(57)【要約】【課題】使用温度範囲内における容量低下を抑え、かつ高温環境に放置された場合の劣化の緩和を図ることができるバッテリーパックを提供することを目的とする。【解決手段】強制放電回路９を備えたバッテリーパック１において、バッテリーセル２の電極間に接続される放電抵抗３を、強制放電時に放電抵抗３から発せられる熱がバッテリーパック１の温度上昇に寄与しない位置、或いは、抵抗値としたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強制放電回路を備えたバッテリーパックにおいて、
バッテリーセルの電極間に接続される放電抵抗を、強制放電時に前記放電抵抗から発せられる熱がバッテリーパックの温度上昇に寄与しない位置、或いは、抵抗値としたことを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
前記バッテリーセルの温度が７０℃よりも高い時に、前記放電抵抗から強制放電することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項３】
前記放電抵抗から放電される電力を０．５Ｗ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強制放電回路を備えたバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯して使用することができる携帯用電子機器、例えばポータブルナビゲーション機器等、のバッテリーパックは、バッテリーパックの使用温度範囲内であれば、充電／放電を行い、使用温度範囲外であれば、充電／放電を停止するように構成されていた。
このような携帯用電子機器は、車両内部で使用される場合には、車両の内部電源に連結させた状態で使用される。そのため、携帯用電子機器に装着されたバッテリーパックには継続的に電力が充電されることとなり、バッテリーパックのバッテリーセルは満充電状態を維持することとなる。
バッテリーセルが満充電状態で、炎天下の車内等の高温環境に放置された場合には、バッテリーセルの保持特性が悪くなり、バッテリーセルの劣化や膨張が発生する可能性がある。そのため、バッテリーパックの温度が予め設定された基準温度以上になった場合には、使用温度範囲内でバッテリーセルに蓄積された電力を放電抵抗に流して強制放電させることによってバッテリーセルの内圧を下げ、バッテリーセルの膨張を抑制させることができる保護回路を備えたバッテリーパックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バッテリーセルに充電された電力の強制放電時には、放電抵抗が熱を発生し、その熱によりバッテリーパックの温度が上昇する。そのため、強制放電を行う基準温度は使用温度範囲の上限よりも低い温度に設定されている。しかしながら、炎天下の車内では、車内温度が急激に上昇するため、バッテリーパックの温度は、すぐにこの基準温度に達してしまい、バッテリーセルに充電された電力が使用温度範囲にもかかわらず強制放電されてしまう。これによって、いざ携帯用電子機器を車両から取り外して、バッテリーパックに充電されている電力で携帯用電子機器を駆動させて使用した時には、バッテリーパックに充電されている電力が不足しており、携帯用電子機器の動作時間が短くなってしまうという問題がある。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、使用温度範囲内における容量低下を抑え、かつ高温環境に放置された場合の劣化の緩和を図ることができるバッテリーパック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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、強制放電回路を備えたバッテリーパックにおいて、バッテリーセルの電極間に接続される放電抵抗を、強制放電時に前記放電抵抗から発せられる熱がバッテリーパックの温度上昇に寄与しない位置、或いは、抵抗値としたことを特徴とする。
【０００６】
この構成において、前記バッテリーセルの温度が７０℃よりも高い時に、前記放電抵抗から強制放電する構成としても良い。また、前記放電抵抗から放電される電力を０．５Ｗ以下とした構成としても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、強制放電回路を備えたバッテリーパックにおいて、バッテリーセルの電極間に接続される放電抵抗を、強制放電時に前記放電抵抗から発せられる熱がバッテリーパックの温度上昇に寄与しない位置、或いは、抵抗値としたため、強制放電を開始するバッテリーパックの温度を高く設定することができ、バッテリーパックの使用温度範囲内での容量低下を抑え、かつ高温環境に放置された場合のバッテリーパックの劣化の緩和を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のバッテリーパックの機能的構成を示すブロック図である。
【図２】バッテリーパックの内部構造を示す図である。
【図３】バッテリーパックの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係るバッテリーパック１の機能的構成を示すブロック図である。バッテリーパック１は、携帯して使用することができる、例えばポータブルナビゲーション機器等の携帯用電子機器のバッテリーパックとして用いられ、充放電可能に構成されている。バッテリーパック１の使用温度範囲は０℃から７０℃と予め規定されており、この使用温度範囲外ではバッテリーパック１へ充電をすることも、バッテリーパック１から電力を供給して携帯用電子機器を駆動するもできないように構成されている。
バッテリーパック１は、図１に示すように、バッテリーセル２と、セル温度検出回路８と、充電制御回路６と、放電制御回路７と、強制放電回路９と、を備える。図１には、説明を簡略化するために、１つのバッテリーセルから構成されるバッテリーセル２を図示したが、バッテリーセル２は、複数のバッテリーセルを並列にならべて接続されている構成としても良い。
【００１０】
バッテリーパック１はまた、バッテリーセル２の正極に連結された正極端子１３と、バッテリーセル２の負極に連結された負極端子１４とを備える。
バッテリーセル２は、充放電可能に構成され、例えば車両の内部電源にバッテリーパック１の正極端子１３及び負極端子１４を連結させた状態で使用した場合には、継続的に電力が充電される。
【００１１】
バッテリーセル２の正極と、バッテリーパック１の正極端子１３の間には、放電用スイッチング素子１０と、充電用スイッチング素子１１とが電気的に接続されている。放電用スイッチング素子１０、充電用スイッチング素子１１は、ともに、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｌｔａ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。放電用スイッチング素子１０には、放電用スイッチング素子１０のオン／オフの制御を行う放電制御回路７が電気的に接続されている。充電用スイッチング素子１１には、充電用スイッチング素子１１のオン／オフの制御を行う充電制御回路６が電気的に接続されている。充電制御回路６は、充電電流量を検出し、充電電流量の減少状態からバッテリーセル２の満充電を判定する。
【００１２】
バッテリーセル２には、バッテリーセル２の温度の検出を行う温度検出素子５が電気的に接続される。温度検出素子５で検出されたバッテリーセル２の温度は、温度検出素子５に電気的に接続されたセル温度検出回路８に入力される。セル温度検出回路８は、充電制御回路６、放電制御回路７、強制放電回路９に電気的に接続される。セル温度検出回路８は、温度検出素子５から入力されたバッテリーセル２の温度に基づいて充電制御回路６、放電制御回路７、強制放電回路９に検出結果を入力する。充電制御回路６、放電制御回路７、強制放電回路９は、それぞれセル温度検出回路８からの入力結果に基づいて、充電用スイッチング素子１１、放電用スイッチング素子１０、電子スイッチ４の制御を行う。
【００１３】
強制放電回路９は、電子スイッチ４に電気的に接続される。電子スイッチ４は、放電抵抗３に電気的に接続され、放電抵抗３は電子スイッチ４を介してバッテリーセル２の正極と負極の間に電気的に接続されている。強制放電回路９は、セル温度検出回路８の検出結果に基づいて、電子スイッチ４を制御する。
強制放電回路９が電子スイッチ４を切り替えて、放電抵抗３をバッテリーセル２の正極と負極の間に繋げると、バッテリーセル２に充電されている電力が放電抵抗３で強制的に放電される構成となっている。強制放電回路９は、また、電圧制御機能を備え、バッテリーセル２の電池電圧を検出して、バッテリーセル２の電池電圧を安全な電圧まで徐々に下げるように電子スイッチ４を制御する。
【００１４】
使用温度範囲内（０℃〜７０℃）であれば、セル温度検出回路８は、検出結果を充電制御回路６に入力する。充電制御回路６は、セル温度検出回路８の検出結果に基づいて、充電用スイッチング素子１１をオンにし、バッテリーセル２の充電を行う。また、温度検出素子５からセル温度検出回路８に入力されるバッテリーセル２の温度が、使用温度範囲内（０℃〜７０℃）であれば、セル温度検出回路８は、検出結果を放電制御回路７に入力する。放電制御回路７は、セル温度検出回路８の検出結果に基づいて、放電用スイッチング素子１０をオンにし、バッテリーセル２を放電可能とする。
【００１５】
このように、バッテリーパック１は、温度検出素子５で検出されるバッテリーセル２の温度が使用温度範囲内（０℃〜７０℃）であるとセル温度検出回路８が判定した場合には、バッテリーパック１の充電及び放電が許容されるように構成されている。温度検出素子５で検出されたバッテリーセル２の温度が、この使用温度範囲外であるとセル温度検出回路８が検出すると、セル温度検出回路８は検出結果を充電制御回路６及び放電制御回路７に入力し、充電制御回路６、放電制御回路７は、それぞれセル温度検出回路８の検出結果に基づいて、放電用スイッチング素子１０、充電用スイッチング素子１１をオフにして、バッテリーパック１の充電及び放電を停止する。
【００１６】
セル温度検出回路８は、温度検出素子５で検出されるバッテリーセル２の温度が予め設定された強制放電を開始する温度よりも高温であると検出した場合には、検出結果を強制放電回路９に入力する。強制放電回路９は、セル温度検出回路８の検出結果に基づいて、電子スイッチ４を切り替えて、放電抵抗３をバッテリーセル２の正極と負極の間に接続する。放電抵抗３がバッテリーセル２の正極と負極の間に接続されると、放電抵抗３の抵抗値に応じてバッテリーセル２に充電されている電力が、放電抵抗３で強制放電される。
【００１７】
バッテリーパック１内は、図２に示すように、バッテリーセル２が収容される一方の室Ｒ１と、セル温度検出回路８、充電制御回路６、放電制御回路７、強制放電回路９等を含む制御回路が実装された制御基板２０が収容される他方の室Ｒ２とに区分けされる。バッテリーセル２と制御基板２０との間には、断熱部材２１が設けられ、この断熱部材２１によって、バッテリーパック１内が一方の室Ｒ１と、他方の室Ｒ２とに区分けされる。
バッテリーパック１内は、図２（Ａ）（Ｂ）、或いは、図２（Ｃ）に示すように、バッテリーパック１の厚さ方向に亘って設けられた断熱部材２１によってバッテリーパック１の内部の一部を一方の室Ｒ１から区切るようにして他方の室Ｒ２が形成される構成であっても良い。また、バッテリーパック１は、図２（Ｄ）（Ｅ）に示すように、厚さ方向に２層構造に形成される構成であっても良い。
【００１８】
放電抵抗３は、強制放電回路９とともに制御基板２０に実装されて備えられる。放電抵抗３を用いて、バッテリーセル２を強制放電する際には、放電抵抗３から熱が発せられるが、放電抵抗３を実装した制御基板２０は、図２に示すように、バッテリーセル２から断熱部材２１によって区分けられた他方の室Ｒ２内に収容されるため、放電抵抗３から発せられる熱がバッテリーセル２に伝熱されることがなく、放電抵抗３を用いてバッテリーセル２の強制放電を行っても、放電抵抗３から発せられる熱がバッテリーパック１の温度上昇に寄与することがない。
【００１９】
従来は、強制放電時に放電抵抗が高温となって電池の温度が上昇する可能性があるため、強制放電をバッテリーパックの使用温度範囲内でしかも例えば４５℃という低い温度で開始しなければいけなかったが、放電抵抗３から発せられる熱がバッテリーパックの温度上昇に寄与しない配置としたため、強制放電をバッテリーパック１の温度が高温であっても強制放電を行うことが可能となる。そのため、バッテリーパック１の温度が使用温度範囲内であるときには、強制放電を行わず、バッテリーパック１の充電容量の低下を抑えることができる。
【００２０】
また、放電抵抗３の抵抗値は、放電抵抗３から放電される電力が０．５Ｗ以下となるように構成される。これによって、バッテリーセル２の電池電圧を徐々に下げることができ、バッテリーセル２の内圧が強制放電によって上昇するのを防ぐことができる。これによって、強制放電による劣化の促進を防ぐとともに、バッテリーセル２の高温保存時の劣化、及び膨張を緩和して、バッテリーパック１の安全性の向上を図ることができる。
【００２１】
次に、バッテリーパック１の動作について説明する。
図３は、バッテリーパック１の充放電動作を示すフローチャートである。図３に示すように、温度検出素子５は、バッテリーセル２の温度を検出し（ステップＳ１）、検出したバッテリーセル２の温度を、セル温度検出回路８に入力する。セル温度検出回路８は、温度検出素子５から入力されたバッテリーセル２の温度が充電可能温度、つまり使用温度範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２）。バッテリーセル２の温度は、使用温度範囲内であるとセル温度検出回路８が判定すると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、セル温度検出回路８は充電制御回路６に判定結果を出力する。充電制御回路６は、セル温度検出回路８からの入力に基づいて、充電用スイッチング素子１１をオンにし、充電を行うとともに、放電用スイッチング素子１０をオンにし、放電可能とする（ステップＳ３）。
【００２２】
充電制御回路６は、充電用スイッチング素子１１をオンにし、バッテリーセル２への充電電流量を検出する。充電電流は、バッテリーセル２が満充電に近づくと減少するため、充電制御回路６は、検出した充電電流量の減少状態からバッテリーセル２が満充電であるか否かを判定する（ステップＳ４）。充電制御回路６は、バッテリーセル２が満充電であると判定すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、充電用スイッチング素子１１をオフにして、充電を停止する（ステップＳ５）。
【００２３】
ステップＳ２において、バッテリーセル２の温度が使用温度範囲外であると判定すると（ステップＳ２：Ｎｏ）、セル温度検出回路８は、充電制御回路６及び放電制御回路７に検出結果を入力する。充電制御回路６、放電制御回路７は、セル温度検出回路８からの入力に基づいて、それぞれ充電用スイッチング素子１１、放電用スイッチング素子１０をオフにし、バッテリーパック１の充放電を停止する。続いて、セル温度検出回路８は、バッテリーセル２の温度が７０℃以上の高温であるか否かを判定する（ステップＳ７）。バッテリーセル２の温度が７０℃以上の高温であると判定すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、セル温度検出回路８は、強制放電回路９に検出結果を入力する。
【００２４】
強制放電回路９は、セル温度検出回路８の検出結果に基づいて、電子スイッチ４を切り替えて、放電抵抗３をバッテリーセル２の正極と負極の間に繋げ（ステップＳ８）、バッテリーセル２に充電されている電力を放電抵抗３で徐々に放電させる。強制放電回路９は、バッテリーセル２の強制放電中、バッテリーセル２の電池電圧を検出し、バッテリーセル２の電池電圧が安全な電圧まで低下したか否かを判定する（ステップＳ９）。バッテリーセル２の電池電圧が安全な電圧まで低下したと判定すると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、強制放電回路９は、電子スイッチ４を切り替えて、放電抵抗３をバッテリーセル２から切り離し（ステップＳ１０）、強制放電を停止する。
【００２５】
この構成によれば、バッテリーパック１が満充電の状態で高温環境に放置された場合等に、バッテリーパックの温度上昇に伴い、バッテリーセル２を強制放電させて電池電圧を安全な電圧まで下げる制御が行われるため、高温放置によるバッテリーセル２の劣化の緩和を図ることができる。また、バッテリーセルの強制放電は、バッテリーセル２の温度がバッテリーパック１の使用温度範囲外の７０℃以上で行われるため、バッテリーパック１の温度が使用温度範囲内であるときには、強制放電によるバッテリーパック１の充電容量の低下を抑えることができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態に係る強制放電回路を備えたバッテリーパック１によれば、バッテリーセル２の電極間に接続される放電抵抗３を、強制放電時に放電抵抗３から発せられる熱がバッテリーパック１の温度上昇に寄与しない位置、或いは、抵抗値としたため、バッテリーセル２の強制放電をバッテリーパック１の温度が低いうちに行う必要がなく、バッテリーパック１の温度が使用温度範囲内であるときには、強制放電によるバッテリーパック１の充電容量の低下を抑えることができる。これにより、炎天下の車内や高温の場所などに放置されていたバッテリーパック１を備えた携帯用電子機器をユーザーがバッテリーパック１からの電力により使用した時にも動作時間が短くなるなどの不満を解消することができる。また、バッテリーパック１の使用温度範囲外では、放電抵抗３によって強制放電が行われるため、バッテリーセル２の高温保存時の劣化、及び膨張を緩和して、バッテリーパック１の安全性の向上を図ることができる。
【００２７】
バッテリーパック１は、また、バッテリーセル２の温度が７０℃よりも高い時に放電抵抗３から強制放電するため、強制放電をバッテリーパック１の使用温度範囲外の高温で行うことができ、バッテリーパック１の温度が使用温度範囲内であるときには、強制放電によるバッテリーパック１の充電容量の低下を抑えることができる。また、バッテリーパック１の使用温度範囲外では、放電抵抗３から強制放電するため、バッテリーセル２の高温保存時の劣化、及び膨張を緩和して、バッテリーパック１の安全性の向上を図ることができる。
【００２８】
放電抵抗３から放電される電力を０．５Ｗ以下としたため、徐々にバッテリーセル２の電池電圧を下げることができるため、強制放電による電池内圧の上昇を抑えることができる。これによって、強制放電による劣化の促進を防ぐとともに、バッテリーセル２の高温保存時の劣化、及び膨張を緩和して、バッテリーパック１の安全性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  バッテリーパック
２  バッテリーセル
３  放電抵抗
５  温度検出素子
８  セル温度検出回路
９  強制放電回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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