(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つがスイッチと直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、
前記スイッチと前記電池との間に接続され、前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、
前記電圧検出端子と該電圧検出端子に接続される電池の各々との間に配置され、該電圧検出端子と接続される電池を選択する選択回路と、
前記スイッチのいずれか一つをオフし、該オフされたスイッチに接続された電池を選択するよう前記選択回路を制御する制御回路と、
を有することを特徴とするバッテリ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、外部制御信号に応答して前記選択回路を制御することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ装置。
【請求項３】
少なくとも１つがスイッチと直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、
前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、
前記スイッチは前記電池を負荷か前記電圧検出端子のいずれかに接続するものであり、該スイッチを操作する制御回路と、
を有することを特徴とするバッテリ装置。
【請求項４】
前記制御回路は、外部制御信号に応答して、いずれか一つの電池のみを前記電圧検出端子に接続させるよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ装置。
【請求項５】
少なくとも１つが可変抵抗と直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、
前記可変抵抗と前記電池との間に接続され、前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、
前記電圧検出端子と該電圧検出端子を共有する電池の各々との間に配置され、該電圧検出端子と接続される電池を選択する選択回路と、
前記可変抵抗の抵抗値を制御して前記可変抵抗のいずれか一つの抵抗値を他の可変抵抗の抵抗値よりも大きくし、該抵抗値の大きい可変抵抗を選択するよう前記選択回路を制御する制御回路と、
を有することを特徴とするバッテリ装置。
【請求項６】
前記制御回路は、外部制御信号に応答して、前記可変抵抗の抵抗値と前記選択回路を制御することを特徴とする請求項５に記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、二次電池パックにおいて、電池の状態（残量、劣化等）の監視を精度よく行う技術に関する。
情報処理装置のダウンサイジングにより、ノート型パソコン等の携帯型装置の需要が高まっている。携帯型装置は電力源として電池を搭載しており、ＡＣ電源がとれない環境で使用されるときは、電池により駆動されることが可能である。。そこで、電池としてサイクル使用が可能である二次電池を搭載する携帯型装置が増加している。二次電池の形態としては、装置の消費電力の大きさに対処するため、複数の電池が並列に接続された組電池（電池パック）が一般的に利用されている。
【０００２】
【従来技術】
図１５は、従来の組電池の構成図である。
組電池１は複数の電池Ｂ１，Ｂ２が並列に接続されてなる。また、Ｔ１，Ｔ２はそれぞれ組電池の＋端子，−端子である。組電池１は、ノート型パソコン等の機器本体１０に着脱自在に接続され、端子Ｔ１とＴ２との間に挿入される機器本体１０の負荷１１に電力を供給する。この組電池１の残量は、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間の電圧により推定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
組電池の残量検出は、通常、組電池が機器に接続され、組電池が機器内の負荷に電力を供給する状態で行われている。つまり、負荷に対する放電電流や電池電圧に基づいて組電池の開放電圧を推定している。このような残量検出の手法によると、負荷電流の変化に応じて電圧値も変動するため、正確な残量の検出が困難であるという問題がある。
【０００４】
また、電池（セル）がパック化されて組電池が構成されているため、セル単位で組電池の状態を検出することができない。組電池内のセル間で残量にバラツキがあると、負荷に供給する電流の一部が残量の少ないセルに流入してしまい、駆動能力を低下を招く。また、充電中においては、残量の多いセルが残量の少ないセルへ放電するという現象が起き、残量の少ないセルに過剰な電流が流れ込み、セルが破壊されるという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明では、負荷に電力を供給する状態においても、精度よく状態が確認されるとともに、セル単位で状態が監視される組電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する手段】上記課題を解決するため、請求項１に記載されるように、バッテリ装置を、少なくとも１つがスイッチと直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、前記スイッチと前記電池との間に接続され、前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、前記電圧検出端子と該電圧検出端子に接続される電池の各々との間に配置され、該電圧検出端子と接続される電池を選択する選択回路と、前記スイッチのいずれか一つをオフし、該オフされたスイッチに接続された電池を選択するよう前記選択回路を制御する制御回路とを有するよう構成する。これにより、複数の電池のうち特定の電池のみの開放電圧を検出することができる。
【０００９】
請求項２では、制御回路は、外部制御信号に応答して請求項１の選択回路を制御する。請求項２によると、電圧検出端子に接続される電池の選択が自動的に実行される。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、請求項３に記載されるように、バッテリ装置を、少なくとも１つがスイッチと直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、前記スイッチは前記電池を負荷か前記電圧検出端子のいずれかに接続するものであり、該スイッチを操作する制御回路と、を有するよう構成する。これにより、電池と負荷とを断続するスイッチと電池と電圧検出端子とを断続するスイッチとが１つにまとまり、スイッチ数を削減しつつ、複数の電池のうち特定の電池のみの開放電圧を検出することができる。また、請求項４では、制御回路は、外部制御信号に応答して、いずれか１つの電池のみを前記電圧検出端子に接続させるようスイッチを制御する。請求項４によると、開放電圧をセル単位で検出できる。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、請求項５に記載されるように、バッテリ装置を、少なくとも１つが可変抵抗と直列に接続される複数の電池が各々並列に接続されてなり、前記可変抵抗と前記電池との間に接続され、前記電池の電圧を取り出す電圧検出端子と、前記電圧検出端子と該電圧検出端子を共有する電池の各々との間に配置され、該電圧検出端子と接続される電池を選択する選択回路と、前記可変抵抗の抵抗値を制御して前記可変抵抗のいずれか一つの抵抗値を他の可変抵抗の抵抗値よりも大きくし、該抵抗値の大きい可変抵抗を選択するよう前記選択回路を制御する制御回路と、を有するよう構成する。これにより、可変抵抗を制御することにより、複数の電池のうち特定の電池について開放電圧とほぼ等しい電圧を検出することができる。
【００１４】
請求項６では、前記制御回路は、外部制御信号に応答して、前記可変抵抗の抵抗値と前記スイッチを操作する。請求項６によると、電池の選択が自動的に実行される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１の実施の形態における組電池を示す。図１に示される組電池は本発明のもっとも基本的な構成を有する。
図１において、Ｂ１，Ｂ２はともに、同種同容量の電池であり、例えばリチウムイオン電池である。電池Ｂ１とＢ２は並列に接続され、組電池１を構成する。Ｓ１は電池Ｂ１から負荷１１への放電経路を開閉するスイッチである。スイッチ４としては、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の半導体素子や、リレーを用いてもよい。４はスイッチＳ１の開閉を操作する制御回路である。Ｖｃは電圧検出端子であり、電池Ｂ１の＋端子に接続されている。
【００１８】
また、１０は装置本体（例えば、ノート型パソコン、携帯電話機等）であり、負荷１１や装置本体に対する電力の供給を監視、制御する電源制御マイコン１２が内蔵されている。
以下に、図１に示される組電池の動作について説明する。
組電池１は、装置本体１０に接続されている。また、組電池１のプラス端子Ｔ１と、マイナス端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が接続されている。装置本体１１が屋外で使用されるときやＡＣ電源が停電したときに、負荷１１は組電池１から電力が供給される。
【００１９】
スイッチＳ１は閉じた状態にあるとき、電池Ｂ１と電池Ｂ２の両方が負荷１１に電力を供給している。
この状態において、電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求信号ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４はスイッチＳ１に対しスイッチＳ１をオフする制御信号を送信する。なお、図１において、制御線は１本であり、ＳＩは１ビットの信号である。そして、いずれか一方の論理がスイッチＳ１のオン、他方の論理がスイッチＳ１のオフを指示する。
【００２０】
スイッチＳ１は制御信号に応答してオフする。スイッチＳ１がオフすることにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ２のみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池１の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ１の状態を判定する。電池Ｂ１の開放電圧は、ＶｃとＴ２との間に高い抵抗値（約１００ＭΩ）を持つ抵抗を挿入することにより検出できる。
【００２１】
上記組電池１に含まれる電池Ｂ１とＢ２のうち、電池Ｂ１については、単体での電圧検出が可能となる。また、電池Ｂ１の電圧の検出は、電池１が負荷１１から切り離された状態で行われるため、負荷電流の変化の影響を受けることがなく、精度の高い状態検出が可能となる。
図２に、本発明の第２の実施の形態における組電池の構成図を示す。図２に示される組電池は、組電池内の２個の電池の各々の電圧の検出を可能にする構成を持つ。
【００２２】
図２において、Ｓ２は電池Ｂ２から負荷１１への放電経路を開閉するスイッチである。Ｓｖは選択回路であり、電池Ｂ１と電池Ｂ２のどちらかと電圧検出端子とを接続する。また、図２における制御回路４は、携帯機器が送出する制御信号ＳＩに応答して、スイッチＳ１，スイッチＳ２、およびスイッチＳｖのオン／オフを制御する。
【００２３】
以下に、図２の組電池１の動作を説明する。
組電池１の＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が挿入されている。電池の状態検出が不要な間、Ｓ１とＳ２は閉じられ、電池１と電池２の両方が負荷に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖは電池１も電池２も選択していない状態にある。
【００２４】
この状態において、装置本体１０の電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は、まず、スイッチＳ１に対しスイッチＳ１をオフする制御信号を送信する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂ１を選択する選択信号を送信する。
【００２５】
スイッチＳ１は制御信号に応答してオフする。スイッチＳ１がオフすることにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ２のみが負荷１１に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖは、選択信号に応答して電池Ｂ１を電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池Ｂ１の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ１の状態を判定する。
【００２６】
電源制御マイコンは、電池Ｂ１の状態を確認すると、他の電池の状態を確認すべく、制御信号４に状態検出要求ＳＩを発する。
制御回路４が状態検出要求信号ＳＩを受信すると、制御回路４は、オフ状態にあるスイッチＳ１に対しスイッチＳ１をオンする制御信号を送信し、スイッチＳ２に対しスイッチＳ２をオフする制御信号を送信する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂ２を選択する選択信号を送信する。なお、スイッチＳ２をオフする信号がスイッチＳ１をオンする信号よりも先に発せられると、スイッチＳ１とスイッチＳ２の両方がオフ状態である時間帯が存在し、負荷への電力供給が絶たれるため、制御回路４はスイッチＳ１をオンする信号を送信してからスイッチＳ２をオフする信号を送信するよう動作する。
【００２７】
制御信号に応答して、スイッチＳ１がオン、スイッチＳ２がオフすることにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ２のみが負荷１１に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖは、選択信号に応答して電池Ｂ２を電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池Ｂ２の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ２の状態を判定する。
【００２８】
図３は、選択回路Ｓｖの内部を示す。選択回路Ｓｖには、電池Ｂ１と電圧検出端子Ｖｃとの断続を行うスイッチｋ１と、電池Ｂ２と電圧検出端子Ｖｃとの断続を行うスイッチｋ２とが設けられ、スイッチｋ１は制御端子Ｇ１より、スイッチｋ２は制御端子Ｇ２より供給される１ビットの制御信号により、オンおよびオフが制御される。
【００２９】
図４は、図３に示されるスイッチｋ１の回路図を示す。スイッチｋ１は、１個のＮチャネルＦＥＴと２個のＰチャネルＦＥＴを含んで構成される。なお、Ｄ１およびＤ２は、ＰチャネルＦＥＴの寄生ダイオードである。
図４のスイッチｋ１は、制御端子Ｇ１に論理「１」の信号が入力されると、ＮチャネルＦＥＴがオンする。２個のＰチャネルＦＥＴは、ゲート端子電圧がグランドレベルになるため、どちらもオンする。その結果、電池Ｂ１が電圧検出端子Ｖｃと接続される。
【００３０】
一方、制御端子Ｇ１に論理「０」の信号が入力されると、ＮチャネルＦＥＴがオフする。２個のＰチャネルＦＥＴは、各々のゲート端子電圧が、寄生ダイオードＤ１および抵抗Ｒを介して供給される電池Ｂ１の電圧によりハイレベルになるため、どちらもオフする。その結果、電池Ｂ１と電圧検出端子Ｖｃとが切り離される。
【００３１】
なお、スイッチｋ２もスイッチｋ１と同様な回路を持ち、端子Ｇ２に論理「１」が入力されるとオン、論理「０」が入力されるとオフする。
図５は、図２に示される制御回路４の内部回路を示す。制御回路４には、電源制御マイコン１２より２本の制御線を介して２ビットの状態検出要求信号ＳＩが供給され、その組み合わせにより、いずれの電池が電圧検出端子Ｖｃに接続されるかが決定される。
【００３２】
図６に、状態検出要求信号ＳＩのビットＡ，Ｂの状態と、選択回路４から制御端子Ｇ１およびＧ２に対する出力レベルと、スイッチｋ１、ｋ２の動作との関係を示す表を掲載する。図６が示すように、状態検出要求信号のビットＡ、及びビットＢの値の組み合わせにより、スイッチｋ１のみオン、スイッチｋ２のみオン、スイッチｋ１とスイッチｋ２の両方がオフの３つの状態が決まる。なお、スイッチｋ１とスイッチｋ２のどちらもオンという状態は作り出されないよう設計されている。
【００３３】
図７に本発明の第３の実施の形態における組電池を示す。図７に示される組電池は、図２における組電池が一般化されたものである。
図７において、Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）は電池であり、各々並列に接続されて組電池１を構成する。Ｓｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）は、電池Ｂｉに直列に接続され、電池Ｂｉの放電経路を開閉するスイッチである。また、Ｓｖは、電池Ｂｉの中から電圧検出端子Ｖｃに接続される何れか一個の電池を選択する。
【００３４】
以下に、図７に示される組電池の動作を説明する。
組電池１の＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が挿入されている。装置本体１０の負荷１１が組電池１より電力が供給されているとき、通常、Ｓ１〜Ｓｎは閉じられ、組電池１内の全電池が負荷に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖはいずれの電池も選択していない状態にある。
【００３５】
この状態において、装置本体１０の電源制御マイコン１２が制御回路４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は、いずれか１つのスイッチＳｉに対し、Ｓｉをオフする制御信号を送信する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂｉを選択する選択信号を送信する。
【００３６】
スイッチＳｉは制御信号に応答してオフする。スイッチＳｉがオフすることにより、電池Ｂｉから負荷１１への放電が遮断され、残りの電池のみが負荷１１に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖは、選択信号に応答して電池Ｂｉを電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池Ｂｉの電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂｉの状態を判定する。
【００３７】
電源制御マイコンは、電池Ｂｉの状態を確認すると、他の電池（Ｂ（ｉ＋１）とする）の状態を確認すべく、制御信号４に状態検出要求ＳＩを発する。
制御回路４が状態検出要求信号ＳＩを受信すると、制御回路４は、オフ状態にあるスイッチＳｉに対しスイッチＳ１をオンする制御信号を送信し、スイッチＳ（ｉ＋１）に対しスイッチＳ（ｉ＋１）をオフする制御信号を送信する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂ（ｉ＋１）を選択する選択信号を送信する。
【００３８】
なお、図２に示される組電池１では、制御回路４は、スイッチＳ１をオンする信号を送信してからスイッチＳ２をオフする信号を送信した。組電池が３つ以上の電池から構成されていれば、２つのスイッチが同時にオフしていても、負荷への電力供給が絶たれることはない。しかし、電池の負担を軽くするために、本形態においても、スイッチＳｉがオンしてからスイッチＳ（ｉ＋１）がオフするよう設定されることが望ましい。
【００３９】
制御信号に応答して、スイッチＳｉがオン、スイッチＳ（ｉ＋１）がオフすることにより、電池Ｂ（  ｉ＋１）から負荷１１への放電が遮断され、それ以外の電池が負荷１１に電力を供給する。また、選択回路Ｓｖは、選択信号に応答して電池Ｂ（ｉ＋１）を電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池（  ｉ＋１）の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ（  ｉ＋１）の状態を判定する。
【００４０】
もし、電池Ｂｉの電圧値が規定値よりも低く、電源制御マイコンが残量不足と判断すると、電池Ｂｉが放電しないよう制御回路４にスイッチＳｉのオフを維持するよう指示してもよい。
なお、図７における選択回路Ｓｖも、各電池に対応してスイッチｋｉが設けられている。また、電源制御マイコン１２から制御回路４に出力される状態検出要求信号ＳＩは、電池の数に応じた分だけのビット数からなり、各桁が示す論理値の組み合わせにより、選択回路Ｓｖ内のいずれか１個のスイッチのみがオン、または、全てのスイッチがオフするよう設計されている。
【００４１】
図８に本発明の第４の実施の形態における組電池を示す。
図８において、既出の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。Ｓａ１は電池Ｂ１の放電先を選択するスイッチであり、電池Ｂ１の放電先を装置本体１０の負荷１１にするか電圧検出端子Ｖｃにするかを選択する。
以下に，図８に示される組電池の動作を説明する。
【００４２】
組電池１は、装置本体１０に接続されている。また、組電池１のプラス端子Ｔ１と、マイナス端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が接続されている。
電池Ｂ１と電池Ｂ２の両方が負荷１１に電力を供給している状態では、切替スイッチＳａ１は電池Ｂ１の放電先として負荷を選択する状態にある。
【００４３】
この状態において、電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は切替スイッチＳａ１に対し切り替え信号を送信する。なお、図８において、制御線は一本であり、ＳＩは１ビットの信号である。そして、いずれか一方の論理が、電池Ｂ１の接続先として負荷１１を、他方の論理が、電池Ｂ１の接続先として電圧検出端子Ｖｃを指示する。また、制御回路４からスイッＳａ１に供給される制御信号も１ビットの信号である。
【００４４】
切替スイッチＳａ１は制御信号に応答して、電池Ｂ１の接続先を負荷１１から電圧検出端子Ｖｃに切り換える。切替スイッチＳａ１が切り換わったことにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ２のみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池１の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ１の状態を判定する。
【００４５】
上記組電池１に含まれる電池Ｂ１とＢ２のうち、電池Ｂ１については、単体での電圧検出が可能となる。また、電池Ｂ１の電圧の検出は、電池１が負荷１１から切り離された状態で行われるため、負荷電流の変化の影響を受けることがなく、精度の高い状態検出が可能となる。
図９に本発明の第５の実施の形態における組電池を示す。図８に示される組電池では、電池２の単独の状態を確認することはできない。図９に示される組電池は、電池１と電池２の状態を各々個別に確認する構成を持つ。
【００４６】
図９に示す組電池においては、図８に示される切替スイッチＳａ１に加えて、電池２の放電先として負荷１１か電源検出端子Ｖｃかを選択する切替スイッチＳａ２が設けられ、電池Ｂ２が電源検出端子Ｖｃに接続されることができる。
図９に示される組電池の動作を以下に説明する。
組電池１の＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が挿入されている。装置本体１０の負荷１１が組電池１より電力が供給されているとき、通常、Ｓａ１とＳａ２はともに電池の接続先として負荷１１を選択し、電池１と電池２の両方が負荷に電力を供給する。
【００４７】
この状態において、装置本体１０の電源制御マイコン１２が制御回路４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は、まず、切替スイッチＳａ１に対し電池Ｂ１の接続先を電圧検出端子Ｖｃに切り換える制御信号を送信する。
制御信号に応答して、切替スイッチＳａ１は電池Ｂ１を電源検出端子Ｖｃに接続させる。電池Ｂ１の接続先が電源検出端子Ｖｃに切り換わることにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ２のみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池１の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ１の状態を判定する。
【００４８】
電源制御マイコン１２は、電池Ｂ１の状態を確認すると、他の電池の状態を確認すべく、制御信号４に状態検出要求信号ＳＩを発する。
制御回路４が状態検出要求信号ＳＩを受信すると、制御回路４は、電池Ｂ１を電源検出端子Ｖｃに接続している切替スイッチＳａ１に対して、電池Ｂ１を負荷１１に接続させるよう制御信号を送信し、切替スイッチＳａ２に対して、電池Ｂ２を電源検出端子Ｖｃに接続させるよう制御信号を送信する。ここで、スイッチ電池Ｂ１が負荷１１に接続される前に、電池Ｂ２が電源検出端子Ｖｃに接続されると、負荷１１への電力供給が絶たれる時間帯が発生する。そこで、制御回路４は、切替スイッチＳａ１に電池Ｂ１の接続先を負荷１１に切り換える制御信号を出力してから切替スイッチＳａ２に電池Ｂ２の接続先を電圧検出端子Ｖｃに切り換える制御信号を出力する。
【００４９】
制御信号に応答して、切替スイッチＳａ１は電池Ｂ１を負荷１１に接続し、切替スイッチＳａ２は電池Ｂ２を電源検出端子Ｖｃに接続する。電池Ｂ２の接続先が電源検出端子Ｖｃに切り換わることにより、電池Ｂ２から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂ１のみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池Ｂ２の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ２の状態を判定する。
【００５０】
図１０は、切替スイッチＳａ１の内部を示す。切り替えスイッチＳａ１には、電池Ｂ１と負荷１１との断続を行うスイッチｑ１と、電池Ｂ１と電圧検出端子Ｖｃとの断続を行うスイッチｑ２とが設けられ、制御回路４から制御端子Ｇ１に入力される１ビットの制御信号の論理値に応じて、相反する状態をとる。制御端子Ｇ１に論理「１」が入力されるとスイッチｑ２がオンし、論理「０」が入力されるとスイッチｑ１がオンする。
【００５１】
図１１は、切り替えスイッチＳａ１の回路図を示す。スイッチｑ１，ｑ２はともに、１個のＮチャネルＦＥＴと２個のＰチャネルＦＥＴを含んで構成される。なお、Ｄ１およびＤ２は、ＰチャネルＦＥＴの寄生ダイオードである。
図１１のスイッチｑ１では、制御端子Ｇ１に論理「１」の信号が入力されると、反転ゲートＩＮを介して論理「０」がＮチャネルＦＥＴのゲートに与えられるため、ＮチャネルＦＥＴがオフする。その結果、２個のＰチャネルＦＥＴのどちらもオフする。
【００５２】
一方、スイッチｑ２では、制御端子Ｇ１に入力された論理「１」が、ＮチャネルＦＥＴのゲートに与えられるため、ＮチャネルＦＥＴがオンする。その結果、２個のＰチャネルＦＥＴのどちらもオンする。
従って、制御端子Ｇ１に論理「１」が入力されると、スイッチｑ１がオフ、スイッチｑ２がオンするため、電池Ｂ１は、電圧検出端子Ｖｃに接続される。
【００５３】
逆に、制御端子Ｇ１に論理「０」が入力されると、スイッチｑ１がオン、スイッチｑ２がオフし、電池Ｂ１は、負荷１１に接続される。
なお、図８の切り替えスイッチＳａ２も、切り替えスイッチＳａ１と同様な回路を持ち、制御回路４から論理「１」の制御信号が入力されると、電池Ｂ２を電圧検出端子Ｖｃに接続し、論理「０」が入力されると、電池Ｂ２を負荷１１に接続する。
【００５４】
図１２は、図９に示される制御回路４の内部回路を示す。制御回路４には電源制御マイコンより２ビットの状態検出要求信号ＳＩが供給され、ビットＡ，Ｂの値の組み合わせにより、各電池を負荷と電源検出端子のどちらに接続させるかが決定さる。
図１３に、状態検出要求信号ＳＩの各ビットの値と、制御回路４から各切り替えスイッチの制御端子に出力される制御信号のレベルと、各電池の接続先との関係を示す表を掲載する。図１３が示すように、状態検出要求信号のビットＡ、及びビットＢの値の組み合わせにより、電池Ｂ１のみ電圧検出端子Ｖｃに接続、電池Ｂ２のみ電圧検出端子Ｖｃに接続、どちらの電池も負荷１１に接続の３つの状態が決まる。なお、電池Ｂ１とＢ２のどちらも電源検出端子Ｖｃに接続されるという状態は作り出されないよう設計されている。
【００５５】
図１４に本発明の第６の実施の形態における組電池を示す。図１４に示される組電池は、図９における組電池が一般化されたものである。
図１４において、Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）は電池であり、各々並列に接続されて組電池１を構成する。Ｓａｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）は、電池Ｂｉに直列に接続され、電池Ｂｉの接続先を装置本体１０の負荷１１か電源検出端子Ｖｃにするかを選択するスイッチである。
【００５６】
以下に、図１４に示される組電池の動作を説明する。
組電池１の＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２との間には、装置本体１０の負荷１１が挿入されている。装置本体１０の負荷１１が組電池１より電力が供給されているとき、通常、Ｓａ１〜Ｓｎは電池を負荷１１に接続し、組電池１内の全電池が負荷に電力を供給する。
【００５７】
この状態において、装置本体１０の電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は、いずれか１つの切替スイッチＳａｉに対し、Ｂｉの接続先を電圧検出端子Ｖｃに切り換える信号を送信する。
切替スイッチＳａｉは制御信号に応答して、電池Ｂｉを電源検出端子Ｖｃに接続する。切替スイッチＳａｉがオフすることにより、電池Ｂｉから負荷１１への放電が遮断され、残りの電池のみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池ｉの電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂｉの状態を判定する。
【００５８】
電源制御マイコンは１２、電池Ｂｉの状態を確認すると、他の電池（Ｂ（ｉ＋１）とする）の状態を確認するため、制御回路４に状態検出要求信号ＳＩを出力する。
制御回路４が状態検出要求信号ＳＩを受信すると、制御回路４は、電池Ｂｉを電源検出端子Ｖｃに接続している切替スイッチＳａｉに対して、電池Ｂｉを負荷１１に接続させるよう制御信号を送信し、切替スイッチＳａ（ｉ＋１）に、電池（ｉ＋１）を電源検出端子Ｖｃに接続させるよう制御信号を送信する。
【００５９】
なお、図９に示される組電池１では、検査対象の電池を切り換えるとき、制御回路４は電池Ｂ１の接続先を負荷１１に戻してから、切替スイッチＳａ２に電池Ｂ２の接続先を電源検出端子Ｖｃに接続させる制御信号を出力した。組電池が３つ以上の電池から構成されていれば、ＳａｉとＳａ（ｉ＋１）の両方が電圧検出端子Ｖｃを選択していても、負荷への電力供給が絶たれることはない。しかし、電池の負担を軽くするためや、２個の電池が電圧検出端子Ｖｃに接続されることを避けるために、本形態においても、制御回路４は、Ｓａｉに電池Ｂｉの接続先を負荷１１に戻す制御信号を出力してから、Ｓａ（ｉ＋１）に電池Ｂ（ｉ＋１）を電圧検出端子Ｖｃに接続させる制御信号を出力する。
【００６０】
制御信号に応答して、切替スイッチＳａｉは電池Ｂｉを負荷１１に接続し、切替スイッチＳａ（ｉ＋１）は電池Ｂ（ｉ＋１）を電源検出端子Ｖｃに接続する。電池Ｂ（ｉ＋１）の接続先が電源検出端子Ｖｃに切り換わることにより、電池Ｂ（ｉ＋１）から負荷１１への放電が遮断され、電池Ｂｉのみが負荷１１に電力を供給する。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、負荷１１と切り離された電池Ｂ（ｉ＋１）の電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ（ｉ＋１）の状態を判定する。
【００６１】
なお、図１４に示される切り替えスイッチＳａｉも図１１に示される切替スイッチＳａ１と同様な回路を持つ。また、電源制御マイコンから制御回路４に出力される状態検出要求信号ＳＩは、電池の数に応じた分だけのビット数からなり、各桁が示す論理値の組み合わせにより、いずれか１個の電池のみ電源検出端子に接続されるか、または、全ての電池が負荷１１に接続されるよう設計されている。
【００６２】
図１５は、本発明の第７の実施の形態における組電池である。図１〜図１４においては、スイッチが電池と負荷１１とを切り離したが、図１５では、スイッチの替わりに抵抗器が電池から負荷１１への電流を制限することにより、電池と負荷とが切り離された状態に近い状態をつくり出す。
図１５において、Ｒ１は抵抗であり、電池Ｂ１と直列に接続され、電池Ｂ１から装置本体１０の負荷１１への電流を制限する。また、電圧検出端子Ｖｃは電池Ｂ１のみに接続されている。
【００６３】
以下に、図１５に示される組電池の動作を説明する。
組電池１が装置本体１０に装着されているとき、組電池１の＋端子Ｔ１と−端子Ｔ２との間には、装置本体１０が挿入されているが、抵抗Ｒ１によって、電池Ｂ１から負荷１１への電流は抑制されるため、負荷１１に供給される電力はほとんど電池Ｂ２からのものであり、電圧検出端子Ｖｃと組電池１の−端子との間には、電池Ｂ２の開放電圧にほぼ等しい電圧が現れる。装置本体１０の電源制御マイコン１２は、この電圧値に基づいて電池Ｂｉの状態を判定する。
【００６４】
図１６は、本発明の第８の実施の形態における組電池である。図１６では、図１５の抵抗Ｒ１を可変抵抗器とし、抵抗器Ｒ１の抵抗値を操作する制御回路４が設けられている。
以下に、図１６に示される組電池の動作を説明する。
電池Ｂ１の状態検出が不要な間は、電源制御マイコンからの指示に基づき、制御回路４は、抵抗器Ｒ１の抵抗値を０Ωまたはそれに近い値に設定する。従って、電池Ｂ１と電池Ｂ２の両方が負荷１１に電力を供給する。
【００６５】
前述の状態にあるときに、電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は抵抗Ｒ１の値を大きく（約１００ＭΩ）に設定する。
抵抗器Ｒ１の抵抗値が大きくなることにより、電池Ｂ１から負荷１１への電流は抑制されるため、負荷１１に供給される電力はほとんど電池Ｂ２からのものとなり、電圧検出端子Ｖｃと組電池１の−端子との間には、電池Ｂ２の開放電圧にほぼ等しい電圧が現れる。装置本体１０の電源制御マイコン１２は、この電圧値に基づいて電池Ｂｉの状態を判定する。
【００６６】
図１７に、本発明の第９の実施の形態における組電池を示す。図１７の組電池は、図１６の組電池における電池Ｂ２の状態も検出できるようにした。
図１７において、Ｒ２は電池Ｂ２に直列に接続される抵抗であり、Ｓｖは、制御回路４からの選択信号に応答して電圧検出端子Ｖｃに接続される電池を選択する選択回路である。
【００６７】
以下に。図１７に示される組電池の動作を説明する。
電池Ｂ１の状態検出が不要な間は、電源制御マイコンからの指示に基づき、制御回路４は、抵抗器Ｒ１およびＲ２の抵抗値を０Ωまたはそれに近い値に設定する。従って、電池Ｂ１と電池Ｂ２の両方が負荷１１に電力を供給する。
この状態において、装置本体１０の電源制御マイコン１２が制御信号４に状態検出要求ＳＩを発し、制御回路４がこれを受信すると、制御回路４は、抵抗器Ｒ１の抵抗値を大きく（約１００Ω）に設定する設定信号を送信する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂ１を選択する選択信号を送信する。
【００６８】
抵抗Ｒ１の抵抗値が大きくなることにより、電池Ｂ１から負荷１１への放電が抑制され、負荷１１は電力のほとんどを電池Ｂ２から供給される。また、選択回路Ｓｖが選択信号に応答して電池Ｂ１を電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池１のマイナス端子Ｔ２との間には、電池Ｂ１の開放電圧にほぼ等しい電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ１の状態を判定する。
【００６９】
電源制御マイコンは、電池Ｂ１の状態を確認すると、他の電池の状態を確認すべく、制御信号４に状態検出要求ＳＩを発する。
制御回路４が状態検出要求信号ＳＩを受信すると、制御回路４は、高抵抗にある抵抗器Ｒ１の抵抗値を小さく（０Ωまたはそれに近い値）に戻す設定信号を出力し、抵抗器Ｓ２の抵抗値を大きく（約１００ＭΩ）にする設定信号を出力する。また、制御回路４は、選択回路Ｓｖに対し、電源検出端子Ｖｃに接続される電池として電池Ｂ２を選択する選択信号を送信する。なお、抵抗器Ｒ２を高抵抗にする信号が抵抗器Ｒ１を低抵抗にする信号よりも先に発せられると、負荷へほとんど電力が供給されない時間帯が生じるため、制御回路４は抵抗器Ｒ１を低抵抗に戻す信号を送信してから抵抗器Ｒ２を高抵抗にする信号を送信するよう動作する。
【００７０】
抵抗Ｒ２の抵抗値が大きくなることにより、電池Ｂ２から負荷１１への放電が抑制され、負荷１１は電力のほとんどを電池Ｂ１から供給される。また、選択回路Ｓｖが選択信号に応答して電池Ｂ２を電圧検出端子Ｖｃに接続させる。従って、電圧検出端子Ｖｃと組電池２のマイナス端子Ｔ２との間には、電池Ｂ２の開放電圧にほぼ等しい電圧が現れ、機器本体１０の電源制御マイコン１２が電圧値に基づいて電池Ｂ２の状態を判定する。
【００７１】
以上、説明した図１〜図１７の組電池は、個々の電池から負荷への放電を遮断あるいは抑制することにより、セル単位の開放電圧の検出を可能にしたが、内部抵抗の劣化もセル単位で検出することも可能にする。
図１８は、放電時間と電池電圧の関係を示すグラフである。
図１８より、放電時間が経過するにともない電池の電圧が低下していくのが分かる。また、放電電流が大きいほど、電池の電圧の低下が速いことが分かる。つまり、内部抵抗が劣化していると、その電池は正常な状態にあるときよりも多い電流を放電し、電圧の低下が速くなる。
【００７２】
そこで、本発明では、図１から図１７に示される組電池内の電池を個別に放電させ、電圧が低下する早さに基づいて、その電池の内部抵抗の劣化を判定することを提案する。
図１９は、電池の内部抵抗に劣化を判定するための構成である。電圧検出端子Ｖｃと組電池のマイナス端子Ｔ２の間には、疑似負荷１３が接続されている。この疑似負荷１３は装置本体１０の負荷１１を疑似する抵抗であり、可変抵抗であってもよい。
【００７３】
以下に、内部抵抗の劣化の検出を説明する。
まず、開放電圧の測定と同様に、制御回路４がスイッチや選択回路を操作し、いずれか１個の電池から負荷への電力の供給を止め（図１６〜図１７に示される組電池においては、抵抗値を大きくして負荷への電力供給を抑制する。）、選択回路Ｓｖ制御して、その電池を電源検出端子に接続する。
【００７４】
選択された１個の電池は疑似負荷１３に放電するため、徐々に電圧が低下していく。電源制御マイコン１２は、電池の電圧をモニタし、予め設定された電圧値に達するまでの時間が基準時間よりも早いか否かを調べる。基準値は疑似負荷１３の抵抗値に応じて設定される。抵抗値が小さければ基準時間は短く、大きければ基準時間は長く設定される。また、疑似負荷１３の抵抗値は固定値ではなく、電源制御マイコン１２の制御により、変化させてもよい。なお、図１５〜図１７に示される組電池の電池の内部抵抗劣化を検出するにあたっては、検査対象の電池に接続される抵抗器の抵抗値は、疑似負荷１３の抵抗値よりも十分大きな値に設定されなければならない。
【００７５】
以上は、本発明の組電池の構成を説明したが、次に、これら組電池が搭載される装置本体側の構成について説明する。
図２０は、装置本体１０における電源制御系統のブロック図である。
図２０において、２１は装置本体のＣＰＵである。２２は装置本体のメインメモリである。２３はキーボード、マウス等の入力装置である。２４は映像情報や文字情報や表示するＬＣＤ等の表示装置である。２５は、ＣＰＵ２１の指示に従って、表示装置２４に情報を表示するディスプレイコントローラである。２６は組電池１のＶｃ端子に生じる電圧を検出する検出回路である。２７は、組電池が残量不足になると点灯するＬＥＤである。
【００７６】
以下に、図２０に示されるシステムの動作を説明する。
装置本体の主電源のスイッチが投入されると、電源制御マイコンは所定の電源制御シーケンスを実行する。いま、ＡＣが正常に供給され、装置本体の各部にはＡＣ電源から得た電力が供給されているとする。ＡＣから電力が供給されている期間中、組電池は充電器を介して充電される。
【００７７】
図２１（ａ），（ｂ）は、装置本体に対する電力の供給系統を示すブロックである。
図２１において、３１はＡＣ入力を整流／平滑する整流平滑回路、３２は整流平滑出力が供給され、組電池を充電する充電器、３３は整流平滑入力を負荷に必要な電圧値に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。図２１において、３４〜３７はそれぞれ逆流防止用のダイオードである。
【００７８】
ＡＣが入力が正常に供給されていれば、組電池よりも整流平滑回路の出力電圧のほうが高いため、図２１ａのダイオード３５がオフし、組電池１は放電せず、充電器３２によって充電される。
ＡＣが異常（停電や電圧低下）となると、整流平滑回路３１よりも組電池１の出力電圧が高くなり、図２１ａのダイオード３４、図２１ｂのダイオード３７がオフし、組電池１から負荷１１へ放電が始まる。
【００７９】
電池が放電を始めると、電源制御マイコン１２は組電池の状態を確認すべく、組電池１の制御回路４に対して制御信号ＳＩを送出し、組電池１内の電池の出力の送出を要求する。電源制御マイコン１２は、制御信号ＳＩの各ビットを組み合わせることによって検査対象の電池を指定する。
組電池内では、制御回路４が制御信号ＳＩに応答して各スイッチに対して制御信号を送出し、指定された電池の出力を電圧検出端子Ｖｃを介して装置本体１０に送出する。
【００８０】
装置本体１０においては、電圧検出回路２６が、指定された電池の電圧が所定値よりも低下していないかを調べ、所定値よりも低いことを検出すると、アラームを電源制御マイコン１２に送出する。
図２２に電圧検出回路の一例を示す。
図２２において、４１は、負端子に抵抗ｒ１及びｒ２によって分圧された電池電圧が入力され、正端子に基準電圧値Ｖｒｅｆが入力される比較器であり、電池電圧の大きさを識別する。抵抗ｒ１とｒ２の接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ、電池の電圧は規定の範囲に納まっていると判定し、ローレベルの信号を電源制御マイコン１２に出力する。一方、抵抗ｒ１とｒ２の接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さければ、電池の電圧が規定値に達していないと判定し、電源制御マイコン１２にアラーム信号としてハイレベルの信号を出力する。
【００８１】
電源制御マイコン１２は、電圧検出回路２５が発する検出信号を監視し、電池の異常の有無を確認すると、状態未確認の電池の状態を確認すべく、状態検出要求信号ＳＩを電池パック１の制御回路４に送出する。また、電源制御マイコン１２は、アラーム信号の検出により電池の異常を確認すると、それをＣＰＵ２１に通知するとともに、状態表示ＬＥＤを点灯させる。ここで、電源制御マイコン１２は、状態検出要求信号ＳＩのビット列と検査対象の電池との対応関係を持っているため、いずれの電池に対するアラーム信号であるのか認識できる。そこで、メモリ２２の容量に余裕があるならば、いずれの電池が異常であるのかを示す情報をメモリ２２に格納する制御が行われてもよい。
【００８２】
ＣＰＵ２１は電池の異常をオペレータに知らせるべく、ディスプレイコントローラ２４に対して、表示装置２３に警告表示を出力するよう指示する。ＣＰＵ２１から指示を受けたディスプレイコントローラ２４は、表示装置２３の画面の所定位置に電池の異常を知らせる警告表示を出力させる。また、メモリ２２に異常を発生した電池の情報が格納されているのであれば、いずれの電池が異常であるのかという情報も併せて出力させる。
【００８３】
電源制御マイコン１２は、電池駆動期間中、電池パック１の各電池の状態を１回ずつ検出するよう動作してもよいし、周期的に、各電池の状態を検出するよう動作してもよい。また、電源制御マイコン１２は、異常が確認された電池を負荷１１に接続させないよう動作することもできる。異常な電池を負荷から切り離すことにより、正常な電池から異常な電池へのエネルギーの回り込みが防止され、放電時間の延長が図れる。また、異常な電池への充電電流の流入を防止することができ、充電時間の短縮が図れる。
【００８４】
【発明の効果】
以上、本発明では、組電池内の電池を個別に負荷から切り離す構成を持たせたことにより、組電池の状態を負荷電流の変動の影響を受けず、高い精度をもって検出できる。また、電池が個別に負荷から切り離される構成を持たせたことにより、電池の電圧をセル単位で検出でき、組電池のより詳細な状態を確認できるという効果を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】図２おける選択回路Ｓｖの内部を示す図である。
【図４】選択回路Ｓｖを構成するスイッチの回路図である。
【図５】図２における制御回路の内部を示す図である。
【図６】ＳＩ信号に含まれるビット列と検査対象の電池との対応を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図１０】図９における切替回路Ｓａ１の内部を示す図である。
【図１１】切替回路Ｓａ１の回路図である。
【図１２】図９に示される制御回路４の内部を示す図である。
【図１３】ＳＩ信号に含まれるビット列と検査対象の電池との対応を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態を示す図である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態を示す図である。
【図１７】本発明の第９の実施の形態を示す図である。
【図１８】放電時間と電池電圧の関係を示すグラフである。
【図１９】内部抵抗の劣化を検出するための構成である。
【図２０】組電池が搭載される装置本体の構成図である。
【図２１】電源系のブロック図である。
【図２２】電圧検出回路を示す図である。
【図２３】従来の組電池を示す図である。
【符号の説明】
１      組電池
Ｂｉ    電池
Ｓｉ    スイッチ
Ｓａｉ  切り換えスイッチ
Ｓｖ    選択回路
Ｖｃ    電圧検出端子
１０    装置本体
１１    負荷
１２    電源制御マイコン
【図１】
0003580123.tif 000002
【図２】
0003580123.tif 000003
【図３】
0003580123.tif 000004
【図４】
0003580123.tif 000005
【図５】
0003580123.tif 000006
【図６】
0003580123.tif 000007
【図７】
0003580123.tif 000008
【図８】
0003580123.tif 000009
【図９】
0003580123.tif 000010
【図１０】
0003580123.tif 000011
【図１１】
0003580123.tif 000012
【図１２】
0003580123.tif 000013
【図１３】
0003580123.tif 000014
【図１４】
0003580123.tif 000015
【図１５】
0003580123.tif 000016
【図１６】
0003580123.tif 000017
【図１７】
0003580123.tif 000018
【図１８】
0003580123.tif 000019
【図１９】
0003580123.tif 000020
【図２０】
0003580123.tif 000021
【図２１】
0003580123.tif 000022
【図２２】
0003580123.tif 000023
【図２３】
0003580123.tif 000024