バッテリ・パック
【課題】バッテリセルへの充電経路と負荷への放電経路とを分離したバッテリ・パックを提供する。
【解決手段】別途の放電端子を具備して充放電経路を分離することによって、比較的大きい出力電流が必要な負荷に電流を伝達する場合、充電素子に大きい電流が流れないようにし、充電素子の定格電流を低くでき、また放電時に、充電素子を経ないことにより、出力効率上昇と発熱とを減らすことができ、また充放電部を異ならせて構成でき、バッテリ・パックを分離せずとも充電が可能である。
【解決手段】別途の放電端子を具備して充放電経路を分離することによって、比較的大きい出力電流が必要な負荷に電流を伝達する場合、充電素子に大きい電流が流れないようにし、充電素子の定格電流を低くでき、また放電時に、充電素子を経ないことにより、出力効率上昇と発熱とを減らすことができ、また充放電部を異ならせて構成でき、バッテリ・パックを分離せずとも充電が可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ・パックに関し、さらに詳細には、バッテリ・パックの充電及び放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能なバッテリは、一次バッテリとは異なり、充電及び放電が可能であり、携帯電話、ノート型パソコンまたはカムコーダのようなハイエンド（high-end）電子装置に幅広く使われる。また、再充電可能なバッテリは、スクータまたはオートバイのような電気移動体のためのバッテリとしても使われる。高出力応用分野では、多数の再充電可能なバッテリセルが、バッテリ・パックに共に組み込まれている。従来の充電回路及び放電回路がバッテリ・パックを充電及び放電させるために使われるが、従来の充電回路及び放電回路には、限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一実施形態は、バッテリセルへの充電経路と負荷への放電経路とを分離したバッテリ・パックを提供するものである。
【０００４】
本発明の他の実施形態は、前述のバッテリ・パックの充電及び放電を制御する充電方法及び放電方法を提供するものである。
【０００５】
本発明のさらに他の実施形態は、前述のバッテリ・パックの放電を制御する放電方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるバッテリ・パックは、共通端子に接続された第１バッテリ端子及び第２バッテリ端子を含む再充電可能なバッテリと、前記第１バッテリ端子及び第１放電端子に接続された放電制御スイッチと、前記第１放電端子と第１充電端子との間に接続された充電制御スイッチと、前記放電制御スイッチと、前記充電制御スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電するように構成された保護回路と、を含み、前記バッテリ・パックは、前記第１放電端子と前記共通端子との間に接続された負荷に電流を供給するように構成されたことを特徴とする。
【０００７】
前記バッテリ・パックは、前記放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続された電流制限素子をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記電流制限素子は、前記保護回路によって制御されるスイッチをさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする。
【００１２】
前記保護回路は、充電の間、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせ、放電の間、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせることを特徴とする。
【００１３】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする。
【００１４】
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れることを特徴とする。
【００１５】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れず、充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとを介して流れ、前記放電電流は、前記充電電流より大きいことを特徴とする。
【００１６】
前記保護回路は、プロセッサと接続されたアナログ・フロントエンド回路を含み、前記アナログ・フロントエンド回路は、前記バッテリでの電圧を測定し、前記プロセッサからの少なくとも１つの制御信号を基に、前記放電スイッチと前記充電スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電させることを特徴とする。
【００１７】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるバッテリ・パックの再充電可能なバッテリを充電及び放電させるための方法は、前記バッテリを充電させるために充電制御スイッチ及び放電制御スイッチをオンさせる段階と、前記バッテリを放電させるために、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせる段階と、を含み、前記充電制御スイッチは、前記第１充電端子と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された前記放電制御スイッチとの間に接続され、前記バッテリを充電させる間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れ、前記バッテリを放電させる間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする。
【００１８】
電流制限素子は、第１放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続されたことを特徴とする。
【００１９】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする。
【００２０】
前記電流制限素子は、スイッチを含むことを特徴とする。
【００２１】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする。
【００２２】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする。
【００２３】
前記バッテリの電圧を測定する段階をさらに含み、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせるのは、前記測定した電圧に基づくことを特徴とする。
【００２４】
前記さらに他の技術的課題を達成するための本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの再充電可能なバッテリを放電させる方法は、充電器と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された放電制御スイッチとの間に接続された充電制御スイッチをオフさせる段階と、前記放電制御スイッチをオンさせる段階と、を含み、前記バッテリは、第１放電端子と、前記バッテリの第２バッテリ端子とに接続された負荷に供給するように構成され、前記第１放電端子は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとの間に配されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態によるバッテリ・パックは、別途の放電端子を具備して充放電経路を分離することによって、比較的大きい出力電流が必要な負荷に電流を伝達する場合、充電素子に大きい電流が流れないようにして充電素子の定格電流を低くできる。また、放電時に、充電素子を経ずに出力効率上昇と発熱とを減らすことができる。また、充放電部を異ならせて構成でき、バッテリ・パックを分離しなくとも充電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のバッテリ・パックの回路図である。
【図２】本発明の一実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの充電方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの放電方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。下記の説明では、本発明の実施形態による動作を理解するのに必要な部分だけについて説明し、それ以外の部分についての説明は、本発明の要旨を不明瞭にない限り省略する。
【００２８】
また、以下で説明する本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、一般的であったり辞典的な意味に限定して解釈されることがあってはならず、本発明を最も適切に表現できるように、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されねばならない。
【００２９】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係わるバッテリ・パックについて詳細に説明する。本明細書に添付された図面を介して、事実上同じ機能を果たす部材については、同じ図面符号を使用する。
【００３０】
図１は、従来のバッテリ・パック１００の回路図である。
【００３１】
図１を参照すれば、バッテリ・パック１００は、充電可能なバッテリセル１３０と保護回路とを含んでなり、携帯用パソコン（ＰＣ）（例えば、ノート型パソコン）のような外部システムに搭載され、バッテリセル１３０への充電と、バッテリセル１３０による放電とを遂行する。
【００３２】
バッテリ・パック１００は、バッテリセル１３０と、このバッテリセル１３０と並列に連結される外部端子（図示せず）と、バッテリセル１３０と前記外部端子との間の大電流経路（ＨＣＰ）に直列に連結された充電素子１４０と、放電素子１５０と、バッテリセル１３０、充電素子１４０及び放電素子１５０と並列に連結されたアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ（Integrated circuit）１２０と、マイクロ・コンピュータ１１０とを含む保護回路とを具備してなる。
【００３３】
図１に図示されているように、従来のバッテリ・パック１００は、充放電単一経路を有する。充放電端子Ｐ＋，Ｐ−に、負荷１７０と充電器１８０とが接続される構造である。すなわち、放電時には、バッテリセルから、充電素子１４０と放電素子１５０とを経て負荷である携帯電話またはノート型パソコンのようなセット（set）に電源を供給し、充電時には、セットを介するか、または直接充電器と連結し、放電素子１５０及び充電素子１４０を経て充電を行う。これは、充放電が１つの外部端子Ｐ＋，Ｐ−を介して連結されるために、機構的に簡潔である。また、携帯電話やノート型パソコンのような携帯用機器において、充電電流と放電電流との差が大きくないために、これによる放電素子を構成するスイッチ、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）も同一であるか、または類似した許容電流、例えば、定格電流（current rating）を有する電界トランジスタを使用でき、価格差も大きくない。
【００３４】
しかし、電気自転車（Ｅ−bike）、電気スクータ（Ｅ−scooter）、電気ホイールチェア、電動カートなどを含む電気移動体の場合には、充電電流と放電電流との差が大きい。例えば、電気自転車の場合、充電電流は、１．５Ａないし２．０Ａであり、放電電流は、平均１０Ａ、最大２０Ａと、充電電流と放電電流との差が大きい。また、電気スクータの場合には、放電電流が平均３０Ａ、最大８０Ａと、充電電流とは差がさらに大きい。従って、従来のように、単一充放電経路を有するバッテリ・パックを使用する場合、充電用電界トランジスタは、放電用電界トランジスタと同様に、高い定格電流を有さねばならない。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリ・パック２００、負荷２７０及び充電器２８０の連結関係を図示した回路図である。
【００３６】
図２を参照すれば、バッテリ・パック２００は、マイクロ・コンピュータ２１０、バッテリセル２３０、充電素子２４０、放電素子２５０、放電端子２９０、充電端子２９１及び充放電端子２９２を含む。ここに、放電端子２９０と充放電端子２９２とを介して接続された負荷２７０、充電端子２９１並びに充放電端子２９２、例えば、共通端子を介して接続された充電器２８０が図示されている。
【００３７】
図面に図示されていないが、バッテリセル２３０と放電端子２９０との間に、大電流経路に直列に連結され、マイクロ・コンピュータ２１０とも連結された電流感知部、バッテリセル２３０の温度を感知する温度感知部、マイクロ・コンピュータ２１０または外部システムの制御によって、大電流経路上に位置したヒューズ（図示せず）を溶断させるための自家保護制御装置をさらに含むことができる。マイクロ・コンピュータ２１０は、バッテリセル２３０が過充電状態または過放電状態であると判断したとき、充電素子２４０及び放電素子２５０をオフ（off）させたり、またはヒューズを溶断させ、バッテリセル２３０の過充電または過放電を遮断する。また、マイクロ・コンピュータ２１０は、外部システムとの通信のために、ＳＭＢＵＳ（system management ＢＵＳ）をさらに含むことができる。
【００３８】
バッテリセル２３０は、充電及び放電が可能な二次バッテリセルであり、図面に図示されたＢ＋，Ｂ−（図１ないし図４）は、バッテリセル２３０の大電流端、すなわち、バッテリセルの電源端子を示す。このようなバッテリセル２３０は、その内部の各種情報、すなわち、セル温度、セル電圧などのセル関連情報を、マイクロ・コンピュータ２１０に出力する。
【００３９】
放電素子２５０は、バッテリセル２３０と放電端子２９０との間に接続される。放電素子２５０は、バッテリセル２３０の放電のためのスイッチ機能と、バッテリセル２３０が過放電された場合、マイクロ・コンピュータ２１０の制御によってオフになり、過放電を防止する機能とを有する。放電素子２５０は、電界トランジスタによって構成されうるが、これに限定されるものではなく、他種のスイッチ機能を果たす電気素子を使用できることは言うまでもない。前記のような構成で、負荷２７０が放電端子２９０と充放電端子２９２とに連結された場合、バッテリセル２３０から負荷２７０への放電経路には、バッテリセル２３０、放電素子２５０、放電端子２９０及び負荷２７０を介して電流が供給される。このように、充電素子２４０は、放電素子２５０の電流許容量より少ない電流許容量を有したスイッチ素子であってもよいので、放電経路に充電素子２４０が含まれない。すなわち、負荷２７０に比較的大きい放電電流が流れる場合にも、充電素子２４０は、放電電流サイズに関係ないように構成できる。
【００４０】
充電素子２４０は、放電端子２９０と充電端子２９１との間に接続される。充電素子２４０は、バッテリセル２３０の充電のためのスイッチ機能と、バッテリセル２３０が過充電された場合にマイクロ・コンピュータ２１０の制御によってオフになり、過充電を防止する機能とを備える。放電素子２５０と同様に、充電素子２４０は、電界トランジスタによって構成されるが、これに限定されることなく、他種のスイッチ機能を行う電気素子を使用できる。前記のような構成で、充電器２８０が充電端子２９１と充放電端子２９２とに連結された場合、充電器２８０からバッテリセル２３０への充電経路は、充電器２８０、充電端子２９１、充電素子２４０、放電端子２９０、放電素子２５０、及びバッテリセル２３０からなる。
【００４１】
マイクロ・コンピュータ２１０は、放電素子２５０と充電素子２４０とを制御し、バッテリ・パック２００の充放電機能、過充電及び過放電の保護機能を実行する。マイクロ・コンピュータ２１０は、放電端子２９０と充放電端子２９２とに負荷２７０が連結された場合、放電素子２５０をターンオンさせ、バッテリセル２３０を放電させる。また、充電端子２９１と充放電端子２９２とに充電器２８０が連結された場合、充電素子２４０と放電素子２５０とをターンオンさせ、バッテリセル２３０を充電させる。また、マイクロ・コンピュータ２１０は、バッテリセル２３０の電圧を感知し、負荷２７０に過放電されていると判断した場合、放電素子２５０をターンオフさせて過放電を防止し、充電器２８０から過充電されていると判断した場合、充電素子２４０をターンオフさせて過充電を防止する。
【００４２】
前記のようなバッテリ・パック２００と、負荷２７０及び充電器２８０との連結関係から、負荷２７０が電気移動体のように、充電電流と放電電流との差が大きい場合、放電時に、放電電流が充電素子２４０を経ないことにより、充電素子２４０が放電素子２５０と同一なほど高い電流許容値を有さないスイッチ素子が使われうる。
【００４３】
また、図２に図示された実施形態では、放電素子２５０と充電素子２４０とが、バッテリセル２３０の正側に、大電流経路に沿って構成されているが、反対に、負側に大電流経路に沿って構成されうることは言うまでもない。
【００４４】
図３は、本発明の他の実施形態によるバッテリ・パック３００、負荷３７０及び充電器３８０の連結関係を図示した回路図である。
【００４５】
図３を参照すれば、バッテリ・パック３００は、マイクロ・コンピュータ３１０、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０、バッテリセル３３０、充電素子３４０、放電素子３５０、放電端子３９０、充電端子３９１及び充放電端子３９２を含む。図３には、放電端子３９０と充放電端子３９２とを介して接続された負荷３７０、充電端子３９１と充放電端子３９２とを介して接続された充電器３８０も図示されている。図２に図示されたバッテリ・パック２００との差異点は、放電素子３５０と充電素子３４０とを制御し、バッテリセル３３０から電圧感知のためのアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０と、充電素子３４０と放電素子３５０とをそれぞれ構成する電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２とが図示されているということである。
【００４６】
アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、充電端子３９１及び充放電端子３９２を介して充電器３８０が連結された場合、充電素子３４０の電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン（on）状態に、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定し、バッテリセル３３０を充電させる。同様に、放電端子３９０及び充放電端子３９２を介して負荷３７０が連結された場合、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定し、バッテリセル３３０を放電させる。アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、マイクロ・コンピュータ３１０の制御によって、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１と放電電界効果トランジスタＦＥＴ２とのスイッチ動作を制御する。
【００４７】
図２を参照して説明したところと同様に、バッテリ・パック３００に接続される負荷３７０は、放電電流が充電電流に比べて大きい負荷であり、例えば、電気自転車、電気スクータなどを含む電気移動体でありうる。従って、放電経路に充電電界効果トランジスタＦＥＴ１を含めないことにより、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１に比較的大きい放電電流、例えば、数十Ａの電流が流れないために、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１として低い電流許容値を有する電界効果トランジスタを使用できる。例えば、放電電界効果トランジスタＦＥＴ２は、２０Ａの電流許容値を有し、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１は、２Ａの電流許容値を有する電界効果トランジスタ素子を選択できる。
【００４８】
充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１のソースとドレーンとの接続方向は、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２とは反対方向に設定する。このような構成により、充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１は、充電器３８０からバッテリセル３３０への電流フローを制限するように接続される一方、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２は、バッテリセル３３０から負荷３７０への電流フローを制限するように接続される。ここで、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２は、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０の制御信号、すなわち、ハイレベルまたはローレベルのスイッチ制御信号によって、ターンオンまたはターンオフされる。
【００４９】
アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、バッテリセル３３０と、充電素子３４０及び放電素子３５０との間で並列に連結され、バッテリセル３３０とマイクロ・コンピュータ３１０との間で直列に連結される。アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、バッテリセル３３０の電圧を検出し、検出された電圧をマイクロ・コンピュータ３１０に伝達し、マイクロ・コンピュータ３１０の制御によって、電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２のスイッチ動作を制御する。
【００５０】
詳細に説明すれば、バッテリ・パック３００の充電端子３９１及び充放電端子３９２を介して、充電器３８０が連結された場合、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン状態に、放電素子３５０である電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定する制御信号を、電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２に出力し、バッテリセル３３０を充電させる。同様に、バッテリ・パック３００の放電端子３９０及び充放電端子３９２を介して、負荷３７０が連結されれば、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、放電素子３５０である電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定する制御信号を出力し、バッテリセル３３０を放電させる。
【００５１】
マイクロ・コンピュータ３１０は、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０と、外部システムである充電器３８０または負荷３７０との間に直列に連結される集積回路（ＩＣ：integrated circuit）であり、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０を介して、充電素子３４０及び放電素子３５０を制御することによって、バッテリセル３３０の過充電、過放電及び過電流を遮断する役割を行う。すなわち、バッテリセル３３０から、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０を介して受信したバッテリセル３３０の電圧を、内部に設定された電圧レベル値と比較し、比較結果による制御信号を、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０に出力し、充電素子３４０及び放電素子３５０をオフさせることによって、バッテリセル３３０の過充電、過放電及び過電流を遮断する。
【００５２】
また、マイクロ・コンピュータ３１０が、バッテリセル３３０が過放電状態であると判断し、それに対応する制御信号をアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０に出力し、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオフさせれば、バッテリセル３３０から負荷３７０への放電が遮断される。
【００５３】
図４は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パック４００、負荷４７０及び充電器４８０の連結関係を図示した回路図である。
【００５４】
図４を参照すれば、バッテリ・パック４００は、マイクロ・コンピュータ４１０、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ４２０、バッテリセル４３０、充電素子４４０、放電素子４５０、電流制限素子４６０、放電端子４９０、充電端子４９１及び充放電端子４９２を含む。図４には、放電端子４９０と充放電端子４９２とを介して接続された負荷４７０、充電端子４９１と充放電端子４９２とを介して接続された充電器４８０も図示されている。図３に図示されたバッテリ・パック３００との差異点は、放電端子４９０と充電素子４４０との間に電流制限素子４６０をさらに含んでいるということである。図３に図示されたバッテリ・パック３００の構成及び機能と同じ部分に係わる説明は省略し、電流制限素子４６０を中心に説明する。
【００５５】
電流制限素子４６０は、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続される。ここで、電流制限素子４６０は、放電端子４９０と充放電端子４９２とに負荷４７０が接続され、バッテリセル４３０から負荷４７０に放電電流が流れるとき、充電素子４４０側への電流フローを遮断する。電流制限素子４６０は、ダイオードまたはスイッチによって構成されうる。
【００５６】
電流制限素子４６０をダイオードによって構成する場合、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続され、放電電流を充電素子４４０側に流さないように配される。従って、ダイオードは、放電電流を充電素子４４０側に流さないようにするが、充電電流は、放電素子４５０を介して、バッテリセル４３０に流れる。
【００５７】
電流制限素子４６０をスイッチとして構成する場合、前述のダイオードと同様に、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続される。そしてアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ４２０の制御によって、オンまたはオフされる。放電端子４９０と充放電端子４９２とに負荷４７０が接続され、バッテリセル４３０から負荷４７０に放電電流が流れるとき、スイッチがオフされ、放電電流が充電素子４４０側に流れることを遮断するが、充電時には、スイッチがオンされ、充電電流がバッテリセル４３０側に流れるようにする。ここで、スイッチは、電界効果トランジスタであるが、これに限定されるものではなく、スイッチ機能を行う他の電気素子を使用できることは言うまでもない。
【００５８】
図４に図示された実施形態で、放電経路は、バッテリセル４３０、放電素子４５０、放電端子４９０、負荷４７０であり、充電経路は、充電器４８０、充電端子４９１、充電素子４４０、電流制限素子４６０、放電端子４９０、放電素子４５０、バッテリセル４３０である。図２及び図３で説明したところと同様に、比較的大きい放電電流に対する耐電流を有する放電素子４５０とは異なり、充電素子４４０は、低い耐電流を有するスイッチ素子を使用できるだけではなく、放電時に、放電電流が充電素子４５０側に流れることを確実に防止できる。
【００５９】
図５及び図６は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの充電方法及び放電方法を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
図５を参照すれば、段階５００で、バッテリ・パックの充電端子に充電器を連結する。段階５０２及び段階５０４で、充電素子と放電素子とをターンオンさせる。充電経路は、充電器、充電端子、充電素子、放電端子、放電素子、バッテリセルを含む。選択的に、充電素子と放電端子との間に電流制限素子をさらに含むことができる。ここで、電流制限素子は、充電電流は遮断せずに、バッテリセルに流す。充電時に、充電素子と放電素子とを介して流れる充電電流は、放電電流に比べて比較的小さい電流が流れるために、充電素子の定格電流を大きくする必要なしに、充電器の充電電流サイズに相応するように構成できる。段階５０６で、バッテリセルを充電させる。
【００６１】
図６を参照すれば、段階６００で、バッテリ・パックの放電端子に負荷を連結させる。ここで、放電端子は、図５の充電端子とは区別される。すなわち、本発明の実施形態で、充放電経路を分離するために、別途の放電端子を介して負荷を連結する。
【００６２】
段階６０２及び６０４で、放電素子をターンオンさせてバッテリセルを放電させる。放電経路は、バッテリセル、放電素子、放電端子、負荷を含む。従って、負荷が比較的大きい出力電流が必要な場合、例えば、電気自転車が上り坂を走行する場合に必要な最大電流を、充電素子を介さずに負荷に放電電流を供給できる。ここで、放電時に、充電素子に放電電流が流れることを確実に防止するために、放電端子と充電素子との間に電流制限素子をさらに含んで構成できる。電流制限素子は、ダイオードまたはスイッチによって具現され、放電時に、放電端子を介して充電素子に放電電流が流れることを防止する。
【００６３】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することが可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１００，２００，３００，４００ バッテリ・パック
１１０，２１０，３１０，４１０ マイクロ・コンピュータ
１２０，３２０，４２０ アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）
１３０，２３０，３３０，４３０ バッテリセル
１４０，２４０，３４０，４４０ 充電素子
１５０，２５０，３５０，４５０ 放電素子
１７０，２７０，３７０，４７０ 負荷
１８０，２８０，３８０，４８０ 充電器
２９０，３９０，４９０ 放電端子
２９１，３９１，４９１ 充電端子
２９２，３９２，４９２ 充放電端子
４６０ 電流制限素子
Ｂ＋，Ｂ− バッテリセルの電源端子
Ｐ＋，Ｐ− 充放電端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ・パックに関し、さらに詳細には、バッテリ・パックの充電及び放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能なバッテリは、一次バッテリとは異なり、充電及び放電が可能であり、携帯電話、ノート型パソコンまたはカムコーダのようなハイエンド（high-end）電子装置に幅広く使われる。また、再充電可能なバッテリは、スクータまたはオートバイのような電気移動体のためのバッテリとしても使われる。高出力応用分野では、多数の再充電可能なバッテリセルが、バッテリ・パックに共に組み込まれている。従来の充電回路及び放電回路がバッテリ・パックを充電及び放電させるために使われるが、従来の充電回路及び放電回路には、限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一実施形態は、バッテリセルへの充電経路と負荷への放電経路とを分離したバッテリ・パックを提供するものである。
【０００４】
本発明の他の実施形態は、前述のバッテリ・パックの充電及び放電を制御する充電方法及び放電方法を提供するものである。
【０００５】
本発明のさらに他の実施形態は、前述のバッテリ・パックの放電を制御する放電方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるバッテリ・パックは、共通端子に接続された第１バッテリ端子及び第２バッテリ端子を含む再充電可能なバッテリと、前記第１バッテリ端子及び第１放電端子に接続された放電制御スイッチと、前記第１放電端子と第１充電端子との間に接続された充電制御スイッチと、前記放電制御スイッチと、前記充電制御スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電するように構成された保護回路と、を含み、前記バッテリ・パックは、前記第１放電端子と前記共通端子との間に接続された負荷に電流を供給するように構成されたことを特徴とする。
【０００７】
前記バッテリ・パックは、前記放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続された電流制限素子をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記電流制限素子は、前記保護回路によって制御されるスイッチをさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする。
【００１２】
前記保護回路は、充電の間、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせ、放電の間、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせることを特徴とする。
【００１３】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする。
【００１４】
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れることを特徴とする。
【００１５】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れず、充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとを介して流れ、前記放電電流は、前記充電電流より大きいことを特徴とする。
【００１６】
前記保護回路は、プロセッサと接続されたアナログ・フロントエンド回路を含み、前記アナログ・フロントエンド回路は、前記バッテリでの電圧を測定し、前記プロセッサからの少なくとも１つの制御信号を基に、前記放電スイッチと前記充電スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電させることを特徴とする。
【００１７】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるバッテリ・パックの再充電可能なバッテリを充電及び放電させるための方法は、前記バッテリを充電させるために充電制御スイッチ及び放電制御スイッチをオンさせる段階と、前記バッテリを放電させるために、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせる段階と、を含み、前記充電制御スイッチは、前記第１充電端子と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された前記放電制御スイッチとの間に接続され、前記バッテリを充電させる間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れ、前記バッテリを放電させる間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする。
【００１８】
電流制限素子は、第１放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続されたことを特徴とする。
【００１９】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする。
【００２０】
前記電流制限素子は、スイッチを含むことを特徴とする。
【００２１】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする。
【００２２】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする。
【００２３】
前記バッテリの電圧を測定する段階をさらに含み、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせるのは、前記測定した電圧に基づくことを特徴とする。
【００２４】
前記さらに他の技術的課題を達成するための本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの再充電可能なバッテリを放電させる方法は、充電器と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された放電制御スイッチとの間に接続された充電制御スイッチをオフさせる段階と、前記放電制御スイッチをオンさせる段階と、を含み、前記バッテリは、第１放電端子と、前記バッテリの第２バッテリ端子とに接続された負荷に供給するように構成され、前記第１放電端子は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとの間に配されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態によるバッテリ・パックは、別途の放電端子を具備して充放電経路を分離することによって、比較的大きい出力電流が必要な負荷に電流を伝達する場合、充電素子に大きい電流が流れないようにして充電素子の定格電流を低くできる。また、放電時に、充電素子を経ずに出力効率上昇と発熱とを減らすことができる。また、充放電部を異ならせて構成でき、バッテリ・パックを分離しなくとも充電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のバッテリ・パックの回路図である。
【図２】本発明の一実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パック、負荷及び充電器の連結関係を図示した回路図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの充電方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの放電方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。下記の説明では、本発明の実施形態による動作を理解するのに必要な部分だけについて説明し、それ以外の部分についての説明は、本発明の要旨を不明瞭にない限り省略する。
【００２８】
また、以下で説明する本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、一般的であったり辞典的な意味に限定して解釈されることがあってはならず、本発明を最も適切に表現できるように、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されねばならない。
【００２９】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係わるバッテリ・パックについて詳細に説明する。本明細書に添付された図面を介して、事実上同じ機能を果たす部材については、同じ図面符号を使用する。
【００３０】
図１は、従来のバッテリ・パック１００の回路図である。
【００３１】
図１を参照すれば、バッテリ・パック１００は、充電可能なバッテリセル１３０と保護回路とを含んでなり、携帯用パソコン（ＰＣ）（例えば、ノート型パソコン）のような外部システムに搭載され、バッテリセル１３０への充電と、バッテリセル１３０による放電とを遂行する。
【００３２】
バッテリ・パック１００は、バッテリセル１３０と、このバッテリセル１３０と並列に連結される外部端子（図示せず）と、バッテリセル１３０と前記外部端子との間の大電流経路（ＨＣＰ）に直列に連結された充電素子１４０と、放電素子１５０と、バッテリセル１３０、充電素子１４０及び放電素子１５０と並列に連結されたアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ（Integrated circuit）１２０と、マイクロ・コンピュータ１１０とを含む保護回路とを具備してなる。
【００３３】
図１に図示されているように、従来のバッテリ・パック１００は、充放電単一経路を有する。充放電端子Ｐ＋，Ｐ−に、負荷１７０と充電器１８０とが接続される構造である。すなわち、放電時には、バッテリセルから、充電素子１４０と放電素子１５０とを経て負荷である携帯電話またはノート型パソコンのようなセット（set）に電源を供給し、充電時には、セットを介するか、または直接充電器と連結し、放電素子１５０及び充電素子１４０を経て充電を行う。これは、充放電が１つの外部端子Ｐ＋，Ｐ−を介して連結されるために、機構的に簡潔である。また、携帯電話やノート型パソコンのような携帯用機器において、充電電流と放電電流との差が大きくないために、これによる放電素子を構成するスイッチ、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）も同一であるか、または類似した許容電流、例えば、定格電流（current rating）を有する電界トランジスタを使用でき、価格差も大きくない。
【００３４】
しかし、電気自転車（Ｅ−bike）、電気スクータ（Ｅ−scooter）、電気ホイールチェア、電動カートなどを含む電気移動体の場合には、充電電流と放電電流との差が大きい。例えば、電気自転車の場合、充電電流は、１．５Ａないし２．０Ａであり、放電電流は、平均１０Ａ、最大２０Ａと、充電電流と放電電流との差が大きい。また、電気スクータの場合には、放電電流が平均３０Ａ、最大８０Ａと、充電電流とは差がさらに大きい。従って、従来のように、単一充放電経路を有するバッテリ・パックを使用する場合、充電用電界トランジスタは、放電用電界トランジスタと同様に、高い定格電流を有さねばならない。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリ・パック２００、負荷２７０及び充電器２８０の連結関係を図示した回路図である。
【００３６】
図２を参照すれば、バッテリ・パック２００は、マイクロ・コンピュータ２１０、バッテリセル２３０、充電素子２４０、放電素子２５０、放電端子２９０、充電端子２９１及び充放電端子２９２を含む。ここに、放電端子２９０と充放電端子２９２とを介して接続された負荷２７０、充電端子２９１並びに充放電端子２９２、例えば、共通端子を介して接続された充電器２８０が図示されている。
【００３７】
図面に図示されていないが、バッテリセル２３０と放電端子２９０との間に、大電流経路に直列に連結され、マイクロ・コンピュータ２１０とも連結された電流感知部、バッテリセル２３０の温度を感知する温度感知部、マイクロ・コンピュータ２１０または外部システムの制御によって、大電流経路上に位置したヒューズ（図示せず）を溶断させるための自家保護制御装置をさらに含むことができる。マイクロ・コンピュータ２１０は、バッテリセル２３０が過充電状態または過放電状態であると判断したとき、充電素子２４０及び放電素子２５０をオフ（off）させたり、またはヒューズを溶断させ、バッテリセル２３０の過充電または過放電を遮断する。また、マイクロ・コンピュータ２１０は、外部システムとの通信のために、ＳＭＢＵＳ（system management ＢＵＳ）をさらに含むことができる。
【００３８】
バッテリセル２３０は、充電及び放電が可能な二次バッテリセルであり、図面に図示されたＢ＋，Ｂ−（図１ないし図４）は、バッテリセル２３０の大電流端、すなわち、バッテリセルの電源端子を示す。このようなバッテリセル２３０は、その内部の各種情報、すなわち、セル温度、セル電圧などのセル関連情報を、マイクロ・コンピュータ２１０に出力する。
【００３９】
放電素子２５０は、バッテリセル２３０と放電端子２９０との間に接続される。放電素子２５０は、バッテリセル２３０の放電のためのスイッチ機能と、バッテリセル２３０が過放電された場合、マイクロ・コンピュータ２１０の制御によってオフになり、過放電を防止する機能とを有する。放電素子２５０は、電界トランジスタによって構成されうるが、これに限定されるものではなく、他種のスイッチ機能を果たす電気素子を使用できることは言うまでもない。前記のような構成で、負荷２７０が放電端子２９０と充放電端子２９２とに連結された場合、バッテリセル２３０から負荷２７０への放電経路には、バッテリセル２３０、放電素子２５０、放電端子２９０及び負荷２７０を介して電流が供給される。このように、充電素子２４０は、放電素子２５０の電流許容量より少ない電流許容量を有したスイッチ素子であってもよいので、放電経路に充電素子２４０が含まれない。すなわち、負荷２７０に比較的大きい放電電流が流れる場合にも、充電素子２４０は、放電電流サイズに関係ないように構成できる。
【００４０】
充電素子２４０は、放電端子２９０と充電端子２９１との間に接続される。充電素子２４０は、バッテリセル２３０の充電のためのスイッチ機能と、バッテリセル２３０が過充電された場合にマイクロ・コンピュータ２１０の制御によってオフになり、過充電を防止する機能とを備える。放電素子２５０と同様に、充電素子２４０は、電界トランジスタによって構成されるが、これに限定されることなく、他種のスイッチ機能を行う電気素子を使用できる。前記のような構成で、充電器２８０が充電端子２９１と充放電端子２９２とに連結された場合、充電器２８０からバッテリセル２３０への充電経路は、充電器２８０、充電端子２９１、充電素子２４０、放電端子２９０、放電素子２５０、及びバッテリセル２３０からなる。
【００４１】
マイクロ・コンピュータ２１０は、放電素子２５０と充電素子２４０とを制御し、バッテリ・パック２００の充放電機能、過充電及び過放電の保護機能を実行する。マイクロ・コンピュータ２１０は、放電端子２９０と充放電端子２９２とに負荷２７０が連結された場合、放電素子２５０をターンオンさせ、バッテリセル２３０を放電させる。また、充電端子２９１と充放電端子２９２とに充電器２８０が連結された場合、充電素子２４０と放電素子２５０とをターンオンさせ、バッテリセル２３０を充電させる。また、マイクロ・コンピュータ２１０は、バッテリセル２３０の電圧を感知し、負荷２７０に過放電されていると判断した場合、放電素子２５０をターンオフさせて過放電を防止し、充電器２８０から過充電されていると判断した場合、充電素子２４０をターンオフさせて過充電を防止する。
【００４２】
前記のようなバッテリ・パック２００と、負荷２７０及び充電器２８０との連結関係から、負荷２７０が電気移動体のように、充電電流と放電電流との差が大きい場合、放電時に、放電電流が充電素子２４０を経ないことにより、充電素子２４０が放電素子２５０と同一なほど高い電流許容値を有さないスイッチ素子が使われうる。
【００４３】
また、図２に図示された実施形態では、放電素子２５０と充電素子２４０とが、バッテリセル２３０の正側に、大電流経路に沿って構成されているが、反対に、負側に大電流経路に沿って構成されうることは言うまでもない。
【００４４】
図３は、本発明の他の実施形態によるバッテリ・パック３００、負荷３７０及び充電器３８０の連結関係を図示した回路図である。
【００４５】
図３を参照すれば、バッテリ・パック３００は、マイクロ・コンピュータ３１０、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０、バッテリセル３３０、充電素子３４０、放電素子３５０、放電端子３９０、充電端子３９１及び充放電端子３９２を含む。図３には、放電端子３９０と充放電端子３９２とを介して接続された負荷３７０、充電端子３９１と充放電端子３９２とを介して接続された充電器３８０も図示されている。図２に図示されたバッテリ・パック２００との差異点は、放電素子３５０と充電素子３４０とを制御し、バッテリセル３３０から電圧感知のためのアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０と、充電素子３４０と放電素子３５０とをそれぞれ構成する電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２とが図示されているということである。
【００４６】
アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、充電端子３９１及び充放電端子３９２を介して充電器３８０が連結された場合、充電素子３４０の電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン（on）状態に、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定し、バッテリセル３３０を充電させる。同様に、放電端子３９０及び充放電端子３９２を介して負荷３７０が連結された場合、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定し、バッテリセル３３０を放電させる。アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、マイクロ・コンピュータ３１０の制御によって、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１と放電電界効果トランジスタＦＥＴ２とのスイッチ動作を制御する。
【００４７】
図２を参照して説明したところと同様に、バッテリ・パック３００に接続される負荷３７０は、放電電流が充電電流に比べて大きい負荷であり、例えば、電気自転車、電気スクータなどを含む電気移動体でありうる。従って、放電経路に充電電界効果トランジスタＦＥＴ１を含めないことにより、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１に比較的大きい放電電流、例えば、数十Ａの電流が流れないために、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１として低い電流許容値を有する電界効果トランジスタを使用できる。例えば、放電電界効果トランジスタＦＥＴ２は、２０Ａの電流許容値を有し、充電電界効果トランジスタＦＥＴ１は、２Ａの電流許容値を有する電界効果トランジスタ素子を選択できる。
【００４８】
充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１のソースとドレーンとの接続方向は、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２とは反対方向に設定する。このような構成により、充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１は、充電器３８０からバッテリセル３３０への電流フローを制限するように接続される一方、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２は、バッテリセル３３０から負荷３７０への電流フローを制限するように接続される。ここで、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２は、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０の制御信号、すなわち、ハイレベルまたはローレベルのスイッチ制御信号によって、ターンオンまたはターンオフされる。
【００４９】
アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、バッテリセル３３０と、充電素子３４０及び放電素子３５０との間で並列に連結され、バッテリセル３３０とマイクロ・コンピュータ３１０との間で直列に連結される。アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、バッテリセル３３０の電圧を検出し、検出された電圧をマイクロ・コンピュータ３１０に伝達し、マイクロ・コンピュータ３１０の制御によって、電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２のスイッチ動作を制御する。
【００５０】
詳細に説明すれば、バッテリ・パック３００の充電端子３９１及び充放電端子３９２を介して、充電器３８０が連結された場合、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、充電素子３４０である電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン状態に、放電素子３５０である電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定する制御信号を、電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２に出力し、バッテリセル３３０を充電させる。同様に、バッテリ・パック３００の放電端子３９０及び充放電端子３９２を介して、負荷３７０が連結されれば、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０は、放電素子３５０である電界効果トランジスタＦＥＴ２をオン状態に設定する制御信号を出力し、バッテリセル３３０を放電させる。
【００５１】
マイクロ・コンピュータ３１０は、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０と、外部システムである充電器３８０または負荷３７０との間に直列に連結される集積回路（ＩＣ：integrated circuit）であり、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０を介して、充電素子３４０及び放電素子３５０を制御することによって、バッテリセル３３０の過充電、過放電及び過電流を遮断する役割を行う。すなわち、バッテリセル３３０から、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０を介して受信したバッテリセル３３０の電圧を、内部に設定された電圧レベル値と比較し、比較結果による制御信号を、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０に出力し、充電素子３４０及び放電素子３５０をオフさせることによって、バッテリセル３３０の過充電、過放電及び過電流を遮断する。
【００５２】
また、マイクロ・コンピュータ３１０が、バッテリセル３３０が過放電状態であると判断し、それに対応する制御信号をアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ３２０に出力し、放電素子３５０の電界効果トランジスタＦＥＴ２をオフさせれば、バッテリセル３３０から負荷３７０への放電が遮断される。
【００５３】
図４は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パック４００、負荷４７０及び充電器４８０の連結関係を図示した回路図である。
【００５４】
図４を参照すれば、バッテリ・パック４００は、マイクロ・コンピュータ４１０、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ４２０、バッテリセル４３０、充電素子４４０、放電素子４５０、電流制限素子４６０、放電端子４９０、充電端子４９１及び充放電端子４９２を含む。図４には、放電端子４９０と充放電端子４９２とを介して接続された負荷４７０、充電端子４９１と充放電端子４９２とを介して接続された充電器４８０も図示されている。図３に図示されたバッテリ・パック３００との差異点は、放電端子４９０と充電素子４４０との間に電流制限素子４６０をさらに含んでいるということである。図３に図示されたバッテリ・パック３００の構成及び機能と同じ部分に係わる説明は省略し、電流制限素子４６０を中心に説明する。
【００５５】
電流制限素子４６０は、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続される。ここで、電流制限素子４６０は、放電端子４９０と充放電端子４９２とに負荷４７０が接続され、バッテリセル４３０から負荷４７０に放電電流が流れるとき、充電素子４４０側への電流フローを遮断する。電流制限素子４６０は、ダイオードまたはスイッチによって構成されうる。
【００５６】
電流制限素子４６０をダイオードによって構成する場合、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続され、放電電流を充電素子４４０側に流さないように配される。従って、ダイオードは、放電電流を充電素子４４０側に流さないようにするが、充電電流は、放電素子４５０を介して、バッテリセル４３０に流れる。
【００５７】
電流制限素子４６０をスイッチとして構成する場合、前述のダイオードと同様に、放電端子４９０と充電素子４４０との間に接続される。そしてアナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）ＩＣ ４２０の制御によって、オンまたはオフされる。放電端子４９０と充放電端子４９２とに負荷４７０が接続され、バッテリセル４３０から負荷４７０に放電電流が流れるとき、スイッチがオフされ、放電電流が充電素子４４０側に流れることを遮断するが、充電時には、スイッチがオンされ、充電電流がバッテリセル４３０側に流れるようにする。ここで、スイッチは、電界効果トランジスタであるが、これに限定されるものではなく、スイッチ機能を行う他の電気素子を使用できることは言うまでもない。
【００５８】
図４に図示された実施形態で、放電経路は、バッテリセル４３０、放電素子４５０、放電端子４９０、負荷４７０であり、充電経路は、充電器４８０、充電端子４９１、充電素子４４０、電流制限素子４６０、放電端子４９０、放電素子４５０、バッテリセル４３０である。図２及び図３で説明したところと同様に、比較的大きい放電電流に対する耐電流を有する放電素子４５０とは異なり、充電素子４４０は、低い耐電流を有するスイッチ素子を使用できるだけではなく、放電時に、放電電流が充電素子４５０側に流れることを確実に防止できる。
【００５９】
図５及び図６は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリ・パックの充電方法及び放電方法を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
図５を参照すれば、段階５００で、バッテリ・パックの充電端子に充電器を連結する。段階５０２及び段階５０４で、充電素子と放電素子とをターンオンさせる。充電経路は、充電器、充電端子、充電素子、放電端子、放電素子、バッテリセルを含む。選択的に、充電素子と放電端子との間に電流制限素子をさらに含むことができる。ここで、電流制限素子は、充電電流は遮断せずに、バッテリセルに流す。充電時に、充電素子と放電素子とを介して流れる充電電流は、放電電流に比べて比較的小さい電流が流れるために、充電素子の定格電流を大きくする必要なしに、充電器の充電電流サイズに相応するように構成できる。段階５０６で、バッテリセルを充電させる。
【００６１】
図６を参照すれば、段階６００で、バッテリ・パックの放電端子に負荷を連結させる。ここで、放電端子は、図５の充電端子とは区別される。すなわち、本発明の実施形態で、充放電経路を分離するために、別途の放電端子を介して負荷を連結する。
【００６２】
段階６０２及び６０４で、放電素子をターンオンさせてバッテリセルを放電させる。放電経路は、バッテリセル、放電素子、放電端子、負荷を含む。従って、負荷が比較的大きい出力電流が必要な場合、例えば、電気自転車が上り坂を走行する場合に必要な最大電流を、充電素子を介さずに負荷に放電電流を供給できる。ここで、放電時に、充電素子に放電電流が流れることを確実に防止するために、放電端子と充電素子との間に電流制限素子をさらに含んで構成できる。電流制限素子は、ダイオードまたはスイッチによって具現され、放電時に、放電端子を介して充電素子に放電電流が流れることを防止する。
【００６３】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することが可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１００，２００，３００，４００ バッテリ・パック
１１０，２１０，３１０，４１０ マイクロ・コンピュータ
１２０，３２０，４２０ アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）
１３０，２３０，３３０，４３０ バッテリセル
１４０，２４０，３４０，４４０ 充電素子
１５０，２５０，３５０，４５０ 放電素子
１７０，２７０，３７０，４７０ 負荷
１８０，２８０，３８０，４８０ 充電器
２９０，３９０，４９０ 放電端子
２９１，３９１，４９１ 充電端子
２９２，３９２，４９２ 充放電端子
４６０ 電流制限素子
Ｂ＋，Ｂ− バッテリセルの電源端子
Ｐ＋，Ｐ− 充放電端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ・パックにおいて、
共通端子に接続された第１バッテリ端子及び第２バッテリ端子を含む再充電可能なバッテリと、
前記第１バッテリ端子及び第１放電端子に接続された放電制御スイッチと、
前記第１放電端子と第１充電端子との間に接続された充電制御スイッチと、
前記放電制御スイッチと、前記充電制御スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電するように構成された保護回路と、を含み、
前記バッテリ・パックは、前記第１放電端子と前記共通端子との間に接続された負荷に電流を供給するように構成されたことを特徴とするバッテリ・パック。
【請求項２】
前記放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続された電流制限素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項３】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ・パック。
【請求項４】
前記電流制限素子は、前記保護回路によって制御されるスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ・パック。
【請求項５】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項６】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項７】
前記保護回路は、
充電の間、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせ、
放電の間、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項８】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項９】
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れることを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項１０】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れず、
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとを介して流れ、
前記放電電流は、前記充電電流より大きいことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項１１】
前記保護回路は、
プロセッサと接続されたアナログ・フロントエンド回路を含み、
前記アナログ・フロントエンド回路は、
前記バッテリでの電圧を測定し、
前記プロセッサからの少なくとも１つの制御信号を基に、前記放電スイッチと前記充電スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項１２】
バッテリ・パックの再充電可能なバッテリを充電及び放電させるための方法であり、
前記バッテリを充電させるために、充電制御スイッチ及び放電制御スイッチをオンさせる段階と、
前記バッテリを放電させるために、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせる段階と、を含み、
前記充電制御スイッチは、前記第１充電端子と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された前記放電制御スイッチとの間に接続され、前記バッテリを充電させる間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れ、
前記バッテリを放電させる間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１３】
電流制限素子は、第１放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続されたことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１４】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１５】
前記電流制限素子は、スイッチを含むことを特徴とする請求項１３に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１６】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１７】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１８】
前記バッテリの電圧を測定する段階をさらに含み、
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせるのは、前記測定した電圧に基づいたことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１９】
バッテリ・パックの再充電可能なバッテリを放電させる方法であり、
充電器と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された放電制御スイッチとの間に接続された充電制御スイッチをオフさせる段階と、
前記放電制御スイッチをオンさせる段階と、を含み、
前記バッテリは、第１放電端子と、前記バッテリの第２バッテリ端子とに接続された負荷に供給するように構成され、
前記第１放電端子は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとの間に配されたことを特徴とする再充電可能なバッテリの放電方法。
【請求項１】
バッテリ・パックにおいて、
共通端子に接続された第１バッテリ端子及び第２バッテリ端子を含む再充電可能なバッテリと、
前記第１バッテリ端子及び第１放電端子に接続された放電制御スイッチと、
前記第１放電端子と第１充電端子との間に接続された充電制御スイッチと、
前記放電制御スイッチと、前記充電制御スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電するように構成された保護回路と、を含み、
前記バッテリ・パックは、前記第１放電端子と前記共通端子との間に接続された負荷に電流を供給するように構成されたことを特徴とするバッテリ・パック。
【請求項２】
前記放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続された電流制限素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項３】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ・パック。
【請求項４】
前記電流制限素子は、前記保護回路によって制御されるスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ・パック。
【請求項５】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項６】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項７】
前記保護回路は、
充電の間、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせ、
放電の間、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項８】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項９】
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れることを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項１０】
放電の間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れず、
充電の間、充電電流は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとを介して流れ、
前記放電電流は、前記充電電流より大きいことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ・パック。
【請求項１１】
前記保護回路は、
プロセッサと接続されたアナログ・フロントエンド回路を含み、
前記アナログ・フロントエンド回路は、
前記バッテリでの電圧を測定し、
前記プロセッサからの少なくとも１つの制御信号を基に、前記放電スイッチと前記充電スイッチとを制御することによって、前記バッテリを充電及び放電させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
【請求項１２】
バッテリ・パックの再充電可能なバッテリを充電及び放電させるための方法であり、
前記バッテリを充電させるために、充電制御スイッチ及び放電制御スイッチをオンさせる段階と、
前記バッテリを放電させるために、前記放電制御スイッチをオンさせ、前記充電制御スイッチをオフさせる段階と、を含み、
前記充電制御スイッチは、前記第１充電端子と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された前記放電制御スイッチとの間に接続され、前記バッテリを充電させる間、充電電流は、前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチを介して流れ、
前記バッテリを放電させる間、放電電流は、前記充電制御スイッチを介して流れないことを特徴とする再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１３】
電流制限素子は、第１放電端子と前記充電制御スイッチとの間に接続されたことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１４】
前記電流制限素子は、ダイオードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１５】
前記電流制限素子は、スイッチを含むことを特徴とする請求項１３に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１６】
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチは、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１７】
前記充電制御スイッチの電流許容量は、前記放電制御スイッチの電流許容量より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１８】
前記バッテリの電圧を測定する段階をさらに含み、
前記充電制御スイッチ及び前記放電制御スイッチをオンさせるのは、前記測定した電圧に基づいたことを特徴とする請求項１２に記載の再充電可能なバッテリの充電方法及び放電方法。
【請求項１９】
バッテリ・パックの再充電可能なバッテリを放電させる方法であり、
充電器と、前記バッテリの第１バッテリ端子に接続された放電制御スイッチとの間に接続された充電制御スイッチをオフさせる段階と、
前記放電制御スイッチをオンさせる段階と、を含み、
前記バッテリは、第１放電端子と、前記バッテリの第２バッテリ端子とに接続された負荷に供給するように構成され、
前記第１放電端子は、前記充電制御スイッチと前記放電制御スイッチとの間に配されたことを特徴とする再充電可能なバッテリの放電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１０１５８６（Ｐ２０１１−１０１５８６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３９１１（Ｐ２０１０−２４３９１１）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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