JP3709729B2 - 過放電検知回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、EV(electric vehicle),HEV(hybrid electric vehicle)等の蓄電池、特に有機溶媒系電池の過放電を検出する過放電検知回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、100〜300セルの有機溶媒系電池(例えば、リチウムイオン電池)を直列又は並列接続した組電池を有するEV,HEV等が提案されている。かかる組電池では、充放電の繰り返しによる各電池の充電量のばらつきを防止するために、各電池の過放電を、図7に示すような過放電検知回路を用いて検知している。
【0003】
このような過放電検知回路は、セル1の電圧を計測する電圧計測回路2と、この電圧計測回路2からの信号を受信するとともに車両制御系3と通信する制御回路4と、制御回路4の制御によってオンオフ動作を行うスイッチ(例えば、トランジスタ)5と、放電用抵抗6とを有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる過放電検知回路では、電圧計測回路2及び制御回路4の構成が複雑となるので、コストが高くなるとともに信頼性の確保が困難となる。また、過放電検知回路がトランジスタ、オペアンプ等を有するために電流消費が大きくなる。例えば、論理回路動作時の回路による消費電流は100mA程度であり、回路停止時においても一般的に暗電流が大きくなる。このために、停止期間が長期間に亘ると、回路の暗電流によって電池自身の電荷が消費され、放電状態になることもあり得る。さらに、セルの過放電状態を検出する際にセル1の電力を用いているので、セル1が更に放電するという不都合がある。
【0005】
本発明のうち請求項1〜5,7,8記載の過放電検知回路は、充電池の過放電状態を検知する際に、コストを低減し、信頼性を確保し、かつ、電流消費を極力抑制することを目的とする。
【0006】
本発明のうち請求項6記載の過放電検知回路は、充電池の過充電状態を検知する際に、コストを低減し、信頼性を確保し、かつ、電流消費を極力抑制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項1記載の過放電検知回路は、
ダイオードと、このダイオードのアノードに直列接続した抵抗と、これらダイオード及び抵抗の直列接続部に並列に接続したコンデンサと、前記ダイオード及び抵抗の直列接続部に直列に接続したコイルとを有する整流回路を具え、
前記整流回路及び前記整流回路に並列に接続した蓄電素子を有する整流兼蓄電回路を、蓄電池に並列に配置し、
前記ダイオード及びコンデンサの接続部が前記蓄電素子の陽極側に接続し、前記コイルの一端及び前記蓄電素子の陰極側が、前記蓄電池の陰極側に接続し、
前記蓄電池が、前記蓄電池の両端間に印加された電圧の直流成分によって充電されるとともに、前記蓄電素子が、前記蓄電池の両端間に印加された電圧の交流成分によって充電され、
前記蓄電素子の陽極側の電位と前記蓄電池の陽極側の電位との差が所定の値より大きい場合に前記蓄電池が過放電状態であることを示す検知信号を外部に出力する信号発生回路を設けたことを特徴とするものである。
【0008】
本発明のうち請求項2記載の過放電検知回路は、前記整流回路が共振回路として作用し、その振動数が前記交流成分に対して同期をとるようにしたことを特徴とするものである。
【0009】
本発明のうち請求項3記載の過放電検知回路は、前記交流成分を外部回路のリップル及び/又はサージとしたことを特徴とするものである。
【0010】
本発明のうち請求項4記載の過放電検知回路は、前記信号発生回路が、陰極側が前記蓄電池の陽極側に接続するLEDを有することを特徴とするものである。
【0011】
本発明のうち請求項5記載の過放電検知回路は、前記信号発生回路が、前記LEDに並列に接続されるとともに陽極側が前記蓄電素子の陽極側に接続する整流素子を更に有することを特徴とするものである。
【0012】
本発明のうち請求項6記載の過放電検知回路は、前記蓄電池が過充電状態であることを示す検知信号を外部に出力する他の信号発生回路を、前記蓄電池に並列に設け、この他の信号発生回路が、前記LEDが発する色とは異なる色を発するLEDを有することを特徴とするものである。
【0013】
本発明のうち請求項7記載の過放電検知回路は、前記コイルが前記蓄電池の外周に巻かれていることを特徴とするものである。
【0014】
本発明のうち請求項8記載の過放電検知回路は、前記蓄電素子を、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池又はキャパシタとしたことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の効果】
本発明のうち請求項1記載の過放電検知回路によれば、整流回路及びこの整流回路に並列に接続した蓄電素子を有する整流兼蓄電回路を、蓄電池に並列に配置する。蓄電池が、蓄電池の両端間に印加された電圧の直流成分によって充電されるとともに、蓄電素子が、蓄電池の両端間に印加された電圧の交流成分によって充電される。信号発生回路は、蓄電素子の陽極側の電位と蓄電池の陽極側の電位との差が所定の値より大きい場合に蓄電池が過放電状態であることを示す検知信号を外部に出力する。
【0016】
このように従来の過放電検知回路に比べて簡単な構成で蓄電池の過放電を検知するので、従来に比べて過放電検知回路のコストを低減するとともに信頼性を確保することができる。また、トランジスタ、オペアンプ等の消費電力の大きな素子を有しないので、電力消費を極力抑制することができる。さらに、蓄電池の過放電状態を検知する際に蓄電池の電力を用いないので、蓄電池が更に放電するという不都合もない。
【0017】
本発明のうち請求項2記載の過放電検知回路によれば、整流回路が共振回路として作用し、その振動数が交流成分に対して同期をとる。このように同期をとることによって、交流成分のエネルギーを有効に利用することができる。
【0018】
本発明のうち請求項3記載の過放電検知回路によれば、交流成分を外部回路のリップル及び/又はサージとする。これによって、蓄電池を充電するのに本来不要なリップル及びサージを有効に利用することができる。
【0019】
本発明のうち請求項4記載の過放電検知回路によれば、信号発生回路が、陰極側が蓄電池の陽極側に接続するLEDを有する。このようにLEDを用いることによって、蓄電池の過放電状態を視覚的に検知することができる。
【0020】
本発明のうち請求項5記載の過放電検知回路によれば、信号発生回路が、LEDに並列に接続されるとともに陽極側が蓄電素子の陽極側に接続する整流素子を更に有する。このような整流素子によって、蓄電素子の陽極側の電位と蓄電池の陽極側の電位との差が所定の値より大きくない場合には、交流成分を蓄電素子に供給することができる。
【0021】
本発明のうち請求項6記載の過放電検知回路によれば、蓄電池が過充電状態であることを示す検知信号を外部に出力する他の信号発生回路を、前記蓄電池に並列に設け、この他の信号発生回路が、信号白系回路のLEDが発する色とは異なる色を発するLEDを有する。このようにLEDが発する色を互いに相違させることによって、蓄電池の過放電状態及び過充電状態を視覚的に検知することができる。
【0022】
本発明のうち請求項7記載の過放電検知回路によれば、コイルが蓄電池の外周に巻かれている。これによって共振回路としての整流回路のインダクタンス値を大きくすることができ、共振回路が制御上必要とするコイルの体積及び重量を低減することができる。
【0023】
本発明のうち請求項8記載の過放電検知回路によれば、蓄電素子を、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池又はキャパシタとする。このように電荷量の小さい微小蓄電素子を用いることによって、過放電及び/又は過充電の検知が容易になる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明による過放電検知回路の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1Aは、本発明による過放電検知回路の第1の実施の形態の回路図であり、図1Bは、そのセル電圧の時間変化を示す図である。図1Aに図示した過放電検知回路は、整流回路11とこの整流回路11に並列に接続した蓄電素子12及び抵抗13を有する整流兼蓄電回路14を、蓄電池としてのセル15に並列に配置する。
【0025】
本実施の形態では、整流回路11の出力側が蓄電素子12の陽極側に接続し、整流回路11の出力側及び蓄電素子12の陰極側が、セル15の陰極側に接続する。また、接続点A1と接続点B1との間に、車両制御系16に信号を出力する信号発生回路17を設けるとともに、接続点A1と接続点C1との間に抵抗18を設ける。
【0026】
整流回路11の出力側は蓄電素子12の陽極側に接続し、整流回路11の出力側及び蓄電素子12の陽極側はセル15の陽極側に接続する。蓄電素子12を、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、キャパシタのような電荷量の小さい微小蓄電素子とする。セル15を、リチウムイオン電池のような有機溶媒系電池とする。これら蓄電素子12及びセル15は共に、約4Vで満充電状態となり、約1.5Vで過放電状態となる。
【0027】
信号発生回路17はLEDのような発光素子(図示せず)を有し、車両制御系16は、この発光素子(図示せず)が発する光を検知するフォトダイオード、トライアックのような光検知素子(図示せず)を有する。発光素子(図示せず)は、接続点A1の電位と接続点B1の電位との差が約2.5Vになると導通して光を発する。なお、発光素子(図示せず)が発する光を検知しうるようにするために、過放電検知回路には外部からの光がほとんど入射しないようにしている。例えば、ケース等がブレイクした場合には、外より入射する光でその不具合を検知するのも可能である。
【0028】
本実施の形態の動作を説明する。セル15の両端間に電圧を印加すると、その直流成分X(図1B)はセル15の充電に用いられ、交流成分(外部回路のリップル及び/又はサージ)の一部は蓄電素子12に供給され、それ以外は整流回路11に供給される。更に詳しく説明すると、交流成分は、例えば、時間t1〜t2間には抵抗18、蓄電素子12、抵抗13を順に流れ、時間t2〜t3間には整流回路11、抵抗18を順に流れる。この際、整流回路11は共振回路として作用し、その振動数が交流成分に対して同期をとる。
【0029】
充電後、セル15の電圧が1.5V未満になると、すなわち、セル15が過放電状態になると、接続点A1の電位と接続点B1の電位との差が2.5V以上となり、信号発生回路17の発光素子(図示せず)が発光し、車両制御系16の光検知素子(図示せず)がこれを検知する。
【0030】
図2は、図1の整流回路の一例の回路図である。本例では、ダイオード21及びそのアノード側に接続した抵抗22をコンデンサ23に接続したものを、コイル24に接続する。なお、ダイオード21のカソード側は、蓄電素子12(図1A)の陽極側及びセル15(図1A)の陽極側に接続する。
【0031】
本実施の形態によれば、従来の過放電検知回路に比べて簡単な構成でセル15の過放電を検知するので、従来に比べて過放電検知回路のコストを低減するとともに信頼性を確保することができる。また、トランジスタ、オペアンプ等の消費電力の大きな素子を有しないので、電力消費を極力抑制することができる。さらに、セル15の過放電状態を検知する際にセル15の電力を用いないので、セル15が更に放電するという不都合もない。
【0032】
また、交流成分に対して同期をとることによって、交流成分のエネルギーを有効に利用することができるとともに、セル15を充電するのに本来不要なリップル及びサージを有効に利用することができる。
【0033】
さらに、発光素子(図示せず)を用いることによって、蓄電池の過放電状態を視覚的に検知することができ、かつ、蓄電素子15を、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、キャパシタのような電荷量の小さい微小蓄電素子を用いることによって、過放電の検知が容易になる。
【0034】
図3は、本発明による過放電検知回路の第2の実施の形態の回路図である。図3において、整流回路31、蓄電素子32、抵抗33、セル35、車両制御系36、信号発生回路37、抵抗38及び接続点A2〜C2はそれぞれ、図1の整流回路11、蓄電素子12、抵抗13、セル15、車両制御系16、信号発生回路17、抵抗18及び接続点A1〜C1に対応し、整流兼蓄電回路34は、蓄電素子32及び抵抗33に並列に接続したツェナーダイオード39及びそのカソード側に接続した抵抗40を更に有する。これらツェナーダイオード39及び抵抗40はレギュレータとして作用し、蓄電素子32が過充電状態にならないようにしている。
【0035】
図4は、本発明による過放電検知回路の第3の実施の形態の回路図である。図4において、整流兼蓄電回路44、セル45、車両制御系46及び接続点A3〜B3はそれぞれ、図1の整流兼蓄電回路14、セル15、車両制御系16及び接続点A1〜B1に対応し、信号発生回路47は、LED48と、そのカソードに接続した抵抗49と、これらLED48及び抵抗49に並列接続したダイオード50とを有する。
【0036】
この過放電検知回路の動作を図1Bを用いて説明すると、セル45の両端間に印加される電圧の直流成分X(図1B)はセル45の充電に用いられ、交流成分は、例えば、時間t1〜t2間にはダイオード50、蓄電素子42、抵抗43を順に流れ、時間t2〜t3間には整流回路41、LED48及び抵抗49を順に流れる。
【0037】
充電後、セル45の電圧が1.5V未満になると、すなわち、セル45が過放電状態になると、接続点A3の電位と接続点B3の電位との差が2.5V以上となり、LED48が発光し、車両制御系16の光検知素子(図示せず)がこれを検知する。それに対して、セル45の電圧が1.5V以上である場合、交流成分を蓄電素子42に有効に供給することができる。
【0038】
図5は、本発明による過放電検知回路の第4の実施の形態の回路図である。図5において、整流兼蓄電回路54、セル55、車両制御系56及び接続点A4〜C4はそれぞれ、図1の整流兼蓄電回路14、セル15、車両制御系16及び接続点A1〜C1に対応し、整流兼蓄電回路54と信号発生回路57とを組み合わせたものと同様な構成を有する過充電検知回路59を、セル55に並列に接続する。この過充電検知回路59は、セル55が過充電状態である(例えば、セル電圧が6.4V以上になる)ことを検出すると光を発する発光素子(図示せず)を有する。
【0039】
本実施の形態では、信号発生回路57の発光素子(図示せず)は赤色光を発し、過充電検知回路59の発光素子(図示せず)は緑色光を発する。このように発光素子が発する色を互いに相違させることによって、蓄電池の過放電状態及び過充電状態を視覚的に検知することができる。
【0040】
図6は、本発明による過放電検知回路の第5の実施の形態の回路図である。図6において、蓄電素子62、抵抗63、セル65、車両制御系66、信号発生回路67、抵抗68及び接続点A5〜C5はそれぞれ、図1の蓄電素子12、抵抗13、セル15、車両制御系16、信号発生回路17、抵抗18及び接続点A1〜C1に対応し、整流兼蓄電回路64の整流回路61は、ダイオード71及びそのアノードに接続した抵抗72をコンデンサ73に並列に接続したものに接続したコイル74を、セル65の外周に巻く。
【0041】
共振回路のインダクタンス値は透磁率及びコイル断面積に比例するが、磁性材料で構成されるとともに断面積が大きい有機溶媒系電池であるセル65にコイル74を巻くことによって、コイル芯を追加することなくインダクタンス値が増大する。これによって共振回路が制御上必要とするコイルの体積及び重量を低減することができ、過放電検知回路のコストを更に低減することができる。
【0042】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、有機溶媒系電池に適用したものについて説明したが、過放電検知回路を他の蓄電池について適用することももできる。また、他の構成の整流回路及び信号発生回路を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による過放電検知回路の第1の実施の形態の回路図であり、Bは、そのセル電圧の時間変化を示す図である。
【図2】 図1の整流回路の一例の回路図である。
【図3】 本発明による過放電検知回路の第2の実施の形態の回路図である。
【図4】 本発明による過放電検知回路の第3の実施の形態の回路図である。
【図5】 本発明による過放電検知回路の第4の実施の形態の回路図である。
【図6】 本発明による過放電検知回路の第5の実施の形態の回路図である。
【図7】 従来の過放電検知回路の回路図である。
【符号の説明】
1,15,35,45,55,65 セル
2 電圧計測回路
3,16,36,46,56,66 車両制御系
4,16,36,46,56,66 制御回路
5 スイッチ
6 放電用抵抗
11,31,41,51,61 整流回路
12,32,42,52,62 蓄電素子
13,18,22,33,38,40,43,48,49,53,58,63,68,72 抵抗
14,34,44,54,64,74,84 整流兼蓄電回路
17,37,47,57,67 信号発生回路
21,50,71 ダイオード
23,73 コンデンサ
24,74 コイル
39 ツェナーダイオード
48 LED
59 過電圧検知回路
A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C4 接続点
t1,t2,t3 時間
Claims (8)
- ダイオードと、このダイオードのアノードに直列接続した抵抗と、これらダイオード及び抵抗の直列接続部に並列に接続したコンデンサと、前記ダイオード及び抵抗の直列接続部に直列に接続したコイルとを有する整流回路を具え、
前記整流回路及び前記整流回路に並列に接続した蓄電素子を有する整流兼蓄電回路を、蓄電池に並列に配置し、
前記ダイオード及びコンデンサの接続部が前記蓄電素子の陽極側に接続し、前記コイルの一端及び前記蓄電素子の陰極側が、前記蓄電池の陰極側に接続し、
前記蓄電池が、前記蓄電池の両端間に印加された電圧の直流成分によって充電されるとともに、前記蓄電素子が、前記蓄電池の両端間に印加された電圧の交流成分によって充電され、
前記蓄電素子の陽極側の電位と前記蓄電池の陽極側の電位との差が所定の値より大きい場合に前記蓄電池が過放電状態であることを示す検知信号を外部に出力する信号発生回路を設けたことを特徴とする過放電検知回路。 - 前記整流回路が共振回路として作用し、その振動数が前記交流成分に対して同期をとるようにしたことを特徴とする請求項1記載の過放電検知回路。
- 前記交流成分を外部回路のリップル及び/又はサージとしたことを特徴とする請求項1又は2記載の過放電検知回路。
- 前記信号発生回路が、陰極側が前記蓄電池の陽極側に接続するLEDを有することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の過放電検知回路。
- 前記信号発生回路が、前記LEDに並列に接続されるとともに陽極側が前記蓄電素子の陽極側に接続する整流素子を更に有することを特徴とする請求項4記載の過放電検知回路。
- 前記蓄電池が過充電状態であることを示す検知信号を外部に出力する他の信号発生回路を、前記蓄電池に並列に設け、この他の信号発生回路が、前記LEDが発する色とは異なる色を発するLEDを有することを特徴とする請求項4又は5記載の過放電検知回路。
- 前記コイルが前記蓄電池の外周に巻かれていることを特徴とする請求項1から6のうちのいずれか1項に記載の過放電検知回路。
- 前記蓄電素子を、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池又はキャパシタとしたことを特徴とする請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の過放電検知回路。
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