特許 6696479 バッテリ監視装置、及び監視機能付きバッテリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6696479

(24)【登録日】2020年4月27日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】バッテリ監視装置、及び監視機能付きバッテリ

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/382 20190101AFI20200511BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20200511BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20200511BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/382

   G01R31/367

   H01M10/48 P

   H02J7/00 X

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-107300(P2017-107300)

(22)【出願日】2017年5月31日

(65)【公開番号】特開2018-204991(P2018-204991A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2018年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121603

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 元昭

(74)【代理人】

【識別番号】100141656

【弁理士】

【氏名又は名称】大田 英司

(74)【代理人】

【識別番号】100182888

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100196357

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 吉章

(74)【代理人】

【識別番号】100067747

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 良昭

(72)【発明者】

【氏名】楊 殿宇

(72)【発明者】

【氏名】平野 拓男

(72)【発明者】

【氏名】庄司 明

【審査官】 島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０３８０３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２４９５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７７７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０８５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１８５８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２８３１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２７６４２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３８２

Ｇ０１Ｒ ３１／３６７

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリの電極電位を監視するバッテリ監視装置であって、
前記バッテリは、導電性バッテリケースと、前記導電性バッテリケース内に充填された電解液と、前記電解液に浸された正極及び負極とを備え、前記負極は接地され、前記正極及び前記負極のうちの一方の電極は前記導電性バッテリケースに電気的に接続され、
自身の反転入力端子及び非反転入力端子のうち、一方の入力端子に、前記一方の電極と前記導電性バッテリケースとの間の電圧が入力され、他方の入力端子に基準電圧が入力されたオペアンプと、
前記正極と前記負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記オペアンプの出力端子から出力される出力電圧に基づいて、前記一方の電極の電位を監視し、前記オペアンプの出力電圧、及び前記電圧検出部が検出した電圧に基づいて、他方の電極の電位を監視する監視回路とを備え、
該監視回路は、
前記正極の電圧が、前記バッテリの分解反応が開始される電圧範囲における高電圧側の閾値電圧以上であるか否かを判定するとともに、前記負極の電圧が、前記バッテリの分解反応が開始される電圧範囲における低電圧側の閾値電圧以下であるか否かを判定して、前記正極の電圧、及び前記負極の電圧が、前記バッテリの分解反応が生じない使用電圧範囲内であるかを監視する構成である
バッテリ監視装置。

【請求項2】

前記オペアンプは、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の各々に入力される電圧の差を増幅して前記出力電圧として出力する差動増幅回路であり、
前記監視回路は、
前記オペアンプの前記出力電圧をＡ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換部と、
前記第１のＡ／Ｄ変換部の出力値に基づいて前記一方の電極の電位を監視する監視部とを備えた
請求項１に記載のバッテリ監視装置。

【請求項3】

前記監視回路は、
前記電圧検出部の検出値をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記第１のＡ／Ｄ変換部の出力値及び前記第２のＡ／Ｄ変換部の出力値及から、前記正極及び前記負極のうちの他方の電極と前記導電性バッテリケースとの間の電圧を算出する算出部とを備え、
前記監視部は、前記算出部の算出結果に基づいて、前記他方の電極の電位を監視する
請求項２に記載のバッテリ監視装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちの一項に記載のバッテリ監視装置を備えた監視機能付きバッテリであって、
導電性バッテリケースと、
前記導電性バッテリケース内に充填された電解液と、
前記電解液に浸された正極及び負極と、
前記正極及び／又は前記負極の電位を監視する前記バッテリ監視装置とを備え、
前記負極は接地され、前記正極及び前記負極のうちの一方の電極は、前記導電性バッテリケースに電気的に接続された
監視機能付きバッテリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、車両に搭載可能なバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を監視するバッテリ監視装置、及び監視機能付き車載バッテリに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のバッテリ監視装置は、バッテリの正極と負極との間に交流信号を印加し、この印加状態で、バッテリの正極と外装缶との間のインピーダンス、及び、バッテリの負極と外装缶との間のインピーダンスを検出することで、バッテリの電極電位を監視してバッテリの充電状態を監視している（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８８８１９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のバッテリ監視装置では、バッテリ監視に交流信号を用いるが、交流信号を発生させる交流信号発生装置は、構成が複雑となり高価であるため、バッテリ監視装置全体が高価になるという欠点があった。また、バッテリの正極と負極との間に交流信号を印加するため、バッテリ監視時は、バッテリの充放電への悪影響を避けるため、バッテリの充放電（即ちバッテリの使用）を中断する必要があり、バッテリの電極電位を常時監視することができないという欠点があった。

【0005】

そこで、この発明は、安価に構成できると共にバッテリの電極電位を常時監視することができるバッテリ監視装置、及び監視機能付きバッテリ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】

【0006】

この発明は、バッテリの電極電位を監視するバッテリ監視装置であって、前記バッテリは、導電性バッテリケースと、前記導電性バッテリケース内に充填された電解液と、前記電解液に浸された正極及び負極とを備え、前記負極は接地され、前記正極及び前記負極のうちの一方の電極は前記導電性バッテリケースに電気的に接続され、自身の反転入力端子及び非反転入力端子のうち、一方の入力端子に、前記一方の電極と前記導電性バッテリケースとの間の電圧が入力され、他方の入力端子に基準電圧が入力されたオペアンプと、前記正極と前記負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、前記オペアンプの出力端子から出力される出力電圧に基づいて、前記一方の電極の電位を監視し、前記オペアンプの出力電圧、及び前記電圧検出部が検出した電圧に基づいて、他方の電極の電位を監視する監視回路とを備え、該監視回路は、前記正極の電圧が、前記バッテリの分解反応が開始される電圧範囲における高電圧側の閾値電圧以上であるか否かを判定するとともに、前記負極の電圧が、前記バッテリの分解反応が開始される電圧範囲における低電圧側の閾値電圧以下であるか否かを判定して、前記正極の電圧、及び前記負極の電圧が、前記バッテリの分解反応が生じない使用電圧範囲内であるかを監視する構成である。

【0007】

この構成によれば、バッテリの負極が接地されると共にバッテリの正極及び負極のうちの一方の電極が導電性バッテリケースに電気的に接続された状態で、バッテリの上記の一方の電極と導電性バッテリケースとの間の電圧をオペアンプで検出し、オペアンプの出力電圧に基づいてバッテリの電極電位を監視するため、安価な構成で且つバッテリ使用中でも、バッテリの電極電位を監視することができる（従って、バッテリの充電状態を監視することができる）。

【0008】

また、監視対象のバッテリの内部構造は、このバッテリ監視装置のために改変されないため、このバッテリ監視装置で既存のバッテリの電極電位を監視することができる。また、オペアンプは、一般に電流が殆ど流れないため、バッテリ監視の際に電圧降下による誤差が発生せず、正確にバッテリの電極電位を監視することができる。

【0009】

また、この発明の態様として、前記オペアンプは、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子の各々に入力される電圧の差を増幅して前記出力電圧として出力する差動増幅回路であり、前記監視回路は、前記オペアンプの前記出力電圧をＡ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換部と、前記第１のＡ／Ｄ変換部の出力値に基づいて前記一方の電極の電位を監視する監視部とを備える。即ち、オペアンプを差動増幅回路として使用し、オペアンプの出力電圧をＡ／Ｄ変換でデジタル値に変換するため、バッテリの電極電位をデジタル値で正確に検出することができる。

【0010】

また、この発明の態様として、前記監視回路は、前記電圧検出部の検出値をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換部と、前記第１のＡ／Ｄ変換部の出力値及び前記第２のＡ／Ｄ変換部の出力値から、前記正極及び前記負極のうちの他方の電極と前記導電性バッテリケースとの間の電圧を算出する算出部とを備え、前記監視部は、前記算出部の算出結果に基づいて、前記他方の電極の電位を監視してもよい。

【0011】

この構成によれば、バッテリの正極及び負極のうちの他方の電極と導電性バッテリケースとの間の電圧を、上記の一方の電極と導電性バッテリとの間の電圧及び電極間電圧から計算で求めるため、安価な構成で正確に、上記の他方の電極と導電性バッテリとの間の電圧も検出することができる。

【0012】

また、本発明は、上記のバッテリ監視装置を備えた監視機能付きバッテリであって、導電性バッテリケースと、前記導電性バッテリケース内に充填された電解液と、前記電解液に浸された正極及び負極と、前記正極及び／又は前記負極の電位を監視する前記バッテリ監視装置とを備え、前記負極は接地され、前記正極及び前記負極のうちの一方の電極は、前記導電性バッテリケースに電気的に接続されたバッテリである。
この構成によれば、上記の効果を奏する監視機能付きバッテリを提供することができる。

【発明の効果】

【0013】

この発明によれば、安価に構成できると共にバッテリの充電状態を常時監視することができるバッテリ監視装置、及び監視機能付きバッテリを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】バッテリの正極と負極との間の電圧における測定値と計算値とを比較した図。

【図2】本発明の第１実施形態に係る監視機能付きバッテリの構成の一例を示す図。

【図3】監視対象のバッテリの構成の一例を示す構成図。

【図4】バッテリの電極電圧と充電状態（ＳＯＣ）との関係の一例を示す図。

【図5】本発明の第２実施形態に係る監視機能付きバッテリの構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る監視機能付きバッテリ１について説明する。監視機能付きバッテリ１は、自動車などの車両に搭載可能なバッテリであり、バッテリの電極電位を監視することでバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を監視し、これにより、バッテリの充放電能力を最大限に活用可能にしたものである。

【0016】

図１に示すように、本発明の発明者は、導電性バッテリケースを備えたバッテリにおいて、その導電性バッテリケースを参照極として利用して、バッテリの正極と導電性バッテリケースとの間の電圧Ｖｐと、バッテリの負極と導電性バッテリケースとの間の電圧Ｖｎをそれぞれ測定し、それらの測定値の差（Ｖｐ−Ｖｎ）を計算すると、その差の計算値は、正極と負極との間の電圧Ｖｐｎの測定値と一致することを見出した。このことから、正極と導電性バッテリケースとの間の電圧Ｖｐは、導電性バッテリケースを基準とした正極の電位φｐと等価であり、負極と導電性バッテリケースとの間の電圧Ｖｎは、導電性バッテリケースを基準とした負極の電位φｎと等価であることが分かる（即ちＶｐ＝φｐ，Ｖｎ＝φｎ）。このことを利用して、本発明では、バッテリ２の電極電位を監視するものである。

【0017】

図２に示すように、監視機能付きバッテリ１は、監視対象のバッテリ２と、バッテリ２の正極２３の電位φｐ（＝Ｖｐ）及び負極２４の電位φｎ（＝Ｖｎ）を監視するバッテリ監視装置３とを備えている。

【0018】

図３に示すように、バッテリ２は、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池であり、導電性バッテリケースを備えたものである。具体的には、バッテリ２は、導電性バッテリケース２１と、導電性バッテリケース２１内に充填された電解液２２と、電解液２２に浸された正極２３及び負極２４とを備えている。

【0019】

導電性バッテリケース２１は、バッテリ２の内部構成要素（即ち電解液２２、正極２３及び負極２４など）を収容するものであり、導電性部材（例えばニッケルめっき鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、及び、アルミニウム合金などの金属）で形成されると共に例えば直方体形の箱状に形成されている。

【0020】

正極２３は、正極本体２３ａと、外部接続用の正極端子２３ｂと、正極本体２３ａと正極端子２３ｂとを電気的に接続する正極リード２３ｃとで構成されている。正極本体２３ａは、例えばシート状に形成されており、電解液２２内に浸されている。正極端子２３ｂは、導電性バッテリケース２１の外面（例えば上面）から突出するように設けられている。正極端子２３ｂと導電性バッテリケース２１との間には、正極端子２３ｂと導電性バッテリケース２１とを絶縁する絶縁部材４０が設けられている。

【0021】

負極２４も、正極２３と同様に、負極本体２４ａと、外部接続用の負極端子２４ｂと、負極本体２４ａと負極端子２４ｂとを電気的に接続する負極リード２４ｃとで構成されており、絶縁部材４０で絶縁されて導電性バッテリケース２１に設けられている。

【0022】

正極本体２３ａと負極本体２４ａとの間には、正極本体２３ａと負極本体２４ａとを絶縁するセパレータ４１が配置されている。導電性バッテリケース２１と正極本体２３ａ及び負極本体２４ａとの間には、導電性バッテリケース２１と正極本体２３ａ及び負極本体２４ａとを絶縁する絶縁性フィルム４２が配置されている。

【0023】

このバッテリ２では、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎ（即ち負極２４の電位φｎ）をオペアンプで検出するために、負極端子２４ｂが配線４６を介して導電性バッテリケース２１に電気的に接続されている。また、配線４６には、配線４６を導通又は遮断するスイッチＳＷが設けられている。スイッチＳＷは、電圧Ｖｎの検出を行わないときは、電気回路の安定性の観点から、負極端子２４ｂと導電性バッテリケース２１との導通を遮断するためのものである。なお、このスイッチＳＷは、無くてもよい。また、負極２４の電位φｎの基準を接地点Ａ（例えば車両ボディ）にするために、負極端子２４ｂが配線４５を介して接地点Ａに接地されている。

【0024】

図２に戻って、バッテリ監視装置３は、バッテリ２の負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎを検出するオペアンプ３１と、バッテリ２の正極２３と負極２４との間の電圧Ｖｐｎを検出する電圧検出部３２と、オペアンプ３１及び電圧検出部３２の各々の検出結果に基づいて、バッテリ２の正極２３の電位φｐ（＝Ｖｐ）及び負極２４の電位φｎ（＝Ｖｎ）を監視する監視回路３３とを備えている。

【0025】

オペアンプ３１は、例えば非反転増幅回路（差動増幅回路）として機能する。オペアンプ３１は、２つの入力端子（即ち反転入力端子及び非反転入力端子）と、出力端子とを備えている。

【0026】

オペアンプ３１の非反転入力端子は、負極２４に電気的に接続されており、これにより、オペアンプ３１の非反転入力端子には、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎが入力される。オペアンプ３１の反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介して接地点Ａに接地されており、これにより、オペアンプ３１の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒとして０Ｖが入力される。オペアンプ３１の出力端子は、監視回路３３の後述のＡ／Ｄ変換部３４に接続されると共に抵抗Ｒ２を介してオペアンプ３１の反転入力端子に接続されている。

【0027】

このように構成されたオペアンプ３１は、非反転入力端子に入力された電圧Ｖｎを、一定倍率（１＋Ｒ２／Ｒ１）で増幅して出力端子から出力する。なお、オペアンプ３１は、非反転増幅回路として構成されているが、反転増幅回路として構成されてもよい。

【0028】

電圧検出部３２は、例えば正極端子２３ｂと負極端子２４ｂとの間に電気的に接続されることで、バッテリ２の正極２３と負極２４との間の電圧Ｖｐｎを検出する。
監視回路３３は、２つのＡ／Ｄ変換部３４，３５と、コントローラ３６とを備えている。

【0029】

Ａ／Ｄ変換部３４（第１のＡ／Ｄ変換部）は、オペアンプ３１の出力端子から出力された電圧Ｖｎをデジタル値に変換してコントローラ３６に出力する。Ａ／Ｄ変換部３５（第２のＡ／Ｄ変換部）は、電圧検出部３２で検出された電圧Ｖｐｎをデジタル値に変換してコントローラ３６に出力する。

【0030】

コントローラ３６は、例えばＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されている。コントローラ３６は、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐを算出する算出部３６ａと、正極２３の電位φｐ及び負極２４の電位φｎを監視する監視部３６ｂとを備えている。

【0031】

算出部３６ａは、Ａ／Ｄ変換部３４の出力値（即ち電圧Ｖｎ）と、Ａ／Ｄ変換部３５の出力値（即ち電圧Ｖｐｎ）とに基づいて、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐ（＝Ｖｐｎ＋Ｖｎ）を算出する。

【0032】

監視部３６ｂは、オペアンプ３１で検出された電圧Ｖｎ及び算出部３６ａで算出された電圧Ｖｐがそれぞれ、バッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１以上であるか否か及び下限電圧Ｖ２以下であるか否かを判定する。なお、上限電圧Ｖ１及び下限電圧Ｖ２は、監視部３６ｂに予め設定されている。

【0033】

なお、バッテリ２の使用電圧範囲とは、バッテリ２の充放電時に、正極２３及び負極２４と電解液２２との間で分解反応（例えば酸化分解反応又は還元分解反応）が起こらない（即ち正極２３、負極２４及び電解液２２が劣化しない）、正極２３及び負極２４の電圧範囲である。上記の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１は、安全マージンを確保するために、上記の分解反応が開始する高電圧側の閾値電圧Ｖａよりも少し低い電圧に設定されている。また、上記の使用電圧範囲の下限電圧Ｖ２も、安全マージンを確保するために、上記の分解反応が開始する低電圧側の閾値電圧Ｖｂよりも少し高い電圧に設定されている。

【0034】

図４は、例えばバッテリ２がリチウムイオン電池の場合の、バッテリ２の充電状態（ＳＯＣ）と、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐ及び負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎとの関係を示す図である。

【0035】

図４に示すように、ＳＯＣが上昇するほど電圧Ｖｐは上昇し、ＳＯＣが例えば６０％以上になると、電圧Ｖｐは上記の高電圧側の閾値電圧Ｖａ（例えば５Ｖ）以上になる。また、ＳＯＣが上昇するほど電圧Ｖｎは低下し、ＳＯＣが例えば６０％以上になると、電圧Ｖｎは上記の低電圧側の閾値電圧Ｖｂ（例えば０Ｖ）以下になる。この場合、バッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１は、安全マージン確保のために、例えば５Ｖ（高電圧側の閾値電圧Ｖａ）よりも少し低い４．８Ｖに設定され、同様に、下限電圧Ｖ２は、例えば０Ｖ（低電圧側の閾値電圧Ｖｂ）よりも少し高い０．２Ｖに設定される。

【0036】

なお、上限電圧Ｖ１を高電圧側の閾値電圧Ｖａに接近させるほど、また、下限電圧Ｖ２を低電圧側の閾値電圧Ｖｂに接近させるほど、バッテリ２の充電状態（ＳＯＣ）を１００％又は０％により近い状態まで使用可能になる。即ち、バッテリ２の充放電機能を最大限に活用可能になる。このように、バッテリ２の電極間電圧Ｖｐｎを監視するのではなく、バッテリ２の電極電位φｐ（＝Ｖｐ），φｎ（＝Ｖｐ）を監視することで、電極電位φｐ，φｎと閾値電圧Ｖａ，Ｖｂとの大小関係を正確に把握でき、これにより、バッテリ２の充電状態を１００％又は０％により近い状態まで使用可能になる。

【0037】

このように構成された監視機能付きバッテリ１は、下記のように動作する。即ち、スイッチＳＷがオン（即ち導通）の状態では、オペアンプ３１が、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎ（即ち負極２４の電位φｎ）を常時検出してＡ／Ｄ変換部３４を介してコントローラ３６に出力すると共に、電圧検出部３２が、正極２３と負極２４との間の電圧Ｖｐｎを常時検出してＡ／Ｄ変換部３５を介してコントローラ３６に出力する。そして、コントローラ３６が、各Ａ／Ｄ変換部３４，３５から出力された各電圧Ｖｐｎ，Ｖｎに基づいて、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐ（＝Ｖｐｎ＋Ｖｎ、即ち正極２３の電位φｐ）を算出する。そして、コントローラ３６が、検出された電圧Ｖｎ及び算出された電圧Ｖｐがそれぞれ上限電圧Ｖ１以上であるか否か及び下限電圧Ｖ２以下であるか否かを判定することで、それら各電圧Ｖｐ，Ｖｎがバッテリ２の使用電圧範囲内にあるか否かを監視する。

【0038】

なお、バッテリ監視を常時行う場合は、スイッチＳＷを常時オンにし、他方、バッテリ監視を必要なときだけ行う場合は、バッテリ監視を行うときだけスイッチＳＷをオンにし、バッテリ監視を行わないときはスイッチＳＷをオフにすればよい。スイッチＳＷをオンにしている間は、常時、バッテリ監視が行われる。

【0039】

以上のように、この実施形態に係る監視機能付きバッテリ１によれば、監視対象のバッテリ２は、導電性バッテリケース２１と、導電性バッテリケース２１内に充填された電解液２２と、電解液２２に浸された正極２３及び負極２４とを備え、負極２４は接地され、正極２３及び負極２４のうちの一方の電極（例えば負極２４）は、導電性バッテリケース２１に電気的に接続され、自身の反転入力端子及び非反転入力端子のうち、一方の入力端子（例えば非反転入力端子）に、上記の一方の電極（即ち負極２４）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎが入力され、他方の入力端子に基準電圧Ｖｒが入力されたオペアンプ３１と、オペアンプ３１の出力端子から出力される出力電圧に基づいて、上記の一方の電極の電位（即ち負極２４の電位φｎ）を監視する監視回路３３とを備えている。

【0040】

この構成によれば、バッテリ２の負極２４が接地されると共にバッテリ２の正極２３及び負極２４のうちの一方の電極（例えば負極２４）が導電性バッテリケース２１に電気的に接続された状態で、上記の一方の電極（即ち負極２４）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎをオペアンプ３１で検出し、オペアンプ３１の出力電圧に基づいてバッテリ２の電極電位（即ち負極２４の電位φｎ）を監視するため、安価な構成で且つバッテリ使用中でも、バッテリ２の電極電位を監視することができる（従って、バッテリ２の充電状態を監視することができる）。

【0041】

また、監視対象のバッテリ２の内部構造は、このバッテリ監視装置３のために改変されないため、このバッテリ監視装置３で既存のバッテリの電極電位を監視することができる。また、オペアンプ３１は、一般に電流が殆ど流れないため、バッテリ監視の際に電圧降下による誤差が発生せず、正確にバッテリ２の電極電位を監視することができる。

【0042】

また、バッテリ２の電極電位を検出するために、従来のように大型化する交流信号発生装置を用いないため、監視機能付きバッテリ１（特にバッテリ監視装置３）を小型化することができる。このため、監視機能付きバッテリ１を、配置スペースに制限がある車両（例えば自動車）に搭載する場合でも容易に搭載することができる。

【0043】

また、オペアンプ３１は、反転入力端子及び非反転入力端子の各々に入力される電圧Ｖｒ，Ｖｎの差を増幅して出力電圧として出力する差動増幅回路であり、監視回路３３は、オペアンプ３１の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３４（第１のＡ／Ｄ変換部）と、Ａ／Ｄ変換部３４の出力値に基づいて上記の一方の電極（即ち負極２４）の電位を監視する監視部３６ｂとを備える。即ち、オペアンプ３１を差動増幅回路として使用し、オペアンプ３１の出力電圧をＡ／Ｄ変換でデジタル値に変換するため、バッテリ２の電極電位をデジタル値で正確に検出することができる。

【0044】

また、正極２３と負極２４との間の電圧Ｖｐｎを検出する電圧検出部３２を更に備え、監視回路３３は、電圧検出部３２の検出電圧ＶｐをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３５（第２のＡ／Ｄ変換部）と、Ａ／Ｄ変換部３４の出力値（即ち電圧Ｖｎ）及びＡ／Ｄ変換部３５の出力値（即ち電圧Ｖｐｎ）から、正極２３及び負極２４のうちの他方の電極（即ち正極２３）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐを算出する算出部３６ａとを備え、監視部３６ｂは、算出部３６ａの算出結果（即ち電圧Ｖｐ）に基づいて他方の電極の電位（即ち正極２３の電位φｐ）を監視する。

【0045】

この構成によれば、バッテリ２の正極２３及び負極２４のうちの他方の電極（例えば正極２３）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐを、上記の一方の電極（例えば負極２４）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎ及び電極間電圧Ｖｐｎから計算で求めることができるため、安価な構成で正確に、上記の他方の電極（例えば正極２３）と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐも検出することができる。

【0046】

また、導電性バッテリケース２１と、導電性バッテリケース２１内に充填された電解液２２と、電解液２２に浸された正極２３及び負極２４と、正極２３及び／又は負極２４の電位を監視するバッテリ監視装置３とを備え、負極２４は接地され、正極２３及び負極２４のうちの一方の電極（例えば負極２４）は、導電性バッテリケース２１に電気的に接続されるため、上記の効果を奏する監視機能付きバッテリ１を提供することができる。

【0047】

なお、この実施形態では、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎをオペアンプ３１で検出し、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐは、オペアンプ３１の検出値（即ち電圧Ｖｎ）と電圧検出部３２の検出値（即ち電圧Ｖｐｎ）とから計算で求めたが、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐをオペアンプ３１で検出し、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎを、オペアンプ３１の検出値（即ち電圧Ｖｐ）と電圧検出部３２の検出値（即ち電圧Ｖｐｎ）とから計算で求めてもよい。この場合は、負極２４と導電性バッテリケース２１を電気的に接続する代わりに、正極２３と導電性バッテリケース２１とを電気的に接続することになる。

【0048】

＜参考例＞
第１実施形態では、オペアンプ３１を差動増幅回路として使用したが、この実施形態では、オペアンプ５１〜５４（図５参照）は比較回路として用いられる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0049】

図５に示すように、この実施形態のバッテリ２では、負極２４だけでなく、正極２３も導電性バッテリケース２１に電気的に接続されている。なお、正極２３と導電性バッテリケース２１とを電気的に接続する配線にも、スイッチＳＷが設けられている。また、この実施形態のバッテリ監視装置３は、比較回路としての４つのオペアンプ５１〜５４と、監視回路３３とを備えている。監視回路３３は、コントローラ３６で構成されている。

【0050】

オペアンプ５１は、バッテリ２の正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐと、バッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１とを大小比較するものである。オペアンプ５１の非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒとして、上限電圧Ｖ１が入力される。オペアンプ５１の反転入力端子には、バッテリ２の正極２３が接続されており、これにより、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐが入力される。オペアンプ５１の出力端子は、コントローラ３６に接続されている。そして、オペアンプ５１は、反転入力端子に入力された電圧Ｖｐと、非反転入力端子に入力された上限電圧Ｖ１とを比較し、その比較の結果、電圧Ｖｐが上限電圧Ｖ１よりも低い場合は、出力端子からＬレベル信号を出力し、他方、電圧Ｖｐが上限電圧Ｖ１以上である場合は、出力端子からＨレベル信号を出力する。

【0051】

オペアンプ５２は、バッテリ２の正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐと、バッテリ２の使用電圧範囲の下限電圧Ｖ２とを大小比較するものである。オペアンプ５２の非反転入力端子には、バッテリ２の正極２３が接続されており、これにより、正極２３と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｐが入力される。オペアンプ５２の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒとして、バッテリ２の使用電圧範囲の下限電圧Ｖ２が入力される。オペアンプ５２の出力端子は、コントローラ３６に接続されている。そして、オペアンプ５２は、非反転入力端子に入力された電圧Ｖｐと、反転入力端子に入力された下限電圧Ｖ２とを比較し、その比較の結果、電圧Ｖｐが下限電圧Ｖ２よりも高い場合は、出力端子からＨレベル信号を出力し、他方、電圧Ｖｐが下限電圧Ｖ２以下である場合は、出力端子からＬレベル信号を出力する。

【0052】

オペアンプ５３は、バッテリ２の負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎと、バッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１とを大小比較するものである。オペアンプ５３の非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒとして、バッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１が入力される。オペアンプ５３の反転入力端子には、バッテリ２の負極２４が接続されており、これにより、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎが入力される。オペアンプ５３の出力端子は、コントローラ３６に接続されている。そして、オペアンプ５３は、反転入力端子に入力された電圧Ｖｎと、非反転入力端子に入力された上限電圧Ｖ１とを比較し、その比較の結果、電圧Ｖｎが上限電圧Ｖ１よりも低い場合は、出力端子からＬレベル信号を出力し、他方、電圧Ｖｎが上限電圧Ｖ１以上である場合は、出力端子からＨレベル信号を出力する。

【0053】

オペアンプ５４は、バッテリ２の負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎと、バッテリ２の使用電圧範囲の下限電圧Ｖ２とを大小比較するものである。オペアンプ５４の非反転入力端子には、バッテリ２の負極２４が接続されており、これにより、負極２４と導電性バッテリケース２１との間の電圧Ｖｎが入力される。オペアンプ５４の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒとして、バッテリ２の使用電圧範囲の下限電圧Ｖ２が入力される。オペアンプ５４の出力端子は、コントローラ３６に接続されている。そして、オペアンプ５４は、非反転入力端子に入力された電圧Ｖｎと、反転入力端子に入力された下限電圧Ｖ２とを比較し、その比較の結果、電圧Ｖｎが下限電圧Ｖ２よりも高い場合は、出力端子からＨレベル信号を出力し、他方、電圧Ｖｎが下限電圧Ｖ２以下である場合は、出力端子からＬレベル信号を出力する。

【0054】

コントローラ３６は、各オペアンプ５１〜５４の出力値（即ち比較結果）に基づいて、バッテリの正極２３及び負極２４がそれぞれバッテリ２の使用電圧範囲の上限電圧Ｖ１以上であるか否か及び下限電圧Ｖ２以下であるか否かを判定することで、それら各電圧Ｖｐ，Ｖｎがバッテリ２の使用電圧範囲内にあるか否かを監視する。

【0055】

以上、この実施形態に係る監視機能付きバッテリ１によれば、安価な構成で正確に、バッテリ２の正極２３及び負極２４がそれぞれ上限電圧Ｖ１以上であるか否か及び下限電圧Ｖ２以下であるか否かを検出することができる。

【0056】

この発明は、上述の実施形態及び変形例の構成のみに限定されるものではなく、上述の実施形態及び変形例の組み合わせも含み、多くの実施の形態を得ることができる。

【符号の説明】

【0057】

１…監視機能付きバッテリ
２…バッテリ
２１…導電性バッテリケース
２３…正極
２４…負極
３１，５１〜５４…オペアンプ
３２…電圧検出部
３３…監視回路
３４…Ａ／Ｄ変換部（第１のＡ／Ｄ変換部）
３５…Ａ／Ｄ変換部（第２のＡ／Ｄ変換部）
３６ａ…算出部
３６ｂ…監視部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】