JP2015061404A - 二次電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】異常発生時に充電電流を遮断するスイッチ手段の短絡モード故障を簡便かつ低コストで検出することができる二次電池システムを提供する。
【解決手段】二次電池システム100は、二次電池11と、二次電池11に一定電流を供給する定電流電源21と、定電流電源21の出力電圧Voを測定する電圧センサ22と、二次電池11と定電流電源21の間に接続されるFETリレー14と、定電流電源21およびFETリレー14を制御する制御回路23とを備えている。制御回路23は、定電流電源21から二次電池11に一定電流を供給すると共に充電用FET12が非導通状態となるように制御した際に、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voが所定の閾値Vtを超えない場合に、充電用FET12が短絡モード故障していると判定する。
【選択図】図1
【解決手段】二次電池システム100は、二次電池11と、二次電池11に一定電流を供給する定電流電源21と、定電流電源21の出力電圧Voを測定する電圧センサ22と、二次電池11と定電流電源21の間に接続されるFETリレー14と、定電流電源21およびFETリレー14を制御する制御回路23とを備えている。制御回路23は、定電流電源21から二次電池11に一定電流を供給すると共に充電用FET12が非導通状態となるように制御した際に、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voが所定の閾値Vtを超えない場合に、充電用FET12が短絡モード故障していると判定する。
【選択図】図1
Description
この発明は、二次電池システムに係り、特に異常発生時に電流を遮断する保護機能を備えた二次電池システムに関する。
近年、リチウムイオン電池等による二次電池システムが普及している。一般的な二次電池システムは、二次電池を内部に格納する電池パックと二次電池に充電電流を供給する充電器とから構成されており、異常発生時に電流を遮断するための保護機能を備えているものも多い。
特許文献1には、保護機能としてFETリレーを備えた二次電池システムが記載されている。FETリレーは充電用FETと放電用FETから構成され、充電用FETは充電電流を遮断するスイッチ手段として機能し、放電用FETは放電電流を遮断するスイッチ手段として機能する。通常の充電時には充電用FETが導通状態であると共に放電用FETが非導通状態であるが、充電時に何らかの異常が発生した場合には、充電用FETが非導通状態となり、二次電池に供給される充電電流が遮断される。
上記FETリレーを構成するFETは、故障時に常に導通状態(短絡状態)となって非導通状態に切り替えられなくなる場合があり、これは「短絡モード故障」と呼ばれる。特に充電用FETが短絡モード故障すると、異常発生時に充電電流を遮断することができないため、二次電池が過充電状態となって破損してしまうおそれがある。
特許文献1には、充電器から所定の充電電圧を印加した状態において充電用FETを非導通状態にしてそのドレイン−ソース間電圧を測定し、測定された電圧と充電電圧との比較に基づいて充電用FETの短絡モード故障を検出する事項が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、充電用FETのドレイン−ソース間電圧を測定するために既存のFETリレーに配線を追加する必要があり、構成が複雑化すると共にコストが増大してしまう。
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、異常発生時に充電電流を遮断するスイッチ手段の短絡モード故障を簡便かつ低コストで検出することができる二次電池システムを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、この発明に係る二次電池システムは、二次電池と、二次電池に一定電流を供給する定電流電源と、定電流電源の出力電圧を測定する電圧測定手段と、二次電池と定電流電源の間に接続されるスイッチ手段と、定電流電源およびスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、定電流電源から二次電池に一定電流を供給すると共にスイッチ手段が非導通状態となるように制御した際に、電圧測定手段によって測定される定電流電源の出力電圧が所定の閾値を超えない場合に、スイッチ手段が短絡モード故障していると判定する。
好適には、所定の閾値は、二次電池の満充電状態における閉回路電圧よりも高くかつ定電流電源の所定の過電圧保護電圧よりも低い値に設定される。
二次電池およびスイッチ手段を含む電池パックと、定電流電源および制御手段を含む充電器とをさらに備え、電圧測定手段は充電器に含まれてもよい。
二次電池およびスイッチ手段を含む電池パックと、定電流電源および制御手段を含む充電器とをさらに備え、電圧測定手段は電池パックに含まれてもよい。
この発明に係る二次電池システムによれば、異常発生時に充電電流を遮断するスイッチ手段の短絡モード故障を簡便かつ低コストで検出することができる
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態.
この発明の実施の形態に係る二次電池システム100の構成を図1に示す。二次電池システム100は、電池パック10とその入力端子A−A’に接続される充電器20とから構成されており、電池パック10の出力端子B−B’には任意の負荷30が接続される。
実施の形態.
この発明の実施の形態に係る二次電池システム100の構成を図1に示す。二次電池システム100は、電池パック10とその入力端子A−A’に接続される充電器20とから構成されており、電池パック10の出力端子B−B’には任意の負荷30が接続される。
電池パック10は、リチウムイオン電池等の二次電池11と、二次電池11に直列に接続されて2つのNチャネル型FET12,13から構成されるFETリレー14と、二次電池11の端子電圧(閉回路電圧)を測定する電圧センサ15と、二次電池11の充放電電流を測定する電流センサ16と、電圧センサ15および電流センサ16の各測定値を監視してFET12,13のスイッチング動作を制御する監視回路17とを備えている。後述するように、FET12は二次電池11の充電電流を遮断するスイッチ手段として機能し、FET13は二次電池11の放電電流を遮断するスイッチ手段として機能する。これ以降、FET12を「充電用FET」、FET13を「放電用FET」と呼ぶ。
充電器20は、商用電源40から供給される交流電力を直流電力に変換して一定の直流電流を出力する定電流電源21と、定電流電源21の出力電圧Voを測定する電圧センサ22と、電圧センサ22の測定値を受信すると共に定電流電源21の動作を制御する制御回路23とを備えている。また、制御回路23は、制御信号線50を介して電池パック10の監視回路17に向けて制御信号を送信することによって、充電用FET12と放電用FET13のスイッチング動作を間接的に制御することもできる。
充電器20から電池パック10への充電を行う際には、充電器20の出力端子X−X’が電池パック10の入力端子A−A’に接続され、また充電器20の制御回路23と電池パック10の監視回路17とが制御信号線50によって接続される。充電器20の制御回路23は、定電流電源21から一定の直流電流を出力させ、電池パック10の監視回路17は、充電用FET12のゲート信号をオンにして充電用FET12のドレイン−ソース間を導通状態にすると共に、放電用FET13のゲート信号をオフにして放電用FET13のドレイン−ソース間を非導通状態にする。その結果、定電流電源21から二次電池11、電流センサ16、充電用FET12のドレイン−ソース間、放電用FET13の寄生ダイオードを通って定電流電源21に戻る閉回路が形成され、定電流電源21から供給される一定電流によって二次電池11への充電が行われる。
電池パック10の監視回路17は、電圧センサ15によって測定される二次電池11の閉回路電圧と電流センサ16によって測定される二次電池11の充電電流を取得し、これら閉回路電圧と充電電流が所定の安全範囲内にあるか否かを監視する。そして、監視回路17は、充電中に何らかの異常が発生して二次電池11の閉回路電圧や充電電流が所定の安全範囲から外れた場合には、充電用FET12のゲート信号をオフにして充電用FET12を非導通状態にする。これにより、定電流電源21と2次電池11とを接続していた上記閉回路が遮断され、電池パック10への充電が中止される。
一方、電池パック10から負荷30への放電を行う際には、負荷30が電池パック10の出力端子B−B’に接続され、電池パック10の監視回路17は、充電用FET12のゲート信号をオフにして充電用FET12を非導通状態にすると共に、放電用FET13のゲート信号をオンにして放電用FET13を導通状態にする。その結果、二次電池11から負荷30、放電用FET13のドレイン−ソース間、充電用FET12の寄生ダイオードを通って二次電池11に戻る閉回路が形成され、二次電池11から負荷30への放電が行われる。
電池パック10の監視回路17は、電圧センサ15によって測定される二次電池11の閉回路電圧と電流センサ16によって測定される二次電池11の放電電流を取得し、これら閉回路電圧と放電電流が所定の安全範囲内にあるか否かを監視する。そして、監視回路17は、放電中に何らかの異常が発生して二次電池11の閉回路電圧や放電電流が所定の安全範囲から外れた場合には、放電用FET13のゲート信号をオフにして放電用FET13を非導通状態にする。これにより、2次電池11と負荷30とを接続していた上記閉回路が遮断され、負荷30への放電が中止される。
次に、この実施の形態に係る二次電池システム100における充電用FET12の短絡モード故障の検出方法について説明する。充電用FET12の短絡モード故障を検出する際には、充電器20の制御回路23は、通常の充電時と同様に定電流電源21から一定の直流電流を出力させると共に、電池パック10の監視回路17に向けて制御信号を送信し、充電用FET12を導通状態にすると共に放電用FET13を非導通状態にする。
その結果、定電流電源21から二次電池11、電流センサ16、充電用FET12のドレイン−ソース間、放電用FET13の寄生ダイオードを通って定電流電源21に戻る閉回路が形成され、定電流電源21から供給される一定電流によって二次電池11への充電が行われる。この際、図2に示されるように、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voは、電圧センサ15によって測定される二次電池11の閉回路電圧とほぼ等しくなる。そして、図2の時刻t<t’の区間に示されるように、定電流電源21の出力電圧Voは、二次電池11の充電量が増加してその端子電圧が上昇するのに伴って穏やかに上昇する。
次に、時刻t=t’において、充電器20の制御回路23は、定電流電源21が一定電流を出力している状態で監視回路17に対して制御信号を送信し、充電用FET12が非導通状態となるように制御する。この際、充電用FET12が正常に機能して非導通状態となる場合には、定電流電源21から二次電池11、電流センサ16、充電用FET12、放電用FET13を通って定電流電源21に戻る上記閉回路が遮断されるため、定電流電源21は一定電流を出力し続けることができなくなり、それに抗して電流を出力しようとして出力電圧Voが上昇する。
詳細には、図2の時刻t≧t’の区間に実線で示されるように、定電流電源21の出力電圧Voは、時刻t=t’において急激に上昇して所定の過電圧保護電圧Vpで飽和する。制御回路23は、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voが所定の閾値Vtを超える場合には、充電用FET12が正常に機能しており短絡モード故障していないと判定する。ここで、所定の閾値Vtは、二次電池11の満充電状態における閉回路電圧Vmaxよりも高く定電流電源21の過電圧保護電圧Vpよりも低い値に設定されている。
一方、充電用FET12が短絡モード故障している場合には、時刻t=t’において充電用FET12が非導通状態となるように制御しても上記閉回路が遮断されず、定電流電源21は一定電流を出力し続けることができる。そのため、定電流電源21の出力電圧Voと二次電池11の閉回路電圧がほぼ等しい状態が維持され、図2のt≧t’の区間に点線で示されるように、定電流電源21の出力電圧Voは二次電池11の充電量の増加に伴って穏やかに上昇していく。制御回路23は、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voが上記所定の閾値Vtを超えない場合には、充電用FET12が短絡モード故障していると判定する。
以上説明したように、この実施の形態に係る二次電池システム100では、定電流電源21から二次電池11に一定電流を供給すると共に充電用FET12が非導通状態となるように制御した際に、電圧センサ22によって測定される定電流電源21の出力電圧Voが所定の閾値Vtを超えない場合に、充電用FET12が短絡モード故障していると判定する。これにより、特許文献1に記載の方法のように既存のFETリレー14に配線を追加する必要がないため、充電用FET12の短絡モード故障を簡便かつ低コストで検出することができる。
その他の実施の形態.
上記の実施の形態では、定電流電源21の出力電圧Voを測定する電圧センサ22は充電器20の内部に含まれていたが、図3の変形例に示されるように電池パック210側に電圧センサ222を設けてもよい。
上記の実施の形態では、定電流電源21の出力電圧Voを測定する電圧センサ22は充電器20の内部に含まれていたが、図3の変形例に示されるように電池パック210側に電圧センサ222を設けてもよい。
100,200 二次電池システム、10,210 電池パック、11 二次電池、12 充電用FET(スイッチ手段)、20,220 充電器、21 定電流電源、22,222 電圧センサ(電圧測定手段)、23 制御回路(制御手段)、Vo 定電流電源の出力電圧、Vt 所定の閾値、Vmax 二次電池の満充電状態における閉回路電圧、Vp 定電流電源の過電圧保護電圧。
Claims (4)
- 二次電池と、
前記二次電池に一定電流を供給する定電流電源と、
前記定電流電源の出力電圧を測定する電圧測定手段と、
前記二次電池と前記定電流電源の間に接続されるスイッチ手段と、
前記定電流電源および前記スイッチ手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記定電流電源から前記二次電池に一定電流を供給すると共に前記スイッチ手段が非導通状態となるように制御した際に、前記電圧測定手段によって測定される前記定電流電源の出力電圧が所定の閾値を超えない場合に、前記スイッチ手段が短絡モード故障していると判定する、二次電池システム。 - 前記所定の閾値は、前記二次電池の満充電状態における閉回路電圧よりも高くかつ前記定電流電源の所定の過電圧保護電圧よりも低い値に設定される、請求項1に記載の二次電池システム。
- 前記二次電池および前記スイッチ手段を含む電池パックと、
前記定電流電源および前記制御手段を含む充電器と
をさらに備え、
前記電圧測定手段は前記充電器に含まれる、請求項1または2に記載の二次電池システム。 - 前記二次電池および前記スイッチ手段を含む電池パックと、
前記定電流電源および前記制御手段を含む充電器と
をさらに備え、
前記電圧測定手段は前記電池パックに含まれる、請求項1または2に記載の二次電池システム。
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WO2022119250A1 (ko) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 삼성전자 주식회사 | 복수의 배터리들을 충전하는 방법 및 그 방법을 적용한 전자 장치 |
EP4210193A4 (en) * | 2020-12-04 | 2024-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | METHOD FOR CHARGING A PLURALITY OF BATTERIES AND ELECTRONIC DEVICE TO WHICH THE METHOD IS APPLIED |
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JP2011066985A (ja) * | 2009-09-16 | 2011-03-31 | Toyota Motor Corp | 非接触受電装置およびそれを備える電動車両 |
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2013
- 2013-09-19 JP JP2013193713A patent/JP2015061404A/ja active Pending
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