JP5048963B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は、通信機能を有する電池システムに関する。

二次電池、特に密閉型の二次電池は、適正量を超えて過充電されたり、過放電や逆充電された場合には、電解液の漏液や可燃性ガスの放出などが起こり、危険な状態となることが知られている。このため、二次電池を内蔵した電池パックには、電池の状態を監視して、充放電回路を開くことで充放電を停止させる為の電流回路開閉素子である電磁式コンタクタや半導体スイッチング素子などを制御したり、電池の状態を機器側に通信して適切な充放電を要求したりするための電池制御部が設けられているのが一般的である。特に、過充電や過放電の際に危険性が高いリチウム二次電池では、ほとんどの場合、電池パックにこのような電池制御部が設けられている。この電池制御部は、機器との通信機能を有する場合、マイクロコンピュータを搭載するのが一般的であるが、このマイクロコンピュータなどの素子を駆動させるための電源は、内蔵されている二次電池から供給されることが多い（例えば、特許文献１参照）。

また、この電池制御部が電池パックを使用する機器と通信することで電池パックに内蔵されている二次電池の状態を機器側に伝え、その情報にもとづいて機器側が電池パックを適切に使用することも一般的である（例えば、特許文献２参照）。

また、このような電池パックを使用する機器は、多種多様であって、電池パックに要求される出力電圧も異なるため、機器の必要とする電圧に合わせて内蔵する二次電池の直列数を異ならせた電池パックが個別に製作されている。
特開平８−０８３６２７号公報 特開平１１−３４１６８９号公報

ところで、上述のように、必要とする電源電圧の異なる機器毎に出力電圧の異なる電池パックを製作すると、電池パックの種類が増加し、電池パックの種類毎に筐体や電池制御部等の設計開発を行う必要があるため、設計開発のコストや期間が増大してしまう。そこで、電池パックの出力電圧を一定にしておき、機器側の必要電圧に応じた個数の電池パックを機器に取り付けて直列接続するようにすれば、同じ種類の電池パックで種々の機器に対応できるので、設計開発のコストや期間が低減できると考えられる。

しかしながら、上述の従来の構成では、複数の電池パックを直列に機器に接続して使用しようとすると電池制御部の電源の接地電位が電池パックごとに異なるため、機器側と通信する場合に通信回路を通じて二次電池間の短絡が発生してしまい使用できない。図３は、上述のような背景技術に係る電池パックを直列に機器に接続した場合の短絡の発生を説明するための説明図である。

図３に示す電池パック１０１は、二次電池１１０と電池制御部１１１とを備えている。電池制御部１１１は、例えば通信回路１１２を内蔵したマイクロコンピュータを用いて構成されている。そして、二次電池１１０の正極に接続された配線１１３と、二次電池１１０の負極に接続された配線１１４とによって、電池制御部１１１及び通信回路１１２の動作用電源電圧が供給されるようになっている。電池パック１０２は、電池パック１０１と同様に構成されている。

このような電池パック１０１，１０２を直列に接続して使用することができる機器１０３は、例えば電池パック１０１，１０２と通信するための通信回路１３１と、通信回路１３１で受信された電池の情報に基づき適切な制御を行う制御回路１３２とを備える。そして、電池パック１０１における通信回路１１２と通信回路１３１との間で、通信信号を伝達する通信配線１３３と、通信信号の基準電位を伝達する通信配線１３４とが接続され、電池パック１０２における通信回路１１２と通信回路１３１との間で、通信信号を伝達する通信配線１３５と、通信信号の基準電位を伝達する通信配線１３６とが接続されている。また、電池パック１０１と電池パック１０２とを直列に接続する配線１３７が設けられている。

そうすると、図３に示すように、電池パック１０１，１０２が機器１０３に接続されると、通信信号の基準電位は通信回路１１２の動作用電源電圧の基準電位、すなわち二次電池１１０の負極電位となるため、短絡経路Ｘで示すように、電池パック１０２の二次電池１１０の正極から配線１３７、電池パック１０１の配線１１４、電池パック１０１の通信回路１１２、通信配線１３４、通信回路１３１、通信配線１３６、電池パック１０２の通信回路１１２、及び電池パック１０２の配線１１４を介して電池パック１０２の二次電池１１０における負極に至る二次電池１１０の短絡が生じることとなる。そのため、このような電池パック１０１，１０２を直列接続して使用することができないという、不都合があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、電気機器との間で通信を行う通信部を備えると共に、複数直列接続しても二次電池の短絡が生じない電池パック、及びこのような電池パックを直列に接続して使用することができる電気機器を含む電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電池システムは、電池パックと、前記電池パックを複数取付可能な電気機器とを含む電池システムであって、前記電池パックは、二次電池と、前記二次電池の正極を外部の電気機器に接続するための正極端子と、前記二次電池の負極を前記電気機器に接続するための負極端子と、前記電気機器との間で通信を行う通信部と、前記通信部を前記電気機器に接続して前記通信のための信号を伝送するための通信端子と、前記通信部を動作させるための動作用電力を前記電気機器から受電する受電端子と、前記負極端子から前記二次電池を介して前記正極端子に至る電流経路をオンオフするスイッチ部と、前記正極端子及び前記負極端子とは別の、前記二次電池の出力電力を、前記電気機器を介して前記受電端子により受電させるために前記電気機器へ出力するための電力出力端子とを備え、前記通信部は、前記受電端子により受電された電力によって動作し、かつ前記二次電池から絶縁されており、前記電気機器は、複数の前記電池パックが取り付けられた場合に、当該複数の電池パックが備える複数の二次電池を直列に接続する接続配線と、当該複数の電池パックにおける前記通信端子にそれぞれ接続するための機器側通信端子と、当該複数の電池パックにおける前記受電端子にそれぞれ接続され、前記動作用電力を出力するための機器側電力出力端子とを備える。

この構成によれば、二次電池の出力電力は、正極端子と負極端子とによって電気機器へ供給される。そして、通信部による通信のための信号が、通信端子を介して伝送される。さらに、通信部を動作させるための動作用電力は、正極端子及び負極端子とは別の受電端子により受電されるので、このような構成の電池パックを複数直列接続しても、通信部を経由して二次電池を短絡させる短絡経路が構成されることがなく、複数直列接続しても二次電池の短絡が生じない。

この構成によれば、正極端子及び負極端子とは別に、二次電池の出力電力を外部へ出力する電力出力端子が設けられているので、電気機器によって、電力出力端子から出力された電力を受電端子に供給することにより、スイッチ部がオフ状態であっても通信部を動作させることができる。

また、前記二次電池が充放電可能な状態であるか否かを検出する充放電可否検出部と、前記充放電可否検出部により前記二次電池が充放電可能な状態である旨検出された場合に、前記スイッチ部をオンさせるスイッチ制御部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、充放電可否検出部により二次電池が充放電可能な状態である旨検出された場合に、スイッチ部がオンされて、前記負極端子から前記二次電池を介して前記正極端子に至る電流経路が構成されるので、二次電池が充放電可能な状態ではない場合には、スイッチ部はオンされずに電池が負極端子及び正極端子から充放電されることが抑制される結果、電池の安全性が向上される。これにより、スイッチ部がオフされ、電池が正極端子及び負極端子から不正に充放電されることを回避しつつ、正規の電気機器への接続時には支障なく電池を使用可能な状態にすることができる。

また、前記二次電池から前記電力出力端子に至る電流経路上に、過電流を制限する過電流保護素子が介設されていることが好ましい。

この構成によれば、電力出力端子から出力される過電流が過電流保護素子により制限されるので、二次電池を過電流の放電から保護することができる。

また、前記二次電池の状態を示す電池情報を取得し、出力する電池状態検出部と、前記電池状態検出部により出力された電池情報を、前記通信部により前記電気機器へ送信させる情報管理部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、電池状態検出部により取得された電池情報が通信部により電気機器へ送信されるので、電気機器において電池情報を取得することができる結果、電気機器は、二次電池の状態を確認しながら電池の電力を使用することができる。

また、前記電池状態検出部は、前記二次電池の出力電圧を前記電池情報として取得するものであり、前記二次電池から前記電池状態検出部を介して前記情報管理部に至る信号経路に、前記二次電池と前記情報管理部との間を電気的に絶縁する絶縁部をさらに備えることが好ましい。前記二次電池が複数のセルからなる場合、個別セル電圧を取得するものもこの構成の中に含まれる。

この構成によれば、電池状態検出部によって二次電池の出力電圧が取得され、その二次電池の出力電圧が情報管理部へ出力されると共に、絶縁部により二次電池と情報管理部との間が電気的に絶縁されるので、二次電池から電池状態検出部、情報管理部、及び通信部を介して電流の短絡経路が構成されることがなく、電池パックを複数直列接続しても二次電池の短絡が生じない。

また、前記通信部は、前記電気機器によって他の電池パックと接続された場合に、当該他の電池パックとの間で通信可能にされており、前記情報管理部は、前記通信部によって、前記他の電池パックにおける情報管理部から当該他の電池パックにおける二次電池の電池情報を取得させ、当該通信部により取得された電池情報と、自機の電池状態検出部により検出された電池情報とをとりまとめて前記通信部により前記電気機器へ送信させることが好ましい。

この構成によれば、電気機器によって他の電池パックと接続された場合、情報管理部によって、通信部により他の電池パックにおける情報管理部から当該他の電池パックにおける二次電池の電池情報が取得され、当該通信部により取得された電池情報と、自機の電池状態検出部により検出された電池情報とがとりまとめられて通信部により電気機器へ送信されるので、電気機器は、接続された複数の電池パックと個別に通信を行うことなく、複数の電池パックのうち一つと通信を行うことにより、複数の電池パックに関する二次電池の情報を取得することができるので、電気機器における通信負荷を低減することができる。

また、本発明に係る電気機器は、上述のいずれかに記載の電池パックを複数取付可能な電気機器であって、複数の前記電池パックが取り付けられた場合に、当該複数の電池パックが備える複数の二次電池を直列に接続する接続配線と、当該複数の電池パックにおける前記通信端子にそれぞれ接続するための機器側通信端子と、当該複数の電池パックにおける前記受電端子にそれぞれ接続され、前記動作用電力を出力するための機器側電力出力端子とを備える。

この構成によれば、複数の前記電池パックが取り付けられた場合に、当該複数の電池パックが備える複数の二次電池が、接続配線によって直列に接続される。そして、複数の電池パックにおける通信端子にそれぞれ機器側通信端子が接続されるので、機器側通信端子を介して複数の電池パックとの間で通信を行うことができる。そして、当該複数の電池パックにおける受電端子に動作用電力を出力するための機器側電力出力端子がそれぞれ接続されるので、機器側電力出力端子を介して電池パックに通信部を動作させるための動作用電力を供給することができる。この場合、通信部を動作させるための動作用電力は、電池パックにおける正極端子及び負極端子とは別の受電端子により受電されるので、このような構成の電池パックを複数直列接続しても、通信部を経由して二次電池を短絡させる短絡経路が構成されることがなく、複数直列接続しても二次電池の短絡が生じない。

このような構成の電池システムは、通信部を動作させるための動作用電力は、正極端子及び負極端子とは別の受電端子により受電されるので、このような構成の電池パックを複数直列接続しても、通信部を経由して二次電池を短絡させる短絡経路が構成されることがなく、複数直列接続しても電池の短絡が生じない。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以下の各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る電池パック及び電気機器の構成の一例を示す回路図である。１−１及び１−２は電池パック、２はリチウムイオン電池などの二次電池、３は二次電池２の電圧を検出する電圧検出部、４は二次電池２と電池制御部を絶縁する絶縁回路（絶縁部）、５は二次電池２の状態を監視する例えばマイクロコンピュータを用いて構成された電池制御部（情報管理部）、５１は電池制御部５に内蔵された通信部、６は電池パック１から機器９へ電力を供給する出力回路、７は電池制御部５と機器コントローラ１２との通信ライン、８は機器９から電池制御部５への動作用電力の供給ラインを示している。電池パック１−１と電池パック１−２とは、同様に構成されており、以下、電池パック１−１と電池パック１−２とを総称して電池パック１と称する。

また、電池パック１は、二次電池２の正極を機器９に接続するための正極端子Ｔ１と、二次電池２の負極を機器９に接続するための負極端子Ｔ６と、通信のための信号を伝送するべく通信部５１を機器９に接続するための通信端子Ｔ２，Ｔ３と、通信部５１を含む電池制御部５を動作させるための動作用電力を機器９から受電する受電端子Ｔ４，Ｔ５とを備えている。

電圧検出部３（電池状態検出部）は、例えばＡＤコンバータを用いて構成され、二次電池２の両端電圧をデジタル信号に変換し、絶縁回路４を介して電池制御部５へ出力する。絶縁回路４は、例えばフォトカプラやパルストランスを用いて構成された絶縁部である。出力回路６は、二次電池２の正極と正極端子Ｔ１とを接続する配線である。通信端子Ｔ２，Ｔ３は、通信ライン７によって通信部５１と接続されており、通信端子Ｔ３が通信信号の基準電位側にされている。受電端子Ｔ４，Ｔ５は、電池制御部５の電源端子に接続されている。

９は電池パック１が接続される機器（電気機器）を示し、この機器９は電池パック１が２個直列で接続されることで動作するようになっている。１０は電池パック１へ電源供給ライン８を通じて電源を供給する為のレギュレータ、１１は機器９の負荷、１２は機器９を制御する例えば通信回路を内蔵したマイクロコンピュータを用いて構成された機器コントローラを示している。

また、機器９は、機器側正極端子Ｔ１１，Ｔ２１と、機器側負極端子Ｔ１６，Ｔ２６と、機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ２２，Ｔ２３と、機器側電力出力端子Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２４，Ｔ２５を備えている。機器側正極端子Ｔ１１と、機器側負極端子Ｔ２６との間には、レギュレータ１０と負荷１１とが並列に接続されている。機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ２２，Ｔ２３は、機器コントローラ１２に接続されている。レギュレータ１０の出力電圧は、電源供給ライン８を介して機器側電力出力端子Ｔ１４，Ｔ１５間、及び機器側電力出力端子Ｔ２４，Ｔ２５間にそれぞれ印加される。機器側負極端子Ｔ１６と機器側正極端子Ｔ２１とは、接続配線９１によって接続されている。

なお、電池パック１は、電池状態検出部として、例えば電圧検出部３の代わりに二次電池２の温度を電池情報として検出する温度センサを備えてもよい。また、図１では電圧検出部３と電池制御部５の間に絶縁回路４が配されているが、この絶縁回路４は二次電池２と電圧検出部３の間に配されても同様である。また、レギュレータ１０は電池制御部５への供給電圧を制御するものであるが、これは電池パック１内の電池制御部５の中に配されても同様の動作となる。

以下、本構成による一連の動作を説明する。電池パック１−１，１−２が機器９に接続されると、電池パック１−１における正極端子Ｔ１、通信端子Ｔ２，Ｔ３、受電端子Ｔ４，Ｔ５、及び負極端子Ｔ６が、機器９における機器側正極端子Ｔ１１、機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３、機器側電力出力端子Ｔ１４，Ｔ１５、及び機器側負極端子Ｔ１６とそれぞれ接続され、電池パック１−２における正極端子Ｔ１、通信端子Ｔ２，Ｔ３、受電端子Ｔ４，Ｔ５、及び負極端子Ｔ６が、機器９における機器側正極端子Ｔ２１、機器側通信端子Ｔ２２，Ｔ２３、機器側電力出力端子Ｔ２４，Ｔ２５、及び機器側負極端子Ｔ２６とそれぞれ接続される。

そうすると、電池パック１−１における二次電池２と、電池パック１−２における二次電池２とが接続配線９１によって直列接続され、二次電池２が二個直列接続されて得られた電圧が、レギュレータ１０と負荷１１とに印加されることで、機器９に電力が供給される。そして、電池パック１−１，１−２から供給された電力は、機器９の負荷１１へ供給されるとともにレギュレータ１０で電池制御部５に適応した電圧に調整されて、電源供給ライン８、機器側電力出力端子Ｔ１４，Ｔ１５、及び受電端子Ｔ４，Ｔ５を介して電池パック１−１の電池制御部５及び通信部５１に供給されると共に、電源供給ライン８、機器側電力出力端子Ｔ２４，Ｔ２５、及び受電端子Ｔ４，Ｔ５を介して電池パック１−２の電池制御部５及び通信部５１に供給される。

電池パック１−１，１−２における電池制御部５は、それぞれ機器９から電力を供給されると、電圧検出部３により検出された二次電池２の出力電圧を示す電池情報を、絶縁回路４を介して取得する。そして、電池パック１−１において、電池制御部５により取得された電池情報が通信部５１によって、通信ライン７、通信端子Ｔ２，Ｔ３、及び機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３を介して機器コントローラ１２へ送信される。また、電池パック１−２において、電池制御部５により取得された電池情報が通信部５１によって、通信ライン７、通信端子Ｔ２，Ｔ３、及び機器側通信端子Ｔ２２，Ｔ２３を介して機器コントローラ１２へ送信される。

なお、電池制御部５は、電圧検出部３により検出された二次電池２の出力電圧をそのまま電池情報として機器９へ送信する例に限られず、二次電池２に関する種々の情報、例えば二次電池２の出力電圧の変化から算出した二次電池２の残容量や、二次電池２の充放電可能な電流値、劣化状態を示す情報等を電池情報として機器９へ送信する構成としてもよい。

そして、機器９の機器コントローラ１２によって、電池パック１−１，１−２における二次電池２の電池情報が取得される。さらに、その電池情報に基づいて、機器コントローラ１２によって、二次電池２の使用状態、例えば負荷１１による消費電力が調整されたり、図略の表示装置によって二次電池２の残容量が表示されたりする。

この場合、電池パック１−１，１−２における電池制御部５及び通信部５１の動作用電源電圧は、それぞれ機器９におけるレギュレータ１０から供給されるので、通信ライン７における基準電位は、レギュレータ１０からの出力電圧における基準電位と同電位にされる結果、図３に示す短絡経路Ｘのような短絡電流が流れる経路が生じない。また、二次電池２の両端に接続された電圧検出部３と、電池制御部５とは、絶縁回路４により絶縁されているので、二次電池２から電圧検出部３を介して電池制御部５、及び電池制御部５に内蔵された通信部５１へ回り込む電流経路も遮断されている。従って、二次電池２の短絡を生じさせることなく通信部５１を備える電池パック１を機器９に接続し、複数の二次電池２を直列接続して使用することができる。

また、電池パック１−１，１−２のいずれも機器コントローラ１２との通信が可能であるので、機器９は、接続されたすべての電池パック１の状態を確認しながら二次電池２の電力を使用することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電池パック及び電気機器について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る電池パック１ａ（１ａ−１，１ａ−２）及び機器９ａの構成の一例を示す回路図である。図２に示す電池パック１ａと図１に示す電池パック１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図２に示す電池パック１ａは、二次電池２の正極と正極端子Ｔ１との間に設けられたスイッチング素子１４（スイッチ部）と、二次電池２の出力電力を機器９ａへ出力する電力出力端子Ｔ７と、二次電池２の正極と電力出力端子Ｔ７との間に設けられたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）１５（過電流保護素子）とをさらに備える。

また、電池制御部５ａは、電圧検出部３により検出された、二次電池２の出力電圧に基づき、二次電池２が充放電可能な状態であるか否かを検出する充放電可否検出部、二次電池２が充放電可能な状態である旨検出された場合に、スイッチング素子１４をオンさせるスイッチ制御部、及び通信部５１によって他の電池パック１ａにおける電池制御部５ａから当該他の電池パック１ａにおける二次電池２の電池情報を取得させ、当該通信部５１により取得された電池情報と、自機の電圧検出部３により検出された電池情報とをとりまとめて通信部５１により機器９ａへ送信させる情報管理部としても機能する。

また、図２に示す機器９ａと図１に示す機器９とでは、下記の点で異なる。すなわち、図２に示す機器９ａは、電池パック１ａ−１，１ａ−２が取り付けられることにより、電池パック１ａ−１における電力出力端子Ｔ７と接続される機器側受電端子Ｔ１７と、電池パック１ａ−２における電力出力端子Ｔ７と接続される中継端子Ｔ２７とをさらに備えている。機器側受電端子Ｔ１７はレギュレータ１０の入力端子に接続され、中継端子Ｔ２７は機器側受電端子Ｔ１７と接続されている。さらに、機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３と機器側通信端子Ｔ２２，Ｔ２３とがそれぞれ接続されており、機器９ａに接続された電池パック１ａ−１と電池パック１ａ−２との間で通信可能にされている。

スイッチング素子１４としては、例えばトランジスタやリレースイッチ等のスイッチング素子を用いることができる。なお、スイッチング素子１４は、電池制御部５ａによりオンオフされるものに限られず、例えば手動式の操作スイッチであってもよい。過電流保護素子は、ＰＴＣに限らず過電流に対して電流を制限するものであればよく、例えばヒューズやバイメタルスイッチであってもよい。

その他の構成は図１に示す機器９と同様であるのでその説明を省略し、以下、本構成による一連の動作を説明する。電池パック１ａのスイッチング素子１４は、電池制御部５によって制御されるが、電池制御部５が動作していない状態では、オフの状態となるよう構成されている。この電池パック１ａが２個直列に機器９ａに接続されると、電池パック１ａ−１における二次電池２の正極がＰＴＣ１５、電力出力端子Ｔ７、及び機器側受電端子Ｔ１７を介してレギュレータ１０に接続される。そして、電池パック１ａ−１における二次電池２の負極が負極端子Ｔ６、機器側負極端子Ｔ１６、中継端子Ｔ２７、電力出力端子Ｔ７、及びＰＴＣ１５を介して電池パック１ａ−２における二次電池２の正極に接続される。さらに、電池パック１ａ−２における二次電池２の負極が負極端子Ｔ６、及び機器側負極端子Ｔ２６を介してレギュレータ１０に接続されるので、二個の二次電池２が直列接続されて得られた電力が、レギュレータ１０へ供給される。

供給された電力は、レギュレータ１０によって電池制御部５に適応した電圧に調整されて、機器側電力出力端子Ｔ１４，Ｔ１５、及び受電端子Ｔ４，Ｔ５を介して電池パック１ａ−１における電池制御部５ａ及び通信部５１へ供給され、機器側電力出力端子Ｔ２４，Ｔ２５、及び受電端子Ｔ４，Ｔ５を介して電池パック１ａ−２における電池制御部５ａ及び通信部５１へ供給される。

この場合、図１に示す電池パック１と同様、電池制御部５ａ及び通信部５１の動作用電源電圧は、それぞれ機器９ａにおけるレギュレータ１０から供給されるので、図３に示す短絡経路Ｘのような短絡電流が流れる経路が生じることがない。また、絶縁回路４により二次電池２から電圧検出部３を介して電池制御部５、及び電池制御部５に内蔵された通信部５１へ回り込む電流経路も遮断されているので、二次電池２の短絡を生じさせることなく通信部５１を備える電池パック１ａを機器９ａに接続し、複数の二次電池２を直列接続して使用することができる。

電池パック１ａ−１，１ａ−２における電池制御部５ａは、それぞれ機器９ａから電力を供給されると、電圧検出部３により検出された二次電池２の出力電圧を示す電池情報を、絶縁回路４を介して取得する。そして、電池制御部５ａによって、例えば二次電池２の出力電圧が予め設定された範囲内の電圧であった場合に二次電池２が充放電可能な状態であると判断し、スイッチング素子１４をオンして二次電池２から機器９ａに負荷１１を動作させる為の電力の供給を開始させる。

そして、電池パック１ａ−１，１ａ−２のうちいずれか一方、例えば先に通信を開始した電池パック１ａ−１における電池制御部５ａによって、通信部５１から、通信端子Ｔ２，Ｔ３、機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３、機器側通信端子Ｔ２２，Ｔ２３、及び通信端子Ｔ２，Ｔ３を介して電池パック１ａ−２における電池制御部５ａへ、二次電池２の電池情報、例えば出力電圧を要求する要求指示が送信され、電池パック１ａ−２における電池制御部５ａによって、通信部５１から、通信端子Ｔ２，Ｔ３、機器側通信端子Ｔ２２，Ｔ２３、機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３、及び通信端子Ｔ２，Ｔ３を介して電池パック１ａ−１における電池制御部５ａへ、電池パック１ａ−２における二次電池２の出力電圧を示す電池情報が送信され、電池パック１ａ−１における通信部５１によって電池パック１ａ−２における二次電池２の出力電圧を示す電池情報が取得される。

さらに、電池パック１ａ−１における電池制御部５ａによって、通信部５１により取得された電池パック１ａ−２における二次電池２の出力電圧と、自機の電圧検出部３により検出された二次電池２の出力電圧とがとりまとめられ、例えば平均値が算出されて、その二個の二次電池２の出力電圧の平均値が代表値として、通信部５１により通信端子Ｔ２，Ｔ３及び機器側通信端子Ｔ１２，Ｔ１３を介して機器コントローラ１２へ送信される。なお、電池制御部５ａは、複数の二次電池２における出力電圧の平均値を機器コントローラ１２へ送信する例に限られず、複数の二次電池２における出力電圧をそのまま一括して送信してもよく、あるいは平均処理以外の加工処理を施して得られた代表値を送信するようにしてもよい。

これにより、機器９ａにおける機器コントローラ１２は、機器９ａに接続された複数の電池パック１ａのうちいずれか一つと通信を行うことで、機器９ａに接続されたすべての電池パック１ａにおける二次電池２の電池情報、あるいはこれをとりまとめた情報を取得することができるので、機器コントローラ１２は、複数の電池パック１ａと通信するためのポートを設けたり、複数の電池パック１ａから得られた電池情報を集約したりする必要が無くなり、機器コントローラ１２における処理負荷を低減することができる。

一方、電池パック１ａが機器９ａから取り外されると、電池制御部５ａへの電力供給も停止される為、スイッチング素子１４はオフとなり、正極端子Ｔ１から不正に電池を充放電しようとしても充放電することができないので、二次電池２の過充電や過放電に対する安全性を向上させることができる。

また、電力出力端子Ｔ７からの充放電電流が過大になった場合には、ＰＴＣ１５により二次電池２の充放電電流が制限されるので、電池パック１ａの安全性が向上される。

また、第１の実施形態、第２の実施形態ともに、電池パック１，１ａが機器９，９ａに接続された場合にのみ、電池制御部５，５ａ及び通信部５１に電力が供給されるので、電池パック１，１ａが機器９，９ａから取り外された状態では電池制御部５，５ａを構成するマイクロコンピュータやＩＣ（Integrated Circuit）よる電力消費が無く、電池パック１，１ａの長期保存に対しても二次電池２の残容量の低下を低減することができる。

またさらに、この電池パック１，１ａを個別に充電する充電器は、複数の電池パックを直列に接続して使用する機器の動作電圧より大幅に低い電池パックの充電電圧を出力すればよいので、安価に構成することが容易となる。

本発明の二次電池パックは、様々な電圧で駆動する機器に対して同じ電池パックを必要数直列に接続し、かつ電池の監視と制御を行うことができるので、複数を直列接続できる電池パックとして有用である。

本発明の第１の実施形態に係る電池パック及び電気機器の構成の一例を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池パック及び電気機器の構成の一例を示す回路図である。 背景技術に係る電池パックを直列に機器に接続した場合の短絡の発生を説明するための説明図である。

符号の説明

１，１ａ 電池パック
２ 二次電池
３ 電圧検出部
４ 絶縁回路
５，５ａ 電池制御部
６ 出力回路
７ 通信ライン
８ 電源供給ライン
９，９ａ 機器
１０ レギュレータ
１１ 負荷
１２ 機器コントローラ
１４ スイッチング素子
１５ ＰＴＣ
５１ 通信部
Ｔ１ 正極端子
Ｔ２，Ｔ３ 通信端子
Ｔ４，Ｔ５ 受電端子
Ｔ６ 負極端子
Ｔ７ 電力出力端子
Ｔ１１，Ｔ２１ 機器側正極端子
Ｔ１２，Ｔ２２ 機器側通信端子
Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２４，Ｔ２５ 機器側電力出力端子
Ｔ１６，Ｔ２６ 機器側負極端子
Ｔ１７ 機器側受電端子
Ｔ２７ 中継端子

Claims (6)

1. 電池パックと、前記電池パックを複数取付可能な電気機器とを含む電池システムであって、
   前記電池パックは、
   二次電池と、
   前記二次電池の正極を外部の電気機器に接続するための正極端子と、
   前記二次電池の負極を前記電気機器に接続するための負極端子と、
   前記電気機器との間で通信を行う通信部と、
   前記通信部を前記電気機器に接続して前記通信のための信号を伝送するための通信端子と、
   前記通信部を動作させるための動作用電力を前記電気機器から受電する受電端子と、
   前記負極端子から前記二次電池を介して前記正極端子に至る電流経路をオンオフするスイッチ部と、
   前記正極端子及び前記負極端子とは別の、前記二次電池の出力電力を、前記電気機器を介して前記受電端子により受電させるために前記電気機器へ出力するための電力出力端子とを備え、
   前記通信部は、前記受電端子により受電された電力によって動作し、かつ前記二次電池から絶縁されており、
   前記電気機器は、
   複数の前記電池パックが取り付けられた場合に、当該複数の電池パックが備える複数の二次電池を直列に接続する接続配線と、
   当該複数の電池パックにおける前記通信端子にそれぞれ接続するための機器側通信端子と、
   当該複数の電池パックにおける前記受電端子にそれぞれ接続され、前記動作用電力を出力するための機器側電力出力端子とを備えること
   を特徴とする電池システム。
2. 前記二次電池が充放電可能な状態であるか否かを検出する充放電可否検出部と、
   前記充放電可否検出部により前記二次電池が充放電可能な状態である旨検出された場合に、前記スイッチ部をオンさせるスイッチ制御部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池システム。
3. 前記二次電池から前記電力出力端子に至る電流経路上に、過電流を制限する過電流保護素子が介設されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の電池システム。
4. 前記二次電池の状態を示す電池情報を取得して出力する電池状態検出部と、
   前記電池状態検出部により出力された電池情報を、前記通信部により前記電気機器へ送信させる情報管理部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池システム。
5. 前記電池状態検出部は、前記二次電池の出力電圧を前記電池情報として取得するものであり、
   前記二次電池から前記電池状態検出部を介して前記情報管理部に至る信号経路に、前記二次電池と前記情報管理部との間を電気的に絶縁する絶縁部をさらに備えること
   を特徴とする請求項４記載の電池システム。
6. 前記通信部は、前記電気機器によって他の電池パックと接続された場合に、当該他の電池パックとの間で通信可能にされており、
   前記情報管理部は、前記通信部によって、前記他の電池パックにおける情報管理部から当該他の電池パックにおける二次電池の電池情報を取得させ、当該通信部により取得された電池情報と、自機の電池状態検出部により検出された電池情報とをとりまとめて前記通信部により前記電気機器へ送信させること
   を特徴とする請求項４又は５記載の電池システム。

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