(57)【要約】【課題】バックアップ電池の保護システムを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、負荷に給電するバックアップ電池を保護するためのバックアップ電池の保護システムを開示する。バックアップ電池の保護システムには、スイッチングユニットと過放電保護モジュールとを含む。スイッチングユニットは該バックアップ電池から該負荷への給電を切り替えるために用いられる。過放電保護モジュールはバックアップ電池の電圧が第１のプリセット電圧を下回った時、スイッチングユニットをオフにして、バックアップ電池の放電を停止させ、また、バックアップ電池の放電停止後の電圧が第２のプリセット電圧に戻ってきた時、スイッチングユニットを再度オンにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に給電するバックアップ電池を保護するために用いられ、
前記バックアップ電池と前記負荷の間に接続することで、前記バックアップ電池から前記負荷への給電を切り替えるスイッチングユニットと、
前記バックアップ電池と前記スイッチングユニットに接続し、前記バックアップ電池の電圧に基づき前記スイッチングユニットを制御するため、少なくとも１つの第１のプリセット電圧及び第２のプリセット電圧を設定し、前記バックアップ電池の電圧が前記第１のプリセット電圧を下回った時、前記スイッチングユニットをオフにし、前記バックアップ電池の給電を停止させ、また、前記バックアップ電池の放電停止後の電圧が前記第２のプリセット電圧まで戻ってきた時前記スイッチングユニットをオンにして、前記バックアップ電池に給電を行わせる過放電保護モジュールと、を含むことを特徴とするバックアップ電池の保護システム。
【請求項２】
前記過放電保護モジュールは、
前記バックアップ電池の電圧を第１の分圧電圧、及び、第２の分圧電圧に分圧されるため、前記バックアップ電池に接続する分圧ユニットと、
前記分圧ユニットに接続し、前記第１の分圧電圧、及び、前記第２の分圧電圧を基準電圧と各々比較して、比較後の対応して生成された第１の比較信号、及び、第２の比較信号を出力し、前記第１の比較信号において、前記第１の分圧電圧が前記基準電圧を下回った場合、前記バックアップ電池の電圧が前記第１のプリセット電圧を下回っていることを示し、前記第２の比較信号において、前記第２の分圧電圧が前記基準電圧を上回った場合、前記バックアップ電池の電圧が前記第２のプリセット電圧を上回っていることを示す比較ユニットと、
前記比較ユニット、及び、前記スイッチングユニットに接続し、前記第１の比較信号、及び、前記第２の比較信号に基づいて前記スイッチングユニットを制御して前記バックアップ電池から前記負荷への給電を切り替える制御ユニットと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のバックアップ電池の保護システム。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記第１の比較信号が前記バックアップ電池の電圧が前記第１のプリセット電圧を下回っていることを示した時前記スイッチングユニットをオフにし、並びに、前記第１の比較信号は前記バックアップ電池の電圧が前記第１のプリセット電圧を上回っていることを示し、且つ、前記第２の比較信号は前記バックアップ電池の電圧が前記第２のプリセット電圧を下回っていることを示した時に前記スイッチングユニットの状態を保持、及び、前記第１の比較信号は前記バックアップ電池の電圧が前記第１のプリセット電圧を上回っていることを示し、且つ、前記第２の比較信号は前記バックアップ電池の電圧が前記第２のプリセット電圧を上回っていることを示した時前記スイッチングユニットをオンにすることに用いられることを特徴とする請求項２に記載のバックアップ電池の保護システム。
【請求項４】
前記バックアップ電池の動作電圧は、３．６ボルトで、前記第１のプリセット電圧が３．１ボルトで、前記第２のプリセット電圧が３．４ボルトで、且つ、前記基準電圧が１．２４ボルトとすることを特徴とする請求項３に記載のバックアップ電池の保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の保護システムに関し、特に、バックアップ電池の電圧に基づき該バックアップ電池の給電の有無を制御するバックアップ電池の保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池は大電流で且つ深すぎる放電の時、電池に不可逆的な損傷を与え、従って電池の使用寿命にも影響を及ぼす。電池の過放電状況が起きるのを避けるため、通常電池と負荷ユニットの間に、過放電保護装置が設計されている。
【０００３】
一般的な過放電保護装置は、単一トランジスタを電池給電の簡易なスイッチングとして利用する。該トランジスタが検出した電池の電圧により、導通或いは遮断するかを判断して、電池の過放電を避けるようになっている。しかしながら電池の電圧が低すぎることを検出した時、電池をオフにして負荷の電源供給を停止できるが、電池が給電を停止した後、通常電圧の小幅な上昇現象が起き、上昇後の電圧がトランジスタに設定した閾値を上回った時、トランジスタがまた導通して電池への再給電が起きる。ただし、起動電流の出力が通常比較的大きいため、電池の電圧がまたすぐ下降するため該閾値を下回ることになり、トランジスタが再度オフとなり、電池の給電も再度停止させてしまう。よって、従来の技術では電池の過放電を避けることができるが、同時に電池切替の繰り返し回数及びシステム（負荷）の起動・シャットダウンの繰り返しが増えてしまい、通常の電池に不良な影響を与え、またシステムの不安定も起きてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の目的は、バックアップ電池を保護し、該バックアップ電池が過放電により損傷することを避けるためである。
【０００５】
本発明の別の目的は、バックアップ電池の切り替えの繰り返しを減らすことで、バックアップ電池の使用寿命を引き延ばすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的及びその他の目的を達成するため、本発明は負荷に給電するバックアップ電池を保護するために用いるバックアップ電池の保護システムを提供する。バックアップ電池の保護システムにはバックアップ電池と負荷の間に接続することで、バックアップ電池から該負荷への給電を切り替えるスイッチングユニットと、バックアップ電池とスイッチングユニットの間に接続し、バックアップ電池の電圧に基づきスイッチングユニットを制御するため、少なくとも１つの第１のプリセット電圧及び第２のプリセット電圧を設定し、バックアップ電池の電圧が第１のプリセット電圧を下回った時、スイッチングユニットをオフにし、バックアップ電池の給電を停止させ、またバックアップ電池の放電停止後の電圧が第２のプリセット電圧まで戻ってきた時スイッチングユニットをオンにして、該バックアップ電池に給電を行わせる過放電保護モジュールと、を含む。
【０００７】
本発明の一実施例において、該過放電保護モジュールは、バックアップ電池の電圧を第１の分圧電圧及び第２の分圧電圧に分圧されるため、バックアップ電池に接続する分圧ユニットと、分圧ユニットに接続し、第１の分圧電圧及び第２の分圧電圧を基準電圧と各々比較して、比較後の対応して生成された第１の比較信号及び第２の比較信号を出力し、該第１の比較信号において、該第１の分圧電圧が該基準電圧を下回った場合、バックアップ電池の電圧が第１のプリセット電圧を下回っていることを示し、該第２の比較信号において、該第２の分圧電圧が該基準電圧を上回った場合、バックアップ電池の電圧が第２のプリセット電圧を上回っていることを示す比較ユニットと、比較ユニット及びスイッチングユニットに接続し、該第１の比較信号及び該第２の比較信号に基づいてスイッチングユニットを制御して該バックアップ電池から該負荷への給電を切り替える制御ユニットと、を含む。
【０００８】
本発明の一実施例において、該制御ユニットは、第１の比較信号がバックアップ電池の電圧が第１のプリセット電圧を上回っていることを示し、且つ第２の比較信号はバックアップ電池の電圧が第２のプリセット電圧を下回っていることを示した時にスイッチングユニットの状態を保持、及び第１の比較信号はバックアップ電池の電圧が第１のプリセット電圧を上回っていることを示し、且つ第２の比較信号はバックアップ電池の電圧が第２のプリセット電圧を上回っていることを示した時スイッチングユニットをオンにすることに用いられる。
【０００９】
本発明の一実施例において、該負荷がポータブル電子デバイスとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
これにより、本発明のバックアップ電池の保護システムは、過放電保護モジュールを通じて第１の分圧と第２の分圧を基準電圧と各々比較し、また第１の比較信号と第２の比較信号に基づき、該スイッチングユニットを切り替え、従ってバックアップ電池から負荷への出力のオンとオフを制御し、電池への給電の繰り返しによって起きる電池の寿命短縮及び負荷システムの不安定という問題を効果的に解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例におけるバックアップ電池の保護システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の目的、特徴及び効果を更に明確に分かりやすくするため、具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
本発明の一実施例におけるバックアップ電池の保護システムを図１を参照しながら説明する。図に示されるように、バックアップ電池の保護システム１００には、過放電保護モジュール１２０とスイッチングユニット１３０とを含む。電池保護システム１００はバックアップ電池１１０と負荷１４０の間に接続することで、バックアップ電池１１０の給電に対しバックアップ電池１１０の保護メカニズムを提供し、バックアップ電池１１０の電圧が第１のプリセット電圧を下回った時、スイッチングユニット１３０をオフにして、バックアップ電池１１０の放電を停止させ、またバックアップ電池１１０の放電が停止した後、電圧が第２のプリセット電圧に戻ってきた時スイッチングユニット１３０を再度オンにさせことができる。
【００１４】
スイッチングユニット１３０は、バックアップ電池１１０と該負荷１４０の間に接続し、該スイッチングユニット１３０がバックアップ電池１１０から負荷１４０に給電する経路に直列接続し、該負荷１４０への給電をオン（導通）或いはオフ（遮断）することに用いられる。過放電保護モジュール１２０はバックアップ電池１１０及びスイッチングユニット１３０の間に接続し、バックアップ電池１１０の電圧状態に対する検出を通じてスイッチングユニット１３０のオン（導通）或いはオフ（遮断）を制御する。
【００１５】
本発明の一実施例において、過放電保護モジュール１２０には分圧ユニット１２２と、比較ユニット１２４と制御ユニット１２６とを備えることができる。本発明の一実施例において、比較ユニット１２４及び制御ユニット１２６をＩＣチップとして統合し、各々の各論理素子、演算素子、電子素子等の素子を回路として集積することができる。
【００１６】
比較ユニット１２４は、分圧ユニット１２２と制御ユニット１２６の間に接続する。分圧ユニット１２２はバックアップ電池１１０に接続する。バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮを分圧ユニット１２２に提供した後、分圧ユニット１２２がバックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮを第１の分圧電圧ＶＬＴＨ及び第２の分圧電圧ＶＨＴＨに分圧して比較ユニット１２４に伝送する。第１の分圧電圧は低閾値電圧（Ｌｏｗ-Ｖｏｌｔａｇｅ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と設定させることができ、同時に、第２の分圧電圧が高閾値電圧（Ｈｉｇｈ-Ｖｏｌｔａｇｅ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）に設定させることができる。
【００１７】
過放電保護モジュール１２０内には基準電圧Ｖｒｅｆを備えることができ、例を挙げると、比較ユニット１２４及び制御ユニット１２６を統合した前記ＩＣチップで通電作動させると、対応するプリセットの該基準電圧Ｖｒｅｆを生成できる。基準電圧Ｖｒｅｆの設定方法は、当業者にとって本発明の技術特徴に基づいて容易に理解及び完成できるため、ここに記述を省略する。
【００１８】
比較ユニット１２４は、第１の分圧電圧ＶＬＴＨと基準電圧Ｖｒｅｆを比較することで、第１の比較信号Ｓ１が生成される。第２の分圧電圧ＶＨＴＨも基準電圧Ｖｒｅｆを比較することで、第２の比較信号Ｓ２が生成される。第１の比較信号Ｓ１は、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが該第１のプリセット電圧を下回っていることを示す。第２の比較信号Ｓ２は、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが第２のプリセット電圧を上回っていることを示す。実施例において、第２のプリセット電圧は第１のプリセット電圧を上回るよう設定されている。
【００１９】
本発明の実施例において、例を挙げると、比較ユニット１２４は２つの演算増幅器（図示略）からなることができる。１つの演算増幅器は第１の分圧電圧ＶＬＴＨと基準電圧Ｖｒｅｆを比較し、またその比較結果に基づき第１の比較信号Ｓ１を出力する。もう１つの増幅器は第２の分圧電圧ＶＨＴＨと基準電圧Ｖｒｅｆを比較し、またその比較結果に基づいて第２の比較信号Ｓ２を出力する。制御ユニット１２６は、Ｒ-Ｓフリップフロップとすることができ、受信した第１の比較信号Ｓ１と第２の比較信号Ｓ２の結果に基づき制御信号ＣＳを送り出すことで、スイッチングユニット１３０を制御する。スイッチングユニット１３０に関しトランジスタとすることができ、例えば３端子型素子で、第１端がその供給する電力を受けるため、バックアップ電池１１０に接続し、第２端がバックアップ電池１１０の電力を該負荷１４０に伝送するため、負荷１４０に接続する。３端子型素子の第３端の制御端が該制御信号ＣＳを受信し、従って素子自体のオン（導通）或いはオフ（遮断）を制御するため、制御ユニット１２６に接続する。
【００２０】
実施例内のバックアップ電池１１０は、例えば一次電池又は二次電池を使用できる。一次電池には炭素亜鉛電池、アルカリ電池、水銀電池等が含まれる。二次電池にはリチウム電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池や鉛蓄電池及び燃料電池、太陽電池等が含まれる。
【００２１】
実例で本発明の実施例について更に一歩進んで説明すると、バックアップ電池１１０は３ｃｅｌｌのリチウム電池で、その電圧が３．６ボルトである。過放電保護モジュール１２０内の基準電圧Ｖｒｅｆを１．２４ボルトと設定する。第１のプリセット電圧が３．１ボルトとプリセットされ、第２のプリセット電圧が３．４ボルトとプリセットされている。
【００２２】
バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが３．６ボルトの正常な動作状態にある時、電圧値ＶＩＮは全て第１のプリセット電圧（３．１ボルト）及び第２のプリセット電圧（３．４ボルト）を上回るため、第１の比較信号Ｓ１及び第２の比較信号Ｓ２は、スイッチングユニット１３０がバックアップ電池１１０から負荷１４０に給電する経路をオンにさせることができる。
【００２３】
バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが徐々に３．１ボルト〜３．４ボルトにまで下がった時、でも第１のプリセット電圧（３．１ボルト）を下回っていないため、第２の比較信号Ｓ２が第２のプリセット電圧（３．４ボルト）より低いことを示したとしても、本発明の実施例のスイッチングユニット１３０もやはりバックアップ電池１１０から負荷１４０に給電する経路をオンにさせることができる。
【００２４】
バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが第１のプリセット電圧（３．１ボルト）を下回った時、比較ユニット１２４が出力する第１の比較信号Ｓ１は、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが該第１のプリセット電圧（３．１ボルト）を下回っていることを示し、制御ユニット１２６の制御信号ＣＳが、スイッチングユニット１３０をオフにし、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮを負荷１４０に給電させなくなる。
【００２５】
制御ユニット１２６が制御信号ＣＳを出力してスイッチングユニット１３０オフを制御して、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが電圧を負荷１４０に提供しなくなると、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが徐々に戻ってくる。電圧ＶＩＮが第１のプリセット電圧（３．１ボルト）まで戻ってきて、且つやはり第２のプリセット電圧（３．４ボルト）より低い時、第１の分圧電圧ＶＬＴＨは基準電圧Ｖｒｅｆ（１．２４ボルト）を上回り、第２の分圧電圧ＶＨＴＨが基準電圧Ｖｒｅｆを下回る。第１の比較信号Ｓ１及び第２の比較信号Ｓ２により、制御ユニット１２６は該スイッチングユニット１３０の現在の状態を保持させることができる。
【００２６】
制御ユニット１２６は、該スイッチングユニット１３０のオフを保持し続け、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮが第２のプリセット電圧まで戻ってきた時、第１の分圧ＶＬＴＨ（３．１ボルト）が基準電圧Ｖｒｅｆ（１．２４ボルト）を上回り、第２の分圧電圧ＶＨＴＨ（３．４ボルト）が基準電圧Ｖｒｅｆを上回る。第１の比較信号Ｓ１及び第２の比較信号Ｓ２により、制御ユニット１２６はスイッチングユニット１３０を再度オンに制御し、バックアップ電池１１０が電力を負荷１４０に継続して供給させることができる。
【００２７】
前記第１の比較信号Ｓ１及び第２の比較信号Ｓ２の判断は、例えば、Ｓ-Ｒラッチで各種論理の組み合せた結果の設定を完成できる。
【００２８】
本実施例内のバックアップ電池は３ｃｅｌｌのリチウム電池（１．２ボルト×３＝３．６ボルト）であるため、リチウム電池が深放電し、且つその電圧が３ボルトを下回った時、バックアップ電池１１０に損傷を与える恐れがある。この現象を避けるため、前記例示は、第１のプリセット電圧を３．１ボルトと設定し、バックアップ電池の過放電を保護する。前記第１のプリセット電圧（３．１ボルト）と第２のプリセット電圧（３．４ボルト）は、バックアップ電池１１０の規格に基づいて設定し、利用者は、実際のニーズに応じて第１のプリセット電圧（３．１ボルト）と第２のプリセット電圧（３．４ボルト）の大きさを決定でき、その大きさの設定は分圧ユニット１２２で決定でき、例えば電気抵抗を利用して分圧を行う。つまり、３．１ボルトの電圧は分圧ユニット１２２を通過した後で生成された第１の分圧電圧ＶＬＴＨが基準電圧Ｖｒｅｆ（１．２４ボルト）に等しくなければならない。３．４ボルトの電圧は分圧ユニット１２２を通過した後で生成された第２の分圧電圧ＶＨＴＨも基準電圧Ｖｒｅｆ（１．２４ボルト）に等しくならなければならない。このようにすることで、分圧ユニット１２２内の電気抵抗を確定させることができる。
【００２９】
上記の効果は、分圧ユニット１２２に入力した電圧が３．４ボルトを上回った時、生成された第１の分圧電圧ＶＬＴＨが必ず１．２４ボルトより大きく、生成された第２の分圧電圧ＶＨＴＨが必ず１．２４ボルトより大きくならなければならない。３．４ボルトより小さい電圧が入力された時、生成された第１の分圧電圧ＶＬＴＨは必ず１．２４ボルトより大きく、生成された第２の分圧電圧ＶＨＴＨが１．２４ボルトより小さくならなければならない。３．１ボルトより小さい電圧が入力された時、生成された第１の分圧電圧ＶＬＴＨは必ず１．２４ボルトより小さく、生成された第２の分圧電圧ＶＨＴＨが必ず１．２４ボルトより小さくならなければならない。よって、第１の比較信号Ｓ１及び第２の比較信号Ｓ２は定義され、従って該制御ユニット１２６を制御できる。
【００３０】
本発明の過電保護モジュール１２０を備えるバックアップ電池の保護システム１００は、バックアップ電池１１０の電圧ＶＩＮを検出して第１のプリセット電圧を下回るか、若しくは第２のプリセット電圧を上回るかを判断することにより、バックアップ電池１１０に最適な保護を提供でき、バックアップ電池が過放電させないため、使用寿命を延ばすことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００    バックアップ電池の保護システム
１１０    バックアップ電池
１２０    過放電保護モジュール
１２２    分圧ユニット
１２４    比較ユニット
１２６    制御ユニット
１３０    スイッチングユニット
１４０    負荷
ＣＳ      制御信号
ＶＩＮ      電圧
ＶＬＴＨ    第１の分圧電圧
ＶＨＴＨ    第２の分圧電圧
Ｖｒｅｆ    基準電圧
Ｓ１      第１の比較信号
Ｓ２      第２の比較信号
【図１】
2013042645.tif 000003