二次電池の電圧測定回路およびこれを用いた保護回路
【課題】直列接続された複数個の二次電池の端子電圧のばらつきの影響のない保護動作を行うことができる二次電池の電圧測定回路を提供する。
【解決手段】直列接続された複数個の二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に切替回路２を介して差動増幅器３を接続して二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の個々の端子電圧を検出し、差動増幅器３の出力からマイクロコントローラ４によって二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧のうちの最大値と最小値および平均値を検出し、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする。
【解決手段】直列接続された複数個の二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に切替回路２を介して差動増幅器３を接続して二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の個々の端子電圧を検出し、差動増幅器３の出力からマイクロコントローラ４によって二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧のうちの最大値と最小値および平均値を検出し、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に二次電池の保護に適した電池電圧測定を行う電圧測定回路およびこれを用いた保護回路に係り、特に直列接続された複数個の二次電池のための電圧測定回路および保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池などの非水溶媒系二次電池や鉛蓄電池は、放電や放置で端子電圧が低下し過ぎたり、あるいは逆に充電中に端子電圧が高くなり過ぎると、電池性能が劣化したり、安全性が損なわれることがある。このため、これらの二次電池では端子電圧を監視して、端子電圧が所定範囲内となるように充電や放電を制御して使用する必要があった。
【０００３】特に、リチウム二次電池の場合には、例えば端子電圧が４．５Ｖ以上になると電解液の分解によりガスが発生し、その結果電池内部の圧力が上昇して安全弁が作動し、漏液することがある。また、端子電圧が２Ｖ以下となると、負極に使われている集電体の銅が電解液内に溶解し始めて電池性能が劣化する。そのため、リチウム二次電池を使用する場合には、充電時には端子電圧が上昇して充電禁止電圧Ｖｏｖに達すると充電電流を遮断し、放電時には端子電圧が低下して予め設定した放電禁止電圧Ｖｕｖに達すると放電電流を遮断する機能を有する保護回路を介して充放電を行うようにすることが一般的である。
【０００４】充電禁止電圧Ｖｏｖは、電解液の分解が始まる電圧より若干低い電圧（例えば４．３５Ｖ）に設定され、放電禁止電圧Ｖｕｖは、負極の銅が溶解し始める電圧より若干高い電圧（例えば２〜２．５Ｖ）に設定される。複数個の二次電池を直列接続して用いる場合は、個々の電池の端子電圧を測定し、これらを充電禁止電圧Ｖｏｖおよび放電禁止電圧Ｖｕｖと比較して、個々の端子電圧が充電禁止電圧Ｖｏｖまで上昇したか否かと放電禁止電圧Ｖｕｖまで低下したか否かの判定を行い、その判定結果に従って充放電を制御している。
【０００５】ところで、近年、電池パック内に電子回路を内蔵させ、この電子回路によって二次電池の端子電圧、電池温度、充電量等の電池の状態を表すデータを充電器や負荷である電池パックの使用機器に送信してきめ細かい制御を行うようになってきているが、二次電池の端子電圧に関しては直列接続された全ての電池の端子電圧の合計に相当する値を出力している。上述した保護回路を動作させる場合は、この直列接続された複数の二次電池の端子電圧の合計から平均値を求め、これを充電禁止電圧Ｖｏｖや放電禁止電圧Ｖｕｖと比較することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直列接続された複数個の二次電池の各々の容量が異なっていたり、充電量が異なったりしている場合、各電池の端子電圧にばらつきが生じる。上述した二次電池の電圧測定方法では、このような電池毎に端子電圧がばらついている場合でも、それらの端子電圧の合計から平均値を求め、充電禁止電圧や放電禁止電圧と比較して保護動作を行っている。
【０００７】このため、充電時には容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達しても、二次電池の端子電圧が平均的に高いと、平均値は充電禁止電圧に達しないために充電を停止させることができず、過充電を起こしてしまう不都合がある。また、放電時には逆に、容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達しても、電池の端子電圧が平均的に高いと放電を停止させることができず、過放電を起こしてしまうという不都合がある。
【０００８】本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、直列接続された複数個の二次電池の端子電圧のばらつきの影響のない確実な保護動作を行うことができる二次電池の電圧測定回路およびこれを用いた保護回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明は、通常は直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を電池電圧の測定値とするが、それぞれの端子電圧のうち最大値がある程度以上大きい場合や、最小値がある程度以下に小さい場合には、それらの最大値または最小値を電池電圧の測定値とするようにしたものである。
【００１０】すなわち、本発明に係る第１の二次電池の電圧測定回路は、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低い場合は記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】本発明に係る第２の二次電池の電圧測定回路は、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最小値と放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】本発明に係る第３の二次電池の電圧測定回路は、上述した第１および第２の電圧測定回路の機能を兼ね備えたものであり、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１３】また、本発明に係る第１の二次電池の保護回路は、上述した第１または第３の電圧測定回路により得られる測定値と充電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき二次電池の充電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１４】本発明に係る第２の二次電池の保護回路は、上述した第２または第３の電圧測定回路により得られる前記測定値と放電禁止電圧とを比較し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１５】本発明に係る第３の二次電池の保護回路は、上述した第３の電圧測定回路により得られる測定値と充電禁止電圧および放電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき二次電池の充電を禁止し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】このように本発明では、通常の場合、つまり直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の最大値が第１の設定値より低い場合や、最小値が第２の設定値より高い場合には平均値を電池電圧の測定値として出力し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を、また最小値が第２の設定値以下の場合には最小値をそれぞれ電池電圧の測定値として出力する。
【００１７】従って、例えば二次電池の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時は容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止の保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００１８】また、通常は複数個の二次電池の端子電圧の平均値を電池電圧の測定値として出力するため、二次電池の保護動作を行っていないときの充電状態や放電状態をモニタすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の電圧測定回路を示すブロック図である。同図において、二次電池群１は複数個（この例では３個）の二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を直列接続して構成されている。二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、例えばリチウムイオン二次電池のような非水溶媒系二次電池、あるいは鉛蓄電池である。二次電池Ｂ１の正極端子は端子ａに、二次電池Ｂ１の負極端子と二次電池Ｂ２の正極端子は端子ｂに、二次電池Ｂ２の負極端子と二次電池Ｂ３の正極端子は端子ｃに、二次電池Ｂ３の負極端子は端子ｄにそれぞれ接続されている。
【００２０】切替回路２は、切替接点ｅ，ｆ，ｇと共通接点ｋからなる第１の切替スイッチＳＷ１と、切替接点ｈ，ｉ，ｊと共通接点ｌからなる第２の切替スイッチＳＷ２とで構成され、スイッチＳＷ１とＳＷ２は連動している。すなわち、共通接点ｋが切替接点ｅに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｈに切り替えられ、共通接点ｋが切替接点ｆに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｉに切り替えられ、共通接点ｋが切替接点ｇに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｊに切り替えられる。そして、切替回路２の第１の切替スイッチＳＷ１の切替接点ｅ，ｆ，ｇは二次電池群１の端子ａ，ｂ，ｃにそれぞれ接続され、第２の切替スイッチＳＷ２の切替接点ｈ，ｉ，ｊは二次電池群１の端子ｂ，ｃ，ｄにそれぞれ接続されている。
【００２１】切替回路２の第１および第２の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の共通端子ｋ，ｌは、差動増幅器３の入力端子ｍ，ｎにそれぞれ接続される。差動増幅器３はオペアンプＡと複数個の抵抗からなり、入力端子ｍ，ｎ間の電圧差に相当する電圧を出力端子Ｐに発生する。これら切替回路５と差動増幅器３によって、二次電池群１における二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の個々の端子電圧を測定する電圧測定回路が構成されている。
【００２２】差動増幅器３の出力端子Ｐは、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに接続される。マイクロコントローラ４はＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、このＡ／Ｄコンバータは入力端子ＡＮに入力される差動増幅器３の出力電圧をディジタル値に変換する。このＡ／Ｄコンバータにより得られたディジタル値から、マイクロコントローラ４での内部のプログラムによるソフトウェア処理により、切替回路２と差動増幅器３およびＡ／Ｄコンバータで測定された二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出と、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出と、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧の平均値を検出する平均値検出、およびこれらに基づく電池電圧測定が行われる。
【００２３】この際、マイクロコントローラ４は内部カウンタの値Ｎに基づいて、切替回路２の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替接点を選択するための制御信号を出力端子Ｑより出力する。この出力端子Ｑからの制御信号によって、共通端子ｋとｌは内部カウンタの値がＮ＝１のときは切替接点ｅとｈにそれぞれ切り替えられ、Ｎ＝２のときは切替接点ｆとｉにそれぞれ切り替えられ、Ｎ＝３のときは切替接点ｇとｊにそれぞれ切り替えられる。
【００２４】次に、このように構成された図１の二次電池の電圧測定回路の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。回路が動作開始すると、初期状態としてＮ＝１とする（ステップＳ１）。この場合、切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は二次電池Ｂ１を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３は二次電池Ｂ１の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ４では、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（１）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行すると、Ｎ＝２となるから、Ｎ＝４か否かを判定するステップＳ５を介してステップＳ２に戻る。
【００２５】次に、Ｎ＝２より切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は今度は二次電池Ｂ２を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３の出力は二次電池Ｂ２の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ４では、Ｎ＝１の場合と同様、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（２）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行するとＮ＝３となるから、Ｎ＝４か否かを判定するステップＳ５を介してステップＳ２に戻る。
【００２６】次に、Ｎ＝３より切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は二次電池Ｂ３を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３は二次電池Ｂ３の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ３の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ３では、Ｎ＝１およびＮ＝２の場合と同様に、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（３）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行するとＮ＝４となり、ステップＳ５でＹＥＳとなるから、今度はステップＳ６に進む。
【００２７】ステップＳ６では、メモリ値Ｄ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，３）のうちの最小値をメモリ値Ｄ（ｍｉｎ）として、最大値をメモリ値Ｄ（ｍａｘ）として、またメモリ値Ｄ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，３）の平均値をメモリ値Ｄ（ｍｅａｎ）として、それぞれ記憶する。
【００２８】次に、ステップＳ７で最大値Ｄ（ｍａｘ）と充電禁止電圧Ｖｏｖ（例えば４．５Ｖ）より低い適当な値（例えば４Ｖ）に予め定められた第１の設定値Ｖ１を比較し、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合は（ステップＳ７でＹＥＳ）、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としてＤ（ｍａｘ）を出力する（ステップＳ８，Ｓ１２）。
【００２９】ステップＳ７でＤ（ｍａｘ）＜Ｖ１の場合は（ステップＳ７でＮｏ）、ステップＳ９に進んで、最小値Ｄ（ｍｉｎ）と放電禁止電圧Ｖｕｖ（例えば２〜２．５Ｖ）より高い適当な値（例えば３．６Ｖ）に予め定められた第２の設定値Ｖ２を比較し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合は（ステップＳ９でＹｅｓ）、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としてＤ（ｍｉｎ）を出力する（ステップＳ１０，Ｓ１２）。また、Ｄ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合は（ステップＳ９でＮＯ）、Ｄ（ｏｕｔ）として平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を出力する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
【００３０】ステップＳ１２で電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）を出力した後、ステップＳ１に戻り、以上の処理を繰り返す。次に、図３を参照して本実施形態の電圧測定回路を用いた二次電池の保護回路について説明する。図３においては、図１に示した構成にスイッチ素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５，６が追加されている。
【００３１】すなわち、本実施形態では二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が直列接続された二次電池群１における電池Ｂ１の正極端子は＋側の外部接続端子７に接続され、電池Ｂ３の負極端子は第１のＦＥＴ５のソースに接続され、ＦＥＴ５のドレインは第２のＦＥＴ６のドレインに接続され、ＦＥＴ６のソースは−側の外部接続端子８に接続されている。第１のＦＥＴ５には、その寄生ダイオードＤ１が充電時に順方向となるように並列に接続されており、また第２のＦＥＴ６には放電時に順方向となるように並列に接続されている。
【００３２】外部接続端子７，８間には、充電時には充電器が接続され、放電時には負荷である電池パックの使用機器が接続される。また、第１および第２のＦＥＴ５，６のゲートは、それぞれマイクロコントローラ４の制御端子Ｒ，Ｓに接続されている。
【００３３】本実施形態では、マイクロコントローラ４は前述のようにして電池電圧を測定して得られた測定値Ｄ（ｏｕｔ）を充電時には充電禁止電圧Ｖｏｖと比較して、過充電防止動作を行う。すなわち、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が充電禁止電圧Ｖｏｖまで上昇すると、マイクロコントローラ４の制御端子Ｓが低レベルとなり、第２のＦＥＴ６が非導通状態となることによって充電が停止され、二次電池群１の過充電が防止される。
【００３４】さらに、マイクロコントローラ４は放電時には電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）と放電禁止電圧Ｖｕｖと比較して、過放電防止動作を行う。すなわち、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が放電禁止電圧Ｖｕｖまで低下すると、マイクロコントローラ４の制御端子Ｒが低レベルとなり、第１のＦＥＴ５が非導通状態となることによって放電が停止され、二次電池群１の過放電が防止される。
【００３５】このように本実施形態では、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）として、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合は最大値Ｄ（ｍａｘ）を出力し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合は最小値Ｄ（ｍｉｎ）を出力する。従って、この測定値Ｄ（ｏｕｔ）を用いることにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧のばらつきの影響を受けず確実に保護動作を行うことができる。
【００３６】すなわち、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時に容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００３７】また、通常の場合、つまりＤ（ｍａｘ）＜Ｖ１かつＤ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合には、平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）として出力することにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の上述した過充電や過放電に対する保護動作を行っていないときの充電の進行状態や放電の進行状態をモニタすることが可能となる。
【００３８】すなわち、上述のようにＤ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合にＤ（ｍａｘ）を出力し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合にＤ（ｍｉｎ）を出力する方法では、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１でもＤ（ｍｉｎ）≦Ｖ２でもない場合に、充電器や使用機器側で二次電池の充電状態や放電状態を知ることはできないが、Ｄ（ｍａｘ）＜Ｖ１かつＤ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合に平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を出力するようにすれば、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の充電状態や放電状態が全体的にどの程度進んでいるかを把握することができる。
【００３９】さらに、上記実施形態によれば差動増幅器３の出力端子Ｐの電圧から二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧の最大値、最小値および平均値の全ての検出をマイクロコントローラ４によって行っているため、切替回路２および差動増幅器３が二次電池群１と共に電池パック側にあり、マイクロコントローラ４が充電器や使用機器などの外部機器側にある場合、電池パックと外部機器間の接続線数を最小限にすることができる。
【００４０】本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように種々変形して実施することができる。
（１）上記実施形態では、二次電池を３個直列接続した例で説明したが、２個あるいは４個以上の二次電池を直列接続した場合や、複数の二次電池を並列接続したセルブロックを複数個直列接続した場合にも、本発明の電圧測定回路および保護回路を適用することができる。
【００４１】（２）上記実施形態では、第１の設定値Ｖ１と第２の設定値Ｖ２で電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が不連続に変化するが、Ｖ１またはＶ２の近傍あるいはその両方でＤ（ｏｕｔ）が連続的に変化するようにスムージング処理を行うようにすることも可能である。
【００４２】（３）上記実施形態では、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合のＤ（ｍａｘ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）とし、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合のＤ（ｍｉｎ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としたが、Ｄ（ｍａｘ）とＶ１の比較、Ｄ（ｍｉｎ）とＶ２の比較のいずれか一方を省略してもよい。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値として出力し、また最小値が第２の設定値以下の場合には最小値を電池電圧の測定値として出力することにより、二次電池の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時に容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止の保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００４４】また、最大値が第１の設定値より低い場合や、最小値が第２の設定値より高い場合の通常の状態では、複数個の二次電池の端子電圧の平均値を電池電圧の測定値として出力するため、二次電池の保護動作を行っていないときの充電状態や放電状態をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の電圧測定回路の構成を示すブロック図
【図２】同実施形態の動作を説明するためのフローチャート
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池の保護回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…二次電池群
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…二次電池
２…切替回路
３…差動増幅器
４…マイクロコントローラ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に二次電池の保護に適した電池電圧測定を行う電圧測定回路およびこれを用いた保護回路に係り、特に直列接続された複数個の二次電池のための電圧測定回路および保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池などの非水溶媒系二次電池や鉛蓄電池は、放電や放置で端子電圧が低下し過ぎたり、あるいは逆に充電中に端子電圧が高くなり過ぎると、電池性能が劣化したり、安全性が損なわれることがある。このため、これらの二次電池では端子電圧を監視して、端子電圧が所定範囲内となるように充電や放電を制御して使用する必要があった。
【０００３】特に、リチウム二次電池の場合には、例えば端子電圧が４．５Ｖ以上になると電解液の分解によりガスが発生し、その結果電池内部の圧力が上昇して安全弁が作動し、漏液することがある。また、端子電圧が２Ｖ以下となると、負極に使われている集電体の銅が電解液内に溶解し始めて電池性能が劣化する。そのため、リチウム二次電池を使用する場合には、充電時には端子電圧が上昇して充電禁止電圧Ｖｏｖに達すると充電電流を遮断し、放電時には端子電圧が低下して予め設定した放電禁止電圧Ｖｕｖに達すると放電電流を遮断する機能を有する保護回路を介して充放電を行うようにすることが一般的である。
【０００４】充電禁止電圧Ｖｏｖは、電解液の分解が始まる電圧より若干低い電圧（例えば４．３５Ｖ）に設定され、放電禁止電圧Ｖｕｖは、負極の銅が溶解し始める電圧より若干高い電圧（例えば２〜２．５Ｖ）に設定される。複数個の二次電池を直列接続して用いる場合は、個々の電池の端子電圧を測定し、これらを充電禁止電圧Ｖｏｖおよび放電禁止電圧Ｖｕｖと比較して、個々の端子電圧が充電禁止電圧Ｖｏｖまで上昇したか否かと放電禁止電圧Ｖｕｖまで低下したか否かの判定を行い、その判定結果に従って充放電を制御している。
【０００５】ところで、近年、電池パック内に電子回路を内蔵させ、この電子回路によって二次電池の端子電圧、電池温度、充電量等の電池の状態を表すデータを充電器や負荷である電池パックの使用機器に送信してきめ細かい制御を行うようになってきているが、二次電池の端子電圧に関しては直列接続された全ての電池の端子電圧の合計に相当する値を出力している。上述した保護回路を動作させる場合は、この直列接続された複数の二次電池の端子電圧の合計から平均値を求め、これを充電禁止電圧Ｖｏｖや放電禁止電圧Ｖｕｖと比較することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直列接続された複数個の二次電池の各々の容量が異なっていたり、充電量が異なったりしている場合、各電池の端子電圧にばらつきが生じる。上述した二次電池の電圧測定方法では、このような電池毎に端子電圧がばらついている場合でも、それらの端子電圧の合計から平均値を求め、充電禁止電圧や放電禁止電圧と比較して保護動作を行っている。
【０００７】このため、充電時には容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達しても、二次電池の端子電圧が平均的に高いと、平均値は充電禁止電圧に達しないために充電を停止させることができず、過充電を起こしてしまう不都合がある。また、放電時には逆に、容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達しても、電池の端子電圧が平均的に高いと放電を停止させることができず、過放電を起こしてしまうという不都合がある。
【０００８】本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、直列接続された複数個の二次電池の端子電圧のばらつきの影響のない確実な保護動作を行うことができる二次電池の電圧測定回路およびこれを用いた保護回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明は、通常は直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を電池電圧の測定値とするが、それぞれの端子電圧のうち最大値がある程度以上大きい場合や、最小値がある程度以下に小さい場合には、それらの最大値または最小値を電池電圧の測定値とするようにしたものである。
【００１０】すなわち、本発明に係る第１の二次電池の電圧測定回路は、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低い場合は記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】本発明に係る第２の二次電池の電圧測定回路は、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最小値と放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】本発明に係る第３の二次電池の電圧測定回路は、上述した第１および第２の電圧測定回路の機能を兼ね備えたものであり、直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１３】また、本発明に係る第１の二次電池の保護回路は、上述した第１または第３の電圧測定回路により得られる測定値と充電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき二次電池の充電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１４】本発明に係る第２の二次電池の保護回路は、上述した第２または第３の電圧測定回路により得られる前記測定値と放電禁止電圧とを比較し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１５】本発明に係る第３の二次電池の保護回路は、上述した第３の電圧測定回路により得られる測定値と充電禁止電圧および放電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき二次電池の充電を禁止し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】このように本発明では、通常の場合、つまり直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の最大値が第１の設定値より低い場合や、最小値が第２の設定値より高い場合には平均値を電池電圧の測定値として出力し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を、また最小値が第２の設定値以下の場合には最小値をそれぞれ電池電圧の測定値として出力する。
【００１７】従って、例えば二次電池の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時は容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止の保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００１８】また、通常は複数個の二次電池の端子電圧の平均値を電池電圧の測定値として出力するため、二次電池の保護動作を行っていないときの充電状態や放電状態をモニタすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の電圧測定回路を示すブロック図である。同図において、二次電池群１は複数個（この例では３個）の二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を直列接続して構成されている。二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、例えばリチウムイオン二次電池のような非水溶媒系二次電池、あるいは鉛蓄電池である。二次電池Ｂ１の正極端子は端子ａに、二次電池Ｂ１の負極端子と二次電池Ｂ２の正極端子は端子ｂに、二次電池Ｂ２の負極端子と二次電池Ｂ３の正極端子は端子ｃに、二次電池Ｂ３の負極端子は端子ｄにそれぞれ接続されている。
【００２０】切替回路２は、切替接点ｅ，ｆ，ｇと共通接点ｋからなる第１の切替スイッチＳＷ１と、切替接点ｈ，ｉ，ｊと共通接点ｌからなる第２の切替スイッチＳＷ２とで構成され、スイッチＳＷ１とＳＷ２は連動している。すなわち、共通接点ｋが切替接点ｅに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｈに切り替えられ、共通接点ｋが切替接点ｆに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｉに切り替えられ、共通接点ｋが切替接点ｇに切り替えられたとき、共通接点ｌは切替接点ｊに切り替えられる。そして、切替回路２の第１の切替スイッチＳＷ１の切替接点ｅ，ｆ，ｇは二次電池群１の端子ａ，ｂ，ｃにそれぞれ接続され、第２の切替スイッチＳＷ２の切替接点ｈ，ｉ，ｊは二次電池群１の端子ｂ，ｃ，ｄにそれぞれ接続されている。
【００２１】切替回路２の第１および第２の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の共通端子ｋ，ｌは、差動増幅器３の入力端子ｍ，ｎにそれぞれ接続される。差動増幅器３はオペアンプＡと複数個の抵抗からなり、入力端子ｍ，ｎ間の電圧差に相当する電圧を出力端子Ｐに発生する。これら切替回路５と差動増幅器３によって、二次電池群１における二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の個々の端子電圧を測定する電圧測定回路が構成されている。
【００２２】差動増幅器３の出力端子Ｐは、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに接続される。マイクロコントローラ４はＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、このＡ／Ｄコンバータは入力端子ＡＮに入力される差動増幅器３の出力電圧をディジタル値に変換する。このＡ／Ｄコンバータにより得られたディジタル値から、マイクロコントローラ４での内部のプログラムによるソフトウェア処理により、切替回路２と差動増幅器３およびＡ／Ｄコンバータで測定された二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出と、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出と、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれ端子電圧の平均値を検出する平均値検出、およびこれらに基づく電池電圧測定が行われる。
【００２３】この際、マイクロコントローラ４は内部カウンタの値Ｎに基づいて、切替回路２の切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替接点を選択するための制御信号を出力端子Ｑより出力する。この出力端子Ｑからの制御信号によって、共通端子ｋとｌは内部カウンタの値がＮ＝１のときは切替接点ｅとｈにそれぞれ切り替えられ、Ｎ＝２のときは切替接点ｆとｉにそれぞれ切り替えられ、Ｎ＝３のときは切替接点ｇとｊにそれぞれ切り替えられる。
【００２４】次に、このように構成された図１の二次電池の電圧測定回路の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。回路が動作開始すると、初期状態としてＮ＝１とする（ステップＳ１）。この場合、切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は二次電池Ｂ１を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３は二次電池Ｂ１の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ４では、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（１）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行すると、Ｎ＝２となるから、Ｎ＝４か否かを判定するステップＳ５を介してステップＳ２に戻る。
【００２５】次に、Ｎ＝２より切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は今度は二次電池Ｂ２を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３の出力は二次電池Ｂ２の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ４の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ４では、Ｎ＝１の場合と同様、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（２）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行するとＮ＝３となるから、Ｎ＝４か否かを判定するステップＳ５を介してステップＳ２に戻る。
【００２６】次に、Ｎ＝３より切替回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は二次電池Ｂ３を選択し（ステップＳ２）、差動増幅器３は二次電池Ｂ３の端子電圧に相当する電圧を発生する。この差動増幅器３の出力電圧は、マイクロコントローラ３の入力端子ＡＮに入力される。マイクロコントローラ３では、Ｎ＝１およびＮ＝２の場合と同様に、差動増幅器３の出力電圧をＡ／Ｄコンバータでディジタル値Ｖ（ＡＮ）に変換した後、メモリ値Ｄ（３）として記憶する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ４によりＮ＋１→Ｎを実行するとＮ＝４となり、ステップＳ５でＹＥＳとなるから、今度はステップＳ６に進む。
【００２７】ステップＳ６では、メモリ値Ｄ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，３）のうちの最小値をメモリ値Ｄ（ｍｉｎ）として、最大値をメモリ値Ｄ（ｍａｘ）として、またメモリ値Ｄ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，３）の平均値をメモリ値Ｄ（ｍｅａｎ）として、それぞれ記憶する。
【００２８】次に、ステップＳ７で最大値Ｄ（ｍａｘ）と充電禁止電圧Ｖｏｖ（例えば４．５Ｖ）より低い適当な値（例えば４Ｖ）に予め定められた第１の設定値Ｖ１を比較し、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合は（ステップＳ７でＹＥＳ）、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としてＤ（ｍａｘ）を出力する（ステップＳ８，Ｓ１２）。
【００２９】ステップＳ７でＤ（ｍａｘ）＜Ｖ１の場合は（ステップＳ７でＮｏ）、ステップＳ９に進んで、最小値Ｄ（ｍｉｎ）と放電禁止電圧Ｖｕｖ（例えば２〜２．５Ｖ）より高い適当な値（例えば３．６Ｖ）に予め定められた第２の設定値Ｖ２を比較し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合は（ステップＳ９でＹｅｓ）、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としてＤ（ｍｉｎ）を出力する（ステップＳ１０，Ｓ１２）。また、Ｄ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合は（ステップＳ９でＮＯ）、Ｄ（ｏｕｔ）として平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を出力する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
【００３０】ステップＳ１２で電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）を出力した後、ステップＳ１に戻り、以上の処理を繰り返す。次に、図３を参照して本実施形態の電圧測定回路を用いた二次電池の保護回路について説明する。図３においては、図１に示した構成にスイッチ素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５，６が追加されている。
【００３１】すなわち、本実施形態では二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が直列接続された二次電池群１における電池Ｂ１の正極端子は＋側の外部接続端子７に接続され、電池Ｂ３の負極端子は第１のＦＥＴ５のソースに接続され、ＦＥＴ５のドレインは第２のＦＥＴ６のドレインに接続され、ＦＥＴ６のソースは−側の外部接続端子８に接続されている。第１のＦＥＴ５には、その寄生ダイオードＤ１が充電時に順方向となるように並列に接続されており、また第２のＦＥＴ６には放電時に順方向となるように並列に接続されている。
【００３２】外部接続端子７，８間には、充電時には充電器が接続され、放電時には負荷である電池パックの使用機器が接続される。また、第１および第２のＦＥＴ５，６のゲートは、それぞれマイクロコントローラ４の制御端子Ｒ，Ｓに接続されている。
【００３３】本実施形態では、マイクロコントローラ４は前述のようにして電池電圧を測定して得られた測定値Ｄ（ｏｕｔ）を充電時には充電禁止電圧Ｖｏｖと比較して、過充電防止動作を行う。すなわち、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が充電禁止電圧Ｖｏｖまで上昇すると、マイクロコントローラ４の制御端子Ｓが低レベルとなり、第２のＦＥＴ６が非導通状態となることによって充電が停止され、二次電池群１の過充電が防止される。
【００３４】さらに、マイクロコントローラ４は放電時には電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）と放電禁止電圧Ｖｕｖと比較して、過放電防止動作を行う。すなわち、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が放電禁止電圧Ｖｕｖまで低下すると、マイクロコントローラ４の制御端子Ｒが低レベルとなり、第１のＦＥＴ５が非導通状態となることによって放電が停止され、二次電池群１の過放電が防止される。
【００３５】このように本実施形態では、電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）として、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合は最大値Ｄ（ｍａｘ）を出力し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合は最小値Ｄ（ｍｉｎ）を出力する。従って、この測定値Ｄ（ｏｕｔ）を用いることにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧のばらつきの影響を受けず確実に保護動作を行うことができる。
【００３６】すなわち、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時に容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００３７】また、通常の場合、つまりＤ（ｍａｘ）＜Ｖ１かつＤ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合には、平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）として出力することにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の上述した過充電や過放電に対する保護動作を行っていないときの充電の進行状態や放電の進行状態をモニタすることが可能となる。
【００３８】すなわち、上述のようにＤ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合にＤ（ｍａｘ）を出力し、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合にＤ（ｍｉｎ）を出力する方法では、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１でもＤ（ｍｉｎ）≦Ｖ２でもない場合に、充電器や使用機器側で二次電池の充電状態や放電状態を知ることはできないが、Ｄ（ｍａｘ）＜Ｖ１かつＤ（ｍｉｎ）＞Ｖ２の場合に平均値Ｄ（ｍｅａｎ）を出力するようにすれば、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の充電状態や放電状態が全体的にどの程度進んでいるかを把握することができる。
【００３９】さらに、上記実施形態によれば差動増幅器３の出力端子Ｐの電圧から二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧の最大値、最小値および平均値の全ての検出をマイクロコントローラ４によって行っているため、切替回路２および差動増幅器３が二次電池群１と共に電池パック側にあり、マイクロコントローラ４が充電器や使用機器などの外部機器側にある場合、電池パックと外部機器間の接続線数を最小限にすることができる。
【００４０】本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように種々変形して実施することができる。
（１）上記実施形態では、二次電池を３個直列接続した例で説明したが、２個あるいは４個以上の二次電池を直列接続した場合や、複数の二次電池を並列接続したセルブロックを複数個直列接続した場合にも、本発明の電圧測定回路および保護回路を適用することができる。
【００４１】（２）上記実施形態では、第１の設定値Ｖ１と第２の設定値Ｖ２で電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）が不連続に変化するが、Ｖ１またはＶ２の近傍あるいはその両方でＤ（ｏｕｔ）が連続的に変化するようにスムージング処理を行うようにすることも可能である。
【００４２】（３）上記実施形態では、Ｄ（ｍａｘ）≧Ｖ１の場合のＤ（ｍａｘ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）とし、Ｄ（ｍｉｎ）≦Ｖ２の場合のＤ（ｍｉｎ）を電池電圧の測定値Ｄ（ｏｕｔ）としたが、Ｄ（ｍａｘ）とＶ１の比較、Ｄ（ｍｉｎ）とＶ２の比較のいずれか一方を省略してもよい。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値として出力し、また最小値が第２の設定値以下の場合には最小値を電池電圧の測定値として出力することにより、二次電池の端子電圧にばらつきがあり、充電時に容量が最小の電池や充電量が最大の電池の端子電圧が他の電池より早く充電禁止電圧に達した場合や、放電時に容量が最小の電池や充電量が最小の電池の端子電圧が他の電池より早く放電禁止電圧に達した場合、それらを電池電圧の測定値から直ちに検出して充電停止や放電停止の保護動作を行うことができ、過充電や過放電を確実に防止することが可能となる。
【００４４】また、最大値が第１の設定値より低い場合や、最小値が第２の設定値より高い場合の通常の状態では、複数個の二次電池の端子電圧の平均値を電池電圧の測定値として出力するため、二次電池の保護動作を行っていないときの充電状態や放電状態をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の電圧測定回路の構成を示すブロック図
【図２】同実施形態の動作を説明するためのフローチャート
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池の保護回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…二次電池群
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…二次電池
２…切替回路
３…差動増幅器
４…マイクロコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項２】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最小値と放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値より高い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項３】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、前記最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項４】請求項１または３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記充電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき前記二次電池の充電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項５】請求項２または３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記放電禁止電圧とを比較し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき前記二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項６】請求項３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記充電禁止電圧および前記放電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき前記二次電池の充電を禁止し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき前記二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項１】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項２】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最小値と放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値より高い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項３】直列接続された複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最大値を検出する最大値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧のうちの最小値を検出する最小値検出手段と、前記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧の平均値を検出する平均値検出手段と、前記最大値と充電禁止電圧より低い第１の設定値とを比較すると共に、前記最小値と第１の設定値より低く放電禁止電圧より高い第２の設定値とを比較し、最大値が第１の設定値以上の場合は最大値を電池電圧の測定値とし、最小値が第２の設定値以下の場合は最小値を電池電圧の測定値とし、最大値が第１の設定値より低くかつ最小値が第２の設定値より高い場合は前記平均値を電池電圧の測定値とする測定手段とを具備したことを特徴とする二次電池の電圧測定回路。
【請求項４】請求項１または３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記充電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき前記二次電池の充電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項５】請求項２または３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記放電禁止電圧とを比較し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき前記二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項６】請求項３に記載の電圧測定回路により得られる前記測定値と前記充電禁止電圧および前記放電禁止電圧とを比較し、測定値が充電禁止電圧まで上昇したとき前記二次電池の充電を禁止し、測定値が放電禁止電圧まで低下したとき前記二次電池の放電を禁止する手段を具備したことを特徴とする二次電池の保護回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平１１−５５８６５
【公開日】平成１１年（１９９９）２月２６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−２０５９７８
【出願日】平成９年（１９９７）７月３１日
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
【公開日】平成１１年（１９９９）２月２６日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）７月３１日
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
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