JP6759200B2

JP6759200B2 - 電池パック及び二次電池の放電制御方法

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Publication number: JP6759200B2
Application number: JP2017527060A
Authority: JP
Inventors: 尚文榎本; 亮介山本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: US20180173292A1; US10359828B2; CN107851858B; WO2017006514A1; CN107851858A; JPWO2017006514A1

Description

本発明は、電池パック及び二次電池の放電制御方法に関する。

近年、ノートパソコンやタブレット端末などの携帯型電気機器の駆動用電源として、二次電池が使用されている。このような二次電池を用いた電池パックには、通常の放電電流を出力する非省電力状態（ＯＮステート）の他、二次電池の駆動時間を長くするため、使用電流が低い場合には消費電力を抑えた省電力状態（ＯＦＦステート）を有するものがある。このような省電力状態から、非省電力状態に移行するタイミングは、例えば負荷側の電気機器から要求される電流量が所定値以上となったことを検出して行う。例えば、ノートパソコンにおいては使用されない時間が一定以上経過すると、自動的にスリープモード（省電力状態）に移行し、再度キーボードを操作するなど、一定の入力を検出すると自動的にスリープモードから通常動作（非省電力状態）に復帰することが行われている。

このような、省電力状態から非省電力状態に適切に復帰させるためには、省電力状態から非省電力状態に復帰する閾値となる所定値以上の電流（ウェイクアップ電流）を正確に検出する必要がある。ウェイクアップ電流は、ウェイクアップ電流検出回路で行われている。ウェイクアップ電流の検出をウェイクアップ電流検出回路で正確に行えるよう、ウェイクアップ電流検出回路のゼロ点を補正するゼロ点補正（較正動作又はキャリブレーション動作）を行う必要がある。一般には、電気駆動機器の駆動時に、このような較正動作を行うことが行われている。

しかしながら、ウェイクアップ電流検出回路には温度特性があるため、較正動作を行った際の環境温度のままであれば、設定値に対して正しく電流を検出することはできるものの、環境温度が変化すると、検出電圧が変動してしまい、意図した電流値で検出できなくなることがあった。この場合は、ウェイクアップ電流の検出が正確に行われなくなり、ウェイクアップを検出すべき電流値を検出できなかったり、逆に検出すべきでない電流値でウェイクアップが検出されることが生じ、結果として省電力状態から非省電力状態へ復帰が正しく行われないことがあった。

特開２０１３−７６６８０号公報

本発明は、従来のこのような課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、ウェイクアップ電流を正確に検出できるようにした二次電池の放電制御方法及び放電回路を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の側面に係る電池パックによれば、電池駆動機器と接続されて、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための電池パックであって、二次電池と、前記二次電池を放電させ、電池駆動機器に供給する出力電流を制御する放電制御回路と、前記放電制御回路でもって電池駆動機器に供給する出力電流を、通常の非省電力状態から低減させた省電力状態において、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出して、省電力状態から非省電力状態に移行させるためのウェイクアップ電流検出回路と、前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正するための較正手段とを備え、前記ウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において動作され、非省電力状態では動作を停止するよう構成されており、前記較正手段が、省電力状態において所定のタイミングで較正動作を実行するよう構成できる。上記構成により、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態においても検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

また、第２の側面に係る電池パックによれば、前記較正手段は、非省電力状態から省電力状態に移行後に、所定の第一周期で較正動作を行うよう構成できる。上記構成により、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態において定期的に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

さらに、第３の側面に係る電池パックによれば、前記較正手段は、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を行うよう構成できる。上記構成により、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態において定期的に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

さらにまた、第４の側面に係る電池パックによれば、前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点が、出力電流がゼロとなるゼロ点であり、前記較正手段が、較正動作としてゼロ点を補正することができる。

さらにまた、第５の側面に係る電池パックによれば、前記較正手段を、ウェイクアップ電流検出回路のゼロ点を決定し、意図した検出電圧となるように加減するオフセット値を設定するように構成できる。

さらにまた、第６の側面に係る電池パックによれば、前記ウェイクアップ電流検出回路が、ウェイクアップ電流検出用コンパレータを備えており、前記較正手段は、前記ウェイクアップ電流検出用コンパレータの基準値を較正するよう構成できる。

さらにまた、第７の側面に係る電池パックによれば、さらに、非省電力状態において出力電流を検出するための出力電流検出回路と、二次電池の出力電流に応じた電圧を検出するための電流検出抵抗器とを備えており、前記出力電流検出回路は、出力電流検出用コンパレータを備えており、前記ウェイクアップ電流検出用コンパレータと出力電流検出用コンパレータとが、それぞれ共通の電流検出抵抗器に接続することができる。上記構成により、共通の電流検出抵抗器を用いてウェイクアップ電流と出力電流を検出する一方、較正動作はウェイクアップ電流検出用コンパレータに対して行うことで、微少なウェイクアップ電流の検出精度と、より大きな出力電流の検出精度とを異ならせ、ビット数や効率よく活用できる。

さらにまた、第８の側面に係る電池パックによれば、前記出力電流検出回路が、非省電力状態において出力電流を検出する検出動作を、所定の第二周期で行う。

さらにまた、第９の側面に係る電池パックによれば、電池駆動機器と接続されて、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための電池パックであって、二次電池と、前記二次電池を放電させ、電池駆動機器に供給する出力電流を制御する放電制御回路と、前記放電制御回路でもって電池駆動機器に供給する出力電流を、通常の非省電力状態から低減させた省電力状態において、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出して、省電力状態から非省電力状態に移行させるためのウェイクアップ電流検出回路と、前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正するための較正手段とを備え、前記ウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において動作され、非省電力状態では動作を停止するよう構成されており、前記較正手段が、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を実行するよう構成できる。上記構成により、較正手段でもって、省電力状態に移行する度に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

さらにまた、第１０の側面に係る二次電池の放電制御方法によれば、電池パックを電池駆動機器に接続して、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための二次電池の放電制御方法であって、電池パックから電池駆動機器に供給する出力電流を監視し、該検出された出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値以下の場合に、ウェイクアップ電流検出回路が、電池パックの消費電力を通常の非省電力状態から低減させた省電力状態に移行させる工程と、前記ウェイクアップ電流検出回路が、省電力状態において出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えるか否かを監視し、該ウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出すると、省電力状態から非省電力状態に移行させる一方で、較正手段が、前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正する較正動作を、省電力状態において所定のタイミングで行う工程と、を含むことができる。これにより、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態においても検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

さらにまた、第１１の側面に係る二次電池の放電制御方法によれば、前記較正動作を、非省電力状態から省電力状態に移行後に一定周期で行うことができる。これにより、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態において定期的に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

さらにまた、第１２の側面に係る二次電池の放電制御方法によれば、前記較正動作を、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで行うことができる。これにより、較正手段でもって、起動時のみならず、省電力状態において定期的に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの回路図である。実施形態に係る電池パックで較正動作を行うタイミングと、非省電力状態と省電力状態との間の移行を示す状態遷移図である。従来の電池パックで較正動作を行うタイミングと、非省電力状態と省電力状態との間の移行を示す状態遷移図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る電池パックの構成例を示すブロック図である。この図に示す電池パック１０は、二次電池１と、制御部５と、出力電流検出回路と、ウェイクアップ電流検出回路と、電流検出抵抗器２とを備える。この電池パック１０は、電池駆動機器２０に出力電流を供給する通常の非省電力状態と、出力電流を非省電力状態から低減させた省電力状態と、シャットダウン状態のいずれかの状態を遷移可能としている。

制御部５は、放電制御回路と、較正手段（後述）を含んでいる。放電制御回路は、二次電池１を放電させ、電池駆動機器２０に供給する出力電流を制御する。

出力電流検出回路は、非省電力状態の出力電流を検出するための部材である。出力電流検出回路は、出力電流検出用コンパレータ８１と、出力電流検出用レジスタ８２を備えている。出力電流検出用コンパレータ８１は、電流検出抵抗器２と接続されている。電流検出抵抗器２は、二次電池１の出力電流に応じた電圧を検出するための部材である。

一方ウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態における出力電流（ウェイクアップ電流）を検出するための部材である。ウェイクアップ電流検出回路が、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出して、省電力状態から非省電力状態に移行させる。このウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において動作され、非省電力状態では動作を停止する。図１の例では、ウェイクアップ電流検出回路は、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１と、ウェイクアップ電流検出用レジスタ９２を備えている。
（較正手段）

較正手段は、ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正するための部材である。この較正手段は、電池パック１０の起動時の他、省電力状態において所定のタイミングでウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１の基準値を較正する。この構成により、起動時のみならず、省電力状態においても定期的に検出電圧を再設定して、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収して誤検出を防止し、もって信頼性を高めることができる。
（較正動作の実行タイミング）

較正手段が較正動作を実行するタイミングは、非省電力状態から省電力状態に移行された後、所定の第一周期である。このようにすることで、省電力状態において定期的に検出電圧を再設定することができる。この結果、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収し誤検出を防止できる。また較正手段は、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を行うこともできる。これにより、起動時のみならず、省電力状態に移行すると必ず基準点が較正されるため、同様に環境温度に対応させて正確なウェイクアップ電流の検出が見込まれる。
（基準点）

基準点は、好適にはウェイクアップ電流検出回路の電流がゼロとなるゼロ点とできる。較正手段は、ウェイクアップ電流検出回路のゼロ点を決定し、意図した検出電圧となるように加減するオフセット値を設定する。

ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１と出力電流検出用コンパレータ８１とは、それぞれ共通の電流検出抵抗器２に接続されている。このような構成により、共通の電流検出抵抗器２を用いてウェイクアップ電流と出力電流を検出する一方、較正動作はウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１に対して行うことで、微少なウェイクアップ電流の検出精度と、より大きな出力電流の検出精度とを異ならせ、ビット数や効率よく活用できる。
（電池駆動機器２０）

電池パック１０は、電池駆動機器２０に着脱可能に装着されて、この電池駆動機器２０に駆動電流を供給する。電池駆動機器２０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯端末、電動工具、アシスト自転車等である。この電池パック１０は、リチウムイオン二次電池からなる電池セル１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３、１３１、１３２、１３３を３個ずつ順に並列接続してなる電池ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３を、この順番に直列接続してなる電池１を備える。電池１は、電池ブロックＢ１３の正極及び電池ブロックＢ１１の負極が夫々正極端子及び負極端子となるようにしてある。

電池ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３の電圧は、夫々独立してＡ／Ｄ変換部４のアナログ入力端子に与えられ、デジタルの電圧値に変換されてＡ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子から、マイクロコンピュータからなる制御部５に与えられる。またＡ／Ｄ変換部４のアナログ入力端子には、電池１に密接して配置されており、サーミスタを含む回路によって電池１の温度を検出する温度検出器３の検出出力と、電池１の負極端子側の充放電路に介装されており、電池１の充電電流及び放電電流を検出する電流検出抵抗器２の検出出力とが与えられている。これらの検出出力は、デジタルの検出値に変換されてＡ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子から制御部５に与えられる。また電流検出抵抗器２の検出出力は、出力電流検出用レジスタ８２に予め設定された値にて指定された電流を検出する出力電流検出用コンパレータ８１に与えられる。出力電流検出用コンパレータ８１は出力電流検出回路を較正し、その検出出力は、バッファ８３、８４に与えられる。

電池１の正極端子側の充放電路には、充電電流及び放電電流を夫々遮断するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ７１、７２からなる遮断器７が介装されている。ＭＯＳＦＥＴ７１、７２は、ドレイン電極同士を突き合わせて直列に接続してある。ＭＯＳＦＥＴ７１、７２夫々のドレイン電極及びソース電極間に並列接続されているダイオードは、寄生ダイオード（ボディダイオード）である。また電池１の正極端子側の充放電路には、電源（レギュレータ）ＩＣ６の入力端子が接続されており、電源ＩＣ６によって安定化された３．３Ｖの直流電源が、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ６１のソース電極及びドレイン電極を介して、制御部５が搭載された制御基板１００の３．３Ｖ電源入力端子に与えられるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ６１のソース電極及びゲート電極間には、抵抗器６２が接続されている。

制御部５は、ＣＰＵ５１を有し、ＣＰＵ５１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ５２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ５３、時間を計時するタイマ５４、及び電池パック１０内の各部に対して入出力を行うＩ／Ｏポート５５と互いにバス接続されている。Ｉ／Ｏポート５５には、Ａ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子、ＭＯＳＦＥＴ７１、７２夫々のゲート電極にＯＮ／ＯＦＦ信号を伝達させるバッファ８３、８４、出力電流検出用コンパレータ８１の検出情報と出力電流検出用コンパレータ８１への設定値とを記憶する出力電流検出用レジスタ８２、制御兼電源部２１から与えられたＣＴＲＬ信号、及び電池駆動機器２０が有する制御兼電源部２１と通信する通信部９が接続されている。バッファ８３、８４の夫々は、出力電流検出用コンパレータ８１からの検出信号及びＩ／Ｏポート５５からのＯＦＦ信号の少なくとも一方を与えられた場合、与えられた信号をＯＦＦ信号として、ＭＯＳＦＥＴ７１、７２のゲート電極に伝達させるようにしてある。尚、少なくとも制御部５、Ａ／Ｄ変換部４、出力電流検出用コンパレータ８１、出力電流検出用レジスタ８２、バッファ８３、８４、及び通信部９が、制御基板１００上に搭載されている。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に予め格納されている制御プログラムに従って、演算及び入出力等の処理を実行する。例えば、ＣＰＵ５１は、一定の第二周期（例えば２５０ｍｓ）で電池ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３の電圧値と、電池１の充放電電流の検出値とを取り込み、取り込んだ電圧値及び検出値に基づいて電池１の残容量を積算してＲＡＭ５３に記憶する。またＣＰＵ５１は、残容量のデータを生成し、生成したデータを通信部９のレジスタ（図示せず）に書き込むことによって、残容量のデータを通信部９から出力する。ＲＯＭ５２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）又はフラッシュメモリからなる不揮発性メモリであり、ＲＯＭ５２には、プログラムの他に、電池容量の学習値、充放電のサイクル数、及び各種設定データが記憶される。

遮断器７は、出力電流検出用コンパレータ８１からの検出出力がない場合にＩ／Ｏポート５５からバッファ８３、８４を介してＭＯＳＦＥＴ７１、７２のゲート電極にＬ（ＬＯＷ）レベルのＯＮ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７１、７２夫々のドレイン電極及びソース電極間が導通するようになっている。電池１の充電電流を遮断する場合、Ｉ／Ｏポート５５からバッファ８３を介してＭＯＳＦＥＴ７１のゲート電極にＨ（ＨＩＧＨ）レベルのＯＦＦ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７１のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。同様に電池１の放電電流を遮断する場合、Ｉ／Ｏポート５５からバッファ８４を介してＭＯＳＦＥＴ７２のゲート電極にＨ（ＨＩＧＨ）レベルのＯＦＦ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７２のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。電池１が適当に充電された状態にある場合、遮断器７のＭＯＳＦＥＴ７１、７２は共にＯＮしており、電池１は放電及び充電が可能な状態となっている。

電池駆動機器２０は、制御兼電源部２１に接続された負荷２２を備える。制御兼電源部２１は、商用電源より電力を供給されて負荷２２を駆動すると共に、電池１の充放電路に充電電流を供給する。また制御兼電源部２１は、商用電源から電力の供給が絶たれた場合、電池１の充放電路から供給される放電電流により、負荷２２を駆動する。制御兼電源部２１が充電する電池１がリチウムイオン電池の場合は、最大の電流、及び最大の電圧を規制した定電流(ＭＡＸ電流０．５〜１Ｃ程度)・定電圧(ＭＡＸ４．２〜４．４Ｖ／電池セル程度)充電が行われ、電池１の端子電圧が所定値以上、及び充電電流が所定値以下の条件のときに満充電とされる。

制御兼電源部２１及び通信部９間では、制御兼電源部２１をマスタに、通信部９をスレーブにしてＳＭＢｕｓ（System Management Bus）方式による通信が行われる。この場合、シリアルクロック（ＳＣＬ）は制御兼電源部２１から供給され、シリアルデータ（ＳＤＡ）は制御兼電源部２１及び通信部９間で双方向に授受される。本実施の形態では、制御兼電源部２１が通信部９を２秒周期でポーリングして通信部９のレジスタの内容を読み出す。このポーリングにより、例えば電池１の残容量のデータが、通信部９から制御兼電源部２１に２秒周期で受け渡され、電池駆動機器２０が有する表示器に残容量の値（％）として表示される。上述したポーリング周期の２秒は、制御兼電源部２１で決められる値である。制御兼電源部２１から制御部５に対しては、上記通信とは別にＣＴＲＬ信号が与えられており、電池駆動機器２０がスタンバイモード等の省電力状態にある場合に、ＣＴＲＬ信号がＯＮとなるようにしてある。

電池１の残容量は、電池１の学習容量（Ａｈ又はＷｈで表される値）から放電容量が減算され、電流の積算量又は電力の積算量として算出される。残容量は、学習容量を１００％とする百分率で表わされる。電池１の学習容量は、電池１が満充電の状態から放電終止電圧まで放電する間の、放電電流又は放電電力の積算量でもよいし、放電終止電圧まで放電した状態から満充電の状態となるまでの、放電電流又は放電電力の積算量であってもよい。制御部５は、残容量を積算するだけでも数百μＡの電流を消費し続けるが、電池ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３の何れかの電圧が放電終止電圧以下に低下した場合は、電池１の過放電を防止するために、制御部５がシャットダウンされる。これにより、電池１から流出する漏れ電流は３０μＡ程度となる。

制御部５がシャットダウンされているときは、電源ＩＣ６の出力端子に接続されたＭＯＳＦＥＴ６１のゲート電極とソース電極とが抵抗器６２を介して同電位となるため、ＭＯＳＦＥＴ６１がＯＦＦ状態に保持される。その状態で制御兼電源部２１から電池１に対する充電が開始された場合、回路よりＭＯＳＦＥＴ６１のゲート電極に強制的にＬレベルのＯＮ信号が与えられてＭＯＳＦＥＴ６１がＯＮし、制御部５のシャットダウンが解除されるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ６１のゲート電極には、制御部５のＣＰＵ５１が動作し始めた直後から、Ｉ／Ｏポート５５よりＬレベルのＯＮ信号が与えられ続ける。ＣＰＵ５１の処理によって制御部５がシャットダウンされる場合は、ＭＯＳＦＥＴ６１のゲート電極にＨレベルのＯＦＦ信号が与えられる。

次に、制御部５の動作状態について説明する。電池パック１０に通常の充電又は放電が行われている場合、制御部５は、非省電力状態にある。制御部５がシャットダウン状態にある場合、上述したように、制御部５に３．３Ｖの電源が供給されなくなる。一方で制御部５が省電力状態にある場合、クロック供給部からＣＰＵ５１に与えられる４ＭＨｚ及び３２ｋＨｚのクロックのうち、４ＭＨｚのクロックが停止されるため、消費電力が低減される。
（省電力状態）

非省電力状態から省電力状態に移行する条件は、一定期間、電池パック１０と電池駆動機器２０との間の通信がなく、出力電流が所定値以下の場合が挙げられる。一例として、制御部５は、以下の条件（１）が充足され、且つ条件（２）又は条件（３）が充足されるときに非省電力状態から省電力状態に遷移する。条件（１）は、「０ｍＡ≦放電電流≦１００ｍＡ」の場合であり、条件（２）は、シリアルデータ（ＳＤＡ）又はシリアルクロック（ＳＣＬ）が２秒間以上ＬＯＷとなった場合であり、条件（３）は、通信部９及び制御兼電源部２１間における通信が所定時間（例えば４秒間）途絶した場合である。
（非省電力状態）

また、制御部５は、例えば以下の条件（４）から（６）の何れかが充足されるときに省電力状態から非省電力状態に遷移する。条件（４）は、通信部９及び制御兼電源部２１間における通信が成立した場合であり、条件（５）は、「１００ｍＡ＜放電電流」の場合であり、条件（６）は、「０ｍＡ＜充電電流」の場合である。
（シャットダウン状態）

制御部５が非省電力状態又は省電力状態からシャットダウン状態に遷移する条件は、電池ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３の何れかの電圧が所定電圧（例えば２．３Ｖ）以下に低下することである。また、制御部５がシャットダウン状態から非省電力状態に遷移する条件は、電池１の充放電路に概ね５Ｖ以上の充電電圧が印加されて、上述したようにＭＯＳＦＥＴ６１のゲート電極に強制的にＬレベルのＯＮ信号が与えられることである。

ここで、出力電流検出用コンパレータ８１による電流の検出について説明する。出力電流検出用コンパレータ８１は、電流検出抵抗器２の両端電圧の絶対値が、例えば５０ｍＶ〜２００ｍＶ、又は２５ｍＶ〜１００ｍＶの何れかの範囲内にあるときの電流を、夫々電流値１及び電流値２として検出することが可能である。電流値１及び電流値２として検出可能な電流及び遅延時間は、ＣＰＵ５１からＩ／Ｏポート５５を介して出力電流検出用レジスタ８２に設定される設定値によって決定される。本実施の形態では、通常の充放電時に電流検出抵抗器２にて発生する電圧降下による発熱量の制限から、電流検出抵抗器２の値を２．５ｍΩとしている。ここでは、電流値１によって例えば２０Ａの過電流（以下、過電流１という）を検出するものとし、出力電流検出用レジスタ８２に適当な設定値を設定する。出力電流検出用コンパレータ８１によって過電流１が検出された場合、その検出信号がバッファ８３、８４を介してＭＯＳＦＥＴ７１、７２のゲート電極に与えられることにより、充電電流及び放電電流が遮断される。

上述した電流値１による過電流１の検出は、過大な放電電流を発生させる可能性がある電池駆動機器２０が通常の動作モードにある場合を想定したものであるが、電池駆動機器２０がスタンバイモード等の省電力モードにある場合は、過電流１より小さい過電流（以下、過電流２という）を検出する必要がある。

ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１は、制御部５が省電力状態から非省電力状態に遷移するためのトリガとなり得る情報を提供する機能を備えている。この機能により、電流検出抵抗器２の両端電圧の絶対値が、例えば１．２ｍＶ〜１０ｍＶの範囲内にあるときの電流が検出されて、その旨の検出情報がウェイクアップ電流検出用レジスタ９２の「ｗａｋｅビット」に設定されるようになっている。ここでは、略１Ａの電流を検出するものとし、電流検出抵抗器２の両端電圧の絶対値が２．４ｍＶ（１Ａ×２．５ｍΩ≒２．４ｍＶ）となる電流が検出されるように、ウェイクアップ電流検出用レジスタ９２に適当な設定値を設定する。このようにして検出された電流は、ハードウェアのウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１にて検出されたものであるため、検出漏れがなく、検出の遅れが小さい。

過電流２を検出した場合、ＣＰＵ５１は、Ｉ／Ｏポート５５からバッファ８３、８４を介してＭＯＳＦＥＴ７１、７２をＯＦＦさせて充放電電流を遮断すると共に、電池駆動機器２０に報知すべき情報を通信部９に書き込む。書き込まれた情報は、制御兼電源部２１からポーリングされて読み出され、読み出された情報が、電池駆動機器２０にてユーザへの報知に供される。
（ウェイクアップ電流検出回路）

上述の通りウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態における出力電流（ウェイクアップ電流）を検出するための部材である。省電力状態において、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことがウェイクアップ電流検出回路で検出されると、電池パック１０の動作は省電力状態から非省電力状態に移行される。

図１に示す電池パック１０の例では、ウェイクアップ電流検出回路は、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１と、ウェイクアップ電流検出用レジスタ９２を備える。ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１は、電流検出抵抗器２と接続されており、電流検出抵抗器２を流れる出力電流の電圧降下として、対応する出力電流（ウェイクアップ電流）を検出すると共に、このウェイクアップ電流を、所定のウェイクアップ電流閾値と比較する。ウェイクアップ電流検出用レジスタ９２には、ウェイクアップ電流閾値と対応する値が予め格納されている。このように、本実施の形態においては電圧の検出でもって出力電流の検出、比較を行っている。よって本明細書において、出力電流を検出する検出動作とは、電流検出抵抗器２の電圧を検出する検出動作でもって代用する場合を含む意味で使用する。

このようにウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において出力電流を監視する。そして非省電力状態に移行すると、ウェイクアップ電流検出回路は、出力電流の監視動作を停止する。一方で非省電力状態においては、上述した出力電流検出回路でもって出力電流を監視する。そして出力電流検出回路が、非省電力状態から省電力状態に移行する条件に合致したことを検出すると、省電力状態に移行すると共に、出力電流検出回路における出力電流監視動作を停止する。そしてウェイクアップ電流検出回路が動作を開始し、出力電流の監視機能（ウェイクアップ電流監視機能）を果たす。

このように、出力電流を監視する機能は、非省電力状態においては出力電流検出回路が、省電力状態においてはウェイクアップ電流検出回路が、それぞれ担う。ただし、それぞれの回路が出力電流を検出する条件は異なる。すなわち、非省電力状態においては電池駆動機器２０が通常動作している状態を企図しており、出力電流も高くなる。よって、出力電流検出回路で検出される出力電流のレンジは高めに設定され、また出力電流検出動作を行う頻度も高くなる。例えば第二周期を２５０ｍｓの高頻度に設定し、数十分の一から数Ａの出力電流を検出する。

一方で、省電力状態においては、電池駆動機器２０がスリープ状態や休止状態であることを企図しており、出力電圧はゼロ又は低いレベルとなる。この状態では、電池駆動機器２０が通常動作に復帰したことを検出することが目的となる。よってウェイクアップ電流検出回路は、非省電力状態と比べ、検出される出力電流は低いレンジとなり、また検出動作の頻度も低めで足りる。例えば、非省電力状態に復帰させる閾値となるウェイクアップ電流閾値を２００ｍＡに設定する。また検出動作を行う第一周期は、Ａ／Ｄ変換部の変換動作の周期と一致させてもよい。例えば、５ｓ等に設定する。そして出力電流がウェイクアップ電流閾値を超えたことをウェイクアップ電流検出回路が検出すると、速やかに電池パック１０を省電力状態から非省電力状態に移行させる。このように、出力電流検出回路とウェイクアップ電流検出回路とでは、いずれも出力電流を監視する機能を備えているものの、その目的の相違から、要求される電流検出の性能も異なる。このため図１の回路例では、大電流用の出力電流検出用コンパレータ８１と、小電流用のウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１を個別に用意して、それぞれの精度を担保している。その一方で、電流検出抵抗器２を、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１と出力電流検出用コンパレータ８１で共用して、回路構成の簡素化を図っている。
（キャリブレーション）

ここで、省電力状態における電流検出の頻度は、非省電力状態と比べて低いため、その間は出力電流の検出ができない。一方で、電池パックの二次電池１の状態を正確に把握するためには、出力電流を含めた電池情報の監視が重要となる。いいかえると、ひとたび電池駆動機器２０がスリープ状態や休止状態から通常動作状態に復帰すると、速やかに電池パック側の動作も非省電力状態に移行させて、このような電池の監視機能を働かせることが電池保護などの観点から重要となる。このためには、ウェイクアップ電流検出回路で確実にウェイクアップ電流閾値以上となったことを検出できるよう、その検出精度を高めることが求められる。上述の通り、ウェイクアップ電流検出回路は、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１でもって出力電流を検出している。この際、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１で検出、演算される電流値の精度を上げるためには、基準点を較正する較正（キャリブレーション）が必要となる。このため電池パック１０は、このような較正を行う較正機能を備えている。較正機能は、例えばウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正する較正手段を、制御部５に組み込むことで実現される。較正手段を実行して、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１の基準点が決定されると、電流検出抵抗器２の検出電圧が、意図した検出電圧となるように加減するオフセット値を設定し、ウェイクアップ電流検出用レジスタ９２に格納されるオフセット電流閾値を更新する。

また基準点には、例えばゼロ点や基準電圧が挙げられる。このような基準点は、コンパレータ毎に個体差がある上、温度特性を有しており、環境温度の変化によっても基準点が変動する。そこで、従来は図３の状態遷移図に示すように、電池パックの起動時に１回、較正動作を行っていた。しかしながら、電池パックの起動後も、電池パックの置かれた環境温度は変化するため、これに連れて基準点も変動することとなる。特に電池パックが内蔵する二次電池１やパワー系半導体素子の発熱によっても、ウェイクアップ電流検出用コンパレータ９１の基準点は変動する。基準点が変動すると、出力電流が本来検出すべきウェイクアップ電流閾値に達しているにも拘わらず、検出できなくなったり、逆に検出すべきでない低い電流値であるにも拘わらず、ウェイクアップ電流閾値であると誤検出されてしまう等の問題が生じる。

そこで本実施の形態においては、較正動作の実行タイミングを電池パック１０の起動時に限らず、省電力状態においても、所定のタイミングで実行するように設定している。具体的には、図２の状態遷移図に示すように、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を行う。これにより、省電力状態に移行する度毎に、検出電圧を再設定できるので、頻繁にゼロ点を更新することにより、温度特性に起因する検出電圧の変動を吸収できる。

さらに、省電力状態にある間は、一定の第一周期で定期的に較正動作を行うこともできる。較正動作を行う周期は、任意に設定できるが、例えば５ｓ毎などとする。この第一周期は、非省電力状態において出力電流検出回路が出力電流を検出する第二周期よりも、長く設定する。これにより、殆ど電流が流れておらず電流積算量を演算する必要性が薄い期間は、検出周期を長くする一方で、ひとたび非省電力状態に移行すると、出力電流の変化量を正確に検出すべく、出力電流を検出する第一周期を短く切り替えることで、電流積算量を正確に把握して、電池状態のより高精度な把握が可能となる。

このようにして、ウェイクアップ電流検出回路の較正を行い、省電力状態から非省電力状態への移行タイミングを規定する出力電流の検出を正確に行うことができる。一方で、非省電力状態において出力電流の検出を行う出力電流検出回路の較正は、行う必要がない。特に非省電力状態における出力電流は、省電力状態における微小な出力電流検出回路と比べて相当大きいため、微小な電流検出値の誤差は殆ど問題とならない。いいかえると、微少電流の検出精度のみを較正して省電力状態から非省電力状態への移行を正確に行うことができれば足りるので、コンパレータを個別に設けて、一方のコンパレータについてのみ、較正を頻繁に行いつつ、他方のコンパレータは較正の頻度を上げることなく、コストと効果のバランスを維持できる。

本発明に係る電池パックは、ノート型ＰＣやスレート型ＰＣ（タブレット）、スマートフォン、携帯電話等の電気機器の駆動用電源として好適に使用できる。

１…二次電池
２…電流検出抵抗器
４…Ａ／Ｄ変換部
５…制御部
６…電源ＩＣ
７…遮断器
９…通信部
１０…電池パック
２０…電池駆動機器
２１…制御兼電源部
５１…ＣＰＵ
５２…ＲＯＭ
５３…ＲＡＭ
５４…タイマ
５５…Ｉ／Ｏポート
７１、７２…ＭＯＳＦＥＴ
８１…出力電流検出用コンパレータ
８２…出力電流検出用レジスタ
９１…ウェイクアップ電流検出用コンパレータ
９２…ウェイクアップ電流検出用レジスタ

Claims

電池駆動機器と接続されて、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための電池パックであって、
二次電池と、
前記二次電池を放電させ、電池駆動機器に供給する出力電流を制御する放電制御回路と、
前記放電制御回路でもって電池駆動機器に供給する出力電流を、通常の非省電力状態から低減させた省電力状態において、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出して、省電力状態から非省電力状態に移行させるためのウェイクアップ電流検出回路と、
前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正するための較正手段と、
を備え、
前記ウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において動作され、非省電力状態では動作を停止するよう構成されており、
前記較正手段が、省電力状態において所定のタイミングで較正動作を実行するよう構成してなる電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
前記較正手段は、非省電力状態から省電力状態に移行後に、所定の第一周期で較正動作を行うよう構成してなる電池パック。
請求項１又は２に記載の電池パックにおいて、
前記較正手段は、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を行うよう構成してなる電池パック。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パックであって、
前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点が、出力電流がゼロとなるゼロ点であり、
前記較正手段が、較正動作としてゼロ点を補正する電池パック。
請求項４に記載の電池パックであって、
前記較正手段が、ウェイクアップ電流検出回路のゼロ点を決定し、意図した検出電圧となるように加減するオフセット値を設定するよう構成してなる電池パック。
請求項２〜５のいずれか一項に記載の電池パックであって、
前記ウェイクアップ電流検出回路が、ウェイクアップ電流検出用コンパレータを備えており、
前記較正手段は、前記ウェイクアップ電流検出用コンパレータの基準値を較正するよう構成してなる電池パック。
請求項６に記載の電池パックであって、さらに、
非省電力状態において出力電流を検出するための出力電流検出回路と、
二次電池の出力電流に応じた電圧を検出するための電流検出抵抗器と、
を備えており、
前記出力電流検出回路は、出力電流検出用コンパレータを備えており、
前記ウェイクアップ電流検出用コンパレータと出力電流検出用コンパレータとが、それぞれ共通の電流検出抵抗器に接続されてなる電池パック。
請求項７に記載の電池パックであって、
前記出力電流検出回路が、非省電力状態において出力電流を検出する検出動作を、所定の第二周期で行う電池パック。
電池駆動機器と接続されて、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための電池パックであって、
二次電池と、
前記二次電池を放電させ、電池駆動機器に供給する出力電流を制御する放電制御回路と、
前記放電制御回路でもって電池駆動機器に供給する出力電流を、通常の非省電力状態から低減させた省電力状態において、出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出して、省電力状態から非省電力状態に移行させるためのウェイクアップ電流検出回路と、
前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正するための較正手段と、
を備え、
前記ウェイクアップ電流検出回路は、省電力状態において動作され、非省電力状態では動作を停止するよう構成されており、
前記較正手段が、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで較正動作を実行するよう構成してなる電池パック。
電池パックを電池駆動機器に接続して、該電池駆動機器に駆動電流を供給するための二次電池の放電制御方法であって、
電池パックから電池駆動機器に供給する出力電流を監視し、該検出された出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値以下の場合に、ウェイクアップ電流検出回路が、電池パックの消費電力を通常の非省電力状態から低減させた省電力状態に移行させる工程と、
前記ウェイクアップ電流検出回路が、省電力状態において出力電流が所定のウェイクアップ電流閾値を超えるか否かを監視し、該ウェイクアップ電流閾値を超えたことを検出すると、省電力状態から非省電力状態に移行させる一方で、較正手段が、前記ウェイクアップ電流検出回路の基準点を較正する較正動作を、省電力状態において所定のタイミングで行う工程と、
を含む二次電池の放電制御方法。
請求項１０に記載の二次電池の放電制御方法において、
前記較正動作を、非省電力状態から省電力状態に移行後に一定周期で行う二次電池の放電制御方法。
請求項１０又は１１に記載の二次電池の放電制御方法において、
前記較正動作を、非省電力状態から省電力状態に移行するタイミングで行う二次電池の放電制御方法。