CN102856948B - 电池单元均衡装置 - Google Patents

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Abstract

一种电池单元均衡装置，包括：多个串联连接的电池模块、外部发电机、包括第一线圈和多个第二线圈的变压器、设置在外部发电机与第一线圈之间的开关、电池单元均衡电路和电池ECU，其中，多个第二线圈并联连接至电池单元中的每个电池单元，电池ECU用于当电池模块的输出电压之间的差等于或超过阈值时通过接通和断开开关来使第一线圈与第二线圈中的每个第二线圈电磁耦合。

Description

电池单元均衡装置
技术领域
本发明涉及一种用于抑制多个电池模块中的每个电池模块的输出电压的变化的电池单元均衡装置，其中，电池模块包括一个或更多个对装载到车辆中的电池进行配置的可再充电电池。
背景技术
装载到诸如混合动力车辆、电动车辆等车辆中的电池可以由多个串联连接的可再充电电池来配置，以实现高的输出电压（例如，专利文献1）。
对于具有上述配置的电池，需要通过使由重复充电和放电引起的每个可再充电电池的输出电压的变化最小化来抑制整体劣化。
例如，作为使每个可再充电电池的输出电压均等的方法（下文中被称为电池单元均衡），如图1所示，存在一种所谓的无源系统中的电池单元均衡，其中，开关52和电阻器53连接至对电池50进行配置的多个可再充电电池51（51-1至51-n）中的每个可再充电电池。在无源系统中的电池单元均衡中，通过依次接通和断开每个开关52以将每个可再充电电池51的输出电压调节至指示最低劣化电平和最低输出电压的可再充电电池51的输出电压，来对每个可再充电电池51放电。例如，假定在使用电池50或对电池50充电之后，在可再充电电池51-2的劣化电平最低、即可再充电电池51-2的内部电阻最小的情况下，可再充电电池51-2的输出电压最低。在这种情况下，通过依次接通和断开连接至可再充电电池51中的每个可再充电电池的开关52，来依次对除可再充电电池51-2之外的每个可再充电电池51放电。接着，如图2所示，将除可再充电电池51-2之外的每个可再充电电池51的输出电压调节至可再充电电池51-2的输出电压。
然而，由于无源系统中的电池单元均衡被配置为使得能够以将每个可再充电电池的输出电压调节到最低输出电压，来对除具有最低输出电压的可再充电电池之外的每个可再充电电池放电，所以在电池单元均衡之后整个电池中可用的能量减少。
作为另一种电池单元均衡技术，存在一种所谓的有源系统中的电池单元均衡，其中，通过用变压器对每个可再充电电池充电和放电来使每个可再充电电池的输出电压均等（例如，专利文献2）。
因而，有源系统中的电池单元均衡可以抑制整个电池中可用的能量的减少。
然而，串联连接有多个可再充电电池的用于驱动车辆的主电池的电力被消耗用于对辅助机器电池充电，并且被消耗用于驱动空调，其中，辅助机器电池用于向诸如汽车导航系统等电气设备提供电力。因此，用于驱动车辆的主电池要向除驱动电动机之外的设备提供电力。所以，当提供到除驱动电动机之外的设备的电量增加时，整个电池中可用能量的量减少，这可能引起行驶距离的缩短。
[专利文献1]日本专利公开特许公报第2008-042970号
[专利文献2]日本专利公开特许公报第2001-339865号
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池单元均衡装置，该电池单元均衡装置能够抑制对用于驱动车辆的主电池进行配置的多个电池单元中的每个电池单元的输出电压的变化，并且抑制整个电池中可用能量的减少。
电池单元均衡装置包括：电池，设置有多个电池模块，其中电池模块具有一个或更多个可再充电电池；电池监视电路，用于监视电池模块的输出电压；电池单元均衡电路，用于使电池模块的输出电压均等；外部发电机，用于向电池单元均衡电路提供电力；以及控制电路，用于控制电池单元均衡电路上的电池单元均衡，使得当由电池监视电路检测到的电池模块的输出电压之间的差等于或超过阈值时，能够通过由外部发电机提供的电力来使每个电池模块的输出电压逐步升高。
因而，使每个电池模块的输出电压均等，并且输出电压随着从外部电源提供的电力而上升，从而抑制每个电池模块的输出电压的变化，并且抑制电池单元均衡之后整个电池中可用能量的减少。
根据本发明的电池单元均衡装置还可以由如下电池单元均衡电路和控制电路来配置，该电池单元均衡电路包括连接至外部电源的第一线圈、变压器耦合至第一线圈并且与电池模块中的每个电池模块并联连接的第二线圈以及设置在外部电源与第一线圈之间的第一开关，该控制电路用于当电池单元的输出电压之间的差等于或超过阈值时，通过接通和断开第一开关来使第一线圈与第二线圈电磁耦合。
当电池模块的输出电压之间的差等于或超过阈值时，控制电路还可被配置为控制电池单元均衡电路上的电池单元均衡，直到电池模块的输出电压中的较低输出电压被调节为较高输出电压。
因而，可以将电池模块的输出电压调节为较高输出电压，并且可以使每个电池模块的输出电压均等。
此外，电池单元均衡电路包括多个第二开关。电池监视电路包括电压检测电路和电池单元均衡执行确定电路，电池单元均衡执行确定电路用于在由电压检测电路检测到的每个电压的电压差等于或超过阈值时接通和断开第一开关。控制电路还可被配置为：当每个电池模块的输出电压被检测时，对多个第二开关的驱动进行控制，从而将电池模块依次连接至电压检测电路并且将每个电池模块的输出电压依次输出到电压检测电路，以及控制电路还可被配置为：当由电压检测电路检测到的每个电压的最高电压和最低电压之间的差等于或超过阈值时，对多个第二开关中的每个开关的驱动进行控制，从而将每个电池模块和第二线圈并联连接并且通过接通和断开第一开关来使第一线圈与第二线圈电磁耦合。
因此，由于不需要为每个电池模块提供电压检测电路，所以可以减小电路的尺寸。
根据本发明的电池单元均衡装置包括：主电池，具有由一个或更多个电池单元配置的多个电池模块；发电机；电池单元均衡电路，用于通过使电流从输出高于平均电压的电压的电池模块流向输出低于该平均电压的电压的电池模块，来使多个电池模块中的每个电池模块的输出电压均等，其中，平均电压为多个电池模块中的每个电池模块的输出电压的平均电压；直流/交流变换电路，用于将从主电池提供的直流电力变换成交流电力；以及控制电路，用于控制电池单元均衡电路和直流/交流变换电路中的每个的操作。当由直流/交流变换电路将直流电力变换成交流电力时，控制电路通过电池单元均衡电路将电力从发电机提高到多个电池模块中的每个电池模块。
因此，从发电机提供到主电池的电力可用于由直流/交流变换电路变换的交流电力。因此，由于能够抑制主电池的电力消耗，所以可以延长可能的行驶距离。
此外，主电池包括第一电池模块和第二电池模块。电池单元均衡电路包括：具有第一线圈和第二线圈的第一变压器、设置在第一电池模块与第一线圈之间的第一开关、具有第三线圈和第四线圈的第二变压器、设置在第二电池模块与第三线圈之间的第二开关、以及设置在第二和第四线圈与发电机之间的第三开关。当直流/交流变换电路将直流电力变换成交流电力时，控制电路分别接通和断开第一开关和第二开关，并且恒定地接通第三开关。
此外，控制电路可被配置为控制电池单元均衡电路的操作，使得可以通过电池单元均衡电路将从主电池提供的电力提供到辅助机器电池。
此外，电池单元均衡电路包括设置在第二和第四线圈与辅助机器电池之间的第四开关，并且控制电路可被配置为：当通过电池单元均衡电路将从主电池提供的电力提供到辅助机器电池时，分别接通和断开第一开关和第二开关，并且恒定地接通第四开关。
附图说明
图1是无源系统中的电池单元均衡的说明性视图；
图2示出在无源系统的电池单元均衡期间每个电池模块的输出电压的变化；
图3示出根据本发明实施例的电池单元均衡装置；
图4是电池监视电路和电池单元均衡电路的示例；
图5是接通/断开状态下的每个开关的时序图的示例的示意图；
图6示出根据本发明实施例的在电池单元均衡期间每个电池模块的输出电压的变化；
图7示出根据本发明另一实施例的电池单元均衡装置；
图8是电池单元均衡电路和DC/AC变换电路的示例；
图9是每个开关的接通/断开状态的时序图的示例的示意图；以及
图10是每个开关的接通/断开状态的时序图的另一示例的示意图。
具体实施方式
图3示出根据本发明实施例的电池单元均衡装置。
图3所示的电池单元均衡装置1包括：电池2，具有由一个或更多个可再充电电池配置的多个电池模块；外部发电机3；电池监视电路4，用于监视每个电池模块的输出电压；电池单元均衡电路5，用于使每个电池模块的输出电压均等；以及电池ECU（电子控制单元）6。假定根据本实施例的电池单元均衡装置1要装载到诸如插电式混合动力车辆、电动车辆、叉车等车辆中。还假定向要装载到车辆中的电动机/发电机提供电力，并且从电动机/发电机获取重新生成的电力。外部发电机3例如用太阳能发电机来配置，并且向电池单元均衡电路5提供电力，以及输出几乎等于或稍大于电池模块在充满电时的输出电压的DC电压。此外，假定电池ECU6从除电池2之外的电源接收电力，例如，从辅助机器电池接收电力。本专利的权利要求中描述的控制电路也可以由电池ECU 6等来配置。
当每个电池模块的输出电压的电压差等于或超过阈值时，电池监视电路4输出表示要进行电池单元均衡的电池单元均衡执行指令信号Si。
当要从用于控制整个车辆的上部ECU输出的点火信号IG指示低电平时（当在停放车辆的同时电动机/发电机不使用电池2时等），并且，如果电池监视电路4输出表示要进行电池单元均衡的电池单元均衡执行指令信号Si，则电池ECU6控制电池单元均衡电路5的操作，使电池2的每个电池模块的输出电压均等，并且通过从外部发电机3提供的电力来使每个电池模块的输出电压逐步升高。
因而，根据本实施例的电池单元均衡装置1可以抑制电池2中的每个电池模块的输出电压的变化，从而延长电池2的寿命。
此外，在电池单元均衡期间，根据本实施例的电池单元均衡装置1通过从外部电池3提供的电力来使电池2的每个电池模块的输出电压逐步升高。
因而，在抑制电池2的每个电池模块的输出电压的变化的同时，可以抑制在电池单元均衡之后电池2中可用能量的减少。
图4是电池监视电路4和电池单元均衡电路5的示例。假定电池2由n个串联连接的电池模块8（电池模块8-1至8-n）来配置，其中，电池模块8由三个串联连接的电池单元7（例如，可再充电电池，如锂离子二次电池、镍氢可再充电电池等）来配置。配置一个电池模块8的电池单元7的数量不限于三个。与图3所示的配置相同的配置被指定相同的附图标记。
图4中的电池监视电路4包括电压检测电路9、A/D变换器10和电池单元均衡执行确定电路11。
电压检测电路9是设置有操作放大器12和电阻器13至15的跟随电路，并且输出通过电阻器13输入到操作放大器12的正输入端的电压与通过电阻器14输入到操作放大器12的负输入端的电压之间的差。即，电压检测电路9输出对应于多个电池模块8中的一个电池模块8的输出电压的电压。电压检测电路9的配置不限于图2所示的配置。
A/D变换器10将从操作放大器12输出的电压从模拟数据变换成数字数据。
当电池模块8的数字化的输出电压等于或超过阈值时，电池单元均衡执行确定电路11将电池单元均衡执行指令信号Si从低电平变为高电平。
图4所示的电池单元均衡电路5包括变压器16、开关17（第一开关）、n个开关18（开关18-1至18-n）（第二开关）以及n个开关19（开关19-1至19-n）（第二开关）。
变压器16包括第一线圈20（第一线圈）和多个第二线圈21（第二线圈21-1至21-n）（第二线圈），其中，第一线圈20的一端通过开关17连接至外部发电机3，而第一线圈20的另一端连接至接地（例如，连接至车辆的本体等的虚拟接地），第二线圈21变压器耦合至第一线圈20。例如，假定第一线圈20的匝数与第二线圈21的总匝数之比为1:1，并且每个第二线圈21的匝数之比相同。
开关17例如由MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等开关元件来配置，并且根据从电池ECU 6输出的控制信号Ssb接通和断开。控制信号Ssb的占空比例如为50%。控制信号Ssb的频率可以根据第一线圈20和每个第二线圈21的电感、电池单元均衡的运行时间等来设定。
每个开关18例如由继电器等来配置，并且包括连接至每个电池模块8的正端子的端子18P、通过电阻器13连接至操作放大器12的正端子的端子18A、连接至第二线圈21的一端的端子18B以及处于没有进行连接的开路状态的端子18C。每个开关18（开关18-1至18-n）的驱动由从电池ECU6输出的控制信号Sp（Sp1至Spn）来控制。例如，每个开关18控制驱动，使得：当控制信号Sp指示电平A时，端子18P与端子18A可以彼此连接，当控制信号Sp指示电平B时，端子18P与端子18B可以彼此连接，而当控制信号Sp指示电平C时，端子18P与端子18C可以彼此连接。假定电平A>电平B>电平C。
每个开关19例如由继电器等来配置，并且包括连接至每个电池模块8的负端子的端子19N、通过电阻器14连接至操作放大器12的负端子的端子19A、连接至第二线圈21的另一端的端子19B以及处于没有进行连接的开路状态的终端19C。从电池ECU 6输出的控制信号Sn（Sn1至Snn）控制每个开关19（开关19-1至19-n）的驱动。例如，每个开关19控制驱动，使得：当控制信号Sn指示电平A时，端子19N与端子19A可以彼此连接，当控制信号Sn指示电平B时，端子19N与端子19B可以彼此连接，而当控制信号Sn指示电平C时，端子19N与端子19C可以彼此连接。假定电平A>电平B>电平C。
例如，当开关18-1的端子18P与端子18A彼此连接并且开关19-1的端子19N与端子19A彼此连接时，从操作放大器12输出对应于电池模块8-1的输出电压的电压。
此外，例如，当开关18-1的端子18P与端子18B彼此连接并且开关19-1的端子19N与端子19B彼此连接时，电池模块18-1与第二线圈21-1并联连接。
此外，例如，当开关18-1的端子18P与端子18C彼此连接并且开关19-1的端子19N与端子19C彼此连接时，端子18P和端子19N被置于开路状态。
因而，由于包括开关18和19，不用为电池模块8-1至8-n设置电压检测电路9和A/D变换器10，所以可以减小电路的尺寸。
当检测到电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压时，控制信号Sp1至Spn和控制信号Sn1至Snn依次指示电平A，以及通过A/D变换器10将电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压从电压检测电路9依次输出到电池单元均衡执行确定电路11。电池单元均衡执行确定电路11将电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压暂时存储在内部存储器等中，并且关于每个存储的输出电压来确定最高输出电压与最低输出电压之间的差是否等于或超过阈值，并且当差等于或超过阈值时，将电池单元均衡执行指令信号Si从低电平设定为高电平。如果电池单元均衡执行指令信号Si从低电平变为高电平，则电池ECU6控制电池单元均衡电路5的开关17至19中的每个开关的驱动，并且开始使电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压均等（电池单元均衡）。
当使电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压均等时，控制信号Sp1至Spn和控制信号Sn1至Snn中的每个控制信号指示电平B，并且电池模块8-1至8-n与第二线圈21-1至21-n并联连接。此外，通过根据控制信号Ssb接通和断开开关17，AC电流根据从外部发电机3提供的电力而流经第一线圈20，并且第一线圈20与第二线圈21-1至21-n电磁耦合。在这种情况下，例如，当电池模块8-1的输出电压高于第二线圈21-1的电压时，电流从电池模块8-1流向第二线圈21-1，并且电池模块8-1被放电。如果电池模块8-2的输出电压低于第二线圈21-2的电压，则电流从第二线圈21-2流向电池模块8-2，并且电池模块8-2被充电。因而，通过经由变压器16对电池模块8-1至8-n中的每个电池模块充电或放电，电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压逐渐接近电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压的平均值。在这种情况下，由于从外部发电机3提供的电力，电池模块8-1至8-n的输出电压的平均值上升。因而，在电池单元均衡期间，可以使电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压均等并且逐步升高。即，可以抑制电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压的变化，并且可以抑制电池单元均衡之后电池2中可用能量的减小。
图5是开关17、开关18-1至18-n和开关19-1至19-n中的每个开关的接通/断开状态中的每个状态的时序图的示例的示意图。当在车辆的驱动期间等由电动机/发电机使用电池2时，从用于对整个车辆进行控制的上部ECU等输出的点火信号IG指示高电平，并且检测其它电池模块8的电压，根据控制信号Sp和Sn将开关18-1至开关18-n和开关19-1至19-n中的每个开关的端子18P和19N置于开路状态。
首先，当将点火信号IG从高电平设定为低电平时，即，当在车辆的停放期间等不使用电池2时，电池ECU 6将控制信号Sp1至Sn1设定为电平A，并且电池监视电路4检测电池模块8-1的输出电压。之后，通过依次将控制信号Sp2至Spn和控制信号Sn2至Snn设定为电平A，来检测电池模块8-2至8-n中的每个电池模块的输出电压。
接着，当电池单元均衡执行指令信号Si从低电平变为高电平时，电池ECU 6将控制信号Sp1至Spn和控制信号Sn1至Snn设定为电平B，并且根据控制信号Ssb接通和断开开关17。因而，电池模块8-1至8-n通过变压器16彼此充电和放电，并且用来自外部发电机3的电力充电。在将电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压设定为要被调节成最高输出电压的时间段内，电池ECU6接通和断开开关17。因而，如图6所示，可以将电池模块8中的每个电池模块的最终输出电压调节成指示最高劣化水平的电池模块8的输出电压，即最高内部电阻和最高输出电压。
当电池单元均衡执行指令信号Si从高电平变为低电平时，电池ECU6断开开关17，并且再次将控制信号Sp1至Spn和控制信号Sn1至Snn依次设定为电平A，从而依次检测电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压。
因而，如果在检测电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压之后，电池单元均衡执行指令信号Si没有从低电平变为高电平，则电池ECU 6将控制信号Sp1至Spn和控制信号Sn1至Snn设定为电平C，从而终止电池单元均衡。
在以上实施例中，紧接在点火信号IG指示低电平之后，检测电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压，并且执行电池单元均衡，但是可以在点火信号IG指示低电平后过去了指定时间之后检测电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压，从而执行电池单元均衡。此外，在点火信号IG指示低电平之后，并且在对电池2充电之后，可以检测电池模块8-1至8-n中的每个电池模块的输出电压，从而执行电池单元均衡。
此外，在以上实施例中，外部发电机3为太阳能发电机，但是不具体限制外部发电机3，例如用于将从商用电源提供的AC电力变换成DC电力的充电器等。
图7示出了根据本发明另一实施例的电池单元均衡装置。
图7所示的电池单元均衡装置100包括：主电池200，具有由一个或更多个电池单元配置的多个电池模块；发电机300（例如，太阳能发电机等）；电池单元均衡电路400，用于使每个电池单元的输出电压均等（下文中被称为电池单元均衡）；DC/AC变换电路600；以及电池ECU（电子控制单元）500（控制电路），用于控制电池单元均衡电路400和DC/AC变换电路600的操作。例如，假定电池ECU 500由包括处理器和存储器的配置来实现。
在电池单元均衡期间，电池单元均衡电路400可以使用从发电机300提供的电力来对每个电池单元充电。DC/AC变换电路600将从主电池200提供的DC电力（例如，DC 200V）变换成单相AC电力（例如，AC 100V）。由DC/AC变换电路600变换的AC电力通过电力变换电路700变换成3相AC电力，并且作为驱动电力提供到对空调的压缩机进行配置的电动机800。电池单元均衡电路400可以在电池单元均衡之后，用从主电池200提供的电力对辅助机器电池900（例如，铅蓄电池等）充电。
假定根据本实施例的电池单元均衡装置100被加载到诸如混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动车辆、叉车等车辆中。当对主电池200完全充电时，通过充电器1100，用从车辆外部的充电站1000提供的电力来对主电池200充电。此外，从主电池200提供到双向逆变器电路1200的电力被逆变器电路1200变换成3相AC电力，然后作为驱动电力被提供到驱动电动机/发电机1300。完全充电期间的一个电池单元的电压、完全充电期间的辅助机器电池900的电压、以及发电机300的输出电压被设定为类似的电压（例如，12V至14V）。此外，例如，辅助机器电池900通过DC/DC变换器1700将电力提供到用于控制诸如汽车导航系统等电气设备1400的操作的电动机ECU 1500、以及用于控制逆变器电路1200的操作的逆变器ECU 1600和电动机/发电机1300。
因而，由于根据本实施例的电池单元均衡装置100设置有电池单元均衡电路400，所以能够抑制主电池200的每个电池单元的输出电压的变化。
由于电池单元均衡装置100还包括DC/AC变换电路600，所以其使用主电池200向电力变换电路700提供单相AC电力。因此，如果当在电池单元均衡期间使用从发电机300提供的电力对每个电池单元充电时要将单相AC电力提供到电力变换电路700，则可以将从发电机300提供到主电池200的电力用作由DC/AC变换电路600变换的AC电力。因而，由于可以减少在使用空调的同时主电池200的功耗，所以可以延长行驶距离。
此外，由于根据本实施例的电池单元均衡装置100可以使用通过电池单元均衡电路400从主电池200提供的电力对辅助机器电池900充电，所以不需要提供用于降低主电池200的电压和将电压输出到辅助机器电池900的额外的DC/DC变换器等，从而抑制了较大的配置。此外，如果在使用来自发电机300的电力对主电池200充电之后向辅助机器电池900提供电力，则可以将在对主电池200充电时使用的电力用作要被提供到辅助机器电池900的电力。因而，由于可以减少在使用空调的同时主电池200的功耗，所以可以延长行驶距离。
图8是电池单元均衡电路400和DC/AC变换电路600的示例。假定主电池200由串联连接的n个电池模块1900（电池模块1900-1（第一电池模块）、电池模块1900-2（第二电池模块）、……、以及电池模块1900-n（第n电池模块））来配置，其中，每个电池模块由三个串联连接的电池单元1800（例如，可再充电电池，如锂二次电池、镍氢可再充电电池等）来配置。对一个电池模块1900进行配置的电池单元1800的数量不限于三个。此外，假定主电池200的阳极端子连接至虚拟接地，该虚拟接地例如连接至车辆的本体。
图8所示的电池单元均衡电路400包括电压传感器2000-1至2000-n。电压传感器2000-1至2000-n分别连接至电池模块1900-1至1900-n的阴极端子和阳极端子。电压传感器2000-1至2000-n分别检测电池模块1900-1至1900-n的输出电压Vdet(1)至Vdet(n)。
图8所示的电池单元均衡电路400设置有一个变压器T和分别用于电池模块1900-1至1900-n的四个开关SW。例如，每个开关SW可以由ASIC（专用集成电路）来配置。
此外，图8所示的电池单元均衡电路400设置有开关2100-1和2100-2（第三开关）以及开关2200-1和2200-2（第四开关）。开关2100-1和2100-2以及开关2200-1和2200-2中的每个开关可以由诸如继电器、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等开关元件来配置。
例如，为电池模块1900-1设置变压器T1（第一变压器）、开关Sw-1a（第一开关）、SW-1b（第一开关）、SW-1c和SW-1d。为电池模块1900-2设置变压器T2（第二变压器）、开关Sw-2a（第二开关）、SW-2b（第二开关）、SW-2c和SW-2d。其他电池模块1900-3至1900-n与此类似。变压器T1的第一线圈的第一端子通过开关SW-1a电连接至电池模块1900-1的阴极端子。变压器T1的第一线圈的第二端子通过开关SW-1b电连接至电池模块1900-1的阳极端子。开关SW-1c电连接至变压器T1的第二线圈的第一端子，而开关SW-1d电连接至变压器T1的第二线圈的第二端子。其他变压器T2至Tn与此类似。第一线圈是初级线圈和次级线圈中的一个，而第二线圈是初级线圈和次级线圈中的另一个。在变压器T1至Tn中，第一线圈与第二线圈的匝数比没有具体指定，但是例如可以是1:1。
开关SW-1c、SW-2c、SW-3c、……、SW-nc中的每个开关彼此电连接，并且通过开关2100-1连接至发电机300的阴极端子，并且通过开关2200-1连接至整流器2300，并且整流器2300的输出端连接至辅助机器电池900的阴极端子。开关SW-1d、SW-2d、SW-3d、……、SW-nd中的每个开关彼此电连接，通过开关2100-2连接至发电机300的阳极端子，并且通过开关2200-2连接至整流器2300，并且整流器2300的输出端连接至辅助机器电池900的阳极端子。
开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b至SW-nb根据由电池ECU 500生成的控制信号CELS接通和断开。控制信号CELS的占空比例如为50%。例如，当开关SW-1a和SW-1b接通时，变压器T1的第一线圈并联连接至电池模块1900-1。开关SW-2a至SW-na和开关SW-2b至SW-nb与此类似。开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d至SW-nd根据由电池ECU500生成的控制信号CEL接通和断开。控制信号CEL的占空比例如为50%。例如，当开关SW-1c至SW-nc和SW-1d至SW-nd接通时，变压器T1至Tn的第二线圈并联连接。在这种情况下，当开关2100-1和2100-2根据由电池ECU 500生成的控制信号GEN接通时，变压器T1至Tn的第二线圈电连接至外部发电机3。否则，当开关2200-1和2200-2根据由电池ECU 500生成的控制信号BAT接通时，变压器T1至Tn的第二线圈电连接至辅助机器电池900。
图8所示的DC/AC变换电路600包括用于整个主电池200的开关SWac1和SWac2以及变压器Tac1和Tac2。即，变压器Tac1的第一线圈的第一端子通过开关SWac1连接至主电池200的阳极端子，而变压器Tac1的第一线圈的第二端子连接至主电池200的阴极端子。此外，变压器Tac1的第二线圈的第一端子连接至电力变换电路700的一个输入端子，而变压器Tac1的第二线圈的第二端子连接至变压器Tac2的第二线圈的第一端子。此外，变压器Tac2的第一线圈的第一端子连接至主电池200的阴极端子，而变压器Tac1的第一线圈的第二端子通过开关SWac2连接至主电池200的阳极端子。变压器Tac2的第二线圈的第二端子连接至电力变换电路700的另一个输入端子。第一线圈为初级线圈和次级线圈中的一个，而第二线圈为初级线圈和次级线圈中的另一个。变压器Tac1中的第一线圈与第二线圈的匝数比以及变压器Tac2中的第一线圈与第二线圈的匝数比没有具体限定，但是例如可以是2:1。变压器Tac1的第一线圈与变压器Tac2的第一线圈的匝数比以及变压器Tac1的第二线圈与变压器Tac2的第二线圈的匝数比没有具体限定，但是例如可以是1:1。此外，DC/AC变换电路600的变压器Tac1和Tac2以及电池单元均衡电路400的变压器T1至Tn可以设置在一个单元中，但是也可以设置在单独的单元中。
开关SWac1根据由电池ECU 500生成的控制信号AC1接通和断开。开关Swac2根据由电池ECU 500生成的控制信号AC2接通和断开。控制信号AC1与AC2的占空比例如是50%。例如，当开关SWac1接通而开关SWac2断开时，电流从变压器Tac1的第一线圈的第二端子流向第一端子，并且从变压器Tac1的第二线圈的第二端子流向第一端子的电流流向电力变换电路700。此外，当开关SWac1断开而开关SWac2接通时，电流从变压器Tac2的第一线圈的第一端子流向第二端子，并且从变压器Tac2的第二线圈的第一端子流向第二端子的电流流向电力变换电路700。因而，通过开关SWac1和SWac2的交替接通和断开，单相AC电流从变压器Tac1和Tac2流向电力变换电路700。
图9是DC/AC变换电路600和电池单元均衡电路400中的每个开关的接通/断开状态的时序图的示例的示意图。当控制信号BAT指示高电平时，开关2200-1和2200-2中的每个接通。当控制信号BAT指示低电平时，开关2200-1和2200-2中的每个断开。当控制信号CEL指示高电平时，开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d中SW-nd中的每个接通。当控制信号CEL指示低电平时，开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d中SW-nd中的每个断开。当控制信号CELS指示高电平时，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b中SW-nb中的每个接通。当控制信号CELS指示低电平时，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b中SW-nb中的每个断开。此外，当控制信号AC1指示高电平时，开关SWac1接通。当控制信号AC1指示低电平时，开关SWac1断开。当控制信号AC2指示高电平时，开关SWac2接通。当控制信号AC2指示低电平时，开关SWac2断开。
在图9所示的示例中，在T1至T4的时间段内，开关SWac1和SWac2根据控制信号AC1和AC2交替地接通和断开。如上所述，如果开关SWac1和SWac2交替地接通和断开，则DC/AC变换电路600向电力变换电路700提供AC电力。
在图9所示的示例中，在T1至T4的时间段内的T2至T3的时间段内，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b至SW-nb根据控制信号CELS接通和断开，开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d至SW-nd根据控制信号CEL恒定地接通，而开关2100-1和2100-2根据控制信号GEN恒定地接通。因此，AC电流流过变压器T1至Tn的第一线圈，并且变压器T1至Tn的第一线圈和第二线圈彼此电磁耦合。在这种情况下，例如，当变压器T1的第一线圈的电压高于电池模块1900-1的输出电压时，电流从变压器T1的第一线圈流向电池模块1900-1，从而对电池模块1900-1充电。此外，例如，如果变压器T2的第一线圈的电压低于电池模块1900-2的输出电压，则电流从电池模块1900-2流向变压器T2的第一线圈，从而使电池模块1900-2放电。因此，如果通过对电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块充电和放电，使电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压稳定为电池模块1900-1至1900-n的输出电压的平均电压，即，如果电池模块1900-1至1900-n的输出电压为类似的电压，则每个开关SW断开，从而终止电池单元均衡。在这种情况下，如果发电机300的电压高于变压器T1至Tn中的每个变压器的第二线圈的电压，则电流从发电机300流向变压器T1至Tn中的每个变压器的第二线圈，并且与流经每个第二线圈的电流几乎相等的电流流经变压器T1至Tn中的每个变压器的第一线圈。即，电流通过变压器T1至Tn从发电机300流向电池模块1900-1至1900-n，并且对电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块充电。因而，使电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压均等，并且可以对电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块充电。因此，通过使用提供到主电池200的电力，可将AC电力从DC/AC变换电路600提供到电力变换电路700。
图10是DC/AC变换电路600和电池单元均衡电路400的每个开关的接通/断开状态的时序图的另一示例的示意图。在图10所示的示例中，T1至T4的时间段类似于图9所示的示例中的T1至T4的时间段。
在图10所示的示例中的T5至T6的时间段内，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b至SW-nb根据控制信号CELS接通和断开，开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d至SW-nd根据控制信号CEL恒定地接通，以及开关2100-1和2100-2根据控制信号GEN恒定地接通。因而，如上所述，使电池模块1900-1至1900-n的输出电压均等，并且可以对电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块充电。
接着，在图10所示的示例中的T6至T7的时间段内，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b至SW-nb根据控制信号CELS接通和断开，开关SW-1c至SW-nc和开关SW-1d至SW-nd根据控制信号CEL恒定地接通，以及开关2200-1和2200-2根据控制信号BAT恒定地接通。开关2100-1和2100-2恒定地断开。在这种情况下，例如，如果变压器T1至Tn中的每个变压器的第二线圈的电压高于辅助机器电池900的电压，则电流从变压器T1至Tn中的每个变压器的第二线圈流向辅助机器电池900，从而对辅助机器电池900充电。
因而，在电池单元均衡期间，在用从发电机300提供的电力对主电池200充电之后，用从主电池200提供的电力对辅助机器电池900充电，从而使用从发电机300提供到主电池200的电力对辅助机器电池900充电。
在以上实施例中，在电池单元均衡期间，开关SW-1a至SW-na和开关SW-1b至SW-nb可以接通和断开，直到电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压Vdet(1)至Vdet(n)低于上限阈值Vth1（比电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压的平均电压高指定值的值）并且高于下限阈值Vth2（比电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压的平均电压低指定值的值）。
以上实施例中的配置通过同时对所有的电池模块1900-1至1900-n充电和放电来使电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压均等，但是也可以通过依次对电池模块1900-1至1900-n中的两个电池模块1900充电和放电来使电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块的输出电压均等。
此外，在以上实施例中，当对辅助机器电池900充电时，使用从电池模块1900-1至1900-n中的每个电池模块提供的电力，但是也可以使用从电池模块1900-1至1900-n中的一部分电池模块1900提供的电力。
根据本发明，在抑制对装载到车辆中的电池进行配置的每个电池模块的输出电压的变化的同时，能够抑制电池单元均衡之后整个电池中可用能量的减小。
根据本发明的用于使配置主电池的多个电池单元的电压均等的电池单元均衡装置抑制了行驶距离的缩短，同时使多个电池单元的输出电压的变化最小化。

Claims (5)

1.一种电池单元均衡装置，包括：
电池，其设置有多个电池模块，所述电池模块具有一个或更多个可再充电电池；
电池监视电路，其监视所述电池模块中的每个电池模块的输出电压；
电池单元均衡电路，其使所述电池模块中的每个电池模块的所述输出电压均等；
外部发电机，其向所述电池单元均衡电路提供电力；以及
控制电路，其控制所述电池单元均衡电路上的电池单元均衡，使得当由所述电池监视电路检测到的所述电池模块的所述输出电压之间的差等于或超过阈值时，能够在使所述电池模块中的每个的所述输出电压均等的同时，通过由所述外部发电机提供的电力来使所述电池模块中的每个的所述输出电压逐步升高，其中：
所述电池单元均衡电路包括：
第一线圈，其连接至外部电源；
第二线圈，其变压器耦合至所述第一线圈并且与所述电池模块中的每个并联连接；
第一开关，其设置在所述外部发电机与所述第一线圈之间；以及
第二开关，其设置在所述电池模块中的每个与所述第二线圈中的每个之间，以及
其中，当所述电池模块的所述输出电压之间的差等于或超过阈值时，所述控制电路通过接通和断开所述第一开关并且恒定地接通所述二开关来使所述第一线圈和所述第二线圈电磁耦合。
2.根据权利要求1所述的电池单元均衡装置，其中，
当所述电池模块的所述输出电压之间的差等于或超过所述阈值时，所述控制电路控制所述电池单元均衡电路上的所述电池单元均衡，直到所述电池模块的所述输出电压中的较低输出电压被调节为较高输出电压。
3.根据权利要求1所述的电池单元均衡装置，其中，
所述电池监视电路包括：
电压检测电路；以及
电池单元均衡执行确定电路，当由所述电压检测电路检测到的每个电压中的电压差等于或超过所述阈值时，所述电池单元均衡执行确定电路接通和断开所述第一开关；
所述控制电路：
当所述电池模块中的每个电池模块的所述输出电压被检测时，对所述多个第二开关的驱动进行控制，从而将所述电池模块中的每个电池模块依次连接至所述电压检测电路，并且将所述电池模块中的每个电池模块的所述输出电压依次输出到所述电压检测电路；以及
当由所述电压检测电路检测到的每个电压中的最高电压和最低电压之间的差等于或超过所述阈值时，对所述多个第二开关中的每个第二开关的驱动进行控制，从而并联连接所述电池模块和所述第二线圈中的每个，并且通过接通和断开所述第一开关来使所述第一线圈与所述第二线圈电磁耦合。
4.一种电池单元均衡装置，包括：
主电池，其具有由一个或更多个电池单元配置的多个电池模块；
发电机；
电池单元均衡电路，其通过使电流从输出高于平均电压的电压的电池模块流向输出低于所述平均电压的电压的电池模块，来使所述多个电池模块中的每个电池模块的输出电压均等，其中，所述平均电压为所述多个电池模块中的每个电池模块的所述输出电压的平均电压；
直流/交流变换电路，其将从所述主电池提供的直流电力变换成交流电力；以及
控制电路，其控制所述电池单元均衡电路和所述直流/交流变换电路中的每个的操作，其中，
当所述直流电力在所述直流/交流变换电路中被变换为所述交流电力时，所述控制电路通过所述电池单元均衡电路将电力从所述发电机提供到所述多个电池模块中的每个电池模块；
所述主电池包括第一电池模块和第二电池模块；
所述电池单元均衡电路包括：具有第一线圈和第二线圈的第一变压器；设置在所述第一电池模块与所述第一线圈之间的第一开关；具有第三线圈和第四线圈的第二变压器；设置在所述第二电池模块与所述第三线圈之间的第二开关；以及设置在所述第二线圈及所述第四线圈与所述发电机之间的第三开关；
当所述直流/交流变换电路将直流电力变换为交流电力时，所述控制电路分别接通和断开所述第一开关和所述第二开关，并且恒定地接通所述第三开关。
5.根据权利要求4所述的电池单元均衡装置，其中，
所述电池单元均衡电路包括设置在所述第二线圈及所述第四线圈与辅助机器电池之间的第四开关；以及
当从所述主电池提供的电力通过所述电池单元均衡电路提供到所述辅助机器电池时，所述控制电路接通和断开所述第一开关和所述第二开关，并且恒定地接通所述第四开关。
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