專利名稱：電池組均衡控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組均衡控制裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車等車輛上，搭載作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)和對(duì)該電動(dòng)機(jī)提供電力的高電壓以及大容量的蓄電池(battery)。將由鋰離子電池或鎳氫電池等構(gòu)成的多個(gè)電池組串聯(lián)連接而構(gòu)成該蓄電池。以往，為了維持蓄電池的性能，進(jìn)行使過度充電狀態(tài)的電池組放電而使各個(gè)電池組電壓均勻化的電池組均衡控制。在各個(gè)電池組上并聯(lián)連接快速電容器(Flying Capacitor)方式的電壓檢測(cè)電路，通過將該電壓檢測(cè)電路的輸出電壓(即快速電容器的端子間電壓)取入微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池組的電壓監(jiān)視。另外，在各個(gè)電池組上并聯(lián)連接著由開關(guān)元件和旁路(bypass)電阻的串聯(lián)電路構(gòu)成的放電電路，通過接通(0N)過度充電狀態(tài)的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件(使電池組放電)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池組電壓的均勻。這里，若在從各個(gè)電池組的兩端引出的布線上產(chǎn)生斷線，則不能從快速電容器將正確的電池組電壓取入微機(jī)，存在難以進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制的問題。為了解決該問題，例如在特開2009-288034號(hào)公報(bào)中公開了利用上述的放電電路來檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線有無斷線的技術(shù)。在上述特開2009-288034號(hào)公報(bào)的技術(shù)中，為了檢測(cè)有無斷線，由于需要使第奇數(shù)開關(guān)元件和第偶數(shù)開關(guān)元件交替成為斷開(Off)狀態(tài)以使鄰接的電池組上所連接的放電電路的開關(guān)元件不成為同時(shí)斷開狀態(tài)，因此，無法充分確保在原本的電池組均衡控制上所需要的放電期間，存在難以進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制的問題。本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于，提供確保原本需要的放電期間從而能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制的電池組均衡控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用以下配置來解決上述問題。(I)本發(fā)明的一方案的電池組均衡控制裝置，具有放電電路，由旁路電阻和開關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，與構(gòu)成蓄電池的多個(gè)電池組各自并聯(lián)連接；電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)所述電池組各自的電壓；以及控制單元，基于從所述電壓檢測(cè)電路得到的各個(gè)電池組的電壓檢測(cè)結(jié)果控制各個(gè)開關(guān)元件，使得各個(gè)電池組的電壓均勻，所述控制單元分別以不同的占空比控制鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于所述鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線。(2)在上述(I)所述的電池組均衡控制裝置，優(yōu)選所述控制單元以第I占空比控制鄰接電池組上連接的放電電路的一方的開關(guān)元件，以第2占空比控制另一方的開關(guān)元件。(3 )在上述(2 )所述的電池組均衡控制裝置，優(yōu)選所述控制單元交替切換所述第I占空比和所述第2占空比的值。
根據(jù)本發(fā)明，分別以不同的占空比控制在鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于所述鄰接的電池組的電位差檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線，因此，能夠確保原本需要的放電期間從而實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制。


圖1是本實(shí)施方式的電池組均衡控制裝置I的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示電池組均衡控制裝置I的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖3是表示平均占空比和基板溫度Ta之間的關(guān)系的圖。圖4是表示在實(shí)際放電期間的占空比被設(shè)定為0%以后的動(dòng)作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來說明本發(fā)明的一實(shí)施方式。圖1是本實(shí)施方式的電池組均衡控制裝置I的概略結(jié)構(gòu)圖。如該圖1所示，電池組均衡控制裝置I進(jìn)行電池組均衡控制，以使構(gòu)成蓄電池的串聯(lián)連接的12個(gè)電池組CfC12的電壓均勻，具有12個(gè)放電電路Bl、12，12個(gè)電壓檢測(cè)電路Df D12，溫度傳感器TS，微型計(jì)算機(jī)(以下簡稱為微機(jī))M、絕緣元件IR。放電電路Bl、12分別由旁路電阻和晶體管等開關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，并與電池組Cf C12各自并聯(lián)連接。另外，在圖1中，將在放電電路B12各自中設(shè)置的旁路電阻的標(biāo)號(hào)設(shè)為Rf R12，將開關(guān)元件的標(biāo)號(hào)設(shè)為TfT12。電壓檢測(cè)電路DfD12與電池組Cf C12各自并聯(lián)連接，分別檢測(cè)在本電路上連接的電池組的電壓，并將該電壓檢測(cè)結(jié)果輸出到微機(jī)M。另外，這些電壓檢測(cè)電路DfD12具有與電池組Cf C12各自并聯(lián)連接的電容器(快速電容器)。即，各個(gè)快速電容器的端子間電壓作為各個(gè)電池組Cf C12的電壓輸出結(jié)果輸出到微機(jī)M的A/D輸入端口。溫度傳感器TS是與放電電路Bl、12、電壓檢測(cè)電路Df D12、絕緣元件IR以及微機(jī)M—起安裝在電路基板(省略圖示)的熱敏電阻，其檢測(cè)該電路基板的溫度，并將表示該檢測(cè)出的值的信號(hào)輸出到微機(jī)M。另外，關(guān)于該溫度傳感器TS在電路基板上的安裝位置沒有特別限定，但是，優(yōu)選安裝在由于基板溫度的上升而擔(dān)心電路元件的損壞和誤動(dòng)作的電壓檢測(cè)電路Df D12和微機(jī)M的附近。微機(jī)M (控制單元)是CPU (Central Processing Unit,中央處理單元)、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等一體組裝的IC芯片，經(jīng)由光耦合器等絕緣元件IR，與作為上位控制裝置的蓄電池EQJ (Electronic Control Unit,電子控制單元)2可通信地連接。該微機(jī)M具有如下功能通過對(duì)A/D輸入端口的輸入電壓、即各個(gè)電壓檢測(cè)電路Df D12的輸出電壓(快速電容器的端子間電壓)進(jìn)行A/D變換，從而將各個(gè)電池組Cf C12的電壓檢測(cè)結(jié)果取得作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器，或者發(fā)送到蓄電池ECU2。另外，后面敘述細(xì)節(jié)，微機(jī)M具有基于溫度傳感器TS檢測(cè)的值(基板溫度)以及各個(gè)電池組CfC12的電壓檢測(cè)結(jié)果，控制各個(gè)放電電路Bl、12的開關(guān)元件TfT12使得各個(gè)電池CfC12的電壓均勻的功能、即電池組均衡控制功能。進(jìn)而，該微機(jī)M還具有分別以不同的占空比控制在鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且，基于鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線的功能。接著，參照?qǐng)D2 圖4詳細(xì)說明如上構(gòu)成的電池組均衡控制裝置I的動(dòng)作。另外，以下，如圖1所示，說明設(shè)想從電池組Cl和C2之間的連接點(diǎn)引出的布線發(fā)生了斷線的情況。
如圖2的時(shí)序圖所示，微機(jī)M在時(shí)刻tl_t2的斷線檢測(cè)期間(例如150ms)，分別以不同的占空比控制在鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件。具體而言，微機(jī)M例如以4%的占空比(第I占空比)控制在奇數(shù)號(hào)的電池組C1、C3、C5、C7、C9以及Cll上連接的放電電路B1、B3、B5、B7、B9以及Bll的開關(guān)元件Tl、T3、T5、T7、T9以及T11，并且，以96%的占空比(第2占空比)控制偶數(shù)號(hào)的電池組02、04、06、08、(10以及C12上連接的放電電路 B2、B4、B6、B8、BlO 以及 B12 的開關(guān)元件 T2、T4、T6、T8、TlO 以及 T12。這里，如上述那樣，在從電池組Cl和C2之間的連接點(diǎn)引出的布線上產(chǎn)生斷線的情況下，產(chǎn)生在斷線檢測(cè)期間的開始時(shí)刻tl以后，電壓檢測(cè)電路Dl的輸出電壓Vl和電壓檢測(cè)電路D2的輸出電壓V2之間的電位差A(yù) V( = |V1-V2|)緩慢變大的現(xiàn)象(參照?qǐng)D2)。如果利用該現(xiàn)象，則能夠基于鄰接的電池組的電位差A(yù) V，檢測(cè)在哪條布線上產(chǎn)生斷線。具體而言，微機(jī)M在從斷線檢測(cè)期間的開始時(shí)刻tl起經(jīng)過一定時(shí)間后，取入各個(gè)電壓檢測(cè)電路Df D12的輸出電壓Vf V12進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)化后，依次計(jì)算鄰接的電池組的電位差A(yù) V，在其中搜索為閾值A(chǔ) Vth以上的電位差。如上述這樣，在從電池組Cl和C2之間的連接點(diǎn)引出的布線上產(chǎn)生了斷線的情況下，作為電池組Cl的電壓檢測(cè)結(jié)果的Vl和作為電池組C2的電壓檢測(cè)結(jié)果的V2之間的電位差A(yù) V為閾值A(chǔ) Vth以上。因此，此時(shí)微機(jī)M判斷為在從電池組Cl和C2之間的連接點(diǎn)引出的布線上產(chǎn)生斷線。另外，在不存在為閾值A(chǔ) V th以上的電位差A(yù) V的情況下，微機(jī)M判斷為各個(gè)布線正常。若在時(shí)刻tl_t2的斷線檢測(cè)期間、結(jié)束上述那樣的斷線檢測(cè)處理，則在下一時(shí)刻t2-t3的實(shí)際放電期間(例如500ms)，微機(jī)M基于從溫度傳感器T2得到的基板溫度Ta以及各個(gè)電池組CfC12的電壓檢測(cè)結(jié)果VfV12，控制各個(gè)放電電路Bl、12的開關(guān)元件Tf T12，使得各個(gè)電池組CfC12的電壓均勻。具體而言，微機(jī)M基于由基板溫度Ta (°C )、電路基板的最大允許溫度Tmax ( V )以及電路基板的熱電阻Rth (°C/W)構(gòu)成的下式(I)式，計(jì)算放電規(guī)定功率值W1。另外，在下述(I)式中，最大允許溫度Tmax以及熱電阻Rth為預(yù)先被微機(jī)M設(shè)定的固定值。Wl = (Tmax — Ta) / Rth ... (I)并且，微機(jī)M基于由各個(gè)放電電路BfB12中設(shè)置的旁路電阻Rf R12的電阻值r以及過度充電狀態(tài)的電池組的電壓檢測(cè)結(jié)果Vi (i為過度充電狀態(tài)的電池組的識(shí)別號(hào)碼)構(gòu)成的下述(2 )式，計(jì)算過度充電電池組放電功率值W2。W2 = I (Vi2 / r)... (2)例如，在電池組Cl、C5、ClO為過度充電狀態(tài)的電池組的情況下，微機(jī)M將電池組Cl、C5、ClO的電壓檢測(cè)結(jié)果V1、V5、VlO代入上述(2)式，計(jì)算(Vl2 / r) + (V52 / r) +(VlO2 / r)，從而計(jì)算過度充電電池組放電功率值W2。放電規(guī)定功率值Wl是使基板溫度Ta上升至最大允許溫度Tmax所需要的功率值，另外，過度充電電池組放電功率值W2是在以100%占空比控制在過度充電狀態(tài)的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件時(shí)、由放電電路消耗的放電功率值的總計(jì)。這里，如果過度充電電池組放電功率值W2為放電規(guī)定功率值Wl以下，則即使以100%的占空比控制在過度充電狀態(tài)的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，基板溫度Ta也不會(huì)超過最大允許溫度Tmax(電路零件不會(huì)破損)。另一方面，在過度充電電池組放電功率值W2超過放電規(guī)定功率值Wl的情況下，如果使過度充電電池組放電功率值W2降低至放電規(guī)定功率值Wl，則基板溫度Ta不會(huì)超過最大允許溫度Tmax。換而言之，與過度充電電池組放電功率值W2超過放電規(guī)定功率值Wl的比例相應(yīng)，將占空比設(shè)定得低于100%，減小流過放電電路的電流，則基板溫度Ta不會(huì)超過最大允許溫度Tmax。因此，用于進(jìn)行控制以使基板溫度Ta不超過最大允許溫度Tmax所需要的占空比，以放電規(guī)定功率值Wl和過度充電電池組放電功率值W2的比率(W1/W2)來表
/Jn oS卩，微機(jī)M基于由放電規(guī)定功率值Wl和過度充電電池組放電功率值W2構(gòu)成的下述(3)式，計(jì)算占空比Dy，以該計(jì)算出的占空比Dy控制在過度充電狀態(tài)的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件。另外，從下述(3)式可知，在過度充電電池組放電功率值W2小于放電規(guī)定功率值Wl的情況下，占空比Dy超過100%，但是在這樣的情況下總是將占空比Dy設(shè)定為100% S卩可。另外，微機(jī)M對(duì)于不符合過度充電狀態(tài)的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，將占空比Dy設(shè)定為0%。Dy = (ffl / W2) XlOO... (3)通過上述那樣的微機(jī)M進(jìn)行的電池組均衡控制，過度充電狀態(tài)的電池組放電，確保各個(gè)電池組Cf C12的電池組均衡(電池組電壓的均勻性)，并且，基板溫度Ta被抑制到最大允許溫度Tmax以下，能夠防止溫度上升造成的電路零件的破損。若在時(shí)刻t2_t3的實(shí)際放電期間、結(jié)束上述那樣的電池組均衡控制，則微機(jī)M在下一時(shí)刻t3-t4的斷線檢測(cè)期 間，分別以不同的占空比控制在鄰接電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)各個(gè)布線有無斷線。這里，與前次的斷線檢測(cè)期間不同之處在于，微機(jī)M以96%的占空比(第I占空比)控制在奇數(shù)號(hào)的電池組C1、C3、C5、C7、C9以及Cll上連接的放電電路B1、B3、B5、B7、B9以及Bll的開關(guān)元件Tl、T3、T5、T7、T9以及Tll，并且，以4%的占空比(第2占空比)控制偶數(shù)號(hào)的電池組C2、C4、C6、C8、ClO以及C12上連接的放電電路B2、B4、B6、B8、BlO以及B12的開關(guān)元件T2、T4、T6、T8、TlO以及T12。這樣，每當(dāng)斷線檢測(cè)期間到來，通過交替切換第I占空比和第2占空比的值，能夠防止鄰接的電池組的一方成為過放電狀態(tài)。另外，如圖2所示，即使切換第I占空比和第2占空比的值，由于電池組Cl的電壓檢測(cè)結(jié)果Vl和電池組C2的電壓檢測(cè)結(jié)果V2的舉動(dòng)只是倒轉(zhuǎn)，因此通過比較兩電壓的電位差A(yù) V和閾值A(chǔ) Vth,也能夠無問題地檢測(cè)有無斷線。在時(shí)刻t3_t4的斷線檢測(cè)期間，切換第I占空比和第2占空比的值，若結(jié)束斷線檢測(cè)處理，則微機(jī)M在下一時(shí)刻t4-t5的實(shí)際放電期間，與前次的實(shí)際放電期間同樣，基于從溫度傳感器TS得到的基板溫度Ta以及各個(gè)電池組Cf C12的電壓檢測(cè)結(jié)果Vf V2，實(shí)施電池組均衡控制。這樣，微機(jī)M—邊交替重復(fù)上述的斷線檢測(cè)處理和電池組均衡控制，一邊實(shí)時(shí)地實(shí)施有無斷線的檢測(cè)以及各個(gè)電池組Cf C12的電壓均勻化。圖3表示時(shí)刻tl_t5的期間(1300ms)內(nèi)的平均占空比和基板溫度之間的關(guān)系。如該圖3所示，至基板溫度Ta達(dá)到某溫度Tal為止，過度充電電池組放電功率值W2不會(huì)超過放電規(guī)定功率值Wl，在實(shí)際放電期間的占空比被設(shè)定為100% (斷線檢測(cè)期間的占空比被固定為4%和96%)，因此，平均占空比為88. 46%。若基板溫度Ta高于Tal，且過度充電電池組放電功率值W2開始超過放電規(guī)定功率值Wl，則實(shí)際放電期間的占空比被設(shè)定得小于100%(在斷線檢測(cè)期間的占空比被固定為4%和96%)，因此，平均占空比小于88. 46%。這里，在基板溫度Ta達(dá)到了 Ta2時(shí)，若實(shí)際放電期間的占空比達(dá)到了 0% (平均占空比為11. 54%)，則即使基板溫度Ta再上升，也不能降低實(shí)際放電期間的占空比。因此，微機(jī)M在將實(shí)際放電期間的占空比設(shè)定為0%以后，通過與基板溫度Ta的上升匹配而降低斷線檢測(cè)期間的占空比(特別是96%)，從而使平均占空比接近0%。此時(shí)，如上述那樣，即便是從電池組Cl和C2之間的連接點(diǎn)引出的布線上產(chǎn)生了斷線，在斷線檢測(cè)期間，由于電池組Cl的電壓檢測(cè)結(jié)果Vl和電池組C2的電壓檢測(cè)結(jié)果V2之間的電位差A(yù) V變小，因此有可能不超過閾值A(chǔ) Vth0因此，如圖4所示，微機(jī)M在將實(shí)際放電期間的占空比設(shè)定為0%以后，與基板溫度Ta的上升匹配而降低斷線檢測(cè)期間的占空比，并且基于在實(shí)際放電期間中得到的各個(gè)電池組CfC12的電壓檢測(cè)結(jié)果VfV12，檢測(cè)有無斷線。此時(shí)，實(shí)際放電期間的電池組Cl的電壓檢測(cè)結(jié)果Vl和電池組C2的電壓檢測(cè)結(jié)果V2之間的電位差A(yù) V大到超過閾值A(chǔ) Vth的程度，因此能夠可靠地檢測(cè)有無斷線。如以上說明那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，分別以不同的占空比控制鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線，因此能夠確保原本需要的放電期間，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，由于能夠一邊進(jìn)行電池組均衡控制，一邊將基板溫度Ta抑制到最大允許溫度Tmax以下，因此能夠防止起因于基板溫度Ta的上升的電路元件的損壞和誤動(dòng)作而維持適當(dāng)?shù)碾姵亟M均衡控制。另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，舉出如下的變形例。例如，在上述實(shí)施方式中，例示了對(duì)12個(gè)電池組Cf C12進(jìn)行電池組均衡控制的電池組均衡控制裝置，但是，控制對(duì)象的電池組數(shù)不限于12個(gè)。例如，在蓄電池通過45個(gè)電池組的串聯(lián)連接構(gòu)成的情況下，例如通過使用4臺(tái)電池組均衡控制裝置1，能夠?qū)?gòu)成蓄電池的全部電池組進(jìn)行電池組均衡控制。另外，在上述實(shí)施方式中，將由溫度傳感器TS檢測(cè)出的基板溫度Ta直接用于放電規(guī)定功率值Wl的計(jì)算，但是在需要溫度校正的情況下，也可以使用校正后的基板溫度Ta計(jì)算放電規(guī)定功率值W1。另外，在上述實(shí)施方式中，直接使用通過上述(3)式得到的占空比Dy，進(jìn)行開關(guān)元件的占空比控制，但是優(yōu)選對(duì)占空比Dy乘以校正系數(shù)，該校正系數(shù)用于校正放電規(guī)定功率值Wl和過度充電電池組放電功率值W2的非線性。另外，在上述實(shí)施方式中，示出了使斷線檢測(cè)期間的第I占空比和第2占空比之間的比例固定的情況，但是也可以是第I占空比和第2占空比之間的比例可變。此時(shí)，需要根據(jù)第I占空比和第2占空比之間的比例，調(diào)整閾值A(chǔ) Vth。另外，也可以根據(jù)放電量的過多與不足，來調(diào)整實(shí)際放電期間的占空比。本申請(qǐng)基于2011年10月07日向日本提出的特愿2011-222860號(hào)而提出優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容引用于此。
權(quán)利要求
1.一種電池組均衡控制裝置，具有 放電電路，由旁路電阻和開關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，與構(gòu)成蓄電池的多個(gè)電池組各自并聯(lián)連接； 電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)所述電池組各自的電壓；以及 控制單元，基于從所述電壓檢測(cè)電路得到的各個(gè)電池組的電壓檢測(cè)結(jié)果控制各個(gè)開關(guān)元件，使得各個(gè)電池組的電壓均勻， 其特征在于， 所述控制單元分別以不同的占空比控制鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于所述鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組均衡控制裝置，其特征在于， 所述控制單元以第I占空比控制鄰接電池組上連接的放電電路的一方的開關(guān)元件，以第2占空比控制另一方的開關(guān)元件。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組均衡控制裝置，其特征在于， 所述控制單元交替地切換所述第I占空比和所述第2占空比的值。
全文摘要
本發(fā)明的電池組均衡控制裝置具有放電電路，與構(gòu)成蓄電池的多個(gè)電池組各自并聯(lián)連接；電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)各所述電池組各自的電壓；以及控制單元，基于各個(gè)電池組的電壓檢測(cè)結(jié)果控制所述放電電路的各個(gè)開關(guān)元件，使得各個(gè)電池組的電壓均勻，所述控制單元分別以不同的占空比控制鄰接的電池組上連接的放電電路的開關(guān)元件，并且基于所述鄰接的電池組的電位差，檢測(cè)從各個(gè)電池組的兩端引出的布線的斷線。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103036273SQ201210374500
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7日
發(fā)明者鐮田誠二, 松本栄伸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社京濱