特表2023-529128リチウムイオン電池セルバランシングシステム及び方法、並びにリチウムイオン電池セルバランシングを備える電池充電装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-07
(54)【発明の名称】リチウムイオン電池セルバランシングシステム及び方法、並びにリチウムイオン電池セルバランシングを備える電池充電装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/02 20160101AFI20230630BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20230630BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20230630BHJP
【ＦＩ】
H02J7/02 H
H01M10/48 P
H01M10/44 Q
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022573770
(86)(22)【出願日】2021-06-02
(85)【翻訳文提出日】2023-01-30
(86)【国際出願番号】 US2021035328
(87)【国際公開番号】W WO2021247626
(87)【国際公開日】2021-12-09
(31)【優先権主張番号】63/033,717
(32)【優先日】2020-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517284935
【氏名又は名称】ザ・ノコ・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｎｏｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100111039
【弁理士】
【氏名又は名称】前堀 義之
(72)【発明者】
【氏名】マクブライド，ジェイムズ ピー
(72)【発明者】
【氏名】サイモン，ダニエル エル
(72)【発明者】
【氏名】スタンフィールド，ジェイムズ リチャード
【テーマコード（参考）】
5G503
5H030
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA03
5G503BB02
5G503GA12
5G503GD02
5G503HA01
5H030AA01
5H030AS08
5H030BB02
5H030BB03
5H030FF42
5H030FF43
(57)【要約】
リチウムセルバランシングを備えるリチウムイオン再充電可能電池充電システムは、リチウムイオン再充電可能電池と、リチウムイオン再充電可能電池の充電のために構成された電池充電装置とを備え、リチウムイオン再充電可能電池のリチウムイオン再充電可能電池セルのセルバランシングは、セルバランシングモードが開始すると予め定められた時間継続する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウムセルバランシングを備えたリチウムイオン再充電可能電池充電システムであって、直列に接続された複数のリチウムイオン再充電可能電池セルと、電池管理システム（ＢＭＳ）とを備える、リチウムイオン再充電可能電池であって、前記電池管理システム（ＢＭＳ）は放電電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と充電電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とを備える、リチウムイオン再充電可能電池と、
電池充電装置であって、前記リチウムイオン再充電可能電池の充電中に前記リチウムイオン再充電可能電池に接続ないし接続可能であり、前記リチウムイオン再充電可能電池を充電するように構成されている、電池充電装置と
を備え、
前記電池管理システム（ＢＭＳ）は、前記リチウムイオン再充電可能電池の前記複数のリチウムイオン再充電可能電池セルの電圧を監視し、前記リチウムイオン再充電可能電池セルのいずれかが充電不足となると前記充電電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を開くように構成され、前記電池充電装置によって前記リチウムイオン再充電可能電池を充電しているときに前記リチウムイオン再充電可能電池セルのいずれかが過充電となると、
前記電池地管理システム（ＢＭＳ）は、前記リチウムイオン再充電可能電池の個々の前記リチウムイオン再充電可能電池セルの電圧を監視するように構成され、１個の前記リチウムイオン再充電可能電池セルが過充電となると、前記電池管理システム（ＢＭＳ）は当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルに抵抗負荷を配置して当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルについてゆっくりと抜き出して充電をオフし、前記電池地管理システム（ＢＭＳ）は、前記リチウムイオン再充電可能電池を前記電池充電装置で充電しているときに、当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルの電圧が安全閾値に降下すると、前記抵抗負荷を外し
前記リチウムイオン再充電可能電池の前記リチウムイオン再充電可能電池セルのセルバランスが、セルバランスモードが開始すると予め定められた期間継続する、リチウムセルバランシングを備えたリチウムイオン再充電可能電池充電システム。
【請求項2】
前記電池管理システム（ＢＭＳ）は、前記リチウムイオン再充電可能電池を前記電池充電装置で充電しているときに、前記電池管理システム（ＢＭＳ）によって前記リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスするように、複数回開閉するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記リチウムイオン再充電可能電池の充電は、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記リチウムイオン再充電可能電池セルをバランスさせる時間が許容されるように、前記電池充電装置の端子においてテーパー充電閾値を維持する間、定電圧モードである、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記時間はリチウムイオンセルバランス時間である、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記リチウムイオンセルバランス時間は固定された長さの時間に設定されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記リチウムイオンセルバランス時間は４時間に設定されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記リチウムイオンセルバランス時間の間、電池充電出力電流を監視し、前記電池充電装置から前記リチウムイオン再充電可能電池への充電電流が最小検出可能電流レベルを下回ると、前記電池充電装置は、予め定められた期間の後、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧を繰り返し確認する、請求項５に記載のシステム。
【請求項8】
前記電池充電装置は、毎秒、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧を確認する、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記電池充電装置が、前記電池充電装置の定電圧源から前記リチウムイオン再充電可能電池への回路を間欠的に開き、前記リチウムイオン再充電可能電池の前記電池電圧が測定される、請求項７に記載のシステム。
【請求項10】
前記リチウムイオン再充電可能電池の前記電池電圧が１０．５Ｖを下回って降下すると、使用者が前記電池充電装置を前記リチウムイオン再充電可能電池から外し、前記電池充電が待機モードとなる、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記リチウムイオン再充電可能電池が１０．５Ｖを上回ると、前記電池管理システム（ＢＭＳ）の充電ＦＥＴが開き、前記電池充電装置が前記電池充電装置の前記定電圧源を前記リチウムイオン再充電可能電池に次の１秒のリチウムイオン再充電可能電池電圧確認間隔まで再接続し、前記リチウムイオン再充電可能電池が検出可能な電流の引き込みを再度開始すると、内部スイッチが閉で維持される、請求項８に記載のシステム。
【請求項12】
前記電池充電装置は、前記充電ＦＥＴが開いたときも、前記前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧からダイオード降下を引いた電圧を測定可能であり、フリーホイールダイオードがこの測定のための電流経路を供給する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスから大きく離れていなければ、前記電池管理システム（ＢＭＳ）はリチウムイオンセルバランス中に充電ＦＥＴを開かず、消耗ないし放電した電池ユニットを当該消耗ないし放電した電池が１４．６Ｖになるまで充電するために第１ソフトスタート電流レベルが使用され、当該消耗ないし放電した電池が１４．６Ｖとなると前記電池管理システム（ＢＭＳ）がオフとなって前記リチウムイオン再充電可能電池の前記電圧が１４．４Ｖに降下するのを待機した後、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記第１ソフトスタート電流レベルに戻るのを繰り返す、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
前記リチウムイオン再充電可能電池セルが、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開く程度にバランスから外れたとき、前記充電ＦＥＴが再度閉じて前記第１ソフトスタート充電レベルで前記リチウムイオン再充電可能電池が１４．６Ｖに達するか、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開くまでの、前記リチウムイオン再充電可能電池の充電を開始するときを決定するために、前記電池充電装置は、毎分、前記リチウムイオン再充電可能電池のインピーダンスを調べる、請求項１に記載のシステム。
【請求項15】
複数のリチウムイオン電池セルと、電池充電装置を使用する充電ＦＥＴ及び放電ＦＥＴを含む電池管理システム（ＢＭＳ）とを備えるリチウムイオン再充電可能電池の充電で使用されるリチウムセルバランシング方法であって、前記リチウムイオン再充電可能電池セルの電圧を監視し、前記リチウムイオン再充電可能電池の前記リチウムイオン再充電可能電池セルのいずれかが充電不足となると前記放電ＦＥＴを開き、前記リチウムイオン再充電可能電池の前記リチウムイオン再充電可能電池セルのいずれかが過充電となると前記充電ＦＥＴを開き、
特定のリチウムイオン再充電可能電池セルに抵抗負荷を配置して当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルについてゆっくりと抜き出して充電をオフし、
当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルの電圧が安全閾値に降下すると、前記抵抗負荷を外し、
前記リチウムイオン再充電可能電池を前記電池充電装置で充電しているときに、
前記電池管理システム（ＢＭＳ）によって前記内部リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスするように、前記電池管理システム（ＢＭＳ）の前記充電ＦＥＴを複数回開閉し、
予め定められた時間のリチウムセルバランス時間の間、前記リチウムイオン再充電可能電池の前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記リチウムイオン再充電可能電池のリチウムイオン再充電可能電池セルをバランスさせる時間が許容されるように、定電圧（ＣＶ）モードに留まって、前記電池充電装置の端子においてテーパー充電閾値を維持する、リチウムセルバランシング方法。
【請求項16】
前記リチウムセルバランス時間は固定された長さの時間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記リチウムセルバランス時間は可変の長さの時間である、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記リチウムセルバランス時間は、プログラム可能で、異なる時間長さに調整可能である、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開くことと、ユーザーが充電される前記リチウムイオン再充電可能電池から充電ケーブルを外すこととの識別を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項20】
前記充電ＦＥＴが前記電池管理システムによって開かれると、前記電池充電装置は前記リチウムセルバランスのバランスの時間について前記リチウムセルバランスモードに留まり、前記ユーザーが前記リチウムイオン再充電可能電池から前記電池充電装置を外すと、前記電池充電装置は待機モードとなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記リチウムイオン再充電可能電池が前記リチウムセルバランス（ＬＣＢ）モードにおいて前記電池充電装置の出力電流を監視し、前記充電電流が検出可能最小レベルを下回って降下すると、前記電池充電装置は前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧の繰り返し確認を開始する、請求項１５に記載の方法。
【請求項22】
前記電池充電装置は、毎秒、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧の確認を開始する、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧の確認のため、前記電池充電装置は、上記リチウムイオン再充電可能電池に対する前記電池充電装置の定電圧供給から回路を開いた後、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧を測定し、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧が１０．５Ｖを下回って降下していれば、ユーザーが前記リチウムイオン再充電可能電池から電池充電ケーブルを外し、前記電池充電器が待機モードとなり、前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧が１０．５Ｖを上回っていれば、次の１秒のリチウムイオン再充電可能電池の電圧の確認時間間隔まで、前記電池管理システム（ＢＭＳ）の充電ＦＥＴが開いて前記電池充電装置が前記電池充電装置の定電圧源を前記リチウムイオン再充電可能電池に再接続し、前記リチウムイオン再充電可能電池が検出可能な電流の引き込みを再度開始すると、内部スイッチが閉で維持される、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記電池充電装置は、前記充電ＦＥＴが開いたとき、前記前記リチウムイオン再充電可能電池の電圧からダイオード降下を引いた電圧を測定可能であり、フリーホイールダイオードがこの測定のための電流経路を供給する、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
リチウムセルバランシングの複数のモードを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項26】
前記リチウムセルバランシングは、前記リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスから大きく離れておらず前記電池管理システム（ＢＭＳ）の第１リチウムセルバランシングモードと、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開く程度に前記リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスから外れたときの第２リチウムセルバランスモードとを備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記リチウムセルバランシングモードの間、前記電池管理システム（ＢＭＳ）は前記充電ＦＥＴを開かない、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記第１リチウムセルバランシングモードの間、定電流（ＣＣ）型電池充電装置が定電圧（ＣＶ）型電池充電装置をエミュレートする、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
１４．６Ｖになるまで前記リチウムイオン再充電可能電池を充電するのに第１ソフトスタート電流レベルが使用され、前記リチウムイオン再充電可能電池が１４．６Ｖとなると電流がオフとなって前記電圧が１４．４Ｖに降下するのを待機し、少なくとも１回の遅延と共に前記リチウムイオン再充電可能電池が１４．４Ｖとなると、前記第１ソフトスタート電流に戻し、前記電池電圧を１４．４Ｖから１４．６Ｖの狭電圧レンジで前記電池電圧を維持することにより、前記定電流（ＣＣ）型電池充電装置が定電圧（ＣＶ）型電池充電装置をエミュレートするように繰り返す、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
第２リチウムセルバランスモードにおいて、前記電池充電装置は前記充電ＦＥＴが開であるのか前記ユーザーが前記端子を外しているのかを検知し、前記開の充電ＦＥＴはボディダイオード接続を有するので、前記電池充電装置は前記電池電圧からダイオード降下を引いた電圧を測定でき、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開くが前記電池充電装置が１０．５ボルトを超える電池電圧を測定すると、前記リチウムイオン再充電可能電池が接続されていることを検知でき、次に電池充電装置は充電ＦＥＴが再度閉じたときを検知できる、請求項２６に記載の方法。
【請求項31】
前記充電ＦＥＴが再度閉じたのを検知するために、前記リチウムイオン再充電可能電池のインピーダンスが繰り返しポーリングされる、請求項３９に記載の方法。
【請求項32】
前記リチウムイオン再充電可能電池のインピーダンスが、毎分、ポーリングされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項33】
前記リチウムイオン再充電可能電池のインピーダンスのポーリング中、前記電池充電装置は充電電流を加えることを試み、電流がまったく受け入れられなければ、前記電池充電装置は前記充電ＦＥＴが依然として開いていることを認識し、前記充電ＦＥＴが閉じると、次の前記電池充電装置による前記充電電流を加える試みの際に、前記電池充電装置は前記リチウムイオン再充電可能電池が前記充電電流を受け入れていることを確認し、リチウムイオン再充電可能電池が１４．６Ｖに達するか、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が前記充電ＦＥＴを開くまで、第１ソフトスタートレベルでの充電を継続し、１４．６Ｖに達すると、前記第１リチウムセルバランシングモードとなり、前記電池管理システム（ＢＭＳ）が開くと、前記第２リチウムセルバランシングモードを繰り返す、請求項３１に記載の方法。
【請求項34】
前記リチウムイオン再充電可能電池の前記ポーリングは、前記リチウムセルバランシング操作中の定められた時間の、前記第１リチウムセルバランシングモード、前記第２リチウムセルバランシングモード、又は前記第２リチウムセルバランシングモード後の前記第１リチウムセルバランシングモードの組み合わせにより実行される、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン電池セルバランシングシステム及び方法、並びにリチウムイオン電池セルバランシングシステムを備え、及び又は本発明に係るリチウムイオン電池セルバランシング方法を組み込んだ電池充電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、消耗ないし放電したリチウムイオン再充電可能電池（例えば、消耗ないし放電したリチウムイオン再充電可能車両用電池）を充電するための電池充電器がある。この既存の電池充電器の動作態様は、電池充電器が消耗ないし放電して充電されているリチウムイオン再充電可能電池に電流を供給している間、電池充電器のリチウムイオン再充電可能電池電圧がリチウムモードのカットオフ電圧（例えば１４．６Ｖ）に達すると、たとえソフトスタート中であっても、充電電流がカットオフされ、適切な燃料ゲージ時間の増分の後、電池充電器のディスプレイの燃料ゲージが連続点灯の緑色ライト（例えば燃料ゲージの緑色ＬＥＤによる）を表示するというものである。
【0003】
また、既存の電池充電器は、消耗ないし放電したリチウムイオン再充電可能電池の充電中、リチウムモードと待機モードとの間を往復する。詳細には、リチウムイオン再充電可能電池を電池管理システム（Battery Management System：ＢＭＳ）で充電していてリチウムイオン再充電可能電池セルがアンバランスとなると、電池充電器はリチウムモードと待機モードとの間を往復する。
【0004】
これは、リチウムイオン再充電可能電池の電池管理装置（ＢＭＳ）が個々のセルの電圧を監視していることに起因する。リチウムイオン再充電可能電池が過度に高圧に充電されると、電池管理装置（ＢＭＳ）は充電ＦＥＴを開いて特定のリチウムイオン再充電可能電池セルのさらなる充電を回避する。その間、電池管理システム（ＢＭＳ）の内部抵抗が接続されて、リチウムイオン再充電可能電池セルをゆっくりと放電させる。過度な電圧のリチウムイオン再充電可能電池セルが低レベルに放電すると、充電ＦＥＴが再度閉じられる。
【0005】
充電ＦＥＴが開くとき、リチウムイオン再充電可能電池セルに対する放電経路をもたらすダイオードが依然として存在する。このことが意味するのは、電池充電器がリチウムイオン再充電可能電池に接続されたとき、電池充電器の内部電圧分割抵抗ネットワークが端子の電圧を検知して充電電圧を駆動しようとするということである。電池の充電ＦＥＴが開くので、電池充電器によって電流はまったく検出されず、電池充電器は待機モードに戻る。
【0006】
電池充電器は電池電圧を検知するので、電池充電器は数秒毎に電池電圧を取得し、電流を供給可能か確認する。電流を供給しようとするとき、電池充電器は待機モードからリチウムモードとなる。電池充電器は、電池管理システム（ＢＭＳ）が充電ＦＥＴを閉じるまで、待機モードとリチウムモードの間を往復する。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、消耗ないし放電したリチウムイオン再充電可能電池の充電のためのリチウムイオン電池セルバランシングシステム及び／又は方法に関し、電池充電器は、リチウムイオン電池セルバランシングシステムを備え、及び／又は本発明に係るリチウムイオン電池セルバランシング方法を組み込んでいる。
【0008】
リチウムイオン電池バランシング方法は、電池充電器のタイプに応じて（例えば定電流（Constant Current：ＣＣ）型電池充電器や定電圧（Constant Voltage：ＣＶ）型電池充電器）、リチウムイオン再充電可能電池の複数のリチウムイオン再充電可能電池セルのバランシングのための複数のステップを備える。
【0009】
ここで記載される主題は、また、リチウムイオン再充電可能電池充電システム、及び／又は電池管理システム（ＢＭＳ）に組み込まれておりリチウムイオン再充電可能電池を充電するように構成された充電器で使用される方法に関する。
【0010】
リチウムイオン再充電可能電池は、互いに電気的に直列に配置された複数のリチウムイオン再充電可能電池セルを備える。リチウムイオン再充電可能電池セルは、種々のリチウムイオン再充電可能電池セルの容器や負荷の違いに起因して、互いにバランスしない状態となり得る。具体的には、充電動作中、リチウムイオン再充電可能電池の電圧は相対的に互いに異なる。
【0011】
リチウムイオン再充電可能電池セルの安全な電圧レンジでの動作を維持するため、リチウムイオン再充電可能電池は電池監視システム（ＢＭＳ）を備え得る。電池監視システム（ＢＭＳ）の役割は、リチウムイオン再充電可能電池セルの電圧を監視し、リチウムイオン再充電可能電池のいずれかのリチウムイオン再充電可能電池セルが充電不足になると、放電ＦＥＴを開き、いずれかのリチウムイオン再充電可能電池セルが過充電となると充電ＦＥＴを開くことである。
【0012】
電池管理システム（ＢＭＳ）は、本発明に係るリチウムイオン再充電可能電池セルバランス機能を備え得る。電池管理システム（ＢＭＳ）は、リチウムイオン再充電可能電池の内部の個々のリチウムイオン再充電可能電池セルの電圧を監視し得る。特定のリチウムイオン再充電可能電池が過充電となると、電池管理システム（ＢＭＳ）は当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルに小さい抵抗負荷を配置して、当該特定のリチウムイオン再充電可能電池のゆっくりと抜き出して充電をオフする。当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルの電圧が安全閾値に降下すると、当該特定のリチウムイオン再充電可能電池セルに対する抵抗負荷が外される。
【0013】
アンバランスのリチウムイオン電池セルがあるリチウムイオン再充電可能電池のセルバランシング中、多数回、電池管理システム（ＢＭＳ）が開／閉し、電池管理システム（ＢＭＳ）により内部のリチウムイオン再充電可能電池セルがゆっくりとバランスする。
【0014】
リチウムイオン再充電可能電池を充電するために、最終ステップは、定電圧（ＣＶ）モードに留まって、リチウムイオン再充電可能電池の内部の電池管理システム（ＢＭＳ）がセルバランスする時間が許容されるように前記電池充電装置の端子においてテーパー充電閾値を維持する。この時間はリチウムセルバランス時間と呼ばれ、例えば４時間に設定し得る。しかしながら、この時間はプログラム可能であり、例えば、異なる継続時間（例えば６時間や８時間）に調整し得る。
【0015】
リチウムセルバランス時間中、電池充電器は定電圧（ＣＶ）モードである。この時間中、電池充電器はリチウムイオン再充電可能電池のＢＭＳが充電ＦＥＴを開いているか、ユーザーが充電されている消耗ないし放電したリチウムイオン再充電可能電池から充電ケーブルを外したかを識別できる必要がある。ＢＭＳによって充電ＦＥＴが開いていれば、リチウムセルバランス時間でのバランスのために、電池充電器はリチウムセルバランスモードに留まらなければならない。ユーザーがリチウムイオン再充電可能電池から電池充電器を外した場合、電池充電器は待機モードにならなければならない。
【0016】
リチウムイオン再充電可能電池がリチウムセルバランス（ＬＣＢ）モードである間、電池充電器の出力電流が監視される。充電電流が最小検知電流レベルを下回って降下すると、電池充電器は、電池電圧を毎秒確認することを開始する。
【0017】
リチウムイオン再充電可能電池の電圧を確認するため、電池充電器は、電池充電器によるリチウムイオン再充電可能電池への定電圧供給から回路を開き、リチウムイオン再充電可能電池の電圧を測定する。リチウムイオン再充電可能電池の電圧が１０．５Ｖを下回って降下していれば、ユーザーがリチウムイオン再充電可能電池から電池充電器のケーブルを外している。リチウムイオン再充電可能電池の電圧が１０．５Ｖを上回っていれば、次の１秒のリチウムイオン再充電可能電池の電圧の確認時間間隔まで、電池管理システム（ＢＭＳ）は充電ＦＥＴを開き、電池充電器は電池充電器の定電圧源をリチウムイオン再充電可能電池に接続する。リチウムイオン再充電可能電池が検知可能な電流の取り出しを再度開始していれば、内部スイッチは閉で維持される。
【0018】
フリーホイールダイオードは計測のための電流パスを提供するので、充電ＦＥＴが開いたとき、電池充電器は依然としてリチウムイオン再充電可能電池の電圧（ダイオード降下を引いたもの）を測定可能であることに留意する必要がある。
【0019】
２つのモードのリチウムセルバランシング（ＬＣＢ）がある。リチウムイオン再充電可能電池セルがバランスから大きく外れている時の第１リチウムセルバランシング（第１ＬＣＢ）モードでは、電池管理システム（ＢＭＳ）は、第１リチウムセルバランシング（第１ＬＣＢ）中、放電ＦＥＴを開かない。このモードでは、定電流（ＣＣ）型の電池充電器が定電圧（ＣＶ）型の電池充電器をエミュレートする。これは、１４．６Ｖになるまで第１ソフトスタート電流レベルを使用してリチウムイオン再充電可能電池を充電することでなされる。リチウムイオン再充電可能電池が１４．６Ｖとなると、電流がオフされて１４．４Ｖに電圧が降下するまで待機する。リチウムイオン再充電可能電池が１４．４Ｖになると（多少の遅延を伴い）、第１ソフトスタート電流に戻り、繰り返される。従って、基本的に、電池電圧を１４．４Ｖから１４．６Ｖの狭電圧レンジで維持することで、定電流（ＣＣ）型の電池充電器が定圧型（ＣＶ）型の電池充電器をエミュレートする。
【0020】
第２リチウムセルバランス（第２ＬＣＢ）モードでは、リチウムイオン再充電可能電池はバランスから大きく外れており、電池管理システム（ＢＭＳ）は充電ＦＥＴを開く。電池充電器は充電ＦＥＴが開いているのか、ユーザーが端子を外しているのかを検知しなければならない。開いた充電ＦＥＴはボディダイオード接続を有しているので、電池充電器は依然として電池電圧からダイオード降下を引いたものを測定できる。従って、電池管理システム（ＢＭＳ）が充電ＦＥＴを開いたとしても、電池充電器は、１０．５Ｖより大きい電池電圧を依然として測定でき、依然としてリチウムイオン再充電可能電池を接続していると言える。そのため、電池充電器は充電ＦＥＴが再度閉じたことを検知できなければならない。これはリチウムイオン再充電可能電池のインピーダンスを毎秒ポーリングすることでなされる。ポーリング中、電池充電器は充電電流を加えることを試みる。電流が受け入れられない場合、充電ＦＥＴが依然として開いていることが分かる。充電ＦＥＴが閉じて、次の充電ポーリングが試みられると、電池充電器はリチウムイオン再充電可能電池が電流を受けいれることが分かり、電池が１４．６Ｖに達するか、電池監視システム（ＢＭＳ）が充電ＦＥＴを開くまで、第１ソフトスタートレベルでの充電が継続される。１４．６Ｖに達すると、第１リチウムセルバランシング（第１ＬＣＢ）モードになる。ＢＭＳが開くと、第２リチウムセルバランシング（第２ＬＣＢ）モードが繰り返される。
【0021】
以上は、第１リチウムセルバランシング（第１ＬＣＢ）モード、第２リチウムセルバランシング（第２ＬＣＢ）モード、又はセルバランシング（ＬＣＢ）動作の設定時間の第２リチウムセルバランシング（第２ＬＣＢ）モード後に第１リチウムセルバランシング（第１ＬＣＢ）モードとなる複合のいずれかによってなされる。
【0022】
電池充電器のために、例えば４時間が選択されるが、この時間は任意である。電池管理システム（ＢＭＳ）が完全なセルバランスに達するために必要な合計時間は、リチウムイオン再充電可能電池がどれだけバランスから外れているかと、どのサイズのバランス負荷が電池管理システム（ＢＭＳ）によって使用されるのかによる。これらの要因の両方は、電池充電器には観察し得ない。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】電池管理システム（ＢＭＳ）を備えるリチウムイオン再充電可能電池の模式図。
【図2】電池管理システム（ＢＭＳ）のリチウムイオン再充電可能電池への接続を示す、電池管理システム（ＢＭＳ）の平面図。
【図3】電池管理システム（ＢＭＳ）のリチウムイオン再充電可能電池への接続を示す、電池管理システム（ＢＭＳ）の斜視図。
【図4-1】セル１から０．３３ＡＨ（アンペア 時）の放電を伴うＧ２ ７ＡＨ（アンペア 時）電池を示すグラフ。
【図4-2】セル１から０．３３ＡＨ（アンペア 時）の放電を伴うＧ２ ７ＡＨ（アンペア 時）電池を示すグラフ（７ＡＨでセル１から０．３３ＡＨ放電）。
【図5-1】０．３３ＡＭのセル＃１への供給を伴うＧ２ ７ＡＨ（アンペア 時）電池を示すグラフ（マルチチャージサイクル）（７ＡＨに加え０．３３Ａの追加充電がセル１加えられる）。
【図5-2】０．３３ＡＭのセル＃１への供給を伴うＧ２ ７ＡＨ（アンペア 時）電池を示すグラフ（マルチチャージサイクル）（７ＡＨに加え０．３３Ａの追加充電がセル１加えられる）。
【図6-1】４０～４５時間時間枠にズームインした上述のチャートを示すグラフ（７ＡＨに加え０．３３Ａの追加充電がセル１加えられる）。
【図6-2】４０～４５時間時間枠にズームインした上述のチャートを示すグラフ（７ＡＨに加え０．３３Ａの追加充電がセル１加えられる）。
【図7】Ｇ２コールドスタート電池充電プロファィルを示すグラフ（潜在的に一般的な使用の場合）（数ヶ月棚置き後の７ＡＨコールドスタート電池）
【図8】保守充電への充電のＧ２短放電を示すグラフ（バランスした電池がわずかに放電後＋１００時間保守で充電）。
【図9】上述の充電ログのズームインした時間枠を示すグラフ（バランスした電池がわずかに放電後＋１００時間保守で充電）。
【図10】０．４５ＡＨがセル１から除去されたＧ１０ ７ＡＨフル充電を示すグラフ（セル１から０．４５ＡＨ放電したＧ１０ Ｆｉｒｍｖ Ｋ ７ＡＨ）。
【図11】競業他社のリチウムイオン電池充電プロファィルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ２ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ ＲがＢＴＬＩ１２Ａ２７０ＣＷリチウム電池を充電）。
【図12】競業他社のリチウムイオン電池充電プロファィルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ２ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ ＲがＡＴＺ－１０を充電）。
【図13】競業他社のリチウムイオン電池充電プロファィルを示すグラフ（ＡＴＺ－１０の充電の継続。ＢＭＳが開かなくなるまで充電した後、放電及び再充電。注：ＢＭＳは再充電で開かず、電池セルはバランスを維持する）。
【図14】ＮＯＣＯのリチウムイオン電池充電プロファイルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ５ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ ＲがＥＴＸ１２Ａ電池を充電）。
【図15】ＮＯＣＯのリチウムイオン電池充電プロファイルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ２ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ ＲがＮＯＣＯ ＮＬＰ９を充電）。
【図16】ＮＯＣＯのリチウムイオン電池充電プロファイルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ５ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ ＲがＮＯＣＯ ＮＬＰ１４を充電）。
【図17】ＮＯＣＯのリチウムイオン電池のＧｅｎｉｕｓ ２ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｖｅｒ．Ｓの充電プロファイルを示すグラフ（Ｇｅｎｉｕｓ ２ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｖｅｒｓｉｏｎ ５がＬＣＢ－セル２がバランスしていない７ＡＨリチウムを充電）。
【図18】ＮＯＣＯのリチウムイオン電池のＧｅｎｉｕｓ １０ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｐの充電プロファイルを示すグラフ（Ｇ１０ ＬＣＢ Ｆｉｒｍｗａｒｅ Ｒｅｖ Ｐ ７ＡＨ １２Ｖ リチウム＠２５Ｃ セル１過充電）。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１に示すように、電池充電装置１０は、リチウムイオン再充電可能電池２０に接続された正極電池ケーブル１４と負極電池ケーブル１６を備える。例えば、正極電池ケーブル１２はリチウムイオン再充電可能電池２０の正極端子２２にされ得（例えば、図示しない正極電池クランプを使用して）、負極電池ケーブル１４はリチウムイオン再充電可能電池２０の負極電池端子２４に接続されて得る（例えば、図示しない負極電池クランプを使用して）。
【0025】
リチウムイオン再充電可能電池２０は、電気的に直列に互いに接続された４個のリチウムイオン再充電可能電池セル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄと、４個のリチウムイオン再充電可能電池セル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに接続された電池管理システム（Battery Management System：ＢＭＳ）２８Ａと、放電ＦＥＴ３０と、充電ＦＥＴ３２とを備える。図１に示すように、放電ＦＥＴ３０と充電ＦＥＴ３２は４個のリチウムイオン再充電可能電池セル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに電気的に直列に接続されている。
【0026】
図２に示すように、電池管理システム（ＢＭＳ）２８は印刷回路基板３４を備える。印刷回路基板３４は、正極外部電池端子、ないし内部リチウムイオン再充電可能電池の正極電池接続３４Ａと、負極外部電池端子３４Ｂと、内部リチウムイオン負極電池端子３４Ｃとを備える。
【0027】
図３に示すように、電池管理システム（ＢＭＳ）２８はリチウムイオン再充電可能電池２０に接続される。
【0028】
電池充電器１０は、特定の態様で、リチウムイオン再充電可能電池２０を充電するように構成及び／又はプログラムされている。例えば、電池充電器１０は、リチウムイオン再充電可能電池セルバランシングモードないし機能（すなわちリチウムセルバランス）を備える。
【0029】
例えば、電池充電器１０は以下のように動作する。電池充電器１０が消耗ないし放電リチウムイオン再充電可能電池２０に電流を供給している間に、リチウムイオン再充電可能電池電圧がリチウムモードのカットオフ電圧（例えば１４．６Ｖ）に達すると、ソフトスタートモードであっても、電池充電器１０は例えば４時間のリチウムセルバランス（Lithium Cell Balance：ＬＣＢ）モードに入る。リチウムセルバランス（ＬＣＢ）モードは、電池充電器１０のディスプレイの２５％、５０％、及び７５％燃料ゲージＬＥＤにより、１００％ＬＥＤが点灯しつつ、表示される（すなわち、ある種のグラビティオプティマイゼーション（gravity optimization）と同様）。
【0030】
リチウムセルバランス（ＬＣＢ）モードの間、電池充電器１０は、電池電圧がカットオフ電圧に達すると、充電電流を切る。電池充電器１０は電池電圧の監視を継続し、電池電圧が１４．４Ｖに降下すると、電池充電器１０は最も低いソフトスタート電流（例えば、温度が０℃を下回っていれば、最も低いソフトスタート電流の１／２）で充電を再開する。電池充電器１０は、複数回にわたって電池電圧が１４．６Ｖに増加した後１４．４Ｖに降下する間、オン・オフを繰り返す。電池充電器１０は、１４．６Ｖに達した後で電池充電器１０が再度オンとなるのが許容される前の予め定められた時間間隔（例えば１分）、電池電圧が１４．４Ｖを超えて降下したとしても、オフとなる。
【0031】
リチウムセルモードでの予め定められた時間間隔（例えば４時間）の後、電池充電器１０は充電を停止し、電池充電器１０のディスプレイの燃料ゲージに１００％を表示する。
【0032】
（ＢＭＳの往復があるリチウムセルバランシングモード）
リチウムイオン再充電可能電池の充電中（リチウムモード）、電池充電器１０がスタート電圧を上回るが１４．６Ｖを下回る電圧を計測することで示されるように電池電圧が１４．６Ｖに達する前に、リチウムイオン再充電可能電池の電池管理システム（ＢＭＳ）が開くが充電電流が供給できないと、電池充電器１０はリチウムセルバランスモードとなり４時間のタイマーを開始する。次に、燃料ゲージは緑色の１００％ＬＥＤを点灯する。
リチウムイオン再充電可能電池の充電中（リチウムモード）、電池充電器１０がスタート電圧を上回るが１４．６Ｖを下回る電圧を計測することで示されるように電池電圧が１４．６Ｖに達する前に、リチウムイオン再充電可能電池の電池管理システム（ＢＭＳ）が開くが充電電流が供給できないと、電池充電器１０はリチウムセルバランスモードとなり４時間のタイマーを開始する。次に、燃料ゲージは緑色の１００％ＬＥＤを点灯する。
【0033】
電池充電器１０はリチウムイオン再充電可能電池の電圧をポーリングし続けるが、ポーリングの試みの間に待機モードとなる代わりに、電池充電器１０はリチウムセルバランス（ＬＣＢ）モードに留まり、燃料ゲージは緑色の１００％ＬＥＤを表示する（例えば、緑色の動作ＬＥＤが明るくなるのと暗くなるのを繰り返す）。
【0034】
電池充電器１０がこの電流バランスモードとなると、電池管理システム（ＢＭＳ）はランダムに開閉する。電池充電器１０は、電池管理システム（ＢＭＳ）がＦＥＴを閉じたとき、リチウムイオン再充電可能電池の電圧のポーリングを継続し、ＦＥＴが閉じると電池充電器１０は最も低いソフトスタート電流（例えば、０℃を下回ると最も低いソフトスタート電流の１／２）で充電する。
【0035】
リチウムイオン再充電可能電池の内部リチウムイオン電池セルが、電池管理システム（ＢＭＳ）が開かず電池電圧が１４．６Ｖへ上昇する状態に均一化されると、電池充電器１０は、４時間のタイマーがリセットされないことを除いて、上述のように動作する。
【0036】
セルバランスモードの４時間の後、電池充電器１０は充電を停止し、電池充電器１０のディスプレイの燃料ゲージに１００％を表示する。電池充電器１０が電池電圧がスタート電圧を下回ることを検出しなければ、電池充電器１０は待機モードとなる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4-1】
【図4-2】
【図5-1】
【図5-2】
【図6-1】
【図6-2】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【国際調査報告】