JPH1140205A - リチウム電池システム - Google Patents
リチウム電池システムInfo
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- JPH1140205A JPH1140205A JP9193610A JP19361097A JPH1140205A JP H1140205 A JPH1140205 A JP H1140205A JP 9193610 A JP9193610 A JP 9193610A JP 19361097 A JP19361097 A JP 19361097A JP H1140205 A JPH1140205 A JP H1140205A
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- lithium
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- sensor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、リチウム電池搭載機器の受ける衝撃
力を加速度センサーで関知し、電池システムの異常判断
を行うことを目的とする。 【解決手段】リチウム電池とリチウム電池の制御回路と
電池利用機器からなる電池システムに、電池本体または
電池利用機器に固定した加速センサーを設け、加速度セ
ンサーの信号を処理することにより機器の異常を予測診
断し電池回路を遮断する。
力を加速度センサーで関知し、電池システムの異常判断
を行うことを目的とする。 【解決手段】リチウム電池とリチウム電池の制御回路と
電池利用機器からなる電池システムに、電池本体または
電池利用機器に固定した加速センサーを設け、加速度セ
ンサーの信号を処理することにより機器の異常を予測診
断し電池回路を遮断する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電システムに係わり、特に電池搭載機器の利用時にお
ける安全性確保に関する。
次電システムに係わり、特に電池搭載機器の利用時にお
ける安全性確保に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、軽量，高容
量な二次電池として携帯電話やパソコン用電源として普
及している。この電池は、充放電時の発熱が大きく、充
電時の過充電や、過電流で電解液が分解し、同時に発生
する熱により爆発に至ることがある。このため、このリ
チウム電池の搭載機器には、電池の電圧や温度を監視
し、これらの異常を感知した場合には、回路を遮断する
等の操作を行う保護回路が設けられている。
量な二次電池として携帯電話やパソコン用電源として普
及している。この電池は、充放電時の発熱が大きく、充
電時の過充電や、過電流で電解液が分解し、同時に発生
する熱により爆発に至ることがある。このため、このリ
チウム電池の搭載機器には、電池の電圧や温度を監視
し、これらの異常を感知した場合には、回路を遮断する
等の操作を行う保護回路が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン二次電
池は、各種機器の電源として利用されるが、特に、小
型，軽量の特徴を生かして、携帯電話やノート型パソコ
ンなど携帯機器や電気自動車など移動体用電源として用
いられる場合が多い。この場合、電池搭載機器は落下，
衝突など機械的衝撃を受けることがあり、状況によって
は、電池がつぶれたり、鋭敏なものが電池に刺さるなど
し、電池内部の電極をショートさせ、局所的な発熱によ
り電池が熱暴走し、遂には爆発に至る危険が想定され
る。
池は、各種機器の電源として利用されるが、特に、小
型，軽量の特徴を生かして、携帯電話やノート型パソコ
ンなど携帯機器や電気自動車など移動体用電源として用
いられる場合が多い。この場合、電池搭載機器は落下，
衝突など機械的衝撃を受けることがあり、状況によって
は、電池がつぶれたり、鋭敏なものが電池に刺さるなど
し、電池内部の電極をショートさせ、局所的な発熱によ
り電池が熱暴走し、遂には爆発に至る危険が想定され
る。
【０００４】更に、衝撃により前記保護回路が断線等の
破損を生じた場合、電池使用者がそれを知らずに充電電
源に接続して充電を行うと過充電を防止できず事故に至
ることが考えられる。従来の電池搭載機器ないし電池本
体には、このような衝撃を感知する機能がなく、更に検
知した衝撃力を電池の制御や診断し利用することが考慮
されていない。
破損を生じた場合、電池使用者がそれを知らずに充電電
源に接続して充電を行うと過充電を防止できず事故に至
ることが考えられる。従来の電池搭載機器ないし電池本
体には、このような衝撃を感知する機能がなく、更に検
知した衝撃力を電池の制御や診断し利用することが考慮
されていない。
【０００５】このため、本発明は、リチウム電池を搭載
した機器に衝撃感知機能を備え、過度な衝撃に対して電
池の異常を診断し、電池を安全に使用できるようにする
ことを目的とする。
した機器に衝撃感知機能を備え、過度な衝撃に対して電
池の異常を診断し、電池を安全に使用できるようにする
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、電池搭載機器や電池の受ける衝撃を検知するための
衝撃検知手段と、検知した衝撃信号を判断処理する情報
処理手段を電池搭載機器ないし電池本体に設ける。ここ
で衝撃検知手段としては、加速度センサーを用いること
ができる。加速度センサーは通常、錘からなりこれに加
わる加速度を力に変換し、それを利用して電気出力を得
たり、そのまま力を出力したりする。電気出力が得られ
る加速度センサーには、圧電型，サーボ型，ひずみゲー
ジ型等があり、これらを単独ないし複合して用いる。ま
た、情報処理手段は、加速度センサーの信号を受けて大
きさを判断処理する機能を持つ。
め、電池搭載機器や電池の受ける衝撃を検知するための
衝撃検知手段と、検知した衝撃信号を判断処理する情報
処理手段を電池搭載機器ないし電池本体に設ける。ここ
で衝撃検知手段としては、加速度センサーを用いること
ができる。加速度センサーは通常、錘からなりこれに加
わる加速度を力に変換し、それを利用して電気出力を得
たり、そのまま力を出力したりする。電気出力が得られ
る加速度センサーには、圧電型，サーボ型，ひずみゲー
ジ型等があり、これらを単独ないし複合して用いる。ま
た、情報処理手段は、加速度センサーの信号を受けて大
きさを判断処理する機能を持つ。
【０００７】即ち、電池搭載機器ないし電池そのものに
設けた加速度センサーは、電池が受ける衝撃や振動など
の強さに応じて加速度を感知し、その程度により信号を
発生する。この信号はセンサーの変形や変位など機械的
変化として出力される場合と、電気信号に変換して出力
される場合がある。これらの出力信号は情報処理手段で
判断され、その大きさの程度により、電池の異常診断や
保護回路を動作させるように作用する。
設けた加速度センサーは、電池が受ける衝撃や振動など
の強さに応じて加速度を感知し、その程度により信号を
発生する。この信号はセンサーの変形や変位など機械的
変化として出力される場合と、電気信号に変換して出力
される場合がある。これらの出力信号は情報処理手段で
判断され、その大きさの程度により、電池の異常診断や
保護回路を動作させるように作用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に本発明による一実施例を示
す。リチウム電池搭載機器１は、単電池２を６個直列に
接続したモジュールパック３とその充電／保護回路４と
負荷部５からなる。本実施例はリチウム電池搭載機器を
一般構成で示したものでり、負荷部は電池搭載機器の種
類によりモーターや電気回路等に相当する。この機器構
成において、充電時の電源は、外部の充電電源６から供
給され、充電／保護回路４を介してモジュールパック３
に納められた単電池２に充電される。負荷が電気を使用
する場合は、充電／保護回路４で充電電源６から負荷５
へ給電回路を切り替えて電池からの電力を供給する。
す。リチウム電池搭載機器１は、単電池２を６個直列に
接続したモジュールパック３とその充電／保護回路４と
負荷部５からなる。本実施例はリチウム電池搭載機器を
一般構成で示したものでり、負荷部は電池搭載機器の種
類によりモーターや電気回路等に相当する。この機器構
成において、充電時の電源は、外部の充電電源６から供
給され、充電／保護回路４を介してモジュールパック３
に納められた単電池２に充電される。負荷が電気を使用
する場合は、充電／保護回路４で充電電源６から負荷５
へ給電回路を切り替えて電池からの電力を供給する。
【０００９】本発明では、このようなリチウム電池搭載
機器に加わる衝撃を感知するため、搭載機器内に納めら
れているモジュールパック３に加速度センサー７を取り
付けてある。加速度センサーから発信される加速信号
は、充電／保護回路に設けた判断処理手段で大小を判断
され、規定値より大きい場合に保護回路を動作させ負荷
への電力供給を停止する。本実施例に用いた加速度セン
サーは、電気信号を出力として出すタイプのものであ
り、充電／保護回路内にマイコンチップで構成された判
断処理手段との接続を容易にしている。
機器に加わる衝撃を感知するため、搭載機器内に納めら
れているモジュールパック３に加速度センサー７を取り
付けてある。加速度センサーから発信される加速信号
は、充電／保護回路に設けた判断処理手段で大小を判断
され、規定値より大きい場合に保護回路を動作させ負荷
への電力供給を停止する。本実施例に用いた加速度セン
サーは、電気信号を出力として出すタイプのものであ
り、充電／保護回路内にマイコンチップで構成された判
断処理手段との接続を容易にしている。
【００１０】このセンサーの一例を図２に示す。これ
は、圧電型の加速度センサーを例示したものであり左図
が信号取り出し回路、右図が断面構造を示したものであ
る。これは、圧電効果により素子部に外力を加えてひず
みを与えることにより電荷を生じ、これを電気信号とし
て取り出すものである。圧電素子８の上には加速度を検
知して外力に変換する錘９が置かれ、これらはナット１
０でセンサー台１１に固定されている。更にセンサー台
１１は、モジュールパック３に固定されており電池搭載
機器と一体となって、これらが受ける衝撃を感知するこ
とができる。この圧電型加速度センサーの信号は出力端
子１２から取り出される。信号の出力形態により不平衡
型、平衡型、差動出力型があるが、本実施例では、一般
的な不平衡型を採用している。
は、圧電型の加速度センサーを例示したものであり左図
が信号取り出し回路、右図が断面構造を示したものであ
る。これは、圧電効果により素子部に外力を加えてひず
みを与えることにより電荷を生じ、これを電気信号とし
て取り出すものである。圧電素子８の上には加速度を検
知して外力に変換する錘９が置かれ、これらはナット１
０でセンサー台１１に固定されている。更にセンサー台
１１は、モジュールパック３に固定されており電池搭載
機器と一体となって、これらが受ける衝撃を感知するこ
とができる。この圧電型加速度センサーの信号は出力端
子１２から取り出される。信号の出力形態により不平衡
型、平衡型、差動出力型があるが、本実施例では、一般
的な不平衡型を採用している。
【００１１】電気出力を得られる加速度センサーは、そ
の他に歪ゲージ型等があり、これらは本実施例の圧電型
と同様に使用できる。このような電気出力を得られる加
速度センサーの信号は、充電／保護回路の判断処理手段
として使用されるマイコンチップに、通常入力されてい
る電池電圧等の情報の信号と同様に入力でき、従来の電
池電圧等の信号に加え、加速度の情報を考慮して保護回
路を動作するかどうかの判断に利用できる。この判断処
理は、加速度情報を処理するアルゴリズムがプログラム
化されマイコンに書き込まれており、そのプログラムに
よって実行される。
の他に歪ゲージ型等があり、これらは本実施例の圧電型
と同様に使用できる。このような電気出力を得られる加
速度センサーの信号は、充電／保護回路の判断処理手段
として使用されるマイコンチップに、通常入力されてい
る電池電圧等の情報の信号と同様に入力でき、従来の電
池電圧等の信号に加え、加速度の情報を考慮して保護回
路を動作するかどうかの判断に利用できる。この判断処
理は、加速度情報を処理するアルゴリズムがプログラム
化されマイコンに書き込まれており、そのプログラムに
よって実行される。
【００１２】図３は、その判断アルゴリズムの一実施例
を示したものである。初めの二重線で囲んだ処理部は、
従来のリチウムイオン電池に用いられている電池診断部
であり、ここでは、単電池やモジュールの電圧，電流，
温度などの情報を元に電池の異常を診断し、必要があれ
ば電流遮断等の処理を行う。本発明では、これらに加え
加速度センサーから得られる加速度値Ｓの入力とその判
断アルゴリズムを追加している。判断処理では、初めに
この加速度値が衝撃値相当の加速度であるかどうかを判
断する。ここで、加速度が衝撃値より大きい場合、機器
が衝撃を受けたと判断し、電気系統の回路診断を行い異
常の有無を判断する。ここで回路断線等が発見された場
合は、異常有と判断し、回路を遮断する。また、ここで
異常を認めない場合は、衝撃を受けたことをカウント
し、衝撃回数Ｎを記憶する。
を示したものである。初めの二重線で囲んだ処理部は、
従来のリチウムイオン電池に用いられている電池診断部
であり、ここでは、単電池やモジュールの電圧，電流，
温度などの情報を元に電池の異常を診断し、必要があれ
ば電流遮断等の処理を行う。本発明では、これらに加え
加速度センサーから得られる加速度値Ｓの入力とその判
断アルゴリズムを追加している。判断処理では、初めに
この加速度値が衝撃値相当の加速度であるかどうかを判
断する。ここで、加速度が衝撃値より大きい場合、機器
が衝撃を受けたと判断し、電気系統の回路診断を行い異
常の有無を判断する。ここで回路断線等が発見された場
合は、異常有と判断し、回路を遮断する。また、ここで
異常を認めない場合は、衝撃を受けたことをカウント
し、衝撃回数Ｎを記憶する。
【００１３】そして、この衝撃回数Ｎが設定した衝撃寿
命回数と比較し、これを上回る場合にば、これ以上の使
用は安全上危険と判断し、回路遮断し電池機器を使用で
きなくする。この場合、電池搭載機器使用者は、機器を
点検整備した上で装置異常を認めない場合改めて機器利
用の再開を可能にする。この場合は、それまでカウント
していた衝撃回数はリセットされる。衝撃回数が衝撃寿
命回数に達しない場合は、信号判断のアルゴリズムを初
めに戻し診断を繰り返す。これらの診断アルゴリズム
は、マイコンの性能によって異なるが、一連の診断処理
は、毎秒５回ないし１０回程度行われ、機器使用中常に
動作している。
命回数と比較し、これを上回る場合にば、これ以上の使
用は安全上危険と判断し、回路遮断し電池機器を使用で
きなくする。この場合、電池搭載機器使用者は、機器を
点検整備した上で装置異常を認めない場合改めて機器利
用の再開を可能にする。この場合は、それまでカウント
していた衝撃回数はリセットされる。衝撃回数が衝撃寿
命回数に達しない場合は、信号判断のアルゴリズムを初
めに戻し診断を繰り返す。これらの診断アルゴリズム
は、マイコンの性能によって異なるが、一連の診断処理
は、毎秒５回ないし１０回程度行われ、機器使用中常に
動作している。
【００１４】図４は、他の診断処理アルゴリズムの一実
施例を示したものである。これは、破線で示す範囲内に
ある衝撃の診断処理系が従来の電池診断系と独立して機
能するようにした実施例である。この例では、衝撃診断
系で異常を判断した場合に電池診断系に割り込みを入
れ、その信号によって回路遮断するように作用する。こ
の場合、電池電圧等を監視する従来の保護回路系と独立
した系で衝撃を監視しているので、各々の系の動作信頼
性が高くなるメリットがある。
施例を示したものである。これは、破線で示す範囲内に
ある衝撃の診断処理系が従来の電池診断系と独立して機
能するようにした実施例である。この例では、衝撃診断
系で異常を判断した場合に電池診断系に割り込みを入
れ、その信号によって回路遮断するように作用する。こ
の場合、電池電圧等を監視する従来の保護回路系と独立
した系で衝撃を監視しているので、各々の系の動作信頼
性が高くなるメリットがある。
【００１５】以上は電気信号を出力できる加速度センサ
ーを用いた実施例を示したが、図５は機械的出力を利用
する加速度センサーを用いた場合の一実施例を示す。本
実施例は、加速度センサーと遮断スイッチを組み合わせ
た加速度センサースイッチ１２を用いたものである。こ
れは、電池搭載機器１内の電池への給電ラインの途中に
設け電池搭載機器が受けた衝撃を感知して、その衝撃が
設定値を上回った場合センサ自身が電池への給電ライン
を遮断するようになっている。
ーを用いた実施例を示したが、図５は機械的出力を利用
する加速度センサーを用いた場合の一実施例を示す。本
実施例は、加速度センサーと遮断スイッチを組み合わせ
た加速度センサースイッチ１２を用いたものである。こ
れは、電池搭載機器１内の電池への給電ラインの途中に
設け電池搭載機器が受けた衝撃を感知して、その衝撃が
設定値を上回った場合センサ自身が電池への給電ライン
を遮断するようになっている。
【００１６】その加速センサスイッチの構造例を図６に
示す。これは、匡体１６の中に加速度を感知する球状の
錘９を錘支持体１５と錘支持ばね１４で図のように支持
し、これらは、各々電池への通電ラインの一部となる。
すなわち、匡体１６に取り付けた左右の出力端子１２を
これらの支持体と錘で接続した構造となっており、各々
電気の良同導体でできている。また、各錘は、衝撃を受
けると錘に作用する力で支持がはずれるようになってお
り、錘がはずれると通電ラインが遮断される。このた
め、本装置は、衝撃に対して電池の保護装置として作用
する。しかし、本構造では、衝撃の作用する方向で錘が
支持からはずれる力に差が生じるため、２つの錘の支持
方向を直交させ、四方からの衝撃に動作するよう対応し
ている。なお、通電ラインの遮断のための衝撃の強さに
は、錘を支持体に押し付けるばね力を変化させることで
調整できる。ただし、本実施例は、一度作動すると回路
が復帰できないため、電気自動車に適用し、自動車の衝
突事故の場合にこの加速度センサースイッチを動作する
ことにより電池を保護する場合に効果が大きい。
示す。これは、匡体１６の中に加速度を感知する球状の
錘９を錘支持体１５と錘支持ばね１４で図のように支持
し、これらは、各々電池への通電ラインの一部となる。
すなわち、匡体１６に取り付けた左右の出力端子１２を
これらの支持体と錘で接続した構造となっており、各々
電気の良同導体でできている。また、各錘は、衝撃を受
けると錘に作用する力で支持がはずれるようになってお
り、錘がはずれると通電ラインが遮断される。このた
め、本装置は、衝撃に対して電池の保護装置として作用
する。しかし、本構造では、衝撃の作用する方向で錘が
支持からはずれる力に差が生じるため、２つの錘の支持
方向を直交させ、四方からの衝撃に動作するよう対応し
ている。なお、通電ラインの遮断のための衝撃の強さに
は、錘を支持体に押し付けるばね力を変化させることで
調整できる。ただし、本実施例は、一度作動すると回路
が復帰できないため、電気自動車に適用し、自動車の衝
突事故の場合にこの加速度センサースイッチを動作する
ことにより電池を保護する場合に効果が大きい。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、加速度を感知するセンサ
ーを電池搭載機器に設けることにより、搭載機器の受け
る衝撃に対して電池を電気的に遮断でき、リチウム電池
システムを安全に使用できる効果がある。
ーを電池搭載機器に設けることにより、搭載機器の受け
る衝撃に対して電池を電気的に遮断でき、リチウム電池
システムを安全に使用できる効果がある。
【図１】本発明の実施例である加速度センサーを搭載し
た電池搭載機器のブロック図。
た電池搭載機器のブロック図。
【図２】図１の加速度センサーの構造を示す図。
【図３】図１の加速センサー信号を処理するアルゴリズ
ムのフローチャート。
ムのフローチャート。
【図４】加速センサー信号を処理するアルゴリズムのフ
ローチャート。
ローチャート。
【図５】機械的加速度センサーを用いた電池システムの
ブロック図。
ブロック図。
【図６】加速センサースイッチの実施例を示した図。
１…リチウム電池搭載機器、２…単電池、３…モジュー
ルパック、４…充電／保護回路、５…負荷部、６…充電
電源、７…加速度センサー、８…圧電素子、９…錘、１
０…ナット、１１…センサー台、１２…出力端子、１３
…加速度センサースイッチ、１４…錘支持ばね、１５…
錘支持体、１６…匡体。
ルパック、４…充電／保護回路、５…負荷部、６…充電
電源、７…加速度センサー、８…圧電素子、９…錘、１
０…ナット、１１…センサー台、１２…出力端子、１３
…加速度センサースイッチ、１４…錘支持ばね、１５…
錘支持体、１６…匡体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊代 祥晃 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 安藤 ▲壽▼ 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 村中 廉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】リチウムイオン二次電池を搭載した携帯電
話や電気自動車などの電池搭載機器において、電池搭載
機器の移動時に生じる加速度を検知するセンサーを備
え、加速度信号を電池制御に利用するリチウム電池シス
テム。 - 【請求項２】リチウムイオン二次電池を搭載した携帯電
話や電気自動車などの電池搭載機器において、電池搭載
機器の移動時に生じる加速度を検知するセンサーを備
え、加速度信号を電池保護回路の動作に利用するリチウ
ム電池システム。 - 【請求項３】リチウムイオン二次電池を搭載した携帯電
話や電気自動車などの電池搭載機器において、電池シス
テムの移動時に生じる加速度を検知するセンサーを備
え、加速度信号を電池の異常診断に利用するリチウム電
池システム。 - 【請求項４】リチウムイオン二次電池を搭載した携帯電
話や電気自動車などの電池搭載機器において、電池搭載
機器の移動時に生じる加速度を検知するセンサーを備
え、加速度信号を電池の充放電回路の遮断のトリガーと
して利用するリチウム電池システム。 - 【請求項５】リチウムイオン二次電池を搭載した携帯電
話や電気自動車などの電池搭載機器において、電池シス
テムの移動時に生じる加速度を検知するセンサーを備
え、設定値以上の加速度信号が発生した回数を記録，保
持する情報処置手段を設け、電池寿命を診断するリチウ
ム電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9193610A JPH1140205A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | リチウム電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9193610A JPH1140205A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | リチウム電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140205A true JPH1140205A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16310817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9193610A Pending JPH1140205A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | リチウム電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140205A (ja) |
Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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