JP2006211778A

JP2006211778A - 多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器

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Publication number: JP2006211778A
Application number: JP2005018450A
Authority: JP
Inventors: Fukugi Yo; 福義楊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10
Also published as: TWI246789B; US20060139011A1; US7298114B2; TW200620735A; EP1679778A1

Abstract

【課題】使用期間を延長でき、多機能の効果を有する多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器を提供する。
【解決手段】数個の電池を収納する充電槽を有する座体２０と、座体２０の側辺に装着され、外部の電源に接続される電源入力インターフェースと、座体２０の内部に設けられ、充電槽と電源入力インターフェースに電気的に接続される充電制御回路とを備える。充電制御回路は、電流検知回路と数個のＰＷＭ駆動回路に接続されるマイクロプロセッサと、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴとＰ−ＭＯＳＦＥＴの直列接続により構成される少なくとも一つの電子スイッチとを有することで、電子スイッチにより充電槽を二組以上の充電回路に分ける。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池の充電装置に関し、特に、充電状態の場合、数個の電池がそれぞれの充電回路に自動区分されて独立充電され、充電状態ではない場合、数組の回路のそれぞれの電池が自動的に直列に接続されて電力を出力し、緊急給電の形態を形成するニッケル水素またはニッケルカドミウム電池の充電装置に関するものである。

デジタルカメラをはじめ、ゲーム機、ＰＤＡ、ＭＰ３、携帯電話、ＬＥＤ照明器具などの携帯式の電子製品の需要の傾向が日増しに強くなっていることに対し、二次電池の容量の増大や、充電時間の短縮化、充電器の体積の軽薄短小化も求められている。したがって、体積が小型化していて充電速度が速く、価額が手頃で、多種の機能を備える充電器が期待されている。

現今、周知のニッケル水素またはニッケルカドミウム充電器は、それぞれの長所があるが、上述の目的を達成できないため、改善の余地がある。以下、ぞれぞれの長所と欠点を図面に基づいて説明する。

図１は、周知の直列式の充電器を示す回路図である。一般家庭用ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの交流電圧は変圧器または交換式電源１１によりＤＣ電圧に転換され、充電回路１２により直列に接続された電池Ｂ１、電池Ｂ２、電池Ｂ３、電池Ｂ４などを充電する。構造が簡単で値段が安いことがこのような充電器の長所であるが、直列に接続されている四つの電池を充電する場合、その中の一つの電池が充電飽和に至っても、ほかの三つの電池が充電飽和に至るまで持続的に充電されるため、過充電が発生し、使用寿命を短縮してしまうことが欠点である。

図２は、周知の並列式の充電器を示す回路図である。図中の並列式の電池Ｂ１、電池Ｂ２、電池Ｂ３、電池Ｂ４などは、充電回路１２により充電される。すべての電池は充電電圧がほぼ一致し、直列式の電池のように過充電や充電不足になる欠点がないことが長所であるが、急速充電に対応できず、電子制御部品の選択と配置が難しいことが欠点である。例えば、充電電圧が２Ｖ、並列式の電池の充電電流が４アンペアである場合、充電電流が１６アンペアとなり、電子部品のダイオードに内部抵抗の問題が発生し、トランジスターに電圧の差が発生する。また、低電圧高電流の充電回路を構成するには、色々な問題を克服しなければならない。例えば、基板上の回路が１６ｍｍ以上の安全規格を満たすような配線は困難なため、並列式の充電器の体積を小さくすることができず、部品が高温高熱になり、大容量の急速充電を達成することが困難であるため、市場の要求を満足できない。充電電圧にパフォーマンスを上げることで電流を下げる場合、四つのスイッチトランジスターQ１、スイッチトランジスターQ２、スイッチトランジスターQ３、スイッチトランジスターQ４に電圧の差が発生し、温度が極めて高い問題点があり、また、放熱シートを増設する場合、体積が大きくなり、コストが高くなる問題がある。

したがって、直列式または並列式の充電方法を使用する周知の電池充電器は、改善の余地がある。特に、現今の大部分の充電器は、ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電に適用するほかない。上述の欠点に鑑みて、本発明者は、従来の充電器構造に基づいて充電器の体積、コスト及び部品を増やさないことを前提として、充電機能のほかに緊急の時に給電器として使用することも可能である充電器を研究開発しようと考えた。しかし、並列式の充電器において四つの電池を直列に接続することで電力を出力することは困難であり、また、四つの直列式の電池は一定の電圧に達するが、前述の通り、過充電または充電不足になり、寿命を短縮してしまう欠点がある。したがって、いかに上述の問題を解決して、充電器を最大充電容量に至らせると同時に緊急給電機能を備えるかが本発明の課題である。

本発明の主な目的は、周知のニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器の欠点を改善するため、二つ以上の二次電池を収納可能な充電槽に対して別々に充電し、合わせて使用するという設計を採用することで、充電状態の場合、数個の電池をそれぞれの充電回路に自動区分して独立充電し、電池の過充電または充電不足という欠点を防止し、また充電状態ではない場合、数組の回路におけるそれぞれの電池を自動的に直列に接続して電力を出力し、外部の電源を受けない上で緊急給電器の形態を形成することである。

本発明のもう一つの目的は、ニッケル水素またはニッケルカドミウム充電器を携帯用の給電器として、外出の時、充電電池により電子製品に電源を緊急提供することである。
本発明のまたもう一つの目的は、充電回路の設計、異なる緊急給電出力インターフェースにより異なる電子製品の使用に対応することで、多機能の効果を達成する多機能充電器を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明により掲示される技術の特徴は、充電制御回路において、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴとＮ−ＭＯＳＦＥＴから構成される電子スイッチにより充電槽を二組以上の充電回路に区分することで、電源入力インターフェースが通電している時、電子スイッチは自動断電され、充電槽における数個の電池を数組に自動区分して別々に充電することで、充電器の形態を構成し、また、電源入力インターフェースが通電していない時、充電回路における電池を自動的に直列に接続して電力を出力し、そして、座体の側辺に装着される緊急給電出力インターフェースにより電子製品に電源を提供することで、緊急給電器の形態を構成することである。

また、前述の構造により、電源入力インターフェースは、プラグの形態で座体の底部に装着される。
また、前述の構造により、電源入力インターフェースは、コンセントの形態で座体に装着される。
また、前述の構造により、緊急給電出力インターフェースは、ＵＳＢＰＯＲＴＳかコネクターのいずれか一つの形態で構成される。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、本発明の一実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器は、座体２０とその上に装着される充電槽２１を備え、そのうちの充電槽２１が四つのニッケル水素またはニッケルカドミウム二次電池Ｂを収納し、座体２０の底側に電源入力インターフェース２２を有し、本実施例では、電源入力インターフェースはプラグ２２１の形態を呈し、また、座体２０の側辺に緊急給電出力インターフェース２３を有し、本実施例では、出力インターフェース２３はＵＳＢＰＯＲＴＳの形態にしても可能であるため、市販の各種の電子製品と接続することが可能である。また、出力インターフェース２３はコンセントの形態にしても可能である。また、座体２０の表面に数個のＬＥＤランプを有することで、充電槽２１内の電池の充電状態を表示する。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器は、電源入力インターフェース２２がコンセント２２２の形態を呈することで、シガーライタープラグ２６１の連接線２６と変圧器プラグ２７１の連接線２７と接続することが可能である。緊急給電出力インターフェース２３は、必要に応じてその一側の適切な位置または二つの側辺に配置しても可能である。この部分について、任意の位置に配置することが可能であるため、詳しい説明を省く。

本実施例による充電槽２１の外観は一般の充電槽とあまり変わりがないが、本実施例の重要な特徴は、座体２０に装着される充電制御回路３０の部分にある。図５に示すように、充電制御回路３０は、電源入力インターフェース２２と充電槽２１との間に接続されることで、四つの電池を充電することが可能である。また、緊急給電の場合、十分な電力を出力するために四つの電池を直列に接続しなければならず、そして、直列に接続した電池を充電すると、先行技術のように過充電または充電不足になり、寿命を短縮してしまうという欠点が発生する。したがって、本実施例は、別々に充電し、合わせて使用するという設計を採用する。その使用方法は、図６に示すように、電源入力インターフェース２２に電源が入っている時、三つの電子スイッチ３４、電子スイッチ３５、電子スイッチ３６は自動断電され、四つの電池を四組の充電回路に自動区分して別々に充電することで、四つの電池を直列に接続して充電する時の欠点を防止することが可能である。また、分かれて充電された電池は緊急給電に十分な電力を提供できないため、充電器が充電しなければ、三つの電子スイッチ３４、電子スイッチ３５、電子スイッチ３６は自動通電し、四組の回路に分かれて充電された四つの電池を自動的に直列に接続して電力を出力することで、十分な電力を提供することが可能である。四つの電池が直列に接続された後の電源は、手動出力制御回路４０により電圧出力を制御することが可能である。また、緊急給電出力インターフェース２３により電子製品に電源を提供することも可能である。本発明のまたもう一つの実施例では、充電の最中に入力電力を充電制御回路３０を経由せず、直接手動出力制御回路４０に接続して、緊急給電出力インターフェース２３により電子製品に提供することが可能である。

以下、上述の本発明の実施例による別々に充電し、合わせて使用するという設計を図７と図８に示すような異なる充電方法及び緊急給電状況に基づいて説明する。
図７に示すのは、充電中の回路図である。充電制御回路３０では、マイクロプロセッサ３１は電流検知回路３２と数個のＰＷＭ駆動回路３３に接続される。ＰＷＭ駆動回路３３は、ダイオードＤ１〜Ｄ４に接続されることで、充電回路ＢＡＴ１〜ＢＡＴ４と三つの電子スイッチ３４、電子スイッチ３５、電子スイッチ２６を駆動することが可能である。三つの電子スイッチは、四つの電池を四組の充電回路ＢＡＴ１〜ＢＡＴ４に分ける。即ち、第一充電回路ＢＡＴ１と第二充電回路ＢＡＴ２との間に第一電子スイッチ３４、第二充電回路ＢＡＴ２と第三充電回路ＢＡＴ３との間に第二電子スイッチ３５、第三充電回路ＢＡＴ３と第四充電回路ＢＡＴ４との間に第三電子スイッチ３６を配置する。それにより、二つの充電回路の場合、一つの電子スイッチが必要であり、八つの充電回路の場合、七つの電子スイッチが必要である。本実施例に使用されるのはもっとも普遍な四つの二次電池を充電可能な充電器であるため、三つの電子スイッチ３４、電子スイッチ３５、電子スイッチ３６さえあればいい。かつすべての電子スイッチはＮチャンネル（N-Channel）の金属酸化半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）、即ち、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴとＰチャンネルのＰ−ＭＯＳＦＥＴの直列接続により構成される。かつ電子スイッチ（例えば、第一電子スイッチ３４）のＮ−ＭＯＳＦＥＴＱ１０はソースＳのアース、入力電源ＶＤＤに接続されるゲートＧとドレインＤが前の充電回路（例えば、第一充電回路ＢＡＴ１）の電池負極端に接続され、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１３はソースＳがＮ−ＭＯＳＦＥＴＱ１０のドレインＤに接続され、そのゲートＧが入力電源ＶＤＤに接続され、そのドレインＤが後の充電回路（例えば、第二充電回路ＢＡＴ２）の電池正極端に接続される。第二電子スイッチ３５と第三電子スイッチ３６の接続方法は、前述の接続方法とほぼ同じであるため、詳しい説明を省く。

また、電源入力インターフェース２２に電源が入っている時、ＰＷＭ駆動回路３３はＯＮとなり、第一電子スイッチ３４、第二電子スイッチ３５、第三電子スイッチ３６はＮ−ＭＯＳＦＥＴＱ１０、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴＱ１１、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴＱ１２が通電状態（ＯＮ）を呈し、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１３、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１４、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１５が断電状態（ＯＦＦ）を呈するため、四組の充電回路ＢＡＴ１、充電回路ＢＡＴ２、充電回路ＢＡＴ３、充電回路ＢＡＴ４に自動区分され、太い黒線で表示される通り、充電電流の方向に沿って四つの電池を充電する。また、充電回路ＢＡＴ１〜ＢＡＴ４における電池が充電飽和の状態を呈する場合、図５に示すように、マイクロプロセッサ３１は、電流検知回路３２からの信号によりＬＥＤランプ２４を点灯する。

図８に示すのは、電源入力インターフェース２２が入っていない時の回路図である。充電槽２１内における電池が充電飽和の状態を呈し、充電器の電源を抜く場合、充電制御回路３０に電圧がなくなり、各ＰＷＭ駆動回路３３はＯＦＦとなり、第一電子スイッチ３４、第二電子スイッチ３５、第三電子スイッチ３６はＮ−ＭＯＳＦＥＴＱ１０、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴＱ１１、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴＱ１２がＯＦＦとなり、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１３、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１４、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴＱ１５が通電状態（ＯＮ）を呈し、第一充電回路ＢＡＴ１、第二充電回路ＢＡＴ２、第三充電回路ＢＡＴ３、第四充電回路ＢＡＴ４における電池は自動的に直列に接続されて電力を出力し、この時、太い黒線で表示される通り、緊急給電出力インターフェース２３へ流す。また、四つの電池は直列に接続されるため、電子製品（ＰＤＡ、ＭＰ３、ＬＥＤランプ等）に十分な電力を提供することが可能である。また、ＤＣをＡＣに転換する変圧器（図中未表示）によりＤＣ電圧をＡＣ電圧に転換し、ＰＬ省エネルギーランプとＣＣＦＬ冷陰極管などのＡＣ小型電子製品に給電することが可能である。

図５から図８に示すように、本発明のもう一つの実施例は、緊急給電出力インターフェース２３の前に一つの多段切換スイッチ４１と二つのＰ−ＭＯＳＦＥＴ４２、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ４３から組成される手動出力制御回路４０を有し、そのうちの多段切換スイッチ４１が座体２０の表面のつまみ４１１に装着されることで、図３Ｃに示すように、緊急給電出力インターフェー２３をＯＦＦ、ＯＮまたはＥＭＥＲＧＥＮＣＹ（緊急）のいずれか一つの使用形態に制御することが可能である。ＯＦＦとなる場合、緊急給電出力インターフェース２３は何も出力しない。ＯＮとなる場合、充電中であって、充電制御回路３０を経由せずに直接電力を提供することが可能である。ＥＭＥＲＧＥＮＣＹとなる場合、充電回路において直列に接続された電圧を使用し、かつ必要に応じて切換えることが可能である。本実施例では、電圧出力制御として使用される多段切換スイッチは先行技術であるため、詳しい説明を省く。

図５に示すのは、本実施例の主要な回路図である。そのうちのマイクロプロセッサ３１、電流検知回路３２及びＰＷＮ駆動回路３３は周知の充電回路であるため、詳しい説明を省く。本実施例の特徴は、電池スイッチにより充電槽２１を四つの充電回路ＢＡＴ１〜ＢＡＴ４に区分し、かつ電源を抜いた場合、四組の充電回路における四つの電池を自動的に直列に接続して電力を出力することで、給電器を形成することである。したがって、本実施例は、普通の場合、充電器として使用してもよい。また、外出や急用の場合、緊急給電装置としてＰＬランプ、ＣＣＬＦ冷陰極管などの電子製品に電源を提供することが可能であるため、便利性と実用性がある。

以上は、四つの電池と四つの充電回路を基準として説明したものであるが、本発明を制限するものではない。数個の充電回路を分けて電池を充電し、また、電源を抜く時、電子スイッチにより数個の電池を直列に接続して電力を出力する方法は、すべて本発明の主張範囲に属すべきである。図９に示すように、充電器に二つの電池しかない場合、一つの電子スイッチ３４だけでそれを二つの充電回路ＢＡＴ１、充電回路ＢＡＴ２に分けて別々に充電すればよい。また、電源を抜く時、二つの電池を自動的に直列に接続することで、電力を出力することが可能である。また、図１０に示すように、一つの電子スイッチ３４によりそれを二つの充電回路ＢＡＴ１、充電回路ＢＡＴ２に分けて、かつ一つの充電回路ごとに電池を二つ配し、二つずつに分けて別々に充電し、緊急の時に、四つの電池を自動的に直列に接続することで、電力を出力することが可能である。二つの電池を一緒に充電する場合、電流検知回路により飽和電圧の信号を検知することが可能であるため、過充電の問題がない。四つの電池を分けて充電するほど正確ではないが、合理的範囲内で使用することが可能であるため、本発明の実施範囲に属すべきである。

周知の直列式の充電器を示す回路図である。周知の並列式の充電器を示す回路図である。本発明の一実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の側面を示す模式図である。本発明の実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の前面を示す模式図である。本発明の一実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の底面を示す模式図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の側面を示す模式図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の底面を示す模式図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の前面を示す模式図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器を示す回路図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の主なプロセスを示す模式図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の簡略化した回路図であり、電源が入っている時、電池を別々に充電することを示す回路図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の簡略化した回路図であり、電源が入っていない時、電池を別々に充電することを示す回路図である。本発明のもう一つの実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の簡略化した回路図であり、二つの電池の二つの充電回路を示す回路図である。本発明のさらに他の実施例による多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器の簡略化した回路図であり、四つの電池の二つの充電回路を示す回路図である。

符号の説明

２０座体、２１充電槽、２２電源入力インターフェース、２３救急給電出力インターフェース、２４ＬＥＤランプ、２６連接線、２７連接線、３０充電制御回路、３１マイクロプロセッサ、３２電流検知回路、３３ＰＷＮ駆動回路、３４第一電子スイッチ、３５第二電子スイッチ、３６第三電子スイッチ、４０手動出力制御回路、４１多段切換スイッチ、４２Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ、４３Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ、２２１プラグ、２６１シガーライタープラグ、２７１変圧器プラグ、ＢＡＴ１充電回路、ＢＡＴ２充電回路、ＢＡＴ３充電回路、ＢＡＴ４充電回路

Claims

数個の電池を収納する充電槽を有する座体と、
座体の側辺に装着され、外部の電源に接続される電源入力インターフェースと、
座体の内部に設けられ、充電槽と電源入力インターフェースに電気的に接続される充電制御回路とを備え、
充電制御回路は、電流検知回路と数個のＰＷＭ駆動回路に接続されるマイクロプロセッサと、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴとＰ−ＭＯＳＦＥＴの直列接続により構成される少なくとも一つの電子スイッチとを有することで、電子スイッチにより充電槽を二組以上の充電回路に分けることが可能であり、電子スイッチのＮ−ＭＯＳＦＥＴはソース（Ｓ）アースと入力電源に接続されるゲート（Ｇ）とドレイン（Ｄ）が前の充電回路の電池負極端に接続され、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴはソース（Ｓ）がＮ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン（Ｄ）に接続され、ゲート（Ｇ）が入力電源に接続され、ドレイン（Ｄ）が後の充電回路の電池正極端に接続され、
電源入力インターフェースが通電している時、電子スイッチはＮ−ＭＯＳＦＥＴがＯＮで、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴがＯＦＦになり、充電槽における数個の電池をぞれぞれの充電回路に自動区分して別々に充電することで充電器の形態を構成し、
電源入力インターフェースが通電していない時、電子スイッチはＮ−ＭＯＳＦＥＴがＯＦＦで、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴがＯＮとなり、充電回路における電池を自動的に直列に接続して電力を出力し、座体の側辺に装着される緊急出力インターフェースにより電子製品に電源を提供することで緊急給電器の形態を構成することを特徴とする多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
充電槽は、二つの電池を収納し、充電制御回路は一つの電子スイッチにより充電槽を二組の充電回路に区分することを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
充電槽は、四つの電池を収納し、充電制御回路は三つの電子スイッチにより充電槽を四組の充電回路に区分することを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
充電槽は、四つの電池を収納し、充電制御回路は一つの電子スイッチにより充電槽を二組の充電回路に区分し、一つの充電回路ごとに電池を二つ有することを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
緊急給電出力インターフェースの前には、一つの多段切換スイッチと二つのＰ−ＭＯＳＦＥＴから組成される手動出力制御回路を有し、多段切換スイッチが座体の表面のつまみに装着されることで、緊急給電出力インターフェースをＯＦＦ、ＯＮまたはＥＭＥＲＧＥＮＣＹ（緊急）のいずれか一つの使用形態に制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
電源入力インターフェースは、プラグかコンセントのいずれか一つの形態で座体に装着されることを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。
緊急給電出力インターフェースは、ＵＳＢＰＯＲＴＳかコネクターのいずれか一つの形態で構成されることを特徴とする請求項１に記載の多機能ニッケル水素またはニッケルカドミウム電池充電器及び緊急給電器。