JP6310640B2 - 蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路 - Google Patents

蓄電素子監視回路、充電システム、及び集積回路 Download PDF

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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)。
特開2007−129864号公報
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、前記3ステートバッファと前記前段の蓄電素子監視回路との間の配線には、プルダウン抵抗が接続され、前記出力回路は、出力端子を介して過充電、過放電、過電流のうちの少なくとも1つの異常を示す信号と断線異常を示す信号とをまとめて前記後段の蓄電素子監視回路に伝達す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であって、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、前記3ステートバッファと前記前段の蓄電素子監視回路との間の配線には、プルダウン抵抗が接続され、前記出力回路は、出力端子を介して過充電、過放電、過電流のうちの少なくとも1つの異常を示す信号と断線異常を示す信号とをまとめて前記後段の蓄電素子監視回路に伝達す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。
実施の形態に係る充電システムの模式的ブロック構成図。 比較例1に係る蓄電素子監視回路の模式的ブロック構成図。 比較例2に係る蓄電素子監視回路の模式的ブロック構成図。 第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路の模式的ブロック構成図。 図4に示される蓄電素子監視回路の要部の詳細な模式的ブロック構成図。 第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路の入出力論理を示す図。 第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路が多段接続される様子を示す具体例の説明図。 第1の実施の形態に係る蓄電素子監視回路をモジュール化した場合の変形例の説明図。 第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路の模式的ブロック構成図。 図9に示される蓄電素子監視回路の要部の詳細な模式的ブロック構成図。 第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路の入出力論理を示す図。 第2の実施の形態に係る充電システムのリカバリ処理の説明図。 第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路が備える蓄電素子としてのEDLC内部電極の基本構造を例示する模式的平面パターン構成図。 第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路が備える蓄電素子としてのリチウムイオンキャパシタ内部電極の基本構造を例示する模式的平面パターン構成図。 第1または第2の実施の形態に係る蓄電素子監視回路が備える蓄電素子としてのリチウムイオン電池内部電極の基本構造を例示する模式的平面パターン構成図。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
(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、LiCoO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。
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
A1〜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 (24)

  1. 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、
    前記3ステートバッファと前記前段の蓄電素子監視回路との間の配線には、プルダウン抵抗が接続され、前記出力回路は、出力端子を介して過充電、過放電、過電流のうちの少なくとも1つの異常を示す信号と断線異常を示す信号とをまとめて前記後段の蓄電素子監視回路に伝達する
    ことを特徴とする蓄電素子監視回路。
  2. 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。
  3. 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、
    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蓄電素子監視回路。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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であって、
    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、
    前記3ステートバッファと前記前段の蓄電素子監視回路との間の配線には、プルダウン抵抗が接続され、前記出力回路は、出力端子を介して過充電、過放電、過電流のうちの少なくとも1つの異常を示す信号と断線異常を示す信号とをまとめて前記後段の蓄電素子監視回路に伝達する
    ことを特徴とする充電システム。
  11. 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10に記載の充電システム。
  12. 前記制御回路は、前記フラグ出力がオンである場合、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11に記載の充電システム。
  13. 前記制御回路は、前記フラグ出力がオンである場合、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項11に記載の充電システム。
  14. 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であって、
    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、
    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充電システム。
  15. 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14に記載の充電システム。
  16. 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15に記載の充電システム。
  17. 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15に記載の充電システム。
  18. 前記制御回路は、前記第1のフラグ出力がオンである場合、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16に記載の充電システム。
  19. 前記制御回路は、前記第1のフラグ出力がオンである場合、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項16に記載の充電システム。
  20. 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のフラグ出力がオンである場合、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17に記載の充電システム。
  21. 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10〜20のいずれか1項に記載の充電システム。
  22. 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21に記載の充電システム。
  23. 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10〜22のいずれか1項に記載の充電システム。
  24. 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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