JP5327845B2 - ２次電池パックおよび電源 - Google Patents

Description

本発明は、２次電池パックに関し、特に複数個の２次電池パックを使用する電気機器において使用される、ＣＰＵを内蔵し、他の２次電池パックとの通信機能を有する２次電池パックおよびそれを用いた電源に関する。

リチウムイオン電池等の２次電池は、通常、電気機器の電源として使用される場合、特許文献１などに示されるように、ＣＰＵを内蔵し、２次電池の電圧や電流などを検知して電源ラインを開閉するスイッチを制御するなどの保護回路等を一体化した２次電池パックとして使用されており、近年、２次電池パックはユーザーからの要求により高電圧化、高容量化が進んでいる。２次電池パックにより、ユーザーからの要求に対応した高電圧・高容量の電源を実現する場合、以下の２通りの方法がある。第一の方法は、ユーザーの要求と一致した電圧帯、容量帯を有する２次電池パックを新たに設計し実現する方法である。第二の方法は、既存の２次電池パックを複数使用し、それを、直列、並列に組み合わせることによって電源部を設計し、ユーザーの要求に対応した電圧帯や容量帯を実現する方法である。

このように２次電池パックを複数個使用して電源部を実現した場合の従来の構成の一例を図４のブロック構成図に示す。図４において、ユーザーシステム３０には２次電池パック３０１、３０２、３０３の３台が並列に接続されている。電源ライン３１を開閉する電気的スイッチ３０６は２次電池パック３０１、３０２、３０３の外部に設けている。個々の２次電池パックが自ら電圧、電流などを管理し、２次電池パックの異常を検知すると全ての２次電池パックが通信配線３０４を使用してその情報を共有し、自ら制御を行なう。また、全ての２次電池パックはユーザーとのインターフェース３０５１、３０５２、３０５３をそれぞれ有しており、自身の２次電池パックの情報をユーザーに知らせることができる。ユーザーシステム３０は２次電池パックの情報を元に、異常と判断した場合は制御信号端子３０７より電気的スイッチ３０６の操作を行なう。

特許第３７４３７０４号公報

上述のようにユーザーの様々な要求に対応すべく２次電池の多直化、多並列化が進んできており、新たな要求がある度にそれに対応した２次電池パックまたは電源部を設計している状況であり、上記のいずれの方法でも、その設計には多大な設計コストと設計時間が必要となっている。

すなわち、前記の第一の方法では要求に対応した専用の２次電池パックを設計する必要があり、第二の方法では専用の２次電池パックを設計する必要はないが、別途、複数の２次電池パックを制御する制御システムを設計する必要が生ずる。そのための多大な設計コスト、設計時間が必要となる。

そこで、本発明の課題は、多大な設計コストを発生させることなくユーザーの要求に柔軟に対応可能な２次電池パックおよびそれを用いた電源を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の２次電池パックは、複数個の２次電池パックを使用する電気機器において使用される２次電池パックにおいて、ＣＰＵを内蔵し、前記電気機器において使用される他の２次電池パックとの間の通信機能および他の２次電池パックを制御する機能を有するマスターモードの状態と、該マスターモードの状態の２次電池パックとの間のみの通信機能を有するスレイブモードの状態とを取り得ることを特徴とする。

ここで、前記のマスターモードとスレイブモードとの間の切り換えは、当該２次電池パックの外部からの信号印加により行なうこと、または、当該２次電池パックに内蔵されたメモリへのデータの書き込みにより行なうことが可能であり、または、前記電気機器に複数の２次電池パックが接続された際、当該２次電池パックの端子の状態により自動的に認識されてなされるよう構成されていてもよい。

また、前記マスターモードの状態の２次電池パックは、外部との通信機能と、電源ラインを開閉する電気的スイッチを制御する機能とを有していてもよく、また、前記スレイブモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を有していてもよい。

また、前記マスターモードの状態の２次電池パックは、前記スレイブモードの状態の２次電池パックから得た情報を元に、２次電池の状態を外部に伝達する機能を有していてもよい。

また、前記スレイブモードの状態の２次電池パックは、前記マスターモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を有していてもよい。

また、前記マスターモード、またはスレイブモードのいずれの状態でも、２次電池の電圧、温度、電流、容量に関する情報のうち少なくとも１つを検知する機能を有していてもよい。

本発明による電源は、複数の２次電池パックを直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続の組み合わせにより接続して構成した電気機器用の電源であって、前記複数の２次電池パックのうち１つを前記マスターモードの状態とし、それ以外の２次電池パックを前記スレイブモードの状態としたことを特徴とする。

ここで、前記複数の２次電池パックのいずれかの異常を検知した場合、電源ラインを開閉する電気的スイッチ、もしくは電源ラインに挿入されたヒューズを切ることによって制御を行なう電気機器用の電源であって、前記電気的スイッチまたは前記ヒューズは前記２次電池パックの内部、または前記２次電池パックの外部に設置されていてもよい。

本発明は、上記のように、新たなユーザーの要求があった場合、その要求に応じた専用の２次電池パックの設計をするものではなく、既存の２次電池パックを使用して、専用の制御システムを設計するものでもない。ユーザーからの多様な電圧、容量の要求に柔軟に対応できる２次電池パックを提案するものである。本発明の２次電池パックはマスターモードとスレイブモードの両者の状態を取ることができ、複数の同一の本発明による２次電池パックを直列、並列に接続し、それらの２次電池パックのマスターモードとスレイブモードを切り換えることによって、さまざまな電圧、容量の電源を実現可能とするものである。

高電圧で使用したいユーザーは、複数の本発明による２次電池パックを直列に接続し、そのうちの一つの動作モードをマスターモードとし、その他をスレイブモードとする。高容量で使用したいユーザーは、複数の本発明による２次電池パックを並列に接続し、そのうちの一つをマスターモードとし、その他をスレイブモードとする。多直列、多並列を組み合わせた接続を行ない、一つをマスターモードとし、それ以外をスレイブモードとすることも可能である。

以上のように、本発明による２次電池パックおよび電源により、多大な設計コストを発生させることなくユーザーの要求に柔軟に対応可能な２次電池パックおよびそれを用いた電源が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明による２次電池パックの一実施の形態の構成を示す模式図である。本実施の形態の２次電池パックは、複数個の２次電池パックを使用する電気機器において使用される２次電池パックであり、ＣＰＵを内蔵し、他の２次電池パックとの間の通信機能および他の２次電池パックを制御する機能を有するマスターモードの状態と、マスターモードの状態の２次電池パックとの間のみの通信機能を有するスレイブモードの状態とを取り得るように構成されている。また、図１に示すように、プラスおよびマイナス側の電源ライン４１および４２、ユーザーシステムとのインターフェース４０５、制御信号端子４０７、他の２次電池パックとの通信配線４０４、および、上記の２種類の動作モードであるマスターモード、スレイブモードの状態を切り換えるための切り換え機能端子４０８を備えている。

本実施の形態では、マスターモードの状態の２次電池パックは電源ライン４１または４２に挿入される電気的スイッチを制御する機能を有し、スレイブモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤなどに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を有し、スレイブモードの状態の２次電池パックから得た情報を元に、２次電池の状態を外部に伝達する機能を有するものである。また、スレイブモードの２次電池パックは、マスターモードの２次電池パックとの間で、電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤなどに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を持つものである。また、マスターモード、またはスレイブモードのいずれの状態でも、２次電池の電圧、温度、電流、容量に関する情報のうち少なくとも１つを検知する機能を有している。

次に、本実施の形態において、マスターモードの状態とスレイブモードの状態を切り換える方法の例を以下に示す。第一の方法は切り換え機能端子４０８への２次電池パックの外部からの信号印加により行なう。例えば、切り換え機能端子４０８に高レベルの電圧が印加された時はマスターモード、低レベルの電圧が印加された時はスレイブモードとなるよう設定することができる。外部に切り換え用のスイッチを接続してそのスイッチの出力信号により切り換えることも可能である。

第二の方法は、２次電池パックに内蔵されたメモリへのデータの書き込みにより行なう方法である。マスターモードまたはスレイブモードに設定するためのデータを、メモリへの直接書き込み、または、切り換え機能端子４０８からの書き込みなどにより行い、その２次電池パックの動作モードが設定される。

第三の方法は、電気機器に２次電池パックが接続された際、その２次電池パックの端子、すなわち切り換え機能端子４０８の状態により自動的に認識されて動作モードの設定がなされる方法である。例えば、切り換え機能端子４０８がオープンであればマスターモードとなり、ショートであればスレイブモードとなるように設定される方法である。

以上のように、切り換え機能を使用することにより１種類の２次電池パックでマスターモードとスレイブモードの切り換えが可能となり、複数の２次電池パックの一つをマスターモードに設定し、それ以外の２次電池パックをスレイブモードに設定して構成することによりユーザーの要求に応じた電源を実現することが可能となる。

図２は、本発明による２次電池パックを複数個使用して構成した本発明による電源の第一の実施の形態を示すブロック構成図である。図２において、本実施の形態の電源は、同種類の本発明による２次電池パックを３台直列に接続して構成されている。各２次電池パック１０１、１０２、１０３は通信配線１０４により接続を行い、電源ライン１１を開閉する電気的スイッチ１０６を外部に設けている。２次電池パック１０１は切り換え機能端子１０８１をプルアップ、すなわち電源の電圧レベルとしてマスターモードとし、それ以外の２次電池パック１０２、１０３は切り換え機能端子１０８２、１０８３をプルダウン、すなわち抵抗１０９２、１０９３をそれぞれ介してアースの電圧レベルとしてスレイブモードとする。

マスターモードの２次電池パック１０１は各スレイブモードの２次電池パック１０２、１０３の電池情報である電圧、電流、温度などの情報を通信配線１０４を使用してモニタリングし、かつ自身の電池情報である電圧、電流、温度などの情報を管理する。マスターモードの２次電池パック１０１はユーザーとのインターフェース１０５を有し、ユーザーに電池情報を伝達する。マスターモードの２次電池パック１０１は自身を含むいずれかの２次電池パックの異常を検知すると、ユーザーに異常情報を通知し、制御信号端子１０７より電気的スイッチ１０６の制御を行なう。

図３は、本発明による２次電池パックを複数個使用して構成した本発明による電源の第二の実施の形態を示すブロック構成図である。図３において、本実施の形態の電源は、同種類の本発明による２次電池パックを３台並列に接続して構成されている。電源ライン２１に設置する電気的スイッチ２０６を２次電池パックの外部に設けている。２次電池パック２０１の切り換え機能端子２０８１をプルアップとしてマスターモードとし、それ以外の２次電池パック２０２、２０３の切り換え機能端子２０８２、２０８３をプルダウンとしてスレイブモードとする。第一の実施の形態と同様にマスターモードの２次電池パック２０１は、スレイブモードの２次電池パック２０２、２０３の電池情報である、電圧、電流、温度などの情報を通信配線２０４を使用してモニタリングし、かつ自身の電池情報である電圧、電流、温度などの情報を管理する。マスターモードの２次電池パック２０１はユーザーとのインターフェース２０５を有し、ユーザーに電池情報を伝達する。マスターモードの２次電池パック２０１は自身を含むいずれかの２次電池パックの異常を検知すると、ユーザーに異常情報を通知し、制御信号端子２０７より電気的スイッチ２０６の操作を行なう。

図２の実施の形態では、２次電池パック３台を直列に接続した例をあげたが、２次電池パックの２直列、もしくは、４直列以上の接続も可能である。また、図３の実施の形態では２次電池パック３台を並列に接続した例をあげたが、２次電池パックの２並列、もしくは、４並列以上の接続も可能である。さらに、直列接続と並列接続の組み合わせにより接続して構成することも可能である。

従来はユーザーの要求する電圧、容量に合わせた２次電池パックの設計により、もしくはユーザーの要求に合うように既存の２次電池パックを複数使用し専用の制御システムを構築して電源を実現していたが、上記のように、本発明の２次電池パックは標準としてマスターモードとスレイブモードを取ることができ、その切り換えによって、専用の制御システムを構築することなく複数の２次電池パックを使用した電源を構成することができる。

すなわち、２次電池パックに、ユーザーに異常情報を通知する機能、電気的スイッチなどを制御する機能、ユーザー側との通信機能、他の２次電池パックとの通信機能などを搭載し、その動作モードを切り換えることにより、直列、並列などの接続の構成を問わず、２次電池パックによる電源の構築およびその制御を柔軟に行なうことが可能となる。本発明の２次電池パックを用いることにより、あらゆるユーザー仕様に対応する２次電池による電源システムを供給することができ、開発コストと期間の短縮を実現することが可能となる。

なお、本発明の２次電池パックおよび電源は上記の実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもなく、ユーザーの要求に対応した必要な機能、すなわち、各２次電池パックが検知可能な電池情報の種類、２次電池パック間で通信可能な情報の種類や制御内容などの必要とされる機能を有する２次電池パックの設計、およびそれを用いた電源の設計が可能である。

本発明による２次電池パックの一実施の形態の構成を示す模式図。 本発明による電源の第一の実施の形態を示すブロック構成図。 本発明による電源の第二の実施の形態を示すブロック構成図。 二次電池パックを複数個使用して電源部を実現した場合の従来の構成の一例を示すブロック構成図。

符号の説明

１１、２１、３１、４１、４２ 電源ライン
３０ ユーザーシステム
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、２０３、３０１、３０２、３０３ ２次電池パック
１０４、２０４、３０４、４０４ 通信配線
１０５、２０５、３０５、４０５ 、３０５１、３０５２、３０５３ インターフェース
１０６、２０６、３０６ 電気的スイッチ
１０７、２０７、３０７、４０７ 制御信号端子
４０８、１０８１、１０８２、１０８３、２０８１、２０８２、２０８３ 切り換え機能端子
１０９１、１０９２、１０９３、２０９１、２０９２、２０９３ 抵抗

Claims (3)

1. 複数個の２次電池パックを使用する電気機器において使用される２次電池パックにおいて、ＣＰＵを内蔵し、外部との通信機能と、電源ラインを開閉するために前記２次電池パックの外部に設けられた電気的スイッチを制御する機能とを有し、前記電気機器において使用される他の２次電池パックとの間の通信機能および他の２次電池パックを制御する機能を有するマスターモードの状態と、該マスターモードの状態の２次電池パックとの間のみの通信機能を有するスレイブモードの状態とを取ることが可能に構成され、
   前記マスターモードの状態である場合、前記スレイブモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能および前記スレイブモードの状態の２次電池パックから得た情報を元に、２次電池の状態を外部に伝達する機能を有し、
   前記スレイブモードの状態である場合、前記マスターモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を有し、
   前記マスターモードまたは前記スレイブモードのいずれの状態でも、２次電池の電圧、温度、電流、容量に関する情報のうち少なくとも１つを検知する機能を有し、
   前記マスターモードと前記スレイブモードとの間の切り換えは、当該２次電池パックの外部からのプルアップまたはプルダウンによる信号印加により行なうことを特徴とする２次電池パック。
2. 複数の２次電池パックを直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続の組み合わせにより接続して構成した電気機器用の電源であって、
   前記２次電池パックは、ＣＰＵを内蔵し、外部との通信機能と、電源ラインを開閉するために前記２次電池パックの外部に設けられた電気的スイッチを制御する機能とを有し、前記電気機器において使用される他の２次電池パックとの間の通信機能および他の２次電池パックを制御する機能を有するマスターモードの状態と、該マスターモードの状態の２次電池パックとの間のみの通信機能を有するスレイブモードの状態とを取ることが可能に構成され、
   前記マスターモードの状態の２次電池パックは、前記スレイブモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能および前記スレイブモードの状態の２次電池パックから得た情報を元に、２次電池の状態を外部に伝達する機能を有し、
   前記スレイブモードの状態の２次電池パックは、前記マスターモードの状態の２次電池パックとの間で、２次電池の電圧、温度、電流、容量、エラー情報、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを得る通信機能を有し、
   前記２次電池パックは、前記マスターモードまたは前記スレイブモードのいずれの状態でも、２次電池の電圧、温度、電流、容量に関する情報のうち少なくとも１つを検知する機能を有し、
   前記マスターモードと前記スレイブモードとの間の切り換えは、当該２次電池パックの外部からのプルアップまたはプルダウンによる信号印加により行ない、
   前記複数の２次電池パックのうち１つを前記マスターモードの状態とし、それ以外の２次電池パックを前記スレイブモードの状態としたことを特徴とする電源。
3. 前記複数の２次電池パックのいずれかの異常を検知した場合、前記電気的スイッチ、もしくは前記電源ラインに挿入されたヒューズを切ることによって制御を行なうことを特徴とする請求項２に記載の電源。

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