CN102195310B - 组合电池单元和车辆 - Google Patents

Abstract

根据一个实施例，组合电池具有串联电连接的多个电池芯(11(1)-11(x))。充电量差异探测电路(70)探测电池芯的充电量差异。其中，在充电或放电电流施加于所述电池芯时，所述充电量差异探测电路探测比具有最小充电量的参考电池芯的充电量大的充电量差异，通过在与所述参考电池芯和其它电池芯达到预定比电压之间的时间差异对应的时段中所述充电或放电电流的增加，来确定所述电池芯的所述充电量差异，放电开关由开关控制器基于所述充电量差异控制。

Description

组合电池单元和车辆

技术领域

于此描述的实施例总体涉及包括蓄电池的组合电池(assembled battery)单元和装备有该组合电池单元的车辆。特别是，本发明的实施例涉及对构成组合电池单元的单元电池芯(cell)的充电量(charge amount)的调整。

背景技术

单元电池芯的输出电压由构成电池芯的材料系确定。在蓄电池中，假定不替换单元电池芯，提出了一种组合电池单元，其中，多个单元电池芯串联电连接并且不可分地组合成一个单元以获得高电压。

可以单独使用改组合电池单元。以各种形式组合多个组合电池单元，并且它们广泛地用作电源，用于驱动叉车和电动车中的电机，或者例如用作太阳能光伏发电系统中的功率调节器。

在组合电池单元中，公知的是，作为蓄电池中充电/放电中的改变或温度变化的结果，连接的单元电池芯的状态变得不一致(uneven)。假定存储在单元电池芯中的电荷的量不一致时，或充电状态(SOC：相对电池芯的充电容量的充电比率)不一致时，充电和放电受到控制，以防止组合电池单元中的任何电池过渡充电和过渡放电。从而，组合电池单元的充电或放电要满足首先达到充电或放电极限的电池芯，并且不达到理想的充电量。

考虑到上述问题，通常，在串联连接的组合电池中，选择并组合连接具有类似容量的单元电池芯。

在该组合电池单元中，作为均衡呈现出不平衡的电池芯的充电量的一种方法，已知一种电阻器放电方法(例如，日本专利申请特开No.11-150877)。作为确定待放电的蓄电池的方法，已知一种探测电池之间的电压差并基于电压差确定放电电池芯的方法(例如，日本专利申请特开No.2001-218376和No.2003-219572)。

日本专利申请特开No.11-150877公开了一种探测电池的电压或容量的改变并通过电阻器对高能电池进行充电的方法。

日本专利申请特开No.2001-218376公开了一种对单元电池芯进行充电的方法，其使电压差的改变在容许的范围内。该方法设定最小单元电池电压，并且在阈值电压以上对单元电池芯进行放电。

日本专利申请特开No.2003-219572公开了一种探测充电状态(SOC)的差异并按充电量的顺序对电池芯进行放电的方法。该方法通过电池电压的差异确定SOC的差异。

上述两种方法均假定每个电池芯的SOC调整为一致的。SOC的估计依赖于电池芯的SOC和电压之间的紧密相关性，并包括测量每个电池芯的绝对SOC和电压的步骤。

在上述估计中，电压用于估计SOC。在电压随SOC的变化发生大的变化的系统中，该估计在一定程度上是有效的，但是在包括电压不发生变化或变化很小的区域的系统中，精度不能预料，并且满意的均衡是困难的。

即使电池芯的特性与以上不同，通常，电池芯的输出电压曲线或电压和SOC之间的相关性曲线会因为诸如模块中的不一致温度的环境因素而发生变化，并且仅通过检查电池芯的输出电压，至SOC的完全转换是困难的。因此，在常规均衡处理中，甚至在均衡之后，SOC也没有得到满意的均衡。

附图说明

图1是本发明的实施例的范例框图；

图2是示出电池芯的电压和充电比率(SOC)之间的关系的曲线图；

图3是示出在对蓄电池组进行充电时，时间和每个单元电池芯中的电池芯电压变化之间的关系的曲线图；

图4是解释对存储在电池芯中的能量进行释放的实施例单元的操作的范例电路图；

图5是解释正在对实施例单元进行均衡时，与其它功能的协同操作的范例的透视图；

图6是示出充电期间，时间和电池芯电压变化之间的关系的另一范例的曲线图；

图7是示出放电期间，时间和电池芯电压变化之间的关系的范例的曲线图；

图8是本发明的单元的另一实施例的透视图；

图9是解释图8的单元的操作范例的图示；以及

图10是装备有本发明的组合电池单元的车辆的透视图。

具体实施方式

大体上，根据一个实施例，以下将参照附图描述本发明。

本发明的实施例提供组合电池单元和车辆，该组合电池单元适用于各种电池芯并能够调整充电量，无需提高传感器的精度和分辨率，该车辆从该组合电池单元获得驱动力。

根据实施例，通过对每个电池芯以不同于具有最小充电量的参考电池芯的充电量的量进行放电，来调整串联电连接的电池芯的充电量。通过增加施加至电池芯的预定电流，获得参考电池芯和其它电池芯之间的充电量差异，其中通过基于参考电池和其它电池芯之间在施加电流的时间段内达到预定电压的时间差来增加该预定电流。

图1示出了根据本发明的实施例的组合电池单元的功能框图。

蓄电池组10包括串联电连接的数量x的单元电池芯11(1)至11(x)(以下简单地称作电池芯)。蓄电池组10的正电极连接至外部正端子21，且蓄电池组10的负电极通过电流探测电阻器R连接至外部负端子22。

均衡电路30包括安装在一个电路板上的放电电阻器31r(1)至31r(x+1)和放电开关SW(1)至SW(x+1)。

电池芯11(1)至11(x)的负电极和正电极通过放电电阻器31r(1)至31r(x+1)连接至电压探测单元40。一个放电电阻器由串联连接的相邻电池芯共用。换句话说，放电电阻器的数量不是电池芯的数量的两倍，而是比电池芯的数量多一个。

放电电阻器31r(1)和31r(2)一个端子电连接至电池芯11(1)，且另一端子连接至放电开关SW(1)。

类似地，放电电阻器31r(n)和31r(n+1)一个端子电连接至电池芯11(n)，且另一端子连接至放电开关SW(n)。换句话说，两个并联相邻的放电电阻器的一端通过单元电池芯电连接，而另一端通过放电开关连接。

放电开关SW(n)具有对由放电电阻器和电池芯电压限定的放电电流耐久的电流容量，并具有断开/闭合电连接的功能是足够的。放电开关SW(n)的合适的结构是可选择的。开关可以配置为对接触进行物理断开和闭合，或通过组合晶体管对接触进行电断开和闭合。

电压探测单元40在预定时间测量每个电池芯的电压。在预定时间，通过将每个电池芯并联连接至给每个电池芯设置的快速电容器，对每个电池芯进行充电，且每个快速电容器与每个电池芯电分离。然后，电压探测单元40顺序测量快速电容器的电压。测量后，快速电容器连接至地电位，并且被放电以准备下一测量。

电流探测电路50并联电连接至串联连接至蓄电池组10的负电极的电流探测电阻器R。具有非常高的电阻的电阻器通过具有预定电容的电容器接地，该电阻器选择为防止电流分支。以等于电流探测电阻器R引起的电压降的量对此电容器进行充电。因此，通过测量电容器的两端的电位差，能够知道流入电流探测电阻器R的电流值。在每个预定时间获得此电流值并对其数字化，并连续地传输。

因为蓄电池组10包括串联连接的电池芯，所以每个电池芯中的电流与电流探测电路50中的电流相同。

充电量差异探测单元70根据分别从电压探测单元40和电流探测电路50接收的电压和电流的值，探测构成蓄电池组10的电池芯11(n)之间的充电量差异。

充电量差异探测单元70将以每个预定间隔从电压探测器40接收的每个电池芯11(n)的测得的电压与预定比电压(specific voltage)进行比较。作为比较的结果，当电池芯中的任一个11(n)显示出与比电压相同或更高的电压值时，开始该电池芯的电流值的增加并其后继续。增加的电流值以每个预定间隔从电流探测电路50发出。增加继续，直至预定定时。换句话说，增加继续，直至任一电池芯达到预定充电停止电压或放电停止电压，或直至所有电池芯达到预定比电压。增加结束时的总电流值假定为表示每个电池芯的充电量的系数。

当电池芯中的任一个达到充电停止电压或放电停止电压时，或当所有电池芯都达到预定比电压时，充电量差异探测单元70通过使用被增加直至该时间的每个电池芯的总电流值来计算每个电池芯的充电量差异。

在充电模式中探测充电量差异时，充电量差异探测单元70根据组合电池中的其它电池芯的比电压值计算最后达到比电压的电池芯的充电量差异。换句话说，分别根据每个电池芯的总电流值，通过减去最后达到比电压的电池芯的总电流值，计算每个电池芯11(n)的充电量差异ΔC(n)。

因此，总是将参考电池芯中的充电量差异ΔC定义为零。

放电时间转换单元80接收充电量差异探测单元70获得的每个电池芯的充电量差异，执行预定操作，并计算闭合与每个电池芯的均衡相关的每个放电开关的时间长度。此时间长度输入至开关控制电路90并用于控制放电开关的断开和闭合。

放电时间转换单元80计算高能电池芯的放电量，并将放电量转换为充电时间或控制量，以消除相同组合电池单元中的电池芯之间的充电量差异中的差异。

开关控制电路90连接至放电开关SW(1)至SW(x+1)，并控制放电开关的断开和闭合。此放电时间转换单元80计算的每个电池芯的放电时间信息输入至开关控制电路90。基于输入的放电时间信息，将对应于待放电的电池芯的放电开关开通该时间长度，并对电池芯进行放电，或释放电池芯的电荷。

根据以上配置，通过将大容量电池芯的充电量调整至最低容量电池芯的充电量，对电池芯进行均衡。

图2是示出电池芯的电压和充电状态(SOC)之间的关系的曲线图。

在进行均衡时，此实施例的单元依赖于电池芯之间的电压偏离。因为，如图2中所示，即使在一些类型的电池中存在充电状态(SOC)的大的差异ΔC，电压差异ΔV也很小，并且探测公差可以变得很小。

在具有图2中所示的特性的电池芯中，在接近充电停止电压的区域W1(由点线围绕)，或在接近放电停止电压的区域W2(由点线围绕)，测量电压，该处的相关性相对大。

在普通电池芯中，根据被提高的充电状态(SOC)，电压单调地(flatly)提高。即使在应用于具有电压不单调地提高的一些部分的系统的情况下，也禁止选择示出电压的单调变化的部分用于上述类似操作。

此实施例实现的系统配置为将测量点设定在预定限制的SOC区域内电压差易于测量的区域。在此情况下，均衡是可能的，无需估计单个SOC。

图3是示出充电电流I施加于包括串联连接的三个电池芯的蓄电池组时，每个单元电池芯中的电池芯电压变化的曲线图。

在图3中的充电范例中，在以恒定电流对串联连接的蓄电池组进行充电时，电池芯AX、BX和CX以时滞顺序地达到预定比电压，并且每个电池芯中的电压发生变化，且在电池芯AX达到充电停止电压时，停止恒定电流充电。

“比电压”意指常数，其表示从可选电压选择的电压，其是电池芯达到充电停止电压之前能够经过的电压。能够可选地选择比电压，并且考虑到更高的测量精度，优选地从相对充电量的电压变化相对高的部分选择。

“充电停止电压”意指常数，其表示表示电池芯过充前的满充的电压。根据设置有组合电池单元和电池芯的产品的说明书，可选地设定充电停止电压。

图3中，电池芯AX首先达到比电压。达到时间为t2。电池芯BX和CX在时间t1和t0顺序地达到比电压。

此模式中的参考时间设定为时间t0，即从充电开始时间至最后达到比电压的电池芯所需的时间的时间。假定需要参考时间的电池芯为参考电池芯。

“参考时间”意指从预定测量开始时间计算，电池芯11(1)至11(x)中最后达到比电压的任一个所需的时间。通过测量从相同测量开始时间起经过的时间，获得其它电池芯达到比电压所需的时间。

“预定测量开始时间”设定为首先达到比电压的电池芯出现之前的时间。

测量开始时间能够从任何时间开始计算。优选地，在电流状况稳定时设定测量开始时间，以提高增加电流值的精度，并稳定数据。换句话说，优选地，将测量开始时间设定为开始充电或放电的时间，或充电和放电之间的任意时间。

在实施例中，电池芯之间达到预定比电压的时间差是表示充电量差异的系数。

在图3中所示的范例中，在测量开始时间充电最少的电池芯需要参考时间达到比电压。此电池芯假定为参考电池芯。如果能够将其它电池芯与参考电池芯相比的过多量释放掉，则能够均衡电池芯，无需检查每个电池芯的充电比率(SOC)。

电池芯AX和CX之间以及BX和CX之间的SOC差异由达到比电压的时间差异确定。因为最快达到比电压的电池芯在充电过程中具有最高SOC，所以此范例中，电池芯AX具有最高SOC，接下来是电池芯BX和CX。

换句话说，SOC差异与电池芯BX和CX之间的(t0-t1)以及电池芯AX和CX之间的(t0-t2)直接相关。因此，如果已知此时段中的电池芯电流，则能够分别计算电池芯AX和CX之间以及电池芯BX和CX之间的充电量差异ΔC(1)以及ΔC(2)。即，能够知道每个电池芯中的充电量，每个电池芯与参考电池芯进行充分比较。

在图3中所示的范例中，能够根据以下等式计算充电量差异ΔC(n)。

(等式1)

$\mathrm{\ΔC}\left(1\right)\mathrm{mAh}={\∫}_{t0}^{t2}\mathrm{Idt}$

$\mathrm{\ΔC}\left(2\right)\mathrm{mAh}={\∫}_{t0}^{t1}\mathrm{Idt}$

充电量差异探测单元70通过软件和定序器(sequencer)执行此计算。

充电量差异探测单元70将预定比电压与由电压探测单元40获得和发送的所有电池芯的电压值进行比较。作为比较的结果，当电池芯中的任一电池芯的电压等于或超过预定比电压时，充电量差异探测单元70开始电池芯的电流值增加，且该增加继续直至预定停止定时。

在图3中所示的范例中，随着电池芯AX在时间t2达到比电压，时间t2的电流值I(t2)输入到对应于电池芯AX的预定阵列(或队列)，作为增加的初始值。

其后，假定电流探测电路50的采样时间为ts，则将电流值(t2+ts·n)(n：整数)继续增加到相同阵列上。

增加继续，直至预定结束定时。增加继续，至少直至图3中所示的范例中的参考时间t0。增加可以继续直至达到充电停止的电压的时间，依赖于其它系统的状态。对所有电池芯同时停止该增加。

增加至每个电池芯阵列的电流值在相同时间为相同值。仅开始增加的定时不同。

在完成增加后，从每个电池芯的总电流值减去最后达到比电压的电池芯(参考电池芯)的总电流值，并且计算与每个电池芯11(n)的充电量差异ΔC(n)。

充电时间转换单元80接收充电量差异探测单元70计算的参考电池芯和每个电池芯11(n)之间的充电量差异ΔC(n)，并计算对应于每个电池芯的放电时间或充电时间的控制量。

图4示出了一个电池芯的放电电路的范例。当开关SW(n)接通时，电池芯n通过放电电阻器r(n+1)和r(n)短路。放电电流Ib在每个放电电阻器中流动，并且每个电池芯中的能量转换为焦耳热，并消耗掉。此时，消耗与放电量差异ΔC(n)相等的能量所需的放电时间对应于ΔC(n)/Ib。

放电电流Ib由电池芯n的电压和放电电阻器r的值确定。随着放电进行，电池芯n的电压波动并且不恒定，且电池芯未完全并理想地实现。然而，当电阻器放电方法用于电池中时，通常发生此现象，并且实际没有什么问题。每次重复均衡提高了均衡度。

通过降低放电电阻器的电阻值并提高电流量，能够减小均衡充电状态所需的放电时间。然而，如果电流量大，则加热值提高，则引起另一问题，并且作为系统，这不是优选的。因此，选择具有相对高电阻值的放电电阻器，并且通过折衷能够用于均衡的时间来确定电阻值。

在此实施例的组合电池单元中，在每个预定时间获得构成蓄电池组的每个电池芯的电压值并将其用于各种控制。甚至在放电期间，也监控电压。然而，电压探测单元40和放电开关SW(n)是彼此排斥的，并且交替地操作预定时间。

因此，此实施例中的电池芯11(n)的放电时间对应于接通(闭合)对应电池芯n的放电开关SW(n)的次数。此次数确定此实施例中的控制量。保持放电开关SW(n)接通的时间是预定的，并且在经过预定时间后，关闭(断开)放电开关。

此实施例中，还在放电时间转换单元80中设置控制次数管理单元81，以将电池芯11(n)的放电时间转换为接通放电开关SW(n)的次数。

图5是示出此实施例中电压监控和放电开关控制之间的关系的透视图。

在图5中所示的范例中，当构成蓄电池组10的x数量的电池芯从电连接负端子侧顺序编号时，电池芯分成奇数组和偶数组，并且对每个组进行放电控制。因为在对相邻电池芯同时接通放电开关时，放电电路发生改变，依赖于放电次数，并且难以唯一限定放电电路的配置。这能够防止放电时间的复杂计算。

在图5中，一个单元的控制采样时间是电压探测单元40取得所有电池芯的电压的时段和接通放电电阻器的时段的和。除接通时段外，放电电阻器总是关闭的，并且甚至在接通时段中，若不是受到控制，也保持关闭。

在相邻控制采样时间中，在接通放电电阻器时，奇数组和偶数组中的受控电池芯交替放电。

取得电压需要约10ms。如果每隔100ms取得电压，则一次放电需要90ms。需要120ms的间隔来继续相同电池芯的放电。

控制数量管理单元81将对每个电池芯进行放电的时间设定为90ms，获得接通对应于每个电池芯的放电开关的次数，并将该次数发送至开关控制电路90。

开关控制电路90和电压探测单元40协同异步操作，以防止冲突。在预定采样时间中，通过使用除电压取得时段以外的时间，开关控制电路翻转对应于预定电池芯的放电开关，直至达到由控制次数管理单元81获得的预定电池芯的预定次数。

通过以上操作，此实施例的组合电池单元放电并将构成蓄电池组的电池芯的充电量调整至相同水平。随着调整进行，电池芯的状态基本被均衡。

图6是示出对蓄电池组进行充电的另一范例的曲线图。

图6示出一个范例，其中，在充电电流I被达到充电停止电压的电池芯AX中断之前，电池芯CX不达到预定比电压。

依赖于构成蓄电池组的每个电池芯的充电状态，在时间tx仅一个电池芯达到比电压，并且即使该电池芯达到充电停止电压，所有其它电池芯也不达到比电压。

如果在上述状态中，所有电池芯被均衡，则低充电电池芯可能被过度放电。因此，如果任一电池芯未达到比电压，则预定电池芯的充电停止电压达到时间te被视为参考时间，并且仅达到比电压的电池芯被均衡。

假定达到比电压的每个电池芯n的比电压达到时间为tn，则基于(te-tn)探测电池芯之间的充电量差异。

换句话说，充电量差异探测单元70通常增加电流值，但是如果任一电池芯的电流值不增加，则不输出与未达到比电压的电池芯的充电量差异。优选地，将表示未肯定地执行增加的预定信息通知给放电时间转换单元80。

在充电量差异探测单元70发出表示未探测到充电量差异的值时，放电时间转换单元80将充电量差异未计算的电池芯的放电时间设定为零。根据上述分支条件，在计算充电量差异时，能够安全地均衡电池芯，无需改变其它电路和逻辑。

在上述描述中，在充电模式中探测有关对电池芯进行放电以用于均衡的信息。然而，可以在放电模式中获得用于均衡的电池芯放电信息。换句话说，放电停止电压设定为低于比电压的电压值，并且在所有电池芯被充电至高于比电压的电压后，开始放电。在此情况下，将充电停止电压读作放电停止电压，并执行相同操作。参考电池芯最快达到比电压，且电池芯的比电压达到时间视为参考电压。

此外，在上述描述中，图2中所示的区域W1的特性用作电池芯的SOC特性。然而，因为充电量小时，所需的充电时间被忽略，所以可以使用图2中区域W2的特性。

接下来，将详细解释使用充电量低的区域中的放电模式的实施例。

图7是示出，在以电流I对包括串联连接的电池芯AX、BX和CX的蓄电池组进行放电且电池芯中的任一电池芯达到放电停止电压时停止放电时，每个电池芯中的电压变化的曲线图。

图7中的范例表明：在对串联连接的蓄电池组进行恒定电流放电时，电池芯AX、BX和CX以时滞顺序地达到预定比电压；在电池芯AX达到放电停止电压时停止恒定电流放电时，每个电池芯的电压发生变化。

这里“放电停止电压”意指设计人员设计的不对电池芯过度充电的电压值。

“比电压”是从电池芯达到放电停止电压之前可容许的电压选择的电压。能够可选地选择比电压。从提高测量精度的观点，优选地，选择相对充电量的电压变化相对大的范围内的比电压。

在图7中所示的范例中，随着电池芯AX在时间t0达到比电压，将时间t0的电流值I(t0)输入至电池芯AX的阵列作为增加的初始值。其后，假定电流探测电路50的采样时间为ts，则每个采样时间的电流值I(t0+ts·n)(n：整数)继续增加至相同阵列。

该增加继续，直至预定停止定时。在图7中所示的范例中，增加继续，至少直至最后达到比电压的电池芯CX的比电压达到时间t2。该增加可以继续，直至达到放电停止电压的时间，依赖于其它系统的状况。对所有电池芯同时停止该增加。

在停止增加后，从最先达到比电压的电池芯的总电流值减去每个电池芯的总电流值，并计算电池芯11(n)之间的充电量差异ΔC(n)。

换句话说，放电模式中的参考电池芯是最先达到比电压的电池芯。

在图7中，电池芯AX最先达到比电压。达到时间设定为t0。因为电池芯BX和CX顺序地达到比电压，所以每个达到时间设定为t1和t2。

此模式中的参考时间设定为最先达到比电压的电池芯开始放电直至达到比电压所需的时间t0。

在图7中所示的范例中，参考电池芯为充电量最小的电池芯。在使用放电停止电压时，最先达到比电压的电池芯用作参考电池芯。有关参考电池芯的其它讨论与使用放电的那些相同。

电池芯AX和CX之间以及电池芯AX和BX之间的SOC差异由达到比电压的时间差异确定。充电过程中最快达到比电压的电池芯视为具有最高电流SOC的电池芯。在此范例中，按电池芯CX、BX和AX的次序提高SOC。

换句话说，SOC差异程度直接相关，电池芯AX和BX之间的(t0-t1)，以及电池芯AX和CX之间的(t0-t2)。因此，通过知道这些时段中电池芯电流的状态，能够探测电池芯之间的充电量差异。

充电量差异探测单元70将从电压探测单元40获得并传输的所有电池芯的电压值与预定比电压进行比较。作为比较的结果，在某一电池芯11(n)的电压与预定比电压相同或高于该预定比电压时，开始电池芯11(n)的电流值的增加，并且该增加继续，直至预定停止定时。

在图7中所示的范例中，电池芯AX在时间t0达到比电压，将时间t0的电流值I(t0)输入至队列作为增加的初始值。其后，假定电流探测电路50的采样时间为ts，则每个采样时间的电流值I(t0+ts·n)(n：整数)继续增加至相同队列。

增加继续，直至预定停止定时。在图7中所示的范例中，增加继续，至少直至最后达到比电压的电池芯的比电压达到时间t2。根据其它系统的状况，增加可以继续，直至达到放电停止电压的时间。在相同时间对所有电池芯停止该增加。

增加至队列的针对每个电池芯的电流值在相同时间为相同值。仅开始增加的定时不同。

在放电模式中对充电量差异的探测中，在完成增加后，将最后达到比电压的电池芯(参考电池芯)的总电流值从每个电池芯11(n)的总电流值减去，并且计算电池芯11(n)之间的充电量差异ΔC(n)。

一旦指定了电池芯之间的充电量差异，则能够通过与充电模式中执行的均衡完全相同的逻辑执行随后的步骤。

本发明不限于上述实施例。可以通过组合实施例来实现本发明。本发明可以作为配置为测量充电模式或放电模式中电池芯之间的充电量差异的单元实现。

图8示出了本发明的单元的另一实施例。在此实施例中，电池芯11(1)至11(x)分组成包括预定数量电池芯的作为模块的块10B(1)至10B(n)。给块(模块)10B(1)至10B(n)设置均衡电路30(1)至30(n)。当单元块假定为单元电池芯时，均衡电路30(1)至30(n)包括电池芯均衡电路3012和30n2，均衡电路3012和30n2包括如前述实施例中描述的放电开关SW(1)至SW(x+1)。电压探测单元40包括电池芯电压探测单元42，电池芯电压探测单元42如前述实施例中那样探测每个电池芯的端子电压。

以下公开实施例的操作的范例。假定两个块10B(1)和10B(n)串联连接，以易于理解。

现在假定，块10B(1)包括例如电池芯11(1)至11(p)，且块10B(n)包括例如电池芯11(x-1)至电池芯11(x)。

在此实施例中，充电量差异探测单元70B包括最小充电量电池芯探测单元71、块间最小充电量电池芯比较器72和电池芯内(inter-cell)充电量差异探测单元73。从电池芯电压探测单元42和电流探测电路50接收的电压和电流的值输入至充电量差异探测单元70B。

最小充电量电池芯探测单元71探测块10B(1)中的最小充电量电池芯(所谓的参考电池芯)。电池芯内充电量差异探测单元73探测块10B(1)中电池芯(1)至(p)中的每一个的充电量差异。在此情况下，用于获得关于块10B(1)中的每个电池芯的信息的方法与参照图1至3在前述实施例中描述的方法相同。

即，充电量差异探测单元73将每隔预定间隔从电压探测器42接收的电池芯11(1)-11(p)中的每一个的测得的电压与预定比电压进行比较。作为比较的结果，当任一电池芯显示出等于或大于比电压的电压值时，开始该电池芯的电流值的增加，并且其后继续。每隔预定间隔从电流探测电路50发出该增加的电流值。该增加继续，直至预定定时。换句话说，增加继续，直至电池芯11(1)-11(p)中的任一个达到预定充电停止电压或放电停止电压，或直至所有电池芯达到预定比电压。增加结束时的总电流值假定为表示电池芯11(1)-11(p)中的每一个的充电量的系数。

在电池芯中的任一个达到充电停止电压或放电停止电压时，或当所有电池芯达到预定比电压时，充电量差异探测单元73通过使用每个电池芯的被增加直至该时间的总电流值计算每个电池芯的充电量差异。

另一方面，在测量电池芯11(1)-11(p)中的每一个的充电量期间，最小充电量电池芯探测单元71探测块10B(1)中的参考电池芯，参考电池芯是充电操作中最先达到充电量的电池芯(参照图3)，或在放电中最后达到充电量的电池芯(参照图7)。最小充电量电池芯探测单元71临时存储参考电池芯的充电量。

因此，充电量差异探测单元73计算参考电池芯的充电量和电池芯11(1)-11(p)中的每一个的充电量之间的差异，并获得电池芯11(1)-11(p)中的每一个的充电量差异。

接下来，与以上公开的相同，电池芯内充电量差异探测单元73探测块10B(n)中电池芯11(x-p)-11(c)中的每一个的充电量差异。用于获得关于块10B(n)中的每个电池芯的信息的方法与参照图1至3在前述实施例中描述的方法相同。

即，充电量差异探测单元73将每隔预定间隔从电压探测器42接收的电池芯11(x-p)-11(x)中的每一个的测得的电压与预定比电压进行比较。作为比较的结果，当任一电池芯显示出等于或大于比电压的电压值时，开始该电池芯的电流值的增加，并且其后继续。每隔预定间隔从电流探测电路50发出该增加的电流值。该增加继续，直至预定定时。换句话说，增加继续，直至电池芯11(x-p)-11(x)中的任一个达到预定充电停止电压或放电停止电压，或直至所有电池芯达到预定比电压。增加结束时的总电流值假定为表示电池芯11(x-p)-11(x)中的每一个的充电量的系数。

在电池芯中的任一个达到充电停止电压或放电停止电压时，或当所有电池芯达到预定比电压时，充电量差异探测单元73通过使用每个电池芯的被增加直至该时间的总电流值计算每个电池芯的充电量差异。

另一方面，在测量电池芯11(x-p)-11(x)中的每一个的充电量期间，最小充电量电池芯探测单元71探测块10B(1)中的参考电池芯，参考电池芯是充电操作中最先达到充电量的电池芯(参照图3)，或在放电中最后达到充电量的电池芯(参照图7)。最小充电量电池芯探测单元71临时存储参考电池芯的充电量。

因此，充电量差异探测单元73计算参考电池芯的充电量和电池芯11(x-p)-11(x)中的每一个的充电量之间的差异，并获得电池芯11(x-p)-11(x)中的每一个的充电量差异。

接下来，需要该计算将有关每个电池芯的信息分别转换为放电时间，以将每个电池芯的充电量调整为参考电池芯的充电量。然而，在此实施例中，不能如测量的那样使用有关每个电池芯的所有信息，因为电池芯的充电量差异是自电池芯11(1)至11(x)分组成块10B(1)至10B(n)的块间逐个获得的。

因此，块间最小充电量电池芯比较器72计算块10B(1)中的参考电池芯的充电量和块10B(n)中的参考电池芯的充电量之间的差异。然后，块间最小充电量电池芯比较器72保持参考电池芯之间的充电量差异。

为了易于理解，如图9中所示，假定块10B(1)中存在电池芯A1和B1，块10B(n)中存在电池芯An和Bn，则块10B(1)中参考电池芯为A1，且块10B(n)中参考电池芯为An。此外，块10B(1)中电池芯A1和B1之间的充电量差异为BV1，块10B(n)中电池芯An和Bn之间的充电量差异为BVn。且参考电池芯An的充电量小于参考电池芯A1的充电量，且电池芯A1和An之间的充电量差异为(Ref_ChDi)。

所有电池芯A1、B1、An以及Bn之间的较小充电量电池芯为电池芯An，所以此电池芯An为所有电池芯中的参考电池芯。

为了获得电池芯Bn的与电池芯An的充电量相同的充电量用于均衡，需要对电池芯Bn的充电量进行放电，放电量对应于充电量差异BVn。另一方面，为了获得块10B(1)中的电池芯A1的与电池芯An的充电量相同的充电量，需要对电池芯A1的充电量进行放电，放电量对应于充电量差异(Ref_ChDi)。此外，为了获得块10B(1)中的电池芯B1的与电池芯An的充电量相同的充电量，需要对电池芯B1的充电量进行放电，放电量对应于充电量差异((Ref_ChDi)+BV1)。如以上公开的，在计算块10B(1)中的电池芯的放电量时，需要电池芯A1和An之间的充电量差异(Ref_ChDi)。

因此，参考电池芯之间的充电量差异(Ref_ChDi)和电池芯的充电量差异传输至放电时间转换单元80。在放电时间转换单元80计算放电时间或对应于每个电池芯的放电时间的控制量时，放电时间转换单元80使用参考电池芯之间的充电量差异(Ref_ChDi)。放电时间转换单元80将计算的结果发送至开关控制电路90。

开关控制电路90基于控制量使得待放电的受控(subjected)电池芯放电。此情况下的操作与参照图4描述的前述实施例的操作相同。

现在，当开关控制电路90选择待放电的受控电池芯时，开关控制电路90选择块10B(1)中的一个电池芯，以及块10B(n)中的一个电池芯，然后在相同时段中执行多个电池芯的放电。但是前提是在块10B(1)和10B(n)中的每一个中形成放电路径。

如上述，此实施例的均衡时间缩短了，因为与装置由一个模块配置的情况相比，根据多个模块的组合在相同时段对多个电池芯进行放电。

另一方面，根据图8中所示的实施例的测量时间需要比根据图1中所示的实施例的测量时间大数倍，因为逐个在块间测力爱那个电池芯的充电量差异。注意，假定图1中的多个电池芯，块10B(1)和10B(n)相同。然而，如图5中所公开的，用于对一个块中的每个电池芯的充电量差异进行放电的时间比用于探测一个块中的每个电池芯的充电量的时间长。所以，电池芯的数量增加越多，电池芯的数量对均衡时间的影响越大。

因此，如图8中所示的实施例，如果大量电池芯被均衡，则通过将电池芯分组成块10B(1)至10B(n)来降低均衡的总时间是有效的，并且实现了多个电池芯的同时放电。

如上述，根据此实施例，与逐个对所有电池芯顺序进行放电而不将电池芯分成块的情况相比，能够减小用于均衡电池芯的充电量的时间，因为对多个电池芯同时进行放电。

随着电池芯的数量的提高或块的数量的提高，效率得到了提高，但是电路的大小也增加了。因此，根据设计限制确定合适的配置。

根据于此解释的本发明，有效地使用构成组合电池单元的每个电池芯的容量是可能的。

根据本发明，能够提高探测电池芯之间的残余量差异(充电量差异)的精度，并且能够精确地均衡电池芯的充电比率。因此，能够最大地使用每个电池芯的容量，并且能够防止诸如组合电池的并联连接的高容量设计。此外，当根据本发明的单元应用于诸如电机驱动的叉车和电动车(混合车)的车辆时，最小化了安装的电池的数量，并且轻重量设计是可能的。如果安装相同数量的电池，则增加了巡航距离。

在上述单元中，电压探测单元40、充电量差异探测单元70、放电时间转换单元80、以及开关控制电路90设置在一个系统控制部分中，并且共同由处理器控制。

使用车辆驱动器的操作信息或来自设置在车辆中的传感器的探测的信号，控制是可能的。因此，能够按照充电和放电定时控制均衡的开始或停止。

关于均衡时段，各种设定是可能的，例如，车辆停放时段、瞬时停止时段、以及下坡中的自动运行时段。这些时段可以组合或被选择性地设定。根据来自探测器或传感器的信号，能够判断车辆状况。此外，根据来自驱动器的操作信号，可以对充电量进行均衡。

为用户强加的维护或测试的目的，提供对特定电池进行充电、放电或均衡的功能是可能的。提供将信号发送至显示单元以识别单元的操作状态的功能也是可能的，操作状态即指均衡是正在进行还是完成了。

图10中示出了车辆。车辆具有车辆主体1000。车辆主体1000承载上述实施例中描述的组合电池单元400；电池控制基底300控制组合电池单元400的操作；包括逆变器的电压转换/驱动控制单元500转换从蓄电池芯供应的电压，并控制输出电流/电压的水平和相位；以及电机600，向电机600供应电压转换/驱动控制单元500的输出作为驱动功率。传输电机600的旋转以通过例如差速齿轮单元驱动轮WR和WL。

从组合电池单元400和电部件电池700给电池控制基底300供电。电部件电池700为12V的额定电压的铅蓄电池。80个串联连接的电池芯获得的组合电池单元的额定电压约为300V。传输电机600的旋转以通过诸如差速齿轮单元的传输机构驱动轮WR和WL。

使用本发明的上述配置的组合电池单元作为能源的电动车能够选择具有小的电压变化的电池芯，并且能够使用适合于车辆的特性的电池芯来提供电源。此外，车辆能够增加巡航距离。

虽然描述了某些实施例，但是这些实施例仅为示例方式，而不是意在限制本发明的范围。实际上，可以以各种其它形式实施于此描述的新颖的实施例；此外，可以不脱离本发明的精神对于此描述的实施例的形式作出各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同替代意在涵盖落入本发明的范围和精神内的该形成和修改。

Claims (7)

1.一种组合电池单元，其特征在于，包括：

组合电池，具有串联电连接的多个电池芯；以及

充电量差异探测电路，

其中，在充电或放电电流施加于所述电池芯时，所述充电量差异探测电路探测比具有最小充电量的参考电池芯的充电量大的充电量差异，通过在与所述参考电池芯和其它电池芯达到预定比电压之间的时间差异对应的时段中所述充电或放电电流的增加，来确定所述电池芯的所述充电量差异，放电开关由开关控制器基于所述充电量差异控制，并且所述电池芯的所述充电量受到调整。

2.根据权利要求1所述的组合电池单元，其特征在于，还包括：

电压探测单元，配置为测量所述电池芯中的每一个的电压；

放电电阻器，连接至所述电池芯中的每一个的电极；

放电开关，分别连接至各与所述电池芯中的每一个对应的每对所述放电电阻器的另一端，并设置为对所述连接进行电断开和闭合；以及

开关控制器，控制所述放电开关的断开和闭合。

3.根据权利要求1所述的组合电池单元，其特征在于，

在施加充电或放电电流至所述电池芯的时段内任一电池芯未达到预定比电压时，

基于从停止施加所述充电或放电电流起至达到所述预定比电压计算的时段中施加的所述充电或放电电流的所述增加，所述充电量差异探测电路调整所述电池芯中除那些未达到所述预定比电压的电池芯以外的电池芯的所述充电量。

4.根据权利要求1所述的组合电池单元，其特征在于，在调整电池芯的所述充电量时，将所述电池芯分成仅包括不相邻电池芯的组，并且在预定放电时机选择性地对所述组中的任一个进行放电。

5.一种车辆，其特征在于，包括：

根据权利要求1所述的组合电池单元；

驱动轮，其由从所述组合电池供应的电力驱动；以及

车辆主体，其承载所述组合电池单元和所述驱动轮。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，

在施加充电或放电电流至所述电池芯的时段内任一电池芯未达到预定比电压时，

基于从停止施加所述充电或放电电流起至达到所述预定比电压计算的时段中施加的所述充电或放电电流的所述增加，所述充电量差异探测电路调整所述电池芯中除那些未达到所述预定比电压的电池芯以外的电池芯的所述充电量。

7.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，在调整电池芯的所述充电量时，将所述电池芯分成仅包括不相邻电池芯的组，并且在预定放电时机选择性地对所述组中的任一个进行放电。