JP2024510269A - 電池を起点及び終点とした電池加熱用供給電流及び放電信号を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

電源と動作可能に接続された第１スイッチを備える、電池を加熱するためのシステム。フィルタの一部とすることのできる誘導性素子は、第１スイッチ及び第２スイッチと動作可能に通信する。本システムは、スイッチを制御して制御可能に電池を起点及び終点とした電流を供給する命令を実行するためにスイッチと通信するプロセッサを含み、電池を起点及び終点とした供給電流は、発熱用に最適化された高調波に同調させた任意の形状とすることができる。【選択図】 図１

Description

（関連出願の相互参照）
この特許協力条約（ＰＣＴ）出願は、２０２１年３月１８日出願の米国特許仮出願第６３／１６３０１１号「高調波成分を用いた電池放電による負荷給電（ＰＯＷＥＲＩＮＧ Ａ ＬＯＡＤ ＦＲＯＭ Ａ ＢＡＴＴＥＲＹ ＤＩＳＣＨＡＲＧＩＮＧ ＷＩＴＨ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ）」、並びに２０２２年２月２３日出願された米国特許仮出願第６３／３１３１４７号「電池を起点及び終点とした電池加熱用供給電流を制御するためのシステム及び方法（ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＢＡＴＴＥＲＹ ＨＥＡＴＩＮＧ ＳＯＵＲＣＩＮＧ ＣＵＲＲＥＮＴ ＴＯ ＡＮＤ ＦＲＯＭ ＴＨＥ ＢＡＴＴＥＲＹ）」に関し、それらに対する優先権を主張するものであり、これらは全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の実施形態は、一般に、電池を加熱及び充電又は放電するためのシステム及び方法に関し、より詳細には、電池を損傷させることなく電池を最適に加熱するための電池を起点及び終点とした電流の制御された調整のための、及びとりわけ負荷に電力を供給するために電池からの非従来型の放電信号を調整するためのシステム及び方法に関する。

電動工具、モバイルコンピューティング及び通信デバイス、ポータブル電子デバイス、スクータ及び自転車を含むあらゆる種類の電動車両など、多種多様な様々なタイプの電動デバイスは、動作電源として充電式電池を使用する。充電式電池は、限りある電池容量で制限され、空になると再充電する必要がある。電池の再充電に必要な時間の間、給電されるデバイスは多くの場合、静止している必要があるため、電池の再充電は不便な場合がある。電池のサイズによっては、充電に数時間かかる場合がある。さらに、電池の充電には電池性能の劣化が伴うことが多い。そのため、特に、電池の再充電に必要な時間を短縮するために、電池の性能を向上させるために、及び充電による電池の劣化を低減するために、電池充電技術の開発に多大な努力が払われてきた。

リチウムベースの電池を含む様々な種類の電池は、多くの場合、セルを損傷させることなく低温で充電することはできない。場合により、特に液体電解質電池では、電解液が凍結する可能性がある。電解液が凍結している場合、さもなければ電池温度が特定の閾値を下回る場合に充電しようとすると、電極プレーティング（ｐｌａｔｉｎｇ）によって電池が損傷する可能性がある。これは、電池が放電されているが、あまりに低温で従来の充電を行うことができない多くの使用例で、明らかに懸念事項となる可能性がある。

特に、これらの知見を念頭に置いて、本開示の様々な態様を考え出して発展させた。

本開示の一態様は、回路と通信するプロセッサを備えた電池加熱用システムに関し、プロセッサは、電池への吐き出し電流と電池からの吸い込み電流とを交互に行うように回路を制御することで電池を加熱する命令を実行するように構成され、電池への吐き出し電流と電池からの吸い込み電流との組み合わせにより、電池が加熱される。

本開示の別の態様は、電池と、電池の充電回路と動作可能に通信するプロセッサとを備えた電池給電システムに関し、プロセッサは、電池からの放電信号の少なくとも１つの高調波成分を制御するために充電回路と動作可能に接続される。このシステムは、電池と負荷システムとの間に位置決めされた信号調節素子をさらに含むことができ、信号調節素子は電池から放電信号を受信し、負荷システムにＤＣ信号を供給する。

本開示の別の態様は、電池が充電可能であるか否かを示す情報の取得に応答して、電池への吐き出し電流と電池からの吸い込み電流とを交互に行って電池を加熱するステップを含む、電池を充電する方法に関する。この方法は、電池が充電可能であるか否かを示す情報を提供する、電池の温度測定値を受信するステップをさらに含むことができる。考えられる一例では、既知の高調波を備えた信号の印加に基づいて電池からの応答を取得することにより、電池が充電可能であるか否かを示す情報が提供される。考えられる別の例では、この応答はインピーダンス応答であり、情報はインピーダンス応答に対する電池温度と相関する。

本開示の別の態様は、電池が充電を受け入れることができるか否かを示す情報の取得に応答して、高調波同調信号を電池に印加するステップを含む、電池を充電する方法に関し、その場合、高調波同調信号は、電池を加熱するためのコンダクタンス応答及びリアクタンス応答と関係する少なくとも１つの高調波から構成される。この方法は、電池が充電可能であるか否かを示す情報を提供する、電池の温度測定値を受信するステップをさらに含むことができる。別の例は、電池が充電可能であるか否かを示す情報を提供する既知の高調波を備えた信号の印加に基づいて、電池からの応答を取得するステップを含むことができる。一例では、この応答はインピーダンス応答であり、情報はインピーダンス応答に対する電池温度と相関する。少なくとも１つの高調波は、電池の動的プロセス及び拡散プロセスよりも高い周波数とすることができる。信号が複数の高調波から構成される場合、高調波の集合は、電池の動的プロセス及び拡散プロセスよりも高い周波数とすることができる。

本開示のこれら及び他の特徴については、以下でより詳細に説明する。

本明細書で述べる本開示の様々な対象、特徴、及び利点は、添付図面に示すような発明概念の実施形態に関する以下の説明から明らかになるはずである。図面は必ずしも縮尺通りではなく、又は全ての詳細を含んでいる訳でもなく、実施形態の様々な特徴を表し、本発明概念の原理及び他の態様を示すことに重点を置く場合があることに留意されたい。また、図面において、同様の参照記号は、種々の図面を通して同じ又は同様な部品を指す場合がある。本明細書に開示する実施形態及び図は、限定ではなく例示と見なすべきであることが意図されている。

一実施形態による電池加熱及び充電システムの回路図であり、電源からの充電経路及び負荷経路をさらに示す。 図１の電池加熱及び充電システムの回路図であり、電源を含む電力レールからの負荷経路と併せて電池からの放電経路をさらに示す。 図１及び図２の電池加熱及び充電システムの回路図であり、電源がエネルギ（例えば、電流）を供給していない場合の電力レール（例えば、その上のキャパシタ）からの充電経路及び負荷経路をさらに示す。 一実施形態による、対称形状の充電電流部分と放電電流部分とを備えた第１の例の加熱信号に関する信号図である。 一実施形態による、非対称形状の充電電流部分と放電電流部分とを備えた第２の例の加熱信号に関する信号図である。 一実施形態による、異なる形状の充電電流部分と放電電流部分とを備えた第３の例の加熱信号に関する信号図である。 充電が可能な電池温度になるまで電池を加熱するプロファイルの例である。 電池からの非従来型の非ＤＣ電流を、電力変換によって、さもなければ従来方式でＤＣ信号を必要とする負荷によって消費用信号に変換するための信号調節素子を含むシステム図である。 本開示の実施形態を実装する際に使用できるコンピューティングシステムの一例を示す図である。

本明細書には電池を加熱及び充電（再充電）するためのシステム、回路、及び方法が開示される。充電及び再充電いう用語は、本明細書では同義的に使用される。本開示の態様は、従来の充電と比べて、単独で又は組み合わせて、いくつかの利点を提供することができる。例えば、本明細書に記載する充電技術により、充電が行われるのに十分なレベルまで電池を加熱することが可能となる。一部の事例では、電池温度が監視され、閾値を下回ると、本システムは充電前に加熱シーケンスを開始し、電池が十分に温まると充電シーケンスに移行する。温度閾値は、様々な電池の化学的性質に適合させることができる。一例では、加熱、加熱と充電の組み合わせ、及び充電に関する温度閾値は、液体電解質の凍結温度に依存する又は関係する可能性があるが、様々な可能な温度パラメータ及び閾値が想定される。さらに、固体電池でのように一部の電池の化学的性質には液体電解質を有していないが、それでもなお温度の影響を受けるため、低すぎる温度での充電は電池を損傷させる可能性がある。本システムはまた、アノードの損傷速度を低減する充電技術を可能にする回路素子を含むことができ、充電開始時に熱を発生させるか、又は特定のレベルを超える熱発生を最小限に抑えることによって、電池が発生させる熱を制御することができ、電極及び他の電池損傷の低減、火災又は短絡のリスク低減など、結果として生じるいくつかの効果を有することができる。

加熱のために又は負荷に給電するために電池を放電する場合には、本開示の態様は、電池と負荷との間に位置決めされた又は負荷内に統合された、放電信号調節素子をさらに含む。従来、電池はＤＣ信号で負荷に放電される。しかしながら、本開示の態様は、加熱であろうと他の方法であろうと、非従来型の非ＤＣ放電信号を含む。放電信号調節素子は、負荷に適した又は電池からのエネルギを用いて負荷に給電する素子に適した非従来型の放電信号を調節する働きをする。

一例では、本明細書で説明する様々な実施形態は、制御可能に整形された充電信号又は放電信号を生成することによって電池を充電する。その形状は、様々な高調波に対する電池のインピーダンス効果に基づいて調整することができる。一部の事例では、加熱中に、充電又は放電における高調波の態様を含むことのできる形状は、電池を加熱して電池への損傷を最小限に抑えるために又は他の効果を達成するために調整することができる。一部の事例では、充電中に、高調波の態様も含むことのできる充電信号の形状又は成分は、充電用に最適化される。加熱中、本システムは、充電時と比べて相対的に高いインピーダンスと関係する高調波属性を選択することができ、相対的に低いインピーダンスと関係する高調波属性を含むように充電信号を制御することができる。

本システムはさらに、充電／放電信号整形回路の１又は２以上の構成要素のモデルを使用することができる。定電流又は定電圧など、従来の充電技術は充電信号整形を伴わないため、制御は比較的簡単であり、ここで説明する充放電信号整形技術は必要ない。このモデルを用いて、電池を起点又は終点とする信号を生成するための制御、及びおそらくは加熱中の組み合わせを確認する及び／又は調整することができる。一部の事例では、充電信号の形状及び／又は成分の様相は、電池への最適なエネルギ伝達と関係する高調波（又は複数の高調波）に対応することができるが、本システムの目的は、数ある目的の中でも特に、任意形状の充電信号を効率的に生成して、それを電池に印加できるようにすることである。別の事例では、特に、充電前に行われる可能性のある電池加熱に関連して、加熱をもたらして充電を最小限に抑えるか又は排除するように意図された信号の整形及び／又は規定を伴う。形状又は信号成分は、制御が規定する任意形状とすることができ、場合により、規定された高調波成分を含むが、それでもなお制御される。

１つの可能な実装では、モデルを利用して充電／放電信号を規定するための制御信号を決定するフィードフォワード技術により、信号調整の精度及び速度を含むいくつかの利点をもたらすことができる。さらに、この装置は、他の手法よりも少ない構成要素で動作可能であり、それによって、コストを削減し、プリント回路基板の使用面積が少なくできるなどの利点がある。さらに、このモデルを使用するか否かに関係なく、本手法は、電池が適切な温度に達した時の加熱信号から充電信号への信号調整と、それに続く電池充電時の信号調整とを含むことができる。

本システムの態様は、モデルを使用するか否かに関係なく、加熱フェーズ中、並びに充電フェーズへの移行中及び充電フェーズを通じて、温度及び他の電池パラメータのフィードバックをさらに含むことができる。フィードバックにより、単独で又はモデルと併せて、本システムは、特に、構成要素のドリフトを調整すること、回路構成要素に対する温度の影響又は他の影響を調整すること、電池の変化を調整すること、付加的なデータを本システム及び／又はモデルに定期的に与えてその出力を変更することができる。さらに、本システムは、電池温度を用いて加熱か充電かを選択し、一部の事例では、加熱フェーズと、加熱なしで充電が最適化されるフェーズとの間を移行することができ、この場合、加熱と充電の両方の移行フェーズを含むことができる。

本技術分野及び本明細書における「電池」という用語は、様々に使用される可能性があり、固体又は液体の電解質によって分離されたアノード及びカソードを有する個々のセル、並びに様々な配置で接続されたそのようなセルの集合を指す場合がある。電池又は電池セルは電気化学デバイスの一形態である。電池は一般に、反対電荷供給源の繰り返しユニットと、イオン伝導性バリアによって、多くの場合に電解質で飽和した液体又は高分子膜によって分離された電極層とを備える。これらの層は薄く作られているので、複数のユニットが電池の容積を占めることができ、積層されたユニットごとに電池の利用可能な電力が増加する。本明細書では、電池に適用可能なものとして多くの例を説明するが、記載するシステム及び方法は、個々のセルから、並列、直列、及び直並列に接続されたセルなど、セルの種々の可能な相互接続を含む電池に及ぶ、多くの異なるタイプの電池に適用できることを理解されたい。例えば、本明細書で説明するシステム及び方法は、規定されたパック電圧、出力電流、及び／又は容量を提供するように配置された多数のセルを備える電池パックに適用することができる。さらに、本明細書で説明する実装形態は、いくつか例を挙げると、これらに限定されないがリチウム金属電池及びリチウムイオン電池を含む様々な異なるタイプのリチウム電池、鉛蓄電池、様々なタイプのニッケル電池、並びに固体電池を含む、種々のタイプの電気化学デバイスに適合することができる。また、本明細書で説明する様々な実装形態は、ボタン型又は「コイン」型電池、円筒型セル、パウチ型セル、及び角柱型セルなど、種々の構造の電池構成にも適合することができる。

図１から３は、本開示の一実施形態による電池の加熱及び充電の回路接続形態を示す。図示の矢印は、本システムの種々の動作状態における電流経路を規定する。図１では、本システムは、電池に電流を供給し（充電し）、負荷に給電する構成で示されている。図２では、本システムは、電源がオンの（レールに接続された）状態で、電池から電流を引き出し（放電又は吸い込み）、レール上のキャパシタへの放電経路を通り、負荷に給電する構成で示されている。図３では、本システムは、電源がオフの（レールに接続されていない）状態で負荷に給電しながら、電池からレール上のキャパシタに電流を引き出す構成で示されている。図２及び３の両方には、下側の第２トランジスタへの「ブリップ」経路を示す矢印も存在し、このブリッピングは、放電電流経路を引き起こす。

図１並びに図２及び３は、電池１０４を加熱、充電及び／又は放電するための例示的な充電信号生成器構成１００を示す概略図である。この生成器は、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、マイクロプロセッサ、それらの組み合わせ、又は他の処理装置などのコントローラを含むことのできる処理ユニット又はより一般的には制御ユニット１０６を含み、これは、充電信号整形回路１１０から充電信号を作り出すための制御を生成する信号生成器１０８と通信することができる。コントローラは、充電信号整形回路への制御命令を作り出すために、生成器の一部であるモデルと通信することができる。コントローラと存在する場合にモデルとを含む制御ユニットは、統合ユニットとすることができる。また、本システムは、信号（加熱、充電及び／又は放電）の存在下で、電池１０４の電池端子における電流及び／又は電圧の測定値などの、電池測定ユニット１１６からの電池測定値を含むフィードバックを受信することができ、それらの電池測定値を用いて、インピーダンス測定値を取得する、及び／又は加熱又は充電の制御に影響を与えることができる。一般に、生成器はまた、電圧源又は電流源とすることのできる電源１１８を含むか、又はそれに動作可能に接続することができる。１つの実施形態では、電源１１８は直流（ＤＣ）の電流源又は電圧源であるが、交流（ＡＣ）電源も想定される。様々な代替形態では、電源１１８は、単一方向電流を提供するＤＣ電源、双方向電流を提供するＡＣ電源、又はリップル電流（電流を単一方向にするためのＤＣバイアスを伴うＡＣ信号など）を提供する電源を含むことができる。一般に、電源１１８は、充電エネルギ、例えば電流を供給し、これは電池１０４を加熱、充電及び／又は放電するための制御可能に整形された充電信号を作り出すために、制御ユニット１０６及び回路１１０が整形すること又は別の方法で規定することができる。１つの例では、コントローラ１０６は、信号生成器１０８に１又は２以上の入力を提供することができ、信号生成器１０８はスイッチを制御して回路１１０に対してパルスを生成し、この回路１１０は、電池に整形信号を作り出すフィルタと呼ぶこともできる。

一部の事例では、信号整形回路１１０は、電源１１８からのエネルギを変更して、電池１０４の状態に基づいて整形された信号を生成することができ、例えば、高調波又は高調波属性を備える信号が電池１０４に印加される場合に、そのインピーダンスに基づく高調波（複数可）に少なくとも部分的に対応する信号を生成することができる。図１の例及びその他の例では、回路１００は、セル電圧及び／又は充電電流と共に、温度などの他の電池属性を測定するために、電池１０４に接続された電池測定ユニット１１６を含み、これに基づいて電池１０４のインピーダンスを測定する、計算する又は別の方法で取得することができる。一例では、電池特性は、電池への又は電池からの信号に基づいて測定することができる。別の例では、電池セルの特性は、電池を特徴付ける種々の周波数属性と関係する一連の電池セル特性値を生成するために、様々な周波数属性を備えた信号を印加するルーチンの一部として測定することができ、これは、加熱、充電又は放電の前に、充電中に、充電中に定期的に実行され、ルックアップ技術及び他の技術と組み合わせて用いることができる。電池特性は、電池の充電状態及び／又は温度を含めて、電池の多くの物理的・化学的特性に基づいて変化する可能性がある。このように、電池測定回路１１６は、特に電池の加熱、再充電中、及び／又は負荷への給電中に電池１０４の様々な電池特性値を決定するためにコントローラ１０６によって制御することができ、電池測定回路１１６は、測定された電池特性値をコントローラ１０６又は生成器１００の他の部分に提供することができる。

充電中、コントローラ１０６は、電池１０４を効率的に充電するように意図された充電信号を生成することができる。例えば、電池１０４の決定されたインピーダンス、又は電池に対する信号のインピーダンス効果を理解することから特徴付けられた信号規定は、最適なインピーダンスと関係する高調波に対応する属性を備えた充電信号を生成又は選択するためにコントローラ１０６が使用することができ、この最適なインピーダンスは、エネルギ伝達のためのインピーダンス範囲であり、電池１０４の最小インピーダンス値と関係付けることができる。このように、コントローラ１０６は、測定された、特徴付けられた及び／又は推定された電池１０４の充電状態に基づいて、充電信号形状を出力する充電信号アルゴリズムを実行することができる。一般的に言えば、信号生成器はスイッチを制御してノード１３６で一連のパルスを生成し、これらのパルスは回路１１０によって充電信号形状に変換される。同様に、加熱中、電池に対する充電信号又は放電信号のインピーダンス効果とそれに基づいて制御される信号とを理解するために、電池は、温度に基づいて特徴付けることができる。ここで、ノード１３６も同様に制御することができるが、規定されたインピーダンス属性を備えた電流は、回路１１０を介して電池に吐き出されると共に、電池から吸い込まれるようになっている。また、加熱は、加熱を最適化し、プレーティングを最小限に抑える又は排除し、加熱シーケンス中の電池内のエネルギ蓄積を最小限に抑えるように特徴付けられた、電池の内外への電流の移行を含むことができることを認識されたい。信号生成器１０８は、加熱又は充電信号アルゴリズムに基づいて１又は２以上の制御信号を生成し、それらの制御信号を信号整形ユニット１１０に提供することができる。制御信号は、数ある機能の中でも特に、電池を起点及び終点とした信号を整形するか又は別の方法で規定して、コントローラ１０６が決定した、選択した又は別の方法で取得した整形充電信号に近づけることができる。充電信号整形回路１１０は、信号から不必要な周波数属性をさらにフィルタ処理することができる。一部の事例では、整形された充電信号は、それが加熱、充電又は放電であるかに関係なく、一定のＤＣ信号ではなく、反復方形波又は反復三角波などの従来の反復充電信号に従わないような、何らかの任意の形状の信号とすることができる。

図１－３の回路は、回路１１０の一部と見なすことのできるスイッチング素子１１２、１１４を含み、一実施形態によれば、ノード１３６で初期の一連の制御パルスを生成し、次にフィルタ１１０が整形信号に変換して、電池を起点又は終点として印加される信号を作り出す。また、スイッチング素子は、レール１２０上に充電電流が存在しない場合に、ノード１３６で同様に生成されたパルスによって電池からの放電信号を生成するために使用することもできる。

以上のように、回路１００は、電池１０４における充電と放電の連係させた組み合わせを通じて電池の加熱を意図的に引き起こす信号を形づくるために、１又は２以上の構成要素を含むことができる。回路１００は、第１スイッチング素子、例えばトランジスタ１１２と、第２スイッチング素子、例えばトランジスタ１１４とを含むことができ、第１スイッチング素子は電力レールに接続され、それによって充電中は電源１１８に接続され、放電中はレール上のキャパシタ１２２に接続される。キャパシタは、以下でより詳細に説明するように、放電信号調節を含む様々な機能を有することができる。第１トランジスタ１１２は、第１トランジスタ１１２をスイッチング用デバイス又は部品として動作させるために、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号１３０などの入力信号を受信することができる。一般に、第１トランジスタ１１２は、何らかのタイプのトランジスタ、例えばＦＥＴ、又はより詳細にはＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ ＦＥＴ、炭化ケイ素ベースのＦＥＴ、又は何らかのタイプの制御可能なスイッチング素子とすることができる。例えば、第１トランジスタ１１２は、ドレインノードが第１インダクタ１４０に接続され、ソースがレールに接続され、ゲートが信号生成生器１１０から制御信号１３０を受信するＦＥＴとすることができる。様々な実施形態において、回路１１０はインダクタ１４０も含むが、様々な他の可能な誘導性素子を有することもできる。回路１１０、詳細にはインダクタ１４２、１４０とキャパシタ１４８の組み合わせは、充電と放電の両方について双方向方式で動作する場合に、また以下でより詳細に説明するように、加熱の放電部分の間、又はより一般的に通常動作中に負荷へ電流を吸い込む間に、電池からの電流を制御する際にブースト接続形態と見なすことができる。

加熱時に、本システムは、電池への吐き出し電流（一般に充電と呼ぶが、加熱中、本システムは充電ではなく加熱のために吐き出し電流を最適化するということを認識する）と、電池からの吸い込み電流（放電、同様に加熱中、本システムは負荷への給電ではなく加熱のために電池からの電流を最適化するということを認識する）の両方に動作させることができる。本システムは、電池への吐き出し電流から電池からの吸い込み電流へ迅速に移行するために、加熱シーケンスを制御することができる。吐き出し電流（充電）の場合、回路コントローラ１０６は、制御信号１３０をもたらし、閉じた時に第１インダクタ１４０をレール１２０に接続し、電源からの（及び／又はキャパシタ１２２から吐き出された）電流が、第１インダクタ１４０、並びに存在する場合には第２インダクタ１４２を通って電池に流れるようにするスイッチとして、第１トランジスタ１１２の動作を制御することができる。第２トランジスタ１１４は、第２入力信号１３２を受信することができ、ノード１３６において第１トランジスタ１１２のドレインに接続させることもできる。充電状況で場合によっては、第２入力信号１３２は、第１トランジスタ１１２への第１制御信号１３０とは逆のＰＷＭ信号とすることができ、スイッチングは、一方がオンで他方がオフになるように連係させるようになっている。

１又は複数のインダクタ値、１又は複数のキャパシタ値、トランジスタを作動させる時間及び周波数、並びに他の因子を調整して、波形、特に電池加熱用の電池への制御された高調波の波形を生成することができる。図４－６に示す例示的な信号を参照すると、電流を吐き出す時のノード１３６における信号は、０ボルトとほぼレール電圧との間にある一連のパルスとすることができる。ノード１３６におけるパルスは、デューティサイクルが変化してもよく、変化する周波数で生成されてもよい。しかしながら、全体として、これらのパルスは、電池を起点又は終点とする意図された電流信号と同じ又はほぼ同じ信号を作り出すために生成される。従って、図４－６の何らかの信号に似た信号は、ノード１３６に存在するパルスの組み合わせに基づいてノード１３８に存在することになり、その後、フィルタ装置１１０によって１３８での信号に整形される。信号に応じて、１０ｓから１０００ｓ（又はそれ以上）のパルスを生成し、所望の充電信号を形成することができる。

放電シーケンスは、上側の第１トランジスタ１１２を最初にオフにし、下側の第２トランジスタ１１４をオンにするステップを含む。第２トランジスタは、電池からインダクタ１４２、１４０への電流の流れを開始するのに十分な時間だけブリップオンさせることができる。このトランジスタを制御して、第２インダクタを通るグランドへの電流の流れを排除する又は最小限に抑えることができる。電池からの電流（放電）が始まると、電源がオフ又はオンのいずれかの状態で、第２トランジスタをオフにし、上側のトランジスタ１１２をオンにして、レールキャパシタ１２２及び／又は負荷１４４へ電流を駆動する。ひとたび電池から電流の流れが始まると、パルスをノード１３６で制御して、放電信号又は信号の放電部分を同じように整形することができる。負荷が必要とする電力のタイプに応じて、本システムは、何らかの形態の電力変換部１４６を含むことができる。本システムは、電源がオン又はオフで機能することができる。オフの場合、電流はキャパシタ及び／又は負荷に導かれる。オンの場合、電源は、電源を調整してレール電圧を維持する機能を含むことができ、電流への放電によってレール電圧が或るレベルを超えた場合には、本システムは電源を同期させて、設定されたレール電圧を維持することができる。

全体として、本システムは、電池へのエネルギ吐き出しと電池からのエネルギ吸い込みとの間を迅速に移行させるために、加熱中に制御することができる。さらに、本回路は、ノード１３６におけるパルスを制御することによって、電池への電流を整形する及び／又は電池からの電流を整形するように動作させることができる。これらの特徴を単独で又は様々に組み合わせることにより、充電を行うのに十分なレベルまで電池を加熱することができる。様々な異なる種類の電池は、充電又は負荷への給電を含む適切な動作に関して、異なる温度閾値を有することを認識する必要がある。加えて又はそれとは別に、加熱は、電池への充電がほとんど又は全くない状態で、代わりにエネルギを加熱に集中させて行うことができ、プレーティング又は他の電極損傷を最小限に抑えるか又は回避し、充電に移行して信号を最適な充電の１つに変更し、過剰な熱を発生させないように移行し、制御された加熱と制御された充電という多機能の役割を有する構成要素を用いて最適な回路効率をもたらすなどの利点がある。

以上のように、本システムは、電力レールとグランドとの間に接続された第１キャパシタ１２２を含むことができる。このキャパシタを用いて放電エネルギを蓄積することができ、その後、この放電エネルギは、単独で又は電源からの電力と組み合わせて、充電中に負荷へ給電するために使用することができる。以下でより詳細に説明するように、キャパシタ１２２はまた、放電信号が電力変換部でさらに処理される又は負荷に直接給電する前に、放電信号を調節する働きをすることもできる。加えて、充電波形に必要なエネルギの一部は、電源とキャパシタ１２２の組み合わせによって提供されるようになっている。一部の事例では、加熱中並びに本システムが電池に電流を吐き出している時に、キャパシタに蓄積された電池からの放電エネルギを電池に戻すことができる。また、本回路は、第１インダクタ１４０と第２インダクタ１４２との間でグランドに接続された第２キャパシタ１４８を含むこともできる。第２インダクタ１４２は、電池、例えば電池１０４のアノードに接続することができる。

加熱後に充電している間又は電池から負荷へ給電している間、本システムは、一般に、電池１０４を起点又は終点にして印加される信号の急激な変化を防ぐように動作することができる。充電動作時に、フィルタはまた、フィルタ入力におけるパルスを充電信号に変換すること並びに電池からの意図しない高周波ノイズをフィルタ処理することもできる。例えば、制御信号１３０に基づいて第１トランジスタ１１２が閉じる際に、第１インダクタ１４０及び第２インダクタ１４２は、電池１０４に送られる電流の急激な増加を防止することができる。さらに、インダクタ１４０又はインダクタ１４０及び１４２は、単独で又はキャパシタ１４８と組み合わせて、電池に印加される波形を整形することができ、インダクタ（複数可）に印加される信号の制御は、波形の制御された整形を可能にすることができる。これらの構成要素は、放電波形の形状を制御するために同様に使用することができる。別の例では、第１トランジスタ１１２が閉じている間、キャパシタ１４８は電源からのエネルギを蓄積することができる。第１トランジスタ１１２が開く際、これにはトランジスタ１１４を閉じることに付随して起こる場合があるが、キャパシタ１４８は、第２インダクタ１４２を介して電池１０４に少量の電流を供給し、電池への電流の即時低下に抗することができ、同様にキャパシタ１４８を用いて、電池に印加される波形を制御可能に整形し、特に、従来式の加熱後の充電時における波形の急激な負への移行を回避することができる。また、フィルタ回路は、比較的高周波数のノイズを含む可能性のあるノイズなど、他の不必要な信号も除去する。

本システムには、より多くの又はより少ない構成要素を含むことができることを理解されたい。例えば、必要に応じてフィルタ回路の構成要素の１又は２以上を除去する又は変更し、電池を起点又は終点とした信号をフィルタ処理する又は規定することができる。他の多くの種類の構成要素及び／又は構成要素の構成は、本システムに含めること又は関連付けることもできる。

図４－６は、代替可能な加熱波形の例を示している。いずれの場合も、制御された波形は、充電又は吐き出し部分４１０（５１０，６１０）と放電又は吸い込み部分４２０（５２０，６２０）との間を移行する。高度なレベルでは、図４の加熱波形は正弦曲線として表示され、波形の正方向部分は電池内への電流であり（例えば、図１に関する電池への電流経路）、波形の負方向部分は電池からの電流である（例えば、図２又は３に関する電池からレール上のキャパシタへの電流経路であり、下側のトランジスタを通ってグランドへ至る電流経路は、レール上キャパシタへの放電電流経路を開始することだけを目的とすることに留意されたい）。電池を起点又は終点とした電流のいずれかの形状は、ノード１３６でパルスによって制御される。つまり、パルスの周波数、パルス幅、及び／又は電圧レベルを制御することにより、本システムは、電池を起点又は終点とする波形を整形することができる。

図５の加熱波形は非対称正弦曲線であり、電池への電流（波形の正方向部分）は、電池からの電流と比べてより大きな絶対振幅を有する。場合により、特に完全に又はほぼ完全に放電した電池では、電池の過放電を避けるために、放電されるエネルギよりも僅かに多くのエネルギを加えることが必要となる可能性がある。図６の加熱波形は、電池への電流が電池からの電流と比べて制御されているとは言え、任意の形状である。さらに、これらの形状は、１つの任意形状の入力電流部分から次の任意形状の入力電流部分まで、並びに１つの任意形状の出力電流部分から次の出力電流部分まで、一貫していない。

吐き出しから吸い込みへ移行する周波数、吐き出し対吸い込みの信号形状、並びに加熱シーケンスの他の様々な態様は、変更することができる。信号のいずれの部分の形状も、電池を起点又は終点とする信号に関係なく、電池を起点又は終点として印加される信号に対する電池のインピーダンスに基づくことができる。信号規定は、事前設定することができる。信号規定は、ＳＯＣ、温度、サイクル数、電池の化学的性質と構成、並びに他の多数の考えられる属性を含めて、様々な電池パラメータに依存してアルゴリズム的になる可能性がある。信号規定は、加熱及び充電の過程によっても変わる可能性がある。本明細書で述べたように、インピーダンス及び高調波は、充電信号の選択又は規定に影響を与える場合がある。一般的な考え方として、相対的に高いインピーダンス及び関連する高調波に関係付けられた信号規定を加熱シーケンス用に選択し、相対的に低いインピーダンス及び関連する高調波を充電用又は負荷シーケンスに給電する放電用に選択することができる。また、電池への吐き出し電流と電池からの吸い込み電流との間の比較的急速な変更を用いて加熱することができ、充電が電池に損傷を与えないような十分に高い温度に達すると、本システムは、吸い込み電流（充電中に）から離れるように移行することにも留意されたい。

加熱シーケンスでは、信号の充電部分及び／又は放電部分に関する１又は２以上の属性を、充電信号を相対的に低いインピーダンス特性に適合させることが最適である充電シーケンスと比べて、相対的に高いインピーダンス特性に適合させることが可能である。一時的にセルに電流を注入した後で一時的にセルから電流を引き出すことにより、実質的な電池充電を開始することなく、熱を発生させることができる。電池に対して流入し流出する電流の間の移行の頻度は、移行に関連する高調波が相対的に大きくエネルギが主に加熱に使用される場合、最適な加熱に影響を与える可能性がある。追加的に又は代替的に、波形の充電部分又は放電部分は、相対的に高いインピーダンスに関連する高調波属性を含むように規定することができる。従って、電池内への又は電池から外への電流エネルギは、充電、放電中のキャパシタの充電、及び／又は放電中の負荷への給電とは対照的に、相対的に高いインピーダンス（一般に抵抗）起因して主に熱として消費される可能性がある。

電池の温度は様々な方法で評価することができる。一例では、本システムは、電池の温度センサを用いて電池温度を評価することができる。電池と接触させて、電池の端子と接触させて、電池を収容するハウジング内に配置して、或いは別の方法で、様々な温度センサを採用することができる。様々なセンサの例には、サーミスタ、熱電対、赤外線センサ、ダイオード及びトランジスタ、又は多種多様な異なるタイプの温度センサのいずれもが含まれる。

別の例では、高調波又は他の周波数属性に関する電池応答を用いて、電池の内部温度、又はより一般的に電池の充電受容能力を調べることができ、これは、温度の測定値、特に電池の外部温度と同じか僅かに異なる可能性がある。高調波応答を用いて、電池の充電受容能力をより均一に評価することもできる。

１つの特定例では、本システムは、異なる温度での様々な高調波に対する電池の応答の特徴付けを用いる。どのような電池タイプでも又は特定の電池を特徴付けることができる。特徴付けは、閾値を設定することなどにより、プロセッサがメモリ内でアクセス可能なルックアップテーブルに格納することができる。この特定の例では、様々な異なる電池の化学的性質及び構成が、異なる温度で異なるインピーダンス応答を有すると理解される。従って、所与の電池について、電池に印加される特定の高調波周波数を備えた信号のインピーダンス応答は、温度に基づいて異なる。一部の事例では、異なる離散周波数の温度探知信号を用いてインピーダンス応答を生成することができ、これを特徴付けと比較して、温度、又はより一般的に電池の充電受容能力、ひいては充電の開始前に加熱が必要とされるか否かを評価する。インピーダンス応答は、インピーダンスの虚数成分、実数成分、又はその両方によって特徴付けることができる。一部の実施形態では、インピーダンス応答を単独で、又は感知された電池温度測定値と組み合わせて使用し、電池を加熱すべきか又は充電することができるかを判定することができる。同様に、他の周波数に基づく応答、又はサセプタンス、アドミタンス及びキャパシタンスなどのインピーダンス由来の項を単独で、又は直接感知された温度測定値の代わりに使用して、本システムが電池を加熱するように構成されることになるか否かを判定することができる。

一般に、インピーダンス値が考慮される様々な実施形態では、本技術は高調波値を評価し、それらの値が単独で又は組み合わせで何らかのインピーダンスと関係付けられる。一般に逆の関係を前提として、本明細書で使用するインピーダンスという用語は、コンダクタンス及びサセプタンスというその構成成分を単独で又は組み合わせで含みながら、その逆のアドミタンスを含む場合がある。

別の態様では、電池の加熱は、電池を制御可能に充電又は放電すること、又は上記で説明したそれらの組み合わせによって達成することができる。この例では、信号は、充電信号、放電信号、又は充電（電池への吐き出し電流）と放電（電池からの吸い込み電流）の間で交替する信号のいずれであろうと、電池内の相対的に高いコンダクタンスと相対的に高いリアクタンスとを最適化するように同調させた１又は２以上の高調波で構成される。充電信号を例として使用すると、高いコンダクタンスと高いリアクタンスの間で最適化された組み合わせ（つまり、バランス）により、電池内で熱が発生する。この例では、信号が高調波で構成されるので、高調波は信号の周波数領域表現（又は、変換されたもの）（複数可）で識別することができる。同調信号は、様々な高調波属性を反映するように整形することもできる。かなり簡単な例では、信号もまた、特定周波数の離散正弦波で構成され、高調波から構成されると共に高調波の形状に整形されるようになっている。一般的に言えば、コンダクタンスが非常に高くても、リアクタンスが低すぎる場合には、信号の大きさが、十分な熱を生み出すために多くの充電環境が支援できる大きさを上回る可能性がある。同様に、コンダクタンスが低すぎる場合は、リアクタンスが高くても、あまりに多量のエネルギから熱への変換が必要とされる可能性がある。従って、あらゆる開始温度及び電池の化学的性質に対して、本システムは、高いコンダクタンスと高いリアクタンスをバランスさせる高調波を備えた充電信号を選択する。

１つの特定の例では、高調波の様々な組み合わせから構成された信号を評価することによって、所与の形態の電池を様々な温度で特徴付け、十分な加熱を達成するために相対的に高いコンダクタンスと相対的に高いリアクタンスをバランスさせる信号（複数可）を特定することができる。特徴付けにより、加熱開始に十分な状態に達するために加熱信号を印加する時間を決定することもできる。このバランスはさらに、実際の充電に使用されるエネルギを最小限に抑える属性を考慮することができるので、その代わりにエネルギは加熱に重点が置かれる。様々な温度で充電信号と同じとすること又は異なることができる放電信号高調波の生成に、同じ技法を適用することができる。

通常、高調波周波数は、信号が加熱に最適化されている何らかの電池内の動的プロセス及び拡散プロセスよりも、相対的に高い周波数とすることができる。一般に、加熱が生じた時に電圧及び電流の大きさが電池の電極又は接続部分に悪影響を与えないように、電気化学プロセスの動的応答よりも高速な周波数が選択される。従って、加熱では、普通はプレーティングを引き起こす相対的に高い電圧信号（例えば、通常は最大で約４Ｖが指定されている場合に６Ｖ）を使用することが可能であるが、この信号は反応速度よりも高速な高調波又は高調波のスペクトルで構成されているため、この相対的に高い電圧でプレーティングが生じることはない。そうは言っても、多くの場合、相対的に低い特定の充電（又は放電）電圧レベルに収まる信号が選択される。さらに、本明細書に記載する様々な加熱技術により、一部の事例では、本システムは、正味電荷を一切通すことなく加熱するように最適化される。このような場合、本システムは、信号が互いに打ち消し合うような比較的均等な総エネルギで充電し放電するように信号を制御し、何らかの所与の温度における充電部分と放電部分とのエネルギ変換効率の差を全て考慮する。

図７は、充電が可能な電池温度になるまで電池を加熱するプロファイルの例である。この例では、初期電池温度は１０％ＳＯＣで－２０℃である。この電池は約－１５℃に達するまで加熱され、その時点で充電を開始することができる。充電が始まる前に電池が約５℃温まる時に、ＳＯＣは約１０％に留まることが分かる。また、電池の温度は、１００％のＳＯＣに達するまで上昇し続けることが分かる。

多くの従来型電池給電システムでは、電池からのＤＣ放電電流に依存して何らかの負荷に電力を供給する。電池は、電動工具、掃除機、携帯用スピーカシステムなどでのような単一セル又は少数のセルの場合、又は、或る種の電動車両に見られるような相互接続されたセルの大きなパックの場合がある。セルの配置及び種類は、一般的に、電池が動作するシステムの指定容量、システムの負荷に必要な放電電流、及び他の因子に少なくとも部分的に依存することになる。それらに関わらず、従来の電池は、負荷に給電する時にＤＣ放電電流を供給する。ＡＣモータなどの負荷を駆動するためにＡＣ信号が必要な場合、コンバータ１４６などのコンバータを用いて、電池のＤＣ出力を負荷に必要なＡＣ信号に変換する。

本開示の様々な態様によれば、システムは、加熱シーケンスの一部であろうと、負荷に給電するためであろうと、考えられる様々な高調波（例えば、特定周波数の高調波成分、又は別の方法で整形された放電信号）を含む、電池からの制御された放電信号を含むことができる。再び図１－３並びに図８を参照すると、本システムは、電池１０４（８０４）と、コントローラ１００（８００）とを含むことができ、このコントローラは、電池の放電信号を単独で、又は加熱に関連する場合に充電信号と組み合わせて管理するが、本システムが電池から給電される一般的な動作では、放電制御を用いて電池を最適に放電させることができる。コントローラは、何らかの形態の処理ユニットとすることができ、電池とは別個の制御システムの一部とすること、又は電池管理システムでのように電池と統合されることができる。制御構成に関わらず、本システム全体は、信号の立ち上がりエッジ、信号エッジの他の態様、信号主要部を構成する高調波、及び／又は信号の立ち下がりエッジのうちの１又は２以上を、本システムの動作中に放電信号の存在下で電池のインピーダンス属性を低減及び／又は最小化するために特定の周波数に同調させるか、又は別の方法で電池を最初に加熱するように適合させることのできる放電信号を提供するので、考えられる様々な例で、充電、さもなければ負荷への給電に移行することができる。何れにしても、放電信号の高調波成分は制御され、又はより一般的に、放電信号は従来にない非ＤＣ属性を有する。高調波成分（複数可）は、複素インピーダンスの評価、そうでなければ放電高調波の存在下での電池の属性に基づいて、負荷に給電する時に放電信号の存在下でインピーダンス属性（例えば、複素インピーダンス）を低減又は最小化する放電信号の高調波成分を選択し制御すること、又は加熱動作モード時にエネルギが主に熱として消費されるように相対的に高いインピーダンスを備えた高調波を生成することができ、又は考えられる様々な理由で他の高調波属性が制御される。これらの方法で放電を制御することには、放電中の熱の最適化、電池の寿命及び容量の向上、放電電流の大きさの増加、並びに従来技術を用いて同種の電池を放電させた場合と比較した他の利点を含めて、電池にとっていくつかの利点が考えられる。

しかしながら、このような高調波制御された放電信号環境では、従来の下流側システムは、このような放電制御された信号を電池から受信するには、おそらく適していない可能性がある。従って、一例では、放電信号調節素子８０２は、電池８０４と負荷８０６（１４４）の間に位置決めされるか、負荷内に統合される。放電信号調節素子は、負荷に適した、又は電池からのエネルギを用いて負荷に給電する素子に適した非従来型の放電信号を調節する働きをする。一例では、図１を参照すると、放電信号調整素子は、電池から放電信号を受信し、負荷の必要に応じて十分なエネルギを蓄積するように配置された、適切なキャパシタ１２２、キャパシタバンク、又は他のエネルギ蓄積素子である。一例では、負荷システム８０６は、負荷に給電するためのＤＣ－ＡＣコンバータ又は他の形態の電力変換部１４６（図１）を含むことができ、キャパシタ又はキャパシタバンクは、電池と負荷システムのＤＣ－ＡＣコンバータ部品との間に位置決めされる。その場合、高調波制御された放電信号を用いてキャパシタバンクを充電し、このキャパシタバンクが、ＤＣ－ＡＣコンバータ又は負荷に直接必要とされるＤＣ電源を提供する。キャパシタバンクは、負荷の電力需要に応じてサイズ決めされ配置される。

別の例では、負荷は、高調波同調型放電信号を電池から受信するように構成される。例えば、上述の実施形態と同様のＤＣ駆動負荷の場合、負荷は、自身への入力部に、放電信号から高調波成分を除去するキャパシタ１２２を含むことができる。他の例では、放電信号は、負荷を駆動する降圧回路又は昇圧回路で制御することができる。このような例では、降圧回路又は昇圧回路を制御して、放電信号の高調波成分を調整し、同時に放電信号を負荷に合わせることができる。信号調節素子及び負荷システムは別個のブロックとして示しているが、信号調節素子は負荷システムと統合することもできる。

図９を参照すると、本明細書で説明する様々なシステム及び方法を実装することのできる１又は２以上のコンピューティングユニットを有する例示的なコンピューティングシステム９００の詳細な記述が提示される。コンピューティングシステム９００は、コントローラの一部とすることができ、本明細書で説明する様々な実装形態と動作可能に通信することができ、本明細書で説明する方法に関連する様々な動作を実行することができ、電池を特徴付けるためにオフラインで作動して様々なデータを処理することができ、並びに、本明細書で説明するシステム全体の一部とすることができる。コンピューティングシステム９００は、本明細書で説明する様々な信号を処理することができ、及び／又は本明細書で説明する様々な信号を提供することができる。例えば、電池測定情報は、このようなコンピューティングシステム９００に提供することができる。コンピューティングシステム９００は、例えば、様々な図に関して説明したコントローラ、モデル、同調回路／整形回路にも適用することができ、本明細書で説明する様々な方法を実装するために使用することができる。これらのデバイスの具体的な実装形態は、考えられる特定のコンピューティング・アーキテクチャとは異なる可能性があると認識され、そのアーキテクチャ全てが本明細書で具体的に説明されている訳ではないが、当業者には理解されるであろう。さらに、コンピュータシステムは、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、マイクロコントローラ、又は他のコンピューティング装置であると見なされる及び／又はそれらを含むことができると認識されよう。このような様々な可能な実装形態において、当業者には理解されるように、以下で説明するものよりも多い又は少ない構成要素を含むことができ、相互接続及び他の変更を行うことができる。

コンピュータシステム９００は、コンピュータプログラム製品を実行してコンピュータプロセスを実行することのできるコンピューティングシステムとすることができる。データ及びプログラムファイルをコンピュータシステム９００に入力することができ、コンピュータシステム９００はファイルを読み取ってその中のプログラムを実行する。１又は２以上のハードウェアプロセッサ９０２、１又は２以上のデータ記憶デバイス９０４、１又は２以上のメモリデバイス９０６、及び／又は１又は２以上のポート９０８－９１２を含めて、コンピュータシステム９００の要素の一部を図９に示す。さらに、当業者に認識される他の要素をコンピューティングシステム９００に含めることができるが、これは図９には明示的に示されていない又は本明細書では詳細に説明されていない。コンピュータシステム９００の様々な要素は、１又は２以上の通信バス、２地点間通信経路、又は図９には明示的に示さない他の通信手段を介して、互いに通信することができる。同様に、様々な実装形態において、本システムで開示する様々な要素は、何らかの所与の実装形態に含まれるとは限らない。

プロセッサ９０２は、例えば、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、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、及び／又は１又は２以上の内部レベルのキャッシュを含むことができる。１又は２以上のプロセッサ９０２が存在して、プロセッサ９０２は、単一の中央処理装置を備える、又は、一般に並列処理環境と呼ばれる、互いに並行して命令を実行し動作を行うことのできる複数の処理装置を備えるようになっている。

ここに様々な可能な組み合わせで記載する技術は、少なくとも部分的に、データ記憶デバイス（複数可）９０４に格納されたソフトウェア、メモリデバイス（複数可）９０６に格納されたソフトウェア、及び／又はポート９０８－９１２のうちの１又は２以上を介して伝達されるソフトウェアに実装することができ、それによって、図９のコンピュータシステム９００は、本明細書に記載する動作を実装するための専用マシンに変えられる。

１又は２以上のデータ記憶デバイス９０４は、コンピュータプロセスを行うためのコンピュータ実行可能命令など、コンピューティングシステム９００内で生成される又は使用されるデータを格納できる何らかの不揮発性データ記憶デバイスを含むことができ、これらの実行可能命令には、アプリケーションプログラムと共にコンピューティングシステム９００の様々な構成要素を管理するオペレーティングシステム（ＯＳ）に関する命令を含めることができる。データ記憶デバイス９０４は、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュドライブなどを含むことができるが、これらに限定されない。データ記憶デバイス９０４は、リムーバブルデータ記憶媒体、非リムーバブルデータ記憶媒体、及び／又は１又は２以上のデータベース管理製品、ウェブサーバ製品、アプリケーションサーバ製品、及び／又は他の付加的なソフトウェア構成要素を含む、このようなコンピュータプログラム製品と有線又は無線ネットワーク・アーキテクチャを介して利用可能となる外部記憶デバイスを含むことができる。リムーバブルデータ記憶媒体の例には、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク読出し専用メモリ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク、フラッシュドライブなどが含まれる。非リムーバブルデータ記憶媒体の例には、内蔵磁気ハードディスク、ＳＳＤなどが含まれる。１又は２以上のメモリデバイス９０６は、揮発性メモリ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び／又は不揮発性メモリ（例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）を含むことができる。

ここに記載する技術によるシステム及び方法を実現する機構を収容するコンピュータプログラム製品は、機械可読媒体と呼ばれるデータ記憶デバイス９０４及び／又はメモリデバイス９０６内に常駐することができる。機械可読媒体は、機械による実行のために本開示の動作のいずれか１又は２以上を実行する命令を格納する又は符号化することのできる、又は、このような命令によって利用される又はこのような命令に関連付けられたデータ構造及び／又はモジュールを格納する又は符号化することのできる、何らかの有形の非一時的媒体を含むことができることを理解されたい。機械可読媒体は、１又は２以上の実行可能な命令又はデータ構造を格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むことができる。

一部の実装形態では、コンピュータシステム９００は、他のコンピューティング、ネットワーク、又は車両用のデバイスと通信するために、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート９０８、通信ポート９１０、及びサブシステムポート９１２などの１又は２以上のポートを含む。ポート９０８－９１２は、結合する又は分離することができ、より多くの又はより少ないポートをコンピュータシステム９００に含めることができることを理解されたい。Ｉ／Ｏポート９０８は、Ｉ／Ｏデバイス又は他のデバイスに接続することができ、それらによって、情報がコンピューティングシステム９００に入力される、又はコンピューティングシステム９００から出力される。このようなＩ／Ｏデバイスには、１又は２以上の入力デバイス、出力デバイス、及び／又は環境変換器デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。

一実装形態では、入力デバイスは、人間の声、物理的な動き、物理的な接触又は圧力などの人間が発生させた信号を、Ｉ／Ｏポート９０８を介したコンピューティングシステム９００への入力データとして、電気信号に変換する。一部の例では、このような入力は、前出の図に関して説明した様々なシステム及び方法とは異なる可能性がある。同様に、出力デバイスは、Ｉ／Ｏポート９０８を介してコンピューティングシステム９００から受信した電気信号を、本明細書で説明する様々な方法及びシステムが感知する又は使用することのできる信号に変換することができる。入力デバイスは、Ｉ／Ｏポート９０８を介してプロセッサ９０２に情報及び／又はコマンド選択を伝達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とすることができる。

環境変換器デバイスは、Ｉ／Ｏポート９０８を介してコンピューティングシステム９００に入力する又はそれから出力するために、一形態のエネルギ又は信号を別の形態に変換する。例えば、コンピューティングシステム９００内で生成された電気信号は、別種の信号に及び／又はその逆に変換することができる。一実装形態では、環境変換器デバイスは、例えば、バッテリ電圧、開回路電池電圧、充電電流、電池温度、光、音、温度、圧力、磁場、電場、化学特性など、コンピューティングデバイス９００のローカル環境又はリモート環境に関する特性又は様相を感知する。

一実装形態では、通信ポート９１０はネットワークに接続することができ、それを介して、コンピュータシステム９００は、本明細書に記載する方法及びシステムを実行する上で、並びに、情報とそれによって決定されるネットワーク構成変更とを送信する上で有用なネットワークデータを受信することができる。例えば、充電プロトコルを更新すること、又は電池の測定データ又は計算データを外部システムと共有することができる。通信ポート９１０は、１又は２以上の有線又は無線の通信ネットワーク又は接続を介してコンピュータシステム９００と他のデバイスとの間で情報を送信する及び／又は受信するように構成された１又は２以上の通信インタフェースデバイスに、コンピュータシステム９００を接続する。このようなネットワーク又は接続の例には、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、イーサネット、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）などが含まれるが、これらに限定されない。１又は２以上のこのような通信インタフェースデバイスは、直接的に２地点間通信経路によって、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）（例えば、インタネット）によって、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）によって、セルラ（例えば、第３世代（３Ｇ）、第４世代（４Ｇ）、第５世代（５Ｇ））ネットワークによって、又は別の通信手段によってのいずれかで、１又は２以上の他のマシンと通信するために、通信ポート９１０を介して利用することができる。

コンピュータシステム９００は、本明細書に記載する方法及びシステムに従って充電されるデバイスに関係した１又は２以上のシステムと通信して、その動作を制御するための、及び／又はコンピュータシステム９００と当該デバイスの１又は２以上のサブシステムとの間で情報を交換するためのサブシステムポート９１２を含むことができる。車両に関するこのようなサブシステムの例には、モータのコントローラ及びシステム、電池制御システムなどが含まれるが、これらに限定されない。

図９に記載するシステムは、本開示の態様に従って使用する又は構成することのできるコンピュータシステムの可能な一例に過ぎない。ここで開示する技術をコンピューティングシステム上に実装するためのコンピュータ実行可能命令を格納する他の非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体を利用できることを理解されたい。

本開示の実施形態は、本明細書に記載する様々なステップを含む。これらのステップは、ハードウェア構成要素で実行すること又は機械実行可能命令で具体化することができ、これらの命令を用いて、当該命令でプログラムされた汎用又は専用のプロセッサにステップを実行させることができる。代わりに、これらのステップをハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの組み合わせで実行することができる。

本発明の範囲から逸脱することなく、説明した例示的な実施形態に対して様々な変更及び追加を行うことができる。例えば、実装形態又は例とも呼ぶ、上述の実施形態では特定の特徴に言及するが、本発明の範囲には、特徴の異なる組み合わせを有する実施形態、並びに記載した特徴の全てを含む訳ではない実施形態も含まれる。従って、本発明の範囲は、そのような全ての代替形態、変更形態、及び変形形態を、それらの全ての均等物と共に包含することが意図される。

特定の実装形態について説明するが、これは単に例示目的であることを理解されたい。当業者であれば、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、他の構成要素及び構成を使用することができると理解できるはずである。従って、以下の記述及び図面は例示的なものであり、限定するものとして解釈すべきではない。本開示を完全に理解できるように、数多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、場合によっては、説明が分かりにくくならないように、周知の又は従来の詳細は記載しない。本開示における１又は２以上の実施形態への言及は、同じ実施形態又はいずれかの実施形態への言及とすることができ、このような言及は、実施形態のうちの少なくとも１つを意味する。

「１つの実施形態」又は「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、又は特性が本開示の少なくとも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現われる「１つの実施形態では」、又は同様に「１つの例では」又は「１つの事例では」という表現の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指す訳ではなく、別個の又は代替の実施形態が他の実施形態と相互排他的である訳でもない。さらに、一部の実施形態では示され、他の実施形態では示されない可能性のある様々な特徴が記載されている。

本明細書で使用する用語は、一般に、本開示の文脈内で、並びに各用語が使用される特定の文脈において、本技術分野におけるその通常の意味を有する。代替用語及び同義語は、本明細書で説明する用語の何らかの１又は２以上にも使用することができ、用語が本明細書で詳述される又は説明されるかどうかに特別な重要性を置くべきではない。場合によっては、特定の用語に対する同義語が与えられる。１又は２以上の同義語の記載は、他の同義語の使用を排除するものではない。本明細書で説明する何らかの用語の例を含めて、本明細書のあらゆる箇所での例の使用は例示に過ぎず、本開示又は何らかの用語例の範囲及び意味をさらに限定することを意図するものではない。同様に、本開示は、本明細書で与える様々な実施形態に限定されない。

本開示の範囲を限定することを意図するものではないが、本開示の実施形態による計器、装置、方法及びそれらに関連する結果の例を以下に与える。表題又は副題を読者の便宜のために例で使用する場合があるが、本開示の範囲を決して制限するものではないことに留意されたい。別段の定めがない限り、本明細書で使用する技術用語及び科学用語は、本開示が関係する当業者によって一般に理解されるところの意味を有する。矛盾がある場合には、定義を含む本文書が優先される。

本開示のさらなる特徴及び利点は、以下の説明に記載され、部分的にはその説明から明らかとなる、又は本明細書に開示する原理の実践によって知ることができる。本開示の特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘する計器及び組み合わせによって実現し取得することができる。本開示のこれら及び他の特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかとなる、又は本明細書に記載する原理を実践することによって知ることができる。

１００ 充電信号生成器装置
１０４ 電池
１０６ 制御ユニット
１０８ 信号生成器
１１０ 充電信号整形回路
１１２ 第１スイッチング素子
１１４ 第２スイッチング素子
１１６ 電池測定ユニット
１１８ 電源
１２０ レール
１２２ 第１キャパシタ
１３０ パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号／第１制御信号
１３２ 第２入力信号
１３６ ノード
１３８ ノード
１４０ 第１インダクタ
１４２ 第２インダクタ
１４４ 負荷
１４６ 電力変換部
１４８ 第２キャパシタ

Claims (26)

1. 電池を加熱するためのシステムであって、
   回路と通信するプロセッサを備え、前記プロセッサは、前記電池への吐き出し電流と前記電池からの吸い込み電流とが交互になるように前記回路を制御することで前記電池を加熱する命令を実行するように構成され、前記電池への吐き出し電流と前記電池からの吸い込み電流との組み合わせが前記電池を加熱する、
   システム。
2. 前記回路は、第１スイッチと、前記第１スイッチと接続された第１誘導性素子とを備え、
   前記プロセッサは、前記第１誘導性素子にパルスを生成するように前記第１スイッチを制御して、前記電池への吐き出し電流と前記電池からの吸い込み電流との交互に起こす、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサは、前記第１誘導性素子で一連のパルスを生成して、前記電池に対して整形された電流波形を作り出すようにさらに構成され、前記第１誘導性素子は、前記電池に電流を吐き出す前記整形された電流波形を作り出すことに関与する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記プロセッサはさらに、前記第１誘導性素子で一連のパルスを生成して、前記電池から整形された電流波形を作り出すように構成され、前記第１誘導性素子は、前記電池から電流を吸い込む前記整形された電流波形を作り出すことに関与する、請求項２に記載のシステム。
5. 前記プロセッサは、マイクロコントローラを備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１スイッチは、共通ノードで第２スイッチと接続し、前記共通ノードは前記誘導性素子と動作可能に接続される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第１スイッチは第１トランジスタであり、前記第２スイッチは第２トランジスタである、請求項６に記載のシステム。
8. 前記第１誘導性素子は第１インダクタである、請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１インダクタと接続された第２インダクタと、前記第２インダクタと動作可能に接続された電池と、前記第１インダクタと前記第２インダクタとの間に接続されたキャパシタとをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記第１スイッチと接続されたレールに接続された電源と、前記レールと接続された負荷と、前記レール上のキャパシタとをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記電池から吐き出される前記電流は、前記レール上の前記キャパシタに蓄積される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記キャパシタはさらに、前記第１スイッチを介して前記電池に電流を吐き出す、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記プロセッサはさらに、電池温度測定値に基づいて、加熱シーケンスから充電シーケンスへ移行させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
14. 電池と、
    前記電池と通信するプロセッサであって、前記電池からの放電信号に関する少なくとも１つの高調波成分を制御するために、前記電池の充電回路と動作可能に接続されたプロセッサと、
    前記電池と負荷システムとの間に位置決めされた信号調節素子であって、前記電池から前記放電信号を受信し、前記負荷システムにＤＣ信号を供給する信号調節素子と、
    を備える電池給電システム。
15. 前記負荷システムはＤＣ－ＡＣコンバータを備える、請求項１４に記載の電池給電システム。
16. 前記信号調節素子はキャパシタを備える、請求項１５に記載の電池給電システム。
17. 前記充電回路は、
    第２スイッチと動作可能に接続された第１スイッチと、
    前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に接続された第１誘導性素子と、
    前記第１スイッチと通信すると共に前記第２スイッチと通信する前記プロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、前記第１誘導性素子を介して前記バッテリへ電流を吐き出すように前記第１スイッチを制御することにより電池を加熱し、前記電池から前記信号調節素子へ電流を吐き出すように前記第２スイッチ及び前記第１スイッチを制御する命令を実行するように構成され、前記電池への吐き出し電流と前記電池からの吐き出し電流との組み合わせにより前記電池を加熱する、請求項１４に記載の電池給電システム。
18. 前記電池が充電可能であるか否かを示す情報の取得に応答して、前記電池への吐き出し電流と前記電池からの吸い込み電流とを交互に行って前記電池を加熱するステップを備える、電池を充電する方法。
19. 前記電池が充電可能であるか否かを示す前記情報を提供する、前記電池の温度測定値を受信するステップをさらに備える、請求項１８に記載の電池を充電する方法。
20. 前記電池が充電可能であるか否かを示す前記情報を提供する既知の高調波を備えた信号の印加に基づいて、前記電池からの応答を取得するステップをさらに備える、請求項１８に記載の電池を充電する方法。
21. 前記応答はインピーダンス応答であり、前記情報は前記インピーダンス応答に対する電池温度に相関する、請求項２０に記載の電池を充電する方法。
22. 電池を充電する方法であって、
    前記電池が充電を受け入れることができるか否かを示す情報の取得に応答して、高調波同調信号を前記電池に印加するステップを含み、
    前記高調波同調信号は、前記電池を加熱するためのコンダクタンス応答及びリアクタンス応答と関係する少なくとも１つの高調波から構成される、電池を充電する方法。
23. 前記電池の温度測定値を受信して、前記電池が充電可能であるか否かを示す前記情報を提供するステップをさらに備える、請求項２２に記載の電池を充電する方法。
24. 前記電池が充電可能であるか否かを示す前記情報を提供する既知の高調波を備えた信号の印加に基づいて、前記電池からの応答を取得するステップをさらに備える、請求項２２に記載の電池を充電する方法。
25. 前記応答はインピーダンス応答であり、前記情報は前記インピーダンス応答に対する電池温度と相関する、請求項２４に記載の電池を充電する方法。
26. 前記少なくとも１つの高調波は、前記電池の動的プロセス及び拡散プロセスよりも高い周波数である、請求項２２に記載の電池を充電する方法。

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