JP3666037B2

JP3666037B2 - バッテリーパック

Info

Publication number: JP3666037B2
Application number: JP27933894A
Authority: JP
Inventors: 守彦林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1994-11-14
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JPH08138754A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、携帯用の電話機、パーソナルコンピュータやＶＴＲ一体型ビデオカメラ等に使用されるバッテリーパックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用の電話機、パーソナルコンピュータやＶＴＲ一体型ビデオカメラ等に使用されるバッテリーパックとしては、従来からニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルによるものが多く使用されている。ここでこのようなニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルの充放電特性（電圧−充放電容量（Ａｈ）特性）は例えば図２に示すようになっている。
【０００３】
すなわちこの図２からも明らかなように、ニッケルカドミウムを用いたバッテリーセルと、ニッケル水素を用いたバッテリーセルとでは、充放電時の電圧挙動が、電気容量の違いを別として略同じ充放電特性となっている。従ってこれらのバッテリーセルによるバッテリーパックは互換性があり、いずれか一方の充放電特性に合わせて作られた充電器及び装置に共通に使用できるものである。
【０００４】
これは特に放電特性において、放電末期の放電電圧の低下が急峻であることから、その直前の電圧を検出してバッテリーパックの消耗の警報等を発生することができ、このような警報手段も共通に使用することができるものである。また充電特性においては、いずれのバッテリーセルも例えば高い電圧を用いた急速充電が可能であり、充電電圧の制御は比較的自由度が高いものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のニッケルカドミウム等を用いた従来のバッテリーセルに対して、リチウムイオンを用いたバッテリーセルが実用化されている。
【０００６】
このようなリチウムイオンを用いたバッテリーセルは、例えば単セル当たりの平均放電電圧が３．６Ｖと高く、これは上述の従来のバッテリーセルの約３倍であり、例えば所望の電圧（３．６Ｖ）を得るために従来のバッテリーセルでは３個を直列に設ける必要があったものが、１個で足りることになる。
【０００７】
また、上述のニッケルカドミウム等を用いた従来のバッテリーセルとの比較では、同じ放電容量とした場合に、リチウムイオンを用いたバッテリーセルは、体積比で約３０％小さくなり、重量比で約３５％軽くなり、よりコンパクトなバッテリーパックの設計を可能にすることができる。
【０００８】
さらにリチウムイオンを用いたバッテリーセルは、ニッケルカドミウム等を用いた従来のバッテリーセルの最大の問題点であったメモリー効果（使用時間が次第に短くなる）がなく、従っていわゆるリフレッシュ放電回路等が不要で、いつでも簡単に充電を行うことができる、等々の優れた特徴を有するものである。
【０００９】
ところがこのようなリチウムイオンを用いたバッテリーセルにおいて、充電を行う際には、４．２Ｖ±０．０５Ｖの極めて安定化された定電圧定電流が必要とされる。従って充電器には、このような定電圧定電流を発生することのできる特別な構成が要求される。
【００１０】
また、リチウムイオンを用いたバッテリーセルの放電電圧の特性（電圧−残存容量（％）特性）は、例えば図３に示すように、放電容量に応じて連続的に変化する充放電特性となっている。このためバッテリー残量の検出は容易であるが、反面、放電電圧が大幅に（１Ｖ以上）変動することになり、装置側でこの電圧を安定化する必要が生じる。
【００１１】
従ってこのようなリチウムイオンを用いたバッテリーセルは、従来のニッケルカドミウム等を用いたバッテリーセルとの互換性がなく、リチウムイオンを用いたバッテリーセルを使用するための電圧安定化回路等の設けられた、特別な仕様の装置にしか利用できないものであった。
【００１２】
なお、さらにこの他のバッテリーセルにおいても、充電電圧の特性及び放電電圧の特性が異なる場合には、在来のバッテリーセルとの互換性は得られない。従ってこのようなバッテリーセルを使用する場合には、それぞれのバッテリーセルごとに特定の構成の充電器や、特別な仕様の装置が要求されることになる。
【００１３】
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、充電電圧の特性及び放電電圧の特性が異なる場合に、それぞれのバッテリーセルごとに特定の構成の充電器や特別な仕様の装置が要求されるというものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の手段は、充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセル１と、充放電端子２₊、２_-と、電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ５）とを有し、上記充放電端子に入力される充電電力を上記電圧変換回路にて上記任意の一の充放電特性の充電電圧に変換して上記単一または複数のバッテリーセルに印加して充電を行うと共に、上記単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を上記電圧変換回路にて任意の他の充放電特性の放電電圧に変換して上記充放電端子に出力するようにしたバッテリーパックであって、上記充放電端子の電圧を監視する手段（比較回路７）を有し、上記手段で検出された端子電圧が所定値以上のときは上記充放電端子に入力される充電電力を上記電圧変換回路を通じて上記単一または複数のバッテリーセルに供給し、上記手段で検出された端子電圧が所定値以下のときは上記単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を上記電圧変換回路を通じて上記充放電端子に出力する構成としたことを特徴とするバッテリーパックである。
【００１５】
本発明による第２の手段は、第１の手段記載のバッテリーパックにおいて、上記充電電圧への変換は、上記任意の一の充放電特性の充電特性に合致するように行うことを特徴とするバッテリーパックである。
【００１６】
本発明による第３の手段は、第１の手段記載のバッテリーパックにおいて、上記放電電圧への変換は、上記任意の他の充放電特性の放電特性曲線を模擬するように行うことを特徴とするバッテリーパックである。
【００１７】
本発明による第４の手段は、第２または３の手段記載のバッテリーパックにおいて、上記充電または放電電圧の変換は、上記電圧変換回路の参照電圧を上記任意の一または他の充放電特性の特性曲線に沿って変化させて行うことを特徴とするバッテリーパックである。
【００１８】
本発明による第５の手段は、第４の手段記載のバッテリーパックにおいて、上記電圧変換回路の参照電圧の発生は、アナログまたはデジタル方式の電圧発生手段（参照電圧の発生回路６）によって行うことを特徴とするバッテリーパックである。
【００１９】
【作用】
これによれば、充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセルと、充放電端子と、電圧変換回路とを有し、充放電端子に入力される充電電力を電圧変換回路にて任意の一の充放電特性の充電電圧に変換して単一または複数のバッテリーセルに印加して充電を行うと共に、単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を電圧変換回路にて任意の他の充放電特性の放電電圧に変換して充放電端子に出力するようにしたことによって、任意の一の充放電特性のバッテリーセルを他の充放電特性のバッテリーセルとして使用することができる。
【００２０】
また、充放電端子の電圧を監視する手段を有し、この手段で検出された端子電圧が所定値以上のときは充放電端子に入力される充電電力が電圧変換回路を通じて単一または複数のバッテリーセルに供給され、この手段で検出された端子電圧が所定値以下のときは単一または複数のバッテリーセルからの放電電力が電圧変換回路を通じて充放電端子に出力される構成としたことによって、充電時と放電時に１個の電圧変換回路を有効に利用することができる。
【００２１】
さらに、充電電圧への変換を任意の一の充放電特性の充電特性に合致するように行うことによって、任意に入力される充電電力を一の充放電特性のバッテリーセルに良好に充電することができる。
【００２２】
また、放電電圧への変換を任意の他の充放電特性の放電特性曲線を模擬するように行うことによって、任意のバッテリーセルからの放電電力を他の充放電特性のバッテリーセルを用いる仕様の装置に良好に供給することができる。
【００２３】
さらに、充電または放電電圧の変換を電圧変換回路の参照電圧を任意の一または他の充放電特性の特性曲線に沿って変化させて行うことによって、これらの電圧の変換を簡単な構成で良好に行うことができる。
【００２４】
また、電圧変換回路の参照電圧の発生をアナログまたはデジタル方式の電圧発生手段によって行うことによって、このような参照電圧の発生を簡単な構成で安定に行うことができる。
【００２５】
【実施例】
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図１は本発明によるバッテリーパック１０の構成の一例を示すブロック図である。この図１において、１は充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセル、例えばリチウムイオンを用いたバッテリーセルである。また２₊、２_-は充電電力の入力及び放電電力の出力を行う充放電端子である。
【００２６】
この充放電端子２₊、２_-の内の端子２₊が、切り換えスイッチ３の一方の固定接点３ａに接続されると共に、切り換えスイッチ４の他方の固定接点４ｂに接続される。この切り換えスイッチ４の可動接点が電圧変換回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力（ＩＮ）に接続され、またこのＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力（ＯＵＴ）が切り換えスイッチ３の可動接点に接続される。
【００２７】
さらに切り換えスイッチ４の一方の固定接点４ａがバッテリーセル１の正極（＋）に接続されると共に、このバッテリーセル１の正極（＋）が切り換えスイッチ３の他方の固定接点３ｂに接続される。またスイッチ４の可動接点が参照電圧の発生回路６に接続され、この発生回路６の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ５の参照入力（Ｒｅｆ）に接続される。
【００２８】
また、端子２₊がその電圧を監視するための比較回路７に接続され、この比較回路７の出力が切り換えスイッチ３、４及び発生回路６に接続される。なお、充放電端子２_-が、バッテリーセル１の負極（−）とＤＣ−ＤＣコンバータ５及び発生回路６の接地（ＧＮＤ）に接続される。また比較回路７自体の電源はバッテリーセル１の正極（＋）または充放電端子２₊のいづれか高い方より供給される。
【００２９】
そしてこの構成において、まず充電時には端子２₊には放電時のバッテリーパック１０の出力電圧以上の電圧が印加され、この電圧が所定値以上であるときに比較回路７で判別が行われる。この比較回路７の出力が切り換えスイッチ３、４に供給されて、これらの切り換えスイッチ３、４が図示とは逆に切り換えられる。
【００３０】
また比較回路７の出力が発生回路６に供給されて、例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖの定電圧定電流がＤＣ−ＤＣコンバータ５で形成されるようにするための参照電圧が発生される。そしてこの参照電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ５の参照入力（Ｒｅｆ）に供給される。
【００３１】
従ってこの構成において、充電時には端子２₊に印加される充電電圧が、切り換えスイッチ４の固定接点４ｂを通じてＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力（ＩＮ）に供給される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の参照入力（Ｒｅｆ）に、例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖ、１Ｃの定電圧定電流を形成するための参照電圧が供給される。
【００３２】
これによってＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力（ＯＵＴ）には、充電電圧が例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖ、１Ｃの定電圧定電流に変換された充電電力が取り出される。そしてこのＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力（ＯＵＴ）から取り出される充電電力が、切り換えスイッチ３の固定接点３ｂを通じてバッテリーセル１の正極（＋）に供給される。
【００３３】
これに対して放電時には、端子２₊には負荷が接続され、この端子２₊にはバッテリーパック１０の放電電圧が取り出される。従ってこの電圧は上述の所定値以下であって、比較回路７からは出力が取り出されず、切り換えスイッチ３、４は図示の位置に切り換えられる。
【００３４】
従ってこの構成において、バッテリーセル１の正極（＋）からの放電電圧が、切り換えスイッチ４の固定接点４ａを通じてＤＣ−ＤＣコンバータ５の入力（ＩＮ）に供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力（ＯＵＴ）からの放電電圧が、切り換えスイッチ３の固定接点３ａを通じて端子２₊に取り出される。
【００３５】
それと共に発生回路６からは、リチウムイオンを用いたバッテリーセルの放電特性曲線を、例えばニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルの放電特性曲線に変換するための参照電圧が発生されて、この参照電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ５の参照入力（Ｒｅｆ）に供給される。
【００３６】
すなわち例えば図３に示すようなリチウムイオンを用いたバッテリーセルの放電特性曲線の各時点の電位に対して、例えば図２に示すようなニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルの放電特性曲線の各時点の電位に対応する参照電圧が発生される。
【００３７】
これによってＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力（ＯＵＴ）には、バッテリーセル１の正極（＋）からの直線的に低下される放電電圧に対して、例えばニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルの放電特性曲線を模擬した放電電圧が発生され、この放電電圧が端子２₊に取り出される。
【００３８】
なおこのような参照電圧が発生は、バッテリーセル１の正極（＋）からの放電電圧を例えば非直線素子の回路網に供給してアナログ的に発生する。あるいはバッテリーセル１の正極（＋）からの放電電圧をＡ／Ｄ変換し、このデジタル値をＲＯＭテーブル等で所望の電圧値のデジタル値に変換し、このデジタル値をＤ／Ａ変換して発生することもできる。
【００３９】
こうして上述の構成によれば、充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセル１と、充放電端子２₊、２_-と、電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ５）とを有し、充放電端子に入力される充電電力を電圧変換回路にて任意の一の充放電特性の充電電圧に変換して単一または複数のバッテリーセルに印加して充電を行うと共に、単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を電圧変換回路にて任意の他の充放電特性の放電電圧に変換して充放電端子に出力するようにしたことによって、任意の一の充放電特性のバッテリーセルを他の充放電特性のバッテリーセルとして使用することができるものである。
【００４０】
同時に、充放電端子の電圧を監視する手段（比較回路７）を有し、この手段で検出された端子電圧が所定値以上のときは充放電端子に入力される充電電力が電圧変換回路を通じて単一または複数のバッテリーセルに供給され、この手段で検出された端子電圧が所定値以下のときは単一または複数のバッテリーセルからの放電電力が電圧変換回路を通じて充放電端子に出力される構成としたことによって、充電時と放電時に１個の電圧変換回路を有効に利用することができるものである。
【００４１】
さらに、充電電圧への変換を任意の一の充放電特性の充電特性に合致するように行うことによって、任意に入力される充電電力を一の充放電特性のバッテリーセルに良好に充電することができるものである。
【００４２】
また、放電電圧への変換を任意の他の充放電特性の放電特性曲線を模擬するように行うことによって、任意のバッテリーセルからの放電電力を他の充放電特性のバッテリーセルを用いる仕様の装置に良好に供給することができるものである。
【００４３】
さらに、充電または放電電圧の変換を電圧変換回路の参照電圧を任意の一または他の充放電特性の特性曲線に沿って変化させて行うことによって、これらの電圧の変換を簡単な構成で良好に行うことができるものである。
【００４４】
また、電圧変換回路の参照電圧の発生をアナログまたはデジタル方式の電圧発生手段（参照電圧の発生回路６）によって行うことによって、このような参照電圧の発生を簡単な構成で安定に行うことができるものである。
【００４５】
すなわち上述の構成において、例えばリチウムイオンを用いたバッテリーセルを使用して、このバッテリーパック１０の充放電の特性を例えばニッケルカドミウムまたはニッケル水素を用いたバッテリーセルと同じにすることができる。
【００４６】
これによって、例えば在来のニッケルカドミウム等を用いたバッテリーセルの仕様で設計された充電器や装置に対しても、リチウムイオンを用いたバッテリーセルを使用することができ、単セル当たりの平均放電電圧が高く、体積が小さく、重量が軽く、メモリー効果がない等々のリチウムイオンを用いたバッテリーセルの優れた特徴を活かしたバッテリーパック１０を形成することができる。
【００４７】
なお上述の構成において、バッテリーセル１は上述のリチウムイオンを用いたバッテリーセルに限らず、この他の充電電圧の特性及び放電電圧の特性が異なるバッテリーセルにおいても同様に本発明を適用することができる。また放電電圧の特性も、上述のニッケルカドミウム等を用いたバッテリーセル以外の充放電特性にすることもできる。
【００４８】
さらに上述の実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５のシャットダウン機能を示していないが、近年のＤＣ−ＤＣコンバータには負荷が小さいときの消費電力が数百マイクロアンペア以下のものが開発されており、特に制御を行わなくても実用に供することができる。また、バッテリーパック１０側にパワースイッチを設けること、あるいはシャットダウン機能の制御用に端子を設けることによっても実現可能である。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセルと、充放電端子と、電圧変換回路とを有し、充放電端子に入力される充電電力を電圧変換回路にて任意の一の充放電特性の充電電圧に変換して単一または複数のバッテリーセルに印加して充電を行うと共に、単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を電圧変換回路にて任意の他の充放電特性の放電電圧に変換して充放電端子に出力するようにしたことによって、任意の一の充放電特性のバッテリーセルを他の充放電特性のバッテリーセルとして使用することができるようになった。
【００５０】
同時に、充放電端子の電圧を監視する手段を有し、この手段で検出された端子電圧が所定値以上のときは充放電端子に入力される充電電力が電圧変換回路を通じて単一または複数のバッテリーセルに供給され、この手段で検出された端子電圧が所定値以下のときは単一または複数のバッテリーセルからの放電電力が電圧変換回路を通じて充放電端子に出力される構成としたことによって、充電時と放電時に１個の電圧変換回路を有効に利用することができるようになった。
【００５１】
さらに、充電電圧への変換を任意の一の充放電特性の充電特性に合致するように行うことによって、任意に入力される充電電力を一の充放電特性のバッテリーセルに良好に充電することができるようになった。
【００５２】
また、放電電圧への変換を任意の他の充放電特性の放電特性曲線を模擬するように行うことによって、任意のバッテリーセルからの放電電力を他の充放電特性のバッテリーセルを用いる仕様の装置に良好に供給することができるようになった。
【００５３】
さらに、充電または放電電圧の変換を電圧変換回路の参照電圧を任意の一または他の充放電特性の特性曲線に沿って変化させて行うことによって、これらの電圧の変換を簡単な構成で良好に行うことができるようになった。
【００５４】
また、電圧変換回路の参照電圧の発生をアナログまたはデジタル方式の電圧発生手段によって行うことによって、このような参照電圧の発生を簡単な構成で安定に行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバッテリーパックの一例の構成図である。
【図２】その説明のための図である。
【図３】その説明のための図である。
【符号の説明】
１０バッテリーパック
１充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセル、例えばリチウムイオンを用いたバッテリーセル
２₊、２_- 充電電力の入力及び放電電力の出力を行う充放電端子
３、４切り換えスイッチ
５電圧変換回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ
６参照電圧の発生回路
７電圧を監視するための比較回路

Claims

充電可能な任意の一の充放電特性を有する単一または複数のバッテリーセルと、充放電端子と、電圧変換回路とを有し、
上記充放電端子に入力される充電電力を上記電圧変換回路にて上記任意の一の充放電特性の充電電圧に変換して上記単一または複数のバッテリーセルに印加して充電を行うと共に、
上記単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を上記電圧変換回路にて任意の他の充放電特性の放電電圧に変換して上記充放電端子に出力するようにしたバッテリーパックであって、
上記充放電端子の電圧を監視する手段を有し、
上記手段で検出された端子電圧が所定値以上のときは上記充放電端子に入力される充電電力を上記電圧変換回路を通じて上記単一または複数のバッテリーセルに供給し、上記手段で検出された端子電圧が所定値以下のときは上記単一または複数のバッテリーセルからの放電電力を上記電圧変換回路を通じて上記充放電端子に出力する構成としたことを特徴とするバッテリーパック。
請求項１記載のバッテリーパックにおいて、
上記充電電圧への変換は、上記任意の一の充放電特性の充電特性に合致するように行うことを特徴とするバッテリーパック。
請求項１記載のバッテリーパックにおいて、
上記放電電圧への変換は、上記任意の他の充放電特性の放電特性曲線を模擬するように行うことを特徴とするバッテリーパック。
請求項２または３記載のバッテリーパックにおいて、
上記充電または放電電圧の変換は、上記電圧変換回路の参照電圧を上記任意の一または他の充放電特性の特性曲線に沿って変化させて行うことを特徴とするバッテリーパック。
請求項４記載のバッテリーパックにおいて、
上記電圧変換回路の参照電圧の発生は、アナログまたはデジタル方式の電圧発生手段によって行うことを特徴とするバッテリーパック。