電池パック、電力システムおよび電動車両
【課題】電池パックの内部にて、電池の温度が所定の温度領域に含まれる場合に、充電電圧を低減して電池パックの安全性と長期信頼性を高める。
【解決手段】１または複数の電池と、電池の充放電を制御する制御部と、電池の温度を測定し、測定された温度情報を制御部に供給する温度検出部と、電池に対する電流路に配され、制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備える。制御部は、検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる。
【解決手段】１または複数の電池と、電池の充放電を制御する制御部と、電池の温度を測定し、測定された温度情報を制御部に供給する温度検出部と、電池に対する電流路に配され、制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備える。制御部は、検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば二次電池の電池パックと、電池パックを使用する電力システムおよび電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池を含む電池パックは、電動工具、モバイル電子機器、電動車両、バックアップ電源等として広く使用されている。電池パックは、１または複数の二次電池と、電池の電圧、電流、温度を検出する検出部を含む保護回路とがラミネートフィルム、合成樹脂ケース等の外装によって一体化されている構成と定義される。電池パックは、認証回路を有する場合もある。
【０００３】
リチウムイオン電池の長所は、小型、軽量、高電圧、高エネルギー密度等である。一方、満充電電圧がニッケル・カドミウム電池のように自己で定まらないので、印加した電圧の分だけ電池電圧が上昇する特性を持つ。過大な充電を行なうと放電容量が劣化し、極端な過充電は安全性の問題を生じる可能性がある。逆に、過放電においても急激に劣化が進む。これら短所を補うために、リチウムイオン電池パックの内部に保護回路を設け、充電や放電を制御することが一般的である。
【０００４】
さらに、電池パックの安全性と長期信頼性（長寿命化）を高めるために、充電時の温度環境が異常とならないように、使用温度に関連する要求の厳しさが増してきている。異常温度環境とは、リチウムイオン電池パックの指定する充電温度範囲を外れた温度領域を言う。一部の安全規格では、現時点ではガイドラインとして充電時の充電温度制御を行うことが推奨されている。
【０００５】
特許文献１には、ダイオードを利用した電圧降下による充電の安全性を確保することが記載されている。特許文献１に記載の技術は、複数のセルを使用した組電池において、セルバランスが崩れた場合の過充電に対する安全性の確保を目的としている。制御方法は最大セル電圧が規定の電圧以上となり、更に直列に接続したセル間のバラツキが大きくなったときに動作する。この結果、外付けダイオードを介して充電することで充電電流を小さくすることができセル間に生じている電圧差は抑制され、安全に充電を完了することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は電池パックの推奨する温度範囲での充電条件を満たすことを目的とし、安全性と長期信頼性（長寿命）を確保することが可能である。セル電圧の状態やセル間のバラツキに関わらず、セル温度の状態によってのみ制御を行う。本開示では、ＦＥＴの寄生ダイオードや外付けのダイオードにより、セルに印加される充電電圧自体を下げることを可能とする制御を行っている。かかる本開示は、特許文献１に記載のものと相違している。
【０００８】
さらに、コンスーマー向けの製品の場合は、充電回路と電池パックの組み合わせで設計がなされ、製品サイクルも比較的短く、充電器（充電回路）と電池パックの組み合わせを製品と対応させることが比較的容易である。しかしながら、製品サイクルの長い製品や、製品がシリーズ化しているために充電器を変更せずに使い回す場合では、充電器と電池パックの組み合わせと製品の対応関係が変化する。
【０００９】
特に業務向けの製品などの場合、５年以上の製品サイクルがしばしばあり、１０年以上生産する製品も存在する。このような場合、コンスーマー向けのように充電器と電池パックとの組み合わせを入れ替えることは、費用的にも物理的にも負担が大きくなる。しかしながら、消耗品である電池パックのみの交換で良ければ、負担が最小限に抑えられる。
【００１０】
したがって、本開示の目的は、電池パックに対して最小限の部品追加によって、異常温度環境において充電電圧を強制的に低減することを可能とする電池パック、電力システムおよび電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の装置は、１１または複数の電池と、
電池の充放電を制御する制御部と、
電池の温度を測定し、測定された温度情報を制御部に供給する温度検出部と、
電池に対する電流路に配され、制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備え、
制御部は、温度検出部によって検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、放電制御用スイッチをオフにし、充電制御用スイッチをオンし、
放電制御用スイッチに対して並列に接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用して電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる電池パックである。
【００１２】
本開示の装置は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示の装置は、上述した電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本開示の装置は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
送受信部が受信した情報に基づき、上述した電池パックの充放電制御を行う電力システムである。
本開示の装置は、上述した電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から電池パックに電力を供給する電力システムである。
【発明の効果】
【００１３】
実施の形態によれば、電池パックの安全性と長期信頼性（長寿命化）を高めることができる。本開示によれば、充電器（充電回路）の仕様に関わらず、リチウムイオン電池パックの内部で充電の温度保護の制御をすることで、新しい充電回路（充電器）との組み合わせを購入することを不要とし、安全にリチウムイオン電池パックの使用を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示を適用できる電池パックの一例のブロック図である。
【図２】本開示を適用できる電池パックの一例のブロック図である。
【図３】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第１の例のブロック図である。
【図４】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第２の例のブロック図である。
【図５】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第３の例のブロック図である。
【図６】温度保護機能を有する電池パックのブロック図である。
【図７】電池パックの一実施の形態の説明に用いる略線図である。
【図８】一実施の形態の説明に用いるフローチャートである。
【図９】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１０】一実施の形態の充電動作の説明に用いる略線図である。
【図１１】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１２】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１３】電池パックの応用例を説明するためのブロック図である。
【図１４】電池パックの応用例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１６】
＜本開示を適用できる電池パックの概要＞
図１に本開示を適用できる一般的なリチウムイオン電池パックの回路ブロック構成を示す。電池パックは、リチウムイオン二次電池等の電池（単位電池、セルとも呼ばれる）１ａ、１ｂと回路部２ａとを有する。回路部２ａは、共通のプリント配線基板上に実装されている。電池１ａおよび１ｂは、直列接続されたものである。但し、２個の電池の直列接続に限らず、１または複数の電池を直列および／または並列に接続した構成に対しても本開示を適用できる。
【００１７】
電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器または電子機器（製品）の正極端子および負極端子と接続可能とされる。電子機器は、携帯電話、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）等である。さらに、後述するように、携帯機器以外に電動車両、家庭内電力システムと接続される場合もある。
【００１８】
回路部２ａは、保護ＩＣ(Integrated Circuit)４と、放電制御用スイッチ（以下、放電スイッチと適宜称する）５と、充電制御用スイッチ（以下、充電スイッチと適宜称する）６とから構成されている。これらのスイッチとしては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が使用される。保護ＩＣ４は、電池１ａ、１ｂのそれぞれの電圧値を受け取っ
て、放電スイッチ５および充電スイッチ６のオン／オフを制御して、電池１ａ、１ｂが安全な領域の中で動作するようにしている。
【００１９】
充電時には、電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。電池パックにおいて、電池電圧が過充電検出電圧となったことが検出されると、保護ＩＣ４によって充電スイッチ６がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に充電電流が流れないように制御される。充電スイッチ６のオフ後は、放電のみが可能となる。
【００２０】
放電スイッチ５は、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に放電電流が流れないように保護ＩＣ４によって制御される。放電スイッチのオフ後は、充電のみが可能となる。放電スイッチ５のオフ後は、充電のみが可能となる。ここで、リチウムイオン二次電池の単体で、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【００２１】
図２に示すように、図１に示される回路部２ａにＭＣＵ(Micro Controller Unit)７を
追加した回路部２ｂによって、電子機器本体や充電器との通信機能を有する電池パックが知られている。ＭＣＵ７は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめた、組み込み用のマイクロプロセッサのことである。ＭＣＵ７は、一般的なマイクロプロセッサと異なり、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などのメモリ、Ｉ／Ｏ関連等の多くの周辺機能をＭＣＵ自体に搭載している。
【００２２】
電池パックには、ＭＣＵ７と接続された通信用端子３ｃが設けられ、電子機器本体は、必要な電池パックの状態情報を通信で受け取ることが可能となる。受け取った情報を用いてエンドユーザに電子機器本体の使用可能時間を表示することができる。さらに、電池パック単体においても、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等により残量レベル表示やアラーム警告表示を行い、ユーザの使い勝手を向上させることが行われる。
【００２３】
さらに、電流検出抵抗８が設けられ、充電電流または放電電流が検出される。検出された電流値がＭＣＵ７に供給される。充電時に大電流が流れた場合に、保護ＩＣ４によって充電スイッチ６がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御される。さらに、放電時に大電流が流れた場合に、保護ＩＣ４によって放電スイッチ５がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御される。放電スイッチ５および充電スイッチ６は、保護ＩＣ４とＭＣＵ７の両者によって制御することが可能とされている。
【００２４】
なお、ＭＣＵ７の代わりに、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成されるマイクロコンピュータを使用しても良い。さらに、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）等の不揮発性メモリを電池パックに設けるようにしても良い。
【００２５】
＜電池パックにおける温度異常時の制御＞
既存の電池温度異常時の制御について説明をする。
図１に示すように、ＭＣＵを搭載していない電池パックの場合の構成例を図３に示す。図３に示す回路部２ｃは、図１の構成と異なり、１個の電池１を備え、放電スイッチ５および充電スイッチ６が電池１の負側のラインに挿入されている。さらに、電池パックと充電器とが正極端子３ａ、負極端子３ｂ、サーミスタ端子３ｄを介して接続される。
【００２６】
充電器は、充電電源を電池パックの正極端子３ａ、負極端子３ｂに対して供給される充電電源を制御する充電制御回路１１を有する。充電制御回路１１は、充電電源と充電を制御する制御部とから構成されている。充電電源は、例えば商用電源を整流し、所定の直流電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータの構成とされる。さらに、充電電源の供給をオン／オフするための電源制御スイッチ１２とプルアップ抵抗１３とを有する。電池パックのサーミスタ端子３ｄと負極側との間に温度検出素子例えばＮＴＣ(Negative Temperature Coefficientサーミスタ９が接続される。プルアップ抵抗１３とサーミスタ９とによって分
圧された温度検出電圧が充電制御回路１１に供給される。温度検出電圧は、電池パックの温度に応じて変化する値となる。
【００２７】
サーミスタ９と電子機器本体側の充電制御回路１１との組み合わせによって、充電と共に温度保護動作がなされ、制御が電子機器本体側でなされる。すなわち、充電電圧、充電電流、充電完了等に関する制御を行う充電制御回路１１が充電中の電池パックの温度を監視して、温度異常の無いことを確認しながら充電を行う。充電制御回路１１がサーミスタ９の抵抗値（温度検出電圧）を監視して、温度異常を検出した場合には、充電制御スイッチ１２をオフとして充電を停止させる。
【００２８】
図４に示すように、電池パックの回路部２ｄにサーミスタ９を設けず、充電器１１にサーミスタ１４を設ける場合もある。電子機器本体側において、サーミスタ１４が電池パックに近接して設けられる。図４の構成は、電池パックと充電器との接続に必要な端子数が３個から２個に減少する点で有利である。しかしながら、電池パック内にサーミスタを搭載した場合と比較して電池温度の検出精度が落ちる。このため温度補正が必要となる場合がある。
【００２９】
電池パックがＭＣＵ７を搭載している構成（図２参照）には、図５に示すように、サーミスタ９により検出された温度情報（状態情報）が通信端子３ｃを通じて充電器の充電制御回路１１に伝えられる。
【００３０】
充電器の充電制御回路１１に対してアラーム表示部１５が接続されている場合には、充電制御回路１１がＭＣＵ７と通信を行い、充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、アラーム表示部１５によってエンドユーザに知らせる警告表示を行う。警告表示後の対応は、ユーザに頼ることになる。
【００３１】
充電器の充電制御回路１１に対して充電制御スイッチ１２が接続されている場合には、充電制御回路１１がＭＣＵ７と通信を行い、充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、充電スイッチ１２によって充電を停止する。電池パックの状態情報から充電器側でどのような制御をするかを判断できるので、より細かい設定が可能である。充電器側での制御であることから電池異常とすることなく充電を完了できる。
【００３２】
充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、ＭＣＵ７が電池パックの充電スイッチ６を強制的にオフにして充電を停止する。電池パック側で強制的に充電が停止するため、充電器側で電池異常となる。但し、充電器の充電制御スイッチ１２による制御と併用することによって二重保護を行うことができる。具体的には、充電器側の充電停止の温度の設定値以上の電池パック側の充電停止の温度を設定することで、正常動作時にはエンドユーザに違和感無く充電を完了させることができ、充電回路側の異常時には強制的に充電停止を行うことができる。
【００３３】
上述したように、既存技術においては、充電制御回路１１によって温度環境に応じて電圧や電流を制御する必要があり、電池パック単体としては、アラーム表示をしてエンドユーザの対応に頼る構成程度しかできなかった。したがって、充電器と電池パックとの対応関係をとる必要があり、電池パックを交換する場合には、充電器も一緒に交換する必要があった。
【００３４】
電池パック内に充電制御回路２１および充電制御用スイッチ２２を搭載した例を図６に示す。ＭＣＵ７が充電制御回路２１に対して内部通信によって温度情報を伝える。充電制御回路２１が充電制御用スイッチ２２のオン／オフ等の温度制御を温度情報に基づいて行う。この構成は、一番確実な制御方法である。但し、次のデメリットがある。
【００３５】
・電池パック内部での回路規模が大きくなり、コストアップとなる。
・充電と放電と別のラインが必要である。または図６に示すように、切替スイッチ２２が必要とされる。切替スイッチ２２は、充電時にオフで、放電時にオンとなるように、充電制御回路２１によって制御される。
・電池パック内部の回路部２ｆの消費電力が大きくなる。
・充電制御回路２１に含まれる電源回路によって充電時の内部損失の発生とそれに伴う内部発熱が増大する。さらには、内部発熱による熱分布の偏りによるセル劣化のバラツキが発生する。
・充電制御回路２１に含まれる電源回路がＤＣ−ＤＣコンバータの構成とされるので、電池パックが発振回路を持つ。その結果、電池パック単体でのＥＭＣ(Electro-Magnetic
Compatibility)管理が生じ、開発費が大きくなる。
【００３６】
＜本開示による電池パック＞
本開示は、以上の構成の問題点を解決するものである。本開示では、電池パック単体において温度保護動作を行うようにする。充電時の温度保護動作としては、下記の３通り方法がある。
【００３７】
１．充電を停止する。
２．充電電圧を小さくする。
３．充電電流を小さくする。
本開示は、２番目の充電電圧を小さくする保護方法であり、充電時に電池に印加される電圧を電池パック内部で容易に制限するものである。
【００３８】
図７に示すように、一実施の形態では、電池パックは、４本のリチウムイオン二次電池１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが直列接続された電池部と、回路部２ｇとから構成されている。回路部２ｇは、共通のプリント配線基板上に実装されている。電池１ａ〜１ｄは、直列接続されたものである。但し、２個の電池の直列接続に限らず、１または複数の電池を直列および／または並列に接続した構成に対しても本開示を適用できる。
【００３９】
電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器または電子機器（製品）の正極端子および負極端子と接続可能とされる。電子機器は、携帯電話、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）等である。さらに、後述するように、携帯機器以外に電動車両、家庭内電力システムと接続される場合もある。
【００４０】
回路部２ｇは、放電スイッチ５を構成する放電ＦＥＴＱ１と充電スイッチ６を構成する充電ＦＥＴＱ２と、ＭＣＵ７と、電流検出抵抗８と、サーミスタ９とから構成されている。電流検出抵抗８によって、充電電流または放電電流が検出され、検出された値がＭＣＵ７に供給される。サーミスタ９は、例えばＮＴＣサーミスタであって、温度変化に対して負の温度係数を有する。サーミスタ９の抵抗値（温度情報）がＭＣＵ７に供給される。
【００４１】
放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２は、ＭＣＵ７によって制御される。ＭＣＵ７は、電池１ａ〜１ｄのそれぞれの電圧値と、電流検出抵抗８によって検出された電流値と、サーミスタ９により検出された温度情報とを受け取る。ＭＣＵ７がこれらの電圧値、電流値および温度情報を監視し、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２のオン／オフを制御して、電池１ａ〜１ｄが安全な領域の中で動作するようにしている。
【００４２】
充電時には、電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。電池パックにおいて、電池電圧が過充電検出電圧となったことが検出されると、ＭＣＵ７によって充電ＦＥＴＱ２がオフとされ、電池１ａ〜１ｄの電流経路に充電電流が流れないように制御される。充電電流が過大の場合にも充電ＦＥＴＱ２がオフとされる。充電ＦＥＴＱ２のオフ後は、放電ＦＥＴＱ１および寄生ダイオードＤ２を通じて放電のみが可能となる。
【００４３】
放電ＦＥＴＱ１は、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフとされ、電池１ａ〜１ｄの電流経路に放電電流が流れないようにＭＣＵ７によって制御される。放電スイッチのオフ後は、充電のみが可能となる。放電電流が過大の場合にも放電ＦＥＴＱ１がオフとされる。放電ＦＥＴＱ１のオフ後は、充電ＦＥＴＱ２および寄生ダイオードＤ１を通じて充電のみが可能となる。ここで、リチウムイオン二次電池の単体で、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【００４４】
ＭＣＵ７は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめた、組み込み用のマイクロプロセッサのことである。ＭＣＵ７は、一般的なマイクロプロセッサと異なり、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などのメモリ、Ｉ／Ｏ関連等の多くの周辺機能をＭＣＵ自体に搭載している。
【００４５】
電池パックには、ＭＣＵ７と接続された通信用端子３ｃが設けられ、充電器または電子機器本体は、必要な電池パックの状態情報を通信で受け取ることが可能となる。電子機器は、受け取った情報を用いてエンドユーザに電子機器本体の使用可能時間を表示することができる。さらに、電池パック単体においても、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等により残量レベル表示やアラーム警告表示を行い、ユーザの使い勝手を向上させることが行われる。
【００４６】
なお、ＭＣＵ７の代わりに、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成されるマイクロコンピュータを使用しても良い。さらに、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）等の不揮発性メモリを電池パックに設けるようにしても良い。
【００４７】
一実施の形態の保護動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートの制御は、ＭＣＵ７が行うものである。
【００４８】
ステップＡ（スタート）を起点として、ステップＢ（セット）に制御が移行する。ステップＢは、電池パックを充電器に接続することである。ステップＢは、充電動作に移行することを示している。ステップＢの後のステップＣにおいて、電池温度、電流（充電／放電）および電圧の測定を開始し、ＭＣＵ７が測定値を受け取る。そして、ＭＣＵ７が現在の状態を判定する。
【００４９】
ここで、充電温度保護の制御をするために、状態として、充電電流が流れているか否かの状態と、電池温度がどの温度領域にあるかの状態とが使用される。温度領域は、一例として下記のように設定される。Ｔcellは、サーミスタ９によって検出された電池１ａ〜１ｄの温度である。
【００５０】
通常温度領域：１０℃≦Ｔcell≦４５℃
充電の制御を必要とする温度領域：０℃≦Ｔcell＜１０℃ または
４５℃＜Ｔcell≦６０℃
充電を禁止する温度領域：Ｔcell＜０℃ または Ｔcell＞６０℃
【００５１】
ステップＣの判定の結果、以下のような処理がなされる。
充電電流が流れていない場合（すなわち、無負荷や放電中である場合）
充電時の温度保護を動作させる必要がない。したがって、ステップＣからステップＥに処理が移行する。ステップＥは、「正常充電時、放電時、または放置状態」であり、この状態では、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされる。
【００５２】
そして、ＦＥＴの状態が確定したところで、ステップＧ（各種演算処理）に移行する。ステップＧでは、電池パックの残容量算出処理や、ステップＣの測定結果の履歴などの記録処理がなされる。ステップＣ→ステップＥ→ステップＧの一連の処理は、電池パックの状態の変化が生じない限り設定した時間（例えば１秒乃至数秒）毎に繰り返し行われ、この間、ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２の状態が最前の状態が保持される。この場合の電池パックの状態の変化とは、電流の流れる方向が充電方向に変化することを意味する。
【００５３】
充電中（充電電流＞０［Ａ］の場合には、充電温度保護を働かせる必要がある。ステップＣで測定された電池の温度Ｔcellの属する温度領域に応じた処理がなされる。
・通常温度領域：１０℃≦Ｔcell≦４５℃
ステップＥにおいて放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、通常の充電を行う。制御シーケンスの流れは、上述した充電電流が流れていない場合と同様である。但し、設定時間毎に繰り返し行われるステップＣの測定でセル温度が通信温度領域から外れたとき、ステップＥのＦＥＴの状態は、ステップＣの測定結果の条件に合った状態へ移行する。
【００５４】
・充電を禁止する温度領域：Ｔcell＜０℃ または Ｔcell＞６０℃
ステップＣにおいて、Ｔcellが充電を禁止する領域に含まれると判定される場合、ステップＤにおいて、充電ＦＥＴＱ２がオフとされ、放電ＦＥＴＱ１がオンとされ、充電が禁止される。ステップＣの選定時間毎の測定において、電池の温度状態が変化しない限り、ＦＥＴの状態が保持され続ける。
【００５５】
・充電の制御を必要とする温度領域：０℃≦Ｔcell＜１０℃ または
４５℃＜Ｔcell≦６０℃
ステップＣにおいて、Ｔcellが充電の制御を必要とする温度領域に含まれると判定される場合、ステップＦの充電温度保護状態において、充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、放電ＦＥＴＱ１がオフとされる。ステップＣの選定時間毎の測定において、電池の温度状態が変化しない限り、ＦＥＴの状態が保持され続ける。放電ＦＥＴＱ１がオフされるので、充電電流が充電ＦＥＴＱ２および寄生ダイオードＤ１を経由して流れる。
【００５６】
図９に示すように、放電ＦＥＴＱ１がオフの状態は、放電スイッチ５がオフで、放電スイッチ５と並列に寄生ダイオードＤ１が接続される状態と等価である。したがって、寄生ダイオードＤ１の順方向電圧ＶＦによる電圧降下が生じ、電池１ａ〜１ｄに印加される充電電圧は、順方向電圧ＶＦ分だけ小さくなる。この電圧降下は抵抗器と異なり、充電電流（順方向電流）が小さくなっても大きく変化をしない。具体的な特性例において、２５℃において、順方向電流が６０ｍＡのときに、ＶＦが０．６Ｖとなる。
【００５７】
ＶＦ＝０．６［Ｖ］の例では、電池一段あたり、０．６Ｖ／４＝０．１５Ｖの電圧降下となる。通常充電時の充電電圧が１本の電池当たりで、４．２０Ｖであれば、４．０５Ｖに充電電圧を低下させることができる。
【００５８】
このように、ダイオードＤ１を介して充電を行ったときの充電特性を図１０に示す。充電初期と充電末期にて充電電圧と組み電池総電圧との電圧差（＝ＶＦ）が大きく変化せず、安定していることが分かる。
【００５９】
ステップＦの充電温度保護状態において、充電しているときに、電池温度が変化して例えば通常温度領域に入ったとすると、ステップＥの正常充電状態となり、放電ＦＥＴＱ１がオン状態となる。このため、寄生ダイオードＤ１による電圧降下が発生せず、電圧（４．２０Ｖ）でもって電池が充電される。
【００６０】
逆に、ステップＥの正常充電状態から充電制御を必要とする温度領域に電池の温度が変化した場合には、ステップＦの充電温度保護状態に移行する。この場合、充電電圧（４．２０Ｖ）と電池電圧との電位差にＶＦを加えた電圧によって充電電流が決まってくる。仮に充電完了間際にあるときに、（充電電圧 ＜ 電池電圧＋ＶＦ）となり意図した電圧に下げることができなかったとしても、充電電流は充電回路の定電圧制御により十分に絞られた小さい電流値となる。よって前述の充電時の温度保護方法の３番目の充電電流を小さくする制御と同じ働きになる。
【００６１】
さらに、温度保護の動作中に電池パックが充電器から切り離されたときは、充電電流がゼロとなる。この場合では、ステップＣの測定後直ぐに、ステップＥ（正常時、放電時、放置状態）（放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンした状態）に移行し、放電可能な状態になる。エンドユーザは、違和感無く電池パックを使用することが可能である。
【００６２】
＜変形例＞
以上、本願の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば電圧降下を発生させるための構成については、上述したもの以外の構成が可能である。
上述した例では、充電電圧を下げるために、放電ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードＤ１が使用される。これは必要とする電圧降下がＦＥＴＱ１の寄生ダイオードひとつ分で賄えることによる。電池の直列数が２〜５程度の場合である。そして、充電電流値がそのＦＥＴＱ１の許容損失値を超えないことが必要である。
【００６３】
若し、５直列を超えるような多直の場合や大電流仕様の場合には、寄生ダイオードと別のダイオードにより電圧降下を発生する必要がある。上述の問題の対応方法として、図１１に示すように、充電ＦＥＴＱ２と並列に外付けダイオードＤ１２、Ｄ１３とＦＥＴＱ３を接続する。ダイオードＤ１２およびＤ１３と切替スイッチＳＷとしてのＦＥＴＱ３のドレイン・ソースとが直列に接続される。ＦＥＴＱ３の電流許容条件は、充電電流に流すことができるように設定されている。
【００６４】
通常充電時には、ＦＥＴＱ３がオフとされ、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、充電電流がＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２を通じて電池に流れる。温度保護動作時には、ＦＥＴＱ３がオンとされ、ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２が共にオフとされる。充電電流がＦＥＴＱ３と外付けダイオードＤ１２およびＤ１３と寄生ダイオードＤ１とを通じて流れる。したがって、電圧降下としては、図１１に示すように、（ＶＦ１＋ＶＦ２＋ＶＦ３）となる。
【００６５】
電圧降下させたい電圧値によってダイオードの選定の基準（個数、種類等）が変化する。１個のダイオード、複数のダイオードの直列接続、ショットキーバリアダイオードや整流ダイオードなどの順方向電圧降下ＶＦの異なるダイオードによって、電圧降下の値が調整される。特に、充電電流値によっては部品選定以外に更に放電ＦＥＴＱ１の制御方法も変わってくる。
【００６６】
上述したように、１個の寄生ダイオードＤ１のＶＦ１では、電圧降下が不足する場合には、図１１に示すように、充電ＦＥＴＱ２と並列に必要な個数の外付けダイオードが接続される。２個分の電圧降下が必要であれば、放電ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードＤ１に直列に接続される外付けダイオード１個の追加で対応が可能となる。３個分の電圧降下が必要であれば、充電ＦＥＴＱ２と並列に配したダイオードの数を増やすことで対応が可能となる。例えば１０直列に電池を接続した電池パックにおいて、充電温度保護機能を持つために、０．１５Ｖ／cell以上の電圧降下を必要としたとき、ダイオードによる電圧降下が１．５Ｖ以上必要となる。
【００６７】
図１１において、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２をオフに制御し、切替ＦＥＴＱ３をオンに制御する。この場合では、（ＶＦ１＋ＶＦ２＋ＶＦ３）が例えば１．８Ｖとなる。１０直列では、０．１８Ｖ／cellとなる。通常充電時に４．２０Ｖで充電している場合、充電温度保護動作が働くと、充電電圧を４．０２Ｖ／cellへ抑えることが可能となる。
【００６８】
充電電流値が一つのＦＥＴの許容損失以上である場合には、図１２に示すように対応する。放電ＦＥＴＱ１と並列に放電ＦＥＴＱ４が接続される。放電ＦＥＴＱ４も寄生ダイオードＤ４を有する。充電温度保護動作を働かせた場合、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４がオフとされる。並列接続の寄生ダイオードＤ１およびＤ４に電流が流れる。
【００６９】
しかしながら、寄生ダイオードＤ１およびＤ４に電流を流した場合、順方向電圧降下ＶＦのバラツキのため、より小さいＶＦの箇所に偏って電流が多く流れることがある。充電電流値がひとつのＦＥＴの許容損失を超えない大きさならば寄生ダイオードを使用しても問題無い。しかしながら、充電電流値がひとつのＦＥＴの許容損失を超える場合には、異常発熱から破壊に至る可能性がある。従って並列接続の場合は、そのＦＥＴの寄生ダイオードを使うことは止める判断が必要となる場合がある。
【００７０】
したがって、この場合には、充電ＦＥＴＱ２（充電スイッチ６）のみをオフとし、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４がオンとされる。その結果、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４の寄生ダイオードの電圧降下が含まれないので、（ＶＦ２＋ＶＦ３）が電圧降下となる。
【００７１】
上述した本開示による電池パックは、以下のような利点を有する。
・電池パックのみで充電温度保護の制限ができ、充電時の安全性と長期信頼性を確保できる。
・不特定多数の充電器に接続される電池パックでも充電温度保護をすることができる。
・ＭＣＵによって充電／放電保護制御している場合は、既存回路のままで、ソフトウェアのみを変更することで対応できる。
・放電制御用ＦＥＴの寄生ダイオードを利用することで安価に対応ができる。
・大電流充電もしくは並列接続使用をするＦＥＴの場合などの寄生ダイオードを使えない状況では、通常のダイオードと組み合わせることで、最小の回路変更で対応できる。
【００７２】
＜応用例＞
本開示は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示は、上述した電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した電池パックの充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から電池パックに電力を供給する電力システムである。
【００７３】
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１３を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【００７４】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【００７５】
蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の電池パックが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
【００７６】
各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【００７７】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【００７８】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。
【００７９】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
【００８０】
以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【００８１】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【００８２】
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１４を参照して説明する。図１４に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【００８３】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。電池２０８に対して、上述した本開示の電池パックが適用される。
【００８４】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【００８５】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。
【００８６】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。
【００８７】
電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【００８８】
図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
【００８９】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１、１ａ〜１ｄ・・・電池
２ａ〜２ｇ・・・回路部
５・・・放電スイッチ
６・・・充電スイッチ
７・・・ＭＣＵ
８・・・電流検出抵抗
９・・・サーミスタ
Ｑ１・・・放電制御ＦＥＴ
Ｑ２・・・充電制御ＦＥＴ
Ｄ１，Ｄ２・・・寄生ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば二次電池の電池パックと、電池パックを使用する電力システムおよび電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池を含む電池パックは、電動工具、モバイル電子機器、電動車両、バックアップ電源等として広く使用されている。電池パックは、１または複数の二次電池と、電池の電圧、電流、温度を検出する検出部を含む保護回路とがラミネートフィルム、合成樹脂ケース等の外装によって一体化されている構成と定義される。電池パックは、認証回路を有する場合もある。
【０００３】
リチウムイオン電池の長所は、小型、軽量、高電圧、高エネルギー密度等である。一方、満充電電圧がニッケル・カドミウム電池のように自己で定まらないので、印加した電圧の分だけ電池電圧が上昇する特性を持つ。過大な充電を行なうと放電容量が劣化し、極端な過充電は安全性の問題を生じる可能性がある。逆に、過放電においても急激に劣化が進む。これら短所を補うために、リチウムイオン電池パックの内部に保護回路を設け、充電や放電を制御することが一般的である。
【０００４】
さらに、電池パックの安全性と長期信頼性（長寿命化）を高めるために、充電時の温度環境が異常とならないように、使用温度に関連する要求の厳しさが増してきている。異常温度環境とは、リチウムイオン電池パックの指定する充電温度範囲を外れた温度領域を言う。一部の安全規格では、現時点ではガイドラインとして充電時の充電温度制御を行うことが推奨されている。
【０００５】
特許文献１には、ダイオードを利用した電圧降下による充電の安全性を確保することが記載されている。特許文献１に記載の技術は、複数のセルを使用した組電池において、セルバランスが崩れた場合の過充電に対する安全性の確保を目的としている。制御方法は最大セル電圧が規定の電圧以上となり、更に直列に接続したセル間のバラツキが大きくなったときに動作する。この結果、外付けダイオードを介して充電することで充電電流を小さくすることができセル間に生じている電圧差は抑制され、安全に充電を完了することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は電池パックの推奨する温度範囲での充電条件を満たすことを目的とし、安全性と長期信頼性（長寿命）を確保することが可能である。セル電圧の状態やセル間のバラツキに関わらず、セル温度の状態によってのみ制御を行う。本開示では、ＦＥＴの寄生ダイオードや外付けのダイオードにより、セルに印加される充電電圧自体を下げることを可能とする制御を行っている。かかる本開示は、特許文献１に記載のものと相違している。
【０００８】
さらに、コンスーマー向けの製品の場合は、充電回路と電池パックの組み合わせで設計がなされ、製品サイクルも比較的短く、充電器（充電回路）と電池パックの組み合わせを製品と対応させることが比較的容易である。しかしながら、製品サイクルの長い製品や、製品がシリーズ化しているために充電器を変更せずに使い回す場合では、充電器と電池パックの組み合わせと製品の対応関係が変化する。
【０００９】
特に業務向けの製品などの場合、５年以上の製品サイクルがしばしばあり、１０年以上生産する製品も存在する。このような場合、コンスーマー向けのように充電器と電池パックとの組み合わせを入れ替えることは、費用的にも物理的にも負担が大きくなる。しかしながら、消耗品である電池パックのみの交換で良ければ、負担が最小限に抑えられる。
【００１０】
したがって、本開示の目的は、電池パックに対して最小限の部品追加によって、異常温度環境において充電電圧を強制的に低減することを可能とする電池パック、電力システムおよび電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の装置は、１１または複数の電池と、
電池の充放電を制御する制御部と、
電池の温度を測定し、測定された温度情報を制御部に供給する温度検出部と、
電池に対する電流路に配され、制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備え、
制御部は、温度検出部によって検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、放電制御用スイッチをオフにし、充電制御用スイッチをオンし、
放電制御用スイッチに対して並列に接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用して電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる電池パックである。
【００１２】
本開示の装置は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示の装置は、上述した電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本開示の装置は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
送受信部が受信した情報に基づき、上述した電池パックの充放電制御を行う電力システムである。
本開示の装置は、上述した電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から電池パックに電力を供給する電力システムである。
【発明の効果】
【００１３】
実施の形態によれば、電池パックの安全性と長期信頼性（長寿命化）を高めることができる。本開示によれば、充電器（充電回路）の仕様に関わらず、リチウムイオン電池パックの内部で充電の温度保護の制御をすることで、新しい充電回路（充電器）との組み合わせを購入することを不要とし、安全にリチウムイオン電池パックの使用を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示を適用できる電池パックの一例のブロック図である。
【図２】本開示を適用できる電池パックの一例のブロック図である。
【図３】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第１の例のブロック図である。
【図４】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第２の例のブロック図である。
【図５】温度保護機能を有する電池パックおよび充電器の第３の例のブロック図である。
【図６】温度保護機能を有する電池パックのブロック図である。
【図７】電池パックの一実施の形態の説明に用いる略線図である。
【図８】一実施の形態の説明に用いるフローチャートである。
【図９】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１０】一実施の形態の充電動作の説明に用いる略線図である。
【図１１】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１２】電圧降下を生じさせる構成の説明に用いる接続図である。
【図１３】電池パックの応用例を説明するためのブロック図である。
【図１４】電池パックの応用例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１６】
＜本開示を適用できる電池パックの概要＞
図１に本開示を適用できる一般的なリチウムイオン電池パックの回路ブロック構成を示す。電池パックは、リチウムイオン二次電池等の電池（単位電池、セルとも呼ばれる）１ａ、１ｂと回路部２ａとを有する。回路部２ａは、共通のプリント配線基板上に実装されている。電池１ａおよび１ｂは、直列接続されたものである。但し、２個の電池の直列接続に限らず、１または複数の電池を直列および／または並列に接続した構成に対しても本開示を適用できる。
【００１７】
電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器または電子機器（製品）の正極端子および負極端子と接続可能とされる。電子機器は、携帯電話、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）等である。さらに、後述するように、携帯機器以外に電動車両、家庭内電力システムと接続される場合もある。
【００１８】
回路部２ａは、保護ＩＣ(Integrated Circuit)４と、放電制御用スイッチ（以下、放電スイッチと適宜称する）５と、充電制御用スイッチ（以下、充電スイッチと適宜称する）６とから構成されている。これらのスイッチとしては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が使用される。保護ＩＣ４は、電池１ａ、１ｂのそれぞれの電圧値を受け取っ
て、放電スイッチ５および充電スイッチ６のオン／オフを制御して、電池１ａ、１ｂが安全な領域の中で動作するようにしている。
【００１９】
充電時には、電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。電池パックにおいて、電池電圧が過充電検出電圧となったことが検出されると、保護ＩＣ４によって充電スイッチ６がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に充電電流が流れないように制御される。充電スイッチ６のオフ後は、放電のみが可能となる。
【００２０】
放電スイッチ５は、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に放電電流が流れないように保護ＩＣ４によって制御される。放電スイッチのオフ後は、充電のみが可能となる。放電スイッチ５のオフ後は、充電のみが可能となる。ここで、リチウムイオン二次電池の単体で、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【００２１】
図２に示すように、図１に示される回路部２ａにＭＣＵ(Micro Controller Unit)７を
追加した回路部２ｂによって、電子機器本体や充電器との通信機能を有する電池パックが知られている。ＭＣＵ７は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめた、組み込み用のマイクロプロセッサのことである。ＭＣＵ７は、一般的なマイクロプロセッサと異なり、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などのメモリ、Ｉ／Ｏ関連等の多くの周辺機能をＭＣＵ自体に搭載している。
【００２２】
電池パックには、ＭＣＵ７と接続された通信用端子３ｃが設けられ、電子機器本体は、必要な電池パックの状態情報を通信で受け取ることが可能となる。受け取った情報を用いてエンドユーザに電子機器本体の使用可能時間を表示することができる。さらに、電池パック単体においても、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等により残量レベル表示やアラーム警告表示を行い、ユーザの使い勝手を向上させることが行われる。
【００２３】
さらに、電流検出抵抗８が設けられ、充電電流または放電電流が検出される。検出された電流値がＭＣＵ７に供給される。充電時に大電流が流れた場合に、保護ＩＣ４によって充電スイッチ６がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御される。さらに、放電時に大電流が流れた場合に、保護ＩＣ４によって放電スイッチ５がオフとされ、電池１ａ，１ｂの電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御される。放電スイッチ５および充電スイッチ６は、保護ＩＣ４とＭＣＵ７の両者によって制御することが可能とされている。
【００２４】
なお、ＭＣＵ７の代わりに、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成されるマイクロコンピュータを使用しても良い。さらに、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）等の不揮発性メモリを電池パックに設けるようにしても良い。
【００２５】
＜電池パックにおける温度異常時の制御＞
既存の電池温度異常時の制御について説明をする。
図１に示すように、ＭＣＵを搭載していない電池パックの場合の構成例を図３に示す。図３に示す回路部２ｃは、図１の構成と異なり、１個の電池１を備え、放電スイッチ５および充電スイッチ６が電池１の負側のラインに挿入されている。さらに、電池パックと充電器とが正極端子３ａ、負極端子３ｂ、サーミスタ端子３ｄを介して接続される。
【００２６】
充電器は、充電電源を電池パックの正極端子３ａ、負極端子３ｂに対して供給される充電電源を制御する充電制御回路１１を有する。充電制御回路１１は、充電電源と充電を制御する制御部とから構成されている。充電電源は、例えば商用電源を整流し、所定の直流電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータの構成とされる。さらに、充電電源の供給をオン／オフするための電源制御スイッチ１２とプルアップ抵抗１３とを有する。電池パックのサーミスタ端子３ｄと負極側との間に温度検出素子例えばＮＴＣ(Negative Temperature Coefficientサーミスタ９が接続される。プルアップ抵抗１３とサーミスタ９とによって分
圧された温度検出電圧が充電制御回路１１に供給される。温度検出電圧は、電池パックの温度に応じて変化する値となる。
【００２７】
サーミスタ９と電子機器本体側の充電制御回路１１との組み合わせによって、充電と共に温度保護動作がなされ、制御が電子機器本体側でなされる。すなわち、充電電圧、充電電流、充電完了等に関する制御を行う充電制御回路１１が充電中の電池パックの温度を監視して、温度異常の無いことを確認しながら充電を行う。充電制御回路１１がサーミスタ９の抵抗値（温度検出電圧）を監視して、温度異常を検出した場合には、充電制御スイッチ１２をオフとして充電を停止させる。
【００２８】
図４に示すように、電池パックの回路部２ｄにサーミスタ９を設けず、充電器１１にサーミスタ１４を設ける場合もある。電子機器本体側において、サーミスタ１４が電池パックに近接して設けられる。図４の構成は、電池パックと充電器との接続に必要な端子数が３個から２個に減少する点で有利である。しかしながら、電池パック内にサーミスタを搭載した場合と比較して電池温度の検出精度が落ちる。このため温度補正が必要となる場合がある。
【００２９】
電池パックがＭＣＵ７を搭載している構成（図２参照）には、図５に示すように、サーミスタ９により検出された温度情報（状態情報）が通信端子３ｃを通じて充電器の充電制御回路１１に伝えられる。
【００３０】
充電器の充電制御回路１１に対してアラーム表示部１５が接続されている場合には、充電制御回路１１がＭＣＵ７と通信を行い、充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、アラーム表示部１５によってエンドユーザに知らせる警告表示を行う。警告表示後の対応は、ユーザに頼ることになる。
【００３１】
充電器の充電制御回路１１に対して充電制御スイッチ１２が接続されている場合には、充電制御回路１１がＭＣＵ７と通信を行い、充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、充電スイッチ１２によって充電を停止する。電池パックの状態情報から充電器側でどのような制御をするかを判断できるので、より細かい設定が可能である。充電器側での制御であることから電池異常とすることなく充電を完了できる。
【００３２】
充電時に電池パックにて温度異常を検出した際は、ＭＣＵ７が電池パックの充電スイッチ６を強制的にオフにして充電を停止する。電池パック側で強制的に充電が停止するため、充電器側で電池異常となる。但し、充電器の充電制御スイッチ１２による制御と併用することによって二重保護を行うことができる。具体的には、充電器側の充電停止の温度の設定値以上の電池パック側の充電停止の温度を設定することで、正常動作時にはエンドユーザに違和感無く充電を完了させることができ、充電回路側の異常時には強制的に充電停止を行うことができる。
【００３３】
上述したように、既存技術においては、充電制御回路１１によって温度環境に応じて電圧や電流を制御する必要があり、電池パック単体としては、アラーム表示をしてエンドユーザの対応に頼る構成程度しかできなかった。したがって、充電器と電池パックとの対応関係をとる必要があり、電池パックを交換する場合には、充電器も一緒に交換する必要があった。
【００３４】
電池パック内に充電制御回路２１および充電制御用スイッチ２２を搭載した例を図６に示す。ＭＣＵ７が充電制御回路２１に対して内部通信によって温度情報を伝える。充電制御回路２１が充電制御用スイッチ２２のオン／オフ等の温度制御を温度情報に基づいて行う。この構成は、一番確実な制御方法である。但し、次のデメリットがある。
【００３５】
・電池パック内部での回路規模が大きくなり、コストアップとなる。
・充電と放電と別のラインが必要である。または図６に示すように、切替スイッチ２２が必要とされる。切替スイッチ２２は、充電時にオフで、放電時にオンとなるように、充電制御回路２１によって制御される。
・電池パック内部の回路部２ｆの消費電力が大きくなる。
・充電制御回路２１に含まれる電源回路によって充電時の内部損失の発生とそれに伴う内部発熱が増大する。さらには、内部発熱による熱分布の偏りによるセル劣化のバラツキが発生する。
・充電制御回路２１に含まれる電源回路がＤＣ−ＤＣコンバータの構成とされるので、電池パックが発振回路を持つ。その結果、電池パック単体でのＥＭＣ(Electro-Magnetic
Compatibility)管理が生じ、開発費が大きくなる。
【００３６】
＜本開示による電池パック＞
本開示は、以上の構成の問題点を解決するものである。本開示では、電池パック単体において温度保護動作を行うようにする。充電時の温度保護動作としては、下記の３通り方法がある。
【００３７】
１．充電を停止する。
２．充電電圧を小さくする。
３．充電電流を小さくする。
本開示は、２番目の充電電圧を小さくする保護方法であり、充電時に電池に印加される電圧を電池パック内部で容易に制限するものである。
【００３８】
図７に示すように、一実施の形態では、電池パックは、４本のリチウムイオン二次電池１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが直列接続された電池部と、回路部２ｇとから構成されている。回路部２ｇは、共通のプリント配線基板上に実装されている。電池１ａ〜１ｄは、直列接続されたものである。但し、２個の電池の直列接続に限らず、１または複数の電池を直列および／または並列に接続した構成に対しても本開示を適用できる。
【００３９】
電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器または電子機器（製品）の正極端子および負極端子と接続可能とされる。電子機器は、携帯電話、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）等である。さらに、後述するように、携帯機器以外に電動車両、家庭内電力システムと接続される場合もある。
【００４０】
回路部２ｇは、放電スイッチ５を構成する放電ＦＥＴＱ１と充電スイッチ６を構成する充電ＦＥＴＱ２と、ＭＣＵ７と、電流検出抵抗８と、サーミスタ９とから構成されている。電流検出抵抗８によって、充電電流または放電電流が検出され、検出された値がＭＣＵ７に供給される。サーミスタ９は、例えばＮＴＣサーミスタであって、温度変化に対して負の温度係数を有する。サーミスタ９の抵抗値（温度情報）がＭＣＵ７に供給される。
【００４１】
放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２は、ＭＣＵ７によって制御される。ＭＣＵ７は、電池１ａ〜１ｄのそれぞれの電圧値と、電流検出抵抗８によって検出された電流値と、サーミスタ９により検出された温度情報とを受け取る。ＭＣＵ７がこれらの電圧値、電流値および温度情報を監視し、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２のオン／オフを制御して、電池１ａ〜１ｄが安全な領域の中で動作するようにしている。
【００４２】
充電時には、電池パックの正極端子３ａおよび負極端子３ｂがそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。電池パックにおいて、電池電圧が過充電検出電圧となったことが検出されると、ＭＣＵ７によって充電ＦＥＴＱ２がオフとされ、電池１ａ〜１ｄの電流経路に充電電流が流れないように制御される。充電電流が過大の場合にも充電ＦＥＴＱ２がオフとされる。充電ＦＥＴＱ２のオフ後は、放電ＦＥＴＱ１および寄生ダイオードＤ２を通じて放電のみが可能となる。
【００４３】
放電ＦＥＴＱ１は、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフとされ、電池１ａ〜１ｄの電流経路に放電電流が流れないようにＭＣＵ７によって制御される。放電スイッチのオフ後は、充電のみが可能となる。放電電流が過大の場合にも放電ＦＥＴＱ１がオフとされる。放電ＦＥＴＱ１のオフ後は、充電ＦＥＴＱ２および寄生ダイオードＤ１を通じて充電のみが可能となる。ここで、リチウムイオン二次電池の単体で、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
【００４４】
ＭＣＵ７は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめた、組み込み用のマイクロプロセッサのことである。ＭＣＵ７は、一般的なマイクロプロセッサと異なり、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などのメモリ、Ｉ／Ｏ関連等の多くの周辺機能をＭＣＵ自体に搭載している。
【００４５】
電池パックには、ＭＣＵ７と接続された通信用端子３ｃが設けられ、充電器または電子機器本体は、必要な電池パックの状態情報を通信で受け取ることが可能となる。電子機器は、受け取った情報を用いてエンドユーザに電子機器本体の使用可能時間を表示することができる。さらに、電池パック単体においても、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等により残量レベル表示やアラーム警告表示を行い、ユーザの使い勝手を向上させることが行われる。
【００４６】
なお、ＭＣＵ７の代わりに、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成されるマイクロコンピュータを使用しても良い。さらに、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）等の不揮発性メモリを電池パックに設けるようにしても良い。
【００４７】
一実施の形態の保護動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートの制御は、ＭＣＵ７が行うものである。
【００４８】
ステップＡ（スタート）を起点として、ステップＢ（セット）に制御が移行する。ステップＢは、電池パックを充電器に接続することである。ステップＢは、充電動作に移行することを示している。ステップＢの後のステップＣにおいて、電池温度、電流（充電／放電）および電圧の測定を開始し、ＭＣＵ７が測定値を受け取る。そして、ＭＣＵ７が現在の状態を判定する。
【００４９】
ここで、充電温度保護の制御をするために、状態として、充電電流が流れているか否かの状態と、電池温度がどの温度領域にあるかの状態とが使用される。温度領域は、一例として下記のように設定される。Ｔcellは、サーミスタ９によって検出された電池１ａ〜１ｄの温度である。
【００５０】
通常温度領域：１０℃≦Ｔcell≦４５℃
充電の制御を必要とする温度領域：０℃≦Ｔcell＜１０℃ または
４５℃＜Ｔcell≦６０℃
充電を禁止する温度領域：Ｔcell＜０℃ または Ｔcell＞６０℃
【００５１】
ステップＣの判定の結果、以下のような処理がなされる。
充電電流が流れていない場合（すなわち、無負荷や放電中である場合）
充電時の温度保護を動作させる必要がない。したがって、ステップＣからステップＥに処理が移行する。ステップＥは、「正常充電時、放電時、または放置状態」であり、この状態では、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされる。
【００５２】
そして、ＦＥＴの状態が確定したところで、ステップＧ（各種演算処理）に移行する。ステップＧでは、電池パックの残容量算出処理や、ステップＣの測定結果の履歴などの記録処理がなされる。ステップＣ→ステップＥ→ステップＧの一連の処理は、電池パックの状態の変化が生じない限り設定した時間（例えば１秒乃至数秒）毎に繰り返し行われ、この間、ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２の状態が最前の状態が保持される。この場合の電池パックの状態の変化とは、電流の流れる方向が充電方向に変化することを意味する。
【００５３】
充電中（充電電流＞０［Ａ］の場合には、充電温度保護を働かせる必要がある。ステップＣで測定された電池の温度Ｔcellの属する温度領域に応じた処理がなされる。
・通常温度領域：１０℃≦Ｔcell≦４５℃
ステップＥにおいて放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、通常の充電を行う。制御シーケンスの流れは、上述した充電電流が流れていない場合と同様である。但し、設定時間毎に繰り返し行われるステップＣの測定でセル温度が通信温度領域から外れたとき、ステップＥのＦＥＴの状態は、ステップＣの測定結果の条件に合った状態へ移行する。
【００５４】
・充電を禁止する温度領域：Ｔcell＜０℃ または Ｔcell＞６０℃
ステップＣにおいて、Ｔcellが充電を禁止する領域に含まれると判定される場合、ステップＤにおいて、充電ＦＥＴＱ２がオフとされ、放電ＦＥＴＱ１がオンとされ、充電が禁止される。ステップＣの選定時間毎の測定において、電池の温度状態が変化しない限り、ＦＥＴの状態が保持され続ける。
【００５５】
・充電の制御を必要とする温度領域：０℃≦Ｔcell＜１０℃ または
４５℃＜Ｔcell≦６０℃
ステップＣにおいて、Ｔcellが充電の制御を必要とする温度領域に含まれると判定される場合、ステップＦの充電温度保護状態において、充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、放電ＦＥＴＱ１がオフとされる。ステップＣの選定時間毎の測定において、電池の温度状態が変化しない限り、ＦＥＴの状態が保持され続ける。放電ＦＥＴＱ１がオフされるので、充電電流が充電ＦＥＴＱ２および寄生ダイオードＤ１を経由して流れる。
【００５６】
図９に示すように、放電ＦＥＴＱ１がオフの状態は、放電スイッチ５がオフで、放電スイッチ５と並列に寄生ダイオードＤ１が接続される状態と等価である。したがって、寄生ダイオードＤ１の順方向電圧ＶＦによる電圧降下が生じ、電池１ａ〜１ｄに印加される充電電圧は、順方向電圧ＶＦ分だけ小さくなる。この電圧降下は抵抗器と異なり、充電電流（順方向電流）が小さくなっても大きく変化をしない。具体的な特性例において、２５℃において、順方向電流が６０ｍＡのときに、ＶＦが０．６Ｖとなる。
【００５７】
ＶＦ＝０．６［Ｖ］の例では、電池一段あたり、０．６Ｖ／４＝０．１５Ｖの電圧降下となる。通常充電時の充電電圧が１本の電池当たりで、４．２０Ｖであれば、４．０５Ｖに充電電圧を低下させることができる。
【００５８】
このように、ダイオードＤ１を介して充電を行ったときの充電特性を図１０に示す。充電初期と充電末期にて充電電圧と組み電池総電圧との電圧差（＝ＶＦ）が大きく変化せず、安定していることが分かる。
【００５９】
ステップＦの充電温度保護状態において、充電しているときに、電池温度が変化して例えば通常温度領域に入ったとすると、ステップＥの正常充電状態となり、放電ＦＥＴＱ１がオン状態となる。このため、寄生ダイオードＤ１による電圧降下が発生せず、電圧（４．２０Ｖ）でもって電池が充電される。
【００６０】
逆に、ステップＥの正常充電状態から充電制御を必要とする温度領域に電池の温度が変化した場合には、ステップＦの充電温度保護状態に移行する。この場合、充電電圧（４．２０Ｖ）と電池電圧との電位差にＶＦを加えた電圧によって充電電流が決まってくる。仮に充電完了間際にあるときに、（充電電圧 ＜ 電池電圧＋ＶＦ）となり意図した電圧に下げることができなかったとしても、充電電流は充電回路の定電圧制御により十分に絞られた小さい電流値となる。よって前述の充電時の温度保護方法の３番目の充電電流を小さくする制御と同じ働きになる。
【００６１】
さらに、温度保護の動作中に電池パックが充電器から切り離されたときは、充電電流がゼロとなる。この場合では、ステップＣの測定後直ぐに、ステップＥ（正常時、放電時、放置状態）（放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンした状態）に移行し、放電可能な状態になる。エンドユーザは、違和感無く電池パックを使用することが可能である。
【００６２】
＜変形例＞
以上、本願の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば電圧降下を発生させるための構成については、上述したもの以外の構成が可能である。
上述した例では、充電電圧を下げるために、放電ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードＤ１が使用される。これは必要とする電圧降下がＦＥＴＱ１の寄生ダイオードひとつ分で賄えることによる。電池の直列数が２〜５程度の場合である。そして、充電電流値がそのＦＥＴＱ１の許容損失値を超えないことが必要である。
【００６３】
若し、５直列を超えるような多直の場合や大電流仕様の場合には、寄生ダイオードと別のダイオードにより電圧降下を発生する必要がある。上述の問題の対応方法として、図１１に示すように、充電ＦＥＴＱ２と並列に外付けダイオードＤ１２、Ｄ１３とＦＥＴＱ３を接続する。ダイオードＤ１２およびＤ１３と切替スイッチＳＷとしてのＦＥＴＱ３のドレイン・ソースとが直列に接続される。ＦＥＴＱ３の電流許容条件は、充電電流に流すことができるように設定されている。
【００６４】
通常充電時には、ＦＥＴＱ３がオフとされ、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２がオンとされ、充電電流がＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２を通じて電池に流れる。温度保護動作時には、ＦＥＴＱ３がオンとされ、ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ２が共にオフとされる。充電電流がＦＥＴＱ３と外付けダイオードＤ１２およびＤ１３と寄生ダイオードＤ１とを通じて流れる。したがって、電圧降下としては、図１１に示すように、（ＶＦ１＋ＶＦ２＋ＶＦ３）となる。
【００６５】
電圧降下させたい電圧値によってダイオードの選定の基準（個数、種類等）が変化する。１個のダイオード、複数のダイオードの直列接続、ショットキーバリアダイオードや整流ダイオードなどの順方向電圧降下ＶＦの異なるダイオードによって、電圧降下の値が調整される。特に、充電電流値によっては部品選定以外に更に放電ＦＥＴＱ１の制御方法も変わってくる。
【００６６】
上述したように、１個の寄生ダイオードＤ１のＶＦ１では、電圧降下が不足する場合には、図１１に示すように、充電ＦＥＴＱ２と並列に必要な個数の外付けダイオードが接続される。２個分の電圧降下が必要であれば、放電ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードＤ１に直列に接続される外付けダイオード１個の追加で対応が可能となる。３個分の電圧降下が必要であれば、充電ＦＥＴＱ２と並列に配したダイオードの数を増やすことで対応が可能となる。例えば１０直列に電池を接続した電池パックにおいて、充電温度保護機能を持つために、０．１５Ｖ／cell以上の電圧降下を必要としたとき、ダイオードによる電圧降下が１．５Ｖ以上必要となる。
【００６７】
図１１において、放電ＦＥＴＱ１および充電ＦＥＴＱ２をオフに制御し、切替ＦＥＴＱ３をオンに制御する。この場合では、（ＶＦ１＋ＶＦ２＋ＶＦ３）が例えば１．８Ｖとなる。１０直列では、０．１８Ｖ／cellとなる。通常充電時に４．２０Ｖで充電している場合、充電温度保護動作が働くと、充電電圧を４．０２Ｖ／cellへ抑えることが可能となる。
【００６８】
充電電流値が一つのＦＥＴの許容損失以上である場合には、図１２に示すように対応する。放電ＦＥＴＱ１と並列に放電ＦＥＴＱ４が接続される。放電ＦＥＴＱ４も寄生ダイオードＤ４を有する。充電温度保護動作を働かせた場合、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４がオフとされる。並列接続の寄生ダイオードＤ１およびＤ４に電流が流れる。
【００６９】
しかしながら、寄生ダイオードＤ１およびＤ４に電流を流した場合、順方向電圧降下ＶＦのバラツキのため、より小さいＶＦの箇所に偏って電流が多く流れることがある。充電電流値がひとつのＦＥＴの許容損失を超えない大きさならば寄生ダイオードを使用しても問題無い。しかしながら、充電電流値がひとつのＦＥＴの許容損失を超える場合には、異常発熱から破壊に至る可能性がある。従って並列接続の場合は、そのＦＥＴの寄生ダイオードを使うことは止める判断が必要となる場合がある。
【００７０】
したがって、この場合には、充電ＦＥＴＱ２（充電スイッチ６）のみをオフとし、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４がオンとされる。その結果、放電ＦＥＴＱ１およびＦＥＴＱ４の寄生ダイオードの電圧降下が含まれないので、（ＶＦ２＋ＶＦ３）が電圧降下となる。
【００７１】
上述した本開示による電池パックは、以下のような利点を有する。
・電池パックのみで充電温度保護の制限ができ、充電時の安全性と長期信頼性を確保できる。
・不特定多数の充電器に接続される電池パックでも充電温度保護をすることができる。
・ＭＣＵによって充電／放電保護制御している場合は、既存回路のままで、ソフトウェアのみを変更することで対応できる。
・放電制御用ＦＥＴの寄生ダイオードを利用することで安価に対応ができる。
・大電流充電もしくは並列接続使用をするＦＥＴの場合などの寄生ダイオードを使えない状況では、通常のダイオードと組み合わせることで、最小の回路変更で対応できる。
【００７２】
＜応用例＞
本開示は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示は、上述した電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システムである。
本開示は、上述した電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した電池パックの充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から電池パックに電力を供給する電力システムである。
【００７３】
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１３を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【００７４】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【００７５】
蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の電池パックが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
【００７６】
各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【００７７】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【００７８】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。
【００７９】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
【００８０】
以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【００８１】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【００８２】
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１４を参照して説明する。図１４に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【００８３】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。電池２０８に対して、上述した本開示の電池パックが適用される。
【００８４】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【００８５】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。
【００８６】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。
【００８７】
電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【００８８】
図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
【００８９】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１、１ａ〜１ｄ・・・電池
２ａ〜２ｇ・・・回路部
５・・・放電スイッチ
６・・・充電スイッチ
７・・・ＭＣＵ
８・・・電流検出抵抗
９・・・サーミスタ
Ｑ１・・・放電制御ＦＥＴ
Ｑ２・・・充電制御ＦＥＴ
Ｄ１，Ｄ２・・・寄生ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数の電池と、
前記電池の充放電を制御する制御部と、
前記電池の温度を測定し、測定された温度情報を前記制御部に供給する温度検出部と、
前記電池に対する電流路に配され、前記制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備え、
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、放電制御用スイッチをオフにし、充電制御用スイッチをオンし、
前記放電制御用スイッチに対して並列に接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用して前記電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる電池パック。
【請求項２】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第１のＦＥＴをオフし、前記第２のＦＥＴをオンし、前記第１のＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧降下を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記第２のＦＥＴと並列に第３のＦＥＴおよびダイオードの直列回路を接続し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第２のＦＥＴをオフすると共に、前記第３のＦＥＴをオンし、
前記第２のＦＥＴに対して並列接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記第２のＦＥＴと並列に第３のＦＥＴおよびダイオードの直列回路を接続し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第２のＦＥＴをオフすると共に、前記第３のＦＥＴをオンし、
前記第１のＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧降下と、前記第２のＦＥＴに対して並列接続されたダイオードの順方向電圧降下との和の電圧を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項５】
前記充電の制御を必要とする温度領域は、充電禁止の温度領域と、通常充電の温度領域との間に設定される請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記制御部がソフトウェア処理によって保護動作を制御する請求項１に記載の電池パック。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システム。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
【請求項９】
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、請求項１〜６の何れかに記載の電池パックの充放電制御を行う電力システム。
【請求項１０】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から前記電池パックに電力を供給する電力システム。
【請求項１】
１または複数の電池と、
前記電池の充放電を制御する制御部と、
前記電池の温度を測定し、測定された温度情報を前記制御部に供給する温度検出部と、
前記電池に対する電流路に配され、前記制御部によってそれぞれ制御される放電制御用スイッチおよび充電制御用スイッチとを備え、
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された温度が充電の制御を必要とする温度領域に含まれる場合に、放電制御用スイッチをオフにし、充電制御用スイッチをオンし、
前記放電制御用スイッチに対して並列に接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用して前記電池に対する充電電圧を通常充電時に比して低下させる電池パック。
【請求項２】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第１のＦＥＴをオフし、前記第２のＦＥＴをオンし、前記第１のＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧降下を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記第２のＦＥＴと並列に第３のＦＥＴおよびダイオードの直列回路を接続し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第２のＦＥＴをオフすると共に、前記第３のＦＥＴをオンし、
前記第２のＦＥＴに対して並列接続されたダイオードの順方向電圧降下を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記放電制御用スイッチを第１のＦＥＴによって構成し、前記充電制御用スイッチを第２のＦＥＴによって構成し、
前記第２のＦＥＴと並列に第３のＦＥＴおよびダイオードの直列回路を接続し、
前記電池に対する充電電圧を低下させるために、前記第２のＦＥＴをオフすると共に、前記第３のＦＥＴをオンし、
前記第１のＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧降下と、前記第２のＦＥＴに対して並列接続されたダイオードの順方向電圧降下との和の電圧を利用する請求項１に記載の電池パック。
【請求項５】
前記充電の制御を必要とする温度領域は、充電禁止の温度領域と、通常充電の温度領域との間に設定される請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
前記制御部がソフトウェア処理によって保護動作を制御する請求項１に記載の電池パック。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックが再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって充電される電力システム。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電池パックに関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
【請求項９】
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、請求項１〜６の何れかに記載の電池パックの充放電制御を行う電力システム。
【請求項１０】
請求項１〜６の何れかに記載の電池パックから、電力の供給を受け、発電装置または電力網から前記電池パックに電力を供給する電力システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２２７９８６（Ｐ２０１２−２２７９８６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０５７６（Ｐ２０１１−９０５７６）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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