JP5689926B2 - リチウムイオンセルの充電制御 - Google Patents

Description

ここで開示される主題は、主に１又は複数のエレクトロケミカルセルの技術に関する。

エレクトロケミカルセルは、例えば、リチウムイオンセルを含んでいる。かかるセルは、充電と放電を繰り返し行うことができる。リチウムイオンセルのキャパシティは時間に対して減少する可能性がある。ここで記載される各種のテクノロジー及びテクニックは、例えば、リチウムイオンの充電制御を含むエレクトロケミカルセルに関するものである。

「Advanced Single or Dual Cell Lithium-Ion/Lithium-Polymer Charge Management Controllers（Microchip Technology, Inc., 2004）」 「Lithium Metal Microreference Electrodes and their Applications to Li-ion Batteries（Eindhoven University Press, 2007）」

本発明は、上記に鑑みたものであり、リチウムイオンセルの寿命を延ばすことが可能な充電制御方法を提供することを目的とする。

１つの方法では、リチウムイオンセルのセル充電プロセスのために、リチウムイオンセルの負極の電位の値を受信する工程、少なくとも負極の電位の値の一部に基づいて定電圧フェーズの電圧を調整する工程と、を含んでいる。ここでは、各種の装置、システム、及び方法等が開示される。

図１は、制御回路、リチウムイオンセルを充電するための充電フェーズ、電位のプロット、及び方法を示す図である。 図２は、方法の一例を示す図である。 図３は、デバイスとパワーセル回路の一例を示す図である。 図４は、スマートバッテリシステムとスマートバッテリの一例を示す図である。 図５はスマートバッテリ回路の一例を示す図である。 図６は、システムのコンポーネントのアレンジメントの一例を示す図である。 図７はシステムのコンポーネントの配置とそれらの相互作用の一例を示す図である。 図８はＥＣＵ、セルパック、電気モータ及びジェネレータを含む車両の一例を示す図である。 図９は１又は複数の参照電極を含むセルの一例を示す図である。 図１０は制御方法と関連するプロットの例を示す図である。 図１１は１又は複数のプロセッサを含むシステムの一例を示す図である。

ここで記載される実施例の特徴及び利点は添付した図面を参照することでより理解することができる。以下の記載は実施例を実行するために現在考えられるベストモードを含んでいる。ここでの記載は限定を意図するものではなく、むしろ単に各種実施例の一般的な原理を説明する目的である。発明の範囲は特許請求の範囲を参照して決定すべきである。

図１は、１又は複数のエレクトケミカルセル１１２の充電を制御する制御回路（management circuitry）１１０、充電フェーズのプロット（charge phase plot）１２０、方法（method）１３０、及び電位のプロット（potential plot）１６０の一例を示す図である。

図１に示すように、制御回路１１０は１０ピンの集積回路を備えている。ピンは、充電電流センス入力（Charge Current Sense Input）、バッテリ管理入力供給（Battery Management Input Supply）、充電状態出力（Charge Status Output）、ロジックイネーブル（Logic Enable）、セル温度センサバイアス（Cell Temperature Sensor Bias）、セル温度センサ入力（Cell Temperature Sensor Input）、タイマーセット（Timer Set）、セル管理０Ｖリファレンス（Cell Management 0V Reference）、セル電圧センス（Cell Voltage Sense）、及びドライブ出力（Drive Output）を含んでいてもよい。保護の構成に関して、セル温度センサ入力の構成が、連続的なセル温度のモニタリングと事前検査（オプションとして設定電圧を供給することによってディスエーブルとしてもよい）のために、外部サーミスタ用の入力を供給している間、セル温度センサバイアスの構成は、連続的なセル温度のモニタリングと事前検査のために、外部サーミスタをバイアスするための参照電圧を供給してもよく、また、セーフティタイマー（例えば、急速充電、経過時間終了等を予め調整する）がキャパシタによって測定されてもよい。温度検出回路は、供給電圧の入力（例えば、電圧が供給されない場合に、温度検出回路がシステムから除去される場合は、セルの付加的な放電を除去する）の変動が不活性となるように、自己のリファレンスを有することにしてもよい。

ロジックに関して、ロジックのイネーブルな構成として、例えば、充電を強制的に終了させたり、充電を開始したり、エラーをクリアしたり、自動再充電をディスエーブルにする入力が供給されてもよい。例えば、ロジックイネーブル入力ピン（ＥＮ）は、充電サイクルの間いつでも充電を終了させたり、充電サイクルを開始したり、再充電サイクルを開始するような構成としてもよい。ロジック入力（例えば、Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）は、充電サイクルの終了を信号で伝えてもよい。

図１に示すように、充電フェーズ（Charge phases）プロット１２０の例は、一例として、充電が調整フェーズ（preconditioning phase：ＰＣ）、定電流フェーズ（constant current phase:ＣＣ）、定電圧フェーズ（constant volatage phase:ＣＶ）を含むことを示している。セル電圧検知機能（例えば、図１の「Ｖ_Cell」のピン）は、セルの負の端子（例えば、図１の「Ｖ_SS」のピン）をリファレンスとして、セルの正の端子（例えば、コーク又はグラファイトのアノードを有するシングル、デュアル、シリーズ等用のセルパック）で、電圧をモニタリングしてもよい。従って、制御回路１１０は、カソード電位（ピンＶ_CellにＶ_cathodeとして供給される）とアノード電位（ピンＶ_SSにＶ_anodeとして供給される）間の差分として電圧（例えば、ΔＶ）を測定することができる。方法１３０を説明すると、所定の電圧（ΔＶ_REG）をΔＶ用のリミッタ（limit）としてもよい。図１の例に示すように、制御回路１１０及び方法１３０は、ピンＶ_SSから供給されるアノード電位（Ｖ_anode）が変化した場合に、ΔＶ_REGの調整又はＶ_Cell若しくはΔＶの測定の調整を行うためのメカニズムを含んでいない。ピンＶ_SSに供給されるアノード電位（Ｖ_anode）が増加すると、定電圧フェーズ（ＣＶ）を開始するのに必要な、ピンＶ_Cellに供給されるカソード電位（Ｖ_cathode）が増加するだけでなく、電位はカソードの上限を超える可能性がある。

一例として、制御回路１１０は、スタンドアロン、又は、１又は複数の他の回路（例えば、ホストコントローラ等）と接続して動作してもよい。制御回路は、１又は複数のセルを充電するために、定電圧が後に続く定電流を適用してもよい。例えば、充電回路は、参照によって本明細書に組み込まれる文献「Advanced Single or Dual Cell Lithium-Ion/Lithium-Polymer Charge Management Controllers （Microchip Technology, Inc., 2004）」に記載されているMPC7384X family chip （Microchip Technology, Inc., Chandler, Arizona）を備えていてもよい。ここで、「リチウムイオン」は、例えば、「リチウムポリマー」と「リチウムポリマー」を含むものとする。

制御回路は、セルの数及び負荷電流の増加や、電位のミスマッチが増加するのを検出した場合に、ＳＯＣ（state-of-charge）のミスマッチやＣ／Ｅ（capacity/energy）を管理したり、程度を変更するように構成してもよい。ＳＯＣがより汎用的であるが、ミスマッチの問題の各タイプは、セルパックのキャパシティ（mA・h）を、最も弱いセルの容量に制限してもよい。

図１の例に示すように、セル１１２は、リチウム塩（lithium salt）を含むポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide）又はポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile）のようなポリマー混合材料を含んでいてもよい。「セル」は、「リチウムイオンバッテリ」、「リチウムイオンポリマーバッテリ」、又は「リチウムポリマーバッテリ（例えば、ＬｉＰｏバッテリ又はＬｉＰｏセル）として参照する場合がある。ＬｉＰｏセルは、意図する用途に応じて極薄い又は厚いサイズで構成することができるラミネートセルとして参照する。１又は複数のＬｉＰｏセルは、フレキシブルアルミニウムラミネートポーチ（約０．１mmオーダーの厚さ）に収納してもよい。ＬｉＰｏセルは、平らなサンドイッチ状に電極と電解質をスタッキングすることによって形成されたスタック構造（例えば、長さ、幅、高さで規定される）を含んでいてもよい。スタック層は、パッケージ（例えば、ポーチパッケージ（pouch package）１３０）に、平らに、ロールさせて、又は、他の構造でスタックしてもよい。ＬｉＰｏセルのキャパシティは、例えば、５０ｍＡ・ｈｒｓ（例えば、Ｂｌｕｅｏｏｔｈヘッドセット用のような小さいセル）〜１０Ａ・ｈｒｓ又はそれ以上（電気車両用（例えば、electric又はhybrid））の容量を有することができる。

リチウムイオンセルの機能に関して、放電や充電されている間、負極から正極に移動する。例えば、ＬｉＰｏセルは、セパレータとして、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＰ／ＰＥ、及び他の材料を含むことができる。ＬｉＰｏセルは、電極の表面にコートされる電解質溶液を含むポリマーゲルを含んでいる。ＬｉＰｏセル用に、高い密度とするために最密構造としてもよい。

リチウムイオンセルは、セル電圧が低い値（例えば、約１．５V）に降下した場合、アノードでの反応でガスを生成する可能性がある（例えば、過放電（over-discharge：OD）。電圧が降下を続けた場合（例えば、約１Ｖ以下）、コレクタ電流により、銅ベースのアノードの銅が溶解を開始してセルがショートする可能性がある。また、セル電圧が高い値（例えば、約４．６V）に増加した場合、電解質が崩壊を開始して、カソードでガスが発生する可能性がある（例えば、過充電（overcharge：OC））。例えば、リチウムイオンセル又はセルを、過充電保護のために、外部の熱ヒューズに接続してもよい。電位プロット（potential plot）１６０に関して、電位プロット１６０は、充電終了電圧（ΔＶ−ＣＥ）と放電終了電圧（ΔＶ−ＤＥ）間に存在する通常の動作範囲を示している。図１に示す例では、通常の動作範囲は、過充電領域（ＯＣ）と過放電領域（ＯＤ）間である。上述したように、ダメージは過充電領域（ＯＣ）及び過放電領域（ＯＤ）のいずれの領域でも発生する可能性がある。

図１の方法１３０の例は、例えば、制御回路１１０を用いて充電フェーズのプロット１２０のような充電フェーズを達成するために、セル１１２のような１又は複数のリチウムイオンセルを再充電する場合を示している。図１に示すように、方法１３０は、１又は複数のセルの再充電を開始する（開始ブロック（commencement block）１３２）。開始ブロック１３２では、調整（ＰＣ）フェーズを開始した後、定電流（ＣＣ）フェーズを開始する。モニターブロック（monitor block）１３６は、定電流（ＣＣ）フェーズの間、１又は複数のセルの電圧をモニタリングする。判定ブロック（decision block）１４０は、所定の電圧（ΔV_REG）との比較用に電圧のモニタリング結果を使用する。判定ブロック（decision block）１４０は、定電流（ＣＣ）フェーズを終了して、定電圧（ＣＶ）フェーズを開始するか否かを判定する。

判定ブロック１４０は、１又は複数の所定の電圧（ΔV_REG）用の値を格納する１又は複数のストレージレジスタ１３８から所定の電圧（ΔV_REG）用の値を受け取ることが可能となっている。図１の例において、１又は複数のストレージレジスタ１３８は、４．１Ｖ，４．２Ｖ，８．２Ｖ，８．４Ｖ等（例えば、１又は複数のプリセット電圧レギュレーションオプション）のような値を格納してもよい。１又は複数のストレージレジスタ１３８に格納される値は、セルの特性やセルの数に応じた値としてもよい（例えば、ｎ＝２の場合は、ｎ＊４．１Ｖとして８．２Ｖの値を提供する）。図１の例において、所定の電圧（ΔV_REG）は、充電中に、正極の過充電や正極の材料のフェーズの変化を防止できる、所定のリチウムイオンセルが到達できる最大電圧に基づいた値としてもよい。例を挙げると、ＬｉＣｏＯ₂カソード材料の場合は約４．２Ｖの最大動作電位であり、ＬｉＭｎＯ₄ 材料の場合は、約４．３Ｖの最大動作電位である。

図１の例において、制御回路１１０は、０Ｖのリファレンス電位が意図される制御回路のリファレンス電位（Ｖ_SS）に対して、全ての入出力を参照できる。制御回路１１０において、ピンＶ_SSはセル１１２の負極に電気的に接続されている。より具体的には、ピンＶ_SSはセル１１２のアノードと電気的に接続されている。従って、方法１３０において、モニターブロック（monitoring block）１３６でモニタリングされた電圧（例えば、ピンＶ_Cellで）は、セル１１２の負極、すなわち、アノード（ピンV_SSに入力）に対して測定される。かかるアプローチは、セル１１２の負極（アノード、V_SS）は、絶対的に０Ｖの電位を有し、かつ、０Ｖが維持されるという仮定に基づいている。かかる仮定の下、判定ブロック１４０の条件は、Ｖ_Cell-Ｖ_SS＝ΔＶ_REGのときに満たす。しかしながら、セル１１２に変化が生じた場合には、アノードの電位は一定とならない。例えば、アノードの電位が増加した場合、制御回路１１０のピンＶ_SSでの電位は同様に増加する。かかる条件では、ΔＶ_REGによって特定される基準を満たすために、カソードの電位は、制御回路１１０のピンＶ_Cellに入力される電位と同じでなければならない。アノードの電位の増加量に応じて、カソードの電位は、カソードの望ましい上限を超える可能性がある。

図１の例に示すように、方法１３０では、判定ブロック１４０がモニター電圧（例えば、ΔＶ＝Ｖ_Cell−Ｖ_SS）は所定の電圧（例えば、ΔＶ_REG）と等しいと判断した場合に、定電圧（ＣＶ）フェーズを開始する（開始ブロック（commencement block）１４４）。定電圧（ＣＶ）フェーズでは、モニタリングブロック（monitor block ）１４８は、充電フェーズのプロット１２０に示すように、時間に対して減少する充電電流（鎖線で示している）をモニタリングする。別の判定ブロック（another decision block）１５２は、定電圧（ＣＶ）フェーズの終了を判定する。例えば、ストレージレジスタ（storage register）１５０は、終了電流I_TERMの値を格納してもよい。例えば、判定ブロック（decision block）１５２は、ストレージレジスタ１５０から終了電流Ｉ_TERMの値を受け取って、終了電流Ｉ_TERMの値を、モニターブロック（monitor block）１４８から出力される測定された電流値と比較する。定電圧（ＣＶ）フェーズの間、測定した電流が小さくなるにつれて、測定した電流が終了電流Ｉ_TERMの値に到達すると、ターミナルブロック（termination block）１５６において方法１３０は終了する（例えば、ブロック１３２で開始した再充電プロセスは終了する。）。

図２は、１又は複数のファクターに対するアノード電位用のバッテリデータ／バッテリモデル（battery data or a battery model）２０４のプロットの例を示している。鎖線のカーブは、アノード電位が１又は複数のファクター（時間、サイクル回数、温度プロファイル等）に対して上昇することを示している。１例として、１又は複数のファクターは、アノード電位を増加させる態様で、リチウムイオンセルのケミストリやストレス等を変更したものである。例えば、アノード電位は、放電−充電サイクルのサイクル回数を増加させるにつれて増加する。アプローチとして、アノード電位のデータ／モデルを備える一方、カソード電位、電解質の分解閾値についてのデータ／モデル、又はアノード、カソード、及び電解質（例えば、セルのケミストリ等）のデータ／モデルの結合を備えていてもよい。

１例として、アドバンスドヘルスアセスメント法（an advanced battery health assessment method）では、例えば、セルのケミストリ挙動又はサイクル期間のシナリオに基づいた１又は複数のアルゴリズムを用いて、セルの電極の劣化に与える条件をモニタリング及び制御することによって、サイクル寿命を伸ばすことができる。かかるアプローチは、個々の電極又はサイクル中の個々の電極の、モデル化、測定、又は、モデル化及び測定した挙動を説明し、オプションとしてセル電圧、インピーダンス、又はセル電圧及びインピーダンス等と関連づけて説明することができる。１例として、１又は複数のアルゴリズムは、特定のセルケミカル、又は、リファレンスを用いてセルケミカルのリアルタイミングモニタリングに基づいて、公知のプレ条件を使用することができる。

個々のセルに関して、電圧は、アノードとカソード間のエネルギー電位の差分ΔＶ（cell）＝Ｖ（cathode）−Ｖ（anode）として決定することができる。上述したように、カソードの劣化を制限するために、電位は上限（例えば、カソードの溶解閾値によって定義される）以上にすべきではない。さらに、１又は複数の電極分解閾値として、条件が課されてもよい。制御アルゴリズムは、カソード電位がカソード溶解閾値Ｖ^＊（cathode）に達しないように（例えば、Ｖ（cathode）＜Ｖ^＊（cathode））に動作してもよい。

図１の例に関して述べたように、制御回路１１０は、各充電サイクルに対して定電圧ΔＶ（cell）（例えば、ΔＶ_REG）であることに依拠している（ΔＶ（cell）＝Ｖ（cathode）−Ｖ（anode）＝Ｃ ｏｒ ΔＶ_REG）。上述したように、ΔＶ_REGは、リチウムコバルトベースのセルカソード（lithium cobalt based cell cathode）に対して、４．２ Ｖに設定してもよい。したがって、制御回路１１０についてもアルゴリズムは、以下の式：Ｖ（cathode）＝Ｃ＋Ｖ（anode）＜Ｖ^＊（cathode）,（但し、アノード電位V（anode）はセルの寿命の間、一定（又はゼロ）と仮定する）によって表現してもよい。

しかるに、プロット２０４に示すように、かかる仮定（推定）は弱い仮定かもしれない。この弱い仮定を克服するために、モデル、測定、又はモデル及び測定により、（例えば、セルの寿命の間）Ｖ（anode）に対する値を提供するようにしてもよい。１例として、モデル（例えば、１又は複数の式、データテーブル等）の利用を通じて、方法は、セルの劣化の制限及びセルサイクル寿命の伸長のために、アノード電位の変動の予想、及び、例えば、予め又はリアルタイムで１又は複数のパラメータの設定を含んでいてもよい。

１例として、アルゴリズムは、充電条件を何時如何にして変更するかを知ることによって、バッテリ寿命を伸長するために動作してもよい。一例として、回路はバッテリのヘルス状態のモニタリング、及び安全や寿命等の問題となる１又は複数の条件の制限を提供してもよい。また、１例として、参照電位を提供する参照電極に関して、回路は、リアルタイム（又は周期的）にカソードの参照電圧とアノードの参照電位の少なくとも一方を提供してもよく、同様に、１又は複数の充電パラメータ（例えば、電極の崩壊を加速するものと知られている１又は複数の態様を避けるために）を提供してもよい。

１例として、カソードは、６面対称格子（lattice to hexagonal symmetry）の僅かの歪みを導入した正方岩塩型構造（cubic rock-salt structure）の面（１１１）の順番でＬｉ⁺及びＣｏ₃ ⁺を備えた酸素原子の密充填網（close-packed network）に基づいた層化された岩塩型構造（layered rock-salt structure）を適用したＬｉＣｏＯ₂を適用してもよい。

１例として、アノードは銅フォイル上にグラファイト（graphite）を含んでいてもよい。グラファイトは、いわゆるグラファイト層間化合物（GIC）を形成するためにゲスト種を導入してもよい。例えば、ＧＩＣはエレクトロケミカルフォースに応じて、可逆的にリチウムイオンを層間化合物形成（intercalate）することができる。グラファイトのエレクトロケミカルリチウムの層間化合物形成特性は、例えば、結晶の結晶性、モフォロジー、及び配向性に依存する。グラファイト材料は、層間化合物形成反応の電位及び電流の両方、並びに、ＬｉＣ_nの溶媒化の傾向を決定することができる。

層化構造の炭素質材料は、グラフェン層（graphene layer）として知られている、六角アレイに配置された炭素原子の平面シートであり、グラファイト用のブロックを形成する基本である。グラフェン層は、約0.3354 nmの層間距離でｃ軸に沿ったＡＢＡＢ配向において、ファンデルワールス力によって互いに弱く結合することができる。このような構造のため、６面グラファイト（２Ｈグラファイト）が生じる。あまり一般的ではない異性体において、ABCABCスタッキングは、菱面体晶（rhombohedral）又は３Ｒグラファイト（3R graphite）と呼ばれている。

グラファイトのリチウム層間化合物形成は、グラファイト層間に存在することが知られている。ステージは、交互のリチウム層間に存在するグラファイト層の数を参照することができる。リチウムがグラファイトに層間化合物形成される場合、例えば、dilute stage-1, stage-4, liquid-like stage-2L, stage-2 and stage-1のフェーズが連続的に形成される。かかるステージは、電解質を含んでいるリチウムイオンにおいて炭素の電気化学的な減少によってモニター及びコントロールすることができる。完全なリチオ化グラファイト（lithiated graphite）は、リチウム金属の電位に近い電位を呈する。

隣接するグラフィンシートに関するゲスト種の平面配列におけるＧＩＣは、超格子構造（superlattice structure）を形成することができる。例えば、stage-1 Li-GICの構造は、グラファイトの理論キャパシティを３７２ｍＡｈ／ｇに制限するＬｉＣ₆の化合物を提供することができる。例えば、グラファイトのグラフィン層のスタック配列はＡＡＡＡにシフトし、LiC₆の層間距離は、約０．３３５４ｎｍから約０．３７０ｎｍに穏やかに増加する。かかる平面空間における増加は、グラファイトが層間化合物形成の間の体積の拡張、及び、デインターカレーションの間の体積の縮小を経験することを示している。体積の拡張と縮小は、電流コレクタからの電極粒子の分離を引き起こし、その結果、不可逆な体積となる可能性がある。

リチウムイオンセルバッテリに使用されるグラファイト（例えば、グラファイトカーボン）には、各種の形状及びモフォロジー（例えば、ビーズ（beads）、ファイバー（fibers）、フレーク（flakes）等）がある。１例として、ＰＶＤＦと導電性カーボンを混合したグラファイトカーボンは、リチウムイオンセルバッテリ用のグラファイトカーボンを形成するために、電流コレクタ（cuurent collector）として機能する銅フォイル上にコートしてもよい。

１例として、リチウムイオンセルは、参照電極（例えば、正極及び負極に加えて）を備えていてもよい。参照電極は、当然に安定した電位（例えば、溶解フェーズに対して一定の値）を維持する目的である。参照電極は、他の電極（例えば、正極又は負極）の電位差測定を容易にすることができる。

リチウムイオンセル用の参照電極の例に関して、参照電極は、リチウムイオンフォイル、銅、ニッケル、アルミニウム、プラチニウム上のリチウム、ステンレス鋼（stainless steel sheet）、銅グリッド等としてもよい。銅に関して、１例として、コンピューティングデバイス（例えば、ノートブックコンピュータ）における使用に適しているリチウムイオンセル、約８０マイクロメーターの直径と絶縁層を有する導線、及び露出部分は、正極と負極間に配置され、銅線と負極間に配置されたセパレータ及び導線と正極間に配置されたセパレータによって分離されてもよい。銅線の露出部分に一様なリチウムの付着物を得るためには、まず、定電流を導線と正極間に印加し、次に、導線と負極間に印加してもよい。約８０マイクロメートルの直径を有する導線に対して、プロセスにより、約４マイクロメートルの厚さを有するリチウム層を積層してもよい。現プロセスのように、例えば、公称で約３００ｍＡ・ｈｒｓのキャパシティを有するセルに対して、約１×１０^−３ｍＡ・ｈｒｓまで電極のキャパシティを減少させるかもしれない。十分に充電されたリチウムイオンバッテリでは、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２（０．５≦ｘ≦１）とリチウム金属の参照電極間の電位差は約４．２Ｖである一方、Ｌｉ_ｙＣ_６（０≦ｙ≦１）とリチウム金属参照電極間の電位差は約０．０８Ｖであると期待される。

１例として、参照電極は、エレクトロケミカルインピーダンススペクトル観測（ＥＩＳ）をアシストする。 ＥＩＳは、一連の抵抗、ＳＥＩ層を介した拡散／移動抵抗、電荷移動抵抗、及び層間化合物形成／層間化合物分解プロセスの固体拡散係数を決定するのを可能とし、リチウムイオンセルの内部で発生する複雑なエレクトロケミカルプロセスを理解するのに役立つ。リチウムイオンセルは参照電極を備えており、１例として、３つの電極ＥＩＳ測定や２つの電極ＥＩＳ測定（例えば、セルは参照電極を備えている、又は、備えていない）が望ましい。

Ｚｈｏｕの論文「Lithium Metal Microreference Electrodes and their Applications to Li-ion Batteries（Eindhoven University Press,2007）」では、各充電及び放電サイクルが約１００hours（例えば、充電が約５０hours及び放電が約５０hours）である、約７回以上の充電及び放電サイクルの電極電位のデータ（例えば、導線の参照電極に対する電圧として測定された）について報告されている。

Ｚｈｏｕは、正極について、電位の安定は、僅かに異なるサイズの２つの六方相を含む２つの相の共存する領域に関係し、一方、電位は２つの六方相の単相の反応と関連する。約７サイクル以上では、Ｚｈｏｕによって報告されたデータは、リチウム層間化合物形成／分解用の正極の可逆性は、相対的に一定の最小値及び最大値で発生することを示している。

負極の電位プロファイルに関して、Ｚｈｏｕは、サイクルの間、電位は小さな平坦域まで下がり（例えば、stage-4のリチウム化グラファイトの形成に寄与する）、層間化合物形成の進行につれて、２つの追加的な平坦域への減少を継続する（例えば、stage-1とstage-4のリチウム化グラファイトの形成に寄与する）。約７サイクル以上で、Ｚｈｏｕによって報告されたデータは、リチウム層間化合物形成／分解用の正極の可逆性は、相対的に一定の最小値及び最大値で発生することを示している。

Ｚｈｏｕは、また、参照電極に対する負極の電位は、充電の開始と放電の終了でのバッテリ電圧変化の主な要因となり、参照電極に対する正極の電位は、充電の終了と放電の開始でのバッテリ電圧変化の主な要因となることを報告している。

図２の例において、方法（method）２３０は、再充電を開始するための開始ブロック（commencement block）２３２と、電圧をモニタリングするためのモニタリングブロック（monitoring block）２３６と、モニターした電圧（例えば、ΔＶ＝Ｖ_Cell−Ｖ_SS or other voltage）が所定の電圧（ΔＶ_REG）と等しいか否かを判定するための判定ブロック（decision block）２４０とを含んでいる。判定ブロック２４０がモニターした電圧が所定の電圧（ΔＶ_REG）と等しくないと判定した場合には、方法２３０は、モニターブロック２３６を継続し、判定ブロック２４０がモニターした電圧が所定の電圧（ΔＶ_REG）と等しいと判定した場合には、定電圧（ＣＶ）フェーズを開始するための別の開始ブロック２４４を実行する。定電圧（ＣＶ）フェーズの間、方法２３０は、電流をモニタリングするためのモニターブロック（monitor block）２４８を備えている。別の判定ブロック（another decision block）２５２は、モニターした電流が所定の電流（Ｉ_TERM）と等しいか否かを判定する。判定ブロック２５２は、モニターした電流が所定の電流（I_TERM）と等しくないと判断した場合は、方法２３０は、モニターブロック２４８を継続し、モニターした電流が所定の電流 （Ｉ_TERM）と等しいと判断した場合は、方法２３０は、再充電プロセスを終了するための終了ブロック（termination block）２５６を実行する。

図２の例において、判定ブロック２４０は、情報ブロック２３８からの入力を受け取ってもよい。情報ブロック（information block）２３８は、１又は複数の測定、１又は複数のモデル、１又は複数の測定及びモデルの両方に基づいた情報を提供してもよい。１例として、入力ブロック（input block）２０８は１又は複数の入力を情報ブロック２３８に提供してもよい。かかる例において、１又は複数の情報は、アノード電位（例えば、負極電位）、時間、サイクル回数、温度プロファイル等を含んでいてもよい。アノード電位に関して、このような電位は１又は複数の測定（例えば、参照電極に対する電圧のように）、１又は複数のモデル、又は、１又は複数の測定及びモデルの両方に基づいて提供されてもよい。モデルに関して、モデルは、１又は複数の変数（例えば、サイクル回数、サイクル期間、温度、時間に対する温度、放電割合、充電割合、放電時間、充電時間、デバイス動作特性、デバイス条件特性等）に依存した、線形等式又は非線形等式のような等式としてもよい。

図２の例において、判定ブロック（decision block）２５２は情報ブロック（information block）２５０から情報を受け取ってもよい。例として、情報ブロック（information block）２５０は、入力ブロック（input block）２０９から情報を受け取ってもよい。かかる例において、１または複数の情報は、アノード電位（例えば、負極の電位）、時間、サイクル回数、温度プロファイル等を含んでいてもよい。アノード電位に関して、電位は、１又は複数の測定（例えば、参照電極に対する電圧のように）、１又は複数のモデル、又は、１又は複数の測定及びモデルの両方に基づいて提供されてもよい。モデルに関して、モデルは、１又は複数の変数（例えば、サイクル回数、サイクル期間、温度、時間に対する温度、放電割合、充電割合、放電時間、充電時間、デバイス動作特性、デバイス条件特性等）に依存した、線形等式又は非線形等式のような等式としてもよい。

図３は、リチウムイオンセルによって電力が供給されるデバイス（devices）３００の例を示している。例えば、リチウムイオンセルによって電力が供給される、携帯電話（cell phone）、タブレット（tablet）、カメラ（camera）、ＧＰＳデバイス（GPS device）、ノートブックコンピュータ（notebook computer）、又は他のデバイス（other device）である。他のデバイスに関して、他のデバイスは、電気車両やハイブリッド車両の電気モータである。デバイスは、１又は複数のプロセッサ（processors）３０２と，メモリ（memory）３０４と、１又は複数のネットワークインターフェイス（network interfaces）３０６と、１又は複数のディスプレイ（displays）３０８と、電源としての１又は複数のリチウムイオンセル（lithium-ion cells）３１０とを備えている。

デバイスは、パワーセル回路（power cell circuitry）３１２を備えていてもよく、また、パワーセル回路３１２に動作可能に接続されていてもよい。パワーセル回路３１２は、１又は複数のリチウムイオンセルのような１又は複数のパワーセルを充電するための回路を備えている。パワーセル回路３１２は、充電回路（charger circuitry）３２０，セルパック回路（cell pack circuitry）３３０，又はセルパック及びホスト回路（cell pack circuitry and host circuitry）３４０を備えていてもよい。１例として、充電回路３２０は、パワーグリッドに接続するための１又は複数のグリッドパワーサプライ回路（grid power supply circuitry）３２２と、フューエルパワー電気ジェネレータ（例えば、オイル、エタノール、太陽、ガス等）と接続するためのフューエルジェネレータ回路（fuel generator circuitry）３２４と、ウィンドジェネレーター（wind generator）、回生ジェネレータ（例えば、回生ブレーキ）、シェーキングジェネレータ（例えば、手の動きで活性化するジェネレータ）、又は、他のジェネレータ（例えば、クランク等）と接続するためのメカニカルジェネレータ回路（mechanical generator circuitry）３２６と、を備えていてもよい。１例として、セルパック回路３３０は、セルパックの内部又は外部の１又は複数の回路を備えていてもよい。１例として、セルパック及びホスト回路３４０は、1 wireや2 wires等を介して、ワイヤレスデジタル通信回路（wireless digital communication circuitry）３４４及びアナログ通信回路（analog communication circuitry）３４６（例えば、有線、無線、又は、有線及び無線の両方）と通信するための１または複数のデジタル通信回路（digital communication circuitry）３４２を備えていてもよい。

ＳＢＳ４００は、スマートバッテリ（smart battery）４１０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ（AC-DC converter）４０７と、スマートバッテリチャージャー（smart battery charger）４４０と、バス（bus）４５０と、システムパワーサプライ（system power supply）４６０と、システムパワーコントローラ（system power controller）４７０と、システムホスト（system host）４８０とを備えている。スマートバッテ再充電ャー４４０は、スマートバッテリ４１０にチャージ電流及び電圧を供給可能な充電回路を備えている。

図４の例において、システムホスト４８０は、スマートバッテリ４１０の回路から受け取った信号、スマートバッテリ４１０の回路へ転送される信号、スマートバッテ再充電ャー４４０へ転送される信号等を許可するバス４５０と動作可能な回路を含んでいてもよい。１例として、システムホスト４８０は、スマートバッテリ４１０の回路から情報をリクエストして、そのリクエストに応じた情報を受け取り、受け取った情報を干すとの適当な回路に転送することができる、ＳＭＢｕｓホスト（例えば、2wire）又はいわゆる1 wireホストを備えていてもよい。

図４の例において、スマートバッテ再充電ャー４４０は、バス４５０の接続及び接続”Ｔ”から情報を受け取ることができる。かかる情報は、スマートバッテリ４１０からのイベントを含んでいてもよく、例えば、スマートバッテリ４１０の回路がイベントを検出した場合に、検出したイベントに応じて信号をバスに送出する。接続”Ｔ”を介して受け取った情報は、スマートバッテリ４１０の温度に関連するものでもよい。イベントの種類に関して、イベントは、充電状態又は温度状態が、メモリに格納された又はスマートバッテリ４１０の回路内の、１又は複数の制限値を超えたというアラームであってもよい。

スマートバッテリ４１０へのシステムホスト４８０の例では、残存時間、充電時間（例えば、スマートバッテリ４１０をチャージするのに要する時間）、リアルタイムパワー要求、バッテリ製造元、電子スタンプ等に関する情報を含むことができる。

システムホスト４８０は、例えば、オペレーティングシステム（又は、例えば、ハイパバイザー）の制御下で、バス４５０を介して通信可能なリアル及びバーチャルデバイスの両方を制御するように動作してもよい。スマートバッテリ４１０に加えて、かかるデバイスは、例えば、コントラスト／バックライトコントローラ及び温度センサを備えていてもよい。

スマートバッテリ４１０に関して、スマートバッテリ回路５１５及び１又は複数のセル４２０を備えていてもよい。図４の例に示すように、１又は複数のセル（cells）４２０は、カソード（cathode）４２２，アノード（anode）４２３，カソードタブ（cathode tab）４２４，アノードタブ（anode tab）４２５，インサレーター（insulator）４２８，及びパッケージ（package）４３０を備えている。１例として、エレクトロニックデバイス３００の１つは、タブ４２４及びタブ４２５の電気的な接続を介して、スマートバッテリ４１０によって電力が供給されることにしてもよい。

１例として、かかるスマートバッテリは、１又は複数の参照電極を備えていてもよい。参照電極は、例えば、参照電極タブを介して、カソード４２２（例えば、正極）及びアノード４２３（例えば、負極）に対する電位の測定を提供することができる。参照電極タブは、カソードタブ４２４とアノードタブ４２５のように、パッケージ４３０の同じ端で提供されてもよい。１例として、参照電極は、スマートバッテリ回路４１５が参照電極に対する１又は複数の電位を測定できるように、スマートバッテリ回路４１５に接続されてもよい。

図５は、図４のスマートバッテリ回路（smart battery circuitry）４１５として使用するのに適したスマートバッテリ回路５１５の例を示している。図５の例において、アナログフロンドエンド（analog front end：ＡＦＥ）５２０と、マイクロプロセッシングユニット（microprocessing unit：ＭＰＵ）５３０と、正の接続（＋）、負の接続（−）、クロック接続、データ接続、及び温度信号接続（Ｔ）用の接続インターフェイスと、を備えている。

図５の例において、ＡＦＥ５２０は、例えば、ＭＰＵ５３０によって提供される情報に従って、（例えば、ピンＶ１、Ｖ２、Ｖ３を経由して）３つのセル５０５を充電するように構成されている。

図５の例において、ＭＰＵ５３０は、各種回路やモジュール等を備えていてもよい。例えば、ＭＰＵ５３０は、フェールセーフ保護回路（fail-safe protection circuitry）、再充電制御回路（recharge control circuitry）、温度回路（temperature circuitry）、パワー制御回路（power management circuitry）、クロック回路（clock circuitry）、フラッシュメモリ（flash memory）、セルバランス及び制御回路（cell balance and control circuitry）、システムインターフェイス（system interface）、ＳＢＳデータ回路（SBS data circuitry）、ＡＦＥ５２０との通信用のＲＡＭと、過充電保護回路（overcharge protection circuitry）と、過電圧保護回路（overvoltage protection circuitry）と、不足電圧保護回路（undervoltage protection circuitry）と、セルパック電圧測定回路（cell pack voltage measurement circuitry）と、不足電圧電力モード回路（undervoltage power mode circuitry）と、インピーダンストラック＆データロジック回路（impedance track and data logging circuitry）と、を備えていてもよい。

１例として、スマートバッテリ回路５１５は、スマートバッテリの参照電極とのインターフェイス又は電気的な接続を備えている。図５は、カソード電極（例えば、正極）用、アノード電極（例えば、負極）用、又は、カソード電極及びアノード電極用の接続が提供される参照電極５０１の接続の例を示している。図５の例において、スマートバッテリ回路５１５は、さらに、３つのセル５０５の１又は複数用の参照電極と接続するための１又は複数の端子（例えば、１又は複数のピン）を有するＡＦＥを備えていてもよい。

１例として、ＭＰＵ５３０は１又は複数のセルの１又は複数の参照電極を用いて電位の測定を提供してもよい。かかる例において、ＭＰＵ５３０は、電位測定を実行するためにＡＦＥ５２０と通信を行ってもよい。１例として、ＭＰＵ５３０は、データ接続を介して、１又は複数の電位測定、又は少なくとも電位測定の一部に基づいた情報の通信を提供する。図４に関して述べたように、データ接続は、ホストシステム（例えば、ホストデバイス）とのバス接続であってもよい。従って、スマートバッテリ回路５１５は、１又は複数のセルの１又は複数の参照電極を用いて取得した１又は複数の電位測定の少なくとも一部に基づいた制御を行ってもよい。

図６は、ホスト（host）６０２及びスマートバッテリ（smart battery）６１０を備えたアレンジメント（arrangement）６００の例を示す図である。図６において、ホスト６０２は、オペレーティングシステム６０４（例えば、１又は複数のプロセッサ及びメモリを用いて実行可能である）と、ＡＣＰＩ ＥＣ（an advanced configuration and power interface embedded controller）６８０と、ＡＣＰＩレイヤ（ACPI layer）６９０と、を備えている。

ＡＣＰＩレイヤ６９０は、ハードウェア及びオペレーティングシステム用のパワーマネージメント及びコンフィギュレーション機構を規定するソフトウエアベースのインターフェィスとして提供されてもよい。ＡＣＰＩレイヤ６９０は、ＯＳＰＭ（OS-directed power management）のようなパワーマネージメントを提供してもよい。ＡＣＰＩレイヤ６９０は、ステート（例えば、ステートマシーン）に応じて動作してもよい。ＡＣＰＩレイヤ６９０は、１又は複数のステートのルール、及び、１又は複数のデバイスドライバとのイントラクション（例えば、スマートバッテリを含む１又は複数のデバイスに関連する、コマンドやインストラクション等を提供する）を提供する１又は複数のポリシー（例えば、ポリシーマネージャーとしてセットされる）に従って、動作してもよい。かかるアプローチでは、例えば、１又は複数のポリシーに応じて、関連する情報がステートを変化させるステートマシーンを提供してもよい。

ＥＣ（embedded controller）６８０に関して、ＥＣ６８０は、１又は複数のバックグラウンドタスク等各種装置（例えば、ヒューマンイントラクション装置）の制御、例えば、１又は複数のバックグラウンドタスク等を行ってもよい。例えば、ＥＣ６８０は、周辺器、ビルイン、又は他のデバイスのための１又は複数のバスのトラフィックを制御するノートコンピュータであってもよい。ＥＣ６８０は、特定のＢＩＯＳに関連するファームウェアに従って動作してもよい。例えば、ＥＣファームウェアは、ネットワーク接続を介して転送やコンピュータ読み取り可能なストレージ媒体からロード等された情報を介して変更（例えば、アップグレード等）されてもよい。

１例として、ＥＣは、H8S/2161BV of the H8S/2140B groupのグループのようなH8S family ECとしてもよい（Renesas Electronics Corporation, Santa Clara, Californiaの登録商標）。１例として、ＥＣはコンピュータのマザーボードに搭載され、かつ、電源を制御する機能（例えば、バッテ再充電ャー、スマートバッテリ、１又は複数のファンを有していてもよい。例えば、チップセットとＥＣ間の通信はＬＰＣ（low pin count）ホストを経由して行われる。また、ＥＣとデバイス間の通信はＩ^２Ｃ ｂｕｓ（例えば、ａＳＭＢｕｓ）を経由して行われる。

いわゆるＳＭＢｕｓ ＣＭＩ（control method interface）は、ＥＣがＡＣＰＩレイヤを介して動作することを可能とする。例えば、ＡＣＰＩcontrol methodsでは、ドライバが、オペレーティングシステム、システムソフトウェア（例えば、ハイパバイザー等）や、ユーザアプリケーション等によって、ＳＭＢｕｓ ＣＭＩオブジェクトの使用を可能とする。１例として、ＳＭＢｕｓ ＣＭＩは、例えば、ＳＭＢｕｓ ＣＭＩは、SMBus host controller hardwareをベースとする／ベースとしないＥＣを経由してデバイス制御を可能とする。

図６は、また、スマートバッテリ６１０を充電するための電源（例えば、ＡＣ／ＤＣパワーアダプター、ＤＣ／ＤＣパワーアダプター等）やスマートバッテリ６１０（例えば、ソケットやデバイスベイに設けられている）と接続するための物理的なインターフェイスのような追加的な構成を備えたアレンジメント６００の図を示している。図６に示すように、ＡＣＰＩ ＥＣ６８０は、ＥＣ回路（EC circuitry）とバスホスト（bus host）を備えることができる。ＥＣ回路は、データレジスタ（data registers）と、コントロール／ステータス（control／status）の回路とを備えることにしてもよい。バスホストは、スマートバッテリ６１０のインターフェイス（例えば、図５の例において、ＭＰＵ５３０のデータコネクター及びデータライン）を介して通信を行う。

例えば、アレンジメント６００は、図２の方法２３０のような方法を実行するように構成することにしてもよい。例えば、アレンジメント６００のコンポーネントの１又は複数がスマートバッテリ６１０の１又は複数のセルの充電を制御してもよい。アレンジメント６００において、ホスト６１０は、ＡＣＰＩ ＥＣ６８０のバスホストを介して、スマートバッテリ６１０と通信を行ってもよい。スマートバッテリ６１０は、例えば、図５のＭＰＵ５３０及びＡＦＥ５２０のようなＭＰＵ及びＡＦＥを備えている。例えば、アレンジメント６００は、図１０のプロット１０１０及び１０３０で説明した方法（又はここで記載した他の方法）の１又は複数を実行するように構成されてもよい。

図７は、回路（circuitry）７１５と１又は複数のセル（cells）７０５を備えたアレンジメント７００の例を示している。図７の例において、ポイントＡ，Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、１又は複数のセル７０５の充電の制御を行うことができる回路７１５の特定の部分を示している。さらに、１又は複数のセル７０５は、１又は複数の参照電極を備えており、回路７１５は、１又は複数の参照電極を接続するための１又は複数のコネクタを備えていてもよい。かかる例において、１又は複数のコネクタを介して供給される信号は、１又は複数のセル７０５の充電を制御してもよい。

ポイントＡに関して、回路は、再充電プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズを開始するように動作するコンパレータであり、Ｖ_Ref信号が可変に供給されてもよい。次に、他の回路に供給されるＶ_Ref信号は、１又は複数のセル７０５用の再充電プロセスを変更してもよい。

ポイントＢに関して、回路は、例えば、１又は複数のセル７０５の再充電に適切な１または複数のパラメータをトラック（track）してもよい。例えば、充電サイクル（例えば、再充電サイクル）の回数をトラックするカウンターが考えられる。充電サイクルの回数が増加するに従って、回路は再充電プロセスを変更（例えば、オプションとして充電サイクルを変数として含むモデルに従って）するように動作してもよい。

ポイントＣでは、回路は、例えば、回路７１５の０Ｖ参照電圧（“0 V” reference）を変更してもよい。１例として、０Ｖ参照電圧は、時間や充電サイクルの回数等に対して、上方に上げてもよい。

ポイントＤに関して、回路は、例えば、時間、充電サイクル、使用量等の関数として、１又は複数のセル７０５において発生する又は発生が予期される変化をカウントするように動作するような態様で、温度補償回路を変更するように構成してもよい。図７に示すように、温度補償回路からの出力は、１又は複数の充電プロセスパラメータ（例えば、図２の方法２３０のΔＶ_REG）を制御する他の回路（例えば、充電制御・充電タイマ−・ステータスロジック回路（charge control, charge timer, status logic circuitry）に供給されてもよい。

ポイントＥに関して、回路は、回路７１５の参照電位（Ｖ_Ref）の発生を変更するように構成してもよい。上述したように、参照電位（Ｖ_Ref）は、充電プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズを開始するための信号を生成するように動作するコンパレータに出力される。

アレンジメント７００は、１又は複数のセル７１５用の１又は複数の参照電極を備えている。回路７１５は、１又は複数のセル７１５のアノード電極、カソード電極、又は、その両方について測定された電位の少なくとも一部に基づいて充電プロセスを調整するように動作してもよい。例えば、測定されたアノード電極電位は、参照電位（Ｖ_Ref）を変更し、次に、充電プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズをいつ開始するかを決定するために、セル電位（Ｖ_Cell）を受け取るコンパレータの動作を変更するのに使用されてもよい。例えば、かかるアプローチでは、充電プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズのトリガーとなる電位差を減少させるように動作してもよい。例えば、この電位差が初期的にＸＶに設定されている場合、アノード電極についての電位測定における変化に従って、ＸＶより小さくしてもよい。かかる方法では、１又は複数のセル７０５のカソード電極の上限電圧制限値を超えた電位を防止するように動作してもよい。

図８はエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）８０２と、セルパック（cell pack）８１０と、電気モータ・ジェネレータ（electric motor and generator）８２０を備えた車両（vehicle）８００の例を示している。図８は、また、ＥＣＵ８０２と，セルパック８１０と、電気モータ・ジェネレータ８２０と、充電制御回路８６０とを備えた、車両８００用のシステム８５０の例を示している。車両８００は、図３のデバイス３００のようなデバイスとすることができ、例えば、１又は複数のプロセッサやメモリ等を備えていてもよい。

車両８００は、例えば、加速サイクルにおいて即時の再利用のために制動エネ−ギーを吸収でき（例えば、回生制動スキームにおいて、電気モータ・ジェネレータ８２０をジェネレータとして用いて）、セルパック８１０が約１．４ｋＷｈであるハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）としてもよい。車両８００は、例えば、ハイブリッド及び電気ドライブ機能の両方を提供でき、セルパック８１０が約５．２〜１６ｋＷｈであるプラグインハイブリッド電気車両（ＰＨＥＶ）としてもよい。例えば、車両８０１は、車両８００を推進するために、セルパック８１０が２４〜８５ｋＷｈであるバッテリ電気車両（ＢＥＶ）としてもよい。

図８の例に示すように、充電制御回路（charge control circuitry）８６０は、セルパック（cell pack）８１０の１又は複数のセル用の充電プロセスを制御してもよい。例えば、充電制御回路８６０は１又は複数の充電プロセスの間、充電電圧を制御するように動作してもよい。１例として、充電プロセスは制動（例えば、制動が行われている間の短い期間）に応答して実行されてもよい。別の例では、充電プロセスは、電源グリッドへの電気的な接続を介して実行されてもよい。別の例では、充電プロセスは、電力を生成するジェネレータに接続された内燃機関のシャフトを介して実行されてもよい。 かかる例において、回路８６０は、モデルやスケジュール等に応じて、セルパック８１０の１又は複数のセル用の充電電圧を制御してもよい。充電プロセスの種類に応じて、セルパック８１０の１又は複数のセルの充電は、図１の充電フェーズ１２０とは全部又は一部が異なる態様で実行されてもよい。

図９は、各々が１又は複数の参照電極（reference electrodes）９２１を備えたセル（cell）９０１及びセル（cell）９０２の例を示している。セル９０１，９０２の各々は、カソード（cathode）９２２，アノード（anode）９２３，カソードタブ（cathode tab）９２４，アノードタブ（anode tab）９２５，１又は複数のセパレータ（separators）９２８−１、９２８−２，９２８−３を備えている。セル９０１は参照電極９２１に接続するためのコネクタ（connector）９２９（例えば、ワイヤやタブ等）を備えていてもよい。一例として、１又は複数の参照電極９２１は、銅又は他の材料を含んでいてもよい。一例として、例えば、リチウムイオンセルは、チタニウム（例えば、アノード表面にリチウム・チタネート・ナノ結晶（lithium-titanate nanocrystals））を含んでいてもよい。かかるアノードはグラファイトアノード（graphite anode）とは異なる特性を示す。従って、モデルや測定等は、アノードの種類（例えば、チタネートやグラファイト等）に応じて構築されてもよい。

図１０は、サイクル回数のような変数に対して電位を制御するためのプロット（plots）１０１０、１０３０の例を示している。図１０の例において、プロット１０１０は、カソードの下限（ＬＬ）及び上限（ＵＬ）と、充電プロセスの間のカソードでの定電圧フェーズの電位（potential for a constant voltage（CV）phase）を示す太線と、サイクル回数（cycle number）（x）のような変数を関数として増加するアノード電位（anode potential）を示す太線とを含んでいる。

プロット１０１０の例において、所定のサイクル回数（ｘ_c）で、充電プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズを開始することが要求されるカソードの電位（図中の斜めの点鎖線）は、カソードの上限（ＵＬ）を超える。しかしながら、本実施の形態の制御方法を実行することによって、再充電プロセスで印加される電位差（ΔＶ）は、例えば、サイクル回数（Ｘ）又は他の変数（オプションとしてサイクル回数と他の変数とのコンビネーション）を関数として、減少する。かかる方法では、カソードに過度の電位を印加することのリスクを減少又は避けることができる。図２の方法２３０に関して、電位差（ΔＶ）の値は、ΔＶ_REGを適用できる。

プロット１０３０の例において、調整は、例えば、周期的に、例えばサイクル回数に従って行われる。プロット１０３０の例において、カソードでの電位の値は、下方調整がなされた後（例えば、ΔＶ（例えば、ΔＶ_REG）の値を減少させることにより）、サイクル回数に伴って上昇することが許される。

一例として、ΔＶ（or ΔＶ_REG）は、サイクル単位又は他の基準で減少させることにしてもよい。図２に関して述べたように、アドバンスドバッテリヘルスアセスメント法は、例えば、サイクル及び使用シナリオの間のセルの化学的な挙動に基づいたアルゴリズムを使用することにより、セル電極の劣化に影響を与える条件をモニタリング及び制御することによって、サイクル寿命を延ばすことができる。かかるアプローチでは、サイクル期間の個々の電極のモデル化した挙動、測定した挙動、又はモデル化及び測定した挙動（オプションとして、セル電圧、インピーダンス、セル電圧及びインピーダンスの両方等を組み合わせてもよい）を使用する。

一例として、１又は複数のアルゴリズムは、所定のセルのケミストリに基づいた公知のプレ条件を使用することにしてもよく、又は、参照電極を用いたセルのケミストリのリアルタイムモニタリングに基づいていてもよい。

一例として、セルのアノード電位は充電サイクル回数に基づいた関数（例えば、f（ｘ））として提供されてもよく、かつ、条件は、当該関数及びカソード電位の上限（例えば、UL）に基づいた基準充電サイクル回数（例えば、ｘ_c）に対して確立してもよい。このような例では、アノード電位は充電サイクル回数に対して増加し、基準充電回数に対する条件は、式Δ（ｘ_c）＝０＝ＵＬ−ｆ（ｘ_c）−ΔＶ（１）で表すことができる（但し、 ΔＶ（１）は最初の充電サイクル（例えば、新しいセル）。かかる例において、方法は、一旦、基準充電サイクル回数ｘ_cに到達した場合に（又はセーフティマージンを与えるためにその前に）、ΔＶ（or ΔＶ_REG）の調整を開始してもよい。例えば、ΔＶは、充電サイクル回数Ｘが基準充電サイクル回数x_cを超えて増加するにつれて、カソード電位の上限ＵＬを超えるのを防止するために、減少する。上述したように、セルのアノード電位は、１又は複数の変数（例えば、充電サイクル回数、経年、温度−時間プロファイル等）の関数として提供されてもよい。

例えば、アノード電位、関数、スケジュール等の所定の先行技術は、１又は複数の関数として、カソード電位に適用することができる。１例として、アノード電位のための関数が、カソード電位のために別の関数が与えられてもよい。かかる例において、ΔＶ（or ΔＶ_REG）はこれらの２つの電位差（例えば、サイクル単位又は他の基準で）として規定してもよい。別の例では、ΔＶ（or ΔＶ_REG）は、１又は複数の変数の関数（例えば、ΔＶ（x₁,x_2,...x_n）として与えられてもよい。

１例として、方法は、最初の充電サイクル又は後半の充電サイクルからサイクル単位でΔＶ（or ΔＶ_REG）を制御してもよい。かかる例において、対応するカソード電位は、カード電位の上限ＵＬの下付近又はカード電位の上限ＵＬでスタートしてもよい。

上述したように、１又は複数の要因でセルの変化が発生する場合がある。一例として、放電−充電サイクルはセルの化学性や構造等を変化させる場合がある。例えば、サイクル回数が増加するにつれて、アノード、カソード、又はアノード及びカソードの両方で不純物が凝集し、セルのパワーストレージキャパシティに影響を与える可能性がある。別の例では、サイクル回数が増加するにつれて、アノード、カソード、又はアノード及びカソードの両方で構造が分解し、セルのパワーストレージキャパシティに影響を与える可能性がある。１例として、充電制御回路は、充電電圧を調整することによってこのような変化のための構成を備えて、各種ダメージの状態（例えば、カソード電位の上限を超えること）を避けるように構成してもよい。例えば、充電制御回路は、セル寿命を延ばすように、１又は複数のセルで発生する変化を補償する補償回路としてもよい。

一例として、方法は、リチウムイオンセルの負極の電位値を受信する工程と、リチウムイオンセルを充電するセル充電プロセスと、少なくとも負極の電位値の一部に基づいて定電圧フェーズの電圧を調整する工程と、を含んでいてもよい。かかる方法において、受信する工程は、リチウムイオンセルの参照電極に対する負極の電位値を測定する工程を含んでいてもよい。一例として、負極は、カーボンマトリクス（例えば、グラファイト）を含んでいてもよい。一例として、方法は、コンピュータにリチウムイオンセルで電力を供給する工程と、携帯通信回路にリチウムイオンセルで電力を供給する工程と、を含んでいてもよい。

一例として、方法は、車両にリチウムイオンセルで電力を供給する工程と、リチウムイオンセルの負極の電位値を受信する工程と、リチウムイオンセルを充電するセル充電プロセスと、少なくとも負極の電位値の一部に基づいて定電圧フェーズの電圧を調整する工程と、を含んでいてもよい。かかる例において、電力を供給する工程は、車両の駆動トレーン（drive train）に動作可能に接続した電気モータに電力を供給する工程を含んでいてもよい。

一例として、システムは、ＤＣ電力によって電力を供給される回路と、ＤＣ電力を供給するリチウムイオンセル、リチウムイオンセルの負極の電位の増加を示す情報に基づいて、リチウムイオンセルのセル充電プロセスのために、定電圧フェーズの電圧を調整する回路とを備えていてもよい。 かかるシステムにおいて、負極の電位の増加を示す情報は、リチウムイオンセルの参照電極に対する負極の測定された電位値を含むことができる。

一例として、負極の電位の増加を示す情報は、リチウムイオンセルの参照電極に対する負極の電圧値の測定値に基づいた、システムのメモリに格納されたスケジュールを含むことができる。かかる例において、スケジュールは、１又は複数のパラメータ（例えば、再充電サイクル、時間、温度等）に対する負極の電位値を含むことができる。一例として、例えば、スケジュールは、１又は複数の再充電サイクル回数、時間、及び温度に対する電位値を含んでいてもよい。

一例として、システムは、負電極の電位の増加を示す情報を、１又は複数のパラメータ（例えば、再充電サイクル回数、時間、及び温度）に対する負極の電位のモデルから導出される値として、含んでいてもよい。

一例として、モデルは、１又は複数のリサイクル回数、時間、及び温度に対するモデル電位としてもよい。

一例として、システムは、電気モータを、１又は複数のリチウムイオンセルによって供給されるＤＣ電力によって駆動される回路として備えることができる。一例として、システムは、コンピュータを、１又は複数のリチウムイオンセルによって供給されるＤＣ電力によって駆動される回路として備えることができる。一例として、システムは、１又は複数のリチウムイオンセルによって供給されるＤＣ電力によって駆動される携帯通信回路を備えることができる。

一例として、リチウムイオンセルシステムは、カーボンマトリクスアノードを含むリチウムイオンセルと、参照電極に対するカーボンマトリクスアノードの電位を測定するための回路と、カーボンマトリクスアノードの測定された電位の少なくとも一部に基づいて、リチウムイオンセルの再充電のために、定電圧フェーズの電圧を調整する回路と、を備えることができる。一例として、定電圧フェーズの電圧を調整するための回路は、バスインターフェイスを介して受信した情報に基づいて、定電圧フェーズの電圧を調整することにしてもよい。かかる例において、バスインターフェイスはコンピュータバス又は車両のバス（又は、他のバス）に接続されてもよい。

一例として、定電圧（ＣＶ）フェーズの電圧が考慮されているパラメータΔＶ_REGを調整することによって、定電圧（ＣＶ）フェーズの電圧を調整することにしてもよい。上述したように、パラメータΔＶ_REGは、充電（再充電）プロセスの定電圧（ＣＶ）フェーズの電圧をいつ開始するかを決定するために使用する。定電圧（ＣＶ）フェーズの電圧は、電流が許容レベルまで減少している間、その値が維持される（例えば、充電プロセスの終了のトリガーとなる）。

一例として、充電プロセスは、定電圧（ＣＶ）フェーズに替わる手段、充電プロセスに適用できるここで記載した１又は複数の技術（例えば、セル寿命、安全、パフォーマンス等ため）を実行してもよい。

要約、明細書、特許請求の範囲で使用される「回路（“circuit”or“circuitry”）」という用語は、当業者によく知られているように、利用可能なインテグレーションの全てのレベルを含むものである（例えば、ディスクリートロジック回路から実施の形態の機能を実行するためにプログラムされたプログラマブルロジックコンポーネントや前記機能を実行するための指令でプログラムされた汎用目的や特定目的のプロセッサを含むＶＬＳＩまで）。このような回路は、コンピュータが実行可能な指令を備えた１又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体に選択により依存してもよい。ここで記載されるように、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ストレージデバイス（例えば、メモリカード、ストレージディスク等）としてもよく、かつ、コンピュータ読み取り可能なストレージ媒体として参照されてもよい。

様々な回路の例を説明したが、図１１はコンピュータシステム１１００の一例を説明するためのブロック図である。コンピュータシステム１１００は、Lenovo （US） Inc. of Morrisville で販売されている、ThinkCentre（登録商標）やパーソナルコンピュータのThinkPad（登録商標）シリーズ、NC、ThinkStation（登録商標）のようなワークステーションとすることができる。しかしながら、ここでの記載から明らかなように、サテライト、ベース、サーバ、又は他のマシーンは、他の特徴又はコンピュータシステム１１００の特徴の幾つかだけを有していてもよい。図３のデバイス３００のようなデバイスは、コンピュータシステム１１００の特徴の少なくとも複数を備えていてもよい。

図１１に示すように、コンピュータシステム１１００は、いわゆるチップセット１１１０を備えている。チップセットは、集積回路やチップのグループと呼ばれ、協働するように設計（例えば、構成）されている。チップセットは、通常、単一の製品として市販されている（例えば、INTEL（登録商標）やAMD（登録商標）等のブランドで市販されているチップセット）。

図１１の例において、チップセット１１１０はブランドまたは製造業者に応じてある程度変更できる特定のアーキテクチャを有する。チップセット１１１０のアーキテクチャは、ＤＭＩ（direct management interface）１１４２又はリンクコントローラ（link controller）１４４を介して情報（例えば、データ、信号、及びコマンド等）を交換するコア・メモリコントロールグループ（core and memory control group）１１２０及びＩ／Ｏコントローラハブ（I/O controller hub）１１５０を備えている。図１１の例において、ＤＭＩ１１４２は、chip-to-chipインターフェイスである（ノースブリッジ（north-bridge）とサウスブリッジ（south-bridge）間のリンクとして参照する場合がある）。

コア・メモリコントロールグループ１１２０は、ＦＳＢ（front side bus）１１２４を介して情報を交換する１つ以上のプロセッサ（processors）１１２２（例えば、シングル又はマルチコア）及びメモリコントローラハブ（memory controller hub）１１２６を備えている。コア・メモリコントロールグループ１１２０は、従来のノースブリッジ（north-bridge）式のアーキテクチャに取って代わるチップがインテグレィトされてもよい。

メモリコントローラハブ１１２６は、メモリ（memory）１１４０とのインターフェイスを行う。例えば、メモリコントローラハブ１１２６は、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭメモリ（例えば、DDR、DDR2、DDR3等）をサポートする。一般的に、メモリ１１４０は、ＲＡＭ形式である。メモリ１１４０は、システムメモリとして頻繁に参照される。

メモリコントローラハブ１１２６は、さらに、ＬＶＤＳ（a low-voltage differential signaling interface）１１３２を備えている。ＬＶＤＳ１１３２は、ディスプレイデバイス１１９２（例えば、ＣＲＴ、フラットパネル、プロジェクタ等）をサポートするいわゆるＬＤＩ（LVDS Display Interface）としてもよい。ブロック（block）１１３８はＬＶＤＳインターフェイス１１３２を介してサポートされるテクノロジー（例えば、ＳＤＶＯ（serial digital video）、ＨＤＭＩ（登録商標）／ＤＶＩ、ディスプレイポート（display port））を備えている。メモリコントローラハブ１１２６は、また、例えば、ディスクリートグラフィックス（discrete graphics）１１３６をサポートするＰＣＩ−Ｅ（PCI-express interface）１１３４を備えている。ＰＣＩ−Ｅインターフェィスを用いたディスクリートグラフィックスは、ＡＧＰ（accelerated graphics port）に交互にアプローチする。例えば、メモリコントローラハブ１１２６は、外部ＰＣＩ−Ｅベースグラフィックスカード用に１６レーン（×１６）のＰＣＩ−Ｅポートを含むことにしてもよい。システムは、グラフィックスをサポート用のＡＧＰ又はＰＣＩ−Ｅを備えていてもよい。ここで記載するように、センサーディスプレイは、抵抗検出、光学検出、他のタイプの検出を使用してもよい。

Ｉ／Ｏコントローラハブ１１５０は、各種のインターフェイスを備えている。例えば、図１１に示す例では、ＳＡＴＡインターフェイス１１５１、ＰＣＩ−Ｅインターフェイス１１５２（選択により１又は複数のlegacy PCI interfaces）、１又は複数のＵＳＢインターフェイス１１５３）、ＬＡＮインターフェイス１１５４（より一般的にはネットワークインターフェイス）、ＧＰＩＯインターフェイス（a general purpose I/O interface）１１５５、ＬＰＣ（low-pin count）インターフェイス１１７０、パワーマネージメントインターフェイス（power management interface）１１６１、クロックジェネレータインターフェイス（clock generator interface）１１６２、オーディオインターフェイス（audio interface）１１６３（例えば、スピーカ１１９４用）、ＴＣＯインターフェイス（TCO interface）１１６４、システムマネージメントバスインターフェイス（system management bus interface）１１６５ （例えば、multi-master serial computer bus interface）、図１１に示す例では、ＢＩＯＳ１１６５及びブートコード１１９０を含むことができるＳＰＩ Ｆｌａｓｈ（serial peripheral flash memory/controller interface）１１６６等を備えている。ネットワーク接続に関して、Ｉ／Ｏコントローラハブ１１５０は、ＰＣＩ−Ｅインターフェイスポートと複合された統合ギガビット・イーサネット（登録商標）コントローララインを備えていてもよい。他のネットワーク構成は、ＰＣＩ−Ｅインターフェイスから独立して動作してもよい。

Ｉ／Ｏハブコントローラ１１５０のインターフェイスは、各種デバイスやネットワーク等との通信を提供する。例えば、ＳＡＴＡインターフェイス１１５１は、ＨＤＤｓ、ＳＤＤｓ、又はこれらの結合のような１又は複数のドライブ１１８０に対して、情報のリード、ライト、又は、リード・ライトを提供する。Ｉ／Ｏハブコントローラ１１５０は、また、１又は複数のドライバ１１８０をサポートするために、ＡＨＣＩ（advanced host controller interface）を備えていてもよい。ＰＣＩ−Ｅインターフェイス１１５２は、デバイスやネットワーク等へのワイヤレス接続１１８２を可能とする。ＵＳＢインターフェイス１１５３は、キーボード（ＫＢ）、１又は複数の光学センサ（例えば、図９のセンサ１９２６）、マウス、他のデバイス（マイクロフォン、カメラ、電話、ストレージ、メディアプレイヤー等）のような入力デバイス１１８４を提供する。１又は複数の他のタイプのセンサは、選択により、ＵＳＢインターフェイス１１５３又は他のインターフェイス（例えば、I2C等）を使用することにしてもよい。マイクロフォンに関して、図１１のシステム１１００は、音声（user voice、ambient sound等）を受信するように好適に構成されたハードウェア（例えば、オーディオカード）を備えることにしてもよい。

図１１の例において、ＬＰＣインターフェイス１１７０は、１又は複数のＡＳＩＣｓ１１７１、ＴＰＭ（trusted platform module）１１７２、スーパーＩ／Ｏ１１７３、ファームウェアハブ１１７４、ＢＩＯＳスサポート１１７５、ＲＯＭ１１７７、フラッシュ１１７５、ＮＶＲＡＭ（non-volatile RAM）のような各種タイプのメモリ１１７６の使用を提供する。 ＴＰＭ１１７２に関して、このモジュールは、ソフトウェアやハードウェアデバイスを認証するのに使用できるチップの形態としてもよい。例えば、ＴＰＭは、プラットフォームの認証を実行できるようにしもよく、また、システムシーキングアクセスが想定されるシステムであることを認証するために使用してもよい。

システム１１００は、パワーオン後にＳＰＩ Ｆｌａｓｈ１１６６に格納されているＢＩＯＳ１１６８がブートコード１１９０を実行し、その後、１つ以上のユーザＯＳ及びアプリケーションソフトウェア（例えば、メモリ１４０に格納されている）のコントロール化でデータを処理するように構成してもよい。ユーザＯＳは、各種の記憶場所に格納でき、例えば、ＢＩＯＳ１１６８の指令に応じてアクセスされるようにしてもよい。ここで記載するように、サテライト、ベース、サーバ、又は他のデバイスは、図１のシステム１１００に示されるよりも少なくまたは多くの特徴を含んでいてもよい。さらに、図１１のシステム１１００は、オプションとして、ＧＳＤ（登録商標）、ＣＤＭＡ等、システム１１００の１又は複数の他の構成と動作を調整するための各種回路を含むことができる携帯電話回路（cell phone circuitry）１１９５を備えていることを示している。図１１に示すように、バッテリ回路（battery circuitry）１１９７は、１又は複数のバッテリや電源等、関連する構成（例えば、オプションにより、システム１１００の１又は複数の他の構成を制御する）を提供可能である。上述したように、ＳＭＢｕｓは、ＬＰＣ（例えば、ＬＰＣインターフェイス１１７０参照）やＩ^２Ｃ（例えば、ＳＭ／Ｉ^２Ｃインターフェイス１１６５参照）を経由して動作可能としてもよい。

方法、装置、システムの例を構造的な特徴及び／又は方法的な動作を特定する用語で記載したが、特許請求の範囲で規定される主題は、特定された特徴又は動作に制限する必要はない。むしろ、特定された特徴及び動作は、請求項で記載された方法、装置、システム等を実行する形態の１例として開示されている。

１１０ 制御回路（management circuitry）
１１２ リチウムイオンセル
３００ デバイス（devices ）
３０２ プロセッサ（processors：CPU(s)）
３０４ メモリ（memory）
３０６ ネットワークインターフェイス（network interfaces）
３０８ ディスプレイ（displays）
３１０ リチウムイオンセル（lithium-ion cells：power cell（s））

Claims (20)

1. リチウムイオンセルの負極の電位値を受け取る工程と、
   前記負極の電位値と前記リチウムイオンセルの正極の電位値の差分が閾値以上になった場合に、定電圧フェーズを開始する工程と、
   前記定電圧フェーズでは、前記負極の電位値と前記正極の電位値の差分が前記閾値より小さくなるように調整することにより、前記負極の電位値が上限を超えないように調整する工程と、
   を含む方法。
2. 前記受け取る工程は、前記リチウムイオンセルの参照電極に対する前記負極の電位値の測定を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記負極は、カーボンマトリックスを含む請求項１に記載の方法。
4. さらに、前記リチウムイオンセルを備えた車両に電力を供給する工程を含む請求項１に記載の方法。
5. さらに、前記リチウムイオンセルを備えたコンピュータに電力を供給する工程を含む請求項１に記載の方法。
6. さらに、前記リチウムイオンセルを備えた携帯通信回路に電力を供給する工程を含む請求項１に記載の方法。
7. ＤＣ電力によって駆動される回路と、
   前記ＤＣ電力を供給するリチウムイオンセルと、
   前記リチウムイオンセルの負極の電位の増加を示す情報に基づいて、前記リチウムイオンセルに対するセル充電プロセスのために、定電圧フェーズの電圧を調整する回路と、
   を備え、
   前記調整する回路は、定電圧フェーズでは、前記負極の電位値と前記リチウムイオンセルの正極の電位値の差分を調整することにより、前記負極の電位値が上限を超えないように調整するシステム。
8. 前記負極の電位の増加を示す情報は、前記リチウムイオンセルのリファレンス電極に対する負極の電位の測定値を含む請求項７に記載のシステム。
9. 前記負極の電位の増加を示す情報は、スケジュールに基づいて算出されたものであり、
   前記スケジュールは前記システムのメモリに格納される請求項７に記載のシステム。
10. 前記スケジュールは、１又は複数のパラメータに対する前記負極の電位値のスケジュールを含む請求項９に記載のシステム。
11. 前記１又は複数のパラメータは、再充電サイクルの回数、時間、及び温度のうちの少なくとも１つを含む請求項１０に記載のシステム。
12. 前記負極の電位の増加を示す情報は、１又は複数のパラメータに対する負極の電位モデルから導出される値を含む請求項７に記載のシステム。
13. 前記１又は複数のパラメータは、再充電サイクルの回数、時間、及び温度のうちの少なくとも１つを含む請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ＤＣ電力によって駆動される回路は、電気モータを含む請求項７に記載のシステム。
15. 前記ＤＣ電力によって駆動される回路は、コンピュータを含む請求項７に記載のシステム。
16. 前記ＤＣ電力によって駆動される回路は、携帯通信回路を含む請求項７に記載のシステム。
17. カーボンマトリクスアノードと、カソードと、リファレンス電極を有するリチウムイオンセルと、
    前記リファレンス電極に対するカーボンマトリクスアノードの電位を測定する回路と、
    少なくとも前記カーボンマトリクスアノードの測定された電位の一部に基づいて、前記リチウムイオンセルの再充電のために、定電圧フェーズの電圧を調整する回路と、を備え、
    前記調整する回路は、前記定電圧フェーズでは、前記カソードの電位値と前記カーボンマトリクスアノードの電位値の差分を調整することにより、前記カソードの電位値が上限を超えないように調整するリチウムイオンセルシステム。
18. さらに、前記定電圧フェーズの電圧を調整する回路のために情報を受信するためのバスインターフェイスを備えた請求項１７に記載のリチウムイオンセルシステム。
19. 前記定電圧フェーズの電圧を調整する回路は、前記バスインターフェイスを介して受信した情報に基づいて、前記定電圧フェーズの電圧を調整する請求項１８に記載のリチウムイオンセルシステム。
20. 前記バスインターフェイスは、コンピュータバス又は車両バスに接続されるインターフェイスを含む請求項１９に記載のリチウムイオンセルシステム。

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