JP2011233244A - Battery pack, and integrating method for use period of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池及び該二次電池に直列に接続されたスイッチング素子を備えるパック電池の使用期間積算方法、並びに該積算方法によって使用期間を積算するパック電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery, a pack battery usage time integration method including a switching element connected in series to the secondary battery, and a pack battery that integrates the usage period by the integration method.
近年、電気機器が、製造時に想定された製品寿命より長い期間使用されて発煙、発火等の重大事故に至る例が散見されている。リチウムイオン電池等の二次電池においては、充放電による劣化のほか、自己放電している期間を含めた使用期間の経過に伴う劣化があり、長期間使用された場合は熱安定性が低下すること等から、安全性の確保が難しくなる。このため、放電可能な実質容量が大幅に低下した場合に、お知らせ及び使用禁止メッセージを報知することが、電池工業会等より推奨されている。 In recent years, there have been cases where electrical devices are used for a longer period than the product life expected at the time of manufacture, leading to serious accidents such as smoke and fire. In secondary batteries such as lithium-ion batteries, in addition to deterioration due to charging and discharging, there is also deterioration due to the passage of the service period including the self-discharge period, and thermal stability decreases when used for a long time. Therefore, it is difficult to ensure safety. For this reason, it is recommended by the Battery Manufacturers Association and the like that a notice and a use prohibition message be notified when the dischargeable real capacity is significantly reduced.
ところで、二次電池と、該二次電池の充放電、残容量の積算等の制御を行う制御部とを備えるパック電池では、二次電池が充放電されていない場合にも、制御部が周期的に残容量を算出して自己放電による残容量の低下を補正することが行われている。このようなパック電池では、二次電池が充放電されていない期間を含めて、使用期間を積算することが可能である。 By the way, in a battery pack including a secondary battery and a control unit that controls charging / discharging of the secondary battery, integration of remaining capacity, and the like, the control unit performs a cycle even when the secondary battery is not charged / discharged. In other words, the remaining capacity is calculated to correct the decrease in remaining capacity due to self-discharge. In such a battery pack, it is possible to integrate the usage period including the period when the secondary battery is not charged / discharged.
一方、二次電池が充放電されていない期間に制御部がパック電池の総使用期間を積算する場合、制御部の消費電流が二次電池を僅かに放電させることになるため、二次電池の電池電圧が放電終止電圧まで低下した後は、パック電池をシャットダウンして二次電池の過放電を防止することが好ましい。但し、シャットダウン中は、パック電池の使用期間の積算が中断されることとなる。 On the other hand, when the control unit accumulates the total usage period of the battery pack during the period when the secondary battery is not charged / discharged, the current consumption of the control unit slightly discharges the secondary battery. After the battery voltage drops to the discharge end voltage, it is preferable to shut down the battery pack to prevent overdischarge of the secondary battery. However, during the shutdown, the accumulation of the usage period of the battery pack is interrupted.
これに対し、特許文献1では、パック電池をシャットダウンする前に日時を取得して、積算した使用時間と共に記憶しておき、シャットダウンから復帰した時に取得した日時と記憶した日時とから算出した期間を、記憶していた使用期間に加算した後に、使用期間の積算を再開する技術が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 1, the date and time is acquired before shutting down the battery pack, stored together with the accumulated usage time, and the period calculated from the date and time acquired when returning from the shutdown and the stored date and time. A technique for resuming the accumulation of the usage period after adding to the stored usage period is disclosed.
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、シャットダウンの前後で日時を取得する必要があり、例えばパック電池に電波時計を備えて日時を取得できるようにするか、又はパック電池を収容している電気機器側からシャットダウン前後に日時を受信できるようにしなければならないという制約があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to acquire the date and time before and after the shutdown. For example, the battery pack is equipped with a radio clock so that the date and time can be acquired or the pack battery is accommodated. There was a restriction that it was necessary to be able to receive the date and time before and after shutdown from the electrical equipment side.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、日時を取得することなしに、シャットダウンしている期間を含めた使用期間を積算することが可能なパック電池の使用期間積算方法、及び該積算方法によって使用期間を積算するパック電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery pack capable of accumulating the usage period including the shutdown period without acquiring the date and time. It is an object of the present invention to provide a usage period integration method and a battery pack that integrates the usage period by the integration method.
本発明に係るパック電池の使用期間積算方法は、二次電池と、該二次電池の充放電に関する情報を管理する制御部とを備えるパック電池にて、前記制御部がオンしている期間及びオフしている期間を含む使用期間を積算する方法において、前記制御部がオンしているオン期間を積算し、前記制御部がオフする前及びオフ後にオンする前の夫々に、前記二次電池の電圧を各別に検出し、検出した各電圧に基づいて前記制御部がオフしているオフ期間を特定し、積算したオン期間及び特定したオフ期間を加算することを特徴とする。 The battery pack usage period accumulating method according to the present invention is a battery pack comprising a secondary battery and a control unit that manages information related to charging and discharging of the secondary battery. In the method of integrating the usage period including the off-period, the secondary battery is accumulated before the controller is turned off and after the on-period when the controller is turned off. Are detected separately, an off period in which the control unit is off is specified based on each detected voltage, and the integrated on period and the specified off period are added.
本発明にあっては、制御部がオンであるオン期間を計時して積算し、制御部がオフになる前と、オフになった後オンになる前とに夫々検出した二次電池の電圧に基づいて、制御部がオフであるオフ期間を特定し、オン期間及びオフ期間を加算する。
これにより、制御部がシャットダウンしていないオン期間については制御部にて積算し、制御部がシャットダウンしているオフ期間については、オフ期間の開始直前に制御部で検出した二次電池の電圧と、前記オフ期間の終了直前に外部から検出した二次電池の電圧とに基づいて期間を特定し、積算したオン期間と特定したオフ期間とを加算することによって得た期間を、積算した使用期間とする。
In the present invention, the on-period during which the control unit is on is timed and integrated, and the voltage of the secondary battery detected before the control unit is turned off and before being turned on after being turned off. Based on the above, an off period in which the control unit is off is specified, and an on period and an off period are added.
Thus, the ON period during which the control unit is not shut down is integrated by the control unit, and for the OFF period during which the control unit is shut down, the voltage of the secondary battery detected by the control unit immediately before the start of the OFF period The period of use obtained by adding a period determined by identifying the period based on the voltage of the secondary battery detected from the outside immediately before the end of the off period and adding the accumulated on period and the identified off period. And
本発明に係るパック電池の使用期間積算方法は、前記制御部は、該制御部がオン/オフを制御するスイッチング素子を介して前記二次電池から電力を供給されており、前記制御部がオンしている場合、該制御部が前記スイッチング素子をオンし、前記制御部をオフさせる場合、該制御部が前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする。 In the battery pack usage period accumulating method according to the present invention, the control unit is supplied with electric power from the secondary battery via a switching element that controls on / off of the control unit, and the control unit is turned on. If the control unit turns on the switching element and turns off the control unit, the control unit turns off the switching element.
本発明にあっては、制御部がオンしているオン期間は、制御部がスイッチング素子をオンして制御部自身に電力を供給させ続け、制御部をオフさせるときは制御部自身がスイッチング素子をオフして前記電力の供給を遮断する。
これにより、スイッチング素子がオンしている期間(又はオフしている期間)と、制御部がシャットダウンしていないオン期間(又はシャットダウンしているオフ期間)とが対応する。
In the present invention, during the ON period when the control unit is on, the control unit turns on the switching element and keeps supplying power to the control unit itself. When the control unit is turned off, the control unit itself turns on the switching element. To turn off the power supply.
Accordingly, a period during which the switching element is on (or a period during which the switching element is off) corresponds to an on period during which the control unit is not shut down (or an off period during which the control unit is shut down).
本発明に係るパック電池の使用期間積算方法は、前記制御部が所定の基準時にオフした後の前記二次電池の電圧低下を示す情報を予め準備し、前記制御部がオフする前及びオフ後にオンする前の夫々に検出した前記二次電池の電圧及び前記情報に基づいて、前記基準時から夫々の電圧に低下するまでの期間を特定し、特定した期間の差分を、前記制御部がオフしているオフ期間とすることを特徴とする。 In the battery pack usage period integrating method according to the present invention, information indicating a voltage drop of the secondary battery after the control unit is turned off at a predetermined reference time is prepared in advance, and before and after the control unit is turned off. Based on the voltage of the secondary battery detected before turning on and the information, the period from the reference time until the voltage drops to each voltage is specified, and the control unit turns off the difference between the specified periods. It is characterized by the off period.
本発明にあっては、制御部がオフした時を基準とする期間の経過に応じて低下する二次電池の電圧の情報が予め準備されており、制御部がオフになる前と、オフになった後オンになる前とに夫々検出した二次電池の電圧及び前記情報に基づいて特定した期間の差分を以て、制御部がオフしているオフ期間とする。
これにより、オフ期間の開始時及び終了時における二次電池の電圧の高低に関わりなく、オフ期間が特定される。
また、制御部のオフ時に二次電池から流出する暗電流に応じた情報が準備される場合は、より正確な期間の特定が可能となる。
In the present invention, information on the voltage of the secondary battery that decreases with the passage of a period based on when the control unit is turned off is prepared in advance, and before the control unit is turned off, The difference between the voltages of the secondary batteries detected before and after being turned on and the period specified based on the information is used as the off period in which the control unit is off.
Thus, the off period is specified regardless of the voltage level of the secondary battery at the start and end of the off period.
In addition, when information corresponding to the dark current flowing out from the secondary battery is prepared when the control unit is turned off, it is possible to specify a more accurate period.
本発明に係るパック電池の使用期間積算方法は、積算した使用期間が所定期間を越えるか否かを判定し、越えると判定した場合、所定の報知を行うことを特徴とする。 The battery pack usage period accumulating method according to the present invention is characterized in that it is determined whether or not the accumulated usage period exceeds a predetermined period, and when it is determined that it exceeds, a predetermined notification is performed.
本発明にあっては、積算した使用期間が所定期間を越える場合に、所定の報知を行うため、想定以上の長期使用に対して警告を報知することができる。 In the present invention, since the predetermined notification is performed when the accumulated use period exceeds the predetermined period, a warning can be notified for a longer-term use than expected.
本発明に係るパック電池は、二次電池と、該二次電池の充放電に関する情報を管理する制御部とを備え、該制御部がオンしている期間及びオフしている期間を含む使用期間を積算するパック電池において、前記制御部は、該制御部がオンしているオン期間を積算する積算手段と、前記制御部がオフする前に、前記二次電池の電圧を検出する手段と、該手段が検出した電圧を記憶する記憶手段と、外部から電圧のデータを受信する手段と、該手段が受信した電圧のデータに応じた電圧及び前記記憶手段が記憶した電圧に基づいて前記制御部がオフしているオフ期間を特定する手段と、該手段が特定したオフ期間を、前記積算手段が積算したオン期間に加算する手段とを備えることを特徴とする。 The battery pack according to the present invention includes a secondary battery and a control unit that manages information related to charging and discharging of the secondary battery, and includes a period of use including a period in which the control unit is on and a period in which the control unit is off. In the battery pack, the control unit is configured to integrate an on period during which the control unit is on, and a unit that detects the voltage of the secondary battery before the control unit is turned off. Storage means for storing the voltage detected by the means, means for receiving voltage data from the outside, the voltage corresponding to the voltage data received by the means and the voltage stored by the storage means based on the voltage stored in the storage means Characterized in that it comprises means for identifying an off period during which the means is off, and means for adding the off period identified by the means to the on period accumulated by the accumulating means.
本発明にあっては、制御部がオンであるオン期間を計時して積算し、制御部がオフになる前に検出した二次電池の電圧を記憶し、外部から受信した電圧のデータに応じた電圧と、記憶した電圧とに基づいて、制御部がオフであるオフ期間を特定し、オン期間及びオフ期間を加算する。
これにより、制御部がシャットダウンしていないオン期間については制御部にて積算し、制御部がシャットダウンしているオフ期間については、オフ期間の開始直前に制御部で検出して記憶した二次電池の電圧と、前記オフ期間の終了の際に受信した電圧のデータに応じた電圧とに基づいて期間を特定し、積算したオン期間と特定したオフ期間とを加算することによって得た期間を、積算した使用期間とする。
In the present invention, the ON period during which the control unit is ON is counted and accumulated, the voltage of the secondary battery detected before the control unit is turned OFF is stored, and the voltage data received from the outside is stored. Based on the stored voltage and the stored voltage, an off period in which the control unit is off is specified, and the on period and the off period are added.
Thereby, the on-period when the control unit is not shut down is integrated by the control unit, and the off-period when the control unit is shut down is detected and stored by the control unit immediately before the start of the off-period. And a period obtained by adding the accumulated on period and the identified off period based on the voltage and the voltage according to the voltage data received at the end of the off period, The accumulated usage period.
本発明によれば、制御部がオンしているオン期間を計時して積算し、制御部のオン/オフが切り替わる前に各別に検出した二次電池の電圧に基づいてスイッチング素子がオフされているオフ期間を特定し、オン期間及びオフ期間を加算する。
これにより、制御部がシャットダウンしていないオン期間については制御部にて積算し、制御部がシャットダウンしているオフ期間については、オフ期間の開始直前に制御部で検出した二次電池の電圧と、前記オフ期間の終了直前に外部から検出した二次電池の電圧とに基づいて期間を特定し、積算したオン期間と特定したオフ期間とを加算することによって得た期間を、積算した使用期間とする。
従って、日時を取得することなしに、シャットダウンしている期間を含めた使用期間を積算することが可能となる。
According to the present invention, the ON period during which the control unit is ON is counted and integrated, and the switching element is turned off based on the voltage of the secondary battery detected separately before the ON / OFF of the control unit is switched. The off period is specified, and the on period and the off period are added.
Thus, the ON period during which the control unit is not shut down is integrated by the control unit, and for the OFF period during which the control unit is shut down, the voltage of the secondary battery detected by the control unit immediately before the start of the OFF period The period of use obtained by adding a period determined by identifying the period based on the voltage of the secondary battery detected from the outside immediately before the end of the off period and adding the accumulated on period and the identified off period. And
Therefore, it is possible to integrate the usage period including the shutdown period without acquiring the date and time.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は、本発明の実施の形態に係るパック電池の構成例を示すブロック図である。図中10はパック電池であり、パック電池10は、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯端末等の負荷機器20に着脱可能に装着されている。パック電池10は、リチウムイオン二次電池からなる電池セル11,12,13,21,22,23,・・141,142,143を3個ずつ順に並列接続してなる電池ブロックB1,B2,・・B14を、この順番に直列接続してなる電池1を備える。電池1は、電池ブロックB14の正極及び電池ブロックB1の負極が夫々正極端子及び負極端子となるようにしてある。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a battery pack according to an embodiment of the present invention. In the figure,
電池ブロックB1,B2,・・B14の電圧は、夫々独立してA/D変換部4のアナログ入力端子に与えられ、デジタルの電圧値に変換されてA/D変換部4のデジタル出力端子から、マイクロコンピュータからなる制御部5に与えられる。A/D変換部4のアナログ入力端子には、また、電池1に密接して配置されており、サーミスタを含む回路によって電池1の温度を検出する温度検出器3の検出出力と、電池1の負極端子側の充放電路に介装されており、電池1の充電電流及び放電電流を検出する抵抗器からなる電流検出器2の検出出力とが与えられている。これらの検出出力は、デジタルの検出値に変換されてA/D変換部4のデジタル出力端子から制御部5に与えられる。
The voltages of the battery blocks B1, B2,... B14 are independently applied to the analog input terminal of the A / D converter 4 and converted into digital voltage values from the digital output terminal of the A / D converter 4. To the control unit 5 composed of a microcomputer. The analog input terminal of the A / D converter 4 is also arranged in close contact with the battery 1, and the detection output of the temperature detector 3 that detects the temperature of the battery 1 by a circuit including a thermistor, A detection output of a
電池1の正極端子側の充放電路には、充電電流及び放電電流を夫々遮断するPチャネル型のMOSFET71,72からなる遮断器7が介装されている。MOSFET71,72は、ドレイン電極同士を突き合わせて直列に接続してある。MOSFET71,72夫々のドレイン電極及びソース電極間に並列接続されているダイオードは、寄生ダイオード(ボディダイオード)である。電池1の正極端子側の充放電路には、また、電源(レギュレータIC)6の入力端子が接続されており、電源6によって安定化された3.3Vの直流電源が、Pチャネル型のMOSFET61のソース電極及びドレイン電極を介して制御部5の3.3V電源入力端子に与えられるようになっている。MOSFET61のソース電極及びゲート電極間には、抵抗器62が接続されている。
The charge / discharge path on the positive electrode terminal side of the battery 1 is provided with a
制御部5は、CPU51を有し、CPU51は、プログラム等の情報を記憶するROM52、一時的に発生した情報を記憶するRAM53、時間を計時するタイマ54、及びパック電池10内の各部に対して入出力を行うI/Oポート55と互いにバス接続されている。I/Oポート55は、A/D変換部4のデジタル出力端子、MOSFET71,72夫々のゲート電極、及び負荷機器20が有する制御・電源部(充電器)21と通信する通信部9に接続されている。ROM52は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM )又はフラッシュメモリからなる不揮発性メモリであり、ROM52には、プログラムの他に、電池容量の学習値、充放電のサイクル数、検出した温度の最大・最小値、検出値、積算値等の保存データ、及び各種設定データが記憶される。
尚、制御部5、電流検出器2、温度検出器3、A/D変換部4、遮断器7及び通信部9が、電池1の充電制御装置を構成する。
The control unit 5 includes a
The control unit 5, the
CPU51は、ROM52に予め格納されている制御プログラムに従って、演算及び入出力等の処理を実行する。例えば、CPU51は、定周期(例えば250ms)で電池ブロックB1〜B14の電圧値と、電池1の充放電電流の検出値とを取り込み、取り込んだ電圧値及び検出値に基づいて電池1の残容量を積算してRAM53に記憶する。CPU51は、また、残容量のデータを生成し、生成したデータを通信部9の図示しないレジスタに書き込むことによって、残容量のデータを出力する。CPU51は、更にまた、MOSFET61がオンされている期間(オン期間)、即ち電源6から直流電力を供給されて自身が動作している期間(CPU51を含む制御部5がシャットダウンすることなく起動しているオン期間)を積算し、積算したオン期間をRAM53に記憶する。
The
遮断器7は、通常の充放電時にI/Oポート55からMOSFET71,72のゲート電極にL(ロウ)レベルのオン信号が与えられることにより、MOSFET71,72夫々のドレイン電極及びソース電極間が導通するようになっている。電池1の充電電流を遮断する場合、I/Oポート55からMOSFET71のゲート電極にH(ハイ)レベルのオフ信号が与えられることにより、MOSFET71のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。同様に電池1の放電電流を遮断する場合、I/Oポート55からMOSFET72のゲート電極にH(ハイ)レベルのオフ信号が与えられることにより、MOSFET72のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。電池1が適当に充電された状態にある場合、遮断器7のMOSFET71,72は共にオンしており、電池1は放電及び充電が可能な状態となっている。
The
負荷機器20は、制御・電源部21に接続された負荷22を備える。制御・電源部21は、図示しない商用電源より電力を供給されて負荷22を駆動すると共に、電池1の充放電路に充電電流を供給する。制御・電源部21は、また、商用電源から電力の供給が絶たれた場合、電池1の充放電路から供給される放電電流により、負荷22を駆動する。制御・電源部21が充電する電池1がリチウムイオン電池の場合は、最大の電流、及び最大の電圧を規制した定電流(MAX電流0.5〜1C程度)・定電圧(MAX4.2〜4.4V/電池セル程度)充電が行われ、電池1の電池電圧が所定値以上、及び充電電流が所定値以下の条件のときに満充電とされる。
The
制御・電源部21及び通信部9間では、制御・電源部21をマスタに、通信部9をスレーブにしてSMBus(System Management Bus )方式による通信が行われる。この場合、シリアルクロック(SCL)は制御・電源部21から供給され、シリアルデータ(SDA)は制御・電源部21及び通信部9間で双方向に授受される。本実施の形態では、制御・電源部21が通信部9を2秒周期でポーリングして通信部9の前記レジスタの内容を読み出す。このポーリングにより、例えば、電池1の残容量のデータが、通信部9から制御・電源部21に2秒周期で受け渡され、負荷機器20が有する図示しない表示器に残容量の値(%)として表示される。
尚、上述したポーリング周期の2秒は、制御・電源部21で決められる値である。
Communication between the control /
The above-described polling cycle of 2 seconds is a value determined by the control /
電池1の残容量は、電池1の学習容量(Ah又はWhで表される値)から放電容量が減算され、電流の積算量又は電力の積算量として算出される。残容量は、学習容量を100%とする百分率で表わされる。電池1の学習容量は、電池1が満充電の状態から放電終止電圧まで放電する間の、放電電流又は放電電力の積算量でもよいし、放電終止電圧まで放電した状態から満充電の状態となるまでの、放電電流又は放電電力の積算量であってもよい。制御部5は、残容量を積算するだけでも数百μAの電流を消費し続けるため、電池1の電池電圧(以下、単に電池電圧という)が放電終止電圧以下に低下した場合は、電池1の過放電を防止するために、制御部5がシャットダウンされる。これにより、電池1から流出する漏れ電流は30μA程度となる。尚、パック電池10の出荷時は、制御部5がシャットダウンされている。
The remaining capacity of the battery 1 is calculated by subtracting the discharge capacity from the learning capacity (value represented by Ah or Wh) of the battery 1 and calculating the accumulated amount of current or the accumulated amount of power. The remaining capacity is expressed as a percentage where the learning capacity is 100%. The learning capacity of the battery 1 may be an integrated amount of discharge current or discharge power while the battery 1 is discharged from the fully charged state to the discharge end voltage, or the battery 1 is discharged from the discharged state to the fully discharged state. The accumulated amount of the discharge current or the discharge power may be used. Since the control unit 5 continues to consume a current of several hundred μA only by accumulating the remaining capacity, when the battery voltage of the battery 1 (hereinafter simply referred to as the battery voltage) falls below the discharge end voltage, the control unit 5 In order to prevent overdischarge, the control unit 5 is shut down. Thereby, the leakage current flowing out from the battery 1 becomes about 30 μA. The controller 5 is shut down when the
制御部5がシャットダウンされているときは、電源6の出力端子に接続されたMOSFET61のゲート電極とソース電極とが抵抗器62を介して同電位となるため、MOSFET61がオフ状態に保持される。制御・電源部21から電池1に対する充電が開始された場合、図示しない回路よりMOSFET61のゲート電極に強制的にLレベルのオン信号が与えられてMOSFET61がオンし、制御部5のシャットダウンが解除されるようになっている。MOSFET61のゲート電極には、制御部5のCPU51が動作し始めた直後から、I/Oポート55よりLレベルのオン信号が与えられ続ける。CPU51がMOSFET61のゲート電極にHレベルのオフ信号を与えることにより、制御部5がシャットダウンされる。
When the control unit 5 is shut down, the gate electrode and the source electrode of the
以下では、MOSFET61がオフされている期間(オフ期間)、即ち制御部5がシャットダウンされている期間を特定して、パック電池10の使用期間を積算する方法について説明する。
図2は、MOSFET61をオフした時(所定の基準時)から後の電池1の電圧低下を示すグラフである。図において横軸は電池1の放置期間(日)を表し、縦軸は電池電圧(V)を表す。図2では、電池1から見た各回路の消費電流(回路消費=漏れ電流)に応じた電池電圧の違いを夫々異なる曲線で示す。破線、実線、一点鎖線及び二点鎖線は、夫々回路消費が0μA、30μA、60μA及び90μAの場合の電池電圧である。電池電圧は、回路消費及び電池1の自己放電によって期間の経過と共に低下する。本実施の形態にあっては、回路消費が約30μAであるため、図2の実線を適用するものとし、実線上の各点に対応するデータをRAM53に記憶する。
Hereinafter, a method for accumulating the usage period of the
FIG. 2 is a graph showing a voltage drop of the battery 1 after the
制御部5がシャットダウンされる前の電池電圧は、CPU51に取り込まれた電池ブロックB1〜B14の電圧値がCPU51によって加算されることにより検出される。検出された電池電圧は、RAM53に記憶される。一方、制御部5のシャットダウンが解除される前の電池電圧は、制御・電源部21が電池1の充放電路(図の+端子及び−端子間)の電圧を計測することによって検出され、充電が開始されて制御部5のシャットダウンが解除された後に、制御・電源部21から通信部9を介してCPU51に送信される。
The battery voltage before the control unit 5 is shut down is detected by the
制御・電源部21から電池電圧を検出するのは、その時点での電池電圧が制御部5を動作させることができないほど低下している可能性があることと、電池1の充電を開始して制御部5のシャットダウンを解除する必要がある場合は、電圧が検出される前に電池電圧が上昇してしまうためである。但し、電池1の充電とは別に制御・電源部21から制御部5に電力が供給される場合は、制御部5のシャットダウンが解除された後、且つ充電が開始される前に、CPU51が電池電圧を検出するようにしてもよい。
The battery voltage is detected from the control /
次に、具体的な使用期間の特定方法について説明する。例えば、MOSFET61がオフされる直前に検出された電池電圧が42V(ここでは、3V/セルのリチウムイオン電池を14個直列にした電圧)の場合、その電圧は、基準時からの放置期間が200日である場合の電池電圧に相当することが図2から特定される。更に、MOSFET61がオンされる直前に検出された電池電圧が35Vの場合、その電圧は、基準時からの放置期間が300日である場合の電池電圧に相当することが特定される。従って、300日及び200日の差分である100日が、MOSFET61がオフされていたオフ期間であると特定される。このようにして特定されたオフ期間が、RAM53に記憶されているオン期間に加算されることにより、パック電池10の使用期間が積算される。
Next, a specific method for specifying the usage period will be described. For example, when the battery voltage detected immediately before the
以上の構成及び使用期間の積算方法に基づく制御部5の処理手順を、フローチャートを用いて詳細に説明する。以下の処理は、ROM52に予め格納された制御プログラムに従ってCPU51により実行される。尚、残容量の積算処理は、以下に示す処理を実行するタスクとは異なるタスクにおいて公知の手順で実行される。
図3は、オン期間を積算するCPU51の処理手順を示すフローチャートである。図3の処理は250ms周期で起動されるが、起動される周期は250msに限定されるものではない。
A processing procedure of the control unit 5 based on the above-described configuration and usage period integration method will be described in detail with reference to a flowchart. The following processing is executed by the
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the
図3の処理が起動された場合、CPU51は、別タスクで積算中の残容量が0%になったか否かを判定し(S11)、0%になっていない場合(S11:NO)、RAM53に記憶しているオン期間に250msを加算して(S12)オン期間を積算する。その後、CPU51は、積算したオン期間が10年を越えるか否かを判定し(S13)、10年を越えない場合(S13:NO)、処理を終了する。期間の判定は、10年に限定されるものではない。オン期間が10年を越える場合(S13:YES)、CPU51は、その旨を報知するデータを通信部9のレジスタに書き込むことによって、報知データを送信し(S14)、処理を終了する。
When the processing of FIG. 3 is started, the
ステップS11で残容量が0%になった場合(或いは下限電圧である放電終止電圧に到達した場合)(S11:YES)、CPU51は、取り込んだ電池ブロックB1〜B14の電圧値を加算することによって電池電圧を検出し(S15)、検出した電池電圧をRAM53に記憶する(S16)。その後、CPU51は、MOSFET61のゲート電極にHレベルのオフ信号を与えてMOSFET61をオフし(S17)、処理を終了する。その直後に、制御部5は直流電源の供給が絶たれてシャットダウンされる。
When the remaining capacity becomes 0% in step S11 (or when the discharge end voltage that is the lower limit voltage is reached) (S11: YES), the
図4は、オフ期間を特定してオン期間に加算するCPU51の処理手順及び制御・電源部21の処理手順を示すフローチャートである。制御部5では、MOSFET61がオンされて直流電源の供給が開始され、CPU51による初期化処理が終了した後に、図4のステップS21〜S28の処理が起動される。制御・電源部21では、電池1に対する充電が開始される時に図4のステップS31〜S34の処理が起動され、図示しないCPU(以下、電源CPUという)によって実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the
図4の処理が夫々起動された場合、制御・電源部21の電源CPUは、電池1の充放電路の電圧を電池電圧として検出し(S31)、電池1に対する充電を開始する(S32)。その後、電源CPUは、検出した電池電圧のデータを通信部9に対して送信し(S33)、通信部9から受信応答があったか否かを判定する(S34)。受信応答があった場合(S34:YES)、電源CPUは処理を終了する。受信応答がなかった場合(S34:NO)、電源CPUは、通信の1周期である2秒が経過したか否かを判定し(S35)、経過するまで待機する(S35:NO)。2秒が経過した場合(S35:YES)、電源CPUは、再度電池電圧のデータを送信するために、処理をステップS33に戻す。
When the processing of FIG. 4 is activated, the power supply CPU of the control /
一方のCPU51は、通信部9を介して電圧のデータを受信したか否かを判定して(S21)受信するまで待機しており(S21:NO)、受信した場合(S21:YES)、通信部9を介して受信応答を返送する(S22)。ここでの受信応答は、SMBusのスレーブが返送する確認ビット(ACK)であってもよい。その後CPU51は、受信した電圧のデータを電池電圧に換算し(S23)、換算した電池電圧を図2に当てはめて基準時から経過した期間1を特定する(S24)。
One
次にCPU51は、図3のステップS16においてRAM53に記憶した電池電圧を読み出し(S25)、読み出した電池電圧を図2に当てはめて基準時から経過した期間2を特定する(S26)。更に、CPU51は、期間1から期間2を減算してオフ期間を特定し(S27)、特定したオフ期間を、RAM53に記憶されている積算中のオン期間に加算して(S28)、処理を終了する。この処理により、RAM53には、MOSFET61がオンしているオン期間とMOSFET61がオフしているオフ期間とを含むパック電池10の使用期間が積算される。
Next, the
以上のように本実施の形態によれば、電源及び制御部間に接続されたMOSFET(以下、単にMOSFETという)がオンであるオン期間を250ms毎に積算し、MOSFETがオフになる前に検出した電池電圧をRAMに記憶し、制御・電源部から受信した電圧のデータから換算した電池電圧と、記憶した電池電圧とに基づいて、制御部がオフであるオフ期間を特定し、オン期間及びオフ期間を加算する。
これにより、制御部がシャットダウンしていないオン期間については制御部にて積算し、制御部がシャットダウンしているオフ期間については、オフ期間の開始直前に制御部で検出して記憶した電池電圧と、前記オフ期間の終了の際に受信した電圧のデータに応じた電池電圧とに基づいて期間を特定し、積算したオン期間と特定したオフ期間とを加算することによって得た期間を、積算した使用期間とする。
従って、日時を取得することなしに、制御部がシャットダウンしている期間を含めた使用期間を積算することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the ON period during which the MOSFET connected between the power source and the control unit (hereinafter simply referred to as MOSFET) is ON is integrated every 250 ms and detected before the MOSFET is turned OFF. The battery voltage stored in the RAM is identified based on the battery voltage converted from the voltage data received from the control / power supply unit and the stored battery voltage. Add off period.
Thus, the ON period during which the control unit is not shut down is integrated by the control unit, and the OFF period during which the control unit is shut down is the battery voltage detected and stored by the control unit immediately before the start of the OFF period. The period is determined based on the battery voltage corresponding to the voltage data received at the end of the off period, and the period obtained by adding the accumulated on period and the identified off period is accumulated. Use period.
Therefore, it is possible to integrate the usage period including the period during which the control unit is shut down without acquiring the date and time.
また、制御部がオンしているオン期間は、制御部がMOSFETをオンして制御部自身に電力を供給させ続け、制御部をオフさせるときは制御部自身がMOSFETをオフして前記電力の供給を遮断する。
これにより、MOSFETがオンしている期間(又はオフしている期間)と、制御部がシャットダウンしていないオン期間(又はシャットダウンしているオフ期間)とを対応させることが可能となる。
Further, during the ON period in which the control unit is on, the control unit continues to turn on the MOSFET and continue to supply power to the control unit itself, and when turning off the control unit, the control unit itself turns off the MOSFET and Shut off the supply.
As a result, it is possible to associate a period during which the MOSFET is on (or a period during which the MOSFET is off) with an on period during which the control unit is not shut down (or the off period during which the control unit is shut down).
更にまた、MOSFETをオフした時を基準とする期間の経過及び漏れ電流に応じて低下する電池電圧のデータが予めRAMに記憶されており、制御部がオフになる前と、オフになった後オンになる前とに夫々検出した電池電圧及び前記データに基づいて特定した期間の差分を以て、制御部がオフしているオフ期間とする。
従って、オフ期間の開始時及び終了時における電池電圧の高低に関わりなく、オフ期間を高い精度で特定することが可能となる。
Furthermore, the data of the battery voltage that decreases according to the passage of the period when the MOSFET is turned off and the leakage current are stored in advance in the RAM, before and after the controller is turned off. The difference between the battery voltage detected before turning on and the period specified based on the data is used as the off period in which the control unit is off.
Therefore, it is possible to specify the off period with high accuracy regardless of the level of the battery voltage at the start and end of the off period.
更にまた、積算した使用期間が例えば10年を越える場合に、その旨の報知データを出力するため、想定以上の長期使用に対して警告を報知することが可能となる。 Furthermore, when the accumulated use period exceeds, for example, 10 years, notification data to that effect is output, so that it is possible to issue a warning for longer-term use than expected.
尚、本実施の形態にあっては、電源6によって安定化された3.3Vの直流電源が、MOSFET61のソース電極及びドレイン電極を介して制御部5に与えられるようになっているが、MOSFET61のソース電極を電池1の充放電路に接続し、ドレイン電極は電源6を介して制御部5に接続するようにしてもよい。また、制御部5がシャットダウンの機能を備えている場合は、MOSFET61を省略し、電源6の出力端子と制御部5の3.3V電源入力端子とを直結するようにしてもよい。
In the present embodiment, a 3.3 V DC power supply stabilized by the power supply 6 is supplied to the control unit 5 via the source electrode and the drain electrode of the
1 電池
11、12、13、21、22、23、141、142、143 電池セル(二次電池)
2 電流検出器
4 A/D変換部(電圧を検出する手段)
5 制御部
51 CPU
52 ROM
53 RAM(記憶手段)
54 タイマ
6 電源
61 MOSFET(スイッチング素子)
7 遮断器
9 通信部(受信する手段)
10 パック電池
20 負荷機器
21 制御・電源部
1
2 Current detector 4 A / D converter (means for detecting voltage)
5
52 ROM
53 RAM (storage means)
54 Timer 6
7
10
Claims (5)
前記制御部がオンしているオン期間を積算し、
前記制御部がオフする前及びオフ後にオンする前の夫々に、前記二次電池の電圧を各別に検出し、
検出した各電圧に基づいて前記制御部がオフしているオフ期間を特定し、
積算したオン期間及び特定したオフ期間を加算すること
を特徴とするパック電池の使用期間積算方法。 A method for integrating a use period including a period during which the control unit is on and a period during which the control unit is off in a battery pack including a secondary battery and a control unit that manages information related to charging and discharging of the secondary battery. In
Accumulate the on period when the control unit is on,
Before each of the control unit is turned off and after being turned off, the voltage of the secondary battery is detected separately,
Identify the off period in which the control unit is off based on each detected voltage,
A method of integrating a battery pack usage period, comprising adding an accumulated on period and a specified off period.
前記制御部がオンしている場合、該制御部が前記スイッチング素子をオンし、
前記制御部をオフさせる場合、該制御部が前記スイッチング素子をオフすること
を特徴とする請求項1に記載のパック電池の使用期間積算方法。 The control unit is supplied with power from the secondary battery via a switching element that controls on / off of the control unit,
When the control unit is on, the control unit turns on the switching element,
The method for accumulating the use period of the battery pack according to claim 1, wherein when the control unit is turned off, the control unit turns off the switching element.
前記制御部がオフする前及びオフ後にオンする前の夫々に検出した前記二次電池の電圧及び前記情報に基づいて、前記基準時から夫々の電圧に低下するまでの期間を特定し、
特定した期間の差分を、前記制御部がオフしているオフ期間とすること
を特徴とする請求項1又は2に記載のパック電池の使用期間積算方法。 Prepare in advance information indicating a voltage drop of the secondary battery after the control unit is turned off at a predetermined reference time,
Based on the voltage of the secondary battery and the information detected before turning on after the controller is turned off and after turning off, the period from the reference time to the respective voltage is specified,
The method of integrating the usage period of the battery pack according to claim 1 or 2, wherein the difference between the specified periods is an off period in which the control unit is off.
越えると判定した場合、所定の報知を行うこと
を特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のパック電池の使用期間積算方法。 Determine whether the accumulated usage period exceeds the specified period,
4. The method for accumulating the use period of the battery pack according to claim 1, wherein a predetermined notification is performed when it is determined that the battery life is exceeded. 5.
前記制御部は、
該制御部がオンしているオン期間を積算する積算手段と、
前記制御部がオフする前に、前記二次電池の電圧を検出する手段と、
該手段が検出した電圧を記憶する記憶手段と、
外部から電圧のデータを受信する手段と、
該手段が受信した電圧のデータに応じた電圧及び前記記憶手段が記憶した電圧に基づい
て前記制御部がオフしているオフ期間を特定する手段と、
該手段が特定したオフ期間を、前記積算手段が積算したオン期間に加算する手段と
を備えることを特徴とするパック電池。 In a battery pack that includes a secondary battery and a control unit that manages information related to charging and discharging of the secondary battery, and that integrates a use period including a period during which the control unit is on and a period during which the control unit is off,
The controller is
Integration means for integrating the ON period in which the control unit is ON;
Means for detecting the voltage of the secondary battery before the control unit is turned off;
Storage means for storing the voltage detected by the means;
Means for receiving voltage data from the outside;
Means for specifying an off period in which the control unit is off based on a voltage according to voltage data received by the means and a voltage stored in the storage means;
A battery pack comprising: a means for adding the off period specified by the means to the on period accumulated by the integrating means.
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---|---|---|---|
JP2010099753A JP2011233244A (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Battery pack, and integrating method for use period of the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014241664A (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | コニカミノルタ株式会社 | Charging system, electronic apparatus and charging device |
-
2010
- 2010-04-23 JP JP2010099753A patent/JP2011233244A/en active Pending
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