CN102170012A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池系统，其电串联连接了多个电池模块，该电池模块容纳多个电池单元且能够经由正极端子和负极端子进行充放电，构成为能够同时对连接在这些串联连接的多个电池模块的两端电极间的多个电池模块进行充电，并且具备检测各个上述电池模块的正极端子和负极端子间的端子间电压的电压检测器，将从上述电压检测器检测的端子间电压比其它电池模块的端子间电压高的上述电池模块放电的电荷升压到规定的电压之后，同时提供给上述多个电池模块。因此，在连接多个二次电池的结构中，能够抑制电力的损失的同时调整各个二次电池的电压平衡。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及一种具有多个容纳多个电池单元且可进行充放电的结构的电池模块而构成的电池系统。
背景技术
在将串联连接了多个二次电池的串联电池的两端电压一直充电到额定电压的情况下，由于各个二次电池的充电速度不同，使得两端电压不均等，混合产生两端电压低的二次电池和两端电压高的二次电池。但是指出了如下问题：由于在形成两端电压达到设定值的二次电池的时刻，串联电池的充电终止，所以与两端电压高的二次电池相比，两端电压低的二次电池被充电的电荷减少，与所有二次电池均等地进行充电的情形相比，未满足串联电池的充电量。即存在串联电池未能达到满充电这样的问题。
作为解决该问题的方法，例如提出了如下的方法，即：在串联连接了多个二次电池单元(电池单元)的电池包中，在各个电池单元上并联连接电阻，两端电压高的电池单元经由该电阻释放电荷，由此使两端电压下降，使得构成电池包的各个二次电池单元的端子电压相同，实现改善(例如参照专利文献1)。
【专利文献1】JP特开平11-234916号公报
但是，在上述现有方法中，由于通过电阻使对二次电池进行充电的电荷放电，以热的方式来消耗，从而降低端子电压高的二次电池单元的端子电压，并使电池包内的各个二次电池的端子电压相同，所以存在电能(电荷)以热方式被损失这样的问题。此外，在端子电压大的情况下，由于经由电阻的发热量变大，所以需要构成对应于此发热量的散热构造，并且还担心因高温引起二次电池单元的性能劣化。虽然也有加大电阻来减少每单位时间的发热量的方法，但此时会产生电池包到达满充电为止的时间变长这样的新的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在连接了多个二次电池的结构中，抑制电能的损失和发热的同时，能够进行各个二次电池的端子电压的平衡调整。
为了实现上述目的，本发明提供一种电池系统，其电串联连接了多个电池模块，该电池模块容纳多个电池单元且能够经由正极端子和负极端子进行充放电，所述电池系统的特征在于，包括：充电控制部，其连接在这些串联连接的多个电池模块的两端电极间，且能够同时对多个电池模块进行充电；和电压检测器，其检测各个上述电池模块的正极端子和负极端子间的端子间电压，将从上述电压检测器检测的端子间电压比其它电池模块的端子间电压高的上述电池模块放电的电荷升压到规定的电压之后，同时提供给上述多个电池模块。
此外，为了实现上述目的，本发明的特征在于，在上述电池系统中，在上述电池模块的各自的正极和负极间设置以正极端子和负极端子作为输入侧的DC/DC转换器，向上述多个电池模块同时提供由该DC/DC转换器升压后的输出。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种电池系统，其电串联连接了多个电池模块，该电池模块容纳多个电池单元且能够经由正极端子和负极端子进行充放电，所述电池系统的特征在于，对连接在这些串联连接的多个电池模块的两端电极间的多个电池模块同时进行充电，并且在各个上述电池模块上连接以正极端子和负极端子间为初级侧的DC/DC转换器，在经由与各个电池模块的端子间电压比其它电池模块的端子间电压高的上述电池模块对应的DC/DC转换器，将从电池模块放电的电荷升压到规定的电压后，施加给具有比该电池模块的端子间电压低的电压的电池模块。
本发明的特征在于，在上述电池系统中，从具有比上述电压检测器检测的端子间电压的平均值、或基于该平均值求出的值、或预先确定的值高的端子间电压的电池模块中释放电荷。
此外，本发明的特征在于，在上述电池系统中，上述DC/DC转换器至少使用具有初级侧线圈和次级侧线圈的变压器，使初级侧和次级侧绝缘。
此外，本发明的特征在于，在上述电池系统中，根据各个上述电池模块的正极端子及负极端子的端子间电压求出端子间电压的平均电压，使上述DC/DC转换器工作到经由上述DC/DC转换器提供电力的上述电池模块的正极端子及负极端子间的电压接近设定值。
此外，本发明的特征在于，在上述电池系统中，上述DC/DC转换器至少使用具有初级侧线圈和次级侧线圈的变压器，使初级侧和次级侧绝缘。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种电池系统，其组合多个电池单元来构成电池模块，并构成为经由设置在该电池模块中的正极端子和负极端子能够进行充放电，并且串联连接了多个该电池模块，所述电池系统的特征在于，具有连接在各个上述电池模块的正极端子和负极端子上的充电电路，按照各个上述电池模块的正极端子和负极端子间的电压相等的方式，从与该电压低的上述电池模块对应的充电电路向该电池模块进行充电。
(发明效果)
根据本发明，可在抑制电力的损失和发热的同时，调整多个串联连接的电池模块的端子间电压的平衡。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的蓄电系统结构的图。
图2是表示电池模块的两端电压和容量的相互关系的图表。
图3是表示电池系统的充电动作的流程图。
图4是表示第二实施方式的DC/DC转换器的结构的图。
图5是表示第二实施方式的动作的流程图。
图6是表示第三实施方式的DC/DC转换器的主要结构的图。
图7是表示第四实施方式的充电电路部的结构的图。
图8是表示第五实施方式的电池系统的结构图。
图中：1、1A、100-蓄电系统；2-电池系统；8、41～45、61～65-DC/DC转换器；9-充电电路部；10-商用交流电源系统；11-充电器；15-平衡控制部(电压检测器)；16-通用线；18-负载；21～25-电池模块；26-正极端子；27-负极端子；31-电池单元；32-正极端子；33-负极端子；34-控制器。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的第一实施方式的蓄电系统1的结构的图。
此图1所示的蓄电系统1是在可进行充放电的结构的电池系统2中储备电力，并根据需要向负载18提供电力的系统。作为负载18，有直流负载、将直流电力转换成交流电力的转换电路和与该转换电路连接的交流负载，或者向系统提供从该转换电路输出的交流电力的情形下，该转换电路相当于负载18。蓄电系统2例如包括将商用交流电源系统10的交流电流转换成直流电流的AC/DC转换器及内置了面向电池的充电控制部(恒定电流充电-恒定电压充电)等的充电器11，通过该充电器11输出的直流电流对电池系统2进行充电。此外，也可以代替商用交流电源系统10，构成使用从太阳能电池、风力发电装置、自家发电装置等获得的电力或电力的一部分对电池系统2进行充电的结构。
串联连接五个电池模块21～25来构成电池系统2。电池模块21～25内置多个由锂离子二次电池或镍氢二次电池构成的电池单元31，在这些多个电池单元31中储备电力。对于电池系统2所具备的电池模块的数量没有限制，在本实施方式中作为一例，说明设置五个电池模块21～25的结构。此外，电池模块21～25的内部结构是共通的，所以在此仅图示及说明电池模块21的内部结构的概况。
电池模块21串联和/或并联连接并内置多个电池单元31，经由电池模块21的正极端子32和负极端子33对电池单元31进行充放电。
例如，电池模块21串联连接13个并联连接了24个电池单元31的块，如果电池单元31的电压为4V，则该电池模块的正极端子和负极端子的端子间电压为52V。因此，串联连接了该电池模块21～25的电池系统1的输出电压为260V。再有，此电压是按照电池系统所要求的规格适当设定的。
电池模块21还包括：控制器34，其检测该模块内(电池单元31整体)的温度，在检测出的温度超过了规定值的情况下，使充放电停止，进行多个电池单元31的两端电压的检测等；和ECU35，其根据控制器34检测出的电压值或电流值，计算RSOC(剩余容量比率)，并经由输入输出接口36，输出RSOC的数据和其它的各种检测数据等。
在电池模块21所具有的多个电池单元31的两端，即正极端子32和负极端子33之间，经由开关37连接有电阻38。该开关37在正极端子32和负极端子33的端子间电压比其它电池模块22～25的端子间电压高的情况下，为了使电压与其它电池模块22～25一致，从外部的控制部向ECU35输入控制信号来工作，进行向电阻38的通电。对多个电池单元31即电池模块21进行充电的电荷流过电阻38，并转变为热而被放电、消耗。由于电池模块21的电荷减少，因此两端电压下降。
在本发明中，虽然利用后述的外带电路使蓄积在电池模块中的电荷在电池模块间移动，来进行电池模块间的平衡调整，但在该平衡调整存在延迟的情况下或超过调整范围时等，根据需要输入该调整信号。
电池系统2的正极端子26与通用线16连接的同时，还经由充电开关12，与充电器11的正极侧以可连接或断开的方式连接，另一方面，与负载18经由放电开关13以可连接或断开的方式连接，按照充放电控制部14的控制，开或关充电开关12及放电开关13。再有，既可以从电池系统2将充电器11连接在正极端子26上，并打开放电开关13。此外，在通过电池系统2向负载18供电(放电)的情况下，打开充电开关12，闭合放电开关13，将正极端子连接在负载18上。
蓄电系统1具备检测电池模块21～25各自的正极端子32和负极端子33的端子间电压的平衡控制部15(电压检测器)。平衡控制部15包括分别连接在电池模块21的正极端子32、电池模块21和电池模块22的连接端子(相当于电池模块21的负极端子及电池模块22的正极端子)、电池模块22和电池模块23的连接端子、电池模块23和电池模块24的连接端子、电池模块24和电池模块25的连接端子、以及电池模块25的负极端子上的两端电压检测线15A，经由这些两端电压检测线15A，检测电池模块21～25各自的正极端子和负极端子的端子间电压。
为了在各电池模块的正极端子26和负极端子27间的端子间电压产生偏差的情况下调整电压平衡，在各个电池模块21～25上连接DC/DC转换器41～45。DC/DC转换器41～45的内部结构相同，所以在此仅图示及说明DC/DC转换器41的内部结构。
DC/DC转换器41具备初级侧连接在电池模块21的正极端子32和负极端子33上，且次级侧连接在通用线16上的变压器51。变压器51的初级线圈的一端经由二极管52连接在正极端子32上，另一端经由光电耦合器的开关元件53连接在电池模块21的负极端子33上。通过点亮连接在平衡控制部15输出控制用脉冲电压的控制电流线15B上的光电耦合器的LED54，使开关元件53成为导通状态。通过间断地点亮/熄灭LED54，在变压器51的次级侧感应电流，向变压器51的次级侧提供电池模块21的电力。
在变压器51的次级线圈中，构成连接了整流用二极管55及电容器56的整流/平滑电路，电容器56的一端经由防止逆流用的二极管59连接在通用线16上，另一端连接在充电器11的负极侧。
由于通用线16连接在正极端子26上，在充电器11的负极上连接了负极端子27，所以在变压器51的次级线圈上感应出的电流被二极管55及电容器56进行整流、平滑后，施加到电池系统2的正极端子32和负极端子27，同时对电池模块21～25进行充电。此外，在电容器56的两端设置分压用的电阻57、58，在该电阻57、58的中间点连接平衡控制部15用于检测电压的输出电压检测线15C。
平衡控制部15经由输出电压检测线15C检测变压器51的次级侧的电压，根据检测出的次级侧电压与设定电压之差进行点亮LED54的接通占空比(duty)的控制。即，进行PWM控制。
将设定电压设定为比经由两端电压检测线15A得到的电池系统2的正极端子26(正极端子32)的电压高。
DC/DC转换器42～45也以同样的结构进行同样的动作。
如上所述，平衡控制部15经由两端电压检测线15A检测电池模块21～25的两端电压，在两端电压的偏差例如两端电压高的电池模块与两端电压低的电池模块之差超过预先设定的范围的情况下，或存在比各电池模块的平均两端电压高出规定电压的电池模块的情况下，通过该两端电压高的电池模块的电力对电池系统2进行充电来调整电压平衡。例如，详细而言，平衡控制部15通过控制电流线15B向连接在两端电压最高的电池模块上的DC/DC转换器的LED输出脉冲电压，使该电池模块输出电力，并且将输出电压转换成比当前的电池系统2的正极端子26和负极端子27的端子间电压高出规定电平(例如1V)的电压。由此，使电压高的电池模块放电来降低两端电压的一方面，还对两端电压低的其它电池模块进行追加充电而使两端电压上升，所以能改善电池模块21～25的电压平衡。
图2是表示电池模块21～25的两端电压与蓄电容量的相互关系的一例的图表。图中，纵轴表示电池的容量，横轴表示两端电压。以容量为100％时的两端电压当作电压值为100％时的百分率表示了横轴的两端电压。如图2所示，由于包括锂离子电池在内的多数二次电池具有两端电压和容量的相关，所以可基于两端电压求出容量。特别地，如图2所示，在接近容量为100％的范围中，与电压值之差对应的容量之差比较显著。
因此，在电池系统2中，在各个电池模块21～25上连接DC/DC转换器41～45，通过平衡控制部15的控制，个别检测各电池模块21～25的两端电压，使与其它电池模块相比两端电压高的电池模块放电，由DC/DC转换器使放电的电力升压后用于电池模块21～25的充电中，因此不会浪费电力，能够迅速地调整电压平衡。下面，参照流程图说明该动作。
图3是表示电池系统2的充电所涉及的动作的流程图。
与电池系统2的充电一起开始该图3的动作。在充电开关12及放电开关13被打开的状态下，通过充放电控制部14闭合充电开关12，充电器11开始输出直流电流，开始电池系统2的充电(步骤S1)。平衡控制部15待机到电池系统2的充电终止(步骤S2)，若充电结束(步骤S2：是)，则判别是否进行对负载18的放电(步骤S3)。
在进行对负载18的放电的情况下(步骤S3：是)，通过充放电控制部14打开充电开关12，并且将放电开关13闭合，向负载18输出电池系统2的电力(步骤S4)。平衡控制部15在该状态下结束本次工作。
另一方面，在电池系统2的充电结束后不进行对负载18的放电的情况下(步骤S3：否)，平衡控制部15经由两端电压检测线15A检测电池模块21～25各自的两端电压(步骤S5)，计算检测出的各电池模块21～25的两端电压的平均值(步骤S6)。在此，平衡控制部15基于各电池模块21～25的两端电压、或基于在步骤S6中计算出的平均值和各电池模块21～25的两端电压，判别是否存在超过预先设定的基准的偏差(步骤S7)。该基准例如是针对各电池模块21～25的两端电压与平均值之差、或者两端电压最低的电池模块与两端电压最高的电池模块的电压差等决定允许的范围的基准。
在各电池模块21～25的两端电压中存在超过基准的偏差的情况下(步骤S7：是)，平衡控制部15选择两端电压最高的电池模块(步骤S8)，开始基于选择出的电池模块的电力的充电(步骤S9)。在此步骤S9中，平衡控制部15对连接在选择出的电池模块上的DC/DC转换器，通过控制电流线15B输出脉冲电压，并进行开关元件53的PWM控制，利用选择出的电池模块的电力向电池系统2的正极端子26和负极端子27之间施加充电用电压。开始基于该电池模块的充电后，平衡控制部15经由两端电压检测线15A检测选择出的电池模块的两端电压。
平衡控制部15继续充电到选择出的电池模块的两端电压变为预先设定的终止范围内的值(步骤S10)。终止范围是作为基于由步骤S6计算出的平均值结束充电的基准而决定的电压的范围，例如，是平均值～平均值+2伏特的范围(数值可任意变更)。
在选择出的电池模块的两端电压变为终止范围内的值的情况下(步骤S10：是)，平衡控制部15结束基于电池模块的电力的充电(步骤S11)，返回步骤S5。由此，调整电压平衡直到所有的电池模块21～25的电压变为接近平均值的终止范围内的值为止。
此外，在经由两端电压检测线15A检测出的各电池模块21～25的两端电压中不存在超过基准的偏差的情况下(步骤S7：否)，平衡控制部15结束本次处理。
虽然在图3所示的流程图中，选择单一的电池模块，使对应的DC/DC转换器工作，但即使是同时使多个DC/DC转换器工作来使多个电池模块同时放电的结构，也能够得到同样的作用效果。
如上所述，在本发明的第一实施方式的电池系统2中，串联连接多个电池模块21～25构成电池系统，按照各个电池模块的端子间电压平衡成大致相同的电压的方式，从端子间电压高的电池模块进行放电，并利用该放电电荷对电池系统2进行再次充电，因此能够利用经由现有电阻消耗的电荷进行再次充电，可提高充电效率。
此外，通过利用DC/DC转换器对从电池模块放电的电荷进行升压，从而抑制再次充电时的效率降低。
此外，通过在DC/DC转换器中使用变压器，能够使该转换器的初级侧和次级侧绝缘。
(第二实施方式)
图4是表示本发明的第二实施方式的DC/DC转换器的结构的图。
该DC/DC转换器代替上述第一实施方式的DC/DC转换器41～45，而设置了DC/DC转换器61～65。因此，除DC/DC转换器61～65以外的共同的各部是相同的。
DC/DC转换器61具备次级侧连接在电池模块21的正极端子32和负极端子33上，且初级侧连接在通用线16上的变压器71。变压器71的初级线圈的一端经由二极管72、通用线16连接在电池系统的正极端子26上，另一端经由光电耦合器的开关元件73连接在电池系统的负极端子33上。通过点亮连接在平衡控制部15输出控制用脉冲电压的控制电流线15B上的光电耦合器的LED74，从而使开关元件73成为导通状态。通过间断地点亮/熄灭LED74，在变压器71的次级侧感应电流，并向变压器71的次级侧提供电池系统2的电力。
在变压器71的次级线圈中，构成连接了整流用的二极管75及电容器76的整流/平滑电路，电容器76的一端经由防止逆流用的二极管79连接在电池模块的正极端子上，另一端连接在电池模块的负极端子上。
在变压器71的次级线圈上感应出的电流被二极管75及电容器76进行整流、平滑后，施加到电池模块的正极端子和负极端子，对电池模块进行充电。此外，在电容器76的两端设置有分压用的电阻77、78，在该电阻77、78的中间点连接平衡控制部15用于检测电压的输出电压检测线15C。
平衡控制部15经由输出电压检测线15C检测施加在电池模块上的电压，为了使该电压变得比电池模块的两端电压高，进行通过控制电流线15B控制施加在LED74上的电压的接通占空比的PWM控制。
将施加在电池模块21的正极端子及负极端子上电压调整为比电池模块21的当前的两端电压稍高的电压值(例如+1伏特)。由此，向对应于DC/DC转换器61的电池模块提供充电用的电流。
也就是说，本第二实施方式的平衡控制部15利用电池系统2的电力，经由通用线16，对电池模块21～25中两端电压低的电池模块选择地进行充电，使该电池模块的两端电压上升，调整电压平衡。下面，说明具体的动作。
图5是表示电池系统2的充电所涉及的动作的流程图。在该图5所示的动作中，对于与图3所示的第一实施方式的动作相同的动作赋予相同的步骤序号，并省略说明。
在各电池模块21～25的两端电压中存在超过基准的偏差的情况下(步骤S7：是)，平衡控制部15选择两端电压最低的电池模块(步骤S21)，使连接在选择出的电池模块上的DC/DC转换器工作，并对选择出的电池模块进行充电(步骤S23)。该充电开始后，平衡控制部15经由两端电压检测线15A检测选择出的电池模块的两端电压。
平衡控制部15继续充电到选择出的电池模块的两端电压变为预先设定的终止范围内的值(步骤S24)。终止范围是作为基于由步骤S6计算出的平均值结束充电的基准而决定的电压的范围，例如是平均值～平均值+2伏特的范围(数值可任意变更)。在选择出的电池模块的两端电压变为终止范围内的值的情况下(步骤S24：是)，平衡控制部15结束对选择出的电池模块的充电(步骤S25)，返回步骤S5。由此，调整电压平衡直到所有的电池模块21～25的电压变为接近平均值的终止范围内的值为止。
如上所述，在本发明的第二实施方式的电池系统中，由于使与端子间电压最低的电池模块21～25对应的DC/DC转换器工作，并经由通用线使电池系统对该电池模块进行充电，所以不会增加发热和电力的损失，能够容易地调整电压平衡。
本申请不限于这些结构，也可以在电池模块21～25和通用线16之间使用可向任何方向提供电力的DC/DC转换器。将这种情形作为第三实施方式来进行说明。
(第三实施方式)
图6是表示本发明的第三实施方式的DC/DC转换器8的电路图。代替上述第一实施方式中说明的蓄电系统1的DC/DC转换器41～45、或代替上述第二实施方式中说明的蓄电系统1A的DC/DC转换器61～65，可使用该DC/DC转换器8。
DC/DC转换器8包括变压器81、两组端子8A、8B及端子8C、8D。DC/DC转换器8可以将端子8A、8B侧作为初级侧、将端子8C、8D侧作为次级侧来使用，相反，也可以将端子8A、8B侧作为次级侧、将端子8C、8D侧作为初级侧来使用。在下面的说明中，为了便于说明，将端子8A、8B侧作为初级侧。
在变压器81的初级侧，将由开关元件TR1～TR4(开关元件或FET等)、分别连接在与该元件的正向方向相反的反向方向上的二极管D1～D4、以及与各个二极管并联连接的电容器C1～C4构成的开关电路连线为单相电桥状，从而形成初级侧的反相器部，将该反相器部的各自臂的节点N11和节点N12连接在变压器81的初级侧，此外，在反相器部的直流线间(端子8A和端子8B之间)并联连接有电容器C5。
另一方面，在变压器81的次级侧，也同样将开关元件TR11～TR14、二极管D11～D14、以及电容器C11～C14连线为单相电桥状，从而形成次级侧的反相器部。与初级侧的反相器部相同，将电容器C15连接在端子8C和端子8D间，将各自的节点N13、节点N14连接在变压器81的次级侧。
将DC/DC转换器8设置为：例如，将端子8A连接在电池模块21(图1)的正极端子26上，将端子8B连接在电池模块21的负极端子27上，将端子8C连接在通用线16上(图1)，将端子8D连接在充电器11(图1)的负极侧。
分别通过平衡控制部15(图1)的控制，使开关元件TR1～TR4及TR11～TR14接通/断开。在图1的结构中，虽然平衡控制部15经由控制电流线15B向DC/DC转换器41～45施加了脉冲电压，但在本第三实施方式中，通过平衡控制部15，个别控制开关元件TR1～TR4及TR11～TR14的控制电流。由此，能够通过平衡控制部15来控制DC/DC转换器8的工作/停止、以及从变压器81的初级侧向次级侧提供的电压。
如第一实施方式所示，在从电池模块21向通用线16提供电力的情况下，DC/DC转换器8使端子8A、8B起到初级侧的作用，使端子8C、8D起到次级侧的作用。该情况下，在初级侧通过平衡控制部15的控制，向构成反相器部的开关元件TR1～TR4提供基于PWM逻辑的开关信号，将提供给端子8A和端子8B间的直流电力转换成规定频率的伪正弦波而提供给变压器81的初级侧81A。
将伪正弦波的频率及电压控制为在变压器81的次级侧得到的电压成为期望的值。再有，由于基于PWM逻辑的开关信号的生成可通过通常已知的传送波(例如三角波)和调制波(例如正弦波)的调制来计算，所以省略详细的说明。
通过关断开关元件TR11～TR14，使二极管D11～D14起到全波整流电路的作用，且使电容器C15起到平滑电容器的作用，从而整流平滑在变压器81的次级侧81B感应出的电力。通过检测端子8C、端子8D间的电压，并调整上述调制时的调制波的振幅，能够将该端子间的电压控制为期望的值。
通过该动作，从电池模块21向电池系统2的正极端子26和负极端子27提供电力，可得到与第一实施方式相同的作用效果。
此外，在如第二实施方式那样从通用线16向电池模块21提供电力的情况下，与上述相同，在次级侧的反相器部生成伪正弦波，通过使变压器81的初级侧81A起到全波整流电路的作用，能够与上述同样地调节端子8A、端子8B间的电压。
通过该动作，能够利用通用线16的电力对电池模块21～25个别进行充电，可得到与第二实施方式相同的作用效果。
如此，第三实施方式的DC/DC转换器8通过由平衡控制部15的控制使开关元件进行开关动作，从电池模块21～25向通用线16提供电力，并且还可以向其反方向提供电力。因此，通过使用DC/DC转换器8来代替DC/DC转换器41～45、DC/DC转换器61～65，能够利用一个结构实现在上述第一及第二实施方式中说明的动作。
而且，在使用了DC/DC转换器8的结构中，使电池模块21～25的正极端子和负极端子的端子间电压高的电池模块向通用线放电，使端子间电压低的电池模块从通用线接受充电。即，在电池模块间，电荷的无电和充电成为可能，可迅速且容易地调整电压平衡。
(第四实施方式)
图7是表示本发明的第四实施方式的充电电路部9的结构的图。
充电电路部9构成为包括：分别具备线圈90A～90F的五个充电电路91～96；和这些各充电电路91～96的线圈90A～90F电磁耦合的变压器90。
在图1所示的蓄电系统1中代替DC/DC转换器41～45而配置充电电路部9。详细而言，充电电路91经由通用线16连接在电池模块的正极端子26和负极端子27上，充电电路92～96分别连接在电池模块21～25的正极端子和负极端子上。
充电电路部9经由变压器90，将从充电电路92～96选择出的一个以上的充电电路作为初级侧，将除该初级侧以外从充电电路92～96选择出的一个以上的充电电路作为次级侧，从初级侧向次级侧提供电力。由此，从电池模块21～25中选择两端电压高的电池模块，可利用该电池模块的电力对其它的一个或多个电池模块进行充电。
此外，充电电路部9经由变压器90使从充电电路92～96选择出的一个以上的充电电路和充电电路91电磁耦合，从而执行选择电池模块21～25中两端电压低的电池模块后利用通用线16的电力进行充电的动作、以及利用电池模块21～25中两端电压高的电池模块的电力对电池系统2整个进行充电的动作。
由于充电电路92～96的内部结构相同，所以在此仅图示及说明充电电路92的内部结构。
充电电路92的端子92A连接在电池模块21(图1)的正极端子32上，充电电路92的端子92B连接在电池模块21的负极端子33上。
充电电路92使用开关元件TR31～TR34、二极管D31～D34、电容器C31～C34连线为单相电桥状，从而形成与图6所示的初级侧的反相器部相同的结构。电容器C35连接在端子92A和端子92B之间，各个节点N31、节点N32连接在变压器90的次级侧90B上。再有，92C是开闭开关，接通或关断变压器90的次级侧90B与该反相器部的电连接。由于该反相器部的动作与上述反相器部相同，所以省略说明。
此外，充电电路91使用开关元件TR35～TR38、二极管D35～D38、和电容器C35～C38连线为单相电桥状，从而形成与图6所示的次级侧的反相器部相同的结构。电容器C42连接在端子91A和端子91B间，各个节点N33、节点N34连接在变压器90的初级侧90A上。再有，91C是开闭开关，接通或关断变压器90的初级侧90A与该反相器部的电连接。由于该反相器部的动作与上述反相器部相同，所以省略说明。
在充电电路91起到初级侧的作用的情况下，对开关元件TR35～TR38进行接通/关断控制，向变压器90的初级侧90A提供伪正弦波，在充电电路92起到次级侧的作用的情况下，对开关元件TR31～TR34进行关断控制，利用连接成电桥状的二极管D31～D34对流过线圈90B的感应电流进行全波整流，并利用电容器C41进行平滑后，从端子92A、92B输出，作为直流电力。
在充电电路92起到初级侧的作用的情况下，对开关元件TR31～TR34进行接通/关断控制，向变压器90的次级侧90B提供伪正弦波，在充电电路91起到次级侧的作用的情况下，对开关元件TR35～TR38进行关断控制，利用连接成电桥状的二极管D35～D38对流过线圈90A的感应电流进行全波整流，并利用电容器C42进行平滑后，从端子91A、91B输出，作为直流电力。
在变压器90中，由于线圈90A～90F全都可相互电磁耦合，所以设置有在线圈90A～90F中选择作为初级侧及次级侧进行工作的线圈的开关。
即在线圈90A中设置有开关91C，其连接或断开连接线圈90A和充电电路91的布线。通过平衡控制部15的控制接通或关断开关91C，在开关91C被断开的状态下，线圈90A不导通，充电电路91无论是作为初级侧还是作为次级侧都不会工作。同样地，在连接各个线圈90B～90F和充电电路92～96的布线上设置有通过平衡控制部15的控制进行接通或关断控制的开关92C～96C，若关断这些开关92C～96C，则对应的充电电路92～96无论是作为初级侧还是作为次级侧都不会工作。
当平衡控制部15在充电电路91～96中选择了作为初次侧工作的充电电路和作为次级侧工作的充电电路的情况下，在开关91C～96C中，接通设置在连接选择出的充电电路和线圈的布线上的开关。由于接通开关的充电电路可作为初级侧或次级侧工作，所以若进行平衡控制部15选择出的充电电路的开关动作，则该充电电路起到初级侧的作用，选择出的其它充电电路作为次级侧工作，并提供电力。
如此，平衡控制部15通过适当地接通或关断开关91C～96C，能够从充电电路91～96中仅使任意的充电电路工作。由此，如上所述，从电池模块21～25中选择两端电压高的电池模块，并利用该电池模块的电力，能够对其它的一个或多个电池模块进行充电。此外，还可以在电池模块21～25中选择两端电压低的电池模块，并利用通用线16的电力进行充电，也可以在电池模块21～25中利用两端电压高的电池模块的电力对电池系统2整体充电。因此，通过平衡控制部15的控制，能够迅速且容易地调整电压平衡。
根据该结构，通过使用第四实施方式的充电电路部9，由平衡控制部15的控制进行开关元件的开关动作，从而能够从电池模块21～25向通用线16提供电力，并且还可以向其反方向提供电力。因此，通过使用充电电路部9来代替DC/DC转换器41～45、DC/DC转换器61～65，能够利用一个结构来实现在上述第一及第二实施方式中说明的动作。
此外，按照各个电池模块21～25的正极端子和负极端子间的电压相等的方式，从与该电压低的电池模块对应的充电电路向该电池模块21～25进行充电，由此能够对电压低的电池模块迅速地进行充电，并能够容易地调整电压平衡。
(第五实施方式)
图8是表示本发明的第五实施方式的蓄电系统100的结构的图。
蓄电系统100构成为：具备太阳光发电单元106，除商用交流电源系统10的电力外，还可使用太阳光发电单元106发电的电力对电池系统2进行充电。
在蓄电系统100中，在商用交流电源系统10上连接分电盘102，在分电盘102的下游连接负载104。
在太阳光发电单元106上连接分配器108，将由太阳光发电单元106发电的电力分配并输出给DC/AC转换器110和/或充电器112。DC/AC转换器110将太阳光发电单元106输出的直流电流一直升压到获得与商用交流电源系统10相同或几乎相同频率的交流电力所需的电压后，将其转换为交流电力，提供给负载104。也可以从DC/AC转换器110向充电器112输出升压后的直流电力。
充电器112上连接有分配器108、DC/AC转换器110、以及连接于商用交流电源系统10的整流器114。对于充电器112而言，直接从分配器108输入太阳光发电单元106发电的直流电力，并从DC/AC转换器110输入升压后的直流电力，从整流器114输入整流、平滑商用交流电源系统10后的直流电力。充电器112利用从这些分配器108、DC/AC转换器110、以及充电器112输入的直流电力，对电池系统2进行充电。
电池系统2的输出侧经由DC/AC转换器116连接在商用交流电源系统10的分压盘102的下游侧的布线上，可以与DC/AC转换器116一起通过磁铁开关(magnet switch)118，从商用交流电源系统10分离出来。DC/AC转换器116将充电到电池系统2的电力转换为交流电流，并进行布线输出。
该蓄电系统100利用如上所述的商用交流电源系统10的电力及太阳光发电单元106发电的电力，对电池系统2进行充电，另一方面，利用商用交流电源系统10的电力、太阳光发电单元106发电的电力、以及充电到电池系统2的电力，供给负载104的使用电力。
蓄电系统100具备控制来自电池系统2的放电的控制装置120。在控制装置120上连接检测流过负载104的电流的电流检测器122，基于由电流检测器122检测出的电流计算负载104的使用电力量，并基于该使用电力量控制DC/AC转换器116，从而调整来自电池系统2的放电(输出)。再有，如图中所示，电流检测器122是设置在从DC/AC转换器110输入电流的连接点与从DC/AC转换器116输入电流的连接点之间的结构，但例如也可以如图中的虚线所示那样，设置在从DC/AC转换器116输入电流的连接的下游。
在该蓄电系统100中，在电池系统2所具备的电池模块21～25(图1)中设置上述的DC/DC转换器41～45(图1)、DC/DC转换器61～65(图4)、DC/DC转换器8(图6)、或充电电路部9(图7)，能够调整各电池模块21～25的电压平衡。
在上述第一～第四实施方式中，由于是利用商用交流电源系统10的电力对电池系统2进行充电的结构，所以具体而言，能够基于电费的按时间段收取不同费用合同(時間帯別料金契約)或深夜电力合同(深夜電力契約)，在电费低价的时间段对电池系统2进行充电，在白天等使用电力量较多的时间段从电池系统2放电来供给使用电力。
在第五实施方式中，在电费低价的时间段通过商用交流电源系统10进行充电，并且在其它的时间段也能利用太阳光发电单元106发电的电力对电池系统2进行充电。因此，电池系统2会以高频度进行充放电，在构成电池系统2的各电池模块21～25的两端电压中容易产生偏差。在这样的结构中，通过使用上述第一～第四实施方式的结构，能够容易地调整各电池模块21～25的电压平衡，即便以高频度调整电压平衡，也不必担心电力的损失和发热。由此，能够更高效地储备电力、进行放电，能够提高利用了电池系统2的蓄电系统的效率。
以上基于实施方式说明了本发明，但上述实施方式示出的是具体的实用例，本发明并不限于此。例如，在上述的实施方式中，虽然举例说明了在具备电池系统2的系统中，充放电控制部14通过接通或关断放电开关13来向直流负载18提供直流电力的结构，但本发明并不限于此，负载的种类是任意的，也可以是通过DC/AC转换器或功率调节器(power conditioner)转换为交流电流后将电力提供给负载的结构。此外，控制电池系统2的充电的平衡控制部15，可以是为了调整电压平衡而检测提供给电池模块21～25的充电用电流的电流量的结构，此时，平衡控制部15也可以基于输入给电池模块21～25的电流控制对各电池模块21～25的充电。另外，毫无疑问，电池模块的数量、DC/DC转换器和充电电路部的具体的电路结构、其外围电路的细部结构等也是可以任意变更的。

Claims (8)

1.一种电池系统，其电串联连接了多个电池模块，该电池模块容纳多个电池单元且能够经由正极端子和负极端子进行充放电，所述电池系统的特征在于，
构成为能够同时对连接在这些串联连接的多个电池模块的两端电极间的多个电池模块进行充电，并且
具备检测各个上述电池模块的正极端子和负极端子间的端子间电压的电压检测器；将从上述电压检测器检测的端子间电压比其它电池模块的端子间电压高的上述电池模块放电的电荷升压到规定的电压之后，同时提供给上述多个电池模块。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，
在上述电池模块的各自的正极和负极间设置以正极端子和负极端子作为输入侧的DC/DC转换器，向上述多个电池模块同时提供由该DC/DC转换器升压后的输出。
3.一种电池系统，其电串联连接了多个电池模块，该电池模块容纳多个电池单元且能够经由正极端子和负极端子进行充放电，所述电池系统的特征在于，
对连接在这些串联连接的多个电池模块的两端电极间的多个电池模块同时进行充电，并且
在各个上述电池模块上连接以正极端子和负极端子间为初级侧的DC/DC转换器，经由与各个电池模块的端子间电压比其它电池模块的端子间电压高的上述电池模块对应的DC/DC转换器，将从电池模块放电的电荷升压到规定的电压后，施加给具有比该电池模块的端子间电压低的电压的电池模块。
4.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，
从具有比上述电压检测器检测的端子间电压的平均值、或基于该平均值求出的值、或预先确定的值高的端子间电压的电池模块中释放电荷。
5.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
与上述端子间电压低的电池模块对应的DC/DC转换器将从与上述端子间电压高的电池模块对应的DC/DC转换器输出的直流电力作为初级侧进行工作。
6.根据权利要求3或4所述的电池系统，其特征在于，
根据各个上述电池模块的正极端子及负极端子的端子间电压求出端子间电压的平均电压，使上述DC/DC转换器工作到经由上述DC/DC转换器提供电力的上述电池模块的正极端子及负极端子间的电压接近设定值。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，
上述DC/DC转换器至少使用具有初级侧线圈和次级侧线圈的变压器，使初级侧和次级侧绝缘。
8.一种电池系统，其组合多个电池单元来构成电池模块，并构成为经由设置在该电池模块中的正极端子和负极端子能够进行充放电，并且串联连接了多个该电池模块，所述电池系统的特征在于，
具有连接在各个上述电池模块的正极端子和负极端子上的充电电路，按照各个上述电池模块的正极端子和负极端子间的电压相等的方式，从与该电压低的上述电池模块对应的充电电路向该电池模块进行充电。
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