CN101091299A - 电池装置、包括该电池装置的内燃机及车辆 - Google Patents

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Abstract

在本发明的电池装置中，电压均等处理使电压均等电路(B1)至(B3)工作，以在电池模组(C1)至(C3)串联连接的状态下分别使包括在三个电池模组(C1)至(C3)的每一者中的多个电池的电压都相同。在三个电池模组(C1)至(C3)的每一者中的电压均等都完成后，电压均等处理将三个电池模组(C1)至(C3)并联连接并使得各个电池模组(C1)至(C3)的电压相同。这种设置有效地减小了因电压均等导致的电量损失，并由此提高了整个电池装置的总体能量效率。

Description

电池装置、包括该电池装置的内燃机及车辆
技术领域
本发明涉及电池装置、包括该电池装置的内燃机系统、以及配备有该内燃机系统的机动车辆。具体而言，本发明涉及包括多个电池模组的电池装置，其中每个电池模组都具有多个串联电池，本发明还涉及包括这种电池装置的内燃机系统以及配备有这种内燃机系统的机动车辆。
背景技术
一种已知的电池装置根据各个电池的充电水平或充电状态SOC来确定多个电池的电压调整状态，其中所述多个电池串联设置以构成电池组件；并基于所确定的电压调整状态来实际上调整电池组件中各个电池的电压(例如参见日本专利早期公开号2004-31012)。这种电压调整使电池组件中的各个电池的电压变的均等。
发明内容
现有技术电池装置使各个电池放电以使各个电池的电压相同。由此电压均等导致极大的能量损失。能量损失不利地降低了总体能量效率，由此急需减小能量损失。
在一种使起动机起动以转动并起动内燃机的内燃机系统中，在失效的二次电池向起动机供应需求电量的情况下内燃机不能起动。因此内燃机系统需要二次电池之外的其他电源以确保向起动机供应需求电量。
因此，本发明的电池装置意在减小因各个电池的电压均等导致的能量损失。该内燃机系统以及配备有该内燃机系统的机动车辆意在：即使在二次电池失效且未能向起动机供应需求电量的情况下，也可确保向起动机供应需求电量以起动内燃机。
为了实现上述及其他相关目标的至少一部分，本发明的电池装置、包括该电池装置的内燃机系统、以及配备该内燃机系统的机动车辆具有如下构造。
本发明涉及一种电池装置，包括多个电池模组，其中所述多个电池模组的每一者均具有串联连接的多个电池。所述电池装置还包括：多个电压均等电路，其相应于所述多个电池模组设置，并分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同；连接切换机构，其将所述多个电池模组的连接状态在串联连接与并联连接之间切换；以及电压均等控制模组，基于预定电压均等条件的满足，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以在所述多个电池模组的串联连接的状态下分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同，并且在对所述多个电池模组的每一者中的所述各个电池完成所述电压均等的情况下，所述电压均等控制模组控制控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以将所述多个电池模组并联连接并使所述各个电池模组的电压相同。
基于预定电压均等条件的满足，在多个电池模组串联连接的情况下，本发明的电池装置使包括在多个电池模组的每一者中的多个电池的电压都相同。在对每个电池模组中的多个电池完成所述电压均等的情况下，所述电池装置将所述多个电池模组并联连接并使各个电池模组的电压相同。对串联设置的多个电池模组的每一者中的多个电池的电压均等引起因放电导致的能量损失。对并联连接状态中的多个电池模组的电压均等使得在各个电池模组之间传输电量并因此不会引起因放电导致的能量损失。这种设置有效地减小了总体能量损失。包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池可以是锂二次电池。
在本发明的电池装置中，所述连接切换机构可将多个系列电池模组集合的连接状态在串联连接与并联连接之间切换，其中每个系列电池模组集合都包括串联设置的预定数量的所述电池模组。
本发明涉及一种包括内燃机的内燃机系统。所述内燃机系统还包括：使所述内燃机起动的起动机；向所述起动机供电的二次电池；电池装置，其包括多个电池模组，其中所述多个电池模组的每一者均具有多个串联连接的电池，所述电池装置包括：多个电压均等电路，其相应于所述多个电池模组设置，并分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同；连接切换机构，其将所述多个电池模组的连接状态在串联连接与并联连接之间切换；以及电压均等控制模组，基于预定电压均等条件的满足，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以在所述多个电池模组的串联连接的状态下分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同，并且在对所述多个电池模组的每一者中的所述各个电池完成所述电压均等的情况下，所述电压均等控制模组控制控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以将所述多个电池模组并联连接并使所述各个电池模组的电压相同；供电-停止转换模组，其选择性地允许并禁止从所述电池装置向所述起动机的电量供应；以及转换控制模组，基于预设转换条件的满足，所述转换控制模组控制所述电池装置的所述连接切换机构以及所述供电-停止转换模组，以在所述多个电池模组的并联连接状态下允许从所述电池装置向所述起动机的所述电量供应。
基于预定转换条件的满足，在多个电池模组并联连接的情况下，本发明的内燃机允许从电池装置向起动机供应电量。因此，该内燃机系统利用二次电池以及电池装置两者作为电源以向起动机供应需求电量。即使在二次电池失效并未能将转动内燃机的需求电量供应至起动机的情况下，起动机也可由供应自电池装置的电量驱动以转动并起动内燃机。所述预设转换条件例如是所述二次电池未能将用于使所述内燃机转动的需求电量供应至所述起动机。本发明的内燃机系统可安装在诸如汽车的车辆上。
附图说明
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中配备有作为电池装置的供电装置的机动车辆的构造；
图2示意性地示出了包括在图1的供电装置中的高压电池单元的结构；
图3是流程图，示出了由包括在图1的供电装置中的供电电子控制单元所执行的电压均等程序；
图4是流程图，示出了由该供电电子控制单元所执行的后备起动控制程序；
图5示意性地示出了在一个改变示例中另一高压电池单元的结构。
具体实施方式
参考附图，以下讨论作为优选实施例的用来实施本发明的一个模式。图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中配备有作为电池装置的供电装置40的机动车辆20的构造。如图1所示，本实施例的机动车辆20包括发动机22、以及自动变速器24，其中发动机22消耗作为燃油的汽油以输出动力，自动变速器24以多个速比之一对发动机22的动力进行转换并将转换后的动力经由差速齿轮36输出至驱动轮38a及38b。本实施例的机动车辆20还具有驱动电子控制单元28(驱动ECU 28)、交流发电机33、以及供电装置40，其中驱动ECU 28控制发动机22及自动变速器24的操作，交流发电机33具有经由带23连接至发动机22曲轴的转轴并消耗发动机22的输出动力来发电。
将驱动ECU 28构造为包括CPU、输入端口、以及输出端口(均未在图1中具体示出)的微计算机。驱动ECU 28经由其输入端口接收数据，该数据来自附装至发动机22及自动变速器24的传感器，并且是控制发动机22及自动变速器24的操作所需的。输入数据例如包括来自变速位置传感器30的变速位置SP以及来自车速传感器32的车速。驱动ECU 28经由其输出端口输出各种驱动信号及控制信号，例如输出驱动信号至起动机26以使发动机22起动并输出驱动信号至发动机22及自动变速器24中的各个致动器。
供电装置40包括高压电池单元60、低压电池50、以及控制整个供电装置40操作的供电电子控制单元70。高压电池单元60经由待由交流发电机33产生的电量充电的高压电线46与交流发电机33相连接，并将电量经由继电器27供应至起动机26。低压电池50经由降压直流-直流变换器(converter)56以及升压直流-直流变换器57而连接至高压电线46，并将电量经由低压电线48供应至起动机26及其他辅助机构。在本实施例的结构中，低压电池50为具有12V的额定输出电压的铅酸电池。
如图2所示，高压电池单元60包括三个电池模组C1至C3、三个电压均等电路B1至B3、以及多个开关SW1至SW6。三个电池模组C1至C3中的每一者都包括串联设置的多个锂二次电池。电压均等电路B1至B3中的每一者都具有使包括在电池模组C1至C3中相应一者中的各个电池的电压均等的作用。多个开关SW1至SW6独立地接通和切断，以将电池模组C1至C3的连接状态在串联与并联之间切换。电池模组C1至C3中每一者都设计为具有等于低压电池50的12V额定输出电压的输出电压。尽管未具体示出，但电压均等电路B1至B3中的每一者都具有电阻、连接至各个电池电极的引线、以及分别将引线从各个电池连接至电阻的多个开关。每个电压均等电路B1、B2或B3都将包括在相应电池模组C1、C2或C3中的多个电池依次连接至电阻，并使各个电池放电以使各个电池的改变电压等于电池模组C1、C2或C3中各个电池中最低电压电池的最低电压水平。电压均等电路B1至B3的结构及操作是业界公知的，且不是本发明的特征，故将不再详述。在高压电池单元60中，对开关SW1至SW4进行切断设置并对开关SW5及SW6进行接通设置可获得电池模组C1至C3的串联连接。串联连接的电池模组C1至C3作为具有3倍于低压电池50的额定输出电压(12V)的额定输出电压的电池，并具有连接至高压电线46的输入及输出端子N1及N2。另一方面，对开关SW1至SW4进行接通设置并对开关SW5及SW6进行切断设置可获得电池模组C1至C3的并联连接。并联连接的电池模组C1至C3作为具有等于低压电池50的额定输出电压(12V)的额定输出电压的电池，并具有连接至高压电线46的输入及输出端子N1及N2。
将供电电子控制单元70构造为包括CPU 72、存储处理程序的ROM74、临时存储数据的RAM 76、输入及输出端口(未示出)、以及通信端口(未示出)的微计算机。供电电子控制单元70经由其输入端口接收控制所需的各种数据，例如来自附装至交流发电机33的温度传感器(未示出)的交流发电机温度Ta、来自附装至交流发电机33的转速传感器(未示出)的交流发电机转速Na、来自附装至低压电池50的温度传感器51的低压电池温度Tb1、来自布置在低压电池50的输出端子之间的电压传感器52的低压电池电压Vb1、来自布置在低压电池50的输出端子附近的电线46上的电流传感器54的低压电池电流Ib1、来自布置在高压电池单元60的输出端子之间的电压传感器62的高压电池电压Vb2、以及来自布置在高压电池单元60的输出端子附近的电线46上的电流传感器64的高压电池电流Ib2。供电电子控制单元70经由其输出端口将驱动信号输出至交流发电机33、将控制信号输出至降压直流-直流变换器56、并将控制信号输出至升压直流-直流变换器57。供电电子控制单元70与驱动ECU 28建立通信以根据需求将数据发送至驱动ECU 28并从驱动ECU 28接收数据。本实施例的高压电池单元60及供电电子控制单元70对应于本发明的电池装置。
如上所述构造的本实施例的供电装置40进行一些特征操作，具体而言是进行一系列控制，使包括在电池模组C1至C3中的各个电池的电压均等；以及进行一系列发动机起动控制，通过向起动机26供应来自高压电池单元60的电量使之致动并起动发动机22。首先描述使电池模组C1至C3中的各个电池的电压均等的电压均等程序。图3是流程图，示出了由处于点火电路断开状态的供电电子控制单元70所执行的电压均等程序。在包括在电池模组C1至C3中的各个电池的电压不均等的状态下启动该电压均等程序。
在图3的电压均等程序中，供电电子控制单元70的CPU 72将开关SW1至SW4设置在切断位置并将开关SW5及SW6设置在接通位置以串联连接电池模组C1至C3(步骤S100)，并使电压均等电压B1至B3工作以独立地开始使包括在相应电池模组C1至C3中的各个电池的电压均等(步骤S110)。CPU 72等待直至使包括在相应电池模组C1至C3中的各个电池的电压均等的过程完成(步骤S120)。
在使包括在相应电池模组C1至C3中的各个电池的电压均等的过程完成时，CPU 72将开关SW5及SW6设置在切断位置以取消电池模组C1至C3的串联连接(步骤S130)。CPU 72然后将开关SW1至SW4设置在接通位置并将开关SW5及SW6保持在切断位置以将电池模组C1至C3并联连接(步骤S140)。在经过预定时间长度之后(步骤S150)，CPU 72将开关SW1至SW4设置在切断位置以取消电池模组C1至C3的并联连接(步骤S160)。在取消了并联连接之后结束电压均等程序。电压均等使包括在各个电池模组C1、C2或C3中的多个电池的改变电压与在电池模组C1、C2或C3的各个电池中最低电压电池的最低电压水平相同。但是，这种电压均等不会使三个电池模组C1至C3的电压相同，结果是各个电池模组C1至C3的电压不均等。电池模组C1至C3的并联连接使得能够在不同电池模组C1至C3之间传输电量，并由此使各个电池模组C1至C3的电压相同。为电压均等一些电池模组需要充电，而为电压均等另一些电池模组则需要放电。这确保了相对较小的电压损失。传统的电压均等处理使得包括在电池模组C1至C3中的全部电池的电压都与全部电池中最低电压电池的最低电压水平相同。这种电压均等处理不会引起电池模组C1至C3中的电压差，而是为了电压均等需要对全部电池模组C1至C3仅进行放电。因此，相较于本实施例的电压均等处理(其使得多个电池模组中的每一者中的各个电池的电压都相同，并且并联连接多个电池模组以使得各个电池模组的电压相同)，传统电压均等处理存在较大的电压损失。即本实施例的电压均等处理通过在不同电池模组之间传输电量有利地减小了电压损失。
以下描述涉及发动机起动控制，其通过供应来自高压电池单元60的电量而使起动机26起动并起动发动机22。在来自低压电池50的电量供应未能起动起动机26并起动发动机22的情况下(例如，在低压电池50失效的情况下)进行该发动机起动控制，随后进行图4的后备起动控制程序。
在图4的后备起动控制程序中，供电电子控制单元70的CPU 72首先将开关SW5及SW6设置在切断位置以取消电池模组C1至C3的串联连接(步骤S200)，并随后将开关SW1至SW4设置在接通位置以将电池模组C1至C3并联连接(步骤S210)。CPU 72然后接通继电器27(步骤S220)并将对发动机22的起动许可信号发送至驱动ECU 28(步骤S230)。如上所述，在并联连接的电池模组C1至C3中的高压电池单元60的输出电压等于低压电池50的额定输出电压。由此在此情况下从高压电池单元60供应至起动机26的电量不是过高水平的电量。驱动ECU 28接收起动许可信号并响应于点火电路接通操作驱动起动机26以转动并起动发动机22。在完成发动机22的起动后，驱动ECU 28向供电电子控制单元70发送起动完成信号。
在后备起动控制程序中，CPU 72等待直至从驱动ECU 28接收到起动完成信号(步骤S240)并切断继电器27(步骤S250)。CPU 72然后将开关SW1至SW4设置在切断位置以取消电池模组C1至C3的并联连接(步骤S260)，并随后将开关SW5及SW6设置在接通位置以将电池模组C1至C3串联连接(步骤S270)。然后结束后备起动控制程序。串联连接的电池模组C1至C3中的高压电池单元60接收由交流发电机33产生的电量供应。该发动机起动控制确保了即使在来自低压电池50的电量供应未能起动起动机26并起动发动机22的情况下也可以完成发动机22的起动。
如上所述，本实施例的供电装置40首先使串联连接的电池模组C1至C3中包括在电池模组C1至C3的每一者中的各个电池的电压都相同，然后使并联连接的电池模组C1至C3中的各个电池模组C1至C3的电压都相同。这种设置有效地减小了电压均等程序导致的电量损失，并由此提高了整个供电装置40的总体能量效率。
在本实施例的供电装置40中，每个电池模组C1至C3都被设计为具有与低压电池50的额定输出电压相同的输出电压。在来自低压电池50的电量供应未能起动起动机26并起动发动机22的情况下，发动机起动控制将电池模组C1至C3并联连接并将继电器27接通以通过来自高压电池单元60的电量供应起动起动机26并起动发动机22。即，可选择性使用多个不同的电源来供应需求电量并起动发动机22。这种设置确保了发动机22的稳定起动。
在本实施例的供电装置40中，高压电池单元60包括三个电池模组C1至C3。但是，电池模组的数量并不重要，高压电池单元60可包括四个或更多电池模组。高压电池单元60的结构并不限于使全部电池模组都并联连接。在图5的一种改变结构中，高压电池单元60B包括六个电池模组C1至C6，其中每一对电池模组都串联连接而三个电池模组对并联连接。在该改变结构中，串联连接的电池模组的数量并不限制两个，而可以是三个或更多。
本实施例的供电装置40使用消耗发动机22的输出动力并产生电量的交流发电机33作为电量的供应源。但是，电量的供应源并不限于交流发电机33，而可以是任何合适的装置。可以不执行图4的后备起动控制程序，除非电量的替代供应源需要该发动机起动控制。
在本实施例的供电装置40中，高压电池单元60中的每个电池模组C1至C3都包括多个锂二次电池。每个电池模组C1至C3也可替代地包括多个镍氢化物电池或任何其他合适的电池。
上述实施例涉及安装在机动车辆20上的供电装置40。本实施例的供电装置40可安装在包括汽车、其他车辆、舰船及汽艇、以及飞行器在内的任何种类运动体上，或者结合在包括结构设备在内的任何种类静止系统中。在这些应用中，供电装置40可以不带低压电池50，而仅包括高压电池单元60及供电电子控制单元70。
以上讨论的实施例在各个方面都应被视为说明性而非限制性。在不脱离本发明的主要特征的范围或精神的情况下，可以进行多种修改、改变、及替换。
工业应用性
本发明的技术可优选地应用于电池装置制造产业。

Claims (11)

1.一种电池装置，包括多个电池模组，其中所述多个电池模组的每一者均具有串联连接的多个电池，
所述电池装置还包括：
多个电压均等电路，其相应于所述多个电池模组设置，并分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同；
连接切换机构，其将所述多个电池模组的连接状态在串联连接与并联连接之间切换；以及
电压均等控制模组，基于预定电压均等条件的满足，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以在所述多个电池模组的串联连接的状态下分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同，并且在对所述多个电池模组的每一者中的所述各个电池完成所述电压均等的情况下，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以将所述多个电池模组并联连接并使所述各个电池模组的电压相同。
2.如权利要求1所述的电池装置，其中，
包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池是锂二次电池。
3.如权利要求1所述的电池装置，其中，
所述连接切换机构将多个系列电池模组集合的连接状态在串联连接与并联连接之间切换，其中每个系列电池模组集合都包括串联设置的预定数量的所述电池模组。
4.一种内燃机系统，包括内燃机，
所述内燃机系统还包括：
使所述内燃机起动的起动机；
向所述起动机供电的二次电池；
电池装置，其包括多个电池模组，其中所述多个电池模组的每一者均具有多个串联连接的电池，所述电池装置包括：多个电压均等电路，其相应于所述多个电池模组设置，并分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同；连接切换机构，其将所述多个电池模组的连接状态在串联连接与并联连接之间切换；以及电压均等控制模组，基于预定电压均等条件的满足，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以在所述多个电池模组的串联连接的状态下分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同，并且在对所述多个电池模组的每一者中的所述各个电池完成所述电压均等的情况下，所述电压均等控制模组控制控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以将所述多个电池模组并联连接并使所述各个电池模组的电压相同；
供电-停止转换模组，其选择性地允许和禁止从所述电池装置向所述起动机的电量供应；以及
转换控制模组，基于预设转换条件的满足，所述转换控制模组控制所述电池装置的所述连接切换机构以及所述供电-停止转换模组，以在所述多个电池模组的并联连接状态下允许从所述电池装置向所述起动机的所述电量供应。
5.如权利要求4所述的内燃机系统，其中，
所述预设转换条件是所述二次电池未能将用于使所述内燃机转动的需求电量供应至所述起动机。
6.如权利要求4所述的内燃机系统，其中，
包括在所述电池装置中的所述多个电池是锂二次电池。
7.如权利要求4所述的内燃机系统，其中，
包括在所述电池装置中的所述连接切换机构将多个系列电池模组集合的连接状态在串联连接与并联连接之间切换，其中每个系列电池模组集合都包括串联设置的预定数量的所述电池模组。
8.一种机动车辆，其配备内燃机作为动力供应源以驱动所述机动车辆，包括：
使所述内燃机起动的起动机；
向所述起动机供电的二次电池；
电池装置，其包括多个电池模组，其中所述多个电池模组的每一者均具有多个串联连接的电池，所述电池装置包括：多个电压均等电路，其相应于所述多个电池模组设置，并分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同；连接切换机构，其将所述多个电池模组的连接状态在串联连接与并联连接之间切换；以及电压均等控制模组，基于预定电压均等条件的满足，所述电压均等控制模组控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以在所述多个电池模组的串联连接的状态下分别使包括在所述多个电池模组的每一者中的所述多个电池的电压都相同，并且在对所述多个电池模组的每一者中的所述各个电池完成所述电压均等的情况下，所述电压均等控制模组控制控制所述连接切换机构及所述多个电压均等电路，以将所述多个电池模组并联连接并使所述各个电池模组的电压相同；
供电-停止转换模组，其选择性地允许和禁止从所述电池装置向所述起动机的电量供应；以及
转换控制模组，基于预设转换条件的满足，所述转换控制模组控制所述电池装置的所述连接切换机构以及所述供电-停止转换模组，以在所述多个电池模组的并联连接状态下允许从所述电池装置向所述起动机的所述电量供应。
9.如权利要求8所述的机动车辆，其中，
所述预设转换条件是所述二次电池未能将用于使所述内燃机转动的需求电量供应至所述起动机。
10.如权利要求8所述的机动车辆，其中，
包括在所述电池装置中的所述多个电池是锂二次电池。
11.如权利要求8所述的机动车辆，其中，
包括在所述电池装置中的所述连接切换机构将多个系列电池模组集合的连接状态在串联连接与并联连接之间切换，其中每个系列电池模组集合都包括串联设置的预定数量的所述电池模组。
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