JP2010218743A

JP2010218743A - パック電池

Info

Publication number: JP2010218743A
Application number: JP2009061141A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Yamamoto; 洋由山本; Mikitaka Tamai; 幹隆玉井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】スタンドアロン状態でマイクロコンピュータを休止させている期間に二次電池に異常が生じた場合でも、その安全性を確保することのできるパック電池を提供する。
【解決手段】二次電池の異常を検出した時、休止または停止状態にある制御装置（例えばマイクロコンピュータ）を起動する起動信号、および異常の内容を示す情報を前記制御装置に与えるトリガ手段を保護回路に設けると共に、制御装置には保護回路から与えられた二次電池の異常の内容を示す情報を異常履歴として記録する記録手段を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充放電を管理する制御装置（例えばマイクロコンピュータ）と、この制御装置の無駄な電力消費を抑える機能を備えたパック電池に関する。

各種電子機器の電源として用いられるパック電池は、二次電池を、該二次電池を保護する保護回路や二次電池の充放電を管理する制御装置としての、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）と共にパッケージングして構成される。ちなみに前記保護回路は、二次電池の端子電圧（セル電圧）や充放電電流、電池温度等を監視してその異常を検出し、異常検出時には前記二次電池の充放電路に直列に介挿されたスイッチ素子を遮断することで該二次電池を保護する役割を担う。またマイクロコンピュータ（マイコン）は、二次電池の充放電電流を積算する等して該二次電池の充電残容量を管理したり、充放電の繰り返し回数等を管理して電池寿命を判定する等のインテリジェントな役割を担う。

ちなみに前述した保護回路やマイクロコンピュータは、専ら、パック電池が内蔵した二次電池の充電電力を電源として作動する。そこでパック電池を電子機器から取り外した、いわゆるスタンドアロン状態においては前記保護回路やマイクロコンピュータ等をシャットダウンさせ、これによって二次電池の無駄な電力消費を抑えることが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。

尚、上述した二次電池の充放電を管理するインテリジェントな機能は、一般的には予めプログラムした汎用のマイクロコンピュータでのソフトウェアとして実現されるが、管理専用のコントローラＩＣとＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリとを用いて、具体的にはいわゆるコントローラ付きＥＥＰＲＯＭを用いて実現する場合もある。いずれの場合であっても、ここではインテリジェントな機能を備えた管理用の制御装置の範疇に含まれるものとして説明する。

特開２００７-４２３９６号公報

ところでパック電池がスタンドアロン状態であると雖も、高温環境に晒されたり悪戯的に充電される虞があり、これに起因して二次電池が異常となることがある。しかしながらスタンドアロン状態においては前述したように保護回路やマイクロコンピュータがシャットダウンしているので、上述した異常に何等対処することができない。従って二次電池に異常が生じているにも拘わらずパック電池を、携帯電話端末等の電子機器に装着して使用した場合、その安全性が保証できないと言う不具合がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、スタンドアロン状態において高温環境に晒される等して二次電池に異常が生じた場合でも、その安全性を確保することのできるパック電池を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るパック電池は、二次電池と、この二次電池の充電電力により駆動されて該二次電池の充放電を管理する制御装置と、前記二次電池の充電電力により駆動されて該二次電池の異常を判定すると共に異常検出時には該二次電池の充放電路を遮断する保護回路と、前記制御装置を休止または停止させて前記二次電池の電力消費を抑制する手段とを具備したものであって、
特に前記保護回路に、前記二次電池の異常検出時に前記休止または停止状態にある制御装置を起動する起動信号、および異常の内容を示す情報を前記制御装置に与えるトリガ手段を設け、一方、前記制御装置には、前記起動信号を受けてウェイクアップして前記保護回路から与えられた前記二次電池の異常の内容を示す情報を異常履歴として記録する記録手段を設けたことを特徴としている。

ちなみに前記制御装置は、例えばマイクロコンピュータからなり、該制御装置（マイクロコンピュータ）の休止または停止は、パック電池のスタンドアロン状態を検出して行われる。また前記トリガ手段は、前記二次電池の電池温度、前記二次電池の充放電電流、および前記保護回路の保護動作の少なくとも１つを判定して前記二次電池の異常を検出するように構成される。また前記起動信号については、前記制御装置による前記異常履歴の記録に要する時間に亘って出力するようにし、前記制御装置の休止または停止は、前記起動信号が途絶えたことを条件として再度実行することが好ましい。

上記構成のパック電池によれば、スタンドアロン状態において制御装置をシャットダウン（停止または休止）させている場合であっても、二次電池に何等かの異常が発生した場合には前記制御装置をウェイクアップ（起動）し、該制御装置に異常の履歴を記録するので、パック電池を電子機器に接続（装着）して使用する際、前記制御装置に記録された異常履歴からスタンドアロン状態において生じた二次電池の異常を確認することができる。この結果、安全性を確認した上でパック電池を使用することができるので、二次電池の無駄な電力消費を抑えると共にその安全性を確保することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るパック電池の概略構成図。制御装置（マイクロコンピュータ）に記録する異常履歴の記録例を示す図。二次電池の異常検出とマイクロコンピュータにおける異常履歴の記録手順の例を示す図。マイクロコンピュータのウェイクアップ形態の一例を示す図。図４に示すマイクロコンピュータのウェイクアップおよびシャットダウンの手順を示すタイミング図。マイクロコンピュータのウェイクアップ形態の他の例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るパック電池について説明する。
図１はこの実施形態に係るパック電池の概略構成を示す図で、１は二次電池、２は二次電池１の充電電力により駆動されて該二次電池１の充放電を管理する制御装置としてのマイクロコンピュータ（マイコン）、３は前記二次電池１の充電電力により駆動されて該二次電池１の異常を判定すると共に異常検出時には該二次電池１の充放電路を遮断する保護回路（保護ＩＣ）である。尚、前記二次電池１は、例えばリチウムイオン電池からなり、１つの電池セル、若しくは複数の電池セルを直列および／または並列に接続して構成される。

ちなみに複数の電池セルを直列に接続する場合には、その段数は二次電池１に要求される出力電圧の仕様（パック電池が装着される電子機器の電圧仕様）によって決定され、また複数の電池セルを並列に接続する場合には、その数は二次電池１に要求される最大出力電流（パック電池が装着される電子機器の電流仕様）によって決定される。また二次電池１の充放電路には、該二次電池１の充放電電流を検出する為のシャント抵抗４が直列に介挿されると共に、二次電池１の放電を禁止する第１のスイッチ素子（ＦＥＴ）５および二次電池１の充電を禁止する第２のスイッチ素子（ＦＥＴ）６がそれぞれ直列に介挿される。尚、図中７ａ,７ｂは二次電池１の充放電端子、８は通信端子である。

さて前記保護回路（保護ＩＣ）３は、基本的には前記二次電池１の端子電圧（電池電圧）を検出すると共に、前記シャント抵抗４の流端に生じる電圧差から前記二次電池１の充放電電流を検出し、更にサーミスタ等の温度センサ９を介して前記二次電池の温度を検出する機能を備える。そして保護回路３は、検出した電池電圧、充放電電流、および電池温度をそれぞれ所定の判定閾値と比較することで二次電池１の異常を判定し、前記第１のスイッチ素子（ＦＥＴ）５を遮断することで前記二次電池１の放電を禁止し、また前記第２のスイッチ素子（ＦＥＴ）６を遮断することで前記二次電池１の充電を禁止し、これによって該二次電池１を異常から保護する役割を担う。尚、ここではシャント抵抗４を用いて二次電池１の充放電電流や異常電流を検出するものとして説明するが、シャント抵抗４を用いることに代えて、前記スイッチ素子（ＦＥＴ）５.６のオン抵抗から異常電流の発生を検出することも可能である。

また前記マイクロコンピュータ（マイコン）２は、基本的には、例えば前記二次電池１の充放電電流を積算することで該二次電池１の充電残容量を算出したり、その充放電サイクル回数を監視することで前記二次電池１の電池寿命（特性劣化）を監視する等の役割を担う。更にこのマイクロコンピュータ２は、前記二次電池１の電池電圧から該二次電池１の満充電を検出し、前記通信端子８を介して図示しない充電器に満充電信号を通知することで前記二次電池１の充電を停止させたり、前記保護回路３にて検出された前記二次電池１の異常の情報を前記通信端子８を介して当該パック電池が装着される図示しない電子機器に出力する機能を備える。

上述した如く二次電池１、マイクロコンピュータ（マイコン）２および保護回路（保護ＩＣ）３を備えたパック電池は、更に該パック電池が充電器や電子機器から取り外されてスタンドアロン状態にあるとき、この状態を検出して前記マイクロコンピュータ（マイコン）２をシャットダウン（休止または停止）させる機能を備える。このマイクロコンピュータ（マイコン）２のシャットダウン（休止または停止）によって、前記二次電池１の電力消費の抑制が実現される。即ち、このパック電池は、マイクロコンピュータ（制御装置）２を休止または停止させて二次電池１の電力消費を抑制する手段を備える。但し、前記保護回路（保護ＩＣ）３については、スタンドアロン状態であるか否かに拘わらず定常的に作動させることで、パック電池の使用時のみならず該パック電池を使用していないとき（スタンドアロン状態）でも二次電池１の異常を検出するものとなっている。

尚、パック電池がスタンドアロン状態であるか否かの検出（判定）については、例えば前述した特許文献１に開示されるように、充電器や電子機器から前記通信端子８に信号（電圧）が加わえられているか否かを前記マイクロコンピュータ（マイコン）２において判定すれば十分である。しかしパック電池の充電器や電子機器への装脱状態を、該充電器や電子機器への装着によって付勢される機械スイッチや光スイッチ等を用いて検出することも勿論可能である。また特に図示しないが前記通信端子８に並べて、接続検出用の専用の端子を設けておき、この専用端子に加わる電圧や該専用端子の短絡等を検出してパック電池の装脱状態を検出することも可能である。

さて基本的には上述した如く構成されたパック電池において本発明が特徴とするところは、前記保護回路（保護ＩＣ）３が前記二次電池１の異常を検出したとき、休止または停止状態にあるマイクロコンピュータ２を起動する起動信号を出力すると共に、検出した異常の内容を示す情報を前記マイクロコンピュータ２に出力するトリガ手段３ａを備える点にある。このトリガ手段３ａは異常情報をマイクロコンピュータ２に与える異常出力部に相当する。そして前記マイクロコンピュータ２には前記保護回路（保護ＩＣ）３から起動信号が与えられたときにウェイクアップして、前記保護回路３から与えられた前記二次電池１の異常の内容を示す情報を、例えば図２に示すように異常履歴として記録する記録手段２ａを設けた点にある。

即ち、本発明に係るパック電池における制御装置（マイクロコンピュータ）２は、スタンドアローン状態において前記保護回路（保護ＩＣ）３から起動信号が与えられるまでシャットダウンされて前記二次電池１の電力消費を抑えた状態にあり、前記保護回路（保護ＩＣ）３から起動信号が与えられたときにウェイクアップする。そして制御装置（マイクロコンピュータ）２は、ウェイクアップに伴って前記保護回路（保護ＩＣ）３から与えられる前記二次電池２の異常内容を示す情報を、異常履歴として記録するものとなっている。

具体的には前記保護回路３は、例えば図３に示すように二次電池１の電池電圧や充放電電流から該二次電池１の過充電、過放電、短絡、過電流をそれぞれ検出し［ステップＳ１,Ｓ２,Ｓ３,Ｓ４］、更に電池温度から二次電池１の温度異常を検出する［ステップＳ５］。そしてこれらの異常状態が検出されたとき、前記マイクロコンピュータ２を起動するための起動信号を出力すると共に［ステップＳ６］、検出した異常の内容を示す情報を出力する［ステップＳ７］。そして常時（スタンドアローン状態）はシャットダウン状態にあるマイクロコンピュータ２においては、上記駆動信号を受けて起動（ウェイクアップ）し［ステップＳ１１］、このウェイクアップに伴って前記保護回路３から与えられた二次電池１の異常の内容を示す情報を取り込む［ステップＳ１２］。そしてこの異常内容を示す情報を図２に示すように異常履歴として記録した後［ステップＳ１３］、前記駆動信号が消滅したことを条件として再びシャットダウン（休止または停止）するものとなっている［ステップＳ１４］。

ちなみに前記二次電池１の過充電は、例えば公称４.２Ｖのリチウムイオン電池において、その電池電圧が４.２８Ｖ以上である状態として検出され、また前記二次電池１の過放電は、例えば電池電圧が２.３Ｖ以下である状態として検出される。また二次電池１の短絡は、例えば放電電流が１８Ａ以上となる状態として検出され、二次電池１の過電流は、例えば放電電流が１.４Ａ以上となる状態として検出される。そして二次電池１の温度異常は、例えば電池温度が０〜４５℃の範囲を外れた状態として検出される。そして検出した異常の種別に応じて、例えば図２に示すように予め設定したメモリアドレスに、過充電保護の発生回数、過放電保護の発生回数等としてその異常履歴を記録していけば良い。

尚、このようにして記録した異常履歴については、前述した通信端子８を介して読み出すようにすれば良い。具体的にはパック電池が装着された電子機器側から前記通信端子８を介して、例えば前記マイクロコンピュータ２における前記異常履歴を記憶したメモリアドレスを直接アクセスし、これによってマイクロコンピュータ２自体を作動させることなく前記異常履歴を読み出すようにすれば良い。この際の通信方式としては、例えば汎用の１線式通信（例えばＨＤＱ,ＳＤＱ,マイクロＬＡＮ）や、２線式通信（例えばＩ２Ｃ）等のシリアル通信プロトコルを適宜用いれば良い。また電子機器側からパック電池へのリクエストに応じて前記マイクロコンピュータ２から異常履歴を返送するような独自の通信プロトコルを構築して異常履歴を読み出すようにしても良いことは勿論のことである。この場合には通信方式として、例えば１線式ＵＡＲＴ（汎用非同期通信方式）を使用すれば良い。

またシャットダウン（休止または停止）しているマイクロコンピュータ２をウェイクアップ（起動）するには、例えば図４に示すようにマイクロコンピュータ２に駆動電力を供給するレギュレータのイネーブル端子に起動信号を印加するようにすれば良い。そして図５に示すように起動信号がイネーブル端子に与えられたときにレギュレータを作動させてマイクロコンピュータを起動し、その後、該マイクロコンピュータからレギュレータに対してホールド信号を加えてレギュレータの作動を保持し、これによりマイクロコンピュータの作動状態を保つようにすれば良い。

一方、前記マイクロコンピュータをシャットダウン（停止）させる場合には、前記起動信号がオフとなっている条件下において前記マイクロコンピュータからのホールド信号の出力を停止させ、これによってレギュレータの作動を停止させることで該マイクロコンピュータへの電源供給を停止させるようにすれば良い。尚、ホールド信号の出力停止は、前述した異常履歴の記録が完了したときに行うようにすれば良い。

またレギュレータを常時作動させておく場合には、例えば図６に示すようにマイクロコンピュータの割り込み端子に起動信号を与えて該マイクロコンピュータをスリープ状態から立ち上げ（ウェイクアップ）、前記割り込み端子に起動信号が印加されている期間に亘って該マイクロコンピュータを作動状態に保つ。そして前記起動信号が途絶えたとき、前記マイクロコンピュータを再びスリープ（休止）状態に遷移させるようにしても良い。

かくして上述した如く構成されたパック電池によれば、マイクロコンピュータ２を停止または休止されて二次電池１の無駄な電力消費を抑えているときであっても、保護回路３によって二次電池１の異常が検出された場合には、これを端緒としてマイクロコンピュータを起動して該マイクロコンピュータに異常履歴を記録するので、パック電池の使用時には該パック電池をスタンドアロン状態としていた期間を含めて、該パック電池の二次電池１に生じた異常の内容の確認することができる。この結果、例えばパック電池が長時間に亘って高温環境に晒される等して二次電池１の電池特性が劣化している場合であっても、これを簡易に確認することができる。従ってパック電池を使用する上での安全性を十分に確保することが可能となる。特にパック電池の無駄な電力消費の削減と、その安全性の確保とを両立させることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば制御装置としての前述したマイクロコンピュータ２に代えて、コントローラ付きのＥＥＰＲＯＭを用いることも可能である。この場合には、保護回路３によって検出される二次電池１の異常を、その異常の種別に応じた異常検出フラグとしてＥＥＰＲＯＭに書き込んだり、その異常検出回数をＥＥＰＲＯＭに書き込むようにすれば良い。そしてパック電池が装着される機器本体側からの前記ＥＥＰＲＯＭとの通信により、該ＥＥＰＲＯＭに記録された異常履歴（異常検出フラグや異常検出回数）を読み出して二次電池１に発生した異常の態様を判断し、その後、機器本体側からの制御により前記ＥＥＰＲＯＭに記録された異常履歴を適宜削除するようにすれば十分である。

また前述したマイクロコンピュータ２の休止または停止の条件として、所定時間以上に亘って二次電池１の充放電が行われないことや、パック電池を装着した電子機器の電源がオフである等の条件を採用することもできる。また二次電池１の種類の前述したリチウムイオン電池に限定されないことも言うまでもない。更には異常検出については、最低でも過充電検出と短絡・過電流検出とをそれぞれ行うようにし、前記保護回路３の処理能力に余裕がある場合にだけ、前述した過放電検出や温度異常検出を行うように構成することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１二次電池
２マイクロコンピュータ（制御装置）
２ａ異常履歴の記録手段（メモリ）
３保護回路（保護ＩＣ）
３ａトリガ手段（異常出力）

Claims

二次電池と、この二次電池の充電電力により駆動されて該二次電池の充放電を管理する制御装置と、前記二次電池の充電電力により駆動されて該二次電池の異常を判定すると共に異常検出時には該二次電池の充放電路を遮断する保護回路と、前記制御装置を休止または停止させて前記二次電池の電力消費を抑制する手段とを具備し、
前記保護回路は、前記二次電池の異常検出時に前記休止または停止状態にある制御装置を起動する起動信号、および異常の内容を示す情報を前記制御装置に与えるトリガ手段を備え、
前記制御装置は、前記保護回路から与えられた前記二次電池の異常の内容を示す情報を異常履歴として記録する記録手段を備えることを特徴とするパック電池。
前記二次電池の電力消費を抑制する手段は、パック電池のスタンドアロン状態を検出して前記制御装置を休止または停止させるものである請求項１に記載のパック電池。
前記トリガ手段は、前記二次電池の電池温度、前記二次電池の充放電電流、および前記保護回路の保護動作の少なくとも１つを判定して前記二次電池の異常を検出するものである請求項１に記載のパック電池。
前記起動信号は、前記制御装置による前記異常履歴の記録に要する時間に亘って出力され、前記二次電池の電力消費を抑制する手段は、前記起動信号が途絶えたことを条件として前記制御装置を再度休止または停止させるものである請求項１に記載のパック電池。
前記制御装置は、メモり機能を備えたマイクロコンピュータ、若しくはコントローラ付きＥＥＰＲＯＭからなる請求項１に記載のパック電池。