CN102545329B

CN102545329B - 单元平衡控制装置

Info

Publication number: CN102545329B
Application number: CN201110462279.1A
Authority: CN
Inventors: 镰田诚二; 松本荣伸
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP5632723B2; US8941355B2; JP2012115100A; US20120133330A1; CN102545329A

Abstract

一种单元平衡控制装置，其特征在于，包括：具有旁路电阻和开关元件的串联电路、且与构成电池的多个单元的每一个并联连接的旁路电路；检测所述多个单元的各单元电压的单元电压检测部；检测安装了所述旁路电路的基板的温度的温度检测部；以及控制部，其基于从所述温度检测部检测的值和从所述单元电压检测部获得的需放电单元的单元电压值，计算并控制所述开关元件的占空比。

Description

单元平衡控制装置

本申请要求2010年11月26日申请的日本专利申请第2010-264210号的优先权，将其内容引入本文。

技术领域

本发明涉及使电池单元的单元电压均等化的单元平衡控制装置。

背景技术

众所周知，在电动汽车或混合动力汽车等车辆中，搭载有构成动力源的电机和给该电机提供电力的高压大容量电池。该电池通过串联连接多个由锂离子电池或镍氢电池等构成的电池单元而构成。目前，为了维持电池的性能，而进行监视各电池单元的单元电压以使各单元电压均匀化的单元平衡控制。

在特开平8-19188号公报(以下称为专利文献1)中公开了这样的技术，即，将电阻和开关元件的串联电路作为旁路电路与各单元并联连接，通过比较最低的单元电压和其他单元电压，对于其电压差超过第一规定值的单元，使开关元件导通以使旁路电路导通(使单元放电)，当上述电压差变成比第一规定值低的第二规定值以下时，使开关元件关断以将旁路电路切断，从而实现各单元电压的均匀化。

在特开2008-21589号公报(以下称为专利文献2)中公开了这样的技术，即，与专利文献1相同地在各单元上并联连接旁路电路，基于根据电池的状态(例如单元电压分布状况、电池的使用时间比例和容量恶化系数)设定的容量调整能力提高要求度，改变规定容量调整电流值，通过进行上述开关元件的占空比控制，使得在旁路电路中流过与其规定容量调整电流值相当的放电电流，从而实现各单元电压的均匀化。

如上所述，目前是基于单元电压的电压差或单元电压分布状况、电池的使用时间比例和容量恶化系数等，进行单元平衡控制。另一方面，在进行单元平衡控制时，由于在旁路电路中流过放电电流而发热，所以安装了旁路电路、单元电压检测电路和控制电路(控制IC)等的电路基板的温度上升，从而担心导致电路元件的损坏或误动作。

在上述现有技术中，没有考虑到这样的电路基板的温度上升而进行单元平衡控制，例如，当同时使多个单元的开关元件导通等情况频繁发生时，因电路基板的温度上升而导致电路元件的损坏或误动作，从而不能进行适当的单元平衡控制。

发明内容

本发明鉴于上述情况而完成。本发明的目的在于提供一种能够防止由于基板温度上升而引起的电路元件的损坏或误动作，从而维持适当的单元平衡控制的单元平衡控制装置。

为了达到上述目的，本发明采用了以下结构。

(1)根据本发明一实施方式的单元平衡控制装置，包括：具有旁路电阻和开关元件的串联电路、且与构成电池的多个单元的每一个并联连接的旁路电路；检测所述多个单元的各单元电压的单元电压检测部；检测安装了所述旁路电路的基板的温度的温度检测部；以及控制部，其基于从所述温度检测部检测的值和从所述单元电压检测部获得的需放电单元的单元电压值，计算并控制所述开关元件的占空比。

(2)进一步地，在上述(1)中记载的单元平衡控制装置可以如下地构成：所述控制部包括放电规定功率值计算部、需放电单元放电功率值计算部、和占空比控制部。所述放电规定功率值计算部基于由所述温度检测部检测的值，计算使所述基板温度上升到最大允许温度所需的放电规定功率值。所述需放电单元放电功率值计算部基于所述需放电单元的单元电压值，计算在连接到所述需放电单元上的旁路电路中消耗的需放电单元放电功率值。所述占空比控制部基于所述放电规定功率值和所述需放电单元放电功率值，计算占空比，并且以该计算出的占空比对连接到所述需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制。

(3)进一步地，在上述(2)中记载的单元平衡控制装置可以如下地构成：所述放电规定功率值计算部基于由所述基板温度Ta、所述最大允许温度Tmax和所述基板的热电阻Rth构成的下述式(1)，计算所述放电规定功率值W1。

W1＝(Tmax-Ta)/Rth ...(1)

(4)进一步地，在上述(2)或(3)中记载的单元平衡控制装置可以如下地构成：所述需放电单元放电功率值计算部基于由所述旁路电路的电阻值r和所述需放电单元的单元电压值Vi(i是需放电单元的识别序号)构成的下述式(2)，计算所述需放电单元放电功率值W2。

W2＝∑(Vi²/r) ...(2)

(5)进一步地，在上述(2)、(3)、(4)的任何一项中记载的单元平衡控制装置可以如下地构成：所述占空比控制部基于由所述放电规定功率值W1和所述需放电单元放电功率值W2构成的下述式(3)，计算所述占空比Dy。

Dy＝(W1/W2)×100 ...(3)

(6)进一步地，在上述(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的任何一项中记载的单元平衡控制装置可以如下地构成：所述控制部将从所述单元电压检测部得到的所述多个单元的各单元电压值发送给上位控制装置，并且从所述上位控制装置接收所述需放电单元的指定结果。

根据本发明，由于可以在进行单元平衡控制的同时，将基板温度抑制在最大允许温度以下，所以能够防止由基板温度上升引起的电路元件的损坏或误动作，从而维持适当的单元平衡控制。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的单元平衡控制装置的结构概略图。

图2是表示根据同一实施方式的由微计算机实施的单元平衡控制的流程图。

图3是表示基板温度Ta和占空比Dy的关系的特性图。

具体实施方式

下面，参考附图说明本发明的一实施方式。图1是根据本发明一实施方式的单元平衡控制装置的结构简要图。如该图1所示，单元平衡控制装置1进行使构成电池的十二个单元C1～C12的单元电压均匀化的单元平衡控制，并且包括：十二个旁路电路B1～B12、十二个单元电压检测电路D1～D12(单元电压检测部)、温度传感器TS(温度检测部)、微计算机M(控制部)和绝缘元件IR。

旁路电路B1～B12分别由旁路电阻和晶体管等开关元件的串联电路构成，并且分别与单元C1～C12并联连接。并且，在图1中，将分别嵌入在旁路电路B1～B12中的旁路电阻的符号设为R1～R12，将开关元件的符号设为T1～T12。

单元电压检测电路D1～D12分别与单元C1～C12并联连接，分别检测与自身连接的单元的端子间电压(单元电压值)，并且将其检测的单元电压值输出到微计算机M。并且，这些单元电压检测电路D1～D12内嵌有分别与单元C1～C12并联连接的电容器。即，各电容器的端子间电压作为各单元C1～C12的单元电压值被输出到微计算机M。

温度传感器TS是与旁路电路B1～B12、单元电压检测电路D1～D12、绝缘元件IR和微计算机M一起安装在电路基板(省略图示)上的热敏电阻，其检测该电路基板的温度，并将表示该检测值的信号输出到微计算机M。并且，虽然关于该温度传感器TS在电路基板上的安装位置没有特别的限定，但是优选地安装在担心由于基板温度上升而导致电路元件损坏或误动作的单元电压检测电路D1～D12和微计算机M的附近。

微计算机M经由绝缘元件IR与作为上位控制装置的电池ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)2可通信地连接，并且将从单元电压检测电路D1～D12获得的各单元C1～C12的单元电压值发送到电池ECU2。电池ECU2基于从微计算机M接收的各单元C1～C12的单元电压值，监视各单元C1～C12的单元电压值的变化，并且当与其他单元比较而发现单元电压值高的单元时，将该单元指定为需要放电的单元(需放电单元)，并且将该指定结果发送到微计算机M。

微计算机M在从电池ECU2接收到需放电单元的指定结果时，基于从温度传感器TS检测的值(基板温度)和从单元电压检测电路D1～D12获得的需放电单元的单元电压值，计算并控制上述开关元件的占空比。

具体地，该微计算机M对连接到需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制，使得基板温度Ta不超过最大允许温度Tmax，该微计算机M作为用于实现这样的占空比控制的功能部，而包括放电规定功率值计算部Ma、需放电单元放电功率值计算部Mb、和占空比控制部Mc。

放电规定功率值计算部Ma基于由温度传感器TS检测的基板温度Ta，计算使基板温度Ta上升到最大允许温度Tmax所需的放电规定功率值W1。需放电单元放电功率值计算部Mb基于需放电单元的单元电压值，计算在连接到需放电单元上的旁路电路中消耗的需放电单元放电功率值W2。占空比控制部Mc基于放电规定功率值W1和需放电单元放电功率值W2，计算占空比Dy，并且以该计算出的占空比Dy对连接到需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制。

下面，说明如上所述构成的单元平衡控制装置1的动作。图2是表示微计算机M实施的单元平衡控制的处理步骤的流程图。并且，微计算机M以一定周期将从单元电压检测电路D1～D12获得的各单元C1～C12的单元电压值发送给电池ECU2，并在从电池ECU2接受需放电单元的指定结果的时刻，开始在图2中示出的处理。

如该图2所示，微计算机M在从电池ECU2接受需放电单元的指定结果时，从温度传感器TS获取基板温度Ta(步骤S1)。然后，微计算机M的放电规定功率值计算部Ma基于由基板温度Ta(℃)、电路基板的最大允许温度Tmax(℃)和电路基板的热电阻Rth(℃/W)构成的下述式<1>，计算放电规定功率值W1(步骤S2)。其中，在下述式<1>中，最大允许温度Tmax和热电阻Rth是预先在微计算机M中设定的固定值。

W1＝(Tmax-Ta)/Rth ...<1>

接着，微计算机M的需放电单元放电功率值计算部Mb在各单元C1～C12的单元电压值中获取由电池ECU2指定的需放电单元的单元电压值(步骤S3)，并且基于由在各旁路电路B1～B12中设置的旁路电阻R1～R12的电阻值r和需放电单元的单元电压值Vi(i是需放电单元的识别序号)构成的下述式<2>，计算需放电单元放电功率值W2(步骤S4)。

W2＝∑(Vi²/r) ...<2>

例如，在上述步骤S4中，在单元C1、C5、C10作为需放电单元而被指定的情况下，微计算机M的需放电单元放电功率值计算部Mb将需放电单元C1、C5、C10的单元电压值V1、V5、V10代入上述式<2>中，并且通过计算(V1²/r)+(V5²/r)+(V10²/r)，计算出需放电单元放电功率值W2。

在上述步骤S2中得到的放电规定功率值W1是使基板温度Ta上升到最大允许温度Tmax所需的功率值，此外，在上述步骤S4中得到的需放电单元放电功率值W2是在以100％的占空比对连接到需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制时(full-on时)，在旁路电路中消耗的放电功率值的总和。在此，如果需放电单元放电功率值W2在放电规定功率值W1以下，则即使以100％的占空比对连接到需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制，基板温度Ta也不会超过最大允许温度Tmax。

另一方面，在需放电单元放电功率值W2超过放电规定功率值W1的情况下，只要使需放电单元放电功率值W2降低到放电规定功率值W1，基板温度Ta就不会超过最大允许温度Tmax。换句话说，只要与需放电单元放电功率值W2超过放电规定功率值W1的比例相对应地将占空比设定为比100％低而降低需放电单元的放电电流，基板温度Ta就不会超过最大允许温度Tmax。因此，用于进行单元平衡控制以使基板温度Ta不超过最大允许温度Tmax所需的占空比通过放电规定功率值W1和需放电单元放电功率值W2的比率(W1/W2)表示。

即，微计算机M的占空比控制部Mc基于由放电规定功率值W1和需放电单元放电功率值W2构成的下述式<3>，计算占空比Dy(步骤S5)，并且以该计算的占空比Dy对连接到需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制(步骤S6)。另外，如根据下式<3>可知，虽然在需放电单元放电功率值W2小于放电规定功率值W1的情况下，占空比Dy超过100％，但是在这样的情况下，通常将占空比Dy设定为100％即可。

Dy＝(W1/W2)×100 ...<3>

图3是示出基板温度Ta和占空比Dy的关系的Ta-Dy特性图。并且，在图3中，符号L1是需放电单元数量为6个、单元电压值为5V的情况下的Ta-Dy特性线，符号L2是需放电单元数量为6个、单元电压值为3V的情况下的Ta-Dy特性线，符号L3是需放电单元数量为6个、单元电压值为1.5V的情况下的Ta-Dy特性线，符号L4是需放电单元数量为1个、单元电压值为5V的情况下的Ta-Dy特性线，符号L5是需放电单元数量为1个、单元电压值为3V的情况下的Ta-Dy特性线，此外，符号L6是需放电单元数量为1个、单元电压值为1.5V的情况下的Ta-Dy特性线。如该图3所示，基板温度Ta、需放电单元数量和单元电压值Vi中的至少一个参数越增加，占空比Dy被设定为越低。

通过如上所述的由微计算机M进行的单元平衡控制，需放电单元放电以保持各单元C1～C12的单元平衡(单元电压的均匀性)，并且将基板温度Ta抑制在最大允许温度Tmax以下。并且，即使在上述单元平衡控制中，微计算机M也以一定周期将从单元电压检测电路D1～D12获得的各单元C1～C12的单元电压值发送给电池ECU2，并在从电池ECU2接收放电结束指令的时刻(单元平衡调整的时刻)，结束开关元件的占空比控制。

如以上说明的那样，根据本实施方式中的单元平衡控制装置1，由于可以在进行单元平衡控制的同时，将基板温度Ta抑制在最大允许温度Tmax以下，所以能够防止因基板温度Ta上升引起的电路元件的损坏或误动作，从而维持适当的单元平衡控制。

并且，本发明不限于上述实施方式，例举如下的变形例。

虽然在上述实施方式中例示了对12个单元C1～C12进行单元平衡控制的单元平衡控制装置1，但是控制对象的单元数不限于12个。此外，例如，在电池由45个单元串联连接而构成的情况下，通过使用四个单元平衡控制装置1，可以对构成电池的所有单元进行单元平衡控制。

虽然在上述实施方式中，将由温度传感器TS检测的基板温度Ta直接用于放电规定功率值W1的计算，但是在需要温度校正的情况下，也可以采用校正后的基板温度Ta’计算放电规定功率值W1。此外，虽然在上述实施方式中，直接使用通过上述式<3>而得到的占空比Dy来进行开关元件的占空比控制，但是优选地，将用于对放电规定功率值W1和需放电单元放电功率值W2的非线性进行校正的校正系数乘到占空比Dy。

虽然在上述实施方式中例示了单元平衡控制装置1从电池ECU2获得需放电单元的指定结果的情况，但是也可以将基于从单元电压检测电路D1～D12得到的各单元C1～C12的单元电压值来指定需放电单元的功能设置在微计算机M中。

虽然在上述实施方式中，示例了采用上述式<2>计算连接到需放电单元上的旁路电路中消耗的需放电单元放电功率值W2的情况，但是不必一定要通过假定100％的占空比来计算需放电单元放电功率值W2，也可以作为需放电单元放电功率值W2，求出在以90％或80％等的占空比进行占空比控制时，旁路电路所消耗的放电功率值的总和。

以上，参考附图说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式。上述实施方式中示出的结构是一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可以基于设计要求等进行各种变更。

Claims

1.一种单元平衡控制装置，其特征在于，包括：

旁路电路，具备由旁路电阻和开关元件构成的串联电路，且与构成电池的多个单元的每一个并联连接；

单元电压检测部，检测所述多个单元的各单元电压；

温度检测部，检测安装了所述旁路电路的基板的温度；以及

控制部，其基于从所述温度检测部检测的值和从所述单元电压检测部获得的需放电单元的单元电压值，计算并控制所述开关元件的占空比，

所述控制部包括放电规定功率值计算部、需放电单元放电功率值计算部、和占空比控制部，

所述放电规定功率值计算部基于由所述温度检测部检测的值，计算使所述基板温度上升到最大允许温度所需的放电规定功率值，

所述需放电单元放电功率值计算部基于从所述单元电压检测部获得的所述需放电单元的单元电压值，计算在连接到所述需放电单元上的旁路电路中消耗的需放电单元放电功率值，

所述占空比控制部算出与所述放电规定功率值和所述需放电单元放电功率值之比对应的占空比，并且以该计算出的占空比对连接到所述需放电单元上的旁路电路的开关元件进行占空比控制。

2.根据权利要求1所述的单元平衡控制装置，其特征在于，

所述放电规定功率值计算部基于由所述基板温度Ta、所述最大允许温度Tmax和所述基板的热电阻Rth构成的下述式(1)，计算所述放电规定功率值W1，

W1＝(Tmax-Ta)/Rth …(1)。

3.根据权利要求1所述的单元平衡控制装置，其特征在于，

所述需放电单元放电功率值计算部基于由所述旁路电路的电阻值r和所述需放电单元的单元电压值Vi构成的下述式(2)，计算所述需放电单元放电功率值W2，其中i是需放电单元的识别序号，

W2＝Σ(Vi²/r) …(2)。

4.根据权利要求1所述的单元平衡控制装置，其特征在于，

所述占空比控制部基于由所述放电规定功率值W1和所述需放电单元放电功率值W2构成的下述式(3)，计算所述占空比Dy，

Dy＝(W1/W2)×100％ …(3)。

5.根据权利要求1所述的单元平衡控制装置，其特征在于，

所述控制部将从所述单元电压检测部得到的所述多个单元的各单元电压值发送给上位控制装置，并且从所述上位控制装置接收所述需放电单元的指定结果。