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JP2001516122A - 細動除去装置中のバッテリパックの状態を監視する方法及びシステム - Google Patents

細動除去装置中のバッテリパックの状態を監視する方法及びシステム

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JP2001516122A
JP2001516122A JP2000510037A JP2000510037A JP2001516122A JP 2001516122 A JP2001516122 A JP 2001516122A JP 2000510037 A JP2000510037 A JP 2000510037A JP 2000510037 A JP2000510037 A JP 2000510037A JP 2001516122 A JP2001516122 A JP 2001516122A
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JP
Japan
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battery pack
monitor
cells
battery
cell
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Application number
JP2000510037A
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English (en)
Inventor
イエルコビッチ、ディー
Original Assignee
フィジオ − コントロール・マニュファクチュアリング・コーポレーション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by フィジオ − コントロール・マニュファクチュアリング・コーポレーション filed Critical フィジオ − コントロール・マニュファクチュアリング・コーポレーション
Publication of JP2001516122A publication Critical patent/JP2001516122A/ja
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/38—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for producing shock effects
    • A61N1/39—Heart defibrillators
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、バッテリパックの容量を監視する方法およびシステムを提供するものである。 【解決手段】 バッテリパック6 は負荷ＲL に電流を供給することができる。バッテリパック6 はモニタセルＣ2 とバッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を含んでいる。モニタセルＣ2 はバッテリセルの予め定められた初期エネルギレベルよりも低い予め定められた初期エネルギレベルを有している。モニタシステム22はバッテリパックに接続されたアナログデジタル変換器10およびマイクロプロセッサ12を含み、バッテリパックの電圧を監視する。モニタセルＣ2 が消耗されたことを示す電圧変化を検出したとき、モニタシステムはバッテリパックが消耗に近い状態であることを示す信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリを監視し、細動除去装置中のバッテリパックの状態を決定
する方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリはしばしばポータブル電子装置の電源として使用される。使用期間後
に、ポータブル装置中のバッテリは消耗してポータブル装置の性能に影響する。
バッテリのエネルギレベルがあるしきい値より下に低下するとき、ポータブル装
置は動作を停止する。この時点でバッテリは再充電または交換しなければならな
い。したがって、多くの応用において、バッテリ中の残りの充電量を監視し、バ
ッテリが消耗する前にポータブル装置の使用者に警告することが有効である。
【０００３】 バッテリ中の残りの充電量を監視することが重要である１つの環境はポータブ
ル外部細動除去装置である。ポータブル心臓細動除去装置は高エネルギの細動除
去パルスを発生してそれを患者の胸に供給して患者の心臓の細動を停止させて正
常なリズムに復帰させる。単一の細動除去パルスの印加が患者の心臓を正常なリ
ズムに回復させることに失敗する場合もある。そのような場合には追加の細動除
去パルスを供給することが必要である。ポータブル外部細動除去装置は通常細動
除去装置に給電するために多数の電池を含むバッテリパックを使用している。バ
ッテリパックは細動除去パルスを発生するためにエネルギ蓄積キャパシタが充電
されることを可能にしている。バッテリパックが消耗した場合には患者は加療す
ることができない。
【０００４】 それ故、外部細動除去装置が常に確実に使用することができるようにするため
に、バッテリパック中の残りの充電量を監視することが有効である。バッテリの
監視は、バッテリがほとんど消耗され、交換または再充電される必要がある時期
を指示する。
【０００５】 従来技術において、バッテリパック中の残りのエネルギを監視するために種々
の努力が為されている。通常行われる方法の１つは、バッテリパックが電気負荷
に接続されている状態でバッテリパックからの出力電圧を測定する方法である。
バッテリパックが放電されると典型的に電圧は降下する。このような各種の方法
ではバッテリパック中のバッテリのインピーダンスのような他のバッテリパラメ
ータを測定し、バッテリパックがその使用寿命の終りに近いことを示す変化を検
出する。
【０００６】 電圧降下を検出するためにバッテリパックからの出力電圧を監視する場合の欠
点の１つは、この方法が典型的な再充電可能でないバッテリのエネルギレベルを
正確に監視するために使用することができないことである。図１は時間に関して
描かれた単一の再充電可能でないリチウム電池の出力電圧Ｖを示している。リチ
ウム電池の出力電圧Ｖは、出力電圧が急激に降下するその寿命時間ｔの終り近く
まで比較的一定のままである。電圧の急峻な降下のために、バッテリパックがほ
ぼ消耗された時点を監視する十分な利点を与えることは不可能である。バッテリ
の電圧が降下しはじめる時間によってしばしば不十分なエネルギしかバッテリパ
ック中に残らない状態で可成の期間電子装置に給電する。これは細動除去装置の
ような高いエネルギ使用率を有する装置では重要な問題である。
【０００７】 バッテリパック中の残りのエネルギを決定する別の方法は米国特許第５４８３
１６５号明細書（Cameron 他）に開示されており、それは直列に接続された多数
の同一のバッテリセルからなる主バッテリを有する細動除去装置を記載している
。１個の感知セルが主バッテリと直列に接続されている。感知セルは主バッテリ
の各バッテリセルと同一タイプで製造される。電流は主バッテリおよび感知セル
を通って負荷へ流れる。すべてのセルが同一であるから、主バッテリ中のバッテ
リセルおよび感知セルは正常な環境では同じ速度で消耗する。しかしながらCame
ron 等は感知セルから付加的なインクレメント電流を抽出するための専用の回路
を開示している。インクレメント電流の値は任意の定数でスケールされた負荷に
供給される電流値に等しい。インクレメント電流を抽出する専用の回路は、感知
セルと接地電位との間に接続された可変抵抗を含んでいる。この可変抵抗は感知
セルから抽出されたインクレメント電流の値を変化させるために使用される。
【０００８】 Cameron 等の文献に記載された感知セルは主バッテリ中の残留充電量を評価す
るために使用される。感知セルは主バッテリよりも早い速度で放電されるから、
使用寿命の終りにおけるバッテリセルの電圧降下特性はまず感知セルにおいて生
じる。感知セルにおける電圧降下が制御装置によって検出されたとき、信号その
他の警報が発生されて主バッテリもまた消耗に近いことを指示する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
Cameron 等による方法はバッテリの監視のために他の従来技術にまさるいくつ
かの利点を提供するが、欠点も有する。感知セルから付加的な電流を引き出すこ
とが必要があるために複雑性が増加して望ましくなく、それに伴う問題が認識さ
れる。例えば、Cameron 等による方法は、専用の電圧モニタおよび感知セルから
インクレメント電流を引き出すための可変抵抗回路を必要とする。インクレメン
ト電流を引き出すために必要な付加的な部品およびバッテリコンタクトは、バッ
テリモニタシステム中の部品が故障してバッテリ監視技術を無効にする潜在的な
可能性を増加させる。
【００１０】 故障の潜在的な可能性の増加は別にして、電圧モニタおよび可変抵抗の付加は
別の問題を生じる。電圧モニタおよび可変抵抗の付加はバッテリモニタシステム
を伴う装置のコストを増加させる。電圧モニタおよび可変抵抗はまたシステムの
重量および寸法を増加させる。
【００１１】 感知セルからインクレメント電流を引き出す付加的な回路の使用は、バッテリ
パック中に含まれるバッテリセルの交換できるタイプを制限する。例えば、リチ
ウムバッテリセルがバッテリパック中で使用される場合には、リチウムバッテリ
セルの予想される電圧曲線に対応するインクレメント電流が使用されなければな
らない。バッテリ技術が改良され、或いは使用者が例えば再充電可能なニッケル
カドミウムバッテリセルのような異なったタイプのバッテリセルを使用したいと
き、新しいバッテリセルの予想される電圧曲線に対応する異なる量のインクレメ
ント電流が新しいバッテリセルから引き出されなければならない。それ故、ポー
タブル電子装置のオペレータは装置で使用されるバッテリパックのタイプに応じ
て引き出されるインクレメント電流の量を調節しなければならない。付加的な調
整を行う必要性は、特定の応用に適したタイプのバッテリを使用者が選択する場
合の制限となる。
【００１２】 バッテリパックの残留充電量の監視に加えて、生じる可能性のあるバッテリセ
ルの故障を検出するためにバッテリパック内の個々のバッテリセルが健全状態で
あることを監視することが有効である。個々のバッテリセルの故障はバッテリパ
ックのエネルギ蓄積容量を減少させ、またバッテリパックの放電中のバッテリパ
ックの性能に悪影響を与える。
【００１３】 上述の説明から認められるように、バッテリパックの状態を監視する改良され
た方法に対する必要性が存在する。本発明は、このような必要性を解決すること
を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１形態によれぱ、細動除去装置のバッテリパックの状態を監視するた
めの方法およびシステムが提供される。バッテリパックは複数のバッテリセルを
含み、その少なくとも１つはモニタセルとして指定される。１実施形態によれぱ
、モニタセルは１以上の他のバッテリセルの初期エネルギレベルよりも低い初期
エネルギレベルを有している。モニタシステムはバッテリパックからの出る電圧
を監視するためにバッテリパックに接続されたアナログデジタル変換器およびマ
イクロプロセッサを備えている。モニタシステムがしきい値よりも大きいバッテ
リパックの両端間の電圧変化または電圧変化速度を検出したとき、モニタシステ
ムはバッテリパックが消耗限界に近いことをオペレータに警報する。
【００１５】 本発明の１特徴によれぱ、バッテリパックおよびモニタセルの容量は、モニタ
セルの消耗後にバッテリパック中の残りのバッテリセルによって与えられる電圧
で細動除去装置が動作を続けることができるように予め定められている。
【００１６】 本発明の別の特徴によれぱ、モニタセルは、バッテリパック中の他のセルより
もアンペア−時間が小さい定格である。或いは代りに、モニタセルは、バッテリ
パック中の他のセルに接続される前に予め定められたレベルまで放電される。
【００１７】 本発明のさらに別の特徴によれぱ、モニタシステムは、細動除去装置がモニタ
セルの消耗の検出において与えることができる衝撃の近似的な数の指示を行う。
多数のモニタセルが使用される実施形態においては、モニタシステムは、個々の
モニタセルの消耗を検出して各モニタセルの消耗したとき細動除去装置の動作容
量の指示を与える。
【００１８】 本発明の別の形態によれぱ、複数のバッテリセルを有する再充電可能なバッテ
リパック中の故障または消耗したバッテリセルの存在を識別する方法が提供され
る。バッテリパックは負荷に電流を流すことができるように負荷に接続される。
負荷への電流の供給中にバッテリパックの両端間の電圧または電圧変化速度が測
定される。測定された電圧または電圧変化速度はしきい値と比較され、消耗また
は故障したバッテリセルの存在することの指示を与える。
【００１９】 本発明の前述の特徴および付随する利点は、添付図面を伴って以下の詳細な説
明を参照することによって容易に認識され、より良く理解されるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明はバッテリパックが配置されている細動除去装置その他の装置中のバッ
テリパックの状態を検出する。本発明の１実施形態によれぱ、バッテリパックの
電圧が監視されてバッテリパックの残りの充電量およびバッテリパック中の個々
のバッテリセルの状態の指示が与えられる。図２はポータブル細動除去装置4 の
ようなポータブル電子装置中に内蔵されているバッテリパック6 における残りの
充電量を監視する本発明の１実施形態のブロック図である。バッテリパック6 は
複数のバッテリセルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 を含み、それらはバッテリパックの
出力電圧が個々のバッテリセルからの出力電圧の合計に等しくなるように直列に
結合されている。図２には４個のセルが示されているが、バッテリパックを含む
電子装置を給電するために必要な出力電圧に応じて任意の数のバッテリセルがバ
ッテリパック中に含まれることができることが認識されるであろう。
【００２１】 バッテリセルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 の１つはモニタセル8 として指定される
。図２はモニタセルとしてセルＣ2 を示しているが、バッテリパック中の任意の
他のバッテリセルがモニタセルとして使用されることができることが認識できる
であろう。ダイオードＤがモニタセルと並列に接続され、モニタセルが消耗また
は故障した場合には順方向にバイアスされる。ダイオードＤはモニタセルが消耗
した場合にバッテリパックが出力電流を流すように導電路を提供する。
【００２２】 各バッテリセルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 は実質上同じ出力電圧および同じ構造
形式を有することが好ましい。バッテリセルはリチウム電池、ニッケルカドミウ
ム電池、アルカリ電池、および亜鉛カーボン電池を含む任意の形式のセルで良い
が、それらに限定されない。以下さらに詳細に説明するように、好ましい実施形
態においては、バッテリセルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 は完全に充電したセルであ
り、ほぼ同じエネルギ蓄積容量と初期エネルギ充電レベルを有している。しかし
ながら、モニタセル8 はバッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 のそれぞれに蓄積された
エネルギよりも低い初期蓄積エネルギレベルを有するように構成されている。
【００２３】 バッテリパック6 の負端子は接地電位に結合され、バッテリパック6 の正端子
は負荷ＲL に接続されている。負荷ＲL はバッテリパック6 から電流が出力され
る任意の負荷を表している。例えば、バッテリパックが細動除去装置4 に内蔵さ
れるとき、負荷ＲL は心室細動その他の衝撃可能なリズムを受ける患者に細動除
去パルスが供給されることを許容するためにエネルギ蓄積キャパシタを充電する
回路を表している。
【００２４】 モニタシステム22はバッテリパック6 からの出力電圧を監視してバッテリパッ
クがほぼ消耗したことを決定するために設けられている。モニタシステム22はア
ナログデジタル変換器10およびマイクロプロセッサ12を備えている。バッテリパ
ック6 の正端子はアナログデジタル変換器10にライン16によって接続されている
。アナログデジタル変換器10はバッテリパック6 の両端の電圧を測定し、その電
圧をデジタル信号に変換する。そのデジタル信号はバス18によってマイクロプロ
セッサ12に供給されてバッテリパックの両端の電圧または電圧変化速度を監視す
ることを可能にする。なお、ここで電圧変化とは電圧における変化または電圧の
変化速度の変化のいずれかを意味するものとする。
【００２５】 好ましい実施形態では、モニタセルは他のバッテリセルとほぼ同じエネルギ蓄
積容量を有している。しかしながら、バッテリパック6 の組立てに先立って、モ
ニタセル8 中のエネルギの量は、バッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 のそれぞれに含
まれている初期エネルギよりも小さいように設定される。モニタセルが他のセル
よりも小さいエネルギを含むことを確実にするために２つの技術が使用されるこ
とができる。モニタセルは完全に充電された状態にあるときの他のバッテリセル
よりも小さいアンペア時間定格であるように選択されている。その代りに、モニ
タセル8 は予め定められた長さの時間中モニタセル8 から既知の電流を引き出す
ことによって放電されてもよい。例えば、放電は予め定められた長さの時間モニ
タセル8 から電流を引き出すようにモニタセル8 （Ｃ2 ）に抵抗を接続すること
によって行われることができる。
【００２６】 モニタセル中のエネルギ量が設定された後、バッテリパックが組立てられて細
動除去装置中に配置される。バッテリパック6 からの電流が負荷ＲL に供給され
るとき、バッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 とモニタセル8 Ｃ2 はほぼ等しい速度で
放電される。バッテリセルＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 は直列に接続され、モニタセ
ル8 Ｃ2 の初期エネルギレベルは他のセルよりも低いためにモニタセル8 はバッ
テリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 より前に消耗する。モニタセル8 が消耗したとき、こ
のモニタセル8 からの出力電圧は図３に示されているように低下する。
【００２７】 図３はバッテリパック6 からの出力電圧のグラフである。横軸は時間を表し、
縦軸は電圧を示している。バッテリパックからの初期入力電圧レベルＶi はバッ
テリパック中の全てのバッテリセルからの電圧の合計に等しい。バッテリパック
の寿命の大部分に対して出力電圧は初期電圧レベルＶi またはそれに近い状態で
維持される。時間ｔ2 において、モニタセル8 がほとんど消耗した状態になり、
モニタセル8 からの出力電圧は急速に降下する。それ故、時間ｔ3 においてバッ
テリパックからの出力電圧は対応した量だけ最初の電圧レベルＶi から中間電圧
レベルＶw に低下する。中間電圧レベルＶw は残りのバッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，
Ｃ4 からの出力電圧の合計からダイオードＤの順方向電圧降下を減算したものに
等しい。
【００２８】 モニタセル8 は消耗したとき開路状態であることが認識される。ダイオードＤ
はモニタセルをバイパスしてモニタセル8 の電流バイパスとして作用し、そのた
めバッテリパックは細動除去装置に対する電流の供給を続ける。
【００２９】 バッテリパックは時間ｔ3 に続いてある程度の期間は中間電圧レベルＶw を供
給し続ける。好ましい実施形態ではバッテリセルの出力、したがって中間電圧レ
ベルＶw は装置の性能が全く、或いはほとんど失われないで細動除去装置に電力
を供給し続けるのに適したように予め定められている。バッテリパック6 による
電流の供給が続けられると、最終的にはバッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 が消耗状
態になる。時間ｔ4 において、バッテリセルＣ1 ，Ｃ3 ，Ｃ4 はほとんど消耗状
態となり、急速に降下する。時間ｔ4 以後はバッテリパックからの出力電圧は細
動除去装置に給電するには不十分となる。
【００３０】 初期電圧レベルＶi から中間電圧レベルＶw への電圧変化の検出はバッテリパ
ック6 における残留充電量のポータブル電子装置のオペレータに対する警告に使
用される。マイクロプロセッサ12がモニタセルの消耗によって生じた電圧変化を
検出したとき、警告がディスプレイによってオペレータに対して与えられる。警
告は音響または可視警報でよい。警告は、バッテリパック6 がまたもなく完全に
放電し、装置が動作できなくなる前にバッテリパックが交換または再充電されな
ければならないことをオペレータに指示する。
【００３１】 上述のようにバッテリパックの電圧はバッテリパックがほとんど消耗されるま
でほぼ一定に維持される。それ故、モニタセル8 の消耗によって生じた電圧変化
はマイクロプロセッサによって容易に検出される。マイクロプロセッサは予め定
められたしきい値より大きい電圧変化が検出される時点を検出するように予めプ
ログラムされている。したがって、マイクロプロセッサはモニタセルが消耗した
ことを検出し、モニタセルが消耗したこと、したがってバッテリパック6 が消耗
に近付いていることを示す警告をオペレータに与える。
【００３２】 好ましい実施形態ではバッテリパック6 は外部細動除去装置内で使用される。
そのような実施形態では、バッテリパックは注意深く大きさを定められ、モニタ
セルが消耗したときバッテリパックは依然として予め定められた範囲の衝撃中細
動除去装置を動作させるのに十分なエネルギを含んでいる。したがって、バッテ
リパックは、細動除去装置が患者に対する細動除去ができなくなる前に消耗状態
に近いことの指示をオペレータが確実に与えられるような大きさである。好まし
い実施形態では、バッテリパックのエネルギレベルはオペレータがほぼ予め定め
られた数の細動除去装置の衝撃を与えることを可能にするような大きさにされる
。従って、マイクロプロセッサはバッテリパックの消耗する前に細動除去装置が
与えることのできる細動除去装置の衝撃の数の近似値をオペレータに指示する。
バッテリパック内に残された衝撃の数の指示はもちろん近似的であり、それはバ
ッテリセルの構造が種々あり、バッテリの放電速度が異なるからである。
【００３３】 モニタセル8 の初期エネルギレベルが計算され、それによりバッテリセルＣ1
，Ｃ3 ，Ｃ4 中に残っている充電量の近似量がモニタセルが充電したとき知られ
ている。勿論、計算は近似的であり、それはバッテリセルの構造が種々であり、
バッテリの放電速度が変化し、バッテリパックがさらされる環境状態が変化する
こと、およびその他の要因によるためである。
【００３４】 本発明の別の実施形態ではバッテリパック中に多数のモニタセルが設けられて
いる。各モニタセルは他のモニタセルとは異なった予め定められた初期エネルギ
レベルを有することができる。バッテリパックが放電されるとき、異なった初期
エネルギレベルを有する各モニタセルはそれぞれ異なった時間に消耗状態にされ
る。モニタ回路は個々の各モニタセルの消耗を検出して、個々の各モニタセルの
消耗においてバッテリパック内の残りのエネルギの指示を与える。それ故、マイ
クロプロセッサは個々の各モニタセルの消耗後の電圧測定に基づいてバッテリパ
ック内の残りの電力の指示を行うようにプログラムされることができる。
【００３５】 バッテリパックにおいて測定された電圧に基づいて、マイクロプロセッサはバ
ッテリパックに残されたエネルギ蓄積容量を概算してバッテリが使用できなくな
るまでに細動除去装置が何回動作できるかを計算することができる。バッテリパ
ック内の残りのエネルギの指示またはバッテリパックの消耗までにどのくらい長
く細動除去装置が動作できるかの指示は、バッテリパック内の各セル充電状態お
よび放電、細動除去装置内のシステムの有効な動作のための条件、各衝撃で与え
られるエネルギと関連する可変パラメータにより近似される。
【００３６】 バッテリパックに残っている充電量を監視するための本発明の方法およびシス
テムは、バッテリパックの故障を予測する簡単で信頼性のある技術を提供する。
本発明は、信頼性のあるバッテリ電力を必要とする外部心臓細動除去装置を含む
種々の可能な環境に適用される。通常の外部心臓細動除去装置は細動除去装置に
おける本発明の構成に必要とされる多数の部品を含んでいる。多くの場合に、新
しいバッテリパックに対して本発明を実施するために追加する必要があるのはダ
イオードＤおよび付加的なソフトウエアだけである。
【００３７】 本発明の別の実施形態では、バッテリパック内の劣化または故障したバッテリ
セルもまたバッテリパックの放電中におけるバッテリパックの電圧変化を監視す
ることによって検出できる。バッテリセルは時には故障してそれらの能力の保持
が不規則になり、充電または放電ができなくなることが認められる。バッテリセ
ルのそのような故障は種々の環境によって生じる。例えばバッテリセル性能の劣
化はセルの密封に故障がありセルが乾燥することによって生じる。別の例として
、バッテリセルの汚染がバッテリセルの再充電のときに生じる可能性がある。そ
のような汚染はバッテリセル内に望ましくない漏洩電流を生成し、それによって
蓄積されているエネルギを消耗させる。バッテリセルの故障が生じると、故障し
たバッテリセルが検出されて取除かれることができる。
【００３８】 本発明は、放電中にバッテリパックの電圧変化を監視することによってバッテ
リパック中の故障したバッテリセルを検出する。図４はバッテリパック42の電圧
を監視するためのシステムのブロック図である。図から認められるように、図４
のシステムはダイオードＤが使用されないことを除いて図２のシステムと類似し
ている。バッテリパック42は直列に接続された複数のバッテリセルＣ7 ，Ｃ8 ，
Ｃ9 ，Ｃ10を有している。バッテリパック42の電圧は各バッテリセルの電圧の合
計に等しい。図４には４個のバッテリセルが示されているが、任意の数のバッテ
リセルが本発明にしたがって用いられてもよいことが認められるであろう。
【００３９】 各バッテリセルＣ7 ，Ｃ8 ，Ｃ9 ，Ｃ10は正電圧を有して接続され、それ故１
つのバッテリセルの負端子は隣接するバッテリセルの正端子に接続されている。
バッテリセルＣ7 ，Ｃ8 ，Ｃ9 ，Ｃ10は再充電可能なセルであり、完全に充電さ
れることは必要ない。バッテリパック42の正端子は抵抗Ｒを通って接地電位に接
続されている。抵抗Ｒは電流が供給される負荷を表している。例えばバッテリパ
ック42が細動除去装置中のエネルギ蓄積キャパシタを充電するために使用される
場合には、抵抗Ｒはエネルギ蓄積キャパシタを充電して心室細動を受ける患者に
細動除去パルスを供給する回路を表している。
【００４０】 好ましいモニタシステム52は、若干の電流が抵抗Ｒに供給されているとき、或
いはその後でバッテリパックの電圧変化を検出するために設けられている。モニ
タシステム52はマイクロプロセッサ48およびアナログデジタル変換器46を備えて
いる。バッテリパック42の正端子はアナログデジタル変換器46に接続されている
。アナログデジタル変換器46はバッテリパック42の両端の電圧を測定し、その電
圧をデジタル信号に変換する。そのデジタル信号はバス56によってマイクロプロ
セッサ48に供給される。マイクロプロセッサ48は抵抗Ｒに電流を供給することに
よりバッテリパック42の電圧変化を計算する。さらに説明すると以下詳細に説明
するようにマイクロプロセッサ48は電圧変化が予め定められたしきい値を越える
ときを識別することによってバッテリセルに対する故障を検出する。
【００４１】 充電されたバッテリパックを監視するために使用されるとき、電流の供給の前
にはバッテリパック42の電圧は最大値を有し、それは上述のように各バッテリセ
ルの電圧の合計値である。上述のようにバッテリパック42は抵抗Ｒに電流を供給
するから、バッテリパック42の電圧Ｖ1 はバッテリパックが消耗に近付くまでは
非常にゆっくりと減少し、それから急激に降下する。バッテリパック42内のバッ
テリセルが故障した場合には、バッテリパック42の電圧はそのバッテリセルの故
障により低下して新しい電圧レベルＶ2 になり、再びバッテリパックが消耗に近
くなるまで非常にゆっくりと減少し、バッテリパックが完全な消耗状態に近くな
ったとき急激に降下する。急激な電圧変化、したがって電圧レベルの変化は消耗
したセル或いはバッテリパック中の故障したセルの特徴である。
【００４２】 図５は、バッテリパックの放電中のバッテリパック42の電圧の時間に関する関
数として描かれた特性であり、バッテリセルのリバーサルの状態を示している。
時点ｔ10において、バッテリパック42の電圧は放電中比較的緩やかに減少する。
時点ｔ11において、バッテリパック42の電圧は時点ｔ10における速度に比較して
比較的速い速度て減少する。この突然の電圧降下速度の変化はバッテリセルの消
耗およびリバーサルの特徴である。バッテリセルのリバーサルは時間ｔ12で終り
、その時点でバッテリパック42の電圧はリバーサルの前の時点ｔ10の場合のよう
な緩やかな減少に戻る。時点ｔ13においてバッテリパック42の電圧は時点ｔ10の
場合のよう電圧変化速度にほぼ等しい速度で緩やかに減少する。
【００４３】 時点ｔ11とｔ12との間の急激な電圧変化はマイクロプロセッサ48によって検出
される。マイクロプロセッサ48はリバーサルに先立って予め定められたしきい値
を記憶するようにプログラムされている。リバーサルの前の特定のバッテリパッ
クに対するしきい値はバッテリセルのタイプ、初期充電レベル、バッテリパック
に結合される負荷、その他の要因に依存していることが認識されるであろう。動
作中、マイクロプロセッサ48は周期的に電圧変化をしきい値と比較する。測定さ
れた電圧変化の大きさがしきい値よりも大きくなった場合、マイクロプロセッサ
48はリバーサルを検出して消耗した、または故障したバッテリセルが存在してい
ることを指示する。
【００４４】 当業者はリバーサル中にバッテリセルを通るバッテリパック42の高速度の放電
、或いは不良なバッテリセルを含むバッテリパックの連続した充電はバッテリパ
ックを損傷し、不良なバッテリセルをさらに損傷させ、或いはバッテリパックが
適切に充電または放電を行うことを妨害することを認識するであろう。もしも不
良なバッテリセルが不適切に充電または放電されるならば、バッテリセルへのダ
メージが増加して、バッテリセルまたはバッテリパックが再充電または放電でき
ない永久的で、修復不能の故障状態になる。したがって、マイクロプロセッサ48
がバッテリセルの消耗または故障によって生じたリバーサルを検出したとき、警
報がバッテリパック42の使用者に与えられることが好ましい。この警報はライン
58によりマイクロプロセッサ48に接続されたディスプレイ50に可視的に表示され
、および、またはスピーカ（図示せず）によって可聴信号として与えられる。使
用者はそれによってバッテリパック42を取外して故障のバッテリセルを交換する
ことができる。
【００４５】 一般に、バッテリパックはほぼ同じエネルギ蓄積容量のバッテリセルを含んで
いる。それ故、単一のバッテリセルの早期の消耗はそのバッテリセルが故障して
いて適切に充電できない、或いは正しく放電できないことを意味している。しか
しながら、場合によってはここのバッテリセルは故障ではなく、元来十分に充電
されていなかった可能性もある。それ故、消耗または故障したバッテリセルを検
出した後、バッテリパックは再充電されて消耗または故障したバッテリセルをバ
ッテリパック中の残りのセルと同様のエネルギ蓄積容量に戻すことが試みられて
もよい。しかしながら、バッテリセルが故障している場合には、バッテリパック
中の残りのセルと匹敵するエネルギ蓄積容量を得ることはできない。それ故バッ
テリパックの上記の動作サイクルにおいて故障しているバッテリセルは再び早期
の電圧変化を生じて検出され、バッテリパック内に故障したバッテリセルが存在
することの指示が出力される。
【００４６】 バッテリパック内の故障したバッテリセルを検出する本発明の実施形態は種々
の広範囲の応用があり、外部心臓細動除去装置その他の再充電可能なバッテリパ
ックまたはバッテリを有する装置に適用されることができる。
【００４７】 以上、本発明の好ましい実施形態について図示し、説明したが、当業者は本発
明の技術範囲を逸脱することなく種々の変形変更が可能であることを認識するで
あろう。外部心臓細動除去装置の使用に対して開発されたが、本発明による方法
およびシステムはまた細動除去装置とは関係のない技術においても使用すること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 再充電可能でないバッテリパックの出力電圧の時間に関して描いたグラフ。
【図２】 本発明によるバッテリパックの状態を監視するシステムのブロック図。
【図３】 図２のバッテリパックの出力電圧の時間に関して描いたグラフ。
【図４】 本発明の別の実施形態によるバッテリパックの故障したバッテリセルを検出す
るシステムのブロック図。
【図５】 図４のバッテリパックの出力電圧の時間に関して描いたグラフ。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２１日（２０００．２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負荷に電流を供給することのできるバッテリパックのエネル
    ギレベルを監視する方法において、 モニタセルおよび１以上の他のセルを有するバッテリパックを設け、モニタセ
    ルはバッテリパック中の１以上の他のセルの初期エネルギレベルよりも低い初期
    エネルギレベルを有しており、 バッテリパック中のモニタセルおよび他のセルとを電気的に接続し、 バッテリパックから負荷に電流を供給し、 バッテリパックの電圧をしきい値よりも大きい電圧変化に対して監視し、 しきい値よりも大きい電圧変化を検出したときバッテリパックが消耗に近付い
    たことの指示を与えることを特徴とするバッテリパックのエネルギレベルの監視
    方法。
  2. 【請求項２】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルよりも
    アンペア−時間が小さい定格である請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルに接続
    される前に予め定められたレベルまで放電される請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 さらに、バッテリパックを外部細動除去装置に接続し、しき
    い値よりも大きい電圧変化を検出したときバッテリパックが消耗に近付いたこと
    の指示を細動除去装置の使用者に対して指示を与える請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに、細動除去装置がバッテリパックの消耗の前に与える
    ことができる衝撃の近似的な数の指示を行う請求項４項記載の方法。
  6. 【請求項６】 さらに、予め定められた初期エネルギレベルをそれぞれ有す
    る複数のモニタセルを備え、各モニタセルが消耗したときバッテリパック内に残
    っている近似的なエネルギレベルを示す信号を出力する請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 負荷に電流を出力することのできるバッテリパックのエネル
    ギレベルを監視するシステムにおいて、 モニタセルおよび１以上の他のセルを有し、モニタセルはバッテリパック中の
    １以上の他のセルの初期エネルギレベルよりも低い初期エネルギレベルを有して
    いるバッテリパックと、 バッテリパックに接続され、バッテリパックの放電中バッテリパックのエネル
    ギレベルを監視するモニタシステムとを具備し、 モニタシステムはモニタセルが消耗されたことを示す少なくとも予め定められ
    た大きさのバッテリパックの両端間の電圧変化を検出し、モニタセルの消耗した
    ときバッテリパック中に残っている近似的なエネルギレベルの指示を行うことを
    特徴とするバッテリパックのエネルギレベルの監視システム。
  8. 【請求項８】 さらに、複数のモニタセルを具備し、各モニタセルは異なっ
    た初期エネルギレベルを有している請求項７項記載のシステム。
  9. 【請求項９】 モニタシステムは、少なくとも予め定められた大きさの電圧
    変化を検出することによって各モニタセルの消耗を検出し、モニタセルの消耗し
    たときバッテリパック中に残っているエネルギレベルの指示を行う請求項８記載
    のシステム。
  10. 【請求項１０】 バッテリパックは細動除去装置に接続され、モニタシステ
    ムはバッテリパック内のモニタセルの消耗を検出したとき細動除去装置の近似的
    な動作容量の指示を与える請求項７記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルより
    も小さいアンペア−時間蓄積容量を有している請求項７記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルより
    も低い初期エネルギレベルに予め放電されている請求項７記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 複数のバッテリセルを有するバッテリパック中の故障した
    、または消耗したバッテリセルの存在を識別する方法において、 バッテリパックから負荷に電流を供給し、 負荷への電流の供給中にバッテリパックの両端間の電圧変化を測定し、 バッテリパックの両端間の電圧変化をしきい値と比較し、測定された電圧変化
    がしきい値よりも大きいとき少なくとも１つの故障または消耗したバッテリセル
    の存在することの指示を与えることを特徴とする識別方法。
  14. 【請求項１４】 複数のバッテリセルを有するバッテリパックと、 バッテリパックの両端の電圧を監視するモニタシステムとを具備し、 モニタシステムはしきい値を超えるバッテリパックの両端の電圧の変化を検出
    したとき少なくとも１つの消耗したバッテリまたは損傷したバッテリが存在して
    いることの指示を与えることを特徴とする細動除去装置。
  15. 【請求項１５】 バッテリパックはバッテリパック内の１以上の他のセルよ
    りも低い初期エネルギレベルを有するモニタセルを含み、モニタシステムは、モ
    ニタセルの消耗を検出したときバッテリパックが消耗に近付いたことの指示を行
    う請求項１４項記載の細動除去装置。
  16. 【請求項１６】 さらに、複数のモニタセルを具備し、各モニタセルは異な
    った初期エネルギレベルを有している請求項１５項記載の細動除去装置。
  17. 【請求項１７】 モニタシステムは、少なくとも予め定められた大きさの電
    圧降下速度を検出することによって各モニタセルの消耗を検出し、モニタセルの
    消耗したときバッテリパック中に残っているエネルギレベルの指示を行う請求項
    １６記載の細動除去装置。
  18. 【請求項１８】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルより
    も小さいアンペア−時間蓄積容量を有する請求項１６記載の細動除去装置。
  19. 【請求項１９】 モニタセルは、バッテリパック中の１以上の他のセルより
    も低い初期エネルギレベルに予め放電されいる請求項１６記載の細動除去装置。
  20. 【請求項２０】 モニタシステムはバッテリパック中の故障した、または消
    耗したバッテリセルの１つの存在を検出したとき細動除去装置の近似的な動作容
    量の指示を行う請求項１４項記載の細動除去装置。
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