JPH09159701A - 組電池の過電圧検出装置 - Google Patents

組電池の過電圧検出装置

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JPH09159701A
JPH09159701A JP7315140A JP31514095A JPH09159701A JP H09159701 A JPH09159701 A JP H09159701A JP 7315140 A JP7315140 A JP 7315140A JP 31514095 A JP31514095 A JP 31514095A JP H09159701 A JPH09159701 A JP H09159701A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】過電圧検出機能が正常化か否かを簡単に検出す
ることの出来る組電池の過電圧検出装置を提供する。 【解決手段】組電池を構成するセル１ａ〜１ｎの各組に
ついて、基準電圧発生手段２ａ〜２ｎと、分圧手段３ａ
〜３ｎと、比較手段４ａ〜４ｎと、セルと基準電圧発生
手段との間をオン・オフするスイッチング手段５ａ〜５
ｎとを設け、上位のセルの比較手段の出力で一つ下位の
セルのスイッチング手段を制御することにより、検出結
果を順次下位のセルの組に伝達するように構成し、制御
手段６から最上位の組に与える制御信号を変化させ、検
出信号が制御信号に追従するか否かによって過電圧検出
機能の正常・異常を判定する過電圧検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の二次電池
を直列接続または直並列接続して用いる組電池の過電圧
を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等の動力源としては、二次電
池（単一の電池からなるセルまたは複数のセルからなる
モジュール）を必要な容量に相当する分だけ複数個直列
または直並列に接続した組電池が用いられる。このよう
な組電池は、多数の電池（例えば電気自動車では１００
〜２５０セル程度）を用いているので、電池系の信頼性
を確保することが重要である。すなわち、組電池を構成
している電池のうちの何れかが過充電等によって損傷
し、その機能を喪失すると、組電池全体としての機能が
低下してしまう。
【０００３】さらに、このような組電池の場合には、放
電容量（放電可能な電気量）の減少程度が各電池によっ
て異なっており、ＤＯＤ（放電深度：全放電で１００
％、満充電で０％）０％からの放電容量には各電池にバ
ラツキが生じるので、放電時には、放電容量の小さくな
った電池は早く放電終了して過放電状態となり、この過
放電になっている電池が他の電池の負荷となって、全て
の電池がＤＯＤ１００％にならないうちに電圧が低下
し、組電池としては放電終了になってしまう。一方、充
電時には、放電時にＤＯＤ１００％にならなかった電池
が先にＤＯＤ０％に達して電圧が上昇し、そのまま充電
を継続すると過充電になる。一般に二次電池の場合に
は、充電終止電圧を越えて過充電すると寿命が低下する
が、特にリチウムイオン電池のような非水系電解質二次
電池の場合にはその傾向が強いので、充電終止電圧に達
した電池は充電を終了する必要がある。
【０００４】上記のように、複数の電池からなる組電池
においては、各電池ごとに電圧が異なるので、過充電を
避けるには各電池ごとに電圧を検出し、充電終止電圧に
達した電池が生じた場合には充電を終了するか、もしく
は充電終止電圧に達した電池に対しては並列に設けたバ
イパス回路に充電電流を流す等の制御を行なうことによ
って過充電になるのを防止する必要がある。
【０００５】このように各電池の電圧が過電圧か否かを
検出する装置としては、例えば図１３や図１４に示すご
ときものが考えられる。図１３、図１４において、１ａ
〜１ｎはそれぞれ組電池を構成するセル、２ａ〜２ｎは
それぞれ基準電圧発生器、３ａ〜３ｎはそれぞれ分圧
器、４ａ〜４ｎは比較器、５ａ〜５ｎはフォトカプラ、
６はバッテリコントローラである。なお、組電池の端子
Ａ、Ｂには放電回路（制御回路と負荷）および充電回路
（充電器と制御回路）が接続され、充放電が行なわれる
ように構成されているが、その部分は図示を省略してい
る。
【０００６】上記の回路は、各セル１ａ〜１ｎの端子電
圧から基準電圧発生器２ａ〜２ｎで充電終止電圧に相当
する基準電圧を発生し、上記端子電圧を分圧器３ａ〜３
ｎで分圧した電圧と上記基準電圧とを比較器４ａ〜４ｎ
で比較することにより、各セル１ａ〜１ｎの端子電圧が
充電終止電圧に達したか否か、すなわち過電圧になった
か否かを判断するものである。なお、過電圧になった場
合には、バッテリコントローラ６が充電を終了すること
により、過充電を防止する。或いは図示しない充電保護
回路（例えば各セルごとに並列に接続したバイパス回
路）に信号を送り、過電圧になったセルについては充電
電流をバイパスする等の制御を行なうことにより、過充
電になるのを防止して組電池を保護することも出来る。
【０００７】上記のごとき組電池の過電圧検出装置にお
いては、組電池を構成する各セルが直列に接続されてい
るため、各セルのグランド電位（低レベル側の電位）が
それぞれ異なっている。したがって基準電圧発生器、分
圧器、比較器はそれぞれ各セルごとの電圧で駆動され、
かつ、各グランド電位が異なるため、比較器の出力もそ
れぞれフォトカプラ５ａ〜５ｎを用いて絶縁処理した後
にバッテリコントローラ６へ送るように構成している。
なお、図１３は各フォトカプラ５ａ〜５ｎの出力をＯＲ
接続したもの、図１４はＡＮＤ接続したものであり、一
括処理することによってハーネス類の増加を抑制してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
装置においては、過電圧になった場合に比較器出力が変
化（例えばＬＯＷ→ＨＩＧＨ）して検出するようになっ
ているので、比較器等の検出回路が故障した場合、例え
ば過電圧になっても比較器出力が正常時のままになるよ
うな故障が生じた場合には、過電圧を検出することが出
来ず、結果として当該セルを過充電してしまうおそれが
ある、という問題があった。
【０００９】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、過電圧検出機能が
正常化か否かを簡単に判定することの出来る組電池の過
電圧検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、セルの端子電圧を用いて充電終止電圧に相当す
る基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、セルの端子
電圧を所定の分圧比で分圧する分圧手段と、基準電圧発
生手段の出力と上記分圧手段の出力とを比較する比較手
段と、制御信号に応じてセルと基準電圧発生手段との間
をオン・オフするように接続され、制御信号と入出力と
が絶縁された絶縁型の第１のスイッチング手段と、を各
セルごとに１組づつ有し、組電池のセルの各組につい
て、セルの電位が一つ上位の組の比較手段の出力を第１
のスイッチング手段の制御信号とするように順次接続
し、電位の最下位の組の比較手段の出力はさらに１段付
加した最終段スイッチング手段の制御信号とするように
接続し、さらに、電位の最上位の組の第１のスイッチン
グ手段に制御信号を与え、電位の最下位の組の比較手段
の出力を検出信号として入力し、通常動作時は上記制御
信号を固定し、上記検出信号によって過電圧を判断し、
検査時には上記制御信号を所定の順序で変え、上記検出
信号が上記制御信号の変化に追従するか否かによって過
電圧検出機能が正常か異常かを判断する制御手段を備え
るように構成している。
【００１１】上記のように、請求項１に記載の発明にお
いては、セルの各組の検出結果を順次下位のセルの組に
伝達するように構成している。したがって、過電圧検出
機能が正常であれば、制御手段から電位の最上位の組に
与える制御信号を変化させると、その変化が各セルの組
を順次最下位の組まで伝達され、最下位の組から制御手
段へ入力する検出信号は与えた制御信号に対応して変化
することになる。一方、過電圧検出機能が異常な場合に
は、制御信号の変化が伝達されないので、制御信号を変
化させても検出信号は変化しない。したがって検出信号
が制御信号に追従するか否かによって過電圧検出機能の
正常・異常を判定することが出来る。ただし、過電圧に
達したセルが存在する場合には、そのセルの組で信号伝
達が停止するので、上記のような過電圧検出機能の判定
は全てのセルが過電圧に達していない状態、例えば充電
前、電気自動車の走行前等に行なう。
【００１２】次に、請求項２に記載の発明は、組電池の
セルの各組について、比較手段の出力に応じて発光する
発光ダイオードを設けたものである。このように構成す
ることにより、過電圧になったセルが生じた場合には、
そのセル以降の発光ダイオードが発光、または消光する
ので、過電圧になったセルを容易に表示することが出来
る。
【００１３】次に、請求項３に記載の発明においては、
比較手段の出力を制御信号とし、セルとは絶縁された状
態でスイッチングを行なう絶縁型の第２のスイッチング
手段を設け、該第２のスイッチング手段を介して電位の
上位の組の比較手段から下位の組の上記第１のスイッチ
ング手段へ制御信号を伝達するように構成したものであ
る。このように構成することにより、各比較器の出力が
組電池のセルとは絶縁された状態で出力されるので、最
下位のセルの組においても、他の組と全く同じ構成でよ
く、全てのセルの組を同じ仕様で製造することが出来る
ので、コストを低減することが出来る。
【００１４】次に、請求項４に記載の発明においては、
基準電圧発生手段と分圧手段をそれぞれ２組づつ備え、
２つの基準電圧発生手段相互、および２つの分圧手段相
互の出力に所定値以上の誤差が生じた場合にも信号が伝
達されないように構成したものである。したがって、前
記請求項１のような比較手段の異常のみならず、基準電
圧発生手段や分圧手段のような過電圧検出装置を構成す
る回路の何れかに異常が生じた場合には、上位の組から
下位の組へ信号が伝達されないので、信号伝達が正常に
行なわれるか否かを検出することによって装置を構成す
る回路の正常、異常を判定することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を示す図である。図１において、１ａ〜１ｎは組電池を
構成するセルであり、各々が直列に接続されている。な
お、直並列に接続したものでもよい。２ａ〜２ｎはそれ
ぞれ基準電圧発生器であり、例えば図２（ｂ）に示すよ
うに、抵抗Ｒ３とツェナダイオードＺＤ１との直列回路
で構成され、各セルの端子電圧を用いて充電終止電圧に
相当する基準電圧（充電終止電圧よりもやや低い値、も
しくはやや高い値に相当する値でもよい）を発生する。
この基準電圧は、セルの端子電圧を分圧して作るため、
充電終止電圧に所定の比率（１未満）を乗算した値にな
る。そのため次の分圧器３ａ〜３ｎを設けている。すな
わち分圧器３ａ〜３ｎは、例えば図２（ａ）に示すよう
に、抵抗Ｒ１とＲ２との直列回路で構成され、各セルの
端子電圧を所定の割合（上記の比率と同じ）で分圧した
電圧を出力する。
【００１６】上記の基準電圧と分圧器の出力電圧の関係
は、例えば図３に示すようになる。図３において、
（ａ）は分圧器の出力電圧、（ｂ）は基準電圧発生器の
出力電圧（フォトカプラがＯＮの場合、すなわち基準電
圧発生器がセルに接続されている状態）、（ｃ）は基準
電圧発生器の出力電圧（フォトカプラがＯＦＦの場合、
すなわち基準電圧発生器がセルに接続されず、出力がな
い状態）である。そのため、フォトカプラがＯＮの場合
における比較器のしきい値（充電終止電圧に相当する基
準電圧）はＶlimitとなり、フォトカプラがＯＦＦの場
合における比較器のしきい値はＶlimit'（≒０）とな
る。なお、図３において、Ｐ／Ｃはフォトカプラを意味
する。
【００１７】また、４ａ〜４ｎは比較器であり、例えば
演算増幅器で構成され、上記の基準電圧と分圧器の出力
とを比較する。なお、比較器の入力端子の接続は、分圧
器の出力が非反転入力端子へ、基準電圧が反転入力端子
へ与えられるように接続する。なお、各比較器はそれぞ
れのセルの電圧で駆動される。
【００１８】５ａ〜５ｎおよび８はフォトカプラであ
り、入力ダイオードとスイッチング用トランジスタとが
絶縁された状態、すなわち制御信号と入出力とが絶縁さ
れた状態でスイッチングを行なう絶縁型スイッチング回
路である。なお、フォトカプラの代わりに、ミニ電磁リ
レーのようなリレー回路を用いることも出来る。また、
組電池の端子Ａ、Ｂには放電回路（制御回路と負荷）お
よび充電回路（充電器と制御回路）が接続され、充放電
が行なわれるように構成されているが、その部分は図示
を省略している。
【００１９】また、６はバッテリコントローラであり、
各セルの過電圧の検出と過電圧検出機能の検査とを行な
う回路である。なお、実用的には、このバッテリコント
ローラに組電池の充放電制御機能を持たせることが多い
が、この実施の形態においては、過電圧検出と検出機能
の検査の部分についてのみ説明する。このバッテリコン
トローラは例えばマイクロコンピュータ等によって構成
する。
【００２０】図１の回路における接続は次のようになっ
ている。すなわち、組電池のセルの各組（ブロック）に
ついて、電位の一つ上位（電位の順序は上から順に１
ａ、１ｂ、１ｃ、…、１ｎ）の組の比較器の出力をフォ
トカプラの制御信号とするように順次接続する。例えば
最上位の比較器４ａの出力が第２位のフォトカプラ５ｂ
の入力ダイオードに接続され、第２位の比較器４ｂの出
力が第３位のフォトカプラ５ｃの入力ダイオードに接続
される。そして電位の最下位のセル１ｎの組の比較器４
ｎの出力はフォトカプラ８の制御信号とし、電位の最上
位のセル１ａの組のフォトカプラ４ａの制御信号はバッ
テリコントローラ６から与え、フォトカプラ８の出力
（検出信号）はバッテリコントローラ６に入力するよう
に接続する。
【００２１】次に、作用を説明する。まず、通常動作時
においては、バッテリコントローラ６から最上位のフォ
トカプラ５ａに与える制御信号を“ＨＩＧＨ”にする。
そのためフォトカプラ５ａの入力ダイオードが発光する
ので、フォトカプラ５ａのスイッチング用トランジスタ
はＯＮになり、基準電圧発生器２ａにはセル１ａの端子
電圧が印加される。そのため基準電圧発生器２ａは所定
の基準電圧を発生し、その値と分圧器３ａの出力電圧と
が比較器４ａで比較される。比較器４ａのしきい値は前
記図３のようになり、セル１ａの端子電圧が充電終止電
圧未満の場合には、基準電圧＞分圧器出力となるように
設定してあるので、正常電圧範囲では比較器４ａの出力
は“ＬＯＷ”となり、第２位のフォトカプラ５ｂの入力
ダイオードが発光する。以下同様に、各セルの電圧が全
て充電終止電圧に達しない場合には、全てのフォトカプ
ラのスイッチング用トランジスタがＯＮになり、バッテ
リコントローラ６にはフォトカプラ８がＯＮの信号（例
えば“ＨＩＧＨ”）が入力される。これによって過電圧
になったセルのないことが判断される。この場合には、
図４（ａ）に示すように、全ての比較器の出力が“ＬＯ
Ｗ”になる。
【００２２】一方、何れかのセル、例えば第２位のセル
１ｂの端子電圧が充電終止電圧以上になった場合には、
第２位の比較器４ｂの出力が“ＨＩＧＨ”になり、第３
位のフォトカプラ５ｃの入力ダイオードは発光しない。
そのためフォトカプラ５ｃのスイッチング用トランジス
タがＯＦＦになり、基準電圧発生器２ｃの出力は０にな
るので、比較器４ｃの出力はセル１ｃの値に関わりなく
“ＨＩＧＨ”となる。以下同様に順次各比較器の出力が
“ＨＩＧＨ”になり、最終のフォトカプラ８のスイッチ
ング用トランジスタがＯＦＦになってバッテリコントロ
ーラ６の入力は“ＬＯＷ”になる。これによって過電圧
のセルの存在を検出することが出来る。例えば図４
（ｂ）に示すように、第ｍ位のセルが過電圧であった場
合には、ｍ以降の比較器の出力が“ＨＩＧＨ”になる。
【００２３】次に、過電圧検出機能の検査時における動
作を説明する。バッテリコントローラ６から最上位のフ
ォトカプラ５ａに与える制御信号を“ＬＯＷ”にする
と、フォトカプラ５ａの入力ダイオードは発光しない。
この状態では、フォトカプラ５ａのスイッチング用トラ
ンジスタはＯＦＦになり、基準電圧発生器２ａの出力は
ほぼ“０”になる。そのため比較器４ａのしきい値は前
記図３のＶlimit’ようになり、セル１ａの端子電圧が
充電終止電圧未満であっても比較器４ａの出力は“ＨＩ
ＧＨ”となる。したがって第２位のフォトカプラ５ｂの
入力ダイオードは発光せず、以下同様に、各セルの電圧
に関わらず全てのフォトカプラのスイッチング用トラン
ジスタがＯＦＦになり、バッテリコントローラ６にはフ
ォトカプラ８がＯＦＦの信号（例えば“ＬＯＷ”）が入
力される。この場合には、図４（ｃ）に示すように、全
ての比較器の出力が“ＨＩＧＨ”となる。
【００２４】上記のように、組電池の各セルの端子電圧
が充電終止電圧未満であると予想される場合、例えば組
電池の放電後（例えば電気自動車の走行後や充電前）に
おいては、過電圧検出機能が正常であれば、バッテリコ
ントローラ６から最上位のフォトカプラ５ａに与える制
御信号を“ＨＩＧＨ”にすると、フォトカプラ８はＯＮ
（例えば検出信号は“ＨＩＧＨ”）になり、“ＬＯＷ”
にすると“ＯＦＦ”（例えば検出信号は“ＬＯＷ”）に
なる。このようにバッテリコントローラ６から最上位の
フォトカプラ５ａに与える制御信号を切り換えると、多
少の時間遅れ後にフォトカプラ８からの検出信号がそれ
に対応して変化することになる。
【００２５】しかし、過電圧検出機能に異常が生じて、
例えば何れかの比較器の出力が入力に関わりなく常に
“ＬＯＷ”（正常電圧時と同じ出力）になる故障が生じ
た場合には、フォトカプラ８は常にＯＮ（例えば検出信
号は“ＨＩＧＨ”）になり、何れかの比較器の出力が入
力に関わりなく常に“ＨＩＧＨ”（過電圧時と同じ出
力）になる故障が生じた場合には、フォトカプラ８は常
にＯＦＦ（例えば検出信号は“ＬＯＷ”）になる。すな
わち、組電池の各セルの端子電圧が充電終止電圧未満で
ある場合には、図５に示すように、最上位のフォトカプ
ラ５ａがＯＮ（制御信号が“ＨＩＧＨ”）の時には全て
の比較器出力が“ＬＯＷ”（フォトカプラ８がＯＮ）で
あり、フォトカプラ５ａがＯＦＦ（制御信号が“ＬＯ
Ｗ”）の時には全ての比較器出力が“ＨＩＧＨ”（フォ
トカプラ８がＯＦＦ）であれば正常である。したがって
バッテリコントローラ６から最上位のフォトカプラ５ａ
に与える制御信号を、例えば“ＬＯＷ”“ＨＩＧＨ”
“ＬＯＷ”の順序で変化させ、多少の時間遅れ後に、最
下位の比較器４ｎが“ＨＩＧＨ”“ＬＯＷ”“ＨＩＧ
Ｈ”（フォトカプラ８が“ＯＦＦ”“ＯＮ”“ＯＦ
Ｆ”）と変化すれば、過電圧検出機能が正常であり、最
上位のフォトカプラ５ａに与える制御信号を変えてもフ
ォトカプラ８から入力する検出信号が変わらなければ異
常が生じたものと判断することが出来る。
【００２６】図６は、上記のような検査時における信号
波形図であり、過電圧検出機能が正常である場合の波形
を示す。図示のごとく、バッテリコントローラ６から出
力する制御信号を“ＬＯＷ”“ＨＩＧＨ”“ＬＯＷ”と
切り換えると、その状態が順次、各組を転移して、最終
段の比較器４ｎの出力が多少の時間遅れ後に“ＨＩＧ
Ｈ”“ＬＯＷ”“ＨＩＧＨ”に変化すれば、最終のフォ
トカプラ８のＯＮ・ＯＦＦも上記に対応して変化し、過
電圧検出機能が正常であることが判る。制御信号を上記
のように切り換えてもフォトカプラ８の出力が変化しな
ければ、異常が発生しているものと判断することが出来
る。このような判断処理は、バッテリコントローラ６に
おいて行なう。
【００２７】なお、上記の検査動作は、組電池の各セル
の端子電圧が充電終止電圧未満の場合に行なう必要があ
るので、例えば、電気自動車の場合には、充電開始前お
よび走行前に自動的に検査ルーチンを行なわせるように
プログラムを設定しておき、メインスイッチをオンにし
たときに自動的に検査が行なわれるように構成するとよ
い。検査の結果は、例えばランプを点灯させたり、「異
常」等の文字表示を行なう等によって表示する。
【００２８】次に、図７は、本発明の第２の実施の形態
を示す図である。この実施の形態は、前記図１の回路の
各比較器の出力に発光ダイオードを接続し、過電圧とな
ったセルを表示させるように構成したものである。図７
において、７ａ〜７ｄは発光ダイオードであり、それぞ
れ各比較器の出力に接続されている。その他の部分は図
１と同様である。
【００２９】各発光ダイオードは、比較器出力が“ＬＯ
Ｗ”の場合（セルの電圧が正常範囲）に発光し、比較器
出力が“ＨＩＧＨ”の場合には発光しない。したがっ
て、過電圧になったセルが存在する場合には、そのセル
以降の発光ダイオードが全て発光しなくなる。例えば前
記図４（ｂ）の場合には、ａ〜ｍ−１番目の発光ダイオ
ードは発光するが、第ｍ位以降の発光ダイオードは発光
しないので、その先頭のセル、すなわち第ｍ位のセルが
過電圧になったことが判る。このように、簡単な回路で
過電圧になったセルを表示することが出来る。なお、発
光ダイオードを比較器出力とグランド電位（セルの低レ
ベル側）との間に接続すれば、上記とは逆に、正常電圧
のセルのものは発光せず、過電圧になったセル以降の発
光ダイオードを発光させるようにすることが出来る。
【００３０】次に、図８は、本発明の第３の実施の形態
を示す図である。この実施の形態は、各セルの組の構成
を同じにして製造と接続を容易にしたものである。前記
図１および図７に示した実施の形態においては、最下位
の組の比較器４ｎの出力は、組電池の電位と絶縁されて
いないので、それを絶縁するためフォトカプラ８を設け
ている。したがって最下位の組には、このフォトカプラ
のような絶縁型スイッチング回路を設ける必要があるた
め、過電圧検出装置を構成する各組の仕様に差異が生じ
る。しかし、組電池のように多数のセルで構成するもの
においては、同じ構成のブロックを製造すれば安価にで
きるが、一部の構成を変更するとコストが上昇するとい
う問題が生じるので、出来るだけ同じ構成のブロックを
用いることが望まれる。本実施の形態は、上記の問題を
解決するものであり、同じ構成のブロックを用いて図１
や図７と同様の機能を実現したものである。
【００３１】図８において、９ａ〜９ｎはフォトカプ
ラ、１０はバッテリコントローラ６と各セルの組とを接
続するハーネスである。また、バッテリコントローラ６
のＡ端子は最上位のセルの組へ制御信号を送出する制御
信号出力端子、Ｂ端子は各フォトカプラ９ａ〜９ｎのス
イッチング用トランジスタへ電力を供給する電源端子、
Ｃ端子は接地端子、Ｄ端子は最下位のセルの組の出力を
入力する検出信号入力端子である。その他の部分は、図
１と同様である。
【００３２】図８の回路においては、比較器４ａの出力
はフォトカプラ９ａの入力ダイオードに接続され、フォ
トカプラ９ａのスイッチング用トランジスタを介して次
段のフォトカプラ５ｂの入力ダイオードへ接続されてい
る。また、フォトカプラ９ａのスイッチング用トランジ
スタの電力はバッテリコントローラ６の電源端子Ｂから
供給される。以下同様に、各比較器の出力はフォトカプ
ラを介して次段のフォトカプラの入力へと接続されてい
る。図から明らかなように、フォトカプラ９ａ〜９ｎス
イッチング用トランジスタとフォトカプラ５ａ〜５ｎの
入力ダイオードは、組電池の各セルからは完全に絶縁さ
れ、バッテリコントローラ６の電源端子Ｂから電力を供
給されるようになっている。したがってこの部分は、組
電池の各セルの電位には影響されないので、自由に接続
することが出来る。
【００３３】このように、各比較器の出力が組電池のセ
ルとは絶縁された状態で出力されるので、最下位のセル
１ｎの組においても、他の組と全く同じ構成でよく、全
てのセルの組を同じ仕様で製造することが出来るので、
コストを低減することが出来る。
【００３４】また、ハーネス１０の接続においては、各
組のフォトカプラ９ａ〜９ｎのスイッチング用トランジ
スタと次段のフォトカプラ５ａ〜５ｎの入力ダイオード
とを直列に接続した回路を、バッテリコントローラ６の
電源端子Ｂと接地端子Ｃとに接続し、最上位のフォトカ
プラ５ａの入力ダイオードはバッテリコントローラ６の
制御信号入力端子Ａと接地端子Ｃへ接続し、最下位のフ
ォトカプラ９ｎのスイッチング用トランジスタの一端を
検出信号入力端子Ｄへ接続すればよい。
【００３５】なお、図８においては、例えば比較器４ａ
の出力が“ＬＯＷ”（正常電圧時）のときは、フォトカ
プラ９ａの入力ダイオードが発光し、スイッチング用ト
ランジスタがＯＮになる。そのため次段のフォトカプラ
５ｂの入力ダイオードが発光し、スイッチング用トラン
ジスタは“ＯＮ”になって基準電圧発生器２ｂは基準電
圧を発生することになる。
【００３６】次に、図９は、本発明の第４の実施の形態
を示す図である。この実施の形態は、図８の構成に図７
の発光ダイオード７ａ〜７ｎを組み合わせたものであ
る。図９において、発光ダイオード７ａ〜７ｎは、フォ
トカプラ９ａ〜９ｎのスイッチング用トランジスタと次
段のフォトカプラ５ａ〜５ｎの入力ダイオードとの間に
接続している。その他の部分は、前記図８と同様であ
る。この場合には、過電圧のセルが発生すると、そのセ
ルの組以降のフォトカプラ９ａ〜９ｎのスイッチング用
トランジスタがオンになり、その組以降の発光ダイオー
ド７ａ〜７ｎが発光することになる。
【００３７】なお、発光ダイオード７ａ〜７ｎは、フォ
トカプラ９ａ〜９ｎのスイッチング用トランジスタと次
段のフォトカプラ５ａ〜５ｎの入力ダイオードとの直列
回路と電源との間の何処かに接続すればよい。例えば、
最上位のセルの組を例として説明すれば、バッテリコン
トローラ６の電源端子Ｂとフォトカプラ９ａのスイッチ
ング用トランジスタの間、フォトカプラ９ａのスイッチ
ング用トランジスタとフォトカプラ５ｂの入力ダイオー
ドとの間、もしくはフォトカプラ５ｂの入力ダイオード
とバッテリコントローラ６の接地端子Ｃとの間に発光ダ
イオードを接続すればよい。
【００３８】次に、図１０は、本発明の第５の実施の形
態を示す図であり、前記図１における一つのセルの組の
部分のみを示す。この実施の形態は、基準電圧発生器や
分圧器等の異常も判定する機能を備えたものである。こ
れまで説明した図１、図７〜図９の実施の形態において
は、基準電圧を０にした際に比較器の出力が反転するか
否かによって過電圧検出機能の異常を検出するようにな
っている。したがって比較器の異常は検出することが出
来るが、基準電圧発生器や分圧器に異常が生じた場合、
例えば充電終止電圧に相当する値になるべき基準電圧が
それよりも高い値や低い値になった場合、或いは分圧器
の出力が異常になった場合には、異常を検出することが
出来ない、という問題がある。本実施の形態は、基準電
圧発生器や分圧器のような過電圧検出装置を構成する各
回路の異常も検出することが出来るように構成したもの
である。
【００３９】図１０において、２１は組電池を構成する
セルの一つ、２２〜２６は絶縁型の切り換え回路（２３
〜２６は絶縁型でなくとも可）、２７は比較器、２８〜
３１は差動増幅器、３２〜３５は反転回路、Ｒ４〜Ｒ９
は抵抗、ＺＤ２、ＺＤ３はツェナダイオード、Ｓ１〜Ｓ
５はスイッチング用の制御信号である。上記の回路は、
各セルごとに設けられ、反転回路３５の出力Ｓ１’が次
段（一つ下位の組）のセルの切り換え回路２２の制御信
号Ｓ１となるように接続される。なお、最上位のセルの
場合には、制御信号Ｓ１はバッテリコントローラ（図示
せず、前記図１等のバッテリコントローラ６と同じ）か
ら与えられ、最下位のセルの反転回路３５の出力Ｓ１’
はバッテリコントローラへの検出信号となる。
【００４０】また、抵抗Ｒ４とツェナダイオードＺＤ２
の直列回路は、第１の基準電圧ＶＳ１を発生する第１基
準電圧発生器を構成し、抵抗Ｒ５とツェナダイオードＺ
Ｄ３の直列回路は、第２の基準電圧ＶＳ２を発生する第
２基準電圧発生器を構成している。なお、これらの基準
電圧は、前記と同様に充電終止電圧に相当する電圧であ
り、ＶＳ１＝ＶＳ２（もしくはＶＳ１≒ＶＳ２）に設定
する。また、抵抗Ｒ６とＲ７の直列回路は第１分圧器を
構成し、セル２１の端子電圧を分圧した電圧Ｖ１を出力
する。同様に、抵抗Ｒ８とＲ９の直列回路は第２分圧器
を構成し、電圧Ｖ２を出力する。なお、Ｖ１＝Ｖ２（も
しくはＶ１≒Ｖ２）に設定する。
【００４１】また、切り換え回路２２〜２６は、前記と
同様のフォトカプラや電磁リレー等であり、それぞれの
制御信号と絶縁された状態で入出力をスイッチングす
る。なお、図１０においては、切り換え回路２２〜２６
を単にＯＮ・ＯＦＦする回路として略記しているが、実
際には、図１１に示すごとく、ＯＦＦになった際には比
較器２７や差動増幅器の入力端子をグランド電位（セル
２１の低レベル側電位）に接地するように切り換える回
路である。例えば、切り換え回路２２がＯＮの時には、
第１の基準電圧ＶＳ１を比較器２７の非反転入力端子
（＋）へ接続し、ＯＦＦの時には、グランド電位に接地
する。なお、切り換え回路２３〜２６は、上記２２と同
様の絶縁型でもよいが、同じセルの組内で動作するの
で、絶縁型に限る必要はない。また、比較器２７および
差動増幅器２８〜３１は、その属する組のセルの電力で
駆動される。
【００４２】抵抗Ｒ４とツェナダイオードＺＤ２からな
る第１基準電圧発生器、抵抗Ｒ６、Ｒ７からなる第１分
圧器、切り換え回路２２および比較器２７は、前記の実
施の形態における基準電圧発生器２ａ、分圧器３ａ、フ
ォトカプラ５ａおよび比較器４ａの部分に相当し、過電
圧検出回路を構成している。
【００４３】また、切り換え回路２３と差動増幅器２８
は、第１基準電圧ＶＳ１と第２基準電圧ＶＳ２との偏差
を検出する回路であり、ＶＳ１とＶＳ２との偏差（ＶＳ
１＞ＶＳ２）が所定の許容誤差を越えた場合に反転回路
３２の反転電位の電圧を出力するものである。例えば上
記差動増幅器２８は上記の偏差が最大許容誤差の時に反
転回路３２の反転電位まで増幅して出力する増幅ゲイン
を有するものである。したがってＶＳ１−ＶＳ２が所定
の許容誤差以上に大きな場合に、反転回路３２の出力Ｓ
３が“ＬＯＷ”に反転する。同様に、切り換え回路２４
と差動増幅器２９も第１基準電圧ＶＳ１と第２基準電圧
ＶＳ２との偏差を検出する回路であるが、この場合には
ＶＳ１＜ＶＳ２の場合、すなわちＶＳ２−ＶＳ１が所定
の許容誤差以上に大きな場合に、反転回路３３の出力Ｓ
４が“ＬＯＷ”に反転する。
【００４４】また、切り換え回路２５と差動増幅器３０
は、第１分圧器の出力Ｖ１と第２分圧器の出力Ｖ２との
偏差を検出する回路であり、Ｖ１＞Ｖ２の場合、すなわ
ちＶ１−Ｖ２が所定の許容誤差以上に大きな場合に、反
転回路３４の出力Ｓ５が“ＬＯＷ”に反転する。同様
に、切り換え回路２６と差動増幅器３１も第１分圧器の
出力Ｖ１と第２分圧器の出力Ｖ２との偏差を検出する回
路であるが、この場合にはＶ１＜Ｖ２の場合、すなわち
Ｖ２−Ｖ１が所定の許容誤差以上に大きな場合に、反転
回路３５の出力Ｓ１’が“ＬＯＷ”に反転する。なお、
図１０では図示を省略しているが、最下位の組の最後の
反転回路３５の出力Ｓ１’は、図１と同様に、フォトカ
プラを介してバッテリコントローラへ送ることになる。
【００４５】以下、動作を説明する。まず、比較器２
７、差動増幅器２８〜３１、反転回路３２〜３５、第１
基準電圧発生器、第２基準電圧発生器、第１分圧器およ
び第２分圧器の全てが正常であり、かつセル２１の端子
電圧が正常範囲（充電終止電圧未満）である場合には、
図示しないバッテリコントローラから送る制御信号Ｓ１
を“ＨＩＧＨ”にすると、切り換え回路２２がＯＮにな
る。この場合、ＶＳ１＞Ｖ１であるから、比較器２７の
出力Ｓ２は“ＨＩＧＨ”となり、切り換え回路２３はＯ
Ｎになる。そのため差動増幅器２８の反転入力端子
（−）には第２基準電圧ＶＳ２が接続される。この場合
ＶＳ１とＶＳ２の偏差は許容誤差の範囲内であるから、
反転回路３２の出力Ｓ３は“ＨＩＧＨ”となり、次の切
り換え回路２４がＯＮになる。以下、同様にして、切り
換え回路２５、２６がＯＮになり、最後の反転回路３５
の出力Ｓ１’が“ＨＩＧＨ”となり、それが次段のセル
の組における切り換え回路２２へ送られ、同様の判断が
行なわれる。そして最下位のセルの反転回路３５の出力
Ｓ１’の“ＨＩＧＨ”がバッテリコントローラへ送られ
る。
【００４６】次に、全ての回路が正常であり、セル２１
の端子電圧が充電終止電圧以上になった場合には、制御
信号Ｓ１として“ＨＩＧＨ”の信号を送ると、ＶＳ１＜
Ｖ１であるため、比較器２７の出力Ｓ２が“ＬＯＷ”に
なる。そのため、切り換え回路２３がＯＦＦになるの
で、差動増幅器２８の出力は、ＶＳ１とＶＳ２の値に関
わりなく、反転レベル以上になり、反転回路３２の出力
Ｓ３が“ＬＯＷ”になる。同様にして、切り換え回路２
４〜２６がＯＦＦになり、最後の反転回路３５の出力Ｓ
１’が“ＬＯＷ”となり、それが次段のセルの組におけ
る切り換え回路２２へ送られる。そのため、次段の全て
の切り換え回路が順次ＯＦＦになり、順次その状態が各
セルの組に送られて最下位のセルの反転回路３５の出力
Ｓ１’の“ＬＯＷ”がバッテリコントローラへ送られ
る。
【００４７】一方、制御信号Ｓ１として“ＬＯＷ”を与
えると、ＶＳ１とＶ１の値に関わりなく、比較器２７の
出力Ｓ２が“ＬＯＷ”になり、上記と同様に、最下位の
セルの反転回路３５の出力Ｓ１’の“ＬＯＷ”がバッテ
リコントローラへ送られる。
【００４８】したがって全ての回路が正常であれば、セ
ル２１の端子電圧が充電終止電圧未満の状態（充電前
等）では、制御信号Ｓ１を“ＨＩＧＨ”にすれば、最下
位のセルの反転回路３５の出力Ｓ１’（検出信号）は
“ＨＩＧＨ”になり、Ｓ１を“ＬＯＷ”にすればＳ１’
も“ＬＯＷ”になるというように検出信号Ｓ１’は制御
信号Ｓ１に追従することになる。
【００４９】また、比較器２７が故障し、その出力信号
Ｓ２が常に“ＨＩＧＨ”（正常側）になった場合には、
制御信号Ｓ１を“ＬＯＷ”にしても検出信号Ｓ１’は常
に“ＨＩＧＨ”になる。また、第１基準電圧ＶＳ１と第
２基準電圧ＶＳ２との偏差が所定の許容範囲以上に大き
くなった場合には、反転回路３２（ＶＳ１＞ＶＳ２の場
合）か反転回路３３（ＶＳ１＜ＶＳ２の場合）の出力が
常に“ＬＯＷ”になるので、制御信号Ｓ１を“ＨＩＧ
Ｈ”にしても検出信号Ｓ１’は“ＬＯＷ”になる。ま
た、第１分圧器の出力Ｖ１と第２分圧器の出力Ｖ２との
偏差が所定の許容範囲以上に大きくなった場合には、反
転回路３４（Ｖ１＞Ｖ２の場合）か反転回路３５（Ｖ１
＜Ｖ２の場合）の出力が常に“ＬＯＷ”になるので、制
御信号Ｓ１を“ＨＩＧＨ”にしても検出信号Ｓ１’は
“ＬＯＷ”になる。
【００５０】上記の動作をまとめると図１２に示すよう
になる。まず、（ａ）に示す過電圧判定モード（通常動
作時）においては、制御信号Ｓ１を“ＨＩＧＨ”にす
る。この状態で検出信号も“ＨＩＧＨ”であれば、セル
の端子電圧が正常範囲（充電終止電圧未満）であること
を示し、“ＬＯＷ”であれば、過電圧であることを意味
する。
【００５１】また、（ｂ）に示す検査モード（セル２１
の端子電圧が充電終止電圧未満の状態：充電前等に行な
う）においては、制御信号Ｓ１を例えば“ＨＩＧＨ”
“ＬＯＷ”“ＨＩＧＨ”の順序で変化させる。この場合
に、検出信号Ｓ１’が上記と同じ“ＨＩＧＨ”“ＬＯ
Ｗ”“ＨＩＧＨ”と変化すれば、全ての回路が正常であ
る。そして制御信号Ｓ１を変化させても検出信号Ｓ１’
が“ＨＩＧＨ”に固定されている場合には、比較器２７
が故障して“ＨＩＧＨ”に固定されたことを示し、検出
信号Ｓ１’が“ＬＯＷ”に固定されている場合には、基
準電圧発生器か分圧器の故障である、と判断することが
出来る。この判断はバッテリコントローラにおいて行な
う。
【００５２】また、図１２には示していないが、比較器
２７が“ＬＯＷ”に固定された故障の場合には、常に検
出信号Ｓ１’が“ＬＯＷ”に固定される。また、差動増
幅器２８〜３１の何れかが出力の出ない（ＬＯＷ）故障
の場合には、検出信号Ｓ１’は“ＨＩＧＨ”に固定さ
れ、逆に電源電圧で飽和する故障の場合には、検出信号
Ｓ１’は“ＬＯＷ”に固定される。また、反転回路３２
〜３５の何れかの出力が“ＨＩＧＨ”に固定された故障
の場合には、検出信号Ｓ１’は“ＨＩＧＨ”に固定さ
れ、“ＬＯＷ”に固定された故障の場合には、検出信号
Ｓ１’は“ＬＯＷ”に固定される。
【００５３】上記のように、装置を構成する回路の何れ
かに異常が生じた場合には、上位の組から下位の組へ信
号が伝達されないように構成しているので、信号伝達が
正常に行なわれるか否かを検出することによって装置の
正常、異常を判定することが出来る。
【００５４】なお、これまでの説明においては、本発明
を過電圧検出装置として説明しているが、実用化の場合
には、過電圧検出時に充電を終了させたり、過電圧のセ
ルのバイパス回路を制御して過充電を抑制する充電保護
装置等に利用することが出来る。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、組電池を構成するセルの過電圧を検出することが出
来ると共に、過電圧検出機能の正常・異常を容易に判定
することが出来る、という効果が得られる。また、請求
項２に記載の発明においては、過電圧になったセルを簡
単に表示することが出来る。また、請求項３に記載の発
明においては、各比較器の出力が組電池のセルとは絶縁
された状態で出力されるので、最下位のセルの組におい
ても、他の組と全く同じ構成でよく、全てのセルの組を
同じ仕様で製造することが出来るので、コストを低減す
ることが出来る。また、請求項４に記載の発明において
は、比較器の他に、基準電圧発生器や分圧器等の過電圧
検出装置を構成する各回路の異常も検出することが出来
る、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図。
【図２】分圧器と基準電圧発生器の回路図。
【図３】基準電圧と分圧器の出力との関係を示す特性
図。
【図４】各比較器出力の状態を示す図。
【図５】過電圧検出機能の正常、異常を判断する際の出
力状態を示す図。
【図６】検査状態における各比較器出力を示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す回路図。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す回路図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す回路図。
【図１１】図１０の一部の詳細を示す回路図。
【図１２】過電圧検出機能の正常、異常を判断する際の
出力状態を示す図。
【図１３】従来の過電圧検出装置の一例の回路図。
【図１４】従来の過電圧検出装置の他の一例の回路図。
【符号の説明】
１ａ〜１ｎ…組電池を構成するセル ２ａ〜２ｎ…
基準電圧発生器 ３ａ〜３ｎ…分圧器 ４ａ〜４ｎ…
比較器 ５ａ〜５ｎ…フォトカプラ ６…
バッテリコントローラ ７ａ〜７ｎ…発光ダイオード ８…
フォトカプラ ９ａ〜９ｎ…フォトカプラ １０…
ハーネス ２１…組電池を構成するセルの一つ ２２〜２６…切り換え回路 ２７…
比較器 ２８〜３１…差動増幅器 ３２〜３５…
反転回路 Ｒ１〜Ｒ９…抵抗 ＺＤ１〜ＺＤ３…
ツェナダイオード Ｓ１〜Ｓ５…スイッチング用の制御信号

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】二次電池のセルを複数個直列または直並列
    に接続した組電池の各セルの過電圧を検出する過電圧検
    出装置において、 上記セルの端子電圧を用いて充電終止電圧に相当する基
    準電圧を発生する基準電圧発生手段と、 上記セルの端子電圧を所定の分圧比で分圧する分圧手段
    と、 上記基準電圧発生手段の出力と上記分圧手段の出力とを
    比較する比較手段と、 制御信号に応じて上記セルと上記基準電圧発生手段との
    間をオン・オフするように接続され、制御信号と入出力
    とが絶縁された絶縁型の第１のスイッチング手段と、 を各セルごとに１組づつ有し、 上記組電池のセルの各組について、セルの電位が一つ上
    位の組の比較手段の出力を上記第１のスイッチング手段
    の制御信号とするように順次接続し、 さらに、電位の最上位の組の第１のスイッチング手段に
    制御信号を与え、電位の最下位の組の上記比較手段の出
    力を検出信号として入力し、通常動作時は上記制御信号
    を固定し、上記検出信号によって過電圧を判断し、検査
    時には上記制御信号を所定の順序で変え、上記検出信号
    が上記制御信号の変化に追従するか否かによって過電圧
    検出機能が正常か異常かを判断する制御手段を備えたこ
    とを特徴とする組電池の過電圧検出装置。
  2. 【請求項２】上記組電池のセルの各組について、上記比
    較手段の出力に応じて発光する発光ダイオードを設け、
    過電圧になったセルを表示させるように構成したことを
    特徴とする請求項１に記載の組電池の過電圧検出装置。
  3. 【請求項３】上記セルの各組ごとに、上記比較手段の出
    力を制御信号とし、上記セルとは絶縁された状態でスイ
    ッチングを行なう絶縁型の第２のスイッチング手段を設
    け、該第２のスイッチング手段を介して電位の上位の組
    の比較手段から下位の組の上記第１のスイッチング手段
    へ制御信号を伝達するように構成したことを特徴とする
    請求項１に記載の組電池の過電圧検出装置。
  4. 【請求項４】二次電池のセルを複数個直列または直並列
    に接続した組電池の各セルの過電圧を検出する過電圧検
    出装置において、 上記セルの端子電圧を用いて充電終止電圧に相当する基
    準電圧を発生する第１の基準電圧発生手段と、それと同
    じ構成の第２の基準電圧発生手段と、 上記セルの端子電圧を所定の分圧比で分圧する第１の分
    圧手段と、それと同じ構成の第２の分圧手段と、 制御信号に応じて上記第１の基準電圧発生手段の出力と
    グランド電位とを切り換えて出力し、制御信号と入出力
    とが絶縁された絶縁型切り換え手段と、 上記絶縁型切り換え手段の出力と上記第１の分圧手段の
    出力とを比較する比較手段と、 制御信号に応じて上記第２の基準電圧発生手段の出力と
    グランド電位とを切り換えて出力する第１の切り換え手
    段と、上記第１の基準電圧発生手段の出力から上記第１
    の切り換え手段の出力を引いた差が所定の許容誤差を越
    えると第１の反転手段を反転させる出力を送出する第１
    の増幅手段と、上記第１の増幅手段の出力に接続された
    上記第１の反転手段と、からなる第１のブロックと、 制御信号に応じて上記第１の基準電圧発生手段の出力と
    グランド電位とを切り換えて出力する第２の切り換え手
    段と、上記第２の基準電圧発生手段の出力から上記第２
    の切り換え手段の出力を引いた差が所定の許容誤差を越
    えると第２の反転手段を反転させる出力を送出する第２
    の増幅手段と、上記第２の増幅手段の出力に接続された
    上記第２の反転手段と、からなる第２のブロックと、 制御信号に応じて上記第２の分圧手段の出力とグランド
    電位とを切り換えて出力する第３の切り換え手段と、上
    記第１の分圧手段の出力から上記第３の切り換え手段の
    出力を引いた差が所定の許容誤差を越えると第３の反転
    手段を反転させる出力を送出する第３の増幅手段と、上
    記第３の増幅手段の出力に接続された上記第３の反転手
    段と、からなる第３のブロックと、 制御信号に応じて上記第１の分圧手段の出力とグランド
    電位とを切り換えて出力する第４の切り換え手段と、上
    記第２の分圧手段の出力から上記第４の切り換え手段の
    出力を引いた差が所定の許容誤差を越えると第４の反転
    手段を反転させる出力を送出する第４の増幅手段と、上
    記第４の増幅手段の出力に接続された上記第４の反転手
    段と、からなる第４のブロックと、 を各セルごとに１組づつ有し、 上記第１〜第４のブロックを任意の順序で配列し、最初
    のブロックの切り換え手段の制御信号として上記比較手
    段の出力を与え、以下、順に各ブロックの反転手段の出
    力を次のブロックの切り換え手段の制御信号とするよう
    に順次接続し、 さらに、上記組電池のセルの各組について、セルの電位
    が一つ上位の組の最後のブロックの反転手段の出力を上
    記絶縁型切り換え手段の制御信号とするように順次接続
    し、 さらに、電位の最上位の組の上記絶縁型切り換え手段に
    制御信号を与え、電位の最下位の組の上記最後のブロッ
    クの反転手段の出力を検出信号として入力し、通常動作
    時は上記制御信号を固定し、上記検出信号によって過電
    圧を判断し、検査時には上記制御信号を所定の順序で変
    え、上記検出信号が上記制御信号の変化に追従するか否
    かによって過電圧検出機能が正常か異常かを判断する制
    御手段を備えたことを特徴とする組電池の過電圧検出装
    置。
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