(57)【要約】【課題】長時間の電気機器の駆動を可能にすると共に、電気機器に大電流が流れたときでも電圧降下を防ぐことが可能な充電式電源装置を提供する。【解決手段】主電源用二次電池と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池と、これらの二次電池に接続された制御手段とを備え、  前記制御手段は、前記主電源用二次電池から電気機器に放電する場合においてその二次電池の電圧が基準電圧以下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池から前記バックアップ用二次電池に切り替えて前記電気機器に放電を行う機能を有することを特徴とする充電式電源装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源用二次電池と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池と、これらの二次電池に接続された制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記主電源用二次電池から電気機器に放電する場合においてその二次電池の電圧が基準電圧以下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池から前記バックアップ用二次電池に切り替えて前記電気機器に放電を行う機能を有することを特徴とする充電式電源装置。
【請求項２】
前記大電流放電が可能なバックアップ用二次電池は、１０Ｃ充電、放電深度１００％、１０００サイクルでの劣化が１％であることを特徴とする請求項１記載の充電式電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記バックアップ用二次電池から前記主電源用二次電池を電気機器に接続させるための復帰機能をさらに有することを特徴とする請求項１記載の充電式電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器に搭載される充電式電源装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、電動アシスト自転車、電動自動二輪車等の各種電気機器には、充電式電源装置が内蔵されている。これらの電気機器に使用されている充電式電源装置としては、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などが主流となっており、高エネルギー密度を生かした大容量電池で、長時間の機器駆動を可能にしている。
【０００３】
ところで、各種電気機器は通常、起動時に大電流が流れる。例えば、パーソナルコンピュータでは立ち上げ時に大電流が流れる。電気自動車の場合には、発進時の数秒という短時間で大電流が流れる。このため、これら電気機器に搭載される充電式電源装置から大電流の放電がなされる。通常の二次電池を有する充電式電源装置において、大電流放電がなされると、その内部インピーダンスの影響が生じて、電池電圧の電圧降下が大きくなり、過放電電圧以下となって放電できなくなる虞がある。
【０００４】
このようなことから、特許文献１には大電流放電可能な非水電解質二次電池が開示されている。この二次電池を充電式電源装置に組み込むことによって、電気機器に大電流が流れても、電圧降下を防ぐことが可能になる。
【０００５】
しかしながら、大電流放電可能な非水電解質二次電池は通常の非水電解質二次電池に比べて容量が小さいために、搭載される電気機器の種類によってはその駆動時間が制限される。
【特許文献１】特開２００５−１２３１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、長時間の電気機器の駆動を可能にすると共に、電気機器に大電流が流れたときでも電圧降下を防ぐことが可能な充電式電源装置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】
【０００７】
本発明によると、主電源用二次電池と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池と、これらの二次電池に接続された制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記主電源用二次電池から電気機器に放電する場合においてその二次電池の電圧が基準電圧以下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池から前記バックアップ用二次電池に切り替えて前記電気機器に放電を行う機能を有することを特徴とする充電式電源装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、長時間の電気機器の駆動を可能にすると共に、電気機器に大電流が流れたときでも電圧降下を防いで、電気機器の継続的な駆動を達成した高信頼性で高性能の充電式電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る充電式電源装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る充電式電源装置を示す概略図である。実施形態に係る充電式電源装置１は、大容量の主電源用二次電池２、大電流放電可能なバックアップ用二次電池３、制御器４および第１、第２のスイッチ用ＦＥＴ５，６を備えている。
【００１１】
主ラインＬ１、補助ラインＬ２は、２本のバスラインＬ３，Ｌ４により互いに平行して接続されている。電気機器１１は、前記主ラインＬ１の一端に接続されている。
【００１２】
前記主電源用二次電池２は、前記主ラインＬ１に接続されている。前記第１のスイッチ用ＦＥＴ５は、前記主電源用二次電池２と前記電気機器１１側のバスラインＬ３の交点との間に位置する前記主ラインＬ１に接続されている。前記バックアップ用二次電池３は、前記補助ラインＬ２に接続されている。前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６は、前記バックアップ用二次電池３とバスラインＬ３の交点との間に位置する前記補助ラインＬ２に接続されている。なお、前記バックアップ用二次電池３の電圧に応じて、昇圧回路（図示せず）バックアップ用二次電池３と第２のスイッチ用ＦＥＴ６の間に位置する前記補助ラインＬ２に接続してもよい。
【００１３】
前記制御器４は、例えばマイコンからなる。この制御器４は、検出信号ラインＳ１，Ｓ２を通して前記主電源用二次電池２前後の主ラインＬ１に接続され、その二次電池２の電圧を検出する機能を有する。前記制御器４は、信号ラインＳ３を通して前記第１のスイッチ用ＦＥＴ５に接続され、このＦＥＴ５の開閉を行う。また、前記制御器４は信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６に接続され、このＦＥＴ６の開閉を行う。このような制御器４において、前記主電源用二次電池２の電圧を検出信号ラインＳ１，Ｓ２を通して検出し、その検出電圧を基準電圧と比較し、基準電圧より下がると、前記信号ラインＳ３を通して前記第１のスイッチ用ＦＥＴ５を閉じ、前記信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６を開く機能を有する。すなわち、前記主電源用二次電池２の電圧が基準電圧より下がると、この二次電池２からバックアップ用二次電池３に切り替わって電気機器１１に接続される。なお、基準電圧は前記主電源用二次電池２の電圧により一概に規定できないが、主電源用二次電池２の初期電圧の８０〜８５％下げた電圧にすることが好ましい。
【００１４】
また、前記制御器４は前記バックアップ用二次電池３から前記主電源用二次電池２を前記電気機器１１に再度接続する復帰機能を有する。すなわち、前記主電源用二次電池２からバックアップ用二次電池３への切り替え、所望の待機時間が経過後に前記信号ラインＳ３を通して前記第１のスイッチ用ＦＥＴ５を開き、前記信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６を閉じて前記バックアップ用二次電池３から前記主電源用二次電池２を前記電気機器１１に接続する、復帰機能を有する。復帰するまでの待機時間は、制御器４のレジスタのようなタイマーでなされ、その待機時間は例えば電気機器１１に大電流が流れる時間を考慮して設定される。
【００１５】
前記大容量の主電源用二次電池２、大電流放電可能なバックアップ用二次電池３は、例えば図２に示すアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材を有する薄型電池が用いられる。なお、図４中の２１はセパレータを挟んで正極および負極を重ね、渦巻状に捲回した後プレス成形した扁平状電極群と電解液を収納した外装部材である。２２は、一端が前記正極に接続され、他端が外装部材２１の一側面から延出された正極端子である。２３は、一端が前記負極に接続され、他端が外装部材２１の一側面から延出された負極端子である。
【００１６】
前記主電源用二次電池２は、例えばアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材のような容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納された正極と、前記容器内に収納され、銅箔または銅合金箔よりなる負極集電体に炭素質材料からなる負極活物質を含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有する。
【００１７】
前記バックアップ用二次電池３は、最大放電電流が３０Ｃ，２分間であることが好ましい。また、このバックアップ用二次電池３は１０Ｃ充電、放電深度１００％、１０００サイクルでの劣化が１％であることが好ましい。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば１０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の１０倍の電流が必要になる。
【００１８】
このような大電流放電可能なバックアップ用二次電池３は、前述した特許文献１に示されるような例えばアルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材のような容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納された正極と、前記容器内に収納され、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔よりなる負極集電体に平均粒子径が１μｍ以下の粒度分布を有するリチウムイオンを吸蔵・放出するチタン酸リチウムのような物質を負極活物質粒子として含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有する。
【００１９】
次に、前述した図１に示す実施形態に係る充電式電源装置による電気機器への放電操作を説明する。
【００２０】
制御器４により信号ラインＳ３を通して第１のスイッチ用ＦＥＴ５を開き、信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６を閉じて、主電源用二次電池２を主ラインＬ１を通して電気機器１１に接続し、所定電圧を電気機器１１に放電して駆動する。このとき、制御器４により検出信号ラインＳ１，Ｓ２を通して主電源用二次電池２の電圧を検出し、その検出電圧が基準電圧以下か、否かを判定する。
【００２１】
検出電圧が基準電圧以下になったことを判定、つまり電気機器１１に大電流が流れ、主電源用二次電池２の電圧降下が判定されると、制御器４により信号ラインＳ３を通して第１のスイッチ用ＦＥＴ５を閉じ、前記信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６を開く。これらのＦＥＴ５，６の開閉により、主電源用二次電池２からバックアップ用二次電池３に切り替えられ、バックアップ用二次電池３はバスラインＬ３および主ラインＬ１を通して電気機器１１に接続され、大電流放電がなされる。このバックアップ用二次電池３は大電流放電が可能（例えば最大放電電流が３０Ｃ，２分間）であるため、電気機器１１に大電流が流れても、電圧降下を招かずにほぼ初期電圧を維持して電気機器１１を駆動する。
【００２２】
すなわち、５０％の放電時の電圧−電流特性を示す図３のように大容量の主電源用二次電池、例えば高容量リチウムイオン二次電池：１８６５０タイプ／１６００ｍＡｈ、（特性線Ａ）では放電電流が高くなると電圧降下が大きくなり、特に放電電流が５Ａになると、急激な電圧降下により電圧測定が不能になる。これに対し、大電流放電可能な二次電池、例えば容量が６００ｍＡｈで、最大放電電流が３０Ｃ，２分間のリチウムイオン二次電池（図３中の特性線Ｂ）では、放電電流３０Ａでも放電電流１Ａのときの電圧とほぼ変わらない高い電圧を維持できる。その結果、前述したように電気機器１１に大電流が流れても、電圧降下を招かずにほぼ初期電圧を維持して電気機器１１を駆動することが可能になる。
【００２３】
このようなバックアップ用二次電池３による電気機器１１への大電流放電の後（所望の待機時間が経過後）に制御器４により前記信号ラインＳ３を通して前記第１のスイッチ用ＦＥＴ５を開き、前記信号ラインＳ４を通して前記第２のスイッチ用ＦＥＴ６を閉じて前記バックアップ用二次電池３から前記主電源用二次電池２を前記電気機器１１に接続、復帰する。つまり、主電源用二次電池２による定常的な電気機器１１の駆動がなされる。
【００２４】
以上、実施形態によれば高容量の主電源用二次電池２と、大電流放電可能なバックアップ用二次電池３と、前記主電源用二次電池２から電気機器１１に放電する場合においてその二次電池２の電圧が設定電圧下になったことを検出し、かつこの検出結果に基づいて前記主電源用二次電池２から前記バックアップ用二次電池３に切り替えて前記電気機器１１に放電を行う機能を有する制御器４とを備えることによって、長時間の電気機器１１の駆動を可能にすると共に、電気機器１１に大電流が流れたときでも前記バックアップ用二次電池３に切り替えて電圧降下を防いで電気機器１１の駆動を続行できる。その結果、電気機器１１に大電流が流れた際も、その電気機器１１の継続的な駆動を達成した高信頼性で高性能の充電式電源装置１を提供することができる。
【００２５】
また、バックアップ用二次電池３による電気機器１１への大電流放電の後（所望の待機時間が経過後）に制御器４により前記バックアップ用二次電池３から前記主電源用二次電池２を前記電気機器１１に接続させる復帰を行うことによって、容量の小さいバックアップ用二次電池３から電気機器１１に必要以上の長い時間に亘って放電されるのを防ぐことが可能になる。その結果、より長時間に亘って電気機器１１を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る充電式電源装置を示す概略図。
【図２】実施形態に係る充電式電源装置に組み込まれる二次電池を示す正面図。
【図３】大容量の主電源用二次電池および大電流放電可能な二次電池における５０％の放電時の電圧−電流特性図。
【符号の説明】
【００２７】
１…充電式電源装置、２…大容量の主電源用二次電池、３…大電流放電可能なバックアップ用二次電池、４…制御器、１１…電気機器、２１…外装部材、２２…正極端子、２３…負極端子。
【図１】
2007166697.tif 000003
【図２】
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【図３】
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