JP2005124310A - 二次電池装置および充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内蔵した二次電池の種別や電池容量等の情報を確実に提示することのできる二次電池装置と、この二次電池装置から取得した情報に基づいて該二次電池装置に内蔵された二次電池を安定に充電することのできる充電装置を提供する。
【解決手段】 二次電池装置は、二次電池に関する情報（種別や電池容量等）を記憶したメモリと、外部機器との間で電磁結合するアンテナを備え、このアンテナを介して受け取った電磁結合エネルギを電力源として動作して前記メモリに記憶された情報を上記アンテナを介して出力する通信手段とを備える。また充電装置は、アンテナを介して前記二次電池装置に電力エネルギ（電磁結合エネルギ）を供給すると共に、二次電池装置から出力された情報を前記アンテナを介して受信するリーダと、このリーダにより受信した情報を解析して充電電源による前記二次電池の充電を制御する充電制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池に関する情報を確実に提示することのできる二次電池装置、およびこの種の二次電池を安定に充電することのできる充電装置に関する。

形式の異なる二次電池をそれぞれ内蔵した二次電池装置（いわゆるパック電池）を充電する場合、電池の種類、具体的には電池の形式や電気容量に応じた最適条件で充電することが必要である。例えばニッケル水素電池やニッケル・カドミウム蓄電池と、リチウムイオン二次電池とではその最適な充電方式が異なる。即ち、ニッケル水素電池やニッケル・カドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池の場合には、一定電流で充電を行い、満充電状態となったときにその充電を停止すれば良い。これに対してリチウム二次電池や鉛電池等の定電圧充電すべき電池の場合には、例えば一定電流で充電しながらその電池電圧を監視し、電池電圧が所定値まで上昇したときに充電電流を減少させて電池電圧が所定値を越えないようにすることが必要である。更に電池の形式（種別）が同じであっても、電気容量の大きさによってその充電条件が変化する。

従って１台の充電器を共用して電池形式や電気容量の異なる複数種のパック電池を充電する場合には、パック電池に内蔵されている電池の種類を判別し、それぞれの電池に最適な条件で充電することが重要となる。
そこでこのような電池の種別を判定するべく、パック電池の外部ケースに電池の種類によって異なる機械的な凹凸を設けておくことが提唱されている。

またパック電池内部に電池の種類に対応した抵抗値を有する判別用抵抗を設けておき、充電器側においては上記判別用抵抗に直列に接続される分圧用抵抗を介して該判別用抵抗に一定の直流電圧を印加し、これらの抵抗によって分圧された電圧を検出することで電池の種類を判別することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
更にはパック電池と充電器との間に情報伝達用の端子を設けておき、この端子を介してパック電池に予め組み込まれたメモリから電池種別等の情報を取得することも提唱されている。
特開平２−２９９４２８号公報

しかしながら外部ケースに凹凸を設けておく手法は、電池の種類を機械的に判別する必要があるので信頼性に乏しい。また凹凸を設け得るスペースに限りがあるので、電池の種類が増えると、これに対応することが困難となる。また電池の種類に応じたケース金型を準備する必要があるので初期費用高くなり、更には量産時におけるケースの種類の管理が複雑になる等の問題点がある。

また判別用抵抗を用いる手法においては、分圧用抵抗を介して印加する電圧によってその分圧電圧が変化するので、印加電圧の変動により電池種類の判別を誤る虞がある。これ故、判別用抵抗および分圧用抵抗の精度を十分高く設定しておくことは勿論のこと、印加電圧の安定性を十分に高め、更には電圧検知精度を高くしておくことが要求されるので、電池種類の判別に必要なコストが増えるという問題があった。更には二次電池の充放電端子とは別に情報伝達用の端子を設けた場合には、端子数の増加に伴うコスト高の要因となる上、電池パック寸法が大きくなると言う問題点がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、端子数の増加や大型化の問題を招来することなく、内蔵した二次電池の種別や電池容量等の情報を確実に提示することのできる二次電池装置を提供することにある。
また本発明の別の目的は、上述した二次電池装置から取得した情報に基づいて該二次電池装置に内蔵された二次電池を安定に充電することのできる充電装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る二次電池装置は、
(ａ) 充電端子を備えた二次電池と、
(ｂ) この二次電池に関する情報、例えば二次電池の種別や電池容量等の情報を記憶したメモリと、
(ｃ) 外部機器との間で電磁結合するアンテナを備え、このアンテナを介して受け取った電磁結合エネルギを電力源として動作して前記メモリに記憶された情報を上記アンテナを介して出力する通信手段と
を具備したことを特徴としている。

また本発明に係る充電装置は、
(ｄ) 二次電池の充電端子に接続される充電用端子を備えた充電電源と、
(ｅ) 二次電池装置に設けられたアンテナと電磁結合するアンテナを備え、このアンテナを介して前記二次電池装置に対して電力エネルギ（電磁結合エネルギ）を供給すると共に、前記二次電池装置から出力された情報を前記アンテナを介して受信するリーダと、
(ｆ) このリーダにより受信した情報を解析して前記充電電源による前記二次電池の充電を制御する充電制御手段と
を具備したことを特徴としている。

上述した如く構成された二次電池装置によれば、アンテナを介して供給される電磁結合エネルギを電力源として動作する通信手段が、予めメモリに記憶された二次電池に関する情報を上記アンテナを介して送信出力するので、二次電池装置の外装ケースに凹凸を設けたり、或いは情報通信用の端子を設けることなく二次電池に関する型式や電池容量等の情報を正確に提示することができる。これ故、電池種別の増大にも効果的に対処することができ、またその全体形状が大型化する等の不具合を招来することもない。そして、例えば充電装置においては上記情報を受信するだけで充電対象とする二次電池に関する情報を正確に知ることができるので、その電池種別（型式）や状態に応じた最適な方式で二次電池を充電することが可能となる等の効果が奏せられる。

また前述した如く構成された充電装置においては、アンテナを介して二次電池から取得した情報に従ってその二次電池を充電するに最適な方式を選定し、安定に充電することができる。また仮に二次電池側からその電池に関する情報を得ることができなかった場合には、例えばこの状態を充電対象とする電池装置が一次電池であるとしてその充電を禁止することのできるので、一次電池を不本意に充電するような不具合を未然に防ぐことができる等の効果が奏せられる。

また従来の凹凸による電池種別の識別とは本質的に異なるので、電池種別（型式）の多様化に十分に対処することができ、また充電用の端子以外の余分な端子を必要としないので、電池としての基本的な構造の変更を必要としない等の効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る二次電池装置と、この種の二次電池装置の充電に用いられる充電装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る二次電池装置１０および充電装置２０の概略構成を示している。この二次電池装置１０は、一対の充電端子１１,１２を備えた二次電池１３をその本体部として備えたもので、更に上記二次電池１３の種別（型式）や電池容量等の二次電池１３に関する情報を記憶したメモリ１４を備える。このメモリ１４は、予め情報が書き込まれたＲＯＭ（マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ等）であっても良く、或いは電気的にその情報の書き換えが可能なＲＯＭ（例えばＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等）であっても良い。

またこの二次電池装置１０は、外部機器である充電装置２０との間で電磁結合するアンテナ１５を備え、このアンテナ１５を介して上記充電装置２０側から電源供給されて動作する通信制御部１６とＲＦ回路１７とを備える。この通信制御部１６は、前記メモリ１４に記憶された情報を読み出し、ＲＦ回路１７を介して前記アンテナ１５から送信出力する通信手段を構成している。特に上述したメモリ１４、通信制御部１６およびＲＦ回路１７は、例えばその電源部１８と共に１チップ化された半導体集積回路（ＩＣ）として実現されており、アンテナ１５を介して外部機器（充電装置２０）から供給されるで電磁結合エネルギを電力源として作動するように構成されている。

具体的には前記電源部１８は、アンテナ１５を介して得られる電磁結合エネルギを整流して所定の内部電源を生成している。つまり電源部１８は、アンテナ１５を介して電波を利用して電磁誘導されるエネルギを所定の電力に変換し、この電力を内部電源としている。前述したメモリ１４と、通信手段としての通信制御部１６およびＲＦ回路１７は、このようにしてアンテナ１５を介して供給される電磁結合エネルギを電力源として前記電源部１８が生成する電圧が給電されることで、前記二次電池１３とは独立に動作する。そして前記通信制御部１６は、電源部１８から電力供給されたとき、これを端緒として前記メモリ１４に記憶された情報を読み出してＲＦ回路１７に与えており、ＲＦ回路１７は上記通信制御部１６から与えられる情報を変調する等して前記アンテナ１５を介して送信出力するものとなっている。

尚、メモリ１４に記憶されている二次電池１３に関する情報は、例えば二次電池１３の種別（型式）や電池容量、更にはその最大充電電流や最大充電電圧、充電制御方法、制御閾値等からなる。具体的には前記二次電池１３がニッケル水素電池である場合には、前記メモリ１４には、電池種別がニッケル水素電池である旨とその電池容量を示す情報に加えて、例えば最大充電電流が２Ａ、最大充電電圧が２０Ｖ、−ΔＶ方式で充電制御してピーク電圧から５０ｍＶ低下したときに満充電であると判定してその充電を停止する旨の情報が、当該二次電池１３に関するコード化された情報として記憶されている。このような情報が前記アンテナ１５を介して外部機器（充電装置２０）に対して送信出力される。

一方、上述した二次電池装置１０を充電対象とする充電装置２０は、前記二次電池１３の充電端子１１,１２に電気的に接続される一対の充電用端子２１,２２を備えた充電電源２３を備えている。この充電電源２３は、後述する充電制御部２４によって動作制御されて外部商用電源ＡＣから所定の直流電圧を生成する機能を備えたものである。また充電装置２０は、アンテナ２５を介してその外部に電磁波エネルギ（電力エネルギ）を出力する共に、上記アンテナ２５を介して受信される信号を解析してその情報を取得するリーダ２６を備えている。前述した充電制御部１４は、このリーダ２６を介して得られた情報に従って充電電源２３による前記二次電池１３の充電を制御する機能を備える。

特に充電制御部２４は、前記リーダ２６を介して二次電池１３に関する情報が得られた場合にだけ、その情報に従って前述した二次電池装置１０が当該充電装置２０に装着されたことを検知し、二次電池装置１０側から取得した情報に従って二次電池１３に対する充電を開始する。即ち、充電装置２０のアンテナ２５と二次電池装置１０のアンテナ１５とは、例えば二次電池装置１０が充電装置２０に装着されて互いに近接配置されたときにだけ対向して電磁結合するように設けられている。そしてこの状態において充電装置２０側から二次電池装置１０側に対して前記アンテナ１５,２５間の電磁結合により電磁波エネルギ（電力エネルギ）を供給し、また二次電池装置１０側から送信される情報を受信するものとなっている。従って充電制御部２４においては、二次電池装置２０側からの情報を受信できない場合には、これを二次電池装置１０が装着されていない、或いは前述した二次電池装置１０以外の電池が装着されていると判定している。そしてリーダ２６を介して二次電池装置１０側からの情報を取得した場合、充電制御部２４はその情報を解析することで充電対象とする二次電池１３の型式や電池容量、更にはその充電条件等を解析し、指定された充電方式に従って充電電源２３の作動を制御して前述した充電用端子２１,２２から充放電端子１１,１２を介して二次電池１３を充電している。この際、充電制御部２４においては、例えば前記充電用端子２１,２２を介して前記二次電池１３の充電電圧を検出する等して、その充電制御を実行する。

かくして上述した如く構成された二次電池装置１０および充電装置２０によれば、充電装置２０は二次電池装置１０と非接触に該二次電池装置１０に内蔵された二次電池１３に関する情報を取得することができるので、二次電池１３の型式（種別）や電池容量に応じた最適な充電方式・充電条件で安定に充電することができる。従って充電装置２０に誤って装着された一次電池を不本意に充電するような不具合を未然に防ぐことができる。ニッケル水素電池やニッケル・カドミウム蓄電池を内蔵した二次電池装置１０と、リチウムイオン二次電池を内蔵した二次電池装置１０との外観形状・大きさが似ていても、これらの二次電池１３の種別を正確に判別して、その種別に応じた最適な方式で充電を行うことが可能となる等の効果が奏せられる。

尚、前述したアンテナ１５，メモリ１４，通信制御部１６、ＲＦ回路１７およびその電源部１８からなる情報通信の為の回路は、ＩＣカードに見られるように１チップＩＣとして実現することができる。そしてこれらの回路を１チップＩＣ化した場合には、例えば図２に示すように筒型電池の円筒型の正極部分や負極部分に埋め込んで設けるようにすれば十分である。具体的には円筒形二次電池３０のプラス側の絶縁板３１の内側に前述した通信機能を備えた１チップ化ＩＣ３２を埋め込んだり、或いはマイナス側の缶底３３に設けた凹み３４に１チップ化ＩＣ３２を埋め込むようにすれば良い。この際、１チップ化ＩＣ３２を接着剤等でコーティンクしても良い。尚、図２において３５および３６はセパレータ３７により絶縁されて巻回されて円筒缶（負極端子）３８に収容された正極板および負極板であり、３９はガスケット４０を介して上記円筒缶３８を封止した封口板、４１は正極をなすキャップである。また封口板３９に形成した穴４３は、弾性素材にて形成されたベント４２にて塞がれており、更に円筒缶３８は絶縁チューブ４４にて覆われている。

また特に図示しないが角形二次電池の場合も同様に１チップ化ＩＣ３２を設けることも可能である。また二次電池１３がプラスチック製のケースで覆われているような場合には、そのケース内部に１チップ化ＩＣ３２を設置すれば良く、ケースが金属の場合には、その金属表面に設けた凹部に１チップ化ＩＣ３２を設置するようにすれば良い。或いは金属ケースの一部にプラスチィック等の電磁波を透過する物質を設けその内側に１チップ化ＩＣ３２を設置するようにしても良い。

また二次電池装置１０にマイクロコンピュータを搭載し、学習容量、残存容量、充放電電流、電池電圧、電池温度、充放電サイクル等を演算させ、その情報をメモリ１４に記憶するようにしても良い。そしてこれらの情報を充電装置２０に対して出力することで、その充電をより効率的に行わせるようにしても良い。この場合、消費電力が増えることになるので、二次電池１３からも電力供給できるようにしておけば良い。また二次電池１３の負荷となる装置と充電器２０とが切り離す可能性のある場合や、二次電池１３をフローティング充電する場合等においては、該二次電池１３の充電端子１１,１２と図示しない放電端子とを共用しても良い。

更にはＲＦ回路を介してアンテナ１５情報を送信出力するときの電力を確実に確保するべく、前記電源部１８に充電装置２０側から供給される電力を蓄えるコンデンサやインダクタンスを付加しておくことも有用である。更にここでは充電装置２０との間で情報通信して二次電池１３に関する情報を出力するようにしたが、二次電池装置２０を電力源として作動する携帯電話機やノート型コンピュータ等の外部機器に対して情報出力するように構成することも可能である。

尚、前記メモリ１４に記憶する情報としては、電池の種類、公称容量、定格容量、最大充電電圧、最大充電電流、最大電池温度、最大充電時間、満充電制御方法とその閾値、学習容量、残存容量、充放電電流、電池電圧、電池温度、充放電サイクル、製造ロット、製造年月日、シリアル番号等を、その仕様に応じて定めておけば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池装置および充電装置の概略構成図。 二次電池装置の具体的な構造例を示す図。

符号の説明

１０ 二次電池装置
１３ 二次電池
１４ メモリ
１５ アンテナ
１６ 通信制御部
１７ ＲＦ回路
２０ 充電装置
２３ 充電電源
２４ 充電制御部
２５ アンテナ
２６ リーダ

Claims (2)

1. 充電端子を備えた二次電池と、
   この二次電池に関する情報を記憶したメモリと、
   外部機器との間で電磁結合するアンテナを備え、このアンテナを介して電源供給されて動作して前記メモリに記憶された情報を上記アンテナを介して出力する通信手段と
   を具備したことを特徴とする二次電池装置。
2. 二次電池の充電端子に接続される充電用端子を備えた充電電源と、
   請求項１に記載の二次電池装置に設けられたアンテナと電磁結合するアンテナを備え、このアンテナを介して前記二次電池装置に対して電力エネルギを供給すると共に、前記二次電池装置から出力された情報を前記アンテナを介して受信するリーダと、
   このリーダにより受信した情報を解析して前記充電電源による前記二次電池の充電を制御する充電制御手段と
   を具備したことを特徴とする充電装置。

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