专利名称：蓄电模块过电压检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在具有多个蓄电单元的蓄电模块中设置的蓄电模块过电压检测装置，其中，该多个蓄电单元由双电层电容器或锂离子电容器构成。
背景技术：
一般而言，在作为蓄电模块的双电层电容器模块中，串联连接多个蓄电单元(电容器单元)而得到期望的能量，并且实现易于在连接电路中加以利用的电压。需要说明的是，这样串联连接多个蓄电单元是由于单个蓄电单元的容许电压较低，约为3V。在串联连接蓄电单元的情况下，如果在各蓄电单元的漏电流不均衡或者静电电容存在差异的状态下对模块进行充电/放电，则各蓄电单元的端子间电压变得不均衡，由此可能会超过单个蓄电单元中的容许电压。这样，在施加给单个蓄电单元的电压超过容许电压的情况下，存在该蓄电单元在比较短的时间内性能劣化以致产生异常的情况。为此，需要避免对各蓄电单元施加过大的电压。针对于此，在现有装置中，异常检测电路与电容器组件(多个蓄电单元的并联连接体)并联连接，该异常检测电路能够检测电容器组件的端子间电压达到基准电压以上的情况(例如参照专利文献I)。具体而言，在对任意一个蓄电单元施加了过电压的情况下，异常检测电路的光电耦合器成为导·通状态，向位于异常检测电路后级的控制部通知电容器组件的异常。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开2009-244171号公报

发明内容
发明要解决的课题在上述那样的现有装置中，采用了异常时导通型的结构，因此例如在光电耦合器之后的布线中产生断线或连接器脱出等的布线故障时，无法检测该布线故障。此外，当在这种情况下对蓄电单元施加了过电压时，不能向控制部通知该过电压的产生。除此之外，在现有装置中，异常检测电路的各元件在电容器模块产生异常时才动作，因此存在即使异常检测电路的元件自身产生异常，也难以注意到该异常的问题。因此，在上述的现有装置中可靠性不够，为了应用于例如电梯、电力汽车等领域，期望进一步提高可靠性。在此，在现有装置中，当采用在蓄电单元正常时主动生成信号的结构(正常时导通型/异常时非导通型的结构)的情况下，异常检测电路自蓄电单元接收电力而动作，因此在蓄电单元的端子间电压低于异常检测电路的最低动作电压(仅光电耦合器就需要1.1V)时，不能进行异常检测。这样，在现有装置中，难以实现在蓄电单元的端子间电压低的情况下也动作的电路。
本发明正是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，得到能够进一步提高可靠性并且能够不依赖于蓄电单元的端子间电压而稳定检测蓄电单元的过电压的蓄电模块过电压检测装置。用于解决课题的手段本发明的蓄电模块过电压检测装置设于具有由双电层电容器或锂离子电容器构成且被串联连接的多个蓄电单元的蓄电模块，该蓄电模块过电压检测装置具有多个过电压检测部，该多个过电压检测部分别与所述多个蓄电单元并联连接且从外部电源接收电力，监视所述多个蓄电单元各自的端子间电压，在该端子间电压为预定的基准电压以内的情况下，输出用于表示所述蓄电单元正常的接通信号，在所述蓄电单元的端子间电压超过所述基准电压的情况下，输出断开信号。


图1是示出本发明实施方式I的蓄电模块的电路图。图2是用于说明图1的动作电压生成部中的电流流向的电路图。图3是用于说明图1的动作电压生成部的动作的波形图。
具体实施例方式以下，参照

用于实施本发明的方式。实施方式I图1是示出本发明实施方式I的蓄电模块的电路图。在图1中，蓄电模块I具有多个蓄电单元C2A C2N、作为交流电压源的矩形波振荡部3、多个动作电压生成部4A 4N以及多个过电压检测部(异常检测部)5A 5N。在此，在本说明书中，多个蓄电单元C2A C2N、多个动作电压生成部4A 4N以及多个过电压检测部5A 5N的标号A N表示连接系统。另外，标号N是任意的整数。而且，在本说明书中，对于不特别指定连接系统的多个蓄电单元C2A C2N、多个动作电压生成部4A 4N以及多个过电压检测部5A 5N，也分别称为蓄电单元C2、动作电压生成部4以及过电压检测部5。蓄电单元C2是双电层电容器或锂离子电容器。并且，多个蓄电单元C2A C2N分别串联连接，作为整体构成蓄电部2。充电/放电部(充电/放电电路)与蓄电部2连接。蓄电部2对从充电/放电部接收到的电力进行充电或者将已充电的电力向充电/放电部进行放电。并且，在充电时，来自充电/放电部的电压被大致均等地分压而分别施加于蓄电部2中的多个蓄电单元C2A C2N。矩形波振荡部3经由连接器和缆线与蓄电模块I外部的设置于电源基板的外部电源100连接。并且，矩形波振荡部3与配置在最末级的蓄电单元C2N连接。并且，矩形波振荡部3从外部电源100接收电力，振荡出作为交流电压的矩形波电压(脉冲波)。该矩形波电压的振幅例如为5V。多个动作电压生成部4A 4N分别与多个蓄电单元C2A C2N并联连接。并且，动作电压生成部4从矩形波振荡部3接收矩形波电压。并且，动作电压生成部4对来自矩形波振荡部3的矩形波电压进行整流，将整流后的电压作为动作电压施加给过电压检测部5。而且，动作电压生成部4N以外的动作电压生成部4分别具有:电平移位用第I电容器Cx (图1中的CxA、CxB)、电阻器R、整流用第I 二极管D1、电平移位量设定用第2 二极管D2以及平滑用第2电容器Cy (图1中的CyA、CyB)。另外，第I电容器Cx构成电平移位部，第I 二极管Dl构成整流部，第2电容器Cy构成平滑部。第I电容器Cx的N极与矩形波振荡部3串联连接。电阻器R的一端与第I电容器Cx的P极连接。第I电容器Cx和电阻器R构成串联连接体。第I 二极管Dl的阳极端子与电阻器R的另一端连接。第I 二极管Dl的阴极端子与第2电容器Cy的P极连接。第2 二极管D2的阴极与第I 二极管Dl的阳极连接。第2 二极管D2的阳极与蓄电单元C2的N极以及第2电容器Cy的N极连接。第2电容器Cy的两端与过电压检测部5的电源输入端连接。动作电压生成部4N具有:电阻器R、整流用二极管Dl以及平滑用电容器CyN，省略了电容器Cx和二极管D2。S卩，动作电压生成部4N与动作电压生成部4A、4B相比简化了结构。这样在动作电压生成部4N中省略电容器Cx和二极管D2的理由在于，在动作电压生成部4N中不需要电平移位。另外，在动作电压生成部4N中，也可以与动作电压生成部4A、4B同样，使用电容器Cx和二极管D2而不进行省略。在该情况下，能够使动作电压生成部4N的电路基板的布线图案与动作电压生成部4N以外的其它动作电压生成部4的布线图案相同，能够实现制造上的简化。接着，对动作电压生成部4的动作进行说明。图2是用于说明图1的动作电压生成部4中的电流流向的电路图。图3是用于说明图1的动作电压生成部4的动作的波形图。另外，图3的括号内的A1、B1、A2、B2分别与图2的表示电流朝向的箭头A1、B1、A2、B2对应。如图3所示，第I电容器CxA的电流与矩形波的上升/下降双方对应地变化。第2电容器CyA的电流由于被第I 二极管Dl整流为矩形波，因此仅与矩形波的上升对应地变化。通过该第I电容器CyA，矩形波被平滑，向过电压检测部5施加直流5V的动作电压。该第I电容器CyB的动作与第I电容器CyA同样。第I电容器CxA、CxB各自与矩形波的上升/下降对应地进行充电/放电，因此第I电容器CxA、CxB的端子间电压小幅变化。在此，在矩形波为L电平(OV)的情况下，第I电容器CxA的P极电位被充电至与蓄电单元C2A的N极电位(蓄电单元C2B的P极电位)相当的电位。另一方面，在矩形波为H电平(5V)的情况下，第I电容器CxA的P极电位为蓄电单元C2A的N极电位加上矩形波电压的振幅而得到的电位。与此相对，在矩形波为L电平的情况下，第I电容器CxA的N极电位为与矩形波电压的L电平相当的电位，在矩形波为H电平的情况下，为与矩形波电压的H电平相当的电位。与此同样，在矩形波为L电平的情况下，第I电容器CxB的P极电位被充电至与蓄电单元C2B的N极电位(位于蓄电单元C2B后级的蓄电单元C2C的P极电位)相当的电位。在矩形波为H电平的情况下，第I电容器CxB的P极电位为蓄电单元C2B的N极电位加上矩形波电压的振幅而得到的电位。与此相对，在矩形波为L电平的情况下，第I电容器CxB的N极电位为与矩形波电压的L电平相当的电位，在矩形波为H电平的情况下，为与矩形波电压的H电平相当的电位。因此，第I电容器CxA以配置在最末级的蓄电单元C2N的N极与矩形波振荡部3之间的连接点为基准，对矩形波电压依次加上蓄电单元C2A的N极与蓄电单元C2N的N极之间的电位差而进行电平移位。即，第I电容器CxA对蓄电单元C2A侧的电路的高电压区域和矩形波振荡部3侧的电路进行分离。与此同样，第I电容器CxB以蓄电单元C2N的N极与矩形波振荡部3之间的连接点为基准，对矩形波电压依次加上蓄电单元C2B的N极与蓄电单元C2N的N极之间的电位差而进行电平移位。如此，第I电容器Cx以多个蓄电单元C2A C2N中配置在最末级的蓄电单元C2N的N极与矩形波振荡部3之间的连接点为基准，对矩形波电压加上与第I电容器Cx配置在同一连接系统的蓄电单元C2的N极与蓄电单元C2N的N极之间的电位差而进行电平移位。接着，对过电压检测部5的连接和动作进行说明。过电压检测部5具有比较器6、第I晶体管TR1、第2晶体管TR2以及分压用的多个电阻器。在此，多个过电压检测部5A 5N中的配置在最末级的过电压检测部5N具有光电耦合器7。光电耦合器7的LED经由电阻器与过电压检测部5N中的第I晶体管TRl的集电极连接。光电耦合器7的光电晶体管经由连接器和缆线，与蓄电模块I外部的控制基板的电源VCC和控制部电连接。动作电压生成部4的电容器Cy的端子电压(例如直流5V)作为动作电压施加于过电压检测部5的比较器6和第I晶体管TR1。比较器6由电压比较单元(比较器)、基准电压生成单元(例如二极管)以及FET构成。并且，比较器6监视蓄电单元C2的端子间电压，与3V左右的预定基准电压进行比较。比较器6在蓄电单元C2的端子间电压为基准电压以内的情况下，使FET处于截止状态。由此，TRU TR2由于来自动作电压生成部4的电流而均维持在导通状态。如果多个过电压检测部5A 5N均未检测到蓄电单元C2的过电压，则电流流向光电耦合器7的LED的阳极，该LED发光。与此相伴，光电耦合器7的光电晶体管成为导通状态。结果，从光电耦合器7的光电晶体管向控制部发送表示全部蓄电单元C2均正常的接通信号。另一方面，在任意一个蓄电单元C2的端子间电压超过基准电压的情况下，与该蓄电单元C2连接的过电压检测部5的比较器6将FET从截止状态切换成导通状态。由此，流向TR2的基极的电流旁通到FET，TR2成为截止状态，TRl也成为截止状态。于是，其后级的过电压检测部5中的TR2的基极电流被切断，该TR2也处于截止状态，与该TR2连接的TRl也处于截止状态。并且，由于最末级的过电压检测部5N的TRl也最终成为截止状态，因而电流不再流向光电耦合器7的LED，该LED停止发光。与此相伴，光电耦合器7的光电晶体管成为截止状态，停止从光电耦合器7的光电晶体管输出接通信号。即，从光电耦合器7的光电晶体管输出断开信号。如此，通过采用光电耦合器7的导通状态为正常时导通型/异常时非导通型的结构，过电压检测部5能够检测蓄电单元C2的过电压。需要说明的是，控制部根据来自光电耦合器7的光电晶体管的接通信号中断，即从光电晶体管输出断开信号的情况，判断为对某个蓄电单元C2施加了过电压，对充电/放电部发送指令，由此停止蓄电部2的充电/放电。
根据上述这样的实施方式1，过电压检测部5监视蓄电单元C2的端子间电压，在该端子间电压在基准电压以内的情况下，输出用于表示蓄电单元C2正常的接通信号，在蓄电单元C2的端子间电压超过基准电压的情况下，输出断开信号。通过该结构，在蓄电模块I的布线产生断线或者连接器脱出等布线故障的情况下或者在过电压检测部5中产生元件故障的情况下，根据从过电压检测部5输出断开信号，而使控制部侧能够检测这些故障，能够进一步提高可靠性。除此之外，过电压检测部5通过来自外部电源100的电力而动作，因此能够与蓄电单元C2的端子间电压无关地、稳定地检测蓄电单元C2的过电压。另外，第I电容器Cx以蓄电单元C2N的N极与矩形波振荡部3的连接点为基准，对矩形波电压依次加上与第I电容器Cx相同连接系统的蓄电单元C2的N极和蓄电单元C2N的N极之间的电位差而进行电平移位。通过该结构，能够稳定地向过电压检测部5提供电力而不受蓄电单元C2的端子间电压的影响。在此，根据蓄电模块I的用途，在模块内存在100V以上的高电压区域和5V左右的低电压区域，对部件配置和电路基板的图案设计等产生制约。对此，在实施方式I中，通过第I电容器Cx，分离以直流电压成分为中心的高电压区域和以矩形波状的交流电压成分为中心的低电压区域。通过该结构，能够在模块内集中配置与高电压区域对应的电气部件，能够容易进行电路设计，并且能够使电路小型化。这一点对于使用多个(例如50个以上)蓄电单元C2的结构尤其有效。另外，在实施方式I中，还可以取代矩形波振荡部3和动作电压生成部4而通过开关电源等对过电压检测部5施加期望的动作电压。但是，在使用多个(例如50个以上)蓄电单元C2的结构中，需要在模块中组装具有与蓄电单元C2相同数量匝数的开关电源，因此可以预料到产品尺寸变大，并且制造成本增加。与此相对，在实施方式I中，动作电压生成部4由体积较小且价格低廉的电气部件构成，因此产品尺寸和制造成本能够抑制在实用范围内。另外，在实施方式I中，关于蓄电单元C2的数量，能够根据蓄电容量和用途而适当确定。另外，在实施方式I中，也可以将矩形波振荡部3设于蓄电模块I的外部(例如电源基板等)。另外，在实施方式I中，使用矩形波振荡部3作为交流电压源。但是，并不限定于该示例，也可以使用正弦波振荡部作为交流电压源。即，亦可使用正弦波电压作为交流电压。另外，在实施方式I中，与第I电容器Cx连接的电阻器R构成串联连接体。但是，并不限定于该示例，也可以是将电感器与电阻器R串联连接，作为串联连接体。在该情况下，矩形波的形状被钝化，能够抑制矩形波的上升沿的峰值电流。另外，在实施方式I中，仅在最末级的过电压检测部5设置光电耦合器7。但是，并不限定于该示例，也可以分别在多个过电压检测部5A 5N设置光电耦合器。或者，也可以将多个过电压检测部5A 5N分为多个组，对该组内的一个过电压检测部5设置光电耦合器。由此，能够向控制部通知产生过电压的蓄电单元C2或产生过电压的蓄电单元C2所属的组。另外，在实施方式I中，也可以是，第I 二极管Dl的阴极端子与电阻器R (串联连接体)连接，第I 二极管Dl的阳极端子与第2电容器Cy的N极连接，并且，第2 二极管D2的阳极端子与第I 二极管Dl的阴极端子连接，第2 二极管D2的阴极端子与蓄电单元C2的P极和第2电容器C2的P极连接。在该情况下，能够应对将电源电压设为负电压的结构。
权利要求
1.一种蓄电模块过电压检测装置，其设于具有由双电层电容器或锂离子电容器构成且被串联连接的多个蓄电单元的蓄电模块，其中， 该蓄电模块过电压检测装置具有多个过电压检测部，该多个过电压检测部分别与所述多个蓄电单元并联连接且从外部电源接收电力，监视所述多个蓄电单元各自的端子间电压，在该端子间电压为预定的基准电压以内的情况下，输出用于表示所述蓄电单元正常的接通信号，在所述蓄电单元的端子间电压超过所述基准电压的情况下，输出断开信号。
2.根据权利要求1所述的蓄电模块过电压检测装置，其中， 该蓄电模块过电压检测装置还具有多个动作电压生成部，该多个动作电压生成部对来自所述外部电源的交流电压进行整流，并将整流后的电压分别施加给所述多个过电压检测部。
3.根据权利要求2所述的蓄电模块过电压检测装置，其中， 所述蓄电单元具有N极和P极， 所述外部电源设有产生所述交流电压的交流电压源， 所述动作电压生成部具有: 电平移位部，其以所述多个蓄电单元中的一个蓄电单元的N极与所述交流电压源之间的连接点为基准，对所 述交流电压依次加上各蓄电单元的电位差而进行电平移位； 整流部，其对电平移位后的交流电压进行整流；以及 平滑部，其对整流后的交流电压进行平滑。
4.根据权利要求3所述的蓄电模块过电压检测装置，其中， 所述动作电压生成部具有: 第I电容器，其与所述交流电压源串联连接，构成所述电平移位部； 串联连接体，其由与所述第I电容器串联连接的电阻器、或者与所述第I电容器串联连接且彼此串联连接的电阻器和电感器构成； 第2电容器，其具有N极和P极，构成所述平滑部； 第I 二极管，其构成所述整流部，其阳极端子与所述串联连接体的两个端子中的所述第I电容器的相反侧的端子连接，且阴极端子与所述第2电容器的P极连接；以及 第2 二极管，其决定电平移位量，其阴极端子与所述第I 二极管的阳极端子连接，且阳极端子与所述多个蓄电单元中的一个蓄电单元的N极和所述第2电容器的N极连接。
5.根据权利要求3所述的蓄电模块过电压检测装置，其中， 所述动作电压生成部具有: 第I电容器，其与所述交流电压源串联连接，构成所述电平移位部； 串联连接体，其由与所述第I电容器串联连接的电阻器、或者与所述第I电容器串联连接且彼此串联连接的电阻器和电感器构成； 第2电容器，其具有N极和P极，构成所述平滑部； 第I 二极管，其构成所述整流部，其阴极端子与所述串联连接体的两个端子中的所述第I电容器的相反侧的端子连接，且阳极端子与所述第2电容器的N极连接；以及 第2 二极管，其决定电平移位量，其阳极端子与所述第I 二极管的阴极端子连接，且阴极端子与所述多个蓄电单元中的一个蓄电单元的P极和所述第2电容器的P极连接。
全文摘要
在蓄电模块过电压检测装置中，多个过电压检测部分别与多个蓄电单元并联连接，从外部电源接收电力，监视多个蓄电单元各自的端子间电压。多个过电压检测部在多个蓄电单元的端子间电压为预定的基准电压以内的情况下，输出用于表示蓄电单元正常的接通信号。多个过电压检测部在蓄电单元的端子间电压超过基准电压的情况下，输出断开信号。
文档编号G01R31/00GK103080759SQ201080068939
公开日2013年5月1日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者石川纯一郎 申请人:三菱电机株式会社