(57)【要約】蓄電池の充電の制御に用いられる接点式スイッチの寿命を長くする電池パックを提供する。電池パック２０００は、負荷２０および充電器１０に接続された電池２０２０と、電池と充電器との間に設けられた接点式のスイッチ２０４０と、スイッチを制御する制御部２０６０と、電池に流れる電流またはスイッチの周辺の温度を測定するセンサ２０８０と、を有する。電池、充電器、および負荷は、それぞれ並列に接続されている。制御部は、センサによって検出される値が、スイッチの仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、スイッチをオフにする。
2019021728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷及び充電器に接続された電池と、  前記電池と前記充電器との間に設けられた接点式のスイッチと、  前記スイッチを制御する制御部と、  前記電池に流れる電流又は前記スイッチの周辺の温度を測定するセンサと、を有し、  前記電池、前記充電器、及び前記負荷は、それぞれ並列に接続されており、  前記制御部は、前記センサによって検出される値が、前記スイッチの仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、前記スイッチをオフにする、電池パック。
【請求項２】
前記センサが前記電池に流れる電流を測定する場合、前記基準値は前記電池の定格電流に基づいて定められる、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記基準値は、前記電池の定格電流の 10% 以下の値である、請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記基準値は、前記電池の定格電流の 1% 以上の値である、請求項２又は３に記載の電池パック。
【請求項５】
前記センサが前記スイッチの周辺の温度を測定する場合、前記基準値は前記スイッチの接触抵抗の仕様値に基づいて定められる、請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記スイッチに並列に設けられ、前記電池の放電方向にのみ電流を流す素子を有する、請求項１乃至５いずれか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は二次電池の充電に関する。
【背景技術】
【０００２】  蓄電池の充電に関し、その充電を制御するための技術が開発されている。特許文献１は、蓄電池の充電が停止されている状態から蓄電池の放電を開始するに当たり、スイッチの接点の機械的遅れ時間の期間中にはダイオードを介して放電電流を流すようにすることで、電源断を生じさせないようにする技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１２１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  接点式スイッチの寿命には、電気的な負荷（通電）に起因する電気的寿命と、機械的な負荷（スイッチの開閉など）に起因する機械的寿命とがある。一般に、機械的寿命は電気的寿命よりも長く、接点式スイッチの寿命は、実質的に電気的寿命に律速される。特許文献１は、接点式スイッチの寿命については言及していない。【０００５】  本願発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、蓄電池の充電の制御に用いられる接点式スイッチの寿命を長くする技術を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明の電池パックは、１）負荷及び充電器に接続された電池と、２）電池と充電器との間に設けられた接点式のスイッチと、３）スイッチを制御する制御部と、４）電池に流れる電流又はスイッチの周辺の温度を測定するセンサと、を有する。電池、充電器、及び負荷は、それぞれ並列に接続されている。制御部は、センサによって検出される値が、スイッチの仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、スイッチをオフにする。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、蓄電池の充電の制御に用いられる接点式スイッチの寿命を長くする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】  上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【０００９】
【図１】実施形態１の電池パックをその利用環境と共に例示する図である。
【図２】制御部を実現するための計算機を例示する図である。
【図３】制御部によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。
【図４】電池の充電電圧及び充電器から出力される充電電流の大きさの時間変化を例示する図である。
【図５】整流素子を有する電池パックを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、特に説明する場合を除き、ブロック図における各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【００１１】［実施形態１］  図１は、実施形態１の電池パック２０００をその利用環境と共に例示する図である。電池パック２０００は、電池２０２０を有する。電池２０２０は、任意の二次電池（例えばリチウムイオン電池）の単位セルであるか、又は二次電池の単位セルが複数接続された組電池である。以下、二次電池の単位セルのことを電池セルとも表記する。電池パック２０００は、電力線３０を介して充電器１０と接続されている。充電器１０は、充電電流を供給する装置である。電池２０２０は、充電器１０から供給される充電電流で充電される。
【００１２】  また、電池パック２０００は、電力線４０を介して負荷２０と接続されている。負荷２０は、電池パック２０００から供給される電力で駆動する任意の電気機器である。例えば負荷２０は、携帯端末基地局やデータセンタなどの施設に設置されている電機機器（例えばサーバマシン）などである。図１に示す通り、充電器１０、電池２０２０、及び電力線３０は、それぞれ並列に接続されている。
【００１３】  電池パック２０００は、さらに、接点式スイッチ２０４０、制御部２０６０、及びセンサ２０８０を有する。接点式スイッチ２０４０は、充電器１０と電池２０２０との間に設けられている接点式のスイッチである。接点式スイッチ２０４０は、例えば電磁リレーなどである。
【００１４】  制御部２０６０は、センサ２０８０による測定の結果に基づいて接点式スイッチ２０４０を制御する。センサ２０８０は、電池２０２０に流れる電流を測定する電流センサであるか、又は接点式スイッチ２０４０の周辺の温度を測定する温度センサである。制御部２０６０は、センサ２０８０によって検出される値が、接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、接点式スイッチ２０４０をオフにする。ここで、「接点式スイッチ２０４０をオフにする」とは、接点式スイッチ２０４０の状態を、接点式スイッチ２０４０を介して電流が流れない状態にすることを意味する。「接点式スイッチ２０４０をオフにする」は、「接点式スイッチ２０４０を開く」と言い換えることもできる。逆に、接点式スイッチ２０４０の状態を、接点式スイッチ２０４０を介して電流が流れる状態にすることを、「接点式スイッチ２０４０をオンにする」や「接点式スイッチ２０４０を閉じる」と表記する。
【００１５】＜作用・効果＞  仮に電池２０２０の充電が完了した直後に接点式スイッチ２０４０をオフにすると、接点式スイッチ２０４０に大きな充電電流が流れている最中に接点式スイッチ２０４０を開くことになり、接点式スイッチ２０４０に大きな電気的負荷がかかる。そのため、接点式スイッチ２０４０をオフにすることによる接点式スイッチ２０４０の劣化が大きく、接点式スイッチ２０４０の寿命が短くなってしまう。
【００１６】  そこで本実施形態の電池パック２０００は、センサ２０８０によって検出される値が、接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、接点式スイッチ２０４０をオフになる。こうすることで、接点式スイッチ２０４０をオフにする際、接点式スイッチ２０４０にかかる電気的な負荷が小さい。よって、接点式スイッチ２０４０をオフすることによって生じる接点式スイッチ２０４０の劣化が小さくなり、接点式スイッチ２０４０の寿命が長くなる。
【００１７】  なお、接点式スイッチ２０４０を設ける目的の１つには、フロート充電の回避がある。二次電池の中にはフロート充電によって特性劣化するものがある。このようにフロート充電に適さない二次電池の充電回路では、スイッチを導入することで、フロート充電が行われないようにする。本実施形態の電池パック２０００は、このようにフロート充電に適さない二次電池を電池２０２０として利用する場合に特に好適であり、接点式スイッチ２０４０を適切に制御することで、電池２０２０がフロート充電されないようにして電池２０２０の特性劣化を防ぎつつ、接点式スイッチ２０４０の寿命を長くする。
【００１８】＜ハードウエア構成の概要＞  制御部２０６０は、ハードウエアのみ（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、制御部２０６０がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
【００１９】  図２は、制御部２０６０を実現するための計算機１０００を例示する図である。例えば計算機１０００は、SoC（System on Chip）などの集積回路である。計算機１０００は、制御部２０６０を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。
【００２０】  計算機１０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、及び入出力インタフェース１１００を有する。バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、及び入出力インタフェース１１００が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４０は、MPU（Microprocessor）などのプロセッサである。メモリ１０６０は、RAM （Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８０は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現される補助記憶装置である。
【００２１】  入出力インタフェース１１００は、計算機１０００と他のデバイスとを接続するためのインタフェースである。例えば計算機１０００は、入出力インタフェース１１００を介して、センサ２０８０と接続されている。
【００２２】  ストレージデバイス１０８０は、制御部２０６０の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４０は、このプログラムモジュールをメモリ１０６０に読み出して実行することで、制御部２０６０の機能を実現する。
【００２３】＜処理の流れ＞  図３は、制御部２０６０によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。制御部２０６０は、接点式スイッチ２０４０をオンにする（Ｓ１０２）。これにより、電池２０２０の充電が開始される。ただし、充電器１０が電池パック２０００に接続された際、既に接点式スイッチ２０４０がオンになっている場合、制御部２０６０は接点式スイッチ２０４０をオンにする必要はない。
【００２４】  制御部２０６０は、センサ２０８０の測定結果を取得する（Ｓ１０４）。制御部２０６０は、センサ２０８０によって検出された値が基準値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。センサ２０８０によって検出された値が基準値以下でない場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、図３の処理はＳ１０４に進む。センサ２０８０によって検出された値が基準値以下である場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、制御部２０６０は、接点式スイッチ２０４０をオフにする（Ｓ１０８）。
【００２５】  上述の流れによれば、センサ２０８０によって検出される値が基準値以下になるまで、Ｓ１０４及びＳ１０６が繰り返し実行される。これらの処理は、例えば所定の頻度（１秒間に１回など）で実行される。
【００２６】＜制御部２０６０による制御の詳細＞  前述したように、制御部２０６０は、センサ２０８０によって検出される値が、接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、接点式スイッチ２０４０をオフにする。図４は、電池２０２０の充電電圧及び充電器１０から出力される充電電流の大きさの時間変化を例示する図である。図４において、実線は電池２０２０の充電電圧を表しており、点線は充電器１０から出力される充電電流の大きさを表している。
【００２７】  時点ｔにおいて、電池２０２０の充電電圧は満充電電圧に達している。すなわち、電池２０２０の充電は時点ｔで完了している。その結果、時点ｔ以降、充電器１０から出力される充電電流の大きさが減少している。
【００２８】  制御部２０６０は、このように減少していく充電電流の大きさが基準値以下となったことを検出し、その検出に応じて、接点式スイッチ２０４０をオフにする。
【００２９】  ここで、センサ２０８０は、１）電池２０２０に流れる電流を測定する電流センサであるか、又は２）接点式スイッチ２０４０の周辺の温度を測定する温度センサである。以下、センサ２０８０が電流センサである場合と温度センサである場合のそれぞれについて、制御部２０６０による制御を具体的に例示する。
【００３０】＜＜センサ２０８０が電流センサであるケース＞＞  センサ２０８０が電流センサである場合、制御部２０６０は、センサ２０８０によって検出される電流の値が、接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた電流の基準値以下である場合に、接点式スイッチ２０４０をオフにする。以下、「接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた電流の基準値」を、電流基準値と呼ぶ。
【００３１】  電流基準値は、例えば、接点式スイッチ２０４０の定格電流に基づいて定められる。例えば電流基準値は、接点式スイッチ２０４０の定格電流の１０％以下の値とすることが好適である。また、電流基準値は、接点式スイッチ２０４０の定格電流の１％以上の値とすることが好適である。
【００３２】＜＜センサ２０８０が温度センサであるケース＞＞  センサ２０８０が温度センサである場合、制御部２０６０は、センサ２０８０によって検出される温度が、接点式スイッチ２０４０の仕様に基づいて定められた基準値以下である場合に、接点式スイッチ２０４０をオフにする。この基準値は、例えば、接点式スイッチ２０４０の接触抵抗の仕様値に基づいて定められる。
【００３３】＜負荷２０への電力の供給について＞  図１の構成の場合、電池パック２０００から負荷２０に電力を供給するためには、接点式スイッチ２０４０をオンにする必要がある。そのため、例えば電池パック２０００の充電が完了後に接点式スイッチ２０４０をオフにした後、負荷２０が動作するタイミングで、接点式スイッチ２０４０をオンにする。
【００３４】  ここで、負荷２０が動作するタイミングで接点式スイッチ２０４０をオンにする場合、負荷２０が動作しようとしてから実際に動作できるまでの間にタイムラグが生じる。このタイムラグを小さくするため、電池パック２０００は、電池２０２０に並列させて、整流素子を設けることが好適である。図５は、整流素子を有する電池パック２０００を例示する図である。
【００３５】  整流素子２１００は、電池２０２０の放電方向についてのみ、電流を通過させる。すなわち、整流素子２１００は、電池２０２０から負荷２０へ向かう方向には電流を通す一方で、充電器１０から電池２０２０へ向かう方向には電流を通さないように構成されている。
【００３６】  このように整流素子２１００を電池パック２０００に設けることにより、接点式スイッチ２０４０がオフの間も、電池２０２０から負荷２０へ電力を供給することができる。そのため、接点式スイッチ２０４０がオフになっている間に負荷２０が動作を開始する場合において、負荷２０が動作を開始するまでの時間を短くすることができる。
【００３７】  以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００３８】  この出願は、２０１７年７月２７日に出願された日本出願特願２０１７−１４５１８４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2019021728.tif 000003
【図２】
2019021728.tif 000004
【図３】
2019021728.tif 000005
【図４】
2019021728.tif 000006
【図５】
2019021728.tif 000007
【国際調査報告】
2019021728.tif 000008
2019021728.tif 000009
2019021728.tif 000010
2019021728.tif 000011