(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した複数個の電池と、該複数個の電池と出力端子との間に接続されて充放電の制御を行う充放電制御スイッチと、前記複数個の電池を複数のブロックに分割して少なくとも各電池電圧を検出する複数の保護回路と、該複数の保護回路の各検出信号を含むパック検出信号の演算処理を行う演算処理回路と、前記複数の保護回路と前記演算処理回路との間で前記検出信号の電圧基準を一律化するレベル変換回路と、前記演算処理回路によりオン／オフされ前記レベル変換回路の動作を制御する制御素子とを備え、前記複数の保護回路を前記ブロックと並列に多段に連結し、前記演算処理回路により前記制御素子をオンにして前記各保護回路の前記パック検出信号を収集して演算処理を行うように構成したことを特徴とする多直連結保護型電池パック。
【請求項２】
前記演算処理回路は、外部機器との通信機能を有し、該外部機器からの指令又は前記パック検出信号の演算処理に基づき充放電の制御信号を前記複数の保護回路のうちの最上段の保護回路に送出し、該最上段の保護回路が前記充放電制御スイッチを制御することを特徴とする請求項１記載の多直連結保護型電池パック。
【請求項３】
前記複数の保護回路のうちの１保護回路は、検出信号として前記複数個の電池と出力端子との間に接続された電流検出用抵抗の端子間電圧より検出される充放電電流の検出信号を含むことを特徴とする請求項１記載の多直連結保護型電池パック。
【請求項４】
前記パック検出信号は、パック内の配置された温度検出用サーミスタより検出される温度の検出信号を含むことを特徴とする請求項１記載の多直連結保護型電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続した複数個の電池と、該複数個の電池と出力端子との間に接続されて充放電の制御を行う充放電制御スイッチと、前記複数個の電池を複数のブロックに分割して少なくとも各電池電圧を検出する複数の保護回路と、該複数の保護回路の各検出信号を含むパック検出信号の演算処理を行う演算処理回路とを備えた多直連結保護型電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より携帯電話やノートパソコン、プレーヤー、デジタルカメラなどの携帯型電子機器には、電源として充電式の複数の例えばリチウムイオン電池のセルを内蔵した電池パックが用いられている。これらは、それほど高い電源電圧を必要としないので、精々４個の直列型までであった。このようなタイプの電池パックを最近人気の高い電動補助自転車の電源に採用しようとすると、４直では電圧が低く、例えば７直等の多直型が必要になる。
【０００３】
ところで、電池パックは、セルと入出力端子間に直列接続される充電制御用ＦＥＴと放電制御用ＦＥＴからなる充放電制御スイッチ、外部との通信を行い電池パックの管理、制御を行う制御用マイコン、セルの電圧、電流を検出し充電制御用ＦＥＴと放電制御用ＦＥＴを制御する保護素子を内蔵している。この保護素子として、従来の電池パックが上記のように４直までを標準的なタイプとしていために、４直までに対応できる小中電圧用保護ＩＣしか製品化されていないのが現状である。
【０００４】
そのため、例えば上記電動補助自転車の電源のような、従来より電圧の高い電池パックを必要とする新たな需要に対応するには、小中電圧用保護ＩＣを４直単位で連結して使用しなければならなくなる。これに対し、制御用マイコンでは、それぞれの小中電圧用保護ＩＣからの信号を処理する場合、それぞれの小中電圧用保護ＩＣの電圧基準が違うため、それらのレベルを合わせなければ演算や通信を行うのに支障が生じるという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、複数の検出、保護回路を連結して使用する場合のレベル変換処理を簡便に行えるようにするものである。
【０００６】
そのために本発明は、直列に接続した複数個の電池と、該複数個の電池と出力端子との間に接続されて充放電の制御を行う充放電制御スイッチと、前記複数個の電池を複数のブロックに分割して少なくとも各電池電圧を検出する複数の保護回路と、該複数の保護回路の各検出信号を含むパック検出信号の演算処理を行う演算処理回路と、前記複数の保護回路と前記演算処理回路との間で前記検出信号の電圧基準を一律化するレベル変換回路と、前記演算処理回路によりオン／オフされ前記レベル変換回路の動作を制御する制御素子とを備え、前記複数の保護回路を前記ブロックと並列に多段に連結し、前記演算処理回路により前記制御素子をオンにして前記各保護回路の前記パック検出信号を収集して演算処理を行うように構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記演算処理回路は、外部機器との通信機能を有し、該外部機器からの指令又は前記パック検出信号の演算処理に基づき充放電の制御信号を前記複数の保護回路のうちの最上段の保護回路に送出し、該最上段の保護回路が前記充放電制御スイッチを制御し、前記複数の保護回路のうちの１保護回路は、検出信号として前記複数個の電池と出力端子との間に接続された電流検出用抵抗の端子間電圧より検出される充放電電流の検出信号を含み、前記パック検出信号は、パック内の配置された温度検出用サーミスタより検出される温度の検出信号を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る多直連結保護型電池パックの実施の形態を示す図であり、１は電池、２は充放電制御スイッチ、３−１、３−２は検出回路、４はレベル変換回路、５は制御用マイコンを示す。
【０００９】
図１において、電池１は、例えば７個のセルが直列接続されて所望の電圧を出力するものであり、充放電制御スイッチ２は、この電池１と出力端子との間に直列に挿入されて充放電の制御を行うものである。検出回路３−１は、電池１の１段目から４段目までの各セルに並列に接続されてセル電圧を検出し、検出回路３−２は、５段目から残り上段の３個の各セルに並列に接続されてセル電圧を検出すると共に充放電制御スイッチ２のオン／オフ制御を行う、例えば市販の保護ＩＣを用いた検出、保護手段であり、制御用マイコン５の制御、管理下にある。つまり、アナログの検出データ（Aout）は、制御用マイコン５からの要求に応じて転送される。なお、本明細書において、回路、手段、ＩＣは同じ概念のものとして用いている。
【００１０】
レベル変換回路４は、検出回路３−２が検出回路３−１の上段に連結され、同じ制御用マイコン５に転送される検出回路３−１の検出データ（Aout）との電圧基準の一律化を行うためにレベル変換を行うものである。電池保護回路において、高電圧用保護方式として、図示のように小中電圧用保護素子からなる検出回路３−１、３−２を連結して使用する方法で構成した場合、このようにレベル変換回路４によりレベル変換処理を行うことで、制御に関わらず演算、通信を執り行う方法として電圧基準の一律化を行うことが可能となる。
【００１１】
制御用マイコン５は、外部機器と制御信号やデータの通信を行い、デジタル制御ラインを通して検出回路３−１、３−２を制御し、検出回路３−１、３−２から逐次アナログの検出信号を収集して、これら検出信号を含むパック検出信号の演算処理を行う演算処理手段である。また、制御用マイコン５は、外部機器からの制御指令やパック検出信号の演算処理に基づき検出回路３−２に対して充放電制御スイッチ２のオン／オフ制御信号を送る。このことにより、検出回路３−２は、充放電制御スイッチ２のオン／オフを制御する。
【００１２】
上記のように本発明は、従来の方法により連結された各電池セルの情報を検出素子により検出する場合、検出可能数量（直列電池）に相当する検出素子を連結して挿入し、直列に接続されたセル電圧の検出信号を含む各素子情報をパックの電圧基準へ変換して、処理素子により一括処理を行う。したがってここでは、各ユーザ固有の条件により構成できるマイコンなどを処理素子として用いることができ、電池、製品固有の制御を行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る多直連結保護型電池パックのレベル変換回路の具体的な構成例を説明する。図２は本発明に係る多直連結保護型電池パックのレベル変換回路の具体的な構成例を示す図であり、１１−１、１１−２は保護ＩＣ、１２はレベル変換回路、１３は演算増幅器、１４は制御用ＩＣ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１１、Ｑ１２は制御トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１〜Ｒ１４は抵抗、ＣＮはデジタル信号ラインを示す。
【００１４】
図２において、保護ＩＣ１１−１、１１−２は、図１に示す検出回路３−１、３−２に対応するもの（例えば三菱電機株式会社製ＩＣ：Ｍ６１０４０ＦＰ）であり、Ｖｒｅｇは調整電源端子、Ｄ１、ＣＫ、ＣＳはデジタル制御信号ＣＮ、ＣＮ′の入力端子、Ａｏｕｔはアナログ検出信号の出力端子である。制御用ＩＣ１４は、図１に示す制御用マイコン５に対応するもの（例えば三菱電機株式会社製ＩＣ：Ｍ３８５０３ＭＸＨ）であり、Ｖｃｃはバイアス電源端子、Ｐ０  ２／Ｓｃｌｋ、Ｐ０  １／Ｓｏｕｔ、Ｐ０  ０／Ｓｉｎはデジタル制御信号ＣＮの出力端子、Ｐ３  １／ＡＮ、Ｐ３  ２／ＡＮはアナログ検出信号の入力端子、ＰＯ  ６はレベル変換回路の制御端子である。
【００１５】
レベル変換回路１２は、演算増幅器（例えば日本電気株式会社製ＩＣ：ｕＰＣ１２５１Ｇ２）１３、制御トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ８から構成され、制御用ＩＣ１４に対し、保護ＩＣ１１−１の出力端子Ａｏｕｔから送出されるアナログ検出信号と保護ＩＣ１１−２の出力端子Ａｏｕｔから送出されるアナログ検出信号の電圧基準（ＧＮＤ）の一律化を行っている。
【００１６】
ここで演算増幅器１３は、保護ＩＣ１１−２の出力端子Ａｏｕｔから送出されるアナログ検出信号と基準端子（ＧＮＤ）の電圧で演算を行い、制御用ＩＣ１４の入力端子Ｐ３  ２／ＡＮに入力するアナログ検出信号が、保護ＩＣ１１−１の出力端子Ａｏｕｔから送出され、制御用ＩＣ１４の入力端子Ｐ３  １／ＡＮに入力するアナログ検出信号と同じ電圧基準（ＧＮＤ）となるようにレベル変換を行っている。
【００１７】
制御トランジスタＱ１、Ｑ２は、レベル変換回路１２の動作を制御するものであり、制御トランジスタＱ２を制御用ＩＣ１４からオン／オフ制御することにより、制御トランジスタＱ１をオン／オフさせる。電池パック内において無駄なエネルギーの消費を極力低減するため、レベル変換回路１２を必要なときだけ動作状態とし、それ以外の期間は、制御トランジスタＱ１をオフにしてエネルギーの無駄な消費を抑えるための回路である。
【００１８】
制御用ＩＣ１４により行われる保護ＩＣ１１−１、１１−２の制御の概要を説明すると、制御用ＩＣ１４は、その出力端子Ｐ０  ２／Ｓｃｌｋ、Ｐ０  １／Ｓｏｕｔ、Ｐ０  ０／Ｓｉｎからデジタル制御信号ＣＮを送出して、保護ＩＣ１１−１、１１−２を制御し、選択的に各種検出信号を送出させ、さらに、先に説明したような充放電制御スイッチのオン／オフを実行させる。また、出力端子Ｐ０６によりレベル変換回路１２の制御トランジスタＱ２のオン／オフを制御することにより、レベル変換回路１２の動作を制御する。
【００１９】
保護ＩＣ１１−１は、最下段であるので、入力端子Ｄ１、ＣＫ、ＣＳにデジタル制御信号ＣＮをダイレクトに入力し、要求に応じて出力端子Ａｏｕｔから検出した各セル電圧をアナログ検出信号で送出する。これに対して、保護ＩＣ１１−２は、保護ＩＣ１１−１の上段に連結されているので、制御トランジスタＱ１１、Ｑ１２、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４から構成される信号変換回路を介して入力端子Ｄ１、ＣＫ、ＣＳにデジタル制御信号ＣＮ′を入力し、同様に要求に応じて出力端子Ａｏｕｔから検出した各セル電圧をアナログ検出信号で送出する。
【００２０】
なお、制御トランジスタＱ１１、Ｑ１２、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４から構成される信号変換回路は、制御用ＩＣ１４の出力端子Ｐ０  ２／Ｓｃｌｋと保護ＩＣ１１−２の入力端子Ｄ１との間に関してのみ示している。同様の回路は、制御用ＩＣ１４の出力端子Ｐ０  １／Ｓｏｕｔと保護ＩＣ１１−２の入力端子ＣＫとの間、制御用ＩＣ１４の出力端子Ｐ０  １／Ｓｉｎと保護ＩＣ１１−２の入力端子ＣＳとの間にもあるが省略している。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、２つの検出回路（素子）を連結した構成により説明したが、３つ以上の検出回路（素子）を連結した構成においても同様に適用可能であることはいうまでもない。
【００２２】
また、検出、保護回路は、４直用としてセル電圧を検出するもので説明したが、４直用でなく２直用など直列接続数は幾つ用であってもよく、最下段の検出回路では、電池に直列接続した電流検出抵抗の端子間電圧より充放電電流を検出してもよいし、制御用マイコンは、各検出回路から検出されたセル電圧、充放電電流を演算処理するだけでなく、パック内に配置されるサーミスタより検出される温度を含めて演算処理を行うものであってもよい。
【００２３】
さらに、制御用マイコンからの制御信号に基づいて上段の検出回路より充放電制御スイッチのオン／オフを行うようにしたが、制御用マイコンから直接充放電制御スイッチをオン／オフするように構成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、直列に接続した複数個の電池と、該複数個の電池と出力端子との間に接続されて充放電の制御を行う充放電制御スイッチと、複数個の電池を複数のブロックに分割して少なくとも各電池電圧を検出する複数の保護回路と、該複数の保護回路の各検出信号を含むパック検出信号の演算処理を行う演算処理回路と、複数の保護回路と演算処理回路との間で検出信号の電圧基準を一律化するレベル変換回路と、演算処理回路によりオン／オフされレベル変換回路の動作を制御する制御素子とを備え、複数の保護回路をブロックと並列に多段に連結し、演算処理回路により制御素子をオンにして各保護回路のパック検出信号を収集して演算処理を行うように構成したので、電池パック内において無駄なエネルギーの消費を極力低減するため、レベル変換回路１２を必要なときだけ動作状態とし、それ以外の期間は、エネルギーの無駄な消費を抑えるようにすることができる。しかも、制御に関わらず演算、通信を執り行う方法として基準の一律化を行うことにより、ユーザ固有の処理、管理が可能な素子、例えばマイコン等による一元管理が可能となり、電池固有の管理方法と各製品固有の動作基準を自由に規定することが可能となる。また、この処理を行うことで、各素子へ加わる電圧範囲を抑えることが可能となり、素子破壊を最小限に抑えることができる。
【００２５】
本発明は、原則として、直列接続される数に制限はなく、レベル変換可能であれば無限に直列化し、１つの処理素子（例えばマイコン）により制御、管理を行うことができる。基準変換により情報を一元管理することが可能となる。検出・保護素子における入力時は、素子電圧範囲内での検出、処理が行われるため、電圧による素子破壊を最小に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る多直連結保護型電池パックの実施の形態を示す図である。
【図２】  本発明に係る多直連結保護型電池パックのレベル変換回路の具体的な構成例を示す図を示す図である。
【符号の説明】
１…電池、２…充放電制御スイッチ、３−１、３−２…検出回路、４…レベル変換回路、５…制御用マイコン
【図１】
0004428551.tif 000002
【図２】
0004428551.tif 000003