JP4931380B2 - パック電池、パック電池と電子機器、パック電池に用いる制御手段とスイッチング素子とを備える回路 - Google Patents

Description

本発明は、パック電池、パック電池と電子機器に関する。

従来、パック電池内にサーミスタである感温素子を内蔵し、パック電池の接続端子である温度端子を介して、電子機器側（例えば、電動工具本体、充電器、ノート型パーソナルコンピュータ等）にて、パック電池の温度を測定し、各種の制御をすることが行われていた。

一方、パック電池において、制御手段として、マイクロプロセッサーユニットを備えるものは、残容量を演算し表示するため、また、パック電池が正規品であるかどうかを確認するＩＤ機能のため等により、電子機器側と通信する機能を備えている（下記特許文献１）。
特開2005-93109号公報

上記の従来の技術においては、上述の電池パックの温度監視機能、通信機能を持たせるためには、電子機器と接続する接続端子について、電子機器側と通信する通信端子と、温度端子とを別々に設ける必要があった。ここで、パック電池の温度が変動するに従い、温度端子の電圧も変動するので、通信端子と温度端子とを共用することはできなかった。これにより、電池パックの温度監視機能、通信機能を持たせるためには、別々の端子が必要であり、端子数が増え、コストアップとなったり、パック電池、電子機器に小型化が要求されるものにおいては、スペース上、両機能の端子が設置できない場合も生じている。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、通信端子と温度端子とを共用できるパック電池を提供することを目的とする。

本発明は、電子機器より充電又は該電子機器に放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池であって、 該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電子機器に前記パック電池を装着して、前記パック電池のＩＤ情報を検証する前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とする。

また、本発明は、電子機器と、これより充電又はこれに放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池であって、該パック電池内においては、該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電子機器に前記パック電池を装着して、前記パック電池のＩＤ情報を検証する前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とする。
更に、本発明のパック電池に用いる制御手段とスイッチング素子とを備える回路は、電子機器より充電又は該電子機器に放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池において、該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備えたパック電池に用いる制御手段とスイッチング素子とを備える回路であって、前記制御手段は、前記パック電池のＩＤ情報を検証す
る前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とする。

本発明においては、通信ラインの使用時においては、スイッチング素子を開状態とすることで、感温素子の電圧変動の影響を通信ラインが受けないので、通信ラインを利用することができる。一方、通信ラインの不使用時においては、スイッチング素子を閉状態とすることで、感温素子の電圧を、通信ラインを介して、電子機器側で測定することができる。

本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例のパック電池Ａにおいては、リチウムイオン等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗２（電流検出部に相当する）と、電池１の充放電を監視、制御等する制御手段であるマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと言う）とを備えている。そして、充電器、パーソナルコンピューター（以下、ＰＣという）、電動工具等の電子機器Ｐに、電池パックＡが取り付けられたとき、電池１からの出力を、＋端子及びＧＮＤ端子より供給し、電子機器Ｐとの通信は、通信ラインの端子ＳＣＬ、ＳＤＡを介して行われる。電子機器Ｐには、パック電池Ａの装着時に、パック電池Ａの各端子に対応して接触する端子を備えている。

電子機器Ｐ内においては、負荷Ｌと、パック電池Ａの充電又は放電等の制御したり、パック電池Ａとの通信を行う制御部Ｃを備えている。また、制御部Ｃは、負荷Ｌの制御も行っている。このような充電又は放電等の制御において、制御部Ｃは、電源ラインに設けられたスイッチング素子ＳＷＣをオンオフ制御している。また、パック電池Ａとの通信により、電池１の満充電情報を得たとき等に、制御部Ｃは、スイッチング素子ＳＷＣをオフ状態として、充電を停止する。

制御部Ｃは、２つの通信ラインであるデータライン、クロックラインを介して、データ信号等を送信、受信する機能を備えている。このような通信ラインの端部には、制御部Ｃ内に備える電源部（図示せず）から電源Ｖ(５Ｖ)を供給して、抵抗Ｒを接続している。後述するように、通信ラインの不使用時においては、パック電池Ａの制御部５により、スイッチング素子ＳＷが閉状態となり、温度検出部１３の両端電圧を、電子機器Ｐの制御部５にて測定して、パック電池Ａ、電池１の温度を、電子機器Ｐの制御部Ｃにて、得ることができ、この温度を元に、充電、放電を制御できる。そして、この温度により、所定の規定温度で充電、放電を停止したり、充電時の温度上昇が所定値より大きいとき、満充電として充電を停止することができる。

ＭＰＵにおいては、電池電圧や検出抵抗２両端のアナログ電圧をデジタル変換し、実電圧[mV]や実電流値[mA]に換算するＡ／Ｄ変換部３と、充放電電流を積算して残容量を演算処理する残容量処理部４と、電池１の満充電を検出したり、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時等に、充放電を制御する制御部５を備えている。また、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子９は、オンオフ制御され、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時に、制御部５からの制御信号で電流を遮断する。つまり、制御素子９は、電流を供給、遮断状態としている。

残容量処理部４においては、A/D変換部３によって変換された充放電電流に測定単位時間（例えば、２５０ｍsec）を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電から積算値を引き算し、或いは、充電時においては充電開始時の残容量より積算値を加算する。このような演算により、電池１の残容量を算出している。

制御部５においては、A/D変換部３により変換された電池電圧と充電電流から満充電（電流、電圧を規制した定電流・定電圧充電においては、電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき、満充電とする）を検出し、残容量を100%とする情報を出力する。満充電の情報は、通信ラインを介して、電子機器Ｐに送信されることもできる。

電子機器ＰであるＰＣ（＝パーソナルコンピュータ）、充電器等との通信処理は、以下のように、通信部１１にて行われる。通信部１１は、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報を電子機器が受信できる信号データに作成する通信データ作成部６と、ＰＣや充電器と実際に通信を行うためのドライバ部７と、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為のメモリ８を備えている。また、電子機器からバッテリパックの各種情報の送信要求をドライバ部７にて受け、通信データ作成部６にて作成されたデータをドライバ部から電子機器に送信する
また、パック電池Ａ内には、電池１の温度を測定するために、感温素子としてサーミスタを含む温度検出部１３が設けられている。図１に表れていないが、電池１と温度検出部３は熱結合できるように密接に配置されている。

温度検出部３の上端側が通信ラインのデータラインに接続され、下端側がスイッチング素子ＳＷに接続されている。
スイッチング素子ＳＷの下端は、基準電圧ラインであるＧＮＤラインに接続されている。スイッチング素子ＳＷは、ＭＰＵの制御部５に制御されて、オンオフ（＝開閉）制御される。

通信ラインの使用時においては、スイッチング素子ＳＷを開状態とし、通信ラインの不使用時においては、スイッチング素子を閉状態とする。ここで、通信ラインの使用時、スイッチング素子ＳＷを開状態としていることより、温度検出部１３の端部は開放され、温度検出部１３の両端、上端の電圧は変動しない。よって、通信ラインの通信は、温度検出部１３の影響を受けず、正常に動作させることができる。

本発明の実施例においては、以下の手順で、電子機器Ｐに接続され、充電、放電が進められる。電子機器Ｐに、パック電池Ａが接続されたとき、制御部Ｃにはパック電池Ａより電力が印加されて動作し（或いは、電子機器Ｐが充電器である場合には、商用電源から変換された電力が制御部Ｃに印加されて動作し）、制御部Ｃ内の電源部より通信ラインの端部に、電源Ｖを供給する。

本発明の第1実施例においては、制御部Ｃより、パック電池Ａが正規品かどうかを表す、ＩＤ(=身分証明)に相当する情報（例えば、製造メーカーを示す情報）を要求する信号を、パック電池Ａに、通信ラインを介して送信する。パック電池Ａにおいては、制御部５、通信部１１により、この要求信号に対応して、メモリー８内に保存されたＩＤに相当する情報を取り出して、電子機器Ｐ側に、送信する。そして、電子機器Ｐの制御部Ｃにおいては、このＩＤ情報を検証して、正規品の情報と認定されたときは、スイッチング素子ＳＷＣを閉じて、充電、放電を開始する。また、正規品でないと判定されるときには、制御部Ｃが、スイッチング素子ＳＷＣを開状態として、充電、放電を停止する。このような通信方式には、周知技術であるＳＭＢｕｓ方式等を利用することができる。ここで、通信ラインを、上述のように、ＩＤ情報の判定にだけに使用するなら、パック電池Ａを装着してＩＤ判定の後、通信ラインは不使用となり、例えば、制御部５は、ＩＤに相当する情報を電子機器Ｐ側に送信した後、スイッチング素子ＳＷを開状態から閉状態として、サーミスタを含む温度検出部１３の両端電圧を、通信ラインであるデータラインを介して、電子機器Ｐの制御部Ｃに出力することができる。

更に、本発明の第2実施例においては、電子機器Ｃは、周期的に、パック電池Ａの情報（例えば、充電中、放電中の電池１の電圧、電流等）を取得するために、制御部Ｃより、通信ラインを介して、各情報に対応した要求の信号を送信する。この要求信号に応答して、対応した情報を制御部５等から得て、制御部５、通信部１１により、電子機器Ｐ側に、送信する。このように、周期的に、電子機器Ｃより、パック電池Ａに、情報の要求信号を送信し、パック電池Ａはこれに応答して、対応する情報を、電子機器Ｃに、送信している。ここで、通信ラインを、上述のように、周期的に使用するので、直前の使用から、所定の間、通信ラインが不使用となるので、この不使用時（例えば、制御部５より、情報を送信した後、所定の時間の期間）、制御部５は、スイッチング素子ＳＷを開状態から閉状態として、サーミスタを含む温度検出部１３の両端電圧を、通信ラインであるデータラインを介して、電子機器Ｐの制御部Ｃに出力することができる。所定の時間の期間後は、制御部５は、スイッチング素子ＳＷを、閉状態とする。

また、本発明の第3実施例においては、電子機器Ｐは、種々の必要に応じて、パック電池Ａの情報（例えば、充電中、放電中の電池１の容量情報）が必要なときは、制御部Ｃより、通信ラインを介して、容量要求の信号を送信する。この要求信号に対応して、容量情報を残容量処理部４から得て、制御部５、通信部１１により、電子機器Ｐ側に、送信する。このように、必要に応じて、電子機器Ｃより、パック電池Ａに、情報の要求信号を送信し、パック電池Ａはこれに応答して、対応する情報を、電子機器Ｃに、送信している。そして、電子機器Ｐの制御部Ｃは、対応する情報を受信した後、所定の時間、新たに情報の要求信号を送信しないことにしている。制御部５は情報を電子機器Ｐ側に送信した後の所定の時間の期間を、通信ラインの不使用として、制御部５は、スイッチング素子ＳＷを開状態から閉状態として、サーミスタを含む温度検出部１３の両端電圧を、通信ラインであるデータラインを介して、電子機器Ｐの制御部Ｃに出力することができる。所定の時間の期間後は、制御部５は、スイッチング素子ＳＷを、閉状態とする。

本発明の電池パックの回路ブロック図である。

符号の説明

Ａ 電池パック
Ｐ 電子機器
ＭＰＵ マイクロプロセッサユニット
１ 電池
２ 抵抗（電流検出部）
４ 残容量積算処理部
５ 制御部
９ 制御素子
11通信部
13 温度検出部（感温素子）

Claims (3)

1. 電子機器より充電又は該電子機器に放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池であって、
   該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、
   該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、
   前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電子機器に前記パック電池を装着して、前記パック電池のＩＤ情報を検証する前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、
   前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とするパック電池。
2. 電子機器と、これより充電又はこれに放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池であって、
   該パック電池内においては、
   該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、
   該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、
   前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電子機器に前記パック電池を装着して、前記パック電池のＩＤ情報を検証する前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、
   前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とするパック電池と電子機器。
3. 電子機器より充電又は該電子機器に放電すると共に、該電子機器と通信を行うパック電池において、
   該パック電池内の通信ラインに接続された感温素子と、
   該感温素子と基準電圧ラインとの接続を開閉するスイッチング素子と、
   前記通信ラインからの通信処理及び前記スイッチング素子の制御を行う制御手段とを備えたパック電池に用いる制御手段とスイッチング素子とを備える回路であって、
   前記制御手段は、前記電子機器に前記パック電池を装着して、前記パック電池のＩＤ情報を検証する前記通信ラインの使用時においては、前記スイッチング素子を開状態とし、前記通信ラインの前記ＩＤ情報を検証した後の不使用時においては、前記スイッチング素子を閉状態とし、
   前記通信ラインの不使用時においては、前記感温素子に印加される電圧が、前記通信ラインを介して、前記電子機器側に出力されることを特徴とするパック電池に用いる制御手段とスイッチング素子とを備える回路。