(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の蓄電素子の各々の端子間電圧を検出する蓄電素子の電圧検出回路において、前記複数の蓄電素子の端子間にそれぞれ電圧判定手段を設け、任意の前記電圧判定手段を初段として、該初段の電圧判定手段の判定結果を他の電圧判定手段に順次絶縁せずに伝送し、初段から最終段までの電圧判定手段の総合した判定結果を得る
と共に、前記初段の電圧判定手段に、強制的に動作チェック用信号を入力する入力部を備え、該入力部に動作チェック用信号を与えることによって、前記電圧検出回路の自己診断を行うことを特徴とする蓄電素子の電圧検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電素子の電圧検出回路において、外部からの動作チェック用信号はフォトカプラを介して入力されることを特徴とする蓄電素子の電圧検出回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄電素子の電圧検出回路であって、前記複数の蓄電素子と前記複数の電圧判定手段の間には、外部からの信号によって順次ＯＮ・ＯＦＦを行う半導体スイッチ素子が接続されていることを特徴とする蓄電素子の電圧検出回路。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電素子の電圧検出回路において、外部からの信号はフォトカプラを介して入力されることを特徴とする蓄電素子の電圧検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電素子の電圧検出回路に関し、特に、複数の直列接続された各蓄電素子の端子間電圧の異常を検出する蓄電素子の電圧検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の蓄電素子を直列接続して高電圧を得る構成は、例えば、電気自動車やフォークリフト等のバッテリーなどに用いられる。このような複数の蓄電素子を直列接続したバッテリーにおいては、蓄電素子の故障や消耗などにより電圧異常が発生し、バッテリーの性能が損なわれることがある。
このため、蓄電素子の電圧検出回路を設ける必要がある。この蓄電素子の電圧検出回路は、各蓄電素子の電圧を監視し、電圧が規定の値からずれた場合に、電圧異常を知らせる検出信号を出力するものである。
【０００３】
このような、蓄電素子の電圧検出回路の従来例を挙げ、図２を用いて以下説明する。
図２は従来の電圧検出回路を示す回路図である。図２において、Ｂ１〜Ｂ４は蓄電素子、Ｑ１〜Ｑ４は半導体スイッチ素子、ｑ１〜ｑ４は制御信号生成用トランジスタ、Ｖｐ１〜Ｖｐ４は電圧判定手段、ＰＨ０〜ＰＨ４はフォトカプラである。
【０００４】
図２において、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４は、直列接続され、電圧判定手段Ｖｐ１〜Ｖｐ４は、それぞれの蓄電素子の端子間に接続されている。
また、半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４と電圧判定手段の間に接続されている。
【０００５】
半導体スイッチ素子（例えば、トランジスタ又はＦＥＴ）Ｑ１の制御端子であるベースは、外部制御信号ｃによって、ＯＮ・ＯＦＦされるフォトカプラＰＨ０の出力が与えられるように接続されている。
また、別の半導体スイッチ素子Ｑ２の制御端子であるベースは、制御信号生成用トランジスタｑ１のコレクタに抵抗を介して接続されている。
制御信号生成用トランジスタｑ１のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ１の出力側の電圧判定手段Ｖｐ１の両端に抵抗により分圧接続されている。
【０００６】
また、別の半導体スイッチ素子Ｑ３の制御端子であるベースは、制御信号生成用トランジスタｑ2のコレクタに抵抗を介して接続されている。
制御信号生成用トランジスタｑ２のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ２の出力側の電圧判定手段Ｖｐ２の両端に抵抗により分圧接続されている。
【０００７】
また、更に別の半導体スイッチ素子Ｑ４の制御端子であるベースは、制御信号生成用トランジスタｑ3のコレクタに抵抗を介して接続されている。
制御信号生成用トランジスタｑ3のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ３の出力側の電圧判定手段Ｖｐ3の両端に抵抗により分圧接続されている。
【０００８】
また、制御信号生成用トランジスタｑ４のコレクタは、図示しない次段の半導体スイッチ素子に接続されるように端子が取出されている。
また、制御信号生成用トランジスタｑ４のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ４の出力側の電圧判定手段Ｖｐ４の両端に抵抗により分圧接続されている。
【０００９】
電圧判定手段からの判定出力（例えば、所定電圧以上又は、所定電圧以下）は、それぞれフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４を介して電気的に絶縁して取出されて出力される。
図２では、フォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４の出力が並列接続されているので、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４のいずれか１個の蓄電素子の端子間電圧が、例えば、所定電圧以下か以上になった場合に、ａとして出力される。
【００１０】
次に図２の回路における、電圧検出回路の動作を説明する。外部制御信号ｃによって、フォトカプラＰＨ０出力が半導体スイッチ素子Ｑ１のベース与えられると、この半導体スイッチ素子Ｑ１にはエミッタからベースに電流が流れてＯＮになる。
【００１１】
この半導体スイッチ素子Ｑ１がＯＮの時は、この半導体スイッチ素子Ｑ１のコレクタから制御信号生成用トランジスタｑ１のベース・エミッタを介して電流が流れて、この制御信号生成用トランジスタｑ１をＯＮにする。
そして、この制御信号生成用トランジスタｑ１がＯＮになると、半導体スイッチ素子Ｑ２のエミッタ・ベースから電流が流れるため、半導体スイッチ素子Ｑ２がＯＮになる。
【００１２】
また、半導体スイッチ素子Ｑ２がＯＮの時は、この半導体スイッチ素子Ｑ２のコレクタから制御信号生成用トランジスタｑ2のベース・エミッタを介して電流が流れて、この制御信号生成用トランジスタｑ2をＯＮにする。
そして、この制御信号生成用トランジスタｑ2がＯＮになると、半導体スイッチ素子Ｑ３のエミッタ・ベースから電流が流れるため、半導体スイッチ素子Ｑ３がＯＮになる。
【００１３】
また、半導体スイッチ素子Ｑ３がＯＮの時は、この半導体スイッチ素子Ｑ３のコレクタから制御信号生成用トランジスタｑ3のベース・エミッタを介して電流が流れて、この制御信号生成用トランジスタｑ3をＯＮにする。
そして、この制御信号生成用トランジスタｑ3がＯＮになると、半導体スイッチ素子Ｑ４のエミッタ・ベースから電流が流れるため、半導体スイッチ素子Ｑ４がＯＮになる。
【００１４】
これに対して、外部制御信号ｃが存在しない場合には、半導体スイッチ素子Ｑ１は、エミッタからベースに電流が流れないため、ＯＦＦになっている。
半導体スイッチ素子Ｑ１がＯＦＦであると、各制御信号生成用トランジスタｑ１〜ｑ４がＯＮになれないために、全ての半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４はＯＦＦになっている。
【００１５】
上記の如く、単一の外部制御信号ｃによって、全ての半導体スイッチ素Ｑ１〜Ｑ４をＯＮ・ＯＦＦすることができ、該半導体スイッチ素子を介して接続された電圧判定手段Ｖｐ１〜Ｖｐ４により蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の電圧の検出（判定）を以下のように行うことができる。
【００１６】
図２において、電圧判定手段ＶＰ１〜ＶＰ４が入力電圧が所定電圧以下の時に検出出力をフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４に出力する構成の場合には、外部制御信号ｃが存在する時に、出力ａが得られれば、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の内のいずれかの蓄電素子の端子間電圧が所定電圧以下か、或いは、本回路の構成部品が異常であると判断できる。
【００１７】
また、電圧判定手段ＶＰ１〜ＶＰ４が入力電圧が所定電圧以上の時に検出出力をフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４に出力する構成の場合には、外部制御信号ｃが存在する時に、出力ａが得られれば、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の内のいずれかの蓄電素子の端子間電圧が所定電圧以上であるか、或いは、本回路の構成部品が異常であると判断できる。
【００１８】
また、外部制御信号ｃが存在しない時に、出力ａが得られれば、本回路の構成部品が異常であると判断できる。
図２の回路では、このような検出を組合わせることにより、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の端子間電圧の異常及び本回路の構成部品の異常が判定できる。
【００１９】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図２の回路では、蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の端子間電圧の異常及び本回路の構成部品の異常の判定が可能であるが、各電圧判定手段の検出出力を外部に取出す際に電気的絶縁を行うフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４が多数必要であって、コストが高くなるという問題があった。
【００２０】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は電圧判定結果を外部に取出すための信号伝達用部品の必要数を少なくして、装置の製造に伴うコストを安くできる直列接続された蓄電素子の電圧検出回路を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る蓄電素子の電圧検出回路は、請求項１に記載したように、直列接続された複数の蓄電素子の各々の端子間電圧を検出する蓄電素子の電圧検出回路において、前記複数の蓄電素子の端子間にそれぞれ電圧判定手段を設け、任意の前記電圧判定手段を初段として、該初段の電圧判定手段の判定結果を他の電圧判定手段に順次絶縁せずに伝送し、初段から最終段までの電圧判定手段の総合した判定結果を得ると共に、前記初段の電圧判定手段に、強制的に動作チェック用信号を入力する入力部を備え、該入力部に動作チェック用信号を与えることによって、前記電圧検出回路の自己診断を行うことを特徴とし、さらに、請求項２に記載したように、外部からの動作チェック用信号はフォトカプラを介して入力されることを特徴とする。これにより、外部からの信号によって監視結果を得ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る蓄電素子の電圧検出回路は、請求項３に記載したように、前記複数の蓄電素子と前記複数の電圧判定手段の間には、外部からの信号によって順次ＯＮ・ＯＦＦを行う半導体スイッチ素子が接続されていることを特徴とし、さらに、請求項４に記載したように、外部からの信号はフォトカプラを介して入力されることを特徴とする。これによって、必要に応じて電圧検出回路を切り離すことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の電圧検出回路の回路図である。図１において、Ｂ１，Ｂ２は蓄電素子（従来の図２の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４に相当する）、Ｑ１，Ｑ２は半導体スイッチ素子（図２のＱ１〜Ｑ４相当する）、ｑ１,ｑ2は制御信号生成用トランジスタ（図２のｑ１〜ｑ４に相当する）、ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１は第一段（初段）の電圧判定手段（図２のＶｐ１に相当する）、ＶＰＬ-2，ＶＰＨ-2は第二段（最終段）の電圧判定手段（図２のＶｐ４に相当する）、ＰＨ０，ＰＨＨ，ＰＨＬはフォトカプラ（図２のＰＨ０〜ＰＨ４に相当する）である。なお、図中○で示した部分は、各段の回路をＩＣモジュールで構成した場合のＩＣモジュールの端子である。
【００２４】
図１では蓄電素子が２個の例を挙げたが、例えば図２の如く、蓄電素子が４個直列接続されている場合など、複数の任意の数の蓄電素子が直列接続されていればよい。
【００２５】
図１に示すように、蓄電素子Ｂ１，Ｂ２は、直列接続され、電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１，ＶＰＬ-2，VＰＨ-2は、それぞれの蓄電素子の端子間に接続されている。また、半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、蓄電素子Ｂ１，Ｂ２と電圧判定手段の間に接続されている。
【００２６】
半導体スイッチ素子（例えば、トランジスタ又はＦＥＴ）Ｑ１の制御端子であるベースは、外部制御信号ｃによって、ＯＮ・ＯＦＦされるフォトカプラＰＨ０の出力が与えられるように接続されている。
また、別の半導体スイッチ素子Ｑ２の制御端子であるベースは、制御信号生成用トランジスタｑ１のコレクタに抵抗を介して接続されている。
そして、制御信号生成用トランジスタｑ１のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ１の出力側の電圧判定手段ＶＰＬ-１,ＶＰＨ-１の両端に抵抗により分圧接続されている。
【００２７】
また、制御信号生成用トランジスタｑ2のコレクタは、図示しない次段の半導体スイッチ素子に接続されるように端子が取出されている。
また、制御信号生成用トランジスタｑ2のベースは、半導体スイッチ素子Ｑ２の出力側の電圧判定手段Ｖｐl-2,ＶＰＨ- 2の両端に抵抗により分圧接続されている。
【００２８】
次に図１の回路における、電圧検出回路の動作を説明する。外部制御信号ｃによって、フォトカプラＰＨ０出力が半導体スイッチ素子Ｑ１のベース与えられると、この半導体スイッチ素子Ｑ１にはエミッタからベースに電流が流れてＯＮになる。
【００２９】
この半導体スイッチ素子Ｑ１がＯＮの時は、この半導体スイッチ素子Ｑ１のコレクタから制御信号生成用トランジスタｑ１のベース・エミッタを介して電流が流れて、この制御信号生成用トランジスタｑ１をＯＮにする。
そして、この制御信号生成用トランジスタｑ１がＯＮになると、半導体スイッチ素子Ｑ２のエミッタ・ベースから電流が流れるため、半導体スイッチ素子Ｑ２がＯＮになる。
【００３０】
また、半導体スイッチ素子Ｑ２がＯＮの時は、この半導体スイッチ素子Ｑ２のコレクタから制御信号生成用トランジスタｑ2のベース・エミッタを介して電流が流れて、この制御信号生成用トランジスタｑ2をＯＮにする。
そして、この制御信号生成用トランジスタｑ２がＯＮになると、図示しない次段の半導体スイッチ素子のエミッタ・ベースへ電流が端子から流れる。
【００３１】
これに対して、外部制御信号ｃが存在しない場合には、半導体スイッチ素子Ｑ１は、エミッタからベースに電流が流れないため、ＯＦＦになっている。半導体スイッチ素子Ｑ１がＯＦＦであると、各制御信号生成用トランジスタｑ１がＯＮになれないために、半導体スイッチ素子Ｑ２はＯＦＦになっている。
【００３２】
上記の如く、単一の外部制御信号ｃによって、全ての半導体スイッチ素Ｑ１，Ｑ２をＯＮ・ＯＦＦすることができ、該半導体スイッチ素子を介して接続された電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１，ＶＰＬ-2，VＰＨ-2により蓄電素子Ｂ１，Ｂ２の電圧の検出（蓄電素子の端子間電圧が所定範囲内であるという判定）を以下のように行うことができる。
【００３３】
図１の電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１，ＶＰＬ-2，VＰＨ-2の内のＶＰＬ-１及びＶＰＬ-2は、蓄電素子の端子間電圧が規定値以下であることを検出する電圧判定手段である。  図１において、不足電圧チェック用信号がフォトカプラＰＨＣＬを介して与えられると、第一段（初段）の電圧判定手段（不足電圧）ＶＰＬ-１の検出結果を最終段のＶＰＬ-2に絶縁せずに伝え、該最終段のＶＰＬ-2の検出結果はフォトカプラＰＨＬを介して外部に絶縁して出力される。
【００３４】
図１において、フォトカプラＰＨＣＬを介して不足電圧チェック信号が外部から入力されると、検出結果伝送用トランジスタＴｒ１が導通して、電圧判定手段ＶＰＬ- １の検出結果が検出結果伝送用トランジスタＴｒ１-１を介して次段の送られ、検出結果伝送用トランジスタＴｒ2を導通させる。
この検出結果伝送用トランジスタＴｒ2の導通により次段の電圧判定手段ＶＰＬ-2の検出結果は検出結果伝送用トランジスタＴｒ2-１を介して外部出力のためのフォトカプラＰＨＬに与えられる。
【００３５】
図１において、過電圧チェック用信号がフォトカプラＰＨＣＨを介して与えられると、第一段（初段）の電圧判定手段（過電圧）ＶＰＨ-１の検出結果を第二段（最終段）のＶＰＨ-2に絶縁せずに伝え、該第二段（最終段）のＶＰＨ-2の検出結果はフォトカプラＰＨＨを介して外部に絶縁して出力される。
また、過電圧の検出結果の伝送は不足電圧の場合と同様である。
【００３６】
また、本発明は、必ずしも検出結果を低圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１から、高圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-2，ＶＰＨ-2へ伝送する上記構成としなくてもよい。
例えば、検出結果を高圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-2，ＶＰＨ-2から、低圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１へ伝送する構成や、例えば図２の如く、蓄電素子が４個直列接続されている場合に、第二段を初段として，第四段，第三段，第一段の順に、検出結果を順次伝送させるなどの構成でもよい。
つまり、任意のものを初段として、該初段の電圧判定手段の判定結果を他の電圧判定手段に順次絶縁せずに伝送し、最終段の電圧判定手段の判定結果をフォトカプラを介して外部に出力する構成であればよい。
【００３７】
これにより、蓄電素子毎に設けられた電圧判定手段毎に外部に検出結果を出力するためのフォトカプラを設ける必要がなくなり、装置の製造に伴うコストが安くなる。
【００３８】
また、図１においては、検出結果を上記の如く、低圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-１，ＶＰＨ１から、高圧側の電圧判定手段ＶＰＬ-2，VＰＨ-2へ伝送する構成となっている。よって、各段の回路をＩＣモジュールで構成した場合（図１中、○で示した部分がＩＣモジュールの端子となる）、各検出結果伝送用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電位が各ＩＣモジュールの接地電位よりも高電位（プラス電位）となる。
このため、図１の如く、初段を低圧側、最終段を高圧側とした構成は、装置のＩＣ化に適した構成となる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、直列接続された複数の蓄電素子の各々の端子間電圧を検出する蓄電素子の電圧検出回路において、前記複数の蓄電素子の端子間にそれぞれ電圧判定手段を設け、任意の前記電圧判定手段を初段として、該初段の電圧判定手段の判定結果を他の電圧判定手段に順次絶縁せずに伝送し、初段から最終段までの電圧判定手段の総合した判定結果を得ると共に、前記初段の電圧判定手段に、強制的に動作チェック用信号を入力する入力部を備え、該入力部に動作チェック用信号を与えることによって、前記電圧検出回路の自己診断を行うことを特徴とし、初段の電圧判定手段は、強制的に動作チェック用信号を入力することによって、電圧検出回路の自己診断が行われる構成として、外部からの信号によって監視結果を得ることができる。
【００４０】
さらに、請求項２に記載の発明では、外部からの動作チェック用信号はフォトカプラを介して入力されるので、蓄電素子と外部回路との間を電気的に絶縁することができる安全性の高い蓄電素子の電圧検出回路を提供できる。
【００４１】
また、請求項３に記載の発明では、複数の蓄電素子と複数の電圧判定手段の間には、外部からの信号によって順次ＯＮ・ＯＦＦを行う半導体スイッチ素子を接続することによって、必要に応じて電圧検出回路を切り離すことができる。
【００４２】
さらに、請求項４に記載の発明では、外部からの信号はフォトカプラを介して入力されるので、蓄電素子と外部回路との間を電気的に絶縁することができる安全性の高い蓄電素子の電圧検出回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄電素子の電圧検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】従来の蓄電素子の電圧検出回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ 蓄電素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 半導体スイッチ素子
ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４ 制御信号生成用トランジスタ
ＶＰＬ-1 （初段の）電圧判定手段（不足電圧）
ＶＰＬ-2 （最終段の）電圧判定手段（不足電圧）
ＶＰＨ-1 （初段の）電圧判定手段（過電圧）
ＶＰＨ-2 （最終段の）電圧判定手段（過電圧）
ＰＨ０，ＰＨＣＨ，ＰＨＣＬ，ＰＨＬ，ＰＨＨ フォトカプラ
ＰＨ１，ＰＨ２，ＰＨ３，ＰＨ４ フォトカプラ
Ｔｒ１,Ｔｒ１-1,Ｔｒ２,Ｔｒ２-1 検出結果伝送用トランジスタ
【図１】
0003656046.tif 000002
【図２】
0003656046.tif 000003