CN102570540A - 电池单元平衡装置以及电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供电池单元平衡装置以及电池系统，它们的电池单元平衡能力高、电池单元平衡速度快、且不需要高耐压工艺。电池单元平衡装置由与二次电池连接的3个端子、与电压保持装置连接的1个端子、设置在它们之间的3个开关、同步信号的接收端子以及发送端子构成。另外，电池单元平衡装置由与二次电池连接的4个端子、与电压保持装置连接的2个端子、设置在它们之间的6个开关、同步信号的接收端子以及发送端子构成。由多个二次电池、多个电压保持装置、多个电池单元平衡装置、时钟产生电路构成电池系统。
Description
技术领域
本发明涉及获取串联连接的二次电池的电池单元平衡(cell balance)的电池单元平衡装置以及电池系统，特别涉及能够以低成本的结构提高获取电池单元平衡的速度的电池单元平衡装置以及电池系统。
背景技术
图7示出了以往的电池单元平衡调整电路的电路图。在以往的具备电池单元平衡调整电路的电池单元平衡装置中设置有：串联连接了多个基本的二次电池单元(以下，称为电池单元：cell)401～406而成的组电池部分；以及一个接点连接到各电池单元的连接部分处的开关411～462。开关411、421、431、441、451、461的另一个接点与作为电压保持装置的电容器407的一个电极连接，开关412、422、432、442、452、462的非电池单元侧的接点与电压保持装置407的另一个电极连接。在组电池的两端连接有负载电路或充电电路408。
各开关的开闭信号被连接成使得开关411和开关412同时工作。同样，连接了使得开关421和开关422、开关431和开关432、开关441和开关442、开关451和开关452、开关461和开关462所分别对应的两个开关成为一组而同时进行开闭动作的信号。另外，开关开闭信号进行如下的依次连接的通断(ON/OFF)：开关411和开关412的通断→开关421和开关422的通断→开关431和开关432的通断→开关441和开关442的通断→开关451和开关452的通断→开关461和开关462的通断。如果开关461和开关462的通断结束，则回到最初的开关411和开关412的通断动作，将继续重复地进行开关的开闭的开闭信号连接到各个开关的控制部。
接着，对动作进行说明。通过在串联连接的相邻的电池单元与电压保持装置407之间形成并联连接、并且向一个方向依次扫描地执行开关的切换，从而在串联连接的所有电池单元与电压保持装置407之间依次形成并联连接。并且，在完成了与作为控制对象的组电池内的所有电池单元之间形成并联连接之后，回到最初的电池单元并重复进行相同的切换动作，由此来调整电池单元平衡。
开关411和开关412构成为接收同时进行开闭动作的信号，开关421和开关422也构成为同时进行开闭动作。以下同样地在开关431和开关432、开关441和开关442、开关451和开关452、开关461和开关462这各个开关组合中，同时进行开闭动作。从开关411和开关412起依次进行开闭，当结束了开关461和开关462的开闭之后，再次开始开关411和开关412的开闭，依次重复该动作。在所有的电池单元中保持了平衡状态从而电池单元的电压相同时，在电压保持装置407与电池单元之间，不会发生电荷的转移。即使进行各开关的开闭动作，也不会给各个电池单元的状态带来任何影响。另一方面，当脱离于电池单元的平衡时，执行平衡调整功能。
【专利文献1】日本特开2001-178008号公报
但是，在现有技术中存在如下问题：与所要获得平衡的电池单元的数量相对应地，只存在一个电压保持装置(电容器)，因此电池系统的平衡能力低(平衡速度慢)。而且，存在如下问题：当连接到电池单元平衡装置的二次电池的数量增加时，施加给电池单元平衡装置的电压变高，因此需要用高耐压工艺来制造电池单元平衡装置，从而成本提高。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题而设计的，提供能够提高电池单元平衡能力、且不需要高耐压工艺的电池单元平衡装置以及电池系统。
为了解决以往的问题，本发明的电池单元平衡装置以及电池系统是以如下所述的方式构成。
本发明提供电池单元平衡装置及具有该电池单元平衡装置的电池系统，该电池单元平衡装置对串联连接的多个蓄电器的电池单元平衡进行调整，其特征在于，所述电池单元平衡装置具有：多个蓄电器连接端子，它们与所述串联连接的多个蓄电器的连接点或者两端连接；电压保持装置连接端子，其与电压保持装置连接；多个开关电路，它们设置在所述多个蓄电器连接端子与所述电压保持装置之间；接收端子，其接收同步信号；发送端子，其发送所述同步信号；以及控制电路，其根据所述同步信号，控制所述多个开关电路的通断，所述控制电路在接收到所述同步信号时，对所述多个开关电路依次进行通断控制。
根据本发明，能够提供具有如下效果的电池系统。
能够提高电池系统的电池单元平衡能力。并且，即使二次电池的数量发生了变动，也能够容易地设计与其对应的电池系统。而且，不需要高耐压工艺，因此能够减少电池系统的成本。
附图说明
图1是第1实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。
图2是第1实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
图3示出了第1实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
图4是第2实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。
图5是第2实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
图6示出了第2实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
图7是以往的具有电池单元平衡调整电路的电池单元平衡装置的电路图。
图8是第3实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。
图9是第3实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
图10示出了第3实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
图11是第4实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。
图12是第4实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
图13示出了第4实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
符号说明
A1～A2n+1：二次电池；B1～Bn：电池单元平衡装置；C1～C2n-1：电压保持装置；D1～Dn：电池单元平衡装置；E1～En：电池单元平衡装置；F1～Fn：电池单元平衡装置；101：充电器；102、102a：时钟产生电路；201～20n：控制电路。
具体实施方式
<第1实施方式>
图1是第1实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。图2是第1实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
第1实施方式的电池系统10具有：时钟产生电路102；串联连接的n+1个二次电池A1～An+1；n个电池单元平衡装置B1～Bn；n-1个电压保持装置(电容器)C1～Cn-1；以及连接充电器101或负载的外部端子(n是2以上的整数)。
第一个电池单元平衡装置B1由开关电路S11、S21、S31、控制电路201、端子T11、T21、T31、T41、T51、T61构成。其他的电池单元平衡装置B2～Bn也是同样。
关于电池单元平衡装置B1，其端子T11与二次电池A1的负极连接，端子T21与二次电池A1的正极及电池单元平衡装置B2的端子T12连接，端子T31与二次电池A2的正极及电池单元平衡装置B2的端子T22连接，端子T41与电压保持装置C1的一个端子连接，端子T51与时钟产生电路102的输出连接，端子T61与电池单元平衡装置B2的端子T52连接。关于电池单元平衡装置B2，其端子T22与电池单元平衡装置B3的端子T13连接，端子T32与二次电池A3的正极及电池单元平衡装置B3的端子T23连接，端子T42与电压保持装置C2的一个端子及电压保持装置C1的另一个端子连接，端子T62与电池单元平衡装置B3的端子T53连接。并且，一直到第n-1个电池单元平衡装置Bn-1，都是以与电池单元平衡装置B2同样的方式进行连接。关于电池单元平衡装置Bn，其端子T1n与二次电池An的负极连接，端子T2n与二次电池An的正极及电池单元平衡装置Bn-1的端子T3n-1连接，端子T3n与二次电池An+1的正极连接，端子T4n与电压保持装置Cn-1连接。
在电池单元平衡装置B1中，开关电路S11与端子T11及端子T41连接，开关电路S21与端子T21及端子T41连接，开关电路S31与端子T31及端子T41连接。通过控制电路201的信号对开关电路S11、S12、S13进行通断控制。其他的电池单元平衡装置B2～Bn也以同样的方式进行连接。
接着，对第1实施方式的电池系统10的动作进行说明。图3示出了第1实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
在时刻t0处将充电器101连接到电池系统10的外部端子时，时钟产生电路102输出时钟信号CLK。当电池单元平衡装置B1的端子T51接收到时钟信号CLK时，控制电路201与时钟信号CLK同步地产生使开关电路S11～S31接通的信号，并依次进行输出。并且，控制电路201将时钟信号CLK输出到端子T61。下一个电池单元平衡装置B2的端子T52从电池单元平衡装置B1接收时钟信号CLK。由此，时钟信号CLK被一直传递到电池单元平衡装置Bn，所有的电池单元平衡装置B1～Bn能够获得同步。因此，开关电路S11～S1n、开关电路S21～S2n、开关电路S31～S3n被控制为同步地依次接通。
在时刻t1处，开关电路S11～S1n全都接通且开关电路S21～S2n和开关电路S31～S3n全都断开，此时，二次电池A1～An-1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A1～An-1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t2处，开关电路S21～S2n全都接通且开关电路S11～S1n和开关电路S31～S3n全都断开，此时，二次电池A2～An分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A2～An和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t3处，开关电路S31～S3n全都接通且开关电路S11～S1n和开关电路S21～S2n全都断开，此时，二次电池A3～An+1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A3～An+1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
并且，所有的电池单元平衡装置B1～Bn以3个时钟为一个周期反复进行同样的动作。
并且，当从电池系统10的外部端子取下充电器101时，时钟产生电路102停止时钟信号CLK的输出，结束电池单元平衡的动作。
由此，通过在二次电池A1～An+1与电压保持装置C1～Cn-1之间反复进行充放电，能够平均二次电池A1～An+1的电压，减小电压的偏差。并且，构成为根据所要获得平衡的二次电池的数量而具有多个电压保持装置，因此能够提高电池单元平衡装置的平衡能力(能够提高获得平衡的速度)。
另外，纵向堆叠电池单元平衡装置以及电压保持装置而构成电池单元平衡系统，因此能够简单地应对二次电池数量的增减。并且，即使二次电池的数量增加，与一个电池单元平衡装置连接的二次电池的数量也不发生变化，因此，电池单元平衡装置不需要高耐压工艺，能够降低制造成本。
另外，在本实施方式中，对具有二次电池作为蓄电器的电池系统10进行了说明，而在蓄电器是双电层电容或电容器的情况下，也可以按同样的方式构成。
另外，说明了在电池系统10上连接了充电器101时进行电池单元平衡动作的结构，但也可以构成为，在检测到二次电池的过放电时进行电池单元平衡动作。关于电池系统10，通过在二次电池的过放电时获得电池单元平衡，能够延长工作时间。
另外，作为获得电池单元平衡装置B1～Bn的同步的方法，构成为进行时钟信号CLK的收发，但不限于该方法。例如，也可以向电池单元平衡装置B1～Bn并行地输入时钟信号CLK。另外，关于时钟信号CLK，也可以提高周期中的初始的第1个时钟的波峰值、或使占空比变化等而成为与其他脉冲的规格不同的脉冲，来获得每个周期的同步。另外，关于时钟信号CLK，也可以插入与上述的其他脉冲的规格不同的复位脉冲，来获得每个周期的同步。另外，也可以构成为，时钟产生电路102输出获得周期同步的信号和时钟信号CLK，电池单元平衡装置B1～Bn输入获得周期同步的信号和时钟信号CLK。另外，也可以构成为，时钟产生电路102输出获得周期同步的信号，电池单元平衡装置B1～Bn根据获得周期同步的信号，产生使开关电路接通的信号。
如以上说明的那样，根据第1实施方式的具有电池单元平衡装置的电池系统，能够提高电池单元平衡装置的平衡能力，因此能够快速地获得电池单元平衡。并且，即使二次电池的数量增加，连接到一个电池单元平衡装置的二次电池的数量也不发生变化，因此不需要高耐压工艺，从而能够降低制造成本。并且，能够简单地应对二次电池数量的增减。
<第2实施方式>
图4是第2实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。图5是第2实施方式的电池单元平衡装置的电路图。与第1实施方式的不同点在于，电池单元平衡装置中使用的开关电路的数量增加，并与此对应地变更了电池系统的布线。
第2实施方式的电池系统11具有：时钟产生电路102a；串联连接的2n+1个二次电池A1～A2n+1；n个电池单元平衡装置D1～Dn；以及2n-1个电压保持装置(电容器)C1～C2n-1(n是2以上的整数)。
第1个电池单元平衡装置D1由开关电路S111、S121、S131、S141、S151、S161、控制电路201、端子T111、T121、T131、T141、T151、T161、T171、T181构成。其他的电池单元平衡装置D2～Dn也是同样。
关于电池单元平衡装置D1，其端子T111与二次电池A1的负极连接，端子T121与二次电池A1的正极连接，端子T131与二次电池A2的正极及电池单元平衡装置D2的端子T112连接，端子T141与二次电池A3的正极及电池单元平衡装置D2的端子T122连接，端子T171与电压保持装置C1的一个端子连接，端子T181与电压保持装置C1的另一个端子及电压保持装置C2的一个端子连接，端子T151与时钟产生电路102a的输出连接，端子T161与电池单元平衡装置D2的端子T152连接。
关于电池单元平衡装置D2，其端子T112与二次电池A3的负极连接，端子T122与二次电池A3的正极连接，端子T132与二次电池A4的正极及电池单元平衡装置D3的端子T113连接，端子T142与二次电池A5的正极及电池单元平衡装置D3的端子123连接，端子T172与电压保持装置C2的另一个端子及电压保持装置C3的一个端子连接，端子T182与电压保持装置C3的另一个端子及电压保持装置C4的一个端子连接，端子T152与电池单元平衡装置D1的端子T161连接，端子T162与电池单元平衡装置D3的端子T153连接。
并且，关于电池单元平衡装置Dn，其端子T11n与二次电池A2n-1的负极及电池单元平衡装置Dn-1的端子T13n-1连接，端子T12n与二次电池A2n-1的正极及电池单元平衡装置Dn-1的端子T14n-1连接，端子T13n与二次电池A2n的正极连接，端子T14n与二次电池A2n+1的正极连接，端子T17n与电压保持装置C2n-2及电压保持装置C2n-1的一个端子连接，端子T18n与电压保持装置C2n-1的另一个端子连接，端子T15n与电池单元平衡装置Dn-1的端子T16n连接。
在电池单元平衡装置D1中，开关电路S111与端子T111及端子T171连接，开关电路S121与端子T121及端子T171连接，开关电路S131与端子T131及端子T171连接，开关电路S141与端子T121及端子T181连接，开关电路S151与端子T131及端子T181连接，开关电路S161与端子T141及端子T181连接。通过控制电路201的信号，对开关电路S111～S161进行通断控制。其他的电池单元平衡装置D2～Dn也是以同样的方式进行连接。
接着，对第2实施方式的电池系统11的动作进行说明。图6示出了第2实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
在时刻t0处将充电器101连接到电池系统11的外部端子时，时钟产生电路102a输出时钟信号CLKa。当电池单元平衡装置D1的端子T151接收到时钟信号CLKa时，控制电路201与时钟信号CLKa同步地产生使开关电路S111～S161接通的信号，并依次进行输出。并且，控制电路201向端子T161输出时钟信号CLKa。下一个电池单元平衡装置D2的端子T152从电池单元平衡装置D1接收时钟信号CLKa。由此，时钟信号CLKa被一直传递到电池单元平衡装置Dn，所有的电池单元平衡装置D1～Dn都能够获得同步。因此，开关电路S111～S11n及S141～S14n、开关电路S121～S12n及S151～S15n、开关电路S131～S13n及S161～S16n被控制为，同步地依次接通。
在时刻t1处，开关电路S111～S11n及S141～S14n全都接通、且开关电路S121～S12n及S151～S15n和开关电路S131～S13n及S161～S16n全都断开，此时，二次电池A1～An-1分别与电池保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A1～An-1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t2处，开关电路S121～S12n及S151～S15n全都接通、且开关电路S111～S11n及S141～S14n和开关电路S131～S13n及S161～S16n全都断开，此时，二次电池A2～An分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A2～An和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t3处，开关电路S131～S13n及S161～S16n全都接通、且开关电路S111～S11n及S141～S14n和开关电路S121～S12n及S151～S15n全都断开，此时，二次电池A3～An+1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A3～An+1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
并且，所有的电池单元平衡装置D1～Dn以3个时钟为一个周期反复进行同样的动作。
并且，当从电池系统11的外部端子取下充电器101时，时钟产生电路102a停止时钟信号CLKa的输出，结束电池单元平衡的动作。
由此，通过在二次电池A1～An+1与电压保持装置C1～Cn-1之间反复进行充放电，能够平均二次电池A1～An+1的电压，减小电压的偏差。并且，构成为根据所要获得平衡的二次电池的数量而具有多个电压保持装置，因此能够提高电池单元平衡装置的平衡能力(能够提高获得平衡的速度)。
这里，关于时钟产生电路102a输出的时钟信号CLKa，改变了周期中的初始的第1个时钟的波峰值。例如，使高电平的波峰值成为其他时钟的1/2。通过形成这样的时钟信号CLKa，电池单元平衡装置D1～Dn能够获得周期的同步，能够降低误动作的可能。
另外，虽然未图示，但即使进一步增加电池单元平衡装置内的开关电路，也同样能够以获得电池单元平衡的方式工作。
另外，第2实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统与第1实施方式同样，不限于这里说明的结构。
如以上说明的那样，根据第2实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统，能够提高电池单元平衡装置的平衡能力，因此能够快速地获得电池单元平衡。并且，即使二次电池的数量增加，与一个电池单元平衡装置连接的二次电池的数量也不发生变化，因此不需要高耐压工艺，能够减少制造成本。并且，能够简单地应对二次电池数量的增减。
<第3实施方式>
图8是第3实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。图9是第3实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
第3实施方式的电池系统10具有：时钟产生电路102；串联连接的n+1个二次电池A1～An+1；n个电池单元平衡装置E1～En；n-1个电压保持装置(电容器)C1～Cn-1；以及连接充电器101或负载的外部端子(n是2以上的整数)。
第1个电池单元平衡装置E1由开关电路S11、S21、S31、控制电路201、端子T11、T21、T31、T41、T51、T61、T71、T81构成。端子T71是复位信号接收端子，端子T81是复位信号发送端子。其他的电池单元平衡装置E2～En也是同样。
关于电池单元平衡装置E1，其端子T11及端子T71与二次电池A1的负极连接，端子T21与二次电池A1的正极及电池单元平衡装置E2的端子T12连接，端子T31与二次电池A2的正极及电池单元平衡装置E2的端子T22连接，端子T41与电压保持装置C1的一个端子连接，端子T51与时钟产生电路102的输出连接，端子T61与电池单元平衡装置E2的端子T52连接，端子T81与电池单元平衡装置E2的端子T72连接。关于电池单元平衡装置E2，其端子T22与电池单元平衡装置E3的端子T13连接，端子T32与二次电池A3的正极及电池单元平衡装置E3的端子T23连接，端子T42与电压保持装置C2的一个端子及电压保持装置C1的另一个端子连接，端子T62与电池单元平衡装置E3的端子T53连接，端子T82与电池单元平衡装置E3的端子T73连接。并且，一直到第n-1个电池单元平衡装置En-1，都是以与电池单元平衡装置E2同样的方式进行连接。关于电池单元平衡装置En，其端子T1n与二次电池An的负极连接，端子T2n与二次电池An的正极及电池单元平衡装置En-1的端子T3n-1连接，端子T3n与二次电池An+1的正极连接，端子T4n与电压保持装置Cn-1连接。
在电池单元平衡装置E1中，开关电路S11与端子T11及端子T41连接，开关电路S21与端子T21及端子T41连接，开关电路S31与端子T31及端子T41连接。通过控制电路201的信号对开关电路S11、S12、S13进行通断控制。其他的电池单元平衡装置E2～En也以同样的方式进行连接。
接着，对第3实施方式的电池系统10的动作进行说明。图10示出了第3实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
在将充电器101连接到电池系统10的外部端子时，时钟产生电路102输出时钟信号CLK。在电池单元平衡装置E1中，当端子T51被输入了时钟信号CLK时，控制电路201从端子T61输出相同的时钟信号CLK。并且，控制电路201与时钟信号CLK同步地反复进行下述1个周期的动作。
1个周期
t0：初始状态
t1：S11接通信号输出(Hi的信号)
t2：S21接通信号输出(Hi的信号)
t3：S31接通信号输出(Hi的信号)
t4：RESET1信号输出(Hi的信号)→复位信号输出(端子T81)
控制电路201内的OR电路211对与时钟信号CLK同步输出的内部节点RESET1信号与输入到T71的信号进行“或”运算，从端子T81输出复位信号(Hi的信号)。并且，该复位信号还被输入到控制电路201，使控制电路201回到t0的初始状态。电池单元平衡装置E2到En及控制电路202到20n也分别进行同样的动作。
这里，如图8及图9所示，在电池系统10中，端子T61与端子T52、以及端子T81与端子T72分别相连，以下同样，一直到端子T6n-1与端子T5n、以及端子T8n-1与端子T7n为止，分别连续地进行了连接。因此，进行时钟信号CLK和复位信号的通信，如下所示，能够获得电池单元平衡装置E1到En的同步，能够在二次电池A1～An-1与电压保持装置C1～Cn-1之间进行电荷的交换。
在时刻t1处，开关电路S11～S1n全都接通、且开关电路S21～S2n和开关电路S31～S3n全都断开，此时，二次电池A1～An-1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A1～An-1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t2处，开关电路S21～S2n全都接通、且开关电路S11～S1n和开关电路S31～S3n全都断开，此时，二次电池A2～An分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A2～An和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t3处，开关电路S31～S3n全都接通、且开关电路S11～S1n和开关电路S21～S2n全都断开，此时，二次电池A3～An+1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A3～An+1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t4处，从所有端子T81～T8n输出复位信号，通过复位信号使得所有电池单元平衡装置E1～En再次获得同步。并且，所有的电池单元平衡装置E1～En反复进行上述1个周期(4个时钟)的同步动作。
由此，通过在二次电池A1～An+1与电压保持装置C1～Cn-1之间反复进行充放电，能够平均二次电池A1～An+1的电压，减小电压的偏差(能够获得电池单元平衡)。
并且，当从电池系统10的外部端子取下充电器101时，时钟产生电路102停止时钟信号CLK的输出，结束电池单元平衡的动作。
这里，例如当有外部噪声进入到端子T52时，有时在时钟信号CLK中发生错乱，一时无法获得电池单元平衡装置E1与电池单元平衡装置E2～En之间的同步。即、存在电池单元平衡装置E1以t1的状态接通了S11，但电池单元平衡装置E2～En也成为t2的状态从而S22～S2n也接通的情况等。在该情况下，由于在上述1个周期的t4处从端子T81输出的复位信号经由OR电路212～21n进行通信，因此也能够使电池单元平衡装置E1～En同时成为初始状态，从而获得电池单元平衡装置E1～En的再次同步。
如上所述，本发明的电池单元平衡装置及电池系统构成为能够获得各电池单元平衡装置的再次同步，因此对外部噪声的抵抗强，能够提高电池单元平衡能力。并且，构成为根据所要获得平衡的二次电池的数量而具有多个电压保持装置，因此能够提高电池单元装置的平衡能力(能够提高获得平衡的速度)。而且，纵向堆叠电池单元平衡装置以及电压保持装置而构成电池单元平衡系统，因此，能够简单地应对二次电池数量的增减。并且，即使二次电池的数量增加，与一个电池单元平衡装置连接的二次电池的数量也不发生变化，因此，电池单元平衡装置不需要高耐压工艺，能够降低制造成本。
另外，在本实施方式中，虽然对具备二次电池作为蓄电器的电池系统10进行了说明，而在蓄电器是双电层电容或电容器的情况下，也可以按同样的方式构成。
另外，对在电池系统10上连接了充电器101时进行电池单元平衡动作的结构进行了说明，但也可以构成为在检测到二次电池的过放电时进行电池单元平衡动作。而且，也可以在充电后取下充电器时进行电池单元平衡动作，对进行电池单元平衡动作的状态没有限定。关于电池系统10，通过与充电器连接时或过放电状态等无关地获得电池单元平衡，能够延长工作时间。
如以上说明的那样，根据第3实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统，能够提高电池单元平衡装置的平衡能力，因此能够快速地获得电池单元平衡。并且，即使二次电池的数量增加，与一个电池单元平衡装置连接的二次电池的数量也不发生变化，因此不需要高耐压工艺，从而能够减少制造成本。并且，能够简单地应对二次电池数量的增减。此外，通过从电池单元平衡装置输出复位信号，能够与所有的电池单元平衡装置获得同步。
<第4实施方式>
图11是第4实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统的电路图。图12是第4实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
第4实施方式的电池系统11具有：时钟产生电路102a；串联连接的2n+1个二次电池A1～A2n+1；n个电池单元平衡装置F1～Fn；以及2n-1个电压保持装置(电容器)C1～C2n-1(n是2以上的整数)。
第1个电池单元平衡装置F1由开关电路S111、S121、S131、S141、S151、S161、控制电路201、端子T111、T121、T131、T141、T151、T161、T171、T181、T191、T101构成。端子T191是复位信号接收端子，端子T101是复位信号发送端子。其他的电池单元平衡装置F2～Fn也是同样。
关于电池单元平衡装置F1，其端子T111及端子T191与二次电池A1的负极连接，端子T121与二次电池A1的正极连接，端子T131与二次电池A2的正极及电池单元平衡装置F2的端子T112连接，端子T141与二次电池A3的正极及电池单元平衡装置F2的端子T122连接，端子T171与电压保持装置C1的一个端子连接，端子T181与电压保持装置C1的另一个端子及电压保持装置C2的一个端子连接，端子T151与时钟产生电路102a的输出连接，端子T161与电池单元平衡装置F2的端子T152连接，端子T101与电池单元平衡装置F2的端子T192连接。
关于电池单元平衡装置F2，其端子T112与二次电池A3的负极连接，端子T122与二次电池A3的正极连接，端子T132与二次电池A4的正极及电池单元平衡装置F3的端子T113连接，端子T142与二次电池A5的正极及电池单元平衡装置F3的端子123连接，端子T172与电压保持装置C2的另一个端子及电压保持装置C3的一个端子连接，端子T182与电压保持装置C3的另一个端子及电压保持装置C4的一个端子连接，端子T152与电池单元平衡装置F1的端子T161连接，端子T192与电池单元平衡装置F1的端子T101连接，端子T162与电池单元平衡装置F3的端子T153连接，端子T102与电池单元平衡装置F3的端子T193连接。
并且，关于电池单元平衡装置Fn，其端子T11n与二次电池A2n-1的负极及电池单元平衡装置Fn-1的端子T13n-1连接，端子T12n与二次电池A2n-1的正极及电池单元平衡装置Fn-1的端子T14n-1连接，端子T13n与二次电池A2n的正极连接，端子T14n与二次电池A2n+1的正极连接，端子T17n与电压保持装置C2n-2及电压保持装置C2n-1的一个端子连接，端子T18n与电压保持装置C2n-1的另一个端子连接，端子T15n与电池单元平衡装置Fn-1的端子T16n连接。
在电池单元平衡装置F1中，开关电路S111与端子T111及端子T171连接，开关电路S121与端子T121及端子T171连接，开关电路S131与端子T131及端子T171连接，开关电路S141与端子T121及端子T181连接，开关电路S151与端子T131及端子T181连接，开关电路S161与端子T141及端子T181连接。通过控制电路201的信号，对开关电路S111～S161进行通断控制。其他的电池单元平衡装置F2～Fn也是以同样的方式进行连接。
接着，对第4实施方式的电池系统11的动作进行说明。图13示出了第4实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图。
在将充电器101连接到电池系统11的外部端子时，时钟产生电路102a输出时钟信号CLKa。在电池单元平衡装置F1中，当对端子T151输入了时钟信号CLKa时，控制电路201从端子T161输出相同的时钟信号CLKa。并且，控制电路201与时钟信号CLKa同步地反复进行下述1个周期的动作。
1个周期
t0：初始状态
t1：S111、S141接通信号输出(Hi的信号)
t2：S121、S151接通信号输出(Hi的信号)
t3：S131、S161接通信号输出(Hi的信号)
t4：RESET1信号输出(Hi的信号)→复位信号输出(端子T101)
控制电路201内的OR电路211对与时钟信号CLKa同步输出的内部节点RESET1信号和输入到T191的信号进行“或”运算，从端子T101输出复位信号(Hi的信号)。并且，该复位信号还被输入到控制电路201，使控制电路201回到t0的初始状态。电池单元平衡装置F2到Fn及控制电路202到20n也分别进行同样的动作。
这里，如图11及图12所示，在电池系统11中，端子T161与端子T152、以及端子T101与端子T192分别连接，以下同样地，一直到端子T16n-1与端子T15n、以及端子T10n-1与端子T19n为止，分别连续地进行了连接。因此，进行时钟信号CLKa和复位信号的通信，如下所示，能够获得电池单元平衡装置F1到Fn的同步，能够在二次电池A1～An-1与电压保持装置C1～Cn-1之间进行电荷的交换。
在时刻t1处，开关电路S111～S11n及S141～S14n全都接通、且开关电路S121～S12n及S151～S15n和开关电路S131～S13n及S161～S16n全都断开，此时，二次电池A1～An-1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A1～An-1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t2处，开关电路S121～S12n及S151～S15n全都接通、且开关电路S111～S11n及S141～S14n和开关电路S131～S13n及S161～S16n全都断开，此时，二次电池A2～An分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A2～An和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t3处，开关电路S131～S13n及S161～S16n全都接通、且开关电路S111～S11n及S141～S14n和开关电路S121～S12n及S151～S15n全都断开，此时，二次电池A3～An+1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。并且，二次电池A3～An+1和电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t4处，从所有端子T101～T10n输出复位信号，通过复位信号使得所有电池单元平衡装置F1～Fn再次获得同步。并且，所有的电池单元平衡装置F1～Fn反复进行上述1个周期(4个时钟)的同步动作。
由此，通过在二次电池A1～An+1与电压保持装置C1～Cn-1之间反复进行充放电，能够平均二次电池A1～An+1的电压，减小电压的偏差(能够获得电池单元平衡)。
并且，当从电池系统11的外部端子取下充电器101时，时钟产生电路102a停止时钟信号CLKa的输出，结束电池单元平衡的动作。
这里，例如当有外部噪声进入到端子T152时，有时在时钟信号CLKa中产生错乱，一时无法获得电池单元平衡装置F1与电池单元平衡装置F2～Fn之间的同步。即、存在电池单元平衡装置F1以t1的状态接通了S111、但电池单元平衡装置F2～Fn也成为t2的状态从而S122～S12n也接通的情况等。在该情况下，由于在上述1个周期的t4处从端子T101输出的复位信号经由OR电路212～21n进行通信，因此也能够使电池单元平衡装置F1～Fn同时成为初始状态，从而获得电池单元平衡装置F1～Fn的再次同步。
如上所述，由于本发明的电池单元平衡装置及电池系统构成为能够获得各电池单元平衡装置的再次同步，因此对外部噪声的抵抗强，能够提高电池单元平衡能力。并且，构成为根据所要获得平衡的二次电池的数量而具有多个电压保持装置，因此能够提高电池单元装置的平衡能力(能够提高获得平衡的速度)。
另外，虽然未图示，但即使进一步增加电池单元平衡装置内的开关电路，也同样能够以获得电池单元平衡的方式工作。
另外，第4实施方式的具有电池单元平衡装置的电池系统与第3实施方式同样，不限于这里说明的结构。
如以上说明的那样，根据第4实施方式的具备电池单元平衡装置的电池系统，能够提高电池单元平衡装置的平衡能力，因此能够快速地获得电池单元平衡。并且，即使二次电池的数量增加，与一个电池单元平衡装置连接的二次电池数也不发生变化，因此不需要高耐压工艺，从而能够减少制造成本。并且，能够简单地应对二次电池数量的增减。此外，通过从电池单元平衡装置输出复位信号，能够与所有的电池单元平衡装置获得同步。
Claims (10)
1.一种电池单元平衡装置，该电池单元平衡装置对串联连接的多个蓄电器的电池单元平衡进行调整，其特征在于，
所述电池单元平衡装置具有：
多个蓄电器连接端子，它们与所述串联连接的多个蓄电器的连接点或者两端连接；
电压保持装置连接端子，其与电压保持装置连接；
多个开关电路，它们设置在所述多个蓄电器连接端子与所述电压保持装置之间；
接收端子，其接收同步信号；
发送端子，其发送所述同步信号；以及
控制电路，其根据所述同步信号，控制所述多个开关电路的通断，
所述控制电路在接收到所述同步信号时，对所述多个开关电路依次进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的电池单元平衡装置，其特征在于，
所述蓄电器连接端子具有第1蓄电器连接端子、第2蓄电器连接端子和第3蓄电器连接端子，
所述开关电路具有第1开关电路、第2开关电路和第3开关电路，
所述第1开关电路连接在所述第1蓄电器连接端子与所述电压保持装置连接端子之间，
所述第2开关电路连接在所述第2蓄电器连接端子与所述电压保持装置连接端子之间，
所述第3开关电路连接在所述第3蓄电器连接端子与所述电压保持装置连接端子之间，
根据所述同步信号，对所述第1开关电路、所述第2开关电路、所述第3开关电路依次进行通断。
3.根据权利要求2所述的电池单元平衡装置，其特征在于，
所述蓄电器连接端子还具有第4蓄电器连接端子，
所述开关电路还具有第4开关电路、第5开关电路和第6开关电路，
所述电压保持装置连接端子还具有第2电压保持装置连接端子，
所述第4开关电路连接在所述第2蓄电器连接端子与所述第2电压保持装置连接端子之间，
所述第5开关电路连接在所述第3蓄电器连接端子与所述第2电压保持装置连接端子之间，
所述第6开关电路连接在所述第4蓄电器连接端子与所述第2电压保持装置连接端子之间，
根据所述同步信号，对所述第1开关电路及第4开关电路、所述第2开关电路及第5开关电路、所述第3开关电路及第6开关电路依次进行通断。
4.根据权利要求1所述的电池单元平衡装置，其特征在于，
所述同步信号是时钟信号。
5.根据权利要求1所述的电池单元平衡装置，其特征在于，
所述电池单元平衡装置还具有：
复位信号接收端子，其接收第1复位信号；以及
复位信号发送端子，其发送第2复位信号。
6.根据权利要求5所述的电池单元平衡装置，其特征在于，
所述控制电路进行如下控制：当所述接收端子接收到所述同步信号时，对所述同步信号进行规定数量的计数，之后，从所述复位信号发送端子发送所述第2复位信号，或者，当所述复位信号接收端子接收到所述第1复位信号时，从所述复位信号发送端子发送所述第2复位信号。
7.一种电池系统，其特征在于，该电池系统具有：
串联连接的多个蓄电器；
串联连接的多个权利要求1至6中任意一项所述的电池单元平衡装置；
串联连接的多个电压保持装置；以及
输出所述同步信号的时钟产生电路，
关于所述电池单元平衡装置，所述蓄电器连接端子与所述蓄电器的两端连接，所述电压保持装置连接端子与所述电压保持装置的一端或者两端连接。
8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，
第1级的电池单元平衡装置的所述接收端子与所述时钟产生电路的输出端子连接，
第2级以后的电池单元平衡装置的所述发送端子与下一级的所述接收端子连接。
9.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，
所述多个电池单元平衡装置的所述接收端子与所述时钟产生电路的输出端子连接。
10.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，
所述时钟产生电路检测充电器连接到所述电池系统的外部端子的情况而输出所述同步信号。
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