JP2009181888A - 電池パックおよびこれを用いた二次電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】通常充電および急速充電のいずれも可能であって、過充電による損傷を防止できる電池パックを提供する。
【解決手段】通常充電用充電器および急速充電用充電器のいずれによっても充電可能な電池パックであって、所定の大きさの電流を電池セルに印加するための通常充電用端子１０（１１、１２）と、所定の大きさの電流より大きい電流を電池セルに印加するための急速充電用端子であって通常充電用端子の形状とは異なる形状を有する急速充電用端子３０（３１、３２）を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、通常充電および急速充電が可能な電池パックおよびこれを用いた二次電池システムに関する。

従来の電池パックとして、特許文献１は、非水系２次電池の過充電、過放電の防止を図ることができるバッテリーパックを開示している。

このバッテリーパックは、図９に示すように、その内部の過充電・過放電防止回路が個々の電池１１４Ａ，１１４Ｂの電圧を検出するための電圧検出器１１７、１１８と、スイッチ手段１１６、電圧検出器１１９およびスイッチ手段１１５を有し、充電時に個々の電池１１４Ａ，１１４Ｂの電圧が第１の所定値を越えたとき、電圧検出器１１７、１１８の個々の出力に基づいてスイッチ手段１１６をオフして、充電電流を遮断し、放電時に個々の電池１１４Ａ，１１４Ｂの電圧が第２の所定値以下になったとき、または全電池の総電圧が第３の所定値以下になったとき、電圧検出器１１９の出力に基づいてスイッチ手段１１５をオフして、放電電流を遮断する。

図１０は、上述したバッテリーパックの充放電端子の形状を示す。図１０において、プリント基板１２２には、裏面に配線パターン１２３が形成され、表面に回路部品１２４がマウントされている。

このプリント基板１２２は、２個の電池１１４Ａおよび１１４Ｂが並置される大きさを有し、その基板１２２の一端より起立するように直列接続の一方の電池１１４Ａの正極端と接続する正極タブ１２６および他方の電池１１４Ｂの負極端と接続する負極タブ１２７が形成されると共に、基板１２２の他端より起立するように一方の電池１１４Ａの負極端と他方の電池１１４Ｂの正極端が共通接続される中点用タブ１２８が形成され、更に基板の一側に起立するように共通端子１１１、放電端子１１２および充電端子１１３を外側に配した端子固定板１２９が一体に設けられて構成されている。

各共通端子１１１、放電端子１１２、充電端子１１３、タブ１２６，１２７，１２８等は、プリント基板１２２の配線パターン１２３に接続される。回路部品１２４は、２個の電池１１４Ａおよび１１４Ｂを並べて配したときの両電池１１４Ａおよび１１４Ｂの隙間に当たる基板中央にマウントされている。
特開２００４−６３０２号公報

上述した特許文献１に開示されたバッテリーパックは、充電端子と放電端子の正極側を共通にして電池パックが構成されているので、部品点数を削減するという観点からは有効であるが、急速充電を行う電池パックには適さない。

すなわち、通常充電では、電池パックの定格電流の１〜３倍未満の電流で充電が行われる。これに対し、急速充電では、通常充電に対して４倍以上の電流で充電が行われるので、短時間での充電が可能である。しかしながら、急速充電用の電流が、誤って通常充電用の経路に流れると、ハーネスやパターン配線などを損傷するという問題がある。

本発明の課題は、通常充電および急速充電のいずれも可能であって、過充電による損傷を防止できる電池パックおよびこれを用いた二次電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明は、通常充電用充電器および急速充電用充電器のいずれによっても充電可能な電池パックであって、所定の大きさの電流を電池セルに印加するための通常充電用端子と、所定の大きさの電流より大きい電流を電池セルに印加するための急速充電用端子であって通常充電用端子の形状とは異なる形状を有する急速充電用端子を備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、通常充電用端子と電池セルとの間に設けられた通常充電保護用スイッチ素子と、急速充電用端子と電池セルとの間に設けられた急速充電保護用スイッチ素子とを備えたことを特徴とする。

また、第３の発明は、所定の大きさの電流を出力する通常充電用充電器と、所定の大きさの電流より大きい電流を出力する急速充電用充電器と、電池パックとを備えた二次電池システムにおいて、電池パックは、通常充電用充電器から出力される電流を電池セルに印加するための通常充電用端子と、通常充電用端子と電池セルとの間に設けられた通常充電保護用スイッチ素子と、急速充電用充電器から出力される電流を直接に電池セルに印加するための急速充電用端子であって通常充電用端子の形状とは異なる形状を有する急速充電用端子とを備え、急速充電用充電器は、電流を出力するための出力端子の前段に急速充電保護用スイッチ素子を備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、急速充電用充電器と電池パックとの間で情報を送受する通信線を備え、急速充電用充電器は、電池パックから送られてくる情報に基づき電流を出力するかどうかを制御することを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、通常充電用充電器と電池パックとの間で情報を送受する通信線を備え、通常充電用充電器は、電池パックから送られてくる情報に基づき電流を出力するかどうかを制御することを特徴とする。

本発明によれば、通常充電および急速充電のいずれも可能であって、過充電による損傷を防止できる電池パックおよびこれを用いた二次電池システムを提供できる。

すなわち、第１の発明によれば、通常充電用端子の形状と急速充電用端子の形状とが異なるので、通常充電用端子に、急速充電用充電器の通常充電器プラグを接続することはできない。その結果、急速充電用充電器から電池セルに至る急速充電用の経路と、通常充電用充電器から電池セルに至る通常充電用の経路とを分離することができるので、急速充電時の大きな電流が、通常充電用の経路に流れず、電池パックのハーネスやパターン配線などの損傷を防ぐことができる。

また、第２の発明によれば、経路の途中に存在する通常充電保護用スイッチ素子および急速充電保護用スイッチ素子における損失を最適化することができる。また、急速充電時の大きな電流が、通常充電用の経路に流れないので、電池パックのハーネス、パターン配線または通常充電保護用スイッチ素子の損傷を防ぐことができる。

また、第３の発明によれば、急速充電用充電器に急速充電用スイッチ素子を備え、電池パックの状態の推定および保護を急速充電用充電器で行うので、電池パックを小型軽量化することができる。

また、第４の発明によれば、電池パックの状態を、電池パックから通信線を介して送られてくる情報に基づき、急速充電用充電器で推定するので、電池パックを小型軽量化することができる。

さらに、第５の発明によれば、通常充電用充電器は、電池パックから通信線を介して送られてくる情報に基づき、電流を出力するかどうかを決定することができるので、充電器の種類に対応した保護方式や保護のレベルを決定することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電池パックの電気回路を概略的に示す図である。この電池パックは、電池セル１、通常充電用端子１０、放電用端子２０、急速充電用端子３０を備えている。

通常充電用端子１０は、通常充電用正極端子１１と通常充電用負極端子１２とから構成されており、通常充電用正極端子１１は電池セル１の正極に接続され、通常充電用負極端子１２は電池セル１の負極に接続されている。この通常充電用端子１０には、図示しない通常充電用充電器から電池パックの定格電流の１〜３倍未満の電流が供給される。

放電用端子２０は、放電用正極端子２１と放電用負極端子２２とから構成されており、放電用正極端子２１は電池セル１の正極に接続され、放電用負極端子２２は電池セル１の負極に接続されている。

急速充電用端子３０は、急速充電用正極端子３１と急速充電用負極端子３２とから構成されており、急速充電用正極端子３１は電池セル１の正極に接続され、急速充電用負極端子３２は電池セル１の負極に接続されている。この急速充電用端子３０には、図示しない急速充電用充電器から急速充電時の電流の４倍以上の電流が供給される。

上述した構成により、通常充電用正極端子１１、放電用正極端子２１および急速充電用正極端子３１は共通に接続され、また、通常充電用負極端子１２、放電用負極端子２２および急速充電用負極端子３２は共通に接続されている。

図２は、本発明の実施例１に係る電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。この電池パックは、立方体に構成されており、１つの側面に通常充電用正極端子１１と通常充電用負極端子１２とが形成され、これに対向する側面に放電用正極端子２１と放電用負極端子２２とが形成され、さらに、他の側面に急速充電用正極端子３１と急速充電用負極端子３２とが形成されている。

通常充電用正極端子１１および通常充電用負極端子１２は、通常充電用充電器（図示は省略する）の通常充電器プラグ４１のみが挿入可能な形状を有し、急速充電用充電器の急速充電器プラグ（いずれも図示は省略する）を挿入することはできない。同様に、急速充電用正極端子３１および急速充電用負極端子３２は、急速充電器プラグのみが挿入可能な形状を有し、通常充電器プラグ４１を挿入することはできない。

上記のように構成される本発明の実施例１に係る電池パックにおいて、通常充電が行われる場合には、通常充電用端子１０（通常充電用正極端子１１および通常充電用負極端子１２）に、通常充電用充電器の通常充電器プラグ４１が接続されて充電が行われる。同様に、急速充電が行われる場合は、急速充電用端子３０（急速充電用正極端子３１および急速充電用負極端子３２）には、急速充電用充電器の急速充電器プラグが接続されて充電が行われる。この場合、通常充電より短時間での充電が可能である。

以上説明したように、本発明の実施例１に係る電池パックによれば、通常充電用端子１０の形状と急速充電用端子３０の形状とが異なるので、通常充電用端子１０に、急速充電用充電器の通常充電器プラグを接続することはできない。

したがって、急速充電用充電器から電池セル１に至る急速充電用の経路と、通常充電用充電器から電池セル１に至る通常充電用の経路とを分離することができるので、急速充電時の大きな電流が、通常充電用の経路に流れず、ハーネスやパターン配線などの損傷、例えば異常発熱や焼損などを防ぐことができる。

図３は、本発明の実施例２に係る電池パックの電気回路を概略的に示す図である。この電池パックは、実施例１に係る電池パックの通常充電用正極端子１１と電池セル１の正極との間には、通常充電保護用スイッチ素子１３が追加されている。放電用正極端子２１と電池セル１の正極との間には、放電保護用スイッチ素子２３が追加されている。急速充電用正極端子３１と電池セル１の正極との間には、急速充電保護用スイッチ素子３３が追加されている。

通常充電保護用スイッチ素子１３は、通常充電時に、図示しない制御回路によって過充電が検出された場合にオフし、過充電が検出されない状態ではオンするように制御される。放電保護用スイッチ素子２３は、図示しない制御回路により過放電が検出された場合にオフし、過放電が検出されていない状態ではオンするように制御される。

急速充電保護用スイッチ素子３３は、急速充電時に、図示しない制御回路により過充電が検出された場合にオフし、過充電が検出されない状態ではオンするように制御される。この急速充電保護用スイッチ素子３３は、大電流のオン／オフを制御するので、通常充電保護用スイッチ素子１３に比べて大きい素子により構成されている。

以上説明したように、本発明の実施例２に係る電池パックによれば、通常充電用端子１０の形状と急速充電用端子３０の形状とが異なるので、通常充電用端子１０に、急速充電用充電器の通常充電器プラグを接続することはできない。したがって、急速充電用充電器から電池セル１に至る急速充電用の経路と、通常充電用充電器から電池セル１に至る通常充電用の経路とを分離することができるので、上述した実施例１に係る電池パックによる効果に加え、経路の途中に存在する通常充電保護用スイッチ素子１３および急速充電保護用スイッチ素子３３における損失を最適化することができる。また、急速充電時の大きな電流が、通常充電用の経路に流れないので、ハーネス、パターン配線または通常充電保護用スイッチ素子１３の損傷、例えば異常発熱や焼損などを防ぐことができる。

図４は、本発明の実施例３に係る二次電池システムを概略的に示す図である。この電池システムは、電池パックＡ、通常充電用充電器Ｂおよび急速充電用充電器Ｃから構成されている。この二次電池システムは、実施例２に係る電池パックの急速充電用スイッチ素子３３が急速充電用充電器Ｃに移動されて構成されている。

急速充電用充電器Ｃは、電池パックＡの状態を推定し、過充電になることが推定された場合には、急速充電用スイッチ素子３３をオフにする。これにより、電池パックＡが過充電から保護される。

以上説明したように、本発明の実施例３に係る二次電池システムによれば、急速充電用充電器Ｃに急速充電用スイッチ素子３３を備え、電池パックＡの状態の推定および保護を急速充電用充電器Ｃで行うので、実施例２に係る電池パックと同様の効果に加え、電池パックＡを小型軽量化することができ、例えば、移動体やモバイル機器への適用が容易になる。

図５は、本発明の実施例４に係る二次電池システムを概略的に示す図である。この電池システムは、実施例３に係る二次電池システムに、電池パックＡと急速充電用充電器Ｃとを接続する通信ケーブル５（本発明の通信線に対応する）が追加されるとともに、電池パックＡに制御回路６１が追加され、急速充電用充電器Ｃに制御回路６２が追加されて構成されている。通信ケーブル５は、電池パックＡに設けられた通信コネクタ（電池側）５１と、急速充電用充電器Ｃに設けられた通信コネクタ（充電器側）５２とに接続される。

図６は、本発明の実施例４に係る電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。この電池パックは、実施例１に係る電池パックの急速充電用正極端子３１と急速充電用負極端子３２とが形成されている面に、さらに通信コネクタ（電池側）５１が追加されて構成されている。

電池パックＡに設けられた制御回路６１は、電池セル１の電圧、電流および温度を検出し、電池情報として通信ケーブル５を介して急速充電用充電器Ｃに送る。

急速充電用充電器Ｃに設けられた制御回路６２は、電池パックＡから通信ケーブル５を介して送られてくる電池情報に基づき電池パックＡの状態を推定し、過充電になることが推定された場合には、急速充電保護用スイッチ素子３３をオフにする。これにより、電池パックＡが過充電から保護される。

以上説明したように、本発明の実施例４に係る二次電池システムによれば、電池パックＡの状態を、電池パックＡから通信ケーブル５を介して送られてくる電池情報に基づき、急速充電用充電器Ｃで推定するので、実施例３に係る二次電池システムと同様に、電池パックＡを小型軽量化することができ、例えば、移動体やモバイル機器への適用が容易になる。

図７は、本発明の実施例５に係る二次電池システムを概略的に示す図である。この電池システムは、実施例４に係る二次電池システムに、電池パックＡと通常充電用充電器Ｂとを接続する通信ケーブル７（本発明の通信線に対応する）が追加されるとともに、通常充電用充電器Ｂに制御回路６３が追加されて構成されている。通信ケーブル７は、電池パックＡに設けられた通信コネクタ（電池側）７１と、通常充電用充電器Ｂに設けられた通信コネクタ（充電器側）７２とに接続される。

図８は、本発明の実施例５に係る電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。この電池パックは、実施例４に係る電池パックの通常充電用正極端子１１と通常充電用負極端子１２とが形成されている面に、さらに通信コネクタ（電池側）７１が追加されて構成されている。

電池パックＡに設けられた制御回路６１は、電池セル１の電圧、電流および温度を検出し、電池情報として通信ケーブル５を介して急速充電用充電器Ｃに送るとともに、通信ケーブル７を介して通常充電用充電器Ｂに送る。

急速充電用充電器Ｃに設けられた制御回路６２は、電池パックＡから通信ケーブル５を介して送られてくる電池情報に基づき電池パックＡに充電用の電流を出力するかどうかを決定する。そして、充電用の電流を出力しない場合には、急速充電保護用スイッチ素子３３をオフにする。一方、充電用の電流を出力する場合には、電池パックＡの状態を推定し、過充電になることが推定された場合には、急速充電保護用スイッチ素子３３をオフにする。これにより、電池パックＡが過充電から保護される。

通常充電用充電器Ｂに設けられた制御回路６３は、電池パックＡから通信ケーブル７を介して送られてくる電池情報に基づき電池パックＡに充電用の電流を出力するかどうかを決定する。

以上説明したように、本発明の実施例５に係る二次電池システムによれば、通常充電用充電器Ｂは、電池パックＡから通信ケーブル７を介して送られてくる電池情報に基づき、電流を出力するかどうかを決定することができるので、実施例４に係る二次電池システムによる効果に加え、充電器の種類に対応した保護方式や保護のレベルを決定することができる。

本発明に係る二次電池システムは、二次電池の残エネルギー量を効率よく使用することが要請される負荷の電源として利用可能である。

本発明の実施例１に係る電池パックの電気回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例１に係る電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施例２に係る電池パックの電気回路を概略的に示す図である。 本発明の実施例３に係る二次電池システムを概略的に示す図である。 本発明の実施例４に係る二次電池システムを概略的に示す図である。 本発明の実施例４に係る二次電池システムで使用される電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施例５に係る二次電池システムを概略的に示す図である。 本発明の実施例５に係る二次電池システムで使用される電池パックの構造を概略的に示す斜視図である。 従来のバッテリーパックの回路構成を示すブロック図である。 図９に示すバッテリーパックの充放電端子の形状を示す図である。

符号の説明

１ 電池セル
５、７ 通信ケーブル
１０ 通常充電用端子
１１ 通常充電用正極端子
１２ 通常充電用負極端子
１３ 通常充電保護用スイッチ素子
２０ 放電用端子
２１ 放電用正極端子
２２ 放電用負極端子
２３ 放電保護用スイッチ素子
３０ 急速充電用端子
３１ 急速充電用正極端子
３２ 急速充電用負極端子
１３ 急速充電保護用スイッチ素子
４１ 通常充電器プラグ
５１、７１ 通信コネクタ（電池側）
５２、７２ 通信コネクタ（充電器側）
６１、６２、６３ 制御回路
Ａ 電池パック
Ｂ 通常充電用充電器
Ｃ 急速充電用充電器

Claims (5)

1. 通常充電用充電器および急速充電用充電器のいずれによっても充電可能な電池パックであって、
   所定の大きさの電流を電池セルに印加するための通常充電用端子と、
   前記所定の大きさの電流より大きい電流を前記電池セルに印加するための急速充電用端子であって前記通常充電用端子の形状とは異なる形状を有する急速充電用端子と、
   を備えたことを特徴とする電池パック。
2. 前記通常充電用端子と前記電池セルとの間に設けられた通常充電保護用スイッチ素子と、
   前記急速充電用端子と前記電池セルとの間に設けられた急速充電保護用スイッチ素子と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 所定の大きさの電流を出力する通常充電用充電器と、
   前記所定の大きさの電流より大きい電流を出力する急速充電用充電器と、
   電池パックとを備えた二次電池システムにおいて、
   前記電池パックは、
   前記通常充電用充電器から出力される電流を電池セルに印加するための通常充電用端子と、
   前記通常充電用端子と前記電池セルとの間に設けられた通常充電保護用スイッチ素子と、
   前記急速充電用充電器から出力される電流を直接に前記電池セルに印加するための急速充電用端子であって前記通常充電用端子の形状とは異なる形状を有する急速充電用端子とを備え、
   前記急速充電用充電器は、
   電流を出力するための出力端子の前段に急速充電保護用スイッチ素子を備えたことを特徴とする二次電池システム。
4. 前記急速充電用充電器と前記電池パックとの間で情報を送受する通信線を備え、
   前記急速充電用充電器は、前記電池パックから送られてくる情報に基づき電流を出力するかどうかを制御することを特徴とする請求項３記載の二次電池システム。
5. 前記通常充電用充電器と前記電池パックとの間で情報を送受する通信線を備え、
   前記通常充電用充電器は、前記電池パックから送られてくる情報に基づき電流を出力するかどうかを制御することを特徴とする請求項４記載の二次電池システム。

Images