JP4803880B2 - パック電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器から外した状態で安全に使用できるパック電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
パック電池は、機器から外した状態で出力端子を短絡させると大きなショート電流が流れる。大きなショート電流は、電池性能を著しく低下させるばかりでなく、電池やリード線を加熱するので決して好ましい状態でない。この状態にならないように、図1の回路図に示すように、電池1と出力端子2との間にメインスイッチ3を設けたパック電池が開発されている。このパック電池は、機器9から外した状態でメインスイッチ3をオフに保持する。したがって、機器9から外して出力端子2を短絡していも、ショート電流が流れることはない。ただ、メインスイッチ3をオフに保持するので、機器9に装着しても放電できず、機器9に電力を供給できない。このため、このパック電池は、メインスイッチ3をオンに切り換えないかぎり、機器9をパック電池で起動できない。
【0003】
図のパック電池は、メインスイッチ3をオフからオンに切り換える制御回路4を備える。制御回路4は、パック電池を機器9に装着したことを検出する検出部5と、この検出部5の信号でメインスイッチ3をオンに切り換える信号を出力する制御部6を備え、検出部5と制御部6を動作状態として待機させている。パック電池が機器9に装着されると、動作状態にある検出部5と制御部6がメインスイッチ3をオフからオンに切り換えて、放電できる状態に切り換える。検出部5は、機器9に装着したことを検出するために、専用に設けている装着検出端子14を介して機器9に接続される。機器側では、装着されたパック電池の装着検出端子14をアースに接続する。装着検出端子14がアースに接続されると、パック電池の検出部5と制御部6は、メインスイッチ3をオフからオンに切り換える。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図1に示すパック電池は、機器9から外した状態でメインスイッチ3をオフに保持して、出力端子2が短絡したときのショート電流を阻止できる。さらに、このパック電池は、検出部5と制御部6のみを動作状態に待機させて、保護部7と積算部8を非動作状態にして待機できる。このため、パック電池を機器9から外した状態で、制御回路4の消費電流を極めて小さくして、超低消費電力状態にできる特長もある。機器から外したパック電池の消費電力をいかに少なくできるかは、パック電池にとって極めて大切なことである。それは、パック電池を機器から長い時間外した状態で、内蔵している電池の過放電を防止するためである。機器から外されたパック電池は、充電されることがなく、制御回路が消費する電力で残容量が次第に少なくなる。残存量が0になって、さらにパック電池が機器に装着されないと、電池の放電が進行して過放電となる。電池は、過放電になると著しく性能が低下する。
【0005】
図1のパック電池は、ショート電流を阻止しながら、消費電力も小さくできる優れた特長がある。ただ、このパック電池は、機器に装着したことを検出するために、専用の装着検出端子を設ける必要がある。装着検出端子は、パック電池と機器の両方に設けるので、コネクターや端子の製造コストが高くなり、また、接続部分、基板等の寸法が大きくなる欠点もある。
【0006】
ところで、パック電池は、装着される機器との間で、電池の残容量等の情報を伝送する情報端子を備えるものがある。情報端子を専用の装着検出端子に利用できるなら、専用の装着検出端子を設けることなく、前述の動作をさせることができる。しかしながら、情報端子は、専用の装着検出端子には併用できない。それは、情報端子をアースに接続できず、また、機器が情報端子から信号を出力できるのは、動作状態になった後であるからである。情報端子をアースに接続できないのは、アースに接続して情報を伝送できないからである。さらに、機器を動作状態に切り換えるには、メインスイッチをオフからオンに切り換える必要があるので、メインスイッチをオフとするパック電池を機器に装着して、情報端子からパック電池に信号を出力できない。
【0007】
したがって、情報端子を装着検出端子に併用するパック電池は、図2に示すように、機器9から外した状態でメインスイッチ3をオン状態に保持する必要がある。このパック電池は、出力端子2を短絡させると大きなショート電流が流れるので、この状態を保護するために、制御回路4の保護部7を動作状態に待機させる必要がある。このため、保護部7が電力を消費して、機器9から外した状態で超低電力消費にできない欠点がある。
【0008】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、機器から外した状態で超低電力消費にできると共に、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるのを阻止して安全に使用できるパック電池を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、電池1と直列に接続しているメインスイッチ3と、このメインスイッチ3をオンオフに制御する制御回路4と、メインスイッチ3と並列してなるバイパス放電回路10とを備える。バイパス放電回路10は、出力電流を制限する保護素子12を有する。制御回路4は、パック電池を機器9に装着しないで外した状態でメインスイッチ3をオフに保持する。パック電池が機器9に装着され、機器9から起動信号が入力されると、制御回路4はメインスイッチ3をオフからオンに切り換える。
【0010】
パック電池は、好ましくは制御回路4に接続している通信端子13を備える。このパック電池は、通信端子13を介して機器9から起動信号を入力することができる。ただ、通信端子13ではなくて、出力端子2を使用して機器9からパック電池の制御回路4に起動信号を入力することもできる。
【0011】
このパック電池は、機器9から外された状態で、保護素子12を有するバイパス放電回路10を介して電池1を出力端子2に接続しているが、メインスイッチ3はオフに保持される。この状態にあるパック電池は、出力端子2をショートしても大電流が流れることはない。保護素子12を有するバイパス放電回路10を介して電池1を放電するからである。さらに、この状態のパック電池は、大電流で放電はできないが、機器9に装着して機器9を起動する電流は供給できる。したがって、機器9に装着されると、パック電池で機器9を起動できる。起動された機器9は、通信端子13を介してパック電池に起動信号を出力できる。起動信号を検出したパック電池は、制御回路4でメインスイッチ3をオンに切り換える。この状態になると、電池1はメインスイッチ3で機器9に接続される。
【0012】
このパック電池は、バイパス放電回路10で、出力端子2がショートしたときの大きな短絡電流を阻止するので、制御回路4に内蔵している保護部7を動作状態で待機させる必要がない。このため、パック電池を機器9から外した状態での電力消費を少なくできる。
【0013】
バイパス放電回路10には、好ましくは、パック電池を機器9から外した状態で制御回路4でオンに切り換えられている補助スイッチ11と、出力電流を制限する保護素子12とを直列に接続している回路とする。このバイパス放電回路10は、出力端子2がショートしたときに大電流が流れるのを保護素子12で阻止できる。また、メインスイッチ3をオンに切り換えた後は、補助スイッチ11をオフにして、保護素子12に通電しない状態にできる。保護素子12には、好ましくはPTCを使用する。
【0014】
制御回路4は、メインスイッチ3をオンオフに切り換える制御部6と、機器9から入力される起動信号を検出して制御部6を制御する検出部5と、電池1の残容量を検出する積算部8と、電池電圧を検出して制御部6を介してメインスイッチ3をオンオフに切り換える保護部7とで構成することができる。このパック電池は、機器9から外した状態で、制御部6と検出部5を動作状態として、積算部8と保護部7とを非動作状態とすることができる。
【0015】
パック電池に設けている通信端子13は、機器9に接続する状態でパック電池と機器9との間の情報を伝送する端子である。したがって、この通信端子13は、たとえば、パック電池から機器9に、電池1の残容量や最大充電容量等の情報を伝送する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【0017】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0018】
図3に示すパック電池は、充電できる電池1と、この電池1と直列に接続しているメインスイッチ3と、このメインスイッチ3をオンオフに制御する制御回路4と、メインスイッチ3と並列に接続しているバイパス放電回路10とを備える。
【0019】
電池1は、リチウムイオン二次電池である。ただ、電池にはニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池も使用できる。パック電池に内蔵される電池1は、1個または複数である。
【0020】
メインスイッチ3は、電池1とパック電池の出力端子2との間に直列に接続される。図のパック電池は、電池1と出力端子2の+側にメインスイッチ3を接続している。電池1の−側は、出力端子2に直接に接続している。メインスイッチ3は、トランジスターやFET等の半導体のスイッチング素子である。ただ、リレーのように機械的な接点を有するものも使用できる。メインスイッチ3は、制御回路4に制御されてオンオフに切り換えられる。メインスイッチ3は、制御回路4に制御されて、パック電池を機器9に装着するときにオン、機器9から外されるとオフに切り換えられる。
【0021】
バイパス放電回路10は、出力電流を制限する保護素子12を有し、図のバイパス放電回路10は、補助スイッチ11と保護素子12を直列に接続している。保護素子12はPTCである。ただ、保護素子には、ヒューズや、過大な電流が流れると電流を遮断するブレーカ等も使用できる。補助スイッチ11は、メインスイッチ3と同じように、トランジスターやFET等の半導体のスイッチング素子である。補助スイッチ11も、制御回路4に制御されてオンオフに切り換えられる。補助スイッチ11は、制御回路4に制御されて、パック電池を機器9から外す状態でオン、機器9に装着してメインスイッチ3がオンになるとオフに切り換えられる。さらに、補助スイッチ11は、電池1の過充電と過放電を阻止するときにもオフに切り換えられる。
【0022】
図の制御回路4は、メインスイッチ3をオンオフに切り換える制御部6と、機器9から入力される起動信号を検出して制御部6を制御する検出部5と、電池1の残容量を検出する積算部8と、電池電圧を検出して制御部6を介してメインスイッチ3をオンオフに切り換える保護部7とを備える。
【0023】
制御部6は、検出部5や保護部7から入力される信号で、メインスイッチ3をオンオフに切り換える信号をメインスイッチ3であるスイッチング素子に出力する。制御部6は、検出部5または保護部7から、メインスイッチ3をオンにする信号が入力されると、メインスイッチ3をオンにする制御信号をメインスイッチ3に出力する。たとえば、制御部6は、検出部5や保護部7からメインスイッチ3のオン信号が入力されると、”High”を出力して、メインスイッチ3であるトランジスターやFET等のスイッチング素子をオンにする。検出部5や保護部7から、メインスイッチ3をオフにする信号が入力されると、”Low”信号を出力してメインスイッチ3であるスイッチング素子をオフにする。
【0024】
さらに、制御部6は、メインスイッチ3をオンにするときに、補助スイッチ11をオフとし、メインスイッチ3をオフにするときに、補助スイッチ11をオンにする信号を補助スイッチ11であるスイッチング素子に出力する。したがって、制御部6は、メインスイッチ3と補助スイッチ11に”High”と”Low”の反対の信号を出力する。
【0025】
検出部5は、機器9から入力される起動信号を検出して、制御部6にオンオフの信号を出力する。図のパック電池は、検出部5を通信端子13に接続している。このパック電池は、通信端子13に入力される起動信号を検出部5で検出する。通信端子13を介して機器9からパック電池に起動信号を伝送する構造は、簡単な回路で機器9からパック電池に正確に起動信号を伝送できる。ただ、本発明のパック電池は、かならずしも通信端子13を設ける必要はない。機器9からパック電池に、出力端子2を介して起動信号や情報信号を伝送できるからである。出力端子2から起動信号を伝送するには、たとえば、搬送波を起動信号や情報信号で変調して機器9からパック電池に伝送し、あるいは、機器側において、機器9に影響を与えない極めて短時間に+−の出力端子2をスイッチングして、出力端子2の電圧を瞬間的に変化させて、この電圧の変化で起動信号や情報信号を伝送する。制御部6と検出部5は、パック電池が機器9に装着されたことを検出して、メインスイッチ3をオンに切り換えるので、パック電池を機器9から外した状態においても動作状態とする。
【0026】
積算部8は、パック電池を機器9に装着する状態で動作して、電池1の残容量を演算する。電池1の残容量は、充電電流の積算値から放電電流の積算値を減算して演算できる。積算部8が積算した電池1の残容量は、通信端子13を介して機器9に伝送される。この信号も、出力端子2を介して機器9に伝送することができる。制御回路4に積算部8を設けているパック電池は、電池1の残容量を機器9に伝送できるので、機器側でパック電池の使用時間を判別できる。このことは、たとえば、機器9をマイコンとする場合に大切である。それは、パック電池の残容量が少なくなると、完全に放電される前に、マイコンを終了できるからである。積算部8は、パック電池を機器9から外した状態では機器9に残容量を知らせる必要がないので、パック電池を機器9に装着した状態で動作状態として、機器9から外された状態で非動作状態とされる。
【0027】
保護部7は、電池1の電圧を検出して、電池1を過充電と過放電から保護する。電池電圧が設定している最高電圧よりも高くなり、あるいは、設定している最低電圧よりも低くなると、保護部7は制御部6にメインスイッチ3と補助スイッチ11をオフにする信号を出力して、電池1の過充電と過放電を防止する。電池電圧が最高電圧よりも高くなると、メインスイッチ3と補助スイッチ11をオフにして充電を停止させるが、充電を停止して放電させるときは、メインスイッチ3をオンにして機器9に電力を供給できる状態とする。また、電池電圧が最高電圧よりも高くなって、オフに切り換えられた補助スイッチ11も、パック電池が機器9から外された後は、オンに切り換えられて放電できる状態とする。
【0028】
この図のパック電池は、以下の動作をして、機器9から外した状態で出力端子2がショートしたときに大きな短絡電流が流れるのを防止し、また、機器9に装着した状態で機器9に電力を供給する。
【0029】
[パック電池を機器から外した状態で出力端子がショートしたとき]
▲1▼ 機器9から外した状態にあるパック電池は、制御回路4で、メインスイッチ3がオフ、バイパス放電回路10の補助スイッチ11がオンに保持されている。
▲2▼ パック電池の出力端子2が、何らかの原因でショートする。
▲3▼ 出力端子2がショートしたパック電池は、保護素子12を有するバイパス放電回路10を介して電池1が放電されるので、保護素子12によって大きな短絡電流が流れるのが阻止される。
【0030】
[パック電池を機器に装着して電力を供給するとき]
▲1▼ 機器9から外した状態にあるパック電池は、制御回路4で、メインスイッチ3がオフ、バイパス放電回路10の補助スイッチ11がオンに保持されている。
▲2▼ パック電池を機器9に装着する。このとき、電池1は、バイパス放電回路10を介して出力端子2から放電される。この状態のパック電池は、保護素子12を有するバイパス放電回路10によって、大電流で放電はできないが、機器9を起動する電流は供給できる。
▲3▼ パック電池から供給される電力で機器9が起動され、機器9から起動信号がパック電池に入力される。起動された機器9は、通信端子13を介して、あるいは、出力端子2を介してパック電池に起動信号を出力する。
▲4▼ 機器9から起動信号が入力されると、制御回路4は、メインスイッチ3をオフからオンに切り換える。
▲5▼ この状態で、電池1は、オン状態のメインスイッチ3を介して機器9に接続されて、機器9に電力を供給する。
【0031】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、機器から外した状態で、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるのを阻止して安全に使用できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、メインスイッチと並列してなるバイパス放電回路を備え、このバイパス放電回路が出力電流を制限する保護素子を有しており、パック電池を機器に装着しない状態では制御回路がメインスイッチをオフに保持すると共に、パック電池を機器に装着して機器から起動信号が入力されると、制御回路がメインスイッチをオフからオンに切り換えるようにしているからである。このパック電池は、出力端子をショートしても、保護素子を有するバイパス放電回路を介して電池を放電するので、大電流が流れることはない。このため、出力端子を短絡しても大きなショート電流が流れるのを確実に阻止できる。
【0032】
しかも、バイパス放電回路を備えるパック電池は、大電流で放電はできないが、機器に装着されると機器を起動する電流は供給できる。したがって、起動される機器からの信号によって、制御回路でメインスイッチをオンに切り換えて、装着された機器に電力を供給して安全に使用できる。
【0033】
さらに、本発明のパック電池は、バイパス放電回路が大きな短絡電流を阻止するので、制御回路に内蔵している保護部を動作状態で待機させる必要がなく、パック電池を機器から外した状態での電力消費を少なくして超低電力消費にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパック電池の概略回路図
【図2】従来のパック電池の概略回路図
【図3】本発明の実施例のパック電池の概略回路図
【符号の説明】
1…電池
2…出力端子
3…メインスイッチ
4…制御回路
5…検出部
6…制御部
7…保護部
8…積算部
9…機器
10…バイパス放電回路
11…補助スイッチ
12…保護素子
13…通信端子
14…装着検出端子
Claims (5)
- 電池(1)と直列に接続しているメインスイッチ(3)と、このメインスイッチ(3)をオンオフに制御する制御回路(4)と、メインスイッチ(3)と並列に接続しているバイパス放電回路(10)とを備え、バイパス放電回路(10)は、出力電流を制限する保護素子(12)を有し、
制御回路(4)はパック電池を機器(9)に装着されない状態でメインスイッチ(3)をオフとし、パック電池を機器(9)に装着して機器(9)から起動信号が入力されるとメインスイッチ(3)をオフからオンに切り換えるようにし、
バイパス放電回路(10)が、パック電池を機器(9)から外した状態で制御回路(4)でオンに切り換えられる補助スイッチ(11)と、出力電流を制限する保護素子(12)とを直列に接続してなる回路であるパック電池。 - パック電池が、機器(9)から制御回路(4)に起動信号を入力する通信端子(13)を備える請求項1に記載されるパック電池。
- 保護素子(12)がPTCである請求項1に記載されるパック電池。
- 制御回路(4)が、メインスイッチ(3)をオンオフに切り換える制御部(6)と、機器(9)から入力される起動信号を検出して制御部(6)を制御する検出部(5)と、電池(1)の残容量を検出する積算部(8)と、電池電圧を検出して制御部(6)を介してメインスイッチ(3)をオンオフに切り換える保護部(7)とを備え、パック電池を機器(9)から外す状態で、制御部(6)と検出部(5)を動作状態として、積算部(8)と保護部(7)とを非動作状態とする請求項1に記載されるパック電池。
- 通信端子(13)が機器(9)に接続する状態でパック電池と機器(9)との間の情報を伝送する端子である請求項2に記載されるパック電池。
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