JPH0446530A - バッテリ異常検出回路 - Google Patents

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】 （概要〕 複数個のセルが直列接続されたバッテリの異常検出回路
に関し、 充電時においても−１正しくパンテリ異常を検出できる
ことを目的とし、 ｎ個（ｎ＞２）のセルを直列接続したパンテリの異常検
出回路において、ｘ　（１＜ｘ＜ｎ）を任意の値として
Ｘ番目とｘ　＋１番目のセルの間の電位を出力する中間
端子を設定されたバッテリと、バッテリに接続された抵
抗分圧回路と、バッテリの中間端子の電位と抵抗分圧回
路の分圧出力電位とを比較する比較器とよりなり、正常
なパンテリについてその中間端子の電位と抵抗分圧回路
の分圧出力電位とがほぼ等しくなるように抵抗分圧回路
の分圧比を定め、比較器が一定値以上の入力電位差を検
出したときバッテリ異常を判定する構成を持つ。

（産業上の利用分野〕 本発明は、複数個のセルが直列接続されたバッテリの異
常検出回路に関する。

従来のパンテリの異常検出回路は、バッテリに接続した
抵抗分圧回路より検出電圧を取り出し２、ツェナーダイ
オード等で定めた固定の基準電圧と比較することにより
バッテリの異常判定を行っていた。

しかし、バッテリの充電時においては、充１ｔ１！源側
の電圧が、抵抗分圧回路に加わるものであり、しかも、
充電電源は定電圧もしくは定電流であるため、バッテリ
が異常で電圧が低下していても、検出電圧は充電電源側
の電圧で決められる値となる。そのため、充電時に、バ
ッテリ電圧の異常を判定することはできなかった。

本発明は、充電時においても、放電時と同様に、バッテ
リ異常を検出できるパンテリ異常検出回路を提供するも
のである。

〔従来の技術〕

第３図は、従来のパンテリ異常検出回路を示ｊ。

図において、５０は複数のセルを積層したバッテリ、５
１．５２は抵抗分圧回路を構成するそれぞれ抵抗値Ｒ１
とＲ２の抵抗であって、分圧電圧Ｖ、を取り出すための
もの、５３はバッテリ異常を検出するための基準電圧Ｖ
　ｒａｆを定める基準電圧源、５４は分圧回路の検出電
圧Ｖ、と基準電圧源５３の基準電位を比較して、バッテ
リ５０の異常の有無により異なる信号を出力するコンパ
レータ、５５はバッテリに接続された負荷、５６は負荷
の電源を、非常時にバッテリ５０に切り替えるためのス
イッチである。

図示の回路の動作を説明する。

負荷の供給電源は、通常は、商用電源等の通常電源を使
用し、同時に、バッテリ５０は、充電電源により充電さ
れる。

通常電源が故障すると、切り替えスイッチ５６をバッテ
リ５０の側に接続して、負荷５５の供給電源としてパン
テリ５０を用いる。

コンパレータ５４によるパンテリ５０の異常検出の動作
は次の通りである。

抵抗分圧回路の分圧抵抗Ｒ，とＲ２により定まる分圧電
圧Ｖ、と基準電池５３で定められる基準電圧ｖｔ、ｆは
コンパレータ５４に入力される。

バッテリ５０の出力する電圧が正常な場合には、検出電
圧も基＊電圧Ｖ　ｒａｆより高くなり、コンパし・−夕
５４は、バッテリ正常を示す信号を出力する。

しかし、バッテリ５０の電圧が低下して、検出電圧Ｖ、
も小さくなり、基準電圧以下になると、コンパレータ５
４は、出力を反転して、バッテリ５０が異常である信号
を出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来のバ・７テリ検出回路では、充電
時における検出電圧Ｖ、は充電電源側の電圧で決められ
、パンテリ電圧が低下していても、その電圧異常は検出
できなかった。

また、バッテリは、寿命の向上を計るため、通常は　パ
ンテリの温度状態に応じて、充電時の電圧を変化させる
構成を取る。

さらに、充電時の電圧、開放時の電圧、放電時の電圧で
はそれぞれに異なるものである。あるいは、周囲温度３
、製品毎のバラツキ等から、パンテリの電圧は常に変動
しているものである。

そのため、従来のように、固定の基準電圧により、検出
電圧と比較するのでは、精度のよい判定を行うことはで
きなかった。

また、放電時においてしか異常を検出できなかったので
、通常ｔａが故障した場合のバックアップとして使用す
るバッテリにおいては、バックアップするときになって
初めて異常が検出されることとなり、本来のバンクアン
プｔｉｌｌとしての機能をはたせないことがあった。

本発明は、充電時においても、正しくバッテリの異常を
検出できるバッテリ検出回路を得ることができしかも精
度のよい判定を行うことのできるパンテリ異常検出回路
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、抵抗分圧回路の分圧抵抗の中間端子とバッテ
リの中間端子とで構成されるブリッジ出力を検出し、パ
ンテリの温度変化、製品のバラツキ等の違いによらず精
度よくバッテリ異常を判定できるようにし、充電時にお
いても、正しくバッテリ異常を検出できるようにした。

第１図に本発明の原理を示す。

図において、１は複数個のセルを直列接続したバッテリ
、２は電池単位であるセル、３．４は抵抗分圧回路を構
成する分圧抵抗であって、それぞれ抵抗値がＲ，、Ｒ１
であるもの、５はバッテリ１の中間端子Ａの検出電圧Ｖ
１１と抵抗分圧回路の抵抗の中間端子Ｂにおける分圧出
力電圧である基準電圧■、。、を入力し、両者を比較し
て、バッテリ異常の有無を判定し、判定結果により、異
なる信号を出力する比較器である。

本発明においては、バッテリが正常な場合にバッテリの
中間端子Ａにおける検出電圧■１と抵抗分圧回路の基準
電圧Ｖ　ｒａｆによるブリッジ出力がバランスするよう
に抵抗３と抵抗４の値の比を定める。

例えば、セルの全個数をｎ個、中間端子をＡとして、Ｘ
番目のセルとｘ＋１番目のセルの接続点とすると、抵抗
Ｒ１の値と抵抗Ｒ１の値の比　Ｒ：Ｒ１＝ｘ　：　　（
ｎ−ｘ）とする。

〔作用〕

第１図の本発明の原理の動作を説明する。

抵抗Ｒ３とＲ２に対し、ＲＩ　＝ｘＲ，Ｒｚ　＝（ｎ−
ｘ）Ｒ（Ｒは任意）として、ＲＩ　：Ｒｚ＝ｘ：　（ｎ
−ｘ）となるようにする。

直列に接続されたセルよりなる正常バッテリにおいては
、各セル間の電圧のバラツキは少なく、バッテリの両端
電圧を■、に対して、Ｘ番目とＸ十１番目のセルの間の
電圧Ｖ、は、 ｖ、’ｉＶｍ　　・　（ｎ−ｘ）／ｎ　（Ｖ）で表され
る。

基準電圧Ｖ　ｒｅｆに対して、 Ｖ　、−ｔ　＝　Ｖ　ｍ　　・Ｒ，／　（ｌマ、＋１２
□）＝Ｖ、　　・　（ｎ−ｘ）／ｎ（Ｖ） である。

従って、抵抗３と抵抗４の分圧比を」１記のように定め
ることにより、ｖｌ−■ｒ、、となり、中間端子Ａ、Ｂ
におけるブリ、ジ出力がバランスする。

このような、基準電圧のＶ　ｒａｔの設定方法によれば
、バッテリの温度変化にともなって、■、が変動しても
、それに伴って、■、とＶ　ｒａｔは同じ割合で変動Ｊ
るのでｖＩ　−Ｖ　ｒａｆの関係は常に保たれる。

そこで、ｘ十に番目のセルが短絡したとする。

このときバッテリ全体の電圧が■、から■。

になったとする。

このとき、検出電圧は ｖ、　’　＝Ｖ＊　’　／　（ｎ−ｘ−１）　　（Ｖ）
となる。

また、Ｖ、、＋　’　＝Ｖａ　’　　−Ｒ，／　（Ｒ，
＋Ｒｚ　）＝Ｖ、　　　・　（ｌ−χ）／ｎ［Ｖ）とな
り、　、１　　≠Ｖ　ｒａｆ゛　　となる。

バッテリが正常であったときのｖＩ−Ｖｒ＠ｌであるブ
リッジ電圧のバランスがくずれ、その差を比較器５が検
出し、バッテリ異常を検出することができる。

また、バッテリｌにおける１セルが、オープン故障の場
合にも、基準電圧■１．．と検出電圧・Ｊおのブリッジ
バランスがとれな（なり異常を検出することができる。

本発明によれば、パンテリ１自体の電圧変動にともなっ
て基準電圧も変動して、自動的にブリッジバランスが設
定されるので精度よ（バッテリ異常の有無を判定するこ
とができる。

また、充電時においても基準電圧Ｖ　ｒｅｒとバッテリ
からの検出電圧Ｖ＝を常に比較して判定するようにして
いるので、充電時においても、正しくバッテリ異常を検
出することができる。

〔実施例〕

第２図により本発明の詳細な説明する。

図において、２０はｎ個のセルを直列に接続したバッテ
リであって、検出電圧Ｖ、を取り出す中間端子Ａを持つ
もの、２１．２２は分圧抵抗回路を構成する分圧抵抗で
それぞれ抵抗値がＲ１，Ｒ２であって、中間端子Ｂにお
ける分圧電圧を基準電圧Ｖ　ｒａｆ　として取り出すも
の、２４はウィンドウコンパレータであって、入力電圧
の正常範囲の上限を定めるアッパリミット電圧Ｖ、と正
常範囲の下限を定めるロワリミット電圧■、が設定され
ていて、入力電圧が、アッパリミット電圧■、とロワリ
ミット電圧■、の間にある場合にはバッテリ正常を示す
信号を出力し、アッパリミット電圧■いより高い場合お
よびロワリミット電圧■Ｌより低い場合にはバッテリ異
常を示す信号を出力するもの、２６は負荷、２７は通常
電源とバッテリ２０を切り替えるスイッチｌ、２８は休
止時におけるバッテリの放電を防止するためのスイッチ
２である。

次に図示の回路の動作を説明する。

図示の回路は、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒｚ、セル１〜ｘ１セル
ｘ＋１〜ｎによりブリッジを構成している。

従って、抵抗Ｒ，と抵抗Ｒ１に対して、Ｒ，＝ｘＲ，Ｒ
ｔ　＝　（ｎ−ｘ）Ｒ（Ｒは任りとすることにより、ブ
リッジのバランスがとれ、バッテリの正常時に基準電圧
Ｖ　ｒａｔ　と検出電圧ｖＳがほぼ等しくなるようにで
きる。

ウィンドウコンパレータは、アッパリミット電圧■８と
ロワリミット電圧■、が予め定められている。

そして、例えば、ウィンドウコンパレータの入力電圧が
■、と■。の間にあるときは、ウィンドウコンパレータ
はハイレベル（Ｈ）の信号ヲ出力し、アッパリミット■
。より高い電圧か、またはロワリミット■１より低い電
圧が入力されたときは、ローレベル（Ｌ）の信号を出力
するようにする。

そして、図示の回路では、パンテリが正常なときはＶ　
ｒａｔとＶ、がほぼバランスしていて、差動増幅器の出
力はほぼＯとなり、ウィンドウコンパレータ２４は正常
信号１１を出力する。

例えば、パンテリのセルのいずれかが故障して短絡する
と、基準電圧■ｒａｔ　と検出電圧Ｖ、によるブリッジ
バランスが崩れて、中間端子Ａ、Ｂ間にＶ　ｒａｆ　と
ｖ６の差に比例した電圧が出力される。

その電圧差は、ウィンドウコンパレータ２４に入力され
、その差がウィンドウコンパレータのアッパリミット電
圧Ｖ、より大きいか、またはロワリミノ）・より小さい
場合には、バッテリ異常信号を示すＬを出力する。

セル単体の電圧が微妙にバラライでいた場合は■、。、
−■、がウィンドウコンパレータのアッパリミット電圧
■。とロワリミット電圧Ｖ１　の間の範囲となるように
Ｖ、、Ｖ、が予め設定されている事で、ウィンドウコン
パレータはバッテリ正常を示す１１の信号を出力する。

また、バッテリにおけるセルがオーブン故障した場合に
も、同様に、基準電圧Ｖ　ｒａｔ　と検出電圧ｖ６との
Ｖｒａｌ＝Ｖ１のブリッジバランスが崩れ、バッテリ異
常を検出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バッテリの充電時、放電時を問わずバ
ッテリの検出電圧■、と比較する７１を電圧Ｖ　ｒａｔ
は、バッテリが正常な場合を基準としてバッテリ自身の
電圧から定めるようにしたので、バッテリ自身の電圧が
温度特性等で変動した場合や、製品口、ト等によるバラ
ツキがあるような場合にも、精度よくバッテリ異常の有
無の判定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示す図である。 第２図は、本発明の実施例を示す図である。 第３図は、従来のバッテリ電圧異常検出回路を示す図で
ある。 図において、 １　　：バッテリ、 ２　：セル、 ３　：抵抗Ｒ１， ４；抵抗Ｒ２， ５：比較器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ個（ｎ＞２）のセルを直列接続したバッテリ（
   １）の異常検出回路において、 ｘ（１＜ｘ＜ｎ）を任意の値としてｘ番目とｘ＋１番目
   のセルの間の電位を出力する中間端子（Ａ）を設定され
   たバッテリと、 バッテリに接続された抵抗分圧回路（３、４）と、バッ
   テリの中間端子の電位と抵抗分圧回路の分圧出力電位と
   を比較する比較器（５）とよりなり、 正常なバッテリについてその中間端子（Ａ）の電位と抵
   抗分圧回路（３、４）の分圧出力電位とがほぼ等しくな
   るように抵抗分圧回路の分圧比を定め、比較器が一定値
   以上の入力電位差を検出したときバッテリ異常と判定す
   ることを特徴とするバッテリ異常検出回路。
2. （２）値ｘがｎ／２に最も近い整数であることを特徴と
   する請求項１に記載のバッテリ異常検出回路。
3. （３）比較器がウィンドウコンパレータであることを特
   徴とする請求項１に記載のバッテリ異常検出回路。