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電池システムと充放電測定装置 コモンズ

国内特許コード P150012073
掲載日 2015年6月19日
出願番号 特願2013-556263
登録番号 特許第5773547号
出願日 平成25年1月30日(2013.1.30)
登録日 平成27年7月10日(2015.7.10)
国際出願番号 JP2013000476
国際公開番号 WO2013114865
国際出願日 平成25年1月30日(2013.1.30)
国際公開日 平成25年8月8日(2013.8.8)
優先権データ
  • 特願2012-019205 (2012.1.31) JP
  • 特願2012-275948 (2012.12.18) JP
発明者
  • 辻本 浩章
出願人
  • 公立大学法人大阪市立大学
発明の名称 電池システムと充放電測定装置 コモンズ
発明の概要 本発明は、充放電時における二次電池の容量変化を正確に測定することで適正な充放電管理し得る充放電測定装置を提供する。
本充放電測定装置は、二次電池からの電流を、二次電池と負荷抵抗と導体膜とを直列に接続する第一接続回路と、該二次電池と充電器と該導体膜とを直列に接続する第二接続回路とを相互に切り替え可能に構成される。また、本充放電測定装置は、前記導体膜に対して平行に配置され、前記二次電池から前記負荷抵抗および前記充電器への接続に対して並列に接続される磁性膜を有し、該磁性膜における電圧変化を検出する電圧検出手段を有する。
従来技術、競合技術の概要



近年、リチウムイオン電池をはじめとする蓄電池(二次電池)は、高密度化と用途拡大に伴い、ノートパソコンや携帯電話などの携帯通信機器、ハイブリッドカー・電気自動車、更には住宅用の蓄電池にも用いられてきている。昨今の環境問題等を背景としたエネルギー消費の低減化、電力消費の低減化の要請は高まっており、蓄電池の利用がこの要請に応えることができるものと期待されている。しかし、蓄電池を電力消費の低減化に役立てるためには、蓄電池の電力量管理(電池容量管理)は大きな課題である。





従来、蓄電池の電力量管理は、蓄電池の端子電圧を基本に時間や温度情報を含む経験式等を用いて充放電量を推測し、管理制御していた。





しかしながら、従来の方法の場合、蓄電池の蓄電状況(電池容量の変化)について電池の端子電圧を基本に時間・温度情報を考慮して間接的に推測しているので、その推測精度には限界があり、稼働状況や使用環境条件によっては過充電や充電不足が生じる。また、従来の方法では放電時(電池使用時)は過放電などの問題も発生する。





また、蓄電池には可燃性材料が使われることが多く、過充電による発火危険性など安全面での問題点も指摘される。また、ユーザが蓄電池の充電不足をしっかり認識していない場合、予想より早い充電時期となり不便を感じてしまうこともある。その一方、過放電は電池特性上、電池の性能寿命を短縮することになってしまう。また、蓄電池の残量表示がある場合においては、残量が少なくなると電池特性上、端子電圧の降下が急になるため結果として感覚的な「電池切れ」の時期が予期以上に早く、使用実感と合わないなどの不便さもある。





上記問題は、二次電池の稼働状況や使用環境条件により、充放電時における電池容量の変化を正確に検出できないことに起因している。

産業上の利用分野



本発明は、二次電池の充電及び放電時における電力量の管理システムおよびそれを用いた電池システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
充放電可能な二次電池と、
前記二次電池の端子間に検査スイッチを介して接続された検査抵抗と、
前記二次電池を充電する充電器を接続可能な一対の外部端子と、
前記二次電池の両電極間の電圧を計測する電池電圧計と、
前記二次電池と前記外部端子との間の接続線に隣接配置された磁性膜と、
前記二次電池の端子間に、前記磁性膜と直列に接続されたセンサ抵抗と、
前記磁性膜の電圧を測定するセンサ電圧計と、
前記二次電池を充電する際に、前記電池電圧計の計測結果に基づいて、前記二次電池の両電極間の電圧が充電開始電圧から充電終了電圧になるまでの充電時間を計測するタイマと、
前記検査スイッチを制御するとともに、前記タイマによる計測結果と、前記センサ電圧計によって測定される前記検査抵抗で消費される消費電力と、に基づいて、前記二次電池の残留電力量を算出する制御部と、を有することを特徴とする電池システム。

【請求項2】
前記制御部は、
前記二次電池を充電する際には、前記検査抵抗に電流が流れないよう、前記検査スイッチを制御し、
充電終了後、前記検査抵抗に電流が流れるよう、前記検査スイッチを制御し、
前記検査抵抗に流れる電流による前記センサ電圧計の計測結果を取得後、前記検査抵抗に電流が流れないよう、前記検査スイッチを制御することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。

【請求項3】
充放電可能な二次電池と、
前記二次電池を充電する充電器を接続可能な一対の外部端子と、
前記二次電池の両電極間の電圧を計測する電池電圧計と、
前記二次電池と前記外部端子との間の接続線に隣接配置された磁性膜と、
前記二次電池の端子間に、前記磁性膜と直列に接続されたセンサ抵抗と、
前記磁性膜の電圧を測定するセンサ電圧計と、
前記二次電池を充電する際に、前記電池電圧計および前記センサ電圧での計測結果に基づいて、前記二次電池の両電極間の電圧が充電開始電圧から充電終了電圧になるまでの間における充電電力量を算出する制御部と、を有することを特徴とする電池システム。

【請求項4】
前記制御部は、前記二次電池を充電する際に、前記二次電池の両電極間の電圧が前記充電開始電圧から前記充電終了電圧になるまでの間における、微小時間ごとの充電電力を積算し、前記充電電力量を算出する、請求項3に記載の電池システム。

【請求項5】
前記磁性膜が隣接配置される接続線、前記磁性膜、前記センサ抵抗および前記センサ電圧計から構成される磁性膜電力センサのゲインは、前記二次電池の充電時も放電時も等しい、請求項3または4に記載の電池システム。

【請求項6】
前記磁性膜が隣接配置される接続線に流れる電流の向きは、前記磁性膜の磁化容易軸の方向と等しい、請求項1乃至5のいずれかに記載の電池システム。

【請求項7】
二次電池からの電流を、二次電池と負荷抵抗と導体膜とを直列に接続する第一接続回路と、該二次電池と充電器と該導体膜とを直列に接続する第二接続回路とを相互に切り替え可能な充放電測定装置であって、
前記導体膜に対して平行に配置され、前記二次電池から前記負荷抵抗および前記充電器ヘの接続に対して並列に接続される磁性膜を有し、該磁性膜における電圧変化を検出する電圧検出手段を有する充放電測定装置。


産業区分
  • 測定
  • 試験、検査
  • その他電子
  • 発電、電動
  • 送配電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013556263thum.jpg
出願権利状態 登録


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