【手続補正書】
【提出日】平成19年2月9日(2007.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
充電式バッテリ(rechargeable battery)、とりわけリチウムイオン電池(lithium ion battery)は、消耗したバッテリに対するストレスを避けるために、著しく放電した状態(deeply discharged status)から予備充電(precharge)（回復充電(recovery charge)）を行う必要がある。充電式バッテリが著しく放電して、そのセル電圧が不足電圧閾値ＶＵＶよりも低くなると、大きな充電電流を用いて直接的に充電することはできない。その代わり、予備充電モード(pre-charge mode)が必要とされる。予備充電モードでは、バッテリ電圧が電圧ＶＵＶを超えるまで、小さな充電電流が使用され、それから、通常モードで充電することが可能となり、即ち、大きな充電電流によって充電される。そこで、予備充電モードは、トリクル充電(trickle charge)またはウェークアップ充電(wake-up charge)とも呼ばれる。リチウムイオン電池については、不足電圧閾値ＶＵＶは１セルにつき約２．４Ｖ〜３．０Ｖであり、バッテリのタイプと製造業者に依存する。予備充電電流は約１０ｍＡ〜１００ｍＡである。しかしながら、標準の充電電流は、数百ミリアンペアから１アンペアであり、バッテリ容量に依存する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図１Ａは、リチウムイオン充電式バッテリについてのプロファイル５０を表す。バッテリ電圧がＶＵＶよりも高ければ、バッテリは一定電流（ＣＣ：constant current）充電モードに入り、そして大きな一定電流がバッテリを充電するために使用される（バッテリ電圧もまたバッテリ容量の増加に伴って増加する）。バッテリ電圧が、過電圧閾値を表すＶＯＶ（リチウムイオン電池の場合、通常はおよそ４．２Ｖ）にまで上がると、バッテリは、一定電圧（ＣＶ：constant voltage）充電モードに入る。このモードでは、充電器はＶＯＶで電圧を維持する。充電電流が、所定の最小値、例えば５０ｍＡにまで減少すると、充電動作(charging procedure)が停止される。ＣＶ充電モードの間、充電器は電圧をＶＯＶに正確に（＋／−．００５Ｖの範囲内で）調整(regulate)し、そうでなければ、充電電流は、バッテリ容量の増加に伴って徐々に減少しないであろう。もし、例えば充電出力がＶＯＶよりも大きければバッテリの過充電が発生し、そのことは、リチウムイオン電池に関する安全性の問題(safety issue)を提起する。
【手続補正３】
【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】
図１Ｂに、予備充電を実施するための従来回路１０を示す。抵抗１４と直列に接続された予備充電(precharge)ＭＯＳＦＥＴ １２は予備充電のために使用される。予備充電時には、充電ＦＥＴ １６がオフになり、且つ予備充電ＦＥＴ １２がオンになる。従って、予備充電電流は、充電器入力電圧ＶＰＡＣＫ＋と全セル電圧Ｖｃｅｌｌとの電圧差（ＶＰＡＣＫ＋）−Ｖｃｅｌｌを直列抵抗１４ Ｒｐｒｅで除算することにより決定される。ＡＣアダプタが存在し、ＶＰＡＣＫ＋がセル電圧Ｖｃｅｌｌよりも高ければ、充電または予備充電は各セルの初期電圧に基づいて開始する。もし何れかのセルにおける電圧が閾値ＶＵＶよりも低ければ、バッテリパックは予備充電モードになるであろう。そうでなければ、通常の充電が行われるであろう。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本分野における当業者であれば、図１Ｂの回路１０が、バッテリモニタＩＣ ２０を備え、そのバッテリモニタＩＣ ２０は、バッテリパック２２のセル（セル１、セル２・・・セル４）のそれぞれに関する電圧および電流状態をモニタするための回路を備えることが理解される。このような回路は、各セル電圧をサンプリングするためのスイッチング回路網２４を備えてもよい。予備充電ＭＯＳＦＥＴ １２の動作を制御するために、従来回路１０は比較器２６を備え、この比較器２６は、一定の基準電圧と各セルの電圧とをスイッチ３０を介して比較する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかしながら、図１Ｂに示された接続形態の一つの難点は、余分なパワーＭＯＳＦＥＴ（即ち、ＭＯＳＦＥＴ １２）と抵抗１４を必要とすることであり、それらは高価であると共にＰＣＢ面積を増やす。加えて、この接続形態では、セル電圧が低くなると、大きな予備充電電流を招く。また、予備充電電流は、セル電圧の増加に伴って減少し、それは、予備充電を完了するための時間を一層ながくする。
さらに、抵抗１４の値が固定されているので、最大および最小予備充電電流も固定され、そして別のバッテリパックに適合するように調節できない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
放電ＦＥＴのボディダイオードにおけるＤＣ電流は、次の式で表される。
Ｉｐｃｈ＝Ａ２＊ＩＳ２＊（ｅｘｐ（Ｖｄ２／Ｖｔ）−１）
ここで、Ａ２はボディダイオードの接合面積であり、ＩＳ２はボディダイオードの単位逆飽和電流であり、Ｖｄ２＝（ＶＰＡＣＫ＋）−Ｖｃは放電ＦＥＴのボディダイオードでの電圧降下である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
トリクル充電が必要なときには、スイッチＫ１及びＫ２はノード２に接続されてもよい。この場合における増幅器５０８に対する入力は、Ｒｓｅｎｓ（＋）の両端子間の電圧およびＲ１での電圧降下分である（Ｉｒｅｆ１ ５１２によって発生される）。増幅器５０８の利得は、抵抗Ｒ１でのＩｒｅｆ１による電圧降下がセンス抵抗Ｒｓｅｎｓでのトリクル充電電流Ｉｐｃｈによる電圧降下に概ね等しくなるように、大きな値（例えば＞８０ｄＢ）に選択される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
この実施形態は、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）６１４、コントローラ６１２、およびデジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ）６１６から構成される。センス抵抗Ｒｓｅｎｓ ６１８で検出された電流はＡＤＣ ６１４に入力される。次に、ＡＤＣは、検出された電流を示すデジタル信号を発生し、そしてそれらの信号をコントローラ６１２に出力する。動作において、抵抗Ｒｓｅｎｓ ６１８を通る電流が所定の閾値よりも小さければ、コントローラ６１２は、ＤＡＣ ６１６にデータを出力して、対応するＦＥＴ駆動電圧を増加させる。そうでなければ、コントローラ６１２は、ＤＡＣ ６１６にデータを出力して、検出された電流と所定の電流との差分が概ね等しくなるまでＦＥＴ駆動電圧を減少させる。この実施形態のこれらの動作特性は以下で更に詳細に説明される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
この実施形態では、コントローラ６１２は、所望のトリクル放電電流値Ｉｔｄを表す１又は２以上のデータビットを発生することができる。そのために、コントローラ６１２は、連続的及び／又は繰り返しの動作を実施して、Ｒｓｅｎｓ ６１８によって検出される実際の電流に基づいて所望のトリクル放電電流を達成することができる。例えば、もし所望のトリクル放電電流がＩｔｄに設定されると、コントローラ６１２は、逐次近似抵抗(successive approximation register; ＳＡＲ)法を実施して、適切なデータビットを生成することができる。ＳＡＲ法は、初期状態でＤＡＣのＭＳＢ(most significant bit)をハイに設定するステップと、それからＲｓｅｎｓ ６１２を流れる電流を測定するステップとから成る。もし、センス抵抗６１８（Ｉｓｅｎ）を流れる電流がＩｔｄよりも大きければ、コントローラ６１２は、ＤＡＣのＭＳＢをロウに設定し、そうでなければ、コントローラ６１２はＤＡＣのＭＳＢをハイに維持する。そして、コントローラ６１２は、第２ＭＳＢビットをハイに設定し、それからＲｓｅｎｓを流れる電流を測定する。もし、Ｉｔｄ＜Ｉｓｅｎであれば、第２のＭＳＢビットはロウに設定され、そうでなければ、このビットはハイである。この逐次近似は、ＤＡＣのＬＳＢが設定されるまで続けられる。従って、実行命令は、メモリ（図示なし）に格納され、そしてコントローラ６１２は、これらの命令をアクセスして、例えばＳＡＲ法などの動作を実施してもよい。もし、Ｉｔｄが所定のバッテリパックについて固定されていれば、メモリに格納された命令もまた固定される。いつでもトリクル放電が必要とされるときには、コントローラ６１２は、ＤＡＣを制御して所望のトリクル放電を発生し、そして、バッテリパックは、Ｉｔｄを外部の負荷に供給することができる。適切なトリクル放電電流を発生する制御コードはメモリに保持され、そして、その後のトリクル放電動作のためにコントローラ６１２によってアクセスされる。もし、トリクル放電電流の調節が必要であれば、本明細書で述べられる制御ループが使用されて、適宜、Ｉｔｄを増加または減少させる。トリクル放電モード期間中、充電ドライバ６０８は機能有効または機能無効とされ得る。その違いは、トリクル放電電流が、それぞれ充電ＦＥＴまたはそのボディダイオードを通じて流れることである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
有利には、本明細書の幾多の実施形態に述べられているように、トリクル予備充電電流制御は、トリクル予備充電回路がセル電圧に基づいてトリクル充電電流を発生可能なＣＶ時間期間中に利用可能である。このようにして、ＣＶ充電電流のテーパー(taper)は、充電器調節電圧ＶＯＶに依存する必要がない。従って、有利には、本開示は、高価で精度の良い電圧調整充電器に対する必要性を取り除く幾多の実施形態を提供する。確かに、リチウムイオン電池を充電するために簡単なＡＣアダプタを使用することができる。なぜなら、ＣＶ充電期間では、充電器でさえ一定電圧をＶＯＶに維持することはできないが、充電電流は予めプログラムされたトリクル電流値に制限され、それはセル電圧に基づき決定されるからである。従って、過充電(over charging)は起こらないであろう。この充電電流制限は、（この電流制限を、所望のＶＯＶについて実際に観測された電流よりもわずかに大きな電流制限に設定することにより）二次的な過電圧保護として、及び／又は、（正確な所望のＶＯＶが得られるまで、充電電流を調整することにより）一次的な過電圧保護として使用することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
図８は、図７の過電圧過渡コントローラ７０２と一致する過電圧過渡コントローラ７０２ａの一実施形態を図示する。この過電圧過渡コントローラ７０２ａは、比較器８０２、デジタルラッチ８０８、コントローラ８０６、ＤＡＣ ８０４、および分圧器８１２を備える。分圧器８１２は、抵抗Ｒ１およびＲ２を備え、ＶＰＡＣＫ＋に現れる電圧レベルを低い電圧レベルに比例的に縮小する。そして、分圧器８１２は、縮小された電圧レベルを比較器８０２の反転入力端子に供給する。比較器８０２は、縮小されたＶＰＡＣＫ＋の電圧レベルを、ＤＡＣ ８０４により供給される基準電圧と比較し、そして比較結果に応じた状態を有する信号ＣＨＧ＿ＰＥＲＭＩＴを出力する。この信号は、上記縮小された電圧が上記基準電圧よりも小さいときにはデジタル１であり、上記縮小された電圧が上記基準信号よりも大きいか等しいときには、デジタル０であってもよく、これにより、過電圧過渡状態を示す。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
比較器８０２は、マイクロ秒の時間で必要な比較を行うことができ、従ってデジタル０の出力信号を迅速に供給して、バッテリパックのセルを過電圧過渡状態から保護する。デジタルラッチ８０８は、コントローラ８０６への出力信号のためにデジタル０のＣＨＧ＿ＰＥＲＭＩＴ信号をラッチし、そしてコントローラ８０６によってリセットされる。従って、短い時間インターバルで過電圧過渡状態が発生しても、コントローラ８０６は、それが発生したことを依然として検出することができる。コントローラ８０６によって命令されるＤＡＣ８０４は、基準電圧を比較器８０２の非反転端子に供給してもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
一実施形態において、ＤＡＣ ８０４は、高分解能のＤＡＣであってもよく、低線形性を有してもよく、較正されなくてもよく、且つ比較的遅くてもよい。本明細書で使用されるように、“高分解能のＤＡＣ”は、少なくとも１０ビットの分解能を有するＤＡＣを意味する。ＤＡＣ ８０４の出力は、それが、比較器８０２の反転入力端子に入力される縮小された電圧入力を超えるまで増加されてもよく、この比較器８０２は、ＣＨＧ＿ＰＥＲＭＩＴ信号をデジタル０にすると共に、このような信号をデジタルラッチ８０８にラッチさせる。１１ビットの高分解能のＤＡＣについては、この過程(process)は、０から始めて１ずつ増加し、２０４８までのテストを必要とする。このテスト過程は、既知の関連電圧の小さな範囲のみにわたるステッピング(stepping)を備える任意の種々の方法により、または前述したＳＡＲ技法により促進されてもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
合算回路(summation circuit)９０４は、低分解能のＤＡＣ ９０２から小さなオフセット電圧信号を入力すると共に、コントローラ８０６から複数の基準信号のうちの一つを入力し、そして、低分解能のＤＡＣ ９０２からのオフセット電圧と基準信号との和に等しい信号を比較器８０２の非反転入力に供給する。従って、低分解能のＤＡＣは、選択された基準信号を整形(trim)してもよい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
過電圧過渡コントローラ７０２ｃは、ロウパスフィルタ１００４、減算回路１００６、コントローラ８０６、およびＤＡＣ １００２を備える。一定電圧充電モードでは、平均ＶＰＡＣＫ＋電圧は、バッテリパックにおける他の精度のよいＡＤＣから正確に知ることができる。さらに、平均ＶＰＡＣＫ＋電圧はゆっくり変化する。従って、ロウパスフィルタ１００４は、分圧器８１２からのＶＰＡＣＫ＋の縮小バージョンから、フィルタされた平均ＶＰＡＣＫ＋電圧レベルを駆動する。そして、減算回路１００６は、元(raw)の縮小されたＶＰＡＣＫ＋を、上記フィルタされた平均縮小ＶＰＡＣＫ＋電圧から減算して、比較器８０２の反転入力端子にテスト電圧を生じる。このテスト電圧は、電圧レベルの大きさとは対照的に、一般に電圧レベルにおける上方移動(upward movement)方向に敏感である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2005278396.tif 000003
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2005278396.tif 000004
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2005278396.tif 000005