(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１−ａ）少なくとも１つの再充電可能な電池セルならびに
（１−ｂ）（ｉ）保護回路のしきい電圧に係る第一充電電圧パラメータおよび（ii）充電終了電圧(end-of-charge voltage)に係る第二充電電圧パラメータを表す電池情報を少なくとも記憶する情報手段を有する電池と、
（２−ａ）記憶された電池情報を読み出し、または検出する情報受け取り手段、
（２−ｂ）前記電池に充電電圧を供給する電源、
（２−ｃ）前記充電電圧を測定する手段ならびに
（２−ｄ）測定された充電電圧に基づき、充電プロセスの少なくとも一部の期間、第一充電電圧パラメータより低くかつ前記充電終了電圧より高い充電電圧で前記電池へ充電するよう前記電源を制御する制御部を有する充電器
とからなる電池充電システム。
【請求項２】
第一および第二充電電圧パラメータが、予め設定された電圧レベルをそれぞれ表す請求項１による電池充電システム。
【請求項３】
第一充電電圧パラメータが、第二充電電圧パラメータで表されたものより高いレベルを表す請求項１または２による電池充電システム。
【請求項４】
システムがさらに、通信バスを有し、
情報受け取り手段が、前記通信バスを経由して記憶された電池情報を受け取る請求項１から３のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項５】
第二充電電圧パラメータが、予め設定された充電終了電圧に実質的に等しい第二の電圧レベルを表す請求項１から４のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項６】
充電器が、第一の電圧制御モードで、少なくとも充電プロセスの一部で制御されるよう構成され、
前記第一の電圧制御モードは、測定された充電電圧を第一充電電圧パラメータで表わされた第一電圧レベルに、またはそれ以下に実質的に維持する請求項１から５のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項７】
充電電圧を測定する前記手段は、充電電流が電池に供給されるときの外部電池端子電圧を表す外部充電電圧を測定し、
第一充電電圧パラメータが、予め設定された最大外部充電電圧に実質的に等しいかまたは充電終了電圧に電池端子の抵抗、充電電流検出用抵抗および電池セルの内部抵抗による電圧降下分を加算して得られる外部安全電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表す請求項６による電池充電システム。
【請求項８】
充電電圧を測定する前記手段は、充電電流が電池に供給されるときの電池セル電圧を表す内部充電セル電圧を測定し、
第一充電電圧パラメータが、予め設定された最大内部充電電圧に実質的に等しいかまたは充電終了電圧に前記電池セルの抵抗による電圧降下分を加算して得られる内部安全電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表す請求項６による電池充電システム。
【請求項９】
電池が、保護回路に印加される電圧が予め設定されたしきい電圧に到達するときに充電を中断させる保護回路をさらに備え、
充電電圧を測定する前記手段は、充電電流が電池に供給されるとき前記電池セルに印加される全電圧でありかつ保護回路に到達する電圧を表す全電池電圧を充電電圧として測定し、
第一充電電圧パラメータが、予め設定された最大保護回路充電電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表す請求項６による電池充電システム。
【請求項１０】
充電器が、第二電圧制御モードで、少なくとも充電プロセスの一部で制御されるよう構成され、測定された充電電圧を、第二充電電圧パラメータによって表された第二電圧レベルに、またはそれ以下に実質的に維持する請求項１から９のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項１１】
充電器が、充電プロセスの第一の部分で、第一の電圧制御モードによる電池の充電に続いて充電プロセスの第二の部分で、第二の電圧制御モードによる電池の充電を行うよう構成されてなる請求項１０による電池充電システム。
【請求項１２】
充電器が、充電電流をオフするスイッチ手段をさらに備え、充電プロセス中に前記スイッチ手段により充電電流を一時的にオフした状態で電池の端子電圧を測定することにより実質的に内部抵抗を無視した電池電圧を決定し、かつ、第二電圧制御モードを制御するよう構成され、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池電圧を充電終了電圧か、またはそれ以下に実質的に維持してなる請求項１０または１１による電池充電システム。
【請求項１３】
充電器が、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池電圧が充電終了電圧に到達するときに第一電圧制御モードでの充電を終了するよう構成されてなる請求項１２による電池充電システム。
【請求項１４】
電池情報を記憶する情報手段が、１つ以上の抵抗器からなる請求項１から１３のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項１５】
電池情報を記憶する情報手段が、１つ以上の電子メモリからなり、これまたはこれらが、不揮発性ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択される請求項１から１３のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項１６】
電池情報が、電子メモリに予め記憶された請求項１５による電池充電システム。
【請求項１７】
電池情報が、さらに、最大充電電流パラメータおよび／または充電終了電流パラメータを表す請求項１から１６のいずれか一つによる電池充電システム。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一つによる電池充電システムで使用される電池。
【請求項１９】
少なくとも１つの再充電可能な電池セルと、
保護回路のしきい電圧に係る第一充電電圧パラメータと充電終了電圧(end-of-charge voltage)に係る第二の充電電圧パラメータとを少なくとも表わす電池情報を記憶する情報手段とを備え、
前記電池情報が、対応する充電器の情報受け取り手段によって読み出しまたは検出が可能な形式を有する電池。
【請求項２０】
第一および第二充電電圧パラメータが、予め設定された電圧レベルをそれぞれ表す請求項１９による電池。
【請求項２１】
第一充電電圧パラメータが、第二充電電圧パラメータで表されるものより高い電圧レベルを表す請求項１９または２０による電池。
【請求項２２】
第二充電電圧パラメータが、予め設定された充電終了電圧に実質的に等しい第二電圧レベルを表す請求項１９から２１のいずれか一つによる電池。
【請求項２３】
第一充電電圧パラメータが、予め設定された最大外部充電電圧に実質的に等しいか、充電終了電圧に電池端子の抵抗、充電電流検出用抵抗および電池セルの内部抵抗による電圧降下分を加算して得られる外部安全電圧に実質的に等しいか、予め設定された最大内部充電電圧に実質的に等しいか、または充電終了電圧に前記電池セルの抵抗による電圧降下分を加算して得られる内部安全電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表す請求項１９から２２のいずれか一つによる電池。
【請求項２４】
電池が、保護回路に印加される電圧が予め設定されたしきい電圧に到達するときに、充電を中断する保護回路と電池に印加されて保護回路に到達する電圧の情報を出力する電圧検出回路とをさらに備え、第一充電電圧パラメータが、予め設定された最大保護回路充電電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表す請求項１９から２３のいずれか一つによる電池。
【請求項２５】
電池情報を記憶する情報手段が、１つ以上のレジスタからなる請求項１９から２４のいずれか一つによる電池。
【請求項２６】
電池情報を記憶する情報手段が１つ以上の電子メモリからなり、不揮発性ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択される請求項１９から２５のいずれか一つによる電池。
【請求項２７】
電池情報が、電子メモリに予め記憶されてなる請求項２６による電池。
【請求項２８】
電池情報が、さらに最大充電電流パラメータおよび／または充電終了パラメータを表す請求項１９から２７のいずれか一つによる電池。
【請求項２９】
電池情報が、さらに第三の充電電圧パラメータを表し、前記第三充電電圧パラメータが、好ましくは、第一充電電圧パラメータで表されるものよりも高い電圧レベルを表す請求項１９から２８のいずれか一つによる電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、再充電可能電池に充電する方法と装置に関する。詳しくは、本発明は電池の電圧制御充電法に関する。本発明には、電池の電圧が保護回路のしきい電圧に到達した場合にその再充電可能電池の充電を中断する電池保護回路に接続されている電池、および保護回路がない電池が含まれている。
【０００２】
一般に、再充電可能な電池、すなわち二次電池、例えばＮｉＣｄ（ニッケル−カドミウム）電池またはＮｉＭＨ（ニッケル金属水素化物）電池に充電する場合、これらの電池には、比較的高い一定の充電電流を、特定の事象が起こるまで電池に加えるという迅速充電法があることが知られている。この事象は、電池の温度の急上昇または電池の端子電圧の低下である。
【０００３】
しかし、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池およびリチウム固体電池（lithium solid state battery ）を含むリチウム型電池などの再充電可能電池を充電する場合には、十分に充電された状態に対して特定の事象は全く認められない。一般に、この種の電池は、まず第一に、電池の検出電圧が予め定められた完全充電電圧または充電終了電圧（end-of-charge voltage ）に到達するまで、一定電流で充電される。続いて、第二の充電ステップにおいて、電圧をその充電終了電圧に維持すると、充電電流は低下して、電池が充分に充電されていることを示すべく予め定められた小さな電流値に到達する。
【０００４】
米国特許第５，６３７，９８１号では、再充電可能電池、すなわち二次電池が、理想電池と内部抵抗体で構成され、そして前記第二充電ステップで充電するのに使用する一定電圧の回路も理想一定電圧回路と内部抵抗体で構成されているものが考察されている。この場合、充電電流は理想電池の内部抵抗体の両端で電圧効果を起こすので、その結果、理想電池に印加される充電電圧は一定電圧充電モードで低下して充電時間が長くなる。
【０００５】
したがって、充電時間をより短くするには、内部抵抗体の両端の電圧低下を考慮して、充電終了電圧または完全充電電圧より高い高充電電圧で充電する必要がある。しかし、再充電可能電池が、充電電圧が予め定められたしきい電圧より高くなったときに充電を停止する内蔵保護回路を備えている場合、この保護回路は、通常、かような高い充電電圧で充電している充電プロセスを停止させる。
【０００６】
この問題の一つの解決策が米国特許第５，６３７，９８１号に提案されている。この場合、充電器が、特定の電池パック（battery pack）に適合させて作製され、保護回路の保護動作を停止することができるので高い充電電圧が可能になる。類似の解決策が米国特許第５，６５４，６２２号に提案されている。この場合、充電器は、保護回路を、高いしきい電圧に対してプログラムすることができるので、充電プロセスの少なくとも一部の期間、高い充電電圧が可能になる。
【０００７】
上記充電プロセスの共通の欠点は、保護回路に対する妨害であり、それによって保護回路の作動を変化させたり抑止したりする。この欠点によって保護回路の間違ったプログラミングがなされて電池の過充電が起こり、電池が破壊しまたは劣化する。
【０００８】
したがって、電池が、充電プロセスの少なくとも一部の期間、充電終了電圧より高い充電電圧で充電されて迅速充電が可能であるが、充電プロセスは、予めプログラムされた保護回路が作動するのを避けるよう制御される、充電プロセスを行える電池を充電する方法と装置が要望されている。
【０００９】
本発明は、保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したときに充電プロセスを中断する保護回路に接続された再充電可能電池、すなわち二次電池の充電方法を提供するものである。本発明の方法によれば、保護回路によって感知される電圧がしきい値より低い値を維持し、その結果、充電プロセスが保護回路によって中断されることなく、高い充電速度が可能になるように最適な方法で充電プロセスを制御することができる。
【００１０】
本発明によれば、上記のことは以下の方法で達成される。
すなわち、予め定められた充電終了電圧を有し、かつ電池端子を備えた再充電可能電池、
保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したとき、再充電可能電池の充電を中断するよう構成された保護回路、および
該電池を充電するよう構成された電池充電器、
からなるシステムを使用し、
(a) 該電池の端子に充電電流を供給し、
(b) 充電プロセスの少なくとも一部の期間、保護回路に印加する電圧を、充電終了電圧を超えかつ保護回路のしきい電圧より低く維持するように該電池と充電して、前記保護回路によって充電が中断されるのを避けることからなる再充電可能電池を充電する方法で達成される。再充電可能電池は保護回路を備えていることが好ましい。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様によれば、充電電流が電池に供給されているときの電池の端子電圧に相当する充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定し、そして、電池が、前記の決定された充電電圧に基づいた充電電圧制御モードで、ステップ（ｂ）の少なくとも一部の期間に充電される。
【００１２】
したがって、本発明の第一の好ましい実施態様によって、以下の方法が提供される。すなわち、
予め定められた充電終了電圧を有し、電池端子、および保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したときに再充電可能電池の充電を中断する保護回路を備えた再充電可能電池を充電する方法であって；
充電電流を該電池に供給し、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に、充電電流が電池に供給されているときの電池の端子電圧に相当する充電電圧を測定し、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された上記充電電圧に基づいて、充電電圧制御モードで電池を充電して、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧より高く、かつ、保護回路のしきい電圧より低く維持し、前記保護回路が充電を中断するのを避けることからなる方法が提供される。
【００１３】
前記の電池の端子電圧は、充電電流が中断されずに供給されている期間に測定されることが好ましい。
【００１４】
前記充電電流は、電力源または電力供給装置から供給できる。充電電圧制御モードで電池を充電する場合、充電電圧の測定値が、第一保護電圧と呼ばれている予め定められたレベルもしくは値を超えないように、電源の出力を制御することが好ましい。
【００１５】
充電電圧は、電池の端子電圧として測定することが好ましい。しかし、充電電圧は、他の方法でも測定することができる。このとき、充電電圧の測定値が電池の端子電圧に一致して、電池の端子電圧の変化が充電電圧の変化に一致することが重要である。
【００１６】
充電電圧を、電池の端子電圧として測定する場合、充電電圧は、次のような部分に分けることができる。つまり、充電電流が加えられていないときの電池電圧に等しい電池電圧の部分、すなわち、開路電池電圧、すなわち内部抵抗を無視した電池の電圧（internal resistance free battery voltage）と、電池の端子電圧を測定するときに存在する他のすべての電圧降下として以下に定義される端子電圧の部分とに分けることができる。したがって、前記端子電圧の部分は、電池の内部抵抗の両端の電圧降下、保護回路の抵抗によって起こる電圧降下および／または電池内の他の電子部品もしくは回路、例えば電池内に配置されているガスゲージ回路（gas gauge circuitry ）もしくは保護ダイオードによって起こる電圧降下を含む。さらに、前記端子電圧の部分は、電池端子の抵抗の両端の電圧降下と呼ばれているものを含み、この電圧降下は、電池の端子または接点の両端での電圧降下、電池を充電する充電器の端子または接点の両端の電圧降下および／または一つ以上の電流検出抵抗体を含む充電器の内部抵抗による電圧降下を含んでいる。
【００１７】
上記端子電圧の部分は、電池に供給される充電電流の関数であると解すべきである。したがって、高電流の場合、端子電圧の部分は、電池電圧の部分と比べて高い値が得られる。一方、低電流の場合、端子電圧はかなり低い値になる。このことについては、好ましい実施態様を考察する際に、より詳しく述べる。
【００１８】
先に考察したように、充電終了電圧および所定のしきい電圧を有する保護回路をもっている種類の電池、例えばリチウム型、すなわちリチウムイオン型の電池を充電するとき、電池電圧は、充電プロセスの第一期間の間、充電電圧の測定値が充電終了電圧に到達するまで上昇する。充電のこの時点で、充電電流は、充電終了電流に比べて、まだかなり高い値を有している。したがって端子電圧の部分が高い値になり、その結果、電池電圧の部分は、充電終了電圧より低くなる。電池電圧の部分がまだ充電終了電圧に到達していない場合は、充電電圧を充電終了電圧を超えて上昇させることにより、迅速な充電プロセスを行うことができる。
【００１９】
したがって、充電電圧は、第一保護電圧まで上昇させることができるが、その第一保護電圧は、本発明によれば、保護回路に印加される電圧をしきい電圧より低く維持する。しかし、充電終了電圧より高く維持するように決定しなければならない。この場合、第一保護電圧として、いく種類もの値を選ぶことができるが、保護回路の電圧が、しきい電圧に近くなればなるほど、充電プロセスは一層迅速に進行する。
【００２０】
第一保護電圧の値を決定する一方法は、一定の極大充電電流で試験充電を行い、次いで保護回路が充電プロセスを中断するまで、充電終了電圧を超えて、充電電圧を上昇させる方法である。この時点で、しきい充電電圧が確認され、次に、第一保護電圧を上記しきい充電電圧より少し低い値に設定して、保護回路の電圧をしきい電圧より低く維持し、かつ各種保護回路のしきい電圧の変化を考慮することができる。
【００２１】
充電プロセスを実施して、充電電圧をかような予め定められた第一保護電圧に到達させたとき、さらに充電を行うと、充電電圧の電池電圧の部分が上昇し、続いて充電電流が低下し、その結果、端子電圧の部分が低下する。充電電流が低下すると、電池充電器から保護回路への電圧降下も低下する。したがって、このことは第一保護電圧の値を決定するときに考慮して、第一保護電圧を、上記しきい充電電圧に比べてさらに低くすべきである。
【００２２】
また、第一保護電圧は、関連する充電電流に対する電池電圧の部分の測定値と比べて端子電圧の部分の電圧降下の異なる部分の計算値および／または測定値からも決定することができる。
【００２３】
したがって、第一保護電圧は、しきい電圧、電池の内部抵抗、保護回路の内部抵抗、電池端子の抵抗、充電器端子の抵抗および／または一つ以上の電流検出抵抗体の充電電流によって起こる電圧降下の関数として決定することができる。
【００２４】
充電電圧が高くなるように電池を充電する好ましい方法は、電池を、定電圧充電モードで充電して、充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に第一保護電圧に実質的に維持する方法である。したがって、第一保護電圧は、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧より高くかつ保護回路のしきい電圧より低く維持して、前記保護回路による充電の中断を避けるように決定しなければならない。
【００２５】
本発明の実施態様によれば、電池を充電するシステムは、保護回路における電圧レベルを測定する手段を備えていてもよい。したがって、本発明の方法はさらに、以下のステップを含んでいてもよい。すなわち、
充電電流が電池に供給されているときの保護回路電圧に相当する保護回路充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定し、
前記保護回路の充電電圧の測定値に基づいて保護回路電圧制御モードで、ステップ（ｂ）の少なくとも一部の期間に電池を充電する、
ステップをさらに含んでいてもよい。
【００２６】
したがって、電池が、保護回路の電圧レベルを測定する手段を備えている場合、本発明の第一の好ましい実施態様の方法は以下のステップを含んでいてもよい。すなわち、
充電電流が電池に供給されているときの保護回路電圧に相当する保護回路充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定し、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された保護回路充電電圧に基づいて、保護回路電圧制御モデルで電池を充電して、保護回路に印加される電圧を充電終了電圧を超えかつ保護回路のしきい電圧より低く維持し、前記保護回路が充電を中断するのを避ける、
ステップを含んでいてもよい。保護回路の充電電圧は、充電電流が中断されずに供給されている期間に測定することが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、保護回路電圧制御モードは、電池を、一定保護回路電圧モードで充電して、測定された保護回路電圧の測定値を、第二保護電圧に実質的に維持する工程を含んでいることが好ましく、そして第二保護電圧とは、充電終了電圧より高い値を有し、かつ第二保護電圧で充電されるときの保護回路に印加される電圧をしきい電圧より低くして、前記保護回路によって充電が中断されるのを避けるように決定される電圧である。
【００２８】
保護回路の充電電圧は、保護回路の電圧として直接測定されることが好ましい。しかし、保護回路の充電電圧は、他の方法でも測定できる。この場合、保護回路に印加される電圧の変化が、保護回路の充電電圧の測定値の変化に一致するように、測定される保護回路の充電電圧が保護回路に印加される電圧に一致することが重要である。
【００２９】
保護回路の電圧が実質的に直接、測定される場合、第二保護電圧は、好ましくは、保護回路のしきい値に近い値に設定すべきである。しかし、各種の保護回路のしきい電圧の変動および保護回路電圧を測定する際の不正確さを見込んで余裕を設けることができる。したがって、第二保護電圧は、しきい電圧およびしきい電圧の変動の関数として測定することができる。さらに第二保護電圧は、保護回路の内部抵抗の関数としても測定できる。第二保護電圧の下限は、電池の内部抵抗の充電電流によって起きる電圧降下の関数として測定できる。
【００３０】
本発明の第一の側面によって充電を行う場合、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定することが好ましく、前記抵抗を無視した電圧は、充電電流の供給が中断されているか、少ない期間に測定することが好ましい。本発明の一実施態様で、電池は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで、充電電圧制御モードまたは一定充電電圧モデルで充電される。
【００３１】
電池が保護ダイオードを備えている場合、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を測定するとき、ダイオードを流れる小電流が必要である。この場合、測定される電圧は、電池電圧と、ダイオード両端間の電圧降下の合計である。したがって、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧の測定値を、充電終了電圧と比較する場合、かようなダイオードが電池内に挿入されているときに、電圧測定値は、保護ダイオード両端間の電圧降下について修正しなければならないと解すべきである。
【００３２】
好ましい実施態様では、第二保護電圧がしきい電圧に近い値に設定され、一方、第一保護電圧が全保護充電電圧として選択される。したがって、端子の抵抗が、高電流で充電中に高い電圧降下を起こすような比較的高い値である場合、充電プロセスの一部の期間で、充電電圧が第一保護電圧を超えないように、充電電圧制御モードが行われる。この充電電圧制御モードは、充電電流と端子電圧降下が、保護回路電圧が第二保護電圧まで上昇するほど大きく降下するまで続ける。この段階で、充電プロセスは保護回路電圧制御モードで進行して、保護回路電圧が第二保護回路電圧を超えないように制御される。ここで、保護回路電圧制御モードは、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで続ける。
【００３３】
本発明の第二の側面によって、下記の再充電可能電池の充電方法が提供される。すなわち、予め定められた充電終了電圧を有し、電池端子および保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したとき再充電可能電池の充電を中断する保護回路を備えた再充電可能電池の充電方法であって、
充電電流を電池に供給し、
充電電流が電池に供給されているときの保護回路電圧に相当する保護回路充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定し、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された保護回路の充電電圧に基づいて保護回路電圧制御モードで充電して、保護回路に印加される電圧を充電終了電圧より高く、かつ保護回路のしきい電圧より低く維持し、前記保護回路によって充電が中断されるのを避けることからなる方法が提供される。
【００３４】
本発明のこの第二の側面の方法は、本発明の第一の側面の上記ステップ、すなちわ電池を保護回路電圧モードで充電するステップと類似していると解すべきである。しかし、本発明のこの第二の側面では、充電電圧制御モードまたは一定充電電圧モードで電池を充電するステップは省略することができる。
【００３５】
保護回路電圧制御モードは、一定保護回路電圧モードで電池を充電して、保護回路電圧の測定値を実質的に下記第二保護電圧に維持することがやはり好ましく、その第二保護電圧は、充電終了電圧を超える値の電圧であり、第二保護電圧で充電するときに保護回路に印加される電圧がしきい電圧より低いので、前記保護回路が充電を中断するのを避けられるように決定されている電圧である。
【００３６】
本発明の第二の側面の好ましい実施態様では、第二保護電圧はしきい電圧に近い値に設定することができる。
【００３７】
また、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧は、上記のように充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定することが好ましい。この場合、電池は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで保護回路電圧制御モードで充電することが一層好ましい。
【００３８】
少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで、上記充電プロセスのいずれかを続ける場合、その充電プロセスは、抵抗を無視した電圧制御モードで電池を充電して、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を、実質的に電池の充電終了電圧に維持するステップをさらに含んでいる。この場合、抵抗を無視した電圧制御モードでの充電は、この充電電流が定められた低い充電終了電流まで低下したときに終了することが好ましい。充電電流が、このような低い充電終了電流まで低下したとき、電池はほとんど完全に充電された状態まで充電されているはずであるから、さらに充電しても電池に容量を追加することにはならない。
【００３９】
本発明の第一と第二の側面の実施態様のいずれかによる方法で電池を充電する場合、まず第一に、充電電圧が第一保護電圧に到達するまで、または保護回路電圧が第二保護電圧に到達するまで、一定電流充電モードで電池を充電することが好ましく、前記一定電流充電モードには、電池が、前記充電期間の少なくとも一部の期間に実質的に一定の電流で充電される充電期間が含まれている。
【００４０】
再充電可能電池を充電する場合、充電電流の値は、電池の容量に対する相対的な量として与えられる。したがって、電池が、アンペア−アワーで表される電池の容量に等しいアンペアの量で充電される場合、その電池は１Ｃの電流で充電される。本発明によれば、一定電流充電モードの期間に供給される電流は、０．３Ｃより大きいアンペアの量で送ることができ、さらに、０．５〜５Ｃの範囲が好ましく、約１〜２Ｃの範囲がさらに好ましい。
【００４１】
充電プロセスを終了する場合、充電終了電流は、一定電流充電モードの充電電流の２〜５０％の範囲内に設定することができ、この電流の５〜２０％の範囲内が好ましい。
【００４２】
保護回路に印加される電圧を測定するために、再充電可能電池は、この電圧を測定するための電圧検出回路（好ましくは、ガスゲージ回路）をさらに備えていることが好ましい。
【００４３】
しかし、充電終了電圧〜しきい電圧の範囲の電圧ウインドウは、諸実施例に記載されているように、かなり狭いので、電圧検出回路からの出力が保護回路の電圧の実質的に正しい値を与えることが大切である。ガスゲージを対象とする市販の回路を使用する場合は、必ずしもそうではない。この場合、電圧検出回路の出力を較正する必要がある。
【００４４】
したがって、保護回路電圧制御モードを含む本発明の充電方法は、電圧検出回路の出力を較正する初期充電段階をさらに含むことが好ましく、前記較正の結果を使用して、電圧検出回路の出力を修正し、保護回路電圧制御モードで充電する時に修正された保護回路電圧を測定する。較正の段階は以下のステップを含んでいる。すなわち、
電圧検出回路によって出力として与えられた電池電圧を測定し、
電池の端子電圧を測定し、
前記測定された端子電圧を前記電圧検出回路の測定された出力と比較し、
前記比較に基づいて電圧検出回路の電圧修正値を測定し、
前記電圧修正値を記憶する、
ステップを含んでいる。
【００４５】
前記較正プロセス中に、電池の端子電圧および電圧検出回路の出力電圧を測定する場合、電池への充電電流の供給は中断するか、または充電電流を最も充電電流と比べて少なくした量で送って、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電圧を検出可能にすることが好ましい。保護ダイオードを有する電池の場合、このダイオードの両端間の電圧降下は、電圧修正値を測定するときには、電池の端子電圧において修正しなければならない。
【００４６】
また、本発明は、再充電可能電池を充電する下記システムを提供するものである。すなわち、そのシステムは、
(a) 電池端子および予め定められた充電終了電圧を有する再充電可能電池を含む電池パック、
(b) 保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したとき、再充電可能電池の充電を中断するため、再充電可能電池に連結された保護回路、ならびに、
(c) 電池端子を電力源に接続して、充電電流を電池パックに送る手段および
充電プロセスを制御して、充電プロセスの少なくとも一部の期間に保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧より高くかつ保護回路のしきい電圧より低く維持して、保護回路が充電プロセスを中断することなしに電池が充電される手段、を備えた電池充電器、
を備えている。そしてこのシステムは、好ましくは、
充電電流が電池に供給されているときの電池の端子電圧に相当する充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定する手段をさらに備えており、
充電プロセスを制御して、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧より高くかつ保護回路のしきい電圧より低く維持する上記手段は、測定された充電電圧に基づいく電圧制御モードで前記充電を制御するよう構成されている。
【００４７】
本発明の第一の好ましい実施態様によれば、予め定められた充電終了電圧を有し、かつ電池端子、および保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したときに再充電可能電池の充電を中断する保護回路を備えた再充電可能電池を充電する装置が提供され、その装置は、
電池端子を電力源に接続して充電電流を電池に供給する手段、
充電電流が電池に供給されている時に、電池の端子電圧に相当する充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定する手段および
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定した前記充電電圧に基づいて充電電圧制御モードで充電プロセスを制御して、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧を超えかつ保護回路のしきい電圧より低く維持する手段、
を備えている。充電電圧を測定する手段は、好ましくは、充電電流の供給が中断されていない期間に電池の端子電圧を測定するよう構成されている。
【００４８】
前記充電プロセスの制御手段は、一定充電電圧モードで電池を充電して、充電電圧を記憶手段に記憶されている第一保護電圧に、実質的に維持する手段をさらに備え、その第一保護電圧は、充電終了電圧を超える値を有し、第一保護電圧で充電されるとき保護回路に印加される電圧が保護回路のしきい電圧より低くなるよう決定される。この場合、その一定充電電圧モードは、前記充電電圧制御モードの実施態様であってもよい。
【００４９】
本発明の一実施態様で、前記システムおよび／または装置は、充電電流の供給が中断されていない期間に保護回路の電圧を測定することによって保護回路の充電電圧を測定する手段および
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された保護回路充電電圧に基づいて、保護回路電圧制御モードで充電プロセスを制御して、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧を超えかつ保護回路のしきい電圧より低く維持する手段を、さらに備えている。この場合、その充電プロセスの制御手段は、一定保護回路電圧モードで電池を充電して、前記測定される保護回路電圧を、記憶手段に記憶されている第二保護電圧に実質的に維持する手段をさらに備えていてもよい。第二保護電圧は、充電終了電圧を超える値を有し、かつ第二保護電圧によって充電するときに保護回路に印加される電圧がしきい電圧より低くなるように決定される。
【００５０】
前記システムおよび／または装置は、好ましくは、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を測定する手段をさらに備えており、そして前記充電プロセス制御手段は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達したとき、充電電圧制御モードまたは保護回路電圧制御モードで充電を終了するよう構成されている。抵抗を無視した電圧を測定する手段は、好ましくは、充電電流の供給が中断されているか、または少ない期間に、上記電圧を測定するよう構成されている。
【００５１】
第一と第二の保護電圧の決定については先に考案した。
【００５２】
また、本発明の第二の側面は、予め定められた充電終了電圧を有し、かつ電池端子および保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したときに再充電可能電池の充電を中断する保護回路を備えた再充電可能電池と充電する装置であって；
電池端子を電力源に接続して、充電電流を電池に供給する手段、
充電電流が電池に供給されているときの保護回路電圧に相当する保護回路充電電圧を充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定する手段および
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された前記保護回路充電電圧に基づいく保護回路電圧制御モードで充電プロセスを制御して、保護回路に印加される電圧を、充電終了電圧を超えかつ保護回路のしきい電圧より低く維持する手段、
を備えた装置を提供する。保護回路充電電圧を測定する手段は、好ましくは、充電電流の供給が中断されていない期間に、保護回路電圧を測定するよう構成されている。
【００５３】
本発明の第二の側面の装置の充電プロセス制御手段は、一定保護回路電圧モードで電池を充電して、測定される保護回路電圧を、第二保護電圧に、実質的に維持する手段をさらに備えていることが好ましく、その第二保護電圧は、充電終了電圧より高い値を有し、かつ第二保護電圧で充電するときに保護回路に印加される電圧がしきい電圧より低くなるように決定される。ここで、一定保護回路電圧モードは、保護回路電圧制御モードの実施態様でもよい。
【００５４】
本発明の第二の側面の装置は、好ましくは、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を測定する手段をさらに備えており、前記充電プロセス制御手段は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達したとき、保護回路電圧制御モードで充電を終了するよう構成されている。前記抵抗を無視した電圧を測定する手段は、好ましくは、充電電流が中断されているか、または少ない期間にこの電圧を測定するよう構成されている。
【００５５】
少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を測定する手段を有する上記システムおよび／または装置は、いずれも、抵抗を無視した電圧制御モードで電池を充電して、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を、その電池の充電終了電圧に実質的に維持する手段をさらに備えていてもよい。その充電プロセス制御手段は、好ましくは充電電流が予め定められた低い充電終了電流まで低下したときに、抵抗を無視した電圧制御モードで充電を終了するよう構成されている。
【００５６】
本発明のこれら側面のシステムおよび／または装置は、いずれも、充電電圧が第一保護電圧に到達するまで、保護回路電圧が第二保護電圧に到達するまで、または内部抵抗を無視した電圧が充電終了電圧に到達するまで、一定電流充電モードで、充電電流の供給を制御するよう構成された充電プロセス制御手段をさらに備えていてもよく、そして、前記一定電流充電モードが充電期間を含み、電池が前記充電期間の少なくとも一部の期間に実質的に一定の電流で充電される。この場合、充電制御手段は、０．３Ｃより大きいアンペアの量で、好ましくは０．５〜５Ｃの範囲内で、一層好ましくは約１〜２Ｃの範囲内で、充電電流の供給を制御するよう構成されていなければならない
【００５７】
保護回路充電電圧を測定する手段を有する本発明のシステムおよび／また
は装置の実施態様の場合、これらの手段は、連通しているか、または電圧検
出回路の出力を読み取って保護回路に印加される電圧を測定するよう構成さ
れていることが好ましい。電圧検出回路は、電池内に配置され、好ましくは
ガスゲージ回路である。さらに、前記充電プロセス制御手段は、初期充電段
階を制御して電圧検出回路の出力を較正するよう構成され、さらに前記較正
の結果を利用して電圧検出回路の出力を修正し、保護回路電圧制御モードで
充電するときの修正保護回路電圧を測定するよう構成されていることが好ま
しい。
【００５８】
この較正段階を実施するため、充電プロセス制御手段は、さらに記憶手段を備えていてもよく、
電圧検出回路によって出力として与えられる電池電圧を測定し、
電池の端子電圧を測定し、
測定された端子電圧を電圧検出回路の測定された出力と比較し、
前記比較に基づいて、電圧検出回路に対する電圧修正値を決定し、
電圧修正値を記憶手段に記憶する、
ことによって較正の段階を制御するよう構成されていてもよい。
【００５９】
この場合、充電プロセス制御手段は、好ましくは電池に対する充電電流の供給が中断されているか、または充電電流の供給量が少ないときに、較正段階中の電圧検出回路の出力電圧と電池の端子電圧を測定するよう構成されていなければならない。
【００６０】
保護回路電圧制御モード中、高速で充電するには、充電プロセスを制御して充電プロセスが中断されるのを避けるため、保護回路に印加される電圧の実質的に正しい測定を行うことが大切であるということを、さきに考察してきた。このような中断は、保護回路電圧が予め定められたしきい電圧に到達したときに起こる。
【００６１】
本発明の第三の側面により、上記のことは以下の方法によって達成される。その方法は、電池端子と、充電中に保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したとき、再充電可能電池の充電を中断する保護回路と、保護回路に印加される電池電圧を測定する電圧検出回路を有する再充電可能電池を充電する方法であって、
電圧検出回路に対する電圧修正値を決定し、
充電電流を電池に供給し、
電圧検出回路の電圧出力と決定された電圧修正値に基づいて、充電プロセ
スの少なくとも一部の期間に修正保護回路電圧を決定し、
充電プロセスの前記の少なくとも一部の期間に電池の充電を制御して、修正された保護回路電圧を保護回路のしきい電圧より低く維持し、前記保護回路によって充電が中断されるのを回避する、ことを含んでなる方法である。
上記電圧検出回路は、ガスゲージ回路またはこのような回路の一部であってもよい。しかし、上記電圧検出回路は、電圧保護回路の一部であってもよい。
【００６２】
本発明の第三の側面における電圧修正値は以下のステップによって決定される。すなわち、そのステップは、
電圧検出回路によって出力として与えられる電池電圧を測定し、
電池の端子電圧を測定し、
測定された端子電圧と、電圧検出回路の測定された出力を比較し、
前記比較に基づいて、電圧検出回路に対する電圧修正値を決定し、
前記電圧修正値を記憶するステップである。
【００６３】
電圧修正値を決定するとき、電圧検出回路の出力電圧と電子の端子電圧の測定は、１つ以上の充電期間の電圧測定に相当するよう行うことが好ましい。電圧の決定に相当する期間には、電池への充電電流の供給が中断されているか、または充電電流が最大充電電流に比べて少ない量で供給されている。これによって、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電圧の検出が可能になる。保護ダイオードを有する電池の場合、このダイオードの両端間の電圧降下は、電圧修正値を決定するとき、電池の端子電圧において修正しなければならない。
【００６４】
本発明の第三の側面によって電池を充電する場合、電池は予め定められた充電終了電圧を有し、その修正保護回路電圧は、充電電流の供給が中断されていない一つ以上の充電期間の保護回路の電圧に相当するように決定され、電池は、充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定された修正保護回路電圧に基づいて、保護回路電圧制御モードで充電され、保護回路に印加される電圧を充電終了電圧より高く、かつ保護回路のしきい電圧より低く維持することが好ましい。この保護回路電圧制御モードは、好ましくは電池を一定保護回路電圧モードで充電して、測定される保護回路電圧を実質的に第二保護電圧に維持することを含み、第二保護電圧は、充電終了電圧を超える値を有し、第二保護電圧で充電するときに保護回路に印加される電圧がしきい電圧より低くなるように決定される。
【００６５】
本発明の第三の側面の場合、本発明の第二の側面について考察した別の実施態様を有していることが好ましい。したがって、第二保護電圧は、異なる回路のしきい値の変動を考慮してしきい電圧に近い値に設定することができる。また、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧は、先に述べたように充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定され、電池は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで、保護回路電圧制御モードで充電することが好ましい。
【００６６】
保護回路電圧制御モードでの充電のステップに続いて、抵抗を無視した電圧制御モードで電池をさらに充電して、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を実質的に電池の充電終了電圧に維持することがやはり好ましい。この抵抗を無視した電圧制御モードは、好ましくは、充電電流が、予め定められた低い充電終了電流まで低下したときに終了すべきである。さらに、充電電流は、好ましくは保護回路電圧制御モードに入る前に、一定電流充電モードで供給すべきであり、そして、一定電流充電モードは、電池が、前記充電期間の少なくとも一部の期間に実質的に一定の電流で充電される充電期間を含んでいなければならない。
【００６７】
また、本発明の第三の側面は、電池端子と、充電中に保護回路に印加される電圧が予め定められたしきい電圧に到達したとき、再充電可能電池の充電を中断する保護回路と、保護回路に印加される電池電圧を測定するための電圧検出回路を有する再充電可能電池を充電する装置であって、
電圧検出回路に対する電圧修正値を決定する手段、
充電電流を電池に供給する手段、
電圧検出回路の電圧出力および決定された電圧修正値に基づいて修正保護回路電圧を決定する装置、および
充電プロセスの少なくとも一部の期間に電池充電プロセスを制御して、修正保護回路電圧を保護回路のしきい電圧より低く維持する手段、を有する装置を提供するものである。この場合、電気検出回路は、ガスゲージ回路またはかような回路の一部でもよい。しかし、この回路は、電圧保護回路の一部であってもよい。
【００６８】
電圧修正値を決定するために、電圧修正値を決定する手段は、
電圧検出回路によって出力として与えられる電池電圧を測定する手段、
電池の端子電圧を測定する手段、
測定された端子電圧を電圧検出回路の測定された出力と比較する手段、
前記比較に基づいて電圧検出回路に対する電圧修正値を決定する手段、および
前記電圧修正値を記憶する手段を備えていることが好ましい。
【００６９】
また、本発明のこの第三の側面の場合、電圧修正値を決定する手段は、好ましくは、電池への充電電流の供給が中断されているか、または充電電流が低電流量で供給されている一つ以上の期間に上記決定を実施するよう構成されている。
【００７０】
本発明の第三の側面の装置の上記実施態様は、好ましくは予め定められた充電終了電圧を有する電池を充電するのに使用され、修正保護回路電圧を決定する手段は、好ましくは充電電流の供給が中断されていない一つ以上の充電期間にこの決定を実施するように構成されており、充電プロセス制御手段は、充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定された修正保護回路電圧に基づく保護回路電圧制御モードで電池を充電して、保護回路のしきい電圧より低く維持するよう構成されている。
【００７１】
充電プロセスを制御する手段は、好ましくは、さらに、電池を一定保護回路電圧モードで充電して、修正保護回路電圧を記憶手段に記憶された第二保護電圧に実質的に維持するよう構成されていなければならず、その第二保護電圧は充電終了電圧より高い値を有し、かつ第二保護電圧で充電しているときに保護回路に印加される電圧がしきい電圧より低くなるように決定される
。
【００７２】
また本発明の第三側面の装置の場合、本発明の第二の側面について考察した別の実施態様を有することが好ましい。したがって、第二保護電圧は、異なる回路のしきい電圧の変化を考慮して、しきい電圧に近い値に設定される。また、この装置は、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を測定する手段をさらに含んでいることが好ましく、その電圧は充電電流の供給が中断されているか、または少ない期間に測定され、充電プロセス制御手段は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達するまで、保護回路電圧制御モードで電池を充電するよう構成されていることが好ましい。その充電プロセス制御手段は、好ましくは、抵抗を無視した電圧制御モードで電池をさらに充電して、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を実質的に電池の充電終了電圧に維持するように構成されているべきである。
【００７３】
充電プロセス制御手段は、さらに、充電電流が予め定められた低い充電終了電流まで低下したとき、抵抗を無視した電圧制御モードで充電を終了するように構成されていてもよい。さらに充電プロセス制御手段は、保護回路電圧制御モードに入る前に、充電電流の供給を、一定電流充電モードで制御するよう構成されていてもよい。一定電流充電モードは、電池がその充電期間の少なくとも一部の期間に実質的に一定の電流で充電される充電期間を含む。
【００７４】
本発明の上記方法と装置は、保護回路を有するあらゆるタイプの再充電可能電池に適用できるのである。これらのタイプの電池としては、先に述べた公知のタイプの電池があるが、新しいタイプの電池の、例えば、亜鉛−空気電池または亜鉛−銀電池も含まれる。しかし、本発明の方法と装置は、リチウムイオン型セルを有する電池、リチウム団体（ＬＳＳ）セルを有する電池およびリチウムポリマーセルを有する電池を含むリチウム型電池を充電するのに使用することが好ましい。
【００７５】
リチウム型電池を、まず、一定電流充電モードで、続いて一定電圧充電モードで、予め定められた充電終了電圧で充電することが知られていることはすでに考察してきた。通常、かような充電プロセスは、一定電圧充電モード中の充電電流が予め定められた低い充電終了電流まで低下したとき終了する。この終了プロセスは、本発明の上記方法および装置についても利用できる。
【００７６】
しかし、電池の完全充電を保証するために、この充電終了電流は、例えば、最大充電電流の５〜１０％のようなかなり低い値に設定される。このような低い充電電流値は、所望の精度の範囲内で測定することはかなり困難であり、かつ充電時間が必要以上に長くなる。あるいは、さらに複雑で高価な電流検出回路が使用される。
【００７７】
したがって、予め定められた充電終了電池を有するリチウム型電池または他のタイプの電池の充電プロセスを終了する簡単で、かつ効果的な方法が要望されている。
【００７８】
本発明の第四の側面によれば、上記のことが、以下の方法によって達成される。その方法は、予め定められた充電終了電圧を有する再充電可能電池を充電する方法であって、
充電電流を電池に供給し、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に電圧制御モードで電池を充電し、
少なくとも一つの充電特性パラメータが、単一もしくは複数の予め定められた特定の条件を満たした時に、残りの充電時間を決定し、そして
残りの充電期間が終わった時に充電プロセスを終了する、ことを含んでなる方法である。
【００７９】
ここで、本発明の第四の側面は、保護回路を有する電池と、保護回路をもっていない電池の両方に使用できることに注目すべきである。
【００８０】
また、本発明の第四の側面は、予め定められた充電終了電圧を有し、かつ電池端子を備えた再充電可能電池を充電する装置であって、
電池端子を通じて電池に充電電流を供給する手段、
充電プロセスの少なくとも一つの期間に電圧制御モードで充電プロセスを制御する手段、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に、少なくとも一つの充電特性パラメータを測定する手段、
少なくとも一つの充電特性パラメータと、一つ以上の予め定められた基準パラメータとの比較に基づいて、残りの充電期間を決定する手段、および
上記決定された残りの充電期間に基づいて、充電プロセスを終了させる手段、
を備えてなる装置を提供するものである。
【００８１】
この場合、残りの充電時間は、好ましくは、電池を過充電なしで完全に充電するのを保証するよう決定される。
【００８２】
充電時間パラメータは、例えば、充電電圧、保護回路電圧（保護回路を有する電池の場合）、開路電圧（少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧と呼ぶこともある）、充電電流および／または電池の温度などのパラメータから選択することができる。
【００８３】
したがって、充電プロセスは、さらに、充電プロセスの少なくとも一部の期間に、充電電圧、保護回路電圧または開路電圧を測定すること、ならびに測定された電圧が予め定められた値に到達したときに、残りの充電期間を決定することを含むことが好ましい。この予め定められた電圧値は、最大充電電圧、最大保護回路電圧または最大開路電圧を表す。電圧制御モードは、好ましくは、充電電圧、保護回路電圧または開路電圧がそれらの対応する最大電圧値を超えないように制御される。
【００８４】
残りの充電期間を決定するため、一つ以上の残りの充電期間を記憶する電子メモリを利用することが好ましい。これらの期間は、最大充電電圧、最大保護回路電圧および／または最大開路電圧に対応している。
【００８５】
しかし、本発明の第四の側面による他の実施態様で、充電プロセスは、充電電流が電圧制御充電モードで低下するように制御され、そして残りの充電期間は、充電電流の関数として決定されるか、または充電電流が予め定められた値まで低下したときに決定される。電池の充電プロセスは、電圧制御モードに入る前に、まず電流制御モードで行われる。そして装置は、充電プロセスの少なくとも一部の期間にかような電流制御モードで充電プロセスを制御する手段をさらに備えている。予め定められた電流値は、電流制御充電モードで供給される最大充電電流の関数として決定される。予め定められた電流値は、最大充電電流の１０〜９０％の範囲内、好ましくは２０〜８０％の範囲内、より好ましくは３０〜７０％の範囲内、例えば約５０％に設定することができる。
【００８６】
残りの充電期間を、充電電流の関数として決定するとき、単一または複数の充電電流値に対応する一つ以上の残りの充電期間を記憶する電子メモリを利用することが好ましい。
【００８７】
また、本発明の第四側面による上記方法と装置は、本発明による前記方法と装置またはシステム（これらにはすべて、予め定められた充電終了電圧を有する電池の充電が含まれている）のいずれかと組み合わせて使用できる。かような電池には、先に述べた公知のまたは新しいタイプの電池が含まれている。しかし、本発明の第四側面の方法と装置は、リチウムイオン型セルを有する電池、リチウム固体（ＬＳＳ）セルを有する電池およびリチウムポリマーセルを有する電池を含むリチウム型電池を充電するのに使うことが好ましい。
【００８８】
上記のように、本発明は、保護回路を有しているかまたは保護回路に接続されている電池を充電するための充電解決策を提供するいくつもの側面をもっている。しかし、本発明の上記諸側面の基礎になっている充電原理は、保護回路なしの電池を迅速充電するときの過充電を避けるため、または保護回路の電圧が考慮されない充電プロセスに対して使用することもできる。このことは、本発明の第五側面として、以下に説明する。本発明の第五側面は、上記タイプの電池および技術すべてに適用できると解すべきである。
【００８９】
したがって、本発明の第五側面によって、予め定められた充電終了電圧を有し、一つ以上の電池セルを有しそして電池端子を備えた再充電可能電池を充電する下記の方法が提供される。
すなわち、充電電流を電池に供給し、
充電電流が電池に供給されているとき、外部電池端子電圧に相当するかまたはこの圧力を表す外部電池端子充電電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定し、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された外部電池端子充電電圧に基づく外部電池端子電圧制御モードで電池を充電して、外部電池端子充電電圧が、充電終了電圧より高い外部安全電圧を超えるのを実質的に避ける、
ことを含んでなる方法が提供される。
【００９０】
この場合、外部安全電圧は、保護回路を有する電池の第一保護電圧の決定に関する考察にしたがって決定もしくは計算することができる。したがって、この外部安全電圧は、電池および電池端子のオーム抵抗によるエネルギー損が高くなるのを避ける値でなければならない。好ましくは、外部安全電圧は、充電終了電圧の関数として決定される。しかし、安全電圧は、充電終了電圧の関数および一つ以上の電流検出抵抗体、充電器の端子抵抗、電池の端子抵抗、内部セルの抵抗および／または充電電流の関数としても決定できる。充電電流に、計算された端子抵抗、電流検出抵抗および／または内部抵抗を掛け算することによって与えられる電圧降下を、充電終了電圧に加算して、外部安全電圧を定義することができる。
【００９１】
外部安全電圧は、充電終了電圧の１００〜１４０％の範囲内でなければならず、好ましくは充電終了電圧の１００〜１１０％の範囲内であることが、実験から見出された。したがって、充電終了電圧が約４．１Ｖ／セルであって、電池の充電終了電圧が１２．３Ｖである３セル型電池の場合、外部安全電圧は約１３．５Ｖに設定できる。しかし、電池が保護ダイオードを備えている場合、このダイオードが起こす電圧降下を考慮しなければならない。
【００９２】
保護回路をもたないか、または保護回路の電圧が考慮されない電池を充電する場合、電池端子両端で充電電流が起こす電圧降下を実質的に避けるため、充電電流を供給中に電池の内部セルの電圧を正しく測定することがやはり必要である。
【００９３】
かような充電プロセスは、以下の方法による本発明の第五側面の別の実施態様で達成される。その方法は、予め定められた充電終了電圧を有し、一つ以上の電池セルを有しかつ電池端子を備えている再充電する方法であって、
充電電流を電池に供給し、
充電電流が電池に供給されているとき、内部セル電圧に相当するかまたはこの電圧を表す内部セルの充電電圧を充電プロセスの少なくとも一部の期間に決定し、そして、
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された内部セルの充電電圧に基づいて、内部セル電圧制御モードで電池を充電して内部セルの充電電圧が内部安全電圧を超えるのを実質的に避ける、
ことを備えてなる方法である。
【００９４】
好ましい実施態様において、内部安全電圧は充電終了電圧に実質的に等しいか、または充電終了電圧の関数として決定される。しかし、電池の高速充電を行うために、内部安全電圧は充電終了電圧より高い電圧に設定される。したがって、内部安全電圧は、充電終了電圧の関数、ならびに内部セル抵抗および／または充電電流の関数の両方の関数としても決定できる。したがって、充電電流に、測定または計算された内部セルの抵抗を掛算して与えられる電圧降下を、充電終了電圧に加算して、内部安全電圧を定義できる。外部安全電圧は、充電終了電圧の１００〜１４０％の範囲内でなければならず、好ましくは充電終了電圧の１００〜１１０％の範囲内であることが実験から見出された。
【００９５】
本発明の第五側面は、電池を、まず、電池端子電圧制御モードで充電し、続いて、内部セル電圧制御モードで充電する充電法の組合せもカバーすると解すべきである。
【００９６】
本発明の第五側面の実施態様のいずれかによって充電する場合、少なくとも実質的に内部抵抗を無視した電池の電圧を、充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定することが好ましい。したがって、電池は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が、電池の充電終了電圧に到達するまで、外部電池端子電圧制御モードおよび／または内部セル電圧制御モードで充電される。好ましくは、上記充電方法は、さらに、電池を、抵抗を無視した電圧制御モードで充電して、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を実質的に電池の充電終了電圧に維持するステップを含んでいてもよい。上記抵抗を無視した電圧は、充電電流の供給が中断されているか、または減らされている期間に測定することが好ましい。
【００９７】
本発明の第五側面の実施態様のいずれかによって電池を充電する場合、電圧制御モード、すなわち、内部抵抗を無視した電圧制御モードで、充電を終了する、先に述べた実施態様のいずれかによって、充電を終了することが好ましい。
【００９８】
本発明の第五側面の実施態様のいずれかによる方法で電池を充電する場合、外部電池端子電圧が外部安全電圧に到達するまで、または内部セル電圧が内部安全電圧に到達するまで、または抵抗を無視した電圧が充電終了電圧に到達するまで、電池をとりあえず一定電流充電モードで充電することが好ましい。
【００９９】
本発明の第五側面の充電方法は、先に述べた本発明の諸方法に挙げたので同じタイプの電池に使用できると解すべきである。
【０１００】
さらに、本発明の第五側面は、本発明の第五側面の充電法の実施態様の一つ以上によって電池を充電する装置の提供するものであると解すべきである。したがって、予め定められた充電終了電圧を有し、かつ電池端子を備えた再充電可能電池を充電する装置であって、
電池端子を電力源に接続して充電電流を電池に供給する手段、
充電電流が電池に供給されているときに、電池の端子電圧に相当するか、またはこの電圧を表す外部電池端子充電電圧を測定する手段、および／または、                      充電電流が電池に供給されているときに、内部セル電圧を表す内部セル充電電圧を測定する手段、ならびに
充電プロセスの少なくとも一部の期間に測定された外部電池端子充電電圧および／または内部セル充電電圧に基づく外部電池端子電圧制御モデルおよび／または内部セル電圧制御モードで充電プロセスを制御する手段で制御して、外部電池端子充電電圧が外部安全電圧を超えることおよび／または内部セル充電電圧が内部安全電圧を超えることを実質的に避ける手段、を備えてなる装置が提供される。上記装置は、外部安全電圧および／または内部安全電圧を記憶する記憶手段をさらに備えていることが好ましい。この外部安全電圧および／または内部安全電圧は、先に述べたようにして決定することができる。
【０１０１】
好ましくは、本発明の第五側面の装置は、充電電流の供給が中断されているか、少ない期間に、実質的に少なくとも内部抵抗を無視した電池の電圧を測定する手段をさらに備えており、前記充電プロセス制御手段は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が電池の充電終了電圧に到達したとき、外部電池端子制御モードおよび／または内部セル電圧制御モードで充電を終了するよう構成されている。また、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池の電圧を実質的に電池の充電終了電圧に維持する手段をさらに備えていることが好ましい。好ましくは、上記充電プロセス制御手段は、充電電流が予め定められた低い充電終了電流まで低下したとき、抵抗を無視した電圧制御モードで充電を終了するよう構成されている。上記装置は、外部電池端子電圧が外部安全電圧に到達するまで、または内部セル電圧が内部安全電圧に到達するまで、または少なくとも実質的に抵抗を無視した電圧が充電終了電圧に到達するまで、充電電流の供給を一定電流充電モードで制御するよう構成された充電プロセス制御手段をさらに備えていてもよい。
【０１０２】
本発明の上記側面の一つ以上によって、再充電可能電池を充電する場合、充電プロセスの少なくとも一部の期間に、比較的高い充電電流を電池に供給することによって、高速充電プロセスを実施するために、二つ以上の充電電圧パラメータを使用すると有効であると解される。しかし、電池充電器が、かような充電電圧パラメータに基づいて充電プロセスを制御するには、これらのパラメータは、充電器のシステムに対し利用できることが必要である。
【０１０３】
したがって、異なる電池に対する充電パラメータは、電池充電器のメモリに事前に記憶させることができ、関連するパラメータは、電池から読み取られる電池の識別子または識別コードを利用して選択できる。
【０１０４】
しかし、新しいタイプの電池を市場に出すとき、かような電池は、充電パラメータが電池充電器のメモリに記憶されたときに利用できない充電パラメータを必要とすることがある。したがって、最大充電電圧および最大充電電流などの最大充電パラメータは、電池パック自体に事前記憶され、そして充電プロセスを開始する前に電池充電器に伝達するという、一層融通性に富んだ解決策が提案されている。この解決策によって、電池の充電器は、かような新しい電池に対して事前に定義された充電パラメータを事前に知ることなく、新しいタイプのいずれの電池にも適合させることができる。
【０１０５】
しかし、電池内にいくつもの充電電圧パラメータを記憶させて、電池の高速充電を可能にすることは提案されていない。
【０１０６】
このような充電システムは、本発明の第六の観点により構成され、電池充電システムが、少なくとも一つの再充電可能な電池セルおよび少なくとも第一および第二の充電電圧パラメータを表示する電池の情報を記憶する情報手段を含む電池と、
第一および第二の充電電圧パラメータに基づいて電池の充電が制御して、記憶された電池情報を読み出し、または検出する情報受け取り手段を含む電池充電器とから構成される。
【０１０７】
第一および第二の充電電圧パラメータは、予め設定された最大充電電圧レベルを表わすことが好ましい。
さらに、第一の充電電圧パラメータは、第二の充電電圧パラメータによって指示されたものよりも高い電圧レベルを表わすことが好ましい。
【０１０８】
充電電圧パラメータに基づいて充電器が充電プロセスを制御するためには、このシステムが、前記電池に充電電流を供給する電源および伝達バスをさらに備えるべきである。この場合、情報受け取り手段は、通信バスを経由して記憶された電池情報を受け取ることができ、制御手段は、第一および第二充電電圧パラメータに基づいて電源の出力を制御することができる。
【０１０９】
好ましい実施態様において、充電される電池は、予め設定された充電終了電圧を有し、このような電池では、第二の充電電圧パラメータが、予め設定された最大充電終了電圧に実質的に等しい第二電圧レベルを表わすのが好ましい。
【０１１０】
電池を充電する際、充電器は、第一電圧制御モードで充電プロセスの少なくとも一部を制御して、測定された充電電圧を第一充電電圧パラメータによって指示された第一電圧レベルに、またはそれ以下に実質的に維持するよう構成されることが好ましい。この場合、充電システムは、充電電流が電池に供給されるときの外部電池端子電圧を表わす外部充電電圧を決定する手段をさらに備えていてもよい。また、第一充電電圧パラメータは、予め設定された最大外部充電電圧または安全電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表わすものであってもよい。
このシステムは、充電電流が電池に供給されるときの内部セル電圧を表わす内部充電セル電圧の決定手段を付加的に、または代わりに備えていてもよい。この場合、第一充電電圧パラメータは、予め設定された最大内部充電電圧または安全電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表わすものであってもよい。保護回路に印加される電圧が予め設定されたしきい電圧に到達したときに充電を妨げる保護回路が電池に備わっておれば、このシステムは、充電電流が電池に供給されるときに保護回路に印加される電圧を表わす保護回路充電電圧を決定する手段を付加的にまたは代わりに備えていてもよい。この場合、第一充電電圧パラメータは、予め設定れた最大保護回路充電電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表わすものであってもよい。
【０１１１】
この発明の第六の観点による実施態様によれば、電池情報は、また、第三の充電電圧パラメータを表わすものであってもよい。この場合、第一充電電圧パラメータは、前記した最大内部充電電圧または最大保護回路電圧に相当する第一電圧レベルを表わすものであってもよい。一方、第三充電電圧パラメータは、最大外部充電電圧または安全電圧に相当する第三電圧レベルを次いで表わすものであってもよい。第三充電電圧パラメータは、第一充電電圧パラメータによって表わされるものよりも高い電圧を表わすものであることが好ましい。
したがって、充電器は、第三の電圧制御モードで、少なくとも充電プロセスの一部で制御して、測定された外部充電電圧を実質的に第三の電圧レベルに、またはそれ以下に維持するよう構成される。第三の電圧制御モードでの充電に続いて、第一の電圧制御モードでの充電が行われる。
【０１１２】
この発明の第六の観念の好ましい実施態様によれば、充電器は、第二の電圧制御モードで、少なくとも充電プロセスの一部で制御して、測定された電池電圧を実質的に第二の充電電圧パラメータで表わされた第二の電圧レベルに、またはそれ以下に維持するよう構成される。
この場合、充電器は、充電プロセスの他の部分で第一の電圧制御モードで行われる電池の充電に続く、充電プロセスの一部で第二の電圧制御モードにより電池の充電を行うよう構成されるのが好ましい。
この発明の第六の観点によれば、第三の電圧制御モードで電池を充電し、第一の電圧制御モードでの充電が続き、第二の電圧制御モードでの充電が続くように構成された充電器を備えた実施態様がさらに含まれる。
【０１１３】
このシステムは、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧を測定する手段を備え、充電器が第二の電圧制御モードで構成され、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧を実質的に最大充電終了電圧に、またはそれ以下に維持するのが好ましい。
【０１１４】
第一電圧制御モードでの充電の際、充電器は、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧が最大充電終了電圧に到達するときに第一電圧制御モードでの充電を終了するよう構成されるのが好ましい。
【０１１５】
この発明の第六の観点によれば、少なくとも１つの再充電可能な電池セルと、少なくとも第一および第二の充電電圧パラメータを表わす電池情報を記憶する情報手段を備え、前記電池情報が、対応する充電器の情報受け取り手段によって読み出しまたは検出が可能な形式を有する電池がさらに提供される。
この発明によれば、対応する充電器は、電池情報を表わす第一よび第二充電電圧パラメータに基づいて電池の充電を制御制御手段を備えていると理解すべきである。
【０１１６】
上記の電池は、この発明の第六の観点による前記した電池充電システムの実施態様のいずれかによる電池充電システムでの使用に適用可能である。
【０１１７】
一方、電池に記憶された第一および第二の充電電圧パラメータは、予め設定された最大充電電圧レベルを表わす。第一充電電圧パラメータは、第二の充電電圧パラメータによって表わされるものよりも高い電圧レベルを表わす。
【０１１８】
電池は、予め設定された最大充電終了電圧および最大充電終了電圧に実質的に等しい第二の電圧レベルを表わす第二の充電電圧パラメータを有するのが好ましい。
【０１１９】
この発明の第六の観点による電池は、保護回路に印加された電圧が予め設定されたしきい電圧に到達するときに充電を中断させる保護回路をさらに備えてもよく、第一充電電圧パラメータは、予め設定された最大保護回路充電電圧に実質的に等しい第一電圧レベルを表わすのが好ましい。
【０１２０】
電池情報を記憶するために電池に含まれる情報手段は全く単純な記憶手段であり、例えば、１つまたは複数の抵抗器からなる抵抗器ネットワークであり、抵抗器の値が充電器によって読み出され、それによって電池に記憶された電池情報を充電器に移送できるものである。
電池情報を記憶する情報手段の好ましい別の実施態様は、１つまたは複数の電子メモリからなり、不揮発性ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択されるものが好ましい。
電池情報は、電子メモリに予め記憶されたものが好ましく、電池情報は最大充電電流パラメータおよび／または充電終了電流パラメータを表わすものがさらに好ましい。この場合、最大充電電流パラメータは、電圧制御モードに入る前に充電プロセスの制御のために使用されてもよく、充電終了電流パラメータは電圧制御モードのときに充電プロセスを終了させるために使用されてもよい。
【０１２１】
この発明の第六の観点による電池システムは、この発明の充電プロセスが、予め設定された充電終了電圧より高い充電電圧が供給される電池を用いた少なくとも１つの充電電圧制御モードを有する充電プロセスにおいて、前記した観点の充電方法のいずれかにより充電される電池を用いた充電システムを提供することが理解されるであろう。
【０１２２】
したがって、この発明の前記した観点の論議で記載したような第一および第二保護電圧、外部および内部安全電圧は、第一充電電圧パラメータによって表わされた第一電圧レベルとして使用することができる。
電池がさらに第三充電パラメータの情報を備える場合、第一保護電圧または外部安全電圧は、第三電圧レベルとして使用されてもよく、同時に、第二保護電圧または内部安全電圧が第一電圧レベルとして使用されてもよい。
【０１２３】
この発明の第六の観点は、前述のこの発明の方法および装置あるいはシステムについて言及された、全ての電池の形式および技術に適用できることを理解されたい。
【０１２４】
この発明に従って充電される充電器の基本的動作原理を図１に示す。
【０１２５】
図１は、電池充電器40により充電される電池パック10を示す。電池パック10は、対応する内部電池セル抵抗12ａ、12ｂ、12ｃを有する多数の直列接続された個々の電池セル11ａ、11ｂ、11ｃと、保護回路を有する電池パックスーパバイザ20と、電池保護ダイオード13と、対応する端子損失抵抗14ａ、15ａ、16ａをそれぞれ有する電池パック端子14、15、16とを備えている。電池電圧が端子14および16にかけられ、端子15が、電池パック10と充電器40との間における単一ライン通信のための電池パックスーパバイザ20のシリアル入力／出力21に接続されている。この単一ライン通信は任意のものであるが、図１の好ましい実施態様には含まれる。上記スーパバイザ回路には、電池セルの正端子、電池セルの負端子および電池出力電圧の負端子16にそれぞれ接続された端子22、23および24が設けられている。好ましい実施態様では、このスーパバイザ回路に、電池セルの単一セル電圧をモニターするための端子25および26が設けられている。
【０１２６】
電池充電器40には、対応する端子損失抵抗41a 、42a 、43a をそれぞれ有する電池端子41、42、43が設けられている。電池充電時には、これらの充電端子41、42、43を電池端子14、15、16にそれぞれ接続する。充電器40には、また、電源46と、充電制御のためのマイクロコントローラ45と、単一調整回路 55 と、充電端子43に接続され、かつ、接地された電流検出抵抗器44とが設けられている。電池充電時、充電電流によって抵抗器44に電圧降下が生じる。この信号が、調整回路 55 に供給され、接続ライン54を介してマイクロコントローラ45のアナログ−デジタルＡ／Ｄ変換器の入力に送られる。この電池端子電圧信号は、端子41と接地間にかかる電圧として測定される。この測定は、端子41の信号が調整回路55に供給され、接続ライン52を介してマイクロコントローラ45のＡ／Ｄ変換器の他の入力に送られることによって行われる。一方、電池パックからの単一ライン通信信号は、ライン53を介してマイクロコントローラ45の通信ポートに供給される。
【０１２７】
電源４６は、好ましくは切替モード電源であり、３セル型電池の場合に、好ましくは、15〜20Ｖの範囲のDC電圧を供給する電力入力47を備えている。セルが１つまたは２つの電池の場合には、このDC電圧はより低くてもよい。上記電源は出力端子48を有し、この端子により、好ましくはスイッチ49を介して、端子41および14に充電電力を供給する。電源46の充電出力48は、マイクロコントローラ45の制御出力50により制御される。電源46が切替モード電源である場合、制御出力50は、PWM （パルス幅変調）信号であることが好ましい。この信号は、可変アナログ電圧への変換用フィルタに供給されてもよく、電源46の制御に用いられる。制御出力50がPWM 制御信号である場合、マイクロコントローラ45は、このPWM 信号のオンおよびオフ期間の持続時間を制御することによって、電池10への電力出力および端子48を制御する。
【０１２８】
信号調整回路55は、端子電圧および充電電流を表わす端子41および43の入力信号をマイクロコントローラ45のアナログ−デジタル、A ／D 変換器の入力52および54に適する電圧出力信号に変換する。好ましくは、電流検出抵抗器44は約0.1 Ω程度の低い値を示し、信号調整回路55に演算増幅器を備え、適切な出力を行う。マイクロコントローラ45への供給電圧は約5 Ｖが好ましいが、電池端子電圧は5 Ｖを超過してもよく、調整回路は、電池端子電圧へ適切な出力信号を送るための分圧器を備えていてもよい。
【０１２９】
マイクロコントローラ45は、スイッチ49をオン／オフに切り替えるためのスイッチ制御出力51を備えていることが好ましい。電池の開路電圧を測定するため、スイッチ49は、短い時間間隔で充電プロセス中にオフしてもよく、これによって、電池端子電圧測定時に、内部損失抵抗からの電圧降下を避けることができる。しかしながら、電池に保護ダイオードを設ける場合は、バイパス抵抗器56により充電出力48が端子41に接続する。これによって、保護ダイオード13に正のバイアスが生じる。バイパス抵抗器56は、電池パックに小さい電流が流れるだけの小さい値、例えば、1kΩをとることが好ましい。
【０１３０】
図１のように電池を充電するとき、充電電流により、端子41、14、16、43の抵抗、電池セル11の内部抵抗12、スーパバイザ回路20の内部抵抗および検出抵抗器44に電圧降下が生じる。さらに、保護ダイオード13にも電圧降下が生じる。これらの電圧降下の和は端子電圧パートとも呼ばれる。電池セル11の実際の電圧は、抵抗を無視した電池電圧または電池電圧パートとも呼ばれるが、これを決定するには、マイクロコントローラ45により測定される端子41にかかる電圧から、上記電圧降下の和を引かなくてはならない。端子電圧パートは充電電圧の増大とともに高くなり、充電電圧が低い場合には、端子電圧パートは保護ダイオード13に生じる電圧降下に近づき、保護ダイオードを設けていない場合には、電池電圧パートに比べると零に近くなる。従って、スイッチ49をオフして開路電圧を測定するとき、小さい充電電流だけがバイパス抵抗器56を流れることができる。その結果、保護ダイオード13に生じる電圧降下を考慮して修正されるときに、少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧を示す測定された端子電圧は、電池セル電圧を制御するための好適な尺度となる。
【０１３１】
マイクロコントローラ45は、例えば、ナショナル  セミコンダクター（National Semiconductor）のCOP 8ACCであってもよく、この発明に従って電池充電を行うようにプログラムされている。従って、このマイクロコントローラ45は、電源46から電池10に供給された電力を入力信号に基づいて制御する。この入力信号は、ライン54を介する充電電流とライン52を介する端子電圧とを含む。ここで、端子電圧は、充電電流の供給中に測定される充電電圧を示すとともに、スイッチ49がオフされている期間の上記開路電圧を示す。
【０１３２】
図１に示した好ましい実施態様において、上記入力信号は、電池パックからのライン53を経由する単一ライン通信信号も含む。従って、マイクロコントローラ45は、電池パック10と相互に通信を行うようにプログラムされた通信インターフェースを備えている。スーパバイザ回路20に、マイクロコントローラ45と通信するための通信ポート21を設けた場合、保護回路は、さらに、保護回路にかかる電圧を測定するとともに、この測定した電圧の情報をマイクロコントローラに送信するための回路を備えていてもよい。
【０１３３】
マイクロコントローラ45が正しい充電アルゴリズムおよび／または最大充電パラメータを選択するために、スーパバイザ回路20は、電池のタイプおよび大きさに関する情報を備え、こうした情報をマイクロコントローラ45に送信できる構成としてもよい。スーパバイザ回路20は、また、電池パックの温度を測定し、この測定された電池温度の情報をマイクロコントローラ４５に送信する回路をも備えてもよい。
【０１３４】
図１の電池パック10を、電池パックスーパバイザ20の好ましい実施態様を詳細に説明した図２に示す。図２において、図１と同じ構成要素には同じ符号を用いた。
【０１３５】
図２において、電池パックスーパバイザ20は、保護回路60を有する。この保護回路60は、電池あるいは電池セル11a 、11b 、11c が過充電されないように保護される。すなわち、電池あるいは電池セルの電圧が所定の充電しきい電圧Vov を超えると充電プロセスを中断する。この保護回路は、また、充電プロセスの可否の制御もしてもよい。このため、充電は、セル1 個当たりにかかる電圧が所定の充電可能電圧Vce より低い場合に可能となる。従って、セル電圧Vov により充電プロセスが中断された場合には、セル電圧がVce に低下するまでは充電プロセスを再開することができない。この保護回路60は、さらに、電池あるいは電池セル11a 、11b 、11c が過放電されないように、すなわち、電池あるいは電池セル電圧が所定の充電しきい電圧Vuv より低下すると放電プロセスを中断するように構成されている。
【０１３６】
保護回路60は、全電池セル電圧のモニターのみを行うようにしてもよいが、個々のセルの損傷を確実に検出できるように、各電池セルがモニターされることが好ましい。従って、各セルが保護回路60に接続された正極および負極を有してもよい。図１および図２の実施態様では、電池パックには、３セル型リチウム−イオン電池が配され、セル11a はピン61および62を介して、セル11b はピン62および63を介して、セル11c はピン63および64を介して接続されている。保護回路60は、ピン65および66を介して2 個のスイッチ67および68を制御する。これらのスイッチは、MOSFETトランジスターであることが好ましく、各トランジスターは対応する内部損失抵抗67a および68a を有する。この内部損失抵抗67a および68a は、約50ｍΩの値をとってもよい。充電しきい電圧に達すると、ピン66を介してスイッチ68がオフすることにより充電プロセスが中断され、放電しきい電圧に達すると、ピン65を介してスイッチ67がオフすることによって放電プロセスが中断される。
【０１３７】
上記のように動作する保護回路の例としては、ベンチマルク  エレクトロニクス．インク（BENCHMARQ Microelectronics, Inc.）のbq2053が挙げられる。この回路についてのさらなる詳細は、引用によりここに組み込まれているベンチマルクエレクトロニクス．インクの1996年9 月のbq2053データシートに見出される。ここで、過充電限度Vov は4.20V ／セルに設定され許容差が±1.5%であり、Vce は（Vov −100 ｍV ±50ｍV ）に、過放電限度Vvu は(2.3V ±100 ｍV)／セルに設定されている。従って、この実施態様の３セル型電池では、全電池しきい電圧は12.6V である。
【０１３８】
図２の電池パックスーパバイザは、回路70をさらに備えてもよい。この回路70は、スーパバイザ回路20に印加され、したがって保護回路60に到達する全電池電圧を測定する。この場合、全保護回路電圧測定用の回路70は、ガスゲージ（gas gauge）回路である。この回路はまた、検出抵抗器74に生じる電圧降下をピン72および73を介して測定することにより、充電／放電電流のモニターも行う。従って、充電電流が流れるとき、損失抵抗器67a および68a があるため、保護回路60のピン61および64にかかる電圧と、回路70のピン71および72にかかる電圧との間に差異が生じる。
【０１３９】
電池電圧および充電／放電電流をモニターすることによって、回路70は、電池へ供給され、かつ電池から供給される電力を決定することができる。こうして、電池の残留容量を決定することができる。この回路70は、電池温度を測定するよう構成される場合には、残留容量を決定する際に温度変化を補償してもよい。充電電流を測定するには、検出抵抗器74は、この抵抗器７4 に生じる電圧降下を抑えるため、例えば50ｍΩ程度の低い値に設定しなければならない。回路70はさらに、シリアル入力／出力ピン75を有する。このシリアル入力／出力ピン75は、スーパバイザ回路20のピン21に対応したマイクロコントローラ45とシリアル通信のためのものであって、それにより電圧、電流、温度および／または電池容量に関するデータ等が送信される。
【０１４０】
この発明の上記実施態様において、単一通信ライン53を示す。ただし、この発明において、電池から充電器にデータを通信するための２本以上の通信ラインを有する通信バスを用いる実施態様も含まれることが理解されるべきである。
【０１４１】
上記のように動作するガスゲージ回路の例としては、ベンチマルクエレクトロニクス．インクのbq2050が挙げられる。この回路についてのさらなる詳細は、引用によりここに組み込まれているベンチマルクエレクトロニクス．インクの1996年9 月のbq2050データシートに見出される。これらのデータシートは、bq2050との通信に関する指示、従ってマイクロコントローラ45の通信インターフェースのプログラム方法に関する一例としての指示も含む。
【０１４２】
ベンチマルクエレクトロニクス．インクは、bq2053およびbq2050の両方を含む完全に接続されたスーパバイザ回路bq2165を備えている。この回路についてのさらなる詳細は、引用によりここに組み込まれているベンチマルクエレクトロニクス．インクの1996年５月のbq2165データシートに見出される。
【０１４３】
この発明には、全電池しきい電圧に達した場合に充電プロセスが中断されるように保護回路60が構成された実施態様と、複数の電池セルの１つがセルしきい電圧に達した場合に充電が中断されるよう保護回路60が構成された実施態様との両方を含むことが理解されるべきである。単一セル電池では、セルしきい電圧と電池しきい電圧は等しいであろう。よって、この発明は、１つ以上のセルを有する電池パックに関する。
【０１４４】
図２のスーパバイザ回路では、電圧検出回路70は、全ての電池セルの全電圧を測定するように構成されている。この電圧に対応する信号が、次いで、マイクロコントローラ45に送信されるようにしてもよい。このマイクロコントローラ45は、充電プロセスの少なくとも一部の期間は電力の出力を制御し、これによって、上記電圧が、全電池しきい電圧、すなわち、過充電限度よりも低くなるよう構成されてもよい。過充電限度は、この実施態様では、３セル型電池の場合は12.6V である。しかしながら、この発明の範囲には、１つ以上のセルを有する電池の各セルのセル電圧が測定できるように電圧検出回路を構成した実施態様も含まれる。よって、各セルのセル電圧を、単一セルしきい電圧、すなわち、過充電限度電圧よりも低く維持できるように、充電プロセスの少なくとも一部の期間では充電プロセスが制御されるようにしてもよい。
【０１４５】
この発明の目的は、保護回路60を動作させることなく、すなわち、電池セルが所定のしきい電圧に達して、電池セルにおいて電圧降下（複数のセルの全電圧または個々のセルにかかる電圧について）を生じることなく、高速充電を可能にすることである。ここで、電池が大充電電流で充電される期間、電池セル電圧が最高になることが理解されるべきである。このように充電されることにより、内部損失抵抗器12a 、12b 、12c に電圧降下が生じる。この電圧降下が抵抗を無視した電池セル電圧に加わり、これによってしきい電圧を超過しない電圧となる。
【０１４６】
電圧検出回路70を設けない場合のこの発明の実施態様においては、充電電流の供給時に測定される電圧は、図１の端子41で測定される端子電圧となるであろう。従って、この端子電圧には、全電池セル電圧と、スイッチ抵抗器67a 、68a 、端子損失抵抗器14a 、41a 、16a 、43a および検出抵抗器44に生じる電圧降下とが含まれる。電圧検出回路70を設ける場合には、端子電圧には検出抵抗器74に生じる電圧降下が含まれる。電池パック10が保護ダイオード13を備える場合、端子電圧にはこのダイオードに生じる電圧降下も含まれる。
【０１４７】
端子損失抵抗器14a 、41a 、16a 、43a 、15a 、42a の抵抗は、低い値をとることが好ましく、10ｍΩ程度であってもよい。しかしながら、この抵抗値は、低い抵抗値を得るのに好適な選択であるベリリウム−銅のような材料とともに用いる接触材料により変動する。さらに、電池パック10側の端子14、15、16および充電側の端子41、42、43の接触抵抗も考慮する必要がある。この接触抵抗は、例えば接触の老化や接続の不具合などにより大きく変動する。従って、端子14および41と端子16および43での全端子損失抵抗は、100 ｍΩまでかあるいはそれ以上であってもよい。
【０１４８】
例えば、充電電流が1Aのとき、電池セル外部での全電圧降下を以下のように計算してもよい（括弧内の符号は構成要素）。
【０１４９】
１A[100 ｍΩ(41, 14)＋50ｍΩ(67a) ＋50m Ω(68a) ＋50m Ω(74)＋100mΩ(16, 43)＋100mΩ(44)] ＋300mV(13) ＝750mV
【０１５０】
充電電流が2 Ａのとき、ダイオードに生じる電圧降下を300 ｍV と設定すると、1 Ａの電流のときの上記抵抗値に対応する全電圧降下は、1.2 Ｖとなるであろう。従って、充電電流２A 、保護回路しきい電圧12.6Ｖでは、端子電圧は、充電プロセスが抵抗電圧値のために中断される前に13.8Ｖに達しなくてはならない。300 ｍV のダイオード電圧は、ショットキー型ダイオードにおいて典型的であろう。
【０１５１】
充電プロセスを制御することによって、保護回路により充電プロセスを中断されることなく、充電電流と充電電圧あるいは端子電圧を高くするためには、最大充電電圧を決定し充電プロセスの制御に用いてもよい。したがって、電源48の出力を制御し、充電電圧あるいは端子電圧がこの最大充電電圧を超過しないようにすることが必要である。この最大充電電圧を第一保護電圧と称してもよい。
【０１５２】
ここに記載する例では、ダイオード13に生じる電圧降下を300 ｍV に設定する。しかしながら、ダイオードに生じる電圧降下をより正確に測定するのに、ダイオードのデータシートを用い、電圧降下をダイオード電流の関数として計算してもよい。従って、電流が大きい場合には電圧降下が400mV に、電流が小さい場合には電圧降下が200mV になるかもしれない。充電プロセスのうちの大電流が流れる一部の期間では300 ｍV を用いるのが好ましく、ダイオードに生じる電圧降下を考慮して開路電圧の測定値を修正する場合には200 ｍV が好ましい。
【０１５３】
上記のように、抵抗値の低い接触材料を用いる場合、端子損失抵抗は約10ｍΩであってもよい。端子41、14および端子16、43での全端子損失抵抗は、25ｍΩが安全な選択であることが実験により見出され、これにより、電圧降下が300 ｍV のダイオードを用いた場合、電池セル外部に生じる電圧降下は、１A の電流のときに600 ｍV となり、2Aのときに900 ｍV となる。最大充電電圧を決定する前に、しきい電圧の変動も含める必要がある。12.6V に±1.5%の変動を加味すると、最小しきい電圧は12.411V となるが、安全のために最小しきい電圧は12.4V となる。従って、最大しきい電圧を、２A の充電電流のときには13.3V に、充電１A の電流のときには13.0V に設定し、これによって充電電流がしきい電圧よりも高くなるようにしてもよい。
【０１５４】
この発明の実施様態のリチウムイオン電池で、電池充電終了電圧を4.1V／セルとすると、３セル型電池の充電終了電圧は12.3V となる。従って、充電終了電圧と最大しきい保護回路電圧との間の電圧ウィンドウが100 ｍV になる。一方、1Aおよび2Aのとき、300mV のダイオード電圧を考慮して修正し最大充電電圧まで充電すると、電圧ウィンドウはそれぞれ400mV 、700mV となる。従って、充電終了電圧は、小さい充電終了電流で充電したときに測定される、完全に、あるいは、ほぼ完全に充電された電池の電池電圧であると定義してもよく、上記測定は少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧の測定に対応することが理解されるはずである。よって、電池セルの抵抗のない電圧は充電終了電圧を超過するはずがないが、充電電圧の充電時の全電池電圧は、内部抵抗12a 、12b 、12c に生じる電圧降下を考慮して、充電終了電圧を十分上回ってもよい。充電電流が大きくなると、電池の内部抵抗12a 、12b 、12c に生じる電圧降下も大きくなる。
【０１５５】
ただし、充電プロセス中に最大充電電圧でリチウム型電池を充電するとき、充電プロセスが進行し最大充電電圧に達すると、充電電流が小さくなるかもしれない。このため、最大充電電圧に達した後には、電池セル外部に生じる電圧降下が小さくなり、その結果、保護回路に達した電圧が高くなるであろう。最大充電電圧を決定する際には、このことを考慮してもよいかもしれない。
【０１５６】
例えば、２A の充電電流で充電する場合、この充電電流が1.5A程度の小さいレベルに下がるまで、最大充電電圧で電池を充電してもよい。充電電流が下がってからは、他の制御機構に引き継がれてもよい。ここで、1.5Aの電流により生じる電池セル外部の全電圧降下から、最大充電電圧を決定する必要がある。従って、上記で計算した２A の充電電流のときの電圧降下900 ｍV よりも約750 ｍV の電圧降下が好ましい。よって、最大充電電圧あるいは第一保護電圧が13.15Vとなり、電圧ウィンドウが850 ｍV となる。
【０１５７】
保護回路60と電圧検出回路70の両方を備えた場合のこの発明の実施態様では、充電プロセスを制御する他の方法または追加の方法を用いてもよい。従って、電源48の出力を、充電プロセスの一部の期間に電圧検出回路70の電圧の読み出しに基づいて制御してもよい。充電電流を電池に供給する際、この回路70により検出される電圧は、スイッチ損失抵抗器67a 、68a に生じる電圧降下があるため、保護回路60により検出される電圧からずれている。スイッチ１つ当たり約50ｍΩのスイッチ損のため、１A および2Aの充電電流では、損失抵抗器67a 、68a に生じる全電圧降下がそれぞれ約100 ｍV および200 ｍV となる。
【０１５８】
よって、充電プロセスの一部の期間に最大保護回路電圧で電池を充電するとき、測定した保護回路電圧は、損失抵抗器67a 、68a に生じる電圧降下を考慮して修正することが好ましい。この修正は、電圧降下を充電電圧の関数として決定し、こうして決定した電圧降下を最小しきい電圧に加えることにより行い、これによって、充電プロセスを制御するための最大保護回路電圧を得る。しかしながら、充電電流が小さい場合には電圧降下が小さくなること考慮し、最大保護電圧を一定にすることが好ましい。この発明の好ましい実施態様のこの例では、回路70で測定される電流が12.43Vを超過しないように、すなわち、約30ｍV の電圧降下を保護回路の最小しきい電圧12.4V に加えて充電プロセスを制御する。この修正された最大保護回路電圧は、第二保護電圧とも称される。充電終了電圧が12.3V である場合、12.43Vの第2 保護電圧により電圧ウィンドウは130 ｍV になる。
【０１５９】
最大保護回路電圧モードでリチウム電池を充電するとき、充電プロセスが進行し最大保護回路電圧に達すると、充電電流が小さくなるかもしれない。このため、電池セルの内部抵抗12a 、12b 、12c に生じる電圧降下が充電電流とともに小さくなるので、保護回路電圧制御モードが他の充電制御機構に引き継がれ、電池の過充電が避けられるのが好ましい。これが、充電終了電圧よりも高い電圧に電池セルが充電された場合に生じるようにしてもよい。
【０１６０】
この発明の実施態様において、スイッチ49がオフ位置にあり、それによって電池の開路電圧を測定でき、電池電圧の内部の少なくとも実質的に抵抗のない電圧を検出できるように構成されていることが好ましい。保護ダイオードが電池パック内に設けられている場合には、検出した電圧は、このダイオードに生じる電圧降下を考慮して修正する必要がある。
【０１６１】
好ましい実施態様では、保護回路電圧制御モードでの充電は、測定された開路電圧が、ダイオードに生じる電圧降下を考慮して修正された充電終了電圧に達すると終了する。この記載された実施態様では、これは、約12.3Ｖ＋0.2 Ｖの開路電圧に対応し、約12.5Ｖに等しい。この開路電圧に達すると、開路電圧をこの修正充電終了電圧よりも低く維持するために充電プロセスを制御することにより、さらに電池を充電することが好ましい。
【０１６２】
この発明の充電方法および装置は、３つのセルをそれぞれ有し、しきい電圧および充電終了電圧が上記のとおりである２つの異なる大きさのリチウムイオン型電池に用いた。第一の電池は1300mAh の公称容量、第二の電池は2600mAh の公称容量を有する。第一の電池は、ほぼ一定の電流モードで1.2 Ａの最大充電電流で、第二の電池は２A の最大充電電流で充電する。充電プロセス中に、充電電圧、保護回路電圧および開路電圧を決定する。充電電圧が第一保護電圧に達するか、保護回路電圧が第二保護電圧に達するか、または開路電圧が充電終了電圧に達するかのいずれかの場合には、上記のほぼ一定の電流モードを終了し、この時点から充電プロセスが上記のように制御され、開路電圧または抵抗を無視した電池電圧制御モードで電池が充電され、この抵抗を無視した電池電圧が実質的に充電終了電圧になる。
【０１６３】
ここで、この発明による充電プロセスが充電電圧制御モードおよび保護回路電圧制御モードの両方を含む場合には、プロセスが保護回路電圧制御モードを含まない場合よりも、最大充電電圧あるいは第一保護電圧を高い値に設定してもよい。実際には、最大充電電圧を、充電プロセスに影響を及ぼさないが単に安全な電圧として作用する程度には高く設定してもよい。しかしながら、大充電電流で充電する場合、充電プロセスに影響を及ぼすことによって電池および充電器の端子および接触に過剰な電力を浪費しないようにする最大充電電圧を用いることが有利であるかもしれない。
【０１６４】
充電電流が第一の電池では所定の値である60ｍＡ、第二の電池では120 ｍＡまで低下すると、開路電圧制御モードが終了する。しかしながら、充電終了電流では他の値を用いてもよい。充電プロセスのさらに詳細については、以下に記載する。
【０１６５】
電圧検出回路70を用いた保護回路電圧の測定についての上記説明では、回路70の電圧測定の精度あるいは許容度について述べていない。Bq2050では、電圧は最小分解能である約56.25 ｍＶに測定されている。しかしながら、電圧の読みは±60mV／セルを加味してもよく、電池電圧の読みに最大の誤差あるいはずれを加味すると±180mV となる。従って、保護回路電圧に許容度を加味して読むためには、保護回路電圧制御モードで電池を制御する前に電圧検出回路70の読みを換算する必要がある。この換算プロセスについて以下に記載する。
【０１６６】
この発明の一以上の観点による充電プロセスの種々の実施態様を、図３〜８を参照して説明する。
【０１６７】
図３のフローチャートは、ステップ80を最初として始まりステップ81に進む。ステップ80は、電池パック80と充電装置40との接続と、マイクロコントローラ45の初期化とを示す。初期化のステップ80では、マイクロコントローラ45は、マイクロコントローラ45に記憶されている電池独自の所定の充電パラメータをアドレスとするための基準として用いてもよい電池識別子を、通信インターフェースライン53を介して読み出してもよい。これらのパラメータは、最大充電電流Imax、最大充電電圧Vchmax、最大保護回路電圧Vpcmax、充電終了電圧Veocおよび／または充電終了電流leocを含んでもよい。電池に保護ダイオードを設けた場合、Veocを、このダイオードに生じる電圧降下を考慮して修正し、最大開路電圧Vocmaxをマイクロコントローラ45に記憶する必要があることに注意するべきである。しかしながら、これらのパラメータはコントローラ45に予備記憶する必要はなく、電池に予備記憶してマイクロコントローラ45に送信してもよい。
【０１６８】
図３のプロセスにおいて、Vchmaxの値は、大充電電力を供給できるように上述のように決定してもよい。従って、Vchmaxは、Veocよりも大きいが、保護回路による中断を避けることができる程度には小さい。
【０１６９】
ステップ80の後、充電プロセスがステップ81から開始される。ここで、充電プロセスは所定の小充電電流で開始され、充電電流Ich 、充電電圧Vch および開路電圧あるいは少なくとも実質的に抵抗を無視した電池電圧Voc の測定値に基づいて、充電プロセスが制御される。従ってステップ81では、データが測定され処理され、Ich 、Vch およびVoc の現段階での値が決定される。充電プロセスの開始時点では、電圧Voc はVeocよりも低いので、決定ステップ82でのアンサーは決定ステップ83に到達しない。再度、充電プロセスの最初の時点でIch<Imax、Vch<VchmaxおよびVoc<Veocであり、かつステップ83へのアンサーがイエスであれば、ステップ84に進む。ステップ84では充電電力を増加させるが、これは、PWM 信号50のデューティサイクルを増加させることによって行ってもよい。
【０１７０】
好ましくは、ステップ81でのデータの測定は、定期的に時間間隔を設けた時間フレーム、または測定周期で行う。充電電流Ich および充電電圧Vch の測定は、十分な充電電流が供給されたとき、すなわち、電力供給スイッチ49がオンしたときに行われ、開路電圧Voc の測定は、スイッチ49がオフ位置にされることにより、充電電流が中断されるか低減されるときに行われる。従って、充電電力は、データ測定の連続した周期間の時間間隔に対応する時間間隔で規定される。
【０１７１】
充電プロセスの第一の段階では、図３のループはステップ81、82、83および84の後に続き、これにより充電電力が大きくなり、Ich がImaxに達する。この時点にほぼ調子を合わせて、ステップ83が決定ステップ85に到達する。Vch およびVoc のいずれも対応する限界VchmaxおよびVeocに達しないのであれば、ステップ85の出力はノーであり、充電電力はループ81、82、83および85の後に続くことによって維持される。しかしながら、Ich がImaxよりも大きいことが測定されると、PWM 信号50のデューティサイクルを減少させることにより、ステップ86での充電電力を小さくする。その結果、Ich がImaxに達すると、充電プロセスが制御され、Vch またはVoc のいずれかがその限界に達するまで一定の充電電力モードで充電される。
【０１７２】
通常の充電プロセスでは、充電電圧Vch が、まず最初にその限界Vchmaxに達するであろう。これに調子を合わせて、ループがステップ83から85および86へ進み、それによって充電電力が低下する。これに調子を合わせて、充電プロセスが一定の充電電圧モードに入り、Vch が実質的に一定になり、充電電流Ich が小さくなる。これは、ステップ81、82、83、85および86のループか、電力を小さくする必要がない期間ではステップ81、82、83および85のループに対応する。
【０１７３】
図３において、Ｖｃｈｍａｘの値をＶｅｏｃの値より大きく設定し、そして一定充電電圧モードをＶｏｃがＶｅｏｃに到達するまで維持する。この時点でちょうど充電プロセスが抵抗フリーまたはオープン回路電圧制御モードに入る。これは、ループ８１，８２，８３，８５および８６に対応し、電力の減少を必要としないときはループ８１，８２，８３および８５に対応する。オープン回路電圧制御モードを、充電電流が充電終了電流Ｉｅｏｃに減少させるまで維持する。この時点でちょうど決定ステップ８２での応答がイエスとなり、プロセスステップ８７の充電プロセスの終了に至る。
【０１７４】
本発明による充電プロセスのもう一つの実施態様は、図３のＶｃｈおよびＶｃｈｍａｘを、保護回路電圧Ｖｐｃおよび最大保護回路電圧Ｖｐｃｍａｘでそれぞれ置き換えることによって得られる。すなわち、一定充電電圧モードを、ＶｏｃがＶｅｏｃに達するまで一定保護回路電圧モードで置き換える。これは、図４で説明されているが、Ｖｐｃｍａｘの値を、保護回路の限界電圧より低いが充電終了電圧Ｖｅｏｃより高く設定し、それによって充電電圧を充電終了電圧Ｖｅｏｃより高くできない通常の充電プロセスに比較して、一定保護回路電圧モード中に充電電力が高くならない。図４では、ステップ９０−９７が図３のステップ８０−８７に相当する。
【０１７５】
図５では、図３と図４の充電プロセスの組み合わせに対応する充電プロセスのフローチャートを示す。すなわち、図５のステップ１００−１０７は図３のステップ８０−８７に対応するが、プロセスのステップ１０１が保護回路電圧Ｖｐｃからなるデータ測定を含み、さらに決定ステップ１０３および１０５が最大許容保護回路電圧Ｖｐｃｍａｘに比較されるＶｐｃを含む。Ｖｐｃｍａｘ前にＶｃｈｍａｘに達するよう、ＶｃｈｍａｘとＶｐｃｍａｘの値を決めておくのが好ましい。すなわち、Ｖｃｈｍａｘに達すると、充電電流を下げて減少された端子電圧の低下に導き、一方、抵抗を無視した電池電圧を増加させて保護回路Ｖｐｃで電圧の増加に導く。従って一定充電電圧モードでの充電時には、Ｖｐｃの値はＶｐｃｍａｘに達するまで増加する。
【０１７６】
ここで、Ｖｃｈｍａｘが安全電圧として設定される。Ｖｐｃｍａｘの使用は保護回路を起動しないことを保証できるが、端子の高オーム抵抗、すなわち、接続不良が各端子にわたって大きい電圧降下や対応する高電力ロスをもたらすかもしれない。そのような電力ロスを減らすためには、各端子を傷めるかもしれないが、Ｖｃｈｍａｘを上記で検討したように決定し、充電電圧制御モードを加えてもよい。
【０１７７】
図３の検討に引き続き、図５の充電プロセスは、Ｉｍａｘに達するまで充電電力をまず、増加させ、次いでＶｃｈがＶｃｈｍａｘに達するまで定電流充電モードにする。ここで、充電プロセスは一定充電電圧制御モードに入り、ＶｐｃがＶｐｃｍａｘに達するまで継続され、その時点からちょうど充電電力を更に減少させ、一定保護回路電圧制御モードに引き継ぎ、ＶｏｃがＶｅｏｃに達するまで継続してもよい。この時点でちょうど充電電力を減少させ、さらにＩｃｈがステップ１０２でＩｅｏｃに達するまで開路電圧制御モードに引継ぎ、ステップ１０７で充電プロセスの終了に導く。
【０１７８】
図３から図５の充電プロセスに対しては、その充電プロセスをコントロールするために必要な充電パラメータＩｃｈ，Ｖｃｈ，Ｖｐｃおよび／またはＶｏｃを規則正しい時間間隔で測定してもよい。そのような時間間隔の長さを３２ミリ秒とすることもできるが、本発明によればもっと長い時間間隔を使うことができることを理解すべきである。すなわち、数秒までの時間間隔を、使用される測定技術に応じて使用してもよい。各パラメータを上述の時間間隔よりもっと短い時間フレーム内で測定してもよい。そのような時間フレームを０．１から１ミリ秒とすることもできるが、時間フレームの総合計が測定時間間隔を超えないかぎり、より長い時間フレームを使うことができる。
【０１７９】
図３のプロセスに対しては、充電電圧Ｉｃｈを約０．１ミリ秒の時間フレーム内で測定し、Ｖｃｈの測定のために０．１ミリ秒の時間フレームまで継続してもよく、それを再び０．１ミリ秒の時間フレームまで継続できる。そのときはスイッチ４９がＶｏｃを測定のためにオフ位置にある。図４のプロセスに対しては、Ｖｃｈの測定をＶｐｃの測定で置き換えるべきである。ここで、Ｖｐｃを測定するためのより長い時間フレームを通信ラインを介して電圧を読み取るために必要とするかもしれない。しかしながら、Ｖｐｃも、より速い測定を可能にするＡ／Ｄ変換器の使用によって直接測定できる。図５のプロセスに対しては、測定タイムスロットをＶｃｈとＶｐｃの両方に含めてもよい。
【０１８０】
図６は、図５の充電プロセスに対応する充電プロセスのフローチャートを示す。しかしながら、図６のプロセスに対しては、保護回路電圧Ｖｐｃの読み取りまたは測定を、Ｉｃｈ，ＶｃｈおよびＶｏｃの測定の時間間隔と異なる時間間隔で行ない、図３と結びつけて説明した時間間隔で測定する。従って図６でのＶｐｃの読み取りの時間間隔は図３の時間間隔より大きい数秒までのいずれでもよい。本発明の一つの実施態様では、Ｖｐｃの読み取りを３０秒の時間間隔で行う。
【０１８１】
図６では、ステップ１１０から１１７が図３のステップ８０から８７に対応し、一方ステップ１１８から１２０は保護回路電圧読み取りとコントロールを含む。ＶｃｈｍａｘとＶｐｃｍａｘの値を図５の検討に従って決定することに注目すべきである。すなわち、完全に放電した電池を充電するときには、Ｖｐｃｍａｘに達する前にＶｃｈｍａｘに達するべきである。
【０１８２】
図３の検討に従って、図６の充電プロセスは、まず、Ｉｍａｘに至るまでは増大する充電電力を有し、ＶｃｈがＶｃｈｍａｘに達するまでは定電流充電モードが続き、その時点でちょうど充電プロセスが一定充電電圧制御モードに入る。決定ステップ１１８では、Ｖｐｃの読み取りの準備ができているかどうかを決定し、そして、ノーの場合は、通常の充電プロセスがステップ１１３で進行し、一方、イエスの場合はＶｐｃがＶｐｃｍａｘに達したかどうかを決定ステップ１１９で決定する。もしノーであれば、そのときはステップ１１３にもどり、一方、イエスであれば、そのときはプロセスステップ１２０でＶｃｈｍａｘの予め設定した値をステップ１１３に入る前に減少させる。Ｖｃｈｍａｘをステップ１２０で減少させていたときは、ステップ１１３への応答はノーであり、ステップ１１５と１１６を介して充電電力の減少に至る。従って、ＶｐｃがＶｐｃｍａｘに達すると、充電プロセスは一定保護回路電圧モードに入り、そこでは最大充電電圧Ｖｃｈｍａｘおよびそれによる充電電圧Ｖｃｈを調整し、充電プロセスの部分についてのＶｐｃｍａｘに保護回路電圧を維持させる。
【０１８３】
図６の充電プロセスでは、一定保護回路電圧制御モードをＶｏｃがＶｅｏｃに達するまで継続してもよい。この時点では、ちょうど充電電圧を更に減少させ、Ｉｃｈがステップ１１２でＩｅｏｃに達するまで開路電圧制御モードを継続させ、ステップ１１７の充電プロセスの終了に至る。
【０１８４】
保護回路電圧の読み取りが較正を必要とするかもしれないことは、上記で検討してきた。これを図７で説明する。図７は、図６の充電プロセスに対応し、更に較正のステップ１４１と１４２を含む充電プロセスのフローチャートを示す。図７では、ステップ１３０から１４０は図６のステップ１１０から１２０に対応する。しかしながら、図７では開始１３０のステップをプロセスステップ１４１に継続し、そのプロセスステップは、ステップ１３１で充電ループに入る前に、較正値または訂正値、すなわち、較正の測定および記憶のプロセスを備えている。Ｖｐｃの読み取りが決定ステップ１３８で準備できているときは、記憶された修正値、すなわち較正をＶｐｃに加えて、修正された保護回路電圧Ｖｐｃｃをプロセスステップ１４２で得る。Ｖｐｃｃの決定値を決定ステップ１３９でＶｐｃｍａｘと比較し、Ｖｃｈｍａｘを減少させるか否かを決定する。
【０１８５】
従って、図７のプロセスに対しては、一定保護回路電圧モードを制御し、訂正された保護回路電圧Ｖｐｃｃを充電プロセスの一部の間、Ｖｐｃｍａｘに維持する。ステップ１４０でＶｃｈｍａｘを減少させるときは、Ｖｃｈｍａｘの新しい値を、ＶｐｃｃとＶｐｃｍａｘとの差をＶｃｈｍａｘの古い値から差し引いて決定するのが好ましい。
【０１８６】
図７のプロセスの較正ステップ１４１を図８でより詳細に示す。ここで、較正プロセスは保護回路電圧Ｖｐｃを測定および／または読み取るためのプロセスステップ１５０からなり、保護回路の電圧出力を決定することに対応する。これをプロセスステップ１５１によって継続する。そこでは、開路電圧、すなわち、電池の少なくとも実質的な抵抗を無視した電圧Ｖｏｃを測定し、プロセスステップ１５２に続き、そのプロセスステップでは得られたＶｐｃとＶｏｃの値を比較し、電圧差を決定する。プロセスステップ１５３では、得られる電圧修正値、すなわち較正を、ステップ１５２で得られた電圧差および予め設定された電圧降下を基にして決定する。もし保護ダイオードがない場合には、電圧修正値はステップ１５２の結果と等しい。最後に、プロセスステップ１５４では、修正電圧、すなわち較正を充電プロセスの間の再利用のために記憶する。
【０１８７】
ここで、公知の充電プロセスを示す図９を参照する。図９の電池は、３つのセルを備え、１２．３Ｖの充電終了電圧Ｖｅｏｃを有する完全に放電された１３００ｍＡｈのリチウムイオン電池である。しかしながら、電池パックは、３００ｍＶに設定された電圧降下を有する保護ダイオードを備えており、その電圧降下を電池充電時に考慮に入れるべきである。図９および次の図１０と図１１では、小さなくぼみで被われた波形状が測一定充電電圧Ｖｃｈに表れ、実線が測定開路電圧Ｖｏｃに表れ、そして破線による波形状が測一定充電電流Ｉｃｈに表れる。
【０１８８】
図９の充電プロセスは、最大充電電流１ＡのＩｍａｘを有する定電流モードを備え、ダイオードの電圧降下を考慮して最大充電電圧１２．６６ＶのＶｃｈｍａｘを有する一定充電電圧モードに続く。充電電流が約６０ｍＶまで減少したときに、充電プロセスは、一定充電電圧モードで終了する。図９から、次のことがわかる。すなわち、約１５分以内に充電電圧が約１２．６６Ｖに増加して、その結果、定電流充電モードがきわめて短く、１５分の充電後終了し、その時点でちょうど一定充電電圧モードに入る。従って一定充電電圧を維持するために、充電電流を充電プロセスの早期の段階で減少させ、その結果、約１９０分のかなり長い充電時間を要する。１３００ｍＡｈより大きな容量を有する電池に対しては、充電時間が、図９で説明された公知の充電プロセスを伴うときに非常に長くなる。図９の充電プロセスを終了するときに、開路電圧は約１２．４２Ｖに達し、保護ダイオードの電圧降下を考慮したときに充電終了電圧が１２．３Ｖよりわずか低いことを示す。
【０１８９】
図９の電池パックも、１２．６Ｖのしきい電圧を有する保護回路を備えている。保護回路６０を、図２で説明されるように、電池パック内に配置する。図９の曲線から次のことがわかる。すなわち、Ｖｃｈｍａｘを、ダイオード電圧降下を考慮して低く設定しているので、保護回路電圧が１２．６Ｖのしきい電圧には決して達しない。
【０１９０】
図５から図７のフローチャートで記載したように、本発明による充電方法を、図１０で説明する。図１０の電池は、１２．３Ｖの充電終了電圧Ｖｅｏｃを有する完全に放電された２６００ｍＡｈの３セル型リチウムイオン電池である。電池パックは図２の電池パック１０に対応し、従って保護ダイオード１３、保護回路６０および保護回路電圧を測定する回路７０を備えている。
【０１９１】
充電プロセスの立上がりの間に、保護回路電圧を測定するための回路７０を較正し、その時点からちょうど充電電流を増加させ、充電プロセスは定電流充電モードの、図１０の第一段階に入り、最大充電電流Ｉｍａｘを２Ａに設定させる。充電プロセスの間に、Ｉｃｈ，Ｖｃｈ，ＶｏｃおよびＶｐｃの値を決定する。図１０の充電プロセスに対しては、最大充電電圧Ｖｃｈｍａｘを１３．４１Ｖに設定しておき、この値を、その時点まで異なる電圧に対し２Ａで電池にテスト充電することにより決定し、そこで保護回路６０が充電プロセスを中断させる。従って結果として得られるＶｃｈｍａｘをより低い値に設定していた。もし異なる充電回路のしきい値のばらつきを考慮に入れるべきであれば、Ｖｃｈｍａｘを先に検討したようにより低い値に設定してもよかった。そのようなＶｃｈｍａｘの高い値を用いることによって、２Ａの充電電流を約４７分までの長時間供給し、その時点でちょうど充電電圧がＶｃｈｍａｘに達し、そして充電プロセスが一定充電電圧モードの、図１０の第二段階に入る。
【０１９２】
図１０の充電プロセスに対しては、最大開路電圧Ｖｏｃｍａｘを、約２００Ｖの保護ダイオードの電圧降下のために調整された充電終了電圧１２．３ＶのＶｅｏｃに対応して、１２．４８Ｖに設定していた。更に、最大許容保護回路電圧Ｖｐｃｍａｘの値を、先に検討されたように、１２．４３Ｖに設定していた。充電の第二段階の間に、充電電流を減少させて、一定充電電圧を維持する一方、電池開路電圧を増加させる。この時点では、図１０の充電プロセス内で約６７分であり、電池電圧が大きく上昇しているので、保護回路電圧がＶｐｃｍａｘに達する。本発明の好ましい実施態様では、それはＶｐｃｍａｘに達すべき訂正電圧Ｖｐｃｃである。この時点でちょうど、充電プロセスが一定保護回路電圧モードの、図１０の第三段階に入る。第三段階の間では、電源の出力を制御して充電電流と充電電圧とを減少させ、保護回路電圧をＶｐｃｍａｘに維持する。
【０１９３】
電池電圧が非常に大きく上昇しているので、ＶｏｃがＶｏｃｍａｘに達し、充電プロセスが定抵抗フリー電圧制御モード、または定開路電圧モードの、図１０の第四段階に充電プロセス内の約７６分で入る。充電プロセスの第四段階は、充電電流が予め設定された充電終了電流１２０ｍＡのＩｅｏｃに減少するまで進行し、その時点でちょうど充電プロセスを最終的に終了する。図１０から次のことが明らかである。すなわち、全充電時間が約１１３分であり、その時間は図９の従来技術によって得られるものより大変短い。充電プロセスを終了するとき、ＶｃｈとＶｏｃとの間に約２４０から３００ｍＶの差異がある。この差異は、上記で検討した損失抵抗の電圧降下と保護ダイオード電圧降下との差異による。
【０１９４】
図１１は、完全放電１３００ｍＡｈの３セル型リチウムイオン電池のための充電プロセスを説明する。その充電プロセスを図１０の充電プロセスのために用いられた充電器によって実行する。しかしながら、最大充電電流Ｉｍａｘを電池の低容量により１．２Ａまで減少させ、充電終了電流Ｉｅｏｃを６０ｍＡまで減少させた。他の記憶充電パラメータは図１０のプロセス用と同じ値を有する。従って、１２．３Ｖに等しいＶｅｏｃに対し、Ｖｏｃｍａｘの値を１２．４８Ｖに設定し、Ｖｃｈｍａｘを１３．４１Ｖに、そしてＶｐｃｍａｘを１２．４３Ｖにそれぞれ設定する。
図１１から、次のことを理解できる。すなわち、より小さい最大充電電流により、充電プロセスは決して図１０の第三段階および第四段階に入らない。従って開始や較正電圧の記憶のステップの後、一定充電電流モードをＶｏｃがＶｏｃｍａｘに達するまでの約５５分間継続し、その時点からちょうど充電プロセスが定抵抗フリー電圧制御モード、または定開路電圧モードに続く。定開路電圧モードを充電電流がＩｅｏｃ以下になるまで続け、充電プロセスを充電時間の約８９分後に終了する。
【０１９５】
図１１において一定充電電流モードを終えるとき、充電電圧は、Ｖｃｈｍａｘにきわめて近い１３．３８Ｖの値を有する。従ってわずかに大きいＩｍａｘに対しては、充電プロセスも一定充電電圧モードおよび一定保護回路モードを備えるべきである。これはまた、より低い値をＶｏｃｍａｘに対し選択した場合である。
【０１９６】
しかしながら、図１１の充電プロセスを比較するとき、そこでは充電終了電圧を充電プロセス中で開路電圧と比較し、図９の充電プロセスでも、そこでは充電終了電圧を充電電圧と比較し、全充電時間を図９で示された充電時間の約５０％に減少させた。
【０１９７】
かくして、本発明は、保護回路を有する電池を、そのような保護回路によって充電プロセスを中断させることなしに、急速に充電する解決法を提供することを理解すべきである。
【０１９８】
本発明の第四の観点の実施態様による充電プロセスを説明するフローチャートを図１２に示す。
【０１９９】
図１２の充電プロセスは簡単な充電プロセスを示し、そのプロセスを図１で説明されるように電池充電器を使って行うことができる。しかしながら、図１２の充電プロセスのみが充電電圧Ｖｃｈと充電電流Ｉｃｈの測定を要求するので、電池監視回路２０、通信インタフェースおよび通信ライン５３を必要としない。更に関連して予め設定された充電パラメータをマイクロコントローラ４５に記憶できる。これらのパラメータは、最大充電電流Ｉｍａｘと、充電終了電圧Ｖｅｏｃに等しいかまたは、この電圧の関数であるのが好ましい最大充電電圧Ｖｍａｘと、充電時間の一部またはそれ以上の残り時間と、充電電流を充電時間の残り時間を決定する前に減少させるべき値である電流値Ｉｅｎｄとからなってもよい。
【０２００】
この場合、充電時間の記憶された残り時間を、充電プロセス中に電池のテスト充電から決定してもよく、そこでは電池を定電流モードで充電し、充電電流が定電流充電モードでの最大電流の５から１０％の充電電流Ｉｅｏｃの端値に減少するまで定電圧モードが続く。次いで、Ｉｅｎｄに達してからＩｅｏｃに達する時間を充電時間の残り時間として決定してもよい。
【０２０１】
図１２において、フローチャートは開始ステップ１６０でスタートし、プロセスステップ１６１に進む。ステップ１６０は電池パック１０の充電器４０との接続およびマイクロコントローラ４５の初期化を示す。もし充電器４０が異なる型式および／またはサイズの電池に対して使われる場合は、電池は、通信インタフェースライン５３を介してマイクロコントローラ４５に電池情報を通知するための回路を備えてもよい。従って初期化プロセス１６０の間は、マイクロコントローラ４５は電池から電池の識別名を読み取り可能であり、その識別名を、マイクロコントローラ４５に記憶された所定の電池特別充電パラメータのアドレスを指定するための参照記号として用いてもよい。しかしながら、これらのパラメータを、充電器４０またはコントローラ４５内に記憶する必要はないが、電池に予め記憶させ、そしてマイクロコントローラ４５に通知してもよい。
【０２０２】
ステップ１６０の初期化の後、充電プロセスをステップ１６１でスタートする。ここでは、充電プロセスを低充電電流でスタートし、そしてその充電プロセスを充電電流Ｉｃｈと充電電圧Ｖｃｈの測定値に基づいて制御する。すなわち、ステップ１６１では、データを測定し、処理して、ＩｃｈとＶｃｈの現在値を決定する。充電プロセスがちょうどスタートしたときは、電圧ＶｃｈがＶｍａｘより低く、決定ステップ１６２での応答は決定ステップ１６３に達しない。再び充電の始めにＩｃｈ＜Ｉｍａｘ、Ｖｃｈ＜Ｖｍａｘを処理すると、ステップ１６３への応答はイエスでプロセスステップ１６４に至る。ステップ１６４では、充電電力を増し、それをＰＷＮ信号５０の使用率を上げることによって行ってもよい。
【０２０３】
充電プロセスの第一段階の間は、図１２のループがステップ１６１，１６２，１６３および１６４をたどり、それによって充電電力をＩｃｈがＩｍａｘに達するまで増加させ、ちょうどその時点ではステップ１６３が決定ステップ１６５に至る。もしＶｃｈが限界のＶｍａｘにまだ達していない場合は、ステップ１６５の出力はノーであり、充電電力を、あとに続くループ１６１，１６２，１６３および１６５によって維持する。しかしながら、Ｉｃｈを測定してＩｍａｘより大きい場合は、充電電力を、プロセスステップ１６６でＰＷＮ信号５０の使用率を下げることによって減少させる。結果は次のとおりである。すなわち、ＩｃｈがＩｍａｘに達すると、充電プロセスを制御してＶｃｈが限界に達するまで一定充電電流モードで充電する。
【０２０４】
ＶｃｈがＶｍａｘに達すると、ループはステップ１６３からステップ１６５および１６６に向かい、それによって充電電力を減少させる。この時点ではちょうど、充電プロセスが一定充電電圧モードに入り、そこでは充電電流Ｉｃｈを低下させている間、Ｖｃｈを実質的に一定に保持する。これはステップ１６１，１６２，１６３，１６５および１６６のループに、または電力を減少させる必要がない期間の間はステップ１６１，１６２，１６３および１６５のループに対応する。
【０２０５】
充電電流ＩｃｈがＩｅｎｄに減少すると、決定ステップ１６２への応答はイエスであり、プロセスステップ１６８に入る。ステップ１６８ではＩｅｎｄの値に対応する充電時間の残り期間を決定し、そして充電プロセスが一定充電電圧モードに、この決定された期間中にステップ１６７で充電終了まで進む。
【０２０６】
本発明による充電プロセスの他の実施形態を、図３から図７のＩｅｏｃをＩｅｎｄと、充電ステップ終了前に挿入されたステップ１６８に対応するプロセスステップとで置き換えさせることによって得ることができる。
【０２０７】
図３から図７と図１２のフローチャートは、電池温度のいかなる決定または読み取りも示していない。しかしながら、電池温度の決定および／読み取りの一つまたはそれ以上のステップを含むことも本発明の範囲内である。電池温度を決定することにより、その温度を電池内の回路７０によって測定し、電池充電器４０のマイクロコントローラ４５に移すかもしれないが、もし電池温度が予め設定された限界以上、例えば４５℃以上または５０℃以上になれば、充電プロセスを停止できる。マイクロコントローラ４５も、電池温度以下、例えば０℃以下で充電プロセスをスタートしないよう適合させてもよい。そのような低温に対し、充電器を、例えば、５０ｍＡの低い細流充電電流を供給するよう適合させてもよい。
【０２０８】
監視回路２０を有する電池パック１０のもう一つの好ましい実施態様を図１３で説明する。図１３の監視回路２０は、図２の監視回路２０に比較すると、もっと簡単である。すなわち、図１３の実施態様では、監視回路は保護回路電圧を測定するためのいかなるガスゲージ回路系７０も備えていないし、電流検知抵抗器７４も省略している。代わって、図１３の監視回路２０が抵抗器７７およびコンデンサ７６を有する簡単なＲＣステージを備えている。抵抗器７７およびコンデンサ７６をセルの端子を通じて直接接続するのが好ましく、その結果、コンデンサ７６の電圧は電池の単一セルまたは複数のセルを通る電圧に実質的に等しくなる。図１３の電池パック１０の他の部品は図２の電池パック１０の部品に相当する。
【０２０９】
抵抗器７７とコンデンサ７６の値を高く設定しているので、コンデンサ７６の電圧を、Ｖｏｃを測定するために、充電電流をカットオフできる期間内には、大きく変更しないのが好ましい。従って、コンデンサ７６の電圧測定によって保護回路電圧に対応するセルの端子電圧を測定できる。電圧を、充電電流を中断する測定期間中にピン１５で測定することができる。図１３のＲＣステージを使うときには、ライン５３に沿ってマイクロコントローラ４５に至るデータ通信を必要としない。ここで、マイクロコントローラ４５を電池端子１５で、例えば、入力をライン５３を介して有するＡ／Ｄコンバータの使用によって、電圧を測定するよう適合させてもよい。代替として、電池端子１５からの電圧信号を信号状態回路系５５に供給し、そこから電圧信号がマイクロコントローラ４５に接続ラインを介して進んでもよい。
【０２１０】
もし余分の電池端子１５をとっておく必要があれば、コンデンサ７６の電圧を、特別に設計された回路系を持つことにより電池端子１４を介して充電器４０で検出してもよく、その回路系は、充電電流の供給を中断する期間中にコンデンサ７６の電圧を端子１４に供給する。
【０２１１】
図１３のＲＣステージ７７，７６も、充電電流の供給中にセル電圧に対応する内部電池セル電圧を測定する必要がないときは、保護回路なしの電池に使用できることに気付くべきである。コンデンサ７６の電圧を、上記のとおり測定できる。
【０２１２】
本発明はまた電池パック１０の簡単な実施態様をカバーし、そこでは図１３の抵抗器７７とコンデンサ７６を省略し、電池端子１５を電池の単一セル、または複数セル１１ａの正極側に直接接続することを理解すべきである。従って、内部セル電圧または保護回路電圧を電池端子１５および１６を介して測定できる。代替として、余分の電池端子を電池の単一セルまたは複数セル１１ｃの負極側に直接接続して、保護回路スイッチ６７および６８によって生じる電圧降下を避けてもよい。保護回路６０を電池パック内に配置していないときは、端子１６を電池の単一セルまたは複数セル１１ｃの負極側に直接接続してもよい。
【０２１３】
図１、図２および図１３の電池パックは全て保護回路６０を有する監視回路２０を備え、当業者にとっては、本発明の第五の観点が、図１の充電器４０に対応する電池充電器によって作動され、図１、図２および図１３の電池パック１０による電池に対する実施態様をカバーすることは自明である。しかしながら、本発明の第五の観点の実施態様によれば、保護回路６０を必要とせず、従って本発明のこの観点においても図２および図１３の保護回路６０なしで電池パックとして良好に作動する。
【０２１４】
図３から図６のフローチャートおよび図１０の充電プロセスも本発明の第五の観点による充電プロセスを説明する。仮にＶｃｈが外部電池端子電圧に等しい場合は、Ｖｃｈｍａｘを外部安全電圧と置き換え、Ｖｐｃを内部セル電圧と置き換え、かつＶｐｃｍａｘを内部安全電圧と置き換える。
【０２１５】
本発明の第六の観点によれば、充電されるべき電池が記憶手段を備え、その手段がＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭのような電子記憶手段であるものが好ましい。そのような電子記憶が図１、図２または図１３の電池パックの監視回路２０の一部であってもよいが、電子記憶手段も監視回路２０および／または保護回路６０なしの電池パックの一部であってもよい。当業者にとっては、本発明の第六の観点が、図１の充電器４０に対応する電池充電器によって作動される実施態様をカバーすることは自明である。従って記憶された電池情報を通信ライン５３を介して充電コントローラ４５に通信できる。しかしながら、本発明はまた電池から充電器へデータを通信するための２つまたはそれ以上のラインを有する通信バスを用いる実施態様をカバーする。
【０２１６】
本発明の第六の実施態様による電池と充電システムはまたいわゆる“スマート  電池”（Smart Battery ）および／または“スマート  電池充電器”（Smart Battery Charger ）を備える実施態様をカバーできる。スマート電池およびスマート電池充電器を、いわゆる“システム管理バス”（System  Manegement  Bus ；SMBus ）を介して相互に通信するよう配置構成するのが好ましい。
【０２１７】
本発明の好ましい典型的な実施態様についての上述の説明は、図解と説明の目的のために提示されたものである。本発明のすべてを網羅する、すなわち、本発明を開示された正確な形態に限定することを意図しているのではなく、当業者には本発明に照らして多くの改良および変形が可能であることは明らかである。ここに開示され、請求された、基本的に元になる原理を保有するそのような変形例は全て本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
この発明の動作は、そのさらなる目的および利点とともに、以下の詳細な説明を添付の図面に照らしながら参照することにより最もよく解されるであろう。
【図１】  この発明の実施態様による電池充電装置および電池パックのブロック図である。
【図２】  この発明に従って充電される電池パックの実施態様を示す回路図である。
【図３】  この発明の第1 の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図４】  この発明の第２の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図５】  この発明の第３の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図６】  この発明の第４の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図７】  この発明の第５の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図８】  この発明の実施態様による換算工程を示すフローチャートである。
【図９】  従来の工程を示す。
【図１０】  この発明の実施態様による大電流充電工程を示す。
【図１１】  この発明の実施態様による低電流充電工程を示す。
【図１２】  この発明の第4 の観点の実施態様による充電工程を示すフローチャートである。
【図１３】  この発明に従って充電される電池パックの他の実施態様を示す回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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