JP2014215112A - 蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄電素子監視回路20Bは、前段の蓄電素子監視回路20Aから伝達されるフラグ出力Fに基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前段の蓄電素子監視回路20Aとの間で断線を検出する3ステートバッファ22Bと、蓄電素子CB1〜CBnを監視して正常または異常を検出する検出回路24Bと、3ステートバッファ22Bの入力と検出回路24Bにおける検出結果とに基づいて後段の蓄電素子監視回路20Cにフラグ出力Fを伝達する出力回路23Bとを備える。
【選択図】図4
Description
以下、図1〜図8を用いて第1の実施の形態を詳細に説明する。
第1の実施の形態に係る充電システムは、図1に示すように、充電電流Ichgを生成する充電部11と、充電部11に直列接続される複数の蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnと、蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnを監視して正常または異常を検出するとともに、前段の蓄電素子監視回路との間の断線異常を検出する多段接続された蓄電素子監視回路20A,20B,…,20Zと、多段接続された蓄電素子監視回路20A,20B,…,20Zの最終段の出力信号をモニタするマイコン(制御回路)13とを備える。マイコン13は、充電電流Ichgの供給ラインに設けられたスイッチSWのオン/オフ制御や、充電部11の充電制御や、DC/DCコンバータ12の放電制御などを行うことができる。DC/DCコンバータ12の後段には、図示しない電気自動車などの各種システムが接続される。蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnは、例えば、リチウムイオン電池セル、電気2重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、SCiB(登録商標)セルなどである。
比較例1に係る蓄電素子監視回路30Bは、図2に示すように、レギュレータ31Bと、レジスタ33Bと、増幅回路32B・34Bとを備える。各蓄電素子監視回路30A,30B,…,30Zは、過充電、過放電、過電流などの異常を監視(検出)する監視機能を備え、その検出結果である検出フラグをI2C(Inter-Integrated Circuit)などのシリアル通信で後段に伝達する。
比較例2に係る蓄電素子監視回路40Bは、図3に示すように、レギュレータ41Bと、トランジスタ42Bと、出力回路43Bとを備える。入力端子V41とVSSとの間にはプルダウン抵抗R42が挿入される。各蓄電素子監視回路40A,40B,…,40Zが監視機能を備えている点は、比較例1と同様である。
第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20Bの模式的ブロック構成は、図4に示すように表され、また、その要部の詳細な模式的ブロック構成は、図5に示すように表される。ここでは、蓄電素子監視回路20Bに着目して説明するが、その他の蓄電素子監視回路20A,20C,…,20Zについても同様である。以下の説明では、蓄電素子監視回路20A,20B,…,20Zを一括して「蓄電素子監視回路20」という場合がある。
第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20Bの入出力論理は、図6に示すように表される。図6に示すように、3ステートバッファ22Bの入力がハイまたはハイインピーダンスである場合はフラグ出力Fをオンにする。また、3ステートバッファ22Bの入力がローである場合はフラグ出力Fをオフにする。
第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20A,20B,…,20Zが多段接続される様子を示す具体例は、図7に示すように表される。図7に示すように、蓄電素子監視回路20A,20B,…,20Zは、それぞれ別個のモジュールM1に搭載される。フラットケーブル62の一方端に取り付けられたコネクタ61は、蓄電素子監視回路20Aが搭載されたモジュールM1に差し込まれる。また、フラットケーブル62の他方端に取り付けられたコネクタ63は、蓄電素子監視回路20Bが搭載されたモジュールM1に差し込まれる。フラットケーブル62は配線L20の一例である。このようなフラットケーブル62は、差し込み具合などによっては断線する可能性がある。フラットケーブル62が断線した場合は、その断線異常を検出して直ちにリカバリ処理を行うことが望まれる。
次に、図1を用いて第1の実施の形態に係る充電システムのリカバリ処理を説明する。
図1では、蓄電素子CA1〜CAnと蓄電素子監視回路20Aとをモジュール化しているが、モジュール化する範囲はこれに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、蓄電素子CA1〜CAnを除いた範囲をモジュール化してモジュールM2を形成しても良い。その他の蓄電素子CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnや蓄電素子監視回路20B,…,20Zについても同様である。
第1の実施の形態では、過電圧などの異常であるか断線異常であるかを区別することなくリカバリ処理を行うこととしている。第2の実施の形態では、過電圧などの異常と断線異常とを区別するため、以下の構成を採用している。
第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路50Bの模式的ブロック構成は、図9に示すように表され、また、その要部の詳細な模式的ブロック構成は、図10に示すように表される。図9および図10に示すように、第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路50Bの3ステートバッファは、第1の3ステートバッファ53Bと、第2の3ステートバッファ52Bとを備える。第1の3ステートバッファ53Bは、前段の蓄電素子監視回路50Aから伝達される第1のフラグ出力F1に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前段の蓄電素子監視回路50Aとの間の断線を検出する。一方、第2の3ステートバッファ52Bは、前段の蓄電素子監視回路50Aから伝達される第2のフラグ出力F2に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前段の蓄電素子監視回路50Aとの間の断線を検出する。
第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路50Bの入出力論理は、図11に示すように表される。図11に示すように、第1の3ステートバッファ53Bの入力がハイである場合は第1のフラグ出力F1をオンにする。また、第1の3ステートバッファ53Bの入力がローまたはハイインピーダンスである場合は第1のフラグ出力F1をオフにする。
次に、図12を用いて第2の実施の形態に係る充電システムのリカバリ処理を説明する。
第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20が備える蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnとしては、電気2重層キャパシタ(EDLC)セルを使用することができ、そのEDLC内部電極の基本構造は、図13に示すように表される。図13に示すように、EDLC内部電極は、少なくとも1層の活物質電極71,72に、電解液とイオンのみが通過するセパレータ70を介在させ、引き出し電極73,74が活物質電極71,72から露出するように構成され、引き出し電極73,74は電源電圧に接続されている。引き出し電極73,74は、例えば、アルミ箔から形成され、活物質電極71,72は、例えば、活性炭から形成される。セパレータ70は、活物質電極71,72全体を覆うように、活物質電極71,72よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。セパレータ70は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。EDLC内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ70を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20が備える蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnとしては、リチウムイオンキャパシタセルを使用することができ、そのリチウムイオンキャパシタ内部電極の基本構造は、図14に示すように表される。図14に示すように、リチウムイオンキャパシタ内部電極は、少なくとも1層の活物質電極75,72に、電解液とイオンのみが通過するセパレータ70を介在させ、引き出し電極73,74が活物質電極75,72から露出するように構成され、引き出し電極73,74は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極72は、例えば、活性炭から形成され、負極側の活物質電極75は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極74は、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極73は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ70は、活物質電極75,72全体を覆うように、活物質電極75,72よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオンキャパシタ内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ70を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路20が備える蓄電素子CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZnとしては、リチウムイオン電池セルを使用することができ、そのリチウムイオン電池内部電極の基本構造は、図15に示すように表される。図15に示すように、リチウムイオン電池内部電極は、少なくとも1層の活物質電極75,76に、電解液とイオンのみが通過するセパレータ70を介在させ、引き出し電極73,74が活物質電極75,76から露出するように構成され、引き出し電極73,74は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極76は、例えば、LiCoO2から形成され、負極側の活物質電極75は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極74は、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極73は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ70は、活物質電極75,76全体を覆うように、活物質電極75,76よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオン電池内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ70を通して、電解液とイオンが充放電時に移動する。
上記のように、本発明は第1〜第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
13…制御回路(マイコン)
20,20A,20B,…,20Z…蓄電素子監視回路
22B…3ステートバッファ
23B…出力回路
24B…検出回路
25B…OR回路
52B…第2の3ステートバッファ
53B…第1の3ステートバッファ
54B…第1の出力回路
55B…第2の出力回路
57B…第2のOR回路
58B…第1のOR回路
CA1〜CAn,CB1〜CBn,…,CZ1〜CZn…蓄電素子
F…フラグ出力
F1…第1のフラグ出力
F2…第2のフラグ出力
R21…プルダウン抵抗
M1,M2…モジュール
Claims (25)
- 前段の蓄電素子監視回路から伝達されるフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する3ステートバッファと、
蓄電素子を監視して正常または異常を検出する検出回路と、
前記3ステートバッファの入力と前記検出回路における検出結果とに基づいて後段の蓄電素子監視回路に前記フラグ出力を伝達する出力回路と
を備えることを特徴とする蓄電素子監視回路。 - 前記出力回路は、前記3ステートバッファの入力がハイまたはハイインピーダンスである場合は前記フラグ出力をオンにし、ローである場合は前記フラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項1に記載の蓄電素子監視回路。
- 前記3ステートバッファは、
前記前段の蓄電素子監視回路から伝達される第1のフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する第1の3ステートバッファと、
前記前段の蓄電素子監視回路から伝達される第2のフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する第2の3ステートバッファと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の蓄電素子監視回路。 - 前記出力回路は、
前記第1の3ステートバッファの入力と前記検出回路における検出結果とに基づいて前記後段の蓄電素子監視回路に前記第1のフラグ出力を伝達する第1の出力回路と、
前記第1の3ステートバッファの入力と前記第2の3ステートバッファの入力とに基づいて前記後段の蓄電素子監視回路に前記第2のフラグ出力を伝達する第2の出力回路と
を備えることを特徴とする請求項3に記載の蓄電素子監視回路。 - 前記第1の出力回路は、前記第1の3ステートバッファの入力がハイである場合は前記第1のフラグ出力をオンにし、ローまたはハイインピーダンスである場合は前記第1のフラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項4に記載の蓄電素子監視回路。
- 前記第2の出力回路は、前記第2の3ステートバッファの入力がハイインピーダンスである場合は前記第2のフラグ出力をオンにし、ハイまたはローである場合は前記第2のフラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項4に記載の蓄電素子監視回路。
- 前記3ステートバッファに用いられるプルダウン抵抗が前記前段の蓄電素子監視回路の近傍に配置されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電素子監視回路。
- 前記3ステートバッファに用いられるプルダウン抵抗が前記前段の蓄電素子監視回路を搭載するモジュール上に配置されることを特徴とする請求項7に記載の蓄電素子監視回路。
- 前記蓄電素子は、リチウムイオン電池セル、電気2重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセルのいずれかであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の蓄電素子監視回路。
- 充電電流を生成する充電部と、
前記充電部に直列接続される複数の蓄電素子と、
前記蓄電素子を監視して正常または異常を検出するとともに、前段の蓄電素子監視回路との間の断線異常を検出する多段接続された蓄電素子監視回路と、
前記多段接続された蓄電素子監視回路の最終段の出力信号をモニタする制御回路と
を備えることを特徴とする充電システム。 - 前記蓄電素子監視回路は、
前記前段の蓄電素子監視回路から伝達されるフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する3ステートバッファと、
前記蓄電素子を監視して正常または異常を検出する検出回路と、
前記3ステートバッファの入力と前記検出回路における検出結果とに基づいて後段の蓄電素子監視回路に前記フラグ出力を伝達する出力回路と
を備えることを特徴とする請求項10に記載の充電システム。 - 前記出力回路は、前記3ステートバッファの入力がハイまたはハイインピーダンスである場合は前記フラグ出力をオンにし、ローである場合は前記フラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項11に記載の充電システム。
- 前記制御回路は、前記フラグ信号がオンである場合、前記充電電流の供給ラインに設けられたスイッチをオフにすることを特徴とする請求項12に記載の充電システム。
- 前記制御回路は、前記フラグ信号がオンである場合、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項12に記載の充電システム。
- 前記3ステートバッファは、
前記前段の蓄電素子監視回路から伝達される第1のフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する第1の3ステートバッファと、
前記前段の蓄電素子監視回路から伝達される第2のフラグ出力に基づいてハイまたはローの出力状態に切り替わるとともに、前記前段の蓄電素子監視回路との間の断線を検出する第2の3ステートバッファと
を備えることを特徴とする請求項11に記載の充電システム。 - 前記出力回路は、
前記第1の3ステートバッファの入力と前記検出回路における検出結果とに基づいて前記後段の蓄電素子監視回路に前記第1のフラグ出力を伝達する第1の出力回路と、
前記第1の3ステートバッファの入力と前記第2の3ステートバッファの入力とに基づいて前記後段の蓄電素子監視回路に前記第2のフラグ出力を伝達する第2の出力回路と
を備えることを特徴とする請求項15に記載の充電システム。 - 前記第1の出力回路は、前記第1の3ステートバッファの入力がハイである場合は前記第1のフラグ出力をオンにし、ローまたはハイインピーダンスである場合は前記第1のフラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項16に記載の充電システム。
- 前記第2の出力回路は、前記第2の3ステートバッファの入力がハイインピーダンスである場合は前記第2のフラグ出力をオンにし、ハイまたはローである場合は前記第2のフラグ出力をオフにすることを特徴とする請求項16に記載の充電システム。
- 前記制御回路は、前記第1のフラグ信号がオンである場合、前記充電電流の供給ラインに設けられたスイッチをオフにすることを特徴とする請求項17に記載の充電システム。
- 前記制御回路は、前記第1のフラグ信号がオンである場合、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項17に記載の充電システム。
- 通常使用の蓄電素子監視回路と故障時用の蓄電素子監視回路とを2重化し、
前記制御回路は、前記第2のフラグ信号がオンである場合、前記通常使用の蓄電素子監視回路を前記故障時用の蓄電素子監視回路に切り替えることを特徴とする請求項18に記載の充電システム。 - 前記3ステートバッファに用いられるプルダウン抵抗が前記前段の蓄電素子監視回路の近傍に配置されることを特徴とする請求項11〜21のいずれか1項に記載の充電システム。
- 前記3ステートバッファに用いられるプルダウン抵抗が前記前段の蓄電素子監視回路を搭載するモジュール上に配置されることを特徴とする請求項22に記載の充電システム。
- 前記蓄電素子は、リチウムイオン電池セル、電気2重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセルのいずれかであることを特徴とする請求項10〜23のいずれか1項に記載の充電システム。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の蓄電素子監視回路を搭載した集積回路。
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