WO2024116644A1 - 電池パック - Google Patents

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WO2024116644A1
WO2024116644A1 PCT/JP2023/038033 JP2023038033W WO2024116644A1 WO 2024116644 A1 WO2024116644 A1 WO 2024116644A1 JP 2023038033 W JP2023038033 W JP 2023038033W WO 2024116644 A1 WO2024116644 A1 WO 2024116644A1
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mpu
battery pack
circuit
power supply
battery
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PCT/JP2023/038033
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剛 森元
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パナソニックエナジー株式会社
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/284—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with incorporated circuit boards, e.g. printed circuit boards [PCB]
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    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack that includes an AFE (analog front end) that detects battery information such as battery voltage, and an MPU (microprocessor unit) that is connected to the AFE via a communication line, and in particular to a battery pack in which the battery supplies power supply voltage to the AFE and MPU.
  • AFE analog front end
  • MPU microprocessor unit
  • a battery pack has been developed in which the AFE detects battery information such as battery voltage, transmits the detected battery information from the AFE to an MPU, and the MPU controls the charging and discharging of the battery (Patent Document 1).
  • the battery pack described in Patent Document 1 is shown in the circuit diagram of FIG. 4.
  • the battery pack 900 in this circuit diagram includes an AFE (analog front end) 902 with a built-in A/D converter that detects the voltage and temperature of a battery 901 and converts them into a digital signal, an MPU (microprocessor unit) 903 connected to the AFE 902, an AFE power supply circuit 904a that supplies a power supply voltage to the AFE 902, an MPU power supply circuit 904b that supplies a power supply voltage to the MPU 903, and a power cutoff switch 905 connected between the battery 901 and the AFE power supply circuit 904a.
  • AFE analog front end
  • MPU microprocessor unit
  • the power cutoff switch 905 is switched off to stop the power supply to the AFE power supply circuit 904a, reducing power consumption to the AFE power supply circuit 904a and the AFE 902, thereby reducing the power consumption of the battery 901 at this time.
  • the above battery packs cut off the power supply to the AFE 902 when not in use, but in battery packs in which the battery supplies power supply voltage to the AFE and MPU, the battery's power consumption when not in use can be reduced even if the power supply to either the AFE or the MPU is stopped. Therefore, the battery pack can reduce the battery's power consumption by keeping the MPU in an inactive state while keeping the AFE in an active state.
  • a battery pack that keeps the AFE in an active state and the MPU in an inactive state can detect battery information even when not in use, improving safety, and in battery packs that use an MPU that consumes a large amount of power, power consumption when not in use can be reduced more effectively.
  • a battery pack that keeps the MPU in an inactive state when it is not supplying power to a load must connect a power switch between the MPU's power circuit and the battery, and switch this power switch from on to off when it detects the unused state.
  • the MPU can determine the timing to cut off the power supply to the MPU and switch this power switch off, but an MPU that is not in an active state because its power supply has been cut off cannot return to an active state by switching the power switch on.
  • One object of the present invention is to provide a battery pack that can shut down the MPU to reduce unnecessary power consumption by the MPU, while returning the MPU to an on state again.
  • a battery pack comprises a rechargeable battery, an AFE that detects the battery voltage, an MPU connected to the AFE, a power supply circuit that converts the battery voltage into a power supply voltage for the MPU and outputs it, and a control circuit that switches the power supply circuit on and off, the control circuit controlling the on state of the power supply circuit with a signal input from either the AFE or the MPU, and the control circuit having a start terminal that switches the power supply circuit to the on state, and the control circuit switches the power supply circuit on with a signal from the start terminal.
  • the above battery packs have the advantage of being able to shut down the MPU, reducing unnecessary power consumption by the MPU, while also being able to return the MPU to an on state.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional battery pack.
  • the present invention may be characterized by the following configurations and features.
  • a battery pack comprises a rechargeable battery, an AFE that detects the battery voltage, an MPU connected to the AFE, a power supply circuit that converts the battery voltage into a power supply voltage for the MPU and outputs it, and a control circuit that switches the power supply circuit on and off, the control circuit controlling the on state of the power supply circuit with a signal input from either the AFE or the MPU, and the control circuit having an activation terminal that switches the power supply circuit to the on state, and the control circuit switching the power supply circuit on with a signal from the activation terminal.
  • the MPU does not directly control the power supply circuit, but switches the power supply circuit on via the control circuit, so when the power supply to the MPU is cut off and the MPU is shut down, the control circuit switches the off power supply circuit on with a start signal from the start terminal, and the shut down MPU can be restored to operation.
  • This battery pack can reduce unnecessary power consumption by the MPU by shutting down the MPU, that is, by switching the power supply circuit off at the timing corresponding to the shutdown condition, thereby reducing unnecessary power consumption by both the power supply circuit and the MPU.
  • control circuit can switch the power supply circuit on and restore the MPU to an operating state, so that the MPU can be restored from a non-operating state to an operating state, while reducing unnecessary power consumption by keeping the MPU in an inoperating state, thereby enabling normal operation.
  • Battery packs according to other embodiments of the present invention can use AFEs that incorporate control circuits.
  • the AFE with a built-in control circuit controls the power circuit to be turned on and off, and the power circuit to which power is supplied from the battery can be switched on and off with a simple circuit configuration that does not require a dedicated control circuit to control the power circuit.
  • the AFE with a built-in control circuit shuts down the MPU to reduce unnecessary power consumption by the MPU. That is, at the timing that corresponds to the shutdown condition, the AFE with a built-in control circuit switches the power circuit to the off state, and it is possible to reduce unnecessary power consumption of both the power circuit and the MPU.
  • the AFE with a built-in control circuit can switch the power circuit to the on state and return to an operating state, so that the MPU can be returned from a non-operating state to an operating state and normal operation can be achieved while reducing unnecessary power consumption by keeping the MPU in a non-operating state.
  • the AFE with a built-in control circuit controls the power circuit to be turned on and off, and it is possible to switch the power circuit on and off with a simple circuit configuration that does not require a dedicated control circuit to control the power circuit.
  • a control circuit switching circuit
  • This control circuit can be switched off by the MPU determining the timing to cut off the power supply to the MPU, but an MPU that is not in an active state because the power supply has been cut off cannot switch the control circuit on and return to an active state.
  • This problem can be solved by providing a dedicated control circuit to control the MPU's power supply circuit, but a battery pack with this circuit configuration requires a dedicated control circuit, which has the disadvantage of complicating the circuit configuration and increasing the parts and manufacturing costs.
  • a battery pack with the above circuit configuration can eliminate these disadvantages by making it possible to switch the MPU's active state on and off with a simple circuit configuration that does not require a dedicated control circuit to control the power supply circuit.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes a power switch that switches the power circuit on and off, and the control circuit controls the power switch to turn the power circuit on and off.
  • a battery pack with the above circuit configuration allows the control circuit to control the on and off of the power supply path to the power circuit via the power switch, and can cut off the power supply to the power circuit and MPU.
  • the AFE is equipped with a control circuit, and the control circuit of the AFE can control the power supply circuit to be turned on and off.
  • the AFE with a built-in control circuit controls the power supply circuit to be turned on and off, so the power supply circuit supplied with power from the battery can be switched on and off with a simple circuit configuration that does not require a dedicated control circuit to control the power supply circuit.
  • control circuit can switch off the power circuit in response to a signal from the MPU.
  • the AFE switches off the power switch, this can be done independently by the battery pack's internal circuitry through the AFE under software control of the MPU, without being affected by an external signal.
  • the AFE can be shut down by a signal from the MPU, and the AFE's control circuit can switch the power switch off.
  • an off signal from the AFE in a shutdown state can turn the power switch off and shut down the power supply circuit and MPU.
  • Shutting down the power supply circuit, MPU, and AFE reduces the power consumption of the entire circuit, and an ultra-low power consumption mode can be achieved for the entire circuit.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention has a power switch that includes a main switching element connected between the battery and the power supply circuit, and a control switching element that controls the main switching element to be on and off, and a control circuit that can switch the main switching element on and off via the control switching element.
  • the control circuit controls the control switching element to be on and off, and by switching the main switching element on and off, it becomes possible to control the on and off of the power supply path to the power supply circuit, and cut off the power supply to the power supply circuit and MPU.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention can include a plurality of battery cells in which the batteries are connected in series, and the AFE can include a voltage detection circuit that detects the voltage of each battery. In the battery pack described above, the AFE can detect the voltage of each battery cell and transmit it to the MPU.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention may further include a charging switching element connected to the output side of the battery, and a driver circuit that receives operating power from the power supply circuit and controls the charging switching element to be turned on and off by a control signal from the MPU.
  • the MPU can control the on and off of the charging switching element via the driver circuit.
  • the power supply circuit can be a stabilized power supply that stabilizes the output voltage to a constant voltage and outputs it.
  • the power supply circuit can stabilize and output the output voltage.
  • the power consumption of the MPU is greater than the power consumption of the AFE.
  • the battery pack described above can reduce unnecessary power consumption by shutting down the MPU, which consumes a lot of power, and can reduce power consumption more effectively by transitioning the battery pack to an ultra-low power consumption mode.
  • the MPU stores a power off state in which the power circuit is switched off, and the MPU can switch the power circuit off when in the power off state.
  • the MPU can execute control to transition the battery pack to an ultra-low consumption mode in which unnecessary power consumption is reduced at the intended timing and under the intended conditions.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a battery pack 100 according to the first embodiment.
  • the battery pack 100 shown in the circuit diagram of FIG. 1 includes a plurality of batteries 1 that can be charged, an AFE 2 connected to the batteries 1 to detect the battery voltage, an MPU 3 connected to the AFE 2 via a communication line, a power supply circuit 4 that converts the battery voltage into a power supply voltage for the MPU 3 and outputs it, and a power switch 5 connected between the batteries 1 and the power supply circuit 4 to input the voltage of the battery 1 to the power supply circuit 4.
  • Battery 1 consists of multiple battery cells connected in series or parallel. Any rechargeable battery, such as a lithium-ion secondary battery or an all-solid-state battery, can be used as the battery cells, so the battery pack of the present invention does not specify that the battery be a lithium-ion battery. Any rechargeable battery that detects voltage and temperature to control charging and discharging current can be used.
  • Any rechargeable battery that detects voltage and temperature to control charging and discharging current can be used.
  • the output voltage of the battery 1 can be set to an optimum voltage for the application by adjusting the number of battery cells connected in series. Also, the maximum output current and charge/discharge capacity of the battery pack can be set to a capacity suitable for the application by adjusting the number of battery cells connected in parallel.
  • the battery pack does not specify the number of batteries, but rather connects multiple battery cells in series or parallel to set the optimum voltage and capacity for the application. (AFE2)
  • AFE (analog front end) 2 detects the voltage and temperature of battery 1 and transmits them to MPU 3.
  • the AFE that detects battery voltage is equipped with a voltage detection circuit that is connected to each battery cell and detects the voltage of the battery cell.
  • the AFE that detects battery temperature is equipped with a temperature detection circuit whose input side is connected to a temperature sensor that is thermally coupled to the battery.
  • the temperature sensor can be an element such as a thermistor whose electrical resistance changes with temperature.
  • the temperature detection circuit detects the electrical resistance of the temperature sensor to detect the temperature of the battery.
  • the AFE 2 in FIG. 1 incorporates a control circuit 22 that switches the power supply circuit 4 on and off.
  • the control circuit 22 switches the power supply circuit 4 on and off. Therefore, the AFE 2 incorporating the control circuit 22 in the figure switches the power supply circuit 4 on and off.
  • the control circuit 22 switches the power supply circuit 4 on and off with a signal input from either the AFE 2 or the MPU 3.
  • the control circuit 22 switches the power supply circuit 4 that supplies power to the MPU 3 to an off state, and the MPU 3 is in a shutdown state.
  • the control circuit 22 also has a start-up terminal 21 that switches the power supply circuit 4 on, and the control circuit 22 switches the power supply circuit 4 on with a signal from the start-up terminal 21. Therefore, even when the MPU 3 is not in operation, the AFE 2 incorporating the control circuit 22 can switch the power supply circuit 4 on and return the MPU 3 to an operating state.
  • the AFE2 in FIG. 1 controls the discharge switching element 6 connected between the battery 1 and the discharge terminal 11.
  • the discharge switching element 6 is a switching element such as a FET, and the AFE2 controls the voltage input to the gate of the FET to switch the discharge switching element 6 on and off.
  • the battery pack 100 in FIG. 1 has two FETs connected in series, which switch the discharge switching element 6 from on to off when the AFE2 detects that the detected voltage of the battery cell has dropped to the discharge stop voltage.
  • the AFE2 switches the discharge switching element 6 from on to off, forcibly cutting off the discharge current of the battery 1, and can prevent over-discharge of the battery 1.
  • the battery pack 100 can achieve high safety by connecting two FETs in series.
  • the AFE2 which is equipped with a temperature detection circuit, compares the temperature of the detected battery cell with a stored set temperature, and if the detected temperature is higher or lower than the set temperature, it switches the discharge switching element 6 to the off state and stops discharging the battery 1. In addition, if the detected temperature of the battery 1 becomes higher or lower than the set temperature, the AFE2 can also change the duty for switching the discharge switching element 6 on and off, thereby controlling the discharge current and discharging while protecting the battery 1.
  • the battery pack 100 shown in the circuit diagram of FIG. 1 is provided with a discharge terminal 11 via a discharge switching element 6 on the output side of the battery 1.
  • the discharge switching element 6 is made up of two FETs connected in series.
  • the FETs of the discharge switching element 6 are preferably N-channel FETs.
  • a charge switching element 8 is connected between the intermediate connection point of the two FETs that constitute the discharge switching element 6 and a charge terminal 12.
  • the charge switching element 8 is connected to the battery 1 via one FET of the discharge switching element 6.
  • the charging current of the battery 1 flows to the battery 1 via a parasitic diode of the FET of the discharge switching element 6, so that the battery 1 can be charged even when the discharge switching element 6 is in the OFF state.
  • the charging current does not flow through the parasitic diodes of the two FETs connected in series, but flows through the parasitic diode of one FET, so that the voltage drop due to the parasitic diode is reduced and the battery 1 can be charged efficiently.
  • Charging current can be supplied to the battery 1 by turning on the FET of the discharge switching element 6, and in this state the charging current can be efficiently supplied to the battery 1 via the FET of the internal resistance that is in the on state. (MPU3)
  • the MPU (microprocessor unit) 3 controls the on/off of the charging switching element 8 via the driver circuit 7.
  • the battery pack 100 shown in the circuit diagram of FIG. 1 controls the on/off of the charging switching element 8 via the driver circuit 7.
  • the driver circuit 7 controls the on/off of the charging switching element 8 with a control signal from the MPU 3.
  • the driver circuit 7 is supplied with a power supply voltage from the power supply circuit 4 and enters an operating state, and controls the charging switching element 8 on/off with a signal from the MPU 3.
  • the MPU 3 is supplied with operating power from the power supply circuit 4 and is controlled to an operating state when a charger is connected to the charging terminal 12 and the battery pack 100 is charged.
  • the MPU 3 calculates the voltage and remaining capacity of the battery 1 being charged via the AFE 2 and detects whether the battery 1 is fully charged.
  • the MPU 3 detects whether the battery 1 is fully charged and outputs an off signal for the charging switching element 8 to the driver circuit 7.
  • the driver circuit 7 detects the off signal and switches the FET of the charging switching element 8 to the off state to cut off the charging current of the battery 1.
  • the MPU 3 and the driver circuit 7 are supplied with operating power from the power supply circuit 4.
  • the power supply circuit 4 is a stabilized power supply that stabilizes the output voltage at a constant voltage and can supply a stabilized output voltage.
  • the power supply circuit can be, for example, a DC/DC converter or a linear regulator.
  • the battery pack 100 in which the power supply circuit 4 supplies operating power to both the MPU 3 and the driver circuit 7 has the characteristic that, when the MPU 3 is in a shutdown state, the MPU 3, the power supply circuit 4, and the driver circuit 7 do not consume power, and thus can effectively reduce wasteful power consumption during shutdown.
  • the driver circuit can also be supplied with operating power from a small-capacity power supply circuit built into the AFE without receiving operating power from the power supply circuit.
  • the shutdown state of the power supply circuit 4 and the MPU 3 means a state in which the supply of operating power is cut off and no power is consumed.
  • the battery pack 100 can reduce unnecessary power consumption of both the power circuit 4 and the MPU 3 by switching the power circuit 4 off.
  • the MPU 3 does not directly control the power circuit 4, but switches the power circuit 4 on and off via the control circuit 22 built into the AFE 2.
  • the control circuit 22 can switch the power circuit 4 from the off state to on with a start signal from the start terminal 21, and the shut down MPU 3 can be restored to an operating state.
  • control circuit 22 can switch the power circuit 4 to the on state with a signal from the start terminal 21 and restore the MPU 3 to an operating state, so that while the MPU 3 is in an inoperable state to reduce unnecessary power consumption, the MPU 3 can be restored from an inoperable state to an operating state to return to a normal operating state.
  • the MPU 3 stores a power-off state in which the power circuit 4 is switched to an off state. In the stored power-off state, the MPU 3 in FIG. 1 switches the power circuit 4 to an off state via the AFE 2 incorporating the control circuit 22 and the power switch 5.
  • the MPU 3 stores a shutdown condition in which the power switch 5 is switched from on to off via the control circuit 22 to shut down the power circuit 4.
  • the MPU 3 determines at regular intervals whether the shutdown condition is met in the operating state. When the MPU 3 determines that the shutdown condition is met, it switches the power switch 5 to an off state via the AFE 2 incorporating the control circuit 22 to cut off the power supply from the battery 1 to the power circuit 4.
  • the MPU 3 When the power circuit 4 stops operating, the power circuit 4 does not supply operating power to the MPU 3, and the MPU 3 is shut down.
  • the shut-down MPU 3 is not in an operating state, so it cannot be restarted by itself.
  • the MPU 3 is restarted by the AFE 2 switching the power switch 5 from off to on, and restarting the power circuit 4 in an operating state.
  • the shutdown condition indicates a condition or state in which the MPU needs to be shut down. For example, the battery pack may be unused for a long period of time, the battery capacity may be below an allowable level, or the battery may be shipped at a time when the outlook for future use is unclear.
  • the MPU 3 can shut down at any time according to the stored shutdown condition, not just when the battery is at a low voltage. (Power switch 5)
  • the power switch 5 is controlled to be turned on and off by the AFE 2.
  • the MPU 3 determines that the shutdown conditions are met, it outputs an output stop signal to the AFE 2, which then switches the power switch 5 from on to off.
  • the power switch 5 in FIG. 1 has a main switching element 51 in the input path of the power supply circuit 4, and a control switching element 52 as its control device.
  • the AFE 2 controls the control switching element 52 to be turned on and off, making it possible to control the on and off of the power supply path to the power supply circuit 4 via the main switching element 51, and to cut off the power supply to the power supply circuit 4 and the MPU 3.
  • the MPU 3 switches the power switch 5 to the OFF state via the AFE 2, cutting off the power supply from the battery 1 to the power circuit 4 and the MPU 3. Because the power switch 5 of the battery pack 100 can be controlled by the AFE 2 through communication from the MPU 3, the MPU 3 can execute control to transition the battery pack 100 to the ultra-low consumption mode at any time intended by the MPU 3, not just when the voltage is low. This allows the battery pack 100 to reduce unnecessary power consumption, avoid problems such as the battery taking a short time to reach a deeply discharged state that makes it unsafe to use, and problems such as the battery being unable to be stored for long periods of time, and enables the battery pack 100 to be stored for a long period of time.
  • the power switch 5 of the battery pack 100 shown in the circuit diagram of FIG. 1 includes a main switching element 51 and a control switching element 52.
  • the main switching element 51 is connected between the battery 1 and the power supply circuit 4, and switches the power supply from the battery 1 to the power supply circuit 4 on and off.
  • the control switching element 52 controls the main switching element 51 to be on and off.
  • the main switching element 51 is a P-channel FET
  • the control switching element 52 is an N-channel FET.
  • the P-channel FET of the main switching element 51 has its source connected to the positive side of the battery 1 and its drain connected to the power supply circuit 4.
  • the main switching element 51 has the control switching element 52 connected between its gate and the ground line. This power switch 5 can switch the main switching element 51 to be on by turning the control switching element 52 on.
  • the control switching element 52 is controlled to be on and off by a control signal input to its gate from the AFE 2.
  • the power switch 5 described above is switched from off to on when a start signal is input from the start terminal 21 of the AFE 2.
  • the start terminal 21 is connected to the power circuit 4 or a ground line, for example, via a push button switch.
  • This circuit configuration can generate a "High” or “Low” start signal when the push button switch is pressed.
  • the control switching element 52 which is switched to the on state via the AFE 2 by the start signal, switches the main switching element 51 to the on state, putting the power circuit 4 into an operating state.
  • the power circuit 4 in the operating state supplies operating power to the MPU 3, canceling the shutdown state and returning it to an operating state.
  • the gate when the gate is connected to the ground line, the gate becomes a negative on-voltage relative to the source and is switched to the on-state.
  • the main switching element 51 in the ON signal connects the battery 1 to the power supply circuit 4, putting the power supply circuit 4 into operation.
  • the power supply circuit 4 in an operating state supplies an operating voltage to the MPU 3 to put the MPU 3 into an operating state.
  • the MPU 3 in the operating state determines whether the usage environment of the battery pack 100 satisfies the shutdown condition for shutting down the MPU 3. (8) When the MPU 3 determines that the shutdown condition is met, it outputs an output stop signal to the AFE 2 incorporating the control circuit 22 . (9) When the AFE 2 detects the output stop signal, it outputs a “Low” off signal to the gate of the N-channel FET which is the control switching element 52 . (10) The control switching element 52 is switched from ON to OFF. (11) The control switching element 52 in the off state disconnects the gate of the P-channel FET of the main switching element 51 from the ground line, switching the main switching element 51 off.
  • the main switching element 51 When switched to the OFF state, the main switching element 51 cuts off the power supply from the battery 1 to the power supply circuit 4, placing the power supply circuit 4 in a non-operating state. (13) The power supply circuit 4 that is not in an operating state does not supply operating power to the MPU 3, and shuts down the MPU 3, thereby reducing the power consumption of the MPU 3. (14) Repeat the above steps (1) to (13).
  • the MPU 3 When the MPU 3 is in the shutdown state, when a startup signal is input from the startup terminal 21 to the AFE 2, an ON signal is input to the control switching element 51 as described in (1), and the control switching element 52 of the ON signal switches the main switching element 51 ON, putting the power supply circuit 4 into an operating state, and returning the MPU 3 to an operating state ((1) to (6)). Also, at the timing when the MPU 3 in the operating state judges the shutdown condition, the power supply circuit 4 and the MPU 3 are shut down via the AFE 2 incorporating the control circuit 22 and the power switch 5, so that unnecessary power consumption can be reduced.
  • the control circuit 22 that controls the power switch 5 by the output stop signal from the MPU 3 shuts down the AFE 2, and the output signal from the AFE 2 changes from "High” to “Low”, turning the power switch 5 into the OFF state and cutting off the power supply from the battery 1 to the power supply circuit 4.
  • the MPU 3 and even the AFE 2 the power consumption of the entire circuit is reduced, and an ultra-low power consumption mode can be realized ((7) to (13)).
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a battery pack 200 according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of a battery pack 300 according to a third embodiment
  • the power switch 5 and the power circuit 4 are separate circuit configurations.
  • the power circuit 4 has a power switch 5, and the power circuit 4 has a circuit configuration in which the power switch 5 is built in.
  • the AFE 2 that has a built-in control circuit 22 controls the on/off of the power circuit 4.
  • a dedicated control circuit 22 is provided separately from the AFE 2 to control the on/off of the power circuit 4.
  • control circuit 22 switches the power switch 5 to the off state by a signal from the MPU 3, and the control circuit 22 switches the power circuit 4 to the on state by a signal from the start terminal 21.
  • the control circuit 22 of FIG. 3 can switch the power circuit 4 on and off in the same manner as the control circuit 22 built in the AFE 2 of FIG. 1.
  • This invention can be effectively used as a battery pack that can shut down the MPU to reduce unnecessary power consumption by the MPU, while returning the MPU to an on state.
  • AFE 904a AFE power supply circuit 904b: MPU power supply circuit 905: power cutoff switch

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Abstract

ＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを再びオン状態に復帰する。電池パック１００は、充電できる電池１と、電池電圧を検出するＡＦＥ２と、ＡＦＥ２に接続されてなるＭＰＵ３と、電池電圧をＭＰＵ３の電源電圧に変換して出力する電源回路４と、電源回路４をオンオフに切り換える制御回路２２とを備え、制御回路２２が、ＡＦＥ２とＭＰＵ３のいずれかから入力される信号で電源回路のオン状態を制御すると共に、制御回路２２が、電源回路４をオン状態に切り換える起動端子２１を備え、起動端子２１からの信号で制御回路２２が電源回路４をオンに切り換える。

Description

電池パック
　本発明は、電池電圧などの電池情報を検出するＡＦＥ（アナログフロントエンド）と、このＡＦＥと通信回線を介して接続しているＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）とを備える電池パックに関し、特に電池がＡＦＥとＭＰＵに電源電圧を供給している電池パックに関する。
　電池電圧などの電池情報をＡＦＥで検出し、検出する電池情報をＡＦＥからＭＰＵに伝送してＭＰＵで電池の充放電を制御する電池パックは開発されている（特許文献１）。
特開２００６－１４３１４４号公報
　特許文献１に記載の電池パックを図４の回路図に示している。この回路図の電池パック９００は、電池９０１の電圧と温度を検出してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーターを内蔵するＡＦＥ（アナログフロントエンド）９０２と、このＡＦＥ９０２に接続しているＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）９０３と、ＡＦＥ９０２に電源電圧を供給するＡＦＥの電源回路９０４ａと、ＭＰＵ９０３に電源電圧を供給するＭＰＵの電源回路９０４ｂと、電池９０１とＡＦＥの電源回路９０４ａとの間に接続している電源遮断スイッチ９０５とを備えている。この電池パック９００は、例えば長い期間に渡って負荷に電力を供給しない状態、言い換えると電池パック９００が長い時間使用されない非使用状態においては、電源遮断スイッチ９０５をオフに切り換えて、ＡＦＥの電源回路９０４ａへの電力供給を停止して、ＡＦＥの電源回路９０４ａとＡＦＥ９０２への電力消費を削減して、このタイミングにおける電池９０１の電力消費を低減している。
　以上の電池パックは、非使用状態においてＡＦＥ９０２への電力供給を遮断するが、電池がＡＦＥとＭＰＵに電源電圧を供給している電池パックは、ＡＦＥとＭＰＵのいずれか一方の電力供給を停止しても、非使用状態における電池の消費電力を低減できる。したがって、電池パックは、ＡＦＥを動作状態としながら、ＭＰＵを非動作状態として電池の消費電力を低減できる。ＡＦＥを動作状態として、ＭＰＵを非動作状態とする電池パックは、非使用状態においても電池情報を検出して安全性を向上でき、さらに消費電力の大きいＭＰＵを使用する電池パックにおいては、非使用状態における電力消費をより効果的に削減できる。
　電池パックから負荷に電力を供給しない非使用状態においてＭＰＵを非動作状態とする電池パックは、ＭＰＵの電源回路と電池との間に電源スイッチを接続して、この電源スイッチを非使用状態を検出してオンからオフに切り換える必要がある。この電源スイッチは、ＭＰＵに電力供給を遮断するタイミングをＭＰＵで判定してオフに切り換えできるが、電力供給が遮断されて動作状態にないＭＰＵは電源スイッチをオンに切り換えて動作状態に復帰できない。
　本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の一目的は、ＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを再びオン状態に復帰できる電池パックを提供することにある。
　本発明のある態様に係る電池パックは、充電できる電池と、電池電圧を検出するＡＦＥと、ＡＦＥに接続されてなるＭＰＵと、電池電圧をＭＰＵの電源電圧に変換して出力する電源回路と、電源回路をオンオフに切り換える制御回路とを備え、制御回路が、ＡＦＥとＭＰＵのいずれかから入力される信号で電源回路のオン状態を制御すると共に、制御回路が、電源回路をオン状態に切り換える起動端子を備え、起動端子からの信号で制御回路が電源回路をオンに切り換える。
　以上の電池パックは、ＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを再びオン状態に復帰できる特長がある。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの回路図である。 図２は、本発明の他の実施形態に係る電池パックの回路図である。 図３は、本発明の他の実施形態に係る電池パックの回路図である。 図４は、従来の電池パックの回路図である。
　本発明の形態は、以下の構成や特徴によって特定されてもよい。
　本発明の一実施態様に係る電池パックは、充電できる電池と、電池電圧を検出するＡＦＥと、ＡＦＥに接続されてなるＭＰＵと、電池電圧をＭＰＵの電源電圧に変換して出力する電源回路と、電源回路をオンオフに切り換える制御回路とを備え、制御回路が、ＡＦＥとＭＰＵのいずれかから入力される信号で電源回路のオン状態を制御すると共に、制御回路が、電源回路をオン状態に切り換える起動端子を備え、起動端子からの信号で制御回路が電源回路をオンに切り換える。
　以上の電池パックは、ＭＰＵがダイレクトに電源回路を制御することなく、制御回路を介して電源回路をオンに切り換えるので、ＭＰＵへの電力供給が遮断されてＭＰＵがシャットダウンされた状態においては、起動端子からの起動信号で、制御回路がオフ状態の電源回路をオンに切り換えて、シャットダウンされたＭＰＵを動作状態に復帰できる。この電池パックは、ＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減しながら、すなわちシャットダウン条件に該当するタイミングにおいては、電源回路をオフに切り換えて、電源回路とＭＰＵの両方の無駄な電力消費を削減できる。さらに、ＭＰＵの非動作状態においても、制御回路が電源回路をオン状態に切り換えして動作状態に復帰できるので、ＭＰＵを非動作状態として無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを動作しない状態から動作する状態に復帰させて、正常な動作にできる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、制御回路を内蔵するＡＦＥを使用することができる。
　以上の回路構成の電池パックは、制御回路が内蔵されたＡＦＥが電源回路をオンオフに制御するので、電源回路を制御するために専用の制御回路を設けない簡単な回路構成で、電池から電力供給される電源回路をオンオフに切り換えできる。この電池パックは、制御回路を内蔵するＡＦＥがＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減する。すなわちシャットダウン条件に該当するタイミングにおいては、制御回路が内蔵されたＡＦＥが電源回路をオフ状態に切り換えて、電源回路とＭＰＵの両方の無駄な電力消費を削減できる。さらに、ＭＰＵの非動作状態においても、制御回路が内蔵されたＡＦＥが電源回路をオン状態に切り換えして動作状態に復帰できるので、ＭＰＵを非動作状態として無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを動作しない状態から動作する状態に復帰させて、正常な動作にできる。以上の回路構成の電池パックは、制御回路が内蔵されたＡＦＥが電源回路をオンオフに制御するので、電源回路を制御するために専用の制御回路を設けない簡単な回路構成で電源回路をオンオフに切り換えできる。すなわち、電池パックから負荷に電力を供給しない非使用状態においてＭＰＵを非動作状態とする電池パックは、ＭＰＵの電源回路と電池との間に制御回路（スイッチング回路）を接続して、この制御回路の非動作状態を検出してオンからオフに切り換える必要がある。この制御回路は、ＭＰＵに電力供給を遮断するタイミングをＭＰＵで判定してオフに切り換えできるが、電力供給が遮断されて動作状態にないＭＰＵは制御回路をオンに切り換えて動作状態に復帰できない。この問題は、ＭＰＵの電源回路を制御するために専用の制御回路を設けて解消できるが、この回路構成の電池パックは専用の制御回路を設ける必要があって、回路構成が複雑になって部品コストと製造コストが高くなる欠点がある。以上の回路構成の電池パックは、電源回路を制御するために専用の制御回路を設けない簡単な回路構成で、ＭＰＵの動作状態をオンオフに切り換えることを可能とすることで、これらの欠点を解消できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、電源回路をオンオフに切り換える電源スイッチを備え、制御回路が電源スイッチを制御して、電源回路をオンオフに制御できる。以上の回路構成の電池パックは、制御回路が電源スイッチを介して電源回路への電力供給路のオンオフの制御が可能となり、電源回路及びＭＰＵへの電力供給を遮断できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、ＡＦＥが制御回路を備え、ＡＦＥの制御回路が電源回路をオンオフに制御できる。以上の回路構成の電池パックは、制御回路が内蔵されたＡＦＥが電源回路をオンオフに制御するので、電源回路を制御するために専用の制御回路を設けない簡単な回路構成で電池から電力供給される電源回路をオンオフに切り換えできる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、ＭＰＵからの信号で制御回路が電源回路をオフに切り換えできる。以上の電池パックは、ＡＦＥが電源スイッチをオフに切り換える場合、外部の信号に影響されずに電池パックの内部回路で独立してＭＰＵのソフト制御でＡＦＥを介して実行することができる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、ＭＰＵからの信号でＡＦＥがシャットダウンされて、ＡＦＥの制御回路が電源スイッチをオフに切り換えできる。以上の電池パックは、シャットダウン状態のＡＦＥからのオフ信号で電源スイッチをオフ状態とし電源回路及びＭＰＵをシャットダウンできる。電源回路及びＭＰＵ、ＡＦＥをシャットダウンすることで、回路全体の消費電力が低減され、回路全体の超低消費モードを実現できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、電源スイッチが、電池と電源回路との間に接続してなる主スイッチング素子と、主スイッチング素子をオンオフに制御する制御スイッチング素子とを備え、制御回路が、制御スイッチング素子を介して主スイッチング素子をオンオフに切り換えることができる。以上の電池パックは、制御回路が制御スイッチング素子をオンオフに制御することで、主スイッチング素子のオンオフ切り換えを介して、電源回路への電力供給路のオンオフの制御が可能となり、電源回路及びＭＰＵへの電力供給を遮断できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、電池が互いに直列に接続されてなる複数の電池セルを備え、ＡＦＥが各々の電池電圧を検出する電圧検出回路を備えることができる。以上の電池パックは、ＡＦＥが各々の電池セルの電圧を検出してＭＰＵに伝送できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、さらに、電池の出力側に接続されてなる充電スイッチング素子と、電源回路から動作電力が供給され、かつ、ＭＰＵからの制御信号で充電スイッチング素子をオンオフに制御するドライバ回路とを備えることができる。以上の電池パックは、ＭＰＵが、ドライバ回路を介して充電スイッチング素子のオンオフを制御できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、電源回路を、出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する安定化電源にできる。以上の電池パックは、電源回路が出力電圧を安定化して出力できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、ＭＰＵの消費電力がＡＦＥの消費電力よりも大きい。以上の電池パックは、消費電力が大きいＭＰＵをシャットダウンして無駄な電力消費を削減でき、電池パックを超低消費モードに遷移して電力消費をより効果的に削減できる。
　本発明の他の実施態様に係る電池パックは、ＭＰＵが、電源回路をオフ状態に切り換える電源オフ状態を記憶してなり、ＭＰＵが電源オフ状態において電源回路をオフに切り換えることができる。以上の電池パックは、ＭＰＵが、意図したタイミング、条件で電池パックを無駄な電力消費が削減された超低消費モードに遷移する制御を実行できる。
　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係る電池パック１００の回路図を示す。図１の回路図に示す電池パック１００は、充電できる複数の電池１と、電池１に接続されて電池電圧を検出するＡＦＥ２と、ＡＦＥ２と通信回線を介して接続されてなるＭＰＵ３と、電池電圧をＭＰＵ３の電源電圧に変換して出力する電源回路４と、電池１と電源回路４との間に接続されて、電池１の電圧を電源回路４に入力する電源スイッチ５とを備える。
　電池１は、複数の電池セルを直列や並列に接続している。電池セルは、リチウムイオン二次電池や全個体電池などの充電できる全ての電池が使用できるので、本発明の電池パックは、電池をリチウムイオン電池には特定しない。電池は、電圧や温度を検出して充放電の電流を制御するすべての充電できる電池が使用できる。
　電池１は、直列に接続する電池セルの個数を調整して出力電圧を用途に最適な電圧に設定される。また、電池は並列に接続する電池セルの個数を調整して、電池パックの最大出力電流や充放電容量を用途に適した容量に設定できる。電池パックは、電池の個数を特定するものではなく、複数の電池セルを直列や並列に接続して用途に最適や電圧や容量に設定される。
（ＡＦＥ２）
　ＡＦＥ（アナログフロントエンド）２は、電池１の電圧や温度を検出してＭＰＵ３に伝送する。図示しないが、電池電圧を検出するＡＦＥは、各々の電池セルに接続されて電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備えている。電池温度を検出するＡＦＥは、電池に熱結合状態に配置している温度センサーを入力側に接続している温度検出回路を備えている。温度センサーは、温度で電気抵抗が変化するサーミスタなどの素子が使用できる。温度検出回路は、温度センサーの電気抵抗を検出して、電池の温度を検出する。
　図１のＡＦＥ２は、電源回路４をオンオフに切り換える制御回路２２を内蔵する。制御回路２２は、電源回路４をオンオフに切り換える。したがって、図の制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２は、電源回路４をオンオフに切り換える。制御回路２２は、ＡＦＥ２とＭＰＵ３のいずれかから入力される信号で電源回路４をオンオフに切り換える。制御回路２２は、シャットダウン条件に該当するタイミングにおいては、ＭＰＵ３に電力供給する電源回路４をオフ状態に切り換え、ＭＰＵ３をシャットダウン状態とする。また、制御回路２２は、電源回路４をオン状態に切り換える起動端子２１を備え、起動端子２１からの信号で制御回路２２が電源回路４をオンに切り換える。したがって、ＭＰＵ３の非動作状態においても、制御回路２２が内蔵されたＡＦＥ２が電源回路４をオン状態に切り換えして、ＭＰＵ３を動作状態に復帰できる。
　図１のＡＦＥ２は、電池１と放電端子１１との間に接続している放電スイッチング素子６を制御する。放電スイッチング素子６は、ＦＥＴなどのスイッチング素子で、ＡＦＥ２はＦＥＴのゲートに入力する電圧を制御して放電スイッチング素子６をオンオフに切り換える。図１の電池パック１００は、ＡＦＥ２が、電池セルの検出電圧が放電停止電圧まで低下したことを検出すると、放電スイッチング素子６をオンからオフに切り換える２個のＦＥＴを直列に接続している。ＡＦＥ２は、放電スイッチング素子６をオンからオフに切り換えて、電池１の放電電流を強制的に遮断して、電池１の過放電を防止できる。電池パック１００は、図１の回路図に示すように、２個のＦＥＴを直列に接続して高い安全性を実現できる。２個の両方のＦＥＴを同時にオンオフに切り換えてより高い安全性を実現できる。両方のＦＥＴが正常に動作して同時にオンオフに切り換えられて、放電電流を正常に制御できるからである。ＡＦＥ２は、電池セルの電圧が放電停止電圧まで低下すると、２個のＦＥＴを同時にオンからオフに切り換えて放電電流を遮断する。
　温度検出回路を備えるＡＦＥ２は、検出する電池セルの温度を、記憶している設定温度に比較して、検出温度が設定温度よりも高く、あるいは低くなると、放電スイッチング素子６をオフ状態に切り換えて電池１の放電を停止する。また、このＡＦＥ２は、電池１の検出温度が設定温度よりも高くなり、あるいは低くなると、放電スイッチング素子６をオンオフに切り換えるデューティを変更して、放電電流を制御して電池１を保護しながら放電することもできる。
　さらに図１の回路図に示す電池パック１００は、電池１の出力側に放電スイッチング素子６を介して放電端子１１を設けている。放電スイッチング素子６は、２個のＦＥＴを直列に接続している。放電スイッチング素子６のＦＥＴは、好ましくはＮチャンネル型ＦＥＴを使用する。この回路図に示す電池パック１００は、放電スイッチング素子６である２個のＦＥＴの中間接続点と、充電端子１２との間に充電スイッチング素子８を接続している。この回路構成の電池パック１００は、放電スイッチング素子６のひとつのＦＥＴを介して充電スイッチング素子８を電池１に接続している。電池１の充電電流は、放電スイッチング素子６のＦＥＴの寄生ダイオードを介して電池１に流れるので、放電スイッチング素子６のオフ状態においても電池１を充電できる。放電スイッチング素子６のオフ状態において、充電電流は、直列に接続している２個のＦＥＴの寄生ダイオードを介して流れることがなく、ひとつのＦＥＴの寄生ダイオードを介して流れるので、寄生ダイオードによる電圧降下を小さくして、電池１を効率よく充電できる。充電電流は、放電スイッチング素子６のＦＥＴをオン状態として電池１に供給することができるので、この状態において、充電電流はオン状態の内部抵抗のＦＥＴを介して電池１に効率よく供給できる。
（ＭＰＵ３）
　ＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）３は、ドライバ回路７を介して充電スイッチング素子８のオンオフを制御する。図１の回路図に示す電池パック１００は、充電スイッチング素子８をドライバ回路７を介してオンオフに制御している。ドライバ回路７は、ＭＰＵ３からの制御信号で充電スイッチング素子８をオンオフに制御する。ドライバ回路７は、電源回路４から電源電圧か供給されて動作状態となり、ＭＰＵ３からの信号で充電スイッチング素子８をオンオフに制御する。ＭＰＵ３は、充電端子１２に充電器が接続されて、電池パック１００が充電されるタイミングにおいて、電源回路４から動作電力が供給されて動作状態に制御される。動作状態にあるＭＰＵ３は、ＡＦＥ２を介して、充電される電池１の電圧や残容量を演算して電池１の満充電を検出する。ＭＰＵ３は、電池１の満充電を検出して充電スイッチング素子８のオフ信号をドライバ回路７に出力する。ドライバ回路７は、オフ信号を検出して充電スイッチング素子８のＦＥＴをオフ状態に切り換えて電池１の充電電流を遮断する。
　ＭＰＵ３とドライバ回路７は、電源回路４から動作電力が供給される。電源回路４は、出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する安定化電源として、出力電圧を安定化して供給できる。電源回路は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーター、リニアレギュレータなどにできる。電源回路４がＭＰＵ３とドライバ回路７の両方に動作電力を供給する電池パック１００は、ＭＰＵ３のシャットダウン状態で、ＭＰＵ３と電源回路４とドライバ回路７が電力を消費しない状態として、シャットダウン時の無駄な電力消費を効果的に削減できる特長がある。ただ、図示しないが、ドライバ回路は、電源回路から動作電力を供給することなく、ＡＦＥに内蔵する小容量の電源回路から動作電力を供給することもできる。本明細書において電源回路４とＭＰＵ３のシャットダウン状態とは、動作電力の供給が遮断されて電力を消費しない状態を意味する。
　電池パック１００は、電源回路４をオフに切り換えて、電源回路４とＭＰＵ３の両方の無駄な電力消費を削減できる。図１の電池パック１００は、ＭＰＵ３がダイレクトに電源回路４を制御することなく、ＡＦＥ２に内蔵された制御回路２２を介して電源回路４をオンオフを切り換える。ＭＰＵ３への電力供給が遮断されてＭＰＵ３がシャットダウンされた状態においては、起動端子２１からの起動信号で、制御回路２２がオフ状態の電源回路４をオンに切り換えて、シャットダウンされたＭＰＵ３を動作状態に復帰できる。すなわち、ＭＰＵ３の非動作状態においても、起動端子２１からの信号で制御回路２２が電源回路４をオン状態に切り換えしてＭＰＵ３を動作状態に復帰できるので、一方でＭＰＵ３を非動作状態として無駄な電力消費を削減しながら、他方でＭＰＵ３を非動作状態から動作状態に復帰させて、正常な動作状態にできる。
　ＭＰＵ３は、電源回路４をオフ状態に切り換える電源オフ状態を記憶している。図１のＭＰＵ３は、記憶した電源オフ状態において、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２及び電源スイッチ５を介して電源回路４をオフ状態に切り換える。ＭＰＵ３は、制御回路２２を介して電源スイッチ５をオンからオフに切り換えて、電源回路４をシャットダウンするシャットダウン条件を記憶している。ＭＰＵ３は、動作状態において、シャットダウン条件に該当するかどうかを一定の周期で判別している。ＭＰＵ３は、シャットダウン条件に該当すると判定すると、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２を介して電源スイッチ５をオフ状態に切り換えて電池１から電源回路４への電力供給を遮断する。電源回路４が動作しなくなると、電源回路４からＭＰＵ３に動作電力が供給されず、ＭＰＵ３はシャットダウンされる。シャットダウンされたＭＰＵ３は動作状態にないので、それ自体では再起動できない。ＭＰＵ３の再起動は、ＡＦＥ２が電源スイッチ５をオフからオンに切り換え、電源回路４を動作状態として再起動される。シャットダウン条件は、ＭＰＵがシャットダウンする必要がある条件、状態を示す。例えば、電池パックが長期間不使用の状態にある、電池容量が許容水準以下である、今後の使用見通しが不明な出荷時のタイミングなどの場合が挙げられる。ＭＰＵ３は、低電圧時に限らず、記憶したシャットダウン条件により意図したタイミングでＭＰＵ３をシャットダウン状態にできる。
（電源スイッチ５）
　ＭＰＵ３のシャットダウンは電源スイッチ５で制御される。電源スイッチ５は、ＡＦＥ２でオンオフに制御される。ＭＰＵ３はシャットダウン条件に該当することを判定した場合、ＡＦＥ２に出力停止信号を出力し、ＡＦＥ２が電源スイッチ５をオンからオフに切り換える。図１の電源スイッチ５は、電源回路４の入力経路に主スイッチング素子５１を設け、その制御デバイスとして制御スイッチング素子５２を設ける。ＡＦＥ２が制御スイッチング素子５２をオンオフに制御することで、主スイッチング素子５１を介して電源回路４への電力供給路のオンオフの制御が可能となり、電源回路４及びＭＰＵ３への電力供給を遮断できる。
　ＭＰＵ３は、ＡＦＥ２を介して電源スイッチ５をオフ状態に切り換えて電池１から電源回路４およびＭＰＵ３への電力供給を遮断する。電池パック１００は、ＭＰＵ３からの通信によってＡＦＥ２による電源スイッチ５の制御が可能であるため、低電圧時に限らずＭＰＵ３が意図したタイミングで電池パック１００を超低消費モードに遷移する制御をＭＰＵ３から実行できる。これにより、電池パック１００は、無駄な電力消費を削減し、電池が安全上使用不可となる深放電電池に到達する期間が短時間となる問題、長期保存に適応できない問題を回避し、深放電電池への到達する期間の長期化や長期保存を可能にすることができる。
　ＭＰＵ３は、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２及び電源スイッチ５を介して、電源回路４とＭＰＵ３をシャットダウンして無駄な消費電力を削減できる。さらに、ＭＰＵ３はＡＦＥ２をシャットダウンできる。ＭＰＵ３は、ＭＰＵ３からの出力停止信号で電源スイッチ５を制御する制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２をシャットダウンし、シャットダウン状態のＡＦＥ２からの出力信号が”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”となり、電源スイッチ５をオフ状態として電池１から電源回路４への電力供給を遮断し、ＭＰＵ３をシャットダウンできる。以上の回路構成は、ＡＦＥ２もシャットダウンすることで、回路全体の消費電力が低減され、回路全体の超低消費モードを実現できる。
　他方で、シャットダウン状態にあるＭＰＵ３は再起動して動作状態に復帰する必要がある。ＡＦＥ２は、ＡＦＥ２に起動信号を入力して、オフ状態の電源スイッチ５をオン状態に切り換える起動端子２１を接続している。ＡＦＥ２は、起動端子２１から入力される起動信号を検出して、電源スイッチ５をオフからオンに切り換える。
　図１の回路図に示す電池パック１００の電源スイッチ５は、主スイッチング素子５１と制御スイッチング素子５２とを備える。主スイッチング素子５１は、電池１と電源回路４との間に接続されて、電池１から電源回路４への電力供給のオンオフを切り換える。制御スイッチング素子５２は、主スイッチング素子５１をオンオフに制御する。図の電源スイッチ５は、主スイッチング素子５１をＰチャンネル型ＦＥＴ、制御スイッチング素子５２をＮチャンネル型ＦＥＴとしている。主スイッチング素子５１のＰチャンネル型ＦＥＴは、ソースを電池１のプラス側に、ドレインを電源回路４に接続している。主スイッチング素子５１は、ゲートとグランドラインとの間に制御スイッチング素子５２を接続している。この電源スイッチ５は、制御スイッチング素子５２をオン状態として、主スイッチング素子５１をオン状態に切り換えできる。制御スイッチング素子５２は、ＡＦＥ２からゲートに制御信号が入力されてオンオフに制御される。
　以上の電源スイッチ５は、ＡＦＥ２の起動端子２１から起動信号が入力されて、オフからオンに切り換えられる。起動端子２１は、例えば、押ボタンスイッチを介して電源回路４やグランドラインに接続される。この回路構成は、押ボタンスイッチが押されて”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”の起動信号を発生できる。起動信号でＡＦＥ２を介してオン状態に切り換えられる制御スイッチング素子５２は、主スイッチング素子５１をオン状態に切り換えて電源回路４を動作状態とする。動作状態の電源回路４は、ＭＰＵ３に動作電力を供給してシャットダウン状態を解消して動作状態に復帰させる。
　以上のように主スイッチング素子５１をＰチャンネル型ＦＥＴ、制御スイッチング素子５２をＮチャンネル型ＦＥＴとする電源スイッチ５は、以下の動作で電源スイッチ５がオンオフに制御される。
（１）制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２は起動信号を検出すると、制御スイッチング素子５２であるＮチャンネル型ＦＥＴのゲートに”Ｈｉｇｈ”のオン信号を出力する。
（２）制御スイッチング素子５２は、ＡＦＥ２からゲートに入力される”Ｈｉｇｈ”のオン信号でオン状態に切り換えられる。
（３）オン状態に切り換えられた制御スイッチング素子５２は、主スイッチング素子５１であるＰチャンネル型ＦＥＴのゲートをグランドラインに接続する。
（４）Ｐチャンネル型ＦＥＴの主スイッチング素子５１は、ソースを電池１のプラス側に接続しているので、ゲートがグランドラインに接続されると、ゲートがソースに対してマイナスのオン電圧となってオン状態に切り換えられる。
（５）オン信号の主スイッチング素子５１は、電池１を電源回路４に接続して、電源回路４を動作状態とする。
（６）動作状態の電源回路４は、ＭＰＵ３に動作電圧を供給してＭＰＵ３を動作状態とする。
（７）動作状態にあるＭＰＵ３は、電池パック１００の使用環境がＭＰＵ３をシャットダウンするシャットダウン条件に該当するかどうかを判定する。
（８）ＭＰＵ３がシャットダウン条件に該当すると判定すると、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２に出力停止信号を出力する。
（９）ＡＦＥ２が出力停止信号を検出すると、制御スイッチング素子５２であるＮチャンネル型ＦＥＴのゲートに”Ｌｏｗ”のオフ信号を出力する。
（１０）制御スイッチング素子５２はオンからオフに切り換えられる。
（１１）オフ状態の制御スイッチング素子５２は、主スイッチング素子５１のＰチャンネル型ＦＥＴのゲートをグランドラインから切り離して、主スイッチング素子５１をオフに切り換える。
（１２）オフ状態に切り換えられて主スイッチング素子５１は、電池１から電源回路４への電力供給を遮断して、電源回路４を非動作状態とする。
（１３）動作状態にない電源回路４は、ＭＰＵ３に動作電力を供給することなく、ＭＰＵ３をシャットダウンして、ＭＰＵ３の電力消費を削減する。
（１４）以上の（１）～（１３）の動作を繰り返す。
　ＭＰＵ３のシャットダウン状態において、起動端子２１から起動信号がＡＦＥ２に入力されると、（１）に記載するように制御スイッチング素子５１にオン信号が入力され、オン信号の制御スイッチング素子５２が主スイッチング素子５１をオンに切り換えて、電源回路４を動作状態として、ＭＰＵ３を動作状態に復帰する（（１）～（６））。また、動作状態のＭＰＵ３がシャットダウン条件を判定したタイミングにおいては、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２及び電源スイッチ５を介して、電源回路４とＭＰＵ３がシャットダウンされて無駄な消費電力を削減できる。ＭＰＵ３からの出力停止信号で、電源スイッチ５を制御する制御回路２２は、ＡＦＥ２をシャットダウンし、ＡＦＥ２からの出力信号が”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”となり、電源スイッチ５をオフ状態として電池１から電源回路４への電力供給を遮断する。この回路構成の電池パック１００は、電源回路４及びＭＰＵ３、さらにＡＦＥ２も含めてシャットダウンすることで、回路全体の消費電力が低減され、超低消費モードを実現できる（（７）～（１３））。
（実施形態２、３）
　図２は実施形態２に係る電池パック２００の回路図、図３は実施形態３に係る電池パック３００の回路図、をそれぞれ示す。図１の電池パック１００は電源スイッチ５と電源回路４を別々の回路構成とする。これに対し、図２の電池パック２００は、電源回路４が電源スイッチ５を備え、電源回路４が電源スイッチ５を内蔵する回路構成とする。また、図１の電池パック１００は、制御回路２２を内蔵するＡＦＥ２で電源回路４をオンオフに制御する。これに対し、図３の電池パック３００は電源回路４のオンオフを制御するために、ＡＦＥ２とは別に専用の制御回路２２を設ける。この電池パック３００は、制御回路２２がＭＰＵ３からの信号で電源スイッチ５をオフ状態に切り換え、また、制御回路２２が起動端子２１からの信号で電源回路４をオン状態に切り換える。図３の制御回路２２は、図１のＡＦＥ２に内蔵される制御回路２２と同じ動作で、電源回路４をオンオフに切り換えることができる。
　本発明は、ＭＰＵをシャットダウンしてＭＰＵの無駄な電力消費を削減しながら、ＭＰＵを再びオン状態に復帰できる電池パックとして有効に利用できる。
１００、２００、３００、９００…電池パック
１…電池
２…ＡＦＥ
３…ＭＰＵ
４…電源回路
５…電源スイッチ
６…放電スイッチング素子
７…ドライバ回路
８…充電スイッチング素子
１１…放電端子
１２…充電端子
２１…起動端子
２２…制御回路
９０１…電池
９０２…ＡＦＥ
９０３…ＭＰＵ
９０４ａ…ＡＦＥの電源回路
９０４ｂ…ＭＰＵの電源回路
９０５…電源遮断スイッチ

Claims (12)

  1. 　充電できる電池と、
    　電池電圧を検出するＡＦＥと、
    　前記ＡＦＥに接続されてなるＭＰＵと、
    　前記電池電圧を前記ＭＰＵの電源電圧に変換して出力する電源回路と、
    　前記電源回路をオンオフに切り換える制御回路とを備え、
    　前記制御回路が、
    　　前記ＡＦＥと前記ＭＰＵのいずれかから入力される信号で前記電源回路のオン状態を制御すると共に、
    　前記制御回路が、前記電源回路をオン状態に切り換える起動端子を備え、
    　前記起動端子からの信号で前記制御回路が前記電源回路をオンに切り換える電池パック。
  2. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記ＡＦＥが前記制御回路を備える電池パック。
  3. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記電源回路をオンオフに切り換える電源スイッチを備え、
    　前記制御回路が前記電源スイッチを制御して、
    　　前記電源回路をオンオフに制御する電池パック。
  4. 　請求項３に記載の電池パックであって、
    　前記ＡＦＥが前記制御回路を備え、
    　前記ＡＦＥの前記制御回路が前記電源スイッチをオンオフに制御する電池パック。
  5. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記ＭＰＵからの信号で前記制御回路が前記電源回路をオフに切り換える電池パック。
  6. 　請求項２に記載の電池パックであって、
    　前記ＭＰＵからの信号で前記ＡＦＥがシャットダウンされて、
    　前記ＡＦＥの前記制御回路が前記電源回路をオフに切り換える電池パック。
  7. 　請求項３または４に記載の電池パックであって、
    前記電源スイッチが、
    　前記電池と前記電源回路との間に接続してなる主スイッチング素子と、
    　前記主スイッチング素子をオンオフに制御する制御スイッチング素子とを備え、
    　前記制御回路が、
    　　前記制御スイッチング素子を介して前記主スイッチング素子をオンオフに切り換える電池パック。
  8. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記電池が互いに直列に接続されてなる複数の電池セルを備え、
    　前記ＡＦＥが各々の電池電圧を検出する電圧検出回路を備える電池パック。
  9. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　さらに、
    　前記電池の出力側に接続されてなる充電スイッチング素子と、
    　前記電源回路から動作電力が供給され、かつ、
    　前記ＭＰＵからの制御信号で前記充電スイッチング素子をオンオフに制御するドライバ回路とを備える電池パック。
  10. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記電源回路が出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する安定化電源である電池パック。
  11. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記ＭＰＵの消費電力が前記ＡＦＥの消費電力よりも大きい電池パック。
  12. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記ＭＰＵが、
    　　前記電源回路をオフ状態に切り換える電源オフ状態を記憶してなり、
    　前記ＭＰＵが前記電源オフ状態において前記電源回路をオフに切り換える電池パック。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011023317A (ja) * 2009-07-21 2011-02-03 Lenovo Singapore Pte Ltd 蓄電池用保護素子および保護システム
JP2021045006A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 株式会社マキタ バッテリパック及び充電システム

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