(57)【要約】【課題】電圧の測定に信頼性があり、過大電圧や過小電圧などの閾レベルを、容易に調整できて、一つの電池パックの中の電池達のバランスが取るための、電池を監視し平衡を取る回路を提供する。【解決手段】電池パックの複数の電池の各々から電圧レベルを正確に監視するための監視回路には、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）とプロセッサがふくまれる。ＡＤＣは、複数の電池の各々からアナログ電圧信号を受け取り、各アナログ電圧信号を、各電池の正確な電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成される。プロセッサは、その信号を受け取り、少なくとも一つの信号に基づいた安全性警告信号を提供する。ＡＤＣの解像度は、調整可能である。平衡回路は、もし少なくとも二つのディジタル信号が、二つの電池の間の電圧差が電池平衡閾値よりも大きいことを示せば、平衡信号を提供する。そのような監視と平衡用の回路を含んだ電子機器と、様々な方法も提供される。【選択図】図３Ａ
2005039993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックの複数の電池の各々からの電圧レベルを正確に監視するための監視回路において、該監視回路は、
前記複数の電池の各々からアナログ電圧信号を受け取って、前記各アナログ電圧信号を、前記各電池の電圧レベルを表すディジタル信号へ変換するように構成されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記各ディジタル信号を受け取って、前記ディジタル信号の少なくとも一つに基づいて、安全性警告信号を提供するように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とする監視回路。
【請求項２】
前記電池パックが充電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、所定の監視時間間隔の間に、過大電圧閾値より大きい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、充電警告信号であることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項３】
前記電池パックが充電中に、もし、前記ディジタル信号の一つが、前記過大電圧閾値より大きい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記充電警告信号が提供されることを特徴とする請求項２記載の監視回路。
【請求項４】
前記過大電圧閾値レベルは、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項２記載の監視回路。
【請求項５】
前記過大電圧閾値レベルは、環境温度に基づいて、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項４記載の監視回路。
【請求項６】
前記電池パックが放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、所定の監視時間間隔の間に、過小電圧閾値より小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、放電警告信号であることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項７】
前記電池パックが放電中に、もし、前記ディジタル信号の一つが、前記過小電圧閾値より小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記放電警告信号が提供されることを特徴とする請求項６記載の監視回路。
【請求項８】
前記過小電圧閾値レベルは、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項６記載の監視回路。
【請求項９】
前記過小電圧閾値レベルは、環境温度に基づいて、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項８記載の監視回路。
【請求項１０】
前記ＡＤＣは、平均化タイプのＡＤＣであることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項１１】
前記平均化タイプのＡＤＣは、前記アナログ電圧信号を、関連したディジタル信号に変換する前に、サンプリング期間に渡って複数回、各電池に対する電圧レベルをサンプリングすることを特徴とする請求項１０記載の監視回路。
【請求項１２】
前記ＡＤＣは、ある解像度を持っており、該解像度は、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項１３】
前記電池パックと前記ＡＤＣの間で結合される切り換えネットワークを、さらに備え、前記切り換えネットワークは、前記プロセッサによって制御される複数の切り換え器を持ち、前記切り換えネットワークは、前記複数の電池の各々を、前記切り換えネットワークを通して前記ＡＤＣに直接に結合させるのを可能にすることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項１４】
前記ＡＤＣは、正の入力端子と負の入力端子を持ち、第１電池に対する第１オフセット値は、前記第１電池の一つの端子を前記ＡＤＣの前記正および負の入力端子の両方に結合することによって決定され、前記プロセッサは、さらに、前記第１オフセット値を前記第１電池の電圧レベルを表す第１ディジタル信号に与えるように構成されて、それによって較正済み第１ディジタル信号を提供することを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項１５】
第２電池に対する前記オフセット値は、前記第２電池の一つの端子を前記ＡＤＣの前記正および負の入力端子の両方に結合することによって決定され、前記プロセッサは、さらに、前記第２オフセット値を前記第２電池の電圧レベルを表す第２ディジタル信号に与えるように構成されて、それによって較正済み第２ディジタル信号を提供することを特徴とする請求項１４記載の監視回路。
【請求項１６】
前記ＡＤＣは、各サンプリング期間に一度、前記電池各々の電圧レベルをサンプリングし、前記サンプリング時間間隔は、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項１７】
前記サンプリング期間には、第１条件の間、第１の時間間隔があり、前記サンプリング期間は、第２条件の間、第２の時間間隔があり、前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも長く、前記第２条件は、前記電池パックのスリープモードであることを特徴とする請求項１６記載の監視回路。
【請求項１８】
前記電池パックが放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記所定の監視時間間隔の間に、第１過小電圧閾値より小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、第１放電警告信号であることと、前記第１過小電圧閾値レベルは、前記過小電圧閾値レベルよりも大きいことを特徴とする請求項６記載の監視回路。
【請求項１９】
前記電池パックが放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記所定の監視時間間隔の間に、第２過小電圧レベルより小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、第２放電警告信号であり、前記第２過小電圧閾値レベルは、第１過小電圧閾値レベルよりも小さく、かつ前記過小電圧閾値レベルより大きいことを特徴とする請求項１８記載の監視回路。
【請求項２０】
前記電池パックに関連した電流レベルを表す信号を過大電流閾値と比較し、もし前記電流レベルが前記過大電流閾値よりも大きければ、過大電流警告信号を提供するように構成された保護回路を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の監視回路。
【請求項２１】
前記保護回路は、さらに、前記電池パックに関連した前記電流レベルを表す信号を短絡回路電流閾値と比較し、もし前記電流レベルが前記短絡回路電流閾値よりも大きければ、短絡回路電流警告信号を前記プロセッサに提供することを特徴とする請求項２０記載の監視回路。
【請求項２２】
電池パックの複数の電池の各々からアナログ電圧信号を受け取って、前記各アナログ電圧信号を、前記各電池の電圧レベルを表すディジタル信号へ変換するように構成されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記各ディジタル信号を受け取って、もし前記ディジタル信号の少なくとも二つが、電池平衡閾値より大きな、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差を表すならば、平衡信号を提供するように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とする平衡回路。
【請求項２３】
前記平衡信号を受け取り、前記平衡信号に応答して、前記複数の電池のいずれか一つに放出電流を提供するように構成された放出ネットワーク回路を、さらに備えることを特徴とする請求項２２記載の平衡回路。
【請求項２４】
前記放出ネットワーク回路は、もし前記第２電池の前記第２電圧レベルが前記第１電池の前記第１電池レベルよりも大きければ、第１放出電流を前記第２電池に提供し、前記放出ネットワーク回路は、前記第１放出電流を第１の時間間隔の間与えて、前記第２電圧レベルを前記第１電圧レベルに実質的に等しいレベルまで下げることを特徴とする請求項２３記載の平衡回路。
【請求項２５】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルよりも大きく、前記第３電圧レベルは、前記第２電圧レベルよりも大きく、前記放出ネットワーク回路は、前記第１放出電流を第２の時間間隔で前記第３電池に与えて、前記第３電圧レベルを前記第１電圧レベルに実質的に等しい前記レベルまで下げ、前記第１の時間間隔の少なくともいくつかの部分と前記第２の時間間隔とは重なることを特徴とする請求項２４記載の平衡回路。
【請求項２６】
前記第１の時間間隔には、第１開始時刻があり、前記第２の時間間隔には、第２の開始時刻があり、前記第１開始時刻は、実質的に前記第２開始時刻に等しく、前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも長いことを特徴とする請求項２５記載の平衡回路。
【請求項２７】
前記放出ネットワーク回路によって与えられる前記放出電流は、前記プロセッサから前記平衡信号に応答して調整可能であることを特徴とする請求項２３記載の平衡回路。
【請求項２８】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第２電圧レベルは、前記第１電圧レベルより第１の差のレベルだけ大きく、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルより第２の差のレベルだけ大きく、前記第２の差のレベルは、前記第１の差のレベルより大きく、前記放出ネットワーク回路は、第１放出電流を前記第２電池に提供し、第２放出電流を前記第３電池に提供し、前記第２放出電流は、前記第２放出電流よりも大きいことを特徴とする請求項２７記載の平衡回路。
【請求項２９】
前記放出ネットワーク回路は、前記複数の各電池に関連した複数の放出回路を備え、前記複数の放出回路の少なくとも一つは、
その一つの端子に結合された第１抵抗素子を持つ第１切り換え器と、
その一つの端子に結合された第２抵抗素子を持つ第２切り換え器と
を備え、
前記第１抵抗素子は、第１抵抗値を持ち、前記第２抵抗素子は、第２抵抗値を持ち、前記第２抵抗値は、前記第１抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項２７記載の平衡回路。
【請求項３０】
もし前記第１切り換え器がオンで、前記第２切り換え器がオフならば、第１放出電流は、関連する電池に与えられ、もし前記第１切り換え器がオフで、前記第２切り換え器がオンならば、第２放出電流は、前記関連する電池に与えられ、前記第２放出電流は、前記第１放出電流よりも大きいことを特徴とする請求項２９記載の平衡回路。
【請求項３１】
前記平衡信号は、前記平衡信号に応答して、前記複数の電池の間の電荷を往復させるように構成される電荷往復回路に与えられることを特徴とする請求項２２記載の平衡回路。
【請求項３２】
前記電荷往復回路は、もし前記第２電圧レベルが前記第１電圧レベルよりも大きければ、前記第２電池からの電荷を、前記第１電池へ移動させるように構成されることを特徴とする請求項３１記載の平衡回路。
【請求項３３】
前記電荷往復回路は、エネルギー記憶素子を備えていることを特徴とする請求項３１記載の平衡回路。
【請求項３４】
前記エネルギー記憶素子は、コンデンサを備えていることを特徴とする請求項３３記載の平衡回路。
【請求項３５】
前記電池パックと前記ＡＤＣとの間で結合された切り換えネットワークを、さらに備え、前記プロセッサは、前記第２電池と前記エネルギー記憶素子へ結合して、前記第２電池からの電荷を前記エネルギー記憶素子へ転送するように、前記切り換えネットワークを制御し、前記プロセッサは、前記第１電池を前記エネルギー記憶素子へ結合して、前記エネルギー記憶素子からの前記電荷を前記第１電池へ転送するように、前記切り換えネットワークを制御することを特徴とする請求項３３記載の平衡回路。
【請求項３６】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルより大きく、前記電荷往復回路は、前記第３電池と前記第２電池からの電荷を前記第１電池へ移動させることを特徴とする請求項３５記載の平衡回路。
【請求項３７】
前記平衡信号は、前記電源が放電モードにある時に提供されることを特徴とする請求項２２記載の平衡回路。
【請求項３８】
複数の電池を持った電池パックから給電することのできる電子機器において、該電子機器は、
前記複数の電池の各々から電圧レベルを正確に監視するための監視回路を備え、
該監視回路は、
前記複数の電池の各々からのアナログ電圧信号を受け取り、前記アナログ電圧信号の各々を、前記各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記各ディジタル信号を受け取り、前記ディジタル信号の少なくとも一つに基づいて、安全性警告信号を提供するように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項３９】
前記複数の電池が充電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、所定の監視時間間隔の間に、過大電圧レベルより大きい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、充電警告信号であることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項４０】
前記複数の電池が充電中に、もし前記ディジタル信号の一つが、前記過大電圧閾値よりも大きい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記充電警告信号が提供されることを特徴とする請求項３９記載の電子機器。
【請求項４１】
前記過大電圧閾値レベルは、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項３９記載の電子機器。
【請求項４２】
前記過大電圧閾値レベルは、環境温度に基づいて前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項４１記載の電子機器。
【請求項４３】
前記複数の電池が放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記所定の監視時間間隔の間に、過小電圧閾値より小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、放電警告信号であることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項４４】
前記複数の電池が放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記過小電圧閾値より小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記放電警告信号が与えられることを特徴とする請求項４３記載の電子機器。
【請求項４５】
前記過小電圧閾値レベルは、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項４３記載の電子機器。
【請求項４６】
前記過小電圧閾値レベルは、環境温度に基づいて前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項４５記載の電子機器。
【請求項４７】
前記ＡＤＣは、平均化タイプのＡＤＣであることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項４８】
前記平均化タイプのＡＤＣは、前記アナログ電圧信号を、関連したディジタル信号に変換する前に、サンプリング期間に渡って複数回、各電池に対する電圧レベルをサンプリングすることを特徴とする請求項４７記載の電子機器。
【請求項４９】
前記ＡＤＣは、ある解像度を持っており、該解像度は、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項５０】
前記監視回路は、さらに、前記複数の電池と前記ＡＤＣとの間で結合された切り換えネットワークを備え、前記切り換えネットワークは、前記プロセッサによって制御される複数の切り換え器を持ち、前記切り換えネットワークは、前記複数の電池の各々を、前記切り換えネットワークを通して前記ＡＤＣに直接に結合させるのを可能にすることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項５１】
前記ＡＤＣは、正の入力端子と負の入力端子を持ち、第１電池に対する第１オフセット値は、前記第１電池の一つの端子を前記ＡＤＣの前記正および負の入力端子の両方に結合することによって決定され、前記プロセッサは、さらに、前記第１オフセット値を前記第１電池の電圧レベルを表す第１ディジタル信号に与えるように構成されて、それによって較正済み第１ディジタル信号を提供することを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項５２】
第２電池に対する前記オフセット値は、前記第２電池の一つの端子を前記ＡＤＣの前記正および負の入力端子の両方に結合することによって決定され、前記プロセッサは、さらに、前記第２オフセット値を前記第１電池の電圧レベルを表す第２ディジタル信号に与えるように構成されて、それによって較正済み第２ディジタル信号を提供することを特徴とする請求項５１記載の電子機器。
【請求項５３】
前記ＡＤＣは、各サンプリング期間に一度、前記電池各々の電圧レベルをサンプリングし、前記サンプリング時間間隔は、前記プロセッサによって調整可能であることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項５４】
前記サンプリング期間には、第１条件の間、第１の時間間隔があり、前記サンプリング期間は、第２条件の間、第２の時間間隔があり、前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも長く、前記第２条件は、前記複数の電池パックのスリープモードであることを特徴とする請求項５３記載の電子機器。
【請求項５５】
前記複数の電池が放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記所定の監視時間間隔の間に、第１過小電圧閾値レベルより小さい前記電池の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、第１放電警告信号であり、
前記第１過小電圧閾値レベルは、前記過小電圧閾値レベルよりも大きいことを特徴とする請求項４３記載の電子機器。
【請求項５６】
前記複数の電源が放電中に、もし、前記ディジタル信号の少なくとも一つが、前記所定の監視時間間隔の間に、第２過小電圧レベルより小さい前記電源の一つの電圧レベルを表すならば、前記安全性警告信号は、第２放電警告信号であり、
前記第２過小電圧閾値レベルは、第１過小電圧閾値レベルよりも小さく、かつ前記過小電圧閾値レベルより大きいことを特徴とする請求項５５記載の電子機器。
【請求項５７】
前記監視回路は、前記電池パックに関連した電流レベルを表す信号を過大電流閾値と比較し、もし前記電流レベルが前記過大電流閾値よりも大きければ、過大電流警告信号を提供するように構成された保護回路を、さらに備えることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項５８】
前記保護回路は、さらに、前記電池パックに関連した前記電流レベルを表す信号を短絡回路電流閾値と比較し、もし前記電流レベルが前記短絡回路電流閾値よりも大きければ、短絡回路電流警告信号を前記プロセッサに提供することを特徴とする請求項５７記載の電子機器。
【請求項５９】
前記電子機器は、さらに、
前記電池パックの残りの耐用時間を表す電池計量出力信号を提供するように構成された電池計量計を備え、前記電池計量計は、前記各電池の前記電圧レベルを表す前記ディジタル信号の各々を受け取り、前記ディジタル信号に基づいて前記電池計量出力信号を提供するように構成されることを特徴とする請求項３８記載の電子機器。
【請求項６０】
複数の電池を持つ電池パックによって給電されることのできる電子機器において、該電子機器は、
平衡回路を備え、該平衡回路は、
複数の電池の各々からアナログ電圧信号を受け取って、前記各アナログ電圧信号を、前記各電池の電圧レベルを表すディジタル信号へ変換するように構成されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記各ディジタル信号を受け取って、もし前記ディジタル信号の少なくとも二つが、電池平衡閾値より大きな、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差を表すならば、平衡信号を提供するように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項６１】
前記電子機器は、さらに、
前記平衡信号を受け取り、前記平衡信号に応答して、前記複数の電池のいずれか一つに放出電流を提供するように構成された放出ネットワーク回路を備えることを特徴とする請求項６０記載の電子機器。
【請求項６２】
前記放出ネットワーク回路は、もし前記第２電池の前記第２電圧レベルが前記第１電池の前記第１電池レベルよりも大きければ、第１放出電流を前記第２電池に提供し、前記放出ネットワーク回路は、前記第１放出電流を第１の時間間隔の間、与えて、前記第２電圧レベルを前記第１電圧レベルに実質的に等しいレベルまで下げることを特徴とする請求項６１記載の電子機器。
【請求項６３】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルよりも大きく、前記第３電圧レベルは、前記第２電圧レベルよりも大きく、前記放出ネットワーク回路は、前記第１放出電流を第２の時間間隔で前記第３電池に与えて、前記第３電圧レベルを前記第１電圧レベルに実質的に等しい前記レベルまで下げ、前記第１の時間間隔の少なくともいくつかの部分と前記第２の時間間隔とは重なることを特徴とする請求項６２記載の電子機器。
【請求項６４】
前記第１の時間間隔には、第１開始時刻があり、前記第２の時間間隔には、第２の開始時刻があり、前記第１開始時刻は、実質的に前記第２開始時刻に等しく、前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも長いことを特徴とする請求項６３記載の電子機器。
【請求項６５】
前記放出ネットワーク回路によって与えられる前記放出電流は、前記プロセッサから前記平衡信号に応答して調整可能であることを特徴とする請求項６１記載の電子機器。
【請求項６６】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第２電圧レベルは、前記第１電圧レベルより第１の差のレベルだけ大きく、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルより第２の差のレベルだけ大きく、前記第２の差のレベルは、前記第１の差のレベルより大きく、前記放出ネットワーク回路は、第１放出電流を前記第２電池に提供し、第２放出電流を前記第３電池に提供し、前記第２放出電流は、前記第２放出電流よりも大きいことを特徴とする請求項６５記載の電子機器。
【請求項６７】
前記放出ネットワーク回路は、前記複数の各電池に関連した複数の放出回路を備え、前記複数の放出回路の少なくとも一つは、
その一つの端子に結合された第１抵抗素子を持つ第１切り換え器と、
その一つの端子に結合された第２抵抗素子を持つ第２切り換え器と
を備え、
前記第１抵抗素子は、第１抵抗値を持ち、前記第２抵抗素子は、第２抵抗値を持ち、前記第２抵抗値は、前記第１抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項６５記載の電子機器。
【請求項６８】
もし前記第１切り換え器がオンで、前記第２切り換え器がオフならば、第１放出電流は、関連する電池に与えられ、もし前記第１切り換え器がオフで、前記第２切り換え器がオンならば、第２放出電流は、前記関連する電池に与えられ、前記第２放出電流は、前記第１放出電流よりも大きいことを特徴とする請求項６７記載の電子機器。
【請求項６９】
前記電子機器は、さらに、前記平衡信号に応答して、前記複数の電池の間で電荷を往復させるように構成された電荷往復回路を備えることを特徴とする請求項６０記載の電子機器。
【請求項７０】
前記電荷往復回路は、もし前記第２電圧レベルが前記第１電圧レベルよりも大きければ、前記第２電池からの電荷を、前記第１電池へ移動させるように構成されることを特徴とする請求項６９記載の電子機器。
【請求項７１】
前記電荷往復回路は、エネルギー記憶素子を備えていることを特徴とする請求項６９記載の電子機器。
【請求項７２】
前記エネルギー記憶素子は、コンデンサを備えていることを特徴とする請求項７１記載の電子機器。
【請求項７３】
前記平衡回路は、
前記複数の電池と前記ＡＤＣとの間で結合された切り換えネットワークを、さらに備え、前記プロセッサは、前記第２電池を前記エネルギー記憶素子へ結合して、前記第２電池からの電荷を前記エネルギー記憶素子へ転送するように、前記切り換えネットワークを制御し、前記プロセッサは、前記第１電池を前記エネルギー記憶素子へ結合して、前記エネルギー記憶素子から前記電荷を前記第１電池へ転送するように、前記切り換えネットワークを制御することを特徴とする請求項７１記載の電子機器。
【請求項７４】
第３電池は、第３電圧レベルにあり、前記第３電圧レベルは、前記第１電圧レベルより大きく、前記電荷往復回路は、前記第３電池と前記第２電池からの電荷を前記第１電池へ移動させることを特徴とする請求項７２記載の電子機器。
【請求項７５】
前記平衡信号は、前記電源が放電モードにある時に提供されることを特徴とする請求項６０記載の電子機器。
【請求項７６】
電池パックの複数の電池の各々からのアナログ電圧信号を受け取り、前記アナログ電圧信号の各々を、前記各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記各ディジタル信号を受け取り、もし、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差が、第１モードの間存在すれば、その差が第２モードの間に電池平衡閾値を超える前に、早期平衡信号を提供するように構成されたプロセッサと
を備えることを特徴とする平衡回路。
【請求項７７】
前記第１モードは、前記電池パックの第１放電モードであり、前記第２モードは、前記電池パックの第２放電モードであることを特徴とする請求項７６記載の平衡回路。
【請求項７８】
前記第１モードは、前記電池パックの第１充電モードであり、前記第２モードは、前記電池パックの第２充電モードであることを特徴とする請求項７６記載の平衡回路。
【請求項７９】
前記早期平衡信号は、前記早期平衡信号に応答して、前記複数の電池の間で電荷を往復させるように構成された電荷往復回路に供給されることを特徴とする請求項７６記載の平衡回路。
【請求項８０】
前記電荷平衡回路は、もし、前記第１モードの間、前記第２電圧レベルが前記第１電圧レベルよりも大きければ、前記第２電池から前記第１電池に電荷を移動させるように構成されることを特徴とする請求項７９記載の平衡回路。
【請求項８１】
前記電荷往復回路は、エネルギー記憶素子を備えることを特徴とする請求項７９記載の平衡回路。
【請求項８２】
電池パックの複数の電池に対して、電圧レベルの平衡を取る方法において、該方法は、
第１電池からの第１アナログ電圧信号を、前記第１アナログ電圧信号を表す第１ディジタル信号に変換する段階と、
第２電池からの第２アナログ電圧信号を、前記第２アナログ電圧信号を表す第２ディジタル信号に変換する段階と、
前記第１電圧レベルと前記第２電圧レベルとの差を決定する段階と、
前記差と、電池平衡閾値とを比較する段階と、
もし前記差が、前記電池平衡閾値よりも大きければ、平衡信号を提供する段階と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８３】
電池パックの複数の電池に対して、電圧レベルの平衡を早期に取る方法において、該方法は、
第１電池からの第１アナログ電圧信号を、前記第１アナログ電圧信号を表す第１ディジタル信号に変換する段階と、
第２電池からの第２アナログ電圧信号を、前記第２アナログ電圧信号を表す第２ディジタル信号に変換する段階と、
第１期間の間に、前記第１電圧レベルと前記第２電圧レベルとの差を決定する段階と、
前記差と、電池平衡閾値とを比較する段階と、
もし前記差が、第１期間の間に、前記第１電圧レベルと前記第２電圧レベルとの間の前記差が前記電池平衡閾値を超えれば、その差が第２期間の間に電池平衡閾値を超える前に、早期平衡信号を提供する段階と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８４】
前記第１期間は、前記電池パックの第１放電モードであり、前記第２期間は、前記電池パックの第２放電モードであることを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
前記第１期間は、前記電池パックの第１充電モードであり、前記第２期間は、前記電池パックの第２充電モードであることを特徴とする請求項８３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の監視と平衡用の回路に関し、特に、アナログ電池電圧レベルを、関連するディジタル信号に直接ディジタル化するような回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチセルの再充電可能な電池は、より高電圧と大きな容量を与えられた、様々な応用分野において利用される。そのような応用分野には、ラップトップや携帯電話や携帯情報端末等が含まれるが、これらに限定される訳ではない。リチウムイオン電池のような、或る種の電池は、正常な充電範囲を著しく超えて充電したり、正常な充電範囲以下に放電すると、危険なことがある。そのような訳で、典型的な監視と保護の回路は、切り換えネットワークを使用して、電圧の電荷をコンデンサに転送する。そしてコンデンサ上の電圧は、電池の電圧を示しており、複数の比較器に与えられて、その電圧と、過大あるいは過小な電圧レベルなどの様々な閾レベルと比較される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのような装置にはいくつかの欠点がある。第１に、そのような装置は、電圧の測定に信頼性が無い。例えば、もし特定の電池を通過する電流が一定でないか、電池の電圧が電池の内部抵抗や他の要因から不規則であると、捕捉した電圧は、電池上の電圧を正確に示していないかも知れない。そのような訳で、誤った測定に基づいて、修正措置が不正確に講じられる可能性がある。
【０００４】
第２に、過大電圧や過小電圧などの閾レベルは、容易に調整することができない。これが問題となるのは、異なる電池パックの種類と、同じ電池パックの種類に対する異なる製造元が、異なる過大及び過小の電圧閾値を必要とするからである。例えば、一つの電池パックの製造元は、３Ｖの過小電圧閾値を要求するのに対し、他の製造元は、同じ電池パックの種類に対して２.５Ｖを要求する。第３に、一つの電池パックの中の電池達のバランスが取れていない（例えば、多数の充電と放電サイクルの後）時、従来からの放出（bleeding）法は、電池のバランスを取るということを引き受けることができる。しかし、放出の決定は、典型的には、電池が充電する時に、ほぼ一杯まで充電されているときに、なされる。放出電流は、典型的には、過度の熱が発生しないように制限されるので、放出には、或る時間間隔が要る。もし２つ以上の電池に放出の必要があれば、１充電サイクル内で、この処理をするのに十分な時間は無いことは容易に分かる。
【０００５】
従って、当分野には、従来技術における、これらの欠点および他の欠点を克服するための、電池を監視し平衡を取る回路が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電池パックの複数の電池各々からの電圧レベルを正確に監視するための、本発明による監視回路には、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）とプロセッサが含まれる。ＡＤＣは、複数の電池各々からのアナログ電圧信号を受け取って、各アナログ電圧信号を各電池の電圧レベルを示すディジタル信号に変換するように構成される。このプロセッサは、各ディジタル信号を受け取って、ディジタル信号の少なくとも一つに基づいて、安全性警告信号を提供するように構成される。
【０００７】
本発明の他の実施形態によると、平衡回路が提供される。平衡回路には、電池パックの複数の電池各々からのアナログ電圧レベルを受け取って、各アナログ電圧信号を各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたＡＤＣが含まれる。また、この平衡回路には、各ディジタル信号を受け取って、もしこのディジタル信号の少なくとも二つが、電池平衡閾値より大きな、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差を表せば、平衡信号を提供するように構成されたプロセッサが含まれる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態において、複数の電池を持った電池パックが電力を与えることができる電子機器が提供される。この電子機器には、複数の電池各々からの電圧レベルを正確に監視するための監視回路が含まれる。この監視回路には、複数の電池各々からのアナログ電圧信号を受け取って、各アナログ電圧信号を、各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたＡＤＣが含まれる。また、この監視回路には、各ディジタル信号を受け取って、ディジタル信号の少なくとも一つに基づいて、安全性警告信号を提供するように構成されたプロセッサが含まれる。
【０００９】
本発明のまた別の実施形態において、複数の電池を持った電池パックが給電することのできる電子機器が提供される。この電子機器には、平衡回路が含まれ、この平衡回路には、複数の電池各々からのアナログ電圧信号を受け取って、各アナログ電圧信号を、各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたＡＤＣが含まれる。また、この平衡回路には、各ディジタル信号を受け取って、もしディジタル信号の少なくとも二つが、電池平衡閾値より大きな、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差を表せば、平衡信号を提供するように構成されたプロセッサが含まれる。
【００１０】
本発明のまた他の実施形態において、電池パックの複数の電池各々からのアナログ電圧信号を受け取って、各アナログ電圧信号を、各電池の電圧レベルを表すディジタル信号に変換するように構成されたＡＤＣを含む平衡回路が提供される。この平衡回路は、さらに、各ディジタル信号を受け取って、もし第１モードの間に電圧差が存在していたら、第１電池の第１電圧レベルと第２電池の第２電圧レベルとの電圧差が電池平衡閾値を越える前に、第２モードの間、早期平衡信号（prebalance signal)を提供するように構成されたプロセッサを含む。
【００１１】
別の実施形態では、電池パックの複数の電池に対して、電圧レベルの平衡を取る方法が提供される。この方法には、第１セルからの第１アナログ電圧信号を、第１アナログ電圧信号を表す第１ディジタル信号へ変換する段階と、第２セルからの第２アナログ電圧信号を、第２アナログ電圧信号を表す第２ディジタル信号へ変換する段階と、第１電圧レベルと第２電圧レベルの間の差を決定する段階と、この差を電池平衡閾値と比較する段階と、
もし差が電池平衡閾値よりも大きい時は、平衡信号を提供する段階とが含まれる。
【００１２】
最後に、本発明の他の実施形態では、電池パックの複数の電池に対する電圧レベルの早期平衡を取る方法が提供される。この方法には、第１セルからの第１アナログ電圧信号を第１アナログ電圧信号を表す第１ディジタル信号に変換する段階と、第２セルからの第２アナログ電圧信号を第２アナログ電圧信号を表す第２ディジタル信号に変換する段階と、第１電圧レベルと第２電圧レベルとの差を第１期間に決定する段階と、この差を電池平衡閾値と比較する段階と、もし第１期間にこの差が電池平衡閾値を超えていたら、第１電圧レベルと第２電圧レベルとの差が電池平衡閾値を超える前に、第２モードの間、早期平衡信号を提供する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の利点は、その実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろうし、この説明は、添付の図面と共に考察されるべきであろう。
【００１４】
図１を見ると、電池パック１０２あるいは直流電源１０４から供給されることのできる電子機器１００の簡略化したブロック図が示されている。電池パック１０２は、複数の電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎが含まれていて良い。電池の種類は、リチウム−イオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の、当業者には良く知られた、様々な再充電可能な種類のものであって良い。
【００１５】
もし電子機器１００が、ラップトップコンピュータならば、その中には、図１に示されていない当業者には既知の様々な部品が含まれていよう。例えば、ラップトップには、データをラップトップに入力するための入力装置と、中央処理ユニット（ＣＰＵ）あるいはIntel Corporationで利用可能なPentium（登録商標）プロセッサのような、命令を実行しラップトップの動作を制御するためのプロセッサと、ラップトップからデータを出力する、例えば、ＬＣＤあるいはスピーカーなどの出力装置とが含まれていよう。
【００１６】
電池パック１０２を充電したり、システム１１２に電力を供給したりするために、直流電源１０４を機器１００に結合することができる。直流電源１０４は、従来からの１２０ボルトの交流を壁のコンセントから受け取り、それを直流出力電圧に変換するように構成される交流／直流アダプターであっても良い。直流電源１０４は、また、その種のソケットに差し込むように構成される“タバコのライター”型のアダプターのような直流／直流アダプターであっても良い。そのような直流電源１０４が、機器１００から分離して図１に示されているが、いくつかの機器の中に作り込まれても良い。電子機器１００も、また、電源ブロック１１０を持っていて良い。概して、電源ブロック１１０には、監視したり、制御したり、各電源１０２，１０４から電力を互いに、また様々な状況下で電子機器１００のシステム１１２へと導くための様々な部品が含まれる。
【００１７】
有利なことに、電子機器１００には、ここでより詳細に説明される、電池の監視及び平衡用の回路１０８が含まれる。電池の監視と平衡用の回路１０８は、分かり易くするために、電源ブロック１１０から分離して示してあるが、電源ブロック１１０の一部として含めることもできる。電池の監視と平衡用の回路１０８は、監視回路あるいは平衡回路あるいはここに詳述するように両方として働く。電池の監視と平衡用の回路１０８は、１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの各セルの電圧レベルを表すディジタル信号を、電池ガス計量計１１８のような様々な部品の機器に提供する。電池ガス計量計は、そのような信号を使って、電池パック１０２の残りの耐用時間を表す出力信号を提供する。
【００１８】
図２を見ると、図１の電池の監視と平衡用の回路１０８の監視部分として使用される、監視回路の一例２０８のブロック図が示されている。監視回路２０８は、一般に、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）２２０とプロセッサ２２２とを含む。ＡＤＣ２２０は、電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの各々からアナログ電圧信号を受け取り、各々をディジタル信号に変換するように構成される。プロセッサ２２０は、各ディジタル信号を受け取り、そのディジタル信号の少なくとも一つに基づいて安全性警告信号を提供するように構成される。
【００１９】
有利なことに、ＡＤＣ２２０は、正常な読み取り値からの一時的な偏位が、アナログ信号のディジタル信号表記の品質に不利に働かないように、各電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの電圧の“平均的”読み取り値を得る、“平均化”タイプのＡＤＣとして動作するであろう。例えば、そのような一時的な偏位には、電池の内部抵抗を通して流れる変化する充電電流や不可電流を含む多くの要因によって起こり得る、電圧のスパイクあるいは他の急速な電圧変動が含まれる。
【００２０】
ＡＤＣ２２０には、平均化タイプのＡＤＣとして働く、一つあるいはそれ以上の様々な種類のＡＤＣが含まれるであろう。例えばＡＤＣ２１２には、２，３例を挙げると、単一勾配の積分型ＡＤＣ、あるいは二重勾配の積分型ＡＤＣ、あるいはシグマデルタ型ＡＤＣが含まれる。そのようなシグマデルタ型ＡＤＣには、広く、基本的に入力のアナログ信号を基本的にＦｓ×ＯＳＲに等しい超高速サンプリング周波数でディジタル化するアナログ変調器部分を含んでおり、ここで、Ｆｓはナイキスト周波数であり、ＯＳＲはナイキスト周波数に対するオーバーサンプリング速度である。このオーバーサンプリングからの出力は、組にして結合され、その組は平均化される。いずれかの特定の電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの電圧を表すアナログ信号は、こうして例えば、いくつかの例では数千回という多数回サンプリングされよう。そのような訳で、一時的な偏位を数回不正確にサンプリングすることで、平均化タイプのＡＤＣ２２０によって関連するディジタル信号に変換された平均信号に、少々影響を与えるだろう。
【００２１】
加えて、ＡＤＣ２２０は、特定の要求による調整可能な解像度も持っている。例えば、プロセッサ２２２は、データパスを通して、ＡＤＣ２２０に対して、特定の電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎからのアナログ信号を関連するディジタル信号へと特定の変換をするための、希望する解像度レベルを使わせることができる。その解像度は、アナログ電圧の測定に対してより高感度を使うような状況で、比較的高解像度に調整することができる。例えば、より高解像度を必要とする状況は、開回路電圧検出に対する時であろう。
【００２２】
反対に、解像度は、アナログ電圧の測定に対してより低感度を使うような状況で、比較的低解像度に調整することができる。例えば、より低解像度を必要とする状況は、低電圧検出に対する時であろう。より低解像度では、有効なアナログからディジタルへの変換を完了するのに、必要な時間は少なくなる。多くの例のうちの一つにおいて、比較的高解像度は、１５ビットのデータを必要とし、他方、比較的低解像度は、１０ビットのデータを必要とするのみである。当業者ならば、実際のビット数は、ディジタルデータに対する特定の要求と、ＡＤＣ２２０の解像度能力とによって変わることを認識されよう。
【００２３】
希望する解像度値を達成するのに、ＡＤＣ２２０は、プロセッサ２２２からのＡＤＣ制御信号からの指示によって解像度を調整することができる、如何なる種類のＡＤＣでも良い。例えば、ＡＤＣ２２０は、先述したシグマデルタタイプで良い。そのようなシグマデルタ変調器タイプは、部分的にＯＳＲに基づいて解像度を調整することができる。一般的に、より高解像度は、より高いＯＳＲで得ることができる。
【００２４】
ＡＤＣ２２０は、逐次比較型ＡＤＣでも良い。一般的に、逐次比較型ＡＤＣは、理論的には、一つの比較器を用いて変換を行う。もし、プロセッサ２２０からの制御信号によって示されて、Ｎビットの解像度を希望すると、逐次比較型ＡＤＣは、Ｎビットの解像度を達成するのにＮ回の比較処理を行うだろう。単一勾配あるい二重勾配の積分型ＡＤＣのような他の種類のＡＤＣ、および／または、様々な種類のＡＤＣの組み合わせが、本発明によるＡＤＣ２２０において使用されて、調整可能な解像度を達成する。
【００２５】
プロセッサ２２２は、ＡＤＣ２２０から、各電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの電圧レベルを表すディジタル信号を受け取り、そのディジタル信号の少なくとも一つに基づいて安全性警告信号を提供するように構成される。安全性警告信号は、充電警告信号或いは放電警告信号であって良い。
【００２６】
電池パック１０２が直流電源１０４によって充電されている間、過大電圧の状態にならないように保護するために、各電池の電圧レベルを監視することが重要である。これは、リチウムイオン電池の様な、ある種の電解液電池が、正常な閾値レベル以上に充電されると、損傷を受ける可能性がある。そのような訳で、プロセッサ２２２は、もしＡＤＣ２２０からのディジタル信号が、電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの少なくとも一つが、所定期間以上、過大電圧閾値より大きければ、充電警告信号を送る。そのような訳で、充電を止めるために、予防的措置のいくつかが取られる。代わりに、プロセッサ２２２は、もしＡＤＣ２２０からのディジタル信号の一つが、電池パック１０２が充電中に、電池が過大電圧閾値レベルよりも大きな電圧レベルを持っていることを示せば、充電警告信号の提供もすることもできる。
【００２７】
電池パック１０２の放電中に、監視回路２０８は、複数の過小電圧閾値レベルを使用して、電池に対する損傷を防いで、関連する電子機器１００のユーザーに適切な警告を与えるであろう。例えば、プロセッサ２２２は、もし、電池パック１０２が放電中の所定の期間に、ＡＤＣ２２０からのディジタル信号が電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの少なくとも一つが過小電圧閾値より小さい電圧レベルであれば、放電警告信号を送るであろう。そのような訳で、電池パックからの給電を停止するように、何らかの予防措置が取られるだろう。代わりに、プロセッサ２２２は、もし、ＡＤＣ２２２からのディジタル信号の一つが、電池パック１０２の放電中に一つの電池が過小電圧閾値より小さな電圧レベルであると示せば、放電警告信号を提供することもあろう。
【００２８】
過小電圧閾値レベルに加えて、過小電圧閾値レベルより大きな、他の過小電圧閾値電圧レベルは、プロセッサ２２２が、近い内に可能性のある低電圧状況を前もって知らせるのに利用することもあろう。例えば、もし電子機器１００がラップトップコンピュータであり、過小電圧閾値レベルにユーザーへの通知をせずに達してしまえば、ユーザーは、重要な大量のデータを保存せずに失うだろう。
【００２９】
従って、第１過小電圧閾値レベルは、システム１００の利用可能なメモリ素子のいずれかに、プログラムされて記憶されるだろう。プロセッサ２２２は、ＡＤＣ２２０から各電池の電圧レベルを表すディジタル信号を受け取ると、プロセッサ２２２は、その電圧レベルを第１過小電圧閾値レベルと比較することができる。もし電池の一つの電圧レベルが、そのようなレベルより小さくなれば、プロセッサ２２２は、パス２９０を通して適当な信号をシステム１００の他の部品に提供することができる。そのような訳で、警告メッセージは、電子機器１００のユーザーに与えられるだろう。第１過小電圧閾値レベルは、典型的な仕事をするのに必要な時間と、そのような仕事に必要な電力とを含んだ、システム１００の詳細に基づいて選ぶことができる。
【００３０】
例えば、もし電子機器１００がラップトップコンピュータであれば、低電力状況（例えば、電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの一つの電池が第１閾値レベルより低い電圧である）の通知があった時、ユーザーに、ラップトップを、さらにその先の時間だけ動作させるのに十分な電力と時間があるように、第１閾値レベルは、十分に高く選択されるだろう。第１閾値レベルより低い、別の第２閾値レベルは、より短い時間だけユーザーにとって正規の動作が可能であることを知らせるのに利用することもできる。例えば、もし、いずれかの電池の電圧が第２閾値レベルよりも低ければ、過小電圧閾値レベルに達して、システムへの電池の電力が停止する前に、ラップトップコンピュータが節電してシャットダウンするのに十分な時間があるだろうことを、他の警告信号がユーザーに示すこともできる。
【００３１】
有利なことに、全ての閾値レベルは、プロセッサ２２２によって調整可能である。例えば、過大あるいは過小電圧閾値レベルは、使用されている電池の特定の種類に基づいて調整可能である。過大及び過小電圧閾値は、機器内の様々な記憶電子媒体のいずれかに記憶することができる。例えば、プロセッサ２２２は、そのような閾値レベルを記憶することができる内部レジスタ２３０を持っていよう。
【００３２】
加えて、過大及び過小電圧閾値レベルは、電池の環境温度と経時のような、電池の充放電の性能に影響する他のパラメータに基づいて調整することができる。環境温度情報は、温度センサー２９２によってプロセッサ２２２に与えられよう。
【００３３】
加えて、サンプリング時間の間隔もプロセッサ２２２によって調整可能である。サンプリング時間の間隔には、全ての電池が一度サンプリングされて、正しいディジタル変換が各電池に対してＡＤＣ２２０によって行われる時間が含まれる。これによって、プロセッサは、ある条件の間、例えば充電の間に、より頻繁なサンプリングが有利な時には、電池をより頻繁にサンプリングすることができる。これによって、さらに、プロセッサは、他の条件、例えば電池パック１０２がスリープモードあるいは遊休モードにおいて、より少ない頻度が適当な時に、電池をより少ない頻度のサンプリングすることもできる。例えば、そのようなサンプリング時間間隔は、電池パックがスリープモードあるいは遊休モードの時に、１分あたり１回であろう。そのような訳で、ＡＤＣ２２０は、変換が不要でない時には、エネルギーを節約するために、プロセッサ２２２によってスリープモードにすることもできる。
【００３４】
図３Ａを見ると、図１の電子機器内に使用することのできる、平衡回路の一例３０８のブロック図が示される。平衡回路３０８は、一般的に、図２に関して詳細を先述したように、ＡＤＣ３２０とプロセッサ３２２とを含んでいる。加えて、プロセッサ３２２は、放出ネットワーク回路３４０あるいは充電往復（shuttling）回路３４２あるいは電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの平衡電圧レベルを取る両方のいずれかを制御するが、これはここに詳細を述べる。
【００３５】
前に詳細を説明したように、プロセッサ３２２は、１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの各電池に対して読み取った正確な電圧を表すディジタル信号を、ＡＤＣ３２０から受け取る。そのような訳で、プロセッサ３２２は、どの電池が最も電圧が高いか、そして最も低いかを知るだけでなく、それら電池管の電圧差の大きさと各電池の電圧レベルも知る。プロセッサ３２２は、ＡＤＣ３２０からのこの情報を利用して、電池間の平衡に関する理にかなった決定を行って、その結果、正確で速い電池の平衡を取る。
【００３６】
最初に、最高電圧の電池と電池平衡閾値より大きい中で最低電圧の電池の電圧差があれば、いつでも（充電モード、放電モード、遊休モード中）電池の平衡に関する決定が行われよう。充電中、電池の平衡を取ることは、高い電圧レベルの電池を制御して、低い電圧レベルの電池が追いつく時間を作るために、有意義である。電池の充電は、典型的には、いずれか一つの電池が充電電圧レベルの終了に達することで制限され、これによって、各電池は、電池の電圧レベルの最後に届くことができる。さもないと、その電圧レベルの最後に達した電池は、速やかに、他の電池がより完全に充電されるのを防ぐ。
【００３７】
プロセッサ３２２は、ＡＤＣ３２０から１０２−１，１０２−２，１０２−ｎの各セルの更新済みの正確な電圧情報を繰り返し受け取っているので、高電圧の電池と低電圧の電池の電圧差が、所定の電池平衡閾値よりも大きいことを検出するとすぐに、放出ネットワーク回路３４０に指示して適切な電池の放出をさせるか、充電往復回路３４２に指示して適切な電荷の転送をさせることができる。
【００３８】
平衡は、ある時間間隔の間に、高電圧レベルの一つあるいは二つ以上の電池に、放出電流を与えることによって取り得る。そのような時間間隔は、二つ以上の電池に対する放出が同じ時刻に起こるかも知れないことから、重なることがあり得る。加えて、二つ或いは三つ以上の電池に対する開始時刻が、放出処理を速めるために、実質的に同じ時刻に始まることがあり得る。さらに、電池の放出は、高電圧と低電圧の電池管の電圧差に基づいて調整することができる。そのような訳で、比較的高電圧レベルの第１電池は、第１電池よりやや低い電圧レベルの第２電池よりも、大きな放出電流を放出させられるであろう。
【００３９】
一般的に、高電圧電池と低電圧電池の差が大きいほど、放出ネットワーク回路３４０によって提供される放出電流は大きくなる。そのような放出電流の上限は、典型的には、放熱の問題によって制限される。また、高電圧電池と低電圧電池の差が少ないほど、放出ネットワーク回路３４０によって提供される放出電流は少なくなる。
【００４０】
電池の電圧レベルの平衡は、高電圧レベルの電池を放出することによってだけでなく、高電圧の電池から電荷を低電圧の電池へ移動させることによっても取り得る。そのような電荷の移動は、適切な制御信号を切り換えネットワーク３５０に与えて、電荷往復回路３４２を使用することにより、高電圧レベルの電池から低電圧レベルの電池への電荷の移動を制御するプロセッサ３２２によって制御される。
【００４１】
プロセッサ３２２は、電池１０２−１，１０２−２，１０２−ｎのいずれが、ＡＤＣ３２０から受け取ったディジタル信号のゆえに、他と比して高い電圧読み取り値を持つかを知っている。そのような訳で、プロセッサ３２２は、高電圧レベルの電池一つあるいは二つ以上が、いくらかの電荷レベルを電荷往復回路３４２から低電圧レベルの電池に転送するように、切り換えネットワーク３５０の中の適合した切り換え器を閉じさせる。プロセッサ３２２は、さらに続いて、切り換えネットワーク３５０の中の適合した切り換え器を閉じさせて、電荷往復回路３４２から低電圧レベルの電池へ電荷を転送する。そのような電荷の転送処理は、プロセッサ３２２がその処理を停止するよう指示したとき、例えば、プロセッサが適切な平衡の取れた電圧レベルが適切な電池間で得られることを知っているときに、停止する。
【００４２】
プロセッサ３２２は、また、早期平衡信号を放出ネットワーク回路３４０、あるいは電荷往復回路３４２へ提供して、不平衡ができる前に平衡処理を開始する。例えば、プロセッサ３２２は、各電池の情報をディジタル形式で持っており、電池の電圧の履歴を知っている。一つあるいは二つ以上の充電サイクルあるいは放電サイクルの後に、もしプロセッサ３２２が、不平衡が常に一つの特定の電池に起こるのに気付けば、例えばもし一つの電池が放電の終了に向けて低電圧レベルであるなら、プロセッサは、顕著な電圧差が検出可能になる前に平衡処理を開始することができる。
【００４３】
例えば、図３Ｂを見ると、一例としてのリチウムイオン電池の摂氏２１度における容量（Ａｈ）のプロット図が、電池Ａ３０３と電池Ｂ３０５に対して図示されている。示されるように、電圧降下のひざ状部分３０７近くの放電終了付近まで、電池ＡとＢの電圧差はほとんど分からない。もし平衡を取ることで、そのようなかなりの電圧差になるまで待たされれば、平衡を取るのに少しの時間しかなくなる。しかし、もしプロセッサ３２２が、電池Ａは、少なくとも一つ前の放電サイクルから放電の終了まで、通常電池Ｂより低電圧であることを知っていれば、プロセッサ３２２は、電池Ａに対して顕著な電圧差が発生するまで待たずに、放電サイクルの初期に平衡を取り始めることができる。例えば、プロセッサは、電池Ｂおよび／または他の電池からの電荷が、電荷往復回路３４２に、それから放電モードの初期に電池Ａへ転送されるように指示する。このようにして、電池Ａは、放電サイクルの終わり近くに電池間に顕著な電圧差が存在しないように、電池Ｂと平衡を取ることができる。
【００４４】
図４を見ると、一例としての、電池の監視と平衡用の回路４０８が示されている。電池の監視と平衡用の回路４０８には、図２の監視回路２０８と図３の平衡回路３０８の機能性が含まれている。一般的に、回路４０８は、ＡＤＣ４２２と、切り換えネットワーク制御回路４５１と、切り換えネットワーク４５０と、放出ネットワーク回路４４０と、駆動回路４２７と、保護回路４２９とを含んでいて良い。
【００４５】
電池パック４０２の各電池に対する、個々のアナログ電池電圧レベルは、切り換えネットワーク４５０を通して直接にサンプリングされる。サンプリングされたアナログ信号は、その後、前述したように、ＡＤＣ４２０によって関連するディジタル信号に変換されよう。例えば、第１電池４０２−１がサンプリングされるとすると、切り換えネットワーク４５０の切り換え器４５０ａと４５０ｃは閉じ、他方、切り換えネットワーク４５０の他の全ての切り換え器は開いたままである。そのような訳で、第１電池４０２−１の正端子は、切り換え器４５０ａを通して、ＡＤＣ４２０の正の入力端子に結合される。また、第１電池４０２−１の負の端子は、切り換え器４５０ｃを通して、ＡＤＣ４２０の負の入力端子に結合される。切り換えネットワーク４５０の全ての切り換え器は、第１電池４０２−１に対する所定の変換期間に渡り、ＡＤＣ４２０によって正しいアナログディジタル変換が完了するまで、そのままである。
【００４６】
同様に、第２電池４０２−２（切り換えネットワーク４５０の他の切り換え器は開いたままで、閉じた切り換え器４５０ｂと４５０ｅを通して）と、第３電池４０２−３（切り換えネットワーク４５０の他の切り換え器は開いたままで、閉じた切り換え器４５０ｄと４５０ｇを通して）と、第４電池４０２−４（切り換えネットワーク４５０の他の切り換え器は開いたままで、閉じた切り換え器４５０ｆと４５０ｉを通して）は、また、各電池４０２−２と４０２−３と４０２−４の直接サンプリングと同じように、ＡＤＣ４２０に直接に結合されよう。
【００４７】
電荷往復回路４４２は、変圧器あるいは誘電子あるいはコンデンサのような、エネルギー記憶素子を含んでいよう。図示された実施形態において、コンデンサ４４３は、エネルギー記憶素子として使用される。もし、電池間の電荷往復がプロセッサ４２２によって管理されるなら、切り換えネットワーク４５０の適合する切り換え器４５０ａ〜４５０ｇは、高電圧の一つあるいは二つ以上の電池から、コンデンサ４４３の中に電荷を一時的に記憶させる。そのような電荷は、その後、切り換えネットワーク４５０の適合する切り換え器によって、低電圧電池へと移動する。プロセッサ４２２は、切り換えネットワーク４５０を、切り換えネットワーク制御回路４５１を通して制御する。
【００４８】
本発明によるＡＤＣ４２０は、また、全てのオフセットを補償するために、個々の電池４０２−２と４０２−３と４０２−４に対して、較正することができる。そのようなオフセットは、異なる電圧勾配や、異なるＡＤＣ電池チャネルに対する切り換え電荷注入のような、多くの要因によるだろう。例えば、第１電池４０２−１を較正するのに、切り換え器４５０ｂと４５０ｃは閉じられ、切り換えネットワーク４５０の他の全ての切り換え器は開かれるだろう。そのような訳で、ＡＤＣ４２０の入力端子は、第１電池４０２−１の仮想接地電位に接続される。ＡＤＣ４２０は、その後、そのようなアナログ信号を、関連する第１オフセットディジタル信号に変換するだろう。第１オフセットディジタル信号は、その後、使用可能なメモリ素子に記憶されよう。
【００４９】
同様に、第２電池４０２−２を較正するのに、切り換え器４５０ｄと４５０ｅは閉じられるだろう。第３電池４０２−３を較正するのに、切り換え器４５０ｆと４５０ｇは閉じられるだろう。最後に、第４電池４０２−４を較正するのに、切り換え器４５０ｈと４５０ｉは閉じられるだろう。そのような訳で、関連する各電池４０２−１と４０２−２と４０２−３と４０２−４に対する４つのオフセット値を得て記憶することができる。ＡＤＣ４２０が後で、関連する電池のアナログ測定値を変換している時に、プロセッサ４２２は、関連する電池に対する記憶済みの関連するオフセット値を減算することによって、オフセットに無関係なデータの取得を指示することができる。そのような訳で、各電池からのアナログ信号の正確な測定が、さらに促進される。
【００５０】
保護回路４２９も、また、例えば過電流あるいは短絡回路の状況などの、様々な電力危機状況に対して、電池パック４０２へ（充電モード）或いは電池パック４０２から（放電モード）の電流の流れを監視し、かつ、予防措置を講じられるように、そのような状況をプロセッサ４２２に警告するために、電池の平衡と監視用の回路４０８へ組み込まれるだろう。例えば、検知抵抗４９１のような電流検知素子は、電池パック４０２に結合され、電流レベルが変化するにつれて、保護回路４２９に電池パックへ／からの電流レベルを表す信号を供給するだろう。もし、電流レベルが、第１電流閾値レベルよりも大きければ（例えば、検知抵抗４９１を挟んだ電圧降下が、第１電流閾値レベルに検知抵抗の値を乗算したものより大きければ）、保護回路４２９は、過電流警告信号をデータパス４２７経由でプロセッサ４２２に提供する。
【００５１】
電流レベルは、第２電流閾値レベルより大きいだろうし、ここで第２電流閾値レベルは、第１電流閾値レベルより大きい。この例（例えば、検知抵抗を挟む電圧降下は、第２電流レベルに検知抵抗の値を乗算したものより大きい）においては、保護回路４２９は、短い回路警告信号をデータパス４３９経由でプロセッサに与える。
【００５２】
保護回路４２９からのそのような制御信号に応答して、適切な電力安全措置が取られるように、プロセッサ４２２は決定をして適切な制御信号を送る。プロセッサ４２２は、放電切り換え器Ｑ１を開かせるために、切り換え駆動器４２７に適切な制御信号を与える。代わりに、プロセッサ４２２は、例えば、電力管理ユニットのような、いくつかの代わりの構成要素が、給電の安全性を保証するために必要な修正動作を処理するように、データパス４９０経由でメッセージをホスト構成要素に提供するだろう。
【００５３】
放出ネットワーク回路４４０には、複数の放出回路４４０−１と４４０−２と４４０−３が含まれ、調整可能な放出電流を関連する各電池４０２−１と４０２−２と４０２−３と４０２−４に与えるが、これは先述した通りである。
【００５４】
図５を見ると、一例としての放出回路５００が示されている。放出回路は、プロセッサ４２２からのディジタル制御信号に応答して、関連した電池４０２−１と４０２−２と４０２−３と４０２−４からの放出電流を制御するが、これは先述した通りである。放出回路５００には、複数の切り換え器Ｓ０とＳ１とＳＮ、及び関連した複数の抵抗ＲとＲ／２とＲ／Ｎが含まれていよう。一実施形態において、切り換え器は、プロセッサ４２２からのディジタル制御信号を受け取るように構成される、制御あるいはゲート端子を持つＭＯＳＦＥＴタイプのトランジスタであろう。プロセッサ４２２からのＮビットのディジタル制御信号は、その後、Ｓ０とＳ１とＳＮのいずれの切り換え器がオンし、従って抵抗値ＲとＲ／２とＲ／Ｎのいずれが、関連した電池４０２−１と４０２−２と４０２−３と４０２−４と並列に結合されるかを指示するだろう。
【００５５】
もし、大きな放出電流を望むなら、例えばＲ／Ｎなどの低い抵抗値が、関連する電池と並列に結合されるように、プロセッサ４２２からのＮビットの制御信号が、例えば切り換え器ＳＮなどの切り換え器を閉じるように指示するだろう。そのような訳で、より大きな放出電流が、高電圧の電池の電圧レベルを、より速く下げる。もし、比較的小さな放出電流を望むなら、例えば抵抗Ｎなどの大きな抵抗値が、関連する電池と並列に結合されるように、切り換え器Ｓ１などの切り換え器を閉じるように指示するだろう。そのような訳で、比較的少ない放出電流が与えられて、高電圧の電池の電圧レベルを、よりゆっくりと下げる。
【００５６】
プロセッサ４２２からの電池放出制御信号は、計量計に正確な電池放出情報を与えるために、電池ガス計量計にも与えられよう。例えば、電池放出回路４４０−１と４４０−２と４４０−３と４４０−４に与えられるＮビットの制御信号は、関連する電池ガス計量計にも与えられよう。そのような訳で、計量計は、４０２−１と４０２−２と４０２−３と４０２−４のいずれの電池が放出されるかと、各電池に対する関連した放出電流レベルも知っている。従って、計量計は、より信頼性のある計算を行って、充電容量の計算に対する放出電流レベルを考慮した電池の寿命の残りの総量を決定することができる。
【００５７】
しかし、ここに説明された実施形態は、本発明を利用したいくつかに過ぎず、制約では無い図示によって、ここに説明される。当業者には容易に明らかであろう、他の多くの実施形態が、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲とから物質的に逸脱せずに作ることができることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】複数の電池を持った電池パックからの電力を受け取る電子機器の、簡略化された高次ブロック図であり、そこでは、該電子機器は、本発明に沿った電池の監視と平衡の回路を持っている。
【図２】図１の電子機器で使用することのできる監視回路のブロック図である。
【図３Ａ】図２の電子機器で使用することのできる平衡回路のブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ａの平衡回路からの早期平衡信号を受け取ることのできる２つの電池の放電特性の一例のプロット図である。
【図４】本発明による電池の監視と平衡の回路の一例の詳細なブロック図である。
【図５】図４の放出ネットワーク回路で使用することのできる一放出回路の一例の回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００…電子機器
１０２…電池パック
１０２−１，１０２−２，１０２−ｎ…電池
１０４…直流電源
１０８…電池の監視及び平衡用の回路
１１０…電源ブロック
１１２…システム
１１８…電池ガス計量計
２２０，３２０…アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）
２２２…プロセッサ
２９２…温度センサー
３０８…平衡回路
３２２…プロセッサ
３４０…放出ネットワーク回路
３４２…充電往復回路
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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