JP4003278B2 - 電池の電圧検出回路と電池の電圧検出方法 - Google Patents
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Description
【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を複数個値列に接続した場合に用いる電池の電圧検出回路と電池の電圧検出方法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。
【０００３】
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６と図７は、このような複数の単電池１（１ａ〜１ｄ）が直列に接続された例を示しており、符号１ａで示す電池が電位的に上位であり、１ｄ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（１ａ）のプラス極はセンス線２と抵抗Ｒ１を介して、電圧検出部９の差動アンプ（オペレーショナルアンプ）８の非反転端子８ａに接続され、単電池（１ａ）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８ｂに接続されている。他の単電池も同様にして、センス線と抵抗を介して対応する差動アンプ８に接続されている。これにより、差動アンプ８は対応する単電池１の検出電圧出力１１を個別に出力する。
図７に示す図６の電圧検出部９の構成では、差動アンプ８に対して複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の電圧検出部９では、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の精度および検出電圧出力１１の精度が大きく支配される。このために、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、高精度に値が設定されている抵抗を用いる必要がある。
また、電圧検出部９の精度は、同相電圧値に比例して悪化する。
すなわち、差動アンプの出力Ｖｏは、簡略的に（オペアンプのオフセット誤差は無視）
Ｖｐ＝Ｒｂ（Ｖ１＋Ｖ２）／（Ｒａ＋Ｒｂ）
である。したがって、差動アンプの出力は、
Ｖｏ＝Ｖｐ−Ｒｄ（Ｖ２−Ｖｐ）／Ｒｃ
である。ここで、
Ｒａ＝Ｒｃ，Ｒｂ＝Ｒｄ・・・・・・・・・・・・・（１）
とすると、
Ｖｏ＝Ｒｄ・Ｖ１／Ｒｃ・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｖ１＝ＯＶとすると、Ｖｏ＝Ｏとなるはずであるが、現実にはオペアンプの誤差があるためにＯＶとはならない。・・・・・・・・・・・▲１▼
また（１）式は現実にあり得ない。（１）式が成立しない場合には、差動アンプの出力Ｖｏは電圧Ｖ２に比例した誤差が発生する。・・・▲２▼
ここでの精度の悪化とは、この▲１▼，▲２▼の誤差を言う。
【０００５】
しかも、図７の従来の電池の電圧検出回路では、一つの単電池に対して一つの電圧検出部９が必要であるために、構造が複雑である。
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各電圧を高精度に検出でき、構造を簡単化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がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、第１入力切り換え手段からの出力電圧と、第２入力切り換え手段からの出力電圧を用いて所定の演算を行う演算増幅器を有し、この演算増幅器の出力から電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を個別に出力する処理手段とを備え、電圧検出手段の演算増幅器の検出出力電圧が必ず正電圧になるような抵抗値を有する調整用の複数の抵抗を上記演算増幅器に設け、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段とで同じ極を選択することで、上記複数の抵抗の誤差を測定し、測定した誤差に応じて電圧検出手段で検出した電池の検出出力電圧を補正する制御を行う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、複数の電池の直列接続した状態で、各電池の電圧を個別に検出する場合に、第１入力切り換え手段には各電池の正極と負極が接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択した電圧を取り入れることができる。第２入力切り換え手段には各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択した電圧を取り入れることができる。
電圧検出手段は、第１入力切り換え手段からの電池の第１出力電圧と、第２入力切り換え手段からの電池の第２出力電圧から、電池の検出出力電圧を与えるようになっている。
【０００８】
処理手段は、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧を、アナログ／デジタルで変換して演算することで、各電池の電圧を個別に出力する。
これにより、複数の電池に対応してそれぞれ電圧検出手段を設ける必要がなく、一つの電圧検出手段が、各電池の電圧を個別に選択して、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで各電池の電圧を個別に出力できる。このようなことから、複数の電池を直列接続した場合であっても、各電池に対応して複数個の電圧検出手段を設ける必要がなく、電圧検出回路の構造を簡単化することができる。
本発明において、好ましくは、電池がセルを１つ有する単電池であっても、本発明の電圧検出回路を使用することができる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、電圧検出手段は、非反転入力端子と反転入力端子を有し、電圧検出手段は演算増幅器とこの演算増幅器に設けられた調整用の複数の抵抗を有している。処理手段は、電圧の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器と、アナログ／デジタル変換ーーとデジタル値を演算することで各電池の電圧を出力する演算を有している。これにより、処理手段が出力した電池の各電圧検出手段は、デジタル値に演算して出力することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段がグランドを選択してグランドに接続可能であり、第２入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための負電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能である。
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための正電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能であり、第２入力切り換え手段は、グランドを選択して接続可能である。請求項３に記載の電池の電圧検出回路。
これにより、第１入力切り換え手段を経て電圧検出手段の非反転入力端子に入る正電圧の校正用基準電圧と、第２入力切り換え手段を通して電圧検出手段の反転入力端子に入るグランドを比較することで、その演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
これにより、第１入力切り換え手段を経て電圧検出手段の非反転入力端子に入るグランドと、第２入力切り換え手段を通して電圧検出手段の反転入力端子に入る負電圧の校正用基準電圧を比較することで、その演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段と、第２入力切り換え手段により、電池の同一電極を選択して、電圧検出手段の非反転入力端子と反転入力端子に同相電圧が入力された場合に、同相電圧を通すことによる電圧検出手段の誤差を得る際に、電圧検出手段に設けられた調整用の抵抗の値が、電圧検出手段から正電圧の出力電圧を出力するように設定され、電圧検出手段からの正電圧の出力電圧は、処理手段のアナログ／デジタル変換器に入力させるようになっている。つまり、同相電圧を入れた場合に現実的にはゼロにならない。すなわち誤差をみている。
【００１２】
これにより、電圧検出手段からは常に正電圧の検出電圧を出力できるので、処理手段のアナログ／デジタル変換器はこの正電圧の電池の検出電圧が入力されることから、アナログ／デジタル変換器の入力電圧範囲が正の電圧範囲に限定できる。したがってアナログ／デジタル変換器の分解能を正の電圧範囲にのみで済み、正の電圧範囲と負の電圧範囲を必要とするアナログ／デジタル変換器に比べれば、コスト分解能を高める必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、電圧検出手段の非反転入力端子に第１入力切り換え手段を介して電池の正極側が接続され、電圧検出手段の反転入力端子に第２入力切り換え手段を介して電池の負極側が接続される。これにより、１つの電池の電圧を校正演算を行いながら正しく検出することができる。
【００１４】
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による電池の電圧検出方法であり、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、第１入力切り換え手段からの出力電圧と、第１入力切り換え手段からの出力電圧から、電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を出力する処理手段と、を備える電池の電圧検出回路では、第１入力切り換え手段の入力と第２入力切り換え手段の入力を選択することで、電圧検出手段から処理手段のアナログ／デジタル変換器に対して正電圧の検出出力電圧を与えて、第１入力切り換え手段あるいは第２入力切り換え手段のいずれかに接続した既知の校正用基準電圧に基づいて、電圧検出手段の電圧増幅率を算出する電圧増幅率算出ステップと、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一の電極から同相電圧を電圧検出手段に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表す正電圧の第１検出出力電圧を得る第１検出出力電圧取得ステップと、第１入力切り換え手段は電池の正極を選択して電圧検出手段の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段は電池の負極を選択して電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧を得る第２検出出力電圧取得ステップと、
電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧−第１検出出力電圧）／電圧増幅率
を処理手段が演算することで電池の電圧を求める電池電圧算出ステップと、を有することを特徴とする電池の電圧検出方法により、達成される。
【００１５】
本発明では、電圧増幅率算出ステップでは、第１入力切り換え手段の入力と第２入力切り換え手段の入力を選択することで、電圧検出手段から処理手段のアナログ／デジタル変換器に対して正電圧の検出出力電圧を与えて、既知の校正用基準電圧に基づいて、電圧検出手段の電圧増幅率を算出する。
第１検出出力電圧取得ステップでは、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一の電極から同相電圧を電圧検出手段に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表わす正電圧の第１検出出力電圧を得る。
第２検出出力取得ステップでは、第１入力切り換え手段の電池の正極を選択して電圧検出手段の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段は電池の負電圧を選択して、電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧を得る。
【００１６】
電池電圧検出ステップでは、電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧−第１検出出力電圧）／電圧増幅率を処理手段が演算することで、各電池の電圧を求める。
このようにすることで、電圧検出手段のたとえば抵抗の精度に関係なく、電池の電圧を正確にかつ簡単に検出することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一電極から同相電圧を電圧検出に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表わす正電圧の第１検出出力電圧を得る第１検出出力電圧検出ステップでは、処理手段のアナログ／デジタル変換手段に与える電圧検出手段の検出出力電圧を常に正電圧になるように、電圧検出手段の複数の抵抗の値が設定されている。
これにより、電圧検出手段からアナログ／デジタル変換手段に対して与えられる電圧検出手段の検出出力電圧は常に正電圧になることから、アナログ／デジタル変換手段の入力電圧範囲が正の電圧範囲に限定でき、正の電圧範囲のみであるので、正の電圧範囲と負の電圧範囲の両方を必要とするアナログ／デジタル変換器に比べて、分解能を大きくする必要がなくコストダウンが図れる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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回路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のそれぞれの電圧を個別に検出するようになっている。
【００２０】
単電池は、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１ｄと示し、電位的上位電池の１ａと示している。したがって、電位的に上位の単電池１ａから電位的に下位の単電池１ｄにいくにしたがって、電位的に下がっていく。
これらの単電池１ａ，１ｄに対しての各単電池の電圧を個別に図るために、電池の電圧検出回路２０は、第１入力切り換え手段２２、第２入力切り換え手段２４、負電圧の校正用基準電圧２６、単電池の電圧検出手段（電圧検出器）３０、処理手段４０を有している。
第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４は、それぞれ各単電池１ａないし１ｄのプラス極（正極）とマイナス極（負極）に接続されている。
【００２１】
しかも、第１入力切り換え手段２２は、グランドＧＮＤに対して接続されている。第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６に接続されている。
第１入力切り換え手段２２は、センス線（検知線）５０，５１，５２，５３，５４，５５により、単電池のプラス極とマイナス極に対してそれぞれ電気的に接続され、同様にして第２入力切り換え手段２４のセンス線５０，５１，５２，５３，５４，５５により、単電池のプラス極とマイナス極に対してそれぞれ電気的に接続されている。
【００２２】
第１入力切り換え手段２２は、各単電池のセンス線５０ないし５５の１つのセンス線を選択するか、あるいはＧＮＤに対するセンス線５９のいずれかを選択して、電圧検出手段３０側に接続することができる。同様にして第２入力切り換え手段２４は、センス線５０ないし５５のいずれか１つのセンス線か、あるいは負電圧の校正用基準電圧２６のセンス線６０のいずれかを選択して、電圧検出手段３０に電気的に接続することができる。
【００２３】
図２は、図１の電圧検出手段３０の構成例等を示しており、この電圧検出手段３０は、１つの演算増幅器（オペレーショナルアンプ）３７と、４つの調整用の抵抗３８ａないし３８ｄを有している。抵抗３８ａは、第１入力切り換え手段２２と、演算増幅器３７の非反転入力端子８０の間に接続されている。抵抗３８ｃは第２入力切り換え手段２４と、演算増幅器３７の反転入力端子８３の間に接続されている。
第１入力切り換え手段２２から出力される第１出力電圧Ｖ１と第２入力切り換え手段２４から出力される第２出力電圧Ｖ２を、演算増幅器３７により所定の演算を行うことで、検出出力電圧１００を処理手段４０側に出力するようになっている。
【００２４】
図１の電圧検出手段３０は、処理手段４０に接続されているが、この処理手段４０は、図１に示すようにアナログ／デジタル変換手段（Ａ／Ｄ変換手段）４３とマイクロコンピュータのような演算器４５を有している。
アナログ／デジタル変換手段４３は、電圧検出手段３０から送られてくる検出出力電圧１００をアナログ／デジタル変換を行って、演算器４５に対して出力電圧のデジタル値として与える。
演算器４５は所定の処理を行うことで、所望の電池の電圧を個別に出力してたとえば表示部８０に対してデジタル表示することができる。この表示部８０としては、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、陰極線管あるいは蛍光表示管などの各種表示装置を用いることができる。この表示部８０は、外部に対して電池の電圧検出データ出力信号を出力することもできる。
【００２５】
つぎに、図１と図２に示す本発明の電池の電圧検出回路２０を用いて、図１に示す単電池１ａないし１ｄのいずれか１つの単電池電圧を検出する方法について、図４を参照しながら説明する。
図４のステップＳＴ１は、図１の電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率を算出する電圧増幅率算出ステップである。ステップＳＴ２は、電圧検出手段３０の同相電圧による誤差を表す正電圧の第１検出出力電圧を得るための第１検出出力電圧取得ステップである。
図４のステップＳＴ３は、正電圧の第２検出出力電圧を得る第２検出出力電圧取得ステップである。ステツプＳＴ４は、電池の電圧算出ステップである。
【００２６】
電圧増幅率算出ステップＳＴ１は、ステップＳ１とＳ２を有しており、ステップＳ１に示すように、図１に示す第１入力切り換え手段２２がグランドＧＮＤを選択する。一方第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６を選択する。これにより、第１入力切り換え手段２２は、電圧検出手段３０に対して電位たとえばゼロレベルのグランドの第１出力電圧Ｖ１を、図２に示す非反転入力端子８０に供給する。第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６を、第２出力電圧Ｖ２として演算増幅器３７の反転入力端子８３に供給する。
これにより、負電圧の校正用基準電圧２６は、反転入力端子８３で反転されるので、演算増幅器３７から出力される検出出力電圧１００は、Ａ／Ｄ変換手段４３に対して常に正電圧の検出出力電圧１００を出力することになる。
負電圧の校正用基準電圧２６の値が既知とすれば、電圧検出手段３０の増幅率Ａを図１の処理手段４０の演算増幅器４５が図４のステップＳ２において算出する。つまり、電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率Ａをマイクロコンピュータのよう演算器４５があらかじめ算出するのである。
【００２７】
つぎに、図４の第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２に移り、このステップＳＴ２のステップＳ３では、図１の第１入力切り換え手段２２と、第２入力切り換え手段２４に対する入力電圧が、単電池の同一端子になるように選択する。たとえば、図１の単電池１ａについて、第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４は、センス線５０のみを選択して、単電池１ａのプラス電圧を同相電圧として入力する。この場合には第１入力切り換え手段２２はグランドＧＮＤには接続されておらず、第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６に接続されてもいない。
図４のステップＳ４において、電圧検出手段３０における同相電圧による誤差を表す第１検出出力電圧１００Ａが処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３に送られる。
このようなステップＳ３，Ｓ４では、第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４を介して、単電池の同一電極から同相電圧を電圧検出手段３０に入力して、電圧検出同相電圧による誤差を表す第１検出出力電圧（たとえばこのましくは正電圧）を取得することができる。
【００２８】
つぎに図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３に移り、このステップＳＴ３のステップＳ５では、第１入力切り換え手段２２は単電池のプラス極を選択し、第２入力切り換え手段２４は単電池のマイナス極を選択する。この場合には、第１入力切り換え手段２２の第１出力電圧Ｖ１は、非反転入力端子８０に供給され、第２入力切り換え手段２４の第１出力取得電圧Ｖ２は、反転入力端子８３に送られる。
これにより、演算増幅器３７の反転入力端子８３と、非反転入力端子８０から取り込まれる入力電圧はそれらの電圧値に基づいて、図４のステップＳ６で示すように第２検出出力電圧１００Ｂを演算して、図１の処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３に送り、アナログ／デジタル変換して演算器４５に送る。
このように、図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３のステップＳ５，Ｓ６では第１入力切り換え手段２２は、電池の正極を選択して、電圧検出の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段２４は、電池の負極を選択して電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧１００Ｂを出力する。
【００２９】
以上のようにして、ステップＳＴ１における電圧検出手段の電圧増幅率Ａ、第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２における第１検出出力電圧１００Ａ、そして第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３における第２検出出力電圧１００Ｂに基づいて、図１の処理手段４０の演算器４５が、つぎに示す式に基づいて所望の１個の単電池の電池電圧を正確にかつ簡単に算出することができる。
電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧１００Ｂ−第１検出出力電圧１００Ａ）／電圧増幅率Ａ
このような１つの単電池、たとえば単電池１ａの電圧Ｅを求めることができる。この結果、図２に示す抵抗３８ａないし３８ｄの抵抗値の誤差を無視することが可能となり、すなわち電圧検出手段３０における抵抗の精度の違いによる誤差を、第１検出出力電圧１００Ａを求めることで、打ち消すことができる。したがって、抵抗３８ａないし３８ｄを高価であり高精度なものを採用する必要がなく、単電池の個別の電圧を正確にかつ簡単に検出することができる。
【００３０】
ところで、図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３において、第１入力切り換え手段２２が、電池の正極を選択し、第２入力切り換え手段２４が電池の負極を選択した場合には、図２において、第１入力切り換え手段２２の第１出力電圧Ｖ１は非反転入力端子８０へ供給され、第２入力切り換え手段２４の第２出力電圧Ｖ２が反転入力端子８３に供給される。このことから、図２の電圧検出手段３０においては、反転入力端子８３と非反転入力端子８０とから取り込まれる電圧は常に正であるので、第２検出出力電圧１００Ｂは常に正電圧となる。したがって、この正電圧の第２検出出力電圧１００Ｂが処理手段４０の図１に示すアナログ／デジタル変換手段４３に取り込まれたので、アナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲としては常に正電圧範囲を扱えば良い。
【００３１】
これに対して、同相電圧の誤差を得るために第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２では、第１入力切り換え手段２２と、第２入力切り換え手段２４に対して単電池の同一端子（プラス端子同志あるいはマイナス端子同志）となるように選択するので、図２の電圧検出手段３０からの第１検出出力電圧１００Ａは、抵抗３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの抵抗値のバラツキにより負電圧になってしまう場合がある。
この場合に負電圧を取り扱うためには、このままでは図１のアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧の範囲と負電圧の範囲の両方の電圧範囲が必要となり、アナログ／デジタル変換手段４３の電圧入力範囲を広く取らなければならない。この結果アナログ／デジタル変換手段４３の分解能を高くする必要があり、高価となってしまう。
そこで、本発明の実施の形態においては、好ましくは、アナログ／デジタル変換手段４３の分解能を高くせずに低コストのものを用いることができるようにするために、同相電圧による誤差を得る際に、電圧検出手段３０の第１検出出力電圧１００Ａが必ず正電圧になるような抵抗値を有する抵抗３８ａ、３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを用いている。すなわち、例えば誤差を含めて、次の式を満たすような抵抗値を設定する。
【数１】
この式（１）においてＲ３８ａは抵抗３８ａの抵抗値を示し、Ｒ３８ｂは抵抗３８ｂを示し、Ｒ３８ｃは抵抗３８ｃを示し、Ｒ３８ｄは抵抗３８ｄを示す。
このような式の条件を満たすために、図３に示すように更に複数の抵抗３８ｅ，３８ｆを組み合わせて実現することが好ましい。当然のことながら、各抵抗の組み合わせは図３に示す形式以外のものもある。
【００３２】
上述したように、校正用基準電圧２６を用いることと合わせて、常にアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧にしていることから、処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧範囲のみにすることができ、処理手段４０の構造およびコストを下げることができる。
図５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５の電圧検出回路２０が、図１の電圧検出回路２０と異なるのは、次の点である。すなわち、第１入力切り換え手段２２に対してセンス線１５９を介して正電圧の校正用の基準電圧１２６を選択して接続可能であり、第２入力切り換え手段２４に対してセンス線１６０を介してグランドＧＮＤを選択して接続可能である。
このようにしても、第１入力切り換え手段２２を経て電圧検出手段３０の非反転入力端子８０に入る正電圧の校正用基準電圧１２６と、第２入力切り換え手段２４を通して電圧検出手段３０の反転入力端子８３に入るグランドＧＮＤを比較することで、その電圧検出手段の演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
図５の電圧検出回路のその他の点については図１の電圧検出回路と同様なので、その説明を援用する。
【００３３】
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、電池としていわゆる単電池を用いているが、これに限らず複数のセルを有する電池を複数個直列接続した場合における、各電池の個別の電圧を、本発明の電圧検出装置により検出することも可能である。
電圧検出手段（作動アンプなどを含むもの）が、１つよりできれば、複数の電池の電圧を検出することができ、回路校正を簡単化でき且つコストダウンを図れる。
【００３４】
マイクロコンピュータのような演算器の演算により、電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率を算出し、かつ電圧検出の同相電圧による誤差をも測定しているので、それらの値による電池電圧の補正が可能である。したがって、電圧検出手段３０における演算増幅器（差動アンプともいう）３７と、複数の抵抗の抵抗値は高精度なものを採用しなくても済む。
電圧検出回路２０における電圧検出精度が、各電池の電圧および電圧検出手段３０の経時変化や温度変化に影響を受けることなく各電池の電圧を正確に測定することができる。
【００３５】
アナログ／デジタル変換手段の入力電圧範囲が正の電圧範囲のみに限定できるために、電池電圧の分解能のみでアナログ／デジタル変換手段の分解能を決めることができる。もしも、アナログ／デジタル変換器に対して正電圧と負電圧の両方の入力電圧範囲を求める場合には、さらに、たとえば２ｂｉｔの分解能が多く必要とする。
【００３６】
このように本発明の実施の形態では、複数の直列接続した単電池のような電池の電圧を検出する場合に、入力切り換え用第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を有し、１つの電圧検出手段とアナログ／デジタル変換手段と、演算器および校正用基準電圧２６を有している。そしてアナログ／デジタル手段の入力電圧範囲を正の電圧範囲に限定することができる。
なお、図４における電圧検出方法のステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３の実施の順序はこの順番に限ることなく、入れ換えてももちろんかまわない。しかし、電池電圧算出ステップＳＴ４が最後である。
【００３７】
【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各電圧を高精度に検出でき、構造を簡単化することができる。
【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】図１の電圧検出回路における電圧検出手段の構造例を示す図。
【図３】図２の構造例とは異なる別の実施の形態を示す図。
【図４】本発明の電池の電圧検出方法の一例を示す図。
【図５】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６】従来の単電池の電圧検出回路を示す図。
【図７】図６の従来の電圧検出回路の電圧検出部を示す図。
【図８】従来の電圧検出回路の不具合を説明する図。
【符号の説明】
１ａないし１ｄ・・・単電池（電池）、２０・・・電池の電圧検出回路、２２・・・第１入力切り換え手段、２４・・・第２入力切り換え手段、３０・・・電圧検出手段、４０・・・処理手段、４３・・・アナログ／デジタル変換手段、４５・・・演算器、ＧＮＤ・・・グランド、２６・・・負電圧の校正用基準電圧、３７・・・演算増幅器（差動アンプ、オペレーショナルアンプ）、８０・・・非反転入力端子、８３・・・反転入力端子
【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を複数個値列に接続した場合に用いる電池の電圧検出回路と電池の電圧検出方法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。
【０００３】
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６と図７は、このような複数の単電池１（１ａ〜１ｄ）が直列に接続された例を示しており、符号１ａで示す電池が電位的に上位であり、１ｄ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（１ａ）のプラス極はセンス線２と抵抗Ｒ１を介して、電圧検出部９の差動アンプ（オペレーショナルアンプ）８の非反転端子８ａに接続され、単電池（１ａ）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８ｂに接続されている。他の単電池も同様にして、センス線と抵抗を介して対応する差動アンプ８に接続されている。これにより、差動アンプ８は対応する単電池１の検出電圧出力１１を個別に出力する。
図７に示す図６の電圧検出部９の構成では、差動アンプ８に対して複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の電圧検出部９では、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の精度および検出電圧出力１１の精度が大きく支配される。このために、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、高精度に値が設定されている抵抗を用いる必要がある。
また、電圧検出部９の精度は、同相電圧値に比例して悪化する。
すなわち、差動アンプの出力Ｖｏは、簡略的に（オペアンプのオフセット誤差は無視）
Ｖｐ＝Ｒｂ（Ｖ１＋Ｖ２）／（Ｒａ＋Ｒｂ）
である。したがって、差動アンプの出力は、
Ｖｏ＝Ｖｐ−Ｒｄ（Ｖ２−Ｖｐ）／Ｒｃ
である。ここで、
Ｒａ＝Ｒｃ，Ｒｂ＝Ｒｄ・・・・・・・・・・・・・（１）
とすると、
Ｖｏ＝Ｒｄ・Ｖ１／Ｒｃ・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｖ１＝ＯＶとすると、Ｖｏ＝Ｏとなるはずであるが、現実にはオペアンプの誤差があるためにＯＶとはならない。・・・・・・・・・・・▲１▼
また（１）式は現実にあり得ない。（１）式が成立しない場合には、差動アンプの出力Ｖｏは電圧Ｖ２に比例した誤差が発生する。・・・▲２▼
ここでの精度の悪化とは、この▲１▼，▲２▼の誤差を言う。
【０００５】
しかも、図７の従来の電池の電圧検出回路では、一つの単電池に対して一つの電圧検出部９が必要であるために、構造が複雑である。
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各電圧を高精度に検出でき、構造を簡単化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がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、第１入力切り換え手段からの出力電圧と、第２入力切り換え手段からの出力電圧を用いて所定の演算を行う演算増幅器を有し、この演算増幅器の出力から電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を個別に出力する処理手段とを備え、電圧検出手段の演算増幅器の検出出力電圧が必ず正電圧になるような抵抗値を有する調整用の複数の抵抗を上記演算増幅器に設け、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段とで同じ極を選択することで、上記複数の抵抗の誤差を測定し、測定した誤差に応じて電圧検出手段で検出した電池の検出出力電圧を補正する制御を行う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、複数の電池の直列接続した状態で、各電池の電圧を個別に検出する場合に、第１入力切り換え手段には各電池の正極と負極が接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択した電圧を取り入れることができる。第２入力切り換え手段には各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択した電圧を取り入れることができる。
電圧検出手段は、第１入力切り換え手段からの電池の第１出力電圧と、第２入力切り換え手段からの電池の第２出力電圧から、電池の検出出力電圧を与えるようになっている。
【０００８】
処理手段は、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧を、アナログ／デジタルで変換して演算することで、各電池の電圧を個別に出力する。
これにより、複数の電池に対応してそれぞれ電圧検出手段を設ける必要がなく、一つの電圧検出手段が、各電池の電圧を個別に選択して、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで各電池の電圧を個別に出力できる。このようなことから、複数の電池を直列接続した場合であっても、各電池に対応して複数個の電圧検出手段を設ける必要がなく、電圧検出回路の構造を簡単化することができる。
本発明において、好ましくは、電池がセルを１つ有する単電池であっても、本発明の電圧検出回路を使用することができる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、電圧検出手段は、非反転入力端子と反転入力端子を有し、電圧検出手段は演算増幅器とこの演算増幅器に設けられた調整用の複数の抵抗を有している。処理手段は、電圧の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器と、アナログ／デジタル変換ーーとデジタル値を演算することで各電池の電圧を出力する演算を有している。これにより、処理手段が出力した電池の各電圧検出手段は、デジタル値に演算して出力することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段がグランドを選択してグランドに接続可能であり、第２入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための負電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能である。
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための正電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能であり、第２入力切り換え手段は、グランドを選択して接続可能である。請求項３に記載の電池の電圧検出回路。
これにより、第１入力切り換え手段を経て電圧検出手段の非反転入力端子に入る正電圧の校正用基準電圧と、第２入力切り換え手段を通して電圧検出手段の反転入力端子に入るグランドを比較することで、その演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
これにより、第１入力切り換え手段を経て電圧検出手段の非反転入力端子に入るグランドと、第２入力切り換え手段を通して電圧検出手段の反転入力端子に入る負電圧の校正用基準電圧を比較することで、その演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段と、第２入力切り換え手段により、電池の同一電極を選択して、電圧検出手段の非反転入力端子と反転入力端子に同相電圧が入力された場合に、同相電圧を通すことによる電圧検出手段の誤差を得る際に、電圧検出手段に設けられた調整用の抵抗の値が、電圧検出手段から正電圧の出力電圧を出力するように設定され、電圧検出手段からの正電圧の出力電圧は、処理手段のアナログ／デジタル変換器に入力させるようになっている。つまり、同相電圧を入れた場合に現実的にはゼロにならない。すなわち誤差をみている。
【００１２】
これにより、電圧検出手段からは常に正電圧の検出電圧を出力できるので、処理手段のアナログ／デジタル変換器はこの正電圧の電池の検出電圧が入力されることから、アナログ／デジタル変換器の入力電圧範囲が正の電圧範囲に限定できる。したがってアナログ／デジタル変換器の分解能を正の電圧範囲にのみで済み、正の電圧範囲と負の電圧範囲を必要とするアナログ／デジタル変換器に比べれば、コスト分解能を高める必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、電圧検出手段の非反転入力端子に第１入力切り換え手段を介して電池の正極側が接続され、電圧検出手段の反転入力端子に第２入力切り換え手段を介して電池の負極側が接続される。これにより、１つの電池の電圧を校正演算を行いながら正しく検出することができる。
【００１４】
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による電池の電圧検出方法であり、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、第１入力切り換え手段からの出力電圧と、第１入力切り換え手段からの出力電圧から、電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を出力する処理手段と、を備える電池の電圧検出回路では、第１入力切り換え手段の入力と第２入力切り換え手段の入力を選択することで、電圧検出手段から処理手段のアナログ／デジタル変換器に対して正電圧の検出出力電圧を与えて、第１入力切り換え手段あるいは第２入力切り換え手段のいずれかに接続した既知の校正用基準電圧に基づいて、電圧検出手段の電圧増幅率を算出する電圧増幅率算出ステップと、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一の電極から同相電圧を電圧検出手段に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表す正電圧の第１検出出力電圧を得る第１検出出力電圧取得ステップと、第１入力切り換え手段は電池の正極を選択して電圧検出手段の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段は電池の負極を選択して電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧を得る第２検出出力電圧取得ステップと、
電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧−第１検出出力電圧）／電圧増幅率
を処理手段が演算することで電池の電圧を求める電池電圧算出ステップと、を有することを特徴とする電池の電圧検出方法により、達成される。
【００１５】
本発明では、電圧増幅率算出ステップでは、第１入力切り換え手段の入力と第２入力切り換え手段の入力を選択することで、電圧検出手段から処理手段のアナログ／デジタル変換器に対して正電圧の検出出力電圧を与えて、既知の校正用基準電圧に基づいて、電圧検出手段の電圧増幅率を算出する。
第１検出出力電圧取得ステップでは、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一の電極から同相電圧を電圧検出手段に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表わす正電圧の第１検出出力電圧を得る。
第２検出出力取得ステップでは、第１入力切り換え手段の電池の正極を選択して電圧検出手段の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段は電池の負電圧を選択して、電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧を得る。
【００１６】
電池電圧検出ステップでは、電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧−第１検出出力電圧）／電圧増幅率を処理手段が演算することで、各電池の電圧を求める。
このようにすることで、電圧検出手段のたとえば抵抗の精度に関係なく、電池の電圧を正確にかつ簡単に検出することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を介して電池の同一電極から同相電圧を電圧検出に入力して、電圧検出手段の同相電圧による誤差を表わす正電圧の第１検出出力電圧を得る第１検出出力電圧検出ステップでは、処理手段のアナログ／デジタル変換手段に与える電圧検出手段の検出出力電圧を常に正電圧になるように、電圧検出手段の複数の抵抗の値が設定されている。
これにより、電圧検出手段からアナログ／デジタル変換手段に対して与えられる電圧検出手段の検出出力電圧は常に正電圧になることから、アナログ／デジタル変換手段の入力電圧範囲が正の電圧範囲に限定でき、正の電圧範囲のみであるので、正の電圧範囲と負の電圧範囲の両方を必要とするアナログ／デジタル変換器に比べて、分解能を大きくする必要がなくコストダウンが図れる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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回路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のそれぞれの電圧を個別に検出するようになっている。
【００２０】
単電池は、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１ｄと示し、電位的上位電池の１ａと示している。したがって、電位的に上位の単電池１ａから電位的に下位の単電池１ｄにいくにしたがって、電位的に下がっていく。
これらの単電池１ａ，１ｄに対しての各単電池の電圧を個別に図るために、電池の電圧検出回路２０は、第１入力切り換え手段２２、第２入力切り換え手段２４、負電圧の校正用基準電圧２６、単電池の電圧検出手段（電圧検出器）３０、処理手段４０を有している。
第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４は、それぞれ各単電池１ａないし１ｄのプラス極（正極）とマイナス極（負極）に接続されている。
【００２１】
しかも、第１入力切り換え手段２２は、グランドＧＮＤに対して接続されている。第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６に接続されている。
第１入力切り換え手段２２は、センス線（検知線）５０，５１，５２，５３，５４，５５により、単電池のプラス極とマイナス極に対してそれぞれ電気的に接続され、同様にして第２入力切り換え手段２４のセンス線５０，５１，５２，５３，５４，５５により、単電池のプラス極とマイナス極に対してそれぞれ電気的に接続されている。
【００２２】
第１入力切り換え手段２２は、各単電池のセンス線５０ないし５５の１つのセンス線を選択するか、あるいはＧＮＤに対するセンス線５９のいずれかを選択して、電圧検出手段３０側に接続することができる。同様にして第２入力切り換え手段２４は、センス線５０ないし５５のいずれか１つのセンス線か、あるいは負電圧の校正用基準電圧２６のセンス線６０のいずれかを選択して、電圧検出手段３０に電気的に接続することができる。
【００２３】
図２は、図１の電圧検出手段３０の構成例等を示しており、この電圧検出手段３０は、１つの演算増幅器（オペレーショナルアンプ）３７と、４つの調整用の抵抗３８ａないし３８ｄを有している。抵抗３８ａは、第１入力切り換え手段２２と、演算増幅器３７の非反転入力端子８０の間に接続されている。抵抗３８ｃは第２入力切り換え手段２４と、演算増幅器３７の反転入力端子８３の間に接続されている。
第１入力切り換え手段２２から出力される第１出力電圧Ｖ１と第２入力切り換え手段２４から出力される第２出力電圧Ｖ２を、演算増幅器３７により所定の演算を行うことで、検出出力電圧１００を処理手段４０側に出力するようになっている。
【００２４】
図１の電圧検出手段３０は、処理手段４０に接続されているが、この処理手段４０は、図１に示すようにアナログ／デジタル変換手段（Ａ／Ｄ変換手段）４３とマイクロコンピュータのような演算器４５を有している。
アナログ／デジタル変換手段４３は、電圧検出手段３０から送られてくる検出出力電圧１００をアナログ／デジタル変換を行って、演算器４５に対して出力電圧のデジタル値として与える。
演算器４５は所定の処理を行うことで、所望の電池の電圧を個別に出力してたとえば表示部８０に対してデジタル表示することができる。この表示部８０としては、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、陰極線管あるいは蛍光表示管などの各種表示装置を用いることができる。この表示部８０は、外部に対して電池の電圧検出データ出力信号を出力することもできる。
【００２５】
つぎに、図１と図２に示す本発明の電池の電圧検出回路２０を用いて、図１に示す単電池１ａないし１ｄのいずれか１つの単電池電圧を検出する方法について、図４を参照しながら説明する。
図４のステップＳＴ１は、図１の電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率を算出する電圧増幅率算出ステップである。ステップＳＴ２は、電圧検出手段３０の同相電圧による誤差を表す正電圧の第１検出出力電圧を得るための第１検出出力電圧取得ステップである。
図４のステップＳＴ３は、正電圧の第２検出出力電圧を得る第２検出出力電圧取得ステップである。ステツプＳＴ４は、電池の電圧算出ステップである。
【００２６】
電圧増幅率算出ステップＳＴ１は、ステップＳ１とＳ２を有しており、ステップＳ１に示すように、図１に示す第１入力切り換え手段２２がグランドＧＮＤを選択する。一方第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６を選択する。これにより、第１入力切り換え手段２２は、電圧検出手段３０に対して電位たとえばゼロレベルのグランドの第１出力電圧Ｖ１を、図２に示す非反転入力端子８０に供給する。第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６を、第２出力電圧Ｖ２として演算増幅器３７の反転入力端子８３に供給する。
これにより、負電圧の校正用基準電圧２６は、反転入力端子８３で反転されるので、演算増幅器３７から出力される検出出力電圧１００は、Ａ／Ｄ変換手段４３に対して常に正電圧の検出出力電圧１００を出力することになる。
負電圧の校正用基準電圧２６の値が既知とすれば、電圧検出手段３０の増幅率Ａを図１の処理手段４０の演算増幅器４５が図４のステップＳ２において算出する。つまり、電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率Ａをマイクロコンピュータのよう演算器４５があらかじめ算出するのである。
【００２７】
つぎに、図４の第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２に移り、このステップＳＴ２のステップＳ３では、図１の第１入力切り換え手段２２と、第２入力切り換え手段２４に対する入力電圧が、単電池の同一端子になるように選択する。たとえば、図１の単電池１ａについて、第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４は、センス線５０のみを選択して、単電池１ａのプラス電圧を同相電圧として入力する。この場合には第１入力切り換え手段２２はグランドＧＮＤには接続されておらず、第２入力切り換え手段２４は、負電圧の校正用基準電圧２６に接続されてもいない。
図４のステップＳ４において、電圧検出手段３０における同相電圧による誤差を表す第１検出出力電圧１００Ａが処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３に送られる。
このようなステップＳ３，Ｓ４では、第１入力切り換え手段２２と第２入力切り換え手段２４を介して、単電池の同一電極から同相電圧を電圧検出手段３０に入力して、電圧検出同相電圧による誤差を表す第１検出出力電圧（たとえばこのましくは正電圧）を取得することができる。
【００２８】
つぎに図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３に移り、このステップＳＴ３のステップＳ５では、第１入力切り換え手段２２は単電池のプラス極を選択し、第２入力切り換え手段２４は単電池のマイナス極を選択する。この場合には、第１入力切り換え手段２２の第１出力電圧Ｖ１は、非反転入力端子８０に供給され、第２入力切り換え手段２４の第１出力取得電圧Ｖ２は、反転入力端子８３に送られる。
これにより、演算増幅器３７の反転入力端子８３と、非反転入力端子８０から取り込まれる入力電圧はそれらの電圧値に基づいて、図４のステップＳ６で示すように第２検出出力電圧１００Ｂを演算して、図１の処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３に送り、アナログ／デジタル変換して演算器４５に送る。
このように、図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３のステップＳ５，Ｓ６では第１入力切り換え手段２２は、電池の正極を選択して、電圧検出の非反転入力端子に与え、第２入力切り換え手段２４は、電池の負極を選択して電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧１００Ｂを出力する。
【００２９】
以上のようにして、ステップＳＴ１における電圧検出手段の電圧増幅率Ａ、第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２における第１検出出力電圧１００Ａ、そして第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３における第２検出出力電圧１００Ｂに基づいて、図１の処理手段４０の演算器４５が、つぎに示す式に基づいて所望の１個の単電池の電池電圧を正確にかつ簡単に算出することができる。
電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧１００Ｂ−第１検出出力電圧１００Ａ）／電圧増幅率Ａ
このような１つの単電池、たとえば単電池１ａの電圧Ｅを求めることができる。この結果、図２に示す抵抗３８ａないし３８ｄの抵抗値の誤差を無視することが可能となり、すなわち電圧検出手段３０における抵抗の精度の違いによる誤差を、第１検出出力電圧１００Ａを求めることで、打ち消すことができる。したがって、抵抗３８ａないし３８ｄを高価であり高精度なものを採用する必要がなく、単電池の個別の電圧を正確にかつ簡単に検出することができる。
【００３０】
ところで、図４の第２検出出力電圧取得ステップＳＴ３において、第１入力切り換え手段２２が、電池の正極を選択し、第２入力切り換え手段２４が電池の負極を選択した場合には、図２において、第１入力切り換え手段２２の第１出力電圧Ｖ１は非反転入力端子８０へ供給され、第２入力切り換え手段２４の第２出力電圧Ｖ２が反転入力端子８３に供給される。このことから、図２の電圧検出手段３０においては、反転入力端子８３と非反転入力端子８０とから取り込まれる電圧は常に正であるので、第２検出出力電圧１００Ｂは常に正電圧となる。したがって、この正電圧の第２検出出力電圧１００Ｂが処理手段４０の図１に示すアナログ／デジタル変換手段４３に取り込まれたので、アナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲としては常に正電圧範囲を扱えば良い。
【００３１】
これに対して、同相電圧の誤差を得るために第１検出出力電圧取得ステップＳＴ２では、第１入力切り換え手段２２と、第２入力切り換え手段２４に対して単電池の同一端子（プラス端子同志あるいはマイナス端子同志）となるように選択するので、図２の電圧検出手段３０からの第１検出出力電圧１００Ａは、抵抗３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの抵抗値のバラツキにより負電圧になってしまう場合がある。
この場合に負電圧を取り扱うためには、このままでは図１のアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧の範囲と負電圧の範囲の両方の電圧範囲が必要となり、アナログ／デジタル変換手段４３の電圧入力範囲を広く取らなければならない。この結果アナログ／デジタル変換手段４３の分解能を高くする必要があり、高価となってしまう。
そこで、本発明の実施の形態においては、好ましくは、アナログ／デジタル変換手段４３の分解能を高くせずに低コストのものを用いることができるようにするために、同相電圧による誤差を得る際に、電圧検出手段３０の第１検出出力電圧１００Ａが必ず正電圧になるような抵抗値を有する抵抗３８ａ、３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを用いている。すなわち、例えば誤差を含めて、次の式を満たすような抵抗値を設定する。
【数１】
このような式の条件を満たすために、図３に示すように更に複数の抵抗３８ｅ，３８ｆを組み合わせて実現することが好ましい。当然のことながら、各抵抗の組み合わせは図３に示す形式以外のものもある。
【００３２】
上述したように、校正用基準電圧２６を用いることと合わせて、常にアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧にしていることから、処理手段４０のアナログ／デジタル変換手段４３の入力範囲を正電圧範囲のみにすることができ、処理手段４０の構造およびコストを下げることができる。
図５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５の電圧検出回路２０が、図１の電圧検出回路２０と異なるのは、次の点である。すなわち、第１入力切り換え手段２２に対してセンス線１５９を介して正電圧の校正用の基準電圧１２６を選択して接続可能であり、第２入力切り換え手段２４に対してセンス線１６０を介してグランドＧＮＤを選択して接続可能である。
このようにしても、第１入力切り換え手段２２を経て電圧検出手段３０の非反転入力端子８０に入る正電圧の校正用基準電圧１２６と、第２入力切り換え手段２４を通して電圧検出手段３０の反転入力端子８３に入るグランドＧＮＤを比較することで、その電圧検出手段の演算増幅器の増幅度をチェックすることができる。
図５の電圧検出回路のその他の点については図１の電圧検出回路と同様なので、その説明を援用する。
【００３３】
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、電池としていわゆる単電池を用いているが、これに限らず複数のセルを有する電池を複数個直列接続した場合における、各電池の個別の電圧を、本発明の電圧検出装置により検出することも可能である。
電圧検出手段（作動アンプなどを含むもの）が、１つよりできれば、複数の電池の電圧を検出することができ、回路校正を簡単化でき且つコストダウンを図れる。
【００３４】
マイクロコンピュータのような演算器の演算により、電圧検出手段３０の固有の電圧増幅率を算出し、かつ電圧検出の同相電圧による誤差をも測定しているので、それらの値による電池電圧の補正が可能である。したがって、電圧検出手段３０における演算増幅器（差動アンプともいう）３７と、複数の抵抗の抵抗値は高精度なものを採用しなくても済む。
電圧検出回路２０における電圧検出精度が、各電池の電圧および電圧検出手段３０の経時変化や温度変化に影響を受けることなく各電池の電圧を正確に測定することができる。
【００３５】
アナログ／デジタル変換手段の入力電圧範囲が正の電圧範囲のみに限定できるために、電池電圧の分解能のみでアナログ／デジタル変換手段の分解能を決めることができる。もしも、アナログ／デジタル変換器に対して正電圧と負電圧の両方の入力電圧範囲を求める場合には、さらに、たとえば２ｂｉｔの分解能が多く必要とする。
【００３６】
このように本発明の実施の形態では、複数の直列接続した単電池のような電池の電圧を検出する場合に、入力切り換え用第１入力切り換え手段と第２入力切り換え手段を有し、１つの電圧検出手段とアナログ／デジタル変換手段と、演算器および校正用基準電圧２６を有している。そしてアナログ／デジタル手段の入力電圧範囲を正の電圧範囲に限定することができる。
なお、図４における電圧検出方法のステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３の実施の順序はこの順番に限ることなく、入れ換えてももちろんかまわない。しかし、電池電圧算出ステップＳＴ４が最後である。
【００３７】
【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各電圧を高精度に検出でき、構造を簡単化することができる。
【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】図１の電圧検出回路における電圧検出手段の構造例を示す図。
【図３】図２の構造例とは異なる別の実施の形態を示す図。
【図４】本発明の電池の電圧検出方法の一例を示す図。
【図５】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６】従来の単電池の電圧検出回路を示す図。
【図７】図６の従来の電圧検出回路の電圧検出部を示す図。
【図８】従来の電圧検出回路の不具合を説明する図。
【符号の説明】
１ａないし１ｄ・・・単電池（電池）、２０・・・電池の電圧検出回路、２２・・・第１入力切り換え手段、２４・・・第２入力切り換え手段、３０・・・電圧検出手段、４０・・・処理手段、４３・・・アナログ／デジタル変換手段、４５・・・演算器、ＧＮＤ・・・グランド、２６・・・負電圧の校正用基準電圧、３７・・・演算増幅器（差動アンプ、オペレーショナルアンプ）、８０・・・非反転入力端子、８３・・・反転入力端子
Claims (7)
- 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がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、
各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて、選択した電池の正極あるいは負極の選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、
第１入力切り換え手段からの出力電圧と、第２入力切り換え手段からの出力電圧を用いて所定の演算を行う演算増幅器を有し、この演算増幅器の出力から電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、
上記電池検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を個別に出力する処理手段とを備え、
上記電圧検出手段の演算増幅器の検出出力電圧が必ず正電圧になるような抵抗値を有する調整用の複数の抵抗を上記演算増幅器に設け、
上記第１入力切り換え手段と上記第２入力切り換え手段とで同じ極を選択することで、上記複数の抵抗の誤差を測定し、測定した誤差に応じて上記電圧検出手段で検出した電池の検出出力電圧を補正する制御を行うことを特徴とする電池の電圧検出回路。 - 上記電池は、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。
- 上記電圧検出手段は、上記第１入力切り換え手段に接続された非反転入力端子と、上記第２入力切り換え手段に接続された反転入力端子を有する請求項１に記載の電池の電圧検出回路。
- 上記第１入力切り換え手段は、グランドを選択してグランドに接続可能であり、上記第２入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための負電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能である請求項３に記載の電池の電圧検出回路。
- 上記第１入力切り換え手段は、電池の電圧を校正するための正電圧の校正用基準電圧を選択して接続可能であり、上記第２入力切り換え手段は、グランドを選択して接続可能である請求項３に記載の電池の電圧検出回路。
- 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による電池の電圧検出方法において、
各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極を選択して電圧を取り入れる第１入力切り換え手段と、
各電池の正極と負極がそれぞれ接続されて選択した電池の正極あるいは負極を選択して電圧を取り入れる第２入力切り換え手段と、
上記第１入力切り換え手段からの出力電圧と、上記第２入力切り換え手段からの出力電圧を用いて所定の演算を行う演算増幅器を用いて、この演算増幅器の出力から上記電池の検出出力電圧を得る電圧検出手段と、
上記電圧検出手段からの電池の検出出力電圧をアナログ／デジタル変換して演算することで、各電池の電圧を出力する処理手段とを備え、
上記電圧検出手段の演算増幅器の検出出力電圧が必ず正電圧になるような抵抗値を有する調整用の複数の抵抗を上記演算増幅器に設けた電池の電圧検出回路を用いて、上記各電池の電圧検出を行う電池の電圧検出方法であって、
上記第１入力切り換え手段の入力と上記第２入力切り換え手段の入力を選択することで、上記電圧検出手段から上記処理手段に対して正電圧の検出出力電圧を与えて、上記正電圧の検出出力をアナログ／デジタル変換した検出出力電圧と、上記第１入力切り換え手段あるいは上記第２入力切り換え手段のいずれかに接続した既知の校正用基準電圧に基づいて、上記電圧検出手段の電圧増幅率を算出する電圧増幅率算出ステップと、
上記第１入力切り換え手段と上記第２入力切り換え手段を介して電池の同一の電極から同相電圧を電圧検出手段に入力して、上記電圧検出手段の同相電圧による誤差を表す正電圧の第１検出出力電圧を得る第１検出出力電圧取得ステップと、
上記第１入力切り換え手段で電池の正極を選択して上記電圧検出手段の非反転入力端子に与え、上記第２入力切り換え手段で電池の負極を選択して上記電圧検出手段の反転入力端子に与えることで正電圧の第２検出出力電圧を得る第２検出出力電圧取得ステップと、
電圧Ｅ＝（第２検出出力電圧−第１検出出力電圧）／電圧増幅率
を上記処理手段が演算することで電池の電圧を求める電池電圧算出ステップと、を有することを特徴とする電池の電圧検出方法。 - 上記電池は、セルを１つ有する単電池である請求項６に記載の電池の電圧検出方法。
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