CN101043143A - 电源控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源控制装置，蓄电机构被并联连接，具有：电流计测机构，其计测所述多个蓄电机构的电流值；电压计测机构，其计测电压；开关机构，其将所述多个蓄电机构与并联结构分离或连接；状态检测机构，其根据所述电流计测机构和所述电压计测机构的计测值，检测蓄电机构的状态；和充放电机构，其按照状态检测结果，控制电流、电压、功率，对所述多个蓄电池机构进行充电或放电，所述充放电机构，根据所述状态检测机构的状态检测结果判定所述多个蓄电机构的劣化状态，按照劣化状态进行所述开关机构的切换控制。从而使电池劣化差异均等，实现电池系统整体长寿命，提高维护性。

Description

电源控制装置
技术领域
本发明涉及铅电池、镍氢电池、锂离子电池等的使用了畜电机构进行充发电控制的电源控制装置。
背景技术
一般，电动汽车或混合动力汽车中搭载有铅电池、镍氢电池或锂离子电池等二次电池。镍氢电池或锂离子电池与铅电池相比能量密度高，可构成多个串联/多个并联，主要使用于车辆行驶。特别是在需要大电流的大规模电池系统中，采用多个电池多并联连接的结构。
二次电池通过反复地充放电，其充电状态(SOC：state of charge)或劣化状态(SOH：state of health)变化，通常，电池劣化时，电池内部的电阻上升或满充电时容量下降。因此，系统整体的输出降低。因而，需要将劣化的电池从系统分离，更换为新的电池。
例如，专利文献1所记载的现有技术中采取以下方式：在多个并联电池系统中，在检测出劣化电池时，将其从系统完全分离。
专利文献1：日本专利特开2001-185228号公报(图1、图4、(0007)段、(0008)段、(00027)段的记载)
电池劣化存在偏差。因此，仅某个电池存在劣化时，将劣化电池从并联结构完全分离的现有技术中，因为得不到需要的电流的时期提前，可以说电池系统的寿命缩短。
另外，从系统分离出的劣化电池更换为新电池时，由于电池劣化差异在其他的电池劣化少不需要更换时，因为在下一时机还需要更换，所以可以说维护性差。
发明内容
本发明的目的在于，在多个并联连接结构的电池系统中，通过进行电池劣化均等化，谋求系统整体的长寿命和提高维护性。
本发明的电源控制装置，畜电机构被并联连接，具有：电流计测机构，其计测所述多个畜电机构的电流值；电压计测机构，其计测所述多个畜电机构的电压；开关机构，其将所述多个畜电机构与并联结构分离或连接；状态检测机构，其根据所述电流计测机构和所述电压计测机构的计测值，检测所述多个畜电机构的状态；和充放电机构，其按照所述状态检测机构的状态检测结果，控制电流、电压、功率，对所述多个蓄电池机构进行充电或放电，所述充放电机构，根据所述状态检测机构的状态检测结果判定所述多个畜电机构的劣化状态，按照劣化状态进行所述开关机构的切换控制。
发明效果
根据本发明，在多个并联结构的二次电池系统中，通过进行二次电池劣化的均等化，可以实现系统整体的长寿命化和提高维护性。
附图说明
图1是实施例1的电源控制装置的整体结构的说明图。
图2是实施例1的电源控制装置的工作原理的说明图。
图3是实施例1的电源控制装置的工作流程的说明图。
图4是实施例1的电源控制装置的畜电机构的劣化状态的说明图。
图5是实施例2的电源控制装置的整体结构的说明图。
图6是实施例3的电源控制装置的整体结构的说明图。
图7是现有技术的电源控制装置的工作原理的说明图。
图8是现有技术的电源控制装置的畜电机构的劣化状态的说明图。
图中：10、20、30-畜电机构，11、21、31-内部电阻，12、22、32-开路电压(电动势)，40、41、42-电流计测机构，50-电压计测机构，60、61、62-开关机构，70-状态检测机构，80-充放电机构，90-负载，100、101、102-电阻，110、111、112-开关。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施例进行详细说明。另外，在各个实施例中，对于同一部分赋予相同的编号，省略重复说明。
(实施例1)
图1表示本实施例的电源控制装置的结构。在说明图1之前，对图7所示的作为本发明的前提的现有技术，检测劣化电池，与并联结构分离的方式的电源控制装置的动作例进行说明。
图7的现有技术的电源控制装置，将二次电池(以下的说明中略称为电池)多个并联连接，对各个列赋予可以分离电池的开关。这里，以电池A、电池B、电池C这3个电池并联连接的结构进行说明。在这样的电源控制装置中，在时刻t0到t1期间(图中(a))，使用电池A、电池B、电池C这三个电池得到需要的输出电流。在下一个时刻t1，因为电池C超过劣化电池更换阈值，所以将其与并联结构分离。这样，因为从时刻t1到t2的期间(图7中(b))仅使用电池A和电池B，所以如图7所示产生得不到需要的输出电流的区域。
通常，因为电池劣化存在差异，所以如果有劣化快的电池，则象这样得不到需要的输出电流的时期提前。即从电池系统整体看，可以认为寿命缩短。另外，由于电池劣化的差异，在更换劣化的电池时，存在其他电池还未劣化到需要更换程度的情况，因此，不能一次更换全部电池。即认为维护性差。
图8表示图7所示的现有技术的电源控制装置中的电池劣化的状态。因为电池劣化存在差异，所以即使在电池C超过劣化电池更换阈值时，电池A和电池B的劣化存在如图所示的尚小的情况。因此，在更换劣化的电池C时，电池A和电池B不必同时更换，称为维护性差。
另外，通过劣化快的电池C的分离或更换，因为不能得到有效输出的期间提前，所以作为电池系统认为寿命缩短。
图1表示本实施例的电池控制装置的结构。图1的电源控制装置包括：畜电机构10、20、30；电流计测机构40、41、42；电压计测机构50；开关机构60、61、62；状态检测机构70；充放电机构80；负载90。另外，畜电机构10、20、30由内部电阻11、21、31，开路电压(电动势)12、22、32构成。
畜电机构10串联连接有电流计测机构40和开关机构60。同样，畜电机构20串联连接有电流计测机构41和开关机构61，畜电机构30串联连接有电流计测机构42和开关机构62。这些畜电结构10、电流计测机构40和开关机构60，畜电机构20、电流计测机构41和开关机构61，畜电机构30、电流计测机构42和开关机构62互相并联连接。
另外，畜电机构10、20、30，电流计测机构40、41、42，开关机构60、61、62，电压计测机构50互相并联连接。另外，充放电机构80也与畜电机构10、20、30，电流计测机构40、41、42，开关机构60、61和62互相并联连接。充放电机构80与电动机或发电机或电子设备等负载90连接。由电源计测机构50计测的电压值，输入到状态检测机构70。另外，由电流计测机构40、41、42计测的电流值也输入到状态检测机构70。由状态检测机构70计算的电流值、电压值、电阻值输入到充放电机构80。为了计测畜电机构10、20、30的状态，例如可以设置图中未示出的温度计测机构。
充放电机构80，根据自状态检测机构70输入的状态、例如电压值、电流值、电阻值进行计算，根据其计算结果控制畜电机构10、20、30的充放电电流。本实施例的畜电机构10、20、30是可以对锂二次电池、镍氢电池、铅电池、Ni-Cd电池、双电荷层电容器(electrical double layercapacitor)等进行充放电的畜电器。畜电机构10、20、30可以单个使用这样的畜电器，或多个串联或并联连接使用。电流计测机构40、41、42由霍尔元件CT或分流电阻型的电流传感器等构成，计测流入畜电机构10、20、30的电流。电压计测机构50由分压电阻、运算放大器、或A/D变换器等电子部件构成，计测畜电机构10、20、30的电压值。开关机构60、61、62由继电器或功率半导体装置构成，将畜电机构10、20、30与并联结构分离或连接。状态检测机构70由微型计算机和外围设备IC等构成，根据电流计测机构40、41、42和电压计测机构50的输出值，检测该畜电机构10、20、30的状态(电压值、电流值、电阻值)。充放电机构80，由变换器和逆变器等电力变换器构成，控制供给到畜电机构10、20、30的、或畜电机构10、20、30输出的电流、电压、功率。另外，充放电机构80根据状态检测机构70输出的状态信号，判定畜电机构10、20、30的劣化状态，还进行开关机构60、61、62的切换控制。
流入畜电机构10、20、30的电流，根据各个内部电阻11、21、31和开路电压(电动势)12、22、32，充放电机构80的输入输出电流、电压、功率等而变化。因此，由状态检测机构70检测畜电机构10、20、30的内部电阻11、21、31或开路电压(电动势)12、22、32的状态量，将该状态量传送到充放电机构80。充放电机构80，按照该状态量控制输入输出电流、电压或功率，使开关机构60、61、62接通、断开。
图2表示图1所示的开关机构60、61、62的接通、断开的畜电机构10、20、30的切换处理状态。畜电机构10、20、30劣化时，产生内部电阻11、21、31上升或满充电时的容量降低等变化。这样，根据由于劣化而产生的变化和其初始状态的之间的比较，求得劣化状态(SOH)。充放电机构80动态地排序互相并联连接的畜电机构10、20、30的劣化状态(SOH)，判定劣化度。
以下，以将畜电机构作为电池，对三个并联连接的情况进行说明。在该例中表示了电池C劣化度最大、电池A劣化度最小的情况。电池B的劣化度设为电池A和电池B之间。
在图2中，从时刻t0到t1的期间(图2中(c))，因为一个电池的输出电流足够，所以仅使用劣化最小的电池A进行放电。从时刻t1到t2的期间(图2中的(b))，因为需要两个电池的输出电流，所以使用劣化小的电池A和电池B进行放电。从时刻t2到t3的期间(图2中(a))，因为需要三个电池的输出电流，因此使用电池A、电池B、电池C所有的电池进行放电。从时刻t3到t4的期间，与从时刻t1到t2的期间一样。另外，从时刻t4到t5的期间，与从时刻t0到t1的期间一样。
这里，关于放电时进行了说明，但是在充电时，通过切换开关机构以使从充电状态(SOC)小的电池开始优先充电，可以谋求各个电池充电状态(SOC)的均等化。
这样，动态地排序电池的劣化度，从劣化小的电池优先使用，由此谋求电池劣化的均等化。因此，通过劣化快的电池，得不到需要的输出的时期不会提前，所以可以实现电池长寿命。另外，在实现电池劣化的均等化时，更换已劣化的电池时，可以一次更换所有的电池，也提高了维护性。另外，优选将各个电池的劣化状态显示在外部。
图3表示图2所示的控制方式的处理流程。首先，在S1将各个电池连接成并联结构。接着，在S2对各个电池的劣化度进行动态地排序。其次，在S3判定需要的输出电流值。然后，在S4判断仅由一个电池输出是否可以。如果可以进入S5，如果不可以进入S6。在进入S5时，将劣化大的电池C和电池B从并联结构分离。进入到S6时，判断由两个电池输出是否可以。如果可以，进入S7，如果不可以进入S8。在进入S7时，仅将劣化大的电池C从并联结构分离。进入S8时，因为需要三个电池输出，因此所有电池都不从并联结构分离。然后，返回S2反复处理。
图4表示按图2所示的控制方式的电池劣化的状态。在该控制方式中，电池C超过劣化电池更换阈值时，因为电池劣化差异被均等化，所以电池A和电池B同样地进行劣化。因此，在更换劣化的电池C时，可以将电池A和电池B一同更换，所以维护性好。
另外，由于劣化差异的均等化，切换或更换劣化的电池C的时期之前，可以使用所有电池，因此得到有效输出的期间长，使电池系统寿命长。
另外，在本实施例中，对于畜电机构10、20、30为锂二次电池、镍氢电池、铅电池、Ni-Cd电池、双电荷层电容器等的可以充放电的畜电器进行说明，但是，使用燃料电池代替畜电器，将充放电机构80做成放电控制机构，按照图3的控制流程，也可以对畜电机构10、20、30进行放电控制。
(实施例2)
图5表示本实施例的电压控制装置的结构。基本上与实施例1的图1同样，不同点在于，从负载90对充放电机构80输出状态信号。该状态信号为以后负载90所需要的电流值的信息或当前负载90驱动的车辆车速等信息。充放电机构80，根据该状态信号和畜电机构10、20、30的劣化度，切换所使用的畜电机构10、20、30。由此，因为预先知道以后负载90所需要的电流值等，充放电机构80可以提前进行畜电机构10、20、30的切换，可以平滑地得到输出电流。
(实施例3)
图6表示本实施例的电源控制装置的结构。基本上，与实施例1的图1同样，不同点在于，与开关机构60、61、62并联连接有电阻100、101、102和开关110、111、112。该电阻100、101、102，在开关机构60、61、62接通时，防止流入大的突入电流。例如，在使用畜电机构10时，在使切换机构60接通之前，使开关机构110接通，然后通过使开关机构60接通，可以防止对畜电机构10流入大的突入电流。

Claims (14)

1、一种电源控制装置，其特征在于，
并联连接有多个畜电机构，
包括：多个电流计测机构，其计测该并联连接的所述多个畜电机构的各个电流值；
多个电压计测机构，其计测所述并联连接的所述多个畜电机构的各个电压；
多个开关机构，其将所述多个畜电机构与并联连接分离或与其并联连接；
状态检测机构，其输入所述电流计测机构和所述电压计测机构的输出，输出所述多个畜电机构的状态；和
充放电机构，其输入所述状态检测机构的输出，对所述多个蓄电机构进行充电或放电，
所述充放电机构，根据所述状态检测机构的输出，判定所述多个畜电机构的劣化状态，按照该判定的各畜电机构的劣化状态进行所述开关机构的切换控制。
2、根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，
所述畜电机构，串联连接有多个单位畜电机构。
3、根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，
从劣化小的所述畜电机构开始优先进行充放电。
4、根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，
动态地进行所述多个畜电机构的劣化状态判定和所述开关机构的切换。
5、根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，
在充电时，从所述畜电机构的充电状态低的畜电机构开始优先进行充电。
6、根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，
所述多个畜电机构的劣化状态显示在外部。
7、一种电源控制装置，其特征在于，
并联连接有多个畜电机构，
包括：多个电流计测机构，其计测该并联连接的所述多个畜电机构的各个电流值；
多个电压计测机构，其计测所述并联连接的所述多个畜电机构的各个电压；
多个开关机构，其将所述多个畜电机构与并联连接分离或与其并联连接；
状态检测机构，其输入所述电流计测机构和所述电压计测机构的输出，输出所述多个畜电机构的状态；和
充放电机构，其输入所述状态检测机构的输出，对所述多个蓄电机构进行充电或放电，
所述充放电机构，还输入负载输出的状态信号，
所述充放电机构，根据所述状态检测机构的输出，判定所述多个畜电机构的劣化状态，按照该判定的各个畜电机构的劣化状态和从所述负载输出的状态信号，进行所述开关机构的切换控制。
8、根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，
所述畜电机构，串联连接有多个单位畜电机构。
9、根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，
从劣化小的所述畜电机构开始优先进行充放电。
10、根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，
动态地进行所述多个畜电机构的劣化状态判定和所述开关机构的切换。
11、根据权利要求2所述的电源控制装置，其特征在于，
从所述负载输出的状态信号为负载所需要的电流值。
12、根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，
在充电时，从所述畜电机构的充电状态低的畜电机构开始优先进行充电。
13、根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，
所述多个畜电机构的劣化状态显示在外部。
14、一种电源控制装置，其特征在于，
并联连接有多个畜电机构，
包括：多个电流计测机构，其计测该并联连接的所述多个畜电机构的各个电流值；
多个电压计测机构，其计测所述并联连接的所述多个畜电机构的各个电压；
多个开关机构，其将所述多个畜电机构与并联连接分离或与其并联连接；
状态检测机构，其输入所述电流计测机构和所述电压计测机构的输出，输出所述多个畜电机构的状态；和
充放电机构，其输入所述状态检测机构的输出，对所述多个蓄电机构进行充电或放电，
与所述多个开关机构并联地配置有将其他开关机构和电阻串联的串联连接体，
所述充放电机构，根据所述状态检测机构的输出，判定所述多个畜电机构的劣化状态，按照该判定的各个畜电机构的劣化状态，进行所述其他开关机构和所述开关机构的切换控制。
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