JP2009301941A

JP2009301941A - 二次電池パック

Info

Publication number: JP2009301941A
Application number: JP2008156815A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nozawa; 滋野澤; Kazuhisa Nagase; 和久永瀬
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24
Also published as: US20140028262A1; TW201008004A; CN102067372A; US20110171506A1; TWI378587B; WO2009154079A1

Abstract

【課題】保護や制御を外部インターフェイスから入力される情報を元に接続状態を判定し、保護や制御モードを接続対象や状態ごとに設定された内容に切り替える二次電池パックを提供すること。
【解決手段】二次電池１１を接続してなる二次電池ブロック１２と、二次電池ブロック１２の充放電電流を監視する電流検出部１３と、出力電圧を監視する出力電圧検出部１５と、通信端子１７と、機器との接続を検出するＩＤ端子１８と、制御部１９とにより構成され、制御部１９は、通信端子１７からの電位や通信情報、ＩＤ端子１８からの機器接続情報を元に電池パックの充放電制御や容量の演算等を行い電池パック全体の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池を接続した二次電池ブロックの充電又は放電スイッチを制御する制御部、及び外部インターフェイスを有する二次電池パックに関し、特に二次電池の保護や制御状態が接続される対象機器により、個別に設定される機能を有する二次電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の二次電池では、近年、電動機器や蓄電等の分野に用途が拡大してきており、これら個々の機器本体の用途に特化した保護や制御を行う機能の要求が増えている。また、同時に長期信頼性、安全性の確保や長寿命化などへの高い要求がある。電池パックは、一般的に使用機器や充電器で規定される動作範囲を包括的に許容する保護や制御機能を内蔵の二次電池(セルともいう)の許容範囲で最大限の領域を充電や放電で使用できるような固定の設定としていた。即ち、機器との接続の検出や電流の状態等から保護や制御機能を一律に設定していた。この方法の一つとして、一般的には機器との接続の検出や電流の状態により、保護回路の消費電流を制御する方法がとられている。例えば、特許文献1には電池パックの電流レベルにより、特許文献２には電子機器への装着有無検出により、特許文献３には通信端子の電圧レベルにより保護回路の消費電流を制御する技術がそれぞれ提案されている。

特開平１１−２８３６７７号公報特開２００１−１５５７８１号公報特開２００２−３００７３１号公報

図３は一般的な従来の多直の二次電池パックの構成例を示す回路構成図である。図３において、二次電池パックは、二次電池１を直列に接続してなる二次電池ブロック２と、二次電池ブロック２の充放電電流を監視する電流検出部３と、二次電池１の電圧を監視するセル電圧検出部４と、電池ブロック２の温度をモニタする温度検出部５と機器等と通信するための通信端子６と、機器との接続を検出するＩＤ端子７と、制御部８とを有し、制御部８はセル電圧検出部４からの二次電池１の電圧情報、電流検出部３からの電流情報、通信端子６からの電位や通信情報および、ＩＤ端子７からの機器接続情報を元に二次電池パックの充放電制御や容量の演算等を行い電池パック全体の動作を制御する。電池パックは、さらに、制御部８の制御によりＯＮ／ＯＦＦ動作を行う充電スイッチ(以下ＳＷと記載)９および放電ＳＷ１０を備えている。

このような従来の二次電池パックにおいては、電流検出部３からの電流情報、通信端子６からの電圧レベルや通信情報、ＩＤ端子７からの機器接続情報を元に回路の動作状態を制御し、回路消費電流を低減させることには有効なものとなっているが、二次電池パックの保護やその他の制御についての設定は決められた一定の接続機器向けに内容を一律にしていた。そのため、接続される機器が多種類となる場合にはそれぞれの機器に最適な二次電池パックの保護やその他の制御についての設定を変更することができなかった。

そこで、本発明の課題は、接続される対象機器により、二次電池の保護や制御状態が個別に最適に設定することのできる二次電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の二次電池パックは、複数の二次電池を接続した二次電池ブロックと、前記二次電池ブロックの充放電電流を監視する電流検出部と、前記二次電池ブロックの出力電圧を監視する出力電圧検出部と、接続機器と通信するための通信端子と、前記接続機器との接続を検出するＩＤ端子と、前記電流検出部、前記出力電圧検出部、前記通信端子、前記ＩＤ端子からの情報を元に充電スイッチと放電スイッチを制御する制御部を有する二次電池パックであって、前記制御部は前記通信端子又は前記ＩＤ端子からの情報が予め規定された条件と比較する比較手段と、前記接続機器を判別する判別手段と、前記接続機器毎に設定された保護および制御モードに切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする。

また、前記通信端子または前記ＩＤ端子からの情報は、前記接続機器と電気的に接続され伝達されてもよい。

また、前記通信端子または前記ＩＤ端子からの情報は、前記接続機器と磁気または電波により非接触で伝達されてもよい。

また、前記接続機器毎に設定された保護および制御モードは、個別に設定された専用の演算処理やデータテーブルを参照して、接続機器のタイプや状態別の制御・処理を行ってもよい。

以上のように、本発明は、二次電池パックの保護や制御を通信端子、ＩＤ端子等の外部インターフェイスから入力される情報を元に接続機器を判定し、保護や制御モードを接続対象や状態ごとに設定された内容に切り替えることを可能にしたことにより、多種類の接続機器の使用領域に適した制御を一つの二次電池パックで対応でき、二次電池パックの容量、放電電流等の電気的特性を有効に利用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明による二次電池パックの一つの実施の形態の構成を示す回路構成図である。図１において、複数の二次電池１１を直列に接続してなる二次電池ブロック１２と、二次電池ブロック１２の充放電電流を監視する電流検出部１３と、二次電池１１の電圧を監視するセル電圧検出部１４と、電池パックの出力電圧を監視する出力電圧検出部１５と、二次電池ブロック１２の温度をモニタする温度検出部１６と接続機器等と通信するための通信端子１７と、機器との接続を検出するＩＤ端子１８と、制御部１９とにより構成され、制御部１９はセル電圧検出部１４からの二次電池１１の電圧情報、電流検出部１３からの電流情報、通信端子１７からの電位や通信情報、ＩＤ端子１８からの機器接続情報を元に電池パックの充放電制御や容量の演算等を行い電池パック全体の動作を制御する。また、制御部１９の制御によりＯＮ／ＯＦＦ動作を行う充電ＳＷ２０および放電ＳＷ２１を備える。

本実施の形態において、制御部１９は通信端子１７及びＩＤ端子１８からの情報を元に、その時の電流検出部１３、セル電圧検出部１４、出力電圧検出部１５、温度検出部１６からの電流、電圧、温度情報を含め複合的に専用機器との接続、単体、専用機器以外との接続状態や接続機器のタイプを判断し、接続状態や接続機器のタイプ別に用意されたデータテーブルに従い、保護や制御及び演算を行う機能を有する。また、制御部１９は、内蔵メモリを有し、データテーブルの保持や、使用環境、演算結果、異常ログを記録する機能を有する。

次に、本実施の形態の二次電池パックにおける動作モードについて説明する。図２は、本発明による二次電池パックの一つの実施の形態の制御を示すフローチャートである。

図１に示される二次電池パックにおいて、まず、第一の動作モードにおいては、制御部１９が通信端子１７及びＩＤ端子１８からの情報を元に図２に示されるフローチャートのＡに示す判定を行う。即ち、通信端子の電位、通信内容、ＩＤ端子の電位等により、二次電池パック単体の状態か、機器が接続された状態か判定を行う。ここで、通信端子１７及びＩＤ端子１８からの情報が、規定された接続機器有の条件を満たさない場合、二次電池パック単体の状態と判断し、保護や演算の制御に単体時の制御を適用する。制御部１９により判断される単体の状態の規定値としては、例えば、通信端子１７の電位が１Ｖ以下で通信が成立していないこと、又は、ＩＤ端子の電位が１Ｖ以下であることを設定することができる。

次に第二の動作モードにおいては、制御部１９が通信端子１７及びＩＤ端子１８からの情報が、規定された接続機器有の条件を満たした場合、図２に示されるフローチャートのＢに示す判定を行う。即ち、通信端子の電位、通信内容、ＩＤ端子の電位等の情報を規定の判定値と比較することにより、接続機器が専用充電器か、専用本体か、その他の機器かを判別する。専用充電器と判定された場合は、通信端子１７からの通信情報、又は、ＩＤ端子１８からの電位情報から得られる充電器タイプを元に、制御部１９が予め設定されたデータテーブルを参照し、各タイプ別の保護、制御及び演算内容に設定を切り替える。専用本体と判定された場合は、通信端子１７からの通信情報、又は、ＩＤ端子１８からの電位情報から得られる本体タイプを元に、制御部１９が予め設定されたデータテーブルを参照し、各タイプ別の保護、制御及び演算内容に設定を切り替える。ここで、その他の機器に判定された場合、制御部１９は、充電ＳＷ２０及び放電ＳＷ２１をＯＦＦにすることにより充放電機能を不能にし、電池パックが専用機器以外で使用されることを未然に防止すると共に、異常ログを内蔵メモリに記録する。

制御部１９により判断される専用機器(充電器、本体)の接続状態の規定値としては、例えば、通信端子１７の電位が４Ｖ以上で通信が成立すること、又は、ＩＤ端子の電位が２Ｖから１０Ｖの領域で３Ｖや５Ｖ等、予め規定された電位レベルであること、を設定することができる。制御部１９により判断されるその他の機器との接続状態の規定値としては、例えば、通信端子１７の電位が４Ｖ以上で通信が成立しないこと、又は、ＩＤ端子の電位が２Ｖから１０Ｖの領域で４Ｖや７Ｖ等、予め規定された電位レベル以外であること、を設定することができる。制御部１９が専用機器(充電器・本体)と判断し、機器のタイプ別に保護や制御・演算内容の設定を切り替える際に参照するデータテーブルとしては、例えば、充電においては、充電器タイプ、パルス充電の有無、回生充電の有無、過電流検出電流、過電流検出遅延時間、過充電検出電圧、過充電検出遅延時間、充電保護検出温度、充電保護温度検出遅延時間、低電圧充電保護検出電圧、低電圧充電保護検出遅延時間を設定することができる。また、例えば、放電においては、本体タイプ、パルス放電の有無、過電流検出電流、過電流検出遅延時間、過放電検出電圧、過放電検出遅延時間、放電保護検出温度、放電保護温度検出遅延時間を設定することができる。

電池パックの機器との着脱等により、通信端子１７及びＩＤ端子１８の状態が変化した場合は、保護や制御・演算の設定内容は初期値に戻され、再度、前記、第一の動作モードから各判定条件に従い、接続状態、接続された機器のタイプが見直され、再設定される。

ここで、接続機器の状態や保護・制御・演算内容の判定には、通信端子１７及びＩＤ端子１８からの接続情報のみによらず、その時の電流検出部１３、セル電圧検出部１４、出力電圧検出部１５、温度検出部１６からの電流、電圧、温度情報を含め複合的に専用機器との接続、単体、専用機器以外との接続状態や接続機器のタイプを判断し、接続状態や接続機器のタイプ別に用意されたデータテーブルに従い、保護や制御・演算内容を設定しても良い。

外部インターフェイスから入力される情報が、予め規定された判定条件を成立するか否か及びその時の充放電電流や出力端子電圧の変位を確認することにより、専用機器との接続、単体、専用機器以外との接続状態を判定し、保護や制御モードを接続対象や状態ごとに設定された内容に切り替え二次電池パックを制御することができる。

また、通信端子やＩＤ端子からの情報は、接続機器と磁気又は電波により非接触で伝達されても良い。例えば、磁気による伝達としては、磁性体の位置を電池パックと専用機器間で合わせ、磁性体の接近により受け側の接点スイッチをＯＮにし、電気的な電位レベルの変化を発生させ、予め規定された固定レベルやパルスを伝達することにより、専用機器か否かの判定や制御モードの切り替えを行う。電波による伝達としては、予め規定された電波通信プロトコルにより、通信情報やＩＤ情報を専用の送受信変換デバイスを用い伝達し、通信の成立・不成立及び伝達情報が規定の順序及び内容で伝達されるかにより、専用機器か否かの判定や制御モードの切り替えを行う。

本発明による二次電池パックの一つの実施の形態の構成を示す回路構成図。本発明による二次電池パックの一つの実施の形態の判定の流れを示す制御フローチャート。従来の二次電池パックの構成例を示す回路構成図。

符号の説明

１、１１二次電池
２、１２二次電池ブロック
３、１３電流検出部
４、１４セル電圧検出部
１５出力電圧検出部
５、１６温度検出部
６、１７通信端子
７、１８ＩＤ端子
８、１９制御部
９、２０充電ＳＷ
１０、２１放電ＳＷ

Claims

複数の二次電池を接続した二次電池ブロックと、前記二次電池ブロックの充放電電流を監視する電流検出部と、前記二次電池ブロックの出力電圧を監視する出力電圧検出部と、接続機器と通信するための通信端子と、前記接続機器との接続を検出するＩＤ端子と、前記電流検出部、前記出力電圧検出部、前記通信端子、前記ＩＤ端子からの情報を元に充電スイッチと放電スイッチを制御する制御部を有する二次電池パックであって、前記制御部は前記通信端子又は前記ＩＤ端子からの情報が予め規定された条件と比較する比較手段と、前記接続機器を判別する判別手段と、前記接続機器毎に設定された保護および制御モードに切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする二次電池パック。
前記通信端子または前記ＩＤ端子からの情報は、前記接続機器と電気的に接続され伝達されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池パック。
前記通信端子または前記ＩＤ端子からの情報は、前記接続機器と磁気または電波により非接触で伝達されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池パック。
前記接続機器毎に設定された保護および制御モードは、個別に設定された専用の演算処理やデータテーブルを参照して、接続機器のタイプや状態別の制御・処理を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池パック。