JP2007066748A

JP2007066748A - パック電池

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Publication number: JP2007066748A
Application number: JP2005252373A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hitomi; 和弘人見; Mikitaka Tamai; 幹隆玉井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP5046502B2

Abstract

【課題】充電機器と通信を行うパック電池において、充電用ＦＥＴのオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止する。
【解決手段】充電機器と通信を行うパック電池であって、内蔵する電池１が満充電状態となったときオフとなる充電用FET素子９１と、充電機器との通信処理及び前記充電用FET素子９１の制御を行う制御手段５とを備え、充電用FET素子９１が満充電状態となりオフ状態で、充電機器との通信がないと判定するときに、充電用FET素子９１をオンとする。また、充電機器から前記パック電池が取り外されたとき充電機器との通信がないと判定する。更に、所定周期時間以上、通信処理がないとき、充電機器との通信がないと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パック電池に関する。

従来のパック電池について、以下の特許文献に、記載がある。このパック電池内においては、電池の過充電を保護する充電用ＦＥＴ、電池の過放電を保護する放電用ＦＥＴを備えている。そして、電池電圧が過充電カット電圧よりも高くなると充電用ＦＥＴ(Q1)をオフ状態として電池(1)の過充電を防止し、その後、電池が放電されているかどうかを検出し、或いは、電池が充電機器から切り離されたことを検出し、充電用ＦＥＴ(Q1)をオン状態として放電することにより、充電用ＦＥＴ(Q1)のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止している。

ここで、電池が放電されているかどうかの検出については、オフ状態にある充電用ＦＥＴ(Q1)の両端の電圧を検出して電池が放電状態にあるかどうかを判定している。また、電池が充電機器から切り離されたことの検出については、電池の電極端子(2)の電圧を検出して、電池が充電機器から切り離されたかを検出している。

更には、電池電圧が過放電カット電圧よりも低くなると放電用ＦＥＴ(Q2)をオフ状態として電池(1)の過放電を防止し、その後、電池が充電されているかどうかを検出し、或いは、電池が充電機器に接続されたかどうか検出し、放電用ＦＥＴ(Q2)をオン状態として充電することにより、放電用ＦＥＴ(Q2)のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止している。
特開平8-265985号公報

従来の技術においては、電池が放電されているかどうかの検出については、オフ状態にある充電用ＦＥＴ(Q1)の両端の電圧を検出して電池が放電状態にあるかどうかを判定しているので、内蔵する制御回路にこのような判定する機能を加える必要があった。また、電池が充電機器から切り離されたことの検出については、電池の電極端子(2)の電圧を検出して、電池が充電機器から切り離されたかを検出しているので、内蔵する制御回路にこのような判定する機能を加える必要があった。

更に、従来の技術においては、電池電圧が過充電カット電圧よりも高くなると充電用ＦＥＴ(Q1)をオフ状態として電池(1)の過充電を防止しているものの、電池によっては、過充電カット電圧に至るより前に、満充電となり、充電用ＦＥＴ(Q1)のオフ状態とし、充電を停止していた。そして、過充電カット電圧に至っていないことより、充電用ＦＥＴ(Q1)をオフ状態で、放電するので、依然として、充電用ＦＥＴ(Q1)のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊される可能性があった。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、充電機器と通信を行うパック電池において、このような通信機能を利用することで簡便な手段で、充電用ＦＥＴのオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止することを目的とする。

本発明は、充電機器と通信を行うパック電池であって、内蔵する電池が満充電状態となったときオフとなる充電用FET素子と、前記充電機器との通信処理及び前記充電用FET素子の制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段において、前記充電用FET素子が前記満充電状態となりオフ状態で、前記充電機器との通信がないと判定するときに、前記充電用FET素子をオンとすることを特徴とする。

また、前記充電機器から前記パック電池が取り外されたとき、前記制御手段において、前記充電機器との通信がないと判定することを特徴とする。更には、前記制御手段において、所定周期時間以上、通信処理がないとき、前記充電機器との通信がないと判定することを特徴とする。

本発明においては、充電用FET素子が満充電状態となりオフ状態で、前記制御手段において、前記充電機器との通信がないと判定するときに、前記充電用FET素子をオンとしている。このように、パック電池が備えている通信機能を利用しているので、簡便な手段、方法にて、充電が終了し、放電する準備状態であることを、制御手段が判定している。その後、充電用FET素子をオンとして、放電により充電用FET素子のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止する。

本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１においては、パック電池Ａと、これを充電する充電機器Ｂとを示し、図２においては、パック電池Ａと、これを充電する充電機器の機能と負荷としての機能とを有する電子機器Ｐとを示している。パック電池Ａは共通としている。

本実施例のパック電池Ａにおいては、リチウムイオン等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗２（電流検出部に相当する）と、電池１の充放電を監視、制御等する制御手段であるマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと言う）とを備えている。

図１においては、充電機器Ｂに電池パックＡが取り付けられたとき、電池１からの出力を、＋端子及びＧＮＤ端子より供給し、電子機器Ｐとの通信は、通信ラインの端子ＳＣＬ、ＳＤＡを介して行われる。充電機器Ｂには、パック電池Ａの装着時に、パック電池Ａの各端子に対応して接触する端子を備えている。充電機器Ｂには、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換して、出力する電源回路Ｓを備えている。電源回路Ｓからの電力によりパック電池Ａを充電し、パック電池Ａの充電電流をオンオフ制御するスイッチングトランジスタ等からなる制御素子ＳＷＣを備えている。電源回路Ｓは、リチウムイオン電池を充電するときは、最大電流、最大電圧が規制された定電流・定電圧充電方法にて、電力を供給する。

充電機器Ｂ内においては、パック電池Ａの充電等の制御したり、パック電池Ａとの通信を行う制御部Ｃを備えている。このような充電又は放電等の制御において、制御部Ｃは、電源ラインに設けられたスイッチング素子ＳＷＣをオンオフ制御している。また、パック電池Ａとの通信により、電池１の満充電情報を得たとき等に、制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態として、充電を停止する。

制御部Ｃは、２つの通信ラインであるデータライン、クロックラインを介して、データ信号等を送信、受信する機能を備えている。このような通信ラインの端部には、制御部Ｃ内に備える電源部（図示せず）から電源Ｖ(５Ｖ)を供給して、抵抗Ｒを接続している。

電池１が満充電状態となると、制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態とする。後述するように、パック電池Ａ内においても、充電用FET素子９１をオフとする。そして、制御部Ｃは、パック電池Ａとの通信を停止する。このような制御部Ｃには、マイクロプロセッサーユニット(＝ＭＰＵ）が利用される。

図２においては、充電機器の機能と負荷としての機能とを有する電子機器Ｐに、電池パックＡが取り付けられたとき、電池１からの出力を、＋端子及びＧＮＤ端子より供給し、電子機器Ｐとの通信は、通信ラインの端子ＳＣＬ、ＳＤＡを介して行われる。電子機器Ｐには、パック電池Ａの装着時に、パック電池Ａの各端子に対応して接触する端子を備えている。電子機器Ｐには、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換して、出力する電源回路Ｓを備えている。電源回路Ｓからの電力によりパック電池Ａを充電し、パック電池Ａの充電電流をオンオフ制御するスイッチングトランジスタ等からなるスイッチング素子ＳＷＣを備えている。電源回路Ｓは、リチウムイオン電池を充電するときは、最大電流、最大電圧が規制された定電流・定電圧充電方法にて、電力を供給する。

電子機器Ｐ内においては、負荷Ｌと、パック電池Ａの充電又は放電等の制御したり、パック電池Ａとの通信を行う制御部Ｃを備えている。また、制御部Ｃは、負荷Ｌの制御も行っている。そして、制御部Ｃは、パック電池Ａから放電を行い負荷に供給するスイッチングトランジスタ等からなるスイッチング素子ＳＷＬをオンオフ制御している。このような充電又は放電等の制御において、制御部Ｃは、以下のようにして、充電と放電を制御している。

充電時には、電源回路Ｓに商用電力が供給され、制御部Ｃは、電源ラインに設けられたスイッチング素子ＳＷＣをオン状態として、電力をパック電池Ａに供給する。また、パック電池Ａとの通信により、電池１の満充電状態の情報を得たとき等に、制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態として、充電を停止する。

電池１が満充電状態となると、制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態とする。後述するように、パック電池Ａ内においても、充電用FET素子９１をオフとする。そして、制御部Ｃは、パック電池Ａとの通信を停止する。

また、使用者が電子機器Ｐの負荷Ｌを駆動するときには、使用者が電子機器Ｐの操作スイッチ（図示せず）等を操作することで、制御部Ｃの指示により、スイッチング素子ＳＷＬをオフからオン状態として、パック電池Ａからの電力を負荷Ｌに供給する。このような制御部Ｃには、マイクロプロセッサーユニット(＝ＭＰＵ）が利用される。

パック電池ＡのＭＰＵにおいては、測定点ｄの電池電圧や検出抵抗２両端のアナログ電圧をデジタル変換し、実電圧[mV]や実電流値[mA]に換算するＡ／Ｄ変換部３と、充放電電流を積算して残容量を演算処理する残容量処理部４と、電池１の満充電を検出したり、異常電流、別途設けられる感温素子（図示せず）から検出される電池の異常温度、異常電圧の検出時等に、充放電を制御する制御部５を備えている。

ここで、制御部５は、充電電流、放電電流を遮断するために、ｐチャネル型FETである充電用FET素子９１、放電用FET素子９２に対して、オンオフ制御する信号を発する。

制御部５においては、電池１の電圧が、過充電電圧以上（例えば、４．２Ｖ／Cell以上）になると、充電用FET素子９１をオフ制御するために、オフ信号（素子９１がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＣＨより発する。また、電池１の電圧が、過放電電圧以下（例えば、２．７Ｖ／Cell以下）になると、放電用FET素子９２をオフ制御するために、オフ信号（素子９２がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＤＳＧより発する。なお、上述のように、素子９１、９２のｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当し、オン信号の電圧は、Low電圧の信号に相当する。

また、電池１の電圧が、過充電電圧以上（例えば、４．２Ｖ以上）になる過充電状態においては、制御部５よりポートＣＨにオフ信号が発せられることより、充電用FET素子９１はオフ状態となり、充電は停止される。このときは、放電用FET素子９２がオン状態で、オフ状態の充電用FET素子９１の寄生ダイオード９１Ａを介して、放電できる。

後述するように、パック電池Ａの制御部５は、機器の制御部Ｃより、所定周期時間以上に要求信号がないことを検出して、機器との通信がないことを判定して、満充電状態で機器との通信がなくなったとして、充電用FET素子９１をオフ状態から、オン状態とする。このとき、放電用FET素子９２はオン状態を維持される。

また、パック電池Ａが負荷に放電するとき、電池１の電圧が、過放電電圧以下（例えば、２．７Ｖ／Cell以下）になる過放電状態においては、制御部５よりポートＤＳＧにオフ信号が発せられることより、放電用FET素子９２はオフ状態となり、放電は停止される。充電用FET素子９１がオン状態で、オフ状態の放電用FET素子９２の寄生ダイオード９２Ａを介して、充電できる。

一方、ＭＰＵの残容量処理部４においては、A/D変換部３によって変換された充放電電流に測定単位時間（例えば、２５０ｍsec）を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電から積算値を引き算し、或いは、充電時においては充電開始時の残容量より積算値を加算する。このような演算により、電池１の残容量を算出している。

更には、制御部５においては、A/D変換部３により変換された電池電圧と充電電流から満充電（電流、電圧を規制した定電流・定電圧充電においては、電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき、満充電とする）を検出し、残容量を100%とする情報を出力する。

電子機器Ｐ、充電機器Ｂ等に対して、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報を、機器が受信できる信号データに作成する通信データ作成部６と、機器と実際に通信を行うためのドライバ部７と、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為のメモリ８を備えている。また、機器からバッテリパックの各種情報の送信要求をドライバ部７にて受け、通信データ作成部６にて作成されたデータをドライバ部から機器に送信する。このような通信データ作成部６、ドライブ部７、メモリ８は、機器等との通信処理を行う通信部１１である。

本発明の実施例においては、以下の手順で、充電機器Ｂ又は電子機器Ｐの機器に接続され、充電が進められる。機器にパック電池Ａが接続されたとき、商用電力より機器の電源Ｓ、制御部Ｃに電力が供給される。
そして、制御部Ｃが、スイッチング素子ＳＷＣをオン状態として、電源Ｓからの電力をパック電池Ａに供給する。

まず、パック電池ＡのＩＤ(=身分証明)確認を行う。制御部Ｃより、パック電池Ａが正規品かどうかを表す、ＩＤ(=身分証明)に相当する情報（例えば、製造メーカーを示す情報）を要求する信号を、パック電池Ａに、通信ラインを介して送信する。パック電池Ａにおいては、制御部５、通信部１１により、この要求信号に対応して、メモリー８内に保存されたＩＤに相当する情報を取り出して、電子機器Ｐ側に、送信する。そして、機器の制御部Ｃにおいては、このＩＤ情報を検証して、正規品の情報と認定されたときは、充電を継続する。また、正規品でないと判定されるときには、制御部Ｃが、スイッチング素子ＳＷＣを開状態（＝オフ状態）として、充電を停止する。このような通信方式には、周知技術であるＳＭＢｕｓ方式等を利用することができる。

更に、充電中において、機器は、周期的（例えば、２〜１０秒程度）に、パック電池Ａの情報（例えば、充電中の電池１の電圧、電流、温度、容量等）を取得するために、制御部Ｃより、通信ラインを介して、各情報に対応した要求の信号を送信する。この要求信号に応答して、対応した情報を制御部５等から得て、制御部５、通信部１１により、に、送信する。このように、周期的に、電子機器Ｃより、パック電池Ａに、情報の要求信号を送信し、パック電池Ａはこれに応答して、対応する情報を、機器に、送信している。

パック電池Ａより、満充電に相当する容量情報（＝容量１００％）、或いは、過充電電圧の電池１電圧（例えば、４．２Ｖ以上）情報（本実施例では、これら状態を満充電状態と言う）が、送信されるとき、機器の制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態として、充電を停止する。制御部Ｃは、適宜、充電終了を示す表示（例えば、ＬＥＤ表示）を行うことで、使用者に充電終了を表示できる。

そして、充電が終了したので、パック電池Ａを機器より、使用者が取り外したとき、パック電池Ａの制御部５は、通信ラインを介して機器の制御部Ｃからの要求信号がなくなる。機器との通信がなくなることになる。

パック電池Ａの制御部５は、所定周期時間以上に要求信号がないことを検出して、機器との通信がないことを判定する。即ち、パック電池Ａの制御部５は、所定周期時間以上、通信処理がないことを検出して、機器との通信がないことを判定する。そして、満充電状態で機器との通信がなくなったとして、充電用FET素子９１をオフ状態から、オン状態とする。このとき、放電用FET素子９２はオン状態を維持される。

これにより、その後、パック電池Ａが電子機器に接続されて放電するとき、充電用FET素子をオン状態であるので、放電により充電用FET素子のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止する。特に、電子機器が要求する放電電流が大きかったり、電子機器の負荷が大きな容量成分を有するときの突入電流が大きいときに、このような寄生ダイオードを介しての充電用FET素子の熱破壊を有効に防止することができる。

また、以上の実施例に代わって、機器の制御部Ｃは、満充電状態を検出したとき、情報の要求信号を送信することを停止しても良い。この場合、上述と同様に、パック電池Ａの制御部５は、所定周期時間以上に要求信号がないことを検出して、機器との通信がないことを判定する。即ち、パック電池Ａの制御部５は、所定周期時間以上、通信処理がないことを検出して、機器との通信がないことを判定する。そして、満充電状態で機器との通信がなくなったとして、充電用FET素子９１をオフ状態から、オン状態とする。

これにより、その後、パック電池Ａが電子機器に接続されて放電するとき、又は、図２の電子機器Ｐにおいては制御部Ｃの指示によりスイッチング素子ＳＷＬをオフからオン状態として放電するとき、充電用FET素子をオン状態であるので、放電により充電用FET素子のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止する。

本発明のパック電池と、充電機器との回路ブロック図である。本発明のパック電池と、電子機器との回路ブロック図である。

符号の説明

Ａパック電池
Ｂ充電機器
Ｐ電子機器
ＭＰＵマイクロプロセッサユニット
１電池
２抵抗（電流検出部）
４残容量積算処理部
５制御部
91充電用FET素子
92 放電用FET素子
11通信部

Claims

充電機器と通信を行うパック電池であって、
内蔵する電池が満充電状態となったときオフとなる充電用FET素子と、
前記充電機器との通信処理及び前記充電用FET素子の制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段において、前記充電用FET素子が前記満充電状態となりオフ状態で、前記充電機器との通信がないと判定するときに、前記充電用FET素子をオンとすることを特徴とするパック電池。
前記充電機器から前記パック電池が取り外されたとき、前記制御手段において、前記充電機器との通信がないと判定することを特徴とする請求項１のパック電池。
前記制御手段において、所定周期時間以上、通信処理がないとき、前記充電機器との通信がないと判定することを特徴とする請求項２のパック電池。