CN103119828A - 多节电池组的单电池电压均衡处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单电池电压均衡处理装置，其具有：测量各单电池的输出电压的电压检测用IC；设置在每个单电池上，对单电池的输出电压进行放电的放电电路（40）；和基于电压检测用IC测量的单电池的输出电压，求出二次电池（13）的电压剩余量，判断该电压剩余量是否为预定剩余量，求出由电压检测用IC测量的各单电池的输出电压减去预定的基准电压的差分值，当存在差分值在第一电压阈值以上的单电池时，通过放电电路（40）对输出电压进行均衡处理的主微机（33），当电压剩余量不是预定剩余量时，在距上次的均衡处理经过了第一等待时间之后，由主微机（33）实施均衡处理，当电压剩余量为预定剩余量时，在距上次均衡处理经过了第二等待时间之后，由主微机（33）实施均衡处理。

Description

多节电池组的单电池电压均衡处理装置
技术领域
本发明涉及一种单电池电压均衡处理装置，其用于实现多节单电池串联连接以输出所需电压的多节电池组中的各单电池的输出电压的均衡。
背景技术
在电动汽车和混合动力车辆中，具有作为电机的驱动电源的高电压电池。这样的高电压电池通过将镍氢电池、锂电池等二次电池（充电式电池）的电池单元串联连接来获得高电压。
另外，由于所有的二次电池以相同功率进行充电或放电，因此，当各二次电池的老化状态不同时，二次电池将易处于过充电状态或过放电状态。因此，为了避免二次电池处于过充电或过放电状态，需要确认每个电池的充电状态。为此，将多个（例如，55个）电池分为5组（即，每11个电池为一组），使用设在每组中的电压检测用IC对各组电压进行实时测量。
此外，在高电压电池的已反复多次进行了充放电操作且长期使用的情况下，或高电压电池被长期放置的情况下，二次电池的电压剩余量有可能变得不均匀。在这样的情况下，高电压电池的使用容量将减少，以致不能从高电压电池获得充足的电力。因此，如日本特开2003-189490号公报（专利文献1）和日本特开2002-101565号公报（专利文献2）所述，提出了用于均衡各单电池的输出电压的单电池电压均衡处理装置。
在该单电池电压均衡处理装置中，为使电动汽车或混合动力车辆等所搭载的二次电池的各单电池的输出电压均衡，当点火开关关闭时，检测各单电池的输出电压，并对输出电压较高的单电池的输出电压进行放电，以与输出电压最低的单电池保持一致（参照日本特开2003-189490号公报）。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-189490号公报
专利文献2：日本特开2002-101565号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的以往的单电池电压均衡处理装置中，是基于由电压检测用IC检测出的电池输出电压来实现各单电池的输出电压的均衡。因此，出现了因电压检测用IC对电池输出电压的检测精度的不同，使得实现均衡的基准电压值也不同的情况。因此，存在不能以高精度实现电池的输出电压的均衡的问题。
本发明是为了解决上述课题而作出，其目的在于提供一种能够以高精度实现各单电池的输出电压的均衡的多节电池组的单电池电压均衡处理装置。
解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明第一方面的单电池电压均衡处理装置用于将多节单电池串联连接对输出所需电压的多节电池组中的各上述单电池的输出电压进行均衡处理，其特征在于，具有：电压测量单元，其对上述各单电池的输出电压进行测量；放电单元，其设置在上述各单电池中，用于在单电池的正极和负极之间通电，对上述单电池的输出电压进行放电；电压剩余量测量单元，其基于由上述电压测量单元测量的至少一个单电池的输出电压，求出上述多节电池组的电压剩余量，判断该电压剩余量是否为变成预先设定的第一阈值以下的区域（相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高，电池电压的偏差易于被扩大的区域）时的预定剩余量；差分值运算单元，其用于求出上述电压测量单元所测量的各单电池的输出电压减去预先设定的预定的基准电压的差分值；和均衡处理控制单元，当存在由上述差分值运算单元求出的差分值在第一电压阈值以上的单电池时，该均衡处理控制单元利用设于该单电池的上述放电单元进行放电，来使各单电池的输出电压均衡，上述均衡处理控制单元在上述电压剩余量测量单元所测量的电压剩余量并非上述预定剩余量的情况下，以距上次的均衡处理经过了预先设定的第一等待时间为条件，执行上述各单电池的均衡处理；在电压剩余量为上述预定剩余量的情况下，以距上次的均衡处理经过了比上述第一等待时间短的第二等待时间为条件，执行上述各单电池的均衡处理。在电压剩余量为上述预定剩余量且均衡处理对象的单电池也在第一阈值以下的情况下，也可以缩短对象单电池的均衡处理时间。或者也可以减小放电电流。
在上述多节电池组的单电池电压均衡处理装置中，除了上述多节电池组的电压剩余量在上述第一阈值以下的情况以外，也可以将第二阈值以上的区域（相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高，电池电压的偏差易于被扩大的区域）的情况作为上述预定剩余量，其中，上述第二阈值设定为大于上述第一阈值。
在上述多节电池组的单电池电压均衡处理装置中，上述均衡处理控制单元也可以在由上述差分值运算单元从各单电池的输出电压减去上述基准电压后的差分值全部在第二电压阈值以下时，结束上述各单电池的均衡处理，上述第二电压阈值被设定为小于上述第一电压阈值。
发明的效果
根据本发明的第一方面，在电压剩余量为第一阈值以下的预定剩余量的情况下，以从上次的均衡处理开始，经过了比第一等待时间短的第二等待时间为条件，执行各单电池的均衡处理。因此，在预定的电压剩余量的情况下，在距上次的均衡处理较短的时间内再次执行均衡处理。另外，由于在第一阈值以下的区域中，相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高，因此能够以高精度实现各单电池的输出电压的均衡。
另外，通过在电压剩余量为预定剩余量的情况下执行均衡处理，能够以高精度检测出的单电池的输出电压作为基准电压进行均衡处理。因此，不会出现根据电压测量单元所检测出的单电池输出电压的精度不同而导致作为均衡处理基准的基准电压值不同的情况。
因此，能够提供一种可实现各单电池的输出电压的均衡的多节电池组的单电池电压均衡处理装置。
此外，除了电压剩余量为第一阈值以下的情况外，在将电压剩余量为第二阈值以上的情况作为预定剩余量时，能够以更高精度实现各单电池的输出电压的均衡。
此外，当以从各单电池的输出电压减去基准电压而得到的所有差分值在第二电压阈值以下为条件，结束各单电池的均衡处理时，能够防止多节电池组的过放电状态，并能够以高精度实现各单电池的输出电压的均衡。
附图说明
图1为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的结构示意框图。
图2为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的详细结构的示意框图。
图3为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的放电电路的示意图。
图4为本发明实施方式的二次电池的电压剩余量与输出电压的关系特性示意图。
图5为本发明实施方式的电池的输出电压进行放电时的输出电压和电压偏差与时间的关系特性示意图。
图6为现有的均衡处理实施区域的示意图。
图7为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的均衡处理实施区域的示意图。
图8为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的均衡处理的流程示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施方式进行说明。首先，参照图1，对本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置进行说明。本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置是一种实现多节电池串联连接以输出所需的电压的多节电池组的各单电池的输出电压的均衡的装置。
图1为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10和由多个单电池BT1～BT55组成的二次电池（多节电池组）13的示意框图。本实施方式的二次电池13是例如锂电池等充电式电池，被用作搭载于电动汽车或外接充电式混合动力车辆（plug in hybrid）等以驱动车辆驱动用电机的高压电池。
如图1所示，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10通过绝缘接口32分成高压侧装置11和低压侧装置12。
高电压侧装置11具有5个电压检测用IC（电压测量单元），即第一电压检测用IC（21-1）～第五电压检测用IC（21-5）。并且，第一电压检测用IC（21-1）对被划归第一组件61-1的11个单电池BT1～BT11的输出电压进行测量。
此外，第二电压检测用IC（21-2）对被划归第二组件61-2的11个单电池BT12～BT22的输出电压进行测量，同样，第三电压检测用IC（21-3）对被划归第三组件61-3的11个单电池BT23～BT33的输出电压进行测量，第四电压检测用IC（21-4）对被划归第四组件61-4的11个单电池BT34～BT44的输出电压进行测量，第五电压检测用IC（21-5）对被划归第五组件61-5的11个单电池BT45～BT55的输出电压进行测量。即，电压检测用IC（21-1）～（21-5）作为各单电池BT1～BT55的输出电压检测用电压测量单元发挥作用。
电压检测用IC（21-1）～（21-5）分别具有放电电路（放电单元）40（参照后述的图2和图3）。该放电电路40设置在每一个单电池BT1～BT55上，将单电池BT1～BT55的正极和负极之间通电，对单电池BT1～BT55的输出电压进行放电。即，放电电路40作为设置在每一个单电池BT1～BT55上、将单电池BT1～BT55的正极、负极之间通电、对单电池BT1～BT55的输出电压进行放电的放电单元发挥作用。
另外，电压检测用IC（21-1）～（21-5）分别具有A/D转换器26（参照后述图2，记作“ADC”），利用由A/D转换器26用基准电源71-1～71-5（参照图1）输出的基准电压（内置基准电压的IC使用内置的基准电压），将针对每个组件（第一组件～第五组件）检测出的电压信号转换为数字电压信号。
进而，第二～第五电压检测用IC（21-2）～（21-5）通过通信线路31与第一电压检测用IC（21-1）连接，该第一电压检测用IC（21-1）经由绝缘接口32与设置在低压侧装置12侧的主微机（电压剩余量测量单元、差分值运算单元、均衡处理控制单元）33连接。即，主微机33与各电压检测用IC（21-1）～（21-5）借助绝缘接口32以雏菊链通信方式连接。
低压侧装置12设有输出5V直流电压的调节器（regulator）52。该稳压器52基于搭载于车辆上的蓄电池（电源）51所输出的电压（例如，12V）生成稳定的5V直流电压并供给主微机33。
根据本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10的主微机33，在向各电压检测用IC（21-1）～（21-5）输出电压检测指令信号并取得电压检测信号后，则基于至少一个单电池的输出电压（例如，单电池BT1～BT55中最低的输出电压），求出二次电池13的SOC（State ofCharge：充电状态，以下称为“电压剩余量”）。然后判断该电压剩余量是否为预定剩余量（第一阈值以下或第二阈值以上）。即，主微机33作为电压剩余量测量单元发挥作用，其基于由各电压检测用IC（21-1）～（21-5）测量的至少一个单电池BT1～BT55的输出电压，求出二次电池13的电压剩余量，判断该电压剩余量是否为预先设定的预定剩余量。
此外，当主微机33向各电压检测用IC（21-1）～（21-5）发出电压检测指令信号并取得电压检测信号时，将基于该电压检测信号求出从各单电池BT1～BT55的输出电压减去预先设定的基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得到的值）的差分值。即，主微机33作为差分值运算单元发挥作用，其求出从各电压检测用IC（21-1）～（21-5）测量的各单电池BT1～BT55的输出电压中减去预先设定的预定的基准电压（例如，最低输出电压（例如，3V）加上预定的电压值（例如，0.02V）而得的值）的差分值。
并且，当存在着求出的差分值在第一电压阈值以上（例如，1.5V以上）的单电池时，利用设在该单电池中的放电电路40（参照图2和图3）进行放电，主微机33执行使各单电池BT1～BT55的输出电压均衡的均衡处理操作。即，主微机33作为均衡处理控制单元发挥作用，其在存在着求出的差分值在第一电压阈值以上的电池时，利用设在该电池中的放电电路40进行放电，实现各单电池BT1～BT55的输出电压的均衡。在均衡处理中，以全部差分值在第二电压阈值以下（例如，0.5V）作为结束各单电池BT1～BT55的均衡处理的条件。
此外，在求得的电压剩余量并非预定剩余量时，主微机33以距上次均衡处理经过了预先设定的第一等待时间（例如1小时）为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
另一方面，当求得的电压剩余量为预定剩余量时，以距上次的均衡处理经过了比第一等待时间（例如1小时）短的第二等待时间（例如30分钟）为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。详细情况将在后文进行说明。
接着，参照图2对本发明实施方式的电压检测用IC的详细结构进行说明。图2是本发明实施方式的第一电压检测用IC（21-1）的内部结构的示意框图。此外，由于第二电压检测用IC～第五电压检测用IC（21-2）～（21-5）与第一电压检测用IC21-1具有大致相同的结构，因此省略其详细说明。
如图2所示，第一电压检测用IC21-1具有：设于每个单电池BT1～BT11的放电电路40；将由单电池BT1～BT11输出的功率输入，以生成预定电压的电源电路23；经由放电电路40与设置在组件61-1中的各单电池BT1～BT11连接，检测各单电池的输出电压的电池电压输入部22；将由电池电压输入部22输出的各单电池的电压信号转换为单系统时序信号的多路转换器25；和将从多路转换器25输出的单位电池的电压信号转换为数字信号的A/D转换器26。
A/D转换器26使用由基准电源71-1（参照图1）输出的基准电压，将模拟信号转换为数字信号。另外，第一电压检测用IC21-1具有控制部27和两个通信I/F35a、35b（第一电压检测用IC21-1也可以仅有通信I/F35a）。
控制部27全面控制第一电压检测用IC（21-1）。特别是在通过图1所示的主微机33发送了电池电压的电压检测指令信号的情况下，将由电池电压输入部22检测的单电池BT1～BT11的输出电压经由通信I/F35a、35b输送到主微机33。
此外，当通过图1所示的主微机33发送了电池的放电开始指令信号时，控制部27使放电电路40开始执行接受了放电开始指令的电池的输出电压放电，当发送了电池的放电结束指令信号时，控制部27结束由放电电路40执行的放电。
接着，参照图3对本发明实施方式的放电电路进行说明。图3是本发明实施方式的设于单电池BT1～BT3的放电电路的电路图。此外，由于单电池BT4～BT55与单电池BT1～BT3具有相同的电路结构，因此省略其详细说明。
如图3所示，放电电路40设于每一个单电池BT1～单电池BT3，在单电池BT1～单电池BT3的正极和负极之间通电，进行电池输出电压的放电。放电电路40分别具有开关SW（开关SW1～开关SW3）和阻抗R（阻抗R1～阻抗R4）。并且，基于由图1所示的主微机33发送的放电开始指令信号或放电结束指令信号，控制开关SW（开关SW1～开关SW3）的导通/切断（ON/OFF），控制单电池BT1～BT3的输出电压的放电。
例如，当由图1所示的主微机33发送了单电池BT1的放电开始指令信号时，控制部27（参照图2）将设于单电池BT1的开关SW1导通，开始执行单电池BT1的输出电压的放电。
当开始放电时，在主微机33中通过定时器（图示省略）对单电池BT1的放电时间进行计时。并且，在开始放电并经过了预定时间（例如，3分钟）后，发送单电池BT1的放电结束指令信号，控制部27将设于单电池BT1的开关SW1切断，从而结束单电池BT1的输出电压的放电。
接着，对本发明实施方式的二次电池的电压剩余量进行说明。图4为本发明实施方式的二次电池的电压剩余量与输出电压的关系特性示意图。图5（a）为本发明实施方式的单电池的输出电压进行放电后的输出电压和电压偏差与时间的关系特性示意图。图5（b）为将图5（a）所示的放电结束前后进行放大的放大图。图6为现有的均衡处理实施区域的示意图。图7为本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的均衡处理实施区域的示意图。
如图4所示，当二次电池13处于积累了足够的电荷的满电附近状态下，或者，当二次电池13处于失去已积累电荷的放电结束附近的状态下，相对于电压剩余量（SOC）的变化，输出电压的灵敏度提高，所以在较少的电压剩余量的变化下，输出电压将发生较大变化。
换言之，在电压剩余量（例如，以充满电的状态为100%、完全放电的状态为0%时，能够实际使用的电池量）为20%（第一阈值）以下的区域，和在电压剩余量为80%（第二阈值）以上的区域中，相对于电压剩余量的变化，输出电压的变化较灵敏。因此，表示电压剩余量与输出电压的关系的曲线L1在满电附近和放电结束附近的斜率增大（输出电压相对于电压剩余量的变化率较大）。
另一方面，在电压剩余量为20%以上、80%以下的电压剩余量的中间区域，相对于电压剩余量的变化，输出电压的变化不灵敏。因此，表示电压剩余量与输出电压的关系的曲线L1在电压剩余量的中间区域的斜率较小，为定值。即，在中间区域，表示电压剩余量与输出电压关系的曲线L1呈直线状（参照图4的中间区域）。
如图5（a）和图5（b）所示，当二次电池13的单电池BT1～BT55放电时（图5（a）和图5（b）为七个单电池放电时的示意图），在放电结束附近，电压的偏差（各单电池BT1～BT55的输出电压之差，最高输出电压与最低输出电压之差）扩大。当电压偏差扩大时，二次电池13容易处于过充电状态或者过放电状态。
如图6所示，以往，搭载于混合动力车辆的用作用于驱动车辆驱动用电机的高压电池的二次电池在电压剩余量为中间区域（参照图4）时使用。因此，仅在电压剩余量位于中间区域（图6的均衡处理实施区域）时进行均衡处理。因此，由于不能在相对于电压剩余量的变化的输出电压灵敏度提高的满电附近和放电结束附近，特别是电压偏差扩大的放电结束附近执行均衡处理，因此对高精度电池电压检测精度有需求。
即，当执行均衡处理时，基于由电压检测用IC（21-1）～（21-5）检测出的单电池BT1～BT55的输出电压，对各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理。因此，在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度不高的中间区域（参照图4），会出现因电压检测用IC（21-1）～（21-5）检测的单电池BT1～BT55的输出电压精度的不同，进行均衡处理的基准电压值也不同的情况。
特别是电动汽车或外接充电式混合动力车辆等，二次电池的使用区域不仅是中间区域（参照图4），在满电附近进和放电结束附近（参照图4）也能使用，因此二次电池的使用区域扩大。
因此，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10通过在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高的满电附近及放电结束附近，特别是在电压偏差扩大的放电结束附近执行均衡处理，就能够以高精度实现各单电池BT1～BT55的输出电压的均衡。
即，如图7所示，在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的电压剩余量在20%（第一阈值）以下的区域（图7的均衡处理实施区域），和在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高的电压剩余量为80%（第二阈值）以上的区域（图7的均衡处理实施区域），也将执行均衡处理。
并且，在图6所示的均衡处理实施区域的范围内，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10以距上次均衡处理经过了预先设定的第一等待时间（例如1小时）为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
此外，在图7所示的均衡处理实施区域的范围内，以距上次均衡处理经过了比第一等待时间短的第二等待时间（例如30分钟）为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
这样，在图7所示的均衡处理实施区域的范围内，即，电压剩余量在20%（第一阈值）以下的区域内，和电压剩余量在80%（第二阈值）以上的区域内，输出电压相对于电压剩余量的灵敏度高，而且，由于在电压剩余量为20%（第一阈值）以下的区域内的电压的偏差扩大，因此，通过以较短时间反复进行均衡处理，就能够以高精度对各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理。
此外，通过在电压剩余量在第一阈值（例如，20%）以下的区域（相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的区域）、或在第二阈值（80%）以上的区域（相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高的区域）时进行均衡处理，就能够以高精度检测出的单电池BT1～BT55的输出电压为基准电压，执行电压剩余量的均衡处理。因此，不会出现因电压检测用IC（21-1）～（21-5）检测单电池BT1～BT55的输出电压的精度导致作为均衡处理基准的基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定电压值（例如0.02V）而得的值）值的不同。
因此，能够提供一种能够以高精度对各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理的二次电池13的单电池电压均衡处理装置10。
接着，对上述组成的本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10的动作进行说明。图8是本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置的均衡处理的流程示意图。
首先，主微机33在至二次电池13的单电池BT1～BT55的输出电压稳定为止的一定时间内停止动作（步骤S1）。
接着，主微机33向各电压检测用IC（21-1）～（21-5）输出初始电压检测指令信号（步骤S2）。受到主微机33指令的各电压检测用IC（21-1）～（21-5）检测各组件的单电池BT1～BT55的输出电压，将检测到的各单电池BT1～BT55的电压信号借助通信I/F35a、35b发送到主微机33。
然后，主微机33从各电压检测用IC（21-1）～（21-5）取得初始电压检测信号（步骤S3）。
接着，主微机33计算电压剩余量（步骤S4）。基于步骤S3中所得的电压检测信号计算电压剩余量。具体而言，基于单电池BT1～BT55的输出电压中的最低输出电压计算二次电池13的电压剩余量（例如，以满电状态为100%、完全放电状态为0%时，能实际使用的电池量）。
然后，主微机33计算初始差分值（步骤S5）。初始差分值基于步骤S3中取得的电压检测信号进行计算。具体而言，设定单电池BT1～BT55的输出电压中的最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的基准电压（例如，3V+0.02V=3.02V），求出由各单电池BT1～BT55减去基准电压而得的差分值。
这样，通过对最低电压值加上预定的电压值而得的基准电压进行设定，能够防止各单电池BT1～BT55的输出电压比最低电压值还低，即，能够防止二次电池13处于过度放电状态。
接着，主微机33判断初始差分值是否在第一电压阈值以上（步骤S6）。即，判断是否存在步骤S5中算出的初始差分值在第一电压阈值（例如，1.5V）以上的单电池。
当主微机33判断为不存在初始差分值在第一电压阈值以上的单电池时（步骤S6：NO），处理转至步骤S15。换言之，当判断为电压偏差（各单电池BT1～BT55的输出电压之差，最高输出电压与最低输出电压之差）小时，则不执行由放电电路40执行的对单电池（BT1～BT55）的输出电压进行放电的放电处理（步骤S7～步骤S14的处理）。
另一方面，当主微机33判断为存在初始差分值在第一电压阈值以上的单电池时（步骤S6：YES），则向电压检测用IC（21-1）～（21-5）输出放电开始指令信号（步骤S7）。换言之，当存在着步骤S5中算出的初始差分值在第一电压阈值（例如1.5V）以上的单电池时，则判断为单电池BT1～BT55的输出电压的偏差较大（各单电池BT1～BT55的输出电压之差大，最高输出电压与最低输出电压之差大），输出用于使初始差分值在第一电压阈值以上的单电池中所设置的放电电路40的开关SW（参照图3）导通的信号。
由主微机33指令的各电压检测用IC（21-1）～（21-5）使得设于被指令开始放电的单电池中的放电电路40的开关SW（参照图3）导通，开始进行电池输出电压的放电。
然后，主微机33判断是否经过了预定时间（步骤S8）。当主微机33判断为未经过预定时间时（步骤S8：NO），保持待机，直至经过预定时间。
另一方面，当主微机33判断为经过了预定时间时（步骤S8：YES），向电压检测用IC（21-1）～（21-5）输出放电结束指令信号（步骤S9）。即，主微机33通过定时器（省略图示）对电池的输出电压执行放电的时间进行计时。并且，从放电开始后经过了预定时间（例如3分钟）后，发送放电结束指令信号。
从主微机33接受了指令的各电压检测用IC（21-1）～（21-5）通过将设于正在放电的单电池的放电电路40的开关SW（参照图3）切断（OFF），来结束电池输出电压的放电。
接着，主微机33在至二次电池13的单电池BT1～BT55的输出电压稳定为止的一定时间内停止动作（步骤S10）。
然后，主微机33向各电压检测用IC（21-1）～（21-5）输出电压检测指令信号（步骤S11）。受到主微机33指令的各电压检测用IC（21-1）～（21-5）检测各组件的单电池BT1～BT55的输出电压，将检测出的各单电池BT1～BT55的电压信号经由通信I/F35a、35b发送到主微机33。
然后，主微机33从各电压检测用IC（21-1）～（21-5）取得电压检测信号（步骤S12）。
接着，主微机33计算差分值（步骤S13）。差分值基于步骤S12中所取得的电压检测信号进行计算。具体而言，设定单电池BT1～BT55的输出电压中的最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的基准电压（例如，3V+0.02V=3.02V），求出由各单电池BT1～BT55减去基准电压而得的差分值。
接着，主微机33判断差分值是否在第二电压阈值以下（步骤S14）。即，判断步骤S12中所算出的全部差分值是否在被设定为小于第一电压阈值（例如1.5V）的第二电压阈值（例如0.5V）以下（判断由各单电池BT1～BT55减去基准电压而得的差分值是否均在第二阈值以下）。
当主微机33判断为并非全部差分值均在特定阈值以下时（步骤S14：NO），返回步骤S7的处理。换言之，使用放电电路40反复进行（使用差分值被设置在第二电压阈值以上的电池中的放电电路40反复进行放电）对单电池（BT1～BT55）的输出电压执行放电的放电处理（步骤S7～步骤S14的处理），直到全部差分值均在第二电压阈值以下。
另一方面，当主微机33在步骤S6的处理中判断为没有差分值在第一电压阈值以上的电池时（步骤S6：NO），或者在步骤S14的处理中当判断为差分值均在第二电压阈值以下时（步骤S14：YES），判断电压剩余量是在第一阈值以下还是在第二阈值以上（步骤S15）。即，判断在步骤S4中所计算出的二次电池13的电压剩余量是在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高且电压偏差扩大的电压剩余量在第一阈值（例如，20%）以下的区域（参照图7），还是在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高、电压剩余量在第二阈值（例如，80%）以上的区域（参照图7）。
电压剩余量是否在第一阈值以下或者是否在第二阈值以上的判断，是基于二次电池13的特性，将表示电压剩余量和输出电压关系的曲线L1的斜率变化值（相对于电压剩余量的变化，输出电压的变化率较大的值，参照图4）作为阈值（第一阈值以及第二阈值）预先保存到存储器（未图示）中，主微机33基于相对于电压剩余量的变化的输出电压变化率较大的值，即阈值（第一阈值以及第二阈值）进行判断。
当主微机33判断为电压剩余量不在第一阈值以下或者不在第二阈值以上时（步骤S15：NO），判断是否经过了第一等待时间（步骤S16）。换言之，当电压剩余量不在相对于电压剩余量的变化输出电压灵敏度高的满电附近和放电结束附近时，判断是否经过了第一等待时间（例如1小时）。
当主微机33判断为未经过第一等待时间时（步骤S16：NO），保持待机，直至经过了第一等待时间。
另一方面，当主微机33判断为经过了第一等待时间时（步骤S16：YES），返回步骤S2的处理。换言之，以距上次的均衡处理（步骤S2～步骤S14的处理）经过了第一等待时间为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
另一方面，当主微机33判断为电压剩余量在第一阈值以下或者在第二阈值以上时（步骤S15：YES），判断是否经过了第二等待时间（步骤S17）。换言之，当电压剩余量在相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高的满电附近和放电结束附近时，判断是否经过了比第一等待时间短的第二等待时间。
当主微机33判断为未经过第二等待时间时（步骤S17：NO），保持待机，直至经过了第二等待时间。
另一方面，当主微机33判断为经过了第二等待时间时（步骤S17：YES），返回步骤S2的处理。即，以距上次的均衡处理（步骤S2～步骤S14的处理）经过了比第一等待时间短的第二等待时间为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
这样，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10是将多个单电池BT1～BT55进行串联连接以输出期望的电压的二次电池13的各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理的单电池电压均衡处理装置10，具有：测量各单电池BT1～BT55的输出电压的各电压检测用IC（21-1）～（21-5）；设置在各单电池BT1～BT55的每一个上，在单电池BT1～BT55的正极、负极之间通电，对单电池BT1～BT55的输出电压进行放电的放电电路40；和基于各电压检测用IC（21-1）～（21-5）所测量的至少一个单电池的输出电压（例如，单电池BT1～BT55中的最低输出电压值），求出二次电池13的电压剩余量，判断该电压剩余量是否为预先设定的第一阈值（例如20%）以下的预定剩余量，求取由各电压检测用IC（21-1）～（21-5）测量的各单电池BT1～BT55的输出电压减去预先设定的预定的基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的值）的差分值，当存在求出的差分值在第一电压阈值（例如，1.5V）以上的单电池时，通过设于该单电池的放电电路40进行放电，使各单电池BT1～BT55的输出电压均衡的主微机33。并且，在电压剩余量不是预定剩余量的情况下，以距上次均衡处理经过了预先设定的第一等待时间（例如1小时）为条件，主微机33执行各单电池BT1～BT55的均衡处理，当电压剩余量为预定剩余量时，以距上次均衡处理经过了比第一等待时间短的第二等待时间（例如，30分钟）为条件，主微机33执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。
此外，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10除了二次电池13的电压剩余量为第一阈值（例如20%）以下的情况外，还将设定为比第一阈值大的第二阈值（例如80%）以上的情况作为预定剩余量。
而且，本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10以由主微机33从各单电池BT1～BT55的输出电压减去基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的值）的差分值全部在设定为比第一电压阈值（例如1.5V）小的第二电压阈值（例如0.5V）以下为条件，结束各单电池BT1～BT55的均衡处理。
并且，根据本发明实施方式的单电池电压均衡处理装置10，由于在二次电池13的电压剩余量为第一阈值（例如20%）以下的区域（相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高、电池的电压偏差易扩大的区域）执行均衡处理，因此能够高精度地执行均衡处理。
此外，二次电池13的电压剩余量在电压剩余量为第一阈值（例如20%）以下的区域（相对于电压剩余量的变化，输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的区域）的情况下，以从上次的均衡处理（步骤S2～步骤S14的处理）开始，经过了比第一等待时间（例如1小时）短的第二等待时间（例如30分钟）为条件，执行各单电池BT1～BT55的均衡处理。因此，二次电池13的电压剩余量在能够高精度执行均衡处理的电压剩余量的情况下，在距上次的均衡处理较短的时间内再次执行均衡处理，由此能够对各单电池BT1～BT55的输出电压进行高精度均衡处理。
另外，二次电池13的电压剩余量在电压剩余量为第一阈值（例如20%）以下的区域（相对于电压剩余量的变化输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的区域）的情况下，通过执行均衡处理（步骤S2～步骤S14的处理），能够以高精度检测出的单电池BT1～BT55的输出电压为基准电压执行均衡处理。因此，不会出现因电压检测用IC（21-1）～（21-5）对单电池BT1～BT55的输出电压进行检测的精度的差异，导致作为均衡处理基准的基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的值）的不同。
因此，能够提供一种可对各单电池BT1～BT55的输出电压进行高精度均衡处理的二次电池13的单电池电压均衡处理装置10。
此外，二次电池13的电压剩余量除了将相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的电压剩余量为第一阈值（例如20%）以下的区域（参照图7）的情况之外，还将相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高的电压剩余量为第二阈值（例如80%）以上的区域（参照图7）的情况作为预定剩余量，执行均衡处理（步骤S2～步骤S14的处理）。因此，能够以更高精度对各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理。
而且，通过在相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的电压剩余量在第一阈值以下的区域（参照图7），或者相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压剩余量在第二阈值以上的区域（参照图7）执行均衡处理，就能够即时不使用高精度的电压检测用IC，也能够对单电池BT1～BT55的输出电压进行高精度均衡处理。此外，由于无需高精度的电压检测用IC，也能够降低电压监测系统的成本。
此外，以从各单电池BT1～BT55的输出电压减去基准电压（例如，最低输出电压（例如3V）加上预定的电压值（例如0.02V）而得的值）的所有差分值均在第二电压阈值以下（例如0.5V）为条件，结束各单电池BT1～BT55的均衡处理。因此，能够防止二次电池13的过放电状态，能够以高精度对各单电池BT1～BT55的输出电压进行均衡处理。
而且，不会出现为了提高电池输出电压的检测精度而使用高精度的电压检测用IC所导致的结构部件增加、用于管理结构部件的工序的增加、制造成本增加等问题，与使用高精度的电压检测用IC的情况相比，能够通过减少结构部件实现轻量化。
此外，通过在相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压偏差扩大的电压剩余量在第一阈值以下的区域（参照图7），或者相对于电压剩余量的变化的输出电压的灵敏度高、电压剩余量在第二阈值以上的区域（参照图7）执行均衡处理，能够进行高效的均衡处理。因此，能够减少耗电量，减少不必要的充电，从而有效利用电力。
以上，基于图示的实施方式对本发明的二次电池的单电池电压均衡处理装置进行了说明，但本发明并不限于此，各部分的结构能够替换为具有同样功能的任意结构。
例如，在上述实施方式中，对二次电池13的电压剩余量基于最低输出电压进行计算的情况进行了说明，但本发明并不限于此，可以基于输出电压的平均值进行计算，也可以基于特定的电池进行计算。
此外，在上述实施方式中，关于基准电压，对单电池BT1～BT55的输出电压中的最低输出电压（例如，3V）加上预定的电压值（例如，0.02V）而得的值（例如，3.02V）进行设定的情况进行了说明。但本发明并不限于此，基准电压可以是单电池BT1～BT55的输出电压中的最低输出电压（不加和预定的电压值）值，也可以是单电池BT1～BT55的输出电压的平均值。
另外，在上述实施方式中，对于一旦开始放电，由主微机33通过计时器对放电时间进行计时的情况进行了说明。但本发明并不限于此，也可以由控制部27通过计时器等对放电时间进行计时，经过预定时间之后，将放电电路40的开关置于切断状态（OFF）。
产业实用性
本发明在提供能够以高精度实现各单电池的输出电压的均衡的多节电池组的单电池电压均衡处理装置方面极其有效。

Claims (3)

1.一种多节电池组的单电池电压均衡处理装置，其特征在于，
所述多节电池组的单电池电压均衡处理装置用于将多节单电池串联连接对输出所需电压的多节电池组中的各所述单电池的输出电压进行均衡处理，所述多节电池组的单电池电压均衡处理装置具有：
电压测量单元，所述电压测量单元对所述各单电池的输出电压进行测量；
放电单元，所述放电单元设置在所述各单电池的每一个中，用于在单电池的正极和负极之间通电，并对所述单电池的输出电压进行放电；
电压剩余量测量单元，所述电压剩余量测量单元基于由所述电压测量单元测量的至少一个单电池的输出电压，求出所述多节电池组的电压剩余量，判断所述电压剩余量是否为预先设定的第一阈值以下的预定剩余量；
差分值运算单元，所述差分值运算用于求出所述电压测量单元所测量的各单电池的输出电压减去预先设定的预定的基准电压的差分值；和
均衡处理控制单元，当存在有通过所述差分值运算单元求出的差分值在第一电压阈值以上的单电池时，所述均衡处理控制单元利用设于所述单电池中的所述放电单元进行放电，由此使各单电池的输出电压均衡，
所述均衡处理控制单元在所述电压剩余量测量单元所测量的电压剩余量不是所述预定剩余量的情况下，以距上次的均衡处理经过了预先设定的第一等待时间为条件，执行所述各单电池的均衡处理，
所述均衡处理控制单元在电压剩余量为所述预定剩余量的情况下，以距上次的均衡处理经过了比所述第一等待时间短的第二等待时间为条件，执行所述各单电池的均衡处理。
2.根据权利要求1所述的多节电池组的单电池电压均衡处理装置，其特征在于，
除了所述多节电池组的电压剩余量在所述第一阈值以下的情况以外，所述电压剩余量在第二阈值以上的情况也作为所述预定剩余量，其中，所述第二阈值设定为大于所述第一阈值。
3.根据权利要求1或2所述的多节电池组的单电池电压均衡处理装置，其特征在于，
以由所述差分值运算单元从各单电池的输出电压减去所述基准电压而得到的差分值全部在第二电压阈值以下为条件，所述均衡处理控制单元结束所述各单电池的均衡处理，所述第二阈值设定为小于所述第一电压阈值。
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