CN103036273B - 电池组均衡控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池组均衡控制装置具有：放电电路，与构成蓄电池的多个电池组各自并联连接；电压检测电路，检测各所述电池组各自的电压；以及控制单元，基于各个电池组的电压检测结果控制所述放电电路的各个开关元件，使得各个电池组的电压均匀，所述控制单元分别以不同的占空比控制邻接的电池组上连接的放电电路的开关元件，并且基于所述邻接的电池组的电位差，检测从各个电池组的两端引出的布线的断线。

Description

电池组均衡控制装置
技术领域
本发明涉及电池组均衡控制装置。
背景技术
众所周知，在电动汽车和混合动力汽车等车辆上，搭载作为动力源的电动机和对该电动机提供电力的高电压以及大容量的蓄电池(battery)。将由锂离子电池或镍氢电池等构成的多个电池组串联连接而构成该蓄电池。以往，为了维持蓄电池的性能，进行使过度充电状态的电池组放电而使各个电池组电压均匀化的电池组均衡控制。
在各个电池组上并联连接快速电容器(FlyingCapacitor)方式的电压检测电路，通过将该电压检测电路的输出电压(即快速电容器的端子间电压)取入微机，实现各个电池组的电压监视。另外，在各个电池组上并联连接着由开关元件和旁路(bypass)电阻的串联电路构成的放电电路，通过接通(ON)过度充电状态的电池组上连接的放电电路的开关元件(使电池组放电)，从而实现各个电池组电压的均匀。
这里，若在从各个电池组的两端引出的布线上产生断线，则不能从快速电容器将正确的电池组电压取入微机，存在难以进行适当的电池组均衡控制的问题。为了解决该问题，例如在特开2009-288034号公报中公开了利用上述的放电电路来检测从各个电池组的两端引出的布线有无断线的技术。
在上述特开2009-288034号公报的技术中，为了检测有无断线，由于需要使第奇数开关元件和第偶数开关元件交替成为断开(Off)状态以使邻接的电池组上所连接的放电电路的开关元件不成为同时断开状态，因此，无法充分确保在原本的电池组均衡控制上所需要的放电期间，存在难以进行适当的电池组均衡控制的问题。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供确保原本需要的放电期间从而能够实现适当的电池组均衡控制的电池组均衡控制装置。
发明内容
本发明采用以下配置来解决上述问题。
(1)本发明的一方案的电池组均衡控制装置，具有：放电电路，由旁路电阻和开关元件的串联电路构成，与构成蓄电池的多个电池组各自并联连接；电压检测电路，检测所述电池组各自的电压；以及控制单元，基于从所述电压检测电路得到的各个电池组的电压检测结果控制各个开关元件，使得各个电池组的电压均匀，所述控制单元在用于检测从各个电池组的两端引出的布线的断线的断线检测期间，分别以不同的占空比控制在奇数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件和在偶数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件，计算从与奇数号的所述电池组对应的所述电压检测电路得到的所述电压检测结果、和从与偶数号的所述电池组对应的所述电压检测电路得到的所述电压检测结果之间的电位差，并基于该计算结果判断在所述布线上是否产生了断线，在接着所述断线检测期间的实际放电期间，基于从所述电压检测电路得到的各个电池组的电压检测结果控制各个开关元件，使得各个电池组的电压均匀。
(2)在上述(1)所述的电池组均衡控制装置，优选所述控制单元以第1占空比控制在所述奇数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件，以第2占空比控制在所述偶数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件。
(3)在上述(2)所述的电池组均衡控制装置，优选所述控制单元交替重复进行所述断线检测期间中的断线检测和所述实际放电期间中的电池组均衡控制，每当所述断线检测期间到来，交替地切换所述第1占空比和所述第2占空比的值。
根据本发明，分别以不同的占空比控制在邻接的电池组上连接的放电电路的开关元件，并且基于所述邻接的电池组的电位差检测从各个电池组的两端引出的布线的断线，因此，能够确保原本需要的放电期间从而实现适当的电池组均衡控制。
附图说明
图1是本实施方式的电池组均衡控制装置1的概略结构图。
图2是表示电池组均衡控制装置1的动作的时序图。
图3是表示平均占空比和基板温度Ta之间的关系的图。
图4是表示在实际放电期间的占空比被设定为0％以后的动作的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
图1是本实施方式的电池组均衡控制装置1的概略结构图。如该图1所示，电池组均衡控制装置1进行电池组均衡控制，以使构成蓄电池的串联连接的12个电池组C1～C12的电压均匀，具有：12个放电电路B1～B12，12个电压检测电路D1～D12，温度传感器TS，微型计算机(以下简称为微机)M、绝缘元件IR。
放电电路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，并与电池组C1～C12各自并联连接。另外，在图1中，将在放电电路B1～B12各自中设置的旁路电阻的标号设为R1～R12，将开关元件的标号设为T1～T12。
电压检测电路D1～D12与电池组C1～C12各自并联连接，分别检测在本电路上连接的电池组的电压，并将该电压检测结果输出到微机M。另外，这些电压检测电路D1～D12具有与电池组C1～C12各自并联连接的电容器(快速电容器)。即，各个快速电容器的端子间电压作为各个电池组C1～C12的电压输出结果输出到微机M的A/D输入端口。
温度传感器TS是与放电电路B1～B12、电压检测电路D1～D12、绝缘元件IR以及微机M一起安装在电路基板(省略图示)的热敏电阻，其检测该电路基板的温度，并将表示该检测出的值的信号输出到微机M。另外，关于该温度传感器TS在电路基板上的安装位置没有特别限定，但是，优选安装在由于基板温度的上升而担心电路元件的损坏和误动作的电压检测电路D1～D12和微机M的附近。
微机M(控制单元)是CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)、存储器、输入输出接口等一体组装的IC芯片，经由光耦合器等绝缘元件IR，与作为上位控制装置的蓄电池ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元)2可通信地连接。该微机M具有如下功能：通过对A/D输入端口的输入电压、即各个电压检测电路D1～D12的输出电压(快速电容器的端子间电压)进行A/D变换，从而将各个电池组C1～C12的电压检测结果取得作为数字数据，保存在内部存储器，或者发送到蓄电池ECU2。
另外，后面叙述细节，微机M具有：基于温度传感器TS检测的值(基板温度)以及各个电池组C1～C12的电压检测结果，控制各个放电电路B1～B12的开关元件T1～T12使得各个电池C1～C12的电压均匀的功能、即电池组均衡控制功能。
进而，该微机M还具有：分别以不同的占空比控制在邻接的电池组上连接的放电电路的开关元件，并且，基于邻接的电池组的电位差，检测从各个电池组的两端引出的布线的断线的功能。
接着，参照图2～图4详细说明如上构成的电池组均衡控制装置1的动作。另外，以下，如图1所示，说明设想从电池组C1和C2之间的连接点引出的布线发生了断线的情况。
如图2的时序图所示，微机M在时刻t1-t2的断线检测期间(例如150ms)，分别以不同的占空比控制在邻接的电池组上连接的放电电路的开关元件。具体而言，微机M例如以4％的占空比(第1占空比)控制在奇数号的电池组C1、C3、C5、C7、C9以及C11上连接的放电电路B1、B3、B5、B7、B9以及B11的开关元件T1、T3、T5、T7、T9以及T11，并且，以96％的占空比(第2占空比)控制偶数号的电池组C2、C4、C6、C8、C10以及C12上连接的放电电路B2、B4、B6、B8、B10以及B12的开关元件T2、T4、T6、T8、T10以及T12。
这里，如上述那样，在从电池组C1和C2之间的连接点引出的布线上产生断线的情况下，产生在断线检测期间的开始时刻t1以后，电压检测电路D1的输出电压V1和电压检测电路D2的输出电压V2之间的电位差△V(＝|V1-V2|)缓慢变大的现象(参照图2)。如果利用该现象，则能够基于邻接的电池组的电位差△V，检测在哪条布线上产生断线。
具体而言，微机M在从断线检测期间的开始时刻t1起经过一定时间后，取入各个电压检测电路D1～D12的输出电压V1～V12进行数字数据化后，依次计算邻接的电池组的电位差△V，在其中搜索为阈值△Vth以上的电位差。如上述这样，在从电池组C1和C2之间的连接点引出的布线上产生了断线的情况下，作为电池组C1的电压检测结果的V1和作为电池组C2的电压检测结果的V2之间的电位差△V为阈值△Vth以上。因此，此时微机M判断为在从电池组C1和C2之间的连接点引出的布线上产生断线。
另外，在不存在为阈值△Vth以上的电位差△V的情况下，微机M判断为各个布线正常。
若在时刻t1-t2的断线检测期间、结束上述那样的断线检测处理，则在下一时刻t2-t3的实际放电期间(例如500ms)，微机M基于从温度传感器T2得到的基板温度Ta以及各个电池组C1～C12的电压检测结果V1～V12，控制各个放电电路B1～B12的开关元件T1～T12，使得各个电池组C1～C12的电压均匀。
具体而言，微机M基于由基板温度Ta(℃)、电路基板的最大允许温度Tmax(℃)以及电路基板的热电阻Rth(℃/W)构成的下式(1)式，计算放电规定功率值W1。另外，在下述(1)式中，最大允许温度Tmax以及热电阻Rth为预先被微机M设定的固定值。
W1＝(Tmax－Ta)/Rth···(1)
并且，微机M基于由各个放电电路B1～B12中设置的旁路电阻R1～R12的电阻值r以及过度充电状态的电池组的电压检测结果Vi(i为过度充电状态的电池组的识别号码)构成的下述(2)式，计算过度充电电池组放电功率值W2。
W2＝Σ(Vi2/r)···(2)
例如，在电池组C1、C5、C10为过度充电状态的电池组的情况下，微机M将电池组C1、C5、C10的电压检测结果V1、V5、V10代入上述(2)式，计算(V12/r)+(V52/r)+(V102/r)，从而计算过度充电电池组放电功率值W2。
放电规定功率值W1是使基板温度Ta上升至最大允许温度Tmax所需要的功率值，另外，过度充电电池组放电功率值W2是在以100％占空比控制在过度充电状态的电池组上连接的放电电路的开关元件时、由放电电路消耗的放电功率值的总计。这里，如果过度充电电池组放电功率值W2为放电规定功率值W1以下，则即使以100％的占空比控制在过度充电状态的电池组上连接的放电电路的开关元件，基板温度Ta也不会超过最大允许温度Tmax(电路零件不会破损)。
另一方面，在过度充电电池组放电功率值W2超过放电规定功率值W1的情况下，如果使过度充电电池组放电功率值W2降低至放电规定功率值W1，则基板温度Ta不会超过最大允许温度Tmax。换而言之，与过度充电电池组放电功率值W2超过放电规定功率值W1的比例相应，将占空比设定得低于100％，减小流过放电电路的电流，则基板温度Ta不会超过最大允许温度Tmax。因此，用于进行控制以使基板温度Ta不超过最大允许温度Tmax所需要的占空比，以放电规定功率值W1和过度充电电池组放电功率值W2的比率(W1/W2)来表示。
即，微机M基于由放电规定功率值W1和过度充电电池组放电功率值W2构成的下述(3)式，计算占空比Dy，以该计算出的占空比Dy控制在过度充电状态的电池组上连接的放电电路的开关元件。另外，从下述(3)式可知，在过度充电电池组放电功率值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总是将占空比Dy设定为100％即可。另外，微机M对于不符合过度充电状态的电池组上连接的放电电路的开关元件，将占空比Dy设定为0％。
Dy＝(W1/W2)×100···(3)
通过上述那样的微机M进行的电池组均衡控制，过度充电状态的电池组放电，确保各个电池组C1～C12的电池组均衡(电池组电压的均匀性)，并且，基板温度Ta被抑制到最大允许温度Tmax以下，能够防止温度上升造成的电路零件的破损。
若在时刻t2-t3的实际放电期间、结束上述那样的电池组均衡控制，则微机M在下一时刻t3-t4的断线检测期间，分别以不同的占空比控制在邻接电池组上连接的放电电路的开关元件，并且基于邻接的电池组的电位差，检测各个布线有无断线。
这里，与前次的断线检测期间不同之处在于，微机M以96％的占空比(第1占空比)控制在奇数号的电池组C1、C3、C5、C7、C9以及C11上连接的放电电路B1、B3、B5、B7、B9以及B11的开关元件T1、T3、T5、T7、T9以及T11，并且，以4％的占空比(第2占空比)控制偶数号的电池组C2、C4、C6、C8、C10以及C12上连接的放电电路B2、B4、B6、B8、B10以及B12的开关元件T2、T4、T6、T8、T10以及T12。
这样，每当断线检测期间到来，通过交替切换第1占空比和第2占空比的值，能够防止邻接的电池组的一方成为过放电状态。另外，如图2所示，即使切换第1占空比和第2占空比的值，由于电池组C1的电压检测结果V1和电池组C2的电压检测结果V2的举动只是倒转，因此通过比较两电压的电位差△V和阈值△Vth，也能够无问题地检测有无断线。
在时刻t3-t4的断线检测期间，切换第1占空比和第2占空比的值，若结束断线检测处理，则微机M在下一时刻t4-t5的实际放电期间，与前次的实际放电期间同样，基于从温度传感器TS得到的基板温度Ta以及各个电池组C1～C12的电压检测结果V1～V2，实施电池组均衡控制。这样，微机M一边交替重复上述的断线检测处理和电池组均衡控制，一边实时地实施有无断线的检测以及各个电池组C1～C12的电压均匀化。
图3表示时刻t1-t5的期间(1300ms)内的平均占空比和基板温度之间的关系。如该图3所示，至基板温度Ta达到某温度Ta1为止，过度充电电池组放电功率值W2不会超过放电规定功率值W1，在实际放电期间的占空比被设定为100％(断线检测期间的占空比被固定为4％和96％)，因此，平均占空比为88.46％。
若基板温度Ta高于Ta1，且过度充电电池组放电功率值W2开始超过放电规定功率值W1，则实际放电期间的占空比被设定得小于100％(在断线检测期间的占空比被固定为4％和96％)，因此，平均占空比小于88.46％。这里，在基板温度Ta达到了Ta2时，若实际放电期间的占空比达到了0％(平均占空比为11.54％)，则即使基板温度Ta再上升，也不能降低实际放电期间的占空比。
因此，微机M在将实际放电期间的占空比设定为0％以后，通过与基板温度Ta的上升匹配而降低断线检测期间的占空比(特别是96％)，从而使平均占空比接近0％。此时，如上述那样，即便是从电池组C1和C2之间的连接点引出的布线上产生了断线，在断线检测期间，由于电池组C1的电压检测结果V1和电池组C2的电压检测结果V2之间的电位差△V变小，因此有可能不超过阈值△Vth。
因此，如图4所示，微机M在将实际放电期间的占空比设定为0％以后，与基板温度Ta的上升匹配而降低断线检测期间的占空比，并且基于在实际放电期间中得到的各个电池组C1～C12的电压检测结果V1～V12，检测有无断线。此时，实际放电期间的电池组C1的电压检测结果V1和电池组C2的电压检测结果V2之间的电位差△V大到超过阈值△Vth的程度，因此能够可靠地检测有无断线。
如以上说明那样，根据本实施方式，分别以不同的占空比控制邻接的电池组上连接的放电电路的开关元件，并且基于邻接的电池组的电位差，检测从各个电池组的两端引出的布线的断线，因此能够确保原本需要的放电期间，实现适当的电池组均衡控制。
另外，根据本实施方式，由于能够一边进行电池组均衡控制，一边将基板温度Ta抑制到最大允许温度Tmax以下，因此能够防止起因于基板温度Ta的上升的电路元件的损坏和误动作而维持适当的电池组均衡控制。
另外，本发明不限于上述实施方式，举出如下的变形例。
例如，在上述实施方式中，例示了对12个电池组C1～C12进行电池组均衡控制的电池组均衡控制装置，但是，控制对象的电池组数不限于12个。例如，在蓄电池通过45个电池组的串联连接构成的情况下，例如通过使用4台电池组均衡控制装置1，能够对构成蓄电池的全部电池组进行电池组均衡控制。
另外，在上述实施方式中，将由温度传感器TS检测出的基板温度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，也可以使用校正后的基板温度Ta计算放电规定功率值W1。另外，在上述实施方式中，直接使用通过上述(3)式得到的占空比Dy，进行开关元件的占空比控制，但是优选对占空比Dy乘以校正系数，该校正系数用于校正放电规定功率值W1和过度充电电池组放电功率值W2的非线性。
另外，在上述实施方式中，示出了使断线检测期间的第1占空比和第2占空比之间的比例固定的情况，但是也可以是第1占空比和第2占空比之间的比例可变。此时，需要根据第1占空比和第2占空比之间的比例，调整阈值△Vth。另外，也可以根据放电量的过多与不足，来调整实际放电期间的占空比。
本申请基于2011年10月07日向日本提出的特愿2011-222860号而提出优先权，并将其内容引用于此。

Claims (3)

1.一种电池组均衡控制装置，具有：
放电电路，由旁路电阻和开关元件的串联电路构成，与构成蓄电池的多个电池组各自并联连接；
电压检测电路，检测所述电池组各自的电压；以及
控制单元，基于从所述电压检测电路得到的各个电池组的电压检测结果控制各个开关元件，使得各个电池组的电压均匀，
其特征在于，
所述控制单元
在用于检测从各个电池组的两端引出的布线的断线的断线检测期间，
分别以不同的占空比控制在奇数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件和在偶数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件，
计算从与奇数号的所述电池组对应的所述电压检测电路得到的所述电压检测结果、和从与偶数号的所述电池组对应的所述电压检测电路得到的所述电压检测结果之间的电位差，并基于该计算结果判断在所述布线上是否产生了断线，
在接着所述断线检测期间的实际放电期间，
基于从所述电压检测电路得到的各个电池组的电压检测结果控制各个开关元件，使得各个电池组的电压均匀。
2.如权利要求1所述的电池组均衡控制装置，其特征在于，
所述控制单元以第1占空比控制在所述奇数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件，以第2占空比控制在所述偶数号的所述电池组上连接的所述放电电路的所述开关元件。
3.如权利要求2所述的电池组均衡控制装置，其特征在于，
所述控制单元交替地重复进行所述断线检测期间中的断线检测和所述实际放电期间中的电池组均衡控制，每当所述断线检测期间到来，交替地切换所述第1占空比和所述第2占空比的值。
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