(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を直列接続した状態で、各電池の電圧を個別に検出する電池の電圧検出回路であり、
各電池の正極と負極にそれぞれ接続された電圧検出用の検出線と、
これらの検出線から得られる信号により各電池の電圧を個別に検出する電圧検出部と、
各電池に関する検出線とは別に、各電池の正極と負極の間にそれぞれ接続される配線と、
各配線の途中に配置されて、各電池における消費電流のバランス調整をするための調整抵抗と、
を備えることを特徴とする電池の電圧検出回路。
【請求項２】
各電池は、セルを１つ有する単電池である請求項１に記載の電池の電圧検出回路。
【請求項３】
いずれかの検出線が電気的にオープン状態になると、電圧検出部が検出する電池の電圧値の変化により電気的にオープン状態の検出線の異常を表示する表示部を有する請求項１に記載の電池の電圧検出回路。
【請求項４】
表示部は、異常を表示する信号出力を出力する請求項３に記載の電池の電圧検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池等の電池（単電池とも呼ぶ）を複数個直列に接続した場合に用いる電池の電圧検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池等のいわゆる単電池は、複数個直列に接続して使用することがある。この複数の単電池の組は、たとえば電子機器の電源として用いるバッテリパックや、あるいは組電池等として用いられる。電子機器としては、たとえばハンディ型のビデオテープレコーダや電子カメラや携帯型のコンピュータ等である。
この単電池とは、１つのセル（素電池）で構成された電池をいう。
図３は、このような複数の単電池１が直列に接続された例を示しており、符号１Ｂで示す電池が電位的に上位であり、１Ａで示す電池が電位的に下位の電池である。
たとえば、最も上位の単電池１（１Ｂ）のプラス極はセンス線２と抵抗Ｒ１を介して、差動アンプ（オペレーショナルアンプ）８の非反転端子に接続され、単電池１（１Ｂ）のマイナス極はセンス線３と抵抗Ｒ２を介して、差動アンプ８の反転端子に接続されている。他の単電池１も同様にして、センス線３，４，５，６，７と抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して対応する差動アンプ８に接続されている。
【０００３】
ところで、このような従来の単電池の電圧検出回路では、各単電池１から検出回路に流れ込む電流は、その単電池よりも電位的に下位にある単電池１にも流れてしまう。このために、図４に擬似的に示すように、電位的に下位にある単電池１（たとえば１Ａ）ほど消費電流が多くなる。図４においては各単電池１に対して等価抵抗１０が配置された状態で、電位的に上位の単電池１（１Ｂ）には消費電流Ｉ（１）が流れ、同様にして順次消費電流Ｉ（２），Ｉ（３），・・・Ｉ（ｎ−１），Ｉ（ｎ）が流れることになる。つまり、上述したように電位的に下位にある単電池ほど上位の単電池に比べて消費電流が多くなってしまう。このような各単電池１における消費電流の差により各単電池１間の電気容量のばらつきが発生する。この解決策としては、ハイインピーダンス回路による単電池の電圧検出方式や、回路は複雑にせずに図５に示すように消費電流調整抵抗１１を用いて、各単電池１から流れる電流のバランスを取る方式がある。後者の消費電流調整用抵抗１１を用いる方式では、各単電池１のプラス電極とマイナス電極の間に直接消費電流調整抵抗１１を配置している。
【０００４】
図３の従来の単電池の電圧検出回路において、各単電池１を流れる電流が同じになるのは、図４における消費電流Ｉ（２）〜Ｉ（ｎ−１）と、図５における消費電流Ｉｒｅｇ（１）〜Ｉｒｅｇ（ｎ−１）の合成電流により、図３の各センス線（検出線）３〜センス線（検出線）６の電流が０になる時である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示すように各単電池１のプラス電極のセンス線とマイナス電極のセンス線の間に直接消費電流調整抵抗１１を配置して、図４の消費電流Ｉ（２）〜Ｉ（ｎ−１）と、図５の消費電流Ｉｒｅｇ（１）〜Ｉｒｅｇ（ｎ−１）の合成電流を作成すると、センス線３〜センス線６がオープン状態（すなわち電気的な切断状態）となっても、差動アンプ（オペアンプ）８からは見かけ上正常な単電池電圧９が出力されてしまう。すなわちセンス線３〜６がオープン状態となって、異常状態であったとしても、各単電池１の電圧９が正常値として出力されてしまうことになる。
すなわち、センス線３〜センス線６がオープン状態で異常であっても、単電池電圧９はオープン前と変わらず、正常でも異常でも同じ値が出てしまうのである。
そこで本発明は上記課題を解消し、単電池のような電池の電圧を検出する際に、検出線がオープン状態になって異常状態が発生した場合に、容易に異常状態を検出することができる電池の電圧検出回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、複数の電池を直列接続した状態で、各電池の電圧を個別に検出する電池の電圧検出回路であり、各電池の正極と負極にそれぞれ接続された電圧検出用の検出線と、これらの検出線から得られる信号により各電池の電圧を個別に検出する電圧検出部と、各電池に関する検出線とは別に、各電池の正極と負極の間にそれぞれ接続される配線と、各配線の途中に配置されて、各電池における消費電流のバランス調整をするための調整抵抗と、を備えることを特徴とする電池の電圧検出回路により、達成される。
【０００７】
本発明では、複数の電池を直列接続した状態で、各電池の電圧を個別に検出する電池の検出回路であり、電圧検出用の検出線は、各電池の正極と負極にそれぞれ接続されている。電圧検出部は、これらの検出線から得られる信号により各電池の電圧を個別に検出するようになっている。
配線は、各電池に関するこれらの検出線とは別に各電池の正極と負極との間に接続されている。調整抵抗は各配線の途中に配置されており、各電池における消費電流のバランス調整を行う。
【０００８】
これにより、この調整抵抗により各電池の電流が同じ状態になったとしても、検出線の電流がこの調整抵抗により０にならないようにすることができる。つまり検出線のいずれかが電気的にオープン状態になって異常状態になった場合に、そのオープン状態になった検出線に対応する単電池の電圧が大きく変動する（オープン前と比較して非常に大きくなるかあるいは小さくなる）。このことを利用して、単電池の電圧検出値から検出線のオープン状態（異常状態）を検知することができる。
本発明において、好ましくは各電池が、セルを１つ有する単電池である場合に適応できる。
本発明において、好ましくは検出線が電気的にオープン状態になると、電圧検出部が検出する電圧の電圧値の変化により、オープン状態の検出線の異常を表示部を表示できるようになっている。本発明において、好ましくは表示部は、異常を表わす信号出力を外部に出力できることにより、異常信号の処理を行える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の電池の電圧検出回路の好ましい実施の形態を示しており、この電池の電圧検出回路は、好ましくはいわゆる単電池を直列に複数接続した場合における各単電池の電圧検出を個別に検出できるものである。
図１に示す電池の電圧検出回路２０は、たとえばリチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池のようないわゆる単電池を複数接続した場合に各単電池１のそれぞれの電圧を個別に検出するようになっている。
このような単電池１は、直列に接続されているが、電位的に下位の単電池を便宜的に１Ａと示し、電位的に上位の電池を１Ｂと示している。従って電位的に下位の単電池１Ａから電位的に上位の単電池１Ｂに行くに従って、電位的に位置が上がる。
【００１１】
一例として、電位的に最も上位の単電池１（１Ｂ）のプラス電極は、検出線であるセンス線２２及び抵抗３４を介して、差動アンプ（オペレーショナルアンプ）２８の非反転入力端子に接続されている。単電池１（１Ｂ）のマイナス電極は、検出線であるセンス線２３と抵抗３３を介して、差動アンプ２８の反転入力端子に接続されている。これにより、電位的に最も上位の単電池１の電圧値は、差動アンプ２８で処理されて、単電池電圧２９として出力することができる。
【００１２】
同様にして次の単電池１のプラス電極はセンス線２３と抵抗３４を介して別の差動アンプ２８の非反転入力端子に接続されている。この単電池１のマイナス電極はセンス線２４と抵抗３３を介して差動アンプ２８の反転入力端子に接続されている。以下同様にして、最も電位的に下位の単電池１（１Ａ）のプラス電極はセンス線２６と抵抗３４を介して差動アンプ２８の非反転入力端子に接続されており、単電池１（１Ａ）のマイナス電極はセンス線２７、抵抗３３を介して差動アンプ２８の反転入力端子に接続されている。
【００１３】
電位的に最も下位の単電池より１つ上位の単電池１のプラス電極は、センス線２５と抵抗３４を介して差動アンプ２８の非反転入力端子に接続されており、この単電池１のマイナス電極は、センス線２６と抵抗３３を介して差動アンプ２８の反転入力端子に接続されている。
このようにして、各単電池１の電圧は、対応するセンス線と抵抗と差動アンプ２８を介して、個別に単電池電圧２９として出力することができる。
【００１４】
図１の電池の電圧検出回路２０は、電圧検出表示部３０を有している。この電圧検出表示部３０は、上述した複数組の抵抗３３，３４と、複数の差動アンプ２８及び表示装置３５を有している。この表示装置３５は、各単電池１の電圧２９を個別に表示することができ、しかも異常状態を示す信号出力を外部に出力できる表示装置である。これにより異常信号出力は外部で適切な処理に用いることができる。この表示装置３５としては、たとえば液晶表示パネル、蛍光表示管あるいは陰極線管、プラズマディスプレイといったような各種の表示装置を採用することができる。
【００１５】
この電池の電圧検出回路２０は、消費電流調整部４０を有している。この消費電流調整部４０は、複数の単電池１の直列状態に対応して設けられており、複数の消費電流調整用線（配線）１２とこれらの消費電流調整用線１２の途中に配置された消費電流調整抵抗１１を有している。
各単電池１のプラス電極とマイナス電極にはそれぞれ消費電流調整用線１２が、センス線２２，２３とは別個に接続されており、これらの調整用線１２，１２の途中には消費電流調整抵抗１１が配置されている。この消費電流調整抵抗１１は、各単電池１を流れる電流を同じにするための調整抵抗である。すなわち、電位的に上位の単電池１（１Ｂ）であっても、電位的に下位の単電池１（１Ａ）であっても、それぞれに流れる消費電流を同じにするための調整抵抗である。
【００１６】
このように、消費電流調整部４０の消費電流調整抵抗１１を、センス線２２，２３，２４，・・・２６とは別個に設けた消費電流調整用線１２に対して設けることにより、次のようなメリットがある。つまり、各単電池１の消費電流の同じ状態においても、センス線２３，２４，２５，２６の電流を０とならないようにすることができる。
これにより、もしこれらのセンス線２３，２４，２５，２６の少くとも１つがオープン状態（電気的に切断状態）になって異常になった場合に、オープン状態になったセンス線に対応する単電池電圧２９が、オープン前の単電池電圧に比較して、非常に大きくなるか、あるいは小さくなる。
【００１７】
たとえばセンス線２３がオープン状態になって異常になった場合には、このセンス線２３が抵抗３３を介して差動アンプ２８の非反転入力端子に入っていることから、単電池電圧２９（Ｂ）の電圧値は、オープン状態の前の電圧値に比べて、非常に大きくなるかあるいは小さく表示することになる。オープン状態になったセンス線に該当する単電池の電圧２９（たとえば２９Ｂ）の値を見ることにより、センス線がオープン状態になったことを知ることができ、しかもどのセンス線がオープン状態になったかも知ることができる。
このように、消費電流調整部４０の消費電流調整用線１２と消費電流調整抵抗１１を、従来と異なり、センス線２２，２３，・・・２６とは別個に各単電池１に対して、電位的に最下位の単電池１（１Ａ）を除いて外付けで設けることにより、各単電池１の電流が同じ状態になっても、センス線２２，２３，・・・２６の電流を０にはならないようにすることができることから、逆にこられのセンス線のいずれかがオープン状態になった場合には、単電池電圧２９を積極的に変動させて、使用者やメンテナンスする人に知らせることができる。
【００１８】
図２は、本発明の電池の電圧検出回路の別の実施の形態を示している。図１の電圧検出回路では各消費電流調整抵抗１１が各単電池１に設けられているのに対して、図２の電圧検出回路２０の各消費電流調整抵抗１１は各単電池ごとではなく端部の単電池１のプラス極と、対応する位置の単電池１のマイナス極の間にそれぞれ接続されている。図２の回路の他の点については図１の回路と同様なのでその説明を援用する。
【００１９】
ところで本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上述した実施の形態では電池として単電池を用いているが、これに限らず通常の複数のセルを有する電池を直列接続する場合にも勿論用いることができる。
また電圧検出表示部３０は、センス線がオープン状態になって異常になった場合に、表示装置３５で異常電圧を表示するばかりでなく、外部に信号出力として出力したり、音や光で警報を発するようにしても勿論構わない。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単電池のような電池の電圧を検出する際に、検出線がオープン状態になって異常状態が発生した場合に、容易に異常状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の電圧検出回路の好ましい実施の形態を示す図。
【図２】本発明の電池の電圧検出回路の別の実施の形態を示す図。
【図３】従来の電池の電圧検出回路を示す図。
【図４】図２の従来の電池の電圧検出回路における消費電流の流れを示す等価回路図。
【図５】図３の等価回路に対して各電池の消費電流を同じにする消費電流調整抵抗を設けた状態を示す図。
【符号の説明】
１・・・単電池（電池）、１１・・・消費電流調整抵抗（調整抵抗）、１２・・・消費電流調整用線（配線）、２０・・・電池の電圧検出回路、２２，２３，２４，２５，２６，２７・・・センス線（検出線）、２８・・・差動アンプ、３０・・・電圧検出表示部（電圧検出部）、３５・・・表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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