JP2002208443A

JP2002208443A - パック電池

Info

Publication number: JP2002208443A
Application number: JP2001004251A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Itagaki; 真一板垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP4803880B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機器から外した状態で超低電力消費にする。
出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるのを阻
止して安全に使用できるようにする。【解決手段】パック電池は、電池１と直列に接続して
いるメインスイッチ３と、このメインスイッチ３をオン
オフに制御する制御回路４と、メインスイッチ３と並列
してなるバイパス放電回路１０とを備える。バイパス放
電回路１０は、出力電流を制限する保護素子１２を有す
る。制御回路４は、パック電池を機器９に装着しないで
外した状態でメインスイッチ３をオフに保持する。パッ
ク電池が機器９に装着され、機器９から起動信号が入力
されると、制御回路４はメインスイッチ３をオフからオ
ンに切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器から外した状
態で安全に使用できるパック電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】パック電池は、機器から外した状態で出
力端子を短絡させると大きなショート電流が流れる。大
きなショート電流は、電池性能を著しく低下させるばか
りでなく、電池やリード線を加熱するので決して好まし
い状態でない。この状態にならないように、図１の回路
図に示すように、電池１と出力端子２との間にメインス
イッチ３を設けたパック電池が開発されている。このパ
ック電池は、機器９から外した状態でメインスイッチ３
をオフに保持する。したがって、機器９から外して出力
端子２を短絡していも、ショート電流が流れることはな
い。ただ、メインスイッチ３をオフに保持するので、機
器９に装着しても放電できず、機器９に電力を供給でき
ない。このため、このパック電池は、メインスイッチ３
をオンに切り換えないかぎり、機器９をパック電池で起
動できない。

【０００３】図のパック電池は、メインスイッチ３をオ
フからオンに切り換える制御回路４を備える。制御回路
４は、パック電池を機器９に装着したことを検出する検
出部５と、この検出部５の信号でメインスイッチ３をオ
ンに切り換える信号を出力する制御部６を備え、検出部
５と制御部６を動作状態として待機させている。パック
電池が機器９に装着されると、動作状態にある検出部５
と制御部６がメインスイッチ３をオフからオンに切り換
えて、放電できる状態に切り換える。検出部５は、機器
９に装着したことを検出するために、専用に設けている
装着検出端子１４を介して機器９に接続される。機器側
では、装着されたパック電池の装着検出端子１４をアー
スに接続する。装着検出端子１４がアースに接続される
と、パック電池の検出部５と制御部６は、メインスイッ
チ３をオフからオンに切り換える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１に示すパック電池
は、機器９から外した状態でメインスイッチ３をオフに
保持して、出力端子２が短絡したときのショート電流を
阻止できる。さらに、このパック電池は、検出部５と制
御部６のみを動作状態に待機させて、保護部７と積算部
８を非動作状態にして待機できる。このため、パック電
池を機器９から外した状態で、制御回路４の消費電流を
極めて小さくして、超低消費電力状態にできる特長もあ
る。機器から外したパック電池の消費電力をいかに少な
くできるかは、パック電池にとって極めて大切なことで
ある。それは、パック電池を機器から長い時間外した状
態で、内蔵している電池の過放電を防止するためであ
る。機器から外されたパック電池は、充電されることが
なく、制御回路が消費する電力で残容量が次第に少なく
なる。残存量が０になって、さらにパック電池が機器に
装着されないと、電池の放電が進行して過放電となる。
電池は、過放電になると著しく性能が低下する。

【０００５】図１のパック電池は、ショート電流を阻止
しながら、消費電力も小さくできる優れた特長がある。
ただ、このパック電池は、機器に装着したことを検出す
るために、専用の装着検出端子を設ける必要がある。装
着検出端子は、パック電池と機器の両方に設けるので、
コネクターや端子の製造コストが高くなり、また、接続
部分、基板等の寸法が大きくなる欠点もある。

【０００６】ところで、パック電池は、装着される機器
との間で、電池の残容量等の情報を伝送する情報端子を
備えるものがある。情報端子を専用の装着検出端子に利
用できるなら、専用の装着検出端子を設けることなく、
前述の動作をさせることができる。しかしながら、情報
端子は、専用の装着検出端子には併用できない。それ
は、情報端子をアースに接続できず、また、機器が情報
端子から信号を出力できるのは、動作状態になった後で
あるからである。情報端子をアースに接続できないの
は、アースに接続して情報を伝送できないからである。
さらに、機器を動作状態に切り換えるには、メインスイ
ッチをオフからオンに切り換える必要があるので、メイ
ンスイッチをオフとするパック電池を機器に装着して、
情報端子からパック電池に信号を出力できない。

【０００７】したがって、情報端子を装着検出端子に併
用するパック電池は、図２に示すように、機器９から外
した状態でメインスイッチ３をオン状態に保持する必要
がある。このパック電池は、出力端子２を短絡させると
大きなショート電流が流れるので、この状態を保護する
ために、制御回路４の保護部７を動作状態に待機させる
必要がある。このため、保護部７が電力を消費して、機
器９から外した状態で超低電力消費にできない欠点があ
る。

【０００８】本発明は、このような欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、機器から外した状態で超低電力消費にできると共
に、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れるの
を阻止して安全に使用できるパック電池を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のパック電池は、
電池１と直列に接続しているメインスイッチ３と、この
メインスイッチ３をオンオフに制御する制御回路４と、
メインスイッチ３と並列してなるバイパス放電回路１０
とを備える。バイパス放電回路１０は、出力電流を制限
する保護素子１２を有する。制御回路４は、パック電池
を機器９に装着しないで外した状態でメインスイッチ３
をオフに保持する。パック電池が機器９に装着され、機
器９から起動信号が入力されると、制御回路４はメイン
スイッチ３をオフからオンに切り換える。

【００１０】パック電池は、好ましくは制御回路４に接
続している通信端子１３を備える。このパック電池は、
通信端子１３を介して機器９から起動信号を入力するこ
とができる。ただ、通信端子１３ではなくて、出力端子
２を使用して機器９からパック電池の制御回路４に起動
信号に入力することもできる。

【００１１】このパック電池は、機器９から外された状
態で、保護素子１２を有するバイパス放電回路１０を介
して電池１を出力端子２に接続しているが、メインスイ
ッチ３はオフに保持される。この状態にあるパック電池
は、出力端子２をショートしても大電流が流れることは
ない。保護素子１２を有するバイパス放電回路１０を介
して電池１を放電するからである。さらに、この状態の
パック電池は、大電流で放電はできないが、機器９に装
着して機器９を起動する電流は供給できる。したがっ
て、機器９に装着されると、パック電池で機器９を起動
できる。起動された機器９は、通信端子１３を介してパ
ック電池に起動信号を出力できる。起動信号を検出した
パック電池は、制御回路４でメインスイッチ３をオンに
切り換える。この状態になると、電池１はメインスイッ
チ３で機器９に接続される。

【００１２】このパック電池は、バイパス放電回路１０
で、出力端子２がショートしたときの大きな短絡電流を
阻止するので、制御回路４に内蔵している保護部７を動
作状態で待機させる必要がない。このため、パック電池
を機器９から外した状態での電力消費を少なくできる。

【００１３】バイパス放電回路１０には、好ましくは、
パック電池を機器９から外した状態で制御回路４でオン
に切り換えられている補助スイッチ１１と、出力電流を
制限する保護素子１２とを直列に接続している回路とす
る。このバイパス放電回路１０は、出力端子２がショー
トしたときに大電流が流れるのを保護素子１２で阻止で
きる。また、メインスイッチ３をオンに切り換えた後
は、補助スイッチ１１をオフにして、保護素子１２に通
電しない状態にできる。保護素子１２には、好ましくは
ＰＴＣを使用する。

【００１４】制御回路４は、メインスイッチ３をオンオ
フに切り換える制御部６と、機器９から入力される起動
信号を検出して制御部６を制御する検出部５と、電池１
の残容量を検出する積算部８と、電池電圧を検出して制
御部６を介してメインスイッチ３をオンオフに切り換え
る保護部７とで構成することができる。このパック電池
は、機器９から外した状態で、制御部６と検出部５を動
作状態として、積算部８と保護部７とを非動作状態とす
ることができる。

【００１５】パック電池に設けている通信端子１３は、
機器９に接続する状態でパック電池と機器９との間の情
報を伝送する端子である。したがって、この通信端子１
３は、たとえば、パック電池から機器９に、電池１の残
容量や最大充電容量等の情報を伝送する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するも
のであって、本発明はパック電池を以下のものに特定し
ない。

【００１７】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１８】図３に示すパック電池は、充電できる電池
１と、この電池１と直列に接続しているメインスイッチ
３と、このメインスイッチ３をオンオフに制御する制御
回路４と、メインスイッチ３と並列に接続しているバイ
パス放電回路１０とを備える。

【００１９】電池１は、リチウムイオン二次電池であ
る。ただ、電池にはニッケル−水素電池やニッケル−カ
ドミウム電池も使用できる。パック電池に内蔵される電
池１は、１個または複数である。

【００２０】メインスイッチ３は、電池１とパック電池
の出力端子２との間に直列に接続される。図のパック電
池は、電池１と出力端子２の＋側にメインスイッチ３を
接続している。電池１の−側は、出力端子２に直接に接
続している。メインスイッチ３は、トランジスターやＦ
ＥＴ等の半導体のスイッチング素子である。ただ、リレ
ーのように機械的な接点を有するものも使用できる。メ
インスイッチ３は、制御回路４に制御されてオンオフに
切り換えられる。メインスイッチ３は、制御回路４に制
御されて、パック電池を機器９に装着するときにオン、
機器９から外されるとオフに切り換えられる。

【００２１】バイパス放電回路１０は、出力電流を制限
する保護素子１２を有し、図のバイパス放電回路１０
は、補助スイッチ１１と保護素子１２を直列に接続して
いる。保護素子１２はＰＴＣである。ただ、保護素子に
は、ヒューズや、過大な電流が流れると電流を遮断する
ブレーカ等も使用できる。補助スイッチ１１は、メイン
スイッチ３と同じように、トランジスターやＦＥＴ等の
半導体のスイッチング素子である。補助スイッチ１１
も、制御回路４に制御されてオンオフに切り換えられ
る。補助スイッチ１１は、制御回路４に制御されて、パ
ック電池を機器９から外す状態でオン、機器９に装着し
てメインスイッチ３がオンになるとオフに切り換えられ
る。さらに、補助スイッチ１１は、電池１の過充電と過
放電を阻止するときにもオフに切り換えられる。

【００２２】図の制御回路４は、メインスイッチ３をオ
ンオフに切り換える制御部６と、機器９から入力される
起動信号を検出して制御部６を制御する検出部５と、電
池１の残容量を検出する積算部８と、電池電圧を検出し
て制御部６を介してメインスイッチ３をオンオフに切り
換える保護部７とを備える。

【００２３】制御部６は、検出部５や保護部７から入力
される信号で、メインスイッチ３をオンオフに切り換え
る信号をメインスイッチ３であるスイッチング素子に出
力する。制御部６は、検出部５または保護部７から、メ
インスイッチ３をオンにする信号が入力されると、メイ
ンスイッチ３をオンにする制御信号をメインスイッチ３
に出力する。たとえば、制御部６は、検出部５や保護部
７からメインスイッチ３のオン信号が入力されると、”
Ｈｉｇｈ”を出力して、メインスイッチ３であるトラン
ジスターやＦＥＴ等のスイッチング素子をオンにする。
検出部５や保護部７から、メインスイッチ３をオフにす
る信号が入力されると、”Ｌｏｗ”信号を出力してメイ
ンスイッチ３であるスイッチング素子をオフにする。

【００２４】さらに、制御部６は、メインスイッチ３を
オンにするときに、補助スイッチ１１をオフとし、メイ
ンスイッチ３をオフにするときに、補助スイッチ１１を
オンにする信号を補助スイッチ１１であるスイッチング
素子に出力する。したがって、制御部６は、メインスイ
ッチ３と補助スイッチ１１に”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”
の反対の信号を出力する。

【００２５】検出部５は、機器９から入力される起動信
号を検出して、制御部６にオンオフの信号を出力する。
図のパック電池は、検出部５を通信端子１３に接続して
いる。このパック電池は、通信端子１３に入力される起
動信号を検出部５で検出する。通信端子１３を介して機
器９からパック電池に起動信号を伝送する構造は、簡単
な回路で機器９からパック電池に正確に起動信号を伝送
できる。ただ、本発明のパック電池は、かならずしも通
信端子１３を設ける必要はない。機器９からパック電池
に、出力端子２を介して起動信号や情報信号を伝送でき
るからである。出力端子２から起動信号を伝送するに
は、たとえば、搬送波を起動信号や情報信号で変調して
機器９からパック電池に伝送し、あるいは、機器側にお
いて、機器９に影響を与えない極めて短時間に＋−の出
力端子２をスイッチングして、出力端子２の電圧を瞬間
的に変化させて、この電圧の変化で起動信号や情報信号
を伝送する。制御部６と検出部５は、パック電池が機器
９に装着されたことを検出して、メインスイッチ３をオ
ンに切り換えるので、パック電池を機器９から外した状
態においても動作状態とする。

【００２６】積算部８は、パック電池を機器９に装着す
る状態で動作して、電池１の残容量を演算する。電池１
の残容量は、充電電流の積算値から放電電流の積算値を
減算して演算できる。積算部８が積算した電池１の残容
量は、通信端子１３を介して機器９に伝送される。この
信号も、出力端子２を介して機器９に伝送することがで
きる。制御回路４に積算部８を設けているパック電池
は、電池１の残容量を機器９に伝送できるので、機器側
でパック電池の使用時間を判別できる。このことは、た
とえば、機器９をマイコンとする場合に大切である。そ
れは、パック電池の残容量が少なくなると、完全に放電
される前に、マイコンを終了できるからである。積算部
８は、パック電池を機器９から外した状態では機器９に
残容量を知らせる必要がないので、パック電池を機器９
に装着した状態で動作状態として、機器９から外された
状態で非動作状態とされる。

【００２７】保護部７は、電池１の電圧を検出して、電
池１を過充電と過放電から保護する。電池電圧が設定し
ている最高電圧よりも高くなり、あるいは、設定してい
る最低電圧よりも低くなると、保護部７は制御部６にメ
インスイッチ３と補助スイッチ１１をオフにする信号を
出力して、電池１の過充電と過放電を防止する。電池電
圧が最高電圧よりも高くなると、メインスイッチ３と補
助スイッチ１１をオフにして充電を停止させるが、充電
を停止して放電させるときは、メインスイッチ３をオン
にして機器９に電力を供給できる状態とする。また、電
池電圧が最高電圧よりも高くなって、オフに切り換えら
れた補助スイッチ１１も、パック電池が機器９から外さ
れた後は、オンに切り換えられて放電できる状態とす
る。

【００２８】この図のパック電池は、以下の動作をし
て、機器９から外した状態で出力端子２がショートした
ときに大きな短絡電流が流れるのを防止し、また、機器
９に装着した状態で機器９に電力を供給する。

【００２９】［パック電池を機器から外した状態で出力
端子がショートしたとき］機器９から外した状態にあるパック電池は、制御回
路４で、メインスイッチ３がオフ、バイパス放電回路１
０の補助スイッチ１１がオンに保持されている。パック電池の出力端子２が、何らかの原因でショー
トする。出力端子２がショートしたパック電池は、保護素子
１２を有するバイパス放電回路１０を介して電池１が放
電されるので、保護素子１２によって大きな短絡電流が
流れるのが阻止される。

【００３０】［パック電池を機器に装着して電力を供給
するとき］機器９から外した状態にあるパック電池は、制御回
路４で、メインスイッチ３がオフ、バイパス放電回路１
０の補助スイッチ１１がオンに保持されている。パック電池を機器９に装着する。このとき、電池１
は、バイパス放電回路１０を介して出力端子２から放電
される。この状態のパック電池は、保護素子１２を有す
るバイパス放電回路１０によって、大電流で放電はでき
ないが、機器９を起動する電流は供給できる。パック電池から供給される電力で機器９が起動さ
れ、機器９から起動信号がパック電池に入力される。起
動された機器９は、通信端子１３を介して、あるいは、
出力端子２を介してパック電池に起動信号を出力する。機器９から起動信号が入力されると、制御回路４
は、メインスイッチ３をオフからオンに切り換える。この状態で、電池１は、オン状態のメインスイッチ
３を介して機器９に接続されて、機器９に電力を供給す
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明のパック電池は、機器から外した
状態で、出力端子を短絡して大きなショート電流が流れ
るのを阻止して安全に使用できる特長がある。それは、
本発明のパック電池が、メインスイッチと並列してなる
バイパス放電回路を備え、このバイパス放電回路が出力
電流を制限する保護素子を有しており、パック電池を機
器に装着しない状態では制御回路がメインスイッチをオ
フに保持すると共に、パック電池を機器に装着して機器
から起動信号が入力されると、制御回路がメインスイッ
チをオフからオンに切り換えるようにしているからであ
る。このパック電池は、出力端子をショートしても、保
護素子を有するバイパス放電回路を介して電池を放電す
るので、大電流が流れることはない。このため、出力端
子を短絡しても大きなショート電流が流れるのを確実に
阻止できる。

【００３２】しかも、バイパス放電回路を備えるパック
電池は、大電流で放電はできないが、機器に装着される
と機器を起動する電流は供給できる。したがって、起動
される機器からの信号によって、制御回路でメインスイ
ッチをオンに切り換えて、装着された機器に電力を供給
して安全に使用できる。

【００３３】さらに、本発明のパック電池は、バイパス
放電回路が大きな短絡電流を阻止するので、制御回路に
内蔵している保護部を動作状態で待機させる必要がな
く、パック電池を機器から外した状態での電力消費を少
なくして超低電力消費にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のパック電池の概略回路図

【図２】従来のパック電池の概略回路図

【図３】本発明の実施例のパック電池の概略回路図

【符号の説明】

１…電池２…出力端子３…メインスイッチ４…制御回路５…検出部６…制御部７…保護部８…積算部９…機器１０…バイパス放電回路１１…補助スイッチ１２…保護素子１３…通信端子１４…装着検出端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池(1)と直列に接続しているメインス
イッチ(3)と、このメインスイッチ(3)をオンオフに制御
する制御回路(4)と、メインスイッチ(3)と並列に接続し
ているバイパス放電回路(10)とを備え、バイパス放電回
路(10)は、出力電流を制限する保護素子(12)を有し、制御回路(4)はパック電池を機器(9)に装着されない状態
でメインスイッチ(3)をオフとし、パック電池を機器(9)
に装着して機器(9)から起動信号が入力されるとメイン
スイッチ(3)をオフからオンに切り換えるようにしてな
るパック電池。
【請求項２】パック電池が、機器(9)から制御回路(4)
に起動信号を入力する通信端子(13)を備える請求項１に
記載されるパック電池。
【請求項３】バイパス放電回路(10)が、パック電池を
機器(9)から外した状態で制御回路(4)でオンに切り換え
られる補助スイッチ(11)と、出力電流を制限する保護素
子(12)とを直列に接続してなる回路である請求項１に記
載されるパック電池。
【請求項４】保護素子(12)がＰＴＣである請求項１に
記載されるパック電池。
【請求項５】制御回路(4)が、メインスイッチ(3)をオ
ンオフに切り換える制御部(6)と、機器(9)から入力され
る起動信号を検出して制御部(6)を制御する検出部(5)
と、電池(1)の残容量を検出する積算部(8)と、電池電圧
を検出して制御部(6)を介してメインスイッチ(3)をオン
オフに切り換える保護部(7)とを備え、パック電池を機
器(9)から外す状態で、制御部(6)と検出部(5)を動作状
態として、積算部(8)と保護部(7)とを非動作状態とする
請求項１に記載されるパック電池。
【請求項６】通信端子(13)が機器(9)に接続する状態
でパック電池と機器(9)との間の情報を伝送する端子で
ある請求項２に記載されるパック電池。