CN1930483A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

一种电源装置，其包括：将电容串联连接的电容单元(7)、向此电容单元(7)以恒定电流充电的充电部(8)、检测各个电容的高电位侧的电压的检测部(6)、以及通过此检测部(6)检测的电压而判定是否有异常情况的判定部(4)；当相邻的电容的高电位侧的电压之间的差值超过上限电压Va的时候，或者不到下限电压值Vb的时候，或者是负电压的时候，判定为异常情况。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及在给电容蓄电的电源装置中检测电容的异常情况的技术。

背景技术

通常，电源装置的蓄电用的大容量电容单元，用于稳定主电源负载变动时的主电源。另一个重要的应用，是作为主电源发生故障的情况下的备用工作电源。例如，在应用于车载制动***等的情况下，要求高可靠性。作为检测电容单元的恶化状态的检测方法，已知的方法是在充电时测定电容单元的电阻值或容量值以此监视电容单元的恶化状态。另一种已知的监视方法是，对电容单元内的某个电容施加预定值以上的电压后，使与该电容并联的放电电路动作，来取电容的电压平衡。

另外，已知的有关本申请的发明的在先技术文献信息，例如有，特开平10-174285号公报。

但是存在的问题是，即使电容单体发生异常，也很难检测到电容单元整体有很大的变化。另外还存在如下问题，诸如平衡动作电路发生故障的情况下，无法检测异常，在紧急状态下需要由电容单元进行备用动作的时候，无法保证此动作的实现。

发明内容

本发明的电源装置，包括：将电容串联或串并联连接的电容单元、向电容单元以恒定电流充电的充电部、检测各个电容的高电位侧的电压的检测部、通过由检测部得到的电压而判定是否有异常情况的判定部、以及输出从判定部得到的判定结果的通信部，相邻的电容的高电位侧的电压之间的差值超过上限电压Va的时候，或者不到下限电压值Vb的时候，或者是负电压的时候，由判定部判定为异常情况。

由此，通过检测出施加于各个电容的异常电压或短路故障，可以检测电容单元的异常，从而保证高可靠性。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的电源装置的结构示意图。

图2是说明同一实施方式中电容单元的高电位侧的电压的示意图。

图3是表示同一实施方式中电容单元的一个单体(cell)发生短路时与容量偏差(variation)之间的关系的图。

图4是本发明实施方式中的电容单元，由串联连接N个电容并且并联连接M列的串并联连接构成的情况的示意图。

附图标记说明

1-电池，2-电源装置，3-车载电子器件4-判定部，5-通信部，6-检测部，7-电容单元，8-充电部，9-通信输出端子，10-备用输出端子。

具体实施方式

(实施方式)

下面，参考附图说明本发明实施方式。图1是作为车载电子器件的紧急备用电源装置的，具有蓄电电容的电源装置的结构示意图。

由双电荷层电容(electrical double layer capacitor)构成的电容单元7，为了延长寿命，在不使用的时候需要去除电荷。因此，在下车时进行放电，在上车时由电池进行充电。在使用时根据需要进行再充电的时候，通过充电部8以恒定电流进行充电。在电池1电力不足，主电源断电的紧急情况下，由电容单元7通过备用输出端子10向车载电子器件3供电。

图2是说明本发明实施方式中的电容单元的高电位侧的电压的图。图2中，电容单元7由N个电容71、72、73……7N串联构成，其两端分别连接输出端子110和接地端子120。虽然在此，是以电容71到7N全部串联连接为例进行说明，但是也可以是串并联连接。另外，前述N称为串联数。也就是说，在图2所示的只有串联的情况下，电容的个数就是串联数。图4是本发明的实施方式中的电容单元的结构是，N个电容串联连接，并且有M列这样串联连接的电容并联连接的串并联连接的情况下的示意图。图4中，例如，N＝4、M＝3时，表示并联连接3列，且每列串联连接4个电容的矩阵形状连接的电容单元。在此情况下，串联数N是4。

此电容单元7充电的时候，检测部6监视各个电容充电时的电压，并且向判定部4发送此电压值。施加于各个电容的电压，可以由计算如图2所示相邻的各个高电位侧的电压之差而得到。例如，在最上部的电容71中，其高电位侧的电压值是Vh1，其下的电容72的高电位侧的电压值是Vh2，因此，计算出来施加于最上部的电容71的电压是Vh1-Vh2。但是，对于最下部的电容7N，因为其一侧与接地端子120相连接，所以是零电位，施加于电容7N的电压值直接用VhN。

此处，将判定部4进行判定的上限电压值Va，设定为每个电容单体的耐电压值Vt。

另外，通常在电容中没有容量偏差的情况下，各个电容的电压，是电容单元的输出端子110和接地端子120之间施加的充电电压Vc的1/N。然而，在充电电路异常或者存在电容的容量偏差的情况下，在电容的电压连前述电压的一半(即：Vc/(2N))都达不到的时候，可判定为不能充电或者是短路故障等异常。由此，将判定部4判定的下限电压值Vb设定为此值。另外，在电容的电压是负电压的情况下，为了电路或电容的安全，判定为异常。

接下来，说明判定开始的电压。

图3是表示本实施方式中电容单元的一个单体短路时和容量偏差之间的关系的图。在存在电容的容量偏差和短路故障的情况下，如图3所示，发生短路故障的电容所对应的电压，被分摊施加给剩余的电容。设表示容量偏差的程度的值是dev。图3中，例如最下部的电容70N是容量偏差的下限C×(1-dev)的值，其余的电容是容量偏差的上限C×(1+dev)的值，此时，此下限值的电容70N的充电电压Vk为最大。

因此，假定包含发生短路故障的电容的串联段数是M，串联数是N，没有发生短路故障的电容中，设一个电容是容量偏差的下限值，其余电容是容量偏差的上限值。此时，假设具有容量偏差的下限值的电容的充电电压值为Vk，具有容量偏差的上限值的电容的充电电压值为Vj，则以下关系式成立：

Vk+(N-1-M)×Vj＝Vc    (公式1)

另外，图3所示的仅仅有串联连接的情况下，串联段数M为发生短路故障的电容的数目，但是在串并联连接的情况下，因为即使串联方向上的电容中只有一个发生短路故障，与此电容并联连接的其他电容也会发生短路，所以将包含发生短路故障的电容的段(并联方向)的数目设为M。因此，即使同一段的电容有多个发生短路故障，M的取值也为1。

另外，因为串联连接的电容中流过相同的充电电流，所以各个电容的容量和充电电压成反比。因此，下式成立：

Vk/Vj＝(1+dev)/(1-dev)         (公式2)

通过上述两公式，求得Vk，如以下公式所示：

Vk＝Vc×{1/(1-dev)}/{(N-1-M)/(1+dev)+1/(1-dev)}

(公式3)

将此电压值Vk设定为电容的耐电压值Vt，并将此时的充电电压值Vc用Vt求解，则如下式所示：

Vc＝Vt×{1+(N-1-M)×(1-dev)/(1+dev)}

(公式4)

由此，对此Vc考虑测量误差等的测量误差裕量a，将判定开始时的预定电压值Vd，为：

Vd＝Vt×{1+(N-1-M)×(1-dev)/(1+dev)}-a。

因此，如果在Vc为前述电压值Vd以下起就作出判定，在出现异常时过电压加载到电容之前就可以检测出此异常情况。具体而言，例如，将电容的满充电压设为Vf，当Vc达到Vd＝0.8Vf时为止作出判定即可。

然后，在判定为异常的时候，通过通信部5从通信输出端子9向外部***，例如图3中的车载电子器件，发送表示异常的信号。由此，外部***可以保证***整体的安全动作。

如上所述，可以检测电容的异常情况，实现高可靠性。另外，不需要在电容充电开始后立即进行涉及多个电容的判定处理，此时的控制处理复杂而且计算量大；而能够在Vd以下且计算量较小的时间点开始进行判定处理，例如Vc＝0.5Vf时的时间点。故而，计算量小、更适于应用，可以取得明显的效果。

产业适用性

本发明中的判定电容的异常情况的电源装置，能够有效应用于为电容充电的电源装置，且具有高可靠性。

Claims (5)

1.一种电源装置，其特征在于，包括：

将电容串联或串并联连接的电容单元；

向所述电容单元以恒定电流充电的充电部；

检测所述各个电容的高电位侧的电压的检测部；

通过由所述检测部得到的电压而判定是否有异常情况的判定部；及

输出从所述判定部得到的判定结果的通信部；

相邻的所述电容的高电位侧的电压之间的差值超过上限电压的时候，或者不到下限电压的时候，或者是负电压的时候，由判定部判定为异常情况。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述上限电压的值是每个电容单体的耐电压值。

3.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述下限电压Vb的值满足：Vb＝Vc/(2N)，其中，Vc表示电容单元的充电电压的值，N表示电容的串联数。

4.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

从电容单元的充电电压的值为预定电压值以下开始作出判定。

5.如权利要求4所述的电源装置，其特征在于，

所述预定电压值Vd满足：

Vd＝Vt×{1+(N-1-M)×(1-dev)/(1+dev)}-a，

其中，Vt表示每个电容单体的耐电压值，dev表示电容的容量偏差，N表示电容的总数量，M表示包含发生短路故障的电容的串联段数，a表示测量误差裕量。