蓄電器控制電路的制作方法
【專利摘要】在均衡化控制被中斷的情況下，也能夠良好地實施均衡化。根據(jù)條件選擇存儲裝置中存儲的基于上次均衡化的單電池信息（舊狀態(tài)信息）、或本次起動時取得的單電池信息（新狀態(tài)信息），進(jìn)行均衡化控制。
【專利說明】蓄電器控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及使用鋰二次電池或鎳氫電池、鉛電池、雙電層電容器等蓄電單元的電源裝置中搭載的電池控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電動車(EV)或插電式混合動力車(PHEV)、混合動力車(HEV)中搭載的蓄電裝置中，一般使多個蓄電器串聯(lián)連接構(gòu)成蓄電部。此處，在蓄電器之間存在容量的差異或自放電差異等蓄電器的個體差異的情況下，蓄電裝置具備的各蓄電器的充電狀態(tài)(State ofCharge:S0C)中會產(chǎn)生差異。當(dāng)該差異產(chǎn)生時，以多個蓄電器中SOC最高的蓄電器為基準(zhǔn)進(jìn)行充電控制，以SOC最低的蓄電器為基準(zhǔn)進(jìn)行放電控制，所以蓄電部能夠使用的能量減小。此外，如PHEV或EV那樣SOC的使用范圍設(shè)想為寬范圍的情況下，在SOC較高或較低的狀況下，蓄電器的劣化容易發(fā)展，需要在SOC過高的情況下使SOC降低、或者SOC過低的情況下防止SOC進(jìn)一步降低等對策。于是，為了消除使多個蓄電器串聯(lián)連接的情況下可能發(fā)生的蓄電器之間的SOC的差異，提出了:安裝與蓄電器并聯(lián)連接的旁路電阻和旁路開關(guān)構(gòu)成的均衡化電路，和監(jiān)視蓄電器的狀態(tài)的蓄電器控制單元，使蓄電器控制單元基于電壓的差異量來控制均衡化電路的旁路開關(guān)的方法。即，是使電壓較高的蓄電器強(qiáng)制地放電，進(jìn)行電壓的均等化的均衡化方法。
[0003]日本特開2004-31012號公報中，記載了僅在電池組的所有單電池的充電容量的平均值處于單電池的充電容量SOC—開路電壓Vo特性下的斜率I Λ Vo/Λ SOCI為規(guī)定值以上的范圍的情況下，決定電池組的各單電池的容量調(diào)整條件，按照該條件進(jìn)行容量調(diào)整，和在容量調(diào)整中斷時，將容量調(diào)整的剩余信息存儲在存儲單元中，如果能夠進(jìn)行容量調(diào)整，則從存儲單元讀取容量剩余信息繼續(xù)容量調(diào)整。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-31012號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]如PHEV或EV中搭載的蓄電器那樣在寬范圍的SOC中使用的蓄電器的情況下，在高SOC狀態(tài)且蓄電器之間存在SOC差異的狀態(tài)下放置時，有可能產(chǎn)生劣化差異。另一方面，優(yōu)選在OCV (Open Circuit Voltage:開路電壓)一 SOC曲線的電池特性上,在高SOC區(qū)域中取得電池信息，均衡化持續(xù)進(jìn)行至結(jié)束。即，均衡化中斷時，從中斷的狀態(tài)起繼續(xù)均衡化，而不是每次起動都新開始均衡化。但是，總是從中斷的狀態(tài)起實施繼續(xù)均衡化時，有可能因為電池狀態(tài)的變化、旁路電阻誤差等而使差異擴(kuò)大。此外，還存在即使在成為有可能進(jìn)一步產(chǎn)生劣化差異的電池狀態(tài)(高SOC等)的情況下，也不能夠新取得容量調(diào)整條件，錯過進(jìn)行良好的均衡化的機(jī)會的問題。[0009]用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0010]本發(fā)明中，使用蓄電器的信息實施均衡化時，選擇使用存儲裝置中存儲的上次的均衡化中斷時的信息(舊狀態(tài)信息)、或本次起動時取得的蓄電器的信息(新狀態(tài)信息)之一，基于選擇的信息執(zhí)行均衡化。
[0011]即，本發(fā)明的蓄電器控制電路，具有控制單元，其具有存儲裝置，并進(jìn)行串聯(lián)連接的多個蓄電器的狀態(tài)監(jiān)視和均衡化控制，控制單元在存儲裝置中存儲基于多個蓄電器的狀態(tài)計算出的用于均衡化控制的信息，并基于存儲裝置中存儲的信息進(jìn)行均衡化控制，在均衡化控制被中斷時，控制單元在存儲裝置中存儲關(guān)于均衡化的中斷時的信息，在中斷后開始均衡化控制時，取得關(guān)于多個蓄電器的狀態(tài)的最新信息，基于預(yù)先決定的條件選擇是基于存儲裝置中存儲的中斷時的信息繼續(xù)均衡化控制，還是基于最新信息新開始均衡化，在新開始均衡化的情況下，在存儲裝置中存儲基于所取得的最新信息計算出的用于均衡化控制的信息。
[0012]更具體的一個方式中，與串聯(lián)連接地構(gòu)成蓄電部的多個蓄電器組對應(yīng)地設(shè)置多個蓄電器控制單元，各蓄電器控制單元進(jìn)行對應(yīng)的蓄電器組所屬的各個蓄電器的狀態(tài)監(jiān)視和均衡化控制。監(jiān)視的蓄電器的狀態(tài)中，有電壓、SOC和溫度。蓄電部控制單元基于來自多個蓄電器控制單元的信息控制多個蓄電器控制單元。蓄電部控制單元對存在充電狀態(tài)比規(guī)定的充電狀態(tài)高的蓄電器的蓄電器組的蓄電器控制單元，發(fā)送基于來自該蓄電器控制單元的信息計算出的用于均衡化控制的信息。蓄電器控制單元具有存儲裝置，在存儲裝置中存儲接收到的信息，基于存儲裝置中存儲的信息進(jìn)行均衡化控制。
[0013]均衡化控制被中斷時，蓄電器控制單元在存儲裝置中存儲與均衡化相關(guān)的中斷時的信息。蓄電部控制單元之后再次進(jìn)行均衡化控制時，從各蓄電器控制單元取得與各蓄電器組所屬的各個蓄電器的狀態(tài)相關(guān)的最新的信息。然后，決定是基于存儲裝置中存儲的中斷時的信息繼續(xù)均衡化控制，還是基于最新的狀態(tài)新開始均衡化。新開始均衡化的情況下，蓄電部控制單元將基于取得的最新的信息新計算出的用于均衡化控制的信息發(fā)送到對應(yīng)的蓄電器控制單元，蓄電器控制單元在存儲裝置中存儲接收到的信息。蓄電器控制單元在任意一種情況下，都基于存儲裝置中存儲的信息執(zhí)行均衡化控制，基于新舊中的哪一個信息進(jìn)行均衡化的判定條件，保存在蓄電部控制單元內(nèi)。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠良好地實施均衡化。
[0016]上述以外的課題、結(jié)構(gòu)和效果，將通過以下的實施方式的說明而說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的PHEV的蓄電裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0018]圖2是表示單電池控制單元的電路結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0019]圖3是表示SOC與OCV的相關(guān)關(guān)系的特性圖。
[0020]圖4是表示放電單元引起的SOC的變化的一例的圖。
[0021]圖5是說明電池組控制單元的動作例的流程圖。
[0022]圖6是說明單電池控制單元的動作例的流程圖。
[0023]圖7是表示均衡化被中斷時，使用中斷時的信息繼續(xù)均衡化的均衡化控制的狀況的說明圖。
[0024]圖8是表示圖7中電池狀態(tài)變化的情況下的均衡化控制的狀況的說明圖。
[0025]圖9是表示本發(fā)明的實施例的均衡化控制的狀況的說明圖。
[0026]圖10是表示電池起動時，開始均衡化控制之前執(zhí)行的處理的一例的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]以下基于【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施例。以下實施例中，列舉對于構(gòu)成插電式混合動力車(PHEV)的電源的蓄電裝置應(yīng)用本發(fā)明的情況為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于構(gòu)成混合動力車(HEV)、電動車(EV)等乘用車或混合動力鐵道車輛等工業(yè)用車輛的電源的蓄電裝置的蓄電器控制電路。
[0028]此外，以下實施例中，列舉使用鋰離子電池作為構(gòu)成蓄電部的蓄電器的情況為例進(jìn)行說明，但此外也能夠使用鎳氫電池或鉛電池、雙電層電容器、復(fù)合電容器等作為蓄電器。此外，以下實施例中的電池組對應(yīng)于蓄電部，單電池對應(yīng)于蓄電器，單電池分組對應(yīng)于蓄電器組，單電池控制單元對應(yīng)于蓄電器控制單元，電池組控制單元對應(yīng)于蓄電部控制單元。單電池控制單元和電池組控制單元作為電路基板上的集成電路實現(xiàn)。此外，單電池控制單元和電池組控制單元的組合對應(yīng)于控制單元。
[0029]圖1中表示了本發(fā)明的一個實施例中的PHEV的蓄電裝置的結(jié)構(gòu)例。
[0030]首先說明蓄電裝置100的結(jié)構(gòu)。蓄電裝置100具備:由多個單電池111構(gòu)成的電池組110 ;監(jiān)視單電池111的狀態(tài)的單電池管理單元120 ;檢測蓄電裝置100中流過的電流的電流檢測單元130 ;檢測電池組110的總電壓的電壓檢測單元140 ;和進(jìn)行電池組110的控制的電池組控制單元150。電池組控制單元150中，輸入從單電池管理單元120發(fā)送來的單電池111的電池電壓和溫度、從電流檢測單元130發(fā)送來的蓄電裝置100中流過的電流值、從電壓檢測單元140發(fā)送的電池組110的總電壓值，基于輸入的信息進(jìn)行電池組110的狀態(tài)檢測等。此外，電池組控制單元150進(jìn)行的處理的結(jié)果，對單電池管理單元120和車輛控制單元200發(fā)送。
[0031]車輛控制單元200基于電池組控制單元150的信息，進(jìn)行與蓄電裝置100經(jīng)繼電器300、310連接的逆變器400和經(jīng)繼電器320、330連接的充電器420的控制。車輛行駛中，蓄電裝置100與逆變器400連接，基于電池組110蓄積的能量，驅(qū)動電動發(fā)電機(jī)410。充電時，蓄電裝置100與充電器420連接，利用來自家庭用的電源或充電站的電力供給充電。
[0032]電池組110是由能夠蓄積和釋放電能(直流電力的充放電)的多個單電池111 (鋰離子電池)電串聯(lián)連接構(gòu)成的。列舉I個單電池111輸出電壓為3.0?4.2V (平均輸出電壓:3.6V)，單電池111的開路電壓(OCV:0pen Circuit Voltage)和SOC具有如圖3所示的相關(guān)關(guān)系的情況為例進(jìn)行說明，但也可以是此外的電壓規(guī)格。
[0033]構(gòu)成電池組110的單電池111，在進(jìn)行狀態(tài)的管理、控制時，按規(guī)定的單位數(shù)量進(jìn)行分組。分組后的單電池111電串聯(lián)連接，構(gòu)成單電池分組112a、112b。規(guī)定的單位數(shù)量，
例如有I個、4個、6個......這樣等分的情況，也有組合4個和6個這樣復(fù)合劃分的情況。此
夕卜，高電位側(cè)的單電池分組112a和低電位側(cè)的單電池分組112b通過串聯(lián)連接了熔斷器的維護(hù)、檢修用的服務(wù)斷路器180電串聯(lián)連接。
[0034]監(jiān)視構(gòu)成電池組110的單電池111的狀態(tài)的單電池管理單元120，由多個單電池控制單元121a、121b構(gòu)成，如上所述對于分組后的單電池分組112a、112b分配I個單電池控制單元121a、121b。單電池控制單元121a、121b接受來自分配的單電池分組112a、112b的電力動作，監(jiān)視和控制構(gòu)成單電池分組112a、112b的單電池111的狀態(tài)。
[0035]本實施例中，為了使說明簡單，假設(shè)電池組110具備合計8個單電池111，使4個單電池111電串聯(lián)連接構(gòu)成2個單電池分組112a、112b，進(jìn)而使單電池分組之間通過服務(wù)斷路器180電串聯(lián)連接。此外，在單電池分組112a、112b中，分別設(shè)置用于監(jiān)視單電池111的狀態(tài)的單電池控制單元121a、121b。
[0036]對于電池組控制單元150輸入多個信號，該多個信號包括:從單電池管理單元120輸出的單電池111的電池電壓和溫度的計測值；單電池111是否過充電或過放電的診斷結(jié)果和單電池管理單元120中發(fā)生了通信錯誤等的情況下輸出的異常信號；來自電流檢測單元130的電流值；從電壓檢測單元140輸出的電池組110的總電壓值；和從作為上級控制裝置的車輛控制單元200輸出的信號。此處，基于輸入的信息和預(yù)先存儲的單電池111的內(nèi)部電阻、SOC與OCV的關(guān)系(圖3)，實行單電池111的SOC運(yùn)算、之后說明的包括放電結(jié)束條件的用于進(jìn)行均衡化控制的運(yùn)算、用于控制充放電量的運(yùn)算等。然后，將該運(yùn)算結(jié)果和基于它的指令，輸出到單電池管理單元120和車輛控制單元200。
[0037]電池組控制單元150與單電池管理單元120，經(jīng)光耦合器這樣的絕緣元件170，通過信號通信單元160進(jìn)行信號的發(fā)送接收。設(shè)置絕緣元件170是因為電池組控制單元150和單電池管理單元120中動作電源不同。即，單電池管理單元120從電池組110接受電力而進(jìn)行工作，相對地，電池組控制單元150使用車載輔助機(jī)器用的電池(例如14V系電池)作為電源。絕緣元件170可以安裝在構(gòu)成單電池管理單元120的電路基板上，也可以安裝在構(gòu)成電池組控制單元150的電路基板上。當(dāng)然，也可以將單電池管理單元120和電池組控制單元150安裝在I個電路基板上。此外，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也能夠省略絕緣元件170。
[0038]對本實施例中的電池組控制單元150與單電池控制單元121a、121b的通信單元進(jìn)行說明。單電池控制單元121a、121b按照分別監(jiān)視的單電池分組112a、112b的電位從高到低的順序串聯(lián)連接。電池組控制單元150發(fā)送的信號，經(jīng)絕緣元件170由信號通信單元160對單電池控制單元121a輸入。單電池控制單元121a的輸出和單電池控制單元121b的輸入之間也同樣通過信號通信單元160連接，進(jìn)行信號的傳輸。此外，本實施例中，單電池控制單元121a與單電池控制單元121b之間沒有絕緣元件170，但也可以存在絕緣元件170。此外，單電池控制單元121b的輸出通過絕緣元件170，經(jīng)電池組控制單元150的輸入，由信號通信單元160傳輸。這樣，電池組控制單元150與單電池控制單元121a和單電池控制單元121b通過信號通信單元160環(huán)狀連接。該環(huán)狀連接有時也稱為串級鏈(daisy chain)連接。此外，此處表示了單電池控制單元121a和單電池控制單元121b環(huán)狀連接的例子，但不一定要是環(huán)狀，只要電池組控制單元150與單電池控制單元121a和單電池控制單元121b連接，就可以是任意的方式。
[0039]圖2中表示了本實施例中的單電池控制單元121a、121b的電路結(jié)構(gòu)。單電池控制單元121a、121b具有:由旁路電阻122和旁路開關(guān)123構(gòu)成的均衡化電路；驅(qū)動旁路開關(guān)123的BSW驅(qū)動電路125 ;測量作為管理對象的單電池111的電池電壓的電壓檢測電路124 ；用于使單電池控制單元121a、121b工作的電源126 ;基于來自電池組控制單元150的信息進(jìn)行單電池控制單元121a、121b的控制的控制電路128 ;與電池組控制單元150或相鄰的單電池控制單元121之間進(jìn)行信號的發(fā)送接收的信號輸入輸出電路129。
[0040]在EEPROM等存儲裝置127中，存儲預(yù)先測量出的各單電池的容量、用電池組控制單元150運(yùn)算得到的用于均衡化的信息等。存儲通過各單電池的旁路電阻122到達(dá)目標(biāo)SOC值所需的放電時間，詳情在后文中敘述。均衡化動作在完成前被中斷的情況下，在存儲裝置127中寫入均衡化中斷時的狀態(tài)，例如從均衡化開始起的經(jīng)過時間(放電時間)、到均衡化結(jié)束的剩余時間、剩余均衡化容量、每個單電池是否已完成均衡化的信息、均衡化開始時的電池溫度等。此外，此處表示了單電池控制單元121a、121b中包括存儲裝置127的結(jié)構(gòu)，但例如也可以是在電池組控制單元150包括的存儲裝置中存儲上述信息的結(jié)構(gòu)。
[0041]控制電路128通過信號輸入輸出電路129接收從電池組控制單元150發(fā)送的電壓取得命令和與均衡化控制相關(guān)的信息，對信號輸入輸出電路129輸出由電壓檢測電路124檢測出的電池電壓和基于它的信息。然后，控制電路128基于檢測出的電池電壓和存儲裝置127中存儲的信息進(jìn)行BSW驅(qū)動電路125的控制。
[0042]接著，說明均衡化電路的放電單元。放電單元是在構(gòu)成單電池分組112的單電池111中，對于SOC較高的單電池111，利用由旁路電阻122和旁路開關(guān)123構(gòu)成的均衡化電路進(jìn)行放電的單元。即，使與作為放電對象的單電池111并聯(lián)連接的旁路開關(guān)123接通，通過使用旁路電阻122使單電池111強(qiáng)制放電，降低至作為目標(biāo)的SOC (目標(biāo)S0C)。此處，目標(biāo)SOC如上所述，是在構(gòu)成電池組110的多個單電池111中的某一個為過充電的情況下、或者構(gòu)成單電池分組112的單電池111的SOC中產(chǎn)生了超過容許限度的差異等情況下，用于解決該情況所設(shè)定的規(guī)定的S0C,詳情在后文中敘述。此外，本實施例中說明的放電結(jié)束條件，不限定于以下所述。
[0043]放電結(jié)束條件是計算單電池111的放電所需的時間并基于該結(jié)果決定的。計算確保規(guī)定的放電量所需的時間，經(jīng)過了計算出的時間則放電結(jié)束。因此，在單電池控制單元121中，為了判斷是否經(jīng)過了計算出的時間，而設(shè)置計時器等時間計測單元。此外，用于決定放電結(jié)束條件的計算式的說明中，將單電池111的個數(shù)8個置換為N個，單電池分組112的個數(shù)2個置換為M個，構(gòu)成單電池分組112的單電池111的個數(shù)4個置換為L個(=N/M)進(jìn)行說明。
[0044]首先，根據(jù)電池組無負(fù)載狀態(tài)下的所有單電池111的OCV測定結(jié)果，基于SOC與OCV的相關(guān)關(guān)系推算S0C，按照以下式(I)求出各單電池111的SOC與目標(biāo)SOC的差A(yù)S0C。
[0045][數(shù)I]
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電器控制電路，其特征在于: 具備控制單元，所述控制單元具有存儲裝置，進(jìn)行串聯(lián)連接的多個蓄電器的狀態(tài)監(jiān)視和均衡化控制， 所述控制單元在所述存儲裝置中存儲基于所述多個蓄電器的狀態(tài)計算出的用于均衡化控制的信息，并基于所述存儲裝置中存儲的信息進(jìn)行均衡化控制， 在所述均衡化控制被中斷時，所述控制單元在所述存儲裝置中存儲關(guān)于均衡化的中斷時的信息，在中斷后開始均衡化控制時，取得關(guān)于所述多個蓄電器的狀態(tài)的最新信息，基于預(yù)先決定的條件選擇是基于所述存儲裝置中存儲的所述中斷時的信息繼續(xù)均衡化控制，還是基于所述最新信息新開始均衡化，在新開始所述均衡化的情況下，在所述存儲裝置中存儲基于所取得的所述最新信息計算出的用于均衡化控制的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)取得到的各蓄電器的SOC中的最高的SOC為規(guī)定值以上時，選擇新開始均衡化。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)剩余均衡化容量或開始時的總均衡化容量為規(guī)定值以下時，選擇新開始均衡化。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后 開始均衡化控制時，當(dāng)從前次均衡化開始時起經(jīng)過規(guī)定時間時，或者從均衡化開始時起經(jīng)過規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)時，選擇新開始均衡化。
5.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)新計算出的本次的均衡化對象蓄電器數(shù)多于前次均衡化的剩余均衡化對象蓄電器數(shù)時，選擇新開始均衡化。
6.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)新計算出的均衡化容量多于所述存儲裝置中存儲的剩余均衡化容量時，選擇新開始均衡化。
7.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)新計算出的各蓄電器的均衡化容量的最大值大于各蓄電器的剩余均衡化容量的最大值時，選擇新開始均衡化。
8.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)本次的溫度差異少于均衡化開始時的溫度差異時，選擇新開始均衡化。
9.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)新取得的平均SOC高于前次均衡化開始時的平均SOC時，選擇新開始均衡化。
10.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)所述蓄電器或所述控制單元的一部分或全部已被更換時，選擇新開始均衡化。
11.如權(quán)利要求1所述的蓄電器控制電路，其特征在于: 所述控制單元在所述中斷后開始均衡化控制時，當(dāng)從前次主開關(guān)關(guān)閉起未經(jīng)過規(guī)定時間時，選擇基于所述存儲裝置中存儲的所述中斷時的信息繼 續(xù)均衡化控制。
【文檔編號】H02J7/02GK103548233SQ201180071067
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月23日
【發(fā)明者】大川圭一朗, 河原洋平, 中尾亮平 申請人:日立車輛能源株式會社