本發(fā)明涉及一種充電率均等化裝置，其使電池組中所包括的多個電池單元的充電率均等化，還涉及具有該均等化裝置的電源系統(tǒng)。

背景技術：

在諸如利用電動機而運行的電動車輛(EV)或者利用發(fā)動機和電動機一起而運行的混合動力車輛(HEV)這樣的各種車輛中，安裝了電池模塊作為用于電動機的電源，該電池模塊包括具有多個電池單元(單位電池)的電池組，該電池單元由諸如鋰離子電池或鎳氫電池這樣的蓄電池組成。

由于要求大電力來運行這樣的電動機，所以在電池模塊中，為了輸出高電壓，多個電池單元串聯(lián)連接。對于電池模塊的多個這樣的電池單元，由于個體的差異或者周圍溫度的偏差，導致一部分電池單元可能比另一部分電池單元更快地劣化。然后，由于已經劣化的電池單元可充電容量(電流容量、電力容量)降低，而導致其可能在其他未劣化的電池單元完成充電之前完成了充電，或者在其他未劣化的電池單元完成放電之前完成了放電。因為使得電池模塊的充電或放電與已經劣化的電池單元一致，所以其他未劣化的電池單元不能夠完全被耗盡，導致與已經劣化的電池單元一致的電池模塊的整體容量的實際降低。

從而，例如，在專利文獻1中描述的技術中，選擇性地將多個電池單元中的任意的電池單元連接到電感器，在電感器中積蓄較高電壓的電池單元的能量，在電感器中積蓄的能量被轉移到較低電壓的電池單元，從而有效地使各個電池單元的電壓均等化。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利公開號JP2013-13292

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

不利的是，在專利文獻1中，由于經由電感器轉移能量，所以一次能夠轉移的能量的量是小的，這因此需要反復地轉移能量，產生了這樣的問題：使各個電池單元的狀態(tài)均等化的操作復雜化，并且耗費時間。在由于這樣的失效而導致存在大量已經劣化的電池單元的情況下，以上問題變得顯著。

本發(fā)明意在解決有關問題。即，本發(fā)明的目的是提供一種充電率均等化裝置以及包括該充電率均等化裝置的電源系統(tǒng)，該充電率均等化裝置能夠快速地使電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化。

解決問題的方案

為了解決以上問題，本發(fā)明的第一方面的充電率均等化裝置是這樣的充電率均等化裝置：其使電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化，所述充電率均等化裝置包括：電池單元充電器，其連接到與所述電池組分離的輔助電池；充電連接選擇器，其能夠選擇性地將所述多個電池單元中的每個電池單元連接到所述電池單元充電器，從而利用所述輔助電池的電力對所述電池單元充電；連接選擇控制器，其控制所述充電連接選擇器，以將從所述多個電池單元中選擇出的一個電池單元連接到所述電池單元充電器，從而減小所述多個電池單元的各個電池單元的充電率之間的差異。

此處，所述充電率均等化裝置可以還包括：輔助電池充電器，其連接到所述輔助電池；放電連接選擇器，其能夠選擇性地將所述多個電池單元的每個電池單元連接到所述輔助電池充電器，從而利用所述電池單元的電力對所述輔助電池充電，其中所述連接選擇控制器還控制所述放電連接選擇器，以將從所述多個電池單元中選擇出的一個電池單元連接到所述輔助電池充電器，從而減小所述多個電池單元的各個電池單元的充電率之間的差異。

優(yōu)選地，所述充電率均等化裝置可以還包括：電池單元檢測器，其檢測在所述多個電池單元之中的最高電壓電池單元以及最低電壓電池單元，所述最高電壓電池單元具有兩電極之間的最高電壓，并且所述最低電壓電池單元具有兩電極之間的最低電壓；充電率檢測器，其檢測所述最高電壓電池單元的充電率和所述最低電壓電池單元的充電率，其中當所述最高電壓電池單元的所述充電率和所述最低電壓電池單元的所述充電率之中的至少一者落在基準充電率的范圍之外，并且這兩個充電率之間的差值超過差值上限值時，所述連接選擇控制器控制所述放電連接選擇器，以將所述最高電壓電池單元連接到所述輔助電池充電器，并且控制所述充電連接選擇器，以將所述最低電壓電池單元連接到所述電池單元充電器。

優(yōu)選地，所述電池單元檢測器可以包括：一個電壓檢測器；以及電壓檢測連接選擇器，其能夠選擇性地將所述多個電池單元的每個電池單元連接到所述電壓檢測器，其中所述電壓檢測連接選擇器被配置為：通過使得所述多個電池單元的每個電池單元還能夠選擇性地連接到所述輔助電池充電器，而還充當所述放電連接選擇器。

或者，所述充電率均等化裝置可以還包括：電池單元檢測器，其檢測在所述多個電池單元之中的最高電壓電池單元以及最低電壓電池單元，所述最高電壓電池單元具有兩電極之間的最高電壓，并且所述最低電壓電池單元具有兩電極之間的最低電壓；充電率檢測器，其檢測所述最高電壓電池單元的充電率和所述最低電壓電池單元的充電率，其中當所述最高電壓電池單元的所述充電率與所述最低電壓電池單元的所述充電率之間的差值超過差值上限值時，所述連接選擇控制器控制所述充電連接選擇器，以將所述最低電壓電池單元連接到所述電池單元充電器。

為了解決以上問題，本發(fā)明的第二方面的電源系統(tǒng)包括電池組以及充電率均等化裝置，該充電率均等化裝置使所述電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化，其中，所述充電率均等化裝置包括以上充電率均等化裝置中的任意一個充電率均等化裝置。

發(fā)明的有益效果

根據(jù)作為本發(fā)明的第一方面的充電率均等化裝置，由于該充電率均等化裝置包括：電池單元充電器，其連接到與所述電池組分離的輔助電池；充電連接選擇器，其能夠選擇性地將所述多個電池單元中的每個電池單元連接到所述電池單元充電器，從而利用所述輔助電池的電力對所述電池單元充電；連接選擇控制器，其控制所述充電連接選擇器，以將從所述多個電池單元中選擇出的一個電池單元連接到所述電池單元充電器，從而減小所述多個電池單元的各個電池單元的充電率之間的差異，例如，充電率較低的電池單元連接到電池單元充電器，從而利用能夠存儲較大量電荷的輔助電池的電力對該電池單元充電，即，從而轉移電荷，使得減小多個電池單元之間的充電率的差異。從而，能夠利用一次轉移操作而轉移大量的電荷，并且從而，進一步減少了轉移操作，并且能夠快速地使電池組所包括的多個電池單元的各自的充電率均等化。

由于所述充電率均等化裝置還包括：輔助電池充電器，其連接到所述輔助電池；放電連接選擇器，其能夠選擇性地將所述多個電池單元的每個電池單元連接到所述輔助電池充電器，從而利用所述電池單元的電力對所述輔助電池充電，其中所述連接選擇控制器還控制所述放電連接選擇器，以將從所述多個電池單元中選擇出的一個電池單元連接到所述輔助電池充電器，從而減小所述多個電池單元的各個電池單元的充電率之間的差異，例如，充電率較低的電池單元連接到輔助電池充電器，能夠利用電池單元的電力對能夠充以較大量電荷的輔助電池充電，即，能夠轉移電荷。因為這樣的一次轉移操作能夠轉移大量電荷，所以能夠減少電荷的轉移操作，并且快速地使電池組所包括的多個電池單元的各自的充電率均等化。

由于所述充電率均等化裝置還包括：電池單元檢測器，其檢測最高電壓電池單元以及最低電壓電池單元，在所述多個電池單元之中，所述最高電壓電池單元具有兩電極之間的最高電壓，并且所述最低電壓電池單元具有兩電極之間的最低電壓；充電率檢測器，其檢測所述最高電壓電池單元的充電率和所述最低電壓電池單元的充電率，其中當所述最高電壓電池單元的所述充電率和所述最低電壓電池單元的所述充電率之中的至少一者落在基準充電率的范圍之外，并且前述兩個充電率之間的差值超過差值上限值時，所述連接選擇控制器控制所述放電連接選擇器，以將所述最高電壓電池單元連接到所述輔助電池充電器，并且控制所述充電連接選擇器，以將所述最低電壓電池單元連接到所述電池單元充電器，最高電壓電池單元和最低電壓電池單元被認為與其它電池單元的充電率差異大，并且能夠經由輔助電池在上述兩個電池單元之間轉移電荷，使得能夠更加快速地使電池組所包括的多個電池單元的各自的充電率均等化。

所述電池單元檢測器包括：一個電壓檢測器；以及電壓檢測連接選擇器，其能夠選擇性地將所述電壓檢測器連接到所述多個電池單元的每個電池單元，所述電壓檢測連接選擇器被配置為：通過使得所述多個電池單元的每個電池單元還能夠選擇性地連接到所述輔助電池充電器，而電壓檢測連接選擇器還充當所述放電連接選擇器，并且從而，能夠減少構成連接選擇器的部件，并且還能夠降低生產成本。

兩電極之間的電壓最低的最低電壓電池單元應當與其它電池單元的充電率差別大。從而，電池單元檢測器檢測最高電壓電池單元以及最低電壓電池單元，在所述多個電池單元之中，所述最高電壓電池單元具有兩電極之間的最高電壓，并且所述最低電壓電池單元具有兩電極之間的最低電壓；充電率檢測器檢測所述最高電壓電池單元的充電率和所述最低電壓電池單元的充電率，其中當所述最高電壓電池單元的所述充電率與所述最低電壓電池單元的所述充電率之間的差值超過差值上限值時，所述連接選擇控制器控制所述充電連接選擇器，以將所述最低電壓電池單元連接到所述電池單元充電器，能夠將電荷從輔助電池轉移到最低電壓電池單元，并且能夠更加快速地將電池組所包括的電池單元的各自的充電率均等化。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，由于充電率均等化裝置由任意以上提及的充電率均等化裝置的構成，例如，將充電率較小的電池單元連接到電池單元充電器，從而利用能夠存儲較大量電荷的輔助電池對相關的電池單元充電，即，能夠轉移電荷，從而減小多個電池單元的各自的充電率的差異。因此，由于使得能夠在一次轉移操作中轉移大量電荷，所以能夠減少電荷的轉移操作，使得能夠快速地使電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化。

附圖說明

圖1是圖示出本發(fā)明的第一實施例的電源系統(tǒng)的視圖；

圖2是示意性地圖示出圖1中的電源系統(tǒng)的電池組所包括的電池單元的兩電極之間的電壓與充電率之間的關系的一個實例的視圖；

圖3是圖示出圖1中的電源系統(tǒng)中的控制裝置的控制器所執(zhí)行的充電率均等化處理1的一個實例的流程圖；

圖4是示意性地圖示出在圖1中的電源系統(tǒng)中，電荷從電池單元到輔助電池的轉移的視圖；

圖5是示意性地圖示出在圖1中的電源系統(tǒng)中，電荷從輔助電池到電池單元的轉移的視圖；

圖6是示意性地圖示出本發(fā)明的第二實施例的電源系統(tǒng)的配置的視圖；

圖7是圖示出圖6中的電源系統(tǒng)中的控制裝置的控制器所執(zhí)行的充電率均等化處理2的一個實例的流程圖；

圖8是示意性地圖示出在圖6中的電源系統(tǒng)中，電荷從輔助電池到電池單元的轉移的視圖。

參考標記列表

1、2 電源系統(tǒng)

10 電池模塊

11 電池組

12 電池單元

12H 最高電壓電池單元

12L 最低電壓電池單元

15 斷路器

17 輔助電池

18 交流發(fā)電機

20、20A 控制裝置(充電率均等化裝置)

21 電池監(jiān)控單元(電池單元檢測器、電壓檢測連接選擇器)

22 開關陣列(充電連接選擇器、放電連接選擇器)

23 雙向直流-直流轉換器(電池單元充電器、輔助電池充電器)

23A 直流-直流轉換器(電池單元充電器)

30、30A 控制器(連接選擇控制器、電池單元檢測器、充電率檢測器、電壓檢測器)

L1 高壓設備

L2 低壓設備

具體實施方式

(第一實施例)

后文中，將參考圖1至5說明關于本發(fā)明的第一實施例的充電率均等化裝置以及包括該充電率均等化裝置的電源系統(tǒng)。

圖1是圖示出本發(fā)明的第一實施例的電源系統(tǒng)的示意性配置的視圖。圖2是示意性地圖示出圖1中的電源供給系統(tǒng)的電池組所包括的電池單元的兩電極之間的電壓與充電率之間的關系的視圖。圖3是圖示出圖1中的電源系統(tǒng)的控制裝置的控制器所執(zhí)行的充電率均等化處理1的一個實例的流程圖。圖4是示意性地圖示出在圖1中的電源系統(tǒng)中，電荷從電池單元到輔助電池的轉移的視圖。圖5是示意性地圖示出在圖1中的電源系統(tǒng)中，電荷從輔助電池到電池單元的轉移的視圖。

例如，安裝在諸如電動車輛這樣的車輛中的本發(fā)明的電源系統(tǒng)意在將電力供給到車輛的諸如電動機這樣的高壓設備，并且使電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化，并且從而能夠輸出更多電力。當然，本發(fā)明可以應用到其他裝置和系統(tǒng)，而不是諸如電動車輛。

電池單元的充電率(SOC：充電狀態(tài))包括當前蓄電電流量相對于能夠蓄電的電流容量的比率(SOCi)，或者當前蓄電電力相對于能夠蓄電的電力容量的比率(SOCp)，然而可以應用任意的充電率，并且本實施例僅表示充電率(SOC)。然而，電池單元的劣化度(SOH：健康狀態(tài))表示當前能夠蓄電的容量相對于初始能夠蓄電的容量的比率。

如圖1所示，本實施例的電源系統(tǒng)(附圖中表示為參考標號1)設置有電池模塊10、輔助電池17以及作為充電率均等化裝置的控制裝置20。

電池模塊10包括電池組11和斷路器(crossing gate)15，該斷路器15串聯(lián)連接在電池組11與高壓設備L1之間。電池組11包括互相串聯(lián)連接的多個電池單元12。二次電池用于電池單元12，諸如例如鋰離子電池或鎳氫電池。電池單元12可以是單電池，或者可以是多個單電池串聯(lián)或并聯(lián)連接的組合。

這樣的電池單元12具有產生電壓的電動勢部e和內阻r。電池單元12在兩電極之間產生電壓v，利用電壓ve和電壓vr來定義該電壓v(v＝ve+vr)，其中，電壓ve是由電動勢部e的電動勢所產生的電壓，電壓vr是由流經內阻r的電流所產生的電壓。在電池單元12中，內阻r對應于劣化度SOH而改變，即，能夠利用內阻r來估計電池單元12的劣化度SOH。

輔助電池17由將電力供應至低壓設備L2這樣的鉛蓄電池構成。輔助電池17還將電力供給到控制裝置20。輔助電池17可以是除了鉛蓄電池之外的諸如鋰離子電池或鎳氫電池這樣的二次電池。

控制裝置20包括電池監(jiān)控單元21、開關陣列22、雙向直流-直流轉換器23、以及控制器30。

電池監(jiān)控單元21由例如多個模擬開關或繼電器設備組成，該電池監(jiān)控單元21被布置為能夠選擇性地將電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元連接到下面將提及的控制器30。電池監(jiān)控單元21通過來自控制器30的控制信號而切換連接，以將多個電池單元12之中的由控制信號指定的一個電池單元12連接到控制器30。控制器30檢測被連接的電池單元12的兩電極之間的電壓。電池監(jiān)控單元21與電池單元檢測器的一部分(即，電壓檢測連接選擇器)相對應。控制器30與電壓檢測器相對應。

開關陣列22例如由多個模擬開關或者繼電器設備組成，該開關陣列被布置為能夠選擇性地將電池組11所包括的多個電池單元12的每個電池單元連接到下文將提及的雙向直流-直流轉換器23。開關陣列22通過來自控制器30的控制信號而切換連接，以將多個電池單元12之中的由控制信號所指定的一個電池單元12連接到雙向直流-直流轉換器23。開關陣列22能夠在電池單元12與雙向直流-直流轉換器23之間的雙向接通電力。開關陣列22與充電連接選擇器和放電連接選擇器相對應。

雙向直流-直流轉換器23是電壓轉換器，其將從一個端子輸入的直流電壓轉換成從另一個端子輸出的不同的直流電壓，并且將從所述另一個端子輸入的直流電壓轉換成從所述一個端子輸出的不同的直流電壓。在雙向直流-直流轉換器23中，選擇性地將一個端子通過開關陣列22而連接到電池組11所包括的多個電池單元12，另一個端子連接到輔助電池17。雙向直流-直流轉換器23利用來自電池單元12的電力對輔助電池17充電，并且利用來自輔助電池17的電力對電池單元12充電。在本實施例中，輔助電池17被連接到雙向直流-直流轉換器23和低壓設備L2，然而不限制該連接。輔助電池17可以僅連接到雙向直流-直流轉換器23，并且被配置為通過雙向直流-直流轉換器23和開關陣列22在與電池單元12之間進行充電和放電。雙向直流-直流轉換器23與電池單元充電器和輔助電池充電器相對應。

由具有內置CPU、ROM和RAM這樣的微型計算機構成的控制器30整體地控制電源系統(tǒng)1。在ROM中，預先存儲控制程序，以使得CPU能夠作為各種裝置而運行，諸如連接選擇控制器、電池單元檢測器和充電率檢測器等。執(zhí)行該控制程序的CPU充當以上各種裝置。此外，在ROM中，存儲了各種參數(shù)(基準充電率范圍、或者差值上限)，在下文將提及的充電率均等化處理1中使用該各種參數(shù)。

控制器30設置有多個輸出端口，這些輸出端口連接到電池監(jiān)控單元21、開關陣列22和雙向直流-直流轉換器23?？刂破?0從輸出端口輸出控制信號，以切換電池監(jiān)控單元21與開關陣列22的連接，并且控制雙向直流-直流轉換器23的操作等。此外，控制器30的輸出端口也連接到電池模塊10的斷路器15，以從輸出端口輸出控制信號，并且控制斷路器15的操作。

控制器30設置有輸入端口，并且該輸入端口經由電池監(jiān)控單元21而連接到電池單元12?？刂破?0對輸入到輸入端口的電壓進行模數(shù)轉換，從而獲取表明電池單元12的兩電極之間的電壓的值。

控制器30設置有另一個輸入端口，該輸入端口連接到未示出的電流檢測電路，該電流檢測電路輸出與流經電池組11(即，電池單元12)的電流相對應的電壓的信號。控制器30對輸入到輸入端口的信號進行模數(shù)轉換，從而獲取表明流經電池單元12的電流的值。

控制器30獲取電池單元12的兩電極之間的電壓以及當時流經的電流，并且基于這些電壓和電流的多個組合，估計電池單元12的劣化度SOH。具體地，在電壓與電流互相直角交叉的坐標系中，描繪了兩個點，這兩個點對應于電壓與電流的組合(在各個組合中電壓不同)，并且能夠獲取連接這兩個點的直線的斜率作為內阻r。然后，將與內阻r相對應的SOH的轉換表預先存儲在ROM中，并且通過將內阻r應用到該轉換表而估計SOH。

基于電池單元12的兩電極之間的電壓，控制器30檢測相關的電池單元12的充電率SOC。在本實施例中，電池單元12的兩電極之間的電壓中的充電終止電壓Vth被設定為4.0V，放電終止電壓Vtl被設定為3.0V，假定這些充電終止電壓Vth與放電終止電壓Vtl之間的電壓相對于充電率SOC而變化，如圖2中的曲線圖所示。通過初步測量或者模擬而預先獲取表明該電池單元12的兩電極之間的電壓與充電率SOC之間的關系的充電率相關信息，并且將該充電率相關信息以信息表的格式預先存儲在ROM中，并且通過將電壓應用到該信息表，而檢測到充電率SOC。當然這僅是一個實例，并且除此之外，在電池單元12的電壓與充電率SOC線性變化的情況下，當電池單元12的電壓為4.0V時，充電率SOC可以是100％，當電池單元12的電壓為3.5V時，充電率SOC為50％，并且當電池單元12的電壓為3.0V時，充電率SOC為0％。作為用于檢測充電率SOC的電壓，使用電池單元12的開路電壓(在兩電極開路的狀態(tài)下(或者差不多的狀態(tài)下)相關量的兩電極之間的電壓)，能高度精確地檢測充電率SOC。

控制器30的通信端口連接到未示出的車輛內部網(wǎng)絡(例如，CAN(控制器局域網(wǎng)))，并且經由車輛內部網(wǎng)絡而連接到諸如車輛組合儀表這樣的顯示裝置?？刂破?0的CPU經由通信端口和車輛內部網(wǎng)絡將電池組11的狀態(tài)傳送至顯示裝置，并且與相關的信號相對應地，在顯示裝置中顯示電池組11的該狀態(tài)。

控制器30還檢測輔助電池17的充電率。作為一個實例，通過經由車輛內部網(wǎng)絡從控制輔助電池17的電子控制裝置接收表明輔助電池17的充電率的信號，控制器30檢測該輔助電池17的充電率。

接著，將參考圖3中的流程圖，描述由控制裝置20的控制器30執(zhí)行的處理(充電率均等化處理1)的一個實例。

在步驟S110中，在電池組11的多個電池單元12之中，檢測到具有兩電極之間的最高電壓的電池單元12(后文中，稱為“最高電壓電池單元12H”)、以及具有兩電極之間的最低電壓的電池單元12(后文中，稱為“最低電壓電池單元12L”)。特別地，控制器30將控制信號輸出至電池監(jiān)控單元21，從而將多個電池單元12依次地連接到控制器30，并且檢測多個電池單元12中的每個電池單元的兩電極之間的電壓。然后，在檢測多個電池單元中的所有的電池單元的兩電極之間的電壓之后，控制器30檢測出具有最高電壓的電池單元12作為最高電壓電池單元12H，并且檢測出具有最低電壓的電池單元12作為最低電壓電池單元12L。然后，處理前進至步驟S120。

在步驟S120中，檢測最高電壓電池單元12H的充電率SOCH和最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。具體地，基于最高電壓電池單元12H的兩電極之間的電壓，控制器30檢測到充電率SOCH，并且相似地，基于最低電壓電池單元12L的電壓，檢測到充電率SOCL。然后，處理前進至步驟S130。

在步驟S130中，控制器30確定最高電壓電池單元12H的充電率SOCH以及最低電壓電池單元12L的充電率SOCL之中的至少一者是否在基準充電率的范圍之外。在本實施例中，作為一個實例，基準充電率的范圍被設定為從90％的上限至10％的下限。然后，當充電率SOCH和充電率SOCL之中的至少一者在基準充電率的范圍之外時，處理前進到步驟S140(在S130為是)，并且當充電率SOCH和充電率SOCL兩者均在基準充電率的范圍內時，處理返回到步驟S110(S130為否)。

在步驟S140中，控制器30確定充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值ΔSOC是否超過差值上限值。在本實施例中，作為一個實例，差值上限值被設定為2％。然后，當差值ΔSOC超過了差值上限值時，處理前進至步驟S150(S140為是)，并且當差值ΔSOC落在差值上限值以下時，處理返回到步驟S110(S140為否)。

在步驟S150中，控制器30將控制信號輸出至開關陣列22，從而將最高電壓電池單元12H連接到雙向直流-直流轉換器23。然后，處理前進至步驟S160。

在步驟S160中，控制器30將控制信號輸出至雙向直流-直流轉換器23，從而激活雙向直流-直流轉換器，使得利用最高電壓電池單元12H的電力，對輔助電池17充電。然后，處理前進至步驟S170。

在步驟S170中，確定是否已對輔助電池17充電了預定量。具體地，控制器30將控制信號輸出至電池監(jiān)控單元21，從而將最高電壓電池單元12H連接到控制器30，并且控制器30還檢測最高電壓電池單元12H的兩電極之間的電壓，并且基于該電壓而檢測最高電壓電池單元12H的充電率SOCH。然后，控制器30確定該充電率SOCH是否從其充電開始減少了預定值(例如，2％)，當未減少預定值時，確定輔助電池17未被充電預定值，重復該確定(S170為否)，并且當減少了預定值時，確定輔助電池17被充電了預定值，處理前進至步驟S180(S170為是)。注意，在步驟S170中，控制器30也檢測輔助電池17的充電率，并且當輔助電池17的充電率增大而到達100％時，處理前進至步驟S180，從而停止輔助電池17的充電。

在步驟S180中，控制器30將控制信號輸出到雙向直流-直流轉換器23，從而使雙向直流-直流轉換器23停止。然后，處理前進至步驟S190。

在步驟S190中，控制器30將控制信號輸出至開關陣列22，從而將雙向直流-直流轉換器23連接到最低電壓電池單元12L。然后，處理前進至步驟S200。

在步驟S200中，控制器30將控制信號輸出至雙向直流-直流轉換器23，從而激活雙向直流-直流轉換器23，使得利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電。然后，處理前進至步驟S210。

在步驟S210中，確定最低電壓電池單元12L是否被充電了預定量。具體地，控制器30將控制信號輸出至電池監(jiān)控單元21，從而將最低電壓電池單元12L連接到控制器30，并且控制器30還檢測最低電壓電池單元12L的兩電極之間的電壓，并且基于該電壓，而檢測最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。然后，控制器30確定該充電率SOCL是否從其充電開始增大了預定值(例如，2％)，當未增大預定值時，確定最低電壓電池單元12L未被充電預定值，重復該確定(S210為否)，并且當增大了預定值時，確定最低電壓電池單元12L已經被充電了預定值，處理前進至步驟S220(S210為是)。注意，在步驟S210中，控制器30也檢測輔助電池17的充電率，并且當輔助電池17的充電率下降而到達預定下限(例如，90％)時，處理前進至步驟S220，從而停止對最低電壓電池單元12L充電。

在步驟S220中，控制器30將控制信號輸出到雙向直流-直流轉換器23，從而使雙向直流-直流轉換器23停止。然后，處理返回至步驟S110，以再次執(zhí)行充電率均等化處理1。

上述步驟S210的執(zhí)行使得控制器30用作電池單元檢測器以及電池監(jiān)控單元，上述步驟S120的執(zhí)行使得控制器30用作充電率檢測器，上述步驟S150和S190的執(zhí)行使得控制器30用作連接選擇控制器。

接著，將描述上述電源系統(tǒng)1(控制裝置20)的操作的一個實例。

控制裝置20檢測電池模塊10的電池組11所包含的多個電池單元12中的每個電池單元的兩電極之間的電壓，檢測具有這些電壓中的最高電壓的最高電壓電池單元12H的充電率SOCH，以及具有這些電壓中的最低電壓的最低電壓電池單元12L的充電率SOCL(S110和S120)。

然后，當例如充電率SOCH對應于91％，并且充電率SOCL對應于87％時，由于充電率SOCH在基準充電率的范圍之外(S130為是)，并且充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值超過差值上限(S140為是)，所以利用最高電壓電池單元12H的電力對輔助電池17充電并降低充電率SOCH(從91％至89％)(圖4中，S150至S180)，然后，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電并增大充電率SOCL(從87％至89％)(圖5中，S190至S220)。

或者，當例如充電率SOCH對應于13％，并且充電率SOCL對應于9％時，由于充電率SOCL在基準充電率的范圍之外(S130為是)，并且充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值超過差值上限(S140為是)，所以利用最高電壓電池單元12H的電力對輔助電池17充電并降低充電率SOCH(從13％至11％)(圖4中，S150至S180)，然后，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電并增大充電率SOCL(從9％至11％)(圖5中，S190至S220)。

其后，能夠將電池組11所包括的多個電池單元12的充電率均等化。

從而，根據(jù)本實施例，控制裝置20包括：雙向直流-直流轉換器23，其連接到與電池組11分離的輔助電池17；開關陣列22，其選擇性地將電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元連接到雙向直流-直流轉換器23，從而利用輔助電池17的電力對電池單元12充電；以及控制器30，其控制開關陣列22，以將從多個電池單元12中選擇出的最低電壓電池單元12L連接到雙向直流-直流轉換器23，從而減小多個電池單元12中的各個電池單元的充電率SOC的差值。從而，充電率較低的最低電壓電池單元12L連接到雙向直流-直流轉換器23，能夠利用能夠存儲更大量電荷的輔助電池17的電力，對最低電壓電池單元12L充電，即，能夠轉移電荷，從而減小多個電池單元12之中的每個電池單元的充電率SOC的差值。因此，由于能夠在一次的轉移操作中將大量電荷轉移至電池單元12，所以能夠減少電荷的轉移操作，并且快速地使電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元的充電率SOC均等化。

此外，控制裝置20包括：雙向直流-直流轉換器23，其連接到輔助電池17；以及開關陣列22，其能夠選擇性地將多個電池單元12之中的每個電池單元連接到雙向直流-直流轉換器23，從而利用電池單元12的電力對輔助電池17充電。并且，控制器30控制開關陣列22以將從多個電池單元12選擇出的最高電壓電池單元12H連接到雙向直流-直流轉換器23，使得多個電池單元12之中的每個電池單元的充電率SOC的差值減小。從而，充電率較高的最高電壓電池單元12H連接到雙向直流-直流轉換器23，能夠利用最高電壓電池單元12H的電力，對能夠存儲相對大量的電荷的輔助電池17充電，即，能夠轉移電荷。因此，由于能夠在一次的轉移操作中轉移大量電荷，所以能夠減少電荷的轉移操作，并且快速地使電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元的充電率SOC均等化。

此外，控制裝置20的控制器30在多個電池單元12之中檢測出兩電極之間的電壓最高的最高電壓電池單元12H以及兩電極之間的電壓最低的最低電壓電池單元12L，并且還檢測最高電壓電池單元12H的充電率SOCH以及最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。然后，當最高電壓電池單元12H的充電率SOCH和最低電壓充電單元12L的充電率SOCL之中的至少一者在基準充電率的范圍之外，并且這些充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值ΔSOC超過差值上限時，控制裝置20的控制器30控制開關陣列22，以將最高電壓電池單元12H連接到雙向直流-直流轉換器23，而后，控制開關陣列22，以將最低電壓電池單元12L連接到雙向直流-直流轉換器23。從而，最高電壓電池單元12H和最低電壓電池單元12L的充電率應當與其它電池單元12大幅不同，并且在上述最高電壓電池單元12H和最低電壓電池單元12L之間經由輔助電池17而轉移電荷，并且隨后，快速地使電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元的充電率SOC均等化。

此外，雖然在上述實施例中，分開地設置電池監(jiān)控單元21和開關陣列22，其中，電池監(jiān)控單元21能夠選擇性地將多個電池單元12中的每個電池單元連接到控制器30，并且開關陣列22能夠選擇性地將多個電池單元12之中的每個電池單元連接到雙向直流-直流轉換器23，但是不限于此，例如，擴大電池監(jiān)控單元21(組成擴大電池監(jiān)控單元21的模擬開關或繼電器裝置)的電流容量使得能夠選擇性地將多個電池單元12中的每個電池單元連接到控制器30以及雙向直流-直流轉換器23，使得電池監(jiān)控單元21可以充當開關陣列22。隨后能夠減少構成控制裝置20的元件，導致制造成本的降低。

(第二實施例)

后文中，將參考圖6至8，描述第二實施例的充電率均等化裝置以及包括該充電率均等化裝置的電源系統(tǒng)。

圖6示意性地圖示出本發(fā)明的第二實施例的電源系統(tǒng)的配置。圖7是圖示出圖6中的電源系統(tǒng)中的控制裝置的控制器所執(zhí)行的充電率均等化處理2的一個實例的流程圖。圖8是示意性地圖示出在圖6中的電源系統(tǒng)中，電荷從輔助電池到電池單元的轉移的視圖。

與前述第一實施例的電源系統(tǒng)相似地，本實施例的電源系統(tǒng)例如也安裝在諸如電動車輛這樣的車輛中，將電力供給至車輛的諸如電動機這樣的高壓設備，使電源系統(tǒng)的電池組所包括的多個電池單元的充電率均等化，以輸出更多電力。當然，本發(fā)明也可以應用到除了諸如電動車輛這樣的車輛之外的裝置或系統(tǒng)。

如圖6所示，本實施例的電源系統(tǒng)(在附圖中表示為參考標號2)設置有電池模塊10、輔助電池17、交流發(fā)電機18以及作為充電率均等化裝置的控制裝置20A。除了添加了交流發(fā)電機18并且設置了控制裝置20A來代替控制裝置20之外，該電源系統(tǒng)2與上述第一實施例的電源系統(tǒng)1具有相同的配置。因此，利用相同的參考標號表示與第一實施例的電源系統(tǒng)1相同的元件，并且將省略其說明。

交流發(fā)電機18是利用諸如車輛的發(fā)動機的動力而產生電力的發(fā)電機。交流發(fā)電機18連接到輔助電池17，從而對輔助電池17充電。

控制裝置20A包括電池監(jiān)控單元21、開關陣列22、直流-直流轉換器23A、以及控制器30A。

直流-直流轉換器23A是電壓轉換器，其轉換從一個端子輸入的直流電壓，并且從另一個端子輸出不同的直流電壓。直流-直流轉換器23A使得上述另一個端子能夠選擇性地經由開關陣列22而連接到電池組11所包括的多個電池單元12，上述一個端子連接到輔助電池17。直流-直流轉換器23利用來自輔助電池17的電力對電池單元12充電。直流-直流轉換器23與電池單元充電器相對應。

由具有內置CPU、ROM、RAM這樣的微型計算機構成的控制器30A整體地控制電源系統(tǒng)2。在ROM中，預先存儲控制程序，用以用作諸如連接選擇控制器、電池單元檢測器和充電率檢測器這樣的各種裝置。CPU通過執(zhí)行該控制程序而用作上述各種裝置。此外，在ROM中，存儲了用于下面將提及的充電率均等化處理1的各種參數(shù)(基準充電率范圍和差值上限)。

控制器30A設置有多個輸出端口，該輸出端口與電池監(jiān)控單元21、開關陣列22和直流-直流轉換器23A連接?？刂破?0A從輸出端口輸出控制信號，以切換電池監(jiān)控單元21與開關陣列22的連接，或者控制直流-直流轉換器23A的操作。此外，控制器30A的輸出端口也連接到電池模塊10的斷路器15，并且從輸出端口輸出控制信號，從而控制斷路器15的操作。

控制器30A設置有輸入端口，該輸入端口經由電池監(jiān)控單元21而連接到電池單元12?？刂破?0A對從輸入端口輸入的電壓進行模數(shù)轉換，從而獲取表明電池單元12的兩電極之間的電壓的值。

控制器30A設置有另一個輸入端口，該輸入端口連接到未示出的電流檢測電路，該電流檢測電路輸出與流經電池組11(即，電池單元12)的電流相對應的電壓的信號?？刂破?0A對輸入到輸入端口的信號進行模數(shù)轉換，從而獲取表明流經電池單元12的電流的值。

控制器30A獲得電池單元12的兩電極之間的電壓以及在流動時的電流，并且基于這些電壓和電流的多個組合，估計電池單元12的劣化度SOH。具體地，在電壓與電流互相垂直的坐標系中，描繪了對電壓和電流作為坐標而進行組合的兩個點(在各個組合中電壓不同)，能夠獲得連接這兩個點的直線的斜率作為內阻r。然后，將與內阻r相對應的SOH的轉換表預先存儲到ROM中，并且將內阻r應用到該轉換表而能夠估計SOH。

基于電池單元12的兩電極之間的電壓，控制器30A檢測電池單元12的充電率SOC。在本實施例中，電池單元12的兩電極之間的電壓中的充電終止電壓Vth被設定為4.0V，放電終止電壓Vtl被設定為3.0V，假定在這些充電終止電壓Vth與放電終止電壓Vtl之間，前述電壓相對于充電率SOC線性改變。即，當電池單元12的兩電極之間的電壓為4.0V時，充電率SOC變?yōu)?00％，當前述電壓為3.5V時，充電率SOC變?yōu)?0％，并且當前述電壓為3.0V時，充電率SOC變?yōu)?％。當然，這僅是一個實例，除此之外，例如，如圖2所示，在電池單元12的兩電極之間的電壓與充電率SOC不線性改變的情況下，諸如通過預先測量或模擬預先地生成電壓與充電率SOC之間的關系的表格等充電率相關信息，并將其存儲在ROM中，并且將檢測到的電壓應用到該充電率相關信息，可以檢測到充電率SOC。

控制器30A的通信端口連接到未示出的車載網(wǎng)絡(CAN(控制器局域網(wǎng))等)，并且經由車載網(wǎng)絡而連接到車輛中的諸如組合儀表這樣的顯示裝置?？刂破?0A的CPU經由通信端口和車載網(wǎng)絡而將電池組11的狀態(tài)發(fā)送到顯示裝置，基于信號而將電池組11的狀態(tài)顯示在該顯示裝置上。

控制器30A還檢測輔助電池17的充電率。作為一個實例，控制器30A經由車載網(wǎng)絡而從控制輔助電池17的電子控制裝置接收表明輔助電池17的充電率的信號，從而檢測輔助電池17的充電率。

接著，將參考圖7中的流程圖說明前述控制裝置20A的控制器30A所執(zhí)行的處理(充電率均等化處理2)的一個實例。

在步驟T110中，在電池組11的多個電池單元12之中，檢測到兩電極之間的電壓最高的電池單元12(后文中，稱為“最高電壓電池單元12H”)、以及兩電極之間的電壓最低的電池單元12(后文中，稱為“最低電壓電池單元12L”)。特別地，控制器30A將控制信號輸出至電池監(jiān)控單元21，從而將多個電池單元12依次地連接到控制器30A，并且檢測多個電池單元12中的每個電池單元的兩電極之間的電壓。然后，在檢測多個電池單元中的所有的電池單元的兩電極之間的電壓之后，控制器30檢測出電壓最高的電池單元12作為最高電壓電池單元12H，并且檢測出電壓最低的電池單元12作為最低電壓電池單元12L。然后，處理前進至步驟T120。

在步驟T120中，檢測最高電壓電池單元12H的充電率SOCH和最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。具體地，基于最高電壓電池單元12H的兩電極之間的電壓，控制器30A檢測到充電率SOCH，并且相似地，基于最低電壓電池單元12L的電壓，檢測到充電率SOCL。然后，處理前進至步驟T130。

在步驟T130中，控制器30A確定充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值ΔSOC是否超過差值上限值。在本實施例中，作為一個實例，差值上限值被設定為2％。然后，當差值ΔSOC超過了差值上限值時，處理前進至步驟T140(T130為是)，并且當差值ΔSOC落在差值上限值以下時，處理返回到步驟T110(T130為否)。

在步驟T140中，控制器30A將控制信號輸出至開關陣列22，從而將最低電壓電池單元12L連接到直流-直流轉換器23A。然后，處理前進至步驟T150。

在步驟T150中，控制器30A將控制信號輸出至直流-直流轉換器23A，從而使直流-直流轉換器23A運轉，以利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電。然后，處理前進至步驟T160。

在步驟T160中，確定最低電壓電池單元12L是否被充電了預定電荷。具體地，控制器30A將控制信號輸出至電池監(jiān)控單元21，從而將最低電壓電池單元12L連接到控制器30A，并且控制器30A還檢測最低電壓電池單元12L的兩電極之間的電壓，并且基于該電壓而檢測最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。然后，控制器30A確定該充電率SOCL是否從其充電開始增大了預定值(例如，2％)，當未增大預定值時，確定最低電壓電池單元12L未被充電預定值，重復該確定(步驟T160為否)，并且當增大了預定值時，確定最低電壓電池單元12L充電了預定值，處理前進至步驟T170(步驟T160為是)。注意，在步驟T160中，控制器30A也檢測輔助電池17的充電率，并且當輔助電池17的充電率減小而到達0％時，處理前進至步驟T170，從而停止對最低電壓電池單元12L的充電。

在步驟T170中，控制器30A將控制信號輸出到直流-直流轉換器23A，從而使直流-直流轉換器23A停止。然后，處理返回至步驟T110，以再次執(zhí)行充電率均等化處理2。

上述步驟T110的執(zhí)行使得控制器30用作電池單元檢測器，上述步驟T120的執(zhí)行使得控制器30用作充電率檢測器，上述步驟T140的執(zhí)行使得控制器30用作連接選擇控制器。

接著，將描述上述電源系統(tǒng)2(控制裝置20A)的操作的一個實例。

控制裝置20A檢測電池模塊10的電池組11所包含的多個電池單元12的兩電極之間的電壓，檢測具有這些電壓中的最高電壓的最高電壓電池單元12H的充電率SOCH、以及具有這些電壓中的最低電壓的最低電壓電池單元12L的充電率SOCL(T110電壓和T120)。

然后，例如，當例如充電率SOCH對應于82％，并且充電率SOCL對應于79％時，充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值超過差值上限(T130為是)，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電，以增大充電率SOCL(從79％至81％)(圖7中，T140至T170)。

或者，例如，當例如充電率SOCH對應于27％并且充電率SOCL對應于24％時，充電率SOCH與充電率SOCL之間的差值超過差值上限(T130為是)，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電，以增大充電率SOCL(從24％至26％)(圖7中，T140至T170)。

其后能夠使電池組11所包括的多個電池單元12的充電率均等化。

從而，根據(jù)本實施例，控制裝置20A包括：直流-直流轉換器23A，其連接到與電池組11分離的輔助電池17；開關陣列22，其選擇性地將電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元連接到直流-直流轉換器23A，從而利用輔助電池17的電力對電池單元12充電；以及控制器30，其控制開關陣列22，以將從多個電池單元12中選擇出的最低電壓電池單元12L連接到直流-直流轉換器23A，從而減小多個電池單元12中的各個電池單元的充電率SOC的差值。從而，能夠通過將充電率較低的最低電壓電池單元12L連接到直流-直流轉換器23A，而利用能夠存儲較大量電荷的輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電，即，能夠轉移電荷，從而減小多個電池單元12的各個電池單元的充電率SOC的差值。由于能夠在一次的轉移操作中將大量電荷轉移至電池單元12，所以能夠減少電荷的轉移操作，并且快速地使電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元的充電率SOC均等化。

此外，控制裝置20A的控制器30A在多個電池單元12之中檢測出兩電極之間的電壓最高的最高電壓電池單元12H、以及兩電極之間的電壓最低的最低電壓電池單元12L，并且還檢測出最高電壓電池單元12H的充電率SOCH以及最低電壓電池單元12L的充電率SOCL。然后，當充電率SOCH與充電率從SOCL之間的差值ΔSOC超過差值上限時，控制裝置20A的控制器30A控制開關陣列22，以將最低電壓電池單元12L連接到直流-直流轉換器23A。從而，兩電極之間的電壓最低的最低電壓電池單元12L的充電率SOC應當與其它電池單元12的不同，并且能夠從輔助電池17向最低電壓電池單元12L轉移電荷，并且隨后，快速地使電池組11所包括的多個電池單元12中的每個電池單元的充電率SOC均等化。

如上所述，雖然已經采用優(yōu)選的實施例而描述了本發(fā)明，但是充電率均等化裝置和電源系統(tǒng)不限于這些實施例的配置。

例如，雖然上述實施例被配置為在轉移了最高電壓電池單元12H的電荷(即，利用最高電壓電池單元12H的電力對輔助電池17充電)之后，輔助電池17的電荷被轉移到最低電壓電池單元12L(即，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電)，但是本發(fā)明不限于此。例如，可以被配置為使得具有較高的充電率的多個電池單元12的電荷被依次轉移至輔助電池17，輔助電池17的電荷被依次轉移到具有較低的充電率的多個電池單元12。

此外，雖然上述第二實施例被配置為輔助電池17的電荷被轉移到最低電壓電池單元12L(即，利用輔助電池17的電力對最低電壓電池單元12L充電)，但是本發(fā)明不限于此。例如，可以被配置為輔助電池的電荷被依次轉移，直至多個電池單元12之中的除了最高電壓電池單元12H之外的其它各個電池單元變?yōu)榕c最高電壓電池單元12H的充電率相同的充電率為止。

此外，雖然上述第一實施例被配置為專門地進行如下操作：將最高電壓電池單元12H的電荷轉移至輔助電池17的操作；以及將輔助電池17的電荷轉移至最低電壓電池單元12L的操作，但是本發(fā)明不限于此。例如，可以被配置為使得代替雙向直流-直流轉換器23，設置了：放電直流-直流轉換器，其利用電池單元12的電力對輔助電池17充電(轉移電荷)；以及充電直流-直流轉換器，其利用輔助電池17的電力對電池單元12充電，并且上述放電直流-直流轉換器和充電直流-直流轉換器同時進行以上各個操作。

注意，前述實施例僅表明了本發(fā)明的代表實施方式，然而本發(fā)明不限于此。即，本領域的技術人員能夠根據(jù)傳統(tǒng)公知常識而在不背離本發(fā)明的要點的情況下改變和實施本發(fā)明。無論何種變形，只要該變形仍包括本發(fā)明的充電率均等化裝置和電源系統(tǒng)，則其當然落入在本發(fā)明的范圍之內。