JP2011024412A - 可変電圧制御を用いたバッテリーセル充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】サイクル寿命への急速充電の影響を抑制／排除しながらリチウム・イオン・バッテリーの充電時間をさらに短縮する充電システムの提供。
【解決手段】可変電圧充電プロファイルは、第１段階充電電圧が最大バッテリーセル電圧未満の第１段階完了電圧にほぼ等しくなるまで第１段階充電電流が提供された状態で一定の第１段階充電電流および増加するバッテリーセル電圧を有する第１充電段階と、各中間充電段階は減少する充電電流を提供する一つ以上の中間定電圧段階、増加するバッテリーセル電圧を生成する中間定電流段階、およびこれらの組合せからなる群から選択される、一つ以上の中間充電段階と、中間段階完了電圧にほぼ等しい一定最終段階充電電圧および最終段階充電電流が所望の充電完了レベルに達するまで最終段階充電電圧が提供された状態で減少する最終段階充電電流を有する最終充電段階とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に充電式リチウムイオン型化学バッテリーに関し、より具体的には車両用リチウム・イオン・バッテリー・パックの急速充電に関する。

リチウム・イオン・バッテリーは、家庭用電化製品によく見られる。リチウム・イオン・バッテリーは、携帯用電子機器用として最も普及しているタイプの一つであり、エネルギー対重量比が最良で、メモリ効果がなく、使用していないときの電荷の喪失が緩やかなものの一つである。リチウム・イオン・バッテリーは、その高いエネルギーおよび電力密度に起因して、家庭用電化製品用に加え、防衛、車両、航空宇宙産業の用途への普及が進んでいる。しかし、ある種の処理は、リチウム・イオン・バッテリーに危険な故障をもたらす可能性がある。

リチウムイオン化学を使用する利点の一つは、この技術を用いて作られるバッテリーが再充電可能なことである。従来の充電は、（ｉ）定電流（ＣＣ）、および（ｉｉ）定電圧（ＣＶ）の２ステップの充電アルゴリズムで行なわれる。電気自動車（ＥＶ）において、第１ステップは定電力（ＣＰ）でありうる。

ステップ１：セル当たりの電圧制限に達するまで充電電流制限を加える。

ステップ２：電流が所定レベル（多くの場合Ｃ／２０であるが、ときにはＣ／５またはＣ／１０または他の値）以下に低下するまでセル制限当たりの最大電圧を加える。

充電時間は、用途に応じておよそ１〜５時間である。一般に、携帯電話のバッテリーは１Ｃで充電することができ、ノートパソコンのバッテリーは０．８Ｃで充電することができる。充電は、典型的に電流がＣ／１０以下に下がると停止される。一部の急速充電器は、ステップ２が始まる前に停止し、バッテリーが約７０％まで充電されると準備ができているものとされる（本明細書で使用される「Ｃ」は、バッテリーを１時間で放電する定格電流である）。

一般に家庭電化製品の場合、リチウムイオンは、およそ４．２±０．０５Ｖ／セルで充電される。重量車両用、産業用、および軍事用では、バッテリー寿命を延ばすために比較的低い電圧を使用する場合がある。４．３Ｖ以上または９０℃のいずれかに達すると、多くの保護回路が遮断する。

リチウムイオン型バッテリーを充電するバッテリーチャージャは、当技術分野において周知である。当技術分野において周知のように、このようなリチウム・イオン・バッテリーは、定電流（ＣＣ）充電および定電圧（ＣＶ）充電を必要とする。特に、最初は、このようなリチウム・イオン・バッテリーは定電流で充電される。定電流モードにおいて、充電電圧は、典型的に、安全性の考察に基づいてリチウム・イオン・セル・メーカが推奨する最大レベル、典型的にセル当たり４．２Ｖに設定される。充電電流は、セル性能、充電時間、ニーズ、およびコストに基づく設計レベルの要因である。バッテリーセル電圧が十分に上昇した時点で、充電電流は初期の充電電流レベル以下に低下する。特に、バッテリーセル電圧Ｖｂが充電電圧Ｖｃに近づくと、充電電流は公式Ｉ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／Ｒｓに従って漸減し、Ｉ＝充電電流、Ｖｃ＝充電電圧、Ｖｂ＝バッテリーセル開回路電圧、Ｒｓ＝バッテリーセルの接触抵抗および内部抵抗を含む充電回路の抵抗である。したがって、充電サイクルの最終部分、典型的に約最後１／３の間に、バッテリーセルは低減された充電電流で充電され、すなわち、バッテリーセルを完全に充電するのにより多くの時間がかかることになる。

閉回路電圧は、バッテリー端子およびバッテリーセルの内部抵抗など、バッテリーセルの電圧とバッテリー回路内の抵抗による回路内の電圧降下との和を表す。閉回路電圧を開回路電圧から差し引くことによって、バッテリー抵抗回路要素両端間の電圧降下が決定されうる。

様々な周知のバッテリーチャージャでは、定電流モード中にバッテリーセルに印加されるアンペア時（Ａｈ）を増加するために、定電流モード中にこの電圧降下を利用してバッテリー充電電圧を駆動する。定電流モード中にバッテリーセルに印加されるＡｈを増加することによって、バッテリーセルははるかに急速に充電される。

先行技術は、充電電流を増加してリチウム・イオン・バッテリーの充電時間を短縮するために、バッテリー回路内の電圧上昇を補償するリチウム・イオン・バッテリー・チャージャ回路を含む。補償回路は、回路内の様々な抵抗要素両端間の想定される初期電圧降下に基づいて決めることができ、定電流充電モード中に所定の充電電流を維持するためにこの電圧降下を補償する。残念ながら、様々な抵抗要素の抵抗は、バッテリーセルをバッテリーチャージャに接続するために使用される外部バッテリー接点の酸化など、様々な要因を背景として時間とともに変化する。したがって、やがて、バッテリーセルの充電時間は増加する。

サイクル寿命への急速充電の影響を抑制／排除しながらリチウム・イオン・バッテリーの充電時間をさらに短縮する必要がある。

開示されるのは、バッテリーの電極での「ｉｒ」（内部抵抗）上昇を補償するなどによる一部の先行技術システムと対照的に、サイクル寿命への急速充電の影響を抑制／排除しながらリチウム・イオン・バッテリーの充電時間を短縮するバッテリーチャージャおよびバッテリー充電プロセスである。好ましい実施形態は、リチウム・イオン・バッテリー・セル（または、一連の直並列接続セル）を急速充電するバッテリー・セル・チャージャを含み、バッテリーセル充電システムは、バッテリーセルに充電電圧および充電電流を印加するために可変電圧充電プロファイルを用いてバッテリーセルを充電する回路を含み、可変電圧充電プロファイルは、第１段階充電電圧が最大バッテリーセル電圧未満の第１段階完了電圧にほぼ等しくなるまで第１段階充電電流が提供された状態で一定の第１段階充電電流または電力および増加するバッテリーセル電圧を有する第１充電段階と、各中間充電段階が増加するバッテリーセル電圧を生成する中間定電流段階、増加するバッテリーセル電圧を生成する中間定電力段階、減少する充電電流を提供する中間定電圧段階、およびこれらの組合せの一つ以上からなる群から選択される、一つ以上の中間充電段階と、中間段階完了電圧にほぼ等しい一定最終段階充電電圧と最終段階充電電流が所望の充電完了レベルに達するまで第１段階充電電圧が提供された状態で減少する最終段階充電電流とを有する最終充電段階とを含む。

別の実施形態は、リチウム・イオン・バッテリー・セルを急速充電するバッテリー・セル・チャージャを含み、バッテリー・セル・チャージャは充電電圧および充電電流をバッテリーセルに印加するために連続可変充電プロファイルを用いてバッテリーセルを充電する回路を含み、充電プロファイルはバッテリーセルのＤＣモデルのＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}抵抗に直列に含まれる虚数Ｒ_Ｂａｄ抵抗に対応して決定され、Ｒ_Ｂａｄは、Ｖ_ｃｅｌｌが最大バッテリーセル電圧から充電電流とＲ_Ｂａｄとの積を差し引いた値にほぼ等しくなるようにＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}と、バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）と、バッテリーセルの温度の一つ以上に対応する関数である。

バッテリー・セル・チャージャの別の実施形態はリチウム・イオン・バッテリー・セルを急速充電するバッテリーセル充電方法を含み、バッテリーセル充電方法は、（ａ）バッテリーセルに、第１段階充電電圧が最大バッテリーセル電圧未満の第１段階の完了電圧にほぼ等しくなるまで一定の第１段階充電電流（または電力）および第１段階充電電流が提供された状態で増加するバッテリーセル電圧を印加することと、その後に（ｂ）バッテリーセルに、一つ以上の中間充電プロファイルを印加することであって、各中間充電プロファイルは増加するバッテリーセル電圧を生成する中間定電流段階、増加するバッテリーセル電圧を生成する中間定電力段階、減少する充電電流を提供する中間定電圧段階、およびこれらの組合せの一つ以上からなる群から選択される、バッテリーセルに、一つ以上の中間充電プロファイルを印加することと、その後に（ｃ）バッテリーセルに、中間段階完了電圧にほぼ等しい一定の最終段階充電電圧および最終段階充電電流が所望の充電完了レベルに達するまで最終段階充電電圧が提供された状態で減少する最終段階充電電流を印加することと、を含む。

バッテリー・セル・チャージャの別の実施形態は、最大推奨バッテリーセル電圧および推奨バッテリーセル電流を有するリチウム・イオン・バッテリー・セルを急速充電するバッテリーセル充電方法を含み、バッテリーセル充電方法は、（ａ）充電プロファイルに対応して、変化する充電電圧および変化する充電電流をバッテリーセルに印加することであって、充電プロファイルはバッテリーセルのＤＣモデルのＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}抵抗に直列に含まれる虚数Ｒ_Ｂａｄ抵抗に対応して決定され、次式を満たすように、Ｒ_ＢａｄはＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}、バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）およびバッテリーセルの温度の一つ以上に対応する関数である、充電プロファイルに対応して、変化する充電電圧および変化する充電電流をバッテリーセルに印加することを含む。

前述のように、典型的に、リチウム・イオン・バッテリー・セルは、２ステップＣＣ−ＣＶ（定電流定電圧）アルゴリズムを用いて充電される。高エネルギセルの場合、ＣＣは典型的に１Ｃ以下であり、ＣＶは４．１Ｖ〜４．２Ｖである。

先行技術のチャージャおよび充電方法が急速充電に使用される際に、前述の先行技術の発明のままでセルが高速（典型的な民生用１８６５０セルおよび他のエネルギセルの場合１Ｃ以上）および高電圧で充電されるとサイクル寿命低下が起きる。四つ（またはそれ以上）のステップを含むように装置およびプロセスを変更することによって、２Ｃの充電速度でもサイクル寿命低下が抑制される。２Ｃ、４．０Ｖ（０．７Ａまで保持）、０．７Ａ、４．２Ｖ、（ＣＣ−ＣＶ−ＣＣ−ＣＶ）のような最小限のサイクル低下を有する多状態の充電プロファイルが採用された。ｎステップの可変充電プロファイル（ｎ＝４）が記述されているが、ｎは他の値を有してもよい。先行技術システムでは、セル電圧制限に達するまで印加される定電流段階１と、この後に「フル」充電に達するまで印加される最大セル電圧の定電圧段階２とを有する二段階プロファイルを採用する。本実施形態では、バッテリー性能を低下させずに充電速度を向上させる一つ以上の中間充電段階を挿入する。中間段階は、バッテリー充電電圧が上昇するにつれて一つ以上の定電圧段階（ｉＢａｔが減少している）または定電流段階、すなわち、充電中にある点において偶発的に起きるセル化学反応や温度に起因して比較的高い電流が使用される中間段階を含む。

特定の実施において、バッテリーは、バッテリー電圧が上昇するにつれて充電電流が減少するようにモデル化されてもよい。モデルは、マイナスの影響をもたらすことなく充電速度を改善できるＲ_Ｂａｄを含んでもよい。モデルは、Ｒ_Ｂａｄをサイクル寿命に悪影響を与えうる様々な物理的パラメータの関数として表すはずである。たとえば、Ｒ_Ｂａｄは、負電極の分極を（Ｒ_{ａｎｏｄｅ}）部分的に表すことができる。Ｒ_Ｂａｄが増加するにつれて、アノード表面にリチウムが被覆される可能性が増大してバッテリー内の容量低下につながる。したがって、モデル化の視点から、温度、セル使用年数、および充電状態など、Ｒ_{ａｎｏｄｅ}に影響を与えるパラメータは、セル損傷を防止するために充電アルゴリズムにおいて適切に調整されうる。電解質タイプ、電極設計、およびアノード材料のように、Ｒ_Ｂａｄに影響を与える物理的なセル・レベル・パラメータにはいくつかの例がある。これらのパラメータのすべては、実験的に決定されうるし、したがって、Ｒ_Ｂａｄ値へのパラメータの影響を示すために正しくモデル化されうる。

急速充電による容量低下の一つの原因は、負電極（すなわち、リチウム被覆）における副反応に由来する。充電速度が高いときに充電電圧を抑制すると、副反応が最小化されて高い充電電流を用いた急速充電に起因する容量低下が抑制される。

本発明の他の利点は、本開示の精査により分かるであろう。

バッテリーチャージャの簡略化された多段階（４段階）急速充電プロファイルのグラフである。 虚数Ｒ_Ｂａｄ要素を含むリチウム・イオン・バッテリー・セルのＤＣモデルの回路図である。 図２に示されるＲ_Ｂａｄ要素に対応するバッテリーチャージャの可変急速充電プロファイルである。 代表的な充電システムである。 図４に示される充電システムの制御図である。

本発明の実施形態は、特に、リチウム・イオン・バッテリー・セル用の急速バッテリーチャージャに関するシステムおよび方法を提供するとともに、サイクル寿命への急速充電の影響を抑制／排除する。以下の説明は、当業者が本発明を行なって使用しうるように提示され、特許出願およびその要件を背景として提供される。本明細書に記載される好ましい実施形態に対する様々な修正と一般的な原理および特徴は、当業者にとって容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、示される実施形態を限定されるものではなく、本明細書に記載される原理および特徴と整合する最も広い範囲を許容されるべきである。

図１は、バッテリーチャージャの簡略化された多段階急速充電プロファイルのグラフである。急速充電プロファイルの好ましい実施形態は、ＣＣ（定電流）第１段階、定電圧（ＣＶ）第２段階、ＣＣ第３段階、およびＣＶ第４段階の少なくとも四段階を含む。

第１段階は、１Ｃの典型的な先行技術値よりも大きいレベルのＣＣを含む。第１段階電圧は、セルターゲット電圧未満の初期値から約４．０Ｖ〜約４．０５Ｖまで変化する。これらは、代表的な値であるが、実際の値は充電されているバッテリーセルのインピーダンスに依存する。比較的低いインピーダンスのバッテリーセルは、容量低下なしで比較的高い電圧で充電されうる。また、実際の値は、最大セル電圧に依存し、したがって、第１段階ターゲット電圧は、対最大電圧比、たとえば、８０％ＳＯＣであってもよい。

第２段階は、第１段階の最後に達した充電電圧レベル（たとえば、４．０〜４．０５Ｖ）のＣＶを含む。第２段階中に、充電電流は（好ましくは）２Ｃの第１段階値から約０．７Ｃまで減少する。

第３段階は、第２段階レベルのＣＣを含み、さらに第３段階の充電電圧はおよそセルターゲット電圧まで増加する。

第４段階は、およそセルターゲット電圧のＣＶを含み、さらに第４段階の充電電流は減少する。第４段階の充電電流が所定レベル以下に減少すると、充電サイクルが完了する。これらの値は用途によって決定され、典型的にＣ／１０、ときにはＣ／５またはＣ／２０である。ＥＶにおいて、Ｃ／７０が充電レベルになりうる。

図２は、虚数Ｒ_Ｂａｄ要素を含むリチウム・イオン・バッテリー・セルのＤＣモデルの回路図である。Ｒ_Ｂａｄ要素を使用すると、同様の性能を生成するが最終電圧の漸減が始まる電圧点を下げることによって改善されたサイクル寿命が得られる可能性のある図１と比較して、異なる実施形態で連続可変電圧充電プロファイルを生成することができる。リチウム被覆の発生はバッテリー使用年数および高インピーダンス状態に直接的に関係するので、Ｒ_Ｂａｄはバッテリー使用年数または高インピーダンス状態を考慮することによって、サイクル寿命を改善する。

一般に、インピーダンスが（使用年数、サイクル、低温とともに）増加するにつれて、電圧ターゲットが減少しうる。漸減が始まる可変電圧レベルおよびＳＯＣ（充電状態）点を規定する充電方法を説明するために、Ｒ_ＢａｄがＤＣバッテリー・セル・モデルに導入される。これらのセル状態において過度に高い充電電流が不可逆容量損失をもたらす可能性があるとき、バッテリーのモデル（たとえば、Ｒ_ＢａｄおよびＶ_{Ｎｅｇａｔｉｖｅ＿Ａｎｏｄｅ}）は数学的に決定して制御システムで使用する方法である。

図３は、図２に示されるＲ_Ｂａｄ要素に対応するバッテリーチャージャの可変急速充電プロファイルである。初めに、プロファイルは、最大電流（これは、ときには５Ｃまたはそれ以上となりうる）におけるＣＣ（あるいは、ＣＰ）および増加する充電電圧Ｖ_Ｃｅｌｌを含む。Ｖ_Ｃｅｌｌはターゲット電圧からｉＢａｔとＲ_Ｂａｔの積を差し引いた値に等しい。Ｖ_Ｂａｄが低下するにつれてｉＢａｔが減少しＳＯＣが増加するにつれてＲ_Ｂａｄが増加するので、Ｒ_Ｂａｄ要素は充電電流および充電電圧の漸減を制御する。これらの関係は図３に示される。

好ましい実施形態のＲ_Ｂａｄは、たとえば、Ｒ_Ｂａｄ＝ｋ１×Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}＋ｆ（ＳＯＣ）など、対Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}比に基づいており、ここで、ｆ（ＳＯＣ）は入力としてＳＯＣを用いた関数／参照表である。たとえば、ｋ１は０から１（典型的に約０．１）であり、ｆ（ＳＯＣ）はｋ２ＸＳＯＣとなる可能性があり、ここで、ｋ２は典型的に約０．００１／ＳＯＣ％である。より一般的に、Ｒ_Ｂａｄは関数ｇ（ＳＯＣ、温度、Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}）と表わされてもよく、使用年数の関数となる可能性もあるが、典型的に、バッテリーが古くなるにつれてその公称インピーダンスが増す。Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}は、バッテリーセル温度、使用年数、およびＳＯＣに基づいて変化する。Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}は、たとえば、参照表によるなどして種々の方法で決定されてもよく、あるいは実時間で計算されてもよい。一般に、Ｒ_Ｂａｄは、Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}およびＳＯＣに直接的に関係し、温度に反比例している。このアプローチでは、ターゲットＶ＝ＴＡＲＧＥＴ＿ＶＯＬＴＡＧＥ−Ｖ_Ｂａｄである。ＴＡＲＧＥＴ＿ＶＯＬＴＡＧＥは、バッテリーパック内の各セルの充電の最後に実現したい最終電圧で典型的に４．２Ｖであり、Ｖ_ＢａｄはｉＢａｔとＲ_Ｂａｄの積である。表Ｉは、４．１８Ｖターゲット電圧および１５０Ａｈ容量バッテリーを有する電気自動車の例において代表値を提供する。

別の実施方法は、Ｌｉ＋を基準とした推定アノード電圧に基づいている。本リチウムイオン技術において、急速充電は、アノード電圧がＬｉ＋を基準として０Ｖに向かって降下するときにアノードに損傷を与える。したがって、Ｒ_Ｂａｄは、Ｖ_{Ｎｅｇａｔｉｖｅ＿Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ＿Ｌｏａｄｅｄ}の関数である可能性があり、ここで、Ｖ_{Ｎｅｇａｔｉｖｅ＿Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ＿Ｌｏａｄｅｄ}＝Ｖ_{Ｎｅｇａｔｉｖｅ＿Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ＿ＴｏＬｉ}−電流Ｘｒ_{Ｎｅｇａｔｉｖｅ＿Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ}である。

図４は、たとえば、電気自動車で使用される可能性のある充電システム４００に関する好ましい実施形態である。システム４００は、バッテリー４０５、バッテリー４０５およびバッテリー管理システム（ＢＭＳ）４１５に結合されたチャージャ４１０、ならびにバッテリーデータ収集および監視サブシステム４２０を含む。通信バス４２５はサブシステム４２０をＢＭＳ４１５に結合し、通信バス４３０はＢＭＳ４１５をチャージャ４１０に結合する。通信バス４３５は、バッテリー４０５からのバッテリーデータをサブシステム４２０に結合する。

バッテリー４０５は、直列接続されたバッテリーセル群として示されているが、セルの配置は多数の異なる配置の直並列接続されたセルの組合せであってもよい。好ましい実施形態のチャージャ４１０は、バッテリー４０５に印加される充電電流を提供する。ＢＭＳ４１５は本発明の実施形態によって確立されたプロファイルに従って充電電流を制御する。サブシステム４２０は、たとえば、電圧、ＳＯＣ、温度、およびＢＭＳ４１５によって使用されるその他の適用可能なデータなど、バッテリー４０５に関して本明細書に記載されるような所望のデータを収集する。一部の実施形態において、サブシステム４２０はＢＭＳ４１５の一部であってもよく、ＢＭＳ４１５はチャージャ４１０の一部であってもよい。チャージャ４１０、ＢＭＳ４１５、およびサブシステム４２０の一つ以上は、スイッチ４４０を制御する。

図５は、図５に示される充電システムの制御図５００である。図５００は、リチウム・イオン・セルの充電に使用される可能性のある典型的な制御システムを表す。ターゲット電圧５０５と最大セル電圧５１０は、充電電流５２０を生成するためにコントローラ５１５によって差し引かれて使用される。先行技術のシステムにおいて、電流５２０は、一定であるか、またはバッテリー４０５の内部抵抗（ＩＲ）降下を補償する。前述のように、本発明の好ましい実施形態は、調整充電電流を表す。おおまかに言えば、バッテリー電圧が増加するにつれて、充電電流は特別な制御の下で減少してバッテリー性能を低下させることなく急速充電を行なう。

上記のシステムは、内蔵型自動車用（ＥＶ）充電システムの好ましい実施形態として説明されている。本出願に記載されるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品は、当然ながら、ハードウェア、たとえば、中央処理装置（「ＣＰＵ」）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、システム・オン・チップ（「ＳＯＣ」）、または他のプログラマブルデバイスの内部で、あるいはこれらに結合されて具体化されてもよい。さらに、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品は、たとえば、ソフトウェアを格納するように構成された、コンピュータが使える（たとえば、可読）媒体内に配置されたソフトウェア（たとえば、コンピュータ可読コード、プログラムコード、命令、および／またはソース、オブジェクト、または機械語など任意の形式で配置されたデータ）で具体化されてもよい。このようなソフトウェアは、本明細書に記載される装置およびプロセスの機能、製作、モデル化、シミュレーション、記述、および／または試験を可能にする。たとえば、これは、汎用プログラミング言語（たとえば、Ｃ、Ｃ＋＋）、ＧＤＳＩＩデータベース、Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ、ＶＨＤＬ、ＡＨＤＬ（Ａｌｔｅｒａ ＨＤＬ）などを含むハードウェア記述言語（ＨＤＬ）、あるいは他の利用可能なプログラム、データベース、ナノ処理、および／または回路（すなわち、回路図）キャプチャツールを利用して達成されうる。このようなソフトウェアは、半導体（フラッシュ、またはＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ）、磁気ディスク、光ディスク（たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）を含む任意の周知のコンピュータが使える媒体内に、コンピュータが使える（たとえば、可読）伝送媒体（たとえば、搬送波あるいはディジタル、光学、またはアナログベースの媒体を含むその他の媒体）内で具体化されるコンピュータデータ信号として配置されうる。したがって、ソフトウェアは、インターネットおよびイントラネットを含む通信ネットワーク上で伝送されうる。ソフトウェアで具体化されるシステム、方法、コンピュータプログラム製品、および伝搬信号は、半導体知的財産コア（たとえば、ＨＤＬで具体化される）に含まれ、集積回路の製造においてハードウェアに変換されてもよい。さらに、本明細書に記載されるようなシステム、方法、コンピュータプログラム製品、および伝搬信号は、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せとして具体化されてもよい。

本発明の好ましい実施の一つは、コンピュータ操作中に周知のコンピュータシステムのメモリに常駐するプログラミングステップまたは命令で構成されるオペレーティングシステムにおけるルーチンである。コンピュータシステムによって要求されるまで、プログラム命令は、ＣＤ ＲＯＭコンピュータ入力で用いる光ディスク、あるいはプログラミングステップをチャージャで使用される内蔵メモリに転送する際に用いる他のポータブル・メモリ・システムなどの別の可読媒体、たとえば、ディスクドライブ、または着脱式メモリに格納されてもよい。さらに、プログラム命令は、本発明のシステムで使用する前に別のコンピュータのメモリに格納され、本発明のユーザによって要求されるときはインターネットなどのＬＡＮまたはＷＡＮ上で伝送されてもよい。本発明を管理するプロセスは様々な形態のコンピュータ可読媒体の形で分配されうることを当業者は理解されたい。

本発明のルーチンを実施するために、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、アセンブリ言語などを含む任意の適切なプログラミング言語が使用されうる。手続型、オブジェクト指向などの種々のプログラミング技術が採用されうる。ルーチンは、単一処理デバイスまたはマルチプロセッサで実行しうる。ステップ、操作、または計算は特定の順番で提示されてもよいが、この順番は種々の実施形態において変更されてもよい。一部の実施形態において、本明細書で順番に示される複数のステップは、同時に実施されうる。本明細書に記載される操作の順序は、割り込まれてもよく、一時中止されてもよく、あるいはオペレーティングシステム、カーネルなど、別のプロセスによって制御されてもよい。ルーチンは、オペレーティングシステム環境において、あるいはシステム処理のすべて、または実質的に一部を占有するスタンド・アロン・ルーチンとして動作しうる。

本明細書の記述において、本発明の実施形態の十分な理解を与えるために、コンポーネントおよび／または方法の実施例など、数多くの具体的詳細が提供される。しかし、本発明のある実施形態は具体的詳細の一つ以上がなくても、他の装置、システム、アセンブリ、方法、コンポーネント、材料、部品などがあれば実施されうることを関連当業者は認識するであろう。他の事例において、周知の構造、材料、または操作は、本発明の実施形態の態様が曖昧にならないよう具体的に示されていないか、あるいは詳しく記載されていない。

本発明の実施形態のための「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、装置、システム、またはデバイスによって、あるいはこれらに関連して使用されるプログラムを包含、格納、伝達、伝搬、または転送しうる任意の媒体であってよい。コンピュータ可読媒体は、単なる例として、電子、磁気、光学、電磁気、赤外、または半導体の各システム、装置、システム、デバイス、伝搬媒体、あるいはコンピュータメモリでありうるが、これらに限定されない。

「プロセッサ」または「プロセス」は、データ、信号、またはその他の情報を処理する人間、ハードウェア、および／またはソフトウェアシステム、メカニズムまたはコンポーネントを含む。プロセッサは、汎用中央処理装置を有するシステム、複数の処理装置、機能性を実現する専用回路、またはその他のシステムを含みうる。処理は、地理的な位置に限定される必要がなく、あるいは時間的な限界を有する必要がない。たとえば、プロセッサは、その機能を「実時間」、「オフライン」、「バッチモード」などで実施することができる。処理の一部は、異なる時間に異なる場所で、異なる（または同じ）処理システムによって実施されうる。

本明細書を通じて、「一実施形態」、「ある実施形態」、または「特定の実施形態」への言及は、実施形態に関して記述される具体的な特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしもすべての実施形態に含まれないことを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な場所で「一実施形態において」、「ある実施形態において」、または「特定の実施形態において」という表現法がそれぞれ登場するが、これらは必ずしも同じ実施形態に言及しているとは限らない。さらに、本発明の特定の実施形態の具体的な特徴、構造、または特性は、一つ以上の他の実施形態と適切に組み合わせられてもよい。本明細書に記載され図示される本発明の実施形態の他の変形形態および修正は、本明細書の教示に照らして可能であり、本発明の主旨および範囲の一部として考えられるべきであることを理解されたい。

本発明の実施形態は、プログラムされた汎用ディジタルコンピュータを使用することによって実施されてもよく、アプリケーション特有の集積回路、プログラマブル・ロジック・デバイス、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイを使用することによって、光学、化学、生物学、量子またはナノ加工の各システム、各コンポーネント、および各メカニズムが使用されてもよい。一般に、本発明の機能は、当技術分野で周知のいかなる手段によっても実現されうる。分散システムまたはネットワーク化システム、コンポーネント、および回路が使用されうる。データの通信または転送は、有線、無線、あるいは他のいかなる手段によってもよい。

図面／図に描かれた一つ以上の要素は、より個別的に、またはより一体的に実施されうるし、またはさらに、具体的なアプリケーションに従って有用なまま、いくつかの場合に動作不可能として除去または放棄されうることも理解されよう。また、コンピュータが上記の方法のいずれかを実施できるようにマシン可読媒体に格納されうるプログラムまたはコードを実施することも本発明の主旨および範囲内にある。

さらに、図面／図における信号矢印は、特に断りがない限り、制限ではなく例示としてのみ見なされるべきである。さらに、本明細書で使用される用語「または」は、他に指定がない限り、一般に、「および／または」を意味するものである。また、専門用語が分離あるいは結合できることを表すかが曖昧であると予感される場合、コンポーネントまたはステップの結合が留意されているものと見なされよう。

本明細書の説明においてまた以下の特許請求の範囲を通じて使用される「一つの」、「ある」、「その」（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈が明確にそうでないと決定付けていない限り、複数の言及を含む。また、本明細書の説明においてまた以下の特許請求の範囲を通じて使用される「における」（「ｉｎ」）の意味は、文脈が明確にそうでないと決定付けていない限り、「における」、「に」（「ｉｎ」および「ｏｎ」）を含む。

要約の記載内容を含む、本発明の図示された実施形態の前述の説明は、網羅的であることを意図するものではなく、本発明を本明細書に開示された厳密な形に限定することを意図するものでもない。本発明の特定の実施形態および実施例は本明細書において例示のみを目的として説明されているが、関連当業者が認識し理解するように、様々な等価の修正が本発明の主旨および範囲内で可能である。図のように、これらの修正は、本発明の図示された実施形態の前述の説明に照らして本発明に対してなされてもよく、本発明の主旨および範囲内の含まれるべきである。

このように、本発明はその具体的な実施形態に関して本明細書において説明されてきたが、修正、様々な変更、および置換の許容範囲が前述の開示において意図されており、一部の事例において本発明の実施形態の一部の特徴は他の特徴を対応使用することなくまた記載された本発明の範囲および主旨から逸脱することなく採用されることは理解されよう。したがって、多くの修正は、具体的な状況または材料が本発明の本質的な範囲および主旨に適合するようになされてもよい。本発明は以下の特許請求の範囲で使用される具体的な用語、または本発明を実行するために企図される最良モードとして開示された具体的な実施形態、あるいはその両方に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に入るありとあらゆる実施形態および等効物を含むことになる。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (14)

1. リチウム・イオン・バッテリー・セルを急速充電するバッテリーセル充電システムにおける充電電圧および充電電流を前記バッテリーセルに印加するために可変充電プロファイルを用いた前記バッテリーセル充電システムであって、
   前記充電プロファイルは前記バッテリーセルに対するＤＣモデルのＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}抵抗に直列に含まれる虚数Ｒ_Ｂａｄ抵抗に対応して決定され、Ｖ_ｃｅｌｌが最大バッテリーセル電圧から充電電流とＲ_Ｂａｄの積を差し引いた値に等しくなるように前記Ｒ_Ｂａｄは前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}、前記バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）および前記バッテリーセルの温度の一つ以上に対応した関数成分を含むことを備えるバッテリーセル充電システム。
2. 前記Ｒ_Ｂａｄはｋ１とＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}の積からｋ２とＳＯＣの積を差し引いた値に等しい成分を含み、ｋ１は０から１であり、ｋ２は０．００１／ＳＯＣ％である、請求項１に記載のバッテリーセル充電システム。
3. 前記ｋ１は０．１である請求項２に記載のバッテリーセル充電システム。
4. 前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}はセル温度、使用年数、およびＳＯＣに対応して参照表から決定される請求項１に記載のバッテリーセル充電システム。
5. 前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}は実時間でまたは経時的に推定される請求項１に記載のバッテリーセル充電システム。
6. 前記Ｒ_Ｂａｄはセル温度、使用年数、およびＳＯＣに対応して参照表から決定される、請求項１に記載のバッテリーセル充電システム。
7. 前記Ｒ_Ｂａｄは実時間でまたは経時的に推定される請求項１に記載のバッテリーセル充電システム。
8. リチウム・イオン・バッテリー・セルを急速充電するバッテリーセル充電方法であって、（ａ）充電プロファイルに対応して、変化する充電電圧と変化する充電電流を前記バッテリーセルに印加することであって、前記充電プロファイルは前記バッテリーセルに対するＤＣモデルのＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}抵抗に直列に含まれる虚数Ｒ_Ｂａｄ抵抗に対応して決定され、Ｖ_ｃｅｌｌは最大バッテリーセル電圧から充電電流とＲ_Ｂａｄの積を差し引いた値に等しくなるように前記Ｒ_Ｂａｄは前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}、前記バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）および前記バッテリーセルの温度一つ以上に対応した関数成分を含むことを備える、前記バッテリーセル充電方法。
9. 前記Ｒ_Ｂａｄはｋ１とＲ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}の積からｋ２とＳＯＣの積を差し引いた値に等しい成分を含み、ｋ１は０から１であり、ｋ２は０．００１／ＳＯＣ％である請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。
10. 前記ｋ１は０．１である請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。
11. 前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}はセル温度、使用年数、およびＳＯＣに対応して参照表から決定される請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。
12. 前記Ｒ_{Ｎｏｍｉｎａｌ}は実時間でまたは経時的に推定される請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。
13. 前記Ｒ_Ｂａｄはセル温度、使用年数、およびＳＯＣに対応して参照表から決定される、請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。
14. 前記Ｒ_Ｂａｄは実時間でまたは経時的に推定される請求項８に記載のバッテリーセル充電方法。