(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１充電器と、少なくとも１つの放電バッテリと、少なくとも１つの再充電バッテリと、少なくとも１つの過充電バッテリとを備えるバッテリ充放電機器であって、前記放電バッテリは前記第１充電器に逆方向に接続され、前記再充電バッテリおよび前記過充電バッテリは前記第１充電器に順方向に接続されており、前記少なくとも１つの第１充電器、前記少なくとも１つの放電バッテリ、前記少なくとも１つの再充電バッテリ、および前記少なくとも１つの過充電バッテリは、直列に接続されて閉ループを構成する、バッテリ充放電機器。
【請求項２】
前記放電バッテリの負端子は前記第１充電器の正端子に接続され、前記放電バッテリの正端子は前記再充電バッテリの正端子に接続され、前記再充電バッテリの負端子は前記過充電バッテリの正端子に接続され、前記過充電バッテリの負端子は前記第１充電器の負端子に接続される、請求項１に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項３】
第２充電器をさらに備えており、前記第２充電器の正端子は前記再充電バッテリの負端子と前記過充電バッテリの正端子とに接続され、前記第２充電器の負端子は前記第１充電器の負端子と前記過充電バッテリの負端子とに接続されて、前記第２充電器は前記第１充電器と前記過充電バッテリとに並列に接続される、請求項２に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項４】
少なくとも１つの第１充電器と、少なくとも１つの放電バッテリパックと、少なくとも１つの再充電バッテリパックと、少なくとも１つの過充電バッテリパックとを備えるバッテリ充放電機器であって、前記放電バッテリパックは前記第１充電器に逆方向に接続され、前記再充電バッテリパックおよび前記過充電バッテリパックは前記第１充電器に順方向に接続され、前記少なくとも１つの第１充電器、前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記少なくとも１つの過充電バッテリパックは、直列に接続されて閉ループを構成する、バッテリ充放電機器。
【請求項５】
前記放電バッテリパックの負端子は前記第１充電器の正端子に接続され、前記放電バッテリパックの正端子は前記再充電バッテリパックの正端子に接続され、前記再充電バッテリパックの負端子は前記過充電バッテリパックの正端子に接続され、前記過充電バッテリパックの負端子は前記第１充電器の負端子に接続される、請求項４に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項６】
第２充電器をさらに備えており、前記第２充電器の正端子は前記再充電バッテリパックの負端子と前記過充電バッテリパックの正端子とに接続され、前記第２充電器の負端子は前記第１充電器の負端子と前記過充電バッテリパックの負端子とに接続され、前記第２充電器は前記第１充電器と前記過充電バッテリパックとに並列に接続される、請求項５に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項７】
前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記少なくとも１つの過充電バッテリパックの各々は、複数のバッテリからなる、請求項４に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項８】
前記少なくとも１つの放電バッテリパックおよび前記少なくとも１つの再充電バッテリパックの各々は、直列に接続された複数のバッテリからなり、前記少なくとも１つの過充電バッテリパックは並列に接続された複数のバッテリからなる、請求項７に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項９】
前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記過充電バッテリパックの各々は、並列に接続された複数のバッテリからなり、前記放電バッテリパックの並列に接続されたバッテリおよび前記過充電バッテリパックの並列に接続されたバッテリは、同じ電圧を有する、請求項７に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１０】
少なくとも１つの第１充電器と、少なくとも１つの初期充電バッテリと、少なくとも１つの放電バッテリと、少なくとも１つの再充電バッテリと、少なくとも１つの過充電バッテリとを備えるバッテリ充放電機器であって、前記初期充電バッテリは前記第１充電器に順方向に接続され、前記放電バッテリは前記第１充電器に逆方向に接続され、前記再充電バッテリおよび前記過充電バッテリは前記第１充電器に順方向に接続されており、前記少なくとも１つの第１充電器、前記少なくとも１つの初期充電バッテリ、前記少なくとも１つの放電バッテリ、前記少なくとも１つの再充電バッテリ、および前記少なくとも１つの過充電バッテリは、直列に接続されて閉ループを構成する、バッテリ充放電機器。
【請求項１１】
前記初期充電バッテリの正端子は前記第１充電器の正端子に接続され、前記初期充電バッテリの負端子は前記放電バッテリの負端子に接続され、前記放電バッテリの正端子は前記再充電バッテリの正端子に接続され、前記再充電バッテリの負端子は前記過充電バッテリの正端子に接続され、前記過充電バッテリの負端子は前記第１充電器の負端子に接続される、請求項１０に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１２】
第２充電器をさらに備えており、前記第２充電器の正端子は前記再充電バッテリの負端子と前記過充電バッテリの正端子とに接続され、前記第２充電器の負端子は前記第１充電器の負端子と前記過充電バッテリの負端子とに接続され、前記第２充電器は前記第１充電器と前記過充電バッテリとに並列に接続される、請求項１１に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１３】
少なくとも１つの第１充電器と、少なくとも１つの初期充電バッテリパックと、少なくとも１つの放電バッテリパックと、少なくとも１つの再充電バッテリパックと、少なくとも１つの過充電バッテリパックとを備えるバッテリ充放電機器であって、前記初期充電バッテリパックは前記第１充電器に順方向に接続され、前記放電バッテリパックは前記第１充電器に逆方向に接続され、前記再充電バッテリパックおよび前記過充電バッテリパックは前記第１充電器に順方向に接続されており、前記少なくとも１つの第１充電器、前記少なくとも１つの初期充電バッテリパック、前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記少なくとも１つの過充電バッテリパックは、直列に接続されて閉ループを構成する、バッテリ充放電機器。
【請求項１４】
前記初期充電バッテリパックの正端子は前記第１充電器の正端子に接続され、前記初期充電バッテリパックの負端子は前記放電バッテリパックの負端子に接続され、前記放電バッテリパックの正端子は前記再充電バッテリパックの正端子に接続され、前記再充電バッテリパックの負端子は前記過充電バッテリパックの正端子に接続され、前記過充電バッテリパックの負端子は前記第１充電器の負端子に接続される、請求項１３に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１５】
第２充電器をさらに備えており、前記第２充電器の正端子は、前記再充電バッテリパックの負端子と前記過充電バッテリパックの正端子とに接続され、前記第２充電器の負端子は、前記第１充電器の負端子と前記過充電バッテリパックの負端子とに接続され、前記第２充電器は、前記第１充電器と前記過充電バッテリパックとに並列に接続される、請求項１４に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの初期充電バッテリパック、前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記少なくとも１つの過充電バッテリパックの各々は、複数のバッテリからなる、請求項１５に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの初期充電バッテリパック、前記少なくとも１つの放電バッテリパック、および前記少なくとも１つの再充電バッテリパックの各々は、直列に接続された複数のバッテリからなり、前記少なくとも１つの過充電バッテリパックは、並列に接続された複数のバッテリからなる、請求項１６に記載のバッテリ充放電機器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの初期充電バッテリパック、前記少なくとも１つの放電バッテリパック、前記少なくとも１つの再充電バッテリパック、および前記過充電バッテリパックの各々は、並列に接続された複数のバッテリからなり、前記放電バッテリパックの並列に接続されたバッテリおよび前記過充電バッテリパックの並列に接続されたバッテリは、同じ電圧を有する、請求項１６に記載のバッテリ充放電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリ充放電機器に関し、より詳細には、放電、充電、および過充電工程を一度に完了するバッテリ充放電機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッテリの製造手順では、バッテリを充放電する工程を実行し、バッテリ内の内部化学物質を活性化し、それらの性能を向上させるようにする。しかし、放電工程中、エネルギの一部は熱の形態で散逸し、エネルギの再利用性を低効率にし（約２０〜６０％）装置への投資を増大させる。バッテリはエネルギ蓄積機器として知られており、その充放電手順は主に３つの段階：放電（１００％における）、再充電（１００％における）および過充電（１５〜２００％における）を含んでいる。一般に、これら３つの作業段階は、異なる期間に異なる機械上で行われる。このような従来の手順は時間がかかるだけでなく、低効率という問題を有する。
【０００３】
図５は、バッテリパック１１に接続した従来のバッテリ充放電機器１０を示している。充放電機器１０の正端子はバッテリパック１１の正端子に接続され、充放電機器１０の負端子はバッテリパック１１の負端子に接続されており、バッテリパック１１は直列に接続された１６個のバッテリからなる。電流が流れる方向を反転させることによって、充放電機器１０はバッテリを充電または放電でき、充電工程中、電流は充放電機器１０の正端子からバッテリパック１１の正端子に流れ、放電工程中、電流は充放電機器１０の負端子からバッテリパック１１の負端子に流れる。充放電機器１０は直流３００Ｖの電圧を有し、±１．５Ａの電流を有する。各バッテリは１２Ｖの電圧を有し、７Ａｈの電流を有する。上記の機器の動作中、その充放電手順は次のように示すことができる。
【０００４】
【表１】
0004659089.tif 000002
表１．  従来の充放電機器の充放電手順
【０００５】
【表２】
0004659089.tif 000003
表２．  従来の充放電機器におけるバッテリパックにおける時間と電圧の関係
表１および表２に示したように、充放電手順に必要な総時間は１５時間であり、総アンペア時は３．２４Ａｈである。単一の工程に必要な電気エネルギはＶ×Ｔ×Ｉによって獲得でき、充放電手順中に必要な総電気エネルギは放電、再充電、および過充電工程中に必要なエネルギの合計であり、放電工程中に必要な電気エネルギは３０％の再利用率で見積もられる。従って、この手順中に必要な総電気エネルギは−１２２８．６Ｗｈ×３０％＋８３８．１Ｗｈ＋１３２１．６Ｗｈ＝１７９１．１Ｗｈであり、単一のバッテリに必要な電気エネルギは１７９１．１Ｗｈ／１６個＝１２０Ｗｈ／個となる。
【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、充放電手順全体を完了するために１つの充電器だけを用いるバッテリ充放電機器を提供することである。
本発明の別の目的は、放電バッテリによって放電されるエネルギを１００％吸収でき、従って、装置コストを低減可能なバッテリ充放電機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を実現するために、本発明のバッテリ充放電機器は少なくとも１つの第１充電器と、少なくとも１つの放電バッテリと、少なくとも１つの再充電バッテリと、少なくとも１つの過充電バッテリとを備え、放電バッテリは第１充電器に逆方向に接続され、再充電バッテリおよび過充電バッテリは第１充電器に順方向に接続されており、少なくとも１つの第１充電器、少なくとも１つの放電バッテリ、少なくとも１つの再充電バッテリ、および少なくとも１つの過充電バッテリは、直列に接続されて閉ループを構成する。
【０００８】
この機器の放電バッテリの負端子は第１充電器の正端子に接続され、放電バッテリの正端子は再充電バッテリの正端子に接続され、再充電バッテリの負端子は過充電バッテリの正端子に接続され、過充電バッテリの負端子は第１充電器の負端子に接続される。
【０００９】
本発明のバッテリ充放電機器は第２充電器をさらに備えており、第２充電器の正端子は再充電バッテリの負端子と過充電バッテリの正端子とに接続され、第２充電器の負端子は第１充電器の負端子と過充電バッテリの負端子とに接続され、第２充電器は第１充電器と過充電バッテリとに並列に接続される。
【発明の効果】
【００１０】
従来のバッテリ充放電機器に比べて、本発明の機器は放電工程中により高い再利用率を有する。また、本発明に必要な総時間は短くなる。さらに、本発明は手順を完了するために充電器を１つだけ必要とし、必要なエネルギは従来の機器より少ない。従って、本発明は装置コストおよび必要な総エネルギと時間の低減に有利であり、同時に、本発明は放電工程中の再利用率を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態によるブロック図を示している。図１に示されるように、本発明のバッテリ充放電機器１００は、第１充電器１と、放電バッテリ２と、再充電バッテリ３と、過充電バッテリ４とを備える。放電バッテリ２の負端子は第１充電器１の正端子に接続され、放電バッテリ２の正端子は再充電バッテリ３の正端子に接続され、再充電バッテリ３の負端子は過充電バッテリ４の正端子に接続され、過充電バッテリ４の負端子は第１充電器１の負端子に接続される。従って、この接続方法によって、第１充電器１、放電バッテリ２、再充電バッテリ３、および過充電バッテリ４を直列に接続して、閉ループを構成することができる。
【００１２】
放電バッテリ２の負端子は、第１充電器１の正端子に接続される。つまり、放電バッテリ２は第１充電器１に逆方向に接続され、従って、機器１００の充電工程中、放電バッテリ２は放電されている。再充電バッテリ３については、その正端子は放電バッテリ２の正端子に接続される。つまり、再充電バッテリ３は第１充電器１に順方向に接続され、従って、機器１００の充電工程中、再充電バッテリ３は充電されている。過充電バッテリ４については、その正端子は再充電バッテリ３の負端子に接続される。つまり、過充電バッテリ４は第１充電器１に順方向に接続され、従って、機器１００の充電工程中、過充電バッテリ４は充電されている。さらに、過充電バッテリ４を充電器１に並列かつ順方向に接続されるように調整し、直列接続ループ全体が第１充電器１が適切に動作するように正の値の電圧を有するようにしてもよい。また、過充電バッテリ４の充電電荷は並列接続の量に従って調整してもよい。その結果、本発明の第１充電器１は、放電バッテリ２から放電されて再利用される電圧を用いて再充電バッテリ３を再充電することができる。同時に、第１充電器１は、過充電バッテリ４の充電電荷を調整することによって適切に動作することができ、従って、バッテリ製造工程内で充放電手順が完了する。
【００１３】
図２は、本発明の第２実施形態によるブロック図を示している。第２実施形態には第２充電器５がさらに含まれているという点で、第１実施形態とは異なる。第２充電器５の正端子は、再充電バッテリ３の負端子と過充電バッテリ４の正端子とに接続される。第２充電器５の負端子は、第１充電器５の負端子と過充電バッテリ４の負端子とに接続される。この接続方法によって、第２充電器５を第１充電器１と過充電バッテリ４とに並列に接続することができる。第２充電器５は、各充電／放電バッテリの規格に従って充電電荷を調整するために用いられる。
【００１４】
図３は、本発明の第３実施形態による回路図を示している。本発明のバッテリ充放電機器１００は、第１充電器１と、放電バッテリパック６と、再充電バッテリパック７と、過充電バッテリパック８とを備える。放電バッテリパック６、再充電バッテリパック７、および過充電バッテリパック８の各々は、複数のバッテリからなる。放電バッテリパック６の負端子は第１充電器１の正端子に接続され、放電バッテリパック６の正端子は再充電バッテリパック７の正端子に接続され、再充電バッテリパック７の負端子は過充電バッテリパック８の正端子に接続され、過充電バッテリパック８の負端子は第１充電器１の負端子に接続される。従って、この接続方法によって、第１充電器１、放電バッテリパック６、再充電バッテリパック７、および過充電バッテリパック８を直列に接続して、閉ループを構成することができる。
【００１５】
第１充電器１、放電バッテリパック６、再充電バッテリパック７、および過充電バッテリパック８の直列接続は、バッテリ製造工程中に充放電手順を完了することもできる。本実施形態では、放電バッテリパック６と再充電バッテリパック７の各々は、直列に接続された２４個のバッテリからなる。過充電バッテリパック８は、２つの並列のグループに接続された２４個のバッテリからなる。第１充電器１は直流３００Ｖの電圧を有し、＋１．５Ａの電流を有し、各バッテリは１２Ｖの電圧を有し、７Ａｈの電流を有する。これらの規格は従来の機器のものと同じであり、唯一の違いは本実施形態が１つの充電器だけを必要とする点である。本実施形態の充電器１の充放電手順は、次のように示すことができる。
【００１６】
【表３】
0004659089.tif 000004
表３．  本発明の充放電手順
表３に示したように、上記の充放電手順に必要な総時間は５時間であり、従来の機器で必要な総時間より短い。放電バッテリパック６を放電した後、放電された電荷は再充電バッテリパック７の充電に用いられる。再充電バッテリパック７を充電した後、充電された電荷は過充電バッテリパック８の充電に用いられる。過充電バッテリパック８を充電した後、新しいバッテリを配置して、別のサイクル用の放電バッテリパック６に接続することができる。完全な充放電手順は、従来の機器と同じであり、次のように示すことができる。
【００１７】
【表４】
0004659089.tif 000005
表４．  本発明の直列充放電手順
【００１８】
【表５】
0004659089.tif 000006
表５．  本発明による異なる工程の時間と電圧の関係
表４および表５に示したように、充放電手順に必要な総時間は１５時間、総アンペア時は３．２４Ａｈであり、従来の機器と同じである。しかし、本実施形態で用いられるバッテリ数は７２個であり、従来の機器で用いられるバッテリ量の４．５倍になる。さらに、本実施形態では１つだけしか充電器が必要とされない。第１充電器の電圧は、再充電バッテリパックの電圧＋過充電バッテリパックの電圧−放電バッテリパックの電圧に等しい。この手順中に必要な総電気エネルギは１３８７．３Ｗｈであり、単一のバッテリに必要な電気エネルギは１３８７．３Ｗｈ／２４個＝５７．８Ｗｈ／個である。従来の機器に比べて、本発明のバッテリ充放電機器１００における単一のバッテリに必要な電気エネルギは４８％にすぎない：（５７．８Ｗｈ／個）／（１２０Ｗｈ／個）×１００％＝４８％。本発明のバッテリ充放電機器１００は、本実施形態の手順を完了するために充電器を１つしか必要とせず、必要なエネルギは従来の機器より少ない。従って、本発明は装置コストおよび必要な総エネルギと時間の低減に有利であり、同時に、本発明は放電工程中の再利用率を向上させる。
【００１９】
図４は、本発明の第４実施形態によるブロック図を示している。第４実施形態では初期充電バッテリ９がさらに含まれる点で、第１実施形態とは異なる。初期充電バッテリ９の正端子は第１充電器１の正端子に接続され、初期充電バッテリ９の負端子は放電バッテリ２の負端子に接続される。他の要素および接続は第１実施形態のものと同じであり、従って、さらなる説明は省略する。本実施形態では、初期充電バッテリ９を追加することで、放電、充電、および過充電工程を一度に完了することもできるが、第１充電器１の電圧はそれに応じて調整する必要がある。
【００２０】
さらに、本実施形態に第２充電器を含めることもできる。第２充電器の正端子は再充電バッテリの負端子と過充電バッテリの正端子との両方に接続され、第２充電器の負端子は第１充電器の負端子と過充電バッテリの負端子との両方に接続される。この接続方法によって、第２充電器を第１充電器と過充電バッテリとに並列に接続することでき、必要であれば電気量を調整できる。当業者はこのような変形態様は容易に実現できるので、さらなる説明および添付図面は省略する。
【００２１】
本実施形態では、さらに、初期充電バッテリ、放電バッテリ、再充電バッテリ、および過充電バッテリはいずれも、１つのバッテリであっても、または第３実施形態で説明したように、複数のバッテリを備えるバッテリパックであってもよい。同様に、当業者はこのような変形態様を容易に実現できるので、さらなる説明および添付図面はこれによって省略する。
【００２２】
本発明は例示的に、および好ましい実施形態について説明してきたが、当然のことながら本発明はこれらには限定されず、本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく、当業者は様々な変更および修正を行うことができる。例えば、放電バッテリパックが再充電バッテリパックと同じ電圧を有する場合、放電バッテリパック、再充電バッテリパック、および過充電バッテリパックの各々は、直列および並列に接続した複数のバッテリで構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態によるブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態による回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態によるブロック図である。
【図５】従来のバッテリ充放電機器の回路図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…第１充電器、２…放電バッテリ、３…再充電バッテリ、４…過充電バッテリ、５…第２充電器、６…放電バッテリパック、７…再充電バッテリパック、８…過充電バッテリパック、９…初期充電バッテリ。
【図１】
0004659089.tif 000007
【図２】
0004659089.tif 000008
【図３】
0004659089.tif 000009
【図４】
0004659089.tif 000010
【図５】
0004659089.tif 000011