(57)【要約】【課題】電池パックにおいて、充電器によりリチウムイオン電池が充電されているか否かを判断する。【解決手段】リチウムイオン電池Ｂに流れる電流を検出する電流検出部２と、電流検出部２により検出される電流の変化量をもとに充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているか否かを判断する制御部４とを備えて電池パック１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出される電流の変化量をもとに充電器により前記電池が充電されているか否かを判断する制御部と、
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記電池に接続されるコネクタを備え、
前記制御部は、前記コネクタが外部機器に接続されたと判断した後、前記充電器により前記電池が充電されているか否かを判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流の単位時間あたりの増加量が閾値以上であると、前記充電器により前記電池が充電されていると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項３に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流の単位時間あたりの増加量が前記閾値より小さいと、回生電流により前記電池が充電されていると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流の一定時間における偏差が閾値以下であると、前記充電器により前記電池が充電されていると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項５に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流の一定時間における偏差が前記閾値より大きいと、前記電池パックが搭載される車両が走行していると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の電池パックであって、
前記電池に流れる電流を遮断する遮断部と、
を備え、
前記充電器により前記電池が充電されていると判断した後、前記電池の電圧が所定電圧以上、または、前記電池の充電量が所定充電量以上になったと判断すると、前記遮断部の動作を制御することにより前記電池に流れる電流を遮断させる
ことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動フォークリフトなど、電動モータの動力を利用して駆動する車両の普及に伴い、車両に搭載される電池パック内のリチウムイオン電池を充電するための技術の向上が図られている。例えば、特許文献１及び特許文献２参照。
【０００３】
ところで、鉛電池で駆動する車両において、鉛電池をリチウムイオン電池に置き換えた場合、誤って鉛電池用の充電器でリチウムイオン電池が充電されてしまうおそれがある。
通常、鉛電池は、リチウムイオン電池よりも内部抵抗が大きく、リチウムイオン電池よりも高電圧で充電が行われるため、誤って鉛電池用の充電器でリチウムイオン電池が充電されてしまうと、リチウムイオン電池が過充電になるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０５０１３８号公報
【特許文献２】特開２０１４−００６２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、電池パック側において、充電器によりリチウムイオン電池が充電されていると判断した後、その充電器が鉛電池用の充電器であると想定して、あとどのくらいの時間が経過するとリチウムイオン電池が過充電になるのかをおおよそ予測し、リチウムイオン電池が過充電になる前に、リチウムイオン電池に流れる電流を遮断することが考えられる。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、充電器によりリチウムイオン電池が充電されているか否かを判断することが可能な電池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】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である電池パックは、電池に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出される電流の変化量をもとに充電器により電池が充電されているか否かを判断する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池パックにおいて、充電器によりリチウムイオン電池が充電されているか否かを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の電池パックの一例を示す図である。
【図２】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】リチウムイオン電池に流れる電流の一例を示す図である。
【図４】制御部の動作の他の例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】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、リチウムイオン電池Ｂ（電池）と、スイッチＳＷ（遮断部）と、コネクタＣと、電流検出部２と、監視部３と、制御部４とを備えている。なお、電池パック１は、電動フォークリフトなど、電動モータの動力を利用して駆動する車両に鉛電池に替えて搭載されるものとする。また、コネクタＣが外部機器としての充電器に備えられるコネクタに接続され、かつ、スイッチＳＷがオンしているとき、その充電器から電池パック１へ電力が供給されると、リチウムイオン電池Ｂが充電され、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が増加するものとする。また、コネクタＣが外部機器としての上記車両に備えられるコネクタに接続され、かつ、スイッチＳＷがオンしているとき、車両から電池パック１へ回生電力が供給されると、リチウムイオン電池Ｂが充電され、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が増加するものとする。また、コネクタＣが外部機器としての上記車両に備えられるコネクタに接続され、かつ、スイッチＳＷがオンしているとき、電池パック１から車両へ電力が供給されると、リチウムイオン電池Ｂが放電され、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が減少するものとする。
【００１１】
リチウムイオン電池Ｂは、直列接続される複数のリチウムイオン電池により構成されている。なお、リチウムイオン電池Ｂは、１つのリチウムイオン電池により構成されていてもよい。
【００１２】
電流検出部２は、例えば、シャント抵抗やカレントトランスやホール素子などにより構成され、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流を検出する。
スイッチＳＷは、例えば、電磁式リレーまたは半導体リレー（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor））により構成され、リチウムイオン電池Ｂのマイナス端子に直列接続されている。なお、スイッチＳＷは、リチウムイオン電池Ｂのプラス端子に直列接続されていてもよい。
【００１３】
監視部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＰＬＤ（Programmable Logic Device））により構成されている。また、監視部３は、制御部４から送られてくる指示により、スイッチＳＷのオン、オフを制御する。また、監視部３は、リチウムイオン電池Ｂの電圧を検出する。また、監視部３は、その検出した電圧や電流検出部２により検出された電流などを示す情報を制御部４に送る。
【００１４】
制御部４は、例えば、ＣＰＵやプログラマブルディバイスにより構成されている。また、制御部４は、監視部３から送られてくる情報に示される電流の変化量をもとに充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているか否かを判断する。また、制御部４は、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断した後、監視部３から送られてくる情報に示される電圧が所定電圧（例えば、満充電時のリチウムイオン電池Ｂの電圧）になると、スイッチＳＷをオフさせることにより、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流を遮断させ、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量の変動を停止させる。なお、制御部４は、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断した後、監視部３から送られてくる情報に示される電流を積算することによりリチウムイオン電池Ｂの充電量（電流積算値、またはＳＯＣ：State Of Charge）を求め、その充電量が所定充電量（例えば、満充電時のリチウムイオン電池Ｂの充電量）になると、スイッチＳＷをオフさせることにより、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流を遮断させ、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量の変動を停止させるように構成してもよい。
【００１５】
このように実施形態の電池パック１では、電流検出部２により検出される電流の変化量をもとに充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているか否かを判断している。これにより、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断された場合、その充電器が鉛電池用の充電器であることを想定して、あとどのくらいの時間が経過するとリチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量がどのくらい増加するのかをおよそ予測することができる。従って、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が過充電に対応する電圧や充電量になる前に、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流を電池パック１側で遮断させることができ、リチウムイオン電池Ｂが過充電にならないようにすることができる。
【００１６】
従って、本来であれば、リチウムイオン電池を備える電池パックとリチウムイオン電池のための充電器が接続されると電池パックと充電器とで充電制御のための情報を送受信できるのだが、上記実施形態のように、リチウムイオン電池を備える電池パックに鉛電池用の充電器が接続されることで電池パックと充電器とで充電制御のための情報を送受信できない場合であっても、リチウムイオン電池が過充電にならないようにすることができる。なお、リチウムイオン電池に限らず、充電器と充電制御のための情報を送受信できない電池パックに備えられる電池であればよく、例えばリチウムイオンキャパシタでもよい。
＜実施例１＞
図２は、制御部４の動作の一例を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、制御部４は、コネクタＣが外部機器に接続されていないと判断しているとき（Ｓ２１：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、コネクタＣが外部機器に接続されたと判断すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、監視部３から送られてくる情報を受信することで電流検出部２により検出される電流を取得する（Ｓ２２）。
【００１８】
例えば、制御部４は、コネクタＣに設けられる不図示のスイッチが外部機器側のコネクタにより押下されたことを検知すると、コネクタＣが外部機器に接続されたと判断する。
また、例えば、制御部４は、コネクタＣに設けられる信号線に送信している所定の信号を、外部機器側のコネクタに設けられる信号線を介して受信すると、コネクタＣが外部機器に接続されたと判断する。
【００１９】
次に、制御部４は、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が負の値である場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、車両が下り坂以外の道を走行していると判断する（Ｓ２４）。
また、制御部４は、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が正の値である場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の単位時間あたりの増加量を求める（Ｓ２５）。
【００２０】
例えば、制御部４は、現在の時刻ｔ１（ｔ１は、コネクタＣが外部機器に接続された後、かつ、電流が流れ始めてから所定時間経過した時間）において監視部３から送られてきた情報に示される電流から、コネクタＣが外部機器に接続された後、かつ、電流が流れ始めた時である時刻ｔ０において監視部３から送られてきた情報に示される電流を引いた値を、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｔで割り、その計算結果を、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の単位時間あたりの増加量とする。Ｓ２２において、電流検出部２が電流の流れ始めを検知することで、制御部４は、電流が流れ始めた時を検知できる。
【００２１】
次に、制御部４は、その求めた増加量が閾値ｔｈ１よりも小さいと（Ｓ２６：Ｎｏ）、車両が下り坂を走行していると判断する（Ｓ２７）。なお、制御部４は、車両が下り坂を走行することで、回生電流によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断してもよい。
【００２２】
また、制御部４は、その求めた増加量が閾値ｔｈ１以上であると（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断する（Ｓ２８）。
図３（ａ）は、コネクタＣが外部機器に接続された後、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一例を示す図である。なお、図３（ａ）に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸はリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、図３（ａ）に示す実線は、コネクタＣが充電器側のコネクタに接続された後、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、図３（ａ）に示す破線は、コネクタＣが車両側のコネクタに接続された後、車両が下り坂以外の道を走行しているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、図３（ａ）に示す一点鎖線は、コネクタＣが車両側のコネクタに接続された後、車両が下り坂を走行しているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、リチウムイオン電池Ｂの放電時にリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を負の値とし、リチウムイオン電池Ｂの充電時にリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を正の値とする。
【００２３】
車両が下り坂以外の道を走行し始めているとき、すなわち、車両が平坦な道や上り坂を走行し始めているとき、電池パック１から車両へ電力が供給されるため、リチウムイオン電池Ｂが放電され、例えば、図３（ａ）に示す現在の時刻ｔ１の破線のように、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が負の値になる。これにより、制御部４は、現在の時刻ｔ１において、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が負の値であると判断することにより、車両が下り坂以外の道を走行していると判断することができる。
【００２４】
また、車両が下り坂を走行しているとき、図３（ａ）に示す一点鎖線のように、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流（回生電流）は緩やかに増加する。一方、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が目標の電圧や目標の充電量になるまで、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が一定電流に保たれるように、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されるとき、図３（ａ）に示す実線のように、充電開始直後、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流は急峻に増加している。すなわち、車両が下り坂を走行しているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流の単位時間あたりの増加量（時刻ｔ０から時刻ｔ１における一点鎖線の傾き）に比べて、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電され始めているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流の単位時間あたりの増加量（時刻ｔ０から時刻ｔ１における実線の傾き）が大きい。閾値ｔｈ１は、この電流の単位時間あたりの増加量（傾き）の大小を区別することが可能な値に設定されている。これにより、制御部４は、コネクタＣが外部機器に接続された後において、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の単位時間あたりの増加量が閾値ｔｈ１以上であるか否かを判断することにより、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているか否かを判断することができる。
＜第２実施例＞
図４は、制御部４の動作の他の例を示すフローチャートである。
【００２５】
まず、制御部４は、コネクタＣが外部機器に接続されていないと判断しているとき（Ｓ４１：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、コネクタＣが外部機器に接続されたと判断すると（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差を求める（Ｓ４２）。
【００２６】
例えば、制御部４は、コネクタＣが外部機器に接続されて、電流が流れ始めた後の一定時間において各制御タイミングでそれぞれ検出されたリチウムイオン電池Ｂに流れる電流の平均値と、今回の制御タイミングで検出されたリチウムイオン電池Ｂに流れる電流との差を、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差とする。
【００２７】
また、例えば、制御部４は、コネクタＣが外部機器に接続された後の一定時間において各制御タイミングでそれぞれ検出されたリチウムイオン電池Ｂに流れる電流のうちの最大値と最小値との差を、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差とする。
【００２８】
次に、制御部４は、その求めた偏差が閾値ｔｈ２よりも大きいと（Ｓ４３：Ｎｏ）、車両が走行していると判断する（Ｓ４５）。
また、制御部４は、その求めた偏差が閾値ｔｈ２以下であると（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されていると判断する（Ｓ４４）。
【００２９】
図３（ｂ）は、コネクタＣが外部機器に接続された後、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の他の例を示す図である。なお、図３（ｂ）に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸はリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、図３（ｂ）に示す実線は、コネクタＣが充電器側のコネクタに接続された後、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。また、図３（ｂ）に示す破線は、コネクタＣが車両側のコネクタに接続された後、車両が走行しているときにリチウムイオン電池Ｂに流れる電流を示している。
【００３０】
車両が走行しているとき（車両が下り坂や下り坂以外の道を走行しているとき）、運転者のアクセル操作やブレーキ操作に応じてリチウムイオン電池Ｂの放電と充電が繰り返されるため、図３（ｂ）に示す破線のように、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流は一定時間において変動が大きい。また、リチウムイオン電池Ｂの電圧や充電量が目標の電圧や目標の充電量になるまで、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流が一定電流に保たれるように、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されるとき、図３（ｂ）に示す実線のように、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流は一定時間において変動が小さい。すなわち、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているとき、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差は、車両が走行しているとき、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差に比べて、小さい。閾値ｔｈ２は、この偏差の大小を区別することが可能な値に設定されている。これにより、制御部４は、リチウムイオン電池Ｂに流れる電流の一定時間における偏差が閾値ｔｈ２以下であるか否かを判断することにより、充電器によりリチウムイオン電池Ｂが充電されているか否かを判断することができる。
【００３１】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  電池パック
２  電流検出部
３  監視部
４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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