JP2004104988A - 再充電可能なバッテリー管理のための方法、装置およびコンピュータ・プログラム記録媒体 - Google Patents

Abstract

　【課題】選択的に放電あるいは再充電をできる機構を提供し、再充電可能なバッテリー・セルの動作においてメモリー効果の影響を減らし、寿命を改善すること。
　【解決手段】交換可能なサブ・セルおよび電圧、電流および温度を含むサブ・セルの特定状態を測定するセンサーを有する再充電可能なバッテリー・セルを含むバッテリーである。バッテリーは、さらにサブ・セルに接続された入力、出力スイッチ素子を有し、スイッチ素子は、第１、第２の制御信号に応答し、選択されたサブ・セルから負荷への導電パスおよび電源への導電パスを選択的に切り換えをすることができる。バッテリーのロジック回路は、センサーおよび入力、出力スイッチ素子に接続され、負荷に供給するために選択された少なくとも１つのサブ・セルおよび電源から再充電するため少なくとも１つのサブ・セルをスイッチするため、測定状態に応答して、自動的に制御信号を生成できる。
【選択図】　図1

Description

本発明は、再充電可能なバッテリーに関する、さらに詳細にはリチウム・イオン（LiON）、ニッケル・カドミウム（NiCd）、およびニッケル金属水素化物（NiMH）を含む再充電可能なバッテリーの性能向上に関する。

バッテリーは組成物質内の化学エネルギーを放電プロセスにおいて電気エネルギーに変換する。再充電可能なバッテリーは理想的には放電の方向とは逆の方向に電流を流すことで元の（もしくは実質的に元に近い）充電状態に戻る。現在よく知られた再充電可能なバッテリー技術はリチウム・イオン（LiON）、ニッケル・カドミウム（NiCd）、およびニッケル金属水素化物（NiMH）を含む。

バッテリーは一般的に、１つ以上のセルを含み、しばしば集合的にセル・パックあるいはセル・セットと呼ばれる。当該セル・セットは、電源を形成するため、導電的に結合される。再充電可能なセルは各々、公称の固定電圧、たとえばニッケル・カドミウム（NiCd）およびニッケル金属水素化物（NiMH）では１.２Vを提供する。負荷の要求に基づいて、セットに含まれる個々のセルは、より高電圧を生成するためには直列に、あるいはより高電流を提供するためには並列に配列される。携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、あるいは携帯情報端末（PDA:personal digital assistants）のような携帯電子デバイスの電源に再充電可能なバッテリーを使用するのはよく知られている。

メモリ効果は、再充電可能なバッテリー、特にニッケル・カドミウム（NiCd）およびニッケル金属水素化物（NiMH）セルでよく知られた制限である。この効果によれば、セルは前の充電／放電サイクルの特質を保持する。メモリ効果を避けるために、再充電する前に完全に放電することがよく行われている。しかしながら、多くの応用で、再充電のためにバッテリーを非稼動にする、あるいは再充電のためにバッテリーをさらに完全に放電させることは現実的ではない場合もある。それゆえバッテリー・セルの機構を改善して選択的に放電あるいは再充電をできるようにする必要がある。特に、再充電可能なバッテリー・セルの動作でメモリ効果の影響を減らし、それによりセル寿命を改善することは望ましい。

本発明の目的は、選択的に放電あるいは再充電をできる機構を提供し、再充電可能なバッテリー・セルの動作においてメモリー効果の影響を減らし、寿命を改善することにある。

前述の要求は本発明で対応できる。本発明の１つの形態によれば、バッテリーは、交換可能な複数のサブ・セルを有する第１の再充電可能なバッテリー・セルを含む。バッテリーは、また電圧、電流、および温度を含むサブ・セルの特定状態を測定するためのセンサー、およびサブ・セルに結合された出力スイッチ素子を有する。出力スイッチ素子は、第１の制御信号に応答し、選択されたセブ・セルから負荷に対して導電パスを選択的に切り換え、動作可能である。バッテリーは、さらにサブ・セルに結合された入力スイッチ素子を有する。入力スイッチ素子は、第２の制御信号に応答し、選択されたセブ・セルから電源（ソース）に対して導電パスを選択的に切り換え、動作可能である。バッテリーのロジック回路は、センサー、入力、出力スイッチ素子に結合し、負荷に供給するために、サブ・セルから少なくとも一つを選択し、および電源から再充電するために、少なくとも一つを選択して、切り換えるため、自動的に測定された状態に応答して制御信号を生成する。

本発明の優位性および目的は、別の観点または発明の形態同様、以降の詳細な説明を関連する図面を参照して読むことによりより明らかになる。

以下の好ましい実施形態の詳細説明において、発明が実施された形態を示すために関連する図を参照する。詳細説明および図面は、特定の実施形態に制限されることを意図したわけではなく、逆に、請求の範囲に記載された発明の精神から逸脱せずに、多数の修正および変更を行うことができることがわかるであろう。

図１は、本発明の実施形態によるバッテリー１００のブロック図である。バッテリー１００は、３つの再充電可能なセル１１０、１２０、および１３０を有し、ここでは機能セルと呼ぶ。（別の実施形態において、バッテリー１００は、３つを超える、あるいは３つ未満の機能セルを有するものもある。）１つの実施形態において、各セル１１０他は、負荷（図示せず）に対して定格電力を供給する能力を有する。また別の実施形態において、各セル１１０他は、負荷に対して定格電力の一部を供給するだけであり、この場合、１組のセル、たとえば２つのセル、セル１１０とセル１２０が負荷に定格電力を供給するために必要となる。

バッテリー１００は、制御回路１８０を有し、この回路は図示されたように制御ブロック１３５、充電ブロック１４５および出力電流スイッチ素子１７０が相互接続されている。充電ブロック１４５は、外部電源（図示せず）から電圧入力１０１を受け取り、電圧入力１０１から再充電電圧信号１１５を生成する。たとえば、充電ブロック１４５は、ＡＣ電源によって供給され、充電ブロック１４５がＤＣ出力電圧である再充電電圧１１５に変換する。再充電電圧（信号）１１５は、セルの充電、あるいは再充電に対して機能セル１１０他に結合される。つまり、動作の充電モードにおいて、再充電電圧信号１１５は、これ以降でさらに記述するように、選択されたセル１１０、１２０、および１３０に加えられる。

図２は、本発明の１つの実施形態に基づく、図１におけるバッテリーのセル構成に対する別の概観図である。バッテリー１００は、３つの機能セル１１０，１２０、および１３０と制御回路１８０を有する。この実施形態における３つの機能セル１１０，１２０、および１３０、各々は、３つのディスクリート・セルとも呼ばれるサブ・セルを有する。つまり、機能セル１１０はディスクリート・セル２０１−２０３を含み、機能セル１２０はディスクリート・セル２０４−２０６を含み、機能セル１３０はディスクリート・セル２０７−２０９を含む。（別の実施形態では、セル１１０他は、３つを超える、あるいは３つ未満のディスクリート・セルを含む。）前述した電圧入力１０１と電圧出力１０２において、図示したように各々の端子対は電源に接続、および定格電力で負荷に接続される。

インターフェイス１０３に対して、制御回路１８０は、図示したように、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、あるいは携帯情報端末（PDA）のような外部装置（図示せず）と通信するため、インターフェイス・ピンを提供する。制御回路１８０は、たとえばユニバーサル・シリアル・バス（USB）やＳＭバスのような既知の通信標準をサポートする。ここでブロック図である図５は、１つの実施形態に基づく制御回路１８０のさらなる詳細図を示す。

図３は、１つの実施形態に基づく図２のディスクリート・セル２０１をさらに詳細に示す。セル２０１に対して示された詳細は、一般に図２に示されたすべてのディスクリート・セル２０１−２０９に当てはまる。サブ・セル２０１、すなわちディスクリート・セル２０１は、直列に接続された６個セットの再充電可能のサブ・サブ・セル３１０−３６０を含み、各サブ・サブ・セル３１０−３６０に対して公称１.２V電位であるので、この配列に対して、ディスクリート・セル２０１全体で電圧は６Vになる。別の実施形態で、サブ・サブ・セルは、必要な電圧あるいはディスクリート・セル２０１の電流容量に応じて、並列接続、あるいは直列-並列結合で接続される。

図示されたように、ディスクリート・セル２０１は、セル２０１の電流とバッテリー温度を感知し、センサー信号３７１と３７２を生成するために、センサー３０２と３０４を有する。電圧、電流、および温度のようなディスクリート・セル２０１の特性に対する測定データは、所定のパラメーターで定義された時間間隔で収集される。セル２０１の端子において、信号３７１、３７２と電圧３７０は、ディスクリート・セル２０２と２０３（図２）に対する別の同様な信号とともに制御ブロック１３５（図１）へ送信される。図１において、これらの全信号のセットはセンサー信号１２５−１２７で示される。

ディスクリート・セル２０１のようなディスクリート・セルはセンサー測定が利用可能な最小モジュラー・ユニットであり、加えて保守もしくはサービス用の最小交換可能ユニットである。いかなるサブ・サブ・セル３１０他の故障もそのディスクリート・セル２０１全体の可用性に影響する。図示された実施形態において、単一の温度センサー３７２は、各サブ・サブ・セル専用の温度センサーを持つよりも一般にはより経済的なため、６つの再充電可能サブ・サブ・セル３１０−３６０の間で共有される。しかしながら、別の実施形態において、付加センサーが含まれることは、理解できるであろう。

再び図１を参照すると、図３に示されたセンサー群は各機能セル１１０他および該当する各ディスクリート・セルに関連する（図２）。これらのセンサーは、機能セル１１０、１２０、１３０の該当するディスクリート・セルのバッテリー温度およびディスクリート・セルの該当する端子での電流を示すセンサー信号１２５、１２６、１２７を生成する。同様に、ディスクリート・セルの電圧もまた信号１２５、１２６、１２７のうちのどれかによって、制御ブロック１３５に送信される。制御ブロック１３５は、また充電ブロック１４５から再充電電圧信号１１５を受信し、外部装置（図示せず）にインターフェイス信号１０３を送受信する。

ここで留意すべきは、技術的に周知なように、信号、入力、出力のような用語の使用は構造と機能の間で常に明示的に区別されるわけではないことである。技術分野における通常のスキルをもった者（当業者）であれば文脈から、用語法が構造あるいは機能、もしくは両者を意味することが理解できるであろう。つまり、たとえば、用語“信号”が一般的な意味では論理情報を伝達する機能を指し、あるいは情報を伝達するために生成された電圧、電流他を指し、あるいは電圧、電流を伝送するための端子あるいは導体のような構造を指す。

制御ブロック１３５は、各セル１１０、１２０、１３０と受信信号１０３、１１５、および１２５−１２７に応答し、かつ測定された動作状態が比較される所定のパラメーターに応答するサブ・セルの動作状態を決定するロジック回路（図１には図示せず）を有する。　その状態に応じて、制御ブロック１３５のロジック回路は制御信号１０５−１０８を生成し、機能セル１１０他、およびバッテリー１００の動作を制御するための出力電流スイッチ素子（CSD）１７０に送信する。これは、どのセル１１０他およびディスクリート・セル２０１他を選択して、電圧出力１０２を外部負荷（図示せず）に供給するかを含む。つまり、セル１１０のようなセルは、ＣＳＤ１７０において導電パスを作動させることで、制御信号１０８に応答して、セル１１０と負荷の間に、電圧出力１０２を供給するために選択される。

出力電流スイッチ素子１７０は、機能セルに対する相互接続（図示せず）を含む。前述したように、１つの実施形態において、電流は、負荷に定格電力を供給するために、２つ以上の機能セル１１０、１２０、または１３０を結合しなければならない。そのような場合において、制御信号１０８は、電力を供給するために、ＣＳＤ１７０が２つ以上のセル１１０、１２０、および１３０を選択するようにさせる。１つの実施形態において、ＣＳＤ１７０は、セル１１０他をすべて負荷に対して並列に切り換え、機能セル１１０、１２０、および１３０は、このようにして、セル１１０他の中で単一のセルの場合に比べて３倍長く定格電力を供給するように作動する。

１つの実施形態の１つの観点において、機能セル１１０他と該当するサブ・セル２０１他は、初期化される。初期化の段階で、再充電後、セルとサブ・セルは、動作状態を“オンライン”に変える前に完全に充電される。制御ブロック・ロジック回路１３５は、セルまたはサブ・セルに対する充電サイクルが完了したかどうか決定し、その結果センサー信号１２５，１２６、および１２７がセルもしくはサブ・セルの電圧、電流、温度測定値が所定のパラメーターに従ってある充電時間間隔内で許容可能で、所定の範囲に到達したことを示すかどうかに基づいて、セルまたはサブ・セルがオンライン状態に対して適格になる。

いったん、十分な数のセルおよびサブ・セルが初期化され、再充電されると、制御ブロック・ロジック回路１３５は、負荷に対して定格電力を供給するため、選択的に1つ以上のセルと1つ以上のサブ・セルをそこで使用されるようにセットする。いったん、使用可能状態になると、選択されたセルおよびサブ・セルは、所定のパラメーターで定義された所定の事象が起きるまで電力を供給する。所定の事象の一つとして、セルまたはサブ・セルの電圧が規定の閾値電圧より下がるときがある。また別のものとして、セルまたはサブ・セルに対するオンライン時間が規定の最大規定許容値を超えるときである。そのような事象の検出に基づいて、当該セルまたはサブ・セルは、使用状態から外され、別のセルが使用状態にスイッチされる。これは負荷に対する現在の出力を妨害せずに行われることが好ましい。使用不能に切り換えられたセルまたはサブ・セルは、当該セルまたはサブ・セルが負荷と充電電源どちらから隔離されているかに応じて、再充電のための充電モードあるいは交換のための保守モードに置かれる。同時に、バッテリー１００の１つ以上の別のセルまたはサブ・セルが負荷に定格電力を供給し続ける。

制御ブロック・ロジック回路１３５は、セル電圧、電流を意味する信号１２５、１２６、および１２７に含まれている情報と所定のパラメーターとの比較に基づいて、セルの健全性あるいは動作状態を決定するために各種の技法を使う。要約すると、技法は以下のものを含む。ある見方によれば、制御ブロック・ロジック回路１３５は、規定の充電時間に対してセルの充電前後でのセル電圧差を測定することによって選択されたセルの動作の適性を決定する。電圧差がある規定閾値を超えるならば、選択されたセルが使用不能状態に置かれる、言い換えれば負荷から隔離される。別の見方によれば、ロジック回路は、規定の充電時間に対してセルの充電前後でのセル温度差の測定に基づいて、再充電サイクルの完了を決定する。差が規定の閾値を超えると、選択されたバッテリー・セルは使用不能の状態に置かれる。

また、制御ブロック・ロジック回路１３５は、不良を検出しメモリ効果を修正するために動作可能であり、セル反転を避け、セル寿命を延ばす傾向がある。バッテリーのロジック回路は、繰り返しフル充電に満たない再充電をするセルまたはサブ・セルに対応するセルにメモリ効果が存在するかを決める。メモリ効果を修正するために制御回路は、負荷に供給し電荷を消耗するためにセルまたはサブ・セルを選択することを優先的に行う。これは、セルまたはサブ・セルの中から他の１つを使用状態に切り換えることではなく、再充電ごとにセルまたはサブ・セルを選択することをできる限りさらには繰り返し優先的にすることを含む。故障検出には、誤った再充電、不十分な放電、サブ・セルの反転もしくは繰り返しメモリ効果が含まれる。誤った再充電の検出において、測定値は、セルまたはサブ・セルが充電期間で規定の電圧レベルに充電するが使用状態に置かれると急激に放電することを示す。不十分な放電において、測定値は、セルまたはサブ・セルが使用中に十分低い電圧まで放電しないことを示す。サブ・セル反転の検出において、測定値は、たとえばサブ・セルの電圧レベルの急激な下落を示すことによって、サブ・セル３１０他の少なくとも１つ（図３を参照）が極性を反転していることを示す。本発明の重要な特徴の１つは、ひとりでに動作状態を測定し、このデータを累積し、速度（レート）を計算し、当該データあるいは計算値を規定値または外部から提供されるクライテリアと比較できる能力であり、高く評価されるべきである。

別の観点において、制御ブロック・ロジック回路１３５は、細流充電の計算動作が可能である、つまり規定の時間間隔に対して規定の電圧範囲でセルまたはサブ・セルへの電流を測定し、調節することができる。

ここで図４を参照すると、図１、図２の機能セル１１０に対してより詳細に、１つの実施形態にしたがった図が示されている（機能セル１１０は３つの機能セル１１０、１２０、および１３０を代表していることを理解願いたい）。機能セルは、図２に従前示したようにディスクリート・セル２０１、２０２、および２０３を含む。機能セルは、また電圧セレクター・スイッチ（ＶＳＳ）４１０、電流セレクター・スイッチ（ＩＳＳ）４１５、温度セレクター・スイッチ（ＴＳＳ）４２０を有し、制御回路１８０（図１）からの制御信号１０５を受信し、センサー信号１２５を制御回路に送信する。セル１１０はさらに入力電流スイッチ素子（ＣＳＤ）４０１、４０２、４０３と出力ＣＳＤを有する。（ここで留意すべきは、複数のＣＳＤ、たとえば入力ＣＳＤ４０１−４０３は単一の素子でできることである）。ディスクリート・セル２０１、２０２、および２０３の出力端はすべて、ＶＳＳ４１０とＣＤＳ４０５に接続されている。図４において、出力３７０はセル２０１に対して明示的に表示されている。出力ＣＳＤ４０５は、信号１０５の中からＶ　ＳＵＰ　ＣＴＬ信号を受信する。Ｖ　ＳＵＰ　信号は、機能セル１１０から制御回路１８０（図１）に出力電圧を供給するセルをセル２０１、２０２、および２０３から選択する。

ＶＳＳ４１０は、制御回路１８０への電圧入力の数を減らすためのメカニズムを提供する（図１）。さらに重要なことは、VＳＳ４１０は、セル２０１−２０３を、セル２０１、２０２、もしくは２０３の電圧が他の電圧に対して独立して測定できるように分離して動作可能なことである。ＶＳＳ４１０は制御信号１０５の１つであるＶ　ＳＥＮＳＥ　ＣＴＬによって制御され、この信号はセル２０１他の１つから電圧を選択し、センサー信号１２５の１つであるＶ　ＳＥＮＳＥ　ＯＵＴとしてアクティブな状態にされる。

また、各ディスクリート・セル２０１、２０２、および２０３の端子は、該当する入力ＣＳＤ４０１−４０３に順番に接続される。ＣＳＤ４０１−４０３は、すべて充電ブロック１４５から再充電電圧１１５に接続される（図１）。制御信号１０５は、選択されたセル２０１、２０２もしくは２０３に再充電するため、再充電電圧信号１１５の処理によって、ＣＳＤ４０１−４０３の中から選択された１つをオンするために、該当するＣＳＤ４０１−４０３に接続されたＶ　ＲＣＨＧ　ＣＴＬ信号を有する。

ＩＳＳ４１５は、制御回路１８０への電流入力の数を減らすためのメカニズムを提供する（図１）。ＩＳＳ４１５は、制御信号１０５の１つであるＩ　ＳＥＮＳＥ　ＣＴＬによって制御され、この信号はセル２０１他の１つから電流を選択し、センサー信号１２５の別の１つであるＩ　ＳＥＮＳＥ　ＯＵＴとしてアクティブな状態にされる。同様に、ＴＳＳ４２０は、制御回路１８０への温度入力の数を減らすためのメカニズムを提供する（図１）。ＴＳＳ４２０は、制御信号１０５の１つであるＴ　ＳＥＮＳＥ　ＣＴＬによって制御され、この信号はセル２０１他の１つから温度を選択し、センサー信号１２５のまた別の１つであるＴ　ＳＥＮＳＥ　ＯＵＴとしてアクティブな状態にされる。

ここで図５を参照すると、図１の制御ブロック１３５に対してより詳細に、実施形態にしたがった図が示されている。図示された１つの実施形態において、制御ブロック１３５は、ロジック回路５７５と温度量子化スイッチ素子５４０、電流量子化スイッチ素子５４５、および電圧量子化スイッチ素子５５０を有する。機能セル１１０−１３０（図１）からのアナログ・センサー信号１２５−１２７出力と充電ブロック１４５（図１）からの再充電電圧信号１１５は該当する素子５４０、５４５、５５０によって受信される。信号１２５−１２７は、ロジック回路５７５からＴ　ＳＥＬ、I　ＳＥＬおよびＶ　ＳＥＬに応答して選択され、選択された信号は素子５４０他によってデジタル信号Ｔ　ＳＥＮＳＥ、Ｉ　ＳＥＮＳＥ、およびＶ　ＳＥＮＳＥに変換され、ロジック回路５７５に出力される。

当該実施形態において、ロジック回路５７５は、センサー信号１２５−１２７に応答してプログラム命令を実行することができるプロセッサー５１０を有する。ロジック回路５７５は、また、プロセッサー５１０に接続され、プロセッサー５１０と通信でき、かつ、インターフェイス１０３を介して、イーサネット（登録商標）Ｉ２Ｃ他のような標準のプロトコルを用いて、外部装置（図示せず）と通信できる通信コントローラー５８０を有する。このインターフェイス１０３は、新しいプログラム命令や新しい動作パラメータを指定するデータを受け取るために有用である。ロジック回路５７５は、また、プロセッサー５１０に接続される持続メモリー５９０を有する。持続メモリー５９０は、命令（ソフトウエア・プログラムともいえる）、動作目的を指定する所定のパラメーター、セルおよびサブ・セルの識別子、および実際の動作状態の履歴レコードを提供するセンサー信号からの測定値を格納するために使われる。１つの実施形態として、履歴レコードは、数回の充放電サイクルに対して、セルとサブ・セルの電圧対時間、所定の時間間隔に対して、セル温度対時間、および低ポイントの充電と高ポイントの再充電に対して、電圧と対応するタイムスタンプ値に対しての測定値を含む。記録と識別子は、インターフェイス１０３を介して、外部装置に転送され得る。多くの実施形態において、１つ以上のソフトウエア・プログラムは、プロシージャー・ベースの手法、コンポーネント・ベースの手法、および／またはオブジェクト指向の手法、その他、多くの方法で実行される。具体例として、ＸＭＬ、Ｃ，Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）およびＭＦＣ（Microsoft Foundation Classes）がある。

ここで図６を参照すると、単一の機能セル１１０のみを有するバッテリー１００のより簡単な実施形態が示されている。図６に示された機能セル１１０は、図４に示された機能セル１１０と一致している。しかしながら、制御回路１８０は、図１と図５に示された対応箇所に比べて、多少簡単に示している。具体的には、この実施形態には、ただ１つの機能セル１１０しかないので図１のＣＳＤ１７０が電圧出力１０２を供給するために機能セルを選択する必要がない。その代わりに、ＣＳＤ４０５は、サブ・セルすなわちディスクリート・セル２０１、２０２もしくは２０３の中から電圧出力１０２を供給するセルを選択する。同様に、量子化素子５４０、５４５および５５０が機能セル・センサーを選択する必要がない。そこで、この実施形態では、量子化素子は、選択機能を果たさず、結果的に選択のための制御信号を受け取らない。

ここで図７参照すると、再充電セル、スマート・バッテリー１００の機能面に対するフローチャートが、１つの実施形態に従って示されている。ここで記述された事象は、設定された順序に従って必ず実行されるような制限をうけないことを理解すべきである。ロジック回路は、また、プロセッサーと通信ができ、外部装置とのインターフェイスとなりうるプロセッサーに接続される通信コントローラーを有する。ブロック７１０において、当該コントローラーは、プログラム命令と外部装置から新しい動作パラメーターを指定するデータを受け取る。

ブロック７１５において、バッテリーのセンサーは、電圧、電流および温度を含む、サブ・セルの特定状態を測定する。バッテリーは、センサーに接続されたロジック回路を有する。ブロック８２４において、選択された制御信号は、サブ・セルの測定状況に応答するロジック回路によって、自動的にオンになったりオフになったりする。

ブロック７２０において、ロジック回路は、バッテリーの調整をする。これは、前述した多くの特徴を含む。これらのいくつかは、図７にブロック８２１からブロック８２６として明示され、これ以降でさらに説明する。

ブロック７２５において、コントローラーは、履歴レコードの少なくとも一部を外部装置に送信する。ブロック７３０において、命令、動作目的を指定する所定のパラメーター、およびセンサー信号からの測定値がメモリーに格納される。

ここで前述したブロック８２１から８２６について説明する。ブロック８２１において、ロジック回路は、サブ・セルに対して、サブ・セルの電圧、電流および温度の測定値が、特定の時間間隔内で所定の範囲にあることを示しているサブ・セルに対して、センサー信号に応答してサブ・セルの充電サイクルが完了したかどうかを決定する。

ブロック８２２において、１つ以上のサブ・セルが、負荷に供給するために、制御ブロックのロジック回路によって選択される。いくつかの事例において、これは特定の電圧より低くなるように繰り返し、サブ・セルが再充電することの検出に応答する。

ブロック８２３において、負荷に供給するために選択されるサブ・セルの少なくとも１つは、所定の事象の発生に基づいて負荷に供給するのを止めるために選択される。これの引き金になる事象は、選択されたサブ・セルの電圧が所定の閾値電圧より低く落ちたとき、および選択されたサブ・セルに対して、所定の最大許容オンライン時間が期限切れになるときの中で一つ以上を含む。

ブロック８２５において、サブ・セルに接続された１つ以上の出力スイッチ素子によって、１つ以上の導電パスが選択的にオン、オフされる。これは、１つ以上のサブ・セルの選択されたセットを負荷に導電的に接続し、それ以外を接続しない。出力スイッチ素子（１つまたは複数）は、制御信号がオンまたはオフかに応答して、選択されたパスをオンまたはオフする。つまり、サブ・セルに対するブロック８２２と関連して記述された事象の検出に応答して、特定のサブ・セルは、使用不能に切り換えられ、別のサブ・セルの１つが負荷に供給するように切り換えられることで負荷への電流が間断なく保持される。

ブロック８２６において、サブ・セルに接続された各々の入力スイッチによって、１つ以上の他の導電パスが選択的にオン、オフされる。これは、１つ以上のサブ・セルの選択されたセットを再充電電源に導電的に接続し、それ以外を接続しない。入力スイッチ素子（１つまたは複数）は、ロジック回路によって制御信号の別のセットがオンまたはオフかに応答して、電源を再充電するように、選択されたパスをオンまたはオフにする。つまり、非稼動状態にスイッチされたサブ・セルは、サブ・セルが導電的に再充電電源に接続されサブ・セルが再充電できる充電モード、あるいはサブ・セルが電源と負荷から分離され、サブ・セルが交換できる保守モードのうちのどちらかのモードにスイッチされる。

本実施形態の記述は、説明図の目的に対して表現されたものであって、網羅的な列挙を意図したものではなく、また開示された形態に制限されるわけではない。この技術分野で通常の知識をもった者（当業者）にとっては、多くの変更あるいは修正をできることは明らかである。繰り返し述べると、実施形態は、本発明の原理、実際の応用例をもっともわかりやすく説明するために、またその他の内容を当業者に本発明の理解を深めるように、選ばれ記述したものである。多くの変更を含む数多くの別の実施形態が、熟慮された特定使用に適合するかもしれないが、本発明の適用範囲内である可能性がある。当業者は、ここに示されたハードウエアと方法が実施方法によって異なることを理解できるであろう。たとえば、制御ブロック・ロジック回路はプロセッサー・ベースで実現されるものとして記述されているが、発明の精神と範囲内で、ディスクリートなロジック・ベースの実現方法の実施形態も包含できるであろう。また、記述された実施形態の制御ブロックは、別のコンピュータおよび電話と通信できる、携帯電話あるいは携帯情報端末でもかまわない。たとえばマルチ・プロセッサー、メモリー装置その他、別の装置は、記述されたハードウエアに加えて、あるいは置き換えて使用することができる。記述された例は、本発明に関連して構成上の制限を暗示するよう意図したわけではない。

この実施形態において、各信号に対してポイントツーポイント接続が図示されている。しかしながら、別の実施形態として、たとえば、ＳＭバスのようなバスを使用して、機能セル１１０、１２０および１３０とプロセッサー５１０の間で信号を転送することもできる。

加えて、本発明は、文脈の中でプロセッサーとメモリーを有することを記述しているが、当業者は、本発明の処理は、各種形態で命令をコンピュータ読取媒体として配布できること、および本発明は、配布を実行することために実際に使用される媒体を運ぶ信号の特定タイプにかかわらず、同様適用されることを留意することは重要である。コンピュータ読取媒体の例としては、フレキシブル・ディスク、ハード・ディスク・ドライブ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭのような記録可能タイプの媒体およびデジタル、アナログ通信リンクのような伝送タイプの媒体がある。

繰り返しになるが、多くの更なる観点で、変更および修正も考えられるが、特許請求の範囲に包含されるものと意図される。さらに、特許請求の範囲の作用は必ずしも設定された特定の順序で実行される必要は無いことは理解されるべきである。

本発明による実施形態に基づいた、バッテリーのブロック図である。 本発明による実施形態に基づいた、図１のバッテリーのセル構成の概観図である。 本発明による実施形態に基づいた、図２のディスクリート・セルの詳細を示す。 本発明による実施形態に基づいた、図１と図２の機能セルの詳細を示す。 本発明による実施形態に基づいた、図１の制御ブロックの詳細を示す。 本発明による実施形態に基づいた、単一の機能セルを有するバッテリーの実施例を示す。 本発明による実施形態に基づいた、再充電可能セル、スマート・バッテリーの機能の概観を示すフローチャートである。

符号の説明

１００　バッテリー
１０１　電圧入力、１０２　電圧出力、１０３　インターフェイス
１０５−１０８　制御信号
１１１、１２１、１３１　供給電圧
１１５　再充電電圧信号
１１０、１２０、１３０　機能セル
１２５−１２７　センサー信号
１３５　制御ブロック
１４５　充電ブロック
１７０　出力電流スイッチ素子（ＣＳＤ）
１８０　制御回路
２０１−２０９　ディスクリート・セル（サブ・セル）
３０２　電流センサー、　３０４　温度センサー
３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０　サブ・サブ・セル
３７０　電圧出力、３７１　電流センサー出力、３７２　温度センサー出力
４０１、４０２、４０３　入力電流スイッチ素子（ＣＳＤ）
４０５　出力電流スイッチ素子（ＣＳＤ）
４１０　電圧セレクター・スイッチ（ＶＳＳ）
４１５　電流セレクター・スイッチ（ＩＳＳ）
４２０　温度セレクター・スイッチ（ＴＳＳ）
５１０　プロセッサー
５４０　温度量子化スイッチ
５４５　電流量子化スイッチ
５５０　電圧量子化スイッチ
５７５　ロジック回路
５８０　通信コントローラー
５９０　メモリー
７１０−７３０、８２１−８２６　ブロック番号

Claims (24)

1. （a)複数の交換可能なサブ・セルを有する第１の再充電可能バッテリー・セルと、
   (b)電圧、電流および温度を含む前記サブ・セルの特定状態を測定するセンサーと、
   (c)第１の制御信号に応答し、選択された前記サブ・セルから負荷への導電パスを選択的に切り換えることができる、前記サブ・セルに接続された出力スイッチ素子と、
   (d)第２の制御信号に応答し、選択された前記サブ・セルから電源への導電パスを選択的に切り換えることができる、前記サブ・セルに接続された入力スイッチ素子と、
   (e)前記センサーと前記入力、出力スイッチ素子に接続されたロジック回路を含み、前記ロジック回路は、前記負荷に供給するために、選択された少なくとも１つの前記サブ・セルを切り換えるため、および前記電源から再充電するように、少なくとも１つの前記サブ・セルを切り換えるために、測定状態に応答して自動的に前記制御信号をアクティブな状態にするように動作できることを特徴とするバッテリー。
2. 前記ロジック回路は、前記サブ・セルの電圧、電流および温度測定値が、特定の時間間隔内で所定の範囲にあることを示している前記サブ・セルに対する前記センサー信号に応答して、前記サブ・セルへの充電サイクルを完了するかどうかを決定する、請求項１に記載のバッテリー。
3. 前記制御ブロック・ロジック回路は、前記サブ・セルが特定の電圧レベルより低くなるまで繰り返し再充電されたことの検出に応答して、前記負荷へ供給するために、前記サブ・セルのうち１つを選択する、請求項２に記載のバッテリー。
4. 前期負荷に供給するために選択されたサブ・セルは、所定の事象の発生に基づいて前記負荷への供給を止める、その事象には規定の閾値より前記選択されたサブ・セル電圧が落ちることおよび規定のオンライン時間の最大可能期間が前記選択されたサブ・セルに対して期限切れになることのうち１つ以上含まれ、前記サブ・セルに対するそのような事象の検出に応答して、前記サブ・セルは、使用不能に切り換えられ、別の前記サブ・セルの１つが前記負荷に供給するように切り換えられることで前記負荷への電流が間断なく維持される、請求項１に記載のバッテリー。
5. 使用不能状態にスイッチされた前記サブ・セルは、前記サブ・セルが導電的に前記再充電電源に接続され、サブ・セルが再充電できる充電モード、あるいは前記サブ・セルが前記電源と前記負荷から分離され、サブ・セルが交換できる保守モードのうちのどちらかのモードに切り換えられる、請求項４に記載のバッテリー。
6. 前記ロジック回路は、センサー信号に応答して、プログラム命令を実行可能なプロセッサーと、プロセッサーに接続されたメモリーとを有し、当該メモリーは、命令群、動作目的を指定する所定のパラメーター、およびセンサー信号からの測定値を格納する、請求項１に記載のバッテリー。
7. 前記格納された測定値は、実際の動作状態の履歴レコードを提供し、複数の充放電サイクルに対してのセル電圧対時間、所定の時間間隔に対してのセル温度対時間、および低ポイントの放電と高ポイントの再充電に対しての電圧と対応するタイムスタンプ値に対しての測定値を含む請求項６に記載のバッテリー。
8. 前記ロジック回路は、前記プロセッサーに接続され、プロセッサーと通信可能で、かつ外部装置とのインターフェイスとして動作可能な通信コントローラーを有し、前記コントローラーは、プログラム命令と前記外部装置からの新しい動作パラメーターを指定するデータを受信し、前記履歴レコードの少なくとも一部を前記外部装置に送信する、請求項７に記載のバッテリー。
9. 前記バッテリーは、第１の再充電可能バッテリー・セルを有し、前記セルは複数の交換可能なサブ・セルを有し、
   前記バッテリーのセンサーによって、電圧、電流および温度を含む前記サブ・セルの特定状態を測定する段階と、
   前記サブ・セルに接続された出力スイッチ素子によって、少なくとも１つの選択されたサブ・セルから負荷への導電パスを選択的に切り換える段階と、前記出力スイッチ素子は、第１の制御信号に応答することを含み、
   前記サブ・セルに接続された入力スイッチ素子によって、少なくとも一つの選択されたサブ・セルから電源への導電パスを選択的に切り換える段階と、前記入力スイッチ素子は、第２の制御信号に応答することを含み、前記バッテリーはセンサーに接続されたロジック回路を有し、前記第１、第２の制御信号は自動的に、サブ・セルに対する測定状態に応答して、ロジック回路によって、アクティブな状態にされること、
   を含むバッテリーを管理するための方法。
10. 前記ロジック回路によって、サブ・セルの電圧、電流および温度測定値が特定の時間間隔内で所定の範囲にあることを示している前記サブ・セルに対するセンサー信号に応答して、サブ・セルへの充電サイクルを完了するかどうかを決定する段階を含む請求項９に記載の方法。
11. 前記制御ブロック・ロジック回路によって、前記サブ・セルが特定の電圧レベルより低くなるまで繰り返し再充電されていることが検出されると前記負荷へ供給するために、１つのサブ・セルが選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記負荷に供給するために選択されたサブ・セルは、所定の事象の発生に基づいて前記負荷への供給を止める、その事象には規定の閾値より選択されたサブ・セル電圧が落ちることおよび規定のオンライン時間の最大可能期間が前記選択されたサブ・セルに対して終了することのうち１つ以上含まれ、サブ・セルに対するそのような事象の検出に応答して、前記サブ・セルは、使用不能に切り換えられ、別のサブ・セルの１つが負荷に供給するように切り換えられることで負荷への電流が間断なく保持される、請求項９に記載の方法。
13. 使用不能状態にスイッチされた前記サブ・セルは、サブ・セルが導電的に前記再充電電源に接続され、前記サブ・セルが再充電できる充電モード、あるいはサブ・セルが前記電源と前記負荷から分離され、前記サブ・セルが交換できる保守モードのうちのどちらかのモードにスイッチされる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ロジック回路は、前記センサー信号およびプロセッサーに接続されたメモリーに応答して、プログラム命令の実行可能なプロセッサーを含み、命令群、動作目的を指定する所定のパラメーター、および前記センサー信号からの測定値を前記メモリーに格納する段階を含む請求項９に記載の方法。
15. 前記格納された測定値は、実際の動作状態の履歴レコードを提供し、複数の充放電サイクルに対してのセル電圧対時間、所定の時間間隔に対してのセル温度対時間、および低ポイントの放電と高ポイントの再充電に対しての電圧と対応するタイムスタンプ値に対しての測定値を含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記ロジック回路は、前記プロセッサーに接続され、プロセッサーと通信でき、かつ外部装置とのインターフェイスとして動作可能な前記プロセッサーに接続される通信コントローラーを有し、
    前記コントローラーによって、プログラム命令と前記外部装置から新しい動作パラメーターを指定するデータを受信する段階と、
    コントローラーによって、履歴レコードの少なくとも一部を前記外部装置に送信する段階を含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記バッテリーは第１の再充電可能なバッテリー・セルと、当該セルは複数の交換可能なサブ・セルを有し、前記ロジック回路によって、電圧、電流および温度を含む前記サブ・セルの特定状態についてセンサーからの測定値を受信するための命令と、
    サブ・セルに接続された出力スイッチ素子により、少なくとも１つの選択されたサブ・セルから負荷への導電パスを選択的に切り換えるために、前記ロジック回路によって、第１の制御信号をアクティブな状態にする命令と、
    サブ・セルに接続された入力スイッチ素子により、少なくとも一つの選択されたサブ・セルから電源への導電パスを選択的に切り換えるために、前記ロジック回路によって、第２の制御信号をアクティブな状態にする命令であって、前記制御信号はサブ・セルに対する前記測定状態に対応して、前記ロジック回路によって自動的に生成される命令、
    を含むバッテリーを管理するためのコンピュータ・プログラム記録媒体。
18. サブ・セルの電圧、電流および温度測定値が特定の時間間隔内で所定の範囲にあることを示している前記サブ・セルに対する前記センサー信号に応答して、サブ・セルへの充電サイクルを完了するかどうかを前記ロジック回路によって、決定するための命令群を含む請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
19. 前記サブ・セルが特定の電圧レベルより低くなるまで繰り返し再充電されていることが検出されると前記負荷へ供給するために、前記制御ブロック・ロジック回路によって、１つのサブ・セルが選択される、請求項１８に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
20. 前記負荷に供給するために選択されたサブ・セルは、所定の事象の発生に基づいて前記負荷への供給を止め、その事象には規定の閾値より前記選択されたサブ・セル電圧が落ちることおよび規定のオンライン時間の最大可能期間が前記選択されたサブ・セルに対して終了することのうち１つ以上含まれ、サブ・セルに対するそのような事象の検出に応答して、前記サブ・セルは、使用不能に切り換えられ、別のサブ・セルの１つが前記負荷に供給するように切り換えられることで前記負荷への電流が間断なく保持される、請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
21. 使用不能状態に切り換えられた前記サブ・セルは、前記サブ・セルが導電的に前記再充電電源に接続され、前記サブ・セルが再充電できる充電モード、あるいは前記サブ・セルが前記電源と前記負荷から分離され、前記サブ・セルが交換できる保守モードのうちのどちらかのモードにスイッチされる、請求項２０に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
22. 前記ロジック回路は、前記センサー信号およびプロセッサーに接続されたメモリーに応答して、プログラム命令を実行可能な前記プロセッサーを含み、命令群、動作目的を指定する所定のパラメーター、および前記センサー信号からの測定値をメモリーに格納するための命令を含む請求項１７に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
23. 前記格納された測定値は、実際の動作状態の履歴レコードを提供し、複数の充放電サイクルに対してのセル電圧対時間、所定の時間間隔に対してのセル温度対時間、および低ポイントの放電と高ポイントの再充電に対しての電圧と対応するタイムスタンプ値に対しての測定値を含む請求項２２に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
24. 前記ロジック回路は、前記プロセッサーに接続され、前記プロセッサーと通信でき、かつ外部装置とのインターフェイスとして動作可能な前記プロセッサーに接続される通信コントローラーを有し、
    前記コントローラーによって、プログラム命令と外部装置から新しい動作パラメーターを指定するデータを受信するための命令、および
    前記コントローラーによって、前記履歴レコードの少なくとも一部を前記外部装置に送信するための命令を含む請求項２３に記載のコンピュータ・プログラム記録媒体。
    
    

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