(57)【要約】  【課題】  広範囲なキャパシタ異常が判定できるようにしたキャパシタ蓄電装置の異常判定装置を提供する。  【解決手段】  直列接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧バラツキが第１の許容値を超えたとき均等化回路３０を動作させるための均等化動作指示信号を出力する第１のバランス検出回路１０と、前記各キャパシタの電圧バラツキが第１の許容値より大きな第２の許容値を超えたとき異常判定信号を出力する第２のバランス検出回路２０とを設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のキャパシタの電圧バラツキが第１の許容値を超えたとき均等化回路を動作させるための均等化動作指示信号を出力する第１のバランス検出回路と、前記各キャパシタの電圧バラツキが前記第１の許容値よりも大きな第２の許容値を超えたとき第１の異常判定信号を出力する第２のバランス検出回路とを設けたことを特徴とするキャパシタ蓄電装置の異常判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、
前記第１のバランス検出回路から出力する均等化動作指示信号の発生頻度と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第２の異常判定信号を出力する第１の手段を設けたことを特徴とするキャパシタ蓄電装置の異常判定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、
前記第１のバランス検出回路からの前記均等化動作指示信号の出力継続と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第３の異常判定信号を出力する第２の手段を設けたことを特徴とするキャパシタ蓄電装置の異常判定装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、
前記第１のバランス検出回路から前記均等化動作指示信号が出力せず且つ前記第２のバランス検出回路から前記第１の異常判定信号が出力したとき、第４の異常判定信号を出力する第３の手段を設けたことを特徴とするキャパシタ蓄電装置の異常判定装置。
【請求項５】
直列接続された複数のキャパシタの電圧バラツキが許容値を超えたとき均等化回路を動作させるための均等化動作指示信号を出力する第１のバランス検出回路と、該第１のバランス検出回路から出力する均等化動作指示信号の発生頻度と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第５の異常判定信号を出力する第４の手段とを設けことを特徴とするキャパシタ蓄電装置の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のキャパシタを直列接続してなるキャパシタ蓄電装置の異常判定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の大容量のキャパシタを直列接続して蓄電装置を構成する場合、個々のキャパシタが負担する電圧の均等化および異常検出が重要となってくる。図２はこれらを実現するための従来のキャパシタ蓄電装置の単位キャパシタ部分の構成を示す回路図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この装置では、キャパシタＣの電圧が初期化設定電圧Vref１に達すると、コンパレータＣＰＭ１により初期化レベル検出信号Ａ１を出力し、このとき初期化スイッチＳＷ１がオンされていればトランジスタＱ１をオンさせてキャパシタＣへの充電電流の一部をバイパスする。なお、トランジスタＱ１には図示しない抵抗が接続される。このようにして、直列接続された各キャパシタは充電電圧が順次初期化レベルに達すると充電電流の一部がバイパスされる。この後、直列接続されたキャパシタのいずれか、例えば図２のキャパシタＣの電圧が満充電設定電圧Vref２（＞Vref１）に達すると、コンパレータＣＭＰ２がこれを検出して検出信号Ａ２を出力し、充電停止が行われる。このようにして、直列接続された各キャパシタにはほぼ均等な電圧に充電される。さらに、キャパシタＣの電圧が電圧Vref３（＜Vref１）より低下したとき、コンパレータＣＭＰ３がこれを検出し、異常検出信号Ａ３を出力する。この電圧Vref３は、０Ｖ付近に設定される。このようにして、直列接続された各キャパシタの内の１つでも漏れ電流等によりその充電電圧が０V付近に低下したときは、そのキャパシタの異常が検出される。
【０００４】
一方、複数の単電池を直列接続してなる組電池の異常を検出する装置として、それら複数の電池の電圧を均等化させる均等化回路の動作頻度をチェックすることで、組電池の異常を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４２３７２号公報
【特許文献２】特開２００２−０２５６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１で提案されている手法は、異常検出の電圧Vref３が０V付近と低いため、この０V付近から電圧Vref２との間のかなり広い電圧範囲は正常と判定される。このため実際には、キャパシタ異常としての内部抵抗の増加、静電容量の減少、キャパシタ接続部断線等の異常は検出することができない。また、特許文献２で提案されている手法は、比較的特性の揃ったリチウムイオン電池等ではその異常検出が可能であるが、静電容量や漏れ電流のバラツキの大きな電気二重層キャパシタにおいては、正常範囲であっても充放電中は頻繁に均等化回路が動作するため、正確な異常検出ができない。
【０００６】
本発明の目的は、キャパシタ漏れ電流増大等によるキャパシタ異常に留まらず、より広範囲な異常が判定できるようにしたキャパシタ蓄電装置の異常判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１にかかる発明のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置は、直列接続された複数のキャパシタの電圧バラツキが第１の許容値を超えたとき均等化回路を動作させるための均等化動作指示信号を出力する第１のバランス検出回路と、前記各キャパシタの電圧バラツキが前記第１の許容値よりも大きな第２の許容値を超えたとき第１の異常判定信号を出力する第２のバランス検出回路とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、前記第１のバランス検出回路から出力する均等化動作指示信号の発生頻度と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第２の異常判定信号を出力する第１の手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、前記第１のバランス検出回路からの前記均等化動作指示信号の出力継続と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第３の異常判定信号を出力する第２の手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置において、前記第１のバランス検出回路から前記均等化動作指示信号が出力せず且つ前記第２のバランス検出回路から前記第１の異常判定信号が出力したとき、第４の異常判定信号を出力する第３の手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５にかかる発明は、直列接続された複数のキャパシタの電圧バラツキが許容値を超えたとき均等化回路を動作させるための均等化動作指示信号を出力する第１のバランス検出回路と、該第１のバランス検出回路から出力する均等化動作指示信号の発生頻度と前記キャパシタ蓄電装置の充放電状態とに基づき第５の異常判定信号を出力する第４の手段とを設けことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１にかかる発明によれば、キャパシタ蓄電装置の各キャパシタの電圧バラツキが、均等化回路が動作する第１の許容値より大きな第２の許容値を超えたとき、異常判定信号が出力するので、その第２の許容値を適宜設定することにより、キャパシタ漏れ電流増大等による異常に留まらず、より広範囲な異常、例えば静電容量が小さくなる、内部抵抗が大きくなる、ショートする、オープンする、キャパシタ間の直列接続が遮断される等のキャパシタ異常を検出可能となる。よって、静電容量や漏れ電流のバラツキの大きな電気二重層キャパシタ等を使用したキャパシタ蓄電装置であっても適切なキャパシタ異常判定を行うことが可能となる。
【００１３】
請求項２、５にかかる発明によれば、フローティング充電や端子間開放状態でのキャパシタ異常検出が可能になる。例えば、フローティング充電中のキャパシタオープン故障は、放電を開始して始めて判明するタイプの故障であるので、ＵＰＳ装置（通常はフローティング充電され非常時に放電する蓄電装置）等のような装置に適用することで、必要な時に必要な機能が得られないという致命的なトラブルを未然に防ぐことができる。
【００１４】
請求項３にかかる発明によれば、均等化回路が均等化機能を失った場合でも、その均等化回路の異常を検出することが可能となる。
【００１５】
請求項４にかかる発明によれば、第１のバランス検出回路が異常になった場合でも、その第１のバランス検出回路の異常を検出することが可能となる。
【００１６】
以上のように、本発明によれば、キャパシタ蓄電装置のキャパシタ異常をそのキャパシタ蓄電装置の充放電中、フローティング充電中にかかわらずに察知することが可能になるので、キャパシタ蓄電装置を組み込んだシステムの信頼性を高めることができる。また、キャパシタ異常の他に、均等化回路異常や第１のバランス検出回路異常も検出可能となり、より信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置の要部を示す回路図である。ここでは３個のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が直列接続された構造のキャパシタ蓄電装置について説明する。１０はキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧バラツキを検出する第１のバランス検出回路、２０はキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３のより大きな電圧バラツキを検出する第２のバランス検出回路、３０は均等化回路、４０は制御回路、５０はオア回路からなる異常判定出力回路である。
【００１８】
第１のバランス検出回路１０は、分圧抵抗１０１〜１０５、１１１，１１２、コンパレータ１０６〜１０９、オア回路１１０からなり、分圧抵抗１０１〜１０３の抵抗値はＲ１、分圧抵抗１０４，１０５の抵抗値はＲ２、分圧抵抗１１１，１１２の抵抗値はＲ２／２である。第２のバランス検出回路２０は、分圧抵抗２０１〜２０５、２１１，２１２、コンパレータ２０６〜２０９、オア回路２１０からなり、分圧抵抗２０１〜２０３の抵抗値はＲ１、分圧抵抗２０４，２０５の抵抗値はＲ３、分圧抵抗２１１，２１２の抵抗値はＲ３／２である。第１のバランス検出回路１０の電圧バラツキ許容偏差範囲を決める抵抗１０４，１０５の抵抗値Ｒ２と、第２のバランス検出回路２０の電圧バラツキ許容偏差範囲を決める抵抗２０４，２０５の抵抗値Ｒ３は、Ｒ２＜Ｒ３となるように設定され、これにより、第２のバランス検出回路２０は第１のバランス検出回路１０で検出される電圧バラツキよりも大きな電圧バラツキが検出できるようになっている。
【００１９】
さて、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧が許容範囲内のバラツキに留まっているときは、コンパレータ１０６〜１０９、２０６〜２０９はその非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも常に高く、その出力はハイレベルにある。このため、オア回路１１０，２１０の出力はロウレベルとなり、均等化動作指示信号および異常判定信号は非能動となっている。
【００２０】
[充放電動作中での異常検出]
しかし、そのキャパシタＣ１〜Ｃ３の電圧のバラツキが大きくなって、例えば、キャパシタＣ１の電圧が他のキャパシタＣ２，Ｃ３の電圧に比べて所定値Ｖ１以上小さくなったとき（簡単な具体例で説明すると、抵抗１０１〜１０３の抵抗値Ｒ１＝２０ＫΩ、抵抗１０４，１０５の抵抗値Ｒ２＝８００Ωに設定されているとき、キャパシタＣ２，Ｃ３の電圧が３Ｖで正常であるのにキャパシタＣ１の電圧が２．９Ｖと小さくなったときは、コンパレータ１０６の非反転入力端子の電圧が５．９９Ｖ、反転入力端子の電圧が６Ｖとなり）、コンパレータ１０６の出力がロウレベルに反転し、オア回路１１０の出力がハイレベルに反転するので、均等化回路３０にハイレベルの均等化動作指示信号を出力する。これによって、キャパシタＣ１〜Ｃ３に供給する充放電制御回路（図示せず）による充電電流が大きくなり、その充電電圧のバラツキを抑える制御が行われる。
【００２１】
ここで、キャパシタＣ１〜Ｃ３のいずれかの静電容量が小さくなる、内部抵抗が大きくなる、ショートする、オープンする、キャパシタ間の直列接続が遮断される等の異常が発生したときは、充電時のキャパシタ電圧のバラツキは更に大きくなる方向に向かう。均等化回路３０の均等化能力は限定されているため、その能力以上のキャパシタ間のバラツキ、あるいは故障が発生したときは、キャパシタ間電圧には通常では発生し得ない電圧バラツキが発生する。
【００２２】
そこで、このように第１のバランス検出回路１０で検出できるバラツキよりも更に大きなバラツキが発生したときに始めて第２のバランス検出回路２０が動作するように、その第２のバランス検出回路２０の抵抗２０４，２０５の抵抗値Ｒ３を設定しておく。そして、そのキャパシタＣ１〜Ｃ３の電圧のバラツキが大きくなって、例えば、キャパシタＣ１の電圧が他のキャパシタＣ２，Ｃ３の電圧に比べて所定値Ｖ２（＞Ｖ１）以上小さくなったとき（簡単な具体例で説明すると、抵抗２０１〜２０３の抵抗値Ｒ１＝２０ＫΩ、抵抗２０４，２０５の抵抗値Ｒ３＝１０ＫΩに設定されているとき、キャパシタＣ２，Ｃ３の電圧が３Ｖで正常であるのにキャパシタＣ１の電圧が２．３Ｖとより小さくなったときは、コンパレータ２０６の非反転入力端子の電圧が５．９９Ｖ、反転入力端子の電圧が６Ｖとなり）、コンパレータ２０６の出力がロウレベルに反転し、オア回路２１０の出力がハイレベルに反転するので、異常判定出力回路５０の出力がハイレベルなり、異常判定出力信号が能動になる。
【００２３】
[フローティング充電中又は端子開放中での異常検出]
ところで、上記のように、第２のバランス検出回路２０によって充放電中の異常検出を行うことが可能になるが、一定電圧で充電しているフローティング充電、あるいはキャパシタ蓄電装置の端子間を開放している状態（自然放電）では、キャパシタがドライアップ（電解液無し）によりオープン状態になったり、断線した場合でも均等化回路３０がアンバランスを吸収するように動作するため、そのアンバランスが第２のバランス検出回路２０で検出される程度を越えない限り、その異常状態を検出することができない。
【００２４】
そこで、本実施例では、このような場合に、均等化回路３０に入力する均等化動作指示信号と、キャパシタ蓄電装置の充電状態又は放電状態を示す充電／放電状態信号を制御回路４０に入力させて、それらの情報を処理することにより、キャパシタの異常状態を検出することも行う。
【００２５】
つまり、キャパシタ蓄電装置がフローティング充電中で且つ均等化回路３０の動作頻度（単位時間当りの均等化動作回数）が所定値を超えるとき、あるいはキャパシタ蓄電装置が端子間開放状態で且つ均等化回路３０の動作頻度が所定値を超えるとき、キャパシタ蓄電装置に異常が発生していると判定して、制御回路４０が異常判定装置５０にハイレベルを出力し、異常判定出力信号をハイレベルにする。
【００２６】
キャパシタ蓄電装置がフローティング充電中かあるいは端子間開放状態かの情報は、キャパシタ蓄電装置外の充放電制御回路（図示せず）が持っているため、そこから情報を制御回路４０に取り込んでも良いし、あるいはキャパシタ蓄電装置内で端子間電圧の変化や入出力電流をモニタして、そのモニタ結果を制御回路４０に取り込んでも良い。制御回路４０としては、時計機能、カウント機能、判定機能、記憶機能を備えている必要があり、ＣＰＵが好適である。
【００２７】
[キャパシタ以外の異常検出]
また、キャパシタＣ１〜Ｃ３そのものは正常であっても、均等化回路３０自体に異常が発生することがある。例えば、フローティング充電中、または端子開放中に何らかの原因で均等化機能が失われたような場合である。この場合は、均等化動作が行われなくなることにより、第１のバランス検出回路１０が均等化動作指示信号（ハイレベル）を出し続けることになることから、充電／放電状態信号と合わせて制御装置４０で均等化回路３０の異常を判定検出することが可能である。また、第１のバランス検出回路１０自体にアンバランス状態を検出できないような異常が生じた場合は、第１のバランス検出回路１０のオア回路１１０から均等化動作指示信号（ハイレベル）が出ず、第２のバランス検出回路２０のオア回路２１０からアンバランス検出信号（ハイレベル）が出たことを判定手段（図示せず）により判定することにより、第１のバランス検出回路１０に異常が生じたことを検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施例のキャパシタ蓄電装置の異常判定装置の要部の回路図である。
【図２】従来の異常判定機能をもつキャパシタ蓄電装置の要部の回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：第１のバランス検出回路
２０：第２のバランス検出回路
３０：均等化回路
４０：制御回路
５０：異常判定出力回路
【図１】
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【図２】
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