特許 7075984 スマートバッテリー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-18

(45)【発行日】2022-05-26

(54)【発明の名称】スマートバッテリー装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20220519BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220519BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220519BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 301

H02J7/00 Y

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020199609

(22)【出願日】2020-12-01

(65)【公開番号】P2021190415

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2020-12-01

(31)【優先権主張番号】109117760

(32)【優先日】2020-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】508018934

【氏名又は名称】廣達電腦股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｑｕａｎｔａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１８８，Ｗｅｎｈｕａ ２ｎｄ Ｒｄ．，Ｇｕｉｓｈａｎ Ｄｉｓｔ．，Ｔａｏｙｕａｎ Ｃｉｔｙ ３３３，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】顏 維廷

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１８５９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０７２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１６７７０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許第１０４６７８３２０（ＣＮ，Ｂ）

【文献】国際公開第２０１８／１６９０２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４２ －１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵ユニットと、
バッテリー装置の温度を検出する温度感知ユニットと、
前記バッテリー装置のサイクルカウントを記憶する記憶ユニットと、
前記エネルギー貯蔵ユニット、前記温度感知ユニット及び前記記憶ユニットに結合された処理ユニットと、を含み、
前記バッテリー装置が充電モードにある場合、前記処理ユニットは、
前記エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算し、前記内部抵抗に従って前記内部抵抗に対応する第１の増分を取得して、前記第１の増分を前記記憶ユニットに記憶することと、
前記バッテリー装置を充電する充電電圧を検出し、前記充電電圧に従って前記充電電圧に対応する第２の増分を取得して、前記第２の増分を前記記憶ユニットに記憶することと、を少なくとも行い、
前記バッテリー装置が放電モードにある場合、前記処理ユニットは、
前記エネルギー貯蔵ユニットの放電電流を検出し、前記放電電流に従って前記放電電流に対応する第３の増分を取得して、前記第３の増分を記憶ユニットに記憶することを少なくとも行い、
前記充電モード又は前記放電モードでは、前記処理ユニットは、
前記バッテリー装置の前記サイクルカウントを読み出し、前記サイクルカウントに従って、前記サイクルカウントに対応する第４の増分を取得することと、
前記温度感知ユニットから前記温度を読み出し、前記温度に従って、前記温度に対応する第５の増分を取得して、前記第５の増分を前記記憶ユニットに記憶することと、をさらに行い、
充放電サイクルでは、前記処理ユニットは、前記記憶ユニットから前記第１、第２、第３、第４及び第５の増分を読み出し、前記第１、第２、第３、第４及び第５の増分の積値と膨張率との対応関係に従って前記バッテリー装置の膨張率を決定する、バッテリー装置。

【請求項2】

前記充電モードでは、前記処理ユニットは、前記記憶ユニットから前記第１、第２、第４及び第５の増分を読み出し、前記第１、第２、第４及び第５の増分の第１のサブ積値に従って前記バッテリー装置の膨張率を決定する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項3】

前記放電モードでは、前記処理ユニットは、前記記憶ユニットから前記第３、第４及び第５の増分を読み出し、前記第３、第４及び第５の増分の第２のサブ積値に従って前記バッテリー装置の膨張率を決定する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項4】

前記エネルギー貯蔵ユニットと前記処理ユニットとの間に結合された感知抵抗器をさらに含み、前記処理ユニットは、前記感知抵抗器の両端の電圧を測定することにより、前記充電モードでの充電電流又は前記放電モードでの放電電流を計算する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項5】

前記エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算する処理ユニットは、
第１の時点で前記エネルギー貯蔵ユニットの第１の電圧を測定し、
第２の時点で前記エネルギー貯蔵ユニットの第２の電圧を測定し、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の電圧差及び前記充電モードでの前記充電電流に従って、前記エネルギー貯蔵ユニットの前記内部抵抗を計算する、請求項４に記載のバッテリー装置。

【請求項6】

前記エネルギー貯蔵ユニットの前記内部抵抗が高いほど、前記第１の増分が大きくなり、前記バッテリー装置を充電する前記充電電圧が高いほど、前記第２の増分が大きくなり、前記バッテリー装置の前記放電電流が大きいほど、前記第３の増分が大きくなり、前記バッテリー装置の前記サイクルカウントが多いほど、前記第４の増分が大きくなり、前記バッテリー装置の温度が高いほど、前記第５の増分が大きくなる、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項7】

前記バッテリー装置が前記充電モードにあるとき、前記処理ユニットは、
前記バッテリー装置が外部電源に結合されているかどうかを検出し、結合されている場合に、前記充電モードで請求項１において前記処理ユニットが行う動作を実行し、結合されていない場合に、前記放電モードに移行するタスクを実行する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項8】

前記放電モードにおいて、前記処理ユニットは、
前記エネルギー貯蔵ユニットからの放電電流があるかどうかを検出し、放電電流がある場合に、前記放電モードで請求項１において前記処理ユニットが行う動作を実行し、放電電流がない場合に、充電モードに移行するタスクをさらに実行する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項9】

前記処理ユニットは、
前記充放電サイクルの後の第２の充放電サイクルにおいて、前記第１、第２、第３、第４及び第５の増分を乗算することによって第２の積値を取得し、
前記積値が前記第２の積値よりも大きい場合に、前記積値を前記記憶ユニットに記憶し、
前記第２の積値が前記積値よりも大きい場合に、前記第２の積値を前記記憶ユニットに記憶するタスクを実行する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項10】

前記処理ユニットは、
前記バッテリー装置の相対的な充電状態が１００％の場合に、前記充電モードを終了し、
前記バッテリー装置の相対的な充電状態が３％以下の場合に、前記放電モードを終了するタスクを実行する、請求項１に記載のバッテリー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２０年５月２８日に出願された台湾特許出願第１０９１１７７６０号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。

【0002】

本発明は、バッテリー装置に関し、特に、バッテリー装置の充放電プロセスを介してバッテリー装置の膨張率を検出する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

急成長する今日のモバイル通信の時代において、バッテリー（通常はリチウム電池）は、モバイル機器の最も重要な構成要素の１つになっている。モバイル機器の小型化が進むにつれて、バッテリーを収容できるモバイル機器の利用可能なスペースがますます制限されている。モバイル機器内のリチウム電池の（充放電）サイクルカウントの蓄積に伴い、バッテリーが膨張する可能性がますます高くなり、膨張の程度もますます大きくなる可能性がある。

【0004】

リチウム電池がモバイル機器に配置されるスペースには、業界では通常、リチウム電池の厚さの１０％のスペースを確保しており、リチウム電池が膨張することによってモバイル機器のケースを圧迫するのを防いでいる。しかしながら、従来のモバイル機器では、リチウム電池の膨張度を監視することができない。リチウム電池の膨張率が１０％に達すると、リチウム電池がモバイル機器のケースを圧迫して、ケースが変形したり、リチウム電池のバッテリーセルが短絡したりして爆発する可能性が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

バッテリー装置の充放電プロセスを介してバッテリー装置の膨張率を検出する方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の問題を解決するために、本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵ユニットと、温度感知ユニットと、記憶ユニットと、処理ユニットと、を含むバッテリー装置を提供する。エネルギー貯蔵ユニットは、電気エネルギーを貯蔵する。温度感知ユニットは、バッテリー装置の温度を検出する。記憶ユニットは、バッテリー装置のサイクルカウントを記憶する。処理ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットと、温度感知ユニットと、記憶ユニットと、に結合されている。充電モードでは、処理ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算し、内部抵抗に従って内部抵抗に対応する第１の増分を取得して、第１の増分を記憶ユニットに記憶する。処理ユニットは、バッテリー装置を充電する充電電圧を検出し、充電電圧に従って充電電圧に対応する第２の増分を取得して、第２の増分を記憶ユニットに記憶する。放電モードでは、処理ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットの放電電流を検出し、放電電流に従って放電電流に対応する第３の増分を取得して、第３の増分を記憶ユニットに記憶する。充電モード又は放電モードの何れかの場合に、処理ユニットは、記憶ユニット内のサイクルカウントを読み出し、サイクルカウントに対応する第４の増分を取得する。処理ユニットは、温度感知ユニットから温度を読み出し、温度に対応する第５の増分を取得して、第５の増分を記憶ユニットに記憶する。充放電サイクルでは、処理ユニットは、記憶ユニットから第１、第２、第３、第４及び第５の増分を読み出し、第１、第２、第３、第４及び第５の増分の積値に従ってバッテリー装置の膨張率を決定する。

【0007】

上記のバッテリー装置によれば、充電モードでは、処理ユニットは、記憶ユニットから第１、第２、第４及び第５の増分を読み出し、第１、第２、第４及び第５の増分の第１のサブ積値に従ってバッテリー装置の膨張率を決定する。

【0008】

上記のバッテリー装置によれば、放電モードでは、処理ユニットは、記憶ユニットから第３、第４及び第５の増分を読み出し、第３、第４及び第５の増分の第２のサブ積値に従ってバッテリー装置の膨張率を決定する。

【0009】

上記のバッテリー装置によれば、エネルギー貯蔵ユニットと処理ユニットとの間に結合された感知抵抗器をさらに含み、処理ユニットは、感知抵抗器の両端の電圧を測定することにより、充電モードでの充電電流を計算するか、又は、放電モードでの放電電流を計算する。

【0010】

上記のバッテリー装置によれば、エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算する処理ユニットは、第１の時点でエネルギー貯蔵ユニットの第１の電圧を測定し、第２の時点でエネルギー貯蔵ユニットの第２の電圧を測定し、第１の電圧と第２の電圧との間の電圧差及び充電モードでの充電電流に従って、エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算する。

【0011】

上記のバッテリー装置によれば、エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗が高いほど、第１の増分が大きくなり、バッテリー装置を充電する充電電圧が高いほど、第２の増分が大きくなり、バッテリー装置の放電電流が大きいほど、第３の増分が大きくなり、バッテリー装置のサイクルカウントが多いほど、第４の増分が大きくなり、バッテリー装置の温度が高いほど、第５の増分が大きくなる。

【0012】

上記のバッテリー装置によれば、充電モードでは、処理ユニットは、バッテリー装置が外部電源に結合されているかどうかを検出する。結合されている場合、実行中の動作は充電モードで実行される。結合されていない場合、バッテリー装置は放電モードに移行する。

【0013】

上記のバッテリー装置によれば、放電モードでは、処理ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットからの放電電流の有無を検出する。放電電流がある場合、実行中の動作は放電モードで実行される。放電電流がない場合、バッテリー装置は充電モードに移行する。

【0014】

上記のバッテリー装置によれば、処理ユニットは、第１の充放電サイクルで第１の積値を取得し、第２の充放電サイクルで第２の積値を取得し、第１の積値が第２の積値よりも大きい場合に第１の積値を記憶ユニットに記憶し、第２の積値が第１の積値よりも大きい場合に第２の積値を記憶ユニットに記憶するタスクを実行する。

【0015】

上記のバッテリー装置によれば、処理ユニットは、バッテリー装置の相対的な充電状態が１００％の場合に充電モードを終了し、バッテリー装置の相対的な充電状態が３％以下の場合に放電モードを終了するタスクを実行する。

【0016】

本発明は、添付の図面を参照しながら後続の詳細な説明を読むことにより、より完全に理解することができる。これらの画面は、業界の標準的な慣行に従った縮尺通りに描かれているとは限らないことを理解されたい。実際には、わかりやすく説明するために、構成要素のサイズを任意に拡大又は縮小することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本開示のいくつかの実施形態による、バッテリー装置のブロック図である。

【図2】図２は、本開示のいくつかの実施形態による、図１のバッテリー装置のエネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を測定するための等価概略図である。

【図3】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、バッテリー装置の充放電サイクルのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本開示のいくつかの実施形態による、バッテリー装置のブロック図である。図１に示すように、バッテリー装置１００は、処理ユニット１０２と、エネルギー貯蔵ユニット１０４と、温度感知ユニット１０６と、記憶ユニット１０８と、感知抵抗器１１０と、充電スイッチ１１２と、放電スイッチ１１４と、サブ処理ユニット１１６と、保護装置１１８と、正の電源ｐ＋と、負の電源ｐ－と、通信バスＳＭＢＵＳ＿ＣＬＯＣＫ，ＳＭＢＵＳ＿ＤＡＴＡと、バッテリー識別インジケータＢＡＴＴＥＲＹ＿ＩＤ，ＳＹＮＴＥ＿ＩＤと、ノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと、を含む。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵ユニット１０４は、電気エネルギーを貯蔵する。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵ユニット１０４は、受け取った電気エネルギーを貯蔵用の化学エネルギーに変換するか、又は、貯蔵した化学エネルギーを出力用の電気エネルギーに変換するために用いられる少なくとも１つのバッテリーセルを有する。温度感知ユニット１０６は、バッテリー装置１００の温度を検出する。いくつかの実施形態では、温度感知ユニット１０６は、温度センサー又は温度感知チップである。いくつかの実施形態では、温度感知ユニット１０６は、その抵抗が温度とともに変化するサーミスタを含む。温度感知ユニット１０６は、サーミスタに電力を供給し、サーミスタの両端の電圧を測定することにより、サーミスタの両端の電圧の変化が温度の変化に変換される。

【0019】

記憶ユニット１０８は、バッテリー装置のサイクルカウント（又は充放電サイクル）のデータを記憶する。いくつかの実施形態では、記憶ユニット１０８は、不揮発性メモリであり、その中に記憶されたデータは、電源がオフになっても失われない。いくつかの実施形態では、サブ処理ユニット１１６は、処理ユニット１０２のバックアッププロセッサである。処理ユニット１０２が動作できない場合、サブ処理ユニット１１６は、処理ユニット１０２の動作を実行する。いくつかの実施形態では、保護装置１１８は、エネルギー貯蔵ユニット１０４を保護するために、ノードＡとノードＢとの間に大きな電流が流れている場合に、ノードＡとノードＢとの間の接続を自動的に遮断するように用いられる。充電スイッチ１１２は、制御線１２２を介して処理ユニット１０２から送信された制御信号に応じて、その状態を変化させる。例えば、制御線１２２の制御信号が「０」である場合、充電スイッチ１１２は、電流がノードＢからノードＡにのみ流れることを許可し、電流がノードＡからノードＢに流れることを禁止する。制御線１２２の制御信号が「１」である場合、充電スイッチ１１２は、完全にオンの状態にある。いくつかの実施形態では、放電スイッチ１１４は、制御線１２４を介して処理ユニット１０２から送信された制御信号に応じて、その状態を変化させる。例えば、制御線１２４の制御信号が「０」である場合、放電スイッチ１１４は、電流がノードＡからノードＢにのみ流れることを許可し、電流がノードＢからノードＡに流れることを禁止する。制御線１２４の制御信号が「１」である場合、放電スイッチ１１４は、完全にオンの状態にある。

【0020】

いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００の正の電源ｐ＋及び負の電源ｐ－は、バッテリー装置１００が設置されているモバイル機器に電力を供給する。いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００の処理ユニット１０２は、通信バスＳＭＢＵＳ＿ＣＬＯＣＫ，ＳＭＢＵＳ＿ＤＡＴＡを介してモバイル機器のプロセッサと通信する。いくつかの実施形態では、モバイル機器のプロセッサは、バッテリー装置１００のバッテリー識別インジケータＢＡＴＴＥＲＹ＿ＩＤ，ＳＹＴＥＲ＿ＩＤによって、バッテリー装置１００がモバイル機器に設定されていることを検出する。

【0021】

処理ユニット１０２は、エネルギー貯蔵ユニット１０４と、温度感知ユニット１０６と、記憶ユニット１０８と、に結合されている。バッテリー装置１００が充電モードにある場合、処理ユニット１０２は、エネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を計算し、内部抵抗に従って内部抵抗に対応する第１の増分を取得して、第１の増分を記憶ユニット１０８に記憶する。その例を以下の表１に示す。

【表1】

【0022】

内部抵抗が８３．３３ミリオーム（ｍＯｈｍ）より大きく、１２１．６７ミリオーム以下の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分として１を得る。内部抵抗が１２１．６７ミリオームより大きく、１２９．６７ミリオーム以下の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分として２を得る。内部抵抗が１２９．６７ミリオームより大きく、１３９．００ミリオーム以下の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分として４を得る。内部抵抗が１３９．００ミリオームより大きく、１５２．３３ミリオーム以下の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分として６を得る。内部抵抗が１５２．３３ミリオームより大きく、１６０．６７ミリオーム以下の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分８を得る。内部抵抗が１６０．６７ミリオーム以上の場合、処理ユニット１０２は、第１の増分１０を得る。言い換えれば、エネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗が高いほど、処理ユニット１０２が得る第１の増分が大きくなる。

【0023】

いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２によって測定されるエネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗は、直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）である。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、第１の時点でエネルギー貯蔵ユニット１０４の第１の電圧を測定し、第２の時点でエネルギー貯蔵ユニット１０４の第２の電圧を測定する。処理ユニット１０２は、感知抵抗器１１０の両端の電圧を測定することにより、充電モードでの充電電流を計算する。処理ユニット１０２は、第１の電圧と第２の電圧との間の電圧差及び充電モードでの充電電流に従って、エネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗を計算する。第１の時点と第２の時点との間の時間間隔は、例えば、１０秒とすることができる。充電モードでの充電電流は、０．１Ｃの充電レートでの電流であるが、本開示はこれに限定されない。処理ユニット１０２は、第１の電圧と第２の電圧間の電圧差を充電モードの充電電流で分圧して、エネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗を取得する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、第１の増分を記憶ユニット１０８の内部抵抗レジスタに記憶する。

【0024】

図２は、本開示のいくつかの実施形態による、図１のバッテリー装置のエネルギー貯蔵ユニットの内部抵抗を測定する等価概略図である。図２に示すように、図２のノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、図１のノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対応することができる。従って、抵抗（resistor）Ｒ１（ノードＢとＤとの間）は、図１のエネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗と同等である。抵抗Ｒ２（ノードＤとＥとの間）は、図１の感知抵抗器１１０の抵抗と同等である。抵抗Ｒ３（ノードＡとＢとの間）は、図１の充電スイッチ１１２、放電スイッチ１１４及び保護装置１１８の直列抵抗と同等である。コンデンサ（capacitor）Ｃ１（ノードＣとＥとの間）は、処理ユニット１０２と負の電源ｐ－との間の寄生容量と同等である。ノードＣは、処理ユニット１０２の内部ノードである。ノードＢも、電圧検出のために処理ユニット１０２（図１には示されていない）に接続することができるので、実際には、ノードＢとノードＣとは、（図２に示すように）共通接続しているようにみえる。処理ユニット１０２は、ノードＤの電圧（ＶＤ）を測定し、ノードＣの電圧（ＶＣ）（即ち、ノードＤの電圧）を次の式により計算する。

【数1】

【0025】

その後、処理ユニット１０２は、ノードＣの電圧及び充電モードでの充電電流に従って、抵抗Ｒ１の抵抗、すなわちエネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗を計算する。いくつかの実施形態では、充電スイッチ１１２の抵抗は４．５ミリオームであり、放電スイッチ１１４の抵抗は４．５ミリオームであり、保護装置１１８の抵抗は１ミリオームであるため、抵抗Ｒ２は１０ミリオームである。いくつかの実施形態では、感知抵抗器１１０は１０ミリオームである。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、ノードＤの電圧（ＶＤ）を測定するための少なくとも１つの比較器を含む。すなわち、処理ユニット１０２は、図１のノードＤに接続する点線として省略されている少なくとも１つの比較器を介してノードＤの電圧（ＶＤ）を測定する。いくつかの実施形態では、ノードＤの電圧（ＶＤ）は、１．２５Ｖであり、これは、処理ユニット１０２によって提供されるビルトイン基準電圧である。

【0026】

いくつかの実施形態では、本開示は、図１のバッテリー装置１００のエネルギー貯蔵ユニット１０４と同じである複数の（例えば、数万の）バッテリー装置の内部抵抗試験データを収集し、内部抵抗試験データをデータベースに格納する。ビッグデータ分析（例えば、人工知能（ＡＩ）分析）により、エネルギー貯蔵ユニット１０４の内部抵抗とバッテリー装置１００の膨張率との関係が得られる。例えば、本開示では、バッテリー装置１００のエネルギー貯蔵ユニット１０４と同じである複数のバッテリー装置の内部抵抗試験が完了した後、これに対応して、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の実際の膨張率を直接測定することができ、内部抵抗試験データ、実際の膨張率、及び、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の数に応じて、ビッグデータ分析により、表１に示す仕様を決定する。

【0027】

次に、充電モードでは、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００を充電する充電電圧を検出し、その充電電圧に従って充電電圧に対応する第２の増分を取得して、第２の増分を記憶ユニット１０８に記憶する。その例を以下の表２に示す。

【表2】

【0028】

充電電圧が４．２０Ｖの場合、処理ユニット１０２は、第２の増分として１を得る。充電電圧が４．２５Ｖの場合、処理ユニット１０２は、第２の増分として２を得る。充電電圧が４．３０Ｖの場合、処理ユニット１０２は、第２の増分として４を得る。充電電圧が４．３５Ｖの場合、処理ユニット１０２は、第２の増分として８を得る。充電電圧が４．４０Ｖの場合、処理ユニット１０２は、第２の増分として１６を得る。いくつかの実施形態では、図１に示すように、処理ユニット１０２は、制御線１２２を介して充電スイッチ１１２をオン又はオフにし、制御線１２４を介して放電スイッチ１１４をオン又はオフにし、ライン１２０を介して充電電圧を検出する。例えば、外部電源がバッテリー装置１００に結合されている場合、ノードＡの電圧は外部電圧（ＶＥＸＴ）となる。処理ユニット１０２は、制御線１２４を介して制御信号（例えば、信号「０」）を放電スイッチ１１４に出力して、放電スイッチ１１４をオフにし、これにより、放電スイッチ１１４は、電流がノードＡからノードＢにのみ流れることを許可し、電流がノードＢからノードＡに流れることを禁止する。従って、処理ユニット１０２は、ライン１２０を介してノードＡの電圧を測定する。即ち、外部電圧（ＶＥＸＴ）を、ノードＡで測定することができ、即ち、表２の充電電圧を測定することができる。換言すれば、バッテリー装置１００を充電する充電電圧（例えば、外部電圧（ＶＥＸＴ））が高いほど、処理ユニット１０２が取得する第２の増分が大きくなる。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８の充電電圧レジスタに第２の増分を記憶する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００が外部電源に結合されているかどうかを検出する。結合されている場合、処理ユニット１０２は、充電モードで実行される動作を実行する。結合されていない場合、処理ユニット１０２は、放電モードに移行する。

【0029】

いくつかの実施形態では、本開示は、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の充電電圧試験データを収集し、充電電圧試験データをデータベースに格納する。ビッグデータ分析により、充電電圧とバッテリー装置１００の膨張率との関係が得られる。例えば、本開示では、バッテリー装置１００と同じ複数のバッテリー装置の充電電圧試験が完了した後、これに対応して、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の実際の膨張率を直接測定することができ、充電電圧試験データ、実際の膨張率及びバッテリー装置１００と同じ複数のバッテリー装置の数に応じて、ビッグデータ分析により、表２に示す仕様が決定される。

【0030】

次に、充電モードでは、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８内のサイクルカウントのデータを読み出し、サイクルカウントに従って、サイクルカウントに対応する第４の増分を取得する。その例を以下の表３に示す。

【表3】

【0031】

サイクルカウントが０～１０の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として１を得る。サイクルカウントが１０～１００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として２を得る。サイクルカウントが１００～２００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として４を得る。サイクルカウントが２００～３００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として８を得る。サイクルカウントが３００～４００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として１６を得る。サイクルカウントが４００～５００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として３２を得る。サイクルカウントが５００～６００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として６４を得る。サイクルカウントが６００～７００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として１２８を得る。サイクルカウントが７００～８００の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として２５６を得る。サイクルカウントが８００以上の場合、処理ユニット１０２は、第４の増分として５１２を得る。換言すれば、バッテリー装置１００のサイクルカウントが多いほど、第４の増分が大きくなる。いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００が完全な充放電プロセスを完了する毎に、例えば、バッテリー装置１００の相対的な充電状態が０％から１００％に充電されてから１００％から０％に放電されるか、又は、５０％から１００％に充電され、１００％から０％に放電されてから０％から５０％に充電される毎に、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８に記憶されたサイクルカウントに１カウントを加える。言い換えれば、バッテリー装置１００のサイクルカウントは、充放電サイクルの増加に伴って累積的に増加するだけの不可逆的なものである。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、サイクルカウントのデータを、記憶ユニット１０８のサイクルカウントレジスタに記憶する。

【0032】

いくつかの実施形態では、本開示は、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置のサイクルカウント試験データを収集し、サイクルカウント試験データをデータベースに格納する。ビッグデータ分析により、サイクルカウントとバッテリー装置１００の膨張率との関係が得られる。例えば、本開示では、バッテリー装置１００と同じ複数のバッテリー装置のサイクルカウント試験が完了した後、これに対応して、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の実際の膨張率を直接測定することができ、サイクルカウント試験データ、実際の膨張率及びバッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の数に応じて、ビッグデータ分析により、表３に示す仕様が決定される。

【0033】

次に、充電モードでは、処理ユニット１０２は、温度感知ユニット１０６から温度を読み出し、その温度に従ってその温度に対応する第５の増分を取得して、第５の増分を記憶ユニット１０８に記憶する。その例を以下の表４に示す。

【表4】

【0034】

温度が０℃以下の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として１を得る。温度が０℃～２０℃の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として２を得る。温度が２０℃～３０℃の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として３を得る。温度が３０℃～４０℃の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として４を得る。温度が４０℃～５０℃の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として５を得る。温度が５０℃～６０℃の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として６を得る。温度が６０℃以上の場合、処理ユニット１０２は、第５の増分として７を得る。換言すれば、バッテリー装置の温度が高いほど、第５の増分が大きくなる。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、第５の増分を記憶ユニット１０８の温度レジスタに記憶する。バッテリー装置１００の相対的な充電状態が１００％まで充電された場合、処理ユニット１０２は、充電モードを終了し、放電モードに移行する準備をする。

【0035】

いくつかの実施形態では、本開示は、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の温度試験データを収集し、温度試験データをデータベースに格納する。ビッグデータ分析により、温度とバッテリー装置１００の膨張率との関係が得られる。例えば、本開示では、バッテリー装置１００と同じ複数のバッテリー装置の温度試験が完了した後、これに対応して、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の実際の膨張率を直接測定することができ、温度試験データ、実際の膨張率及びバッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の数に応じて、ビッグデータ分析により、表４に示す仕様が決定される。

【0036】

放電モードでは、処理ユニット１０２は、エネルギー貯蔵ユニット１０４の放電電流を検出し、放電電流に従って放電電流に対応する第３の増分を取得して、第３の増分を記憶ユニット１０８に記憶する。その例を以下の表５に示す。

【表5】

【0037】

放電電流が０．３Ｃの放電レートの電流以下の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として１を得る。放電電流が０．３Ｃ～０．４Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として２を得る。放電電流が０．４Ｃ～０．５Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として３を得る。放電電流が０．５Ｃ～０．６Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として４を得る。放電電流が０．６Ｃ～０．７Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として５を得る。放電電流が０．７Ｃ～０．８Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として６を得る。放電電流が０．８Ｃ～０．９Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として７を得る。放電電流が０．９Ｃ～１．０Ｃの放電レートの電流の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として８を得る。放電電流が１．０Ｃの放電レートの電流以上の場合、処理ユニット１０２は、第３の増分として９を得る。換言すれば、エネルギー貯蔵ユニット１０４の放電電流が大きいほど、第３の増分が大きくなる。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、感知抵抗器１１０の両端の電圧を測定して、放電モードでの電流を計算する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８の放電電流レジスタに第３の増分を記憶する。

【0038】

いくつかの実施形態では、本開示は、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の放電電流試験データを収集し、放電電流試験データをデータベースに格納する。ビッグデータ分析により、放電電流とバッテリー装置１００の膨張率との関係が得られる。例えば、本開示では、バッテリー装置１００と同じ複数のバッテリー装置の放電電流試験が完了した後、これに対応して、バッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の実際の膨張率を直接測定することができ、放電電流試験データ、実際の膨張率及びバッテリー装置１００と同じである複数のバッテリー装置の数に応じて、ビッグデータ分析により、表５に示す仕様が決定される。

【0039】

次に、放電モードでは、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８内のサイクルカウントのデータを再度読み出し、表３に従って、サイクルカウントに対応する第４の増分を取得する。放電モードでは、処理ユニット１０２は、温度感知ユニット１０６から温度を読み出し、表４に従ってその温度に対応する第５の増分を取得して、第５の増分を記憶ユニット１０８に記憶する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、充電モードで得られた第４の増分を放電モードで得られた第４の増分と比較して、より大きい方の第４の増分を記憶ユニット１０８のサイクルカウントレジスタに記憶する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、感知抵抗器１１０の両端の電圧を測定して、エネルギー貯蔵ユニット１０４からの放電電流があるかどうかを検出する。放電電流がある場合、処理ユニット１０２は、放電モードで実行された動作を実行する。放電電流がない場合、処理ユニット１０２は、充電モードに移行する。いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００の相対的な充電状態が３％以下に放電された場合、処理ユニット１０２は、放電モードを終了し、充電モードに移行する準備をする。

【0040】

最後に、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８の内部抵抗レジスタから第１の増分を読み出し、記憶ユニット１０８の充電電圧レジスタから第２の増分を読み出し、記憶ユニット１０８の放電電流レジスタから第３の増分を読み出し、記憶ユニット１０８のサイクルカウントレジスタから第４の増分を読み出し、記憶ユニット１０８の温度レジスタから第５の増分を読み出す。処理ユニット１０２は、第１、第２、第３、第４及び第５の増分を乗算して積値を取得し、積値に従ってバッテリー装置１００の膨張率を決定する。その例を以下の表５に示す。

【表6】

【0041】

積値が５００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が１％であると判定する。積値が５００００より大きく、１０００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が２％であると判定する。積値が１０００００より大きく、２０００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が３％であると判定する。積値が２０００００より大きく、２５００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が４％であると判定する。積値が２５００００より大きく、３０００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が５％であると判定する。積値が３０００００より大きく、３５００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が６％であると判定する。積値が３５００００より大きく、４０００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が７％であると判定する。積値が４０００００より大きく、４５００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が８％であると判定する。積値が４５００００より大きく、５５００００以下の場合、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００の膨張率が９％であると判定する。積値が５５００００より大きい場合、処理ユニットは、バッテリー装置１００の膨張率が１０％であると判定する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、人工知能アルゴリズムを実行して、充放電サイクル毎に測定された内部抵抗、充電電圧、放電電流を収集し、充放電サイクル毎にサイクルカウント及び温度を読み出し、表１～表６に記載されているように、クラス間隔（class intervals）と各増分との間の対応関係を調整する。

【0042】

いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００が充電モードでのみ動作する場合、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８から第１、第２、第４及び第５の増分を読み出し、第１、第２、第４及び第５の増分の第１のサブ積値（sub-product value）に従ってバッテリー装置１００の膨張率を判定する。いくつかの実施形態では、バッテリー装置１００が放電モードでのみ動作する場合、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８から第３、第４及び第５の増分を読み出し、第３、第４及び第５の第２のサブ積値に従ってバッテリー装置１００の膨張率を判定する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２が、積値（又は、第１のサブ積値若しくは第２のサブ積値）に従ってバッテリー装置１００の膨張率が１０％に達したと判定した場合、処理ユニット１０２は、外部プロセッサ（例えば、バッテリー装置１００が配置されているモバイルデバイスのプロセッサ）にアラーム信号を送信することができる。外部プロセッサは、バッテリー装置１００の寿命が近づいていることをユーザにリマインドするために、アラーム信号に従って、モバイルデバイスのディスプレイを介して画像又は音声の警報をユーザに提供する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、第１の充放電サイクルで第１の積値を取得し、第２の充放電サイクルで第２の積値を取得し、第１の積値と第２の積値とを比較する。第１の積値が第２の積値よりも大きい場合、処理ユニット１０２は、第１の積値を記憶ユニット１０８に記憶する。第２の積値が第１の積値よりも大きい場合、処理ユニット１０２は、第２の積値を記憶ユニット１０８に記憶する。換言すれば、記憶ユニット１０８は、充放電サイクル毎に得られた最大積値を常に記憶することができる。

【0043】

図３は、本開示のいくつかの実施形態による、バッテリー装置の充放電サイクルのフローチャートである。図３に示すように、充電モードでは、バッテリー装置１００の処理ユニット１０２は、内部値を計算し、内部抵抗に従って内部抵抗に対応する第１の増分を取得して、第１の増分を記憶ユニット１０８に記憶する（ステップＳ３００）。次に、処理ユニット１０２は、バッテリー装置１００を充電する充電電圧を検出し、その充電電圧に従って充電電圧に対応する第２の増分を取得して、第２の増分を記憶ユニット１０８に記憶する（ステップＳ３０２）。次に、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８内のサイクルカウントを読み出し、サイクルカウントに従って、サイクルカウントに対応する第４の増分を取得する（ステップＳ３０４）。次に、処理ユニット１０２は、温度感知ユニット１０６から温度を読み出し、その温度に従ってその温度に対応する第５の増分を取得して、第５の増分を記憶ユニット１０８に記憶する（ステップＳ３０６）。次いで、放電モードでは、処理ユニット１０２は、エネルギー貯蔵ユニット１０４から放電電流を検出し、放電電流に従って放電電流に対応する第３の増分を取得して、第３の増分を記憶ユニット１０８に記憶する（ステップＳ３０８）。次に、処理ユニット１０２は、記憶ユニット１０８内のサイクルカウントを読み取し、サイクルカウントに従って、サイクルカウントに対応する第４の増分を取得する（ステップＳ３１０）。処理ユニット１０２は、温度感知ユニット１０６から温度を読み出し、温度に従って温度に対応する第５の増分を取得して、第５の増分を記憶ユニット１０８に記憶する（ステップＳ３１２）。充放電サイクルでは、処理ユニット１０２は、第１、第２、第３、第４及び第５の増分を読み出し、第１、第２、第３、第４及び第５の増分の積値に従ってバッテリー装置１００の膨張率を判定する（ステップＳ３１４）。

【0044】

いくつかの実施形態では、図１のバッテリー装置１００の処理ユニット１０２は、ステップＳ３００～Ｓ３１４を実行する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、ステップＳ３０４で得られた第４の増分をステップＳ３１０で得られた第４の増分と比較して、より大きい方の第４の増分を記憶ユニット１０８のサイクルカウントレジスタに格納する。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０２は、ステップＳ３０６で得られた第５の増分を放電モードで得られた第５の増分と比較して、より大きい方の第５の増分を記憶ユニット１０８の温度レジスタに格納する。本開示で開示された図１のバッテリー装置１００の処理ユニット１０２によって実行される他の詳細なステップは、前の段落で説明したため、ここでは繰り返さない。

【0045】

「第１」、「第２」、「第３」等のように、本発明の明細書及び特許請求の範囲における序数は、連続した関係を持たず、同じ名前の２つの異なる構成要素を区別するためだけのものである。本発明の明細書において、「結合（couple）」という用語は、あらゆるタイプの直接的又は間接的な電子的接続を意味する。本発明は、上記の好適な実施形態で開示されているが、本発明の幅及び範囲は、上記の実施形態の何れによっても限定されるべきではない。当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、小さな変更及び修正を行うことができる。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に従って定義されるべきである。

【符号の説明】

【0046】

１００…バッテリー装置
１０２…処理ユニット
１０４…エネルギー貯蔵ユニット
１０６…温度感知ユニット
１０８…記憶ユニット
１１０…感知抵抗器
１１２…充電スイッチ
１１４…放電スイッチ
１１６…サブ処理ユニット
１１８…保護装置
１２０…ライン
１２２，１２４…制御線
ｐ＋…正の電源
ｐ－…負の電源
ＳＭＢＵＳ＿ＣＬＯＣＫ，ＳＭＢＵＳ＿ＤＡＴＡ…通信バス
ＢＡＴＴＥＲＹ＿ＩＤ，ＳＹＮＴＥ＿ＩＤ…バッテリー識別インジケータ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…ノード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗
Ｃ１…コンデンサ
Ｓ３００，Ｓ３０２，Ｓ３０４，Ｓ３０６…ステップ
Ｓ３０８，Ｓ３１０，Ｓ３１２，Ｓ３１４…ステップ

【図1】

【図2】

【図3】