專利名稱：電池組的充電控制裝置以及充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于減小構(gòu)成電池組的各電池的電壓的偏差的充電控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如在電動(dòng)汽車 中安裝有作為行駛用電動(dòng)機(jī)或車載設(shè)備的電源的高電壓電池。該高電壓電池一般由串聯(lián)連接了多個(gè)鋰離子電池等二次電池的所謂電池組構(gòu)成。在這種電池組中，由于各電池特性的偏差，各電池之間可以放電的電量(以下稱為“放電容量”)不同。此夕卜，在二次電池的情況下，過(guò)充電或過(guò)放電會(huì)導(dǎo)致電池壽命下降，因此，如果構(gòu)成電池組的電池中的I個(gè)成為充電完成狀態(tài)或放電完成狀態(tài)，則作為電池組整體，需要停止充電動(dòng)作或放電動(dòng)作。因此，在放電時(shí)，當(dāng)放電容量最小的電池完成放電時(shí)，在其他的電池的放電未完成的狀態(tài)下，電池組整體的放電動(dòng)作停止。另一方面,在充電時(shí),在放電時(shí)完全放電的電池還未成為充電完成狀態(tài)時(shí)，放電時(shí)未完全放電的電池先成為充電完成狀態(tài)，在該時(shí)刻電池組整體的充電動(dòng)作停止。如果這樣的動(dòng)作反復(fù)，則放電容量較小的電池總是充電不足，電池組整體的放電容量下降。作為該對(duì)策，例如專利文獻(xiàn)I 5中記載的那樣，公知有以下方法將由開(kāi)關(guān)元件和電阻的串聯(lián)電路構(gòu)成的放電電路與構(gòu)成電池組的各電池并聯(lián)連接，根據(jù)各電池的充電狀態(tài)，控制開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通/截止(0N/0FF)。根據(jù)該方法，對(duì)于電壓較高的電池，開(kāi)關(guān)元件被設(shè)為導(dǎo)通，充電被抑制，對(duì)于電壓較低的電池，開(kāi)關(guān)元件成為截止，優(yōu)先進(jìn)行充電。由此，能夠均衡地對(duì)各電池充電,能夠抑制電池組整體的放電容量下降。此外，在專利文獻(xiàn)6中記載了以下充放電控制技術(shù)為構(gòu)成電池組的各電池設(shè)置轉(zhuǎn)換器，根據(jù)各電池的電壓，通過(guò)PWM信號(hào)使該轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通/截止。據(jù)此，通過(guò)調(diào)整PWM信號(hào)的占空比，能夠使各電池的輸出均等。圖5是示意地示出了電池組的充電控制的圖。(a)表示充電前的狀態(tài)，(b)表示充電中的狀態(tài)，(C)表示充電完成后的狀態(tài)。如(a)所示，當(dāng)從各電池BI B4的電壓各不相同的狀態(tài)下開(kāi)始充電時(shí)，如(b)所示，各電池BI B4的電壓逐漸上升。此時(shí)，對(duì)于電壓比由虛線示出的目標(biāo)電壓(此處為最低的電池B3的電壓)高的電池BI、B2、B4，將開(kāi)關(guān)元件設(shè)為導(dǎo)通進(jìn)行放電，由此抑制充電。另一方面，對(duì)于電池B3，將開(kāi)關(guān)元件設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)。因此，電池B3優(yōu)先被充電。然后，最終如(c)所示，當(dāng)電壓最高的電池B2充滿電時(shí)，其他電池的充電也結(jié)束。在該狀態(tài)下，各電池BI B4的電壓的偏差較小。此外，在使開(kāi)關(guān)元件為導(dǎo)通而進(jìn)行放電的情況下，在與開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接的電阻中流過(guò)放電電流，因此該電阻發(fā)熱。因此，當(dāng)流過(guò)過(guò)多的放電電流時(shí)，有時(shí)電阻成為高溫而燒損。因此，在溫度較高的區(qū)域中，不對(duì)電阻施加100%的額定功率，而是以溫度越高越減小向電阻施加的功率的方式進(jìn)行使用。具體而言，圖6是電阻的負(fù)載減輕曲線的一例，橫軸示出溫度，縱軸示出額定功率t匕。額定功率比是電阻的額定功率為100%時(shí)的可以向該電阻施加的功率的比例。在該例中，到溫度為70°C為止，可以向電阻施加100%的額定功率，但當(dāng)溫度超過(guò)70°C時(shí)，隨著溫度上升，可以向電阻施加的功率減少。例如，當(dāng)溫度為100°C時(shí)，額定功率比為50%，可以施加的功率為額定功率的一半。由此，可以施加到電阻的功率由于溫度而受到限制，因此，電阻中流過(guò)的電流也被限制。另一方面，從在短時(shí)間內(nèi)使電池組的各電池的電壓均衡的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選盡量多地在電阻中流過(guò)放電電流。但是，為此需要使用額定功率較大的電阻。在圖6的例中，為了在100°C時(shí)流過(guò)與使用額定功率時(shí)相同的電流，需要具有2倍的額定功率的電阻。專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平6-253463號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)平8-19188號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2000-83327號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)平7-264780號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2002-233069號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :日本特開(kāi)2010-148242號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于提供一種電池組的充電控制裝置以及充電控制方法，即便不使用額定功率較大的電阻也能夠在短時(shí)間內(nèi)使各電池的電壓均衡。本發(fā)明的電池組的充電控制裝置具有放電電路，其由分別與電池組的各電池并聯(lián)連接的、電阻和開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，該放電電路通過(guò)將開(kāi)關(guān)元件設(shè)為導(dǎo)通，使與該開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池放電；電壓檢測(cè)單元,其檢測(cè)電池組的各電池的電壓；以及控制單元，其根據(jù)由電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的各電池的電壓，判別需要抑制充電的電池，使與該電池對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通?？刂茊卧M(jìn)行以下控制在需要抑制充電的電池的電壓低于預(yù)先決定的基準(zhǔn)電壓的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件在第I期間導(dǎo)通，在需要抑制充電的電池的電壓為基準(zhǔn)電壓以上的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件在比第I期間短的第2期間導(dǎo)通。由此，在充電開(kāi)始之后，各電池的電壓低于基準(zhǔn)電壓，因此開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間變長(zhǎng)，電阻中流過(guò)大量放電電流。由此，抑制電壓較高的電池的充電，電壓較低的電池優(yōu)先進(jìn)行充電，因此，能夠在較早的階段糾正電池間的電壓的偏差。另一方面，當(dāng)充電開(kāi)始并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，各電池的電壓變?yōu)榛鶞?zhǔn)電壓以上，開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間縮短，電阻中流過(guò)的放電電流減少。結(jié)果，電阻中的消耗功率變小，抑制了電阻的發(fā)熱。由此，根據(jù)電池的電壓來(lái)切換開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間，在充電剛開(kāi)始后電阻中流過(guò)大量放電電流，繼續(xù)充電后放電電流減少，因此，可以使用額定功率較小的電阻，在短時(shí)間內(nèi)使電池間的電壓均衡。在本發(fā)明中，控制單元可以通過(guò)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)元件。該情況下，通過(guò)使脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比變化，來(lái)切換第I期間和第2期間。此外，在本發(fā)明中，控制單元可以進(jìn)行以下控制根據(jù)由電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的各電池的電壓，設(shè)定目標(biāo)電壓，在未對(duì)各開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的狀態(tài)下，當(dāng)任意一個(gè)電池的電壓為目標(biāo)電壓加上一定值得到的電壓以上時(shí)，使與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件在第I期間或第2期間導(dǎo)通，在對(duì)各開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的狀態(tài)下，當(dāng)與在第I期間或第2期間導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓低于目標(biāo)電壓時(shí)，將與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為截止。此外，在本發(fā)明中，基準(zhǔn)電壓由第I基準(zhǔn)電壓和比該第I基準(zhǔn)電壓低的第2基準(zhǔn)電壓構(gòu)成，控制單元可以進(jìn)行以下控制當(dāng)與導(dǎo)通期間為第I期間的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓為第I基準(zhǔn)電壓以上時(shí)，將該開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間切換為第2期間，當(dāng)與導(dǎo)通期間為第2期間的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓低于第2基準(zhǔn)電壓時(shí)，將該開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間切換為第I期間。在本發(fā)明的電池組的充電控制方法中，檢測(cè)電池組的各電池的電壓，根據(jù)檢測(cè)到的各電池的電壓，判別需要抑制充電的電池，在需要抑制充電的電池的電壓低于預(yù)先決定的基準(zhǔn)電壓的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件在第I期間導(dǎo)通，在需要抑制充電的電池的電壓為基準(zhǔn)電壓以上的情況下，僅使與該電池對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件在比第I期間短的第2期間導(dǎo)通。
根據(jù)本發(fā)明，充電剛開(kāi)始后電阻中流過(guò)大量放電電流，繼續(xù)充電后放電電流減少，因此，即便不使用額定功率較大的電阻，也可以在短時(shí)間內(nèi)使各電池的電壓均衡。
圖I是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的框圖。圖2是表示充電控制的步驟的流程圖。圖3是表示占空比切換的步驟的流程圖。圖4是PWM信號(hào)的波形圖。圖5是示意地示出電池組的充電控制的圖。圖6是示出電阻的負(fù)載減輕曲線的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明I :充電控制裝置2 電池組3:充電電路10:放電電路11:電阻12:晶體管13:電壓檢測(cè)電路14 :控制部21:電池
具體實(shí)施例方式參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。以下，以將本發(fā)明應(yīng)用于安裝在電動(dòng)汽車上的電池組的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。首先，參照?qǐng)D1，對(duì)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在圖I中，充電控制裝置I設(shè)置在電池組2與充電電路3之間，控制電池組2的充電。電池組2由串聯(lián)連接的多個(gè)電池21構(gòu)成。各電池21由例如鋰離子電池那樣的二次電池構(gòu)成。在充電控制裝置I與充電電路3之間設(shè)置有接觸器4。
充電控制裝置I對(duì)應(yīng)電池組2的各電池21，具有放電電路10，其由電阻11和晶體管12的串聯(lián)電路構(gòu)成；以及電壓檢測(cè)電路13，其檢測(cè)電池21的電壓。此外，在各放電電路10和各電壓檢測(cè)電路13中設(shè)置有通用的控制部14?？刂撇?4由CPU和存儲(chǔ)器等構(gòu)成。晶體管12是本發(fā)明中的“開(kāi)關(guān)元件”的一例，電壓檢測(cè)電路13是本發(fā)明中的“電壓檢測(cè)單元”的一例。控制部14是本發(fā)明中的“控制單元”的一例。放電電路10與電池21并聯(lián)連接，通過(guò)將晶體管12設(shè)為導(dǎo)通，來(lái)使與該晶體管12對(duì)應(yīng)的電池21放電。電阻11的一端與電池21的正極連接，電阻11的另一端與晶體管12的集電極連接。晶體管12的發(fā)射極與電池21的負(fù)極連接，晶體管12的基極與控制部14連接。電壓檢測(cè)電路13連接在電池21的正極與負(fù)極的之間。電壓檢測(cè)電路13的輸出被提供給控制部14。如后所述，控制部14根據(jù)電壓檢測(cè)電路13的檢測(cè)電壓來(lái)控制晶體管12。此外，控制部14向充電電路3提供充電開(kāi)始或充電停止的指令，并且，進(jìn)行在充電開(kāi)始時(shí)將接觸器4設(shè)為導(dǎo)通(閉狀態(tài))、在充電停止時(shí)將接觸器4設(shè)為截止(開(kāi)狀態(tài))的控制。進(jìn)而，控制部14 與未圖示的上位裝置之間進(jìn)行通信。接著，對(duì)充電控制裝置I進(jìn)行的充電控制的概要進(jìn)行說(shuō)明?？刂撇?4根據(jù)來(lái)自上位裝置的指令，對(duì)充電電路3輸出充電開(kāi)始指令，并且，將接觸器4設(shè)為導(dǎo)通。由此，從充電電路3經(jīng)由接觸器4對(duì)電池組2進(jìn)行充電。充電開(kāi)始后，各電池21的電壓逐漸上升，但如前面所述，在電池間存在電壓的偏差?？刂撇?4根據(jù)各電壓檢測(cè)電路13的輸出，監(jiān)視各電池21的電壓，判別需要抑制充電的電池。例如,將電壓比由電壓檢測(cè)電路13檢測(cè)到的電壓中的最小電壓高的電池判別為需要抑制充電的電池。而且，控制部14使與被判別為需要抑制充電的電池21對(duì)應(yīng)的放電電路10的晶體管12在規(guī)定時(shí)間為導(dǎo)通。該情況下,從控制部14向晶體管12的基極提供PWM (PulseWidth Modulation :脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，在該信號(hào)為H (High)電平期間，晶體管12為導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)晶體管12導(dǎo)通時(shí)，形成基于電阻11和晶體管12的放電路徑，因此，電池21的充電被抑制。另一方面，對(duì)不需要抑制充電的電池21，晶體管12設(shè)為截止，因此優(yōu)先進(jìn)行充電。此外，在本實(shí)施方式中，控制部14在將晶體管12設(shè)為導(dǎo)通時(shí)，使PWM信號(hào)的占空比變化，由此將晶體管12的導(dǎo)通期間在2個(gè)階段切換。即，從開(kāi)始充電到電池電壓達(dá)到某個(gè)基準(zhǔn)值為止，將PWM信號(hào)的占空比設(shè)為例如70%，晶體管12的導(dǎo)通期間變長(zhǎng)。然后，繼續(xù)充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到某個(gè)基準(zhǔn)值時(shí)，將PWM信號(hào)的占空比變更為例如30%，晶體管12的導(dǎo)通期間縮短。由此，在剛開(kāi)始充電不久而電池電壓較低的階段中，晶體管12的導(dǎo)通期間較長(zhǎng)，經(jīng)由電阻11流過(guò)大量放電電流。結(jié)果，抑制了電壓較高的電池的充電，電壓較低的電池優(yōu)先進(jìn)行充電，因此，能夠在較早的階段糾正電池間電壓的偏差，實(shí)現(xiàn)各電池21的電壓的均等化。另一方面，在開(kāi)始充電并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在電池的電壓變高的階段中，晶體管12的導(dǎo)通期間縮短，流過(guò)電阻11的放電電流減少(在該階段中，電壓均等化，因此即便放電電流減少也沒(méi)有問(wèn)題)。結(jié)果，電阻11中的消耗功率減小，抑制了電阻11的發(fā)熱。因此，電阻11是額定功率較小的電阻即可。如上所述，在本實(shí)施方式中，當(dāng)電池21的電壓較低時(shí)，電阻11中流過(guò)大量的放電電流，當(dāng)電池21的電壓變高時(shí)，使電阻11中流過(guò)的放電電流減少。由此，即使使用額定功率較小的電阻11，也可以在短時(shí)間內(nèi)使各電池21的電壓均等。下面，列舉具體例子對(duì)電阻11的額定功率進(jìn)行說(shuō)明。首先，考慮不使放電電流變化的情況(以往方式)?，F(xiàn)在，將周圍溫度設(shè)為85°C，將電阻11的自發(fā)熱產(chǎn)生的溫度設(shè)為15°C，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將85°C +15°C =100°C設(shè)為電阻11的溫度。此外，將電阻11中流過(guò)的放電電流與電池21的電壓(以下稱為“電池單元電壓”。)無(wú)關(guān)地設(shè)為O. I (A)0在上述條件下，在例如電池單元電壓為2. 5〔V〕的情況下，電阻11中的消耗功率為2.5 (V)XO. I (A)=O. 25〔W〕。如果電阻11的負(fù)載減輕曲線為圖6所示那樣的話，則電阻溫度為100°C時(shí)的額定功率比為50%。即，額定功率X50%=0. 25〔W〕，因此，作為電阻11，需要額定功率為O. 5〔W〕的電阻。此外，在例如電池單元電壓為4. O〔V〕的情況下，電阻11中的消耗功率為4. O〔 V) X0. I (A)=O. 4〔W〕。S卩，額定功率X50%=0. 4〔W〕，因此，作為電阻11，需要額定功率為
0.8〔W〕以上的1.0〔W〕的電阻。因此，在以往方式中，其結(jié)果為，需要選定額定功率為1.0〔W〕的電阻11。接著，考慮使放電電流發(fā)生變化的情況(本發(fā)明)?，F(xiàn)在，將周圍溫度設(shè)為85°C，將電阻11自發(fā)熱產(chǎn)生的溫度設(shè)為15°C，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將85°C+15°C =100°C設(shè)為電阻11的溫度。此外，在電池單元電壓為2. 5〔V〕的情況下，將電阻11中流過(guò)的放電電流設(shè)為O. I〔A〕，在電池單元電壓為4. O〔V〕的情況下，將電阻11中流過(guò)的放電電流設(shè)為O. 06 (A)0在上述條件下，在電池單元電壓為2. 5〔V〕的情況下，電阻11中的消耗功率為2. 5〔V〕X0. I (A) =0. 25〔W〕。此外，根據(jù)圖6的負(fù)載減輕曲線，電阻溫度為100°C時(shí)的額定功率比為50%。S卩，額定功率X50%=0. 25〔W〕，因此，作為電阻11，需要額定功率為O. 5〔W〕的電阻(這與以往方式相同)。另一方面，在電池單元電壓為4. O〔V〕的情況下，電阻11中的消耗功率為4. O〔V) X0. 06 (A) =0. 24〔W〕。S卩，額定功率X 50%=0. 24〔W〕，因此，作為電阻11，需要額定功率為O. 48〔W〕以上的O. 5〔W〕的電阻。因此，在本發(fā)明的情況下，結(jié)果為只要選定額定功率為O. 5〔W〕的電阻11即可。由此，通過(guò)使用額定功率較小的電阻，能夠降低成本。接著，根據(jù)流程圖詳細(xì)地說(shuō)明充電控制裝置I的充電控制。圖2是表示充電控制步驟的流程圖。通過(guò)構(gòu)成控制部14的CPU來(lái)執(zhí)行各步驟。以下，將控制部14對(duì)各晶體管12進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制而使各電池21間電壓均等的情況稱為“電壓平衡動(dòng)作”。在步驟SI中，根據(jù)各電池21的電池單元電壓，設(shè)定目標(biāo)電壓。將目標(biāo)電壓設(shè)定為例如由電壓檢測(cè)電路13檢測(cè)到的電池單元電壓中的最低的電池單元電壓。但是，目標(biāo)電壓的設(shè)定方法不僅限于此。例如，也可以像專利文獻(xiàn)3中記載的那樣，將電池單元電壓的平均值設(shè)定為目標(biāo)電壓。在步驟S2中，針對(duì)每個(gè)電池21判定電池單元電壓是否為異常電壓以下。異常電壓是指相當(dāng)于電池21被過(guò)充電的情況下的電壓(比充滿電時(shí)的電壓高的電壓)的高電壓。判定的結(jié)果，如果電池單元電壓超過(guò)異常電壓(步驟S2 :否)，則判斷為該電池21為異常，向步驟S8轉(zhuǎn)移，將與該電池21對(duì)應(yīng)的放電電路10設(shè)為不驅(qū)動(dòng)。該情況下，該放電電路10中的晶體管12維持為截止?fàn)顟B(tài)。另一方面，如果電池單元電壓為異常電壓以下(步驟S2 :是)，則判定為該電池21為正常，進(jìn)入步驟S3。在步驟S3中，判定是否允許電壓平衡動(dòng)作。根據(jù)有無(wú)來(lái)自上位裝置的許可指令來(lái)進(jìn)行該判定。例如，在汽車的行駛中禁止電壓平衡動(dòng)作，當(dāng)汽車的停止中對(duì)電池組2進(jìn)行充電時(shí)，允許電壓平衡動(dòng)作。判定的結(jié)果，如果不允許電壓平衡動(dòng)作(步驟S3 :否)，則向步驟S8轉(zhuǎn)移，將放電電路10設(shè)為非驅(qū)動(dòng)。另一方面，如果允許電壓平衡動(dòng)作(步驟S3 :是)，則進(jìn)入步驟S4。在步驟S4中，判定電壓平衡動(dòng)作是否為停止中。判定的結(jié)果，如果電壓平衡動(dòng)作為停止中(步驟S4 :是)，則進(jìn)入步驟S5。在步驟S5中，對(duì)于每個(gè)電池21將電池單元電壓與目標(biāo)電壓+ α進(jìn)行 比較。此處，α為固定值。而且，對(duì)于電池單元電壓3目標(biāo)電壓+ α的電池(步驟S5:是)，判斷為需要抑制充電，進(jìn)入步驟S6。此外，對(duì)于電池單元電壓〈目標(biāo)電壓+ α的電池(步驟S5 :否)，判斷為不需要抑制充電，進(jìn)入步驟S8。在步驟S6中，驅(qū)動(dòng)與需要抑制充電的電池21對(duì)應(yīng)的放電電路10，執(zhí)行電壓平衡動(dòng)作。即，從控制部14向該放電電路10的晶體管12提供PWM信號(hào)，晶體管12僅在由PWM信號(hào)的占空比決定的期間成為導(dǎo)通。在該導(dǎo)通期間內(nèi)，電池21經(jīng)由放電電路10放電。另外，關(guān)于根據(jù)電池單元電壓切換晶體管12的導(dǎo)通期間，將在后面進(jìn)行說(shuō)明。另一方面，步驟S4中的判定的結(jié)果，如果電壓平衡動(dòng)作正在執(zhí)行中(步驟S4 :否)，則進(jìn)入步驟S7。在步驟S7中，對(duì)于每個(gè)電池21將電池單元電壓與目標(biāo)電壓進(jìn)行比較。然后，對(duì)于電池單元電壓3目標(biāo)電壓的電池(步驟S7 :是)，判斷為需要抑制充電，進(jìn)入步驟S6。此外，對(duì)于電池單元電壓〈目標(biāo)電壓的電池(步驟S7 :否)，判斷為不需要抑制充電，進(jìn)入步驟S8。如上所述，在未進(jìn)行電壓平衡動(dòng)作的狀態(tài)下(步驟S4 :是)，當(dāng)任意一個(gè)電池21的電壓成為目標(biāo)電壓+ α以上時(shí)(步驟S5 :是)，與該電池21對(duì)應(yīng)的晶體管12在規(guī)定期間導(dǎo)通(0Ν)，該電池21放電(步驟S6)。此外，在進(jìn)行電壓平衡動(dòng)作的狀態(tài)下(步驟S4:否)，當(dāng)與在規(guī)定期間導(dǎo)通的晶體管12對(duì)應(yīng)的電池21的電壓低于目標(biāo)電壓時(shí)(步驟S7:否)，與該電池21對(duì)應(yīng)的晶體管12成為截止(0FF)，該電池21的放電停止(步驟S8)。通過(guò)重復(fù)這樣的動(dòng)作，使各電池21的電壓均等化。此外，在本實(shí)施方式中，當(dāng)在步驟S6中驅(qū)動(dòng)放電電路10時(shí)，根據(jù)電池單元電壓，將PWM信號(hào)的占空比在70%和30%中切換。但是，該占空比的值僅僅是一例，也可以采用其他的值。圖4 (a)示出占空比為70%的PWM信號(hào)的波形。當(dāng)將信號(hào)的I個(gè)周期設(shè)為T，將導(dǎo)通期間(信號(hào)為H電平的期間)設(shè)為Tl時(shí)，Tl/T=70%。導(dǎo)通期間Tl相當(dāng)于本發(fā)明中的“第I期間”。圖4 (b)示出占空比為30%的PWM信號(hào)的波形。當(dāng)將信號(hào)的I個(gè)周期設(shè)為T，將導(dǎo)通期間設(shè)為T2時(shí)，T2〈T1，T2/T=30%。導(dǎo)通期間Τ2相當(dāng)于本發(fā)明中的“第2期間”。在這些PWM信號(hào)的導(dǎo)通期間Τ1、Τ2中，晶體管12成為導(dǎo)通狀態(tài)。圖3是示出在圖2的步驟S6中驅(qū)動(dòng)放電電路10的情況下的、PWM信號(hào)的占空比切換步驟的流程圖。通過(guò)構(gòu)成控制部14的CPU執(zhí)行各步驟。在步驟Sll中，判定PWM信號(hào)的占空比是否為30%。充電剛開(kāi)始后，將PWM信號(hào)的占空比設(shè)定為70% (步驟Sll :否)，因此進(jìn)入步驟S14。在步驟S14中，將電池單元電壓與可變電壓進(jìn)行比較。此處所指的可變電壓是例如充滿電狀態(tài)下的電壓的80%左右的電壓。在電池單元電壓是可變電壓付近的高電壓的情況下，如果電阻11中流過(guò)較大的放電電流，則電阻11中產(chǎn)生超過(guò)容許值的消耗功率，電阻11可能被燒損。但是，充電開(kāi)始后，在短暫的時(shí)間內(nèi)，電池單元電壓較低，電池單元電壓〈可變電壓(步驟S14 :是)。因此，進(jìn)入步驟S13，將PWM信號(hào)的占空比維持在70%。另外，步驟S14中的可變電壓相當(dāng)于本發(fā)明中的“第I基準(zhǔn)電壓”。另一方面，當(dāng)繼續(xù)充電，電池單元電壓升高，電池單元電壓3可變電壓時(shí)(步驟S14 :否)，需要限制電阻11中流過(guò)的放電電流，因此進(jìn)入步驟S15，將PWM信號(hào)的占空比切換為30%。由此，晶體管12的導(dǎo)通期間縮短，電阻11中流過(guò)的放電電流減少。因此,也抑制了電阻11的消耗功率。此外，在步驟Sll中，當(dāng)PWM信號(hào)的占空比為30%時(shí)(步驟Sll :是)，進(jìn)入步驟S12。
在步驟S12中，將電池單元電壓與可變電壓-α ( α為上述的固定值)進(jìn)行比較。比較的結(jié)果，如果電池單元電壓3可變電壓-α (步驟S12:否)，則判斷為需要繼續(xù)限制電阻11中流過(guò)的放電電流，進(jìn)入步驟S15，將PWM信號(hào)的占空比維持在30%。另一方面，如果電池單元電壓〈可變電壓- α (步驟S12 :是)，則判斷為不需要限制電阻11中流過(guò)的放電電流，進(jìn)入步驟S13，將PWM信號(hào)的占空比切換為70%。另外，步驟S12中的可變電壓-α相當(dāng)于本發(fā)明中的“第2基準(zhǔn)電壓”。在本發(fā)明中，可以采用上述以外的各種實(shí)施方式。例如，在圖2的步驟中，在步驟S2 S8中，包含對(duì)每個(gè)電池21進(jìn)行處理的步驟(S2、S5、S7)，但也可以在對(duì)I個(gè)電池執(zhí)行了步驟S2 S8后，再重新對(duì)下一個(gè)電池執(zhí)行步驟S2 S8。此外，在上述實(shí)施方式中，使用晶體管12作為放電電路10的開(kāi)關(guān)元件，但也可以使用FET來(lái)代替晶體管。此外，在上述實(shí)施方式中，將電壓檢測(cè)電路13獨(dú)立于控制部14設(shè)置，但也可以將電壓檢測(cè)電路13嵌入控制部14。進(jìn)而，在上述實(shí)施方式中，列舉了將本發(fā)明應(yīng)用于安裝在電動(dòng)汽車中的電池組的例子，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于在電動(dòng)汽車以外的用途中使用的電池組。
權(quán)利要求
1.一種電池組的充電控制裝置，其控制由串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池構(gòu)成的電池組的充電，其特征在于，該電池組的充電控制裝置具有 放電電路，其由分別與所述電池組的各電池并聯(lián)連接的、電阻及開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，該放電電路通過(guò)將所述開(kāi)關(guān)元件設(shè)為導(dǎo)通，使與該開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的所述電池放電；電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述電池組的各電池的電壓；以及 控制單元，其根據(jù)由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的各電池的電壓，判別需要抑制充電的電池，并使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通， 所述控制單元進(jìn)行以下控制 在需要抑制充電的電池的電壓低于預(yù)定的基準(zhǔn)電壓的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件在第I期間導(dǎo)通， 在需要抑制充電的電池的電壓為所述基準(zhǔn)電壓以上的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件在比所述第I期間短的第2期間導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組的充電控制裝置，其特征在于， 所述控制單元通過(guò)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制所述開(kāi)關(guān)元件， 通過(guò)使所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比變化來(lái)切換所述第I期間和所述第2期間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組的充電控制裝置，其特征在于， 所述控制單元根據(jù)由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的各電池的電壓，設(shè)定目標(biāo)電壓， 在未對(duì)各所述開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的狀態(tài)下，當(dāng)任意一個(gè)電池的電壓成為所述目標(biāo)電壓加上固定值得到的電壓以上時(shí)，使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件在所述第I期間或第2期間導(dǎo)通， 在對(duì)各所述開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的狀態(tài)下，當(dāng)與在所述第I期間或第2期間導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓低于所述目標(biāo)電壓時(shí)，將與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件設(shè)為截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組的充電控制裝置，其特征在于， 所述基準(zhǔn)電壓由第I基準(zhǔn)電壓和比該第I基準(zhǔn)電壓低的第2基準(zhǔn)電壓構(gòu)成， 所述控制單元進(jìn)行以下控制， 當(dāng)與導(dǎo)通期間為所述第I期間的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓為所述第I基準(zhǔn)電壓以上時(shí)，將該開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間切換為所述第2期間， 當(dāng)與導(dǎo)通期間為所述第2期間的開(kāi)關(guān)元件對(duì)應(yīng)的電池的電壓低于所述第2基準(zhǔn)電壓時(shí)，將該開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通期間切換為所述第I期間。
5.一種電池組的充電控制方法，其中，該電池組由串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池構(gòu)成，并且與放電電路連接，該放電電路由分別與各電池并聯(lián)的、電阻和開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián)電路構(gòu)成，該電池組的充電控制方法的特征在于，包括以下步驟 檢測(cè)所述電池組的各電池的電壓， 根據(jù)由所述檢測(cè)到的各電池的電壓，判別需要抑制充電的電池， 在需要抑制充電的電池的電壓低于預(yù)定的基準(zhǔn)電壓的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件在第I期間導(dǎo)通， 在需要抑制充電的電池的電壓為所述基準(zhǔn)電壓以上時(shí)，使與該電池對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)元件在比所述第I期間短的第2期間導(dǎo)通。
全文摘要
電池組的充電控制裝置以及充電控制方法。即便不使用額定功率較大的電阻也能夠在短時(shí)間內(nèi)使各電池的電壓均衡。電池組的充電控制裝置具有放電電路，其分別與電池組的各電池并聯(lián)連接；電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)各電池的電壓；以及控制部，其根據(jù)電壓檢測(cè)電路的輸出，判別需要抑制充電的電池，并控制放電電路。放電電路由電阻和晶體管的串聯(lián)電路構(gòu)成，晶體管設(shè)為導(dǎo)通，由此使與該晶體管對(duì)應(yīng)的電池放電。控制部進(jìn)行以下控制在需要抑制充電的電池的電壓低于基準(zhǔn)電壓的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的晶體管在第1期間導(dǎo)通，在需要抑制充電的電池的電壓為基準(zhǔn)電壓以上的情況下，使與該電池對(duì)應(yīng)的晶體管在比第1期間短的第2期間導(dǎo)通。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102969748SQ20121030868
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者澤柳友宏, 北原直樹(shù) 申請(qǐng)人:歐姆龍汽車電子株式會(huì)社