JP4679072B2 - 電池パック及び電源装置 - Google Patents
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Description
並列に接続された複数の電池パックを同時に放電状態にすると、残存容量(SOC(State of Charge))が大きな電池パックから残存容量が小さな電池パックに充電電流が流れ、電池パックが急速に放電し、電池パックが早期に劣化することが知られている。そこで多くの携帯用電子装置においては、電子装置に複数の電池パックを装着した場合、電池パックは1つずつ順次放電するように制御される。
複数のスマートバッテリ(電池パック)の中から1つのスマートバッテリを選択して動作させるための回路及びソフトウエアを、複数のスマートバッテリを装着可能な従来例のコントローラを内蔵する電子装置毎に、新たに専用に開発する必要があった。
スマートバッテリ(電池パック)と従来例のコントローラとの間で種々のデータを交換する必要がある故に、スマートバッテリ自体の仕様も複雑になり、高価であった。複雑なインターフェースを有し高価なスマートバッテリ自体は、汎用性のある電池パックになりえなかった。
本発明は、複数の電池パックを装着する電源装置(又は電源装置を含む電子装置)の回路構成を簡素化し、安価なものとし、且つ電池パックが急速に放電して電子装置の連続使用可能時間が短くなったり、電池パックが早期に劣化することを防止することが可能な電池パックを提供することを目的とする。
本発明は、複数の電池パックを装着する種々の電源装置(又は電子装置)に装着可能な汎用性のある電池パックを提供することを目的とする。
本発明は、複数の電池パックを装着する電源装置(又は電源装置を含む電子装置)の回路構成を簡素化し、安価なものとし、且つ電池パックが急速に放電して電子装置の連続使用可能時間が短くなったり、電池パックが早期に劣化することを防止することが可能な電池パックを実現できるという作用を有する。
本発明は、複数の電池パックを装着する電源装置(又は電源装置を含む電子装置)の開発において、複数の電池パックの中から1つの電池パックを選択して動作させるための回路及びソフトウエアの新規開発がほとんどいらない電池パックを実現できるという作用を有する。
本発明は、複数の電池パックを装着する種々の電源装置(又は電子装置)に装着可能な汎用性のある電池パックを実現できるという作用を有する。
本発明は、1本の経路で複数の電池パック(典型的には2つの電池パック)の存在表示信号入出力端子を接続することにより、並列に接続された複数の電池パックの中から1つの電池パックが自動的に選択され、動作する安価な電池パックを実現できるという作用を有する。本発明の電池パックは、少ない端子数で、並列に接続された複数の電池パックの中から1つの電池パックが自動的に選択され、動作する安価で小型の電池パックを実現する。
本発明は、例えば2つの電池パックの存在表示信号入力端子と存在表示信号出力端子とを相互に接続することにより、並列に接続された複数の電池パックの中から1つの電池パックが自動的に選択され、動作する安価な電池パックを実現できるという作用を有する。
本発明は、複数の本発明の電池パックを装着する小型で安価な電源装置を実現できるという作用を有する。
本発明は、複数の本発明の電池パックを有し、主電源(例えばAC/DCコンバータ)から過電流が流れたり、負荷に電源変動等の悪影響を与えることを防止しつつ、複数の電池パックが1つずつ順次放電し又は充電される小型で安価な電源装置を実現できるという作用を有する。
本発明によれば、複数の電池パックを装着する電源装置(又は電源装置を含む電子装置)の回路構成を簡素化し、安価なものとし、且つ電池パックが急速に放電して電子装置の連続使用可能時間が短くなったり、電池パックが早期に劣化することを防止することが可能な電池パックを実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、複数の電池パックを装着する種々の電源装置(又は電子装置)に装着可能な汎用性のある電池パックを実現できるという有利な効果が得られる。
図1〜図3を用いて、実施の形態1の電池パック及び電源装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の電子装置(電源装置を含む。)の構成を示すブロック図である。図1において、101は主電源、102は電子装置である。電子装置102は、第1の電池パック103、第2の電池パック104、負荷105を有する。実施の形態1において、主電源101はAC/DCコンバータである。電子装置102はパーソナルコンピュータ(以下、PCと略す。)である。負荷105はPCの内部回路である。
実施の形態1において、電池パックが電子装置102に装着された順番に電池パックは動作状態(後述する放電状態304、充電状態305)となり、放電又は充電する。
制御回路部118は、電流検出部213からの電流の方向(充電電流又は放電電流)及び電流の値の情報に基づいて、充電又は放電された電荷を積算して残存容量を算出し、放電時に二次電池116の残存容量が所定の下限値に達した場合(電池パックが完全放電したと判断した場合)、温度検出部205が出力する温度情報が所定の上限値以上になった場合、電流検出部213が検出した放電電流が所定の上限値以上になった場合、状態設定部117に非動作状態(後述する装着状態302等)に遷移するように指示し、充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする(スイッチ119を遮断状態にする。)。
二次電池116の残存容量が所定の下限値に達したことを検知することに代えて、制御回路部118は、放電時にA/D変換器203が出力する二次電池116の電圧が所定の下限値(完全放電電圧)以下になった場合、状態設定部117に非動作状態(後述する装着状態302等)に遷移するように指示し、充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にしても良い(スイッチ119を遮断状態にしても良い。)。
又、制御回路部118は、温度検出部205が検出した二次電池116の温度が所定の上限値以上になった場合、電流検出部213が検出した充電電流が所定の上限値以上になった場合、状態設定部117に動作状態(後述する放電状態304、充電状態305)を停止するよう指示し、充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする(スイッチ119を遮断状態にする。)。
制御回路部118は、二次電池116の残存容量の情報及び種々のアラーム情報(二次電池の異常温度の情報、異常な充放電電流の情報等)を状態情報通信端子114を通じてCPU106に送る。
装着検出端子115と二次電池の116の正極との間に抵抗212が接続される。電池パック103が電子装置102に装着されていない状態において、装着検出端子115はHighレベルである。電子装置102において装着検出端子115は接地される。装着検出端子115の電圧が所定のHighレベルであれば、制御回路部118は、電池パックが電子装置に装着されていないと判断し、非動作状態(後述する単品状態301)になる。この場合、制御回路部118は、充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする(スイッチ119を遮断状態にする。)。
実施の形態の構成に代えて、状態設定部117は、装着検出端子115に電流が流れるか否かに基づいて、電池パックが電子装置に装着されているか否かを判定しても良い。
制御回路部118がN型MOSトランジスタ225を遮断しており(存在表示信号を出力しておらず)、且つ存在表示信号入出力端子113がLowレベルである場合、他の電池パックから存在表示信号を入力していると判断し、状態設定部117は非動作状態(後述する装着状態302)に設定する。制御回路部118は、状態設定部117が非動作状態になると、充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする(スイッチ119を遮断状態にする。)。
第1の電池パック103が電子装置102に装着されると、第1の電池パック103の装着検出端子115は第1の電池パック103が電子装置102に装着されたことを検出する。他の電池パック(第2の電池パック104)から存在表示信号入出力端子113に存在表示信号が入力されていないため、第1の電池パック103の状態設定部117は動作状態(放電状態304)に設定する。制御回路部118は存在表示信号入出力端子113を通じて、他の電池パック(第2の電池パック104)の存在表示信号入出力端子123に存在表示信号を出力する。制御回路部118は、スイッチ119を導通状態にする。二次電池116は負荷105に電流を供給する。
第1の電池パック103が完全放電すると、第1の電池パック103は非動作状態(装着状態302)に遷移し、存在表示信号の出力を停止する。第2の電池パック104は、第1の電池パック103からの存在表示信号を入力しなくなるので、放電状態304に遷移し、存在表示信号を出力する。電子装置102は、最初は第1の電池パック103から電力を供給され、次いで第2の電池パック104から途切れることなく電力を供給され、動作を継続できる。
放電する場合と同様に、優先順位の高い(先に電子装置102に装着された)電池パック(第1の電池パック103)のスイッチ119が導通状態となり、他の電池パック(第2の電池パック104)のスイッチ129は遮断状態となる。主電源101から電源ライン131を経由して第1の電池パック103の二次電池116に電力が供給され、二次電池116は充電される(充電状態305)。第1の電池パック103が満充電になるとスイッチ119が遮断状態となり、充電される電池パックが第1の電池パック103から第2の電池パック104に変化する。主電源101から電源ライン131を経由して第2の電池パック104の二次電池126に電力が供給され、二次電池126が充電される。
第1の電池パック103及び第2の電池パック104が電子装置102に装着されており、第1の電池パック103が動作状態にあって(放電状態304)放電している時、主電源101が接続された場合も同様である。
マイクロコンピュータ221は、装着検出端子115から第1の電池パック103が電子装置102に装着されたことを検出し、且つ存在表示信号入出力端子113を通じて他の電池パック(第2の電池パック104)から存在表示信号を入力しない場合、充電用スイッチング素子201の導通指令(トランジスタ206のゲートにHighレベルを出力する。)、放電用スイッチング素子202の導通指令228、及び存在表示信号の出力指令230を出力し、第1の電池パック103が電子装置102に装着されたことを検出せず又は他の電池パック(第2の電池パック104)から存在表示信号を入力した場合、それらの信号を出力しない。マイクロコンピュータ221は、放電用スイッチング素子202の導通指令228及び存在表示信号の出力指令230を同じ出力ポートに設けた端子から出力する。
遅延回路232は、マイクロコンピュータ221から存在表示信号の出力指令230が出力された時(Highレベル)、出力指令230をダイオード237を経由して、抵抗238及びコンデンサ239で遅延させてトランジスタ225に伝える。マイクロコンピュータ221が同一ポートから放電用スイッチング素子202の導通指令228と存在表示信号の出力指令230とを同時に出力したならば、遅延回路232は、放電用スイッチング素子202の導通開始タイミングよりも存在表示信号の出力開始タイミングを遅延させる。これにより、1つの電池パックから他の電池パックに負荷への電力供給源が変化する時、一瞬電源が途切れることを確実に防止する。
遅延回路232は、マイクロコンピュータ221が存在表示信号の出力指令230を停止した時(Lowレベル)、出力指令230の停止をダイオード240を経由して遅延無く直ちにトランジスタ225に伝える。
マイクロコンピュータ221が同一ポートで放電用スイッチング素子202の導通指令228と存在表示信号の出力指令230とを同時に停止したならば、遅延回路231は、存在表示信号の停止タイミングよりも放電用スイッチング素子202の停止タイミングを遅延させる。これにより、1つの電池パックから他の電池パックに負荷への電力供給源が変化する時、一瞬電源が途切れることを確実に防止する。
最初に第1の電池パック103が電子装置102に装着されていない時(装着検出端子115がHighレベルである時)、状態設定部117は単品状態301に設定する。単品状態301において、制御回路部118は充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする。第1の電池パック103は充電も放電もしない。制御回路部118は存在表示信号を出力しない。
第1の電池パック103が電子装置102に装着されていない間は、状態設定部117は単品状態301を継続する。第1の電池パック103が電子装置102に装着された場合、状態設定部117は装着状態302に遷移する。装着状態302において、制御回路部18は充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を遮断状態にする。第1の電池パック103は充電も放電もしない。制御回路部118は存在表示信号を出力しない。
スタンバイ状態303において、制御回路部118は充電用スイッチング素子201を遮断状態にし、放電用スイッチング素子202を導通状態にする。充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202であるMOSトランジスタは、一般に、ソースにアノードを有しドレインにカソードを有する寄生ダイオードを内蔵する。スタンバイ状態303において、第1の電池パック103は充電を禁止され且つ放電が可能な状態である。例えば突然主電源101が電子装置102から切り離された場合、第1の電池パック103は、放電用スイッチング素子202(導通状態)及び充電用スイッチング素子201(遮断状態)の寄生ダイオードを通じて、直ちに負荷105に電流を供給することが出来る。制御回路部118は存在表示信号を出力する。
二次電池116が満充電の状態に達してスタンバイ状態303に遷移し、制御回路部118が存在表示信号の出力を停止してから所定時間の間に、制御回路部118が他の電池パック(第2の電池パック104)からの存在表示信号を入力した場合、状態設定部117は装着状態302に遷移する。充電状態305において、電子装置102から第1の電池パック103が抜かれた場合、状態設定部117は単品状態301に遷移する。
二次電池116が完全放電の状態になった場合、制御回路部118は存在表示信号の出力を停止する。制御回路部118は、充電用スイッチング素子201を遮断状態にし、放電用スイッチング素子202を導通状態にする。これにより、第1の電池パック103は放電を継続しつつ、次ぎに放電を開始する第2の電池パック104から第1の電池パック103に充電電流が流れることを防止する。制御回路部118が存在表示信号の出力を停止した後所定時間内に他の電池パック(第2の電池パック104)が存在表示信号を出力し、放電を開始した場合、又は第1の電池パック103が所定時間内に他の電池パック(第2の電池パック104)から存在表示信号を入力しなかった場合、第1の電池パック103は装着状態302に遷移する。
M端子(装着検出端子)115がLowレベルの場合(第1の電池パック103が装着されている場合)、ステップ411に進む。ステップ411で制御回路部118は二次電池116の残存容量が所定の下限値に達したか否かを判断する(二次電池116が完全放電状態か否かを判断する。)。残存容量が所定の下限値より大きい場合(完全放電状態でない場合)、ステップ412に進む。ステップ412で状態設定部117は放電状態304に遷移する。制御回路部118は充電用スイッチング素子201及び放電用スイッチング素子202を導通させ、スイッチ119を導通状態にする。第1の電池パック103は充放電が可能な状態であり、放電する。ステップ408に戻る。
スタンドバイ状態において、充電用スイッチング素子201は遮断し、放電用スイッチング素子202は導通している。主電源101が突然取り外された場合、電池パックは直ちに電力供給を開始できる。
ステップ419において、制御回路部118が、所定時間待機している途中で、他の電池パック(第2の電池パック104)が出力した存在表示信号を入力した場合、所定時間の経過を待つことなく直ちにステップ404に進んでも良い。
本発明は、存在表示ラインを用いて電池パック同士で通信を行うことにより、電子装置からの指令がなくても複数の電池パックの中から1つの電池パックの充放電を行うことができる電池パック及び電源装置を実現する。
図5を用いて、実施の形態2の電池パック及び電源装置について説明する。図5は、本発明の実施の形態2の電子装置(電源装置を含む。)の構成を示すブロック図である。実施の形態2において、主電源101はAC/DCコンバータであり、電子装置502はPCであり、負荷505はPCの内部回路である。
スイッチ509は、一端が電池パック103、104の第1の電源端子111、121と接続され、他端が電源ライン131と接続され、主電源101が電子装置502に直流電圧を供給する場合に遮断し、主電源101が電子装置502に直流電圧を供給しない場合に導通する。
第1のモードにおいて、複数の電池パック103、104が自動的に優先順位を決定して放電し又は充電される。第2のモードにおいて、CPU506は、スイッチ510、511の導通/遮断を制御することにより複数の電池パック103、104を制御して、ユーザが操作入力部507を通じて選択した任意の電池パックが放電し又は充電される。
それ以外の点において、実施の形態2の電源装置の構成は、実施の形態1と同一である。図5において、実施の形態1と同一のブロックには同一の符号を付している。実施の形態1と同一のブロック及び同一の機能の説明を省略する。
主電源101が電子装置502に直流電圧を供給しない場合、DC/DCコンバータ508は、電池パック103、104に充電電流を供給しない。スイッチ509は導通する。存在表示信号を出力した電池パック103又は104は、スイッチ509を通じて負荷505に電流を供給する。
主電源101が電子装置502に接続されているか否か(主電源101が電子装置502に直流電圧を供給するか否か)を判定する方法は任意である。電源ライン131の電圧の値に基づいて判定しても良く、電力供給端子141に直列に電流検出部を挿入し、それが検出した電流値に基づいて判定しても良い。又は、主電源101が入力する商用交流電力の有無に基づいて判定しても良い。
充電時も、放電時と同様にCPU506はスイッチ510、511を制御して、ユーザが選択した電池パックが充電されるようにする。
CPU506は、状態情報通信ライン133を通じて各電池パックの残存容量の情報を入手し、その情報に基づいて、残存容量が最も大きい電池パックを選択する。CPU506は、上述の方法により現在存在表示信号を出力している電池パックに存在表示信号の出力を停止させ、残存容量が最も大きい電池パックに存在表示信号を出力させる。
図6、図7を用いて、実施の形態3の電池パック及び電源装置について説明する。図6は、本発明の実施の形態3の電源装置(電源装置を含む。)の構成を示すブロック図である。実施の形態3において、主電源101はAC/DCコンバータであり、電子装置602はPCであり、負荷505はPCの内部回路である。
それ以外の点において、実施の形態3の電源装置の構成は、実施の形態2と同一である。図6において、実施の形態2と同一のブロックには同一の符号を付している。実施の形態2と同一のブロック及び同一の機能の説明を省略する。
本発明は、存在表示ラインを用いて電池パック同士で通信を行うことにより、電子装置からの指令がなくても自動的に電池パックが順番に1つずつ充放電する電源装置を実現する。
図8、図9を用いて、実施の形態4の電池パック及び電源装置について説明する。図8は、本発明の実施の形態4の電源装置の構成を示すブロック図である。実施の形態4において、主電源101はAC/DCコンバータであり、電子装置802はPCであり、負荷105はPCの内部回路である。
さらに実施の形態1の電源装置(図1)においては、各電池パックは入出力兼用の存在表示信号入出力端子を有する。これに代えて、実施の形態4の電源装置(図8)においては、各電池パックは入出力別々の存在表示信号入力端子及び存在表示信号出力端子を有する。
さらに実施の形態4の電源装置(図8)が実施の形態1の電源装置(図1)と異なる点は、電池パック内にANDゲート(Low論理のORゲート)831、832、833を追加したことである。
それ以外の点において、実施の形態4の電源装置の構成は、実施の形態1と同一である。図8において、実施の形態1と同一のブロックには同一の符号を付している。
実施の形態3の電池パックの制御回路部(図6、7)と比較して、制御回路部818はANDゲート(Low論理のORゲート)831を更に有し、制御回路部819はANDゲート(Low論理のORゲート)832を更に有する。制御回路部828はANDゲート(Low論理のORゲート)833を更に有する。
本発明は、存在表示ラインを用いて電池パック同士で通信を行うことにより、電子装置からの指令がなくても優先順位の高い電池パックから充放電を行うことができる電源装置を実現する。それ以外の点において、実施の形態4の電子装置(電源装置を含む。)は実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
実施の形態4の電源装置は電源ラインに直接電池パックを接続していたが、実施の形態2、3と同様にそれらの間にDC/DCコンバータ及びスイッチを挿入しても良い。
本発明の実施の形態において電子装置はPCであったが、これに限られず、本発明の電池パック及び電源装置を任意の電子装置に適用可能である。
102 電子装置
103 第1の電池パック
104 第2の電池パック
105 負荷
106 CPU
111、121 第1の電源端子
112、122 第2の電源端子
113、123 存在表示信号入出力端子
114、124 状態情報通信端子
115、125 装着検出端子
116、126 二次電池
117、127 状態設定部
118、128 制御回路部
119、129 スイッチ
131 電源ライン
132 存在表示ライン
133 状態情報通信ライン
Claims (7)
- 二次電池と、第1の電源端子及び第2の電源端子と、装着検出端子と、存在表示信号入出力端子と、放電用スイッチング素子及び充電用スイッチング素子と、制御回路部と、を有する電池パックであって、
前記第1の電源端子及び第2の電源端子は前記二次電池の電力を出力し、
前記装着検出端子は、前記電池パックが電子装置に装着されたことを検出するための端子であり、
前記放電用スイッチング素子及び前記充電用スイッチング素子は、前記二次電池と前記第1の電源端子及び第2の電源端子との間に直列に接続されており、
前記制御回路部は、
前記存在表示信号入出力端子を通じて他の電池パックが出力した存在表示信号を入力し、前記存在表示信号入出力端子を通じて存在表示信号を出力するものであり、
ソフトウエアにより信号を処理するソフトウエア処理部と、ハードウエアにより信号を処理するハードウエア処理部と、を有し、
前記ソフトウエア処理部は、
前記装着検出端子から前記電池パックが電子装置に装着されたことを検出し、且つ前記存在表示信号入出力端子がハイレベルであり他の電池パックから存在表示信号を入力していない場合、前記充電用スイッチング素子の導通指令、前記放電用スイッチング素子の導通指令、及び存在表示信号の出力指令を出力し、
電子装置に装着されたことを検出せず又は前記存在表示信号入出力端子がローレベルであり他の電池パックから存在表示信号を入力している場合、それらの信号を出力せず、
前記ハードウエア処理部は、
前記ソフトウエア処理部が前記放電用スイッチング素子の導通指令を出力した場合又は前記存在表示信号入出力端子がハイレベルであり前記存在表示信号を入力していない場合に、前記導通指令又は前記存在表示信号入出力端子のハイレベルに基づいてハードウエアにより前記放電用スイッチング素子を導通させ、
前記ソフトウエア処理部が前記存在表示信号の出力指令を出力した場合に、前記存在表示信号入出力端子から前記存在表示信号を出力する、
ことを特徴とする電池パック。 - 前記ソフトウエア処理部は、前記二次電池の温度が所定の上限値を越えた場合、前記二次電池の残留容量が所定の下限値を越えた場合、及び前記二次電池の放電電流が所定の上限値を越えた場合、の中の少なくとも1つの場合において、少なくとも前記存在表示信号の出力指令を出力していない時に、前記放電用スイッチング素子の導通指令の出力ポートと別個のポートから、前記放電用スイッチング素子の遮断指令を更に出力し、
前記ハードウエア処理部は、前記ソフトウエア処理部が前記放電用スイッチング素子の遮断指令を出力している状態においては、前記存在表示信号入出力端子から前記存在表示信号を入力しない場合にも前記放電用スイッチング素子を導通させない、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記ハードウエア処理部は、前記放電用スイッチング素子の導通及び存在表示信号の出力を開始する場合、前記放電用スイッチング素子の導通開始タイミングよりも前記存在表示信号の出力開始タイミングを遅延させる遅延部を有することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
- 前記ハードウエア処理部は、前記放電用スイッチング素子の導通及び存在表示信号の出力を停止する場合、前記存在表示信号の停止タイミングよりも前記放電用スイッチング素子の遮断タイミングを遅延させる遅延部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池パック。
- 前記存在表示信号入出力端子は1個の存在表示信号入出力端子で構成されることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
- 前記存在表示信号入出力端子は、他の電池パックが出力した前記存在表示信号を入力する存在表示信号入力端子と、前記存在表示信号を出力する存在表示信号出力端子と、を有することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
- 並列に接続した、請求項1から請求項6のいずれかの請求項に記載の複数の電池パックを有することを特徴とする電源装置。
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