(57)【要約】      （修正有）【課題】各種の通信情報を適切に通信することができるパック電池を提供する。【解決手段】電池１と、その状態を検出するマイコンを備える制御・演算部５と、電池情報を保存するメモリーとを備えるパック電池１０であって、制御・演算部５が第１接続線を介して外部と通信する通信端子Ｔ１５を備え、制御・演算部５と通信端子Ｔ１５との第１接続線の中点には、第２接続線が接続されて該第２接続線の先にメモリー３０が接続され、充電器２０以外の電気機器が装着されて、前記制御・演算部が前記通信端子を介して通信をするとき、前記第２接続線に設けられたスイッチング素子Ｑ２を制御・演算部５がオフとし、充電器２０が接続されたとき、制御・演算部５がこの接続を検出して、制御・演算部５がスイッチング素子Ｑ２を制御・演算部５がオンとし、メモリー３０と充電器２０とが通信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、その状態を検出するマイコンを備える制御・演算部と、
電池情報を保存するメモリーとを備えるパック電池であって、
前記制御・演算部が第１接続線を介して外部と通信する通信端子を備え、
前記制御・演算部と前記通信端子との前記第１接続線の中点には、第２接続線が接続されて該第２接続線の先に前記メモリーが接続され、
充電器以外の電気機器が装着されて、前記制御・演算部が前記通信端子を介して通信をするとき、前記第２接続線に設けられたスイッチング素子を前記制御・演算部がオフとし、
前記充電器が接続されたとき、前記制御・演算部がこの接続を検出して、前記制御・演算部が前記スイッチング素子を前記制御・演算部がオンとし、前記メモリーと前記充電器とが通信する
ことを特徴とするパック電池。
【請求項２】
前記メモリーの電池情報が前記充電器に通信される請求項１のパック電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の複数の電池ブロックからの情報を、電池ブロック内のマイコンを利用して、通信をする場合は、以下の特許文献に開示されるように、マイコンに異なるアドレスを付与することにより、通信情報のアドレスより電池ブロックを特定、識別して、情報の取得等を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０９９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通信情報にアドレスを利用することは、データ量も大きくなり、アドレス設定等の手続きにより、複雑な設定が必要になる。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、各種の通信情報を適切に通信することができるパック電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパック電池は、電池と、その状態を検出するマイコンを備える制御・演算部と、電池情報を保存するメモリーとを備えるパック電池であって、前記制御・演算部が第１接続線を介して外部と通信する通信端子を備え、前記制御・演算部と前記通信端子との前記第１接続線の中点には、第２接続線が接続されて該第２接続線の先に前記メモリーが接続され、充電器以外の電気機器が装着されて、前記制御・演算部が前記通信端子を介して通信をするとき、前記第２接続線に設けられたスイッチング素子を前記制御・演算部がオフとし、充電器が接続されたとき、前記制御・演算部がこの接続を検出して、前記制御・演算部が前記スイッチング素子を前記制御・演算部がオンとし、前記メモリーと前記充電器とが通信することを特徴とする。
【０００７】
また、前記メモリーの電池情報が前記充電器に通信される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、充電器以外の電気機器が装着されて、前記制御・演算部が前記通信端子を介して通信をするとき、前記第２接続線に設けられたスイッチング素子を前記制御・演算部がオフとしているので、情報がメモリーに伝達されて、正常な情報の伝達の妨げになることはない。
【０００９】
充電器が接続されたとき、前記制御・演算部がこの接続を検出して、前記制御・演算部が前記スイッチング素子を前記制御・演算部がオンとし、前記メモリーと前記充電器とが通信できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例のパック電池、充電器の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例においては、パック電池１０、これを充電する充電器２０を備えている。パック電池１０は、充電器２０に着脱自在であり、そして、パック電池１０は、これを電源とするモーター等を駆動する機器等の電気機器（図示せず）に装着することができる。
【００１２】
充電器２０には、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター（図示せず）から出力される直流電力が供給され、この電力を制御し、供給するマイコンを内蔵する制御・電源部Ｓを備えている。制御・電源部２１からの電力出力は、パック電池１０を充電するのに利用される。なお、本実施例においては、パック電池１０においては、充放電路に、スイッチング素子が介在しないので、大きな電流を流すことができる。
【００１３】
図１に示すパック電池１０は、複数の二次電池１を並列に接続して並列ユニット２としている。さらに複数の並列ユニット２が直列に接続されて電池群３としている。さらにパック電池は、電池群３に流れる充放電の電流と、各並列ユニット２の電圧を検出する検出部４と、検出部４で検出される電流と電圧から、制御、演算を行うマイコン内蔵の制御・演算部５とを備える。
【００１４】
並列ユニット２の二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。図のパック電池は、並列ユニット２として３個の二次電池１を並列に接続している。ただし、本発明のパック電池は、並列ユニットに２個の二次電池を並列に接続し、あるいは４個以上の二次電池を並列に接続することもできる。並列ユニット２は、金属板あるいはリード線である接続タブ７を介して並列に接続される。
【００１５】
電池群３の電流を検出する電流検出部８を備える。また、入力される電流に対応した電圧信号と、電池電圧信号を所定のサンプリング周期で切り換えて出力する検出部４としてのマルチプレクサ（電子回路）６と、このマルチプレクサ６から出力されるデータより、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す）とを備えている。ＭＰＵにおいては、アナログ信号をデジタル信号に変換して、制御・演算部５に出力するＡ／Ｄコンバータ９とを備える。
【００１６】
電流検出部８は、図示しないが、電池群３と直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端の電圧を増幅するアンプとを備える。アンプの出力電圧は、電池群３に流れる電流に比例する。したがって、アンプの出力電圧から電池の電流を検出できる。また、電池の充電電流と放電電流は流れる方向が逆になるので、充電電流と放電電流ではアンプの出力電圧の極性、すなわち正負が逆になる。アンプが、放電電流を正の出力電圧とすれば、充電電流は負の出力電圧となる。したがって、アンプから出力される信号の正負で充電電流と放電電流を識別できる。
【００１７】
さらに、図のパック電池は、電池の温度を検出する温度検出部１１を備えている。この温度検出部１１は、電池に密接して配設されるサーミスター等の温度センサー１２を備える。また、温度検出部１１は、温度センサー１２の電気抵抗の変化を電圧の変化に変換する温度−電圧変換回路も内蔵している。この温度−電圧変換回路から出力される信号を、マルチプレクサ６（電子回路）に入力し、制御・演算部５から電池温度を検出する。
【００１８】
マルチプレクサ６は、電流検出部８から出力される電流信号と、各々の並列ユニット２の電圧信号と、温度−電圧変換回路から出力される信号とを順番に切り換えて、Ａ／Ｄコンバータ９に出力する。図のパック電池１０は、３組の並列ユニット２を直列に接続している。したがって、マルチプレクサ６は、電流検出部８の電流信号、３組の並列ユニット２の電圧信号を、所定のサンプリング周期で順番に切り換えて、Ａ／Ｄコンバータ９に出
力する。図のマルチプレクサ６は、１チャンネルの電流信号と、３チャンネルの二次電池１セルの電圧信号と、１チャンネルの電池トータル電圧信号と、１チャンネルの温度−電圧変換回路から出力される信号を切り換える。
【００１９】
マルチプレクサ６は、複数チャンネルの入力を、２５０ｍｓｅｃのサンプリング周期で切り換えて、Ａ／Ｄコンバータ９に出力する。サンプリング周期を短くして、電池の電流、温度、電圧の変化を速やかに検出できる。反対にサンプリング周期を長くして、部品コストを低減できる。したがって、マルチプレクサ６のサンプリング周期は、部品コストと電流や電圧が変化する状態を考慮して前述の範囲に設定される。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ９は、マルチプレクサ６から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータ９は、マルチプレクサ６が入力を切り換えるタイミングに同期して、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。したがって、Ａ／Ｄコンバータ９は、マルチプレクサ６が入力を切り換える毎に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。すなわち、マルチプレクサ６が入力を切り換えた後、Ａ／Ｄコンバータ９が入力信号をデジタル信号に変換し、その後マルチプレクサ６が入力を切り換える動作を繰り返して、入力信号をデジタル信号に変換する。
【００２１】
Ａ／Ｄコンバータ９の出力は、制御・演算部５に入力される。Ａ／Ｄコンバータ９から制御・演算部５に入力されるデジタル信号は、電池に流れる充放電の電流値を示す電流信号、並列ユニット２のプラス側の電圧である電圧信号である。温度信号を検出するパック電池は、この信号に加えて、電池の温度を示す温度信号も出力される。これ等の信号は、マルチプレクサ６とＡ／Ｄコンバータ９のサンプリング周期で、制御・演算部５に入力される。制御・演算部５は、入力される信号を演算し、制御等を行う。  
【００２２】
さらに、制御・演算部５は、電池の充放電電流を積算して残容量を演算処理し、充電電流や電圧から電池の満充電を検出する。演算した残容量については、使用者が押圧ボタン１７を押圧することにより、１時的にパック電池１０に装着された複数のＬＥＤ１８を点灯させ、残容量（％）に応じて、点灯させるＬＥＤ１８の数を変更させる構成、回路を備えている。
【００２３】
また異常電流、異常温度、異常電圧等を検出したときは、異常出力ライン１６より、異常信号（例えば、高電圧レベル）を出力することにより、充電器２１（または、電気機器２２）に、異常を伝達する。これにより、充電器２１においては、充電を停止したり、電気機器２２においては、駆動を停止したりすることができる。
【００２４】
制御・演算部５は、Ａ／Ｄコンバータ９によって変換された充放電電流に、サンプリング周期（例えば、２５０ｍｓｅｃ）を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電から積算量を引き算し、あるいは、充電時においては充電開始時の残容量に積算量を加算する。このような演算により、電池の残容量を算出している。  二次電池をリチウムイオン電池とするパック電池は、電流、電圧を規制した定電流（ＭＡＸ電流０．５〜１Ｃ程度）・定電圧（ＭＡＸ４．２Ｖ／並列ユニット程度）充電を利用し、並列ユニット２の電圧が所定値以上、充電電流が所定値以下の条件のとき、満充電と判定する。制御・演算部５は、メモリー３０、充電器２０、パック電池１０に接続される他の電気機器と、種々の情報のやり取り（通信）を行う。
【００２５】
本実施例のパック電池１０は、充電器２０（または電気機器）の接続する構造を備えている。充電器２０の電源ラインと接続した抵抗Ｒ２０の先にターミナルＴ２０を備える。パック電池１０は、ターミナル２０に装着時に接続されるターミナルＴ１０を備え、このターミナルＴ１０から抵抗Ｒ１０を接続して、制御・演算部５に接続されている。このよ
うな回路構成により、パック電池１０が充電器２０に装着されていないときは、ターミナルＴ１０より、電圧の入力がなく、制御・演算部５に装着されていないと判断する。また、パック電池１０が充電器２０に装着されたときは、ターミナルＴ１０、Ｔ２０の接続、パック電池１０の電源ラインの接続より、電池群３の電圧Ｖｐが、抵抗Ｒ２０、Ｒ１０を介して、制御・演算部５に印加されることより、制御・演算部５は、充電器２０が装着されたと判断する。
【００２６】
また、電池情報を一次的に保存するメモリー３０とを備える。このメモリー３０は、マイコンである制御・演算部５とは別に、外付けされるメモリであり、不揮発メモリーを利用する。不揮発性メモリとしてＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）又はFlashMemoryを備えている。
【００２７】
制御・演算部５が、通信ライン１５である第１接続線を介して外部と通信する通信端子Ｔ１５を備えている。制御・演算部５と通信端子Ｔ１５との第１接続線の中点には、第２接続線１５´が接続されて該第２接続線１５´の先にメモリー３０が接続されている。
【００２８】
制御・演算部５が通信端子Ｔ１５を介して通信をするとき、第２接続線に設けられたスイッチング素子Ｑ２を制御・演算部５がオフとする。
【００２９】
パック電池１０に充電器２０が接続されたとき、上述のように制御・演算部５がこの接続を検出して、制御・演算部５がスイッチング素子Ｑ２を制御・演算部５がオンとし、メモリー３０の電池情報が充電器２０に通信される。  図１において、このようなスイッチング素子構造について、詳細に説明する。マイコンである制御・演算部５からの出力線がゲートに接続されたｎチャネル型ＦＥＴである補助スイッチング素子Ｑ１は、ドレイン側を電源電圧５Ｖに接続され、ソース側を接地（ＧＮＤ）されている。そして、ｐチャネル型ＦＥＴスイッチング素子Ｑ２のゲートが電源電圧５Ｖに接続され、ソースが中点側、ドレインがメモリー３０側に接続されている。
【００３０】
このような回路構成により、パック電池１０が充電器２０に接続されたとき、上述のように、充電器２０のターミナルＴ２０からの電圧が、制御・演算部５に入力されて、充電器２０が接続されたと判断して、補助スイッチング素子Ｑ１のゲートに、ハイ信号を出力する。これにより、補助スイッチング素子Ｑ１がオンとなり、ドレイン側が低い電位となる。これにより、スイッチング素子Ｑ２のゲートが低電位となり、ｐチャネル型ＦＥＴであるので、オンとなり、メモリー３０と、充電器２０とは、通信端子Ｔ１５を介して通信することができる。ここでは、1-wire通信方式が利用され、メモリー３０からの電池情報を、充電器３０に通信することができる。
【００３１】
また、充電器２０を外した状態において、必要に応じて、マイコンである制御・演算部５が、補助スイッチング素子Ｑ１をオンすることで、スイッチング素子Ｑ２をオンにして、メモリー３０に電池情報を書き込んだり、制御・演算部５に、メモリー３０の電池情報を読み込むことができる。
【００３２】
なお、充電器２０より通信端子Ｔ１５を介して1-wire通信を行った場合、マイコンである制御・演算部５が受信しない状態になるので、充電器２０とマイコン（制御・演算部５）とは通信を行うことはない。
【００３３】
例えば、一つの充電器３０により、電池１が５直列２並列のパック電池１０、電池１が５直列１並列のパック電池１０の両方が充電できる。この電池情報を、充電器２０がメモリー３０から通信で得ることにより、
５直列２並列のパック電池１０、５直列１並列のパック電池１０を、異なる充電電流を出
力して、充電することができます。また、充電器２０により、パック電池１０を充電するとき、メモリー３０に保存されている充電回数を、１回分、増加させることもできる。このような充電回数を、制御・演算部５が読み込むことにより、使用者が充電回数を知ることができ、充電回数により電池の劣化を知ることができる。このような充電回数は、使用者が、上述の押圧ボタン１７を長い時間（例えば、５秒）押すことにより、点灯するＬＥＤの数で、充電回数を示すことができる。
【００３４】
また、充電時に、一つに電池、或いは、並列ユニット２に過充電が発生したとき、制御・演算部５がメモリー３０に、過充電エラーの回数を１つ増加させ、過充電エラーの回数をカウントすることができる。
【００３５】
また、パック電池１０に充電器２０が接続されていないとき、ターミナル１０に電圧が印加されないことより、制御・演算部５に電圧が入力されず、補助スイッチング素子Ｑ１のゲートに、ロー信号を出力する。これにより、補助スイッチング素子Ｑ１がオフとなり、ドレイン側が高い電位となる。これにより、スイッチング素子Ｑ２のゲートが高電位となり、ｐチャネル型ＦＥＴであるので、オフとなり、メモリー３０と、通信端子Ｔ１５を介して通信することができなくなる。これにより、メモリー３０が妨げとならず、マイコンである制御・演算部５と、通信端子Ｔ１５を介して、装着される他の電気機器と通信することができる。ここで、パック電池１０は、他の電気機器の装着を検知する機構にはなっていない。通信には、1-wire通信が利用でき、例えば、UART通信を採用することができる。他の電子機器としては、パック電池１０の製造工程で利用され、マイコンである制御・演算部５を動作させるプログラムをインストールする電子機器を利用できる。また、パック電池１０の製造工程で利用され、検査工程において、意図的に異常状態をパック電池に発生させ、異常信号を正常に発生するかどうかを検査したとき、異常状態の情報が残されるが、出荷前に、このような異常状態の情報を消去（ログの消去）を行う電子機器を利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…二次電池
２…並列ユニット
３…電池群
４…検出部（＝電子回路６（マルチプレクサ））
５…制御・演算部
７…接続タブ
６…電子回路（マルチプレクサ）
８…電流検出部
９…Ａ／Ｄコンバータ
１０…パック電池
１１…温度検出部
１２…温度センサー
１５…通信ライン（第１接続線）
１６…異常出力ライン
２０…充電器
２１…制御・電源部
３０…メモリー
Ｑ１…補助スイッチング素子
Ｑ２…スイッチング素子
【図１】
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