(57)【要約】バッテリ充電システムは、電流源（２０）と、バッテリ（３２）と、バッテリ（３２）に印加される電圧とバッテリ（３２）に供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータ（３４）と、を備える。このバッテリ充電システム（１０）は、バッテリに供給される電流を整形し、そしてこれを使用してバッテリに供給される電流を徐々に減少させることができる。電圧／電流レギュレータ（３４）は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオード（２８）と、ポテンショメータ（Ｒ２）と、抵抗器（２２）と、トランジスタ（２６）または調節可能分路レギュレータと、調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタまたは他の適当な電圧および電流レギュレータ手段と、を備えることができる。バッテリ充電システム（１０）は、定充電電流源から生ずるバッテリに供給される電流を規制する。バッテリ電圧が予め定めた端子電圧を超えるにつれ、このバッテリ充電システムは、充電電流をトランジスタを通して逸らし、これにより、バッテリをその端子電圧にクランプして、バッテリに供給される電流を整形する。
2005527172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器ポテンショメータと、抵抗器と、トランジスタとを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、前記抵抗器と直列であり、
前記直列の抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータは、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供し、
前記トランジスタは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタは、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、調節可能の分路レギュレータと、該調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、分路レギュレータと、該分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項７】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧を規制する電圧レギュレータ手段と、
該バッテリに供給される電流を規制する電流レギュレータ手段と、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項９】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１０】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、ポテンショメータと、抵抗器とを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、前記抵抗器と直列であり、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータは、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと協働するトランジスタと、前記抵抗器とを備え、
前記トランジスタは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタは、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１２】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１４】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１６】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧を規制する調節可能分路レギュレータと、
前記バッテリに供給される電流を規制する、前記調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記調節可能分路レギュレータと協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記調節可能分路レギュレータと協働する前記トランジスタは、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１９】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器と、抵抗器と、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働するトランジスタであって、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流を規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２１】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
カットオフ電圧を増幅して補助デバイスで使用するための出力を提供する演算増幅器と、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２３】
請求項２２記載のバッテリ充電システムであって、さらに、前記バッテリ充電システムが、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御するスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２４】
請求項２３記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２５】
請求項２４記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２６】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、前記分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２７】
請求項２６記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２８】
請求項２７記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２９】
請求項２８記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３０】
請求項２６記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３１】
請求項２６記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、少なくとも１つの光アイソレータを有し、各該光アイソレータは、少なくとも１つの入力電圧を有し、これが、前記光アイソレータを作動しそして追加の抵抗器を、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された前記分圧器ポテンショメータの１部分と並列にすることにより、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力における前記基準入力電圧を低くし、そして前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に追加の基準入力電圧を提供すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３２】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記バッテリは、銀系バッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３３】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記銀系バッテリは、銀−亜鉛、銀−カドミウム、銀−ニッケル金属ハイドライドからなるグループから選択すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３４】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記バッテリは、高インピーダンスのバッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３５】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列に接続された前記電流源と、
複数の電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項３６】
請求項３５記載のシステムにおいて、各前記電圧／電流レギュレータは、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記各バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、該分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記各バッテリの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３７】
請求項３５記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３８】
請求項３７記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３９】
請求項３８記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４０】
請求項３５記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４１】
請求項３５記載のシステムであって、さらに、各前記電圧／電流レギュレータは、プログラマブルであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列の前記電流源と、
複数のプログラマブルの電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
前記電流源と前記バッテリに直列のタイマ制御スイッチであって、該タイマ制御スイッチがマイクロコントローラにより制御される、前記のタイマ制御スイッチと、
を備えたバッテリ充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、バッテリ充電システムに関し、さらに特定すれば、バッテリの過充電を防止する充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の引用
本願は、２件の同時係属中の出願に関連がある。そのそれぞれの特許出願は"Battery Charging Method and System"（バッテリ充電方法およびシステム）と題し、各々、発明者Michael CheikyおよびTe-Chien Felex Yangによるものであり、出願番号は未定で、各々２００１年１２月１４日に出願され、これらの内容はこの引用により本願にも含まれることとし、本願に関しては従来技術であるとは認められるものではない。
背景技術
電気エネルギを蓄積するための再充電可能バッテリ、およびバッテリを消耗した後にバッテリを充電し再度バッテリを充電状態にするバッテリ充電器は公知であり、特殊なものではない。通例では、バッテリは、完全なまたは部分的な消耗の後に充電するが、その際、エネルギをバッテリに送り込み、バッテリ内部の化学的プロセスを逆に行い、電圧をバッテリに印加し、電流をバッテリに流すことによって電荷を再生する。一般的な充電方法では、バッテリのバッテリ電圧よりも高い電源電圧を充電するバッテリに印加し、バッテリが追加の電流を受け入れるのを中止したときに充電を停止する。これは、殆ど常にバッテリに有害な影響を及ぼす結果となり、性能低下およびバッテリの短寿命化を招く。
【０００３】
バッテリは、一般に、２つ以上の直流電気セル(galvanic cell)から成る。異なる材料の２つの電極が、電気的に互いに隔離されているが、共通のイオン導通電解質内に置かれている。バッテリの過充電は、複雑で望ましくない副反作用に至る可能性があり、特にこれらは電解質の分解に関与する。後者は気体の生成を招く可能性があり、そのためにバッテリの内部インピーダンスが増大する。このようにバッテリ内部インピーダンスが増大したバッテリは、最適動作状態からすぐに逸脱する可能性がある。加えて、過充電は、樹脂状結晶の成長を助長し、このためにバッテリの短絡が生ずる。一方、現在ではバッテリに高電力密度化が増々要求されているので、過小充電はいずれの充電方式においても回避しなければならない。
【０００４】
銀系バッテリは、通例、高いエネルギ密度、すなわち、高いエネルギ対重量および体積比、比較的高い電流ドレインでエネルギを送り出す能力、および高い信頼性を有しているので、今日のエネルギ蓄積および供給の要求を満たすばかりでなく、次世代技術に用いる有力な候補にもなっている。このように、過充電の悪影響を極力抑えた充電システムが求められている。
【０００５】
銀系バッテリの充電は、銀の２つの活性酸化状態(active oxidation state)を反映する２つのプラトー(plateau)によって特徴付けられる。最初のプラトーが現れるのは、銀を一価酸化銀（Ａｇ2Ｏ）に変換するときであり、２番目のプラトーは、二価銀（ＡｇＯ）の形成を反映する。充電の終末に向かうに連れて、通常最大容量の約９０％において、プラトーは急激に上昇する曲線に変形し、バッテリの過充電が始まる。このため、最大充電電圧および充電電流を制限するバッテリ充電システムが必要となる。このバッテリ充電システムは、バッテリの充電を徐々に減らして行き、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリの損傷を防止しなければならない。
【０００６】
銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、より複雑で高価なバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長期間にわたって交換を不要とするか、または最小限に抑える必要がある。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるかまたは殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電システムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【０００７】
これまでにも様々なバッテリ充電システムが知られている。しかしながら、これらバッテリ充電システムには、前述の要望を満たすものはない。
分路レギュレータを用いた様々な充電方法およびシステムが開示されている。
【０００８】
米国特許第５，８２１，７３３号(Turnbull)および第５，７４７，９６４号(Turnbull)は、再充電バッテリ、およびセルの各々と並列に接続するように構成した複数の分路レギュレータを含む、多数の直列接続バッテリ・セルのバッテリ充電システムを開示する。充電中に各セルの電圧を監視する。あるセルが最大に充電されたときに、最大充電セルを避けて、過剰充電電流を分路し、残りのセルを引き続き充電することができる。
【０００９】
Turnbullは、この分路レギュレータの様々な実施形態を示している。Turnbullの実施形態の１つでは、Turnbullは各々バッテリ・セルと並列な分路レギュレータを単に示すに過ぎない。別の実施形態では、Turnbullは、分路レギュレータと電界効果トランジスタとを用い、そのドレインおよびソース端子を、各バッテリ・セル間で並列に接続する。各分路レギュレータは、電圧検知回路の制御下にあり、電圧検知回路は、バッテリ・セルの実際のセル電圧を検知し、それを基準電圧と比較する差動増幅器を、充電回路のいずれかの場所に含む。さらに別の実施形態では、Turnbullは複数の隔離スイッチを用いてバッテリ・セルを充電回路から切断し、バッテリ充電器が使用されていないときに、バッテリ・セルがセルを放電するのを防止する。
【００１０】
米国特許第５，９８２，１４４号(Johnson et al)は、分路回路を有する再充電可能電源過充電保護回路を開示する。分路回路は、最大充電限度にまで充電したときに、電流を分路し、バッテリまたは一連のバッテリ・セルのバッテリ・セルを迂回させる。分路回路は、各バッテリ・セル間に接続した分路レギュレータを含む。
【００１１】
米国特許第６，０２５，６９６号(Lenhart et al)は、電圧または温度のような、バッテリ・セルの動作状態を検出するセンサと、リチウム・イオン・バッテリのバッテリ・セル間に接続したコントローラとを有するバッテリ・セル・バイパス・モジュールを開示する。コントローラは、導通モードに変化するように動作し、こうして電流を分路させバッテリ・セルを迂回させることができる。コントローラは、入力が所定値を超過する場合、電圧過剰出力信号を送信するように動作可能な電圧制限演算増幅器と、電流を迂回させる所定のゲート電圧を有するトランジスタとを含む。トランジスタは、電圧制限演算増幅器からの電圧過剰出力信号に応答して、バッテリ・セルを迂回するように電流を分路させる。
【００１２】
米国特許第４，７１９，４０１号(Altmejd)は、直列接続した一連のバッテリ・セルにおいて、各々、各セル間から分路したツェナー・ダイオードを開示する。
プラトーおよび変曲点を用いた様々な充電システムおよび方法が開示されている。
【００１３】
米国特許第５，６４２，０３１号(Brotto)は、充電状態を検出するバッテリ再充電システムを開示する。これは、初期状態において、充電するバッテリが既に完全充電状態にあるかまたはほぼ完全充電状態にあるか否か検出して、過充電を防止する。充電状態の検査を最初にバッテリに対して行う際、電流パルスを印加し、得られた電圧減衰特性を観察する。最初からほぼ完全に充電されていたバッテリは、さほど完全に充電されていないバッテリよりも、大きな電圧減衰を呈する。このバッテリ検査の初期状態の結果を用いてバッテリの充電を最良に終了させる方法を決定する。
【００１４】
米国特許第４，３９２，１０１号(Saar et al)および米国特許第４，３８８，５８２号(Saar et al)は、経時的なバッテリ特性変動の素描(profile)を分析することによって、高速にバッテリを充電する方法および装置を開示する。この特性は、バッテリが充電されるに連れて蓄積される化学的エネルギの変化を示す。この方法は、一連の特定の挙動(event)の発生について特性図を分析することから成り、特性図は、好ましくは、高速充電速度の適用を中断すべき時点を特定する１つ以上の変曲点を含む。別の分析方法では、制限時間値、電圧または電圧の傾き、あるいは蓄積エネルギのレベルの負方向への変化というような別の挙動の発生時に、充電電流を停止するかまたは制御する。経時的な特性変化を分析するには、好ましくは、特性の連続値を測定し、傾きを計算し、連続する傾きの値を比較して、変曲点および特性変化におけるその他の有意な挙動を識別する。これらの方法を実行する装置は、電源と、特性図を分析し電源を制御するマイクロコンピュータとを備えている。
【００１５】
SaarおよびBrottoは、少なくとも４つの別個の領域に分離可能な電圧−時間曲線を示す。領域Ｉは、バッテリを最初に充電器に取り付け、充電を開始した直後における、充電シーケンスの開始を表す。充電シーケンスが領域Ｉを通過した後、充電曲線は、さらに安定した領域ＩＩに入る。領域ＩＩは、一般に、充電シーケンスの中で最も長い領域であり、バッテリ自体内部における殆どの内部化学的変換によって特徴付けられる。このために、バッテリの電圧は領域ＩＩ全域では殆ど上昇せず、したがってこの領域は充電曲線におけるプラトー領域を表す。領域ＩＩの終了時に、曲線の変曲点があり、これは領域ＩＩから領域ＩＩＩへの遷移を表し、曲線の傾きが減少基調から増大基調に変化する点によって認められる。領域ＩＩＩは、バッテリ電圧が時間に対して急速に上昇する領域であり、したがって急速電圧上昇領域を表す。領域ＩＩＩによってバッテリ電圧がその最大充電状態まで上昇するに連れて、バッテリの内圧および温度も上昇する。バッテリ内部の温度および圧力の効果が広まると、バッテリ電圧の上昇が徐々に減少し始める。この漸減効果は、別の変曲点として認められ、電圧導関数曲線ｄＶ／ｄｔにおける鋭い降下によっても特徴付けられる。領域ＩＶは、後者の屈曲点に続く最大充電領域を表し、充電終了目標を含む。充電電圧は、非常に短い時間期間だけ、充電終了目標において安定する。したがって、充電が継続すると、バッテリ内部でさらに加熱が進むことによって、バッテリの電圧が低下し、加えてバッテリに損傷を与える原因にもなり得る。
【００１６】
米国特許第６，２１５，３１２号(Hoenig et al)は、ＡｇＺｎバッテリを分析する方法および装置を開示する。これは、充電状態に対応する高および低電圧プラトー状態を有するバッテリのステータスを診断する。
【００１７】
他にも高速充電装置および方法が開示されているが、その一部は複雑で入り組んでいる。
米国特許第５，３０７，０００号(Podrazhansky et al)は、充電および放電パルスのシーケンスを用いる方法および装置を開示する。放電パルスは、充電パルスの振幅(magnitude)とほぼ同じ振幅を有するが、充電パルスの期間よりはかなり短い期間を有することが好ましい。放電パルスは負方向スパイク(negative-going spike)を生じ、これを測定して、充電を停止するように促す。
【００１８】
米国特許第６，０９７，１７２号(Podrazhansky et al)は、放電パルス、次いで第１休止期間に続いて充電パルスを発生し、次いで第２休止期間に続いて別の放電パルスを発生する技法によって、バッテリを充電する装置および方法を開示する。第２休止期間の内選択したものの時間を延長し、バッテリの平衡を取り、バッテリの開放回路電圧を静定させ、バッテリの過充電状態を反映できるようにする。個別に延長した第２休止期間中に測定した開放回路電圧を比較することによって、小さな電圧低下を検出し、気体が発生し開放回路電圧に影響を及ぼすとき等、過充電状態を判定するために用いる。一旦過充電を検出したなら、バッテリの充電を停止する。米国特許第６，２３２，７５０号(Podrazhansky et al)も、二極波形を利用してバッテリの急速充電を行う、別のバッテリ充電器を開示している。
【００１９】
米国特許第５，２０４，６１１号(Nor et al)および米国特許第５，３９６，１６３号(Nor et al)は、実質的にバッテリまたはセルの電流を受け入れる能力を超えない速度で、制御した電流によって再充電可能バッテリおよびセルを高速充電する回路を開示する。充電電流が中断している間に、バッテリ・セルの無抵抗端子電圧を検出し、独立した基準電圧と比較して、基準電圧と検知した無抵抗端子電圧との間に差が存在するときの充電電流を制御する。
【００２０】
時間を充電における因子として用いた、様々な充電システムおよび方法が開示されている。
米国特許第６，１３７，２６８号(Mitchell et al)が開示するバッテリ充電システムでは、長い時間期間（秒単位）にわたって電流の平均を取り、最大平均充電レートを判定する。この長い時間期間で充電電流を積分して、１期間に対してプログラムした最大充電値に達した場合、固定した長い期間の残りの間電流を直ちに遮断する。
【００２１】
米国特許第６，２１５，２９１号(Mercer)は、バンドギャップ基準回路を有する制御回路を開示する。この回路は、放電したバッテリに高い一定充電電流を印加する時間長を最大限延長することによって、バッテリ充電システムの充電サイクル時間を最短化する。
【００２２】
他にも充電装置、バッテリ、および方法が開示されているものの、前述の要望を満たすものは未だない。
米国特許第５，１６６，５９６号(Goedken)は、可変量充電電流源を有するバッテリ充電器を開示する。米国特許第６，２２２，３４３号(Crisp et al)は、異なる種類のバッテリを充電可能なバッテリ充電器、バッテリの充電方法、およびバッテリ充電器を動作させるソフトウエア・プログラムを開示する。
【００２３】
米国特許第５，３８７，８５７号(Honda et al)、第５，４３８，２５０号(Retzlaff)、第５，９９４，８７８号(Ostergaard et al)、第６，０３７，７５１号(Klang)、第５，０８９，７６５号(Yamaguchi)、第４，１１３，９２１号(Goldstein et al)、第５，０４９，８０３号(Palanisamy)、第５，１６０，８８０号、第６，１２４，７００号(Nagai et al)、(palanisamy)、第４，７４５，３４９号(Palanisamy)、第５，７２１，６８８号(Bramwell)、第６，２５２，３７３号(Stefansson)、第５，２７０，６３５号(Hoffman et al)、第６，１０４，１６７号(Bertness et al)、第３，７０８，７３８号(Crawford et al)、英国特許第ＧＢ２１７８６０８Ａ号(Yu Zhiwei)および第８９２，９５４号(Wolff)、国際特許第ＷＯ００／１４８４８号(Simmonds)および第ＷＯ０１／４７０８６号(Gabehart et al)、フランス国特許第ＦＲ２６８３０９３−Ａ１号(Michelle et al)、およびヨーロッパ特許出願第ＥＰ１０７６３９７Ａ１号(Klang)は、各々、別の装置、バッテリ、および方法を開示するが、いずれも前述の要望を満たしていない。
【００２４】
前述の理由から、過充電の悪影響を極力抑える充電システムが求められている。この充電システムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限しなければならず、バッテリの充電を徐々に減少させ、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにすることによって、バッテリに対する損傷を防止しなければならない。銀系バッテリやその他の高インピーダンス・バッテリのように、より複雑で高価なバッテリ・システムの出現により、過充電およびバッテリの損傷を防止する、一層進んだ充電方法およびシステムが求められるようになった。この要望は、特に、高いエネルギ密度を有し長期信頼性が求められる銀系バッテリおよびその他の高インピーダンス・バッテリにとっては一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済まさなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。この充電システムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能でなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、過充電の悪影響を最小限にするバッテリ充電システムに向けたものである。この充電システムは、バッテリに印加される最大の充電電圧および充電電流を制限し、そしてバッテリの充電を徐々に減少させることにより、過剰なエネルギを過度に速くバッテリに送り込まないようにし、そしてこれによりバッテリへの損傷を防ぐ。銀系バッテリおよび他の高インピーダンス・バッテリのような、より複雑で高価なバッテリシステムの出現により、より進化した充電システムおよび方法に対する要望が生じており、これにより、バッテリの過充電およびそれへの損傷を防ぐ必要がある。この要望は、エネルギ密度が高くまた長期間の信頼性が要求される銀系バッテリおよび他の高インピーダンス・バッテリに対しては特に一層重要となる。このようなバッテリは、航空機やその他の用途で用いられる場合があり、長い時間期間にわたって交換を不要とするか、または最小限の交換で済ませるようにしなければならない。したがって、このようなバッテリをその最大容量(capability)まで容易に充電しつつ、悪影響を最小限に抑えるか殆ど発生させず、このようなバッテリを最大限長寿命化するデバイスおよび方法が求められている。本発明の充電方法およびシステムは、バッテリに印加する最大充電電圧および充電電流を制限し、バッテリの充電を徐々に減少させる。加えて、本方法およびシステムは、費用がかからず、製造および使用が容易であり、小型軽量であり、耐久性があり、長時間使え、信頼性があり、航空機や防衛の用途に使用可能であり、前述の要望を満たすものである。
【００２６】
本発明の特徴を有するバッテリ充電システムは、電流源と、バッテリと、該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、を備える。このバッテリ充電システムは、前記バッテリに供給される前記電流を整形し、そしてこれを使用して、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させることができる。前記電圧／電流レギュレータは、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードと、ポテンショメータと、抵抗器と、トランジスタ、または調節可能分路レギュレータと、この調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタ、または他の適当な電圧／電流レギュレータ手段を備えることができる。本バッテリ充電システムは、定充電電流源から生ずる、前記バッテリへ供給される電流フローを規制する。バッテリ電圧が予め定めた端子電圧を超えるにつれ、バッテリ充電システムは、充電電流をトランジスタを通して逸らして、これにより、バッテリをその端子電圧にクランプし、そしてバッテリに供給される電流を整形する。
詳細な説明
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、ならびに利点は、以下の説明、添付した特許請求の範囲、および添付図面を参照することにより、一層良く理解できよう。
【００２７】
図面の図１〜図９を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。尚、種々の図面における同一要素は、同じ参照番号で識別することとする。
図１は、本発明の１実施形態、すなわちバッテリ充電システム１０の回路図を示しており、このバッテリ充電システム１０は、電流源ＩC（２０）と、抵抗器Ｒ１（２２）と、ポテンショメータＲ２（２４）と、トランジスタＱ１（２６）と、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）と、スイッチＳ１（３０）と、バッテリＢ１（３２）とを有している。このバッテリ充電システム１０は、特に、銀系バッテリおよびその他の高インピーダンスのバッテリの充電に向けたものであるが、その他の適当なバッテリにも使用することができる。
【００２８】
電流源Ｉｃ（２０）は、電流を電圧／電流レギュレータ（３４）に供給する。電圧／電流レギュレータ（３４）は、電圧レギュレータ手段（３５）と電流レギュレータ手段（３６）を備え、そして抵抗器Ｒ１（２２）と、ポテンショメータＲ２（２４）と、トランジスタＱ１（２６）と、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）とで構成されている。電圧／電流レギュレータ（３４）は、スイッチＳ１（３０）が閉じられ、そしてこれにより回路が完全になったとき、バッテリＢ１（３２）へ供給されるバッテリ電圧ＶB1（３７）とバッテリ電流ＩB1（３８）を規制する。この電圧／電流レギュレータ（３４）は、図２と図３にも示している。
【００２９】
電圧レギュレータ手段（３５）は、バッテリＢ１（３２）に印加されるバッテリ電圧ＶB1（３７）を規制するが、これは、抵抗器Ｒ１（２２）と、ポテンショメータＲ２（２４）と、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）とで構成されるが、しかしこれは、分路レギュレータとすることもでき、そして好ましくは、調節可能な分路レギュレータまたは任意の適当な電圧レギュレータである。電流レギュレータ手段（３６）は、バッテリＢ１（３２）に供給されるバッテリ電流ＩB1（３８）を規制するものであって、これは、抵抗器Ｒ１（２２）と、トランジスタＱ１（２６）と調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）とで構成されるが、しかし、任意の適当な電流レギュレータとすることもできる。電流レギュレータ手段（３６）は、バッテリＢ１（３２）の充電を徐々に減少させるのを可能にする、すなわち、バッテリＢ１（３２）に供給されるバッテリ電流ＩB1（３８）を徐々に減少させ、そして電流レギュレータ手段（３６）を使用することによって、バッテリＢ１（３２）に供給するバッテリ電流ＩB1（３８）を整形するようにすることができる。この実施形態のバッテリ充電システム１０において１つより多い機能を実行しそして互いに協働するコンポーネントは、コストを下げたままとするのを支援し、そして回路を簡単化するが、他の適当な電圧／電流レギュレータ回路も使用することができる。電圧レギュレータ手段（３５）と電流レギュレータ手段（３６）は、この実施形態のバッテリ充電システム１０において互いに協働するが、他の適当な実施形態も使用することができる。
【００３０】
充電の開始時において、バッテリＢ１（３２）が実質上放電しているとき、バッテリＢ１（３２）は、バッテリ充電システム１０において最も低いインピーダンスを実質上有しており、したがって、電流源ＩC1（４０）からほぼ完全にバッテリＢ１（３２）を通して流れる。これらの状況の下では、以下の条件が満たされる。すなわち、ＩR2，ＩR1，ＩU1，ＩQ1＜＜ＩB1≒ＩC1である。ここで、ＩR2（４２）は、ポテンショメータＲ２（２４）を通る電流であり、ＩR1（４４）は、抵抗器Ｒ１（２２）を通る電流であり、ＩU1（４６）は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）を通る電流であり、ＩQ1（４８）は、トランジスタＱ１（２６）を通る電流である。
【００３１】
充電の開始時において、この期間中の間においては、ＩQ1（４８）（これは、トランジスタＱ１（２６）を通る電流である）の代表的な値は、１０〜１００マイクロアンペアの範囲にある一方、電流源ＩC1（４０）およびバッテリ電流ＩB1（３８）の代表的な値は、代表的な銀系バッテリに対しては、１５０ミリアンペアから２アンペアの範囲にある。ただし、充電するバッテリのタイプに依存してその他の値も可能である。
【００３２】
バッテリＢ１（３２）が充電されるにつれ、バッテリ電圧ＶB1（３７）は上昇し、そしてバッテリＢ１（３２）のインピーダンスが上がる。より多くの電流ＩR1（４４）が、抵抗器Ｒ１（２２）と調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）を通して流れ始め、これにより、トランジスタＱ１（２６）をターンオンさせてトランジスタＱ１（２６）を通るＩQ1（４８）を増加させ、バッテリ電流ＩB1（３８）をバッテリＢ１（３２）から分路させ、そしてバッテリ電流ＩB1（３８）を減少させる、ということが、バッテリＢ１（３２）が実質上完全に充電された状態に近づくにつれ起きる。本発明のバッテリ充電システム１０は、バッテリＢ１（３２）に印加される最大の充電電圧と充電電流を制限して、バッテリＢ１（３２）の充電を徐々に減少させる。
【００３３】
バッテリＢ１（３２）の充電は、バッテリＢ１（３２）の最終充電段階の間においては、徐々に減少し、バッテリ電圧ＶB1（３７）がきつく規制される。トランジスタＱ１（２６）のベース５２のターンオン電圧ＶQ1（５０）は、調節可能であり、これは、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の基準電圧ＶU1（５４）をポテンショメータＲ２（２４）で調節することにより行い、そしてこのポテンショメータＲ２（２４）は、規制および充電の制御を提供する。
【００３４】
このように、バッテリ充電システム１０は、バッテリＢ１（３２）に供給されるバッテリ電流ＩB1（３８）を規制する。バッテリ電流ＩB1（３８）は、電流源ＩＣ（２０）から生じるが、これは固定の充電電流源である。バッテリ電圧ＶB1（３７）が予め定めた端子電圧を超えるにつれ、バッテリ充電システム１０は、バッテリ電流ＩB1（３８）を、トランジスタＱ１（２６）を通してバッテリＢ１（３２）から逸らし、これによって、バッテリ電圧ＶB1（３７）をその端子電圧にクランプし、またバッテリＢ１（３２）に供給される電流を整形する。
【００３５】
図１に示したバッテリ充電システム１０は、電流源Ｉｃ（２０）と、バッテリＢ１（３２）と、抵抗器Ｒ１（２２）と直列の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）とを備える。抵抗器Ｒ１（２２）と調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）とは、電流源Ｉｃ（２０）およびバッテリＢ１（３２）の両端間に接続される。調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）は、基準入力５５を有し、そしてポテンショメータＲ２（２４）は、分圧器とすることができるが、これは、電流源Ｉｃ（２０）とバッテリＢ１（３２）との両端間に接続する。ポテンショメータＲ２（２４）は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の基準入力５５に接続した出力５６を有し、そして調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の基準入力５５に対し、基準電圧ＶU1（５４）を提供する。トランジスタＱ１（２６）は、電流源ＩＣ（２０）とバッテリＢ１（３２）の両端間に接続したエミッタ５８とコレクタ６２とを有する。トランジスタＱ１（２６）は、そのベース５２が、直列抵抗器Ｒ１（２２）と調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の接合点６４に接続している。調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）と、抵抗器Ｒ１（２２）とトランジスタＱ１（２６）とは、互いに協働することによって、バッテリＢ１（３２）に印加する電圧およびバッテリＢ１（３２）に供給する電流を規制する。スイッチＳ１（３０）は、電流源Ｉｃ（２０）と直列であり、そしてこれを使用することによって、電流源Ｉｃ（２０）をオン／オフにスイッチングすることによって、バッテリＢ１（３２）に供給する電流を制御することができる。図１に示したバッテリ充電システム１０の本発明の回路について、以上にかなり詳細に説明したが、他の変形例も可能であり、かつ使用することもできる。
【００３６】
抵抗器Ｒ１（２２）の両端間の電圧降下ＶR1（５７）は、十分に大きくして、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）を通る電流ＩU1（４６）が大きくなり過ぎるのを阻止すべきであるが、しかし、抵抗器Ｒ１（２２）を通る電流ＩR1（４４）は、トランジスタＱ１（２６）を駆動するために十分大きくすべきである。代表的には、抵抗器Ｒ１（２２）は、０．７−１．２Ｋの範囲にあり、そして好ましくは１Ｋであるが、しかし、充電するバッテリのタイプに依存して別の適当な値とすることもできる。トランジスタＱ１（２６）は、Zetex ZTX751あるいはその他の適当なトランジスタのような、電流源ＩC1（４０）を維持できる能力をもつ任意の適当なｐｎｐトランジスタとすることもできる。調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）は、バッテリＢ１（３２）が実現する電圧ＶB1（３７）をカバーするため、十分に広い電圧範囲を有するようにすべきである。代表的には、例えば銀−亜鉛バッテリの関しては、バッテリＢ１（３２）の関連する電圧範囲は、１．６Ｖと２．１Ｖとの間であるが、異なったタイプのバッテリに対しては他の値を有するようにできる。National Semiconductor LM3856ZあるいはZetex ZTX431LC01のような素子、あるいは他の適当な調節可能バンドギャップ電圧ダイオードは、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）に対して使用することもできる。ポテンショメータＲ２（２４）は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の動作値を調節し、そして１００−３００Ｋの範囲を有するようにすべきであるが、しかし、充電するバッテリＢ１（３２）のタイプに依存して他の値を有するようにもできる。分圧器または直列抵抗器は、ポテンショメータＲ２（２４）の代わりに使用することもできる。スイッチＳ１（３０）は、任意の適当なスイッチとすることができ、そして機械的なもの、トランジスタまたはマイクロコントローラ制御式スイッチあるいは他の適当なスイッチとすることができる。
【００３７】
本発明のバッテリ充電システム１０の明白ではない側面は、銀系バッテリのエンド電圧に関係したものである。調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）の最小の基準電圧ＶU1（５４）は、代表的には、１．２４Ｖの範囲内にある。抵抗器Ｒ１（２２）の両端間のその結果として起きる電圧降下ＶR1（５７）と、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）のその最小基準電圧ＶU1（５４）は、バッテリ充電システム１０の最小カットオフ電圧を、１．２−１．４ボルトの範囲内に設定する。偶然にも、このカットオフ電圧は、充電された銀−亜鉛バッテリまたは銀−カドミウム・バッテリの第１のプラトーより下にあり、そしてそのプラトーは、銀−亜鉛バッテリでは１．６０ボルトであり、銀−カドミウム・バッテリでは１．２５ボルトである。この条件は、開放回路フル充電電圧が１．２ボルトであるニッケル−金属ハイドライドのようなある種の他のバッテリに対しては、適用できないこともある。
【００３８】
バッテリ充電システム１０は、バッテリＢ１（３２）へ供給する電流を規制し整形し、そしてバッテリＢ１（３２）がフル充電に近づくにつれ、バッテリＢ１（３２）から電流を分路して逸らす。このバッテリ充電システム１０は、大きな内部インピーダンス（１００ミリオームより大）と多数のプラトーをもつバッテリに特に有用であるが、ただし、これは、他のタイプのバッテリにも使用することもできる。銀−亜鉛バッテリ、銀−カドミウム・バッテリ、銀−ニッケル金属ハイドライド・バッテリのような銀系バッテリは、１００−２００ミリオームの桁の比較的大きな内部インピーダンスをもつ。本実施形態のバッテリ充電システム１０は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（２８）と、バッテリＢ１（３２）と並列で作用するトランジスタを介して、電流を、適当な所定の電圧にて規制し整形し分路する。
【００３９】
図４は、代替の実施形態のバッテリ充電システム１００を示しており、これは、バッテリ充電システム１０と実質上同一であるが、ただし、充電システム１００は、演算増幅器１２０を有している。演算増幅器１２０は、電圧ＶR11（１２２）を増幅するのに使用し、そして補助のデバイスで使用するために増幅しバッファした出力１２４を供給する。この増幅しバッファした出力１２４は、マイクロコントローラのような補助デバイス、あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなインジケータ・デバイスもしくは他の適当なデバイスに対し給電するのに使用することもできる。そのような補助デバイスは、他の制御機能および／または方法と共にプログラムすることができ、そしてカットオフ電圧を指示するようにできる。演算増幅器１２０は、National Semiconductor LM2902または他の適当な演算増幅器とすることができる。
【００４０】
増幅しバッファした出力１２４は、以下ではＶSENSEで示すが、これは、簡単には以下の通りである。
【００４１】
【数１】
2005527172.tif 000003
【００４２】
抵抗器は、以下の関係にも従わなければならない。
【００４３】
【数２】
2005527172.tif 000004
【００４４】
ここで、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は、抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の値である。
演算増幅器１２０への適切な電流フローのため、Ｒ４とＲ６は、好ましくは、１０Ｋより上の値を有するようにすべきであるが、ただし、他の値も可能な場合がある。すべての抵抗器は、好ましくは、１％よりも良い公差を有するようにすべきであるが、ただし、バッテリ充電システム１００の要求、充電するバッテリのタイプ、マイクロコントローラおよびプログラム要求に依存して、それより高い公差も、使用することができる。
【００４５】
図５は、タイミング回路２００を示しており、これは、オプションとして、バッテリ充電システム１０またはバッテリ充電システム１００と共に使用することもでき、そしてそれは、バッテリ充電システム１０のバッテリＢ１（３２）へまたはバッテリ充電システム１００のバッテリＢ１１（１２６）へ供給される電流のフローを制御するスイッチとして使用することができ、これは、その電流源からの電流をオンまたはオフにスイッチングする。タイミング回路２００は、バッテリ充電システム１０のスイッチＳ１（３０）またはバッテリ充電システム１００のスイッチＳ１１（１２８）の代わりに、あるいは、別の適当な場所に使用することによって、バッテリ充電システム１０のバッテリＢ１（３２）へまたはバッテリ充電システム１００のバッテリＢ１１（１２６）への電流フローを制御するようにできる。代替的には、タイミング回路２００は、タイミング・リレー、マイクロコントローラ・タイマあるいは他の適当なタイマとすることもできる。１ＭＨｚよりも高いクロック速度をもつマイクロコントローラは、好ましいものであるが、ただし、他のクロック速度をもつマイクロコントローラも使用することができる。使用することができる代表的なタイマ素子マイクロコントローラは、４ＭＨｚで動作するMicrochip PIC16C505あるいは他の適当なマイクロコントローラである。
【００４６】
図６は、代替の実施形態のバッテリ充電システム３００を示している。このシステムにおいては、複数のバッテリＢ２０（３１０）を、バッテリ充電システム１０の電圧／電流レギュレータ（３４）と実質上同一である複数のバッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）に接続し、そしてバッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）をスイッチＳ１０（３１６）を介して単一の電流源ＩC10（３１４）で駆動することにより、充電することもできる。バッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）の各々は、各バッテリＢ２０（３１０）へ印加する電圧と、各バッテリＢ２０（３１０）へ供給する電流を規制する。バッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）の各々は、複数のバッテリＢ２０（３１０）の各々の両端間に接続する。各バッテリＢ２０（３１０）は、互いに直列であり、また電流源ＩC10（３１４）およびスイッチＳ１０（３１６）と直列であり、またバッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）の各々も直列である。
【００４７】
したがって、バッテリＢ２０（３１０）の各々は、複数の電流源を使用する必要なしで、個々に直列で充電することができる。バッテリ・パックは、通常、複数のバッテリを直列で有している。このため、バッテリ・パック内のすべてのバッテリは、直列にて個々にしかも互いに独立に、その個々のカットオフ電圧まで充電することもでき、これによってバランスしたバッテリ・パックを確実にする。
【００４８】
図７は、代替の実施形態のバッテリ充電システム４００を示している。このシステムは、バッテリ充電システム３００と実質上同一であるが、ただし、このバッテリ充電システム４００は、複数のプログラマブル電圧／電流レギュレータ４１２と、タイマ制御式スイッチ４１４とを備え、そしてこのタイマ制御式スイッチ４１４は、マイクロコントローラ４１６により制御される。タイマ制御式スイッチ４１４は、電流源ＩC30（４１８）および複数のバッテリＢ３０（４２０）と直列であり、そしてまたバッテリＢ３０（４２０）は、タイマ制御式スイッチ４１４および電流源ＩC30（４１８）と直列である。複数のプログラマブル電圧／電流レギュレータ４１２の各々は、互いに直列に接続され、そしてバッテリＢ３０（４２０）の各１つの両端間に接続され、そしてプログラマブル電圧／電流レギュレータ４１２の各々は、バッテリＢ３０（４２０）の各々に印加される電圧とバッテリＢ３０（４２０）の各々に供給される電流とを規制する。プログラマブル電圧／電流レギュレータ４１２の各々は、個々にプログラムすることによって、種々の充電方法およびプロセスを受け入れるようにすることもできる。
【００４９】
したがって、バッテリＢ３０（４１４）の各々は、複数の電流源を使用する必要なしで、個々に直列で充電することができる。このため、直列バッテリ・パック内のすべてのバッテリは、直列にて、個々にしかも独立でそれぞれのカットオフ電圧に充電することができ、これによってバランスしたバッテリ・パックを確保する。
【００５０】
図６の代替の実施形態のバッテリ充電システム３００と図７の代替の実施形態のバッテリ充電システム４００とは、直列にありしかもバッテリＢ２０（３１０）およびバッテリ（４２０）をそれぞれバッテリ充電システム３００およびバッテリ充電システム４００から分離しないまま、バッテリ電圧／電流レギュレータ（３１２）およびプログラマブル電圧／電流レギュレータ４１２の使用を介して、適当な電圧にて電流を規制し整形し分路する。
【００５１】
図８は、代替の実施形態のバッテリ充電システム５００を示している。このシステムは、実質上バッテリ充電システム１０と同一であるが、ただし、バッテリ充電システム５００は、オプションとして、光アイソレータＵ５０（５１０）の使用によって２つのエンド電圧を有するようにでき、これは、２レベル・カットオフ・システムを提供する。マイクロコントローラ制御式Control１電圧（５１２）は、例えば、０または電圧Ｖｃｃ（５１４）のいずれかにセットすることもできる。Control１電圧（５１２）と電圧Ｖｃｃ（５１４）との間の電圧差から生ずる電流は、制限抵抗器Ｒ４（５１６）を流れ、そしてこれは、光アイソレータＵ５０（５１０）を活性化させ、そしてこれによりポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）を、ポテンショメータ抵抗器Ｒ２（５２３）の上側部分５２２と並列にする。ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）は、抵抗器Ｒ２（５２３）の上側部分５２２の抵抗値と比べ大きな抵抗値を有する。調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（５２４）に結合された実効抵抗は、低減し、これにより、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードＵ１（５２４）のツェナー基準電圧ＶREF（５２６）に対しオフセットを提供する。この結果、Control１電圧（５１２）の値に依存して、２つのカットオフ電圧を、バッテリ充電システム５００において使用することができる。これらカットオフ電圧は、バッテリ充電システム５００の要望に依存して、時間の関数として変化するようにプログラムしたり、あるいは他の命令の結果として変化させたり、固定の値をもつようにしたり、もしくは手動で変化させたりするようにできる。
【００５２】
２つのカットオフ電圧をセットアップするためのこのプロセスは、例えば、以下の通りに実現することもできる。すなわち、スイッチＳ１（５２８）を、ターンオンさせて、バッテリ充電システム５００においてバッテリＢ１（５３０）なしで電流が流れるようにし、次に、Control１電圧（５１２）を例えば電圧Ｖｃｃ（５１４）にセットし、次に、ポテンショメータ抵抗器Ｒ２（５２３）を調節して高いカットオフ電圧（これにバッテリＢ１（５３０）を接続する）を実現し、次にControl１電圧（５１２）を例えばグランドにセットし、そして次にポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）を調節して低いカットオフ電圧（これにバッテリＢ１（５３０）を接続する）を実現する。
【００５３】
制限抵抗器Ｒ４（５１６）の値は、光アイソレータＵ５０（５１０）に損傷を与えずにこの光アイソレータＵ５０（５１０）を活性化するのに十分な電流フローを、可能にするのに十分なものとすべきである。制限抵抗器Ｒ４（５１６）の代表的な抵抗値は、ほぼ５００−１５００オームの範囲であるが、ただし、使用されるコンポーネントと、およびバッテリ充電システム５００に課される要求とに依存して、他の適当な値も使用することができる。ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）の値は、所望の電圧オフセットにより支配されるが、考慮しているバッテリ・システムに対しては、ポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）の値は、通常、ポテンショメータ抵抗器Ｒ２（５２３）の値の１０倍から３０倍の間にある。ただし、バッテリ充電システム５００において充電すべきバッテリのタイプに依存して、他の比率を使用することもできる。ポテンショメータ抵抗器Ｒ２（５２３）およびポテンショメータ抵抗器Ｒ３（５２０）の代表的な値は、それぞれ、１００Ｋと２Ｍである。ただし、バッテリ充電システム５００において充電すべきバッテリのタイプに依存して、他の値を使用することもできる。
【００５４】
図９は、代替の実施形態のバッテリ充電システム６００を示している。このシステムは、実質上バッテリ充電システム１０と同一であるが、ただし、バッテリ充電システム６００は、オプションとして、追加の光アイソレータＵ６０（６１０）を付加することによって、複数のエンド電圧を有するようにできる。カットオフ電圧の数は、バッテリ充電システム６００において使用する光アイソレータＵ６０（６１０）の数よりも１つ多い。図９は、バッテリ充電システム６００を３レベル・カットオフ・システムとして示している。バッテリ充電システム６００のこれらカットオフ電圧を設定するための手順は、バッテリ充電システム５００のカットオフ電圧を設定するものと実質上同じである。
【００５５】
以上、本発明について、その一定の好ましい形態を参照しながらかなり詳細に記述したが、他の形態も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の要旨および範囲は、本文に含まれたこれら好ましい形態に制限されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明により構成したバッテリ充電システムの回路図。
【図２】図２は、図１のバッテリ充電システムのブロック図。
【図３】図３は、図１のバッテリ充電システムのより詳細なブロック図。
【図４】図４は、本発明により構成した、バッテリ充電システムの代替の実施形態の回路図。
【図５】図５は、図１および図４のバッテリ充電システムと共にオプションとして使用することもできるタイミング回路の回路図。
【図６】図６は、本発明により構成した、バッテリ充電システムの代替の実施形態の回路図。
【図７】図７は、本発明により構成した、バッテリ充電システムの代替の実施形態のブロック図。
【図８】図８は、本発明により構成した、バッテリ充電システムの代替の実施形態の回路図。
【図９】図９は、本発明により構成した、バッテリ充電システムの代替の実施形態の回路図。
【図１】
2005527172.tif 000005
【図２】
2005527172.tif 000006
【図３】
2005527172.tif 000007
【図４】
2005527172.tif 000008
【図５】
2005527172.tif 000009
【図６】
2005527172.tif 000010
【図７】
2005527172.tif 000011
【図８】
2005527172.tif 000012
【図９】
2005527172.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月25日(2004.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータであって、該電圧／電流レギュレータが、前記バッテリに供給される前記電流を整形し、前記電圧／電流レギュレータが、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させる、前記の電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
を備え、
前記電圧／電流レギュレータが、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器ポテンショメータと、抵抗器と、トランジスタとを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードが、前記抵抗器と直列であり、前記直列の抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとが、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードが、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータが、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供し、
前記トランジスタが、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとが、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、調節可能の分路レギュレータと、該調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、分路レギュレータと、該分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項７】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧を規制する電圧レギュレータ手段と、
該バッテリに供給される電流を規制する電流レギュレータ手段と、
を備え、
前記電流レギュレータ手段が、前記バッテリに供給される前記電流を整形し、
前記電流レギュレータ手段が、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、ポテンショメータと、抵抗器とを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、前記抵抗器と直列であり、
前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータは、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと協働するトランジスタと、前記抵抗器とを備え、
前記トランジスタは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタは、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１２】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１４】
請求項７記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器と、抵抗器と、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働するトランジスタであって、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流を規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２１】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
カットオフ電圧を増幅して補助デバイスで使用するための出力を提供する演算増幅器と、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２３】
請求項２２記載のバッテリ充電システムであって、さらに、前記バッテリ充電システムが、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御するスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２４】
請求項２３記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２５】
請求項２４記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２６】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、前記分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２７】
請求項２６記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２８】
請求項２７記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２９】
請求項２８記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３０】
請求項２６記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３１】
請求項２６記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、少なくとも１つの光アイソレータを有し、各該光アイソレータは、少なくとも１つの入力電圧を有し、これが、前記光アイソレータを作動しそして追加の抵抗器を、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された前記分圧器ポテンショメータの１部分と並列にすることにより、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力における前記基準入力電圧を低くし、そして前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に追加の基準入力電圧を提供すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３２】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記バッテリは、銀系バッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３３】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記銀系バッテリは、銀−亜鉛、銀−カドミウム、銀−ニッケル金属ハイドライドからなるグループから選択すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３４】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記バッテリは、高インピーダンスのバッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３５】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列に接続された前記電流源と、
複数の電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項３６】
請求項３５記載のシステムにおいて、各前記電圧／電流レギュレータは、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記各バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、該分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記各バッテリの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３７】
請求項３５記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３８】
請求項３７記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３９】
請求項３８記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４０】
請求項３５記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４１】
請求項３５記載のシステムであって、さらに、各前記電圧／電流レギュレータは、プログラマブルであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列の前記電流源と、
複数のプログラマブルの電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
前記電流源と前記バッテリに直列のタイマ制御スイッチであって、該タイマ制御スイッチがマイクロコントローラにより制御される、前記のタイマ制御スイッチと、
を備えたバッテリ充電システム。
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月8日(2005.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータであって、該電圧／電流レギュレータが、前記バッテリに供給される前記電流を整形し、前記電圧／電流レギュレータが、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させる、前記の電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
を備え、
前記電圧／電流レギュレータが、調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器ポテンショメータと、抵抗器と、トランジスタとを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードが、前記抵抗器と直列であり、前記直列の抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとが、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードが、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータが、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供し、
前記トランジスタが、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとが、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、調節可能の分路レギュレータと、該調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電圧／電流レギュレータは、分路レギュレータと、該分路レギュレータと協働するトランジスタとを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項５】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧を規制する電圧レギュレータ手段と、
該バッテリに供給される電流を規制する電流レギュレータ手段と、
を備え、
前記電流レギュレータ手段が、前記バッテリに供給される前記電流を整形し、
前記電流レギュレータ手段が、前記バッテリへ供給される前記電流を徐々に減少させること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、ポテンショメータと、抵抗器とを備え、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、前記抵抗器と直列であり、
前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有し、
前記分圧器ポテンショメータは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記分圧器ポテンショメータは、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと協働するトランジスタと、前記抵抗器とを備え、
前記トランジスタは、前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有し、前記トランジスタは、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制すること、
を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項８】
請求項５記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、調節可能分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記調節可能分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１０】
請求項５記載のシステムにおいて、前記電圧レギュレータ手段は、分路レギュレータを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記電流レギュレータ手段は、前記分路レギュレータと協働するトランジスタを備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１２】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、分圧器と、抵抗器と、
前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働するトランジスタであって、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流を規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を整形すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードおよび前記抵抗器と協働する前記トランジスタは、前記バッテリに供給される前記電流を徐々に減少させること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１５】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
該バッテリに印加される電圧と該バッテリに供給される電流とを規制する電圧／電流レギュレータと、
カットオフ電圧を増幅して補助デバイスで使用するための出力を提供する演算増幅器と、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のバッテリ充電システムであって、さらに、前記バッテリ充電システムが、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御するスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１８】
請求項１７記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項１９】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
バッテリと、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、前記分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記電流源と前記バッテリとの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記バッテリに印加される電圧と前記バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２１】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２２】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２３】
請求項１９記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２４】
請求項１９記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、少なくとも１つの光アイソレータを有し、各該光アイソレータは、少なくとも１つの入力電圧を有し、これが、前記光アイソレータを作動しそして追加の抵抗器を、前記電流源と前記バッテリの両端間に接続された前記分圧器ポテンショメータの１部分と並列にすることにより、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力における前記基準入力電圧を低くし、そして前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に追加の基準入力電圧を提供すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２５】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記バッテリは、銀系バッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２６】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記銀系バッテリは、銀−亜鉛、銀−カドミウム、銀−ニッケル金属ハイドライドからなるグループから選択すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２７】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記バッテリは、高インピーダンスのバッテリであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項２８】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列の前記電流源と、
複数の電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
を備えたバッテリ充電システム。
【請求項２９】
請求項２８記載のシステムにおいて、各前記電圧／電流レギュレータは、
抵抗器と直列の調節可能のバンドギャップ電圧基準ダイオードであって、前記直列抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとは、前記各バッテリの両端間に接続され、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードは、基準入力を有する、前記の調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードと、
前記各バッテリの両端間に接続された分圧器ポテンショメータであって、該分圧器ポテンショメータが、前記調節可能バンドギャップ電圧基準ダイオードの前記基準入力に接続した出力を有し、また基準入力電圧を、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に提供する、前記の分圧器ポテンショメータと、
前記各バッテリの両端間に接続されたエミッタおよびコレクタを有するトランジスタであって、該トランジスタが、前記直列に接続された抵抗器と前記バンドギャップ電圧基準ダイオードとの間の接合点に接続されたベースを有し、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードと前記直列の抵抗器と前記トランジスタとは、互いに協働して、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流とを規制する、前記のトランジスタと、
を備えたこと、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３０】
請求項２８記載のシステムであって、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記電流源をオンまたはオフにスイッチングすることによって、前記バッテリに供給される電流を制御する、前記電流源と直列のスイッチを有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３１】
請求項３０記載のシステムにおいて、前記スイッチは、タイマ制御されること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３２】
請求項３１記載のシステムにおいて、前記タイマ制御スイッチは、マイクロコントローラであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３３】
請求項２８記載のシステムにおいて、さらに、前記バッテリ充電システムは、前記バンドギャップ電圧基準ダイオードへの前記基準入力に、少なくとも１つの追加の基準入力電圧を組み込むための手段を有すること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３４】
請求項２８記載のシステムであって、さらに、各前記電圧／電流レギュレータは、プログラマブルであること、を特徴とするバッテリ充電システム。
【請求項３５】
バッテリ充電システムであって、
電流源と、
直列に接続された複数のバッテリと、
前記複数のバッテリと直列の前記電流源と、
複数のプログラマブルの電圧／電流レギュレータであって、各該電圧／電流レギュレータが、前記複数のバッテリの各１つの両端間に接続され、各該電圧／電流レギュレータが、前記各バッテリに印加される電圧と前記各バッテリに供給される電流を規制し、前記複数の電圧／電流レギュレータの各々もまた直列に接続された、前記の複数の電圧／電流レギュレータと、
前記電流源と前記バッテリに直列のタイマ制御スイッチであって、該タイマ制御スイッチがマイクロコントローラにより制御される、前記のタイマ制御スイッチと、
を備えたバッテリ充電システム。
【国際調査報告】
2005527172.tif 000014