(57)【要約】  【課題】電池パックが高電圧状態で長期間放置されることによる二次電池の劣化を抑制する。  【解決手段】電池パックのマイクロコンピュータ１０は、通常モードと、通常モードよりも消費電力の大きい劣化抑制モードの動作状態を有する。通常モードにおいて、電池パックの電圧がしきい値Ｔｈ１以上の不使用状態の経過時間が所定のしきい値以上の場合、マイクロコンピュータ１０は通常モードから劣化抑制モードに移行する。劣化抑制モードにおいて、電池パックが使用状態となるか、または二次電池１の電圧が第２の電圧しきい値Ｔｈ２より小さい場合は、マイクロコンピュータ１０は劣化抑制モードから通常モードに移行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
第１の動作状態と上記第１の動作状態に比して消費電力が大なる第２の動作状態との一方を選択する選択部と、
上記二次電池が使用状態および不使用状態の何れであるかを判定する判定部と、
上記二次電池の電圧が第１の電圧しきい値以上で、且つ上記不使用状態である経過期間を所定期間と比較する経過期間比較部と、
上記経過期間比較部の比較出力に基づいて上記選択部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記経過期間が上記所定期間より長い場合に、上記第１の動作状態から上記第２の動作状態を選択するように、上記選択部を制御し、
上記第２の動作状態において、上記判定部によって上記使用状態と判定される場合、並びに上記二次電池の電圧が上記第１の電圧しきい値より小の第２の電圧しきい値以下となる場合の一方において、上記第１の動作状態を選択するように、上記選択部を制御する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
上記判定部は、
充電電流および放電電流の一方が所定の電流しきい値以下の場合に、上記不使用状態であると判定する請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
上記制御部が外部の機器とのデータ通信が可能とされ、
上記判定部は、上記データ通信を行っていない状態を、上記不使用状態であると判定する請求項１記載の電池パック。
【請求項４】
上記二次電池の温度を測定する温度測定部をさらに有し、
上記指定期間を、上記測定された温度に応じて可変する請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
上記制御部がプロセッサにより構成され、
上記プロセッサが高い周波数のクロックによって動作する高速モードと、低い周波数のクロックによって動作する低速モードとが切り替え可能とされ、
第１の期間の上記高速モードと、上記第１の期間より長い第２の期間の上記低速モードとが交互になされる通常モードと、上記高速モードが連続する劣化抑制モードとが設定可能とされ、
上記第１の動作状態が上記低速モードおよび上記通常モードの一方であり、上記第２の動作状態が上記劣化抑制モードである請求項１記載の電池パック。
【請求項６】
上記劣化抑制モードにおいて、上記プロセッサのデータ処理量を上記高速モードにおけるデータ処理量に比して増大させることによって、上記高速モードにおける消費電流より大なる消費電流を流すことを特徴とする請求項５記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばリチウムイオン二次電池を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池例えばリチウムイオン二次電池は、小型、軽量、高エネルギー密度、高出力等の特徴を有しているために、ディジタルカメラ、携帯電話、可搬型パーソナルコンピュータ、カムコーダ（Camcorder: Camera and recorderの略）等のアプリケーション機器の電源として広く使用されている。かかるリチウムイオン二次電池は放電および充電を繰り返して用いられているが、満充電或いはそれに近い充電状態で放置されると、電池性能が低下して寿命が短くなる性質がある。特に、高温環境下、長時間といった放置条件が重なると二次電池の劣化が顕著である。
【０００３】
例えば、リチウムイオン二次電池を４．１Ｖまたは４．２Ｖでそれぞれ充電後、この高電圧状態で所定の時間放置した後に３．０Ｖまで放電させるような充放電を繰り返すと、４．１Ｖで放置されたリチウムイオン二次電池では３００サイクルを超えても放電容量の低下がそれほど認められないのに対し、４．２Ｖで放置されたリチウムイオン二次電池では２００サイクルを超えると放電容量が減少し始め、２５０サイクルを超えると放電容量が急激に低下していく。このように、二次電池として特にリチウムイオン二次電池を用いた電池パックについては、電池電圧が高い状態で長時間放置されると電池の劣化が急激に進行してしまう場合がある。
【０００４】
このような特性を考慮した技術として、スイッチによって、充電時の満充電電圧を切り替え、設定電圧の高い高容量モードと、高容量モードよりも設定電圧の低い長寿命モードとを使い分けて充電を行う技術が下記の特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７８２２２号公報
【０００６】
また、下記の特許文献２には、電池パックの保護機能制御手段が二次電池の端子電圧を監視し、過充電を検知したときに警告を表示することにより自己消費電流を流し、二次電池の電圧を早期に安全な電圧領域まで下げることが記載されている。
【０００７】
【特許文献２】特開２００３−１２５５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、二次電池の充電前に、ユーザが高容量モードで充電するか、長寿命モードで充電するかを設定する必要がある。したがって、一旦高容量モードで充電されて高い電圧状態で放置された場合、電圧を下げる手段はない。また、ユーザの不注意による切り替え忘れ等、対応できない場面が考えられる。
【０００９】
また、例えばディジタルカメラ、カムコーダ等のように常時携帯して使用しない機器は、前回使用したときから次に使用されるまでの間の不使用期間が比較的長いことが多い。例えば、一般のユーザにとって、カムコーダ等を毎日使用する機会は少ない。一方、これらの機器を使用する際には、通常、前日の夜に二次電池を充電して次の日使用するか、或いは海外旅行、登山等を考慮しても、充電した後１週間以内には使用し、比較的短い期間のサイクルで充電、放電を繰り返し、その後、長期間不使用状態で放置する傾向にある。この不使用期間中には、二次電池の電圧は前回使用したときとほぼ同じ電圧状態で放置される。不使用期間中の二次電池の電圧状態はユーザの使用方法により様々であるが、前回使用した後に放置したときの電圧が高い場合には、数ヶ月、一年といった長期間に渡り高い電圧状態のままで放置されてしまう可能性があり、二次電池の劣化が進行してしまうという問題があった。
【００１０】
さらに、電池パックでは、保護回路が過充電保護として働く過充電検出電圧の値は、二次電池の満充電電圧値よりも単一の二次電池（以下、単セルと称する）当たり０．１Ｖ程度高い値に設定されているため、電圧値が満充電電圧値を超えても過充電検出電圧値以上にならないと、保護回路は機能しない。したがって、二次電池の電圧が満充電電圧以上で過充電検出電圧値以下の電圧まで充電されることがあり、また、このような高電圧の状態で放置された場合には、二次電池の劣化が進行してしまう問題があった。特許文献２に記載の電池パックは、比較的高い電圧まで充電されて放置される問題を解決することができない。
【００１１】
したがって、この発明の目的は、高電圧状態で放置されることを防止して二次電池の劣化を抑制することができる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、この発明は、二次電池と、
第１の動作状態と第１の動作状態に比して消費電力が大なる第２の動作状態との一方を選択する選択部と、
二次電池が使用状態および不使用状態の何れであるかを判定する判定部と、
二次電池の電圧が第１の電圧しきい値以上で、且つ不使用状態である経過期間を所定期間と比較する経過期間比較部と、
経過期間比較部の比較出力に基づいて選択部を制御する制御部とを備え、
制御部は、経過期間が所定期間より長い場合に、第１の動作状態から第２の動作状態を選択するように、選択部を制御し、
第２の動作状態において、判定部によって使用状態と判定される場合、並びに二次電池の電圧が第１の電圧しきい値より小の第２の電圧しきい値以下となる場合の一方において、第１の動作状態を選択するように、選択部を制御する
ことを特徴とする電池パックである。
【００１３】
この発明によれば、比較的高い電圧まで充電された電池パックの不使用状態の経過期間が所定期間より長い場合に、消費電力が大きい動作状態に移行することにより、二次電池の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、電池パックの不使用状態の経過期間が所定期間以上経過した場合に、消費電力が大きい動作状態に移行するので、二次電池が高電圧状態で長期間放置されることを回避することができる。したがって、ユーザの使用方法や使用状態に関わらず、電池パックの長期放置による二次電池の劣化の進行を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明による電池パックの一実施形態を示す。電池パックは主に、二次電池１、プロセッサとしてのマイクロコンピュータ１０、電流測定部１１、電圧測定部１２、温度測定部１３、保護回路９、レギュレータ１６で構成される。この電池パックは、充電時には電子機器本体、ＡＣアダプタ等に装着される。二次電池１の正極側に接続される＋端子２と、二次電池１の負極側に接続される−端子３とが、それぞれ充電装置の＋端子、−端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には充電時と同様に、＋端子２と−端子３とが電子機器の＋端子、−端子にそれぞれ接続され、放電が行われる。
【００１６】
二次電池１として、例えば単セル当たりの満充電電圧が４．２Ｖのリチウムイオン電池が用いられる。二次電池１は単数に限られず、単セルを直列および／または並列に接続した構成としてもよい。
【００１７】
電流測定部１１は、電流検出抵抗６を使用して電流の大きさおよび向きを測定する。電圧測定部１２は例えばＩＣ（Integrated Circuit）回路で構成され、二次電池１の電圧を測定する。二次電池１が複数設けられている場合には、各単セルごとに電圧を測定してもよい。温度測定部１３は例えばサーミスタ等の温度検出素子で構成され、二次電池７の温度を監視する。これらの測定結果はマイクロコンピュータ１０に供給される。マイクロコンピュータ１０は、測定結果をＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換し、測定結果を使用して電池パックの残容量を計算する。後述するようにマイクロコンピュータ１０の動作状態が高速モードのときに、Ａ／Ｄ変換、残容量計算等の処理が行われる。
【００１８】
二次電池１の負極と−端子３とを結ぶ負側の電源ライン中に、電流制限素子５、電流検出抵抗６、放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）７ａのドレイン・ソース間および充電制御ＦＥＴ８ａのドレイン・ソース間が直列に挿入される。電流制限素子５は、例えばＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient ：熱抵抗素子) であり、温度が上昇すると抵抗値が上昇して電流を制限するものである。放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御８ａのドレイン・ソース間には、それぞれ寄生ダイオード７ｂおよび８ｂが存在している。寄生ダイオード７ｂは、＋端子２から電池１の方向に流れる充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。寄生ダイオード８ｂは、充電電流に対して逆方向で、放電電流に対して順方向の極性を有する。
【００１９】
放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａのそれぞれのゲートには、保護回路９からの制御信号Ｄ０およびＣ０がそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号Ｄ０およびＣ０がハイレベルとされ、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御８ａがオン状態とされる。なお、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａはＮチャンネル型であるので、ソース電位よりも所定値以上高いゲート電位によってオン状態となる。
【００２０】
保護回路１２は、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａに制御信号Ｄ０およびＣ０を供給して、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａのオン／オフを制御することにより、二次電池１に対する充電および放電を制御する。保護回路１２の機能として、過充電、過放電、または過電流から二次電池１を保護する保護機能がある。簡単にこれらの保護機能について説明する。
【００２１】
まず、過充電保護機能について説明する。二次電池１を充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇を続ける。この過充電状態になると危険な状態となる可能性が生じる。したがって、充電は、定電流定電圧で行い、充電制御電圧が電池の定格（例えば４．２Ｖ）以下で行う必要がある。しかしながら、充電器の故障や、非正規品の充電器の使用等によって、過充電の危険性がある。過充電され、電池電圧がある電圧値以上であることが検出されると、保護回路９の出力Ｃ０がハイレベルからローレベルとなり、充電制御ＦＥＴ８ａがオフし、充電電流が遮断される。この機能が過充電保護機能である。ＦＥＴ８ａがオフすると、放電制御ＦＥＴ７ａおよび寄生ダイオード８ｂを介して放電のみが可能とされる。
【００２２】
過放電保護機能について説明する。定格放電終止電圧以下まで放電し、電池電圧が例えば２Ｖ〜１．５Ｖ以下の過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。放電され、電池電圧がある電圧値以下になった場合、保護回路９の出力Ｄ０がハイレベルからローレベルとなり、放電制御ＦＥＴ７ａがオフし、放電電流が遮断される。この機能が過放電機能である。ＦＥＴ７ａがオフすると、充電制御ＦＥＴ８ａおよび寄生ダイオード７ｂを介して充電のみが可能とされる。
【００２３】
過電流保護機能について説明する。電池の＋−端子間が短絡された場合には、大電流がながれてしまい、異常発熱する危険性がある。放電電流がある電流値以上流れた場合には、保護回路９の出力Ｄ０がハイレベルからローレベルとなり、放電制御ＦＥＴ７ａがオフし、放電電流が遮断される。この機能が過電流保護機能である。
【００２４】
図示はしないが、負側の電源ラインに対して放電制御ＦＥＴ７ａを接続し、正側の電源ラインに対して充電制御ＦＥＴ８ａを接続するようにしても良い。充電制御ＦＥＴ８ａは、そのソースが電源部の＋端子２と接続され、そのドレインが二次電池１の正極と接続される。寄生ダイオード８ｂが充電電流に対して逆方向の極性とされる。充電制御ＦＥＴ８ａとしては、ソースに対して所定値以下低いゲート電圧でオンするＰチャンネル型が使用される。さらに、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａの両方を正側の電源ラインに挿入することも可能である。
【００２５】
レギュレータ１６は、二次電池１の電圧から安定化された所定の電圧例えば２．５Ｖの電圧を生成する。レギュレータ１６が生成した電圧は、マイクロコンピュータ１０、電流測定部１１、温度測定部１３、ＥＥＰＲＯＭ１４、入出力部１５に対して電源電圧として供給される。
【００２６】
レギュレータ１６には、保護回路９から出力される放電制御ＦＥＴ７ａのゲートに供給される制御信号Ｄ０が供給され、オン／オフが制御される。すなわち、過放電のおそれが検出され、放電制御ＦＥＴ７ａをオフとする制御信号Ｄ０によって、レギュレータ１６がオフとされる。レギュレータ１６がオフとされると、レギュレータ１６の出力電圧が０となり、レギュレータ１６の出力電圧を電源電圧とするマイクロコンピュータ１０等の回路が動作を停止し、電池パック内の回路により二次電池１が過放電となることが防止されている。
【００２７】
通信端子４は、外部の電子機器、例えばカムコーダに装着された際、外部の電子機器内のマイクロコンピュータからのコマンドの受信や、二次電池１の残容量の情報等の送信に使用される。これらの受信信号および送信信号は、通信端子４に接続された一つの信号線を介して例えば時分割多重されて伝送される。入出力部１５は、マイクロコンピュータ１０と通信端子４との間に配置され、送信信号Ｔｘおよび受信信号Ｒｘの分離、これらの信号のレベル調整等を行う。なお、送信用および受信用で別々の端子を設けても良い。
【００２８】
マイクロコンピュータ１０には、電流測定部１１、電圧測定部１２、および温度測定部１３により測定された測定値が入力される。これらの測定値や、二次電池１の残容量を求めるために必要なデータ例えば電池電圧と残容量との関係を示すテーブル、並びに求められた残容量情報等は、不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Rrad Only Memory ）１４に記憶される。マイクロコンピュータ１０とＥＥＰＲＯＭ１４の間には、データ入力線、データ出力線、クロック供給線、チップセレクト供給線が配されている。不揮発性メモリとして、ＥＥＰＲＯＭ１４以外にバックアップ電源を有するＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いても良い。
【００２９】
マイクロコンピュータ１０は、電流測定値、電圧測定値、温度測定値を使用して、二次電池１の残容量情報を算出する。二次電池１の残容量を検出する方法として、例えば電池電圧を測定することにより二次電池の残容量を検出する電圧法による検出方法と、電圧と電流を測定し、積算することにより、二次電池の残容量を求める積算法による検出方法などが挙げられる。
【００３０】
電圧法による残容量検出は、二次電池１の端子電圧を測定し、二次電池の電圧と電池容量（残容量率）の相関性に基づいて残容量を算出するため、例えばリチウムイオン電池の場合は電池電圧が４．２Ｖ／セルで満充電、２．４Ｖ／セルになると過放電状態であると判別でき、測定が容易にできる。
【００３１】
また、積算法による残容量検出は、電流を測定し、一定時間毎に積算する電流積算と、電圧と電流を測定し、これらを掛け合わせることで電力量を算出し、さらに一定時間毎に電力量を積算する電力積算法がある。いずれも、放電電流量または放電電力量を求め、電池のもつ使用可能な電流量または電力量との割合から二次電池の残容量を求めることができるので、電圧の変動に左右されることなく、安定した残容量検出が可能となる。
【００３２】
さらに、積算法と電圧法を併用して電池容量を検出する方法によって、より精度を高める方法もある。例えばあらかじめ設定された電流値より小さいときは電圧法を、大きいときは電流積算法を用いる方法がある。各方法を切り替えて電池容量を計測することにより、電池容量の算出精度を高めることが可能となる。さらに、二次電池の残容量率に応じて、積算法で検出した残容量率と電圧法で検出した残容量率とを重み付け加算し、最終的な残容量率検出を行う方法も提案されている。この発明では、これらの何れの方法も使用することができる。
【００３３】
残容量情報としては、具体的には、残容量（ｍＡｈ）、残容量率（％）および残り使用可能時間( 分) が算出される。残容量情報は、マイクロコンピュータ１０から入出力部１５および通信端子４を介して、電池パックが接続されたアプリケーション機器、例えばカムコーダのマイクロコンピュータに対して送信される。アプリケーション機器側では、受け取った残容量情報を液晶等の表示部に表示する。
【００３４】
マイクロコンピュータ１０は、水晶発振子１８を備える。この水晶発振子１８で構成される水晶発振器は、マイクロコンピュータ１０全体の動作タイミングの基準となるクロックを発生する。水晶発振器の発生するクロックは、例えば周波数４ＭＨｚ、８ＭＨｚ等の高い周波数で、マイクロコンピュータ１０を高速モードで動作させる。この水晶発振器の動作時に、マイクロコンピュータ１０は、Ａ／Ｄコンバータによる電圧値、電流値、温度のデータの取り込み、外部のアプリケーション機器との通信、電池容量の算出、後述する二次電池の使用状態の判定等を行う。
【００３５】
また、マイクロコンピュータ１０は内蔵のクロック発振器（図示せず）を備える。この発振器の発生するクロックは、例えば周波数３２ＫＨｚのように比較的低い周波数のもので、マイクロコンピュータ１０を低速モードで動作させる。水晶発振器が停止し、内蔵の発振器が動作しているときは、マイクロコンピュータ１０が外部のアプリケーション機器との通信をしていない状態で、アプリケーション機器からの信号待ちの状態である。
【００３６】
二次電池１として用いられるリチウムイオン電池の特徴の一つとして、他の種類の電池と比較し、自己放電の少ないことが挙げられる。また、電池パックが放置された状態でも、待機電力、漏れ（リーク）電流等が発生しているため、電力消費が発生する。しかしながら、この電力消費は、後述するような省電力設計によってかなり抑えられている。したがって、電池パックは、例えば数ヶ月、一年等の長期間放置しても、電圧低下はさほど発生しない。そのため、例えば満充電状態で放置された場合、次に使用される機会まで、高電圧状態をずっと保持し続けることになる。このことが電池パックの劣化をひき起こすことになる。なお、放置は、電池パックがアプリケーション機器から取り出された状態のみならず、アプリケーション機器に電池パックが装着されており、アプリケーション機器が不使用状態の場合も含む。
【００３７】
電池パックの省電力設計について説明する。電池パックの消費電力は、マイクロコンピュータ１０の動作状態によって消費電力が大きく異なる。例えば二次電池１の電圧値が３．８Ｖにおいて、マイクロコンピュータ１０が高速モードのときの電池パックの消費電流が１．２ｍＡであるのに対し、低速モードのときの消費電流が０．０９７ｍＡである。ここで、消費電流は、電池パック内部を流れる全ての電流を合計した電流である。したがって、マイクロコンピュータ１０が常時、高速モードで動作していた場合、仮に二次電池１の総容量が６００ｍＡｈであれば、５００時間（すなわち、６００ｍＡｈ／１．２ｍＡｈ＝５００）経過すると、電池パック内のすべての電池容量を消費してしまう。
【００３８】
そこで、電池パックの消費電力を抑制するため、マイクロコンピュータ１０が間欠的に高速モードで動作するようにしている。通常、マイクロコンピュータ１０が高速モードで動作する必要があるのは、演算処理等に必要なごく短時間であることから、電池パックが必要最小限の時間のみ高速モードに遷移し、演算処理の終了次第直ぐに、低速モードに移行するよう設計されている。高速モードにおいて、電圧値、電流値、温度等の測定データのＡ／Ｄコンバータによる取込み、残容量の計算、後述する使用状態／不使用状態の判定および劣化抑制モードへの移行の制御等の処理がなされる。
【００３９】
図２Ａに示すように、一例として、３秒の１周期中で１５ｍｓｅｃの期間を高速モードとし、他の期間を低速モードとした場合には、平均的消費電流が約０．１ｍＡｈである。一方、マイクロコンピュータ１０を高速モードで連続して動作させた場合の消費電流は１．２ｍＡである。したがって、上述したパルス的動作によって、平均電力を約１／１２に抑制することが可能である。以下、このように、第１の期間の高速モードと、第１の期間より長い第２の期間の低速モードとが交互になされるモードを通常モードと称する。なお、電池パックがアプリケーション機器に装着されていない状態においても、通常モードでマイクロコンピュータ１０が動作する。
【００４０】
この発明の一実施形態では、第１の動作状態としての通常モードに比して消費電力がより大きい第２の動作状態としての劣化抑制モードが用意され、第１の動作状態と第２の動作状態との一方を選択可能とされている。図２Ｂにおいて破線で示すように、劣化抑制モードの一例は、マイクロコンピュータ１０が高速モードで連続して動作するモードである。一実施の形態では、図２Ｂに示すように、高速モードの消費電流（１．２ｍＡ）より大きい消費電流例えば１．５ｍＡが連続的に流れる劣化抑制モードが設定可能とされている。高速モードに比して、Ａ／Ｄコンバータによるデータ取込みの回数を増加させる処理、ＥＥＰＲＯＭ１４に対するアクセス回数を増加させる処理等の通常モードにおいては不要な処理を実行することによって、高速モードより大きい消費電流を流すことが可能となる。
【００４１】
劣化抑制モードは、比較的高電圧で、所定期間より電池パックが放置された時に行われる。それによって、速やかに二次電池１の電圧を下げることができ、二次電池１が高電圧状態で長期間放置されることを回避することができる。
【００４２】
また、劣化抑制モードになった後に、電池パックが使用状態であると判断された場合、および二次電池１の電圧が所定の電圧値以下になった場合の一方において、劣化抑制モードから再び通常モードに移行し、電池パックが過放電されることが防止される。このように、電池パックの使用状態および電圧状態に応じて電池パックの動作モードを切り替えることにより、二次電池１の電圧を保管に適した電圧状態に調整することができる。
【００４３】
電池パックが使用状態であるか不使用状態であるかの判定は、例えば電池パックに流れる電流値および外部のアプリケーション機器との通信状態によって判定される。マイクロコンピュータ１０による電池パックの使用状態判定処理について、図３を参照して説明する。
【００４４】
まず、電池パックの待機状態において、電流測定部１１により測定された電流が電流しきい値（例えば±１０ｍＡ）以下であるか否かが判定される（ステップＳ１）。電流が±１０ｍＡ以下でない場合、すなわち、充電電流または放電電流の絶対値が１０ｍＡより大きい場合に、使用状態と判定され、ステップＳ４において、１ビットの電池フラグが“０”（使用状態を表す）とされる。
【００４５】
ステップＳ１において、測定された電流が電流しきい値（例えば±１０ｍＡ）以下の場合は、ステップＳ２において、通信割り込みの有無が判定される。この通信割り込みの有無は、通信端子４のレベルが所定の周期でもってハイ（Ｈｉｇｈ）とロー（Ｌｏｗ）に切り替わるか否かで判定される。通信割り込みが有る場合に、電池フラグを“０”として使用状態と判定され（ステップＳ４）、通信割り込みが無い場合は電池フラグを“１”（不使用状態を表す）とされる。
【００４６】
このような使用状態／不使用状態の判定処理は、周期的例えば３秒に１回等の所定の周期で繰り返される。電池パックの使用状態の判定の頻度をより少なくすることにより、電池パックの消費電力を低減してもよい。なお、この使用状態の判定は、マイクロコンピュータ１０の高速モードにおいて行われる。したがって、電池パックが放置されている場合にも、電池パックの使用状態を常に確認することができる。
【００４７】
以下、図４のフローチャートを参照して、この発明の一実施の形態における処理の流れを具体的に説明する。図４のフローチャートに示される処理は、例えば使用状態／不使用状態の判定処理（図３）の繰り返す周期例えば３秒毎に処理が繰り返される。まず、ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ１０が通常モードで動作している。通常モードでは、上述のようにマイクロコンピュータ１０が例えば３秒に１回等の所定の頻度でパルス的に低速モードから高速モードに移行して動作するため、電池パックの消費電力が抑えられる。
【００４８】
次に、ステップＳ１２において、劣化抑制設定がオンされているか否かが判定される。劣化抑制設定は、例えば外部の電子機器に備えられたボタン操作等によってユーザがオン／オフすることが可能とされている。ユーザは長期間機器を使用しない際に、例えば劣化抑制設定をオンにすることで、二次電池１を高電圧状態で長期間放置することによる電池パックの劣化を抑制することができる。勿論、ユーザが設定しなくても、常に、劣化抑制モードへの移行を可能としてもよい。
【００４９】
劣化抑制の設定がオフの場合は、後述する不使用状態の経過期間を測定するタイマーのカウントがリセットされ（ステップＳ２０）、通常モードで動作し続ける。一方、劣化抑制の設定がオンの場合は、ステップＳ１３において、電圧測定部１２により測定された二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ１（例えば４．０Ｖ）以上であるか否かが判定される。このしきい値Ｔｈ１は、その電圧以上で放置された場合に劣化が生じる値に設定される。
【００５０】
二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ１より小さい場合はステップＳ２０に移行し、タイマーのカウントがリセットされる。二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ１以上の場合は、電池フラグが“１”（不使用状態）であるか否かが判定される。電池フラグが“０”である場合は電池パックが使用状態であるため、ステップＳ２０に移行してタイマーのカウントがリセットされる。
【００５１】
電池フラグが“１”である場合は、電池電圧がしきい値Ｔｈ１以上の不使用状態である経過期間（以下、不使用期間と適宜称する）を計測するタイマーのカウントをアップ（＋１）する。このタイマーはステップＳ１４を通過する度にカウントアップされる。図５に示すように、タイマーは、ｔ１の期間からカウント動作を開始してステップＳ２０によってリセットされるまでのタイミングｔ２まで、カウント動作を継続する。カウント動作がなされている期間Ｔｃの間、カウント値が増加する。
【００５２】
そして、ステップＳ１６において、タイマーにより計測された不使用期間Ｔｃが所定のしきい値（例えば１４日間）以上であるか否かが判定される。この判定は、タイマーのカウント値を所定のしきい値と比較することで行われる。不使用期間が所定のしきい値より小さい場合はステップＳ１２に戻り、上述したステップＳ１２〜ステップ１６の動作を再び行う。
【００５３】
不使用期間が所定のしきい値以上の場合は、電池パックが高電圧状態で所定の期間放置されたと判定され、ステップＳ１７において、通常モードから劣化抑制モードへ移行する。なお、期間を判定するためのしきい値は、所望の期間を設定することが可能である。また、温度検出部１３により測定された温度によって、しきい値を可変しても良い。例えば高温時には、劣化の進行が早まるので、しきい値を短くするようになされる。
【００５４】
図２Ｂを参照して説明したように、劣化抑制モードは、通常モードに比して消費電力の大きい動作状態であるため、通常モードに比して速やかに二次電池１の電圧を下げることができる。これにより、二次電池１が高電圧状態で長期保存されることを回避することができる。
【００５５】
劣化抑制モードでは、ステップＳ１８において、電池フラグが“１”（不使用状態）であるか否かが判定される。電池フラグが“０”（使用状態）と判定されると、タイマーのカウントがリセットされる（ステップＳ２０）。電池フラグが“１”と判定されると、ステップＳ１９において、電圧測定部１２により測定された二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ２（例えば３．３Ｖ）以下であるか否かが判定される。電池電圧がしきい値Ｔｈ２以下となると、二次電池１が過放電状態となる場合の電圧にしきい値Ｔｈ２が設定されている。
【００５６】
二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ２より小さい場合は、二次電池１が過放電状態となることを防止するため、タイマーのカウントがリセットされる（ステップＳ２０）。二次電池１の電圧がしきい値Ｔｈ２以上の場合は、劣化抑制モードが継続する。これにより、二次電池１が高電圧状態で長期間放置され、また、二次電池１が過放電となることが回避されるため、電池パックの劣化を抑制することができる。
【００５７】
一般的に、電池パックの保管に適した状態は、二次電池１の全容量に対して残容量が２０％〜５０％の範囲である。したがって、電圧しきい値Ｔｈ１を、二次電池１の全容量に対して例えば残容量５０％となるときの電圧値に設定し、また、電圧しきい値Ｔｈ２を、二次電池１の全容量に対して例えば残容量２０％となるときの電圧値に設定することにより、二次電池１の全容量に対して残容量を例えば２０％以上５０％以下の範囲に保持するよう調整することができる。
【００５８】
このように、この発明の一実施形態では電池パックが長時間使用されていないと判断された際に、マイクロコンピュータ１０が通常モードから劣化抑制モードに移行することにより、新たに放電用回路等を追加することなく、二次電池１の電圧を下げることができる。また、劣化抑制モードにおいて、電池パックが使用状態となるか、または二次電池１の電圧が所定の電圧しきい値（Ｔｈ２）以下である場合には、劣化抑制モードから通常モードに移行する。これにより、二次電池１の電圧が自動的に調整され、二次電池１の残容量を保管に適した状態、例えば二次電池１の全容量に対して２０％以上５０％以下の容量帯で保持することができる。したがって、ユーザの不注意や使用状態に関わらず、電池パックが長期間に渡り不使用状態である場合の電池パックの性能劣化を抑制することができる。
【００５９】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた電圧値等の数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００６０】
また、この発明は、複数の電池セルを直列、並列または直並列に接続した二次電池（組電池）に対しても適用することができる。この場合、使用状態／不使用状態の判定、並びに通常モードと劣化抑制モードの遷移の制御は、組電池に関して行われる。但し、組電池の中の所定の電池セルに関して、しきい値Ｔｈ１およびＴｈ２との電圧比較を行うようにしても良い。さらに、この発明は、リチウムイオン電池の他、Ｎｉ−Ｃｄ（ニッカド）電池、Ｎｉ−ＭＨ（ニッケル水素）電池など、種々の電池に適用可能である。
【００６１】
また、電池パックを構成するマイクロコンピュータが保護回路の機能を持つようにしてもよい。また、上述したような二次電池の電圧調整をマイクロコンピュータ以外の回路構成で行うよにしても良い。但し、マイクロコンピュータを使用した場合には、劣化抑制モードでマイクロコンピュータが動作することにより電圧を下げることができるので、特別な放電回路を設ける必要がない利点がある。
【００６２】
さらに、上述したような電池パックの不使用期間の測定を、マイクロコンピュータに内蔵するタイマー以外の回路構成で行うよにしても良い。但し、マイクロコンピュータを使用した場合には、特別な時間測定回路を設ける必要がない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の電池パックの一実施形態のブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態における電池パックの通常モードおよび劣化抑制モードのそれぞれの電流値を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施形態の使用状態／不使用状態を確認する処理の流れを表すフローチャートである。
【図４】この発明の一実施形態の処理の流れを表すフローチャートである。
【図５】この発明の一実施形態のタイマーのカウント動作を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・二次電池
２・・・＋端子
３・・・−端子
４・・・通信端子
５・・・電流制限素子
６・・・電流検出抵抗
７ａ・・・放電制御ＦＥＴ
７ｂ、８ｂ・・・寄生ダイオード
８ａ・・・充電制御ＦＥＴ
１０・・・水晶発振子
【図１】
2008226596.tif 000003
【図２】
2008226596.tif 000004
【図３】
2008226596.tif 000005
【図４】
2008226596.tif 000006
【図５】
2008226596.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
第１の消費電力を有する第１の動作状態と上記第１の消費電力より大きい第２の消費電力を有する第２の動作状態との一方を選択する選択部と、
上記二次電池が使用状態および不使用状態の何れであるかを判定する判定部と、
上記二次電池の電圧が第１の電圧しきい値以上で、且つ上記不使用状態である経過期間を所定期間と比較する経過期間比較部と、
上記経過期間比較部の比較出力に基づいて上記選択部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記経過期間が上記所定期間より長い場合に、上記第１の動作状態から上記第２の動作状態を選択するように、上記選択部を制御し、
上記第２の動作状態において、上記判定部によって上記使用状態と判定される場合、並びに上記二次電池の電圧が上記第１の電圧しきい値より小の第２の電圧しきい値以下となる場合の一方において、上記第１の動作状態を選択するように、上記選択部を制御する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
上記判定部は、
充電電流および放電電流の一方が所定の電流しきい値以下の場合に、上記不使用状態であると判定する請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
上記制御部が外部の機器とのデータ通信が可能とされ、
上記判定部は、上記データ通信を行っていない状態を、上記不使用状態であると判定する請求項１記載の電池パック。
【請求項４】
上記二次電池の温度を測定する温度測定部をさらに有し、
上記指定期間を、上記測定された温度に応じて可変する請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
上記制御部がプロセッサにより構成され、
上記プロセッサが高い周波数のクロックによって動作する高速モードと、低い周波数のクロックによって動作する低速モードとが切り替え可能とされ、
第１の期間の上記高速モードと、上記第１の期間より長い第２の期間の上記低速モードとが交互になされる通常モードと、上記高速モードが連続する劣化抑制モードとが設定可能とされ、
上記第１の動作状態が上記低速モードおよび上記通常モードの一方であり、上記第２の動作状態が上記劣化抑制モードである請求項１記載の電池パック。
【請求項６】
上記劣化抑制モードにおいて、上記プロセッサのデータ処理量を上記高速モードにおけるデータ処理量に比して増大させることによって、上記高速モードにおける消費電流より大なる消費電流を流すことを特徴とする請求項５記載の電池パック。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述の課題を解決するために、この発明は、二次電池と、
第１の消費電力を有する第１の動作状態と第１の消費電力より大きい第２の消費電力を有する第２の動作状態との一方を選択する選択部と、
二次電池が使用状態および不使用状態の何れであるかを判定する判定部と、
二次電池の電圧が第１の電圧しきい値以上で、且つ不使用状態である経過期間を所定期間と比較する経過期間比較部と、
経過期間比較部の比較出力に基づいて選択部を制御する制御部とを備え、
制御部は、経過期間が所定期間より長い場合に、第１の動作状態から第２の動作状態を選択するように、選択部を制御し、
第２の動作状態において、判定部によって使用状態と判定される場合、並びに二次電池の電圧が第１の電圧しきい値より小の第２の電圧しきい値以下となる場合の一方において、第１の動作状態を選択するように、選択部を制御する
ことを特徴とする電池パックである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
電流測定部１１は、電流検出抵抗６を使用して電流の大きさおよび向きを測定する。電圧測定部１２は例えばＩＣ（Integrated Circuit）回路で構成され、二次電池１の電圧を測定する。二次電池１が複数設けられている場合には、各単セルごとに電圧を測定してもよい。温度測定部１３は例えばサーミスタ等の温度検出素子で構成され、二次電池１の温度を監視する。これらの測定結果はマイクロコンピュータ１０に供給される。マイクロコンピュータ１０は、測定結果をＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換し、測定結果を使用して電池パックの残容量を計算する。後述するようにマイクロコンピュータ１０の動作状態が高速モードのときに、Ａ／Ｄ変換、残容量計算等の処理が行われる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
二次電池１の負極と−端子３とを結ぶ負側の電源ライン中に、電流制限素子５、電流検出抵抗６、放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）７ａのドレイン・ソース間および充電制御ＦＥＴ８ａのドレイン・ソース間が直列に挿入される。電流制限素子５は、例えばＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient ：熱抵抗素子) であり、温度が上昇すると抵抗値が上昇して電流を制限するものである。放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａのドレイン・ソース間には、それぞれ寄生ダイオード７ｂおよび８ｂが存在している。寄生ダイオード７ｂは、＋端子２から電池１の方向に流れる充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。寄生ダイオード８ｂは、充電電流に対して逆方向で、放電電流に対して順方向の極性を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａのそれぞれのゲートには、保護回路９からの制御信号Ｄ０およびＣ０がそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号Ｄ０およびＣ０がハイレベルとされ、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａがオン状態とされる。なお、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａはＮチャンネル型であるので、ソース電位よりも所定値以上高いゲート電位によってオン状態となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
保護回路９は、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａに制御信号Ｄ０およびＣ０を供給して、放電制御ＦＥＴ７ａおよび充電制御ＦＥＴ８ａのオン／オフを制御することにより、二次電池１に対する充電および放電を制御する。保護回路９の機能として、過充電、過放電、または過電流から二次電池１を保護する保護機能がある。簡単にこれらの保護機能について説明する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
まず、過充電保護機能について説明する。二次電池１を充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇を続ける。この過充電状態になると危険な状態となる可能性が生じる。したがって、充電は、定電流定電圧で行い、充電制御電圧が電池の定格（例えば４．２Ｖ）以下で行う必要がある。しかしながら、充電器の故障や、非正規品の充電器の使用等によって、過充電となってしまうかもしれない。過充電され、電池電圧がある電圧値以上であることが検出されると、保護回路９の出力Ｃ０がハイレベルからローレベルとなり、充電制御ＦＥＴ８ａがオフし、充電電流が遮断される。この機能が過充電保護機能である。ＦＥＴ８ａがオフすると、放電制御ＦＥＴ７ａおよび寄生ダイオード８ｂを介して放電のみが可能とされる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
過放電保護機能について説明する。定格放電終止電圧以下まで放電し、電池電圧が例えば２Ｖ〜１．５Ｖ以下の過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。放電され、電池電圧がある電圧値以下になった場合、保護回路９の出力Ｄ０がハイレベルからローレベルとなり、放電制御ＦＥＴ７ａがオフし、放電電流が遮断される。この機能が過放電保護機能である。放電制御ＦＥＴ７ａがオフすると、充電制御ＦＥＴ８ａおよび寄生ダイオード７ｂを介して充電のみが可能とされる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
過電流保護機能について説明する。電池の＋−端子間が短絡された場合には、大電流がながれてしまい、異常発熱が引き起こされるかもしれない。放電電流がある電流値以上流れた場合には、保護回路９の出力Ｄ０がハイレベルからローレベルとなり、放電制御ＦＥＴ７ａがオフし、放電電流が遮断される。この機能が過電流保護機能である。