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
【課題】断線異常を検出することが可能な蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路を提供すること。
【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
【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
本発明は、蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路に関する。
一般に、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動などに用いられる大容量で高出力なバッテリとして、複数の電池セル（蓄電素子）が直列に接続された組電池であるリチウムイオン電池などが用いられている。また、このような電池セルの各セル電圧を監視・制御するための監視回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
各監視回路は、フラットケーブルなどの配線を介して多段接続される。このような配線は、差し込み具合などによっては断線する可能性があるが、従来は、断線異常を検出することができなかった。
本発明の目的は、断線異常を検出することが可能な蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路を提供することにある。
本発明の一態様によれば、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蓄電素子監視回路が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、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充電システムが提供される。
また、本発明の他の態様によれば、上記いずれかの蓄電素子監視回路を搭載した集積回路が提供される。
本発明によれば、断線異常を検出することが可能な蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路を提供することができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第１の実施の形態]
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。
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。
（充電システム）
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。
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。
ここでは、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モジュールＭ１を形成している。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。蓄電素子監視回路２０Ａ，２０Ｂ，…，２０Ｚ間は、配線Ｌ２０を介して多段に接続されている。いずれかの配線Ｌ２０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。
（比較例１：レジスタ方式）
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。
例えば、蓄電素子監視回路３０Ａにおいて検出された検出フラグは、配線Ｌ３２を介して後段の蓄電素子監視回路３０Ｂに伝達され、蓄電素子監視回路３０Ｂのレジスタ３０Ｂに格納される。蓄電素子監視回路３０Ｂは、レジスタ３３Ｂに格納された検出フラグを読み出し、同様の方法で後段の蓄電素子監視回路３０Ｃに伝達する。これにより、最終段である蓄電素子監視回路３０Ｚの出力信号をマイコン１３においてモニタすることで、過充電などの異常を検出することが可能である。しかしながら、図２中に符号Ｄで示すように、各蓄電素子監視回路３０Ａ，３０Ｂ，…，３０Ｚ間を接続する配線Ｌ３１・Ｌ３２が断線する場合がある。このような場合、比較例１では、断線（Ｄ）を検出することができないため、適切なリカバリ処理を行うことができない。
（比較例２：簡易方式）
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。
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。
比較例１と異なる点は、検出フラグを格納するためのレジスタを備えていない点である。すなわち、出力回路４３Ｂは、異常が検出された場合は電流Ｉ1を流し、異常が検出されなかった場合は電流Ｉ1を流さない。これにより、最終段である蓄電素子監視回路４０Ｚから出力される電流Ｉ1（フラグ出力）をマイコン１３においてモニタすることで、過充電などの異常を検出することが可能である。このような電流インターフェイス（比較例２）によれば、先に説明した電圧インターフェイス（比較例１）に比べてレベルシフトが容易である。しかしながら、比較例２でも、断線（Ｄ）を検出することができないため、適切なリカバリ処理を行うことができない。
（蓄電素子監視回路：簡易方式）
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でも、比較例２と同様、レジスタを備えない簡易方式を採用している。比較例２と異なる点は大きく２つある。１つは３ステートバッファを採用した点であり、もう１つはプルダウン抵抗の配置を工夫した点である。３ステートバッファは、３ステート入力（ハイ／ロー／ハイインピーダンス）に対してハイ／ローを出力する回路である。また、プルダウン抵抗とは、入力レベルがＧＮＤレベルであることを明確にするためにＧＮＤと入力端子との間に挿入される抵抗をいう。
すなわち、図４および図５に示すように、第１の実施の形態に係る蓄電素子監視回路２０Ｂは、３ステートバッファ２２Ｂと、検出回路２４Ｂと、出力回路２３Ｂとを備える。３ステートバッファ２２Ｂ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との間の断線（Ｄ）を検出する。検出回路２４Ｂは、蓄電素子ＣB1〜ＣBnを監視して正常または異常を検出する。例えば、過充電、過放電、過電流などの異常を監視（検出）し、異常を検出した場合はハイレベルの信号を出力し、それ以外の場合はローレベルの信号を出力する。出力回路２３Ｂは、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。
具体的には、出力回路２３Ｂは、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をオンにし、ローである場合はフラグ出力Ｆをオフにする。より具体的には、検出回路２４Ｂの出力がハイレベル、またはフラグ出力Ｆがハイレベルのとき、ＯＲ回路２５Ｂの出力はハイレベルになり、出力回路２３Ｂは電流Ｉ1を流す。また、検出回路２４Ｂの出力がローレベル、かつフラグ出力Ｆがローレベルのとき、ＯＲ回路２５Ｂの出力はローレベルになり、出力回路２３Ｂは電流Ｉ1を流さない。これにより、最終段である蓄電素子監視回路２０Ｚから出力されるフラグ出力Ｆをマイコン１３においてモニタすることで、過充電などの異常だけでなく断線異常も検出することが可能である。
図４に示すように、蓄電素子監視回路２０ＢのＶＳＳ端子は、配線Ｌ２１を介して前段の蓄電素子監視回路２０Ａの出力端子Ｖ２２に接続される。この配線Ｌ２１には、３ステートバッファ２２Ｂに用いられるプルダウン抵抗Ｒ２１が挿入される。また、蓄電素子監視回路２０Ｂの入力端子Ｖ２１は、配線Ｌ２２を介して前段の蓄電素子監視回路２０Ａの出力端子Ｖ２２に接続される。ＶＣＣ１端子とＶＲＥＧ端子との間にレギュレータ２１Ｂを備えている点は、比較例１や２と同様である。
ここで、３ステートバッファ２２Ｂに用いられるプルダウン抵抗Ｒ２１は、前段の蓄電素子監視回路２０Ａの近傍に配置される。近傍とは、断線（Ｄ）が生じやすい位置よりも蓄電素子監視回路２０Ａ側という意味である。具体的には、プルダウン抵抗Ｒ２１は、前段の蓄電素子監視回路２０Ａを搭載するモジュールＭ１上に配置されるのが望ましい（後述する）。これにより、蓄電素子監視回路２０Ｂと前段の蓄電素子監視回路２０Ａとの間で断線（Ｄ）した場合でも、３ステートバッファ２２Ｂの出力状態がローレベルに固定されることを回避することができる。
（入出力論理）
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。
フラグ出力Ｆをオンにするとは、出力回路２３Ｂが電流Ｉ1を流すことに相当する。また、フラグ出力Ｆをオフにするとは、出力回路２３Ｂが電流Ｉ1を流さないことに相当する。これにより、最終段である蓄電素子監視回路２０Ｚから出力される電流Ｉ1（フラグ出力Ｆ）をマイコン１３においてモニタすることで、過充電などの異常だけでなく断線異常も検出することが可能である。
（多段接続の具体例）
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。
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。
（リカバリ処理の具体例）
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。
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。
例えば、マイコン１３は、フラグ出力Ｆがオンである場合、充電電流Ｉchgの供給ラインに設けられたスイッチＳＷをオフにする。これにより、いずれかの配線Ｌ２０が断線した場合は、充電電流Ｉchgの供給を停止させることができる。このようなリカバリ処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の後段のシステムと蓄電素子ＣA1〜ＣAn，ＣB1〜ＣBn，…，ＣZ1〜ＣZnとを切り離しても支障がない場合に効果的である。
また、マイコン１３は、フラグ出力Ｆがオンである場合、充電部１１を制御することによって充電電流Ｉchgを低下させても良い。これにより、いずれかの配線Ｌ２０が断線した場合は、過電圧にならないように充電電圧を低下させることができる。このようなリカバリ処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の後段のシステムと蓄電素子ＣA1〜ＣAn，ＣB1〜ＣBn，…，ＣZ1〜ＣZnとを切り離すことができない場合に効果的である。
（モジュールの変形例）
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。
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。
以上のように、第１の実施の形態によれば、いずれかの配線Ｌ２０が断線した場合は、その断線異常を検出することができるため、直ちにリカバリ処理を行うこと可能である。しかも、レジスタを備えない簡易方式を採用しているため、コストの削減を図ることができるとともに、回路の小型化を図ることが可能である。
[第２の実施の形態]
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。
（蓄電素子監視回路）
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。
また、第２の実施の形態に係る蓄電素子監視回路５０Ｂの出力回路は、第１の出力回路５４Ｂと、第２の出力回路５５Ｂとを備える。第１の出力回路５４Ｂは、第１の３ステートバッファ５３Ｂの入力と検出回路５６Ｂ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５０Ｃに第１のフラグ出力Ｆ１を伝達する。一方、第２の出力回路５５Ｂは、第１の３ステートバッファ５３Ｂの入力と第２の３ステートバッファ５２Ｂの入力とに基づいて後段の蓄電素子監視回路５０Ｃに第２のフラグ出力Ｆ２を伝達する。
具体的には、第１の出力回路５４Ｂは、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をオンにし、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。より具体的には、検出回路５６Ｂの出力がハイレベル、またはフラグ出力Ｆ１がハイレベルのとき、第１のＯＲ回路５８Ｂの出力はハイレベルになり、第１の出力回路５４Ｂは電流Ｉ1を流す。また、検出回路５６Ｂの出力がローレベル、かつフラグ出力Ｆ１がローレベルのとき、第１のＯＲ回路５８Ｂの出力はローレベルになり、第１の出力回路５４Ｂは電流Ｉ1を流さない。
一方、第２の出力回路５５Ｂは、第２の３ステートバッファ５２Ｂがハイインピーダンスである場合は第２のフラグ出力Ｆ２をオンにし、ハイまたはローである場合は第２のフラグ出力Ｆ２をオフにする。より具体的には、フラグ出力Ｆがハイレベル、またはフラグ出力Ｆ２がハイレベルのとき、第２のＯＲ回路５７Ｂの出力はハイレベルになり、第２の出力回路５５Ｂは電流Ｉ2を流す。また、フラグ出力Ｆがローレベル、かつフラグ出力Ｆ２がローレベルのとき、第２のＯＲ回路５７Ｂの出力はローレベルになり、第２の出力回路５５Ｂは電流Ｉ2を流さない。
（入出力論理）
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。
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。
第１のフラグ出力Ｆ１をオンにするとは、第１の出力回路５４Ｂが電流Ｉ1を流すことに相当する。また、第１のフラグ出力Ｆ１をオフにするとは、第１の出力回路５４Ｂが電流Ｉ1を流さないことに相当する。これにより、最終段である蓄電素子監視回路５０Ｚから出力される電流Ｉ1（第１のフラグ出力Ｆ１）をマイコン１３においてモニタすることで、過充電などの異常を検出することが可能である。
一方、図１１に示すように、第１の３ステートバッファ５３Ｂの入力がハイまたはローである場合は第２のフラグ出力Ｆ２をオフにする。また、第１の３ステートバッファ５３Ｂの入力がハイインピーダンスである場合は第２のフラグ出力Ｆ２をオンにする。
第２のフラグ出力Ｆ２をオンにするとは、第２の出力回路５５Ｂが電流Ｉ2を流すことに相当する。また、第２のフラグ出力Ｆ２をオフにするとは、第２の出力回路５５Ｂが電流Ｉ2を流さないことに相当する。これにより、最終段である蓄電素子監視回路５０Ｚから出力される電流Ｉ2（第２のフラグ出力Ｆ２）をマイコン１３においてモニタすることで、断線異常を検出することが可能である。
なお、第２の３ステートバッファ５２Ｂの入出力論理は、図６と同様である。すなわち、第２の３ステートバッファ５２Ｂの入力がハイまたはハイインピーダンスである場合は電流Ｉ2を流し、第２の３ステートバッファ５２Ｂの入力がローである場合は電流Ｉ2を流さない。
（リカバリ処理の具体例）
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。
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。
図１２に示すように、第２の実施の形態に係る充電システムでは、通常使用の蓄電素子監視回路２０Ａ１，２０Ｂ１，…，２０Ｚ１と、故障時用の蓄電素子監視回路２０Ａ２，２０Ｂ２，…，２０Ｚ２とを２重化している。このような状態で、蓄電素子監視回路２０Ａ１と蓄電素子監視回路２０Ｂ１とを接続する配線が断線したと仮定する。この場合は、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の入力が共にハイインピーダンスとなるため、第２のフラグ出力Ｆ２がオンになる。
マイコン１３は、第２のフラグ出力Ｆ２がオンである場合、通常使用の蓄電素子監視回路２０Ａ１，２０Ｂ１，…，２０Ｚ１を故障時用の蓄電素子監視回路２０Ａ２，２０Ｂ２，…，２０Ｚ２に切り替える。これにより、断線異常を検出した場合は、充電電流Ｉchgの供給を停止させたり、充電電圧を低下させたりすることなく、動作を継続することができる。このようなリカバリ処理は、蓄電素子ＣA1〜ＣAn，ＣB1〜ＣBn，…，ＣZ1〜ＣZnを常時監視することが必要な場合に効果的である。
もちろん、第１のフラグ出力Ｆ１がオンである場合のリカバリ処理については、第１の実施の形態と同様である。すなわち、過電圧などの異常を検出した場合は、第１の実施の形態と同様、充電電流Ｉchgの供給を停止させたり、充電電圧を低下させたりするようになっている。
以上のように、第２の実施の形態によれば、過電圧などの異常と断線異常とを区別することができるため、異常の種類に応じた適切なリカバリ処理を行うことが可能である。
[ＥＤＬＣ内部電極]
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、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。
（リチウムイオンキャパシタ内部電極）
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。
（リチウムイオン電池内部電極）
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。
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。
以上説明したように、本発明によれば、断線異常を検出することが可能な蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路を提供することができる。
[その他の実施の形態]
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。
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。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。例えば、本発明は、蓄電素子監視回路２０Ａの一部または全部を搭載した集積回路として実現することが可能である。
本発明に係る蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路は、車載バッテリ、エネルギー回生システム、瞬低対策装置、ＵＰＳ（uninterruptible power supply）など、蓄電素子を監視することが必要な様々な装置に利用することができる。また、蓄電素子としては、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、ＳＣｉＢセルなどを使用することが可能である。
１１…充電部
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
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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