JP2003111295A - 電池パック機能を利用した充電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電器において電池パック内の各セルの充電
状態を正確に把握できると共に、充電器の簡易化、小型
化、信頼性の向上を可能にする。 【解決手段】 直列に接続した複数個の電池１と、少な
くとも複数個の電池１の各電池電圧及び充電電流を検出
する検出回路３−１、３−２と、外部機器との通信機能
を有し検出した信号を管理制御する制御回路５とを内蔵
した電池パックＡを充電する電池パック機能を利用した
充電器Ｂであって、充電電源から電池パックＡに対して
充電を行う充電部７と、電池パックＡの制御回路５との
通信により検出した信号を取得して演算し充電部７を制
御する充電検出部８とを備え、従来より充電器内部に有
していた充電電圧、電流の検出回路、Ａ／Ｄコンバータ
などの回路を省き、専用充電器として最低限の機能を備
えるだけでよくし、回路を簡易化、小型化し信頼性の向
上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直列に接続した複
数個の電池と、少なくとも前記複数個の電池の各電池電
圧及び充電電流を検出する検出回路と、外部機器との通
信機能を有し前記検出した信号をデジタルデータに変換
して管理制御する制御回路とを内蔵した電池パックを充
電する電池パック機能を利用した充電器に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図２は
電池パック及び充電器による充電制御の従来例を説明す
るための図であり、１０は電池パック、１１はセル、１
２は充放電制御スイッチ、１３は保護回路、２０は充電
器、２１は充電部、２２は充電検出部、２３は充電電
源、Ｒｉ、ＲＩは電流検出抵抗を示す。

【０００３】従来より携帯電話やノートパソコン、プレ
ーヤー、デジタルカメラなどの携帯型電子機器には、電
源として直列接続した充電式の複数の例えばリチウムイ
オン電池のセルを内蔵した電池パックが用いられてい
る。その電池パックに充電器を接続した充電回路の構成
概要を示したのが図２である。

【０００４】図２に示すように電池パック１０は、通
常、セル１１のほか、さらに入出力端子間に直列接続さ
れる充放電制御スイッチ１２、放電電流を検出するため
の電流検出抵抗Ｒｉ、セル電圧や放電電流を検出して過
充電、過放電から保護するための保護回路１３を内蔵し
ている。この電池パック１０に接続されセル１１の充電
を行う充電器２０は、電池パック１０に対する充電電流
を検出するための電流検出抵抗ＲＩ、電池パック１０の
充電電圧、充電電流を検出する充電検出部２２、充電検
出部２２により検出される充電電圧、充電電流に基づ
き、充電電源２３からの電池パック１０に対する充電電
圧・充電電流、充電停止の制御を行う充電部２１を備え
ている。

【０００５】このような電池パックを充電する充電器に
おいては、電池パックの充電電圧、電流を詳細に把握す
ることは、充電精度上でも、電池パックの劣化度の評価
を行う上においても重要な要素である。そのため、充電
器には、従来より充電検出のために充電部に高精度なＡ
／Ｄコンバータなどを必要とし、回路の複雑化、大型
化、コストアップの要因となっている。

【０００６】従来の電池パックを電源とする電子機器で
は、精々４個の直列型までの電圧で十分であったが、電
池パックを最近人気の高い電動補助自転車の電源に採用
しようとすると、４直では電圧が低く、例えば７直等の
多直型が必要になる。特にこのような多直型になると、
電池パックのそれぞれのセルの劣化度などの状態を把握
することも重要となるが、従来の充電器ではできない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、充電器において電池パック内の各
セルの充電状態を正確に把握できると共に、充電器の簡
易化、小型化、信頼性の向上を可能にするものである。

【０００８】そのために本発明は、直列に接続した複数
個の電池と、少なくとも前記複数個の電池の各電池電圧
及び充電電流を検出する検出回路と、外部機器との通信
機能を有し前記検出した信号を管理制御する制御回路と
を内蔵した電池パックを充電する電池パック機能を利用
した充電器であって、充電電源から前記電池パックに対
して充電を行う充電部と、前記電池パックの制御回路と
の通信により前記検出した信号を取得して演算し前記充
電部を制御する充電検出部とを備えたことを特徴とし、
前記充電検出部で取得する前記検出した信号は、前記電
池パックの制御回路で変換されたデジタルデータである
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る電池パック
機能を利用した充電器の実施の形態を示す図であり、１
は電池、２は充放電制御スイッチ、３−１、３−２は検
出回路、５は制御用マイコン、７は充電部、８は充電検
出部、Ａは電池パック、Ｂは充電器、Ｒｉは電流検出抵
抗、Ｔｈはサーミスタを示す。

【００１０】図１において、充電器Ｂは、電池パックＡ
と通信を行って電池パックＡの各セル電圧、充電電流、
温度などの各検出データを取得し、各セル電圧を集計し
た充電電圧の算出、充電状態の判定、その他所定の演算
処理を行う充電検出部８、充電検出部８の演算結果に基
づき、充電電源からの電池パックＡに対する充電電圧・
充電電流、充電停止の制御を行う充電部７を備えるもの
である。したがって、充電器Ｂでは、充電電圧、充電電
流を直接検出するための電流検出抵抗やＡ／Ｄコンバー
タなどの回路はなく、電池パックにおいて過充電、過放
電、過熱の保護を目的として検出されるデータを通信に
より取得して、これらの情報を処理して充電制御のため
の情報として利用している。

【００１１】電池パックＡは、セル１、充放電制御スイ
ッチ２、検出回路３−１、３−２、制御用マイコン５な
どを内蔵するものであり、電池１は、例えば７個のセル
が直列接続されて所望の電圧を出力するものである。充
放電制御スイッチ２は、この電池１と出力端子との間に
直列に挿入されて充放電の制御を行うものである。検出
回路３−１は、電池１の１段目から４段目までの各セル
に並列に接続されてセル電圧を検出すると共に、電流検
出抵抗Ｒｉの端子間電圧より充放電電流を検出し、検出
回路３−２は、５段目から残り上段の３個の各セルに並
列に接続されてセル電圧を検出すると共に充放電制御ス
イッチ２のオン／オフ制御を行う、例えば市販の保護Ｉ
Ｃを用いた検出・保護手段であり、制御用マイコン５の
制御、管理下にある。検出回路３−１、３−２は、セル
電圧や放電電流をアナログの検出信号（Aout）として、
制御用マイコン５からの要求に応じて転送する。なお、
本明細書において、回路、手段、ＩＣは同じ概念のもの
として用いている。

【００１２】なお、図示で省略しているが、検出回路３
−２が検出回路３−１の上段に連結され、同じ制御用マ
イコン５に転送される検出回路３−１の検出信号（Aou
t）との電圧基準の一律化を行うためのレベル変換を行
うレベル変換回路が検出回路３−２側に設けられる。電
池の検出・保護回路において、高電圧用保護方式とし
て、図示のように小中電圧用保護素子からなる検出回路
３−１、３−２を連結して使用する方法で構成した場
合、レベル変換回路によりレベル変換処理を行うこと
で、制御に関わらず演算、通信を執り行う方法として電
圧基準の一律化を行うことが可能となる。

【００１３】制御用マイコン５は、外部機器と制御信号
やデータの通信を行い、デジタル制御ラインを通して検
出回路３−１、３−２を制御し、検出回路３−１、３−
２から逐次アナログの検出信号を収集して、これら検出
信号、温度検出信号を含むパック検出信号をデジタルの
検出データに変換して演算処理を行う演算処理手段であ
る。サーミスタＴｈは、セル１の近傍に配置されて温度
を検出するものである。さらに、制御用マイコン５は、
検出回路３−１、３−２などパック内の複数の回路（素
子ＩＣ）を一括管理し、これらを未使用時、非使用状態
では最小消費電流となる動作モードに切り換える。この
ことにより、特に、未使用時、メーカ在庫、ユーザ予備
等の電池パックが放置される保管期間中、必要最低限の
消費電流に抑え深放電化を防ぐ。また、制御用マイコン
５は、外部機器からの制御指令やパック検出信号の演算
処理に基づき検出回路３−２に対して充放電制御スイッ
チ２のオン／オフ制御信号を送る。このことにより、検
出回路３−２は、充放電制御スイッチ２のオン／オフを
制御する。

【００１４】従来の方法により連結された各電池セルの
情報を検出回路、素子により検出する場合、上記のよう
に本発明は、検出可能数量（直列電池）に相当する検出
回路、素子を連結して挿入し、直列に接続されたセル電
圧の検出信号を含む各素子情報をパックの電圧基準へ変
換して、処理素子により一括処理を行う。このことによ
り、各ユーザ固有の条件により構成できるマイコンなど
を処理素子として用いることができ、電池、製品固有の
設定、制御を行うことができる。したがって、電圧に応
じてパックに内蔵する回路、素子の数が増大しパック内
での自己消費が増大しても、使用状況に応じて必要な回
路、素子のみを選定して動作させ、また、各回路、素子
の動作設定を行い、動作及びその動作による消費電流を
必要最小限に抑えることができる。例えば保管期間を長
期に設定することが可能となり、保管期間中の深放電破
壊（劣化）を最小限の範囲に抑えることが可能となる。

【００１５】電池パックにおいて、電圧、電流、温度な
どの情報は、自らが検出し保護を目的として充放電制御
スイッチを制御しているが、本発明のようにこれらのデ
ータを充電器側より通信により取得することで、従来充
電器内部に有していた高精度なＡ／Ｄコンバータや電
圧、電流の検出回路を省くことができる。しかも、電池
パックの個々の検出データをそのまま取得することで、
セルの劣化度、それらのバラツキを判断することがで
き、従来のように充電器側で充電電圧、電流を検出して
判断するよりも、より情報の精度を高めた判断を行い、
充電制御を行うことができる。つまり、従来の充電器で
はできなかった個々のセルの劣化度、それらのバラツキ
に応じて充電電圧、電流の制御を行い、満充電状態の判
断を行うことができる。

【００１６】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、２つの検出回路（素子）を連結した
構成により説明したが、３つ以上の検出回路（素子）を
連結した構成においても同様に適用可能であることはい
うまでもない。また、検出・保護回路は、４直用として
セル電圧を検出するもので説明したが、４直用でなく２
直用など直列接続数は幾つ用であってもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、直列に接続した複数個の電池と、少なくとも
複数個の電池の各電池電圧及び充電電流を検出する検出
回路と、外部機器との通信機能を有し検出した信号を管
理制御する制御回路とを内蔵した電池パックを充電する
電池パック機能を利用した充電器であって、充電電源か
ら電池パックに対して充電を行う充電部と、電池パック
の制御回路との通信により検出した信号を取得して演算
し充電部を制御する充電検出部とを備えたので、従来よ
り充電器内部に有していた充電電圧、電流の検出回路、
Ａ／Ｄコンバータなどの回路を省くことができる。

【００１８】したがって、専用充電器として最低限の機
能を備えるだけでよく、回路を簡易化し、小型化するこ
とができ、信頼性を向上させることができる。しかも、
電池パック内の個々の検出情報を取得できるので、その
情報を処理することで、電池パックのより正確な充電状
態を把握することができ、充電状態に応じた充電が可能
な安価かつ高機能な充電器を実現することができる。

【００１９】従来の電池パックは、上記のように４直ま
でを標準的なタイプとしていために、４直までに対応で
きる小中電圧用保護ＩＣしか製品化されていないのが現
状である。そのため、例えば上記電動補助自転車の電源
のような、従来より電圧の高い電池パックを必要とする
新たな需要に対応するには、小中電圧用保護ＩＣを４直
単位で連結して使用しなければならなくなる。このよう
な電池パックであっても、本発明では、電池パック内の
個々の情報をそのまま充電器に収集して利用するので、
専用充電器としても、最低限の機能を保有し信頼性の高
い充電器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電池パック機能を利用した充電
器の実施の形態を示す図である。

【図２】 電池パック及び充電器による充電制御の従来
例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…電池、２…充放電制御スイッチ、３−１、３−２…
検出回路、５…制御用マイコン、７…充電部、８…充電
検出部、Ａ…電池パック、Ｂ…充電器、Ｒｉ…電流検出
抵抗、Ｔｈ…サーミスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列に接続した複数個の電池と、少なく
   とも前記複数個の電池の各電池電圧及び充電電流を検出
   する検出回路と、外部機器との通信機能を有し前記検出
   した信号を管理制御する制御回路とを内蔵した電池パッ
   クを充電する電池パック機能を利用した充電器であっ
   て、充電電源から前記電池パックに対して充電を行う充
   電部と、前記電池パックの制御回路との通信により前記
   検出した信号を取得して演算し前記充電部を制御する充
   電検出部とを備えたことを特徴とする電池パック機能を
   利用した充電器。
2. 【請求項２】 前記充電検出部で取得する前記検出した
   信号は、前記電池パックの制御回路で変換されたデジタ
   ルデータであることを特徴とする請求項１記載の電池パ
   ック機能を利用した充電器。