CN101722864A - 电源装置及电动车辆 - Google Patents

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CN101722864A CN200910205306A CN200910205306A CN101722864A CN 101722864 A CN101722864 A CN 101722864A CN 200910205306 A CN200910205306 A CN 200910205306A CN 200910205306 A CN200910205306 A CN 200910205306A CN 101722864 A CN101722864 A CN 101722864A
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前田好彦
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
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Abstract

本发明提供一种抑制多个蓄电器件各自的残余容量上产生偏差的电源装置以及电动车辆。电源装置(100)基于由电压检测部(42A～42C)检测出的电压(VSA～VSC)，设置电连接蓄电器件(10A～10C)中的两个蓄电器件的连接期间。

Description

电源装置及电动车辆
技术领域
本发明涉及一种具备并联连接了多个蓄电器件的电源装置以及电动车辆。
背景技术
以往，以高容量化和高输出化为目的，提出了具备并联连接了多个蓄电器件的电源装置。这样的电源装置例如用于电动车辆等。
在各蓄电器件中决定了允许流过蓄电器件的电流(以下，称作“允许电流”)。由于各蓄电器件的内部电阻的偏差或变化等，流过蓄电器件的电流超过允许电流时，因蓄电器件的发热会导致加速蓄电器件的劣化。
针对上述情况，提出了按照流过蓄电器件的电流不会超过允许电流的方式控制流过各蓄电器件的电流的技术(例如，专利文件1)。
具体而言，电源装置具有与蓄电器件串联连接的电流分配部，电流分配部通过改变设置在电流分配部中的电阻的电阻值，控制流过蓄电器件的电流。
【专利文献1】特开2008-118790号公报
但是，由于流过各蓄电器件的电流不同，因此各蓄电器件的残余容量会产生偏差。由于电源装置整体的容量(可使用时间)会在一个蓄电器件的容量变无的时刻用尽，因此若各蓄电器件的残余容量产生偏差，则存在电源装置的可使用时间变短的问题。
发明内容
本发明为了解决上述的课题而实现，目的在于提供一种能够抑制多个蓄电器件各自的残余容量上产生偏差的电源装置以及电动车辆。
本发明的特征所涉及的电源装置具备相互并联连接的多个蓄电器件，还具备：温度检测部，检测多个蓄电器件各自的温度；电压检测部，检测分别施加在多个蓄电器件上的电压；开关元件，分别与多个蓄电器件串联连接；和控制部，基于由温度检测部检测出的温度，控制开关元件的接通状态和开关元件的关断状态；控制部基于由电压检测部检测出的电压，设置电连接多个蓄电器件中的两个蓄电器件的连接期间。
在本发明的特征中，控制部可以基于两个蓄电器件的电压差以及不会影响多个蓄电器件的温度的规定的电流量，算出每单位时间内的连接期间。
在本发明的特征中，两个蓄电器件中的一个蓄电器件的电压可以在各个蓄电器件的电压之中最小。
在本发明的特征中，两个蓄电器件中的一个蓄电器件的电压可以在各个蓄电器件的电压之中最大。
在本发明的特征中，控制部可以在由温度检测部检测出的温度比规定的温度高时，执行提高开关元件的接通状态和关断状态的控制中的关断状态的时间比率的温度控制。
本发明的特征所涉及的电动车辆具备：上述的电源装置；通过由电源装置提供的电力产生动力的电动机；和被传递电动机所产生的动力的驱动轮。
(发明效果)
根据本发明，可提供一种能够抑制各个蓄电器件的残余容量上产生偏差的电源装置以及电动车辆。
附图说明
图1是表示第1实施方式的电源装置100的电路图。
图2是用于说明电流量Id与电压差Vd之间的关系的图。
图3是用于说明热量JL与平均电流量IAVG之间的关系的图。
图4是表示第1实施方式的开关元件(FET21A/22A～21C/22C)的状态的图。
图5是表示第1实施方式的开关元件(FET21A/22A～21C/22C)的状态的图。
图6是表示第1实施方式的控制部50的温度控制的动作的流程图。
图7是表示第1实施方式的控制部50的残余容量偏差缓和控制的动作的流程图。
图8是表示第2实施方式的控制部50的残余容量偏差缓和控制的动作的流程图。
图9是表示第2实施方式的开关元件(FET21A/22A～21C/22C)的状态的图。
图10是表示第3实施方式的电动车辆200的结构的图。
图中：10-蓄电器件；21、22-FET；31、32、41-电阻；40-NTC；42-电压检测部；50-控制部；100-电源装置；110-负载；200-电动车辆；201-电源装置；202-电力变换部；203-马达；204-驱动轮；205-加速器；206-制动器；207-旋转传感器；208-电流传感器；209-控制部。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的电源装置。另外，在以下的附图记载中，对相同或类似的部分标注了相同或类似的标记。
但是，附图是示意图，应注意各尺寸的比例等与现实的结构不同。因此，具体的尺寸等应参考以下的说明来判断。另外，附图相互之间显然包括相互的尺寸关系或比例不同的部分。
[第1实施方式]
(电源装置的结构)
以下，参照附图说明第1实施方式的电源装置。图1是表示第1实施方式的电源装置100的电路图。
如图1所示，电源装置100具有多个蓄电器件(蓄电器件10A～10C)、多个开关元件(FET21A/22A～21C/22C)、多个电阻(电阻31A/32A～31C/32C)、多个温度检测部(NTC40A～40C)、多个电阻(电阻41A～41C)、多个电压检测部(电压检测部42A～42C)、控制部50。
蓄电器件10A～10C相互并联连接，蓄电器件10A～10C分别与负载110连接。蓄电器件10A～10C分别具有内部电阻Ra～Rc。例如，电源装置100设置在电动车辆(EV：Electric Vehicle，HEV：Hybrid Electric Vehicle)上时，负载110是设置在电动车辆上的马达等。另外，应注意蓄电器件10A所涉及的电路～蓄电器件10C所涉及的电路分别具有相同的结构。
蓄电器件10A～10C是蓄积电荷的装置。蓄电器件10A～10C的正极与FET22A～22C的漏极连接。蓄电器件10A～10C的负极与负载110连接。
FET21A/22A～21C/22C是具有栅极、源极、漏极的场效应晶体管(FieldEffect Transistor)。FET21A/22A～21C/22C与蓄电器件10A～10C串联连接，分别切换蓄电器件10A～10C与负载110之间的连接状态。
在第1实施方式中，FET21A/22A～21C/22C呈“导通状态”时，蓄电器件10A～10C与负载110连接，FET21A/22A～21C/22C呈“截止状态”时，蓄电器件10A～10C从负载110断开。
FET21A/22A～21C/22C的栅极通过电阻32A～32C与控制部50连接。FET21A～21C的漏极与负载110连接，FET21A～21C的源极与FET22A～22C的源极和电阻31A～31C的一端连接。FET22A～22C的漏极与蓄电器件10A的正极连接，FET22A～22C的源极与FET21A～21C的源极和电阻31A～31C的一端连接。
NTC40A～40C是检测蓄电器件10A～10C的温度的热敏电阻，这里，作为热敏电阻的一个例子，使用NTC(Negative Temperature Coefficient)。另外，作为热敏电阻，也可以使用PTC(Positive Temperature Coefficient)。
这里，随着NTC40A～40C的温度的上升，NTC40A～40C的电阻值降低。另外，NTC40A～40C设置在蓄电器件10A～10C的附近。即，NTC40A～40C的温度与蓄电器件10A～10C的温度大致相等。
NTC40A～40C通过电阻41A～41C与FET22A～22C的漏极连接，并与蓄电器件10A～10C并联连接。根据施加在NTC40A～40C上的电压VT1～VT3获得NTC40A～40C的电阻值，根据NTC40A～40C的电阻值获得NTC40A～40C的温度(即，蓄电器件10A～10C的温度)。
电压检测部42A～42C与蓄电器件10A～10C并联连接，检测蓄电器件10A～10C两端的电压VSA～VSC。电压VSA～VSC的大小与蓄电器件10A～10C的残余容量之间具有相关关系。因此，基于电压VSA～VSC，能够比较蓄电器件10A～10C的残余容量。
控制部50基于蓄电器件10A～10C的温度，执行提高开关元件(FET21A/22A～FET21C/22C)的导通状态和截止状态控制中的截止状态的时间比率的温度控制。具体而言，控制部50根据施加在NTC40A～40C上的电压VT1～VT3，测量蓄电器件10A～10C的温度。之后，控制部50在蓄电器件10A～10C的温度比规定的温度TH高的情况下，进行降低蓄电器件10A～10C各自的Duty比D1～D3的Duty比控制。或者，控制部50在蓄电器件10A～10C的温度差比规定的值大的情况下，进行调整Duty比D1～D3的Duty比控制。
另外，截止状态的时间比率是单位时间内开关元件的截止状态所占的时间的比率。同样，Duty比D1～D3是单位时间内蓄电器件10A～10C与负载110连接的时间比率。即，Duty比D1～D3是单位时间内开关元件的导通状态所占的时间的比率。另外，规定的温度TH优选比为了安全使用蓄电器件10A～10C而设定的允许温度低的温度。例如，蓄电器件10A～10C的允许温度为80℃时，能够将规定的温度TH设定为70℃。
这里，执行上述的温度控制时，各个蓄电器件10A～10C的残余容量上会产生偏差。在本实施方式中，控制部50执行通过从具有最大残余容量的蓄电器件10MAX向具有最小残余容量的蓄电器件10MIN进行充电来缓和残余容量的偏差的“残余容量偏差缓和控制”。
具体而言，控制部50获取由电压检测部42A～42C检测出的电压VSA～VSC。电压VSA～VSC分别是各个蓄电器件10A～10C的空载电压。控制部50算出电压VSA～VSC中的最大电压VSMAX与最小电压VSMIN的电压差Vd。控制部50基于电压差Vd，算出在连接蓄电器件10MAX与10MIN时从蓄电器件10MAX流向蓄电器件10MIN的电流量Id。另外，如图2所示，电流量Id与电压差Vd具有比例关系。
这里，控制部50预先存储即使加在蓄电器件10A～10C上也不会影响蓄电器件10A～10C的温度的程度(即，不会使蓄电器件10A～10C升温的程度)的界限热量JL。另外，控制部50存储产生界限热量JL的平均电流量IAVG。另外，如图3所示，热量JL与平均电流量IAVG具有JL＝R×IAVG 2(R是内部电阻Ra～Rc)的关系。平均电流量IAVG是不会影响蓄电器件10A～10C的温度的程度的电流量。
之后，控制部50通过使蓄电器件10MAX与蓄电器件10MIN的开关同时为接通状态，来设定电连接蓄电器件10MAX与蓄电器件10MIN的连接期间。具体而言，控制部50按照电流量Id等于平均电流量IAVG的方式，算出Duty比Don。Duty比Don是连接期间相对于单位时间的时间比率。
之后，控制部50在执行温度控制的同时，以Duty比Don周期性连接蓄电器件10MAX与蓄电器件10MIN。
以下，作为残余容量偏差缓和控制的一个例子，具体说明蓄电器件10A～10C的Duty比D1～D3中D2＜D1＜D3的关系成立且蓄电器件10B相当于蓄电器件10MAX、蓄电器件10C相当于蓄电器件10MIN的情况。
如图4所示，控制部50通过以Duty比D1～D3的时间比率将开关元件(FET21A/22A～FET22A/22C)切换为导通状态，执行蓄电器件10A～10C的温度控制。
控制部50基于电压检测部42A～42C检测出的电压VSA～VSC，算出最大电压VSB与最小电压VSC的电压差VdBC。控制部50基于电压差VdBC，算出连接蓄电器件10B与蓄电器件10C时从蓄电器件10B流向蓄电器件10C的电流量IdBC。
之后，控制部50按照电流量IdBC等于平均电流量IAVG的方式，算出Duty比Don。
之后，控制部50将蓄电器件10B的Duty比从D2变更为D2+Don，并且将蓄电器件10C的Duty比从D3变更为D3+Don。由此，FET21B/22B以Duty比D2+Don的时间比率呈导通状态，FET21C/22C以Duty比D3+Don的时间比率呈导通状态。这里，如图5所示，控制部50在Duty比Don的连接期间，同时使FET21B/22B与FET21C/22C呈导通状态。由此，蓄电器件10B与蓄电器件10C在温度控制的执行中，以Duty比Don相互连接。
(电源装置的动作)
以下，参照附图说明第1实施方式的电源装置的动作。
图6是表示第1实施方式的电源装置100(控制部50)的温度控制的动作的流程图。
首先，开始时，在蓄电器件10A～10C的过去的温度数据OT1～OT3中记录当前的温度T1～T3并转移到步骤S101。
在步骤S101中，控制部50获取温度T1～T3的值。计算获取的温度T1～T3与过去的温度数据OT1～OT3各自之间的差值，并与表示规定的温度幅值的阈值THd进行比较(S102～S104)。比较的结果，当所有差值均比阈值THd小时，转移到步骤S105。另一方面，比较的结果，只要各差值中的一个比阈值THd大，就转移到步骤S106。
在步骤S105、S106中，控制部50基于所述的温度的差值，决定对蓄电器件10A～10C开始进行电流限制的规定的温度TH。在步骤S105中，判断没有急剧的温度变化，并将预先设定的切断(trip)温度TH1设为TH，转移到步骤S107。在步骤S106中，判断有急剧的温度的变化，将从预先设定的切断温度TH1减去规定的温度α后的值设为TH，并转移到步骤S107。
在步骤S107～S109中，控制部50比较在步骤S105或S106中决定的温度TH与当前的温度T1～T3。T1～T3均比TH低时，转移到步骤S110。另一方面，当前的温度T1～T3中只要有一个温度比温度TH高，则转移到步骤S111。
在步骤S110中，控制部50判断温度T1～T3为十分低的状态，将对应于各个蓄电器件10A～10C的各开关元件的Duty比D1～D3均设为100％(即，无电流限制)，在步骤S112中进行各开关元件的PWM控制。
在步骤S111中，控制部50判断为温度T1～T3变高的状态，计算Duty比D1～D3，使用在步骤S112中计算出的Duty比D1～D3来PWM控制各开关元件。之后，转移到步骤S113。在步骤S113中，在各个过去的温度数据OT1～OT3中代入温度T1～T3，返回步骤S101。
在这里，叙述步骤S111的Duty比D1～D3的计算方法的一个例子。为了求出Duty比D1～D3，比较温度T1～T3的值并求出最低的温度TS，并设为以TS为分子、以各蓄电器件的温度T1～T3为分母的比例。即，Duty比D1～D3变成D1＝TS/T1、D2＝TS/T2、D3＝TS/T3。另外，这样，关于温度T最低的蓄电器件10的Duty比D变成100％，关于此外的蓄电器件10的Duty比D变成100％以下的值。
具体而言，T1＜T2＜T3＝60℃＜70℃＜80℃时，D1是60/60×100＝100％，D2是60/70×100≈86％，D3是60/80×100＝75％。
另外，在步骤S111中，根据温度T1～T3的偏差算出了Duty比D1～D3，但是也可以按每个蓄电器件个别算出Duty比D1～D3。
另外，从图6的控制流程的步骤S112返回S101时，也可以加入如待机规定时间的步骤。规定的时间例如基于蓄电器件10或电源装置210的温度变化的趋势而不同。可以在温度变化的趋势小时，设定大的规定的时间。
图7是表示第1实施方式的电源装置100(控制部50)的残余容量偏差缓和控制的动作的流程图。
在步骤S201中，控制部50检测由电压检测部42A～42C检测出的电压VSA～VSC。
在步骤S202中，控制部50算出电压VSA～VSC中的最大电压VSMAX与最小电压VSMIN之间的电压差Vd和电流量Id。
在步骤S203中，控制部50判断电压差Vd是否为规定范围内的值。具体而言，判断电压差Vd是否比控制部50能够检测的最小电压差VdMIN大、且比使发生超过界限热量JL的热量的电流量产生的最大电压差VdMAX小。电压差Vd为规定范围内的值时，处理进入步骤S204。电压差Vd不是规定范围内的值时，处理返回步骤S201。
在步骤S204中，控制部50基于电流量Id与产生界限热量JL的平均电流量IAVG，按照电流量Id等于平均电流量IAVG的方式，算出每单位时间内的连接期间即Duty比Don。
在步骤S205中，控制部50变更在上述的温度控制中求出的Duty比D1～D3。具体而言，控制部50在检测出最大电压VSMAX的蓄电器件10MAX的Duty比与检测出最小电压VSMIN的蓄电器件10MIN的Duty比上加上Duty比Don。由此，蓄电器件10MAX与蓄电器件10MIN在温度控制的执行中，以Duty比Don互相连接。
(作用和效果)
在第1实施方式中，控制部50在由NTC40A～NTC40C检测出的温度比规定的温度TH高时，执行提高FET21A/22A～FET21C/22C的导通状态和截止状态的控制中的截止状态的时间比率的温度控制。
因此，能够抑制蓄电器件10A～蓄电器件10C各自的温度变得比规定的温度TH高。因此，能够抑制各个蓄电器件10A～蓄电器件10C的温度偏差的产生。其结果，由于能够抑制蓄电器件10A～蓄电器件10C各自的劣化程度上产生偏差，因此能够延长电源装置201的可使用时间。
另外，控制部50基于由电压检测部42A～42C检测出的电压VSA～VSC，设置电连接蓄电器件10A～10C中的两个蓄电器件的连接期间。具体而言，控制部50基于两个蓄电器件的电压差Vd和不会影响蓄电器件10A～10C的温度的平均电流量IAVG，算出每单位时间内的连接期间即Duty比Don。
因此，通过执行温度控制，在两个蓄电器件的残余容量上产生偏差时，通过设置电连接两个蓄电器件的连接期间，能够从一个蓄电器件向另一个蓄电器件进行充电。其结果，能够缓和在两个蓄电器件间产生的残余容量的偏差。
另外，两个蓄电器件是在蓄电器件10A～蓄电器件10C中具有最大残余容量的蓄电器件10MAX和具有最小残余容量的蓄电器件10MIN。因此，由于能够在两个蓄电器件间迅速进行充电，所以能够有效地缓和残余容量的偏差。
[第2实施方式]
以下，参照附图说明第2实施方式的电源装置。以下，主要说明与第1实施方式的不同点。具体而言，在第2实施方式中，电源装置100(控制部50)在电源装置100与负载110未电连接的情况下执行残余容量偏差缓和控制。
图8是表示第2实施方式的电源装置100(控制部50)的残余容量偏差缓和控制的动作的流程图。
在步骤S301中，控制部50获取由电压检测部42A～42C检测出的电压VSA～VSC。
在步骤S302中，控制部50算出电压VSA～VSC中最大电压VSMAX与最小电压VSMIN之间的电压差Vd和电流量Id。
在步骤S303中，控制部50判定电压差Vd是否为规定的范围内(VdMIN＜Vd＜VdMAX)的值。电压差Vd为规定范围内的值时，处理进入步骤S304。电压差Vd不是规定范围内的值时，处理返回步骤S301。
在步骤S304中，控制部50基于电流量Id与平均电流量IAVG算出Duty比Don。
如图9所示，步骤S305中，控制部50在负载110没有被电连接时，以Duty比Don电连接两个蓄电器件。另外，在图9中，表示蓄电器件10B是蓄电器件10MAX、蓄电器件10C是蓄电器件10MIN的情况。
(作用和效果)
在第2实施方式中，控制部50在没有电连接负载110时，以Duty比Don电连接两个蓄电器件。因此，电流不会从两个蓄电器件中的蓄电器件10MAX流向负载。因此，由于能够使恒定的电流从蓄电器件10MAX流向蓄电器件10MIN，所以能够有效地缓和残余容量的偏差。
[第3实施方式]
以下，说明第3实施方式。在第3实施方式中，说明设置有上述的电源装置100的电动车辆。
(电动车辆的结构)
以下，参照附图说明第3实施方式的电称车辆。图10是表示第3实施方式的电动车辆200的结构的图。
如图10所示，电动车辆200具备电源装置201、电力变换部202、马达203、驱动轮204、加速器205、制动器206、旋转传感器207、电流传感器208、控制部209。
电源装置201是上述的电源装置100。即，电源装置201具有并联连接的蓄电器件10。
电力变换部202根据马达203的驱动，将来自电源装置201的电力变换为马达203所需要的电力。另外，马达203进行再生时，电力变换部202根据马达203的驱动，将来自马达203的电力变换为向电源装置201蓄电的电力。
马达203根据由电力变换部202变换的电力产生旋转力。马达203产生的旋转力传递给驱动轮204。
驱动轮204是设置在电动车辆200中的车轮之中与马达203连接的车轮。
加速器205是用于使马达203的转速上升的机构。制动器206是用于使马达203的转速减少的机构。
旋转传感器207检测马达203的转速。电流传感器208检测提供给马达203的电流值。
控制部209基于从加速器205或旋转传感器207得到的信息等，算出指令转矩。控制部209基于指令转矩，算出电流指令值。控制部209基于从电流传感器208得到的电流值与电流指令值之间的差值，控制电力变换部202。由此，控制部209控制马达203的转速。另外，控制部209基于从制动器206得到的信息等，控制马达203的再生。
[其它实施方式]
本发明说明了上述的实施方式，但是构成该公开的一部分的论述和附图不应理解为是对该发明进行的限定。根据该公开内容，本领域的技术人员能够明确知道各种代替实施方式、实施例以及运用技术。
在上述的实施方式中，作为温度检测部例示了热敏电阻，但是温度检测部当然不仅限于这些。
在上述的实施方式中，作为开关元件例示了FET，但是开关元件不仅限于这些。例如，开关元件也可以是双极性晶体管。
在上述的实施方式中，仅仅是例示了电源装置100的电路结构，也可以适当变更电源装置100的电路结构。

Claims (6)

1.一种电源装置，具备相互并联连接的多个蓄电器件，该电源装置的特征在于，
具备：
温度检测部，检测所述多个蓄电器件各自的温度；
电压检测部，检测分别施加在所述多个蓄电器件上的电压；
开关元件，分别与所述多个蓄电器件串联连接；和
控制部，基于由所述温度检测部检测出的温度，控制所述开关元件的接通状态和所述开关元件的关断状态；
所述控制部基于由所述电压检测部检测出的电压，设置电连接所述多个蓄电器件中的两个蓄电器件的连接期间。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制部基于所述两个蓄电器件的电压差以及不会影响所述多个蓄电器件的温度的规定的电流量，算出每单位时间内的所述连接期间。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述两个蓄电器件中的一个蓄电器件的电压在所述多个蓄电器件的电压之中最小。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源装置，其特征在于，
所述两个蓄电器件中的一个蓄电器件的电压在所述多个蓄电器件的电压之中最大。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电源装置，其特征在于，
所述控制部在由所述温度检测部检测出的温度比规定的温度高时，执行提高所述开关元件的接通状态和关断状态的控制中的关断状态的时间比率的温度控制。
6.一种电动车辆，具备：
权利要求1至5中的任一项所述的电源装置；
通过由所述电源装置提供的电力产生动力的电动机；和
被传递所述电动机所产生的动力的驱动轮。
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