JP2000184615A - バックアップ用電源に用いる電池管理装置及び電池パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無停電電源装置の充電制御においては電池に
対し永久に微小電流充電が継続されるため電池が過充電
状態で待機することになり、電池の劣化を促進して寿命
が短くなってしまうという課題があった。 【解決手段】 本発明の電池管理装置１は、停電等の非
常時に備える組電池２を用いたバックアップ用電源に内
蔵され、充電制御スイッチ手段１１と、電池電圧検出手
段１３と、電池温度検出手段１４と、各種制御を行う情
報処理部１５と、情報処理部１５と電池管理装置外部間
での情報の送受信を行う通信送受信部１６とを備えるこ
とで、電池容量を的確に管理でき、電池の劣化を防止す
ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバックアップ用電源
の電池管理装置に係わり、特にバックアップ用電源の充
電制御方法と劣化判定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、バックアップ用途の電源は突然発
生する停電時のシステムシャットダウン防止やシャット
ダウンによる重要データの損失を避けるべく需要が増え
てきている。以前からは身近なところでは非常灯やUPS
(無停電電源装置)に内蔵され非常時に備えている。

【０００３】言うまでもなく、バックアップ用電源の役
割は非常時(停電時)の電源のバックアップであるから、
通常は満充電状態で待機していなければならない。ま
た、非常時に内蔵の電池が劣化していたのでは期待する
バックアップ時間を満たせなくなるので電池の劣化状態
にも目を配る必要がある。そこで、従来の技術では満充
電状態で待機するために、本体機器から電池へ微小電流
(トリクル電流)が常時供給され充電が行われていた。

【０００４】図２は従来のバックアップ用電源の電池パ
ックのブロック図である。この電池パックは電池パック
正極端子３１と電池パック負極端子３２とから成る端子
群３４と、電流ヒューズまたはサーマルプロテクターな
どの安全部品を有する組電池２とからなり、端子群３４
を本体機器に接続することで充電が開始される。

【０００５】図３に従来のバックアップ用電源パックの
充電制御特性を示す。この図に示すように、電池電圧が
満充電状態となった後においても、満充電状態を維持す
るために本体機器から電池へ微少電流を常時供給してい
る。

【０００６】また、電池の劣化判定については、電池の
劣化が進行すると内部抵抗が上昇することに着目し、充
電中の電池電圧がある規定電圧(固定値)を超えたとき劣
化検出する手法が用いられていた。尚且つ、電池電圧の
監視は本体機器が行うので電池パック出力端子電圧にて
劣化検出を行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の充電制御においては電池に対し永久に微小電流充電
が継続されるため電池が過充電状態で待機することにな
り、電池の劣化を促進して寿命が短くなってしまうとい
う課題があった。

【０００８】また、劣化判定においては劣化検出電圧が
固定値なので充電電流値や電池温度などの環境及び使用
条件が考慮されずに劣化判定してしまうことや、電池パ
ック出力電圧にて劣化検出を行うため本来の電池電圧に
配線抵抗の電圧降下を含んだ電圧が出力端子に現れ、精
度の良い劣化判定が望めないという課題があった。

【０００９】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、電池の劣化促進を抑え、精度の良い劣化判
定が行えるバックアップ用電源に用いる電池管理装置及
び電池パックを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明は、停電等の非常時に備える組電池を用いた
バックアップ用電源に内蔵され、少なくとも、充電経路
に配置され充電を制御する充電制御スイッチ手段と、電
池と並列に接続され電池電圧に応じた信号を出力する電
池電圧検出手段と、電池温度に応じた信号を出力する電
池温度検出手段と、前記電池電圧検出手段と前記電池温
度検出手段よりの出力信号を入力とし、電池状態の管理
と前記充電制御スイッチ手段への信号出力と電池管理装
置外部へ電池状態を通知するための信号出力とを行う情
報処理部と、前記情報処理部と電池管理装置外部間での
情報の送受信を行う通信送受信部とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１１】上記の構成により本発明の電池管理装置を
内蔵する電池パックは、本体機器よりの微小電流充電が
永久に出力されている場合においても、充電制御スイッ
チ手段を有するので電池パック自らが充電電流を遮断し
て、過充電とならずに満充電状態あるいはバックアップ
時間を満足する適切な充電状態である第１の容量値以上
第２の容量値以下に維持することができる。

【００１２】また、情報処理部が電池の残存容量を管理
しており、通信送受信部または電流検出手段を通じて充
電電流値も測定できるので、充電電気量の積算計算が可
能である。従って、充電中は残存容量に充電電気量の加
算計算を行い、電池の残存容量が満容量あるいはバック
アップ時間を満足する適切な容量値まで充電されたとき
充電制御スイッチ手段を開放状態にして充電を終了する
ので、電池は過充電に至ることがなくなり電池の劣化促
進を回避することができる。

【００１３】また、従来は満充電状態を持続するために
充電を停止しなかったが、本発明の電池管理装置は情報
処理部により充電停止中の自己放電等の容量低下分を考
慮しながら残存容量を管理するので、残存容量が規定の
第１の容量値まで下がったときに充電制御スイッチ手段
を導通状態にして充電を開始することができる。従っ
て、充電を停止することによるバックアップ用電源の容
量不足を解消できる。

【００１４】さらに、劣化判定については、電圧検出を
電池パックに内蔵された本発明の電池管理装置にて行う
ことで電池パック端子と本体機器間の配線抵抗の影響を
排除することができ、電池電圧の測定精度が向上するの
で劣化判定を精度よく行うことができる。この際、規定
の劣化検出電圧は固定値ではなく、電池管理装置が測定
している充電中の充電電流値もしくは電池パック外部よ
り提供される充電中の充電電流値と電池温度とにより随
時決定することで、充電中の電流値の変化や電池温度の
変化に追従し劣化検出電圧を可変でき、環境や使用条件
に応じた劣化判定が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に図面を参照しつつ本発明の電
池管理装置を内蔵したバックアップ用電源に用いる電池
パックの好ましい実施の形態を説明する。

【００１６】図１は本発明の電池管理装置を内蔵した電
池パックの一実施例である。この電池パックは、電池パ
ック正極端子３１と電池パック負極端子３２と通信端子
３３から成る端子群３を有し、組電池２（複数セルに限
定するものではなく、単セルでも良い）と電池管理装置
１とを内蔵している。この端子群３が本体機器と接続さ
れることで充電が開始され非常時のバックアップに備え
ることになる。

【００１７】次に、本発明の電池管理装置の一実施例に
ついて説明する。具体的には、充電制御スイッチ手段１
１と、電流値、電池電圧、電池温度の検出手段１２，１
３，１４と、各検出手段からの出力信号が入力され多様
な処理を行う情報処理部１５と、電池管理装置外部(本
体機器など)と通信端子３３を介して情報の送受信が可
能な通信送受信部１６とにより構成されている。

【００１８】充電制御スイッチ手段１１は、電界効果ト
ランジスタ(FET)にて形成された半導体スイッチであ
り、充電経路に位置し情報処理部１５の出力信号により
導通状態あるいは開放状態となり充電電流の制御を行
う。電流値検出手段１２としては、大電力の高精度低抵
抗素子が用いられており、充電経路に位置し電流値に応
じた信号を情報処理部１５へ出力する。電池電圧検出手
段１３は、組電池２と並列に接続され電池電圧を入力と
し電池電圧に応じた信号を情報処理部１５へ出力する。
具体的には、複数セルからなる組電池の場合は電池電圧
が情報処理部１５で処理できる電圧よりも高いので、抵
抗分割等を行い、情報処理部１５が処理できる電圧信号
に変換して出力する。電池温度検出手段１４は、組電池
２の近傍に配置した感熱素子を用いて、電池温度に応じ
た信号を情報処理部１５へ出力する。

【００１９】情報処理部１５としてはマイクロコンピュ
ータなどが用いられ、電流値検出手段１２と電池電圧検
出手段１３と電池温度検出手段１４の出力信号を入力と
し、これらの信号より電池パック中の電流値、電池電
圧、電池温度を認識することができる。また、電流値を
認識できるので充電時における電流積算計算、あるいは
放電や待機時における電流減算計算を行い、残存容量を
常時把握することができる。また、内部(情報処理部１
５)で処理し測定された電流値、電池電圧、電池温度な
どの電池状態を通信送受信部１６へ出力し通信端子３３
を介し電池パック外部（電池管理装置外部）へ通知する
ことができる。尚且つ、本体機器より提供される情報が
通信送受信部１６を介して入力され、充電や劣化判定な
どの制御に反映することができる。

【００２０】通信送受信部１６は、情報処理部１５より
入力される電池パックの電池状態を本体機器へ通知する
機能を有し、また、本体機器で得られた情報を受信し情
報処理部１５へ出力する機能を有し、主に本体機器と電
池パックとの情報のやりとりを行うインターフェースの
役割をはたす。

【００２１】次に具体的な動作について説明する。本発
明の電池管理装置２を内蔵した電池パックの端子群３を
本体機器と接続することにより、電池温度が充電許可温
度範囲内であれば充電が開始される。情報処理部１５が
管理する電池の残存容量は、電池のエージング充電の充
電容量を初期値として持つ。充電が開始されると、充電
電流値と充電時間より得られる充電電気量に、予め情報
処理部１５に記憶させた充電電流値と電池温度により決
定される充電効率のパラメータを加味した充電電気量を
残存容量に加算していく。

【００２２】

【表１】

【００２３】（表１）は充電電流値と電池温度により決
定される充電効率のパラメータ例である。例えば、充電
電流値が２２０mAで電池温度が２５℃と測定され充電さ
れているときの充電効率のパラメータは９７%であるの
で、充電電流値と時間(充電電流値や電池温度の測定周
期)の積で算出される充電電気量に０.９７が乗算され残
存容量に加算する。充電が継続され、残存容量が満容量
あるいはバックアップ時間を満足する適切な容量値であ
る第２の容量値となったときに、充電制御スイッチ１１
が情報処理部１５の出力信号を受けて開放状態となり充
電電流を遮断する。

【００２４】充電停止中(バックアップ待機中)は、電池
の自己放電や本電池管理装置が消費する消費電流による
容量低下分を、予め情報処理部１５に記憶させた電池温
度によって決定される前記容量低下分に相当する減算容
量値を残存容量から減算をする。

【００２５】

【表２】

【００２６】（表２）は電池温度により決定されるバッ
クアップ待機時の減算容量値のパラメータ例である。残
存容量が適切な容量値より低い規定の第１の容量値とな
ったとき、充電制御スイッチ１１が情報処理部１５の出
力信号を受けて導通状態となり電池に充電電流を与え
る。充電が再開され、再び残存容量が満容量あるいはバ
ックアップ時間を満足する適切な第２の容量値となった
ときに、充電制御スイッチ１１が情報処理部１５の出力
信号を受けて開放状態となり充電電流を遮断する。

【００２７】このようにしてバックアップ待機中は充電
と停止を繰り返し、充電においては過充電にならないよ
うに、また、充電停止中においては容量不足にならない
ように電池の残存容量を考慮した充電制御を行う。

【００２８】図４に本発明の電池管理装置を内蔵したバ
ックアップ用電源パックの充電制御特性を示す。同図に
示すように、充電電流は電池の残存容量に応じて適宜間
欠的に流されるので、過充電や充電不足となることはな
い。

【００２９】次に劣化判定動作について説明する。これ
は、電池の劣化が進行すると内部抵抗が高くなることに
着目し、充電時の電池電圧が規定の劣化検出電圧よりも
高くなったときに劣化していると判定を行うものであ
る。規定の劣化検出電圧は充電電流値や電池温度を考慮
し、情報処理部１５に記憶されたパラメータ表によって
決定される。具体的に述べると、各検出手段からのデー
タが情報処理部１５によって処理され、電流値、電池温
度を時々刻々と測定している。本実施例において規定の
劣化検出電圧は測定された電流値や電池温度により決定
される。

【００３０】

【表３】

【００３１】（表３）は二次電池が６直列接続された組
電池における充電電流値と電池温度により決定される劣
化検出電圧のパラメータ例である。図５は具体例として
（表３）のパラメータ例における電池温度と充電電流値
の変化に伴う劣化検出電圧の遷移を示したものである。

【００３２】区間は電池温度が１０℃未満で、充電電
流値が２２０mAなので劣化検出電圧は９．５４Vと決定
される。時間が経過し区間に入ると、充電電流値は変
わらないが電池温度が１０℃以上３０℃未満となったの
で劣化検出電圧は９.３０Vに更新される。更に区間に
入ると、充電電流値は変わらないが電池温度が３０℃以
上となったので劣化検出電圧は９.００Vに更新される。
そして区間に入ると、電池温度は変わらないが充電電
流値が２０００mAとなったので劣化検出電圧は９.６６V
に更新される。

【００３３】上記のように、劣化検出電圧は環境あるい
は使用条件の変化に追従し決定される。決定された規定
の劣化検出電圧と電池電圧とで、随時大小比較し電池の
劣化検出を行う。

【００３４】また、前記規定の劣化検出電圧は電池パッ
ク外部よりの電流情報と内部で測定した電池温度によっ
ても（表３）のパラメータ表を参照し決定することがで
き、上述同様、時々刻々と変わる電池パック外部よりの
情報に対しても、規定の劣化検出電圧を変化できるの
で、環境及び使用条件を考慮した劣化判定が可能とな
る。

【００３５】これについて具体的に述べると、端子群３
を介し本体機器より通信送受信部１６に充電電流値の情
報が入力され情報処理部１５へ出力される。情報処理部
１５は規定の劣化検出電圧を充電電流値の情報と内部で
取得した電池温度情報とにより（表３）のパラメータ表
を参照し決定することもできる。

【００３６】従って、本発明の電池管理装置が電流測定
機能（電流値検出手段１２）を有しなくても、電池パッ
ク外部よりの充電電流値の情報を受信することで規定の
劣化検出電圧を決定することができ、精度の高い劣化判
定を行うことができる。また、電流検出手段１２を備
え、なおかつ本体機器からも充電電流値の情報が得られ
る場合等は、通常は電流検出手段１２からの出力を情報
処理部１５で活用し、所定周期毎に両者からの入力を比
較して、規定範囲以上に電流値がかけ離れていた場合
は、内部回路の異常の可能性があるとして、好適な対応
を行う等のエラーチェック機能として用いることもでき
る。

【００３７】なお、本実施の形態においては、情報処理
部１５に記憶させたパラメータ表により劣化検出電圧を
決定する手法を記したが、情報処理部１５に劣化検出電
圧を求める関数式を記憶させ、充電中の充電電流値と電
池温度を変数として算出して決定してもよい。

【００３８】なお、本実施の形態においては、電池電圧
が劣化検出電圧を超えたとき電池劣化を検出する例を示
したが、誤判定を防止するために、劣化検出電圧を超え
ている時間が規定時間連続したときに劣化検出を行って
もよい。

【００３９】また、本実施の形態においては（表１）か
ら（表３）の電池温度の分割を３分割としたが、分割を
少なく、あるいは、多くしてもよい。さらに、（表１）
及び（表３）の充電電流値の分割を６分割としたが、分
割を少なく、あるいは、多くしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、バックアップ用
電源に電池管理装置を内蔵することにより、残存容量を
考慮した充電制御が可能となり、且つ、充電電流を電池
パック自ら遮断できるようになるので、本体機器の変更
なく電池を過充電にすることがなくなり、劣化の進行を
低減することができる。バックアップ待機時において
は、残存容量が規定容量値まで低下したときに充電を再
開するので、バックアップ待機中の容量不足を解消する
ことができ、電池に最適な充電制御を提供することがで
きる。

【００４１】また、劣化検出のための電圧検出を電池パ
ック内で行うので配線材などによる誤差を排除すること
ができ、且つ、充電電流値や電池温度を考慮して劣化検
出電圧を決定するので、精度の高い劣化判定が可能とな
る。

【００４２】以上のように、本発明はバックアップ用電
源パックの優れた電池管理装置を実現できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電池管理装置を内蔵したバックア
ップ用電源の電池パックのブロック図

【図２】従来のバックアップ用電源の電池パックのブロ
ック図

【図３】従来のバックアップ用電源の電池パックの充電
制御特性図

【図４】本発明を用いた電池パックの充電制御特性図

【図５】劣化検出電圧の遷移図

【符号の説明】

１ 電池管理装置 ２ 組電池 ３,３４ 端子群 １１ 充電制御スイッチ手段 １２ 電流値検出手段 １３ 電池電圧検出手段 １４ 電池温度検出手段 １５ 情報処理部 １６ 通信送受信部 ３１ 電池パック正極端子 ３２ 電池パック負極端子 ３３ 通信端子 ３４ 電池正極端子 ３５ 電池負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 考史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA05 CB01 CB06 CC02 DA06 EA08 GA01 GC05 5G015 FA03 FA04 GB06 HA16 JA34 JA35 JA36 JA53 JA55 JA59 KA04 5H030 AA03 AA06 AS03 BB01 FF22 FF42 FF43 FF51

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 停電等の非常時に備える組電池を用いた
   バックアップ用電源に内蔵され、 少なくとも、充電経路に配置され充電を制御する充電制
   御スイッチ手段と、電池と並列に接続され電池電圧に応
   じた信号を出力する電池電圧検出手段と、電池温度に応
   じた信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池電圧
   検出手段と前記電池温度検出手段よりの出力信号を入力
   とし、電池状態の管理と前記充電制御スイッチ手段への
   信号出力と電池管理装置外部へ電池状態を通知するため
   の信号出力とを行う情報処理部と、前記情報処理部と電
   池管理装置外部間での情報の送受信を行う通信送受信部
   とを備え、 バックアップ待機時に残存容量が第１の容量値まで低下
   すると前記充電制御スイッチ手段を導通状態にして充電
   を開始し、電池の残存容量が第２の容量値まで充電され
   ると前記充電制御スイッチ手段を開放状態にして充電を
   終了する充電制御機能を有することを特徴とするバック
   アップ用電源に用いる電池管理装置。
2. 【請求項２】 通信送受信部を通じて電池管理装置外部
   より得られる充電中の充電電流値と電池温度検出手段よ
   り得られる電池温度とにより決定される劣化判定を行う
   劣化判定機能を有することを特徴とする請求項１記載の
   バックアップ用電源に用いる電池管理装置。
3. 【請求項３】 充電経路に配置され充電電流値に応じた
   信号を発生する電流値検出手段を備え、前記電流値検出
   手段より得られる充電中の充電電流値と電池温度検出手
   段より得られる電池温度とにより決定される劣化判定を
   行う劣化判定機能を有することを特徴とする請求項１記
   載のバックアップ用電源に用いる電池管理装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３いずれかに記載のバック
   アップ用電源に用いる電池管理装置を内蔵したことを特
   徴とする電池パック。