JP2004311398A - バッテリーパックの構造及び動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メモリ効果を最小化することでバッテリーパックの寿命を延長し得るバッテリーパックを提供しようとする。
【解決手段】 少なくとも一つ以上のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎと、各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎに接続された第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎと、それら第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎを制御するスイッチ制御部５０ｃと、前記第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎを通して前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの電圧を測定する電圧測定部５０ａと、前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧及び端末の制御信号によって、一つまたは複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを選択して、バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電または電源供給を行う制御部５０と、を包含してバッテリーパックを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動通信端末機のバッテリーに係るもので、詳しくは、メモリ効果を最小化するためのバッテリーパックの構造及び動作方法に関するものである。

一般に、電気／電子機器は電源により駆動されるが、容積または重量の大きい固定用電気／電子機器は、昇圧器や減圧器により変換された電源の供給を受ける。反面、ノートブックコンピュータや携帯電話のような携帯用電気／電子機器は、昇圧器や減圧器により変換された電源の供給を受けることができないため、通常、バッテリーから電源の供給を受ける。

電気／電子機器に装着されたバッテリーの電圧は、時間の経過によって放電され、バッテリーの充電電圧が所定電圧以下に放電されると、電気／電子機器を正常に動作させるため、バッテリーを充電装置に装着して充電しなければならない。このように充電装置を利用してバッテリーを充電する場合、バッテリーが所定電圧以下に放電された状態で充電が行われるため、充電が終了された後にもバッテリーは所定電圧以上を維持し得ないが、これを“メモリ効果”という。これは、電気／電子機器に装着されたバッテリーが完全に放電されない状態で再充電を行う場合、所定電圧以上のみで再充電が行われることで、バッテリーがその電圧状態のみを記憶するためである。

即ち、最初に充電されたバッテリーは、電気／電子機器に正常な電圧を所定時間持続的に提供するが、所定回数以上充電及び放電が行われたバッテリーは、メモリ効果により、充電時に満充電されず所定電圧レベル以下に充電されるようになる。その結果、バッテリーは、所定時間持続的に電圧を出力し得ないため、電気／電子装置や機器が正常に駆動されない憂いがある。

従って、バッテリーにおけるメモリ効果を最小化するためには、バッテリーを完全に放電した後に再充電すべきであるが、通常、バッテリーは、電気／電子機器が正常動作が不可能な程度の残留電圧で再充電されるため、メモリ効果が必然的に発生するようになって、このようなメモリ効果は、充電可能なバッテリーパックの寿命を短縮させる主な要因となる。

従来は、このようなバッテリーパックのメモリ効果を低減するため、充電装置でバッテリーの残留電圧を測定し、該測定された残留電圧が臨界値以上であると、強制的に放電させて残留電圧を臨界値以下にした後に充電を開始した。このような方式の充電装置に係る従来技術や特許は複数存在するが、バッテリーパック自体的にメモリ効果を除去する方案に係る先行技術や特許はまだ存在しない。

然るに、このような従来のバッテリーパックにおいては、複数のバッテリーセルから構成された場合、全てのバッテリーセルが並列に連結されていて、全てのバッテリーセルが同時に充電及び消耗されるため、充電及び放電効率が低下するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、メモリ効果を最小化することでバッテリーパックの寿命を延長し得るバッテリーパックを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、複数のバッテリーセル中一つを充電用または電流供給用として選択可能なバッテリーパックの動作方法を提供することにある。

また、本発明の又他の目的は、バッテリーパックの電圧レベルによって、該バッテリーパックが多様な動作モードに切替えられるようにすることで、安全性及び効率性を向上し得るバッテリーパックを提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明に係るバッテリーパックにおいては、少なくとも一つ以上のバッテリーセルと、各バッテリーセルに接続された第１、第２スイッチと、それら第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、前記第１、第２スイッチを通して前記バッテリーセルの電圧を測定する電圧測定部と、前記バッテリーセルの残留電圧及び端末の制御信号によって、一つまたは複数のバッテリーセルを選択して、バッテリーセルの充電または電源供給を行う制御部と、を包含して構成されることを特徴とする。

また、前記バッテリーパックは、外部端末及び充電装置とインタフェースするインタフェース部を追加して包含することを特徴とする。

また、前記インタフェース部は、充電装置から供給された電源を前記第１スイッチに伝達する電源入力端子と、前記第２スイッチを通して伝達されたバッテリーセルの電源を端末に供給する電源供給端子と、端末の制御信号を前記制御部に出力する命令入力端子と、前記制御部の結果データを端末に出力する命令出力端子と、から構成されることを特徴とする。

また、前記第１スイッチは充電スイッチで、前記第２スイッチは供給スイッチであることを特徴とする。

また、前記端末の制御信号は、モードの変更、スイッチの操作及びバッテリーセルの残留電圧の測定を示すことを特徴とする。

また、前記制御部は、前記バッテリーセルの充電及び残留電圧を測定する電圧測定部と、該電圧測定部の測定電圧及び端末の制御信号によって制御動作を行う命令解析及び制御器と、該命令解析及び制御器の制御信号によって前記複数の第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、から構成されることを特徴とする。

また、前記制御部は、受動モードにおいては、端末の制御信号のみに依存し、自動モードにおいては、制御信号に関係なく、バッテリーセルの残留電圧によって自体的にバッテリーセルの充電または電源供給を行うことを特徴とする。

また、前記制御部は、バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して充電を行うことを特徴とする。このとき、前記制御部は、バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が少ない順にバッテリーセルを充電することを特徴とする。

また、前記制御部は、複数のバッテリーセル中、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルのみを選択して、端末の電源供給に使用することを特徴とする。このとき、前記制御部は、選択されたバッテリーセル中、残留電圧が小さいバッテリーセル順に端末に電源を供給する。

また、前記制御部は、複数のバッテリーセルの残留電圧が最小臨界電圧より低い場合、全てのバッテリーセルを並列に連結して充電及び電源供給を行う基本モードに切替えることを特徴とする。

また、前記制御部は、外部からバッテリーセルの残留電圧の測定要求があるとき、各バッテリーセルの電圧を測定して報告することを特徴とする。

そして、本発明に係るバッテリーパックの充電及び電源供給方法においては、少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを順次選択して充電を行う段階と、前記充電された複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して端末に電源を供給する段階と、を順次行うことを特徴とする。

また、前記充電段階は、複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルを順次選択して充電を行う段階と、からなることを特徴とする。

また、前記選択されたバッテリーセルの残留電圧は、最小臨界電圧よりは大きく、且つ基準臨界電圧よりは小さいことを特徴とする。

また、前記基準臨界電圧は、最大充電電圧の範囲で最も低い電圧であることを特徴とする。

また、前記充電及び放電方法は、最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して充電を行う段階を追加して行うことを特徴とする。

また、前記電源供給段階は、複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルの電源を端末に供給する段階と、からなることを特徴とする。

また、前記充電及び放電方法は、最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して電源を供給する段階を追加して行うことを特徴とする。

本発明によるバッテリーパックは、少なくとも一つ以上のバッテリーセルと、各バッテリーセルに接続された第１、第２スイッチと、それら第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、前記第１、第２スイッチを通して前記バッテリーセルの電圧を測定する電圧測定部と、前記バッテリーセルの残留電圧及び端末の制御信号によって、一つまたは複数のバッテリーセルを選択して、バッテリーセルの充電または電源供給を行う制御部と、を包含して構成されることを特徴とし、これにより上記目的を達成する。

端末及び充電装置とインタフェースするインタフェース部を追加して包含することを特徴としてもよい。

前記インタフェース部は、充電装置から供給された電源を前記第１スイッチに伝達する電源入力端子と、前記第２スイッチを通して伝達されたバッテリーセルの電源を端末に供給する電源供給端子と、端末の制御信号を前記制御部に出力する命令入力端子と、前記制御部の結果データを端末に出力する命令出力端子と、から構成されることを特徴としてもよい。

前記第１スイッチは充電スイッチで、前記第２スイッチは供給スイッチであることを特徴としてもよい。

前記端末の制御信号は、モードの変更、スイッチの操作及びバッテリーセルの残留電圧の測定を示すことを特徴としてもよい。

前記制御部は、前記バッテリーセルの充電及び残留電圧を測定する電圧測定部と、該電圧測定部の測定電圧及び端末の制御信号によって制御動作を行う命令解析及び制御器と、該命令解析及び制御器の制御信号によって前記複数の第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、から構成されることを特徴としてもよい。

前記電圧測定部、命令解析及び制御器、並びにスイッチ制御部は、低電圧論理回路やマイクロコンピュータにより具現されることを特徴としてもよい。

前記制御部は、受動モードにおいては、端末の制御信号のみに依存し、自動モードにおいては、制御信号に関係なく、バッテリーセルの残留電圧によって自体的にバッテリーセルの充電または電源供給を行うことを特徴としてもよい。

前記制御部は、バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して充電を行うことを特徴としてもよい。

前記制御部は、バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が少ない順にバッテリーセルを充電することを特徴としてもよい。

前記制御部は、複数のバッテリーセル中、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルのみを選択して、端末の電源供給に使用することを特徴としてもよい。

前記制御部は、選択されたバッテリーセル中、残留電圧が小さいバッテリーセル順に端末に電源を供給することを特徴としてもよい。

前記制御部は、複数のバッテリーセルの残留電圧が最小臨界電圧より低い場合、全てのバッテリーセルを並列に連結して充電及び電源供給を行う基本モードに切替えることを特徴としてもよい。

前記制御部は、外部からバッテリーセルの残留電圧の測定要求があるとき、各バッテリーセルの電圧を測定して報告することを特徴としてもよい。

本発明によるバッテリーパックの動作方法は、少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して充電を行う段階と、前記充電された複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して端末に電源を供給する段階と、を順次行うことを特徴とし、これにより上記目的を達成する。

前記充電段階は、複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルを選択して充電を行う段階と、からなることを特徴としてもよい。

前記選択されたバッテリーセルの残留電圧は、最小臨界電圧よりは大きく、且つ基準臨界電圧よりは小さいことを特徴としてもよい。

前記基準臨界電圧は、最大充電電圧の範囲で最も低い電圧であることを特徴としてもよい。

前記最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して充電を行う段階を追加して行うことを特徴としてもよい。

前記電源供給段階は、複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルの電源を端末に供給する段階と、からなることを特徴としてもよい。

前記最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して電源を供給する段階を追加して行うことを特徴としてもよい。

本発明によるバッテリーパックの動作方法は、少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、端末から入力された制御信号によって、第１バッテリーセルを選択する段階と、前記選択された第１バッテリーセルを充電する段階と、端末の制御信号によって、以前に充電された一つまたは複数の第２バッテリーセルを選択する段階と、前記選択された第２バッテリーセルの電源を端末に供給する段階と、を順次行うことを特徴とし、これにより上記目的を達成する。

前記第１バッテリーセルは、最もメモリ効果が少ないバッテリーセルであることを特徴としてもよい。

前記第１バッテリーセルは、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセル中、最も残留電圧が小さいバッテリーセルであることを特徴としてもよい。

前記第２バッテリーセルは、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルであることを特徴としてもよい。

本発明に係るバッテリーパックの構造及び動作方法においては、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセル中一つまたは複数個を選別的に充電用または電源供給用として選択し、バッテリーセルの充電電圧によって充電モードを自動に変更することで、バッテリーパックの安全性及び効率性を向上させ、メモリ効果を低減して、バッテリーパックの寿命を延長し得るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。

一般に、バッテリーセルの残留電圧が小さい場合、メモリ効果も少ない。また、充電されたバッテリーセル中、残留電圧が最も小さいバッテリーセルから端末に電源を供給する場合、充電時のメモリ効果を最小化することができる。

従って、本発明は、少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセル中、残留電圧が最も小さいバッテリーセルを選択して先に充電し、残留電圧が最も小さいバッテリーセルから端末に電源を供給することで、バッテリーパックの寿命を延長し得る方案を提案する。

また、本発明は、端末の制御信号またはバッテリーセルの残留電圧によって動作モードを切替えることで、不必要な素子の動作を防止して、効率性及び安全性を向上し得るバッテリーパックを提案する。

図１は、本発明に係るバッテリーパックの構造を示したブロック図で、図示されたように、本発明に係るバッテリーパックにおいては、外部充電装置に接続されるインタフェース部１０と、複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎと、前記インタフェース部１０を通して外部充電装置から提供された電源を前記複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎに伝達する複数の充電スイッチ３０−１〜３０−ｎと、前記複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電電圧を前記インタフェース部１０を通して端末に伝達する複数の供給スイッチ４０−１〜４０−ｎと、前記複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電及び残留電圧を測定し、前記複数の充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎのスイッチング動作を制御する制御部５０と、を包含して構成されている。

また、前記インタフェース部１０は、端末の制御命令を入力する命令入力端子１０ａと、端末の制御命令による前記制御部５０の出力データを端末に伝達する命令出力端子１０ｂと、外部充電装置に接続された充電端子１０ｃと、前記複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電電圧を端末に提供する供給端子１０ｄと、から構成されている。

また、前記制御部５０は、前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電及び残留電圧を測定する電圧測定部５０ａと、該電圧測定部５０ａの測定電圧及び端末の制御命令に基づいて制御信号を出力する命令解析及び制御器５０ｂと、該命令解析及び制御器５０ｂの制御信号によって、前記複数の充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを制御するスイッチ制御部５０ｃと、から構成されている。

また、前記電圧測定部５０ａ、命令解析及び制御器５０ｂ、並びにスイッチ制御部５０ｃは、前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電電圧により駆動され、低電圧論理回路やマイクロコンピュータにより具現される。

また、バッテリーパックは、少なくとも一つ以上のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを包含し、各バッテリーセルは、充電スイッチを介してインタフェース部１０の充電端子１０ｃに連結されて充電され、供給スイッチを介してインタフェース部１０の供給端子１０ｄに連結されて外部端末に電流を供給する。即ち、一つのバッテリーセル当たり一つの充電スイッチ及び電源供給スイッチがそれぞれ具備される。

また、前記制御部５０の命令解析及び制御器５０ｂは、好ましくは、低電圧論理回路により具現され、前記スイッチ制御部５０ｃにより前記充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを操作することで、一つまたは複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを前記充電端子１０ｃまたは供給端子１０ｄに接続させることができる。且つ、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記電圧測定部５０ａにより各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの電圧（充電及び残留電圧）を読み取ることで、バッテリーパックの充電が開始されたかが分かり得る。

よって、前記命令解析及び制御器５０ｂは、このような動作を通して、前記スイッチ制御部５０ｃ及び電圧測定部５０ａにより各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を測定して、最も低い残留電圧を有するバッテリーセルを探した後、該バッテリーセルの充電スイッチのみを前記充電端子１０ｃに連結することで、該当のバッテリーセルを充電することができる。

また、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記スイッチ制御部５０ｃ及び電圧測定部５０ａにより各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電電圧を測定して、特定の電圧臨界値（最小臨界電圧）より大きい残留電圧を有するバッテリーセル中、最も残留電圧が低いバッテリーセルを探した後、該バッテリーセルの供給スイッチのみを前記供給端子１０ｄに連結することで、端末に電源を供給する。若し、特定の電圧臨界値を超えた充電電圧を維持するバッテリーセルが一つもない場合は、最も低い充電電圧を有するバッテリーセルを選択するか、または全てのバッテリーセルを選択して並列に連結して電源を供給する。

また、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記インタフェース部１０の命令入力端子１０ａを通して外部端末から入力された制御信号によって、前記スイッチ制御部５０ｃにより前記充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを操作する一方、前記制御信号によって、前記電圧測定部５０ａにより各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの測定電圧を読み取ることで前記制御信号を処理した後、該制御信号に対する出力制御信号を前記命令出力端子１０ｂを通して外部端末に供給することができる。

また、前記命令入力端子１０ａ及び命令出力端子１０ｂは、直列または並列端子であって、比較的単純な形式の制御信号が伝達される端子で、並列端子よりは直列端子により構成することがより好ましい。該直列端子は、制御端子とクロック端子とから構成されるが、前記制御端子を通して制御信号、即ち、命令信号及び値信号のビットが直列に伝送される。このとき、前記クロック端子を通して伝達されるクロック信号がＨｉｇｈからＬｏｗに転換される度毎に、命令信号及び値信号の各ビットが伝送されるインタフェースが用いられる。

表１には、命令入力端子１０ａ及び命令出力端子１０ｂを通して、端末とバッテリーパック間に伝送される制御信号及びデータ値（出力制御信号）の一例が示されてある。

即ち、四つのバッテリーセルからバッテリーパックが構成されたとき、ビット０〜３は、各充電スイッチのための値で、ビット４〜７は、各供給スイッチのための値であり、各ビット値が“１”であると“コネクション（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）”を示し、“０”であると“ディスコネクション（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）”を示す。

そして、本発明に係るバッテリーパックは、図２に示したように、基本モード、自動モード及び受動モードの三つのモードで動作され、それら各モードは、バッテリーパックの残留電圧レベル及び充電装置（または端末）から入力された制御信号によって決定される。

前記基本モードは、バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧が非常に低い極低電圧状態として充電中でないとき用いられるモードであって、前記基本モードの際、制御部５０の電圧測定部５０ａ、命令解析及び制御器５０ｂ、並びにスイッチ制御部５０ｃの動作は全て中止されるが、その理由は、前記制御部５０のエレメント（ｅｌｅｍｅｎｔ）は、論理回路またはマイクロコンピュータにより具現される装置であるので、低電圧で誤動作する憂いがあるためである。

また、前記自動モードは、バッテリーパック自体的に充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを操作することで、選択的にバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを充電端子１０ｃまたは供給端子１０ｄにそれぞれ連結させるモードである。前記自動モードの際、電圧測定部５０ａ、命令解析及び制御器５０ｂ、並びにスイッチ制御部５０ｃは動作される。

また、前記受動モードは、外部から入力された制御命令のみによって行われるモードで、外部の制御命令のみによって充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎの切替えが行われる。且つ、自動モードから受動モードに切替えられる場合、前記充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎは連結状態を維持する。

ここで、前記受動モードは、図１に示したインタフェース部１０の命令入力端子１０ａ及び命令出力端子１０ｂにより行うことができるし、外部端末の操作または充電装置に具備された選択手段により行うこともできる。

即ち、バッテリーパックの基本的な動作モードは自動モードである。例えば、自動モードから受動モードに切替えるため、充電装置（または端末）に具備された選択手段により、インタフェース部１０の命令入力端子１０ａを通して制御信号、即ち、１６ビット（Ｂｉｔ）の命令信号（“１０００００００”）及び値信号（“００００００００”）が入力されると、制御部５０は、命令出力端子１０ｂを通して、命令確認信号として命令信号（“１０００００００”）及び値信号（“００００００００”）を出力して、受動モードに切替えたことを端末に通報する。このとき、“０”であると命令の遂行が成功したことを示し、“０ｘｆｆ”であると失敗を示す。

また、表１に示したスイッチの操作または残留電圧の測定のための制御信号を入力して、バッテリーセルの動作を制御することができる。

例えば、バッテリーセルの残留電圧を測定するための制御信号として、命令信号（“１０００００１０”）を入力すると、制御部５０の命令解析及び制御器５０ｂは、スイッチ制御部５０ｃ及び電圧測定部５０ａを制御して、バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を測定した後、命令出力端子１０ｂを通して端末に出力する。即ち、受動モードの際、全ての充電スイッチ３０−１〜３０−ｎ及び供給スイッチ４０−１〜４０−ｎは連結された状態を維持するため、前記電圧測定部５０ａは、各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を測定して前記命令解析及び制御器５０ｂに出力する。

この場合、例えば、バッテリーセル２０−１の残留電圧を“０”と仮定すると、命令解析及び制御器５０ｂから命令出力端子１０ｂに命令信号“１００００００１”及び値信号“０ｘ００”が出力され、残留電圧が満充電の場合は、命令信号“１００００００１”及び値信号“０ｘｆｆ”が出力される。

よって、端末は、バッテリーセルの残留電圧データの入力を受け、スイッチ（充電スイッチまたは供給スイッチ）の操作のための制御信号を入力して、所望のバッテリーセルを充電するか、またはバッテリーセルに充電された電圧を端末に提供することができる。例えば、二番目のバッテリーセル２０−２に充電装置から入力された電源を供給しようとする場合、命令入力端子１０ａに命令信号“１００００００１”及び充電スイッチ３０−２を連結するための値信号“００００００１０”を入力する。それら命令信号及び値信号によって、命令解析及び制御器５０ｂが充電スイッチ３０−２をオンさせることで、外部充電装置から入力される電源がバッテリーセル２０−２に充電される。

また、図２に示したように、前記命令解析及び制御器５０ｂは、バッテリーセルの残留電圧を確認して、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧が既設定された臨界電圧よりも小さいと、自動的に基本モードに切替える。且つ、受動モードにおいて充電が開始される場合、バッテリーセルの充電電圧が最小臨界値以上になると、自動的に基本モードから自動モードに切替えられる。

また、前記受動モードから自動モードへの変更は、外部充電装置の選択手段により行われ、一旦、自動モードに切替えられると、前記制御部５０の命令解析及び制御器５０ｂは、前記命令入力端子１０ａに入力される制御信号に依存しない。

以下、バッテリーパックの自動モードにおける充電方法に対し、図３に基づいて説明する。

図３は、本発明に係るバッテリーパックの自動モードにおける充電方法を示したフローチャートである。

通常、バッテリーパックの基本的な動作モードは自動モードである。バッテリーパックがインタフェース部１０を通して外部充電装置に接続されると、制御部５０の命令解析及び制御器５０ｂは、スイッチ制御部５０ｃ及び電圧測定部５０ａを制御して、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を測定する（Ｓ１０）。このとき、前記命令解析及び制御器５０ｂは、供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを通して供給された各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を電圧測定部５０ａからラッチ（ｌａｔｃｈ）形態でリードする。且つ、残留電圧を測定する間、前記命令解析及び制御器５０ｂは、図１の点線で示された電源スイッチを制御して、充電端子１０ｃを通して入力される電源を一時遮断する。

このようにして、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧が測定されると、前記命令解析及び制御器５０ｂは、測定された残留電圧中、最も低い残留電圧を有する一つのバッテリーセルを選択した後（Ｓ１１）、電源スイッチ及びスイッチ制御部５０ｃを制御して、前記選択されたバッテリーセルに接続された充電スイッチのみを充電端子１０ｃに接続する。このとき、前記選択されたバッテリーセルの残留電圧は、最小臨界電圧よりは大きくなければならない。例えば、バッテリーセル２０−１が選択された場合、該当のバッテリーセル２０−１を充電するため、充電スイッチ３０−１のみが電源スイッチを介して前記充電端子１０ｃに接続される。

よって、選択されたバッテリーセル２０−１は、充電電圧が基準臨界値、即ち、満充電臨界値（ｆｕｌｌ ｃｈａｒｇｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えるまで充電される（Ｓ１２）。このとき、前記基準臨界電圧は、満充電圧、即ち、バッテリーセルの充電可能な最大容量の誤差範囲で最も低い値をいう。例えば、満充電圧の範囲を３．９Ｖ〜４．３Ｖと仮定すると、基準臨界電圧は３．９Ｖであり、前記満充電圧のバッテリーセルの生産業体別にそれぞれ異なるようになる。

充電途中、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記電圧測定部５０ａにより前記バッテリーセル２０−１の充電電圧を持続的に測定し、前記バッテリーセル２０−１の充電電圧が基準臨界値より大きいかをチェックする（Ｓ１３）。このために、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記充電スイッチ３０−１をオンさせるとき、供給スイッチ４０−１も一緒にオンさせる。

前記チェックの結果、前記バッテリーセル２０−１の充電電圧が基準臨界値よりも小さいと、再び過程Ｓ１２を行い、超過すると、新しいバッテリーセルを選択するため、前記過程Ｓ１０または過程Ｓ１１以後の動作を繰り返す。

よって、バッテリーパックが、図５に示したように、四つのバッテリーセルから構成された場合は、まず、最も低い残留電圧を有するバッテリーセル１が充電され、次いで、バッテリーセル２及びバッテリーセル３が順次充電され、バッテリーセル４は、残留電圧が基準臨界電圧より大きいため充電されない。

その後、全てのバッテリーセルの充電電圧が基準臨界値を超過すると（Ｓ１４）、前記命令解析及び制御器５０ｂは充電動作を終了する。また、充電動作を行う途中、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎが極低電圧状態（受動モードに切替え）であるか、または前記インタフェース部１０を通して外部から受動モードへの切替え命令が入力されると、前記動作を終了する。

また、例えば、自動モードにおいて、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧が最小臨界値よりも小さいと、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを並列に連結して充電を行う基本モードに切替えることで、バッテリーパックの安全性を向上し得る。

以下、バッテリーパックの自動モードにおける電源供給方法に対し、図４に基づいて説明する。

図４は、本発明に係るバッテリーパックの自動モードにおける電源供給方法を示したフローチャートである。

バッテリーパックがインタフェース部１０を通して端末に装着されると、制御部５０の命令解析及び制御器５０ｂは、スイッチ制御部５０ｃ及び電圧測定部５０ａを制御して、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を測定する（Ｓ２０）。このとき、前記命令解析及び制御器５０ｂは、供給スイッチ４０−１〜４０−ｎを通して供給された各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧を電圧測定部５０ａからラッチ形態でリードする。且つ、残留電圧を測定する間、前記命令解析及び制御器５０ｂは、図１の電源スイッチを制御して、供給端子１０ｄを通して出力される電源を一時遮断する。

このようにして、全てのバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧が測定されると、前記命令解析及び制御器５０ｂは、測定された残留電圧中、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルが存在するかをチェックする（Ｓ２１）。該チェック過程（Ｓ２１）は、メモリ効果が最も少ないことで期待されるバッテリーセルを選択する過程であると共に、極低電圧状態を点検するための過程である。

例えば、全てのバッテリーセルの残留電圧が最小臨界電圧よりも小さい場合は、バッテリーパックのモードを自動モードから基本モードに切替え、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーパックが存在する場合は、該当のバッテリーセルを可用セルリスト（ａｖａｉｌａｂｌｅ ｃｅｌｌ ｌｉｓｔ）に包含させる。

次いで、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記可用セルリストから最も低い残留電圧を有するバッテリーセル、例えば、バッテリーセル２０−２を選択した後（Ｓ２２）、電源スイッチ及びスイッチ制御部５０ｃを制御して、前記選択されたバッテリーセルに接続された供給スイッチ４０−２のみを供給端子１０ｄに接続する。よって、該当のバッテリーセル２０−２の充電電圧が前記供給端子１０ｄを通して端末に提供される（Ｓ２３）。

その後、前記命令解析及び制御器５０ｂは、現在使用中のバッテリーセル２０−２の残留電圧を持続的に測定して（Ｓ２４）、図５に示したように、残留電圧が最小臨界電圧以下に下がると、過程Ｓ２０にリターンして新しいバッテリーセルを選択する。このとき、前記命令解析及び制御器５０ｂは、前記供給スイッチ４０−２をオンさせるとき、充電スイッチ３０−２も一緒にオンさせる。

よって、バッテリーパックが、図５に示したように、四つのバッテリーセルから構成された場合は、バッテリーセル２が最初に電源を供給し、次いでバッテリーセル３及びバッテリーセル４が順次端末に電源を供給し、バッテリーセル１は、残留電圧が最小臨界電圧よりも小さいため電源を供給することができない。

このような過程Ｓ２０〜Ｓ２４を繰り返して行って、全てのバッテリーセルの残留電圧が最小臨界電圧よりも小さい場合は、バッテリーパックのモードを自動モードから基本モードに切替えて電源を供給する（Ｓ２５）。このとき、基本モードにおいて、前記制御部５０の全てのエレメントの動作は停止され、全ての供給スイッチ４０−１〜４０−ｎはオン状態であるため、並列に連結されたバッテリーセル２０−１〜２０−ｎの電源が端末に供給される。

また、本発明は、説明の便宜上、充電用または電源供給用として一つのバッテリーセルを選択する動作に対して説明したが、これに限定されることなく、必要に応じて複数のバッテリーセルを選択して使用することができる。

以上説明したように、本発明に係るバッテリーパックの構造及び動作方法においては、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセル中一つまたは複数個を選別的に充電用または電源供給用として選択し、バッテリーセルの充電電圧によって充電モードを自動に変更することで、バッテリーパックの安全性及び効率性を向上させ、メモリ効果を低減して、バッテリーパックの寿命を延長し得るという効果がある。

メモリ効果を最小化することでバッテリーパックの寿命を延長し得るバッテリーパックを提供しようとする。

少なくとも一つ以上のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎと、各バッテリーセル２０−１〜２０−ｎに接続された第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎと、それら第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎを制御するスイッチ制御部５０ｃと、前記第１、第２スイッチ３０−１〜３０−ｎ、４０−１〜４０−ｎを通して前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの電圧を測定する電圧測定部５０ａと、前記バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの残留電圧及び端末の制御信号によって、一つまたは複数のバッテリーセル２０−１〜２０−ｎを選択して、バッテリーセル２０−１〜２０−ｎの充電または電源供給を行う制御部５０と、を包含してバッテリーパックを構成する。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明に係るバッテリーパックの構造を示したブロック図である。 本発明に係るバッテリーパックの動作モードの切替えを示した説明図である。 本発明に係るバッテリーパックの充電方法を示したフローチャートである。 本発明に係るバッテリーパックの電源供給方法を示したフローチャートである。 本発明に係るバッテリーパックに具備された四つのバッテリーセルの残留電圧を示したグラフである。

符号の説明

１０ インタフェース部
１０ａ 命令入力端子
１０ｂ 命令出力端子
１０ｃ 充電端子
１０ｄ 供給端子
２０−１〜２０−ｎ バッテリーセル
３０−１〜３０−ｎ 充電スイッチ
４０−１〜４０−ｎ 供給スイッチ
５０ 制御部
５０ａ 電圧測定部
５０ｂ 命令解析及び制御器
５０ｃ スイッチ制御部

Claims (25)

1. 少なくとも一つ以上のバッテリーセルと、
   各バッテリーセルに接続された第１、第２スイッチと、
   それら第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、
   前記第１、第２スイッチを通して前記バッテリーセルの電圧を測定する電圧測定部と、
   前記バッテリーセルの残留電圧及び端末の制御信号によって、一つまたは複数のバッテリーセルを選択して、バッテリーセルの充電または電源供給を行う制御部と、
   を包含して構成されることを特徴とするバッテリーパック。
2. 端末及び充電装置とインタフェースするインタフェース部を追加して包含することを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
3. 前記インタフェース部は、
   充電装置から供給された電源を前記第１スイッチに伝達する電源入力端子と、
   前記第２スイッチを通して伝達されたバッテリーセルの電源を端末に供給する電源供給端子と、
   端末の制御信号を前記制御部に出力する命令入力端子と、
   前記制御部の結果データを端末に出力する命令出力端子と、
   から構成されることを特徴とする請求項２記載のバッテリーパック。
4. 前記第１スイッチは充電スイッチで、前記第２スイッチは供給スイッチであることを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
5. 前記端末の制御信号は、
   モードの変更、スイッチの操作及びバッテリーセルの残留電圧の測定を示すことを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
6. 前記制御部は、
   前記バッテリーセルの充電及び残留電圧を測定する電圧測定部と、
   該電圧測定部の測定電圧及び端末の制御信号によって制御動作を行う命令解析及び制御器と、
   該命令解析及び制御器の制御信号によって前記複数の第１、第２スイッチを制御するスイッチ制御部と、
   から構成されることを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
7. 前記電圧測定部、命令解析及び制御器、並びにスイッチ制御部は、低電圧論理回路やマイクロコンピュータにより具現されることを特徴とする請求項６記載のバッテリーパック。
8. 前記制御部は、
   受動モードにおいては、端末の制御信号のみに依存し、自動モードにおいては、制御信号に関係なく、バッテリーセルの残留電圧によって自体的にバッテリーセルの充電または電源供給を行うことを特徴とする請求項１記載のバッテリーパック。
9. 前記制御部は、
   バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して充電を行うことを特徴とする請求項８記載のバッテリーパック。
10. 前記制御部は、
    バッテリーセルの残留電圧によって、メモリ効果が少ない順にバッテリーセルを充電することを特徴とする請求項９記載のバッテリーパック。
11. 前記制御部は、
    複数のバッテリーセル中、最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルのみを選択して、端末の電源供給に使用することを特徴とする請求項８記載のバッテリーパック。
12. 前記制御部は、
    選択されたバッテリーセル中、残留電圧が小さいバッテリーセル順に端末に電源を供給することを特徴とする請求項１０記載のバッテリーパック。
13. 前記制御部は、
    複数のバッテリーセルの残留電圧が最小臨界電圧より低い場合、全てのバッテリーセルを並列に連結して充電及び電源供給を行う基本モードに切替えることを特徴とする請求項８記載のバッテリーパック。
14. 前記制御部は、
    外部からバッテリーセルの残留電圧の測定要求があるとき、各バッテリーセルの電圧を測定して報告することを特徴とする請求項８記載のバッテリーパック。
15. 少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、
    複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して充電を行う段階と、
    前記充電された複数のバッテリーセル中、メモリ効果が最も少ないバッテリーセルを選択して端末に電源を供給する段階と、
    を順次行うことを特徴とするバッテリーパックの動作方法。
16. 前記充電段階は、
    複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、
    前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、
    前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルを選択して充電を行う段階と、
    からなることを特徴とする請求項１５記載のバッテリーパックの動作方法。
17. 前記選択されたバッテリーセルの残留電圧は、
    最小臨界電圧よりは大きく、且つ基準臨界電圧よりは小さいことを特徴とする請求項１６記載のバッテリーパックの動作方法。
18. 前記基準臨界電圧は、
    最大充電電圧の範囲で最も低い電圧であることを特徴とする請求項１７記載のバッテリーパックの動作方法。
19. 前記最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して充電を行う段階を追加して行うことを特徴とする請求項１６記載のバッテリーパックの動作方法。
20. 前記電源供給段階は、
    複数のバッテリーセルの残留電圧を測定する段階と、
    前記測定された残留電圧を最小臨界電圧と比較する段階と、
    前記最小臨界電圧より大きい残留電圧中、最も小さい残留電圧を有するバッテリーセルの電源を端末に供給する段階と、
    からなることを特徴とする請求項１５記載のバッテリーパックの動作方法。
21. 前記最小臨界電圧より大きい残留電圧が存在しないと、前記複数のバッテリーセルを並列に連結して電源を供給する段階を追加して行うことを特徴とする請求項２０記載のバッテリーパックの動作方法。
22. 少なくとも一つ以上のバッテリーセルから構成されたバッテリーパックであって、
    端末から入力された制御信号によって、第１バッテリーセルを選択する段階と、
    前記選択された第１バッテリーセルを充電する段階と、
    端末の制御信号によって、以前に充電された一つまたは複数の第２バッテリーセルを選択する段階と、
    前記選択された第２バッテリーセルの電源を端末に供給する段階と、
    を順次行うことを特徴とするバッテリーパックの動作方法。
23. 前記第１バッテリーセルは、
    最もメモリ効果が少ないバッテリーセルであることを特徴とする請求項２２記載のバッテリーパックの動作方法。
24. 前記第１バッテリーセルは、
    最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセル中、最も残留電圧が小さいバッテリーセルであることを特徴とする請求項２２記載のバッテリーパックの動作方法。
25. 前記第２バッテリーセルは、
    最小臨界電圧より大きい残留電圧を有するバッテリーセルであることを特徴とする請求項２２記載のバッテリーパックの動作方法。

Images