JP2008268037A - 二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁型の電流検出部を備えた電流検出回路を有する二次電池パックにおいて、電流検出回路の消費電流を大幅に低減した二次電池パックを提供すること。
【解決手段】 １及至複数の二次電池１からなる二次電池パックにおいて、充放電電流を検出する電流検出回路５を有し、電流検出回路５は絶縁型のメイン電流検出部２および絶縁型のトリガ用電流検出部３とメイン電流検出部２およびトリガ用電流検出部３を制御する制御部４とから構成され、トリガ用電流検出部３が充放電電流の発生を検出し、制御部４は、規定されたレベル以上の充放電電流が検出されたとき、メイン電流検出部２へ電源を供給しメイン電流検出部２を起動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１及至複数の二次電池からなり充放電電流を検出する電流検出回路を有する二次電池パックに関し、特に絶縁型の電流検出部を備えた電流検出回路を有する二次電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の二次電池では、その電池性能の劣化防止や安全性確保のための保護回路や電池残量の計測回路などを一体化した電池パックが使用されている。このような保護回路や計測回路では充放電電流を検出しているが、その検出は一般的には二次電池に直列に電流検出用の抵抗を挿入してその両端の電圧から求めている。また、特許文献１には電流検出回路による消費電力を低減するために、２組の差動増幅器と２組の比較回路で構成し、それらの各組の一方の回路のみに電源を供給する電池残量測定装置が示されている。

しかし、上記の電流検出用の抵抗を使用する非絶縁型の検出回路では、充放電電流が大きくなったときに上記抵抗による消費電力が大きくなること、抵抗挿入により出力インピーダンスが制限されてしまうこと、さらに高電圧の電池パックにおいては検出部分の電圧が保護回路部分に影響し故障を生じやすいという問題がある。これを解決する電流検出手段として電気的な絶縁性を保ち電流を検出する絶縁型の電流検出回路が用いられている。絶縁型の電流検出回路用の電流検出素子としては、充放電電流により発生する磁場を検出するコイルやホール素子が用いられ、通常は簡単な構成で電流の有無が検出可能なコイルと感度の高いホール素子が組み合わされて使用される。

特許第３３４３８５４号公報

図３は絶縁型の電流検出回路を用いた従来の二次パックの構成例を示す図である。図３において、二次電池１が複数個直列に接続され、その充放電経路に充放電電流を検出する絶縁型の電流検出部２２が設置され、電流検出部２２は制御部２３によって起動され制御される。電流検出部２２は上記のコイルとホール素子を備えるものである。

このような従来の電池パックにおいては、電流検出部２２が起動されるたびに数ｍＡレベルの消費電流が発生するので、二次電池パックの内部で消費される消費電流を増大させ、二次電池１に蓄えられたエネルギーが過度に消費される状態となり、その分だけ二次電池パックの許容保存期間が短くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明の課題は、絶縁型の電流検出部を備えた電流検出回路を有する二次電池パックにおいて、電流検出回路の消費電流を大幅に低減した二次電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の二次電池パックは、１及至複数の二次電池からなる二次電池パックにおいて、充放電電流を検出する電流検出回路を有し、該電流検出回路は絶縁型のメイン電流検出部および絶縁型のトリガ用電流検出部と該メイン電流検出部およびトリガ用電流検出部を制御する制御部とから構成され、該制御部は、前記トリガ用電流検出部により規定されたレベル以上の充放電電流が検出されたときのみ、前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする。

前記制御部は、前記トリガ用電流検出部により前記規定されたレベル以上の充放電電流が規定された一定の時間以上検出されたときのみ、前記メイン電流検出部を起動してもよく、また、前記制御部は、前記メイン電流検出部が一定の時間以上連続して駆動された場合、前記メイン電流検出部を規定されたサンプリング期間のみ駆動してもよい。

また、前記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、該メイン電流検出部又は前記トリガ用電流検出部により規定されたレベル以上の電流が規定された一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止してもよく、また、前記トリガ用電流検出部を規定された一定の周期で駆動してもよく、この場合、前記トリガ用電流検出部において規定のレベル以上の電流が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くしてもよい。

また、本発明の二次電池パックは、１及至複数の二次電池からなる二次電池パックにおいて、前記二次電池の電圧または出力電圧を監視する電圧監視回路と充放電電流を検出する電流検出回路とを有し、該電流検出回路は絶縁型のメイン電流検出部と該メイン電流検出部を制御する制御部とから構成され、該制御部は、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の少なくとも一方の規定の値以上の変動を検出したときのみ前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする。

上記の制御部は、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の少なくとも一方の規定の値以上の変動を一定の時間以上検出したときのみ前記メイン電流検出部を起動してもよく、また、前記メイン電流検出部が一定の時間以上連続して駆動された場合、前記メイン電流検出部を規定されたサンプリング期間のみ駆動してもよい。

また、上記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の規定の値以上の変動が一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止してもよく、さらに、前記電圧監視回路を規定された一定の周期で駆動してもよく、この場合、前記電圧監視回路において前記二次電池の電圧または前記出力電圧の規定の値以上の変動が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くしてもよい。

以上のように、本発明は、二次電池パックの絶縁型の電流検出部を電流検出が必要とされるときのみ起動されるように設定し、さらに駆動時間を必要に応じて制限することにより、電流検出回路での消費電流の大幅な削減を可能とするものであり、本発明により、絶縁型の電流検出部を備えた電流検出回路を有する二次電池パックにおいて、電流検出回路の消費電流を大幅に低減した二次電池パックが得られる。

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、本発明による二次電池パックの第一の実施の形態の構成を示す図である。図１において、１及至複数の二次電池１からなる二次電池パックにおいて、充放電電流を検出する電流検出回路５を有し、電流検出回路５は絶縁型のメイン電流検出部２および絶縁型のトリガ用電流検出部３とメイン電流検出部２およびトリガ用電流検出部３を制御する制御部４とから構成されている。

本実施の形態において、メイン電流検出部２とトリガ用電流検出部３は二次電池１と出力端子７の間を接続する充放電ラインに設置されている。メイン電流検出部２は例えばコイルとホール素子からなる検出素子を用いることができ、電池パックの充放電電流が流れることにより発生する磁界を電圧に変換することにより電流値を検出し出力する絶縁型の検出機能を有し、トリガ用電流検出部３は、コイル単体などの比較的低消費の動作電力で充放電電流の発生有無を検出可能な絶縁型の検出素子からなり、メイン電流検出部２の起動をトリガする情報を制御部４に出力する。制御部４は、トリガ用電流検出部３の出力情報を元に起動の要否を判断し、また、メイン電流検出部２、トリガ用電流検出部３からの出力情報や出力情報の発生頻度等から、メイン電流検出部２、トリガ用電流検出部３の動作モードの制御と電流情報の処理を行う機能を有するものである。

次に、図１の構成の本実施の形態の二次電池パックにおいて実施可能な動作モードについて説明する。

図１に示される二次電池パックにおいて、まず、第１の動作モードにおいては、トリガ用電流検出部３は制御部４により常に駆動されている。充電器又は負荷が接続され充放電電流がトリガ用電流検出部３に流れるとトリガ用電流検出部３が電流の発生を検出し制御部４に出力する。制御部４は、トリガ用電流検出部３により規定されたレベル以上の充放電電流が検出されたとき、すなわちトリガ用電流検出部３の出力レベルの条件が規定値を満たしたときメイン電流検出部２へ電源を供給しメイン電流検出部２を起動する。上記のトリガ用電流検出部３により検出される電流の規定値レベルとしては例えば数十〜数百ｍＡに設定することができる。

次に第２の動作モードにおいては、トリガ用電流検出部３の出力レベルの条件が規定値を満たし、かつ、その条件を満たしている時間が規定された一定の時間継続したとき、制御部４はメイン電流検出部２へ電源を供給しメイン電流検出部２を起動する。上記の一定の時間の継続を条件とするのは主としてノイズによる誤動作を防止するためであり、一定の時間としては例えば数秒の値に設定することができる。

第３の動作モードは、前記第１の動作モードまたは第２の動作モードでメイン電流検出部２が起動された後、その駆動が一定時間以上継続した場合に一定の周期で一定の時間だけ電流検出を行うサンプリング条件を定め、そのサンプリング期間のみメイン電流検出部２を駆動するものである。ここで上記の駆動が継続する一定時間としては例えば数秒の値に設定することができる。また、上記サンプリング期間としては、例えば、０．１秒〜数秒周期で数ｍｓ〜数十ｍｓの間電流検出を行うように設定することができる。

第４の動作モードでは、前記第１の動作モード、第２の動作モード、または第３の動作モードでメイン電流検出部２が起動された後、制御部４は、メイン電流検出部２又はトリガ用電流検出部３による電流検出が規定された一定の時間以上検出されない場合、メイン電流検出部２への電源供給を断ち、トリガ用電流検出部３のみ動作させ待機制御状態にする。ここで、上記の検出されない規定された一定の時間としては数分の値に設定することができる。

第５の動作モードでは、前記第４の動作モードでトリガ用電流検出部３のみ動作させ待機制御状態とすると同時に、トリガ用電流検出部３を規定された一定の周期で駆動し、さらに、トリガ用電流検出部３において規定のレベル以上の電流が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くする。ここで上記一定の周期でトリガ用電流検出部３を駆動する条件としては、例えば、０．１秒〜数秒周期で数ｍｓ〜数十ｍｓの間電流検出を行うように設定することができ、トリガ用電流検出部３における検出電流の規定のレベルとしては例えば数十〜数百ｍＡの値を、検出されない規定の期間としては数分の値を設定することができる。

このように、メイン電流検出部２だけでなくトリガ用電流検出部３の動作状態を制限することにより、消費電流をより低消費状態にすることができる。

なお、本実施の形態において、二次電池１を規定の電圧に抑制する機能を有する定電圧制御回路や充放電スイッチにより充放電動作を停止させる保護回路を設けた二次電池パックを構成する場合、制御部４にそれらの回路を制御する機能を合わせて持たせることも可能であり、また、制御部４よりメイン電流検出部２によって検出した電流データなどをそれらの回路に提供してその制御に用いることも可能である。

図２は、本発明による二次電池パックの第２の実施の形態の構成を示す図である。図２において、１及至複数の二次電池１からなる二次電池パックにおいて、二次電池１の電圧または出力電圧を監視する電圧監視回路１５と充放電電流を検出する電流検出回路１６とを有し、電流検出回路１６は絶縁型のメイン電流検出部１２とメイン電流検出部１２を制御する制御部１４とから構成されている。

本実施の形態において、メイン電流検出部１２は二次電池１と出力端子７の間を接続する充放電ラインに設置されている。メイン電流検出部１２は例えばコイルとホール素子からなる検出素子を用いることができ、電池パックの充放電電流が流れる事により発生する磁界を電圧に変換する事により電流値を検出し出力する絶縁型の検出機能を有し、電圧監視回路１５は二次電池１の個々の電圧の変動または出力端子６、７間の出力電圧の変動を検出して、メイン電流検出部１２の起動をトリガする情報を制御部１４に出力する。制御部１４は、電圧監視回路１５の出力情報を元に起動の要否を判断し、また、メイン電流検出部１２、電圧監視回路１５からの出力情報や出力情報の発生頻度等から、メイン電流検出部１２、電圧監視回路１５の動作モードの制御と電流情報、電圧情報の処理を行う機能を有するものである。

次に、図２の構成の本実施の形態の二次電池パックにおいて実施可能な動作モードについて説明する。

図２に示される二次電池パックにおいて、まず、第１の動作モードにおいては、電圧監視回路１５は制御部１４により常に駆動されている。充電器又は負荷が接続され充放電電流が流れると電圧監視回路１５は二次電池１の電圧または出力電圧の変動を検出し制御部１４に出力する。制御部１４は、電圧監視回路１５により規定されたレベル以上の電圧変動が検出されたとき、メイン電流検出部１２へ電源を供給しメイン電流検出部１２を起動する。上記の電圧監視回路１５により検出される出力電圧の電圧変動の規定値レベルとしては例えば数十ｍＶの値に設定することができる。

次に第２の動作モードにおいては、電圧監視回路１５の出力が規定値の条件を満たし、かつ、その条件を満たしている時間が規定された一定の時間継続したとき、制御部１４は電流検出部１２へ電源を供給しメイン電流検出部１２を起動する。上記の一定の時間の継続を条件とするのは主としてノイズによる誤動作を防止するためであり、一定の時間としては例えば数秒の値に設定することができる。

第３の動作モードは、前記第１の動作モードまたは第２の動作モードでメイン電流検出部１２が起動された後、その駆動が一定時間以上継続した場合に一定の周期で一定の時間だけ電流検出を行うサンプリング条件を定め、そのサンプリング期間のみメイン電流検出部１２を駆動するものである。ここで上記の駆動が継続する一定時間としては例えば数秒の値に設定することができる。また、上記サンプリング期間としては、例えば、０．１秒〜数秒周期で数ｍｓ〜数十ｍｓの間電流検出を行うように設定することができる。

第４の動作モードでは、前記第１の動作モード、第２の動作モード、または第３の動作モードでメイン電流検出部１２が起動された後、制御部１４は、電圧監視回路１５により電圧変動が規定された一定の時間以上検出されない場合、メイン検出部１２への電源供給を断ち、電圧監視回路１５のみ動作させ待機制御状態にする。ここで、上記の検出されない規定された一定の時間としては数分の値に設定することができる。

第５の動作モードでは、前記第４の動作モードで電圧監視回路１５のみ動作させ待機制御状態とすると同時に、電圧監視回路１５を規定された一定の周期で駆動し、さらに、電圧監視回路１５において規定のレベル以上の電圧変動が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くする。ここで上記一定の周期で電圧監視回路１５を駆動する条件としては、例えば、０．１秒〜数秒周期で数ｍｓ〜数十ｍｓの間電圧変動検出を行うように設定することができ、電圧監視回路１５における電圧変動の規定のレベルとしては例えば数十ｍＶの値を、検出されない規定の期間としては数分の値を設定することができる。

このように、メイン電流検出部１２だけでなく電圧監視回路１５の動作状態を制限することにより、消費電流をより低消費状態にすることができる。

上記のように本発明では、絶縁型の電流検出部を電流検出が必要とされるときのみ起動されるように設定し、さらに駆動時間を必要に応じて制限することにより、電流検出回路での消費電流の削減を可能とし、電流検出回路の消費電流を大幅に低減した二次電池パックが得られる。

なお、本発明は上記の実施の形態や動作モードに限定されるものではなく、例えば、メイン電流検出部２、１２を起動する方法として、トリガ用電流検出部３又は電圧監視回路１５の出力をトリガとする例を説明したが、トリガ用電流検出部３および電圧監視回路１５を両方設け、それらの両方の出力を組合わせて複合的に判断し、メイン電流検出部２、１２の起動や動作モードの制御を行っても良い。

本発明による二次電池パックの第一の実施の形態の構成を示す図。 本発明による二次電池パックの第二の実施の形態の構成を示す図。 絶縁型の電流検出回路を用いた従来の二次パックの構成例を示す図。

符号の説明

１ 二次電池
２、１２ メイン電流検出部
３ トリガ用電流検出部
４、１４、２３ 制御部
５、１６ 電流検出回路
６、７ 出力端子
１５ 電圧監視回路
２２ 電流検出部

Claims (10)

1. １及至複数の二次電池からなる二次電池パックにおいて、充放電電流を検出する電流検出回路を有し、該電流検出回路は絶縁型のメイン電流検出部および絶縁型のトリガ用電流検出部と該メイン電流検出部およびトリガ用電流検出部を制御する制御部とから構成され、該制御部は、前記トリガ用電流検出部により規定されたレベル以上の充放電電流が検出されたときのみ、前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする二次電池パック。
2. 前記制御部は、前記トリガ用電流検出部により前記規定されたレベル以上の充放電電流が規定された一定の時間以上検出されたときのみ、前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
3. 前記制御部は、前記メイン電流検出部が一定の時間以上連続して駆動された場合、前記メイン電流検出部を規定されたサンプリング期間のみ駆動することを特徴とする請求項１または２記載の二次電池パック。
4. 前記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、該メイン電流検出部又は前記トリガ用電流検出部により規定されたレベル以上の電流が規定された一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の二次電池パック。
5. 前記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、該メイン電流検出部又は前記トリガ用電流検出部により規定されたレベル以上の電流が規定された一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止し、かつ、前記トリガ用電流検出部を規定された一定の周期で駆動し、さらに、前記トリガ用電流検出部において規定のレベル以上の電流が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くすることを特徴とする請求項４に記載の二次電池パック。
6. １及至複数の二次電池からなる二次電池パックにおいて、前記二次電池の電圧または出力電圧を監視する電圧監視回路と充放電電流を検出する電流検出回路とを有し、該電流検出回路は絶縁型のメイン電流検出部と該メイン電流検出部を制御する制御部とから構成され、該制御部は、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の少なくとも一方の規定の値以上の変動を検出したときのみ前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする二次電池パック。
7. 前記制御部は、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の少なくとも一方の規定の値以上の変動を一定の時間以上検出したときのみ前記メイン電流検出部を起動することを特徴とする請求項６に記載の二次電池パック。
8. 前記制御部は、前記メイン電流検出部が一定の時間以上連続して駆動された場合、前記メイン電流検出部を規定されたサンプリング期間のみ駆動することを特徴とする請求項６または７記載の二次電池パック。
9. 前記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の規定の値以上の変動が一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止することを特徴とする請求項６〜８のいずれか1項に記載の二次電池パック。
10. 前記制御部は、前記メイン電流検出部を起動後、前記電圧監視回路により前記二次電池の電圧または前記出力電圧の規定の値以上の変動が一定の時間以上検出されない場合、前記メイン電流検出部の駆動を停止し、かつ、前記電圧監視回路を規定された一定の周期で駆動し、さらに、前記電圧監視回路において前記二次電池の電圧または前記出力電圧の規定の値以上の変動が規定の期間以上検出されないときは、前記周期を段階的に長くすることを特徴とする請求項９に記載の二次電池パック。

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