JPH01503003A

JPH01503003A - 複数の電池からなる電池パックの監視表示装置

Info

Publication number: JPH01503003A
Application number: JP88501339A
Authority: JP
Inventors: ホイットマイアー．ウォーレン　ティー; アンダーソン．ラリー　ティー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1989-10-12
Also published as: CA1295011C; EP0303633B1; EP0303633A4; EP0303633A1; ATE78343T1; DE3780459D1; WO1988004776A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の名称）複数の電池からなる電池パックの監視表示装置（発明の背景）本発明は電源として用いられる一個の電池の状態又は電力状態を表示する監視表示装置に関し。

特には、各電池の状態や電力の状態、そして複数の電池が直列に連結された電池パックの各電池に対応して接続されるケーブル供給装置の状態を監視し表示する監視表示装置に関するものである。

複数の電池からなる電池パックにあっては１弱化した電池や抵抗の大きいケーブルが存在しても、電気の出力がそれ程損われることなく供給されることがありうる。特にこのことは作業の速度やその程度を制御するため、負荷へ送る電圧入力を変化させる装置にあっては生じ易い。

この種の欠陥は検出されることなく、結局は電池パックの全体を故障させることになっていた。

又、これらの欠陥は電池パックの全体の出力を直接負荷に適用するような装置についても起こる。そしていかなる場合にも、電力供給装置の欠陥を早期発見することは電池のコストを節約する大きな要因となりうるし、装置本体の故障を減少させることにもなるのである。

複数の電池からなる電池パックにより作動する機械の典型例は電動のゴルフカートである。これらゴルフカートは自動車のバフテリに概ね類似している６ポルトの電池を直列に連結した電池のパックを電源としている。電池が充電状態におかれ完全に充電されると、各々の電池は端子間で約６．１ボルト直流電圧を示すのである。この電圧は負荷がピーク中にはほんの少し低下する。充電量は日常の使用により徐々に減少するので、端子電圧は約６ボルトで一定に保たれ、電池が完全に放電されるにつれてゼロボルトに向い急速に低下する。

電池において端子電圧が異常に低い場合には。

通常極めて低い充電状態にあるか、負荷が極端に高いか、或いは電池に欠陥があることを示している。全ての電池が同じメンテナンスを受け充電をされているにもかかわらず、直列に接続された電池パックのうち一つの電池のみが低い端子電圧を有するのは、その電池に欠陥があるか、或いは電力供給装置内のケーブルに欠陥がある徴候である。

ンーヤによる米国特許第４．１１１８，５９ｆ号は、直流電源となる複数の電圧発生電池においてその中の欠陥がある電池を検出する検出器を開示している。つまりこの検出器は、電池に欠陥が生じその電圧出力が低下すると、残りの電池から発生する電圧が負荷電流を生じ、それにより欠陥のある電池は電流が負方向に流れ、発光ダイオードを順方向バイアスさせてこのダイオードが発光し欠陥のある電池を識別するものである。

しかしながら、このような装置は発光ダイオードに欠陥があったり、又は回路の他の部分に故障や開場がある場合には信頼できない、つまりこのような場合には、たとえ電池に欠陥があってもダイオードは発光せず、欠陥のある電池を表示することができないのである。

本発明の主な目的は、それ故複数の電池からなる電池パックにおいて、各電池の状態を表示する装置を提供するとともに、同時に又は独立して電池から負荷に接続している欠陥のあるケーブルを分離せんとすることにある。

本発明の目的は更にデザイン上シンプルで、信頼性があり製造コストの安価な電池を監視する装置を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は電池パックを電源としながら複数の電池からなる電池パックにおける電池を監視し、たとえ電池の電圧が負荷を取り外した後に上昇したとしても、負荷を取り外した後にもその状態を前のまま「記憶」する装置を提供することにある。

（発明の概要）未発明による複数の電池からなる電池パックにおいて各電池の状態を監視し各電池の状態を明確に表示する装置は、電池パックにおいて各電池の端子間の電圧を検出し正常な電圧からの誤差を検出する検出手段を有している。

そして、正常な状態では本装置は電池が適切な電圧下で作動していることを表示し、複数の電池内のいずれか一つの電池の電圧が標準電圧から降下すると、その特定の電池の電圧が降下したという表示と、たとえ電池の電圧が低負荷もしくは無負荷状態にもどった後でも、降下した状態を記憶するのである０本装置は最小の電力を使用し、電池パック自身を電源とする。

本発明のこれらや他の目的と特徴は、以下の説明を添付した図面におけるいくつかの図の該当部分を符号の説明と対照させながら読むことにより理解することができる。

（図面の簡単な説明）第１図は本発明の監視表示装置に接続される作動表示板の平面図、第２図は本実施例に係る六個の電池からなる電池パック用のための本発明の装置における配線図、第３図は本実施例に係る六個の電池からなる電池パック用のための検出装置及び表示装置の配線図、第４図は本実施例に係る六個の電池からなる電池パック用のための電力供給回路の配線図、第５図は本発明に係る装置におけるリセット回路の配線図である。

付録１は、第１図から第５図に示される様々な電子部品のうち適切で市販されている部品のリストである。

（好ましい実施例の説明）本発明の電池パックの監視表示装置につき、六つの電池からなる電池パックの各電池の状態を監視し表示する装置を実施例として以下記述する。

第１図には典型的な板状の表示装置（１２）が示され、この表示装置（１２）は、本実施例においては、六個の電池のそれぞれの状態をダイオードの発光によって表示できるものである。好ましい本実施例においては、各電池がピーク効率で作動する場合には緑色光（１４）を、各電池のいずれかが弱い場合には赤色光（１６）を発光し表示する。つまり各電池について、表示装置（１２）における緑色光（１４）か赤色光（１８）のいずれかにより常にそれぞれ対応する電池の状態を表示する。換言すれば、緑光色（１４）もしくは赤色光（１８）のどちらかが電池パックにおける各電池毎に発光しているのである。

第２図に示すように、各電池（２０ａ）　（２０ｂ）　（２０ｃ）　（２０ｄ）　（２０ｅ）　（２０ｆ）は直列に連結されている。

各電池のプラス端子とマイナス端子は、電力供給回路（２７）と監視装置（２８ｍ）〜（２８ｆ）にそれぞれ接続されている。一方、各監視装置（２８ａ）〜　（２８ｆ）は、それぞれ電力が十分供給されていることを表示する表示装！！（１４ａ）〜　（１４ｆ）　（好ましい実施例では緑色の発光ダイオード）と、電力が弱いことを表示する表示装置ｔ（ｌｅａ）〜　（１８ｆ）　（好ましい実施例では赤色の発光ダイオード）とに接続されている。

リセット回路（２８）も又、監視装置　（２６ａ）〜（２Ｎ）のそれぞれに接続されている。

監視回路（２８ａ）〜　（２６ｆ）は同一のものでありそれぞれ独立している。

各監視回路（２８ａ）〜　（２ｅｆ）は六個の電池パック（１２）におけるそれぞれの独立した電池（２０ａ）〜　（２０ｆ）を監視するのである。各監視回路（２８ａ）　〜（２ｆｌｆ）のうち、監視回路（２８ｄ）を例として以下に詳細に説明する。

第３図において、演算増幅器（５０ｄ）と抵抗器（５１ｄ）　（５２ｄ）　（５３ｄ）　（５４ｄ）は平衡な直流増幅器を構成する。適切な増幅器はｒＴＬＯ８２Ｊである。抵抗器（５１ｄ）〜　（５４ｄ）の抵抗は等しいため、利得は単一となる。尚、抵抗器（５１ｄ）〜　（５４ｄ）の適切な値は２２にオームである。抵抗器（５３ｄ）のアースは抵抗器（５１ｄ）　（５２ｄ）の間の電位差を起させ、接合点（１７ｄ）においてはアース回路の基準電圧が表わされる。このことは共通電圧の使用を可能にし、それにより六個の監視回路（２８ａ）〜　（２８ｆ）のすべてに共通のリセットを使用可能とするため必要である。

接合点（１７ｄ）での電圧はダイオード（５８ｄ）　、抵抗器（５８ｄ）モして充電コンデンサ（ｌｌｌｏｄ）に接続される。この電圧は比較器（８２ｄ）のプラス入力端子に接続される。

比較器（８２ｄ）のマイナス入力端子は基準電圧に接続される。適切な基準電圧は４．４ボルトである。電池（２０ｄ）の電圧が６ボルトに等しいとき、接合点（１７ｄ）での電圧は６ポルトになる。他方、接合点（１８ｄ）での電圧はダイオード（５８ｄ）間の電圧降下により約５．４ボルトになる。接合点（１８ｄ）に供給される４、４ボルトの電圧は接合点（１８ｄ）での電圧より低いので、接合点（２１ｄ）での電圧はプラスとなり、６ポルトに殆んど等しい。

このプラス電圧は赤色発光ダイオード　（ｌｅｄ）のスイッチをオフにする。このプラス電圧は逆変換器（Ｂ４ｄ）によって変換され、その出力は低くなるか、アース電位に近くなる。これにより、緑色光ダイオード　（１４ｄ）に電流が流れ、電力が十分であることを表示する表示装置のスイッチをオンにする。ダイオード（ｆｌｅｄ）においては、この状態下ではそのカソードが７ノードよりも大きな電位差であるため何の影響もない。

もし電池（２０ｄ）の電圧が５ボルト以下に降下すると、接合点（１７ｄ）での電圧も又５ボルト以下に降下する。そして、接合点（Ｈｌｄ）での電圧は４．４ボルト以下に降下するであろう、従って接合点（１８ｄ）での電圧を接合点（１！ｌｄ）での電圧以下に下げることとなり、比較器（８２ｄ）の出力は低くくなるかアース電位に近くなる。電池が弱くなったことを表示する表示装置では、電流が赤色の発光ダイオード　（ｌｅｄ）を通じて流れるのでスイッチがオンとなる。又、逆変換器（ｅ４ｄ）の出力は６ボルト以上か、それに近くなり緑色の発光ダイオード　（１４ｄ）のスイッチをオフにする。

この時ダイオード（８８ｄ）の７ノードは、少なくとも０．６ボルト分カソードよりも高くなるので、ダイオード（Ｂｅｄ）は作動し接合点（１８ｄ）の電圧を約１ボルト下げる。

これは低電圧状態で回路にラッチ効果を生じる。つまり、電池（２ｏｄ）の電圧が５ボルト以上に上ると、ダイオード　（６８ｄ）は接合点（１８ｄ）の電圧が上昇するのを阻止する０回路は基準電圧を瞬間的にゼロボルトに下げるスイッチ（６７）によってリセットされる。このため接合点（１８ｄ）での電圧は接合点（Ｈｌｄ）の電圧以上に高くなる。そして比較器（８２ｄ）の出力が高くなり、ダイオード（ｆｌｅｄ）は作動を中止する。

抵抗器（６８ｄ）とコンデンサ（７ｏｄ）は、時定数を供給し、モータを始動させると生じるような回路電圧でのノイズ騒音を故障として検出することを防止する。ダイオード（５６ｄ）は電圧増加に対し素速く応答するため抵抗器（８８ｄ）をバイパスさせる。というのは、もしダイオード（５ｅｄ）がなければ繰り返えされる短絡電圧降下がコンデンサ（７０ｄ）を放電させ、虚偽の表示を生じさせるからである。

好ましい実施例の電力供給回路は第４図に詳細に示されている。ダイオード（７２ｄ）とコンデンサ（７４ｄ）とは、電圧調整器（７Ｂ）にプラス１８ボルトの電力を供給し、電圧調整器（７６）は更に接合点（８０）に調整されたプラス６ボルトの電力を与える。この調整は、モータやリレ等の外部の負荷からのノイズが比較器を狂わせたり虚偽の表示をすることを防ぐために必要である。

（２０ｅ）　（２０ｆ）が故障した場合に、調整器（７Ｂ）　ニ電圧を供給するのに必要である。ダイオード（川（ａｓ）　（ｓｏ）　、およびコンデンサ（９２）は増幅器（５０ａ）　（５０ｂ）にマイナス１８ボルトの電力を供給する。

好ましい実施例のリセット回路が第５図に示されている。抵抗器（９４）　（１３Ｂ）　（９Ｂ）　（１００）、ダイオード（ｔｏ２）　、そしてコンデンサ（１０４）は比較器（８２ａ）〜　（８２ｆ）に基準電圧を供給する。ダイオード（ｔｏ２）は演算増幅器（５０ａ）　〜（５０ｆ）（Ｆ）出力端子に接続されたダイオード（５８ａ）〜　（５８ｆ）を補償するのために設けられている。この基準電圧は望ましい電圧を得るために接合点（１０Ｂ）を監視している間は、抵抗器（川を調整することにより設定される。好ましい実施例における望ましい基準電圧は、接合点（１０８）において約４．４ボルトである。

増幅器（５０ｆ）　（５０ｅ）は、これらの増幅器への入力電圧が装置のアースに対しプラス６ボルトから１８ボルトの範囲なので、プラス１８ボルトとアース間の供給電力にて作動する。増幅器（５０ｃ）　（５０ｄ）は、これら増幅器への入力電圧が装置のアースに対しマイナス６ボルトからプラス６ボルトの範囲なので、プラス６ボルトとマイナス１８ボルト間の供給電力にて作動する。増幅器（５０ａ）　（５０ｂ）は。

これらの増幅器への入力電圧が装置のアースに対しマイナス１８ボルトからマイナス６ボルトの範囲なので、プラス６ボルトとマイナス１８ボルト間の供給電力にて作動する。

このことは入力が増幅器に接続されている電力供給電圧を超えるのを防止するために必要である。比較器（８２ａ）〜　（８２Ｆ）は、これらの入力がゼロからプラス６ボルトの間のみにすぎないと考えられるため、プラス６ボルトと装置のアース間の電力が供給され作動する。

本発明はその好ましい実施例に従い記述されたが、様々な変更や改良が当業者によりなされることができる０例えば１本発明の装置は六個からなる電池パックに関して記述されているが、このような装置は勿論、直列であっても並列でもあってもよく、更にはいくつの数の電池を収納する電池パックでもあっても製造することができる。

加えて、発光ダイオード以外の全回路パッケージを一枚の回路エレメントに集積して（つまり集積回路として）、生産を簡単にしてコストを引き下げることもできる。これら及び他のすべての様々な変更や改造は付随する請求の範囲内のものである。

付　録　ｌ抵抗器５２．５２，５３，５４，５８．１１０　２２にオーム　（６箇所）抵抗器　８８１Ｎ　オーム　（６箇所）抵抗器　１１２，１目　ＩＫ　オーム　（８箇所）抵抗器　１００　１Ｋ　オーム　（６箇所）抵抗器　９４　８２０オーム　（Ｂ箇所）抵抗器　９８　１　、８Ｋ　オーム（６筒所）抵抗器　９８　１０にオーム　（６箇所）増幅器　５０　ＴＬＯ８２（３個使用）比較器　８２　ＬＭ３３８　（２個使用）逆変換器　６４　Ｃ０４０４ｓ発光ダイオード　１４．１８　３５ＢＬ５０５／８　（１３箇所）ダイオード　５６，１３８　１Ｎ４１４Ｂダイオード１０２　、　ｌＮ４１４Ｂ調整器　７６　７８０Ｂコンデンサ　ｅｏ　ｔ、ｏ禦ｆｄ　（６箇所）コンデンサ　９２，７４　１００　ｍｆｄコンデンサ　１１６　０．１鵬ｆｄコンデンサ　１０４　１０　ｍｆｄ第１図第２図第３図第４図国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の電池からなる電池バックにおける各電池と接続ケーブルの少なくとも一方の状態を負荷下で監視し、電池バックの故障の際に警告を与える監視表示装置であって、前記監視表示装置は、前記各電池の二つの端子の電圧差を検出する検出手段と；前記検出手段に応答して、前記各電池の状態を明確に表示する表示手段であって，前記電池の状態の表示手段の各々は他いずれの表示手段からも独立するとともに、連続する全体の許容電圧作動電位と、前記装置が通常の作業負荷で作動している間は常に前記許容電圧作動電位からの単一の電位降下とのいずれかを明確に表示する表示手段；とを有する。
（２）請求項１記載の監視表示装置において、前記検出手段は、各電池間を接続する単一の利得である非変換増幅器として接続された演算増幅器を有し、この演算増幅器は電圧比較器のプラス端子に接続され、この電圧比較器はそのマイナス端子からプラス基準電圧を供給し、前記電圧比較器は電池の電圧が基準電圧より大さい時はプラス電圧の信号である第一次出力を供給し、バッテリ電圧が基準電圧以下である時には実質的にゼロボルトである第二次出力を供給する。
（３）請求項２記載の監視表示装置において、前記表示手段は、前記第一次出力により作動される第一色発光ダイオードと前記第二次出力により作動される第二色発光ダイオードとを有する。
（４）複数の電池からなる電池バックにおける各電池と接続ケーブルの少なくとも一方の状態を負荷下で監視し、電池バックの故障の際に警告を与える監視表示装置であって、前記監視表示装置は、電池バック内の各電池に連動する電圧比較器であって、前記電圧比較器の各々は単一の利得である演算増幅器を経由して連結される電池のプラス端子に接続されたプラス入力と、共通の基準電圧に接続されたマイナス入力を有し、前記マイナス端子とプラス端子との電圧差が基準電圧を越えた時には第一次出力を供給し、前記電圧差が前記基準電圧以下の時には第二次出力を供給する電圧比較器と；前記第一次又は第二次出力を保持し、第二次出力は手動でリセットされるまで永久に保持する保持手段と；前記電圧比較器の各々に連結され、前記電圧比較器の前記出力に応等し前記各電池の状態を明確に表示する表示手段であって、前記表示手段の各々は他のいずれの表示手段からも独立しており、前記保持手段に保持された前記出力に従い、連続する全体の許容電圧作動電位と、前記装置が通常の作業負荷で作動している間は常に前記許容電圧作動電位からの単一の電位降下とのいずれかを明確に表示する表示手段；とを有する。
（５）請求項４記載の監視表示装置において、前記表示手段は、前記第一次出力によって作動される第一色発光ダイオードと、前記第二次出力によって作動される第二色発光ダイオードを有する。
（６）請求項５記載の監視表示装置において、前記第一色は緑色、前記第二色は赤色である。
（７）複数の電池からなる電池バックにおける各電池の監視表示装置であって、前記各電池の状態を監視する監視手段と；前記監視手段に応答して前記各電池が前記連続する全体の許容電圧作動電位か、又は前記装置が通常の作業負荷で作動している間は常に、前記許容電圧作動電位からの単一の電位降下とのいずれかを表示する表示手段と；前記連続する許容作動電圧を有していなかったすべての電池を識別する識別手段；とを有する。
（８）複数の電池からなる電池バックにおける各電池と接続ケーブルの少なくとも一方の状態を負荷下で監視し、電池バックの故障の際に警告を与える監視表示装置であって、前記監視表示装置は、電池バック内の各電池に連動する監視回路であって、前記各監視回路は平衡な単一の利得である直流の演算増幅器を経由してその連結される電池のプラス端子に接続されたプラス入力と、共通のゼロではない基準電圧に接続されたマイナス入力を持つ比較器を有し、前記演算増幅器はアースされたフィードバック用抵抗器を有し、共通基準電圧と前記監視回路の全てをリセットする共通手段の使用を可能とする監視回路と；前記マイナス端子とプラス端子との電圧差が基準電圧を越えた時には第一次出力を供給し、前記電圧差が前記基準電圧以下の時には第二次出力を供給する電圧比較器と；前記監視回路のすべてをリセットする前記共通手段が働くまでは前記第二次出力の状態を保持する保存手段と；前記電圧比較器の各々に連結され、前記電圧比較器の前記出力に応答し前記各電池の状態を明確に表示する表示手段であって、前記表示手段の各々は他のいずれの表示手段からも独立しており、連続する全体の許容電圧作動電位と、前記監視表示装置が通常の作業負荷で作動している間は常に前記許容電圧作動電位からの単一の電位降下とのいずれかを明確に表示する表示手段と；瞬間的に基準電圧をゼロボルトに下げる手段を持つ前記監視回路の全てをリセットするリセット手段；とを有する。
（９）請求項８記載の監視表示装置において、前記表示手段は、前記第一次出力によって作動される第一色発光ダイオードど、前記第二次出力によって作動される第二色発光ダイオードを有する。
（１０）請求項９記載の監視表示装置において、前記第一色は緑色、前記第二色は赤色である。