專利名稱：多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單電池電壓均衡處理裝置，其用于實現(xiàn)多節(jié)單電池串聯(lián)連接以輸出所需電壓的多節(jié)電池組中的各單電池的輸出電壓的均衡。
背景技術(shù)：
在電動汽車和混合動力車輛中，具有作為電機的驅(qū)動電源的高電壓電池。這樣的高電壓電池通過將鎳氫電池、鋰電池等二次電池(充電式電池)的電池單元串聯(lián)連接來獲得高電壓。另外，由于所有的二次電池以相同功率進行充電或放電，因此，當各二次電池的老化狀態(tài)不同時，二次電池將易處于過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)。因此，為了避免二次電池處于過充電或過放電狀態(tài)，需要確認每個電池的充電狀態(tài)。為此,將多個(例如,55個)電池分為5組(S卩，每11個電池為一組)，使用設(shè)在每組中的電壓檢測用IC對各組電壓進行實時測量。此外，在高電壓電池的已反復多次進行了充放電操作且長期使用的情況下，或高電壓電池被長期放置的情況下，二次電池的電壓剩余量有可能變得不均勻。在這樣的情況下，高電壓電池的使用容量將減少，以致不能從高電壓電池獲得充足的電力。因此，如日本特開2003-189490號公報(專利文獻I)和日本特開2002-101565號公報(專利文獻2)所述，提出了用于均衡各單電池的輸出電壓的單電池電壓均衡處理裝置。在該單電池電壓均衡處理裝置中，為使電動汽車或混合動力車輛等所搭載的二次電池的各單電池的輸出電壓均衡，當點火開關(guān)關(guān)閉時，檢測各單電池的輸出電壓，并對輸出電壓較高的單電池的輸出電壓進行放電，以與輸出電壓最低的單電池保持一致(參照日本特開2003-189490號公報)。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2003-189490號公報專利文獻2:日本特開2002-101565號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題然而，在上述的以往的單電池電壓均衡處理裝置中，是基于由電壓檢測用IC檢測出的電池輸出電壓來實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡。因此，出現(xiàn)了因電壓檢測用IC對電池輸出電壓的檢測精度的不同，使得實現(xiàn)均衡的基準電壓值也不同的情況。因此，存在不能以高精度實現(xiàn)電池的輸出電壓的均衡的問題。本發(fā)明是為了解決上述課題而作出，其目的在于提供一種能夠以高精度實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡的多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置。解決課題的手段為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的單電池電壓均衡處理裝置用于將多節(jié)單電池串聯(lián)連接對輸出所需電壓的多節(jié)電池組中的各上述單電池的輸出電壓進行均衡處理，其特征在于，具有:電壓測量單元，其對上述各單電池的輸出電壓進行測量；放電單元，其設(shè)置在上述各單電池中，用于在單電池的正極和負極之間通電，對上述單電池的輸出電壓進行放電；電壓剩余量測量單元，其基于由上述電壓測量單元測量的至少一個單電池的輸出電壓，求出上述多節(jié)電池組的電壓剩余量，判斷該電壓剩余量是否為變成預先設(shè)定的第一閾值以下的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高，電池電壓的偏差易于被擴大的區(qū)域)時的預定剩余量；差分值運算單元，其用于求出上述電壓測量單元所測量的各單電池的輸出電壓減去預先設(shè)定的預定的基準電壓的差分值；和均衡處理控制單元，當存在由上述差分值運算單元求出的差分值在第一電壓閾值以上的單電池時，該均衡處理控制單元利用設(shè)于該單電池的上述放電單元進行放電，來使各單電池的輸出電壓均衡，上述均衡處理控制單元在上述電壓剩余量測量單元所測量的電壓剩余量并非上述預定剩余量的情況下，以距上次的均衡處理經(jīng)過了預先設(shè)定的第一等待時間為條件，執(zhí)行上述各單電池的均衡處理；在電壓剩余量為上述預定剩余量的情況下，以距上次的均衡處理經(jīng)過了比上述第一等待時間短的第二等待時間為條件，執(zhí)行上述各單電池的均衡處理。在電壓剩余量為上述預定剩余量且均衡處理對象的單電池也在第一閾值以下的情況下，也可以縮短對象單電池的均衡處理時間?；蛘咭部梢詼p小放電電流。在上述多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置中，除了上述多節(jié)電池組的電壓剩余量在上述第一閾值以下的情況以外，也可以將第二閾值以上的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高，電池電壓的偏差易于被擴大的區(qū)域)的情況作為上述預定剩余量，其中，上述第二閾值設(shè)定為大于上述第一閾值。在上述多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置中，上述均衡處理控制單元也可以在由上述差分值運算單元從各單電池的輸出電壓減去上述基準電壓后的差分值全部在第二電壓閾值以下時，結(jié)束上述各單電池的均衡處理，上述第二電壓閾值被設(shè)定為小于上述第一電壓閾值。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在電壓剩余量為第一閾值以下的預定剩余量的情況下，以從上次的均衡處理開始，經(jīng)過了比第一等待時間短的第二等待時間為條件，執(zhí)行各單電池的均衡處理。因此，在預定的電壓剩余量的情況下，在距上次的均衡處理較短的時間內(nèi)再次執(zhí)行均衡處理。另外，由于在第一閾值以下的區(qū)域中，相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高，因此能夠以高精度實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡。另外，通過在電壓剩余量為預定剩余量的情況下執(zhí)行均衡處理，能夠以高精度檢測出的單電池的輸出電壓作為基準電壓進行均衡處理。因此，不會出現(xiàn)根據(jù)電壓測量單元所檢測出的單電池輸出電壓的精度不同而導致作為均衡處理基準的基準電壓值不同的情況。因此，能夠提供一種可實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡的多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置。此外，除了電壓剩余量為第一閾值以下的情況外，在將電壓剩余量為第二閾值以上的情況作為預定剩余量時，能夠以更高精度實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡。此外，當以從各單電池的輸出電壓減去基準電壓而得到的所有差分值在第二電壓閾值以下為條件，結(jié)束各單電池的均衡處理時，能夠防止多節(jié)電池組的過放電狀態(tài)，并能夠以高精度實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡。


圖1為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的詳細結(jié)構(gòu)的示意框圖。圖3為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的放電電路的示意圖。圖4為本發(fā)明實施方式的二次電池的電壓剩余量與輸出電壓的關(guān)系特性示意圖。圖5為本發(fā)明實施方式的電池的輸出電壓進行放電時的輸出電壓和電壓偏差與時間的關(guān)系特性示意圖。圖6為現(xiàn)有的均衡處理實施區(qū)域的示意圖。圖7為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的均衡處理實施區(qū)域的示意圖。圖8為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的均衡處理的流程示意圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明實施方式進行說明。首先，參照圖1，對本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置進行說明。本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置是一種實現(xiàn)多節(jié)電池串聯(lián)連接以輸出所需的電壓的多節(jié)電池組的各單電池的輸出電壓的均衡的裝置。圖1為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10和由多個單電池BTl BT55組成的二次電池(多節(jié)電池組)13的示意框圖。本實施方式的二次電池13是例如鋰電池等充電式電池，被用作搭載于電動汽車或外接充電式混合動力車輛(plug in hybrid)等以驅(qū)動車輛驅(qū)動用電機的高壓電池。如圖1所示，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10通過絕緣接口 32分成高壓側(cè)裝置11和低壓側(cè)裝置12。高電壓側(cè)裝置11具有5個電壓檢測用IC (電壓測量單元)，即第一電壓檢測用IC(21-1) 第五電壓檢測用IC (21-5)。并且，第一電壓檢測用IC (21-1)對被劃歸第一組件61-1的11個單電池BTl BTll的輸出電壓進行測量。此外，第二電壓檢測用IC (21-2)對被劃歸第二組件61-2的11個單電池BT12 BT22的輸出電壓進行測量，同樣，第三電壓檢測用IC (21-3)對被劃歸第三組件61-3的11個單電池BT23 BT33的輸出電壓進行測量，第四電壓檢測用IC (21_4)對被劃歸第四組件61-4的11個單電池BT34 BT44的輸出電壓進行測量，第五電壓檢測用IC (21_5)對被劃歸第五組件61-5的11個單電池BT45 BT55的輸出電壓進行測量。即，電壓檢測用IC (21-1) (21-5)作為各單電池BTl BT55的輸出電壓檢測用電壓測量單元發(fā)揮作用。電壓檢測用IC (21-1) (21-5)分別具有放電電路(放電單元)40 (參照后述的圖2和圖3)。該放電電路40設(shè)置在每一個單電池BTl BT55上，將單電池BTl BT55的正極和負極之間通電，對單電池BTl BT55的輸出電壓進行放電。即，放電電路40作為設(shè)置在每一個單電池BTl BT55上、將單電池BTl BT55的正極、負極之間通電、對單電池BTl BT55的輸出電壓進行放電的放電單元發(fā)揮作用。另外，電壓檢測用IC (21-1) (21-5)分別具有A/D轉(zhuǎn)換器26 (參照后述圖2，記作“ADC”)，利用由A/D轉(zhuǎn)換器26用基準電源71-1 71-5 (參照圖1)輸出的基準電壓(內(nèi)置基準電壓的IC使用內(nèi)置的基準電壓)，將針對每個組件(第一組件 第五組件)檢測出的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號。進而，第二 第五電壓檢測用IC (21-2) (21-5)通過通信線路31與第一電壓檢測用IC (21-1)連接，該第一電壓檢測用IC (21-1)經(jīng)由絕緣接口 32與設(shè)置在低壓側(cè)裝置12側(cè)的主微機(電壓剩余量測量單元、差分值運算單元、均衡處理控制單元)33連接。SP，主微機33與各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)借助絕緣接口 32以雛菊鏈通信方式連接。低壓側(cè)裝置12設(shè)有輸出5V直流電壓的調(diào)節(jié)器(regulator) 52。該穩(wěn)壓器52基于搭載于車輛上的蓄電池(電源)51所輸出的電壓(例如，12V)生成穩(wěn)定的5V直流電壓并供給主微機33。根據(jù)本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10的主微機33，在向各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)輸出電壓檢測指令信號并取得電壓檢測信號后，則基于至少一個單電池的輸出電壓(例如，單電池BTl BT55中最低的輸出電壓)，求出二次電池13的SOC(State of Charge:充電狀態(tài)，以下稱為“電壓剩余量”)。然后判斷該電壓剩余量是否為預定剩余量(第一閾值以下或第二閾值以上)。即，主微機33作為電壓剩余量測量單元發(fā)揮作用，其基于由各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)測量的至少一個單電池BTl BT55的輸出電壓，求出二次電池13的電壓剩余量，判斷該電壓剩余量是否為預先設(shè)定的預定剩余量。此外，當主微機33向各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)發(fā)出電壓檢測指令信號并取得電壓檢測信號時，將基于該電壓檢測信號求出從各單電池BTl BT55的輸出電壓減去預先設(shè)定的基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得到的值)的差分值。即，主微機33作為差分值運算單元發(fā)揮作用，其求出從各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)測量的各單電池BTl BT55的輸出電壓中減去預先設(shè)定的預定的基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如，3V)加上預定的電壓值(例如，0.02V)而得的值)的差分值。并且，當存在著求出的差分值在第一電壓閾值以上(例如，1.5V以上)的單電池時，利用設(shè)在該單電池中的放電電路40 (參照圖2和圖3)進行放電，主微機33執(zhí)行使各單電池BTl BT55的輸出電壓均衡的均衡處理操作。即，主微機33作為均衡處理控制單元發(fā)揮作用，其在存在著求出的差分值在第一電壓閾值以上的電池時，利用設(shè)在該電池中的放電電路40進行放電，實現(xiàn)各單電池BTl BT55的輸出電壓的均衡。在均衡處理中，以全部差分值在第二電壓閾值以下(例如，0.5V)作為結(jié)束各單電池BTl BT55的均衡處理的條件。此外，在求得的電壓剩余量并非預定剩余量時，主微機33以距上次均衡處理經(jīng)過了預先設(shè)定的第一等待時間(例如I小時)為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。另一方面，當求得的電壓剩余量為預定剩余量時，以距上次的均衡處理經(jīng)過了比第一等待時間(例如I小時)短的第二等待時間(例如30分鐘)為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。詳細情況將在后文進行說明。接著，參照圖2對本發(fā)明實施方式的電壓檢測用IC的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。圖2是本發(fā)明實施方式的第一電壓檢測用IC (21-1)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意框圖。此外，由于第二電壓檢測用IC 第五電壓檢測用IC (21-2) (21-5)與第一電壓檢測用IC21-1具有大致相同的結(jié)構(gòu)，因此省略其詳細說明。如圖2所示，第一電壓檢測用IC21-1具有:設(shè)于每個單電池BTl BTll的放電電路40 ;將由單電池BTl BTll輸出的功率輸入，以生成預定電壓的電源電路23 ;經(jīng)由放電電路40與設(shè)置在組件61-1中的各單電池BTl BTlI連接，檢測各單電池的輸出電壓的電池電壓輸入部22 ;將由電池電壓輸入部22輸出的各單電池的電壓信號轉(zhuǎn)換為單系統(tǒng)時序信號的多路轉(zhuǎn)換器25 ;和將從多路轉(zhuǎn)換器25輸出的單位電池的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器26。A/D轉(zhuǎn)換器26使用由基準電源71-1 (參照圖1)輸出的基準電壓，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。另外，第一電壓檢測用IC21-1具有控制部27和兩個通信I/F35a、35b (第一電壓檢測用IC21-1也可以僅有通信I/F35a)?？刂撇?7全面控制第一電壓檢測用IC (21-1)。特別是在通過圖1所示的主微機33發(fā)送了電池電壓的電壓檢測指令信號的情況下，將由電池電壓輸入部22檢測的單電池BTl BTll的輸出電壓經(jīng)由通信I/F35a、35b輸送到主微機33。此外，當通過圖1所示的主微機33發(fā)送了電池的放電開始指令信號時，控制部27使放電電路40開始執(zhí)行接受了放電開始指令的電池的輸出電壓放電，當發(fā)送了電池的放電結(jié)束指令信號時，控制部27結(jié)束由放電電路40執(zhí)行的放電。接著，參照圖3對本發(fā)明實施方式的放電電路進行說明。圖3是本發(fā)明實施方式的設(shè)于單電池BTl BT3的放電電路的電路圖。此外，由于單電池BT4 BT55與單電池BTl BT3具有相同的電路結(jié)構(gòu)，因此省略其詳細說明。如圖3所示，放電電路40設(shè)于每一個單電池BTl 單電池BT3，在單電池BTl 單電池BT3的正極和負極之間通電，進行電池輸出電壓的放電。放電電路40分別具有開關(guān)Sff (開關(guān)SWl 開關(guān)SW3)和阻抗R (阻抗Rl 阻抗R4)。并且，基于由圖1所示的主微機33發(fā)送的放電開始指令信號或放電結(jié)束指令信號，控制開關(guān)SW (開關(guān)SWl 開關(guān)SW3)的導通/切斷(0N/0FF)，控制單電池BTl BT3的輸出電壓的放電。例如，當由圖1所示的主微機33發(fā)送了單電池BTl的放電開始指令信號時，控制部27 (參照圖2)將設(shè)于單電池BTl的開關(guān)SWl導通，開始執(zhí)行單電池BTl的輸出電壓的放電。當開始放電時，在主微機33中通過定時器(圖示省略)對單電池BTI的放電時間進行計時。并且，在開始放電并經(jīng)過了預定時間(例如，3分鐘)后，發(fā)送單電池BTl的放電結(jié)束指令信號，控制部27將設(shè)于單電池BTl的開關(guān)SWl切斷，從而結(jié)束單電池BTl的輸出電壓的放電。接著，對本發(fā)明實施方式的二次電池的電壓剩余量進行說明。圖4為本發(fā)明實施方式的二次電池的電壓剩余量與輸出電壓的關(guān)系特性示意圖。圖5 (a)為本發(fā)明實施方式的單電池的輸出電壓進行放電后的輸出電壓和電壓偏差與時間的關(guān)系特性示意圖。圖5(b)為將圖5 (a)所示的放電結(jié)束前后進行放大的放大圖。圖6為現(xiàn)有的均衡處理實施區(qū)域的示意圖。圖7為本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的均衡處理實施區(qū)域的示意圖。
如圖4所示，當二次電池13處于積累了足夠的電荷的滿電附近狀態(tài)下，或者，當二次電池13處于失去已積累電荷的放電結(jié)束附近的狀態(tài)下，相對于電壓剩余量(SOC)的變化，輸出電壓的靈敏度提高，所以在較少的電壓剩余量的變化下，輸出電壓將發(fā)生較大變化。換言之，在電壓剩余量(例如，以充滿電的狀態(tài)為100%、完全放電的狀態(tài)為0%時，能夠?qū)嶋H使用的電池量)為20% (第一閾值)以下的區(qū)域，和在電壓剩余量為80% (第二閾值)以上的區(qū)域中，相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的變化較靈敏。因此，表示電壓剩余量與輸出電壓的關(guān)系的曲線LI在滿電附近和放電結(jié)束附近的斜率增大(輸出電壓相對于電壓剩余量的變化率較大)。另一方面，在電壓剩余量為20%以上、80%以下的電壓剩余量的中間區(qū)域，相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的變化不靈敏。因此，表示電壓剩余量與輸出電壓的關(guān)系的曲線LI在電壓剩余量的中間區(qū)域的斜率較小，為定值。即，在中間區(qū)域，表示電壓剩余量與輸出電壓關(guān)系的曲線LI呈直線狀(參照圖4的中間區(qū)域)。如圖5 (a)和圖5 (b)所示，當二次電池13的單電池BTl BT55放電時(圖5 (a)和圖5 (b)為七個單電池放電時的示意圖)，在放電結(jié)束附近，電壓的偏差(各單電池BTl BT55的輸出電壓之差，最高輸出電壓與最低輸出電壓之差)擴大。當電壓偏差擴大時，二次電池13容易處于過充電狀態(tài)或者過放電狀態(tài)。如圖6所示，以往，搭載于混合動力車輛的用作用于驅(qū)動車輛驅(qū)動用電機的高壓電池的二次電池在電壓剩余量為中間區(qū)域(參照圖4)時使用。因此，僅在電壓剩余量位于中間區(qū)域(圖6的均衡處理實施區(qū)域)時進行均衡處理。因此，由于不能在相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓靈敏度提高的滿電附近和放電結(jié)束附近，特別是電壓偏差擴大的放電結(jié)束附近執(zhí)行均衡處理，因此對高精度電池電壓檢測精度有需求。S卩，當執(zhí)行均衡處理時，基于由電壓檢測用IC (21-1) (21-5)檢測出的單電池BTl BT55的輸出電壓，對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理。因此，在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度不高的中間區(qū)域(參照圖4)，會出現(xiàn)因電壓檢測用IC (21-1) (21-5)檢測的單電池BTl BT55的輸出電壓精度的不同，進行均衡處理的基準電壓值也不同的情況。特別是電動汽車或外接充電式混合動力車輛等，二次電池的使用區(qū)域不僅是中間區(qū)域(參照圖4)，在滿電附近進和放電結(jié)束附近(參照圖4)也能使用，因此二次電池的使用區(qū)域擴大。因此，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10通過在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高的滿電附近及放電結(jié)束附近，特別是在電壓偏差擴大的放電結(jié)束附近執(zhí)行均衡處理，就能夠以高精度實現(xiàn)各單電池BTl BT55的輸出電壓的均衡。S卩，如圖7所示，在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的電壓剩余量在20% (第一閾值)以下的區(qū)域(圖7的均衡處理實施區(qū)域)，和在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高的電壓剩余量為80% (第二閾值)以上的區(qū)域(圖7的均衡處理實施區(qū)域)，也將執(zhí)行均衡處理。并且，在圖6所示的均衡處理實施區(qū)域的范圍內(nèi)，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10以距上次均衡處理經(jīng)過了預先設(shè)定的第一等待時間(例如I小時)為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。此外，在圖7所示的均衡處理實施區(qū)域的范圍內(nèi)，以距上次均衡處理經(jīng)過了比第一等待時間短的第二等待時間(例如30分鐘)為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。這樣，在圖7所示的均衡處理實施區(qū)域的范圍內(nèi)，即，電壓剩余量在20% (第一閾值)以下的區(qū)域內(nèi)，和電壓剩余量在80% (第二閾值)以上的區(qū)域內(nèi)，輸出電壓相對于電壓剩余量的靈敏度高，而且，由于在電壓剩余量為20% (第一閾值)以下的區(qū)域內(nèi)的電壓的偏差擴大，因此，通過以較短時間反復進行均衡處理，就能夠以高精度對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理。此外，通過在電壓剩余量在第一閾值(例如，20%)以下的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的區(qū)域)、或在第二閾值(80%)以上的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高的區(qū)域)時進行均衡處理，就能夠以高精度檢測出的單電池BTl BT55的輸出電壓為基準電壓，執(zhí)行電壓剩余量的均衡處理。因此，不會出現(xiàn)因電壓檢測用IC (21-1) (21-5)檢測單電池BTl BT55的輸出電壓的精度導致作為均衡處理基準的基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定電壓值(例如0.02V)而得的值)值的不同。因此，能夠提供一種能夠以高精度對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理的二次電池13的單電池電壓均衡處理裝置10。接著，對上述組成的本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10的動作進行說明。圖8是本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置的均衡處理的流程示意圖。首先，主微機33在至二次電池13的單電池BTl BT55的輸出電壓穩(wěn)定為止的一定時間內(nèi)停止動作(步驟Si)。接著，主微機33向各電壓檢測用IC (21-1) (21_5)輸出初始電壓檢測指令信號(步驟S2)。受到主微機33指令的各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)檢測各組件的單電池BTl BT55的輸出電壓，將檢測到的各單電池BTl BT55的電壓信號借助通信I/F35a、35b發(fā)送到主微機33。然后，主微機33從各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)取得初始電壓檢測信號(步驟 S3)。接著，主微機33計算電壓剩余量(步驟S4)?；诓襟ES3中所得的電壓檢測信號計算電壓剩余量。具體而言，基于單電池BTl BT55的輸出電壓中的最低輸出電壓計算二次電池13的電壓剩余量(例如，以滿電狀態(tài)為100%、完全放電狀態(tài)為0%時，能實際使用的電池量)。然后，主微機33計算初始差分值(步驟S5)。初始差分值基于步驟S3中取得的電壓檢測信號進行計算。具體而言，設(shè)定單電池BTl BT55的輸出電壓中的最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的基準電壓(例如，3V+0.02V=3.02V)，求出由各單電池BTl BT55減去基準電壓而得的差分值。這樣，通過對最低電壓值加上預定的電壓值而得的基準電壓進行設(shè)定，能夠防止各單電池BTl BT55的輸出電壓比最低電壓值還低，即，能夠防止二次電池13處于過度放電狀態(tài)。
接著，主微機33判斷初始差分值是否在第一電壓閾值以上(步驟S6)。S卩，判斷是否存在步驟S5中算出的初始差分值在第一電壓閾值(例如，1.5V)以上的單電池。當主微機33判斷為不存在初始差分值在第一電壓閾值以上的單電池時(步驟S6:NO)，處理轉(zhuǎn)至步驟S15。換言之，當判斷為電壓偏差(各單電池BTl BT55的輸出電壓之差，最高輸出電壓與最低輸出電壓之差)小時，則不執(zhí)行由放電電路40執(zhí)行的對單電池(BTl BT55)的輸出電壓進行放電的放電處理(步驟S7 步驟S14的處理)。另一方面，當主微機33判斷為存在初始差分值在第一電壓閾值以上的單電池時(步驟S6:YES)，則向電壓檢測用IC (21-1) (21-5)輸出放電開始指令信號(步驟S7)。換言之，當存在著步驟S5中算出的初始差分值在第一電壓閾值(例如1.5V)以上的單電池時，則判斷為單電池BTl BT55的輸出電壓的偏差較大(各單電池BTl BT55的輸出電壓之差大，最高輸出電壓與最低輸出電壓之差大)，輸出用于使初始差分值在第一電壓閾值以上的單電池中所設(shè)置的放電電路40的開關(guān)SW (參照圖3)導通的信號。由主微機33指令的各電壓檢測用IC (21-1) (21_5)使得設(shè)于被指令開始放電的單電池中的放電電路40的開關(guān)SW (參照圖3)導通，開始進行電池輸出電壓的放電。然后，主微機33判斷是否經(jīng)過了預定時間(步驟S8)。當主微機33判斷為未經(jīng)過預定時間時(步驟S8:N0)，保持待機，直至經(jīng)過預定時間。另一方面，當主微機33判斷為經(jīng)過了預定時間時(步驟S8:YES)，向電壓檢測用IC(21-1) (21-5)輸出放電結(jié)束指令信號(步驟S9)。S卩，主微機33通過定時器(省略圖示)對電池的輸出電壓執(zhí)行放電的時間進行計時。并且，從放電開始后經(jīng)過了預定時間(例如3分鐘)后，發(fā)送放電結(jié)束指令信號。從主微機33接受了指令的各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)通過將設(shè)于正在放電的單電池的放電電路40的開關(guān)SW (參照圖3)切斷(0FF)，來結(jié)束電池輸出電壓的放電。接著，主微機33在至二次電池13的單電池BTl BT55的輸出電壓穩(wěn)定為止的一定時間內(nèi)停止動作(步驟S10)。然后，主微機33向各電壓檢測用IC (21-1) (21_5)輸出電壓檢測指令信號(步驟S11)。受到主微機33指令的各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)檢測各組件的單電池BTl BT55的輸出電壓，將檢測出的各單電池BTl BT55的電壓信號經(jīng)由通信I/F35a、35b發(fā)送到主微機33。然后，主微機33從各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)取得電壓檢測信號(步驟S12)。接著，主微機33計算差分值(步驟S13)。差分值基于步驟S12中所取得的電壓檢測信號進行計算。具體而言，設(shè)定單電池BTl BT55的輸出電壓中的最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的基準電壓(例如，3V+0.02V=3.02V)，求出由各單電池BTl BT55減去基準電壓而得的差分值。接著，主微機33判斷差分值是否在第二電壓閾值以下(步驟S14)。S卩，判斷步驟S12中所算出的全部差分值是否在被設(shè)定為小于第一電壓閾值(例如1.5V)的第二電壓閾值(例如0.5V)以下(判斷由各單電池BTl BT55減去基準電壓而得的差分值是否均在第二閾值以下)。當主微機33判斷為并非全部差分值均在特定閾值以下時(步驟S14:N0)，返回步驟S7的處理。換言之，使用放電電路40反復進行(使用差分值被設(shè)置在第二電壓閾值以上的電池中的放電電路40反復進行放電)對單電池(BTl BT55)的輸出電壓執(zhí)行放電的放電處理(步驟S7 步驟S14的處理)，直到全部差分值均在第二電壓閾值以下。另一方面，當主微機33在步驟S6的處理中判斷為沒有差分值在第一電壓閾值以上的電池時(步驟S6:N0)，或者在步驟S14的處理中當判斷為差分值均在第二電壓閾值以下時(步驟S14:YES)，判斷電壓剩余量是在第一閾值以下還是在第二閾值以上(步驟S15)。即，判斷在步驟S4中所計算出的二次電池13的電壓剩余量是在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高且電壓偏差擴大的電壓剩余量在第一閾值(例如，20%)以下的區(qū)域(參照圖7)，還是在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高、電壓剩余量在第二閾值(例如，80%)以上的區(qū)域(參照圖7)。電壓剩余量是否在第一閾值以下或者是否在第二閾值以上的判斷，是基于二次電池13的特性，將表示電壓剩余量和輸出電壓關(guān)系的曲線LI的斜率變化值(相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的變化率較大的值，參照圖4)作為閾值(第一閾值以及第二閾值)預先保存到存儲器(未圖示)中，主微機33基于相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓變化率較大的值，即閾值(第一閾值以及第二閾值)進行判斷。當主微機33判斷為電壓剩余量不在第一閾值以下或者不在第二閾值以上時(步驟S15:N0)，判斷是否經(jīng)過了第一等待時間(步驟S16)。換言之，當電壓剩余量不在相對于電壓剩余量的變化輸出電壓靈敏度高的滿電附近和放電結(jié)束附近時，判斷是否經(jīng)過了第一等待時間(例如I小時)。當主微機33判斷為未經(jīng)過第一等待時間時(步驟S16:N0)，保持待機，直至經(jīng)過了第一等待時間。另一方面，當主微機33判斷為經(jīng)過了第一等待時間時(步驟S16:YES)，返回步驟S2的處理。換言之，以距上次的均衡處理(步驟S2 步驟S14的處理)經(jīng)過了第一等待時間為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。另一方面，當主微機33判斷為電壓剩余量在第一閾值以下或者在第二閾值以上時(步驟S15:YES)，判斷是否經(jīng)過了第二等待時間(步驟S17)。換言之，當電壓剩余量在相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高的滿電附近和放電結(jié)束附近時，判斷是否經(jīng)過了比第一等待時間短的第二等待時間。當主微機33判斷為未經(jīng)過第二等待時間時(步驟S17:N0)，保持待機，直至經(jīng)過了第二等待時間。另一方面，當主微機33判斷為經(jīng)過了第二等待時間時(步驟S17:YES)，返回步驟S2的處理。S卩，以距上次的均衡處理(步驟S2 步驟S14的處理)經(jīng)過了比第一等待時間短的第二等待時間為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。這樣，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10是將多個單電池BTl BT55進行串聯(lián)連接以輸出期望的電壓的二次電池13的各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理的單電池電壓均衡處理裝置10，具有:測量各單電池BTl BT55的輸出電壓的各電壓檢測用IC (21-1) (21-5);設(shè)置在各單電池BTl BT55的每一個上，在單電池BTl BT55的正極、負極之間通電，對單電池BTl BT55的輸出電壓進行放電的放電電路40 ;和基于各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)所測量的至少一個單電池的輸出電壓(例如，單電池BTl BT55中的最低輸出電壓值)，求出二次電池13的電壓剩余量，判斷該電壓剩余量是否為預先設(shè)定的第一閾值(例如20%)以下的預定剩余量，求取由各電壓檢測用IC (21-1) (21-5)測量的各單電池BTl BT55的輸出電壓減去預先設(shè)定的預定的基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的值)的差分值，當存在求出的差分值在第一電壓閾值(例如，1.5V)以上的單電池時，通過設(shè)于該單電池的放電電路40進行放電，使各單電池BTl BT55的輸出電壓均衡的主微機33。并且，在電壓剩余量不是預定剩余量的情況下，以距上次均衡處理經(jīng)過了預先設(shè)定的第一等待時間(例如I小時)為條件，主微機33執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理，當電壓剩余量為預定剩余量時，以距上次均衡處理經(jīng)過了比第一等待時間短的第二等待時間(例如，30分鐘)為條件，主微機33執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。此外，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10除了二次電池13的電壓剩余量為第一閾值(例如20%)以下的情況外，還將設(shè)定為比第一閾值大的第二閾值(例如80%)以上的情況作為預定剩余量。而且，本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10以由主微機33從各單電池BTl BT55的輸出電壓減去基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的值)的差分值全部在設(shè)定為比第一電壓閾值(例如1.5V)小的第二電壓閾值(例如0.5V)以下為條件，結(jié)束各單電池BTl BT55的均衡處理。并且，根據(jù)本發(fā)明實施方式的單電池電壓均衡處理裝置10，由于在二次電池13的電壓剩余量為第一閾值(例如20%)以下的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高、電池的電壓偏差易擴大的區(qū)域)執(zhí)行均衡處理，因此能夠高精度地執(zhí)行均衡處理。此外，二次電池13的電壓剩余量在電壓剩余量為第一閾值(例如20%)以下的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化，輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的區(qū)域)的情況下，以從上次的均衡處理(步驟S2 步驟S14的處理)開始，經(jīng)過了比第一等待時間(例如I小時)短的第二等待時間(例如30分鐘)為條件，執(zhí)行各單電池BTl BT55的均衡處理。因此，二次電池13的電壓剩余量在能夠高精度執(zhí)行均衡處理的電壓剩余量的情況下，在距上次的均衡處理較短的時間內(nèi)再次執(zhí)行均衡處理，由此能夠?qū)Ω鲉坞姵谺Tl BT55的輸出電壓進行高精度均衡處理。另外，二次電池13的電壓剩余量在電壓剩余量為第一閾值(例如20%)以下的區(qū)域(相對于電壓剩余量的變化輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的區(qū)域)的情況下，通過執(zhí)行均衡處理(步驟S2 步驟S14的處理)，能夠以高精度檢測出的單電池BTl BT55的輸出電壓為基準電壓執(zhí)行均衡處理。因此，不會出現(xiàn)因電壓檢測用IC (21-1) (21-5)對單電池BTl BT55的輸出電壓進行檢測的精度的差異，導致作為均衡處理基準的基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的值)的不同。因此，能夠提供一種可對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行高精度均衡處理的二次電池13的單電池電壓均衡處理裝置10。此外，二次電池13的電壓剩余量除了將相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的電壓剩余量為第一閾值(例如20%)以下的區(qū)域(參照圖7)的情況之外，還將相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高的電壓剩余量為第二閾值(例如80%)以上的區(qū)域(參照圖7)的情況作為預定剩余量，執(zhí)行均衡處理(步驟S2 步驟S14的處理)。因此，能夠以更高精度對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理。而且，通過在相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的電壓剩余量在第一閾值以下的區(qū)域(參照圖7)，或者相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓剩余量在第二閾值以上的區(qū)域(參照圖7)執(zhí)行均衡處理，就能夠即時不使用高精度的電壓檢測用1C，也能夠?qū)坞姵谺Tl BT55的輸出電壓進行高精度均衡處理。此外，由于無需高精度的電壓檢測用1C，也能夠降低電壓監(jiān)測系統(tǒng)的成本。此外，以從各單電池BTl BT55的輸出電壓減去基準電壓(例如，最低輸出電壓(例如3V)加上預定的電壓值(例如0.02V)而得的值)的所有差分值均在第二電壓閾值以下(例如0.5V)為條件，結(jié)束各單電池BTl BT55的均衡處理。因此，能夠防止二次電池13的過放電狀態(tài)，能夠以高精度對各單電池BTl BT55的輸出電壓進行均衡處理。而且，不會出現(xiàn)為了提高電池輸出電壓的檢測精度而使用高精度的電壓檢測用IC所導致的結(jié)構(gòu)部件增加、用于管理結(jié)構(gòu)部件的工序的增加、制造成本增加等問題，與使用高精度的電壓檢測用IC的情況相比，能夠通過減少結(jié)構(gòu)部件實現(xiàn)輕量化。此外，通過在相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓偏差擴大的電壓剩余量在第一閾值以下的區(qū)域(參照圖7)，或者相對于電壓剩余量的變化的輸出電壓的靈敏度高、電壓剩余量在第二閾值以上的區(qū)域(參照圖7)執(zhí)行均衡處理，能夠進行高效的均衡處理。因此，能夠減少耗電量，減少不必要的充電，從而有效利用電力。以上，基于圖示的實施方式對本發(fā)明的二次電池的單電池電壓均衡處理裝置進行了說明，但本發(fā)明并不限于此，各部分的結(jié)構(gòu)能夠替換為具有同樣功能的任意結(jié)構(gòu)。例如，在上述實施方式中，對二次電池13的電壓剩余量基于最低輸出電壓進行計算的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限于此，可以基于輸出電壓的平均值進行計算，也可以基于特定的電池進行計算。此外，在上述實施方式中，關(guān)于基準電壓，對單電池BTI BT55的輸出電壓中的最低輸出電壓(例如，3V)加上預定的電壓值(例如，0.02V)而得的值(例如，3.02V)進行設(shè)定的情況進行了說明。但本發(fā)明并不限于此，基準電壓可以是單電池BTl BT55的輸出電壓中的最低輸出電壓(不加和預定的電壓值)值，也可以是單電池BTl BT55的輸出電壓的平均值。另外,在上述實施方式中，對于一旦開始放電，由主微機33通過計時器對放電時間進行計時的情況進行了說明。但本發(fā)明并不限于此，也可以由控制部27通過計時器等對放電時間進行計時，經(jīng)過預定時間之后，將放電電路40的開關(guān)置于切斷狀態(tài)(OFF)。產(chǎn)業(yè)實用性本發(fā)明在提供能夠以高精度實現(xiàn)各單電池的輸出電壓的均衡的多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置方面極其有效。
權(quán)利要求
1.一種多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置，其特征在于， 所述多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置用于將多節(jié)單電池串聯(lián)連接對輸出所需電壓的多節(jié)電池組中的各所述單電池的輸出電壓進行均衡處理，所述多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置具有: 電壓測量單元，所述電壓測量單元對所述各單電池的輸出電壓進行測量； 放電單元，所述放電單元設(shè)置在所述各單電池的每一個中，用于在單電池的正極和負極之間通電，并對所述單電池的輸出電壓進行放電； 電壓剩余量測量單元，所述電壓剩余量測量單元基于由所述電壓測量單元測量的至少一個單電池的輸出電壓，求出所述多節(jié)電池組的電壓剩余量，判斷所述電壓剩余量是否為預先設(shè)定的第一閾值以下的預定剩余量； 差分值運算單元，所述差分值運算用于求出所述電壓測量單元所測量的各單電池的輸出電壓減去預先設(shè)定的預定的基準電壓的差分值；和 均衡處理控制單元，當存在有通過所述差分值運算單元求出的差分值在第一電壓閾值以上的單電池時，所述均衡處理控制單元利用設(shè)于所述單電池中的所述放電單元進行放電，由此使各單電池的輸出電壓均衡， 所述均衡處理控制單元在所述電壓剩余量測量單元所測量的電壓剩余量不是所述預定剩余量的情況下，以距上次的均衡處理經(jīng)過了預先設(shè)定的第一等待時間為條件，執(zhí)行所述各單電池的均衡處理， 所述均衡處理控制單元在電壓剩余量為所述預定剩余量的情況下，以距上次的均衡處理經(jīng)過了比所述第一等待時間短的第二等待時間為條件，執(zhí)行所述各單電池的均衡處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置，其特征在于， 除了所述多節(jié)電池組的電壓剩余量在所述第一閾值以下的情況以外，所述電壓剩余量在第二閾值以上的情況也作為所述預定剩余量，其中，所述第二閾值設(shè)定為大于所述第一閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多節(jié)電池組的單電池電壓均衡處理裝置，其特征在于， 以由所述差分值運算單元從各單電池的輸出電壓減去所述基準電壓而得到的差分值全部在第二電壓閾值以下為條件，所述均衡處理控制單元結(jié)束所述各單電池的均衡處理，所述第二閾值設(shè)定為小于所述第一電壓閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單電池電壓均衡處理裝置，其具有測量各單電池的輸出電壓的電壓檢測用IC；設(shè)置在每個單電池上，對單電池的輸出電壓進行放電的放電電路(40)；和基于電壓檢測用IC測量的單電池的輸出電壓，求出二次電池(13)的電壓剩余量，判斷該電壓剩余量是否為預定剩余量，求出由電壓檢測用IC測量的各單電池的輸出電壓減去預定的基準電壓的差分值，當存在差分值在第一電壓閾值以上的單電池時，通過放電電路(40)對輸出電壓進行均衡處理的主微機(33)，當電壓剩余量不是預定剩余量時，在距上次的均衡處理經(jīng)過了第一等待時間之后，由主微機(33)實施均衡處理，當電壓剩余量為預定剩余量時，在距上次均衡處理經(jīng)過了第二等待時間之后，由主微機(33)實施均衡處理。
文檔編號B60L3/00GK103119828SQ20118004482
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者鈴木慎吾, 西鄉(xiāng)勉 申請人:矢崎總業(yè)株式會社