JP5635837B2 - バッテリ - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリに関し、特に、メモリ効果を有する二次電池のバッテリリフレッシュに関する。
Ni−Cd、Ni−MH電池等を用いた二次バッテリにおいては、その容量のほぼすべてを使い切らない、電荷が十分に残っている状態で継ぎ足し充電を繰り返すと、電荷が残っているにもかかわらず放電電圧が低下し、結果として容量が減少したように見える。このような現象は、二次バッテリが充電要求時における充電レベルを記憶してしまう、とも考えられ、「メモリ効果」と称される。メモリ効果は、深い放電を強制的に行うこと(バッテリリフレッシュ)で解消される。
バッテリリフレッシュについては、例えば特許文献1の先行技術文献がある。特許文献1は、リフレッシュ放電には相当の時間を要すること、さらに続けて充電も行う必要があることを指摘し、バッテリリフレッシュがトータルでかなりの時間を要するため不便であることを問題点として挙げている。その上で、リフレッシュ放電時に使用されていない放電抵抗を並列に接続して実質的に抵抗値を低減し、放電電流を大きくすることでリフレッシュ放電を短時間で行う構成としている。
特開2005−184898号公報
ところで、特許文献1を含む従来の技術では、バッテリリフレッシュが必要な時期を機器が測定し、実施するかどうかの判断はユーザの選択に依存している(例えば特許文献1では段落0020参照)。
バッテリリフレッシュのタイミングがユーザの選択に依存することの理由は、通常バッテリリフレッシュを行う際はバッテリを使用することはできず、通常の機器使用状態ではなく特別な状態(機器不使用状態等)に機器を置くか、又は、機器動作を制限する必要があるためであると考えられる。通常は、特別な状態や機器動作制限をユーザが状況に応じて選択する必要がある。
そこで本発明は、上記実情に鑑みて、バッテリリフレッシュの実行をユーザが意識することなく可能なバッテリを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、二つのバッテリセルと、昇圧回路と、前記二つのバッテリセルの各々に直列に接続されたスイッチと、一つのダイオードと、を有する、前記二つのバッテリセルの一方から他方へ充電する回路を備え、前記二つのバッテリセルの一方と、これに直列に接続されたスイッチを含む第1の回路系統、及び、前記二つのバッテリセルの他方と、これに直列に接続されたスイッチを含む第2の回路系統は、並列に配置され、前記充電する回路は、バッテリセルの出力が前記昇圧回路に接続されなかった方の回路系統のバッテリセルを充電することを特徴とする、バッテリを提供するものである。
本発明によれば、バッテリリフレッシュの実行をユーザが意識することなく可能なバッテリを提供することが可能となる。
本発明による実施形態の回路構成を示す回路図(充放電可能状態)である。 本発明による実施形態の回路構成を示す回路図(1つ目のバッテリセルのバッテリリフレッシュ状態)である。 本発明による実施形態の回路構成を示す回路図(2つ目のバッテリセルのバッテリリフレッシュ状態)である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図1ないし図3に、本実施形態の回路構成を示す。
図1は、本実施形態に係るバッテリ1が充放電可能な状態に置かれているときの回路構成を示している。
バッテリ1は、限定するものではないが、例えば、ノートパソコンに電力を供給するバッテリパックとして用いることができる。バッテリ1は、電力供給の対象である機器、又は、商用電源等と、端子106、109にて接続する。
バッテリ1は、端子106と端子109間の電源経路に、バッテリ1の容量を計測するための抵抗105を有する。抵抗105の後段には、バッテリセル111とバッテリセル121と昇圧回路102が並列に接続する。バッテリセル111とバッテリセル121は、ニッケル水素やリチウムイオン電池などの二次電池のバッテリセルである。
バッテリセル111のプラス側には回路の接続状態を切り替えるスイッチ回路112が接続する。バッテリセル111のリフレッシュ時にはスイッチ回路112が制御IC101の制御によりONすることによって、バッテリセル111が昇圧回路102に接続する(図2参照)。
バッテリセル121のプラス側には回路の接続状態を切り替えるスイッチ回路122が接続する。バッテリセル121のリフレッシュ時にはスイッチ回路122が制御IC101の制御によりONすることによって、バッテリセル121が昇圧回路102に接続する(図3参照)。
なお、バッテリ1が内蔵するバッテリセルの数は、本実施形態の態様に限定しない。すなわち、バッテリ1は、複数個のバッテリセルを並列接続で内蔵する。
また、バッテリ1は、制御IC101を内蔵する。制御IC101は、バッテリセル111、121を電源として動作し、バッテリセル111、121の電圧電流を監視することでバッテリセル111、121の絶対容量を管理する。また、制御IC101は、外部接続端子107、108によりバッテリ1の情報(電流状態や温度など)を外部の機器に提供する。
制御IC101は、バッテリ1が外部機器と接続されておらずバッテリセル111、121が外部機器と接続されていない状態では、電源経路のスイッチ104をOFFすることで外部に対して充放電を禁止し、また、制御IC101自身も低消費電力モードに設定し、バッテリの消費を抑える。
制御IC101は、バッテリ1が端子106、109を介して外部機器等と接続されると、充放電可能な状態を判断し、スイッチ104をONにして充電、放電が可能になる。
制御IC101は、スイッチ回路112とスイッチ回路122の切替も制御する(図1では繁雑になるのを避けるためスイッチ回路112へ延びる制御信号の流れの図示を省略している)。切替は交互に行い、充電又は放電がバッテリごとに切り替わって行われる。
制御IC101は、バッテリセル111、121の電圧も監視する。さらに、抵抗105から充放電電流値を監視することにより、バッテリの容量を計測する。
昇圧回路102は、スイッチ回路112及びスイッチ回路122で特定されたバッテリを入力源としてバッテリ電圧より高い電圧を生成する。また、昇圧回路102は、定電圧、定電流制御により規定以上の電流を制限することでバッテリセル111、121の特性にあった放電を行う。
また、昇圧回路102は、外部機器が接続されていない場合は、残りのバッテリに充電し、特定されたバッテリを完全放電(すなわち、バッテリリフレッシュ)する。ここで、制御IC101は、特定されたバッテリのリフレッシュが完了するように、バッテリの残容量と昇圧回路効率を考慮してリフレッシュされていないバッテリに充電する。
ダイオード103は整流器であって、電流の逆流を防ぐ。昇圧回路102の内部に組み込んでもよい。バッテリセル111又は121がバッテリリフレッシュ状態にある場合(すなわち、図2又は図3に示す状態)であって、バッテリ1が端子106、109を介して外部機器と接続している状態のとき、リフレッシュ中のバッテリは昇圧回路102により、リフレッシュされていないバッテリのバッテリ電圧より高いため、ダイオードORによる切替回路を経由し、リフレッシュ中のバッテリが優先して放電される。
以上で、バッテリ1が充放電可能な状態の本実施形態の構成について述べた。次に、バッテリ1が内蔵の各バッテリをバッテリリフレッシュする際の構成について図2、図3を参照して説明する。
バッテリリフレッシュするタイミングについては、例えばユーザが所定の回数(100回など)充放電を繰り返したというような充放電の回数(充放電サイクル)や前回のバッテリリフレッシュから所定の月数が経過したこと(使用期間)などを、制御IC101が判定して、自動的に実行する。
しかしながら、バッテリリフレッシュを自動的に実行しても、その間ユーザが機器をバッテリ1に接続できないようであれば、ユーザにバッテリリフレッシュを意識させてしまうことになる。したがって、本実施形態では、複数のバッテリを並列接続し、各バッテリを1つずつバッテリリフレッシュする。したがって、バッテリリフレッシュ中でも機器を接続して利用可能であり、ユーザはバッテリリフレッシュを意識することがない。
図2、図3を参照して以下ではまず、外部機器が接続されていない状態におけるバッテリリフレッシュについて説明する。
バッテリリフレッシュが開始されると、図2に示すように、制御IC101の制御によりスイッチ回路112が電源経路を変更することによって、1つ目のバッテリ(図2ではバッテリセル111)が昇圧回路102に接続する。
昇圧回路102は、バッテリセル111を入力源としてバッテリセル121より高い電圧を生成する。昇圧回路によって昇圧された電源は、バッテリセル121に充電される。
図2に示す状態のとき、バッテリセル111はバッテリリフレッシュ状態、バッテリセル121は充放電可能状態である。
バッテリセル111が十分に放電すると、制御IC101は、昇圧回路102をOFFして、スイッチ回路112とスイッチ回路122を図3に示すような状態に制御する。その結果電源経路が変更され、バッテリセル111が充放電可能状態、バッテリ122がバッテリリフレッシュ状態となる。
各バッテリが十分に放電したか否かは、昇圧回路102により昇圧されるバッテリの電圧が、昇圧回路102による昇圧が不能なまでに低下した場合に十分に放電したと判断するとよい。
或いは、昇圧回路102により昇圧されるバッテリの電圧が、バッテリ1に接続する外部機器の最低起動電圧を下回るまで低下した場合に十分に放電したと判断するとよい。最低起動電圧は、外部機器ごとに異なり、あらかじめ制御IC101に設定する。
以下では次に、外部機器が接続されている状態におけるバッテリリフレッシュについて説明する。
外部機器が接続されている場合は、リフレッシュ中のバッテリの見かけの電圧が昇圧回路102による昇圧によって、リフレッシュされていないバッテリ電圧より高いため、ダイオードORによる切替回路を経由し、リフレッシュ中のバッテリが優先して放電される(図2の状態)。
1つ目のバッテリのバッテリリフレッシュ後、制御IC101は、昇圧回路102をOFFして、スイッチ回路112とスイッチ回路122を図3に示すような状態に制御する。その結果電源経路が変更され、バッテリセル111が充放電可能状態、バッテリ122がバッテリリフレッシュ状態となる。
なお、バッテリ1に外部機器が接続している状態のとき、バッテリ1は、機器負荷に応じて端子109から充電又は端子106から放電をする。図3の状態のときに、機器負荷が昇圧回路102で設定された電流を超える場合は、昇圧回路102の電圧がバッテリセル111より低くなるため、バッテリセル111から放電される。一方で、機器負荷が昇圧回路102で設定された電流より小さい場合は、昇圧回路102から電力を供給するので、バッテリセル121から放電される。
このような動作の理由は、機器負荷が所定の電圧を要求し、機器の状態に応じて必要な電流量が変動するためである。昇圧回路102は、機器負荷所定の電圧(バッテリセル121の素の電圧より高い)に昇圧し、定電圧・定電流制御を行って機器負荷に供給する。すなわち、例えば定格12Wの昇圧回路で6Vに昇圧して機器負荷に供給しようとしたときに、機器負荷が5V3A(15W)を要求すると、6V2A→5V2.4A→4V3Aのように出力電圧を下げながら定格上限で出力しようとする。
機器負荷の要求を昇圧回路102側から所定電圧で供給できれば昇圧回路102側から、昇圧回路102側から所定電圧で供給しきれなくなると、昇圧回路102の出力電圧の低下に伴ってバッテリセル111側から、電流が供給される。上記の例では、5Vまでは昇圧回路102側から、5Vを下回るとバッテリセル111側から、電流が供給される。
以上に説明した本実施形態によれば、バッテリリフレッシュ中であってもバッテリ1に接続する外部機器は動作するため、ユーザが意識することなくバッテリリフレッシュの実行が可能になる。
1 バッテリ
101 制御IC
102 昇圧回路
103 ダイオード
104 スイッチ
105 抵抗
106〜109 端子
111、121 バッテリセル
112、122 スイッチ回路

Claims (4)

  1. 二つのバッテリセルと、
    昇圧回路と、
    前記二つのバッテリセルの各々に直列に接続されたスイッチと、
    一つのダイオードと、
    を有する、前記二つのバッテリセルの一方から他方へ充電する回路を備え、
    前記二つのバッテリセルの一方と、これに直列に接続されたスイッチを含む第1の回路系統、及び、前記二つのバッテリセルの他方と、これに直列に接続されたスイッチを含む第2の回路系統は、並列に配置され、
    前記充電する回路は、バッテリセルの出力が前記昇圧回路に接続されなかった方の回路系統のバッテリセルを充電する
    ことを特徴とする、バッテリ。
  2. 前記第1の回路系統のバッテリセルに接続する前記スイッチは、前記第1の回路系統のバッテリセルの出力を、前記昇圧回路に接続し、
    前記昇圧回路は、接続された前記第1の回路系統のバッテリセルの出力を、前記第2の回路系統のバッテリセルの電圧よりも高く昇圧する
    ことを特徴とする、請求項1に記載のバッテリ。
  3. 前記昇圧回路が前記第1の回路系統のバッテリセルの出力を前記第2の回路系統のバッテリセルの電圧よりも高く昇圧できなくなると、
    前記第1の回路系統が前記昇圧回路に接続しないように前記第1の回路系統の前記スイッチを制御し、
    前記第2の回路系統が前記昇圧回路に接続するように前記第2の回路系統の前記スイッチを制御する
    制御手段を備えることを特徴とする、請求項2に記載のバッテリ。
  4. 接続される外部機器に、並列に配置された前記第1の回路系統または前記第2の回路系統から電力を供給するための端子を備え、
    前記端子に外部機器が接続されていない状態では、前記昇圧回路により昇圧される前記第1の回路系統のバッテリセルの放電電流により、前記第2の回路系統のバッテリセルを充電することを特徴とする、請求項2又は3に記載のバッテリ。
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