特開 2024-31905 バッテリ危険要因検出

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031905

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】バッテリ危険要因検出

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20240229BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240229BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240229BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240229BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20240229BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20240229BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20240229BHJP

   G01R 31/374 20190101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

H02J7/00 Q

H01M10/48 P

H01M10/44 P

G01R31/389

G01R31/382

G01R31/385

G01R31/374

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023135015

(22)【出願日】2023-08-22

(31)【優先権主張番号】17/821,986

(32)【優先日】2022-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】300057230

【氏名又は名称】セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】近藤 英雄

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

2G216BA01

2G216BA23

2G216BA33

2G216BA41

2G216BA51

2G216CD03

5G503EA08

5G503EA09

5H030AA06

5H030AS20

5H030BB01

5H030BB21

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ホストデバイス内部での異常状態バッテリを試験するための方法、システム、及び集積回路が提供される。
【解決手段】本方法は、バッテリを完全充電状態まで充電することと、次いで、バッテリに既知の負荷を加えて、バッテリをそのバッテリの指定された電圧深度まで放電させることと、を含む。既知の負荷は、バッテリから除去され、そのバッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）は、経時的に監視されて、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定する。判定された経過時間に基づいて、本方法は、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリを監視する方法であって、
前記バッテリを完全充電状態まで充電することと、
次いで、前記バッテリに既知の負荷を加えて、前記バッテリを前記バッテリの指定された電圧深度まで放電させることと、
次いで、前記バッテリから前記既知の負荷を除去し、タイマを開始し、前記バッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）を経時的に監視することと、
前記ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定することと、
前記判定された経過時間に基づいて、前記バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定することと、を含む、方法。

【請求項2】

指定された充電値の状態をレジスタ及びメモリ場所のうちの１つ以上に書き込むことによって、前記指定された電圧深度を構成することと、
前記既知の負荷を前記バッテリに加える前に、前記値にアクセスして前記指定された充電状態を取得することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記バッテリを前記完全充電状態まで充電した後に、前記バッテリの温度を測定することと、
前記バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定するために、複数の温度に対する安全でないＯＣＶ回復時間データを含む、メモリ内に格納されたデータセットにアクセスすることであって、前記バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定することが、前記バッテリの前記温度に更に基づく、アクセスすることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

バッテリを監視するための回路であって、
抵抗器及び定負荷回路のうちの一方を含む、バッテリ負荷と、
前記バッテリ負荷を前記バッテリに加えるように動作可能なスイッチと、
タイマと、
危険要因検出回路であって、
前記バッテリを完全充電状態まで充電することと、
次いで、前記スイッチを起動して、前記バッテリ負荷を前記バッテリに加えて、前記バッテリを前記バッテリの指定された電圧深度まで放電させることと、
次いで、前記スイッチを起動解除して前記負荷を前記バッテリから除去し、前記タイマを開始し、前記バッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）を経時的に監視することと、
前記ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定することと、
前記判定された経過時間に基づいて、前記バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定することと、を行うように動作可能である、危険要因検出回路と、を備える、回路。

【請求項5】

前記指定された電圧深度のための構成可能な値を保持するように再書き込み可能である、レジスタ及びメモリ場所のうちの一方を更に備える、請求項４に記載の回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バッテリ内の危険な状態についての事前監視のための技法、並びにそのような監視を実行するシステム及び集積回路に関する。

【背景技術】

【0002】

医療デバイス、携帯デバイス、産業デバイス、及び電気自動車などの、リチウムイオンバッテリを使用するバッテリ駆動デバイスの場合、リチウムイオンバッテリ内部の危険な状態を事前に検出することが、強く求められている。様々な故障状態が、そのようなバッテリ内に存在する可能性があるが、バッテリの経時劣化、及びそれに関する内部抵抗の増加は、故障状態の重要な原因である。更に、製造上の欠陥を有するバッテリは、故障の傾向がより高く、故障は、正常なバッテリの場合よりも、経時的により急速に増加する。

【0003】

バッテリ内の危険な状態を監視するための先行技術のバッテリ技法は、可能性のある危険な状態の主な指標として、バッテリ温度に焦点を当てる傾向がある。しかしながら、そのような技法は、バッテリ内部の潜在的に危険な状態を事前に検出して、バッテリの熱暴走によって引き起こされる危険な状態を防止するのに失敗することが多い。

【図面の簡単な説明】

【0004】

本開示は、以下の添付図面を参照することによって、より良好に理解され得、かつ本開示の多数の特徴及び利点が、当業者にとって、明らかとされ得る。

【図1】バッテリ内で故障を引き起こす傾向がある多数の状態をブロックダイアグラム形態で例解する。

【図2A】バッテリが経時的にどのように容量を消失するかをダイアグラム形態で例解する。

【図2B】図２Ａに描写された容量消失を例解する、バッテリ容量対バッテリの内部抵抗のグラフを示す。

【図3A】バッテリの危険要因検出回路を含むシステムのブロックダイアグラムを示す。

【図3B】危険要因検出中の、図３Ａのバッテリの負荷電流と、図３Ａのバッテリの、様々な状態下でのバッテリ電圧と、を例解する、２つのグラフを示す。

【図4】バッテリ危険要因検出を実行するための集積回路を含むシステムをブロックダイアグラム形態で例解する。

【図5】バッテリ内の危険要因を検出するプロセスのフローチャートを示す。

【図6】開回路電圧回復期間の危険レベルを例解するグラフを示す。

【図7】異なるバッテリ温度に対する開回路電圧回復期間を例解するグラフを示す。

【図8】バッテリ開回路電圧対バッテリ充電状態を例解するグラフを示す。

【図9】制御されたバッテリ放電による電圧降下を例解するチャート、並びにバッテリ及び負荷に伴う同じ電圧降下を例解するダイアグラムを示す。

【図10】定負荷回路を含むシステムをブロックダイアグラム形態で例解する。

【0005】

異なる図面における同じ参照記号の使用は、同様又は同一の項目を示す。特段の記述がない限り、「結合される」という単語、及びそれに関連する動詞形は、当技術分野において既知の手段による、直接接続及び電気的な間接接続の両方を含み、特段の記述がない限り、直接接続に関するいかなる説明も、間接的な電気接続の好適な形態を更に使用する代替的な実施形態を暗示する。

【発明を実施するための形態】

【0006】

図１は、バッテリ内で故障を引き起こす傾向がある多数の状態１００のブロックダイアグラムを示している。概して示されているように、バッテリ故障は、様々な製造上の欠陥又は経時劣化から生じる内部ショートによって引き起こされる。そのような内部ショートは、バッテリ内部にホットスポットを作り出す。そのような熱は、しばらくの間、赤外線（infrared、ＩＲ）として放散され得るが、多くの場合、バッテリ内部の温度が１００℃を超えて増加するにつれて、大きな領域の高熱を引き起こすことになる。これは、アノード伝搬、還元反応を引き起こす。電解質反応もまた、バッテリ内部で起こり得る。熱が増加するにつれて、カソード伝搬もまた、Ｏ_２の生成に依存して、バッテリ内部で起こり得る。アノード伝搬又はカソード伝搬が起こると、出力消失が増加するため、熱暴走がバッテリ内部で生じることが多い。

【0007】

図２Ａは、バッテリが経時的にどのように容量を消失するかをダイアグラム形態で例解する。新しいバッテリ２００は、１００％容量で描写されている。この状態では、バッテリ２００は、抵抗Ｒを有する小さい抵抗器記号によって描写されるように、小さい内部抵抗２０２を有する。バッテリが経時劣化するにつれて、内部抵抗は増加し、バッテリ容量は減少する。中央に、（元の容量に対して）７５％の容量を有するより古いバッテリが示されている。内部抵抗２０２は、約４／３^＊Ｒまで増加している。最後に、右側に、５０％の容量を有するより古いバッテリが描写されている。この時点で、内部抵抗２０２は、約２Ｒの値を有することになる。

【0008】

図２Ｂは、図２に描写された容量消失を例解する、バッテリ容量対バッテリの内部抵抗のグラフ２５０を示している。縦軸には、内部抵抗がミリオームで示され、横軸には、容量がパーセンテージとして示されている。見ることができるように、一般に、内部抵抗は、バッテリ容量が減少するにつれて、線形関係を伴って増加する。

【0009】

図３Ａは、いくつかの実施形態による、危険要因検出特徴を含むシステム３００をブロックダイアグラム形態で例解する。システム３００は、バッテリによって電力供給される携帯デバイスにおいて具現化され得るが、バックアップバッテリを含む固定電源を有する非携帯デバイスにおいても具現化され得る。システム３００は、この実施態様では、一般に、バッテリ３１０、負荷制御スイッチ３１１、負荷抵抗器３１２、充電器３１４、バッテリ監視特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）３２０、及びアプリケーションシステム３３０を含む。

【0010】

バッテリ３１０は、この実施態様では、リチウムイオンバッテリ又はリチウムポリマーバッテリなどのリチウムバッテリであるが、他のタイプのバッテリもまた、使用され得る。バッテリ３１０は、抵抗と直列の理想的な電圧源として示され、正電圧供給レールに接続された正端子、及び負電圧供給レールに接続された負端子を含む。サーミスタ又は他の温度センサ（個別には図示せず）は、その温度を監視するために含まれ得、バッテリ３１０に熱的に結合され得る。充電器３１４は、正電圧供給レールに接続された正端子、及び負電圧供給レールに接続された負端子を含む。更に、いくつかの実施形態では、別個のバッテリ保護ＩＣが、バッテリモジュール内に含まれ得、そのバッテリ保護ＩＣは、熱暴走が起きた場合に、バッテリをその回路から切り離すように動作する。

【0011】

この簡略化された形態で示されるように、バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０及びシステム３３０は、バッテリ３１０によって電力が供給される。バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０は、バッテリ３１０の電圧を監視し、負荷制御スイッチ３１１を起動及び起動解除するように接続された出力を有する。充電器３１４は、外部電源からバッテリ３１４を充電するように動作する。この実施形態では、充電器３１４及びバッテリ監視ＡＳＩＣ３２０は、別個の回路モジュールであるが、いくつかの実施形態では、それらは、単独のバッテリコントローラ集積回路（integrated circuit、ＩＣ）に集積化され得る。

【0012】

動作中、アプリケーションシステムがユーザによって操作されると、バッテリ３１０は、場合によっては、充電器３１４による充電を必要とする。バッテリ３１０は、携帯デバイスのための動作バッテリ、又は、高い信頼性を必要とする医療デバイスなどの、バックアップ電源を必要とするデバイスのためのバックアップバッテリであり得る。バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０は、一般に、バッテリ３１０の健全性を監視し、バッテリ３１０内の危険な状態を検出するための試験能力を含む。この試験能力は、バッテリの早期経時劣化、及び他の危険な状態を検出するためのプロセスを含む。

【0013】

以下で更に説明されるように、試験プロセスは、一般に、バッテリを完全充電状態まで充電し、次いで、負荷制御スイッチ３１１を起動して、負荷抵抗器３１２を負荷としてバッテリ３１０に加えることを含む。これにより、バッテリが、指定された充電状態に放電する。そのような試験プロセスのための負荷抵抗器３１２を流れる電流は、図３Ｂのグラフ３５０に描写されており、そのグラフは、縦軸に電流を示し、横軸に時間を示している。示されるように、通常の動作では、「開」と標識された時間に示されているように、負荷抵抗器３１２を流れる負荷電流は存在しない。次いで、「負荷」と標識された時間によって示されているように、負荷が加えられる。指定された充電状態に達すると、プロセスは、「開」と標識された第２の時間までに、図３Ｂに示されているように、バッテリ３１０から負荷を除去する。この時点で、プロセスは、タイマを開始し、バッテリ３１０の開回路電圧（open circuit voltage、ＯＣＶ）を経時的に監視する。プロセスは、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定し、判定された経過時間に基づいて、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定する。

【0014】

図３Ｂのグラフ３６０は、グラフ３５０に示された同じ期間にわたってバッテリ３１０のバッテリ電圧を描写しており、グラフ３５０とともに時間を整合させて、バッテリ電圧に対する電流負荷の影響を例解する。縦軸は、バッテリ電圧を示し、横軸は、時間を示している。見ることができるように、負荷が加えられるときに、バッテリ電圧は、開回路電圧から負荷電圧３６１まで非常に急速に降下し、次いで、バッテリが第２の電圧３６２まで放電するにつれて、更にゆっくり降下する。負荷が除去されると、バッテリ電圧は、第３の無負荷電圧３６３に急速に回復し、バッテリ電圧は、異なる速度で様々な開始点から回復するバッテリ電圧を示す複数のグラフによって描写されるように、バッテリの経時劣化及び状態に応じて変化している。これに続いて、ＯＣＶは、指定された回復電圧３６４まで経時的に回復する。その複数のグラフは、新しいバッテリ、１００回の充電／放電サイクルを経過したバッテリ、３００回の充電／放電サイクルを経過したバッテリ、５００回の充電／放電サイクルを経過したバッテリ、及び１０００回の充電／放電サイクルを経過したバッテリについてのＯＣＶ回復時間の例を示し、それは、危険であることを例解する。いくつかの実施形態では、回復時間は、以下で更に説明されるように、３６５と標識された新しいバッテリの回復時間に対して正規化され得る。

【0015】

図４は、図３のバッテリ監視ＡＳＩＣ３２０のより多くの詳細を示すシステム４００を、ブロックダイアグラム形態で例解する。システム４００は、一般に、バッテリ３１０、負荷制御スイッチ３１１、負荷抵抗器３１２、充電器３１４、第２の負荷制御スイッチ３１５、第２の負荷抵抗器３１６、システム電源スイッチ３１８、バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０、及びアプリケーションシステム３３０を含む。

【0016】

バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０は、この実施態様では、充電状態（state-of-charge、ＳＯＣ）計算ユニット４４０、バッテリ電圧測定ユニット４４２、充電モード検出ユニット４４４、負荷制御ユニット４４６、温度検出ユニット４４８、制御ユニット４５０、相互集積回路（ＩＩＣ又はＩ^２Ｃ）バスインターフェース４５２、回復基準電圧レジスタ４５４、比較器４５６、タイマ４５８、負荷時間制御レジスタ４５９、警報管理ユニット４６０、ＯＣＶ対ＳＯＣデータセット４６２、及び危険レベル対回復期間データセット４６４を含む。一般に、バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０は、アナログ及びデジタル回路、フラッシュメモリ、プロセッサコア、並びにスタティックランダムアクセスメモリ（static random-access memory、ＳＲＡＭ）の混合で実装される。この実施形態では、ＡＳＩＣが使用されているが、他の実施態様は、プログラマブルロジックデバイス若しくは他の好適な集積回路、又は回路の組み合わせを使用し得る。

【0017】

充電状態（ＳＯＣ）計算ユニット４４０は、経時的に変化するバッテリ電圧及びバッテリの容量に基づいて、バッテリの現在のＳＯＣを計算する。この現在のＳＯＣを採用して、ＯＣＶ対ＳＯＣデータセット４６２にアクセスして、バッテリ３１０の現在の回復電圧パラメータを判定する。バッテリ電圧測定ユニット４４２は、正バッテリ端子における電圧を受け取って、その電圧を、バッテリ電圧を追跡するためのデジタル値に変換する。充電モード検出ユニット４４４は、バッテリ３１０が充電又は放電しているかどうかを判定し、定電流（constant current、ＣＣ）モード又は定電圧（constant voltage、ＣＶ）モードなどの充電モードを検出し得る。この情報は、制御ユニット４５０によって使用されて、バッテリ試験プロセスがいつ起動され得るかを判定し、バッテリの経時劣化を追跡する。

【0018】

負荷制御ユニット４４６は、負荷抵抗器３１２を加え、そして除去するための制御負荷制御スイッチ３１１に接続された出力と、第２の負荷制御スイッチ３１５を制御して、バッテリ試験サイクル中に第２の負荷抵抗器３１６を加え除去するように接続された第２の出力と、バッテリ試験サイクル中に回路からシステム負荷を除去するためのシステム電源スイッチ３１８に接続された第３の出力と、を有する。第２の負荷制御スイッチ３１５及び第２の負荷抵抗器３１６は、負荷制御スイッチ３１１及び負荷抵抗器３１２に対して並列に接続されている。この実施形態では、２つの負荷抵抗器を採用して、バッテリ３１０からの負荷電流をより良好に制御する。負荷制御ユニットはまた、負荷電流が印加される時間を制御するための時間制御ユニットも含む。負荷時間制御レジスタは、バッテリ負荷がどれくらい長く加えられるかを判定するための時間制御ユニットに、構成された値を入力する。

【0019】

温度検出ユニット４４８は、バッテリ３１０の温度センサからの信号を受信し、その信号を、バッテリ温度を示すためのデジタル温度値に変換する。

【0020】

制御ユニット４５０は、一般に、他の描写される回路ブロックに結合され、ランダムアクセスメモリ（random-access memory、ＲＡＭ）、及びフラッシュメモリなどの不揮発性メモリへのインターフェースを含み、それらは、個別には示されていないが、オンチップ又はオフチップで実装され得る。制御ユニット４５０は、一般に、他の回路ブロックのための動作のタイミングを制御し、本明細書に説明されているようなバッテリ試験プロセス、並びに本開示に関連しないために描写されていない他のバッテリ管理プロセスを実施するための命令を実行する。この実施形態における制御ユニット４５０は、様々な描写されたコンポーネントとインターフェース接続するための入力／出力回路を有するプロセッサコアである。この実施形態では、プロセッサコアが使用されているが、他の実施形態は、代わりに、デジタルロジック、例えば、ＶＨＤＬなどのハードウェア記述言語（hardware description language、ＨＤＬ）を用いて構成されたプログラマブルロジックを採用し得る。

【0021】

ＩＩＣバスインターフェース４５２は、アプリケーション３３０と接続するために設けられている。ＩＩＣバスインターフェース４５２を使用して、ソフトウェアをバッテリ監視ＡＳＩＣ３２０にロード及び更新し、システムにインストールされた特定のバッテリタイプのための、並びに危険要因状態をアプリケーションシステム３３０に報告し戻すための、データセット４６２及び４６４をロード及び更新する。

【0022】

回復基準電圧レジスタ４５４は、バッテリ試験プロセスにおいて追跡されたＯＣＶ電圧に対する回復電圧値、例えば、電圧３６４（図３）を保持する。この値は、バッテリの経時劣化に基づいて設定されたＯＣＶ対ＳＯＣデータから更新されて、経時劣化したときに、バッテリ３１０の電流容量に好適な回復電圧レベルを提供する。比較器４５６は、バッテリ電圧を、レジスタ４５４内に保持された回復電圧値と比較して、デジタル的に実装され得る。タイマ４５８は、バッテリ試験プロセス内で使用されて、ＯＣＶが指定された回復電圧値を回復する経過時間を判定する。警報管理ユニット４６０は、タイマ４５８によって測定された回復時間を、バッテリの回復時間が危険なレベルを超えているかどうかを示すための閾値を提供するデータセット４６４からの時間と比較する。

【0023】

ＯＣＶ対ＳＯＣデータセット４６２は、図８に関して更に説明されるように、不揮発性メモリに格納されて、バッテリ３１０の開回路電圧データを収容する。危険なレベル対回復期間データセット４６４は、図７に関して更に説明されるように、不揮発性メモリに格納され、複数のバッテリ温度に対する安全でないＯＣＶ回復時間データを保持する。警報管理ユニット４６０は、データセット４６４にアクセスして、バッテリ３１０が安全でない状態を有するかどうかを判定するための閾値を取得する。

【0024】

この特定のハードウェア設計は、一例として与えられているが、様々な他の実施態様が、異なるハードウェアを使用して、以下に考察されるバッテリ監視機能を達成することができることは、この説明を理解した後に、明らかになるはずである。例えば、純粋にマイクロコントローラベースの実施態様は、コントローラが、測定値がデジタル化されてコントローラに入力された後に考察される全ての機能を実行するときに使用され得る。更に、上で考察されるように、いくつかの実施態様では、プログラマブルロジックは、ＨＤＬを使用して採用され得る。

【0025】

動作中、制御ユニット４５０は、バッテリ監視ＡＳＩＣ３２０を制御してバッテリ試験プロセスを実行し、以下で更に説明されるように、リチウムバッテリの爆発又は火災などの危険な状況を回避するために、バッテリ故障状態又は危険な経時劣化バッテリを事前に検出する。携帯型バッテリ駆動式外科手術ツール、他の医療機器、パーソナル電子機器、電気自動車、及びバッテリ駆動式産業機器などの多くのシステムが、本明細書のバッテリ危険要因監視技法の使用から多くの恩恵を受けることができる。

【0026】

図５は、いくつかの実施形態による、バッテリを試験するためのプロセスのフローチャート５００を示している。このプロセスは、バッテリの寿命にわたる危険な状態についてバッテリを監視するために、図４のバッテリ監視ＡＳＩＣ又は他の好適なバッテリ監視回路による実行に好適である。

【0027】

プロセスは、ブロック５０２において開始し、そこでは、システムは、新しいバッテリ評価プロセスを開始する。この開始は、ユーザによる起動時に、又はバッテリの指定された充電及び放電サイクル数などの他の時間間隔で、経時的に定期的に起こり得る。ブロック５０４において、プロセスは、バッテリを完全充電状態まで充電する。完全充電レベル電圧は、一般に、バッテリ仕様によって判定され、充電器ＩＣは、この完全充電レベル電圧（１００％のＳＯＣを有するバッテリのハイサイド電圧）をサポートする。一般に、バッテリ試験サイクルの開始点基準電圧として、１００％のＳＯＣを有するバッテリのハイサイド電圧を提供する完全充電レベル電圧を使用することが好ましい。いくつかの実施形態では、開始点として、９０％などの別のＳＯＣを使用することが許容可能である。ただし、そのような場合には、バッテリ試験プロセスは、開回路電圧対ＳＯＣ特性曲線を参照することによって、ＳＯＣ９０％のバッテリ電圧を取得する必要がある。

【0028】

ブロック５０６において、プロセスは、既知の評価負荷をバッテリに加えること、並びにバッテリを特定の電圧深度及び指定された充電状態まで放電することを適用する。ここで、電圧深度は、負荷電流によって判定され、指定された充電状態（ＳＯＣ）は、時間による負荷電流によって判定される。この負荷電流は、ＯＣＶ回復電圧時間が正確に測定可能である十分に深い放電サイクルを提供するように選択される。１つの例示的なシナリオでは、バッテリの完全充電電圧レベル（１００％ＳＯＣ）は、４．２Ｖであり、バッテリ内部抵抗は、０．２５Ωである。負荷抵抗器の抵抗がＲ＝０．８Ωである場合、電流の流れは、既知の負荷である４Ａ＝４．２Ｖ／（０．２５Ω＋０．８Ω）となり、図３Ｂに例解された電圧降下の深度は、１Ｖ＝０．２５Ω＊４Ａとなるであろう。負荷期間にわたって引き出されるこの既知の負荷電流は、指定されたＳＯＣ減少をもたらす。例えば、バッテリ容量が１０００ｍＡｈである場合、バッテリは、３６０００秒（１時間）間に１Ａ（１０００ｍＡ）を出力する能力を有し、４５秒間の４Ａの既知の負荷電流は、（１Ａ^＊３６００［Ｓ］）の総クーロン電荷の５％である（４Ａ^＊４５ｓ）の電荷減少を提供し、９５％のバッテリＳＯＣをもたらす。この例示的な実施形態は、９５％の充電状態を提供するように、５％の放電を使用するが、他の実施形態では、他の値が使用され得る。いくつかの実施形態では、指定された充電状態は、バッテリの容量の２％～１５％の放電である。この放電（負荷）の場合、バッテリＳＯＣは、９８％～８５％となる。いくつかの実施形態では、指定された充電状態は、バッテリの容量の４％～６％の放電であり、バッテリＳＯＣは、９６％～９４％となる。既知の負荷は、負荷抵抗器又は定負荷回路であり得る。図４に示されるように、負荷電流にわたって制限された制御を提供するように、複数の抵抗器が使用され得る。いくつかの実施形態では、負荷抵抗器又は定負荷回路は、（２Ｃ、１Ｃ、又は０．５Ｃ負荷として既知である）０．５時間、１時間、又は２時間などの指定された時間にわたってバッテリの総放電を提供することになるように、大きさが判定された負荷を提供する。この負荷を使用して、バッテリ放電（アンペア×時間の単位の電流のクーロン電荷における減少）は、時間が図４の「負荷時間制御レジスタ」４７０に格納されている負荷電流及び負荷時間によって制御される。負荷時間は、負荷の大きさと対になって選択され、例えば、試験を行うための合理的な時間内、例えば、４５秒～９０秒で所望の放電深度を提供する。一実施形態では、バッテリの電圧深度は、定負荷回路によって制御される。別の実施形態では、バッテリの電圧深度は、負荷抵抗器選択によって制御される。

【0029】

ブロック５０８において、プロセスは、バッテリから既知の負荷を除去し、タイマを開始し、バッテリのＯＣＶを経時的に監視する。ＯＣＶを監視することは、プロセスのこの部分の間、バッテリに負荷が加えられないことを意味する。ブロック５１０において、プロセスは、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定する。この回復時間は、バッテリの経時劣化に関係する。更に、危険な状態を有するバッテリは、それらのバッテリが１０００サイクルを経過したバッテリに対して描写された危険な回復時間よりも短い場合であっても、危険な回復時間を提示することが多い。

【0030】

ブロック５１２において、プロセスは、バッテリ温度に基づいて、回復時間のための安全値を判定する。図４のシステム４００では、このステップは、危険なレベル対回復期間データセット４６４にアクセスして、安全な回復期間のための閾値を取得することを含む。ブロック５１４において、プロセスは、測定されたＯＣＶ回復時間が安全な閾値よりも大きいかどうかを点検する。そうである場合、プロセスは、ブロック５１６に進み、そこでは、そのプロセスは、バッテリが危険要因の又は危険な状態を有することをホストシステムに信号伝達する。そうでない場合、プロセスは、ブロック５１８に進み、そこでは、そのプロセスは、バッテリがＯＫであることを信号伝達する。

【0031】

プロセスはまた、図４の回復基準電圧レジスタ４５４などのレジスタ及びメモリ場所のうちの１つに値を書き込むことによって、指定された充電状態を構成することを含み得る。次いで、この値は、負荷をバッテリに加える前にアクセスされて、指定された充電状態を判定する。回復電圧（３６３、図３Ｂ）はまた、ＯＣＶ対ＳＯＣデータセット４６２などのデータセットにアクセスすることによって、バッテリの経時劣化に基づいて構成され得、そのデータセットは、異なるバッテリの経時劣化における指定された充電状態に対して好適な回復電圧を収容する。

【0032】

図６は、開回路電圧回復期間に対する危険なレベルを例解するグラフ６００を示している。上で考察されるように、開回路電圧回復期間は、バッテリ負荷が除去された後の回復時間であり、電流負荷が加えられたときに、バッテリ電圧が電圧深度から開回路電圧点に向かって回復することになる時間である。縦軸は、新しいバッテリの回復時間に対して正規化されたスケールを示している。すなわち、１は、新しいバッテリの回復時間であり、２は、新しいバッテリの回復時間の２倍である、等である。横軸は、時間を示している。危険なレベルは、この実施形態では、３．２の正規化された値で選択され、回復時間が新しいバッテリの回復時間の３．２倍よりも大きい場合、バッテリが危険な状態を有すると見なされることを示している。

【0033】

図７は、異なるバッテリ温度に対する開回路電圧回復期間を例解するグラフ７００を示している。グラフ７００は、図６のグラフと同様に正規化され、２５度Ｃ、４５度Ｃ、及びゼロ度Ｃの周囲温度（Ｔａ）に対する開回路回復時間のグラフを示している。見ることができるように、回復時間は、温度に基づいて変化し、データセット４６２は、好ましくは、バッテリ動作温度の全範囲に対する値を含む。

【0034】

図８は、バッテリ開回路電圧対バッテリ充電状態を例解するグラフ８００を示している。縦軸は、バッテリＯＣＶを示し、横軸は、ＳＯＣをパーセンテージで示している。グラフ８００は、新しいバッテリに対するＯＣＶ曲線を描写しており、これは、一般に、バッテリが経時劣化して容量を消失したときも変化しない。電圧の変化ΔＶは、図９に更に例解されている。

【0035】

図９は、制御されたバッテリ放電による電圧降下を例解するチャート９００、並びにバッテリ及び負荷を伴う同じ電圧降下を例解するダイアグラム９１０を示している。ダイアグラム９１０において見ることができるように、電流「ｉ」が、負荷を加えることによってバッテリから引き出される場合、バッテリが内部抵抗を有するため、バッテリ電圧Ｖは、ΔＶだけ下方にシフトし、内部抵抗及び電流負荷に起因するバッテリ電圧降下は、ゆっくり回復する。このＯＣＶ電圧曲線は、「放電」と標識された放電曲線とともに、１つのバッテリに対して示されており、その放電曲線は、負荷がバッテリ試験サイクル中に加えられた後のバッテリ電圧を示している。２つの曲線の間のΔＶによって見ることができるように、バッテリ電圧は、電流負荷によって下方にシフトしている。次いで、バッテリ電圧は、電流負荷が除去された後、徐々に上方に向かって回復する。この回復時間は、バッテリの経時劣化レベル若しくは損傷レベル、又は複数の経時劣化バッテリに対するデータなどの危険なレベルによって変化する。このデータを採用して、様々な経時劣化のバッテリに対する回復電圧を判定する。

【0036】

図１０は、定負荷回路を含むシステム１０００をブロックダイアグラム形態で例解する。システム１０００は、図３のシステム３００と類似しているが、負荷抵抗器ではなく、定負荷回路１０１２を使用している。システム１０００は、概して、バッテリ１０１０、負荷制御スイッチ１０１１、定負荷回路１０１２、充電器１０１４、バッテリ監視特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１０２０、及びアプリケーションシステム１０３０を含む。

【0037】

定負荷回路１０１２は、好ましくは、指定されたレベルの電流を引き出すようにバッテリ監視ＡＳＩＣ１０２０によって制御することができる構成可能な定電流負荷である。この回路を使用して図５のプロセスを実装するときに、定負荷回路は、放電プロセスのより正確な制御を提供し、その理由は、バッテリ電圧が降下するにつれて、負荷抵抗器が、わずかに小さい電流しか引き出さないからである。

【0038】

したがって、バッテリを監視する方法が、例えば、図５に関して説明されており、この方法は、バッテリを完全充電状態まで充電することと、次いで、既知の負荷をバッテリに加えることと、バッテリをバッテリの指定された電圧深度まで放電させることと、を含む。次いで、本方法は、バッテリから既知の負荷を除去し、タイマを開始し、バッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）を経時的に監視することを含む。本方法は、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定することを含む。判定された経過時間に基づいて、本方法は、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定することを含む。

【0039】

いくつかの実施形態では、本方法は、指定された充電値の状態をレジスタ及びメモリ場所のうちの１つ以上に書き込むことによって、指定された電圧深度を構成することと、既知の負荷をバッテリに加える前に、その値にアクセスして指定された充電状態を取得することと、を含む。

【0040】

いくつかの実施形態では、本方法は、バッテリを完全充電状態まで充電した後に、バッテリの温度を測定することと、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定するために、複数の温度に対する安全でないＯＣＶ回復時間データを含む、メモリ内に格納されたデータセットにアクセスすることであって、そのバッテリが危険な状態を有するかどうかを判定することは、バッテリの温度に更に基づく、アクセスすることと、を含む。

【0041】

いくつかの実施形態では、バッテリの指定された電圧深度は、定負荷回路によって制御される。

【0042】

いくつかの実施形態では、バッテリの指定された電圧深度は、負荷抵抗器の値を選択することによって制御される。

【0043】

いくつかの実施形態では、既知の負荷は、０．５時間～２時間の時間にわたってバッテリの総放電レベルを提供するように大きさが判定された負荷抵抗器である。

【0044】

いくつかの実施形態では、本方法は、バッテリを含むホストシステム内に配置された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）上で実行される。

【0045】

本発明の別の態様によれば、バッテリを監視するための回路は、抵抗器及び定負荷回路のうちの一方を有するバッテリ負荷と、スイッチと、タイマと、危険要因検出回路と、を含む。スイッチは、バッテリ負荷をバッテリに加えるように動作可能である。危険要因検出回路は、バッテリを完全充電状態まで充電させ、次いで、スイッチを起動してバッテリ負荷をバッテリに加え、バッテリをバッテリの指定された電圧深度まで放電するように動作可能である。危険要因検出回路は、スイッチを起動解除してバッテリから負荷を除去し、タイマを開始し、バッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）を経時的に監視し、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定し、判定された経過時間に基づいて、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定する。

【0046】

いくつかの実施形態では、レジスタ及びメモリ場所のうちの一方は、指定された電圧深度のための構成可能な値を保持するように再書き込み可能である。

【0047】

いくつかの実施形態では、この回路は、バッテリ温度センサと、
複数のバッテリ温度に対する安全でないＯＣＶ回復時間データを含むデータセットを保持する不揮発性メモリと、を含み、バッテリが安全でない状態を有するかどうかを判定することは、バッテリ温度に基づいてデータセットにアクセスすることを更に含む。

【0048】

バッテリの指定された電圧深度は、定負荷回路によって制御される。

【0049】

いくつかの実施形態では、バッテリの指定された電圧深度は、負荷抵抗器値を選択することによって制御される。

【0050】

いくつかの実施形態では、バッテリ負荷が加えられる負荷時間は、負荷時間制御レジスタによって制御される。

【0051】

本発明の別の態様によれば、装置は、バッテリと、バッテリによって電力供給されるアプリケーションシステムと、バッテリに結合された充電器と、抵抗器及び定負荷回路のうちの１つ以上を含むバッテリ負荷と、バッテリ負荷をバッテリに加えるように動作可能なスイッチと、タイマと、危険要因検出回路と、を含む。危険要因検出回路は、バッテリを完全充電状態まで充電し、次いで、スイッチを起動してバッテリ負荷をバッテリに加え、バッテリをバッテリの指定された電圧深度まで放電するように動作可能である。次いで、危険要因検出回路は、スイッチを起動解除して負荷をバッテリから除去し、タイマを開始し、バッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）を経時的に測定し、ＯＣＶが指定された回復電圧値まで回復する経過時間を判定し、判定された経過時間に基づいて、バッテリが危険な状態を有するかどうかを判定するように動作可能である。

【0052】

いくつかの実施形態では、本装置は、指定された電圧深度のための構成可能な値を保持するように再書き込み可能である、レジスタ及びメモリ場所のうちの一方を更に含む。

【0053】

いくつかの実施形態では、本装置は、バッテリに熱的に結合され、かつ危険要因検出回路に通信可能に結合されたバッテリ温度センサと、複数のバッテリ温度に対して安全でないＯＣＶ回復時間データを含むデータセットを保持する不揮発性メモリと、を更に含み、バッテリが安全でない状態を有するかどうかを判定することは、バッテリ温度に基づいてデータセットにアクセスすることを更に含む。

【0054】

いくつかの実施形態では、バッテリの指定された電圧深度は、定負荷回路によって制御される。

【0055】

いくつかの実施形態では、バッテリの指定された電圧深度は、負荷抵抗器の値を選択することによって制御される。

【0056】

いくつかの実施形態では、バッテリ負荷が加えられる負荷時間は、負荷時間制御レジスタによって制御される。

【0057】

いくつかの実施形態では、危険要因検出回路は、バッテリを含むホストシステム内に配置された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に形成される。

【0058】

したがって、バッテリ監視回路、そのようなバッテリ監視を含む装置、及び対応する方法の様々な実施形態が説明された。それらの様々な実施形態は、バッテリのための危険要因監視を提供する。バッテリ経時劣化及び故障を追跡する既知の技法は、不正確であり得、破局的な故障の危険性を増加させる可能性がある。本開示の実施形態は、充電操作中にバッテリ温度を監視して、バッテリ充電状態における指定された変化に対する異常な温度上昇を検出し、温度増加を、異常なバッテリ性能を示すデータに対して比較することによって、監視精度を改善する。

【0059】

上で開示された主題は、例解的かつ非限定的なものと見なされるべきであり、添付された特許請求の範囲は、その特許請求の範囲の真の範囲内に入る全てのそのような修正、拡張、及び他の実施形態を網羅することが意図されている。例えば、ΔＳＯＣデータは、様々な形態で格納され得る。別の例として、バッテリ温度及び周囲温度を測定することは、温度変化を充電操作に適切に帰属させるためには好ましいが、周囲温度が著しく変化することが予想されないいくつかの実施形態では、周囲温度は、測定されず、その温度変化は、バッテリ温度の読み取り値のみに基づく。

【0060】

したがって、法律によって許容される最大限まで、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の最も広い許容し得る解釈によって判定されるべきものであり、前述の詳細な説明によって制限されるべきではない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】