電池組以及用于控制電池組的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開內(nèi)容涉及包括多個(gè)電池塊的電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]日本未審查專利申請(qǐng)公布N0.2014-38816公開了一種背包電池組，該背包電池組向外部負(fù)載(如電力工具等)提供電力。電池組被配置成能夠在一個(gè)外殼中容納多個(gè)電池塊以增加電池組中的可存儲(chǔ)的電能(即，電池組容量)。此外，電池組被配置成使得電池塊的充電和放電能夠通過(guò)將多個(gè)所容納的電池塊并聯(lián)互連來(lái)同時(shí)執(zhí)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]然而，上面提到的多個(gè)并聯(lián)互連的電池塊會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題:電池塊中的充電量的變化導(dǎo)致電流從指定的電池塊到另外的電池塊的流動(dòng)，從而降低電池組的可靠性。例如，在多個(gè)電池塊中的特定電池塊已經(jīng)發(fā)生了異常(如短路)的情況下，剩余的電池塊可以通過(guò)該特定電池塊被放電。
[0004]此外，在電池組包括多個(gè)并聯(lián)互連的電池塊的情況下，可以減小整個(gè)電池組的內(nèi)部電阻。因此，例如，在使用電池組驅(qū)動(dòng)電力工具的電動(dòng)機(jī)的情況下，施加至電動(dòng)機(jī)的電壓的減少小于從單個(gè)電池塊向電動(dòng)機(jī)提供電力的情況下的電壓的減少。施加至電動(dòng)機(jī)的電壓的較小的減少會(huì)產(chǎn)生高電壓，這使得大電流能夠在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)，由于電動(dòng)機(jī)的高溫而導(dǎo)致對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害，并且從而降低電池組的可靠性。
[0005]在本公開內(nèi)容的一個(gè)方面中，期望可以安全地執(zhí)行對(duì)多個(gè)電池塊中的每一個(gè)進(jìn)行充電或從多個(gè)電池塊中的每一個(gè)進(jìn)行放電，并且從而可以實(shí)現(xiàn)電池組的可靠性的改進(jìn)。
[0006]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面的電池組包括多個(gè)電池塊、多個(gè)導(dǎo)通/中斷單元以及控制單元。多個(gè)電池塊中的每一個(gè)包括電池。多個(gè)導(dǎo)通/中斷單元中的每一個(gè)與多個(gè)電池塊之一對(duì)應(yīng)，被配置成能夠選擇性地設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)和中斷狀態(tài)之一，并且被設(shè)置在要與電池組連接的外部裝置與對(duì)應(yīng)的電池塊之間?？刂茊卧趶臓顟B(tài)檢測(cè)單元獲得的檢測(cè)結(jié)果從多個(gè)電池塊中選擇要與外部裝置電連接的一個(gè)電池塊，以及將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)檢測(cè)單元檢測(cè)多個(gè)電池塊中的每一個(gè)電池塊的狀
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[0007]根據(jù)如上所配置的電池組，抑制多個(gè)電池塊的同時(shí)充電或放電，并且從而可以在充電或放電期間抑制從具有較高的輸出電壓的電池塊到具有較低的輸出電壓的電池塊的電流流動(dòng)。此外，可以在向外部裝置的放電期間抑制外部裝置的退化，外部裝置的退化可以由以下導(dǎo)致:由于電池塊的并聯(lián)互連導(dǎo)致的整個(gè)電池組的減小的內(nèi)部電阻以及因而產(chǎn)生的從電池組到外部裝置的增加的輸出電壓。因此，上述電池組可以提供改進(jìn)的可靠性。
[0008]控制單元還可以被配置成使得:在外部裝置與所選擇的電池塊電連接之后，當(dāng)所選擇的電池塊的剩余電能與多個(gè)電池塊中的至少一個(gè)其他電池塊的剩余電能之間的差異變得等于或大于指定值時(shí)，控制單元將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成中斷狀態(tài)，而將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。
[0009]在這種情況下，可以以均衡方式對(duì)電池塊進(jìn)行充電或放電，以使得電池塊之間的剩余電能的差異不會(huì)變得等于或大于指定值。
[0010]在對(duì)每個(gè)電池塊進(jìn)行充電時(shí)，相對(duì)于電池塊被充滿電的100%電能的相對(duì)容量可以被用作電池塊的剩余電能。在從每個(gè)電池塊放電時(shí)，電池塊的實(shí)際電能可以被用作電池塊的剩余電能。
[0011]如果電池塊處于充滿電狀態(tài)或在充電時(shí)電池塊發(fā)生了任何異常，則對(duì)電池塊的充電會(huì)被禁止。此外，如果電池塊的剩余電能小，或在放電時(shí)電池塊發(fā)生了任何異常，則從電池塊放電會(huì)被禁止。
[0012]為此，控制單元還可以被配置成:當(dāng)要將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，除非至少一個(gè)其他電池塊的充電和放電之一可行，否則禁止將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。
[0013]在這種情況下，可以抑制通過(guò)改變電池塊而導(dǎo)致的該電池塊的正常充電或放電的障礙以對(duì)其他電池塊進(jìn)行充電或放電，從而實(shí)現(xiàn)充電或放電期間電池組的安全性的改進(jìn)。
[0014]此外，控制單元可以被配置成:當(dāng)要將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)而保持與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元被設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)，并且隨后將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成中斷狀態(tài)。
[0015]在這種情況下，當(dāng)改變向外部裝置放電的電池塊時(shí)，可以抑制由于當(dāng)前所選擇的電池塊的放電路徑和接下來(lái)要選擇的電池塊的放電路徑的同時(shí)中斷而導(dǎo)致的到外部裝置的電力供應(yīng)的臨時(shí)停止(所謂的瞬間中斷)的發(fā)生。
[0016]控制單元可以被配置成:基于所選擇的電池塊的輸出電壓和放電電流來(lái)估計(jì)所選擇的電池塊的空載電壓，并且當(dāng)所估計(jì)出的空載電壓低于至少一個(gè)其他電池塊的空載電壓時(shí)，將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成中斷狀態(tài)，而將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。
[0017]在這種情況下，在完成從電池組放電之前，可以抑制該電池組的輸出電壓的顯著變化；從而，可以提供能夠以連續(xù)且穩(wěn)定的方式驅(qū)動(dòng)外部裝置的電池組。
[0018]控制單元還可以被配置成:當(dāng)從電池組到外部裝置的放電電流的電流值和從電池組到外部裝置的輸出電壓的變化量等于或大于各自的閾值時(shí)，禁止將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。
[0019]S卩，如果至外部裝置的放電電流的電流值以及至外部裝置的輸出電壓的變化大，則通過(guò)禁止改變向外部裝置放電的電池塊，可以以穩(wěn)定的方式向外部裝置供電。
[0020]電池組可以包括負(fù)載狀態(tài)監(jiān)視單元，負(fù)載狀態(tài)監(jiān)視單元包括多個(gè)過(guò)載計(jì)數(shù)器，每一個(gè)過(guò)載計(jì)數(shù)器與多個(gè)電池塊之一對(duì)應(yīng)，并且被配置成通過(guò)根據(jù)從多個(gè)電池塊中的每一個(gè)電池塊流出的放電電流使多個(gè)過(guò)載計(jì)數(shù)器中的每一個(gè)過(guò)載計(jì)數(shù)器遞增來(lái)監(jiān)視多個(gè)電池塊中的每一個(gè)電池塊的負(fù)載狀態(tài)。
[0021]在這種情況下，控制單元可以被配置成:當(dāng)與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的過(guò)載計(jì)數(shù)器已達(dá)到過(guò)載計(jì)數(shù)值時(shí)，禁止將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)，過(guò)載計(jì)數(shù)值表示對(duì)應(yīng)的電池塊的過(guò)載狀態(tài)。
[0022]根據(jù)如上所配置的電池組，當(dāng)向外部裝置放電的電池塊已經(jīng)達(dá)到過(guò)載值時(shí)，禁止從電池塊向外部裝置放電；從而，可以抑制由于放電而導(dǎo)致的電池組的退化。
[0023]控制單元還可以被配置成:當(dāng)與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的過(guò)載計(jì)數(shù)器已達(dá)到過(guò)載計(jì)數(shù)值時(shí)，如果與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的過(guò)載計(jì)數(shù)器表示放電使能計(jì)數(shù)值，則將與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成中斷狀態(tài)，而將與至少一個(gè)其他電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)，放電使能計(jì)數(shù)值表示對(duì)應(yīng)的電池塊可放電。
[0024]根據(jù)如上所配置的控制單元，當(dāng)向外部裝置放電的電池塊已經(jīng)達(dá)到過(guò)載狀態(tài)時(shí)，可以使用另外的電池塊繼續(xù)向外部裝置放電；從而，可以以穩(wěn)定的方式向外部裝置供電而電池塊中的任意電池塊不退化。
[0025]當(dāng)從電池塊向外部裝置放電被禁止時(shí)，電池塊的過(guò)載計(jì)數(shù)器可以根據(jù)放電被禁止或過(guò)載計(jì)數(shù)器可以被清零的時(shí)間周期被向下計(jì)數(shù)。在這種情況下，可以重新開始從曾經(jīng)禁止從其放電的電池塊向外部裝置放電。因此，通過(guò)改變電池塊用于如上進(jìn)行放電，可以延長(zhǎng)從電池組向外部裝置的電力供應(yīng)有效的時(shí)間周期。
[0026]電池組可以包括多組彼此并聯(lián)連接的整流器元件和開關(guān)元件。多組彼此并聯(lián)互連的整流器元件和開關(guān)元件中的每一組可以與多個(gè)導(dǎo)通/中斷單元中之一對(duì)應(yīng)，每一個(gè)整流器元件與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元串聯(lián)地設(shè)置，以使得至外部裝置的放電電流的方向是整流器元件的正方向，并且每一個(gè)開關(guān)元件被配置成能夠選擇性地設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)和中斷狀態(tài)之一Ο
[0027]在這種情況下，當(dāng)多個(gè)電池塊之一被選擇用于向外部裝置放電并且對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元被設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，可以借助于整流器元件抑制從所選擇的電池塊到任意其他電池塊的電流流動(dòng)。
[0028]此外，在這種情況下，電池組可以包括多個(gè)放電檢測(cè)單元。多個(gè)放電檢測(cè)單元中的每一個(gè)可以與多組之一對(duì)應(yīng)，并且可以被配置成:當(dāng)放電電流流經(jīng)對(duì)應(yīng)組的整流器元件時(shí)，將對(duì)應(yīng)組的開關(guān)元件設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。
[0029]在這種情況下，當(dāng)與所選擇的電池塊對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通/中斷單元處于導(dǎo)通狀態(tài)并且放電電流從電池塊流向外部裝置時(shí)，放電電流被對(duì)應(yīng)的放電檢測(cè)單元檢測(cè)到，并且對(duì)應(yīng)的組的開關(guān)元件被設(shè)置成導(dǎo)通狀態(tài)。從而，可以抑制對(duì)應(yīng)的組的整流器元件中的大電流的流動(dòng)，并且抑制整流器元件的退化。
[0030]外部裝置可以包括充電器和電動(dòng)工作機(jī)之一。
[0031]在外部裝置包括被配置成向電池組提供第一直流的充電器的情況下，該電池組可以包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器被配置成將第一直流電轉(zhuǎn)換成對(duì)多個(gè)電池塊中的每一個(gè)電池塊中的電池進(jìn)行充電所需要的第二直流電。
[0032]在這種情況下，可以使用充電器對(duì)電池進(jìn)行充電，該充電器被配置成提供第一直流，第一直流與對(duì)電池進(jìn)行充電所需要的第二直流不同。此外，由于從DC/DC轉(zhuǎn)換器至電池的充電路徑短路，所以可以減少在充電路徑中發(fā)生的電壓降(電力損耗)，并且以穩(wěn)定且有效的方式對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0033]來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可以根據(jù)其安裝的電池被設(shè)置，并且不需要根據(jù)要被充電的多個(gè)電池被調(diào)整；從而，可以實(shí)現(xiàn)電池組的簡(jiǎn)化的電路配置。
[0034]此外，即使在電池組具有高的額定電壓(例如高于40V的額定電壓)的情況下，從充電器至電池組的輸出電壓可以較低。從而，可以簡(jiǎn)化或消除充電器和/或電池組的連接部分的電擊防護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0035]電池組還可以包括公共路徑中斷單元，其被配置成中斷公共電流路徑。公共電流路徑被配置成使得:從DC/DC轉(zhuǎn)換器流向多個(gè)電池塊中的每一個(gè)電池塊的電流共同地流經(jīng)公共電流路徑，并且被設(shè)置在DC/DC轉(zhuǎn)換器與多個(gè)電池塊之間。
[0036]在這種情況下，對(duì)所有電池的充電可以通過(guò)激活公共路徑中斷單元集體地被停止，并且從而可以實(shí)現(xiàn)在充電系統(tǒng)異常的情況下的改進(jìn)的安全性。
[0037]電池組可以包括電路板，在該電路板上安裝有多個(gè)電池塊、多個(gè)導(dǎo)通/中斷單元、控制單元和DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0038]在這種情況下，改進(jìn)在替換殼體中的電池組的部件時(shí)的可工作性。
[0039]本公開內(nèi)容的另一方面是用于控制設(shè)置有多個(gè)電池塊的電池組的方法。該方法包括:提