JP6498972B2 - Protection device, protection method, protection system, and battery pack - Google Patents
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Description
本実施の形態は、保護装置、保護方法、保護システム、およびバッテリーパックに関する。 The present embodiment relates to a protection device, a protection method, a protection system, and a battery pack.
一般に、バッテリーは、ある程度まで放電または充電すると電圧が急激に低下するという特徴があり、安全に放電を行える放電電圧の最低値を放電終止電圧という。 In general, a battery is characterized in that the voltage rapidly drops when discharged or charged to a certain extent, and the minimum value of the discharge voltage at which discharge can be performed safely is called the discharge end voltage.
リチウムイオンバッテリーをその終止電圧未満の状態で使用したり放置したりすると、バッテリーの特性が劣化する。そのため、バッテリーパックには、バッテリー電圧をモニタして、終止電圧未満(例えば、2.5Vを下回るレベル)になった場合にバッテリーを回路などから切り離す保護機能が搭載されている。 If a lithium ion battery is used or left in a state below its end voltage, the characteristics of the battery will deteriorate. For this reason, the battery pack is equipped with a protection function that monitors the battery voltage and disconnects the battery from the circuit or the like when the battery voltage becomes lower than the end voltage (for example, a level lower than 2.5 V).
リチウムイオンバッテリーのバッテリー電極は、プラス(+)とマイナス(−)の2端子構成となっているため、バッテリー電圧として、正極と負極の端子両端の合計電圧(実際には負極(もしくは正極)の合計電圧)をモニタしていた。しかしながら、正極、負極の放電状態は、正極と負極とで常に同程度とは限らず、正極もしくは負極のいずれか片方のみが過放電状態となることもある。仮に片方の電極のみが過放電状態になっていたとしても、もう片方の電極が放電状態になっていない場合、その合計電圧が終止電圧以上であれば、保護機能は動作せず、電極の劣化が進んでしまう。 Since the battery electrode of the lithium ion battery has a two-terminal configuration of plus (+) and minus (−), the battery voltage is the total voltage of both ends of the positive and negative terminals (actually the negative (or positive) Total voltage) was monitored. However, the discharge state of the positive electrode and the negative electrode is not always the same between the positive electrode and the negative electrode, and only one of the positive electrode and the negative electrode may be in an overdischarged state. Even if only one electrode is in an overdischarged state, if the other electrode is not in a discharged state, if the total voltage is equal to or higher than the end voltage, the protective function does not operate and the electrode deteriorates. Will progress.
一方、バッテリー電極として、正極と負極に加えて、参照極を備えるリチウムイオンバッテリーも開示されている。 On the other hand, as a battery electrode, a lithium ion battery including a reference electrode in addition to a positive electrode and a negative electrode is also disclosed.
本実施の形態は、正極、負極のそれぞれの過放電状態をモニタすることができ、少なくともいずれか一方の電極が過放電状態になった場合には、保護機能を作動させることができ、リチウムイオンバッテリーの放電時の保護が可能な保護装置、保護方法、保護システム、およびバッテリーパックを提供する。 In this embodiment, the overdischarge state of each of the positive electrode and the negative electrode can be monitored, and when at least one of the electrodes is in the overdischarge state, the protection function can be activated, and the lithium ion Provided are a protection device, a protection method, a protection system, and a battery pack capable of protecting when a battery is discharged.
本実施の形態の一態様によれば、バッテリーの正極と参照極とに接続され、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出する正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、保護機能を作動させるように制御するコントローラとを備える保護装置が提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a positive voltage detection unit that is connected to a positive electrode and a reference electrode of a battery and detects a potential difference between the positive electrode and the reference electrode as a voltage of the positive electrode, and a negative electrode of the battery A negative voltage detector connected to the reference electrode for detecting a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as a voltage of the negative electrode; a battery voltage detector for measuring a battery voltage of the battery; and the battery voltage; The ratio between the positive electrode-reference electrode potential difference and the negative electrode-reference electrode potential difference is calculated, and the electrode on the side where the calculated ratio has decreased below a predetermined threshold value is considered to be deteriorated. A protection device is provided comprising a controller that controls to activate the function.
本実施の形態の他の態様によれば、バッテリーと、前記バッテリーの正極と参照極とに接続され、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出する正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、保護機能を作動させるように制御するコントローラとを備える保護装置とを備えるバッテリーパックが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a positive electrode voltage detector connected to a battery and a positive electrode and a reference electrode of the battery, and detects a potential difference between the positive electrode and the reference electrode as a voltage of the positive electrode, A negative voltage detector connected to the negative electrode of the battery and the reference electrode, and detects a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as a voltage of the negative electrode; a battery voltage detector that measures the battery voltage of the battery; The ratios of the battery voltage and the positive electrode-reference electrode potential difference and the negative electrode-reference electrode potential difference are calculated, respectively, and the electrode on the side where the calculated ratio is lower than a predetermined threshold value deteriorates. A battery pack is provided that includes a protection device that includes a controller that controls to activate the protection function.
本実施の形態の他の態様によれば、バッテリーパックと、負荷側システムとを備える保護システムであって、前記バッテリーパックは、バッテリーと、前記バッテリーの正極と参照極とに接続され、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出する正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、外部との通信を行う通信インタフェースと、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、前記比率の減少率に応じて、劣化度を診断し、診断した前記劣化度を前記負荷側システムに通知するように前記通信インタフェースを制御するコントローラとを備える保護装置とを備える保護システムが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a protection system including a battery pack and a load side system, wherein the battery pack is connected to a battery, a positive electrode and a reference electrode of the battery, and the positive electrode And a positive voltage detector for detecting a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as the positive voltage, and a negative electrode of the battery and the reference electrode, and detecting a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as the negative voltage A negative voltage detection unit that performs measurement, a battery voltage detection unit that measures a battery voltage of the battery, a communication interface that communicates with the outside, the battery voltage, the positive electrode-reference potential difference and the negative electrode-reference Calculate the ratio with the inter-electrode potential difference, and consider that the electrode on the side where the calculated ratio is lower than the predetermined threshold is deteriorated. A protection system is provided that includes a protection device that includes a controller that diagnoses the degree of deterioration in accordance with the rate of decrease of the ratio and controls the communication interface so as to notify the load side system of the diagnosed degree of deterioration. The
本実施の形態の他の態様によれば、バッテリーの正極と参照極とに接続された正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続された負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、コントローラとを備える保護装置により実行される前記バッテリーの保護方法であって、前記正極電圧検出部によって、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出するステップと、前記負極電圧検出部によって、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出するステップと、前記コントローラによって、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算するステップと、コントローラによって、前記バッテリー電圧と前記正極−前記参照極間電位差との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、前記正極の電極が劣化しているとみなして、保護機能を作動させるように制御するステップと、コントローラによって、前記バッテリー電圧と前記負極−前記参照極間電位差との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、前記負極の電極が劣化しているとみなして、前記保護機能を作動させるように制御するステップとを有する保護方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a positive voltage detector connected to a positive electrode and a reference electrode of a battery, a negative voltage detector connected to a negative electrode of the battery and the reference electrode, and the battery A battery protection method executed by a protection device comprising a battery voltage detection unit for measuring a battery voltage of the battery and a controller, wherein the positive electrode voltage detection unit determines a potential difference between the positive electrode and the reference electrode. Detecting the voltage difference between the negative electrode and the reference electrode as the negative voltage by the negative voltage detector, and the battery voltage and the positive electrode minus the reference electrode by the controller. Calculating the ratio between the potential difference between the negative electrode and the potential difference between the negative electrode and the reference electrode, respectively, It is determined whether the ratio between the battery voltage and the potential difference between the positive electrode and the reference electrode is reduced below a predetermined threshold value. If the ratio is lower than the predetermined threshold value, the positive electrode is deteriorated. And determining whether the ratio between the battery voltage and the potential difference between the negative electrode and the reference electrode is less than a predetermined threshold by the controller. If the value is lower than a predetermined threshold value, it is considered that the negative electrode is deteriorated, and the protection method is provided to control to activate the protection function.
本実施の形態によれば、正極、負極のそれぞれの過放電状態をモニタすることができ、少なくともいずれか一方の電極が過放電状態になった場合には、保護機能を作動させることができ、リチウムイオンバッテリーの放電時の保護が可能な保護装置、保護方法、保護システム、およびバッテリーパックを提供することができる。 According to the present embodiment, each overdischarge state of the positive electrode and the negative electrode can be monitored, and when at least one of the electrodes is in an overdischarge state, the protection function can be activated, A protection device, a protection method, a protection system, and a battery pack that can protect a lithium ion battery during discharge can be provided.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 In addition, the embodiment described below exemplifies an apparatus and method for embodying the technical idea, and does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts as follows. . This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
[リチウムイオンバッテリーの過放電状態]
終止電圧未満の電圧(リチウムイオンバッテリーの場合、例えば2.5Vを下回るレベル)まで放電した状態を過放電といい、バッテリーの特性を大きく劣化させる原因となる。そのため、過放電を防ぐための保護機能をバッテリー側に設ける。
[Over discharge state of lithium ion battery]
A state in which the battery is discharged to a voltage lower than the end voltage (in the case of a lithium ion battery, for example, a level lower than 2.5 V) is referred to as overdischarge, which causes a significant deterioration in battery characteristics. Therefore, a protection function for preventing overdischarge is provided on the battery side.
リチウムイオンバッテリーのバッテリー電極は、プラス(+)とマイナス(−)の2端子構成となっているため、一般に、正極と負極の端子両端の合計電圧(実際には負極(もしくは正極)の合計電圧)から終止電圧が判断される。しかしながら、正極、負極の放電状態は、正極と負極とで常に同程度とは限らず、正極もしくは負極のいずれか片方のみが過放電状態となることもある。 Since the battery electrode of a lithium ion battery has a two-terminal configuration of plus (+) and minus (−), in general, the total voltage at both ends of the positive and negative terminals (actually the total voltage of the negative electrode (or positive electrode)) ) To determine the end voltage. However, the discharge state of the positive electrode and the negative electrode is not always the same between the positive electrode and the negative electrode, and only one of the positive electrode and the negative electrode may be in an overdischarged state.
リチウムイオンバッテリーの過放電状態を例示する、図1において、縦軸はバッテリーの電位Vであり、横軸は、時間軸であって、バッテリーの充電状態(SOC:State of Charge)を表す。図1(a)は、負極側が過放電状態になっている様子を例示しており、図1(b)は、正極側が過放電状態になっている様子を例示している。 In FIG. 1 exemplifying the overdischarge state of a lithium ion battery, the vertical axis is the battery potential V, the horizontal axis is the time axis, and represents the state of charge (SOC) of the battery. FIG. 1A illustrates a state in which the negative electrode side is in an overdischarge state, and FIG. 1B illustrates a state in which the positive electrode side is in an overdischarge state.
図1(a)に示すように、時刻S1において、負極側に正極との放電状態のずれRが発生したとしても、正極と負極の端子両端の合計電圧Vp+Vn(実際には負極(もしくは正極)の合計電圧)が終止電圧以上であれば、保護機能が作動せず、負極の放電量が過放電となり電極劣化を引き起こす。 As shown in FIG. 1A, even at time S 1 , even if a deviation R of the discharge state from the positive electrode occurs on the negative electrode side, the total voltage V p + V n (actually the negative electrode) If the total voltage (or the positive electrode) is equal to or higher than the end voltage, the protective function does not operate, and the discharge amount of the negative electrode becomes overdischarged, causing electrode deterioration.
同様に、図1(b)に示すように、時刻S2において、正極側に負極との放電状態のずれQが発生したとしても、正極と負極の端子両端の合計電圧Vp+Vn(実際には負極(もしくは正極)の合計電圧)が終止電圧以上であれば、保護機能が作動せず、正極の放電量が過放電となり電極劣化を引き起こす。 Similarly, as shown in FIG. 1 (b), at time S 2, even deviations Q discharged state of the negative electrode occurs on the positive electrode side, the sum of the terminal ends of the positive and negative voltage V p + V n (in fact If the total voltage of the negative electrode (or positive electrode) is equal to or higher than the end voltage, the protective function does not operate, and the discharge amount of the positive electrode becomes overdischarged, causing electrode deterioration.
そこで、本実施の形態では、リチウムイオンバッテリーのプラス端子とマイナス端子に加え、第3極として参照極を備えたバッテリーを用い、正極、負極のそれぞれの過放電状態をモニタする。そして、仮にバッテリー電圧が終止電圧以上であっても、少なくともいずれか一方の電極が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断し、保護機能(バッテリーを回路から切り離す、外部の制御システムに通知する、など)を作動させる。 Therefore, in this embodiment, a battery having a reference electrode as the third electrode in addition to the plus terminal and the minus terminal of the lithium ion battery is used, and the overdischarge states of the positive electrode and the negative electrode are monitored. Even if the battery voltage is equal to or higher than the end voltage, if at least one of the electrodes falls below a predetermined threshold value, it is determined that an overdischarge state has occurred, and a protective function (disconnecting the battery from the circuit, external To notify the control system, etc.).
[第1の実施の形態]
(保護装置および保護装置を備えたバッテリーパック)
図2は、第1の実施の形態に係るリチウムイオンバッテリーの放電時の保護装置(制御IC)10Aを備えたバッテリーパック100の概略ブロック構成を模式的に示す。図2に示すように、バッテリーパック100は、バッテリー20と、スイッチ回路40と、保護装置10Aとを備える。バッテリー20の正極21は、バッテリーパック100の正極端子31に接続され、負極22は、バッテリーパック100の負極端子32に接続される。スイッチ回路40は、バッテリー20の正極21と、バッテリーパック100の正極端子31との間に配置される。
[First embodiment]
(Protection device and battery pack with protection device)
FIG. 2 schematically shows a schematic block configuration of a
保護装置10Aは、正極電圧検出部12と、負極電圧検出部13と、コントローラ(電圧判定部)11Aと、ゲートドライバ14とを備える。正極電圧検出部12は、バッテリー20の正極21と参照極23とに接続され、正極21と参照極23との電位差(図1におけるP1、P2)を正極21の電圧として検出する。負極電圧検出部13は、バッテリー20の負極22と参照極23とに接続され、負極22と参照極23との電位差(図1におけるN1、N2)を負極22の電圧として検出する。ゲートドライバ14は、バッテリー20の正極21側に配置されたスイッチ回路40に接続され、スイッチ回路40の駆動制御(オン/オフ制御)を行う。コントローラ11Aは、正極電圧検出部12が検出した正極21の電圧と、負極電圧検出部13が検出した負極22の電圧とを入力し、正極21の電圧と負極22の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断し、バッテリー20を外部から切り離すようにゲートドライバ14を制御する。
The protective device 10 </ b> A includes a positive
例えば、図1(a)に示すように、時刻S1において、負極22側に正極21との放電状態のずれRが発生した場合でも、正極21の電圧を参照極23との電位差P1により、負極の電圧を参照極23との電位差N1により、個別に検出することができるため、負極22の電圧が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断して保護機能を作動させることができる。あるいは、図1(b)に示すように、時刻S2において、正極21側に負極22との放電状態のずれQが発生した場合でも、正極21の電圧を参照極23との電位差P2により、負極の電圧を参照極23との電位差N2により、個別に検出することができるため、電位差P2が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断して保護機能を作動させることができる。そのため、仮に正極と負極の合計電圧が終止電圧以上であっても、正極21の電圧と負極22の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、保護機能として、バッテリーパック100(バッテリー20)を外部から切り離して、放電を抑えることにより、安全な制御を行うことが可能となる。
For example, as shown in FIG. 1A, even when a discharge state deviation R from the
(バッテリー放電時の保護方法)
図3は、第1の実施の形態に係る保護装置10Aによるバッテリー20放電時の保護方法の一例を示す。
(Protection method when the battery is discharged)
FIG. 3 shows an example of a protection method when the
ステップS101において、コントローラ11Aは、バッテリー20のバッテリー電圧VAを測定する。バッテリー電圧VAは、例えば、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧との合計電圧から求めてもよい。
In step S <b> 101, the controller 11 </ b> A measures the battery voltage V A of the
次に、ステップS102において、コントローラ11Aは、ステップS101で測定したバッテリー電圧VAが終止電圧未満であるか否かを判定する。バッテリー電圧VAが終止電圧未満であれば、ステップS106に進み、バッテリー20を外部から切り離すようにゲートドライバ14を制御する。
Next, in step S102, the
ステップS102の判定処理において、バッテリー電圧VAが終止電圧未満でなければ、ステップS103に進む。 If it is determined in step S102 that the battery voltage V A is not less than the end voltage, the process proceeds to step S103.
ステップS103において、正極電圧検出部12により正極21側の電圧を検出し、負極電圧検出部13により負極22側の電圧を検出する。
In step S103, the
次に、ステップS104において、コントローラ11Aは、正極21側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定し、所定の閾値未満であれば、ステップS106に進み、バッテリー20を外部から切り離すようにゲートドライバ14を制御する。
Next, in step S104, the
ステップS104の判定処理において、正極21側の電圧が所定の閾値未満でなければ、ステップS105に進む。
If it is determined in step S104 that the voltage on the
ステップS105において、コントローラ11Aは、負極22側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定し、所定の閾値未満であれば、ステップS106に進み、バッテリー20を外部から切り離すようにゲートドライバ14を制御する。
In step S105, the
ステップS105の判定処理において、負極22側の電圧が所定の閾値未満でなければ、ステップS101に戻り、上記の処理を繰り返す。
If it is determined in step S105 that the voltage on the
なお、図3では、正極21側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを先に判定し(S104)、その後、負極22側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定している(S105)が、逆の順番(先に負極22側で、その後、正極21側)で判定処理を行っても良いし、双方を同時に行ってもよい。
In FIG. 3, it is first determined whether or not the voltage on the
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、正極の電圧を参照極との電位差により、負極の電圧を参照極との電位差により、個別に検出することができる。そのため、仮に正極と負極の合計電圧が終止電圧以上であっても、正極の電圧と負極の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、保護機能を作動させることができ、電極の劣化を防止して、リチウムイオンバッテリーのバッテリー寿命を延ばすことができる。 As described above, according to the first embodiment, the potential difference between the reference electrode voltage of the positive electrode, the potential difference between the reference electrode voltage of the negative electrode can be individually detected. Therefore, even if the total voltage of the positive electrode and the negative electrode is equal to or higher than the end voltage, the protective function can be activated when at least one of the positive electrode voltage and the negative electrode voltage falls below a predetermined threshold value. Deterioration can be prevented and the battery life of the lithium ion battery can be extended.
[第2の実施の形態]
(保護装置を備えたバッテリーパックおよび保護システム)
図4は、第2の実施の形態に係るリチウムイオンバッテリーの放電時の保護装置(制御IC)10Bを備えたバッテリーパック100を含む保護システムを模式的に示す。
[Second Embodiment]
(Battery pack with protection device and protection system)
FIG. 4 schematically shows a protection system including a
図4に示すように、第2の実施の形態に係る保護システムは、バッテリーパック100と負荷側システム200とを備える。負荷側システム200は、例えば、スマートフォンや携帯電話などである。バッテリーパック100の正極端子31は、負荷側システム200の正極側電源端子201(VDD)に接続され、バッテリーパック100の負極端子32は、負荷側システム200の負極側電源端子202(VSS)に接続される。また、バッテリーパック100の通信端子33は、負荷側システム200の通信端子203に接続される。
As shown in FIG. 4, the protection system according to the second embodiment includes a
バッテリーパック100は、バッテリー20と、保護装置10Bとを備える。バッテリー20の正極21は、バッテリーパック100の正極端子31に接続され、負極22は、バッテリーパック100の負極端子32に接続される。
The
保護装置10Bは、正極電圧検出部12と、負極電圧検出部13と、コントローラ(電圧判定部)11Bと、バッテリー電圧検出部15Aと、通信インタフェース(I/F)16とを備える。正極電圧検出部12は、バッテリー20の正極21と参照極23とに接続され、正極21と参照極23との電位差(図1におけるP1、P2)を正極21の電圧として検出する。負極電圧検出部13は、バッテリー20の負極22と参照極23とに接続され、負極22と参照極23との電位差(図1におけるN1、N2)を負極22の電圧として検出する。バッテリー電圧検出部15Aは、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧とから、バッテリー電圧VAを測定し、測定結果をコントローラ11Bに送る。コントローラ11Bは、正極電圧検出部12が検出した正極21の電圧と、負極電圧検出部13が検出した負極22の電圧とを入力し、正極21の電圧と負極22の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断し、過放電状態になった旨の情報の情報を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御し、さらに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。通信インタフェース16は、コントローラ11Bの制御にしたがって、過放電状態になった旨の情報を、例えばI2C(Inter-Integrated Circuit)などのバスラインを介して、負荷側システム200に通知する。
The
(変形例)
図4に例示した第2の実施の形態に係る保護装置10Bのバッテリー電圧検出部15Aは、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧とから、バッテリー電圧VAを測定した。
(Modification)
The battery
それに対して、図5に例示する第2の実施の形態の変形例に係る保護装置10Cのバッテリー電圧検出部15Bは、バッテリー20の正極21および負極22に直接接続され、正極21と負極22の端子両端の合計電圧からバッテリー電圧VAを測定して、コントローラ11Cに送る。コントローラ11Cは、正極21の電圧と負極22の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断し、過放電状態になった旨の情報を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御する。
On the other hand, the
それ以外の各部の構成は、図4に例示した第2の実施の形態の各部の構成と同様であるため、詳細な説明を省く。 Since the structure of each other part is the same as the structure of each part of 2nd Embodiment illustrated in FIG. 4, detailed description is abbreviate | omitted.
(バッテリー放電時の保護方法)
図6は、第2の実施の形態に係る保護装置10B(もしくはその変形例に係る保護装置10C)によるバッテリー20放電時の保護方法の一例を示す。
(Protection method when the battery is discharged)
FIG. 6 shows an example of a protection method when the
ステップS101において、バッテリー電圧検出部15Aは、バッテリー20のバッテリー電圧VAを測定して、測定結果をコントローラ11Bに送る。
In step S101, the battery
次に、ステップS102において、コントローラ11Bは、ステップS101で測定したバッテリー電圧VAが終止電圧未満であるか否かを判定する。バッテリー電圧VAが終止電圧未満であれば、過放電状態になったと判断し、ステップS107に進み、過放電状態になった旨の情報を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
Next, in step S102, the
ステップS102の判定処理において、バッテリー電圧VAが終止電圧未満でなければ、ステップS103に進む。 If it is determined in step S102 that the battery voltage V A is not less than the end voltage, the process proceeds to step S103.
ステップS103において、正極電圧検出部12により正極21側の電圧を検出し、負極電圧検出部13により負極22側の電圧を検出する。
In step S103, the
次に、ステップS104において、コントローラ11Bは、正極21側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定し、所定の閾値未満であれば、ステップS106に進み、過放電状態になった旨の情報を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
Next, in step S104, the
ステップS104の判定処理において、正極21側の電圧が所定の閾値未満でなければ、ステップS105に進む。
If it is determined in step S104 that the voltage on the
ステップS105において、コントローラ11Bは、負極22側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定し、所定の閾値未満であれば、ステップS106に進み、過放電状態になった旨の情報を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
In step S105, the
ステップS105の判定処理において、負極22側の電圧が所定の閾値未満でなければ、ステップS101に戻り、上記の処理を繰り返す。
If it is determined in step S105 that the voltage on the
なお、図6では、正極21側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを先に判定し(S104)、その後、負極22側の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定している(S105)が、逆の順番(先に負極22側で、その後、正極21側)で判定処理を行っても良いし、双方を同時に行ってもよい。
In FIG. 6, it is first determined whether or not the voltage on the
以上説明したように、第2の実施の形態およびその変形例によれば、正極の電圧を参照極との電位差により、負極の電圧を参照極との電位差により、個別に検出することができる。そのため、仮に正極と負極の合計電圧が終止電圧以上であっても、正極の電圧と負極の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、負荷側システムに放電状態を詳細に通知することで、リチウムイオンバッテリーの最大負荷電流を減少させるように負荷を調整し、システムの駆動時間の延長を図るなどの保護機能を作動させることができる。 As described above, according to the embodiment and its modified example of the second embodiment, the potential difference between the reference electrode voltage of the positive electrode, the potential difference between the reference electrode voltage of the negative electrode can be individually detected. Therefore, even if the total voltage of the positive electrode and the negative electrode is equal to or higher than the end voltage, when at least one of the positive electrode voltage and the negative electrode voltage falls below a predetermined threshold, the load side system is notified in detail of the discharge state. Thus, it is possible to operate a protective function such as adjusting the load so as to reduce the maximum load current of the lithium ion battery and extending the drive time of the system.
[第3の実施の形態]
(保護装置を備えたバッテリーパックおよび保護システム)
図7は、第3の実施の形態に係る保護装置が検出するリチウムイオンバッテリー電極の劣化度を説明するための図である。また、図8は、第3の実施の形態に係る保護装置(制御IC)10Dを備えたバッテリーパック100を含む保護システムの概略ブロック構成を模式的に示す。
[Third embodiment]
(Battery pack with protection device and protection system)
FIG. 7 is a diagram for explaining the degree of deterioration of the lithium ion battery electrode detected by the protection device according to the third embodiment. FIG. 8 schematically shows a schematic block configuration of a protection system including a
図7において、縦軸はバッテリーの電位Vであり、横軸は、時間軸であって、時間の経過に伴って、バッテリーの残量が減少させる。図7は、負極22の放電量が過放電となった例を示しており、正常な負極22の電圧Vnに比べて、劣化した負極22の電圧のずれRが例示されている。ただし、図示しないが、正極21が劣化するケースや、正極21と負極22の双方が劣化するケースもある。
In FIG. 7, the vertical axis represents the battery potential V, and the horizontal axis represents the time axis. The remaining amount of the battery decreases with the passage of time. FIG. 7 shows an example in which the discharge amount of the
第3の実施の形態に係る保護システムは、図8に例示するように、バッテリーパック100と負荷側システム200とを備える。負荷側システム200は、例えば、スマートフォンや携帯電話などである。バッテリーパック100の正極端子31は、負荷側システム200の正極側電源端子201(VDD)に接続され、バッテリーパック100の負極端子32は、負荷側システム200の負極側電源端子202(VSS)に接続される。また、バッテリーパック100の通信端子33は、負荷側システム200の通信端子203に接続される。
The protection system according to the third embodiment includes a
バッテリーパック100は、バッテリー20と、保護装置10Dとを備える。バッテリー20の正極21は、バッテリーパック100の正極端子31に接続され、負極22は、バッテリーパック100の負極端子32に接続される。
The
保護装置10Dは、正極電圧検出部12と、負極電圧検出部13と、コントローラ(劣化度演算部)11Dと、バッテリー電圧検出部15Aと、通信インタフェース(I/F)16とを備える。正極電圧検出部12は、バッテリー20の正極21と参照極23とに接続され、正極21と参照極23との電位差(図1におけるP1、P2)を正極21の電圧として検出する。負極電圧検出部13は、バッテリー20の負極22と参照極23とに接続され、負極22と参照極23との電位差(図1におけるN1、N2)を負極22の電圧として検出する。バッテリー電圧検出部15Aは、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧とから、バッテリー電圧VAを測定し、測定結果をコントローラ11Dに送る。
The
コントローラ11Dは、メモリ17を備え、バッテリー20の残量と、正極21−負極22間電位差、正極21−参照極23間電位差、負極22−参照極23間電位差の関係性を、劣化していないバッテリーで事前に測定しておき、メモリ17に格納しておく。そして、コントローラ11Dは、例えば、図7に例示するA点におけるバッテリー電圧VAと正極21−参照極23間電位差P3および負極22−参照極23間電位差N3との比率をそれぞれ計算し、計算した比率がメモリ17に格納された所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなす。例えば、コントローラ11Dは、A点における、正極21−参照極23間電位差P3および負極22−参照極23間電位差N3のうち、負極22−参照極23間電位差N3の比率が所定の閾値よりも減少していると判定した場合、負極22側の電極が劣化しているとみなす。
The
さらに、コントローラ11Dは、正極21−参照極23間電位差P3あるいは負極22−参照極23間電位差N3の比率の減少率に応じて、電極の劣化度を診断し、診断した劣化度を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御し、さらに、劣化度に応じてバッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。通信インタフェース16は、コントローラ11Dの制御にしたがって、電極の劣化度を、例えばI2Cなどのバスラインを介して、負荷側システム200に通知する。
Furthermore, the
(変形例)
図8に例示した第3の実施の形態に係る保護装置10Dのバッテリー電圧検出部15Aは、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧とから、バッテリー電圧VAを測定した。
(Modification)
The battery
それに対して、図9に例示する第3の実施の形態の変形例に係る保護装置10Eのバッテリー電圧検出部15Bは、バッテリー20の正極21および負極22に直接接続され、正極21と負極22の端子両端の合計電圧からバッテリー電圧VAを測定して、コントローラ11Eに送る。コントローラ11Eは、正極21の電圧と負極22の電圧の少なくとも一方が所定の閾値未満になった場合に、過放電状態になったと判断し、過放電状態になった旨の情報を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御する。
On the other hand, the battery
それ以外の各部の構成は、図8に例示した第3の実施の形態の各部の構成と同様であるため、詳細な説明を省く。 Since the structure of each part other than that is the same as that of each part of 3rd Embodiment illustrated in FIG. 8, detailed description is abbreviate | omitted.
(バッテリー放電時の保護方法)
図10は、第3の実施の形態に係る保護装置10D(もしくはその変形例に係る保護装置10E)によるバッテリー20放電時の保護方法の一例を示す。
(Protection method when the battery is discharged)
FIG. 10 shows an example of a protection method when the
ステップS101において、バッテリー電圧検出部15Aは、バッテリー20のバッテリー電圧VAを測定して、測定結果をコントローラ11Dに送る。
In step S101, the battery
次に、ステップS102において、コントローラ11Dは、ステップS101で測定したバッテリー電圧VAが終止電圧未満であるか否かを判定する。バッテリー電圧VAが終止電圧未満であれば、過放電状態になったと判断し、ステップS107に進み、過放電状態になった旨の情報を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
Next, in step S102, the
ステップS102の判定処理において、バッテリー電圧VAが終止電圧未満でなければ、ステップS201に進む。 If it is determined in step S102 that the battery voltage VA is not less than the end voltage, the process proceeds to step S201.
ステップS201において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、正極21−参照極23間電位差P3および負極22−参照極23間電位差N3との比率をそれぞれ計算する。
In step S201, the
次に、ステップS202において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、正極21−参照極23間電位差P3の比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、正極21の電極が劣化しているとみなして、ステップS204に進み、正極21の劣化度を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、劣化度に応じてバッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
Next, in step S202, the
ステップS202の判定処理において、正極21−参照極23間の比率が所定の閾値よりも減少していなければ、ステップS203に進む。
If it is determined in step S202 that the ratio between the
ステップS203において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、負極22−参照極23間電位差N3との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、負極22の電極が劣化しているとみなして、ステップS204に進み、負極22の劣化度を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御するとともに、劣化度に応じてバッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
In step S203, the
ステップS203の判定処理において、負極22−参照極23間電位差N3の比率が所定の閾値よりも減少していなければ、ステップS101に戻り、上記の処理を繰り返す。
In the determination process of step S203, if the ratio of the potential difference N 3 between the negative electrode 22-the
なお、図10では、正極21側を先に判定し(S202)、その後、負極22側を判定している(S203)が、逆の順番(先に負極22側で、その後、正極21側)で判定処理を行っても良いし、双方を同時に行ってもよい。
In FIG. 10, the
以上説明したように、第3の実施の形態およびその変形例によれば、バッテリー放電時に、バッテリー電圧と正極−参照極間電位差および負極−参照極間電位差のそれぞれの比率を比較し、比率に応じてバッテリーの劣化を診断し、外部に劣化度を通知する。劣化度が大きくなるにしたがい、外部からの最大負荷を抑制し、システムの稼働時間の延長を図ることができる。 As described above, according to the third embodiment and the modification thereof, when the battery is discharged, the respective ratios of the battery voltage, the positive electrode-reference electrode potential difference, and the negative electrode-reference electrode potential difference are compared, and the ratio is calculated. Accordingly, the battery deterioration is diagnosed and the degree of deterioration is notified to the outside. As the degree of deterioration increases, the maximum load from the outside can be suppressed and the system operation time can be extended.
[第4の実施の形態]
(保護装置を備えたバッテリーパックおよび保護システム)
図11(a)は、第4の実施の形態に係る保護装置が検出するリチウムイオンバッテリー電極の劣化度を説明するための図であり、図11(b)は、図11(a)で検出された劣化度に応じて調整されたバッテリーの総容量を説明するための図である。また、図12は、第4の実施の形態に係る保護装置(制御IC)10Dを備えたバッテリーパック100を含む保護システムの概略ブロック構成を模式的に示す。
[Fourth embodiment]
(Battery pack with protection device and protection system)
FIG. 11A is a diagram for explaining the degree of deterioration of the lithium ion battery electrode detected by the protection device according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is a diagram illustrating detection performed in FIG. It is a figure for demonstrating the total capacity of the battery adjusted according to the made deterioration degree. FIG. 12 schematically shows a schematic block configuration of a protection system including a
図11(a)において、縦軸はバッテリーの電位Vであり、横軸は、時間軸であって、時間の経過に伴って、バッテリーの残量が減少する。図11(b)において、縦軸は終止電圧Veから満充電電圧Vfまでの電位差Vであり、横軸は、バッテリーの容量である。図7は、負極22の放電量が過放電となった例を示しており、正常な負極22の電圧Vnに比べて、劣化した負極22の電圧のずれRが例示されている。ただし、図示しないが、正極21が劣化するケースや、正極21と負極22の双方が劣化するケースもある。
In FIG. 11A, the vertical axis represents the potential V of the battery, the horizontal axis represents the time axis, and the remaining amount of the battery decreases with the passage of time. In FIG. 11B, the vertical axis represents the potential difference V from the end voltage Ve to the full charge voltage Vf , and the horizontal axis represents the battery capacity. FIG. 7 shows an example in which the discharge amount of the
第4の実施の形態に係る保護システムは、図12に例示するように、バッテリーパック100と負荷側システム200とを備える。負荷側システム200は、例えば、スマートフォンや携帯電話などである。バッテリーパック100の正極端子31は、負荷側システム200の正極側電源端子201(VDD)に接続され、バッテリーパック100の負極端子32は、負荷側システム200の負極側電源端子202(VSS)に接続される。また、バッテリーパック100の通信端子33は、負荷側システム200の通信端子203に接続される。
The protection system according to the fourth embodiment includes a
バッテリーパック100は、バッテリー20と、保護装置10Dと、バッテリー充電量の残量計40とを備える。バッテリー20の正極21は、バッテリーパック100の正極端子31に接続され、負極22は、バッテリーパック100の負極端子32に接続される。
The
保護装置10Dは、正極電圧検出部12と、負極電圧検出部13と、コントローラ(劣化度演算部)11Dと、バッテリー電圧検出部15Aと、通信インタフェース(I/F)16とを備える。正極電圧検出部12は、バッテリー20の正極21と参照極23とに接続され、正極21と参照極23との電位差(図1におけるP1、P2)を正極21の電圧として検出する。負極電圧検出部13は、バッテリー20の負極22と参照極23とに接続され、負極22と参照極23との電位差(図1におけるN1、N2)を負極22の電圧として検出する。バッテリー電圧検出部15Aは、正極電圧検出部12が検出する正極21側の電圧と、負極電圧検出部13が検出する負極22側の電圧とから、バッテリー電圧VAを測定し、測定結果をコントローラ11Dに送る。
The
コントローラ11Dは、メモリ17を備え、バッテリー20の残量と、正極21−負極22間電位差、正極21−参照極23間電位差、負極22−参照極23間電位差の関係性を、劣化していないバッテリーで事前に測定しておき、メモリ17に格納しておく。そして、コントローラ11Dは、例えば、図11(a)に例示するA点におけるバッテリー電圧VAと正極21−参照極23間電位差P4および負極22−参照極23間電位差N4との比率をそれぞれ計算し、計算した比率がメモリ17に格納された所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなす。例えば、コントローラ11Dは、A点における、正極21−参照極23間電位差P4および負極22−参照極23間電位差N4のうち、負極22−参照極23間電位差N4の比率が所定の閾値よりも減少していると判定した場合、負極22側の電極が劣化しているとみなす。
The
さらに、コントローラ11Dは、正極21−参照極23間電位差P4あるいは負極22−参照極23間電位差N4の比率の減少率に応じて、電極の劣化度を診断し、診断した劣化度情報を残量計40に表示する。それとともに、コントローラ11Dは、図11(a)に例示するような劣化度L1に応じて、例えば図11(b)における調整量L2、L3などのようにバッテリーの総容量を調整して、劣化したバッテリーであっても残量計40の残量表示精度を向上させる。
Furthermore, the
なお、コントローラ11Dは、残量計40に劣化度情報を表示させるとともに、診断した劣化度を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御してもよい。その場合、通信インタフェース16は、コントローラ11Dの制御にしたがって、電極の劣化度を、負荷側システム200に通知する。
The
なお、第4の実施の形態に係るバッテリーパック100においても、第3の実施の形態の変形例で用いた保護装置10Eを用いることもできる。
In addition, in the
(変形例)
図12に例示した第4の実施の形態では、保護装置10D内に残量計40を配置する例を示した。
(Modification)
In 4th Embodiment illustrated in FIG. 12, the example which arrange | positions the
それに対して、図13に例示する第4の実施の形態の変形例では、外部の負荷側システム200内に残量計41を配置する例を示す。第4の実施の形態の変形例ではコントローラ11Dは、正極21−参照極23間電位差P4あるいは負極22−参照極23間電位差N4の比率の減少率に応じて、電極の劣化度を診断し、診断した劣化度情報と、その劣化度情報に応じて調整したバッテリーの総容量情報を負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御する。通信インタフェース16は、コントローラ11Dの制御にしたがって、電極の劣化度とバッテリーの総容量情報とを、負荷側システム200に通知する。
On the other hand, in the modification of the fourth embodiment illustrated in FIG. 13, an example in which the fuel gauge 41 is arranged in the external
負荷側システム200は、バッテリーパック100側から送られた電極の劣化度とバッテリーの総容量情報とを受信し、劣化度情報を残量計41に表示するとともに、劣化度に応じて、残量計の残量表示に係るバッテリーの総容量を調整して、劣化したバッテリーであっても残量計41の残量表示精度を向上させる。
The
それ以外の各部の構成は、図12に例示した第4の実施の形態の各部の構成と同様であるため、詳細な説明を省く。 Since the structure of each part other than that is the same as that of each part of 4th Embodiment illustrated in FIG. 12, detailed description is abbreviate | omitted.
(バッテリー放電時の保護方法)
図14は、第4の実施の形態に係る保護装置10Dによるバッテリー20の放電時の保護方法の一例を示す。
(Protection method when the battery is discharged)
FIG. 14 shows an example of a protection method when the
ステップS101において、バッテリー電圧検出部15Aは、バッテリー20のバッテリー電圧VAを測定して、測定結果をコントローラ11Dに送る。
In step S101, the battery
次に、ステップS102において、コントローラ11Dは、ステップS101で測定したバッテリー電圧VAが終止電圧未満であるか否かを判定する。バッテリー電圧VAが終止電圧未満であれば、過放電状態になったと判断し、ステップS301に進み、過放電状態になった旨の情報を残量計40に表示するとともに、負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御する。さらに、コントローラ11Dは、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する。
Next, in step S102, the
ステップS102の判定処理において、バッテリー電圧VAが終止電圧未満でなければ、ステップS201に進む。 If it is determined in step S102 that the battery voltage VA is not less than the end voltage, the process proceeds to step S201.
ステップS201において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、正極21−参照極23間電位差P4および負極22−参照極23間電位差N4との比率をそれぞれ計算する。
In step S201, the
次に、ステップS202において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、正極21−参照極23間電位差P4の比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、正極21の電極が劣化しているとみなして、ステップS302に進む。
Next, in step S202, the
ステップS202の判定処理において、正極21−参照極23間の比率が所定の閾値よりも減少していなければ、ステップS203に進む。
If it is determined in step S202 that the ratio between the
ステップS203において、コントローラ11Dは、バッテリー電圧VAと、負極22−参照極23間電位差N4との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、負極22の電極が劣化しているとみなして、ステップS302に進む。
In step S203, the
ステップS302において、コントローラ11Dは、診断した劣化度情報を残量計40に表示するとともに、必要に応じて、診断した劣化度を外部の負荷側システム200に通知するように通信インタフェース16を制御する。さらに、コントローラ11Dは、劣化度に応じて、残量計の残量表示に係るバッテリーの総容量を調整して、劣化したバッテリーであっても残量計40の残量表示精度を向上させるとともに、バッテリー20の最大負荷電流を減少させるなどの保護機能を実行する(ステップS303)。
In step S302, the
ステップS203の判定処理において、負極22−参照極23間電位差N4の比率が所定の閾値よりも減少していなければ、ステップS101に戻り、上記の処理を繰り返す。
In the determination process of step S203, if the ratio of the potential difference N 4 between the negative electrode 22-the
なお、図14では、正極21側を先に判定し(S202)、その後、負極22側を判定している(S203)が、逆の順番(先に負極22側で、その後、正極21側)で判定処理を行っても良いし、双方を同時に行ってもよい。
In FIG. 14, the
以上説明したように、第3の実施の形態およびその変形例によれば、バッテリー放電時に、バッテリー電圧と正極−参照極間電位差および負極−参照極間電位差のそれぞれの比率を比較し、比率に応じてバッテリーの劣化を診断する。そして、劣化情報を残量計に通知し、劣化度に応じてバッテリーの総容量を調整することで、劣化したバッテリーでの残量計精度を向上させることができる。 As described above, according to the third embodiment and the modification thereof, when the battery is discharged, the respective ratios of the battery voltage, the positive electrode-reference electrode potential difference, and the negative electrode-reference electrode potential difference are compared, and the ratio is calculated. Diagnose battery deterioration accordingly. Then, the deterioration information is notified to the fuel gauge, and the total capacity of the battery is adjusted according to the degree of deterioration, so that the fuel gauge accuracy in the deteriorated battery can be improved.
以上説明したように、第1〜第4の実施の形態によれば、正極、負極のそれぞれの過放電状態をモニタすることができ、少なくともいずれか一方の電極が過放電状態になった場合には、保護機能を作動させることができ、リチウムイオンバッテリーの放電時の保護が可能な保護装置、保護方法、保護システム、およびバッテリーパックを提供することができる。 As described above, according to the first to fourth embodiments, the overdischarge state of each of the positive electrode and the negative electrode can be monitored, and when at least one of the electrodes is in the overdischarge state, Can provide a protection device, a protection method, a protection system, and a battery pack capable of operating a protection function and capable of protecting a lithium ion battery during discharge.
[その他の実施の形態]
上記のように、第1〜第4の実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the first to fourth embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and not limiting. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、第1〜第4の実施の形態では、過放電時の場合について説明したが、過充電時においても、同様に実施することができる。 For example, in the first to fourth embodiments, the case of overdischarge has been described, but the same can be applied to overcharge.
また、第1〜第4の実施の形態では、リチウムイオンバッテリーの場合について説明したが、リチウムイオン型以外のバッテリー、例えば、ニッケル水素バッテリーなどにも同様に適用することができる。 In the first to fourth embodiments, the case of the lithium ion battery has been described. However, the present invention can be similarly applied to a battery other than the lithium ion type, for example, a nickel metal hydride battery.
このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, various embodiments that are not described herein are included.
本実施の形態に係る保護装置、保護方法、保護システム、およびバッテリーパックは、リチウムイオンバッテリーを電源とするポータブルデバイス(例えば、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機器)、自動車、自転車、各種蓄電システムなど様々な応用分野に適用可能である。 The protection device, the protection method, the protection system, and the battery pack according to the present embodiment include various portable devices (for example, mobile phones, smartphones, game machines) that use a lithium ion battery as a power source, automobiles, bicycles, various power storage systems, and the like. It can be applied to various application fields.
10A、10B、10C、10D、10E…保護装置(制御IC)
11A、11B、11C…コントローラ(電圧判定部)
11D、11E…コントローラ(劣化度演算部)
12…正極電圧検出部
13…負極電圧検出部
14…ゲートドライバ
15A、15B…バッテリー電圧検出部
16…通信インタフェース
17…メモリ
20…バッテリー
21…正極
22…負極
23…参照極
31…正極端子
32…負極端子
40…スイッチ回路
40、41…残量計
100…バッテリーパック
200…負荷側システム
201…正極側電源端子
202…負極側電源端子
203…通信端子
N1、N2、N3、N4、P1、P2、P3、P4…電位差
R、Q…放電状態のずれ
S1、S2…時刻
VA…バッテリー電圧
Vn…負極電圧
Vp…正極電圧
10A, 10B, 10C, 10D, 10E ... Protection device (control IC)
11A, 11B, 11C ... Controller (voltage determination unit)
11D, 11E ... Controller (Deterioration degree calculation unit)
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、 A negative voltage detector connected to the negative electrode of the battery and the reference electrode, and detecting a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as a voltage of the negative electrode;
前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、 A battery voltage detector for measuring the battery voltage of the battery;
前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、保護機能を作動させるように制御するコントローラと、 The ratios of the battery voltage and the positive electrode-reference electrode potential difference and the negative electrode-reference electrode potential difference are calculated, respectively, and the electrode on the side where the calculated ratio is lower than a predetermined threshold value deteriorates. A controller that controls to activate the protection function,
を備えることを特徴とする保護装置。 A protective device comprising:
前記コントローラは、前記保護機能として、前記比率の減少率に応じて、劣化度を診断し、診断した前記劣化度を外部に通知するように前記通信インタフェースを制御することを特徴とする請求項1に記載の保護装置。 The controller, as the protection function, diagnoses the degree of deterioration according to the rate of decrease of the ratio, and controls the communication interface so as to notify the diagnosed degree of deterioration to the outside. The protective device according to.
前記バッテリーの正極と参照極とに接続され、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出する正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、保護機能を作動させるように制御するコントローラとを備える保護装置と Connected to the positive electrode and the reference electrode of the battery, and detects a potential difference between the positive electrode and the reference electrode as a voltage of the positive electrode; connected to the negative electrode of the battery and the reference electrode; and the negative electrode And a negative voltage detector that detects a potential difference between the reference voltage and the reference electrode, a battery voltage detector that measures a battery voltage of the battery, the battery voltage, the positive electrode-reference potential difference, and the A controller that calculates a ratio between the negative electrode and the potential difference between the reference electrode, and that controls the control function to activate the protection function, assuming that the calculated ratio is lower than a predetermined threshold value, Protective device comprising
を備えることを特徴とするバッテリーパック。 A battery pack comprising:
前記コントローラは、前記保護機能として、前記比率の減少率に応じて、劣化度を診断し、診断した前記劣化度を外部に通知するように前記通信インタフェースを制御することを特徴とする請求項6に記載のバッテリーパック。 The controller, as the protection function, diagnoses the degree of deterioration according to the rate of decrease of the ratio, and controls the communication interface so as to notify the diagnosed degree of deterioration to the outside. The battery pack described in.
前記バッテリーパックは、 The battery pack is
バッテリーと、 Battery,
前記バッテリーの正極と参照極とに接続され、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出する正極電圧検出部と、前記バッテリーの負極と前記参照極とに接続され、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出する負極電圧検出部と、前記バッテリーのバッテリー電圧を測定するバッテリー電圧検出部と、外部との通信を行う通信インタフェースと、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算し、計算した比率が所定の閾値よりも減少している側の電極が劣化しているとみなし、前記比率の減少率に応じて、劣化度を診断し、診断した前記劣化度を前記負荷側システムに通知するように前記通信インタフェースを制御するコントローラとを備える保護装置とを備えること Connected to the positive electrode and the reference electrode of the battery, and detects a potential difference between the positive electrode and the reference electrode as a voltage of the positive electrode; connected to the negative electrode of the battery and the reference electrode; and the negative electrode And a negative voltage detector that detects a potential difference between the reference electrode and the negative electrode, a battery voltage detector that measures the battery voltage of the battery, a communication interface that communicates with the outside, the battery voltage, The ratio between the positive electrode-reference electrode potential difference and the negative electrode-reference electrode potential difference is calculated, respectively, and it is considered that the electrode on the side where the calculated ratio is lower than a predetermined threshold is deteriorated, A controller that controls the communication interface to diagnose the degree of deterioration according to the rate of decrease in the ratio and to notify the load side system of the diagnosed degree of deterioration. Further comprising a protection device comprising a chromatography La
を特徴とする保護システム。 Protection system characterized by.
前記正極電圧検出部によって、前記正極と前記参照極との電位差を前記正極の電圧として検出するステップと、 Detecting a potential difference between the positive electrode and the reference electrode as a voltage of the positive electrode by the positive voltage detector;
前記負極電圧検出部によって、前記負極と前記参照極との電位差を前記負極の電圧として検出するステップと、 Detecting a potential difference between the negative electrode and the reference electrode as a voltage of the negative electrode by the negative voltage detector;
前記コントローラによって、前記バッテリー電圧と、前記正極−前記参照極間電位差および前記負極−前記参照極間電位差との比率をそれぞれ計算するステップと、 Calculating, by the controller, the ratio between the battery voltage and the positive electrode-reference electrode potential difference and the negative electrode-reference electrode potential difference;
コントローラによって、前記バッテリー電圧と前記正極−前記参照極間電位差との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、前記正極の電極が劣化しているとみなして、保護機能を作動させるように制御するステップと、 The controller determines whether the ratio between the battery voltage and the positive electrode-reference electrode potential difference is less than a predetermined threshold value. If the ratio is lower than the predetermined threshold value, the positive electrode is Controlling to activate the protection function, assuming that it has deteriorated;
コントローラによって、前記バッテリー電圧と前記負極−前記参照極間電位差との比率が所定の閾値よりも減少しているか否かを判定し、所定の閾値よりも減少していれば、前記負極の電極が劣化しているとみなして、前記保護機能を作動させるように制御するステップと The controller determines whether the ratio between the battery voltage and the negative electrode-reference electrode potential difference is less than a predetermined threshold. If the ratio is lower than the predetermined threshold, the negative electrode is Controlling to activate the protection function, assuming that it has deteriorated; and
を有することを特徴とする保護方法。 The protection method characterized by having.
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