JP6150149B2 - キャパシタの並列モニタ回路 - Google Patents

キャパシタの並列モニタ回路 Download PDF

Info

Publication number
JP6150149B2
JP6150149B2 JP2015538695A JP2015538695A JP6150149B2 JP 6150149 B2 JP6150149 B2 JP 6150149B2 JP 2015538695 A JP2015538695 A JP 2015538695A JP 2015538695 A JP2015538695 A JP 2015538695A JP 6150149 B2 JP6150149 B2 JP 6150149B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
potential
voltage
equalization
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015538695A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2015045050A1 (ja
Inventor
芳隆 濱田
芳隆 濱田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of JPWO2015045050A1 publication Critical patent/JPWO2015045050A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6150149B2 publication Critical patent/JP6150149B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22Balancing the charge of battery modules
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本発明は、直列に接続された複数のキャパシタのそれぞれの充電電位を均等化するために、キャパシタに並列に接続されてその充電電流を制御する並列モニタ回路に関するものである。
直列に接続された複数の電気二重層キャパシタの充電電位を均等化する従来技術として、特許文献1に記載されたキャパシタ充放電システムが知られている。
図2は、この充放電システムを示す回路図である。図2において、C,C,…,Cは充電電流源10とGND(接地)との間に直列に接続された電気二重層キャパシタ、20は電気二重層キャパシタC,C,…,Cの直列回路に並列に接続された負荷、PMC,PMC,…,PMCは各キャパシタにそれぞれ並列に接続された同一構成の並列モニタ回路、CMP,CMP,…,CMPはコンパレータ、Vr1,Vr2,…,Vrnは基準電位として与えられる各キャパシタの均等化電位(通常はVr1=Vr2=……=Vrn=Vであり、各キャパシタの満充電電位に等しい)、R,R,…,Rは電流制限用抵抗、Tr,Tr,…,Trは電流バイパス用のトランジスタである。
この従来技術では、コンパレータCMP,CMP,…,CMPが、各キャパシタC,C,…,Cの両端の電位差、すなわちキャパシタC,C,…,Cの充電電位を均等化電位Vとそれぞれ比較する。そして、充電電位がVより小さい場合はトランジスタをOFFにしてキャパシタの充電を継続すると共に、充電電位がVより大きい場合はトランジスタをONにして充電電流をバイパスさせ、キャパシタへの充電を停止することにより、全てのキャパシタC,C,…,Cの均等化充電を行っている。
特許文献1では、図2から明らかなように、各キャパシタの下位電位側から、均等化電位Vを発生させる電圧源を介して各コンパレータの反転入力端子に接続し、各キャパシタの上位電位側を、各コンパレータの非反転入力端子に接続している。このような回路構成は、特許文献1以外にも数多く知られている。
しかしながら、この回路構成では、均等化電位Vを発生させる電圧源がキャパシタごとに必要になって電圧源を共通化できないことから、回路構成が複雑化するという問題がある。また、均等化電位Vが固定値であるため充電電位を変更することができず、各キャパシタを任意の値で均等化充電することができない。
これらの問題を解決する従来技術として、特許文献2に記載されたキャパシタ充電制御回路が知られている。
図3は、このキャパシタ充電制御回路を示すブロック図である。図3において、PMC11,PMC12,…,PMC1nは電気二重層キャパシタC,C,…,Cにそれぞれ並列に接続された同一構成の並列モニタ回路、31は電圧−電流変換回路、32は電流−電圧変換回路(及びトリミング抵抗)、33はキャパシタ電圧分圧回路、34はバイパス素子駆動回路、35はバイパス素子、40は基準電圧発生回路、50はデコーダ、60はD−Aコンバータである。
また、図4は図3の具体的回路を示し、70はキャパシタC,C,…の電圧Vc1,Vc2,…に基づいてデコーダ50に入力する制御信号を生成する制御回路である。
この従来技術では、DAコンバータ60を用いることにより、バイパス素子駆動回路34内のコンパレータ34aに入力される均等化電位Vを容易に変更することができる。更に、均等化電位Vをコンパレータ34aに入力する前に電圧−電流変換回路31及び電流−電圧変換回路32を設けることで、均等化電位Vの発生源であるDAコンバータ60を全てのキャパシタC,C,…,Cに対して共通化できるという利点もある。
特開2008-271722号公報(段落[0016]〜[0019]、図1等) 特開2008-178202号公報(段落[0032]〜[0042]、図3,図4等)
特許文献1に記載された従来技術(前述の図2)では、キャパシタの上位電位側がコンパレータの非反転入力端子に直接接続されているため、非反転入力端子に印加される電圧はコンパレータの電源電圧と同等になってしまう。特に、キャパシタの両端電極からコンパレータに電源を供給する場合には、非反転入力端子に印加される電圧はコンパレータの電源電圧に等しくなる。
汎用のコンパレータの場合、電源電圧に対して少なくとも1[V]程度の同相入力電圧範囲が規定されているため、入力電圧と電源電圧が同等である場合には、予期しない動作が起こるばかりか、デバイスの破損を生じる可能性も否定できない。このような問題を回避するためには、電源電圧にほぼ等しい入力電圧にも対応可能ないわゆる入力レール・トゥ・レール型の特殊なコンパレータを選定する必要がある。
また、キャパシタの両端電極以外から電源を供給する場合には、高耐圧なコンパレータを選定することが必要になる。その理由としては、キャパシタの両端電極以外から電源を供給する場合には各コンパレータの負電源端子がGND(0[V])に接続されるので、電圧を上げるために複数、直列接続された電気二重層キャパシタのGND(0[V])を基準とした最高電位は、アプリケーションによっても異なるが、高いものでは数百[V]にも及ぶことになり、この最高電位に近いコンデンサに対応するコンパレータほど高電圧が入力されるからである。
一方、特許文献2に記載された従来技術(前述の図3,図4)によると、設定可能な均等化電位に制約が生じる。
電気二重層キャパシタ1個当たりの満充電電位は、通常は2〜3[V]程度である。これに対して、コンパレータの動作電源電圧は、低電圧駆動が可能な特殊品であっても1[V]程度を要する。特許文献2において、例えば、キャパシタが1[V]程度まで充電されたとき、キャパシタ電圧分圧回路33の分圧抵抗値が互いに等しければ、コンパレータへの入力電圧は0.5[V]となる。この状態でもコンパレータを誤動作させないためには、特許文献1の場合と同様に、入力レール・トゥ・レール型の特殊なコンパレータを選定する必要がある。また、そのような特殊なコンパレータを選定した場合でも、キャパシタの充電電位がコンパレータの動作電源電圧に満たない状態では、コンパレータの動作が保証されなくなる。
従って、特許文献2において、コンパレータ34aに設定される均等化電位は、コンパレータの動作電源電圧以上でなくてはならないという制約がある。
また、特許文献2に記載された回路では、電圧−電流変換回路31にN−MOSを使用しているため、コンパレータ34aに設定される均等化電位は、N−MOSの閾値電圧(通常、0.6〜0.7[V]程度)以上でなくてはならないという制約もある。
上記のように、特許文献1,2に記載された従来技術では、バイパス電流を流すためのコンパレータとして特殊な型式のものが要求される場合があり、また、各種の制約によって均等化電位に下限値が存在するため、その下限値よりも低い電位で複数のキャパシタを均等化充電することができない、等の問題があった。
そこで、本発明の解決課題は、汎用のコンパレータ等を使用可能とし、しかも、直列に接続された複数のキャパシタを所望の電位で均等化充電することが可能な並列モニタ回路を提供することにある。
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明は、充電電流源と接地点との間に直列に接続された複数のキャパシタの両端にそれぞれ接続され、前記キャパシタの充電電位と均等化電位とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力により動作して前記充電電位が前記複数のキャパシタに共通した前記均等化電位に一致するように前記キャパシタの充電電流を制御する充電電流バイパス手段と、を備えた多段構成の並列モニタ回路において、
前記キャパシタの両端電極の電位をそれぞれ抵抗分圧して減衰させる分圧手段と、
前記分圧手段による分圧電圧の差を増幅して前記充電電位を検出する差動増幅手段と、
前記均等化電位を可変値として設定する均等化電位設定手段と、を備え、
前記差動増幅手段では、それぞれに対応する前記キャパシタの高電位側の電位の対接地分圧値を非反転入力電圧とし、かつ、当該キャパシタの低電位側の電位の対接地分圧値を反転入力電圧とし、
前記差動増幅手段により検出した前記充電電位と前記均等化電位設定手段により設定した前記均等化電位とを前記比較手段によりそれぞれ比較することを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した並列モニタ回路において、前記分圧手段が、前記キャパシタの両端電極の電位と接地電位との間の電圧をそれぞれ抵抗分圧するものである。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、前記分圧手段による電圧減衰比率が、前記差動増幅手段における電圧増幅率の逆数に等しいことを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、前記均等化電位設定手段は、0[V]と前記キャパシタの満充電相当値との間で、前記均等化電位を所定の刻み幅で設定可能であることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、
前記差動増幅手段及び前記比較手段の動作電源電圧を、前記キャパシタの両端電極以外の電源から供給することを特徴とする。
本発明によれば、入力レール・トゥ・レール型の特殊なコンパレータや高耐圧のコンパレータ、オペアンプ等を用いることなく、直列に接続された複数のキャパシタを制約のない所望の値に均等化充電することができる。
本発明の実施形態に係る並列モニタ回路の回路図である。 特許文献1に記載されたキャパシタ充放電システムの回路図である。 特許文献2に記載されたキャパシタ充電制御回路のブロック図である。 図3の具体的回路図である。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る並列モニタ回路の回路図である。図1において、充電電流源10とGND(接地)との間には、電気二重層キャパシタ等のキャパシタC,C,C,…,Cが直列に接続されており、各キャパシタC,C,C,…,Cの両端には、並列モニタ回路PMC21,PMC22,PMC23,…,PMC2nがそれぞれ接続されている。
ここでは、並列モニタ回路PMC21,PMC22,PMC23,…,PMC2nの動作により、全てのキャパシタC,C,C,…,Cの充電電位を同一値に制御するものとする。
並列モニタ回路PMC21,PMC22,PMC23,…,PMC2nの構成は実質的に全て同一であるため、以下では、主に最高電位側の並列モニタ回路PMC21を例に挙げてその構成を説明する。
並列モニタ回路PMC21において、キャパシタCの両端電極にはPNP型トランジスタTrb1のエミッタ、コレクタが接続され、そのエミッタとベースとの間には抵抗R11が接続されている。トランジスタTrb1のベースとGNDとの間には、NPN型トランジスタTra1のコレクタ、エミッタが接続されている。ここで、トランジスタTrb1,Tra1、後述する抵抗Ra1,R11等は、請求項における充電電流バイパス手段を構成している。
トランジスタTra1のベースには、抵抗Ra1を介してコンパレータCMP1の出力が加えられている。なお、コンパレータCMP1の反転入力端子には、請求項における均等化電位設定手段としてのDAコンバータ80から均等化電圧Vが加えられている。このDAコンバータ80は他の並列モニタ回路PMC22,PMC23,…,PMC2nにも共用されており、均等化電圧VがコンパレータCMP,CMP,…,CMPの反転入力端子にも加えられている。
前記トランジスタTrb1のエミッタと抵抗R11との接続点は、抵抗Ra12,Ra14の直列回路を介してオペアンプAMPの非反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ra12と抵抗Ra14との接続点は抵抗Ra13を介してGNDに接続され、オペアンプAMPの非反転入力端子は抵抗Ra15を介してGNDに接続されている。
トランジスタTrb1のコレクタは、抵抗Rb12,Rb14,Rb15の直列回路を介してオペアンプAMPの出力端子に接続され、抵抗Rb12と抵抗Rb14との接続点は抵抗Rb13を介してGNDに接続されている。
抵抗Rb12と抵抗Rb14との接続点は、次段の並列モニタ回路PMC22内の抵抗Ra24を介して、オペアンプAMPの非反転入力端子に接続されている。このため、次段のキャパシタCの高電位側電極とオペアンプAMPの非反転入力端子との間には、抵抗Rb12,Rb13と抵抗Ra24,Ra25とが接続されていることになり、並列モニタ回路PMC21のオペアンプAMPに対する抵抗Ra12,Ra13及び抵抗Ra14,Ra15の接続関係と同様になっている。
上記の点は、他の並列モニタ回路PMC23,…,PMC2nについても同様である。
なお、次段以降の並列モニタ回路PMC22,PMC23,…,PMC2nにおいて、Tra2,Tra3,…,TranはNPN型トランジスタ、Trb2,Trb3,…,TrbnはPNP型トランジスタ、AMP,AMP,…,AMPはオペアンプ、CMP,CMP,…,CMPはコンパレータ、R21,R31,…,Rn1,Ra2,Ra3,…,Ran,Ra24,Ra25,Rb22,Rb23,Rb24,Rb25,Ra34,Ra35,Rb32,Rb33,Rb34,Rb35,Ran4,Ran5,Rbn2,Rbn3,Rbn4,Rbn5は抵抗である。
並列モニタ回路PMC21,PMC22,PMC23,…,PMC2nにおいて、抵抗Ra12,Ra13,Rb12,Rb13,Rb22,Rb23,Rb32,Rb33,…,Rbn2,Rbn3は、キャパシタC,C,C,…,Cの両端電極の電位をそれぞれGND(0V)に対して分圧するための分圧抵抗である。これらの分圧抵抗Ra12,Ra13,Rb12,Rb13,Rb22,Rb23,Rb32,Rb33,…,Rbn2,Rbn3の抵抗値は、分圧後の電圧値がオペアンプAMP,AMP,AMP,…,AMPの入力電圧範囲内に収まるように設定すれば良い。
また、抵抗Ra14,Ra15,Rb14,Rb15,Ra24,Ra25,Rb24,Rb25,Ra34,Ra35,Rb34,Rb35,…,Ran4,Ran5,Rbn4,Rbn5は、それぞれの差動増幅回路の増幅率を定めるための抵抗であり、これらの抵抗値は、Ra14=Rb14,Ra15=Rb15,Ra24=Rb24,Ra25=Rb25,…,Ran5=Rbn5とする。
更に、これらの抵抗Ra14,Ra15,……,Rbn4,Rbn5の抵抗値は、それぞれの分圧抵抗に生じる電圧Va1P,Va1N(=Va2P),Va2N(=Va3P),Va3N,…,Va(n−1)N(=VanP),VanNを乱さない程度に、分圧抵抗Ra12,Ra13,Rb12,Rb13,Rb22,Rb23,Rb32,Rb33,…,Rbn2,Rbn3の抵抗値よりも高くする。
ここで、並列モニタ回路PMC21内の差動増幅回路(オペアンプAMP)の出力電圧Vb1は、数式1によって求められる。
Figure 0006150149
従って、数式2を満たすように抵抗Ra12,Ra13,Ra14,Ra15の抵抗値を決めれば、差動増幅回路の出力電圧Vb1は、キャパシタCの充電電位Vcapと等しくなる(Vb1=Vcap)。この数式2は、分圧手段としての抵抗Ra12,Ra13による電圧減衰比率が、差動増幅回路における電圧増幅率の逆数に等しいことを示している。
Figure 0006150149
すなわち、数式2を満たすように抵抗Ra12,Ra13,Ra14,Ra15の抵抗値を決めれば、コンパレータCMPは、キャパシタCの充電電位Vcap(電圧Vb1)と均等化電位Vとを比較することになる。
また、この実施形態では、直列接続されるキャパシタの数に依存することなくVb1=Vcapとなり、Vcapは通常は2〜3[V]以下となるため、全てのコンパレータの電源電圧Vddは、同相入力電圧範囲を考慮したとしても、例えば5[V]程度でよくなる。なお、この電源電圧Vddは全てのオペアンプにも共通して用いられている。
コンパレータCMPによって比較される電圧Vb1と均等化電位Vとに関して、Vb1<Vの場合にはトランジスタTra1,Trb1の何れもOFFとなるので、充電電流源10からの電流がバイパスされることなくキャパシタCに供給され、キャパシタCが充電されて充電電位Vcapが均等化電位Vに近付いて行く。
また、Vb1≧Vの場合には、トランジスタTra1,Trb1の何れもONとなって充電電流源10からの電流がバイパスされることにより、キャパシタCには電流が供給されなくなって充電が停止される。
このように、各キャパシタC,C,C,…,Cの充電電位Vcapは均等化電位Vに依存し、この均等化電位Vは全てのキャパシタC,C,C,…,Cに対して共通であるため、DAコンバータ80により均等化電位Vを可変制御すれば、全てのキャパシタC,C,C,…,Cの充電電位Vcapを容易に変更することができる。
この実施形態では、コンパレータCMP,CMP,…,CMPの電源電圧Vddをキャパシタの両端電極からではなく別途に供給しているので、コンパレータCMP,CMP,…,CMPはキャパシタの充電電位Vcapに関わらず動作可能である。
よって、各キャパシタC,C,C,…,Cの充電電位Vcapを、0[V]の状態から例えば0.1[V]刻みで高くしていくように設定することも可能であり、各キャパシタC,C,C,…,Cを0[V]から満充電相当の電位までの範囲で所望の値に均等化充電することができる。
本発明は、例えば、電気二重層キャパシタを複数、直列に接続して構成された電気自動車用バッテリーを始めとして、各種のキャパシタ直列回路の均等化充電に利用することができる。
10:充電電流源
80:DAコンバータ
PMC21,PMC22,PMC23,…,PMC2n:並列モニタ回路
,C,C,…,C:キャパシタ
AMP,AMP,AMP,…,AMP:オペアンプ
CMP,CMP,CMP,…,CMP:コンパレータ
Tra1,Tra2,Tra3,…,Tran:NPN型トランジスタ
Trb1,Trb2,Trb3,…,Trbn:PNP型トランジスタ
11,R21,R31,…,Rn1:抵抗
a1,Ra2,Ra3,…,Ran:抵抗
a12,Ra13,Ra14,Ra15,Rb12,Rb13,Rb14,Rb15:抵抗
a24,Ra25,Rb22,Rb23,Rb24,Rb25:抵抗
a34,Ra35,Rb32,Rb33,Rb34,Rb35:抵抗
an4,Ran5,Rbn2,Rbn3,Rbn4,Rbn5:抵抗

Claims (5)

  1. 充電電流源と接地点との間に直列に接続された複数のキャパシタの両端にそれぞれ接続され、前記キャパシタの充電電位と均等化電位とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力により動作して前記充電電位が前記複数のキャパシタに共通した前記均等化電位に一致するように前記キャパシタの充電電流を制御する充電電流バイパス手段と、を備えた多段構成の並列モニタ回路において、
    前記キャパシタの両端電極の電位をそれぞれ抵抗分圧して減衰させる分圧手段と、
    前記分圧手段による分圧電圧の差を増幅して前記充電電位を検出する差動増幅手段と、
    前記均等化電位を可変値として設定する均等化電位設定手段と、
    を備え、
    前記差動増幅手段では、それぞれに対応する前記キャパシタの高電位側の電位の対接地分圧値を非反転入力電圧とし、かつ、当該キャパシタの低電位側の電位の対接地分圧値を反転入力電圧とし、
    前記差動増幅手段により検出した前記充電電位と前記均等化電位設定手段により設定した前記均等化電位とを前記比較手段によりそれぞれ比較することを特徴とする、キャパシタの並列モニタ回路。
  2. 請求項1に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、
    前記分圧手段は、前記キャパシタの両端電極の電位と接地電位との間の電圧をそれぞれ抵抗分圧することを特徴とする、キャパシタの並列モニタ回路。
  3. 請求項1または2に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、
    前記分圧手段による電圧減衰比率が、前記差動増幅手段における電圧増幅率の逆数に等しいことを特徴とする、キャパシタの並列モニタ回路。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、
    前記均等化電位設定手段は、0[V]と前記キャパシタの満充電相当値との間で、前記均等化電位を所定の刻み幅で設定可能であることを特徴とする、キャパシタの並列モニタ回路。
  5. 請求項1に記載したキャパシタの並列モニタ回路において、
    前記差動増幅手段及び前記比較手段の動作電源電圧を、前記キャパシタの両端電極以外の電源から供給することを特徴とする、キャパシタの並列モニタ回路。
JP2015538695A 2013-09-26 2013-09-26 キャパシタの並列モニタ回路 Expired - Fee Related JP6150149B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/076008 WO2015045050A1 (ja) 2013-09-26 2013-09-26 キャパシタの並列モニタ回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015045050A1 JPWO2015045050A1 (ja) 2017-03-02
JP6150149B2 true JP6150149B2 (ja) 2017-06-21

Family

ID=52742257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015538695A Expired - Fee Related JP6150149B2 (ja) 2013-09-26 2013-09-26 キャパシタの並列モニタ回路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160036248A1 (ja)
EP (1) EP3051659A4 (ja)
JP (1) JP6150149B2 (ja)
WO (1) WO2015045050A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016209378A2 (en) * 2015-05-06 2016-12-29 The Regents Of The University Of Michigan Hybrid energy storage
US20170117730A1 (en) * 2015-06-26 2017-04-27 The Regents Of The University Of California Efficient supercapacitor charging technique by a hysteretic charging scheme
CN105939034B (zh) * 2016-03-29 2019-03-26 武汉理工大学 基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统及方法
CN107696863B (zh) * 2016-08-08 2020-03-31 比亚迪股份有限公司 电动汽车的能量管理系统及其控制方法、电动汽车
FR3059167B1 (fr) * 2016-11-18 2018-12-07 Blue Solutions Systeme d'equilibrage local analogique pour un ensemble de dispositifs de stockage d'energie electrique par effet capacitif, module de stockage rechargeable, vehicule de transport et installation electriques comprenant un tel systeme.
FR3059166B1 (fr) 2016-11-18 2018-12-07 Blue Solutions Systeme d'equilibrage global analogique pour un ensemble de dispositifs de stockage d'energie electrique par effet capacitif, module de stockage rechargeable, vehicule et installation electriques comprenant un tel systeme.
CN106585399B (zh) * 2016-11-25 2018-07-24 深圳市沃特玛电池有限公司 补电车及其充放电控制电路
CN117153567A (zh) * 2017-06-30 2023-12-01 京瓷Avx元器件公司 用于超级电容器模块的平衡电路中的热耗散
CN110809811B (zh) * 2017-06-30 2021-11-30 阿维科斯公司 用于超级电容器模块的平衡电路
WO2019018487A1 (en) 2017-07-21 2019-01-24 Avx Corporation BALANCING CIRCUIT FOR ELECTRIC POWER STORAGE DEVICE
US20210242690A1 (en) * 2018-08-31 2021-08-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and operating method of semiconductor device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2571467Y2 (ja) * 1991-07-24 1998-05-18 澤藤電機株式会社 給電装置
JP3174472B2 (ja) * 1995-02-27 2001-06-11 株式会社岡村研究所 並列充電制御装置及び電力貯蔵装置並びに充電制御法
JPH10336886A (ja) * 1997-05-26 1998-12-18 Nippon Soken Inc 車両用配線系統過電流遮断装置
JP3508551B2 (ja) * 1998-06-23 2004-03-22 株式会社日立製作所 蓄電器制御装置
JP3610823B2 (ja) * 1999-04-27 2005-01-19 新神戸電機株式会社 モジュール電池制御装置、モジュール電池ユニット及びモジュール電池制御方法
JP2004336919A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Ricoh Co Ltd キャパシタ充電回路およびそれに用いる半導体装置
JP2008178202A (ja) 2007-01-17 2008-07-31 Omron Corp キャパシタ充電制御回路
JP3998154B1 (ja) 2007-04-23 2007-10-24 株式会社パワーシステム キャパシタ充放電システム
JP5304654B2 (ja) * 2007-12-18 2013-10-02 パナソニック株式会社 電圧均等化回路
US7965061B2 (en) * 2008-02-01 2011-06-21 O2Micro, Inc. Conversion systems with balanced cell currents

Also Published As

Publication number Publication date
EP3051659A1 (en) 2016-08-03
WO2015045050A1 (ja) 2015-04-02
US20160036248A1 (en) 2016-02-04
JPWO2015045050A1 (ja) 2017-03-02
EP3051659A4 (en) 2017-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6150149B2 (ja) キャパシタの並列モニタ回路
US9484860B2 (en) Tracking power supply with increased boost capability
JP6813695B2 (ja) Usb電力制御アナログ・サブシステムにおける電流センシング
US10862472B1 (en) System and method of charging a buffer capacitor
JP5861076B2 (ja) 増幅装置
JP2017076878A (ja) オーディオ回路、それを用いた電子機器
JP2015095830A (ja) 差動増幅回路
JP5904245B2 (ja) 電源制御回路および電源装置
CN110121685B (zh) 电源电路
US10209756B2 (en) Operating system and control method thereof
JP5827176B2 (ja) ボルテージフォロア入力型差動増幅器
CN111211749A (zh) 功率放大装置以及音频装置
JP2010017013A (ja) チャージポンプ回路
US9787284B2 (en) Waveform shaping filter and radiation detection device
JP5369749B2 (ja) 定電圧回路
US7199655B2 (en) Multistage amplifier circuit without interstage coupling capacitor
US20230268916A1 (en) Semiconductor device
JP2019161622A (ja) Da変換装置およびda変換方法
CN108604816A (zh) 具有改进的平衡的蓄电池布置系统
JP2011205180A (ja) 電流検出回路
US9979330B2 (en) Three-phase motor control apparatus
US9735762B2 (en) Amplifier
JP6392644B2 (ja) 電源制御装置
JP5737105B2 (ja) 電流電圧変換回路
US20110291747A1 (en) Voltage generation circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170427

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6150149

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees