JP2010273421A

JP2010273421A - 電池充電回路

Info

Publication number: JP2010273421A
Application number: JP2009121929A
Authority: JP
Inventors: 佳翰 ▲たん▼; Kakan Tan; Nan-Sheng Chang; 男勝張
Original assignee: Cheng Uei Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Cheng Uei Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Also published as: TW201039535A; US20110057616A1; CN101877489A; CN101877489B; TWI385895B

Abstract

【課題】電池充電回路の提供。
【解決手段】電池充電回路１００は、電源入力ユニット１、複数の充電ユニット３１、３２、３３、３４、制御モジュール２を備え、複数の充電ユニット３１、３２、３３、３４は電池に連接する充電ポイント、コイルM1、M2、M3、M4、充電ポイントとコイルM1、M2、M3、M4との間に連接するコンボスイッチをそれぞれ備え、コンボスイッチは遮断状態、放電状態、補助充電状態を備え、制御モジュール２は充電ポイントと連接し、充電ポイント両端の電圧を探知する制御トレースと、コンボスイッチの制御スイッチと連接し、各コンボスイッチの作動状態を制御する制御トレースをそれぞれ備え、制御モジュール２は、異なる充電ユニットの充電ポイントの電圧を探知して比較し、比較結果に基づき、各コンボスイッチを制御し、これにより各種状態を呈する。
【選択図】図１

Description

本発明は電池組合せ技術に関し、特に電池充電回路に関する。

リチウム電池などの充電が可能な電池は、日常生活において、広く応用されている。しかし、該類電池に充電を行なう時には、電圧のバランスが崩れ易く、これにより電池の老化が加速され、また電池の容量が小さくなってしまう。

上記した問題を解決するため、特許文献１は充電回路を掲示する。該充電回路は、電池を充電中の電圧が上昇する過程において、分流作用により、充電電流を能動的に徐々に小さくし、電池への充電が飽和に達すると、充電回路と直列接続するメイン制御スイッチを制御し、電流の分流を行い、電池に対する充電を完成するものである。特許文献２は、上記に類似の電池充電回路を掲示する。該電池充電回路は、分流の方式を利用し、電圧が比較的低い電池に対する電流を、電圧が比較的高い電池の電流より大きくし、これにより最終的には電圧のバランスを達成するものである。

しかし、分流の方式を用いると、分流の回路において電力が損耗され、しかも損耗された電力は、しばしば熱に転化し、電池の老化を速め、充電効率を低下させてしまう。本発明は、従来の電池充電回路の上記した欠点に鑑みてなされたものである。

中国特許第０１１２３８８２号米国特許ＵＳ７４０８３２５号

本発明が解決しようとする課題は、充電電池を老化しにくく、充電効率を高くし、また異なる充電電池の充電電圧のバランスを取ることができる電池充電回路を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の電池充電回路を提供する。
電池充電回路は、電源入力ユニット、複数の充電ユニット、制御モジュールを備え、
該複数の充電ユニットは、電池に連接する充電ポイント、コイル、該充電ポイントと該コイルとの間に連接するコンボスイッチをそれぞれ備え、
該各充電ユニットの充電ポイントは、直列接続し、
該コンボスイッチは、複数の制御スイッチを備え、該コンボスイッチは、遮断状態、放電状態、補助充電状態を備え、
該制御モジュールは、該充電ポイントと連接し、該充電ポイント両端の電圧を探知する制御トレースと、該コンボスイッチの制御スイッチと連接し、該各コンボスイッチの作動状態を制御する制御トレースを、それぞれ備え、
該制御モジュールは、異なる充電ユニットの充電ポイントの電圧を探知して比較し、比較結果に基づき、該各コンボスイッチを制御し、これによりすべてのコンボスイッチは、遮断状態、或いは放電状態、或いは補助充電状態となる。

本発明の電池充電回路は、制御モジュールにより充電ユニットの電池電圧を探知し、充電ユニットのコンボスイッチを制御する。これにより、コイルを通して、電池電圧が大きい充電ユニットの電力を、電池電圧が小さい充電ユニットの電池内へとシフトする。こうして、充電電池は老化しにくくなり、充電効率を向上させることができる。

本発明充電回路の第一実施例の回路原理図である。

以下に図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本発明電池充電回路１００は、電源入力ユニット１、制御モジュール２、複数の充電ユニット３１、３２、３３、３４を備える。電源入力ユニット１は、外部電源と連接を行い、外部から入力された電源の電圧を下げ、整流し、ろ過後に、充電ユニット３１、３２、３３、３４へと提供する。

制御モジュール２は、充電ユニット３１、３２、３３、３４を探知し、制御する。制御モジュール２は、１号から１８号までのトレースを備える。各トレースは、連接トレース或いは制御トレースである。１７号連接トレースは、アースし、１８号連接トレースは、電源入力ユニット１と連接する。本実施例中では、複数の充電ユニットは、第一充電ユニット３１、第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４を備える。第一充電ユニット３１は、負極連接端p11、正極連接端p12、２個のフィルターキャパシターC1、C5、ダイオードD１、レジスターR1、第一フィールド効果管Q1、第二フィールド効果管Qp1、第三フィールド効果管Qe1、コイルM1、インダクターL1を備える。

負極連接端p11は、アースに電気的に連接する。正極連接端p12は、第二充電ユニット３２とレジスターR5に電気的に連接する。レジスターR5の反対端は、1号トレースに電気的に連接する。フィルターキャパシターC1、インダクターL1、フィルターキャパシターC5は、先端と末端が相互に連接し、π形フィルターを組成し、フィルターキャパシターC1の両端により、負極連接端p11と正極連接端p12に電気的に連接する。コイルM1の両端は、第一フィールド効果管Q1のドレイン極、及び第二フィールド効果管Qp1のドレイン極と、それぞれ連接する。第一フィールド効果管Q1のソース極、及び第二フィールド効果管Qp1のソース極は、負極連接端p11及びインダクターL1の一端と、それぞれ電気的に連接する。第一フィールド効果管Q1のグリッド極、及び第二フィールド効果管Qp1のグリッド極は、制御モジュール２の５号制御トレース及び１３号制御トレースと、それぞれ電気的に連接する。レジスターR1は、第二フィールド効果管Qp1のソース極とグリッド極との間に電気的に連接する。

ダイオードD1の一端は、第一フィールド効果管Q1のドレイン極とコイルM1との間に電気的に連接し、反対端は、インダクターL1の一端と第二フィールド効果管Qp1のソース極に電気的に連接する。第三フィールド効果管Qe1のソース極と負極連接端p11は相互に連接し、ドレイン極は、第二フィールド効果管Qp1のドレイン極とコイルM1との間に連接し、グリッド極は、制御モジュール２の９号制御トレースに連接する。

第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４と第一充電ユニット３１の構造は相同で、それらはすべて負極連接端p21、p31、p41、正極連接端p22、p32、p42、２個のフィルターキャパシターC2とC6、C3とC7、C4とC8、レジスターR2、R3、R4、ダイオードD2、D3、D4、第一フィールド効果管Q2、Q3、Q4、第二フィールド効果管Qp2、Qp3、Qp4、第三フィールド効果管Qe2、Qe3、Qe4、コイルM2、M3、M4 インダクターL2、L3、L4を備える。第二充電ユニット３２の第一フィールド効果管Q2、第二フィールド効果管Qp2、第三フィールド効果管Qe2のグリッド極は、制御モジュール２の５号、１４号、１０号制御トレースにそれぞれ電気的に連接する。第三充電ユニット３３の第一フィールド効果管Q3、第二フィールド効果管Qp3、第三フィールド効果管Qe3のグリッド極は、制御モジュール２の６号、１５号、１１号制御トレースにそれぞれ電気的に連接する。第四充電ユニット３４の第一フィールド効果管Q4、第二フィールド効果管Qp4、第三フィールド効果管Qe4のグリッド極は、制御モジュール２の７号、１６号、１２号制御トレースにそれぞれ電気的に連接する。第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４の正極連接端p22、p32、p42は、レジスターR6、レジスターR7、レジスターR8にそれぞれ連接する。レジスターR6、レジスターR7、レジスターR8の反対端は、制御モジュール２の２号、３号、４号連接トレースにそれぞれ連接する。

各充電ユニット３１、３２、３３、３４のダイオードD1、D2、D3、D4、レジスターR1、R2、R3、R4、第一フィールド効果管Q1、Q2、Q3、Q4、第二フィールド効果管Qp1、Qp2、Qp3、Qp4、第三フィールド効果管Qe1、Qe2、Qe3、Qe4は、制御スイッチとし、コンボスイッチを組成する。各充電ユニット３１、３２、３３、３４の負極連接端p11、p21、p31、p41、正極連接端p12、p22、p32、p42は、充電ポイントを組成する。

第一充電ユニット３１のコイツM1、第二充電ユニット３２のコイルM2、第三充電ユニット３３のコイルM3、第四充電ユニット３４のコイルM4の巻き方向は相同で、同一の鉄芯(図示なし)に巻き付く。第一充電ユニット３１の正極連接端p12と第二充電ユニット３２の負極連接端p21は、相互に連接する。第二充電ユニット３２の正極連接端p22と第三充電ユニット３３の負極連接端p31は、相互に連接する。第三充電ユニット３３の正極連接端p32と第四充電ユニット３４の負極連接端p41は、相互に連接する。第四充電ユニット３４の正極連接端p42と電源入力ユニット１は、相互に連接する。こうして、充電ポイントの直列接続を形成する。

第一電池Cell1、第二電池Cell2、第三電池Cell3、第四電池Cell4(図示なし)を、左から右へと(電池Cell1p11とp12との間の充電ポイントにセット)順番に、本発明電池充電回路１００の充電ポイントにそれぞれセットし、これに対して充電を行なう時、制御モジュール２は、第一フィールド効果管Q1、第二フィールド効果管Qp1、第三フィールド効果管Qe1までを制御する。すなわち、制御モジュール２は、すべてのコンボスイッチを制御し、遮断状態とし、第一電池Cell1、第二電池Cell2、第三電池Cell3、第四電池Cell4は正常な充電を行なう。制御モジュール２は、１号から４号連接トレースにより、第一電池Cell1から第四電池Cell4までの電圧をそれぞれ探知し、探知した電圧値を比較する。

一定時間の充電後、制御モジュール２が、ある２個電池の電圧値の差が、制御モジュール２内部の設定値より大きいことを探知したとする。本実施例中では仮に、第一電池Cell1の電圧値が最大で、しかも他のある電池の電圧値との差が、制御モジュール２内部の設定値より大きいとする。この時、制御モジュール２は、第一充電ユニット３１内の第一フィールド効果管Q1を制御し、絶えず導通と遮断を行い、及び第二フィールド効果管Qp1を導通させる。第三フィールド効果管Qe1は遮断され、これにより第一充電ユニット３１のコンボスイッチは放電状態となる。制御モジュール２は、第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４の第一フィールド効果管Q2、Q3、Q4、及び第二フィールド効果管Qp2、Qp3、Qp4を制御し、遮断し、第三フィールド効果管Qe2、Qe3、Qe4は導通し、補助充電状態となる。

この時、第一電池Cell1は放電し、第一充電ユニット３１の電流は正極連接端p12、第二フィールド効果管Qp1、コイルM1、第一フィールド効果管Q1から放電する。コイルM1に流れる電力の一部は、磁力に転化するため、磁力は、第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４のコイルM2、M3、M4により、再び電力へと転化される。こうして、第二充電ユニット３２、第三充電ユニット３３、第四充電ユニット３４のコイルM2、M3、M4の電力は、相互に対応するダイオードD2、D3、D4と第三フィールド効果管Qe2、Qe3、Qe4をそれぞれ通過し、対応する電池に対して充電を行なう。

第一充電ユニット３１のコンボスイッチが一定時間の放電状態にあった後、第一電池Cell1の電圧と、他のある電池の電圧との差が、制御モジュール２内部の設定値より小さい時、制御モジュール２は、第一充電ユニット３１の第一フィールド効果管Q1、第二フィールド効果管Qp1、第三フィールド効果管Qe1を制御し、遮断する。これにより、すべての電池の電圧がバランスを取るまで、第一電池Cell1は充電を継続する。制御モジュール２が、第二電池Cell2、第三電池Cell3、第四電池Cell4に対して充電する時の制御は、第一電池Cell1に対する制御と相同であるため、再度の記述はしない。充電により、すべての電池の電力が飽和した後、制御モジュール２は、電池充電回路１００を制御し充電を停止させる。

第一充電ユニット３１のコイルM1、第二充電ユニット３２のコイルM2、第三充電ユニット３３のコイルM3、第四充電ユニット３４のコイルM4は、同一鉄芯に巻き付き、これにより、電流がコイルを通過する時、磁場を強化することができる。

本発明電池充電回路１００は、制御モジュール２により充電ユニット３１、３２、３３、３４の電池電圧を探知し、充電ユニット３１、３２、３３、３４のコンボスイッチを制御する。これにより、コイルM1、M2、M3、M4を通して、電池電圧が大きい充電ユニットの電力を、電池電圧が小さい充電ユニットの電池内へとシフトする。こうして、充電電池は老化しにくくなり、充電効率を向上させることができる。

本発明は特許請求の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。

１００電池充電回路
１電源入力ユニット
２制御モジュール
３１第一充電ユニット
３２第二充電ユニット
３３第三充電ユニット
３４第四充電ユニット
D1、D2、D3、D4 ダイオード
p11、p21、p31、p41 負極連接端
p12、p22、p32、p42 正極連接端
M1、M2、M3、M4 コイル
Q1、Q2、Q3、Q4 第一フィールド効果管
Qp1、Qp2、Qp3、Qp4 第二フィールド効果管
Qe1、Qe2、Qe3、Qe4 第三フィールド効果管
L1、L2、L3、L4 インダクター
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8 フィルターキャパシター
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 レジスター

Claims

直列接続の複数の電池に対して充電を行い、電源入力ユニット、複数の充電ユニット、制御モジュールを備え、
前記複数の充電ユニットは、電池に連接する充電ポイント、コイル、前記充電ポイントと前記コイルとの間に連接するコンボスイッチをそれぞれ備え、
前記各充電ユニットの充電ポイントは、直列接続し、
前記コンボスイッチは、複数の制御スイッチを備え、前記コンボスイッチは、遮断状態、放電状態、補助充電状態を備え、
前記制御モジュールは、前記充電ポイントと連接し、前記充電ポイント両端の電圧を探知する制御トレースと、前記コンボスイッチの制御スイッチと連接し、前記各コンボスイッチの作動状態を制御する制御トレースを、それぞれ備え、
前記制御モジュールは、異なる充電ユニットの充電ポイントの電圧を探知して比較し、比較結果に基づき、前記各コンボスイッチを制御し、これによりすべてのコンボスイッチは、遮断状態、或いは放電状態、或いは補助充電状態となることを特徴とする電池充電回路。
前記コンボスイッチは、ダイオード、第一フィールド効果管、第二フィールド効果管、第三フィールド効果管を備え、
前記充電ポイントは、負極連接端、正極連接端を備え、
前記コイルの両端は、前記第一フィールド効果管のドレイン極、及び前記第二フィールド効果管のドレイン極と連接し、
前記第一フィールド効果管のソース極、及び前記第二フィールド効果管のソース極は、それぞれ前記負極連接端と前記正極連接端に電気的に連接し、
前記第一フィールド効果管のグリッド極、及び前記第二フィールド効果管のグリッド極は、それぞれ前記制御モジュールに電気的に連接し、
前記ダイオードの一端は、前記第一フィールド効果管のドレイン極と前記コイルとの間に電気的に連接し、
前記ダイオードの反対端は、前記正極連接端と前記第二フィールド効果管のソース極に電気的に連接し、
前記第三フィールド効果管のソース極と前記負極連接端は、相互に連接し、ドレイン極は、前記第二フィールド効果管のドレイン極と前記コイルとの間に連接し、グリッド極は、前記制御モジュールに電気的に連接することを特徴とする請求項１に記載の電池充電回路。
前記コンボスイッチは、レジスターを備え、
前記レジスターは、前記第二フィールド効果管のソース極とグリッド極との間に電気的に連接することを特徴とする請求項２に記載の電池充電回路。
前記各充電ユニットのコイルは、同一鉄芯に巻き付くことを特徴とする請求項１に記載の電池充電回路。
前記充電ユニットはさらに、フィルターを備え、
前記フィルターは、前記負極連接端と前記正極連接端に電気的に連接することを特徴とする請求項１に記載の電池充電回路。
前記フィルターは、インダクターと２個のキャパシターにより組成するπ型フィルターであることを特徴とする請求項５に記載の電池充電回路。