JP2018085867A - 電池パック及び充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池温度検出信号用の信号端子と過充電検出信号用の信号端子とを一つの信号端子で兼用し、かつ、それぞれの信号を検出できるようにする。【解決手段】電池の温度を検出し、第一の検出信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池が過充電であるか否かを判定し、第二の検出信号を出力する過充電検出手段と、前記第一の検出信号と前記第二の検出信号は同一の信号端子を介して充電装置(20)と接続可能な電池パック(10)であって、前記過充電検出手段により前記電池が過充電でないと判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて第一の電圧範囲をとり、前記過充電検出手段により前記電池が過充電であると判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて前記第一の電圧範囲とは異なる第二の電圧範囲をとる。【選択図】図1
Description
本発明は、電池パック及びその充電装置に関するものである。
リチウムイオン電池などの再充電が可能な二次電池は、電池パック内にサーミスタ等の温度検出用素子を搭載して信号端子を設けることで、電池セルの温度を検出できるようにしている。これは、充電中に電池が発熱した場合に、充電を停止させることで充電の安定性を確保するためである。また、電池によっては温度により特性が変化するため、特性に合わせた充放電制御を実現したりするために活用されている。
一方、電池セルが過充電になった場合に充電されるのを防ぐため、過充電検出用の信号端子を設けている電池パックも存在する。このように、二次電池を搭載した電池パックでは、電源のプラス端子及びマイナス端子以外にも信号端子を設けているのが一般的である。一方、コンシューマ機器においては、電池パックの大容量化、小型化が求められており、前述した信号端子が削減できれば大きなメリットになると考えられる。
特許文献1では、電池温度検出信号用の信号端子と電池残存容量信号用の信号端子を一つの信号端子で兼用するシステムが提案されている。特許文献2では、電池温度検出信号用の信号端子と過充電検出信号用の信号端子とを一つの信号端子で兼用するシステムが提案されている。
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、電池温度検出信号はアナログ信号方式で、電池残存容量信号はデジタル信号方式で通知している。このため、電池パック、充電装置ともにデジタル信号とアナログ信号を送受可能な回路が必要となり、回路が複雑化することが課題となる。また、特許文献2に開示された技術では、電池が過充電状態になると、信号端子の電圧が電池温度によらず一定になるため、電池温度を検出できないシステムとなっている。このため、過充電時においては電池温度に基づいた制御ができないことが課題となる。
そこで、本発明は、電池温度検出信号用の信号端子と過充電検出信号用の信号端子とを一つの信号端子で兼用し、かつ、それぞれの信号を検出できるようにすることを目的とする。
本発明に係る電池パックは、電池の温度を検出し、第一の検出信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池が過充電であるか否かを判定し、第二の検出信号を出力する過充電検出手段と、前記第一の検出信号と前記第二の検出信号は同一の信号端子を介して充電装置と接続可能な電池パックであって、前記過充電検出手段により前記電池が過充電でないと判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて第一の電圧範囲をとり、前記過充電検出手段により前記電池が過充電であると判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて前記第一の電圧範囲とは異なる第二の電圧範囲をとることを特徴とする。
本発明に係る充電装置は、電池の温度を検出し、第一の検出信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池が過充電であるか否かを判定し、第二の検出信号を出力する過充電検出手段とを有し、前記第一の検出信号と前記第二の検出信号を同一の信号端子を介して出力する電池パックと接続可能な充電装置であって、前記信号端子の電圧を検出する信号電圧検出手段と、前記信号電圧検出手段による検出電圧と所定閾値を比較して、前記電池パックが過充電であるか否かを判定する過充電判定手段とを有し、前記過充電判定手段により前記電池パックが過充電でないと判定された場合は、第一のアルゴリズムを用いて、前記検出電圧から温度を計算し、前記過充電判定手段により前記電池パックが過充電であると判定された場合は、第二のアルゴリズムを用いて、前記検出電圧から温度を計算することを特徴とする。
本発明によれば、電池温度検出信号用の信号端子と過充電検出信号用の信号端子とを一つの信号端子で兼用し、かつ、それぞれの信号を検出することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
[実施形態1]
以下、図1を参照して、実施形態1における充電システムの構成の一例を説明する。図1に示す充電システムは、電池パック10と充電装置20とを有する。電池パック10と充電装置20とは、接続端子101〜103及び接続端子201〜203を介して接続される。接続端子101と接続端子201は電源+端子、接続端子102と接続端子202は電源−端子、接続端子103と接続端子203は信号端子であり、それぞれ金属接片等で構成される。
以下、図1を参照して、実施形態1における充電システムの構成の一例を説明する。図1に示す充電システムは、電池パック10と充電装置20とを有する。電池パック10と充電装置20とは、接続端子101〜103及び接続端子201〜203を介して接続される。接続端子101と接続端子201は電源+端子、接続端子102と接続端子202は電源−端子、接続端子103と接続端子203は信号端子であり、それぞれ金属接片等で構成される。
電池パック10は接続端子101を介して供給される電力により電池セル12及び13の充電が行われる。電池セル12及び13はそれぞれリチウムイオン電池である。各電池の最大充電電圧は4.2[V]である。制御回路11は電池パック10を制御する回路である。電池セル12及び13の正極と負極は制御回路11に接続され、それぞれのセル電圧をモニタできる構成となっている。
制御回路11は電池セル12及び13の電圧をモニタした結果、4.35[V]未満の場合は過充電ではないと判定し、CMOS出力ポートである制御ポート11aをローレベル出力に制御する。電圧をモニタした結果が4.35[V]以上の場合は過充電であると判定し、制御ポート11aをハイレベル出力に制御する。サーミスタTH11はNTCサーミスタであり、温度Tに応じて抵抗値RTH11が可変する素子である。抵抗値RTH11と温度Tの関係は、式1及び式2で表される。
図2は、サーミスタTH11の温度−抵抗値特性の一例を示す図である。温度25℃では抵抗値RTH11は10kΩであり、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、−30℃では抵抗値RTH11は100kΩとなる。温度が高くなると抵抗値は減少し、100℃では1kΩとなる。抵抗素子R11の抵抗値RR11は10kΩであり、サーミスタTH11に直列に接続される。また、抵抗素子R11には並列にNPNトランジスタQ11のコレクタ端子とエミッタ端子が接続される構成となっている。
抵抗素子R12の抵抗値RR12は10kΩであり、NPNトランジスタQ12のエミッタ端子に接続される構成となっている。NPNトランジスタQ12のコレクタ端子は端部103及びサーミスタTH11に接続される。NPNトランジスタQ11とNPNトランジスタQ12のベース端子は、ベース電流制限用抵抗R13及びR14を介して、制御回路11の制御ポート11aに接続されており、制御ポート11aの出力に応じてNPNトランジスタQ11とNPNトランジスタQ12はオン、オフ制御される。充電装置20は接続端子211を介して交流電源に接続することで電力が供給される。
AC/DC変換回路21は供給された交流電源を直流電源に変換する回路である。変換された直流電源は充電装置20内の各部に供給される。制御回路23は充電装置20を制御する回路である。制御回路23の入力ポート23aはAD入力端子であり、接続端子103及び接続端子203を介して、電池パック10から出力される検出信号が接続される。検出信号の電圧値をモニタすることで、電池パック10の温度情報、過充電情報を判定することが可能となっている。
充電回路22は制御回路23により制御され、接続端子101と接続端子201及び、接続端子102と接続端子202を介して電池パック10を充電するための電力を供給する回路である。また、充電回路22は接続端子201の電圧、すなわち電池パック10の出力電圧を測定可能であり、測定した電圧値は充電制御回路23に通知される。充電制御回路23は充電回路22より通知された電池パック10の電圧値と入力ポート23aに入力された信号の電圧レベルに応じて、所定の充電電流が流れるように充電回路22を制御し、電池パック10の充電を行う。
LED24は制御回路23により制御され、ユーザに充電装置20の動作状況を報知する表示器であり、外装部に配置される。図3は、充電装置20の動作状態とLED24の表示状態との対応を示す図である。
電池パック10が装着されていない状態では充電装置20はスタンバイ動作となりLED24は消灯状態に制御される。電池パック10が装着され、電池パック10に対して充電を行っている状態ではLED24は1Hz周期で点滅制御される。充電が完了するとLED24は点灯制御される。異常状態を検知するとLED24は4Hz周期で点滅制御され、ユーザに異常状態を通知することができる。抵抗素子R21の抵抗値RR21は10kΩであり、充電装置20内で生成される定電圧3.0V電源Vpuに接続される。
入力ポート23aに入力される電圧は、定電圧3.0V電源Vpuを、抵抗素子R21と電池パック10内で接続される素子との分圧により決定される。制御ポート11aがローレベルの場合、NPNトランジスタQ11とNPNトランジスタQ12はオフとなる。この場合の入力ポート23aに接続される等価回路を図4の(a)に示す。入力ポート23aに接続する信号電圧Vsigは、式3で表すことができる。
式3をグラフにしたものが図5の実線であり、Vsigは任意の温度において1.5[V]以上の値となる。例えば、温度25℃では2.0[V]、−30℃では2.76[V]、100℃では1.57[V]となる。制御ポート11aがハイレベルの場合、NPNトランジスタQ11とNPNトランジスタQ12はオンとなる。この場合の入力ポート23aに接続される等価回路を図4の(b)に示す。入力ポート23aに接続する信号電圧Vsigは、式4で表すことができる。
式4をグラフにしたものが図5の点線であり、Vsigは任意の温度において1.5[V]以下の値となる。例えば、温度25℃では1.0[V]、−30℃では1.13[V]、100℃では0.25[V]となる。
上記のように、実施形態1の構成とすれば、制御ポート11aの出力レベルに応じて、入力ポート23aに入力される信号レベルを分けることが可能になる。
図6は、電池パック10の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図7は、充電装置20の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図6を参照し、電池パック10の動作の一例を説明する。制御回路11は電池セル12の電圧値VCELL12を取得し(S101)、電圧値VCELL12が過充電閾値4.35[V]未満であるかを判定する(S102)。電圧値VCELL12が過充電閾値4.35[V]未満であると判定されると、S103に移行する。電圧値VCELL12が過充電閾値4.35[V]以上であると判定されると、S106に移行する。
S103では、制御回路11は電池セル13の電圧値VCELL13を取得し(S103)、電圧値VCELL13が過充電閾値4.35[V]未満であるかを判定する(S104)。電圧値VCELL13が4.35[V]未満であると判定されると、S105に移行する。電圧値VCELL13が4.35[V]以上であると判定されると、S106に移行する。
S105では、制御回路11は制御ポート11aをローレベル出力に制御し、NPNトランジスタQ12及びNPNトランジスタQ13をオフする。S106では、制御回路11は制御ポート11aをハイレベル出力に制御し、NPNトランジスタQ12及びNPNトランジスタQ13をオンする。電池パック10は上記フローを周期的に実行し、電池セル12及び電池セル13の電圧値取得結果に応じて、制御ポート11aの制御を行う。
次に、図7を参照し、充電装置20の動作の一例を説明する。制御回路23は充電回路22を介して電池電圧VBattを取得する(S201)。そして、充電制御回路23は電池電圧VBattが0[V]でないかを判定することで電池パック20の装着有無を判定する(S202)。
電池電圧VBattが0[V]でない場合は、電池パック20が装着されたと判定し、S203に移行する。電池電圧VBattが0[V]である場合は、電池パック20が未装着であると判定し、S201に戻り、電池装着判定を再度行う。S203では、制御回路23は電池電圧VBattが充電完了電圧である4.2[V]以下であるかを判定する(S203)。電池電圧VBattが4.2[V]未満である場合は、充電が必要と判定し、S204に移行する。電池電圧VBattが4.2[V]以上である場合は、充電が不要と判定し、S216に移行する。
制御回路23は入力ポート23aに入力される信号電圧値Vsigを取得し(S204)、取得した信号電圧値Vsigが1.5[V]より大きいかを判定する(S205)。信号電圧値Vsigが1.5[V]より大きい場合は、電池パック10内の電池セル12と電池セル13が過充電ではないと判定し、S206に移行する。信号電圧値Vsigが1.5[V]以下の場合は、電池パック10内の電池セル12又は電池セル13のいずれかが過充電であると判定し、S213に移行する。S206では、制御回路23は取得した信号電圧値VsigからサーミスタTH11の抵抗値RTH11を式5を用いて計算する。なお、式5は式3を変形して求められた式である。
次に、制御回路23は式5で求められたサーミスタTH11の抵抗値RTH11と式2から、温度Tを計算する(S207)。充電制御回路23は、計算された温度Tが所定温度未満であるか判定する(S208)。温度Tが所定温度未満の場合、充電制御回路23は正常温度状態であり充電可能であると判定し、S209に移行する。温度Tが所定温度以上の場合、充電制御回路23は電池パック10が異常温度状態であると認識するとともに、充電不可能であると判定し、S212に移行する。
S209では充電制御回路23はLED24を1Hz周期の点滅制御を行い、充電回路22を制御して電池パック10への充電制御を開始する(S210)。ユーザはLED24を視認することで、充電動作中であることを確認することが可能である。充電動作後は再び電池電圧VBattを取得し(S211)、S203に戻ることで充電動作を継続的に実行する。
一方、S212では充電制御回路23はLED24を4Hz周期の点滅制御を行い、充電回路22を制御して電池パック10への充電制御を停止させる(S217)。ユーザはLED24を視認することで、充電動作に異常があったことを確認することが可能である。S213では制御回路23は取得した信号電圧値VsigからサーミスタTH11の抵抗値RTH11を式6を用いて計算する。なお、式6は式4を変形して求められた式である。
次に、制御回路23は式6で求められたサーミスタTH11の抵抗値RTH11と式2から、温度Tを計算する(S214)。充電制御回路23は、計算された温度Tが所定温度未満であるか判定する(S215)。温度Tが所定温度未満の場合、充電制御回路23は正常温度状態であると判定し、S216に移行する。温度Tが所定温度以上の場合、充電制御回路23は電池パック10が異常温度状態であると判定し、S212に移行する。
S216では充電制御回路23はLED24を点灯状態に制御し、充電回路22を制御して電池パック10への充電制御を停止する(S217)。ユーザはLED24を視認することで、充電動作が完了していることを確認することが可能である。
上記のように、実施形態1における電池パック10及び充電装置20によれば、電池セルが過充電状態であっても、電池パックの温度を検出することが可能となるため、電池パックの温度に合わせた制御を行うことが可能となる。
以上、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
10 電池パック
11 制御回路
11a 制御ポート
12、13 電池セル
TH11 サーミスタ
R11、R12、R13、R14 抵抗素子
Q11、Q12 NTNトランジスタ素子
20 充電装置
21 AC/DC変換回路
22 充電回路
23 制御回路
23a 入力ポート
24 LED
R21 抵抗素子
101、102、103、201、202、203 接続端子
11 制御回路
11a 制御ポート
12、13 電池セル
TH11 サーミスタ
R11、R12、R13、R14 抵抗素子
Q11、Q12 NTNトランジスタ素子
20 充電装置
21 AC/DC変換回路
22 充電回路
23 制御回路
23a 入力ポート
24 LED
R21 抵抗素子
101、102、103、201、202、203 接続端子
Claims (4)
- 電池の温度を検出し、第一の検出信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池が過充電であるか否かを判定し、第二の検出信号を出力する過充電検出手段と、前記第一の検出信号と前記第二の検出信号は同一の信号端子を介して充電装置と接続可能な電池パックであって、
前記過充電検出手段により前記電池が過充電でないと判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて第一の電圧範囲をとり、
前記過充電検出手段により前記電池が過充電であると判定された場合、前記信号端子の電圧は、前記電池温度検出手段の検出結果に応じて前記第一の電圧範囲とは異なる第二の電圧範囲をとることを特徴とする電池パック。 - 前記電池温度検出手段は、サーミスタであることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
- 前記過充電検出手段により前記電池が過充電でないと判定された場合は、前記サーミスタと第一の抵抗素子が直列に接続され、
前記過充電検出手段により前記電池が過充電であると判定された場合は、前記サーミスタと第二の抵抗素子が並列に接続されることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 電池の温度を検出し、第一の検出信号を出力する電池温度検出手段と、前記電池が過充電であるか否かを判定し、第二の検出信号を出力する過充電検出手段とを有し、前記第一の検出信号と前記第二の検出信号を同一の信号端子を介して出力する電池パックと接続可能な充電装置であって、
前記信号端子の電圧を検出する信号電圧検出手段と、
前記信号電圧検出手段による検出電圧と所定閾値を比較して、前記電池パックが過充電であるか否かを判定する過充電判定手段と
を有し、
前記過充電判定手段により前記電池パックが過充電でないと判定された場合は、第一のアルゴリズムを用いて、前記検出電圧から温度を計算し、
前記過充電判定手段により前記電池パックが過充電であると判定された場合は、第二のアルゴリズムを用いて、前記検出電圧から温度を計算することを特徴とする充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016228441A JP2018085867A (ja) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 電池パック及び充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016228441A JP2018085867A (ja) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 電池パック及び充電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018085867A true JP2018085867A (ja) | 2018-05-31 |
Family
ID=62237461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016228441A Pending JP2018085867A (ja) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 電池パック及び充電装置 |
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JP (1) | JP2018085867A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020115738A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
-
2016
- 2016-11-25 JP JP2016228441A patent/JP2018085867A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020115738A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
JP2020115734A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
US11658500B2 (en) | 2019-01-17 | 2023-05-23 | Japan Tobacco Inc. | Power supply unit for aerosol inhaler |
JP7359685B2 (ja) | 2019-01-17 | 2023-10-11 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
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