(57)【要約】【課題】  消費電力低減や回路の簡略化などを図った電池の電圧管理装置を提供する。【解決手段】  電池回路Ａと、それぞれフォトＭＯＳリレーＰＨ１、ＰＨ２を介装した読み取り信号入力回路Ｂおよび読み出し信号出力回路Ｃと、を備え、ＩＣ１の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合と低い場合に出力される信号に応じて、読み出し信号出力回路Ｃから出力された信号に因り、電池の電圧を管理する。従って、消費電力も少なく、回路の簡素化も図れる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を介装した電池回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該ＦＥＴが前記電池回路に直列接続され、前記電池の電圧の読み取りが必要なときに通電され入力信号が入力される読み取り用のフォトＭＯＳリレーを備えた読み取り信号入力回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該発光ダイオードが前記電池回路に直列接続される読み出し用のフォトＭＯＳリレーを備えたた読み出し信号出力回路と、を備える一方、前記電池回路には、前記読み取り用のフォトＭＯＳリレーのＦＥＴと前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードとの間と、該発光ダイオードと電池の負極の間とを接続するように電圧検出手段が介装され、該電圧検出手段の検出信号は前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードに入力されてなり、前記電圧検出手段の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合に出力されるハイ信号或いは電池の電圧が下がった場合のロー信号に応じて、前記読み出し信号出力回路がオン或いはオフして、出力された読み出し信号がオン信号かオフ信号かに因り、電池の電圧を管理することを特徴とする電池の電圧管理装置。
【請求項２】
前記読み取り信号入力回路から入力させる信号をパルス状にし、前記読み出し信号出力回路から出力される信号を、前記パルス信号と同期して読み取るようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の電圧管理装置。
【請求項３】
前記電圧検出手段の検出信号の前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードへの入力部に信号増幅手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の電池の電圧管理装置。
【請求項４】
前記読み取り用のフォトＭＯＳリレーおよび読み出し用のフォトＭＯＳリレーそれぞれの発光ダイオードの電流制限用抵抗が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の電池の電圧管理装置。
【請求項５】
組電池の各電池を介装した電池回路を複数列直列に接続して構成すると共に、前記読み出し信号出力回路を複数列直列に接続して構成し、前記組電池の電圧を管理することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の電池の電圧管理装置。
【請求項６】
前記電池の電圧管理装置は、電池に充電ラインを通じて充電電流を供給する充電電流供給装置に対して電池の電圧管理情報を与えるべく設けられることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の電池の電圧管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のバッテリーなどに使用されるリチウム二次電池などの電池の過放電などを検知して電圧を管理する電池の電圧管理装置に関し、特に、消費電力の低減や回路の簡素化などを図る技術に関する。
【０００２】
近年、環境問題などから電気自動車が注目され、これに使用される大容量の組電池が提案されており、電気エネルギとパワー性能を向上するため、従来では、例えば、リチウム二次電池などの電池（単セル）を多直列、例えば数百列をも直列接続した組電池からなる電池ユニットやこの電池ユニットをさらに複数接続して構成した電池モジュールを、容器本体（ケーシング）内に組み込んだ大容量の組電池（以下、バッテリーと称する）が提案されている。
【０００３】
ところで、バッテリーにおいては、各電池の過放電などを検知して電圧を管理する装置が必要である。この電圧管理装置は、例えば、電圧検出部を備えており、制御部は、検知された電圧を受信し、電池の充電状態を適切に維持させる充電制御を行う（特許文献１〜３等参照）。
【特許文献１】特開２００７−４９８２８号公報
【特許文献２】特開２００８−９９５３８号公報
【特許文献３】特開２０１０−９３９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上記のような多直列で使用される電池全ての電圧を、一つの管理部によって管理しようとすれば、全ての電池に対する正確な管理ができないため、多直列の構造のバッテリーの場合では、各電池毎にその電圧管理のための回路が設けられているのが通例である。
【０００５】
しかし、例えば、特許文献１に記載された従来技術においては、各電池毎の電圧管理装置を構成するために、フォトカプラ（トランジスタタイプ）を使用している。このフォトカプラは、出力側導通特性が入力電流値に既存して変化するため、消費電力が多い。また、フォトカプラの多用のため、回路が複雑化するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためなされたものであり、電池の電圧を管理する装置として、フォトカプラに代えてフォトＭＯＳリレーなどを使用した独特な回路構成とすることにより、消費電力の低減や回路の簡素化などを図った電池の電圧管理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電池を介装した電池回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該ＦＥＴが前記電池回路に直列接続され、前記電池の電圧の読み取りが必要なときに通電され入力信号が入力される読み取り用のフォトＭＯＳリレーを備えた読み取り信号入力回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該発光ダイオードが前記電池回路に直列接続される読み出し用のフォトＭＯＳリレーを備えたた読み出し信号出力回路と、を備える一方、前記電池回路には、前記読み取り用のフォトＭＯＳリレーのＦＥＴと前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードとの間と、該発光ダイオードと電池の負極の間とを接続するように電圧検出手段が介装され、該電圧検出手段の検出信号は前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードに入力されてなり、前記電圧検出手段の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合に出力されるハイ信号或いは電池の電圧が下がった場合のロー信号に応じて、前記読み出し信号出力回路がオン或いはオフして、出力された読み出し信号がオン信号かオフ信号かに因り、電池の電圧を管理することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記読み取り信号入力回路から入力させる信号をパルス状にし、前記読み出し信号出力回路から出力される信号を、前記パルス信号と同期して読み取るようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記電圧検出手段の検出信号の前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードの入力部に信号増幅手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記読み取り用のフォトＭＯＳリレーおよび読み出し用のフォトＭＯＳリレーそれぞれの発光ダイオードの電流制限用抵抗が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、組電池の各電池を介装した電池回路を複数列直列に接続して構成すると共に、前記読み出し信号出力回路を複数列直列に接続して構成し、前記組電池の電圧を管理することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、前記電池の電圧管理装置は、電池に充電ラインを通じて充電電流を供給する充電電流供給装置に対して電池の電圧管理情報を与えるべく設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、従来において適用されていたフォトカプラ（トランジスタタイプ）に代えて、ジャンクション電圧の影響を受けないフォトＭＯＳリレーや信号増幅用ＦＥＴ（請求項３における信号増幅手段）を適用することにより、電池を数百列接続して、読み出し信号出力回路も数百列接続しても、容易に信号を読み取ることができ、また、消費電力も少なく、省エネルギ効果が高い。
【００１４】
すなわち、電池と、読み取り信号入力回路および読み出し信号出力回路とを絶縁状態で使用でき、読み取り信号が入り続けても、電池自体の電力は消費されないため、電池が過放電状態に至ることはない。
【００１５】
また、読み出しが不必要の際には、読み取り用フォトＭＯＳリレーへの通電が不要なため、消費電力は完全に零となるのに加え、電圧検出手段の設定電圧よりも電池の電圧が下がった場合、電圧検出手段の出力信号がロー信号となり、読み出し出力回路には電流が流れないため、電力は電圧検出手段のみ消費するだけであるから、電圧消費が極めて少なく、省エネルギ効果が高い。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、読み取り信号入力回路から入力させる信号をパルス状にすれば、読み出し用のフォトＭＯＳリレーにおける読み取り信号の消費電力を下げることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、電圧検出手段の検出信号を信号増幅手段を通じて読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードに入力することにより、増幅された信号が確実に入力される。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、読み取り用のフォトＭＯＳリレーおよび読み出し用のフォトＭＯＳリレーそれぞれの発光ダイオードの電流制限用抵抗を設けたから、これら発光ダイオードを保護することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、例えば、電気自動車などに使用される組電池の電圧管理を容易に行うことができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、電池の電圧管理装置を充電装置に適用すれば、電池の充電状態を的確に管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係る電池の電圧管理装置の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２２】
電池を介装した電池回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該ＦＥＴが前記電池回路に直列接続され、前記電池の電圧の読み取りが必要なときに通電され入力信号が入力される読み取り用のフォトＭＯＳリレーを備えた読み取り信号入力回路と、発光ダイオードとＦＥＴを備え、該発光ダイオードが前記電池回路に直列接続される読み出し用のフォトＭＯＳリレーを備えたた読み出し信号出力回路と、を備える一方、前記電池回路には、前記読み取り用のフォトＭＯＳリレーのＦＥＴと前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードとの間と、該発光ダイオードと電池の負極の間とを接続するように電圧検出手段が介装され、該電圧検出手段の検出信号は前記読み出し用のフォトＭＯＳリレーの発光ダイオードに入力されてなり、前記電圧検出手段の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合に出力されるハイ信号或いは電池の電圧が下がった場合のロー信号に応じて、前記読み出し信号出力回路がオン或いはオフして、出力された読み出し信号がオン信号かオフ信号かに因り、電池の電圧を管理することを特徴とする電池の電圧管理装置。
図１は、例えば、急速充電に耐え、繰り返し充電に好適なリチウム二次電池（以下、単に電池と称する）の電圧管理装置の回路図を示している。
【００２３】
先ず、この回路図における各電子素子の機能について説明しておくと、ＩＣ１は、電池の電圧を検出するための電圧検出手段としてのＩＣである。すなわち、電池の検出した実際の電圧が、予め設定した電圧、つまり、検出目的の電圧よりも高い場合は、ＨＩ（ハイ）信号を出力し、低い場合は、ＬＯ（ロー）信号を出力する。
【００２４】
ＰＨ１は、読み取り用のフォトＭＯＳリレーであり、発光ダイオード１とＦＥＴ２とからなる。ＰＨ２は、読み出し用のフォトＭＯＳリレーであり、発光ダイオード３とＦＥＴ４からなる。
【００２５】
Ｑ１は、信号増幅手段としての信号増幅用ＦＥＴであり、Ｒ１、Ｒ２は、上記のＰＨ１、ＰＨ２それぞれにおける発光ダイオード１、３の電流制限用抵抗である。
【００２６】
次に、この回路図について説明する。すなわち、電池を介装した電池回路Ａと、発光ダイオード１とＦＥＴ２を備え、該ＦＥＴ２が前記電池回路Ａに直列接続され、前記電池の電圧の読み取りが必要なときに通電され入力信号が入力されるＰＨ１を備えた読み取り信号入力回路Ｂと、発光ダイオード３とＦＥＴ４を備え、該発光ダイオード３が前記電池回路Ａに直列接続されるＰＨ２を備えた読み出し信号出力回路Ｃと、を備えている。
【００２７】
一方、前記電池回路Ａには、前記ＰＨ１のＦＥＴ２と前記ＰＨ２の発光ダイオード３との間と、該発光ダイオード３と電池の負極の間とを接続するようにＩＣ１が介装され、該ＩＣ１の検出信号はＱ１を通じて前記ＰＨ２の発光ダイオード３に入力されている。
【００２８】
次に、かかる電池の電圧管理装置の回路図の作用について説明する。読み取りが必要なときには、ＰＨ１に通電してこれをオンし、読み取り信号を入力させる。そして、ＩＣ１の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合には、ＩＣ１から出力されたハイ信号によりＱ１がオンとなり、この結果、ＰＨ２がオンし、正常信号（電池の電圧低下なし）が読み出される。
【００２９】
一方、過放電などにより、ＩＣ１の設定電圧よりも、電池の電圧が下がった場合には、ＩＣ１から出力されたロー信号によりＱ１がオフとなり、ＰＨ１がオン状態であっても、ＰＨ２がオフし、読み出し信号が出力されないため、電池の電圧低下が判る。以上のようにして、電池の電圧が管理される。
【００３０】
要するに、ＩＣ１の設定電圧よりも電池の電圧が高い場合に出力されるハイ信号或いは電池の電圧が下がった場合のロー信号に応じて、Ｑ１および読み出し信号出力回路Ｃがオン或いはオフして、出力された読み出し信号がオン信号かオフ信号かに因り、電池の電圧を管理する。
【００３１】
なお、ＰＨ１およびＰＨ２それぞれの発光ダイオード１、３の電流制限用抵抗Ｒ１、Ｒ２を設けているため、過大な電流が発光ダイオード１、３に流れることでこれらを保護することができる。
【００３２】
図２は、電池を介装した電池回路ＡをＮ列直列に接続して構成した組電池における電池の電圧管理装置の回路図であり、読み出し信号出力回路ＣもＮ列直列に接続して構成してある。
【００３３】
この回路図では、読み取りが必要なときには、ＰＨ１に通電してこれをオンにすると、ＩＣ１の設定電圧よりも全ての電池の電圧がそれぞれ高い場合は、ＰＨ２がオン信号を出力し、１個でもＩＣ１の設定電圧よりも下回る電池があると、ＰＨ２がオフ信号を出力する。従って、この回路構造にすれば、組電池の電圧管理が容易である。
【００３４】
かかる構成の電池の電圧管理装置よれば、従来において適用されていたフォトカプラ（トランジスタタイプ）とは異なり、トランジスタのジャンクション電圧の影響を受けず、わずかな入力電流でアンペア単位のスイッチングができるフォトＭＯＳリレーＰＨ１、ＰＨ２や信号増幅用ＦＥＴＱ１を適用することにより、電池を数百列接続して、読み出し信号出力回路Ｃを数百列接続しても、容易に信号を読み出すことができ、また、消費電力も少なく、省エネルギ効果が高い。
【００３５】
すなわち、電池と、読み取り信号入力回路Ｂおよび読み出し信号出力回路Ｃとを絶縁状態で使用でき、読み取り信号が入力し続けても、電池自体の電力は消費されないため、電池が過放電状態に至ることはない。
【００３６】
また、読み出しが不必要の際には、ＰＨ１への通電が不要なため、消費電力は完全に零となるのに加え、ＩＣ１の設定電圧よりも電池の電圧が下がった場合、ＩＣ１の出力信号がロー信号となり、読み出し信号出力回路Ｃには電流が流れないため、電力はＩＣ１のみ消費するだけであるから、極めて電力が少なく、省エネルギ効果が高い。もちろん、フォトカプラを多用しないため、構造を簡素化することができる。
【００３７】
なお、読み取り信号入力回路Ｂから入力させる信号をパルス状にすれば、読み取り信号の消費電力を下げることができる。この場合、読み出し信号出力回路Ｃから出力される信号は、先の読み取り信号入力回路Ｂから入力させるパルス信号に同期して読み取れば良い。
【００３８】
かかる電池の電圧管理装置を次のような充電装置に適用すると良い。すなわち、図示はしないが、電源からの受電電力に基づき、電池に充電ラインを通じて充電電流を供給して充電するに際し、電池の電圧を管理し、その管理された電圧状態に応じて、充電電流の供給制御を行う。
【００３９】
この場合、電力は充電電流供給部に与えられる。充電電流供給部は、電池接続端子に両極が接続された電池に充電ラインを通じて充電電流を供給する。このとき、充電電流は、電池個々に設けられた上述の図１や図２に示した電池の電圧管理装置の管理情報に基づいて充電制御下において供給制御すれば良い。
【００４０】
従って、電池の電圧管理装置をこのように充電装置に適用すれば、電池の充電状態を的確に管理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
トランジスタのジャンクション電圧の影響を受けないフォトＭＯＳリレーや信号増幅用ＦＥＴを適用することにより、電池を数百列接続して、読み出し信号出力回路も数百列接続しても、容易に信号を読み出すことができ、また、消費電力も少なく、省エネルギ効果が高いため、電気自動車に使用される大容量の電池モジュールなどの組電池に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る電池の電圧管理装置の一実施形態を示す回路図
【図２】同上の装置を適用した組電池の電圧管理装置の一実施形態を示す回路図
【符号の説明】
【００４３】
Ａ  電池回路
Ｂ  読み取り信号入力回路
Ｃ  読み出し信号出力回路
ＰＨ１  読み取り用のフォトＭＯＳリレー
ＰＨ２  読み出し用のフォトＭＯＳリレー
ＩＣ１  電池電圧検出ＩＣ
Ｑ１  信号増幅用ＦＥＴ
Ｒ１、Ｒ２  電流制限用抵抗
１  発光ダイオード
２  ＦＥＴ
３  発光ダイオード
４  ＦＥＴ
【図１】
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【図２】
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