JP3897541B2

JP3897541B2 - 電池パックシステム

Info

Publication number: JP3897541B2
Application number: JP2001158614A
Authority: JP
Inventors: 忠雄木村; 利明中西
Original assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: US20020177034A1; US6955859B2; EP1263110A2; EP1263110A3; JP2002354702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル−水素二次電池などのニッケル酸化物を活物質として正極に含む二次電池の電池パックシステムに関し、特に、鉛蓄電池等に対するような電圧制御で充電を行なう機器に対しても適用可能な電池パックシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池パックシステムについて、図４を参照して説明する。
【０００３】
図４は、従来の電池パックシステムの概略構成図である。図４において、従来の電池パックシステム４０は、使用機器側に接続される入出力端子である正極端子４１、負極端子４２と、二次電池である少なくとも１つの単電池を組み合わせた組電池４３と、組電池４３の電池状態（例えば、電圧、電流、温度、充電状態等）ＢＳを検出する検出部４４と、使用機器側に接続され、検出部４４から電池状態に関する情報ＢＩが出力される制御端子４５とからなる。
【０００４】
かかる電池パックシステム４０においては、通常、電池状態に関する情報ＢＩが、検出部４４から制御端子４５を介して電池パックシステム４０を使用する機器側に送信される。使用機器は、送信された電池状態に関する情報ＢＩ（例えば、充電状態情報）に基づいて、電池パックシステム４０に対して充電や放電を制御する構成をとっている。
【０００５】
かかる電池パックシステム４０は、そのユーザにとって、使用機器の高性能化や軽量化等を達成するために、使用機器側の充電装置の構成を変更せずに、軽量、高出力性能、長寿命等の二次電池を含むものと容易に交換できることが望ましい。
【０００６】
例えば、特開平９−２８５０１８号公報には、電流制御で充電を行なうニッケル−カドミウム二次電池を含む電池パックと充電時にも互換性があり、ニッケル−カドミウム二次電池に比べてエネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、電圧制御で充電を行なうリチウムイオン二次電池を含む電池パックシステムが開示されている。
【０００７】
この電池パックシステムを用いれば、ニッケル−カドミウム二次電池を含む電池パックを使用していた機器側の充電装置の構成を変更しなくても、電池パックの交換が可能になるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池パックシステムの使用機器が、鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池等の使用を目的として、電流制御に比べて構成が簡単な電圧制御により充電制御を行なうように構成されており、その使用機器に、高いエネルギー密度と高い出力密度を兼ね備える高性能なニッケル−水素二次電池等を含む電池パックシステムを搭載しようとした場合、使用機器側は、検出部から送信される電池状態に関する情報に基づいて充電制御を行なう必要があるため、大幅な充電装置の改造が必要となり、コストアップにもつながる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の電圧制御による充電制御を変更することなく、すなわち使用機器側の改造を行なうことなく、容易に交換可能である、電流制御による充電が必要な高性能な二次電池を含む電池パックシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電池パックシステムは、ニッケル酸化物を活物質として正極に含む二次電池である少なくとも１つの単電池が組み合わされた組電池と、組電池における充電状態を含む電池状態を検出し、充電状態に応じた抵抗値制御信号を発信する検出部と、検出部により発信された前記抵抗値制御信号に応じて充電電流値を調整するために、組電池に直列接続された電流調整部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この電池パックシステムにおいて、電流調整部は、検出部により発信された前記抵抗値制御信号に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗手段を含むことが好ましい。
【００１２】
この場合、可変抵抗手段は、複数のスイッチ素子と、各々が複数のスイッチ素子のそれぞれに対応した複数の抵抗素子とを含み、検出部により検出された充電状態に応じて複数のスイッチ素子が選択的に開閉制御されることが好ましい。
【００１３】
また、可変抵抗手段は、組電池に対する連続充電時には、検出部により検出された充電状態に応じて抵抗値を増大させ、組電池の実使用時には抵抗値を減少させることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る電池パックシステムは、電流調整部に直列に接続され、組電池に対する充電方向の電流のみを導通させる第１の整流素子と、電流調整部および第１の整流素子と並列に接続され、組電池に対する放電方向の電流のみを導通させる第２の整流素子とを備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る電池パックシステムにおいて、検出部は、組電池の端子電圧、充電電流、および温度に基づいて前記充電状態を検出することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る電池パックシステムにおいて、ニッケル−水素二次電池を用いることが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、鉛畜電池等の使用を目的として、電流制御に比べて構成が簡単な電圧制御により充電制御を行なっている機器に、高性能なニッケル−水素二次電池等を含む電池パックシステムを搭載しようとした場合、検出部が、二次電池の充電状態に応じて、電流調整部における可変抵抗手段の抵抗値を調整することで、電池パックシステム自身で二次電池への充電量を調整することができる。
【００１８】
これにより、使用機器側で、電流制御による充電制御のための改造を行なう必要がなく、従来の電圧制御による充電制御のままで、高性能なニッケル−水素二次電池等を含む電池パックシステムに交換することが可能になる。
【００１９】
また、充電電流が流れる経路にのみ電流調整部を設けることで、短期間で充電と放電が切り換わるようなハイブリッド車両等にも、本発明に係る電池パックシステムを動力源として適用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による電池パックシステムの概略構成図である。
【００２２】
図１において、電池パックシステム１０は、使用機器側に接続される入出力端子である正極端子１１、負極端子１２と、例えばニッケル−水素二次電池からなる少なくとも１つの単電池を組み合わせた組電池１３と、組電池１３の電池状態（例えば、電圧、電流、温度等）ＢＳを検出し、充電状態を検出する検出部１４と、検出部１４により検出された充電状態に応じた抵抗値制御信号ＲＣにより、可変抵抗手段の抵抗値を可変設定し、充電電流を調整する電流調整部１５とからなる。
【００２３】
図２は、電流調整部１５を構成する可変抵抗手段の一構成例を示すブロック図である。図２において、１５１は、ｎ個のスイッチ素子１５１１、１５１２、…、１５１ｎからなるスイッチ素子群であり、一端が共通に接続されている。
【００２４】
１５２１、１５２２、…、１５２ｎはｎ個の抵抗素子であり、それぞれ、一端が対応するスイッチ素子１５１１、１５１２、…、１５１ｎの他端に接続され、他端が共通に接続されている。抵抗素子１５２１、１５２２、…、１５２ｎはそれぞれ、異なる抵抗値を有する。
【００２５】
１５３は、図１の検出部１４からの抵抗値制御信号ＲＣを受けて、スイッチ素子群１５１の各スイッチ素子１５１１、１５１２、…、１５１ｎを選択的に開閉制御するスイッチ（ＳＷ）制御部である。
【００２６】
次に、このように構成された電流調整部１５の動作について説明する。
【００２７】
まず、使用機器側から組電池１３への連続充電時には、スイッチ制御部１５３は、検出部１４からの抵抗値制御信号ＲＣに応じて、各スイッチ素子１５１１、１５１２、…、１５１ｎを選択的に開閉制御して、抵抗素子全体としての合成抵抗値を増大させる。これにより、電流制御による充電制御を、使用機器側でなく、電池パックシステム１０側で行なうことができる。
【００２８】
一方、検出部１４が、組電池１３の充電状態が満充電状態に達したことを検出すると、検出部１４は、使用機器による組電池１３の実使用に対して、抵抗値制御信号ＲＣを介して、電流調整部１５のスイッチ制御部１５３に、各スイッチ素子１５１１、１５１２、…、１５１ｎをすべて閉状態に制御して、抵抗素子全体としての合成抵抗値を最低値にするよう指示する。
【００２９】
（第２の実施形態）
電池パックシステムが、例えばハイブリッド車両等のような、短期間で充電と放電が切り換わる機器に使用される場合に、かかる使用機器に適用可能な電池パックシステムを第２の実施形態として説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態による電池パックシステムの概略構成図である。なお、図３において、図１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、図３に示すように、電流調整部１５と直列に接続され、充電方向の電流のみを導通させる第１のダイオード３６（第１の整流素子）と、第１のダイオード３６および電流調整部１５と並列に接続され、放電方向の電流のみを導通させる第２のダイオード３７（第２の整流素子）とを設けた点にある。
【００３２】
これにより、組電池１３に対する充電時にのみ電流調整部１５を機能させることができ、短期間で充電と放電とが切り換わる使用機器に対しても、組電池１３の放電による電池出力性能を十分に確保することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、スイッチ素子と抵抗素子とを直列に接続し、それを並列に接続することで可変抵抗手段を構成したが、本発明はこれに限定されず、スイッチ素子と抵抗素子を並列に接続し、それを直列に接続すること等でも、可変抵抗手段を構成することができる。また、それ以外の構成で同様の機能を実現するものであればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流制御に比べて構成が簡単な電圧制御により充電制御を行なっている機器に、高性能なニッケル−水素二次電池等を含む電池パックシステムを搭載しようとした場合でも、電池パックシステム自身で二次電池への充電量を調整することにより、使用機器側で、電流制御による充電制御のための改造を行なう必要がなく、従来の電圧制御による充電制御のままで、高性能なニッケル−水素二次電池等を含む電池パックシステムに交換することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による電池パックシステムの概略構成図
【図２】図１の電流調整部１５の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第２の実施形態による電池パックシステムの概略構成図
【図４】従来の電池パックシステムの概略構成図
【符号の説明】
１０、３０電池パックシステム
１１正極端子
１２負極端子
１３組電池
１４検出部
１５電流調整部
１５１スイッチ素子群
１５１１〜１５１ｎスイッチ素子
１５２１〜１５２ｎ抵抗素子
１５３スイッチ（ＳＷ）制御部
３６第１のダイオード（第１の整流素子）
３７第２のダイオード（第２の整流素子）

Claims

ニッケル酸化物を活物質として正極に含む二次電池である少なくとも１つの単電池が組み合わされた組電池と、
前記組電池における充電状態を含む電池状態を検出し、充電状態に応じた抵抗値制御信号を発信する検出部と、
前記検出部により発信された前記抵抗値制御信号に応じて充電電流値を調整するために、前記組電池に直列接続された電流調整部とを備えたことを特徴とする電池パックシステム。
前記電流調整部は、前記検出部により発信された前記抵抗値制御信号に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗手段を含むことを特徴とする請求項１記載の電池パックシステム。
前記可変抵抗手段は、複数のスイッチ素子と、各々が前記複数のスイッチ素子のそれぞれに対応した複数の抵抗素子とを含み、前記検出部により検出された充電状態に応じて前記複数のスイッチ素子が選択的に開閉制御されることを特徴とする請求項２記載の電池パックシステム。
前記電池パックシステムは、前記電流調整部に直列に接続され、前記組電池に対する充電方向の電流のみを導通させる第１の整流素子と、前記電流調整部および前記第１の整流素子と並列に接続され、前記組電池に対する放電方向の電流のみを導通させる第２の整流素子とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電池パックシステム。
前記検出部は、前記組電池の端子電圧、充電電流、および温度に基づいて前記充電状態を検出することを特徴とする請求項１記載の電池パックシステム。
前記二次電池は、ニッケル−水素二次電池であることを特徴とする請求項１記載の電池パックシステム。