JP2023522220A - バッテリ充電のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

充電信号のパルスを含むことができる高調波同調充電信号を発生させることによって１又は２以上のバッテリセルを充電（再充電）するための方法及びシステムを提示する。高調波同調充電信号は、バッテリセルのエネルギ伝達の実数及び／又は虚数値に基づく最適エネルギ伝達に関連付けられた１又は複数の高調波周波数を含む又は他にそれに対応する。一例では、時に一般的に高調波と呼ぶ１又は複数の高調波周波数は、バッテリセルの最低実数インピーダンス値に関連付けることができる。態様は、バッテリセルの最低実数又は抵抗及び／又は最低虚数又はリアクタンスインピーダンス値に関連付けられた１又は複数の高調波に対応する充電信号を最適化する段階を伴っている。そのような充電信号は、バッテリセルの電極での高いインピーダンスに起因して失われるエネルギを低減することにより、バッテリセルを充電する時の効率を改善することができる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、一般的に１又は２以上のバッテリセルの充電のためのシステム及び方法、より具体的には１又は２以上のバッテリセルを充電するための高効率及び／又は高速充電信号の発生のためのシステム及び方法に関する。

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、特許協力条約（ＰＣＴ）出願であり、かつ全ての目的に対して引用によって本明細書にその内容全体が組み込まれている２０２０年４月１７日出願の「バッテリセル充電のためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｅｌｌ Ｃｈａｒｇｉｎｇ）」という名称の米国特許出願第６３／０１１，８３２号に関連し、かつそれに対する優先権を主張するものである。

動力工具、電気掃除機、携帯可能電子デバイス（携帯電話、タブレット、無線スピーカなど）、及び電気車両のような多くの電動デバイスは、作動電力源として再充電可能バッテリを使用する。再充電可能バッテリは、有限バッテリ容量によって制限され、消耗時に再充電しなければならない。バッテリを再充電することは、電動デバイスが多くの場合に固定式であり、かつバッテリを再充電する間は壁コンセント又は他の電源に接続されなければならないので不便である場合がある。車両の場合に、完全に消耗したバッテリの再充電は、他の因子の中でも取りわけ、バッテリ容量及び利用可能な充電電力に依存して数時間を消費する可能性がある。従って、バッテリを再充電するのに必要な時間を短縮するために急速充電技術を開発することに有意な労力が注がれてきた。しかし、急速再充電システムは、典型的に非効率であり、一方でより低速の再充電システムは、再充電作動を延長し、稼働への迅速復帰の基本目的を台無しにする。

バッテリはまた、可能な因子の中でも取りわけ、バッテリの充電及び放電サイクル、放電及び過充電の深度に基づいて経年劣化する傾向がある。すなわち、充電速度と同様に、バッテリ容量の可能な限り多くを用いながらバッテリ寿命を最大化するために充電を最適化すること、バッテリを過放電しない又はバッテリを過充電しないことに労力が注がれている。これらの様々な目的は、多くの場合に反目し合い、充電システムは、一部の属性を他を犠牲にして最適化する場合がある。

恐らく最も簡単なレベルでは、図１Ａに示すように、従来のバッテリ充電は、ＤＣ充電電流をバッテリセルに印加することを伴う。電源１０２は、ＤＣ充電電流をバッテリセル１０４に提供するための直流（ＤＣ）電圧ソースとすることができる。電流制御式ソースのような他のタイプの電源を使用する場合もある。しかし、様々なバッテリタイプは、セルを損傷するほどの多くの電流を単に受け入れる可能性がある。図１Ａは、単一セルバッテリを再充電するための単純回路１００の回路図を示している。簡略化の目的で、電流計、電圧計、コントローラのような回路の他の構成要素を示していない。一般的には、バッテリセル１０４は、制御可能電源１０２からのＤＣ信号の印加を通して再充電することができる。バッテリセル１０４の電極への充電信号の印加は、アノードでの電荷担体（リチウムイオンタイプバッテリセルの場合はリチウムイオンのような）の格納濃度を補充するためにバッテリを通る電子の逆流を引き起こす。

パルス充電も探求されてきた。図１Ｂは、電源１０２によって生成されたバッテリを再充電するためのバッテリセル１０４に印加される従来の直流電圧信号１２２の代表的なグラフ１１０を示している。このグラフは、充電信号１２２の入力電圧１１２対時間１１４を示している。一般的に、電源１０２は、バッテリセルを再充電するためにバッテリセル１０４の電極に反復パルス１２２を提供するように制御することができる。特に、電源１０２は、バッテリセル１０４に反復方形波（パルス１１６にパルス１１８が続くように示す）信号を提供するように制御することができる。方形波パルス１１６、１１８のピークは、電圧ソース１０２の作動制約に対応する電圧閾値１２０よりも低いか又はそれに等しくすることができる。バッテリセル１０４を再充電するのに使用される典型的な充電信号は、充電期間中に充電信号を印加することができ、充電信号の印加間に何らかの持続時間の残りの期間がある。回路１００の作動は、このようにして反復方形波パターンの図１Ｂの図示の電力再充電信号１２２を発生させる。

しかし、一部の事例では、バッテリセル１０４を再充電するために方形波充電信号１２２を印加することは、再充電下でバッテリセルの寿命を劣化させる場合があり、又はバッテリの再充電に非効率性を導入する場合がある。例えば、バッテリセル１０４の電極（典型的にアノード）への充電電流の突然の印加（すなわち、方形波パルス１１６の急峻な前縁１２４）は、バッテリ端子にわたって高い初期インピーダンスを引き起こすことが見出されている。これと同じ問題は、高周波数（急峻）前縁が存在する他のパルス充電によって発生する可能性がある。図１Ｃは、一実施形態によるバッテリセルに印加される再充電信号の対応する周波数に対するバッテリセル１０４の推定実数インピーダンス値のグラフを示している。特に、グラフ１５０は、バッテリセル１０４への入力信号の周波数の対数周波数軸線（軸線１５２）に対する実数インピーダンス値（軸線１５４）のプロットを示している。プロット１５０は、バッテリを再充電するのに使用される再充電電力信号の様々な周波数でのバッテリセル１０４の電極にわたる実数インピーダンス値を示している。プロット１５０の形状及び測定値は、バッテリタイプ、バッテリの充電状態、バッテリの作動制約、及びバッテリの熱などに基づいて変化する場合がある。それにも関わらず、充電下のバッテリの特性の一般的な理解は、プロット１５８から取得することができる。特に、バッテリセル１０４の電極で遭遇する実数インピーダンス値は、バッテリに提供される電力充電信号の周波数に基づいて変化する場合があり、最も低いインピーダンスに関連付けられた周波数の後に充電信号の周波数が増加する時に実数インピーダンス値３２８が増加する。例えば、周波数ｆ_Sq１６２でのバッテリセル１０４への入力電力信号、並びに直前及び直後の周波数でのインピーダンスは、ｆ_Minのより低い周波数でのインピーダンスと比較して、バッテリセル１０４電極で相対的に高い実数インピーダンス１６０を導入する場合がある。

図１Ｂの方形波充電信号１２２に戻ると、信号の高周波数は、方形波パルス１１６のコーナに存在する場合がある。特に、充電信号の急峻な前縁１２４は、方形波パルスの後縁のような及び従来の逆パルススキームの使用中のように高周波調波によって定められる。図１Ｃのグラフ１５０に示すように、バッテリは、高周波調波に応答して比較的高いインピーダンスを有する。

バッテリセルの電極での高インピーダンスに関連付けられた充電信号は、容量損失、熱の発生、及びバッテリセル全体を通した電気運動活性の不均衡、充電境界での望ましくない電気化学応答、及びバッテリを損傷してバッテリセルの寿命を劣化させる場合があるバッテリセル１０４内の材料に対する劣化を含む多くの非効率性をもたらす場合がある。更に、高速パルスを用いてバッテリを低温始動することは、容量性充電過程及び拡散過程が始まるのでファラデー活性の導入が制限される。この時間中に、近位リチウムは、反応して急激に消費されることになり、セル及びその構成要素の健全性に悪影響を及ぼす望ましくない副反応及び拡散制限条件の期間を残す。これら及び他の非効率性は、比較的高い電流が関わることが多いバッテリセル１０４の高速再充電中に特に有害である。

本発明の開示の様々な態様が考えられて開発されたのは、取りわけこれらの考察を念頭に置いてのものである。

本発明の開示の一態様は、電気化学デバイスを充電する方法に関する。本方法は、少なくとも１つの高調波と電気化学デバイスのインピーダンスとの間の関係を説明する高調波プロファイルにアクセスする段階と、電気化学デバイスの電極でのエネルギ流束を制御する段階であって、エネルギ流束が電気化学デバイスの最低インピーダンス値に関連付けられた高調波でのものである上記制御する段階とを含むことができる。

様々な実施では、高調波は、電気化学デバイスの最低実数インピーダンス値に関連付けられ、電気化学デバイスの最低虚数インピーダンス値に関連付けられ、電気化学デバイスの実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値の組合せに関連付けられ、電気化学デバイスの実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値の絶対値組合せに関連付けられ、及び／又は第１の重み付け値によって調節された実数インピーダンス値と第２の重み付け値によって調節された虚数インピーダンス値の組合せに関連付けられる場合がある。

一部の実施では、電気化学デバイスを充電する方法は、最低インピーダンス値の変化を取得する段階と、最低インピーダンス値の変化に関連付けられた新しい高調波でのエネルギ流束を電気化学デバイスの電極において制御する段階とを更に含むことができる。本方法はまた、電気化学デバイスの寄生損失に関連付けられた周波数を検出する段階と、最低インピーダンス値の変化を取得する時に寄生損失の検出周波数に関連付けられた高調波値を除外する段階とを含むことができる。

更に多くの実施では、電気化学デバイスは、半セルバッテリ、セルバッテリ、並列に接続された複数のバッテリ、又は直列に接続された複数のバッテリのうちの１つを備えることができる。エネルギ流束は、充電電流、放電電流、充電電圧、放電電圧、充電電力、又は放電電力のうちの１つを備えることができる。

本方法はまた、電気化学デバイスのアドミタンスのコンダクタンス値又はサセプタンス値アドミタンスに関連付けられた高調波でのエネルギ流束の一部分を制御する段階、及び／又は電気化学デバイスの電極へのエネルギ流束の印加中に電気化学デバイスの実数インピーダンス値及び虚数インピーダンス値を測定する段階を含むことができる。一部の実施では、高調波は、最低インピーダンス値に関連付けることができ、かつ最低インピーダンス値に関連付けられた範囲の高調波の上限周波数を備える。エネルギ流束は、電気化学デバイスの最低インピーダンス値に対応する前縁部分、前縁部分に続く制御されたマグニチュード値を備える本体部分、及び／又は電気化学デバイスでのゼロ電流流れに対応する過渡電圧よりも低い電圧値を備える後縁部分を備えることができる。

本発明の開示の別の態様は、少なくとも１つの高調波と電気化学デバイスのエネルギ伝達の間の関係を説明する高調波プロファイルにアクセスする段階と、電気化学デバイスの電極でのエネルギ流束を制御する段階であって、エネルギ流束がこの電極でのエネルギ伝達の実数値と虚数値とに基づく最適エネルギ伝達に関連付けられた高調波でのものである上記制御する段階とを含む電気化学デバイスを充電する方法に関する。

一部の実施では、エネルギ伝達の実数値は、実数インピーダンスとすることができ、エネルギ伝達の虚数値は、虚数インピーダンスであり、及び／又はエネルギ伝達の実数値は、コンダクタンス値とすることができ、エネルギ伝達の虚数値は、サセプタンス値である。

本発明の開示の更に別の態様は、充電信号成形回路と、充電信号の周波数成分とインピーダンスの間の関係を用いて充電信号の周波数成分とインピーダンスの間の関係に基づいて電気化学デバイスに対する充電信号の態様を定めるように充電信号成形回路を制御するコントローラとを備えるバッテリ充電システムに関する。

一部の実施では、システムは、電力信号を提供する電源を更に含むことができ、充電信号成形回路を制御する段階は、電力信号からエネルギを吸い上げて充電信号に提供する段階を備える。充電信号成形回路は、電力レールと電気通信している１又は２以上の第１の成形インダクタ、及び／又は１又は２以上の第１の成形インダクタと電気化学デバイスの電極との間で電気通信している第１のスイッチングデバイスを含むことができる。システムの充電信号成形回路はまた、電気化学デバイスの電極と電気通信している１又は２以上の第２の成形インダクタ、及び／又は１又は２以上の第２の成形インダクタと電力レールの間で電気通信している第２のスイッチングデバイスを含むことができる。

一部の実施では、バッテリ充電システムのコントローラは、第１の制御信号を第１のスイッチングデバイスに及び第２の制御信号を第１のスイッチングデバイスに伝達し、電気化学デバイスの最低インピーダンス値に関連付けられた高調波に基づいて電気化学デバイスに対する充電信号を成形する。システムはまた、電力レールと電気通信している電源を含むことができ、電源は、電圧制御式電源又は電流制御式電源のうちの一方であり、及び／又はインピーダンス測定回路は、コントローラと通信しており、コントローラは、電気化学デバイスのインピーダンス測定値を取得するためにインピーダンス制御信号を伝達する。

本発明の開示の更に別の態様は、１又は２以上のインダクタと１又は２以上のインダクタに直列に接続されたスイッチングデバイスとを備え、１又は２以上のインダクタが電力レールと電気通信しており、スイッチングデバイスがバッテリセルと電気通信している充電信号成形回路と、電気化学デバイスの最低インピーダンスに関連付けられた高調波に基づいて電気化学デバイスに対して電力レールからの充電信号を成形するための制御信号をスイッチングデバイスに提供するコントローラとを備えるバッテリセル充電システムに関する。

一部の実施では、バッテリセル充電システムは、バッテリセルと電気通信している１又は２以上の第２のインダクタと、１又は２以上の第２のインダクタと電気通信している第２のスイッチングデバイスとを更に含むことができ、コントローラは、充電信号を更に成形するために第２のスイッチングデバイスを起動するためのパルス幅修正信号を提供する。

バッテリセルを充電するための従来技術回路に関する回路図である。 バッテリセルを再充電するための従来技術直流電圧又は電流信号の信号図である。 一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号の対応する周波数に対するバッテリセルの推定実数インピーダンス値のグラフである。 一実施形態による充電信号成形回路を利用してバッテリセルを充電するための回路を示す回路図である。 一実施形態によるバッテリセルの決定された最低実数インピーダンス値に対応する周波数を有する正弦波セル充電信号のグラフである。 一実施形態によるバッテリセルに印加された充電信号の対応する周波数に対するバッテリセルの測定実数インピーダンス値のグラフである。 一実施形態による最低インピーダンス値に対応する周波数に基づいてバッテリセルに対する充電信号を成形するための回路を示す回路図である。 一実施形態による最低インピーダンス値に対応する周波数に基づいてバッテリセルに対する充電信号を発生させる方法を示す流れ図である。 一実施形態によるバッテリ充電信号の方形波パルスと正弦波パルスとを重ね合わせたグラフである。 一実施形態による最高及び最低周波数を示すバッテリセルに印加される充電信号の対応する周波数に対するバッテリセルの測定実数インピーダンス値のグラフである。 一実施形態によるバッテリセルの示されたインピーダンスに基づいて許容可能値内にある最高及び最低周波数実数インピーダンス値に対応する複数の周波数を有するように成形されたバッテリセル充電パルスの信号図である。 一実施形態によるバッテリの最高及び最低実数インピーダンス値に対応する周波数範囲に基づいてバッテリセルに対する充電信号を発生させる方法を示す流れ図である。 一実施形態によるバッテリ充電回路から発生された一連の第１の成形充電パルスの信号図である。 一実施形態によるバッテリ充電回路から発生された一連の第２の成形充電パルスの信号図である。 一実施形態によるバッテリセルの実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値とを示すために経時的にバッテリセルに印加される充電信号のな信号図である。 一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号の対応する周波数に対するバッテリセルの測定実数インピーダンス値、虚数インピーダンス値、及び絶対値インピーダンス値のグラフである。 一実施形態によるバッテリ充電回路から発生された前縁部分と本体部分とを含む成形バッテリセル充電信号の信号図である。 一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号に応答したバッテリセルにわたる測定電圧降下とバッテリセル充電での測定電流とのプロットである。 一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号に応答したバッテリセルにわたる測定電圧降下とバッテリセル充電での測定電流とのプロットである。 一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号に応答した電流感知抵抗器にわたる測定電流とバッテリセルでの電圧との時間に対するプロットである。 本発明の開示の実施形態を実施するのに使用することができるコンピュータシステムの例を示す図である。

本発明の開示の態様は、従来の充電技術が多くの場合に自由な高調波を併発し、そのような高調波が、バッテリに印加されている充電信号に対するインピーダンスを変化させるという考えを利用するものである。更に、多くの場合に、様々な高調波は、バッテリに印加されている信号に対するインピーダンスを増大させ、充電効率、容量維持率、及びサイクル寿命に対して悪影響を有する。同様に、高調波は、印加された充電電力と比較したバッテリ内に格納された化学エネルギの量、及びパルス充電法の場合の全アドミタンスを低減する可能性がある。本発明の開示の態様は、バッテリセルの最低実数インピーダンス値又は抵抗インピーダンス値、及び／又は最低虚数インピーダンス値又はリアクタンスインピーダンス値に関連付けられた１又は複数の高調波に対応する充電信号を最適化する段階を備える。そのような充電信号は、バッテリセルを充電する時に効率をバッテリセルの電極での高インピーダンスに起因する損失エネルギを低減することによって改善することができる。

本明細書では、１又は２以上のバッテリセルを充電（再充電）するためのシステム、回路、及び方法を開示する。本明細書では充電という用語と再充電という用語を同義に使用する。議論するシステム、回路、及び方法により、バッテリセルを充電するのに従来の充電回路及び充電法によるものよりも効率的に充電エネルギを伝達することができる。本発明の開示の態様は、従来の充電と比較したいくつかの利点を単体又は組合せで提供することができる。例えば、本明細書に説明する充電技術は、アノード及び／又はカソードが損傷を受ける速度を低減することができ、充電中に発生する熱を低減することができ、これらの低減は、アノード及び／又はカソードの損傷、並びにセルの損傷を低減すること、発火又は短絡する回路のリスクを低減することなどのようないくつかのその後の効果を有することができる。他の例では、本明細書に説明する充電技術は、より高い充電速度をセルに適用することを可能にすることができ、従って、より高速の充電を可能にすることができる。本明細書に説明する技術は、充電速度を最適化し、サイクル寿命及び温度のような他の問題を考慮することができる。一例では、より長いセル寿命及びより高いエネルギ充電効率を可能にするように充電速度及びパラメータを最適化することができる。別の例では、「急速充電」と見なすことができると考えられるものでは、本発明の開示のシステム及び方法は、少ない熱しか生成することなく充電速度とセル寿命との改善された均衡を与える。従来の充電回路は、その電子デバイスに重点を置くことによって充電回路の効率を考慮しようと試みてきたが、本発明の開示のシステム、回路、及び方法は、バッテリセルを充電するために印加される時に効率的なバッテリ充電信号を提供する。

一例では、本明細書で議論する様々な実施形態は、充電信号のパルスを含むことができる高調波同調充電信号を発生させることによってバッテリセルを充電する。高調波同調充電信号は、バッテリセルのエネルギ伝達の実数値及び／又は虚数値に基づく最適なエネルギ伝達に関連付けられた１又は複数の高調波周波数を備える又はそれに対応する。一例では、時として一般的に高調波と呼ぶ１又は複数の高調波周波数をバッテリセルの最低実数インピーダンス値に関連付けることができる。別の例では、充電信号は、セルの実数と虚数の両方のインピーダンス値に関連付けられた１又は複数の高調波に対応する。更に別の例では、充電信号は、バッテリセルのアドミタンスのコンダクタンス又はサセプタンスのうちの一方又は両方に対応する高調波に対応することが可能である。アドミタンスはインピーダンスの逆数であるので、本明細書でのインピーダンスへの言及は、アドミタンスにも適用されると考えられたい。他の様々な実施形態では、バッテリセルに対する充電信号は、バッテリセルの高インピーダンス又は低アドミタンスに対応する高調波を除去するように変更することができる。最低インピーダンスに関連付けられたということは、必ずしも充電信号が最低インピーダンスの高調波を含むことを意味するとは限らず、必ずしも最低インピーダンスの周波数を備えるとは限らない場合がある高調波同調信号の高調波成分を決定するのに比較的低いインピーダンスの周波数が考慮されることは認識されるであろう。

本明細書では高調波同調充電信号の多くの例をセル又はバッテリセルに印加可能なものとして議論するが、説明するシステム及び方法は、多くの異なるタイプのセル、並びに並列、直列、及び並列と直列との組合せのような様々な可能な組合せで結合されたセルの集合を含むバッテリに適用することができることを認めなければならない。例えば、本明細書で議論するシステム及び方法は、定められたパック電圧、出力電流、及び／又は容量を与えるように配置された多くのセルを含むバッテリに適用することができる。他の実施では、本明細書で議論するシステム及び方法は、半セル構造を含む電気化学セルに適用することができる。一般的には、バッテリセル又はセルという用語は、個別電気化学デバイスを意味し、それに対ししてバッテリ又はバッテリパックという用語は、１又は２以上のセルを意味する。１よりも多いセルの場合に、上述のように、セルは、様々な手法で相互接続することができる。

より具体的には、バッテリセル充電信号の周波数プロファイルを決定するためのシステム及び回路を説明する。一部の例では、充電信号の周波数プロファイルは、バッテリの充電状態、温度、及び他の因子に起因して変化する可能性があるので、本明細書で議論する技術は、充電が進行する時に充電信号の周波数プロファイルを周期的又は他に評価するか又は他に決定することができる。一例では、回路は、充電信号の決定された高調波又は周波数プロファイルに対応する充電信号（例えば、充電電流）を定める、成形する、変更する、又は他に発生させることができる。一事例では、制御回路は、充電信号のうちで最小インピーダンス値に関連付けられた１又は複数の高調波に対応する部分を強調又は定めることができる。上記で紹介したように、充電状態は変化し、温度は再充電中に変化する可能性があり、従って、充電信号の高調波プロファイルは、材料特性、並びにバッテリセル内の化学過程及び電気化学過程に起因して変化する場合がある。従って、一部の事例では、回路は、充電信号の高調波プロファイルを評価し（例えば、周波数がバッテリセルのインピーダンスにどのように対応するかを決定し）、この高調波プロファイルに基づいてバッテリセルに印加される充電信号を調節する反復過程を実施する。この反復過程は、バッテリセルを再充電するのに使用される充電信号の効率を改善し、それによって利点内でも取りわけバッテリを再充電する時間を短縮し、バッテリの寿命（例えば、バッテリが受ける充電及び放電サイクルの回数）を延長し、バッテリを充電する電流の量を最適化し、エネルギが失われて非効率性になることを回避することができる。更に、様々な理由から、充電信号の１又は複数の周波数成分が最低周波数に対応しない場合がある。例えば、プロファイルに従って前縁を成形する場合に、成形されたそのような前縁は、タイミング、用いた成形回路等に起因してターゲット周波数に対応しない場合がある。一部の事例では、エネルギ伝達、温度、及び他の問題のような他の因子は、充電信号に含めるか又はそれから除外するように高調波を選択する際に重要である場合があり、最低インピーダンスに関連付けられた高調波以外の高調波が利用されることを決定付ける場合がある。

バッテリのような電気化学デバイスの電極でのエネルギ流束を制御するために、例えば、適切な高調波成分を有する高調波同調充電信号を発生させるために、バッテリセル再充電回路は、ハードウエア構成要素及び／又はソフトウエア構成要素の両方、及び／又は特定用途向け集積回路を含む１又は２以上の充電パルス成形回路とインピーダンス測定回路とを含むことができる。１つの特定の実施では、充電パルス成形回路は、パルス制御信号によって制御可能なフィルタ回路を含むことができる。フィルタ回路は、バッテリセルに伝達される充電パルスの急速な変化を防止することができる。特に、フィルタ回路は、入力電流方形波を受け入れ、高周波数で電流が制限され、低周波数で電流が回路を通って流れることが許されるようにＺ＝ｊωＬに基づいてバッテリに印加される信号を成形することができる。フィルタ回路による成分の選択は、バッテリセルに提供される電力を最大に高め、一方で従来の方形波電力信号に存在する非効率性的な高調波を制限する周波数に関連付けられたように充電パルスの前縁を成形することができる。更に、フィルタ回路へのパルス制御信号は、バッテリセルに提供される各周波数同調充電パルスの持続時間を含むことができる。充電信号成形回路は、電流成形制御信号によって制御可能な電流成形回路を更に含むことができる。一実施では、電流成形回路は、パルスがバッテリセルに印加される前に充電パルスの振幅を変更するために充電パルスから電流を除去するか又は吸い上げることができる。この成形部分は、パルスの後縁、パルス持続時間を定め、パルス間の電圧レベル、及び他の機能を定めることに関与することができる。この回路は、電力レールに結合され、吸い上げられた電流及び／又は電流ソースからの電流を中に格納し、バッテリセルに充電電流を送出するのに再充電回路の効率を改善するためにこれらの電流を使用することができるコンデンサーのような電力回復部分を更に含むことができる。

本明細書で議論するシステム、回路、及び方法は、バッテリセルを充電するようにかつバッテリが使用されるアプリケーションが何であったとしても望ましい容量、電圧、及び出力電流範囲に到達するようにいずれかの手法で接続されたいくつかのセルを含むことができるあらゆる形態のバッテリを充電するのに適用可能である。本明細書で議論する様々な実施形態は、急速充電を提供するものと考えることができる。いずれか又は両方の状況では、回路は、従来の方形波又は他の従来パルスに関連付けられた急峻縁ではないように成形された立ち上がり前縁を含む再充電パルスを提供するように制御することができる。一例では、充電パルスの立ち上がり前縁は、バッテリセルの最低又はほぼ最低の実数インピーダンス値に関連付けられることが決定された周波数に基づくことが可能である。充電パルスは、充電中のセルの最低の実数インピーダンスと虚数インピーダンスとの組合せに基づく場合がある。別の例では、充電パルスは、充電中のバッテリセルのコンダクタンス及び／又はサセプタンス又はいずれかの他のアドミタンス態様に単体又は組合せのいずれかで基づくことが可能である。バッテリセルの更に他の態様は、充電パルスを成形するものと考えてそこに使用することができる。一般的には、実数及び虚数のインピーダンス値を考慮中である場合に、本発明の技術は、複数の値が単体又は組合せで比較的低いインピーダンスにある信号高調波を評価する。それとは逆に、アドミタンスの場合に、本発明の技術は、アドミタンスが、比較的高いコンダクタンス及びサセプタンスを単体又は組合せで有する高調波を評価する。

少しの間、実数インピーダンスの最低値に基づいてパルスを議論すると、ほぼ最低の実数インピーダンス値に関連付けられた立ち上がり前縁の適用は、従来の急峻縁のパルス充電に関連付けられた非効率性的又は有害な高高調波成分を除去することができる。更に、充電パルスの持続時間は、バッテリを損傷させ、それによって取りわけ容量又は寿命に影響を及ぼす可能性がある充電パルスの振幅の１又は２以上の上限閾値よりも大きくすることなくバッテリに印加される電力量を当該パルス内で最大に長くするか又は延長するように回路によって制御することができる。これらのスキームで、各パルス内でバッテリに充電エネルギの最適な量を送出し、同時に信号から高周波の劣化させる高調波を除去するような回路の制御により、周波数成形された前縁のような高調波同調態様を有する充電信号を印加することができる。従って、この成形された充電信号は、バッテリセルの充電中にバッテリ内の充電エネルギを受け入れるための電極を含む様々なインタフェースのインピーダンスを低減し、それによってバッテリの再充電の効率及び速度を改善することができる。

図２は、一実施形態による充電信号成形回路２０６とインピーダンス測定回路２０８とを利用するバッテリセル２０４を再充電するための例示的回路２００を示す回路図である。一般的に、回路２００は、電圧ソース又は電流ソースとすることができる電源２０２を含むことができる。１つの特定の実施形態では、電源２０２は直流（ＤＣ）電圧ソースであるが、交流（ＡＣ）ソースも考えられる。より具体的には、電源２０２は、一方向電流を提供するＤＣソース、双方向電流を提供するＡＣソース、又はリプル電流（電流を一方向のものにするためにＤＣバイアスがかけられたＡＣ信号など）を提供する電源を含むことができる。一般的に、電源２０２は、バッテリセル２０４を充電するために成形して使用することができる充電電流を提供する。１つの特定の実施では、図２に記載の回路２００は、バッテリセル２０４を充電するのに使用するための充電信号の１又は２以上の態様を成形する充電信号成形回路２０６を含むことができる。一例では、回路コントローラ２１０は、充電信号の成形を制御するための１又は２以上の入力を電力信号成形回路２０６に提供することができる。これらの入力は、成形回路２０６が電源２０２からの信号をバッテリセル２０４に対するより効率的な電力充電信号に変更するのに使用することができる。充電信号成形回路２０６の作動及び組成を下記でより詳細に説明する。

一部の事例では、充電信号成形回路２０６は、バッテリセル２０４の最低実数インピーダンス値に関連付けられた高調波に少なくとも部分的に対応する充電信号を発生させるように電源２０２からのエネルギを変更することができる。因子内でも取りわけ、いずれか所与の充電電流、電圧レベル、充電レベル、充電レベル、充電／放電サイクルの回数、及び／又は温度でのインピーダンスを既知とすることができ、それによってインピーダンスが直接測定されず、代わりにコンピュータメモリなどからアクセスされるようにバッテリを特徴付けることができる。

一例では、回路２００は、セル電圧及び充電電流、並びに温度のような他のセル属性を測定するために、及びセル２０４の電極にわたるインピーダンスを測定又は計算するためにバッテリセル２０４に接続されたバッテリ測定回路２０８を含むことができる。温度測定値を取得するために温度センサは、インピーダンス測定回路の一部とするか又は別個に配置することができる。一部の事例では、測定回路は、バッテリでの電流及び電圧を測定し、これらの測定値をコントローラ又は他の処理デバイスのような別のデバイスに提供し、このデバイスは、インピーダンス測定回路内に含めるか又はそれとは別個とすることができ、これらの測定値からインピーダンスを計算する。測定回路は、電圧及び／又は電流に関する位相情報を提供することができる。一例では、インピーダンスは、印加パルスに基づいて取得することができる。インピーダンスは、充電前、充電中、充電中に定期的に行うことができるセルを特徴付ける段階を行うためのセルの様々な周波数属性に対応するインピーダンス値範囲を発生させるために様々な周波数属性を有する信号を印加するルーチンの一部として取得することができ、ルックアップ技術及び他の技術と組み合わせて使用することができる。バッテリセル２０４の特性は、セルの様々な化学属性又は物理属性、並びにセルの充電状態及び／又は温度を含むセルの状態に基づいて変化する場合がある。従って、バッテリ測定回路２０８は、時間内でも取りわけセルの再充電中のバッテリセル２０４を特徴付けるための様々な周波数属性に対応する様々なバッテリセル特性を決定し、更にこれらの特性からインピーダンスを決定するように回路コントローラ２１０によって制御することができる。一部の事例では、充電信号を高調波的に定めるように（例えば、電源２０２からのエネルギをバッテリセル２０４の最低実数インピーダンス値に関連付けられた高調波に対応する１又は２以上の充電パルスに造形することができるように）、バッテリセル２０４のインピーダンスの実数成分を回路コントローラが充電信号成形回路２０６に提供することができる。別の例では、回路コントローラ２１０は、受信実数インピーダンス値に基づいて１又は２以上の制御信号を発生させて、これらの制御信号を充電信号成形回路２０６に提供することができる。制御信号は、機能内でも取りわけ、実数インピーダンス値に関連付けられた高調波成分を含むように充電パルスを成形することができる。更に他の例では、充電信号成形回路２０６は、バッテリセル２０４のアドミタンスのコンダクタンス成分又はサセプタンス成分又はバッテリセルでのインピーダンスに関するいずれかの他の態様に対応する高調波に少なくとも部分的に対応する充電パルスを発生させるように電源２０２からのエネルギを変更することができる。従って、上記で紹介したように、インピーダンスの実数成分及び／又は虚数成分を含むインピーダンスの議論は、バッテリセルのアドミタンスのコンダクタンス成分又はサセプタンス成分のようなバッテリセルの類似の測定値に適用される。

図３Ａは、バッテリセル２０４の決定された最低実数インピーダンス値に対応する周波数を有する正弦波修正半波信号のグラフ３０２であり、その成分は、充電信号の中に組み込むことができ、図２の回路２００によって発生させることができる。完全正弦波では、従来の殆どの充電状況に対してピーク電圧が過度に高い。半正弦波はこれに役立つ。同様に、図３Ａは、理論的に正しい半波正弦波信号を示しておらず、真の半正弦波が使用すると考えられる急峻な前縁及び後縁に反して各パルスの開始が若干先細の形である。従って、これらの縁は、より高い周波数の高調波を低減するためにより緩やかである。この例では、信号は、周波数が変更された場合に図３Ｂに記載のグラフを発生させるのに使用することができる特徴付け信号とすることができる。正弦波信号自体の周波数は、充電中のバッテリセルの最低実数インピーダンスに対応する周波数にある。より具体的には、グラフ３０２は、バッテリセル２０４に送出される信号の入力電圧軸線３０４の時間軸線３０６に対するプロット３１４を示している。上記で議論した方形波充電信号とは対照的に、回路２００によって発生させる充電信号は、バッテリセル２０４に送出される反復正弦波充電信号を含むことができる。図３Ａには２つのパルス（パルス３０８、３１０）しか示していないが、そのようなパルスのシーケンスは、バッテリセルをある程度のレベルまで充電するほど十分な期間にわたってバッテリセルに送出することができることを認めなければならない。一例では、信号は、信号波がバッテリの開回路電圧又はそれよりも高い電圧を有するように制御される。充電信号の周波数は、上述のように経時的に変化する可能性もあるバッテリセルのインピーダンスと実施される制御されるスキームとに依存して経時変化する場合があり、その可能性が高くなる。本明細書で議論するように、成形されたパルス、並びに正弦波の周波数は、最低インピーダンス又は実施に依存してそれよりも高い、低い、又はその両方のいずれかのインピーダンスに設定することができる。従って、周波数を厳密に最低インピーダンスに設定する必要はない。充電信号３１４の正弦波パルス成分３０８、３１０は、回路２００の再充電作動中に発生させてバッテリセル２０４に伝達し続けることができる。周波数同調充電信号３１４は、従来の矩形充電信号又はパルス充電信号内に一般的に存在する高周波成分を除去又は抑制し、それによって充電に対するバッテリセル２０４のインピーダンスを低減し、再充電作動の効率を改善することができる。更に、充電信号３１４は、パルス３０８、３１０の間である程度の持続時間の整定又は消極の期間３１６を含むことができる。整定期間３１６の持続時間は、調節可能にするか又は回路コントローラ２１０によって制御することができ、充電信号３１４の直前のパルス３０８によって提供された全電力、バッテリセル２０４の充電状態、バッテリセル２０４の測定温度又は推定温度、バッテリセル２０４の測定インピーダンス、及び／又は充電回路に使用されるハードウエア構成要素を含むがこれらに限定されず、バッテリセル２０４の再充電作動の様々な態様に基づくことが可能である。例えば、定着期間３１６の持続時間は、充電回路２００の制御のための１又は２以上のターゲット値を決定するほど十分な時間を制御回路２１０に与えるための回路コントローラ２１０の処理速度に基づくことが可能である。パルス３０８、３１０は、電圧閾値３１２よりも小さい振幅を含むことができる。電圧閾値３１２は、電源の上限の電圧閾値又は電流閾値、及び／又はバッテリセル２０４の電圧、温度、及び電流に対応する熱力学境界のようなバッテリセル２０４及び／又は電源２０２の一部の態様に基づくことが可能である。一部の事例では、電圧閾値３１２は、下記でより詳細に説明するように回路コントローラ２１０によって制御することができる。

１つの特定の事例では、バッテリセル２０４を再充電するために回路２００によって発生させる充電信号３１４の正弦波パルス３０８の周波数又は高調波をバッテリセル２０４でのインピーダンスを最底限に抑制するように選択し、回路コントローラ２１０が充電パルスに適用することができる。例えば、図３Ｂは、一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号の対応する周波数に対するバッテリセル２０４の測定実数インピーダンス値のグラフ３２２である。特に、グラフ３２２は、充電信号の対数周波数軸線（軸線対称３２６）に対する実数インピーダンス値（軸線３２４）のプロットを示している。プロット３２８は、正弦波充電信号の様々な周波数でのバッテリセル２０４の電極にわたる実数インピーダンス値を示している。図示のように、実数インピーダンス値３２８は、充電信号の周波数に基づいて変化することができ、最も高い周波数で実数インピーダンス値３２８の全般的な急激な増大がある。しかし、バッテリセル２０４に関する実数インピーダンス値のプロット３３４は、ｆ_Minとラベル付けする特定の充電信号周波数に関連付けられた最低実数インピーダンス値３３０も示している。バッテリセル２０４に関する実数インピーダンス値３３４のプロットは、バッテリの化学的性質、充電状態、温度、及び充電信号の組成などのようなセルの多くの因子に依存する場合がある。従って、バッテリセル２０４の最低実数インピーダンス値３３０に対応する周波数ｆ_Min３３２も同じく充電下で特定のバッテリセル２０４の特性に依存する場合がある。周波数ｆ_Min３３２は、パックでのセルの構成及びパックでのセル間の接続のようなバッテリセル２０４の他の態様に対応する場合がある。

バッテリセル２０４のインピーダンスは受け入れた充電電流を熱又は他の非効率性に変換することができるので、バッテリセル２０４に関する最低実数インピーダンス値３３０に対応する周波数３３２又はその近くで正弦波充電パルス３０８、３１０を発生させる段階は、充電のためのバッテリセル２０４へのエネルギ印加の効率を改善することができる。言い換えれば、周波数ｆ_Min３３２又はその近くの高調波を含めるように充電信号３１４のパルス３０８、３１０を成形する段階は、バッテリセル２０４のインピーダンスに起因して熱に変換される消費エネルギを低減することによってバッテリセル２０４への充電信号３１４の効率を高めることができる。従って、図２の再充電回路２００の一実施は、充電信号の周波数範囲にわたってバッテリセルの様々な実数インピーダンス値を決定するようにバッテリセル２０４に接続されたインピーダンス測定回路２０８を含むことができる。インピーダンス測定回路２０８は、電圧センサ及び電流センサを含むバッテリセル２０４の電極にわたるインピーダンスを測定するように構成されたいずれか公知の又は今後の回路を含むことができる。充電電力信号の様々な周波数でバッテリセル２０４の複数のインピーダンス値を測定して回路コントローラ２１０に提供することができ、次に、回路コントローラ２１０は、バッテリセル２０４の曲線３３４の最低実数インピーダンス値を決定又は推定することができる。回路コントローラ２１０は、バッテリセル２０４の最低実数インピーダンス３３０に対応する周波数ｆ_Min３３２の高調波での一連の正弦波充電パルス３０８、３１０を発生させるための充電信号成形回路２０６の１又は２以上の構成要素を制御することができる。下記で更に詳しく説明するように、回路コントローラ２１０は、再充電セッション中の様々な時間ではバッテリセル２０４の電流状態に対する推定実数インピーダンス値を測定又は他に決定する反復過程を実施し、新しい推定周波数ｆ_Min３３２との一致に従って充電電力信号３１４のパルス３０８、３１０を調節することができる。決定又は推定された最低実数インピーダンス値に基づいてパルス３０８、３１０に対して高調波周波数を有する充電信号３１４を発生させるように回路２００を制御することにより、充電信号の高エネルギ部分に起因する電極での高インピーダンスからの消費エネルギを最小にしながらバッテリセル２０４を再充電するのに充電信号３１４のエネルギをより効率的に印加することができる。

充電パルスの成形を利用するバッテリセルを充電するための回路の１つの特定の実施を図４に例示している。回路４００は、最低インピーダンス値に対応する周波数ｆ_Minに基づいてバッテリセルに対する再充電信号を成形するようにコントローラ２１０によって制御することができる。一例では、コントローラ２１０は、電圧増幅器又は電流増幅器のいずれかを使用するフィードバック制御システムとすることができる。一般的に、コントローラ２１０は、アナログコントローラ、デジタルコントローラ、マイクロコントローラ又はマイクロコンピュータ、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような特別仕様集積回路とすることができる。コントローラ２１０は、成形回路４００の実施を制御するための本明細書で議論する作動のうちの１又は２以上を実施するように構成又は実施することができる。更に、下記で議論するように、回路４００は、インピーダンスの虚数成分、アドミタンスのコンダクタンス成分、アドミタンスのサセプタンス成分、又はこれらのあらゆる組合せを考慮することができる。より多いか又はより少ない構成要素を回路４００内に含めることができ、構成要素は、等しい機能の他の構成要素によって置換することができる。一部の実施では、複数のセルを並列充電するために、又はより高い充電容量を所与のセル又はセル配置に与えるために、いくつかの構成要素を並列に複製することができる。図４の回路４００は、本明細書で議論する高調波正弦波充電信号を提供するように制御することができる電力信号成形回路の一例に過ぎない。

回路４００は、バッテリセル４０４に充電信号を提供するためにレール４４２に結合された電源４０２を含むことができる。電源４０２は、ＤＣ電圧ソース、ＡＣ電圧ソース、及び電流ソースなどを含むいずれかのタイプのエネルギソースとすることができる。一部の事例では、電源４０２は、回路４００に提供されるエネルギ波形又はパルスの振幅を変化させるように入力（Ｖ_CONT４３４など）を通して制御することができる。例えば、回路コントローラ２１０は、電源を起動するために、電力信号の振幅を選択するために、ＤＣ電力信号とＡＣ電力信号との間で選択を行うためになどを行うために制御信号Ｖ_CONT４３４を電源４０２に提供することができる。１つの特定の例では、電源４０２は、供給充電信号の振幅を受信Ｖ_CONT４３４信号の電圧値に基づいて調節するように構成することができる。

電源４０２によって発生させた電力を受け入れるための電力レール４４２にフィルタ回路４０６を接続することができる。フィルタ回路４０６は、周波数ｆ_Min３３２に対応する部分を有する充電信号をバッテリセル４０４に全般的に出力する構成要素を含むことができる。例えば、フィルタ回路４０６からの出力信号は、上記で決定された最低実数インピーダンス値に対応する周波数ｆ_Min３３２又はその近くの高調波での前縁を含むことができる。一部の事例では、フィルタ回路４０６の構成要素は、回路コントローラ２１０によってフィルタ回路に伝達される１又は２以上のパルス制御信号４１６を通して制御可能である。図４に示す特定の例では、フィルタ回路４０６は、電力レール４４２と第１のトランジスタ４１２の間に直列に接続された第１のインダクタ４１０を含むことができる。第１のインダクタ４１０のインダクタ値は、その選択が、取りわけバッテリセル４０４の充電特性に基づくことができるようにパルスの前縁の形状に影響を及ぼすことになる。第１のトランジスタ４１２は、バッテリセル４０４の第１の電極に接続することができる。第１のトランジスタ４１２は、パルス制御信号４１６のような入力信号を受信して第１のトランジスタ４１２をスイッチングデバイス又はスイッチング構成要素として作動させることができる。一般的に、第１のトランジスタ４１２は、第１のインダクタ４１０をバッテリセル４０４の第１の電極４４０に接続するためのいずれかのタイプのＦＥＴトランジスタ又はいずれかのタイプの制御可能スイッチとすることができる。例えば、第１のトランジスタ４１２は、ドレインが第１のインダクタ４１０に接続され、ソースがバッテリセル４０４に接続され、ゲートがパルス制御信号４１６を受信する第１のインダクタ４１０に接続されたＦＥＴトランジスタとすることができる。一実施では、パルス制御信号４１６は、閉成時にノード４３６をバッテリセル４０４の第１の電極に接続し、開成時にインダクタ４１０とバッテリセル４０４との間を遮断するスイッチとして第１のトランジスタ４１２の作動を制御するために回路コントローラ２１０によって提供することができる。充電パルスを発生させるための第１のトランジスタ４１２の制御に対しては、図５の方法５００を参照して下記でより詳細に説明する。

一般的に、第１のインダクタ４１０は、第１のトランジスタ４１２を通じたバッテリセルへの接続時にバッテリセル４０４に伝達される電流の急激な増加を防止するように作動させることができる。より具体的には、第１のインダクタ４１０は、インダクタを通ってバッテリセル４０４に至る電流（第１のトランジスタ４１２が通電する時に）の急激な通電に抵抗することができる。電流の急激な増加に対するこの抵抗は、電力レール４４２によって提供される充電信号のパルスへの急峻前縁を防止し、それによって方形波入力の印加時にバッテリセル４０４で発生する可能性がある高周波高調波を低減することができる。トランジスタ４１２へのパルス制御信号入力上の信号４１６に応じた通電時に、高周波数ノイズ効果を最小にしながらバッテリセル４０４を充電するように、電力レール４４２からの電流又は他の形態のエネルギ流束を第１のインダクタ４１０及び第１のトランジスタ４１２を通してバッテリセル４０４に提供することができる。フィルタ回路４０６は、一部の事例では、第１のインダクタ４１０に並列に接続されたフライバックダイオード４１４を更に含むことができる。フライバックダイオード４１４は、第１のトランジスタスイッチ４１２が開成された時又は通電していない時に電力レール４４２によって提供されるエネルギ流束に対する戻り経路を設ける。例えば、第１のトランジスタ４１２は、バッテリ電極４４０への電力レール４４２の電流の通電を停止するようにパルス制御信号４１６を通して制御することができる。次に、この電流をフライバックダイオード４１４を通して上側レール４４２に伝達し戻すことができる。上側レール４４２と接地又は共通線の間に蓄電コンデンサー４３２を接続することができ、それによって第１のトランジスタ４１２が開成されている期間中に電力レール４４２によって提供されてフライバックダイオード４１４を通して戻される電流を上側レール４４２を通して蓄電コンデンサー４３２に提供することができる。下記でより詳細に説明するように、第１のトランジスタ４１２が開成されている期間中にエネルギが回路内で失われないように、第１のトランジスタ４１２の閉成時（充電信号の次のパルス等での）に蓄電コンデンサー４３２内に格納されたエネルギを上側レール４４２及びフィルタ回路４０６の入力に戻し、回路４００の効率を更に改善することができる。

図４には単一フィルタ回路４０６の構成要素を示すが、フィルタ回路４０６に同じか又は類似の構成を有する追加のフィルタ回路を並列接続することができる。例えば、フィルタ回路４０６は、最大でフィルタ回路Ｎ４１８までのいずれかの個数の追加のフィルタ回路を充電回路４００内で並列接続することができる。各フィルタ回路４０６、４１８は、バッテリセル４０４を充電するために提供される電流から１又は２以上の高調波をフィルタ除去するように回路コントローラ２１０が個々のパルス制御信号４１６を通して独立に制御することができる。別の例では、１よりも多いフィルタ回路４０６を同じパルス制御信号４１６によって制御することができる。追加のフィルタ回路４１８のうちの１又は２以上は、同じか又は異なる値の類似の構成要素を含むことができる。例えば、フィルタ回路Ｎ４１８の第１のインダクタは、フィルタ回路４０６の第１のインダクタ４１０よりも高いインダクタンス値を有することができる。一般的に、第１のインダクタ４１０のより高いインダクタンス値は、充電パルスの急激な変化に対してより高い抵抗を与え、それによってより低い値のインダクタと比較して急傾斜の充電パルスの前縁が形成される。このようにして、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に提供されるエネルギパルスの前縁を選択される第１のインダクタ４１０の様々なインダクタンス値によって成形するように様々なフィルタ回路４０６、４１８を制御することができる。

バッテリセル４０４に提供される充電信号のパルスを更に変更するために、バッテリセル４０４の第１の電極４４０（例えば、アノード又は正の端子）に１又は２以上の入力成形回路４２０を接続することができる。特に、入力成形回路４２０は、バッテリセル４０４の第１の電極４４０と第２のトランジスタ４２２の間に接続された第２のインダクタ４２４を含むことができる。一例では、第２のトランジスタ４２２は、ドレイン４４４が第２のインダクタ４２４に接続され、ソース４４６が接地又は共通線に接続され、ゲートが制御信号４２６を受信するＦＥＴトランジスタとすることができる。第１のトランジスタ４１２と同様に、第２のトランジスタ４２２は、ドレイン４４４を負のレール、接地、又は共通線に接続するスイッチとして作動させることができる。第２のトランジスタ４２２は、入力制御信号４２６によって制御することができる。一実施では、成形入力信号４２６は、オン状態とオフ状態の間で高い周波数で交替する高周波パルス幅修正（ＰＷＭ）信号とすることができる。一例では、ＰＷＭ信号４２６は、１００ｋＨｚよりも高い周波数で作動させることができるが、いずれの周波数でも作動させることができる。高周波スイッチングＰＷＭ信号４２６に応答して、第２のトランジスタ４２２は、通電状態（又は「オン」状態）と断電状態（又は「オフ」状態）の間で迅速に交替することができる。このようにして第２のトランジスタ４２２の作動は、バッテリセル４０４に伝達される充電パルスからのエネルギを接地に向けて成形回路４２０に吸い上げさせることができる。吸い上げられた電流は、第２のインダクタ４２４内に格納することができ、このインダクタ内の電流は電圧を遅らせるので、電流は、第２のインダクタ４２４内に格納される間に接地には流れない。しかし、ＰＷＭ信号４２６のオフ部分はトランジスタ４２２を十分に迅速に閉成することができ、従って、電流が第２のインダクタ４２４を出るとトランジスタ４２２はオフにされ、充電パルスから吸い上げられるエネルギ信号のうちの殆ど又はいずれも接続部４４６を通して接地に伝達されない。むしろ、吸い上げられたエネルギは、フライバックダイオード４３０を通して上側レール４４２に伝達して充電回路４００による再使用に向けて蓄電コンデンサー４３２内に格納することができる。

充電信号からエネルギを吸い上げることにより、入力成形回路４２０は、バッテリ４０４へのパルスを成形又は造形するために充電パルスの振幅の一部分を変更することができる。特に、ＰＷＭ信号４２６の周波数の制御は、充電信号からより多いか又はより少ないエネルギを吸い上げることができる。更に、ＰＷＭ信号４２６の負荷サイクルは、充電パルスの変更又は成形の所要時間に対応するように選択又は制御することができる。このようにして、一部の事例では、回路コントローラ２１０によって提供されるＰＷＭ信号４２６は、フィルタ回路４０６からバッテリセル４０４への充電信号を変更することができる。同様に、フィルタ回路４０６と同様に、１又は２以上の追加の入力成形回路４２８を入力成形回路４２０と並列に接続することができる。各入力成形回路４２０、４２８は、回路コントローラ２１０が個々のＰＷＭ制御信号４２６を通して独立に制御することができる。別の例では、１よりも多い成形回路４２０を同じＰＷＭ制御信号４２６によって制御することができる。追加の入力成形回路４２８のうちの１又は２以上は、同じか又は異なる値の類似の構成要素を含むことができる。例えば、成形回路Ｎ４２８の入力の第２のインダクタは、フィルタ回路４２０の入力の第２のインダクタ４２４よりも高いか又は低いインダクタンス値を有することができる。フィルタ回路４０６及び／又は入力成形回路４２０に印加されるパルス制御信号４１６及びＰＷＭ信号４２６の制御により、バッテリセル４０４に印加される充電信号の１又は２以上のパルスを高調波充電信号を達成するように成形することができる。入力充電信号の追加の成形は、回路コントローラ２１０によって下記でより詳細に説明するように信号パルスのプロファイルを更に造形するように制御することができる。これに加えて、回路コントローラ２１０の様々な制御信号を用いて、バッテリセル４０４に提供される充電信号の態様を制御することができる。例えば、これらの制御信号は、バッテリセル４０４での電圧、バッテリセルに提供される電流、又はバッテリセルに提供される全体のエネルギ又は電力を制御することができる。従って、本明細書ではバッテリセルへの充電信号を制御又は成形することとして議論するが、充電信号のあらゆる態様を回路コントローラ２１０によって制御することができることを認めなければならない。

図４の回路４００は、バッテリセル４０４に接続されたインピーダンス測定回路４０８を更に含むことができる。一般的に、インピーダンス測定回路４０８は、バッテリセル４０４の電極で見られるインピーダンス特性を測定する。一例では、インピーダンス測定回路４０８は、バッテリセル４０４の電極にわたる電圧を測定する電圧センサと、バッテリセルへの電流を測定する電流センサとを含むことができる。しかし、インピーダンス測定回路４０８は、バッテリセル４０４のインピーダンスを測定するためのいずれか公知の又は今後開発される回路を含むことができる。更に、インピーダンス測定回路４０８は、回路コントローラ２１０が、様々な時間で又は期間でセルインピーダンスを測定するように制御することができる。例えば、インピーダンス測定回路４０８は、充電信号をバッテリセル４０４にある周波数範囲にわたって印加する試験期間中にバッテリセル４０４のインピーダンスを測定するように構成することができる。これらの測定値は、図３Ｂのグラフ３２２に関して上記で議論したバッテリセル４０４に関する最低実数インピーダンスを決定するために取得して回路コントローラ２１０に提供することができる。

回路コントローラ２１０は、図４の回路４００を利用してバッテリセルに対する充電信号のパルスを最低インピーダンス値に対応する周波数に基づいて成形することができる。特に、図５は、一実施形態による最低インピーダンス値に対応する周波数に基づいてバッテリセルに対する充電信号を発生させる方法５００を示している。方法５００の作動は、回路コントローラ２１０が、特に、回路４００の様々な構成要素を制御するために制御信号を電源４０２、フィルタ回路４０６、及び／又は入力成形回路４２０に提供することによって実施することができる。他の回路の設計及び構成要素を方法５００の作動のうちの１又は２以上を実施するように回路コントローラ２１０によって制御することができる。従って、本明細書では図４の回路４００に関して説明するが、方法５００の作動は、いずれの個数のハードウエア構成要素、ソフトウエアプログラム、又はハードウエア構成要素とソフトウエア構成要素との組合せによっても実行することができる。

作動５０２で始めて、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４を再充電するのに使用すべき充電パルスに対する初期周波数成分を選択することができる。例えば、バッテリセル４０４を再充電するのに方形波充電パルスの非効率性を回避するために正弦波充電パルスを選択することができる。充電パルスの初期周波数は、回路コントローラ２１０が選択することができる。一部の事例では、選択周波数は、バッテリの初期充電中にバッテリセル４０４での実数インピーダンスを最底限に抑制するか又は低減するように決定することができる。最初は、充電信号を依然としてバッテリに印加しておらず、１又は２以上の特性（バッテリセルの充電状態又はバッテリの他の電気化学態様など）が既知ではない可能性があるので、バッテリセル４０４の実数インピーダンスを回路コントローラ２１０が知っていない場合がある。従って、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４にエネルギを供給し始めるための充電パルスに対する初期周波数を選択する場合がある。１つの特定の実施では、回路コントローラ２１０は、充電パルスに対する初期周波数をバッテリセル４０４の履歴データ、他のバッテリセルの履歴データ、回路コントローラ２１０の履歴データ、又は他のバッテリ再充電データに基づいて取得することができる。例えば、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４又は他のバッテリセルの過去の再充電セッションを解析することができる。この解析に基づいて、回路コントローラ２１０は、バッテリセルの実数インピーダンス値が最低であるバッテリセル４０４に対する周波数ｆ_Minを推定することができる。再充電セッションがより深く解析されるほど、充電パルスに対する初期周波数に関してバッテリセル４０４に対する推定最低実数インピーダンス値に関連付けられた最良の推定値を決定することができる。初期選択周波数は、バッテリセル４０４に関する充電状態に対する実際の最低実数インピーダンス値に対応しない可能性があるが、代わりにターゲットバッテリセル又はいずれかの他のバッテリセルに関する１又は２以上の履歴実数インピーダンス測定値に基づくことが可能である。

充電パルスに対する初期周波数が選択されると、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に対する高調波充電パルスを発生させるように充電回路４００のパルス制御信号入力４１６及び／又はＰＷＭ信号入力４２６を制御することができる。特に、回路コントローラ２１０は、第１の期間にわたって第１のトランジスタ４１２を作動させるためにパルス制御信号４１６を提供することができる。第１のトランジスタ４１２の作動は、エネルギパルスを電力レール４４２からバッテリセル４０４に伝達することができる。フィルタ回路４０６の第１のインダクタ４１０は、電力レール４４２から受け入れたパルス（例えば、方形波パルス）の急激な増大に抵抗し、バッテリセル４０４への伝達に向けて傾斜した前縁（例えば、正弦波パルスの前縁）を出力することができる。充電信号パルスの持続時間は、第１のトランジスタ４１２が作動されて通電する第１の期間に対応することも可能である。更に、パルスの振幅は、電源４０２によって提供される信号の振幅（時にＶ_CONT４３４によって制御される）、及び／又はパルス制御信号４１６を通して制御されるパルス信号の持続時間に対応することが可能である。特に、第１のトランジスタ４１２が通電する持続時間は、バッテリセル４０４に提供されるエネルギパルスの持続時間に対応する。多くの事例では、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に周期的な反復パターンのエネルギパルスを提供するために第１のトランジスタ４１２の起動／停止制御を繰り返すことができる。

前縁及びパルス持続時間に加えて、バッテリセル４０４に提供されるエネルギパルスの変更を入力成形回路４２０の制御によって実施することができる。特に、トランジスタを迅速に起動及び停止させて入力成形回路４２０にパルスからエネルギを吸い上げさせ、パルス持続時間中のいずれかの時間でパルスの振幅を低減するために、ＰＷＭ信号４２６を第２のトランジスタ４２２に提供することができる。ＰＷＭ信号４２６の周波数は、どれほどの量のエネルギがエネルギパルス信号から吸い上げられてプロファイルが更に変更されるかを制御することができる。ＰＷＭ信号４２６の正確な制御により、パルス振幅が低下し（パルスからのエネルギの除去により）、又は増大し（入力成形回路４２０によってエネルギがパルスから除去されないようにトランジスタ４２２を停止させることにより）、バッテリセル４０４を充電するための成形されたパルスを発生させることができる。

パルス制御信号４１６及び／又はＰＷＭ信号４２６のような回路４００への入力の制御により、回路コントローラ２１０は、図３Ａの波形３１４と類似のバッテリセル４０４を充電するための正弦波パルスを選択初期周波数で生成することができる。しかし、上述のように、バッテリセル４０４での最低実数インピーダンスは、バッテリの充電中に変化する場合がある。例えば、バッテリセル４０４の充電状態及び温度は、最低実数インピーダンス特性を変化させる場合がある。パルス充電信号の周波数をバッテリの現在の状態でのバッテリセル４０４の最低実数インピーダンスに対応する周波数に合うように調節することにより、バッテリを充電することへの効率の利点をもたらすことができる。従って、回路コントローラ２１０は、作動５０６では、様々な周波数でのバッテリセルの実数インピーダンス値の関数を取得するために様々な周波数でバッテリセルのインピーダンスを測定することができる。一実施では、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４での測定最低実数インピーダンスに対応する充電信号周波数を決定するためにバッテリセル４０４に様々な周波数の１又は２以上の試験信号を印加することができる。バッテリセル４０４への試験信号の範囲を定めるために、試験信号の周波数は、回路コントローラ２１０によって予め決めることができる。各試験信号に関してバッテリセル４０４での対応する実数インピーダンス値を決定及び／又は格納することができる。多くの周波数を使用するのに加えて、定電流間欠滴定技術（ＧＩＴＴ）を使用することができる。一般的に、ＧＩＴＴは、バッテリセル４０４のインピーダンスを決定するのに使用することができる複素インピーダンスを明らかにするために矩形パルス（スペクトルにわたる正弦波周波数の和である）の性質を使用する。

作動５０８では、測定試験インピーダンスの最低実数インピーダンス値を決定することができる。例えば、回路コントローラ２１０は、受け入れた試験結果から最も低い実数インピーダンス値を最低インピーダンス値として選択することができる。別の例では、回路コントローラ２１０は、受け入れた実数インピーダンス値を解析し、これらの値を外挿して最低実数インピーダンス値を決定することができる。例えば、測定値は、実数インピーダンス値が、一連の増加試験周波数に対して低下し、それに次の一連の増加試験周波数に対して増大する測定値が続くことを示す場合がある。回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に対する最低実数インピーダンス値が、第１の増加試験周波数セットと第２の増加試験周波数セットの間の周波数に関連付けられたと決定することができる。この関連では、回路コントローラ２１０は、これらの測定値の間でバッテリセル４０４に関する最低実数インピーダンス値を推定することができる。作動５１０では、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に関して決定された最低実数インピーダンス値に対応する周波数を決定することができる。例えば、試験信号の周波数３２６に対するバッテリセル４０４の実数インピーダンス値３２４のグラフ３３４を発生させることができ、このグラフから最低実数インピーダンス値３３０を決定することができる。グラフ３３４からは、最低実数インピーダンス値３３０に対応する周波数を決定することができる。一般的に、最低実数インピーダンス値を引き起こすバッテリセル４０４への入力信号の周波数を決定するためのいずれかの相関アルゴリズムを利用して対応する周波数を決定することができる。

作動５１２では、回路コントローラ２１０は、測定試験インピーダンスの最低実数インピーダンス値に対応する周波数が、充電パルスが提供される前回選択された周波数と異なるか否かを決定することができる。バッテリセル４０４への試験信号の印加から得られた対応する周波数が、充電パルスが提供されている周波数と異なることを回路コントローラ２１０が決定した場合に、回路コントローラ２１０は、作動５１４で充電信号の追加のパルスに対してこの対応する周波数を選択することができる。更に、回路コントローラ２１０は、作動５０４に戻り、バッテリセルに対する充電パルスの周波数を決定された対応する周波数に合うように調節するために入力信号を発生させて成形回路に提供することができる。対応する周波数が、充電パルスが提供されている周波数とは異ならない場合に、回路コントローラ２１０は、作動５１４で追加の充電パルスに対する周波数を維持し、作動５０４で成形回路に対応する制御信号を提供することができる。上述のように、図５の方法５００により、バッテリセルに関する最低実数インピーダンス値に対応する周波数は、バッテリセル２０４を再充電するために発生させる正弦波充電パルスに対して選択することができる。

正弦波充電信号を使用する際の１つの潜在的な欠点は、そのような信号の各パルスが方形波充電信号と比較して少ない充電エネルギしか伝達しない点である。この潜在的な欠点は、バッテリセルに最大量のエネルギを最小量の時間内に供給しようと試みる急速充電の状況では特に有意である場合がある。図６のグラフ６０２は、この潜在的な欠点の図を提供している。特に、図６は、時間６０６にわたるバッテリ充電信号の方形波パルス６１２、６１４と正弦波パルス６０８、６１０との重ね合わせの入力電圧値６０４のグラフ６０２である。一般的に、各パルスの下の面積は、再充電に向けてバッテリに提供することができると考えられる充電量を例示している。上記で議論したように、パルスの下の面積は利用可能な充電量を表し、一般的に、矩形パルスのエネルギの全てがセルを充電するために送出される機能を妨害するバッテリ及び充電の属性が存在することを認めなければならない。それにも関わらず、方形波パルス６１２、６１４によって提供される充電量と正弦波パルス６０８、６１０によって提供される充電量の間の差をハッシュ記号付き区域６１６、６１８内に例示している。図示のように、正弦波パルス６０８、６１０は、上記で議論した選択高調波周波数を推定することに起因してバッテリでのインピーダンスを低減する一方でパルス毎に方形波パルス６１２、６１４よりも少ない充電量しかバッテリに供給しない場合がある。従って、最低インピーダンス周波数に基づく充電は、他のシステムと比較して充電を改善することができるが、更に別の改善及び最適化が役に立つ可能性もある。

バッテリに類似の充電量を最低実数インピーダンス値に関連付けられた選択高調波で提供するための１つの潜在的な方法は、充電パルス６０８、６１０の振幅を高めることである。しかし、多くのバッテリは、充電信号の振幅に対して上限閾値を課す特性を含み、従って、正弦波パルスの振幅をただ高めることは、バッテリセルを急速充電するのに有利ではない場合がある。例えば、多くのバッテリの電解質は、電圧閾値に相関する特定の電力レベルで分解され、そのような化学反応の不可逆性に起因してバッテリの寿命が短縮する。電解質のそのような分解は、バッテリの電極に印加される再充電電力信号の突然の変化時にも発生する場合がある。バッテリの他の構成要素も、電力再充電信号の突然の印加に対して分解するか又は他に損傷を被る場合がある。例えば、高電力信号に起因してリチウムイオンバッテリの固体電解質界面（ＳＥＩ）層にわたる１又は２以上の永久的な管腔が形成され、アノードにわたって永久的な空間不均一性がもたらされる場合がある。ＳＥＩ層は、高電力信号に応答して厚みを増大させ、バッテリの効率を低減する可能性もある。更に、再充電電力信号の振幅を増大させる結果として、バッテリは、放散させることができるよりも速く熱を発生させ、時にバッテリの損傷及び熱暴走の高いリスクが引き起こされる場合がある。従って、単純にパルス６０８、６１０の振幅を増大させると、再充電下でバッテリが損傷する場合がある。

正弦波パルス６０８、６１０から提供される充電エネルギの量を増大する代替の方法は、複数の高調波を組み合わせてピークを拡幅し、及び／又はターゲット実数インピーダンス最低周波数にパルスの前縁を同調させ（及び／又は下記で更に詳しく議論するようにインピーダンスの虚数成分をターゲットにし）、一方で正弦波パルスが通常低下し始めると考えられるパルスピーク又はその近くにパルスを維持することである。一例では、本明細書で議論する方法及び回路は、バッテリセルの１又は２以上の最低実数インピーダンス値に対応する周波数範囲を決定し、識別された周波数内にある高調波を含む充電信号をバッテリセルに提供するように印加することができる。例えば、図７Ａは、バッテリセルに印加される充電信号の対応する周波数７０６に対するバッテリセルの測定実数インピーダンス値７１４のグラフ７０２である。これらの値は実時間で測定することができるが、測定して格納すること、従って、実時間で測定しないことができ、他の情報から特徴付けること又は導出することができ、測定するが定期的にしか測定しないことができ、周波数をいずれかの初期値に設定することができ、次に、フィードバックループで調節することができ、インピーダンスを他の情報から推定又は外挿することができ、更に類似のことを行うことができることを認識しなければならない。虚数インピーダンス値、アドミタンス値、及び／又はサセプタンス値のようなバッテリセルの他の態様も同じく測定又は推定して充電パルスを成形するのに使用することができることも認めなければならない。上述のグラフは、許容可能な最低インピーダンス値であるが、厳密に最低インピーダンス周波数値の場所にあるわけではない値間内にわたって最高周波数７１０と最低周波数７０８とを示している。図７Ａのグラフ７０２は、バッテリに提供される充電信号の周波数に対するバッテリセルの実数インピーダンス値のプロットを表す意味で上記で議論した図３Ｂのグラフ３２２と同様である。しかし、この例では、最低実数インピーダンス値３３０に対応する周波数ｆ_Min３３２を決定する代わりに、最低周波数ｆ_RMin７０８と最高周波数ｆ_RMax７１０とによって定められる周波数範囲は、バッテリセルを充電するための許容可能インピーダンス値内に基づいてバッテリの最低実数インピーダンス値７１２の近くで決定することができる。パルスのプロファイルを拡幅して各パルス中にバッテリセルに送られる充電量を増大するように最低周波数ｆ_RMin７０８及び最高周波数ｆ_RMax７１０を選択し、発生させたバッテリ充電信号パルス内に含めることができる。許容可能なインピーダンス値間での周波数範囲に基づく電力再充電信号の充電パルス内への複数の高調波の包含により、充電パルスを受信するバッテリセルでより低いインピーダンスを維持しながら、バッテリセルを再充電するのに単一高調波正弦波から利用可能なものよりも多い充電量を提供することができる。

図７Ｂは、一実施形態によるバッテリセルの実数インピーダンス値に基づく最高周波数ｆ_RMax７１０と最低周波数ｆ_RMin７０８とに対応する周波数の複数の高調波を備えたバッテリセル充電パルスの信号図７２２である。図７Ｂは、様々な高調波がどのようにインピーダンスに影響を及ぼすかを表す高調波プロファイルの例である。この例では、高調波プロファイルは、周波数範囲と実数インピーダンスとを示している。しかし、高調波プロファイルは、充電時の単一周波数とインピーダンスとの関係と同程度に単純とすることができる。更に、インピーダンスは、実数、虚数の絶対値、及びその組合せ（並びにアドミタンスの類似物）とすることができる。この信号図７２２は、それを超えるとバッテリの損傷が発生する可能性がある最高電圧閾値７３０を含む入力電圧７２４対時間７２６を示している。特に、図７２２の充電パルス７２８は、図７Ａのグラフ７０２内に示す周波数範囲に基づいて発生させることができる。例えば、図７Ｂの充電パルス７２８は、最低周波数ｆ_RMin７０８と最高周波数ｆ_RMax７１０の間に収まる高調波の範囲を含むことができる。一事例では、最低周波数ｆ_RMin７０８及び最高周波数ｆ_RMax７１０は、最低実数インピーダンス値７１２に対応する周波数ｆ_Min７１１が最低周波数ｆ_RMin７０８と最高周波数ｆ_RMax７１０内に存在することができるように決定されたバッテリセルに対する最低実数インピーダンス値７１２付近に基づくことが可能である。充電パルス７２８内にある各選択高調波周波数では、当該周波数でのバッテリの対応する実数インピーダンス値に基づいて対応する振幅を決定し、高調波の含有率及び／又は振幅に基づく不均一な任意形状の充電パルスを引き起こすことができる。しかし、選択振幅のいずれも、再充電下にあるバッテリセルを損傷するか又はこのバッテリセルがバッテリの熱暴走を引き起こす可能性がある上限電圧閾値又は上限電力閾値７３０を超えない場合がある。最低実数インピーダンス値７１２に対応する周波数範囲の包含により、バッテリを再充電するためにより多くの充電量を印加し、同時にバッテリでの低いインピーダンスを維持することができるように充電パルスを拡大することができる。このようにして、バッテリセルを再充電するのに高充電量、低インピーダンスの充電信号を使用することができ、それによって方形波再充電信号を使用するか又は他であるかに関わらず他の従来のパルス充電技術と比較して効率が改善される。

図８は、一実施形態によるバッテリの最高実数インピーダンス値と最低実数インピーダンス値とに対応する周波数範囲に基づいてバッテリセルに対する充電信号を発生させる方法を示す流れ図である。上述のように、バッテリセルに対する充電信号を発生させるために、虚数インピーダンス値、アドミタンス値、及び／又はサセプタンス値のようなバッテリセルの他の態様に基づく類似の方法を実行することができる。図５の方法５００と同様に、図８の方法８００は、回路コントローラ２１０が特に図４の回路４００の様々な構成要素を制御するために制御信号を電源４０２、フィルタ回路４０６、及び／又は入力成形回路４２０に提供することによって実施することができる。他の回路の設計及び構成要素は、方法５００作動のうちの１又は２以上を実施するように回路コントローラ２１０によって制御することができる。従って、本明細書では図４の回路４００に関して説明するが、方法５００の作動は、いずれの個数のハードウエア構成要素、ソフトウエアプログラム、又はハードウエア構成要素とソフトウエア構成要素との組合せによっても実行することができる。

作動８０２で始める際に、回路コントローラ２１０は、バッテリセルに関する最低実数インピーダンス値を取得することができる。最低実数インピーダンス値を取得する段階は、回路コントローラ２１０が充電信号の様々な周波数でバッテリのインピーダンス測定値を測定するか又は受信することができる意味で上記と同様とすることができる。最低実数インピーダンス値は、ループ式コントローラ又は回路コントローラ２１０が駆動する過程によって決定することができる。例えば、回路コントローラ２１０は、バッテリセルに関する最低インピーダンス値が見つかるまで回路に様々な周波数で、例えば、周波数範囲でバッテリを充電させてバッテリセル２０４のインピーダンスを測定させることができる。そのような測定値（本明細書では高調波プロファイルとも呼ぶ）は、バッテリセルの能動的な充電中に取得することができ、又は取得してメモリに格納し、ルックアップ様式で運用することができる。一部のバッテリでは、インピーダンス測定値対充電信号周波数は、図７Ａのグラフ７０２と同様とすることができる。グラフ７０２と同様に、回路コントローラ２１０は、複数のインピーダンス測定値に基づいてバッテリセルの最低実数インピーダンス値７１２を決定することができる。インピーダンス測定過程は、様々な周波数でインピーダンス値を取得して格納すること、例えば、最低周波数が発生する周波数ｆ_Min７１１よりも高い及び低い周波数でインピーダンス測定値を取得することができる。

作動８０４では、回路コントローラ２１０は、対応する許容可能インピーダンス値範囲に対する上限実数インピーダンス値７２０の値を選択することができる。特に、回路コントローラ２１０は、充電信号の印加に基づいてバッテリセルでの許容可能インピーダンス値７１６を決定するか又はそれを回路コントローラ２１０に提供することができる。許容可能インピーダンス値７１６は、最低インピーダンス値よりも高くなく、最低インピーダンスが発生する周波数ｆ_Min７１１よりも高い周波数と低い周波数の両方で発生する１つの許容可能インピーダンス値として示されて説明される。許容可能インピーダンス値７１６は、最低インピーダンスよりも高い周波数と低い周波数とで同じではない可能性があることを認めなければならない。更に、許容可能インピーダンス７１６は、充電が進行する時に変化し、セル温度変化は、充電電流レベルに基づく場合がある。許容可能インピーダンス値７１６は、上記で決定された最低インピーダンス値７１２よりも高くすることができる。例えば、回路コントローラ２１０は、充電信号に対する許容可能インピーダンス値としてインピーダンス値７１６を決定するか又はそれを回路コントローラ２１０に提供することができる。一般的に、許容可能インピーダンス値７１６は、再充電下にあるバッテリセルでのいずれかのインピーダンスとすることができる。しかし、充電信号の印加中にバッテリセルでの全インピーダンスを制限するために、低い許容可能インピーダンス値７１６を選択又は決定することができる。更に、範囲の上限インピーダンス値７２０は、最低インピーダンスが発生する周波数ｆ_Min７１１とは異なる周波数又は周波数の組合せで発生するインピーダンス値とすることができる。多くの事例では、最低インピーダンスが発生する周波数ｆ_Min７１１の上方及び下方にあり、かつ最低インピーダンス７１２よりも高いが許容可能インピーダンス７１６よりも低い場所にある周波数範囲が存在することになる。例えば、この範囲の許容可能インピーダンスは、最低インピーダンスが発生する周波数よりも高い周波数ｆ_RMax７１０の場所で発生することができる。従って、回路コントローラ２１０は、インピーダンス値のプロット曲線７１４を最低インピーダンス値７１２から右（増加する周波数）に向けて許容可能インピーダンス値７１６に遭遇するまで辿ることによって許容可能範囲に対する上限インピーダンス値７２０を決定又は選択するように構成することができる。しかし、他の実施では、この範囲に対する上限インピーダンス値７２０は、最低インピーダンス値７１２からの設定差（計算され、更にバッテリの充電量、温度のような他の因子を考慮した最低値からのプログラム的設定デルタ）である。例えば、範囲７２０に対する上限インピーダンス値は、最低インピーダンス値７１２の２倍又は最低インピーダンス値の他の倍数として決定することができる。

図７Ａに滑らかな曲線として示すが、インピーダンス値のプロット曲線７１４の形状は、様々な周波数でのノイズ又は他の効果の様々な事例を含むことができる。例えば、プロットしたインピーダンス値７１４は、プロット曲線７１４が高調波の振幅を高めた時に特により高い周波数でディップを含むことができるような様々な信号振幅で発生させることができる。従って、プロット７１４は、各々が高調波電力の異なる区分に対応するいくつかの異なるプロットの和とすることができる。そのような状況では、最も低いインピーダンス７１２に対応する周波数ｆ_Min７１１は、高調波の振幅が、インピーダンス値が急激に高まり始める予め決められた値まで高められる時に比較的一定に留まることができる。

更に、パック内のセルの物理的な向き（並列又は直列のいずれで接続されているかなど）が、寄生容量及び誘導損失に起因してインピーダンス曲線に影響を及ぼす場合がある。例えば、エネルギは、特定の周波数帯域で１つのセルから別のセルに空気を通って短い距離だけジャンプし、バッテリパック構造内のセルを事実上超えて進行し、この点での電流流れが更に阻害又は許容される場合がある。これらの周波数での測定インピーダンスは、パック内のセルが飛ばされる時にインピーダンス曲線でのディップ又はインピーダンスが低く見られる区域を引き起こす場合があり、それによって特により高い周波数の近くにあるいくつかの高調波に関して局所最低インピーダンス値を決定することができる。しかし、バッテリセル又はバッテリパックをこれらのより高い周波数で充電することは、上述した理由からバッテリセルの充電の効率を改善することができない。従って、最も低いインピーダンス７１２に対応する周波数ｆ_Min７１１を決定する段階は、より高い周波数でバッテリバック内の寄生損失に起因するインピーダンス値でのディップ又は比較的高ノイズの帯域を除外する作動を含むことができる。より高い周波数のそのような除外は、インダクタ値４１０の選択（又はフィルタ回路４０６、４１８）によって達成することができ、又は回路４００内の充電信号の経路に含まれる追加の高周波フィルタを含むことができる。一実施では、コントローラ２１０は、実数及び虚数のインピーダンス、アドミタンス、及び場合によって局所最低インピーダンス値を含むが、より高い周波数でのものであり、除外される領域を区別するための他のパラメータのようなバッテリセル又はバッテリバックのいくつかのパラメータを比較することができる。更に、コントローラ２１０は、バッテリバック内の寄生損失に起因するインピーダンスのディップが低い周波数範囲に対応する可能性が高い時に検出最低インピーダンス値に対応する周波数範囲を決定することができる。

これに加えて、エネルギがパックのセル間でジャンプするパックから得られたインピーダンス曲線プロット７１４は、パック構成のフィンガプリントを示す、又はこの構成を識別するためにコントローラ２１０を利用することができる。例えば、直列に接続されたセルを含む第１のバッテリバック構成は、並列に接続されたセルを含む第２のバッテリバック構成とは異なるインピーダンスプロットを有する場合がある。パック間で検出可能な異なるセルの全数又は向きの差を同じく使用することができる。従って、コントローラ２１０は、バッテリバックに関するインピーダンスプロットを取得し（コンダクタンス及び／又はサセプタンスのようなバッテリバックの他の態様のプロットに加えて）、得られたプロットをインピーダンスプロットのデータベースと比較することができる。インピーダンスプロットのデータベースは、各プロットを特定のバッテリバック構成又はバッテリセルタイプと相関させることができ、従って、格納されたプロットに対する取得インピーダンスプロットの比較により、コントローラ２１０は、充電中のバッテリバックの構成又はセルタイプを決定又は推定することができる。次に、コントローラ２１０は、推定バッテリバック構成に基づいて充電パルスを更に調節又は成形することができる。

上述範囲に対する上限インピーダンス値７２０を決定する方法に関係なく、回路コントローラ２１０は、作動８０６で上限インピーダンス値７２０の対応する周波数ｆ_RMax７１０を決定することができる。上述のように、バッテリセル電極でのインピーダンスは、電極に印加される充電信号の周波数に基づいて変化する場合がある。従って、周波数ｆ_RMax７１０は、許容可能範囲に対する選択上限インピーダンス値７２０に対応することが可能である。回路コントローラ２１０は、選択上限インピーダンス値７２０に対応する周波数ｆ_RMax７１０を決定することができる。

作動８０８では、回路コントローラ２１０は、バッテリに関して得られた最低インピーダンス値７１２に基づいて許容可能インピーダンス値の対応する範囲に対する下限インピーダンス値７１８を更に選択することができる。この範囲に対する上限インピーダンス値７２０と同様に、下限インピーダンス値７１８は、許容可能インピーダンス値７１６に基づいて選択又は決定することができ、最低インピーダンス値７１２が発生する周波数ｆ_Min７１１よりも低い周波数ｆ_RMin７０８の場所に存在することができる。言い換えれば、回路コントローラ２１０は、インピーダンス値のプロット曲線７１４を最低インピーダンス値７１２が発生する周波数ｆ_Min７１１から左（減少する周波数）に向けて許容可能インピーダンス値７１６に遭遇するまで辿ることによって許容可能インピーダンス値範囲に対する下限インピーダンス値７１８を決定又は選択するように構成することができる。従って、上限インピーダンス値７２０と下限インピーダンス値７１８とは、一部の事例では等しいが（この範囲に対する許容可能インピーダンス値７１６等で）、例えば、充電信号の最低インピーダンスの周波数ｆ_Min７１１の上方及び下方に異なる周波数で発生することができる。別の実施では、インピーダンス値範囲に対する下限インピーダンス値７１８は、この範囲の上限インピーダンス値７２０と同じく最低インピーダンス値７１２からの指定の差とすることができる。上限インピーダンス値７２０を直径する方法に関係なく、回路コントローラ２１０は、作動８１０では、下限インピーダンス値の対応する周波数ｆ_RMin７０８を決定することができる。一般的に、対応する周波数ｆ_RMin７０８は、最低インピーダンス値７１２の対応する周波数ｆ_Min７１１よりも低い周波数である。一部の例では、充電パルスを発生させるための高調波の許容可能な範囲又はセットは、この範囲に対する周波数ｆ_RMax７１０と周波数ｆ_RMin７０８の間に収まり、周波数ｆ_Min７１１も包含する周波数範囲に基づくことが可能である。

更に他の実施形態では、回路コントローラ２１０は、上限インピーダンス値７２０又は下限インピーダンス値７１８のうちの一方又は両方を決定しない場合がある。代わりに、回路コントローラ２１０は、インピーダンス値範囲に対する周波数ｆ_RMax７１０及び周波数ｆ_RMin７０８を選択（例えば、テーブル内の参照など）することができる。一部の事例では、上限周波数値及び下限周波数値のいずれか又は両方は、測定するか又はメモリから取得することができる最低インピーダンス周波数ｆ_Min７１１に基づき、過去のモデル生成、過去の測定値からの外挿等に基づくことが可能である。最低インピーダンス周波数ｆ_Min７１１に基づいて周波数ｆ_RMax７１０及び／又は周波数ｆ_RMin７０８を選択することにより、回路コントローラ２１０は、充電信号に対する周波数範囲又は帯域幅を制御することができる。更に、周波数範囲は、その内部の対応するインピーダンス値がバッテリセルを充電するための１つの許容可能閾値７１６（又は複数の値）を下回ったままに留まることを保証するように、当該バッテリセルの測定インピーダンス値又は当該バッテリセル又は他のバッテリセルの測定値履歴に基づいて選択することができる。

作動８１２では、回路コントローラ２１０は、周波数ｆ_RMax７１０と周波数ｆ_RMin７０８とによって定められる周波数範囲にある複数の周波数に関連付けられた振幅値を取得することができる。一実施では、この範囲にある周波数に関連付けられた振幅は、当該周波数で測定又は推定されたインピーダンスに比例する場合がある。例えば、周波数ｆ_RMax７１０で充電パルス内への包含に向けて得られた振幅は、当該周波数での実数インピーダンス値７２０に比例することが可能である。同様に、周波数ｆ_Min７１１で充電パルス内への包含に向けて得られた振幅も、当該周波数での実数インピーダンス値７１２に比例することが可能である。従って、上述内にある各周波数は、当該周波数でのインピーダンス値７１４に対応する関連の振幅を有することができる。しかし、各高調波のインピーダンスは、当該波形の他の高調波の振幅とは必ずしも独立しているとは限らない可能性があることに注意することができるであろう。

作動８１４では、回路コントローラ２１０は、バッテリセル４０４に対する成形充電パルスを発生させるように充電回路４００のパルス制御信号及びＰＷＭ信号を制御することができる。上述のように、図４の回路４００を利用して充電下にあるバッテリセル４０４への充電信号のパルスを発生させることができる。特に、上側レール４４２からの電力を上記で決定した周波数範囲に対応する１又は２以上の周波数又は高調波を含む一連の充電パルスに成形するようにフィルタ回路４０６及び／又は入力成形回路４２０を制御することができる。一例では、フィルタ回路４０６は、周波数ｆ_RMax７１０又は周波数ｆ_RMin７０８に対応する前縁を発生させるように制御することができる。更に、パルス制御信号４１６の持続時間が、パルス制御信号４１６のより長い持続時間が広めの充電パルス（又は広めの充電パルス帯域幅）に対応することが可能な点で充電パルスに対する高調波の範囲を決定することができる。更に、入力成形回路４２０は、この信号の特定の事例又は高調波での充電パルスの振幅を変更するようにＰＷＭ信号４２６を通して制御することができる。このようにして、回路コントローラ２１０は、周波数ｆ_RMax７１０と周波数ｆ_RMin７０８とによって定められた決定された周波数範囲に基づく複数の高調波を含むように充電パルスを成形するための１又は２以上の入力を回路４００に与えることができる。図８の方法８００により、回路コントローラ２１０は、バッテリセル電極でのインピーダンスを最底限に抑制しながら又は低減しながらバッテリ４０４に最適な充電量を提供するように成形された一連の充電パルスを発生させることができる。

決定された周波数範囲及びそれに基づいて発生させる充電信号は、図５の方法５００に従って使用することができる。特に、回路コントローラ２１０は、第１の測定インピーダンス値セットに基づく周波数範囲から充電信号を発生させてバッテリセルを充電し始めることができる。図５に関して議論した反復過程により、第２の測定インピーダンス値セットは、バッテリセルの再充電セッション中に取得することができる。次に、第２の測定インピーダンス値に基づいて第２の周波数範囲を決定することができ、それに従って充電信号を調節することができる。このようにして、バッテリセルのインピーダンス値の追加の測定値に基づいてバッテリセルの再充電中に充電信号のパルスを調節又は変更することを目的として、充電信号内に含まれる周波数又は高調波の範囲の再計算を含む反復過程を実施することができる。

図９Ａは、一実施形態によるバッテリ充電回路から発生された一連の周波数同調充電パルス９０２の信号図９０２である。一例では、回路４００は、コントローラ２１０に基づいてパルス９１４、９１６を発生させることができる。信号図９０２は、充電信号のパルス９１４、９１６の時間９０６に対する入力電圧９０４又は電流制御式ハードウエア回路の場合の入力電流を示している。明らかなように、各パルス９１４、９１６は、前縁９１２が後縁９１０と比較して明確に異なるように成形された非対称のものである。パルス９１４、９１６（例えば、前縁及び／又は本体）は、一例では、バッテリセル電極で見られる最低インピーダンス値に相応又は関連する高調波の組合せによって定めることができる。特に、充電信号パルス９１４、９１６は、バッテリセルに関する最低インピーダンス値に関する選択周波数に対応する前縁部分９１２を含むことができる。例えば、パルス９１４の前縁９１２の形状は、バッテリセルでの最低実数インピーダンス値での周波数として制御回路２１０によって識別される高調波ｆ_Min３３２に対応することが可能である。一例では、前縁９１２の形状は、最低インピーダンスの周波数での対応する正弦波の前縁に基づくことが可能である。別の例では、パルス９１４の前縁９１２の形状は、高調波ｆ_RMax７１０又は高調波ｆ_RMin７０８に対応することが可能である。最低インピーダンス周波数を識別する段階は、取りわけ、１つの測定値（又は複数の測定値）、バッテリ特性に単体又は組合せで基づくことが可能である。選択周波数に関係なく、パルス９１４の前縁９１２は、電力再充電信号のより効率的な印加に向けてバッテリセルで見られるインピーダンスを最底限に抑制するか又は低減する高調波での正弦波充電信号の一部分の前縁と同じであるように成形することができる。

選択高調波でパルス９１４の前縁９１２を発生させるように、回路コントローラ２１０は、上記で議論したフィルタ回路４０６のうちの１又は２以上を制御することができる。例えば、パルス９１４の前縁９１２の形状は、第１のインダクタ４１０のインダクタンス値に相関することが可能である。特に、第１のインダクタ４１０は、そこを通る電流がゆっくりと始まり、経時的に増加するように電流の急激な通電に抵抗する。インダクタを通る電流流れに対する抵抗は、第１のインダクタ４１０のインダクタンス値に依存する。従って、充電信号のパルス９１４の前縁９１２を成形するために、回路コントローラ２１０は、電流をインダクタ４１０を通してバッテリセル４０４に流し始めるように第１のトランジスタ４１２を起動することができる（パルス制御信号４１６を通して）。電流流れはゆっくりと始まって経時的に増大することができ、充電信号の電圧は充電信号の電流に関連するので、電圧が電流に追従し、図９Ａに示すようにパルス９１４の前縁９１２を形成することができる。一般的に、第１のインダクタ４１０を通る電流流れの増加率は、インダクタのインダクタンス値に基づいて充電信号のパルス９１４、９１６に前縁９１２の形状を与えることができる。従って、前縁９１２の高調波は、第１のインダクタ４１０のインダクタンス値に関連付けることが可能である。ターゲット高調波を前縁９１２に当て嵌めるために、回路コントローラ２１０は、最低実数インピーダンスの決定された高調波に対応する前縁９１２の勾配を発生させることを複数のフィルタ回路４０６、４１８又は第１のインダクタから選択することができる。更に、急激な電流増加に対する第１のインダクタ４１０の抵抗は、充電信号のパルスの急峻な前縁を防止し、これは、方形波入力の印加時にバッテリセル４０４で発生する可能性がある高周波高調波を低減することができる。

パルス制御信号４１６を通じた第１のトランジスタ４１２の起動を通して、回路コントローラ２１０は、電流が第１のインダクタ４１０を通って流れる時に選択高調波でパルス９１４の前縁９１２を発生させることができる。パルス９１４内のいずれかの後の時間では、パルスの振幅は、パルス９１４の上部で定電圧９０８に対応する電力レール４４２の上限電圧又は浮遊電圧に達することが可能である。パルス９１４の持続時間は、電力が第１のインダクタ４１０及び第１のトランジスタ４１２を通してバッテリセル４０４に提供されるように回路コントローラ２１０によって第１のトランジスタ４１２の通電状態を維持することによって制御することができる。このようにして、パルス制御信号４１６は、充電信号のパルス９１４の持続時間又は幅を制御することができる。

一部の事例では、回路４００は、パルス９１４の急峻な後縁９１０を含めるように制御することができる。回路コントローラ２１０は、第１のトランジスタ４１２を停止してバッテリセル４０４を電力レール４４２から接断することによってパルスの急峻な後縁９１０を発生させることができる。特に、回路コントローラ２１０は、パルス制御信号４１６を停止して第１のトランジスタ４１２に通電を中止させることができる。上述のように、第１のインダクタ４１０を通って流れる電流は、第１のトランジスタ４１２が通電を止めた時に、フライバックダイオード４１４を通して電力レール４４２に戻すことができる。このようにして第１のトランジスタ４１２の制御は、パルス９１４の急峻な後縁９１０を引き起こすことができる。更に、一般的に、急峻な後縁９１０は高高調波成分に対応する可能性があるが、急峻な後縁９１０に続いてバッテリ４０４の両端の電流及び電圧の振幅がゼロ（電圧の場合はゼロ過電圧）に近づく又はそれに等しいので、そのような高調波は、バッテリセル４０４で有害なインピーダンスを増大させない場合がある。より高い高調波と有害なインピーダンスの間のこの分離は、図１２Ｂを参照して下記でより詳細に説明するように充電電流がゼロに達するのに必要とされる時間を短縮するように電圧振幅をバッテリの浮遊電圧（例えば、充電電流を受け取らない時のバッテリ電圧）を下回って一時的に低減した時にも変わらずに適用される。フィルタ回路４０６の制御により、このようにして、バッテリセル４０４の最低インピーダンス値に関連付けられた高調波での正弦波前縁９１２と、上限振幅９０８での持続時間と、急峻な後縁９１０とを含み、バッテリ電極で低いインピーダンスを維持しながらバッテリセル４０４に十分な充電量を提供する成形充電パルス４１８を生成することができる。

一般的に、回路４００は、充電信号のパルスを発生させていずれかの形状に成形するように制御することができる。例えば、図９Ｂは、一実施形態によるバッテリ充電回路４００から発生された一連の第２の成形充電パルス９２４、９３２の信号図９２２である。この例では、各パルス９２４、９３２の前縁９２８は、図９Ａに関して上記で議論した前縁９１２と同様とすることができる。特に、充電パルス９２４、９３２の前縁９１２は、上記で議論したフィルタ回路４０６のうちの１又は２以上の制御によって発生させることができる。しかし、この例では、成形された前縁９２８の後のパルスの持続時間にわたる平坦な電圧レベル９０８を有するパルスではなく、回路コントローラ２１０は、パルス９２４を更に成形するように充電回路４００の入力成形回路４２０、４２８のうちの１又は２以上を制御することができる。図示の例では、パルス９２４のうちで前縁９２８に続く部分９２６は、急峻な後縁９３０まで一様に低下する電圧（又は電流）を含むことができる。降下レベル（又は勾配）９２６を線形に示すが、そうである必要はなく、パルス９２４は、多くの特徴を含むように成形することができる。一実施では、制御回路２１０は、入力成形回路４２０の第２のトランジスタ４２２にＰＷＭ信号４２６を提供することができる。上述のように、ＰＷＭ信号４２６は、第２のトランジスタ４２２を通電状態（又は「オン」状態）と断電状態（又は「オフ」状態）との間で交替させる高周波スイッチング信号とすることができる。第２のトランジスタ４２２の急激な交替作動は、パルス９２４からの電流を第２のインダクタ４２４を通して流すことができる。パルス９２４からの電流のこの吸い上げは、電流が除去される時に下方勾配部分９２６を引き起こすことができる。一般的に、ＰＷＭ信号４２６の負荷サイクルは、パルス９２４から引かれる電流量を制御することができ、回路コントローラ２１０がパルス９２４の勾配９２６を発生させるように構成することができる。更に、上述のように、ＰＷＭ信号４２６のオフ部分は、充電パルスからの吸い上げエネルギ信号のうちの殆ど又はいずれも接続部４４６を通して接地に伝達されないように十分に迅速にトランジスタ４２２を閉成することができる。代わりに、吸い上げエネルギは、フライバックダイオード４３０を通して上側レール４４２に伝達し、充電回路４００による再使用に向けて蓄電コンデンサー４３２内に格納することができる。

充電パルス９２４の期間の終点では、回路４００は、図９Ａに関して上記で議論したように急峻な後縁９３０を定めるように更に制御することができる。特に、回路コントローラ２１０は、第１のトランジスタ４１２を停止してバッテリセル４０４を電力レール４４２から接断することによってパルスの急峻な後縁９１０を発生させることができる。特に、回路コントローラ２１０は、パルス制御信号４１６を停止して第１のトランジスタ４１２に通電を中止させることができる。更に他の例では、ＰＷＭ信号４２６によって入力成形回路４２０を起動して後縁９３０で電流を吸い上げてパルス９２４の後縁を更に成形することができる。認められるべきことに、図９Ｂに示す充電パルス９２４、９３２は、充電回路４００の制御によって発生させることができる成形された充電信号の例に過ぎない。特に、回路コントローラ２１０は、必要に応じて様々な形状の充電パルスを発生させるようにフィルタ回路４０６及び／又は入力成形回路４２０を制御することができる。このようにして、回路４００から図３Ａ、図７Ｂ、及び／又は図９Ａに示すような他の充電信号形状を発生させることができる。

上記でバッテリ電極での実数インピーダンス値に関して議論したが、充電信号を成形する時にバッテリ電極でのインピーダンスのリアクタンス又は虚数部分を考慮することができる。アドミタンス値及び／又はサセプタンス値のような他の態様を考慮することができる。特に、図１０Ａは、バッテリセルを再充電するための充電電流１００６を発生させるのに使用される正弦波電圧信号１００４を示す信号図である。一般的に、バッテリセルで測定される充電電流１００６は、印加電圧信号１００４と同じ形状を有することができる。しかし、バッテリのインピーダンスに起因してバッテリに印加される充電電流１００６は振幅は、小さめであり、電圧信号１００４に対する時間遅延を受ける場合がある。バッテリでの電圧信号１００４と電流１００６の間の定性的振幅差は、ＺＲ＝（ｄＶ／ｄＩ）又は（ΔＶ／ΔＩ）として実数インピーダンスＺ_R１００８の測定値を示すように意図している。上記で議論した方法及び回路のうちの１又は２以上は、バッテリを再充電するための充電信号のパルスを成形する時にこの実数成分を考慮する。バッテリでの電圧信号１００４と電流１００６の印加の間の時間遅延をＺ_I１０１０として例示しており、この時間遅延は、バッテリインピーダンスのリアクタンス又は虚数成分に起因する。インピーダンスの実数成分と同様に、インピーダンスのリアクタンス１０１０の部分は、充電セッション中のバッテリへの充電信号の印加時に非効率性も引き起こす場合がある。例えば、一般的に、充電波形の期間は、充電電圧又は充電電流のいずれかがバッテリの再充電を開始する時から測定され、電圧がゼロ過電圧まで戻って落ち着き（両端子での電圧がバッテリの浮遊電圧に一致し）、バッテリ内への充電電流が存在しない（ゼロアンペア）時に終了する。しかし、バッテリセルでのインピーダンスのリアクタンス部分を無視する充電システムは、電圧と得られるバッテリ内への充電電流波形とが同時に開始され、かつ停止すると仮定されている場合がある。しかし、インピーダンスのリアクタンス部分を考慮すると、バッテリセルでの電圧と電流波形との間で容量的又は誘導的に誘起された充電信号の電圧と電流の間の遅延に起因してパルス毎により長い充電期間を引き起こす時間遅延が示される。更に、これは、パルスの充電期間にわたって平均電流が減少し、バッテリセルで充電パルスの高い非効率性がもたらされる場合がある。更に、リアクタンスレベルに依存してリアクタンス成分は、エネルギをバッテリの中に格納される化学エネルギではなく熱形成に転換する場合がある。リアクタンスは、問題であり、導電経路（ケーブル、ワイヤ、及び回路基板トレースなど）、並びにセル自体内で熱を発生させる場合がある。高度のリアクタンスは、電極の区域にわたる不均一な電気化学活性に寄与し、バッテリセル内の電流コレクター、電気活物質、及び他の構成要素の両端での抵抗降下を悪化させる可能性もある。

バッテリセルに充電信号を印加することへのこの潜在的な非効率性に対処するために、システムは、バッテリセルでのインピーダンスの決定又は推定されたリアクタンス成分に対応するパルスを有する充電信号を発生させることができる。特に、バッテリセルを再充電するための充電信号のパルスのパルス形状及び全期間をインピーダンスの虚数成分に対応するように調整することができる。例えば、ここで、バッテリに印加される充電信号の周波数１０２６に対するバッテリでのインピーダンス１０２４の様々な成分のグラフ１０２２を示す図１０Ｂを参照されたい。特に、グラフ１０２２は、実数インピーダンス値１０２８のプロットと、虚数インピーダンス値１０３２のプロットと、計算上の絶対値インピーダンス値１０３０のプロットとを含む。本明細書で議論する方法により、最低実数インピーダンス値に対応する周波数ｆ_Zr１０３４を決定し、言及した周波数での高調波又はそれよりも高い及び／又は低いある程度の周波数範囲の高調波を含むパルスを有する充電信号を発生させるのに利用することができる。しかし、グラフ１０２２に示すように、最低実数インピーダンス値に対応する周波数ｆ_Zr１０３４をバッテリ電極での比較的高い虚数インピーダンス１０３２の値に関連付けることができる。従って、実数インピーダンスを考慮するだけでは、虚数インピーダンス及び充電効率に対するその効果が考慮されず、最適な充電スキームにつながらない場合がある。従って、本明細書に説明する回路及び方法の一部の実施は、パルス形状を定める時に起点とする周波数、そのようなパルスを印加する全体の充電信号の期間を虚数インピーダンスと実数インピーダンスの両方を様々な程度で考慮すること、例えば、バッテリセルでのインピーダンスの両方の成分の周波数を理解することによって最適化することができる。更に他の実施は、バッテリセルでの測定実数インピーダンス及び／又は測定虚数インピーダンスから計算されたアドミタンス値及び／又はサセプタンス値を使用することができる。

一例では、回路コントローラ２１０は、充電信号のパルスを発生させる時の周波数又は高調波を選択するために実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値の組合せを計算又は他に取得することができる。１つのそのような組合せは、実数及び虚数のインピーダンス値の絶対値計算を含むことができる。インピーダンス絶対値１０３０のプロットを図１０Ｂのグラフ１０２２に例示している。バッテリでのインピーダンスの両方の成分の他の組合せを回路コントローラ２１０が計算又は決定し、充電信号のパルスを成形するのに使用することができる。例えば、実数インピーダンス値及び虚数インピーダンス値のうちの一方又は両方を不均等に重み付けする（例えば、２０％の重みを実数インピーダンス値に適用し、８０％の重みを虚数インピーダンス値に適用する）又は均等に重み付けすることができ、充電パルスの前縁又は幅のような充電信号のパルスの様々な態様を決定するのに使用することができる。上記と同様に、回路コントローラ２１０は、最低インピーダンス絶対値及び対応する周波数（グラフ１０２２内に周波数ｆ_ZMod１０３６として示す）を決定することができる。グラフ１０２２に見ることができるように、周波数ｆ_ZMod１０３６の高調波を有する充電パルスを発生させることにより、他の周波数よりも高い、特にｆ_Zrと比較して高い実数インピーダンスがバッテリに導入される可能性があるが、虚数インピーダンス成分を最底限に抑制するか又は軽減させることができる。従って、バッテリセルでのインピーダンスの両方の成分（実数インピーダンス１０２８及び虚数インピーダンス１０３２）を考慮することにより、より効率的な充電信号を発生させることができる。バッテリセルでのインピーダンスの両方の成分の考慮は、複数のセルを有し、これらのセルの間の接続によってインピーダンスが加算されるシステムでは特に有利になる場合がある。

一部の事例では、回路コントローラ２１０は、最低実数インピーダンス値に対応する周波数ｆ_Zr１０３４又は最低絶対値インピーダンス計算に対応する周波数ｆ_ZMod１０３６のいずれとも異なる周波数を充電信号に対して選択することができる。言い換えれば、回路コントローラ２１０は、充電信号に対する高調波を決定するのに充電信号に対して選択される周波数を周波数ｆ_Zr１０３４と周波数ｆ_ZMod１０３６の間に置くことができるように実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値との均衡を取ることができる。

１つの特定の実施では、充電信号のパルスの別々の部分は、１よりも多いインピーダンス測定値に基づいて回路コントローラ２１０によって成形することができる。例えば、図１１は、一実施形態によるバッテリ再充電回路から発生し、２又は３以上の周波数に関連付けられたバッテリセル充電信号１１０２の成形されたパルス１１０８の信号図である。図９Ａを参照して上記で議論した電力信号パルスと同様に、パルス１１０８は、最低実数インピーダンス値に関連付けられた高調波として構成された前縁部分１１１０を含むことができる。パルス１１０８の前縁１１１０の部分の形状は、高調波ｆ_Zr１０３４に対応することが可能である。しかし、パルス１１０８の第２の部分１１１２は、周波数ｆ_Zr１０３４とは異なる別の周波数に基づく高調波を含むことができる。例えば、前縁部分１１１０と第２の部分１１２とは、一緒に最低絶対値インピーダンス計算１０３０に対応する１次高調波ｆ_ZMod１０３６を含むことができる。最低絶対値インピーダンス計算に対応する高調波ｆ_ZMod１０３６を印加することにより、電力再充電信号の印加からのバッテリ電極での虚数インピーダンスを低減するようなパルス１１０８の第２の部分１１１２の持続時間を決定することができる。バッテリでの実数インピーダンス成分だけではなく虚数インピーダンス成分に基づいて高調波を決定して印加することにより、バッテリセルを充電するのにより効率的な電力再充電信号を使用することができる。

充電信号のパルスの更に他の態様を回路４００によって制御することができる。特に、バッテリセルを充電することへの効率上の利点を充電信号のパルスの後縁の制御によって達成することができる。図１２Ａ及び図１２Ｂは、一実施形態による時間１２０６に対するバッテリセルにわたる印加／測定電圧１２０８及びバッテリセルでの測定充電電流１２１０のプロットである。上記で議論したように、充電信号は、バッテリセルへの充電信号１２０２を除去するために急峻な後縁を含むことができる。しかし、図１２Ａのプロットに見ることができるように、バッテリに印加される電圧がゼロに設定された時に、電流Ｉは即座にゼロまで降下せず、ゼロに達する前にある程度の遅延を有する。しかし、パルス間の時間は、電流がゼロに達する（セルが消極される）まで次のパルスが開始しないように設定することができる。従って、一例では、回路４００は、バッテリセルの潜在的な損傷又は完全な消極が発生する前に他に非効率性な充電がセルを分極し始めることを防止するためにバッテリセル４０４での電流が充電信号の次のパルスが始まることができる前にゼロに達するまで待機するように制御することができる。充電はパルス中にしか発生することができないので、パルス間の時間を短縮又は最短に抑制することにより、他の条件が同じであることを前提として全充電時間が短縮されると考えられる。回路４００の電圧制御の変形では、充電信号の電流１２１０の成分は、電圧成分１２０８に遅れを取る場合がある。より具体的には、図１２Ａに示すように、バッテリでの電流１２１０は、バッテリへの電圧１２０８が除去された後にゼロに戻るのにある程度の時間を消費する場合がある。バッテリでの電流がゼロに戻る際のこの遅延は、充電パルスに追加の非効率性を追加する場合がある。従って、一部の実施では、図１２Ｂのプロット１２２２に示すように、充電信号の電圧１２０８を図１２Ｂのプロット１２２２内に線１２０６として表すゼロ電流に対応する過渡電圧よりも低い電圧を駆動するように制御することができる。一般的に、過渡電圧１２０６は、バッテリの中に流れ込む電流が逆転され、バッテリセルの浮遊電圧と同様とすることができる充電信号電圧である。特に、パルスの後縁１２１２に続く期間（期間Ｔ_T１２１６として示す）にわたって過渡電圧１２０６よりも低い電圧１２０８を駆動することにより、電流１２１０をブリップのないパルスと比較して速い速度でゼロアンペアまで駆動することができる。電圧制御の充電回路４００の電圧１２０８がゼロ電流に対応する過渡電圧よりも低いように制御される持続時間Ｔ_T１２１６は、バッテリセル４０４での電流１２１０がゼロアンペアに戻るための時間を最短に抑制するように回路コントローラ２１０が決定するか又は設定することができる。一例では、バッテリセルの電極を劣化から保護するためにバッテリセルに関する推奨セル電圧最低値よりも低くないように電圧ディップを制御することができる。電圧ディップの大きさは、過渡電圧に対する充電パルス振幅のいずれかの百分率であるように制御することができる。更に、過渡電圧への電圧の戻りは、バッテリセル内の充電量が変わらずに均衡状態にある限り電流をゼロアンペアに保つ速度で制御することができる。電流１２１０が特定の休止期間にわたってゼロアンペアまで戻ると、バッテリセル４０４に別の充電パルス１２０２を印加することができる。従って、バッテリセル４０４での電流１２１０がゼロに戻るのに必要とされる時間の短縮は、バッテリセルを充電するために充電パルスを印加することができる速度を増大させることができる。

上記で電力制御回路として一般的に議論したが、充電回路４００は、電圧制御式、電流制御式とすることができ、又はこれらの各々を様々な状況で利用することができることを認めなければならない。両方の手法は、バッテリセル４０４の両端の電圧降下を測定することと、バッテリセル４０４に直列に接続された電流感知抵抗器によって電流を測定することとによって同じく制御される。これらの制御されるスキームの間の主な違いは、電流感知ハードウエア（電流感知抵抗器など）が電源回路（電源回路４０２の電力増幅器など）に対して外部又は内部のいずれであるか、及びバッテリセル４０４又は電流感知抵抗器の両端の電圧降下が最初に処理されるか否かに基づいている。電圧制御式電源では、バッテリセル４０４での電流をオームの法則などを利用して計算することができるように、主電圧測定をバッテリセル４０４の両端で行うことができ、一方で外部の電流感知抵抗器の両端の対応する電圧降下を補助的に測定することができる。これは、バッテリセル４０４の両端の電圧を最初に測定し、それにバッテリセルでの電流の計算を続けることで電流を計算しながら充電信号の電圧を正確に制御することを可能にする。

電圧制御式充電回路は、一部の実施では図１２Ｂに示す成分を有する充電信号を提供するように制御することができる。特に、充電信号１２０２の電圧は、上述した正弦波前縁１２１４にパルスの残りの本体にわたって平坦な電圧を続けて提供するように制御することができる。電圧制御式充電信号は、上述のように充電パルスに利点をもたらすことができる。後縁１２１２は、バッテリセル４０４で電圧がゼロ電流に対応する過渡電圧よりも低いように駆動される部分１２１６を含む電圧制御回路４００から提供することができる。同じく図１２Ｂに示すように、バッテリセル４０４での電流１２１０は、制御された電圧１２０８に遅れを取る場合があり、電圧１２０８の制御に続く電流の計算が例示されている。電圧信号１２０８の制御により、電流１２１０は、追加の充電パルスがバッテリセル４０４に類似のスキームで提供される前にゼロアンペアに戻ることができる。電圧制御回路４００の追加の利点は、バッテリセル４０４の性質の崩壊を防止するためにバッテリセル４０４の熱力学的閾値を超えないこと、例えば、バッテリセル４０４の電解質が分解し始める電圧を下回ったまま留まることを保証するための正確な制御を提供する。

本明細書で議論する回路及び方法は、電流制御式電源を利用して実施することができる。回路４００の電流制御式電源では、電源回路内の事前較正された感知抵抗器は、この抵抗器にわたって流れる電流がバッテリセル４０４を通って流れる電流に依存することが可能であるように１次測定値を提供することができる。従って、充電電流を正確に知ることにより、バッテリセル４０４への充電電流をバッテリセルにわたる電圧降下を知ることなく正確に制御することを可能にする。この実施では、バッテリセル４０４内への電流（電流感知抵抗器で測定された）が元来既知である場合があり（感知抵抗器の両端の事前較正された電圧降下により）、それに対してこの印加電流の得られるバッテリセル４０４の両端の電圧が測定される。図１３は、一実施形態によるバッテリセルに印加される充電信号１３０４に応じた電流感知抵抗器にわたる測定電流１３０２及びバッテリセルでの電圧１３１０の時間１３０６に対するプロットである。プロット１３０２に示すように、バッテリセル４０４での最低インピーダンス値に大方対応する正弦波前縁１３１４、それに続く定常電流を有する上述したものと類似のパルスを生成するようにバッテリセル４０４への電流を制御することができる。後縁１３１２は、電流がバッテリセル４０４での安定した過渡電圧に対応するゼロアンペアよりも低いように駆動される部分１３１６を含む電流制御式回路４００から提供することができる。同じく図１３に示すように、バッテリセル４０４での電圧応答１３１０は、制御された電流１３０８に遅れを取る場合があり、１次制御因子ではなくフィードバック応答として電圧の挙動を例示している。

簡単な構成要素を使用することができる又は過程が充電下にあるデバイス上の既存電力ハードウエアによる制約を受ける用途では、電流制御は、デフォルト機構とすることができる。これに代えて、コントローラ応答時間とバッテリの過渡応答の両方が高速である実施では、電圧制御の方法と電流制御の方法とが類似の挙動を示す場合がある。しかし、周波数が増加する時及び／又はバッテリがより高いリアクタンスレベルを示す時に、挙動は、２つの方法の間で分かれる場合があり、実際的な制御要件を考慮することができる。

上記で議論した実施は、充電信号のパルスの少なくとも一部分の周波数成分を決定するためにバッテリセル２０４の実数及び／又は虚数のインピーダンスを測定するか又は他に取得する段階を備える。バッテリセル２０４のインピーダンス値は、様々な手法又は方法で取得することができる。一実施では、バッテリセル２０４でのインピーダンスは、充電パルスがバッテリセルに印加される時に実時間で測定又は推定することができる。例えば、バッテリセル２０４での充電信号の電圧波形及び電流波形の振幅成分及び時間成分の態様を測定及び／又は推定することができる。電圧波形及び電流波形の測定された振幅成分及び時間成分の間の差を用いてバッテリセル２０４での実数、虚数、又は大体のインピーダンスを決定又は推定することができる。例えば、実数及び虚数のインピーダンス値は、充電パルスの前縁が単一既知の高調波を含み、電圧波形の振幅と電流波形の振幅との差を縁の不変の最低値及び最高値で取得することができることによって前縁から決定することができる。同様に、インピーダンスの態様を充電パルスの後縁での電圧波形及び電流波形の振幅測定値から近似することができる。更に他の実施では、充電信号の電圧波形及び電流波形の様々な測定値は、これらの測定値に適用される重み付き値に基づいて調節することができる。一般的に、バッテリセル２０４でのインピーダンスを決定又は推定するために、充電信号の電圧波形及び電流波形の一部の態様を決定又は測定することができる。別の実施では、電圧波形又は電流波形の数百又は何千の測定値を取得し、デジタル処理システムによって解析することができる。一般的に、充電信号のパルスの形状を決定するのに、最低インピーダンス値が発生する充電信号の高調波成分又はバッテリセル２０４に対するこれらの波形の効果の他の態様をより的確に決定するために、これらの波形のより高い忠実性及び／又はより多数の波形測定値は、バッテリセル２０４に印加される波形のインピーダンスのより正確な解析を提供することができる。

図１４は、上記に開示したネットワークの実施形態を実施するのに使用することができるコンピュータデバイス又はコンピュータシステムの例１４００を示すブロック図である。特に、図１４のコンピュータデバイスは、上述した作動のうちの１又は２以上を実施する回路コントローラ２１０の一実施形態である。コンピュータシステム（システム）は、１又は２以上のプロセッサ１４０２～１４０６を含む。プロセッサ１４０２～１４０６は、１又は２以上の内部レベルのキャッシュ（図示せず）と、プロセッサバス１４１２との相互作用を誘導するためのバスコントローラ又はバスインタフェースユニットとを含むことができる。ホストバス又はフロントサイドバスとしても公知のプロセッサバス１４１２は、プロセッサ１４０２～１４０６をシステムインタフェース１４１４と結合するのに使用することができる。システムインタフェース１４１４は、システム１４００の他の構成要素をプロセッサバス１４１２とインタフェースで接続するためにプロセッサバス１４１２に接続することができる。例えば、システムインタフェース１４１４は、主メモリ１４１６をプロセッサバス１４１２とインタフェースで接続するためのメモリコントローラ１４１８を含むことができる。主メモリ１４１６は、一般的に、１又は２以上のメモリカードと制御回路（図示せず）とを含む。システムインタフェース１４１４は、１又は２以上のＩ／Ｏブリッジ又はＩ／Ｏデバイスをプロセッサバス１４１２とインタフェースで接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１４２０を更に含むことができる。１又は２以上のＩ／Ｏコントローラ及び／又はＩ／Ｏデバイスは、図示のようにＩ／Ｏコントローラ１４２８及びＩ／Ｏデバイス１４３０のようなＩ／Ｏバス１４２６に接続することができる。

Ｉ／Ｏデバイス１４３０は、情報及び／又は指令選択をプロセッサ１４０２～１４０６に通信するための英数字及び他のキーを含む英数字入力デバイスのような入力デバイス（図示せず）を更に含むことができる。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報及び指令選択をプロセッサ１４０２～１４０６に通信するための及び表示デバイス上でカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、又はカーソル方向キーのようなカーソル制御器を含む。

システム１４００は、情報とプロセッサ１４０２～１４０６によって実行される命令とを格納するためにプロセッサバス１４１２に結合された主メモリ１４１６と呼ぶ動的ストレージデバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は他のコンピュータ可読デバイスを含むことができる。主メモリ１４１６は、プロセッサ１４０２～１４０６による命令の実行中に一時変数又は他の中間情報を格納するのに使用することができる。システム１４００は、静的情報とプロセッサ１４０２～１４０６に対する命令とを格納するためにプロセッサバス１４１２に結合された読取専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又は他の静的ストレージデバイスを含むことができる。図１４に示すシステムは、本発明の開示の態様を使用するか又はそれらに従って構成することができるコンピュータシステムの１つの可能な例に過ぎない。

一実施形態により、上述の技術は、プロセッサ１４０４が主メモリ１４１６に含まれた１又は２以上の命令の１又は２以上のシーケンスを実行するのに応答してコンピュータシステム１４００によって実施することができる。これらの命令は、ストレージデバイスのような別の機械可読媒体から主メモリ１４１６の中に読み取ることができる。主メモリ１４１６に含まれた命令シーケンスの実行は、本明細書に説明する過程をプロセッサ１４０２～１４０６に実施させることができる。代替実施形態では、ソフトウエア命令の代わりに又はそれとの組合せで回路を使用することができる。従って、本発明の開示の実施形態は、ハードウエア構成要素とソフトウエア構成要素の両方を含むことができる。

機械可読媒体は、情報を機械（例えば、コンピュータ）が可読な形態（例えば、ソフトウエア、処理アプリケーション）で格納又は送信するためのいずれかの機構を含む。そのような媒体は、不揮発性媒体及び揮発性媒体の形態を取ることができるがこれらに限定されない。不揮発性媒体は、光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、主メモリ１４１６のような動的メモリを含む。機械可読媒体の一般的な形態は、磁気ストレージ媒体（例えば、フロッピーディスケット）、光ストレージ媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ストレージ媒体、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラマブルメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は電子命令を格納するのに適する他のタイプの媒体を含むことができるがこれらに限定されない。

本発明の開示の実施形態は、本明細書に説明した様々な段階を備える。これらの段階は、ハードウエア構成要素によって実施することができ、又は機械実行可能命令に実施することができ、これら命令は、それによってプログラムされた汎用又は専用プロセッサにこれらの段階を実施させるのに使用することができる。これに代えて、これらの段階は、ハードウエア、ソフトウエア、及び／又はファームウエアの組合せによって実施することができる。

説明の明瞭化の目的で、一部の事例では、様々な実施形態をデバイス、デバイス構成要素、又はソフトウエア、又はハードウエアとソフトウエアの組合せに実施される方法での段階又はルーチンを含む機能ブロックを含む個々の機能ブロックを含むものとして提供することができる。

「のうちの少なくとも１つ」を列挙する特許請求の文言は、集合要素のうちの少なくとも１つを意味し、集合要素のうちの１又は複数の構成要素が特許請求を満足することを示している。例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」を列挙する請求の文言は、Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢを意味する。

一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージデバイス、媒体、及びメモリは、ビットストリームなどを含むケーブル又は無線信号を含むことができる。しかし、言及する時に非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体は、本質的にエネルギ、搬送波信号、電磁波、及び信号のような媒体を明示的に除外する。

上述した例による方法は、格納された又は他にコンピュータ可読媒体から利用可能なコンピュータ実行可能命令を用いて実施することができる。そのような命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は専用処理デバイスにある一定の機能又は機能群を実施させるか又はこれらを実施するようにこれらの汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は専用処理デバイスを他に構成する命令及びデータを含むことができる。使用されるコンピュータリソースの一部分は、ネットワーク上でアクセス可能にすることができる。コンピュータ実行可能命令は、例えば、バイナリ、中間フォーマットの命令、例えば、アセンブリ言語、ファームウエア、又はソースコードとすることができる。命令、使用される情報、及び／又は説明した例による方法内で生成される情報を格納するのに使用することができるコンピュータ可読媒体の例は、磁気ディスク又は光ディスク、フラッシュメモリ、不揮発性メモリが設けられたＵＳＢデバイス、ネットワーク接続ストレージデバイス、などを含む。

上述の開示内容に従って方法を実施するデバイスは、ハードウエア、ファームウエア、及び／又はソフトウエアを含むことができ、様々な形状因子のうちのいずれかを取ることができる。そのような形状因子の典型的な例は、ラップトップ、スマート電話、小形状因子のパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ラックマウントデバイス、独立タイプデバイス等々を含む。本明細書に説明する機能は、周囲機器又はアドインカード内に実施することができる。そのような機能は、更に別の例として回路基板上で様々なチップの間に又は単一デバイス内で実行される様々な過程の間に実施することができる。

命令、そのような命令を伝達するための媒体、これらの命令を実行するためのコンピュータリソース、及びそのようなコンピュータリソースを支持するための他の構造は、上述の開示で説明した機能を提供するための手段である。

本発明の開示の様々な実施形態を上記で詳細に議論した。特定の実施を議論したが、この議論は、単なる例示目的で行ったものであることを認めなければならない。当業者は、他の構成要素及び構成を本発明の開示の精神及び範囲から逸脱することなく使用することができることは認識されるであろう。同様に、様々な実施形態の様々な態様の様々な組合せが異なる複数の実施形態を定める。従って、以上の説明及び図面は例示的ものであり、限定的なものとして解釈すべきではない。本発明の開示の完全な理解をもたらすために多くの具体的な詳細を説明した。しかし、ある一定の事例では、説明を不明瞭にすることを回避するために公知又は従来の詳細を説明しなかった。本発明の開示での一実施形態又は実施形態への参照は、同じ実施形態又はいずれかの実施形態への参照である場合があり、そのような参照は、実施形態のうちの少なくとも１つを意味する。

「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、当該実施形態に関して説明した特定の特徴、構造、又は特性が本発明の開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所での「一実施形態では」という語句の出現は、全てが必ずしも同じ実施形態を参照しているとは限らず、互いに他の実施形態を除外する別個又は代替実施形態であることもない。更に、一部の実施形態によって示されるが他の実施形態では示されない場合もある様々な特徴を説明した。

本明細書に使用する用語は、一般的に、本発明の開示の関連の範囲及び各用語を使用する特定の状況で当業技術での通常の意味を有する。本明細書で議論する用語のうちのいずれか１又は２以上に対して代わりの文言及び同義語を使用することができ、本明細書で用語を詳述又は議論しているか否かに特別な意義を置くべきではない。一部の場合に、ある一定の用語に対する同義語を提供している。１又は２以上の同義語の列挙は、他の同義語の使用を除外するものではない。本明細書で議論するいずれかの用語の例を含む本明細書のいずれかの箇所での例の使用は例示的ものに過ぎず、本発明の開示又はいずれかの例示的用語の範囲及び意味を更に限定するように意図したものではない。同様に、本発明の開示は、本明細書で提供する様々な実施形態に限定されない。

本発明の開示の実施形態により本発明の開示の範囲を限定するという意図はなく、機器、装置、方法、及びこれらの関連の結果の例を提示している。これらの例では、閲読者の便宜を図るために表題又は副題を使用することができるが、当然ながら決して本発明の開示の範囲を限定しないことに注意しなければならない。他に定めない限り、本明細書に使用する技術科学用語は、本発明の開示が属する当業技術の当業者が共通して理解する意味を有する。相容れない場合に、定義を含む本明細書が優先されることになる。

本明細書で本発明の開示の追加の特徴及び利点を示しており、その一部は、本明細書から明らかであるか又は本明細書で議論する原理の実施によって習得することができる。本発明の開示の特徴及び利点は、特に特許請求の範囲で指摘する機器及びその組合せを用いてもたらされ、かつ取得することができる。本発明の開示のこれら及び他の特徴は、以上の説明及び特許請求の範囲からより完全に明らかになるか又は本明細書に説明する原理の実施によって習得することができる。

議論した例示的実施形態に本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び追加を行うことができる。例えば、上述した実施形態は、特定の特徴を参照するが、本発明の範囲は、説明した特徴の全てを含まない特徴及び実施形態の様々な組合せを有する実施形態も含む。従って、本発明の範囲は、全てのそのような代替、修正、及び変形をそれらの全ての均等物と共に包含するように意図している。

２００ バッテリセルを再充電するための回路
２０２ 電源
２０４ バッテリセル
２０６ 充電信号成形回路
２０８ インピーダンス測定回路

Claims (29)

1. 電気化学デバイスを充電する方法であって、
   少なくとも１つの高調波と電気化学デバイスのインピーダンスとの間の関係を説明する高調波プロファイルにアクセスする段階と、
   前記電気化学デバイスの電極でのエネルギ流束を制御する段階であって、該エネルギ流束が、該電気化学デバイスの最低インピーダンス値に関連付けられた高調波でのものである前記制御する段階と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記高調波は、前記電気化学デバイスの最低実数インピーダンス値に関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記高調波は、前記電気化学デバイスの最低虚数インピーダンス値に関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記高調波は、前記電気化学デバイスの実数インピーダンス値と虚数インピーダンス値との組合せに関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記高調波は、前記電気化学デバイスの前記実数インピーダンス値と前記虚数インピーダンス値との絶対値組合せに関連付けられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記高調波は、第１の重み付け値によって調節された前記実数インピーダンス値と第２の重み付け値によって調節された前記虚数インピーダンス値との組合せに関連付けられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記最低インピーダンス値の変化を取得する段階と、
   前記最低インピーダンス値の前記変化に関連付けられた新しい高調波での前記電気化学デバイスの前記電極での前記エネルギ流束を制御する段階と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記最低インピーダンス値の前記変化を取得する段階は、
   前記電気化学デバイスの寄生損失に関連付けられた周波数を検出する段階と、
   前記最低インピーダンス値の前記変化を取得する時に前記寄生損失の前記検出周波数に関連付けられた高調波値を除外する段階と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記電気化学デバイスは、半セルバッテリ、セルバッテリ、並列に接続された複数のバッテリ、又は直列に接続された複数のバッテリのうちの１つを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記エネルギ流束は、充電電流、放電電流、充電電圧、放電電圧、充電電力、又は放電電力のうちの１つを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記電気化学デバイスのアドミタンスのコンダクタンス値又はサセプタンス値アドミタンスに関連付けられた高調波での前記エネルギ流束の一部分を制御する段階、
    を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記最低インピーダンス値に関連付けられた前記高調波は、該最低インピーダンス値に関連付けられた範囲の高調波の上限周波数を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記エネルギ流束は、前記電気化学デバイスの前記最低インピーダンス値に対応する前縁部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記エネルギ流束は、前記前縁部分に続く制御されたマグニチュード値を備える本体部分を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記エネルギ流束は、前記電気化学デバイスでのゼロ電流流れに対応する過渡電圧よりも低い電圧値を備える後縁部分を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記電気化学デバイスの前記電極への前記エネルギ流束の印加中に該電気化学デバイスの実数インピーダンス値及び虚数インピーダンス値を測定する段階、
    を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 電気化学デバイスを充電する方法であって、
    少なくとも１つの高調波と電気化学デバイスのエネルギ伝達との間の関係を説明する高調波プロファイルにアクセスする段階と、
    前記電気化学デバイスの電極でのエネルギ流束を制御する段階であって、該エネルギ流束が、該電極での前記エネルギ伝達の実数値及び虚数値に基づく最適エネルギ伝達に関連付けられた高調波でのものである前記制御する段階と、
    を備えることを特徴とする方法。
18. 前記エネルギ伝達の前記実数値は、実数インピーダンスであり、該エネルギ伝達の前記虚数値は、虚数インピーダンスであることを特徴とする請求項１７に記載の電気化学デバイスを充電する方法。
19. 前記エネルギ伝達の前記実数値は、コンダクタンス値であり、該エネルギ伝達の前記虚数値は、サセプタンス値であることを特徴とする請求項１７に記載の電気化学デバイスを充電する方法。
20. 充電信号成形回路と、
    充電信号の周波数成分とインピーダンスの間の関係を用いて、充電信号の周波数成分とインピーダンスの間の該関係に基づいて電気化学デバイスに対する充電信号の態様を定めるために前記充電信号成形回路を制御するコントローラと、
    を備えることを特徴とするバッテリ充電システム。
21. 前記充電信号の前記態様は、該充電信号の前縁であることを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ充電システム。
22. 電力信号を提供する電源であって、前記充電信号成形回路を制御することが、該電力信号からエネルギを吸い上げて前記充電信号に提供することを備える前記電源、
    を更に備えることを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ充電システム。
23. 前記充電信号成形回路は、
    電力レールと電気通信している１又は２以上の第１の成形インダクタと、
    前記１又は２以上の第１の成形インダクタと前記電気化学デバイスの電極との間で電気通信している第１のスイッチングデバイスと、
    を備える、
    ことを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ充電システム。
24. 前記充電信号成形回路は、
    前記電気化学デバイスの前記電極と電気通信している１又は２以上の第２の成形インダクタと、
    前記１又は２以上の第２の成形インダクタと前記電力レールの間で電気通信している第２のスイッチングデバイスと、
    を備える、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のバッテリ充電システム。
25. 前記コントローラは、第１の制御信号を前記第１のスイッチングデバイスに及び第２の制御信号を該第１のスイッチングデバイスに伝達し、前記電気化学デバイスの最低インピーダンス値に関連付けられた高調波に基づいて該電気化学デバイスに対する前記充電信号を成形することを特徴とする請求項２３に記載のバッテリ充電システム。
26. 前記電力レールと電気通信している電源であって、電圧制御式電源又は電流制御式電源のうちの一方である前記電源、
    を更に備えることを特徴とする請求項２３に記載のバッテリ充電システム。
27. 前記コントローラと通信しているインピーダンス測定回路であって、該コントローラが、前記電気化学デバイスのインピーダンス測定値を取得するためにインピーダンス制御信号を送信する前記インピーダンス測定回路、
    を更に備えることを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ充電システム。
28. １又は２以上のインダクタと該１又は２以上のインダクタに直列に接続されたスイッチングデバイスとを備える充電信号成形回路であって、該１又は２以上のインダクタが、電力レールと電気通信しており、該スイッチングデバイスが、バッテリセルと電気通信している前記充電信号成形回路と、
    電気化学デバイスに対する前記電力レールからの充電信号を該電気化学デバイスの最低インピーダンスに関連付けられた高調波に基づいて成形するために制御信号を前記スイッチングデバイスに提供するコントローラと、
    を備えることを特徴とするバッテリセル充電システム。
29. 前記バッテリセルと電気通信している１又は２以上の第２のインダクタと、
    前記１又は２以上の第２のインダクタと電気通信している第２のスイッチングデバイスであって、前記コントローラが、前記充電信号を更に成形するために該第２のスイッチングデバイスを起動するためのパルス幅修正信号を提供する前記第２のスイッチングデバイスと、
    を更に備えることを特徴とする請求項２８に記載のバッテリセル充電システム。

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