JP5076337B2

JP5076337B2 - 電池パック装置及び電池パック装置の制御方法

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Publication number: JP5076337B2
Application number: JP2006067810A
Authority: JP
Inventors: 靖森; 啓央岡村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-03-13
Also published as: US20080166627A1; TWI342632B; US7710070B2; TW200810192A; CN101039038A; CN101039038B; JP2007250205A

Description

本発明は、１次或いは２次電池を収納した電池パック装置及び電池パック装置の制御方法に係わり、特に、電池の取り外し状態を検出可能にした電池パック装置及び電池パック装置の制御方法に関する。

従来から電池保護回路として、電池の過電圧等の異常を検出した時に発熱抵抗により温度ヒューズを溶断し、充放電を禁止する方式が知られている。例えば、電池の過電圧を検出した時に発熱抵抗により温度ヒューズを溶断し、充放電を停止する様にした電池保護回路が特許文献１に開示されている。

また、２次電池を電子機器本体から着脱可能にした電池パック装置に内蔵した不揮発性メモリに記憶した２次電池の特性データを隋時更新することで、２次電池の特性を正確に把握するようにした電池パック装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示された発明は、電池パック装置側に不揮発性メモリを設けると共に、充電装置側にコンピュータ（以下、ＣＰＵと記す）を中心とした自動測定手段を設け、電池パック装置が充電装置に収納された場合には、充電回数及び放電特性等を自動測定して、それらの諸データに基づいて電池の容量を算出して表示すると共に、放電特性及び容量のデータを電池側の不揮発性メモリに記憶することで、電池の寿命予測を可能として、経済的かつ効率的に電池を使用しようとするものである。

図５は特許文献２に開示の系統図を示すもので、電池パック装置１の内部には、破線２で示すように電池を複数個直列接続した例えば、ニッカド電池等の電池群（以下、電池セルと記す）２と、例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ３とが収納されている。電池セル２の＋（プラス）電極から導出された接続端子４と、−（マイナス）電極から導出された接続端子５と、不揮発性メモリ３から導出された入出力端子６が電池パック装置１の筺体外面の所定位置に配設されている。充電装置７は、ＣＰＵ１４を中心とした自動測定手段を有しており、充電回数や放電特性等を自動的に測定するように構成されている。

各種制御の中枢となるＣＰＵ１４には、Ａ／Ｄ変換器１３、ヒータ２１、冷却器２２、スイッチ回路１５、表示部１９、スイッチ群２３及びインターフェース回路１８の夫々が接続され、ＣＰＵ１４からは、入出力端子１０が導出されている。また、インターフェース回路１８からは、外部入出力端子２０が導出されている。尚、ＣＰＵ１４は、図示しないが、制御ソフトを内蔵したＲＯＭ及び入出力装置等を含んだ構成とされている。

また、充電装置７には、電池パック装置１の格納スペース１１が形成されている。この格納スペース１１を形成する筺体外面の所定位置には、スイッチ１５の端子１５ａから導出された接続端子８と端子１５ｂから導出された端子９とが配設されると共に、ＣＰＵ１４から導出された入出力端子１０が配設されている。格納スペース１１を形成する筺体外面には、ヒータ２１及び冷却器２２が設けられ、更に、温度センサ１２が設けられている。このヒータ２１及び冷却器２２は、ＣＰＵ１４からの制御信号により駆動し、電池パック１側の電池セル２に対する充電が所定範囲内の温度条件で最適になされるように「オン」される。

スイッチ回路１５の端子１５ｃと端子１５ｆとの間に充電回路１６が接続され、端子１５ｅと端子１５ｈとの間に定格負荷１７が接続されている。また、スイッチ回路１５の端子１５ｄと端子１５ｇとが開放されている。このスイッチ回路１５は、制御端子を有しており、制御端子にＣＰＵ１４からの制御信号が供給され、選択的に所定の端子１５ａ（１５ｂ）と端子１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ（１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ）の何れかと接続される。つまり、充電時には、端子１５ａに端子１５ｃが接続されると共に、端子１５ｂに端子１５ｆが接続される。また、放電特性測定時には、端子１５ａに端子１５ｅが接続されると共に、端子１５ｂに端子１５ｈが接続される。尚、上述した充電及び放電特性を測定する時以外には、端子１５ａに端子１５ｄが接続され、端子１５ｂに端子１５ｇが接続される。

また、ＣＰＵ１４に接続されたＡ／Ｄ変換器１３には、接続端子８と温度センサ１２とが接続されている。このため、必要に応じてＡ／Ｄ変換器１３を介して電池セル２の端子電圧及び周辺温度等のデータがＣＰＵ１４に取り込まれる。ＣＰＵ１４は、スイッチ群２３の操作状況及び電池パック１が格納スペース１１に収納されたことを示す信号等に応じて各種モードに移行し、種々の処理を行って各部を制御すると共に、必要に応じて表示信号を形成し、表示部１９に表示信号を供給して所定の情報を表示する。

例えば、電池パック装置１が格納スペース１１に収納された状態では、破線の矢印で示すように電池パック１側の接続端子４と充電装置７側の接続端子８とが接続され、電池パック装置１側の接続端子５と充電装置７側の接続端子９とが接続された状態となる。それと共に、電池パック装置１側の入出力端子６と充電装置７側の入出力端子１０とが接続されてＣＰＵ１４と不揮発性メモリ３とが結合した状態とされる。この状態で外部入出力端子２０に外部入力装置が接続されると、不揮発性メモリ３が書き込み状態とされ、接続された外部入力装置からの書き込みデータの例えば、外部入力装置により管理者名、使用開始年月日、ＩＤ番号等を示すデータが書き込まれインターフェース回路１８及びＣＰＵ１４を介して不揮発性メモリ３に供給され、所定の領域に格納される。

また、ＣＰＵ１４は、電池パック装置１が格納スペース１１に収納されると、自動的に不揮発性メモリ３に格納されている充電回数データを読み出し、充電回数を表示部１９に表示する。そして、選択的に充電モードとされた場合には、温度センサ１２の値に基づいてヒータ２１及び冷却器２２を動作させ、電池パック装置１の周囲温度を最適なものに制御した状態で充電回路１６を電池セル２に接続して充電を行う。電池セル２の端子電圧の値を取り込んで監視し、所定レベル以上での電圧降下を検出すると、充電が終了され、充電回数を示すフラグを更新し、この充電回数データ等を不揮発性メモリ３に格納する。更に、ＣＰＵ１４は、所定回数毎に選択的に放電特性測定モードとされると、定格負荷１７を電池セル２に接続して端子電圧を取り込み、所定のレベルまで端子電圧が降下するまで端子電圧のデータを所定の周期で収集する。端子電圧が所定レベルとなり、放電特性測定が終了すると、その端子電圧のデータに基づいて電池容量を算出して表示すると共に、放電特性測定及び電池容量のデータを不揮発性メモリ３に格納する。

上述した処理により集約的に不揮発性メモリ３に格納された諸データは、必要に応じてスイッチ群２３を操作することやＣＰＵ１４の一連の処理により読み出され、ＣＰＵ１４に取り込まれる。ＣＰＵ１４において、諸データに対応した表示信号が形成され、この表示信号が表示部１９に供給され、文字表示等により各情報が表示される。また、外部入出力端子２０にプリンタ等の外部出力装置が接続された場合には、不揮発性メモリ３に格納された諸データやＣＰＵ１４の処理により発生したデータが必要に応じて読み出され、ハードコピーの形で出力されて、一連の処理や必要に応じて表示される電池容量、充電回数、使用開始日等の情報を参考にして総合的に電池の寿命判断が使用者によって容易になされると共に、電池の履歴管理がなされる。
特開２０００−３５７５４０号公報特許第２５７６５２５号公報

上記の特許文献１に記載の電池パック装置の電池保護回路としては、電池の過電圧等の異常を検出した時に発熱抵抗により温度ヒューズを溶断し、充放電を禁止するものであり、特許文献１に記載の不揮発性メモリ付電池装置は、電池が充電装置に収納された時には、充電回数及び放電特性等を自動測定して、それらの諸データに基づいて電池の容量を算出して表示し、放電特性及び容量のデータを電池側の不揮発性メモリに記憶する様にすることで、電池の寿命予測を可能として経済的かつ効率的に電池を使用しようとするものであるが、電池とこの電池に接続された回路基板からなる電池パック装置を解体して、この解体した電池パック装置の電池セル或いは電池を他の異なる種類の電池セル或いは電池と交換した場合には交換し電池セルの異常状態を検出することが出来なくなっていた。即ち、交換された、特にリチュームイオン２次電池（以下、ＬｉＢと記す）等の電池セル或いは電池は本来の電池セル或いは電池とは異なる特性を有するため、回路基板内の制御仕様に合致しなくなり、上述した様に交換した電池セル或いは電池が回路基板に接続された場合には保護動作が正常に動作せず、電池パック装置が危険な状態に陥る課題を有していた。

本発明は上述の課題を解決するために成されたもので、本発明が解決しようとする課題は、電池と、この電池に接続された回路基板からなる電池パック装置に於いて、回路基板から電池の電池電源ラインが取り外されたことが検出可能な電池パック装置及び電池パック装置の制御方法を提供することを目的とするものである。

本発明の電池パック装置は、電池を内蔵した電池パック装置に於いて、電池の充放電を制御する制御部と、制御部の制御でデータが書き込まれる不揮発性メモリと、電池と直列に接続された発熱抵抗ヒューズとを備え、制御部が電源停止を行う際に、電源停止を示す識別値を不揮発性メモリに書き込んだ後に、電源停止処理を行い、制御部が電源停止から復帰する際に、不揮発性メモリに書き込まれたデータを読み出し前記識別値の記憶がある場合に、発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わず、識別値の記憶がない場合に、発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行うようにしたものである。

本発明の電池パック装置の制御方法は、電池を内蔵した電池パック装置の制御方法に於いて、電池の充電又は放電を制御する制御部が電源停止を行う際に、電源停止を示す識別値を不揮発性メモリに書き込んだ後に、電源停止処理を行い、制御部が電源停止から復帰する際に、不揮発性メモリに書き込まれたデータを読み出し前記識別値の記憶がある場合に、発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わず、識別値の記憶がない場合に、発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行うようにしたものである。

本発明の電池パック装置及び電池パック装置の制御方法によると、電池と、この電池に接続された回路基板からなる電池パック装置に於いて、回路基板から電池の電源ラインが取り外されたことが検出可能で、且つ、永久的に電池パック装置の回路基板による充放電が不可能な電池パック装置及び電池パック装置の制御方法が得られる。

以下、本発明の１形態例の電池パック装置及び電池パック装置の制御方法を図１乃至図４によって説明する。図１は、本発明の１形態例の電池パック装置を示す系統図、図２は本発明の１形態例の電池パック装置の要部の構成を示す側断図、図３は本発明の電池パック装置及び電池パック装置の制御方法の１形態例を示す電源投入時のフローチャート、図４は本発明の電池パック装置及び電池パック装置の制御方法の１形態例を示す電源停止時のフローチャートである。

図１を説明する前に図２によって電池パック装置の要部構成を説明する、図２（Ａ）は電池パック装置の側断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。以下、図５との対応部分には同一符号を付して説明する。本例の電池パック装置（以下、電池パックと記す）１は例えば、携帯用のＣＰＵ等に使用されるＬｉＢなどの電池群（電池セル）２及びＣＰＵ等のＩＣが搭載された回路基板２５を内蔵したケーシング２６によって構成される。

ケーシング２６は、例えば、１８Φｍｍ（Ｄ）×６５ｍｍ（Ｌ）程度の略円筒状の合成樹脂或いは金属製となされ、直列接続されて互いに半田付けされた複数の電池２ａ、２ｂによって電池セル２が構成され、電池２ａ、２ｂはケーシング２６の長手方向Ｌに沿って収納されている。回路基板２５は略長方形状のプリント配線基板に少なくとも後述するＣＰＵ１４及び不揮発性メモリ３並びに発熱抵抗付温度ヒューズ３０等のＩＣや各種電気部品が搭載されている。回路基板２５は図２（Ａ）及び２図（Ｂ）に示す様に、ケーシング２６内には電池セル２と対抗するように立てた状態にしてケーシング２６の長手方向Ｌに沿って収納され、電池セル２の夫々の始端（−）と終端（＋）並びに中間点（＋、−）は回路基板２５の所定位置にワイヤ２７を介して回路基板２５の電源端子Ｔ１及び中間端子Ｔ２並びに電源端子Ｔ３に半田接続されている。尚、２８はコンピュータ等の電子機器と接続するためのコネクタである。

次に、図１の系統図を説明する。図１に於いて、電池パック１を構成する回路基板２５の電源端子Ｔ１には電池セル２の第１のＬｉＢ２ａの−電極が半田接続され、電源端子Ｔ３には電池セル２の第２のＬｉＢ２ｂの＋電極が半田接続されている。第１及び第２のＬｉＢ２ａ及びＬｉＢ２ｂの＋電極と−電極が半田付けされた中間点は回路基板２６の中間端子Ｔ２に半田接続されている。

回路基板２５の電源端子Ｔ１は発熱抵抗Ｒ１、Ｒ２とヒューズＦ１、Ｆ２からなる発熱抵抗付温度ヒューズ（以下ＳＣＰと記す）３０の１方の端子に接続されると共にＣＰＵ１４の制御端子Ｔ８に接続されている。ＣＰＵ１４は、図示しないが、制御ソフトを内蔵したＲＯＭ及びＲＡＭ等を含んだ構成とされている。ＳＣＰ３０の他方の端子はＣＰＵ１４の電源端子Ｔ６と回路基板２５の出力端子Ｔ４に接続されている。中間端子Ｔ２はＣＰＵ１４の制御端子Ｔ９に接続され、ＳＣＰ３０の発熱抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列接続点はスイッチング用のＭＯＳＦＥＴ３１のドレインＤに接続され、ＭＯＳＥＦＴ３１のソースＳは電源端子Ｔ３とＣＰＵ１４の電源端子Ｔ７と回路基板２５の出力端子Ｔ５に接続され、ＭＯＳＦＥＴ３１のゲートＧはＣＰＵ１４の制御端子Ｔ１０に接続されている。ＣＰＵ１４にはＥＥＰＲＯＭの様な不揮発性メモリ３が接続されている。

回路基板２５内のＣＰＵ１４は電池セル２或いは第１及び第２のＬｉＢ２ａ、ＬｉＢ２ｂの電池電圧を測定すると共に回路基板２５から電池セル２が取り外された場合にはＣＰＵ１４からの制御信号に基づきＳＣＰ３０の発熱抵抗Ｒ１、Ｒ２を発熱させて、ヒューズＦ１、Ｆ２を溶断させることで他の種類の電池セル２によって電池パック装置１が再使用されても、充放電を永久的に不可能としている。不揮発性メモリ３には、各種測定データを書き込むと共にこれ等の測定データを読み出すことで、電源電圧低下状態を検出しこの検出データに基づいてＳＣＰ３０を溶断或いは溶断しないように構成している。

以下、図３及び図４により、上述の電池パック１の電池セル２或いは第１及び第２のＬｉＢ２ａとＬｉＢ２ｂをケーシング２６外に取り外した場合の検出方法を説明する。図３は本発明の１実施例における電池パック１への電源投入時の制御フローチャートを示すもので、第１ステップＳ１においては、不揮発性メモリ３に書き込まれた格納データを読み込む。第２ステップＳ２では、不揮発性メモリ３の読み出しデータの内容が前回の電源停止において、電池電圧低下によることを示す識別値がない「ＮＯ」の場合は、第３のステップＳ３に移行する。第３ステップＳ３において、ＣＰＵ１４はＭＯＳＦＥＴ３１のゲートＧに制御データを供給し、ＭＯＳＦＥＴ３１を「オン」状態とし、ＳＣＰ３０の発熱抵抗Ｒ１、Ｒ２を加熱してヒューズＦ１、Ｆ２の溶断処理を行う。この際、不揮発性メモリ３の内容が回路基板２５において初回の起動を示していた場合は、第３ステップＳ３の溶断処理を行わない様にしても良い。また、電源停止時の電池セル２や第１及び第２のＬｉＢ２ａ及びＬｉＢ２ｂの容量や総充放電量、電源投入時間等を不揮発性メモリ３に記憶しておき、この値によってＳＣＰ３０のヒューズＦ１、Ｆ２の溶断処理を行わない処理を行っても良い。第３ステップＳ３の終了後及び第２ステップＳ２が「ＹＥＳ」の場合は第４ステップＳ４に示す様に通常動作処理に移行する。

次に、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に基づき、本発明の１実施例における通常動作時と電源停止時の制御フローチャートを説明する。図４（Ａ）の破線で示す第４ステップＳ４の通常操作処理の場合は電池セル２の残量計算処理や燃料ゲージ（ＦｕｅｌＧａｕｇｅ）処理等の第５ステップＳ５に移行し、第５ステップＳ５の終了後は第６ステップＳ６に移行する。第６ステップＳ６ではＣＰＵ１４は電池セル２の電圧の低下状態を判定し、電圧が低下していない「ＮＯ」の状態であれば第５ステップＳ５に戻されるが電圧が低下した「ＹＥＳ」の状態では図４（Ｂ）の破線で示される第７ステップＳ７に移行する。従って図４（Ａ）に示す通常動作では、回路基板２５から電池セル２を取り外した場合の停止履歴は残らない。

第７ステップＳ７では不揮発性メモリ３に停止履歴書き込みが行われ、第８ステップＳ８に移行して、ＣＰＵ１４の電源停止が行われる。即ち、図３、図４（Ａ）（Ｂ）において、第１ステップＳ１で電池セル２或いは第１及び第２のＬｉＢ２ａ、２ｂの電圧の低下を検出した場合には第２ステップＳ２に移行し、第２ステップＳ２において、電池電圧低下である場合は電源停止が電池電圧低下によることを示す識別値を不揮発性メモリ３に書き込む。この様な制御により、電池セル２の電池電圧が十分な状態で回路基板２５から電池セル２或いは第１及び第２のＬｉＢ２ａＬｉＢ２ｂが外された場合には、不揮発性メモリ３に電池電圧低下による識別値を書き込まれない為に、次回の図３で説明した電源投入時にはＳＣＰ３０のヒューズＦ１、Ｆ２が溶断される。

また、電池セル２や第１及び第２のＬｉＢ２ａとＬｉＢ２ｂの自己放電により電池電圧が低下し、回路基板２５の電池電源が停止した場合には、不揮発性メモリ３に電源停止が電池電圧低下によることを示す識別値が上記した様に書き込まれる為に、次回の電源投入時にはヒューズＦ１、Ｆ２は溶断されず通常通りの使用が可能となる。なお、本例では、電池をＬｉＢ２ａ、２ｂとしたがアルカリマンガン電池等の１次電池や、ニッケルカドニウム蓄電池等の２次電池、太陽電池等の物理電池或いは燃料電池としても良いことは明らかである。

以上説明したように、本発明によれば、電池セル２や電池２ａ、２ｂとこれ等電池セル２や電池２ａ、２ｂに接続された回路基板２５からなる電池パック１において、回路基板２５から電池セル２や電池２ａ、２ｂを取り外した場合に電源電圧低下状態検出手段により電池が電源ラインから取り外されたことを検出し、永久的に充放電を不可能とする様にしているので、製品出荷後に意図しない電池パック装置１の分解により他の異なる種類の電池セル２や電池２ａ、２ｂの交換が回路基板２５から行われた場合にも、回路基板２５を永久的に充放電が出来ない様にすることで安全な電池パック装置及び電池パック装置の制御方法を提供することが出来る。

また、本発明によれば、電源電圧低下検出手段で検出した電池低下電圧のデータを不揮発性メモリに書き込み、電源再投入時に電源切れ要因をソフトウェアの変更のみで特定することのできる電池パック装置及び電池パック装置の制御方法を提供することが出来る。

更に、本発明によれば、不揮発性メモリに記憶した電池低下電圧データによって、永久的に充放電が出来ない様にすることで電池パック装置の回路基板の再利用による危険性を排除可能な電池パック装置及び電池パック装置の制御方法を提供することが出来る。

本発明の電池パック装置の１形態例を示す系統図である。本発明の電池パック装置の１形態例を示す要部構造の側断面図である。本発明の電池パック装置の１形態例を示す電源投入時のフローチャートである。本発明の電池パック装置の１形態例を示す電源停止時のフローチャートである。従来の不揮発性メモリ付電池装置の系統図である。

符号の説明

１・・・電池パック、２・・・電池セル（電池群）、２ａ、２ｂ・・・ＬｉＢ、３・・・不揮発性メモリ、７・・・充電装置、１４・・・ＣＰＵ、１６・・・充電回路、２５・・・回路基板、２６・・・ケーシング、２７・・・ワイヤ、２８・・・コネクタ、３０・・・発熱抵抗温度ヒューズ（ＳＣＰ）、３１・・・ＭＯＳＦＥＴ

Claims

電池を内蔵した電池パック装置に於いて、
前記電池の充放電を制御する制御部と、
前記制御部の制御でデータが書き込まれる不揮発性メモリと、
前記電池と直列に接続された発熱抵抗ヒューズとを備え、
前記制御部が電源停止を行う際に、電源停止を示す識別値を前記不揮発性メモリに書き込んだ後に、電源停止処理を行い、
前記制御部が電源停止から復帰する際に、前記不揮発性メモリに書き込まれたデータを読み出し前記識別値の記憶がある場合に、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わず、前記識別値の記憶がない場合に、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行う
電池パック装置。
前記制御部は、前記電池の電池電圧を測定して、測定した電池電圧が低下したとき前記電源停止処理を行う
請求項１記載の電池パック装置。
前記制御部は、前記不揮発性メモリから読み出したデータで初回の起動を示していた場合に、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わない
請求項１又は２記載の電池パック装置。
電池を内蔵した電池パック装置の制御方法に於いて、
前記電池の充電又は放電を制御する制御部が電源停止を行う際に、電源停止を示す識別値を不揮発性メモリに書き込んだ後に、電源停止処理を行い、
前記制御部が電源停止から復帰する際に、前記不揮発性メモリに書き込まれたデータを読み出し前記識別値の記憶がある場合に、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わず、前記識別値の記憶がない場合に、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行う
電池パック装置の制御方法。
前記電池の電池電圧を測定して、測定した電池電圧が低下したとき前記制御部が前記電源停止処理を行う
請求項４記載の電池パック装置の制御方法。
前記不揮発性メモリから読み出したデータで初回の起動を示していた場合に、前記制御部は、前記発熱抵抗ヒューズの溶断処理を行わない
請求項４又は５記載の電池パック装置の制御方法。