JP5841592B2 - バッテリーセルの充電均等化 - Google Patents

Description

組電池は、より高い動作電圧を達成するために直列に接続された複数のセルからなっていてもよい。特定のセル間の製造ばらつき、不均等な温度分布、エージング特性の違いやそれらセル間のその他の違いにより、組電池の性能低下や早期故障が引き起こされる可能性がある。例えば、充電サイクル中、組電池が劣化したセル（すなわち、容量の減少したセル）を有する場合、該劣化したセルは、完全に充電された後、組電池の残りのセルが完全に充電されるまで過充電されるかもしれない。セルの過充電は、該セル内の温度および圧力上昇につながる可能性があり、かつ、セル、組電池またはその他の近辺の装置にまで損傷を与えかねない。放電中、組電池におけるもっとも弱いセルは、最大の放電深度（すなわち、最低の充電状態）を有するかもしれず、したがって、他のセルより先に完全に放電される可能性がある。一般的に、ひとたび組電池の単一のセルが故障すると、組電池全体を交換せねばならず、費用および時間がかかりかねない。

バッテリーセル充電均等化装置、システムおよび方法を提供する。バッテリーセルの充電均等化は、組電池の各セルに保存されるエネルギーの差異を減少させることにより、性能を向上させるため（例えば、放電中に可能な限り多くのエネルギーを送り出すため）、かつ、複数セルバッテリーのサイクル寿命を延長するために用いることができる。バッテリーセル充電均等化回路は、組電池の充電中に、バッテリーセルの充電レベルを検知してもよい。セルの充電状態（ＳＯＣ）の目安であるセルの電圧が予め設定された閾値を超える場合、該回路は、過剰な充電電流をセルから分流（例えば、分路）させる。例えば、充電電流は、セルの再充電を制限するために損失の大きい回路素子へと分流させられてもよい。バッテリーセル充電均等化回路は、不規則なノイズトリップを低減するために電圧またはＳＯＣ閾値の正確なヒステリシスを提供してもよい。バッテリーセル充電均等化回路はまた、該回路を検出回路に結合することによりセルのＳＯＣを監視するために用いられてもよい。閾値および閾値のヒステリシスは、充電電流の分流または所望のＳＯＣレベルにおける検知出力を提供するよう選択されてもよい。

ある特定の実施形態において、組電池システムは、直列に結合されている複数のバッテリーセルを有する組電池を含む。該組電池システムは、第１バッテリーセルの電圧を監視するための第１回路構成を含む。組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第１回路構成は、第１バッテリーセルを迂回するよう充電電流の少なくとも一部を送る。第１バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第１回路構成は、第２電圧閾値を設定する。該組電池システムはまた、第１バッテリーセルの電圧を監視するための第２回路構成を含む。組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第３電圧閾値を満たしたことに応答して、第２回路構成は、監視出力を生成する。第３電圧閾値は、第１電圧閾値より高い。

ある特定の方法は、複数セルバッテリーのうちのあるバッテリーセルに結合されているバッテリー充電均等化回路において充電電流を受けることを含む。該方法はまた、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たすと、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることを含む。該方法は、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第２電圧閾値を設定することをさらに含む。第２電圧閾値は、第１電圧閾値より低い。バッテリーセルの電圧が第２電圧閾値を満たしている間にバッテリーセルを通らないよう充電電流を送る。

ある特定の実施形態において、バッテリーセル充電均等化装置は、バッテリーセルに結合されている電圧基準装置を含む。電圧基準装置は、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たすと、第１回線経路を通る電流の流れを可能とする。該バッテリーセル充電均等化装置はまた、第１回線経路に結合されている第１スイッチング装置を含む。第１スイッチング装置は、第１回線経路を通る電流の流れにより活性化されて、第２回線経路を通る電流の流れを可能とする。第２回線経路を通る電流の流れにより第２電圧閾値が設定される。第２電圧閾値は、第１電圧閾値とは異なる（例えば、第２電圧閾値は、第１電圧閾値より低くてもよい。）該バッテリーセル充電均等化装置はまた、第１回線経路に結合されている第２スイッチング装置を含む。第２スイッチング装置は、第１回線経路を通る電流の流れにより活性化されて、第３回線経路を活性化する。第３回線経路は、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させる。

説明した特徴、機能および利点は、さまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が開示されるさらに他の実施形態において組み合わせてもよい。

図１は、バッテリーセル充電均等化システムの第１の特定の実施形態の図である。 図２は、組電池システムのある特定の実施形態の図である。 図３は、バッテリーセル充電均等化回路構成の第１の特定の実施形態の模式図である。 図４は、バッテリーセル充電均等化回路構成の第２の特定の実施形態の模式図である。 図５は、バッテリーセル充電均等化の方法のある特定の実施形態のフローチャートである。 図６は、さまざまな実施形態において用いることのできるある特定の電圧基準装置の等価模式図である。

バッテリーセル充電均等化装置、システムおよび方法を描写する。バッテリーセルの充電均等化は、組電池の各セルに保存されるエネルギーの差異を減少させることにより、性能を向上させるため（例えば、放電中により多くのエネルギーを送り出すため）、かつ、複数セルバッテリーのサイクル寿命を延長するために用いることができる。バッテリーセルの充電均等化は、受動的手段（例えば、バイパス手段）または能動的手段（例えば、エネルギーの再分配）を用いて行ってもよい。ここに開示するさまざまな実施形態は、受動的なバイパス手段を用いて、組電池のセル間の充電を均等化する。

複数セルバッテリーの性能およびライフサイクルは、組電池のセルの不均等な充電により劣化しかねない。例えば、組電池の使用（すなわち、放電）中、組電池から有用に放電されうる電力量は、最も低い充電状態（ＳＯＣ）を有するセルにより制限される可能性がある。しかしながら、組電池の充電中、組電池に保存できる電力量は、最も高いＳＯＣを有するセルにより制限される可能性がある。したがって、組電池のセル間の均衡が取れていないと、組電池に保存可能な、または、組電池から放電可能な電力は、セル間の均衡が取れているときの同じ組電池の場合より少ないだろう。また、均等化をしなければ、使用中にセルの状態はますます異なりがちとなり、組電池の耐用寿命が制限される可能性がある。

ある組電池に対してバッテリーセルの充電均等化に取り組むことができる一つの方法は、すべてのセルを過充電することである。ある組電池では、セルがより高い充電状態へと充電されるに伴い、損失が増大する。これらの損失増大は、セルの均等化の助けとなる傾向がある。しかしながら、現代のリチウムイオン電池のような他の組電池は、典型的に、均衡をとるための過充電を行うべきではない。というのも、これらの組電池における損失は、セルがより高い充電状態へと充電されるに伴って増大しないからである。そのような組電池は、セルが過充電されれば劣化をこうむる可能性がある。さらに、ある組電池は、最低レベルより下方へ放電すると必ず劣化が生じる。

上で説明したように，最大充電は、最も高いＳＯＣのセルにより制限されるかもしれず、かつ、最大放電は、最も低いＳＯＣのセルにより制約されるかもしれない。バッテリーセル充電均衡化システムは、セルまたは組電池の再充電を軽減するために、バッテリーセル充電均等化を検知するか、または、これに基づいて対策を講じるよう適合されていてもよい。例えば、セルの電圧（セルのＳＯＣの目安）が所定の値を超えると、バッテリーセル充電均衡化システムは、セルから損失の大きい回路素子へと過剰な充電電流を分流（例えば、分路）させて、再充電を制限してもよい。不規則なノイズトリップを低減させるために、バッテリーセル充電均等化システムは、充電電流をセルに印加すること、および、充電電流をセルから分流することに関する閾値ヒステリシスを提供してもよい。例えば、第１電圧閾値に達すると、充電電流を分流させてもよく、セル電圧が第２（より低い）電圧閾値の下方へ低下するまで該充電電流を分流させ続けてもよい。バッテリーセル充電均等化システムはまた、バッテリーセル充電均等化回路を閾値検出システムに接続することにより、セルのＳＯＣ、組電池のＳＯＣまたはその両方を監視するために用いてもよい。

バッテリーセルの充電均等化を行うよう提案されてきたある回路は、電圧基準と分路との両方としてツェナーダイオードを用いている。これらの回路において、ツェナーダイオードは、組電池の各セルに取り付けられていてもよい。一般的に、適正に機能するためには、組電池の各セルに対して用いられるツェナーダイオードは一致していなければならず、このことが問題となる可能性がある。また、ツェナーダイオードは、信頼性の問題を有することがある。とりわけ、ツェナーダイオードは、短絡故障する（fail short）可能性があり、これが、短絡したツェナーダイオードが取り付けられているセルを破壊しかねず、その結果、組電池全体を破壊する可能性がある。また、ツェナーダイオードは、ヒステリシスを提供しないので、ツェナーダイオード回路は、不快なノイズトリップを受けやすいことがある。例えば、セルが充電されており、かつ、セル電圧が電圧閾値に達すると、ツェナーダイオードは、充電電流を放散することがある。しかしながら、充電電流を放散することにより、セル電圧が電圧閾値より下方へ低下する可能性があり、これにより、ツェナーダイオードがセルに再度充電電流を印加する。充電電流を印加する電圧閾値は、充電電流を放散する電圧閾値と同じであるので、充電電流の印加と放散とは周期的に繰り返される可能性がある。また、ツェナーダイオード回路は、セルまたは組電池のＳＯＣを監視する方法を提供しないかもしれない。

提案されてきた別の受動的なバッテリーセル充電均等化システムは、各セルと並列に接続された適切な大きさの抵抗器を含む。抵抗器は、セル電圧の増大とともに直線的に上昇する損失をもたらすことがある。しかしながら、本システムは、組電池の非使用時に抵抗器を介した組電池の放電を引き起こす可能性があり、これにより、組電池の有用性が低減しかねず、かつ、完全放電状態となることによる組電池の損傷を引き起こしかねない。また、並列接続された抵抗器は、組電池のセルの比較的遅い再均衡化をもたらすかもしれない。

能動的なバッテリーセル均等化システムもまた提案されてきた。例えば、能動的なバッテリーセル均等化システムは、充電程度のより高いセルからより低いセルへとエネルギーを伝達することがある。能動的なバッテリーセル均等化システムは、バッテリーセル充電均等化機能を行うために、重大な能動的電子回路を用いることがある。したがって、能動的なバッテリーセル均等化システムは、複雑かつ大型で高価でありうる。

ここに開示する特定の実施形態は、一般に入手可能な集積回路および個別部品を用いて、バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）の高速かつ信頼性の高い検出を可能とすると同時に、ノイズの多い監視用出力信号およびセル充電均等化分路回路に付随する不快感をなくすことができる。ある特定のバッテリーセル充電均等化回路は、基準増幅器に関連付けられた基準を含む。抵抗分割回路は、基準増幅器の基準に比例する第１閾値を設定する。スイッチング素子（例えば、トランジスタ）は、第１閾値より低い第２閾値の設定に用いられる。第２閾値は、ノイズ軽減および検出閾値ヒステリシスを提供してもよい。出力回路は、基準増幅器にすぐに応答してもよい。例えば、出力回路は、基準増幅器に応答してセルの均衡化を増強するための電流分路経路を提供してもよい。別の実施例において、出力回路は、基準増幅器にすぐに応答するセルのＳＯＣを示すために信号を提供してもよい。

ある特定の実施形態において、基準増幅器は、テキサスインスツルメンツ社から入手可能なＴＬ１４３１精密プログラマブル基準といったシリコンバンドギャップ集積回路を含んでいてもよい。基準増幅器は、例えば、セルの高いＳＯＣおよびセルの低いＳＯＣを表すことができる電圧において分離された２つの予め設定されたまたは所定の検出閾値を有していてもよい。１０ｍＶごとにセルのＳＯＣの約１％を表すことができるので、基準増幅器は、高精度基準増幅器であってもよい。

複数セルバッテリー、例えば、リチウムイオンセルバッテリーシステムの各セルに対してバッテリーセル充電均等化回路を用いると、複数の充放電サイクルにわたって充電電流を分路することにより、より低いＳＯＣのセルが、より高いＳＯＣのセルとより厳密に一致するように充電レベルを引き上げ、これにより、セルのＳＯＣを実質的に均等化するか、または、同等にすることができる。バッテリーセル充電均等化回路の各々はまた、バッテリー充電均等化回路を介したセルの寄生放電のない組電池の保存を支援するスイッチを備えていてもよい。スイッチはまた、「ホットメイト」の問題を低減することがある。

図１は、全体として１００で示したバッテリーセル充電均等化システムの第１の特定の実施形態の図である。システム１００は、正極端子および負極端子を有するバッテリーセル１０２を含むか、または、これに結合されている。バッテリーセル１０２は、複数セルバッテリーのうちの１つのセルであってもよい。例えば、バッテリーセル１０２は、所望の出力電圧を負荷に与えるために（図１には示していない）１つ以上の他のバッテリーセルに直列に結合されていてもよい。

システム１００は、複数セルバッテリーのセル間のバッテリーセル充電均等化を促進するために１つ以上の均等化回路を含んでいてもよい。例えば、均等化回路は、第１回路構成１０４、第２回路構成１０５、第３回路構成１０６またはこれらのいかなる組み合わせを含んでいてもよい。図１において、回路構成１０４〜１０６は機能ブロックとして示されているが、回路構成１０４〜１０６は、さまざまな形状因子または実施構成で提供されてもよい。例えば、回路構成１０４〜１０６は、バッテリーセル１０２に個別にまたは一体として結合可能な１つ以上のモジュール（すなわち、個別パッケージ部品）として提供されてもよい。別の実施例において、回路構成１０４〜１０６は、バッテリーセル１０２に結合可能な１枚以上の回路基板として提供されてもよい。別の実施例において、回路構成１０４〜１０６は、複数セルバッテリーの構成部品として複数セルバッテリー内に提供されてもよい。

ある特定の実施形態において、第１回路構成１０４は、監視および分路回路として機能してもよい。すなわち、第１回路構成１０４は、バッテリーセル１０２の電圧を監視してもよく、かつ、検出されたセル電圧がある特定の電圧閾値を満たすと、バッテリーセル１０２を通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させてもよい。例示的な実施形態において、第１回路構成１０４は、第１電圧閾値１１０および第２電圧閾値１１１を有していてもよい。第２電圧閾値１１１は、第１電圧閾値１１０と異なっていてもよい。例えば、第２電圧閾値１１１は、第１電圧閾値１１０より低くてもよい。第１電圧閾値１１０と第２電圧閾値１１１とのこの差異により、第１回路構成１０４の不快な切り替わりを低減可能なヒステリシスがもたらされる。

例えば、バッテリーセル１０２の電圧が第１電圧閾値１１０を満たす（例えば、第１電圧閾値１１０より大きいか、または、第１電圧閾値１１０以上である）とき、充電電流の一部を分路１１６へと送ってもよい。これにより、バッテリーセル１０２へ印加される充電電流の量を低減し、組電池のその他のバッテリーセルがバッテリーセル１０２の充電状態（ＳＯＣ）に追いつくことができる。例えば、バッテリーセル１０２を通らないように充電電流を迂回させることにより、バッテリーセル１０２のＳＯＣの増加速度が弱まる可能性がある。より低いＳＯＣを有し、かつ、完全充電電流を受け続けるその他のバッテリーセル（すなわち、充電電流は、これらのより低い（loser）ＳＯＣのバッテリーセルを通らないように迂回はされない）は、より高速に充電される。したがって、より低いＳＯＣのバッテリーセルのＳＯＣは、バッテリーセル１０２のＳＯＣに追いつくことができる。

充電電流の一部を分路１１６へ送ると、バッテリーセル１０２の電流が幾分低下することがある。バッテリーセル１０２の電圧のそのような低下により、第１回路構成１０４が分路１１６を切断する（すなわち、バッテリーセル１０２に完全充電電流を印加する）ようになる可能性を低減するために、第１回路構成１０４は、第２閾値１１１を用いて、分路１１６の非活性化を制御してもよい。すなわち、（第１電圧閾値１１０がもはや満たされていなくとも）第２閾値１１１が満たされている間は、充電電流の一部は、分路１１６へ送られてもよい。例示すると、ある特定の実施形態について、第１電圧閾値１１０は、約４．０５Ｖであってもよく、第２電圧閾値１１１は約４．００Ｖであってもよい。本実施形態において、分路１１６は、バッテリーセル１０２の電圧が４．０５Ｖに達すると活性化されてもよい。また、バッテリーセル１０２の電圧が４．０５Ｖに達すると、第２閾値１１１は、活性化される。したがって、分路１１６は、バッテリーセル１０２の電圧が４．００Ｖより低くまで低下しないかぎりは、活性化状態に保たれてもよい。ある特定の実施形態において、分路１１６が活性化されていると、約Ｃ／５００（ここで、Ｃは、典型的にアンペア時間またはミリアンペア時間で測定されるセルの容量を指す）の充電は、バッテリーセル１０２を通らないよう分流させられ、かつ、分路１１６の損失の大きい要素において放散されてもよい。第１回路構成１０４は、第１バッテリーセル１０２の電圧が第２電圧閾値１１１を満たさなくなったことに応答して、バッテリーセル１０２を迂回するよう（例えば、分路１１６へと）充電電流の一部を送らなくなってもよい。例えば、バッテリーセル１０２の電圧が（例えば、組電池の使用または保存中に）第２電圧閾値を満たさなくなった後で、第１電圧閾値１１０は、再度活性化され、第２電圧閾値１１１は、非活性化される。

ある特定の実施形態において、第２回路構成１０５は、監視回路として機能してもよい。すなわち、第２回路構成１０５は、電圧がある特定の電圧閾値を満たすと、バッテリーセル１０２の電圧に基づいて監視出力１１７を生成してもよい。例示的な実施形態において、第２回路構成１０５は、第３電圧閾値１１２および第４電圧閾値１１３を有してもよい。第４電圧閾値１１３は、第３電圧閾値１１２と異なっていてもよい。例えば、第４電圧閾値１１３は、第３電圧閾値１１２より低くてもよい。第３電圧閾値１１２と第４電圧閾値１１３とのこの差異により、監視出力１１７の不快な切り替わりを低減可能なヒステリシスがもたらされる。

例えば、バッテリーセル１０２の電圧が第３電圧閾値１１２を満たす（例えば、第３電圧閾値１１２より大きいか、または、第３電圧閾値１１２以上である）とき、監視出力１１７が生成されて、バッテリーセル１０２が完全に充電されていることを示してもよい。監視出力１１７は、監視出力１１７が受信されたとき、または、バッテリーセルが完全に充電されていることを示す所定の数のバッテリーセルに関連付けられた回路構成からの出力といったその他の条件に応答して、組電池の充電を中断する（例えば、充電電流を中断する）ことができる監視システム（図示せず）に提供されてもよい。

監視出力１１７が生成されると、充電電流の一部は、監視出力１１７を提供するために、バッテリーセル１０２を通らないよう迂回させられる。したがって、バッテリーセル１０２の電圧は、監視出力１１７が生成されていることに応答して幾分低下することがある。バッテリーセル１０２の電圧のそのような低下により監視出力１１７が切断される可能性を低減するために、第２回路構成１０５は、第４閾値１１３を用いて、監視出力１１７の非活性化を制御してもよい。すなわち、監視出力１１７は、第４閾値１１３が満たされている間、生成される。例示すると、ある特定の実施形態について、第３電圧閾値１１２は約４．１０Ｖであってもよく、第４電圧閾値１１３は約４．０５Ｖであってもよい。本実施形態において、監視出力１１７は、バッテリーセル１０２の電圧が４．１０Ｖに達すると、活性化されてもよい。また、バッテリーセル１０２の電圧が４．１０Ｖに達すると、第４閾値１１３が活性化されてもよい。したがって、監視出力１１７は、バッテリーセル１０２の電圧が４．０５Ｖより下まで低下しないかぎりは、活性化状態を保っていてもよい。

ある特定の実施形態において、第３回路構成１０６は、過充電監視回路として機能してもよい。すなわち、第３回路構成１０６は、電圧がある特定の電圧閾値を満たすとき、バッテリーセル１０２の電圧に基づいて、過充電出力１１８などの第２監視出力を生成してもよい。

例示的な実施形態において、第３回路構成１０６は、第５電圧閾値１１４および第６電圧閾値１１５を有してもよい。第６電圧閾値１１５は、第５電圧閾値１１４が満たされたことに応答して、設定または活性化されてもよい。第６電圧閾値１１５は、第５電圧閾値１１４と異なっていてもよい。例えば、第６電圧閾値１１５は、第５電圧閾値１１４より低くてもよい。第５電圧閾値１１４と第６電圧閾値１１５とのこの差異により、過充電出力１１８の不快な切り替わりを低減可能なヒステリシスがもたらされる。

例えば、バッテリーセル１０２の電圧が第５電圧閾値１１４を満たす（例えば、第５電圧閾値１１４より大きいか、または、第５電圧閾値１１４以上である）とき、過充電出力１１８が生成されて、バッテリーセル１０２が過充電されているか、または、過充電される危険性があることを示してもよい。過充電出力１１８は、過充電出力１１８が受信されたとき、または、組電池のある数のバッテリーセルに関連付けられた回路構成からの過充電出力の受信といったその他の条件に応答して、組電池の充電を中断することができる監視システム（図示せず）に提供されてもよい。

過充電出力１１８が生成されると、充電電流の一部は、過充電出力１１８を提供するために、バッテリーセル１０２を通らないよう迂回させられる。したがって、バッテリーセル１０２の電圧は、過充電出力１１８が生成されていることに応答して幾分低下することがある。バッテリーセル１０２の電圧のそのような低下により過充電出力１１８が切断される可能性を低減するために、第３回路構成１０６は、第６閾値１１５を用いて、過充電出力１１８の非活性化を制御してもよい。例示すると、ある特定の実施形態について、第５電圧閾値１１４は約４．３０Ｖであってもよく、第６電圧閾値１１５は約４．１０Ｖであってもよい。本実施形態において、過充電出力１１８は、バッテリーセル１０２の電圧が４．３０Ｖに達すると、活性化されてもよい。また、バッテリーセル１０２の電圧が４．３０Ｖに達すると、第６閾値１１５が活性化されてもよい。したがって、過充電出力１１８は、バッテリーセル１０２の電圧が４．１０Ｖより下まで低下しないかぎりは、活性化状態を保っていてもよい。

システム１００はまた、第１スイッチ１２２および第２スイッチ１２４といった１つ以上のスイッチを含んでいてもよい。第１スイッチ１２２は、組電池の充電の完了後、第１回路構成１０４および第２回路構成１０５を介してバッテリーセル１０２の放電を低減するよう動作可能であってもよい。第２スイッチ１２４は、組電池の充電の終了後、第３回路構成１０６を介してバッテリーセル１０２の放電を低減するよう動作可能であってもよい。スイッチ１２２および１２４は、バッテリーセル１０２の自己放電率より小さいオフ（すなわち、オープン）リーク電流を有していてもよい。例えば、あるリチウムイオンバッテリーセルでは、自己放電率は、約Ｃ／１０００００であってもよい。したがって、スイッチ１２２および１２４は、Ｃ／１０００００より小さいオフリーク電流を有していてもよい。オン／オフスイッチ制御１２６は、（スイッチ１２２および１２４を閉鎖することにより）システム１００への電源投入を可能として、バッテリーセル１０２からシステム１００の回路要素へと電源を供給してもよい。ある特定の実施形態において、第２スイッチ１２４は、第３回路構成１０６への電力供給に用いてもよく、かつ、第１スイッチ１２２は、第１回路構成１０４および第２回路構成１０５への電力供給に用いてもよい。

バッテリーセル１０２の充電中、バッテリーセル１０２は、回路構成１０４〜１０６に取り付けられ、かつ、スイッチ１２２および１２４は閉鎖されている。バッテリーセル１０２の電圧が第１電圧閾値１１０を満たすと、第１回路構成１０４は、バッテリーセル１０２を通らないように充電電流を分路１１６へと導く。ある特定の実施形態において、分路１１６は、およそＣ／５００の放電電流をバッテリーセル１０２から逃がす。また、バッテリーセル１０２の電圧が第１電圧閾値１１０を満たしたことに応答して、第１回路構成１０４は、第２電圧閾値１１１を設定または活性化して、分路１１６の不快なトリップを回避する。例示すると、第１電圧閾値１１０が４．０５Ｖのとき、第２電圧閾値１１１は、０．０５Ｖの閾値ヒステリシスを提供するために約４．００Ｖであってもよい。

バッテリーセル１０２は、充電電流に付随しているので、バッテリーセル１０２の電圧は、分路１１６が活性化されている間でも、引き続き上昇する。バッテリーセル１０２の電圧は、第３電圧閾値１１２が満たされるまで上昇してもよい。第３電圧閾値１１２が満たされると、監視出力１１７は、活性化されてもよい。監視出力１１７は、バッテリーセル１０２のＳＯＣがほぼ完全に近いことを示してもよい。監視出力１１７の活性化は、組電池に結合されている充電器に充電を低減または停止するよう信号を送ってもよい。また、バッテリーセル１０２の電圧が第３電圧閾値１１２を満たしたことに応答して、第２回路構成１０５は、第４電圧閾値１１３を設定または活性化して、監視出力１１７の不快なトリップを回避する。例示すると、第３電圧閾値１１２が４．１０Ｖのとき、第４電圧閾値１１３は、０．０５Ｖの閾値ヒステリシスを提供するために約４．０５Ｖであってもよい。

バッテリーセル１０２への充電電流が監視出力１１７に応答しないとき、第３回路構成１０６は、バッテリーセル１０２が有害な充電状態に近づいている（例えば、過充電状態に近づいている）ことを示すための保護監視装置として作用してもよい。例示すると、第５電圧閾値１１４が満たされると、過充電出力１１８は活性化してもよい。過充電出力１１８は、バッテリーセル１０２のＳＯＣが有害な状態にあるか、または、これに近づいていることを示してもよい。過充電出力１１８の活性化は、充電器に組電池保護手順を開始するよう、例えば、充電器から組電池を取り外すよう信号を送ってもよい。また、バッテリーセル１０２の電圧が第５電圧閾値１１４を満たしたことに応答して、第３回路構成１０６は、第６電圧閾値１１５を設定または活性化して、過充電出力１１８の不快なトリップを回避する。例示すると、第５電圧閾値１１４が４．３０Ｖのとき、第６電圧閾値１１５は、０．２Ｖの閾値ヒステリシスを提供するために約４．１０Ｖであってもよい。

活性化されていないとき（例えば、組電池が保存されている間）バッテリーセル充電均等化システム１００は、バッテリーセル１０２の自己放電率より小さい電流を流してもよい。例えば、バッテリーセルの自己放電率は、バッテリーセルが完全に放電される２．８Ｖから３．０Ｖの範囲において約Ｃ／１０００００であってもよい。バッテリーセル充電均等化システム１００が活性化されているとき（例えば、組電池の充電中）、バッテリーセル充電均等化システム１００は、最大予測バッテリーセル動作電圧（例えば、いくつかの実施形態では、約４．１Ｖ）においておよそＣ／５００の電流を流してもよい。ある特定の実施形態において、バッテリーセル充電均等化システム１００の最大通電能力は、約Ｃ／５００であり、これは、５０Ａｈのバッテリーセルに対する約１００ｍＡおよび１３Ａｈのバッテリーセルに対する約２６ｍＡに対応する。約Ｃ／５００の電流に基づく４．１Ｖにおける最大ワット損は、５０Ａｈのバッテリーセルに対して約４１０ｍＷかつ１３Ａｈのバッテリーセルに対して約１０７ｍＷであってもよい。バッテリーセル充電均等化システム１００は、組電池の動作温度範囲を通じて動作可能であってもよい。例えば、バッテリーセル充電均等化システム１００は、−１０°Ｃ以上５０°Ｃまでの温度範囲にわたって動作可能であってもよく、この範囲は、約１０°Ｃの余裕を有するリチウムイオンバッテリーセルの典型的な最大動作温度範囲を包含する。

図２は、組電池システムのある特定の実施形態の図である。図２は、直列に結合された複数のバッテリーセル２０６〜２０９を有する組電池２０２を示している。ある特定の実施形態において、組電池２０２は、リチウムイオン電池である。その他の実施形態では、組電池２０２は、鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池などの別の種類の電池、または、別の種類の充電式電池である。また、図２では４つのバッテリーセル２０６〜２０９を有する組電池２０２を示しているが、組電池２０２は、特定の実施構成によってはより多くのまたは少ないバッテリーセルを有していてもよい。

図２において、組電池２０２は、正極端子２０５および負極端子２０４を介して負荷２１０に結合されている。負荷２１０は、組電池２０２を用いて電力供給されるいかなる装置またはシステムであってもよい。例えば、負荷２１０は、電子装置またはツールといった電池式携帯機器を含んでもよい。別の実施例において、負荷２１０は、衛星または電気もしくはハイブリッド航空機または自動車などの輸送手段の動力装置やその他のシステムを含んでもよい。さらに別の実施例において、負荷２１０は、分配用の電力の保存のために組電池２０２を用いる配電システムを含んでもよい。

組電池２０２は、充電器２１２に結合されていてもよい。充電器２１２は、充電電流を組電池２０２へ供給して、バッテリーセル２０６〜２０９を再充電してもよい。上で説明したように、バッテリーセル２０６〜２０９の不均等な充電は、組電池２０２の性能を低下させる可能性があるか、または、組電池２０２の耐用寿命を短縮する可能性がある。したがって、バッテリーセル２０６〜２０９は、バッテリーセル充電均等化システム２２４に結合されていてもよい。バッテリーセル充電均等化システム２２４は、バッテリーセル２０６〜２０９の各々に結合されているバッテリーセル充電均等化回路を含んでもよい。例えば、第１バッテリーセル充電均等化回路２２０は、第１バッテリーセル２０６に結合されていてもよく、第２バッテリーセル充電均等化回路２２１は、第２バッテリーセル２０７に結合されていてもよく、第３バッテリーセル充電均等化回路２２２は、第３バッテリーセル２０８に結合されていてもよく、かつ、第４バッテリーセル充電均等化回路２２３は、第４バッテリーセル２０９に結合されていてもよい。

バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３は、受動的なバッテリーセル充電均等化、バッテリーセル充電状態（ＳＯＣ）の監視およびバッテリーセル過充電の監視といったさまざまな機能を実施するための回路構成を含んでいてもよい。例えば、バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３は、バッテリーセル２０６〜２０９間のＳＯＣの同等化または均等化を促進するための第１回路構成２３０〜２３３を含んでいてもよい。例示すると、第１回路構成２３０〜２３３の各回路は、図１の第１回路構成１０４および分路１１６を含んでいてもよい。例示的な実施形態において、対応するバッテリーセルの電圧が第１電圧閾値（例えば、４．０５Ｖ）に達すると、第１回路構成２３０〜２３３は、対応するバッテリーセルを通らないように充電器２１２から受けた充電電流を迂回させてもよい。第１回路構成２３０〜２３３はまた、第１電圧閾値が満たされたことに応答して、第２電圧閾値（例えば、４．００Ｖ）を活性化してもよい。例えば、充電中に、第１バッテリーセル２０６が第１電圧閾値に達すると、第１バッテリー充電均等化回路２２０の第１回路構成２３０により第１バッテリーセル２０６を通らないように充電電流の少なくとも一部を分路してもよい。充電電流が依然としてその他のバッテリーセル２０７〜２０９に印加されている間に、第１バッテリーセル２０６を通らないように充電電流の少なくとも一部を迂回させることにより、その他のバッテリーセル２０７〜２０９が第１バッテリーセル２０６のＳＯＣに追いつくことができてもよい。

バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３はまた、バッテリーセル２０６〜２０９のＳＯＣの監視を促進するための第２回路構成２４０〜２４３を含んでいてもよい。例示すると、第２回路構成２４０〜２４３の各回路は、図１の第２回路構成１０５を含んでいてもよい。例示的な実施形態において、第２回路構成２４０〜２４３の各回路は、関連付けられたバッテリーセルの電圧が第３電圧閾値（例えば、４．１０Ｖ）に達すると、関連付けられたバッテリーセルが目標ＳＯＣに達したこと（例えば、対応するバッテリーセルが実質的に完全に充電されていること）を示す出力２６０〜２６３を生成してもよい。第２回路構成２４０〜２４３はまた、第３電圧閾値が満たされたことに応答して、第４電圧閾値（例えば、４．０５Ｖ）を活性化してもよい。例えば、充電中に、第４バッテリーセル２０９が第３電圧閾値に達すると、出力２６３は、充電状況信号を提供するよう活性化されてもよい。充電状況信号は、充電器２１２に充電電流を低減または切断させることのできる監視または制御システムへ送られてもよい。

バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３は、バッテリーセル２０６〜２０９の過充電監視を促進するための第３回路構成２５０〜２５３を含んでいてもよい。例示すると、第３回路構成２５０〜２５３の各回路は、図１の第３回路構成１０６を含んでいてもよい。例示的な実施形態において、第３回路構成２５０〜２５３は、関連付けられたバッテリーセルの電圧が第５電圧閾値（例えば、４．３０Ｖ）に達すると、関連付けられたバッテリーセルが有害なＳＯＣにあるか、または、これに近づいていること（例えば、関連付けられたバッテリーセルが過充電されているか、または、過充電状態に近づいていること）を示す過充電出力２６５〜２６８を生成してもよい。第３回路構成２５０〜２５３はまた、第５電圧閾値が満たされたことに応答して、第６電圧閾値（例えば、４．１０Ｖ）を活性化してもよい。例えば、充電中に、第４バッテリーセル２０９が第５電圧閾値に達すると、過充電出力２６８は、過充電信号を提供するよう活性化されてもよい。過充電信号は、バッテリーセル２０６〜２０９の有害な過充電を予防する対策を講じることのできる監視または制御システムへ送られてもよい。例えば、監視または制御システムは、充電器２１２を遮断するか、または、組電池２０２を充電器２１２から電気的に切断してもよい。

ある１つのバッテリーセル充電均等化回路、例えば、第１バッテリーセル充電均等化回路２２０に対して用いられる閾値は、その他のバッテリーセル充電均等化回路、例えば、第２、第３および第４バッテリーセル充電均等化回路２２１〜２２３により用いられる閾値と同じであっても、異なっていてもよい。例えば、組電池２０２の充電中に、第１バッテリーセル充電均等化回路２２０の第１回路構成２３０は、第１バッテリーセル２０６を通らないよう充電電流の一部を導き、かつ、第２閾値を活性化するために第１閾値を用いてもよい。第１バッテリーセル充電均等化回路２２０の第２回路構成２４０は、監視出力を活性化し、かつ、第４閾値を活性化するために第３閾値を用いてもよい。第１バッテリーセル充電均等化回路２２０の第３回路構成２５０は、過充電出力を活性化し、かつ、第６閾値を活性化するために第５閾値を用いてもよい。同時に、すなわち、組電池２０２の同じ充電サイクル中に、第２バッテリーセル充電均等化回路２２１の第１回路構成２３１は、第２バッテリーセル２０７を通らないよう充電電流の一部を導き、かつ、（第２閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第８閾値を活性化するために（第１閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第７閾値を用いてもよい。第２バッテリーセル充電均等化回路２２１の第２回路構成２４１は、監視出力を活性化し、かつ、（第４閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第１０閾値を活性化するために（第３閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第９閾値を用いてもよい。第２バッテリーセル充電均等化回路２２１の第３回路構成２５１は、過充電出力を活性化し、かつ、（第６閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第１２閾値を活性化するために（第５閾値とは異なっていても、同じであってもよい）第１１閾値を用いてもよい。同様に、第３バッテリーセル充電均等化回路２２２および第４バッテリーセル充電均等化回路２２３は、第１バッテリーセル充電均等化回路２２０および第２バッテリーセル充電均等化回路２２１により用いられる閾値と同じであるか、または、異なっている閾値を用いてもよい。

バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３はまた、スイッチ２８０〜２８３およびスイッチ２８５〜２８８を含んでいてもよい。スイッチ２８０〜２８３およびスイッチ２８５〜２８８は、組電池２０２の充電中は閉鎖されて、バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３に電力供給してもよい。スイッチ２８０〜２８３およびスイッチ２８５〜２８８は、組電池２０２の保存または使用中は開放されて、バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３が組電池２０２およびバッテリーセル２０６〜２０９の自己放電率を上昇させないように、バッテリーセル充電均等化回路２２０〜２２３を通じる電流の流れを低減してもよい。ある特定の実施形態において、スイッチ２８０〜２８３およびスイッチ２８５〜２８８は、バッテリーセル充電均等化システム２２４のリターン入力２７０およびオン／オフ入力２７２を介して制御してもよい。

図２は、電圧閾値の特定の値を示しているが、電圧閾値は、他の実施形態において他の値を有する可能性もある。例えば、ある特定のリチウムイオン電池の完全充電電圧は、約４．１０Ｖであってもよい一方で、他の種類の電池または他のリチウムイオン電池は、他の完全充電電圧を有していてもよい。さらに、電池寿命の延長などの特定の使用に対して、より低い電圧を完全充電電圧として指定してもよい。例示すると、ある特定の用途に対して、リチウムイオン電池の完全充電電圧は、リチウムイオン電池の寿命を延長するために約３．９２Ｖに設定されてもよい。その他の閾値もまた、（電池の作成に用いられる特定の材料を含む）電池の種類、電池が用いられる予定の用途（例えば、負荷２１０の特定の種類または性質、組電池２０２の動作環境など）、組電池２０２が晒されるその他の動作制約（例えば、規制の制約またはその他の規格）、充電器２１２、組電池２０２、負荷２１０またはこれらのあらゆる組み合わせのその他の特徴によって選択されてもよい。

図３は、３００で示されたバッテリーセル充電均等化回路構成の第１の特定の実施形態の模式図である。ある特定の実施形態において、回路構成３００は、バッテリーセル充電均等化を促進するために用いられてもよい。例えば、回路構成３００は、図１の第１回路構成１０４として用いられてもよい。図３において、回路構成３００は、バッテリーセル３０２と結合されているものとして示されている。バッテリーセル３０２は、他のバッテリーセルと直列接続されて、バッテリーパックを形成してもよい正極端子３０４および負極端子３０６を含む。回路構成３００の入力は、バッテリーセル３０２の正極端子３０４に結合されていてもよく、かつ、リターン３１２は、バッテリーセル３０２の負極端子３０６に結合されていてもよい。図示されていないその他の構成要素が存在することもある。例えば、回路構成３００は、図１のスイッチ１２４などのスイッチを介してバッテリーセル３０２と結合していてもよい。回路構成３００のいずれの特定の部分が説明されているのかを明確にするために、ここで「回線経路」と呼ばれる回路構成３００の個々の部分を、図３における破線の枠を用いて示している。破線の枠は、説明を簡略化および明確化するために用いられており、回路構成３００の限定として解釈されるべきではない。

回路構成３００は、分圧回路を形成する第１抵抗素子３１４（例えば、第１抵抗器）および第２抵抗素子３１６（例えば、第２抵抗器）を含む。分圧回路の分圧回路出力３１８は、電圧基準装置３２０の基準電圧入力に結合されている。ある特定の実施形態において、電圧基準装置３２０は、テキサスインスツルメンツ社から入手可能なＴＬ１４３１精密プログラマブル基準などの高精度電圧基準を含む。図３に示す特定の実施形態では、ツェナーダイオードを示すのに一般に用いられる記号と類似の記号を用いて電圧基準装置３２０を示しているが、電圧基準装置３２０は、単なるツェナーダイオードではないことに注目されたい。むしろ、電圧基準装置３２０は、入力基準電圧に応答して出力電圧を提供する高精度かつ安定な（例えば、動作温度範囲にわたって安定な）電圧基準である。図６は、図３の電圧基準装置３２０として用いることができる電圧基準装置のある特定の実施形態の等価模式図を示している。ある特定の実施形態において、電圧基準装置３２０は、２．５Ｖのバンドギャップ基準を含む。

第１抵抗素子３１４および第２抵抗素子３１６の抵抗（または、第１抵抗素子３１４および第２抵抗素子３１６が純粋な抵抗でないときは、インピーダンス）は、第１電圧閾値が満たされると、分圧回路出力３１８が電圧基準装置３２０に電源を投入するように、選択される。すなわち、電流が分圧回路を含む初めの回線経路３９０を通じて流れるとき、かつ、入力３１０とリターン３１２との間の電圧が第１電圧閾値を満たすとき、分圧回路出力３１８は、電圧基準装置３２０の電源投入に十分である。例えば、電圧基準装置３２０が２．５Ｖバンドギャップ基準であるとき、分圧回路出力３１８は、第１電圧閾値が満たされると２．５Ｖ以上であってもよい。

電圧基準装置３２０に電源が投入されると、第３抵抗素子３２２および電圧基準装置３２０を含む第１回線経路３９１を通じて電流が流れる。第１回線経路３９１における電流の流れに応答して、（トランジスタなどの）第１スイッチング素子３２６に電源が投入されてもよい。例えば、第１回線経路３９１を通る電流の流れは、トランジスタのベース（例えば、第１スイッチング素子３２６）に電流を印加してもよく、これにより、第１スイッチング素子３２６および第４抵抗素子３２８を含む第２回線経路３９２を活性化する（すなわち、第２回線経路３９２を通じて電流が流れるようにする）ことができる。

第２回線経路３９２は、分圧回路において第４抵抗素子３２８が第１抵抗素子３１４と並列であるように配置してもよい。したがって、第２回線経路３９２が活性化されると、分圧回路の分圧回路率が修正され（効率的に第２分圧回路を形成す）る。第４抵抗素子３２８の抵抗（またはインピーダンス）は、回路構成３００の第２電圧閾値を実施するか、そうでなければ、これを設定するよう選択されてもよい。例示すると、第４抵抗素子３２８の抵抗は、入力３１０とリターン３１２との間の電圧が第２電圧閾値を満たすと、分圧回路出力３１８が電圧基準装置３２０の活性化電圧より低くまで低下するように、選択されてもよい。

例えば、図１を参照して実施例として説明した特定の電圧閾値を用いて、第１電圧閾値は、４．０５Ｖであってもよく、第２電圧閾値は、４．００Ｖであってもよい。さらに、電圧基準装置３２０は、２．５Ｖの活性化電圧を有していてもよい。すなわち、電圧基準装置３２０は、分圧回路出力３１８において２．５Ｖの電圧が存在するとき、電源が投入されてもよい。本実施例において、第１抵抗素子３１４および第２抵抗素子３１６の値は、第１分圧回路率を提供するよう選択されてもよい。第１分圧回路率は、入力３１０とリターン３１２との間の電圧が４．０５Ｖ（第１電圧閾値）であるとき、分圧回路出力３１８を２．５Ｖとするよう選択されてもよい。したがって、第１電圧閾値が満たされると、電圧基準装置３２０は、電源投入され、かつ、電流を第１トランジスタのベース（すなわち、第１スイッチング素子３２６）へと流してもよい。これに応答して、第１トランジスタは、第４抵抗素子３２８を通って電流を流して、第２分圧回路率を有するよう分圧回路を修正してもよい。第２分圧回路率は、入力３１０とリターン３１２との間の電圧が４．００Ｖより低くまで低下すると、分圧回路出力３１８が２．５Ｖより低くまで低下する（すなわち、電圧基準装置３２０の電源を切断する）ように、選択される。

電流が第１回線経路３９１を通って流れると、第２スイッチング素子３３２もまた活性化されてもよい。例えば、第２トランジスタのベース（例えば、第２スイッチング素子３３２）に電流を印加して、第３回線経路３９３を活性化してもよい。第３回線経路３９３は、バッテリーセル３０２を通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させてもよい。例えば、第３回線経路３９３は、充電電流の一部を（図１の分路１１６のような）損失の大きい回路素子３３４へ送ってもよい。したがって、バッテリーセル３０２の充電速度を低下させて、他のバッテリーセル（図示せず）がバッテリーセル３０２の充電状態に追いつけるようにしてもよい。また、回路構成３００は、自らの動作により自動的に第１電圧閾値と第２電圧閾値との間で切り替わるので、回路構成３００は、回路構成３００の不快なトリッピングを低減することができる閾値ヒステリシスをもたらす。

ある特定の実施形態において、バッテリーセル３０２の電圧が第２電圧閾値を満たさなくなった後（例えば、組電池の使用または保存中）、第１電圧閾値は再度活性化され、かつ、第２電圧閾値は非活性化される。例えば、電圧が第２電圧閾値より低くまで低下すると、分圧回路出力３１８が電圧基準装置３２０の最低電圧入力より低くまで低下する結果として、電圧基準装置３２０は、電源を切断してもよい。電圧基準装置３２０の電源が切断されると、第１回線経路３９１における電流の流れが停止する可能性がある。したがって、第１スイッチング素子３２６は、非活性化してもよく、かつ、第２回線経路３９２における電流の流れが停止する可能性があり、これにより、分圧回路から第４抵抗素子３２８が取り除かれる。したがって、分圧回路は、第１抵抗素子３１４および第２抵抗素子３１６を含むが、第４抵抗素子３２８は含まないように再設定される。また、第１回線経路３９１における電流の流れの停止に応答して、第２スイッチング素子３３２は非活性化してもよく、かつ、第３回線経路３９３における電流の流れは停止してもよい。

図４は、バッテリーセル充電均等化回路構成の第２の特定の実施形態の模式図である。図４は、バッテリーセルのＳＯＣまたは過充電監視を促進するために出力４０２が監視システムに結合されている状態の回路構成３００を示している。図３および図４における同じ参照番号を有する要素は、図３を参照して説明したように機能する。図１および図２を参照して説明されているように、バッテリーセル３０２のＳＯＣまたはバッテリーセル３０２の過充電状態を監視するために用いられる電圧閾値は、バッテリーセル充電均等化のために用いられる電圧閾値とは異なっていてもよい。したがって、分圧回路を形成する抵抗素子３１４、３１６および３２８の値は、特定の電圧閾値に基づいて選択されてもよい。

電流が第２スイッチング素子３３２を通って第３回線経路を流れると、該電流は、出力４０２へ送られる。本実施形態において、抵抗素子４０４を用いてもよいが、損失の大きい分路は存在しない。出力４０２は、監視システムに提供されてもよい。

ある特定の実施形態において、アイソレーションシステムを用いて、監視システムから回路構成３００を分離してもよい。例えば、光アイソレータ４４０を用いることができる。光アイソレータ４４０は、監視システムと回路構成３００とが大きな電位、例えば、何百ボルトの電位により分離できるようにしてもよい。光アイソレータ４４０は、回路構成３００の出力４０２および電源電圧４５０に基づいて出力信号４５２を生成してもよい。例示すると、光アイソレータ４４０は、光センサ素子４５４（例えば、感光性ダイオード）と出力４０２に応答する発光ダイオード（ＬＥＤ）４４２とを含んでいてもよい。ＬＥＤ４４２は、光センサ素子４５４により検出可能な光を発生させてもよい。ＬＥＤ４４２が出力４０２に応答して発光すると、光センサ素子４５４は、その光を検出して、出力信号４５２を発生させてもよい。したがって、回路構成３００および監視システムは、互いからの電気的分離を保ったままで連通してもよい。

図５は、バッテリーセル充電均等化方法のある特定の実施形態のフローチャートである。該方法は、図１〜図４に示した回路のうちの１つ以上を用いて実施可能である。

ある特定の実施形態において、該方法は、５０２で、複数セルバッテリーのあるバッテリーセルに結合されたバッテリー充電均等化回路において充電電流を受けることを含む。該方法はまた、５０４において、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たすとき、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることを含んでもよい。例えば、５０６において、充電電流の少なくとも一部は、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を分路させるバイパス回線経路へ送ってもよい。別の実施例において、５０８で、充電電流の少なくとも一部を監視出力へ送ってもよい。

該方法はまた、５１０において、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して第２電圧閾値を設定することを含んでもよい。第２電圧閾値は、第１電圧閾値より低くてもよい。例えば、図１を参照して説明したように、第１電圧閾値は４．０５Ｖであってもよく、かつ、第２電圧閾値は４．００Ｖであってもよい。図１を参照して説明した別の実施例において、第１電圧閾値は４．１０Ｖであってもよく、かつ、第２電圧閾値は４．０５Ｖであってもよい。図１を参照して説明したさらに別の実施例において、第１電圧閾値は４．３０Ｖであってもよく、かつ、第２電圧閾値は４．１０Ｖであってもよい。充電電流の少なくとも一部は、バッテリーセルの電圧が第２電圧閾値を満たしている間、バッテリーセルを通らないよう迂回させてもよい。

例示的な実施形態において、第１および第２電圧閾値は、分圧回路を用いて実施されてもよい。例えば、分圧回路の出力は、電圧基準装置と結合されてもよい。電圧基準装置は、第１電圧閾値が満たされているとき、第１回線経路における電流の流れを可能としてもよい。第１回線経路における電流の流れにより、分圧回路の分圧回路率を修正してもよい。第２電圧閾値は、５１２において、分圧回路の分圧回路率を修正することにより設定してもよい。第１回線経路における電流の流れはまた、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることを可能としてもよい。

ある特定の実施形態において、該方法は、５１４において、複数セルバッテリーを充電した後でスイッチを開放することを含んでもよい。スイッチを開放することにより、バッテリーセルの自己放電率より低い率までのバッテリーセル充電均等化回路を通じたバッテリーセルの放電が低減される可能性がある。

ここに開示する特定の実施形態は、一般に入手可能な集積回路および個別部品を用いて、バッテリーセルの充電状態（ＳＯＣ）の高速かつ信頼性の高い検出を可能とすると同時に、ノイズの多い監視用出力信号およびセル充電均等化分路回路に付随する不快感を減ずることができる。バッテリーセル充電均等化回路を通じたバッテリーセルの寄生放電を低減するために、スイッチを設けて、バッテリーセルからバッテリーセル充電均等化回路を分離してもよい。該スイッチはまた、「ホットメイト」の問題を低減することもある。バッテリーセル充電均等化回路は、容易に入手可能かつ丈夫であってもよい。ある用途では、バッテリーセル充電均等化回路は、例えば、宇宙における使用のために放射線硬化することができる。

ここに開示するバッテリーセル充電均等化システムは、自己完結型とすることができる。すなわち、バッテリーセル充電均等化の実施に他の資源（例えば、コンピュータまたはソフトウェア）を必要としない。複数サイクルにわたってバッテリーセルを通らないよう充電電流を分路させることにより、完全に近く充電されているときに、より低いＳＯＣのセルが追いつくことができる。また、バッテリーセル充電均等化システムは、特定の用途のためにカスタマイズすることができる。例えば、閾値および閾値ヒステリシスは、分圧回路要素の選択により、特定の組電池または用途のためにカスタマイズすることができる。

ある特定の実施形態において、ここに開示するバッテリーセル充電均等化システムにより用いられる閾値は、動的に調整可能であってもよい。例えば、図３を参照すると、閾値の設定に用いられる分圧回路を形成する抵抗素子３１４、３１６および３２８は、制御入力に応答する可変抵抗器であってもよい。したがって、監視または制御システムは、閾値の１つ以上を調整するよう１つ以上の抵抗素子３１４、３１６および３２８の抵抗を調整するために制御入力を提供してもよい。例えば、閾値の１つ以上を動的に調整して、変化する動作条件、１つ以上のセルのエージングまたは１つ以上のセルに対する損傷を補償してもよい。別の実施例において、組電池の最初の構成中に閾値の１つ以上を調整して、セル間の小さな製造または機能の差異を補償してもよい。例示すると、組電池の性能を微調整するために、セルを組み立てて組電池を形成した後で組電池の各セルに用いられる閾値を調整してもよい。

ここに開示した実施形態の説明は、さまざまな実施形態の構造の一般的理解をもたらすよう意図されている。該説明は、ここに説明した構造または方法を利用する装置およびシステムの構成要素および特徴のすべての完全な記述となることを意図されていない。開示を検討すると、当業者にとって数多くの他の実施形態が明白かもしれない。その他の実施形態を利用し、かつ、該開示から導き出してもよく、その結果、開示の範囲を逸脱することなく構造的および論理的な代用や変更を行うことができる。例えば、図示されているのとは異なる順序で方法工程を行ってもよく、１つ以上の方法工程を省略してもよい。したがって、開示および図は、制限的というよりむしろ例示的なものと考えられるべきである。

そのうえ、ここでは特定の実施形態を例示および記述したが、同じまたは類似の結果を達成するよう設計されたいかなる後続の配置構成を示した特定の実施形態の代わりに用いてもよいことは理解されたい。本開示は、さまざまな実施形態のあらゆるすべての後続の適合または変形例を包含するよう意図されている。上記実施形態の組み合わせおよびここに特定して説明していないその他の実施形態は、記述を検討すると、当業者にとって明白であろう。

開示の要約は、それが請求項の範囲または意味の解釈または限定に用いられることはないという理解のもとで提出されている。これに加えて、前述の詳細な説明において、開示を整理する目的でさまざまな特徴をひとまとめにしたり、単一の実施形態において説明したりすることができる。本開示は、請求されている実施形態が各請求項にはっきりと記載されているより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきでない。むしろ、以下の請求項が反映しているように、請求されている主題は、開示されている実施形態のいずれかの特徴のすべてよりも少ない特徴に向けられていてもよい。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
直列に結合されている複数のバッテリーセルを含む組電池と、
第１バッテリーセルの電圧を監視するための第１回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第１回路構成が、第１バッテリーセルを迂回するよう充電電流の少なくとも一部を送り、かつ、第１バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第１回路構成が、第２電圧閾値を設定する、第１回路構成と、
第１バッテリーセルの電圧を監視するための第２回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第３電圧閾値を満たしたことに応答して、第２回路構成が、監視出力を生成し、ここで、第３電圧閾値が第１電圧閾値より高い、第２回路構成と、
を含む組電池システム。
（態様２）
第１バッテリーセルの電圧が第３電圧閾値を満たしたことに応答して、第２回路構成が、第４電圧閾値を設定し、ここで、第４電圧閾値が第３電圧閾値より低く、かつ、第４電圧閾値が満たされている間に監視出力が生成される、態様１に記載のシステム。
（態様３）
第１バッテリーセルの電圧が第２電圧閾値を満たさなくなったことに応答して、第１回路構成が、第１バッテリーセルを迂回するよう充電電流の少なくとも一部を送ることを停止する、態様１に記載のシステム。
（態様４）
第１バッテリーセルの電圧が第２電圧閾値を満たさなくなった後に、第１電圧閾値が再度活性化され、かつ、第２電圧閾値が非活性化される、態様３に記載のシステム。
（態様５）
第１バッテリーセルの電圧を監視するための第３回路構成をさらに含み、組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第５電圧閾値を満たしたことに応答して、第３回路構成が、第２監視出力を生成し、ここで、第５電圧閾値が第３電圧閾値より高い、態様１に記載のシステム。
（態様６）
第１バッテリーセルに対する充電電流が、第２監視出力に応答して切断される、態様５に記載のシステム。
（態様７）
第１バッテリーセルの電圧が第５電圧閾値を満たしたことに応答して、第３回路構成が、第６電圧閾値を設定する、態様５に記載のシステム。
（態様８）
第１バッテリーセルと第１および第２回路構成との間に第１スイッチをさらに含み、第１スイッチが、組電池の充電が完了した後で第１および第２回路構成を介したバッテリーセルの放電を低減するよう動作可能である、態様１に記載のシステム。
（態様９）
第１バッテリーセルの電圧を監視するための第３回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセルの電圧が第５電圧閾値を満たしたことに応答して、第３回路構成が、第２監視出力を生成し、ここで、第５電圧閾値が第３電圧閾値より高い、第３回路構成と、
第１バッテリーセルと第３回路構成との間の第２スイッチであって、組電池の充電が完了した後で第３回路構成を介したバッテリーセルの放電を低減するよう動作可能である、第２スイッチと、
をさらに含む、態様８に記載のシステム。
（態様１０）
第１バッテリーセルと直列に結合されている少なくとも１つの第２バッテリーセルと、
少なくとも１つの第２バッテリーセルと結合されており、第２バッテリーセルの電圧を監視するための第４回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、少なくとも１つの第２バッテリーセルの電圧が第７電圧閾値を満たしたことに応答して、第４回路構成が、少なくとも１つの第２バッテリーセルを迂回するよう充電電流の少なくとも一部を送り、かつ、少なくとも１つの第２バッテリーセルの電圧が第７電圧閾値を満たしたことに応答して、第４回路構成が、第８電圧閾値を設定する、第４回路構成と、
第２バッテリーセルの電圧を監視するための第５回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、少なくとも１つの第２バッテリーセルの電圧が第９電圧閾値を満たしたことに応答して、第５回路構成が、第３監視出力を生成し、ここで、第９電圧閾値が第７電圧閾値より高い、第５回路構成と、
をさらに含む、態様１に記載のシステム。
（態様１１）
バッテリーセル充電均等化方法であって、
複数セルバッテリーのうちのあるバッテリーセルに結合されているバッテリー充電均等化回路において充電電流を受けることと、
バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たすと、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることと、
バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たしたことに応答して、第２電圧閾値を設定することであって、ここで、第２電圧閾値が第１電圧閾値より低く、かつ、バッテリーセルの電圧が第２電圧閾値を満たしている間にバッテリーセルを通らないよう充電電流を送る、設定することと、
を含む、方法。
（態様１２）
バッテリー充電均等化回路の分圧回路の分圧回路率を修正することにより、第２電圧閾値を設定する、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
分圧回路の出力を電圧基準装置と結合し、第１電圧閾値が満たされると、電圧基準装置が第１回線経路における電流の流れを可能とし、かつ、第１回線経路における電流の流れが分圧回路率を修正することを可能とし、かつ、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を送ることを可能とする、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることが、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を分路させるバイパス回線経路へ充電電流の少なくとも一部を送ることを含む、態様１１に記載の方法。
（態様１５）
バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させることが、監視出力へ充電電流の少なくとも一部を送ることを含む、態様１１に記載の方法。
（態様１６）
複数セルバッテリーを充電した後でスイッチを開放することをさらに含み、スイッチを開放することが、バッテリーセル充電均等化回路を介したバッテリーセルの放電を低減する、態様１５に記載の方法。
（態様１７）
バッテリーセルに結合されている電圧基準装置であって、バッテリーセルの電圧が第１電圧閾値を満たすと、第１回線経路を通る電流の流れを可能とする電圧基準装置と、
第１回線経路に結合されている第１スイッチング装置であって、第１スイッチング装置が第１回線経路を通る電流の流れにより活性化されて、第２回線経路を通る電流の流れを可能とし、第２回線経路を通る電流の流れにより第２電圧閾値が設定され、ここで、第２電圧閾値が第１電圧閾値とは異なる、第１スイッチング装置と、
第１回線経路に結合されている第２スイッチング装置であって、第２スイッチング装置が第１回線経路を通る電流の流れにより活性化されて、第３回線経路を活性化し、第３回線経路が、バッテリーセルを通らないよう充電電流の少なくとも一部を迂回させる、第２スイッチング装置と、
を含む、バッテリーセル充電均等化装置。
（態様１８）
電圧基準装置が、高精度バンドギャップ電圧基準を含む、態様１７に記載の装置。
（態様１９）
電圧基準装置の基準電圧入力が、第１電圧閾値が満たされる前に第１分圧回路に電気的に結合され、第１電圧閾値が満たされた後で、かつ、第２電圧閾値が満たされている間に第２分圧回路に電気的に結合される、態様１７に記載の装置。
（態様２０）
バッテリーセルが、リチウムイオンバッテリーセルを含む、態様１７に記載の装置。

Claims (6)

1. 直列に結合されている複数のバッテリーセル（２０６−２０９）を含む組電池（１０２、２０２）と、
   第１バッテリーセル（２０６）の電圧を監視するための第１回路構成であって、組電池（１０２、２０２）に充電電流が印加されると、第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第１電圧閾値（１１０）を満たしたことに応答して、第１回路構成が、第１バッテリーセル（２０６）を迂回するよう充電電流の一部を送り、かつ、第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第１電圧閾値（１１０）を満たしたことに応答して、第１回路構成が、第２電圧閾値（１１１）を設定する、第１回路構成であって、第１電圧閾値が第２電圧閾値より高く、第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第２電圧閾値（１１１）を満たさなくなったことに応答して、第１回路構成が、第１バッテリーセル（２０６）を迂回するよう該充電電流の該部分を送ることを停止する第１回路構成と、
   第１バッテリーセル（２０６）の電圧を監視するための第２回路構成であって、組電池に充電電流が印加されると、第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第３電圧閾値（１１２）を満たしたことに応答して、第２回路構成が、監視出力を生成し、ここで、第３電圧閾値（１１２）が、第１バッテリーセル（２０６）が満充電に近い状態であるときの第１バッテリーセル（２０６）の電圧であり、第３電圧閾値（１１２）が、第１電圧閾値（１１０）より高い、第２回路構成と、
   第１バッテリーセル（２０６）の電圧を監視するための第３回路構成であって、組電池（１０２、２０２）に充電電流が印加されると、第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第５電圧閾値（１１４）を満たしたことに応答して、第３回路構成が、第２監視出力を生成し、ここで、第５電圧閾値（１１４）が、第１バッテリーセル（２０６）が過充電状態であるときの第１バッテリーセル（２０６）の電圧であり、第５電圧閾値（１１２）が、第３電圧閾値（１１４）より高い、第３回路構成と、を含み、
   第１回路構成が電圧基準装置に結合された分圧回路を有し、第１電圧閾値が満足されたとき、該電圧基準装置が第１回線経路における電流の流れを可能とするように構成され、第１回線経路の電流の流れが該分圧回路の分圧回路率を修正することを可能とし、その結果第２の電圧閾値を設定し、第１回線経路における電流の流れが該充電電流の該一部を該バッテリーセルから迂回するように送ることを可能とする、組電池システム。
2. 第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第３電圧閾値（１１２）を満たしたことに応答して、第２回路構成が、第４電圧閾値（１１３）を設定し、ここで、第４電圧閾値が第３電圧閾値（１１２）より低く、かつ、第４電圧閾値（１１３）が満たされている間に監視出力が生成される、請求項１に記載のシステム。
3. 第１バッテリーセル（２０６）の電圧が第２電圧閾値を満たさなくなった後に、第１電圧閾値（１１０）が再度活性化され、かつ、第２電圧閾値（１１１）が非活性化される、請求項１または２に記載のシステム。
4. バッテリーセル充電均等化方法（２２０−２２３）であって、
   複数セルバッテリーのうちのあるバッテリーセル（３０２）に結合されているバッテリー充電均等化回路（２２０−２２３）において充電電流を受けるステップと、
   バッテリーセル（３０２）の電圧が第１電圧閾値（１１０）を満たすと、バッテリーセル（３０２）を通らないよう充電電流の一部を迂回させるステップと、
   バッテリーセル（３０２）の電圧が第１電圧閾値（１１０）を満たしたことに応答して、第２電圧閾値（１１１）を設定するステップであって、第２電圧閾値（１１１）が第１電圧閾値（１１０）より低く、かつ、バッテリーセル（３０２）の電圧が第２電圧閾値（１１１）を満たしている間にバッテリーセル（３０２）を通らないよう該一部の充電電流を送るステップと、
   バッテリーセル（３０２）の電圧が第３電圧閾値（１１２）を満たしたことに応答して、監視出力を生成するステップであって、第３電圧閾値（１１２）が、バッテリーセル（３０２）が満充電に近い状態であるときのバッテリーセル（３０２）の電圧であり、第３電圧閾値（１１２）が、第１電圧閾値（１１０）がより高い、ステップと、
   バッテリーセル（３０２）の電圧が第５電圧閾値（１１４）を満たしたことに応答して、第２監視出力を生成するステップであって、第５電圧閾値（１１４）が、バッテリーセル（３０２）が過充電状態であるときのバッテリーセル（３０２）の電圧であり、第５電圧閾値（１１４）が、第３電圧閾値（１１２）より高い、ステップと、を含み、
   バッテリー充電均等化回路（２２０−２２３）の分圧回路の分圧回路率を修正することにより、第２電圧閾値（１１１）を設定し、分圧回路の出力を電圧基準装置と結合し、第１電圧閾値（１１０）が満たされると、電圧基準装置が第１回線経路における電流の流れを可能とし、かつ、第１回線経路における電流の流れが分圧回路の分圧回路率を修正することを可能とし、かつ、バッテリーセル（３０２）を通らないよう充電電流の少なくとも該一部を送ることを可能とする、方法。
5. バッテリーセル（３０２）を通らないよう充電電流の少なくとも該一部を迂回させるステップが、バッテリーセル（３０２）を通らないよう充電電流の少なくとも該一部を分路させるバイパス回線経路へ充電電流の少なくとも該一部を送ることを含む、請求項４に記載の方法。
6. バッテリーセル（３０２）を通らないよう充電電流の少なくとも該一部を迂回させるステップが、監視出力へ充電電流の少なくとも該一部を送ることを含む、請求項４または５記載の方法。

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