JP2008228555A

JP2008228555A - 電池用電力出力装置

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Publication number: JP2008228555A
Application number: JP2007174189A
Authority: JP
Inventors: Yi-Jang Yeh; 義章葉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2008-09-25
Also published as: TW200838087A; US7825624B2; TWI329400B; US20080224653A1

Abstract

【課題】商用電源がなくても市販電池を電源とし蓄電池を充電することができる電池用電力出力装置を提供する。
【解決手段】
本発明におけるスイッチ制御ユニットは、安全スイッチ、検出モジュール及びタイマーユニットに電気的に接続され、タイマーユニットからのタイマー信号、前記検出モジュールからの検出電圧値及び検出電流値を受け入り、安全スイッチを、充電期間の経過後前記電源連結ユニット及び充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切り、また、検出した電圧又は電流が異常であるとき、検出モジュールからの検出電圧値及び検出電流値に応じて電源連結ユニット及び充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切る。
【選択図】図１

Description

本発明は，電力出力装置に関し、より詳しくは電池用電力出力装置（ｂａｔｔｅｒｙ−ｏｐｅｒａｔｅｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｄｅｖｉｃｅ）に関する。

携帯機器の急速な普及によって、電源としての繰り返し充電できる電池の需要が高まっている。繰り返し充電できる蓄電池は、トランスを介して商用ＡＣ電源を用いて充電をする。

例えば、ポータブルコンピュータに蓄電池を用いるとき、せいぜい２〜３時間しか持たない。外で使うときは、蓄電池の出力がなくなると商用ＡＣ電源を用いて充電することができず、余分の蓄電池を用意しなければならない。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、商用電源がなくても市販電池を電源とし蓄電池を充電することができる電池用電力出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電池用電力出力装置は、電池電源を用いて蓄電池負荷を充電するものであって、前記電池電源と電気的に接続されるように前記電池電源を収容する電池受け座と、前記電池受け座に電気的に接続され、前記蓄電池負荷の電圧規格に応じて変更可能な充電信号出力を生成する充電信号生成ユニットと、前記蓄電池負荷と電気的に接続された電源連結ユニットと、前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットに電気的に接続され、前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットの間の電気的に断続作動する安全スイッチと、充電信号出力の電圧値及び電流値を検出するように前記充電信号生成ユニットに電気的に接続された検出モジュールと、前記安全スイッチを介して前記充電信号生成ユニットから前記電源連結ユニットに充電信号出力が送入されると、タイマー操作を始め、タイマー信号を出力するタイマーユニットと、前記安全スイッチ、前記検出モジュール及び前記タイマーユニットに電気的に接続され、前記タイマーユニットからタイマー信号が入力されると共に、前記検出モジュールから前記検出電圧値及び検出電流値が入力され、安全スイッチを、充電期間経過後前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切り、また、検出した電圧又は電流が異常であるとき、前記検出モジュールからの前記検出電圧値及び前記検出電流値に応じて前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切るように制御するスイッチ制御ユニットとを有することを特徴とする。

前記電池用電力出力装置においては、前記タイマーユニットに、予め前記充電期間がセットされており、前記充電期間経過後前記スイッチ制御ユニットに前記タイマー信号を出力するようにすることが好ましい。

前記電池用電力出力装置においては、前記電池電源は、複数の電池セルであり、前記電池受け座に、前記電池電源としての前記電池セルが互いに直列接続して収容され、前記充電信号生成ユニットは、前記電池電源の直列接続された電池セルから充電信号出力を生成する可変電圧回路を設けるようにすることが好ましい。

前記充電信号生成ユニットはさらに、前記可変電圧回路に電気的に接続され、前記可変電圧回路の充電信号出力を設定する多位置形スイッチをそなえるようにすることが好ましい。

前記電池用電力出力装置においては、前記検出モジュールは、それぞれ前記スイッチ制御ユニット及び前記充電信号生成ユニットに電気的に接続された電圧検出部及び電流検出部を有するようにすることが好ましい。

前記電池用電力出力装置においては、前記検出モジュールはさらに温度検出ユニットを有し、前記温度検出ユニットが前記スイッチ制御ユニットに電気的に接続して前記電池受け座に設けられ、前記電池電源の温度を検出し、前記スイッチ制御ユニットにより検出された温度に応じて検出温度信号を出力し、前記スイッチ制御ユニットは、前記電池電源の温度が安全極限値を超えるとき、前記検出温度信号に基づいて前記充電信号生成ユニット及び前記電源連結ユニットの間の電気的な接続を切るように前記安全スイッチを制御するようにする。

前記電池用電力出力装置においては、前記スイッチ制御ユニットは、前記タイマーユニットから前記タイマー信号を、前記検出モジュールから前記検出電圧値、検出電流値及び検出温度信号を受信し、前記タイマー信号、前記検出電圧値、前記検出電流値及び前記検出温度信号に基づいて前記安全スイッチを制御するようにするマイクロプロセッサーと、前記マイクロプロセッサーに電気的に接続し、前記マイクロプロセッサーによって警報出力を生成するように制御される警報ユニットと、を有するようにすることが好ましい。

前記電池用電力出力装置においては、前記タイマーユニットは、前記安全スイッチが前記充電信号生成ユニット及び前記電源連結ユニットの間の電気的な接続を切るときにタイマー操作を止めるようにすることが好ましい。

本発明の電池用電力出力装置によれば、商用電源がなくても市販電池を電源とし蓄電池を充電することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明がこの実施例のみに限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明による電池用電力出力装置の一例の構成を示す。実施例の電池用電力出力装置１は、電池電源を用いて蓄電池負荷を充電するものとして、電池受け座２と、充電信号生成ユニット３と、電源連結ユニット６と、安全スイッチ４と、検出モジュール５と、タイマーユニット７と、スイッチ制御ユニット８とからなっている。

電池受け座２は、電池電源と電気的に接続されるように電池電源を収容する。電池電源は、例えばＡＡ又はＡＡＡ電池などの複数の電池セル１０を有する。なお、電池セルとしては、リチウムセル又はアルカリセルなどの電池または蓄電池を使用することができる。この例では、電池受け座２は、複数の電池と電気的に直列接続してこれらを収容する。この例では、電池電源は、例えば充電可能なＡＡマンガンアルカリ電池という１．５Ｖをもつ電池セル１０を４個使用する。なお、電池電源の設計に応じて電池セル１０の使用個数を増減することができる。

充電信号生成ユニット３は、電池受け座２に電気的に接続され、蓄充電負荷１１の電圧規格に応じて変化可能な充電信号出力を生成する。この例では、充電信号生成ユニット３は、電池受け座２に設けられており、電池電源の直列接続した電池セル１０からの充電信号出力を変更する可変電圧回路３１と、電池受け座２の外面に設けられるように可変電圧回路に電気的に接続され、可変電圧回路３１の充電信号出力をセットするように操作する多位置形スイッチ３２とからなっている。多位置形スイッチ３２を操作してある位置にセットしたとき、多位置スイッチ３２のセットされた位置に応じて充電信号出力の電圧値を生成するように可変電圧回路３１が制御される。多位置形スイッチ３２としては設定位置を調整できるように回転タイプや、押圧タイプ、レバータイプなどのスイッチが用いることもできる。

電源連結ユニット６は、蓄電池負荷１１と電気的に連結するように構成される。
安全スイッチ４は、電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３に電気的に接続されるように電池受け座２に設けられており、前記電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的断続をするように操作する。

検出モジュール５は、充電信号生成ユニット３の可変電圧回路３１に電気的に接続されるように電気受け座２に設けられており、それぞれスイッチ制御ユニット８及び充電信号生成ユニットに電気的に接続された電圧検出部５１及び電流検出部５２を有し、充電信号出力の電圧値及び電流値を検出する。この例では、検出モジュール５はさらに電池電源の温度を検出するための温度検出部５３を有し、この温度検出部５３は、スイッチ制御ユニット８に電気的に接続され、スイッチ制御ユニット８による検出温度に応じて検出温度信号を生成し出力する。

タイマーユニット７は、安全スイッチ４に電気的に接続されるように電池受け座２に設けられており、充電信号生成ユニット３からの充電信号出力が安全スイッチ４を介して電源連結ユニット６に出力されるときにタイマー操作が始まり、安全スイッチ４を介して電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的な接続を切ると、タイマー操作を停止する。この例では、タイマーユニット７は充電期間に関する情報が記憶されており、充電期間の経過後タイマー信号を生成する。なお、充電期間としてはこの例においては６０分間を設定されているが、電池負荷１１の電圧規格に応じて変更することができることはいうまでもない。

スイッチ制御ユニット８は、電池受け座２に設けられており、マイクロプロセッサー８１とアラームユニット８２とからなっている。このマイクロプロセッサー８１は、安全スイッチ４、検出モジュール５及びタイマーユニット７に電気的に接続されており、タイマーユニット７からタイマー信号を、検出モジュール５から検出電圧値と検出電流値を受け取り、受け取ったタイマー信号、検出電圧値、検出電流値、及び検出温度信号に基づいて安全スイッチを制御する。マイクロプロセッサー８１には充電信号出力に対して電流安全限界値と参照電圧値が設定され、また電池電源の温度安全限界値が設定されている。マイクロプロセッサー８１は、充電期間の経過後安全スイッチによって電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的な接続を切るように制御する。具体的に、検出した電圧と電流が異常である場合、電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的な接続を切るように制御する。即ち、検出温度に基づいて電池電源の温度が温度安全極限値より高いとき、充電信号生成ユニット３及び電源連結ユニット６の間の電気的な接続を切る。アラームユニット８２が電池受け座２の外面に設けられ、マイクロプロセッサー８１に制御されるように電気的に接続されており、電池負荷１１の充電作業が中断されたとき警報出力を生成する。

電池電源の温度安全限界値は、電池セル１０の規格に依存して設定される。電池セル１０としてはＡＡマンガンアルカリセルを用いる場合、正常の工作温度が３０℃以上４５℃以下であり、温度の安全範囲を３０〜４５℃とする。なお、電流安全限界値及び参考電圧値は、充電電池負荷１１の規格に応じて変更することができる。

この例では、マイクロプロセッサー８１によってアラームユニット８２を駆動して視認性をそなえた警報出力を生成することができる。なお、警報出力は、例えばオーディオ出力またはＡＶ（ａｕｄｉｂｌｅ／ｖｉｓｉｂｌｅ）出力とする。

以下、図２を参照しながら、本発明の電池用電力出力装置を用いて蓄電池を充電する動作を説明する。

まず、ステップ１０１では、蓄電池１１を充電するための複数の電池セル１０、１０、・・・を直列接続して電池受け座２に設置する。ステップ１０２では、多位置形スイッチ３２は、蓄電池負荷１１の規格に応じて可変電圧回路３１の充電信号出力による充電電圧を設定する。なお、この充電電圧を、蓄電池負荷１１の充電電圧規格と同一またはやや大きく、スイッチ制御ユニット８に予め設定された参照電圧値より低いとする。そして、電源連結ユニット６を蓄電池負荷１１に電気的に連結する。このとき、安全スイッチ４を介して可変電圧回路３１と電源連結ユニット６とが電気的に接続されると、電池電源が電力を送出し、可変電圧回路３１によって設定された充電電圧による充電信号出力を生成し安全スイッチ及び電源連結ユニット６を介して蓄電池負荷１１に送出して、池負荷１１の充電が始まる。そして、安全スイッチ４を介して充電信号生成ユニット３から電源連結ユニット６に送出された充電信号出力に基づいて、タイマーユニット７がタイマー操作を行う。

この例では、４つのマンガンアルカリ電池セル１０、１０、１０、１０を電池電源として用い、充電信号出力の最大充電電圧が６Ｖであり、蓄電池負荷１１の充電電圧規格が４Ｖである。したがって、多位置形スイッチ３２を可変電圧回路３１の充電信号出力による充電電圧をセットするように操作する。充電電圧を４Ｖより大きくするように４．５Ｖにセットする。なお、電池電源として用いる電池はこれに限らないことはいうまでもないが、使う電池の規格電圧により、多位置形スイッチ３２の充電電圧に応じる設定は変更可能である。多位置スイッチ３２の設定により可変電圧回路３１が蓄電池負荷１１の電圧規格よりもやや大きい充電電圧を有する充電信号出力を生成するので、有効的に充電できる。

次にステップ１０３では、検出モジュール５の電圧検出部５１が可変電圧回路３１からの充電信号出力の電圧値を検出すると、予め定められた参照電圧値を参照して、マイクロプロセッサー８１が電圧状態が異常であるか否かを判断する。例えば検知電圧値は参照電圧値より大きいとき、電圧状態が異常と判断し、ステップ１０４に進み、マイクロプロセッサー８１により安全スイッチ４が電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的な接続を切り、アラームユニット８２が警報出力を生成するように制御される。アラームユニット８２による警報出力が入力されると、タイマーユニット７はタイマー操作を停止し、ステップ１０１に戻る。ユーザーは電池負荷１０を点検して電圧が異常である原因が例えば電池セルの使用が不当であるなどを調べる。一方、もし電圧状態が正常であれば、ステップ１０５に進む。

ステップ１０５では、検出モジュール５の電流検出部５２が可変電圧回路３１からの充電信号出力の電流値を検出し、マイクロプロセッサー８１によって電流安全限界値と比較する。検出電流値が電流安全限界値よりも大きいとき、電流状態が異常と判断し、ステップ１０４に進む。一方、電流状態が正常であれば、ステップ１０６に進む。

ステップ１０６では、検出モジュール５の温度検出部５３は、電池電源の温度を検出し、検出された温度に応じて検出温度信号をマイクロプロセッサー８１に送出する。マイクロプロセッサー８１はこの検出温度信号から電池電源の温度が温度の安全範囲の上限値（この例では例えば４５℃）よりも低いと判断すると、ステップ１１０に進む。そうでなければ、ステップ１０７に進む。

ステップ１０７では、蓄電池負荷１１への充電を停止するように、マイクロプロセッサー８１により安全スイッチ４が可変電圧回路３１及び電源連結ユニット６の間の電気的な接続を切ると共に、アラームユニット８２が警報出力を生成するように制御される。このとき、タイマーユニット７がタイマーの操作を停止する。

そして、ステップ１０８では、マイクロプロセッサー８１は、温度検出ユニット５３からの検出温度信号と温度限界値とを連続的に比較し、電池電源の温度が下限値３０℃よりも低いであるか否かを判断する。電池電源の温度が安全範囲の下限値（この例では３０℃）よりも高いとき、ステップ１０７に戻る。そうでなければ、ステップ１０９に進む。ステップ１０９では、マイクロプロセッサー８１の制御により、安全スイッチ４が可変電圧回路３１及び電源連結ユニット６の間を電気的に接続させ、蓄電池負荷１１への充電を再び始める。このとき、タイマーユニット７はタイマーの操作を開始する。

なお、この例では、温度の安全範囲を３０〜５０℃とするが、いうまでもないが電池セル１０の電圧規格に応じて変更可能である。

ステップ１１０では、マイクロプロセッサー８１は、タイマーユニット７によるタイマー信号に基づいてタイマーの操作が終了であるかどうかを判断する。タイマーの操作が終了、即ち、充電期間が満了であれば、ステップ１１１に進み、マイクロプロセッサー８１の制御によって安全スイッチ４は電源連結ユニット６及び充電信号生成ユニット３の間の電気的な接続を切る。そうでなければ、ステップ１０３に戻る。

なお、この例では、充電信号生成ユニット３及び電源連結ユニット６は電池受け座２に設けられているが、電池受け座２から独立して設けられてもいい。電池受け座２は電池電源として１個の電池セルを収容するように構成されるとき、多位置形スイッチ３２がなくてもよい。

以上により、本発明の電池による電力出力装置は、商用ＡＣ電力を利用できないとき、電池電源を用い蓄電池負荷１１へ充電する。また、電池セル１０の電圧規格に応じて多位置形スイッチ３２を適当に設定し、充電信号生成ユニット３により充電電圧を適当に変更可能である。

本発明の電池用電力出力装置の一例を概略示す回路ブロック図である。同電池用電力出力装置の充電操作を示すフローチャートである。

符号の説明

２電池受け座
３充電信号生成ユニット
４安全スイッチ
５検出モジュール
６電源連結ユニット
７タイマーユニット
８スイッチ制御ユニット
１１蓄電池負荷
３１可変電圧回路
３２多位置形スイッチ
５１電圧検出部
５２電流検出部
５３温度検出部
８１マイクロプロセッサー
８２アラームユニット

Claims

電池電源を用いて蓄電池負荷を充電するものであって、
前記電池電源と電気的に接続されるように前記電池電源を収容する電池受け座と、
前記電池受け座に電気的に接続され、前記蓄電池負荷の電圧規格に応じて変更可能な充電信号出力を生成する充電信号生成ユニットと、
前記蓄電池負荷と電気的に接続された電源連結ユニットと、
前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットに電気的に接続され、前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットに電気的な断続をするように作動する安全スイッチと、
充電信号出力の電圧値及び電流値を検出するように前記充電信号生成ユニットに電気的に接続された検出モジュールと、
前記安全スイッチを介して前記充電信号生成ユニットから前記電源連結ユニットに充電信号出力が送入されると、タイマー操作をし、タイマー信号を出力するタイマーユニットと、
前記安全スイッチ、前記検出モジュール及びタイマーユニットに電気的に接続され、タイマーユニットからタイマー信号が入力されると共に、前記検出モジュールから前記検出電圧値及び検出電流値が入力され、安全スイッチを、充電期間の経過後前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切り、また、検出した電圧又は電流が異常であるとき、前記検出モジュールからの前記検出電圧値及び前記検出電流値に応じて前記電源連結ユニット及び前記充電信号生成ユニットの間の電気的な接続を切るように制御するスイッチ制御ユニットと、
からなっていることを特徴とする電池用電力出力装置。
前記タイマーユニットは、予め前記充電期間がセットされており、前記充電期間の経過後前記スイッチ制御ユニットに前記タイマー信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電池用電力出力装置。
前記電池電源は、複数の電池セルであり、
前記電池受け座に、前記電池電源としての前記電池セルが互いに直列接続して収容され、
前記充電信号生成ユニットは、前記電池電源の並列接続された電池セルから充電信号出力を生成する可変電圧回路を設けていることを特徴とする請求項１に記載の電池用電力出力装置。
前記充電信号生成ユニットはさらに、前記可変電圧回路に電気的に接続され、前記可変電圧回路の充電信号出力を設定する多位置形スイッチをそなえていることを特徴とする請求項３に記載の電池用電力出力装置。
前記検出モジュールは、それぞれ前記スイッチ制御ユニット及び前記充電信号生成ユニットに電気的に接続された電圧検出部及び電流検出部をそなえていることを特徴とする請求項１に記載の電池用電力出力装置。
前記検出モジュールはさらに温度検出ユニットを有し、前記温度検出ユニットが前記スイッチ制御ユニットに電気的に接続されるように前記電池受け座に設けられ、前記電池電源の温度を検出し、前記スイッチ制御ユニットにより検出された温度に応じて検出温度信号を出力し、
前記スイッチ制御ユニットは、前記電池電源の温度が安全極限値を超えるとき、前記検出温度信号に基づいて前記充電信号生成ユニット及び前記電源連結ユニットの間の電気的な接続を切るように前記安全スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の電池用電力出力装置。
前記スイッチ制御ユニットは、
前記タイマーユニットから前記タイマー信号を、前記検出モジュールから前記検出電圧値、検出電流値及び検出温度信号を受信し、前記タイマー信号、前記検出電圧値、前記検出電流値及び前記検出温度信号に基づいて前記安全スイッチを制御するようにするマイクロプロセッサーと
前記マイクロプロセッサーに電気的に接続し、前記マイクロプロセッサーによって警報出力を生成するように制御されるアラームユニットと
をそなえていることを特徴とする請求項６に記載の電池用電力出力装置。
前記タイマーユニットは、前記安全スイッチが前記充電信号生成ユニット及び前記電源連結ユニットの間の電気的な接続を切るときにタイマー操作を止めることを特徴とする請求項１に記載の電池用電力出力装置。