CN102957187A - 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，能够在过电流流过开关电路时施加保护而防止开关电路损坏。电池单元平衡装置由以下部分构成：多个蓄电器连接端子，它们与串联连接的多个蓄电器的连接点或两端连接；电压保持装置连接端子，其与电压保持装置连接；多个第一开关电路，它们设置在多个蓄电器连接端子与电压保持装置之间；接收端子，其接收同步信号；发送端子，其发送同步信号；控制电路，其根据同步信号，控制多个第一开关电路的通断；以及过电流检测电路，其检测流过第一开关电路的过电流。由此，当过电流流过开关电路时，能够检测过电流，使开关电路断开，能够防止开关电路损坏。

Description

电池单元平衡装置以及电池系统
技术领域
本发明涉及取得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，特别涉及能够防止电池单元平衡装置的开关电路因过电流而损坏的电池单元平衡装置以及电池系统。
背景技术
图5示出了以往的电池单元平衡调整电路的电路图。在具备以往的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开关而同时进行开闭动作的信号。
另外，开关开闭信号依次使开关411至开关451、开关412至开关462进行通断（ON/OFF）。然后，当开关461和开关462的通断结束后，则回到最初的开关411和开关412的通断动作，继续重复地进行开关的开闭。
接着，对以往的电池单元平衡调整电路的动作进行说明。以往的电池单元平衡调整电路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开关的切换。
开关411与412构成为接收同时进行开闭动作的信号，开关421与开关422也构成为同时进行开闭动作。以下同样地，在开关431与开关432、开关441与开关442、开关451与开关452、开关461与开关462的各开关的组合中，同时进行开闭动作。
通过这样地控制开关，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。
专利文献1：日本特开2001-178008号公报
然而，在以往的技术中，存在当过电流流过开关时会损坏开关而降低电池单元平衡装置的可靠性的问题。
发明内容
本发明正是为了解决以上的课题而提出的，其提供能够当过电流流过开关时实施保护来防止开关损坏的电池单元平衡装置以及电池系统。
为了解决以往的课题，本发明的电池单元平衡装置构成如下。
提供一种电池单元平衡装置，其调整电池系统的串联连接的多个蓄电器的电池单元平衡，其特征在于，该电池单元平衡装置具有：多个蓄电器连接端子，它们与串联连接的多个蓄电器的连接点或两端连接；电压保持装置连接端子，其与电压保持装置连接；多个第一开关电路，其设置在多个蓄电器连接端子与电压保持装置之间；接收端子，其接收同步信号；发送端子，其发送同步信号；控制电路，其根据同步信号，控制多个第一开关电路的通断；以及过电流检测电路，其检测流过第一开关电路的过电流。
此外，提供一种电池系统，其特征在于，该电池系统具有：串联连接的多个蓄电器；串联连接的多个电压保持装置；时钟发生电路，其输出同步信号；以及多个电池单元平衡装置，它们的多个蓄电器连接端子与串联连接的多个蓄电器的连接点或两端连接，它们的电压保持装置连接端子与串联连接的多个电压保持装置的连接点或两端连接。
发明的效果
根据本发明，当过电流流过开关电路时，检测过电流并使开关电路断开，由此能够防止开关电路损坏。
附图说明
图1是本实施方式的具有电池单元平衡装置的电池系统的电路图。
图2是本实施方式的电池单元平衡装置的电路图。
图3是示出本实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图的图。
图4是本实施方式的电池单元平衡装置的过电流检测电路的电路图。
图5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。
标号说明
A1～An+1：二次电池；B1～Bn：电池单元平衡装置；C1～Cn-1：电压保持装置；101：充电器；102：时钟发生电路；201～20n：控制电路；211～21n、221～22n、231～23n：过电流检测电路；502：恒流电路；503：比较器。
具体实施方式
图1是本实施方式的具有电池单元平衡装置的电池系统的电路图。图2是本实施方式的电池单元平衡装置的电路图。图4是本实施方式的电池单元平衡装置的过电流保护电路的电路图。
本实施方式的电池系统10具有时钟发生电路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1个电池单元平衡装置B1由开关电路S11、S21、S31、控制电路201、过电流检测电路211、221、231、端子T11、T21、T31、T41、T51、T61构成。其它电池单元平衡装置B2～Bn也相同。过电流检测电路231由比较器50、恒流电路502以及开关电路501构成。其它过电流检测电路也同样地构成。
在电池单元平衡装置B1中，端子T11与二次电池A1的负极连接，端子T21与二次电池A1的正极以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的正极以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与时钟发生电路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。在电池单元平衡装置B2中，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的正极以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的一个端子以及电压保持装置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。而且，到第n-1个电池单元平衡装置Bn-1为止，均和电池单元平衡装置B2同样地连接。在电池单元平衡装置Bn中，端子T1n与二次电池An的负极连接，端子T2n与二次电池An的正极以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以及端子T41连接，开关电路S21与端子T21以及端子T41连接，开关电路S31与端子T31以及端子T41连接。过电流检测电路211的输入与开关电路S11的两端连接，输出与控制电路201连接。过电流检测电路221的输入与开关电路S21的两端连接，输出与控制电路201连接。过电流检测电路231的输入与开关电路S31的两端连接，输出与控制电路201连接。利用控制电路201的信号对开关电路S11、S21、S31进行通断控制。其它电池单元平衡装置B2～Bn也同样地连接。
在过电流检测电路231中，比较器503的同相输入端子与端子T41连接，反相输入端子与开关电路501的一个端子以及恒流电路502的一个端子连接，输出端子与控制电路201连接。开关电路501的另一个端子与端子T31连接，恒流电路502的另一个端子与二次电池A1的负极连接。通过输入控制电路201的信号，同时对开关电路S31、501进行通断控制。其它过电流检测电路也同样地连接。
接着，对本实施方式的电池系统10的动作进行说明。图3是示出本实施方式的电池单元平衡装置的信号的时序图的图。
在时刻t0，当电池系统10的外部端子与充电器101连接时，时钟发生电路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导通的信号，并依次输出。此外，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。如此，时钟信号CLK被传递到电池单元平衡装置Bn，全部的电池单元平衡装置B1～Bn能够取得同步。因而，以使开关电路S11～S1n、开关电路S21～S2n、开关电路S31～S3n同步地依次导通的方式进行控制。
在时刻t1，当开关电路S11～S1n全部导通、开关电路S21～S2n和开关电路S31～S3n全部断开时，二次电池A1～An-1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。而且，二次电池A1～An-1与电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t2，当开关电路S21～S2n全部导通、开关电路S11～S1n和开关电路S31～S3n全部断开时，二次电池A2～An分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。而且，二次电池A2～An与电压保持装置C1～Cn-1分别进行放电或充电。
在时刻t3，当开关电路S31～S3n全部导通、开关电路S11～S1n和开关电路S21～S2n全部断开时，二次电池A3～An+1分别与电压保持装置C1～Cn-1并联连接。而且，二次电池A3～An+1与电压保持装置C1～Cn-l分别进行放电或充电。
然后，全部的电池单元平衡装置B1～Bn以3个时钟为一个周期重复同样的动作。
然后，当充电器101从电池系统10的外部端子取下后，时钟发生电路102停止输出时钟信号CLK，结束电池单元平衡的动作。
这样，在二次电池A1～An+1与电压保持装置C1～Cn-1之间重复进行充放电，由此，能够使二次电池A1～An+1的电压平均化，减小电压的波动。而且，构成为根据要取得平衡的二次电池数量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（能够使取得平衡的速度加快）。
当在开关电路S31～S3n全部导通的状态下端子T21与端子T41短路时，从二次电池A2经由开关电路S31流过电流。此时，开关电路501也同时导通，从恒流电路502流过电流，由于开关电路501的导通电阻，比较器503的反相输入端子的电压下降，保持一定电压。当在开关电路S31中持续流过电流而比较器503的同相输入端子的电压低于反相输入端子的电压时，比较器503输出低电平的信号。控制电路201接收该信号，使开关电路S31断开。由此，能够阻止从二次电池A2经由开关电路S31流过过电流，防止开关电路S31损坏。
开关电路S31的导通电阻RonS31和开关电路501的导通电阻Ron501被设定成满足RonS31÷Ron501=N（常数）。当设过电流检测电流为Ioc、恒流电路502的电流为Iref时，设定为Iref＝Ioc×RonS31÷Ron501。可以通过调整恒流Iref的电流值和温度特性以及开关电路501的导通电阻和温度特性来设定过电流检测电流Ioc。例如，如果以使N成为0.001的方式设定导通电阻Ron501，则恒流Iref是过电流检测电流Ioc的1/1000即可，在开关电路501由MOS晶体管构成的情况下，与开关电路S31相比，可以较小。
当在开关电路S31～S3n全部导通的状态下端子T11与端子T41短路时，从二次电池A1、A2经由开关电路S31流过电流。此时，开关电路501也同时导通，从恒流电路502流过电流，由于开关电路501的导通电阻，比较器503的反相输入端子的电压下降，保持一定电压。当在开关电路S31中持续流过电流而比较器503的同相输入端子的电压低于反相输入端子的电压时，比较器503输出低电平的信号。控制电路201接收该信号，使开关电路S31断开。这样，能够阻止从二次电池A1、A2经由开关电路S31流过过电流，防止开关电路S31损坏。以下，开关电路S11～S1n、S21～S2n也能够通过同样的动作来实施过电流保护。开关电路的导通电阻、恒流电路的电流值的设定方法也相同。
当在开关电路S11～S1n全部导通的状态下端子T21与端子T41短路时，从二次电池A1经由开关电路S11流过电流。此时，开关电路S11由于导通电阻而在两端产生电压，过电流检测电路211检测该电压，由此，从过电流检测电路211的输出端子将信号输出到控制电路201。控制电路201接收该信号，使开关电路S11断开。这样，能够阻止从二次电池A1经由开关电路S11流过电流，防止开关电路S11损坏。
当在开关电路S11～S1n全部导通的状态下端子T31与端子T41短路时，从二次电池A1、A2经由开关电路S11流过电流。此时，开关电路S11由于导通电阻而在两端产生电压，过电流检测电路211检测该电压，由此，从过电流检测电路211的输出端子将信号输出到控制电路201。控制电路201接收该信号，使开关电路S11断开。这样，能够阻止从二次电池A1、A2经由开关电路S11流过过电流，防止开关电路S11损坏。以下，当与其它端子短路时也能够同样地检测电流，防止开关电路S11损坏。此外，开关电路S21～S2n导通时或对于电池单元平衡装置B2到Bn也同样，能够检测端子间短路时的电流，防止开关电路损坏。
另外，检测流过开关电路的电流的电路的方式不限于上述的结构。
此外，将本实施方式的电池单元平衡装置作为取得串联连接的二次电池A1～An+1的电池单元平衡的装置进行了说明，但不仅于二次电池，只要是具有蓄电功能的蓄电器，就能得到同样的效果。
如上所述，根据本实施方式的具有电池单元平衡装置的电池系统，能够检测流过开关电路的过电流，使开关电路断开，防止损坏。

Claims (3)

1.一种电池单元平衡装置，其调整电池系统的串联连接的多个蓄电器的电池单元平衡，其特征在于，该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；
多个第一开关电路，其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；
控制电路，其根据所述同步信号，控制多个所述第一开关电路的通断；以及
过电流检测电路，其检测流过所述第一开关电路的过电流。
2.根据权利要求1所述的电池单元平衡装置，其特征在于，所述过电流检测电路具有：
第二开关电路，其与所述第一开关电路同时被进行通断控制；
恒流电路，其向所述第二开关电路流过恒流；以及
比较电路，其比较基于所述第一开关电路的导通电阻和电流的电压、与基于所述第二开关电路的导通电阻和所述恒流的电压。
3.一种电池系统，其特征在于，该电池系统具有：
串联连接的多个蓄电器；
串联连接的多个电压保持装置；
时钟发生电路，其输出所述同步信号；以及
多个权利要求1或2所述的电池单元平衡装置，它们的所述多个蓄电器连接端子与所述串联连接的多个蓄电器的连接点或两端连接，它们的所述电压保持装置连接端子与所述串联连接的多个电压保持装置的连接点或两端连接。
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