(57)【要約】【課題】二種以上の電池セットが採用され、電子装置のサイズに応じて形式の違う電池セットを選択することができ、設計上においてフレキシブルである電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法を提供すること。【解決手段】ハイブリッド型電池モジュールが、第一電池セットと、第一プログラマブルヒューズと、第一放電スイッチと、第一充電スイッチと、第一アナログフロントエンド回路と、第一サーミスターと、第二電池セットと、第二プログラマブルヒューズと、第二放電スイッチと、第二充電スイッチと、第二アナログフロントエンド回路と、第二サーミスターと、コントローラと、電圧バランスユニットとからなり、前記第一電池セット及び第二電池セットは電圧バランスユニットによって放電されることができること。【選択図】図１
2008029187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールであって、
第一電池セットと、
前記第一電池セットに接続される第一端を備えた第一プログラマブルヒューズと、
前記第一プログラマブルヒューズの第二端に接続される電源端を備えた第一放電スイッチと、
前記第一放電スイッチのドレイン端に接続されるドレイン端を備えた第一充電スイッチと、
前記第一放電スイッチ及び第一充電スイッチの開／閉を制御するために前記第一電池セットの電圧または電流を検出する、前記第一放電スイッチ及び第一充電スイッチのゲート端にそれぞれ接続された第一アナログフロントエンド回路と、
前記第一電池セットの温度を感知することができる、グランドに接続される一端を備えた第一サーミスターと、
第二電池セットと、
前記第二電池セットに接続される第一端を備えた第二プログラマブルヒューズと、
前記第二プログラマブルヒューズの第二端に接続される電源端を備えた第二放電スイッチと、
前記第二放電スイッチのドレイン端に接続されるドレイン端を備えた第二充電スイッチと、
前記第二放電スイッチ及び第二充電スイッチの開／閉を制御するために前記第二電池セットの電圧または電流を検出する、前記第二放電スイッチ及び第二充電スイッチのゲート端にそれぞれ接続された第二アナログフロントエンド回路と、
前記第二電池セットの温度を感知することができる、グランドに接続される一端を備えた第二サーミスターと、
前記第一プログラマブルヒューズの制御端、前記第一サーミスターの他の一端、前記第二プログラマブルヒューズの制御端、前記第二サーミスターの他の一端、にそれぞれ接続されるコントローラと、
前記コントローラ、前記第一充電スイッチ、前記第一放電スイッチ、前記第二充電スイッチ及び前記第二放電スイッチにそれぞれ接続される電圧バランスユニットとからなり、
電圧バランスをとるために、前記第一電池セット及び第二電池セットは電圧バランスユニットによって放電されることができることを特徴とする、電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項２】
前記第一放電スイッチ、前記第一充電スイッチ、前記第二放電スイッチ及び前記第二充電スイッチは電界効果トランジスターであることを特徴とする請求項１記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項３】
前記第一アナログフロントエンド回路及び前記第二アナログフロントエンド回路は集積回路であることを特徴とする請求項１記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項４】
前記第一アナログフロントエンド回路及び前記第二アナログフロントエンド回路が検出した電圧値及び電流値と、前記第一サーミスター及び前記第二サーミスターが感知した温度値を記憶することができる、前記コントローラに接続される記憶装置を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項５】
前記記憶装置は電気的に内容を書き換えることができる記憶装置であることを特徴とする請求項４記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項６】
請求項１記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールが、前記第一プログラマブルヒューズの制御端及び前記第二プログラマブルヒューズの制御端にそれぞれ接続される、内部に電圧コンパレータを備えた第一安全保護回路及び第二安全保護回路を更に備え、
前記第一電池セット及び／または前記第二電池セットを保護するため、前記第一電池セット及び前記第二電池セットの電圧が予め設定された値より高い場合、制御端を制御して前記第一プログラマブルヒューズ及び／または前記第二プログラマブルヒューズを焼損することを特徴とする電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載の前記電圧バランスユニットが更に、
前記第一充電スイッチのドレイン端及び前記第一放電スイッチのドレイン端に接続される一端を備えた第一限流抵抗器と、
前記第一限流抵抗器の他の一端に電源端が接続され、前記コントローラにゲート端が接続され、前記第一電池セットの電流の逆流を防ぐために内部に本体ダイオードを備えた第一電界効果トランジスターと、
前記第二充電スイッチのドレイン端及び前記第二放電スイッチのドレイン端に接続される一端を備えた第二限流抵抗器と、
前記第二限流抵抗器の他の一端に電源端が接続され、前記コントローラにゲート端が接続され、前記第二電池セットの電流の逆流を防ぐために内部にも本体ダイオードを備えた第二電界効果トランジスターとを備え、
前記第一電池セット及び前記第二電池セットの電圧バランスがとれるようにするため、前記第一放電スイッチ、前記第一充電スイッチ、前記第二放電スイッチ及び前記第二充電スイッチが遮断された場合、前記第一電池セットは前記第一電界効果トランジスターの本体ダイオード、及び前記第一限流抵抗器を経由して放電径路を形成し、前記第二電池セットは前記第二電界効果トランジスターの本体ダイオード、及び第二限流抵抗器を経由して放電径路を形成することを特徴とする電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項８】
前記第一電界効果トランジスター及び前記第二電界効果トランジスターの本体ダイオードを経て前記第一電池セット及び前記第二電池セットに小電流を流すことで前充電するために、
前記コントローラにゲート端が接続され、前記第一電界効果トランジスター及び前記第二電界効果トランジスターのドレイン端にドレイン端が接続され、前記第一充電スイッチの電源端及び前記電池モジュールの出力端に電源端が接続される前充電回路を更に備えたことを特徴とする請求項７記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項９】
前記前充電回路は電界効果トランジスターであることを特徴とする請求項８記載の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール。
【請求項１０】
電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法であって、前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一充電スイッチ及び第二充電スイッチ、第一ヒューズ及び第二ヒューズを備え、前記充電方法は以下のステップを含む。
前記第一電池セット及び前記第二電池セットを充電状態に切り換えるステップ。
前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオンにし、前記第一電池セット及び前記第二電池セットに対してそれぞれ充電を行うステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの充電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの充電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧がアンバランスであるかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
前記第一充電スイッチまたは前記第二充電スイッチが故障しているかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が臨界電圧を超えているか判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
前記第一電池セット及び前記第二電池セットの充電が飽和したかを判断し、まだであれば引き続き充電するステップ。
前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをそれぞれオフにするステップ。
【請求項１１】
前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチは電界効果トランジスターであり、前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズはプログラマブルヒューズであることを特徴とする請求項10記載の充電方法。
【請求項１２】
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が高すぎるかを判断する前記ステップに於いて、高すぎる電圧値は4.3Vであることを特徴とする請求項10記載の充電方法。
【請求項１３】
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が臨界電圧を超えているか判断する前記ステップに於いて、前記臨界電圧値は4.4Vであることを特徴とする請求項10記載の充電方法。
【請求項１４】
電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法であって、前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一放電スイッチ及び第二放電スイッチ、第一ヒューズ及び第二ヒューズを備え、前記放電方法は以下のステップを含む。
前記第一電池セット及び前記第二電池セットを放電状態に切り換えるステップ。
前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオンにし、前記第一電池セット及び前記第二電池セットに対してそれぞれ放電を行うステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が低すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。
前記第一放電スイッチまたは前記第二放電スイッチが故障しているかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
【請求項１５】
前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチは電界効果トランジスターであり、前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズはプログラマブルヒューズであることを特徴とする請求項14記載の放電方法。
【請求項１６】
前記第一電池セット及び前記第二電池セットの電圧が低すぎるかを判断するステップに於いて、低すぎる電圧値は2.5Vであることを特徴とする請求項14記載の放電方法。
【請求項１７】
電池モジュールの電圧バランス方法であって、
前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一充電スイッチ及び第二充電スイッチ、第一放電スイッチ及び第二放電スイッチを備え、以下のステップを含む：
（1）前記第一電池セット及び前記第二電池セットの組み合せが完成したら、前記第一、二放電スイッチをオンにし、かつ前記第一、二充電スイッチをオフにする。
（2）前記第一電池セット中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば前記第二電界効果トランジスターをオフにする。
（3）前記第二電池セット中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば前記第一電界効果トランジスターをオフにする。
（4）前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにする。
（5）前記第一電池セットと前記第二電池セットの電圧の差が特定電圧より大きいかを判断し、大きい場合は前記ステップ（2）に戻って引き続き放電し、大きくない場合は前記第一、二充電スイッチをオンにする。
【請求項１８】
前記第一充電スイッチ、前記第二充電スイッチ、前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチは電界効果トランジスターであることを特徴とする請求項17記載の電池モジュールの電圧バランス方法。
【請求項１９】
前記第一電池セットと前記第二電池セットの電圧の差が特定電圧より大きいかを判断するステップに於いて、前記特定電圧は20mVであることを特徴とする請求項17記載の電池モジュールの電圧バランス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法に関するものである。特に電圧バランスユニットが備えられ、電池セットに対して放電を行って電圧バランスの目的を達成することができ、及びその電池セットが充電または放電モードにあるかに拘わらず、一つの電池セットだけが正常でないまたは臨界安全条件に出逢った場合、直ちに同時に二つの電池セットの充電スイッチ、放電スイッチまたはヒューズを遮断し、電池セットが破壊されることを避ける電池モジュール及びその充放電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の充電電池モジュール及びその充放電方法について、例えばアメリカ合衆国US 2005116686号公報は電池装置に複数の電池セットが備えられているものを開示しており、その主要は単一（特定）電池の減衰現象の防止に用いられ、その中、各電池セットは一つまたは多数個の電池から構成される。このようなハイブリッド型電池装置は電子装置のCPUが電池セットの充／放電の循環回数によってどの電池が駆動(active)状態を維持しているかを判断する。そのため各電池セットはシーケンス(sequence)型である。
ところがその特許案では、その中の一つの電池が充、放電の過程において問題が発生した場合、同時に電池の充電スイッチをオフにすることができないので、充電電池が損害しやすく、かつその特許案の電池セットはシーケンスをもって充、放電を行っているので、その負荷能力は低く、かつ充／放電の時間も長いという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の目的は、二種以上の電池セットが採用され、電子装置のサイズに応じて形式の違う電池セットを選択することができ、設計上においてフレキシブルである電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法を提供することである。
【０００４】
本発明のもう一つの目的は、その充／放電制御法として並列(parallel)方式の充放電を採用し、より高い負荷能力及びより短い充電時間を備える電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法を提供するものである。
【０００５】
本発明の更にもう一つの目的は、その充／放電制御法として並列方式の充放電を採用し、二種形式の違う電池セットは電圧（電位）のバランスを維持し、それに蓄えられたエネルギーを充分に使うことができる電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法を提供するものである。
【０００６】
本発明の更にもう一つの目的は、電圧バランスユニットが備えられ、第一電池セット及び第二電池セットは電圧バランスユニットによって電圧バランスの目的を達成することができ、かつ充電過程において、もし安全に関する事件に出逢うと第一充電スイッチ及び第二充電スイッチは直ちに遮断される電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールは、
第一電池セットと、前記第一電池セットに接続される第一端を備えた第一プログラマブルヒューズと、前記第一プログラマブルヒューズの第二端に接続される電源端を備えた第一放電スイッチと、前記第一放電スイッチのドレイン端に接続されるドレイン端を備えた第一充電スイッチと、前記第一放電スイッチ及び第一充電スイッチの開／閉を制御するために前記第一電池セットの電圧または電流を検出する、前記第一放電スイッチ及び第一充電スイッチのゲート端にそれぞれ接続された第一アナログフロントエンド回路と、前記第一電池セットの温度を感知することができる、グランドに接続される一端を備えた第一サーミスターと、第二電池セットと、前記第二電池セットに接続される第一端を備えた第二プログラマブルヒューズと、前記第二プログラマブルヒューズの第二端に接続される電源端を備えた第二放電スイッチと、前記第二放電スイッチのドレイン端に接続されるドレイン端を備えた第二充電スイッチと、前記第二放電スイッチ及び第二充電スイッチの開／閉を制御するために前記第二電池セットの電圧または電流を検出する、前記第二放電スイッチ及び第二充電スイッチのゲート端にそれぞれ接続された第二アナログフロントエンド回路と、前記第二電池セットの温度を感知することができる、グランドに接続される一端を備えた第二サーミスターと、前記第一プログラマブルヒューズの制御端、前記第一サーミスターの他の一端、前記第二プログラマブルヒューズの制御端、前記第二サーミスターの他の一端、にそれぞれ接続されるコントローラと、前記コントローラ、前記第一充電スイッチ、前記第一放電スイッチ、前記第二充電スイッチ及び前記第二放電スイッチにそれぞれ接続される電圧バランスユニットとからなり、電圧バランスをとるために、前記第一電池セット及び第二電池セットは電圧バランスユニットによって放電されることができ電圧バランスの目的が達成される。
【０００８】
また、前記第一アナログフロントエンド回路及び前記第二アナログフロントエンド回路が検出した電圧値及び電流値と、前記第一サーミスター及び前記第二サーミスターが感知した温度値を記憶することができる、前記コントローラに接続される記憶装置を更に備えることが好適である。
【０００９】
また、前記第一プログラマブルヒューズの制御端及び前記第二プログラマブルヒューズの制御端にそれぞれ接続される、内部に電圧コンパレータを備えた第一安全保護回路及び第二安全保護回路を更に備え、
前記第一電池セット及び／または前記第二電池セットを保護するため、前記第一電池セット及び前記第二電池セットの電圧が予め設定された値より高い場合、制御端を制御して前記第一プログラマブルヒューズ及び／または前記第二プログラマブルヒューズを焼損することが好適である。
【００１０】
また、前記電圧バランスユニットが更に、前記第一充電スイッチのドレイン端及び前記第一放電スイッチのドレイン端に接続される一端を備えた第一限流抵抗器と、前記第一限流抵抗器の他の一端に電源端が接続され、前記コントローラにゲート端が接続され、前記第一電池セットの電流の逆流を防ぐために内部に本体ダイオードを備えた第一電界効果トランジスターと、前記第二充電スイッチのドレイン端及び前記第二放電スイッチのドレイン端に接続される一端を備えた第二限流抵抗器と、前記第二限流抵抗器の他の一端に電源端が接続され、前記コントローラにゲート端が接続され、前記第二電池セットの電流の逆流を防ぐために内部にも本体ダイオードを備えた第二電界効果トランジスターとを備え、前記第一電池セット及び前記第二電池セットの電圧バランスがとれるようにするため、前記第一放電スイッチ、前記第一充電スイッチ、前記第二放電スイッチ及び前記第二充電スイッチが遮断された場合、前記第一電池セットは前記第一電界効果トランジスターの本体ダイオード、及び前記第一限流抵抗器を経由して放電径路を形成し、前記第二電池セットは前記第二電界効果トランジスターの本体ダイオード、及び第二限流抵抗器を経由して放電径路を形成することが好適である。
【００１１】
また、前記第一電界効果トランジスター及び前記第二電界効果トランジスターの本体ダイオードを経て前記第一電池セット及び前記第二電池セットに小電流を流すことで前充電するために、
前記コントローラにゲート端が接続され、前記第一電界効果トランジスター及び前記第二電界効果トランジスターのドレイン端にドレイン端が接続され、前記第一充電スイッチの電源端及び前記電池モジュールの出力端に電源端が接続される前充電回路を更に備えることが好適である。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法は、前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一充電スイッチ及び第二充電スイッチ、第一ヒューズ及び第二ヒューズを備え、以下のステップを含む。
前記第一電池セット及び前記第二電池セットを充電状態に切り換えるステップ。前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオンにし、前記第一電池セット及び前記第二電池セットに対してそれぞれ充電を行うステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの充電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの充電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをオフにするステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧がアンバランスであるかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。前記第一充電スイッチまたは前記第二充電スイッチが故障しているかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が臨界電圧を超えているか判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。前記第一電池セット及び前記第二電池セットの充電が飽和したかを判断し、まだであれば引き続き充電するステップ。前記第一充電スイッチ及び前記第二充電スイッチをそれぞれオフにするステップ。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法は、前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一放電スイッチ及び第二放電スイッチ、第一ヒューズ及び第二ヒューズを備え、以下のステップを含む。
前記第一電池セット及び前記第二電池セットを放電状態に切り換えるステップ。前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオンにし、前記第一電池セット及び前記第二電池セットに対してそれぞれ放電を行うステップ。
前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの電圧が低すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにするステップ。前記第一放電スイッチまたは前記第二放電スイッチが故障しているかを判断し、そうであれば同時に前記第一ヒューズ及び前記第二ヒューズを焼損するステップ。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の電池モジュールの電圧バランス方法は、前記電池モジュールは第一電池セット及び第二電池セット、第一充電スイッチ及び第二充電スイッチ、第一放電スイッチ及び第二放電スイッチを備え、以下のステップを含む：
（1）前記第一電池セット及び前記第二電池セットの組み合せが完成したら、前記第一、二放電スイッチをオンにし、かつ前記第一、二充電スイッチをオフにする。
（2）前記第一電池セット中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば前記第二電界効果トランジスターをオフにする。
（3）前記第二電池セット中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば前記第一電界効果トランジスターをオフにする。
（4）前記第一電池セットまたは前記第二電池セットの放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に前記第一放電スイッチ及び前記第二放電スイッチをオフにする。
（5）前記第一電池セットと前記第二電池セットの電圧の差が特定電圧より大きいかを判断し、大きい場合は前記ステップ（2）に戻って引き続き放電し、大きくない場合は前記第一、二充電スイッチをオンにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示す本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールのブロックダイアグラムを参照ください。図に示すように、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールは少なくとも第一電池セット10、第一プログラマブルヒューズ11、第一放電スイッチ12、第一充電スイッチ13、第一アナログフロントエンド回路14、第一サーミスター15、第二電池セット20、第二プログラマブルヒューズ21、第二放電スイッチ22、第二充電スイッチ23、第二アナログフロントエンド回路24、第二サーミスター25、コントローラ30及び電圧バランスユニット40が含まれて構成される。
【００１６】
その中、第一電池セット10は充電電池であり、それには複数個の電池胞体が含まれる。
【００１７】
第一プログラマブルヒューズ11には三つの端子が備えられ、第一端は第一電池セット10に接続され、第二端は第一放電スイッチ12の電源端に接続され、他の制御端はコントローラ30に接続される。コントローラ30は低電圧を制御端へ出力することによって電流を第一端・制御端及び第二端・制御端の間で流れるようにし、抵抗（図面には示されていない）の温度を上昇させて第一プログラマブルヒューズ11を焼損する。
【００１８】
第一放電スイッチ12は例えば電界効果トランジスター(FET)であるがそれに限らず、かつその電源端(source)は第一プログラマブルヒューズ11の第二端に接続される。
【００１９】
第一充電スイッチ13は例えば電界効果トランジスター (FET)であるがそれに限らず、かつそのドレイン端は第一放電スイッチ12のドレイン端に接続される。
【００２０】
第一アナログフロントエンド回路14は集積回路であり、それぞれ第一放電スイッチ12及び第一充電スイッチ13のゲート端に接続され、測定器（図面には示されていない）が設けられて第一電池セット10の電圧または電流を測定することができ、並びにそれによって第一放電スイッチ12及び第一充電スイッチ13の開／閉を制御する。
【００２１】
第一サーミスター15の一端はグランド(ground)に接続され、他の一端はコントローラ30に接続され、第一電池セット10の温度を感知測定し、コントローラ30に伝送されて処理を行う。
【００２２】
第二電池セット20も充電電池であり、複数個の電池胞体が含まれる。
【００２３】
第二プログラマブルヒューズ21には三つの端子が備えられ、第一端は第二電池セット20に接続され、第二端は第二放電スイッチ22の電源端に接続され、他の制御端はコントローラ30に接続される。コントローラ30は低電圧を制御端へ出力することによって電流を第一端-制御端及び第二端-制御端の間で流れるようにし、抵抗（図面には示されていない）の温度を上昇させて第二プログラマブルヒューズ21を焼損する。
【００２４】
第二放電スイッチ22は例えば電界効果トランジスター(FET)であるがそれに限らず、その電源端は第二プログラマブルヒューズ21の第二端に接続される。
【００２５】
第二充電スイッチ23は例えば電界効果トランジスター(FET)であるがそれに限らず、かつそのドレイン端は第二放電スイッチ22のドレイン端に接続される。
【００２６】
第二アナログフロントエンド回路24は集積回路であり、それはそれぞれ第二放電スイッチ22及び第二充電スイッチ23のゲート端に接続され、測定器（図面には示されていない）が設けられて第二電池セット20の電圧または電流を測定することができ、並びにそれによって第一放電スイッチ22及び第一充電スイッチ23の開／閉を制御する。
【００２７】
第二サーミスター25の一端はグランドに接続され、他の一端はコントローラ30に接続され、第二電池セット20の温度を感知測定し、コントローラ30に伝送されて処理を行う。
【００２８】
コントローラ30はそれぞれ第一サーミスター15の他の一端、第一プログラマブルヒューズ11の制御端、第二サーミスター25の他の一端、第二プログラマブルヒューズ21の制御端に接続され、それは第一アナログフロントエンド回路14、第一サーミスター15が感知測定した第一電池セット10の電圧、電流及び温度等パラメータを受信することができ、また第二アナログフロントエンド回路24、第二サーミスター25が感知測定した第二電池セット20の電圧、電流及び温度等パラメータを受信することができ、それによって制御信号を第一プログラマブルヒューズ11の制御端、及び第二プログラマブルヒューズ21の制御端に出力し、第一プログラマブルヒューズ11及び第二プログラマブルヒューズ21を焼損する。または制御信号を第一アナログフロントエンド回路14及び第二アナログフロントエンド回路24に出力し、同時に第一放電スイッチ12または第一充電スイッチ13、及び第二放電スイッチ22または第二充電スイッチ23をオフにし、第一電池セット10及び第二電池セット20の充、放電作業を止める。
【００２９】
電圧バランスユニット40は第一電池セット10及び第二電池セット20の間に二方向導通スイッチ及び限流抵抗器（第一限流抵抗器41、第一電界効果トランジスター42、第二限流抵抗器43、第二電界効果トランジスター44を含む）を設けて構成されることができる。または電圧バランスユニット40を第一放、充電スイッチ12、13、と第二放、充電スイッチ22、23の間に設け、それぞれコントローラ30、第一充電スイッチ13、第一放電スイッチ12、第二充電スイッチ23及び第二放電スイッチ22に接続し、第一電池セット10及び第二電池セット20は電圧バランスユニット40によって放電されることができ、電圧バランスの目的が達成される。
【００３０】
第一限流抵抗器41の一端は第一充電スイッチ13のドレイン端及び第一放電スイッチ12のドレイン端に接続される。第一電界効果トランジスター42の電源端は第一限流抵抗器41の他の一端に接続され、そのゲート端はコントローラ30に接続され、それには第一電池セット10の電流の逆流を防ぐことに用いられる本体ダイオード(body diode)421が備えられている。第二限流抵抗器43の一端は第二充電スイッチ23のドレイン端及び第二放電スイッチ22のドレイン端に接続される。第二電界効果トランジスター44の電源端は第二限流抵抗器43の他の一端に接続され、そのゲート端はコントローラ30に接続され、かつそれには第二電池セット20の電流の逆流を防ぐことに用いられる本体ダイオード441が備えられている。それによって第一放電スイッチ12、第一充電スイッチ13、第二放電スイッチ22及び第二充電スイッチ23が遮断された場合、第一電池セット10は第一電界効果トランジスター42の本体ダイオード421及び第一限流抵抗器41を経由し、放電径路を形成して放電を行うことができる。第二電池セット20は第二電界効果トランジスター44の本体ダイオード441及び第二限流抵抗器43を経由し、放電径路を形成して放電を行うことができ、それによって第一電池セット10及び第二電池セット20の電圧をバランスする目的が達成される。
【００３１】
第一電池セット10と第二電池セット20がハイブリッド型電池パックに構成されたら、その電池パックはある時間静かに置く必要があり(例えば数時間ないし数十時間、ただしそれに限らず、電池電圧の差異、電圧バランスユニット40の限流抵抗器41、43の抵抗値及び電池セット10、20の容量によって決められる)、その電圧バランスユニット40は第一電池セット10と第二電池セット20の電圧を自動的にバランスすることができる。その電圧のバランス状況は次の三種に分けられる：
（一）第一電池セット10と第二電池セット20の電圧の差が大きい場合（例えば20mVより大きい、ただしそれに限らない）、第一、二充電スイッチ13、23はオフされ、第一、二放電スイッチ12、22はオンされ、電圧バランスユニット40内の第一、二電界効果トランジスター42、44もオンされ、第一電池セット10と第二電池セット20は互いに充放電を行って電圧バランスの目的が達成される。
（二）第一電池セット10と第二電池セット20の電圧の差が小さい場合（例えば20mVより小さい、ただしそれに限らない）、第一、二充電スイッチ13、23、第一、二放電スイッチ12、22及び第一、二電界効果トランジスター42、44はともにオンされ、第一電池セット10と第二電池セット20の電圧は快速にバランスがとられるが、この場合、電池電圧の差異が小さいので、電池セット10、20の交互充放電は制御され、電池セット10、20及びスイッチを保護することができる。
（三）第一電池セット10のある電池胞体の電圧が高すぎると、電圧バランスユニット40内の第二電界効果トランジスター44はオフされ、第二電池セット20から第一電池セット10への充電が制限され、第一電池セット10は放電しかできない。同じく、第二電池セット20のある電池胞体の電圧が高すぎると、電圧バランスユニット40内の第一電界効果トランジスター42はオフされ、第一電池セット10から第二電池セット20への充電が制限され、第二電池セット20は放電しかできない。電池セットの電圧が相対して低い場合、継続して充電すると安全性の問題が生じることがあるため、この状況はある電池胞体の電圧が高すぎることを避けることになる。
【００３２】
上記三種の情況に対し、本発明は更に電池セットの電圧バランス方法を提供する。図2に示す本発明電池セットの電圧バランス方法のフローシートを参照ください。図に示す本発明の電池セットの電圧バランス方法には次のステップが含まれる：電池セットの組み合せが完成したら、第一、二放電スイッチ12、22をオンにし、かつ第一、二充電スイッチ13、23をオフにする(ステップ１)。第一電池セット10中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば第二電界効果トランジスター44をオフにする(ステップ２)。第二電池セット20中のある電池胞体の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば第一電界効果トランジスター42をオフにする(ステップ３)。第一電池セット10と第二電池セット20の電圧の差が20mVより大きいかを判断し、そうであればステップ２へ戻って引き続き放電し、大きくなければ第一、二充電スイッチ13、23をオンにする(ステップ４)。
【００３３】
このほか、本発明のハイブリッド型電池モジュールは更に記憶装置35を備えることができる。例えば電気的に内容を書き換えることができる記憶装置(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory；EEPROM)であるがそれに限らず、コントローラ30に接続されて第一アナログフロントエンド回路14、及び第二アナログフロントエンド回路24に感知測定された電圧値及び電流値、並びに第一サーミスター15及び第二サーミスター25が感知測定した温度値を記憶することができ、コントローラ30の参考に供される。
【００３４】
このほか、本発明のハイブリッド型電池モジュールは更に第一安全保護回路50及び第二安全保護回路55を備え、それらは第一プログラマブルヒューズ11の制御端及び第二プログラマブルヒューズ21の制御端に接続され、内部には電圧コンパレータが備えられ(図面には示されていない)、第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が予め設定された値より高い場合、その制御端を制御して第一プログラマブルヒューズ11及び／または第二プログラマブルヒューズ21を焼損し、第一電池セット10及び／または第二電池セット20を保護する。
【００３５】
このほか、本発明のハイブリッド型電池モジュールは更に前充電回路60が備えられ、そのゲート端はコントローラ30に接続され、ドレイン端は第一電界効果トランジスター42及び第二電界効果トランジスター44のドレイン端に接続され、電源端は第一充電スイッチ13のドレイン端及び電池モジュールの出力端(BATT+)に接続され、小さい電流が第一電界効果トランジスター42及び第二電界効果トランジスター44の本体ダイオード421、441を経由して流れることを提供し、それぞれ第一電池セット10及び第二電池セット20に対して前充電を行うことができる。前充電回路60は電界効果トランジスターである。
【００３６】
このように、上記電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールにより、本発明の第一電池セット10及び第二電池セット20は先に電圧バランスユニットを経由して放電を行うことができ、電圧がバランスしてから平行に充放電を行い、それによって第一電池セット10及び第二電池セット20はより高い負荷能力及びより短い充電時間を備えることができるので、確かに従来のハイブリッド型電池モジュールの欠点を改善することができる。
【００３７】
このほか、本発明はまた電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法を提供する。図３に示す本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法のフローシートを参照ください。図に示すように、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法において、その電池モジュールには第一電池セット10及び第二電池セット20、第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23、第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21が備えられ、それには次のステップが含まれる：第一電池セット10及び第二電池セット20を充電状態に切り換える(ステップ１)。それぞれ第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオンにし、第一電池セット10及び第二電池セット20に対して充電を行う(ステップ２)。第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにする(ステップ３)。第一電池セット10または第二電池セット20の電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにする(ステップ４)。第一電池セット10または第二電池セット20の充電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにする(ステップ５)。第一電池セット10及び第二電池セット20の電圧がアンバランスであるかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損する(ステップ６)。第一充電スイッチ13または第二充電スイッチ23が故障しているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損する(ステップ７)。第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が臨界電圧を超えているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損する(ステップ８)。第一電池セット10及び第二電池セット20の充電が飽和したかを判断し、まだであれば引き続き充電する(ステップ９)。それぞれ第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにする(ステップ10)。
【００３８】
ステップ２において、それぞれ第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオンにし、並びに第一電池セット10及び第二電池セット20に対して充電を行う。第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23は電界効果トランジスターである。
【００３９】
ステップ３において、第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにするが、その高すぎる電圧は4.3Vであり、すなわち第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が4.3Vより高ければ、第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23はオフされ、第一電池セット10または第二電池セット20の構造が破壊されないようにする。
【００４０】
ステップ４において、第一電池セット10または第二電池セット20の電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにし、第一電池セット10または第二電池セット20が焼損されないようにする。
【００４１】
ステップ５において、第一電池セット10または第二電池セット20の充電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23をオフにし、第一電池セット10または第二電池セット20の焼損を避ける。
【００４２】
ステップ６において、第一電池セット10及び第二電池セット20の電圧がアンバランスであるかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損し、アンバランスな電圧によって発生する電流が電圧の低い電池セットへ流れ込み、その電池セットの焼損を避ける。
【００４３】
ステップ７において、第一充電スイッチ13または第二充電スイッチ23が故障しているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損する。記憶装置35にはそれぞれ第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23の状態を記録するビット(bit)があり、例えばオン時の状態は１、オフ時の状態は０であるので、第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23がオフである場合、コントローラ30で読み取った状態値は０であるが、それでも回路上に電流があると感知したら第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23が故障したことを表すので、同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損し、第一電池セット10または第二電池セット20の焼損を避ける。
【００４４】
ステップ８において、第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が臨界電圧を超えているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損するが、その臨界電圧値は4.4Vである。
【００４５】
このほか、本発明は電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法を提供する。
図４に示す本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法のフローシートを参照ください。
図に示すように、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法において、その電池モジュールには第一電池セット10及び第二電池セット  20、第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22、第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21が備えられ、それには次のステップが含まれる：
第一電池セット10及び第二電池セット20を放電状態に切り換える(ステップ１)。
第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオンにし、並びに第一電池セット10及び第二電池セット20に対して放電を行う(ステップ２)。
第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が低すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにする(ステップ３)。
第一電池セット10または第二電池セット20の放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにする(ステップ４)。
第一電池セット10または第二電池セット20の放電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにする(ステップ５)。
第一放電スイッチ12または第二放電スイッチ22が故障しているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損する (ステップ６) 。
【００４６】
ステップ２において、それぞれ第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオンにし、並びに第一電池セット10及び第二電池セット20に対して放電を行うが、その第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22は電界効果トランジスターである。
【００４７】
ステップ３において、第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が低すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにするが、その低すぎる電圧は2.5Vであり、すなわち第一電池セット10または第二電池セット20の電圧が2.5Vより低い場合、第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22はオフされる。
【００４８】
ステップ４において、第一電池セット10または第二電池セット20の放電電流が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにし、第一電池セット10または第二電池セット20の焼損を避ける。
【００４９】
ステップ５において、第一電池セット10または第二電池セット20の放電温度が高すぎるかを判断し、そうであれば同時に第一放電スイッチ12及び第二放電スイッチ22をオフにし、第一電池セット10または第二電池セット20の焼損を避ける。
【００５０】
ステップ６において、第一放電スイッチ12または第二放電スイッチ22が故障しているかを判断し、そうであれば同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損し、電池セットの焼損を避ける。その記憶装置35にはそれぞれ第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23の状態を記録するビット(bit)があり、例えばオン時の状態は１、オフ時の状態は０であるので、第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23がオフである場合、コントローラ30で読み取った状態値は０であるが、それでも回路上に電流があると感知したら第一充電スイッチ13及び第二充電スイッチ23が故障したことを表すので、同時に第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21を焼損し、第一電池セット10または第二電池セット20の焼損を避ける。このほか、その第一ヒューズ11及び第二ヒューズ21はプログラマブルヒューズである。
【００５１】
本発明には、次の長所がある：
１．二種以上の電池セットを採用し、電子装置のサイズに応じて違う形式の電池セットを選択することができ、設計上はよりフレキシブルである。
２．充／放電制御方式は並列型充放電を採用しているので、より高い負荷能力及びより短い充電時間が備えられる。
３．充／放電制御方式は並列型充放電を採用しているので、二種形式の違う電池セットは電圧（電位）のバランスを維持し、それに貯えたエネルギーを充分に使うことができる。
４．電圧バランスユニットを備えているので、自動的に電池セット間の電圧をバランスすることができる。
このほか、本発明の電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュール及びその充放電方法は、その電池モジュールが充電または放電モードにいるかに拘わらず、その内の一つの電池セットに不正常または臨界安全条件に出逢った場合、直ちに同時に二つの電池セットの充電スイッチ、放電スイッチまたはヒューズを遮断し、電池セットが破壊されることが避けられるので、確かに従来の充電電池モジュール及びその充放電方法の欠点を改善することができる。
【００５２】
本案に開示されたのは最適実施例だけであり、局部的変更または改修で、本案の技術的思想においてその技術を熟知するものが推知しやすいものであれば、すべて本案の特許範疇から離脱しないものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本案の最適実施例電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールのブロックダイアグラムである。
【図２】本案の最適実施例電池セットの電圧バランス方法のフローシートである。
【図３】本案の最適実施例電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの充電方法のフローシートである。
【図４】本案の最適実施例電圧バランスユニットを備えたハイブリッド型電池モジュールの放電方法のフローシートである。
【符号の説明】
【００５４】
10  第一電池セット
11  第一プログラマブルヒューズ
12  第一放電スイッチ
13  第一充電スイッチ
14  第一アナログフロントエンド回路
15  第一サーミスター
20  第二電池セット
21  第二プログラマブルヒューズ
22  第二放電スイッチ
23  第二充電スイッチ
24  第二アナログフロントエンド回路
25  第二サーミスター
30  コントローラ
35  記憶装置
40  電圧バランスユニット
41  第一限流抵抗器
42  第一電界効果トランジスター
421 本体ダイオード
43  第二限流抵抗器
44  第二電界効果トランジスター
441 本体ダイオード
50  第一安全保護回路
55  第二安全保護回路
60  前充電回路
【図１】
2008029187.tif 000003
【図２】
2008029187.tif 000004
【図３】
2008029187.tif 000005
【図４】
2008029187.tif 000006