電壓均衡器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電壓均衡器，所述電壓均衡器對(duì)構(gòu)成彼此并聯(lián)的多個(gè)電池組中的每一個(gè)電池組的多個(gè)電池單元的電壓進(jìn)行均衡。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)將多個(gè)可再充電電池單元串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)高電壓電池來(lái)配置電池組的技術(shù)已投入實(shí)際使用。近年來(lái)，在安裝于諸如電動(dòng)鏟車、混合車輛或電動(dòng)車輛等車輛上時(shí)，這種類型的電池引人注目。這種類型的電池中的一些被配置為將多個(gè)電池組彼此并聯(lián)以向負(fù)載穩(wěn)定地提供大的電功率。
[0003]當(dāng)在多個(gè)電池單元串聯(lián)的狀態(tài)下對(duì)所述多個(gè)電池單元充電時(shí)，各個(gè)電池單元的電壓(或各個(gè)電池單元的充電容量)有時(shí)變得不均勻。當(dāng)上述電池安裝在車輛上時(shí)，重復(fù)以下操作:在驅(qū)動(dòng)行駛用電動(dòng)機(jī)時(shí)使電池放電，在行駛用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力時(shí)對(duì)電池充電，反復(fù)充電和放電有時(shí)也導(dǎo)致各個(gè)電池單元的電壓不均勻。各個(gè)電池單元的電壓不均勻可能導(dǎo)致一些電池單元劣化加劇，并且可能導(dǎo)致整個(gè)電池的效率降低。各個(gè)電池單元的電壓不均勻可以是由于各個(gè)電池單元的制造差異或隨時(shí)間劣化而引起的。鑒于前述，提出了一種電壓均衡器，所述電壓均衡器例如通過(guò)利用電阻器對(duì)多個(gè)電池單元之中電壓高于目標(biāo)電壓的電池單元放電來(lái)均衡所述多個(gè)電池單元的電壓(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)I)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開專利公開N0.2012-60691

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0008]然而，在各個(gè)電池組彼此并聯(lián)的情況下，當(dāng)各個(gè)電池組中各個(gè)電池單元的電壓被均衡而各個(gè)電池組的總電壓不均勻時(shí)，回流電流在各個(gè)電池組之間流動(dòng)，使得各個(gè)電池組中一個(gè)電池組被放電而另一個(gè)電池組被充電，因此各個(gè)電池組中各個(gè)電池單元的電壓可能變得不均勻。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種電壓均衡器，能夠?qū)?gòu)成了彼此并聯(lián)的多個(gè)電池組中的每一個(gè)電池組的多個(gè)電池單元的電壓進(jìn)行均衡。
[0010]解決問(wèn)題的手段
[0011]根據(jù)本發(fā)明的電壓均衡器包括:電壓檢測(cè)器，檢測(cè)構(gòu)成了彼此并聯(lián)的多個(gè)電池組中的每個(gè)電池組的多個(gè)電池單元的電壓；多個(gè)電阻器，分別與所述多個(gè)電池單元并聯(lián)；多個(gè)開關(guān)，分別設(shè)置在所述多個(gè)電池單元與所述多個(gè)電阻器之間；以及控制器，在所述多個(gè)電池組中的每個(gè)電池組中反復(fù)將電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電壓中的最低電壓設(shè)置為目標(biāo)電壓，并且反復(fù)接通/關(guān)斷所述多個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)，使得在所述多個(gè)電池組中的每個(gè)電池組中除具有所述最低電壓的電池單元之外的其他電池單元的電壓變成所述目標(biāo)電壓，直到控制器基于電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電壓確定所述多個(gè)電池單元的電壓不需要被均衡。
[0012]這允許在每個(gè)電池組中以高精度反復(fù)執(zhí)行電壓均衡，直到各個(gè)電池組具有彼此相似的總電壓并且由于回流電流或電阻器的能量消耗的影響而引起的電池單元電壓波動(dòng)變得較小。也就是說(shuō)，這允許構(gòu)成彼此并聯(lián)的電池組中的每一個(gè)的多個(gè)電池單元的各電壓被均衡。
[0013]控制器可以配置為:在所述多個(gè)電池組中每個(gè)電池組中，在電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電壓中的最高電壓與最低電壓之間的電壓差變成小于或等于電壓閾值時(shí)，確定所述多個(gè)電池單元的電壓不需要被均衡。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的電壓均衡器還可以包括檢測(cè)在各電池組之間流動(dòng)的電流的電流檢測(cè)器，控制器可以配置為當(dāng)電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流具有小于或等于電流閾值的值時(shí)，開始確定所述多個(gè)電池單元的電壓是否需要被均衡。
[0015]本發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)?gòu)成彼此并聯(lián)的多個(gè)電池組中的每一個(gè)電池組的多個(gè)電池單元的電壓進(jìn)行均衡。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓均衡器。
[0018]圖2是示出了控制器的電池單元平衡控制操作的流程圖。
[0019]圖3示出了在電池單元平衡控制操作期間各個(gè)電池單元的電壓的增大或減小的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓均衡器。
[0021]圖1所示的電壓均衡器I均衡電池中各個(gè)電池單元的電壓，所述電池安裝于諸如電動(dòng)鏟車、混合車輛或電動(dòng)車等車輛上，所述電壓均衡器I包括電壓檢測(cè)器2和3、電池單元平衡部4和5、電流檢測(cè)器6以及控制器7。電池包括彼此并聯(lián)的兩個(gè)電池組8和9。電池組8包括彼此串聯(lián)的四個(gè)電池單元81-84，電池組9包括彼此串聯(lián)的四個(gè)電池單元91-94。作為示例，利用鋰離子二次電池或類似物來(lái)配置電池單元81-84和電池單元91-94中的每一個(gè)。假定電池經(jīng)由倒相電路對(duì)行駛用電動(dòng)機(jī)供電，或者向諸如照明器、加熱器或汽車導(dǎo)航設(shè)備等電子設(shè)備供電。彼此并聯(lián)以配置電池的電池組的數(shù)目不限于兩個(gè)。構(gòu)成每個(gè)電池組的電池單元的數(shù)目不限于四個(gè)。
[0022]電壓檢測(cè)器2包括電壓傳感器21-24，電壓傳感器21檢測(cè)電池單元81的電壓V81，電壓傳感器22檢測(cè)電池單元82的電壓V82，電壓傳感器23檢測(cè)電池單元83的電壓V83，電壓傳感器24檢測(cè)電池單元84的電壓V84。
[0023]電壓檢測(cè)器3包括電壓傳感器31-34，電壓傳感器31檢測(cè)電池單元91的電壓V91，電壓傳感器32檢測(cè)電池單元92的電壓V92，電壓傳感器33檢測(cè)電池單元93的電壓V93，電壓傳感器34檢測(cè)電池單元94的電壓V94。
[0024]電池單元平衡部4包括開關(guān)41-44和電阻器45-48。彼此串聯(lián)的開關(guān)41和電阻器45與電池單元81并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)42和電阻器46與電池單元82并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)43和電阻器47與電池單元83并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)44和電阻器48與電池單元84并聯(lián)。例如使用MOSFET、電磁繼電器或類似物來(lái)配置開關(guān)41-44。當(dāng)開關(guān)41接通并且電池單元81與電阻器45彼此電連接時(shí)，利用電阻器45將電池單元81放電，并且電池單元81的電壓減小。當(dāng)開關(guān)42接通并且電池單元82與電阻器46彼此電連接時(shí)，利用電阻器46將電池單元82放電，并且電池單元82的電壓減小。當(dāng)開關(guān)43接通并且電池單元83與電阻器47彼此電連接時(shí)，利用電阻器47將電池單元83放電，并且電池單元83的電壓減小。當(dāng)開關(guān)44接通并且電池單元84與電阻器48彼此電連接時(shí)，利用電阻器48將電池單元84放電，并且電池單元84的電壓減小。
[0025]電池單元平衡部5包括開關(guān)51-54和電阻器55-58。彼此串聯(lián)的開關(guān)51和電阻器55與電池單元91并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)52和電阻器56與電池單元92并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)53和電阻器57與電池單元93并聯(lián)，彼此串聯(lián)的開關(guān)54和電阻器58與電池單元94并聯(lián)。例如使用MOSFET、電磁繼電器或類似物來(lái)配置開關(guān)41-44。當(dāng)開關(guān)51接通并且電池單元91與電阻器55彼此電連接時(shí)，利用電阻器55將電池單元91放電，并且電池單元91的電壓減小。當(dāng)開關(guān)52接通并且電池單元92與電阻器56彼此電連接時(shí)，利用電阻器56將電池單元92放電，并且電池單元92的電壓減小。當(dāng)開關(guān)53接通并且電池單元93與電阻器57彼此電連接時(shí)，利用電阻器57將電池單元93放電，并且電池單元93的電壓減小。當(dāng)開關(guān)54接通并且電池單元94與電阻器58彼此電連接時(shí)，利用電阻器58將電池單元94放電，并且電池單元94的電壓減小。
[0026]電流檢測(cè)器6設(shè)置在將電池組8和9彼此并聯(lián)的路徑中，檢測(cè)從電池組8流向電池組9的電流(回流電流)或從電池組9流向電池組8的電流(回流電流)，并將檢測(cè)的電流發(fā)送至控制器7。
[0027]控制器7例如由CPU (中央處理單元)、可編程器件(FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或PLD (可編程邏輯器件))或類似物配置，在控制器7中CPU和可編程器件讀取和執(zhí)行存儲(chǔ)單元(未示出)中存儲(chǔ)的程序，使得基于電壓檢測(cè)器2和3檢測(cè)到的電壓或電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的電流來(lái)執(zhí)行電池單元平衡控制操作。存儲(chǔ)單元可以設(shè)置在控制器7外部。
[0028]圖2是示出了控制器7的電池單元平衡控制操作的流程圖。
[0029]當(dāng)電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的電流具有小于或等于電流閾值Ith的值時(shí)(SI中為“是”)，控制器7首先從電壓檢測(cè)器2獲得電壓V81-V84，并從電壓檢測(cè)器3獲得電壓V91-V94(S2)ο
[0030]然后控制器7計(jì)算電壓V81-V84之中的最高電壓與最低電壓之間的電壓差Vdl，并計(jì)算電壓V91-V94之中的最高電壓與最低電壓之間的電壓差Vd2(S3)。
[0031]當(dāng)控制器7確定電壓差Vdl和電壓差Vd2均不小于或等于電壓閾值Vth時(shí)，即，當(dāng)控制器7基于電壓檢測(cè)器2和3檢測(cè)到的電壓V81-V84和電壓V91-V94，確定電池單元81-84和電池單元91-94的各電壓需要被均衡時(shí)(S4中為“否”)，控制器7將電壓V81-V84中的最低電壓設(shè)置為目標(biāo)電壓Vtl，并將電壓V91-V94中的最低電壓設(shè)置為目標(biāo)電壓Vt2(S5)。當(dāng)控制器7確定電壓差Vdl和Vd2均小于或等于電壓閾值Vth時(shí)，S卩，當(dāng)控制器7基于電壓檢測(cè)器2和3檢測(cè)到的電壓V81-V84和電壓V91-V94確定電池單元81-84和電池單元91-94的各電壓不需要被均衡時(shí)(S4中為“是”)，控制器7完成電池單元平衡控制操作。
[0032]然后控制器7控制電池單元平衡部4中的開關(guān)41-44的接通/關(guān)斷，使得電池組8的電池單元81-84中除具有最低電壓的電池單元之外的其他電池單元的電壓變成目標(biāo)電壓Vt I，并控制電池單元平衡部5中的開關(guān)51-54的接通/關(guān)斷，使得電池組9的電池單元91-94中除具有最低電壓的電池單元之外的其他電池單元的電壓變成目標(biāo)電壓Vt2，直到經(jīng)過(guò)了預(yù)定時(shí)間段(S6和S7)，過(guò)程返回SI。例如，假定預(yù)定時(shí)間段是比以下時(shí)間段短的時(shí)間段(例如，24ms):在設(shè)置目標(biāo)電壓Vtl之后并且電壓V81-V84中除最低電壓以外的電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vtl之前的時(shí)間段，或者在設(shè)置目標(biāo)電壓Vt2之后并且電壓V91-V94中除最低電壓以外的電壓達(dá)到目標(biāo)電壓Vt2之前的時(shí)間段。例如，還假定預(yù)定時(shí)間段是:由于從電池組8流向電池組9的回流電流或從電池組9流向電池組8的回流電流而導(dǎo)致電壓V81-V84中的最低電壓和電壓V91-V94中的最低電壓波動(dòng)預(yù)定電壓(例如，±0.02V)所需的時(shí)間段。
[0033]作為示例，關(guān)于以下情況描述了控制器7的平衡控制操作:在車輛停止期間，當(dāng)電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的電流的值小于或等于電流閾值Ith時(shí)，電池單元81的電壓V81為3.50V，電池單元82的電壓V82為3.50V，電池單元83的電