(57)【要約】 【課題】  ＩＤ識別情報と通信情報を有した二次電池パックを、１台の充電器で、アンバランスを生じさせることなく複数個を同時に充電することが可能な二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置を提供する。【解決手段】  本発明の二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置１は、充電器１台で複数個のＩＤ識別情報と通信情報を持つ二次電池パックを同時に充放電するために、複数個の二次電池パックＡ２、二次充電パックＢ３、二次充電パックＣ４と充電器５の間に設定され、二次電池パック側から識別情報を伝えるＩＤ識別情報と、二次電池パックの電圧を含めた状態を伝える通信情報を用いてＣＰＵ１３により複数個の接続された二次電池パックの充放電制御を行うよう構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の二次電池パックに対応することのできる充電器と前記充電器に対して複数個の前記二次電池パックを接続するため、前記二次電池パックと前記充電器の間に設置する二次電池制御装置であって、前記二次電池パックからの前記二次電池パックに対応する充電器の正規の組合せを確認するＩＤ識別情報と、前記二次電池パックから前記二次電池パックの充電状態を伝送する通信情報により、充電動作の可否を判断して複数個の前記二次電池パックと、前記充電器の充電用接続のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＣＰＵを搭載することを特徴とする二次電池パック制御装置。
【請求項２】
複数個の接続される前記各二次電池パックの各々の電圧を平準化することを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック制御装置。
【請求項３】
前記二次電池パックの状態をＣＰＵにより判断し、その状態について前記充電器またはＰＣ等の外部装置と通信を行なう外部通信機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池パック制御装置。
【請求項４】
複数個の接続される前記二次電池パックの充放電を、負荷を接続した状態で行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二次電池パック制御装置。
【請求項５】
複数個の接続される前記二次電池パックが、並列に接続されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池パック制御装置。
【請求項６】
複数個の二次電池パックを充放電するため、前記二次電池パックに対応することのできる充電器と前記二次電池パック制御装置を一体にした二次電池充放電装置であって、前記二次電池パックからの前記二次電池パックに対応する充電器の正規の組合せを確認するＩＤ識別情報と、前記二次電池パックから前記二次電池パックの充電状態を伝送する通信情報により、充電動作の良否を判断して複数個の前記二次電池パックと、前記充電器の充電用接続のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＣＰＵを搭載したことを特徴とする二次電池パック充放電装置。
【請求項７】
複数個の接続される前記各二次電池パックの各々の電圧を平準化することを特徴とする請求項６に記載の二次電池パック充放電装置。
【請求項８】
前記二次電池パックの状態をＣＰＵにより判断し、その状態について前記充電器またはＰＣ等の外部装置と通信を行なう外部通信機能を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の二次電池パック充放電装置。
【請求項９】
複数個の接続される前記二次電池パックの充放電を、負荷を接続した状態で行うことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の二次電池パック充放電装置。
【請求項１０】
複数個の接続される前記二次電池パックが、並列に接続されることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の二次電池パック充放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池パックに対し、複数個の接続された二次電池パックの充放電を行う二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来の二次電池パックと充電器の概略図である。通常、二次電池パックは、ＩＤ識別情報といわれる二次電池パックと充電器が正しい組合せであるかを識別する機能と、通信情報といわれる二次電池パックと充電器間で、二次電池パックの状態情報を伝送する機能が備わっている。例えばＩＤ識別は二次電池パック４１の外部端子であるＩＤ端子４６に規定の電圧を印加することで充電器４２との組み合わせを識別し、通信情報は二次電池パック４１の外部端子である通信端子４７における５Ｖ電圧のオン、オフの時系列によって充電器へ二次電池パックの状態を伝送している。
【０００３】
リチウムイオン電池等の二次電池パックでは、その電池性能の劣化防止や安全性確保のための保護回路４４が搭載されている。通常、この保護回路４４は二次電池４３の過充電、過放電、過電流、過熱のうち少なくとも一つ以上の異常を検出し、その検出結果に基づいて二次電池パックの充電および放電回路の遮断や接続などの制御を行う保護機能を持つ。
【０００４】
前述保護回路等の制御機能を、二次電池パック内で制御している例として、特許文献１、２、３がある。この制御機能によって、対応充電器以外での充電の禁止、電池パックのプリチャージ出力の要求、通常充電出力の要求、満充電や過充電や過電流等によって充電回路が遮断した場合、充電器からの出力を停止するといった、充電器に対する出力の入切を要求することで、通常の二次電池パックの充電に関する制御が行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０３２６６４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４８３６９号公報
【特許文献３】特開２００５−０９４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次電池パックと二次電池パックのＩＤ識別情報と通信情報を受ける充電器側は、所定の充電動作が１つの二次電池パックに対して、１台の所定の充電器が対応するという、１対１の関係で二次電池パックが充電を制御しているため、１台の充電器で同時に複数個の二次電池パックを充電することが難しかった。そのため、複数個の二次電池パックを負荷に接続して使用する場合、１台の充電器で各二次電池パックを個別に充電を行ってから負荷に接続しなければならず、１台の充電器で複数個の二次電池パックを負荷に接続した状態で、充放電を行うことは難しかった。
【０００７】
さらに、電池を並列で使用する際には個々の二次電池パックの電圧に差があると、二次電池パック間での充放電が行われて、接続された二次電池パックが異常を感知して保護機能を動作させて充放電を停止してしまうことがある為、二次電池パック間に電圧差を生じさせないようにする必要がある。そこで、二次電池パックを並列接続して使用する際に求められる条件として、並列する各々の二次電池パックの電圧状態を同じにして使用しなければならない。つまり放電カーブにも均一性が無いと、上記条件が常に発生して危険であった。そのため、１台の充電器で個別に充電する場合は、電圧を常に監視して使用する二次電池パックの電圧状態を揃えて充電すると共に、また二次電池パックとしては、同機能、同等劣化状態、同品種の二次電池パックを使用する必要があった。
【０００８】
本発明の技術的課題は、ＩＤ識別情報と通信情報を有した二次電池パックを、１台の充電器で、アンバランスを生じさせることなく複数個を同時に充電することが可能な二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置は、充電器１台で複数個のＩＤ識別情報と通信情報を持つ二次電池パックを同時に充放電するために、複数個の二次電池パックと充電器の間に設定され、二次電池パック側から識別情報を伝えるＩＤ識別情報と、二次電池パックの電圧を含めた状態を伝える通信情報を用いてＣＰＵにより複数個の接続された二次電池パックの充放電制御を行うよう構成する。
【００１０】
本発明によれば、所定の二次電池パックに対応することのできる充電器と前記充電器に対して複数個の前記二次電池パックを接続するため、前記二次電池パックと前記充電器の間に設置する次電池制御装置であって、前記二次電池パックからの前記二次電池パックに対応する充電器の正規の組合せを確認するＩＤ識別情報と、前記二次電池パックから前記二次電池パックの充電状態を伝送する通信情報により、充電動作の可否を判断して複数個の前記二次電池パックと、前記充電器の充電用接続のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＣＰＵを搭載することを特徴とする二次電池パック制御装置が得られる。
【００１１】
本発明によれば、複数個の接続された前記各二次電池パックの各々の電圧を平準化することを特徴とする二次電池パック制御装置が得られる。
【００１２】
本発明によれば、前記二次電池パックの状態をＣＰＵにより判断し、その状態について前記充電器またはＰＣ等の外部装置と通信を行なう外部通信機能を有することを特徴とする二次電池パック制御装置が得られる。
【００１３】
本発明によれば、複数個の接続された前記二次電池パックの充放電を、負荷を接続した状態で行うことを特徴とする二次電池パック制御装置が得られる。
【００１４】
本発明によれば、複数個の接続された前記二次電池パックが、並列に接続されたことを特徴とする二次電池パック制御装置が得られる。
【００１５】
本発明によれば、複数個の二次電池パックを充放電するため、前記二次電池パックに対応することのできる充電器と前記二次電池パック制御装置を一体にした二次電池充放電装置であって、前記二次電池パックからの前記二次電池パックに対応する充電器の正規の組合せを確認するＩＤ識別情報と、前記二次電池パックから前記二次電池パックの充電状態を伝送する通信情報により、充電動作の良否を判断して複数個の前記二次電池パックと、前記充電器の充電用接続のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御するＣＰＵを搭載したことを特徴とする二次電池パック充放電装置が得られる。
【００１６】
本発明によれば、複数個の接続された前記各二次電池パックの各々の電圧を平準化することを特徴とする二次電池パック充放電装置が得られる。
【００１７】
本発明によれば、前記二次電池パックの状態をＣＰＵにより判断され、その状態について前記充電器またはＰＣ等の外部装置と通信を行なう外部通信機能を有することを特徴とする二次電池パック充放電装置が得られる。
【００１８】
本発明によれば、複数個の接続された前記二次電池パックの充放電を、負荷を接続した状態で行うことを特徴とする二次電池パック充放電装置が得られる。
【００１９】
本発明によれば、複数個の接続された前記二次電池パックが、並列に接続されたことを特徴とする二次電池パック充放電装置が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、ＩＤ識別情報と通信情報を有する複数個の二次電池パックを1つの充電器にて、前記複数個の二次電池パックにアンバランスが発生することなく充放電することが可能である。
【００２１】
また、本発明の二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置はＦＥＴの理想ダイオードを用いることで遅延の無いバックアップ放電も可能である。よって複数の二次電池パックを負荷に接続した状態での充放電一体型による使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の二次電池パック制御装置は、所定の二次電池パックに対応することのできる充電器とこの充電器に対して複数個の所定の二次電池パックを接続できるように二次電池パックと充電器の間に設置されている。この二次電池パック制御装置に搭載しているＣＰＵは、二次電池パックからのこの二次電池パックに対応する充電器の正規の組合せかどうかを確認するＩＤ識別情報と、二次電池パックからの二次電池パックの充電状態等を伝送する通信情報により、充電動作の良否を判断して複数個の二次電池パックと充電器の充電のための接続のＯＮ、ＯＦＦ動作を制御している。このＣＰＵは、そのほかにもこの充電器に対する動作モード制御と、ＰＣ等の外部装置との通信を行う外部通信機能の制御も行っている。
また、本発明の二次電池パック充放電装置は、二次電池パック制御装置と充電器を一体の装置として構成したものである。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態に関して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の複数個の二次電池パック並列充電システム構成図である。図２は、本発明の複数個の二次電池パック並列充電放電一体型システム構成図である。なお、図１、図２ともＩＤ識別機能と通信機能を有した二次電池パックＡ〜Ｃの３個を並列接続した場合について、説明している構成図であり、二次電池パックを３個並列接続した場合について詳細に説明する。
【００２５】
本発明の二次電池パック充放電装置１では、ＣＰＵ１３は充電器５に対し、充電器ＩＤ端子１２を介して常に通常充電モードで出力させる要求をしている。装置内の主要部品としてＣＰＵ１３とＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６があり、ＣＰＵ１３がＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオン、オフさせることで二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４に対する充電出力を制御する。また、電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９を搭載しており、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６がオフの際には、この電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９を介して二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４に小電流が流れる。この電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９はＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにして充電を開始する前のソフトスタート充電や、各二次電池パック間での電圧バランスが崩れた際における電圧平準化のための調整充電に用いる。
【００２６】
また二次電池パック充放電装置１の動作状態を外部へ伝達する機能として、ＬＥＤ機能と外部通信機能がある。ＬＥＤ機能では、電池パックの充電時はＬＥＤ−Ａ２０、ＬＥＤ−Ｂ２１、ＬＥＤ−Ｃ２２を点灯させ、二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４の異常時にはＬＥＤ−Ａ２０、ＬＥＤ−Ｂ２１、ＬＥＤ−Ｃ２２を点滅させて外部に伝える。また、外部通信機能では外部通信端子２３に外付けのＰＣ２４を接続することで二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４の電圧や充電遮断回路、放電遮断回路の動作状況などの情報管理が可能となる。
【００２７】
本発明により、充電制御はＣＰＵ１３が二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４からのＩＤ識別情報と通信情報を読み込んで行われる。この両者のうち、本発明の基本動作で最も優先されるのはＩＤ識別情報である。ＣＰＵ１３が各二次電池パックのＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８よりＩＤ識別情報を読み込んだ結果、二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４が本二次電池パック充放電装置１に適合しない二次電池パックであったと判断できれば、充放電を開始しない。次にＣＰＵ１３が各二次電池パックのＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８より通信情報を読み込んだ結果、二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４が充電を要求していると判断できれば、ＣＰＵ１３は充電を要求している二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４のＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにして充電を開始する。充電が開始されるとＬＥＤ−Ａ２０、ＬＥＤ−Ｂ２１、ＬＥＤ−Ｃ２２が点灯する。このとき、充電要求を検出しない二次電池パックが一つでもあれば充電は開始されない。逆に通信情報から二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４が充電を拒否していることが判明すれば、ＣＰＵ１３はＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオフにする。
【００２８】
本発明の充電開始に関しては、ＣＰＵ１３が二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４から充電要求が出たのをＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８からの通信情報にて確認してから一斉に二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４のＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにして充電する。充電を終了する時も同様で、二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４の中に一つでも充電拒否している電池パックがあればＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオフにして充電を行わない。この制御を原則として行うことで並列に接続している電池パック間のアンバランスを防止する。
【００２９】
また、各電池パックの持つ通信機能を利用し、通信端子Ａ９、通信端子Ｂ１０、通信端子Ｃ１１により、各二次電池パック間にアンバランスが発生していないことを確認してから充電を行う。ＣＰＵ１３は一定の周期で定期的に通信を行い、その結果、各電池パック間の電圧差が、電池パック間の過電流等で保護機能が動作してしまう電圧差以上の場合は、前述の電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９を介して調整充電を行い電圧の平準化を行う。その後、再び通信にて電圧差が保護動作に影響しない電圧差の半分以下であることを通信で確認できた場合、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにして充電を行う。
【００３０】
一定の周期で行う通信機能には、電圧管理以外に二次電池パックの異常検出機能がある。二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４と通信した結果、電池パックに過充電や過電流などの充電異常が発生した判断した場合、接続している二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４に対して充電は一切行わないという動作を行うことも可能である。また、この機能で異常を検出した場合は、異常表示用ＳＷ２５を押すと異常が発生した電池パックのＬＥＤが点滅し、異常二次電池パックの判別が可能である。仮に二次電池パックＡ２に異常が発生した場合にはＬＥＤ−Ａ２０が点滅し、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６はオフになって充電を制限する。
【００３１】
充電器は常に通常出力状態であるが、ＣＰＵ１３が二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４のＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８から充電要求を検出するまでの間、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６はオフであり、二次電池パックＡ２、二次電池パックＢ３、二次電池パックＣ４へは電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９を介して小電流で充電されている状態である。また、この時ＬＥＤ−Ａ２０、ＬＥＤ−Ｂ２１、ＬＥＤ−Ｃ２２は消灯状態である。
【００３２】
また、通信の結果から、二次電池パック間の電圧差が規定値以上であった場合、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６はオフ状態にし、電流制限抵抗Ａ１７、電流制限抵抗Ｂ１８、電流制限抵抗Ｃ１９を介して電池パック間の電圧の平準化を行い、パック間に電圧差がある状態での充電を行わない。その後、電圧差が保護動作に影響しない電圧差の半分以下であることが通信で確認できた場合、ＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにして再度充電を行う。
【００３３】
ＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８のうち、どれか一つでも充電拒否状態であることをＣＰＵ１３が検出した場合、ＣＰＵ１３がＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオンにすることはない。また、充電中にＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８のいずれかで充電拒否情報を検出した場合には、全二次電池パックのＦＥＴ−Ａ１４、ＦＥＴ−Ｂ１５、ＦＥＴ−Ｃ１６をオフにして充電を終了することで、充電拒否電池パックとそうでない電池パックの間に電圧差が生じて、接続パックがアンバランスになることを防ぐ。また、充電が終了するとＬＥＤ−Ａ２０、ＬＥＤ−Ｂ２１、ＬＥＤ−Ｃ２２は消灯する。
【００３４】
ただし、充電が終了した理由が、ＩＤ端子Ａ６、ＩＤ端子Ｂ７、ＩＤ端子Ｃ８の充電拒否検出のみならず、電池パックの異常を検知したことによるものである場合、異常表示用ＳＷ２５を押すことで異常が発生した二次電池パックの所在がわかる。
【００３５】
本発明の二次電池パック充放電装置は、図２に示すように負荷２６に接続した状態で充放電一体型による使用が可能となっている。
【００３６】
本実施の形態では、二次電池パックを３個並列接続した場合について説明したが、並列接続の個数が増えた場合でも、直列接続した場合でも同様な対応が行える本発明の二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置であるのは明らかである。また、本発明の二次電池パック充放電装置内に充電器を設けた構成として説明したが、充電器を別構成として、充電器＋二次電池パック制御装置という構成にしても良いのは、明らかである。
【００３７】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の二次電池パック制御装置と二次電池パック充放電装置を用いることにより、複数個の二次電池パックを接続して一度に充放電ことが可能となる。接続して使用可能ということから大容量化が可能であることに加えて、図２に示すような充放電を一体に行うことが可能であるため、ＵＰＳ等の大容量の電池が必要となるシステムに利用できると考える。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の複数個の二次電池パック並列充電システム構成図
【図２】本発明の複数個の二次電池パック並列充電放電一体型システム構成図
【図３】従来の二次電池パックと充電器の概略図
【符号の説明】
【００４０】
１    二次電池パック充放電装置
２    二次電池パックＡ
３    二次電池パックＢ
４    二次電池パックＣ
５    充電器
６    ＩＤ端子Ａ
７    ＩＤ端子Ｂ
８    ＩＤ端子Ｃ
９    通信端子Ａ
１０   通信端子Ｂ
１１   通信端子Ｃ
１２   充電器ＩＤ端子
１３   ＣＰＵ
１４   ＦＥＴ−Ａ
１５   ＦＥＴ−Ｂ
１６   ＦＥＴ−Ｃ
１７   電流制限抵抗Ａ
１８   電流制限抵抗Ｂ
１９   電流制限抵抗Ｃ
２０   ＬＥＤ−Ａ
２１   ＬＥＤ−Ｂ
２２   ＬＥＤ−Ｃ
２３   外部通信端子
２４   ＰＣ
２５   異常表示用ＳＷ
２６   負荷
４１   二次電池パック
４２   充電器
４３    二次電池
４４   保護回路
４５   ＣＰＵ
４６   ＩＤ端子
４７   通信端子
【図１】
2010130717.tif 000003
【図２】
2010130717.tif 000004
【図３】
2010130717.tif 000005