(57)【要約】【課題】二次電池を内蔵する機器に搭載される電池電源装置の電池交換やメンテナンス、あるいは大型機器本体の移動や撤去作業などを行う場合、作業者の安全を確保し、かつ、機器停止時の電池劣化を促進しない保存状態を確保できる電池電源システムを提供する。【解決手段】二次電池のＳＯＣを検出する手段と充放電を制御する制御手段と、二次電池で駆動される機器との通信手段とを備え、二次電池で駆動される機器から長期間停止を意味する信号を受信した場合、充電器からの入力を停止し、かつ、ＳＯＣが所定のＳＯＣ値以下になるよう放電を制御し、ＳＯＣが所定のＳＯＣ値以下に達した後、入出力を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電部と、二次電池と、前記二次電池で駆動できる負荷回路とを具備した電池電源システムにおいて、
前記二次電池の満充電容量に対する充電量の比率（ＳＯＣ）を検出する検出手段と、前記充電部から前記二次電池への充電を制御する制御手段と、前記二次電池から前記負荷回路への放電を制御する制御手段とを備えた充放電制御回路をさらに備え、
前記充放電制御回路は、長期間停止を意味する停止信号を受信した場合、前記充電部からの充電を停止し、かつ、前記検出手段により検出されたＳＯＣが所定のＳＯＣ目標値以下になるまで放電を行い、前記ＳＯＣ目標値以下になった時、放電を停止することを特徴とする電池電源システム。
【請求項２】
前記二次電池が複数の素電池の組合せであることを特徴とする請求項１記載の電池電源システム。
【請求項３】
前記停止信号が意味する長期間停止が、意図的に一定期間以上使用しないことであることを意味することを特徴とする請求項１記載の電池電源システム。
【請求項４】
前記ＳＯＣ目標値が５５％以下であることを特徴とする請求項１記載の電池電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器本体と、二次電池とを具備した電池電源システムに関し、特にシステムの長期停止前の充放電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は小型携帯機器用電源をはじめ、自動車の始動用や駆動用、通信用の予備電源、家庭用蓄電、業務用蓄電など様々な機器の駆動に利用されている。
【０００３】
二次電池は、使用を続けていくと劣化したり、故障したりするため、交換することになる。また、大型機器本体を移動もしくは撤去する場合など、電池電源装置を長期間使用しないことになる。
【０００４】
このような二次電池の交換時には、単に電池の交換をするだけでなく、様々な充放電制御が行われていた。
【０００５】
例えば、ハイブリッド車両用電池の劣化状態が交換を要するレベルに達してもある程度の距離を走行することができるよう、二次電池の劣化状態を検出して、二次電池の満充電容量に対する充電量の比率（ＳＯＣ）の目標値を設定し、ＳＯＣ目標値になるように電池の充放電を制御することが提案されている（特許文献１、参照）。
【０００６】
また、残存量が少なくなった交換時に、積極的にエネルギーを消費させることも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０３０７５３号公報
【特許文献２】特開２００２−０５１４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの二次電池で駆動される機器において、メンテナンスや電池交換を行う場合、あるいは大型機器本体を移動もしくは撤去する場合など、電池電源装置を長期間使用しないことになるが、二次電池はＳＯＣが高い状態で長期間保存すると劣化が促進される課題があった。
【０００９】
また、電池内蔵機器の高性能化や大型化に伴い、電池電源装置の蓄えるエネルギー量が大きくなっており、メンテナンスや電池交換などで電源装置を分解する作業時、二次電池のＳＯＣが高い状態のままであると、万一、作業者が誤った操作をした場合、感電する、あるいは短絡による発熱で火傷を負う、などの危険性があった。
【００１０】
これに対し、特許文献１のように二次電池の劣化状態に合わせて充電を制御する技術では、電池が劣化していない場合は、充電を制御することがなく、特許文献２のように電池の残存量が少ない場合、すなわちＳＯＣが０に近い状態で、更に電池を消費するよう制御する技術では、ＳＯＣが高い状態では電池の消費を行わない。
【００１１】
つまり、二次電池の劣化状態や残存量に関係なく、二次電池が長期間停止する場合に電池の安全性や信頼性を確保する為の充放電制御を行う技術はなかった。
【００１２】
本発明の目的は、電池電源装置の電池交換やメンテナンス、あるいは大型機器本体の移動や撤去作業時などの場合、作業者の安全を確保し、かつ、機器停止時の電池劣化を促進しない保存状態を確保できる電池電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する為に、本発明の電池電源システムは、充電部と、二次電池と、前記二次電池で駆動できる負荷回路とを具備した電池電源システムにおいて、前記二次電池の満充電容量に対する充電量の比率（ＳＯＣ）を検出する検出手段と、前記充電部から前記二次電池への充電を制御する制御手段と、前記二次電池から前記負荷回路への放電を制御する制御手段とを備えた充放電制御回路をさらに有し、前記充放電制御回路は、長期間停止を意味する停止信号を受信した場合、前記充電部からの充電を停止し、かつ、前記検出手段により検出されたＳＯＣが所定のＳＯＣ目標値以下になるまで放電を行い、前記ＳＯＣ目標値以下になった時、放電を停止することを特徴とする。
【００１４】
ここで、二次電池で駆動できる負荷回路は、少なくとも二次電池で駆動できるモードがあれば良く、例えば商用電源により駆動するモードがあってもかまわない。そして二次電池は、電池パックのように制御部と一体になっていても良く、機器本体に内蔵されていても外付けの外部電源に内蔵されていてもかまわない。また、制御部に備えられた、それぞれの制御手段は、共通の素子又は回路を使用していても良く、例えば充電を制御する手段と放電を制御する手段が、充放電を制御する手段となっていてもかまわない。
【００１５】
このことにより、電池電源装置の電池交換やメンテナンス、あるいは大型機器本体の移動や撤去作業時など場合、作業者の安全を確保でき、かつ、機器停止時の電池劣化を促進しない保存状態を確保できる。
【００１６】
また本発明の電池電源システムは、二次電池が複数の素電池の組合せであることが好ましい。
【００１７】
本発明の電池電源システムは、外部電源もしくは内蔵の二次電池で駆動される機器からの長期間停止を意味する信号が、意図的に一定期間以上使用しないものであることが好ましい。
【００１８】
本発明の電池電源システムは、ＳＯＣ目標値が５５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電池電源装置の電池交換やメンテナンス、あるいは大型機器本体の移動や撤去作業時などの場合、作業者の安全を確保し、かつ、機器停止時に電池劣化を促進しない保存状態を確保できる電池電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の電池電源システムの構成の一例を示す説明図
【図２】本発明の電池電源システムの充放電制御回路の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の二次電池のＳＯＣと容量回復率との関係を表す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態を示す二次電池４の充放電制御回路５を備えた、電池パック２及び電池電源システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す電池電源
システム１は、電池パック２と、機器本体３とが組み合わされて構成されている。
【００２３】
電池電源システム１は、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電気機器として構成された、二次電池を電源として用いるシステムである。そして、機器本体３は、例えばこれら電気機器の本体部分であり、負荷回路３４は、これら電気機器において、電池パック２からの電力供給により動作する負荷回路である。
【００２４】
電池パック２は、二次電池４、充放電制御回路５、電流検出抵抗６、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、及び接続端子１１，１２，１３を備えている。また、充放電制御回路５は、制御部５０、電圧検出部５１、電流検出部５２、及び通信部５４を備えている。
【００２５】
なお、電池電源システム１は、必ずしも電池パック２と機器本体３とに分離可能に構成されるものに限られず、電池電源システム１全体で一つの充放電制御回路５が構成されていてもよい。また、充放電制御回路５を、電池パック２と機器本体３とで分担して備えるようにしてもよい。また、二次電池４は、電池パックにされている必要はなく、例えば充放電制御回路５が、車載用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）として構成されていてもよい。
【００２６】
機器本体３は、接続端子３１，３２，３３、負荷回路３４、充電部３５、通信部３６、制御部３７、及び表示部３８を備えている。充電部３５は、給電用の接続端子３１，３２に接続され、通信部３６は、接続端子３３に接続されている。
【００２７】
また、電池パック２が、機器本体３に取り付けられると、電池パック２の接続端子１１，１２，１３と、機器本体３の接続端子３１，３２，３３とが、それぞれ接続されるようになっている。通信部５４，３６は、接続端子１３，３３を介して互いにデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。
【００２８】
充電部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流、電圧を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。充電部３５は、例えば商用電源電圧から電池パック２の充電電流を生成する電源回路であってもよく、例えば太陽光、風力、あるいは水力といった自然エネルギーに基づき発電する発電装置や、内燃機関等の動力によって発電する発電装置等であってもよい。
【００２９】
表示部３８は、例えば液晶表示器やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。なお、例えば機器本体３が、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器である場合、当該電子機器が備える液晶表示器等の表示装置を表示部３８として用いてもよい。
【００３０】
制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。そして、制御部３７は、例えば電池パック２における制御部５０から通信部５４によって送信された要求指示が、通信部３６によって受信されると、制御部３７は、通信部３６によって受信された要求指示に応じて充電部３５を制御することにより、電池パック２から送信された要求指示に応じた電流や電圧を、充電部３５から接続端子１１，１２へ出力させて、二次電池４を充電させる。
【００３１】
また、制御部３７は、制御部５０から、二次電池４で生じた異常内容を示す情報を、通信部３６を介して受信すると、表示部３８によって、当該異常内容を表示させる。
【００３２】
電池パック２では、接続端子１１は、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ１と
を介して二次電池４の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。
【００３３】
また、接続端子１２は、電流検出抵抗６を介して二次電池４の負極に接続されており、接続端子１１からスイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ１、二次電池４、及び電流検出抵抗６を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。
【００３４】
なお、接続端子１１，１２，１３，３１，３２，３３は、電池パック２と機器本体３とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
【００３５】
電流検出抵抗６は、電流検出用の、いわゆるシャント抵抗であり、二次電池４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。なお、電流検出抵抗６の代わりに、例えば電流変成器やホール素子等の電流検出素子を用いてもよい。
【００３６】
ＳＯＣ算出部５０１は、ルックアップテーブルを用い、例えば、電圧検出部５１で検出した電池の開回路電圧、もしくは電圧検出部５１で検出した電池の閉回路電圧と電流検出部５２で検出した電流を元に算出した抵抗値ＤＣＩＲを元に算出する。
【００３７】
長期停止スイッチ５０２が押されると、長期停止信号が制御部３７に入力され、通信部３６を通じて、充放電制御回路５の通信部５４に入力される。
【００３８】
図２は本発明の電池電源システムの充放電制御回路５の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１で、充放電制御回路５が、長期間停止を意味する信号を受信すると、ステップＳ２で充電部３５からの充電を禁止する。ステップＳ３ではステップＳ４の判定で用いる二次電池４のＳＯＣを検出する。ステップＳ４ではステップＳ３で検出されたＳＯＣの値が所定のｘ以下であることを判定する。
【００３９】
図３はＳＯＣと、電池をある一定期間保存した後の電池容量を保存する前の電池容量の比で表した容量回復率との関係を示す図である。曲線ａ、曲線ｂ、は各々異なる温度で電池を保存した場合である。
【００４０】
例えば、リチウムイオン電池を常温（２５℃）で１ヶ月以上保存すると、曲線ａのようにＳＯＣの値がｘ以上で、容量回復率が低下する傾向がある。また、真夏の屋外放置や赤道付近を海上輸送する場合など、想定される最大の温度である４５℃で１ヶ月以上保存すると曲線ｂのように特定のＳＯＣの値がｘ以上で容量回復率が常温時よりも小さくなる傾向がある。
【００４１】
１ヶ月間放置しても保存される温度によって容量回復率が変化しないのはＳＯＣが５５％以下であることから、ＳＯＣの値がｘは５５％以下であることが望ましい。
【００４２】
更に、電池電源の電池容量が大きく、短絡した場合に大きな電流が流れる可能性がある場合、もしくは電源停止後に長距離の輸送を行う場合、作業者の安全を考慮しＳＯＣの値がｘは５０％以下であることが望ましい。
【００４３】
図２のステップＳ４でＳＯＣの値がｘが所定の目標値以下ではないと判定すると、ステップＳ７で負荷回路３４により放電を行い、その後、ステップＳ３に戻る。
【００４４】
ステップＳ７で示す負荷回路３４は、機器が内蔵する負荷や電池電源が内蔵する負荷、
あるいは機器や電池電源に外部接続した負荷のいずれか１つ、もしくは複数の組み合わせでも良い。
【００４５】
ステップＳ４でＳＯＣの値ｘが所定の値以下であると判定すると負荷による出力を禁止し、充放電制御回路５から機器本体３の制御部３７へ入出力停止完了を意味する信号を発信する。
尚、ステップＳ６は省いてもよい。
【００４６】
本発明の長期間停止を意味する信号は、意図的に一定期間以上使用しないものであるが、この一定期間とは、電池パックの電池交換やメンテナンス、あるいは大型機器本体の移動や撤去作業などの用途に合わせて機器製造者もしくは使用者が任意に設定する期間を意味する。
【００４７】
本発明は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニカド電池など、いずれか１種類以上の二次電池を用いた電池電源装置でも同様の効果が得られる。ただし、鉛蓄電池の場合、サルフェーションによる劣化を考慮し、ＳＯＣの値は３０％以上が望ましい。また、ニッケル水素や二カド電池は、自己放電による劣化を考慮し、ＳＯＣの値は２０％以上が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る二次電池の電池電源装置は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電源装置等の電池電源システム等の機器において、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    電池電源システム
２    電池パック
３    機器本体
４    二次電池
５    充放電制御回路
６    電流検出抵抗
１１，１２，１３，３１，３２，３３    接続端子
３４    負荷回路
３５    充電部
３６，５４    通信部
３７，５０    制御部
３８    表示部
５１  電圧検出部
５２  電流検出部
５０１  ＳＯＣ算出部
５０２  長期停止スイッチ
Ｑ１，Ｑ２    スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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