JP3510712B2

JP3510712B2 - 残存容量表示付のパック電池

Info

Publication number: JP3510712B2
Application number: JP18725295A
Authority: JP
Inventors: 哲也岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JPH0935762A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は残存容量を表示でき
るパック電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】残存容量が表示されるパック電池は、便
利に使用できる。とくに、電気機器を使用している途中
で電池が完全に放電されて、機器を使用できなくなる弊
害を有効に防止できる特長がある。

【０００３】残存容量表示付のパック電池は、電池の充
電量と放電量を演算して残存容量を表示し、あるいは、
満充電された電池の放電量を演算して残存容量を表示す
る。電池の放電量は、電池の放電電流から演算できる。
このことを実現するパック電池のブロック図を図２に示
す。この図のパック電池は、複数の電池を直列に接続し
ている電池スタック７と、電池の放電電流を検出する電
流検出回路１と、電流検出回路１で検出された電流を演
算して残存容量を計算する演算回路２と、演算回路２の
計算結果を表示する表示回路３とを備える。

【０００４】電流検出回路１は、電池と直列に接続され
た電流検出抵抗１Ｒで、放電電流を電圧に変換し、電流
検出抵抗１Ｒの両端の電圧を差動アンプ１Ａで増幅す
る。差動アンプ１Ａで増幅するのは、電流検出抵抗１Ｒ
の抵抗値を小さくするためである。電流検出抵抗１Ｒが
大きいと、電流検出抵抗１Ｒが消費する電力が大きくな
って、パック電池から出力される電力を有効に利用でき
なくなるからである。電流検出抵抗１Ｒを小さくする
と、その両端に発生する電圧も小さくなる。差動アンプ
１Ａは電流検出抵抗１Ｒの微小電圧を増幅して、演算回
路２に入力する。

【０００５】演算回路２は、入力されたアナログ信号で
ある電圧信号を、Ａ／Ｄコンバータでデジタル量に変換
し、デジタル値である電圧信号を積分して、電池の放電
量を演算する。演算回路２にはマイクロコンピュータが
使用される。

【０００６】図２に示すパック電池は、電池の放電電流
を検出する電流検出回路１と演算回路２とからなる残量
計算回路５を駆動するために、電池スタック７から電力
を供給する。残量計算回路５を動作させる駆動電圧が、
電池スタック７の出力電圧に等しいときは、複数の電池
を直列に接続した電源で、残量計算回路５を駆動でき
る。しかしながら、残量計算回路５の駆動電圧が、電池
スタック７の出力電圧よりも低く設計される場合は、電
池スタック７の出力電圧を降圧して、残量計算回路５に
接続する必要がある。残量計算回路５を構成する電流検
出回路１と演算回路２は、消費電力を少なくするため
に、低電圧の電源で駆動されるように設計される。この
ため、電池スタック７の出力電圧が高いときには、電池
スタック７で直接に駆動できず、電源電圧を降圧する必
要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電池スタック７の出力
電圧を降圧する最も簡単な回路は、図２に示すように、
電池スタック７と残量計算回路５との間に、電圧降下抵
抗４を直列に接続するものである。電圧降下抵抗４の両
端に発生する電圧降下は、電池スタック７の出力電圧を
低くする。電圧降下抵抗４の両端に発生する電圧は、電
圧降下抵抗４の抵抗値と、残量計算回路５の消費電流の
積である。したがって、電圧降下抵抗４の抵抗値を調整
して、電池スタック７の出力電圧を調整できる。ただ、
この回路は残量計算回路５の駆動電圧が変動しやすく、
残量計算回路５を安定に動作させることに問題がある。
残量計算回路５に流れる負荷電流に比例して、電圧降下
抵抗４の両端に発生する電圧が変動するからである。

【０００８】電圧降下抵抗４の両端に発生する電圧を小
さくできる場合、いいかえると、残量計算回路５の駆動
電圧と、電池スタック７の出力電圧との差が少ないとき
は、電圧降下抵抗４の抵抗値を小さくできるので、電圧
降下抵抗４の両端に発生する電圧降下の変動を少なくで
きる。しかしながら、残量計算回路５の駆動電圧が、電
池スタック７の出力電圧に比較して充分に低く設計され
ている場合は、電圧降下抵抗４の抵抗値を大きくする必
要がある。このため、残量計算回路５の負荷電流が変動
したときに、残量計算回路５の駆動電圧が大幅に変動す
る弊害が発生する。

【０００９】この弊害は、図３に示すように、電池スタ
ック７の出力と、残量計算回路５の電源回路との間に、
安定化電源６を接続して解消できる。安定化電源６に
は、たとえば、三端子の定電圧電源用ＩＣが使用でき
る。この回路は、安定化電源６で電池スタック７の出力
電圧を一定に保持して、残量計算回路５の電源回路に供
給できる。このため、残量計算回路５の負荷電流が変動
しても、その駆動電圧が変動しない特長がある。

【００１０】しかしながら、この回路は、安定化電源６
を使用するので、簡単な回路で残量計算回路５を駆動で
きない欠点がある。

【００１１】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、極めて簡単な回路で、残量計算回路を最適電圧で駆
動できる残存容量表示付のパック電池を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
されるパック電池は、複数の電池を直列に接続している
電池スタック７と、この電池スタック７に流れる電流を
検出する電流検出回路１と、電流検出回路１の出力を演
算して、電池スタック７の残存容量を演算する演算回路
２と、この演算回路２の演算結果を表示する表示回路３
とを備える。

【００１３】さらに、本発明の残存容量表示付のパック
電池は、電流検出回路１と演算回路２に、電池スタック
７を構成する一部の電源電池７Ａから電力を供給してい
る。電流検出回路１と演算回路２の駆動電圧が、パック
電池の出力電圧よりも低いからである。パック電池は、
全ての電池で電流検出回路１と演算回路２を駆動しな
い。電流検出回路１と演算回路２に電力を供給しない非
電源電池７Ｂは、電流検出回路１と演算回路２の平均電
流を流すバランス抵抗８を並列に接続している。バラン
ス抵抗８は非電源電池７Ｂを放電して、電源電池７Ａと
非電源電池７Ｂとをバランスよく放電させる。

【００１４】本発明のパック電池は、図２に示す従来例
のように、電圧降下抵抗４でパック電池の出力電圧を降
圧させて、電流検出回路１と演算回路２からなる残量計
算回路５の電源に使用するのではない。また、図３のよ
うに、パック電池の出力電圧を、三端子の安定化電源で
安定化させて、残量計算回路５の電源に供給するのでも
ない。残量計算回路５は、電池スタック７を構成する一
部の電池を電源に使用する。複数の電池を直列に接続す
る電池スタック７は、残量計算回路５の電源に使用する
電池の個数を調整して、電源電圧を調整できる。たとえ
ば、ニッケル−カドミウム電池の出力電圧は１．２Ｖで
あるから、２個の電池を残量計算回路５の電源に使用す
ると２．４Ｖ、３個の電池を残量計算回路５の電源に使
用すると、電源電圧を３．６Ｖにできる。したがって、
残量計算回路５の電源に使用する電池の個数を調整し
て、残量計算回路５の駆動電圧を調整できる。電池の個
数を調整して、残量計算回路５の駆動電圧を、最適な電
圧に調整できる場合は、電池を直接に残量計算回路５の
電源回路に接続できる。電池で直接に駆動される残量計
算回路５は、駆動電圧の変動を少なくできる。それは、
大きな抵抗値の電圧降下抵抗４を接続する必要がなく、
一定電圧で直接駆動できるからである。

【００１５】電池の個数を調整して、残量計算回路５の
駆動電圧を理想の電圧に調整できない場合は、電池と残
量計算回路５の電源回路との間に、小さい抵抗値の電圧
降下抵抗を接続する。このパック電池は、電圧降下抵抗
を使用するが、その抵抗値を小さくできるので、残量計
算回路５の負荷電流が変化しても、電圧降下が少なく、
残量計算回路５の駆動電圧が大幅に変動することはな
い。

【００１６】全ての電池で残量計算回路５を駆動しない
パック電池は、残量計算回路５を駆動する一部の電源電
池７Ａは放電されるが、残量計算回路５を駆動しない非
電源電池７Ｂは放電されない。このため、全ての電池を
バランスよく放電できなくなる。複数の電池をアンバラ
ンスに放電させると、一部の電池が過放電されて寿命が
短くなる。この弊害を防止するために、本発明のパック
電池は、非電源電池７Ｂにバランス抵抗８を接続してい
る。バランス抵抗８は、残量計算回路５の平均電流で非
電源電池７Ｂを放電させる。非電源電池７Ｂはバランス
抵抗８で放電され、一方、残量計算回路５の電源に使用
される電源電池７Ａは残量計算回路５で放電され、全て
の電池がバランスよく放電される。このことを実現する
ために使用するパーツは、わずかに１個の抵抗である。

【００１７】さらに、本発明の請求項２に記載される残
存容量表示付のパック電池は、表示回路３に備えるＬＥ
Ｄに、電池スタック７を構成する全ての電池から電力を
供給する。ＬＥＤを駆動する電源に、全ての電池を使用
するのは、その消費電流が極めて少なく、また、ＬＥＤ
に直列に電流制限抵抗１０を接続して電流を調整するか
らである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態
は、本発明の技術思想を具体化するための残存容量表示
付のパック電池を例示するものであって、本発明はパッ
ク電池を下記のものに特定しない。

【００１９】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施の形態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、実施の形
態の部材に特定するものでは決してない。

【００２０】図１に示すパック電池は、複数の電池を直
列に接続している電池スタック７と、この電池スタック
７に流れる電流を検出する電流検出回路１と、電流検出
回路１の出力を演算して、電池スタック７の残存容量を
演算する演算回路２と、この演算回路２の演算結果を表
示する表示回路３とを備える。

【００２１】この図のパック電池は、Ｎ個の電池を直列
に接続して電池スタック７としている。電池スタック７
は、残量計算回路５の電源に使用されるＸ個の電源電池
７Ａと、残量計算回路５を駆動しないＹ個の非電源電池
７Ｂとに分けている。電池スタック７は、Ｎ個の電池
を、Ｘ個の電源電池７ＡとＹ個の非電源電池７Ｂとに分
けているので、Ｘ＋Ｙ＝Ｎとなる。電池は、ニッケル−
カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン
二次電池等の充電できる電池である。残量計算回路５の
電源に使用される電池の個数Ｘは、残量計算回路５の駆
動電圧が最適電圧となるように決定される。たとえば、
電池がニッケル−カドミウム電池で、残量計算回路５の
最適駆動電圧が３．５Ｖとすれば、電源電池７Ａの個数
Ｘは３個である。パック電池が、６個のニッケル−カド
ミウム電池で電池スタック７を構成するとすれば、残り
３個の電池は非電源電池７Ｂとなる。

【００２２】Ｘ個の電源電池７Ａは、残量計算回路５の
電源回路に接続されて、電流検出回路１と演算回路２と
を駆動する。Ｙ個の非電源電池７Ｂは残量計算回路５の
電源回路に接続されず、非電源電池７Ｂと並列にバラン
ス抵抗８を接続している。バランス抵抗８は、電流検出
回路１と演算回路２の平均電流に等しい負荷電流を流す
抵抗値に設計される。バランス抵抗８が、非電源電池７
Ｂを電源電池７Ａと同じように放電させるからである。
たとえば、残量計算回路５の平均消費電流が１ｍＡであ
るとすれば、バランス抵抗８は非電源電池７Ｂを１ｍＡ
で放電させる抵抗値に設計される。

【００２３】電流検出回路１は、Ｘ個の電源電池７Ａ
と、Ｙ個の非電源電池７Ｂとの間に直列に接続されてい
る電流検出抵抗１Ｒと、この電流検出抵抗１Ｒの両端の
電圧を増幅する差動アンプ１Ａとで構成される。電流検
出抵抗１Ｒは電池と直列に接続されているので、直列に
流れる負荷電流が流れ、負荷電流に比例した電圧を両端
に発生する。電流検出抵抗１Ｒは１Ω以下の微小抵抗で
ある。とくに、大電流で使用するパック電池は、電流検
出抵抗１Ｒを小さく設計する。電流検出抵抗１Ｒによる
電力ロスを少なくするためである。微小抵抗の電流検出
抵抗１Ｒは、負荷電流が流れると微小電圧が発生する。

【００２４】差動アンプ１Ａは、電流検出抵抗１Ｒの両
端の電圧を、演算回路２で処理できる電圧、たとえば数
Ｖ程度に増幅する。この電流検出回路１は、電池の放電
電流に比例した電圧を演算回路２に入力する。

【００２５】演算回路２は、電流検出回路１から入力さ
れる信号を演算して、電池の残存容量を演算する。演算
回路２は、たとえばマイクロコンピュータで、電流検出
回路１から入力されるアナログ信号である電圧信号をデ
ジタル量に変換して残存容量を演算する。

【００２６】本発明のパック電池は、演算回路２で電池
の残存容量を演算する方法を特定するものではないが、
演算回路２は、たとえば、下記の方法で電池の残存容量
を演算する。充電電流の積分値を残存容量に加算し、放電電流の
積分値を残存容量から減算して残存容量を演算する。こ
の方法は、正確に電池の残存容量を演算できる。ただ
し、電池は、充電電流の１００％を電池の充電に使用す
ることはできない。このため、たとえば、充電電流の積
分値に係数（たとえば０．８）を掛けた値を電池の残存
容量に加算して、電池の残存容量を演算する。電池が充電された状態で電池の残存容量を１００％
とし、放電電流を積分して残存容量を減算する。この方
法は、充電電流を演算しないで、放電電流のみを検出し
て、電池の残存容量を演算できる。

【００２７】演算回路２は、演算結果を表示回路３で表
示する。図に示す表示回路３は、２個のＬＥＤと、それ
ぞれのＬＥＤを点滅して残存容量を表示するスイッチン
グ素子９とからなる。この表示回路３は、たとえば、電
池の残存容量が半分よりも多いときにはＬＥＤを点灯せ
ず、残存容量が約半分になると１個のＬＥＤを点灯し、
さらに、電池の残存容量が１０％以下になると２個のＬ
ＥＤを点灯して、残存容量が少なくなったことを表示す
る。２個のＬＥＤは、たとえば、赤と緑に発光するもの
を使用して、残存容量を表示することもできる。この表
示回路３は、電池の残存容量が約半分になると緑のＬＥ
Ｄを点灯し、残存容量が１０％以下になると赤のＬＥＤ
を点灯して、残存容量が少なくなったことを表示するこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の残存容量表示付のパック電池
は、極めて簡単な回路で、電流検出回路と演算回路を最
適電圧で駆動でき、しかも、電流検出回路と演算回路の
駆動電圧の変動を少なくできる特長がある。それは、本
発明のパック電池が、電池スタックの一部の電池で電流
検出回路と演算回路を駆動するからである。複数の電池
を直列に接続している電池スタックは、電池の個数を調
整して、電流検出回路と演算回路の駆動電圧を最適電圧
に調整できる。電池の個数で最適電圧に調整され、ある
いは、ほぼ最適電圧に調整された電流検出回路と演算回
路は、三端子等の安定化回路を使用し、あるいは、大き
な抵抗値の電圧降下抵抗を使用して、電源電圧を調整す
る必要がない。このため、簡単な回路で電源電圧の変動
を少なくでき、また余分な電力消費を押さえ、発熱によ
るロスも回避することができる。

【００２９】さらに、本発明のパック電池は、電流検出
回路と演算回路とを駆動しない非電源電池にバランス抵
抗を接続している。バランス抵抗は、非電源電池を電源
電池に等しい電流で放電する。したがって、電池スタッ
クを構成する全ての電池をバランスよく放電でき、放電
電流の違いによる電池寿命のばらつきを回避できる特長
も実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるパック電池を示す
ブロック図

【図２】従来のパック電池の一例を示すブロック図

【図３】従来のパック電池の他の例を示すブロック図

【符号の説明】

１…電流検出回路１Ｒ…電流検出抵抗１Ａ
…差動アンプ２…演算回路３…表示回路４…電圧降下抵抗５…残量計算回路６…安定化電源７…電池スタック７Ａ…電源電池７Ｂ
…非電源電池８…バランス抵抗９…スイッチング素子１０…電流制限抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電池が直列に接続された電池スタ
ック(7)と、この電池スタック(7)に流れる電流を検出す
る電流検出回路(1)と、電流検出回路(1)の出力を演算し
て、電池スタック(7)の残存容量を演算する演算回路(2)
と、この演算回路(2)の演算結果を表示する表示回路(3)
とを備える残存容量表示付のパック電池において、電流検出回路(1)と演算回路(2)に、電池スタック(7)を
構成する一部の電源電池(7A)から電力が供給されてお
り、電流検出回路(1)と演算回路(2)に電力を供給しない
非電源電池(7B)には、電流検出回路(1)と演算回路(2)の
平均電流を流すバランス抵抗(8)が並列に接続されてお
り、バランス抵抗(8)が非電源電池(7B)を放電すること
により、電源電池(7A)と非電源電池(7B)とをバランスし
て放電させるように構成されてなることを特徴とする残
存容量表示付のパック電池。
【請求項２】表示回路(3)がＬＥＤを備え、ＬＥＤが
全ての電池スタック(7)から電力供給される請求項１に
記載の残存容量表示付のパック電池。