專利名稱：電壓監(jiān)視裝置及使用此電壓監(jiān)視裝置的蓄電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，特別是，使用串聯(lián)或者串并聯(lián)連接的多個電容的蓄電裝置中的電壓監(jiān)視裝置。
背景技術(shù)：
使用被串聯(lián)連接的多個雙電層電容器的現(xiàn)有蓄電裝置中，使用下述方法檢測各個電容的端子電壓。首先，將串聯(lián)連接的兩個電阻組連接到雙電層電容器之間的連接點(diǎn)，即，各端子與接地之間，將此兩電阻間的連接位置的電壓(分壓電壓)輸入到切換開關(guān)。微型計(jì)算機(jī)向切換開關(guān)發(fā)送電容選擇信號，以控制切換開關(guān)。由此，切換開關(guān)向微型計(jì)算機(jī)的A/D器輸入被微型計(jì)算機(jī)選擇的電容的分壓電壓。微型計(jì)算機(jī)對這樣檢測到的分壓電壓進(jìn)行運(yùn)算而檢測到各個電容的端子間電壓。
特開2004-271356號公報(bào)揭示了這種電壓監(jiān)視裝置。此電壓監(jiān)視裝置中，使用多路調(diào)制器作為切換開關(guān)，由復(fù)用器選擇連接多個電阻的組合。
但是，復(fù)用器的輸入端子的間隔很窄。為此，使用復(fù)用器作為切換開關(guān)安裝到基板時，就有可能引起這樣的故障因?yàn)闃?gòu)成電極的金屬的遷移等而引起在相鄰輸入端子之間短路。這樣，相鄰輸入端子之間發(fā)生短路的話，無法得到正確的各電容的分壓電壓。為此，有必要檢測出這樣的短路。
作為檢測輸入端子之間的短路的方法，考慮到有以下的方法。即，并非是將分壓電壓的輸出連接到切換開關(guān)的相鄰的全部輸入端子，從而進(jìn)行電壓檢測，而是，例如將連接分壓電壓輸出的輸入端子兩側(cè)的相鄰輸入端子接地。如果這樣，即使相鄰輸入端子之間短路，由于分壓電壓輸出拑位到接地，故而也能方便地檢測短路。但是，各分壓電壓輸出和接地交替連接到切換開關(guān)的輸入端子的話，只能有效利用一半的輸入端子，效率低下?；蛘撸捅仨毷褂么蟮那袚Q開關(guān)，電壓監(jiān)視裝置本身就變龐大了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是電壓監(jiān)視裝置，即使在被電阻分割的各分壓電壓輸出被連接到切換開關(guān)之時，與小間隔的輸入端子連接的情況下，也能方便地檢測相鄰輸入端子之間的短路異常。本發(fā)明電壓監(jiān)視裝置，對至少包含串聯(lián)的第一電容和第二電容的蓄電部的、第一電容兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓進(jìn)行檢測。此電壓監(jiān)視裝置具有對蓄電部施加充電電壓的充電電路、監(jiān)視部和控制部。監(jiān)視部具有第一分壓部、第一輸入端子、第二分壓部、第二輸入端子以及切換開關(guān)。第一分壓部利用多個電阻對第一電容和第二電容的連接點(diǎn)上的電壓進(jìn)行分壓。第一分壓部的分壓電壓被輸入到第一輸入端子。第二分壓部利用多個電阻對第二電容的充電電路側(cè)的電壓進(jìn)行分壓。對此多個電阻的電阻值進(jìn)行設(shè)定，使得第一電容和第二電容具有相同電容量的情況下，第二分壓部輸出與第一分壓部的分壓電壓不同的分壓電壓。被輸入第二分壓部的分壓電壓的第二輸入端子與第一輸入端子相鄰設(shè)置。切換開關(guān)選擇并向控制部輸出第一輸入端子、第二輸入端子中任一個?？刂撇吭谙蚯袚Q開關(guān)輸出第一輸入端子和第二輸入端子的選擇信號，并且基于切換開關(guān)的輸出而求得第一電容兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓。而且，對構(gòu)成第一分壓部和第二分壓部的多個電阻的電阻值進(jìn)行設(shè)定，使得當(dāng)?shù)谝惠斎攵俗雍偷诙斎攵俗又g短路的時候，切換開關(guān)的輸出為異常電壓。控制部根據(jù)，由該異常電壓求得的第一兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓，從而判定第一輸入端子和第二輸入端子之間短路。利用此結(jié)構(gòu)，在發(fā)生短路時，分壓電壓輸出不在正常時的分壓電壓的范圍內(nèi)。所以，能夠方便地檢測出輸入端子之間的短路。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式中包含電壓監(jiān)視裝置的電路的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式電壓監(jiān)視裝置的輸入端子短路時的等價電路圖。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施方式中包含電壓監(jiān)視裝置的電路的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖4是在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，連接于電壓監(jiān)視裝置的分壓部的分壓電壓輸出的輸入端子與連接于溫度檢測部的溫度輸出的輸入端子之間短路時的等價電路圖。
圖5A是本發(fā)明第二實(shí)施方式電壓監(jiān)視裝置的正常時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。
圖5B是在溫度檢測部的溫度輸出電壓高于滿充電時的電容的分壓部的分壓電壓的狀態(tài)下，輸入端子短路時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。
圖5C是在溫度檢測部的溫度輸出電壓低于滿充電時的電容的分壓部的分壓電壓的狀態(tài)下，輸入端子短路時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式的電壓監(jiān)視裝置的溫度檢測部的簡要電路圖。
圖7是本發(fā)明第三實(shí)施方式中，被連接到電壓監(jiān)視裝置的分壓部的分壓電壓輸出的輸入端子，與，被連接到溫度檢測部的溫度輸出的輸入端子之間短路時，分壓電壓輸出被選擇時的部分電路圖。
圖8A是本發(fā)明第三實(shí)施方式中，串并聯(lián)雙電層電容器的情況下的蓄電裝置的部分電路圖，并聯(lián)串聯(lián)連接的部分電路圖。
圖8B是本發(fā)明第三實(shí)施方式中，串并聯(lián)雙電層電容器的情況下的蓄電裝置的部分電路圖，串聯(lián)并聯(lián)連接的情況下的部分電路圖。
圖8C是本發(fā)明第三實(shí)施方式中，串并聯(lián)雙電層電容器的情況下的蓄電裝置的部分電路圖，將并聯(lián)的雙電層電容器與單個雙電層電容器相組合而串聯(lián)連接的情況下的部分電路圖。
附圖標(biāo)記說明1 主電源2 充電電路3 控制部4 上位控制部5A第一分壓部5B第二分壓部5C第三分壓部6 蓄電部
7切換開關(guān)8監(jiān)視部9溫度檢測部具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施方式)圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式中包含電壓監(jiān)視裝置的電路的基本結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)施方式中電壓監(jiān)視裝置的輸入端子短路時的等價電路圖。
主電源1由電池或發(fā)電機(jī)構(gòu)成，并被連接到充電電路2。充電電路2控制充電電壓和充電電流為規(guī)定值。充電電路2從控制部3得到充電開始或停止指令。控制部3，如后述，在控制電壓監(jiān)視裝置全體的同時，與上位控制部4通信而決定充電的開始、停止。
第一分壓部，即，分壓部5A的結(jié)構(gòu)是將蓄電部6的、施加到電容C1與電容C2之間的連接點(diǎn)的連接點(diǎn)電壓V1，通過多個電阻R1、R2進(jìn)行分壓。蓄電部6中雙電層電容器C1～Cn(n是電容的個數(shù))串聯(lián)連接。第一輸入端子，即，輸入端子IN1上被輸入分壓部5A的分壓電壓。第二分壓部，即，分壓部5B，將電容C2的充電電路2側(cè)的電壓由多個電阻R3、R4分壓。與輸入端子IN1相鄰接的第二輸入端子，即，輸入端子IN2上被輸入分壓部5B的分壓電壓。以下相同，各個電容C3～Cn上，分別設(shè)置了將各電容的充電電路2側(cè)的電壓由多個電阻分壓的分壓部。蓄電部6通過充電電路2被充電到規(guī)定電壓。
切換開關(guān)7從控制部3接收選擇開關(guān)SW1～SWn+1中的任一個的信號。然后，多個輸入端子IN1～I(xiàn)Nn+1中，將對應(yīng)于此選擇信號的輸入端子INx(x是選擇信號，1≤x≤n+1)的電壓，作為切換開關(guān)7的輸出，輸出到控制部3。
監(jiān)視部8具有包含分壓部5A、5B的多個分壓部、輸入端子IN1～I(xiàn)N+1、切換開關(guān)7以及溫度檢測部9，監(jiān)視充電時電壓不同的雙電層電容器Cx的端子的連接點(diǎn)上的電壓和蓄電部6的環(huán)境溫度。
輸出環(huán)境溫度的溫度檢測部9，將基準(zhǔn)電壓Vref由電阻R7和熱敏電阻TH1分壓，將兩者之間的電壓作為溫度輸出而輸出。此溫度輸出，通過作為電壓緩沖器的運(yùn)算放大器OP1，而被連接到多個輸入端子中的一個的輸入端子IN3。
控制部3通過前述溫度輸出而求得環(huán)境溫度，并且控制切換開關(guān)7。此外，控制部3還監(jiān)視蓄電部6的充電狀態(tài)。進(jìn)一步，由各輸入端子IN1～I(xiàn)Nn+1的電壓求得各個電容C1～Cn的施加電壓，如果異常，則通過對上位控制部4的通信而傳遞信息。即，控制部3基于切換開關(guān)7的輸出，而求得電容C1～Cn兩端的各施加電壓。如果必要的話，向充電電路2發(fā)送充電停止指令。而且，存儲各分壓部使用的電阻比。
接下來，說明具有這樣結(jié)構(gòu)的電壓監(jiān)視裝置的動作。當(dāng)充電電路2從控制部3接收到充電開始的指令時，對蓄電部6施加規(guī)定充電電壓，使蓄電部6充電。此時，對各電容C1～Cn的施加電壓較高的情況下，或者周圍環(huán)境溫度較高的情況下，電容量和內(nèi)部電阻就會劣化。因此，控制部3監(jiān)視各電容C1～Cn的施加電壓和環(huán)境溫度。如果施加電壓明顯超過規(guī)定值或者環(huán)境溫度明顯超過規(guī)定值這樣的異常發(fā)生了，控制部3就控制充電電路2，停止充電。根據(jù)情況，使蓄電部6放電。這樣，控制部3減輕了對電容C1～Cn的過載。然而，雖未圖示，設(shè)置用于強(qiáng)制風(fēng)冷的風(fēng)扇或者用于水冷的冷卻水循環(huán)回路和泵，控制部3控制它們，使環(huán)境溫度下降以減輕過載，這也是可以的。
如果蓄電部6被正常充電，控制部3對充電電路2指示充電停止。其后，對切換開關(guān)7順序輸出選擇哪個輸入端子INx的選擇信號。這樣，控制部3從切換開關(guān)7的輸出中讀取，各電容C1～Cn的連接點(diǎn)電壓V1～Vn在各分壓部被分壓得到的分壓電壓VM1～VMn。
控制部3基于所讀取的各分壓電壓VM1～VMn，估計(jì)實(shí)際的各電容C1～Cn的施加電壓。具體而言，各分壓部的分壓比的倒數(shù)乘以各分壓電壓VM1～VMn，求得連接點(diǎn)電壓V1～Vn。之后，在求得的連接點(diǎn)電壓V1～Vn中，計(jì)算出相鄰連接點(diǎn)電壓之差Vx+1-Vx，由此，控制部3估計(jì)出施加到各電容C1～Cn兩端的電壓。
例如，如圖1所示，利用第一電容即電容C1和電容C2之間的連接點(diǎn)電壓V1，以及電容C2的充電電路2側(cè)的連接點(diǎn)電壓V2，控制部3計(jì)算出V2-V1，由此估計(jì)第二電容，即電容C2的施加電壓。后面將詳細(xì)說明此運(yùn)算。
接下來，說明環(huán)境溫度的檢測方法。一定的基準(zhǔn)電壓Vref被作為第一電阻的電阻R7以及與溫度成反比而改變電阻值的熱敏電阻TH1分壓。即，電阻R7和熱敏電阻TH1形成為將基準(zhǔn)電壓Vref分壓的第三分壓部5C。由電阻R7和熱敏電阻TH1得到的分壓電壓(溫度輸出)VMt，通過運(yùn)算放大器OP1而與切換開關(guān)7的輸入端子IN3相連接。所以，控制部3利用輸入端子的選擇信號而選擇輸入端子IN3，由此讀入用于計(jì)算溫度的溫度輸出VMt。
利用這樣得到的各種電壓，控制部3求得各電容C1～Cn的施加電壓和環(huán)境溫度。各個施加電壓和環(huán)境溫度的估計(jì)值中，任一個不在規(guī)定閾值范圍內(nèi)的情況時，通過通信輸出而向上位控制部4發(fā)送異常。各電容C1～Cn的施加電壓和環(huán)境溫度都在閾值范圍內(nèi)的情況下，控制部3繼續(xù)在每個規(guī)定時間監(jiān)視施加電壓和環(huán)境溫度。
圖1中，施加到電容C2兩端的施加電壓是V2-V1。因此，首先，控制部3接通開關(guān)SW1，讀入電壓V1經(jīng)電阻分壓后的分壓電壓VM1＝V1×R2/(R1+R2)。
接著，控制部3斷開開關(guān)SW1后，接通開關(guān)SW2，讀入電壓V2經(jīng)電阻分壓后的分壓電壓VM2＝V2×R4/(R3+R4)。
控制部3將讀入的VM1、VM2乘以各個分壓部5A、5B的分壓比的倒數(shù)，之后，進(jìn)行減法處理。具體而言，控制部3通過下面的(1)式而求得V2-V1的值，即，C2兩端的施加電壓。
V2-V1=VM2×(R3+R4)R4-VM1×(R1+R2)R2---(1)]]>接下來，具體說明相鄰的輸入端子IN1～I(xiàn)Nn+1發(fā)生短路的情況下的故障檢測方法。作為示例，用圖2來說明輸入端子IN1、IN2之間發(fā)生短路的情況。在此狀態(tài)下，無論是在控制部3選擇開關(guān)SW1的情況下，還是在選擇開關(guān)SW2的情況下，控制部3都讀入圖2所示VM1和VM2的合成電壓值Va。此合成電壓值Va可以用(2)式表示，另外//表示并聯(lián)的合成電阻值。
Va=(V1×R3R2//R4+R3R1+R2//R3//R4+V2×R1R2//R4+R1R3+R1//R2//R4)×R2//R4---(2)]]>因此，由控制部3求得的、作為電容C2兩端的施加電壓的電壓值V2’-V1’，可以用下面的(3)式來表示。
V2′-V1′=Va×(R3+R4)R4-Va×(R1+R2)R2---(3)]]>在此，設(shè)定R1～R4的值，使得VM1＝VM2不成立。即，設(shè)定電阻值R3、R4，使得電容C1和電容C2電容量相同的情況下，分壓部5B輸出與分壓部5A的分壓電壓不同的分壓電壓。以下相同，使各分壓部的電阻值設(shè)定為，使得相鄰的輸入端子INn和INn-1上的分壓電壓VMn和VMn-1不同。
而且，各電阻值R1～R4設(shè)定為預(yù)定值，使得輸入端子IN1、IN2之間發(fā)生短路時，切換開關(guān)7的輸出變?yōu)楫惓ｋ妷?，控制?計(jì)算出與正常值V1-V2明顯不同的異常電壓V1’-V2’。即，輸入端子IN1、IN2短路時，預(yù)先設(shè)定進(jìn)行電阻分壓的電阻值R1～R4，使得電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c正常充電的情況下的分壓電壓VM1、VM2相比、明顯更大或更小的電壓。
在這樣設(shè)定各電阻時，由(2)式、(3)式，在輸入端子IN1和IN2發(fā)生短路故障時控制部3求得的V2’-V1’，是不同于沒有短路時的正常值V2-V1的值，即，異常電壓。
之后，在V2-V1與V2’-V1’中間設(shè)定電壓閾值Vth，使得V2’-V1’＞Vth＞V2-V1或者V2’-V1’＜Vth＜V2-V1成立。在前一不等式的情況下，可以判定如果任意的Vx+1-Vx都達(dá)不到Vth，是正常的；超過Vth則是短路故障。另一方面，后一不等式的情況下，可以判定如果任意的Vx+1-Vx都大于Vth，則是正常的；如果小于等于Vth，則是短路故障。由此，控制部3，根據(jù)切換開關(guān)7輸出的異常電壓而求得的電容C1、C2兩端的各施加電壓，判定輸入端子IN1、IN2之間已短路。
V2-V1是作為電容C2兩端電壓而求得的值。另一方面，各電容的大致電壓，可以這樣估計(jì)出來與各電容的靜電容量的倒數(shù)成比例地分配蓄電部6的整體的電壓。因此，可以既考慮到電容的靜電容量的標(biāo)準(zhǔn)離差，也可以決定各電容的電壓的正常電壓范圍?？梢杂么穗妷悍秶纳舷孪拮鳛殚撝?。
通常，在對串聯(lián)的最上位電容電壓Vn進(jìn)行分割得到的電壓，不超過構(gòu)成控制部3的微型計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分的上限的范圍內(nèi)，各分壓部的電阻分割比被設(shè)定為相同。而且，如果分壓電壓VMn-1和VMn與切換開關(guān)7的相鄰輸入端子連接，就能很容易地檢測到開關(guān)7的相鄰輸入之間的短路。這是因?yàn)槎搪窌rVM1和VM2的值相同，如果(1)式中的分割比相同的話，V2-V1就為0。但是，因?yàn)槲⑿陀?jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分有耐壓上限值，將電阻分割比設(shè)定為符合高電壓側(cè)的時候，接近接地(GND)電位的電容C1的分壓電壓VM1變小。因此，微型計(jì)算機(jī)讀取的A/D值易受外部干擾的影響。雙電層電容器的串聯(lián)數(shù)Cn越大，這樣的現(xiàn)象越明顯。而且，如果A/D端子的電壓比0.3V左右的值低，來自A/D端子的漏電流就迅速增加。所以，來自A/D端子的讀取誤差就增大。
因此，電容C1的分壓電壓VM1最好在微型計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分的上限范圍內(nèi)盡可能大。為此，與電容C1對應(yīng)的電阻分割比(R1+R2)/R2，和與電容C2對應(yīng)的電阻分割比(R3+R4)/R4等最好設(shè)定得比較小。
另一方面，對于比電容C3更遠(yuǎn)離接地側(cè)的位置上被連接的電容，有必要將電阻分割比設(shè)定為較大而不超過微型計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分的上限。由此，使各分壓部的電阻分割比不同，能夠提高分壓電壓的測定精度。然而，正因?yàn)槿绱?，現(xiàn)有方法無法檢測輸入端子之間的短路。
本實(shí)施方式中，以使在相鄰輸入端子INn和INn-1的分壓電壓VMn和VMn-1不同的方式而設(shè)定各分壓部的電阻值。于是，控制部3，在各電容兩端電壓超過或不到規(guī)定閾值時，判定輸入端子之間發(fā)生了短路。通過上述結(jié)構(gòu)和動作，能夠可靠地檢測切換開關(guān)7的輸入端子之間的短路。在本結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榉謮弘妷狠敵瞿軌蜻B接到全部輸入端子，所以能夠有效利用輸入端子。
在此，說明設(shè)定電阻值和電阻分割比的具體示例。圖1中，雙電層電容器的串聯(lián)數(shù)Cn為6，C1～C6之間的滿充電電壓是12V。在此情況下，各電容的兩端電壓分別是2V。另外為了得到高精度的電壓，微型計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分的上限電壓是2.5V。
首先，為了使VM1的值較高，以降低在充電過程中對運(yùn)算的各種干擾的影響，對應(yīng)于電容C1的分壓部5A中，使R1＝866O，R2＝866O。分割比是(R1+R2)/(R2)＝2。當(dāng)切換開關(guān)7的輸入間沒有短路而是正常的時候，輸入端子IN1的電壓VM1是1V，運(yùn)算電壓V1是2V。
另一方面，對應(yīng)于電容C2的分壓部5B中，使R3＝4330O，R4＝866O。分割比是(R3+R4)/(R4)＝6。當(dāng)切換開關(guān)7的輸入間沒有短路而是正常的時候，輸入端子IN2的電壓VM2是0.67V，運(yùn)算電壓V2是4V。即，V2-V1＝2V，VM2為與VM1不同的值。
相對于此，當(dāng)切換開關(guān)的輸入端子IN1和IN2之間發(fā)生短路時的異常電壓Va，由(2)式得到Va＝0.875V。因此，V2’-V1’＝5.25-1.75＝3.25V。
由此，例如，如果Vth被設(shè)定為是V2-V1和V2’-V1’的中間值2.625V，控制部3能夠檢測到輸入端子IN1和IN2之間的短路。可在V2-V1和V2’-V1’之間，適當(dāng)設(shè)定Vth。例如，如果電容C1～C6的電容量標(biāo)準(zhǔn)離差預(yù)計(jì)是10％的話，設(shè)下限閾值為1.8V，低于此閾值的情況下可以判定為短路。而且，設(shè)上限閾值為2.2V，高于此閾值的情況下可以判定為短路。
另外，設(shè)定分壓部5A的電阻分割比，使得VM1的值為0.3V以上，這樣可以抑制干擾的影響，因此，就可以設(shè)定前述值以外的電阻分割比。而且，前述說明中，雖然是以蓄電部6滿充電的情況下的電壓為例進(jìn)行的說明，也可以在更低的充電狀態(tài)下進(jìn)行判定。
(第二實(shí)施方式)圖3是本發(fā)明第二實(shí)施方式中包含電壓監(jiān)視裝置的電路的基本結(jié)構(gòu)圖。圖4是連接于同電壓監(jiān)視裝置的分壓部的分壓電壓輸出的輸入端子與連接于溫度檢測部的溫度輸出的輸入端子之間，短路時的等價電路圖。圖5A～圖5C是同一電壓監(jiān)視裝置的充電電壓的時變特性(time-varyingcharacteristic)圖圖5A是正常時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。圖5B是在溫度檢測部的溫度輸出電壓高于滿充電時的電容的分壓部的分壓電壓的狀態(tài)下，輸入端子短路時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。圖5C表示在溫度檢測部的溫度輸出電壓低于滿充電時的電容的分壓部的分壓電壓的狀態(tài)下，輸入端子短路時的電容連接點(diǎn)的電壓的時變特性圖。
圖3所示電壓監(jiān)視裝置，與圖1所示第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中的溫度檢測部9的溫度輸出VMt的輸入端子的位置不相同。即，溫度檢測部9的溫度輸出VMt被連接到輸入端子IN2，分壓部5B的分壓電壓VM2被連接到輸入端子IN3。在此情況下，輸入端子IN3是被輸入分壓電壓VM2的第二端子，輸入端子IN2是被輸入溫度輸出VMt的第三端子。此外，與第一實(shí)施方式結(jié)構(gòu)相同，對相同結(jié)構(gòu)部件使用相同標(biāo)記，因此省略詳細(xì)的說明。
本實(shí)施方式的特點(diǎn)在于接收溫度檢測部9的溫度輸出VMt的輸入端子IN2，與，接收分壓部5A的分壓電壓VM1或者接收分壓部5B的分壓電壓VM2的輸入端子IN1或IN3之間短路時的檢測方法。
如第一實(shí)施方式中所述，監(jiān)視電容C1～Cn兩端的施加電壓的切換開關(guān)7的輸入端子之間的短路，可以通過這樣的方法解決預(yù)先設(shè)定可能檢測出短路的各分壓部的電阻值，以及在控制部3內(nèi)的故障判定的電壓閾值Vth。然而，溫度檢測部9中用于分壓的電阻中一個是熱敏電阻TH1，其電阻值隨溫度而變化，因此無法預(yù)先設(shè)定能夠作為故障判定的電阻值。下面說明其理由。
使Vref是5V，用于修正電容的溫度特性的溫度范圍是從-40℃到+25℃。且，使R7是200kO。25℃下的熱敏電阻TH1的電阻值是10kO、溫度特性B常數(shù)是3400的情況下，VMt的溫度依存性呈表1所示的指數(shù)函數(shù)似的變化。
表1

如表1所示，VMt隨溫度變化，包含了圖1中的分壓電壓VM1和VM2的值，因此，無法檢知IN2及其相鄰端子之間的短路，即IN2和IN1之間的短路或者IN2與IN3之間的短路。
在此，如圖3所示，電阻R7及與其串聯(lián)的熱敏電阻TH1對基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行分壓，此分壓電壓(溫度輸出)與切換開關(guān)7的輸入端子IN2之間插入了運(yùn)算放大器OP1作為電壓緩沖器。利用此電壓緩沖器，即使在輸入端子IN2與相鄰輸入端子IN1或IN3之間短路的情況下，控制部3也能方便地檢測出這樣的故障。
以下具體說明該檢測方法。首先，用圖5A說明，輸入端子IN2和IN1或IN3之間沒有短路而正常充電的情況。輸入端子IN1、IN3的電壓VM1、VM3，沿正常時的電壓變化的軌跡上升到滿充電為止，與之對應(yīng)，V1、V2如圖5A所示上升。
與之相反，切換開關(guān)7的輸入端子IN1、IN2短路，VMt＞VM1時的情況，用圖5B加以說明。如圖4所示，輸入端子IN1、IN2短路的情況下，與正常時的V1被電阻分割得到的分壓電壓VM1＝V1×R2/(R1+R2)的值無關(guān)，VM1被固定為作為電壓緩沖器的運(yùn)算放大器OP1的輸出電壓值(＝溫度輸出)VMt＝Vref×TH1/(R7+TH1)。特別是，在蓄電部6從充電開始初期的0V直到規(guī)定滿充電電壓為止，迅速充電的，充電控制的情況下，假定在充電時間從0到T的短時間范圍內(nèi)，環(huán)境溫度的變化非常小。故而，輸入端子IN1、IN2的電壓VM1、VMt被固定為定值。于是，V1固定在如圖5B所示的較高的值。
為此，充電開始初期V2-V1的施加電壓，即，電容C2兩端施加電壓從充電初期的負(fù)電壓開始，到滿充電之前，從負(fù)電壓反變?yōu)檎妷?。達(dá)到滿充電時，電容C2兩端施加電壓V2-V1被檢測為異常小的電壓。另一方面，電容C1兩端施加電壓V1被檢測為異常大的電壓。
另一方面，如果短路時的溫度輸出VMt為比電容C1的滿充電電壓V1還小的值的情況時，則如圖5C所示。換言之，控制部3計(jì)算出電容C2兩端施加電壓V2-V1為異常大的電壓。
這樣，如果是涉及溫度檢測部9的溫度輸出VMt的部分發(fā)生短路，電容C1、C2的施加電壓表現(xiàn)出異常動作。利用此動作，控制部3檢測出充電中減少的施加電壓、充電初期電容的負(fù)的施加電壓、或者滿充電時的過大的施加電壓這樣的異常電壓?；诖藱z測結(jié)果，控制部3檢測出溫度檢測部9的溫度輸出的輸入端子IN2與相鄰分壓電壓的輸入端子IN1已短路。換言之，根據(jù)在輸入端子IN2與輸入端子IN1之間短路之時引起的、輸入端子IN1的異常電壓而計(jì)算出的、電容C1、C2兩端的各施加電壓，控制部3判定輸入端子IN1、IN2之間已短路。
此時，分別設(shè)定對應(yīng)于各個異常電壓的規(guī)定閾值，通過是否在閾值之外而區(qū)分出是否是正常充電。換言之，如前述，利用在滿充電狀態(tài)的電容兩端的施加電壓而進(jìn)行判斷的情況下，與第一實(shí)施方式相同，能夠考慮到電容C1～C6的電容量標(biāo)準(zhǔn)離差而設(shè)定閾值。如果估計(jì)電容量的標(biāo)準(zhǔn)離差為10％，可以使下限閾值為1.8V，低于此的情況下判定為短路。且，也可以使上限閾值為2.2V，高于此的情況下判定為短路。這樣，即使包含溫度檢測部9的輸出的部分發(fā)生短路，也能方便地檢測出來。
在輸入端子IN2和IN3之間短路的情況下，分壓部5B的分壓電壓VM2被固定為溫度輸出電壓VMt。在此情況時，輸入端子IN1和IN2之間發(fā)生短路時一樣也能被檢知。在此情況下，作為異常檢測對象的電容不是C1、C2，而是C2、C3。
利用上述結(jié)構(gòu)、動作，即使在包含溫度檢測部9的溫度輸出的部分發(fā)生短路，也能以簡單的結(jié)構(gòu)而進(jìn)行短路檢測。另外本結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橐材軌蜻B接全部輸入端子，所以能充分利用輸入端子。
另外，盡管此處以輸入端子IN1或IN3之間的短路為例進(jìn)行了說明，但是，例如溫度輸出的輸入端子是輸入端子IN4等其他位置的情況時，同樣能夠檢測出其他輸入端子間的短路。
(第三實(shí)施方式)圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式的電壓監(jiān)視裝置的溫度檢測部的簡要電路圖。圖7是被連接到同電壓監(jiān)視裝置的分壓部的分壓電壓輸出的輸入端子，與，被連接到溫度檢測部的溫度輸出的輸入端子之間短路時，分壓電壓輸出被選擇時的部分電路圖。
本實(shí)施方式與圖3所示第二實(shí)施方式的不同點(diǎn)是，使用圖6所示電路結(jié)構(gòu)的溫度檢測部9A。除此之外的結(jié)構(gòu)，與第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)大致相同，同一結(jié)構(gòu)部件使用同一標(biāo)記，并省略詳細(xì)的說明，而說明不同的部分說明。
在第二實(shí)施方式中，電阻R7與熱敏電阻TH1的分壓電壓(溫度輸出)VMt，被輸入到運(yùn)算放大器OP1構(gòu)成的電壓緩沖器。與此對應(yīng)，本實(shí)施方式中，被輸入溫度輸出VMt的輸入端子IN2，通過可以被外部控制的開關(guān)SW而被連接到既定電壓。即，對基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行分壓的作為第一電阻的電阻R7和熱敏電阻TH1構(gòu)成了作為第三分壓部的分壓部5C，分壓部5C的分壓電壓(溫度輸出)VMt被連接到開關(guān)SW。開關(guān)SW接通時，電阻7和熱敏電阻TH1之間的連接點(diǎn)連接到既定電壓。另外，本實(shí)施方式中，使既定電壓是接地。且，開關(guān)SW由控制部3控制開關(guān)。
接下來說明正常時的溫度檢測部9A的動作。圖7中，沒有短路而是正常時，切換開關(guān)7選擇除了被連接到溫度檢測部9A的溫度輸出VMt的輸入端子IN2之外的輸入端子時，控制部3使開關(guān)SW接通。由此，除了溫度檢測時之外，輸入端子IN2通常被拑位為接地。
在檢測溫度時，控制部3向切換開關(guān)7輸出選擇信號，以選擇被連接到溫度輸出VMt的輸入端子IN2。此時，控制部3同時斷開開關(guān)SW。由此，溫度輸出VMt從接地?cái)嚅_，輸入端子IN2的電壓為溫度輸出VMt，控制部3就能夠計(jì)算出溫度。然后，控制部3在求得蓄電部的環(huán)境溫度之后，接通開關(guān)SW。如上控制開關(guān)SW，由此，開關(guān)SW只在讀取溫度輸出VMt時才斷開，除此以外的時間都接通。
接著，說明當(dāng)輸入收溫度輸出VMt的輸入端子IN2，和被連接到分壓部5A的分壓電壓VM1的輸入端子IN1之間短路時，檢測短路的方法。如圖7所示，輸入端子IN1和IN2短路的狀態(tài)下，切換開關(guān)7選擇輸入端子IN1。在此情況下，由于開關(guān)SW接通，因此，分壓部5A的分壓電壓VM1被接地。從而，輸入端子IN1的電壓為接地電位。因?yàn)檩斎攵俗覫N1為既定電壓的接地電位，所以控制部3能夠檢測輸入端子IN1與IN2間的短路。
這樣，如果檢測到輸入端子IN1、IN2發(fā)生了短路，控制部3視切換開關(guān)7接下來選擇的輸入端子IN2的溫度輸出為異常，不進(jìn)行溫度計(jì)算動作。而且，控制部3將這樣的表示短路的信息、不能正常得到溫度的信息等通知上位控制部4，同時，根據(jù)需要，進(jìn)行向充電電路2發(fā)出充電停止指令等的動作。
如上所述，如果輸入端子IN2，和其相鄰輸入端子IN1或輸入端子IN3之間發(fā)生了短路的話，切換開關(guān)7已選擇輸入端子IN1或者輸入端子IN3時，電壓為既定電壓。因此，通過輸入端子IN1或者輸入端子IN3的電壓是否是既定電壓這樣簡單的判斷基準(zhǔn)，就能夠檢測是否發(fā)生了短路。而且，通過使用圖6中的電路結(jié)構(gòu)所表示的溫度檢測部9A，與第二實(shí)施方式相比不需要運(yùn)算放大器OP1，電路結(jié)構(gòu)能夠更簡單，成本更低。利用以上結(jié)構(gòu)、動作，即使在溫度檢測部9A的溫度輸出，和用于計(jì)算電容的端子電壓的分壓電壓之間發(fā)生短路的情況下，也能以更簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行短路檢測。
另外，不包含溫度輸出的輸入端子之間的短路檢測方法與第一實(shí)施方式相同。而且，本結(jié)構(gòu)中，全部輸入端子也都能連接，所以能夠有效利用輸入端子。
另外，雖然在第一實(shí)施方式～第三實(shí)施方式中，多個雙電層電容器全部是串聯(lián)連接的，但是對應(yīng)于蓄電部6的電力規(guī)格，這也可以采用串并聯(lián)連接。圖8A～圖8C是串并聯(lián)雙電層電容器的情況下的部分電路圖。圖8A是將串聯(lián)連接的雙電層電容器并聯(lián)的部分電路圖；圖8B是將并聯(lián)連接的雙電層電容器串聯(lián)的情況下的部分電路圖；圖8C是將并聯(lián)的雙電層電容器與單個雙電層電容器相組合而串聯(lián)連接的情況下的部分電路圖。
如圖8A所示，在將串聯(lián)的多個雙電層電容器并聯(lián)連接起來的蓄電部6的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，監(jiān)視部8與蓄電部6數(shù)目相同即可。如圖8B所示，在將并聯(lián)的多個雙電層電容器串聯(lián)連接起來的蓄電部6的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，或者，如圖8C所示將并聯(lián)的雙電層電容器與單個雙電層電容器相組合而串聯(lián)連接的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，監(jiān)視部8以監(jiān)視在充電時電壓不同的雙電層電容器的端子的連接點(diǎn)的電壓的方式進(jìn)行連接即可。即，即使是電容C1與作為第三電容的電容C3并聯(lián)再與電容C2串聯(lián)的結(jié)構(gòu)的蓄電部6中，本發(fā)明也能適用。而且，將電容C2并聯(lián)連接電容C3也可以。另外，并聯(lián)電容的數(shù)目不受限制。
第一實(shí)施方式至第三實(shí)施方式中，用電容量大的雙電層電容器作為電容，但是并不限于此。但是，雙電層電容器容易因?yàn)榄h(huán)境溫度和維持電壓而引起電容量的下降。因此，本實(shí)施方式電壓監(jiān)視裝置對使用雙電層電容器的蓄電裝置特別有用。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明電壓監(jiān)視裝置，能夠容易地檢測輸入端子之間的短路故障，因此特別適用于使用電容的、要求高可靠性的車輛用緊急備用電源等。
(按照條約第19條的修改)1、刪除2、(修改后)一種電壓監(jiān)視裝置，用于檢測至少包含串聯(lián)連接的第一電容和第二電容的蓄電部中的、所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，所述電壓監(jiān)視裝置包括充電電路，其用于向所述蓄電部施加充電電壓；監(jiān)視部，其包括第一分壓部，其使用多個電阻對所述第一電容和所述第二電容的連接點(diǎn)上的電壓進(jìn)行分壓；第一輸入端子，其被輸入所述第一分壓部的分壓電壓；第二分壓部，其使用多個電阻對所述第二電容的所述充電電路側(cè)的電壓進(jìn)行分壓，電阻值被設(shè)定為，使得在所述第一電容與所述第二電容的電容量相同的情況下，所述第二分壓部輸出與所述第一分壓部的分壓電壓不同的分壓電壓；第二輸入端子，其與所述第一輸入端子相鄰設(shè)置，且被輸入所述第二分壓部的分壓電壓；溫度檢測部，其進(jìn)一步包括第三分壓部，其由將基準(zhǔn)電壓分壓的第一電阻和熱敏電阻而構(gòu)成；以及運(yùn)算放大器，其作為被輸入所述第三分壓部的分壓電壓的電壓緩沖器；所述溫度檢測部輸出所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)的電壓，作為溫度輸出；第三輸入端子，其被輸入所述溫度輸出；以及切換開關(guān)，其用于選擇所述第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子中的一個進(jìn)行輸出；以及，控制部，其用于向所述切換開關(guān)輸出所述第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子的選擇信號，基于所述切換開關(guān)的輸出而求得所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，并且，基于所述溫度輸出求得所述蓄電部的環(huán)境溫度；其中，
構(gòu)成所述第一分壓部和所述第二分壓部的所述多個電阻的電阻值被設(shè)定為，使得在所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間發(fā)生短路的時候，所述切換開關(guān)的輸出為異常電壓；所述控制部，根據(jù)從所述異常電壓而求得的所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，而判定所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間發(fā)生短路；根據(jù)所述第三輸入端子和所述第一輸入端子之間短路時發(fā)生的所述第一輸入端子的異常電壓，求得的所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，而判定所述第一輸入端子與所述第三輸入端子之間發(fā)生短路。
3、(修改后)一種電壓監(jiān)視裝置，其用于檢測至少包含串聯(lián)連接的第一電容和第二電容的蓄電部中的、所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，所述電壓監(jiān)視裝置包括充電電路，其用于向所述蓄電部施加充電電壓；監(jiān)視部，其包括第一分壓部，其使用多個電阻對所述第一電容和所述第二電容的連接點(diǎn)上的電壓進(jìn)行分壓；第一輸入端子，其被輸入所述第一分壓部的分壓電壓；第二分壓部，其使用多個電阻對所述第二電容的所述充電電路側(cè)的電壓進(jìn)行分壓，電阻值被設(shè)定為，使得在所述第一電容與所述第二電容的電容量相同的情況下，所述第二分壓部輸出與所述第一分壓部的分壓電壓不同的分壓電壓；第二輸入端子，其與所述第一輸入端子相鄰設(shè)置，且被輸入所述第二分壓部的分壓電壓；溫度檢測部，其進(jìn)一步包括第三分壓部，其由將基準(zhǔn)電壓分壓的第一電阻和熱敏電阻而構(gòu)成；以及開關(guān)，其被輸入所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)的電壓，在接通時，將所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)連接到既定電壓；所述溫度檢測部輸出所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)的電壓，作為溫度輸出；以及，第三輸入端子，其被輸入所述溫度輸出；以及切換開關(guān)，其用于選擇所述第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子中的一個進(jìn)行輸出，以及，控制部，其用于向所述切換開關(guān)輸出所述第一輸入端子、第二輸入端子、第三輸入端子的選擇信號，基于所述切換開關(guān)的輸出而求得所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，并且，在檢測溫度時，向所述切換開關(guān)輸出所述選擇信號，以選擇所述第三輸入端子，同時斷開所述開關(guān)，并且，基于所述溫度輸出求得所述蓄電部的環(huán)境溫度，在求得所述環(huán)境溫度之后，接通所述開關(guān)，其中，構(gòu)成所述第一分壓部和所述第二分壓部的所述多個電阻的電阻值被設(shè)定為，使得在所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間發(fā)生短路的時候，所述切換開關(guān)的輸出為異常電壓；所述控制部，根據(jù)從所述異常電壓而求得的所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，而判定所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間發(fā)生短路；在所述第三輸入端子與所述第一輸入端子或所述第二輸入端子中任一個之間發(fā)生短路的時候，通過從所述第一輸入端子和所述第二輸入端子中的任一個得到所述既定電壓，由此檢測出所述第三輸入端子與所述第一輸入端子或所述第二輸入端子中任一個之間的短路。
4、(修改后)一種蓄電裝置，包括至少包含串聯(lián)連接的第一電容和第二電容的蓄電部；以及如權(quán)利要求2或3所述的電壓監(jiān)視裝置。
5、如權(quán)利要求4所述的蓄電裝置，其中，所述蓄電部進(jìn)一步包括與所述第一電容和所述第二電容中一個相并聯(lián)的第三電容。
6、如權(quán)利要求4所述的蓄電裝置，其中，所述第一電容和所述第二電容是雙電層電容器。
權(quán)利要求
1.一種電壓監(jiān)視裝置，其用于檢測至少包含串聯(lián)連接的第一電容和第二電容的蓄電部中的、所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，所述電壓監(jiān)視裝置包括充電電路，其用于向所述蓄電部施加充電電壓；監(jiān)視部，其包括第一分壓部，其使用多個電阻對所述第一電容和所述第二電容的連接點(diǎn)上的電壓進(jìn)行分壓；第一輸入端子，其被輸入所述第一分壓部的分壓電壓；第二分壓部，其使用多個電阻對所述第二電容的所述充電電路側(cè)的電壓進(jìn)行分壓，電阻值被設(shè)定為，使得在所述第一電容與所述第二電容的電容量相同的情況下，所述第二分壓部輸出與所述第一分壓部的分壓電壓不同的分壓電壓；第二輸入端子，其與所述第一輸入端子相鄰設(shè)置，且被輸入所述第二分壓部的分壓電壓；以及切換開關(guān)，其用于選擇所述第一輸入端子和第二輸入端子中的一個進(jìn)行輸出；以及，控制部，其在向所述切換開關(guān)輸出所述第一輸入端子和第二輸入端子的選擇信號，并且基于所述切換開關(guān)的輸出而求得所述第一電容兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓；其中，構(gòu)成所述第一分壓部和所述第二分壓部的所述多個電阻的電阻值被設(shè)定為，使得所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間短路的時候，所述切換開關(guān)的輸出為異常電壓，所述控制部根據(jù)從所述異常電壓求得的所述第一電容兩端的施加電壓和所述第二電容兩端的施加電壓，判定所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間發(fā)生短路。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓監(jiān)視裝置，其中，所述監(jiān)視部進(jìn)一步包括溫度檢測部，其進(jìn)一步包括第三分壓部，其由對基準(zhǔn)電壓分壓的第一電阻和熱敏電阻所構(gòu)成；以及，運(yùn)算放大器，其作為被輸入所述第三分壓部的分壓電壓的電壓緩沖器，所述溫度檢測部輸出所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)的電壓，作為溫度輸出；以及，第三輸入端子，其被輸入所述溫度輸出，并且，設(shè)置在所述第一輸入端子與所述第二輸入端子之間，所述控制部，基于所述溫度輸出而求得所述蓄電部的環(huán)境溫度，并且根據(jù)所述第一電容兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓而判定所述第一輸入端子和所述第三輸入端子之間發(fā)生了短路，所述第一電容兩端的施加電壓和第二電容兩端的施加電壓是，從所述第三輸入端子和所述第一輸入端子之間短路時發(fā)生的所述第一輸入端子的異常電壓而求得的。
3.如權(quán)利要求1所述的電壓監(jiān)視裝置，其中，所述監(jiān)視部進(jìn)一步包括溫度檢測部，其進(jìn)一步包括第三分壓部，其由對基準(zhǔn)電壓分壓的第一電阻和熱敏電阻所構(gòu)成；以及，開關(guān)，其被輸入所述第一電阻和所述熱敏電阻的連接點(diǎn)的電壓，其被所述控制部控制接通斷開，在接通的時候，將所述第一電阻和所述熱敏電阻的連接點(diǎn)連接到既定電壓，所述溫度檢測部輸出所述第一電阻和所述熱敏電阻之間的連接點(diǎn)的電壓，作為溫度輸出；以及，第三輸入端子，其被輸入所述溫度輸出，并且，設(shè)置在所述第一輸入端子與所述第二輸入端子之間，所述控制部，在檢測溫度時，向所述切換開關(guān)輸出選擇信號，以選擇所述第三輸入端子，同時，斷開所述開關(guān)，基于所述溫度輸出而求得所述蓄電部的環(huán)境溫度，在求得所述環(huán)境溫度之后，接通所述開關(guān)，并且，在所述第三輸入端子與所述第一輸入端子或所述第二輸入端子中任一個之間發(fā)生了短路的時候，通過從所述第一輸入端子和所述第二輸入端子中任一個得到所述既定電壓，由此檢測所述第三輸入端子與所述第一輸入端子或所述第二輸入端子中任一個之間的短路。
4.一種蓄電裝置，包括至少包含串聯(lián)連接的第一電容和第二電容的蓄電部；以及，如權(quán)利要求1所述的電壓監(jiān)視裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的蓄電裝置，其中，所述蓄電部進(jìn)一步包括與所述第一電容和所述第二電容中一個相并聯(lián)的第三電容。
6.如權(quán)利要求4所述的蓄電裝置，其中，所述第一電容和所述第二電容是雙電層電容器。
全文摘要
用于測定構(gòu)成蓄電部的多個電容的各個兩端子間電壓的電壓監(jiān)視裝置中，將充電時的端子間連接點(diǎn)的電壓分別電阻分割后得到的分壓電壓，被連接到切換開關(guān)。而且，預(yù)先設(shè)定用于電阻分割的電阻值，使得切換開關(guān)的相鄰輸入端子之間短路時，變?yōu)楸仍谡３潆娗闆r下的分壓電壓明顯大或明顯小的電壓。
文檔編號H02J7/00GK101061388SQ200680001178
公開日2007年10月24日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者小田島義光, 森田一樹, 竹本順治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社