JP2013031274A - 直列接続された二次電池の充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造できて、電力消費量を抑えることができる、直列接続された二次電池の充電システムを提供する。
【解決手段】交流電源８からの電圧入力に基づいて直流入力Ｖｄｃを発生させる電力発生ユニット２と、少なくとも電力発生ユニット２からの直流入力Ｖｄｃに基づいて充電電圧Ｖｃｃを発生させる充電制御ユニット３と、充電制御ユニット３からの充電電圧Ｖｃｃを二次電池９０に供給するインタフェースユニット４と、インタフェースユニット４を通して二次電池９０のうち対応する１つの電圧を検出する複数の検出ユニット５と、を備えている。検出ユニット５は、二次電池９０のうち対応する１つの電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、二次電池９０のうち対応する１つの電圧に基づいてフィードバックパワーＶｂを発生させ、フィードバックパワーＶｂを充電制御ユニット３に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電システム、特に、直列接続された二次電池の充電システムに関する。

台湾特許第Ｉ３２３０４８号明細書に開示された複数の直列接続された二次電池を充電する従来の方法において、充電回路は、充電電圧を供給して二次電池を充電する。さらに、この充電回路は、１つの二次電池のフル充電を検出すると、充電電圧を低下させる。同時に、フル充電された二次電池は、他の二次電池から外され、フル充電された二次電池の充電を終わらせる。これにより、フル充電された二次電池の過充電が避けられる。この結果、充電電圧は、フル充電された二次電池の数が増加するに従って、徐々に減少する。

しかしながら、充電回路は、二次電池の数に応じて、様々な充電電圧を提供する必要がある。その結果、この充電回路は、比較的複雑な回路設計となる。

それゆえに、本発明の目的は、容易に製造できて、電力消費量を抑えることができる、直列接続された二次電池の充電システムを提供することである。

本発明によると、直列接続された二次電池の充電システムを提供する。充電システムは、
交流電源からの電圧入力を受信するように設けられ、少なくとも電圧入力に基づいて直流入力を発生させることができる電力発生ユニットと、
電力発生ユニットに結合され、電力発生ユニットからの直流入力を受信し、少なくとも直流入力に基づいて充電電圧を発生させることができる充電制御ユニットと、
充電制御ユニットからの充電電圧が二次電池に供給されて二次電池を充電するように、充電制御ユニットに電気的に接続され、直列接続された二次電池のそれぞれに電気的に接続されるように設けられた、インタフェースユニットと、
充電制御ユニットおよびインタフェースユニットに電気的に接続された複数の検出ユニットと、を備え、
検出ユニットのそれぞれは、インタフェースユニットを通して二次電池のうち対応する１つの二次電池の電圧を検出することができ、二次電池のうち対応する１つの二次電池の電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、二次電池のうち対応する１つの二次電池の電圧に基づいてフィードバックパワーを発生させ、フィードバックパワーを充電制御ユニットに出力し、その結果、充電電圧は、さらに、複数の検出ユニットのいずれか一つの検出ユニットからのフィードバックパワーに基づいて、充電制御ユニットによって発生する。

本発明の他の特徴および効果は、添付図面を参照して、以下の好ましい実施形態の詳細な説明において明らかになる。

本発明に係る直列接続された二次電池の充電システムの一実施形態を示す回路ブロック図である。

図１は、本発明に係る直列接続された二次電池の充電システムの一実施形態を示す回路ブロック図である。充電システムは、電力発生ユニット２、充電制御ユニット３、インタフェースユニット４、複数の検出ユニット５、および、電池ユニット９を含んでいる。本実施形態では、電池ユニット９は、３個の直列接続された二次電池９０を含んでいる。

電力発生ユニット２は、第１入力ポート２１、第２入力ポート２２、出力ポート２３、および、第１入力ポート２１と第２入力ポート２２と出力ポート２３とに結合したパルス幅変調（ＰＷＭ）回路２４を含む。第１入力ポート２１は、交流電源８からの電圧入力を受信するために、交流電源８に電気的に接続されるように設けられている。ＰＷＭ回路２４は、少なくとも電圧入力に基づいて直流入力Ｖｄｃを発生させることができる。直流入力Ｖｄｃは出力ポート２３を通して出力される。

充電制御ユニット３は、第１入力ポート３１、第２入力ポート３２、第３入力ポート３３、第１出力ポート３４、第２出力ポート３５、および、第１〜第３入力ポート３１〜３３と第１、第２出力ポート３４，３５とに電気的に接続された充電制御回路３６を含んでいる。第１入力ポート３１は、電力発生ユニット２から直流入力Ｖｄｃを受信するために、電力発生ユニット２の出力ポート２３に結合されている。第２出力ポート３５は、電力発生ユニット２の第２入力ポート２２に結合されている。充電制御サーキット３６は、少なくとも直流入力Ｖｄｃに基づいて充電電圧Ｖｃｃを発生させることができる。充電電圧Ｖｃｃは、第１出力ポート３４を通して出力される。

インタフェースユニット４は、充電制御ユニット３の第１出力ポート３４に電気的に接続されると共に、電池ユニット９の二次電池９０のそれぞれに電気的に接続されるように設けられている。その結果、充電制御ユニット３の第１出力ポート３４からの充電電圧Ｖｃｃが、電池ユニット９に供給され、二次電池９０を充電する。

検出ユニット５のそれぞれは、充電制御ユニット３およびインタフェースユニット４に電気的に接続されている。検出ユニット５のそれぞれは、インタフェースユニット４を通して電池ユニット９の対応する二次電池９０の電圧を検出し、電池ユニット９の対応する二次電池９０の電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、電池ユニット９の対応する二次電池９０の電圧に基づいてフィードバックパワーＶｂを発生させることができる。そして、検出ユニット５のそれぞれは、フィードバックパワーＶｂを充電制御ユニット３に出力する。その結果、充電電圧Ｖｃｃは、更に、検出ユニット５のいずれか１つからのフィードバックパワーＶｂに基づいて、充電制御ユニット３によって発生される。本実施形態において、検出ユニット５のそれぞれは、電圧検出コントローラ５１および電圧変換器５２を含んでいる。検出ユニット５ごとに、電圧検出コントローラ５１は、インタフェースユニット４および充電制御ユニット３の第３入力ポート３３に接続されている。検出ユニット５のそれぞれは、対応する二次電池９０の電圧を検出して、対応する二次電池９０の電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、駆動信号を発生させることができる。さらに、電圧検出コントローラ５１は、対応する二次電池９０の電圧を検出することによって生じた検出結果に基づいて、対応する二次電池９０の電圧を示す状態信号を発生させ、この状態信号を充電制御ユニット３の第３入力ポート３３に出力することができる。その結果、充電制御ユニット３の充電制御回路３６は、第３入力ポート３３を通して、それぞれの検出ユニット５の電圧検出コントローラ５１からの状態信号を受信して、電池ユニット９の充電情報を得る。本実施形態では、状態信号は、図示しない光学結合器（オプティカル・カプラ）を使用して発生される。電圧変換器５２は、電圧検出コントローラ５１、インタフェースユニット４および充電制御ユニット３の第２入力ポート３２に電気的に接続されている。電圧変換器５２は、電圧検出コントローラ５１からの駆動信号、および、インタフェースユニット４を通して対応する二次電池９０の電圧を受信する。電圧変換器５２は、駆動信号によって駆動され、対応する二次電池９０の電圧をフィードバックパワーＶｂに変換する。フィードバックパワーＶｂは、電圧変換器５２から、第２入力ポート３２を通して充電制御ユニット３の充電制御回路３６に出力される。本実施形態では、それぞれの検出ユニット５の電圧変換器５２は、対応する二次電池９０の電圧を上昇させる。その結果、直流入力ＶｄｃおよびフィードバックパワーＶｂは、同じ電圧を有する。

充電制御ユニット３の充電制回路３６は、検出ユニット５のうちのいずれか１つの検出ユニット５の電圧変換器５２からのフィードバックパワーＶｂを受信すると、制御信号を発生させることができる。そして、充電制回路３６は、この制御信号を電力発生ユニット２の第２入力ポート２２に出力することができる。制御信号は、充電制御ユニット３の充電制回路３６によって受信されたフィードバックパワーＶｂの大きさに関連している、ことに注目すべきである。結果として、電力発生ユニット２のＰＷＭ回路２４は、第２入力ポート２２を通して制御信号を受信し、この制御信号に基づいて直流入力Ｖｄｃを減少させることができる。

要するに、検出ユニット５の存在のため、電力発生ユニット２は、複雑な回路設計無しで、充電制御ユニット３によって受信されたフィードバックパワーＶｂの大きさに従って、直流入力Ｖｄｃを減少させることができる。したがって、本発明に係る充電システムは、容易に製造でき、電力消費量を抑えることができる。

本発明は、最も実用的で、好ましい実施形態と考えられるものと関連して説明されたが、本発明が明示された実施形態に限られず、すべてのこの種の修正および同等の装置を包含するように最も広い解釈の精神と範囲に含まれたさまざまな装置をカバーすることを目的とするものと理解される。

２ 電力発生ユニット
２１ 第１入力ポート
２２ 第２入力ポート
２３ 出力ポート
２４ パルス幅変調（ＰＷＭ）回路
３ 充電制御ユニット
３１ 第１入力ポート
３２ 第２入力ポート
３３ 第３入力ポート
３４ 第１出力ポート
３５ 第２出力ポート
３６ 充電制御回路
４ インタフェースユニット
５ 検出ユニット
５１ 電圧検出コントローラ
５２ 電圧変換器
８ 交流電源
９ 電池ユニット
９０ 二次電池

Claims (7)

1. 交流電源（８）からの電圧入力を受信するように設けられ、少なくとも前記電圧入力に基づいて直流入力（Ｖｄｃ）を発生させることができる電力発生ユニット（２）と、
   前記電力発生ユニット（２）に結合され、前記電力発生ユニット（２）からの直流入力（Ｖｄｃ）を受信し、少なくとも前記直流入力（Ｖｄｃ）に基づいて充電電圧（Ｖｃｃ）を発生させることができる充電制御ユニット（３）と、
   前記充電制御ユニット（３）からの前記充電電圧（Ｖｃｃ）が前記二次電池（９０）に供給されて前記二次電池（９０）を充電するように、前記充電制御ユニット（３）に電気的に接続され、直列接続された二次電池（９０）のそれぞれに電気的に接続されるように設けられた、インタフェースユニット（４）と、
   前記充電制御ユニット（３）および前記インタフェースユニット（４）に電気的に接続された複数の検出ユニット（５）と、を備え、
   前記検出ユニット（５）のそれぞれは、前記インタフェースユニット（４）を通して前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を検出することができ、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧に基づいてフィードバックパワー（Ｖｂ）を発生させ、前記フィードバックパワー（Ｖｂ）を前記充電制御ユニット（３）に出力し、その結果、前記充電電圧（Ｖｃｃ）は、さらに、複数の前記検出ユニット（５）のいずれか一つの検出ユニット（５）からの前記フィードバックパワー（Ｖｂ）に基づいて、前記充電制御ユニット（３）によって発生すること、
   を特徴とする、直列接続された二次電池の充電システム。
2. 前記検出ユニット（５）のそれぞれは、
   前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を検出して、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧が、予め設定された電圧範囲内であることを検出すると、駆動信号を発生させることができるように、前記インタフェースユニット（４）に電気的に接続された電圧検出コントローラ（５１）と、
   前記電圧検出コントローラ（５１）および前記インタフェースユニット（４）に電気的に接続され、前記電圧検出コントローラ（５１）からの駆動信号、および、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を、前記インタフェースユニット（４）を通して受信し、前記駆動信号によって、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を前記フィードバックパワー（Ｖｂ）に変換するように駆動される電圧変換器（５２）と、
   を含むこと、を特徴とする、請求項１に記載の直列接続された二次電池の充電システム。
3. 前記検出ユニット（５）のそれぞれの前記電圧変換器（５２）は、前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を上昇させ、その結果、前記直流入力（Ｖｄｃ）および前記フィードバックパワーＶｂは、同じ電圧を有すること、を特徴とする、請求項２に記載の直列接続された二次電池の充電システム。
4. 前記充電制御ユニット（３）は、複数の前記検出ユニット（５）のいずれか１つの検出ユニット（５）の前記電圧変換器（５２）からの前記フィードバックパワー（Ｖｂ）を受信すると、制御信号を発生させることができ、前記電力発生ユニット（２）に前記制御信号を出力し、前記制御信号は、前記充電制御ユニット（３）によって受信したフィードバックパワー（Ｖｂ）の大きさに関連し、
   前記電力発生ユニット（２）は、前記充電制御ユニット（３）からの前記制御信号を受信して、前記制御信号に基づいて前記直流入力（Ｖｄｃ）を減少させることができること、を特徴とする、請求項２に記載の直列接続された二次電池の充電システム。
5. 前記電力発生ユニット（２）は、
   前記電圧入力を受信するために、前記交流電源（８）に結合するように設けられた第１入力ポート（２１）と、
   前記充電制御ユニット（３）からの前記制御信号を受信するための第２入力ポート（２２）と、
   出力ポート（２３）と、
   前記第１入力ポート（２１）と前記第２入力ポート（２２）と前記出力ポート（２３）とに電気的に接続されたパルス幅変調回路（２４）と、を含み、
   前記パルス幅変調回路（２４）は、前記第１入力ポート（２１）を通して前記電圧入力を受信し、前記電圧入力および前記制御信号に基づいて直流入力（Ｖｄｃ）を発生させて、前記出力ポート（２３）を通して前記直流入力（Ｖｄｃ）を出力すること、
   を特徴とする、請求項４に記載の直列接続された二次電池の充電システム。
6. 前記充電制御ユニット（３）は、
   前記直流入力（Ｖｄｃ）を受信するために、前記電力発生ユニット（２）の前記出力ポート（２３）に結合された第１入力ポート（３１）と、
   前記フィードバックパワー（Ｖｂ）を受信するために、前記検出ユニット（５）のそれぞれの前記電圧変換器（５２）に結合された第２入力ポート（３２）と、
   前記インタフェースユニット（４）に結合された第１出力ポート（３４）と、
   前記電力発生ユニット（２）の前記第２入力ポート（２２）に結合された第２出力ポート（３５）と、
   前記充電制御ユニット（３）の前記第１および第２入力ポート（３１，３２）と前記第１および第２出力ポート（３４，３５）に電気的に接続された充電制御回路（３６）と、を含み、
   前記充電制御回路（３６）は、前記第１入力ポート（３１）を通して前記直流入力（Ｖｄｃ）を受信し、前記第２入力ポート（３２）を通して前記フィードバックパワー（Ｖｂ）を受信し、前記直流入力（Ｖｄｃ）および前記フィードバックパワー（Ｖｂ）に基づいて前記充電電圧（Ｖｃｃ）を発生させ、前記フィードバックパワー（Ｖｂ）の大きさに基づいて前記制御信号を発生させ、前記充電電圧（Ｖｃｃ）を前記第１出力ポート（３４）を通して前記インタフェースユニット（４）に出力し、前記制御信号を前記第２出力ポート（３５）を通して前記電力発生ユニット（２）の第２入力ポート（２２）に出力すること、
   を特徴とする、請求項５に記載の直列接続された二次電池の充電システム。
7. 前記充電制御ユニット（３）は、前記充電制御回路（３６）および前記検出ユニット（５）のそれぞれの前記電圧検出コントローラ（５１）に電気的に接続された第３入力ポート（３３）を含み、
   前記検出ユニット（５）のそれぞれの前記電圧検出コントローラ（５１）は、検出結果に基づいて前記二次電池（９０）のうち対応する１つの二次電池（９０）の電圧を示す状態信号を発生させることができ、前記充電制御ユニット（３）の前記第３入力ポート（３３）に前記状態信号を出力し、その結果、前記充電制御ユニット（３）の前記充電制御回路（３６）は、前記第３入力ポート（３３）を通して前記検出ユニット（５）のそれぞれの前記電圧検出コントローラ（５１）からの前記状態信号を受信し、前記二次電池（９０）の充電情報を得ること、
   を特徴とする、請求項６に記載の直列接続された二次電池の充電システム。

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