技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路、充電控制裝置、充電系統(tǒng)以及控制方法，更具體地，涉及配置為以相對簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)的電路的電路、充電控制裝置、充電系統(tǒng)以及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，作為增加電動車輛或智能電網(wǎng)(smart grid)的可用性的重點，發(fā)展相對更安全和更方便的二次電池備受期待。

一般而言，通過使用電磁鐵物理地移動觸點來斷開和閉合的繼電器被插入對二次電池充電和放電的電力線，從而控制電源接通和斷開(參考日本未審查的專利申請公開第2010-141957號、第2009-100644號、第2009-240081號和第2009-183025號)。除了繼電器，半導(dǎo)體開關(guān)等也用于電源接通和斷開的控制。

關(guān)于繼電器，高擊穿電壓繼電器體積龐大且昂貴。相反，在諸如FET(場效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體開關(guān)被插入?yún)⒖茧娢粋?cè)(接地側(cè)：在以下描述中，例如負(fù)側(cè))上的電力線的情況下，電源接通和斷開的控制由半導(dǎo)體開關(guān)執(zhí)行，這能夠以小體積和低成本實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

然而，在使用半導(dǎo)體對二次電池充電和放電的情況下，半導(dǎo)體可被插入施加的電位側(cè)(與接地側(cè)相對：在以下描述中，例如正側(cè))上的電力線或被插入負(fù)側(cè)上的電力線。然而，在將半導(dǎo)體開關(guān)插入負(fù)側(cè)上的電力線的情況下，例如，當(dāng)斷開半導(dǎo)體時，存在諸如電池側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的參考電位波動的問題。此外，在使用諸如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的半導(dǎo)體開關(guān)作為所述半導(dǎo)體開關(guān)的情況下，需要能夠以相對簡單的電路結(jié)構(gòu)驅(qū)動被插入二次電池的正側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動電路。

在考慮這種情況下做出本發(fā)明，并且期望以相對簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)的電路。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種電路，包括：插入正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)；轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓，其中，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述電路包括：插入正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)；轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓。所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，以及所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種充電控制裝置，包括：電路，其包括插入正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)和用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓的轉(zhuǎn)換裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子；控制裝置，用于通過控制電路具有的所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，所述電路包括：插入正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)；轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓。所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子。通過轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的導(dǎo)通和斷開的控制來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種充電系統(tǒng)，包括：用于充電和放電的二次電池；檢測裝置，用于檢測二次電池的狀態(tài)；電路，其包括插入連接至二次電池的正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)和用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓的轉(zhuǎn)換裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，以及所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子；控制裝置，用于通過控制電路具有的所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換，其中，所述控制裝置獲得由檢測裝置檢測的二次電池的狀態(tài)，并且根據(jù)二次電池的狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種控制充電系統(tǒng)的方法。所述充電系統(tǒng)包括：用于充電和放電的二次電池；檢測裝置，用于檢測二次電池的狀態(tài)；包括插入連接至二次電池的正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)和用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓的轉(zhuǎn)換裝置的電路，所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，以及所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子；控制裝置，用于通過控制電路具有的所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。所述方法包括：獲得由檢測裝置檢測的二次電池的狀態(tài)；以及根據(jù)二次電池的狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的這些實施方式，所述電路包括：插入連接至二次電池的正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)；轉(zhuǎn)換裝置，用于將輸入至輸入側(cè)端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定輸出電壓以及用于從輸出側(cè)端子輸出所述輸出電壓。所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)負(fù)端子連接至正側(cè)電力線，以及所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)正端子連接至控制半導(dǎo)體開關(guān)的斷開和閉合的端子。通過轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的導(dǎo)通和斷開的控制來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。此時，獲得對電力充電和放電的二次電池的狀態(tài)，并且根據(jù)所述狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種電路，包括：半導(dǎo)體開關(guān)，執(zhí)行切換對象線的導(dǎo)通和斷開之間的切換；控制電路，將代表用于切換的控制電位的切換控制信號供應(yīng)給半導(dǎo)體開關(guān)作為相對于半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位的電位差信號，并且控制切換，其中，半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位與切換對象線的電位一致，控制電路根據(jù)作為相對于與切換對象線的電位不同的電位的電位差信號輸入的輸入控制信號產(chǎn)生切換控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，所述電路包括：半導(dǎo)體開關(guān)，執(zhí)行切換對象線的導(dǎo)通和斷開之間的切換；控制電路，將表示用于切換的控制電位的切換控制信號供應(yīng)給半導(dǎo)體開關(guān)作為相對于半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位的電位差信號，并且控制切換。半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位與切換對象線的電位一致，根據(jù)作為相對于與切換對象線的電位不同的電位的電位差信號輸入的輸入控制信號產(chǎn)生切換控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種電路，包括：半導(dǎo)體開關(guān)，關(guān)于通過示出參考電位的參考電位線與示出施加電位的施加電位線之間的電位差來供應(yīng)電力的所述電力線，將參考電位線和施加電位線中至少一個設(shè)定為切換對象線，并且執(zhí)行切換對象線的導(dǎo)通和斷開之間的切換；控制電路，將代表表示用于切換的控制電位的切換控制信號供應(yīng)給半導(dǎo)體開關(guān)作為相對于半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位的電位差信號，并且控制切換，其中，半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位與切換對象線的電位一致，控制電路根據(jù)作為相對于與參考電位線的電位相同的電位的電位差信號輸入的輸入控制信號產(chǎn)生切換控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，所述電路包括：半導(dǎo)體開關(guān)，關(guān)于通過示出參考電位的參考電位線與示出施加電位的施加電位線之間的電位差來供應(yīng)電力的所述電力線，將參考電位線和施加電位線中至少一個設(shè)定為切換對象線，并且執(zhí)行切換對象線的接通和斷開之間的切換；控制電路，將表示用于切換的控制電位的切換控制信號供應(yīng)給半導(dǎo)體開關(guān)作為相對于半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位的電位差信號，并且控制切換。半導(dǎo)體開關(guān)的參考電位與切換對象線的電位一致，根據(jù)作為相對于與參考電位線的電位相同的電位的電位差信號輸入的輸入控制信號產(chǎn)生切換控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種充電控制裝置，包括：上述電路；控制裝置，用于通過將輸入控制信號供應(yīng)給電路來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，通過將輸入控制信號供應(yīng)給電路來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種充電系統(tǒng)，包括：上述電路；控制裝置，用于通過將輸入控制信號供應(yīng)給電路來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換；用于充電和放電的二次電池；檢測裝置，用于檢測二次電池的狀態(tài)，其中，電路的切換對象線連接至二次電池，控制裝置獲得由檢測裝置檢測的二次電池的狀態(tài)，并且根據(jù)二次電池的狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種控制充電系統(tǒng)的方法。所述充電系統(tǒng)包括：上述電路；控制裝置，通過將輸入控制信號供應(yīng)給電路來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換；用于充電和放電的二次電池；用于檢測二次電池的狀態(tài)的檢測裝置，電路的切換對象線連接至二次電池。所述方法包括：獲得由檢測裝置檢測的二次電池的狀態(tài)；以及根據(jù)二次電池的狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的這些實施方式，所述充電系統(tǒng)包括：上述電路；控制裝置，通過將輸入控制信號供應(yīng)給電路來控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換；用于充電和放電的二次電池；以及用于檢測二次電池的狀態(tài)的檢測裝置。電路的切換對象線連接至二次電池，獲得二次電池的狀態(tài)，并且根據(jù)二次電池的狀態(tài)控制半導(dǎo)體開關(guān)的切換。

根據(jù)本發(fā)明的上述實施方式，能夠以相對簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)的電路。

附圖說明

圖1為示出應(yīng)用了本發(fā)明的實施方式的充電和放電切換電路的實施方式的配置實施例的方塊圖；

圖2為示出具有充電和放電切換電路的充電系統(tǒng)的配置實施例的方塊圖；以及

圖3為示出控制充電和放電切換電路的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式。

圖1示出了說明應(yīng)用了本發(fā)明的實施方式的充電和放電切換電路(電子電路)的實施方式的配置實施例的方塊圖。

在圖1中，充電和放電切換電路11包括兩個半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2以及驅(qū)動電路13。

充電和放電切換電路11設(shè)置在諸如鋰離子電池的二次電池(例如，圖2的電池模塊32-1至32-N)與對二次電池充電和放電的系統(tǒng)(圖中未示出)之間，并且切換充電和放電。此外，二次電池和系統(tǒng)通過正側(cè)電力線(施加電位線)和負(fù)側(cè)電力線(接地線、參考電位線)彼此連接。在圖1中，正側(cè)電力線的端子14連接至系統(tǒng)，正側(cè)電力線的端子15連接至二次電池。此外，負(fù)側(cè)電力線的端子16連接至系統(tǒng)，負(fù)側(cè)電力線的端子17連接至二次電池。

此外，在充電和放電切換電路11中，半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2串聯(lián)插入正側(cè)電力線。半導(dǎo)體開關(guān)12-1設(shè)置在位于二次電池側(cè)的正側(cè)電力線中。半導(dǎo)體開關(guān)12-2設(shè)置在位于系統(tǒng)側(cè)的正側(cè)電力線中。

半導(dǎo)體開關(guān)12-1由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)21-1和二極管22-1的組合構(gòu)成。在半導(dǎo)體開關(guān)12-1中，IGBT 21-1的集電極和二極管22-1的陰極連接，IGBT 21-1的發(fā)射極和二極管22-1的陽極連接，IGBT 21-1的柵極連接至驅(qū)動電路13。

此外，在半導(dǎo)體開關(guān)12-1中，IGBT 21-1的發(fā)射極與二極管22-1的陽極之間的連接點連接至二次電池側(cè)端子15，IGBT 21-1的集電極與二極管22-1的陰極之間的連接點通過半導(dǎo)體開關(guān)12-2連接至系統(tǒng)側(cè)端子14。因此，在半導(dǎo)體開關(guān)12-1中，允許電流在任何時候通過二極管22-1從二次電池側(cè)端子15流至系統(tǒng)側(cè)端子14。另一方面，只有在接通IGBT 21-1的情況下，才允許電流從系統(tǒng)側(cè)端子14流至二次電池側(cè)端子15。

此外，類似于半導(dǎo)體開關(guān)12-1，半導(dǎo)體開關(guān)12-2由IGBT 21-2和二極管22-2的組合構(gòu)成。另一方面，在半導(dǎo)體開關(guān)12-2中，IGBT 21-2的發(fā)射極與二極管22-2的陽極之間的連接點連接至系統(tǒng)側(cè)端子14，IGBT21-2的集電極與二極管22-2的陰極之間的連接點通過半導(dǎo)體開關(guān)12-1連接至二次電池側(cè)端子15。因此，在半導(dǎo)體開關(guān)12-2中，允許電流在任何時候通過二極管22-2從系統(tǒng)側(cè)端子14流至二次電池側(cè)端子15。另一方面，只有在接通IGBT 21-2的情況下，才允許電流從二次電池側(cè)端子15流至系統(tǒng)側(cè)端子14。

驅(qū)動電路13包括兩個絕緣型DCDC(直流/直流)轉(zhuǎn)換器23-1和23-2。

絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2將輸入至輸入側(cè)(初級線圈側(cè))端子的電源電壓Vcc轉(zhuǎn)換為預(yù)定電壓，例如+15V等，然后將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出至輸出側(cè)(次級線圈側(cè))端子。此外，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2具有絕緣擊穿電阻，例如1000V或更大，其大于二次電池與系統(tǒng)之間通過充電和放電切換電路11供應(yīng)的電力的電源電壓。

在絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1中，輸入側(cè)+端子連接至電源電壓Vcc，輸入側(cè)-端子連接至負(fù)側(cè)電力線。此外，在絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1中，輸出側(cè)+端子連接至半導(dǎo)體開關(guān)12-1的IGBT 21-1的柵極，輸出側(cè)-端子連接至半導(dǎo)體開關(guān)12-1與二次電池側(cè)端子15之間的正側(cè)電力線。

此外，在絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2中，輸入側(cè)+端子連接至電源電壓Vcc，以及輸入側(cè)-端子連接至負(fù)側(cè)電力線。此外，在絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2中，輸出側(cè)+端子連接至半導(dǎo)體開關(guān)12-2的IGBT 21-2的柵極，以及輸出側(cè)-端子連接至半導(dǎo)體開關(guān)12-2與系統(tǒng)側(cè)端子14之間的正側(cè)電力線。

此外，在絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2中，能夠?qū)㈦妷?該電壓是通過將預(yù)定電壓與通過DCDC轉(zhuǎn)換該電源電壓Vcc的正側(cè)電力線的電壓相加獲得的)施加于IGBT 21-1和21-2的柵極(即，能夠供應(yīng)示出控制電位的切換控制信號作為相對于IGBT 21-1和21-2的參考電位(正側(cè)電力線的電位)的電位信號)。這里，正側(cè)電力線的電壓根據(jù)二次電池中所累積的電力而變化。例如，可假設(shè)，在安裝有充電和放電切換電路11的充電系統(tǒng)中，所述電壓為400V至600V。因此，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2分別將通過將預(yù)定電壓(例如，+15V)與400V至600V相加所獲得的電壓施加于IGBT 21-1和21-2的柵極。

此外，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2通過圖2的MCU 51(下文描述)根據(jù)控制信號(充電使能和放電使能：輸入控制信號)切換輸出電壓的導(dǎo)通和斷開(例如，+15V/0V)。

即，當(dāng)接通充電使能時，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1接通將輸入至輸入側(cè)端子的電源電壓Vcc轉(zhuǎn)換為所需電壓的電路，產(chǎn)生輸出電壓(供應(yīng)切換控制信號)，將預(yù)定電壓施加于IGBT 21-1的柵極，從而使二次電池進入充電狀態(tài)。另一方面，當(dāng)斷開充電使能時，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1斷開將輸入至輸入側(cè)端子的電源電壓Vcc轉(zhuǎn)換為所需電壓的電路，停止產(chǎn)生輸出電壓，以及停止將所述電壓施加于IGBT 21-1的柵極，從而使二次電池進入非充電狀態(tài)。

類似地，當(dāng)接通放電使能時，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2接通將輸入至輸入側(cè)端子的電源電壓Vcc轉(zhuǎn)換為所需電壓的電路，產(chǎn)生輸出電壓(供應(yīng)切換控制信號)，將預(yù)定電壓施加于IGBT 21-2的柵極，從而使二次電池進入放電狀態(tài)。另一方面，當(dāng)斷開放電使能時，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2斷開將輸入至輸入側(cè)端子的電源電壓Vcc轉(zhuǎn)換為所需電壓的電路，停止產(chǎn)生輸出電壓，以及停止將所述電壓施加于IGBT 21-2的柵極，從而使二次電池進入非放電狀態(tài)。

當(dāng)如上所述配置時，充電和放電切換電路11使用絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2產(chǎn)生比正側(cè)電力線大預(yù)定電壓的電壓，因此能夠控制插入正側(cè)電力線的半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2的導(dǎo)通和斷開。

此外，由于在正側(cè)電力線處執(zhí)行導(dǎo)通和斷開控制，所以相比于在負(fù)側(cè)電力線處執(zhí)行導(dǎo)通和斷開控制的情況，能夠使得穩(wěn)定性相對高。此外，例如，能夠避免在通過將半導(dǎo)體開關(guān)插入負(fù)側(cè)電力線來執(zhí)行導(dǎo)通和斷開控制時發(fā)生的參考電位的波動。

也就是說，在半導(dǎo)體開關(guān)插入負(fù)側(cè)電力線的情況下，當(dāng)斷開半導(dǎo)體開關(guān)時，電源的參考電位和系統(tǒng)側(cè)電路的參考電位進入未連接狀態(tài)，因此系統(tǒng)側(cè)和電源側(cè)的參考電位可能波動。由于這個原因，擔(dān)心電路可能無法工作等。與此相反，在充電和放電切換電路11中，由于半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2插入正側(cè)電力線，所以即使在斷開半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2時，電源的參考電位和系統(tǒng)側(cè)電路的參考電位仍處于連接狀態(tài)中。因此，能夠避免發(fā)生所述問題。

此外，當(dāng)使用絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2時，能夠以簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)產(chǎn)生高電壓(例如，通過將15V與400V至600V相加獲得的電壓)以驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2的電路。此外，由于以將預(yù)定電壓與供應(yīng)給正側(cè)電力線的電壓相加的方式配置絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2，所以即使在驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2所需的電壓根據(jù)二次電池中所累積的電量變化時，也能夠可靠地產(chǎn)生所述電壓。

此外，由于半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2由IGBT 21-1和21-2以及二極管22-1和22-2的組合構(gòu)成，所以獨立提供用于充電和放電的兩個電力供應(yīng)路徑。因此，能夠配置可獨立控制充電使能和放電使能的電路。

此外，絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2具有比二次電池與系統(tǒng)之間所供應(yīng)的電力的電源電壓更大的絕緣擊穿電阻，使得能夠可靠地防止由正側(cè)電力線傳輸?shù)碾娏νㄟ^絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2泄漏。即，由絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2施加于IGBT 21-1和21-2的柵極的電壓(切換控制信號)在與供應(yīng)給絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2的輸入控制信號(充電使能和放電使能)電絕緣的狀態(tài)下產(chǎn)生。

此外，充電和放電切換電路11可包括當(dāng)供應(yīng)等于或大于所限定的電壓值的電力時阻斷電力的供應(yīng)的保護電路。

接著，圖2示出用于說明具有充電和放電切換電路11的充電系統(tǒng)的配置實施例的方塊圖。此外，在本說明書中，所述系統(tǒng)代表由多個器件構(gòu)成的器件的全部。

如圖2所示，充電系統(tǒng)31包括N個電池模塊32-1至32-N和控制盒33。

電池模塊32-1至32-N分別包括傳感器單元41-1至41-N的每一個、第一通信端子(CN1)42-1至42-N的每一個、第二通信端子(CN2)43-1至43-N的每一個、負(fù)端子44-1至44-N的每一個以及正端子45-1至45-N的每一個?？刂坪?3包括充電和放電切換電路11、MCU(微控制器單元)51、發(fā)送和接收部52以及通信連接器53。控制盒33和電池模塊32-1至32-N通過電力線和信號線連接。

連接至參考電位(電力GND)的負(fù)側(cè)電力線通過控制盒33連接至電池模塊32-1的負(fù)端子44-1，電池模塊32-1的正端子45-1連接至電池模塊32-2的負(fù)端子44-2。此外，電池模塊32-2的正端子45-2連接至電池模塊32-3的負(fù)端子44-3。以這種方式，電池模塊32-1至32-N串聯(lián)連接。此外，連接至電池模塊32-N的正端子45-N的正側(cè)電力線通過控制盒33(至系統(tǒng))的充電和放電切換電路11連接至系統(tǒng)(未示出)。

此外，連接至控制盒33的通信連接器53的信號線連接至電池模塊32-1的第一通信端子42-1。此外，電池模塊32-1的第二通信端子43-1連接至電池模塊32-2的第一通信端子42-2，電池模塊32-2的第二通信端子43-2連接至電池模塊32-3的第一通信端子42-3。以這種方式，電池模塊32-1至32-N串聯(lián)連接至所述信號線。

例如，電池模塊32-1至32-N是具有諸如鋰離子電池的二次電池的模塊，并且通過負(fù)端子44-1至44-N和正端子45-1至45-N充電和放電。

傳感器單元41-1至41-N檢測電池模塊32-1至32-N中所累積的電力的電壓值、充電和放電時的電流值、電池模塊32-1至32-N的溫度等。傳感器單元41-1至41-N通過第一通信端子42-1至42-N和第二通信端子43-1至43-N彼此連接，并且通過所述信號線連接至控制盒33。此外，傳感器單元41-1至41-N將檢測的電壓值、電流值和溫度通知控制盒33的MCU51。

MCU 51是，例如，嵌入式微處理器(其中，計算機系統(tǒng)被組織成單個集成電路)。MCU 51通過與傳感器單元41-1至41-N的通信獲得電池模塊32-1至32-N的電壓值、電流值和溫度。此外，MCU 51基于所述電壓值、電流值和溫度監(jiān)視電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)(例如，連接至電源的二次電池的過流、短路以及過充電、過放電和溫度)，并且根據(jù)所述狀態(tài)控制充電和放電切換電路11。

發(fā)送和接收部52是當(dāng)MCU 51和傳感器單元41-1至41-N彼此通信時管理信號發(fā)送和接收的接口。通信連接器53包括連接至控制盒33的信號線和連接至MCU 51及發(fā)送和接收部52的多個端子。通信連接器53的DIS端子、0V端子和CHG端子連接至MCU 51，通信連接器53的GND端子、VCC端子、SDA端子、SCL端子連接至該發(fā)送和接收部52。

如上所述配置的充電系統(tǒng)31通過串聯(lián)連接電池模塊32-1至32-N而用作高電壓電源(例如，約1000V·100A的電源)?？刂坪?3在監(jiān)視電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)時通過充電和放電切換電路11導(dǎo)通和斷開地控制在充電方向和放電方向上的電流。

接著，圖3示出了說明MCU 51根據(jù)電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)控制充電和放電切換電路11的方法流程圖。

例如，MCU 51周期性地執(zhí)行與傳感器單元41-1至41-N的通信，并且在啟動通信時啟動該方法。在步驟S11中，MCU 51通過與傳感器單元41-1至41-N的通信獲得指示電池模塊32-1至32-N的電壓值、電流值和溫度的信號，并且計算出電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)。

在步驟S11之后，方法進行至步驟S12，MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)是否為過放電。

在步驟S12中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為過放電的情況下，方法進行至步驟S13，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2斷開放電使能的控制。以這種方式，停止從電池模塊32-1至32-N放電。

另一方面，在步驟S12中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為非過放電的情況下，程序進行至步驟S14，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2接通放電使能的控制。以這種方式，開始啟動從電池模塊32-1至32-N的放電(在放電使能從一開始就為導(dǎo)通狀態(tài)的情況下保持放電狀態(tài))。

在步驟S13或S14的方法之后，程序進行至步驟S15，MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)是否為過充電。

在步驟S15中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為過充電的情況下，方法進行至步驟S16，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1斷開充電使能的控制。以這種方式，停止給電池模塊32-1至32-N充電。

另一方面，在步驟S15中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為非過充電的情況下，方法進行至步驟S17，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1接通充電使能的控制。以這種方式，開始啟動給電池模塊32-1至32-N充電(在充電使能從一開始就為導(dǎo)通狀態(tài)的情況下保持充電狀態(tài))。

在步驟S16或S17的方法之后，方法進行至步驟S18，MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)是否為過電流。

在步驟S18中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為過電流的情況下，方法進行至步驟S19，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2斷開放電使能的控制。以這種方式，停止從電池模塊32-1至32-N放電。

在步驟S19的方法之后，或在步驟S18中，在判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為非過電流的情況下，方法進行至步驟S20。在步驟S20中，MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)是否為在可使用溫度范圍之外。

在步驟S20中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為在可使用溫度范圍之外的情況下，方法進行至步驟S21。在步驟S21中，MCU51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1斷開充電使能以及允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2斷開放電使能的控制。以這種方式，停止電池模塊32-1至32-N的充電和放電。

另一方面，在步驟S20中，在MCU 51判定電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)為不在可使用溫度范圍之外(在范圍內(nèi))的情況下，方法進行至步驟S22。在步驟S22中，MCU 51執(zhí)行允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1接通充電使能以及允許絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-2接通放電使能的控制。以這種方式，開始啟動電池模塊32-1至32-N的充電和放電(在充電使能和放電使能從一開始就為導(dǎo)通狀態(tài)的情況下保持充電狀態(tài)和放電狀態(tài))。

在步驟S21或步驟S22的方法之后，終止根據(jù)電池模塊32-1至32-N的狀態(tài)控制充電和放電切換電路11的方法，并且MCU 51保持等待狀態(tài)，直到啟動與傳感器單元41-1至41-N的通信的下個計時。

如上所述，在充電系統(tǒng)31中，由于由MCU 51執(zhí)行充電和放電切換電路11的絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2的控制，所以能夠在相對合適狀態(tài)下使用電池模塊32-1至32-N。另外，此時，由半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2在充電和放電切換電路11中提供兩個電流路徑，因此MCU 51能夠執(zhí)行相對于絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2分離的控制。因此，可獨立執(zhí)行在充電方向上電流的導(dǎo)通和斷開控制以及在放電方向上電流的導(dǎo)通和斷開控制。

此外，在半導(dǎo)體開關(guān)12-1和12-2中，IGBT 21-1和21-2分別用于每一個。然而，也可采用多個IGBT并聯(lián)連接作為半導(dǎo)體開關(guān)的配置。以這種方式，當(dāng)采用多個IGBT并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)時，能夠增加在正側(cè)電力線中流動的容許電流量。

此外，在該實施方式中，雖然描述了IGBT用作半導(dǎo)體開關(guān)的配置實施例，但也可采用N型溝道FET。

此外，在相關(guān)技術(shù)中采用FET(P型溝道元件)作為半導(dǎo)體開關(guān)的情況下，由于它只是不得不從源極降低柵極電壓，所以能夠容易驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)。然而，在處置高電壓和高電流的情況下，考慮采用IGBT(N型溝道元件)而非FET，并且在采用IGBT的情況下，需要產(chǎn)生比供應(yīng)給正側(cè)電力線的電壓更高的電壓。

因此，在充電和放電切換電路11中，通過使用絕緣型DCDC轉(zhuǎn)換器23-1和23-2執(zhí)行從供應(yīng)給正側(cè)電力線(其被供應(yīng)高電壓)的電壓開始的升壓，例如15V，因此能夠以簡單電路結(jié)構(gòu)驅(qū)動IGBT。此外，當(dāng)相對于供應(yīng)給正側(cè)電力線的電壓執(zhí)行升壓時，相比于自身從接地電壓開始產(chǎn)生電壓的情況，能夠以低功耗驅(qū)動IGBT。

此外，除了圖2所示的充電系統(tǒng)31，本發(fā)明的實施方式還可適用于二次電池的充電器或提供有二次電池的控制裝置。此外，在以上描述中，參考電位側(cè)(接地側(cè))設(shè)定為正側(cè)，以及相對側(cè)(施加電位側(cè))設(shè)定為負(fù)側(cè)。然而，本發(fā)明的實施方式可適用于具有相反極性的反向應(yīng)用的電路、控制裝置或系統(tǒng)等。此外，例如，正側(cè)電力線可設(shè)定為切換對象線，以及正側(cè)電力線和負(fù)側(cè)電力線中至少一個可設(shè)定為切換對象線。

此外，系列過程方法可通過硬件或軟件實施。在通過軟件實施系列方法的情況下，構(gòu)成軟件的程序從程序記錄介質(zhì)安裝在嵌入于專用硬件中的計算機中，或者例如，安裝在可通過安裝各種程序?qū)嵤└鞣N功能的通用計算機中。此外，由所述計算機實施的程序可以是根據(jù)所描述的次序依次執(zhí)行該方法的程序，或者是并行或在必要的時間(諸如，當(dāng)作出請求時)執(zhí)行方法的程序。

此外，本發(fā)明的實施方式并不限于上述實施方式，而是在不背離本公開范圍的情況下可作出各種修改。

本公開包含于2010年9月3日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2010-198119中所公開的主題相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。