CN108336777A - 具有锂离子电容器的电源组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有锂离子电容器的电源组件，在相对驱动装置可拆装的电源组件中抑制来自锂离子电容器的漏电流。本发明一实施方式的电源组件是相对驱动装置可拆装的电源组件。该电源组件具有：包括至少一个锂离子电容器单体的锂离子电容器组；用于向所述驱动装置供给电力的电源线；设置在所述电源线的第1开关组；防止基于所述锂离子电容器的电压关断所述第一开关的保护电路；和设置在所述锂离子电容器组与所述保护电路之间的具有至少一个开关元件的第2开关组。该第2开关组在所述电源组件安装于所述驱动装置时基于从所述驱动装置输入的控制信号被导通，在没有输入所述控制信号时关断。

Description

具有锂离子电容器的电源组件

技术领域

本发明涉及相对于负载可自由装卸地构成的电源组件，特别是涉及具有锂离子电容器的电源组件。

背景技术

一直以来，已知使用锂离子电容器的电源装置。例如在日本特开2016-5357号公报中公开了使用锂离子电容器的车辆用的电源装置。

一般来说，在使用锂离子电容器等的蓄电器件的电源装置中，设置有用于防止该蓄电器件的过充电和过放电的保护电路。这种保护电路构成为，当检测出蓄电器件的过充电或者过放电时，关断设置在电源线的开关，切断从该蓄电器件的放电和向该蓄电器件充电。例如在日本特开2011-134578号公报中公开了用于防止锂离子电池的过充电和过放电的保护电路的例子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-005357号公报

专利文献2：日本特开2011-134578号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在设置有保护电路的电源装置中，从锂离子电容器向该保护电路流入漏电流，因此，存在该锂离子电容器的电压降低的问题。

电源组件有时用作服务器等的驱动装置的备用电源。如上所述作为备用电源使用的电源组件预定为以从驱动装置取下的状态来长时间被保管。从锂离子电容器向保护电路的漏电流即使被从驱动装置取下了也产生，所以，现有的电源组件在其保管过程中也发生锂离子电容器的电压降下，在半年～1年程度的期间，大多情况下降超过了作为适当的工作电压范围的下限的2.2V。因此，在现有的电源组件中，在其保管过程中，需要以半年～1年程度的间隔定期地进行充电。

不限于服务器用的电源组件，相对驱动装置能够装卸的全部的电源组件被设定为保持在不使用的状态下被长时间保管。由此，在相对驱动装置能够装卸的电源组件中，需要抑制来自锂离子电容器的漏电流。

本发明的目的之一在于抑制相对驱动装置能够装卸的电源组件中来自锂离子电容器的漏电流。本发明的其它目的通过说明书整体的记载可以明确。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的一实施方式的电源组件是相对于驱动装置可拆装的电源组件。该电源组件具有：包括至少一个锂离子电容器单体的锂离子电容器组；用于向上述驱动装置供给电力的电源线；设置在上述电源线的第1开关组；防止上述至少一个锂离子电容器单体的过充电和/或过放电的保护电路；和设置在上述锂离子电容器组与上述保护电路之间的具有至少一个开关元件的第2开关组。该锂离子电容器组包括串联连接的多个锂离子电容器。

该第2开关组在上述电源组件安装于上述驱动装置时基于从上述驱动装置输入的控制信号被导通，在没有输入上述控制信号时关断。本发明的一实施方式中，上述第2开关组包括设置在上述多个锂离子电容器单体的各个与上述保护电路之间的多个第2开关元件，上述多个第2开关元件的各个基于上述控制信号被导通，在没有输入上述控制信号时关断。

根据上述实施方式，仅在将该电源组件安装在驱动装置时，保护电路与锂离子电容器连接。因此，在没有将该电源组件安装在驱动装置而进行保管的情况下，不从锂离子电容器向保护电路流通漏电流。

本发明的一实施方式的电源组件包括与上述锂离子电容器组并联设置的均衡电路。在该情况下，上述第2开关组设置在上述均衡电路与上述锂离子电容器组之间。该均衡电路可以包括：与上述多个锂离子电容器单体的各个并联设置的多个电阻；和与上述多个电阻的各个串联设置的多个第3开关。在该情况下，该多个第3开关的各个根据上述多个锂离子电容器单体中的对应的锂离子电容器单体的电压被导通或关断。

根据上述实施方式，在没有将该电源组件安装在驱动装置而进行保管的情况下，能够防止产生从锂离子电容器向均衡电路的漏电流。

发明效果

根据上述的本发明的各实施方式，在相对于驱动装置可拆装的电源组件中能够抑制来自锂离子电容器的漏电流。特别是，在没有将该电源组件安装在驱动装置而进行保管的情况下，能够防止产生从锂离子电容器向均衡电路的漏电流。由此，该电源组件不进行充电也能够进行长时间的保管。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电源组件的主要部分的模块图。

附图标记说明

1 驱动装置

10 电源组件

11 锂离子电容器组

11a、11b、11c 锂离子电容器单体

12 保护电路

13 开关组

13a、13b、13c 开关元件

14 均衡电路

15 开关组

16、17 电源端子

18 连接端子

L1、L2 电源线。

具体实施方式

以下参照适当附图说明本发明的各种实施方式。图1是表示本发明的一实施方式的电源组件的主要部分的模块图。如图所示，本发明的一实施方式的电源组件10经电源端子16、17和连接端子18与驱动装置1连接。

驱动装置1是能够从电源组件10接受电力的供给进行工作的装置。驱动装置1例如是从电源组件10接受电力的供给进行工作的服务器。本发明中，与电源组件10一起使用的驱动装置1不限于服务器。驱动装置1包括电源组件10能够相对于该驱动装置1装卸，在安装了电源组件10时能够接受来自电源组件10的电力的供给进行工作的任意的装置。

电源组件10例如用作驱动装置1的备用电源。电源组件10构成为能够相对于驱动装置1装卸(安装或拆卸)。在不使用电源组件10时，电源组件10被从驱动装置1取下。

在从电源组件10对驱动装置1供给电力时，电源组件10被安装在驱动装置1。当电源组件10被安装在驱动装置1时，如上所述，电源组件10经电源端子16、17和连接端子18与驱动装置1连接。

电源组件10包括：锂离子电容器组11、用于防止锂离子电容器组11的过充电和过放电的保护电路12、设置在锂离子电容器组11与保护电路12之间的开关组13、设置在电源线L1的开关组15。上述电源组件10的各构成要素在以下详述。

锂离子电容器组11包括至少一个锂离子电容器单体(以下将锂离子电容器单体简称为“单体”。)。在图示的实施方式中，锂离子电容器组11包括串联连接的3个锂离子电容器单体11a、11b、11c(以下简称为“单体11a”等。)。锂离子电容器组11可以仅具有一个单体或仅具有两个单体，也可以具有4个以上的单体。单体11a、11b、11c进行充电和放电使得各自的单体电压总是在规定的运转用电压范围内。该运转用电压范围通常是2.2～3.8V。

作为单体11a、11b、11c能够使用任意的公知的锂离子电容器单体。公知的锂离子电容器单体例如在日本特开2012-256694和日本特开2013-105839中公开。

锂离子电容器组11经电源线L1与+侧的端子16连接，另外，经电源线L2与-侧的端子17连接。锂离子电容器组11的电力经上述电源线L1和电源线L2被供给到驱动装置1。

在该电源线L1上的锂离子电容器组11与端子16之间，设置有通过保护电路12的控制而被导通关断的开关组15。开关组15由通过保护电路12的控制而被导通关断的一个或者多个开关元件构成。作为该开关元件，例如能够使用模拟开关、MOSFET、PHOTOMOS继电器和上述以外的公知的任意的开关元件。开关组15也可以设置在电源线L2上。

保护电路12例如是将CPU芯、ROM、RAM和各种输入输出端口集成在一个半导体芯片的微控制器。保护电路12为了检测锂离子电容器组11的电压，并基于其所检测的电压，防止锂离子电容器组11的过充电和过放电，使开关组15所具有的开关元件关断。该保护电路12中的用于防止过充电和过放电的控制如以下所说明，基于单体11a、11b、11c的各自的单体电压进行，也可以基于锂离子电容器组11的总电压进行。

本发明的一实施方式中，保护电路12检测锂离子电容器组11的单体11a、11b、11c的各自的单体电压，基于其所检测的单体电压控制开关组15。保护电路12检测例如单体11a、11b、11c的各自的单体电压，当检测到的各单体电压的任一者超过规定的上限值时，使开关组15所具有的开关元件关断，禁止向锂离子电容器组11的充电。通过该控制，能够防止锂离子电容器组11的过充电。在其它的工作例中，保护电路12在单体11a、11b、11c的单体电压超过(低于)规定的下限值时，使开关组15所具有的开关元件关断，禁止从锂离子电容器组11放电。通过该控制，能够防止锂离子电容器组11的过放电。

本发明的另一实施方式中，保护电路12检测锂离子电容器组11的两端(单体11a的正极与单体11c的负极之间)的锂离子电容器组11的总电压，基于其所检测的总电压控制开关组15。具体来讲，保护电路12检测锂离子电容器组11的总电压，在该所检测的总电压超过规定的上限值时，使开关组15所具有的开关元件关断，禁止向锂离子电容器组11的充电。另一方面，保护电路12在锂离子电容器组11的总电压超过(低于)规定的下限值时，使开关组15所具有的开关元件关断，禁止从锂离子电容器组11放电。

保护电路12可以具有防止过充电和过放电以外的功能。例如，保护电路12能够检测单体11a、11b、11c的短路、容量降低、电阻上升、或者上述以外的异常。

本发明的一实施方式中，开关组15具有多个开关元件例如多个MOSFET。该多个MOSFET中的一个MOSFET构成为通过关断来仅切断锂离子电容器组11的充电方向的电流。该多个MOSFET中的其它的MOSFET构成为通过关断来仅切断锂离子电容器组11的放电方向的电流。通过具有这样的MOSFET，保护电路12通过开关组15的导通关断控制，能够有选择地禁止锂离子电容器组11的充电和放电的一者。因此，保护电路12通过对开关组15的导通关断控制，能够防止锂离子电容器组11的过充电和过放电。

本发明的一实施方式中，开关组13具有一个或者多个开关元件。作为该开关元件，例如能够利用模拟开关、MOSFET、PHOTOMOS继电器和上述以外的公知的任意的开关元件。在图示的实施方式中，开关组13具有3个开关元件13a、13b、13c。开关组13所具有的开关元件的数量，能够与锂离子电容器组11所具有的单体的数量相同。在图示的实施方式中，锂离子电容器组11具有3个单体，因此，开关组13具有3个开关元件13a、13b、13c。

如上所述，开关组13设置在锂离子电容器组11与保护电路12之间。具体来讲，开关元件13a、13b、13c分别设置在对应的单体11a、11b、11c的正极与保护电路12之间。

本发明的一实施方式中，开关组13在从连接端子18被输入了唤醒信号的期间导通，在没有从连接端子18被输入唤醒信号期间关断。

在本发明的一实施方式中，当电源组件10安装在驱动装置1时，由驱动装置1生成的唤醒信号经连接端子18被输入到开关组13。在本发明的一实施方式中，该唤醒信号，当电源组件10安装在驱动装置1且各个单体电压在运转用电压范围内的2.2～3.8V之间时，从连接端子输入到开关组13，当电源组件10被从驱动装置1取下或各个单体电压在运转用电压范围以外即不足2.2V或高于3.8V时，不向开关组13输入唤醒信号。

来自连接端子18的唤醒信号分别被输入到开关元件13a、13b、13c，各开关元件13a、13b、13c均通过该唤醒信号而导通。当开关元件13a、13b、13c导通时，锂离子电容器组11与保护电路12被导通。由此，保护电路12在电源组件10安装于驱动装置1且唤醒信号被输入开关元件13时，能够检测锂离子电容器组11的电压，并基于其检测值进行用于防止锂离子电容器组11的过充电和过放电的控制。

另一方面，在电源组件10被从驱动装置1取下时，保护电路12与锂离子电容器组11被断开，因此，能够防止产生从锂离子电容器组11向保护电路12的漏电流。

在锂离子电容器组11具有多个单体的情况下，电源组件10还能够具有均衡电路14。均衡电路14是用于使锂离子电容器组11的各单体的单体电压均衡(均等)的电路。锂离子电容器组11具有多个单体的情况下，在没有设置均衡电路14时，因各单体的自放电特性的偏差或单体容量的偏差，导致各单体的单体电压产生偏差。在单体电压存在偏差时，一部分单体的单体电压容易偏离到运转用电压范围外。均衡电路14是用于抑制这样的单体电压的偏差的电路。在锂离子电容器组11仅具有一个单体的情况下，就不需要均衡电路14。

本发明的一实施方式中，均衡电路14与锂离子电容器组11并联设置。在图示的实施方式中，均衡电路14能够包括：与单体11a并联设置的平衡电阻14ra；与该平衡电阻14ra串联设置的开关元件14sa；与单体11b并联设置的平衡电阻14rb；与该平衡电阻14rb串联设置的开关元件14sb；与单体11c并联设置的平衡电阻14rc；与该平衡电阻14rc串联设置的开关元件14sc。均衡电路14所具有的平衡电阻的数量，能够与锂离子电容器组11所具有的单体的数量相同。

开关元件14sa、14sb、14sc通过保护电路12的控制而导通关断。例如，保护电路12基于单体11a的单体电压的检测值，决定使开关元件14sa导通的时间，使开关元件14sa在其所决定的时间中导通。在开关元件14sa导通的期间，从单体11a向平衡电阻14ra流通放电电流，由此，单体11a的单体电压降低。开关元件14sa、14sb、14sc导通的时间基于对应的单体11a、11b、11c的单体电压来决定。使与单体电压高的单体对应的开关元件的导通时间比与其它的单体对应的开关元件的导通时间长，从而使各单体的单体电压均衡。

在电源组件10具有均衡电路14的情况下，开关组13设置在该均衡电路14与锂离子电容器组11之间。即使在该情况下，锂离子电容器组11和保护电路12的配置不需要改变。由此，在电源组件10具有均衡电路14的情况下，开关组13设置在均衡电路14与锂离子电容器组11之间，并且在保护电路12与锂离子电容器组11之间。

在电源组件10安装在驱动装置1，当唤醒信号被输入到开关元件13时，均衡电路14与锂离子电容器组11连接，所以，均衡电路14进行工作来使单体11a、11b、11c的单体电压均衡。另一方面，当电源组件10被从驱动装置1取下时，均衡电路14与锂离子电容器组11断开，因此，能够防止产生从锂离子电容器组11向均衡电路14的漏电流。

如以上所述，电源组件10构成为能够相对于驱动装置1装卸，在没有安装在驱动装置1时，能够防止产生从锂离子电容器组11向保护电路12的漏电流。所以，该电源组件10即使不进行充电也能够长时间的保管。

本说明书中说明的各构成要素的尺寸、材料和配置，不限于在实施方式中公开说明的内容，该各构成要素能够进行变形而具有本发明的范围所包含的任意的尺寸、材料和配置。另外，能够将在本说明书中没有公开说明的构成要素添加于已说明的实施方式，也能够省略在各实施方式中说明的构成要素的一部分。

Claims (5)

1.一种相对驱动装置可拆装的电源组件，其特征在于，具有：

包括至少一个锂离子电容器单体的锂离子电容器组；

用于向所述驱动装置供给电力的电源线；

设置在所述电源线的第1开关组；

防止所述至少一个锂离子电容器单体的过充电和/或过放电的保护电路；和

设置在所述锂离子电容器组与所述保护电路之间的具有至少一个开关元件的第2开关组，

所述第2开关组在所述电源组件安装于所述驱动装置时基于从所述驱动装置输入的控制信号被导通，在没有输入所述控制信号时关断。

2.如权利要求1所述的电源组件，其特征在于：

所述锂离子电容器组包括串联连接的多个锂离子电容器单体。

3.如权利要求2所述的电源组件，其特征在于：

所述第2开关组包括设置在所述多个锂离子电容器单体的各个与所述保护电路之间的多个第2开关元件，

各个所述多个第2开关元件基于所述控制信号被导通，在没有输入所述控制信号时关断。

4.如权利要求2所述的电源组件，其特征在于：

包括与所述锂离子电容器组并联设置的均衡电路，

所述第2开关组设置在所述均衡电路与所述锂离子电容器组之间。

5.如权利要求3或4所述的电源组件，其特征在于：

所述均衡电路包括：与所述多个锂离子电容器单体的各个并联设置的多个电阻；和与所述多个电阻的各个串联设置的多个第3开关，

所述多个第3开关的各个根据所述多个锂离子电容器中的对应的锂离子电容器单体的电压被导通或关断。