JPH10511498A

JPH10511498A - 再充電可能バッテリ・システムのための高バッテリ温度をシミュレートする装置

Info

Publication number: JPH10511498A
Application number: JP8520453A
Authority: JP
Inventors: フェルナンデス，ホセ・エム; メドゥース，バーノン; ギャレット，スコット・エム; ラム，ダオ・エヌ; カンケ，ジェームス・エフ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1998-11-04
Also published as: EP0799504A4; EP0799504A1; CN1130789C; WO1996020514A1; US5583415A; CN1171169A

Abstract

(57)【要約】バッテリ・システムを再充電システムにおいて安全に再充電することのできる保護回路構成を備える、携帯電子製品用のバッテリ・システム４００である。本バッテリ・システム４００は、セル４０１と、充電ネットワークによりセル４０１の電流量を制限する過充電保護回路４３３と、サーミスタ４１５と、サーミスタ４１５の状態を制御して高温条件をシミュレートするサーミスタ制御４１７とを備え、充電ネットワークがモードを切り換えて、充電システムにより提供される充電法に従わないバッテリ・システム４００に対応することができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】再充電可能バッテリ・システムのための高バッテリ温度をシミュレートする装置技術分野本発明は、一般にバッテリの再充電に関し、さらに詳しくは、再充電可能バッテリ・セルのためのシステムに関する。発明の背景装置内のバッテリ源で動作する携帯用電子製品は、今日、利用できる数が増大しつつある。これらの製品には、再充電可能バッテリを用いて便利に移動でき、動作するセルラ電話，携帯無線機，ページャおよび音声レコーダなどが含まれる。再充電機能の必要性を満たすために、多くの異なるバッテリ化学系が多年にわたり用いられてきた。最も普及しているバッテリ化学系は、おそらく、ニッケル・カドミウムおよびニッケル金属水素化物である。しかし、リチウム・イオンと総称される比較的新しいバッテリ化学系は、セルを再充電することが可能で、他種の再充電可能セルに比べて多くの利点を持つ。これらの利点は、主に高エネルギ密度を持ちながら、重量と全体の寸法が小さいことに向けられる。リチウム・イオン・セルを用いる際に考慮すべき独特の要因は、その充電方法である。リチウム・イオン・セルは、ニッケル系を利用するセルと同じ方法で充電されるのではない。ニッケル・カドミウムおよびニッケル金属水素化物セルは、特定の事象が起こるまで一定の電流を印加することにより、急速充電を用いて充電されるのが普通である。この事象とは、セルが所定の高電圧に到達する，所定の低電圧に下がる、あるいはセル温度の上昇に関連する。これは、最適性能を得るためには２段階の充電過程を必要とするリチウム・イオン・セルとは対照的である。この過程の第１段階では、セルの電圧が所定の閾値より低い間に、バッテリ・チャージャが一定の電流レベルを印加する。電圧がその閾値まで上がると、第２段階で、バッテリ・チャージャが閾値電圧に保持され、電流が下がるようにする。電流が所望のレベルまで充分に下がると、リチウム・イオン・セルは満充電される。この２段階の過程には、ニッケル・システム用に設計されたチャージャ内でリチウム・イオン・セルを充電することを考えると問題がある。一般に、ニッケル・システムのチャージャは、セルの電圧が妨げられない状態で上昇することを可能にする定電流のみを印加する。バッテリが熱くなりすぎなければ、すなわち望ましくないほど危険なレベルまで上がらなければ、電圧をどのレベルまで上げても構わない。ニッケル・システム・バッテリが熱くなると、チャージャはこの状態を検出して、高速高電流充電から、高速電流値の約５〜１０％の値まで切り換える。この低電流モードは、一般に細流電流または細流充電と呼ばれる。このため、現在のニッケル・システム・チャージャにより行われる充電法では、リチウム・イオン・セルを適切に充電しない。リチウム・イオン・セルがニッケル・システム・チャージャ内に置かれたり、あるいは強制的に入れられると、リチウム・イオン・セルが急速に加熱するために、危険な結果を招く可能性がある。従って、既存のリチウム・イオン・セルの制御回路構成にあわせて改造し、セルがニッケル・システム・チャージャを安全に利用することを可能にするバッテリ充電回路またはシステムが必要である。ニッケル・システム・チャージャを用いてリチウム・イオン・バッテリを再充電することができる改造可能な回路の供給に加えて、リチウム・イオン・セルをこの方法で再充電する際に安全を確保するための追加システムを供給する完全なバッテリ・システムも有用であろう。なお、本出願は、同時継続出願でモトローラ社に譲渡された文書番号ＥＮ１０１４４「Ａpparatus and Ｍethod of Ｓimulating Ｈigh Ｂattery Ｔemperatur e Ｉn ＡＲechargeable Ｂattery」，文書番号ＥＮ１０１５７「Ａpparatus an d Ｍethod of Ｐroviding an Ｉnitiation Ｖoltage Ｔo ＡＲechargeable Ｂattery Ｓystem」，文書番号ＥＮ１０１７７「Ａpparatus Ｆor Ｓimulating Ｈigh Ｂattery Ｔemperature Ｕ sed Ｉn Ｒecharging Ｌithium Ｉon Ｃells」に関連する。図面の簡単な説明第１図は、本発明による高温シミュレータの動作を示すブロック図である。第２図は、高電流源が利用可能な場合に用いることのできる高温シミュレータを示す、本発明の好適な実施例による部分概略図である。第３図は、低電流源しか利用できない場合に用いることのできる高温シミュレータを示す、本発明の好適な実施例による部分概略図である。第４図は、第２図に図示されたものと同様の代替の実施例を示す、本発明の好適な実施例による部分概略図である。第５図は、本発明によるリチウム・イオン・セルと共に用いる改造可能な充電保安システムの動作を示すブロック図である。好適な実施例の詳細説明第１図を参照して、高バッテリ温度条件をシミュレートすることのできる再充電可能バッテリ・システムのための高温シミュレータの動作を示すブロック図が示される。再充電可能バッテリは、通常、リチウム・イオン系，リチウム・ポリマ系または鉛系のものである。高温シミュレータは、互換性のない充電法を一般に有する異質の充電システムまた充電ネットワークを用いて、再充電可能バッテリを充電することができる。異質の充電システムとは、ニッケル・カドミウムまたはニッケル金属水素化物系のセルで用いられるもので、第１動作モードと第２動作モードとを有する。第１動作モードは、通常は、迅速なあるいは高速のモードで、第２モードは低速の、あるいは細流充電モードである。これらの充電システムは、一般にニッケル・システム・バッテリ・チャージャと呼ばれ、ニッケル金属水素化物またはニッケル・カドミウム・セルを充電するよう構成される。後に詳述されるように、本発明の好適な実施例は、ニッケル・システム・バッテリ・チャージャが持つ固有の特徴を利用する。この特徴により、適切な制御情報がバッテリから受け取られると、再充電可能バッテリの高速充電が確実に停止する。この制御情報は、高速充電中のバッテリ温度に関わる。所定の温度に到達すると、ニッケル・システム・バッテリ・チャージャは自動的に低電流または細流充電状態に切り替わり、再充電可能バッテリをより低速で充電することができる。本発明の好適な実施例は、再充電可能セル１０１を備えるバッテリ１００を示す。上述のように、再充電可能セル１０１は、リチウム・イオン系などの１つ以上のセルである。制御回路１０３は、再充電可能セル１０１が充電システム１０５により充電される間に、再充電可能セルの電圧を測定または観測する。充電システム１０５は、通常は、ニッケル・カドミウムまたはニッケル金属水素化物セルに用いられるチャージャである。制御回路１０３は、モトローラ社製集積回路モデル番号ＳＣ３７１０１３Ｆ／ＦＥＲなどの比較器回路などとすることができる。制御回路１０３により、所定の電圧レベルまたは電圧電位に到達したことが判定されると、制御回路１０３は制御線１０６上に制御信号を生成する。所定の電圧は、一般に、再充電可能セル１０１の動作電圧により決定される一定の電圧限界であり、特定のセルの化学的性質および／または関連する充電アルゴリズムに依存する。制御線１０６は、制御回路１０３から低電圧スイッチ１０４，高電圧スイッチ１０７およびサーミスタ・スイッチ１１１などの温度シミュレータ装置のそれぞれに制御信号を伝えるために用いられる。低電圧スイッチは、電圧が低すぎた場合に再充電可能セル１０１を切り離すために用いられ、それによってセルに対する損傷を防ぐ。高電圧スイッチ１０７および遅延回路１０９が充電システム１０５と直列に配置され、充電中に所定の電圧に到達すると、所望の遅延期間後に開路を設けるために用いられる。遅延期間は、充電システム１０５が、温度センサまたはサーミスタ１１３を介する電流変化に反応することができるようにするために用いられる。遅延がないと、充電システム１０５は、高電圧スイッチ１０７の開路を再充電可能セル１０１が切り離されたものと解釈する。これが起こると、充電システム１０５は自動的にオフになる。サーミスタ・スイッチ１１１は、制御回路１０３に付属され、制御線１０６を介する制御信号によっても起動され、サーミスタ１１３への短絡路となる。当技術では周知のように、サーミスタ１１３の抵抗値または状態は、再充電可能セル１０１の温度変化に応答して変化する。このため、サーミスタ１１３を流れる電流は、サーミスタ１１３がさらされる周辺環境に関連して変化する。この電流は、充電システム１０５が充電モードをいつ切り換えるべきかを判定するために用いる温度値として、充電システム１０５により解釈される。これらのモードは、通常、充電速度が高レベルにある高速または迅速充電状態から、充電速度が低い低速充電状態へと切り替わる。サーミスタ・スイッチ１１１は、サーミスタ１１３に付属され、制御回路１０３により制御される。サーミスタ・スイッチ１１１が起動されると、サーミスタ・スイッチ１１１はサーミスタ１１３の電流または状態を改変する。上述のように、サーミスタ１１３を通る電流のこの増加が、充電システム１０５により高温条件として検出される。かくして、サーミスタ・スイッチ１１１は、サーミスタ１１３の動作状態を変更する制御回路として動作する。サーミスタ・スイッチ１１１は、次に、再充電可能セル１０１の高温状態をシミュレートする。それに応答して、充電システム１０５は、高速の、あるいは実質的に速い充電モードから、低速の低流または細流充電モードへと切り替わる。再充電可能セル１０１がまずその所定電圧へと充電される、すなわち充電法の第１段階であるので、細流充電モードにより、再充電可能セル１０１はその充電モードの第２段階により充電されることになる。充電システム１０５が低電流へと切り替わると、再充電可能セル１０１の電圧は、再充電可能セル１０１内にある内部抵抗のために以前のレベルよりも多少下がることになる。電流がこのように低いレベルになるために、セルが満充電になるまで、電圧を閾値電圧レベルより低くして再充電可能セルを継続して充電することができる。しかし、充電システム１０５を用いる充電は、理想的なリチウム・イオン充電法が用いられてもより長い時間がかかるのが普通である。第２図は、制御回路２０９が絶縁された接地または仮想接地に充分な電流を流入することができる再充電可能バッテリ２００内で通常用いられる、高温シミュレータ回路２０１の概略図である。第２図に示されるように、再充電可能バッテリ２００は、通常、充電電圧ノード２０３，温度ノード２０５および仮想接地ノード２０７を備える。動作中は、充電電圧が充電電圧ノード２０３および仮想電圧ノード２０７に接続される。バッテリ充電システム（図示せず）は、温度ノード２０５を介して温度を測定し、動作モードをいつ変更すべきかあるいは切り換えるべきかを判断する。バッテリ充電システムは、ニッケル・カドミウム・セル，ニッケル金属水素化物セルなどのために設計されたものでよい。上述のように、低電圧スイッチ２１０は、再充電可能セル２１１が一定の値より低く放電することを防ぐために用いられる。逆に、制御回路２０９が、再充電可能セル２１２が充電中に所定の高電圧に到達したことを検出すると、制御線２１１を通じて制御信号を高温シミュレータ回路２０１と、遅延２１４を介し高電圧スイッチ２１７とに送る。高温シミュレータ回路２０１は、ダイオード２１３および抵抗２１５によって構成される。制御信号により高温シミュレータ回路２０１および高電圧スイッチ２１７がイネーブルになると、温度ノード２０５の電圧を高レベルから仮想接地ノード２０７に切り換える。これは、温度ノード２０５の電圧を、低い値に引き下げる効果を持つ。これは、電流が仮想接地ノード２０７に流入されるためである。かくして、この低電圧が、サーミスタ２１６の高温条件をシミュレートする。これは、温度ノード２０５においてバッテリ充電システムにより、ノード２０５をイネーブルにしてモードを切り換える高温条件として検出される。ダイオード２１３は単独で用いることができるが、抵抗２１５を用いて、温度ノード２０５の電圧があまりに低い値まで下がらないようにする。これは、このような条件下では、ある種のバッテリ・チャージャは、試験モードに入るためである。第３図は、リチウム・イオン・バッテリなどの再充電可能バッテリ３００において通常用いられる高温シミュレータ回路３０１の概略図である。高温シミュレータ回路３０１は、制御回路３１５が第２図に示される回路を用いることができるようにするために、大量の電流を流入できない場合に用いられる。再充電可能セル３０４，低電圧スイッチ３０６および遅延３０８の機能および動作は、上記の第１図および第２図に説明されるものと同様であることは、当業者には明白であろう。再充電可能バッテリ３００は、充電ノード３０２，温度ノード３０３および仮想接地ノード３０５を利用する。高温シミュレータ回路３０１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７，抵抗３０９，抵抗３１０，ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１および抵抗３１３によって構成される。動作中は、制御回路３１５が高電圧スイッチ３１７を起動すると、これがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート− ソース接合をバイアスする。抵抗３１３は、制御回路３１５が不良の場合に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７のゲートの電圧を引き上げる、すなわち増大するために用いられる。抵抗３１３は、制御信号が制御回路３１５からイネーブルになると、わずかな電流のみが充電ノード３０２から通過することを許すような充分に高い抵抗値を有する。これにより、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１は、低抵抗値になり、電流はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１，抵抗３０９および抵抗３１０を通って流れる。結果として生成される電圧は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７をもオン状態に切り換える低抵抗値にバイアスする。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７がオンになると、抵抗３１６は温度ノード３０３の電圧を、高温条件が存在するバッテリ充電システム（図示せず）を示す、あるいはシミュレートするのに充分な電圧に下げるよう機能する。温度ノード３０３の電圧は、このノードを通る電流が仮想接地ノード３０５に向けられる、あるいは流入されるので低くなる。かくして、サーミスタ３１４の両端で測定される電圧が、高温シミュレータ回路３１０を用いてシミュレートされる。第３図に図示される構造は、制御回路３１５が、付属する充電システムから流入させねばならない過剰電流を処理できない場合にのみ用いられる。第３図に示される回路は、より複雑であるが、制御信号が制御回路３１５からイネーブルになると、非常に少量の電流しか抵抗３１３を流れないので、電流が低いという利点を有する。第４図は、高温シミュレータ回路３２０の概略図である。高温シミュレータ回路３２０は、付属の充電システムから高電流源が利用できる、第２図に示される実施例に対する代替の実施例である。再充電可能セル３２２，低電圧スイッチ３２４，高電圧スイッチ３２６および遅延３２８の機能および動作は、上記の第１図，第２図および第３図に説明されるものと同様である。好適な実施例においては、高温シミュレータ回路３２０は、インバータ・ゲート３２１，ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２３および抵抗３２５を備える。動作中は、上記の他の実施例と同様に、制御回路３２７がセル３２９内に高電圧条件を検出すると、制御信号が制御線３３１上に放出される。これにより、制御線３３１上の電圧が低状態に下がり、これがインバータ・ゲート３２１の入力をも低く制御する。これでＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２３がバイアスされ、オンになる。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴがオンになると、これで温度ノード３３３が低状態まで下がる。これは、温度ノード３３３が仮想接地ノード３３５に有効に接続されるためである。抵抗３２５の値は、付属のバッテリ充電システムにより解釈される所望の温度レベルを制御および／または選択するために用いられる。かくして、温度ノード３３３に接続される付属のバッテリ充電システムは、このノード上で、低電圧を見込んで高温を検出する。高温シミュレータ回路３２０は、偽高温条件をシミュレートまたは生成するよう動作する。本発明を実行する好適な方法は、第１動作モードおよび第２動作モードを有する充電装置であって、その充電方法が再充電可能バッテリ内の再充電可能セルと相容れない充電装置を用いて前記再充電可能バッテリを充電する段階を備える。この段階には、充電電流を充電装置から再充電可能セルに印加する段階；再充電可能セルの電圧電位を検出する段階；温度センサを用いて再充電可能セルの温度を測定する段階；所定の電圧電位に到達して温度センサが高温を充電装置にシミュレートできるようになると、第１制御ネットワークから第２制御ネットワークに制御信号を送付する段階；最後に充電装置のシミュレートされた高温を検知して、前記第１動作モードから第２動作モードに変更して、再充電可能セルをより遅い速度で充電することができるようにする段階が含まれる。かくして、開示される高温バッテリ・シミュレータ装置および方法により、リチウム・イオン・セルなどの再充電可能セルに対応しそれを再充電するための特別のチャージャを消費者が購入しなければならないという負担を負わせずに、新世代のリチウム・セル化学系を用いることを可能にする。これにより、リチウムをベースにしたセルを利用して、所望の用途のために、まったく新しいチャージャとバッテリを購入するのではなく、コスト全体を低く抑えることができるという利点および長所が強化される。第５図は、リチウム・イオン・バッテリ保安制御回路プラットフォームまたはバッテリ・システム４００のブロック図である。このシステムは、将来のリチウム・イオン・バッテリ用と、現在使用されるバッテリに対する改造品として開発された。このシステムは、種々のユーザと、ニッケル・バッテリ・システム専用に設計された既存のチャージャで充電することのできる有用で安全なリチウム・イオン・バッテリを設けるための製造基準とに対応することを目的とする。携帯電子装置に用いるバッテリ・システム４００は、１つ以上のセル４０１のための保護回路構成を備える。セル４０１は、一般にリチウム・イオンなどで、動作端子４０３，４１１に電圧電位を与える。動作端子４０３，４１１は、電源としてバッテリ・システム４００を用いる携帯製品（図示せず）に動作電圧を供給するために用いられる。本システムは、再充電セル４０１に印加される充電電圧を受け取るために用いられる充電端子４０５，４０７をさらに備える。データ端子４０９が、メモリ４１２から充電システムに情報を供給する。メモリ４１２は、ＲＯＭ型メモリなどで、「スマート・チャージャ」として知られる種類のチャージャに情報を伝える。この情報は、充電システムがバッテリの再充電を行う前に知る必要のあるバッテリの種類と充電方法に関する。最後に、温度端子４１３が用いられて、充電システムは再充電中にバッテリの温度を検出することができる。これは、再充電過程中に正確なバッテリ温度を充電システムが測定できるようにするサーミスタ４１５などを用いて行われる。サーミスタ制御４１７がサーミスタ４１５に付属し、一次過電圧制御４１９および二次過電圧制御回路４２１により制御されて、サーミスタ４１５の周囲の電流を変更または切り換える。サーミスタ制御４１７は上記に、より詳細に説明され、セル４０１の高温条件をシミュレートする効果を有する。次にこれが付属の充電システム（図示せず）により検出されて、動作充電モードを高速充電から低速または細流充電に変更することを可能にする。一次過電圧制御４１９はセル４０１と接続され、セル４０１に存在する累積電圧を測定して、セルが一定の電圧を超えて増大あるいは上昇することを防ぐために用いられる。一次過電圧制御４１９が不良となったり、動作不能になった場合には、二次過電圧制御４２１が用いられて、各セルの電圧を測定し、各セルが一定の電圧より上昇することを防ぐ。一次過電圧制御４１９または二次過電圧制御４２１のいずれか一方が起動すると、制御信号が１つ以上の独立過電圧スイッチ４２３に供給される。独立過電圧スイッチ４２３のどれか１つが起動することで、セル４０１を動作端子４０３，４１１から切り離す開路が設けられる。各制御信号は、いずれかの独立過電圧スイッチ４２３を起動する前に制御信号を遅延させる遅延４２５または遅延４２７をそれぞれ用いて遅延される。遅延４２５，４２７を用いて、独立過電圧スイッチ４２３がイネーブルになり、それによってセル４０１から充電電流が切り離される前に、サーミスタ制御４１７が確実に制御信号を受信するようにする。これで、付属の充電システムは、セル４０１の温度のシミュレートされた変化を検出し、独立過電圧スイッチ４２３のいずれかを起動する前にその動作モードを変えることができる。同様に、４２８を用いて、セル４０１の累積電圧を測定し、累積電圧が所定のレベルより下がると過小電圧スイッチ４２９に制御信号を送る。独立過電圧スイッチ４２３と同様に、過小電圧スイッチ４２９は、セル４０１と直列に接続され、セルの電圧が望ましくないほど低いレベルまで下がるとセル４０１を切り離して、セル４０１への損傷を防ぐ。セル平衡制御４２２は、セル４０１の各々と並列に接続された負荷（図示せず）によって構成される。セル平衡制御４２２は、セルの各々を充電中ほぼ同じ電圧レベルに維持するために、セルの両端で負荷を切り換える働きをする。セルが他のセルと比べて多少高い電圧になる場合に、この負荷を用いて１つのセルを少し放電する。セル電圧が他のセルと相容れるレベルまで下がると負荷は切り離される。一次短絡保安器４３１は、独立過電圧スイッチ４２３および過小電圧スイッチ４２９の両方の両端の電圧を測定するために用いられる。これらのスイッチは、本来安定したＤＣ抵抗を有するので、この両端の電圧は、セル４０１が再充電されているときにそこを流れる電流に比例する。独立過電圧スイッチ４２３および過小電圧スイッチ４２９を流れる電流が所定の、すなわち過剰なレベルに達すると、これらのスイッチの両端の電圧が下がる。独立過電圧スイッチ４２３および過小電圧スイッチ４２９の両端の一定の電圧降下に応答して、一次短絡保安器４３１は、過小電圧スイッチ４２９に制御信号を送る。これによって、過小電圧スイッチ４２９は、セル４０１を端子４０３〜４１１から確実に切り離し、過剰な高電流条件がなくなるまでは、それ以上の放電を行わないようにする。これは、セル４０１が過剰な熱を発生することを防ぎ、極端な高負荷条件下で起こりうる損傷を防ぐ安全装備として機能する。過充電電流保安器４３３は、一次短絡保安器４３１を通る電流量を直接的に測定することにより、一次短絡保安器４３１を補う。電流が一定のレベルに達すると、過充電電流保安器４３３により独立過電圧スイッチ４２３に対して制御信号が生成され、それがセル４０１を端子４０３〜４１１から切り離す。さらに、過充電電流保安器４３３を用いて、充電電流を制限する。セル４０１は、リチウム・イオン型セルであり、ニッケル系セル用の充電法で設計されたチャージャと共に用いられるので、リチウム・イオン・セルに最適なレベルより高い電流レベルで充電することが多い。この場合、過充電電流保安器４３３は、この高電流レベルを検出し、サーミスタ制御４１７に制御信号を送り、高温条件をシミュレートする。これでニッケル・システム・チャージャに細工を施し、リチウム・イオン・セルにより適した低電流の、すなわち細流充電モードをニッケル・システム・チャージャに強いる。電子装置過電圧保安器４３５は、セル４０１および充電端子４０５と直列に接続され、いずれかの独立過電圧スイッチ４２３がいつ起動されたかを判定するために用いられる。これらのスイッチの起動により、セル４０１の電圧は動作端子４０３，４１１においてバッテリ・システム４００に付属される電子装置を損傷する可能性のあるレベルまで上がることがあるので、電子装置過電圧保安器４３５は、それに応答して独立過電圧スイッチ４２３の起動を検出し、動作端子４０３を充電端子４０５から切り離して、付属のチャージャが動作端子４０３に付属される電子装置に損傷を与える可能性のある電圧を供給しないようにする。あるいは、電子装置過電圧保安器４３５が用いられない場合は、温度ヒューズ４３７を組み込むことができる。温度ヒューズ４３７も、セル４０１と充電端子４０５との間に直列に付属され、一般には高電力のツェナー・ダイオード（図示せず）などである。ツェナー・ダイオードは、セルが一定の電圧より高いと、動作端子４０３に付属された電子装置を損傷する可能性があるので、このときは電流を分岐するよう働く。二次短絡保安器４３９は、電流検出素子として機能し、これもセル４０１と動作端子４０３，充電端子４０５との間に直列に接続される。二次短絡保安器４３９は、ポリスイッチなどで、一次短絡保安器４３１または過充電電流保安器４３３のいずれでも検出されない過剰電流を検出するために用いられる。最後に、電流ヒューズ４４１も、電流検出素子として機能し、セル４０１と動作端子４０３，充電端子４０５との間に直列に配置され、電流が許容不能なレベルまで上がる破滅的故障の場合の最終的手段または究極のバックアップ装置として用いられる。このヒューズは、一般に、セル４０１に近接して配置され、経路長を最小限に抑える。電流ヒューズ４４１は、好ましくは、リチウム・イオン・バッテリ・システム４００を持つ他の電流保護システムと干渉しないように低速で動作するものである。最後に、いずれかの独立過電圧スイッチ４２３が起動され、セル４０１がもはや充電端子４０５に接続されない場合に、過小電圧回復パルス・ネットワーク５００が用いられる。このような条件下では、最初にバッテリが充電システム（図示せず）に接続されると、充電システムはまず充電端子４０５，４０７上の電圧を検出する。電圧が存在しないと、充電システムはそれにはバッテリが接続されていないと判断して、動作端子４０３，４１１に充電電圧を送らない。しかし、最初にバッテリが接続されると、所定の電圧および振幅を持つ初期パルスが充電システムからデータ端子４０９に供給される。このパルスは、電圧を利用して独立過電圧スイッチ４２３の動作を回復する過小電圧回復パルス・ネットワーク５００により検出される。独立過電圧スイッチ４２３の動作が回復されると、適切なスイッチが閉となり、電子装置過電圧保安器４３５を通るセル４０１と充電端子４０５との間の導通が回復される。かくして、バッテリ・システム４００がディスエーブルであり、セル４０１が何らかの事象が起こったために切り離されても、充電システムが動作端子４０３，４１１上の電圧を検出するだけ充分に速い速度でセル４０１の電圧が回復される。充電システムは、充電端子４０５，４０７上の電圧を認識して、これらの端子に充電電圧を印加することにより充電サイクルを開始する。本発明の好適な実施例が図示および説明されたが、本発明はそれに制限されないことは明白である。添付の請求項に定義される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、数多くの改良，変更，変形，置換および等価物が当業者には可能であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ギャレット，スコット・エムアメリカ合衆国ジョージア州ローレンスビル、ステーション・ビュー・ラン840 (72)発明者ラム，ダオ・エヌアメリカ合衆国フロリダ州プランテーション、ノース・ウェスト109アベニュー1857 (72)発明者カンケ，ジェームス・エフアメリカ合衆国イリノイ州リバティビル、ウェスト・リンカーン・アベニュー153

Claims

【特許請求の範囲】１．携帯装置に用いるリチウム・イオン・バッテリ・システムであって：それぞれが個別の電圧を有し累積電圧を提供する複数のリチウム・イオン・セル；前記複数のリチウム・イオン・セルに接続され、前記複数のリチウム・イオン・セルを前記携帯装置から切り離す複数のスイッチ；短絡を検出し前記複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを起動する電流検出器；前記複数のリチウム・イオン・セルの前記累積電圧を監視して、前記累積電圧が所定のレベルより高くなると前記複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを起動する一次過電圧検出器；前記複数のリチウム・イオン・セルの前記個別電圧を監視して、前記個別電圧が所定のレベルより高くなると前記複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを起動する二次過電圧検出器；前記複数のリチウム・イオン・セルの前記累積電圧を監視して、前記累積電圧が所定のレベルより低くなると前記複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを起動するセル過小電圧検出器；前記リチウム・イオン・セルの温度を検出するサーミスタ；および前記サーミスタを流れる電流を制御して、前記サーミスタが偽温度読取値を表示することを可能にするサーミスタ制御シミュレータ；によって構成されることを特徴とするリチウム・イオン・バッテリ・システム。２．前記温度読取値が充電システムにより監視される高温読取値であることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。３．前記複数のリチウム・イオン・セルの各セルを充電中は実質的に等しい電圧に維持するセル平衡コントローラによってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。４．前記複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチの起動を監視して、それに応答して前記複数のリチウム・イオン・セルから前記携帯装置を切り離す装置過電圧検出器によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。５．前記複数のリチウム・イオン・セルの充電情報を充電システムに供給するメモリ回路によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。６．前記一次セル過電圧検出器により起動されると前記少なくとも１つのスイッチの起動を遅延させる遅延回路によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。７．前記二次セル過電圧検出器により起動されると前記少なくとも１つのスイッチの起動を遅延させる遅延回路によってさらに構成されることを特徴とする請求項６記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。８．前記携帯装置と充電システムに情報を伝える携帯装置動作端子，充電電圧端子，充電情報端子および温度情報端子によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。９．前記複数のリチウム・イオン・セルに直列に接続され、前記複数のリチウム・イオン・セルを、前記携帯装置電圧端子および前記充電電圧端子から切り離す電流検出器によってさらに構成されることを特徴とする請求項８記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。１０．前記電流検出器が電流ヒューズであることを特徴とする請求項９記載のリチウム・イオン・バッテリ・システム。