(57)【要約】【解決手段】本発明は、電池(300) の充電を管理するための回路(302) に関し、回路は、発熱体の端子の電圧が閾値を超えると熱を発生させるように構成されている少なくとも１つの発熱体(303i)を備えている。
2015532575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本セル(301i)の電池(304) の充電を管理するための回路(302; 402; 702) であって、
前記電池の一又は複数の基本セル(301i)の夫々のサブ組立体の両端に接続されるように構成され、駆動電圧(Uz)を超える熱を放散することにより自身の電圧を夫々クランプすることができる複数の発熱体(303i; 403j)と、
該発熱体(303i; 403j)の内の一又は複数の駆動を検出することができる少なくとも１つの温度センサ(103; 703i) と、
該温度センサ(103; 703i) による前記発熱体(303i; 403j)の駆動の検出結果に応じて前記電池の充電電流を制御することができる制御回路(105; 705)と
を備えていることを特徴とする回路。
【請求項２】
各発熱体(303i; 403j)の駆動電圧(Uz)は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セル(301i)のサブ組立体の公称満充電電圧(Unom)に応じて選択されていることを特徴とする請求項１に記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項３】
各発熱体(303i; 403j)の駆動電圧(Uz)は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セル(301i)のサブ組立体の公称満充電電圧(Unom)以上であることを特徴とする請求項２に記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項４】
各発熱体(303i; 403j)の駆動電圧(Uz)は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セル(301i)のサブ組立体の公称満充電電圧(Unom)より低いことを特徴とする請求項２に記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項５】
各発熱体(303i; 403j)はツェナーダイオード(5012; 6011)を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項６】
各発熱体(303i; 403j)は、プログラム可能な駆動電圧を有する一体化されたクランプ回路を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項７】
各サブ組立体は前記基本セル(301i)を１つ有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回路(302; 702)。
【請求項８】
各サブ組立体は前記基本セル(301i)を少なくとも２つ有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回路(402) 。
【請求項９】
前記複数の発熱体(303i; 403j)と夫々熱的に結合されている複数の温度センサ(703i)を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の回路(702) 。
【請求項１０】
前記制御回路(105) は、前記発熱体(303i; 403j)の駆動が検出されると充電電流を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項１１】
前記制御回路(105) は、変更する際に、充電電流を完全に遮断せずに充電電流を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項１２】
前記制御回路(105) は、変更する際に、充電電流を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回路(302; 402; 702) 。
【請求項１３】
前記制御回路(105) は、前記複数の温度センサ(703i)が夫々前記発熱体の駆動を検出すると、充電電流を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の回路(702) 。
【請求項１４】
基本セル(301i)の電池(304) と、
請求項１乃至１３のいずれかの充電管理回路(302; 402; 702) と
を備えていることを特徴とする組立体(300; 400; 700) 。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電池に関し、具体的には電池の充電の管理を目的とする。本発明は特には、複数の基本セルの電池における充電の平衡機能及び遮断機能を行うことができる充電管理回路に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開平６−２１７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電池は、直流電圧を出力するための２つのノード、つまり正端子及び負端子間に直列に及び／又は並列に接続された一群の複数の基本セル（蓄電池など）である。電池の放電段階中、電流が、電力が供給されるべき負荷を通じて電池の正端子から負端子に流れる。電池の充電段階中、充電器が、電池の負端子を通じて流れる充電電流を電池の正端子に流す。この充電電流は電池の夫々のセルを通じて流れて、電池を充電する。電池は一般に、再充電段階中に破損を引き起こす場合がある過充電を回避する程度に迅速に充電の終了を検出して充電を遮断すべく構成されている充電管理回路に関連付けられている。充電管理回路は更に、再充電段階中に複数の電池セルの充電レベルを平衡させることが可能であってもよい。ある電池では、充電管理回路は比較的複雑であり、電池のコスト、重量及び／又は体積を増加させる重大な一因になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、本発明の実施形態は、基本セルの電池の充電を管理するための回路であって、前記電池の一又は複数の基本セルの夫々のサブ組立体の両端に接続されるように構成され、駆動電圧を超える熱を放散することにより自身の電圧を夫々クランプすることができる複数の発熱体と、該発熱体の内の一又は複数の駆動を検出することができる少なくとも１つの温度センサと、該温度センサによる前記発熱体の駆動の検出結果に応じて前記電池の充電電流を制御することができる制御回路とを備えていることを特徴とする回路を提供する。
【０００５】
一実施形態によれば、各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧に応じて選択されている。
【０００６】
一実施形態によれば、各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧以上である。
【０００７】
一実施形態によれば、各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧より低い。
【０００８】
一実施形態によれば、各発熱体はツェナーダイオードを有している。
【０００９】
一実施形態によれば、各発熱体は、プログラム可能な駆動電圧を有する一体化されたクランプ回路を有している。
【００１０】
一実施形態によれば、各サブ組立体は前記基本セルを１つ有している。
【００１１】
一実施形態によれば、各サブ組立体は前記基本セルを少なくとも２つ有している。
【００１２】
一実施形態によれば、前記充電管理回路は、前記複数の発熱体と夫々熱的に結合されている複数の温度センサを更に備えている。
【００１３】
一実施形態によれば、前記制御回路は、前記発熱体の駆動が検出されると充電電流を変更するように構成されている。
【００１４】
一実施形態によれば、前記制御回路は、変更する際に、充電電流を完全に遮断せずに充電電流を減少させるように構成されている。
【００１５】
一実施形態によれば、前記制御回路は、変更する際に、充電電流を遮断するように構成されている。
【００１６】
一実施形態によれば、前記制御回路は、前記複数の温度センサが夫々前記発熱体の駆動を検出すると、充電電流を遮断するように構成されている。
【００１７】
別の実施形態は、基本セルの電池と、上記のタイプの充電管理回路とを備えていることを特徴とする組立体を提供する。
【００１８】
前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電池を備えた組立体の一例、及び電池の充電を管理するための回路の一例を示す電気回路図である。
【図２】電池を備えた組立体の一例、及び電池の充電を管理するための回路の別の例を示す電気回路図である。
【図３】電池を備えた組立体の一例、及び電池の充電を管理するための充電管理回路の一例を示す電気回路図である。
【図４】電池を備えた組立体の一例、及び電池の充電を管理するための充電管理回路の代替的な実施形態を示す電気回路図である。
【図５】図３の充電管理回路の要素の実施形態を更に詳細に示す、図３の組立体の部分的な電気回路図である。
【図６】図４の充電管理回路の要素の実施形態を更に詳細に示す、図４の組立体の部分的な電気回路図である。
【図７】図３〜６に関連して述べられているタイプの充電管理回路の動作の一例を示すタイミング図である。
【図８】電池を備えた組立体の一例、及び電池の充電を管理するための回路の別の代替的な実施形態を示す電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
明瞭化のために、同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示されている。更に、述べられている実施形態についての理解に有用な要素のみが詳細に述べられている。
【００２１】
図１は、直流電圧を出力するための端子V+及び端子V-間に直列接続された４つの基本セル101iの電池104 を備えた組立体100 の一例を示す電気回路図であり、i は１〜４の範囲内の整数である。この例で、基本セル101iはニッケル−カドミウム（NiCd）セル又はニッケル−金属水素化物（NiMH）セルである。このようなセルは、セルが自身の公称満充電レベルに達した後、つまりセルの電圧が所与の電圧レベル又は公称満充電レベルに達した後に充電電流がセルを通って流れると、セルは寄生的な化学反応の影響下で熱くなり始めるという特性を有する。充電されるセルは、少なくともしばらくの間破損せずに、充電電流を受け続ける場合がある。この場合、このセルの電圧は、セルを破損することなく公称満充電電圧を超えて上昇し続ける。充電電流が遮断されると、セルの電圧が低下してセルの公称満充電電圧で安定する。過剰な電力は寄生的な化学反応で散逸される。しかしながら、このようなセルの電圧は、所与の臨界閾値又はセルが耐え得る最大電圧を超えるべきではなく、そうしなければ、セルの質が低下する。
【００２２】
組立体100 は、電池104 に接続された充電管理回路102 を更に備えており、充電管理回路102 は、電池を破損し得る過充電が生じる前に、充電の終了を検出して充電電流を遮断するように構成されている。充電管理回路102 は、組立体100 内の基本セル101iの近くに配置された温度センサ103 と、温度センサ103 によって測定される温度に応じて充電電流を制御するように構成された制御回路105 とを有している。充電段階の終了近くに最も充電されたセルが自身の公称満充電レベルを超えると、温度センサ103 は、このセル内の寄生的な化学反応により組立体の内部の温度上昇を検出する。例として、第１の段階では、充電電流が遮断されず、あまり充電されていないセルが充電され続ける。温度センサ103 により測定される組立体の内部の温度上昇が閾値を超えると、電池は例えば十分充電されたとみなされる。この閾値は例えば、電池の全てのセル又は電池のかなりの数のセルにおける寄生的な化学反応の活性化に相当する。その後、制御回路105 は充電電流を遮断する。従って、充電管理回路102 は、電池の充電遮断機能だけでなく電池のセル平衡機能をも実行する。
【００２３】
図１の充電管理回路102 は、特に形成が簡単であり、軽く体積が小さいという利点を有する。更に、このタイプの充電管理回路は、多くの既存のニッケル−カドミウム電池又はニッケル−金属水素化物電池に既に設けられており、この充電管理回路の開発費は償却され、充電管理回路のコストは低下している。
【００２４】
しかしながら、充電管理回路102 は、充電が終了するとセルの温度がかなり上昇することになるセルとのみ適合する。これは全てのセルに該当するわけではない。特に、これはリチウムイオンセルには該当せず、リチウムイオンセルでは充電が終了すると、セルの電圧は、発熱を引き起こすことなくセルの公称満充電電圧を超えてセルが破損する危険性がある臨界レベルまで上昇し続ける。従って、図１の充電管理回路より複雑で更に費用をかけた特定の充電管理回路を提供すべきである。
【００２５】
図２は、直流電圧出力端子V+及び直流電圧出力端子V-間に直列接続された４つの基本セル201iの電池204 を備えた組立体200 の別の一例を示す電気回路図であり、i は１〜４の範囲内の整数である。この例では、基本セル201iは、充電の終了によってセルの著しい発熱を引き起こさないセルであり、例えばリチウムイオンセルである。組立体200 は、電池を破損し得る過充電レベルに達する前に充電の終了を検出して充電を遮断するように構成された充電管理回路202 を更に備えている。充電管理回路202 は電池セルの各々に接続された入力を有する。充電管理回路202 は、各電池セルの電圧を監視して、電池セルが自身の臨界過充電電圧レベルに達する前に充電を遮断するように構成されている。充電管理回路202 は例えば差動測定回路、比較器などを有している。充電管理回路202 は、異なる電池セルの充電速度の不均衡を検出した場合、バイパス分岐を介して平衡機能を実行するように更に構成されてもよい。
【００２６】
使用されるセル技術に関わらず、図２に関連して述べられているタイプの充電管理回路が形成され得る。しかしながら、このタイプの充電管理回路は、図１に関連して述べられているタイプの充電管理回路より複雑で、より嵩張り、より高価であるという欠点を有する。
【００２７】
図３は、電池304 を備えた組立体300 の一例及び充電管理回路302 の実施形態を示す電気回路図である。この例では、電池304 は、直流電圧出力端子V+及び直流電圧出力端子V-間に直列接続された４つの基本セル301iを有しており、i は１〜４の範囲内の整数である。基本セル301iはいかなるタイプの技術であってもよい。例として、基本セル301iは、充電の終了の際、セルが自身の公称満充電レベルに達した後に充電電流が流れる場合、セルが著しく熱くなることなくセルの電圧が公称満充電レベルより高くなるセルである。基本セル301iは、例えばリチウムイオンセルである。
【００２８】
一態様によれば、充電管理回路302 は、電池の基本セル301iの各々に関連付けられた発熱体303iを有しており、発熱体303iは、発熱体の電圧が電圧閾値、つまり駆動電圧を超えると熱を発生させるように構成されている。発熱体303iの駆動電圧は、例えば電池セルの公称満充電電圧に等しい。変形例として、セルが破損せずに自身の公称満充電電圧を超える過充電に耐え得る場合、駆動閾値電圧は、セルの公称満充電電圧と臨界過充電電圧、つまりセルが破損せずに耐え得る最大電圧との間にあってもよい。変形例として、セルが自身の公称満充電電圧を超える過充電に耐えることができない場合、発熱体の駆動閾値電圧は、セルの公称満充電電圧より低くてもよく、例えば、セルの公称満充電電圧の80〜95％の範囲内であってもよい。
【００２９】
充電管理回路302 は、組立体の内部に配置された温度センサ103 と、温度センサ103 によって測定される温度に応じて電池の充電電流を制御することができる制御回路105 とを更に有している。温度センサ103 は例えば負の温度係数を有する熱感度器である。しかしながら、あらゆる他のタイプの温度センサが使用されてもよい。
【００３０】
電池の充電段階の終了近くに最も充電された一又は複数のセル301iが該セルに関連付けられた発熱体303iの駆動レベルに達すると、対応する一又は複数の発熱体303iが熱を発生させ始めて、温度センサ103 は組立体の内部の温度上昇を検出する。充電管理回路302 は、一又は複数の発熱体の駆動による温度上昇を他の現象による温度上昇、例えば周囲温度の上昇による温度上昇から区別することを可能にする追加の手段（不図示）を有してもよいことに留意すべきである。このような追加の手段は例えば、温度センサ103 とは異なる周囲温度センサ、及び／又は温度センサ103 によって測定される温度の変化の勾配を分析する手段を有する。
【００３１】
例として、温度センサ103 が一又は複数の発熱体の駆動による温度上昇を検出すると、充電電流が第１の段階中維持されてもよい。その後、あまり充電されていないセルは、該セルに関連付けられた発熱体の駆動閾値に達するまで充電され続ける。温度センサ103 によって測定される組立体の内部の温度上昇が閾値を超えると、電池は例えば十分充電されたとみなされてもよい。この閾値は、例えば電池の全てのセル又はかなりの数のセルの発熱体の駆動に相当する。充電電流は、このようにして制御回路105 によって遮断され得る。従って、充電管理回路302 は、電池の充電遮断機能だけでなく電池のセル平衡機能をも実行する。
【００３２】
充電管理回路302 は、特に形成が簡単であるという利点を有する。例として、充電管理回路302 の温度センサ103 及び関連付けられた制御回路105 を形成するために、ニッケル−カドミウム電池又はニッケル−金属水素化物電池に既に存在する図１に関連して述べられたタイプの充電管理回路が変更なしで使用されてもよい。従って、図３の組立体300 を得るには、発熱体303iを電池セルの各々に並列に接続するだけで十分である。言い換えれば、セルの両端に発熱体を設けることにより、あるセル技術（例えばNiCd又はNiMH）における充電の終了の際に自然に生じる熱発生現象を人為的に再現することが可能になる。このため、充電の終了の際にセルが熱を自然に（つまり化学反応によって）発生させない技術で既存の充電管理回路を再使用することが可能になる。
【００３３】
充電管理回路302 は、りん酸鉄（LiFePO4 ）に基づいたリチウムイオンセルを使用した電池に特に適している。実際、このタイプのセルでは、セルの公称満充電電圧とセルの臨界電圧、つまりセルが破損せずに耐え得る最大電圧との間の比較的大きな電圧範囲がある。このため、発熱体の駆動閾値を選択する際の柔軟性が与えられる。この電圧範囲内に含まれる駆動閾値を有する発熱体303iが設けられていることが好ましい。例として、A123システムズは、３.6Ｖの公称満充電電圧を有して、破損する危険性がなく４.2Ｖまでの、又は４.5Ｖまでの過電圧（臨界セル電圧）に耐えることができるりん酸鉄に基づいたリチウムイオンセルを商品化している。このようなセルは、複数のセルが電池に組み立てられて略同一の電流がセルを流れるとき、比較的平衡して（つまり、略同一の速度で）充電するという利点を更に有する。本発明者らは、述べられている実施形態がこのようなセルで特によく機能することを確認した。
【００３４】
好ましい実施形態では、図３に概略的に示されているように、発熱体303iの発熱を検出するために温度センサ103 によってかかる時間を最小限度に抑えるために、発熱体303iは温度センサ103 の近くに配置されている。発熱体303iと温度センサ103 との熱的結合を更に高めるために、熱接触グリース、発熱体303i及び温度センサ103 の熱伝導性樹脂によるカプセル化又はあらゆる他の適した熱的結合解決法が使用されてもよい。
【００３５】
想定される使用に応じて、特には使用されるセルのタイプと過充電に耐えるセルの容量とに応じて、制御回路105 による充電電流の様々な制御モードが提供されてもよい。例として、第１の制御モードでは、発熱体303iの内の１つの駆動が検出され次第、制御回路105 は充電電流を遮断するように構成されてもよい。第２の制御モードでは、制御回路105 は、複数の発熱体303iの内の１つの駆動が検出されると充電電流を遮断せずに充電電流を減少させて、その後、充電電流を完全に遮断する前にしばらくの間充電電流を減少したレベルで維持するように構成されてもよい。第３の制御モードでは、制御回路105 は、温度センサ103 によって検出される温度上昇が第１の閾値を超えると充電電流を遮断せずに充電電流を減少させ、温度センサ103 によって検出される温度上昇が第１の閾値と第１の閾値より大きい第２の閾値との間にあると減少した充電電流を維持して、温度センサ103 によって測定される温度上昇が第２の閾値より大きいと充電電流を遮断するように構成されてもよい。従って、充電管理回路302 は、セルが全て同一の速度で充電するわけではない場合、セルの充電レベルを少なくとも部分的に平衡させ得るという利点を有する。
【００３６】
図４は、図３の電池304 を備えた組立体400 の一例及び充電管理回路402 の代替的な実施形態を示す電気回路図である。充電管理回路402 は、図３の例のように、組立体の内部に配置された温度センサ103 と、温度センサ103 に接続されて温度センサ103 によって測定される温度に応じて電池の充電電流を制御することができる制御回路105 とを有している。
【００３７】
図４の充電管理回路402 は、図３の充電管理回路におけるセル毎に１つの発熱体の代わりに、図４の充電管理回路では同一の発熱体が複数のセル301iに関連付けられている点において図３の充電管理回路302 とは異なる。図示されている例では、充電管理回路402 は２つの発熱体403jを有しており、j は１又は２の整数である。発熱体4031は、直列に接続されたセル3011及びセル3012に並列に接続されており、発熱体4032は、直列に接続されたセル3013及びセル3014に並列に接続されている。各発熱体403jは、発熱体の電圧が例えばセルの公称満充電電圧の２倍に等しい駆動閾値、つまり駆動電圧を超えると、熱を発生させるように構成されている。変形例として、セルが破損せずに自身の公称満充電電圧を超える過充電に耐え得る場合、駆動閾値は、セルの公称満充電電圧の値の２倍と臨界過充電電圧の値の２倍との間にあってもよい。変形例として、セルが自身の公称満充電電圧を超える過充電に耐えることができない場合、発熱体の駆動閾値は、セルの公称満充電電圧の値の２倍より低くてもよい。
【００３８】
図４の実施形態の利点は、電池内の所与の数の基本セルに関して、図３の実施形態より必要な発熱体が少ないということである。更に図４の実施形態では、発熱体は、図３の実施形態における電圧レベルより高い電圧レベルで駆動されるため、発熱体の形成が容易になる。図４の実施形態は、適切な平衡レベルを自然に有するセルを用いて、近隣のセルが略同一の速度で充電するとみなされ得る電池に特に適している。
【００３９】
図５は、述べられている実施形態と適合する発熱体の実施形態を更に詳細に示す部分的な電気回路図である。図５では、１つの基本セル3012及びこの基本セル3012の両端に接続された１つの発熱体3032のみが示されている。発熱体3032はツェナーダイオード5012を有しており、ツェナーダイオード5012はセル3012の低電位端子及び高電位端子に夫々接続されたアノード及びカソードを有している。ツェナーダイオードの降伏電圧により、発熱体の駆動閾値が決定される。電池の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧を超えるとき、過電圧はツェナーダイオードによってクランプされ、過剰な電力がツェナーダイオードによって熱の形態で散逸される。
【００４０】
変形例として、ツェナーダイオード5012は、ツェナーダイオードと同一のクランピング機能及び熱の形態での電力散逸機能を実行するが、プログラム可能なターンオン閾値を有する回路と置き換えられてもよい。例として、リファレンスTL431 として販売されている集積回路によって、プログラム可能な駆動閾値を用いて上述した機能を実行することができる。このようなプログラマブル回路が使用されるとき、発熱体3032は、プログラマブル回路を保護するためにバイアス抵抗器及び／又は直列抵抗器を更に有してもよい。
【００４１】
プログラマブル回路の使用は、発熱体の目標とする駆動閾値が低い、例えば５〜10ボルトより低い場合に特に有利である。実際、降伏電圧が低いツェナーダイオードは製造が比較的難しく、オフ状態で無視できない程漏出する場合がある。
【００４２】
図６は、図４の例のように同一の発熱体が複数の電池セルに関連付けられている場合の、図５の電気回路図の代替的な実施形態を示す。図６では、直列接続された２つの基本セル3011及び基本セル3012と、直列接続されたこれら２つの基本セルの両端に接続された１つの発熱体4031とが示されている。発熱体4031はツェナーダイオード6011を有しており、ツェナーダイオード6011はセル3012の低電位端子及びセル3011の高電位端子に夫々接続されたアノード及びカソードを有している。図５の例のように、ツェナーダイオード6011は、ツェナーダイオードと同一の機能を実行する回路と置き換えられてもよい。
【００４３】
発熱体の目標とする駆動閾値が高い場合、例えば、同一の発熱体が図４及び６の例のように複数の電池セルに関連付けられているとき、ツェナーダイオードを使用して発熱体を形成することは特に有利である。実際、低電圧用のツェナーダイオードの応答曲線の屈曲点と比較して、高電圧用のツェナーダイオードの応答曲線の屈曲点は特に顕著であり、つまり、高電圧用のツェナーダイオードのオフ状態の漏出が無視できる。更に駆動閾値が高い場合、ツェナーダイオードの使用は、ツェナーダイオードと同一の機能を実行するプログラマブル回路の使用ほど高価ではない。
【００４４】
より一般的には、述べられている実施形態では、発熱体はツェナーダイオードと等価なあらゆる要素であってもよく、すなわち、所与の電圧閾値、つまり駆動電圧を超える熱を放散させることにより伝導性端子間の電圧をクランプすることができる２つの伝導性端子を有する要素であってもよく、この場合、駆動電圧は、発熱体が接続されるように構成されているセルのサブ組立体の公称満充電電圧に応じて選択されてもよい。
【００４５】
図７は、図３〜６に関して述べられているタイプの充電管理回路の動作の例を示すタイミング図である。特に図７は、電池の充電段階中における電池セルの電圧(U) の時間(t) に対する変化を示す。この例では、ツェナーダイオードと等価な発熱体がセルの両端に接続されているとみなす。公称満充電電圧Unomを有して、破損せずに公称満充電電圧Unomより大きな臨界電圧Umaxまでの過充電に耐えるセルの場合が、ここでは考慮されている。セルに関連付けられている発熱体は、この例では公称満充電電圧Unomから臨界電圧Umaxまでの範囲内にある駆動閾値電圧Uzを有する。
【００４６】
電池の充電段階の開始時間t0で、セルは完全に又は部分的に放電され、セルの電圧U は公称満充電電圧Unomより小さい。
【００４７】
開始時間t0に続く時間t1で、セルの電圧は公称満充電電圧Unomに達する。充電電流が遮断されない場合、セルは充電され続けて、セルの電圧は公称満充電電圧Unomより大きくなる。
【００４８】
時間t1に続く時間t2で、セルの電圧は、セルに接続された発熱体の駆動閾値電圧Uzに達する。このとき、電流が発熱体を流れ始める。その後、充電電流はセルと発熱体との間で分配される。このようにしてセルは充電され続けて、セルの電圧は駆動閾値電圧Uzを超えて上昇し続けるため、発熱体を流れる電流が増加する。発熱体が伝導する電流の影響により、発熱体は熱を発生させる。
【００４９】
時間t2に続く時間t3で、発熱体は充電を停止させる温度レベル、つまり充電電流を遮断させる温度レベルに達する。このとき、セルの電圧は、駆動閾値電圧Uzから臨界電圧Umaxまでの範囲内の電圧Uendの値を有する。
【００５０】
時間t3の後、セルは発熱体に放電し、セルの電圧が低下する。時間t3に続く時間t4で、セルの電圧は駆動閾値電圧Uzで安定する。
【００５１】
時間t2及び時間t3間の過充電段階中、他の電池セルは放電し続ける。時間t3で全ての電池セルが関連付けられた夫々の発熱体の駆動閾値電圧に達した場合、時間t3の後、全ての電池セルは、関連付けられた夫々の発熱体に部分的に放電し、その結果、駆動閾値電圧Uzで安定する。その後、電池セルは平衡を保つ。しかしながら、時間t3である電池セルが駆動閾値電圧Uzに達しなかった場合、時間t3の後、駆動閾値電圧Uzを超えた電池セルの放電電流が（時間t3及び時間t4の間で）あまり充電されていない電池セルを充電し続ける。これは、電池セルを少なくとも部分的に平衡させる一因になる。
【００５２】
上述したように、自身の公称満充電電圧を超える過充電に耐えることができないセル（Unom＝Umax）の場合、駆動閾値電圧Uzは公称満充電電圧より低いように選択されてもよく、時間t3でのセルの電圧Uendが公称満充電電圧Unomより低いように、充電管理回路が構成されてもよいことに注目すべきである。
【００５３】
述べられている実施形態は、図５及び６に関して述べられている発熱体の例に制限されない。セルの電圧が閾値を超えるときに熱を発生させ得る他の発熱体を設けることは当業者の技能の範囲内にある。例えば、発熱体は、熱を発生させ得る抵抗器にその出力が接続されている電圧比較器を有してもよく、電圧比較器を駆動して電圧比較器が高状態を出力すると、抵抗器に電力を供給し、ひいては熱を発生させる。
【００５４】
使用される発熱体のタイプに関わらず、発熱体は、温度を十分高く上昇させて、セルの電圧がセルの破壊を結果的にもたらし得る臨界レベルに達する前に充電を遮断させるサイズを有していることが好ましい。
【００５５】
図８は、電池304 を備えた組立体700 の例及び充電管理回路702 の別の実施形態を示す電気回路図である。充電管理回路702 は、図３の例のようにセル301iの各々に並列に発熱体303iを有しており、発熱体303iは、例えばセルの公称満充電電圧に応じて選択される駆動閾値を発熱体の電圧が超えるとき熱を発生させるように構成されている。充電管理回路702 は、発熱体303iに熱的に結合された温度センサ703iを発熱体303iの各々の近傍に更に有している。充電管理回路702 は、温度センサ703iによって測定される温度に応じて電池の充電を制御するように構成された制御回路705 を更に有している。
【００５６】
図７の実施形態の利点は、充電段階中に電池セルを比較的正確に平衡させ得るということである。例として、温度センサ703iの内の１つが温度センサに関連付けられた発熱体の駆動に相当する温度上昇を検出次第、制御回路705 が充電電流を減少させるように構成されてもよい。この電池セルのレベルで充電電流全体が発熱体303iを通って流れ始めるように充電電流は例えば減少し、その結果、この電池セルの充電を遮断させることになる。例として、発熱体303iがツェナーダイオードである場合、充電電流は、ツェナーダイオードが自身の電圧を上昇させることなく吸収し得る電流閾値未満に減少する。次に、全ての温度センサ703iが温度上昇を検出するまで、つまり全ての電池セルが充電されて電池が平衡するまで、減少した充電電流は維持され得る。その後、充電電流は制御回路705 によって遮断され得る。その結果、全ての電池セルが同一の電圧レベル、つまり充電管理回路702 の発熱体の駆動電圧に達するので、電池は平衡が保たれる。
【００５７】
本発明の特定の実施形態が述べられている。様々な変更、調整及び改良が当業者に容易に想起される。
【００５８】
特に本発明は、電池の基本セルが直列接続されている上述した例に制限されない。セルが並列に接続されているか、又は直列接続及び並列接続を組み合わせたトポロジに応じて接続されている場合に述べられている実施形態を適応させて所望の動作を得ることは、当業者の技能の範囲内にある。
【００５９】
更に本発明は、電池が４つの基本セルを備えている上記の例に制限されない。基本セルの数に関わらず所望の動作を得ることは、当業者の技能の範囲内にある。
【００６０】
更に本発明は、充電管理回路の一又は複数の温度センサによって測定される温度に応じて電池の充電電流を制御するモードの上述した例に制限されない。過充電による破損からの電池の保護及び／又は充電段階中のセルの平衡という所望の結果を与える他の充電電流制御モードを提供することは当業者の技能の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月17日(2015.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
従って、本発明の実施形態は、直列に接続されている複数の基本セルを備えた電池の再充電を管理するための回路であって、前記電池の一又は複数の基本セルの夫々のサブ組立体の両端に接続されるように構成され、駆動電圧を超える熱を放散することにより自身の電圧を夫々クランプすることができ、ツェナーダイオード又はツェナーダイオードと等価な要素を有している複数の発熱体と、該発熱体の内の一又は複数の駆動を検出することができる少なくとも１つの温度センサと、該温度センサによる前記発熱体の駆動の検出結果に応じて前記電池の充電電流を制御することができる制御回路とを備えており、各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧に応じて選択されていることを特徴とする回路を提供する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
別の実施形態は、直列に接続されている複数の基本セルの電池と、上記のタイプの充電管理回路とを備えていることを特徴とする組立体を提供する。
【手続補正４】
【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】
直列に接続されている複数の基本セルを備えた電池の再充電を管理するための回路であって、
前記電池の一又は複数の基本セルの夫々のサブ組立体の両端に接続されるように構成され、駆動電圧を超える熱を放散することにより自身の電圧を夫々クランプすることができ、ツェナーダイオード又はツェナーダイオードと等価な要素を有している複数の発熱体と、
該発熱体の内の一又は複数の駆動を検出することができる少なくとも１つの温度センサと、
該温度センサによる前記発熱体の駆動の検出結果に応じて前記電池の充電電流を制御することができる制御回路と
を備えており、
各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧に応じて選択されていることを特徴とする回路。
【請求項２】
各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧以上であることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
各発熱体の駆動電圧は、前記発熱体が接続されるように構成されている前記基本セルのサブ組立体の公称満充電電圧より低いことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
各発熱体はツェナーダイオードを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路。
【請求項５】
各発熱体は、プログラム可能な駆動電圧を有する一体化されたクランプ回路を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路。
【請求項６】
各サブ組立体は前記基本セルを１つ有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回路。
【請求項７】
各サブ組立体は前記基本セルを少なくとも２つ有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回路。
【請求項８】
前記複数の発熱体と夫々熱的に結合されている複数の温度センサを更に備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の回路。
【請求項９】
前記制御回路は、前記発熱体の駆動が検出されると充電電流を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の回路。
【請求項１０】
前記制御回路は、変更する際に、充電電流を完全に遮断せずに充電電流を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記制御回路は、変更する際に、充電電流を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の回路。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記複数の温度センサが夫々前記発熱体の駆動を検出すると、充電電流を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の回路。
【請求項１３】
直列に接続されている複数の基本セルの電池と、
請求項１乃至１２のいずれかの充電管理回路と
を備えていることを特徴とする組立体。
【国際調査報告】
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