JP2007166697A - Charging type power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機器に搭載される充電式電源装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a rechargeable power supply device mounted on a device.
携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、電動アシスト自転車、電動自動二輪車等の各種電気機器には、充電式電源装置が内蔵されている。これらの電気機器に使用されている充電式電源装置としては、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などが主流となっており、高エネルギー密度を生かした大容量電池で、長時間の機器駆動を可能にしている。 Various electric devices such as mobile phones, notebook personal computers, electrically assisted bicycles, and electric motorcycles have built-in rechargeable power supply devices. Rechargeable power supply devices used in these electrical devices are mainly nickel metal hydride secondary batteries and lithium ion secondary batteries, which are high-capacity batteries that take advantage of high energy density and long-time equipment. Drive is possible.
ところで、各種電気機器は通常、起動時に大電流が流れる。例えば、パーソナルコンピュータでは立ち上げ時に大電流が流れる。電気自動車の場合には、発進時の数秒という短時間で大電流が流れる。このため、これら電気機器に搭載される充電式電源装置から大電流の放電がなされる。通常の二次電池を有する充電式電源装置において、大電流放電がなされると、その内部インピーダンスの影響が生じて、電池電圧の電圧降下が大きくなり、過放電電圧以下となって放電できなくなる虞がある。 By the way, various electric devices usually have a large current flowing at startup. For example, a large current flows at startup in a personal computer. In the case of an electric vehicle, a large current flows in a short time of several seconds after starting. For this reason, a large current is discharged from the rechargeable power supply device mounted on these electric devices. In a rechargeable power supply device having a normal secondary battery, if a large current is discharged, the effect of the internal impedance is generated, and the voltage drop of the battery voltage becomes large, and there is a risk that it becomes impossible to discharge below the overdischarge voltage. There is.
このようなことから、特許文献1には大電流放電可能な非水電解質二次電池が開示されている。この二次電池を充電式電源装置に組み込むことによって、電気機器に大電流が流れても、電圧降下を防ぐことが可能になる。
For this reason,
しかしながら、大電流放電可能な非水電解質二次電池は通常の非水電解質二次電池に比べて容量が小さいために、搭載される電気機器の種類によってはその駆動時間が制限される。
本発明は、長時間の電気機器の駆動を可能にすると共に、電気機器に大電流が流れたときでも電圧降下を防ぐことが可能な充電式電源装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rechargeable power supply device that can drive an electric device for a long time and can prevent a voltage drop even when a large current flows through the electric device.
本発明によると、主電源用二次電池と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池と、これらの二次電池に接続された制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記主電源用二次電池から電気機器に放電する場合においてその二次電池の電圧が基準電圧以下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池から前記バックアップ用二次電池に切り替えて前記電気機器に放電を行う機能を有することを特徴とする充電式電源装置が提供される。
According to the present invention, comprising a secondary battery for a main power source, a backup secondary battery capable of discharging a large current, and a control means connected to these secondary batteries,
The control means detects that the voltage of the secondary battery is equal to or lower than a reference voltage when discharging from the main power supply secondary battery to an electrical device, and based on the detection result, the main power supply secondary battery. There is provided a rechargeable power supply device having a function of switching from a secondary battery to the backup secondary battery to discharge the electric device.
本発明は、長時間の電気機器の駆動を可能にすると共に、電気機器に大電流が流れたときでも電圧降下を防いで、電気機器の継続的な駆動を達成した高信頼性で高性能の充電式電源装置を提供することができる。 The present invention makes it possible to drive an electric device for a long time, prevent a voltage drop even when a large current flows through the electric device, and achieve continuous driving of the electric device with high reliability and high performance. A rechargeable power supply device can be provided.
以下、本発明の実施形態に係る充電式電源装置を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a rechargeable power supply device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、実施形態に係る充電式電源装置を示す概略図である。実施形態に係る充電式電源装置1は、大容量の主電源用二次電池2、大電流放電可能なバックアップ用二次電池3、制御器4および第1、第2のスイッチ用FET5,6を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a rechargeable power supply device according to an embodiment. The rechargeable
主ラインL1、補助ラインL2は、2本のバスラインL3,L4により互いに平行して接続されている。電気機器11は、前記主ラインL1の一端に接続されている。 The main line L1 and the auxiliary line L2 are connected in parallel to each other by two bus lines L3 and L4. The electric device 11 is connected to one end of the main line L1.
前記主電源用二次電池2は、前記主ラインL1に接続されている。前記第1のスイッチ用FET5は、前記主電源用二次電池2と前記電気機器11側のバスラインL3の交点との間に位置する前記主ラインL1に接続されている。前記バックアップ用二次電池3は、前記補助ラインL2に接続されている。前記第2のスイッチ用FET6は、前記バックアップ用二次電池3とバスラインL3の交点との間に位置する前記補助ラインL2に接続されている。なお、前記バックアップ用二次電池3の電圧に応じて、昇圧回路(図示せず)バックアップ用二次電池3と第2のスイッチ用FET6の間に位置する前記補助ラインL2に接続してもよい。
The main power supply
前記制御器4は、例えばマイコンからなる。この制御器4は、検出信号ラインS1,S2を通して前記主電源用二次電池2前後の主ラインL1に接続され、その二次電池2の電圧を検出する機能を有する。前記制御器4は、信号ラインS3を通して前記第1のスイッチ用FET5に接続され、このFET5の開閉を行う。また、前記制御器4は信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6に接続され、このFET6の開閉を行う。このような制御器4において、前記主電源用二次電池2の電圧を検出信号ラインS1,S2を通して検出し、その検出電圧を基準電圧と比較し、基準電圧より下がると、前記信号ラインS3を通して前記第1のスイッチ用FET5を閉じ、前記信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6を開く機能を有する。すなわち、前記主電源用二次電池2の電圧が基準電圧より下がると、この二次電池2からバックアップ用二次電池3に切り替わって電気機器11に接続される。なお、基準電圧は前記主電源用二次電池2の電圧により一概に規定できないが、主電源用二次電池2の初期電圧の80〜85%下げた電圧にすることが好ましい。
The controller 4 is composed of, for example, a microcomputer. The controller 4 is connected to the main line L1 around the main power supply
また、前記制御器4は前記バックアップ用二次電池3から前記主電源用二次電池2を前記電気機器11に再度接続する復帰機能を有する。すなわち、前記主電源用二次電池2からバックアップ用二次電池3への切り替え、所望の待機時間が経過後に前記信号ラインS3を通して前記第1のスイッチ用FET5を開き、前記信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6を閉じて前記バックアップ用二次電池3から前記主電源用二次電池2を前記電気機器11に接続する、復帰機能を有する。復帰するまでの待機時間は、制御器4のレジスタのようなタイマーでなされ、その待機時間は例えば電気機器11に大電流が流れる時間を考慮して設定される。
The controller 4 has a return function for reconnecting the main power supply
前記大容量の主電源用二次電池2、大電流放電可能なバックアップ用二次電池3は、例えば図2に示すアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材を有する薄型電池が用いられる。なお、図4中の21はセパレータを挟んで正極および負極を重ね、渦巻状に捲回した後プレス成形した扁平状電極群と電解液を収納した外装部材である。22は、一端が前記正極に接続され、他端が外装部材21の一側面から延出された正極端子である。23は、一端が前記負極に接続され、他端が外装部材21の一側面から延出された負極端子である。
As the large-capacity main power source
前記主電源用二次電池2は、例えばアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材のような容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納された正極と、前記容器内に収納され、銅箔または銅合金箔よりなる負極集電体に炭素質材料からなる負極活物質を含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有する。
The
前記バックアップ用二次電池3は、最大放電電流が30C,2分間であることが好ましい。また、このバックアップ用二次電池3は10C充電、放電深度100%、1000サイクルでの劣化が1%であることが好ましい。ここで、『C』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電(または完全充電から完全放電)までを定電流充電した場合に計算上1時間で行えるレートを1Cとして表現する。1/10時間の場合、10Cと表現する。したがって、例えば10C充電とは、1C充電の10倍の電流が必要になる。 The backup secondary battery 3 preferably has a maximum discharge current of 30 C for 2 minutes. The backup secondary battery 3 preferably has 10C charge, a discharge depth of 100%, and a deterioration at 1000 cycles of 1%. Here, “C” is a unit representing a charge / discharge rate, and a rate that can be calculated in one hour when a constant current charge from complete discharge to full charge (or from full charge to complete discharge) is calculated is expressed as 1C. In the case of 1/10 hour, it is expressed as 10C. Therefore, for example, 10C charging requires 10 times as much current as 1C charging.
このような大電流放電可能なバックアップ用二次電池3は、前述した特許文献1に示されるような例えばアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材のような容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納された正極と、前記容器内に収納され、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔よりなる負極集電体に平均粒子径が1μm以下の粒度分布を有するリチウムイオンを吸蔵・放出するチタン酸リチウムのような物質を負極活物質粒子として含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有する。
Such a backup secondary battery 3 capable of discharging a large current includes a container such as an exterior member made of, for example, an aluminum laminate film as shown in
次に、前述した図1に示す実施形態に係る充電式電源装置による電気機器への放電操作を説明する。 Next, the discharge operation to the electric equipment by the rechargeable power supply device according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
制御器4により信号ラインS3を通して第1のスイッチ用FET5を開き、信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6を閉じて、主電源用二次電池2を主ラインL1を通して電気機器11に接続し、所定電圧を電気機器11に放電して駆動する。このとき、制御器4により検出信号ラインS1,S2を通して主電源用二次電池2の電圧を検出し、その検出電圧が基準電圧以下か、否かを判定する。
The controller 4 opens the
検出電圧が基準電圧以下になったことを判定、つまり電気機器11に大電流が流れ、主電源用二次電池2の電圧降下が判定されると、制御器4により信号ラインS3を通して第1のスイッチ用FET5を閉じ、前記信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6を開く。これらのFET5,6の開閉により、主電源用二次電池2からバックアップ用二次電池3に切り替えられ、バックアップ用二次電池3はバスラインL3および主ラインL1を通して電気機器11に接続され、大電流放電がなされる。このバックアップ用二次電池3は大電流放電が可能(例えば最大放電電流が30C,2分間)であるため、電気機器11に大電流が流れても、電圧降下を招かずにほぼ初期電圧を維持して電気機器11を駆動する。
When it is determined that the detected voltage is equal to or lower than the reference voltage, that is, when a large current flows through the electric device 11 and a voltage drop of the
すなわち、50%の放電時の電圧−電流特性を示す図3のように大容量の主電源用二次電池、例えば高容量リチウムイオン二次電池:18650タイプ/1600mAh、(特性線A)では放電電流が高くなると電圧降下が大きくなり、特に放電電流が5Aになると、急激な電圧降下により電圧測定が不能になる。これに対し、大電流放電可能な二次電池、例えば容量が600mAhで、最大放電電流が30C,2分間のリチウムイオン二次電池(図3中の特性線B)では、放電電流30Aでも放電電流1Aのときの電圧とほぼ変わらない高い電圧を維持できる。その結果、前述したように電気機器11に大電流が流れても、電圧降下を招かずにほぼ初期電圧を維持して電気機器11を駆動することが可能になる。 That is, as shown in FIG. 3 showing the voltage-current characteristics at 50% discharge, a large-capacity secondary battery for main power source, for example, a high-capacity lithium ion secondary battery: 18650 type / 1600 mAh, (characteristic line A) is discharged. When the current becomes high, the voltage drop becomes large. Particularly when the discharge current becomes 5 A, the voltage measurement becomes impossible due to the rapid voltage drop. In contrast, in a secondary battery capable of discharging a large current, for example, a lithium ion secondary battery having a capacity of 600 mAh and a maximum discharge current of 30 C for 2 minutes (characteristic line B in FIG. 3), the discharge current is 30 A A high voltage almost the same as the voltage at 1 A can be maintained. As a result, even if a large current flows through the electrical device 11 as described above, the electrical device 11 can be driven while maintaining the initial voltage without causing a voltage drop.
このようなバックアップ用二次電池3による電気機器11への大電流放電の後(所望の待機時間が経過後)に制御器4により前記信号ラインS3を通して前記第1のスイッチ用FET5を開き、前記信号ラインS4を通して前記第2のスイッチ用FET6を閉じて前記バックアップ用二次電池3から前記主電源用二次電池2を前記電気機器11に接続、復帰する。つまり、主電源用二次電池2による定常的な電気機器11の駆動がなされる。
After such a large current discharge to the electrical device 11 by the backup secondary battery 3 (after a desired standby time has elapsed), the controller 4 opens the
以上、実施形態によれば高容量の主電源用二次電池2と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池3と、前記主電源用二次電池2から電気機器11に放電する場合においてその二次電池2の電圧が設定電圧下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池2から前記バックアップ用二次電池3に切り替えて前記電気機器11に放電を行う機能を有する制御器4とを備えることによって、長時間の電気機器11の駆動を可能にすると共に、電気機器11に大電流が流れたときでも前記バックアップ用二次電池3に切り替えて電圧降下を防いで電気機器11の駆動を続行できる。その結果、電気機器11に大電流が流れた際も、その電気機器11の継続的な駆動を達成した高信頼性で高性能の充電式電源装置1を提供することができる。
As described above, according to the embodiment, when the
また、バックアップ用二次電池3による電気機器11への大電流放電の後(所望の待機時間が経過後)に制御器4により前記バックアップ用二次電池3から前記主電源用二次電池2を前記電気機器11に接続させる復帰を行うことによって、容量の小さいバックアップ用二次電池3から電気機器11に必要以上の長い時間に亘って放電されるのを防ぐことが可能になる。その結果、より長時間に亘って電気機器11を駆動することができる。
In addition, after the large current discharge to the electrical device 11 by the backup secondary battery 3 (after a desired standby time has elapsed), the controller 4 removes the main power supply
1…充電式電源装置、2…大容量の主電源用二次電池、3…大電流放電可能なバックアップ用二次電池、4…制御器、11…電気機器、21…外装部材、22…正極端子、23…負極端子。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記制御手段は、前記主電源用二次電池から電気機器に放電する場合においてその二次電池の電圧が基準電圧以下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池から前記バックアップ用二次電池に切り替えて前記電気機器に放電を行う機能を有することを特徴とする充電式電源装置。 A secondary battery for main power supply, a backup secondary battery capable of discharging a large current, and a control means connected to these secondary batteries,
The control means detects that the voltage of the secondary battery is equal to or lower than a reference voltage when discharging from the main power supply secondary battery to an electrical device, and based on the detection result, the main power supply secondary battery. A rechargeable power supply device having a function of switching from a secondary battery to the backup secondary battery to discharge the electrical device.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2009188862A (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Ricoh Co Ltd | Backup power supply circuit for real-time clock circuit, and semiconductor device |
-
2005
- 2005-12-09 JP JP2005356400A patent/JP2007166697A/en not_active Withdrawn
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