CN103094956B - 用于电池均衡的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电池均衡的装置和方法。用于电池均衡的装置包括：单元平衡设备，均衡电池单元的电压并且使用电感器或变压器；电池单元监测器，监测电池单元的电压和/或电流；校正电压计算器，基于监测到的电池单元的电压和/或电流计算电池单元的取决于其内阻的校正电压；单元平衡控制器，确定电池单元，用计算出的校正电压校正用于电池单元的均衡的目标电压，并使单元平衡设备执行该均衡，以使电池单元的电压达到目标电压。单元平衡设备从电池单元获取电荷并将电荷传送到其余电池单元以均衡电池单元电压。单元平衡控制器当需要对电池单元放电/充电时通过从作为多个电池单元的平均电压的目标电压减去/加上计算出的校正电压来计算终止电压。

Description

用于电池均衡的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于控制电池组中多个电池单元的电压的均衡的装置和方法。
背景技术
除发动机外还具有电动机作为动力源的车辆已投入实际使用，例如，混合动力汽车、插入式混合动力汽车、混合动力车辆和混合动力电动车辆以及运输机械(下文称为车辆)。此外，无发动机且仅由电动机驱动的电动车辆也已投入实际使用。电池，例如，紧凑且具有大容量的锂离子电池，已被用作用于驱动这种车辆的电动机的动力源。对于车辆应用，电池可为由多个单元块组成的电池组，其中每个单元块具有多个串联连接的电池单元。电池单元的串联连接允许对驱动车辆的电动机所需的电压的供应，并且单元块的串联或并联连接允许对所需容量的电流的供应并可提供更高的电压。
锂离子电池的性能随温度急剧改变，并且电池的剩余容量和充电效率受到电池使用环境的温度的极大影响。对于车辆的使用环境，尤为如此。
结果，单元块中相应电池单元的剩余容量和输出电压出现极大的偏差。在这种情况下，当任何一个电池单元的电压降低到阈值之下时，需停止或制止整个电池的供电，结果导致功率效率降低。因此，需要执行用于均衡电池单元电压的电池均衡控制，并且也需要执行对单元块电压的均衡。
一种已知的电池均衡方法为无源均衡，其使过充电或过放电电池单元通过与电池单元并联连接的旁路电阻器放电，从而均衡电池单元的电压。另一种已知的电池均衡为有源均衡，其通过使用电感器或变压器的转换器电路从较高电压的电池单元获取电荷并且将所述电荷传送到较低电压的电池单元。在任一种电池均衡中，执行放电或充电直到该电池单元的电压达到目标电压。在有源均衡中，目标电压对应于多个电池单元的最高和最低电压的平均值。具有最高电压的电池单元被放电至目标电压，而具有最低电压的电池单元被充电至目标电压。在无源均衡中，目标电压对应于多个电池单元的最低电压。具有较高电压的电池单元被放电至目标电压。
取决于相应电池单元的特性差异和退化程度，电池单元具有不同的内阻。当完成均衡使得电池单元的电压达到目标电压时，由于电池单元的内阻，在放电或充电过程中监测到的电池单元的电压不同于电池单元的实际输出电压。因此，当完成均衡使得监测到的电池单元的电压达到目标电压时，由于电池单元的内阻，电池单元的最终电压并不相同。对这种偏差的校正需要反复的均衡并且较为耗时，导致电池能量损耗增加。在有源均衡中，当监测到的电压接近目标电压时，用于均衡的电流较小，导致均衡电路的效率降低和损耗增加。
本发明是针对于提供一种允许对具有不同内阻的多个电池单元的电压进行快速和有效均衡的装置和方法，由此提供最佳的均衡控制。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于由多个电池单元组成的电池组的均衡的装置。所述装置包括：单元平衡设备，用于均衡多个电池单元的电压，其中，单元平衡设备使用电感器或变压器；电池单元监测器，用于监测每个电池单元的电压和/或电流；校正电压计算器，用于基于监测到的需要均衡的受检电池单元的电压和/或电流计算受检电池单元的校正电压，其中校正电压取决于受检电池单元的内阻；以及单元平衡控制器，用于从多个电池单元中确定受检电池单元，其中，单元平衡控制器通过计算出的校正电压校正用于受检电池单元的均衡的目标电压，并且单元平衡控制器使单元平衡设备执行对受检电池单元的均衡，从而使监测的受检电池单元的电压达到校正后的目标电压，其中，单元平衡设备从一个或更多个电池单元中获取电荷并将电荷传送到一个或更多个的其余电池单元，从而均衡所述多个电池单元的电压。并且，当需要对受检电池单元进行放电时，单元平衡控制器通过从作为所述多个电池单元的平均电压的目标电压中减去计算出的校正电压来计算终止电压，并且当需要对受检电池单元进行充电时，单元平衡控制器通过将计算出的校正电压加到作为所述多个电池单元的平均电压的目标电压来计算终止电压。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于由多个电池单元组成的电池组的均衡的方法。所述方法使单元平衡设备均衡多个电池单元的电压。单元平衡设备使用电感器或变压器。所述方法包括以下步骤：监测每个电池单元的电压和/或电流；基于监测到的需要均衡的受检电池单元的电压和/或电流计算受检电池单元的校正电压，其中校正电压取决于受检电池单元的内阻；从多个电池单元中确定受检电池单元；通过计算出的校正电压校正用于受检电池单元的均衡的目标电压；以及使单元平衡设备执行对受检电池单元的均衡，从而使监测的受检电池单元的电压达到校正后的目标电压，其中，所述方法使单元平衡设备允许所述多个电池单元中的一个或更多个所选择的电池单元放电，从而均衡所述多个电池单元的电压。所述方法使单元平衡设备从一个或更多个电池单元获取电荷并将电荷传送到一个或更多个的其余电池单元，从而均衡所述多个电池单元的电压。目标电压是所述多个电池单元的平均电压。
从下文结合附图的描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，其中所述描述通过举例方式示出本发明的原理。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的框图；
图2A和图2B为解释了图1所示实施例的操作的示图；
图3A和图3B为比较了常规情况和本实施例的操作的示图；
图4为本实施例的具体电路图；
图5为流程图，示出由DSP执行的用于启动电池均衡的控制过程的第一示例；
图6为用于从电池单元的电压和电流确定该电池单元的内阻的映射数据的示例；
图7为本实施例的单元平衡操作的时序图；
图8为流程图，示出由DSP执行的用于启动电池均衡的控制过程的第二示例；
图9为用于从电池单元的电压和温度确定该电池单元的内阻的映射数据的示例；以及
图10A至图10C、图11A和图11B示出单元平衡电路的示例。
具体实施方式
下文将参照附图描述本发明的实施例。参照图1，将多个电池单元102串联连接以形成电池组101。单元平衡设备103用于均衡电池组101中的多个电池单元102的电压。可通过例如有源平衡电路来提供单元平衡设备103，其中所述有源平衡电路从一个或更多个电池单元102获取电荷并将所述电荷传送到一个或更多个的其余电池单元102，由此均衡多个电池单元102的电压。替代地，可通过无源平衡电路提供单元平衡设备103，其中所述无源平衡电路允许多个电池单元102中的一个或更多个所选择的电池单元102放电，从而均衡多个电池单元102的电压。
电池单元监测器104用于至少监测每个电池单元102的电压和/或电流。校正电压计算器105用于基于由电池单元监测器104监测到的需要均衡的电池单元102的电压和/或电流来计算该电池单元102的校正电压。校正电压取决于电池单元102的内阻。在下文中，需要均衡的电池单元102将被称为受检(subject)电池单元102。
当使用电池组101供应电力时，校正电压计算器105例如参考用于从电池单元的电压和电流确定电池单元的内阻的映射数据。基于这样的映射数据和由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压和电流，校正电压计算器105确定受检电池单元102的内阻，并且随后基于这样的内阻和由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电流计算受检电池单元102的校正电压。
替代地，当未使用电池组101供应电力时，校正电压计算器105可计算由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102在从通过单元平衡设备103启动均衡起给定时间段内的电压降的数值，作为受检电池单元102的校正电压。
替代地，可进行这样的配置使得当使用电池组101供应电力时，电池单元监测器104还监测每个电池单元102的温度，并且校正电压计算器105参考用于从电池单元的电压、电流和温度确定电池单元的内阻的映射数据。基于这样的映射数据和由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压、电流和温度，校正电压计算器105确定受检电池单元102的内阻，并且随后基于这样的内阻和由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电流计算受检电池单元102的校正电压。
替代地，当未使用电池组101供应电力时，还可配置电池单元监测器104以监测每个电池单元102的温度，并且校正电压计算器105可参考用于从电池单元的电压和温度确定电池单元的内阻的映射数据。基于这样的映射数据和由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压和温度，校正电压计算器105确定受检电池单元102的内阻，并且随后基于这样的内阻和在通过单元平衡设备103启动均衡之后由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电流计算受检电池单元102的校正电压。
替代地，当未使用电池组101供应电力时，校正电压计算器105可基于受检电池单元102的电压和由电池单元监测器104监测到的在单元平衡设备103中流动的充电和放电电流来计算受检电池单元102的内阻。
单元平衡控制器106确定需要均衡的受检电池单元102，并通过由校正电压计算器105计算出的校正电压校正用于所述受检电池单元102的均衡的目标电压。更具体地，当需要对受检电池单元102进行放电时，单元平衡控制器106通过从目标电压中减去计算出的校正电压来校正目标电压。当需要对受检电池单元102进行充电时，单元平衡控制器106通过将计算出的校正电压加到目标电压来校正目标电压。随后，单元平衡控制器106使单元平衡设备103执行对受检电池单元102的均衡，从而使通过电池单元监测器104监测的受检电池单元102的电压达到校正后的目标电压。
根据上述配置，校正电压计算器105能够根据受检电池单元102的内阻来计算受检电池单元102的校正电压。通过该校正电压对用于均衡控制的目标电压的校正可防止目标电压由于受检电池单元102的内阻而发生改变。此外，可缩短完成均衡所花费的时间，并且可缩短有源单元平衡方法的均衡过程中充电和放电电流较小的时间，导致均衡的效率增加和损耗减小。
在这种有源单元平衡方法中，当使用电池组101向车辆的电动机供应电力时，也可执行均衡控制。同样，在这种情况下，能够从用于从监测到的电池单元102的电压和电流确定电池单元102的内阻的映射数据计算出受检电池单元102的内阻，并且随后可从该内阻和监测到的电流计算出校正电压。
当未使用电池组101供应电力时，可根据受检电池单元102的内阻，计算在从均衡启动起给定时间段内出现的受检电池单元102的电压降的数值，作为受检电池单元102的校正电压。替代地，当未使用电池组101供应电力时，可从用于从监测到的电池单元102的电压和温度确定电池单元102的内阻的映射数据计算出受检电池单元102的内阻，并且可从该内阻和在均衡控制启动之后监测到的电流计算出校正电压。
图2A和图2B是解释了图1所示实施例的操作的示图。图3A和图3B是比较了常规情况和本实施例的操作的示图。当例如由如图2A所示的有源单元平衡电路提供图1的单元平衡设备103时，电感器L(#12)的一端连接到串联连接的两个电池单元102(#1)和102(#2)的连接处。电感器L(#12)的另一端通过开关设备SW(#1)连接到电池单元102(#1)的正极端子，并且还通过开关设备SW(#2)连接到电池单元102(#2)的负极端子。以类似的方式配置用于如图1所示串联连接的四个电池单元102的电路(参看下文将描述的图4的单元平衡电路103)。例如，当电池单元102(#1)具有最大电压而电池单元102(#2)具有最小电压时，允许开关设备SW(#1)以几十到几百千赫的频率间歇地接通和断开，从而将从电池单元102(#1)释放的电荷存储在电感器L(#12)中。允许以在开关设备SW(#1)断开后立即接通开关设备SW(#2)的方式将开关设备SW(#2)与开关设备SW(#1)的操作同步地间歇接通和断开，可通过电感器L(#12)对电池单元102(#2)进行充电。以此方式，可均衡电池单元102(#1)和电池单元102(#2)的电压。
在这种情况下，由于放电使如图2B中的虚线所指示的电池单元102(#1)的理想电压OCV1从其初始最大值逐渐减小，而由于充电使如图2B中的虚线所指示的电池单元102(#2)的理想电压OCV2从其初始最小值逐渐增大。例如，由下列公式(1)给出用于均衡控制的目标电压G。
目标电压G＝(OCV1+OCV2)/2   (1)
然而，实际上由图1的电池单元监测器104在从均衡控制启动起的给定时间段(或几秒钟)过去之后监测到的如由图2B中的实线指示的电池单元102(#1)的电压的值比理想电压OCV1低电位差ΔV1。另一方面，实际上由电池单元监测器104在从均衡控制启动起的给定时间段(或几秒钟)过去之后监测到的如由图2B中的实线指示的电池单元102(#2)的电压的值比理想电压OCV2高电位差ΔV2。这些电位差ΔV1、ΔV2分别由包括电池单元102(#1)和102(#2)的极化电阻的内阻所导致。
在常规情况下，执行均衡控制使得监测到的电压1、2落在目标电压G的预定允许范围内。因此，监测到的电压1和监测到的电压2几乎彼此一致，并且在图2B中的时间t1到达目标电压G，从而完成对电池单元102(#1)和102(#2)的均衡控制。虽然取决于诸如电池组101的特性和均衡控制的程度(level)之类的各种因素，但执行这种均衡控制所花费的时间t1例如为几小时。
然而，在这种常规情况下，因为在完成均衡控制之后，图2A的单元平衡电路中没有平均电流I流动，所以监测到的电压1增大电池单元102(#1)的内阻乘以平均电流I，而监测到的电压2降低电池单元102(#2)的内阻乘以平均电流I，如图3A所示。结果，在时间t1完成均衡控制之后，电池单元102(#1)和102(#2)两者的电压均偏离目标电压G，如图3A所示，并且电池单元102(#1)和102(#2)在收敛时间t2时的电压未被均衡。
在本实施例中，通过图1的校正电压计算器105计算由电池单元102(#1)和102(#2)的内阻引起的电位差ΔV1、ΔV2(均具有正值)，作为相应电池单元102(#1)和102(#2)的校正电压。对于待放电的电池单元102(#1)，图1的单元平衡控制器106根据下列公式校正目标电压G：
终止电压1＝目标电压G-校正电压ΔV1   (2)
从而，当监测到的电压1达到终止电压1即校正后的目标电压时，完成均衡。另一方面，对于待充电的电池单元102(#2)，单元平衡控制器106根据下列公式校正目标电压G：
终止电压2＝目标电压G+校正电压ΔV2   (3)
从而，当监测到的电压2达到终止电压2即校正后的目标电压时，完成均衡。
结果，在图2B中的时间t1'完成本实施例中的对电池单元102(#1)和102(#2)的均衡控制。在时间t1'，待放电的电池单元102(#1)的电压比目标电压G低电池单元102(#1)的内阻乘以单元平衡电路中流动的平均电流I，而待充电的电池单元102(#2)的电压比目标电压G高电池单元102(#2)的内阻乘以单元平衡电路中流动的平均电流I。在本实施例中，如图2B和图3B所示，由于在完成均衡控制之后图2A的单元平衡电路中没有平均电流I流动，监测到的电压1在时间t1'之后增大电池单元102(#1)的内阻乘以平均电流I，几乎与目标电压G一致。监测到的电压2在时间t1'之后降低电池单元102(#2)的内阻乘以平均电流I，几乎与目标电压G一致。以此方式，本实施例允许在完成均衡控制的时间t1'之后的收敛时间t2实现对电池单元102(#1)和102(#2)的电压的均衡。
参照图4，其示出本实施例的电路图，其中电池组101、电池单元102(#1)至102(#4)、单元平衡电路103和电池单元监测器104分别对应于图1中的电池组101、电池单元102、单元平衡设备103和电池单元监测器104。电池单元监测器104监测电池单元102(#1)至102(#4)的电压并将与该电压相关的信息传输到DSP(数字信号处理器)401。电池单元监测器104还监测在电池组101的电池单元102中流动并且由电流计403测量的电流，并且将与该电流相关的信息传输到DSP 401。电池单元监测器104还通过使用传感器(未示出)监测每个电池单元102周围的温度，并且将温度信息传输到DSP 401。该温度信息用于下文将描述的图8的流程图的控制过程中。DSP401充当图1的校正电压计算器105以计算校正电压，并且还充当单元平衡控制器106以计算目标电压。开关控制器402与DSP 401合作以充当图1的单元平衡控制器106，从而执行均衡控制。
如同图2A的情况，单元平衡电路103具有通过有源单元平衡电路提供的用于均衡控制的电路配置。在此配置中，相应电感器L(#12)、L(#23)和L(#34)的一端连接到串联连接的四个电池单元102(#1)、102(#2)、102(#3)和102(#4)的相应连接处。电感器L(#12)的另一端通过开关设备SW(#1)连接到电池单元102(#1)的正极端子，并且还通过开关设备SW(#2)连接到电池单元102(#2)的负极端子。电感器L(#23)的另一端通过开关设备SW(#5)连接到电池单元102(#2)的正极端子，并且还通过开关设备SW(#6)连接到电池单元102(#3)的负极端子。电感器L(#34)的另一端通过开关设备SW(#3)连接到电池单元102(#3)的正极端子，并且还通过开关设备SW(#4)连接到电池单元102(#4)的负极端子。
对于均衡控制的执行，DSP 401周期性地确定从电池单元监测器104传输的相应电池单元102(#1)至102(#4)的电压的量值。接着，DSP 401从任意两个相邻的电池单元102(#1)和102(#2)、102(#2)和102(#3)以及102(#3)和102(#4)中提取其间具有最大电压差的一对相邻的电池单元102。例如，当电池单元102(#1)和102(#2)之间的电压差最大时，DSP 401通过开关控制器402操作开关设备SW(#1)和SW(#2)，从而通过电感器L(#12)对较高电压的电池单元102进行放电并且对较低电压的电池单元102进行充电。在这种情况下，首先接通与较高电压的电池单元102相关联的开关设备SW。当电池单元102(#2)和102(#3)之间的电压差最大时，DSP 401通过开关控制器402操作开关设备SW(#5)和SW(#6)，从而通过电感器L(#23)对较高电压的电池单元102进行放电并且对较低电压的电池单元102进行充电。当电池单元102(#3)和102(#4)之间的电压差最大时，DSP 401通过开关控制器402操作开关设备SW(#3)和SW(#4)，从而通过电感器L(#34)对较高电压的电池单元102进行放电并且对较低电压的电池单元102进行充电。
对于开关设备SW(#1)至SW(#6)，通过开关控制器402以由DSP 401确定的频率和占空比重复地接通和断开由DSP 401确定的开关设备。以如下这样的方式控制该开关操作：首先接通和断开连接到较高电压的电池单元102的开关设备SW，并且随后，在断开连接到较高电压的电池单元102的开关设备SW之后立即接通和断开连接到较低电压的电池单元102的开关设备SW。通过这样控制，首先将从较高电压的电池单元102放电的电力存储在电感器L中，并且紧接其后，将存储在电感器L中的电力充电到较低电压的电池单元102中。
图5为由DSP 401执行的用于启动均衡的控制过程的第一示例的流程图。该控制过程例如由存储在存储器(未示出)中的控制程序提供并且由DSP 401中的处理器(未示出)执行。替代地，可由DSP 401中的固件、软件和硬件的组合执行所述控制过程。
尽管未详细描述，但是在执行图5的流程图的控制过程之前，DSP 401执行不同于上述过程的控制过程并且提取需要均衡的受检电池单元102。
首先，在步骤S501，基于通过图4的电池单元监测器104从电流计403传输的信息，DSP 401确定电池单元102中是否存在电流流动。当在步骤S501确定出电池单元102中存在电流流动并因此使用电池组101来供应电力时，DSP 401获得由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压和电流。通过使用该电压和电流的信息，DSP 401在步骤S502通过参考用于从电池单元的电压和电流确定电池单元的内阻的映射数据来估算受检电池单元102的内阻。图6示出存储在DSP 401中的映射数据的示例。在图6的映射数据上读出对应于受检电池单元102的电压CCV(V：伏特)和电流(A：安培)的内阻(mΩ：毫欧)的数据。例如，当电压CCV为3.04V且电流为80A时，内阻为66mΩ。以此方式，以与电池单元102的相应电压和电流的数据相关联的映射数据的形式预先准备电池单元102的内阻的数据。在本实施例中，当使用电池组101供应电力时，该映射数据的使用允许对电池单元102的内阻的估算。
根据两个受检电池单元102之间的电位差，DSP 401在步骤S503基于下列公式(4)和(5)计算用于对图4的开关设备SW进行开关控制的脉冲频率和占空比，并且随后对开关控制器402设置该计算出的频率和占空比。
IL＝α·lmax·ΔV   (4)
IL＝{E2·D-E1·(1-D)}/L·freq   (5)
其中E1、E2表示两个受检电池单元102的电压，并且其关系为E1>E2。ΔV表示受检电池单元102之间的电位差，其由公式ΔV＝E1-E2计算而得。lmax表示可允许在电池单元102中流动的电流，并且α表示适当选择的加权系数。基于这些参数和公式(4)，可计算出在连接到操作中的开关设备SW的电感器L中流动的电流IL。通过将电流IL、电感L和预定脉冲频率freq赋值给公式(5)，可计算占空比D。公式(4)中的α为简单比例系数，但是可根据电位差ΔV而变化，使得例如当电位差ΔV高于阈值时电流恒定，而当电位差ΔV低于阈值时电流减小。在使用公式(5)的计算中，可使用任意确定的占空比D计算脉冲频率freq。
在步骤S504，DSP 401向开关控制器402传输命令以启动单元平衡操作(均衡控制)。DSP 401通过将在步骤S502估算的内阻乘以电流计403和电池单元监测器104监测到的电流来计算校正电压。在步骤S505，DSP401基于上述公式(2)或(3)校正用于较高电压或较低电压的受检电池单元102的目标电压，并且随后启动均衡的控制过程结束。
当在步骤S501确定电池单元102中没有电流流动并因此未使用电池组101供应电力时，DSP 401对受检电池单元102执行下列控制过程。
根据两个受检电池单元102之间的电位差，DSP 401在步骤S506基于前述公式(4)和(5)计算用于对图4的开关设备SW进行开关控制的脉冲频率和占空比，并且随后对开关控制器402设置计算出的频率和占空比。步骤S506中的处理与步骤S503中的处理相同。
在步骤S507，DSP 401向开关控制器402传输命令信号以启动单元平衡操作(均衡控制)。在步骤S507的均衡启动时，DSP 401从电池单元监测器104接收与图2的OCV对应的受检电池单元102的电压信息。在从启动单元平衡起的给定时间段过去之后，DSP 401还从电池单元监测器104接收受检电池单元102的电压信息。DSP 401计算这两个电压之间的差的绝对值，即，此时间段内出现的电压与OCV的偏差，作为所述校正电压。在步骤S508，DSP 401基于上述公式(2)或(3)校正用于较高电压或较低电压的受检电池单元102的目标电压，并且随后启动均衡的控制过程结束。
在执行图5的控制过程之后，DSP 401确定由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压在均衡期间是否落在图5的控制过程的步骤S505或S508校正后的目标电压的预定允许范围内。当受检电池单元102的电压落在该范围内时，DSP 401向开关控制器402传输命令信号以停止与受检电池单元102相关联的开关设备SW的开关操作，并且随后完成均衡的控制过程。
图7示出本实施例的单元平衡操作的时序图的示例。在将如图4所示的电池系统安装在车辆中的情况下，启动计时器以对点火断开(IG-OFF)或车辆开始怠速之后的时间进行计数。在给定时间段过去之后，DSP 401通过单元平衡电路103启动均衡。接着，在完成所有电池单元102的均衡时，DSP 401停止单元平衡电路103的操作。也可在接通点火时启动本实施例的均衡。
图8为由DSP 401执行的用于启动均衡的控制过程的第二示例的流程图。该控制过程例如由存储在存储器(未示出)中的控制程序提供并且由DSP 401中的处理器(未示出)执行，如同图5的控制过程的情况那样。
尽管未详细描述，但是在执行图8的流程图的控制过程之前，DSP 401可执行不同于上述过程的控制过程，并且提取需要均衡的受检电池单元102。
在图8的控制过程和图5的上述过程中，相同的步骤使用相同的参考数字。图8的控制过程与图5的过程的不同之处在于当在步骤S501确定电池单元102中不存在电流流动并因此未使用电池组101供应电力时由DSP401执行的校正目标电压的方式。
在这种情况下，根据两个受检电池单元102之间的电位差，DSP 401基于前述公式(4)和(5)计算用于对图4的开关设备SW进行开关控制的脉冲频率和占空比，并且随后在步骤S506对开关控制器402设置计算出的频率和占空比，如同图5的控制过程的情况那样。在步骤S507，DSP 401向开关控制器402传输命令信号以启动单元平衡操作(均衡控制)。
接着，DSP 401获得由电池单元监测器104监测到的受检电池单元102的电压和环境温度。通过使用该电压和温度的信息，在步骤S801，DSP 401通过参考用于从电池单元的电压和温度确定电池单元的内阻的映射数据来估算受检电池单元102的内阻。图9示出存储在DSP 401中的映射数据的示例。在图9的映射数据上，读出对应于受检电池单元102的电压OCV(V：伏特)和温度(℃：摄氏度)的内阻(mΩ：毫欧)的数据。例如，当电压OCV为3.04V且温度为25℃时，内阻为38mΩ。以此方式，以与电池单元102的相应电压和温度数据相关联的映射数据的形式预先准备电池单元102的内阻的数据。在本实施例中，当未使用电池组101供应电力时，该映射数据的使用允许对电池单元102的内阻的估算。
DSP 401通过将在步骤S801估算的内阻乘以电流计403和电池单元监测器104监测到的电流来计算出校正电压。在步骤S505，DSP 401基于上述公式(2)或(3)校正用于较高电压或较低电压的受检电池单元102的目标电压，并且随后启动均衡的控制过程结束。
如上述，根据由DSP 401依照图5或图8的流程图执行的用于启动均衡的控制过程，当使用图4的电池组101来供应电力并且因此车辆运行时，或者当未使用电池组101供应电力并且因此车辆怠速或停止运转时，都能够适当地确定用于均衡控制的目标电压，由此实现多个电池单元102的电压的最佳均衡。
尽管参照图1至图9的上述实施例的单元平衡电路103具有通过有源平衡电路提供的用于均衡控制的电路配置，但是单元平衡电路103的电路配置并非局限于上述电路配置。
例如，可通过如图10A、图10B和图10C所示的使用变压器和整流二极管的回扫或正向平衡电路来提供单元平衡电路103，从而将较高电压的电池单元102(#1)连接到较低电压的电池单元102(#2)。
替代地，可通过如图11A所示的使用电容器和开关设备的电容器平衡电路提供单元平衡电路103，从而将较高电压的电池单元102(#1)连接到较低电压的电池单元102(#2)。
替代地，可通过如图11B所示的使用电感器的呈变压器型电路和转换器型电路的组合形式的平衡电路提供单元平衡电路103，从而将较高电压的电池单元102(#1)连接到较低电压的电池单元102(#2)。
替代地，不仅可通过如图10A至图10C、图11A和图11B所示的有源平衡电路、而且可通过使用具有并联连接到相应电池单元102的开关和电阻器的旁路电路的无源平衡电路提供单元平衡电路103，从而使电池单元102仅放电。

Claims (11)

1.一种用于均衡由多个电池单元(102)组成的电池组(101)的装置，包括：
单元平衡设备(103)，用于均衡所述多个电池单元(102)的电压，其中，所述单元平衡设备(103)使用电感器或变压器；
所述装置的特征在于：
电池单元监测器(104)，用于监测每个电池单元(102)的电压和/或电流；
校正电压计算器(105)，用于基于监测到的需要均衡的受检电池单元(102)的电压和/或电流计算所述受检电池单元(102)的校正电压，其中，所述校正电压取决于所述受检电池单元(102)的内阻；以及
单元平衡控制器(106)，用于从所述多个电池单元(102)确定所述受检电池单元(102)，其中，所述单元平衡控制器(106)通过计算出的校正电压校正用于所述受检电池单元(102)的均衡的目标电压，并且所述单元平衡控制器(106)使所述单元平衡设备(103)执行对所述受检电池单元(102)的均衡，从而使监测的所述受检电池单元(102)的电压达到校正后的目标电压，
其中，所述单元平衡设备(103)从一个或更多个电池单元(102)中获取电荷并将所述电荷传送到一个或更多个的其余电池单元(102)，从而均衡所述多个电池单元(102)的电压，
并且，当需要对所述受检电池单元(102)进行放电时，所述单元平衡控制器(106)通过从作为所述多个电池单元(102)的平均电压的目标电压中减去计算出的校正电压来计算终止电压，并且当需要对所述受检电池单元(102)进行充电时，所述单元平衡控制器(106)通过将计算出的校正电压加到作为所述多个电池单元(102)的平均电压的目标电压来计算终止电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中，当使用所述电池组(101)供应电力时，所述校正电压计算器(105)参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压和电流确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据，并且所述校正电压计算器(105)基于确定出的所述受检电池单元(102)的内阻和监测到的所述受检电池单元(102)的电流计算所述校正电压。
3.如权利要求1所述的装置，其中，当未使用所述电池组(101)供应电力时，所述校正电压计算器(105)计算所述受检电池单元(102)在从均衡启动起给定时间段内的电压降的数值作为所述校正电压。
4.如权利要求1所述的装置，其中，当未使用所述电池组(101)供应电力时，所述校正电压计算器(105)基于所述受检电池单元(102)在从均衡启动起给定时间段内的电压降的数值和在所述单元平衡设备(103)中流动的充电和放电电流计算所述校正电压。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述电池单元监测器(104)监测每个电池单元(102)的温度，当使用所述电池组(101)供应电力时，所述校正电压计算器(105)参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压、电流和温度确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据，并且所述校正电压计算器(105)基于确定出的所述受检电池单元(102)的内阻和监测到的所述受检电池单元(102)的电流计算所述校正电压。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述电池单元监测器(104)监测每个电池单元(102)的温度，当未使用所述电池组(101)供应电力时，所述校正电压计算器(105)参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压和温度确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据，并且所述校正电压计算器(105)基于在均衡启动后监测到的所述受检电池单元(102)的电流和确定出的所述受检电池单元(102)的内阻计算所述校正电压。
7.一种用于均衡由多个电池单元(102)组成的电池组(101)的方法，所述方法使单元平衡设备(103)均衡所述多个电池单元(102)的电压，其中，所述单元平衡设备(103)使用电感器或变压器，
所述方法的特征在于以下步骤：
监测每个电池单元(102)的电压和/或电流；
基于监测到的需要均衡的受检电池单元(102)的电压和/或电流计算所述受检电池单元(102)的校正电压，其中所述校正电压取决于所述受检电池单元(102)的内阻；
从所述多个电池单元(102)确定所述受检电池单元(102)；
通过计算出的校正电压校正用于所述受检电池单元(102)的均衡的目标电压；以及
使所述单元平衡设备(103)执行对所述受检电池单元(102)的均衡，从而使监测的所述受检电池单元(102)的电压达到校正后的目标电压，
其中，所述方法使所述单元平衡设备(103)允许所述多个电池单元(102)中的一个或更多个所选择的电池单元(102)放电，从而均衡所述多个电池单元(102)的电压，
所述方法使所述单元平衡设备(103)从一个或更多个电池单元(102)获取电荷并将所述电荷传送到一个或更多个的其余电池单元(102)，从而均衡所述多个电池单元(102)的电压，并且
所述目标电压是所述多个电池单元(102)的平均电压。
8.如权利要求7所述的方法，其中，当使用所述电池组(101)供应电力时，通过参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压和电流确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据来确定所述受检电池单元(102)的内阻，并且基于确定出的所述受检电池单元(102)的内阻和监测到的所述受检电池单元(102)的电流计算所述校正电压。
9.如权利要求7所述的方法，其中，当未使用所述电池组(101)供应电力时，计算所述受检电池单元(102)在从均衡启动起给定时间段内的电压降的数值作为所述校正电压。
10.如权利要求7所述的方法，其中，监测每个电池单元(102)的温度，当使用所述电池组(101)供应电力时，通过参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压、电流和温度确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据来确定所述受检电池单元(102)的内阻，并且基于确定出的所述受检电池单元(102)的内阻和监测到的所述受检电池单元(102)的电流计算所述校正电压。
11.如权利要求7所述的方法，其中，监测每个电池单元(102)的温度，当未使用所述电池组(101)供应电力时，通过参考用于从监测到的所述受检电池单元(102)的电压和温度确定所述受检电池单元(102)的内阻的映射数据来确定所述受检电池单元(102)的内阻，并且基于在均衡启动后监测到的所述受检电池单元(102)的电流和确定出的所述受检电池单元(102)的内阻计算所述校正电压。
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JP2014233183A (ja) 蓄電システム及び制御方法

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