JP2010518805A - 開回路バッテリ電圧の変化率を一定とするのに適合した、定電流を用いるバッテリ充電方法 - Google Patents

Abstract

一定のバッテリ充電電流が、必要に応じて、充電期間中バッテリ電圧の変化がほぼ線形に増加するように、定期的に調整される。充電は３つのフェーズで行われる。第１のフェーズは、バッテリ電圧が特定の最小値に上昇するまで低電流で充電する。第２のフェーズでは、定電流が供給され、バッテリ電圧の変化率が所定値以下である場合に定期的に増大される。第３フェーズは、バッテリ電圧が所定値に達したら開始され、バッテリに定電圧が供給され、バッテリ電流の低下が定期的にモニタされる。バッテリ電流の低下が所定値になったら、または充電電流がフェーズ２の終了時の充電電流より特定のパーセンテージの値に落ちたら、充電は停止される。
【選択図】図１３

Description

関連出願への相互参照
本願は、ケント・カーナハン、ミルトン・Ｄ・リベイロ、ドンシェン・チョウ、ラリー・Ａ・クレインにより２００７年２月１２日に速達便追跡番号ＥＤ３５４９７９６７７ＵＳで提出した米国特許出願第１１／７０５，９４７号、名称「開回路バッテリ電圧の変化率を一定とするのに適合した、定電流を用いるバッテリ充電方法」の優先権を主張するものであり、これは参照により全体として本書に組み込まれる。

著作権情報
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より多くの家電製品が充電可能なバッテリにより電力供給されるため、バッテリを再充電する手段を提供することが重要となっている。再充電可能なバッテリは、消費者に低い寿命コストを提供する。また、再充電バッテリにより、製品筐体においてバッテリ交換のための容易なアクセス手段が必要でなくなる。交換不要なバッテリはまた、製造者がカスタムの非標準的なバッテリを使う必要がなくなり、より小型かつ人間工学的な最終製品が実現する。

再充電可能なバッテリは通常、正と負の端子が負荷に接続されたら電流を供給する化学プロセスを含み、このプロセスは、電流がバッテリ内に流れ込むのに十分な電圧をかけることにより可逆的となる（充電される）。この充電プロセスは、その後、貯蔵され後に放出される電気エネルギを生じる。今日主として用いられている化学物質は、いくつかリチウム、ニッケル、カドニミウム、鉛の形態を用いるが、他の多くの化学物質もまた用いられている。

リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）化学反応に基づくバッテリが、多くの製品に用いられている。Ｌｉ−ｉｏｎバッテリの製造元は、充電方法やバッテリ充電の様々なパラメータを明記している。明記された主な方法は、特定の電圧が得られるまで（例えば４．２ボルト）低電流を用いてＬｉ−ｉｏｎバッテリを充電し、その後さらに一定期間定電圧をかけて、充電電流を終点状態として規定される特定のレベルまで下げる。この方法は「ＣＣ／ＣＶ」または「定電流／定電圧」法と称される。標準のＣＣ／ＣＶ充電プロファイルでは、バッテリ電圧の測定は、定電流充電から定電圧充電へと切り替えるときを決定するためにのみ用いられ、その後充電電流が監視されて終点が決定される。

複数回の充電／放電サイクルが、徐々にバッテリ電極を侵食し、バッテリ電極の表面領域が減少する。これにより、バッテリ年数に伴い、明記された定電流での充電で得られる電流密度が増加し、バッテリの性能と寿命がより早く失われる。製造の多様性により共通種類のバッテリ毎にバリエーションがある。所定のバッテリでも、新しく、ダメージなしで、暖かい場合には利用可能な電力が多くなる（そして、より強い充電プロファイルを受け付けることができる）。同様に、同じく所定のバッテリでも、充電／放電サイクルが多く、ダメージがあり、低温の場合には利用可能な電力は少ない（対応して、より弱い充電プロファイルしか必要としない）。このように、ＣＣ／ＣＶ充電法は、ある種のバッテリユニットには必要以上に長く充電するか充電不足となり、他のユニットでは過充電または早すぎる充電となり、これによりダメージが生じてバッテリ寿命が短くなるとともに、ユーザの満足経験も低くなる。産業界では、したがって、いずれの充電サイクルも可能な限り短いがダメージがなく、バッテリ性能の過度の劣化を避けられるような、バッテリの実際の状態に対応した充電ソリューションの必要があった。

この章は、本発明のいくつかの特徴の概要である。他の特徴は以降の章で説明されている。

本発明の一実施例の方法は、完全放電状態からバッテリ充電を行う３つのフェーズを含む。第１フェーズでは、バッテリ電圧が特定の最小値となるまで小さな定電流で充電される。第２フェーズでは、バッテリの開回路電圧が周期的に測定され、定電流の値が開回路バッテリ電圧の所定の定変化率となるよう変更される。これにより、第２フェーズ中、バッテリ自体は、バッテリの電荷受け入れ容量まで充電システムにフィードバックを提供する。バッテリ電圧が別の特定の最小電圧となったら、第３フェーズが開始する。第３フェーズでは、充電システムは定電圧を提供し、徐々に減っていくバッテリ充電電流を監視して、充電をいつ停止するかを判断する。この第３フェーズの方法は、「ＣＲ／ＣＶ」または「定率／定電圧」方法と称される。本発明の方法は、ＣＣ／ＣＶ方法と似ているが、本発明では第２フェーズの定電流が各充電サイクルかつ充電期間を通して判定され、経年、ダメージ、および温度などの環境要素に適合させる。対称的に、ＣＣ／ＣＶ方法は予め定められた定電流を提供する。

経年、電極面積、および温度などの要素は、所定の変化率の電圧を提供するのに必要な電流に影響する。例えば、独立したバッテリが経年し、電極の表面領域のいくばくかが消失したら、所定の変化率の開回路バッテリ電圧を生じるのに必要な充電電流が少なくなる。この差により、バッテリが古くなるにつれて電荷の受入量も低くなる。この開回路電圧は所定の率で増えるが、逆も真であり、古いバッテリは少ない合計電荷（電流と時間の積）で最大の開回路電圧を達成し、したがって負荷を通して放電用に貯蔵されるエネルギが少ない。

図１は、関連技術で用いられる典型的なＣＣ／ＣＶ充電プロファイルの例である。従来技術。 図２は、本発明の実施で用いられるシステムの一例である。 図３は、バッテリの一モデルである。 図４乃至図１２は、本発明のいくつかの実施例のフローチャート例である。図４は、充電システムの状態が判定され、充電状態の関数として制御されるフローチャートの例である。 図５は、要求された充電が行われたサブルーチンのフローチャート例である。 図６は、充電システムがシャットダウンされるフローチャート例である。 図７は、故障状態が検出された反応のフローチャート例である。 図８は、バッテリの瞬間的パラメータと環境状態がある動作をとるべきと判断される場合のフローチャート例である。 図８は、バッテリの瞬間的パラメータと環境状態がある動作をとるべきと判断される場合のフローチャート例である。 図９は、低電流モード中に充電を制御するフローチャート例である。 図１０は、定電流モードの充電を制御するフローチャート例であり、目標となる定電流モードが変化している。 図１０は、定電流モードの充電を制御するフローチャート例であり、目標となる定電流モードが変化している。 図１０は、定電流モードの充電を制御するフローチャート例であり、目標となる定電流モードが変化している。 図１１は、定電圧モード中に充電を制御するフローチャート例であり、終点状況もモニタされている。 図１２は、バッテリが利用可能なモード用に構成された充電システムのフローチャート例である。 図１３は、それぞれ本発明により、強／弱バッテリを充電するための電圧と電流プロファイルの理想化グラフである。 図１４は、バッテリ故障期間の電圧と電圧の変化を示す図である。

本章に記載する実施例は、本発明を説明するが限定するものではない。本発明はいかなる特定の回路構成、ソフトウェア、電圧、電流値、バッテリ性質、時間、あるいは他のパラメータに限定されるものではない。

単位「ＣｍＡ」は、バッテリ内外へ流れる時間毎の電流であり、バッテリの定格容量の一種（fraction）である。例えば、バッテリの定格容量が２００ミリアンペア時間である場合、０．１ＣｍＡは２００ミリアンペアの電流となる。製造者が記載するバッテリの定格容量は、一般に充電速度（charge rate）を表すものとして使用されるが、実際の実施において所定のバッテリの容量は変化してもよい。

以下の説明において、数種のタイマが参照される。当業者であれば理解するように、タイミングは様々な方法で実現されてもよい。実施例は、値がその都度増減するソフトウェアカウンタ、値が読まれて前の値と比較されるハードウェアタイマ、アップダウンカウンタ、ベクトル割り込みサービスルーチン（vectorable interrupt service routine）付のタイマ、その他を含む。説明の簡便化のためだけに、このようなタイマの一つが説明される。以降にタイマとは、制御論理ユニット２０４の内部にソフトウェアカウンタとして実装されるものをいう。例えばタイムアウト条件がテストされ、このカウンタは適切な最大値に初期化され、カウンタ値はタイムアウト条件のテスト度数の前に減少される。例えばタイマの最大値をテストしたら、カウンタは当該カウンタをゼロに設定して初期化され、カウンタ値は最大カウントと比較されるカウンタ値の度数の前に増加される。例えば経過時間が必要な場合、既知の期間の時間ベースでクロックするリセット式タイマとなり、タイマがリセットされ、その値が必要なときに読まれる。

図１を参照すると、一般的な充電方法でＬｉ−ｉｏｎバッテリを充電する例であり、最小電圧に達するまで低電流（フェーズ１）で充電し、その後バッテリ電圧が図１に「交差ポイント」として示す約４．２ボルトが測定されるまで一定の０．５ＣｍＡで充電する（定電流充電、フェーズ２）。その後、印加電圧は固定の４．２ボルトに維持され（定電圧充電、フェーズ３）、バッテリを流れる電圧を測定する。バッテリ充電電流が約０．１ＣｍＡに減少したら（印加電圧は４．２ボルト）、バッテリはフル充電されたと仮定され充電は停止する。

図２を参照すると、本発明の方法を実施するのに用いるシステムの例が示されている。本例では、バッテリ自体意外にバッテリ充電中の負荷はない。したがって、プログラマブル電源２１０がシャットダウンしたとき、バッテリ２０４の電圧（「Ｖ_ＢＡＴＴ」）は、バッテリ開回路電圧「Ｖ_ＯＣ」となる。プログラマブル電源２１０が動作し、バッテリ２０４を充電すると、Ｖ_ＢＡＴＴはバッテリ電圧である。いくつかの実施例では、プログラマブル電源２１０の出力は、例えばプログラマブル電源２１０からバッテリ２０４を切り離すトランジスタまたは電気機械式スイッチその他の手段のような、制御論理ユニット２０６で制御可能なスイッチ（図示せず）により遮断され、これによりバッテリ２０４の開回路電圧の測定が可能となる。いくつかの実施例では、バッテリ２０４の電圧は電源２１０を取り除かずに測定され、したがって開回路電圧ではない。アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）が、バッテリ２０４を横切る瞬間的電圧のデジタル値を提供する。このＡＤＣ２０２は、バス２０８で制御論理ユニット２０６に接続されている。バス２０８は、バッテリ電圧ＡＤＣ２０２のデジタル表現［９：０］をＡＤＣ２０２から制御論理ユニット２０６へと搬送する。一実施例では、バス２０８はパラレルバスである。いくつかの実施例ではバス２０８はシングルラインであり、データＡＤＣ２０２［９：０］はシリアルで制御論理ユニット２０６に供給される。一実施例では、ＡＤＣ２０２は１０ビットコンバータである。これ以上または以下のビットの解像度のＡＤＣを用いてもよい。制御論理ユニット２０６は、プログラムされたマイクロプロセッサのような論理で構成され、これは本発明の方法によってプログラマブル電源２１０を制御することで実現される。このプログラマブル電源２１０は、制御論理ユニット２０６の命令通りに、選択可能な固定電流または選択可能な固定電圧を提供するよう構成されてもよい。例えば電源アダプタ２１４などの電源が、プログラマブル電源２１０が変調してバッテリ２０４に制御論理ユニット２０６により選択された電圧または電流を供給するための入力電力を提供する。いくつかの実施例では、制御論理ユニット２０６とプログラマブル電源２１０間に、例えばライン２２０といった一本または複数のラインがある。制御論理ユニット２０６からプログラマブル電源２１０へのライン２２０上の信号は、特定の電圧または電流の命令、充電停止命令、データ要求などを含む。プログラマブル電源２１０から制御論理ユニット２０６へのライン２２０上の信号は、ステータス、電圧または電流の値、故障通知、電源（例えば電源アダプタ２１４）への接続検出などを含む。

いくつかの実施例では、ホスト２１６が制御論理ユニット２０６と通信する。これにより制御論理ユニット２０６が電圧、電流、モード、ステータス、または他の情報をホスト２１６へ提供し、および／またはホスト２１６から命令を受け取れるようになる。ホスト２１６から制御論理ユニット２０６への命令の例は、ステータス要求、初期化、バッテリ２０４の充電の継続または停止を含む。以降の制御論理の説明は、可変「ＣＨＲＧＳＴＡＴＥ」の値は、電源の状態に応じて変化する。「ＣＨＲＧＳＴＡＴＥ」は、制御論理ユニット２０６によりホスト２１６に送られる。ホスト２１６は、ＣＨＲＧＳＴＡＴＥを用いて制御論理ユニット２０６外部の決定を行う。例えば、ホスト２１６は、特定の障害状況の回数または経過時間に注目し、制御論理ユニット２０６へすべて充電中止の命令を送る判断を行う。

いくつかの実施例では、充電すべき追加のバッテリが存在し（図示せず）、プログラマブル電源２１０は複数の出力端子か、あるいは選択されたバッテリに接続可能な単一の出力端子を有する。複数のバッテリを充電可能な実施例では、ＡＤＣが複数の入力チャネルを有するか、充電される特定のバッテリ用のＶ_ＢＡＴＴを測定すべくＡＤＣを構成するＭＵＸまたは他の手段を有する。以下の開示では、１のバッテリのみが示される。本発明の方法は、各バッテリについて同じように実施できる。本発明を実施するシステム設計者は、バッテリ製造者から提供された仕様または特性その他の条件によって本システムの動作を仕立てることができる。いくつかの実施例は、例えばバッテリの近くに配置された温度センサなどバッテリセンサで検知する手段を具え、このセンサはその温度に反応する抵抗により温度データを提供する。このセンサの抵抗がＡＤＣ２０２で測定されて温度が供給される。いくつかの実施例では、充電中のバッテリが、シリアルの温度データを制御論理ユニット２０６に提供する内部温度センサ、またはバッテリの温度センサ抵抗を測定する端子を具える。

本開示において、「バッテリチャージャ」の語は、バッテリ２０４と任意のホスト２１４以外の図２に示す要素をいう。「バッテリチャージャ」はいくつかの文脈においてプログラマブル電源２１０をいう場合もある。

図３は、アメリカ合衆国エネルギー省の国立再生可能エネルギ研究所（ＮＲＥＬ）が開発したＬｉ−ｉｏｎバッテリの一モデルである。バッテリが符号３０２で示す境界内の回路により表され、これは２つのコンデンサ（Ｃ_Ｂ、Ｃ_Ｃ）と、３つの抵抗（Ｒ_Ｅ、Ｒ_Ｃ、Ｒ_Ｔ）で構成される。バッテリ３０２への正味の合計電荷（total net charge）は、Ｉ_Ｃ３１０で表される。任意の負荷、Ｉ_Ｓ３０４、が単に別の電流リクエストとして示されている。バッテリ３０２は、端子Ｖ_Ｏ３０６を通して充電される。ＮＲＥＬはこのモデルを「静電容量モデル」または「ＲＣモデル」と命名している。調査によると、低電流でバッテリ３０２を充電すると、コンデンサＣ_ＢとＣ_Ｃが充電される。これらのコンデンサは固定値である。バッテリ３０２の充電状態は、端子Ｖ_Ｏ３０６の開回路電圧を測定することにより、任意の瞬間で知ることができる。ＮＲＥＬは、代表的なバッテリの既知の充電状態とＲＣモデルの制御された比較実験を行い、ＲＣモデルは最終充電状態（ＳＯＣ）が実際より約３．７％低いと予測されることを発見した。

本発明の方法が、図４乃至図１２のフローチャートに図示されている。下の表は、多様なバッテリと充電状態、バッテリと充電モード、および本発明のいくつかの実施例で用いるプログラム例で利用される変数である。

本発明の方法の論理フローの一実施例が、制御論理ユニット２０６により実行されるプログラムで提供される。図４は、周期的すなわち一秒に一度実行されるプログラムの例である。フロー４００は、ソフトウェアや物理的なタイマ、あるいはプロセスを周期的に実行する他の手段による、中断サービスルーチンと称される。説明目的で、本例のフローの説明では、フロー４００が中断サービスルーチンにより呼び出されると仮定する。フロー４００は、フロー４００の直前の実行から変数を復活させ、Ｖ_ＢＡＴＴの現在値を受け取り、いずれかの変数を変更すべきかを判断する。ステップ４０２にて、Ｖ_ＢＡＴＴのデジタル表示、例えばライン２０８上のＡＤＣ２０２からのＡＤＣ［９：０］が、読み出されて後の仕様のため保存され、充電器とバッテリの状態、バッテリエラー状況、充電器モード、および前の繰り返しループからの他の様々な変数が復活される。一実施例では、これにより複数のバッテリが充電され、変数が呼び出されて以降にバッテリベースでバッテリに保存される。本書の説明において、単一のバッテリを充電する例では、データは静的であり、前の繰り返しから持ち越され、したがって変数値を復活させるステップは必要ない。本発明のいくつかの実施例では、全部または全部より少ない充電装置と論理が例えばスイッチング電源制御器といった大きなシステムに組み込まれ、この大きなシステムが本実施例で記載するバッテリ充電のサービス中断間の期間より頻繁に、Ｖ_ＢＡＴＴを含む様々な電圧をサンプリングしてもよい。このような実施例では、ステップ４０２でＶ_ＢＡＴＴを読むステップはスキップされ、大きなシステムからのＶ_ＢＡＴＴの大部分の現在値が利用される。ステップ４０４にて、例えば電力アダプタ２１４などのアダプタが、最初に検出された場合（すなわち、フロー４００の前のループではアダプタが検出されていない場合）、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥがセットされ、ステップ４１０に進む前にステップ４０８でＤＥＴＥＣＴされる。この電力アダプタは様々な方法で検出することができ、例えばＡＤＣ２０２によりプログラマブル電源２１０の入力電圧を測定したり、プログラマブル電源２１０から制御論理ユニット２０６へのライン２２０上の状態信号等によってもよい。ステップ４１０にて、アダプタが存在しない場合、またはホスト（もしあれば）が充電器システムがバッテリを充電すべきでないと命令した場合、またはバッテリがない場合（Ｖ_ＯＣ＝０ボルト）、ステップ４１４に進む前にＢＡＴＴＳＴＡＴＥがステップ４１２でＤＯＮＴＣＨＡＲＧＥにセットされる。ステップ４１４で、状態値が可変のＢＡＴＴＳＴＡＴＥは、ステップ４０４またはステップ４１０のテスト結果により変更されるまでは、ステップ４０２と同じにセットされる。ステップ４１４は、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥの値に関連する他のプロセスに制御を渡す。次のプロセスはＤＯＮＴＣＨＡＲＧ（）６００，ＦＡＵＬＴ（）７００，ＤＥＴＥＣＴ（）８００，ＬＯ＿ＣＵＲＲ（）９００，ＣＣＣＨＲＧ（）１０００，ＣＶＣＨＲＧ（）１１００，またはＵＳＥ（）１２００である。

図５は、例えば図２のプログラマブル電源２１０といったプログラマブル電源を構成するサブルーチンのフロー例である。電流または電圧および充電器モードを特定する様々な他のフローによりＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出され、ＣＯＮＦＩＧ（）５００にモードとターゲット値を渡して動作させる。ステップ５０２にて、ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＳＨＴＤＮの場合、ステップ５０８で制御論理ユニット２０６はプログラマブル電源２１０をオフにする。ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＬＣの場合、制御論理ユニット２０６は、ステップ８２６またはステップ８３０（図８）またはステップ９２０またはステップ９２２（図９）で前に決定された低電流充電ターゲットレート用に、ステップ５１２でプログラマブル電源２１０を構成する。ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＣＣの場合、制御論理ユニット２０６は、ステップ５１０でプログラマブル電源２１０を構成し、ステップ８４６または８４４（図８）またはステップ９１４または９１８（図９）、またはステップ１０４２（図１０）で前に決定された定電流を提供する。ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＣＶの場合、制御論理ユニット２０６は、ステップ５０６でプログラマブル電源２１０を構成し、ステップ１００４（図１０）で前に決定された例えば４．２０ボルトの定電圧を提供する。ステップ５１４にて、制御はルーチン呼び出しに戻される。

図６は、ステップ４１４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＤＯＮＴＣＨＡＲＧの状態のフローの実施例である。フロー６００の目的は、プログラマブル電源２１０をシャットアウトすることである。ステップ６０２にてＣＨＲＧＭＯＤＥはＳＨＵＴＤＮにセットされ、ステップ６０４にて制御はＣＯＮＦＩＧ（）５００に渡されて実行される。ステップ５１４から制御が戻ったら、フロー６００は中断サービスルーチンに戻ることにより、ステップ６０６から出る。

図７は、ステップ４１４にてＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＦＡＵＬＴ（）の状態のフローの実施例である。フロー７００の目的は、プログラマブル電源２１０を構成し、障害状態を解消する時間を得ることである。ステップ７０２にて、ＣＨＲＧＳＴＡＴＥがＣＨＲＧＦＬＴにセットされる。ステップ４０４かステップ４１０のテスト結果によりＢＡＴＴＳＴＡＴＥに変化があるまで、フロー４００の各繰り返しはＦＡＵＬＴ（）７００への制御を通り、待ち時間が経過したかが判定される。障害状態が実際に解消したが待ち時間が経過していない場合、システムはこれを知らない。したがって、フロー７００はＤＥＴＥＣＴ（）８００のフローを通ってバッテリ２０４とプログラマブル電源２１０の状態にアクセスする前に時間遅れとなる。現在の障害の原因は、バッテリ２０４を低電流で長く充電しすぎたか（例えばステップ９０４）、長く充電しすぎたか（例えばステップ１００８）、バッテリ２０４が適正な充電温度帯にないか（例えばステップ１０１２、ステップ１１０６、ステップ８０８）などがある。ＢＡＴＴＥＲＲの値の一実施例は、現在の障害の種類を示す。いくつかの実施例では、待ち時間（ＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸ）がＢＡＴＴＥＲＲ値に対応する時間の値に設定される。例えば、ＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸは、ＢＡＴＴＥＲＲ＝ＯＶＥＲＴＥＭＰは５分間、ＢＡＴＴＤＥＴは１分間に設定される。

一実施例では、ＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸは、例えば１分といった所定の固定時間である。ステップ７０４は、変動ＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸの現在値をＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸと比較する。最大時間が経過していなければ、制御はステップ７０８に進み、他の動作を行わず単に戻る。障害状態が長く持続している場合、例えばＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴがＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴ_ＭＡＸを越えた場合、ステップ７０６でＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＤＥＴＥＣＴ（）に設定することにより障害状態が終了し、その後ステップ７０８のサービスルーチンに戻る。ＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＤＥＴＥＣＴ（）に設定すると、制御論理ユニット２０６がフロー４００の次の繰り返しの後に現在の動作状態を再評価する。本例では、ＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴがタイマ値であり、このタイマは障害検出時にクリアされ再スタートされる。

フロー８００は、ステップ４１４におけるＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＤＥＴＥＣＴ（）の状態のフロー例である。フロー８００（図８Ａ、８Ｂに示す）の目的は、様々なエラー状況をテストし、もしなければ、低電流で充電するか、通常の電流で充電するか、定電圧で充電するかを、例えばバッテリ２０４といったバッテリの現在の電圧により決定する。ステップ８０２にて、バッテリ２０４の電圧が予め定められた最大値、例えば４．１９ボルトと比較される。バッテリ２０４の電圧がこの所定の最大値以上であれば、バッテリ２０４は完全に充電されたとみなされる。ステップ８０４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＵＳＥにセットされ、ＣＨＲＧＳＴＡＴＥがＣＨＲＧＤにセットされ、ステップ８０３でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出されて実行され、ステップ８０５で制御がサービスルーチンに戻される。ステップ８０２にてバッテリ２０４の電圧が最大値を越えていない場合、ステップ８０６にてＣＨＲＧＳＴＡＴＥはＣＨＲＮＧにセットされ、障害タイマＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴが初期化される。ステップ８０８にて、バッテリ２０４の温度が低電流充電用の最低温度、例えば０°Ｃ未満であるか、充電用最大温度、例えば製造元が規定した最大温度の５°Ｃ下より高いような場合、ステップ８１４にてＣＨＲＧＥＭＯＤＥがＳＨＵＴＤＮにセットされ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥはＦＡＵＬＴにセットされ、障害タイマＢＡＴＴＦＬＴＷＡＩＴはスタートされ、ＢＡＴＴＥＲＲがＯＶＲＴＥＭＰにセットされ、その後ステップ８１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出される。制御がＣＯＮＦＩＧ（）５００から戻ったら、ステップ８１７は制御をサービスルーチンに戻す。

バッテリ２０４の温度が所定の許容範囲内である場合（ステップ８０８）、制御はステップ８１０に進む。ステップ８１０にてバッテリ２０４の電圧が、交差ポイント電圧（Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＳＴＡＲＴＣＶ}）、例えば４．１８ボルト以上である場合、制御はステップ８１８に進む。交差ポイント電圧は、定電圧充電（フェーズ３）が始まるポイントを規定したものである。ステップ８１８にて、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＣＶＣＨＲＧにセットし、ＶＨＲＧＭＯＤＥをＣＶにセットし、タイマＴＭＲ＿ＢＡＴＴを初期化することにより、プログラマブル電源２１０は定電圧充電へと構成される。ＣＯＮＦＩＧ（）５００がステップ８１７で呼び出され、ステップ８１９で制御がサービスルーチンに戻される。

ステップ８１０でＶ_ＢＡＴＴがＶ_{ＢＡＴＴ＿ＳＴＡＲＴＣＶ}より低い場合、制御はステップ８１２に進む。ステップ８１２では、ステップ８１０のテスト結果によりバッテリ２０４の電圧が交差ポイント以下であることが分かっている。バッテリの電圧が低すぎる場合、効率的に充電することができない。ステップ８１２にて、電圧は例えば２．９ボルトの充電用最小値（Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}）と比較される。バッテリ２０４の電圧がＶ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}であり、温度が例えば０°Ｃといった充電用最小値（ＴＥＭＰ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}）より高い場合（ここではステップ８０８の試験結果でバッテリ２０４の温度が最大値以下であることが分かっている）、ステップ８２０にてプログラマブル電源２１０は分岐して定電流充電を構成する。ステップ８２０にて、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥはＣＣＣＨＲＧにセットされ、ＣＨＲＧＭＯＤＥはＣＣにセットされ、タイマＴＭＲ＿ＢＡＴＴは初期化される。いくつかの実施例では、充電器システムはＣＣ／ＣＶ方法とＣＲ／ＣＶ方法のどちらも利用して充電するよう構成可能である。これは、制御論理ユニット２０６に接続されたセレクタスイッチ（図示せず）または他の手段によって、ホスト２１４に選択される。ＣＣ／ＣＶ充電が選択された場合、ＭＯＤＥ＿ＳＥＬはＣＣＣＶと等しく検出され、ステップ８４２はステップ８４６へと分岐する。ステップ８４６にて、この充電モードの目標となる定電流は例えば０．５ＣｍＡのＣＣ＿Ｉにセットされ、その後ステップ８３８で制御がＣＯＮＦＩＧ（）５００に進められ実行される。ＣＣ／ＣＶ充電方法が選択されない場合（ステップ８４２でＭＯＤＥ＿ＳＥＬ＜＞ＣＣＣＶ）、ＣＲ／ＣＶ方法が用いられ制御はステップ８４２からステップ８４４へと進む。本発明にかかるシステムがＣＣ／ＣＶとＣＲ／ＣＶ方法間で選択できない場合、ステップ８２０の後にステップ８４４が続き、ステップ８４２と８４６は実施されない。ステップ８４４では、プログラマブル電源２１０は、ＣＵＲＲＥＮＴをＣＲ＿ＩにセットすることによりＣＲ／ＣＶ充電用に構成され、現在のバッテリ２０４の電圧が可変メモリＣＲ＿ＶＯに保存され、タイマＴＭＲ＿ＣＲが初期化される。後述するように（フロー１０００）、ＣＣ／ＣＶ法とＣＲ／ＣＶ法はともにフェーズ２では定電流を用いる。しかしながら、ＣＣ／ＣＶ充電では、定電流の値は変化せず、通常はバッテリ製造者の仕様ににより充電システムの設計者により予め決定されている。ＣＲ／ＣＶ充電では、定電流の値はバッテリ２０４の電圧または開回路電圧Ｖ_ＯＣに応じて周期的に変更される。ステップ８４４では、ＣＲ＿Ｉのどの値がバッテリ２０４の電圧Ｖ_ＯＣの予め定められた変化率を導くかがまだ分かっていない。ＣＲ／ＣＶフロー（ステップ１０１８から分岐）は、時間いっぱい適切な調整を行う。ステップ８４４にて、予め定められた電流目標、例えば０．１ＣｍＡが初期値としてセットされる。他の初期電流値を用いてもよく、例えば予期される最大定速充電電流の半分などである。いくつかの実施例では、電流は初期の電流から特定の期間、例えば１０分間が経過するまで変更されない。前述のように、ステップ８３８で制御はその後ＣＯＮＦＩＧ（）５００に渡される。制御がＣＯＮＦＩＧ（）５００に戻ったら、ステップ８４０でサービスルーチンに進む。

ステップ８１２にて、バッテリ２０４の電圧が最小値Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}より低いか、バッテリ２０４の温度が充電用最低温度より低い場合、バッテリ２０４は高レートの充電を受け入れられない。ステップ８２２への分岐が選択され、低電流充電が用意される（フェーズ１）。低電流充電の目的は、バッテリ２０４の電圧をフェーズ２への変更が開始されるＶ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}までゆっくり上げることである。低電流充電はまた、バッテリの温度も上げる。このバッテリは、ステップ８１２で２つの試験条件が満たされるまで通常通り充電されない。ステップ８２２にて、タイマＴＭＲ＿ＢＡＴＴが初期化され、これにより低電流充電の時間が監視され、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＬＯ＿ＣＵＲＲにセットされ、制御がステップ８２４に渡される。低電流充電は本質的に、フェーズ２の定電流充電より遙かに低い電流での定電流充電である。ステップ８２４は、どの定電流充電レート（電流）を用いるかを判断する。バッテリ２０４の電圧がバッテリ製造元が規定するＶ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ＿ＴＲ}（低電流充電用の最小値）、例えば１ボルトより上の場合、ステップ８３８で制御をＣＯＮＦＩＧ（）５００に渡す前に、ステップ８２６でＣＵＲＲＥＮＴ＝ＬＣ＿ＨＩをセットすることにより適切な電流目標（例えば０．０５ＣｍＡ）を設定する。いくつかの実施例では、バッテリ２０４の電圧が低電流充電用の最小値Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ＿ＴＲ}以下である場合（ステップ８２４）、ステップ８３８で制御がＣＯＮＦＩＧ（）５００に渡される前に、非常に小さい充電電流ＬＣ＿ＬＯ（例えば０．１ＣｍＡ）がステップ８３０でセットされる。このステップ８３０の低電流の目的は、バッテリ２０４を、通常の低電流充電を利用可能となるポイントの電圧Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ＿ＴＲ}より上にすることである。ＣＯＮＦＩＧ（）５００が戻ったら、ステップ８４０で制御がサービスルーチンに戻る。いくつかの実施例では、１のみの低電流充電レートが用いられ、ステップ８２４、８２６、および８３０が除外される。この場合、ステップ８２２は、ステップ８３８に制御を渡す前に目標となる低電流充電電流（ＣＵＲＲＥＮＴ＝ＬＣ＿ＨＩ）をセットし、続いてステップ８４０にてサービスルーチンに戻る。

フロー９００は、ステップ４１４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＬＯ＿ＣＵＲＲ状態である場合のフロー例である。（図９で説明する）フロー９００の目的は、例えばバッテリ２０４といったバッテリを充電するための低電流を提供することである。低電流充電は、バッテリが底まで放電していたり、何らかの理由で非常に低い電圧、例えば１．０ボルト以下である場合に必要となる。低電流充電はまた、バッテリが非常に冷たい場合、例えば０°Ｃ以下の場合に推奨される。非常に低い電圧または温度のバッテリは、（例えばフェーズ２で提供されるような）通常の定電流充電レートをダメージなしで受け付けられない。フロー８００の例では、ステップ８１２はバッテリ２０４の電圧がＶ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}より低いかＴＥＭＰ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ}より冷たいかを判断する。この場合、ステップ８２２はＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＬＯ＿ＣＵＲＲ（）にセットし、ＴＭＲ＿ＢＡＴＴを初期化する。次のフロー４００の繰り返しにより、制御がＬＯ＿ＣＵＲＲ（）９００に渡る。ステップ９０４にて、ＴＭＲ＿ＢＡＴＴのタイムアウト条件が確認される。ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがタイムアウトしたら、バッテリまたは充電器に問題があると仮定して、ステップ９０６に分岐する。ステップ９０６は、ＣＨＲＧＭＯＤＥをＳＨＵＴＤＮに、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＦＡＵＬＴに、ＢＡＴＥＲＲをＢＡＴＴＲＴＯにセットすることにより充電を停止する。その後ステップ９０７でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出すことによりシャットダウンが要求され、ステップ９０９にて制御がサービスルーチンに戻る。

（ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがタイムアウトせず）充電器が最大時間より短く低電流充電したら、ステップ９０４はステップ９０８へと分岐する。ステップ９０８では、バッテリ２０４の電圧と温度がチェックされ、ともに定電流充電（フェーズ２）の許容範囲内かが確認される。そうであれば、ステップ９１０でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＣＣＣＲＧにセットし、ＴＭＲ＿ＢＡＴＴを初期化し、ＣＲＧＭＯＤＥ＝ＣＣにセットすることにより、フェーズ２の充電がセットアップされる。ステップ９１０からの分岐は、ＤＥＴＥＣＴ（）８００のステップ８２０から分岐と同様である。いくつかの実施例では、ステップ９１０はフロー４００の次の繰り返しでＤＥＴＥＣＴ（）８００に分岐するよう設定される。一実施例では、ステップ９０８（ＹＥＳの場合）は、ステップ８２０に分岐して論理フローがここから継続される。

図示する実施例では、フロー９００はステップ９１０、９１２、９１８、９１４、９１５、および９１で、それぞれステップ８２０、８４２、８４４、８４６、８３８、および８４０に対応する論理を繰り返す。フロー９１０乃至９１６は、ステップ８２０乃至８４０のフローと同一であり、ここでその説明は繰り返さないものとする。

ステップ９０８にて、バッテリ２０４の電圧または温度が所望範囲外である場合、ステップ９２４でＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＬＣとＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＬＯ＿ＣＵＲＲがセットされる。本発明のいくつかの実施例では、１のみの低電流充電レート（電流）であり、ＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出されて制御がサービスルーチンに戻る前にこれが可変ＣＵＲＲＥＮＴと記載される。フロー９００のいくつかの実施例では、ステップ９２６は、バッテリ２０４の電圧が特定値、例えば１．０ボルト以下であるかを判断する。そうであれば、ステップ９２２で、ＣＵＲＲＥＮＴが低電流値ＬＣ＿ＬＯである例えば０．０１ＣｍＡにセットされる。バッテリ２０４の電圧がＶ_{ＢＡＴＴ＿ＭＩＮ＿ＴＲ}より低くない場合、高い方の低電流充電電流ＬＣ＿ＨＩである例えば０．０５ＣｍＡがステップ９２０でＣＵＲＲＥＮＴに書き込まれる。この低電流充電レートは、ＤＥＴＥＣＴ（）８００のステップ８２６か８３０で前もってセットされていてもよい。ステップ９２６のテストで、バッテリ２０４の電圧が低電流充電（ＬＣ＿ＬＯ）から高い方へ進展させるのに十分増加したかが判断される。ステップ９２０か９２２が行われたら、ステップ９１５でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出すことによりプログラマブル電源２１０が構成され、その後ステップ９１６で制御がサービスルーチンに戻される。

フロー１０００は、ステップ４１４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＣＣＣＨＲＧ（）の状態のフロー例である。（図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに記載の）フロー１０００の目的は、例えばバッテリ２０４といったバッテリに定電流充電を提供しつつ、フェーズ２が終了したことを示す条件をテストすることである。ステップ１００２にて、バッテリ２０４の電圧が、前に「交差ポイント」と名付けられた条件である、定電流充電を停止し低電圧充電を開始すべきことを示すＶ_{ＢＡＴＴ＿ＳＴＡＲＴＣＶ}、例えば４．１８ボルトと比較される。この交差ポイントに達したら、ステップ１００４へ分岐する。ステップ１００４では、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＣＶＣＨＲＧに、ＣＨＲＧＭＯＤＥをＣＶにセットし、ＴＭＲ＿ＢＡＴＴを初期化し、Ｖ_ＴＡＲを所望の定電圧Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}、例えば３．２０ボルトにセットすることにより、定電圧充電が設定される。ステップ１０１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出し、ステップ１０２０で制御をサービスルーチンに戻すことによりセットアップが完了する。

ステップ１００２のテストが失敗したら、ステップ１００８でＴＭＲ＿ＢＡＴＴのタイムアウトがチェックされる。ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがタイムアウトしている場合、知らない問題により充電が長く継続されすぎたと仮定する。ステップ１０１０に分岐し、ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＳＨＴＤＮに、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＦＡＵＬＴに、ＢＡＴＴＥＲＲ＝ＢＡＴＴＣＣＴＯにセットして、プログラマブル電源２１０をシャットダウンする。この動作は、ステップ１０１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出し、ステップ１０２０で制御をサービスルーチンに戻すことで完了する。

ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがタイムアウトしていない場合（ステップ１００８）、ステップ１０１２で、バッテリ２０４の温度がチェックされる。バッテリ温度が高すぎる場合、例えば４０°Ｃ以上である場合、ステップ１０１４でプログラマブル電源２１０がシャットダウンされ（ＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＳＨＵＴＤＮ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＦＡＵＬＴ）、故障状態ＢＡＴＴＥＲＲ＝ＯＶＥＲＴＥＭＰがセットされる。この動作は、ステップ１０１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出し、ステップ１０２０で制御をサービスルーチンに戻すことで完了する。

バッテリ２０４の温度が（ステップ１０１２で）充電の範囲内である場合、制御はステップ１０１２からステップ１０１８へ分岐する。充電器がＣＲ／ＣＶ方法により動作すべく構成されていない場合（選択手段は前述済）、更なる動作は不要であり、ＣＣ/ＣＶ用の電流目標は前にステップ９１４かステップ８２０でセットされており、したがってステップ１０２０は制御をサービスルーチンに戻す。しかしながら、もしＭＯＤＥ＿ＳＥＬ＝ＣＲＣＶである場合、定電流ＣＲ＿Ｉが変更される。タイマＴＭＲ＿ＣＲはステップ８４４で前もって初期化されている。ステップ１０２２にて、ＴＭＯ＿ＣＲが増加される。ステップ１０２４にて、ＴＭＲ＿ＣＲはタイムアウト値ＴＭＲ＿ＣＲ_ＭＡＸ、例えば１分と等しいか確認される（フロー４００が１秒ごとに呼び出される場合はカウント６０ｄ）。ＴＭＲ＿ＣＲがＴＭＲ＿ＣＲ_ＭＡＸと等しい場合、ステップ１０２６はプログラマブル電源２１０をシャットダウンし、ステップ１０２８でＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出し、ステップ１０２８で制御をサービスルーチンに戻す。ＢＡＴＴＳＴＡＴＥは充電されず、タイマＴＭＲ＿ＣＲは再初期化されず、障害状態は解消されず、プログラマブル電源２１０はシャットダウンされたままである。ステップ１０２６でプログラマブル電源２１０をシャットダウンする目的は、これによりバッテリ２０４の開回路電圧（Ｖ_ＯＣ）がステップ４０２でＡＤＣ２０２により読めるようになるからである。バッテリ２０４のＶ_ＯＣは、前述のようにバッテリ２０４の充電状態に対応している。未だＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＣＣＣＨＲＧであるため、フローはステップ４１４からＣＣＨＲＧ（）１０００に分岐する（ステップ４０４とステップ４１０が介在しないようにする）。テスト１００２、１００８、１０１２が未だＦＡＬＳＥであり、ＭＯＤＥ＿ＳＥＬが未だＣＲＣＶと等しいとすると、タイマＴＭＲ＿ＣＲはステップ１０２２で増加され、ステップ１０２４はＦＡＬＳＥとなり、制御はステップ１０３２へ分岐する。ステップ１０３２でＴＭＲ＿ＣＲがタイムアウトより大きいかテストする目的は、障害状態を判断するためではなく、前のループで開回路電圧Ｖ_ＯＣが検出された後にＶ_ＯＣの変化を確認するためである。すなわち、ＴＭＲ＿ＣＲ_ＭＡＸに達するまでは、フローはステップ１０２４、１０３２となり、ステップ１０４６でサービスルーチンに戻る。ＴＭＲ＿ＣＲ_ＭＡＸに達したら（正確に）、開回路電圧Ｖ_Ｏが読まれる。その後、フロー１０００の次回では、ステップ１０３２の試験がＴＲＵＥとなり、ステップ１０３４に分岐する。以降に説明するように、ステップ１０３４の分岐の目的は、ＣＵＲＲＥＮＴの値を変更する必要があるかを判断することであり、その後タイマＴＭＲ＿ＣＲをリセットして、ステップ１０２４のテストがＴＲＵＥとなるのを待つ。

ステップ１０３４にて、Ｖ_ＢＡＴＴ（プログラマブル電源２１０のシャットダウン中の、フロー４００の完了したばかりの繰り返しからのＶ_ＯＣ）とＣＲ＿ＶＯの差をとることにより前の値に対するＶ_ＯＣ（ＣＲ＿ＤＶ）の変化が検出され、ここでＣＲ＿ＶＯは前のステップ１０４２か、ＤＥＴＥＣＴ（）８００のステップ８４４か、ＬＯ＿ＣＵＲＲ（）９００中のステップ９１８からのＶ_ＯＣを保持する。ステップ１０３４にてＭＡＸ関数が用いられ、ＣＲ＿ＤＶが負の値に転じないようにする。ステップ１０３６はＣＲ＿ＤＶが０にならないかをチェックし、バッテリ２０４の電圧が上がっておらず、ステップ１０４０で新たな定電流の値が見つけられ、これは現在のＣＲ＿Ｉと最大電流ＣＲ＿Ｉ_ＭＡＸの間の例えば１．０ＣｍＡとなる。ステップ１０４２にて、ＣＵＲＲＥＮＴはＣＲ＿Ｉの新たな値にセットされ（ステップ１０４０またはステップ１０３８から）、タイマＴＭＲ＿ＣＲが初期化され、現在のＶ_ＯＣ（Ｖ_ＢＡＴＴ）がＣＲ＿ＶＯに保存され、プログラマブル電源２１０はＣＨＲＧＭＯＤＥ＝ＣＣをセットすることによりシャットダウンされる。その後ステップ１０４４にてＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出すことにより動作が実行され、その後ステップ１０４６で制御がサービスルーチンに戻される。ステップ１０４０では、所望のｄＶ／ｄＴを提供するＣＲ＿Ｉ調整の正確な値は分からない。ステップ１０４０の目的は、上昇するＶ_ＯＣを提供することであり、これにより目標とするｄＶ／ｄＴを達成する充電器を構成すべく計数処理（ステップ１０３８）が可能となる。ｄＶ／ｄＴが正であれば、ステップ１０３６はステップ１０３８に分岐する。ステップ１０３８は現在の電流ＣＲ＿Ｉを以下の公式から見積もる：
定レート電流＝（定レート電流）＊（（ｄＶ／ｄＴ）_ＴＡＲ／（ｄＶ／ｄＴ）） ［式１］
ここで、定レート電流＝ＣＲ＿Ｉ、（ｄＶ／ｄＴ）_ＴＡＲ＝ＣＲＤＶ_ＴＡＲ、ｄＶ／ｄＴ＝ステップ１０３４からのＣＲ＿ＤＶである。いくつかの実施例では、Ｖ_ＢＡＴＴの測定間の時間間隔は例えば１秒であり、固定であって予め定められる。このような実施例では［式１］は以下のように単純化できる：
定レート電流＝（定レート電流）＊（ｄＶ_ＴＡＲ／ｄＶ） ［式２］

ＣＣ／ＣＶ充電では、フェーズ２の充電電流は前述した問題によりフェーズ中固定である。本発明のＣＲ／ＣＶ充電方法では、フェーズ２の定電流は、単位時間毎のＶ_ＯＣの変化がほぼ一定となるように定期的に変更される。すなわち、ＣＣ／ＣＶ法では、フェーズ２電流は所定の値で固定であるが、ＣＲ／ＣＶ法では一定の単位時間毎に開回路電圧が変化する。ＣＲ／ＣＶ法におけるフェーズ２の「定（constant）」電流はある期間（例えばＴＭＲ＿ＣＲ）一定であり、次の期間はバッテリ電圧の変化率を一定に維持すべく必要に応じて変更される。典型的なＬｉ−ｉｏｎバッテリを想定する。製造元の仕様では、例えば、フェーズ２は電流０．５ＣｍＡで約４０分続き、ＶＢＡＴＴは２．９ボルトから４．２０ボルトに増加するとする。本発明の方法では、ＣＲＣＶ_ＴＡＲは、以下のようになる。
ＲＣＶ_ＴＡＲ＝ｄＶ／ｄＴ_ＴＡＲ＝（４．２−２．９）／４０＝０．０３２５ボルト／分

必要な電流がプログラマブル電源２１０の容量を越える場合以外、ＣＲ＿ＩはｄＶ／ｄＴ_ＴＡＲを維持すべく必要に応じて変更される。もし、例えば上記実施例を用いてＴＭＲ＿ＣＲ_ＭＡＸが２分とすると、フェーズ２中にＶ_ＯＣが２０回チェックされ、ＣＣＣＨＲＧ（）１０００のステップ１０４２を繰り返した後、各回に電流が（必要であれば）ｄＶ／ｄＴを約０．０６ボルト上昇すべく制御するよう調整される。Ｖ_ＯＣはほぼ線形に増加し、フェーズ２の期間は、状況や温度に拘わらず同じ種類／仕様の総てのバッテリでほぼ同じとなる。

ステップ１０３８に続き、制御はステップ１０４２に分岐して（上述のような）構成がセットアップされ、これにはプログラマブル電源２１０をシャットダウンから出し、ステップ１０４４を実行してＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出し、ステップ１０４６で制御をサービスルーチンに戻すことが含まれる。

いくつかの実施例では、図１０Ｂに示すフロー１０００の部分が代わりに図１０Ｃに示すフローで表される。特に、ステップ１０３２Ｃの後に、電圧の変化は最低の０ボルトに限られず（図１０Ｂステップ１０３６）、ステップ１０５４にある。ステップ１０５２のテストで、バッテリ開回路電圧（Ｖ_ＢＡＴＴ）が減少しているか安定維持されているかが判断される。バッテリにエネルギ（充電電流）を注いでいるのにバッテリ電圧が上がらない場合、バッテリの故障またはその兆候を示している場合がある。ＴＲＵＥの場合（ステップ１０５２）、バッテリは、充電システムが回復不能な障害モードと考えられる。ステップ１０５０に分岐して充電はまったく止まり、ＣＨＲＧＭＯＤＥがＳＨＵＴＤＮにセットされ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＤＯＮＴＣＨＲＧにセットされ、ＣＯＮＦＩＧ（）５００を呼び出してステップ１０４４Ｃが実行され、ステップ１０４６Ｃで制御がサービスルーチンに戻される。その後、例えばホスト２１６による割り込みや、システムのリセットによる全電力の停止など、本書記載のフローとは別の動作が生じるまで、フロー４００は継続的にフロー６００へと分岐する。ＣＤ＿ＤＶが０より大きい場合、ステップ１０５２に規定されるように、フローはステップ１０３８Ｃ、１０４２Ｃ、１０４４Ｃ、１０４６Ｃを通って進む。ステップ１０３２Ｃ、１０３８Ｃ、１０４２Ｃ、１０４６Ｃは、図１０Ｂの同様の番号のブロックに対応しており、ここでは更なる説明は行わない。

ステップ１０５２のテストはより一般的には「バッテリ障害テスト」と称される。単にバッテリ電圧を減少させる以外のテストを用いて実際のバッテリ障害またはその兆候を判断してもよい。例えば、一実施例では、バッテリ電圧値のローリング平均（rolling average）が増加しない場合に障害とみなされる。別の実施例では、バッテリ障害テストは、バッテリ温度を取得し、この温度が特定の値を超えたら障害の可能性があると判断することを含む。他には、単独あるいはＶ_ＯＣの負の変化（negative change）とともに、温度上昇が特定の最大レートとなると、障害の表示として用いられる。温度はしばしばバッテリ内または近傍に熱電対を配置して、熱電対の電圧をＡＤＣ２０２で読むことにより取得される。いくつかの実施例では、Ｖ_ＯＣが増大しているが増加率が例えば平坦になるか減少に変化している場合に、ＣＣ／ＣＶプロファイルの障害とみなされる。

一実施例では、圧力トランスデューサがバッテリに設けられ、特定の圧力で障害の可能性があると判断される。圧力値は、圧力トランスデューサをＡＤＣ２０２が読み出すことにより取得される。いくつかの実施例では、バッテリのエンクロージャの一部として構成されたひずみゲージがＡＤＣ２０２により読み出してエンクロージャの膨張を検出して、バッテリが充電また放電されていないときでも、これもバッテリ障害の可能性として示す。

例えば、図１４を参照されたい。図１４は、研究所環境内で記録されたデータであり、バッテリ障害メカニズムを審査するためにバッテリに過度のストレスが加えられている。バッテリ保護回路は破壊され、バッテリは障害が生じるまで高い電圧および／または電流にさらされる。曲線１４０１は約２３分の時間枠に対するバッテリ電圧を表し、データはほぼ毎秒とられている。曲線１４０３はＶｏの算出された変化率を表す。データはほぼ固定の電流で取得され、バッテリ電圧の振る舞いが観測される。ポイント１４０５におて、ｄＶ／ｄＴの勾配の変化が見られる。いくつかの実施例では、ｄＶ／ｄＴが比較的安定となるポイント１４０５の状態は、ステップ１０５２でバッテリ障害が報告される状態とみなされる。一実施例では、ｄＶ／ｄＴが減少するポイント１４０７の状態は、ステップ１５０２でバッテリ障害が報告される状態とみなされる。一実施例では、Ｖｏデータのデジタルフィルタリングが用いられ、例えばｄＶ^２／ｄＴ^２が負となるなど、フィルタされたＶｏ値の二次導関数を用いてバッテリ障害が検出される。

ＣＲ／ＣＶ方法の一実施例では、上述の管理ループによりｄＶ／ｄＴが安定値に制御され、目標とするｄＶ／ｄＴを維持するのに必要な電流値が、前述したＣＣ／ＣＶ方法の電圧検査と同様の方法で試験され、予期しない充電電流の変化がバッテリ障害の可能性の表示となる。例えば、突然充電電流が増大したら、バッテリの導電プレート間の局部ショートを示す場合がある。

本発明の一実施例では、ステップ１０５０がさらに、炎上、ガス流出、化学品の漏れ、ケース破壊、および温度上昇といったバッテリ障害の影響を回避または軽減する動作を行ってもよい。例えば、一実施例では、ＯＮ抵抗（on-resistance）（Ｒｄｓ＿ｏｎ）が低い電力トランジスタが正負のバッテリ端子間に接続される。バッテリ障害が検出されたら、電力トランジスタは電力トランジスタはＯＮ状態に駆動される。トランジスタをＯＮにすると、バッテリがショートされて有意な熱が発生するが、ショート電流は局所的な加熱領域ではなくバッテリの表面領域の大部分を通る。一実施例では、電力トランジスタは間欠的にＯＮとオフに切り替えられ、ＯＮ期間中の熱エネルギを放散させるようにしている。別の実施例では、電気で作動する値がアクティベートされる。これらの多くの緊急動作によりバッテリは恒久的に使用不能とするが、バッテリ自体以外のダメージを回避できる利益がある。

フロー１１００は、ステップ４１４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＣＶＣＨＧの状態のフロー例である。図１１で説明するフロー１１００の目的は、エラー条件と終点条件をモニタしつつ例えばバッテリ２０４のようなバッテリの定電圧充電を行うことである。このフェーズは、前に「フェーズ３」と名付けており、前述の交差検出ポイントから始まる。フロー１１００は、タイマＴＭＲ＿ＢＡＴＴが初期化される１００２のテストとステップ１００４のセットアップの結果であるか、あるいはステップ８１０のテストとステップ８１８のセットアップの結果である。ステップ１１０２にて、タイマＴＭＲ＿ＢＡＴＴのタイムアウト条件が試験される。ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがフェーズ３中にタイムアウトしたら、例えば６０分を越えたら、バッテリ２０４は（そうであるか否かに拘わらず）フル充電されたとみなされ、ステップ１１０４に分岐して、ＣＨＲＧＭＯＤＥをＳＨＵＴＤＮにセットすることによりプログラマブル電源２１０がシャットダウンされる。充電器システムはＣＨＲＧＳＴＡＴＥをＣＨＲＧＥＤに、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＵＳＥにセットすることにより設定される。ＢＡＴＴＥＲＲはＢＡＴＴＣＶＴＯにセットされ、一実施例ではこれは制御論理ユニット２０６で用いられないが、ホスト２１４があれば関心の対象となりうる。ステップ１１１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出され実行され、ステップ１１１４で制御がサービスルーチンに戻る。

ＴＭＲ＿ＢＡＴＴがタイムアウトしていない場合（ステップ１１０２）、ステップ１１０６に進みバッテリ２０４の温度が例えば４５°Ｃである最高温度ＴＥＭＰ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}と比較される。バッテリ２０４の温度がＴＥＭＰ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}以上である場合、ステップ１１０８に進みプログラマブル電源２１０がシャットダウンされ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＦＡＵＬＴにセットされ、ＢＡＴＴＥＲＲをＯＶＲＴＥＭＰにセットすることにより障害種別の表示が告げられる。ステップ１１１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出され実行され、ステップ１１１４で制御がサービスルーチンに戻る。

ＴＥＭＰ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}を越えていない場合（ステップ１１０６）、ステップ１１０７へ進み、バッテリ２０４を通る電流値Ｉｃ３１０の値が、フロー１１００の前回の繰り返しにおけるバッテリ２０４の電流値Ｉｃ３１０（ＩＣ＿ｌａｓｔ）と比較される。バッテリ２０４の電流値Ｉｃ３１０の現在値が増大している場合（すなわち、Ｉｃ３１０がＩｃ＿ｌａｓｔより大きい場合）、ステップ１１０９に進みプログラマブル電源２１０がシャットダウンされ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥがＦＡＵＬＴにセットされ、ＢＡＴＴＥＲＲをＯＣＵＲＲＥＮＴにセットすることにより障害種別の表示が告げられる。ステップ１１１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出され実行され、ステップ１１１４で制御がサービスルーチンに戻る。定電圧フェーズ３におけるバッテリ２０４の電流Ｉｃ３１０の増大は、バッテリ障害の発生または兆候を示し、充電が即座に停止される。

ステップ１１０７のテストがＦＡＬＳＥである場合、Ｉｃ３１０がステップ１１１０でＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮと比較される。Ｉｃ３１０は、ＡＤＣ２０２で検出抵抗Ｒ_{ＳＥＮＳＥ}２０５を横切る電圧を測定したり、基準電圧（ＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮ＊Ｒ_{ＳＥＮＳＥ}）を有し抵抗Ｒ_{ＳＥＮＳＥ}を通る比較器によったり、当業者が考え得る充電電流を測定する他の手段により知ることができる。いくつかの実施例では、Ｉｃ３１０はプログラマブル電源２１０により制御論理ユニット２０６に報告される。ステップ１１１０において、電流ＩｃがＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮより小さい場合、バッテリはフル充電されたとみなされフェーズ３が終了する。一実施例では、終点条件は、電流Ｉｃ３１０に基づいて判断されず、開回路電圧Ｖｏが例えば４．２０のトクテ一と等しくなったらと規定される。この実施例では、ステップ１１１０のテストは「Ｖｏ＞Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}？」と読まれる。ステップ１１１２でＣＨＲＧＭＯＤＥをＳＨＵＴＤＮにセットすることによりフェーズ３が終了され、プログラマブル電源２１０がシャットダウンされ、ＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＵＳＥに、ＣＨＲＧＳＴＡＴＥ＝ＣＨＲＧＤにセットされる。ステップ１１１６でＣＯＮＦＩＧ（）５００が呼び出され実行され、ステップ１１１４で制御がサービスルーチンに戻る。ステップ１１１０で電流ＩｃがＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮより大きい場合（または一実施例ではＶｏ＜Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＭＡＸ}の場合）、ステップ１１１４で単に制御をサービスルーチンに戻すことにより定電圧充電が継続される。

一実施例では、ＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮに用いる値は、例えば０．１ＣｍＡといった、バッテリ製造元が規定する予め定められた特定値となる。工業界で普通に行われているように、０．１ＣｍＡの絶対値は問題となる場合がある。例えば、バッテリが非常に劣化している場合（充電／再充電サイクルが多い、ダメージあり、非常に高温など）、対象となるバッテリの現在の容量に比べると０．１ＣｍＡは非常に高い値（電流）となる。したがって、バッテリ製造元が推奨する所定の電流値を用いると、バッテリの充電不足や、既に劣化したバッテリで可能な量より少ない電荷を蓄えたり、ユーザへ提供する性能が悪くなったりする。本発明のいくつかの実施例では、交差ポイントでの電流値（すなわち、ステップ１０４２のＣＲ＿Ｉの現在値）が測定され、例えば（０．１＊ＣＲ＿Ｉ）がＣＶ＿Ｉ＿ＭＩＮとして保存される。これにより、いくつかの実施例では、ステップ１１１０のテストで電流Ｉｃ３１０が、所定の電流絶対値ではなく交差ポイントの電流値の所定のパーセント（例えば１０パーセント）減少したかが確認される。

フロー１２００は、ステップ４１４でＢＡＴＴＳＴＡＴＥ＝ＵＳＥの状態のフロー例である。図１２に示すフロー１２００の目的は、バッテリ電力を負荷に電力供給可能にすることである。スタンドアロン式の充電器では、例えば、バッテリ電圧がモニタされてバッテリが自己放電しており（または、充電器を介して漏れが発生して）再充電が必要でないかが判断される。充電器とバッテリが大きいシステムに組み込まれる場合、例えば携帯電話機やデジタルカメラ、バッテリを取り外さずに充電する構成を具える他の多くの装置では、フロー１２００は大きなシステム（例えばホスト２０４）にステータス情報を提供する。ステップ１２０２にて、バッテリ（例えばバッテリ２０４）の電圧が、例えば３．９ボルトである電圧Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＲＥＳＴＡＲＴ}と比較され、バッテリ２０４を再充電すべきかが判断される。Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＲＥＳＴＡＲＴ}の値は、システムの受容に応じてシステム設計者により決定される。バッテリ２０４の電圧が再起動電圧Ｖ_{ＢＡＴＴ＿ＲＥＳＴＡＲＴ}より高い場合、ステップ１２０６でＣＨＲＧＭＯＤＥがＳＨＵＴＤＮにセットされ（既にこのモードである場合もある）、バッテリ２０４からプログラマブル電源２１０が切り離される。ステップ１２０８で制御がサービスルーチンに戻される。Ｖ_ＢＡＴＴがＶ_{ＢＡＴＴ＿ＲＥＳＴＡＲＴ}より低い場合、その状態がステップ１２０４にてＢＡＴＴＳＴＡＴＥをＤＥＴＥＣＴ（）にセットすることにより制御論理ユニット２０６に報告され、ステップ１２０８で制御がサービスルーチンに戻る。これにより、フロー４００の次の繰り返し時に、フローＤＥＴＥＣＴ（）８００に分岐し、これ以降のステップは前述の通りとなる。

図１３は、本発明のより充電された通常のバッテリ（例えばバッテリ２０４）の電圧と電流の値を示す。図１に示す従来技術の固定電流と比較した場合の、フェーズ２の電流Ｉｃ３１０のプロファイルに注意されたい。曲線１３０２は、時間に対する開回路バッテリ電圧を表す。曲線１３０２は、充電電流Ｉｃ３１０がフェーズ２で安定してから交差ポイントまで本質的に線形である。曲線１３０４と１３０６は、２つの異なるバッテリの電流曲線であり、曲線１３０４は強力なバッテリを表し、曲線１３０６は充電される弱いバッテリを表す。単一の充電サイクルにおける任意の所定のバッテリ２０４において、１の曲線のみが充電されるバッテリ２０４の充電過程を表す。例えば、強力で、新しい、暖かいバッテリは曲線１３０４で表される高い充電電流を受け入れる。バッテリ２０４に注がれる（保存される）エネルギは、電流供給期間に対する充電電流の曲線の下の面積である。弱い、またはダメージのあるバッテリは、曲線１３０６に類似の電流Ｉｃ３１０プロファイルで充電される。強弱バッテリの充電時間はともに同じであるが、曲線１３０６の下側面積は、曲線１３０４の下側面積より少なく、供給される（および後に利用可能な）電力の違いを表している。

上記の本発明の方法の説明では、バッテリ開回路電圧値を用いている。図３を参照すると、開回路電圧の測定は抵抗に影響がなく、ドロップを生じる電流がない。したがって、開回路電圧をバッテリの充電状態の判断に用いることができる。換言すれば、これはこのモデルのコンデンサに蓄えられた電荷を表す。しかしながら、充電システムに接続されたバッテリ電圧（すなわち開回路電圧でない）がときどき電圧変化状態を見るのに用いられる。

本開示は、以下にクレームする主題の範囲、本質、または意図を限定するものではなく、説明として理解されるべきである。当業者は本開示を研究することにより多様な変形や変更を理解することができ、それには本書に記載する要素に代えて機能的および／または構造的な等価物の利用、本書の記載と同等な組み合わせの利用、および／または本書の記載と同等なステップの利用が含まれる。これらの実質のないバリエーションは、ここに企図する範囲内にあると考えられる。さらに、特定の手段やステップについて複数の実施例が与えられ、これらの所定の実施例の間にあるか、および／または越えて存在する延長物が本開示の視点から明白である場合、本開示は有効な開示であってこれらの延長物を包含すると理解されるべきである。

追加の特許権の留保、矛盾の解決、語句の解釈
参照により本書に組み込まれる様々な開示や、それらの組み込まれた開示が、本開示の一部または全部と矛盾する場合、矛盾の範囲、および／または幅広い開示、および／または用語の定義において、本発明は制御される。このような組み込まれた開示が互いに矛盾する場合、矛盾の範囲において、後の日付の開示が制御される。

本開示が合法的に公開されたら、本出願の所有者は本書に含まれる文章および図形材料の他人による複製に異議を唱えず、この複製は本発明の開示の理解目的に限定され、有用な技術と科学を促進する。しかしながら所有者は開示要素に法理的に関連する他の権利を放棄するものではなく、これには限定しないが、コンピュータプログラムリストの著作権や、本書記載のアートワークまたは他のワーク、および本書記載の造語やアートワークに関する商標やトレードドレス権、および本書に含まれるか本書から派生可能な他の保護可能な主題が含まれる。

他に明確に記載しない限り、通常の用語はそれぞれの記載の文脈における対応する通常の意味を有し、通常の技術用語は対応する通常の意味を有する。

一般的なコンセプトと特定の実施例について開示したが、保護の範囲は添付のクレームにより規定されると理解されたい。発行されたクレームは出願人の権利を開示されたクレームに限定するものではなく、３５ＵＳＣ１２０条および／または３５ＵＳＣ２５１条に従い出願される１またはそれ以上の追加の出願により字義通りにクレームされる主題に限定されるものでもない。

Claims (19)

1. バッテリの充電方法であって、前記バッテリはエンクロージャを具え、
   （ａ）前記バッテリにほぼ一定の電流を供給するステップと、
   （ｂ）前記バッテリの第１の特性の継続的なサンプリング動作を実行するステップと、
   （ｃ）前記継続的なサンプリング動作に応じて、前記バッテリの１またはそれ以上のパラメータを決定するステップと、
   （ｄ）前記１またはそれ以上のパラメータの値を第１の所定値と比較するステップと、
   （ｅ）前記１またはそれ以上のパラメータと第１の所定値との差に応じて、前記バッテリに供給される前記ほぼ一定の電流の値を変更するステップと、
   （ｆ）前記バッテリの前記第１の特性の値が第２の所定値と等しいか大きくなると検出されるまで、この方法をステップ（ａ）から繰り返すステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記バッテリの第１の特性は、前記バッテリを横切る電圧値であることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、前記電圧値は、開回路電圧値であることを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記バッテリの第１の特性は、前記バッテリのエンクロージャの温度値であることを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法において、前記バッテリの第１の特性は、前記バッテリのエンクロージャ内の圧力値であることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法において、前記１またはそれ以上のパラメータが、時間に対する前記第１の特性の値の変化率を含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１記載の方法において、前記１またはそれ以上のパラメータが、時間に対する前記第１の特性の値の変化率に対する変化率を含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１記載の方法がさらに、
   （ｇ）前記バッテリにほぼ一定の電圧を供給するステップと、
   （ｈ）前記バッテリの第２の特性の継続的なサンプリング動作を実行するステップと、
   （ｉ）前記バッテリの前記第２の特性の値が第３の所定値と等しいか小さくなると検出されるまで、この方法をステップ（ｇ）から繰り返すステップとを含むことを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法において、前記バッテリの第２の特性は、前記バッテリを通る電流値であることを特徴とする方法。
10. 請求項８記載の方法がさらに、前記ステップ（ｇ）の前に追加のステップを具え、当該追加のステップは、前記バッテリに供給されたほぼ一定の電流の現在値を保存するステップを具えることを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法がさらに、前記第３の所定値を、前記バッテリに供給されるほぼ一定の電流の前記保存された現在値のあるパーセンテージである値に設定するステップを具えることを特徴とする方法。
12. 請求項１１記載の方法において、前記パーセンテージは１０パーセントであることを特徴とする方法。
13. 充電されるバッテリに生じうる障害を検出する方法であって、前記バッテリはエンクロージャを具え、
    （ａ）前記バッテリの特性の継続的なサンプリング動作を実行するステップと、
    （ｂ）前記継続的なサンプリング動作に応じて、前記バッテリのパラメータを決定するステップと、
    （ｃ）前記パラメータの値があるルールを破るまで、この方法をステップ（ａ）から繰り返すステップと、
    （ｄ）前記パラメータが前記ルールを破る値に応じて、調整動作をとるステップとを含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１３記載の方法において、前記バッテリにほぼ一定の電流が供給され、前記バッテリの特性は前記バッテリを横切る電圧値であり、前記パラメータは前記電圧値の変化であり、前記ルールは前記電圧の変化が負となってはならないというものであることを特徴とする方法。
15. 請求項１３記載の方法において、前記バッテリにほぼ一定の電流が供給され、前記バッテリの特性は前記バッテリを横切る電圧値であり、前記パラメータは時間に対する前記電圧値の変化率であり、前記ルールは前記電圧値の変化率が負になってはならないというものであることを特徴とする方法。
16. 請求項１３記載の方法において、前記バッテリにほぼ一定の電圧が供給され、前記バッテリの特性は前記バッテリを通る電流値であり、前記パラメータは前記電流値の変化であり、前記ルールは前記変化の値が正になってはならないというものであることを特徴とする方法。
17. 請求項１３記載の方法において、前記調整動作をとるステップは、前記バッテリの充電動作を停止するステップを含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１３記載の方法において、前記調整動作をとるステップは、前記バッテリの正負の端子を接続する手段を動作させるステップを含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８記載の方法において、前記接続する手段は、トランジスタを具えることを特徴とする方法。

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