(57)【要約】【課題】電池１の短絡電流を極減しながら電池電圧を正確に検出する。【解決手段】電池１が逆バイアスの電圧を加えるように可変容量ダイオード２を電池１に接続し、可変容量ダイオード２に交流電圧を印加して、可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出し、可変容量ダイオード２のインピーダンスから電池電圧を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（１）が逆バイアスの電圧を加えるように可変容量ダイオード（２）を電池（１）に接続し、可変容量ダイオード（２）に交流電圧を印加して、可変容量ダイオード（２）のインピーダンスを検出し、可変容量ダイオード（２）のインピーダンスから電池電圧を検出する電池電圧の検出方法。
【請求項２】
可変容量ダイオード（２）を、互いに直列に接続している複数の電池（１）の中間接続点（７）に接続し、接続する中間接続点（７）を切り換えて各々の電池電圧を検出する請求項１に記載される電池電圧の検出方法。
【請求項３】
電池電圧が逆バイアスとなるように電池（１）に接続している可変容量ダイオード（２）と、この可変容量ダイオード（２）に交流電圧を印加する交流電源（３）と、交流電源（３）で交流を印加して可変容量ダイオード（２）のインピーダンスを検出してインピーダンスから電池（１）の電圧を検出する電池電圧検出回路（４）とを備え、
交流電源（３）が可変容量ダイオード（２）に交流電圧を印加して、電池電圧検出回路（４）が可変容量ダイオード（２）のインピーダンスを検出し、検出されたインピーダンスから電池電圧を検出するようにしてなる電池電圧の検出装置。
【請求項４】
電池（１）の電圧が逆バイアスで印加されるように抵抗を介して電池（１）に接続している可変容量ダイオード（２）と、この可変容量ダイオード（２）に接続されて可変容量ダイオード（２）の静電容量で発振周波数が特定される発振回路（６）と、この発振回路（６）の発振周波数から可変容量ダイオード（２）の静電容量を検出し、静電容量から電池電圧を検出する電池電圧検出回路（４）を備え、
発振回路（６）が可変容量ダイオード（２）の静電容量で特定される周波数で発振され、電池電圧検出回路（４）が発振周波数から可変容量ダイオード（２）の静電容量を検出し、検出された静電容量から電池電圧を検出するようにしてなる電池電圧の検出装置。
【請求項５】
互いに直列に接続してなる電池（１）の中間接続点（７）に切換スイッチ（８）を介して可変容量ダイオード（２）を接続しており、切換スイッチ（８）でもって可変容量ダイオード（２）を接続する電池（１）の中間接続点（７）を切り換えて各々の電池電圧を検出する請求項３又は４に記載される電池電圧の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池電圧を検出する検出方法と検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池電圧を検出する回路は、電池の正負の電極に、電流制限抵抗を介して電圧検出回路を接続している。電圧検出回路の入力側に電流制限抵抗を接続するのは、電圧検出回路が正常に動作しないとき、たとえば入力回路が短絡された状態で、電池に過大な電流が流れるのを防止するためである。短絡電流を少なくして電池を有効に保護するためには、電流制限抵抗の抵抗値を大きくする必要がある。ただ、電流制限抵抗を大きくすると、電池電圧を正確に検出するのが難しくなる。それは、電流制限抵抗が電池電圧を低下させて電圧検出回路に入力させるからである。電流制限抵抗の電圧降下は抵抗値に比例して大きくなる。このため、電流制限抵抗を大きくするほど、電池電圧は低下して電圧検出回路に入力され、正確に電池電圧を検出できなくなる。この弊害を少なくするために、電流制限抵抗の抵抗値を小さくすると、短絡電流が大きくなって、電池を安全に保護するのが難しくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、電池と直列に電流制限抵抗を接続して電圧検出回路で電池電圧を検出する方式は、電池の短絡電流を少なくしながら、電池電圧を正確に検出するのが極めて難しい。それは、短絡電流を小さくすることと、電池電圧を正確に検出することが互いに相反する特性であるからである。
【０００４】
本発明は、全く異なる測定原理で電池電圧を検出することにより、以上の欠点を解決することに成功したもので、本発明の重要な目的は、電池の短絡電流を極減しながら電池電圧を正確に検出できる電池電圧の検出方法と検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池電圧の検出方法は、電池１が逆バイアスの電圧を加えるように可変容量ダイオード２を電池１に接続し、可変容量ダイオード２に交流電圧を印加して、可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出し、可変容量ダイオード２のインピーダンスから電池電圧を検出する。可変容量ダイオード２は、印加される逆バイアス電圧から静電容量が変化してインピーダンスが変化する。このため、電池１から可変容量ダイオード２に逆バイアス電圧を印加すると、電池電圧によって可変容量ダイオード２の静電容量、すなわちインピーダンスが変化する。したがって、可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出して、可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧、すなわち電池電圧が検出される。この方法は、電池１が可変容量ダイオード２に逆バイアス電圧を印加するので、電池１が可変容量ダイオード２で放電されることはない。
【０００６】
本発明の請求項３に記載する電池電圧の検出装置は、電池電圧が逆バイアスとなるように電池１に接続している可変容量ダイオード２と、この可変容量ダイオード２に交流電圧を印加する交流電源３と、交流電源３で交流を印加して可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出してインピーダンスから電池１の電圧を検出する電池電圧検出回路４とを備える。交流電源３が可変容量ダイオード２に交流電圧を印加して、電池電圧検出回路４が可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出し、検出されたインピーダンスから電池電圧を検出する。
【０００７】
さらに、本発明の請求項４の電池電圧の検出装置は、電池１の電圧が逆バイアスで印加されるように抵抗を介して電池１に接続している可変容量ダイオード２と、この可変容量ダイオード２に接続されて可変容量ダイオード２の静電容量で発振周波数が特定される発振回路６と、この発振回路６の発振周波数から可変容量ダイオード２の静電容量を検出し、静電容量から電池電圧を検出する電池電圧検出回路４を備える。この検出装置は、発振回路６の発振周波数が、可変容量ダイオード２の静電容量で特定される。電池電圧検出回路４は発振周波数から可変容量ダイオード２の静電容量を検出し、検出された静電容量から電池電圧を検出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池電圧の検出方法と検出装置を例示するものであって、本発明は方法と装置を以下のものに特定しない。
【０００９】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１０】
図１に示す電池電圧の検出装置は、電池１と直列に接続している可変容量ダイオード２と、この可変容量ダイオード２と電池１との直列回路に交流電圧を印加する交流電源３と、可変容量ダイオード２のインピーダンスから電池電圧を検出する電池電圧検出回路４を備える。
【００１１】
図２に示す電池電圧の検出装置は、電池１の電圧が逆バイアスで印加されるように抵抗５を介して接続している可変容量ダイオード２と、この可変容量ダイオード２に接続されて可変容量ダイオード２の静電容量で発振周波数が特定される発振回路６と、この発振回路６の発振周波数から可変容量ダイオード２の静電容量を検出し、静電容量から電池電圧を検出する電池電圧検出回路４を備える。
【００１２】
さらに、図１と図２の検出装置は、互いに直列に接続している電池１の中間接続点７に、切換スイッチ８を介して可変容量ダイオード２を接続している。切換スイッチ８は、可変容量ダイオード２を接続する電池１の中間接続点７を切り換える。
【００１３】
可変容量ダイオード２は、電池１の電圧が逆バイアスとなるように、言い替えると電池１が逆バイアスの電圧を印加するように電池１に接続される。可変容量ダイオード２は、逆バイアスの電圧により静電容量が変化して交流に対するインピーダンスが変化する。したがって、インピーダンスや静電容量を検出して、可変容量ダイオード２に印加される逆バイアス電圧を検出できる。図１の検出装置は、可変容量ダイオード２のインピーダンスを検出し、インピーダンスから電池１が可変容量ダイオード２に印加する逆バイアス電圧を検出する。図２の検出装置は、可変容量ダイオード２の静電容量を検出し、静電容量から電池１が可変容量ダイオード２に印加する逆バイアス電圧を検出する。
【００１４】
図３と図４は、可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧に対するインピーダンス特性と静電容量特性を示すグラフである。これ等の図に示すように、可変容量ダイオード２は、逆バイアスの電圧が大きくなるとインピーダンスが小さくなって静電容量が大きくなる。コンデンサーのインピーダンスは静電容量に反比例するので、静電容量が大きくなるとインピーダンスは小さくなる。この特性から、可変容量ダイオード２は、そのインピーダンスや静電容量が検出されると、これに印加される逆バイアスが特定される。図３に示す電圧−インピーダンス特性と、図４に示す電圧−静電容量特性は、各々の可変容量ダイオード２により変化する。したがって、予め可変容量ダイオード２の電圧−インピーダンス特性や電圧−静電容量特性が測定され、測定された特性が図１と図２に示す装置の演算部９に記憶されている。
【００１５】
図１に示す電池電圧の検出装置は、電池１と可変容量ダイオード２と電池電圧検出回路４の入力抵抗１０と交流電源３とを互いに直列に接続して、これ等が閉回路のループとなるように接続している。交流電源３の周波数は、たとえば数ｋＨｚ〜数ＭＨｚに設定される。交流電源３の周波数が高すぎると、浮遊容量等が原因で測定精度が低下する。また、交流電源３の周波数が低すぎると可変容量ダイオード２のインピーダンスが大きくなって、高精度にインピーダンスを検出するのが難しくなる。
【００１６】
電池電圧検出回路４は、電圧検出部１１と、電圧検出部１１の検出電圧の出力電圧から可変容量ダイオード２のインピーダンスを演算し、演算されたインピーダンスから逆バイアス電圧を検出する演算部９とを備える。電圧検出部１１の入力抵抗１０は、可変容量ダイオード２に直列に接続される。電池電圧検出回路４は、電圧検出部１１が入力抵抗１０に誘導される電圧（Ｖｒ）を検出し、演算部９は検出された電圧（Ｖｒ）から可変容量ダイオード２のインピーダンス（Ｚ）を下記の式に基づいて演算する。さらに、演算部９は、演算されたインピーダンスをパラメーターとして、記憶している電圧−インピーダンス特性に基づいて可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧、すなわち電池電圧を検出する。
【００１７】
電池１の交流に対するインピーダンスは非常に小さく、可変容量ダイオード２にインピーダンスに対して無視できるので、交流電源３の出力電圧は、入力抵抗１０と可変容量ダイオード２に分圧される。したがって、入力抵抗１０に誘導される電圧は以下の式（１）で示すさせる値となる。ただし、交流電源３の出力電圧をＶａｃ、入力抵抗１０の抵抗値をＲとする。
Ｖｒ＝Ｖａｃ×Ｒ×（Ｒ２＋Ｚ２）−１／２…………（１）
この式から、可変容量ダイオード２のインピーダンス（Ｚ）は以下の式（２）で計算される。
Ｚ＝Ｒ（Ｖａｃ２−Ｖｒ２）１／２／Ｖｒ
この式から可変容量ダイオード２のインピーダンスが演算される。可変容量ダイオード２のインピーダンスが演算されると、インピーダンスから可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧が特定され、逆バイアス電圧が電池１の電圧となる。
【００１８】
さらに、図２に示す電池電圧の検出装置は、発振回路６に可変容量ダイオード２を接続して、可変容量ダイオード２の静電容量で発振回路６の発振周波数を変化させる。すなわち、発振周波数を特定するためのコンデンサーとして可変容量ダイオード２を使用している。この発振回路６は、可変容量ダイオード２と抵抗５の組合せで発振周波数を特定し、あるいは可変容量ダイオード２とコイルとの組合せで発振周波数を特定する。発振回路６は、可変容量ダイオード２の静電容量で発振周波数が変化するので、電池電圧が変化して、可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧が変化すると、可変容量ダイオード２の静電容量が変化し、この静電容量が発振回路６の発振周波数を特定する。したがって、発振回路６は、可変容量ダイオード２の静電容量が特定されると、発振周波数が特定される。このため、発振回路６の発振周波数から可変容量ダイオード２の静電容量が特定される。
【００１９】
可変容量ダイオード２の静電容量は、逆バイアス電圧をパラメーターとして変化し、その電圧−静電容量特性が演算部９に記憶されている。したがって、演算部９は、発振回路６の発振周波数を検出し、検出した発振周波数から可変容量ダイオード２の静電容量を特定し、特定された静電容量から、電圧−静電容量特性に基づいて、可変容量ダイオード２の逆バイアス電圧、すなわち電池電圧が検出される。
【００２０】
さらに、図１と図２に示す検出装置は、直列に接続している複数の電池電圧を検出するために、互いに直列に接続している電池１の中間接続点７に切換スイッチ８を介して可変容量ダイオード２を接続する。切換スイッチ８は、いずれかのひとつの接点がオンに切り換えられて、可変容量ダイオード２を接続する電池１の中間接続点７を順番に切り換える。切換スイッチ８がオンにする接点を順番に切り換えて、複数の電池電圧が検出される。図１と図２に示す検出装置は、第１の電池電圧を検出するとき、図において最も上の第１接点８Ａのみをオンに切り換えて、可変容量ダイオード２を第１電池１Ａと第２電池１Ｂとの中間接続点７に接点する。この状態で、電池電圧検出回路４は、第１電池１Ａの電圧を検出する。その後、切換スイッチ８の第２接点８Ｂのみをオンに切り換えて、可変容量ダイオード２を第２の中間接続点７に接続する。この状態で、電池電圧検出回路４は第１電池１Ａと第２電池１Ｂのトータル電圧を検出する。第１電圧の電圧が検出されているので、第１電池１Ａと第２電池１Ｂのトータル電圧から第１電池１Ａの電圧を減算して、第２電池１Ｂの電圧が検出される。さらにその後、切換スイッチ８の第３接点８Ｃのみをオンに切り換えて、可変容量ダイオード２を第３電池１Ｃのマイナス側に接続する。この状態で、電池電圧検出回路４は、第１電池１Ａと第２電池１Ｂと第３電池１Ｃのトータル電圧を検出する。第１電池１Ａと第２電池１Ｂのトータル電圧が検出されているので、第１電池１Ａと第２電池１Ｂと第３電池１Ｃのトータル電圧から、第１電池１Ａと第２電池１Ｂのトータル電圧を減算して、第３電池１Ｃの電圧が検出される。以上のようにして、複数の電池電圧を順番に検出できる。図１と図２は、３個の電池１を直列に接続しているが、２個あるいは４個以上の電池を直列に接続して、同じように各々の電池電圧を検出することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の電池電圧の検出方法と検出装置は、電池の短絡電流を極減しながら電池電圧を正確に検出できる特長がある。それは、本発明が、電池で可変容量ダイオードに逆バイアスの電圧を加え、可変容量ダイオードに交流電圧を印加して可変容量ダイオードのインピーダンスを検出し、あるいは可変容量ダイオードを接続している発振回路の発振周波数を検出し、可変容量ダイオードのインピーダンス又は発振周波数から可変容量ダイオードの逆バイアス電圧、すなわち電池電圧を検出するからである。可変容量ダイオードは、印加する逆バイアス電圧で静電容量やインピーダンスが変化する特性がある。いいかえると、可変容量ダイオードの静電容量やインピーダンスから、可変容量ダイオードに印加される逆バイアス電圧が特定される。本発明は、可変容量ダイオードのこの独特の特性を利用して電池電圧を検出する。本発明は、電池電圧を可変容量ダイオードの逆バイアスとするので、可変容量ダイオードが電池を放電させることはない。可変容量ダイオードが、電池に電流が流れない方向に接続されるからである。この方向に接続される可変容量ダイオードは、電気抵抗が極めて大きい。このため、可変容量ダイオードを介して電池が仮に短絡されても、短絡電流はほとんど流れなくできる。にもかかわらず、電池電圧を正確に検出できる。逆バイアス状態における可変容量ダイオードの静電容量やインピーダンスから、可変容量ダイオードの逆バイアス電圧、すなわち電池電圧を検出しているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池電圧の検出装置のブロック図
【図２】本発明の他の実施例にかかる電池電圧の検出装置のブロック図
【図３】可変容量ダイオードの電圧−インピーダンス特性を示すグラフ
【図４】可変容量ダイオードの電圧−静電容量特性を示すグラフ
【符号の説明】
１…電池                １Ａ…第１電池          １Ｂ…第２電池
１Ｃ…第３電池
２…可変容量ダイオード
３…交流電源
４…電池電圧検出回路
５…抵抗
６…発振回路
７…中間接続点
８…切換スイッチ        ８Ａ…第１接点          ８Ｂ…第２接点
８Ｃ…第３接点
９…演算部
１０…入力抵抗
１１…電圧検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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