【０００７】
充電電流を決定する工程は、測定されたパラメーターに関する複数個の値のうちの対応する１つに関連付けられている複数の充電電力値を格納するルックアップテーブルにアクセスする工程と、少なくともある程度は算定された値に基づいてルックアップテーブル内に格納されている複数の充電電流値の１つを選択する工程とを含んでよい。測定されたパラメーターは、電池の定常状態充電抵抗を示してよい。
【０００８】
方法は、電池の端子間の電圧を定期的に測定する工程と、電池の端子間で測定された電圧が所定の電圧に達すると、電池に印加される充電電力を調整して電池の端子間の電圧が所定の電圧値に維持されるようにする工程とを更に含んでよい。
【０００９】
方法は、充電電流を定期的に調整して、電池の端子間の所定の電圧レベルが指定期間内に達成されるようにする工程を更に含んでよい。充電電流を定期的に調整する工程は、電池の端子における昇圧速度を決定する工程と、決定された昇圧速度に基づき、予測子修正子計算法を用いて充電電力を算定する工程とを含んでよい。予測子修正子計算法は、カルマン（Kalman）フィルタに基づいてよい。
【００１０】
別の態様では、少なくとも１つの充電式電気化学セルを備える充電式電池を充電するように構成される充電装置を開示する。この装置は、電池を収容するように構成されている充電区画（この充電区画は、電池の対応する端子に結合されるように構成される電気接点を有する）及びコントローラを備える。このコントローラは、電池の少なくとも１つの電気的特性を測定するように構成されるとともに、この測定した少なくとも１つの電気的特性に基づいて電池に印加する充電電流を決定するように構成される。
【００１１】
方法の態様と同様に、装置の実施形態は、方法に関する上記の任意の特徴に対応する任意の特徴、並びに以下の１つ以上を含んでよい。
【００１２】
コントローラは、プロセッサベースのマイクロコントローラを備えてよい。
【００１３】
装置は、充電式電池を更に備えてよい。充電式電池は、リン酸鉄リチウム充電式電池を備えてよい。
【００１４】
１つ以上の上記の態様は、以下の利点を１つ以上含んでよい。
【００１５】
充電器は、充電式電池又はセルの内部充電抵抗の動的測定に基づいて、充電式セルが特定の化学的性質を有する充電式電池又はセルに対する正しい充電電流を適応的に決定し、この充電抵抗に基づいて充電速度を調整して、可能な限り短時間で、又は特定の目標時間内にフル充電又はほぼフル充電を達成する。この方法は、異なる電池容量及び速度性能を有する各種の電池又はセルの充電を意図する汎用充電器に有用である。本明細書に記載の装置及び方法を用いることによって、特定の電池は、充電電流の決定を可能にするための専用の電気接点を必要とせず、また、機械装置で最大許容充電電流を決定する必要もない。本明細書に記載の装置及び方法を用いることによって、単一の充電装置を使用して、多くの異なる寸法のセル及び／又は電池を急速充電でき、特定の種類の電池に関する予備知識は不要であり、充電する電池又はセルに電気的、化学的又は熱的損傷を与えるリスクは最小である。
【００１６】
本発明の他の特徴及び利点は、それらの説明及び特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】適応充電器の例示的実施形態のブロック図。
【図２】図１の充電器の回路図。
【図３】ＡＤ−ＤＣ切り換え装置の例示的実施形態。
【図４】充電式電池を充電するための充電手順の例示的実施形態のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
電池の種類及び／又は容量に関する予備知識を必要とせずに、充電式電池を充電するために充電電流を測定、印加及び制御するように構成される充電器を開示する。充電器は、携帯電話、ＭＰ３プレーヤー及びデジタルカメラなど多くの最新携帯式消費者家電製品で使用される電池を含む、各種の寸法の電池を充電するのにとりわけ有用であるが、これらに限定されない。開示する充電器は、電池電極の１つとしてリン酸鉄リチウム又は類似のリン酸系層間化合物を用いるものなど急速充電性能を有するリチウムイオン電池、並びにリチウムイオン電池、並びに鉛酸電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル亜鉛電池、及び銀亜鉛電池を含む、多くの異なる種類の充電式電池で使用できる。開示する充電器は、更に、例えば、円筒形電池、角柱形電池、ボタン電池などを含む、異なる種類の電池を充電するように構成できる。
【００１９】
図１は、適応充電器１０のレセプタクル又は区画（図示せず）に収容される、１つ以上の電気化学セルを有する電池１２の電気的特性を少なくとも１つ測定する及び／又は決定するように構成される、適応充電器１０を示す。電池１２は、二次セル（若しくは電池）又は１次セル（若しくは電池）であることができる。１次電気化学セルとは、１度だけ、例えば、完全に消費されるまで放電され、その後廃棄されることを意味する。１次セルは、再充電を意図されない。１次セルは、例えば、デヴィッド・リンデン（David Linden）、「電池ハンドブック（Handbook of Batteries）」（マックグローヒル（McGraw-Hill）、第２版、１９９５年）に記載されている。二次電気化学電池は多数回、例えば、５０回を超えて、１００回を超えて、又はそれより多くの回数再充電することができる。場合によっては、二次電池類には、比較的頑丈なセパレータ、例えば、多く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を含むことができる。二次セルは又、セルの中で生じ得る膨張のような変化に適応する設計にすることができる。二次電池は、例えば、フォーク・アンド・サルキンド（Falk & Salkind）の「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年、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、これらをすべて本明細書に参考として組み込む。本明細書に記載の実施形態において、電池１２は二次電池、又は充電式電池である。
【００２０】
充電器１０は、電力変換モジュール１１に結合される。電力変換モジュール１１は、９６Ｖ〜２２０Ｖ及び５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの定格で電力を供給する電源などの外部ＡＣ電源に電気的に結合され、外部から供給されたＡＣ電力を充電式電池の充電に好適なレベルのＤＣ電力（例えば、約３．８〜４．２ＶのＤＣ電力レベル）に変換するＡＣ−ＤＣ電力変換器１３を備える。ＡＣ−ＤＣ電力変換器１３は、第１の電圧で入力電力を受け取り、その電力を低い電圧に変換させるように構成されるＡＤ−ＤＣ切り換え装置として実装されてもよい。ＡＤ−ＤＣ切り換え装置装置４０の例示的実施形態は、図３に示されている。幾つかの実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電力変換器１５が、車のＤＣ電源などの外部ＤＣ電源を充電式電池の充電に好適なＤＣ電源レベルに変換するように構成される電力変換モジュール１１に組み込まれ、使用されてよい。例えば、幾つかの実施形態では、車のＤＣ電源は約１２ＶのＤＣ電力を供給することができ、ＤＣ−ＤＣ変圧器１５は、この電力レベルを好適な電力レベルに変換する。幾つかの実施形態では、ＡＣ−ＤＣ変換器１３はＤＣ−ＤＣ変圧器に結合されており、それによって、充電式電池の充電に好適なＤＣ電源を供給するように構成されるカスケード接続変圧器を形成する。他の電力変換構成が使用されてもよい。
【００２１】
幾つかの実施形態では、ＤＣ充電電源（ＤＣ−ＤＣバック変換器として実装されてよいＤＣ−ＤＣ変換器１５など）は使用されず、その代わりにＡＣ−ＤＣ電力変換器１３の電流及び／又は電圧を直接制御することによって、電流及び／又は電圧出力が充電式電池又はセルの充電に必要なレベルに調節される。図２について以下で詳述されるように、電流フィードバックルールは、スイッチＳＷ１（図２では１４ｃ）のデューティサイクルを制御するが、出力電圧は、所定の定電圧閾値（交差電圧とも呼ばれる）を下回る。出力電圧が交差電圧と等しい又はそれを超える場合、電流制御フィードバックが無効になり、電圧フィードバックブロックが作動する。次に、電圧フィードバックブロックがスイッチＳＷ１のデューティサイクルを制御して一定の電圧出力を供給する。フィードバック機構が実装されている場合、電流フィードバックブロックによって、電流検出レジスタ３９（図２にもＲ１として図示してある）を通した電圧降下が、一定の電流設定値でレジスタ３９を通した電圧降下にほぼ等しい基準電圧と比較される。同様に、充電機構が定電圧モードで動作している場合、電圧フィードバック機構によって、電池の端子電圧が、交差電圧値にほぼ等しい基準電圧と比較される。
【００２２】
適応充電器１０は、電池１２の測定された電気的特性に基づいて、充電式電池１２に印加する充電電流を決定する。測定された電気的特性の値は、充電器１０によって充電される電池の充電速度性能を示すので、コントローラ１４が、電池１２に印加する充電電流レベルを決定できる。例えば、リン酸鉄リチウム電気化学セルに基づく電池は、一般に、充電動作中に低い内部充電抵抗を示す。充電抵抗は充電プロセス中に上昇するが、一般に充電状態の上昇に伴って上昇する。したがって、電池の内部抵抗及び充電速度は、電池の充電状態を示すことができる。他の種類の電池は、一般に異なる充電抵抗によって特徴付けられる。したがって、充電する電池の充電抵抗を決定することによって電池の種類を確認することができ、その電池の種類に適切な充電電流が供給される。
【００２３】
幾つかの実施形態では、電池１２の特定の電池の化学的性質を識別する識別機構が使用されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、識別機構は電池に結合されているＩＤレジスタを備えており、その抵抗値が電池の化学的性質を示す。したがって、このような実施形態では、充電器１０は、ＩＤレジスタの抵抗を測定することによって、電池１２の化学的性質を識別できる。無線自動識別（ＲＦＩＤ）装置が電池の化学的性質などを示す電気的信号を充電器１０に伝達するＲＦＩＤ技術に基づく機構など、その他の種類の化学的性質識別機構が用いられてもよい。他の好適な識別機構としては、例えば、シリアルデータ通信インターフェースを介して、例えは電池の化学的性質を示す識別データを充電器１０に伝達するスマートバッテリＳＭＢｕｓ標準など、シリアル通信技術を実装して、電池を識別する機構が挙げられる。識別機構を使用して電池の関連情報を伝達する充電器及び／又は電池の例示的実施形態に関する詳細な説明は、例えば、「電池検出子を備える超急速電池充電器（Ultra Fast Battery Charger with Battery Sensing）」という表題の同時特許出願に記載されており、この内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
コントローラ１４は、充電器１０に接続される電池の種類を識別するために使用される電気的特性の測定を含む、充電器１０の動作を制御し、電池１２に印加する充電電流及び／又は充電特性（例えば、充電期間、充電電流の調整及び／又は特定時点における電圧など）を決定するように構成される。
【００２５】
コントローラ１４は、電池１２で実行される充電動作を制御し、後述のように動作を制御するように構成されるプロセッサ装置１６を備える。プロセッサ装置１６は、マイクロチップテクノロジー社（Microchip Technology Inc.）のＰＩＣ１８Ｆ１３２０マイクロコントローラなど任意の種類の計算装置及び／又は処理装置でよい。充電器１０の実行に使用されるプロセッサ装置１６は、プロセッサベースの装置の一般的な動作を可能にするコンピュータの命令を含むソフトウェア、並びに測定した少なくとも１つの充電式電池１２の電気的特性に基づいて、充電器に接続されている電池１２で充電動作を実行するための実行プログラムを格納するように構成される、揮発性及び／又は不揮発性メモリ素子を備えることができる。この実施例では、プロセッサ１６は、電池の電圧及び／又は電流の値を示す（後述の）センサーからコントローラ１４への信号を受信するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２０を備える。幾つかの実施形態では、コントローラ１４は、本明細書に記載の制御装置の処理機能の一部又はすべてを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を備えてもよい。
【００２６】
コントローラ１４は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２２及び／又はプロセッサ装置１６によって生成されるデジタル信号を受信し、それに応じて、充電器１０のバック変換器２６などの切り換え回路を調節する電気的信号を生成するパルス幅変調器（ＰＷＭ）２４を更に備える。
【００２７】
コントローラ１４は、コントローラ１４によって電池１２の端子に印加されたテスト電流又は電圧に応じて生成された、電池１２の電流及び／又は電圧に対応する１つ以上の入力信号をＩＳＥＮＳＥ端子（図２の端子１４ａ）及び／又はＶＳＥＮＳＥ端子（図２の端子１４ｂ）を介して受信する。したがって、コントローラ１４によって受信される信号は、その後、電池１２に印加する適切な充電電流を決定するために使用される。コントローラ１４は、例えば、電池の温度を含む、他のデータを受信してもよく、このような追加データも、電池の充電方法を決定するために使用されてもよい。このような追加データは、適切なセンサー又はプローブを使用して検出及び／又は収集されてよい。
【００２８】
図２は、２個のバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）２８及び３０、並びに電力変換モジュール１１がバック変換器２６と電気的に連通しているときにエネルギーを蓄積し、電力変換モジュール１１がバック変換器２６から電気的に隔離されている間はエネルギーを電流として放出するインダクタ３２を備えるバック変換器２６を示す。図２に示されるバック変換器２６は、エネルギー貯蔵素子としても用いられ、電圧リップルを減少させるように機能するコンデンサ３４も備える。
【００２９】
電力変換モジュール１１から電池１２に送られた電力は、トランジスタ２８及び３０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節される。具体的には、電力変換モジュール１１からの電力を電池１２の端子に印加させるために、コントローラ１４の端子１４Ｃ（ＳＷ１）からの動作電気信号がトランジスタ２８のベースに印加され、電力変換モジュール１１からトランジスタ２８及び電池１２への電流フローが発生する。
【００３０】
トランジスタ２８のベースに印加される動作信号が停止すると、電力変換モジュール１１からの電流フローが停止し、インダクタ３２がそこに蓄積されているエネルギーから電流を供給する。トランジスタ２８のオフ期間には、コントローラ１４の端子１４ｄ（ＳＷ２）によって第２の動作信号がトランジスタ３０のベースに印加され、（トランジスタ２８のオン期間にインダクタ３２及び／又はコンデンサ３４に蓄積されたエネルギーを使用して）電池１２を通るインダクタからの電流フローが可能になる。
【００３１】
トランジスタのオン期間、又はデューティサイクルは、最初、０％デューティサイクルから上昇する一方で、コントローラ又はフィードバックループは、出力電流及び電圧を測定する。決定された充電電流が達成されると、フィードバック制御ループは、例えば、比例積分微分機構、又はＰＩＤ機構を使用する閉ループ線状フィードバックスキームを使用して、トランジスタのデューティサイクルを管理する。充電器の電圧出力、又は電池の端子電圧が交差電圧に到達したら、類似の制御機構を使用してトランジスタのデューティサイクルを制御してよい。
【００３２】
したがって、トランジスタ２８のオン期間中に電力変換モジュール１１によって提供される電流、及びトランジスタのオフ期間中にインダクタ３２が放電するときにインダクタ３２によって提供される電流は、必要な充電電力にほぼ等しい実効電流となる。コントローラ１４は、例えば、電流センサー３８によって測定される、電池１２を流れる電流の測定値及び／又は電圧センサー３６によって測定される電池端子における電圧を定期的（例えば、０．１秒ごと）に受信する。この受信した測定電流及び／又は測定電圧に基づいて、コントローラ１４はデューティサイクルを調整し、電池１２を流れる電流が、コントローラ１４によって決定された充電電流レベルにほぼ等しい値に収束するようにこの電流を調整する。したがって、バック変換器２６は、電池１２に供給される調整可能な電力レベルをもたらす調整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。
【００３３】
前述したように、追加センサーを電池１２に結合し、コントローラ１４に対応する信号を伝達してよい。例えば、電池の温度の測定値を提供するための温度センサー（例えば、サーミスタ）を電池１２に結合してよい。サーミスタは、電池１２の外部又は電池１２の内部に配置できる。電池の温度を示す信号は、コントローラ１４のポートの１つでコントローラ１４によって受信される。コントローラ１４は受信した信号から電池の温度を測定し、測定した温度に基づいて、実行すべき以降の任意の動作を決定する。例えば、測定した電池の温度は、コントローラ１４に保存されている温度値と比較できる。測定した温度が許容温度の範囲外である場合、コントローラ１４は充電動作を開始しないようにでき、充電動作が既に開始されている場合は、充電動作を終了することができ、又は適当に充電電流及び／若しくは電圧を低減することができる。幾つかの実施形態では、充電器１０は、熱モニタリング機構及び／又は熱制御機構を用いない。
【００３４】
電池１２に印加される充電電力を決定するために、コントローラ１４は、電池１２に結合され、電池１２の端子間の電圧を測定するように構成される電圧センサー３６及び充電式電池を流れる電流を測定するように構成される電流センサー３８から電圧及び電流の測定値を受信する。幾つかの実施形態では、充電器１０は、特定レベルの電流（例えば、４〜５Ｃに相当する電荷であって、１Ｃは、充電式電池を１時間で充電するのに必要な電流）を電池１２の端子に印加させ、それによって、電池の端子において、電池の抵抗による特定の電圧降下をもたらす。検知される電圧は、続いてコントローラ１４のＶＳＥＮＳＥ端子１４ｂによって受容される。
【００３５】
幾つかの実施形態では、受信された入力信号が、例えば、閾値コンパレータを備えてよい専用充電コントローラ装置などアナログ論理処理素子（図示せず）を使用して処理されて、センサー３６及び／又は３８によって測定される電圧及び電流のレベルが決定される。
【００３６】
充電器１０は、アナログ及び／又はデジタル入力信号で信号フィルタリング及び処理を実行し、回路レベルのノイズなど外部要因に起因し得る誤測定（例えば、電圧、温度の誤測定など）を防止するためのフィルタ３５ａ及び３５ｂなどの信号調整ブロックを備えてもよい。
【００３７】
コントローラ１４は、電圧センサー３６及び電流センサー３８から受信したこれらの信号に基づいて、これらの測定した信号から、例えば、電池１２の定常状態（ＤＣ）充電抵抗を算定することによって、電池を充電するために電池１２の端子に印加する充電電流レベルを決定する。
【００３８】
詳細には、コントローラ１４は、初回時点で第１のテスト電流入力Ｉ1を印加させる。印加された電流レベルＩ１に対して、電池１２の端子において電圧Ｖ１が生じる。コントローラ１４は、電池１２を流れる電流Ｉ１が特定の期間維持されるようにし、それによって電池１２が充電定常状態に達することができるようにする。幾つかの実施形態では、電池の電気化学セルを開路状態から定常状態の充電状態に移行させるのに一般的に必要な時間は、３０〜６０秒である。以降の時点（例えば、コントローラが電池１２に電流Ｉ１を印加してから６０秒後）では、コントローラが、電池１２に別の電流レベルＩ２を印加させ、それによって電池１２の端子において電圧Ｖ２が生じる。幾つかの実施形態では、印加される第１の電流レベルは、電池が１Ａ時間の容量を有する場合に４Ｃの充電速度が４Ａ電流に等しくなるように４Ｃに等しい電流レベル（即ち、１５分で電池を充電する電流レベル）であってよく、一方第２の電流レベルＩ２は、５Ｃに等しいレベル（即ち、１２分で電池を充電する電流レベル）であってよい。
【００３９】
例えば、印加される電流レベルに対応する測定電圧を得ると、コントローラ１４は、測定された閉路電圧差を印加された電流差で除することによって、即ち次の式を用いて、電池の充電抵抗を決定する。
【数１】
2010521948.tif 000003
【００４０】
第２の電圧は、電池１２の定常状態（即ち、非過渡的）抵抗値が達成される期間を過ぎてから測定されるので、測定された充電抵抗は、定常状態（ＤＣ）充電抵抗と呼ばれることもある。
【００４１】
幾つかの実施形態では、電池１２の他の特性が測定及び処理されて、充電器１０に接続されている電池の本質が決定され、それによって電池を充電するために電池に印加される充電電力が決定されてよい。
【００４２】
コントローラ１４は、算定された抵抗を使用して、算定された充電抵抗に対応する、好適な充電電流を示すルックアップテーブルにアクセスする。例えば、算定された充電抵抗が特定の電池の種類及び／又は容量を示す場合、ルックアップテーブル内の対応するエントリによって、この電池を充電するのに好適な充電電流が指定される。
【００４３】
幾つかの実施形態では、特定の電池の種類は、ルックアップテーブル内の複数のエントリに関連付けられ、それぞれのエントリが異なる充電速度に対応してよい。例えば、特定の電池の種類に関連付けられている１つのエントリは、電池の容量の約９０％に等しい電池の充電レベルを約５分で達成する充電電流を指定できる。同一の電池の種類に関連付けられている別のエントリは、異なる充電速度、例えば、１時間で実質的に電池のフル容量まで電池を充電する速度に対応する充電電流を指定できる。特定の電池に関連付けられているルックアップテーブルの複数のエントリから適切なエントリを選択する場合、例えば、充電器の本体に配置されたスイッチ、ボタン及び／又はつまみを含むユーザーインターフェース（図示せず）を使用して、例えば、充電器１０に提供されるユーザー指定の入力に基づいて行うことができる。
【００４４】
コントローラは、電池１２の特定の充電レベルを決定して、電池１２に印加する充電パラメーター（例えば、充電電流、及び充電期間）を決定するように構成されてもよい。例えば、コントローラは、印加する一連の電流レベルを生じさせ、電池の端子において与えられた電圧を測定できる。この一連の測定電圧を使用して、電池の種類並びにこの電池の充電レベル（例えば、電池に対するパーセンテージ容量単位）を決定できる。更に、選択された充電電流が印加される充電期間も決定できる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、電池１２の決定された充電レベルは、決定された電池の種類に関連付けられているルックアップテーブル内の複数のエントリの１つを選択するために使用できる。例えば、電池１２に充電電流が印加される充電期間が５分と指定され、電池が５０％充電されていると決定された場合、指定された５分以内に電池の充電をほぼ１００％まで達成する第１の充電電流が、このルックアップテーブルから選択されてよい。一方、電池１２が２０％しか充電されていない場合、指定された５分以内にほぼ１００％の充電が達成されようにするために、このルックアップテーブルからより高い充電電流が選択されてよい。
【００４６】
幾つかの実施形態では、電池１２を充電するための充電期間及び／又は充電速度は、電池１２の決定された充電レベルに基づいてよい。例えば、電池１２が５０％充電されていると決定された場合、電池１２が、例えば、５分未満（例えば、３分）で少なくとも９０％の充電レベルまで充電されるように、充電期間が決定されてよい。
【００４７】
前述したように、充電器１０は、所定の上限電圧（即ち、交差電圧）が達成されたら、電池１２の端子における電圧をこの上限でほぼ一定に維持するモードで動作してもよい。詳細には、電池１２が、電池の充電抵抗に基づいて決定された充電電流で実質的に充電されている間、電池の端子における電圧は上昇する。電池の端子における電圧が所定の上限電圧を超えないようにするために（電池が過熱しないように、又は電池の動作若しくは予想耐用期間が悪影響を受けないように）、センサー３６を用いて電池１２の端子における電圧が定期的（例えば、０．１秒ごと）に測定され、所定の上限電圧が達成される時期が決定される。電池１２の端子における電圧が所定の上限電圧に達成されると、電流／電圧調整回路は、電池１２の端子においてほぼ一定の電圧を生じさせるように制御される（このような動作を実行する装置は、定電流／定電圧（ＣＣ／ＣＶ）装置と呼ばれることもある）。
【００４８】
幾つかの実施形態では、コントローラ１４は、電池１２の端子における電圧を定期的に測定し、指定されたある昇圧期間内に所定の上限電圧が達成されるように、電池１２に印加される充電電流を調整することによって、昇圧速度をモニターするように構成されてもよい。測定された昇圧速度に基づいて、充電電流レベルが調整され、指定された昇圧期間内に所定の上限電圧が達成されるように充電電流が増減される。例えば、カルマンフィルタを使用する予測子修正子法に従って、充電電流レベルの調整を行ってよい。詳細には、カルマンフィルタは、動的システムの内部状態を使用して、以前の励起又は入力に対するシステムの反応測定値に基づいてシステムの値を再帰的に予測する。カルマンフィルタ法は、測定値の不確実性及び予測された（モデル化された）システム反応における不確実性の両方を説明できる。したがって、運用においては、予測されたシステムの結果は、少なくとも部分的に、以前予測された測定値及び実際の測定値に基づいて新しい反応測定値を再帰的に修正するために使用される。これによって、カルマンフィルタは、予測されたシステム反応と実際の測定された反応との間の誤差を最小化しようとする。所定の上限電圧を達成するための電流に対する調整を決定するために他の方法が使用されてよい。
【００４９】
図４は、充電式電池１２を充電するための充電手順５０の例示的実施形態を示す。所望により、充電器１０の充電端子が電池１２の端子と電気的に結合されるように、電池１２を充電器１０の充電区画に挿入した後で、コントローラ１４は、開路温度及び電池１２のセルの電圧を測定する（５２）。コントローラは、当初測定された温度Ｔ０及び電圧Ｖ０が、所定の上限と下限との間にあるかどうかを決定する（５４）。これらの上限及び下限は、コントローラ１４で使用されるプロセッサベースの装置１６の記憶モジュールで指定されてよい。測定された初期温度及び電圧が所定の許容範囲内ではないと決定された場合、したがって、現在の状態での充電動作の実行が安全でない場合、充電器は充電動作を続行せず、手順５０を終了する。
【００５０】
当初測定されたＴ０及び電圧Ｖ０が、所定の上限と下限との間であると決定された場合、コントローラ１４は、２つの別個の時点で２種類の電流レベルＩ１及びＩ２を生じさせて電池１２に印加し、電池１２の少なくとも１つの電気的特性（例えば、電池の端子電圧）の測定及び／又は算定を容易にする（５６）。測定された少なくとも１つの電気的特性は、充電器１０に接続されている電池の種類をそれ自体が示すか、電池１２に印加する充電電流の決定を可能にする誘導特性（例えば、定常状態充電抵抗）の決定を可能にする。測定電圧に基づいて充電抵抗が決定される実施形態では、コントローラ１４は、印加電流Ｉ１及びＩ２に対応するそれぞれの電圧Ｖ１及びＶ２を決定する。他の種類の電気的特性（例えば、印加電圧に対応する測定電流）が測定されてよい。
【００５１】
電圧Ｖ１及びＶ２を測定すると、次の式を使用して電池１２に対応する充電抵抗を決定できる（５８）。
【数２】
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【００５２】
算定された充電抵抗は、例えば、記憶モジュールに格納され、算定された充電抵抗に関する好適な充電電流を示すルックアップテーブルにアクセスすることによって、電池１２に印加する充電電流を決定するのに使用される（６０）。複数の充電電流エントリに関連付けられている電池の種類では、ユーザー指定の所望の充電期間を使用して、測定された電池の特性及び／又は算定された電池の特性から識別される電池の種類に関する適切なエントリを選択できる。これに加えて及び／又はこれの代わりに、充電電流を決定するために他の方法（例えば、コンピュータによる方法）も使用できる。
【００５３】
所望により、接続されている電池１２の特定の充電レベルを決定し、電池１２に印加する充電パラメーター（例えば、充電電流、及び充電期間）を算定する（６２）。前述したように、例えば、電池１２に印加する一連の電流レベルを生じさせ、電池の端子において生じたそれぞれの電圧を測定することによって電池の充電レベルが決定される場合、電池の充電レベルを決定できる。充電パラメーター（例えば、充電電流及び充電期間）は、測定された充電レベル及び電池の種類に基づいて決定できる。
【００５４】
電池１２に印加する充電電流を決定すると、所望により充電期間、電流／電圧調整回路（図２に示すバック変換器２６など）を制御して、電力変換モジュール１１から電圧を生じさせ、充電式電池１２に定電流をもたらす（６４）。説明したように、６０で算定された充電電力レベル値が処理され、充電電流にほぼ等しい電流を電池１２に印加させるデューティサイクル信号が生成される。したがって、コントローラの出力信号は、例えば、バック変換器２６のトランジスタ２８に印加され、電力変換モジュール１１からの電圧が電池１２に印加される。特定のデューティサイクルのオフ期間には電力変換モジュール１１が電池から切断され、インダクタ３２及び／又はコンデンサ３４に蓄積されたエネルギーは、電流として電池に放出される。電力変換モジュール１１から印加された電流及びインダクタ３２（及び／又はコンデンサ３４）から放出された電流を合わせた電流によって、充電電流にほぼ等しい実効電流が得られる。
【００５５】
電池１２は、実質的に定電流で充電されるが、電池の端子における電圧は上昇する。電池の端子における電圧が所定の上限電圧（交差電圧）を超えないようにするために、電池１２の端子における電圧を定期的（例えば、０．１秒ごと）に測定し、所定の上限電圧が達成される時期を決定する（６６）。電池１２の端子における電圧が所定の上限電圧に達成されると、電力変換モジュール１１が、電池１２の端子における電圧レベルを一定にする電圧を印加するように、（例えば、トランジスタ２８及び３０の電気的作動によって）電流／電圧調整回路が制御される。
【００５６】
所望により、昇圧速度を定期的に測定して、指定昇圧期間内に所定の上限電圧が達成されるようにしてよい（６８）。測定された昇圧速度に基づいて、（電流／電圧調整回路に印加される、対応する動作信号の調整により）充電電流レベルが調整され、指定昇圧期間内に所定の上限電圧が達成されるように充電電流を増減する。本明細書に記載したように、充電電流レベルの調整は、カルマンフィルタなどの予測子修正子法又は他の何らかの同類の方法に従って実行されてよい。
【００５７】
７０で決定されるように、指定充電期間に実質的に等しい期間が経過すると、電池１２に印加される充電電流は（例えば、トランジスタ２８の電気的作動を停止させて、電力変換モジュール１１から供給される電力を停止させることによって）停止される。充電手順は、電池１２の所定の上限電圧が達成された後で、又は電池１２の指定充電レベルが達成された後で、指定期間経過後に終了する。
【００５８】
その他の実施形態
本発明の多数の実施形態を記載してきた。しかしながら本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な改変が可能である点は理解されるであろう。したがって、他の実施形態は特許請求の範囲に包含されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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