JP7379664B2 - 充電池の放電制御方法、充電制御方法及び充電池 - Google Patents
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Description
前記放電制御方法は、
リチウムイオンセルの正極を放電制御回路の共通接地端に電気的に接続し、前記共通接地端を充電池の放電出力の正極とするステップと、
リチウムイオンセルの負極を放電制御回路の入力端に電気的に接続し、前記放電制御回路を介してリチウムイオンセルの負極放電電圧を設定された負極放電電圧に変換するとともに出力電極を介して外部へ出力し、前記出力電極を充電池の放電出力の負極とするステップと、を含む。
放電制御回路が外部充電電源が充電池に接続されていないことを検出した場合又は外部充電電源と充電池との電気的接続が遮断されることを検出した場合に、放電制御回路は、充電池が放電状態に入るように制御し、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された放電終止電圧より高い場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極放電電圧を設定された負極放電電圧に変換することにより、外部へ放電し、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が放電終止電圧以下である場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極に接続される放電回路を遮断にすることにより、充電池が外部へ放電することを停止させる。
前記充電制御方法は、
リチウムイオンセルの正極を充電制御回路の共通接地端に電気的に接続するとともに、前記共通接地端を充電池の充電入力の正極とするステップと、
充電池の充電入力の負極を前記充電制御回路の入力端に電気的に接続することにより、前記充電制御回路は、前記充電池に接続される負極の入力電圧及び/又は電流を制御するとともにリチウムイオンセルの負極へ出力して、リチウムイオンセルに対して充電するステップと、を含む。
充電制御回路が外部充電電源が充電池に接続されることを検出した場合、充電制御回路は、充電池が充電状態に入るように制御し、
充電池の充電状態では、充電制御回路は、リチウムイオンセルの電圧を検出するとともに、リチウムイオンセルの電圧状態に応じて、リチウムイオンセルの負極の入力電圧及び/又は電流を制御することにより、リチウムイオンセルに対する充電を制御し、リチウムイオンセルが満充電となることを検出した場合又は充電池が外部充電電源から離脱することを検出した場合に、リチウムイオンセルに対する充電をオフにする。
外部充電電源が充電池に接続される状態では、前記充電制御回路は、外部電源の電圧を検出し、外部電源の電圧が充電条件を満たす場合、前記充電制御回路は、リチウムイオンセルに対する充電をオンにし、
外部充電電源の電圧が充電条件を満たさない場合、前記充電制御回路は、リチウムイオンセルに対する充電を停止する。
前記放電制御回路の共通接地端は、リチウムイオンセルの正極に電気的に接続され、
前記負極端蓋は、前記回路基板に溶接されるとともに、溶接により前記放電制御回路の放電出力端に電気的に接続され、
前記放電制御回路は、放電入力端を有し、前記リチウムイオンセルの負極は、前記放電入力端に溶接されて電気的に接続され、
前記リチウムイオンセルの正極は、充電池の正極とし、前記負極端蓋は、充電池の負極とする。
ソフトパッケージリチウムイオンセルから構成される充電池100aを例として、本発明の電池の構造的特徴を説明し、この実施形態は、ソフトパッケージリチウムイオンセルから構成される型番が異なる充電池、例えばR6電池、R03電池、CR17345電池などに適用される。
充電池100aの溶接を完了させた後、内部電極340aは、ソフトパッケージリチウムイオンセル200aの負極がコントローラ400aに接続される接続電極とし、負極端蓋330aは、充電池100aの充電入力及び放電出力の負極とする。電池ハウジング110aは、充電池100aの充電入力及び放電出力の正極及び充放電制御回路の共通接地端となる。
アルミハウジングリチウムイオンセルから構成される充電池100bの実施形態を例として、本発明のアルミハウジングリチウムイオン電池の構造的特徴を説明し、この実施形態は、アルミハウジングリチウムイオンセルから構成される型番が異なる充電池、例えばR6電池、R03電池、CR17345電池などに適用される。
セルキャップ230bは、電池ハウジング110bの開口端に設けられるとともに電池ハウジング110bの開口を閉塞する。セルキャップ230bは、平底蓋状の円形のセルキャップハウジング231bと、セルキャップハウジング231bにかしめられる導電性材料から作製された引き出し電極232bと、を含む。
図31、図32に示すように、回路基板300bの第1表面及び第2表面には、充放電制御回路を構成する電子部品がそれぞれ溶接される。前記回路基板300bの第2表面には、第1パッド321b(即ち、コントローラハウジングパッド)、第2パッド322b(即ち、負極端蓋パッド)及び第3パッド323b(即ち、内部電極パッド)が設けられる。第1パッド321bは、充放電制御回路の共通接地端及び充放電制御回路の充電入力及び放電出力の正極Pに電気的に接続され、第2パッド322bは、充放電制御回路の充電入力及び放電出力の負極Nに電気的に接続され、第3パッド323bは、充放電制御回路のアルミハウジングリチウムイオンセル200bの負極220bの接続電極とする。
充電池100dの外形の構造を図23aに示し、充電池100dの構造の組立関係を図23b及び図23cに示す。
本実施例の充電池の放電制御方法は、充電池の電気システムに適用され、具体的には、
リチウムイオンセルの正極を放電制御回路の共通接地端に電気的に接続し、共通接地端を充電池の放電出力の正極とするステップと、
リチウムイオンセルの負極を放電制御回路の入力端に電気的に接続し、放電制御回路を介して設定された負極放電電圧に変換するとともに出力電極を介して外部へ出力し、出力電極を充電池の放電出力の負極とするステップとを含む。
放電制御回路が外部充電電源が充電池に接続されていないことを検出した場合又は外部充電電源と充電池との電気的接続が遮断されることを検出した場合に、放電制御回路は、充電池が放電状態に入るように制御するステップと、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された放電終止電圧より高い場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極放電電圧を設定された負極放電電圧に変換した後、外部へ放電するステップと、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が放電終止電圧以下である場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極に接続される放電回路をオフにすることにより、充電池が外部へ放電することを停止させるステップと、を含む。
本実施例の充電池の充電制御方法は、充電池自体の電気システム又は充電池の外部と独立した電気システム(例えば、充電池に用いられる充電スタンドの電気システム)、前記充電制御方法は、具体的には、
充電池の充電入力の正極を充電制御回路の共通接地端に電気的に接続するとともに、共通接地端を充電池の充電入力の正極とするステップと、
充電池の充電入力の負極を充電制御回路の入力端とし、充電制御回路は、負極の入力電圧及び/又は電流を制御するとともにリチウムイオンセルの負極へ出力して、リチウムイオンセルに対して充電するステップと、を含む。
リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された放電終止電圧よりも低い場合、リチウムイオンセルの負極の充電電流を制御することにより、リチウムイオンセルに対してトリクル充電を行うステップと、
リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された放電終止電圧以上であり且つ設定された充電上限電圧未満である場合、リチウムイオンセルの負極の充電電流を制御することにより、リチウムイオンセルに対して定電流充電を行うステップと、
リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された充電上限電圧と等しい場合、リチウムイオンセルの負極の充電電圧を制御することにより、リチウムイオンセルに対して定電圧充電を行うステップと、
定電圧充電時にリチウムイオンセルの充電電流が設定された充電終止電流以下に低下する場合、リチウムイオンセルが満充電になったと判定し、充電制御回路は、リチウムイオンセルに対する充電をオフにするステップと、を含む。
110 電池ハウジング
112 閉塞端ボス
120 正極
200 CIDリチウムイオンセル。直接封止リチウムイオンセル、ソフトパッケージリチウムイオンセル、アルミハウジングリチウムイオンセル
201 アルミハウジングリチウムイオンセル巻芯
210 正極
220 負極
230 セルキャップ
231 セルキャップハウジング
232 電極
234 セル放圧孔
304 溝
305 孔
310 充放電制御回路
311 充電制御回路
312 放電制御回路
321 第1パッド
322 第2パッド
323 第3パッド
330 負極端蓋
331 ピン
340 内部電極
341 ピン
342 内部電極接触台
400 コントローラ
412 溝
413 側壁
414 底壁
415 位置制限ボス
420 回路基板ブラケット
430 コントローラハウジングユニット
460 コントローラカバー板
470 絶縁層
490 カバー板遮光リング
2311 カバー底部
2312 カバーエッジ
Claims (20)
- 充電池の電気システムに適用される充電池の放電制御方法であって、前記電気システムは、リチウムイオンセルと、放電制御回路と、を含み、
前記放電制御方法は、
リチウムイオンセルの正極を放電制御回路の共通接地端に電気的に接続し、前記共通接地端を充電池の放電出力の正極とするステップと、
リチウムイオンセルの負極を放電制御回路の入力端に電気的に接続し、前記放電制御回路を介してリチウムイオンセルの負極放電電圧を設定された負極放電電圧に変換するとともに出力電極を介して外部へ出力し、前記出力電極を充電池の放電出力の負極とするステップと、
を含むことを特徴とする充電池の放電制御方法。 - 放電制御回路が外部充電電源が充電池に接続されていないことを検出した場合又は外部充電電源と充電池との電気的接続が遮断されることを検出した場合に、放電制御回路は、充電池が放電状態に入るように制御し、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が設定された放電終止電圧より高い場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極放電電圧を設定された負極放電電圧に変換することにより、外部へ放電し、
充電池の放電状態では、リチウムイオンセルの電圧の絶対値が放電終止電圧以下である場合、放電制御回路は、リチウムイオンセルの負極に接続される放電回路をオフにすることにより、充電池が外部へ放電することを停止させる
ことを特徴とする請求項1に記載の充電池の放電制御方法。 - 充電池自体又は充電池と独立した外部の電気システムに適用される充電池の充電制御方法であって、前記電気システムは、充電制御回路を含み、前記充電池は、リチウムイオンセルを含み、
前記充電制御方法は、
リチウムイオンセルの正極を充電制御回路の共通接地端に電気的に接続するとともに、前記共通接地端を充電池の充電入力の正極とするステップと、
充電池の充電入力の負極を前記充電制御回路の入力端に電気的に接続することにより、前記充電制御回路は、前記充電池に接続される負極の入力電圧及び/又は電流を制御するとともにリチウムイオンセルの負極へ出力して、リチウムイオンセルに対して充電するステップと、
を含むことを特徴とする充電池の充電制御方法。 - 充電制御回路が外部充電電源が充電池に接続されることを検出した場合、充電制御回路は、充電池が充電状態に入るように制御し、
充電池の充電状態では、充電制御回路は、リチウムイオンセルの電圧を検出するとともに、リチウムイオンセルの電圧状態に応じて、リチウムイオンセルの負極の入力電圧及び/又は電流を制御することにより、リチウムイオンセルに対する充電を制御し、リチウムイオンセルが満充電となることを検出した場合又は充電池が外部充電電源から離脱することを検出した場合に、リチウムイオンセルに対する充電をオフにする
ことを特徴とする請求項3に記載の充電池の充電制御方法。 - 外部充電電源が充電池に接続される状態では、前記充電制御回路は、外部電源の電圧を検出し、外部電源の電圧が充電条件を満たす場合、前記充電制御回路は、リチウムイオンセルに対する充電をオンにし、
外部充電電源の電圧が充電条件を満たさない場合、前記充電制御回路は、リチウムイオンセルに対する充電を停止する
ことを特徴とする請求項3に記載の充電池の充電制御方法。 - リチウムイオンセルと、前記リチウムイオンセルの負極端に取り付けられるコントローラと、を含む充電池であって、前記コントローラは、放電制御回路及び負極端蓋が配置される回路基板を含み、
前記放電制御回路の共通接地端は、リチウムイオンセルの正極に電気的に接続され、
前記負極端蓋は、前記回路基板に溶接されるとともに、溶接により前記放電制御回路の放電出力端に電気的に接続され、
前記放電制御回路は、放電入力端を有し、前記リチウムイオンセルの負極は、前記放電入力端に溶接されて電気的に接続され、
前記リチウムイオンセルの正極は、充電池の正極とし、前記負極端蓋は、充電池の負極とすることを特徴とする充電池。 - 前記回路基板には、内部電極がさらに溶接され、前記負極端蓋と前記内部電極は、それぞれ前記回路基板の対向する第1表面と第2表面に設けられ、前記内部電極は、溶接により前記放電制御回路の放電入力端に電気的に接続されることにより、内部電極は、リチウムイオンセルの負極が前記コントローラに接続される接続電極となることを特徴とする請求項6に記載の充電池。
- 前記コントローラの外周には、コントローラハウジングが設けられ、前記回路基板は、前記コントローラハウジング内に位置し、前記コントローラハウジングは、溶接により前記放電制御回路の共通接地端に電気的に接続されることを特徴とする請求項7に記載の充電池。
- 前記リチウムイオンセルの外壁は、導電性材料から作製された電池ハウジングを有し、且つ、前記電池ハウジングは、前記リチウムイオンセルの正極に電気的に接続され、
前記電池ハウジングの一端は、溶接により前記コントローラハウジングに電気的に接続されることにより、電池ハウジングは、リチウムイオンセルの正極、コントローラハウジング及び放電制御回路の共通接地端に電気的に接続されることを特徴とする請求項8に記載の充電池。 - 前記リチウムイオンセルは、導電性材料から作製された電池ハウジング内に配置され、且つ、前記電池ハウジングは、一端が開口され且つ他端が閉塞された構造であり、且つ、閉塞端には、正極キャップが設けられ、前記電池ハウジングは、前記リチウムイオンセルの正極に電気的に接続され、
前記電池ハウジングの開口端には、セルキャップハウジングが設けられ、前記コントローラハウジングは、前記セルキャップハウジングを介して前記電池ハウジングに溶接及び固定されて電気的に接続されることを特徴とする請求項8に記載の充電池。 - 前記リチウムイオンセルは、導電性材料から作製された電池ハウジング内に配置され、前記電池ハウジングは、一端が開口され且つ他端が閉塞された構造であり、閉塞端には、正極キャップが設けられ、前記電池ハウジングは、前記リチウムイオンセルの正極に電気的に接続され、
前記コントローラは、前記電池ハウジングの開口端に設けられ、且つ、前記コントローラハウジングは、前記電池ハウジングに溶接されて電気的に接続されることを特徴とする請求項8に記載の充電池。 - 前記リチウムイオンセルの正極は、負極端へ折り曲げられて前記電池ハウジングの開口端まで延長されるとともに、開口端で電池ハウジングに溶接及び固定されて電気的接続を確立し、前記リチウムイオンセルの負極は、前記内部電極に電気的に接続される
ことを特徴とする請求項11に記載の充電池。 - 前記回路基板には、充電制御回路がさらに配置され、
前記充電制御回路の共通接地端は、前記放電制御回路の共通接地端に電気的に接続され、
前記充電制御回路の充電入力端は、前記放電制御回路の放電出力端に電気的に接続され、さらに前記負極端蓋に電気的に接続され、
前記充電制御回路の充電出力端は、前記放電制御回路の放電入力端に電気的に接続され、さらに前記リチウムイオンセルの負極に電気的に接続されることを特徴とする請求項6に記載の充電池。 - 前記コントローラハウジングは、筒状の側壁と、側壁の軸方向一端に形成され且つ側壁に垂直する底壁と、を含み、前記回路基板は、前記側壁により囲まれた内部キャビティに架設されることを特徴とする請求項8に記載の充電池。
- 前記側壁の内面には、導電性を有する金属材質で構成される位置制限ボスが突設され、前記位置制限ボスは、前記側壁の内面に一体に突出して成形された環状台であり、前記環状台は、前記側壁の内面に突出して前記回路基板を支持するための環状の支持平面を有し、前記支持平面と前記側壁は、軸方向の断面がL字状の環状内部位置決め溝を構成し、
前記回路基板のエッジの周りには、複数の第1パッドが設けられ、前記回路基板が前記位置制限ボスに架設される場合、前記回路基板の前記第1表面は、前記コントローラハウジングの開放端の端面と面一をなし、前記回路基板の第2表面は、前記第1パッドを介して前記位置制限ボスに接触して溶接され、さらに前記コントローラハウジングとの電気的接続を確立し、前記第1パッドは、前記放電制御回路の共通接地端に電気的に接続されることを特徴とする請求項14に記載の充電池。 - 前記コントローラハウジングには、内部キャビティが設けられ、前記回路基板は、前記内部キャビティ内に収容され、前記コントローラハウジングは、前記回路基板に電気的に接続され、前記回路基板の第1表面は、前記コントローラハウジングの頂部に向き、前記負極端蓋は、コントローラハウジングの頂部の開口から突出し、前記回路基板の第2表面は、前記コントローラハウジングの底部に向き、前記コントローラハウジングの底部には、貫通孔が開設され、前記内部電極は、前記貫通孔から外部に露出することを特徴とする請求項8に記載の充電池。
- 前記内部電極は、前記回路基板に平行する内部電極接触台と、前記内部電極接触台に接続される内部電極溶接位置決めピンと、を含み、前記内部電極溶接位置決めピンは、前記回路基板に固定されるとともに前記回路基板に電気的に接続され、前記回路基板には、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する内部電極位置決め孔が設けられ、前記回路基板の第2表面には、第3パッドが前記内部電極位置決め孔を周回して設けられ、前記内部電極は、内部電極溶接位置決めピンが前記内部電極位置決め孔に挿入されることにより位置決めを実現するとともに、前記第3パッドを介して前記内部電極溶接位置決めピンと前記回路基板とを溶接して電気的接続を確立し、前記内部電極は、回路基板の前記第3パッドに溶接されて電気的接続を確立し、前記内部電極接触台は、前記貫通孔から外部に露出することにより、前記リチウムイオンセルの負極に電気的に接続され、前記内部電極接触台のエッジと前記貫通孔のエッジとの間に隙間を有することを特徴とする請求項16に記載の充電池。
- 前記内部電極溶接位置決めピンと内部電極接触台は、条状構造を形成し、前記内部電極接触台と内部電極溶接位置決めピンは、一体に成形され、内部電極接触台は、内部電極溶接位置決めピンに対して弾性的に折り曲げられることができることを特徴とする請求項17に記載の充電池。
- 前記負極端蓋は、金属導電性材質であり、前記回路基板に電気的に接続されるとともに前記回路基板の第1表面に設けられ、前記負極端蓋は、一端が開口された円形の中空のキャップ本体と、前記キャップ本体から一体に延出して形成された負極端蓋溶接位置決めピンと、を含み、前記回路基板には、第1表面及び第2表面を貫通する位置決め溝が設けられ、前記回路基板の第2表面には、第2パッドが位置決め溝を周回して設けられ、前記負極端蓋は、前記負極端蓋溶接位置決めピンが前記位置決め溝に挿入されることにより位置決めを実現するとともに、前記第2パッドを介して前記負極端蓋溶接位置決めピンと前記回路基板とを溶接して電気的接続を確立し、前記第2パッドは、放電制御回路の放電出力の負極に電気的に接続されることを特徴とする請求項8に記載の充電池。
- 前記コントローラは、コントローラカバー板をさらに含み、前記コントローラカバー板は、前記負極端蓋の外周を囲むように設けられるとともに前記回路基板の第1表面を覆い、且つ、前記コントローラカバー板は、絶縁材質であることを特徴とする請求項8に記載の充電池。
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