專利名稱：蓄電模塊過電壓檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有多個蓄電單元的蓄電模塊中設(shè)置的蓄電模塊過電壓檢測裝置，其中，該多個蓄電單元由雙電層電容器或鋰離子電容器構(gòu)成。
背景技術(shù)：
一般而言，在作為蓄電模塊的雙電層電容器模塊中，串聯(lián)連接多個蓄電單元(電容器單元)而得到期望的能量，并且實(shí)現(xiàn)易于在連接電路中加以利用的電壓。需要說明的是，這樣串聯(lián)連接多個蓄電單元是由于單個蓄電單元的容許電壓較低，約為3V。在串聯(lián)連接蓄電單元的情況下，如果在各蓄電單元的漏電流不均衡或者靜電電容存在差異的狀態(tài)下對模塊進(jìn)行充電/放電，則各蓄電單元的端子間電壓變得不均衡，由此可能會超過單個蓄電單元中的容許電壓。這樣，在施加給單個蓄電單元的電壓超過容許電壓的情況下，存在該蓄電單元在比較短的時間內(nèi)性能劣化以致產(chǎn)生異常的情況。為此，需要避免對各蓄電單元施加過大的電壓。針對于此，在現(xiàn)有裝置中，異常檢測電路與電容器組件(多個蓄電單元的并聯(lián)連接體)并聯(lián)連接，該異常檢測電路能夠檢測電容器組件的端子間電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓以上的情況(例如參照專利文獻(xiàn)I)。具體而言，在對任意一個蓄電單元施加了過電壓的情況下，異常檢測電路的光電耦合器成為導(dǎo)·通狀態(tài)，向位于異常檢測電路后級的控制部通知電容器組件的異常。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2009-244171號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在上述那樣的現(xiàn)有裝置中，采用了異常時導(dǎo)通型的結(jié)構(gòu)，因此例如在光電耦合器之后的布線中產(chǎn)生斷線或連接器脫出等的布線故障時，無法檢測該布線故障。此外，當(dāng)在這種情況下對蓄電單元施加了過電壓時，不能向控制部通知該過電壓的產(chǎn)生。除此之外，在現(xiàn)有裝置中，異常檢測電路的各元件在電容器模塊產(chǎn)生異常時才動作，因此存在即使異常檢測電路的元件自身產(chǎn)生異常，也難以注意到該異常的問題。因此，在上述的現(xiàn)有裝置中可靠性不夠，為了應(yīng)用于例如電梯、電力汽車等領(lǐng)域，期望進(jìn)一步提高可靠性。在此，在現(xiàn)有裝置中，當(dāng)采用在蓄電單元正常時主動生成信號的結(jié)構(gòu)(正常時導(dǎo)通型/異常時非導(dǎo)通型的結(jié)構(gòu))的情況下，異常檢測電路自蓄電單元接收電力而動作，因此在蓄電單元的端子間電壓低于異常檢測電路的最低動作電壓(僅光電耦合器就需要1.1V)時，不能進(jìn)行異常檢測。這樣，在現(xiàn)有裝置中，難以實(shí)現(xiàn)在蓄電單元的端子間電壓低的情況下也動作的電路。
本發(fā)明正是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，得到能夠進(jìn)一步提高可靠性并且能夠不依賴于蓄電單元的端子間電壓而穩(wěn)定檢測蓄電單元的過電壓的蓄電模塊過電壓檢測裝置。用于解決課題的手段本發(fā)明的蓄電模塊過電壓檢測裝置設(shè)于具有由雙電層電容器或鋰離子電容器構(gòu)成且被串聯(lián)連接的多個蓄電單元的蓄電模塊，該蓄電模塊過電壓檢測裝置具有多個過電壓檢測部，該多個過電壓檢測部分別與所述多個蓄電單元并聯(lián)連接且從外部電源接收電力，監(jiān)視所述多個蓄電單元各自的端子間電壓，在該端子間電壓為預(yù)定的基準(zhǔn)電壓以內(nèi)的情況下，輸出用于表示所述蓄電單元正常的接通信號，在所述蓄電單元的端子間電壓超過所述基準(zhǔn)電壓的情況下，輸出斷開信號。


圖1是示出本發(fā)明實(shí)施方式I的蓄電模塊的電路圖。圖2是用于說明圖1的動作電壓生成部中的電流流向的電路圖。圖3是用于說明圖1的動作電壓生成部的動作的波形圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的方式。實(shí)施方式I圖1是示出本發(fā)明實(shí)施方式I的蓄電模塊的電路圖。在圖1中，蓄電模塊I具有多個蓄電單元C2A C2N、作為交流電壓源的矩形波振蕩部3、多個動作電壓生成部4A 4N以及多個過電壓檢測部(異常檢測部)5A 5N。在此，在本說明書中，多個蓄電單元C2A C2N、多個動作電壓生成部4A 4N以及多個過電壓檢測部5A 5N的標(biāo)號A N表示連接系統(tǒng)。另外，標(biāo)號N是任意的整數(shù)。而且，在本說明書中，對于不特別指定連接系統(tǒng)的多個蓄電單元C2A C2N、多個動作電壓生成部4A 4N以及多個過電壓檢測部5A 5N，也分別稱為蓄電單元C2、動作電壓生成部4以及過電壓檢測部5。蓄電單元C2是雙電層電容器或鋰離子電容器。并且，多個蓄電單元C2A C2N分別串聯(lián)連接，作為整體構(gòu)成蓄電部2。充電/放電部(充電/放電電路)與蓄電部2連接。蓄電部2對從充電/放電部接收到的電力進(jìn)行充電或者將已充電的電力向充電/放電部進(jìn)行放電。并且，在充電時，來自充電/放電部的電壓被大致均等地分壓而分別施加于蓄電部2中的多個蓄電單元C2A C2N。矩形波振蕩部3經(jīng)由連接器和纜線與蓄電模塊I外部的設(shè)置于電源基板的外部電源100連接。并且，矩形波振蕩部3與配置在最末級的蓄電單元C2N連接。并且，矩形波振蕩部3從外部電源100接收電力，振蕩出作為交流電壓的矩形波電壓(脈沖波)。該矩形波電壓的振幅例如為5V。多個動作電壓生成部4A 4N分別與多個蓄電單元C2A C2N并聯(lián)連接。并且，動作電壓生成部4從矩形波振蕩部3接收矩形波電壓。并且，動作電壓生成部4對來自矩形波振蕩部3的矩形波電壓進(jìn)行整流，將整流后的電壓作為動作電壓施加給過電壓檢測部5。而且，動作電壓生成部4N以外的動作電壓生成部4分別具有:電平移位用第I電容器Cx (圖1中的CxA、CxB)、電阻器R、整流用第I 二極管D1、電平移位量設(shè)定用第2 二極管D2以及平滑用第2電容器Cy (圖1中的CyA、CyB)。另外，第I電容器Cx構(gòu)成電平移位部，第I 二極管Dl構(gòu)成整流部，第2電容器Cy構(gòu)成平滑部。第I電容器Cx的N極與矩形波振蕩部3串聯(lián)連接。電阻器R的一端與第I電容器Cx的P極連接。第I電容器Cx和電阻器R構(gòu)成串聯(lián)連接體。第I 二極管Dl的陽極端子與電阻器R的另一端連接。第I 二極管Dl的陰極端子與第2電容器Cy的P極連接。第2 二極管D2的陰極與第I 二極管Dl的陽極連接。第2 二極管D2的陽極與蓄電單元C2的N極以及第2電容器Cy的N極連接。第2電容器Cy的兩端與過電壓檢測部5的電源輸入端連接。動作電壓生成部4N具有:電阻器R、整流用二極管Dl以及平滑用電容器CyN，省略了電容器Cx和二極管D2。S卩，動作電壓生成部4N與動作電壓生成部4A、4B相比簡化了結(jié)構(gòu)。這樣在動作電壓生成部4N中省略電容器Cx和二極管D2的理由在于，在動作電壓生成部4N中不需要電平移位。另外，在動作電壓生成部4N中，也可以與動作電壓生成部4A、4B同樣，使用電容器Cx和二極管D2而不進(jìn)行省略。在該情況下，能夠使動作電壓生成部4N的電路基板的布線圖案與動作電壓生成部4N以外的其它動作電壓生成部4的布線圖案相同，能夠?qū)崿F(xiàn)制造上的簡化。接著，對動作電壓生成部4的動作進(jìn)行說明。圖2是用于說明圖1的動作電壓生成部4中的電流流向的電路圖。圖3是用于說明圖1的動作電壓生成部4的動作的波形圖。另外，圖3的括號內(nèi)的A1、B1、A2、B2分別與圖2的表示電流朝向的箭頭A1、B1、A2、B2對應(yīng)。如圖3所示，第I電容器CxA的電流與矩形波的上升/下降雙方對應(yīng)地變化。第2電容器CyA的電流由于被第I 二極管Dl整流為矩形波，因此僅與矩形波的上升對應(yīng)地變化。通過該第I電容器CyA，矩形波被平滑，向過電壓檢測部5施加直流5V的動作電壓。該第I電容器CyB的動作與第I電容器CyA同樣。第I電容器CxA、CxB各自與矩形波的上升/下降對應(yīng)地進(jìn)行充電/放電，因此第I電容器CxA、CxB的端子間電壓小幅變化。在此，在矩形波為L電平(OV)的情況下，第I電容器CxA的P極電位被充電至與蓄電單元C2A的N極電位(蓄電單元C2B的P極電位)相當(dāng)?shù)碾娢?。另一方面，在矩形波為H電平(5V)的情況下，第I電容器CxA的P極電位為蓄電單元C2A的N極電位加上矩形波電壓的振幅而得到的電位。與此相對，在矩形波為L電平的情況下，第I電容器CxA的N極電位為與矩形波電壓的L電平相當(dāng)?shù)碾娢?，在矩形波為H電平的情況下，為與矩形波電壓的H電平相當(dāng)?shù)碾娢弧Ｅc此同樣，在矩形波為L電平的情況下，第I電容器CxB的P極電位被充電至與蓄電單元C2B的N極電位(位于蓄電單元C2B后級的蓄電單元C2C的P極電位)相當(dāng)?shù)碾娢?。在矩形波為H電平的情況下，第I電容器CxB的P極電位為蓄電單元C2B的N極電位加上矩形波電壓的振幅而得到的電位。與此相對，在矩形波為L電平的情況下，第I電容器CxB的N極電位為與矩形波電壓的L電平相當(dāng)?shù)碾娢?，在矩形波為H電平的情況下，為與矩形波電壓的H電平相當(dāng)?shù)碾娢?。因此，第I電容器CxA以配置在最末級的蓄電單元C2N的N極與矩形波振蕩部3之間的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)，對矩形波電壓依次加上蓄電單元C2A的N極與蓄電單元C2N的N極之間的電位差而進(jìn)行電平移位。即，第I電容器CxA對蓄電單元C2A側(cè)的電路的高電壓區(qū)域和矩形波振蕩部3側(cè)的電路進(jìn)行分離。與此同樣，第I電容器CxB以蓄電單元C2N的N極與矩形波振蕩部3之間的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)，對矩形波電壓依次加上蓄電單元C2B的N極與蓄電單元C2N的N極之間的電位差而進(jìn)行電平移位。如此，第I電容器Cx以多個蓄電單元C2A C2N中配置在最末級的蓄電單元C2N的N極與矩形波振蕩部3之間的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)，對矩形波電壓加上與第I電容器Cx配置在同一連接系統(tǒng)的蓄電單元C2的N極與蓄電單元C2N的N極之間的電位差而進(jìn)行電平移位。接著，對過電壓檢測部5的連接和動作進(jìn)行說明。過電壓檢測部5具有比較器6、第I晶體管TR1、第2晶體管TR2以及分壓用的多個電阻器。在此，多個過電壓檢測部5A 5N中的配置在最末級的過電壓檢測部5N具有光電耦合器7。光電耦合器7的LED經(jīng)由電阻器與過電壓檢測部5N中的第I晶體管TRl的集電極連接。光電耦合器7的光電晶體管經(jīng)由連接器和纜線，與蓄電模塊I外部的控制基板的電源VCC和控制部電連接。動作電壓生成部4的電容器Cy的端子電壓(例如直流5V)作為動作電壓施加于過電壓檢測部5的比較器6和第I晶體管TR1。比較器6由電壓比較單元(比較器)、基準(zhǔn)電壓生成單元(例如二極管)以及FET構(gòu)成。并且，比較器6監(jiān)視蓄電單元C2的端子間電壓，與3V左右的預(yù)定基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較器6在蓄電單元C2的端子間電壓為基準(zhǔn)電壓以內(nèi)的情況下，使FET處于截止?fàn)顟B(tài)。由此，TRU TR2由于來自動作電壓生成部4的電流而均維持在導(dǎo)通狀態(tài)。如果多個過電壓檢測部5A 5N均未檢測到蓄電單元C2的過電壓，則電流流向光電耦合器7的LED的陽極，該LED發(fā)光。與此相伴，光電耦合器7的光電晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)果，從光電耦合器7的光電晶體管向控制部發(fā)送表示全部蓄電單元C2均正常的接通信號。另一方面，在任意一個蓄電單元C2的端子間電壓超過基準(zhǔn)電壓的情況下，與該蓄電單元C2連接的過電壓檢測部5的比較器6將FET從截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)。由此，流向TR2的基極的電流旁通到FET，TR2成為截止?fàn)顟B(tài)，TRl也成為截止?fàn)顟B(tài)。于是，其后級的過電壓檢測部5中的TR2的基極電流被切斷，該TR2也處于截止?fàn)顟B(tài)，與該TR2連接的TRl也處于截止?fàn)顟B(tài)。并且，由于最末級的過電壓檢測部5N的TRl也最終成為截止?fàn)顟B(tài)，因而電流不再流向光電耦合器7的LED，該LED停止發(fā)光。與此相伴，光電耦合器7的光電晶體管成為截止?fàn)顟B(tài)，停止從光電耦合器7的光電晶體管輸出接通信號。即，從光電耦合器7的光電晶體管輸出斷開信號。如此，通過采用光電耦合器7的導(dǎo)通狀態(tài)為正常時導(dǎo)通型/異常時非導(dǎo)通型的結(jié)構(gòu)，過電壓檢測部5能夠檢測蓄電單元C2的過電壓。需要說明的是，控制部根據(jù)來自光電耦合器7的光電晶體管的接通信號中斷，即從光電晶體管輸出斷開信號的情況，判斷為對某個蓄電單元C2施加了過電壓，對充電/放電部發(fā)送指令，由此停止蓄電部2的充電/放電。
根據(jù)上述這樣的實(shí)施方式1，過電壓檢測部5監(jiān)視蓄電單元C2的端子間電壓，在該端子間電壓在基準(zhǔn)電壓以內(nèi)的情況下，輸出用于表示蓄電單元C2正常的接通信號，在蓄電單元C2的端子間電壓超過基準(zhǔn)電壓的情況下，輸出斷開信號。通過該結(jié)構(gòu)，在蓄電模塊I的布線產(chǎn)生斷線或者連接器脫出等布線故障的情況下或者在過電壓檢測部5中產(chǎn)生元件故障的情況下，根據(jù)從過電壓檢測部5輸出斷開信號，而使控制部側(cè)能夠檢測這些故障，能夠進(jìn)一步提高可靠性。除此之外，過電壓檢測部5通過來自外部電源100的電力而動作，因此能夠與蓄電單元C2的端子間電壓無關(guān)地、穩(wěn)定地檢測蓄電單元C2的過電壓。另外，第I電容器Cx以蓄電單元C2N的N極與矩形波振蕩部3的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)，對矩形波電壓依次加上與第I電容器Cx相同連接系統(tǒng)的蓄電單元C2的N極和蓄電單元C2N的N極之間的電位差而進(jìn)行電平移位。通過該結(jié)構(gòu)，能夠穩(wěn)定地向過電壓檢測部5提供電力而不受蓄電單元C2的端子間電壓的影響。在此，根據(jù)蓄電模塊I的用途，在模塊內(nèi)存在100V以上的高電壓區(qū)域和5V左右的低電壓區(qū)域，對部件配置和電路基板的圖案設(shè)計等產(chǎn)生制約。對此，在實(shí)施方式I中，通過第I電容器Cx，分離以直流電壓成分為中心的高電壓區(qū)域和以矩形波狀的交流電壓成分為中心的低電壓區(qū)域。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在模塊內(nèi)集中配置與高電壓區(qū)域?qū)?yīng)的電氣部件，能夠容易進(jìn)行電路設(shè)計，并且能夠使電路小型化。這一點(diǎn)對于使用多個(例如50個以上)蓄電單元C2的結(jié)構(gòu)尤其有效。另外，在實(shí)施方式I中，還可以取代矩形波振蕩部3和動作電壓生成部4而通過開關(guān)電源等對過電壓檢測部5施加期望的動作電壓。但是，在使用多個(例如50個以上)蓄電單元C2的結(jié)構(gòu)中，需要在模塊中組裝具有與蓄電單元C2相同數(shù)量匝數(shù)的開關(guān)電源，因此可以預(yù)料到產(chǎn)品尺寸變大，并且制造成本增加。與此相對，在實(shí)施方式I中，動作電壓生成部4由體積較小且價格低廉的電氣部件構(gòu)成，因此產(chǎn)品尺寸和制造成本能夠抑制在實(shí)用范圍內(nèi)。另外，在實(shí)施方式I中，關(guān)于蓄電單元C2的數(shù)量，能夠根據(jù)蓄電容量和用途而適當(dāng)確定。另外，在實(shí)施方式I中，也可以將矩形波振蕩部3設(shè)于蓄電模塊I的外部(例如電源基板等)。另外，在實(shí)施方式I中，使用矩形波振蕩部3作為交流電壓源。但是，并不限定于該示例，也可以使用正弦波振蕩部作為交流電壓源。即，亦可使用正弦波電壓作為交流電壓。另外，在實(shí)施方式I中，與第I電容器Cx連接的電阻器R構(gòu)成串聯(lián)連接體。但是，并不限定于該示例，也可以是將電感器與電阻器R串聯(lián)連接，作為串聯(lián)連接體。在該情況下，矩形波的形狀被鈍化，能夠抑制矩形波的上升沿的峰值電流。另外，在實(shí)施方式I中，僅在最末級的過電壓檢測部5設(shè)置光電耦合器7。但是，并不限定于該示例，也可以分別在多個過電壓檢測部5A 5N設(shè)置光電耦合器。或者，也可以將多個過電壓檢測部5A 5N分為多個組，對該組內(nèi)的一個過電壓檢測部5設(shè)置光電耦合器。由此，能夠向控制部通知產(chǎn)生過電壓的蓄電單元C2或產(chǎn)生過電壓的蓄電單元C2所屬的組。另外，在實(shí)施方式I中，也可以是，第I 二極管Dl的陰極端子與電阻器R (串聯(lián)連接體)連接，第I 二極管Dl的陽極端子與第2電容器Cy的N極連接，并且，第2 二極管D2的陽極端子與第I 二極管Dl的陰極端子連接，第2 二極管D2的陰極端子與蓄電單元C2的P極和第2電容器C2的P極連接。在該情況下，能夠應(yīng)對將電源電壓設(shè)為負(fù)電壓的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種蓄電模塊過電壓檢測裝置，其設(shè)于具有由雙電層電容器或鋰離子電容器構(gòu)成且被串聯(lián)連接的多個蓄電單元的蓄電模塊，其中， 該蓄電模塊過電壓檢測裝置具有多個過電壓檢測部，該多個過電壓檢測部分別與所述多個蓄電單元并聯(lián)連接且從外部電源接收電力，監(jiān)視所述多個蓄電單元各自的端子間電壓，在該端子間電壓為預(yù)定的基準(zhǔn)電壓以內(nèi)的情況下，輸出用于表示所述蓄電單元正常的接通信號，在所述蓄電單元的端子間電壓超過所述基準(zhǔn)電壓的情況下，輸出斷開信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電模塊過電壓檢測裝置，其中， 該蓄電模塊過電壓檢測裝置還具有多個動作電壓生成部，該多個動作電壓生成部對來自所述外部電源的交流電壓進(jìn)行整流，并將整流后的電壓分別施加給所述多個過電壓檢測部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電模塊過電壓檢測裝置，其中， 所述蓄電單元具有N極和P極， 所述外部電源設(shè)有產(chǎn)生所述交流電壓的交流電壓源， 所述動作電壓生成部具有: 電平移位部，其以所述多個蓄電單元中的一個蓄電單元的N極與所述交流電壓源之間的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)，對所 述交流電壓依次加上各蓄電單元的電位差而進(jìn)行電平移位； 整流部，其對電平移位后的交流電壓進(jìn)行整流；以及 平滑部，其對整流后的交流電壓進(jìn)行平滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電模塊過電壓檢測裝置，其中， 所述動作電壓生成部具有: 第I電容器，其與所述交流電壓源串聯(lián)連接，構(gòu)成所述電平移位部； 串聯(lián)連接體，其由與所述第I電容器串聯(lián)連接的電阻器、或者與所述第I電容器串聯(lián)連接且彼此串聯(lián)連接的電阻器和電感器構(gòu)成； 第2電容器，其具有N極和P極，構(gòu)成所述平滑部； 第I 二極管，其構(gòu)成所述整流部，其陽極端子與所述串聯(lián)連接體的兩個端子中的所述第I電容器的相反側(cè)的端子連接，且陰極端子與所述第2電容器的P極連接；以及 第2 二極管，其決定電平移位量，其陰極端子與所述第I 二極管的陽極端子連接，且陽極端子與所述多個蓄電單元中的一個蓄電單元的N極和所述第2電容器的N極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電模塊過電壓檢測裝置，其中， 所述動作電壓生成部具有: 第I電容器，其與所述交流電壓源串聯(lián)連接，構(gòu)成所述電平移位部； 串聯(lián)連接體，其由與所述第I電容器串聯(lián)連接的電阻器、或者與所述第I電容器串聯(lián)連接且彼此串聯(lián)連接的電阻器和電感器構(gòu)成； 第2電容器，其具有N極和P極，構(gòu)成所述平滑部； 第I 二極管，其構(gòu)成所述整流部，其陰極端子與所述串聯(lián)連接體的兩個端子中的所述第I電容器的相反側(cè)的端子連接，且陽極端子與所述第2電容器的N極連接；以及 第2 二極管，其決定電平移位量，其陽極端子與所述第I 二極管的陰極端子連接，且陰極端子與所述多個蓄電單元中的一個蓄電單元的P極和所述第2電容器的P極連接。
全文摘要
在蓄電模塊過電壓檢測裝置中，多個過電壓檢測部分別與多個蓄電單元并聯(lián)連接，從外部電源接收電力，監(jiān)視多個蓄電單元各自的端子間電壓。多個過電壓檢測部在多個蓄電單元的端子間電壓為預(yù)定的基準(zhǔn)電壓以內(nèi)的情況下，輸出用于表示蓄電單元正常的接通信號。多個過電壓檢測部在蓄電單元的端子間電壓超過基準(zhǔn)電壓的情況下，輸出斷開信號。
文檔編號G01R31/00GK103080759SQ201080068939
公開日2013年5月1日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者石川純一郎 申請人:三菱電機(jī)株式會社