JP4614922B2 - Power supply device using battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、電池パック使用の電源供給システムに関する。より詳細には、リチウムイオン電池を複数直列接続した電池パックを複数使用した電源供給装置に関する The present invention relates to a power supply system using a battery pack. More specifically, the present invention relates to a power supply device using a plurality of battery packs in which a plurality of lithium ion batteries are connected in series.
従来、リチウムイオン電池を複数多直で使用する場合は、それらを１個の電池パックに納めてパック化し、ユーザーが容易に分解・組み換えできないようにしていた。
これは、電池パック組み立て時に同一特性の素電池（セル）を使用することで、電池パック内の素電池の状態を均一にするためであり、これが容量劣化、ひいては電池燃焼の原因となる過充電・過放電を引き起こす、セルアンバランスを避けるために有効であった。
すなわち、電池は化学反応を利用して充放電を行っており、その成分などが微妙に変化すると、その電池特性である電池容量や自己放電電流などがばらつき、同一の性能が出せなくなり、素電池間に容量差が発生した状態のセルアンバランスとなる。同一特性の素電池というのは、同一時期に同一材料・同一設備で生産し同一基準でテストした素電池ということになり、それは製造ロットが同一な素電池であるといえる。
Conventionally, when a plurality of lithium ion batteries are used, they are packed in one battery pack so that the user cannot easily disassemble and recombine them.
This is to make the state of the unit cells in the battery pack uniform by using unit cells (cells) having the same characteristics when assembling the battery pack. This is an overcharge that causes capacity deterioration and eventually battery combustion. -It was effective to avoid cell imbalance, which causes overdischarge.
In other words, the battery is charged and discharged using a chemical reaction, and if its components change slightly, the battery capacity, self-discharge current, etc., which are the characteristics of the battery, vary, and the same performance cannot be achieved. A cell imbalance occurs when a capacity difference occurs between them. A unit cell having the same characteristics is a unit cell produced with the same material and the same equipment at the same time and tested according to the same standard, and can be said to be a unit cell having the same production lot.
つまり、素電池の製造ロットが異なると、厳密な意味での成分は微妙に異なり電池特性が異なるのでセルアンバランスの原因になる。そのため、組電池に使用する際は同一製造ロットの素電池を使用しなければならない。
例えば、セルアンバランスについて極端な例を挙げれば、一つの電池パックの中に、満充電の素電池と空の素電池が混在した状態では、満充電の電池があるため充電すると過充電になるのでこの電池パックは充電できず、空の素電池についても過放電になるので放電できない状態となり、充放電が全くできない状態となる。これを無理に充放電すると過充電・過放電となり電池燃焼の原因となる。
このためリチウムイオン電池は乾電池のように単純に直列に繋げて使うことができず、安全を確保するためには製造ロットを揃えて電池パック化する必要がある。
That is, if the production lots of the unit cells are different, the components in the strict sense are slightly different and the battery characteristics are different, which causes cell imbalance. Therefore, when using it for an assembled battery, you must use the unit cell of the same production lot.
For example, to give an extreme example of cell imbalance, in a state where a fully charged unit cell and an empty unit cell are mixed in a single battery pack, there is a fully charged battery, so charging will result in overcharging. Therefore, this battery pack cannot be charged, and even an empty unit cell is overdischarged, so that it cannot be discharged, and cannot be charged or discharged at all. If this is forcibly charged / discharged, it will be overcharged and overdischarged, causing battery combustion.
For this reason, lithium-ion batteries cannot be used simply connected in series like dry batteries, and in order to ensure safety, it is necessary to arrange production lots into battery packs.
また、複数の電池パックを直列に接続して使用する場合が考えられるが、ユーザーが誤って異なった容量特性の電池パックを混入させた場合、その特性差から電池パック間の素電池においてセルアンバランスとなってしまうので、通常、電池パックは一個で使用する方式が主流になっている。 In addition, a case where a plurality of battery packs are connected in series may be used. However, when a user accidentally mixes battery packs having different capacity characteristics, the cell amplifiers between the battery packs are affected by the characteristic difference. Since it becomes a balance, a method of using a single battery pack is usually the mainstream.
これに対して、複数の電池パックを使用した電源装置も存在する（例えば、特許文献１，特許文献２等）。
特許文献１は、複数（４つ）の電池パックを直並列接続したもので、そのうちの一つをマスタ電池パックとし、残り（３つ）をスレーブ電池パックとし、マスタ電池パックがスレーブ電池パックに対して通信により充放電状態を示すデータを送信要求して監視し、充放電状態を判定してコマンドを送信し充放電の制御を行うようになっている。
また、特許文献２は、電池パック（バンク）を２つ直列接続したもので、それぞれに接続された制御部が、電池パック（バンク）から充放電状態を感知して、互いに違った電圧が出力された場合には、一方の制御部から出力される電圧を他方の制御部から出力される電圧と同一になるように出力を変更する制御を行うようになっている。
In
In
しかしながら、特許文献１，特許文献２に記載された電源装置は、いずれも充放電状態を感知し、充放電を制御するにすぎないため、上述したように電池パック毎のセルアンバラスを検出するものではない。
よって、一つの電池パック内における素電池のセルアンバランスや、あるいは、複数接続された電池パックにおいて電池パック間のセルアンバランスを検出することはできないので、電池燃焼の原因は依然として残った状態である。
However, since all the power supply devices described in
Therefore, cell unbalance of unit cells in one battery pack or cell unbalance between battery packs in a plurality of connected battery packs cannot be detected, so the cause of battery combustion still remains. is there.
また、素電池が１０直以上の電池パックとなると、その電池パックの電圧を監視している保護ＩＣに要求される耐電圧が５０Ｖ以上になり、非常に高価となる上、電圧検出の精度も乏しくなる。また、電池パックのエネルギー量の大きなリチウムイオン電池の電池パック（リチウム等価含有量８．０ｇ、これはリチウムイオン電池の素電池全体の合計容量２６．６７Ａｈに相当）は、国連勧告に基づくＩＡＴＡの危険物規定書より危険物の表示を義務付けられており、その場合は通常便での航空輸送は、事実上、不可能である。
例えば、１０直の場合は、素電池全体の合計容量の２６．６７Ａｈの１／１０の２．６６７Ａｈの電池パック容量から危険物の扱いになる。これは、２．６６７Ａｈの電池パック容量で１０Ａのような出力を行った場合、１６分で空になってしまう量の容量であり非常に使い勝手が悪い上、電池パック容量の４倍近くの出力電流なので素電池にかかる負荷が非常に大きく容量劣化が進みやすい。これが２０直、３０直になると、もっと電池パック容量が減り、利便性が損なわれていくといった問題がある。
In addition, when the unit cell becomes a battery pack of 10 or more, the withstand voltage required for the protection IC that monitors the voltage of the battery pack becomes 50 V or more, which is very expensive and the accuracy of voltage detection is also high. Become scarce. In addition, a battery pack of a lithium ion battery having a large energy amount (a lithium equivalent content of 8.0 g, which corresponds to a total capacity of 26.67 Ah of the entire lithium ion battery) is IATA's According to the Dangerous Goods Regulations, it is required to display dangerous goods. In that case, air transportation by regular flights is virtually impossible.
For example, in the case of 10 straight, the battery pack capacity of 2.667Ah, which is 1/10 of 26.67Ah of the total capacity of the entire unit cell, is handled as dangerous goods. This is a capacity that will be empty in 16 minutes when an output such as 10A is performed with a battery pack capacity of 2.667Ah, which is very inconvenient and output nearly 4 times the battery pack capacity. Since the current is an electric current, the load on the unit cell is very large, and the capacity deterioration tends to proceed. If this becomes 20 and 30, there is a problem that the capacity of the battery pack is further reduced and the convenience is impaired.
一方、最近、１０直列以上のリチウムイオン電池を使用した高電圧出力が可能な電源装置について、ハイブリッド自動車や携帯電話の基地局の非常用電源として用途が出てきており、これらの問題を解決する必要性が出てきた。 On the other hand, recently, power supply devices capable of high voltage output using 10 series or more lithium ion batteries have been used as emergency power supplies for base stations of hybrid cars and mobile phones, and solve these problems. The need came out.
そこで、本発明の目的は、セルアンバランスの発生を早期に検知して安全面を確保することが可能で、しかも安定性に優れた電池パック使用の電源供給装置を提供することにある。
また、もう一つの目的は、エネルギー量の小さい電池パックに分けることで輸送問題に対応した電池パック使用の電源供給装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply device using a battery pack that can detect the occurrence of cell imbalance at an early stage to ensure safety and that is excellent in stability.
Another object of the present invention is to provide a power supply device using a battery pack that can cope with a transportation problem by dividing the battery pack with a small amount of energy.
上記の目的を達成するために、本発明の電池パック使用の電源供給装置は、充電式の素電池を複数直列接続してなる電池パックを複数直列接続して使用し、機器に対して電源を供給する電源供給装置であって、
前記各電池パックは、充放電の実行と停止を行う充放電制御用回路と、前記各素電池間のセル電圧を監視し充放電の状態を検出する保護回路と、前記保護回路から前記セル電圧と充放電の状態を示す情報が入力されるとともに、前記各素電池の製造時のロット情報が予め入力され、しかも前記充放電制御用回路を介して充放電を制御する制御部を有し、
前記各電池パック毎に設けられた各制御部に接続され、装置全体を制御するシステム制御部とを備え、
前記システム制御部は、各制御部から入力された前記ロット情報を比較し、同一でないものがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送り充放電させないことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the battery pack-use power supply device of the present invention uses a plurality of battery packs in which a plurality of rechargeable unit cells are connected in series, and uses the battery pack to connect power to the device. A power supply device for supplying,
Each of the battery packs includes a charge / discharge control circuit for performing charge / discharge and a stop, a protection circuit for monitoring a cell voltage between the unit cells and detecting a charge / discharge state, and the cell voltage from the protection circuit. Information indicating the state of charging and discharging, and lot information at the time of manufacture of each unit cell is input in advance, and has a control unit for controlling charging and discharging through the charging and discharging control circuit,
Connected to each control unit provided for each of the battery packs, and a system control unit for controlling the entire apparatus,
The system control unit compares the lot information input from each control unit, and if there is something that is not the same, the system control unit sends a signal prohibiting charging / discharging to each control unit so as not to charge / discharge.
また前記制御部には、各素電池の接続状況を示す情報が入力され、前記システム制御部は、前記接続状況が同一でない電池パックがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送り充放電させないことを特徴とする。
さらに前記システム制御部は、各制御部から入力された充放電の状態を示す情報から過充放電を示す情報があると、各制御部に充放電を禁止する信号を送ることを特徴とする。
さらにまた前記システム制御部は、各制御部から入力されたセル電圧を比較し、各セル電圧の差が所定範囲内にないものがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送ることを特徴とする
また前記制御部は、前記素電池に流れる電流に基づいて電池パックの残容量を算出し、前記システム制御部は、各制御部から入力された前記残容量を比較し、各電池パック間の残容量の差が所定範囲内にないものがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送ることを特徴とする。
また前記制御部は、前記素電池に流れる電流に基づいて前回の放電時における電池パックの放電可能量を算出し、前記システム制御部は、各制御部から入力された前記放電可能量を比較し、各電池パック間の放電可能量の差が所定範囲内にないものがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送ることを特徴とする。
Also, information indicating the connection status of each unit cell is input to the control unit, and the system control unit sends a signal prohibiting charging / discharging to each control unit when there is a battery pack whose connection status is not the same. It is characterized by not discharging.
Furthermore, when there is information indicating overcharge / discharge from the information indicating the state of charge / discharge input from each control unit, the system control unit sends a signal for prohibiting charge / discharge to each control unit.
Furthermore, the system control unit compares the cell voltages input from the control units, and if there is a difference between the cell voltages that is not within a predetermined range, sends a signal prohibiting charging / discharging to each control unit. Further, the control unit calculates a remaining capacity of the battery pack based on a current flowing through the unit cell, the system control unit compares the remaining capacity input from each control unit, and each battery pack When there is a difference between the remaining capacities in the predetermined range, a signal for prohibiting charging / discharging is sent to each control unit.
Further, the control unit calculates a dischargeable amount of the battery pack at the time of previous discharge based on a current flowing through the unit cell, and the system control unit compares the dischargeable amount input from each control unit. When there is a difference in the dischargeable amount between the battery packs that is not within a predetermined range, a signal for prohibiting charging / discharging is sent to each control unit.
また本発明は、前記システム制御部と前記各制御部との間に、前記システム制御部と前記各制御部のうち選択された制御部とを接続するセレクター部を設けるとともに、前記セレクター部は、前記システム制御部のグランド（ＧＮＤ）電位と前記選択された制御部のグランド（ＧＮＤ）電位とを調整して前記システム制御部と前記選択された制御部間の通信を可能するためのレベル調整回路を備えることを特徴とする。 According to the present invention, a selector unit that connects the system control unit and a control unit selected from the control units is provided between the system control unit and the control units, and the selector unit includes: Level adjustment circuit for adjusting the ground (GND) potential of the system control unit and the ground (GND) potential of the selected control unit to enable communication between the system control unit and the selected control unit It is characterized by providing.
さらに本発明は、前記機器はマイコンを備えるとともに、前記システム制御部は、前記マイコンに接続され、前記充放電の禁止を判定するとそれに対応した信号を前記マイコンに送ることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the device includes a microcomputer, and the system control unit is connected to the microcomputer and sends a signal corresponding to the prohibition of charge / discharge to the microcomputer.
また本発明は、前記素電池は、リチウムイオン電池であり、一つの電池パックはリチウムイオン電池が４直以下の接続であることを特徴とする。 In the present invention, the unit cell is a lithium ion battery, and one battery pack has a lithium ion battery having a connection of 4 or less.
本発明の電池パック使用の電源供給装置によれば、充放電を行う前段階で、素電池の製造ロット情報が同一か否かを確認するので、電池パック間でセルアンバランスが生じることを未然に防止することができる。
よって素電池が燃焼に到る危険性を防止することができる。
According to the power supply device using the battery pack of the present invention, it is confirmed whether or not the manufacturing lot information of the unit cells is the same before the charge and discharge, so that cell imbalance may occur between the battery packs. Can be prevented.
Therefore, it is possible to prevent the danger that the unit cell reaches combustion.
また本発明によれば、素電池の接続状況が同一か否かについても充放電を行う前段階で確認するので、ヒューマンエラーを解消し、さらに電池パック間でセルアンバランスが生じることを未然に防止することができる。 In addition, according to the present invention, whether or not the connection status of the unit cells is the same is confirmed in the stage before charging / discharging, so that it is possible to eliminate human error and further cause cell imbalance between battery packs. Can be prevented.
また本発明によれば、セルアンバランスが起きていない事を確認してから使用した後にも、電池パックの状態を、過充放電はないか、各セル電圧はほぼ同一か、電池パック間の残容量や放電可能量はほぼ同一かといった観点から常に監視しつつ電池パックの充放電を許可するので、一層、安性性が確保される。 Further, according to the present invention, after using after confirming that no cell imbalance has occurred, the state of the battery pack is not overcharged or discharged, each cell voltage is substantially the same, or between battery packs. Since charging / discharging of the battery pack is permitted while constantly monitoring from the viewpoint of whether the remaining capacity and the dischargeable amount are substantially the same, further safety is ensured.
また本発明によれば、システム制御部と各制御部との間に設けられたセレクター部にはシステム制御部のグランド（ＧＮＤ）電位と選択された制御部のグランド（ＧＮＤ）電位とを調整してシステム制御部と選択された制御部間の通信を可能するためのレベル調整回路が備わっているので、通信は円滑に行われ、セルアンバランスの検出をリアルタイムで行うことができる。 Further, according to the present invention, the selector unit provided between the system control unit and each control unit adjusts the ground (GND) potential of the system control unit and the ground (GND) potential of the selected control unit. Since the level adjustment circuit for enabling communication between the system control unit and the selected control unit is provided, communication is performed smoothly and cell imbalance can be detected in real time.
また本発明によれば、リチウムイオン電池を素電池として使用し４直以下に接続することによって、小さなエネルギーの電池パックに分解でき、その電池パック毎に安全保護を行うことができるので、電池パック単体の状態でも特殊な取り扱いは必要ない。よって、国連勧告に基づいたＩＡＴＡの危険物規定書での危険物の扱いを受けることを避けることができる。 Further, according to the present invention, by using a lithium ion battery as a unit cell and connecting it to 4 or less, it can be disassembled into a small energy battery pack, and safety protection can be performed for each battery pack. No special handling is required even in a single state. Therefore, it is possible to avoid receiving dangerous goods in the IATA Dangerous Goods Regulations based on UN recommendations.
図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係る電池パック使用の電源供給装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電池パック使用の電源供給装置の電気的構成概要を示し、図２は、図１に示すセレクター回路５３ａを示し、図３は、図１に示す電源システムマイコン５１の処理を示す。 A power supply apparatus using a battery pack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an outline of the electrical configuration of a power supply apparatus using a battery pack according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a selector circuit 53a shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows a power system shown in FIG. The process of the microcomputer 51 is shown.
本発明の実施形態に係る電池パック使用の電源供給装置は、図１に示すように、充電式の素電池（セル）を複数直列接続してなる電池パック１〜４を複数直列接続して使用し、電力供給（充電器を含む）を受ける本体機器６に対して電源システム５を介して電源を供給する装置である。ここでは、素電池としてリチウムイオン電池を使用し、その素電池を４直に接続した状態で内蔵してなる電池パックを４個直列に接続した場合を例にして説明する。
As shown in FIG. 1, the battery pack-use power supply device according to the embodiment of the present invention uses a plurality of
各電池パック１〜４には、４直の組電池１５〜１８と制御基板１１〜１４が設けられている。そして各制御基板１１〜１４には充放電の実行と停止を行う充放電用ＦＥＴ２１〜２４と、各素電池間のセル電圧を監視し充放電の状態を検出する保護ＩＣ３１〜３４と、残量計算・通信機能を持った電池パック用マイコン４１〜４４があり、各種安全に関する制御を行っている。
Each
電池パック用マイコン４１〜４４は、保護ＩＣ３１〜３４からセル電圧と充放電の状態を示す情報が入力されるとともに、各素電池の製造時のロット情報と素電池の接続状況を示す情報が入力され、しかも充放電用ＦＥＴ２１〜２４を介して充放電を制御するものである。また、電池パック用マイコン４１〜４４は、素電池に流れる電流に基づいて電池パック１〜４の残容量を算出するともに、同様に素電池に流れる電流に基づいて前回の放電時における電池パック１〜４の放電可能量についても算出する。
これにより各電池パック単体で安全性は保障でき、電池パックの安全な着脱が可能となる。この場合、従来技術であれば１６直に対応した一つの保護ＩＣが素電池の電圧を監視していたが４個の電池パック１〜４に分割することで一般的な４直の保護ＩＣ３１〜３４を使用することが可能となる。
The battery pack microcomputers 41 to 44 receive information indicating the cell voltage and the state of charge / discharge from the protection ICs 31 to 34, as well as lot information at the time of manufacture of each unit cell and information indicating the connection state of the unit cell. In addition, charge / discharge is controlled through the charge / discharge FETs 21 to 24. Further, the battery pack microcomputers 41 to 44 calculate the remaining capacity of the battery packs 1 to 4 based on the current flowing through the unit cells, and similarly, the
Thereby, the safety of each battery pack can be ensured, and the battery pack can be safely attached and detached. In this case, in the case of the prior art, one protection IC corresponding to 16 direct monitors the voltage of the unit cell, but by dividing into four
また電源システム５には、各電池パック１〜４毎に設けられた各電池パック用マイコン４１〜４４に接続され、通信で各電池パック１〜４のセルアンバランス状態の確認し、装置全体を制御する電源システムマイコン５１と、各電池パック１〜４と通信をするためのセレクター回路５２が設けられている。セレクター回路５２は、それぞれの電池パック１〜４に対応した通信ラインの切り替え部５３〜５６があり、２線式（クロックラインとデータライン）のａ，ｂ部に分けられ、それぞれ、図２のような構成回路により直列に接続されている電池パック１〜４のＧＮＤ（グランド）の電位差（電池パック用マイコン４１〜４４のＧＮＤ（グランド）の電位差）を調整して、電池パック用マイコン４１〜４４と電源システムマイコン５１との間で信号を伝えることができるようになっている。
In addition, the
より具体的な動作原理を、電池パック１に接続された切り替え部５３ａを例にして説明すると、図２に示すように、５ＶレギレータＵ１が電池パック１の＋端子から電池パック１のＧＮＤ基準で５Ｖを作成し、抵抗Ｒ１を介してオープンドレイン出力のＨｉｇｈレベルを作る（電池側）。電源システムマイコン５１側も本体電源のプルアップ抵抗Ｒ３でＨｉｇｈレベルが作られる。この時、電池側からＬｏｗ信号が出力されると、抵抗Ｒ１・Ｒ２に電流が流れ、トランジスタＱ１がその電位差によりＯＮし、トランジスタＱ２がＯＮする。トランジスタＱ２がＯＮすると、電源システムマイコン５１側の通信ラインは電源システムマイコン５１のＧＮＤレベルになるためＬｏｗレベルとなり、電池側から電源システムマイコン５１側にＬｏｗ信号を伝えることができる。同様に、電源システムマイコン５１側からＬｏｗ信号が出力された場合、抵抗Ｒ３・Ｒ４に電流が流れトランジスタＱ３・Ｑ４がＯＮし、電池パック１側の信号ラインが電池側のＧＮＤに繋がるのでＬｏｗレベルとなり、信号を伝えることができ通信が成立する。また、これにＦＥＴＱ５〜Ｑ８を用いることで、必要なときだけこの回路を動作させ（イネーブル信号はＬｏｗ）、不必要なときには停止させ電気的に切り離す（イネーブル信号はＯｐｅｎ）ことができるため、リーク電流の発生を極小に抑えることができ、これにより電池パック間の容量ばらつきを抑えることになる。
A more specific operation principle will be described by taking the switching unit 53a connected to the
このように、切り替え部５３ａは、電源システムマイコン５１のＧＮＤ（グランド）電位とセレクター回路５２により選択された電池パック１に備わる電池パック用マイコン４１のＧＮＤ（グランド）電位とを調整して電源システムマイコン５１と選択された電池パック用マイコン４１間の通信を可能するためのレベル調整を行う機能を有する回路を備えるものである。
なお、切り替え部５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂについても切り替え部５３ａと同様の構成であり、その動作については省略する。
As described above, the switching unit 53a adjusts the GND (ground) potential of the power supply system microcomputer 51 and the GND (ground) potential of the battery pack microcomputer 41 included in the
Note that the switching
次に、図３のフローチャートを参照して、図１に示す電源システムマイコン（ＣＰＵ）５１の処理について説明する。ここでは、電源システムマイコン５１が電池パック１〜４による充放電を許可するか否かを判定する処理を示すものである。
まず、電源システムマイコン５１は、各電池パック用マイコン４１からの情報に基づいて全電池パック１〜４の取付けが完了したか否かを判定する（ステップＳ０１）。
Next, processing of the power supply system microcomputer (CPU) 51 shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, the process which determines whether the power supply system microcomputer 51 permits the charging / discharging by the battery packs 1-4 is shown.
First, the power supply system microcomputer 51 determines whether or not the attachment of all the battery packs 1 to 4 has been completed based on the information from each battery pack microcomputer 41 (step S01).
全電池パック１〜４の取付けが完了すると、電源システムマイコン５１は、各電池パック用マイコン４１〜４４から、電池パックの取付け時に入力された各電池パック１〜４に内臓された素電池の製造ロット情報及び素電池の接続状況を示す情報を通信にて読込む（ステップＳ０２）。
そして、電源システムマイコン５１は、全電池パック１〜４について内蔵された素電池の製造ロット情報が同一であるか否かの判定と、同じく全電池パック１〜４について内蔵された素電池の接続状況が同一であるか否かの判定を行う（ステップＳ０３，ステップＳ０４）。
ここで、素電池の製造ロット情報が同一であるとは、同一時期に同一材料及び同一設備で生産し、同一基準でテストした素電池であることを意味するものであり、製造ロット情報とは、例えば、（１）素電池メーカー名，（２）素電池の種類を示す型番，（３）素電池の生産日，（４）素電池の生産工場，（５）素電池の生産ラインを符号化した情報である。なお、素電池の生産ラインについては特定されない場合がある。
また、素電池の接続状況とは、電池パック１〜４の組電池１５〜１８が何直何並の素電池からなるものであるかを示すものである。
When the installation of all the battery packs 1 to 4 is completed, the power supply system microcomputer 51 manufactures the unit cells built in each of the battery packs 1 to 4 input from the battery pack microcomputers 41 to 44 when the battery packs are attached. The lot information and information indicating the connection status of the unit cells are read by communication (step S02).
Then, the power supply system microcomputer 51 determines whether or not the manufacturing lot information of the cells built in all the battery packs 1 to 4 is the same, and connects the cells built in all the battery packs 1 to 4 as well. It is determined whether or not the situation is the same (step S03, step S04).
Here, the same production lot information of the unit cells means that the unit cells are produced with the same materials and the same equipment at the same time and tested according to the same standards. For example, (1) unit cell manufacturer name, (2) model number indicating the type of unit cell, (3) unit cell production date, (4) unit cell production factory, (5) unit cell production line Information. Note that the unit cell production line may not be specified.
The unit cell connection status indicates how many unit cells of the assembled batteries 15 to 18 of the battery packs 1 to 4 are formed.
そして、ステップＳ０３で、全電池パック１〜４に内蔵された素電池の製造ロット情報が同一でないと、電池の特性が異なり、使用中にセルアンバランス状態に到るため、電源システムマイコン５１は、電池パック用マイコン４１〜４４を介して、各電池パック１〜４へ充放電の禁止の通信を行い（ステップＳ１１）、接続された本体機器６に備わる本体マイコン６１に対して、電池パックの取り付けが間違っていることを警告し、ユーザに対して正しい電池パックの接続を要望する（ステップＳ１２）。本体マイコン６１では、警告音、あるいはディスプレイに表示することによって電池パックの接続が誤りであることをユーザに告知する。
また、ステップＳ０４で、接続状況が同一でない電池パックがあった場合にも、電源システムマイコン５１は、各電池パック１〜４へ充放電の禁止の通信を行い（ステップＳ１１）、接続された本体機器６に備わる本体マイコン６１に対して、電池パックの取付けが間違っていることを警告し、ユーザに対して正しい電池パックの接続を要望する（ステップＳ１２）。
In step S03, if the manufacturing lot information of the unit cells contained in all the battery packs 1 to 4 is not the same, the battery characteristics are different and the cell unbalanced state is reached during use. Then, the battery pack microcomputers 41 to 44 communicate with each of the battery packs 1 to 4 to prohibit charging / discharging (step S11). The user is warned that the attachment is wrong and requests the user to connect the battery pack correctly (step S12). The main body microcomputer 61 notifies the user that the connection of the battery pack is incorrect by displaying a warning sound or display on the display.
Further, even when there are battery packs whose connection states are not the same in step S04, the power supply system microcomputer 51 communicates prohibition of charging / discharging to each of the battery packs 1 to 4 (step S11), and the connected main body The main body microcomputer 61 provided in the
ステップＳ０３，ステップＳ０４で、各電池パック１〜４に内臓された素電池の製造ロット情報が同一であり、しかも組電池１５〜１８を構成する素電池の接続が各電池パック１〜４とも同一である（本実施形態の場合は、４直）と判定すると、電源システムマイコン５１は、各電池パック用マイコン４１〜４４から、入力された各電池パック１〜４に関するデータを通信にて読込む（ステップＳ０５）。
この各電池パック１〜４に関するデータとは、電池パック状態情報，電圧情報，残容量情報，学習容量情報である。
電池パック状態情報とは、電池パック１〜４が過充放電であるかを示す情報であり、また、電圧情報とは、各電池パック１〜４の各セル電圧である。また、残容量情報とは、素電池に流れる電流に基づいて算出された各電池パック１〜４の残容量である。また、学習容量情報とは、前回の放電時に素電池に流れる電流に基づいて算出された各電池パック１〜４の放電可能量である。
In step S03 and step S04, the manufacturing lot information of the unit cells contained in each of the battery packs 1 to 4 is the same, and the connection of the unit cells constituting the assembled batteries 15 to 18 is the same as that of each of the battery packs 1 to 4. (4 in the case of this embodiment), the power supply system microcomputer 51 reads the input data related to the battery packs 1 to 4 from the battery pack microcomputers 41 to 44 by communication. (Step S05).
The data relating to each of the battery packs 1 to 4 is battery pack state information, voltage information, remaining capacity information, and learned capacity information.
The battery pack state information is information indicating whether or not the battery packs 1 to 4 are overcharged and discharged, and the voltage information is each cell voltage of each of the battery packs 1 to 4. The remaining capacity information is the remaining capacity of each of the battery packs 1 to 4 calculated based on the current flowing through the unit cells. The learning capacity information is a dischargeable amount of each of the battery packs 1 to 4 calculated based on the current flowing through the unit cell during the previous discharge.
次に、電源システムマイコン５１は、全電池パック１〜４で充放電が可能にある状態か否か（ステップＳ０６）、各電池パック１〜４の各セル電圧がほぼ同一であるか、すなわち、各セル電圧の差が所定範囲内、本実施形態の場合、２００ｍＶ以下であるか否か（ステップＳ０７）、各電池パック１〜４の残容量がほぼ同一であるか、すなわち、各電池パック１〜４間の残容量の差が所定範囲内、本実施形態の場合、５％以下であるか否か（ステップＳ０８）、各電池パック１〜４の学習容量がほぼ同一であるか、すなわち、各電池パック１〜４間の学習容量の差が所定範囲内、本実施形態の場合、５％以下であるか否か（ステップＳ０９）、について判定する。
Next, the power supply system microcomputer 51 determines whether or not all the battery packs 1 to 4 can be charged / discharged (step S06), and whether the cell voltages of the battery packs 1 to 4 are substantially the same. In the case of the present embodiment, the difference between the cell voltages is 200 mV or less (step S07), whether the remaining capacities of the battery packs 1 to 4 are substantially the same, that is, each
そして、ステップＳ０６で充放電可能で、しかもステップＳ０７〜０９で各セル電圧，残容量，学習容量がほぼ同一であれば、各電池パック１〜４がセルアンバランス状態でなく各素電池の状態がほぼ同一に揃っていることが確認されたことになるので、電源システムマイコン５１は、各電池パック用マイコン４１〜４４を介して全電池パック１〜４の充放電を許可する（ステップＳ１０）。
これによって、電池パック１〜４から本体機器６への電源供給または電池パック１〜４への充電が開始される。
そしてステップＳ０５〜ステップＳ１０の処理を繰り返し、電源システムマイコン５１は、各電池パック１〜４の状態を検出しつつ充放電を許可するか否かの判定を行う。
If charging / discharging is possible in step S06 and each cell voltage, remaining capacity, and learning capacity are substantially the same in steps S07 to 09, each
Thereby, power supply from the battery packs 1 to 4 to the
And the process of step S05-step S10 is repeated, and the power supply system microcomputer 51 determines whether charging / discharging is permitted, detecting the state of each battery pack 1-4.
ステップＳ０５〜ステップＳ９の処理において、過充放電の電池パックがある等、電池パックに異常状態がある場合や、各セル電圧，残容量，学習容量において、ほぼ同一ではないセルアンバランス状態を有する電池パックが発生すると、電源システムマイコン５１は、電池パック用マイコン４１〜４４を介して、各電池パック１〜４へ充放電の禁止の通信を行い（ステップＳ１３）、接続された本体機器６に備わる本体マイコン６１に対して充放電の禁止をその原因とともに報告し、ユーザに対して電池パックの取替えを知らせる（ステップＳ１４）。なお、充放電の禁止の原因は、ステップＳ０６〜ステップＳ０９の判定に対応したもの表示することによって行われる。
In the process of step S05 to step S9, when there is an abnormal state in the battery pack, such as when there is an overcharged / discharged battery pack, or there is a cell unbalanced state that is not substantially the same in each cell voltage, remaining capacity, and learning capacity. When the battery pack is generated, the power supply system microcomputer 51 communicates prohibition of charging / discharging to each of the battery packs 1 to 4 via the battery pack microcomputers 41 to 44 (step S13), and connects to the connected
このように、本発明の実施形態に係る電池パック使用の電源供給装置によれば、充放電を行う前段階で、素電池の製造ロット情報が同一か否かを確認するとともに、素電池の接続状況が同一か否かを確認するので、電池パック１〜４間でセルアンバランスが生じることを未然に防止することができる。
よって素電池が燃焼に到る危険性を防止することができる。
また、セルアンバランスが起きていない事を確認してから使用した後にも、電池パックの状態を常に監視しつつ電池パック１〜４の充放電を許可するので、一層、安性性が確保される。
As described above, according to the power supply device using the battery pack according to the embodiment of the present invention, it is confirmed whether or not the manufacturing lot information of the unit cells is the same before charging and discharging, and the connection of the unit cells is performed. Since it is confirmed whether the situation is the same, it is possible to prevent cell imbalance from occurring between the battery packs 1 to 4.
Therefore, it is possible to prevent the danger that the unit cell reaches combustion.
Moreover, even after using after confirming that no cell imbalance has occurred, charging / discharging of the battery packs 1 to 4 is permitted while constantly monitoring the state of the battery pack, so that safety is further ensured. The
また従来どおりの保護ＩＣ３１〜３４を電池パック１〜４内部に使用することができるので安全で安価な電池パックとなる。
また、４直以下の小さなエネルギーの電池パックに分解でき、その電池パック毎に安全保護を行うので、電池パック単体の状態でも特殊な取り扱いは必要ない。国連勧告に基づいたＩＡＴＡの危険物規定書での危険物の扱いを受けるような全体のエネルギー量が大きいもの（リチウム等価含有量が８．０ｇ以上の電池パック）でも、エネルギー量の小さい電池パック（リチウム等価含有量が８．０ｇ以下の電池パック）に安全に分割し梱包して特定基準を満たす（安全性のテストを実施し安全を保証する）ことができれば、航空輸送が可能となる。一例を挙げると、リチウム等価含有量１．０ｇは素電池単体の容量３．３３Ａｈに相当するので、１０直の場合は素電池全体の合計容量の２６．６７Ａｈの１／１０の２．６６７Ａｈの電池パック容量から危険物の扱いになり、２．６６７Ａｈの電池パック容量の場合に１０Ａのような出力を行った場合、１６分で空になってしまう量の容量であり非常に使い勝手が悪い上、電池パック容量の４倍近くの出力電流なので素電池に掛かる負荷が非常に大きいため容量劣化が進みやすい。しかしながら、本発明の実施形態のように、４直であれば素電池全体の合計容量の２６．６７Ａｈの１／４の６．６６６Ａｈの電池パック容量まで可能であり、２．４Ａｈの素電池であれば３並で６．６Ａｈとなり、１０Ａの放電に対しても４０分間の供給が可能で、電池パック容量の１．５倍の出力電流となるので素電池に掛かる負荷は通常の使用範囲内といえ、容量劣化が著しく進むことはない。（なお、通常のリチウムイオン電池は電池パック容量の２倍の出力電流までを目安としている。）いいかえると、出力電流に合わせて電池パック内の素電池の並列数を決定し、出力電圧に合わせて電池パック内の素電池の直列数及び電池パックの直列接続数を決めることができるようになる。
Further, since the conventional protection ICs 31 to 34 can be used inside the battery packs 1 to 4, a safe and inexpensive battery pack is obtained.
Moreover, since it can be disassembled into battery packs with a small energy of 4 or less and each battery pack provides safety protection, no special handling is required even in the state of a single battery pack. A battery pack with a small amount of energy even if it has a large total energy (battery pack with a lithium equivalent content of 8.0 g or more) that can be handled as dangerous goods in the IATA Dangerous Goods Regulations based on the UN Recommendation If it can be safely divided and packaged (battery pack with a lithium equivalent content of 8.0 g or less) and packaged to meet specific standards (safety test is performed to ensure safety), air transportation becomes possible. For example, the equivalent lithium content of 1.0 g corresponds to a unit cell capacity of 3.33 Ah, so in the case of 10 cells, 26.67 Ah of the total capacity of the entire unit cell is 1/10 of 2.667 Ah. If the battery pack capacity is handled as dangerous goods, and the battery pack capacity is 2.667Ah and output such as 10A is performed, the capacity will be emptied in 16 minutes. Since the output current is nearly four times the battery pack capacity, the load on the unit cell is very large, so the capacity deterioration is likely to proceed. However, as in the embodiment of the present invention, if the length is four, the battery pack capacity of 6.666 Ah, which is 1/4 of 26.67 Ah of the total capacity of the whole unit cell, is possible. If there are three, it becomes 6.6Ah, and even 40A can be supplied for 40 minutes, and the output current is 1.5 times the battery pack capacity, so the load on the unit cell is within the normal use range. However, the capacity degradation does not progress significantly. (In addition, the standard lithium-ion battery has an output current that is twice the capacity of the battery pack as a guide.) In other words, the number of parallel cells in the battery pack is determined according to the output current and matched to the output voltage. Thus, the series number of unit cells in the battery pack and the number of battery packs connected in series can be determined.
また、本発明の実施形態によれば、消耗品である電池パック１〜４と耐久品である電源システム５に分け、電源システム５に対して電池パック１〜４を取付け・取外しを容易に行えるようにしたので、ユーザが電池パックを間違えて混入する等のヒューマンエラーの影響は、電源システム５側には及ばない。よって、電源システム５のメンテナンス性が向上し、電源システム５ごと、交換する必要なく保守費用の低減に繋がる。
Further, according to the embodiment of the present invention, the battery packs 1 to 4 which are consumables and the
なお、本発明の実施形態では、素電池としてリチウムイオン電池を使用した例を示したが、他の充電式電池についてもセルアンバランスを生じさせないように適用することが可能である。 In the embodiment of the present invention, an example in which a lithium ion battery is used as a unit cell has been described. However, other rechargeable batteries can be applied so as not to cause cell imbalance.
１〜４ 電池パック
５ 電源システム
６ 本体機器
１１〜１４ 制御基板
１５〜１８ 組電池（直列接続された素電池）
２１〜２４ 充放電用ＦＥＴ（充放電制御用回路）
３１〜３４ 保護ＩＣ（保護回路）
４１〜４４ 電池パック用マイコン（制御部）
５１ 電源システムマイコン（システム制御部）
５２ セレクター回路（セレクター部）
５３〜５６ 各電池パックに対応するセレクター回路
６１ 本体マイコン
1 to 4
21-24 Charge / Discharge FET (Charge / Discharge Control Circuit)
31-34 Protection IC (Protection circuit)
41 to 44 Battery pack microcomputer (control unit)
51 Power supply system microcomputer (system controller)
52 Selector circuit (selector part)
53-56 Selector circuit for each battery pack 61 Microcomputer
Claims (9)
前記各電池パックは、
充放電の実行と停止を行う充放電制御用回路と、
前記各素電池間のセル電圧を監視し充放電の状態を検出する保護回路と、
前記保護回路から前記セル電圧と充放電の状態を示す情報が入力されるとともに、前記各素電池の製造時のロット情報が予め入力され、しかも前記充放電制御用回路を介して充放電を制御する制御部を有し、
前記各電池パック毎に設けられた各制御部に接続され、装置全体を制御するシステム制御部とを備え、
前記システム制御部は、各制御部から入力された前記ロット情報を比較し、同一でないものがあると各制御部に充放電を禁止する信号を送り充放電させないことを特徴とする電池パック使用の電源供給装置。 A power supply device that uses a plurality of rechargeable cells connected in series and connected in series to supply power to the device,
Each battery pack is
A charge / discharge control circuit for executing and stopping charge / discharge;
A protection circuit that monitors the cell voltage between the unit cells and detects the state of charge and discharge;
Information indicating the cell voltage and the state of charge / discharge is input from the protection circuit, lot information at the time of manufacturing each unit cell is input in advance, and charge / discharge is controlled via the charge / discharge control circuit. A control unit to
Connected to each control unit provided for each of the battery packs, and a system control unit for controlling the entire apparatus,
The system control unit compares the lot information input from each control unit, and if there is something that is not the same, a signal prohibiting charging / discharging is sent to each control unit and charging / discharging is not performed. Power supply device.
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