(57)【要約】【課題】  電子装置のためのバッテリーガスゲージ(battery gas gauge)に関し、このようなバッテリーガスゲージにおける全容量判定に関する。【解決手段】  バッテリーガスゲージにおける全容量判定。動作は、特定のバッテリーセルについて開回路時間インターバル中に瞬時開回路電圧レベルを測定して、このような測定を見積もり値に関連づける。そして、このような見積もり値は、充電レベルの関連相対状態に関連づけられる。最後に、全容量計算は、充電レベルの前記関連相対状態に基づきなされる。また、複数の全容量判定がなされ、そして、このような判定の信頼性を見積もるために相互に比較される。【選択図】  図１
2005321386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２時間インターバル中に、バッテリーセルを備えたバッテリーセル回路を開放するステップと、
前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを測定すると共に前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルとを測定するステップと、
前記第１瞬時開回路電圧レベルを第１見積もり値に関連づけると共に前記第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけるステップと、
前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、
充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１および第２時間インターバル中に前記バッテリーセルを開放するステップは、充電モード中に前記バッテリーセルの充電を中断するステップを含み、該方法は、前記バッテリーセルの前記充電の前記中断前に充電電流レベルに応答して第１および第２見積もり値を更新するステップを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１時間インターバルは前記バッテリーセルの第１容量レベルと関連づけられると共に前記第２時間インターバルは前記バッテリーセルの第２容量レベルと関連づけられ、且つ、前記計算動作は、前記第１および第２容量レベルを充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差で除算して前記第１全容量レベルを得る請求項１記載の方法。
【請求項４】
充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを格納するステップと、前記第１および第２容量レベルに関連づけられた追加的時間インターバルでの前記バッテリーセル回路の追加的開放に応答して充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを更新するステップとを更に含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
第３時間インターバル中に前記バッテリーセル回路を開放するステップと、
前記第３時間インターバル中に前記バッテリーセルの第３瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、
前記第３瞬時開回路電圧レベルを第３見積もり値に関連づけるステップと、
前記第３見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第３相対状態に関連づけるステップと、
充電レベルの前記第２相対状態と前記第３相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第２全容量レベルを計算するステップと
を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
充電レベルの前記第１相対状態と第３相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第３全容量レベルを計算するステップと、前記第１、第２、第３全容量レベルのそれぞれの信頼性を見積もるために前記第１、第２、第３全容量レベルを比較するステップとを更に含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１見積もり値は、第１理論開回路電圧レベルを表し、且つ、前記第２見積もり値は、第２理論開回路電圧レベルを表す請求項１記載の方法。
【請求項８】
電子装置において、命令が格納された記憶媒体を備え、前記命令は、機器で実行されると、第１および第２時間インターバル中にバッテリーセルを備えたバッテリーセル回路を開放するステップと、前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを測定すると共に前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、前記第１瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけると共に前記第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２の見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、且つ充電レベルの前記第１相対状態と第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらす電子装置。
【請求項９】
前記第１および第２時間インターバル中に前記バッテリーセルを開放するステップは、充電モード中に前記バッテリーセルの充電を中断するステップを含み、前記命令は、前記機器で実行されると、前記バッテリーセルの前記充電の前記中断前に充電電流レベルに応答して第１および第２見積もり値を更新するステップをもたらす請求項８記載の電子装置。
【請求項１０】
前記第１時間インターバルは前記バッテリーセルの第１容量レベルと関連づけられると共に前記第２時間インターバルは前記バッテリーセルの第２容量レベルと関連づけられ、且つ、前記計算動作は、前記第１および第２容量レベルを充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差で除算して前記第１全容量レベルを得る請求項８記載の電子装置。
【請求項１１】
前記命令は、前記機器で実行されると、充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを格納するステップと、前記第１および第２容量レベルに関連づけられた追加的時間インターバルでの前記バッテリーセル回路の追加的開放に応答して充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを更新するステップとをもたらす請求項１０記載の電子装置。
【請求項１２】
前記命令は、前記機器で実行されると、
第３時間インターバル中に前記バッテリーセル回路を開放するステップと、
前記第３時間インターバル中に前記バッテリーセルの第３瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、
前記第３瞬時開回路電圧レベルを第３見積もり値に関連づけるステップと、
前記第３見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第３相対状態に関連づけるステップと、
充電レベルの前記第２相対状態と前記第３相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第２全容量レベルを計算するステップと
をもたらす請求項８記載の電子装置。
【請求項１３】
前記命令は、前記機器で実行されると、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第３全容量レベルを計算するステップと、前記第１、第２、第３全容量レベルのそれぞれの信頼性を見積もるために、前記第１、第２、第３全容量レベルを比較するステップと
をもたらす請求項１２記載の電子装置。
【請求項１４】
前記第１見積もり値は、第１理論開回路電圧レベルを表し、前記第２見積もり値は第２理論開回路電圧レベルを表す請求項８記載の電子装置。
【請求項１５】
複数のバッテリーセルに接続するためのスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に接続されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、前記ＡＤＣが、前記スイッチ回路を介して複数のバッテリーセルのそれぞれからアナログ信号を入力して、前記各アナログ信号を関連するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
記憶媒体に格納された命令を実行可能なプロセッサとを備え、
前記命令は、
第１および第２時間インターバル中に前記複数のバッテリーセルの一つからなるバッテリーセル回路を開放させるように前記スイッチ回路に指示するステップと、
前記複数のバッテリーセルの一つの端子を前記ＡＤＣに接続させるように前記スイッチ回路に指示するステップであって前記ＡＤＣが前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを表す第１デジタル信号と前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを表す第２デジタル信号とを提供するように構成されたステップと、
前記第１デジタル信号を第１見積もり値に関連づけると共に前記第２デジタル信号を第２見積もり値に関連づけるステップと、
前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づける処理と、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらすバッテリーガスゲージ回路。
【請求項１６】
前記第１時間インターバルは前記バッテリーセルの第１容量レベルと関連づけられると共に前記第２時間インターバルは前記バッテリーセルの第２容量レベルと関連づけられ、且つ、前記計算動作は、前記第１および第２容量レベルを充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差で除算して前記第１全容量レベルを得る請求項１５記載のバッテリーガスゲージ回路。
【請求項１７】
前記命令は、前記プロセッサで実行されると、充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを格納するステップと、前記第１および第２容量レベルに関連づけられた追加的時間インターバルでの前記バッテリーセル回路の追加的開放に応答して充電レベルの前記第１および第２相対状態と前記第１および第２見積もり値とを更新するステップとをもたらす請求項１６記載のバッテリーガスゲージ回路。
【請求項１８】
前記命令は、前記プロセッサで実行されると、
第３時間インターバル中に前記バッテリーセル回路を開放するステップと、
前記第３時間インターバル中に前記バッテリーセルの第３瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、
前記第３瞬時開回路電圧レベルを第３見積もり値に関連づけるステップと、
前記第３見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第３相対状態に関連づけるステップと、
充電レベルの前記第２相対状態と前記第３相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第２全容量レベルを計算するステップと
をもたらす請求項１５記載のバッテリーガスゲージ回路。
【請求項１９】
前記命令は、前記プロセッサで実行されると、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第３全容量レベルを計算するステップと、前記第１、第２、第３全容量レベルのそれぞれの信頼性を見積もるために、前記第１、第２、第３全容量レベルを比較するステップと
をもたらす請求項１８記載のバッテリーガスゲージ回路。
【請求項２０】
前記第１見積もり値は、第１理論開回路電圧レベルを表し、前記第２見積もり値は第２理論開回路電圧レベルを表す請求項１５記載のバッテリーガスゲージ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置のためのバッテリーガスゲージ(battery gas gauge)に関し、更に詳しくは、一実施形態において、このようなバッテリーガスゲージにおける全容量判定(full capacity determination)に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ(personal digital assistants)、携帯電話などのような種々の電子装置はバッテリーによって給電されている。このバッテリーは、ニッケルカドミウム、ニッケル水素(nickel metal hydride)、またはリチウムイオンのような種々のタイプの充電式バッテリー(rechargeable battery)である。このような充電式バッテリーは、適切なＤＣ電源、例えばＡＣ／ＤＣアダプターがこの電子装置に接続されていれば、いつでも再充電される。
【０００３】
ユーザーにとって、充電式バッテリーの再充電が必要な時を知るために、バッテリーの電荷(charge)をモニタできることが望ましい。種々のモニタ条件に基づきバッテリーの残容量を見積もるための本技術分野で公知の種々のバッテリーガスゲージが存在する。このようなガスゲージは、一般には、ある全容量判定(full capacity determination)のパーセンテージとしてバッテリーの残容量(remaining capacity)を表す。
【０００４】
バッテリーセルが製造されたときには、その初期の全容量は直接的に測定され得る。その後、セルに流入する電荷とセルから流出する電荷は、適切なクーロン計数回路(Coulomb counting circuit)によって測定され得る。残念なことに、セルの経時劣化(cell aging)のような要因は、いずれは、全容量レベル(full capacity level)を初期の全容量レベルよりも低下させる。セルの自己放電のような更なる要因は、時間の経過につれて次第に現在の容量レベルを不正確にする。
【０００５】
これらの蓄積された不正確性に対する一つの代表的な解決策は、放電カットオフ電圧レベルＶｄｃの近傍点までセルを放電させることである（Ｖｄｃレベル以下に放電させることは、セルにダメージを与える）。セルがこの点まで放電されると、見積もられる残容量（Ｃｅｒ）は、現在の充電／放電レートで、セル端子間で測定される時刻ｔでの電圧測定から推測できる。もしセルが、中断されることなく全容量に充電されれば、前もって決定された見積もり残容量に、例えばクーロン計数(coulomb counting)によって測定される充電サイクル中に蓄積された電荷を加えたものが、新たな全容量に等しい。例えば、時刻ｔにおいて、電圧は、２Ａの端子放電レートで３．０ボルトである。このデータは、その点で時間内に、見積もり残容量、例えば２アンペアアワー（ＡＨ）のセルについて０．２ＡＨを与えるためのルックアップテーブルにインデックスをつけるために使用される。充電中のクーロン計数(coulomb counting)は１．７５ＡＨの蓄積電荷を示し、全容量判定は、０．２ＡＨに１．７５ＡＨまたは１．９５ＡＨを加えたものに等しくなる。これは、“限定放電／充電サイクル(qualified discharge/charge cycle)”と呼ばれる。
【０００６】
しかしながら、このアプローチは多くの難点を持っている。第１に、放電の終わりの電圧測定から推測された見積もり残容量Ｃｅｒは相当な誤差を有する。これは、セルの実効内部抵抗の作用によるためであり、それは、実際のガスゲージの設計では予測することは困難である。第２に、このアプローチは、クーロン計数のためには、測定を開始する前にセルを空状態の近くまで放電させる必要がある。もしこれが通常使用の多くのサイクル内で発生すれば、ガスゲージは、所要の精度にガスゲージを回復させるためには、“調節サイクル(conditioning cycle)”（強制限定放電サイクル(forced qualified discharge cycle)）を要求する必要がある。この要求は、ハードウェアのコストを上昇させると共にユーザーに不便をもたらす。第３に、ユーザーは、セルが完全に充電された状態に到達するまで待つことを歓迎しないしない。もしユーザーが時期を早めて充電を終了すれば、最終的な充電容量(charge capacity)は見積もることができるが、これは誤差の原因となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る方法は、第１および第２時間インターバル中に、バッテリーセルを備えたバッテリーセル回路を開放するステップと、前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを測定すると共に前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルとを測定するステップと、前記第１瞬時開回路電圧レベルを第１見積もり値に関連づけると共に前記第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との間の差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとを含む。
【０００８】
本発明に係る電子装置は、電子装置において、命令が格納された記憶媒体を備え、前記命令は、機器で実行されると、第１および第２時間インターバル中にバッテリーセルを備えたバッテリーセル回路を開放するステップと、前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを測定すると共に前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、前記第１瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけると共に前記第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２の見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、且つ充電レベルの前記第１相対状態と第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらす。
【０００９】
本発明に係るバッテリーガスゲージ回路は、複数のバッテリーセルに接続するためのスイッチ回路と、前記スイッチ回路に接続されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、前記ＡＤＣが、前記スイッチ回路を介して複数のバッテリーセルのそれぞれからアナログ信号を入力して、前記各アナログ信号を関連するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、記憶媒体に格納された命令を実行可能なプロセッサとを備え、前記命令は、第１および第２時間インターバル中に前記複数のバッテリーセルの一つからなるバッテリーセル回路を開放させるように前記スイッチ回路に指示するステップと、前記複数のバッテリーセルの一つの端子を前記ＡＤＣに接続させるように前記スイッチ回路に指示するステップであって前記ＡＤＣが前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを表す第１デジタル信号と前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを表す第２デジタル信号とを提供するように構成されたステップと、前記第１デジタル信号を第１見積もり値に関連づけると共に前記第２デジタル信号を第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づける処理と、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらす。
【００１０】
本発明の利点は、本明細書の代表的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなり、その説明は添付の図面と併せて考慮されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
多くの実施形態の更なる詳細な説明に入る前に、本明細書で使用される多くの用語および関連の略語を以下に定義する。
充電カットオフ電圧(Charge Cutoff Voltage)（Ｖｃｃ）：この電圧レベルを上回る関連セルまたはバッテリーの充電は、このセルまたはバッテリーにダメージを与える。従って、充電はこのような電圧レベルで終了される。
【００１２】
放電カットオフ電圧(Discharge Cutoff Voltage)（Ｖｄｃ）：この電圧レベルを下回る関連セルまたはバッテリーの放電は、このセルまたはバッテリーにダメージを与える。従って、放電はこのような電圧レベルで終了される。
【００１３】
全容量(Full Capacity)（Ｃｆｔ）：或る時刻ｔでの満充電されたセルまたはバッテリーから引き出すことができるアンペアアワーの全数。Ｃｆ０は製造時の全容量である。Ｃｆｔはセルの経時(age)に伴ってＣｆ０から変化する：それは、最初の幾つかの充電／放電サイクルでわずかに増加する（又はしない）かもしれないが、その後、それはセルの経時に伴って減少する。
【００１４】
残容量(Remaining Capacity)（Ｃｔ）：部分的に充電されたセル又はバッテリーから引き出すことができるアンペアアワーの（残りの）数。ＣｔおよびＣｆｔの用語は、低放電レート（全、真の）セル容量を表し、（例えば）代表的なバッテリーゲージによって通知される“利用可能な(available)”容量ではない。代表的な動作放電電流でセルがＶｄｃに到達しても、依然として、セルには残容量（Ｃｒｔ）が残っている。Ｖｄｃが放電終了を強制する正にその時に、残容量がゼロであることを通知することは好ましいので、利用可能容量(Available Capacity)（ＡＣｔ）＝Ｃｔ−Ｃｒｔを通知することが通例になっている。
【００１５】
充電相対状態(Relative State of Charges)（ＲＳＯＣ）：セルまたはバッテリーに残っている容量の相対量。ＲＳＯＣは、全容量に対する残容量のパーセンテージとして表され、ＲＳＯＣ＝１００＊Ｃｔ／Ｃｆｔで与えられる。
【００１６】
瞬時セル開回路電圧(Instantaneous Cell Open Circuit Voltage)（Ｖｏｃｔ）：セルが回路から取り外されたとき（充電も放電もされていないとき）のバッテリーセルの端子間の電圧レベル。Ｖｏｃｔは、放電または充電電流をゼロに設定することにより測定できる。これは、放電中は実用的ではないが、バッテリーセルが遊休状態(idle)（充電も放電もされていない状態）にある場合または充電サイクルにおける短時間の中断中にある場合には実用的である。Ｖｏｃｔは、種々の要因に応じて変化する。例えば、放電終了後、Ｖｏｃｔは増加し（リバウンド(rebound)と呼ばれる）、そして充電中断中にそれは減少する（サグ(sag)と呼ばれる）。
【００１７】
理論上のセルポテンシャル電圧又は真の開回路電圧（Ｖｃｐｔ）：セルが回路から取り外されたときの（充電も放電もされていないときの）バッテリーセルの端子間の真の電圧レベル。もし、充電電流が、充電中断期間中（数時間または数日）、十分に長い間、ゼロに設定されれば、ＶｏｃｔはＶｃｐｔに近づく。Ｖｃｐｔの値は、アノード電位からカソード電位を減算したものであり、アノード電位とカソード電位の両方は、セルの化学的設計（製造時に固定）およびＲＳＯＣｔの関数として変化し（充電および放電中に変化し）、そして温度のような他の要因（願わくは二次的）が影響する。ＲＳＯＣｔは、Ｖｃｐｔから推定される。Ｖｃｐｔは直接的には測定できない。
【００１８】
セル端子間電圧(Voltage across cell terminals)（Ｖｔ）：Ｖｔは、セル端子間の電圧レベルである。Ｖｔ値は、バッテリーが関連充電／放電レートで充電または放電している間に測定される。
【００１９】
見積もり値(Estimator Value)（Ｅｃｐｔ）：Ｅｃｐｔは、充電サイクルにおける短時間の中断中になされるＶｏｃｔ測定から導き出されるＶｃｐｔについての見積もり値である。
【００２０】
図１に移り、経路１１９を介したＤＣバッテリーパック１０２または経路１１７を介したＤＣ電源１０４から給電されることが可能な電子装置１００の簡略化されたブロック図が示されている。電子装置１００は、ラップトップコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ(personal digital assistant)、電動工具(power tool)などのような種々の電子装置である。バッテリーパック１０２は、複数のバッテリーセル１０２−１，１０２−２，１０２−ｎを含む。セルタイプは、リチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケル水素(nickel-metal hydride)電池などのような、本技術分野において知られている種々の再充電可能なタイプである。
【００２１】
バッテリー１０２を再充電し及び／又はシステム１１２に電力を供給するために、ＤＣ電源１０４は装置１００に接続されている。ＤＣ電源１０４は、壁コンセントから従来の１２０ボルトのＡＣを入力し、それをＤＣ出力電圧に変換するように構成されたＡＣ／ＤＣアダプターであってもよい。また、ＤＣ電源１０４は、そのようなタイプのソケットに差し込むように構成された“シガレットライター”タイプのアダプターのようなＤＣ／ＤＣアダプターであってもよい。このようなＤＣ電源１０４が装置１００とは別に図１に示されているが、それは幾つかの装置に組み込まれていても良い。電子装置１００は、また、電源ブロック１１０を備える。一般に、電源ブロック１１０は、種々の状況下で、電力を、電源１０２，１０４のそれぞれから電子装置１００のシステム１１２へ方向づけると共に相互に方向づけ、制御し、モニタするための種々の構成要素を含んでもよい。ユーザーインターフェイスシステム１２６は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、及び／又はビデオディスプレイのような、人間であるユーザーがコマンド及び／又はデータを入力し及び／又はシステム１００をモニタするための１又は２以上の装置を含む。
【００２２】
図２は、図１のガスゲージ（gas gauge;ＧＧ）回路１３０のブロック図である。ガスゲージ回路１３０は、図１に示されるように、バッテリーパック１０２に含まれるが、電子装置１００内のどこに配置されてもよい。概して、ガスゲージ回路１３０は、スイッチ回路(switch network)２５０と、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２２０と、プロセッサ２２２と、機械読み取り可能な記録媒体２３０とを備える。
【００２３】
スイッチ回路２５０は、セル１０２−１，１０２−２…１０２−ｎの何れか一つをＡＤＣ２２０に接続するための複数のスイッチを備える。ＡＤＣ２２０は、幾つかの例を挙げると、シングルスロープインテグレーティングＡＤＣ(single-slope integrating ADC)、デュアルスロープインテグレーティング型ＡＤＣ、あるいはシグマ−デルタ型ＡＤＣのような、アナログ信号を関連デジタル信号に変換するための任意の種類のアナログ／デジタル変換器であってもよい。プロセッサ２２２は、種々の演算を遂行するための命令を実行する任意の種類のプロセッサまたはコントローラであってもよい。機械読み取り可能な記録媒体２３０は、二つだけ例を挙げると、ＥＥＰＲＯＭ(erasable programmable read only memory)またはＲＡＭ(random access memory)のような、例えば或る場合には３２バイトの汎用ＲＡＭのような、種々の記録媒体であってもよい。
【００２４】
概して、プロセッサ２２２は、スイッチ回路の種々のスイッチを開放および閉成させるように指示してセルの種々の端子をＡＤＣ２２０に接続させる。そして、ＡＤＣ２２０は、スイッチ回路を介して供給された入力アナログ信号を関連デジタル信号に変換して、このようなデジタル信号をプロセッサ２２２に供給する。そして、プロセッサ２２２は、機械読み取り可能な記録媒体２３０に格納された命令を実行して種々の演算を実施する。
【００２５】
ガスゲージ回路１３０は、残バッテリー容量判定および全バッテリー容量判定を含む種々の電圧レベルのようなモニタされたパラメータに基づいて判定を何回も行う。ガスゲージ回路１３０は、その種々の判定の結果を、経路１２５を介して電子装置に伝達する。そして、バッテリー容量判定の結果は、電子装置のインターフェイスシステム１２６を介して種々の形式で電子装置１００のユーザーに提示される。例えば、残容量（Ｃｔ）及び／又は充電の相対状態(relative state)及び／又は見積もられた利用可能な動作時間が、任意の種々の形式でユーザーインターフェイスシステム１２６のビデオディスプレイに表示される。また、ユーザーインターフェイス１２６は、場合によっては、例えば、ガスゲージ回路１３０が低バッテリー状態を検出した場合に警報音を提供するなど、可聴指示を提供するための可聴装置を含んでも良い。
【００２６】
図３に移り、図１のバッテリーパック１０２の一つのセル１０２−１についての簡略化されたセル等価回路図が示されている。セル等価回路図は、概して、現在の充電／放電レートでのセル等価回路のセル端子間で測定される時刻‘ｔ’での電圧レベル（Ｖｔ）を含む。また、セル等価回路図は抵抗３０２を含む。抵抗３０２は、時刻‘ｔ’での抵抗（Ｒｔ）又は時刻‘ｔ’でのセルの実効内部（直列）抵抗を表す。また、このセル等価図は、時刻‘ｔ’での開回路電圧値（Ｖｏｃｔ）を含む。上記直列回路における時刻‘ｔ’での充電／放電電流はＩｔで表される。Ｖｏｃｔ及びＲｔは、全く動的に変化してもよい。例えば、リチウムイオンセルでは、典型的な動作放電電流が止んだ後、Ｖｏｃｔが、理論上のセル電位Ｖｃｐｔ（“真の開回路電圧”とも呼ばれる）に近づくまで徐々に増加（“リバウンド”）する。Ｖｏｃｔは、Ｉｔ＝０と設定することにより測定される。直接的なＶｃｐｔ測定は簡単には得られず、通常、Ｖｏｃｔが充電または放電後に安定するまでの数時間（又は数日）の間、待たなければならない。
【００２７】
Ｒｔはゼロよりも大きいので、Ｖｔは、放電中はＶｏｃｔよりも小さくなる。従って、もしセル端子電圧が放電カットオフ電圧Ｖｄｃに到達して放電が停止すれば、或る見積もり残容量（Ｃｅｒ）が放電の最後でセルに残る。概して、Ｒｔは、通常、充電／放電サイクル数の増加に伴って増加する。従って、或る特定のＩｔでの利用可能な電圧（Ｖｔ）およびＲＳＯＣは、通常、セルの経時劣化に伴って減少する。
【００２８】
図４は、サイクルにおける種々のセル経時劣化についてのパーセンテージとして表されたＶｔ対ＲＳＯＣｔの種々のプロットを示す。プロット４０２は、新しいセルについてのＶｔ対ＲＳＯＣｔのプロットを示す。プロット３０４は、ｎ充電／放電サイクル後のＶｔ対ＲＳＯＣｔのプロットを示す。プロット４０６は、２ｎ充電／放電サイクル後のＶｔ対ＲＳＯＣｔのプロットを示す。プロット４０８は、３ｎ充電／放電サイクル後のＶｔ対ＲＳＯＣｔのプロットを示す。プロット４１０は、４ｎ充電／放電サイクル後のＶｔ対ＲＳＯＣｔのプロットを示す。プロット４０２についての電圧レベルは、概して、他のプロットについての電圧レベルよりも高い。
【００２９】
図示されるように、電圧レベルは、セル経時劣化に伴うセルの内部抵抗の増加により、概して、種々のＲＳＯＣｔ値で充電／放電サイクル数が増加するにつれて電圧レベルが徐々に減少する。特に、この電圧差は、概して、ＲＳＯＣｔが約５％と２０％との間にあるときに比較的低い充電状態で最大となる。もし放電電流が減少すれば、電流がゼロに減少するにつれて実質的に各プロットが一致するまでプロットは互いに近似したものになる。
【００３０】
少なくともリチウムイオンセルにおいては、理論上のセル電位（Ｖｃｐｔ）は、たとえ非線形的であっても、セル経時劣化および温度に対して比較的鈍感であるような方法で充電相対状態（ＲＳＯＣｔ）に関連する。もしＶｃｐｔが既知であれば、ＲＳＯＣｔは、例えば、ルックアップテーブルから判明する。残念ながら、理論上の開回路電圧Ｖｃｐｔは直接的には測定できない。これは、たとえ充電または放電セルがその回路から取り外されても、セル端子電圧Ｖｏｃｔが充電を継続して、ゆっくりとＶｃｐｔに近づくからである。しかしながら、他の電圧レベルおよび状態は、直接的に測定することができ、計算された見積もり値Ｅｃｐｔを用いてＶｃｐｔと関連づけられる。
【００３１】
図５に移り、特定のセルについて充電モード中のＶｔ，Ｖｃｐｔ，Ｃｔのプロットが示されている。充電中断は、時刻ｔ１とｔ２との間の第１時間インターバル、時刻ｔ３とｔ４との間の第２時間インターバル、時刻ｔ５とｔ６との間の第３時間インターバルで発生するものとして示されている。各充電中断時間インターバル中に、Ｖｏｃｔ（充電電流がゼロのときの開回路状態中のＶｔ）の測定が行われる。そして、Ｖｏｃｔ値は、各中断時間インターバルについての理論上の開回路電圧を表す見積もられたＥｃｐｔ値と関連づけられる。そして、各中断時間インターバルと関連づけられた充電相対状態レベルＲＳＯＣが確定される。任意の二つの中断時間インターバルを利用することにより、全容量レベルは、各中断時間インターバルでの容量レベル間の差を、同一の中断時間インターバルについての充電レベルの相対状態間の差で除算したものとして計算される。
【００３２】
例えば、時刻ｔ１とｔ２との間の第１中断時間インターバル中に、セルをその関連回路から取り外し、これにより開回路を形成することにより、充電（または放電）サイクルが中断される。一実施形態（図２）において、これは、注目する特定のバッテリーセル１０２−１，１０２−２…１０２−ｎを含む特定のバッテリーセル回路を開放するようにスイッチ回路２５０に指示を与えるプロセッサ２２２によって達成される。
【００３３】
時刻ｔ１とｔ２との間の開回路時間インターバル中に、電圧レベルＶｏｃｔ（それはこの時間インターバル中のＶｔに等しい）が測定される。Ｖｏｃｔ電圧をＥｃｐｔ値に関連づけることは、或る場合においては、充電／放電電流が中断された後に或る一定の時間インターバルでＶｏｃｔを表す値としてＥｃｐｔ値を導き出すことにより生じる。この場合、Ｖｏｃｔ値のみが、充電／放電電流が中断された後に一定の時間インターバルでとられる必要がある。
【００３４】
ＶｏｃｔからＥｃｐｔを導き出す他の方法において、Ｖｏｃｔの複数のサンプルが、複数のサンプリング時間インターバルにわたってとられる。そして、Ｅｃｐｔ値は、数学的解析を用いて、測定されたＶｏｃｔ値の予測最終点(projected final end point)を表す値である。
【００３５】
図５は、時刻ｔ１とｔ２との間の第１中断時間インターバルについてのこのようなサンプリングインターバル（ｓｉ）を示す。Ｖｏｃｔは、第１サンプリング時間インターバルＶ（ｔ＝ｔ１＋ｓｉ）で測定されてもよく、そしてまた、連続する時間インターバルで測定されてもよい。とられる測定の全数は、時刻ｔ１とｔ２との間の中断時間の長さ（ｄＴＯＣ）とサンプリングインターバル（ｓｉ）とに依存する。そして、サンプリングされたＶｏｃｔ値は、このようなサンプリングされた値をＥｃｐｔ値に関連づけるために、（充電中断前の平均充電電流のような）他の関連情報と共に利用される。
【００３６】
上述の技術の何れかによって得られるＥｃｐｔ見積もりは、また、他のシステム状態に相関要因を適用することにより一層良くなり、Ｅｃｐｔは、ＲＳＯＣを除いて任意のシステム状態の影響を受けにくくなる。例えば、充電中断中に測定されたＶｏｃｔは、充電電流の変動に対して極めて敏感である。（例えば）Ｅｃｐｔ＝Ｖｏｃｔ−（Ｃ０＋Ｃ１＊Ｉcharge，ここでＣ０およびＣ１は、経験的に得られた係数でありＩchargeは、充電中断前の平均充電電流である）を用いることにより、我々は、充電電流に対して比較的鈍感な推定器(estimator)を作成することができ、従って、一層広い範囲の動作状態において使用可能となる。定数Ｃ０およびＣ１は、種々の充電電流レベルで充電を中断させて、これらの充電中断時間中にＶｏｃｔを測定することにより、経験的に得ることができる。そして、“最小二乗誤差”のような標準的線形フィッテング技法は、複数の充電電流レートでの観測データから利用される。これは、Ｃ０およびＣ１を得るために利用されるのみならず、測定残余誤差(measured residual error)は、線形補正(linear correction)の有効性を示す。他の独立変数からの影響を最小にしながら、ＲＳＯＣｔに単独で依存するＥｃｐｔを生成するという目的で、温度などについての他の補正を付け加えてもよい。
【００３７】
一旦、Ｅｃｐｔが、これらの何れか又は他の種々の方法によって取得されると、Ｃｆｔ値は、任意の二つの中断時間インターバルの組み合わせから得られるＣｔ値およびＲＳＯＣｔから計算される。二つの場合の例示的な例が、図５を参照して説明のために提示される。
【００３８】
＜例１．Ｃｔ既知／正確＞：
充電中断１：Ｃｔ１＝１０００ｍａｈ，ＲＳＯＣ１[Ｅｃｐｔ]＝５０％
充電中断２：Ｃｔ２＝１２００ｍａｈ，ＲＳＯＣ２[Ｅｃｐｔ]＝６０％
充電中断３：Ｃｔ３＝１４００ｍａｈ，ＲＳＯＣ３[Ｅｃｐｔ]＝７０％
【００３９】
第１中断時間インターバル（時刻ｔ１とｔ２との間）および第２中断時間インターバル（時刻ｔ３とｔ４との間）についてのＣｔ１とＣｔ２およびＲＳＯＣ１とＲＳＯＣ２との差は、２００ｍａｈのデルタＣｔと１０％のデルタＲＳＯＣを生じる。従って、計算された全容量Ｃｆｔは、２００ｍａｈ／１０％＝２０００ｍａｈになる。もし第２中断時間インターバルおよび第３中断時間インターバル（時刻ｔ５とｔ６との間）についてＣｔ２とＣｔ３およびＲＳＯＣ２とＲＳＯＣ３との差が解析されれば（２００ｍａｈ／１０％＝２０００ｍａｈ）、この同一の結果が生じる。また、もし第１中断時間インターバルおよび第３中断時間インターバルについてＣｔ１とＣｔ３およびＲＳＯＣ１とＲＳＯＣ３との差が解析されれば（４００ｍａｈ／２０％＝２０００ｍａｈ）、この同一の結果が生じる。この理想的な例では、我々は、中断ペア（１，２），（２，３），（１，３）の何れをも考慮した同一のＣｆｔ結果を取得し、これは、Ｃｆｔが正しいという優れた確信を我々に与える（もしテーブル又は測定が正しくなかったら、我々はこの合意を期待することはできなかった）。
【００４０】
＜例２．例１と同様であるが、Ｃｔが不正確（２００ｍａｈだけ低い）＞：
充電中断１：Ｃｔ１＝８００ｍａｈ，ＲＳＯＣ１[Ｅｃｐｔ]＝５０％（ＲＳＯＣ１[Ｅｃｐｔ]はＣｔに依存せず且つ変化しない）。
充電中断２：Ｃｔ２＝１０００ｍａｈ，ＲＳＯＣ２[Ｅｃｐｔ]＝６０％
充電中断３：Ｃｔ２＝１２００ｍａｈ，ＲＳＯＣ２[Ｅｃｐｔ]＝７０％
【００４１】
例１で実施された同一の計算は、この計算がＣｔの初期状態に依存しない（Ｃｅｒの不正確な見積もりに強く依存する）ので、中断ペア（１，２），（２，３），（１，３）の何れについてもＣｆｔ＝２０００ｍａｈまたは例２において同一の結果を生じる。むしろ、この計算は、比較的正確なクーロン計数から得られる各中断ペアについて容量の変化に依存する。このアプローチは、Ｃｆｔ＝１００＊Ｃｔ／ＲＳＯＣなるアプローチを凌ぐ二つの利点を我々に与える：
１．正確なＣｔを必要とせず、正確なデルタＣｔのみあればよい（Ｃｅｒは不要）。
２．充電サイクルが３以上の異なる時間インターバルで中断されるので、Ｃｆｔの２以上の独立した見積もりがなされる。これは、互いに比較することでＣｆｔ測定の信頼性を見積もることを可能にする。比較的長い開回路遅延後の単一Ｖｏｃｔ＝Ｖｃｐｔ測定に依存するアプローチはこの利点を持たない。
【００４２】
＜相対容量テーブル（Ｔｒｃ）構成＞
仮想の第１（制御された、工場で）充電サイクルの始まりでの相対容量テーブルの次の例を考える。
【００４３】
【表１ａ】
2005321386.tif 000003
【００４４】
セル特定／期待の全容量Ｃｆｓは既知であり、例えば２０００ｍａｈである。所定のセルについての正確なＣｆｔは未知であるが、それは、テーブル構成処理中に決定される。Ｃｔ値は、正確なクーロン計数を用いた充電処理中に測定される。また、初期のセル容量Ｃｔは、セル製造およびテストプロセスの所産に応じた或る既知の値（ゼロのような値）に極めて近いことが知られている。
【００４５】
所望の結果は、本例目標であるＲＤＯＣ目標値についてＴｒｃ．ＲＳＯＣｉ対Ｔｒｃ．Ｅｃｐｉテーブルである。多くのＲＳＯＣｔ目標が利用されてもよい。概して、充電サイクルの好ましくない延長を引き起こさない一層多くのＲＳＯＣｔ目標が望ましい。テーブルインデックス‘ｉ’はテーブルに格納される必要はない。それは、ここでは、明確性のためにのみ示されている。テーブル１におけるＴｒｃ．Ｃｔのエントリーは中間データであり、最終的なテーブルに格納される必要はない。
【００４６】
テーブルを構築するため、セルは、制御された方法、例えば実際の稼動中の使用と同じような充電プロファイルで充電されてもよい。充電モードは４回中断され、そしてＴｒｃ．Ｅｃｐｉは、各中断で決定される。充電モードは、充電モードは、Ｃｔが各目標ＲＳＯＣｔに到達したときに中断される。Ｃｔ[ｔ]＝Ｔｒｃ．ＲＳＯＣｉ[ｉ]＊Ｃｆｓである。例えば、ｉ＝１のとき、充電は、Ｃｔが４００ｍａｈ（Ｃｔ＝０．２＊２０００＝４００ｍａｈ）の場合に中断される。この充電モードは、充電が完了するまで４回中断される。この点で、実際の全容量は既知であり、テーブル１ｂにおける結果をもたらす。
【００４７】
【表１ｂ】
2005321386.tif 000004
【００４８】
実際の全容量Ｃｆｔ（２０５０ｍａｈ）は特定の全容量Ｃｆｓ（２０００ｍａｈ）と厳密には一致しなかったので、実際のＴｒｃ．ＲＳＯＣｉ値は、テーブル１ｂの目標Ｔｒｃ．ＲＳＯＣｉと厳密に一致しない。実際の値が望まれるので、目標値が、測定データと次の関係：Ｔｒｃ．ＲＳＯＣｉ[ｉ]＝Ｔｒｃ．Ｃｔ[ｉ]／Ｃｆｔとを用いて実際の値で置き換えられる。実際のＲＳＯＣｔおよびＲＳＯＣｔでのＥｃｐｔは、将来の使用のため、テーブル１ｃに列挙されるように格納される。例えば、実際のＣｆｔを２０５０ｍａｈとして、ｉ＝１での実際のＲＳＯＣｔは４００ｍａｈ／２０５０ｍａｈまたは０．１９５１である。
【００４９】
【表１ｃ】
2005321386.tif 000005
【００５０】
そして、テーブル１ｃは、例えば、一実施形態において、図２のガスゲージ回路１３０の機械読み取り可能な記録媒体２３０に格納される。将来、充電は、元の目標ＲＳＯＣｔ点ではなく上述の新たな実際のＲＳＯＣｉ点で中断される。これは、もし元の目標ＲＳＯＣｔ点での測定がなされていれば（内在するＶｃｐｔ非線形性、および他の影響に起因して）起こり得るＴｒｃ．Ｅｃｐｉ補間誤差(interpolation error)を最小化する。
【００５１】
テーブル１ｃは、各個々のセルについて構築され格納されてもよい。或いは、テーブル１ｃは、密接に関連するセルを表す一つのセルについて構成されてもよく、そのテーブルは、密接に関連するセルの生産工程についての初期のＴｒｃとして使用されてもよい。このアルゴリズムは、いずれにしても、経時劣化に伴う各セルにおける変化を把握すべきである。従って、セル生産工程における小さな変動(variation)に適応することができ、及び／又は生産ロットにおける他のセルと著しく異なるセルを正しく識別することができ、排除されるべきである。
【００５２】
＜稼動中の充電サイクル期間中のＴｒｃを用いた見積もり＞
ＴｒｃからＣｆｔを見積もるために、最初に、Ｔｒｃ．ＣｔおよびＴｒｃ．Ｅｃｐｔ値が予め構築され且つ格納されたテーブル１ｃにおけるＴｒｃ．ＲＳＯＣｉ／Ｔｒｃ．Ｅｃｐｉに近い点での充電中断から収集される。システム状態（充電電流など）は、初期のテーブルを構築するために使用される状態とできる限り類似すべきである。実際の問題として、これは、初期のテーブル構築が、できる限り稼動状態に類似した状態でなされるべきであることを意味する。
【００５３】
各充電中断点を決定する一つの方法は、ＣｔがテーブルのＲＳＯＣｉ点：Ｃｔ／Ｃｆｔ＝Ｔｒｃ．ＲＳＯＣｉに到達する度に充電を中断することである。
【００５４】
他のアプローチは、少なくとも第１目標とされる中断(targeted interruption)の前の少なくとも一つの追加時間に充電を中断し、そして１又は２以上の初期のＥｃｐｔ値を決定し、そして所望のＥｃｐｉ値について中断点に外挿(extrapolate)することである。また、中断点の精度および所要時間における改善が可能である。
【００５５】
代表的な充電サイクルは、テーブル１ｃにおけるＴｒｃ．ＲＳＯＣｉのすべてを横切らなくてもよいし、その必要もない。これは、Ｃｆｔの計算が２つのデータ点しか必要とせず、以下に説明する品質見積もりが３つのデータ点しか必要としないためである。
【００５６】
収集されたデータからＣｆｔおよびＣｔを決定するための方法がテーブル２ａに例示されている。この例では、実際のＣｆｔは２０５０ｍａｈであり、それはテーブル１ｂおよび１ｃに詳述されたものと同様である。測定されたＣｔには、仮定したＣｅｒ誤差のために＋５０ｍａｈだけ誤差がある。Ｔｒｃ．Ｅｃｐｔ値は、測定誤差の効果を模擬するためにわずかに変動される。４００ｍａｈを越える充電の開始での初期のバッテリー容量が仮定され、従って、データは、第１中断点（ｉ＝１）で収集されない。
【００５７】
【表２ａ】
2005321386.tif 000006
【００５８】
テーブル２ａにおいて、各Ｔｒｃ．Ｅｃｐｔは、充電中断点Ｔｒｃ．ＩＲＳＯＣｉで決定される。この充電中断点Ｔｒｃ．ＩＲＳＯＣｉは、数式（１）に詳しく示すように、テーブルにおける二つの点の間の線形補間を用いて計算できる。
【００５９】
（数式１）
Trc.IRSOCi[i]=Trc.RSOCi[a]+(Trc.RSOCi[a]-Trc.RSOCi[b])*(Trc.Ecpt[i]-Trc.Ecpi[a])/(Trc.Ecpi[a]-Trc.Ecpi[b])
【００６０】
ここで、‘ａ’は、Ｔｒｃ．Ｅｃｐｔ[ｉ]に最も近いＴｒｃ．Ｅｃｐｉ値のインデックスであり、‘ｂ’は、Ｔｒｃ．Ｅｃｐｔ[ｉ]に次に近いＴｒｃ．Ｅｃｐｉ値のインデックスである。同様に、線形補間は、テーブルからわずかに外れたところにある点についてＴｒｃ．ＩＲＳＯＣｉを計算するために使用される。また、補間(interpolation)または外挿(extrapolation)に関する他の形式が使用される。
【００６１】
Ｃｆｔ見積もりは、数式（２）に詳しく示される任意の２つの充電中断についてＴｒｃ．ＩＲＳＯＣｔとＴｒｃ．Ｃｔとの間の差を考慮しながらなされる。
【００６２】
（数式２）
Cft=(delta Ct)/(delta RSOC)
【００６３】
数式（２）をテーブル２ａのデータに適用したこのような計算の結果がテーブル２ｂに詳しく示されている。
【００６４】
【表２ｂ】
2005321386.tif 000007
【００６５】
例えば、点ｉ＝２および３での中断についてのデルタＩＲＳＯＣｉは、０．５６００−０．３６５３または０．１９４７である。有利には、Ｃｆｔ計算は、Ｃｔの初期状態に依存せず、それ自体は、Ｃｅｒの可能性のある不正確な見積もりに強く依存する。むしろ、Ｃｆｔ計算は、比較的正確なクーロン計数から得られる容量の変化（デルタＲＳＯＣ）に依存する。
【００６６】
種々のＣｆｔ見積もり間の比較的良好な一致は結果における高い信頼要因を示す。有利には、Ｃｆｔ計算は、前回のＣｆｔ値（例えば、Ｃｆｔ＝２０５０ｍａｈ）に関係なく実施されてもよい。同様に、或る組み合わせＣｆｔ見積もり（例えば、Ｃｆｔ＝２０４５ｍａｈ）を用いて、我々は、Ｃｃｔ＝Ｔｒｃ．ＩＲＳＯＣｉ[ｉ]＊Ｃｆｔを利用してテーブル２ａから修正されたＣｔ値（Ｃｃｔ）を再計算することができる。
【００６７】
【表２ｃ】
2005321386.tif 000008
【００６８】
このＴｒｃ．Ｃｃｔは、充電サイクルの終わりでの正確なＣｔ見積もりを可能にする：その点から充電の終了までの最も間近の充電中断＋デルタＣｔについて、Ｃｔ＝Ｔｒｃ．Ｃｃｔ。例えば、テーブル２ｃからのデータを用いて、Ｔｒｃ．Ｃｔ＝１７００ｍａｈのときにユーザーによって充電サイクルが終了されたと仮定する。最も間近の充電中断では、Ｔｒｃ．Ｃｃｔ＝１５４７ｍａｈであり、そしてその時刻から１００ｍａｈを加え、従って、Ｃｔの改善された見積もりは、１５４７ｍａｈ＋１００ｍａｈ＝１６４７ｍａｈであり、それは“真”の値である１６５０ｍａｈに近い。
【００６９】
上述のアプローチを用いて、元のＣｔ見積もりにおける著しい（５０ｍａｈ）誤差の存在下で、“限定充電サイクル(qualified discharge cycle)”に頼ることなく、充電の終わりでのＣｆｔ及びＣｔの両方と無関係な良好な見積もり（ｉＣｆｔおよびｉＣｔ）を導き出した。
【００７０】
更に、Ｃｆｔ見積もりの品質または上記予測された信頼性は、各充電中断インデックスからのＣｆｔ見積もり（例えば、テーブル２ｂからの２０５４ｍａｈ，２０３５ｍａｈ，２０４４ｍａｈ）を比較することによって形成される。もし、十分に一致する多くのペアが存在すれば、品質ＱｉＣｆｔは高く特徴づけられる。もし、貧弱な一致のペアが存在すれば、品質ＱｉＣｆｔは低く特徴づけられる。
【００７１】
＜ＣｆｔおよびＣｔ見積もりの品質に基づくＣｆｔおよびＣｔへの適応的漸進的変化＞
このセクションに関する追加的用語の定義は以下のとおりである。
ｔＣｆｔ：“真”の全容量は、バッテリーの満充電セル(full charged cell)から引き出すことができるアンペア−アワーの実際の全数である。ｔＣｆｔは、充電／放電形態、動作(opearting)および蓄電電圧(storage voltage)などの要因に応答して、極めてゆっくり且つ幾分予測できないほどに変化する。このｔＣｆｔ値は、容易に測定することはできない。
【００７２】
ｅＣｆｔ：現在使用中のｔＣｆｔ値の見積もり値。
ｅｄＣｆｔ：経時的な既知の段階的な容量の損失を概算するためにｅＣｆｔから減算されるデルタ（増加）値：ｅＣｆｔ１＝ｅＣｆｔ０＋ｅｄＣｆｔ０。代表的には、電圧、温度、時間の計算関数(calculated function)として全容量について開ループ見積もり修正(open loop estimated correction)のために使用される。
【００７３】
ｑＣｆｔ：ｅＣｆｔを置き換えるために使用される“限定放電サイクル(qualified discharge cycle)”（ＱＤＣ）から計算されるＣｆｔ見積もり：ｅＣｆｔ＝ｑＣｆｔ１。代表的には、ｑＣｆｔ＝Ｃｅｒ（充電開始での見積もり残容量）＋充電中に加えられたｍａｈとして計算される。ｅＣｆｔを修正するために使用されるが、深刻なＣｅｒ誤差の影響を受けやすく、偶発的(accidental)または意図的(deliberate)な限定放電サイクルの何れかを必要とする。
【００７４】
ｉＣｆｔ：二つの異なる開回路時間インターバルでの相対容量レベルにおける差を、これら開回路時間インターバルでの充電レベルの関連相対状態における差で除算したものとして計算される“独立(independent)”のＣｆｔ見積もり。この見積もりは、ＱｉＣｆｔによって良好に見積もることができる或る測定ノイズの影響を受けやすい。
【００７５】
見積もりのそれぞれは、関連した品質（または重み）を有すると考えられる。
ＱｅＣｆｔ：見積もりの品質。初期には非常に高いが、徐々に減少して、ＱＤＣが要求される点に向かう。
ＱｑＣｆｔ：ｑＣｆｔ見積もりの品質。意図的または日和見的(opportunistic)なＱＤＣが起こらなければゼロであり、Ｃｅｒ見積もりに関する問題のために、いずれにしても極めて高くはない。
ＱｉＣｆｔ：上述の新規な手法を用いた独立のｉＣｆｔ見積もりの品質であり、低から高に変わり得る。
【００７６】
これら上述の新規な用語を用いて、数式（３）および（４）に詳しく示されるように、上述の品質及び見積もりのそれぞれを結び付ける重み付けされた（又はブレンドされた）ｅＣｆｔを計算することができる。
【００７７】
（数式３）
Qt=(QeCft+QqCft+QiCft)
【００７８】
（数式４）
eCft1=QeCft/Qt*(eCft0+edCft0)+QqCft/Qt*qCft+QiCft/Qt*iCft
【００７９】
Ｑが低いときにはＱＤＣが依然として要求される。しかしながら、このようなＱＤＣは、めったに必要とされるべきではない。仮にあったとしても、ＱｉＣｆｔはほとんどの充電サイクルに関して適正に高くあるべきである。
【００８０】
＜経時セル変化をなくすためのＴｒｃの更新＞
通常動作では、初期のＲＳＯＣｔ／Ｅｃｐｔが真を保持する限り、初期のＴｒｃはセルの生涯にわたって信頼性のある動作を提供する。しかしながら、ＲＳＯＣｔ／Ｅｃｐｔ関係に影響を及ぼす使用状態、測定回路、セル化学における予期しない漸進的変化をなくすために、通常動作においてＴｒｃを更新することは可能且つ実際的である。
【００８１】
特に、もし、
１．ＱｑＣｆｔが日和見的(oppotunistic)なＱＤＣのために比較的高く、
２．且つ、もしＱｉＣｆｔは適正に高いが、前回のＱＤＣ中よりも少なければ、
３．Ｔｒｃ．ＲＳＯＣｉおよびＴｒｃ．Ｅｃｐｔｉ値は更新されて、加重ｅＣｆｔ計算(weighted eCft calculation)に類似した方法で収集値と更に厳密に一致する。
xWt=xQqCft+xQiCft（ｘは、これらの重みが上述の重みと同一ではないことを示し、Ｔｒｃ値を極めてゆっくりとのみ変えることが望ましい）、
(新Trc.RSOCi[i])=xQiCft/xWt*(旧Trc.RSOCi[i])+xQdCft/xWt*(Trc.Ct[i]/QCft)、
(新Trc.Ecpi[i])=xQiCft/xWt*(旧Trc.Ecpi[i])+xQdCft/xWt*(Trc.Ecpi[i]/QCft)
【００８２】
＜動作＞
図６は、実施形態に係る動作のフローチャート６００を示す。動作６０２では、第１および第２時間インターバル中にバッテリーセル回路を開放する。バッテリーセル回路はバッテリーセルを備える。一実施形態において、これは、図５に示されるような充電モード中に時刻ｔ１とｔ２の間および時刻ｔ３とｔ４の間で充電を中断することを伴う。動作６０４では、第１時間インターバル中のバッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベル（例えばＶｏｃｔ１）と、第２時間インターバル中のバッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベル（例えば、Ｖｏｃｔ２）とを測定する。動作６０６では、第１瞬時開回路電圧レベルを第１見積もり値（例えばＶｃｐｔ１）に関連づけると共に、第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値（例えばＶｃｐｔ２）に関連づける。動作６０８では、第１見積もり値をバッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に、第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づける。最後に、動作６０８では、充電レベルの前記第１相対状態と第２相対状態との間の差に応答してバッテリーセルの第１全容量レベルを関連づける。
【００８３】
本明細書の全実施形態について述べられた機能性(functionality)は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて実現されてもよい。
【００８４】
従って、要約すると、一実施形態は電子装置を含む。前記電子装置は命令が格納された記憶媒体を備え、前記命令は、装置で実行されると、第１および第２時間インターバル中にバッテリーセルを備えたバッテリーセル回路を開放するステップと、前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを測定すると共に前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを測定するステップと、前記第１瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけると共に前記第２瞬時開回路電圧レベルを第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２の見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、且つ充電レベルの前記第１相対状態と第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらす。
【００８５】
更なる実施形態において、前記第１時間インターバルは前記バッテリーセルの第１容量レベルと関連づけられると共に、前記第２時間インターバルは前記バッテリーセルの第２容量レベルと関連づけられる。前記計算動作は、前記第１および第２容量レベルを充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差で除算して前記第１全容量レベルを得る。
【００８６】
他の実施形態は、バッテリーガスゲージ回路を含む。前記回路は、複数のバッテリーセルに接続するためのスイッチ回路と、前記スイッチ回路に接続されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）とを備え、前記ＡＤＣは、前記スイッチ回路を介して複数のバッテリーセルのそれぞれからアナログ信号を入力して、前記各アナログ信号を関連するデジタル信号に変換するように構成される。また、前記回路は、記憶媒体に格納された命令を実行可能なプロセッサを備え、前記命令は、第１および第２時間インターバル中に前記複数のバッテリーセルの一つからなるバッテリーセル回路を開放させるように前記スイッチ回路に指示するステップと、前記複数のバッテリーセルの一つの端子を前記ＡＤＣに接続させるように前記スイッチ回路に指示するステップであって前記ＡＤＣが前記第１時間インターバル中に前記バッテリーセルの第１瞬時開回路電圧レベルを表す第１デジタル信号と前記第２時間インターバル中に前記バッテリーセルの第２瞬時開回路電圧レベルを表す第２デジタル信号とを提供するように構成されたステップと、前記第１デジタル信号を第１見積もり値に関連づけると共に前記第２デジタル信号を第２見積もり値に関連づけるステップと、前記第１見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第１相対状態に関連づけると共に前記第２見積もり値を前記バッテリーセルの充電レベルの第２相対状態に関連づけるステップと、充電レベルの前記第１相対状態と前記第２相対状態との差に応答して前記バッテリーセルの第１全容量レベルを計算するステップとをもたらす。
【００８７】
有利には、これら実施形態において、充電レベルの前記第１および第２相対状態は、一般のバッテリーではなく同一の特定のバッテリーセルに適合する。従って、一般的なテーブルと特定セルとの間の起こり得る分散(variance)によって持ち込まれる任意の誤差が回避される。更に、或る見積もり値が充電レベルの反復可能な相対状態を生じる限り、正しく較正された電圧読み取りは前記第１および第２見積もり値について不要である。これは、潜在的に、小さな電圧較正誤差の影響を低減させる。
【００８８】
もし、前記第１および第２時間インターバルが相対短時間インターバルであれば、前記第１および第２瞬時開回路電圧レベル（Ｖｏｃｔ）が、概して、関連する理論上の開回路電圧レベル（Ｖｃｐｔ）に決して厳密に近づかない。しかしながら、このようなＶｏｃｔレベルは、反復可能な見積もり値（Ｅｃｐｔ）を生成するために使用できる。従って、ＲＳＯＣ[Ｅｃｐｔ]テーブルが、外部から提供されるＲＳＯＣ[Ｖｃｐ]とは無関係に、構築され、使用され、そして更新される。
【００８９】
さらに、ＲＳＯＣが独立かつ確実に測定／推測できるときに（代表的には、任意の深い放電／再充電サイクルの後）、ＲＳＯＣ[Ｅｃｐ]テーブルは、また、更新されて新たなセル状態を反映し、従ってセル経時劣化をなくす(accounting for cell ageing)。
【００９０】
Ｅｃｐｔは、稼動すべきアルゴリズムについてＶｃｐｔとの直接的な関係を何ら有する必要がないにもかかわらず、Ｖｃｐｔについての推定器(estimator)が依然として有用である。その理由は、次のとおりである。
【００９１】
１．Ｖｃｐｔは、充電電流や温度などの変化に著しく鈍感である。充電中断中に測定されたＶｏｃｔは（例えば）充電電流の変化に極めて敏感である。（例えば）Ｅｃｐｔ＝Ｖｏｃｔ−（Ｃ０＋Ｃ１＊Ｉcharge，ここで、Ｃ０およびＣ１は定数であり、Ｉchargeは、充電中断の前の平均充電電流である）を使用することにより、我々は、充電電流に比較的鈍感な推定器を作成することができ、従って、一層広い範囲の動作状態において使用可能である。温度などについての他の修正(correction)は、他の独立変数からの影響を最小にして、単にＲＳＯＣｔに依存するＥｃｐｔを生成することを目標(goal)として付け加えることができる。
【００９２】
２．Ｖｏｃｔ測定が正確に較正される範囲で、且つ、Ｅｃｐｔが正確にＶｃｐｔをモデリングする範囲で、固定されたＶｃｐｔテーブルはＥｃｐｔと交互に使用できる。もし、固定されたＶｃｐｔテーブルの使用が（以下に述べるような）高信頼要因を生じれば、我々は、ＲＳＯＣｔの全てのコンポーネントにおいて高い信頼を有する。
それぞれが異なる修正要因を使用する、異なるＥｃｐｔ見積もりおよびテーブルが存在してもよい。そして、最も高い信頼性要因を生じるＥｃｐｔ値が使用されてもよい。
【００９３】
本明細書で用いられた用語および表現は、説明の用語として使用され、本発明を限定するものではなく、そして、このような用語および表現を使用することにおいて、図示され説明された特徴の任意の均等物を排除することを意図するものではなく、そして、本請求項の範囲内で種々の修正が可能であることが理解される。また、他の修正、変形、および代替が可能である。従って、本請求項は、全てのこのような均等物に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】ガスゲージを備えた電子装置のブロック図である。
【図２】図１のガスゲージの実施形態に係るブロック図である。
【図３】図１のバッテリーセルの等価回路図である。
【図４】サイクルにおける種々のセル経時についての充電の相対的状態と電圧との関係を示すプロット図である。
【図５】図１のセルについての複数の開回路時間インターバル中の過剰時間と電圧との関係を示すプロット図である。
【図６】一実施形態に係る動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１００  電子装置
１０２  バッテリーパック
１０４  ＤＣ電源
１１０  電源ブロック
１１２  システム
１２６ユーザーインターフェイス
【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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【外国語明細書】
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