JP4340514B2 - 電池電圧測定装置及び電池パック - Google Patents
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Description
制御回路220は、比較器216〜219の検出結果に基づき、4個の電池101〜104のいずれかが過充電の場合、出力端子221からハイレベル信号を出力する。これに基づき、電池102〜104の充電経路を遮断する。
このようにして、従来例のリチウムイオン電池の1〜4セル直列用バッテリ保護集積回路は、リチウムイオン電池が過充電されることを防止する。
汎用の半導体製造プロセスで製造された集積回路の定格電源電圧の上限値は、約20Vである。8本のセルを直列につないだ電池パックの両端電圧は約24Vであるため、この電池パックの電池電圧測定装置として、汎用の半導体製造プロセスで製造された安価な集積回路(例えば上記の従来例のリチウムイオン電池の1〜4セル直列用バッテリ保護集積回路)を使用することができないという問題があった。
本発明は、主要部が汎用の半導体製造プロセスで製造された集積回路で構成される安価な電池電圧測定装置及びそれを内蔵する電池パックを提供することを目的とする。
本発明は、汎用の半導体製造プロセスで製造された集積回路の定格電源電圧の上限値を上回る電圧を出力する電池パック(例えば電動工具用のリチウムイオン電池セルを8個以上直列に接続した電池パック)、及びそのための直列接続された1つ1つの電池電圧測定装置を提供することを目的とする。
本発明の電池電圧測定装置を用いて、各電池電圧測定装置に定格電源電圧以上の電圧がかかることなく、任意の最大電圧及び任意の数のセルを有する電池パックの各セルの電圧を測定できる。
本発明の電池電圧測定装置の主要部を構成する集積回路を、汎用の半導体製造プロセスを用いて安価に製造することが出来る。
各電池電圧測定装置に複数のセルの電圧測定機能を設けることにより、簡単な構成で、多数のセルを直列接続した電池パックの各セルの電圧を測定する電池電圧測定装置を実現できる。
本発明により、電池パックの制御装置は、アドレスバス(例えばkビット)を通じて多くのセル(典型的には2k個)の電圧を管理できる。
例えば、基準抵抗として高精度で温度安定性の高い抵抗(例えば金属被膜抵抗)を用い、それ以外の回路素子を集積回路に集積することにより、高精度で温度安定性が高く、部品点数が少ない小型の電池電圧測定装置を実現できる。
第1の電池電圧測定装置及び第2の電池電圧測定装置が有する第1の基準抵抗を同一抵抗値とすることにより、各電池電圧測定装置の電流−電圧変換特性は同一になる。各電池セルの電圧を高精度で測定する電池電圧測定装置を実現出来る。好ましくは、第1の基準抵抗として高精度で温度安定性の高い抵抗(例えば金属被膜抵抗)を用いる。これにより、各電池セルの電圧を更に高い精度で測定することが出来る。
本発明によれば、主要部が汎用の半導体製造プロセスで製造された集積回路で構成される安価な電池電圧測定装置及びそれを内蔵する電池パックを実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、汎用の半導体製造プロセスで製造された集積回路の定格電源電圧の上限値を上回る電圧を出力する電池パック、及びそのための電池電圧測定装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、直列接続されたセルの数に応じて装置の規模を簡単に増減する電池電圧測定装置及びそれを内蔵する電池パックを実現できるという有利な効果が得られる。
図1及び図2を用いて、実施の形態の電池電圧測定用集積回路及び電池パックについて説明する。図2は、本発明の実施の形態の電池電圧測定装置を有する電池パックの構成を示すブロック図である。図1は、本発明の実施の形態の電池パックの電池電圧測定装置の構成を詳細に記載したブロック図である。図1及び2において、101〜108は電池、109、110は電池電圧測定用集積回路、111はCPU、162は制御電圧変換回路、164は過放電警告ランプ、166は過充電警告ランプ、168は過放電保護用スイッチング素子、170は過充電保護用スイッチング素子、171、172は電池パックの出力端子である。図1と図2において、同一の接続線(又はバスライン)及びブロックには同一の符号を付している。
電圧−電流変換回路128は、選択された電池セルの両端子電圧に応じた電流を出力する。電圧−電流変換回路128は、外部抵抗129(基準抵抗)を有する。電圧−電流変換回路128は、差動増幅器127の出力電圧と外部抵抗129の1端子の電位とが同一になるように内蔵FETを制御する(外部抵抗129に流れる電流が、差動増幅器127の出力電圧に応じた電流値になるように制御する。)。内蔵FETは、外部抵抗129を流れる電流を出力する。
制御電圧変換回路162は、高耐圧バッファ181、抵抗182、ダイオード183を有する。制御電圧変換回路162は、CPU111が出力したチップセレクト信号及びアドレス信号を入力し、各電池電圧測定用集積回路109、110の第1及び第2の電源電圧に応じた電圧の信号に変換し、出力する。
電池パックが外部負荷(例えば電動工具)に電力を供給している時、CPU111は、各電池セルが過放電になっているか否かを監視する。いずれかの電池セルが所定の電圧以下になると、CPU111は、過放電保護用スイッチング素子168をOFFにし、過放電警告ランプ164を点灯させる。
CPU111は、各電池セルのSOCの情報を通信線を介して外部に出力しても良く、又は各電池セルのSOCに応じて外部充電器を制御しても良い。
電圧測定の精度を決定する抵抗を外付けにすることにより、機器に合わせて容易に電圧−電流変換係数を設定でき、高精度で電圧−電流変換をすることができる。
実施の形態において、127、147は差動増幅器であり、電圧−電流変換器128、148は、差動増幅器127、147の出力電圧に応じた電流を出力した。これに代えて、127、147を比較器とし、電圧−電流変換器128、148が、比較器127、147の出力電圧に応じた電流(2値)を出力しても良い。好ましくは、127、147は差動増幅器である。
109、110 電池電圧測定用集積回路
111 CPU
121〜125、141〜145 電池電圧入力端子
126、146 スイッチ部
127、147 差動増幅器
128、148 電圧−電流変換回路
129、149 外部抵抗
130、150 外部電流入力端子
131、151 電流出力端子
132、152 電流導通制御回路
133、134、153、154 設定端子
135〜138、155〜158 選択用入力端子
161 A/Dコンバータ
162 制御電圧変換回路
164 過放電警告ランプ
166 過充電警告ランプ
168 過放電保護用スイッチング素子
170 過充電保護用スイッチング素子
171、172 出力端子
173 抵抗
Claims (9)
- 第1の電源電圧を入力する第1の電源電圧端子と、
前記第1の電源電圧より低い電圧である第2の電源電圧を入力する第2の電源電圧端子と、
電池の両端子電圧を入力する第1の電池電圧入力端子対と、
外部からの電流を入力する外部電流入力端子と、
前記第1の電源電圧端子を介して入力した前記第1の電源電圧と前記第2の電源電圧端子を介して入力した前記第2の電源電圧とにより動作し、前記第1の電池電圧入力端子対を介して入力した前記電池の両端子電圧を電流に変換する電圧−電流変換回路と、
外部から制御信号を入力し、前記制御信号に応じて前記電圧−電流変換回路が、変換した電流を出力するか否かを制御する制御部と、
前記外部電流入力端子から入力した電流を導通し、且つ前記外部電流入力端子の電位を前記第1の電源電位より所定電圧以上低くない電位に保持する電流導通制御回路と、
前記電圧−電流変換回路の出力電流と、前記電流導通制御回路の出力電流と、のいずれかの電流又は両方を合わせた電流を出力する電流出力端子と、
を有する電池電圧測定装置。 - 直列に接続した複数の電池の各端子の電圧を入力する複数の第2の電池電圧入力端子と、
前記複数の第2の電池電圧入力端子から入力された電圧の中から、前記制御信号に応じて選択された電池の両端子電圧を前記第1の電池電圧入力端子対に出力するスイッチ部と、
を更に有し、
前記制御部は、前記制御信号に応じて前記スイッチ部を制御することを特徴とする請求項1に記載の電池電圧測定装置。 - 前記第2の電池電圧入力端子に入力された電圧の中から、前記第1の電池電圧入力端子対に出力する電池の両端子電圧を選択するための外部アドレス信号を入力するアドレス入力端子と、
前記外部アドレス信号を入力し、前記第1の電池電圧入力端子対に出力する電池の両端子電圧を選択する選択信号を出力するアドレスデコーダと、
を更に有することを特徴とする請求項2に記載の電池電圧測定装置。 - 前記電圧−電流変換回路は、
前記第1の電池電圧入力端子対を介して入力した前記電池の両端子電圧に応じた電圧を出力する増幅器と、
第1の基準抵抗と、
前記増幅器の出力電圧に応じて前記第1の基準抵抗に流れる電流を制御し、その電流を出力する定電流回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の電池電圧測定装置。 - 少なくとも前記電圧−電流変換回路及び前記電流導通制御回路の能動素子が集積回路に集積されていることを特徴とする請求項1に記載の電池電圧測定装置。
- 前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の電池電圧測定装置。
- 第1の電池電圧測定装置と、第2の電池電圧測定装置とを含む複数の請求項1又は請求項2に記載の電池電圧測定装置と、
前記第2の電池電圧測定装置の前記電流出力端子と前記第2の電源電圧端子との間に接続された第2の抵抗と、
を有し、
前記第1の電池電圧測定装置の前記第2の電源電圧端子は、前記第2の電池電圧測定装置の前記第1の電源電圧端子と接続され、
前記第1の電池電圧測定装置の前記電流出力端子は、前記第2の電池電圧測定装置の前記外部電流入力端子と接続され、
前記第2の電池電圧測定装置の前記電流出力端子は、その電圧−電流変換回路の出力電流と、前記第1の電池電圧測定装置が前記電流出力端子から出力する電流と、のいずれかの電流又は両方を合わせた電流を出力し、
前記第2の抵抗は、その電流に応じた電圧を発生することを特徴とする電池電圧測定装置。 - 前記第1の電池電圧測定装置と前記第2の電池電圧測定装置は、請求項4に記載の電池電圧測定装置であり、
それぞれの前記第1の基準抵抗は同一抵抗値を有することを特徴とする請求項7に記載の電池電圧測定装置。 - 直列に接続した複数の電池と、
前記制御信号に従って、各電池の両端子電圧に応じた電流を出力する請求項7又は請求項8に記載の電池電圧測定装置と、
前記第2の抵抗の発生電圧を入力し、その電圧に応じたデジタル値を出力するアナログ/デジタル変換器と、
前記デジタル値を入力し、前記電池電圧測定装置に両端子電圧を測定する電池を指定する前記制御信号を送り、いずれかの電池の両端子間電圧が所定の閾値以上になった場合に、警告信号を出力し若しくは前記電池への充電を禁止し、又はいずれかの電池の両端子間電圧が他の所定の閾値以下になった場合に、警告信号を出力し若しくは前記電池からの放電を禁止する前記制御装置と、
を有する電池パック。
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