JP2010166752A - Battery pack and method of controlling charging and discharging - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電池パックおよび電池パックで用いられる充電制御方法に関し、特に、電池パック内の複数の二次電池間の電圧または電池容量のばらつきや、電池の劣化を判断することによって自身で充放電制御を行う電池パックおよび充放電制御方法に関する。 The present invention relates to a battery pack and a charge control method used in the battery pack, and in particular, charges and discharges itself by judging variations in voltage or battery capacity between a plurality of secondary batteries in the battery pack or battery deterioration. The present invention relates to a control battery pack and a charge / discharge control method.
近年、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯型電子機器では、その電源として、リチウムイオン二次電池を用いた電池パックが広く使用されている。リチウムイオン二次電池は、軽量、高容量、残容量検出の容易さ、サイクル寿命の長さといった利点を有する In recent years, battery packs using lithium ion secondary batteries have been widely used as power sources in portable electronic devices such as notebook personal computers, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants). Lithium ion secondary battery has advantages such as light weight, high capacity, easy detection of remaining capacity, and long cycle life
電池パックは消耗品であり、使用回数が増えて内部に収容した二次電池が劣化するに従って満充電状態から放電しきるまでの使用可能時間が短くなってしまう。そして、さらに継続して使用すると電池パックの損傷につながるおそれがある。このため、製造メーカは、満充電状態における二次電池の電池容量が、電池パック製造時における満充電状態の二次電池の電池容量に対して所定の割合以下となった場合に、電池パックが使用限界に達した状態、すなわち二次電池の寿命であると定義している。製造メーカは、ユーザに対して、電池パックの二次電池が寿命であると判断された場合には新しい電池パックへ交換するように促している。 The battery pack is a consumable item, and the usable time until the battery is fully discharged from the fully charged state is shortened as the number of times of use increases and the secondary battery housed therein deteriorates. If the battery pack is continuously used, the battery pack may be damaged. For this reason, the manufacturer, when the battery capacity of the secondary battery in the fully charged state becomes a predetermined ratio or less with respect to the battery capacity of the fully charged secondary battery at the time of manufacturing the battery pack, It is defined as the state where the use limit has been reached, that is, the life of the secondary battery. The manufacturer urges the user to replace the battery pack with a new one when it is determined that the secondary battery of the battery pack has reached the end of its life.
例えば、極度に劣化した電池パックは、その特性上電池内部でガスが発生して電池パックに膨れが生じるおそれがある。電池パックは、電子機器の電池パック挿入部に挿入されて使用される。電池パック挿入部は、電池パックの外寸と略同等の大きさとされている。このため、電池パックに膨れが生じると電池パック挿入部の内壁により電池パックに外圧がかかり、電池パックが破損したり、電池パック外に電解液の液漏れが生じたりする。また、電池パックを電池パック挿入部から外すことが困難となり、電池パックを外す際に電池パックが破損したり、電子機器の破損が生じるおそれもある。 For example, a battery pack that has deteriorated extremely may generate gas inside the battery due to its characteristics, and the battery pack may swell. The battery pack is used by being inserted into a battery pack insertion portion of an electronic device. The battery pack insertion portion is approximately the same size as the outer size of the battery pack. For this reason, when the battery pack swells, an external pressure is applied to the battery pack by the inner wall of the battery pack insertion portion, the battery pack is damaged, or the electrolyte solution leaks outside the battery pack. Moreover, it becomes difficult to remove the battery pack from the battery pack insertion portion, and there is a possibility that the battery pack may be damaged or the electronic device may be damaged when the battery pack is removed.
そこで、電池パックの劣化の検出について、下記の特許文献１のように電池パック内の二次電池の充放電のサイクル数をカウントして既知のテーブルデータで補正することが行われている。 In view of this, detection of the deterioration of the battery pack is performed by counting the number of charge / discharge cycles of the secondary battery in the battery pack and correcting it with known table data as in Patent Document 1 below.
下記の特許文献２のように、電池パック内の二次電池の内部抵抗を測定して電池パックの劣化を検出することも行われている。
As described in
また、電池パック内において二次電池を複数本直列に接続した構造を用いている場合、上述した二次電池の劣化に加えて、各二次電池の電圧や電池容量のばらつきが発生するという問題も知られている。この原因としては、例えば二次電池それぞれの製造における個体差が挙げられる。 In addition, when using a structure in which a plurality of secondary batteries are connected in series in the battery pack, in addition to the deterioration of the secondary battery described above, the voltage and battery capacity of each secondary battery may vary. Is also known. As this cause, the individual difference in manufacture of each secondary battery is mentioned, for example.
さらに、各二次電池が電子機器から受ける熱がそれぞれ異なるという環境的な要因も挙げられる。二次電池の温度により二次電池の内部抵抗が変化するため、各二次電池の電圧のばらつきや劣化の進行の差が生じてしまう。 Furthermore, there is an environmental factor that each secondary battery receives different heat from the electronic device. Since the internal resistance of the secondary battery changes depending on the temperature of the secondary battery, there is a difference in voltage variation and deterioration progress of each secondary battery.
電圧のばらつきや劣化の進行の差が生じた複数の二次電池を用いる場合、充放電制御が困難となり、二次電池に負担をかけてしまう。例えば、放電終止電圧に達していない二次電池が多くあるにも関わらず、放電が停止してしまうことが考えられる。充電時においても、満充電に達していない二次電池があるにも関わらず、充電が停止してしまうという同様の問題が生じる。これにより、劣化が進むにつれて電池パックの使用可能時間（すなわち放電時間）が、満充電に達するために要する時間および充放電の回数が増加し、さらに二次電池の劣化を進行させることとなる。 When using a plurality of secondary batteries in which variations in voltage or differences in deterioration occur, charge / discharge control becomes difficult, and a burden is imposed on the secondary battery. For example, it is conceivable that discharge stops even though there are many secondary batteries that have not reached the discharge end voltage. Even during charging, there is a similar problem that charging stops even though there is a secondary battery that is not fully charged. As a result, as the deterioration progresses, the battery pack usable time (that is, the discharge time) increases the time required to reach full charge and the number of times of charge / discharge, and further progresses the deterioration of the secondary battery.
一方、ある二次電池が放電終止電圧に達する、もしくは満充電状態に達しても、他の二次電池の電圧が充放電可能電圧であるために充放電が継続されるおそれもある。 On the other hand, even if a certain secondary battery reaches the end-of-discharge voltage or reaches a fully charged state, charging / discharging may continue because the voltage of another secondary battery is a chargeable / dischargeable voltage.
これに対して、下記の特許文献３のように、充電中の二次電池の電池容量が規定値の１．５〜２倍となった場合に電池の異常を検出する構成が提案されている。
On the other hand, as in
しかしながら、上述の特許文献１ないし３に記載の発明は、二次電池の故障や異常状態を検出した場合に警告をするのみに留まっている。すなわち、二次電池（電池パック）の交換はユーザに委ねられており、ユーザが二次電池を交換しない場合は、さらに二次電池の充放電が繰り返されてしまう。 However, the inventions described in Patent Documents 1 to 3 described above only give a warning when a failure or abnormal state of the secondary battery is detected. That is, the replacement of the secondary battery (battery pack) is left to the user, and when the user does not replace the secondary battery, the charge / discharge of the secondary battery is further repeated.
したがって、この発明は、二次電池の状態を判断し、二次電池の状態に応じて充放電を完全に停止させ、使用不可能状態にすることができる電池パックおよび充放電制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a battery pack and a charge / discharge control method that can determine the state of a secondary battery, completely stop charging and discharging according to the state of the secondary battery, and make the battery unusable. For the purpose.
課題を解決するために、第１の発明は、１または複数の電池セルと、
第１の制御信号により制御され、電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
第２の制御信号により制御され、電池セルに対する放電電流をＯＮ／ＯＦＦする放電制御スイッチと、
第１および第２の制御信号を出力することにより、充電制御スイッチおよび放電制御スイッチを制御する第１の制御部と、
電池セルの状態を監視し、電池セルの状態が充放電を停止すべき状態であると判断した場合には、第１の制御信号のレベルに関わらず充電制御スイッチをＯＦＦさせる第３の制御信号を出力する第２の制御部と、
第２の制御部に所定の電源電圧を供給する電源供給部と、
負荷と接続される第１および第２の出力端子と
を備え、
第２の制御部において電池セルの電池状態が通常状態であると判断されている場合に、第１の制御部において所定値以上の電流値が検出されたときには、充電制御スイッチもしくは放電制御スイッチがＯＦＦされて電流の遮断を行うとともに、電源供給部の第２の制御部に対する電源供給が遮断され、
第２の制御部において電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合には、電源供給部の第２の制御部に対する電源供給が継続されて、充電制御スイッチをＯＦＦさせる第３の制御信号の出力を継続する
電池パックである。
In order to solve the problem, the first invention includes one or more battery cells,
A charge control switch controlled by a first control signal to turn on / off a charging current for the battery cell;
A discharge control switch controlled by a second control signal to turn ON / OFF a discharge current for the battery cell;
A first control unit that controls the charge control switch and the discharge control switch by outputting the first and second control signals;
A third control signal that turns off the charge control switch regardless of the level of the first control signal when the state of the battery cell is monitored and it is determined that the state of the battery cell is a state where charge / discharge should be stopped. A second control unit for outputting
A power supply unit for supplying a predetermined power supply voltage to the second control unit;
First and second output terminals connected to a load,
When the second control unit determines that the battery state of the battery cell is the normal state, when the first control unit detects a current value greater than or equal to a predetermined value, the charge control switch or the discharge control switch is It is turned off to cut off the current, and the power supply to the second control unit of the power supply unit is cut off.
When it is determined in the second control unit that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, power supply to the second control unit of the power supply unit is continued, and the charge control switch is turned on. The battery pack continues to output the third control signal to be turned off.
第２の発明は、複数の電池セルの放電時において、電池セルの電流、電圧および電池温度を検出する検出のステップと、
検出のステップにおいて検出された電流、電圧および電池温度を基に、複数の電池セルのそれぞれの電池容量を算出する容量算出のステップと、
複数の電池セルのそれぞれの電池容量のうち、最大の電池容量と最小の電池容量との差分値を算出する差分算出のステップと、
差分算出のステップにより得られた差分値が、所定値よりも大きい場合には、複数の電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断する判断のステップと、
判断のステップにより電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合において、電池セルが充電状態とされたときには、電池セルの充電を強制的に遮断するとともに、電池セルの充電の遮断を継続する遮断のステップと
を有する充放電制御方法である。
The second invention is a detection step of detecting the current, voltage and battery temperature of the battery cell when discharging the plurality of battery cells;
A capacity calculating step for calculating the battery capacity of each of the plurality of battery cells based on the current, voltage and battery temperature detected in the detecting step;
A difference calculating step for calculating a difference value between the maximum battery capacity and the minimum battery capacity among the battery capacities of the plurality of battery cells;
When the difference value obtained by the difference calculation step is larger than a predetermined value, a determination step for determining that the battery state of the plurality of battery cells is a state in which charging / discharging should be stopped;
When it is determined in the determination step that the battery state of the battery cell is a state in which charging / discharging should be stopped, when the battery cell is in a charged state, the battery cell is forcibly cut off and the battery cell A charge / discharge control method comprising: a step of interrupting the interruption of charging.
第３の発明は、１または複数の電池セルの放電時において、電池セルの電流、電圧および電池温度を検出する検出のステップと、
検出のステップにおいて検出された電流および電池温度を基に、電池セルの状態判定が可能であるか否かを判断する判断のステップと、
複数の電池セルの電圧と、予め設定された１または複数の設定電圧とを比較することにより、電池セルの状態を判定する電池状態判定のステップと、
電池状態判定のステップにより電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合において、電池セルが充電状態とされたときには、電池セルの充電を強制的に遮断するとともに、電池セルの充電の遮断を継続する遮断のステップと
を有する充放電制御方法である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a detection step of detecting the current, voltage, and battery temperature of the battery cell when discharging one or more battery cells;
A step of determining whether or not the battery cell state can be determined based on the current and the battery temperature detected in the detection step;
A step of battery state determination for determining the state of the battery cell by comparing the voltage of the plurality of battery cells with one or more preset voltage settings;
When it is determined that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped by the step of battery state determination, when the battery cell is in a charged state, the charging of the battery cell is forcibly cut off, A charging / discharging control method including a blocking step for continuously blocking the charging of the battery cell.
この発明では、電池の状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合は、充電および放電を停止させ、停止状態を継続する。このような判断を電池パック自身が行うことができる。 In this invention, when it is determined that the state of the battery is a state where charging / discharging should be stopped, charging and discharging are stopped and the stopped state is continued. Such a determination can be made by the battery pack itself.
この発明によれば、電池の状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合に、電池パックが電子機器等に挿入されたままとされても充放電の遮断状態が継続されるため、安全性が高くなる。 According to the present invention, when it is determined that the state of the battery is a state in which charging / discharging should be stopped, the charge / discharge interruption state is continued even if the battery pack is kept inserted in the electronic device or the like. Therefore, safety is increased.
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（複数の二次電池間の電池電圧のばらつきを検出して電池パックを使用不可能にする例）
２．第２の実施の形態（二次電池の劣化状態（寿命）を検出して電池パックを使用不可能にする例）
３・変形例
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (an example in which battery packs cannot be used by detecting variations in battery voltage among a plurality of secondary batteries)
2. Second Embodiment (Example in which a battery pack is unusable by detecting a deterioration state (life) of a secondary battery)
3. Modification
＜１．第１の実施の形態＞
以下、この発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施の形態では、複数の二次電池間の電池電圧のばらつきを検出し、検出結果に応じて、電池パックの交換を行わない状態であっても完全に使用不可能にする例を説明する。
<1. First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the first embodiment, the battery voltage variation among the plurality of secondary batteries is detected, and the battery pack is not completely used in accordance with the detection result even when the battery pack is not replaced. explain.
図１は、第１の実施の形態における電池パックの一構成例を示す回路図である。図２ないし図４は、従来の回路構成であり、図１の回路構成の理解を容易にするための説明に用いる。図５は、第１の実施の形態における電池パックの放電時の動作を示すフローチャートである。図６は、第１の実施の形態における電池パックの充電時の動作を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of the battery pack according to the first embodiment. 2 to 4 show conventional circuit configurations and are used for explanation to facilitate understanding of the circuit configuration of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing an operation during discharging of the battery pack according to the first embodiment. FIG. 6 is a flowchart showing an operation during charging of the battery pack according to the first embodiment.
［電池パックの回路構成］
図１の電池パック１は、二次電池２ａおよび２ｂからなる組電池２、保護回路１０、プラス端子３ａおよびマイナス端子３ｂ、ならびに通信端子４から構成される。
[Battery pack circuit configuration]
The battery pack 1 of FIG. 1 includes a
組電池２は、リチウムイオン二次電池等の複数の二次電池が直列および／または並列接続されたものである。この発明の第１の実施の形態では、２つの二次電池２ａおよび２ｂが直列に接続された場合について説明する。
The assembled
プラス端子３ａおよびマイナス端子３ｂは、それぞれ図示しない外部の電子機器や充電器のプラス端子およびプラス端子に接続され、二次電池２ａおよび２ｂに対する充放電が行われる。通信端子４は、電子機器との通信を行い、例えば電子機器に対して電池パックの状態を送信し、必要に応じて電子機器においてステータス表示を行うためのものである。例えば、電子機器のアラームランプを点灯させたり、電子機器の表示部に電池状態を文字やアイコン等で表示させることができる。また、通信端子４を介して電子機器と通信を行うことにより、電池パック１が正規の製品であるかを認証したり、二次電池２ａおよび２ｂの残容量を電子機器に通知する。
The plus terminal 3a and the
保護回路１０は、この発明による組電池２異常時の充放電強制遮断制御を行うためのマイクロコンピュータ１１、マイクロコンピュータ１１に所定の電源電圧を供給するためのレギュレータ１２、電圧検出部１３、電流検出部１４、電流検出抵抗１５、温度検出素子１６、充放電制御ＩＣ（Integrated Circuit）１７、メモリ１８、放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）１９、充電制御ＦＥＴ２０、ダイオード２１ａおよび２１ｂ、トランジスタ２２ａおよび２２ｂならびに過電流検出用抵抗２３からなる。なお、トランジスタ２２ａはＰＮＰ型のトランジスタからなり、トランジスタ２２ｂはＮＰＮ型のトランジスタからなる。
The
［充放電制御ＩＣ］
充放電制御ＩＣ１７は、ＧＮＤで示す基準電位端子およびＶＭで示す過電流検出端子の両端の電圧を検出し、検出された電圧から、等価的に保護回路１０に流れる電流を検出する。基準電位端子ＧＮＤと過電流検出端子ＶＭとの間には、放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０が設けられる。すなわち、放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０の抵抗によって生じる電圧降下に基づいて等価的に放電電流を検出する。そして、規定の電流値以上の負荷電流（すなわち、過電流）が流れた場合に、放電制御ＦＥＴ１９をＯＦＦさせて負荷電流を遮断する。これにより、二次電池２ａおよび２ｂ、外部の電子機器、および電池パック１内の保護回路１０の各部の劣化や損傷を防止している。
[Charge / discharge control IC]
The charge /
放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０のそれぞれのドレイン・ソース間には、寄生ダイオード１９ａおよび２０ａが存在する。寄生ダイオード１９ａは、プラス端子３ａから組電池２の方向に流れる充電電流に対して順方向で、マイナス端子３ｂから組電池２の方向に流れる放電電流に対して逆方向の極性を有する。寄生ダイオード２０ａは、充電電流に対して逆方向で、放電電流に対して順方向の極性を有する。
Parasitic diodes 19a and 20a exist between the drain and source of the
放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０のそれぞれのゲートには、充放電制御ＩＣ１７からの制御信号ＤＯおよびＣＯがそれぞれ供給される。通常の充電動作および放電動作では、制御信号ＤＯが論理“Ｈ”レベル（以下、ハイレベルと適宜称する）とされて放電制御ＦＥＴ１９がＯＮ状態とされる。制御信号ＤＯがハイレベルとされることにより、レギュレータ１２の出力を制御するスイッチ（図示せず）をＯＮとする。制御信号ＣＯがハイレベルとされて充電制御ＦＥＴ２０がＯＮ状態とされる。放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０はＮチャンネル型であるので、ソース電位より所定値以上高いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＤＯおよびＣＯがハイレベルとされ、放電制御ＦＥＴ１９および充電制御ＦＥＴ２０がＯＮ状態とされる。
Control signals DO and CO from the charge /
なお、後に詳細に説明するが、マイクロコンピュータ１１からは、通常の充電動作および放電動作時、すなわち二次電池２ａおよび２ｂの異常状態を検出するまでは、ハイレベルの充放電制御信号ＣＯ’が出力されている。マイクロコンピュータ１１から出力される充放電制御信号ＣＯ’がハイレベルとされることにより、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａがＯＦＦとされる。そして、ＮＰＮ型のトランジスタ２２ｂも同様にＯＦＦとされる。このため、充電制御ＦＥＴ２０は、充放電制御ＩＣ１７からの制御信号ＤＯおよびＣＯによってのみ制御される。また、ハイレベルの充放電遮断信号ＣＯ’が出力されてトランジスタ２２ａおよび２２ｂがＯＦＦとされることにより、ダイオード２１ｂを介してレギュレータ１２にローレベルが供給される。
As will be described in detail later, the
充放電制御ＩＣ１７において放電電流が過電流状態であると検出された場合には、制御信号ＤＯが論理“Ｌ”レベル（以下、ローレベルと適宜称する）とされ、放電制御ＦＥＴ１９がＯＦＦ状態とされる。制御信号ＤＯは、省電力化対策機能を兼務している。このため、制御信号ＤＯがローレベルとされることで、ダイオード２１ａを介してレギュレータ１２の出力を制御するスイッチ（図示せず）へローレベルの制御信号ＤＯが入力される。このとき、電池パック１が通常の放電動作中である場合には、通常の放電制御がなされる。ダイオード２２ａおよび２２ｂのそれぞれからレギュレータ１２に対して、ローレベルが入力され、レギュレータ１２の出力を制御するスイッチもＯＦＦとされる。これにより、マイクロコンピュータ１１およびその周辺部の電源電圧を一括して遮断することができ、省電力な設計とされる。レギュレータ１２およびマイクロコンピュータ１１の制御については、後に詳細に説明する。
When the charge /
一方、マイクロコンピュータ１１は、二次電池２ａおよび２ｂの異常状態を検出すると、ローレベルの充放電制御信号ＣＯ’を出力する。これにより、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａがＯＮされ、ＮＰＮ型のトランジスタ２２ｂもＯＮされる。これにより、充電制御ＦＥＴ２０のゲート電圧とソース電圧とが同電位となり、充電制御ＦＥＴ２０が強制的にＯＦＦされる。このとき、レギュレータ１２には、ダイオード２１ｂを介してトランジスタ２２ｂのゲートと同様にハイレベルの制御信号が供給される。
On the other hand, when detecting an abnormal state of the
充放電制御ＩＣ１７は、マイナス端子３ｂ側の電圧を検出する。充放電制御ＩＣ１７は、マイナス端子３ｂ側の電圧から、充放電制御ＩＣ１７以外の制御による動作で充電制御ＦＥＴ２０がＯＦＦされたと判断した場合には、過電流検出時と同様に制御信号ＤＯがローレベルとされる。このとき、ダイオード２１ａを介してレギュレータにローレベルの制御信号が入力される。すなわち、二次電池２ａおよび２ｂの異常状態が検出された場合には、ダイオード２２ａからレギュレータ１２に対してローレベルが入力され、ダイオード２２ｂからレギュレータ１２に対してハイレベルが入力される。このため、レギュレータ１２の出力を制御するスイッチはＯＮのままとされる。
The charge /
充放電制御ＩＣ１７は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等からなるメモリ１８に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。
The charge /
［マイクロコンピュータ］
マイクロコンピュータ１１は、電圧検出部１３によって検出された二次電池２ａおよび２ｂの電圧値、電流検出抵抗１５を用いて電流検出部１４で検出された保護回路１０を流れる電流値、温度検出素子１６を用いて得た二次電池２ａおよび２ｂの温度を得る。そして、得られた電圧値、電池温度および電流値から、二次電池２ａおよび２ｂそれぞれの電池容量を算出する。マイクロコンピュータ１１には、図示しないメモリに温度および劣化（サイクル回数）に応じた補正係数が記憶されている。電池容量は、二次電池２ａおよび２ｂの温度およびサイクル回数に応じた補正係数によって補正されて算出される。
[Microcomputer]
The
第１の実施の形態では、マイクロコンピュータ１１は、放電時に算出した電池容量（放電容量）を基に、二次電池２ａおよび２ｂの電池容量が大きく異なる場合には、「電池容量のバランス崩れ」という異常状態であると判断する。マイクロコンピュータ１１は、通常の充放電時には、ハイレベルの充放電遮断信号ＣＯ’を出力する。このとき、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａのベースにはエミッタに対してハイレベルの電圧が入力され、トランジスタ２２ａがＯＦＦされる。そして、トランジスタ２２ａがＯＦＦされることにより、ＮＰＮ型のトランジスタ２２ｂもＯＦＦされる。そして、二次電池２ａおよび２ｂの異常状態を検出後、電池パック１が充電状態とされた場合には、ローレベルの充放電遮断信号ＣＯ’を出力することにより、トランジスタ２２ａおよび２２ｂがＯＮされる。
In the first embodiment, the
上述のように、マイクロコンピュータ１１から出力された充放電遮断信号ＣＯ’は、ダイオード２１ｂを介してレギュレータ１２にも供給される。通常の充放電動作中においては、トランジスタ２２ａおよび２２ｂがＯＦＦされるため、レギュレータ１２にはダイオード２１ｂを介してローレベルの制御信号が入力される。また、放電中に異常状態であると判断された後、放電が終了して充電が開始された場合には、トランジスタ２２ａおよび２２ｂがＯＮされるため、レギュレータ１２にはダイオード２１ｂを介してハイレベルの制御信号が入力される。
As described above, the charge / discharge cutoff signal CO ′ output from the
異常状態で充電状態とされた場合において、充放電制御号ＣＯ’をローレベルとしたときは、充電制御ＦＥＴ２０のゲートとソース間が同電位となる。このため、充放電制御ＩＣ１７からの制御信号ＣＯがハイレベルであっても充電制御ＦＥＴ２０はＯＦＦされ、充電が直ちに終了する。
When the charge / discharge control signal CO ′ is set to the low level in the abnormal state and the charge state, the potential between the gate and the source of the
充電時において、充放電制御信号ＣＯ’がローレベルとされて充電制御ＦＥＴ２０が強制的にＯＦＦされると、充放電制御ＩＣ１７のＧＮＤ端子−ＶＭ端子間が高抵抗となる。すると、充放電制御ＩＣ１７は論理上、負荷電流の増大、すなわち過電流状態であると判断する。通常、過電流状態は電圧値をもとに検出している。ＧＮＤ端子−ＶＭ端子間の放電電流の値が一定であっても抵抗値が増大し、電圧値が増大するためである。このような充放電制御ＩＣ１７の性質から、充放電制御ＦＥＴ２０を強制的にＯＦＦすると、充放電制御ＩＣ１７は、制御信号ＤＯをハイレベルからローレベルに切り替えて出力する。そして、放電制御ＦＥＴ１９がＯＦＦされるとともに、ダイオード２１ａを介してレギュレータ１２にローレベルの制御信号ＤＯが供給される。
At the time of charging, when the charge / discharge control signal CO ′ is set to the low level and the
マイクロコンピュータ１１は、二次電池２ａおよび２ｂが通常状態であれば、レギュレータ１２からの電源電圧が遮断されることにより、リセット状態となる。すなわち、充放電制御ＩＣ１７からの制御信号ＤＯもしくはＣＯがハイレベルに戻ることにより、通常状態の充放電動作を再開させることができる。
When the
また、二次電池２ａおよび２ｂの電池容量のバランスが崩れた異常状態の場合は、マイクロコンピュータ１１からはローレベルの充放電遮断信号ＣＯ’が出力され、ダイオード２１ｂを介してレギュレータ１２にハイレベルの制御信号が入力される。すなわち、レギュレータ１２がＯＦＦされないため、充電制御ＦＥＴ２０のＯＦＦ状態を継続することができる。これにより、二次電池２ａおよび２ｂが所定の電圧を出力不可能となるまでの間、強制的に充電制御ＦＥＴ２０をＯＦＦし続けることができる。二次電池２ａおよび２ｂが所定の電圧を出力不可能となった場合は、レギュレータ１２からマイクロコンピュータ１１に対して所定電圧の供給が不可能となる。この場合は、電池パック１自体が充放電不可能な状態となっており、電池パック１が電子機器に装着されたままであっても危険な状態となることを防止できる。
In the abnormal state where the balance of the battery capacity of the
［レギュレータ］
レギュレータ１２は、二次電池２ａおよび２ｂの電圧値を所定電圧に安定化させて、マイクロコンピュータ１１の電源電圧として供給する。レギュレータ１２には、ダイオード２１ａを介して制御信号ＤＯが供給されるとともに、ダイオード２１ｂを介して充放電遮断信号ＣＯ’が供給される。レギュレータ１２は、供給される制御信号ＤＯおよび充放電遮断信号ＣＯ’の双方がローレベルのときにのみ、出力が制御されて供給電圧が遮断される。
[regulator]
The
すなわち、マイクロコンピュータ１１が二次電池２ａおよび２ｂ間の「電池容量のバランス崩れ」という異常状態を検出していない場合には、マイクロコンピュータ１１からはハイレベルの充放電制御信号ＣＯ’が出力されている。そして、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａおよびダイオード２１ｂを介して、レギュレータ１２にはローレベルの制御信号が入力される。このため、充放電制御ＩＣ１７から出力される制御信号ＤＯがローレベルとなった場合には、レギュレータ１２に入力される制御信号がどちらもローレベルとなり、レギュレータ１２からマイクロコンピュータ１１に対する電源供給は遮断される。
That is, when the
マイクロコンピュータ１１において二次電池２ａおよび２ｂ間の異常状態が検出された状態で電池パック１が充電状態とされた場合には、マイクロコンピュータ１１からの充放電遮断信号ＣＯ’がローレベルとされて充電制御ＦＥＴ２０がＯＦＦとされる。続いて、充放電制御ＩＣ１７が過放電状態と判断して放電制御ＦＥＴ１９をＯＦＦする。そして、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａおよびダイオード２１ｂを介して、レギュレータ１２にはハイレベルの制御信号が入力される。このため、充放電制御ＩＣ１７から出力される制御信号ＤＯがローレベルとなった場合であっても、レギュレータ１２に入力される制御信号はハイレベル／ローレベルとなり、レギュレータ１２からマイクロコンピュータ１１に対する電源供給は継続される。マイクロコンピュータ１１への電源供給が継続されることにより、充放電制御ＦＥＴ２０をＯＦＦするローレベルの充放電遮断信号ＣＯ’の出力が継続される。このため、充電制御および放電制御が継続される。
When the battery pack 1 is in the charged state in the state where the abnormal state between the
なお、放電時において二次電池２ａおよび２ｂ間の異常状態が検出された場合でも、直ちに充電制御ＦＥＴ２０をＯＦＦとせず、放電動作を継続する。そして、充電状態となってから、充電制御ＦＥＴ２０をＯＦＦとする。充放電遮断信号ＣＯ’は、電池パック１が充電状態となった後直ちにローレベルとされるのではなく、誤動作防止のために所定値以上の充電電流が所定時間以上流れたことを検出してからローレベルとされることが好ましい。この発明は、異常状態を検出した後に、充放電を完全に遮断するものである。電池パック１が放電中で、かつ放電可能な電池容量を残しているにも関わらず充放電が完全に遮断されてしまうことを防止することが好ましい。
Even when an abnormal state between the
ここで、この発明の第１の実施の形態における電池パック１の回路構成の特徴の理解をより容易にするために、従来の回路構成を用いて説明する。 Here, in order to make it easier to understand the characteristics of the circuit configuration of the battery pack 1 according to the first embodiment of the present invention, description will be made using a conventional circuit configuration.
図２に、二次電池３２ａおよび３２ｂを用いた電池パック３０の保護回路における従来の一般的な構成を簡易的に示す。図２に示すように、電池パック３０では、充放電制御ＩＣ３３、放電制御ＦＥＴ３４、充電制御ＦＥＴ３５および過電流検出用抵抗３６とを備えた保護回路を用いている。
FIG. 2 simply shows a conventional general configuration in the protection circuit of the
この場合、放電制御ＦＥＴ３４および充電制御ＦＥＴ３５を用いて通常の充放電制御を行うことはできるものの、二次電池３２ａおよび３２ｂの状態に応じて充電制御ＦＥＴ３４を充放電制御ＩＣ３３外部から強制的に制御することができない。
In this case, although normal charge / discharge control can be performed using the
そこで、図３に示すように、マイクロコンピュータ３６、レギュレータ３７、電池パック３０の充放電を完全に遮断するための遮断用放電制御ＦＥＴ３８、遮断用充電制御ＦＥＴ３９をさらに設けた保護回路がある。図３の保護回路は、マイクロコンピュータ３６が二次電池３２ａおよび３２ｂの電圧および電流を電圧検出部４０および電流検出部４１から得て監視するものである。マイクロコンピュータ３６は、二次電池３２ａおよび３２ｂが異常状態となると、遮断用放電制御ＦＥＴ３８、遮断用充電制御ＦＥＴ３９をＯＦＦにして充放電の遮断を行うものである。
Therefore, as shown in FIG. 3, there is a protection circuit further provided with a
しかしながら、図３の保護回路では、二次電池の保護用の他に、電流遮断用のＦＥＴ素子が必要となる。したがって、電池パックの製造コストが高くなるとともに、電力の損失やスペース効率の低下という問題が生じてしまう。 However, the protection circuit of FIG. 3 requires a current interrupting FET element in addition to protecting the secondary battery. Therefore, the manufacturing cost of the battery pack increases, and problems such as power loss and space efficiency decrease occur.
さらに、図４に示すような構成とすることもできる。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、放電制御ＦＥＴ３４および充電制御ＦＥＴ３５がオフされた状態を、スイッチのオフ状態を示す電気記号で示す。
Furthermore, a configuration as shown in FIG. In FIGS. 4A and 4B, the state in which the
図４の電池パック３０では、マイクロコンピュータ３６が充電制御ＦＥＴ３５を強制的にＯＦＦすることができる回路構成とされる。図４Ａに示すように、二次電池３２ａおよび３２ｂの異常状態を検出した後、充電制御ＦＥＴ３５がマイクロコンピュータ３６によって強制的にＯＦＦされる。すると、充放電制御ＩＣ３３が過電流状態であると判断してローレベルの制御信号ＤＯが出力される。制御信号ＤＯがローレベルとされると、図４Ｂ示すように、放電制御ＦＥＴ３４がＯＦＦされるとともに、レギュレータ３７がＯＦＦされてマイクロコンピュータ３６への電力供給が遮断される。マイクロコンピュータ３６は、レギュレータ３７からの電力供給が遮断されることによりリセットされ、充電制御ＦＥＴのＯＦＦ状態が解除される。このため、二次電池３２ａおよび３２ｂが異常状態であるにも関わらず、充放電を完全に遮断することができない。
The
したがって、図１に示す電池パック１の回路構成においては、二次電池３２ａおよび３２ｂが異常状態となった場合にそれ以降の充放電を完全に遮断することができるため、高い安全性を有しているといえる。
Therefore, in the circuit configuration of the battery pack 1 shown in FIG. 1, when the
［放電時の動作］
図５のフローチャートを用いて、この発明の第１の実施の形態における電池パック１の放電時の動作を説明する。なお、以下の処理は、電池パック１内のマイクロコンピュータ１１および電圧検出部１３、電流検出部１４、電流検出抵抗１５および温度検出素子１６によりなされる。図５のフローチャートの処理は、電池パック１が一旦満充電まで充電された後、ある任意の放電量が放電された時点で開始される。以下の説明では、満充電状態に対して１０％放電がなされた状態でフローチャートの処理が開始されるものとする。
[Operation during discharge]
The operation at the time of discharging of the battery pack 1 in the first embodiment of the present invention will be described using the flowchart of FIG. The following processing is performed by the
ここで、フローチャートの処理は、二次電池２ａおよび２ｂのそれぞれの電圧値の平均が満充電時の電圧値の９０％となった時点で開始されるようにする。また、二次電池２ａおよび２ｂのいずれか電圧値の低い方もしくは高い方が、満充電時の電圧値の９０％となった時点で処理が開始されるようにしてもよい。第１の実施の形態では、電池パック１における二次電池２ａおよび２ｂの電池容量のばらつきが小さい場合は充放電制御フラグを「０」、ばらつきが大きい場合は充放電制御フラグを「１」とする。
Here, the process of the flowchart is started when the average of the voltage values of the
まず、ステップＳ１において、放電時の電流Ｉ、二次電池２ａおよび２ｂそれぞれの電圧Ｖ、二次電池２ａおよび２ｂそれぞれの電池温度Ｔが測定される。この時点で、充放電制御フラグは０とされている。そして、ステップＳ２において、二次電池２ａおよび２ｂの電池容量、すなわち残容量９０％の状態における放電容量がそれぞれ算出される。電池容量は、例えば測定したそれぞれの電圧Ｖを基に、電圧Ｖと電池容量との関係を示すテーブルデータから求める方法等が挙げられる。電池容量は、電池温度Ｔおよび充放電サイクル回数に応じた補正係数によって補正されて得られる。
First, in step S1, the current I during discharge, the voltage V of each of the
そして、ステップＳ３において、二次電池２ａおよび２ｂのそれぞれの電池容量の差分が求められる。二次電池が３以上用いられている場合には、最大の電池容量から最小の電池容量を引いて差分が求められる。そして、電池容量の差分値、すなわち電池容量のばらつきが、基準となる基準差分値ΔＣよりも大きいか否かが判断される。
In step S3, the difference between the battery capacities of the
ステップＳ３において、算出した電池容量の差分値が基準差分値ΔＣよりも小さい場合は、処理がステップＳ６に移る。ステップＳ６では、二次電池２ａおよび２ｂ間の電池容量のばらつきが小さいため、電子機器に対して通信端子４を介して電池パック１の状態が良好であるとのステータスを通知する。充放電制御フラグは０のままとされ、処理が終了する。
In step S3, when the calculated difference value of the battery capacity is smaller than the reference difference value ΔC, the process proceeds to step S6. In step S6, since the battery capacity variation between the
ステップＳ３において、算出した電池容量の差分値が基準差分値ΔＣよりも大きい場合は、処理がステップＳ４に移る。ステップＳ４では、二次電池２ａおよび２ｂ間の電池容量のばらつきが大きく、電池パック１が異常状態であるとして充放電遮断フラグが１とされる。続いて、ステップＳ５では、電子機器に対して通信端子４を介して二次電池２ａおよび２ｂ間の電池容量のバランスが崩れているとのステータスを通知し、処理が終了する。
In step S3, when the calculated difference value of the battery capacity is larger than the reference difference value ΔC, the process proceeds to step S4. In step S4, the battery capacity variation between the
なお、充放電遮断フラグの値に関わらず、ユーザが使用を停止するか、もしくは二次電池２ａおよび２ｂが放電しきるまで放電動作が継続される。
Regardless of the value of the charge / discharge cutoff flag, the discharging operation is continued until the user stops using the battery or the
［充電時の動作］
図６のフローチャートを用いて、この発明の第１の実施の形態における電池パック１の充電時の動作を説明する。以下の判断は、マイクロコンピュータ１１によりなされる。まず、ステップＳ１１において、充放電遮断フラグが０であるか否かが判断される。ステップＳ１１において充放電遮断フラグが０であると判断された場合には、処理がステップＳ１５に移り、電池パック１では通常の充電動作が行われる。
[Operation when charging]
The operation at the time of charging of the battery pack 1 in the first embodiment of the present invention will be described using the flowchart of FIG. The following determination is made by the
ステップＳ１１において充放電遮断フラグが０でないと判断された場合には、二次電池２ａおよび２ｂの電池容量が所定値以上に差があるため、充放電遮断動作に入る。処理がステップＳ１２に移り、充電電流が１００ｍＡを超えた状態で６０秒が経過したか否かが判断される。ステップＳ１２において条件を満たさない、すなわち、確実に充電しているとはいえない状態であると判断された場合には、処理が終了される。ステップＳ１２において条件を満たす、すなわち、確実に充電していると判断された場合には、ステップＳ１３に処理が移る。
If it is determined in step S11 that the charge / discharge cutoff flag is not 0, the charge / discharge cutoff operation is started because the battery capacities of the
ここで、ステップＳ１２は、誤動作を防止するために、確実に充電状態にあるかを判断するためのステップである。充放電遮断がなされると、例え二次電池２ａおよび２ｂの放電容量が充分に残っていても、電池パック１を充放電動作に復帰させることはできない。この発明の第１の実施の形態では、放電動作中に異常状態が検出された場合、放電動作が終了するまで、すなわちユーザが電子機器を使用している最中には充放電遮断をしないようにしている。ステップＳ１２により、ユーザが電子機器を確実に使用していないことを確認してから充放電遮断動作に入ることができる。
Here, step S12 is a step for determining whether the battery is in a charged state in order to prevent malfunction. When the charge / discharge interruption is performed, the battery pack 1 cannot be returned to the charge / discharge operation even if the
ステップＳ１２において二次電池２ａおよび２ｂが充電状態であると判断された場合には、ステップＳ１３において二次電池２ａおよび２ｂの充放電を遮断する。すなわち、マイクロコンピュータ１１からローレベルの充放電制御信号ＣＯ’を出力する。これにより、トランジスタ２２ａおよび２２ｂをＯＮさせ、充電制御ＦＥＴ２０を強制的にＯＦＦさせることができる。充電制御ＦＥＴ２０を強制的にＯＦＦすると、その特性上放電制御ＦＥＴ１９もＯＦＦされる。一方、レギュレータ１２には、ＰＮＰ型のトランジスタ２２ａおよびダイオード２１ｂを介してハイレベルの制御信号が入力される。このため、レギュレータ１２はＯＮのままとなり、マイクロコンピュータ１１からローレベルの充放電制御信号ＣＯ’を出力して充電制御ＦＥＴ２０のＯＦＦ状態を継続することができる。
If it is determined in step S12 that the
＜２．第２の実施の形態＞
以下、この発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。第２の実施の形態では、二次電池の寿命を判断し、判断結果に応じて、電池パックの交換を行わない状態であっても完全に使用不可能にする例を説明する。
<2. Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, an example will be described in which the lifetime of the secondary battery is determined, and the battery pack is completely unusable even if the battery pack is not replaced according to the determination result.
第２の実施の形態における電池パックは、第１の実施の形態と同様の構成とすることができるため、回路構成の説明を省略する。 Since the battery pack in the second embodiment can have the same configuration as that of the first embodiment, description of the circuit configuration is omitted.
図７は、電池パック１の放電時の電池容量（放電容量）と電圧との関係を示すグラフである。図７において、参照符号５１は、製造直後の電池パック１の放電容量を示す。参照符号５２は、充放電サイクルを３００サイクル行った後の電池パック１の放電容量を示す。参照符号５３は、充放電サイクルを５００サイクル行った後の電池パック１の放電容量を示す。参照符号５４は、充放電サイクルを１０００サイクル行った後の電池パック１の放電容量を示す。参照符号５５は、充放電サイクルを１５００サイクル行った後の電池パック１の放電容量を示す。図７に示されるグラフの電池パックは、電圧４．２Ｖを満充電状態とし、電圧３．０Ｖを放電終止電圧として放電させるように構成されている。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the battery capacity (discharge capacity) and the voltage when the battery pack 1 is discharged. In FIG. 7,
図７から分かるように、充放電サイクルが進むにつれて終止電圧３．０Ｖにおける放電容量が減少する。このため、満充電状態から電池パック１の放電を開始し、放電容量の残容量が、製造時の電池容量に対して所定の割合となった時点での電池電圧を比較すると、充放電サイクルが進むにつれて電圧値が低下していくことが分かる。 As can be seen from FIG. 7, the discharge capacity at the final voltage of 3.0 V decreases as the charge / discharge cycle proceeds. For this reason, when the discharge of the battery pack 1 is started from the fully charged state and the battery voltage at the time when the remaining capacity of the discharge capacity becomes a predetermined ratio with respect to the battery capacity at the time of manufacture, the charge / discharge cycle is It turns out that a voltage value falls as it progresses.
このため、第２の実施の形態では、例えば製造時の電池容量の１０％を放電した時点での電池電圧を測定し、測定された電池電圧が低すぎる場合は二次電池２ａおよび２ｂが劣化しすぎているものとして充放電遮断を行う。
For this reason, in the second embodiment, for example, the battery voltage at the time of discharging 10% of the battery capacity at the time of manufacture is measured, and when the measured battery voltage is too low, the
そして、測定された電池電圧に応じて電子機器に電池パック１の状態を送信するようにする。例えば、図７において１０％放電時における電池電圧ＶがＶ＜Ｖ２であれば、電池の使用を停止させるとともに、二次電池２ａおよび２ｂが使用不可能な状態にあることを示す情報を電子機器本体に通知するようにする。また、電池電圧ＶがＶ２≦Ｖ＜Ｖ１であれば、二次電池２ａおよび２ｂが劣化状態にあることを示す情報を電子機器本体に通知するようにする。なお、Ｖ１は電池劣化、Ｖ２は電池寿命を示す上限電圧であり、Ｖ２とＶ１はＶ２＜Ｖ１の関係にある。以下、Ｖ１を電池劣化電圧、Ｖ２を電池寿命電圧と称する。
Then, the state of the battery pack 1 is transmitted to the electronic device according to the measured battery voltage. For example, if the battery voltage V at the time of 10% discharge in FIG. 7 is V <V2, the use of the battery is stopped, and information indicating that the
［放電時の動作］
図８のフローチャートを用いて、この発明の第２の実施の形態における電池パック１の放電時の動作を説明する。なお、以下の処理は、電池パック１内のマイクロコンピュータ１１および電圧検出部１３、電流検出部１４、電流検出抵抗１５および温度検出素子１６によりなされる。図８のフローチャートの処理は、電池パック１が一旦満充電まで充電された後、ある任意の放電量が放電された時点で開始される。以下の説明では、満充電状態の電池容量に対して１０％放電がなされた状態でフローチャートの処理が開始されるものとする。
[Operation during discharge]
The operation at the time of discharging of the battery pack 1 in the second embodiment of the present invention will be described using the flowchart of FIG. The following processing is performed by the
ここで、フローチャートの処理は、二次電池２ａおよび２ｂが満充電時の電池容量の１０％分の容量を放電した時点で開始されるようにする。第２の実施の形態においては、１０％放電時における電圧値が上述の電池寿命電圧Ｖ２よりも高い場合は充放電制御フラグを「０」、１０％放電時における電圧値が上述の電池寿命電圧Ｖ２よりも低い場合は充放電制御フラグを「１」とする。
Here, the processing of the flowchart is started when the
まず、ステップＳ２１において、放電時の電流Ｉ、二次電池２ａおよび２ｂそれぞれの電圧Ｖ、二次電池２ａおよび２ｂそれぞれの電池温度Ｔが測定される。この時点で、充放電制御フラグは０とされている。そして、ステップＳ２２において、二次電池２ａおよび２ｂの電池温度Ｔが所定の範囲内にあり、かつ電流Ｉが低電流であるか否かが判断される。電池温度Ｔは、予め定められた温度領域（Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２）にあれば、劣化の判定を可能とする。電池温度Ｔが高すぎる場合もしくは低すぎる場合は、劣化の判定が正常に行われない。また、電流Ｉが例えば基準電流以上の場合も同様に、劣化の判定が正常に行われない。このため、ステップＳ２２において条件を満たさないと判断された場合は、電池状態の判定を行わないようにし、処理がステップＳ２８に移る。ステップＳ２８では、外部の電子機器に対してステータス「未表示」の信号が送信される。なお、ステータス「未表示」の信号が電子機器に送信された場合には、電子機器の表示部等への表示を行わないようにする。
First, in step S21, the current I during discharge, the voltage V of each of the
ステップＳ２２において所定の温度条件および電流条件を満たすと判断された場合には、ステップＳ２３において電圧Ｖが電池劣化電圧Ｖ１より小さいか否かが判断される。ステップＳ２３において電圧Ｖが電池劣化電圧Ｖ１より小さくないと判断された場合には、電池状態は正常であるとして処理がステップＳ２８に移る。ステップＳ２８では、電子機器に対してステータス「未表示」の信号が送信される。 If it is determined in step S22 that the predetermined temperature condition and current condition are satisfied, it is determined in step S23 whether or not the voltage V is smaller than the battery deterioration voltage V1. If it is determined in step S23 that the voltage V is not smaller than the battery deterioration voltage V1, the process proceeds to step S28 assuming that the battery state is normal. In step S28, a status “undisplayed” signal is transmitted to the electronic device.
ステップＳ２３において電圧Ｖが電池劣化電圧Ｖ１より小さいと判断された場合には、ステップＳ２４において電圧Ｖが電池寿命電圧Ｖ２より小さいか否かが判断される。ステップＳ２４において、電圧Ｖが電池寿命電圧Ｖ２より小さくないと判断された場合、すなわち電池劣化電圧Ｖ１＜電池電圧Ｖ＜電池寿命電圧Ｖ２の場合には、処理がステップＳ２７に移る。ステップＳ２７では、外部の電子機器に対して通信端子４を介して二次電池２ａおよび２ｂが電池劣化状態であるとのステータスを通知し、処理が終了する。なお、ステータス「電池劣化」の信号が電子機器に送信された場合には、電子機器の表示部等において文字やアイコンで電池劣化状態を表示する。また、電子機器の警告ランプを点滅させるようにしてもよい。
If it is determined in step S23 that the voltage V is smaller than the battery deterioration voltage V1, it is determined in step S24 whether or not the voltage V is smaller than the battery life voltage V2. If it is determined in step S24 that the voltage V is not smaller than the battery life voltage V2, that is, if the battery deterioration voltage V1 <battery voltage V <battery life voltage V2, the process proceeds to step S27. In step S27, the status that the
ステップＳ２４において電圧Ｖが電池寿命電圧Ｖ２より小さいと判断された場合には、処理がステップＳ２５に移る。ステップＳ２５では、二次電池２ａおよび２ｂの電池電圧が低くなりすぎている、すなわち劣化しすぎており、電池パック１が異常状態であるとして充放電遮断フラグが１とされる。続いて、ステップＳ２６では、電子機器に対して通信端子４を介して二次電池２ａおよび２ｂが電池寿命状態であるとのステータスを通知し、処理が終了する。ステータス「電池寿命」の信号を受信した電子機器では、電子機器の表示部において文字やアイコンで電池寿命状態を表示する。また、電子機器の警告ランプを常時点灯させるようにしてもよい。警告ランプの点灯状態は、電池劣化状態と電池寿命状態で異なるようにすればどのような点灯状態としてもよい。
If it is determined in step S24 that the voltage V is smaller than the battery life voltage V2, the process proceeds to step S25. In step S25, the battery voltage of the
なお、充放電遮断フラグの値に関わらず、ユーザが使用を停止するか、もしくは二次電池２ａおよび２ｂが放電しきるまで放電動作が継続される。
Regardless of the value of the charge / discharge cutoff flag, the discharging operation is continued until the user stops using the battery or the
［充電時の動作］
この発明の第２の実施の形態における電池パック１の充電時の動作は、図６と同様である。ステップＳ１１において、充放電遮断フラグが０であると判断された場合には、処理がステップＳ１４に移り、電池パック１では通常の充電動作が行われる。
[Operation when charging]
The operation at the time of charging the battery pack 1 in the second embodiment of the present invention is the same as in FIG. If it is determined in step S11 that the charge / discharge cutoff flag is 0, the process proceeds to step S14, and the battery pack 1 performs a normal charging operation.
ステップＳ１１において充放電遮断フラグが０でないと判断された場合には、電池劣化により二次電池２ａおよび２ｂの電池電圧Ｖが低くなりすぎている。このため、充放電遮断動作に入る。処理がステップＳ１２に移り、充電電流が１００ｍＡを超えた状態で６０秒が経過したか否かが判断される。ステップＳ１２において条件を満たさない、すなわち、確実に充電しているとはいえない状態であると判断された場合には、処理が終了される。ステップＳ１２において条件を満たす、すなわち、確実に充電していると判断された場合には、ステップＳ１３に処理が移る。ステップＳ１２において二次電池２ａおよび２ｂが充電状態であると判断された場合には、ステップＳ１３において二次電池２ａおよび２ｂの充放電を遮断する。
If it is determined in step S11 that the charge / discharge cutoff flag is not 0, the battery voltage V of the
充放電の遮断は、マイクロコンピュータ１１からローレベルの充放電制御信号ＣＯ’を出力することによりなされる。充放電制御信号ＣＯ’の出力をローレベルとした後の電池パック１の動作は、第１の実施の形態と同様である。
Charging / discharging is interrupted by outputting a low-level charge / discharge control signal CO ′ from the
以上のように、この発明の第１および第２の実施の形態では、電池パックが内部で電池状態の判断を行い、異常状態を検出した場合は充電器からの充電電流の受け入れや電子機器への電源供給を電池パック内部で完全に遮断する。このため、電池パックの異常状態検出後にユーザが電池パックの交換を行わない場合でも、高い安全性が保たれる。また、異常検出後もマイクロコンピュータで電力を消費しているため、電池内部での動作が完全に停止した状態よりも早く放電しきることができる。このため、長期保存による二次電池の漏液、発熱や電池パックの膨張等も抑制することができる。 As described above, in the first and second embodiments of the present invention, when the battery pack determines the battery state inside and detects an abnormal state, the battery pack accepts the charging current from the charger or the electronic device. The power supply is completely shut off inside the battery pack. For this reason, even when the user does not replace the battery pack after detecting the abnormal state of the battery pack, high safety is maintained. In addition, since power is consumed by the microcomputer even after the abnormality is detected, the battery can be discharged faster than when the operation inside the battery is completely stopped. For this reason, leakage of the secondary battery, heat generation, expansion of the battery pack, and the like due to long-term storage can be suppressed.
また、異常状態が検出された場合であっても、ユーザが電子機器を使用している間には充電の遮断を行わないため、ユーザが電子機器を快適に用いることができる。 Even when an abnormal state is detected, charging is not interrupted while the user is using the electronic device, so that the user can comfortably use the electronic device.
＜３．変形例＞
この発明の変形例としては、例えば二次電池２ａおよび２ｂの異常状態を検出した場合のみならず、マイクロコンピュータ１１が図示しない電子機器から、通信端子４を介して任意の制御信号を受信した場合に充放電の遮断を行う構成が挙げられる。
<3. Modification>
As a modification of the present invention, for example, not only when an abnormal state of the
なお、この発明の変形例における電池パックは、第１の実施の形態と同様の構成とすることができるため、回路構成の説明を省略する。 Note that the battery pack according to the modification of the present invention can have the same configuration as that of the first embodiment, and thus the description of the circuit configuration is omitted.
例えば、接続された電池パック１が正規の製品であるかを電子機器が判断し、正規の製品ではないと判断した場合には、電池パック１の使用を停止させることが行われている。電子機器は、通信端子４を介して電池パック１内に設けられた図示しないＩＤ（Identification）抵抗を基に、電池パック１が正規の製品であるかを確認する。このとき、マイクロコンピュータ１１が所定の制御信号を受信した場合には、即時、もしくは充電動作時を待って充放電を強制的に遮断させるようにすることができる。
For example, when the electronic device determines whether the connected battery pack 1 is a regular product and determines that the battery pack 1 is not a regular product, the use of the battery pack 1 is stopped. The electronic device confirms whether the battery pack 1 is an authorized product based on an ID (Identification) resistor (not shown) provided in the battery pack 1 via the
また、電池パックが正規品であっても、特定の電池パックについて使用を停止させたい場合に電子機器からの制御信号によって強制的に充放電を遮断することができる。これにより、製造者の意図によって充放電遮断を行うようにすることも可能となる。 Even if the battery pack is a genuine product, charging and discharging can be forcibly interrupted by a control signal from the electronic device when it is desired to stop the use of a specific battery pack. Thereby, it is also possible to perform charge / discharge interruption according to the manufacturer's intention.
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の各実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。二次電池の種類に応じて電池状態の判定基準が異なるため、用いる二次電池に応じて適切な基準値を設定する。 For example, the numerical values given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values may be used as necessary. Since the determination criterion of the battery state varies depending on the type of secondary battery, an appropriate reference value is set according to the secondary battery to be used.
また、電池パックの異常状態は、複数の二次電池間における電池容量のバランス崩れや、電池劣化に限らない。電池パック内部で検出可能な「異常状態」であればいずれの電池状態であっても良い。 Moreover, the abnormal state of the battery pack is not limited to the battery capacity imbalance among the plurality of secondary batteries or battery deterioration. Any battery state may be used as long as it is an “abnormal state” that can be detected inside the battery pack.
また、第１および第２の実施の形態、変形例の充放電制御を同時に行うようにすることも可能である。 It is also possible to perform the charge / discharge control of the first and second embodiments and modifications at the same time.
１，３０・・・電池パック
２・・・組電池
２ａ，２ｂ，３２ａ，３２ｂ・・・二次電池
３ａ・・・プラス端子
３ｂ・・・マイナス端子
４・・・通信端子
１０・・・保護回路
１１，３６・・・マイクロコンピュータ
１２，３７・・・レギュレータ
１３，４０・・・電圧検出部
１４，４１・・・電流検出部
１５・・・電流検出抵抗
１６・・・温度検出素子
１７，３３・・・充放電制御ＩＣ
１８・・・メモリ
１９，３４・・・放電制御ＦＥＴ
２０，３５・・・充電制御ＦＥＴ
１９ａ，２０ａ・・・寄生ダイオード
２１ａ，２１ｂ・・・ダイオード
２２ａ，２２ｂ・・・トランジスタ
２３，３６・・・過電流検出用抵抗
３８・・・遮断用放電制御ＦＥＴ
３９・・・遮断用充電制御ＦＥＴ
DESCRIPTION OF
18 ...
20, 35 ... Charge control FET
19a, 20a ... Parasitic diodes 21a, 21b ...
39: Charge control FET for interruption
Claims (13)
第１の制御信号により制御され、上記電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
第２の制御信号により制御され、上記電池セルに対する放電電流をＯＮ／ＯＦＦする放電制御スイッチと、
上記第１および第２の制御信号を出力することにより、上記充電制御スイッチおよび上記放電制御スイッチを制御する第１の制御部と、
上記電池セルの状態を監視し、上記電池セルの状態が充放電を停止すべき状態であると判断した場合には、上記第１の制御信号のレベルに関わらず上記充電制御スイッチをＯＦＦさせる第３の制御信号を出力する第２の制御部と、
上記第２の制御部に所定の電源電圧を供給する電源供給部と、
負荷と接続される第１および第２の出力端子と
を備え、
上記第２の制御部において上記電池セルの電池状態が通常状態であると判断されている場合に、上記第１の制御部において所定値以上の電流値が検出されたときには、上記充電制御スイッチもしくは上記放電制御スイッチがＯＦＦされて電流の遮断を行うとともに、上記電源供給部の上記第２の制御部に対する電源供給が遮断され、
上記第２の制御部において上記電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合には、上記電源供給部の上記第２の制御部に対する電源供給が継続されて、上記充電制御スイッチをＯＦＦさせる第３の制御信号の出力を継続する
電池パック。 One or more battery cells;
A charge control switch controlled by a first control signal to turn on / off a charging current for the battery cell;
A discharge control switch controlled by a second control signal to turn on / off a discharge current for the battery cell;
A first controller that controls the charge control switch and the discharge control switch by outputting the first and second control signals;
The state of the battery cell is monitored, and when it is determined that the state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, the charge control switch is turned off regardless of the level of the first control signal. A second control unit that outputs a control signal 3;
A power supply section for supplying a predetermined power supply voltage to the second control section;
First and second output terminals connected to a load,
When the second control unit determines that the battery state of the battery cell is a normal state, when the first control unit detects a current value greater than or equal to a predetermined value, the charge control switch or The discharge control switch is turned off to cut off current, and power supply to the second control unit of the power supply unit is cut off.
When it is determined in the second control unit that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, power supply to the second control unit of the power supply unit is continued, A battery pack that continues to output a third control signal for turning off the charge control switch.
上記第２の制御部において上記電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合には、ローレベルの上記第３の制御信号が出力されて上記充電制御スイッチがＯＦＦされる
請求項１に記載の電池パック。 When the second control unit determines that the battery state of the battery cell is a normal state, the third control signal at a high level is output,
When the second control unit determines that the battery state of the battery cell is a state in which charging / discharging should be stopped, the low-level third control signal is output and the charge control switch is turned off. The battery pack according to claim 1.
請求項２に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 2, wherein the second control unit outputs the third control signal at a low level when the battery cell is in a charged state.
上記第２の制御信号と同レベルの第４の制御信号と、
上記第３の制御信号と逆レベルの第５の制御信号と
が供給され、
上記第４および上記第５の制御信号がともにローレベルのときのみ、上記第２の制御部への電源供給を遮断する
請求項３に記載の電池パック。 The power supply unit is
A fourth control signal at the same level as the second control signal;
A fifth control signal having a level opposite to that of the third control signal is supplied;
4. The battery pack according to claim 3, wherein power supply to the second control unit is interrupted only when both the fourth and fifth control signals are at a low level. 5.
請求項４に記載の電池パック。 5. The battery pack according to claim 4, wherein, when the charging control switch is turned off by the third control signal, the first control unit outputs a low-level second control signal. 6.
上記電池セルの劣化度が大きい場合または複数の上記電池セル間の電池容量の差が所定値以上となった場合に上記電池セルの状態が充放電を停止すべき状態であると判断し、上記第３の制御信号によって上記充電制御スイッチをＯＦＦさせる
請求項５に記載の電池パック。 The second control unit
When the deterioration degree of the battery cell is large or when the difference in battery capacity between the plurality of battery cells is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, The battery pack according to claim 5, wherein the charge control switch is turned off by a third control signal.
請求項６に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 6, wherein the degree of deterioration is determined from a voltage of the battery cell when a predetermined battery capacity is discharged.
上記検出のステップにおいて検出された上記電流、上記電圧および上記電池温度を基に、複数の上記電池セルのそれぞれの電池容量を算出する容量算出のステップと、
複数の上記電池セルのそれぞれの電池容量のうち、最大の電池容量と最小の電池容量との差分値を算出する差分算出のステップと、
上記差分算出のステップにより得られた上記差分値が、所定値よりも大きい場合には、複数の上記電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断する判断のステップと、
上記判断のステップにより上記電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合において、上記電池セルが充電状態とされたときには、上記電池セルの充電を強制的に遮断するとともに、上記電池セルの充電の遮断を継続する遮断のステップと
を有する充放電制御方法。 A step of detecting the current, voltage and battery temperature of the battery cells when discharging a plurality of battery cells;
A capacity calculating step for calculating a battery capacity of each of the plurality of battery cells based on the current, the voltage and the battery temperature detected in the detecting step;
A difference calculating step for calculating a difference value between the maximum battery capacity and the minimum battery capacity among the battery capacities of the plurality of battery cells;
If the difference value obtained by the difference calculation step is greater than a predetermined value, a step of determining that the battery state of the plurality of battery cells is a state in which charging and discharging should be stopped;
When it is determined in the determination step that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, the charging of the battery cell is forcibly cut off when the battery cell is in a charged state. And a charge / discharge control method comprising a step of shutting off the charge of the battery cell.
請求項８に記載の充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 8, wherein, in the step of blocking, when charging of the battery cell is forcibly blocked, charging of the battery cell is also blocked.
請求項９に記載の充放電制御方法。 In the blocking step, if it is determined that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, the battery cell is reliably detected after detecting that the battery cell is in a charged state. The charge / discharge control method according to claim 9, wherein charging is forcibly cut off.
請求項１０に記載の充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 10, wherein, in the blocking step, the battery cell is detected to be charged when a charging current of a predetermined value or more flows to the battery cell for a predetermined time or more.
請求項１１に記載の充放電制御方法。 In the determination step, when it is determined that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, the control indicating that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped The charge / discharge control method according to claim 11, wherein the signal is output to the outside.
上記検出のステップにおいて検出された上記電流および上記電池温度を基に、上記電池セルの状態判定が可能であるか否かを判断する判断のステップと、
複数の上記電池セルの電圧と、予め設定された１または複数の設定電圧とを比較することにより、上記電池セルの状態を判定する電池状態判定のステップと、
上記電池状態判定のステップにより上記電池セルの電池状態が充放電を停止すべき状態であると判断された場合において、上記電池セルが充電状態とされたときには、上記電池セルの充電を強制的に遮断するとともに、上記電池セルの充電の遮断を継続する遮断のステップと
を有する充放電制御方法。 A step of detecting the current, voltage and battery temperature of the battery cell when discharging one or more battery cells;
A determination step for determining whether or not the determination of the state of the battery cell is possible based on the current and the battery temperature detected in the detection step;
A step of battery state determination for determining the state of the battery cell by comparing the voltage of the plurality of battery cells with one or more preset voltage settings;
When it is determined in the battery state determination step that the battery state of the battery cell is a state where charging / discharging should be stopped, when the battery cell is in a charged state, the battery cell is forcibly charged. A charge / discharge control method comprising: a step of shutting off and continuing to shut off the charging of the battery cell.
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