(57)【要約】【課題】モバイルバッテリーを提供することを課題とする。【解決手段】モバイルバッテリーであって、少なくとも２個の充電電池と第１の電圧調整モジュールと第２の電圧調整モジュールとを含む。これらの少なくとも２個の充電電池は、第１の電池側と第２の電池側の間に頭尾直列接続される。第１の電圧調整モジュールと第２の電圧調整モジュールは、第１の電池側及び第２の電池側に接続し、第１の電圧調整モジュールが第１の所定の電圧範囲で直流充電電圧を調整して、これらの少なくとも２個の充電電池に充電することができる。第２の電圧調整モジュールは、第１の電池側と第２の電池側の間との電圧差を受信し、第２の所定の電圧範囲で該直流出力電圧として調整した後で、外部装置へ充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭尾接続方式により第１の電池側と第２の電池側の間に直列接続する少なくとも２個のリチウムイオン充電電池と、
第１の電圧マイクロコントローラと第１の昇圧制御手段と第１の降圧制御手段とを含み、前記第１の昇圧制御手段と前記第１の降圧制御手段が前記第１の電圧マイクロコントローラと各々電気的に接続し、第１の電圧調整モジュールが前記第１の電池側と前記第２の電池側と電気的に接続して直流充電電圧を受信し、第１の所定の電圧範囲で調整すると共に直流入力電圧に変換して前記少なくとも２個のリチウムイオン充電電池へ充電する第１の電圧調整モジュールと、
第２の電圧マイクロコントローラと第２の昇圧制御手段と第２の降圧制御手段とを含み、前記第２の昇圧制御手段と前記第２の降圧制御手段が前記第２の電圧マイクロコントローラと各々電気的に接続し、前記第２の電圧調整モジュールが前記第１の電池側と前記第２の電池側と電気的に接続して前記第１の電池側と前記第２の電池側との間の直流電圧差を受信し、第２の所定の電圧範囲で調整すると共に直流出力電圧に変換して外部装置へ定電流充電を行う第２の電圧調整モジュールと、
を含む、ことを特徴とするモバイルバッテリー。
【請求項２】
前記少なくとも２個のリチウムイオン充電電池の種類は、リン酸鉄リチウム充電電池（ＬｉＦｅＰＯ４）、ニッケル酸リチウム電池（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物系電池（Ｌｉ（ＮｉＭｎＣｏ）Ｏ２）、或いは、コバルト酸リチウム電池（ＬｉＣｏＯ２）とすることができる、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項３】
前記少なくとも２個のリチウムイオン充電電池の１個のリチウムイオン充電電池の電圧は、３．２ボルト（Ｖ）〜４．３ボルト（Ｖ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項４】
前記の第１所定の電圧範囲は、１２ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項５】
前記直流入力電圧は、１２ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項６】
前記第２所定の電圧範囲は、少なくとも３ボルト（Ｖ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項７】
前記直流出力電圧は、５ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【請求項８】
前記定電流充電の電流は、３〜５アンペア（Ａ）とする、ことを特徴とする請求項１に記載のモバイルバッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイルバッテリーに関し、特に、所定の電圧範囲内に入力直流電圧を迅速に調整してその中の電池へ充電でき、且つ別の所定の電圧範囲内に出力直流電圧を迅速に調整してその他の外部装置へ充電できるモバイルバッテリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
時代の進歩に伴い、人々が電子機器を長時間使用するようになり、そのため電子機器の内蔵電池の電力量が不足してきている。多くの電子機器、特にスマートフォンが大きな消費電力を有することに加えて、電子機器の設計自体が、徐々に電池を取り外して交換できない一体型設計に発展してきている。この問題点を解決するため、モバイルバッテリーがこれに応じて生まれた。
【０００３】
現有のモバイルバッテリーは、その蓄電容量が増えたため、往々にして複数の充電電池併用方式を用い、その接続方式の大半が並列接続方式による接続を主としている。この接続方式によると、モバイルバッテリー内の充電電池に電力を蓄積しようとする時、必要な外部充電電源からの電流値がきわめて大きい。すなわち数個の充電電池に並列接続した時、数個のコンデンサを並列接続することに相当するからである。キルヒホッフの法則（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｌａｗｓ）によると、電源（直流電源（ＤＣ）或いは交流電源（ＡＣ））から出力される電流は、各コンデンサに流れ込む電流の代数和に等しい。よって並列接続されている充電電池が多ければ多いほど、直流（ＤＣ）或いは交流（ＡＣ）充電電源から、複数の充電電池の回路中に流れ込む負荷電流量が増える。また導体中の電流量が大きければ大きいほど電流の熱効果が急激に増加し、そのため回路の焼損という危険を招く。
【０００４】
また、現有のモバイルバッテリー中の充電電池は、コスト削減のため、例えばニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）又はニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）のような安価な各種充電電池が使用され、この種の充電電池は著しいメモリー効果（Ｍｅｍｏｒｙ  ｅｆｆｅｃｔ）がある以外に、その素材もエコではなく、且つ充放電の回数も現有のリチウムイオン電池より少ない。
【０００５】
並列接続設計を用いる複数の充電電池は、コンデンサ両端の電圧差が同じ数個の電池の電圧が単一電池の電圧のみを有することに相当する。外部装置へ充電する場合については、低い電圧はまるで低い電流であるため、充電電池で外部装置へ充電する電流量をアップできない時は、充電速度について非常に大きな制限を受ける。
【０００６】
このほかに、現有のモバイルバッテリーは、充電電源の電力をモバイルバッテリー内の充電電池に送る前に、先に充電電圧の数値を検出してから昇圧或いは降圧を行い充電電池へ充電する。同様に、電力をその他の外部装置に出力する時も先に外部装置が必要とする充電電圧を検出してから充電する。この方法は、充電電池又は外部装置への充電効率の増大に有利であるが、外在的条件の影響を受けやすい。例えば充電電池の電力量が少ない時、電圧が降下若しくは温度が下がった時に、電池の電圧も突然大幅にアップし、電圧調整範囲を昇圧或いは降圧について制限しない場合、電圧を検出した後の昇降圧の正確性が下がり、充電電池又は外部装置へ正確な電圧で充電できなくなり、更に誤って高すぎる電圧を検出して充電電池又は外部装置を焼損してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の電流回路の負荷過大、遅い充電速度及び充放電電圧の精度が落ちやすい等の問題を改善し又は解決する、優れた構成のモバイルバッテリーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、頭尾接続方式により第１の電池側と第２の電池側の間を直列接続する、少なくとも２個のリチウムイオン充電電池と第１の電圧調整モジュールと第２の電圧調整モジュールと、を含むモバイルバッテリーが提供される。
【０００９】
通常モバイルバッテリー内の充電電池の電力源は、別の電源を通じて供給される。最も常用されているのは民生用及び産業用という２種類の電源である。この２種類の電源はほとんど交流電源（ＡＣ）であるが、モバイルバッテリーへの充電を直流電源（ＤＣ）により実施することで、交流電源によりモバイルバッテリー内部の電子部品が損傷を受け、更に発火して安全上の問題が起きることを防止できる。よって、整流器を通じて交流電源を直流充電電流に変換した後、第１の電圧調整モジュールに伝送する。この第１の電圧調整モジュールは内部に第１の電圧マイクロコントローラを含む。この第１の電圧マイクロコントローラ内には第１の所定の電圧範囲があらかじめ設定されており、外部電流の入力があった時、この第１の電圧マイクロコントローラが第１の所定の電圧範囲に基づいて少なくとも２個のリチウムイオン充電電池に出力する直流入力電圧値を迅速に決定し、充電電池を充電する。この第１の電圧調整モジュールに入力した直流充電電圧が第１の所定の電圧範囲より高い時は、この第１の電圧調整モジュール内には第１の降圧制御手段が設けられており、第１の電圧マイクロコントローラからのコマンドを通じ、この第１の降圧制御手段によりその直流充電電圧を第１の所定の電圧範囲内まで降下できる。逆に第１の電圧調整モジュールに入力した直流充電電圧が第１の所定の電圧範囲より低い時、第１の電圧調整モジュール内にはさらに第１の昇圧制御手段が設けられており、第１の電圧マイクロコントローラからのコマンドを通じ、この第１の昇圧制御手段によりその直流充電電圧を第１の所定の電圧範囲内まで上昇させて、少なくとも２個のリチウムイオン電池の充電に供給できる。
【００１０】
これら少なくとも２個のリチウムイオン充電電池の種類は、リン酸鉄リチウム充電電池（ＬｉＦｅＰＯ４）、ニッケル酸リチウム電池（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物系電池（Ｌｉ（ＮｉＭｎＣｏ）Ｏ２）或いはコバルト酸リチウム電池（ＬｉＣｏＯ２）を四者択一で使用し、且つこの連続直列接続する複数の充電電池の種類は必ず同一とする。これら少なくとも２個のリチウムイオン充電電池を頭尾接続の直列接続方式により使用する理由は、直流充電電圧から発生した電流を共用できることの外に、これら少なくとも２個のリチウムイオン充電電池の組電池自体の第１の電池側（正極）と第２の電池側（負極）の間の直流電圧差を増加させることで、放電時大きな電流を出力する効果があること、さらにモバイルバッテリーの任意の外部装置に対する充電速度及び効率がアップし、且つ並列接続の低圧に比べ、このような高圧の送電方式は電気エネルギーの伝送時の損失を減らすこと等の付加利点も持っていることである。
【００１１】
その後、第１の電池側と第２の電池側の間の直流電圧差から発生した電流は、該第２の電圧調整モジュールが受信（入力）する。この第２の電圧調整モジュールは第２の電圧マイクロコントローラを含み、この第２の電圧マイクロコントローラ内に第２の所定の電圧範囲があらかじめ設定されている。外部装置をモバイルバッテリーに接続して導通を形成した時、第２の電圧マイクロコントローラはこの第２の所定の電圧範囲に基づいて外部装置に出力する直流出力電圧値を迅速に決定できる。
【００１２】
任意の種類の外部装置が必要とする充電電圧は、必ずしも同一ではない。小電圧が必要な外部装置としては、例えば携帯電話機或いはタブレット型コンピュータがある。大電圧が必要な外部装置としては、例えばノートブックコンピュータ又は電動自転車がある。本発明は、第２の所定の電圧範囲の調整電圧の特性に基づき、非常に大きな充電可能な範囲を有することができ、上記外部装置のいずれも本発明のモバイルバッテリーで充電できる。
【００１３】
外部装置に出力した直流出力電圧は、第２の所定の電圧範囲より高い時、第２の電圧調整モジュール内には第２の降圧制御手段が設けられており、第２の電圧マイクロコントローラからのコマンドを通じてこの第２の降圧制御手段により、その直流出力電圧を第２の所定の電圧範囲内まで降下できる。逆に、外部装置に出力した直流出力電圧が第２の所定の電圧範囲より低い時、第２の電圧調整モジュール内にはさらに第２の昇圧制御手段が設けられており、第２の電圧マイクロコントローラからのコマンドを通じてこの第２の昇圧制御手段によりその直流出力電圧を第２の所定の電圧範囲内まで上昇させて外部装置に供給し、定電流充電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明は少なくとも２個のリチウムイオン充電電池に直列接続する方式により、従来技術の少なくとも２個のリチウムイオン充電電池に与える電流負荷の過大の問題を解決する。このほかに、一定電圧範囲内で発生する大電流の定電流充電も、遅い充電速度及び充放電電圧が容易に外在的条件の影響を受け精度が落ちやすいといった問題を解決できる。
【００１５】
本発明の技術的特徴及び実用上の効果を説明し、また本発明の内容を実施できるようにするため、更に図面を用いて好ましい実施例を以下詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明の構成を示す模式図である。図１に示すように、交流電源３から出力された電流は、整流器４を経由して交流電流（ＡＣ）が直流電流（ＤＣ）に変換された後、モバイルバッテリー１内に伝送される。
【００１８】
モバイルバッテリー１内には、整流器４で発生した電流を受信するための第１の電圧調整モジュール５が備えられている。まず第１の電圧調整モジュール５内の第１の電圧マイクロコントローラ５１は、整流器４からの電圧を検出し、その中のあらかじめ設定された第１の所定の電圧範囲を基準にし、電圧を１２ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）に調整してから少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２に出力する。それらのリチウムイオン充電電池２の種類は、リン酸鉄リチウム充電電池（ＬｉＦｅＰＯ４）、ニッケル酸リチウム電池（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物系電池（Ｌｉ（ＮｉＭｎＣｏ）Ｏ２）或いはコバルト酸リチウム電池（ＬｉＣｏＯ２）とすることができる。その電圧昇降の原理は、第１の電圧マイクロコントローラ５１を通じて検出された電圧値が１２ボルト（Ｖ）より小さいか、または１９ボルト（Ｖ）より大きいかである。整流器４から入力する電圧が１２ボルト（Ｖ）より小さい場合、第１の電圧マイクロコントローラ５１はＭＯＳＦＥＴチップを通じて第１の昇圧制御手段５２を起動して、電圧を１２ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）まで上昇させ、且つ上昇した電圧値は少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２の電圧より高くなっているようにする。逆に、電圧が１９ボルト（Ｖ）より大きい場合、ＭＯＳＦＥＴチップを通じて第１の降圧制御手段５３を起動して、電圧を１２ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）まで降下させ、同じ理屈で降下した電圧値はやはり少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２の電圧より高くなっているようにする。
【００１９】
調整を経た電圧は、少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２の第１の電池側２１と第２の電池側２２の間に伝送されて組電池を充電する。少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２の電池種類は必ず同じで、リン酸鉄リチウム充電電池（ＬｉＦｅＰＯ４）、ニッケル酸リチウム電池（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物系電池（Ｌｉ（ＮｉＭｎＣｏ）Ｏ２）或いはコバルト酸リチウム電池（ＬｉＣｏＯ２）の中から選ぶことができ、且つ直列接続方式の頭尾接続とする。リン酸鉄リチウム充電電池の充放電回数は、約２０００回以上に達することができ、ニッケル酸リチウム電池（ＬｉＮｉＯ２）或いはコバルト酸リチウム電池の約５００回に比べると、リン酸鉄リチウム充電電池を充電電池とする場合がより優れている。
【００２０】
この他、少なくとも２個のリチウムイオン充電電池２の第１の電池側２１と第２の電池側２２の間の電圧差は、直列接続する充電電池の数によって決定され、１個のリチウムイオンポリマー電池の電圧範囲が３．２ボルト（Ｖ）〜４．３ボルト（Ｖ）とされる。
【００２１】
モバイルバッテリー１でその他の外部装置に充電する場合は、ＵＳＢコネクタ７を通じて導通を形成する。ＵＳＢコネクタ７はモバイルバッテリー１から取り外すことができ、そこに固定されているわけではない。モバイルバッテリー１は、ＵＳＢコネクタ７を通じて外部装置と導通を形成した時、第２の電圧調整モジュール６内の第２の電圧マイクロコントローラ６１が第２の所定の電圧範囲を基準として外部装置充電に必要な、好適な直流出力電圧を検出し、第２の所定の電圧範囲が３ボルト（Ｖ）以上で、直流出力電圧の範囲が５ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）とする。その電圧昇降の原理は、第２の電圧マイクロコントローラ６１を通じて検出された電圧値が５ボルト（Ｖ）より小さいか、または１９ボルト（Ｖ）より大きいかである。第１の電池側２１と第２の電池側２２の間からの電圧が５ボルト（Ｖ）より小さい場合、第２の電圧マイクロコントローラ６１はＭＯＳＦＥＴチップを通じて第２の昇圧制御手段６２を起動して、出力される電圧を５ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）まで上昇させる。逆に、電圧が１９ボルト（Ｖ）より大きい場合、ＭＯＳＦＥＴチップを通じて第２の降圧制御手段６３を起動して出力される電圧を５ボルト（Ｖ）〜１９ボルト（Ｖ）まで降下させる。これによりスムーズに外部装置を充電することができる。
【００２２】
外部装置へ充電する時に、本発明の実施は、大電流定電流充電の方式で行う。すなわち定電流充電の電流を３〜５アンペア（Ａ）に制御することで、急速充電の効果を得る。
【００２３】
発明を実施するための形態の項で説明した実施例は、本発明の好しい実施例だけであって、このような具体例のみに限定されて狭義的に解釈されるべきものではない。本発明の特許請求の範囲及び説明内容に基づき種々変更、修正、改良等を加えて本発明を実施することは、いずれも本発明の技術的範囲に属するものとする。
【符号の説明】
【００２４】
１      モバイルバッテリー
２      少なくとも２個のリチウムイオン充電電池
２１    第１の電池側
２２    第２の電池側
３      交流電源
４      整流器
５      第１の電圧調整モジュール
５１    第１の電圧マイクロコントローラ
５２    第１の昇圧制御手段
５３    第１の降圧制御手段
６      第２の電圧調整モジュール
６１    第２の電圧マイクロコントローラ
６２    第２の昇圧制御手段
６３    第２の降圧制御手段
７      ＵＳＢコネクタ
【図１】
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