JP2010521947A - 携帯用エネルギー貯蔵及び充電装置 - Google Patents

Abstract

開示されたのは、少なくとも１つの再充電可能充電電池（１８）を保持するためのチャンバと、少なくとも１つのコントローラ（５０、７０）とを包含する携帯用充電器装置（１０）である。コントローラは、少なくとも１つの再充電可能充電電池が、１５分以下の第１期間内に達せられる第１所定充電を達成するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第１充電電流レベルを決定するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に、決定された第１充電電流レベルと実質的に等しい第１充電電流を印加するように、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定するように、及び１つ以上の外部再充電可能電池に、決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加するように構成され、第２充電電流は、少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される。

Description

携帯用装置（例えば、携帯電話、ＰＤＡなど）の実行時間は、これらの装置に電力を供給するために使用される電池パックの大きさにより限定される。一般に、電池パックは、電池及び／又は装置を、外部ＡＣ又はＤＣ電源から電力を受容する充電器に接続することにより再充電される。

ユーザーが旅行中であり、ユーザーの様々な携帯用装置に電力を供給する電池パックを再充電するために使用する典型的な外部電源を入手できないとき、ユーザーは、ユーザーが持つ各携帯用装置用に余分の電池を、それらの装置の使用時間を延ばすために携行することが一般に必須である。

開示されたのは、携帯機器用途に高電流においてエネルギーを貯蔵及び供給できる、並びに、特に、外部ＡＣ又はＤＣ電源を利用せずに、携帯用装置の電池を充電するために高電流においてエネルギーを供給できる充電器装置である。本装置は、携帯用機器及び装置（例えば、ＰＤＡ、携帯電話、携帯用照明、ビデオレコーダー、カメラ、コンピュータなど）のユーザーが、装置の使用時間を延ばすため又は非常時使用のために、追加の貯蔵エネルギーを携行できるようにする。貯蔵装置は、ＡＣ電源、又は自動車中で一般に利用できる１４ＶのＤＣ電源のようなＤＣ電源のいずれかから充電され得る。

１つの態様では、１つ以上の外部再充電可能電池を充電するための携帯用充電器装置が開示される。装置は、少なくとも１つの再充電可能充電電池を保持するためのチャンバと、少なくとも１つのコントローラとを包含する。コントローラは、少なくとも１つの再充電可能充電電池が、１５分以下の第１期間内に達せられる第１所定充電を達成するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第１充電電流レベルを決定するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に、決定された第１充電電流レベルと実質的に等しい第１充電電流を印加するように、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定するように、及び１つ以上の外部再充電可能電池に、決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加するように構成され、第２充電電流は、少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される。

実施形態は、次の内の１つ以上を包含してもよい。

少なくとも１つの再充電可能充電電池の第１所定電圧レベルが達せられた後、少なくとも１つの再充電可能充電電池の端子における電圧を、第１所定電圧レベルに維持するように、第１充電電流を定期的に調節するように、少なくとも１つのコントローラが更に構成されてもよい。

１つ以上の外部再充電可能電池の第２所定電圧レベルが達せられた後、１つ以上の外部再充電可能電池の端子における電圧を、第２所定電圧レベルに維持するように、第２充電電流を定期的に調節するように、少なくとも１つのコントローラが更に構成されてもよい。

１５分以下の第２期間内に達せられる第２所定充電レベルを、１つ以上の外部再充電可能電池が達成するように、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定するように、少なくとも１つのコントローラが構成されてもよい。

装置は、外部電源電圧レベルを、少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加されるべき充電電圧レベルに変換するように構成された、電力変換モジュールを更に包含してもよい。電力変換モジュールは、例えば、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール、及び／又はＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュールを包含してもよい。装置は、電力変換モジュールを収容する第１ハウジングと、少なくとも１つのコントローラ及び少なくとも１つの再充電可能充電電池を収容する取り付け可能第２ハウジングとを更に包含してもよく、取り付け可能第２ハウジングは、第１ハウジングに機械的に取り付けられるように構成されている。

少なくとも１つの再充電可能充電電池は、少なくとも２つの再充電可能充電電池を包含してもよく、少なくとも２つの再充電可能充電電池は、直列配置において接続されてもよい。

少なくとも１つの再充電可能充電電池は、Ｌｉイオン電池を包含してもよい。少なくとも１つの再充電可能電池は、リチウム−鉄−リン酸塩電池を包含してもよい。

少なくとも１つの再充電可能充電電池の第１所定充電レベルは、少なくとも１つの再充電可能充電電池の充電容量の少なくとも９０％であってもよく、及び第１期間はおよそ５〜１５分であってもよい。

１つ以上の外部再充電可能電池の第２所定充電レベルは、１つ以上の外部再充電可能電池の充電容量の少なくとも９０％であってもよく、及び第２期間はおよそ５〜１５分であってもよい。

装置は、１つ以上の外部再充電可能電池を受容するように構成された充電区画を更に包含してもよい。装置は、１つ以上の外部再充電可能電池を更に包含してもよい。

少なくとも１つのコントローラは、プロセッサベースのマイクロコントローラを包含してもよい。

装置は、少なくとも１つの再充電可能充電電池を更に包含してもよい。

別の態様では、１つ以上の外部再充電可能電池を充電するための携帯用充電器装置が開示される。装置は、少なくとも１つの再充電可能充電電池を保持するためのチャンバを有する第１ハウジングと、チャンバ中の少なくとも１つの再充電可能充電電池からの充電を受容し及び１つ以上の外部再充電可能電池に充電を供給する第１ＤＣ−ＤＣ変換モジュールを収容する第２ハウジングと、第３ハウジングであって、第３ハウジングを第１ハウジングに取り付ける及び取り外すための機構を有する第３ハウジングとを包含し、第３ハウジングは、少なくとも１つの再充電可能充電電池を充電するために電力を提供し及び電力変換モジュールから充電を受容する第２ＤＣ−ＤＣ変換モジュールを収容する。

実施形態は、次の内の１つ以上を包含してもよい。

第１ハウジングは、第１ハウジングを第２ハウジングに取り付ける及び取り外すための機構を包含してもよい。

第２ハウジングは、第２ハウジングを第１ハウジングに取り付ける及び取り外すための機構を包含してもよい。

装置は、第４ハウジングを第３ハウジングに取り付ける及び取り外すための機構を有する第４ハウジングを更に包含してもよく、第４ハウジングは電力変換モジュールを収容する。

装置は、１つ以上の外部再充電可能電池を更に包含してもよい。

第１ＤＣ−ＤＣ変換モジュールは、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための充電電流レベルを決定するように、及び１つ以上の外部再充電可能電池に、決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい充電電流を印加するように構成された少なくとも１つのコントローラを包含してもよく、第２充電電流は、少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される。少なくとも１つのコントローラは、１５分以下の期間内に１つ以上の外部再充電可能電池の充電容量の少なくとも９０％の充電レベルを１つ以上の外部再充電可能電池が達成するように、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための充電電流を決定するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラは、１５分以下の第２期間内に少なくとも１つの再充電可能充電電池の充電容量の少なくとも９０％の第２充電レベルを少なくとも１つの再充電可能充電電池が達成するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第２充電電流を決定するように、及び少なくとも１つの再充電可能充電電池に、決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加するように更に構成されてもよい。

第１ハウジングと第２ハウジングは同じハウジングであってもよい。

第２ハウジングは、１つ以上の外部電池を連結するための接点を更に包含してもよい。接点は、ハーネス接点であってもよい。

装置は、少なくとも１つの再充電可能充電電池を更に包含してもよい。

更なる態様では、方法が開示される。この方法は、少なくとも１つの再充電可能充電電池が、１５分以下の第１期間内に達せられる第１所定充電を達成するように、少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第１充電電流レベルを決定することと、少なくとも１つの再充電可能充電電池に、決定された第１充電電流レベルと実質的に等しい第１充電電流を印加することと、１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定することと、１つ以上の外部再充電可能電池に、決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加することとを包含し、第２充電電流は、少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される。

装置の態様のように、方法の実施形態は、装置について以上に説明されたような特徴のいずれかに対応するいずれの特徴を包含してもよい。

本充電器装置は、典型的な携帯用装置が、通常有するより多量のエネルギーを貯蔵することができ、したがってユーザーが、充電量を充電器装置からユーザーの携帯用装置又は携帯用装置の電池へと移動できるようにする。したがって、ユーザーは、ユーザーが持つあらゆる携帯用装置用の余分の電池を携行する必要なく、貯蔵された電気エネルギーを携行してもよい。本充電器装置は、携帯用汎用充電装置としての役割を果す。本装置は更に、携帯用エネルギー貯蔵装置がおよそ５〜１５分以下で電気エネルギーを補充され得るように、高速で再充電される能力を有してもよい。更に本装置は、より小さいユーザー携帯用装置の電池の、およそ５〜１５分以下での高速充電を可能にするのに十分な高電圧での高レベル充電電力を供給することができる。

本明細書に記載される充電器装置は、追加的な携帯用エネルギー貯蔵を携行するために、軽量、低価格の解決策を提供し、ユーザーが常時電力の信頼すべき供給源から長期間離れているときに、様々な携帯用装置の延長使用を可能にする。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付図及び以下の説明で明らかにする。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明らかになる。

携帯用充電器装置の代表的な実施形態のブロック図。 電力変換回路網を収容するハウジングの代表的な実施形態の斜視図。 電力貯蔵及び充電回路網を収容するハウジングの代表的な実施形態の斜視図。 図２Ｂのハウジングの内部の光景の代表的な実施形態の斜視図。 図２Ａのハウジングに機械的に取り付けられた図２Ｂのハウジングの斜視図。 プリズム型内部電池を受容するための、並びに電力貯蔵及び充電回路網を収容するハウジングの代表的な実施形態の斜視図。 図２Ｅのハウジングの内部の光景の代表的な実施形態の斜視図。 携帯用充電器装置の代表的な実施形態の別のブロック図。 図１及び３の充電器装置により使用される代表的な充電回路の回路図。 ＡＣ−ＤＣ切り換え装置の代表的な実施形態。 再充電可能な充電電池を充電するための充電手順の代表的な実施形態のフローチャート。 外部再充電可能電池を充電するための充電手順の代表的な実施形態のフローチャート。 携帯用充電器装置の別の代表的な実施形態のブロック図。 電圧ブースト調整回路の代表的な実施形態の回路図。

図１を参照すると、外部電池を再充電するように構成された携帯用充電器装置１０が示されている。携帯用充電装置１０は、携帯用充電器装置によって包含された充電電池２０（内部電池とも称される）から引き出された電流を使用する。携帯用充電器装置１０は、ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４に接続されたＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２を包含し、ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４は次には電力貯蔵及び充電モジュール１６に接続される。電池１８は、電力貯蔵及び充電モジュール１６に連結される。電池１８は、典型的には、携帯用電子装置の中で使用される電池である。ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２は、外部ＡＣ電源から供給された電流／電圧を、電池を充電するために好適な、より低いレベルのＤＣ電流／電圧に変換するための回路網を包含する。ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４は、外部ＤＣ電源（例えば、自動車の電池）から供給された電流／電圧を、電池を充電するために好適な、より低いレベルのＤＣ電圧に変換するための回路網を包含する。電力貯蔵及び充電モジュール１６は、内部電池２０から引き出された電流を使用して外部電池を充電するように構成されており、並びに制御回路網及び内部電池２０を包含する。図１に示される内部電池２０は、直列に配列された五（５）個の電池を包含するが、異なる配置（例えば、並列、及び又は直並列）において配列された、より少ない又はより多い電池が使用されてもよい。

外部電池１８、並びに電力貯蔵モジュール１６によって包含された内部電池２０は、二次セル（電池）又は一次セルであってもよい。一次電気化学セルとは、１度だけ、例えば完全に消費されるまで放電され、その後廃棄されることを意味する。一次セルは、再充電されることを意図しない。一次セルは、例えば、デヴィッド・リンデン（David Linden）の電池ハンドブック（Handbook of Batteries）（マグローヒル（McGraw-Hill）、第２版、１９９５年）に記載されている。二次電気化学セルは多数回、例えば５０回を超えて、１００回を超えて、又はそれより多くの回数再充電されることができる。場合によっては、二次セルは、比較的頑丈なセパレータ、例えば、多くの層を有するセパレータ及び／又は比較的厚いセパレータを包含することができる。二次セルはまた、セルの中で生じ得る膨張のような変化に適応するようにも設計され得る。二次セルは、例えば、フォーク・アンド・サルキンド（Falk & Salkind）の「アルカリ蓄電池（Alkaline Storage Batteries）」、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Sons, Inc.）、１９６９年、米国特許第３４５，１２４号、及びフランス特許第１６４，６８１号（French Patent No. 164, 681）に記載されており、これらはすべて本明細書に参考として組み込まれる。

本明細書に記載される実施形態では、外部電池１８、並びに内部電池２０は、二次又は再充電可能な電池であり、並びにグラファイトアノード材料又はチタン酸リチウムアノード材料、及びリチエート化−鉄−リン酸塩カソード材料を有し、こうした材料に基づいて再充電可能電池の高速充電を可能にすることに適しているＬｉイオンセルを包含してもよい。携帯用充電器装置１０は、例えば、円筒形電池、プリズム形電池、ボタンセル電池などが挙げられる、異なる種類の電池を充電するように構成されてもよい。図１は、充電器１０に連結された単一の外部電池１８を示すが、充電器１０は、電池１８のような追加的外部電池に連結され及びそれらを充電するように構成されてもよい。他の種類の電池が使用されてもよい。

今度は図２Ａを参照すると、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２及びＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４が電力変換ハウジング３０の中に配置されており、電力変換ハウジング３０は、電力貯蔵及び充電モジュール１６とは分離した取り付け可能／取り外し可能な電力貯蔵及び充電ハウジング４０（図２Ｂ参照）に取り付け可能及び取り外し可能である。ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２及びＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４の各々は、各々が他のハウジングに取り付ける及び取り外すためのそれぞれの機構を有する、個別の取り付け可能ハウジングの中に収納されてもよく、その結果、電力変換モジュールの内の１つだけが必須である状況では（例えば、利用可能な外部電源が車の電池であるとき、ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュールだけが必須である）、他の電力変換ハウジングは持ち歩く必要がない。

図２Ｂを参照すると、貯蔵ハウジング４０は、内部再充電可能電池を中に受容する内部電池チャンバを画定するカバー４１及びベース壁４２を包含する。

ハウジング４０のカバー４１が取り外された図２Ｃを参照すると、内部電池２０ａ〜ｃは、電気端子４８ａ〜ｃ（仮想線により示される）及び４９ａ〜ｃを介して互いに電気的に接続される。所定配置にある端子４８ａ〜ｃ及び４９ａ〜ｃを電池パックの出力に連結する伝導体は、図２Ｃに示されていない。例えば、端子４８ａ〜ｃ及び４９ａ〜ｃが挙げられる、ハウジング４０の端子は電気的に接続され、その結果、いくつかの実施形態では直列配置が形成される。他の配置が可能である。

またハウジング４０の内側に配置されるのは、より詳細に以下に記載されるように、外部電池１８の充電プロセス及び／又は内部電池２０の充電プロセスを制御する制御回路網４７である。いくつかの実施形態では、外部電池１８及び／又は内部電池２０ａ〜ｃの充電プロセスを制御するための制御回路網が、ハウジング４０からは分離して、あるハウジング中に配置されてもよい。こうした分離したハウジングは、この分離したハウジングをハウジング４０に取り付ける及び取り外すための機構を包含してもよい。こうした状況下では、ハウジング４０もまた、ハウジング４０を、制御回路網を収容する分離したハウジングに機械的に取り付ける及び取り外すための機構を包含する。したがって、例えば、外部電池を充電するための制御回路網を収納するための分離したハウジングを有することにより、内部電池２０は、外部再充電可能電池の多種類の充電プロセスを制御するように構成された多種類の制御回路網と電気的に連結され得る。

図２Ｂ〜Ｃに示されるように、電力貯蔵及び充電ハウジング４０（以後「貯蔵ハウジング４０」）のベース壁４２の１つの縁部からは、ラッチングタブ４４ａ〜ｅが伸びている（ラッチングタブの同様の組もまたベース壁４２の反対側の縁部から伸びる）。これらのラッチングタブ４４ａ〜ｅは、電力変換ハウジング３０のくぼみ３２を形成する壁の長手方向の壁の上に画定される、対応するスロット３４ａ〜ｅ（図２Ａに示される）の中に受容されるように構成される。ラッチングタブ４４ａ〜ｅが、スロット３４ａ〜ｅの内側に嵌め込まれるとき、及び同様のラッチングタブが、スロット３４ｆ〜ｊの中に嵌め込まれるとき、貯蔵ハウジング４０は、電力変換ハウジング３０に機械的に取り付けられる。図２Ｄは、電力変換ハウジング３０に機械的に取り付けられた貯蔵ハウジング４０を示す。貯蔵ハウジング４０は、電力変換ハウジング３０に、他の種類の取り付け機構を使用して取り付けられてもよい。

ラッチングタブ４４ａ〜ｅは、導電性材料から構築され、その結果、貯蔵ハウジング４０が電力変換ハウジングに機械的に取り付けられるとき、電力貯蔵モジュール１６は電力変換モジュール（即ち、ハウジング３０の中に配置されたモジュール１２及び／又はモジュール１４）と電気通信しており、その結果、より詳細に以下に記載されるように、電力変換モジュールが外部電源と接続されるとき、外部電源は、内部充電電池２０を再充電させるために必須である充電電流を提供する。

貯蔵ハウジング４０は、外部電池１８のような、１つ以上の外部再充電可能電池と機械的及び電気的な連結を可能にする接点を包含する。例えば、図２Ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、貯蔵ハウジング４０は、３−ピンコネクタを有するハーネス接点４６を包含する。３ピンハーネス接点は、携帯用充電装置が異なる電池操作可能ユーザー装置、例えば、携帯電話、ＧＰＳトランスポンダーなどに、装置の標準充電コネクタを有して構成されたケーブルを介して接続できるようにする。このようにして、１つの携帯用充電装置は、適切な装置コネクタを１つの末端部上に、及びハーネスコネクタ４６と嵌合する嵌合３ピンコネクタを反対の末端部上に有する多様なケーブルアセンブリを接続することにより、多種多様なユーザー装置を、ユーザー装置の電池を取り外すことなく充電するように構成されてもよい。

外部再充電可能電池１８が、充電区画の内側に定置され、ひいてはその端子を電力貯蔵モジュール１６の充電回路網と電気通信させるとき、外部電池１８は、電力貯蔵及び充電モジュール１６の内部充電電池２０から一般に引き出される充電電流の印加を通じて再充電される。外部再充電可能電池１８の充電プロセス中、電力変換モジュール１２及び／又は１４は動作している必要はなく（動作していてもよいが）、ひいては存在することは必須ではない。それ故に、外部電池１８が充電されるとき、電力変換ハウジング３０は、電力貯蔵ハウジング４０から取り外されることができる。いくつかの実施形態では、充電電流は、電力変換モジュール１２及び／又は１４に接続された外部電源により提供されてもよい。

分離した個別の取り付け可能構造体を有するように充電器装置１０を構成することにより、様々な取り付け可能構造体をより容易に持ち歩くことができ、またそのためにユーザーの身体的負担は更に軽減される。更に、旅行中のユーザーは、電力貯蔵及び充電モジュール１６（内部充電電池を包含する）が配置される貯蔵ハウジング４０を携行して、内部電池の中に貯蔵されたエネルギーを使用して、ユーザーが持つ様々な電気装置への電力供給のために使用される外部電池を再充電することだけが必要である。

図２Ｅを参照すると、１つ以上の再充電可能プリズム形電池をその内部再充電可能電池として使用する貯蔵ハウジング１５０の実施形態が示される。貯蔵ハウジング１５０は、１つ以上の内部再充電可能プリズム形電池を中に受容する内部電池チャンバを画定するカバー１５１及びベース壁１５２を包含する。

ハウジング１５０のカバー１５１が取り外された図２Ｆを参照すると、内部再充電可能プリズム形電池１６０は、内部電池チャンバの内側に配置される。またハウジング１５０の内側に配置されるのは、図２Ｃに示される制御回路網４７のように、外部電池１８の充電プロセス及び／又は内部電池１６０の充電プロセスを制御する制御回路網１５７である。

図２Ｅ〜Ｆに更に示されるように、電力貯蔵及び充電ハウジング１５０のベース壁１５２の１つの縁部から、ラッチングタブ１５４ａ〜ｅが伸びる（ラッチングタブの同様の組もまたベース壁１５２の反対側の縁部から伸びる）。これらのラッチングタブ１５４ａ〜ｅは、例えば、電力変換ハウジング３０（図２Ａに示される）のような電力変換ハウジングの中の対応するスロットの中に受容されるように構成される。ラッチングタブ１５４ａ〜ｅが、電力変換ハウジングの対応するスロットの内側に嵌め込まれると、貯蔵ハウジング１５０は、電力変換ハウジングに機械的に取り付けられる。貯蔵ハウジング１５０は、電力変換ハウジングに、他の種類の取り付け機構を使用して取り付けられてもよい。

図３を参照すると、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、少なくとも１つの高電力リチウムイオン再充電可能電池を、いくつかの実施形態では、２つ以上の高電力リチウムイオン再充電可能電池を包含するように構成される。

使い果たされた外部電池を充電するために、ただ１つだけの内部電池が使用されるとき、内部充電電池の電圧は、充電されている外部電池の電圧と実質的に等しい値まで最終的には低下されることになるため、外部電池を完全に充電することは困難である。したがって、外部電池は、こうした状況下では、その最大電圧（完全又はほとんど完全な充電容量に対応する）を獲得することはできない。その上、電力貯蔵及び充電モジュール１６の回路網を操作するために、内部電池の最小電圧、例えば２．５Ｖ〜３．０Ｖが典型的には必須である。それ故に、電力貯蔵及び充電モジュール１６が単一の内部再充電可能電池を包含する状況では、外部回路の充電並びに電力貯蔵及び充電モジュール１６の回路網の操作を容易にするために、電圧ブースト回路が使用される。しかしながら、電圧ブースト回路が使用される場合には、より大きい電流が内部充電電池から引き出され、したがって、装置が供給してもよい最大充電電流を限定する。電圧ブースト回路制御は、内部電池電圧が、完全に充電されたときの約４Ｖから完全に放電されたときの２Ｖの低さまで変化することを前提として、必須の充電電圧を出力するように構成され、したがって、内部蓄電池の完全放電容量が、外部装置又は電池を充電するために利用されることを許可できるようにする。電圧ブースト回路は、外部装置のために必須である適切な充電電圧を出力するように構成される。単一電池のユーザー装置については、この出力充電電圧は、リン酸鉄型Ｌｉイオン電池については、典型的には３．８〜３．９Ｖであり、一方、酸化コバルト型Ｌｉイオン電池についての充電出力電圧は、４．１Ｖ〜４．２Ｖである。図８は、電圧ブースト調整回路１７０の代表的な実施形態の回路図である。ブースト回路は、外部電池端子電圧が充電電圧の限度未満である間に、実質的に一定の充電電流を提供するように構成される。外部電池端子電圧が充電電圧の限度と等しいとき、ブースト充電制御回路は、定電圧制御モードに入り、及び実質的に一定の出力電圧を提供する。充電電力の出力は、充電プロセスの定電圧段階中の経過充電時間に基づいて、又はより低い電流閾値に基づいて終了されてもよい。

直列の２つ以上のＬｉイオン再充電可能電池は、電池が直列に接続されているときに達成される、より高い電圧のために、ブースト回路の使用をせずに、電力貯蔵及び充電モジュール１６の内部再充電可能電池の中に貯蔵された電荷の実質的に完全な使用を可能にする。更に、バック調整回路と併せて使用される直列の２つ以上の蓄電池の使用は、直列の電池の数とほぼ等しい係数によって倍数で、個別電池の電流供給能力より大きい充電電流能力を提供する。例えば、３．Ｖの１Ａの平均電圧で出力電流の１Ａを提供できる直列の２つの電池は、各々が１Ａ及び６Ｖでのバック調整回路を供給することになる。３Ｖ出力における電流出力は２．０Ａであり得るが、４Ｖにおけるバックレギュレータ電流出力は、１．５Ａほどの高さであり得る（コンバータのいずれの非効率も無視する）。外部再充電可能電池を充電するために直列の２つの内部再充電可能電池が使用される実施形態では、電力貯蔵及び充電モジュール１６の出力において得られる電圧は、ほぼ４〜８Ｖである。出力電圧は、外部再充電可能電池を充電するために好適な電流／電圧レベルを提供するために、例えば図３に示されるバックコンバータ８０のようなバックレギュレータにより調整される（電圧低下を行うことを包含する）。充電プロセスの完了に近づいても、内部充電電池の電圧はなお、外部再充電可能電池を充電するために必要とされる４．０Ｖを超えるものである。充電電池の電圧はまた、電力貯蔵及び充電モジュール１６の回路網を操作するために必須である電圧レベルを超えることもになる（例えば、３．３Ｖ）。

典型的なＬｉイオン電池は、Ｌｉ−鉄−リン酸塩カソード系電池については、およそ３．８Ｖ〜４．０Ｖ、及びコバルト−酸化物カソード系電池については４．１Ｖ〜４．２Ｖに充電される。Ｌｉ−鉄−リン酸塩電気化学に基づく電池についての放電カットオフ電圧は、典型的には、およそ２．０Ｖであり、及びコバルト−酸化物電気化学に基づく電池については、およそ２．５Ｖである。放電カットオフ電圧は、電池セルの容量又はサイクル寿命への潜在的な有害反応を受けずに電池にもたらされ得る負荷下での最低電圧である。したがって、電池の放電は、電池の電圧が放電カットオフ電圧に達するときに停止されるべきである。

ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２及び／又はＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４は、電池２０を充電する。電力貯蔵及び充電モジュール１６は、貯蔵モジュール１６の内部電池チャンバの中に受容された内部再充電可能電池２０に、初めに定充電電流を印加させるように構成される。定電流が電池２０に供給される期間中（この期間中、充電器は、定電流又はＣＣモードで動作していると言われる）、電池２０の電圧は増加する。内部電池２０の電圧が、例えば、３．８Ｖの所定の上限電圧（この上限電圧は、時には交差電圧と称される）に達するとき、貯蔵モジュール１６は、充電期間の残りの間、電池２０に印加される上限レベルにおいて実質的に定電圧を提供するように構成される。所定の交差率と実質的に等しい定電圧が電池２０に印加される期間中、貯蔵モジュール１６は、定電圧又はＣＶモードで動作していると言われる。

内部充電電池２０が充電される期間中、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２は、ＡＣ電力を内部再充電可能電池を充電するために好適な低いＤＣ電圧に変換するために、充電器１０の外部のＡＣ電源、例えば、８５Ｖ〜２６５Ｖ及び５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの定格で電力を供給する電源に電気的に連結されてもよい。

貯蔵モジュールの充電チャンバの内側に定置された内部再充電可能電池の配置は、それらの電池を充電するために必須である電圧に影響する。例えば、単一の充電電池が、貯蔵モジュール１６の充電チャンバの中に配置される場合、およそ４．０Ｖの電圧が必須である場合がある（必須である電圧は、内部充電電池として使用される特定の電池に依存して変化してもよい）。一方、２つの内部充電電池が、充電チャンバの中に直列に配列される場合、例えば、およそ８Ｖの電圧が、内部再充電可能電池に印加されるために必須である場合がある。反対に、２つの電池が並列に定置される場合、必須である充電電流は、単一電池の２倍となる。

図５を参照すると、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュールは、変圧器セクションを包含する絶縁されたＡＣ−ＤＣ切り換え装置９０として実行されてもよく、並びに最初の交流電圧において入力電力を受容し及びそれをより低い一定のＤＣ電圧に変換するように構成される。ＡＣ−ＤＣコンバータは、入力ＡＣ電流がＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２のＤＣ出力セクションに達することを防ぎ、及びユーザーをＡＣ電流への偶発的曝露から守るために、ＡＣ入力線とＤＣ出力との間に直流電気的絶縁を包含する。

本明細書に記載されるように、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュールは、ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４に電気的に連結されてもよい。ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４は、外部ＤＣ電源、例えば、自動車のＤＣ電源を、再充電可能電池を充電するために好適な、ＤＣ電力レベルに変換するように構成される。ＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュールは、スイッチング装置（例えば、トランジスタ）を制御された方式で切り換えさせて、したがってスイッチング装置のオン期間中に電流が供給され得るように、及びスイッチング装置のオフ期間中に電流を引き出すようにすることにより、電池２０に印加される有効ＤＣ電圧を低下するように構成されたバックコンバータとして実行されてもよい。代表的なバックコンバータ回路の操作の詳細な説明は、以下に提供される。したがって、例えば、いくつかの実施形態では、車のＤＣ電源は、およそ１１．５Ｖ〜１４．３ＶのＤＣ電力を供給し、並びにＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４は、その電力レベルを、少なくとも１つの内部再充電可能電池を充電するために及び／又は電力貯蔵モジュール１６の回路網を操作するために必須である好適な電力レベルに変換する。

図３に戻ると、電力貯蔵及び充電モジュール１６はまた、電池２０に印加する充電電流を決定するためのコントローラ５０も包含する。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、指定の又は所定の時間枠が経過した後、充電電流を終了するように構成される。コントローラ５０はまた、ひとたび所定の電池電圧又は充電レベルに達すると、充電電流を終了するように構成されてもよい。例えば、コントローラ５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ、例えばバックコンバータ６０を調整し、その結果、例えば１２Ｃ（即ち、１Ｃの充電速度は、１時間で電池を充電するために必須となる電流に対応し、ひいては１２Ｃは、１時間のおよそ１／１２、即ち５分で特定の電池を充電することになる充電速度である）の一定充電速度が、所定の上限電圧が達せられるまで適用される。ひとたび上限電圧に達すると、コントローラ５０は制御モードを変えて、所定の充電時間、例えば５分が終了するまで、定電圧が電池２０に印加されるようにする。

いくつかの実施形態では、電池２０に印加されるべき充電電流の決定は、例えば、電力貯蔵ハウジング４０の上に配置されたユーザーインターフェースを介して提供されるユーザー指定の入力に、少なくとも部分的に基づいていてもよい。こうしたユーザーインターフェースには、例えば、スイッチ、ボタン、及び／又はノブを挙げてもよく、それらを通じて、ユーザーは、例えば、再充電されることになる電池の容量を示してもよい。更に、いくつかの実施形態では、インターフェースは、例えば充電期間（例えば１５分〜１時間の充電期間が所望される状況では）などの充電プロセスに密接な関係がある他のパラメータを、ユーザーが指定できるように構成されてもよい。使用する具体的な充電電流を決定するために、ユーザー指定のパラメータに対応する好適な充電電流を示す検索表が利用される。

いくつかの実施形態では、充電電流の決定は、電力貯蔵モジュール１６の充電チャンバ中に定置された電池の容量を、例えば電池容量及び／又は電池の種類を代表するデータを提供する識別機構を使用して識別することにより行われてもよい。電池容量を代表する抵抗を有するＩＤレジスタの使用に基づく識別機構を包含する代表的な充電器装置の詳細な説明が、同一出願の特許出願、題名「電池検出を伴う超高速電池充電器（Ultra Fast Battery Charger with Battery Sensing）」に提供されており、その内容はそのすべてが本明細書に参考として組み込まれる。

他の種類の電池識別機構が用いられてもよい。例えば、好適な電池識別機構には、無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）機構を挙げてもよく、その中でＲＦＩＤ装置は、活性化信号（例えば、無線信号）に応答して、電池の容量、種類などを代表する電気信号を充電器１０に通信する。他の好適な識別機構には、電池を識別するためにシリアル通信技術を実行する機構、例えば、電池の容量及び／又は種類を代表する識別データがシリアルデータ通信インターフェースを介して充電器１０に通信されるようにするスマートバッテリＳＭＢｕｓ規格が挙げられる。あるいは、電池に印加する充電電流の決定を容易にするため、充電プロセスに密接な関係がある情報のコントローラへの通信を可能にするように、独自のインターフェースが使用され得る。

いくつかの実施形態では、充電電流の決定は、電池の容量及び／又は種類を示す電池の電気的特性の内の少なくとも１つ（例えば、電池のＤＣ充電抵抗）を測定することにより行われてもよい。電池の測定された特性に基づいて充電電流を適応的に決定する代表的な充電器装置の詳細な説明は、同時出願の特許出願、題名「適応充電器装置及び方法（Adaptive Charger Device and Method）」に提供されており、その内容はそのすべてが本明細書に参考として組み込まれる。

コントローラ５０は、電池２０に対して行われる充電操作を制御するように構成されたプロセッサ装置５２を包含する。プロセッサ装置５２は、計算及び／又は制御演算装置のいずれかの種類、例えば、マイクロチップ・テクノロジー社（Microchip Technology Inc.）からのＰＩＣ１８Ｆ１３２０マイクロコントローラであってもよい。コントローラ５０の実行において使用されるプロセッサ装置５２は、プロセッサベース装置の一般的作動を可能にするコンピュータ命令を含有するソフトウェア、並びに十五（１５）分未満で内部電池２０の充電容量の少なくとも９０％を達成するような充電操作が挙げられる、電力貯蔵及び充電モジュール１６の充電チャンバの中に配置された内部再充電可能電池２０への充電操作を行うための実行プログラムを記憶するように構成された揮発性及び／又は不揮発性メモリ要素を包含する。プロセッサ装置５２は、複数のアナログ並びにデジタル入力及び出力線を有するアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５４を包含する。コントローラ５０はまた、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ装置５６、及び／又はパルス幅モジュレータ（ＰＷＭ）５８も包含し、これはプロセッサ装置５２により生成されたデジタル信号を受信しまたそれに応答してスイッチング回路網、例えば、電力貯蔵モジュールのバックコンバータ６０のデューティサイクルを調整する電気信号を生成する。

図４を参照すると、バックコンバータ６０は、２つの、例えば、バイポーラ接合型トランジスタ（ＢＪＴ’ｓ）６２及び６４、並びに電力変換モジュール１２及び／又は１４が、バックコンバータ６０と電気通信しているときにエネルギーを貯蔵し、並びに電力変換モジュール１２及び／又は１４がバックコンバータ６０から電気的に絶縁されている期間中に電流としてそのエネルギーを放出するインダクタ６６を包含する。図４に示されるバックコンバータ６０はまた、エネルギー貯蔵要素としても使用されるコンデンサ６８も包含する。インダクタ６６及びコンデンサ６８はまた、スイッチング電流を低減する出力フィルタとして、及びバックコンバータ６０出力における電圧リップルとしての役割も果す。

ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２及び／又はＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４から内部電池２０に伝達される電力は、トランジスタ６２及び６４のベースに印加される電圧レベルを制御することにより調整される。電力変換モジュールから電池２０に印加されるべき電力を生じるために、コントローラ５０の端子５０ｄ（ＳＷ１と印される）からの動作電気信号が、トランジスタ６２のベースに印加され、結果として電力変換モジュール１２及び／又は１４からトランジスタ６２及び電池２０への電流の流れを生じる。

トランジスタ６２のベースに印加された動作信号が取り除かれるとき、電力変換モジュール１２及び／又は１４からの電流の流れは停止し、並びにインダクタ６６及び／又はコンデンサ６８は、それらの中に貯蔵されたエネルギーから電流を供給する。トランジスタ６２のオフ期間中は、第２動作信号が、コントローラ５０の端子５０ｅ（ＳＷ２と印される）によりトランジスタ６４のベースに印加され、電流が電池２０を通って流れることができるようにする（トランジスタ６２のオン期間中にインダクタ６６及び／又はコンデンサ６８の中に貯蔵されたエネルギーを使用する）。いくつかの実施形態では、整流ダイオードが、トランジスタ６４の代わりに利用され、このダイオードはトランジスタ６４と同様の機能を提供する。

トランジスタのオン期間又はデューティサイクルは、初めに０％デューティサイクルから増加され、一方、コントローラ又はフィードバック・ループは出力電流及び電圧を測定する。ひとたび電池２０に印加されるように決定された充電電流に達すると、フィードバック制御ループは、トランジスタのデューティサイクルを閉ループ線形フィードバックスキームを使用して、例えば、比例−積分−微分、つまりＰＩＤ機構を使用して管理する。ひとたび充電器電圧出力、又は電池端子電圧が交差電圧に達したら、トランジスタのデューティサイクルを制御するために同様の制御機構が使用されてもよい。

したがって、トランジスタ６２のオン期間中に電力変換モジュールにより提供される電流、並びにトランジスタ６２のオフ期間中にインダクタ６６及び／又はコンデンサ６８により提供される電流は、結果として、必須の充電電流と実質的に等しい有効電流になるべきである。

いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、定期的に（例えば、０．１秒毎に）、電池１２を通って流れる電流の測定値を、例えば、電流センサ６１により測定されたときに受信し、電流センサ６１は、測定された値をコントローラ５０の端子５０ｃ（ＩＳＥＮＳＥと印される）を介して通信する。この受信された測定電流に基づいて、コントローラ５０はデューティサイクルを調節して、電池２０を介して流れる電流を、その電流が充電電流レベルと実質的に等しい値に集束するように調節する。バックコンバータ６０は、したがって調節可能なデューティサイクルで動作するように構成され、これは電池２０に供給されている調節可能な電流レベルを結果として生じる。

コントローラ５０は、電池１２の端子における電圧を、およそ実質的に一定の所定の上限電圧に、ひとたびその上限に達したら維持するように更に構成される。電池２０が、充電電流と実質的に等しい電流により充電されている間、電池の端子における電圧は増加する。電池の端子における電圧が、所定の上限電圧を超えないことを確実にするために（その結果、電池が過熱しないように、又は電池の動作若しくは期待耐用年数が不利に影響されないように悪影響を受けないように）、電池２０の端子における電圧は、いつ所定の上限電圧に達するかを判定するために、電圧センサ６３を使用して定期的に（例えば、０．１秒毎に）測定される。測定された電圧は、コントローラ５０に端子５０ｂ（ＶＳＥＮＳＥと印される）を介して通信される。電池２０の端子における電圧が、所定の上限電圧に達したとき、電流／電圧調整回路は、電池２０の端子における実質的に一定の電圧を生じるように制御される。

いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、電圧の増加速度を、電池２０の端子における電圧を定期的に測定することにより監視し、及び所定の上限電圧がいずれかの指定された電圧上昇期間内に達せられるように、電池２０に印加される充電電流を調節するように構成される。測定された電圧増加速度に基づいて、所定の上限電圧に、指定された電圧上昇期間内に達するように、充電電流レベルは、充電電流を増加又は減少するように調節される。充電電流レベルの調節は、例えば、カルマンフィルタ（Kalman filter）を使用する予測−修正技術によって行われてもよい。所定の上限電圧を達成するための電流への調節を決定するために、他の手法が使用されてもよい。

電圧センサ及び／又は電流センサに加えて、充電器１０は、電池２０及び／又は充電器１０のいずれかの他の属性を測定するように構成された他のセンサを包含してもよい。例えば、充電器１０は、電池２０の内の１つ以上、コントローラ５０がその上に配列される回路基板、電力変換モジュール１２及び／又は１４などに連結された温度センサ（例えば、サーミスタ系）を包含してもよい。万一、充電器のモジュール及び／又はコンポーネントの内の１つ以上が過熱している（例えば、基板の温度が６０℃を超える）というような場合には、こうした温度センサは、充電器１０が改善又は予防措置を取ることができるように構成される。安全でない操作条件に対処するための改善及び／又は予防措置には、充電操作を終了すること、又は電池２０及び／又は充電器１０の温度を減少させるように充電電流を低減することが挙げられる。電池２０が、充電操作中に結果として有意な熱発生を生じない低い充電抵抗を有するリチウム−鉄−リン酸塩電池であるという状況では、又は充電操作が、例えば５〜１５分の短期間で行われるという状況では、充電器１０は、熱制御及び／又は熱監視機構なしに実行されてもよい。したがって、こうした実施形態では、電池及び／又は充電器の温度を決定し、それに応答する操作は行われない。

受信された測定信号は、アナログ論理処理要素（示されず）、例えば、専用充電コントローラ装置を使用して処理されてもよく、これは、電圧及び／又は電流センサにより測定された電圧のレベル及び電流レベルを判断するために、例えば、閾値コンパレータを包含してもよい。充電器１０はまた、回路レベルのノイズのような背景因子により生じる場合がある、不正確な測定値（例えば、電圧、温度などの不正確な測定値）を防ぐためにアナログ及び／又はデジタル入力信号に対して信号フィルタリング及び処理を行うために信号コンディショニングブロック、例えばフィルタ５１及び５３を包含してもよい。

図３を再び参照すると、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、電池２０の配列の電圧を外部電池１８を充電するために好適な電圧に変換するために、及び変換された電圧を外部電池１８に提供するために、第２の充電回路網を更に包含する。いくつかの実施形態では、第２充電コンバータ回路網は、電池２０に電力変換モジュール１２及び／又は１４から印加される電流／電圧を調整するために使用される回路網の配置及び操作と同様の配置を有してもよいし、また操作を行ってもよい。

したがって、第２充電回路網は、外部再充電可能電池１８に印加されるべき充電電流を決定し、及び決定された充電電流と実質的に等しい電流を外部電池１８に印加するように構成された第２コントローラ７０を包含する。第２コントローラ７０はまた、指定の又は所定の時間枠を経過した後、充電電流を終了するように構成されてもよい。コントローラ７０は、ひとたび所定の電池電圧又は充電レベルが達せられたら、充電電流を終了するように更に構成されてもよい。

コントローラ７０は、例えば、バックコンバータ８０のような別のＤＣ−ＤＣコンバータ回路網を制御するように構成される。外部電池１８に印加されることになる電流は、限定された貯蔵エネルギーから引き出されるので、コントローラ７０は、外部充電電流を３Ａを超えないレベルに限定するように構成されてもよい。例えば、外部充電電流がおよそ２．５Ａである状況では、５００ｍＡｈの容量を有する外部再充電可能電池は、５Ｃの充電速度に対応する、およそ十二（１２）分（０．５Ａｈ／２．５Ａ＝０．２時間＝１２分）で充電される。

コントローラ５０のように、コントローラ７０は、外部電池１８についての第２の所定上限電圧に達するまで、又は一定期間（例えば、１０分）が終了するまで、決定された充電電流を印加するように構成されてもよい。ひとたび最大充電電圧に達すると、又は時間枠が終了したら、コントローラ７０は、制御モードを変え、また更なる所定の時間枠、例えば定電圧モードへの移行後５分が終了するまで、外部電池を充電するために定電圧を外部電池１８に印加する。

内部充電電池２０についての充電操作と同様に、いくつかの実施形態では、外部電池１８に印加されるべき充電電流の決定は、貯蔵モジュールハウジング４０の上に配置されたユーザーインターフェースを通じて提供されるユーザー指定の入力に、少なくとも部分的に基づいていてもよい。こうしたユーザーインターフェースには、例えば、スイッチ、ボタン、及び／又はノブを挙げてもよく、それらを通じて、ユーザーは、例えば、再充電されることになる電池の容量を示してもよい。更に、いくつかの実施形態では、インターフェースは、例えば充電期間（例えば１５分〜１時間の、より長い充電期間が所望される状況では）などの充電プロセスに密接な関係がある他のパラメータを、ユーザーが指定できるように構成されてもよい。使用する具体的な充電電流を決定するために、ユーザー指定のパラメータに対応する好適な充電電流を示す検索表が利用される。更に、いくつかの実施形態では、外部電池１８に印加されるべき充電電流の決定は、充電区画の中に定置された電池１８の容量を、例えば、電池容量及び／又は電池の種類を代表するデータを提供する識別機構を使用して識別することにより、又は例えば、電池のＤＣ充電抵抗を測定し、したがって充電されるべき外部電池を識別することにより行われてもよい。

コントローラ７０は、電池１８に対して行われる充電操作を制御するように構成されたプロセッサ装置７２を包含し、また例えば、マイクロチップ・テクノロジー社（Microchip Technology Inc.）からのＰＩＣ１８Ｆ１３２０マイクロコントローラであってもよい。いくつかの実施形態では、内部充電電池２０の充電操作を制御するために使用されるプロセッサ５２はまた、外部電池１８に対して行われるべき充電操作をまた制御してもよい。他の分離したプロセッサが、外部電池１８の充電操作を制御するために使用される状況では、コントローラ７０の実行において使用されるプロセッサ装置７２は、プロセッサベース装置の一般操作を可能にするコンピュータ命令を含有するソフトウェア、並びに十五（１５）分未満で充電容量の少なくとも９０％を達成するような充電操作が挙げられる、外部電池１８に対する充電操作を行うための実行プログラムを記憶するように構成された揮発性及び／又は不揮発性メモリ要素を包含する。プロセッサ装置７２は、複数のアナログ及びデジタル入力及び出力線を有するアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ７４を包含する。コントローラ７０はまた、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ装置７６、及び／又はパルス幅モジュレータ（ＰＷＭ）７８を包含し、これはプロセッサ装置７２により生成されたデジタル信号を受信し及びそれに応答してスイッチング回路網、例えば、第２充電回路のバックコンバータ８０のデューティサイクルを調整する電気信号を生成する。

コントローラ７０は、内部充電電池２０により供給される電流／電圧を調整するために、バックコンバータ８０を作動する。電力変換モジュール１２及び／又は１４により提供された電流／電圧を調整するために使用されるバックコンバータ６０と関連して説明されたように、バックコンバータ８０は、トランジスタ（示されず）又はスイッチング装置の他の種類を包含してもよく、それらは、内部電池２０により供給された電流／電圧が外部電池１８に印加され得るように電気的に作動される。バックコンバータ８０はまた、コンバータのスイッチング装置のオン期間中に、電流がバックコンバータに供給されるときにエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵要素（例えば、コンデンサ及び／又はインダクタ）を包含してもよい。したがって、スイッチング装置が電池２０から供給された電流を外部電池１８からカットオフさせるとき、エネルギー貯蓄要素中のエネルギーは、外部電池１８の中に放電される。スイッチング装置のオン期間中に印加された電流から、結果として生じる電流、及びスイッチング装置のオフ期間中にエネルギー貯蔵要素から放電された電流は、外部電池１８に印加されるべき必須の充電電流と実質的に等しい。

電池２０から引き出される電流／電圧を調整するために、第２充電回路はまた、例えば、コントローラ８０を使用して実行されるフィードバック調節機構を包含する。フィードバック調節機構は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、バックコンバータ８０）のスイッチング装置を作動するためにデューティサイクルを調節するために使用され、その結果、外部電池１８に印加されて発生する電流は、コントローラ８０により決定される充電電流と実質的に等しいことになる。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ７０は、定期的に（例えば、０．１秒毎に）、電池１８を通って流れる電流の測定値を、例えば、電流センサ（示されず）により測定されたときに受信し、電流センサは、測定された値をコントローラ８０に（例えば、図３に示されるワイヤー８２を使用して）通信する。この受信された測定電流に基づいて、コントローラ７０はデューティサイクルを調節して、外部電池１８を通って流れる電流を、その電流が充電電流レベルと実質的に等しい値に集束するように調節する。バックコンバータ８０は、したがって調節可能なデューティサイクルで動作するように構成され、これは外部電池１８に供給されている調節可能な電流レベルを結果として生じる。

第２充電回路はまた、電圧センサ（図示されず）、並びに外部電池１８並びに／又は電力貯蔵及び充電モジュール１６のいずれかの他の属性を測定するように構成された他のセンサを用いてもよい。例えば、電力貯蔵及び充電モジュール１６の熱制御が必須である実施形態では（例えば、外部電池１８を充電するための充電期間が１５分を超えるとき）、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、外部電池１８並びに／又は電力貯蔵及び充電モジュール１６がその上に配置される回路基板に連結された温度センサ（例えば、サーミスタ）を包含してもよい。

装置の出力は、ＭＯＳＦＥＴ又はトランジスタ型固体電源スイッチのいずれかを有する能動回路の使用により短絡及び過電流状態から保護されてもよく、それは過電流状態が検出されるときに固体スイッチを開くことになる。あるいは又は組み合わせて、ＰＴＣ保護装置もまた、引き出される最大電流を限定するために利用され得る。

図６Ａは、携帯用充電器装置１０のハウジング４０の中に包含された内部再充電可能電池２０を再充電するための代表的な充電手順１００を描写する。電池２０は、ハウジング４０の内部電池チャンバの内側に初めに定置される。電池２０を充電するために、電池２０ａ〜ｅ及び充電回路網がその中に配置されるハウジング４０が、ＡＣ−ＤＣ電力変換モジュール１２及び／又はＤＣ入力ＤＣ−ＤＣ電力変換モジュール１４を収容するハウジング３０に機械的に取り付けられる。ハウジング４０及び３０が機械的に取り付けられるとき、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、電力変換モジュール１２及び／又は１４に電気的に連結される。

外部電源が、電力変換モジュール１２及び／又は１４に接続されるとき、内部電池２０ａ〜ｅの充電操作は開始できる。いくつかの実施形態では、ユーザーは、ハウジング３０又はハウジング４０の上に配置された「スタート（START）」ボタンを押下することにより充電サイクルを始めてもよい。

任意に、充電手順を開始する前に、充電器１０は、いずれかの故障状態が存在するか否かを判断する。例えば、充電器１０は、電池２０に対応するそれぞれの電圧Ｖ_ａ〜Ｖ_ｅを測定する（即ち、ハウジング４０の内部チャンバの中の様々な個別電池の電圧を測定する）（１０２）。充電器１０は、測定された電圧が所定の範囲（例えば、２〜３．８Ｖ）内であるか否かを判断する（１０４）。電池２０のいずれかの測定された電圧、Ｖ_ａ〜Ｖ_ｅが所定の許容範囲内にないと判断される状況では、したがって現在の条件下での充電操作を安全でないと解釈し、充電器は充電操作を続行せずまた充電プロセスは終了してもよい。これらの状況下では問題の表示は、ハウジング３０及び／又はハウジング４０上のユーザーインターフェースを介して提供されてもよい。

充電器１０は、電池２０を充電するために使用される充電電流及び／又は充電期間を、電池の種類、充電期間、電池の容量などを包含する充電プロセスに密接な関係がある情報に基づいて決定する（１０６）。例えば、充電器１０は、１５分未満で少なくとも９０％充電容量まで電池２０を充電するための充電電流を決定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、より長い充電期間（例えば、１〜４時間）のために好適な充電電流、異なる電池容量、及び異なる充電レベルが決定されてもよい。

充電電流を決定するために使用される情報は、例えば、電力変換ハウジング３０及び／又は貯蔵ハウジング４０の上に配置されたユーザーインターフェースを介して提供されてもよい。更に及び／又はあるいは、こうした情報は識別機構を通じて提供されてもよく、この識別機構を通じて、電池は、例えばそれらの特性（例えば、容量、種類）を代表する情報を充電器に通信することができる。いくつかの実施形態では、印加する充電電流の決定は、電池の電気的特性（例えば、ＤＣ充電抵抗）を測定することにより、並びにこうした測定値に基づいて電池２０の種類及び／又は容量を決定することにより得られる情報に基づいていてもよい。充電器１０が、特定の種類の容量を有する特定の種類の電池を受容するように構成されている場合、充電器１０は、その特定の電池及び容量に好適な所定の充電電流を使用する。充電電流の決定は、充電電流を異なる電池容量、電池の種類、充電期間などに関連付ける検索表を利用することにより行われてもよい。したがって、任意に、充電器１０は、ハウジング４０の充電チャンバの中に挿入された電池２０の容量及び／又は種類を決定してもよい（１０５）。

電池２０に印加されるべき充電電流を決定したら、充電操作の予め指定された時間枠を測定するように構成されたタイマーが始動される（１０８）。タイマーは、例えば、プロセッサ５２の専用タイマーモジュールであってもよいし、又はそれは、プロセッサ５２の内部若しくは外部クロックにより測定される規定時間間隔で増加されるレジスタであってもよい。

例えば、図４に示されるバックコンバータ６０のような電流／電圧調整回路は、内部再充電可能電池２０に印加されるように決定された電流と実質的に等しい定電流を生じるように制御される（１１０）。説明されるように、決定される充電電流は、電池２０に印加されるべき充電電流と実質的に等しい電流を生じるために、例えば、バックコンバータ６０のトランジスタ６２に印加されるデューティサイクル信号を生成するために使用される。特定のデューティサイクルのオフ時間中、電力変換モジュール１２及び／又は１４は、電池２０からカットオフされ、インダクタ６６及び／又はコンデンサ６８の中に貯蔵されたエネルギーは、電流として電池に放電される。電力変換モジュール１２及び／又は１４から印加された組み合わされた電流、並びにインダクタ６６及び／又はコンデンサ６８から放電された電流は、決定された充電電流と実質的に等しい有効電流を結果として生じる。

いくつかの実施形態では、充電器１０は、ＣＣ／ＣＶ充電プロセスを実行する。したがって、こうした実施形態では、電池２０の端子における電圧は、いつ所定の上限電圧（即ち、交差電圧）が達せられたかを判断するために、定期的に（例えば、０．１秒毎に）測定される（１１２）。電池の電圧（電池２０の配列間の組み合わされた電圧か、又は電池２０の個別電圧）が、所定の上限電圧に達したら、電流／電圧調整回路は、電池２０の端子において維持される、交差電圧レベルと実質的に等しい定電圧レベルを有するように（例えば、トランジスタ６２及び６４の電気作動を通じて）制御される。

１１４で決定されるように、充電時間枠と実質的に等しい期間が経過した後、又は一定の充電若しくは電圧レベルが達せられた後（電池２０の定期的測定を通じて決定されてもよいように）、電池２０に印加される充電電流は終了される（例えば、電力変換モジュール１２及び／又は１４から供給される電力を終了させるためにトランジスタ６２の電気作動を停止することにより）。

内部電池２０の充電操作の終了にあたり、携帯用充電器装置は、外部電源への接続を切断することができ、及び携帯用充電器装置は、内部電池２０から引き出された充電電流を使用して、外部電池１８のような外部再充電可能電池を充電するために使用されてもよい。特に、重い品が過度に負担になることをユーザーが望まない状態又は外部電源が利用可能であるとユーザーが期待しないときには、ユーザーは、電力変換ハウジング３０を携行しないと決定してもよく、ひいてはハウジング４０を電力変換ハウジング３０から引き抜くことにより又は外すことにより、貯蔵ハウジング４０を電力変換ハウジング３０から分離してもよい。例えば、ラッチングタブ４４ａ〜ｅのようなラッチングタブが、２つのハウジングを互いに機械的に取り付けるために使用される場合、ラッチングタブ４４ａ〜ｅをハウジング３０のくぼみ３２の中に画定された対応するスロットから取り外すことにより、ハウジング４０は引き抜かれる。

図６Ｂは、外部電池１８を再充電するための充電手順１２０の代表的な実施形態を示すフローチャートである。外部電池１８のための充電プロセスは、内部再充電可能電池２０のための充電プロセスと同様である。したがって、任意に、外部電池１８のための充電プロセスを開始する前に、ある種の故障状態が存在するか否かの判断がなされる。例えば、電池１８の初期電圧Ｖ_０が測定される（１２２）。充電器１０は、測定された電圧が所定の範囲（例えば、２〜３．８Ｖ）内であるか否かを判断し（１２４）、及び範囲内でない場合、電池１８の充電手順は終了され、並びに外部電池１８の充電手順が終了されたという適切な表示、及び／又は終了の原因となった可能性のある問題が、ハウジング４０の上に配置されたユーザーインターフェース上に示されてもよい。

充電器１０、又はより具体的には、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、電池１８を充電するために使用されるべき充電電流及び／又は充電期間を、電池の種類、充電期間、電池の容量などを包含する充電プロセスに密接な関係がある情報に基づいて決定する（１２６）。例えば、充電器１０は、１５分未満で少なくとも９０％充電容量まで電池１８を充電するための充電電流を決定するように構成されてもよい。内部電池２０から引き出され得る電流が、外部電池１８を１５分未満の時間枠に少なくとも９０％容量まで充電するために十分でないという状況では、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、内部電池２０の特性によって課される制約を前提として、最適充電時間及び目標とされる充電レベルを決定する。したがって、いくつかの実施形態では、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、より低い目標充電レベル（例えば、８０％）、又はより長い充電期間（例えば、内部電池の貯蔵エネルギーの使用を最大にするために２０分）を結果として生じる充電特性を計算してもよい。

充電電流を決定するために使用される情報は、例えば、貯蔵ハウジング４０の上に配置されたユーザーインターフェースを通じて提供されてもよい。更に及び／又は、この代わりに、こうした情報は、識別機構を介して提供されてもよく、この識別機構を通じて、電池１８は、その特性（例えば、容量、種類）を代表する情報を充電器に通信することができる。いくつかの実施形態では、印加する充電電流の決定は、電池の電気的特性（例えば、ＤＣ充電抵抗）を測定することにより、並びにこうした測定値に基づいて外部電池１８の種類及び／又は容量を決定することにより得られる情報に基づいていてもよい。電力貯蔵及び充電モジュールが、特定の種類の容量を有する特定の種類の外部再充電可能電池に電気的に連結されるように構成される場合、充電器１０は、その特定の電池及び容量に好適な所定の充電電流を使用する。充電電流の決定は、充電電流を異なる電池容量、電池の種類、充電期間などに関連付ける検索表を利用することにより行われてもよい。したがって、任意に、充電器１０は、充電区画の中に挿入された外部電池１８の容量及び／又は種類を決定してもよい（１２５）。

電池１８に印加されるべき充電電流を決定したら、充電操作の時間枠を測定するように構成されたタイマーが始動される（１２８）。タイマーは、例えば、プロセッサ７２（又はプロセッサ５２）の専用タイマーモジュールであってもよいし、又はそれは、プロセッサ７２（又はプロセッサ５２）の内部若しくは外部クロックにより測定される規定時間間隔で増加されるレジスタであってもよい。

例えば、図３に示されるバックコンバータ８０のような電流／電圧調整回路は、外部再充電電池１８に印加されるように決定された電流と実質的に等しい定電流を生じるように制御される（１３０）。説明されたように、決定される充電電流は、バックコンバータ８０のスイッチング装置（例えば、トランジスタ）を作動するために使用され、したがって、内部再充電可能電池２０により提供され、及び電池１８に印加されるべき充電電流と実質的に等しい電流を生じる。

いくつかの実施形態では、電力貯蔵及び充電モジュール１６は、ＣＣ／ＣＶ充電プロセスを実行する。したがって、こうした実施形態では、電池１８の端子における電圧は、いつ所定の上限電圧（即ち、交差電圧）に達したかを判断するために、定期的に（例えば、０．１秒毎に）測定される（１３２）。電池１８の電圧が、所定の上限電圧、例えば４．２Ｖに達したとき、電流／電圧調整回路は、外部電池１８の端子において維持される交差電圧と実質的に等しい定電圧レベルを有するように制御される。

１３４で決定されるように、充電時間枠と実質的に等しい期間が経過した後、又は一定の充電若しくは電圧レベルが達せられた後（外部再充電可能電池１８の定期的測定を通じて決定されてもよいように）、電池１８に印加される充電電流は終了される。

いくつかの実施形態では、充電器装置は、それ自身が同時に充電されながら、外部電池を充電してもよい。このようにして、ユーザーは、例えば、彼／彼女の（他の）車両から彼／彼女の（他の）携帯用装置を充電でき、並びに携帯用貯蔵装置の内部電池２０を充電し得る。その際、ユーザーは、遠く離れた使用のために彼／彼女が（他の者が）現場に持っていく貯蔵エネルギーの量を最大にする。いくつかの実施形態では、外部電池１８は、外部電源（ＡＣ又はＤＣ）により提供される電流を使用し、電力変換モジュール１２及び／又は１４を通じて再充電されることができる。具体的には、こうした実施形態では、充電器１０は、外部電源が充電器に連結されることを決定し、したがって、内部再充電可能電池２０（それらが使い果たされ及び再充電される必要がある場合）及び外部電池１８の両方に印加されるべき電流を生じさせる。それらの状況下では、内部電池２０は、外部電池１８を充電するために使用される必要はない。

図７を参照すると、いくつかの実施形態では、導電体１４２ａ〜ｃを介して充電器装置１０の接点（例えば、図２Ｂ及び２Ｃに示される、ハーネス接点４６）に接続されたコネクタ装置１４０を介して、外部電池（示されず）は充電器装置１０に連結されてもよい。コネクタ装置１４０は、装置１０を使用して再充電されることになる外部電池を受容するために、充電区画（示されず）を包含してもよい。

実施例及び他の実施形態
更なる代替物の実施形態には、その内部電池が再充電可能な化学物質を有する充電器装置が挙げられ、再充電可能な化学には、高速充電操作用に適した化学物質に加えて、Ｎｉ−ＭＨ、Ｎｉ−Ｃｄ、鉛＿酸、並びに様々なリチウムイオンの化学物質が挙げられる。本発明の多くの実施形態が記載されてきた。しかしながら本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な改変が行われてもよいことは理解されるであろう。したがって他の実施形態は次の特許請求の範囲に包含されるものである。

Claims (10)

1. １つ以上の外部再充電可能電池を充電するための携帯用充電器装置であって、前記装置が、
   少なくとも１つの再充電可能充電電池を保持するためのチャンバと、
   少なくとも１つのコントローラであって、
   前記少なくとも１つの再充電可能充電電池が、１５分以下の第１期間内に達せられる第１所定充電を達成するように、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第１充電電流レベルを決定するように、
   前記少なくとも１つの再充電可能充電電池に、前記決定された第１充電電流レベルと実質的に等しい第１充電電流を印加するように、
   前記１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定するように、及び
   前記１つ以上の外部再充電可能電池に、前記決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加するように構成される少なくとも１つのコントローラと、を含み、前記第２充電電流が前記少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される、携帯用充電器装置。
2. 前記少なくとも１つの再充電可能充電電池の端子における電圧を、前記第１所定電圧レベルに維持するために、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池の第１所定電圧レベルに達した後で前記第１充電電流を定期的に調節するように、前記少なくとも１つのコントローラが更に構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記１つ以上の外部再充電可能電池の端子における電圧を、前記第２所定電圧レベルに維持するために、前記１つ以上の外部再充電可能電池の第２所定電圧レベルに達した後で前記第２充電電流を定期的に調節するように、前記少なくとも１つのコントローラが更に構成される、請求項１に記載の装置。
4. １５分以下の第２期間内に達せられる第２所定充電レベルを、前記１つ以上の外部再充電可能電池が達成するように、前記１つ以上の外部再充電可能電池に印加するための前記第２充電電流を決定するように、前記少なくとも１つのコントローラが構成される、請求項１に記載の装置。
5. 外部電源電圧レベルを、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加されるべき充電電圧レベルに変換するように構成された、電力変換モジュールを更に含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記電力変換モジュールを収容する第１ハウジングと、
   前記少なくとも１つのコントローラと、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池とを収容する取り付け可能第２ハウジングであって、前記取り付け可能第２ハウジングが、前記第１ハウジングに機械的に取り付けられるように構成されている、取り付け可能第２ハウジングと、を更に含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つの再充電可能充電電池の前記第１所定充電レベルが、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池の充電容量の少なくとも９０％であり、及び前記第１期間がおおよそ５〜１５分である、請求項１に記載の装置。
8. 前記１つ以上の外部再充電可能電池の前記第２所定充電レベルが、前記１つ以上の外部再充電可能電池の充電容量の少なくとも９０％であり、及び前記第２期間がおおよそ５〜１５分である、請求項４に記載の装置。
9. 少なくとも１つの再充電可能充電電池が、１５分以下の第１期間内に達せられる第１所定充電を達成するように、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池に印加するための第１充電電流レベルを決定することと、
   前記少なくとも１つの再充電可能充電電池に、前記決定された第１充電電流レベルと実質的に等しい第１充電電流を印加することと、
   １つ以上の外部再充電可能電池に印加するための第２充電電流を決定することと、
   前記１つ以上の外部再充電可能電池に、前記決定された第２充電電流レベルと実質的に等しい第２充電電流を印加することと、を含み、前記第２充電電流が前記少なくとも１つの再充電可能充電電池から引き出される、方法。
10. １つ以上の外部再充電可能電池を充電するための携帯用充電器装置であって、前記装置が、
    少なくとも１つの再充電可能充電電池を保持するためのチャンバを有する第１ハウジングと、
    前記チャンバ中の前記少なくとも１つの再充電可能充電電池からの充電を受容し、及び１つ以上の外部再充電可能電池に充電を供給する第１ＤＣ−ＤＣ変換モジュールを収容する第２ハウジングと、
    第３ハウジングであって、前記第３ハウジングを前記第１ハウジングに取り付ける及び取り外すための機構を有し、前記第３ハウジングが、前記少なくとも１つの再充電可能充電電池を充電するための電力を提供し及び電力変換モジュールから充電を受容する第２ＤＣ−ＤＣ変換モジュールを収容する、第３ハウジングと、を含む、携帯用充電器装置。

Images