JPH08506448A - 充電手順を格納するメモリ付きバッテリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 充電電流と電圧を供給する充電器１１０と、充電パラメータを格納するメモリ１２２を有するバッテリ１２０とを含むバッテリ充電器システム１００が提供される。充電パラメータは、バッテリ充電を指示する関連情報によって構成される。メモリ１２２内に格納されるバッテリ関連情報は、充電器に、メモリ１２２の充電手順を指示する充電命令を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 充電手順を格納するメモリ付きバッテリ 技術分野 本発明は、再充電可能なバッテリとバッテリ充電器に関し、さらに詳しくは、 バッテリの充電を容易にする再充電可能なバッテリに関する。 背景技術 携帯用装置（portable device）は、通常、電源としてバッテリに依存する。 バッテリ交換コストを軽減するため、再充電可能なバッテリは、今日の家電製品 およびビジネス製品に電力を供給する際に、広く有用性が認められる。たとえば 、ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃａｄ）バッテリは、コンピュータやラジオ， ページャ，その他の装置を付勢するのに繰り返し使用できる。周知のように、再 充電可能なバッテリは、バッテリ充電器を介して使用後（すなわち、放電後）も 直ちに再度付勢できる。 化学的性質に依存して、再充電可能なバッテリには多様なものがあり、それぞ れの種類のバッテリは独自の充電手順を必要とする。このような多様なバッテリ には、鉛蓄電 池，Ｎｉ−Ｃａｄ，およびNickel Metal Hydrideが含まれる。たとえば、鉛蓄電 池は、定電圧充電手順を必要とし、この場合、バッテリの電圧は充電プロセスの 間、一定に保たれる。一方、Ｎｉ−Ｃａｄバッテリは、バッテリに供給される充 電電流が一定に保たれるような、定電流充電手順を必要とする。同時に、Ｎｉ− Ｃａｄバッテリの充電手順はつぎの点でも、Nickel Metal Hydride（Ｎｉ−ＭＨ ）バッテリと異なる。すなわち、充電プロセスが停止するバッテリ電圧が、Ｎｉ −ＭＨバッテリの場合とＮｉ−Ｃａｄバッテリの場合とでは異なるのである。さ らに、バッテリ充電手順は、バッテリ容量やバッテリ・セル温度など非化学的パ ラメータに依存する場合もある。バッテリ容量は、充電器に、どれだけの量の電 流をバッテリに供給すべきかを示す。たとえば、充電器は、１６００ｍＡ時間の 容量を有するバッテリに対しては、９００ｍＡ時間の容量を有するものよりも、 実質的に高い充電率で充電電流を送る。また中でもセル温度は、充電器に対して 、バッテリの爆発を回避するため、いつ充電を停止すべきかを知らせる。一般に 、温度情報は、バッテリ・セル付近に位置するサーミスタを介して、バッテリに 中継される。 より高度なバッテリ・パッケージでは、一定のバッテリ関連情報を格納する記 憶装置（memory device）を利用する。米国特許第４，７３７，７０２号の中でK oeneckは、バッテリ・パック内に位置する記憶装置がバッテリの動作 歴に関する情報を格納する、バッテリ充電制御システムを開示する。また、Lope rに付与された米国特許第４，３８７，３４４号は、記憶装置内で、バッテリが 供給する電力を表すデジタル・データをモニタして格納するバッテリ・モニタ回 路を開示する。 従来、充電手順は、充電器自体のハードウェアまたはソフトウェアを介して実 行される。充電手順は、充電器のハードウェアを介しても実現できるし、または マイクロプロセッサ制御の充電器をプログラミングすることによって、ソフトウ ェアを通じて実現することもできる。現代のマイクロプロセッサ制御充電器では 、読出し専用メモリ（ＲＯＭ：Read-only-Memory）などの恒久的な記憶媒体が、 バッテリを充電する命令または手順を含むファームウェアを格納する。たとえば 、定電圧（または定電流）の充電手順を、充電器のメモリにプログラムしておく ことができ、充電器コントローラが、この手順を実施して、バッテリを充電する 。 しかしながら、充電手順が極めて多様化する状況では、バッテリ・システム・ メーカーが直面するジレンマは、多様な充電条件を満たす充電器を開発する必要 性である。この必要性のために、充電器の開発コストや設計のサイクル・タイム をはじめ、製造コストも増加する。 そのため、多様な充電条件でバッテリを充電できるような、フレキシビルなバ ッテリ充電システムに対する必要性 が存在する。 発明の概要 簡潔には、本発明により、外部充電器によって充電可能なバッテリは、少なく とも１つのバッテリ・セルと記憶装置を含む。記憶装置は、いったん充電器が充 電パラメータを検索した場合に、充電器がバッテリ・セルの充電を開始するのに 必要な充電パラメータを格納する。充電パラメータは、充電器に充電手順を指示 する情報から成る。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による充電器とバッテリ・パッケージとを有するバッテリ充 電器システムの概略図である。 好適な実施例の詳細な説明 本明細書は、新規として見なされる本発明の特徴を定義する請求の範囲で結ぶ が、本発明は、ただ１つの図面と併せて以下の説明を考察するとより良く把握さ れる（以下、同様の番号は、同一のものを指す）。 第１図を参照して、バッテリ充電器システム１００は、再充電可能なバッテリ １２０に充電電流を送る充電器１１ ０を含む。バッテリ１２０は、バッテリ１２０が充電器１１０内に入れられると きに、バッテリ・ポート１２６を介して充電電流を受け取る複数の再充電可能な バッテリ・セル１２１を含む。バッテリ１２０は、バッテリ・ポート１２６，１ ４８，１４９，１５１を介して、また充電器ポート１１１，１５３，１５２，１ １３を介して充電器１１０とインタフェースする。バッテリ・セル１２１は、ポ ート１２３，１２４と結合され、バッテリからのエネルギーを外部装置（図示せ ず）に提供する。ダイオード１２５は、バッテリ・ポート１２６とバッテリ・セ ル１２１との間に結合されて、充電器回路を介してセルが放電するのを防止する 。 バッテリ１２０は、後述するように、バッテリ・セル１２１の充電を開始する のに必要な充電パラメータを格納する記憶装置１２２を含む。このメモリは、１ つもしくは複数のセル１２１をタッピングすることによって付勢され、メモリ供 給電圧Ｖccを提供する。メモリ１２２は、National Semiconductor製のＮＭ２４ ＣＯ記憶装置・シリーズなどのＥＥＰＲＯＭメモリで、技術上周知のように、Ｉ² Ｃ二線プロトコル（two-wire protocol）仕様に基づいてデータを逐次的に交換 できる。メモリ１２２は、データ端子１４０とクロック端子１５０の２つのメモ リ端子を含む。データ端子１４０は直列データ端子で、クロック端子１５０は同 期クロック端子で、ともに、外部のマイ クロプロセッサとメモリ１２２との間でメモリ信号を伝達するのに使用される。 図に示すように、ツェナ・ダイオード１３４が、端子１４９を、望ましくない高 電圧電位から保護する。データ端子１４０は、バッテリ１２０と充電器１１０と の間でデータの転送を可能にするバッテリ・ポート１５２と結合される。バッテ リ１２０は、バッテリ・ポート１４８を介してバッテリ温度信号を提供するサー ミスタ１２９を含む。バッテリ・ポート１４８は、クロック端子１５０とも結合 されて、ツェナ・ダイオード１３５によって保護される。必要なバッテリ・ポー ト数を減らすため、バッテリ・ポート１４８は、バッテリ温度信号とメモリのク ロック信号を多重化方式で交換する共通ポートとして使用される。 本発明によれば、メモリ１２２は、充電器１１０がバッテリ１２０の充電を開 始するのに必要な情報によって構成される充電パラメータを格納する。１つの実 施例では、充電パラメータは、充電器１１０に、バッテリ１２０を充電する手順 を知らせる命令から構成される。メモリ１２２内に格納された命令はバッテリ１ ２０に固有のものであり、バッテリ・セル１２１の充電条件に従う。バッテリが 充電器１１０内に入れられると、充電器１１０は、メモリ１２２から、格納され た充電命令を検索して、この命令に基づいて、バッテリ１２０の充電を行う。そ のため、充電器１１０は、バッテリ常駐の充電手順に基づいて各種のバッテ リを特定の充電条件で充電可能な汎用充電器として振る舞う。 充電器１１０は、充電器の動作を制御するコントローラ１３０と、充電電流と 電圧とをバッテリ１２０に与えるプログラム可能な電流／電圧源１３２とを含む 。コントローラ１３０は、モトローラ社製のマイクロプロセッサ６８０００ファ ミリーなどの中央演算処理装置ＣＰＵ，メモリ，入出力（Ｉ／Ｏ）ポート、多く のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）ポートを有するマイクロプロセッサでよい。プ ログラム可能な電流／電圧源１３２は、周知の方法でコントローラ１３０からの 制御信号に応答可能で、バッテリ１２０への充電電流と電圧の供給を制御する。 制御信号１３５に応答して、プログラム可能な電流／電圧源１３２は、充電電流 と電圧の供給を開始、増減または停止できる。そのため、充電電流と電圧の供給 は、特定の充電条件に合わせることができる。たとえば、充電電流または充電電 圧の供給を、充電プロセスの間、ステップ形，逓変形（tapered）または一定に 保つことができる。コントローラ１３０とプログラム可能な電流／電圧源１３２ は共に、充電器に供給電圧Ｂ＋を与える電源によって電力が供給される。 コントローラ１３０は、アドレス・バスとデータ・バス（一括してライン１３ ３として示す）を介して、適切な量の読出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３６とラン ダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１３８と通信する。コントローラ１ ３０の動作命令はＲＯＭ１３６に常駐し、一方、一時的な情報はＲＡＭ１３８に 格納できることが望ましい。コントローラ１３０は、直列データをメモリ１２２ と（充電器ポート１５２を介して）およびクロック信号と（ポート１５３を介し て）交換するように、周知の方法でプログラムされる。充電器ポート１５２，１ ５３は、バッテリが充電器１２１の中に入れられると、それぞれバッテリ・ポー ト１４９，１４８と結合される。メモリ１２２の内容は、クロック信号をメモリ ・ポート１５０に入力することによって検索できる。前述したように、充電器１ ２１は、多重化方式でクロック信号とバッテリ温度信号とを交換する。データを バッテリ１２０と交換するとき、コントローラ１３０は、クロック信号をトラン ジスタ・スイッチ１４１を介してメモリ１２２に与える。トランジスタ・スイッ チはＢ＋電圧を介してバイアスされて、コントローラＩ／Ｏポート１３４で生じ るクロック信号を充電器ポート１５３に入力するスイッチとして働く。この状況 の下で、コントローラ１３０が与えるクロック信号は、メモリ１２２のクロック 端子と結合される。バッテリ・ポート１５３はまた、バッテリ１２０からの温度 信号を受信するポートとしての働きもする。バッテリ・ポート１５３はＡ／Ｄポ ート１４３と結合されて、サーミスタ１２９が発生する温度信号をサンプリング する。バッテリ温度を捉える必要がある場合には、コントローラはトランジスタ ・スイッチ１４１をオフ にして、コントローラ１３０が、バッテリ温度信号を受信できるようにするので 、充電器１１０はバッテリ温度を判定できる。コントローラ１３０は、バッテリ ・ポート１２０と結合されるＤ／Ａポート１３７を含む。そのため、コントロー ラ１３０がバッテリの両端の電圧を測定する必要がある場合には、Ｄ／Ａポート １３７に存在する電圧がサンプル採取される。 動作的には、充電器１１０内にバッテリがない状態では、コントローラ１３０ は、充電パラメータを初期化して、ＲＡＭ１３８の内容を消去する。ついで、コ ントローラ１３０は、応答が受信されるまで定期的に、周知のデータ読出しコマ ンドをメモリ１２２に送出する。応答を受信次第、コントローラ１３０はバッテ リ１２０が充電器１１０に入れられたと判断する。ついで、コントローラはメモ リ検索を実行し、これにより、メモリ１２２内に格納された情報（すなわち、充 電手順）が充電器１１０内に転送され、ＲＡＭ１３８内に格納される。情報交換 を完了後、充電器１１０は、メモリ１２２内に格納された充電手順に従ってバッ テリ１２０を充電する。格納された手順は、所定のバッテリ動作手順の下で、コ ントローラ１３０が理解できる命令とコマンドによって構成できる。本発明のバ ッテリ動作手順は、どのような数の充電手順も実現するプログラム・アルゴリズ ムによって構成される。基本的には、バッテリ・メモリ１２２内に格納された充 電手順は、バッテリ動作シ ステム（ＲＯＭに格納される）を介して、コントローラ１３０の機械言語によっ て理解できる低レベルのコマンドに変換される高レベルのソフトウェア・コマン ドによって構成される。低レベルのコマンドは、Ｉ／ＯポートとＡ／Ｄポートと をセットアップして、各種の信号を入力または出力して、特定の充電手順を実現 する。たとえば、バッテリ充電手順の一定のステップが、バッテリ温度の読み取 りを要求する場合には、高レベルが「温度読み取り（read temperature）」コマ ンドを実行して、これにより、コントローラ１３０はトランジスタ１４１をオフ にし、コントローラ・ポート１４３を、サーミスタ１２９が送出する温度信号を サンプル採取するように対応させる。また、バッテリ・メモリ１２２内に格納さ れたコマンドに基づいて、充電電流と電圧のバッテリへの供給を、制御信号１３ ５を制御することにより、ステップ形，逓変形または一定に保持するように対応 できる。そのため、電流源１３２が供給する充電電流と電圧は、メモリ１２２が 与える情報に基づいてコントローラ１３０によって制御される。 いったんバッテリが充電器１１０から外されると、コントローラ１３０は、バ ッテリの不在、すなわち、バッテリとの逐次通信がもはや可能でない場合と判断 する。そのとき、ＲＡＭの内容は、新しいバッテリが充電器１１０に入るまでに 消去される。 別の実施例では、バッテリ１２０内に格納された充電パ ラメータは、バッテリ１２０の安全機能に関連する情報によって構成できる。一 部のバッテリは、各種の政府および／または非政府機関が定めた規格に従って充 電する必要がある。そのため、メモリ１２２内に格納された情報は、バッテリの 安全機能に関する充電パラメータによって構成される場合がある。これらのパラ メータは、充電器に、これらの規格の下で要求される電圧レベルと充電容量に関 して指示する。しかし、別の実施例では、メモリ１２２は、製造情報，販売情報 および品質情報に関して必要な情報をコントローラに与えることもある。これら の情報は、バッテリ１２０の充電が開始される以前に必要な製造サイト情報，販 売時点情報，型式番号，シリアル番号，および他の情報配列を含むことができる 。コントローラ１３０は、受信したバッテリ・データを処理して、それに従って バッテリを充電する準備をする。 上記のように、本発明は高いフレキシビリティを備えたバッテリ充電器システ ムを提供する。充電手順をバッテリ内に格納することにより、単一の充電器プラ ットホームを使用して、各種の充電条件を有するバッテリを充電できる。そのた め、バッテリ充電器の開発コストや設計サイクル・タイムが実質的に削減される が、これは、充電器のハードウェアとソフトウェアが、もはやバッテリ充電手順 に依存しなくなるからである。 本発明の好適な実施例を図に示して説明したが、本発明 がそれに限定されないことは明かであろう。添付請求の範囲に定義される本発明 の意図および範囲から逸脱することなく、当業者には、数多くの変形，変更，バ リエーション，置き換え，同等物が考えられよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェルナンデス，ジョーズ・エム アメリカ合衆国フロリダ州プランテーショ ン、ノース・パイン・アイランド・ロード 571

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの再充電可能なバッテリ・セルおよび； 充電パラメータをその中に格納するメモリとによって構成され、前記充電 パラメータは、前記充電器が前記充電パラメータを前記メモリから検索すると、 前記外部充電器に、少なくとも１つのバッテリ・セルの充電を開始できるように させる情報によって構成されることを特徴とする、外部バッテリ充電器を介して 充電可能なバッテリ・パッケージ。 ２．前記充電パラメータは、前記充電器に、前記バッテリ・セルを充電する手 順を指示する充電命令によって構成されることを特徴とする請求項１記載のバッ テリ・パツケージ。 ３．前記充電パラメータは、前記バッテリの販売に関する情報によって構成さ れることを特徴とする請求項１記載のバッテリ・パッケージ。 ４．前記充電パラメータは、前記バッテリ・パッケージの製造に関する情報に よって構成されることを特徴とする請求項１記載のバッテリ・パッケージ。 ５．少なくとも１つの再充電可能なバッテリ・セルおよび； 充電命令をその中に格納するメモリとによって構成され、 前記充電命令は、前記外部充電器に、少なくとも１つのバッテリ・セルを充電す る手順を指示する情報によって構成されることを特徴とする、外部バッテリ・充 電器を介して充電可能なバッテリ・パッケージ。 ６．前記充電命令は、前記バッテリの安全機能に関する情報によって構成され ることを特徴とする、請求項５記載のバッテリ・パッケージ。 ７．充電パラータを格納するメモリを有する再充電可能なバッテリ・パッケー ジを充電可能なバッテリ充電器であって： 充電電流と電圧とを前記バッテリに供給する充電電流源； 前記メモリから充電命令を検索する手段および； 前記充電命令に応答して、前記充電電流の前記バッテリ・パッケージへの供給 を制御するコントローラ手段とによって構成され； 前記充電命令は、前記コントローラに充電手順を指示する情報によって構成さ れることを特徴とするバッテリ充電器。 ８．バッテリ充電器； 少なくとも１つの再充電可能なバッテリ・セルおよび； 充電命令をその中に格納するメモリとを含むバッテリ・パックとによっ て構成され； 前記充電命令は、前記バッテリ充電器に、少なくと も１つのバッテリ・セルを充電する手順を指示する情報によって構成されること を特徴とする、バッテリ充電システム。