CN106716768A - 充放电控制电路 - Google Patents

Abstract

有效地利用串联连接的多个电容器中的全部电容器，并且根据环境温度来控制电容器单元保持的电压。设有插入于向电容器单元的充电路径的开关元件和对开关元件的开闭进行控制的开关控制部。开关控制部包括：第一分压电路，具有将电容器单元保持的电压分压而输出的一对电阻元件；及比较结果输出电路，基于对从第一分压电路输出的电位与规定电位进行比较的结果来对开关元件的开闭进行控制。电阻元件各自的电阻值的温度依存关系互不相同。

Description

充放电控制电路

技术领域

本发明涉及放电控制电路，例如应用于对使用了电容器的副蓄电池电路进行充放电的技术。

背景技术

近年来，为了提高燃油经济性而开发出了混合动力车和电动汽车。在汽油车中也实施怠速熄火等，希望提高燃油经济性。

但是，在怠速熄火等中一旦发动机停止时，不进行交流发电机对蓄电池的充电。因此，当再次对发动机进行点火时，会产生蓄电池电压急剧下降的被称为“曲轴转动”的现象。

当产生曲轴转动而蓄电池电压急剧下降时，汽车的车身ECU(电子控制单元)有可能错误地执行低电压重置。

为了避免这样的情况，除了蓄电池以外还具备大容量电容器等副蓄电池来应对曲轴转动的技术广为人知。

该副蓄电池例如除了应对曲轴转动之外，也被用作当车辆发生碰撞时蓄电池已无法使用时的车门锁定解除用的辅助电源。

副蓄电池所使用的电容器由于年久老化，会产生电容量的下降、内部电阻的上升。该年久老化的行进通常作为阿雷尼厄斯定律而被知晓，关于环境温度遵守10℃两倍法则。

而且，充电电压也会对电容器的老化的行进造成影响。若环境温度恒定，则充电电压越低而越难以老化。

在使用了这样的电容器的副蓄电池电路中，下述专利文件1例示了一种抑制电容器的老化并与环境温度的变化对应地供给所需的能量的技术。

具体而言，下述专利文件1中记载了如下内容：

(i)从作为主电源的蓄电池向作为辅助电源的电容器单元的充电；

(ii)构成电容器单元的多个电容器中的一部分电容器的充电停止；

(iii)上述(ii)的充电停止及恢复充电的判断根据电容器单元附近的温度。

并且，通过上述(i)～(iii)的控制，在环境温度较高时降低对电容器单元的充电电压，由此抑制电容器的老化并确保电容器单元进行供电的能量。

而且，在专利文件2中介绍了一种对构成组电池的多个电池中的每个电池设置旁通电路的技术。并且，在某一电池超过了规定的充电电位的情况下，使与该电池对应的旁通电路导通，减少电池彼此的充电电压的不均等。

专利文件1：日本特开2008-5662号公报

专利文件2：日本特开平8-19188号公报

发明内容

但是，在专利文件1所介绍的技术中，如(ii)中所示那样，进行是否对一部分电容器进行充电这样阶段性的控制。这对于(iii)所示的依赖于温度的控制并不容易。换言之，设定充电的停止/恢复的温度阈值的设定较难。而且，在环境温度较高时，存在对供电没有帮助的电容器的情况无法有效地使用设于电容器单元的电容器，在成本方面不利。

而且，在专利文件2所介绍的技术中，仅能够唯一地决定进行充电的电压，没有关于根据温度而使充电电压发生变化的启示。

因此，本发明的目的在于，提供一种有效地利用串联连接的多个电容器中的全部电容器并且根据环境温度来控制电容器单元保持的电压的技术。

第一方式是一种充放电控制电路，对具有相互串联连接的多个电容器的电容器单元进行充放电。并且，上述充放电控制电路具备：放电控制电路，单独控制上述电容器的放电；及充电控制电路，将全部上述电容器统一而控制上述电容器单元的充电。上述充电控制电路具有：开关元件，插入于向上述电容器单元的充电路径；及开关控制部，对上述开关元件的开闭进行控制。上述开关控制部包括：第一分压电路，具有将上述电容器单元保持的电压分压而输出的一对电阻元件；及比较结果输出电路，基于对从上述第一分压电路输出的电位与规定电位进行比较的结果来对上述开关元件的开闭进行控制。上述一对电阻元件各自的电阻值的温度依存关系互不相同。

第二方式在第一方式的充放电控制电路的基础上，上述放电控制电路具有：多个放电部，将上述多个电容器各自保持的电压与同一阈值进行比较，来单独控制上述多个电容器各自的放电；及第二分压电路，将上述电容器单元保持的上述电压分压为如下的值并作为上述阈值输出：上述电容器单元保持的上述电压除以在上述电容器单元中串联连接的上述电容器的个数而得到的值。

第三方式在第一方式或第二方式的充放电控制电路的基础上，上述规定电位为正值，上述一对电阻元件中的与上述电容器单元的高电位侧连接的第一电阻元件的电阻值具有第一温度系数，上述一对电阻元件中的与上述电容器单元的低电位侧连接的第二电阻元件的电阻值具有高于上述第一温度系数的第二温度系数，根据从上述第一分压电路输出的上述电位超过上述规定电位这一情况，比较结果输出电路将上述开关元件设为非导通。

第四方式在第三方式的充放电控制电路的基础上，上述第一温度系数为负温度系数，上述第二温度系数为正温度系数。

第五方式在第三方式或第四方式的充放电控制电路的基础上，上述第一分压电路还具有第三电阻元件，上述第三电阻元件与上述第一电阻元件并联连接且具有比上述第一温度系数高的第三温度系数。

发明效果

根据第一方式，将电容器单元的电压转换为考虑了温度的电压而向比较结果输出电路供给。由此，对于全部电容器进行考虑了温度的充电，由此根据环境温度来控制电容器单元保持的电压。而且，利用串联连接的全部电容器。

根据第二方式，使构成电容器单元并串联连接的多个电容器彼此的充电电压均等，抑制充电电压的不均匀引起的老化。

根据第三方式，环境温度越高，则电容器单元的电压被分压为越高的电压。由此，环境温度越高，则以越低的电容器单元的电压使开关元件成为非导通，由此能够将各电容器保持的电压设定得较低。

根据第四方式，能够容易地选定第三方式中的第一电阻元件和第二电阻元件。

根据第五方式，容易进行从电容器的电压向连接点的电位的转换的微调。

附图说明

图1是表示实施方式的结构的图。

图2是表示放电控制电路的一部分和充电控制电路的结构的电路图。

图3是表示放电控制部的结构的电路图。

图4是表示电容器单元保持的电压、电容器保持的电压的时间依存关系的曲线图。

图5是示意性地表示电容器单元保持的电压相对于环境温度的关系的曲线图。

图6是表示第一分压电路的变形的结构的电路图。

图7是表示第一分压电路的其他的变形的结构的电路图。

具体实施方式

以下，对实施方式的充放电控制电路进行说明。图1是表示电容器单元4、对电容器单元4的充放电进行控制的充放电控制电路及与它们连接的要素的电路图。

蓄电池1是例如车载用的蓄电池，通过未图示的交流发电机等进行充电。继电器2是例如点火继电器，伴随着发动机点火而导通。电流限制电阻3的一端经由继电器2而与蓄电池1的正极连接，另一端与电容器单元4的高电位侧连接。

电容器单元4连接于电流限制电阻3的另一端与蓄电池1的负极之间。换言之，蓄电池1、继电器2、电流限制电阻3相对于电容器单元4并联连接。另外，在图1中，蓄电池1的负极接地。

电容器单元4具有彼此串联连接的电容器41、42、43。电容器41与电容器42相比设于高电位侧，电容器42与电容器43相比设于高电位侧。电容器41的高电位侧端与电流限制电阻3的另一端连接，电容器43的低电位侧端与蓄电池1的负极连接。

在此，例示了电容器单元4具有的电容器的个数为三个的情况，但只要为多个即可，其个数能够适当选定。

充放电控制电路具备放电控制电路5和充电控制电路10。放电控制电路5单独控制电容器41、42、43的放电。充电控制电路10将全部电容器41、42、43统一而控制电容器单元4的充电。充电控制电路10具有开关元件8和开关控制部9。图2以电路图示出放电控制电路5的一部分和充电控制电路10的结构。

转换器6是例如升压DC/DC转换器。例如转换器6输入电容器单元4保持的电压，对其进行升压并施加于负载7。负载7是例如车门锁定解除用的电动机。

开关元件8插入于向电容器单元4的充电路径(在此为蓄电池1、继电器2、电流限制电阻3串联连接的路径)。开关元件8例如包括PMOS晶体管81而构成(参照图2)。

开关控制部9对开关元件8的开闭进行控制。参照图2，开关控制部9包括第一分压电路92和比较结果输出电路91。第一分压电路92具有将电容器单元4保持的电压V4分压而输出电位V40的功能，并具有一对电阻元件Rth、R1。一对电阻元件Rth、R1各自的电阻值的温度依存关系互不相同。

比较结果输出电路91基于对电位V40与规定电位Vref1进行比较的结果来对开关元件8的开闭进行控制。比较结果输出电路91例如包括比较仪9a、NMOS晶体管9b而构成。

以下，对继电器2接通的状况进行说明。当开关元件8接通时，通过蓄电池1对电容器单元4供给充电电流。当开关元件8断开时，切断充电电流的供给。

若电位V40超过规定电位Vref1，则比较仪9a的输出成为低电位，使NMOS晶体管9b断开。当NMOS晶体管9b断开时，PMOS晶体管81的门级电位上升而断开。由此，开关元件8成为非导通。

若电位V40在规定电位Vref1以下，则比较仪9a的输出成为高电位，NMOS晶体管9b接通，使PMOS晶体管81的门级电位下降。由此，PMOS晶体管81接通，开关元件8导通。

电位V40是通过第一分压电路92对电容器单元4保持的电压V4进行分压而得到的电位，将其发送给比较结果输出电路91。由此，对全部电容器41、42、43考虑温度地进行充电，由此根据环境温度来控制电容器单元4保持的电压。而且，利用串联连接的全部电容器41、42、43。

图3是表示放电控制部50的结构的电路图。放电控制部50具备串联连接的多个放电部510、520、530及输入端51、52、53。

分别与电容器41、42、43对应地具备放电部510、520、530。在放电控制部50中，放电部510、520、530设置与电容器单元4具有的电容器41、42、43的个数相同的个数。

在此，输入端51与电容器41的高电位侧连接，输入端52与电容器41的低电位侧及电容器42的高电位侧连接，输入端53与电容器42的低电位侧及电容器43的高电位侧连接。

当然，放电控制部50也可以具备比电容器单元4具有的电容器的个数多的放电部。但是，不与电容器对应的(换言之剩余的)放电部与本实施方式的动作没有直接关联。

放电部510具备差动放大电路51a、比较仪51b及开关元件51c。差动放大电路51a例如能够使用运算放大器和电阻元件来构成。差动放大电路51a以电容器单元4的低电位侧(在此为接地)为基准输出输入端51、52之间的电压(即电容器41保持的电压)。

比较仪51b对差动放大电路51a的输出与阈值Vref2进行比较，并基于其比较结果对开关元件51c的开闭进行控制。开关元件51c连接于输入端51、52之间。

具体而言，若差动放大电路51a的输出超过阈值Vref2，则使开关元件51c导通，由此使电容器41放电。若差动放大电路51a的输出在阈值Vref2以下，则将开关元件51c设为非导通，由此抑制电容器41的放电。通常，构成差动放大电路51a的运算放大器的输入电阻非常大，因此开关元件51c处于非导通时的电容器41的放电量较小。

放电部520具有差动放大电路52a、比较仪52b及开关元件52c。差动放大电路52a以电容器单元4的低电位侧为基准输出输入端52、53之间的电压(即电容器42保持的电压)。差动放大电路52a也能够与差动放大电路51a相同地构成。

比较仪52b对差动放大电路52a的输出与阈值Vref2进行比较，并基于其比较结果对开关元件52c的开闭进行控制。开关元件52c连接于输入端52、53之间。由此，若差动放大电路52a的输出超过阈值Vref2，则电容器42放电，若差动放大电路52a的输出在阈值Vref2以下，则抑制电容器42的放电。

放电部530也与放电部510、520相同地具有比较仪53b和开关元件53c，但不需要差动放大电路。这是因为，电容器43的电位以电容器单元4的低电位侧为基准。

通过比较仪53b对输入端53的电位与阈值Vref2进行比较，并基于其比较结果对开关元件53c的开闭进行控制。

开关元件53c连接于输入端53与电容器单元4的低电位侧之间，因此若输入端53的电位超过阈值Vref2，则电容器43放电，若在阈值Vref2以下，则抑制电容器43的放电。

通过与设于电容器单元的(至少一个)电容器并联连接的开关元件的开闭而对该电容器进行充放电的情况本身是公知的，因此省略进一步的放电部510、520、530的动作的详细说明。

如此，在放电控制电路5中，放电部510、520、530将电容器41、42、43各自保持的电压与同一阈值Vref2进行比较，来单独控制电容器41、42、43各自的放电。由此，使构成电容器单元4且串联连接的电容器41、42、43彼此的充电电压均等，抑制充电电压的不均匀引起的老化。

但是，根据上述说明可知，电容器41、42、43有无放电依赖于电容器41、42、43各自保持的电压与阈值Vref2的比较结果。并且，在电容器单元4中电容器41、42、43串联连接，所以阈值Vref2必须是电容器单元4保持的电压V4的1/3倍。

因此，放电控制电路5还具有第二分压电路54。第二分压电路54将电压V4分压成如下的值并作为阈值Vref2输出：电压V4除以在电容器单元4中串联连接的电容器41、42、43的个数N个(在此N＝3)而得到的值V4×(1/N)。

具体而言，例如参照图2，第二分压电路54包括在电容器单元4的高电位侧与低电位侧之间串联连接的一对电阻元件R3、R4而构成。电阻元件R3、R4分别配置于电容器单元4的高电位侧与低电位侧。电阻元件R3的电阻值被设定为电阻元件R4的电阻值的(N-1)倍。由此，阈值Vref2＝V4×(1/N)可根据电阻元件R3、R4彼此的连接点而得到。

图4是表示电容器单元4保持的电压V4、电容器41、42、43分别保持的电压V41、V42、V43的时间依存关系的曲线图。在电容器单元4中，电容器41、42、43串联连接，因此存在V4＝V41+V42+V43的关系。

作为初始状态，设定为电容器41、42、43被完全放电，V4＝V41＝V42＝V43＝0的情况。而且，为了容易理解，将电容器41、42、43的电容量C41、C42、C43设定为C41＜C42＜C43。

时刻0s采用继电器2开始导通的时间点。在此之前V4＝0，因此开关元件8导通，在时刻0s之后，电容器单元4由蓄电池1进行充电。

如上所述，C41＜C42＜C43，因此在向电容器单元4进行充电的期间V41＞V42＞V43。

然后，通过向电容器单元4的充电，电压V4持续上升。在电压V4持续上升的期间，阈值Vref2也持续上升，因此电压V41、V42、V43也持续上升。

在时刻60s，当电压V4达到大致6.3V时，通过开关控制部9的功能而开关元件8成为非导通。然后，当由于电容器41、42、43的微少的放电而电压V4下降时，开关元件8再次导通而向电容器单元4恢复充电。由此，之后，电压V4尽管振动但维持在6.3V附近。但是，在图4中，无视该振动(关于电压V41、V42、V43也相同)地进行描绘。

这样，电压V4大致为6.3V成为大致恒定值，因此阈值Vref2为6.3/2＝2.1V左右，成为恒定值。因此，在时刻60s，电压2.1V左右的电压V42继续维持该值。

另一方面，在时刻60s，作为比电压2.1V大的值的电压V41向电压2.1V下降(基于开关元件51c的电容器41的放电)。

而且，在时刻60s，作为比电压2.1V小的值的电压V43向电压2.1V上升。这是因为，通过电容器41被放电，而所蓄积的电荷对电容器43进行充电。

如此，在时刻180s附近，电压V41、V42、V43均等于大致2.1V，之后也维持上述电压。

更具体地说明在上述结构中将规定电位Vref1设为以电容器单元4的低电位侧(在此为接地)为基准的正值的情况。电阻元件Rth、R1中的、与低电位侧连接的电阻元件R1的电阻值具有的第二温度系数高于与电容器单元4的高电位侧连接的电阻元件Rth的电阻值具有的第一温度系数。

例如电阻元件R1是通常的电阻元件，具有正温度系数。例如电阻元件Rth采用具有负温度系数的类型的热敏电阻。

在具有负温度系数的类型的热敏电阻中，该环境温度Tth下的电阻值Rtth使用基准温度T0下的电阻值R0和热敏电阻系数B而如下式所示的情况是公知的。

Rtth＝R0·exp[B·(1/Tth-1/T0)]

其中，符号exp[]表示括弧内的值的指数函数。

由此，环境温度越高，则电容器单元4保持的电压V4向越高的电位V40转换。由此，环境温度越高，则以越低的电容器单元的电压使开关元件8成为非导通，由此能够将电容器41、42、43保持的电压设定得较低。如此，如上述那样，期望环境温度越高则越降低电容器保持的电压。

图5是示意性地表示通过上述动作得到的电压V4相对于环境温度的关系的曲线图。在该曲线图中，示出了环境温度越上升则电容器电压越下降。

当然，并不是以第一温度系数与第二温度系数的极性不同为前提。只要能够在第二温度系数高于第一温度系数且电位V40比规定电位Vref1高时使开关元件8非导通即可。

图6是表示第一分压电路92的变形的电路图。该变形的第一分压电路92具有相对于图2所示的第一分压电路92将电阻元件Rth、R1分别置换为电阻元件R5、R6的结构。

与电阻元件Rth、R1类似，电阻元件R6的电阻值具有的第二温度系数也高于电阻元件R5的电阻值具有的第一温度系数。其中电阻元件R1为通常的电阻元件，具有正温度系数。例如电阻元件R6采用具有正温度系数的类型的热敏电阻。

在这样的情况下，也是环境温度越高则电压V4转换为越高的电压。由此，环境温度越高，则电容器单元4越难被充电，能够抑制电压V4，进而抑制V41、V42、V43。

或者也能够采用第二温度系数低于第一温度系数的结构。在该情况下，作为比较结果输出电路91，只要对其他结构进行例如对比较仪9a的反转输入端与非反转输入端进行置换等适当的设计变更即可。

图7是表示第一分压电路92的另一变形的电路图。该变形的第一分压电路92与图2所示的第一分压电路92相比，特征在于将电阻元件R2相对于电阻元件Rth并联连接。电阻元件R2的电阻值具有的第三温度系数高于电阻元件Rth的电阻值具有的第一温度系数。

这样一来，容易进行从与环境温度对应的电压V4向电位V40的转换的微调。

另外，上述各结构只要不相互矛盾就可以适当组合。

如以上那样详细地说明了该发明，但上述说明在所有方面是例示，本发明不限定于此。未例示的无数变形例在不脱离该发明的范围的情况下能够被想到。

附图标记说明

4 电容器单元

41、42、43 电容器

5 放电控制电路

510、520、530 放电部

54、92 分压电路

8 开关元件

9 开关控制部

R1、R2、Rth 电阻元件

Claims (5)

1.一种充放电控制电路，对具有相互串联连接的多个电容器的电容器单元进行充放电，所述充放电控制电路具备：

放电控制电路，单独控制所述电容器的放电；及

充电控制电路，将全部所述电容器统一而控制所述电容器单元的充电，

所述充电控制电路具有：

开关元件，插入于向所述电容器单元的充电路径；及

开关控制部，对所述开关元件的开闭进行控制，

所述开关控制部包括：

第一分压电路，具有将所述电容器单元保持的电压分压而输出的一对电阻元件；及

比较结果输出电路，基于对从所述第一分压电路输出的电位与规定电位进行比较的结果来对所述开关元件的开闭进行控制，

所述一对电阻元件各自的电阻值的温度依存关系互不相同。

2.根据权利要求1所述的充放电控制电路，其中，

所述放电控制电路具有：

多个放电部，将所述多个电容器各自保持的电压与同一阈值进行比较，来单独控制所述多个电容器各自的放电；及

第二分压电路，将所述电容器单元保持的所述电压分压为如下的值并作为所述阈值输出：所述电容器单元保持的所述电压除以在所述电容器单元中串联连接的所述电容器的个数而得到的值。

3.根据权利要求1或2所述的充放电控制电路，其中，

所述规定电位为正值，

所述一对电阻元件中的与所述电容器单元的高电位侧连接的第一电阻元件的电阻值具有第一温度系数，

所述一对电阻元件中的与所述电容器单元的低电位侧连接的第二电阻元件的电阻值具有高于所述第一温度系数的第二温度系数，

根据从所述第一分压电路输出的所述电位超过所述规定电位这一情况，比较结果输出电路将所述开关元件设为非导通。

4.根据权利要求3所述的充放电控制电路，其中，

所述第一温度系数为负温度系数，所述第二温度系数为正温度系数。

5.根据权利要求3或4所述的充放电控制电路，其中，

所述第一分压电路还具有第三电阻元件，所述第三电阻元件与所述第一电阻元件并联连接且具有高于所述第一温度系数的第三温度系数。