(57)【要約】【課題】少量かつ瞬間的なパルスの弱電流で給電ユニットの大電流の長時間の充（放）電を制御する電池保護装置を提供する。【解決手段】電池の充放電を保護する電池保護装置であり、弱電流と自己保持型の電磁スイッチ５０を組み合わせ電池４１の大電流の動作状態を制御する。マイクロコントロールユニット１０、サンプリング回路２０、電磁スイッチ制御回路２１を含み、特に電磁スイッチ制御回路２１が提供する弱電流を利用して少量かつ瞬間的な電流で自己保持型の電磁スイッチ５０を作動させ、電磁スイッチ５０の動作状態により給電ユニット４０に大電流の充（放）電を継続して行わせ、電磁スイッチ５０本体は給電を継続する必要がなく、システムの過熱を回避する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
給電回路と、
前記給電回路と接続されると共に、複数の電池を直列に接続して構成される給電ユニットと、
前記給電回路と前記給電ユニットとの間に設けられた電磁スイッチと、
前記電磁スイッチの接点を開閉制御する電磁スイッチ制御回路と、
前記給電ユニットを組成する各電池の正極側の電圧を取得するサンプリング回路と、
前記サンプリング回路及び前記電磁スイッチ制御回路に接続されたマイクロコントロールユニットと、
を含んで構成され、
前記マイクロコントロールユニットに、前記サンプリング回路を通じて前記給電ユニットを組成する各電池の正極側の電圧がそれぞれ取得可能に接続され、
前記マイクロコントロールユニットが前記給電ユニットの電池の安全な蓄電量の検出と判断を行い、蓄電量が安全範囲を超過すると、前記電磁スイッチ制御回路にコマンドを出し、前記電磁スイッチ制御回路が、前記マイクロコントロールユニットから出力されたコマンドに応じ、前記電磁スイッチに瞬間的な弱電流を出し、前記電磁スイッチが、瞬間的にその接点の開閉動作で大電流の導通を遮断するものである、
ことを特徴とする電池保護装置。
【請求項２】
前記電磁スイッチは、前記接点に対する開閉位置の自己保持機能を備えたスイッチ機構である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池保護装置。
【請求項３】
前記マイクロコントロールユニットの回路中にリセットボタンが接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池保護装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、弱電流を利用して少量且つ瞬間的な駆動方式で、電池セットで構成される給電ユニットによる大電流の充電又は放電を行う回路の接点の開閉制御する電池保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池の充放電を行うとき、その蓄電量の低過ぎや高過ぎはその電気化学反応エネルギーに影響し、蓄電量の低下や失効につながる。特に最近のリチウム電池において、電池をより安全にし、寿命をより長くするため、一部の高級電池には保護回路装置が設置されており、それを利用して電池の使用状況における充放電の電圧及び温度の変化の検出を行って電池の容量が安全な範囲を超過したり、温度に異常があるときには直ちに電池の充放電動作を制御し、電池を保護するという目的を達している。
【０００３】
上述の保護回路装置は、例えば、台湾特許第Ｍ３０５５０５号「発電機電力充放電制御及び保護装置」、台湾特許第Ｍ２４４５８８号「リチウム電池充放電回路の構造」、台湾公告第４４９１８５号「電池充放電制御回路」等がある。
【０００４】
【特許文献１】台湾特許第Ｍ３０５５０５号明細書（図１参照）
【特許文献２】台湾特許第Ｍ２４４５８８号明細書（図２参照）
【特許文献３】台湾公告第４４９１８５号明細書（図２、図３参照）
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の公知の保護回路装置は、構造上は皆異なっているが、すべてキャパシタ、抵抗、二極管、三極管等、弱電流でのみ操作される電子部材を用い、多数で大電流のスイッチ装置を組成しているため、大量の熱の蓄積が発生し、且つ往々にして爆裂の危険がある。また、スイッチ装置の電子部材の組成数量を減少すると、比較的弱い電流のスイッチ動作を提供するのみとなるため、電池セットの充電時間が相対して大幅に長くなってしまう。また、少数で組成したものにリスクを冒して大きな電流を導入すると、電子部材に焼き付きが発生しやすい。
【０００６】
大きな電流を導入する電池を使用して充電する必要があるものに対しては、保護回路装置の構造において現在ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ばれる装置で電流の導通または遮断を制御するものがあるが、ＭＯＳ内は常態的に通電状態を保持しなければ制御効果を達することができないため、次のような欠点がある。
【０００７】
第１に常態的に電力を消費する。第２に電流の通過時に高熱を発生する問題がある。第３に常態的な電力消費による熱の蓄積を生じる。第４に部材が多く、製作コストが高い。高熱のために派生する放熱の問題を解決するための方式は、ほとんどがファンをＭＯＳ上に設置して放熱を行っており、これでは体積及び重量が相対して増加し、同時により大きなエネルギーを消費すると共に製作コストが増加してしまう。また、ファンが故障すると、高熱を適時に排出することができなくなり、付近の電池セットが熱に影響を受けて破裂したり、電子設備が焼き付いて、火災を引き起こしたりすることがあり、これがＭＯＳの欠点となっている。
【０００８】
そこで、本考案は、これに鑑みてなされたもので、その目的は、電池保護装置のマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）回路を利用して電池の安全な蓄電量の検出と判断を行い、蓄電量が安全範囲を超過すると、電磁スイッチ制御回路にコマンドを出して瞬間的に駆動用の弱電流を出力させ、開閉位置の自己保持機能を備えた電磁スイッチ（ラッチングリレー）により電池の大電流の接点の開閉を操作させ、少量かつ瞬間的なパルスの弱電流で給電ユニットの大電流の長時間の充（放）電を制御する電池保護装置を提供することにある。
【０００９】
本考案の他の目的は、電磁スイッチが自己保持機能を備えているため、常態的に給電する必要がなく、エネルギーを節約することができ、これによって熱の蓄積を回避することができ、大幅に生産コストを抑えることができ、放電が停止した状態下で、電磁スイッチ制御回路をリセットし、再放電させることができ自己保持型の電磁スイッチに、磁性保持または機構部材保持のラッチ（Ｌａｔｃｈ）スイッチを採用することができる電池保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る電池保護装置は、給電回路と、前記給電回路と接続されると共に、複数の電池を直列に接続して構成される給電ユニットと、前記給電回路と前記給電ユニットとの間に設けられた電磁スイッチと、前記電磁スイッチの接点を開閉制御する電磁スイッチ制御回路と、前記給電ユニットを組成する各電池の正極側の電圧を取得するサンプリング回路と、前記サンプリング回路及び前記電磁スイッチ制御回路に接続されたマイクロコントロールユニットと、を含んで構成され、前記マイクロコントロールユニットに、前記サンプリング回路を通じて前記給電ユニットを組成する各電池の正極側の電圧がそれぞれ取得可能に接続され、前記マイクロコントロールユニットが前記給電ユニットの電池の安全な蓄電量の検出と判断を行い、蓄電量が安全範囲を超過すると、前記電磁スイッチ制御回路にコマンドを出し、前記電磁スイッチ制御回路が、前記マイクロコントロールユニットから出力されたコマンドに応じ、前記電磁スイッチに瞬間的な弱電流を出し、前記電磁スイッチが、瞬間的にその接点の開閉動作で大電流の導通を遮断するものである、ことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に係る電池保護装置は、請求項１に係る電池保護装置において、前記電磁スイッチが、前記接点に対する開閉位置の自己保持機能を備えたスイッチ機構とすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に係る電池保護装置は、請求項１に係る電池保護装置において、前記マイクロコントロールユニットの回路中にリセットボタンが接続されていることを特徴とするものである。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の電池保護装置によれば、給電ユニットの大電流の長時間の充（放）電を保持することができ、これにより常態的に給電する必要がなく、熱の蓄積を回避し、且つ大幅に生産コストを節約することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本考案の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本考案の実施形態に係る電池保護装置の回路図であり、図２は図１の電池保護装置の回路ブロック図であり、図３は電池保護装置の動作を示す回路図である。図１に示すように、本考案の実施形態に係る電池保護装置は、主に弱電流で操作可能であって、大電流を供給する回路の接点を開閉制御する電池保護装置を提供するものである。図１に示すように、電池保護装置は、主として、複数の電池を直列に接続して構成される給電ユニット４０に適用される（図１の給電ユニット４０は四個の電池４１を直列接続して構成したものを実施例としている）。
【００１５】
給電ユニット４０は、サンプリング回路２０を通じてマイクロコントロールユニット１０（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、略称ＭＣＵ）にそれぞれ接続されている。給電ユニット４０は、各電池４１の正極に接続された芯材４２に１本のサンプリング用の導線７０が接続されてサンプリング回路２０に接続されている。サンプリング回路２０が各導線７０を通じて各電池４１の正極側の電圧を取得し、この電圧情報がマイクロコントロールユニット１０に入力可能となっている。マイクロコントロールユニット１０は、あらかじめプログラム設定されたデータに基づきその他ユニットを制御する判別の根拠とする。
【００１６】
マイクロコントロールユニット１０には、レギュレータシステムの給電回路３０、基準電圧回路３１及び電磁スイッチ制御回路２１がそれぞれ接続されている。さらに給電回路３０は給電ユニット４０と回路を形成し、該回路上には、さらに磁性自己保持型の電磁スイッチ５０が設けられている。電磁スイッチ５０は電磁スイッチ制御回路２１により、回路上の接点５２を開閉する。
【００１７】
電磁スイッチ５０の接続バー５１と接点５２とは常時外力で定方向機能が保持され、接点導通方向が電磁スイッチ制御回路２１により選定された後、電磁スイッチ５０に動作が指示され、その導通方向の保持力は、完全に外力の補助で導通方向がラッチ（Ｌａｔｃｈ）されるため、電磁スイッチ５０は電力を消費する必要がない。マイクロコントロールユニット１０は、各芯材４２に対する電圧データに基づいて判別を行い、判別結果に基づいて電磁スイッチ制御回路２１にコマンドを出力し、このコマンドに応じて電磁スイッチ制御回路２１は、電磁スイッチ５０に対して接点５２の開閉の制御を行う。
【００１８】
一般に用いられる自己保持型の電磁スイッチ５０には多くの種類の構成があり、基本的には、そのコイル（図示しない）が駆動電力を受けると、入力された電力の極性に基づいて一方向の磁力を発生し、接点方向を変えることができる受動部材に作用して、受動部材を一方向に移動させ、移動後は機械的に位置決めが得られるため、接点が保持されて導通または遮断が決定される。
【００１９】
上述の位置決めは、機械式のほか、磁性吸着部材の外力補助方式もあり、受動部材がコイルにより駆動されて一方向に移動し、移動終点に到達するとき、移動の方向にあらかじめ設置した磁性吸着部材が発する磁力で吸着されて位置決めされ、ラッチされる。
【００２０】
上述の二種類の構成において、その動作方式は共にコイルに瞬間的な電力を供給し、十分な連動力を発生して受動部材の移動を行わせ、受動部材が移動された後、そのラッチング（Ｌａｔｃｈｉｎｇ）は機構部材または付加された磁性吸着部材により行われる。コイルは給電を停止することができるため、開閉の操作は一度の瞬間的な給電のみで可能である。
【００２１】
なお、自己保持型スイッチの応用については、電子ドアロックにもよく見受けられ、その電力の消費は極めて低く、一般に２個の３ＵＭの１．５Ｖ電池でドアの正常な使用下では使用期限が７ヶ月にも達することができ、このことからも、自己保持型の電磁スイッチ５０は瞬間的な電力のみであるため、消費電力が極めて低いことが分かる。
【００２２】
本考案で応用される自己保持型の電磁スイッチ５０の動作方式は一時的な給電と同じであるため、消費エネルギーが極めて低く、且つ、ラッチ後に給電回路３０を安定した開または閉の状態に維持し、性能の信頼性が極めて高い。
【００２３】
本考案のマイクロコントロールユニット１０は、信号指示ランプ６０と接続することができ、異なる状況が検知されたとき、異なる色の信号指示ランプ６０を点灯させ、識別可能にすると共に充（放）電に関する情報を提供し、そのときの動作状況を判別可能にすることができる。
【００２４】
サンプリング回路２０は、また、電池４１の接続数に基づいた設計とすることができ、適当な芯材４２の箇所で適した電圧値を取得し、マイクロコントロールユニット１０に提供して判断させることができる。
【００２５】
図１、図２に示すように、本考案は自己保持型の電磁スイッチ５０（ラッチングリレー）上の接続バー５１と接点５２とは平時磁性で大電流が導通されるか否かの状態を選定して保持し、給電ユニット４０の電圧が正常範囲にあるとき、マイクロコントロールユニット１０はいかなるコマンドも電磁スイッチ制御回路２１に発しない。
【００２６】
給電ユニット４０の電圧がマイクロコントロールユニット１０の判別により異常が検知されると、例えば、電圧が高すぎるときは、図３に示すように、すぐに電磁スイッチ制御回路２１にコマンドを出し、応じて電磁スイッチ制御回路２１がパルス弱電流を発して電磁スイッチ５０の接続バー５１と接点５２とを導通状態から遮断状態に切り換える。このとき給電ユニット４０はすでに外部のあらゆる部材に対して充放電を行うことができなくなる。
【００２７】
この場合、再度通電したいときは、まずリセット（Ｒｅｓｅｔ）ボタンを押すと（これは一般的な電子、回路技術であるため図では省略する）、瞬間的に制御回路全体に給電されて、また正常な状況に戻すことができ、マイクロコントロールユニット１０が再度異常な状況の発生を検出して別の循環を行うまで保たれる。
【００２８】
上述の状態は、給電ユニット４０の蓄電量が不足しているとき、マイクロコントロールユニット１０に検出されて電磁スイッチ５０に間接的にコマンドが出され、給電ユニット４０に対する給電回路３０が遮断され、給電ユニット４０内の蓄電量が完全に尽きてその化学反応能力に影響するのを防ぎ、電池の寿命を保護することができる。
【００２９】
また、給電回路３０が遮断された後はリセット（Ｒｅｓｅｔ）ボタンを使用して給電ユニット４０と給電回路３０とを導通させることができるが、この回の再給電は給電ユニット４０の残余電量を再提供できるのみであり、前記残余電量は室外の外部支援がない場合に貴重となり、例えば、自動車のエンジンを始動する必要があるときの貴重な電力とすることができる。
【００３０】
給電回路３０が遮断された後、リセット（Ｒｅｓｅｔ）ボタンを使用して給電回路３０を再起動することができる。
【００３１】
本考案は、従来のマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）回路を利用して、弱電流システムを使用し検出判断を行わせ、その後判断の状況をあらかじめ設定した要求条件に照らし合わせ、マイクロコントロールユニット１０が「閉」または「開」のコマンドを電磁スイッチ制御回路２１に送り、電磁スイッチ制御回路２１が「閉」または「開」の駆動弱電流を自己保持型の電磁スイッチ５０に送り、電池の電流の充（放）電の可否を制御するという目的を達することができる。自己保持型の電磁スイッチ５０の制御で開閉操作に用いられるコイル（Ｃｏｉｌ）の電流及び電圧はとても低く、且つ瞬間的な給電操作であり、その動作目的は、接点５２の動作方向を間接的に操作することであり、且つ接点５２を流れる電流は非常に大きくすることもできるため、小電流（弱電流）且つ瞬間的作動方式で大電流（強電流）を制御するという目的を達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本考案の実施形態に係る電池保護装置の回路図である。
【図２】図１の電池保護装置の回路ブロック図である。
【図３】図１の電池保護装置の動作を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  マイクロコントロールユニット
２０  サンプリング回路
２１  電磁スイッチ制御回路
３０  給電回路
３１  基準電圧回路
４０  給電ユニット
４１  電池
４２  芯材
５０  電磁スイッチ
５１  接続バー
５２  接点
６０  信号指示ランプ
７０  導線
【図１】
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【図２】
0003143519.tif 000004
【図３】
0003143519.tif 000005