(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池(1)と直列に接続しているメインスイッチ(3)と、このメインスイッチ(3)をオンオフに制御する制御回路(4)と、メインスイッチ(3)と並列に接続しているバイパス放電回路(10)とを備え、バイパス放電回路(10)は、出力電流を制限する保護素子(12)を有し、
制御回路(4)はパック電池を機器(9)に装着されない状態でメインスイッチ(3)をオフとし、パック電池を機器(9)に装着して機器(9)から起動信号が入力されるとメインスイッチ(3)をオフからオンに切り換えるようにし、
バイパス放電回路(10)が、パック電池を機器(9)から外した状態で制御回路(4)でオンに切り換えられる補助スイッチ(11)と、出力電流を制限する保護素子(12)とを直列に接続してなる回路であるパック電池。
【請求項２】
パック電池が、機器(9)から制御回路(4)に起動信号を入力する通信端子(13)を備える請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
保護素子(12)がＰＴＣである請求項１に記載されるパック電池。
【請求項４】
制御回路(4)が、メインスイッチ(3)をオンオフに切り換える制御部(6)と、機器(9)から入力される起動信号を検出して制御部(6)を制御する検出部(5)と、電池(1)の残容量を検出する積算部(8)と、電池電圧を検出して制御部(6)を介してメインスイッチ(3)をオンオフに切り換える保護部(7)とを備え、パック電池を機器(9)から外す状態で、制御部(6)と検出部(5)を動作状態として、積算部(8)と保護部(7)とを非動作状態とする請求項１に記載されるパック電池。
【請求項５】
通信端子(13)が機器(9)に接続する状態でパック電池と機器(9)との間の情報を伝送する端子である請求項２に記載されるパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器から外した状態で安全に使用できるパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、機器から外した状態で出力端子を短絡させると大きなショート電流が流れる。大きなショート電流は、電池性能を著しく低下させるばかりでなく、電池やリード線を加熱するので決して好ましい状態でない。この状態にならないように、図１の回路図に示すように、電池１と出力端子２との間にメインスイッチ３を設けたパック電池が開発されている。このパック電池は、機器９から外した状態でメインスイッチ３をオフに保持する。したがって、機器９から外して出力端子２を短絡していも、ショート電流が流れることはない。ただ、メインスイッチ３をオフに保持するので、機器９に装着しても放電できず、機器９に電力を供給できない。このため、このパック電池は、メインスイッチ３をオンに切り換えないかぎり、機器９をパック電池で起動できない。
【０００３】
図のパック電池は、メインスイッチ３をオフからオンに切り換える制御回路４を備える。制御回路４は、パック電池を機器９に装着したことを検出する検出部５と、この検出部５の信号でメインスイッチ３をオンに切り換える信号を出力する制御部６を備え、検出部５と制御部６を動作状態として待機させている。パック電池が機器９に装着されると、動作状態にある検出部５と制御部６がメインスイッチ３をオフからオンに切り換えて、放電できる状態に切り換える。検出部５は、機器９に装着したことを検出するために、専用に設けている装着検出端子１４を介して機器９に接続される。機器側では、装着されたパック電池の装着検出端子１４をアースに接続する。装着検出端子１４がアースに接続されると、パック電池の検出部５と制御部６は、メインスイッチ３をオフからオンに切り換える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すパック電池は、機器９から外した状態でメインスイッチ３をオフに保持して、出力端子２が短絡したときのショート電流を阻止できる。さらに、このパック電池は、検出部５と制御部６のみを動作状態に待機させて、保護部７と積算部８を非動作状態にして待機できる。このため、パック電池を機器９から外した状態で、制御回路４の消費電流を極めて小さくして、超低消費電力状態にできる特長もある。機器から外したパック電池の消費電力をいかに少なくできるかは、パック電池にとって極めて大切なことである。それは、パック電池を機器から長い時間外した状態で、内蔵している電池の過放電を防止するためである。機器から外されたパック電池は、充電されることがなく、制御回路が消費する電力で残容量が次第に少なくなる。残存量が０になって、さらにパック電池が機器に装着されないと、電池の放電が進行して過放電となる。電池は、過放電になると著しく性能が低下する。
【０００５】
図１のパック電池は、ショート電流を阻止しながら、消費電力も小さくできる優れた特長がある。ただ、このパック電池は、機器に装着したことを検出するために、専用の装着検出端子を設ける必要がある。装着検出端子は、パック電池と機器の両方に設けるので、コネクターや端子の製造コストが高くなり、また、接続部分、基板等の寸法が大きくなる欠点もある。
【０００６】
ところで、パック電池は、装着される機器との間で、電池の残容量等の情報を伝送する情報端子を備えるものがある。情報端子を専用の装着検出端子に利用できるなら、専用の装着検出端子を設けることなく、前述の動作をさせることができる。しかしながら、情報端子は、専用の装着検出端子には併用できない。それは、情報端子をアースに接続できず、また、機器が情報端子から信号を出力できるのは、動作状態になった後であるからである。情報端子をアースに接続できないのは、アースに接続して情報を伝送できないからである。さらに、機器を動作状態に切り換えるには、メインスイッチをオフからオンに切り換える必要があるので、メインスイッチをオフとするパック電池を機器に装着して、情報端子からパック電池に信号を出力できない。
【０００７】
したがって、情報端子を装着検出端子に併用するパック電池は、図２に示すように、機器９から外した状態でメインスイッチ３をオン状態に保持する必要がある。このパック電池は、出力端子２を短絡させると大きなショート電流が流れるので、この状態を保護するために、制御回路４の保護部７を動作状態に待機させる必要がある。このため、保護部７が電力を消費して、機器９から外した状態で超低電力消費にできない欠点がある。
【０００８】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、機器から外した状態で超低電力消費にできると共に、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるのを阻止して安全に使用できるパック電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、電池１と直列に接続しているメインスイッチ３と、このメインスイッチ３をオンオフに制御する制御回路４と、メインスイッチ３と並列してなるバイパス放電回路１０とを備える。バイパス放電回路１０は、出力電流を制限する保護素子１２を有する。制御回路４は、パック電池を機器９に装着しないで外した状態でメインスイッチ３をオフに保持する。パック電池が機器９に装着され、機器９から起動信号が入力されると、制御回路４はメインスイッチ３をオフからオンに切り換える。
【００１０】
パック電池は、好ましくは制御回路４に接続している通信端子１３を備える。このパック電池は、通信端子１３を介して機器９から起動信号を入力することができる。ただ、通信端子１３ではなくて、出力端子２を使用して機器９からパック電池の制御回路４に起動信号を入力することもできる。
【００１１】
このパック電池は、機器９から外された状態で、保護素子１２を有するバイパス放電回路１０を介して電池１を出力端子２に接続しているが、メインスイッチ３はオフに保持される。この状態にあるパック電池は、出力端子２をショートしても大電流が流れることはない。保護素子１２を有するバイパス放電回路１０を介して電池１を放電するからである。さらに、この状態のパック電池は、大電流で放電はできないが、機器９に装着して機器９を起動する電流は供給できる。したがって、機器９に装着されると、パック電池で機器９を起動できる。起動された機器９は、通信端子１３を介してパック電池に起動信号を出力できる。起動信号を検出したパック電池は、制御回路４でメインスイッチ３をオンに切り換える。この状態になると、電池１はメインスイッチ３で機器９に接続される。
【００１２】
このパック電池は、バイパス放電回路１０で、出力端子２がショートしたときの大きな短絡電流を阻止するので、制御回路４に内蔵している保護部７を動作状態で待機させる必要がない。このため、パック電池を機器９から外した状態での電力消費を少なくできる。
【００１３】
バイパス放電回路１０には、好ましくは、パック電池を機器９から外した状態で制御回路４でオンに切り換えられている補助スイッチ１１と、出力電流を制限する保護素子１２とを直列に接続している回路とする。このバイパス放電回路１０は、出力端子２がショートしたときに大電流が流れるのを保護素子１２で阻止できる。また、メインスイッチ３をオンに切り換えた後は、補助スイッチ１１をオフにして、保護素子１２に通電しない状態にできる。保護素子１２には、好ましくはＰＴＣを使用する。
【００１４】
制御回路４は、メインスイッチ３をオンオフに切り換える制御部６と、機器９から入力される起動信号を検出して制御部６を制御する検出部５と、電池１の残容量を検出する積算部８と、電池電圧を検出して制御部６を介してメインスイッチ３をオンオフに切り換える保護部７とで構成することができる。このパック電池は、機器９から外した状態で、制御部６と検出部５を動作状態として、積算部８と保護部７とを非動作状態とすることができる。
【００１５】
パック電池に設けている通信端子１３は、機器９に接続する状態でパック電池と機器９との間の情報を伝送する端子である。したがって、この通信端子１３は、たとえば、パック電池から機器９に、電池１の残容量や最大充電容量等の情報を伝送する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
図３に示すパック電池は、充電できる電池１と、この電池１と直列に接続しているメインスイッチ３と、このメインスイッチ３をオンオフに制御する制御回路４と、メインスイッチ３と並列に接続しているバイパス放電回路１０とを備える。
【００１９】
電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただ、電池にはニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池も使用できる。パック電池に内蔵される電池１は、１個または複数である。
【００２０】
メインスイッチ３は、電池１とパック電池の出力端子２との間に直列に接続される。図のパック電池は、電池１と出力端子２の＋側にメインスイッチ３を接続している。電池１の−側は、出力端子２に直接に接続している。メインスイッチ３は、トランジスターやＦＥＴ等の半導体のスイッチング素子である。ただ、リレーのように機械的な接点を有するものも使用できる。メインスイッチ３は、制御回路４に制御されてオンオフに切り換えられる。メインスイッチ３は、制御回路４に制御されて、パック電池を機器９に装着するときにオン、機器９から外されるとオフに切り換えられる。
【００２１】
バイパス放電回路１０は、出力電流を制限する保護素子１２を有し、図のバイパス放電回路１０は、補助スイッチ１１と保護素子１２を直列に接続している。保護素子１２はＰＴＣである。ただ、保護素子には、ヒューズや、過大な電流が流れると電流を遮断するブレーカ等も使用できる。補助スイッチ１１は、メインスイッチ３と同じように、トランジスターやＦＥＴ等の半導体のスイッチング素子である。補助スイッチ１１も、制御回路４に制御されてオンオフに切り換えられる。補助スイッチ１１は、制御回路４に制御されて、パック電池を機器９から外す状態でオン、機器９に装着してメインスイッチ３がオンになるとオフに切り換えられる。さらに、補助スイッチ１１は、電池１の過充電と過放電を阻止するときにもオフに切り換えられる。
【００２２】
図の制御回路４は、メインスイッチ３をオンオフに切り換える制御部６と、機器９から入力される起動信号を検出して制御部６を制御する検出部５と、電池１の残容量を検出する積算部８と、電池電圧を検出して制御部６を介してメインスイッチ３をオンオフに切り換える保護部７とを備える。
【００２３】
制御部６は、検出部５や保護部７から入力される信号で、メインスイッチ３をオンオフに切り換える信号をメインスイッチ３であるスイッチング素子に出力する。制御部６は、検出部５または保護部７から、メインスイッチ３をオンにする信号が入力されると、メインスイッチ３をオンにする制御信号をメインスイッチ３に出力する。たとえば、制御部６は、検出部５や保護部７からメインスイッチ３のオン信号が入力されると、”Ｈｉｇｈ”を出力して、メインスイッチ３であるトランジスターやＦＥＴ等のスイッチング素子をオンにする。検出部５や保護部７から、メインスイッチ３をオフにする信号が入力されると、”Ｌｏｗ”信号を出力してメインスイッチ３であるスイッチング素子をオフにする。
【００２４】
さらに、制御部６は、メインスイッチ３をオンにするときに、補助スイッチ１１をオフとし、メインスイッチ３をオフにするときに、補助スイッチ１１をオンにする信号を補助スイッチ１１であるスイッチング素子に出力する。したがって、制御部６は、メインスイッチ３と補助スイッチ１１に”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の反対の信号を出力する。
【００２５】
検出部５は、機器９から入力される起動信号を検出して、制御部６にオンオフの信号を出力する。図のパック電池は、検出部５を通信端子１３に接続している。このパック電池は、通信端子１３に入力される起動信号を検出部５で検出する。通信端子１３を介して機器９からパック電池に起動信号を伝送する構造は、簡単な回路で機器９からパック電池に正確に起動信号を伝送できる。ただ、本発明のパック電池は、かならずしも通信端子１３を設ける必要はない。機器９からパック電池に、出力端子２を介して起動信号や情報信号を伝送できるからである。出力端子２から起動信号を伝送するには、たとえば、搬送波を起動信号や情報信号で変調して機器９からパック電池に伝送し、あるいは、機器側において、機器９に影響を与えない極めて短時間に＋−の出力端子２をスイッチングして、出力端子２の電圧を瞬間的に変化させて、この電圧の変化で起動信号や情報信号を伝送する。制御部６と検出部５は、パック電池が機器９に装着されたことを検出して、メインスイッチ３をオンに切り換えるので、パック電池を機器９から外した状態においても動作状態とする。
【００２６】
積算部８は、パック電池を機器９に装着する状態で動作して、電池１の残容量を演算する。電池１の残容量は、充電電流の積算値から放電電流の積算値を減算して演算できる。積算部８が積算した電池１の残容量は、通信端子１３を介して機器９に伝送される。この信号も、出力端子２を介して機器９に伝送することができる。制御回路４に積算部８を設けているパック電池は、電池１の残容量を機器９に伝送できるので、機器側でパック電池の使用時間を判別できる。このことは、たとえば、機器９をマイコンとする場合に大切である。それは、パック電池の残容量が少なくなると、完全に放電される前に、マイコンを終了できるからである。積算部８は、パック電池を機器９から外した状態では機器９に残容量を知らせる必要がないので、パック電池を機器９に装着した状態で動作状態として、機器９から外された状態で非動作状態とされる。
【００２７】
保護部７は、電池１の電圧を検出して、電池１を過充電と過放電から保護する。電池電圧が設定している最高電圧よりも高くなり、あるいは、設定している最低電圧よりも低くなると、保護部７は制御部６にメインスイッチ３と補助スイッチ１１をオフにする信号を出力して、電池１の過充電と過放電を防止する。電池電圧が最高電圧よりも高くなると、メインスイッチ３と補助スイッチ１１をオフにして充電を停止させるが、充電を停止して放電させるときは、メインスイッチ３をオンにして機器９に電力を供給できる状態とする。また、電池電圧が最高電圧よりも高くなって、オフに切り換えられた補助スイッチ１１も、パック電池が機器９から外された後は、オンに切り換えられて放電できる状態とする。
【００２８】
この図のパック電池は、以下の動作をして、機器９から外した状態で出力端子２がショートしたときに大きな短絡電流が流れるのを防止し、また、機器９に装着した状態で機器９に電力を供給する。
【００２９】
［パック電池を機器から外した状態で出力端子がショートしたとき］
▲１▼  機器９から外した状態にあるパック電池は、制御回路４で、メインスイッチ３がオフ、バイパス放電回路１０の補助スイッチ１１がオンに保持されている。
▲２▼  パック電池の出力端子２が、何らかの原因でショートする。
▲３▼  出力端子２がショートしたパック電池は、保護素子１２を有するバイパス放電回路１０を介して電池１が放電されるので、保護素子１２によって大きな短絡電流が流れるのが阻止される。
【００３０】
［パック電池を機器に装着して電力を供給するとき］
▲１▼  機器９から外した状態にあるパック電池は、制御回路４で、メインスイッチ３がオフ、バイパス放電回路１０の補助スイッチ１１がオンに保持されている。
▲２▼  パック電池を機器９に装着する。このとき、電池１は、バイパス放電回路１０を介して出力端子２から放電される。この状態のパック電池は、保護素子１２を有するバイパス放電回路１０によって、大電流で放電はできないが、機器９を起動する電流は供給できる。
▲３▼  パック電池から供給される電力で機器９が起動され、機器９から起動信号がパック電池に入力される。起動された機器９は、通信端子１３を介して、あるいは、出力端子２を介してパック電池に起動信号を出力する。
▲４▼  機器９から起動信号が入力されると、制御回路４は、メインスイッチ３をオフからオンに切り換える。
▲５▼  この状態で、電池１は、オン状態のメインスイッチ３を介して機器９に接続されて、機器９に電力を供給する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、機器から外した状態で、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるのを阻止して安全に使用できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、メインスイッチと並列してなるバイパス放電回路を備え、このバイパス放電回路が出力電流を制限する保護素子を有しており、パック電池を機器に装着しない状態では制御回路がメインスイッチをオフに保持すると共に、パック電池を機器に装着して機器から起動信号が入力されると、制御回路がメインスイッチをオフからオンに切り換えるようにしているからである。このパック電池は、出力端子をショートしても、保護素子を有するバイパス放電回路を介して電池を放電するので、大電流が流れることはない。このため、出力端子を短絡しても大きなショート電流が流れるのを確実に阻止できる。
【００３２】
しかも、バイパス放電回路を備えるパック電池は、大電流で放電はできないが、機器に装着されると機器を起動する電流は供給できる。したがって、起動される機器からの信号によって、制御回路でメインスイッチをオンに切り換えて、装着された機器に電力を供給して安全に使用できる。
【００３３】
さらに、本発明のパック電池は、バイパス放電回路が大きな短絡電流を阻止するので、制御回路に内蔵している保護部を動作状態で待機させる必要がなく、パック電池を機器から外した状態での電力消費を少なくして超低電力消費にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパック電池の概略回路図
【図２】従来のパック電池の概略回路図
【図３】本発明の実施例のパック電池の概略回路図
【符号の説明】
１…電池
２…出力端子
３…メインスイッチ
４…制御回路
５…検出部
６…制御部
７…保護部
８…積算部
９…機器
１０…バイパス放電回路
１１…補助スイッチ
１２…保護素子
１３…通信端子
１４…装着検出端子
【図１】
0004803880.tif 000002
【図２】
0004803880.tif 000003
【図３】
0004803880.tif 000004