(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー（１）とこれに対して直列に接続されている負荷（３）とを接続するための２つの外部端子（５，６）と、
両方の外部端子（５，６）の間に接続されており、制御できるスイッチ（９，１５）と、
両方の外部端子（５，６）の間に接続されており、エネルギー蓄積器（８，１４）とバッテリー（１）からエネルギーを受けてエネルギー蓄積器（８，１４）を充電するための充電装置（７，１３）とから構成される直列回路と、
エネルギー蓄積器（８，１４）によってエネルギーが供給され、スイッチ（９，１５）に接続しており、限界値を下回る電圧がスイッチ（９，１５）にかかっている場合、スイッチ（９，１５）が開いたままであり、限界値を上回る電圧がスイッチ（９，１５）にかかっている場合、規則的に生じる短い時間間隔の間は開いており、それ以外は閉じているように、限界値とスイッチ（９，１５）にかかる電圧とに応じて制御信号を生成するための制御回路（１０，１１；１６から２２）とを有する、バッテリーを過放電から保護するための回路構造。
【請求項２】
上記制御回路（１０，１１；１６から２２）が、限界値およびスイッチ（９，１５）にかかる電圧に応じて制御信号を生成するための電圧監視回路（１０；１６，１７，１８）と、規則的に生じる短時間のパルスを生成するためのパルス生成回路（１１；１４，１６から２２）とを備え、
以上において、電圧監視回路（１０；１６，１７，１８）およびパルス生成回路（１１；１４，１６から２２）は、限界値を下回る電圧がスイッチ（９，１５）にかかっている場合、スイッチ（９，１５）は開いたままであり、限界値を上回る電圧がスイッチ（９，１５）にかかっている場合、規則的に生じる短い時間間隔の間は開いており、それ以外は閉じているように構成されており、スイッチ（９，１５）と連結されている、請求項１に記載の回路構造。
【請求項３】
エネルギー蓄積器として補助蓄電器（８）、充電装置としてスイッチ装置（７，１０）が備えられており、
以上において、バッテリー（１）からエネルギーを受けて補助蓄電器（８）を充電する際には、スイッチ装置（７，１０）がバッテリー（１）と補助蓄電器（８）とを接続し、それ以外は、バッテリー（１）と補助蓄電器（８）とは分断されている、請求項１または２に記載の回路構造。
【請求項４】
エネルギー蓄積器としてコンデンサ（１４）、充電装置としてダイオード（１３）が備えられており、
以上において、ダイオード（１３）は、コンデンサ（１４）にかかる電圧よりスイッチ（１５）にかかる電圧のほうが大きい場合にはダイオード（１３）が流通しており、それ以外は遮断しているように接続されている、請求項１または２に記載の回路構造。
【請求項５】
スイッチ（１５）にかかる電圧が、ダイオード（１３）を間に接続して査定される、請求項４に記載の回路構造。
【請求項６】
制御回路（１０，１１：１６から２２）が、
コンデンサ（１４）に対して並列に接続されており、タップを有する電圧分割器（１６，１７）と、
自身の制御された経路が、スイッチ（１５）の制御端子とコンデンサ（１４）の一方の端子との間に接続している第１トランジスタ（２０）と、
自身の制御された経路が第１トランジスタ（２０）の制御端子とコンデンサ（１４）の他方の端子との間に接続しており、自身の制御端子が、電圧分割器（１６，１７）のタップに接続している第２トランジスタ（１８）と、
電圧分割器（１６，１７）のタップと、スイッチ（１５）の制御端子との間に接続している抵抗器（２２）とを備えている、請求項５に記載の回路構造。
【請求項７】
スイッチとして、第３トランジスタ（９，１５）が備えられている、上記請求項１ないし６のいずれかに記載の回路構造。
【請求項８】
負荷としてソケット（２９）を有する白熱電球（２９，３０）が備えられており、白熱電球が、白熱電球（２９，３０）のソケット（２９）と一体化している、上記請求項１ないし７のいずれかに記載の回路構造。
【請求項９】
使用されるバッテリータイプの面積に相当する面積を有する平坦なハウジング（２３）に組み込まれている、上記請求項１ないし８のいずれかに記載の回路構造。
【請求項１０】
限界値を外部から調節することができる、上記請求項１ないし９のいずれかに記載の回路構造。
【請求項１１】
限界値が一定に調節されている、請求項１ないし９のいずれかに記載の回路構造。
【請求項１２】
限界値を自己学習して調節する装置（１２）が備えられている、請求項１ないし９のいずれかに記載の回路構造。
【発明の詳細な説明】
本発明は、バッテリーを過放電から保護する回路構造に関するものである。
【０００１】
この様な回路構造は、様々な形態で既に知られている。しかし、既知の回路構造では、放電最終条件を認識するため、バッテリーにかかっている電圧を降下できるように、回路構造がバッテリーに対して並列に接続されていることが共通している。そのうえ、放電最終条件が満たされた場合、回路構造によってバッテリーに接続されている負荷を切ることができるようにするため、回路構造は、少なくとも３つの端子が必要である。従って、比較的高い経費をかけて改造される場合、過放電保護の無い装置は後から装備される。更に、従来の３極の回路構造では、既存の一連の装置を適切に補整することが困難である。
【０００２】
従って、本発明の目的は、バッテリーを過放電から保護するため、既製の装置に後から簡単に装備することができる、もしくは、既製の一連の装置に大きな追加経費を伴わずに適合させることができる回路構造を提供することである。
【０００３】
本目的は、特許請求項１の回路構造によって達成される。本発明の構想の設計と変化形とは、従属請求項の構造物である。
【０００４】
本発明の回路構造は、とりわけ、２極性の構造によって特徴づけられている。この構造は、バッテリーと負荷とに対して簡単に直列接続をすることが可能である。従って、多大な経費をかけることなく、大抵の装置に固定して組み込む、または、電気的な接触部を間に置くことによって組み込むことができる。本発明は、何よりも、例えば、白熱電球のような、基本的に高抵抗の消耗物に使用される。従って、本発明は、特に、経済上および／または環境上の理由から、蓄電器による稼動が提案される懐中電灯に極めて適切である。というのは、適切な時期に切られていない懐中電灯の場合、白熱電球が、蓄電器を放電限界より下まで放電させるので、有名な懐中電灯製造業者は、蓄電器を使用しないことを強く勧めているからである。しかし、過放電された蓄電器は、通例、もはや新規に充電することができないので、もう使用できない。本発明の回路構造を用いると、既に稼働している懐中電灯は、例えば、回路構造を含んでいるバッテリー入れ用挿入小プレートによって、後から装備される。あるいは、一連の商品は、何の問題も無く簡単に補整される。従って、この様に装備された懐中電灯は、蓄電器作動に完全に適している。更に加えて、蓄電器によって稼働する代わりに、従来の一次セルによって稼動することが同じく制限されずに可能である。
【０００５】
このことは、バッテリーとバッテリーに対して直列に接続されている負荷とに接続するための２つの外部端子を有する回路構造によって達成される。この回路構造では、両方の外部端子の間には、制御できるスイッチと、スイッチに対して並列に、エネルギー蓄電器および流通方向に稼働されるダイオードからなる直列回路とが接続されている。エネルギー蓄電器から供給され、スイッチに接続している制御回路は、限界値およびスイッチにかかる電圧に応じて、限界値より下である電圧がスイッチにかかっている場合にはスイッチが開いたままであり、限界値より上である電圧がスイッチにかかっている場合には規則的に生じる短い時間間隔の間は開いており、それ以外では閉じているように、制御信号を生成する。
【０００６】
本発明の更に変化させた構造では、制御回路が、限界値とスイッチにかかかる電圧とに応じて制御信号を生成するための電圧監視回路、および、規則的に生じる短い時間のパルスを生成するためのパルス生成回路を備えている。この場合、電圧監視回路とパルス生成回路とは、限界値よりも下の電圧がスイッチにかかっている場合にはスイッチが開いたままであり、限界値よりも上の電圧がスイッチにかかる場合には規則的に生じる短い時間間隔の間は開いており、それ以外は閉じているように構成されており、スイッチと連結している。
【０００７】
実施形態では、エネルギー蓄電器として補助蓄電器（例えば、ポリマー蓄電器、ポリマー薄片バッテリーなど）を、また、充電装置としてスイッチ装置を備えていることが好ましい。この場合、バッテリーからエネルギーを受けて補助蓄電器を充電する際には、スイッチ装置がバッテリーと補助蓄電器とを接続し、それ以外はバッテリーと補助蓄電器とは分断されている。
【０００８】
これに加えて、更なる実施形態の場合、エネルギー蓄積器としてコンデンサが、また、充電装置としてダイオードが使用される。このとき、ダイオードは、コンデンサにかかる電圧よりもスイッチにかかる電圧のほうが大きい場合に流通し、そうでない場合は遮断しているように接続されている。スイッチにかかる電圧は、ダイオードを間に接続して査定されることが好ましい。
【０００９】
本発明に基づく回路構造のこのような好ましい実施形態では、コンデンサに並列に接続されており、タップを有する電圧分割器を制御回路が備えている。この場合、第１トランジスタの制御された経路は、スイッチの制御端子とコンデンサの一方の端子との間に接続されている。第２トランジスタの制御された経路は、第１トランジスタの制御端子とコンデンサの他方の端子との間に接続されている。この場合、その制御端子は、電圧分割器のタップに接続されている。最後に、抵抗器が、電圧分割器のタップと、スイッチの制御端子との間に接続されている。本実施形態の利点は、コンデンサが、全回路構造のバッテリー用のエネルギー蓄積器としても、パルス生成用のタイムキーパーの一部としても構成されていることである。コンデンサの所要面積は比較的大きいので、コンデンサを２用途に使用することによって、回路構造の大きさが著しく減少される。
【００１０】
第３トランジスタが、スイッチとして備えられていることが好ましく、この際、とりわけ電界効果トランジスタが適している。なぜなら、電界効果トランジスタは、必要とする駆動電流が少ないので、コンデンサを小さな容量で実施することができ、このことは、同じく、小さい所要面積に繋がる。
【００１１】
負荷として、（例えば、懐中電灯の場合）ソケットを有する白熱電球が備えられている。この場合、回路構造はソケットに共に集積されている。白熱電球バルブは、ソケットに固定して接続されているか、ソケットに差し込むことができる。このようにして、大きな経費なしに、蓄電器に適した白熱電球を製造することができる。
【００１２】
更に、本発明の回路構造は、使用されるバッテリータイプの面積に相当する面積を有する平坦なハウジングに組み込むことができる。この場合、例えば、バッテリーと負荷とに接続するための両方の外部端子として機能する接触部が、それぞれ表面に備えられている。この際、小プレートに類似したハウジングが、それぞれバッテリー入れにあるバッテリーに対して直列に、共に組み込まれる。その結果、既存の装置を、何の問題も無く簡単に後から装備することができる。最後に、バッテリーセルの数に対応する限界値は、一定に調節される、外部から調節できる、あるいは自己学習して実施される。
【００１３】
以下に、本発明を、図式的に示す実施例の図を参考にしながら詳述する。図１は、本発明の回路構造の第１実施形態を示す。図２は、本発明の回路構造の第２実施形態を示す。図３は、平坦なハウジングにある本発明の回路構造の構造を示す。図４は、白熱電球バルブに固定して接続しているソケットにある本発明の回路構造の構造を示す。図５は、外すことができる白熱電球バルブを有するソケットにある本発明に基づく回路構造の構造を示す。
【００１４】
図１に示す実施例では、白熱電球３が、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２と、これに対して直列に位置している本発明に基づく２極性の過放電保護回路４とを間に接続して、バッテリー１（例えば、ニッケル−カドミウム−蓄電器）に接続されている。この場合、過放電保護回路４の両方の極は、端子５，６によって構成されている。本実施例では、これら端子のうち、端子５がバッテリー１の＋極に接続しており、端子６が白熱電球３を介してバッテリー１の−極に接続している。
【００１５】
過放電保護回路４では、スイッチ装置７の一方の端子が端子５に接続しており、スイッチ装置７の他方の端子は、エネルギー蓄積器として作用するポリマー蓄電器８を間に接続して、過放電保護回路４の端子６と接続している。それに加えて、制御できるスイッチとして作用するＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９のドレイン端子は、端子５に接続しており、ソース端子は、端子６に接続している。加えて、制御論理１０とパルス生成器１１とが備えられており、これらは、どちらもポリマー蓄電器８によって供給される。制御とエネルギー節約を目的として、パルス生成器１１の電流の流れを適当な方法で切断するように、パルス生成器の供給は制御論理１０によって制御される。この際、制御論理１０は、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９のドレイン−ソース−経路にかかる電圧を監視し、特定の限界値を下回る場合は、パルス生成器１１の電流の流れを切断する。このことによって、パルス生成器１１が不活性にされる。このことにより、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９は、完全に遮断され（スイッチが開かれ）る。本実施例では、スイッチ装置７の制御と、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９にかかる電圧の査定とは、制御論理１０を介して行われる。このため、制御論理１０は、スイッチ装置７と端子５とに接続している。この場合、限界値は、固定抵抗器、可変抵抗器（両方とも図示せず）または自己学習回路によっても決定することができる。
【００１６】
本実施例では、このような自己学習回路は、新しいバッテリーを入れた時に自動的に最大電圧を査定して蓄積し、これに応じて限界値を決定する限界値調節装置１２を用いて実現される。限界値調整装置１２によって事前に決定された限界値（使用されるバッテリーセルの数に相当する）は、制御論理１０が、遮断されたＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９にかかる電圧、すなわちバッテリー１の電圧が、限界値を越えるかどうかを判断するための基本状態として作用する。ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９の状態を試験するために、制御論理１０は、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９のゲート端子も接続されているパルス生成器１１の出力部に接続している。パルス生成器１１は、制御論理１０によって活性化されている間はずっと定期的な時間的間隔（例えば、１秒）の短いパルス（例えば、連続期間１ｍｓ）を搬出する、その間、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９が遮断される。更に、本実施例では、パルスの間はパルス生成器１１の出力部のレベルが「ロー」であるが、それ以外では「ハイ」である。
【００１７】
例えば、制御論理１０は、スイッチ９にかかる最大電圧と限界値との間での電圧比較を、パルス（ロー）の時点でその都度行う。この場合、パルス生成器１１は、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ９にかかる電圧、すなわちバッテリー電圧が、パルス時点で限界値を下回るまでずっと活性化されている。その後、パルス生成器１１は、不活性にされ、制御論理は、僅かな電流消費による稼働モードに移行する。従って、全回路構造の新規のスタートは、バッテリー電圧をスイッチ２によってＯＦＦし、続いて新規に入力するか、バッテリーを交換することによってのみ可能である。この場合、ポリマー蓄電器８の充電は、例えば、新しいバッテリー１を入れるか、スイッチ２を入力する度に行うことができる。
【００１８】
図２に示す実施形態では、同じくバッテリー１、これに対して直列に位置しているスイッチ２および直列に位置している白熱電球３が、過放電保護回路４'に接続している。この場合、過放電保護回路４'は、同様に、２つの端子５，６を備えている。端子５には、流れの方向にダイオード、つまりダイオード１３が端子５から始まって、コンデンサ１４を間に接続して端子６に連結している。この際、コンデンサ１４は、エネルギー蓄積器としても、タイムキーパーの一部としても作用する。最後に、端子５、６の間には、ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ１５のドレイン−ソース−経路が接続されている。
【００１９】
コンデンサ１４に対して並列に、２つの抵抗器１６，１７を有する高抵抗の電圧分割器が接続されている。電圧分割器のタップには、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１８のベースが接続している。この場合、バイポーラトランジスタ１８のエミッタは、端子６に接続しており、コレクタは抵抗器１９を間に接続してｐｎｐ型バイポーラトランジスタ２０のベースに接続している。バイポーラトランジスタ２０のエミッタはダイオード１３を介して端子５に接続しており、コレクタは抵抗器２１を介して端子６に接続している。更に、バイポーラトランジスタ２０のコレクタは、フィードバック抵抗２２（迅速な切り替えを促進し、高抵抗で実施されていることが好ましい）を介して、バイポーラトランジスタ１８のベースおよびＮＭＯＳ電界効果トランジスタ１５のゲート端子に接続している。この構造では、図１とは異なり、少ない個々の要素を有する回路用に複数の機能ブロックが、相互に合わさっていることが好ましい。この回路では、例えばコンデンサ１４またはバイポーラトランジスタ１８および２０のような個々の要素が２つの機能を持つように実施されている。
【００２０】
本発明に基づく回路構造は、例えば、図１，２の端子５、６を構成する２つの接触面２４，２５を備える小プレート形状のハウジング２３に、次のように構成されていることが好ましい。すなわち、回路構造がコンデンサ２６の外側、集積スイッチ回路２７に集積されているように構成されている。この場合、ハウジングの面積は、使用されるバッテリーのタイプの面積、例えば、ミニョンセル、ベビーセル、モノセルの面積に相当する。この場合、小プレートは、バッテリー容器に共に入れられるので、バッテリーと白熱電球との間の電流回路に挿入される。
【００２１】
更に、発明に基づく回路構造２８は、白熱電球ソケット２９にも組み込むことができる。この場合、白熱電球ソケット２９は、真空白熱電球バルブに固定して繋がっている（図４）か、あるいは、真空白熱電球バルブ３０用の差込固定として（図５）作用する。
【００２２】
発明に基づく回路構造の操作方法は、更に、低抵抗の電流を流すことに基づいている。このことにより、白熱電球は最大の強さで輝く。回路構造は、定期的な間隔（例えば、１秒）で、短い瞬間（例えばｍｓの範囲）電流の流れを切断する。この間に、回路構造は白熱電球を介してバッテリー（蓄電器）の電圧を測定する。測定自体は、高抵抗である。従って、白熱電球およびバッテリー（蓄電器）の内部抵抗によってめったにエラーにはされない。図２の本発明に基づく回路構造は、測定された電圧が、少なくとも事前に決定された限界電圧に相当するまで、高抵抗の状態のままである。その後、回路は、再度事前に決定された時間（例えば、１秒）電流を流す。
【００２３】
十分なバッテリー電圧、つまり、十分に充電された蓄電器では、測定時間（＝ＯＦＦ時間）が大変短いので、使用者は白熱電球の不活性に気づかない。蓄電器がその放電限界に近づくと、図２の回路構造の場合、ＯＦＦ段階が急速に延長される（＝蓄電器電圧が回復するまでの遅滞）。この場合、短周期的な点滅がエネルギー蓄積の「終了」に近いことを使用者に知らせる。それでもランプを意図的につけたままにしておくと、一定して長くなる暗い段階を経て蓄電器の「望ましい」完全な放電に達する。従って、例えば、望ましくないＮｉＣｄ蓄積器のメモリー効果をなにより防止することができる。
【００２４】
小プレートとして使用する場合、本発明の回路構造は、小さな丸い伝導性プレートとして実現される。このプレートは、ＳＭＤ技術によって集積スイッチ構造およびコンデンサに差し込まれる。ＳＭＤ構成要素によって、様々なバッテリーセル（ミニョン、ベビー、モノ）と、様々なセルタイプ（例えば、ＮｉＣｄ、ＮｉＭＨなど）とのバッテリー極の周りの空間を使用することができる。この場合、プラスチック適合リングによって各バッテリーの直径の適合が行われ、このリングに伝導性プレートが倒れることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の回路構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】  本発明の回路構造の第２実施形態を示す図である。
【図３】  平坦なハウジングにある本発明の回路構造の構造図である。
【図４】  白熱電球バルブに固定して接続しているソケットにある本発明の回路構造の構造図である。
【図５】  外すことができる白熱電球バルブを有するソケットにある本発明に基づく回路構造の構造図である。
【符号の説明】
１   バッテリー
２   ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
３   白熱電球
４   過放電保護回路
４'  過放電保護回路
５   端子
６   端子
７   スイッチ装置
８   ポリマー蓄電器
９   ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ
１０  制御論理
１１  パルス生成器
１２  限界値調節装置
１３  ダイオード
１４  コンデンサ
１５  ＮＭＯＳ電界効果トランジスタ
１６  抵抗器
１７  抵抗器
１８  バイポーラトランジスタ
１９  抵抗器
２０  バイポーラトランジスタ
２１  抵抗器
２２  抵抗器
２３  ハウジング
２４  接触面
２５  接触面
２６  コンデンサ
２７  集積スイッチ回路
２８  回路構造
２９  白熱電球ソケット
３０  白熱電球ソケット
【図１】
0003706581.tif 000002
【図２】
0003706581.tif 000003
【図３】
0003706581.tif 000004
【図４】
0003706581.tif 000005
【図５】
0003706581.tif 000006