JPH10510975A - 再充電可能なバッテリ・システムに開始電圧を与える装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リチウム・イオン・バッテリ・システム（４００）に関連する事象のために動作的にディセーブルされたバッテリ・コントローラ（５０３）に開始電圧を与えるため、リチウム・イオン・バッテリ・システム（４００）と共に用いられる不足電圧復帰パルス回路網（５００）および方法が提供される。不足電圧復帰パルス回路網（５００）は、充電システムによりデータ端子（５３７）に印加される第１電圧を検出するスイッチ（５２３）を含む。結合器（５２５）は、充電端子（５３５）からバッテリ・コントローラ（５０３）に第２電圧を供給して、バッテリ・コントローラをディセーブル状態からイネーブルするために用いられる。バッテリ・コントローラ（５０３）は、充電システムによる検出のため、セル（５０１）の電位を充電端子（５３５）に接続する。これにより、充電システムは装着されたバッテリを検出でき、そのため充電電圧を充電端子（５３５）に印加できる。

Description

【発明の詳細な説明】 再充電可能なバッテリ・システムに 開始電圧を与える装置および方法 技術分野 本発明は、一般に、バッテリ再充電に関し、さらに詳しくは、バッテリ・セル を再充電するシステムに関する。 背景 現在、装置内のバッテリ・ソースで動作する携帯電子製品の数が増えている。 これらの製品には、便利なように移動可能で、再充電可能なバッテリを利用して 動作するセルラ電話，携帯無線装置，ページャおよびボイス・レコーダがある。 再充電機能の必要性を満たす多くの異なるバッテリ化学作用が長年利用されてき た。おそらく最も一般的な化学作用には、ニッケル・カドミウムおよびニッケル 金属水素(nickel metal hydride)がある。しかし、一般にリチウム・イオンと呼 ばれる比較的新しい化学作用では、他の種類の再充電セルに比べて多くの利点を 提供しつつ、セルを再充電できる。これらの利点は、高エネルギ密度と共に、小 型軽量化に主に関する。リチウム・イオン・セルを 利用する際に考慮すべき固有の事項は、その充電方式である。リチウム・イオン ・セルは、ニッケル化学作用を利用するセルと同じように充電されない。 ニッケル・カドミウムおよびニッケル金属水素セルは、特定の事象が発生する まで一定の電流を印加することによって、急速充電(rapid charge)を利用して一 般に充電される。この事象は、セルが所定の高電圧に達することや、所定の低電 圧に低下することや、セルの温度の増加に関連する。これは、最適性能を達成す るために二段階階充電プロセスを必要とするリチウム・イオン・セルとは対照的 である。このプロセスの第１段階では、セルの電圧が所定の閾値以下のままで、 バッテリ・チャージャが一定の電圧レベルを印加する。電圧がこの閾値まで増加 すると、第２段階は、バッテリ・チャージャを閾値電圧に保持して、電流が低下 できるようにする。電流が所望のレベルまで十分に低下すると、リチウム・イオ ン・セルは完全に再充電される。 この二段階プロセスは、ニッケル・システム用に設計されたチャージャでリチ ウム・イオン・セルを充電する際に問題が生じる。一般に、ニッケル・システム ・チャージャは、セルの電圧を妨げずに上昇させる一定の電流のみを印加する。 電圧は、バッテリが熱くなりすぎない、すなわち、望ましくなく危険なレベルま で上昇しない限り、任意のレベルまで上昇することがある。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、急速高電流充電から、急 速電流値の約５〜１０％の値に切り替える。この低い電流モードは、一般に細流 電流(trickle current)または細流充電(trickle charge)という。 従って、現在のニッケル・システム・チャージャによって提供される充電方式 は、リチウム・イオン・セルを適切に充電しない。ニッケル・システム・チャー ジャにリチウム・イオン・セルを装着したり、強制的に入れると、リチウム・イ オン・セルは急速に過熱するため、危険になりうる。そのため、既存のリチウム ・イオン・セルの制御回路に後付けでき、セルがニッケル・システム・チャージ ャを安全に利用できるようにする、バッテリ充電回路またはシステムが必要にな る。 ニッケル・システム・チャージャを利用してリチウム・イオン・バッテリを再 充電することを可能にする後付け可能な回路を供給するだけでなく、このように リチウム・イオン・セルを再充電する際に安全性を確保するため追加システムを 供給する完全なバッテリ・システムも有用である。 ニッケル・システム・チャージャでリチウム・イオン・セルを利用することに 伴うさらに別の問題点は、バッテリ・システムの一部である回路が、セルを充電 するために用いられる充電用端子からリチウム・イオン・セルを切断した場合に 生じる。これは、高電流状態または高電圧状態のため、また動作電圧がないため に生じることがあり、バッテ リに関連する多くの制御システムおよび安全システムに電力が供給されなくなる 。そのため、バッテリの充電用端子に電力がこない。 ニッケル方式のバッテリ充電システムが装着されたバッテリをいつ充電するの かを検出するのには２つの方法がある。その方法には、サーミスタの検出および ／またはバッテリ上の電圧が含まれる。現在利用される多くの充電システムは、 充電回路網へのバッテリの初期接続時にデータ・ラインが検出されると、極めて 短いパルスを印加する。このパルスはバッテリ・コントローラをイネーブルまた はウェークアップするのに十分であるが、これは効果がないままである。従って 、充電用コンタクトに電圧を復元するためにスタートアップまたは開始(initiat ion)電圧を内部システムに与えるために用いられる一つの方法は、「二重挿入方 法(double insertion method)」と呼ばれる。これは、いったん挿入された後に バッテリを充電システムから実際に切り離し、２度目に再接続する。バッテリ・ コントローラが起動して、バッテリ・コントローラがセル電圧を充電用コンタク トに印加できるようにするまでに、充電システムはバッテリが接続されないとす でに判断するため、バッテリを二度再接続しなければならない。従って、バッテ リは、充電システムによる通知なしに充電システムに接続されたままであり、実 際にはバッテリが単にディセーブルされているのに、利用者はバッテリが死んだ と考えてし まう。しかし、バッテリを切り離し、再接続すると、バッテリ・コントローラは 第１電圧またはパルスで再スタートしたので、チャージャは充電用端子の電位を 認識する。 この「二重挿入方法」は面倒で、わかりにくく、再充電を開始する前に、ディ セーブルされたバッテリを接続・再接続する必要がある。従って、充電システム にバッテリを接続／切断／再接続する面倒なしに、充電システムがディセーブル されたリチウム・イオン・バッテリ内のバッテリ・コントローラをイネーブルす ることを可能にする装置および方法を提供する必要がある。 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、高電流源がある場合に用いられ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的な概略図である。 第３図は、低電流源しかない場合に用いられ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的な概略図である。 第４図は、第２図に示すものとは異なる高温シミュレータの別の実施例を示す 、本発明の好適な実施例による部分的な概略図である。 第５図は、本発明によるリチウム・イオン・セルで用いられる後付け可能な充 電および安全システムの動作を示すブロック図である。 第６図は、本発明の好適な実施例による不足電圧復帰パルス回路網を示す部分 的な概略図である。 好適な実施例の詳細な説明 ここで第１図を参照して、高バッテリ温度状態をシミュレーションする再充電 可能バッテリ・システム用の高温シミュレータの動作を説明するブロック図を示 す。再充電可能バッテリは、一般にリチウム・イオン化学作用，リチウム・ポリ マ化学作用または鉛酸化学作用に基づくものでもよい。高温シミュレータは、一 般に整合性のない充電方式を有する異種充電システムまたは充電回路網を利用し て、再充電可能バッテリを充電することを可能にする。異種充電システムとは、 ニッケル・カドミウムまたはニッケル金属水素タイプのセルで用いられるもので 、第１動作モードおよび第２動作モードを有する。第１動作モードは、一般に急 速または高速モードで、第２モードは低速また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 、ニッケル金属水素セルはニッケル・カドミウム・セルを充電するように構成さ れる。 以下でさらに詳しく説明するように、本発明の好適な実施例は、ニッケル・シ ステム・バッテリ・チャージャに備わる固有の特徴を利用する。この特徴は、適 切な制御情報がバッテリから受信されると、再充電可能バッテリの急速充電は停 止することを保証する。この制御情報は、急速充電中のバッテリの温度に関連す る。所定の温度に達すると、ニッケル・システム・バッテリ・チャージャは低電 流または細流充電状態に自動的に切り替わり、再充電バッテリをよりゆっくり充 電できる。 本発明の好適な実施例は、再充電可能セル１０１を含むバッテリ１００を示す 。上記のように、再充電可能セル１０１はリチウム・イオン化学作用などを有す る一つまたはそれ以上のセルでもよい。制御回路１０３は、充電システム１０５ による充電中に、再充電可能セル１０１の電圧を測定または監視する。充電シス テム１０５は、一般にニッケル・カドミウムまたはニッケル金属水素セル用に用 いられるチャージャである。制御回路１０３は、Ｍotorola Ｉntegrated Ｃircu it Ｍodel Ｎo．ＳＣ371013Ｆ/ＦＥＲなどの比較器回路などでもよい。所定の電 圧レベルまたは電位に達したことを制御回路１０３が判定すると、制御回路１０ ３は制御ライン１０６上で制御信号を生成する。この所定の電圧は、一般に再充 電可能セル１０１の動作電圧によって決まる選択された電圧リミットであり、特 定のセル化学作用および／または関連充電アルゴリズムに依存して もよい。 制御ライン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・デバイ スのそれぞれに制御信号を伝達するために用いられる。低電圧スイッチは、電圧 が低くなりすぎると再充電可能セル１０１を切り離して、セルの破損を防ぐため に用いられる。高電圧スイッチ１０７および遅延回路１０９は、充電システム１ ０５と直列に配置され、充電中に所定の電圧に達した場合に所望の遅延後にオー プン回路にす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を介して電流の変化に応答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のオープ ンを再充電可能セル１０１が切断されたと判断することがある。これが生じると 、充電システム１０５はオフになることがある。 サーミスタ・スイッチ１１１は制御回路１０３に接続され、また制御ライン１ ０６を介して制御信号によってトリガされ、サーミスタ１１３をショート回路に する。当技術分野で周知なように、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。従って、サーミスタ１１３ に流れる電流は、サーミスタ１１３が晒される周囲環境に比例して変化する。こ の電流は、充電システム１０５によって温度値として解釈され、 充電システム１０５はこの値を利用して、充電モードをいつ切り替えるのかを判 断する。これらのモードは、充電レートが高レベルである高速または急速充電状 態から、充電レートが低い低速充電状態に一般に切り替えられる。サーミスタ・ スイッチ１１１はサーミスタ１１３に接続され、制御回路１０３によって制御さ れる。サーミスタ・スイッチ１１１は、起動すると、サーミスタ１１３の電流ま たは状態を変化させる。上記のように、サーミスタ１１３を流れる電流の増加は 、高温状態として充電システム１０５によって検出される。従って、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ための制御回路と して機能する。そこで、サーミスタ・スイッチ１１１は、再充電可能セル１０１ の高温状態をシミュレーションする。これに応答して、充電システム１０５は急 速または実質的に高速充電モードから、低速の細流充電モードに切り替わる。再 充電可能セル１０１は最初に所定の電圧、すなわち、充電方式の第１段階まで充 電できたので、このとき細流充電モードにより、再充電可能セル１０１は充電方 式の第２段階に従って充電できる。充電システム１０５が低電流に切り替わると 、再充電可能セル１０１の電圧は、再充電可能セル１０１内に存在する内部抵抗 のため、以前のレベルから若干低下する。この低い電流レベルにより、セルが完 全に充電されるまで、電圧が閾値電圧レベル以下のままで、再充電可能セルの連 続充電が可能になる。しか し、充電システム１０５を利用した充電は、理想的なリチウム・イオン充電方式 を利用した場合に比べて、一般により時間がかかる。 第２図は、再充電可能バッテリ２００で一般に用いられる高温シミュレータ回 路２０１の概略図を示し、ここで制御回路２０９は分離したあるいは仮想的なグ ランドに十分な電流を沈めることができる。第２図からわかるように、再充電可 能バッテリ２００は、充電電圧ノード２０３，温度ノード２０５および仮想グラ ンド・ノード２７０を一般に含む。動作中、充電電圧は充電電圧ノード２０３お よび仮想グランド・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、動作モードをいつ切り替える のかを判断する。バッテリ充電システムは、ニッケル・カドミウム・セル，ニッ ケル金属水素セルなどのために設計されたものでもよい。上記のように、低電圧 スイッチ２１０は、再充電可能セル２１１が選択された値以下に放電するのを防 ぐために用いられる。逆に、再充電可能セル２１２が充電中に所定の高電圧に達 したことを制御回路２０９が検出すると、制御ライン２１１を介して高温シミュ レータ回路２０１と、遅延回路２１４を介して高電圧スイッチ２１７とに制御信 号を送出する。高温シミュレータ回路２０１は、ダイオード２１３および抵抗器 ２１５によって構成される。制御信号が高温シミュレータ回路２０１および高電 圧スイッチ２ １７をイネーブルすると、温度ノード２０５における電圧を高レベルから仮想グ ランド・ノード２０７に切り替える。これは、電流が仮想グランド・ノード２０ ７に沈められるので、温度ノード２０５上の電圧を低い値に引き下げる効果を有 する。従って、この低い電圧は、サーミスタ２１６の高温状態をシミュレーショ ンする。これは、温度ノード２０５上で高温状態としてバッテリ充電システムに よって検出され、それによりバッテリ充電システムはモードを切り替えることが できる。ダイオード２１３は単独で利用できるが、抵抗器２１５は、バッテリ・ チャージャの特定のばらつきがこれらの条件下でテスト・モードに入るので、温 度ノード２０５上の電圧があまり低すぎる値まで低下しないようにするために用 いられる。 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 いて一般に用いられる高温シミュレータ回路３０１の概略図を示す。高温シミュ レータ回路３０１は、制御回路３１５が第２図に示す回路を利用可能にするため に大量の電流を沈めることが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および遅延回路３０８の機能および動作は、第１図およ び第２図で説明したものと同様であることが当業者に明白である。再充電可能バ ッテリ３００は、充電ノード３０２，温度ノード３０３および仮想グランド・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ＭＯ ＳＦＥＴ３０７，抵抗器３０９，抵抗器３１０，ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３０１ および抵抗器３１３からなる。動作中、制御回路３１５が高電圧スイッチ３１７ を起動すると、これはＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート・ソース間接合を バイアスする。抵抗器３１３は、制御回路３１５が破損した場合に、Ｎチャネル ＭＯＳＦＥＴ３０７のゲート上の電圧を引き上げるまたは増加するために用いら れる。抵抗器３１３は、制御信号が制御回路３１５からイネーブルされた場合に 、ほんのわずかな電流のみが充電ノード３０２から流れることを許す十分高い抵 抗値を有する。これにより、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１は低い抵抗値となり 、電流はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３１１，抵抗器３０９および抵抗器３１０を流 れる。またそれによって生じる電圧は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７を低い抵 抗状態にし、オン状態に切り替える。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７がオンする と、抵抗器３１６は、高温状態が存在することをバッテリ充電システム（図示せ ず）に指示あるいはシミュレーションするために、温度ノード３０３上の電圧を 十分低下させる機能を果たす。温度ノード３０３の電圧は、このノードに流れる 電流が仮想グランド・ノード３０５に向かうまたは沈められるので、低く降下す る。従って、サーミスタ３１４にて測定される電圧は、高温シミュレータ回路３ ０１を利用してシミュレーションされる。第３図に示す構成は、制御回路が装着 された充電システムから沈めな ければならない過剰な電流に対処できない場合にのみ利用できる。第３図に示す 回路はより複雑であるが、制御信号が制御回路３１５からイネーブルされた場合 に、わずかな量の電流のみが抵抗器３１３に流れるので、低電流という利点を有 する。 第４図は、高温シミュレータ回路３２０の概略図を示す。高温シミュレータ回 路３２０は、第２図に示したものに対する別の実施例であり、ここで装着された 充電システムからの高電流源が存在する。再充電可能セル３２２，低電圧スイッ チ３２４，高電圧スイッチ３２６および遅延回路３２８の機能および動作は、第 １図，第２図および第３図で説明したものと同様であることが当業者に明白であ る。好適な実施例では、高温シミュレータ回路３２０は、インバータ・ゲート３ ２１，ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２３および抵抗器３２５を含む。動作中、上記 の他の実施例と同様に、制御回路３２７がセル３２９内の高電圧状態を検出する と、制御信号が制御ライン３３１上で送出される。これは、制御ライン３３１上 の電圧を低状態まで引き下げ、これはインバータ・ゲート３２１の入力を低に制 御する。これは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２３をバイアスして、オンする。Ｐ チャネルＭＯＳＦＥＴがオンすると、温度ノード３３３は仮想グランド・ノード ３３５に実質的に接続されるので、温度ノード３３３を低状態に引き下げる。抵 抗器３２５の値は、装着されたバッテリ充電システムによっ て判断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 。従って、温度ノード３３３に接続された装着バッテリ充電システムは、このノ ード上の低い電圧に基づいて高温を検出する。高温シミュレータ回路３２０は、 疑似高温状態をシミュレーションまた生成する機能を果たす。 本発明を実施する好適な方法は、第１動作モードおよび第２動作モードを有し 、充電方式が再充電可能バッテリ内の再充電可能セルと整合性がない再充電可能 バッテリを充電することを含む。この方法は、充電装置から充電電流を再充電可 能セルに印加する段階と、再充電可能セルの電位を検出する段階と、温度センサ を利用して再充電可能セルの温度を測定し、所定の電位に達した場合に、温度セ ンサが充電装置に対して高温をシミュレーションできるように、第１制御回路網 から第２制御回路網に制御信号を送出する段階と、最後に、充電装置のシミュレ ーションされた高温を検出し、前記第１動作モードから第２動作モードに切り替 えて、再充電可能セルがより低いレートで充電できるようにする段階とを含む。 従って、開示される高温バッテリ・シミュレータ装置および方法は、消費者が リチウム・イオン・セルなどの再充電可能セルを収容して再充電するために特殊 なチャージャを購入することを負担せずに、新世代のリチウム・セルを利用する ことを可能にする。これは、所望の用途のために まったく新しいチャージャおよびバッテリを購入することとは異なり、リチウム 方式のセルを利用して、全体的なコストを低く抑えるという利点および長所をさ らに大きく高める。 第５図は、リチウム・イオンバッテリの安全および制御回路プラットフォーム またはバッテリ・システム４００のブロック図を示す。このシステムは、将来の リチウム・イオン・バッテリ用として、また現在利用中のバッテリ用の後付けと して開発されたものである。このシステムは、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できる有用で安全な再充電可能バッテリ ・システムを提供するため、さまざまなユーザおよび製造業者の推奨に対処する ことを意図する。 携帯電子装置と用いられるバッテリ・システム４００は、一つまたはそれ以上 のセル４０１の保護回路を含む。セル４０１は、一般にリチウム・イオンなどあ り、動作端子４０３，４１１において電位を与える。動作端子４０３，４１１は 、バッテリ・システム４００を電力源として利用する携帯製品（図示せず）に動 作電圧を供給するために用いられる。システムは、セル４０１を再充電するため に印加される充電電圧を受けるために用いられる充電端子４０５，４０７をさら に含む。データ端子４０９は、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タイプのメモリなどで、「スマート・チャージャ」と して知られるこのタイプのチャージャに情報を伝える。この情報は、バッテリを 再充電する前に充電システムが知る必要があるバッテリ・タイプや充電方式に関 する。最後に、温度端子４１３は、充電システムが再充電中にバッテリの温度を 検出することを可能にするために用いられる。これは、再充電プロセス中に充電 システムが正確なバッテリ温度を測定することを可能にするサーミスタ４１５な どの装置を利用して達成される。サーミスタ制御４１７はサーミスタ４１５に取 り付けられ、一次過電圧制御回路４１９および二次過電圧制御回路４２１によっ て制御され、サーミスタ４１５の周りの電流を変更または再配向させる。サーミ スタ制御４１７については上で詳しく説明済みであり、セル４０１の高温状態を シミュレーションする効果を有する。その後、この状態は装着された充電システ ム（図示せず）によって検出され、高速充電からより遅い細流充電に動作モード を変更することを可能にする。 一次過電圧制御４１９はセル４０１に接続され、セルが選択された電圧以上に 増加または上昇することを防ぐため、セル４０１上に存在する累積電圧を測定す るために用いられる。一次過電圧制御４１９が破損したり動作不能になった場合 、二次過電圧制御４２１が用いられ、各セル上の電圧を測定し、各セルが選択さ れた電圧以上に増加または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が起動すると、制御信号が一つまたはそれ以 上の独立した過電圧スイッチ４２３に供給される。独立した過電圧スイッチ４２ ３のどれか一つでも起動すると、オープン回路となり、セル４０１を動作端子４ ０３，４１１から切り離す。各制御信号は、独立した過電圧スイッチ４２３を起 動する前に制御信号を遅延する遅延素子４２５または４２７を利用して遅延され る。遅延素子４２５，４２７は、独立した過電圧スイッチ４２３がイネーブルさ れ、充電電流をセル０１から切断する前に、サーミスタ制御４１７が制御信号を 受信することを保証するために用いられる。これにより、装着された充電システ ムはセル４０１のシミュレーション温度変化を検出でき、また独立した過電圧ス イッチ４２３を起動する前に動作モードを変更できる。同様に、不足電圧制御４ ２８は、セル４０１の累積電圧を測定し、この累積電圧が所定のレベル以下に低 下した場合に、制御信号を不足電圧スイッチ４２９に与えるために用いられる。 独立した過電圧スイッチ４２３と同様に、不足電圧スイッチ４２９はセル４０１ と直列接続され、セルの電圧が望ましくない低レベルまで降下した場合に、セル ４０１を切り離して、セル４０１の破損を防ぐ。 セル平衡制御(cell balancing control)４２２は、各セル４０１と並列に接続 された負荷（図示せず）からなる。セル平衡制御４２２は、充電中に各セルをほ ぼ同じ電圧レベルで維持するために、セル両端の負荷を切り替えるべく機能する 。負荷は、一つセルが他のセルに比べて若干高い電圧になった場合に、このセル を若干放電するために用いられる。負荷は、セル電圧が他のセルと整合性のある レベルまで低下したら切断される。 一次短絡プロテクタ４３１は、独立した過電圧スイッチ４２３および不足電圧 スイッチ４２９の両方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 安定したＤＣ抵抗を固有に有するので、これらの電圧は、セル４０１が再充電さ れる際に流れる電流に比例する。独立した過電圧スイッチ４２３および不足電圧 スイッチ４２９に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 れらのスイッチ両端の電圧も低下させる。独立した過電圧スイッチ４２３および 不足電圧スイッチ４２９両端の選択された電圧降下に応答して、一次短絡プロテ クタ４３１は制御信号を不足電圧スイッチ４２９に与える。これは、不足電圧ス イッチ４２９がセル４０１を端子４０３〜４１１から切断して、過剰な高電流状 態がなくなるまでさらなる放電を防ぐことを保証する。これは、きわめて高い負 荷条件下でセルが過剰な熱を発生し、破損することを防ぐための安全機能として 働く。 過充電電流プロテクタ４３３は、一次短絡プロテクタ４３１に流れる電流量を 直接測定することにより、一次短絡プロテクタ４３１を補完する。電流が選択さ れたレベルに達すると、独立した過電圧スイッチ４２３に対して制御信号が過充 電電流プロテクタ４３３によって生成され、この過電圧スイッチはセルを端子４ ０３〜４１１から切断する。さらに、過充電電流プロテクタ４３３は、充電電流 を制限するために用いられる。セル４０１はリチウム・イオン・タイプのセルで あり、ニッケル・セル用の充電方式で設計されたチャージャで用いられるため、 リチウム・イオン・セルの最適レベルよりも高い電流レベルで充電する場合が多 い。この場合、過充電電流プロテクタ４３３はこの高い電流レベルを検出して、 高温状態をシミュレーションするため制御信号をサーミスタ制御４１７に与える 。これはニッケル・システム・チャージャをだまして、強制的にリチウム・イオ ン・セルにより適した低電流または細流充電モードにする。 電子装置過電圧プロテクタ４３５は、セル４０１および充電端子４０５と直列 接続され、独立した過電圧スイッチ４２３のいずれかが起動したときを判定する 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にてバッテリ・システム４００に装着された電子装置を破損 するレベルまで増加または上昇するので、電子装置過電圧プロテクタ４３５は独 立し た過電圧スイッチ４２３の起動を検出し、それに応答して、動作端子４０３を充 電端子４０５から切断し、動作端子４０３に装着された電子装置に対してチャー ジャが潜在的に危険な電圧を供給することを防ぐ。あるいは、電子装置過電圧プ ロテクタ４３５を利用しない場合、温度ヒューズ４３７を構成できる。温度ヒュ ーズ４３７もセル４０１および充電端子４０５に直列接続され、一般に高電力ツ ェナ・ダイオード（図示せず）などである。ツェナ・ダイオードは、セル４０１ が選択された電圧以上の場合に電流を分流させるべく機能するものであるが、こ のような場合に、動作端子４０３に装着された電子装置が破損する恐れがあるた めである。 二次短絡プロテクタ４３９は電流検出素子として機能し、セル４０１と、動作 端子４０３と、充電端子４０５との間で直列に接続される。二次短絡プロテクタ ４３９はポリスイッチ(polyswitch)などで、一次短絡プロテクタ４３１または過 充電電流プロテクタ４３３によって検出されない過剰な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は電流検出素子として機能し、セル４０１と、動 作端子４０３と充電端子４０５との間に直列に入れられ、電流が許容できないレ ベルまで上昇する破壊的な事態に備えた最後の手段または最終的なバックアップ として用いられる。一般に、このヒューズは、ランナ(runner)長さを最小限に抑 えるため、セル４０１に近 接して配置される。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の他の電流保護システムと干渉しないように動作速度が 遅いタイプである。 最後に、不足電圧復帰パルス回路網(undervoltage recovery pulse network) ５００は、独立した過電圧スイッチ４２３のいずれか一つが起動され、セルが充 電端子４０５に接続されなくなった場合に用いられる。これらの条件下では、バ ッテリが充電システム（図示せず）に最初に接続されると、充電システムはまず 充電端子４０５，４０７上に存在する電圧を検出する。電圧が存在しなければ、 充電システムはバッテリが接続されていないと判断し、充電電圧を動作端子４０ ３，４１１に供給しない。しかし、バッテリが最初に接続されると、所定の電圧 および振幅の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、不足電圧復帰パルス回路網５００によって検出され、この回路網は この電圧を利用して、独立した過電圧スイッチ４２３の動作を復帰させる。独立 した過電圧スイッチ４２３の動作が復帰したら、適切なスイッチが閉じて、電子 装置過電圧プロテクタ４３５を介してセル４０１と充電端子４０５との間の導通 状態を回復する。従って、セル４０１の電圧は、発生した何らかの事象のために バッテリ・システム４００がディセーブルされ、セルが切断されても、充電シス テムが動作端子４０３，４１１ 上のこの電圧を検出するのに十分高速に回復する。充電システムは、充電端子４ ０５，４０７上の電圧を認識し、充電電圧をこれらの端子に印加することにより 充電サイクルを開始する。 第６図は、典型的なリチウム・イオン再充電可能バッテリ・システムにおいて 用いられるような不足電圧復帰パルス回路網５００の概略図である。第５図で説 明したように、このシステムは、特に、複数のセル５０１，バッテリ・コントロ ーラ５０３，過電圧スイッチ５０５，不足電圧スイッチ５０７，比較器５０９， サーミスタ５１１およびサーミスタ制御５１３を含む。電子装置過電圧プロテク タ５１５は、前記過電圧スイッチ５０５の状態を監視して、セル５０１に装着さ れた電子装置が破損することを防ぐためのトランジスタ５１６，５１８，５２０ によって構成される。 不足電圧復帰パルス回路網５００は、抵抗器５２７，５２９，５３１，５３３ およびキャパシタ５３２と共にトランジスタ５２３，５２５からなる。一次過電 圧スイッチ５０５または二次過電圧スイッチ５０６が起動されるか、あるいは不 足電圧スイッチ５０７が起動される事態をバッテリが経験したと仮定すると、セ ル５０１はもう充電端子５３５に接続されていない。バッテリを内蔵したセル５ ０１が充電回路網に接続されていても、充電サイクルを開始するための電圧は充 電回路網によって検出されない。 これを防ぐため、不足電圧復帰パルス回路網５００は次 のように機能する。携帯バッテリが充電回路網に最初に装着されたとき、充電回 路網がこのように装備されている場合、低レベル電圧またはパルスがデータ端子 ５３７またはサーミスタ端子５３９に一般に印加される。サーミスタ端子５３９ はダイオード５４１を介して充電端子５３５に接続されるので、一般に小さな電 圧がすでに充電端子５３５上に存在する。電圧がデータ端子５３７上に存在する と仮定すると、この電圧は抵抗器５２９，５３１からなる分圧器に送られる。そ の結果、トランジスタ５２３およびトランジスタ５２５はオンされ、電圧を電子 装置端子５３６から充電端子５３５に供給する。その後、充電回路網は、接続さ れたセルの電位を検出するため、検出パルスを充電端子５３５に印加する。検出 パルスにより、電流は充電端子５３５からトランジスタ５２３を介して電子装置 端子５３６に流れることができ、セル５０１を通過する。これは、比較器５０９ をイネーブルする効果を有し、この比較器５０９はトランジスタからなる一次電 圧スイッチ５０５をオンする。従って、トランジスタ５２３は、スタートアップ ・パルスまたは開始電圧がバッテリ・コントローラ５０３を再起動することを可 能にするため、電子装置過電圧プロテクタ５１５の一時的なバイパスとなる。電 子装置過電圧プロテクタ５１５は、充電端子５３５上の充電電圧をトランジスタ ５１８およびトランジスタ５２０を介して二次過電圧スイッチ５０６およびバッ テリ・コントローラ５０３に 結合あるいはバイパスするトランジスタ５１６を含む。これは、セル５０１が充 電端子５３５に接続されていない場合にも生じる。バッテリ・コントローラ５０ ３が再起動されると、トランジスタ５４２は、電圧が約３．０ボルトに達すると 、抵抗器５４３，５４４からなる分圧器によってオンされる。これにより、サー ミスタ５１１の通常動作が可能になる。トランジスタ５２３はＮチャネルＭＯＳ ＦＥＴであり、電子装置端子５３６の電圧がデータ端子５３７上の電圧よりも大 きい電圧、すなわち約５．０ボルトに達すると、オフ状態に切り替わる。抵抗器 ５３１およびキャパシタ５３２は、データ端子５３７を有していないが、充電出 力キャパシタンスなどある種の出力パルスを与えるチャージャに、パルス結合経 路を提供する。充電端子５３５上で電圧が検出されると、他のすべてのバッテリ ・システムは通常動作を開始する。 本発明の好適な実施例について図説してきたが、本発明はそれに制限されない ことが明白である。さまざまな修正，変更，変形，代替および等価は、請求の範 囲によって定められる本発明の精神および範囲から逸脱せずに、当業者に想起さ れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．再充電可能バッテリと共に用いられ、前記再充電可能バッテリに関連する事 象のために動作的にディセーブルされたバッテリ・コントローラに開始電圧を与 える装置であって、前記再充電可能バッテリは充電システムによって充電され、 少なくとも一つのセルと、充電電流を前記再充電可能バッテリに供給する充電端 子と、情報を前記充電システムに供給するデータ端子とを含む、装置であって： 前記充電システムによって前記データ端子に印加される第１電圧を検出する少 なくとも一つのスイッチ； 第２電圧を前記充電端子から前記バッテリ・コントローラに供給して、前記バ ッテリ・コントローラをイネーブルする結合手段； によって構成され、 前記バッテリ・コントローラは、前記充電システムによって検出するために、 前記少なくとも一つのセルの電位を前記充電端子に送出することを特徴とする装 置。 ２．前記データ端子は、充電情報を前記充電システムに送出することを特徴とす る請求項１記載の装置。 ３．前記データ端子は、温度情報を前記充電システムに送出することを特徴とす る請求項１記載の装置。 ４．前記少なくとも一つのセルは、リチウム・イオン・セルであることを特徴と する請求項１記載の装置。 ５．前記充電端子は、前記充電システムから前記少なくとも一つのセルに充電電 圧を供給することを特徴とする請求項１記載の装置。 ６．前記結合手段は、複数のトランジスタからなることを特徴とする請求項１記 載の装置。 ７．携帯バッテリに関連する安全制御システムのためにディセーブルされたバッ テリ・コントローラをイネーブルする方法であって、前記携帯バッテリは、前記 携帯バッテリ内の少なくとも一つのセルに充電電流を供給する充電ノードと、情 報を充電システムに伝えるデータ・ノードとを含む、方法であって： 前記携帯バッテリを前記充電システムに装着する段階； 前記充電システムにより前記データ・ノードで与えられる第１電圧を検出する 段階； 前記データ・ノードからの前記第１電圧で、第１スイッチを起動する段階； 前記充電ノードを介して前記充電システムによって与えられる第２電圧で、前 記バッテリ・コントローラをイネーブルする段階；および 前記充電システムによる検出のため、前記少なくとも一つのセルを前記充電ノ ードに接続する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ８．前記イネーブルする段階は： 前記少なくとも一つのセルを前記充電ノードと接続する 前記バッテリ・コントローラで、第２スイッチを起動する段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９．前記情報は、前記少なくとも一つのセルに関連する充電情報であることを特 徴とする請求項７記載の方法。 １０．前記情報は、前記少なくとも一つのセルに関連する温度情報であることを 特徴とする請求項７記載の方法。