JP2010282878A - 二次電池システムおよび温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯機器に使用する二次電池の温度を充電可能な温度に調整することができないという問題を解決する二次電池システムを提供する。
【解決手段】温度検出部２は、二次電池１の温度を検出する。温冷素子３は、二次電池１を加熱および冷却可能なペルチェ素子である。温度調整部４は、温度検出部２にて検出された予め定められた適正温度範囲に収まるように、温冷素子３を用いて二次電池１を加熱または冷却して、二次電池１の温度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池システムおよび温度制御方法に関する。

近年、過酷な環境でも使用できる堅牢性を有する携帯機器（例えば、ノートパソコンなど）が普及している。堅牢性を有する携帯機器は、通常の携帯機器が使用可能な温度範囲より広い温度範囲で使用することができる。

また、携帯機器には二次電池が使用されることが多いが、堅牢性を有する携帯機器に二次電池が使用される場合、以下のような課題がある。

つまり、ある下限温度以下の低温環境や、ある上限温度以上の高温環境では、二次電池を充電することができないという課題がある。

このため、低温環境や高温環境で二次電池に蓄電された電力がなくなると、二次電池を充電することができる環境に変化するまで、二次電池を充電することができず、二次電池の利便性が損なわれていた。また、携帯機器を使用するためには、外部電源から携帯機器に電力を供給しなければならず、携帯機器の利便性が損なわれていた。

特許文献１には、高温環境および低温環境でも二次電池を充電することが可能な、ハイブリット自動車の温度制御装置が記載されている。

特許文献１に記載のハイブリット自動車の温度制御装置では、ハイブリット自動車用の電池の温度が温度下限値未満の場合、ハイブリット自動車のエンジンから排気される排気ガスが電池に送風される。これにより、排気ガスの温度が高いので、電池の温度が上昇する。

また、ハイブリット自動車の温度制御装置は、電池への送風を発生させるファンを備え、ハイブリット自動車用の電池の温度が温度上限値より大きいの場合、ファンが発生する風が冷たくされることで、電池が冷却される。

したがって、電池の温度を温度下限値から温度上限値までの範囲に収めることが可能になる。よって、温度下限値および温度上限値を適宜調整すれば、高温環境および低温環境でも、電池の温度を、その電池が充電可能な温度範囲に収めることが可能になる。

したがって、特許文献１に記載の技術を携帯機器に適用すれば、高温環境および低温環境でも、二次電池を充電することが可能になるので、二次電池の利便性を確保することが可能になる。

特開平９−１３０９１７号公報

特許文献１に記載のハイブリット自動車の温度制御装置は、ハイブリット自動車用の電池の温度を調整するために提案されたものであり、電池の温度を調整するためには、ハイブリット自動車が備えるエンジンなどが必要となる。

このため、特許文献１の技術は、汎用性が低く、携帯機器に使用可能な二次電池の温度を充電可能な温度に調整することができないという問題があった。

本発明の目的は、上記の課題である、携帯機器に使用する二次電池の温度を充電可能な温度に調整することができないという問題を解決する二次電池システムおよび温度制御方法を提供することである。

本発明による二次電池システムは、電気機器に電力を供給するための二次電池システムであって、二次電池と、前記二次電池を加熱および冷却可能なペルチェ素子と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段にて検出された温度が予め定められた温度範囲に収まるように、前記ペルチェ素子を用いて前記二次電池を加熱または冷却して、前記二次電池の温度を調整する温度調整手段と、を有する。

また、本発明による温度制御方法は、二次電池と前記二次電池を加熱および冷却可能なペルチェ素子とを有し、電気機器に電力を供給するための二次電池システムによる温度制御方法であって、前記二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記検出された温度が予め定められた温度範囲に収まるように、前記ペルチェ素子を用いて前記二次電池を加熱または冷却して、前記二次電池の温度を調整する温度調整ステップと、を有する。

本発明によれば、携帯機器に使用する二次電池の温度を充電可能な温度に調整することが可能になる。

本発明の第一の実施形態の二次電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態の二次電池システムの構成を示すブロック図である。 セル内温度を調整する温度調整処理をより詳細に説明するための説明図である。 二次電池システムの動作の一例を説明するための説明図である。 二次電池システムの動作の他の例を説明するための説明図である。 ステータス情報、供給有無情報および電池セルの蓄電量と、電池セルの充放電状態との関係を示した説明図である。 二次電池システムの動作の他の例を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の第一の実施形態の二次電池システムの構成を示すブロック図である。図１において、二次電池システムは、二次電池１と、温度検出部２と、温冷素子３と、温度調整部４とを含む。なお、二次電池システムは、携帯機器などの電気機器に電力を供給するために使用される。

二次電池１は、充放電可能な電池である。

温度検出部２は、二次電池１の温度を検出する
温冷素子３は、二次電池１を加熱および冷却可能なペルチェ素子である。

ペルチェ素子は、２つの金属片をＮ型半導体とＰ型半導体とで接合した素子であり、それらの半導体に電流が流れると、一方の金属片が冷却され、他方の金属片が加熱される。電流がＮ型半導体からＰ型半導体に流れるか、それとも、Ｐ型半導体からＮ型半導体に流れるかに応じて、冷却および加熱される金属片が変わる。また、半導体に流れる電流量が大きいほど、強く冷却および加熱される。

温度調整部４は、温度検出部２にて検出された二次電池１の温度が予め定められた適正温度範囲に収まるように、温冷素子３を用いて二次電池１を加熱または冷却して、二次電池１の温度を調整する。

例えば、温冷素子３の一方の金属片が二次電池１に対向するように、温冷素子３が設置される。また、温度調整部４は、二次電池１の温度が適正温度範囲の下限値以下の場合、二次電池１に対向する金属片が加熱されるように温冷素子３に電流を供給し、一方、二次電池１の温度が適正温度範囲の上限値以上の場合、二次電池１に対向する金属片が冷却されるように温冷素子３に電流を供給する。

本実施形態によれば、温度検出部２は、二次電池１の温度を検出する。温冷素子３は、二次電池１を加熱および冷却可能なペルチェ素子である。温度調整部４は、温度検出部２にて検出された予め定められた適正温度範囲に収まるように、温冷素子３を用いて二次電池１を加熱または冷却して、二次電池１の温度を調整する。

この場合、二次電池１の温度がペルチェ素子を用いて調整される。このため、ハイブリット自動車が備えるエンジンなどより小型化することができるため、携帯機器に使用する二次電池の温度を充電可能な温度に調整することが可能になる。

次に第二の実施形態について説明する。

図２は、本実施形態の二次電池システムの構成を示すブロック図である。図２において、二次電池システム１００は、二次電池パック１１と、温冷素子１２Ａおよび１２Ｂと、熱交換器１３Ａおよび１３Ｂと、温度センサ１４と、温度調整回路１５と、温冷供給電源切り替え回路（Ｐｏｗｅｒ＆ＳＷ‐ｃｔｒｌ）１６と、接続部１７と、制御部１８とを有する。

二次電池システム１００は、外部電源１０１と脱着可能である。二次電池システム１００が外部電源１０１と装着されると、外部電源１０１から二次電池システム１００に外部電力が供給される。外部電源１０１は、例えば、ＡＣアダプタなどである。

また、二次電池システム１００は、電気機器１０２に組み込まれ、二次電池システム１００は、電気機器１０２内のシステム回路１０３に電力を供給する。電気機器１０２は、例えば、ノートパソコンなどの携帯機器である。また、システム回路１０３は、電気機器１０２内の回路であり、例えば、マザーボード（ＭＢ：Motherboard）、メモリおよびハードディスクなどを有する。

二次電池パック１１は、電気機器１０２と脱着可能な電池パックである。また、二次電池パック１１は、電池セル１Ａおよび１Ｂを有する二次電池と、温度センサ２Ａおよび２Ｂを有する温度検出部と、保護回路１１Ａと、管理回路１１Ｂとを有する。

二次電池内の電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれは、個別の充放電可能な二次電池セルである。

温度センサ２Ａおよび２Ｂを有する温度検出部は、二次電池の温度を検出する。

温度センサ２Ａおよび２Ｂのそれぞれは、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかと対応する。温度センサ２Ａおよび２Ｂのそれぞれは、定期的に、自己に対応する電池セルの温度を検出し、その検出した温度を示すセル内温度信号として出力する。

以下、温度センサ２Ａは、電池セル１Ａと対応し、温度センサ２Ｂは、電池セル１Ｂと対応するものとする。また、電池セル１Ａおよび１Ｂの温度をセル内温度と称する。

保護回路１１Ａは、電池セル１Ａおよび１Ｂの過充電や過放電などを抑制して、電池セル１Ａおよび１Ｂを保護する。

管理回路１１Ｂは、電池セル１Ａおよび１Ｂに関する電池情報を取得し、その電池情報を出力する。電池情報は、少なくとも電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの蓄電量を示す。なお、管理回路１１Ｂは、電池情報をシリアル通信によって出力することが望ましい。

温冷素子１２Ａおよび１２Ｂは、ペルチェ素子である。温冷素子１２Ａおよび１２Ｂのそれぞれは、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかと対応し、その対応する電池セルの温度を調整する。以下、温冷素子１２Ａは、電池セル１Ａと対応し、温冷素子１２Ｂは、電池セル１Ｂと対応するものとする。なお、温冷素子１２Ａおよび１２Ｂのそれぞれは、複数のペルチェ素子を有していてもよい。

熱交換器１３Ａおよび１３Ｂのそれぞれは、温冷素子１２Ａおよび１２Ｂのいずれかと対応する。熱交換器１３Ａおよび１３Ｂのそれぞれは、自熱交換器に対応する温冷素子と二次電池システム１００の外部との間で熱交換して、その温冷素子による電池セルの冷却または加熱の効率を向上させる。なお、熱交換器１３Ａが温冷素子１２Ａと対応し、熱交換器１３Ｂが温冷素子１２Ｂと対応するものとする。

温度センサ１４は、外部温度検出手段の一例である。温度センサ１４は、定期的に、二次電池パック１１の外部の温度を検出し、その検出した温度を示す外部温度信号を出力する。本実施形態では、温度センサ１４は、電気機器１０２の外部の温度を二次電池パック１１の外部の温度として検出している。また、以下、温度センサ１４にて検出された温度を、外部温度と称する。

温度調整回路１５は、温度センサ２Ａおよび２Ｂから出力されたセル内温度信号と、温度センサ１４から出力された外部温度信号とに基づいて、温冷素子１２Ａおよび１２Ｂを用いて電池セル１Ａおよび１Ｂを加熱または冷却して、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれのセル内温度を調整する。温度調整回路１５は、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれのセル内温度が適正温度範囲に収まるように、セル内温度を調整する。

図３は、温度調整回路１５によるセル内温度を調整する温度調整処理を説明するための説明図である。なお、電池セル１Ａのセル内温度を調整する場合について説明する。

図３では、セル内温度Ｔｃと、温冷素子１２に供給する電流の値である電流量Ｉとの関係が示されている。図３において、横軸は、セル内温度Ｔｃ[℃]を示し、縦軸は、電流量Ｉ[Ａ]を示す。

電流量Ｉは、電池セル１Ａを加熱するために供給する電流の値を正とし、電池セル１Ａを冷却するために供給する電流の値を負としている。なお、適正温度範囲の上限値を高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐとし、適正温度範囲の下限値を低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐとしている。

セル内温度信号にて示されるセル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐ以下の場合、温度調整回路１５は、正の電流を温冷素子１２Ａに供給して電池セル１Ａを加熱する。

このとき、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが低いほど、電流量Ｉを大きくして電池セル１Ａを強く加熱する。また、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃと外部温度Ｔｏとの差分が大きいほど、電流量Ｉを大きくして電池セル１Ａを強く加熱する。なお、温度調整回路１５は、電流量Ｉが予め定められた最大値Ｉｍａｘより大きくならないように電流量を調整する。これは、過剰な電流が温冷素子１２Ａに流れることを抑制するためである。

また、セル内温度Ｔｃが高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐ以上の場合、温度調整回路１５は、負の電流を温冷素子１２Ａに供給して電池セル１Ａを冷却する。

このとき、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが高いほど、電流量Ｉの絶対値を大きくして電池セル１Ａを強く冷却する。また、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃと外部温度Ｔｏとの差分が大きいほど、電流量Ｉの絶対値を大きくして電池セル１Ａを強く冷却する。なお、温度調整回路１５は、電流量Ｉが予め定められた最小値Ｉｍｉｎより小さくならないように電流量を調整する。本実施形態では、最小値Ｉｍｉｎは、−Ｉｍａｘであるとしている。

さらに、セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより高く、かつ、高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐより低い場合、温度調整回路１５は、電流量Ｉを０にして、電池セル１Ａの加熱および冷却を停止する。

なお、電池セル１Ｂに対する温度調整処理は、上記の電池セル１Ａに対する温度調整処理において、電池セル１Ｂを電池セル１Ａに置き換え、温冷素子１２Ａを温冷素子１２Ｂに置き換えた処理となる。また、温度調整回路１５は、電池セル１Ａのセル内温度と、電池セル１Ｂのセル内温度とを個別に調整する。

図２に戻る。温冷供給電源切り替え回路１６は、停止手段の一例である。温冷供給電源切り替え回路１６は、駆動電力を温度調整回路１５に供給する。温度調整回路１５は、この供給された駆動電力によって動作し、電池セル１Ａおよび１Ｂのセル内温度を調整する。なお、駆動電力は、温冷素子１２Ａおよび１２Ｂに電流を供給するための電力を含む。

具体的には、温冷供給電源切り替え回路１６は、外部電源１０１から外部電力が供給される場合、その外部電力に温度調整回路１５に供給し、外部電源１０１から外部電力が供給されていない場合、内部電力を温度調整回路１５に供給する。

また、温冷供給電源切り替え回路１６は、外部電力が供給される場合、その外部電力を温度調整回路１５に供給し、外部電力が供給されていない場合、電池セル１Ａおよび１Ｂの蓄電量によっては駆動電力の供給を停止して、温度調整回路による電池セル１Ａおよび１Ｂのセル内温度の調整を停止してもよい。

例えば、外部電力が供給されていない場合、温冷供給電源切り替え回路１６は、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の蓄電量が供給停止値未満であると、駆動電圧の供給を停止する。供給停止値は、消費電力の抑制を優先する蓄電量に相当し、二次電池システム１００内の各回路やシステム回路１０３の消費電力や退避処理に必要な電力に応じて、電気機器または二次電池システムごとに予め設定される。なお、退避処理については後述する。

なお、電池セルによっては、セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐと同じまたは同程度の温度以下になると、放電エネルギーが低下して、電気機器１０２を駆動するのに十分な電力を放電できないこともある。このような電池セルが使用されている場合、温冷供給電源切り替え回路１６は、外部電力が供給されていない場合、内部電力を駆動電力として温度調整回路１５に供給した方がよい。

接続部１７は、外部電源１０１と接続可能である。接続部１７には、外部電源１０１が接続されると、外部電源１０１から外部電力が供給される。なお、外部電源１０１から供給された外部電力は、温冷供給電源切り替え回路１６および制御部１８に供給される。

制御部１８は、外部電源１０１から外部電力が供給されているか否かを判断し、その判断結果である供給有無情報と、管理回路１１Ｂから出力された電池情報とに基づいて、電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電を行う。

例えば、外部電力が供給されていない場合、制御部１８は、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかから電力をシステム回路１０３に供給する。充放電切り替え制御回路２１は、その電池セルの蓄電量が予め定められた閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、他の電池セルから電力をシステム回路１０３に供給する。その後、外部電力が供給されると、制御部１８は、その外部電力を蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になった電池セルに充電する。

外部電力が供給されていない場合、電池セル１Ａおよび１Ｂの蓄電量がある値より小さくなると、電池セル１Ａおよび１Ｂから電気機器１０２を駆動するのに十分な電力を供給できなくなることがある。電気機器１０２は、通常、駆動できなくなる前に、メモリ内の情報をハードディスクなどの補助記憶装置に移動させるなどの退避処理を行う。閾値Ｃｉｍｉｎは、電気機器１０２が退避処理を行うのに必要な最小の電力、または、それより少し大きな値に相当する。

また、制御部１８は、システム回路１０３から、全ての電池セルを充電するための全充電信号を受け付けた場合、外部電力が供給されると、その外部電力を全ての電池セルに充電する。なお、全充電信号は、例えば、ユーザが電気機器１０２に所定の操作を行うことによってシステム回路１０３から出力される。

制御部１８は、充放電切り替えスイッチ（ＳＷ）１９Ａおよび１９Ｂと、電池充電回路２０と、充放電切り替え制御回路２１とを有する。

充放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂのそれぞれは、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかと対応し、その対応する電池セルと電池充電回路２０との接続を切り替えて、その電池セルの充放電状態を切り替える。充放電状態には、電池セルを充電する充電状態と、電池セルを放電する放電状態と、電池セルの充放電を停止する未接続状態とがある。

電池充電回路２０は、外部電源１０１から外部電力が供給されている場合、その外部電力を充電状態の電池セルに充電するとともに、その外部電力をシステム回路１０３、充放電切り替え制御回路２１および温度調整回路１５に供給する。また、電池充電回路２０は、放電状態の電池セルが放電した電力を、内部電力として温冷供給電源切り替え回路１６、充放電切り替え制御回路２１、温度調整回路１５およびシステム回路１０３に供給する。

充放電切り替え制御回路２１は、外部電源１０１から外部電力が供給されているか否かを判断し、その判断結果である供給有無情報と、管理回路１１Ｂから出力された電池情報とに基づいて、充放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電を行う。

次に動作を説明する。

先ず、二次電池システムによる電池セル１Ａの内部温度の調整の動作について説明する。図４は、この動作例を説明するための説明図である。

温度調整回路１５は、電池セル１Ａを加熱するヒータモードと、電池セル１Ａを冷却するクーラモードと、電池セル１Ａの加熱および冷却を停止する待機モードとのいずれかの動作モードで動作する。

待機モードの場合、温度調整回路１５は、温度センサ２Ａからセル内温度信号を受け付け、そのセル内温度信号が示すセル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより高いか否かを判断する。また、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐより低いか否かを判断する。

セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより高く、かつ、高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐより低い場合、温度調整回路１５は、待機モードを維持する。

また、温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐ以下の場合、ヒータモードに遷移し、セル内温度Ｔｃが高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐ以上の場合、クーラモードに遷移する。

ヒータモードに遷移すると、温度調整回路１５は、温度センサ２Ａからセル内温度信号を受け付け、また、温度センサ２Ａから外部温度信号を受け付ける。温度調整回路１５は、それらの信号が示すセル内温度Ｔｃおよび外部温度Ｔｏに基づいて、温冷素子１２Ａに供給する電流量Ｉを決定する。温度調整回路１５は、その決定した電流量Ｉの電流を温冷素子１２Ａに供給して電池セル１Ａを加熱する。

温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより高くなるまで上記の動作を繰り返し、セル内温度Ｔｃが低温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより高くなると、待機モードに遷移する。

また、クーラモードが設定されている場合、温度調整回路１５は、セル内温度信号および外部温度信号を受け付ける。温度調整回路１５は、それらの信号が示すセル内温度Ｔｃおよび外部温度Ｔｏに基づいて、温冷素子１２Ａに供給する電流量Ｉを決定する。温度調整回路１５は、その決定した電流量Ｉの電流を温冷素子１２Ａに供給して電池セル１Ａを冷却する。

温度調整回路１５は、セル内温度Ｔｃが高温充電停止温度Ｔｈｓｔｐより低くなるまで上記の動作を繰り返し、セル内温度Ｔｃが高温充電停止温度Ｔｃｓｔｐより低くなると、待機モードに遷移する。

なお、温度調整回路１５は、待機モードからヒータモードまたはクーラモードに遷移したときに、充電の停止を示す充電停止信号を充放電切り替え制御回路２１に出力してもよい。この場合、温度調整回路１５は、ヒータモードまたはクーラモードから待機モードに遷移したときに、充電の停止の解除を示す停止解除信号を充放電切り替え制御回路２１に出力する。

次に、二次電池システム１００による電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電制御の動作について説明する。図５は、本動作の一例を説明するための説明図である。

なお、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電状態を管理するためのステータス情報を保持する。ステータス情報は、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの管理ステータスを示す。

管理ステータスには、満充電ステータスＨＯＬＤと、放電ステータスＤｉｓｈと、充電ステータスＣｈと、停止ステータスＳＴＰとがある。以下、満充電ステータスＨＯＬＤを「１００％」、放電ステータスＤｉｓｈを「放電」、充電ステータスＣｈを「充電」、停止ステータスＳＴＰを「停止」と表記する。

また、図５では、外部電力が供給されていることを“ＡＤＰ＝ＩＮ”と表記し、外部電力が供給されていないことを“ＡＤＰ＝ＯＵＴ”と表記している。

電池パック１１が二次電池システム１００に装着されると、充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ１を実行する。

ステップＳ１では、充放電切り替え制御回路２１は、管理回路１１Ｂから電池情報を受け付け、その電池情報にて示される電池セル１Ａおよび１Ｂの蓄電量の少なくとも一つが閾値Ｃｉｍｉｎ以上か否かを判断する。

充放電切り替え制御回路２１は、蓄電量の全てが閾値未満であると、ステップＳ２を実行し、蓄電量の少なくとも一つが閾値以上であると、ステップＳ３を実行する。

なお、ステップＳ１において、電池セル１Ａおよび１Ｂの少なくとも一方は放電状態であり、充放電切り替え制御回路２１は、外部電力が供給されていない場合、その放電状態の電池セルが放電する電力にて動作を行う。

ステップＳ２では、充放電切り替え制御回路２１は、外部電源１０１から外部電力が供給されているか否かを判断する。

外部電力が供給されていない場合、充放電切り替え制御回路２１は、動作を終了する。

一方、外部電力が供給されている場合、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方を満充電するための満充電処理を行う。なお、満充電処理については、後述する。

ステップＳ３では、充放電切り替え制御回路２１は、電池情報にて示される電池セル１Ａおよび１Ｂの蓄電量に基づいてステータス情報を生成し保持する。

具体的には、充放電切り替え制御回路２１は、蓄電量が予め定められた充電上限値以上の電池セルの管理ステータスを「１００％」に設定する。充電上限値は、電池セルが満充電したときの蓄電量に相当する。

また、充放電切り替え制御回路２１は、蓄電量が充電上限値未満かつ閾値Ｃｉｍｉｎ以上の電池セルの管理ステータスを「放電」に設定する。

さらに、充放電切り替え制御回路２１は、蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満の電池セルの管理ステータスを「充電」に設定する。

そして、充放電切り替え制御回路２１は、その設定されたステータスを示すステータス情報を生成する。

充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ３を終了すると、ステップＳ４を実行する。

ステップＳ４では、充放電切り替え制御回路２１は、管理回路１１Ｂから出力された電池情報を受け付ける。また、充放電切り替え制御回路２１は、外部電力が供給されているか否かを判断する。充放電切り替え制御回路２１は、その判断結果である供給有無情報と電池情報とに基づいて、電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電を行う。

ステップＳ４において、充放電切り替え制御回路２１は、電池パック１１が二次電池システム１００から取り外された場合、ステップＳ５を実行する。

ステップＳ５では、充放電切り替え制御回路２１は、ステータス情報を削除して動作を終了する。

次に、ステップＳ４の動作をより詳細に説明する。

充放電切り替え制御回路２１は、ステータス情報、供給有無情報および電池セルの蓄電量に応じて電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電状態を切り替えて、電池セル１Ａおよび１Ｂの充放電を行う。

図６は、充放電切り替え制御回路２１が保持するステータス情報、供給有無情報および電池セルの蓄電量と、電池セルの充放電状態との関係を示した説明図である。なお、図６では、“ＩＮ”は、外部電力が供給されていることを示し、“ＯＵＴ”は、外部電力が供給されていないことを示す。

また、図７は、ステップＳ４の動作例を説明するための説明図である。

ステップＳ４０１では、充放電切り替え制御回路２１は、外部電力が供給されているか否かを判断する。充放電切り替え制御回路２１は、外部電力が供給されていないと、ステップＳ４０２を実行し、外部電力が供給されていると、ステップＳ４０７を実行する。

ステップＳ４０２では、充放電切り替え制御回路２１は、放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかの電池セルを放電状態し、残りの電池セルを未接続状態にする。

管理ステータスが「放電」の電池セルがある場合、充放電切り替え制御回路２１は、その電池セルを放電状態にする。このとき、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の管理ステータスが「放電」の場合、放電状態にする電池セルは、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれでもよい。

一方、管理ステータスが「放電」の電池セルがない場合、充放電切り替え制御回路２１は、蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ以上の電池セルを放電状態にする。電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ以上の場合、管理ステータスが「１００％」の電池セルがあれば、その電池セルを放電状態にし、管理ステータスが「１００％」の電池セルがなければ、管理ステータスが「充電」の電池セルを放電状態にする。

以下、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の管理ステータスが「放電」であり、電池セル１Ａが放電状態になったものとする。

電池セル１Ａが放電状態になって放電が開始されると、その放電された電力は、電池充電回路２０を介してシステム回路１０３および温冷供給電源切り替え回路１６に供給される。このとき、電池セル１Ｂは、未接続状態であるので、放電を行わない。このため、電池セル１Ｂの蓄電量は維持され、電池セル１Ａの蓄電量は減少する。

充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ４０２を終了すると、ステップＳ４０３を実行する。

ステップＳ４０３では、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になったか否かと、外部電力が供給された否かを監視する。充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、ステップＳ４０４を実行し、外部電力が供給されると、ステップＳ４０７を実行する。

なお、電池セル１Ａの管理ステータスが「１００％」の場合、電池セル１Ａの蓄電量が充電上限値未満になると、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａの管理ステータスを「放電」に切り替える。

ステップＳ４０４では、充放電切り替え制御回路２１は、放電切り替えスイッチ１９Ｂを用いて電池セル１Ｂを放電状態に切り替える。その後、電池セル１Ａの蓄電量が０[ｍＡｈ]になると、充放電切り替え制御回路２１は、放電切り替えスイッチ１９Ａを用いて電池セル１Ａを未接続状態にすると共に、電池セル１Ａの管理ステータスを「充電」にする。

電池セル１Ｂが放電状態になって放電が開始されると、その放電された電力は、電池充電回路２０を介してシステム回路１０３および温冷供給電源切り替え回路１６に供給される。これにより、電池セル１Ｂの蓄電量は減少する。

充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ４０４を終了すると、ステップＳ４０５を実行する。

ステップＳ４０５では、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ｂの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になったか否かと、外部電力が供給された否かを監視する。充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ｂの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、ステップＳ４０６を実行し、外部電力が供給されると、ステップＳ４０７を実行する。

ステップＳ４０６では、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になったと判断して、蓄電量が少ないことを示すアラーム信号をシステム回路１０３に出力する。システム回路１０３は、アラーム信号を受け付けると、退避処理を行ってから電気機器１０２の駆動を停止する。

充放電切り替え制御回路２１は、電気機器１０２の駆動が停止されると、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方の管理ステータスを「停止」にする。

充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ４０６を終了したあとで外部電力が供給されると、満充電処理を行う。

また、ステップＳ４０７では、充放電切り替え制御回路２１は、放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、管理ステータスが「放電」および「１００％」の電池セルを未接続状態に切り替え、管理ステータスが「充電」の電池セルを充電状態にする。これにより、電池充電回路２０によって、管理ステータスが「充電」の電池セルに外部電力が充電される。

なお、充放電切り替え制御回路２１は、温度調整回路１５から充電停止信号を受け付けると、放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、全ての電池セルを未接続状態にする。そして、充放電切り替え制御回路２１は、温度調整回路１５から停止解除信号を受け付けると、放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、管理ステータスが「充電」の電池セルを充電状態にする。

充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ４０７を終了すると、ステップＳ４０８を実行する。

ステップＳ４０８では、充放電切り替え制御回路２１は、管理ステータスが「充電」の電池セルの蓄電量が充電上限値以上になったか否かと、外部電力の供給が停止されたか否かを監視する。

電池セルの蓄電量が充電上限値以上になると、充放電切り替え制御回路２１は、充放電切り替え制御回路２１は、管理ステータスが「充電」の電池セルが満充電されたと判断して、その電池セルの管理ステータスを「１００％」にすると共に、充放電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、その電池セルを未接続状態にする。その後、外部電力の供給が停止されると、充放電切り替え制御回路２１は、ステップＳ４０２を実行する。

一方、電池セルの蓄電量が充電上限値以上になる前に外部電力の供給が停止されると、充放電切り替え制御回路２１は、電池セルの充電が停止され、ステップＳ４０２を実行する。

なお、充放電切り替え制御回路２１は、上記の動作中にシステム回路１０３から全充電信号を受け付けた場合、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの管理ステータスを「充電」にする。外部電力が供給されている場合、充放電切り替え制御回路２１は、満充電処理を行う。また、外部電力が供給されていない場合、充放電切り替え制御回路２１は、電池セルの放電を維持し、その後、外部電力が供給されると、満充電処理を行う。

以上により、例えば、電池セル１Ａの蓄電量が充電上限値未満かつ閾値Ｃｉｍｉｎ以上であり、電池セル１Ｂの蓄電量が０の場合に外部電力が供給されると、電池セル１Ａの管理ステータスが「放電」では、電池セル１Ａが未接続状態になり、電池セル１Ｂに外部電力が充電される。

電池セル１Ｂが満充電になった後で、外部電力の供給が停止されると、電池セル１Ａが放電される。その後、電池セル１Ａの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、電池セル１Ｂが放電される。

電池セル１Ｂの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になる前に外部電力が供給されると、電池セル１Ｂが未接続状態になり、電池セル１Ａに外部電力が充電される。

したがって、電池セル１Ａおよび１Ｂを交互に充電することが可能になる。

次に満充電処理について説明する。

満充電処理では、充放電切り替え制御回路２１は、電切り替えスイッチ１９Ａおよび１９Ｂを用いて、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方を充電状態にする。これにより、電池セル１Ａおよび１Ｂの両方に外部電力が充電される。

充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ以上になると、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの管理ステータスを「充電」に変更する。

また、充放電切り替え制御回路２１は、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの蓄電量が充電上限値以上になると、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの管理ステータスを「満充電」に変更する。

次に効果を説明する。

本実施形態によれば、温度センサ２Ａは、電池セル１Ａの温度であるセル内温度を検出する。温度センサ１４は、外部の温度である外部温度を検出する。温度調整回路１５は、外部温度とセル内温度との差分が大きいほど、電池セル１Ａを強く加熱または冷却する。なお、外部温度とセル内温度との差分が大きいほど、加熱（または冷却）効率が低い
この場合、外部温度とセル内温度との差分が大きいほど、電池セル１Ａが強く加熱または冷却される。したがって、外部温度とセル内温度との差分が大きくても、電池セル１Ａの温度を速やかに適正温度範囲に収めることが可能になる。また、外部温度とセル内温度との差分が小さい時に、電池セル１Ａを過剰に加熱または冷却することを抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、温冷供給電源切り替え回路１６は、外部電源１０１からの外部電力の供給がない場合、温度調整回路１５による電池セルの温度の調整を停止する。

この場合、電池セルが充電できない時に、電池セルの温度を充電可能な適正温度範囲に調整しなくてもよくなるので、温度調整にかかる電力消費を軽減することができる。

また、本実施形態では、二次電池は、複数の電池セル１Ａおよび１Ｂを有する。制御部は、外部電力の供給がない場合、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかから電力を電気機器１０２に供給し、その電池セルの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、他の電池セルから電力を電気機器１０２に供給する。また、制御部は、外部電力が供給されると、その外部電力を、蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になった電池セルに充電する。

この場合、電池セル１Ａおよび１Ｂのいずれかから電力が電気機器１０２に供給される。また、その電池セルの蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になると、他の電池セルから電力が電気機器１０２に供給される。そして、外部電力が供給されると、外部電力が、蓄電量が閾値Ｃｉｍｉｎ未満になった電池セルに充電される。

したがって、電池セルに十分な蓄電量があるときに、その電池セルを充電することを防止することが可能になるので、電池セルの充電回数を減少させることが可能になり、二次電池の寿命を延ばすことが可能になる。

また、本実施形態では、制御部は、電気機器１０２のシステム回路１０３から全ての電池セルを充電するための全充電信号を受け付けた場合、外部電源１０１から外部電力が供給されると、その外部電力を全ての電池セルに充電する。

この場合、例えば、外部電力が長時間供給できない状況で電気機器１０２を使用する必要が生じた場合に、二次電池の蓄電量を増やすことが可能になる。

次に本発明の他の実施形態について説明する。

第一の例として、二次電池システムがＮ個の電池セルを有する場合が挙げられる。なお、Ｎは、２以上の整数である。

二次電池システムがＮ個の電池セルを有する場合でも、内部電力を電気機器１０２に供給する場合、Ｎ個の電池セルのいずれかが放電状態となる。また、外部電力が供給されると、その放電状態の電池セル以外の電池セルにその外部電力が充電される。なお、その放電状態の電池セルは、外部電力が供給されると、未接続状態になり、蓄電量が保持される。

したがって、その放電状態の電池セル以外の電池セルの全てが満充電になるまで充電されると、全ての電池セルの容量の（Ｎ−１）／Ｎ以上の電力を充電することができる。つまり、Ｎが増えるほど、充電できる電力が増える。

しかしながら、Ｎが増えるほど、電池パックのサイズ、重量および価格などが上昇すると考えられる。このため、Ｎは、電池パックを使用する機器に応じて変更されることが望ましい。例えば、内部電力で駆動する時間が比較的短い機器に使用する場合、Ｎ＝２〜３程度にし、内部電力で駆動する時間が比較的長い機器に使用する場合、Ｎ＝４以上とする。

また、第二の例として、電池セル１Ａおよび１Ｂに、互いに特性の異なる電池セルを用いてもよい。例えば、電池セル１Ａおよび１Ｂのそれぞれの適正温度範囲が異なっていてもよい。

電池セル１Ｂの適正温度範囲が電池セル１Ａの適正温度範囲より低温側に位置している場合、常温および高温時には、電池セル１Ａを充放電し、低温時には、電池セル１Ｂを充放電するようにしてもよい。

さらに、第三の例として、二次電池システムは、携帯機器に限らず、電気自動車などの二次電池を使用する一般の電気機器に用いることができる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１ 二次電池
１Ａ、１Ｂ 電池セル
２ 温度検出部
２Ａ、２Ｂ、１４ 温度センサ
３、１２Ａ、１２Ｂ 温冷素子
４ 温度調整部
１１ 二次電池パック
１１Ａ 保護回路
１１Ｂ 管理回路
１３Ａ、１３Ｂ 熱交換器
１５ 温度調整回路
１６ 温冷供給電源切り替え回路
１７ 接続部
１８ 制御部
１９Ａ、１９Ｂ 充放電切り替えスイッチ
２０ 電池充電回路
２１ 充放電切り替え制御回路

Claims (10)

1. 電気機器に電力を供給するための二次電池システムであって、
   二次電池と、
   前記二次電池を加熱および冷却可能なペルチェ素子と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段にて検出された温度が予め定められた温度範囲に収まるように、前記ペルチェ素子を用いて前記二次電池を加熱または冷却して、前記二次電池の温度を調整する温度調整手段と、を有する二次電池システム。
2. 請求項１に記載の二次電池システムにおいて、
   外部の温度を検出する外部温度検出手段をさらに有し、
   前記温度調整手段は、前記外部温度検出手段にて検出された温度と、前記温度検出手段にて検出された温度との差分が大きいほど、前記二次電池を強く加熱または冷却する、二次電池システム。
3. 請求項１または２に記載の二次電池システムにおいて、
   外部電源から電力の供給がない場合、前記温度調整手段による温度の調整を停止する停止手段をさらに有する二次電池システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二次電池システムにおいて、
   前記二次電池は、複数の電池セルを有し、
   外部電源から電力の供給がない場合、前記電池セルのいずれかから電力を前記電気機器に供給し、当該電池セルの蓄電量が予め定められた閾値未満になると、他の電池セルから電力を前記電気機器に供給し、前記外部電源から電力が供給されると、当該電力を、前記蓄電量が前記閾値未満になった電池セルに充電する制御手段をさらに有する二次電池システム。
5. 請求項４に記載の二次電池システムにおいて、
   前記制御手段は、前記電気機器から、全ての電池セルを充電するための信号を受け付けた場合、前記外部電源から電力が供給されると、当該電力を全ての電池セルに充電する、二次電池システム。
6. 二次電池と前記二次電池を加熱および冷却可能なペルチェ素子とを有し、電気機器に電力を供給するための二次電池システムによる温度制御方法であって、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、
   前記検出された温度が予め定められた温度範囲に収まるように、前記ペルチェ素子を用いて前記二次電池を加熱または冷却して、前記二次電池の温度を調整する温度調整ステップと、を有する温度制御方法。
7. 請求項６に記載の温度制御方法において、
   外部の温度を検出する外部温度検出ステップをさらに有し、
   前記温度調整ステップでは、前記外部の温度と、前記二次電池の温度との差分が大きいほど、前記二次電池を強く加熱または冷却する、温度制御方法。
8. 請求項６または７に記載の温度制御方法において、
   外部電源から電力の供給がない場合、前記温度の調整を停止する停止ステップをさらに有する、温度制御方法。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の温度制御方法において、
   前記二次電池は、複数の電池セルを有し、
   外部電源から電力の供給がない場合、前記電池セルのいずれかから電力を前記電気機器に供給し、当該電池セルの蓄電量が予め定められた閾値未満になると、他の電池セルから電力を前記電気機器に供給する切り替えステップと、
   前記外部電源から電力が供給されると、当該電力を、前記蓄電量が前記閾値未満になった電池セルに充電する充電ステップと、をさらに有する温度制御方法。
10. 請求項９に記載の温度制御方法において、
    前記電気機器から、全ての電池セルを充電するための信号を受け付けた場合、前記外部電源から電力が供給されると、当該電力を全ての電池セルに充電する全充電ステップをさらに有する温度制御方法。

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