均等化装置的制作方法

本申请基于在先申请日本专利申请no.2017-199072，该申请通过引用并入本文。

本发明涉及一种均等化装置。

背景技术：

电动车辆(ev)、插电式混合动力车辆(phev)和混合动力车辆(hev)配备有用于驱动电动机的高压电池。高压电池包括几十到几百个串联连接的二次电池(后文称为“单电池”)以获得如几百伏的高压。由于生产时产生的电池容量的变化、由于漏电流以及由于单电池的劣化，导致在单电池之间产生了充电状态(后文称为“soc”)的不同。

例如，在充电期间一旦一个单电池的soc达到了100％，就不能在对其余的单电池进行进一步充电。并且，在放电期间一旦一个单电池的soc达到0％，就不能对其余的单电池进行进一步放电。从而soc的变化导致了充电/放电效率的降低。为解决该问题，已经提出了一种电池平衡电路，用于使各个单电池的soc均等化，如日本专利申请公开no.2013-13292中所公开的。

日本专利申请公开no.2013-13292中公开的电池平衡电路(均等化装置)利用电压检测部检测各个单电池电压，并且经由电感器从高压单电池向低压单电池传递能量。

技术实现要素：

然而，上述传统的均等化装置具有如下缺点：由于电压检测部的检测精度仅为大约±几mv，所以不能以比其更高的精度进行均等化。

本发明的目的是提供一种具有提高的精度的均等化装置。

为了实现上述目的，根据一方面的本发明提供一种均等化装置，包括：差分放大电路，其包括两个输入端子，构成电池组的三个以上的二次电池中的两个二次电池的端到端电压分别输入到该两个输入端子，并且所述差分放大电路被配置为输出已经输入的端到端电压之间的差；多个切换部，该多个切换部设置在所述差分放大电路与所述电池组之间；第一切换控制部，该第一切换控制部控制所述切换部，以切换要输入到所述差分放大电路的两个二次电池的组合；以及均等化部，该均等化部被配置为基于要输入到所述差分放大电路的所述两个二次电池的组合以及所述差分放大电路的输出，判定构成所述电池组的所述二次电池的端到端电压之间的大小关系，并且基于判定的所述大小关系进行均等化。

所述第一切换控制部可以被配置为：将要输入到所述差分放大电路的所述两个二次电池中的一个二次电池视作基准二次电池，该基准二次电池是构成所述电池组的所述二次电池中的一个二次电池，并且所述第一切换控制部顺次地将所述两个二次电池中的另一个二次电池切换为构成所述电池组的所述二次电池之中除了所述基准二次电池之外的所有二次电池。

所述第一切换控制部可以被配置为：当所述差分放大电路的输出为零时，所述第一切换控制部控制所述切换部，以切换输入到所述差分放大电路的所述两个输入端子的二次电池。

所述第一切换控制部可以被控制位将在先前均等化期间被发现具有最高的端到端电压的二次电池视作所述基准二次电池。

均等化装置可以包括：电容器，其被配置为保持第一状态的二次电池的端到端电压；第二切换控制部，该第二切换部控制所述切换部，使得由所述电容器保持的所述二次电池的端到端电压以及第二状态下的所述二次电池的端到端电压被输入到所述差分放大电路；以及状态检测部，该状态检测部被配置为基于所述第二切换控制部控制期间所述差分放大电路的输出来检测所述二次电池的电池状态。

根据上述本发明的实施例，通过基于两个二次电池的端到端电压的差进行均等化，能够提高均等化的精度。

附图说明

图1是示出嵌有本发明的均等化装置的电池监测设备的一个实施例的电路图；

图2是示出根据第一实施例的构成图1的电池监测设备的μcom的均等化处理的过程的流程图；以及

图3是示出根据第二实施例的构成图1的电池监测设备的μcom的均等化处理的过程的流程图。

参考标记列表

1电池监测设备(均等化装置)

12切换单元(切换部)

16差分放大电路

19μcom(第一切换控制部、均等化部)

c1第一电容器(电容器)

ce1-ce3单电池(二次电池)

sw+切换部(开关)

具体实施方式

<第一实施例>

下面将参考图1说明根据第一实施例的电池监测设备。该实施例电池监测设备1被配置为例如安装在电动车辆上，并且被配置为监测作为多个二次电池的单电池ce1-ce3，所述多个二次电池构成图1所示的安装在电动车辆上的电池组2。单电池ce1-ce3彼此串联连接。

电池监测设备1进行以下三个控制。首先，电池监测设备1进行其检测各个单电池ce1-ce3的内阻以检测单电池ce1-ce3的状态这样的控制。此外，电池监测设备1进行其将单电池ce1-ce3的端到端电压(“端到端电压”的意思是单电池的两端之间的电压)均等化的控制。此外，电池监测设备1进行如下控制：其使用cvs18检测单电池ce1-ce3的端到端电压，并且在充电期间如果一个以上的端到端电压超过阈值则停止充电，并且在放电期间如果一个以上的端到端电压低于阈值则停止放电。

如图1所示，电池监测设备1包括均等化电路11、第一电容器c1和第二电容器c2、切换部sw1、切换单元12、充放电部(充/放电部)13、电压检测部14、a/d转换器(模拟-数字转换器)15、差分放大电路16、a/d转换器17、cvs18以及微计算机(后文称为“μcom”)19。

均等化电路11是用于进行单电池ce1-ce3的均等化的电路。例如，均等化电路11可以为已知的放电型均等化电路，其中，使用放电电阻将具有高的端到端电压的单电池ce1-ce3放电；或者均等化电路11可以为充电泵型均等化电路，其中，使用电容器等将电荷从具有高的端到端电压的单电池ce1至ce3转移至具有低的端到端电压的单电池ce1-ce3。

第一电容器c1和第二电容器c2分别是用于保持单电池ce1-ce3的端到端电压的电容器。第一电容器c1和第二电容器c2被配置为连接到多个单电池ce1-ce3中的通过切换单元12选择的一个单电池，如后文所述。

第一电容器c1的一个电极板连接到后文描述的作为差分放大电路16的两个输入端子中的一个输入端子的正(+)输入端子。第二电容器c2的一个电极板连接到后文描述的作为差分放大电路16的两个输入端子中的另一个输入端子的负(-)输入端子。

切换部sw1由切换c端子与a端子和b端子之间的连接的开关构成。a端子连接到第一电容器c1的一个电极板并且连接到差分放大电路16的+输入端子，并且b端子连接到第二电容器c2的一个电极板并且连接到差分放大电路16的-输入端子。c端子连接到后文描述的切换部sw+的e+端子。切换部sw1是选择第一电容器c1和第二电容器c2中的一个电容器并且将选择的所述一个电容器连接至切换部sw+的e+端子的切换部。

切换单元12由两个切换部构成，切换部sw+和切换部sw-。切换部sw+由切换e+端子与a+端子、b+端子和c+端子之间的连接的开关构成。a+端子至c+端子分别连接至单电池ce1-ce3的正极。切换部sw+将多个单电池ce1-ce3中的所选的一个单电池的正极连接到电容器c1、c2中的由切换部sw1选择的一个电容器的一个电极板。

切换部sw-由切换e-端子与a-端子、b-端子和c-端子之间的连接的开关构成。a-端子至c-端子分别连接至单电池ce1-ce3的负极。切换部sw-将多个单电池ce1-ce3中的所选的一个单电池的负极连接到电容器c1、c2的另一电极板。

电压检测部14是检测整个电池组2的端到端电压的电路。a/d转换器15将由电压检测部14检测的电池组2的端到端电压转换为数字值，并且将该数字值馈送到μcom19。

充/放电部13连接到电池组2的两极，并且被配置为在电池组2的单电池ce1-ce3的充电或放电期间使得预定的充电电流ic或预定的放电电流id流动。充/放电部13连接到后文描述的μcom19，从而根据来自μcom19的控制信号，充/放电部13使得充电电流ic能够流经单电池ce1-ce3以进行充电，并且使得放电电流id能够流经单电池ce1-ce3以进行放电。

差分放大电路16是已知的差分放大器，其输出+输入与-输入(负输入)的差分电压vm(＝输出)。a/d转换器17将从差分放大电路16输出的差分电压vm(＝输出)转换为数字值并且将该数字值馈送到μcom19。

cvs18由检测单电池ce1-ce3的端到端电压的检测电路构成，并且被配置为向μcom19顺次输出检测结果。

μcom19由具有已知的cpu、rom、ram等的微计算机构成。μcom19充当第二切换控制部和状态检测部，并且进行切换部sw1和切换单元12的通/断控制，并且控制充/放电部13以执行检测单电池ce1-ce3的内阻的内阻检测处理。

在内阻检测处理中，在第一状态下，μcom19将切换部sw+的e+端子连接到a+端子，将切换部sw-的e-端子连接到a-端子，并且将切换部sw1的c端子连接到a端子。由此，在第一状态下，μcom19使得第一电容器c1保持单电池ce1的端到端电压。其后，在第二状态下，μcom19将切换部sw1的c端子连接到b端子。由此，在第二状态下，μcom19使得第二电容器c2保持单电池ce1的端到端电压。第一状态下和第二状态下的单电池ce1的端到端电压输入到差分放大电路16的+输入和-输入。

此处，术语第一状态和第二状态表示流经单电池ce1-ce3的电流不同的状态。在该实施例中，认为第一状态是流经单电池的电流是充电电流ic的状态，并且认为第二状态是流经单电池的电流是放电电流id的状态。μcom19基于来自电压检测部14的检测值控制充/放电部13，并且使得充电电流ic和放电电流id能够流经单电池ce1-ce3。

此外，在内阻检测处理中，μcom19获取差分电压vm，并且检测单电池ce1的内阻以检测单电池ce1的状态。更具体地，在该实施例中，通过下面的等式(1)得出充电状态期间单电池ce1的端到端电压vc1，

vc1＝ve1+r1×ic(1)，

其中，ve1是单电池ce1的电动势，并且r1是单电池ce1的内阻。

同时，通过下面的等式(2)得出放电状态期间单电池ce1的端到端电压vd1，

vd1＝ve1-r1×id(2)。

因此，获得从差分放大电路16输出的差分电压vm，为vc1-vd1＝r1×(ic+id)。从而，如果预先已知充电电流ic和放电电流id，则能够基于差分电压vm获得内阻r1。能够以相似的方式获得单电池ce2、ce3的内阻r2、r3。

μcom19还用作第一切换控制部和均等化部，并且进行切换部sw1和切换单元12的通/断控制，并且控制均等化电路11以进行单电池ce1-ce3的均等化处理。

接着，下面将参考图2所示的流程图详细说明上述电池监测设备1的均等化处理的过程。首先，μcom19在充电结束前开始均等化处理。μcom19将单电池ce1认作基准单电池(基准二次电池)。μcom19将单电池ce1连接到第一电容器c1，并且将单电池ce2连接到第二电容器c2(步骤s1)。

更具体地，在步骤s1中，μcom19将单电池ce1连接到第一电容器c1，并且等待第一电容器c1的端到端电压等于单电池ce1的端到端电压vc1所需的预定时间，然后将单电池ce2连接到第二电容器c2。利用该步骤s1，单电池ce1的端到端电压vc1输入到差分放大电路16的+输入，并且单电池ce2的端到端电压vc2输入到差分放大电路16的-输入。此时，通过下面的等式(4)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc1-vc2)×av(4)。

接着，μcom19获取等式(4)中表示的差分电压vm(步骤s2)。此处，如果vc1>vc2，则等式(4)中表示的差分电压vm大于0(零)。另一方面，如果vc1≤vc2，则等式(4)中表示的差分电压vm等于0，使得不能够识别是vc1＝vc2还是vc1<vc2。而且，在vc1<vc2的情况下，不能识别差的大小。

因此，在随后的步骤中，μcom19切换已经输入差分放大电路16中的单电池ce1与单电池ce2(步骤s3)。在步骤s3中，以与步骤s1相似的方式，μcom19将单电池ce2连接到第一电容器c1，并且将单电池ce1连接到第二电容器c2。从而，单电池ce2的端到端电压vc2输入到差分放大电路16的+输入，并且单电池ce1的端到端电压vc1输入到差分放大电路16的-输入。此时，通过下面的等式(5)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc2-vc1)×av(5)。

接着，μcom19获取等式(5)中表示的差分电压vm(步骤s4)。随后，μcom19将单电池ce1连接到第一电容器c1，并且将单电池ce3连接到第二电容器c2(步骤s5)。由此，单电池ce1的端到端电压vc1输入到差分放大电路16的+输入，并且单电池ce3的端到端电压vc3输入到差分放大电路16的-输入。此时，通过下面的等式(6)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc1-vc3)×av(6)。

接着，μcom19获取等式(6)中表示的差分电压vm(步骤s6)。随后，μcom19切换已经输入差分放大电路16中的单电池ce1与单电池ce3(步骤s7)。在步骤s7中，以与步骤s1相似的方式，μcom19将单电池ce3连接到第一电容器c1，并且将单电池ce1连接到第二电容器c2。从而，单电池ce3的端到端电压vc3输入到差分放大电路16的+输入，并且单电池ce1的端到端电压vc1输入到差分放大电路16的-输入。此时，通过下面的等式(7)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc3-vc1)×av(7)。

接着，μcom19获取等式(7)中表示的差分电压vm(步骤s8)。随后，μcom19基于已经取入到μcom19中的等式(4)至(7)中表示的差分电压vm，判定单电池ce1-ce3之间的大小关系(即，单电池的端到端电压的大小之间的关系)(步骤s9)。即，μcom19能够基于在步骤s2和s4中取入到μcom19中的等式(4)和(5)的差分电压vm，判定vc1与vc2之间的大小关系。如果等式(4)的差分电压vm大于0，则μcom19认定vc1>vc2，并且如果等式(5)的差分电压vm大于0，则μcom19认定vc<vc2，并且如果等式(4)和(5)的差分电压vm为vm＝0，则μcom19认定vc1＝vc2。

此外，μcom19能够基于在步骤s6和s8中取入到μcom19中的等式(6)和(7)的差分电压vm判定vc1至vc3之间的大小关系。如果等式(6)的差分电压vm大于0，则μcom19认定vc1>vc3，并且如果等式(7)的差分电压vm大于0，则μcom19认定vc1<vc3，并且如果等式(6)和(7)的差分电压vm为vm＝0，则μcom19认定vc1＝vc3。

此外，如果μcom19认定vc1<vc2并且vc1<vc3，则μcom19基于在步骤s2和s6中取入到μcom19中的等式(4)和(6)的差分电压vm的大小关系，判定vc2与vc3之间的大小关系。

接着，μcom19基于在步骤s9中获取的单电池ce1-ce3之间的大小关系控制均等化电路11以进行均等化(步骤s10)，然后结束处理。在步骤s10中，μcom19通过使具有最高的端到端电压的单电池放电，或者通过将电荷从具有最高的端到端电压的单电池转移到具有最低的端到端电压的单电池来进行已知的均等化。

根据上述第一实施例，多个单电池ce1-ce3之中的两个单电池的各自的端到端电压输入到差分放大电路16，然后差分放大电路16输出这两个输入的端到端电压之间的差分电压。切换部sw1和切换单元12设置在差分放大电路16与多个单电池ce1-ce3之间。μcom19控制切换部sw1和切换单元12，以切换要输入到差分放大电路16的单电池ce1-ce3中的两个单电池的组合。此外，μcom19基于输入到差分放大电路16的单电池ce1-ce3中的两个单电池的组合以及差分放大电路16的差分电压vm，判定多个单电池ce1-ce3之间的大小关系，然后基于获得的大小关系进行均等化。结果，通过基于两个单电池ce1-ce3的端到端电压vc1-vc3之间的差进行均等化，能够提高均等化的精度。即，由于单电池ce1-ce3之间的差分电压小于单电池ce1-ce3的端到端电压，所以提高了a/d转换器的分辨率性能，使得能够高精度地获得单电池之间的大小关系，从而提高均等化的精度。

此外，根据上述第一实施例，μcom19将两个单电池中的要输入到差分放大电路16的一个单电池视作基准单电池ce1，并且将这两个单电池之中的另一个单电池顺次切换为从不包括基准单电池ce1的多个单电池中选择的单电池ce2、ce3。结果，能够容易地获得多个单电池之间的大小关系。

此外，根据上述第一实施例，在状态检测处理中，μcom19控制切换部sw1和切换单元12，使得在第一电容器c1中保持的第一状态下的单电池ce1-ce3的端到端电压和在第二电容器c2中保持的第二状态下的单电池ce1-ce3的端到端电压输入到差分放大电路16。μcom19基于此时通过差分放大电路16获得的差分电压vm检测单电池ce1-ce3的电池状态。结果，差分放大电路16能够用于均等化并且用于电池状态检测，从而降低成本。

根据上述第一实施例，充/放电部13的通过μcom19的控制用于使二次电池ce1-ce3的状态在第一状态(即，充电电流ic流动的状态)与第二状态(即，放电电流id流动的状态)之间改变。然而，本发明不限于此。在可选的实施例中，可以使用与车辆的负载的驱动相关联的充/放电电流的变化。即，可以将第一状态视作车辆的充/放电电流改变之前的状态，并且可以将第二状态视作车辆的充/放电电流已经改变之后的状态。

<第二实施例>

接着，下面将说明根据第二实施例的电池监测设备。根据第二实施例的电池监测设备的配置与根据第一实施例的电池监测设备的配置相同，从而此处省略配置的详细说明。第一与第二实施例的主要区别在于由μcom19进行的均等化处理过程。

在上述第一实施例中，即使在步骤s2和s6中取入到μcom19中的差分电压vm不为0，也切换要输入到差分放大电路16的两个单电池。然而，因为如果在步骤s2和s6中取入到μcom19中的差分电压vm不为0，则能够判定输入到差分放大电路16的两单电池之间的大小关系，因此不需要进行该切换(即，不需要步骤s5、s6、s7和s8)。因此，在第二实施例中，μcom19被配置为当取入到μcom19中的差分电压vm为0时切换输入到差分放大电路16的两个单电池。

接着，下面将参考图3所示流程图详细说明根据第二实施例的电池监测设备1的均等化处理的过程。首先，μcom19在充电结束前开始均等化处理。以与第一实施例的步骤s1相似的方式，μcom19将单电池ce1认作基准电池，并且将单电池ce1连接到第一电容器c1，并且将单电池ce2连接到第二电容器c2(步骤s11)。

利用该步骤s11，通过下面的等式(4)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc1-vc2)×av(4)。

接着，μcom19获取等式(4)中表示的差分电压vm(步骤s12)。此后，μcom19判定已经在步骤s12中获取的差分电压vm是否为0(步骤s13)。如果差分电压vm为0(步骤s13中为：“是”)，则μcom19切换差分放大电路16的输入(步骤s14)。在步骤s14中，以与第一实施例的步骤s3相似的方式，μcom19将单电池ce2连接到第一电容器c1，并且将单电池ce1连接到第二电容器c2。此时，通过下面的等式(5)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc2-vc1)×av(5)。

接着，μcom19获取等式(5)表示的差分电压vm(步骤s15)，然后前进到步骤s16。另一方面，如果差分电压vm大于0(步骤s13中为“否”)，则μcom19不前进到步骤s14和s15，而是直接前进到步骤s16。

在步骤s16中，以与第一实施例的步骤s5相似的方式，μcom19将单电池ce1连接到第一电容器c1，并且将单电池ce3连接到第二电容器c2。此时，通过下面的等式(6)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc1-vc3)×av(6)。

接着，μcom19获取等式(6)表示的差分电压vm(步骤s17)。此后，μcom19判定已经在步骤s17中获取的差分电压vm是否为0(步骤s18)。如果差分电压vm为0(步骤s18中为：“是”)，则μcom19切换差分放大电路16的输入(步骤s19)。在步骤s19中，μcom19将单电池ce3连接到第一电容器c1，并且将单电池ce1连接到第二电容器c2。此时，通过下面的等式(7)得出从差分放大电路16输出的差分电压vm，

vm＝(vc3-vc1)×av(7)。

接着，μcom19获取等式(7)表示的差分电压vm(步骤s20)，然后前进到步骤s21。另一方面，如果差分电压vm大于0(步骤s18中为“否”)，则μcom19不前进到步骤s19和s20，而是直接前进到步骤s21。在步骤s21中，以与第一实施例的步骤s9相似的方式，μcom19基于取入到μcom19中的等式(4)到(7)表示的差分电压vm判定单电池ce1-ce3之间的大小关系。

接着，μcom19基于在步骤s21中获取的单电池ce1-ce3之间的大小关系控制均等化电路11以进行均等化(步骤s22)，然后结束处理。

根据上述第二实施例，μcom19被配置为控制切换部sw1和切换单元12，从而当差分放大电路16的差分电压vm为0时切换输入到差分放大电路16的+输入和-输入的单电池ce1-ce3。从而，当差分放大电路16的差分电压vm大于0时，μcom19不切换差分放大电路16的输入，实现处理速度的提高。

在上述第一和第二实施例中，单电池ce1被视为基准电池。然而，本发明不限于此。即，基准电池可以为单电池ce1-ce3中的任意一者，从而基准电池可以为单电池ce2或单电池ce3。

<第三实施例>

接着，下面将说明根据第三实施例的电池监测设备。根据第三实施例的电池监测设备的配置与根据第二实施例的电池监测设备的配置相同，从而此处省略配置的详细说明。

在上述第二实施例中，单电池ce1被视为基准电池。然而，本发明不限于此。即，在先前均等化中被判定为具有最高的端到端电压的单电池ce1-ce3可以被视为基准电池，并且可以输入到差分放大电路16的+输入。这降低了差分放大电路16的差分电压变为0的可能性(即，步骤s13和s18中沿着“y”进行的可能性)，从而降低了切换差分放大电路16的输入的可能性。结果，能够提高处理速度。

此外，在上述第一至第三实施例中，差分放大电路16用于状态检测处理并且用于均等化处理。然而，本发明不限于此。分开的差分放大电路16可以分别用于状态检测处理和均等化处理。在该情况下，用于均等化的差分放大电路16可以不必包括电容器c1、c2。

此外，上述第一至第三实施例包括两个电容器c1、c2。然而，本发明不限于此。替代的实施例可以仅包括一个电容器以保持第一状态下的二次电池ce1-ce3，而第二状态的二次电池ce1-ce3可以直接输入到差分放大电路16。

而且，μcom19可以比较在上述均等化处理中已经取入的差分电压vm与由cvs18检测的单电池ce1-ce3的端到端电压vc1-vc3，以检测cvs18中的故障。例如，μcom19被配置为，当在单电池ce1、ce2的差分电压vm与由cvs18检测的单电池ce1、ce2的端到端电压vc1、vc2所获得的差之间存在显著差异时，检测出cvs18的故障。

应理解本发明不限于上述实施例，即，可以在不脱离本发明的范围的情况下实施各种改变和变型。