DE102015008603A1

DE102015008603A1 - Batteriepack und Verfahren zum Steuern desselben

Info

Publication number: DE102015008603A1
Application number: DE102015008603.0A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Sakakibara
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2016-01-07
Also published as: CN105322611B; US20160006278A1; US9768625B2; CN105322611A

Abstract

Ein Batteriepack gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Mehrzahl von Batterieblöcken, eine Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten und eine Steuereinheit (48) auf. Die Steuereinheit (48) wählt auf der Basis von Detektionsresultaten, die von einer Zustandsdetektionseinheit erhalten werden, einen Batterieblock, der elektrisch mit einer externen Vorrichtung zu verbinden ist, aus der Mehrzahl von Batterieblöcken aus und stellt die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf einen Leitungszustand ein.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Batteriepack, das eine Mehrzahl von Batterieblöcken aufweist.
Die JP 2014-38816 offenbart ein auf dem Rücken getragenes Batteriepack, das einer externen Last wie einem elektrischen Kraftwerkzeug oder dergleichen elektrische Leistung zuführt. Das Batteriepack ist so ausgebildet, dass es dazu in der Lage ist, eine Mehrzahl von Batterieblöcken in einem Gehäuse aufzunehmen, um eine speicherbare elektrische Energie (mit anderen Worten, eine Batteriekapazität) in dem Batteriepack zu erhöhen. Das Batteriepack ist ferner so ausgebildet, dass es ein gleichzeitiges Laden und Entladen der Batterieblöcke ermöglicht, indem die mehreren in dem Gehäuse aufgenommenen Batterieblöcke parallel geschaltet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die zuvor erwähnten parallel geschalteten mehreren Batterieblöcke können jedoch zu einem Problem führen, dass eine Variation der Ladungsmenge innerhalb der Batterieblöcke einen Stromfluss von einem spezifizierten Batterieblock zu einem anderen Batterieblock bewirkt, wodurch die Zuverlässigkeit des Batteriepacks verschlechtert wird. Beispielsweise können in einem Fall, in dem bei einem spezifischen Batterieblock der mehreren Batterieblöcke ein Fehler wie ein Kurzschluss aufgetreten ist, die verbleibenden Batterieblöcke über den spezifischen Batterieblock entladen werden.
Ferner kann bei dem Batteriepack mit den parallel geschalteten mehreren Batterieblöcken ein Innenwiderstand des gesamten Batteriepacks verringert werden. Dementsprechend kann beispielsweise beim Antreiben eines Motors eines elektrischen Kraftwerkzeugs unter Verwendung des Batteriepacks eine Verringerung einer an den Motor anzulegenden Spannung kleiner sein als beim Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Motor von einem einzigen Batterieblock. Die kleinere Verringerung der an den Motor anzulegenden Spannung führt zu einer hohen Spannung, die einen hohen Stromfluss in dem Motor ermöglichen kann, was eine Beschädigung des Motors aufgrund seiner hohen Temperatur und somit eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit des Batteriepacks bewirkt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es wünschenswert, dass ein Laden jedes von mehreren Batterieblöcken oder ein Entladen jedes von mehreren Batterieblöcken sicher durchgeführt werden kann und somit ein Batteriepack mit einer höheren Zuverlässigkeit erhalten werden kann.
Ein Batteriepack gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Mehrzahl von Batterieblöcken, eine Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten und eine Steuereinheit auf. Jeder der Mehrzahl von Batterieblöcken weist eine Batterie auf. Jede der Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten entspricht einem der Mehrzahl von Batterieblöcken, ist dazu ausgebildet, selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einen Unterbrechungszustand eingestellt zu werden, und ist zwischen einer externen Vorrichtung, die mit dem Batteriepack zu verbinden ist, und dem entsprechenden Batterieblock vorgesehen. Die Steuereinheit wählt auf der Basis von Detektionsresultaten, die von einer Zustandsdetektionseinheit erhalten werden, einen Batterieblock aus, der elektrisch mit der externen Vorrichtung zu verbinden ist, und stellt die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand ein. Die Zustandsdetektionseinheit detektiert einen Zustand jedes der Mehrzahl von Batterieblöcken.
Gemäß dem derart konfigurierten Batteriepack wird ein gleichzeitiges Laden oder Entladen der Mehrzahl von Batterieblöcken verhindert, und daher ist es möglich, während eines Ladens oder Entladen einen Stromfluss von einem Batterieblock mit einer höheren Ausgangsspannung zu einem Batterieblock mit einer niedrigeren Ausgangsspannung zu verhindern. Ferner ist es möglich, eine Verschlechterung einer externen Vorrichtung während eines Entladens zu der externen Vorrichtung zu verhindern, die durch einen verringerten Innenwiderstand des gesamten Batteriepacks aufgrund einer Parallelschaltung der Batterieblöcke und der daraus resultierenden erhöhten Ausgangsspannung von dem Batteriepack zu der externen Vorrichtung bewirkt werden kann. Dementsprechend kann das zuvor beschriebene Batteriepack eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen.
Die Steuereinheit kann ferner derart ausgebildet sein, dass, wenn ein Unterschied zwischen einer verbleibenden elektrischen Energie des ausgewählten Batterieblocks und einer verbleibenden elektrischen Energie mindestens eines anderen Batterieblocks der Mehrzahl von Batterieblöcken größer oder gleich einem spezifizierten Wert wird, nachdem die externe Vorrichtung und der ausgewählte Batterieblock elektrisch verbunden worden sind, die Steuereinheit die dem ausgewählten Batterieblock entsprechende Leitungs-/Unterbrechungseinheit auf den Unterbrechungszustand einstellt und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand einstellt.
In diesem Fall ist es möglich, die Batterieblöcke auf eine ausgeglichene Weise zu laden oder zu entladen, so dass der Unterschied in Bezug auf die verbleibende elektrische Energie bei den Batterieblöcken nicht größer oder gleich dem spezifizierten Wert wird.
Zum Zeitpunkt eines Ladens jedes der Batterieblöcke kann eine relative Kapazität bezogen auf 100% elektrische Energie, wenn der Batterieblock vollständig geladen ist, als die verbleibende elektrische Energie des Batterieblocks verwendet werden. Zum Zeitpunkt eines Entladens jedes der Batterieblöcke kann eine tatsächliche elektrische Energie in dem Batterieblock als die verbleibende elektrische Energie des Batterieblocks verwendet werden.
Wenn sich ein Batterieblock in dem vollständig geladenen Zustand befindet oder beim Laden ein Fehler aufgetreten ist, kann das Laden des Batterieblocks verhindert werden. Ferner kann, wenn die verbleibende elektrische Energie eines Batterieblocks gering ist oder beim Entladen ein Fehler bei dem Batterieblock aufgetreten ist, ein Entladen des Batterieblocks verhindert werden.
Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, beim Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, wenn kein Laden oder Entladen des mindestens einen anderen Batterieblocks möglich ist.
In diesem Fall ist es möglich, eine Beeinträchtigung eines normalen Ladens oder Entladens eines Batterieblocks, die durch Ändern des zu ladenden oder zu entladenden Batterieblocks zu einem anderen Batterieblock bewirkt werden kann, zu verhindern, so dass eine verbesserte Sicherheit des Batteriepacks während eines Ladens oder Entladens erhalten wird.
Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, beim Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batteriepack entspricht, auf den Leitungszustand die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand einzustellen, während die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt bleibt, und anschließend die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Unterbrechungszustand einzustellen.
In diesem Fall ist es möglich, zu verhindern, dass beim Ändern des Batterieblocks, der zu einer externen Vorrichtung entladen wird, ein vorrübergehender Stopp (eine sogenannte momentane Unterbrechung) einer Leistungsversorgung der externen Vorrichtung aufgrund einer gleichzeitigen Unterbrechung des Entladepfads des aktuell ausgewählten Batterieblocks und des Entladepfads des als nächstes auszuwählenden Batterieblocks auftritt.
Die Steuereinheit kann zum Bestimmen einer Leerlaufspannung des ausgewählten Batterieblocks auf der Basis einer Ausgangsspannung und eines Entladestroms des ausgewählten Batterieblocks und zum Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Unterbrechungszustand und Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand, wenn die bestimmte Leerlaufspannung niedriger als eine Leerlaufspannung des mindestens eines anderen Batterieblocks ist, ausgebildet sein.
In diesem Fall ist es möglich, eine signifikante Änderung der Ausgangsspannung des Batteriepacks vor Abschluss der Entladung des Batteriepacks zu verhindern; somit ist es möglich, ein Batteriepack bereitzustellen, das eine externe Vorrichtung kontinuierlich und stabil antreiben kann.
Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, wenn ein Stromwert eines Entladestroms von dem Batteriepack zu der externen Vorrichtung und eine Variation einer Ausgangsspannung von dem Batteriepack zu der externen Vorrichtung größer oder gleich jeweiligen Schwellen sind.
Das heißt, durch Verhindern einer Änderung des zu der externen Vorrichtung zu entladenden Batterieblocks, wenn der Stromwert des Entladestroms zu der externen Vorrichtung und die Variation der Ausgangsspannung zu der externen Vorrichtung groß sind, ist es möglich, die externe Vorrichtung stabil mit Leistung zu versorgen.
Das Batteriepack kann eine Lastzustandsüberwachungseinheit aufweisen, die mehrere Überlastzähler aufweist, von denen jeder einem der Mehrzahl von Batterieblöcken entspricht und die jeweils zum Überwachen eines Lastzustands jedes der Mehrzahl von Batterieblöcken durch Erhöhen jedes der Mehrzahl von Überlastzählern gemäß einem aus jedem der Mehrzahl von Batterieblöcken fließenden Entladestrom ausgebildet ist.
In diesem Fall kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, wenn der Überlastzähler, der dem ausgewählten Batterieblock entspricht, einen Überlastzählwert erreicht hat. Der Überlastzählwert kann einen Überlastzustand des entsprechenden Batterieblocks angeben.
Gemäß dem so konfigurierten Batteriepack wird, wenn ein Batterieblock, der zu einer externen Vorrichtung entladen wird, einen Überlastzustand erreicht hat, ein Entladen von dem Batterieblock zu der externen Vorrichtung verhindert; somit ist es möglich, eine Verschlechterung des Batteriepacks aufgrund der Entladung zu verhindern.
Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, wenn der Überlastzähler, der dem ausgewählten Batterieblock entspricht, den Überlastzählwert erreicht hat, die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Unterbrechungszustand einzustellen und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand einzustellen, falls der Überlastzähler, der dem mindestens einen anderen Batterieblock entspricht, einen Entladeermöglichungszählwert angibt. Der Entladeermöglichungszählwert kann angeben, dass der entsprechende Batterieblock entladen werden kann.
Gemäß der so konfigurierten Steuereinheit kann, wenn ein zu einer externen Vorrichtung entladener Batterieblock einen Überlastzustand erreicht hat, die Entladung zu der externen Vorrichtung unter Verwendung eines anderen Batterieblocks fortgesetzt werden; somit ist es möglich, der externen Vorrichtung stabil Leistung zuzuführen, ohne dass sich einer der Batterieblöcke verschlechtert.
Wenn ein Entladen von einem Batterieblock zu einer externen Vorrichtung verhindert wird, kann der Überlastzähler des Batterieblocks abhängig von einer Zeitdauer, während der eine Entladung verhindert wird, heruntergezählt werden, oder der Überlastzähler kann gelöscht werden. In diesem Fall ist es möglich, erneut mit der Entladung von dem Batteriepack, dessen Entladung zuvor verhindert wurde, zu der externen Vorrichtung zu beginnen. Dementsprechend ist es durch Ändern des zu entladenden Batterieblocks auf die vorher beschriebene Weise möglich, die Zeitdauer zu verlängern, während der eine Leistungsversorgung der externen Vorrichtung durch das Batteriepack verfügbar ist.
Das Batteriepack kann eine Mehrzahl von Gruppen aus einem Gleichrichterelement und einem Schaltelement aufweisen, die parallel geschaltet sind. Jede Gruppe der Mehrzahl von Gruppen aus einem Gleichrichterelement und einem Schaltelement, die parallel geschaltet sind, kann einer der Mehrzahl der Leitungs-/Unterbrechungseinheiten entsprechen, jedes Gleichrichterelement kann in Reihe mit der entsprechenden Leitungs-/Unterbrechungseinheit vorgesehen sein, so dass eine Richtung eines Entladestroms zu der externen Vorrichtung einer Vorwärtsrichtung des Gleichrichterelements ist, und jedes Schaltelement kann so ausgebildet sein, dass es selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einem Unterbrechungszustand einstellbar ist.
In diesem Fall ist es, wenn einer der Mehrzahl von Batterieblöcken für ein Entladen zu einer externen Vorrichtung ausgewählt wird und die entsprechende Leitungs-/Unterbrechungseinheit auf den Leitungszustand eingestellt wird, möglich, mittels des Gleichrichterelements einen Stromfluss von dem ausgewählten Batterieblock zu einem anderen Batterieblock zu verhindern.
Ferner kann das Batteriepack in diesem Fall eine Mehrzahl von Entladedetektionseinheiten aufweisen. Jede der Mehrzahl von Entladedetektionseinheiten kann einer der Mehrzahl von Gruppen entsprechen und kann dazu ausgebildet sein, das Schaltelement der entsprechenden Gruppe auf den Leitungszustand einzustellen, wenn der Entladestrom durch das Gleichrichterelement der entsprechenden Gruppe fließt.
In diesem Fall wird, wenn die Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, in dem Leitungszustand ist und ein Entladestrom von dem Batterieblock zu einer externen Vorrichtung fließt, der Entladestrom durch die entsprechende Entladedetektionseinheit detektiert, und das Schaltelement der entsprechenden Gruppe wird auf den Leitungszustand eingestellt. Somit ist es möglich, einen großen Stromfluss in dem Gleichrichterelement der entsprechenden Gruppe zu verhindern und eine Verschlechterung des Gleichrichterelements zu verhindern.
Die externe Vorrichtung kann ein Ladegerät oder eine elektrische Arbeitsmaschine aufweisen.
Wenn die externe Vorrichtung ein Ladegerät aufweist, das zum Zuführen eines ersten Gleichstroms zu dem Batteriepack ausgebildet ist, kann das Batteriepack einen DC/DC-Wandler (einen Gleichspannungswandler) aufweisen, der zum Umwandeln des ersten Gleichstroms zu einem zweiten Gleichstrom, der zum Laden der Batterie in jedem der Mehrzahl von Batterieblöcken benötigt wird, ausgebildet ist.
In diesem Fall ist es möglich, eine Batterie unter Verwendung des Ladegeräts, das zum Zuführen des ersten Gleichstroms, der sich von dem zweiten Gleichstrom, der zum Laden der Batterie benötigt wird, unterscheidet, ausgebildet ist, zu laden. Ferner ist es, da der Ladepfad von dem DC/DC-Wandler zu der Batterie verkürzt ist, möglich, einen Spannungsabfall (Leistungsverlust), der in dem Ladepfad auftreten kann, zu verringern und die Batterie stabil und effizient zu laden.
Die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers kann gemäß der eingebauten Batterie eingestellt werden und muss nicht gemäß den mehreren zu ladenden Batterien angepasst werden; somit kann eine vereinfachte Schaltungskonfiguration des Batteriepacks erhalten werden.
Ferner kann auch in einem Fall, in dem das Batteriepack eine hohe Nennspannung hat, z. B. mehr als 40 V, die Ausgangsspannung von dem Ladegerät zu dem Batteriepack niedrig sein. Somit kann ein Aufbau zum Verhindern eines Elektroschocks eines Verbindungsabschnitts des Ladegeräts und/oder des Batteriepacks vereinfacht oder weggelassen werden.
Das Batteriepack kann ferner eine Unterbrechungseinheit für einen gemeinsamen Strompfad aufweisen, die zum Unterbrechen eines gemeinsamen Strompfads ausgebildet ist. Der gemeinsame Strompfad ist derart ausgebildet, dass Ströme, die von dem DC/DC-Wandler zu den jeweiligen Batterieblöcken fließen, gemeinsam durch denselben fließen, und ist zwischen dem DC/DC-Wandler und der Mehrzahl von Batterieblöcken vorgesehen.
In diesem Fall kann durch Aktivieren der Unterbrechungseinheit für den gemeinsamen Pfad ein Laden aller Batterien gemeinsam gestoppt werden, und somit kann eine verbesserte Sicherheit im Falle eines Fehlers in einem Ladesystem erhalten werden.
Das Batteriepack kann eine Leiterplatte aufweisen, auf der die Mehrzahl von Batterieblöcken, die Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten, die Steuereinheit und der DC/DC-Wandler montiert sind.
In diesem Fall wird eine Platzierung von Komponenten des Batteriepacks in einem Gehäuse erleichtert.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines Batteriepacks, das mit einer Mehrzahl von Batterieblöcken versehen ist. Das Verfahren beinhaltet: Vorsehen einer Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten, von denen jede einem der Mehrzahl von Batterieblöcken entspricht, dazu ausgebildet ist, selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einem Unterbrechungszustand eingestellt zu werden, und zwischen einer externen Vorrichtung, die mit dem Batteriepack zu verbinden ist, und dem entsprechenden Batterieblock vorgesehen ist; Detektieren jeweiliger Zustände der Mehrzahl von Batterieblöcken; Auswählen eines Batterieblocks der Mehrzahl von Batterieblöcken, der elektrisch mit der externen Vorrichtung zu verbinden ist, auf der Basis von Detektionsresultaten der jeweiligen Zustande der Mehrzahl von Batterieblöcken; und Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit, die dem ausgewählten Batterieblock entspricht, auf den Leitungszustand.
Gemäß dem obigen Steuerverfahren kann das Laden jedes einer Mehrzahl von Batterieblöcken und das Entladen jedes einer Mehrzahl von Batterieblöcken sicher durchgeführt werden, und somit kann eine Zuverlässigkeit eines Batteriepacks verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Erscheinungsbild eines Batteriepacks der beispielhaften Ausführungsform zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Konfiguration des Batteriepacks zeigt;
3 ein Blockdiagramm ist, das eine Schaltungskonfiguration des Batteriepacks zeigt;
4 ein Schaltungsdiagramm ist, das Konfigurationen eines ersten Blocks und eines zweiten Blocks, die in 3 dargestellt sind, zeigt;
5A ein Flussdiagramm ist, das einen Teil eines Ladesteuerungsprozesses zeigt, der durch eine in 3 dargestellte Lade-/Entladesteuereinheit auszuführen ist;
5B ein Flussdiagramm ist, das den Rest des Ladesteuerungsprozesses zeigt;
6A ein Flussdiagramm ist, das einen Teil eines Entladesteuerungsprozesses, der durch die Lade-/Entladesteuereinheit auszuführen ist, zeigt;
6B ein Flussdiagramm ist, das den Rest des Entladesteuerungsprozesses zeigt;
7 ein Flussdiagramm ist, das einen Überlastdetektionsprozess zeigt;
8 ein Zeitdiagramm ist, das Änderungen einer Batteriespannung und eines Ladestroms der jeweiligen Blöcke während eines Ladens zeigt; und
9 ein Zeitdiagramm ist, das Änderungen einer Ausgangsspannung während eines Entladen zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform ist zum Zuführen von elektrischer Leistung zu einer elektrischen Arbeitsmaschine wie einem elektrischen Arbeitswerkzeug und einem elektrischen Grasschneider ausgebildet, die dazu ausgebildet ist, von einem Benutzer in der Hand gehalten zu werden.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist das Batteriepack 2 zwei Batterieblöcke (einen ersten Batterieblock 10 und einen zweiten Batterieblock 20) auf, die in einem Gehäuse 4 aus Kunstharz untergebracht sind. Der erste Block 10 weist eine Batterie 12 auf, während der zweite Block 20 eine Batterie 22 aufweist.
Jede der Batterien 12 und 22 kann eine größere Kapazität (beispielsweise 6 Ah) und ein größeres Gewicht und Volumen als eine Batterie aufweisen, die bei einer Verwendung an einem elektrischen Kraftwerkzeug angebracht wird. In diesem Fall kann das Gehäuse 4 derart ausgebildet sein, dass der Benutzer das Gehäuse 4 unter Verwendung eines Gürtels tragen kann.
Ein Hauptschalter (im Folgenden als Haupt-SW bezeichnet) 6 zum Ermöglichen einer Leistungszufuhr (Entladung) zu einer externen Vorrichtung durch ein Leistungsversorgungskabel 5 und ein Ladeverbinder 7 zum Empfangen einer DC-Spannung zum Laden von einem Ladeadapter 9 sind an einer Seitenwand (auf der Vorderseite in 1) des Gehäuses 4 vorgesehen.
Der Ladeverbinder 7 kann mit einer Kappe bedeckt sein, damit er wasserdicht ist. Der Ladeadapter 9, der mit dem Ladeverbinder 7 zu verbinden ist, kann wie in 3 gezeigt einen AC/DC-Wandler aufweisen, der zum Empfangen einer Leistungsversorgungsspannung (eines Wechselstroms) von einer kommerziellen Stromquelle über einen AC-Stecker 8, zum Umwandeln der Leistungsversorgungsspannung zu einer spezifizierten DC-Spannung (Gleichspannung) und zum Ausgeben der spezifizierten DC-Spannung ausgebildet ist.
Die Batterie 12 des ersten Blocks 10 und die Batterie 22 des zweiten Blocks 20 weisen jeweils eine Mehrzahl von Zellen 30 auf (siehe 4). In dem Gehäuse 4 sind die Zellen 30 des ersten Blocks 10 an einem Tragebauteil 14 befestigt, während die Zellen 30 des zweiten Blocks 20 an einem Tragebauteil 24 befestigt sind.
Zusätzlich zu den Batterien 12 und 22 nimmt das Gehäuse 4 eine Leiterplatte 40 auf, auf der Schaltungskomponenten zum Steuern eines Ladens und Entladens der jeweiligen Batterien 12 und 22 montiert sind.
Die Leiterplatte 40 ist eine gemeinsame Leiterplatte für eine Lade-/Entladeschaltung, die in den 3 und 4 gezeigt ist. In dem Gehäuse 4 ist die Leiterplatte 40 an dem Tragebauteil 14 des ersten Blocks 10 und dem Tragebauteil 24 des zweiten Blocks 20 befestigt, so dass sie die Batterien 12 und 22 abdeckt.
Auf einer den Batterien 12 und 22 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 40 ist bei einem spezifizierten Abstand von der Leiterplatte 40 eine (nicht gezeigte) Wärmesenke für eine Wärmeableitung angeordnet. Heizelemente wie ein FET und dergleichen, die auf der Leiterplatte 40 montiert sind, sind an der Wärmesenke befestigt; Wärme von den Heizelementen wird über die Wärmesenke abgeleitet.
Als Nächstes wird die Lade-/Entladeschaltung der Leiterplatte 40 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, sind eine erste Lade-/Entladeeinheit 16, die für die Batterie 12 des ersten Blocks 10 vorgesehen ist, eine zweite Lade-/Entladeeinheit 26, die für die Batterie 22 des zweiten Blocks 20 vorgesehen ist, ein DC/DC-Wandler 42, eine Schmelzsicherung 44, eine Leistungsversorgungseinheit 46 und eine Lade-/Entladesteuereinheit 48 als eine Lade-/Entladeschaltung auf der Leiterplatte 40 verbaut.
Die erste Lade-/Entladeeinheit 16 schaltet zwischen einem Laden und Entladen der Batterie 12 des ersten Blocks 10 und überwacht den Zustand der Batterie. Die zweite Lade-/Entladeeinheit 26 schaltet zwischen einem Laden und Entladen der Batterie 22 des zweiten Blocks 20 und überwacht den Zustand der Batterie. Die erste Lade-/Entladeeinheit 16 und die zweite Lade-/Entladeeinheit 26 sind über entsprechende Anschlüsse P1 bis P6 und Leiterbahnen auf der Leiterplatte 40 mit anderen Schaltungen verbunden.
Der Anschluss P1 ist ein Anschluss zum Eingeben einer Ladespannung zu der Batterie 12 oder der Batterie 22; der Anschluss P2 ist ein Anschluss zum Ausgeben einer Batteriespannung (einer Spannung zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode der Batterie 12 oder der Batterie 22) zu einem Ausgangsanschluss 50, mit dem das Leistungsversorgungskabel 5 verbunden ist; und der Anschluss P3 ist ein Anschluss, der über eine Sicherung 88 mit einer Masse der Leiterplatte 40 zu verbinden ist.
Der Anschluss P4 ist ein Anschluss zum Kommunizieren mit der Lade-/Entladesteuereinheit 48; der Anschluss P5 ist ein Anschluss zum Ausgeben eines Unterbrechungssignals zum Unterbrechen eines Ladepfads zu der Batterie 12 oder der Batterie 22; und der Anschluss P6 ist ein Anschluss zum Ausgeben einer Batteriespannung zu der Leistungsversorgungseinheit 46.
Die erste Lade-/Entladeeinheit 16 und die zweite Lade-/Entladeeinheit 26 weisen jeweils eine Konfiguration auf, die in 4 gezeigt ist. Im Folgenden wird die Konfiguration der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 beschrieben, die zweite Lade-/Entladeeinheit 26 weist jedoch dieselbe Konfiguration auf.
In der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 ist, wie in 4 gezeigt, die positive Elektrode der Batterie 12 über einen FET (im Folgenden als ein Lade-FET bezeichnet) 52 als einen Ladeschalter und eine Rückwärtsstromsperrdiode 54 mit dem Anschluss P1 verbunden.
Die Rückwärtsstromsperrdiode 54, deren Anode mit dem Anschluss P1 verbunden ist und deren Katode mit dem Lade-FET 52 verbunden ist, verhindert einen Stromfluss von der positiven Elektrode der Batterie 12 zu dem Anschluss P1.
Die positive Elektrode der Batterie 12 ist über einen FET (im Folgenden als ein Entlade-FET bezeichnet) 62 als einen Entladeschalter und einen FET (im Folgenden als ein Rückwärtsstrom-Sperr-FET bezeichnet) 64 zum Verhindern eines Rückwärtsstroms mit dem Anschluss P2 verbunden. Der Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 verhindert einen Stromfluss von dem Anschluss P2 zu der positiven Elektrode der Batterie 12 mittels einer parasitären Diode 65.
Eine Entladedetektionseinheit 66 ist mit beiden Enden der parasitären Diode 65 (das heißt, Drain und Source des Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64) verbunden. Wenn die Entladedetektionseinheit 66 basierend auf einem Spannungswert zwischen den beiden Enden der parasitären Diode 65 einen Entladestromfluss in einer Vorwärtsrichtung der parasitären Diode 65 detektiert, schaltet die Entladedetektionseinheit 66 den Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 ein.
Die positive Elektrode der Batterie 12 ist ebenfalls mit dem Anschluss P6 verbunden.
Die erste Lade-/Entladeeinheit 16 weist eine Batteriesteuereinheit 68 und eine Überspannungsschutzeinheit 70 auf. Die Batteriesteuereinheit 68 schaltet den Lade-FET 52 und den Entlade-FET 62 ein oder aus. Die Überspannungsschutzeinheit 70 überwacht während eines Ladens der Batterie 12 die jeweiligen Spannungen der Zellen 30 der Batterie 12 und stoppt ein Laden, wenn eine der Zellen 30 eine Überspannungsbedingung erreicht.
Die Batteriesteuereinheit 68 kommuniziert über den Anschluss P4 mit der Lade-/Entladesteuereinheit 48 und schaltet den Lade-FET 52 und den Entlade-FET 62 gemäß einem Befehl von der Lade-/Entladesteuereinheit 48 ein oder aus.
Jeweilige Spannungswerte an beiden Enden der Zellen 30 in der Batterie 12, ein Detektionssignal von einem Temperatursensor 72 zum Detektieren einer Batterietemperatur und ein Spannungswert (mit anderen Worten, ein Ladestromwert und ein Entladestromwert) an beiden Enden eines Widerstands 74, der in einem Lade- und Entladepfad der Batterie 12 vorgesehen ist, werden in die Batteriesteuereinheit 68 eingegeben.
Die Batteriesteuereinheit 68 gibt diese eingegebenen Daten über den Anschluss P4 zu der Lade-/Entladesteuereinheit 48 aus. Ferner überwacht die Batteriesteuereinheit 68 die verbleibende elektrische Energie der Batterie 12 auf der Basis eines Wertes eines während eines Ladens zu der Batterie 12 fließenden Ladestroms und eines Wertes eines während eines Entladens von der Batterie 12 abfließenden Entladestroms und gibt die Ergebnisse der Überwachung über den Anschluss P4 zu der Lade-/Entladesteuereinheit 48 aus.
Die Überspannungsschutzeinheit 70 empfängt die jeweiligen Spannungswerte an beiden Enden der Zellen 30 der Batterie 12. Wenn einer der Spannungswerte ein Überspannungswert wird, der größer ist als ein Wert in einem Normalzustand, gibt die Überspannungsschutzeinheit 70 über den Anschluss P5 ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen des Ladepfads zu der Batterie 12 aus.
Die Batteriesteuereinheit 68 und die Überspannungsschutzeinheit 70 weisen jeweilige integrierte Schaltungen (IC) mit den oben beschriebenen Funktionen auf.
Erneut Bezug nehmend auf 3 sind bei der Leiterplatte 40 der DC/DC-Wandler 42 und die Schmelzsicherung 44 in einem gemeinsamen Ladepfad der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 in Ladepfaden von dem Ladeverbinder 7 zu den jeweiligen Anschlüssen P1 der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 vorgesehen.
Der DC/DC-Wandler 42 erhöht eine DC-Spannung (z. B. DC 12 V), die von dem Ladeadapter 9 (einem AC/DC-Wandler oder dergleichen), der mit dem Ladeverbinder 7 verbunden ist, zugeführt wird, auf eine DC-Spannung (z. B. DC 42 V), die zum Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 benötigt wird. Die von dem DC/DC-Wandler 42 erzeugte DC-Spannung wird über die Schmelzsicherung 44 in die jeweiligen Anschlüsse P1 der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 eingegeben und als Ladespannung für die Batterien 12 und 22 verwendet.
Die Schmelzsicherung 44 weist einen Sicherungsabschnitt 44a, der in einem Ladepfad von dem DC/DC-Wandler 42 zu der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 vorgesehen ist, und einen Heizwiderstand 44b auf, der Wärme zum Schmelzen des Sicherungsabschnitts 44a erzeugt, wenn ein Strom durch diesen fließt.
Ein Ende des Heizwiderstands 44b ist mit dem Ladepfad verbunden, während das andere Ende des Heizwiderstands 44b über ein Schaltelement 82 mit der Masseleitung verbunden ist. Das Schaltelement 82 der vorliegenden Ausführungsform ist ein NPN-Bipolartransistor. Die jeweiligen Anschlüsse P5 der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 sind mit einem Steueranschluss (einer Basis) des Schaltelements 82 verbunden.
Dementsprechend wird, wenn die erste Lade-/Entladeeinheit 16 oder die zweite Lade-/Entladeeinheit 26 (genauer gesagt, die jeweiligen Überspannungsschutzeinheiten 70 derselben) über den entsprechenden Anschluss P5 ein Unterbrechungssignal (mit hohem Pegel) ausgibt, das Schaltelement 82 eingeschaltet. Dann schmilzt die Schmelzsicherung 44, und der Ladepfad zu der Batterie 12 und der Batterie 22 wird unterbrochen.
Eine von dem externen Ladeadapter 9 in den Ladeverbinder 7 eingegebene DC-Spannung, eine von dem Anschluss P6 der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 ausgegebene Batteriespannung und eine von dem Anschluss P6 der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 ausgegebene Batteriespannung werden über eine von Rückwärtsstromsperrdioden 84, 85 und 86 in die Leistungsversorgungseinheit 46 eingegeben.
Die Leistungsversorgungseinheit 46 erzeugt aus der eingegebenen DC-Spannung eine Leistungsversorgungsspannung (eine Gleichspannung) zum Antreiben der Lade-/Entladesteuereinheit 48, der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 und führt diesen Komponenten die erzeugte Leistungsversorgungsspannung zu.
Wenn eine DC-Spannung von dem externen Ladeadapter 9 in den Ladeverbinder 7 eingegeben wird (d. h. während eines Ladens der Batterie 12 und der Batterie 22), erzeugt die Leistungsversorgungseinheit 46 die Leistungsversorgungsspannung unter Verwendung der eingegebenen DC-Spannung; ansonsten erzeugt die Leistungsversorgungseinheit 46 die Leistungsversorgungsspannung unter Verwendung der von der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und/oder der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 zugeführten Batteriespannung.
Die Lade-/Entladesteuereinheit 48 weist eine MCU (Mikrosteuereinheit) auf und steuert ein Laden und Entladen der Batterie 12 in dem ersten Block 10 über die Batteriesteuereinheit 68 in der ersten Lade-/Entladeeinheit 16. Ferner steuert die Lade-/Entladesteuereinheit 48 ein Laden und Entladen der Batterie 22 in dem zweiten Block 20 über die Batteriesteuereinheit 68 in der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26. Während eines Ladens der Batterie 12 und der Batterie 22 aktiviert die Lade-/Entladesteuereinheit 48 den DC/DC-Wandler 42 zum Erzeugen einer hohen Spannung zum Laden.
Die Lade-/Entladesteuereinheit 48, die Batteriesteuereinheit 68 in der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und die Batteriesteuereinheit 68 in der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 befinden sich normalerweise in einem Energiesparzustand (Sleep-Zustand), um Energie zu sparen.
Wenn von dem externen Ladeadapter 9 eine DC-Spannung in den Ladeverbinder 7 eingegeben wird, oder wenn der Haupt-SW 6 durch eine externe Betätigung von einem Aus-Zustand zu einem Ein-Zustand geändert wird, wacht die Lade-/Entladesteuereinheit 48 auf und führt einen Ladesteuerungsprozess oder einen Entladesteuerungsprozess aus.
Die Batteriesteuereinheit 68 in der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 (dem ersten Block 10) und die Batteriesteuereinheit 68 in der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 (dem zweiten Block 20) werden gemäß einem Aktivierungsbefehl, der nach dem Aufwachen der Lade-/Entladesteuereinheit 48 von der Lade-/Entladesteuereinheit 48 übertragen wird, aktiviert.
Als Nächstes werden der Ladesteuerungsprozess und der Entladesteuerungsprozess, die von der Lade-/Entladesteuereinheit 48 ausgeführt werden, beschrieben.
Wie in den 5A und 5B gezeigt, führt die Lade-/Entladesteuereinheit 48 nach einem Aufwachen aufgrund einer Eingabe einer DC-Spannung von dem Ladeadapter 9 den Ladesteuerungsprozess aus.
In dem Ladesteuerungsprozess wird zuerst in S100 ein Aktivierungsbefehl zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 und der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 20 übertragen, so dass diese Batteriesteuereinheiten 68 aktiviert werden. In dem darauffolgenden S110 werden ein Batteriespannungswert der Batterie 12 und ein Batteriespannungswert der Batterie 22 jeweils von der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 und der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 10 erhalten, und der Prozess schreitet zu S120 fort.
In S120 wird auf der Basis der jeweiligen Batteriespannungswerte, die von den Batteriesteuereinheiten 68 erhalten werden, ein Block, der zuerst zu laden ist, aus dem ersten Block 10 und dem zweiten Block 20 ausgewählt. Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 nicht gleichzeitig geladen, sondern die Batterie 12 und die Batterie 22 werden abwechselnd geladen. Aus diesem Grund wird beispielsweise in S120 ein Block mit einem niedrigeren Batteriespannungswert als ein Ladeziel aus dem ersten Block 10 und dem zweiten Block 20 ausgewählt.
Anschließend wird in S130 ein Befehl zum Einschalten des Lade-FET 52 zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem Block, der in S120 als das Ladeziel ausgewählt wurde (im Folgenden als „ausgewählter Block” bezeichnet), übertragen, um so den Lade-FET 52 in dem ausgewählten Block einzuschalten.
In S140 wird der DC/DC-Wandler 42 zum Ausgeben einer Ladespannung von dem DC/DC-Wandler 42 aktiviert. Demzufolge wird ein Laden der Batterie in dem ausgewählten Block begonnen. Beim Laden der Batterie 12 oder der Batterie 22 führt die Lade-/Entladesteuereinheit 48 ein CC-CV-Laden (Gleichstrom-Gleichspannungs-Laden) der Batterie in dem ausgewählten Block durch Steuern der Ausgabe (Strom und Spannung) von dem DC/DC-Wandler 42 durch.
Nach dem Beginn des Ladens der Batterie in dem ausgewählten Block durch Aktivieren des DC/DC-Wandlers 42 in S140, wie vorher beschrieben, wird in S150 bestimmt, ob die Batterie in dem ausgewählten Block in einem vollständig geladenen Zustand ist.
Wenn die Batterie in dem ausgewählten Block nicht in dem vollständig geladenen Zustand ist, schreitet der Prozess zu S160 fort, in dem bestimmt wird, ob eine verbleibende elektrische Energie PA der Batterie in dem ausgewählten Block um einen spezifizierten Wert oder mehr größer ist als eine verbleibende elektrische Energie PB der Batterie in dem anderen Block, der nicht das Ladeziel ist (im Folgenden als „nicht ausgewählter Block” bezeichnet) (mit anderen Worten, ob ein Unterschied (PA – PB) der verbleibenden elektrischen Energie größer oder gleich dem spezifizierten Wert ist).
Die Bestimmung wird nicht auf der Basis einer absoluten elektrischen Energie, mit der jede der Batterien 12 und 22 geladen werden kann, vorgenommen, sondern auf der Basis einer relativen elektrischen Energie in Bezug auf 100% elektrische Energie, wenn jede der Batterien 12 und 22 vollständig geladen ist, was später in S200 beschrieben wird. Dies dient dem folgenden Zweck: Wenn detektiert wird, dass die verbleibende elektrische Energie der Batterie in dem ausgewählten Block, die durch ein Berechnungsverfahren für eine relative elektrische Energie berechnet wird, um einen spezifizierten Wert oder mehr größer wird als die verbleibende elektrischer Energie der Batterie in dem nicht ausgewählten Block, die durch das Berechnungsverfahren für eine relative elektrische Energie berechnet wird, wird das Ladeziel geändert, so dass die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 im Wesentlichen zur selben Zeit vollständig geladen werden und die Ladesteuerung abgeschlossen wird.
Wenn in S160 bestimmt wird, dass der Unterschied zwischen der relativen elektrischen Energie der Batterie in dem ausgewählten Block und der relativen elektrischen Energie der Batterie in dem nicht ausgewählten Block größer oder gleich dem spezifizierten Wert ist, schreitet der Prozess zu S170 fort; ansonsten kehrt der Prozess zu S150 zurück.
In S170 wird der Betrieb des DC/DC-Wandlers 42 gestoppt (dieser ausgeschaltet), so dass das Laden der Batterie in dem ausgewählten Block gestoppt wird. In dem darauffolgenden S180 wird das Ladeziel zu der Batterie in dem nicht ausgewählten Block, die nicht geladen wurde, geändert, und der Prozess schreitet erneut zu S140 fort.
Als Nächstes, wenn in S150 bestimmt wird, dass sich die Batterie in dem ausgewählten Block in einem vollständig geladenen Zustand befindet, schreitet der Prozess zu S190 fort, in dem bestimmt wird, ob sich die Batterie in dem nicht ausgewählten Block ebenfalls in einem vollständig geladenen Zustand befindet, zusätzlich zu der Batterie in dem ausgewählten Block.
Wenn sich die Batterie in dem ausgewählten Block und die Batterie in dem nicht ausgewählten Block beide in dem vollständig geladenen Zustand befinden, wird bestimmt, dass der aktuelle Ladevorgang abgeschlossen ist, und der Prozess schreitet zu S200 fort; wenn dagegen die Batterie in dem nicht ausgewählten Block nicht in dem vollständig geladenen Zustand ist, schreitet der Prozess zu S170 fort.
In S200 werden eine aktuelle Lademenge (mit anderen Worten, eine Lademenge in dem vollständig geladenen Zustand) der Batterie in dem ausgewählten Block und eine aktuelle Lademenge der Batterie in dem nicht ausgewählten Block für einen Vergleich der relativen elektrischen Energien in S160 gespeichert, und danach schreitet der Prozess zu S210 fort. Die Lademenge kann durch Sammeln (oder Hinzufügen) des Ladestromwerts während einer Zeitdauer von dem Beginn des Ladens ausgehend von einer bekannten elektrischen Energie (Lademenge) bis zum Erreichen des vollständig geladenen Zustands erhalten werden.
In S210 wird der Betrieb des DC/DC-Wandlers 42 gestoppt (dieser ausgeschaltet), so dass das Laden der Batterie in dem ausgewählten Block gestoppt wird.
In dem darauf folgenden S220 wird ein Befehl zum Ausschalten des Lade-FET 52 zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block übertragen, so dass der Lade-FET 52 in dem ausgewählten Block ausgeschaltet wird.
Schließlich wird in S230 ein Schaltbefehl zum Schalten zu einem Energiesparzustand zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 und der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 20 übertragen, so dass diese Batteriesteuereinheiten 68 in den Energiesparzustand versetzt werden, und danach wird der vorliegende Ladesteuerungsprozess abgeschlossen. Nach Abschluss des Ladesteuerungsprozesses wird die Lade-/Entladesteuereinheit 48 in den Sleep-Zustand versetzt.
Bei dem vorher beschriebenen Ladesteuerungsprozess werden die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 abwechselnd geladen. Ferner wird das Ladeziel geändert, wenn die relative elektrische Energie einer ausgewählten Batterie um einen spezifizierten Wert oder mehr größer wird als die relative elektrische Energie der anderen, nicht ausgewählten Batterie.
Demzufolge werden, wie in 8 gezeigt, die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 auf ausgeglichene Weise abwechselnd geladen und im Wesentlichen zur selben Zeit vollständig geladen, und das Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 wird abgeschlossen.
Wie in den 6A und 6B gezeigt, führt, wenn der Haupt-SW 6 von dem Aus-Zustand zu dem Ein-Zustand geändert wird und somit die Lade-/Entladesteuereinheit 48 aufwacht, die Lade-/Entladesteuereinheit 48 den Entladesteuerungsprozess aus.
In dem Entladesteuerungsprozess wird zuerst in S310 ein Aktivierungsbefehl zum Aktivieren der Batteriesteuereinheiten 68 zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 und der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 20 übertragen. In dem darauffolgenden S320 werden Batteriespannungswerte von den Batteriesteuereinheiten 68 erhalten.
Dann wird in S330 auf der Basis der in S320 von den Batteriesteuereinheiten 68 erhaltenen Batteriespannungswerte ein Block ausgewählt, der zuerst mit einem Entladen zu einer externen Last beginnen soll.
Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Leistungsversorgung (d. h. ein Entladen) einer externen Last ebenfalls abwechselnd von der Batterie 12 in dem ersten Block 10 und von der Batterie 22 in dem zweiten Block 20 durchgeführt, ähnlich wie beim Laden. Dazu wird in S330 einer von dem ersten Block 10 und dem zweiten Block 20, der beispielsweise einen höheren Batteriespannungswert aufweist, als eine Entladequelle ausgewählt.
In S340 wird ein Befehl zum Einschalten des Entlade-FET 62 zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block, der in S330 als die Entladequelle ausgewählt wurde, übertragen, um den Entlade-FET 62 in dem ausgewählten Block einzuschalten.
In S350 wird ein Überlastdetektionsprozess zum Detektieren einer Überlast, die an die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 aufgrund der Entladung zu der externen Last angelegt wird, gestartet.
Der Überlastdetektionsprozess ist ein Prozess zum Überwachen jeweiliger Lastzustände der Batterie 12 und der Batterie 22 durch Aktualisieren eines Überlastzählers, der der Batterie 12 entspricht, und eines Überlastzählers, der der Batterie 22 entspricht, auf der Basis eines Wertes eines Laststroms, der während der Ausführung des Entladesteuerungsprozesses von der Batterie 12 und der Batterie 22 zu der externen Last fließt. Dieser Prozess wird gemäß den in 7 gezeigten Schritten ausgeführt.
Genauer gesagt wird der Überlastdetektionsprozess abwechselnd in spezifizierten eingestellten Zeitintervallen für die Batterie 12 in dem ersten Block 10 und für die Batterie 22 in dem zweiten Block 20 ausgeführt. In dem Überlastdetektionsprozess wird zuerst in S510 ein Entladestromwert von der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 oder der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 20 erhalten, und in S520 wird bestimmt, ob der erhaltene Entladestromwert größer oder gleich einer vorher eingestellten Schwelle ist.
Wenn der Entladestromwert größer oder gleich der Schwelle ist, wird bestimmt, dass eine aktuell an die Batterie 12 oder die Batterie 22 angelegte Last groß ist, und der Überlastzähler, der der Batterie 12 oder der Batterie 22 entspricht, wird in S530 erhöht (+1).
Wenn der Entladestromwert kleiner als die Schwelle ist, wird das Entladen der Batterie 12 oder der Batterie 22 gestoppt oder lediglich mit einer kleinen Last durchgeführt, und der Überlastzähler, der der Batterie 12 oder der Batterie 22 entspricht, wird in S540 verringert (–1).
Dementsprechend werden jeder von einem Zählwert des Überlastzählers, der der Batterie 12 entspricht, und einem Zählwert des Überlastzählers, der der Batterie 22 entspricht, aktualisiert, so dass sie erhöht werden, wenn der Entladestrom zu der externen Last größer ist und eine Entladezeitdauer länger ist, während sie verringert werden, wenn ein Entladen gestoppt wird oder der Entladestrom kleiner ist.
Nach dem Start des Überlastdetektionsprozesses in S350 schreitet der Prozess zu S360 fort, in dem bestimmt wird, ob der Haupt-SW 6 durch eine externe Betätigung in den Aus-Zustand versetzt worden ist.
Wenn der Haupt-SW 6 in den Aus-Zustand versetzt worden ist, schreitet der Prozess zu S460 fort, während, wenn der Haupt-SW 6 nicht in den Aus-Zustand versetzt worden ist, der Prozess zu S370 fortschreitet, in dem bestimmt wird, ob ein Schutzbetrieb für die Batterie in dem ausgewählten Block notwendig ist.
Der Schutzbetrieb besteht aus einem Stopp einer Entladung, wenn sich eine Batterie als ein Schutzziel in einem überentladenen Zustand, einem Hochtemperaturzustand (überhitzten Zustand) oder einem Überlastzustand befindet.
In S370 wird ein Batteriespannungswert von der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block erhalten, und es wird bestimmt, dass sich die Batterie in dem ausgewählten Block in dem überentladenen Zustand befindet, wenn der erhaltene Batteriespannungswert kleiner oder gleich einem spezifizierten Wert ist.
Ferner wird in S370 eine Batterietemperatur von der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block erhalten, und es wird bestimmt, dass sich die Batterie in dem ausgewählten Block in dem Hochtemperaturzustand (überhitzten Zustand) befindet, wenn die Batterietemperatur größer oder gleich einer spezifizierten Temperatur ist.
Ferner wird in S370 der Zählwert des der Batterie in dem ausgewählten Block entsprechenden Überlastzählers der in dem in S350 gestarteten Überlastdetektionsprozess zu aktualisierenden Überlastzähler gelesen. Wenn der gelesene Zählwert größer oder gleich einem spezifizierten Überlastbestimmungswert ist, wird bestimmt, dass sich die Batterie in dem ausgewählten Block in dem Überlastzustand befindet.
Wie vorher beschrieben, schreitet, wenn in S370 bestimmt wird, dass sich die Batterie in dem ausgewählten Block in dem überentladenen Zustand, dem Hochtemperaturzustand (überhitzten Zustand) oder dem Überlastzustand befindet und dass ein Schutzbetrieb für die Batterie notwendig ist, der Prozess zu S440 fort; ansonsten schreitet der Prozess, wenn bestimmt wird, dass ein Schutzbetrieb nicht notwendig ist, zu S380 fort.
In S380 wird bestimmt, ob sich die externe Last in einem stabilen Betriebszustand befindet, und somit wird bestimmt, ob die Entladequelle geändert werden kann. Genauer kann beispielsweise, wenn sich ein Motor als die externe Last in einem Beschleunigungszustand oder einem Hochlastzustand befindet, eine Änderung der Entladequelle von dem ausgewählten Block zu dem nicht ausgewählten Block eine Änderung in Bezug auf die der externen Last zugeführte Leistung bewirken und sich so auf den Betrieb der externen Last auswirken.
In S380 wird daher auf der Basis einer Amplitude des Entladestroms von der Batterie in dem ausgewählten Block und von Änderungen der Batteriespannung der Batterie in dem ausgewählten Block bestimmt, ob sich die externe Last in einem Übergangsbetriebszustand oder einem Hochlastbetriebszustand befindet; ferner wird bestimmt, dass die Entladequelle geändert werden kann, wenn sich die externe Last nicht in dem Übergangsbetriebszustand oder dem Hochlastbetriebszustand befindet.
Wenn in S380 bestimmt wird, dass sich die externe Last in dem Übergangsbetriebszustand oder dem Hochlastbetriebszustand befindet, und somit die Entladequelle nicht geändert werden kann, schreitet der Prozess erneut zu S370 fort, während bei einer Bestimmung in S380, dass die Entladequelle geändert werden kann, der Prozess zu S390 fortschreitet.
In S390 wird eine verbleibende elektrische Energie PC der Batterie in dem ausgewählten Block berechnet. In dem darauf folgenden S400 wird bestimmt, ob die verbleibende elektrische Energie PC um einen spezifizierten Wert oder mehr kleiner als eine verbleibende elektrische Energie PD der Batterie in dem nicht ausgewählten Block ist (mit anderen Worten, ob ein Unterschied zwischen den zwei verbleibenden elektrischen Energien (PD – PC) größer oder gleich dem spezifizierten Wert ist).
Für die zuvor erwähnte Bestimmung werden absolute elektrische Energien, die von den jeweiligen Batterien 12 und 22 entladen werden können, verwendet. Dies dient dazu, zu ermöglichen, dass der externen Last von den Batterien 12 und 22 im Wesentlichen dieselbe elektrische Energie zugeführt werden kann, und zum Erhalten eines stabilen Antriebs der externen Last durch eine Änderung der Entladequelle.
Wenn in S400 bestimmt wird, dass der Unterschied zwischen der absoluten elektrischen Energie der Batterie 12 und der absoluten elektrischen Energie der Batterie 22 größer oder gleich dem spezifizierten Wert wird, schreitet der Prozess zu S410 fort, in dem die Entladequelle von dem ausgewählten Block zu dem nicht ausgewählten Block geändert wird. Danach schreitet der Prozess zu S360 fort.
Die Änderung der Entladequelle in S410 wird in den folgenden Schritten durchgeführt: zuerst wird der Entlade-FET 62 in dem nicht ausgewählten Block zu dem Ein-Zustand geändert, und wenn die Entladung von dem nicht ausgewählten Block nach einer spezifizierten Zeitdauer stabil geworden ist, wird der Entlade-FET 62 in dem ausgewählten Block zu dem Aus-Zustand geändert.
In dem Moment, in dem der Entlade-FET 62 in dem nicht ausgewählten Block zu dem Ein-Zustand geändert wird, befindet sich der Entlade-FET 62 in dem ausgewählten Block ebenfalls in dem Ein-Zustand. Daher kann aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen der Batterie in dem ausgewählten Block und der Batterie in dem nicht ausgewählten Block ein Stromfluss von einem der Blöcke zu dem anderen auftreten. Da jedoch eine Zeitdauer, während der beide Entlade-FET 62 in dem Ein-Zustand sind, relativ kurz ist, kann die Entladequelle geändert werden, ohne die Batterien in diesen Blöcken zu verschlechtern. Die vorher erwähnten Schritte sollen verhindern, dass durch das Ändern der Entladequelle eine momentane Unterbrechung oder Instabilität der Leistungsversorgung der externen Last bewirkt wird.
Wenn in S400 bestimmt wird, dass der Unterschied zwischen der absoluten elektrischen Energie der Batterie 12 und der absoluten elektrischen Energie der Batterie 22 nicht größer oder gleich dem spezifizierten Wert ist, schreitet der Prozess zu S420 fort, in dem ein Leerlaufspannungswert der Batterie in dem ausgewählten Block bestimmt wird.
Genauer werden von der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block ein Batteriespannungswert und ein Entladestromwert erhalten, und ein Leerlaufspannungswert der entsprechenden Batterie wird unter Verwendung einer voreingestellten Berechnungsformel bestimmt: „Batteriespannungswert + Entladestromwert × Koeffizient F1 + Koeffizient F2”.
Der Faktor F2 ist ein Offset-Wert, der bewirkt, dass der bestimmte Leerlaufspannungswert um eine spezifizierte Offset-Spannung (z. B. einen Wert, der kleiner als 1 V ist) größer als ein tatsächlicher Leerlaufspannungswert ist.
In dem darauf folgenden S430 wird von der Batteriesteuereinheit 68 in dem nicht ausgewählten Block ein Batteriespannungswert (d. h. ein Leerlaufspannungswert) erhalten, und es wird bestimmt, ob der in S420 bestimmte Leerlaufspannungswert der Batterie in dem ausgewählten Block kleiner als der Leerlaufspannungswert der Batterie in dem nicht ausgewählten Block ist.
Wenn in S430 nicht bestimmt wird, dass der Leerlaufspannungswert der Batterie in dem ausgewählten Block kleiner als der Leerlaufspannungswert der Batterie in dem nicht ausgewählten Block ist, schreitet der Prozess erneut zu S370 fort. Wenn andererseits in S430 bestimmt wird, dass der Leerlaufspannungswert der Batterie in dem ausgewählten Block kleiner als der Leerlaufspannungswert der Batterie in dem nicht ausgewählten Block ist, schreitet der Prozess zu S410 fort, in dem die Entladequelle geändert wird.
Dies liegt daran, dass, wie in 9 gezeigt, wenn die verbleibenden elektrischen Energien der Batterien 12 und 22 gering sind, die Ausgangsspannung von dem Batteriepack 2 rapide abnimmt und eine Änderung der Entladequelle unter solchen Bedingungen zu einer signifikanten Änderung der Ausgangsspannung des Batteriepacks 2 führen wird.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Unterschied der Leerlaufspannung in Bezug auf die Batterie 12 und die Batterie 22 durch die Prozesse in S420 und S430 überwacht, und die Entladequelle wird derart geändert, dass der Unterschied nicht signifikant wird, so dass eine signifikante Änderung der Ausgangsspannung des Batteriepacks 2 verhindert wird und die externe Last stabil angetrieben werden kann.
In S440, der dem Prozess entspricht, der auszuführen ist, wenn in S370 bestimmt wird, dass ein Schutzbetrieb notwendig ist, wird bestimmt, ob ein Entladen von dem nicht ausgewählten Block möglich ist.
Wenn ein Entladen von dem nicht ausgewählten Block möglich ist, schreitet der Prozess zu S410 fort, in dem die Entladequelle geändert wird. Danach schreitet der Prozess erneut zu S370 fort. Wenn ein Entladen von dem nicht ausgewählten Block nicht möglich ist, schreitet der Prozess zu S450 fort, in dem ein Befehl zum Ausschalten des Entlade-FET 62 zu der Batteriesteuereinheit 68 in dem ausgewählten Block übertragen wird, so dass der Entlade-FET 62 ausgeschaltet wird. Danach schreitet der Prozess zu S460 fort.
In S460 werden der Entlade-FET 62 in dem ersten Block 10 und der Entlade-FET 62 in dem zweiten Block 20 ausgeschaltet, so dass die Entladung von der Batterie 12 und der Batterie 22 zu der externen Last gestoppt wird. In dem darauf folgenden S470 wird ein Schaltbefehl zum Schalten zu dem Energiesparzustand m der Batteriesteuereinheit 68 in dem ersten Block 10 und der Batteriesteuereinheit 68 in dem zweiten Block 20 übertragen, so dass die Batteriesteuereinheiten 68 in den Energiesparzustand gebracht werden. Danach wird der vorliegende Entladesteuerungsprozess beendet. Nach der Beendigung des Entladesteuerungsprozesses wird die Lade-/Entladesteuereinheit 48 in den Energiesparzustand versetzt.
In dem zuvor beschriebenen Entladesteuerungsprozess wird die Entladung (Leistungszufuhr) zu der externen Last, die mit dem Ausgangsanschluss 50 verbunden ist, durchgeführt, während die Entladequelle abwechselnd zwischen der Batterie 12 in dem ersten Block 10 und der Batterie 22 in dem zweiten Block 20 geändert wird. Ferner wird die Änderung der Entladequelle zu der Zeit durchgeführt, zu der die verbleibende elektrische Energie (die absolute elektrische Energie) der Batterie während des Entladens um einen spezifizierten Wert oder mehr kleiner wird als die verbleibende elektrische Energie (die absolute elektrische Energie) der anderen Batterie. Dementsprechend wird, wie in 9 gezeigt, die Änderung der Entladequelle die von dem Batteriepack 2 zu der externen Last ausgegebene Spannung nicht signifikant andern; somit kann eine stabile Zufuhr der Leistungsversorgungsspannung zu der externen Last erzielt werden.
Wie vorher beschrieben, weist das Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform den ersten Block 10 und den zweiten Block 20 auf; dabei weist der erste Block 10 die Batterie 12 auf, während der zweite Block 20 die Batterie 22 aufweist.
Das Laden der Batterien 12 und 22 wird für jeden Block durchgeführt, indem der Lade-FET 52, der in dem Ladepfad der Batterie 12 vorgesehen ist, und der Lade-FET 52, der in dem Ladepfad der Batterie 22 vorgesehen ist, abwechselnd angesteuert werden. Eine Entladung der Batterien 12 und 22 wird für jeden Block durchgeführt, indem der Entlade-FET 62, der in dem Entladepfad der Batterie 12 vorgesehen ist, und der Entlade-FET 62, der in dem Entladepfad der Batterie 22 vorgesehen ist, abwechselnd angesteuert werden.
Eine Rückwärtsstromsperrdiode 54 und ein Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 sind jeweils in dem Ladepfad und in dem Entladepfad jeder der Batterien 12 und 22 vorgesehen.
Gemäß dem Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform kann daher das gleichzeitige Laden oder Entladen der Batterie 12 und der Batterie 22 verhindert werden, und ein Stromfluss von dem Block mit einer höheren Batteriespannung zu dem Block mit einer niedrigeren Batteriespannung während eines Ladens oder Entladens kann verhindert werden.
Ferner ist es, da die Batterie 12 und die Batterie 22 während eines Entladens nicht parallel geschaltet sind oder die Batterie 12 und die Batterie 22 zum Zeitpunkt einer Änderung der Entladequelle lediglich für einen Moment parallel geschaltet werden, möglich, zu verhindern, dass solch eine Parallelschaltung den Innenwiderstand des gesamten Batteriepacks 2 verringert, wodurch die zu der externen Last ausgegebene Spannung erhöht und die externe Last verschlechtert würde.
Zum Zeitpunkt eines Ladens wird, wenn die verbleibende elektrische Energie (die relative elektrische Energie) in der Batterie während eines Ladens um einen spezifizierten Wert oder mehr größer wird als die der anderen Batterie, das Ladeziel geändert. Dementsprechend ist es, wie beispielsweise in 8 gezeigt ist, beim Laden der Batterien 12 und 22 möglich, die Batterien 12 und 22 abwechselnd auf eine ausgeglichene Weise zu laden, so dass die Batterien 12 und 22 im Wesentlichen zur selben Zeit vollständig geladen werden.
Beim Ändern des Ladeziels wird zuerst der Betrieb des DC/DC-Wandlers 42 gestoppt; daher ist es möglich, das Auftreten einer hohen Spannung auf einer Ausgangsseite des DC/DC-Wandlers 42 aufgrund einer Unterbrechung eines Ausgabepfades des Ladestroms während des Betriebs des DC/DC-Wandlers 42 zu verhindern.
Beim Entladen zu der externen Last wird, wenn die verbleibende elektrische Energie (die absolute elektrische Energie) der Batterie während eines Entladens um einen spezifizierten Wert oder mehr kleiner wird als die der anderen Batterie, die Entladequelle geändert. Dementsprechend ist es, wie beispielweise in 9 gezeigt ist, beim Entladen zu der externen Last möglich, die Batterien 12 und 22 auf eine ausgeglichene Weise abwechselnd zu entladen, so dass die Entladung der Batterien 12 und 22 im Wesentlichen zur selben Zeit beendet wird.
Beim Entladen wird ein Leerlaufspannungswert der Batterie während eines Entladens bestimmt, und wenn der bestimmte Leerlaufspannungswert um einen spezifizierten Wert oder mehr kleiner wird als der Leerlaufspannungswert der anderen Batterie, wird die Entladequelle ebenfalls geändert. Dementsprechend ist es möglich, eine signifikante Änderung der von dem Batteriepack 2 ausgegebenen Spannung, wenn die verbleibende elektrische Energie einer der Batterien 12 und 22 gering ist, zu verhindern und weiterhin die externe Last stabil anzutreiben.
Beim Ändern der Entladequelle wird der Ein-Zustand des Entlade-FET 62 der Batterie während eines Entladens beibehalten, und der Entlade-FET 62 der anderen Batterie wird zu dem Ein-Zustand geändert, und dann wird der Entlade-FET 62 der Batterie, die bis dahin entladen wurde, zu dem Aus-Zustand geändert. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten eines vorübergehenden Stopps (einer sogenannten momentanen Unterbrechung) einer Leistungsversorgung der externen Last aufgrund einer gleichzeitigen Unterbrechung des Entladepfads von der Batterie 12 und des Entladepfads von der Batterie 22 beim Ändern der Entladequelle zu verhindern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Zustände der Batterien 12 und 22 durch die Batteriesteuereinheit 68, die in dem ersten Block 10 vorgesehen ist, und die Batteriesteuereinheit 68, die in dem zweiten Block 20 vorgesehen ist, überwacht. Wenn die Batterie, die als die Entladequelle dient, in einem überentladenen Zustand, einem Hochtemperaturzustand (einem überhitzten Zustand) oder einem Überlastzustand ist, wird eine Entladung der Batterie verhindert. Somit ist es möglich, die Batterien 12 und 22 vor diesen fehlerhaften Zuständen zu schützen und die Sicherheit des Batteriepacks 200 zu verbessern.
Ferner wird beim Entladen der Batterie zu der externen Last auf der Basis des Betrags des Entladestroms von der Batterie während eines Entladens und von Änderungen der Batteriespannung bestimmt, ob sich die externe Last in dem Übergangsbetriebszustand oder in dem Hochlastbetriebszustand befindet, und falls sich die externe Last in dem Übergangsbetriebszustand oder in dem Hochlastbetriebszustand befindet, wird verhindert, dass die zur Entladung zu verwendende Batterie geändert wird. Dementsprechend ist es möglich, eine instabile Leistungsversorgung der externen Last zu verhindern, die sich auf den Betrieb der externen Last auswirken kann, wenn sich die externe Last in dem Übergangsbetriebszustand oder in dem Hochlastbetriebszustand befindet, indem die zu entladende Batterie geändert wird.
Ferner weist das Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform den DC/DC-Wandler 42 auf, der eine DC-Spannung, die von dem externen Ladeadapter 9, einschließlich des AC/DC-Wandlers, zugeführt wird, zu einer DC-Spannung, die zum Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 benötigt wird, umwandelt (bei der vorliegenden Ausführungsform eine Erhöhung der Spannung). Gemäß dem Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform ist es daher möglich, die Batterie 12 und die Batterie 22 unter Verwendung des Ladeadapters 9 zu laden, der eine Ausgangsspannung mit einem Spannungswert aufweist, der sich von einem zum Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 benötigten Spannungswert unterscheidet.
Ferner ist es, da der Ladepfad von dem DC/DC-Wandler 42 zu der Batterie 12 und der Batterie 22 verkürzt ist, möglich, einen Spannungsabfall (Leistungsverlust), der in dem Ladepfad auftritt, zu verringern, so dass ein stabiles und effizientes Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 erhalten wird.
Darüber hinaus kann, da die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 42 auf eine Spannung eingestellt werden kann, die zum Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 benötigt wird, ohne dass die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 42 geändert werden muss, damit mehrere Batterien mit unterschiedlichen Spannungen geladen werden können, eine vereinfachte Schaltkonfiguration erhalten werden.
Die Schmelzsicherung 44 ist in einem gemeinsamen Ladepfad beider Batterien 12 und 22 in den jeweiligen Ladepfaden von dem DC/DC-Wandler 42 zu den Batterien 12 und 22 vorgesehen. Wenn die Überspannungsschutzeinheit 70, die für jede der Batterien 12 und 22 vorgesehen ist, eine fehlerhafte Batteriespannung detektiert, fließt ein Strom durch die Schmelzsicherung 44 und bewirkt, dass die Schmelzsicherung 44 den Ladepfad unterbricht.
Gemäß dem Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform ist es daher möglich, die Batterien 12 und 22 über die Schmelzsicherung 44 vor einer Überspannung zu schützen. Ferner kann, da die Schmelzsicherung 44 die jeweiligen Ladepfade zu den Batterien 12 und 22 zusammen unterbrechen kann, eine verbesserte Sicherheit des Batteriepacks 2 erhalten werden. Ferner kann, da die Schmelzsicherung 44 in dem gemeinsamen Ladepfad der Batterien 12 und 22 vorgesehen ist, eine vereinfachte Konfiguration im Vergleich zu dem Fall, in dem die Schmelzsicherung 44 für jede der Batterien 12 und 22 vorgesehen ist, erhalten werden.
Die Batteriesteuereinheit 68 ist separat von der Überspannungsschutzeinheit 70 für jede der Batterien 12 und 22 vorgesehen, so dass zwischen einem Laden und Entladen jeder der Batterien 12 und 22 umgeschaltet werden kann und der Zustand der Batterie überwacht wird.
Die Lade-/Entladesteuerung 48, die von den Batterien 12 und 22 gemeinsam verwendet wird, steuert ein Laden und Entladen jeder der Batterien 12 und 22 über die Batteriesteuereinheit 68 der ersten Lade-/Entladeeinheit 16 und die Batteriesteuereinheit 68 der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26, und somit kann sie ein ordnungsgemäßes Laden und Entladen jeder der Batterien 12 und 22 durchführen.
Alle Schaltungen, einschließlich des DC/DC-Wandlers 42, der ersten Lade-/Entladeeinheit 16, der zweiten Lade-/Entladeeinheit 26 und der Lade-/Entladesteuereinheit 48 in dem Batteriepack 2 sind auf der einzigen Leiterplatte 40 verbaut. Dementsprechend ermöglicht das Batteriepack 2 der vorliegenden Ausführungsform ein einfaches Unterbringen der verschiedenen Schaltungen in dem Gehäuse des Batteriepacks 2, was eine gesteigerte Effizienz beim Zusammenbau des Batteriepacks 2 ermöglicht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform entsprechen der Lade-FET 52 und der Entlade-FET 62, die in jeder Lade-/Entladeeinheit 16 und 26 in jedem der Blöcke 10 und 20 vorgesehen sind, einem Beispiel für eine Leitungs-/Unterbrechungseinheit der vorliegenden Offenbarung; die Batterie der Steuereinheit 68 entspricht einem Beispiel für eine Zustandsdetektionseinheit der vorliegenden Offenbarung; und die Lade-/Entladesteuereinheit 48 entspricht einem Beispiel für eine Steuereinheit der vorliegenden Offenbarung.
Auch wenn im Vorhergehenden eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorher beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
Beispielsweise ist bei der vorher beschriebenen Ausführungsform der Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 in Reihe mit dem Entlade-FET 62 vorgesehen, und die parasitäre Diode 65 des Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 verhindert einen Stromfluss von dem Anschluss P2 zu der positiven Elektrode der Batterie 12 oder 22.
Anstelle des Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 kann jedoch ein Gleichrichterelement (z. B. eine Diode) vorgesehen sein, so dass eine Stromrichtung eines Entladestroms zu der externen Last eine Vorwärtsrichtung derselben ist. In diesem Fall kann ein Schaltelement wie ein FET parallel zu dem Gleichrichterelement geschaltet sein, und das Schaltelement kann durch die Entladedetektionseinheit 66 eingeschaltet werden, wenn ein Entladestrom fließt.
Mit solch einer Konfiguration ist es möglich, zu verhindern, dass in dem Gleichrichterelement (der parasitären Diode 65 bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform) ein großes Strom fließt, indem das Schaltelement durch die Entladedetektionseinheit 66 eingeschaltet wird, ähnlich wie bei der Verwendung des Rückwärtsstrom-Sperr-FET 64 bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, um das Gleichrichterelement (die parasitäre Diode 65) vor dem Entladestrom zu schützen.
Ferner zählt bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Überlastzähler gemäß dem Entladestrom hoch/herunter, so dass der Überlastzustand jeder der Batterien 12 und 22 in den jeweiligen Blöcken 10 und 20 detektiert wird. Der Überlastzähler kann jedoch beispielsweise zum Hochzählen (erhöht werden), wenn der Entladestrom größer oder gleich einer Schwelle ist, und gelöscht werden, wenn die Entladung von dem Batteriepack 2 zu der externen Last abgeschlossen ist, ausgebildet sein.
Ferner weist bei der vorher beschriebenen Ausführungsform das Batteriepack 2 den Block 10 mit der Batterie 12 und den Block 20 mit der Batterie 22 auf und ist zum Durchführen eines Ladens und Entladens über die Lade-/Entladeeinheiten 16 und 26 der jeweiligen Blöcke 10 und 20 ausgebildet. Das Batteriepack 2 kann drei oder mehr Blöcke aufweisen. Für den Fall, dass das Batteriepack zwei, drei oder mehr Blöcke aufweist, können drei oder mehr Lade-/Entladeeinheiten vorgesehen sein.
Darüber hinaus wird bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ein abwechselndes Laden der Batterie 12 und der Batterie 22 durchgeführt, und es wird ein abwechselndes Entladen der Batterie 12 und der Batterie 22 durchgeführt. Es kann jedoch ein gleichzeitiges Laden und/oder ein gleichzeitiges Entladen des ersten Blocks 10 und des zweiten Blocks 20 durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-38816 [0002]

Claims

Batteriepack (2), mit: einer Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20), die jeweils eine Batterie (12, 22) aufweisen; einer Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten (52, 62), die jeweils einem der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) entsprechen, selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einem Unterbrechungszustand einstellbar sind und zwischen einer externen Vorrichtung (9), die mit dem Batteriepack (2) zu verbinden ist, und dem entsprechenden Batterieblock (10, 20) vorgesehen sind; und einer Steuereinheit (48), die zum Auswählen eines elektrisch mit der externen Vorrichtung (9) zu verbindenden Batterieblocks (10, 20) der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) auf der Basis von Detektionsresultaten, die von einer Zustandsdetektionseinheit (68) erhalten werden, und zum Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand ausgebildet ist, wobei die Zustandsdetektionseinheit (68) zum Detektieren eines Zustands jedes der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) ausgebildet ist.
Batteriepack (2) nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (48) ferner derart ausgebildet ist, dass, wenn ein Unterschied zwischen einer verbleibenden elektrischen Energie des ausgewählten Batterieblocks (10, 20) und einer verbleibenden elektrischen Energie mindestens eines anderen Batterieblocks (10, 20) der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) größer oder gleich einem spezifizierten Wert wird, nachdem die externe Vorrichtung (9) und der ausgewählte Batterieblock (10, 20) elektrisch verbunden wurden, die Steuereinheit (48) die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Unterbrechungszustand einstellt und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand einstellt.
Batteriepack (2) nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, beim Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, sofern kein Laden oder Entladen des mindestens einen anderen Batteriepacks (10, 20) möglich ist.
Batteriepack (2) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, beim Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand einzustellen, während die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt bleibt, und anschließend die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Unterbrechungszustand einzustellen.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, eine Leerlaufspannung des ausgewählten Batterieblocks (10, 20) auf der Basis einer Ausgangsspannung und eines Entladestroms des ausgewählten Batterieblocks (10, 20) zu bestimmen und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Unterbrechungszustand einzustellen und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand einzustellen, wenn die bestimmte Leerlaufspannung niedriger als eine Leerlaufspannung des mindestens einen anderen Batterieblocks (10, 20) ist.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, wenn ein Stromwert eines Entladestroms von dem Batteriepack (2) zu der externen Vorrichtung und eine Variation einer Ausgangsspannung von dem Batteriepack (2) zu der externen Vorrichtung größer oder gleich jeweiligen Schwellen sind.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner mit: einer Lastzustandsüberwachungseinheit, die eine Mehrzahl von Überlastzählern aufweist, die jeweils einem der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) entsprechen und zum Überwachen eines Lastzustands jedes der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20), indem jeder der Mehrzahl von Überlastzählern gemäß einem Entladestrom, der von jedem der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) fließt, erhöht wird, ausgebildet sind, wobei die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, wenn der Überlastzähler, der dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, einen Überlastzählwert erreicht hat, zu verhindern, dass die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand eingestellt wird, wobei der Überlastzählwert einen Überlastzustand des entsprechenden Batterieblocks (10, 20) angibt.
Batteriepack (2) nach Anspruch 7, bei dem die Steuereinheit (48) ferner dazu ausgebildet ist, wenn der Überlastzähler, der dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, den Überlastzählwert erreicht hat, die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Unterbrechungszustand einzustellen und die Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62), die dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand einzustellen, wenn der Überlastzähler, der dem mindestens einen anderen Batterieblock (10, 20) entspricht, einen Entladeermöglichungszählwert angibt, wobei der Entladeermöglichungszählwert angibt, dass der entsprechende Batterieblock (10, 20) entladen werden kann.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit: einer Mehrzahl von Gruppen aus einem Gleichrichterelement (65) und einem Schaltelement (64), die parallel geschaltet sind, wobei jede Gruppe einer der Mehrzahl der Leitungs-/Unterbrechungseinheiten (62) entspricht, jedes Gleichrichterelement (65) in Bezug auf die entsprechende Leitungs-/Unterbrechungseinheit (62) in Reihe vorgesehen ist, so dass eine Richtung eines Entladestroms zu der externen Vorrichtung eine Vorwärtsrichtung des Gleichrichterelements (65) ist, und jedes Schaltelement (64) dazu ausgebildet ist, selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einem Unterbrechungszustand eingestellt zu werden; und einer Mehrzahl von Entladedetektionseinheiten (66), die jeweils einer der Mehrzahl von Gruppen entsprechen und zum Einstellen des Schaltelements (64) der entsprechenden Gruppe auf den Leitungszustand, wenn der Entladestrom durch das Gleichrichterelement (65) der entsprechenden Gruppe fließt, ausgebildet sind.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die externe Vorrichtung ein Ladegerät (9) oder eine elektrische Arbeitsmaschine aufweist.
Batteriepack (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die externe Vorrichtung (9) ein Ladegerät (9) aufweist, das zum Zuführen eines ersten Gleichstroms zu dem Batteriepack (2) ausgebildet ist, und bei dem das Batteriepack (2) ferner einen DC/DC-Wandler (42) aufweist, der zum Umwandeln des ersten Gleichstroms zu einem zweiten Gleichstrom, der zum Laden der Batterie (12, 22) in jedem der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) benötigt wird, ausgebildet ist.
Batteriepack (2) nach Anspruch 11, ferner mit einer Unterbrechungseinheit (44) für einen gemeinsamen Pfad, die zum Unterbrechen eines gemeinsamen Strompfads ausgebildet ist, wobei der gemeinsame Strompfad derart ausgebildet ist, dass Ströme, die von dem DC/DC-Wandler (42) zu den jeweiligen der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) fließen, gemeinsam durch denselben fließen, und zwischen dem DC/DC-Wandler (42) und der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) vorgesehen ist.
Batteriepack (2) nach Anspruch 11 oder 12, ferner mit einer Leiterplatte (40), auf der die Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20), die Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten (52, 62), die Steuereinheit (48) und der DC/DC-Wandler (42) montiert sind.
Verfahren zum Steuern eines Batteriepacks (2), das mit einer Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) versehen ist, mit folgenden Schritten: Vorsehen einer Mehrzahl von Leitungs-/Unterbrechungseinheiten (52, 62), die jeweils einem der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) entsprechen, selektiv auf einen von einem Leitungszustand und einem Unterbrechungszustand einstellbar sind und zwischen einer externen Vorrichtung (9), die mit dem Batteriepack (2) zu verbinden ist, und dem entsprechenden Batterieblock (10, 20) vorgesehen sind; Detektieren jeweiliger Zustände der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20); Auswählen eines Batterieblocks (10, 20), der elektrisch mit der externen Vorrichtung (9) zu verbinden ist, aus der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20) auf der Basis von Detektionsresultaten der jeweiligen Zustände der Mehrzahl von Batterieblöcken (10, 20); und Einstellen der Leitungs-/Unterbrechungseinheit (52, 62), die dem ausgewählten Batterieblock (10, 20) entspricht, auf den Leitungszustand.