电池系统的制作方法

本发明涉及一种电池系统。

背景技术：

传统地，作为上述电池系统，已知一种蓄电池系统，其判定电池的劣化并且能够用备用电池替换已劣化的电池(专利文献1)。

顺便提及，可能安装了用过的电池作为上述电池。用过的电池的劣化状态依据使用者的使用而不同。通常地，先行劣化的电池具有降低的电池容量，并且因此，能够充电和放电的电力容量比尚未劣化的电池的电力容量小。

如果处于不同的劣化状态的电池混合并且串联连接，则在充电/放电期间已经劣化的电池将最先完全充电或者完全放电。在该情况下，即使其他电池还有剩余容量，也必须停止充电和放电，并且存在电池容量不能用尽的问题。

因此，传统地，已经通过选择具有相同的劣化状态的电池而配置新的电池系统。在该情况下，由劣化状态不同的电池组成的电池系统由于电池系统的电池容量不同而难以实现为产品。因此，需要收集具有相同的劣化状态的电池以支持生产的产品的数量。在该情况下，仍会产生由劣化状态不同的电池组成的电池系统，并且需要考虑与这些电池相应的不同产品。根据以上情况，需要具有大的仓库用以分类和集中存放电池，这使得难以降低成本。

引用列表

专利文献

专利文献1：jp2013-240155a

技术实现要素：

技术问题

例如，在具有图1所示的配置的电池系统的情况下，即使将不同劣化状态的电池混合，也能够充分地使用所有电池的容量。在该电池系统中，用于阻断的开关与各个电池串联布置，并且旁路开关与各个电池并联设置。因此，当电池完全充电或者完全放电时，能够通过将开关断开并且将旁路开关接通以切断完全充电或完全放电的电池而将该电池与其它电池分离。即使一些电池完全充电或完全放电，也能够对其它电池继续充电或放电。

然而，在上述电池系统中，在放电期间，在进行将完全放电的电池断开的操作的同时，即，直至断路开关断开并且旁路开关接通，对负载的电力供给才停止。

已经鉴于以上背景而做出本发明，并且本发明的目的是提供一种电池系统，其能够在即使进行断开完全放电的电池的操作的同时也继续向负载供给电力。

解决问题的方案

根据本发明的一个方面，提供了一种电池系统，包括：

电池电路群，在所述电池电路群中，多个电池电路并联连接，每个所述电池电路均包括串联连接的多个电池单元，每个所述电池单元均包括正极端、负极端、电池和切换单元；以及

控制单元，该控制单元判定所述电池的充电状态，并且基于判定的所述充电状态而控制所述切换单元，

其中，在每个所述电池单元中，所述切换单元将所述电池单元的状态在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述电池连接在所述正极端与所述负极端之间，在所述第二状态下，所述正极端与所述负极端连接而不经过所述电池，

其中，当所述电池电路群进行放电时，所述控制单元控制所述切换单元，使得包括被判定为未完全放电的电池的所述电池单元的状态变为所述第一状态，并且使得包括被判定为完全放电的电池的所述电池单元的状态变为所述第二状态，并且

其中，每个所述电池电路均具有二极管，该二极管与所述多个电池单元串联连接，使得所述电池的放电方向是正向。

优选地，当所述电池两端的电压大于预定的放电终止电压时，所述控制单元判定所述电池未完全放电，并且当所述电池两端的电压小于或等于所述预定的放电终止电压时，所述控制单元判定所述电池完全放电。

优选地，多个电池电路中的每个电池电路均还包括旁路开关，该旁路开关与所述二极管并联连接，并且

所述控制单元控制所述切换单元，使得当所述电池电路群进行充电时，包括被判定为未完全充电的电池的所述电池单元的状态变为所述第一状态，并且包括被判定为完全充电的电池的所述电池单元的状态变为所述第二状态。

优选地，当所述电池两端的电压小于预定的充电终止电压时，所述控制单元判定所述电池未完全充电，并且当所述电池两端的电压等于或大于所述预定的充电终止电压时，所述控制单元判定所述电池完全充电。

优选地，所述控制单元控制所述旁路开关，使得仅一个所述电池电路的旁路开关接通，并且通过将所述旁路开关控制为使得当判定在所述旁路开关接通的所述电池电路中的所有所述电池均完全充电时断开旁路开关，所述控制单元控制所述旁路开关以依次对所述多个电池电路充电。

发明的有益效果

根据上述方面，能够提供一种电池系统，即使在进行断开完全放电的电池的操作时，其也能够继续向负载供给电力。

附图说明

图1是示出第一实施例中的本发明的电池系统的电路图；

图2是示出图1所示的控制单元的充电处理步骤的流程图；

图3是图1所示的控制单元的放电处理步骤的流程图；

图4是示出第二实施例中的本发明的电池系统的电路图；

图5是示出第三实施例中的本发明的电池系统的电路图；

图6是示出图5所示的控制单元的充电处理步骤的流程图；以及

图7是图5所示的控制单元的放电处理步骤的流程图。

参考标记列表

1电池系统

11a-11e电池单元

13控制单元

111a-111e电池

112a-112e切换单元

c1第一触点

c2第二触点

c3第三触点

sw1a-sw1e第一开关

sw2a-sw2e第二开关

sw3a-sw3e转换开关

510电池电路

511二极管

512旁路开关

520充电控制单元

530负载

具体实施方式

(第一实施例)

后文中，将基于图1描述本发明的第一实施例。图1所示的电池系统1是例如安装在由电动机驱动的ev或hev车辆上并且向电动机供给电力的装置。

如图1所示，电池系统1包括多个电池单元11a至11e、多个电压测量单元12a至12e以及控制单元13。多个电池单元11a至11e具有相同的配置。在本实施例中，将描述作为代表的电池单元11a。顺便提及，在电池单元11a至11e中，电池单元11a的描述中的“a”能够被分别替换为“b”至“e”，并且将省略详细的说明。

电池单元11a包括电池111a和切换单元112a。

电池111a是可充电/可放电的蓄电池，并且可以由一个单电池构成，或者可以由多个单电池构成。在本实施例中，车辆上使用的用过的电池被用作设置在多个电池单元11a至11e中的电池111a至111e。测量用于车辆的用过的电池的劣化状态，并且将电池111a至111e分类，使得多个电池111a至111e的总容量成为期望的容量。此时，电池111a至111e的电池劣化程度不必须是相同的，并且电池111a至111e的总容量可以是期望的容量。

切换单元112a在相应的电池111a用作电源的连接状态与不用作电源的非连接状态之间可切换地设置。更具体地，通过切换单元112a至112e切换到连接状态的电池串联连接，并且通过切换单元112a至112e切换到非连接状态的电池从连接的电池断开。

切换单元112a包括：第一开关sw1a，其串联连接到电池111a；第二开关sw2a，其与电池111a和第一开关sw1a并联连接。现在，第一开关sw1a的一端t11连接到相应电池111a的一个电极(例如，正极)。第二开关sw2a的一端t21连接到相应电池111a的另一个电极(例如，负极)，并且第二开关sw2a的另一端t22连接到第一开关sw1a的另一端t12。

上述电池单元11a至11e串联连接，并且它们的两端连接到将直流电转换为交流电的dc/ac转换器14。即，设置在电池单元11a至11e的布置方向上的一侧上(图1中的左侧)的电池单元11a中的第一开关sw1a的另一端t12和第二开关sw2a的另一端t22连接到dc/ac转换器14。此外，设置在布置方向上的另一侧上(图1中的右侧)的电池单元11e中的电池111e的另一个电极和第二开关sw2e的一端t21连接到dc/ac转换器。

此外，第一开关sw1b、...、sw1e连接在彼此相邻的电池111a与111b、...、111d与111e之间。此外，彼此相邻的电池单元11a与11b、...、11d与11e的第二开关sw2a、...、2d的一端t21与第二开关sw2b、...、2e的另一端t22互相连接。

根据以上配置，当第二开关sw2a断开并且第一开关sw1a接通时，电池111a处于连接状态。当第一开关sw1a断开，并且第二开关sw2a接通时，电池111a处于断开状态。

多个电压测量单元12a至12e测量相应电池111a至111e两端的电压，并且将测量结果输出到稍后描述的控制单元13。

控制单元13包括公知的cpu、rom和ram并且控制整个电池系统1。控制单元13基于电池111a至111e两端的电压而接通和断开第一开关sw1a至sw1e和第二开关sw2a至sw2e。

接着，将参考图2和3的流程图描述如上所述地配置的电池系统1的操作。首先，当开始电池系统1的充电时，控制单元13开始图2所示的充电处理。首先，控制单元13在断开所有电池单元11a至11e的第二开关sw2a至sw2e之后接通第一开关sw1a至sw1e(步骤s10)。结果，所有电池111a至111e串联连接并且充电。

接着，控制单元13使用电压测量单元12a至12e测量各电池111a至111e的两端的电压(步骤s11)。控制单元13判定多个电池111a至111e中是否存在已经达到预定充电终止电压的电池(步骤s12)。如果不存在已经达到充电终止电压的电池(步骤s12中否)，则控制单元13判定电池111a至111e均未完全充电，并且返回到步骤s11。

另一方面，如果电池111a至111e中存在已经达到充电终止电压的电池(步骤s12中是)，则控制单元13判定电池111a至111e中的所述电池完全充电，并且第一开关sw1a至sw1e中的与完全充电的所述电池相应的第一开关断开，并且第二开关sw2a至sw2e中的与完全充电的所述电池相应的第二开关接通(步骤s13)。从而，电池111a至111e中的处于完全充电状态的所述电池切换到非连接状态，并且停止充电。其后，控制单元13前进到步骤s14。

在步骤s14中，控制单元13判定充电是否已经结束。如果充电结束(步骤s14中是)，则控制单元13结束充电处理。另一方面，如果充电未结束(步骤s14中否)，则控制单元13再次返回到步骤s11。

此外，当开始电池系统1的放电时，控制单元13开始图3所示的放电处理。首先，控制单元13在断开所有电池单元11a至11e的第二开关sw2a至sw2e之后接通第一开关sw1a至sw1e(步骤s20)。结果，所有电池111a至111e串联连接并且放电。

接着，控制单元13使用电压测量单元12a至12e测量各电池111a至111e的两端的电压(步骤s21)。控制单元13判定多个电池111a至111e中是否存在已经达到预定放电终止电压的电池(步骤s22)。如果不存在已经达到放电终止电压的电池(步骤s22中否)，则控制单元13判定电池111a至111e均未完全放电，并且返回到步骤s21。

另一方面，如果电池111a至111e中存在已经达到放电终止电压的电池(步骤s22中是)，则控制单元13判定电池111a至111e中的所述电池完全放电，并且第一开关sw1a至sw1e中的与完全放电的所述电池相应的第一开关断开，并且第二开关sw2a至sw2e中的与完全放电的所述电池相应的第二开关接通(步骤s23)。从而，电池111a至111e中的处于完全放电状态的所述电池切换到非连接状态，并且停止放电。其后，控制单元13前进到步骤s24。

在步骤s24中，控制单元13判定放电是否已经结束。如果放电结束(步骤s24中是)，则控制单元13结束充电处理。另一方面，如果放电未结束(步骤s24中否)，则控制单元13再次返回到步骤s21。

接着，将在劣化从电池111a向电池111e进行的假设下，描述上述电池系统1的操作的实例。当电池系统1充电时，控制单元13首先断开所有电池单元11a至11e的第二开关sw2a至sw2e，而后接通第一开关sw1a至sw1e。从而，在开始充电时，所有的电池111a至111e充电。其后，由于劣化最重的电池111e两端的电压达到充电终止电压，所以控制单元13断开第一开关sw1e并且接通第二开关sw2e。结果，电池111e断开，并且在电池系统1由电池111a至111d构成的情况下继续充电。

接着，由于电池劣化第二重的电池111d两端的电压达到充电终止电压，所以控制单元13断开第一开关sw1d并且接通第二开关sw2d。结果，电池111d也断开，并且在电池系统1由电池111a至电池111c构成的情况下继续充电。通过重复该处理直至一个电池，能够进行充电直到所有的电池111a至111e的充电soc的状态达到100％(＝完全充电状态)。

另一方面，当电池系统1放电时，控制单元13首先断开所有电池单元11a至11e的第二开关sw2a至sw2e，而后接通第一开关sw1a至sw1e。从而，在放电的开始，所有的电池111a至111e放电。其后，由于劣化最重的电池111e两端的电压达到放电终止电压，所以控制单元13断开第一开关sw1e并且接通第二开关sw2e。结果，电池111e断开，并且在电池系统1由电池111a至111d构成的情况下继续放电。

接着，由于电池劣化第二重的电池111d两端的电压达到放电终止电压，所以控制单元13断开第一开关sw1d并且接通第二开关sw2d。结果，电池111d也断开，并且在电池系统1由电池111a至电池111c构成的情况下继续放电。通过重复该处理直至一个电池，能够进行放电直到所有的电池111a至111e的充电soc的状态变为0％(＝完全放电状态)。

根据上述第一实施例，在正常状态下控制单元13将多个切换单元112a至112e控制为处于连接状态，并且与在充电期间被判定为完全充电或者在放电期间被判定为完全放电的电池111a至111e相对应地将切换单元112a至112e控制为断开。从而，如上所述，所有的电池111a至111e能够充电至完全充电，并且所有的电池111a至111e能够放电至放电结束。因此，能够以低成本提供电池系统1，即使混合了处于不同劣化状态的电池111a至111e，该电池系统1也能够充分地使用所有电池111a至111e的容量。

此外，根据上述第一实施例，切换单元112a由与电池111a串联连接的第一开关sw1a以及与电池111a和第一开关sw1a并联连接的第二开关sw2a构成(对于切换单元112b至112e，“a”可替换为“b”至“e”)。从而，能够使用开关sw1a至sw1e和sw2a至sw2e在连接状态与断开状态之间容易地切换电池111a至111e。

(第二实施例)

接着，将基于图4描述本发明的第二实施例。第一实施例与第二实施例的显著区别在于切换单元112a至112e的配置。在本实施例中，将描述作为代表的切换单元112a。顺便提及，在切换单元112a至112e中，切换单元112a的描述中的“a”能够被分别替换为“b”至“e”，并且将省略详细的说明。在上述第一实施例中，切换单元112a由两个通/断开关sw1a和sw2a构成，然而在第二实施例中，切换单元112a由一个转换开关sw3a构成。

顺便提及，在图4中，与已经在上述第一实施例中描述的图1中的部件相同的部件被赋予相同的参考标号，并且将省略它们的细节。

切换单元112a由转换开关sw3a组成，该转换开关sw3a切换第一触点c1与第二触点c2和第三触点c3之间的连接，第二触点连接于电池111a的一个电极，第三触点连接于电池111a的另一电极。顺便提及，转换开关sw3a的第一触点c1连接到dc/ac转换器14。转换开关sw3b至sw3e的第一触点c1分别连接到相邻的电池111a至111d。

根据以上配置，当转换开关sw3a至sw3e切换到第二触点c2侧时，建立连接状态，并且当转换开关sw3a至sw3e切换到第三触点c3侧时，建立断开状态。

接着，将描述如上所述地配置的电池系统1的操作。第二实施例的操作与以上参考图2和3描述的第一实施例的操作基本相同。区别在于：在第一实施例中，在步骤s10和s20中，控制单元13接通第一开关sw1a至sw1e并且断开第二开关sw2a至sw2e，然而在第二实施例中，转换开关sw3a至sw3e切换到第二触点c2侧。此外，在第一实施例中，在步骤s13和s23中，控制单元13与完全充电或完全放电状态下的电池111a至111e相应地断开第一开关sw1a至sw1e和接通第二开关sw2a至sw2e，然而在第二实施例中，相应的转换开关sw3a至sw3e切换到第三触点c3侧。

此外，根据上述第二实施例，切换单元112a至112e由转换开关sw3a至sw3e构成。从而，能够使用转换开关sw3a至sw3e在连接状态与断开状态之间容易地切换电池111a至111e。此外，防止了由于第一开关sw1a至sw1e和第二开关sw2a至sw2e的错误切换而导致的短路。

(第三实施例)

接着，将基于图5描述第三实施例。在第三实施例中，设置有多个电池电路510并联连接的电池电路群，每个电池电路510均具有串联连接的多个电池单元11a至11e。此外，充电控制单元520与负载530并联连接到电池电路510的两端。虽然在图5中未示出，但是在第三实施例中，与第一实施例和第二实施例类似地，设置用于测量电池111a至111e的两端的电压的电压测量单元12a至12e。

与第一实施例类似地，各个电池电路510包括由第一开关sw1a至sw1e和第二开关sw2a至sw2e组成的切换单元112a至112e。然后，与第一实施例类似地，当电池111a至111e既未完全充电也未完全放电时，第一开关sw1a至sw1e接通并且第二开关sw2a至sw2e断开。从而，电池单元11a至11e处于如下状态(第一状态)：电池111a至111e连接在电池单元11a至11e的正极端113a至113e与负极端114a至114e之间。电池111a至111e串联连接到其它的第一状态下的电池单元11a至11e的电池111a至111e，并且用作电源。此外，当判定电池111a至111e已经达到完全充电状态或者完全放电状态时，第一开关sw1a至sw1e断开并且第二开关sw2a至sw2e接通。结果，电池单元11a至11e的正极端113a至113e与负极端114a至114e在没有电池111a至111e的状态下连接(第二状态)。电池111a至111e与在其它的第一状态下的电池单元11a至11e的电池111a至111e分离，并且不用作电源。

顺便提及，在图5中，切换单元112a至112e由第一开关sw1a至sw1e和第二开关sw2a至sw2e构成。然而，替代地，与第二实施例类似地，切换单元112a至112e可以由转换开关sw3a至sw3e构成。在该情况下，当电池111a至111e既未完全充电也未完全放电时，在转换开关sw3a至sw3e中，触点c1连接到触点c2。从而，电池单元11a至11e处于如下状态(第一状态)：电池111a至111e连接在电池单元11a至11e的正极端113a至113e与负极端114a至114e之间。电池111a至111e串联连接到其它的第一状态下的电池单元11a至11e的电池111a至111e，并且用作电源。另外，当判定电池111a至111e已经达到完全充电状态或者完全放电状态时，在转换开关sw3a至sw3e中，触点c1连接到触点c3。结果，电池单元11a至11e的正极端113a至113e与负极端114a至114e在没有电池111a至111e的状态下连接(第二状态)。电池111a至111e与其它的第一状态下的电池单元11a至11e的电池111a至111e分离，并且不用作电源。

在第一实施例中，在放电操作期间，在处于完全放电状态的电池断开的同时，即，直至第一开关sw1a至sw1e断开并且第二开关sw2a至sw2e接通，才停止向负载的电力供给。此外，同样在第二实施例中，在放电操作期间，在处于完全放电状态的电池断开的同时，即，直至转换开关sw3a至sw3e从第二触点c2切换到第三触点c3，才停止向负载的电力供给。

因此，在第三实施例中，具有串联连接的电池111a至111e的多个电池电路510并联连接。结果，即使电池电路510中的一个电池电路操作为在放电时断开完全放电的电池，电流也流经其它的电池电路510。因此，在进行断开完全放电的电池的操作的同时，不停止向负载530的电力供给。

此外，在第三实施例中，在多个电池电路510中的每个电池电路中，二极管511与多个电池单元11a至11e串联连接，使得电池111a至111e的放电方向为正向。例如，在图5中，电池单元11a的正极端113a连接到二极管510的阳极。因此，即使多个电池电路510中的每个电池电路的总电压由于断开了处于完全放电状态的电池而不同，也能够防止在放电时电流从具有高的总电压的电池电路510流向具有低的总电压的电池电路510。

当多个电池电路510如上所述地配置时，用于对电池111a至111e充电的电流的方向与二极管511的正向相反，并且用于对电池111a至111e充电的电流不能通过二极管511。从而，在第三实施例中，如图5所示，多个电池电路510中的每个电池电路包括与二极管511并联连接的旁路开关512。通过在充电时接通旁路开关512，用于对电池111a至111e充电的电流能够绕过二极管，并且能够供给用于对电池111a至111e充电的电流。

另外，控制单元13控制旁路开关512，使得多个电池电路510在充电时逐个依次充电。即，控制单元13在多个电池电路510之中仅接通一个旁路开关512，断开其它电池电路510的旁路开关512，并且仅对旁路开关512接通的电池电路510充电。然后，当完成充电时，旁路开关512断开，并且其它未充电的电池电路510的仅一个旁路开关512接通，以对该电池电路510充电。通过继续这样的控制，控制单元13依次对电池电路510充电。因此，电池电路510在充电时不互相连接。因此，在第三实施例中，即使多个电池电路510中的每个电池电路的总电压由于断开了完全充电的电池而不同，也没有电流从具有高的总电压的电池电路510流入到具有低的总电压的电池电路510。

图6示出了第三实施例中的放电时的操作的流程图。所有的第一开关sw1a至sw1e、第二开关sw2a至sw2e以及旁路开关512均断开(步骤s601)。第一开关sw1a至sw1e接通(步骤s602)。其后，开始放电(步骤s603)。

接着，控制单元13测量电池111a至111e的两端的电压(步骤s604)。控制单元13判定多个电池111a至111e中是否存在已经达到预定的放电终止电压的电池(步骤s605)。如果电池111a至111e中不存在已经达到放电终止电压的电池(步骤s605中否)，则控制单元13判定电池111a至111e均未完全放电，并且返回到步骤s604。

另一方面，如果存在已经达到放电终止电压的电池111a至111e(步骤s605中是)，则控制单元13判定电池111a至111e中该电池处于完全放电状态，并且第一开关sw1a至sw1e中的与电池111a至111e中的该电池相应的第一开关断开，并且第二开关sw2a至sw2e中的与电池111a至111e中的该电池相应的第二开关接通(步骤s606)。结果，电池111a至111e中的处于完全放电状态的电池的连接切换到断开状态，并且停止电池111a至111e中的处于完全放电状态的电池的放电。其后，控制单元13前进到步骤s607。

在步骤s607中，控制单元13判定所有电池111a至111e的放电是否已经停止，即，所有电池111a至111e的放电是否已经结束。如果所有电池111a至111e的放电结束(步骤s607中是)，则控制单元13停止放电(s608)，并且所有的第一开关sw1a至sw1e、第二开关sw2a至sw2e以及旁路开关512断开(步骤s609)，并且第一开关sw1a至sw1e接通(步骤s610)。另一方面，如果所有电池111a至111e的放电未结束(步骤s606中否)，则控制单元13再次返回到步骤s604。

图7是示出第三实施例中的充电时的操作的流程图。所有的第一开关sw1a至sw1e、第二开关sw2a至sw2e以及旁路开关512均断开(步骤s701)。第一开关sw1a至sw1e接通，并且仅电池电路510之中的尚未充电的一个电池电路510的旁路开关512接通(步骤s702)。其后，开始充电(步骤s703)。

接着，控制单元13测量各电池111a至111e的两端的电压(步骤s704)。控制单元13判定多个电池111a至111e中是否存在已经达到预定的充电终止电压的电池(步骤s705)。如果电池111a至111e中不存在已经达到充电终止电压的电池(步骤s705中否)，则控制单元13判定电池111a至111e均未完全充电，并且返回到步骤s704。

另一方面，如果电池111a至111e中存在已经达到充电终止电压的电池(步骤s705中是)，则控制单元13判定电池111a至111e中的该电池处于完全充电状态，并且与电池111a至111e中的该电池相应地，第一开关sw1a至sw1e断开，并且第二开关sw2a至sw2e接通(步骤s706)。从而，电池111a至111e中的处于完全充电状态的该电池的连接切换到断开状态，并且停止充电。其后，控制单元13前进到步骤s707。

在步骤s707中，控制单元13判定旁路开关512接通的电池电路510的所有电池111a至111e的充电是否停止，即，旁路开关512接通的电池电路510的充电是否已经结束(s707)。如果旁路开关512接通的电池电路510的充电已经结束(步骤s707中是)，则控制单元13前进到步骤s708。如果旁路开关512接通的电池电路510的充电尚未结束(步骤s707中否)，则处理再次返回到步骤s704。

在步骤s708中，控制单元判定所有电池电路510的充电是否已经结束。如果所有电池电路510的充电结束(步骤s708中是)，则控制单元13停止充电(s709)，并且所有的第一开关sw1a至sw1e、第二开关sw2a至sw2e以及旁路开关512均断开(步骤s710)，并且第一开关sw1a至sw1e接通(步骤s711)。另一方面，如果所有电池111a至111e的充电未结束(步骤s708中否)，则控制单元13再次返回到步骤s701。

顺便提及，本发明不限于以上实施例。即，能够在本背离本发明的范围的情况下进行各种变形。