蓄电器控制电路的制作方法

蓄电器控制电路的制作方法
【专利摘要】在均衡化控制被中断的情况下，也能够良好地实施均衡化。根据条件选择存储装置中存储的基于上次均衡化的单电池信息（旧状态信息）、或本次起动时取得的单电池信息（新状态信息），进行均衡化控制。
【专利说明】蓄电器控制电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及使用锂二次电池或镍氢电池、铅电池、双电层电容器等蓄电单元的电源装置中搭载的电池控制电路。
【背景技术】
[0002]电动车(EV)或插电式混合动力车(PHEV)、混合动力车(HEV)中搭载的蓄电装置中，一般使多个蓄电器串联连接构成蓄电部。此处，在蓄电器之间存在容量的差异或自放电差异等蓄电器的个体差异的情况下，蓄电装置具备的各蓄电器的充电状态(State ofCharge:S0C)中会产生差异。当该差异产生时，以多个蓄电器中SOC最高的蓄电器为基准进行充电控制，以SOC最低的蓄电器为基准进行放电控制，所以蓄电部能够使用的能量减小。此外，如PHEV或EV那样SOC的使用范围设想为宽范围的情况下，在SOC较高或较低的状况下，蓄电器的劣化容易发展，需要在SOC过高的情况下使SOC降低、或者SOC过低的情况下防止SOC进一步降低等对策。于是，为了消除使多个蓄电器串联连接的情况下可能发生的蓄电器之间的SOC的差异，提出了:安装与蓄电器并联连接的旁路电阻和旁路开关构成的均衡化电路，和监视蓄电器的状态的蓄电器控制单元，使蓄电器控制单元基于电压的差异量来控制均衡化电路的旁路开关的方法。即，是使电压较高的蓄电器强制地放电，进行电压的均等化的均衡化方法。
[0003]日本特开2004-31012号公报中，记载了仅在电池组的所有单电池的充电容量的平均值处于单电池的充电容量SOC—开路电压Vo特性下的斜率I Λ Vo/Λ SOCI为规定值以上的范围的情况下，决定电池组的各单电池的容量调整条件，按照该条件进行容量调整，和在容量调整中断时，将容量调整的剩余信息存储在存储单元中，如果能够进行容量调整，则从存储单元读取容量剩余信息继续容量调整。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-31012号公报
【发明内容】

[0007]发明要解决的技术问题
[0008]如PHEV或EV中搭载的蓄电器那样在宽范围的SOC中使用的蓄电器的情况下，在高SOC状态且蓄电器之间存在SOC差异的状态下放置时，有可能产生劣化差异。另一方面，优选在OCV (Open Circuit Voltage:开路电压)一 SOC曲线的电池特性上,在高SOC区域中取得电池信息，均衡化持续进行至结束。即，均衡化中断时，从中断的状态起继续均衡化，而不是每次起动都新开始均衡化。但是，总是从中断的状态起实施继续均衡化时，有可能因为电池状态的变化、旁路电阻误差等而使差异扩大。此外，还存在即使在成为有可能进一步产生劣化差异的电池状态(高SOC等)的情况下，也不能够新取得容量调整条件，错过进行良好的均衡化的机会的问题。[0009]用于解决技术问题的技术手段
[0010]本发明中，使用蓄电器的信息实施均衡化时，选择使用存储装置中存储的上次的均衡化中断时的信息(旧状态信息)、或本次起动时取得的蓄电器的信息(新状态信息)之一，基于选择的信息执行均衡化。
[0011]即，本发明的蓄电器控制电路，具有控制单元，其具有存储装置，并进行串联连接的多个蓄电器的状态监视和均衡化控制，控制单元在存储装置中存储基于多个蓄电器的状态计算出的用于均衡化控制的信息，并基于存储装置中存储的信息进行均衡化控制，在均衡化控制被中断时，控制单元在存储装置中存储关于均衡化的中断时的信息，在中断后开始均衡化控制时，取得关于多个蓄电器的状态的最新信息，基于预先决定的条件选择是基于存储装置中存储的中断时的信息继续均衡化控制，还是基于最新信息新开始均衡化，在新开始均衡化的情况下，在存储装置中存储基于所取得的最新信息计算出的用于均衡化控制的信息。
[0012]更具体的一个方式中，与串联连接地构成蓄电部的多个蓄电器组对应地设置多个蓄电器控制单元，各蓄电器控制单元进行对应的蓄电器组所属的各个蓄电器的状态监视和均衡化控制。监视的蓄电器的状态中，有电压、SOC和温度。蓄电部控制单元基于来自多个蓄电器控制单元的信息控制多个蓄电器控制单元。蓄电部控制单元对存在充电状态比规定的充电状态高的蓄电器的蓄电器组的蓄电器控制单元，发送基于来自该蓄电器控制单元的信息计算出的用于均衡化控制的信息。蓄电器控制单元具有存储装置，在存储装置中存储接收到的信息，基于存储装置中存储的信息进行均衡化控制。
[0013]均衡化控制被中断时，蓄电器控制单元在存储装置中存储与均衡化相关的中断时的信息。蓄电部控制单元之后再次进行均衡化控制时，从各蓄电器控制单元取得与各蓄电器组所属的各个蓄电器的状态相关的最新的信息。然后，决定是基于存储装置中存储的中断时的信息继续均衡化控制，还是基于最新的状态新开始均衡化。新开始均衡化的情况下，蓄电部控制单元将基于取得的最新的信息新计算出的用于均衡化控制的信息发送到对应的蓄电器控制单元，蓄电器控制单元在存储装置中存储接收到的信息。蓄电器控制单元在任意一种情况下，都基于存储装置中存储的信息执行均衡化控制，基于新旧中的哪一个信息进行均衡化的判定条件，保存在蓄电部控制单元内。
[0014]发明的效果
[0015]根据本发明，能够良好地实施均衡化。
[0016]上述以外的课题、结构和效果，将通过以下的实施方式的说明而说明。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的PHEV的蓄电装置的结构例的框图。
[0018]图2是表示单电池控制单元的电路结构例的框图。
[0019]图3是表示SOC与OCV的相关关系的特性图。
[0020]图4是表示放电单元引起的SOC的变化的一例的图。
[0021]图5是说明电池组控制单元的动作例的流程图。
[0022]图6是说明单电池控制单元的动作例的流程图。
[0023]图7是表示均衡化被中断时，使用中断时的信息继续均衡化的均衡化控制的状况的说明图。
[0024]图8是表示图7中电池状态变化的情况下的均衡化控制的状况的说明图。
[0025]图9是表示本发明的实施例的均衡化控制的状况的说明图。
[0026]图10是表示电池起动时，开始均衡化控制之前执行的处理的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0027]以下基于【专利附图】

【附图说明】本发明的实施例。以下实施例中，列举对于构成插电式混合动力车(PHEV)的电源的蓄电装置应用本发明的情况为例进行说明，但本发明也能够应用于构成混合动力车(HEV)、电动车(EV)等乘用车或混合动力铁道车辆等工业用车辆的电源的蓄电装置的蓄电器控制电路。
[0028]此外，以下实施例中，列举使用锂离子电池作为构成蓄电部的蓄电器的情况为例进行说明，但此外也能够使用镍氢电池或铅电池、双电层电容器、复合电容器等作为蓄电器。此外，以下实施例中的电池组对应于蓄电部，单电池对应于蓄电器，单电池分组对应于蓄电器组，单电池控制单元对应于蓄电器控制单元，电池组控制单元对应于蓄电部控制单元。单电池控制单元和电池组控制单元作为电路基板上的集成电路实现。此外，单电池控制单元和电池组控制单元的组合对应于控制单元。
[0029]图1中表示了本发明的一个实施例中的PHEV的蓄电装置的结构例。
[0030]首先说明蓄电装置100的结构。蓄电装置100具备:由多个单电池111构成的电池组110 ;监视单电池111的状态的单电池管理单元120 ;检测蓄电装置100中流过的电流的电流检测单元130 ;检测电池组110的总电压的电压检测单元140 ;和进行电池组110的控制的电池组控制单元150。电池组控制单元150中，输入从单电池管理单元120发送来的单电池111的电池电压和温度、从电流检测单元130发送来的蓄电装置100中流过的电流值、从电压检测单元140发送的电池组110的总电压值，基于输入的信息进行电池组110的状态检测等。此外，电池组控制单元150进行的处理的结果，对单电池管理单元120和车辆控制单元200发送。
[0031]车辆控制单元200基于电池组控制单元150的信息，进行与蓄电装置100经继电器300、310连接的逆变器400和经继电器320、330连接的充电器420的控制。车辆行驶中，蓄电装置100与逆变器400连接，基于电池组110蓄积的能量，驱动电动发电机410。充电时，蓄电装置100与充电器420连接，利用来自家庭用的电源或充电站的电力供给充电。
[0032]电池组110是由能够蓄积和释放电能(直流电力的充放电)的多个单电池111 (锂离子电池)电串联连接构成的。列举I个单电池111输出电压为3.0?4.2V (平均输出电压:3.6V)，单电池111的开路电压(OCV:0pen Circuit Voltage)和SOC具有如图3所示的相关关系的情况为例进行说明，但也可以是此外的电压规格。
[0033]构成电池组110的单电池111，在进行状态的管理、控制时，按规定的单位数量进行分组。分组后的单电池111电串联连接，构成单电池分组112a、112b。规定的单位数量，
例如有I个、4个、6个......这样等分的情况，也有组合4个和6个这样复合划分的情况。此
夕卜，高电位侧的单电池分组112a和低电位侧的单电池分组112b通过串联连接了熔断器的维护、检修用的服务断路器180电串联连接。
[0034]监视构成电池组110的单电池111的状态的单电池管理单元120，由多个单电池控制单元121a、121b构成，如上所述对于分组后的单电池分组112a、112b分配I个单电池控制单元121a、121b。单电池控制单元121a、121b接受来自分配的单电池分组112a、112b的电力动作，监视和控制构成单电池分组112a、112b的单电池111的状态。
[0035]本实施例中，为了使说明简单，假设电池组110具备合计8个单电池111，使4个单电池111电串联连接构成2个单电池分组112a、112b，进而使单电池分组之间通过服务断路器180电串联连接。此外，在单电池分组112a、112b中，分别设置用于监视单电池111的状态的单电池控制单元121a、121b。
[0036]对于电池组控制单元150输入多个信号，该多个信号包括:从单电池管理单元120输出的单电池111的电池电压和温度的计测值；单电池111是否过充电或过放电的诊断结果和单电池管理单元120中发生了通信错误等的情况下输出的异常信号；来自电流检测单元130的电流值；从电压检测单元140输出的电池组110的总电压值；和从作为上级控制装置的车辆控制单元200输出的信号。此处，基于输入的信息和预先存储的单电池111的内部电阻、SOC与OCV的关系(图3)，实行单电池111的SOC运算、之后说明的包括放电结束条件的用于进行均衡化控制的运算、用于控制充放电量的运算等。然后，将该运算结果和基于它的指令，输出到单电池管理单元120和车辆控制单元200。
[0037]电池组控制单元150与单电池管理单元120，经光耦合器这样的绝缘元件170，通过信号通信单元160进行信号的发送接收。设置绝缘元件170是因为电池组控制单元150和单电池管理单元120中动作电源不同。即，单电池管理单元120从电池组110接受电力而进行工作，相对地，电池组控制单元150使用车载辅助机器用的电池(例如14V系电池)作为电源。绝缘元件170可以安装在构成单电池管理单元120的电路基板上，也可以安装在构成电池组控制单元150的电路基板上。当然，也可以将单电池管理单元120和电池组控制单元150安装在I个电路基板上。此外，根据系统结构，也能够省略绝缘元件170。
[0038]对本实施例中的电池组控制单元150与单电池控制单元121a、121b的通信单元进行说明。单电池控制单元121a、121b按照分别监视的单电池分组112a、112b的电位从高到低的顺序串联连接。电池组控制单元150发送的信号，经绝缘元件170由信号通信单元160对单电池控制单元121a输入。单电池控制单元121a的输出和单电池控制单元121b的输入之间也同样通过信号通信单元160连接，进行信号的传输。此外，本实施例中，单电池控制单元121a与单电池控制单元121b之间没有绝缘元件170，但也可以存在绝缘元件170。此外，单电池控制单元121b的输出通过绝缘元件170，经电池组控制单元150的输入，由信号通信单元160传输。这样，电池组控制单元150与单电池控制单元121a和单电池控制单元121b通过信号通信单元160环状连接。该环状连接有时也称为串级链(daisy chain)连接。此外，此处表示了单电池控制单元121a和单电池控制单元121b环状连接的例子，但不一定要是环状，只要电池组控制单元150与单电池控制单元121a和单电池控制单元121b连接，就可以是任意的方式。
[0039]图2中表示了本实施例中的单电池控制单元121a、121b的电路结构。单电池控制单元121a、121b具有:由旁路电阻122和旁路开关123构成的均衡化电路；驱动旁路开关123的BSW驱动电路125 ;测量作为管理对象的单电池111的电池电压的电压检测电路124 ；用于使单电池控制单元121a、121b工作的电源126 ;基于来自电池组控制单元150的信息进行单电池控制单元121a、121b的控制的控制电路128 ;与电池组控制单元150或相邻的单电池控制单元121之间进行信号的发送接收的信号输入输出电路129。
[0040]在EEPROM等存储装置127中，存储预先测量出的各单电池的容量、用电池组控制单元150运算得到的用于均衡化的信息等。存储通过各单电池的旁路电阻122到达目标SOC值所需的放电时间，详情在后文中叙述。均衡化动作在完成前被中断的情况下，在存储装置127中写入均衡化中断时的状态，例如从均衡化开始起的经过时间(放电时间)、到均衡化结束的剩余时间、剩余均衡化容量、每个单电池是否已完成均衡化的信息、均衡化开始时的电池温度等。此外，此处表示了单电池控制单元121a、121b中包括存储装置127的结构，但例如也可以是在电池组控制单元150包括的存储装置中存储上述信息的结构。
[0041]控制电路128通过信号输入输出电路129接收从电池组控制单元150发送的电压取得命令和与均衡化控制相关的信息，对信号输入输出电路129输出由电压检测电路124检测出的电池电压和基于它的信息。然后，控制电路128基于检测出的电池电压和存储装置127中存储的信息进行BSW驱动电路125的控制。
[0042]接着，说明均衡化电路的放电单元。放电单元是在构成单电池分组112的单电池111中，对于SOC较高的单电池111，利用由旁路电阻122和旁路开关123构成的均衡化电路进行放电的单元。即，使与作为放电对象的单电池111并联连接的旁路开关123接通，通过使用旁路电阻122使单电池111强制放电，降低至作为目标的SOC (目标S0C)。此处，目标SOC如上所述，是在构成电池组110的多个单电池111中的某一个为过充电的情况下、或者构成单电池分组112的单电池111的SOC中产生了超过容许限度的差异等情况下，用于解决该情况所设定的规定的S0C,详情在后文中叙述。此外，本实施例中说明的放电结束条件，不限定于以下所述。
[0043]放电结束条件是计算单电池111的放电所需的时间并基于该结果决定的。计算确保规定的放电量所需的时间，经过了计算出的时间则放电结束。因此，在单电池控制单元121中，为了判断是否经过了计算出的时间，而设置计时器等时间计测单元。此外，用于决定放电结束条件的计算式的说明中，将单电池111的个数8个置换为N个，单电池分组112的个数2个置换为M个，构成单电池分组112的单电池111的个数4个置换为L个(=N/M)进行说明。
[0044]首先，根据电池组无负载状态下的所有单电池111的OCV测定结果，基于SOC与OCV的相关关系推算S0C，按照以下式(I)求出各单电池111的SOC与目标SOC的差AS0C。
[0045][数I]
[0046]
【权利要求】
1.一种蓄电器控制电路，其特征在于: 具备控制单元，所述控制单元具有存储装置，进行串联连接的多个蓄电器的状态监视和均衡化控制， 所述控制单元在所述存储装置中存储基于所述多个蓄电器的状态计算出的用于均衡化控制的信息，并基于所述存储装置中存储的信息进行均衡化控制， 在所述均衡化控制被中断时，所述控制单元在所述存储装置中存储关于均衡化的中断时的信息，在中断后开始均衡化控制时，取得关于所述多个蓄电器的状态的最新信息，基于预先决定的条件选择是基于所述存储装置中存储的所述中断时的信息继续均衡化控制，还是基于所述最新信息新开始均衡化，在新开始所述均衡化的情况下，在所述存储装置中存储基于所取得的所述最新信息计算出的用于均衡化控制的信息。
2.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当取得到的各蓄电器的SOC中的最高的SOC为规定值以上时，选择新开始均衡化。
3.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当剩余均衡化容量或开始时的总均衡化容量为规定值以下时，选择新开始均衡化。
4.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后 开始均衡化控制时，当从前次均衡化开始时起经过规定时间时，或者从均衡化开始时起经过规定运转循环次数时，选择新开始均衡化。
5.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当新计算出的本次的均衡化对象蓄电器数多于前次均衡化的剩余均衡化对象蓄电器数时，选择新开始均衡化。
6.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当新计算出的均衡化容量多于所述存储装置中存储的剩余均衡化容量时，选择新开始均衡化。
7.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当新计算出的各蓄电器的均衡化容量的最大值大于各蓄电器的剩余均衡化容量的最大值时，选择新开始均衡化。
8.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当本次的温度差异少于均衡化开始时的温度差异时，选择新开始均衡化。
9.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当新取得的平均SOC高于前次均衡化开始时的平均SOC时，选择新开始均衡化。
10.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当所述蓄电器或所述控制单元的一部分或全部已被更换时，选择新开始均衡化。
11.如权利要求1所述的蓄电器控制电路，其特征在于: 所述控制单元在所述中断后开始均衡化控制时，当从前次主开关关闭起未经过规定时间时，选择基于所述存储装置中存储的所述中断时的信息继 续均衡化控制。
【文档编号】H02J7/02GK103548233SQ201180071067
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年5月23日 优先权日:2011年5月23日
【发明者】大川圭一朗, 河原洋平, 中尾亮平 申请人:日立车辆能源株式会社