充电率均等化装置以及电源系统的制作方法

本发明涉及一种充电率均等化装置，其使电池组中所包括的多个电池单元的充电率均等化，还涉及具有该均等化装置的电源系统。

背景技术：

在诸如利用电动机而运行的电动车辆(EV)或者利用发动机和电动机一起而运行的混合动力车辆(HEV)这样的各种车辆中，安装了电池模块作为用于电动机的电源，该电池模块包括具有多个电池单元(单位电池)的电池组，该电池单元由诸如锂离子电池或镍氢电池这样的蓄电池组成。

由于要求大电力来运行这样的电动机，所以在电池模块中，为了输出高电压，多个电池单元串联连接。对于电池模块的多个这样的电池单元，由于个体的差异或者周围温度的偏差，导致一部分电池单元可能比另一部分电池单元更快地劣化。然后，由于已经劣化的电池单元可充电容量(电流容量、电力容量)降低，而导致其可能在其他未劣化的电池单元完成充电之前完成了充电，或者在其他未劣化的电池单元完成放电之前完成了放电。因为使得电池模块的充电或放电与已经劣化的电池单元一致，所以其他未劣化的电池单元不能够完全被耗尽，导致与已经劣化的电池单元一致的电池模块的整体容量的实际降低。

从而，例如，在专利文献1中描述的技术中，选择性地将多个电池单元中的任意的电池单元连接到电感器，在电感器中积蓄较高电压的电池单元的能量，在电感器中积蓄的能量被转移到较低电压的电池单元，从而有效地使各个电池单元的电压均等化。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开号JP2013-13292

技术实现要素：

技术问题

不利的是，在专利文献1中，由于经由电感器转移能量，所以一次能够转移的能量的量是小的，这因此需要反复地转移能量，产生了这样的问题：使各个电池单元的状态均等化的操作复杂化，并且耗费时间。在由于这样的失效而导致存在大量已经劣化的电池单元的情况下，以上问题变得显著。

本发明意在解决有关问题。即，本发明的目的是提供一种充电率均等化装置以及包括该充电率均等化装置的电源系统，该充电率均等化装置能够快速地使电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化。

解决问题的方案

为了解决以上问题，本发明的第一方面的充电率均等化装置是这样的充电率均等化装置：其使电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化，所述充电率均等化装置包括：电池单元充电器，其连接到与所述电池组分离的辅助电池；充电连接选择器，其能够选择性地将所述多个电池单元中的每个电池单元连接到所述电池单元充电器，从而利用所述辅助电池的电力对所述电池单元充电；连接选择控制器，其控制所述充电连接选择器，以将从所述多个电池单元中选择出的一个电池单元连接到所述电池单元充电器，从而减小所述多个电池单元的各个电池单元的充电率之间的差异。

此处，所述充电率均等化装置可以还包括：辅助电池充电器，其连接到所述辅助电池；放电连接选择器，其能够选择性地将所述多个电池单元的每个电池单元连接到所述辅助电池充电器，从而利用所述电池单元的电力对所述辅助电池充电，其中所述连接选择控制器还控制所述放电连接选择器，以将从所述多个电池单元中选择出的一个电池单元连接到所述辅助电池充电器，从而减小所述多个电池单元的各个电池单元的充电率之间的差异。

优选地，所述充电率均等化装置可以还包括：电池单元检测器，其检测在所述多个电池单元之中的最高电压电池单元以及最低电压电池单元，所述最高电压电池单元具有两电极之间的最高电压，并且所述最低电压电池单元具有两电极之间的最低电压；充电率检测器，其检测所述最高电压电池单元的充电率和所述最低电压电池单元的充电率，其中当所述最高电压电池单元的所述充电率和所述最低电压电池单元的所述充电率之中的至少一者落在基准充电率的范围之外，并且这两个充电率之间的差值超过差值上限值时，所述连接选择控制器控制所述放电连接选择器，以将所述最高电压电池单元连接到所述辅助电池充电器，并且控制所述充电连接选择器，以将所述最低电压电池单元连接到所述电池单元充电器。

优选地，所述电池单元检测器可以包括：一个电压检测器；以及电压检测连接选择器，其能够选择性地将所述多个电池单元的每个电池单元连接到所述电压检测器，其中所述电压检测连接选择器被配置为：通过使得所述多个电池单元的每个电池单元还能够选择性地连接到所述辅助电池充电器，而还充当所述放电连接选择器。

或者，所述充电率均等化装置可以还包括：电池单元检测器，其检测在所述多个电池单元之中的最高电压电池单元以及最低电压电池单元，所述最高电压电池单元具有两电极之间的最高电压，并且所述最低电压电池单元具有两电极之间的最低电压；充电率检测器，其检测所述最高电压电池单元的充电率和所述最低电压电池单元的充电率，其中当所述最高电压电池单元的所述充电率与所述最低电压电池单元的所述充电率之间的差值超过差值上限值时，所述连接选择控制器控制所述充电连接选择器，以将所述最低电压电池单元连接到所述电池单元充电器。

为了解决以上问题，本发明的第二方面的电源系统包括电池组以及充电率均等化装置，该充电率均等化装置使所述电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化，其中，所述充电率均等化装置包括以上充电率均等化装置中的任意一个充电率均等化装置。

发明的有益效果

根据作为本发明的第一方面的充电率均等化装置，由于该充电率均等化装置包括：电池单元充电器，其连接到与所述电池组分离的辅助电池；充电连接选择器，其能够选择性地将所述多个电池单元中的每个电池单元连接到所述电池单元充电器，从而利用所述辅助电池的电力对所述电池单元充电；连接选择控制器，其控制所述充电连接选择器，以将从所述多个电池单元中选择出的一个电池单元连接到所述电池单元充电器，从而减小所述多个电池单元的各个电池单元的充电率之间的差异，例如，充电率较低的电池单元连接到电池单元充电器，从而利用能够存储较大量电荷的辅助电池的电力对该电池单元充电，即，从而转移电荷，使得减小多个电池单元之间的充电率的差异。从而，能够利用一次转移操作而转移大量的电荷，并且从而，进一步减少了转移操作，并且能够快速地使电池组所包括的多个电池单元的各自的充电率均等化。

由于所述充电率均等化装置还包括：辅助电池充电器，其连接到所述辅助电池；放电连接选择器，其能够选择性地将所述多个电池单元的每个电池单元连接到所述辅助电池充电器，从而利用所述电池单元的电力对所述辅助电池充电，其中所述连接选择控制器还控制所述放电连接选择器，以将从所述多个电池单元中选择出的一个电池单元连接到所述辅助电池充电器，从而减小所述多个电池单元的各个电池单元的充电率之间的差异，例如，充电率较低的电池单元连接到辅助电池充电器，能够利用电池单元的电力对能够充以较大量电荷的辅助电池充电，即，能够转移电荷。因为这样的一次转移操作能够转移大量电荷，所以能够减少电荷的转移操作，并且快速地使电池组所包括的多个电池单元的各自的充电率均等化。

由于所述充电率均等化装置还包括：电池单元检测器，其检测最高电压电池单元以及最低电压电池单元，在所述多个电池单元之中，所述最高电压电池单元具有两电极之间的最高电压，并且所述最低电压电池单元具有两电极之间的最低电压；充电率检测器，其检测所述最高电压电池单元的充电率和所述最低电压电池单元的充电率，其中当所述最高电压电池单元的所述充电率和所述最低电压电池单元的所述充电率之中的至少一者落在基准充电率的范围之外，并且前述两个充电率之间的差值超过差值上限值时，所述连接选择控制器控制所述放电连接选择器，以将所述最高电压电池单元连接到所述辅助电池充电器，并且控制所述充电连接选择器，以将所述最低电压电池单元连接到所述电池单元充电器，最高电压电池单元和最低电压电池单元被认为与其它电池单元的充电率差异大，并且能够经由辅助电池在上述两个电池单元之间转移电荷，使得能够更加快速地使电池组所包括的多个电池单元的各自的充电率均等化。

所述电池单元检测器包括：一个电压检测器；以及电压检测连接选择器，其能够选择性地将所述电压检测器连接到所述多个电池单元的每个电池单元，所述电压检测连接选择器被配置为：通过使得所述多个电池单元的每个电池单元还能够选择性地连接到所述辅助电池充电器，而电压检测连接选择器还充当所述放电连接选择器，并且从而，能够减少构成连接选择器的部件，并且还能够降低生产成本。

两电极之间的电压最低的最低电压电池单元应当与其它电池单元的充电率差别大。从而，电池单元检测器检测最高电压电池单元以及最低电压电池单元，在所述多个电池单元之中，所述最高电压电池单元具有两电极之间的最高电压，并且所述最低电压电池单元具有两电极之间的最低电压；充电率检测器检测所述最高电压电池单元的充电率和所述最低电压电池单元的充电率，其中当所述最高电压电池单元的所述充电率与所述最低电压电池单元的所述充电率之间的差值超过差值上限值时，所述连接选择控制器控制所述充电连接选择器，以将所述最低电压电池单元连接到所述电池单元充电器，能够将电荷从辅助电池转移到最低电压电池单元，并且能够更加快速地将电池组所包括的电池单元的各自的充电率均等化。

根据本发明的第二方面，由于充电率均等化装置由任意以上提及的充电率均等化装置的构成，例如，将充电率较小的电池单元连接到电池单元充电器，从而利用能够存储较大量电荷的辅助电池对相关的电池单元充电，即，能够转移电荷，从而减小多个电池单元的各自的充电率的差异。因此，由于使得能够在一次转移操作中转移大量电荷，所以能够减少电荷的转移操作，使得能够快速地使电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化。

附图说明

图1是图示出本发明的第一实施例的电源系统的视图；

图2是示意性地图示出图1中的电源系统的电池组所包括的电池单元的两电极之间的电压与充电率之间的关系的一个实例的视图；

图3是图示出图1中的电源系统中的控制装置的控制器所执行的充电率均等化处理1的一个实例的流程图；

图4是示意性地图示出在图1中的电源系统中，电荷从电池单元到辅助电池的转移的视图；

图5是示意性地图示出在图1中的电源系统中，电荷从辅助电池到电池单元的转移的视图；

图6是示意性地图示出本发明的第二实施例的电源系统的配置的视图；

图7是图示出图6中的电源系统中的控制装置的控制器所执行的充电率均等化处理2的一个实例的流程图；

图8是示意性地图示出在图6中的电源系统中，电荷从辅助电池到电池单元的转移的视图。

参考标记列表

1、2 电源系统

10 电池模块

11 电池组

12 电池单元

12H 最高电压电池单元

12L 最低电压电池单元

15 断路器

17 辅助电池

18 交流发电机

20、20A 控制装置(充电率均等化装置)

21 电池监控单元(电池单元检测器、电压检测连接选择器)

22 开关阵列(充电连接选择器、放电连接选择器)

23 双向直流-直流转换器(电池单元充电器、辅助电池充电器)

23A 直流-直流转换器(电池单元充电器)

30、30A 控制器(连接选择控制器、电池单元检测器、充电率检测器、电压检测器)

L1 高压设备

L2 低压设备

具体实施方式

(第一实施例)

后文中，将参考图1至5说明关于本发明的第一实施例的充电率均等化装置以及包括该充电率均等化装置的电源系统。

图1是图示出本发明的第一实施例的电源系统的示意性配置的视图。图2是示意性地图示出图1中的电源供给系统的电池组所包括的电池单元的两电极之间的电压与充电率之间的关系的视图。图3是图示出图1中的电源系统的控制装置的控制器所执行的充电率均等化处理1的一个实例的流程图。图4是示意性地图示出在图1中的电源系统中，电荷从电池单元到辅助电池的转移的视图。图5是示意性地图示出在图1中的电源系统中，电荷从辅助电池到电池单元的转移的视图。

例如，安装在诸如电动车辆这样的车辆中的本发明的电源系统意在将电力供给到车辆的诸如电动机这样的高压设备，并且使电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化，并且从而能够输出更多电力。当然，本发明可以应用到其他装置和系统，而不是诸如电动车辆。

电池单元的充电率(SOC：充电状态)包括当前蓄电电流量相对于能够蓄电的电流容量的比率(SOCi)，或者当前蓄电电力相对于能够蓄电的电力容量的比率(SOCp)，然而可以应用任意的充电率，并且本实施例仅表示充电率(SOC)。然而，电池单元的劣化度(SOH：健康状态)表示当前能够蓄电的容量相对于初始能够蓄电的容量的比率。

如图1所示，本实施例的电源系统(附图中表示为参考标号1)设置有电池模块10、辅助电池17以及作为充电率均等化装置的控制装置20。

电池模块10包括电池组11和断路器(crossing gate)15，该断路器15串联连接在电池组11与高压设备L1之间。电池组11包括互相串联连接的多个电池单元12。二次电池用于电池单元12，诸如例如锂离子电池或镍氢电池。电池单元12可以是单电池，或者可以是多个单电池串联或并联连接的组合。

这样的电池单元12具有产生电压的电动势部e和内阻r。电池单元12在两电极之间产生电压v，利用电压ve和电压vr来定义该电压v(v＝ve+vr)，其中，电压ve是由电动势部e的电动势所产生的电压，电压vr是由流经内阻r的电流所产生的电压。在电池单元12中，内阻r对应于劣化度SOH而改变，即，能够利用内阻r来估计电池单元12的劣化度SOH。

辅助电池17由将电力供应至低压设备L2这样的铅蓄电池构成。辅助电池17还将电力供给到控制装置20。辅助电池17可以是除了铅蓄电池之外的诸如锂离子电池或镍氢电池这样的二次电池。

控制装置20包括电池监控单元21、开关阵列22、双向直流-直流转换器23、以及控制器30。

电池监控单元21由例如多个模拟开关或继电器设备组成，该电池监控单元21被布置为能够选择性地将电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元连接到下面将提及的控制器30。电池监控单元21通过来自控制器30的控制信号而切换连接，以将多个电池单元12之中的由控制信号指定的一个电池单元12连接到控制器30。控制器30检测被连接的电池单元12的两电极之间的电压。电池监控单元21与电池单元检测器的一部分(即，电压检测连接选择器)相对应。控制器30与电压检测器相对应。

开关阵列22例如由多个模拟开关或者继电器设备组成，该开关阵列被布置为能够选择性地将电池组11所包括的多个电池单元12的每个电池单元连接到下文将提及的双向直流-直流转换器23。开关阵列22通过来自控制器30的控制信号而切换连接，以将多个电池单元12之中的由控制信号所指定的一个电池单元12连接到双向直流-直流转换器23。开关阵列22能够在电池单元12与双向直流-直流转换器23之间的双向接通电力。开关阵列22与充电连接选择器和放电连接选择器相对应。

双向直流-直流转换器23是电压转换器，其将从一个端子输入的直流电压转换成从另一个端子输出的不同的直流电压，并且将从所述另一个端子输入的直流电压转换成从所述一个端子输出的不同的直流电压。在双向直流-直流转换器23中，选择性地将一个端子通过开关阵列22而连接到电池组11所包括的多个电池单元12，另一个端子连接到辅助电池17。双向直流-直流转换器23利用来自电池单元12的电力对辅助电池17充电，并且利用来自辅助电池17的电力对电池单元12充电。在本实施例中，辅助电池17被连接到双向直流-直流转换器23和低压设备L2，然而不限制该连接。辅助电池17可以仅连接到双向直流-直流转换器23，并且被配置为通过双向直流-直流转换器23和开关阵列22在与电池单元12之间进行充电和放电。双向直流-直流转换器23与电池单元充电器和辅助电池充电器相对应。

由具有内置CPU、ROM和RAM这样的微型计算机构成的控制器30整体地控制电源系统1。在ROM中，预先存储控制程序，以使得CPU能够作为各种装置而运行，诸如连接选择控制器、电池单元检测器和充电率检测器等。执行该控制程序的CPU充当以上各种装置。此外，在ROM中，存储了各种参数(基准充电率范围、或者差值上限)，在下文将提及的充电率均等化处理1中使用该各种参数。

控制器30设置有多个输出端口，这些输出端口连接到电池监控单元21、开关阵列22和双向直流-直流转换器23。控制器30从输出端口输出控制信号，以切换电池监控单元21与开关阵列22的连接，并且控制双向直流-直流转换器23的操作等。此外，控制器30的输出端口也连接到电池模块10的断路器15，以从输出端口输出控制信号，并且控制断路器15的操作。

控制器30设置有输入端口，并且该输入端口经由电池监控单元21而连接到电池单元12。控制器30对输入到输入端口的电压进行模数转换，从而获取表明电池单元12的两电极之间的电压的值。

控制器30设置有另一个输入端口，该输入端口连接到未示出的电流检测电路，该电流检测电路输出与流经电池组11(即，电池单元12)的电流相对应的电压的信号。控制器30对输入到输入端口的信号进行模数转换，从而获取表明流经电池单元12的电流的值。

控制器30获取电池单元12的两电极之间的电压以及当时流经的电流，并且基于这些电压和电流的多个组合，估计电池单元12的劣化度SOH。具体地，在电压与电流互相直角交叉的坐标系中，描绘了两个点，这两个点对应于电压与电流的组合(在各个组合中电压不同)，并且能够获取连接这两个点的直线的斜率作为内阻r。然后，将与内阻r相对应的SOH的转换表预先存储在ROM中，并且通过将内阻r应用到该转换表而估计SOH。

基于电池单元12的两电极之间的电压，控制器30检测相关的电池单元12的充电率SOC。在本实施例中，电池单元12的两电极之间的电压中的充电终止电压Vth被设定为4.0V，放电终止电压Vtl被设定为3.0V，假定这些充电终止电压Vth与放电终止电压Vtl之间的电压相对于充电率SOC而变化，如图2中的曲线图所示。通过初步测量或者模拟而预先获取表明该电池单元12的两电极之间的电压与充电率SOC之间的关系的充电率相关信息，并且将该充电率相关信息以信息表的格式预先存储在ROM中，并且通过将电压应用到该信息表，而检测到充电率SOC。当然这仅是一个实例，并且除此之外，在电池单元12的电压与充电率SOC线性变化的情况下，当电池单元12的电压为4.0V时，充电率SOC可以是100％，当电池单元12的电压为3.5V时，充电率SOC为50％，并且当电池单元12的电压为3.0V时，充电率SOC为0％。作为用于检测充电率SOC的电压，使用电池单元12的开路电压(在两电极开路的状态下(或者差不多的状态下)相关量的两电极之间的电压)，能高度精确地检测充电率SOC。

控制器30的通信端口连接到未示出的车辆内部网络(例如，CAN(控制器局域网))，并且经由车辆内部网络而连接到诸如车辆组合仪表这样的显示装置。控制器30的CPU经由通信端口和车辆内部网络将电池组11的状态传送至显示装置，并且与相关的信号相对应地，在显示装置中显示电池组11的该状态。

控制器30还检测辅助电池17的充电率。作为一个实例，通过经由车辆内部网络从控制辅助电池17的电子控制装置接收表明辅助电池17的充电率的信号，控制器30检测该辅助电池17的充电率。

接着，将参考图3中的流程图，描述由控制装置20的控制器30执行的处理(充电率均等化处理1)的一个实例。

在步骤S110中，在电池组11的多个电池单元12之中，检测到具有两电极之间的最高电压的电池单元12(后文中，称为“最高电压电池单元12H”)、以及具有两电极之间的最低电压的电池单元12(后文中，称为“最低电压电池单元12L”)。特别地，控制器30将控制信号输出至电池监控单元21，从而将多个电池单元12依次地连接到控制器30，并且检测多个电池单元12中的每个电池单元的两电极之间的电压。然后，在检测多个电池单元中的所有的电池单元的两电极之间的电压之后，控制器30检测出具有最高电压的电池单元12作为最高电压电池单元12H，并且检测出具有最低电压的电池单元12作为最低电压电池单元12L。然后，处理前进至步骤S120。

在步骤S120中，检测最高电压电池单元12H的充电率SOCH和最低电压电池单元12L的充电率SOCL。具体地，基于最高电压电池单元12H的两电极之间的电压，控制器30检测到充电率SOCH，并且相似地，基于最低电压电池单元12L的电压，检测到充电率SOCL。然后，处理前进至步骤S130。

在步骤S130中，控制器30确定最高电压电池单元12H的充电率SOCH以及最低电压电池单元12L的充电率SOCL之中的至少一者是否在基准充电率的范围之外。在本实施例中，作为一个实例，基准充电率的范围被设定为从90％的上限至10％的下限。然后，当充电率SOCH和充电率SOCL之中的至少一者在基准充电率的范围之外时，处理前进到步骤S140(在S130为是)，并且当充电率SOCH和充电率SOCL两者均在基准充电率的范围内时，处理返回到步骤S110(S130为否)。

在步骤S140中，控制器30确定充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值ΔSOC是否超过差值上限值。在本实施例中，作为一个实例，差值上限值被设定为2％。然后，当差值ΔSOC超过了差值上限值时，处理前进至步骤S150(S140为是)，并且当差值ΔSOC落在差值上限值以下时，处理返回到步骤S110(S140为否)。

在步骤S150中，控制器30将控制信号输出至开关阵列22，从而将最高电压电池单元12H连接到双向直流-直流转换器23。然后，处理前进至步骤S160。

在步骤S160中，控制器30将控制信号输出至双向直流-直流转换器23，从而激活双向直流-直流转换器，使得利用最高电压电池单元12H的电力，对辅助电池17充电。然后，处理前进至步骤S170。

在步骤S170中，确定是否已对辅助电池17充电了预定量。具体地，控制器30将控制信号输出至电池监控单元21，从而将最高电压电池单元12H连接到控制器30，并且控制器30还检测最高电压电池单元12H的两电极之间的电压，并且基于该电压而检测最高电压电池单元12H的充电率SOCH。然后，控制器30确定该充电率SOCH是否从其充电开始减少了预定值(例如，2％)，当未减少预定值时，确定辅助电池17未被充电预定值，重复该确定(S170为否)，并且当减少了预定值时，确定辅助电池17被充电了预定值，处理前进至步骤S180(S170为是)。注意，在步骤S170中，控制器30也检测辅助电池17的充电率，并且当辅助电池17的充电率增大而到达100％时，处理前进至步骤S180，从而停止辅助电池17的充电。

在步骤S180中，控制器30将控制信号输出到双向直流-直流转换器23，从而使双向直流-直流转换器23停止。然后，处理前进至步骤S190。

在步骤S190中，控制器30将控制信号输出至开关阵列22，从而将双向直流-直流转换器23连接到最低电压电池单元12L。然后，处理前进至步骤S200。

在步骤S200中，控制器30将控制信号输出至双向直流-直流转换器23，从而激活双向直流-直流转换器23，使得利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电。然后，处理前进至步骤S210。

在步骤S210中，确定最低电压电池单元12L是否被充电了预定量。具体地，控制器30将控制信号输出至电池监控单元21，从而将最低电压电池单元12L连接到控制器30，并且控制器30还检测最低电压电池单元12L的两电极之间的电压，并且基于该电压，而检测最低电压电池单元12L的充电率SOCL。然后，控制器30确定该充电率SOCL是否从其充电开始增大了预定值(例如，2％)，当未增大预定值时，确定最低电压电池单元12L未被充电预定值，重复该确定(S210为否)，并且当增大了预定值时，确定最低电压电池单元12L已经被充电了预定值，处理前进至步骤S220(S210为是)。注意，在步骤S210中，控制器30也检测辅助电池17的充电率，并且当辅助电池17的充电率下降而到达预定下限(例如，90％)时，处理前进至步骤S220，从而停止对最低电压电池单元12L充电。

在步骤S220中，控制器30将控制信号输出到双向直流-直流转换器23，从而使双向直流-直流转换器23停止。然后，处理返回至步骤S110，以再次执行充电率均等化处理1。

上述步骤S210的执行使得控制器30用作电池单元检测器以及电池监控单元，上述步骤S120的执行使得控制器30用作充电率检测器，上述步骤S150和S190的执行使得控制器30用作连接选择控制器。

接着，将描述上述电源系统1(控制装置20)的操作的一个实例。

控制装置20检测电池模块10的电池组11所包含的多个电池单元12中的每个电池单元的两电极之间的电压，检测具有这些电压中的最高电压的最高电压电池单元12H的充电率SOCH，以及具有这些电压中的最低电压的最低电压电池单元12L的充电率SOCL(S110和S120)。

然后，当例如充电率SOCH对应于91％，并且充电率SOCL对应于87％时，由于充电率SOCH在基准充电率的范围之外(S130为是)，并且充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值超过差值上限(S140为是)，所以利用最高电压电池单元12H的电力对辅助电池17充电并降低充电率SOCH(从91％至89％)(图4中，S150至S180)，然后，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电并增大充电率SOCL(从87％至89％)(图5中，S190至S220)。

或者，当例如充电率SOCH对应于13％，并且充电率SOCL对应于9％时，由于充电率SOCL在基准充电率的范围之外(S130为是)，并且充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值超过差值上限(S140为是)，所以利用最高电压电池单元12H的电力对辅助电池17充电并降低充电率SOCH(从13％至11％)(图4中，S150至S180)，然后，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电并增大充电率SOCL(从9％至11％)(图5中，S190至S220)。

其后，能够将电池组11所包括的多个电池单元12的充电率均等化。

从而，根据本实施例，控制装置20包括：双向直流-直流转换器23，其连接到与电池组11分离的辅助电池17；开关阵列22，其选择性地将电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元连接到双向直流-直流转换器23，从而利用辅助电池17的电力对电池单元12充电；以及控制器30，其控制开关阵列22，以将从多个电池单元12中选择出的最低电压电池单元12L连接到双向直流-直流转换器23，从而减小多个电池单元12中的各个电池单元的充电率SOC的差值。从而，充电率较低的最低电压电池单元12L连接到双向直流-直流转换器23，能够利用能够存储更大量电荷的辅助电池17的电力，对最低电压电池单元12L充电，即，能够转移电荷，从而减小多个电池单元12之中的每个电池单元的充电率SOC的差值。因此，由于能够在一次的转移操作中将大量电荷转移至电池单元12，所以能够减少电荷的转移操作，并且快速地使电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元的充电率SOC均等化。

此外，控制装置20包括：双向直流-直流转换器23，其连接到辅助电池17；以及开关阵列22，其能够选择性地将多个电池单元12之中的每个电池单元连接到双向直流-直流转换器23，从而利用电池单元12的电力对辅助电池17充电。并且，控制器30控制开关阵列22以将从多个电池单元12选择出的最高电压电池单元12H连接到双向直流-直流转换器23，使得多个电池单元12之中的每个电池单元的充电率SOC的差值减小。从而，充电率较高的最高电压电池单元12H连接到双向直流-直流转换器23，能够利用最高电压电池单元12H的电力，对能够存储相对大量的电荷的辅助电池17充电，即，能够转移电荷。因此，由于能够在一次的转移操作中转移大量电荷，所以能够减少电荷的转移操作，并且快速地使电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元的充电率SOC均等化。

此外，控制装置20的控制器30在多个电池单元12之中检测出两电极之间的电压最高的最高电压电池单元12H以及两电极之间的电压最低的最低电压电池单元12L，并且还检测最高电压电池单元12H的充电率SOCH以及最低电压电池单元12L的充电率SOCL。然后，当最高电压电池单元12H的充电率SOCH和最低电压充电单元12L的充电率SOCL之中的至少一者在基准充电率的范围之外，并且这些充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值ΔSOC超过差值上限时，控制装置20的控制器30控制开关阵列22，以将最高电压电池单元12H连接到双向直流-直流转换器23，而后，控制开关阵列22，以将最低电压电池单元12L连接到双向直流-直流转换器23。从而，最高电压电池单元12H和最低电压电池单元12L的充电率应当与其它电池单元12大幅不同，并且在上述最高电压电池单元12H和最低电压电池单元12L之间经由辅助电池17而转移电荷，并且随后，快速地使电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元的充电率SOC均等化。

此外，虽然在上述实施例中，分开地设置电池监控单元21和开关阵列22，其中，电池监控单元21能够选择性地将多个电池单元12中的每个电池单元连接到控制器30，并且开关阵列22能够选择性地将多个电池单元12之中的每个电池单元连接到双向直流-直流转换器23，但是不限于此，例如，扩大电池监控单元21(组成扩大电池监控单元21的模拟开关或继电器装置)的电流容量使得能够选择性地将多个电池单元12中的每个电池单元连接到控制器30以及双向直流-直流转换器23，使得电池监控单元21可以充当开关阵列22。随后能够减少构成控制装置20的元件，导致制造成本的降低。

(第二实施例)

后文中，将参考图6至8，描述第二实施例的充电率均等化装置以及包括该充电率均等化装置的电源系统。

图6示意性地图示出本发明的第二实施例的电源系统的配置。图7是图示出图6中的电源系统中的控制装置的控制器所执行的充电率均等化处理2的一个实例的流程图。图8是示意性地图示出在图6中的电源系统中，电荷从辅助电池到电池单元的转移的视图。

与前述第一实施例的电源系统相似地，本实施例的电源系统例如也安装在诸如电动车辆这样的车辆中，将电力供给至车辆的诸如电动机这样的高压设备，使电源系统的电池组所包括的多个电池单元的充电率均等化，以输出更多电力。当然，本发明也可以应用到除了诸如电动车辆这样的车辆之外的装置或系统。

如图6所示，本实施例的电源系统(在附图中表示为参考标号2)设置有电池模块10、辅助电池17、交流发电机18以及作为充电率均等化装置的控制装置20A。除了添加了交流发电机18并且设置了控制装置20A来代替控制装置20之外，该电源系统2与上述第一实施例的电源系统1具有相同的配置。因此，利用相同的参考标号表示与第一实施例的电源系统1相同的元件，并且将省略其说明。

交流发电机18是利用诸如车辆的发动机的动力而产生电力的发电机。交流发电机18连接到辅助电池17，从而对辅助电池17充电。

控制装置20A包括电池监控单元21、开关阵列22、直流-直流转换器23A、以及控制器30A。

直流-直流转换器23A是电压转换器，其转换从一个端子输入的直流电压，并且从另一个端子输出不同的直流电压。直流-直流转换器23A使得上述另一个端子能够选择性地经由开关阵列22而连接到电池组11所包括的多个电池单元12，上述一个端子连接到辅助电池17。直流-直流转换器23利用来自辅助电池17的电力对电池单元12充电。直流-直流转换器23与电池单元充电器相对应。

由具有内置CPU、ROM、RAM这样的微型计算机构成的控制器30A整体地控制电源系统2。在ROM中，预先存储控制程序，用以用作诸如连接选择控制器、电池单元检测器和充电率检测器这样的各种装置。CPU通过执行该控制程序而用作上述各种装置。此外，在ROM中，存储了用于下面将提及的充电率均等化处理1的各种参数(基准充电率范围和差值上限)。

控制器30A设置有多个输出端口，该输出端口与电池监控单元21、开关阵列22和直流-直流转换器23A连接。控制器30A从输出端口输出控制信号，以切换电池监控单元21与开关阵列22的连接，或者控制直流-直流转换器23A的操作。此外，控制器30A的输出端口也连接到电池模块10的断路器15，并且从输出端口输出控制信号，从而控制断路器15的操作。

控制器30A设置有输入端口，该输入端口经由电池监控单元21而连接到电池单元12。控制器30A对从输入端口输入的电压进行模数转换，从而获取表明电池单元12的两电极之间的电压的值。

控制器30A设置有另一个输入端口，该输入端口连接到未示出的电流检测电路，该电流检测电路输出与流经电池组11(即，电池单元12)的电流相对应的电压的信号。控制器30A对输入到输入端口的信号进行模数转换，从而获取表明流经电池单元12的电流的值。

控制器30A获得电池单元12的两电极之间的电压以及在流动时的电流，并且基于这些电压和电流的多个组合，估计电池单元12的劣化度SOH。具体地，在电压与电流互相垂直的坐标系中，描绘了对电压和电流作为坐标而进行组合的两个点(在各个组合中电压不同)，能够获得连接这两个点的直线的斜率作为内阻r。然后，将与内阻r相对应的SOH的转换表预先存储到ROM中，并且将内阻r应用到该转换表而能够估计SOH。

基于电池单元12的两电极之间的电压，控制器30A检测电池单元12的充电率SOC。在本实施例中，电池单元12的两电极之间的电压中的充电终止电压Vth被设定为4.0V，放电终止电压Vtl被设定为3.0V，假定在这些充电终止电压Vth与放电终止电压Vtl之间，前述电压相对于充电率SOC线性改变。即，当电池单元12的两电极之间的电压为4.0V时，充电率SOC变为100％，当前述电压为3.5V时，充电率SOC变为50％，并且当前述电压为3.0V时，充电率SOC变为0％。当然，这仅是一个实例，除此之外，例如，如图2所示，在电池单元12的两电极之间的电压与充电率SOC不线性改变的情况下，诸如通过预先测量或模拟预先地生成电压与充电率SOC之间的关系的表格等充电率相关信息，并将其存储在ROM中，并且将检测到的电压应用到该充电率相关信息，可以检测到充电率SOC。

控制器30A的通信端口连接到未示出的车载网络(CAN(控制器局域网)等)，并且经由车载网络而连接到车辆中的诸如组合仪表这样的显示装置。控制器30A的CPU经由通信端口和车载网络而将电池组11的状态发送到显示装置，基于信号而将电池组11的状态显示在该显示装置上。

控制器30A还检测辅助电池17的充电率。作为一个实例，控制器30A经由车载网络而从控制辅助电池17的电子控制装置接收表明辅助电池17的充电率的信号，从而检测辅助电池17的充电率。

接着，将参考图7中的流程图说明前述控制装置20A的控制器30A所执行的处理(充电率均等化处理2)的一个实例。

在步骤T110中，在电池组11的多个电池单元12之中，检测到两电极之间的电压最高的电池单元12(后文中，称为“最高电压电池单元12H”)、以及两电极之间的电压最低的电池单元12(后文中，称为“最低电压电池单元12L”)。特别地，控制器30A将控制信号输出至电池监控单元21，从而将多个电池单元12依次地连接到控制器30A，并且检测多个电池单元12中的每个电池单元的两电极之间的电压。然后，在检测多个电池单元中的所有的电池单元的两电极之间的电压之后，控制器30检测出电压最高的电池单元12作为最高电压电池单元12H，并且检测出电压最低的电池单元12作为最低电压电池单元12L。然后，处理前进至步骤T120。

在步骤T120中，检测最高电压电池单元12H的充电率SOCH和最低电压电池单元12L的充电率SOCL。具体地，基于最高电压电池单元12H的两电极之间的电压，控制器30A检测到充电率SOCH，并且相似地，基于最低电压电池单元12L的电压，检测到充电率SOCL。然后，处理前进至步骤T130。

在步骤T130中，控制器30A确定充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值ΔSOC是否超过差值上限值。在本实施例中，作为一个实例，差值上限值被设定为2％。然后，当差值ΔSOC超过了差值上限值时，处理前进至步骤T140(T130为是)，并且当差值ΔSOC落在差值上限值以下时，处理返回到步骤T110(T130为否)。

在步骤T140中，控制器30A将控制信号输出至开关阵列22，从而将最低电压电池单元12L连接到直流-直流转换器23A。然后，处理前进至步骤T150。

在步骤T150中，控制器30A将控制信号输出至直流-直流转换器23A，从而使直流-直流转换器23A运转，以利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电。然后，处理前进至步骤T160。

在步骤T160中，确定最低电压电池单元12L是否被充电了预定电荷。具体地，控制器30A将控制信号输出至电池监控单元21，从而将最低电压电池单元12L连接到控制器30A，并且控制器30A还检测最低电压电池单元12L的两电极之间的电压，并且基于该电压而检测最低电压电池单元12L的充电率SOCL。然后，控制器30A确定该充电率SOCL是否从其充电开始增大了预定值(例如，2％)，当未增大预定值时，确定最低电压电池单元12L未被充电预定值，重复该确定(步骤T160为否)，并且当增大了预定值时，确定最低电压电池单元12L充电了预定值，处理前进至步骤T170(步骤T160为是)。注意，在步骤T160中，控制器30A也检测辅助电池17的充电率，并且当辅助电池17的充电率减小而到达0％时，处理前进至步骤T170，从而停止对最低电压电池单元12L的充电。

在步骤T170中，控制器30A将控制信号输出到直流-直流转换器23A，从而使直流-直流转换器23A停止。然后，处理返回至步骤T110，以再次执行充电率均等化处理2。

上述步骤T110的执行使得控制器30用作电池单元检测器，上述步骤T120的执行使得控制器30用作充电率检测器，上述步骤T140的执行使得控制器30用作连接选择控制器。

接着，将描述上述电源系统2(控制装置20A)的操作的一个实例。

控制装置20A检测电池模块10的电池组11所包含的多个电池单元12的两电极之间的电压，检测具有这些电压中的最高电压的最高电压电池单元12H的充电率SOCH、以及具有这些电压中的最低电压的最低电压电池单元12L的充电率SOCL(T110电压和T120)。

然后，例如，当例如充电率SOCH对应于82％，并且充电率SOCL对应于79％时，充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值超过差值上限(T130为是)，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电，以增大充电率SOCL(从79％至81％)(图7中，T140至T170)。

或者，例如，当例如充电率SOCH对应于27％并且充电率SOCL对应于24％时，充电率SOCH与充电率SOCL之间的差值超过差值上限(T130为是)，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电，以增大充电率SOCL(从24％至26％)(图7中，T140至T170)。

其后能够使电池组11所包括的多个电池单元12的充电率均等化。

从而，根据本实施例，控制装置20A包括：直流-直流转换器23A，其连接到与电池组11分离的辅助电池17；开关阵列22，其选择性地将电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元连接到直流-直流转换器23A，从而利用辅助电池17的电力对电池单元12充电；以及控制器30，其控制开关阵列22，以将从多个电池单元12中选择出的最低电压电池单元12L连接到直流-直流转换器23A，从而减小多个电池单元12中的各个电池单元的充电率SOC的差值。从而，能够通过将充电率较低的最低电压电池单元12L连接到直流-直流转换器23A，而利用能够存储较大量电荷的辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电，即，能够转移电荷，从而减小多个电池单元12的各个电池单元的充电率SOC的差值。由于能够在一次的转移操作中将大量电荷转移至电池单元12，所以能够减少电荷的转移操作，并且快速地使电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元的充电率SOC均等化。

此外，控制装置20A的控制器30A在多个电池单元12之中检测出两电极之间的电压最高的最高电压电池单元12H、以及两电极之间的电压最低的最低电压电池单元12L，并且还检测出最高电压电池单元12H的充电率SOCH以及最低电压电池单元12L的充电率SOCL。然后，当充电率SOCH与充电率从SOCL之间的差值ΔSOC超过差值上限时，控制装置20A的控制器30A控制开关阵列22，以将最低电压电池单元12L连接到直流-直流转换器23A。从而，两电极之间的电压最低的最低电压电池单元12L的充电率SOC应当与其它电池单元12的不同，并且能够从辅助电池17向最低电压电池单元12L转移电荷，并且随后，快速地使电池组11所包括的多个电池单元12中的每个电池单元的充电率SOC均等化。

如上所述，虽然已经采用优选的实施例而描述了本发明，但是充电率均等化装置和电源系统不限于这些实施例的配置。

例如，虽然上述实施例被配置为在转移了最高电压电池单元12H的电荷(即，利用最高电压电池单元12H的电力对辅助电池17充电)之后，辅助电池17的电荷被转移到最低电压电池单元12L(即，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电)，但是本发明不限于此。例如，可以被配置为使得具有较高的充电率的多个电池单元12的电荷被依次转移至辅助电池17，辅助电池17的电荷被依次转移到具有较低的充电率的多个电池单元12。

此外，虽然上述第二实施例被配置为辅助电池17的电荷被转移到最低电压电池单元12L(即，利用辅助电池17的电力对最低电压电池单元12L充电)，但是本发明不限于此。例如，可以被配置为辅助电池的电荷被依次转移，直至多个电池单元12之中的除了最高电压电池单元12H之外的其它各个电池单元变为与最高电压电池单元12H的充电率相同的充电率为止。

此外，虽然上述第一实施例被配置为专门地进行如下操作：将最高电压电池单元12H的电荷转移至辅助电池17的操作；以及将辅助电池17的电荷转移至最低电压电池单元12L的操作，但是本发明不限于此。例如，可以被配置为使得代替双向直流-直流转换器23，设置了：放电直流-直流转换器，其利用电池单元12的电力对辅助电池17充电(转移电荷)；以及充电直流-直流转换器，其利用辅助电池17的电力对电池单元12充电，并且上述放电直流-直流转换器和充电直流-直流转换器同时进行以上各个操作。

注意，前述实施例仅表明了本发明的代表实施方式，然而本发明不限于此。即，本领域的技术人员能够根据传统公知常识而在不背离本发明的要点的情况下改变和实施本发明。无论何种变形，只要该变形仍包括本发明的充电率均等化装置和电源系统，则其当然落入在本发明的范围之内。