(57)【要約】【課題】充放電システムの提供。【解決手段】本発明に記載されるものは、一種の充放電システムであり、複数の直列二次電池でひとつの放電ルートと複数の充電ルートを形成している。二次電池と電気的に接続するメイン制御装置、二次電池の放電ルートに設けられたメインスイッチ、各二次電池と電気的に接続するサブ制御装置、各二次電池の充電ルートに設けられたサブスイッチ、メイン制御装置とサブスイッチと電気的に接続する温度制御装置を含めている。メイン制御装置、サブ制御装置と温度制御装置で各二次電池の電圧、電流及び温度状態を測定した後、充電ルートの開路と閉路を制御するために、メインスイッチとサブスイッチを切断したり、連結したりする。これで、二次電池に対して電圧保護、電流保護、短絡保護と温度保護を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池により一つの放電ルート及び複数の充電ルートで形成され、以下を含み、
メイン制御装置は前述の二次電池と電気的に接続し、各二次電池の電圧を検知して制御信号を発信し、
メインスイッチは二次電池の放電ルートに設けられ、メイン制御装置の制御信号に従って切断や連結を行い、
複数のサブ制御装置は各二次電池とそれぞれ電気的に接続し、二次電池の電圧と電流を検知し、それぞれの制御信号を発信し、
複数のサブスイッチは各二次電池の充電ルートに設けられ、各サブ制御装置の制御信号に従って切断や連結を行い、
温度制御装置はメイン制御装置とサブスイッチと電気的に接続し、メインスイッチと二次電池の温度を検知し、制御信号を発信してメインスイッチとサブスイッチの切断や連結を行うことを特徴とする充放電システム。
【請求項２】
前記メインスイッチと前記サブスイッチは、それぞれの充電スイッチと放電スイッチを持っていることを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
【請求項３】
前記充電スイッチと前記放電スイッチは、両方とも金属酸化膜半導体電界効果トランジスタとダイオードとの直列で形成されたことを特徴とする請求項２記載の充放電システム。
【請求項４】
前記メイン制御装置は、前記メインスイッチへと電気的に接続する充電スイッチと放電スイッチの端子を持っていることを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
【請求項５】
前記温度制御装置と前記サブスイッチとの間に接続されている温度制御スイッチは、温度制御装置の出力制御信号に従い、サブスイッチの切断や連結を制御することを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
【請求項６】
前記温度制御スイッチは光カプラであることを特徴とする請求項５記載の充放電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の充放電システムに関わるものであり、特に二次電池を並列に充電させることができ、二次電池に対して電圧保護、電流保護、そして温度保護を提供するできる充放電システムを指している。
【背景技術】
【０００２】
電子技術の進歩につれ、携帯電話、PDAまたは手持型電動工具など、数多くの手持型電子製品がますます消費者に注目されるようになっている。省コストのため、今の手持型電子製品はほとんど繰り返して使える二次電池を電源にしている。そのため、二次電池が充放電の過程においても安定に稼動できることの確保は目の前に迫っている問題である。
【０００３】
図４には一種の周知の充放電システム８００を表示している。この充放電システム８００は、複数の二次電池の直列で形成した二次電池セット８０及び外部端子Ｖｉｏ＋とＶｉｏ−を介して充放電回路を形成している。制御回路８１は二次電池セット８０の稼動状態を検知するために、二次電池セット８０のプラス極とマイナス極と電気的に接続し、その状態に従って制御信号を出力する。二次電池セット８０の充放電回路に設けられたスイッチ装置８２は、制御回路８１から出力された制御信号を受信した後、充放電回路の開路や閉路を制御するために信号に従ってスイッチの切断や連結をし、二次電池セット８０が過充電や過放電による損傷から守る。
【０００４】
但し、このタイプの充放電システム８００は二次電池セット８０の全体状態しか測定できないため、二次電池セット８０内のそれぞれの二次電池の個別状態を測定することはできない。故に、二次電池セット内のいずれの二次電池が充放電の過程において、稼動電圧、稼動電流や稼動温度範囲を超えた場合は、二次電池セット８０及び充放電システム８００全体を破損させることになる。
【０００５】
上述により、システムの機能に関してはまだ改善の余地があると思ったため、研究に専念し、デザインが適切で上述の欠点を有効に改善できるものを開発したわけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、外部の充電端子、放電端子及び複数の直列二次電池で放電ルートと複数の充電ルートを形成している一種の充放電システムを提供することにある。当該充放電システムは、メイン制御装置、メインスイッチ、複数のサブ制御装置、複数のサブスイッチ及び温度制御装置で構成されている。その中、メイン制御装置は二次電池セットと電気的に接続し、それぞれの二次電池の電圧を測定し、メインスイッチへ制御信号を出力する。メインスイッチは二次電池セットの放電ルートに設けられ、メイン制御装置の制御信号に従って切断や連結をする。各サブ制御装置はそれぞれ対応する二次電池と電気的に接続し、二次電池の電圧と電流を測定し、制御信号を対応するサブスイッチへ出力する。サブスイッチは各二次電池の充電ルートに設けられ、対応するサブ制御装置の制御信号に従って切断や連結をする。温度制御装置はメイン制御装置とサブスイッチと電気的に接続し、メインスイッチと二次電池の温度を測定し、その温度状態により制御信号を出力し、メインスイッチとサブスイッチの切断や連結を制御する。
【０００７】
上述のデザインにより、本発明の充放電システムはメイン制御装置、温度制御装置及びメインスイッチを介して二次電池が放電時における電圧保護、短絡保護、及び温度保護を提供することができる。また、サブ制御装置、温度制御装置とサブスイッチを利用することにより、二次電池が充電時の電圧保護、電流保護、短絡保護と温度保護を提供することもできる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、複数の二次電池により一つの放電ルート及び複数の充電ルートで形成され、以下を含み、
メイン制御装置は前述の二次電池と電気的に接続し、各二次電池の電圧を検知して制御信号を発信し、
メインスイッチは二次電池の放電ルートに設けられ、メイン制御装置の制御信号に従って切断や連結を行い、
複数のサブ制御装置は各二次電池とそれぞれ電気的に接続し、二次電池の電圧と電流を検知し、それぞれの制御信号を発信し、
複数のサブスイッチは各二次電池の充電ルートに設けられ、各サブ制御装置の制御信号に従って切断や連結を行い、
温度制御装置はメイン制御装置とサブスイッチと電気的に接続し、メインスイッチと二次電池の温度を検知し、制御信号を発信してメインスイッチとサブスイッチの切断や連結を行うことを特徴とする充放電システムとしている。
請求項２の発明は、前記メインスイッチと前記サブスイッチは、それぞれの充電スイッチと放電スイッチを持っていることを特徴とする請求項１記載の充放電システムとしている。
請求項３の発明は、前記充電スイッチと前記放電スイッチは、両方とも金属酸化膜半導体電界効果トランジスタとダイオードとの直列で形成されたことを特徴とする請求項２記載の充放電システムとしている。
請求項４の発明は、前記メイン制御装置は、前記メインスイッチへと電気的に接続する充電スイッチと放電スイッチの端子を持っていることを特徴とする請求項１記載の充放電システムとしている。
請求項５の発明は、前記温度制御装置と前記サブスイッチとの間に接続されている温度制御スイッチは、温度制御装置の出力制御信号に従い、サブスイッチの切断や連結を制御することを特徴とする請求項１記載の充放電システムとしている。
請求項６の発明は、前記温度制御スイッチは光カプラであることを特徴とする請求項５記載の充放電システムとしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の充放電システムはメイン制御装置、温度制御装置及びメインスイッチを介して二次電池が放電時における電圧保護、短絡保護、及び温度保護を提供することができる。また、サブ制御装置、温度制御装置とサブスイッチを利用することにより、二次電池が充電時の電圧保護、電流保護、短絡保護と温度保護を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の充放電システム１００の回路イメージ図である。本発明の充放電システム１００は二次電池セット９００と電気的に接続し、二次電池セット９００の充放電プロセスを制御する他に、電圧保護、電流保護、温度保護及び短絡保護を提供している。このような技術を熟知している方々に本発明の特徴を一層理解していただくために、本発明で挙げられた最適の実施例においては、二次電池セット９００は四個の二次電池９０、９１、９２、９３により構成されている。二次電池９０、９１、９２、９３はそれぞれ外部の充電端子Ｖｉ１＋、Ｖｉ１−、Ｖｉ２＋、Ｖｉ２−、Ｖｉ３＋、Ｖｉ４＋、Ｖｉ４−と四つの充電ルートを形成し、二次電池セット９００は外部の放電端子Vo＋及びVo−で放電ルートを形成している。但し、実際の場合では、二次電池セット９００は四つの二次電池で構成されるとは限らない。
【００１１】
図１を続いて参照してください。本発明の充放電システム１００は、メイン制御装置１、メインスイッチ２、四つのサブ制御装置３０、３１、３２、３３、四つのサブスイッチ４０、４１、４２、４３、温度制御装置５及び温度制御スイッチ６を含めている。メイン制御装置１には少なくとも七つの入力端子１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、及び二つの出力端子１７、１８を備えている。中では、入力端子１０、１１、１２、１３、１４は二次電池９０、９１、９２、９３それぞれのプラス極とマイナス極と電気的に接続している。入力端子１５と出力端子１７、１８はメインスイッチ２と電気的に接続している。残った入力端子１６は温度制御装置５と電気的に接続している。
【００１２】
メインスイッチ２は二次電池セット９００の放電ルートに設けられ、充電スイッチ２０と放電スイッチ２１を備えている。充電スイッチ２０と放電スイッチ２１は、メイン制御装置１の出力端子１７、１８とそれぞれに電気的に接続し、メイン制御装置１の入力端子１５は、充電スイッチ２０と放電スイッチ２１との接続ルートに電気的に接続している。本発明の例では、充電スイッチ２０と放電スイッチ２１は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とダイオードによって構成されている。温度制御装置５は少なくとも二つの入力端子５０、５１及び二つの出力端子５２、５３を含めている。入力端子５０、５１はそれぞれメインスイッチ２と二次電池セット９００の温度を検知するための温度検知装置５４、５５に接続している。そして、出力端子５２はメイン制御装置１の入力端子１６と電気的に接続し、出力端子５３は温度制御スイッチ６と電気的に接続している。
【００１３】
温度制御スイッチ６には、少なくとも一つの入力端子６０と一つの出力端子６１を含めている。入力端子６０は温度制御装置５の出力端子５３と電気的に接続し、出力端子６１はサブスイッチ４０、４１、４２、４３とそれぞれ電気的に接続している。本発明の好ましい実施例では、温度制御スイッチ６は光カプラである。サブ制御装置３０、３１、３２、３３は、少なくともそれぞれ二つの入力端子３４、３５及び二つの出力端子３６、３７を含めている。各サブ制御装置３０、３１、３２、３３の入力端子３４、３５は、それぞれに対応する二次電池９０、９１、９２、９３のプラス極とマイナス極と電気的に接続する。各サブ制御装置３０、３１、３２、３３の出力端子３６、３７は、それぞれサブスイッチ４０、４１、４２、４３と電気的に接続している。そして、各サブスイッチ４０、４１、４２、４３は皆、二次電池９０、９１、９２、９３に対応する充電ルートに設けられ、充電スイッチ４４と放電スイッチ４５を備えている。各サブスイッチ４０、４１、４２、４３の放電スイッチ４５は対応するサブ制御装置３０、３１、３２、３３の出力端子３７と電気的に接続し、充電スイッチ４４は対応するサブ制御装置３０、３１、３２、３３の出力端子３６、及び温度制御スイッチ６の出力端子６１とそれぞれに電気的に接続している。本発明の好ましい実施例では、各サブ制御装置３０、３１、３２、３３の充電スイッチ４４と放電スイッチ４５は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とダイオードによって構成されている。
【００１４】
図２は本発明の充放電システム１００が充電時における各装置の稼動状態に関する一覧表である。図１に合わせて参照してください。本発明の充放電システム１００が充電時において、外部電源（図示では表示されていない）は各二次電池９０、９１、９２、９３の充電ルートから並列に入力し、二次電池９０、９１、９２、９３を充電させる。この時、各サブ制御装置３０、３１、３２、３３の入力端子３４、３５は、対応しているサブスイッチ４０、４１、４２、４３の切断（ＯＦＦ）や連結（ＯＮ）状態を制御するため、対応している二次電池９０、９１、９２、９３の電圧と電流を検知し、出力端子３６、３７から信号を出力する。
【００１５】
各サブ制御装置３０、３１、３２、３３が、対応する二次電池９０、９１、９２、９３が過電圧状態になっているのを検知した場合、制御信号を発信して対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４を切断し、放電スイッチ４５を連結する。各サブ制御装置３０、３１、３２、３３が対応する二次電池９０、９１、９２、９３が低電圧状態になっているのを検知した場合、制御信号を発信し、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４を連結し、放電スイッチ４５を切断する。
【００１６】
各サブ制御装置３０、３１、３２、３３が、対応する二次電池９０、９１、９２、９３が過電流状態になっているのを検知した場合、制御信号を発信し、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４を切断し、放電スイッチ４５を連結する。また、各サブ制御装置３０、３１、３２、３３が対応する二次電池９０、９１、９２、９３が低電流状態になっているのを検知した場合、制御信号を発信し、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４を連結し、放電スイッチ４５を切断する。また、各サブ制御装置３０、３１、３２、３３が対応する二次電池９０、９１、９２、９３の充電ルートが短絡状態になっているのを検知した場合、制御信号を発信し、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４と放電スイッチ４５を両方とも切断する。
【００１７】
以上の説明を図２の一覧表に合わせてみると、分かったことは下記通りである：二次電池９０、９１、９２、９３が過電圧や過電流の状態になると、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４は切断され、放電スイッチ４５は連結される。これで対応する充電ルートは断線（開回路）状態になり、充電し続けられないため、対応の二次電池９０、９１、９２、９３が過充電で損傷することから守る。また、二次電池９０、９１、９２、９３が低電圧や低電流の状態になると、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の放電スイッチ４５は切断され、充電スイッチ４４は連結される。これで対応する充電ルートは電流が通過できる状態になった上に、放電ができないため、二次電池９０、９１、９２、９３が過放電で損傷することから守る。二次電池９０、９１、９２、９３の充電ルートが短絡状態になると、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３の充電スイッチ４４と放電スイッチ４５は両方とも切断される。これで各充電ルートは切断され、二次電池９０、９１、９２、９３が短絡で損傷することから守る。
【００１８】
図３は本発明の充放電システム１００が放電時における各装置の稼動状況に関する一覧表である。図１に合わせて参照してください。本発明の充放電システム１００の外部放電端子Vo＋及びVo−が外部負荷（図式では表示されていない）に接続する際、二次電池セット９００は放電ルートを通し外部負荷に放電する。この時に、メイン制御装置１の入力端子１０、１１、１２、１３、１４は、二次電池９０、９１、９２、９３それぞれのプラス極電圧とマイナス極電圧を検知し、各二次電池９０、９１、９２、９３の稼動電圧を獲得する。そして、二次電池９０、９１、９２、９３の稼動電圧に基づいてメインスイッチ２を制御して切断したり、連結したりする。
【００１９】
メイン制御装置２が二次電池９０、９１、９２、９３のいずれが過電圧状態になっていることを検知した場合、制御信号を発信し、メインスイッチ２の充電スイッチ２０を切断して放電スイッチ２１を連結する。メイン制御装置１が二次電池９０、９１、９２、９３のいずれが低電圧状態になっていることを検知した場合、制御信号を発信し、メインスイッチ２の充電スイッチ２０を連結して放電スイッチ２１を切断する。また、メイン制御装置１が入力端子１５を通して二次電池セット９００の放電ルートが短絡状態になっていることを検知した場合、発信する制御信号はメインスイッチ２の充電スイッチ２０と放電スイッチ２１両方とも切断する。
【００２０】
以上の説明と図３にある表に合わせて見ると、二次電池９０、９１、９２、９３のいずれが低電圧状態になると、メインスイッチ２の充電スイッチ２０は連結され、放電スイッチ２１は切断される。これで二次電池セット９００は放電し続けられないため、二次電池セット９００を過放電による損傷から守ることができる。二次電池９０、９１、９２、９３のいずれが過電圧状態になると、メインスイッチ２の放電スイッチ２１は連結され、充電スイッチ２０は切断される。これで、放電ルートは電流が通過できる状態になり、充電できないため、二次電池セット９００を過充電による損傷から守る。二次電池セット９００の放電ルートが短絡になると、メインスイッチ２の充電スイッチ２０と放電スイッチ２１は両方とも切断される。これで、放電ルートが切断状態になったため、二次電池セット９００は短絡による損傷から守られる。
【００２１】
続いて図１から図３を参照してください。温度制御装置５が温度検知装置５４を介してメインスイッチ２が温度オーバーになっていることを検知した場合、出力端子５２はメイン制御装置１に対して制御信号を発信し、メインスイッチ２の充電スイッチ２０と放電スイッチ２１を両方とも切断する。これで回路は切断状態になったため、メインスイッチ２を温度オーバーによる損傷から守る。また、温度制御装置５が温度検知装置５５を介して二次電池セット９００が温度オーバーになっていることを検知した場合、出力端子５３は温度制御スイッチ６に対して制御信号を発信し、各サブスイッチ４０、４１、４２、４３のそれぞれの充電スイッチ４４を切断し、放電スイッチ４５を連結する。これで、各二次電池９０、９１、９２、９３は充電できずに、放電のみができるため、二次電池セット９００は温度オーバーによる損傷から守られる。
【００２２】
本発明の充放電システム１００では、二次電池セット９００の二次電池９０、９１、９２、９３は外部の充電端子Ｖｉl＋、Ｖｉl−、Ｖｉ２＋、Ｖｉ２−、Ｖｉ３＋、Ｖｉ３−、Ｖｉ４＋、Ｖｉ４−と四つの充電ルートを形成し、二次電池９０、９１、９２、９３を並列に充電できるようにさせる。そして、各サブ制御装置３０、３１、３２、３３を通し二次電池セット９００内にの対応している二次電池９０、９１、９２、９３の状態を検知し、対応するサブスイッチ４０、４１、４２、４３を切断したり、連結したりすることにより、対応する二次電池９０、９１、９２、９３の充電過程における電圧保護、電流保護と短絡保護を提供する。
【００２３】
また、メイン制御装置１は、二次電池セット９００内の各二次電池９０、９１、９２、９３の状態を検知し、メインスイッチ２の切断や連結を制御し、二次電池セット９００に対して放電過程における電圧保護と短絡保護を提供する。他に、温度制御装置５でメインスイッチ２と二次電池セット９００の温度を検知し、メイン制御装置１と温度制御スイッチ６ぞれぞれを介してメインスイッチ２と各サブスイッチ４０、４１、４２、４３の切断や連結を制御し、二次電池セット９００と本発明の充放電システム１００に対して温度オーバーからの保護を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の充放電システムの回路概略図である。
【図２】本発明の充放電システム内の各装置が充電プロセスのそれぞれの状態に対応する稼動状態を示す一覧表である。
【図３】本発明の充放電システム内の各装置が放電プロセスのそれぞれの状態に対応する稼動状態を示す一覧表である。
【図４】周知の充放電システムの回路概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  充放電システム
９００  二次電池セット
９０、９１、９２、９３  二次電池
１  メイン制御装置
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、３４、３５、５０、５１、６０  入力端子１７、１８、３６、３７、５２、５３、６１  出力端子
２  メインスイッチ
２０  充電スイッチ
２１  放電スイッチ
３０、３１、３２、３３  サブ制御装置
４０、４１、４２、４３  サブスイッチ
４４  充電スイッチ
４５  放電スイッチ
５  温度制御装置
５４、５５  温度検知装置
６  温度制御スイッチ
【図１】
2008278583.tif 000003
【図２】
2008278583.tif 000004
【図３】
2008278583.tif 000005
【図４】
2008278583.tif 000006