JP2002040064A - 電池電圧検出装置 - Google Patents

電池電圧検出装置

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JP2002040064A
JP2002040064A JP2000225329A JP2000225329A JP2002040064A JP 2002040064 A JP2002040064 A JP 2002040064A JP 2000225329 A JP2000225329 A JP 2000225329A JP 2000225329 A JP2000225329 A JP 2000225329A JP 2002040064 A JP2002040064 A JP 2002040064A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】取り扱いが容易で頻繁な出力誤差補償動作が可
能な電池電圧検出装置を提供すること。 【解決手段】組み電池1の所定の電池ブロックを選択す
るブロック選択部3と、ブロック選択部3の出力電圧を
検出する電圧検出部2との間に、互いに直列接続された
基準電圧発生スイッチSW0及びツェナーダイオードZ
Dを有する基準電圧発生部4を介設するので、簡素な回
路構成で、かつ、電圧検出部2の誤差補正が随時可能な
電池電圧検出装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池特に組み電池
の電圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高圧大容量の二次電池を組み電池形式で
搭載するハイブリッド車、燃料電池車及び純二次電池車
などの電気自動車では、この組み電池を構成する各電池
ブロックの容量管理のために電池ブロックの電圧をモニ
タする必要があるが、各電池ブロックごとに電池電圧検
出装置を設けると回路規模負担が大きくなるため複数の
電池ブロック当たり一個の電池電圧検出装置を設け、ス
イッチで切り替えて各電池ブロックの電位を時間順次に
計測していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】良く知られているよう
に電池容量の変動による電池電圧変化が小さいために微
小な電池電圧変化を正確に計測する必要がある。しかし
ながら、電気自動車の電池電圧検出装置は温度変化や振
動などの使用環境条件が激しいため、電池電圧検出装置
を出力特性調整後に出荷しても経時的にこの出力特性が
変化し、これが電圧検出誤差を生じるという問題があっ
た。
【0004】この種の電圧検出回路の誤差(増幅率、D
Cオフセット電圧)を補償するために、従来、電圧検出
回路の入力端から電圧計測すべき電圧源を切り離し、そ
の代わりに所定の基準電圧値をもつ基準電圧発生電源を
接続して電池電圧検出回路の出力電圧を求め、この結果
に基づいて電圧検出回路の誤差特性を求め、求めた出力
誤差特性により計測電圧を演算して上記誤差を補償する
出力誤差補償技術が知られている。電圧計測すべき電圧
源を切り離すのは基準電圧発生源との電圧干渉を避ける
ためである。
【0005】しかしながら、上記した従来の出力誤差補
償は、基準電圧発生源用の電池の充電が必要である上、
被計測電圧源の切り離しや基準電圧発生電源の接続が面
倒であるため出力誤差補償を頻繁に行えないという問題
があった。
【0006】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、取り扱いが容易で、かつ、頻繁な出力誤差補償動
作が随時可能な電池電圧検出装置を提供することをその
目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載した本発
明の組み電池の電圧検出装置によれば、組み電池の所定
の電池ブロックを選択するブロック選択部と、ブロック
選択部の出力電圧を検出する電圧検出部との間に、互い
に直列接続された基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力
部を有する基準電圧発生部を介設するので、簡素な回路
構成で随時電圧検出部の誤差補正が可能な電池電圧検出
装置を実現することができる。
【0008】この発明の特徴は、電池電圧検出装置が電
池電圧を測定するものであり、電圧検出部には電池電圧
が印加されていることに着目したものであり、測定すべ
き電池電圧に代えて基準電圧値を電圧検出部の入力端に
印加するには電池電圧を利用して基準電圧値を発生すれ
ばよく、最も簡単には、電圧検出部に通常に印加されて
いる電池電圧を、電圧検出部の両入力端間に接続されて
いるたとえばツェナーダイオードのような定電圧降下を
行う回路素子(定電圧降下回路部)で吸収すればよいと
いう着想に基づいている。上記動作を行うには、基準電
圧値を発生する時にだけ導通するスイッチ(基準電圧発
生スイッチ)とツェナーダイオード(定電圧降下回路
部)を直列接続して電圧検出部の両入力端間に接続すれ
ばよい。なお、定電圧降下回路部としては上記のように
ツェナーダイオードが好適であるが、定電圧降下を発生
する負荷素子に相当する回路であり、電圧検出部の両入
力端に印加される電池電圧が印加される回路であれば、
置換可能である。
【0009】周知のように、このツェナーダイオード
(定電圧降下回路部)が電圧検出部の両入力端間にその
定電圧降下(基準電圧値)を印加するためには、電池ブ
ロック両端と、ツェナーダイオード(定電圧降下回路
部)との間に過剰な電池電圧を吸収する抵抗素子を必要
とする。本発明では、この抵抗素子として、組み電池の
電池ブロックを時間順次に選択して電圧検出部に接続す
るブロック選択部が有する抵抗素子を用いればよい。
る。これにより回路構成が簡素となる。なお、高圧の組
み電池は電池ブロックを複数直列接続してなる。電池ブ
ロックは、単電池を一個用いて構成してもよく、複数の
単電池を直列接続して構成してもよい。ブロック選択部
は、所定の電池ブロックを選択する選択スイッチと、選
択スイッチと直列に接続される抵抗素子とを有してお
り、選択した電池ブロックの電圧を電圧検出部に出力す
る。
【0010】請求項2記載の構成によれば請求項1記載
の電池電圧検出装置において更に、ブロック選択部は、
選択スイッチが選択した所定の電池ブロックの電圧を分
圧して出力する分圧回路とを有し、前記抵抗素子は、前
記分圧回路の一部をなすことを特徴とする。
【0011】本構成によれば、ブロック選択部に内蔵さ
れて電池ブロックの電圧を抵抗分圧する分圧回路を構成
する抵抗素子が、上記ツェナーダイオード(定電圧降下
回路部)のための過剰電圧負担用の抵抗素子を兼ねるの
で、回路構成が簡素となる。
【0012】請求項3記載の構成によれば請求項1記載
の電池電圧検出装置において更に、前記抵抗素子は、前
記選択スイッチと直列に接続されて前記電池ブロックの
放電電流を制限することを特徴としている。なお、この
抵抗素子は、選択スイッチが短絡故障した電池ブロック
に流れる短絡放電電流を制限するために設けられるもの
である。
【0013】本構成によれば、ブロック選択部に内蔵さ
れ選択スイッチが短絡故障した場合の電池の短絡放電電
流を制限する短絡電流制限用の抵抗素子が上記ツェナー
ダイオード(定電圧降下回路部)のための過剰電圧負担
用の抵抗素子を兼ねるので、回路構成が簡素となる。
【0014】請求項4記載の構成によれば請求項1記載
の電池電圧検出装置において更に、前記基準電圧発生部
と並列にコンデンサが設けられる。このようにすれば、
正確に基準電圧値を発生することができる。
【0015】以下、更に詳しく説明する。
【0016】ブロック選択部は電池ブロックを選択する
選択スイッチを有しているので、これら選択スイッチを
一時的の導通させて上記コンデンサを充電した後、これ
ら選択スイッチのすべてを遮断し、基準電圧発生スイッ
チを導通させれば、コンデンサに蓄積された過剰電圧は
基準電圧発生スイッチを通じてツェナーダイオード(定
電圧降下回路部)により放電され、所定時間後に、コン
デンサ両端の電位はツェナーダイオード(定電圧降下回
路部)の降伏電圧すなわち一定の基準電圧値に等しくな
る。この時点において、ツェナーダイオード(定電圧降
下回路部)及び基準電圧発生スイッチに流れる電流は極
めて小さいので、基準電圧発生スイッチの電圧降下は非
常に小さくなる。これにより、基準電圧発生スイッチの
電圧降下の変動が小さくなり、高精度に一定化された基
準電圧値を電圧検出部に印加することができる。
【0017】これに対して、上記コンデンサをもたない
場合について以下に説明する。
【0018】この場合には、ブロック選択部の選択スイ
ッチを導通させて電池ブロックの電圧を基準電圧発生部
に印加した状態で、基準電圧発生スイッチを導通させる
ことになる。したがって、この場合には、選択スイッチ
により選択された電池ブロックの電源電圧が変動する
と、基準電圧発生スイッチを流れる電流が変動し、基準
電圧発生スイッチの両端の電圧降下分だけ基準電圧値が
変動することになる。また、基準電圧発生部の電力消費
も大きくなる。本構成はこれらの問題を解決することが
できる。
【0019】請求項5記載の構成によれば請求項1記載
の電池電圧検出装置において更に、前記電圧検出部は、
前記ブロック選択部の出力電圧を検出するたびに、前記
ブロック選択部の出力電圧を検出する動作の直前又は直
後又は途中にて、前記基準電圧発生部から前記基準電圧
値を検出し、前記検出した基準電圧値に基づいて前記検
出した選択分圧部の出力電圧を補正する。
【0020】すなわち、本構成によれば、基準電圧発生
部による電圧検出部の誤差構成を従来に比較して格段に
簡単に実施できることを利用して、電池ブロックの電圧
計測のたびにそれに前後して基準電圧値の計測を行い、
基準電圧値に基づいて得た電圧検出部の誤差情報によ
り、電池ブロックの計測電圧値を常に補正する。このよ
うにすれば、電圧検出部の温度や経時特性変化の影響を
最小にすることができる。
【0021】請求項6記載の電池電圧検出装置は、電池
と電圧検出部との間に介設される基準電圧発生部が、互
いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を接
続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部と、前記
電池の一端と前記電池ブロックの前記入力端との間に介
設される過剰電圧消費用の抵抗素子と、前記抵抗素子を
迂回して前記前記電池ブロックの前記入力端に前記電池
の一端を直結する迂回スイッチとを有することを特徴と
している。
【0022】このようにすれば、既述したように、基準
電圧発生部は、迂回スイッチを開放し、基準電圧発生ス
イッチを導通させることにより、電池電力を用いて発生
させた基準電圧値を電圧検出部の入力端に印加すること
ができるので、電圧検出部の誤差補正をするに当たって
いちいち電池を電圧検出部の入力端から切り離す必要が
なく、また基準電圧発生部も直流電源をもつ必要がな
く、回路構成が簡素となる。更に、本構成によれば、電
圧検出部が電池電圧を検出(計測)する場合には電池電
圧は過剰電圧消費用の抵抗素子を迂回して電圧検出部に
印加されるので、基準電圧値を発生する際の電池消耗を
防ぐために過剰電圧消費用の抵抗素子の抵抗値を大きく
設定しても、電池電圧検出時にこの抵抗素子の電圧降下
が生じることがなく、検出精度を向上することができ
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な態様を以下
の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記
の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な
公知回路を用いて構成できることは当然である。
【0024】
【実施例1】本発明の組み電池の電圧検出装置の一実施
例を図1に示す回路図を参照して説明する。 (構成)1は高位側から順に3つの電池ブロック11〜
13を直列接続してなる組み電池、2は、電池ブロック
11〜13の電圧を検出する電圧検出部、3は、組み電
池1と電圧検出部2との間に介設されるブロック選択
部、4は電圧検出部2に基準電圧値を入力する基準電圧
発生部である。
【0025】ブロック選択部3は、抵抗R11〜R14
と選択スイッチSW11〜SW13からなり、互いに直
列接続された抵抗R11及び選択スイッチSW11のペ
アと、互いに直列接続された抵抗R12及び選択スイッ
チSW12のペアと、互いに直列接続された抵抗R13
及び選択スイッチSW13のペアとが互いに並列接続さ
れて抵抗スイッチ回路網を構成している。選択スイッチ
SW11〜SW13は、フォトMOSトランジスタから
なるが公知の他のスイッチやスイッチング素子を用いる
ことができることはもちろんである。
【0026】この抵抗スイッチ回路網の一端が各電池ブ
ロック11〜13の高位端に接続され、他端が抵抗R1
4を通じて最低電位の電池ブロック13の低位端に接続
されている。図から明らかなように、抵抗R11と抵抗
R14のペア、抵抗R12と抵抗R14のペア、抵抗R
13と抵抗R14のペアがそれぞれ抵抗分圧回路を構成
しており、これら抵抗分圧回路の一つが選択スイッチS
W11〜SW13の一つを導通させることにより選択さ
れ、選択された抵抗分圧回路の出力電圧すなわち抵抗R
14の電圧降下が電圧検出部2の一対の入力端間に印加
される。
【0027】基準電圧発生部4は、定電圧降下回路部で
あるツェナーダイオードZDと、基準電圧発生スイッチ
であるNMOSトランジスタSW0とを直列接続し、抵
抗素子R14と並列接続してなる。
【0028】電圧検出部2は、基準電圧発生部4から入
力される基準電圧値に基づいて自己の計測誤差たとえば
電圧増幅率や直流オフセット電圧についてデータを演算
するとともに、このデータに基づいてブロック選択部3
から入力される計測電圧を補正するが、この計測誤差演
算や補正の具体的な方式は本発明の要旨ではないので説
明を省略する。 (動作)常態において、スイッチSW11〜SW13、
SW0は開放されている。まず最初に、選択スイッチS
W11を所定期間だけ導通させて抵抗素子R14の分圧
を計測し、次に、選択スイッチSW12を所定期間だけ
導通させて抵抗素子R14の分圧を計測し、次に、選択
スイッチSW13を所定期間だけ導通させて抵抗素子R
15の分圧を計測する。このようにして3個の分圧デー
タが得られ、減算処理により電池ブロック11,12の
電圧が計測される。
【0029】次に、スイッチSW11〜SW13のどれ
かとスイッチSW0とを所定期間導通させる。この時、
ツェナーダイオードZDが降伏するようにその降伏電圧
値が設定されているので、スイッチSW0のオン抵抗を
小さく設定しておくことにおり、電圧検出部2の一対の
入力端間に、この降伏電圧(正確には降伏電圧+SW0
の電圧降下)に等しい基準電圧値を印加することができ
る。
【0030】なお、電圧検出部2への基準電圧値の読み
込みは、上記のように電池ブロック電圧の読み込みの直
後ではなく、直前又はその途中に行ってもよい。どちら
にせよ、この実施例では、電池ブロック電圧を計測する
ごとに時間的に近接したタイミングで基準電圧値を読み
込むので、基準電圧値読み込み時点から電池ブロック電
圧計測時点までの時間経過による電圧検出部2の特性変
化をキャンセルすることができる。
【0031】
【実施例2】本発明の組み電池の電圧検出装置の他実施
例を図2に示す回路図を参照して説明する。 (構成)この実施例は、実施例1の電池電圧検出装置に
おいて、ブロック選択部3及び基準電圧発生部4の回路
構成を変更したものであるので、ブロック選択部3及び
基準電圧発生部4の回路構成を以下に説明する。
【0032】ブロック選択部3は、抵抗R11〜R14
と選択スイッチSW11〜SW14とからなる前段回路
部31と、切り替えスイッチSW21〜SW24からな
る後段回路部32とからなる。抵抗R11〜R13の一
端は各電池ブロック11〜13の高位端に個別に接続さ
れ、抵抗R14の一端は最低位の電池ブロック13の低
位端に接続されている。抵抗R11及び選択スイッチS
W11は直列接続されて後段回路部32の一入力端L1
に給電し、抵抗R12及び選択スイッチSW12は直列
接続されて後段回路部32の他入力端L2に給電し、抵
抗R13及び選択スイッチSW13は直列接続されて後
段回路部32の一入力端L1に給電し、抵抗R14及び
選択スイッチSW14は直列接続されて後段回路部32
の他入力端L2に給電している。後段回路部32は、切
り替えスイッチSW21〜SW24をいわゆるブリッジ
接続してなり、入力電圧を反転して出力する。
【0033】基準電圧発生部4は、実施例1の基準電圧
発生スイッチSW0に相当する基準電圧発生スイッチS
W1とツェナーダイオードZDとを直列接続して電圧検
出部2の一対の入力端間に接続した点は実施例1と同じ
であるが、更に電圧検出部2の一対の入力端間にコンデ
ンサC1を追加接続している。 (動作)常態において、すべてのスイッチは開放されて
いる。まず最初に、スイッチSW11、SW12、SW
21、SW24を所定期間だけオンし、電池ブロック1
1の電圧を電圧検出部2に印加し、電圧検出部2により
それを計測する。次に、スイッチSW12、SW13、
SW22、SW23を所定期間だけオンし、電池ブロッ
ク12の電圧を電圧検出部2に印加し、電圧検出部2に
よりそれを計測する。次に、スイッチSW13、SW1
4、SW21、SW24を所定期間だけオンし、電池ブ
ロック13の電圧を電圧検出部2に印加し、電圧検出部
2によりそれを計測する。
【0034】次に、上記手法によりどれかの電池ブロッ
クの電圧をブロック選択部3から基準電圧発生部4に出
力した状態で、基準電圧発生スイッチSW1をオンす
る。これにより、ツェナーダイオードZDが降伏してそ
の降伏電圧が基準電圧値として電圧検出部2に入力され
る。 (変形態様)変形態様を以下に説明する。
【0035】図2において、電圧検出部2に基準電圧値
を入力する際、上記手法によりどれかの電池ブロックの
電圧をブロック選択部3から基準電圧発生部4に出力
し、コンデンサC1を充電する。コンデンサC1の電圧
がツェナーダイオードZDの降伏電圧を超えた段階でス
イッチSW21〜SW24を開放し、スイッチSw1を
オンする。その結果、コンデンサC1の蓄積電荷は急速
にツェナーダイオードZDにより放電され、スイッチS
W1を流れる電流は微小な値となり、スイッチSW1の
電圧降下及びその変動は無視できるようになる。この段
階で、電圧検出部2により基準電圧値を計測すれば、ス
イッチSW1の電圧降下変動の影響が少なく安定した基
準電圧値を電圧検出部2に入力することができる。
【0036】
【実施例3】本発明の電池電圧検出装置の他実施例を図
3に示す回路図を参照して説明する。 (構成)この実施例の電池電圧検出装置は、電池1と、
その電圧を検出する電圧検出部2との間に基準電圧発生
部4を介設したものである。なお、電池1は実施例1,
2と同様にブロック選択部3としてもよい。
【0037】基準電圧発生部4は、過剰電圧吸収用の抵
抗素子R10と、ツェナーダイオードZDと、基準電圧
発生スイッチSW0と、短絡スイッチSW10とからな
る。
【0038】基準電圧発生スイッチSW1とツェナーダ
イオードZDとは、実施例1と同様に、互いに直列接続
されて電圧検出部2の一対の入力端間に接続されてい
る。過剰電圧吸収用の抵抗素子R10と短絡スイッチS
W10とは、互いに並列接続されて、電圧検出部2の+
入力端と電池1の高電位端との間に介設されている。
【0039】(動作)常態において、短絡スイッチSW
10を導通し、基準電圧発生スイッチSW0をオフす
る。基準電圧入力時には、短絡スイッチSW10を導通
し、基準電圧発生スイッチSW0をオンする。これによ
り、ツェナーダイオードZDが降伏し、抵抗R10が過
剰電圧を吸収し、ツェナーダイオードZDの降伏電圧が
電圧検出部2に入力される。
【0040】本実施例によれば、既述の各実施例と同様
の効果を奏することができ、更に、電池電圧計測時に抵
抗R10を短絡スイッチSW10で短絡しているので、
抵抗R10を高抵抗値として基準電圧値入力時の電力消
費を低減することができるとともに、電池電圧検出時に
おいて、電圧検出部2の入力抵抗値と抵抗R10との抵
抗分圧比により決定される抵抗R10の電圧降下をほぼ
0とすることができ、電圧検出部2が電池電圧を正確に
計測することができる。 (変形態様)変形態様を図4に示す。
【0041】この変形態様は、図3の短絡スイッチSW
10の代わりに、切り替えスイッチSW10を用いたも
のであるが、これらのスイッチの作用効果は同じであ
る。また、この実施例では、ツェナーダイオードZDに
相当するツェナーダイオードREG1、及び、基準電圧
発生スイッチSW0に相当する基準電圧発生スイッチS
W1のペアからなる第一の基準電圧発生部と並列に、ツ
ェナーダイオードREG2、及び、基準電圧発生スイッ
チSW2のペアからなる第二の基準電圧発生部を接続し
ている。二つのツェナーダイオードREG1、REG2
の降伏電圧は異なる電圧値に設定されており、これら二
つの基準電圧発生部は時間順次に用いらるので、電圧検
出部2は、入力される2つの基準電圧値を用いて自己の
誤差補正を行うことができる。 (変形態様)上記各実施例では、定電圧出力部をツェナ
ーダイオードにより構成したが、定電圧を発生する定電
圧発生回路としてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池電圧検出装置の一例を示す回路図
である。
【図2】本発明の電池電圧検出装置の他例を示す回路図
である。
【図3】本発明の電池電圧検出装置の他例を示す回路図
である。
【図4】図3に示す電池電圧検出装置の変形態様を示す
回路図である。
【符号の説明】
1は組み電池、2は電圧検出部、3はブロック選択部、
4は基準電圧発生部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに直列接続されて組み電池を構成する
    複数の電池ブロックうち所定の電池ブロックを選択する
    選択スイッチと、前記選択スイッチと直列に接続される
    抵抗素子とを有するとともに、前記選択された電池ブロ
    ックの電圧を出力するブロック選択部と、前記ブロック
    選択部の出力電圧を検出するとともに自己の検出誤差を
    補正する電圧検出部とを備える電池電圧検出装置におい
    て、 前記ブロック選択部の一対の出力端と前記電圧検出部の
    一対の入力端との間に介設されて前記ブロック選択部の
    出力電圧に代えて所定の基準電圧値を前記電圧検出部の
    前記一対の入力端間に印加する基準電圧発生部を備え、 前記基準電圧発生部は、 互いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を
    接続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部を有す
    ることを特徴とする電池電圧検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の電池電圧検出装置におい
    て、 前記ブロック選択部は、前記選択スイッチが選択した所
    定の電池ブロックの電圧を分圧して出力する分圧回路と
    を有し、 前記抵抗素子は、前記分圧回路の一部をなすことを特徴
    とする電池電圧検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の電池電圧検出装置におい
    て、 前記抵抗素子は、前記選択スイッチと直列に接続されて
    前記電池ブロックの放電電流を制限することを特徴とす
    る電池電圧検出装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の電池電圧検出装置におい
    て、 前記基準電圧発生部と並列に接続されたコンデンサを有
    することを特徴とする電池電圧検出装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の電池電圧検出装置におい
    て、 前記電圧検出部は、前記ブロック選択部の出力電圧を検
    出するたびに、前記ブロック選択部の出力電圧を検出す
    る動作の直前又は直後又は途中にて、前記基準電圧発生
    部から前記基準電圧値を検出し、前記検出した基準電圧
    値に基づいて前記検出した選択分圧部の出力電圧を補正
    することを特徴とする電池電圧検出装置。
  6. 【請求項6】電池の両端に接続されて前記電池の電圧を
    検出するとともに自己の検出誤差を補正する電圧検出部
    とを備える電池電圧検出装置において、 前記電池の両端と前記電圧検出部の一対の入力端との間
    に介設されて前記電池の電圧に代えて所定の基準電圧値
    を前記電圧検出部の前記一対の入力端間に印加する基準
    電圧発生部を備え、 前記基準電圧発生部は、 互いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を
    接続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部と、 前記電池の一端と前記電圧検出部の前記入力端との間に
    介設される過剰電圧消費用の抵抗素子と、 前記抵抗素子を迂回して前記電圧検出部の前記入力端に
    前記電池の一端を直結する迂回スイッチと、 を有することを特徴とする電池電圧検出装置。
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