JP3807111B2

JP3807111B2 - 充放電システム、及び電池パック、充放電器

Info

Publication number: JP3807111B2
Application number: JP22467498A
Authority: JP
Inventors: 靖前島; 敏章山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP2000060006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電式電池を内蔵した電池パックを充放電機器に装着して、充電式電池を充放電する充放電システム及び、この充放電システムに適用される電池パック及び充放電機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リチウムイオン電池（以下「Ｌｉ−ｉｏｎ電池」とよぶ）のように精密な定電圧充電制御が必要な充電式電池を内蔵した電池パックでは、Ｌｉ−ｉｏｎ電池の性能劣化を防止するため、Ｌｉ−ｉｏｎ電池での過充電、過放電、充電電流の異常（例えば過電流及び短絡）を検知する保護回路が組み込まれている。
【０００３】
ここで図６は、この保護回路を内蔵した電池パックのブロック図である。
この電池パック１００は、図６に示すように、充電式電池であるＬｉ−ｉｏｎ電池１１０と、このＬｉ−ｉｏｎ電池１１０を充電する充電電力、あるいはＬｉ−ｉｏｎ電池１１０から放電される放電電力（以下「充放電電力」という）を充電器あるいは放電器（以下「充放電機器」という）と授受するためのパック側充放電端子１２０とを備え、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０の各電極から延出された第１及び第２電力授受電路１１１，１１２がパック側充放電端子１２０に接続されている。また、この電池パック１００は、電力授受電路１１１，１１２を介して電力の供給を受け稼動する前述した保護回路１３０と、第２電力授受電路１１２に直列に取り付けられ、保護回路１３０により開閉制御されるＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ１４０とを備えている。
【０００４】
このうち保護回路１３０は、図６に示すように、電力を受電し、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０が過充電あるいは過放電状態か否かを監視するための監視端Ａ，Ｂ、スイッチ１４０を開閉制御するための制御端Ｃ，Ｄ、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０が短絡あるいは過電流状態であるか否かを検知するための検知端Ｅを備えており、監視端Ａが第１電力授受電路１１１に、監視端Ｂがスイッチ１４０とＬｉ−ｉｏｎ電池１１０の間の第２電力授受電路１１２に接続され、また、検知端Ｅが、スイッチ１４０とパックらが充放電端子１２０との間の第２電力授受電路１１２に、制御端Ｃ，Ｄがスイッチ１４０に接続される。
【０００５】
そして、この保護回路１３０では、監視端Ａ，Ｂあるいは検知端Ｅで過充電状態等を検知すると、制御端Ｃ、Ｄから開放信号を出力してスイッチ１４０を動作させ、第２電力授受電路１１２を開放し、過充電等が検知されないときは、制御端Ｃ，Ｄから閉信号を出力して第２電力授受電路１１２を閉じる開閉制御を行っていた。
【０００６】
このように保護回路１３０によりスイッチ１４０を開閉制御することにより、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０での過充電状態等が悪化したりあるいは長く続いたりしないようにすることによって、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０の性能が劣化しないようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池パック１００を充放電するための専用の充放電機器は、例えば充電器の場合、保護回路１３０により過充電状態等が検知されスイッチ１４０を開放させる必要が生ずる前に充電を停止するなど、Ｌｉ−ｉｏｎ電池１１０の特性に合わせ、過充電等が発生し難いように構成されていた。
【０００８】
しかし、このような構成を有さない専用の充放電機器以外の充放電機器では、保護回路１３０が第２電力授受電路１１２を遮断するまで、すなわち、過充電状態等が発生するまで充放電が行われているので、専用の充放電機器以外の充放電機器を用いるとＬｉ−ｉｏｎ電池１１０の性能を早く劣化させてしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、電池パックを専用の充放電機器に装着したときのみ充放電が行われるよう構成された電池パック及び充放電機器を用いた充放電システム、及び、この充放電システムに最適な電池パック、充放電機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための請求項１記載の発明は、保護回路に電力を供給するための供給電路の一部を充放電機器に設けることによって、電池パック側の供給電路であるパック側電路と、充放電機器側の供給電路である充放電機器側電路とを形成し、電池パックを充放電機器に装着したときに、パック側電路と充放電器側電路が接続されることによって、保護回路へ電力の供給が行われることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、この請求項１記載の充放電システムでは、パック側電路を備えた電池パックを充放電器側電路を備えた充放電器に装着したときのみ、保護回路に電力が供給されてスイッチが閉じられ、電力授受電路を介して充電式電池が充放電可能な状態になる。つまり、この請求項１記載の充放電システムでは、電池パックを、充放電器側電路を備えた専用の充放電機器に装着したときのみ充放電させることができるのである。
【００１２】
従って、この請求項１に記載された充放電システムを用いれば、電池パックを専用の充放電機器以外の充放電機器に装着したとしても充電式電池が充電されることがなく、過充電等による充電式電池の劣化を各自することも少なくなるので、充電式電池を長持ちさせることができる。
【００１３】
また、従来の電池パックでは、電力授受電路の先端で短絡が発生した場合、短絡状態であるか否かを保護回路で判定し、短絡状態であると判定して始めてスイッチを開放していたので、少なからず充電式電池を劣化させてしまっていた。しかし、この請求項１記載の充放電システムを用いれば、パック側電路と充放電機器側電路とが接続されない限り保護回路が動作せず、スイッチも閉じないので、最初から短絡が起きず、短絡が原因で充電式電池を劣化させることがない。従って、より充電式電池を長持ちさせることができる。
【００１４】
また、尚、具体的には、請求項２記載の発明のように、各種端子を備えた電池パックと充放電機器を用いれば、端子の配置された位置等を見て、電池パックと充放電機器との対応関係を間違えることなく充電式電池を充放電させることができる。
【００１５】
また、本発明の充放電システムは、請求項３記載の発明のように、従来の電池パック及び充放電器について、パック側供給端子と機器側供給端子とを１つずつ用意し、保護回路とパック側供給端子、機器側供給端子と機器側充放電端子を接続するだけの簡単な改良で実施することができる。
【００１６】
さらに、上述した充放電システムを構成するには、請求項４記載の電池パックと、請求項５記載の充放電機器とが好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例について以下説明する。
ここで、図１は本実施例の充放電システムで用いられる電池パックの外観を表す斜視図、図２は電池パックの内部構成を表す回路図である。
【００１８】
本実施例の充放電システムは、充電器あるいは放電器に電池パックを装着して、電池パックに内蔵された充電式電池を充放電するものである。以下の説明では、主に、電池パックを充電器に装着して充電する場合について説明する。
まず、電池パックについて説明する。
【００１９】
この電池パック１は、図１に示すように、略板状に形成された電池パック本体１０に、充電式電池であるリチウムイオン電池（以下「Ｌｉ−ｉｏｎ電池」と呼ぶ）を内蔵し、充電器に装着してＬｉ−ｉｏｎ電池を充電するものである。そのため、この電池パック１は、電池パック本体１０の一方の広い面１１の長手方向の両端に、充電器に装着するためのフック１２が設けられ、また、一方のフック１２の近傍には、電池パック１を充電器に装着したとき、Ｌｉ−ｉｏｎ電池を充電するための充放電電力を充電器から受電する２個一組のパック側充放電端子１４が設けられている。そして、このパック側充放電端子１４の一方の端子の近傍には、後述する保護回路を稼動するための電力を受電するパック側供給端子１６が設けられている。
【００２０】
次に、この電池パック１の内部構造について、図２の回路図を用いて説明する。
この電池パック１は、図２に示すように、充電式電池であるＬｉ−ｉｏｎ電池２０と、このＬｉ−ｉｏｎ電池２０の各電極から延出され、パック側充放電端子１４に接続された第１及び第２電力授受電路３０，４０のうち、第２電力授受電路４０に直列に取り付けられた２つのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ２２と、スイッチ２２の開閉制御を行うための、ＩＣ（本実施例ではＲＮ５ＶＭ１＊＊Ｃ／Ｄ：リコー社製）からなる保護回路２４とを備えている。
【００２１】
このうち保護回路２４は、記号Ａ〜Ｆで示した６本の接続端を備えている。このうち記号Ａ，Ｂで示した接続端は保護回路２４に電力を供給し、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０の電圧を監視するための監視端、記号Ｃ、Ｄで示した接続端はスイッチ２２を開閉制御するための制御端、記号Ｅで示した接続端は電圧値を読み取って、過電流及び短絡が発生したか否かを判定するための読取端、また記号Ｆで示した接続端は過充電を判定するタイミングを調整するためのコンデンサを接続するコンデンサ接続端である。
【００２２】
この保護回路２４は、監視端Ａが、パック側供給端子１６に抵抗Ｒａを介して接続され、またＬｉ−ｉｏｎ電池２０とスイッチ２２とを結ぶ第２電力授受電路４０にコンデンサＣｄを介して接続されている。尚以下、第２電力授受電路４０との接続点を稼動接続点αとよぶ。また、監視端Ｂが稼動接続点αに直接接続され、制御端Ｃ，Ｄがスイッチ２２に直接接続される。さらに読取端Ｅが、抵抗Ｒａを介して、スイッチ２２とパック側充放電端子１４とを結ぶ第２電力授受電路に接続され、また、コンデンサＣｃを介して稼動接続点αとも接続される。また、さらに、コンデンサ接続端ＦはコンデンサＣｅを介して稼動接続点αとコンデンサＣｄに接続される。
【００２３】
この保護回路２４では、パック側供給端子１６及び第２電力授受電路を介して電力が供給されることによって監視端Ａと監視端Ｂとの間で発生する電圧が監視され、この電圧がＬｉ−ｉｏｎ電池２０の電極間電圧値として測定される。そして、その電圧値が予め定められた最高電圧値以上になるとＬｉ−ｉｏｎ電池２０が過充電状態であると判定され、予め定められた最低電圧値以下であると過放電状態であると判定される。
【００２４】
またこの保護回路２４では、読取端Ｅが、スイッチ２２とパック側充放電端子１４との間の第２電力授受電路４０に接続される。そして、この保護回路２４は、読取端Ｅの電圧を検出し、監視端Ａの電圧をＶＡとすると、読取端Ｅの電圧が０．２（Ｖ）からＶＡ−０．８（Ｖ）までのときはＬｉ−ｉｏｎ電池２０が過電流状態、ＶＡ−０．８（Ｖ）以上のときは短絡状態であると判定される。
【００２５】
そして、この保護回路２４では、監視端Ａ，Ｂで電力の供給を受け稼動しているとき、以上のような判定がなされると、制御端Ｃ，Ｄから開信号が出力され、一方、このような判定がなされていないときは、閉信号が出力されている。
尚、このような信号を受信するスイッチ２４は、閉信号を受信している場合は、第２電力授受電路４０を閉じ、一方、開信号を受信しているか、あるいは保護回路２４が稼動しておらず、いずれの信号も受信していない場合は第２電力授受電路４０を開放する。
【００２６】
次に、以上説明した電池パック１を装着して充電する充電器について説明する。
ここで図３は充電器の回路図である。
この充電器５は、図３に示すように、電池パック１を装着したときそれぞれのパック側充放電端子１４に接触する一対の機器側充放電端子５４と、パック側供給端子１６に接触する機器側供給端子５６とを備えている。また、この充電器５は、機器側充放電端子５４へ充放電電力を供給する電力供給器５８を備えており、この電力供給器５８と機器側充放電端子５４とを結ぶ電路のうち、電池パック１のスイッチ２２が接続されていない側の電力授受電路に接続されたパック側充放電端子１４と接触する機器側充放電端子５４側の電路には、機器側供給端子５６から引き出された電路が接続されている。以下、その接続点を稼動接続点βとよぶ。
【００２７】
以上のように構成された充電器５に、電池パック１を接続すると、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０は以下のようにして充電される。
ここで、図４は、電池パック１を充電器５に装着したときの、電池パック１及び充電器５の回路図である。
【００２８】
この図４に示すように、電池パック１を充電器５に接続すると、稼動接続点αから、保護回路２４（監視端Ａ，Ｂ）、パック側供給端子１６に至るパック側電路と、そして機器側供給端子５６から、稼動接続点βに至る充放電機器側電路とからなる、電力を保護回路２４に供給するための供給電路が形成される。
【００２９】
すると、この供給電路を通じて保護回路２４に電力が供給され保護回路２４が稼動し、閉信号がスイッチ２２に出力されることによって、スイッチ２２が閉じられ、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０が充放電可能な状態になるので、電力供給器５８から充放電電力が電池パック１に供給され、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０の充電がなされるのである。
【００３０】
一方、充電器５から電池パック１を離すと、保護回路２４への電力の供給が行われなくなり、保護回路２４からスイッチ２２へ何等の信号も発信されないのでスイッチ２２が開き、第２電力授受電路４０が開放される。
以上説明した電池パック１及び充電器５を用いた充放電システムを用いると以下のような効果がある。
【００３１】
まず、本実施例の充放電システムでは、パック側電路を通じて保護回路２４に電力を供給して初めてＬｉ−ｉｏｎ電池２０を充電できるので、充放電機器側電路を備えていない充電器により、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０を充電させることができない。その結果、本実施例の充放電システムを用いると、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０を、充放電機器側電路を備えた専用の充電器５で常に充電することができ、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０が保護回路２４を動作してしまうような過充電状態等に達することがなくなるので、Ｌｉ−ｉｏｎ電池２０を長持ちさせることができる。
【００３２】
また、本実施例の充放電システムでは、電池パック１を充電器５から外すと、スイッチ２２が開放されるので、パック側充放電端子１４間が導通しても、短絡をおこさない。従って、短絡によるＬｉ−ｉｏｎ電池２０の劣化を確実に防止し、長持ちさせることができる。
【００３３】
さらに、従来の技術の欄で説明した電池パック１００は、保護回路１３０が充電式電池１１０から直接電力を供給される構成になっていたので（図６参照）、充電器からはずした状態でも保護回路１３０に電力が供給されていた。これは、保護回路１３０を常に稼動状態にしておくことにより、パック側充放電端子１２０間で短絡が発生したときスイッチ１４０を開放して、充電式電池１１０の性能劣化を防止するためである。そのため、常に充電式電池１１０の電力が消費されていた。
【００３４】
しかし、本実施例の充放電システムでは、スイッチ２２を開放することにより、短絡が発生することを確実に防止することができるばかりでなく、保護回路を専用の充電器に接続したときのみ動作するように構成しているので、無駄な電力消費をさけることができる。
【００３５】
尚、上記実施例では、電池パック１を充電器５に取り付けて充電する場合について説明したが、携帯電話機等の放電器に、充電器５と同じように機器側供給端子５６を設け、この機器側供給端子５６と機器側充放電端子５４とを接続しておけば、電池パック１を専用の放電器でのみ放電させることができる。
【００３６】
ところで、図５に示すように、電池パック１にパック側供給端子１７を、また、充電器５もしくは放電器に機器側供給端子５７を新たに設け、電池パック１では、新たに設けたパック側供給端子１７を電力授受電路３０に接続し、充電器５等においては、機器側供給端子５６，５７同士を互いに接続し、電池パック１を充電器５等に装着したとき、それぞれの機器側供給端子５６，５７をパック側供給端子１６，１７に接触するようにしてもよい。
【００３７】
本実施例の充放電システムでは、端子の組み合わせが完全に一致するものでしか充放電できないので、このように端子の数が多くなればなるほどより正確に組み合わせなければならないので、電池パック１が充電方式の異なる充電器５で充電されたり、放電器で放電される可能性が一層小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の充放電システムで使用する電池パックの外観斜視図である。
【図２】本実施例の充放電システムで使用する電池パックの回路図である。
【図３】本実施例の充放電システムで使用する充電器の回路図である。
【図４】本実施例の充放電システムで使用する電池パックを充電器に装着したときの、電池パックと充電器の回路図である。
【図５】本実施例の充放電システムの他の態様を示す回路図である。
【図６】従来の充放電システムで用いられた電池パックと充電器の回路図である。
【符号の説明】
１…電池パック、５…充電器、１０…電池パック本体、１２…フック、１４…パック側充放電端子、１６，１７…パック側供給端子、２０…Ｌｉ−ｉｏｎ電池、２２…スイッチ、２４…保護回路、３０…第１電力授受電路、４０・・・第２電力授受電路、５４…機器側充放電端子、５６，５７…機器側供給端子、５８…電力供給器

Claims

充放電自在な充電式電池と、
該充電式電池の各電極から延出され、前記充電式電池を充放電するための充放電電力を送電する一対の電力授受電路のうち、少なくとも一方の該電力授受電路に直列に接続され、該電力授受電路を開閉自在なスイッチと、
電力の供給を受けて稼動し、稼働中、前記充電式電池の過充電あるいは過放電、充放電電流の異常を検知すると前記スイッチを開放するよう、前記スイッチを開閉制御する保護回路と
を備える電池パック
及び、
該電池パックを装着すると前記電力授受電路に接続され、前記電池パックとの間で前記充放電電力の授受を行うことができる充放電機器により、前記充電式電池を充放電する充放電システムにおいて、
前記保護回路に電力を供給するための供給電路の一部を前記充放電機器に設け、前記電池パックを前記充放電機器に装着したときに、前記電池パック側に設けられた前記供給電路であるパック側電路と、前記充放電機器側に設けられた前記供給電路である充放電機器側電路とが接続されることによって、前記保護回路へ電力が供給されることを特徴とする充放電システム。
請求項１記載の充放電システムにおいて、
前記電池パックは、
前記電力授受電路の端部に接続され、前記充放電電力を前記充放電機器との間で授受する一対のパック側充放電端子と、
前記パック側電路を前記充放電機器側電路に接続するためのパック側供給端子とを外装し、
前記充放電機器は、
前記電池パックが前記充放電機器に装着されたとき、前記パック側充放電端子に電気的に接続され、前記充放電電力を前記電池パックとの間で授受するための一対の機器側充放電端子と、
前記電池パックが前記充放電機器に装着されたとき、前記パック側供給端子と電気的に接続され、前記充放電機器側電路を前記パック側電路に接続するための機器側供給端子とを外装していることを特徴とする充放電システム。
請求項２記載の充放電システムにおいて、
前記充電式電池と前記パック側充放電端子とを結ぶ一方の前記電力授受電路に前記スイッチが設けられ、
前記パック側電路は、
前記スイッチと前記充電式電池の間の前記電力授受電路から、前記保護回路を介して前記パック側供給端子を結ぶ電路からなり、
前記充放電機器側電路は、
前記スイッチが設けられていない側の前記電力授受電路に接続された前記パック側充放電端子と接続される前記機器側充放電端子と、前記機器側供給端子とを結ぶ電路からなることを特徴とする充放電システム。
充放電自在な充電式電池と、
該充電式電池の各電極から延出され、前記充電式電池を充放電するための充放電電力を送電する一対の電力授受電路のうち、少なくとも一方の該電力授受電路に直列に接続され、該電力授受電路を開閉自在なスイッチと、
電力の供給を受けて稼動し、稼働中、前記充電式電池の過充電あるいは過放電、充放電電流の異常を検知すると前記スイッチを開放するよう、前記スイッチを開閉制御する保護回路と
を備える電池パックにおいて、
外部から前記保護回路に電力を供給するためのパック側供給端子を備えることを特徴とする電池パック。
請求項４記載の電池パックを装着して、前記充電式電池の充放電を行う充放電機器において、
前記電池パックが装着されたとき、前記パック側充放電端子に電気的に接続されると共に、電力の供給が可能となる機器側充放電端子を備えることを特徴とする充放電機器。