CN103311979A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制过大电流的电池系统。电池系统(203B)并联连接多个具有电池组(V1)和与所述电池组(V1)串联连接的开关电路(SW1)的电池单元(BTU1)而构成，其中，电池组(V1)连接多个蓄电池而成。开关电路(SW1)并联连接对第1开关(Sa1)及电阻值已知的预充电电阻(Zpr1)进行串联连接的第1电路(Ca1)、以及具有第2开关(Sb1)的第2电路(Cb1)而构成。控制多个电池单元(BTU1、…、BTUn)的输出的控制器(CTRB)在将连接对象电池单元(BTU1)连接于电池系统(203B)时，利用等电流条件来控制将第2开关(Sb1)设为接通状态的时机。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及将具有连接多个蓄电池而构成的电池模块和与电池模块串联连接的开关电路的电池单元并联连接多个而成的电池系统。
背景技术
最近，基于被称为可再生能源的风力发电或太阳能发电等自然能源的电力系统(综合了发电、变电、送电、配电的系统)得到提高。在利用了可再生能源的电力系统中，具有对自然环境的影响小的优点，但是其发电能力被自然环境左右。具体而言，由于风力或太阳光的强度时时刻刻都在变化，因此担心会对电力系统带来频率变动或电压变动等不良影响。
作为消除这种顾虑的方法之一，近几年，稳步地推进了电力贮藏用电池系统的开发及向电力系统的实验性导入。
作为现有技术中的电池系统，专利文献1公开了将具有连接多个蓄电池而构成的电池模块、和与电池模块串联连接的开关电路的电池单元并联连接多个而成的电池系统，该电池系统被搭载在电动汽车上。
详细而言，专利文献1的电池系统具有与逆变器(将直流电力变换为交流电力)等电力装置并联连接的多个电池单元、检测多个电池单元的每一个的电压值的电压传感器、和控制多个电池单元中的输出的控制器。开关电路并联连接第1电路和第2电路而构成，其中，第1电路串联连接有第1开关及预充电电阻，第2电路具有第2开关。第1及第2开关根据控制器的控制信号进行开闭动作。
在专利文献1的电池系统中，例如，为了进行个别电池单元的维护，有时要从电池系统卸载部分电池单元。在这样被部分卸载的电池单元中，有时因极化等，蓄电池的内部电阻不同于仍与电池系统连接着的电池单元所具有的蓄电池的内部电阻。若在不考虑这种电池单元所具有的蓄电池的内部电阻的变动的情况下将电池单元连接到电池系统，则作为连接对象的电池单元中有可能会流过过大的电流。
为了解决这种问题，在将作为连接对象的电池单元连接到电池系统时，控制器首先将第1开关从断开状态切换到接通状态。由此，电池单元经由预充电电阻被连接在电池系统上。之后，控制器将第2开关从断开状态切换到接通状态。由此，电池单元不经由预充电电阻，而是直接与电池系统连接。
根据专利文献1的电池系统，在将作为连接对象的电池单元连接到电池系统时，能够抑制有可能连接后立刻流过的突流(rush current)等过大电流。
专利文献
专利文献1：日本特开2011-211790号公报
但是，在专利文献1的电池系统中，在将作为连接对象的电池单元与电池系统连接时，控制器将第1开关从断开状态切换到接通状态之后，若确认到电池系统的两端电压值与作为连接对象的电池单元的两端电压值之差比规定值小，则按照将第2开关从断开状态切换成接通状态的方式进行控制(参照专利文献1的段落0131)。
但是，将基于所述电压差的从第2开关的断开状态切换到接通状态的切换控制例如应用于利用了可再生能源的电力系统的电力贮藏用的电池系统中时，有可能导致无法抑制过大电流的事态。
进一步说明的话，在处于放电状态的电池系统上连接了作为连接对象的电池单元(将第2开关从断开状态切换到接通状态)之后，与连接后的电池单元相比，原来已连接的电池单元中会流过更多的放电电流。这是因为在所述电池系统中，与未连接的电池单元相比，原来已连接的电池单元具有更高的开路电压(OCV)。经过如所述的放电电流的流通过程，使连接后的电池单元、和原来已连接的电池单元各自中流过的放电电流的大小随时间收敛成相互一致。
假设在所述收敛过程中连接后的电池系统的状态从放电被切换到充电。需要说明的是，在利用了可再生能源的电力系统的电力贮藏用电池系统中可能会突发引起这种电池系统的状态的切换。于是，充电电流集中流过连接后的电池单元。这是因为，在所述电池系统中，连接后的电池单元与原来已连接的电池单元相比具有更低的开路电压(OCV)。
因此，在将基于所述电压差的从第2开关的断开状态切换到接通状态的切换控制应用于利用了可再生能源的电力系统的电力贮藏用电池系统中时，有可能导致无法抑制过大电流的事态。而在专利文献1的电池系统中并没有提及抑制如上所述那样有可能产生的过大电流的方法。
发明内容
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种即使在作为连接对象的电池单元与电池系统连接之后突然将连接后的电池系统的状态从放电切换到充电时也能够抑制过大电流的电池系统。
为了达成上述目的，本发明所涉及的电池系统并联连接多个具有电池组和开关电路的电池单元而构成，所述电池组连接多个蓄电池而成，所述开关电路与所述电池组串联连接，所述开关电路并联连接第1电路和具有第2开关的第2电路而构成，其中，所述第1电路串联连接第1开关及电阻值已知的预充电电阻而成，多个所述电池单元分别具有：电池组电压检测部，其检测所述电池组的两端的电压差；和第1电流检测部，其检测流过所述电池组的电流，所述电池系统具有检测流过该电池系统的电流的第2电流检测部，所述电池系统具备控制多个所述电池单元的输出的控制器，在将作为连接对象的电池单元即连接对象电池单元与所述电池系统连接时，在所述连接对象电池单元中，所述控制器基于将所述第1开关设为接通状态且将所述第2开关设为断开状态之后将所述第1开关设为断开状态且将所述第2开关设为接通状态时的、所述第1电流检测部的电流检测信息、所述第2电流检测部的电流检测信息、以及所述电池组电压检测部的电压检测信息，来控制所述第1及第2开关的接通和断开状态。
(发明效果)
根据本发明所涉及的电池系统，即使在作为连接对象的电池单元与电池系统连接之后突然将连接后的电池系统的状态从放电切换到充电时也能够抑制过大电流。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的电池系统所应用的电力系统的概要的框图。
图2是示意性表示本发明所涉及的电池系统的层级结构的框图。
图3A是比较例所涉及的电池系统的电路图。
图3B是表示比较例所涉及的电池系统的控制器的输入输出信号的图。
图4A是作为第2开关的接通条件采用了等电压条件时的、比较例所涉及的电池系统的动作说明图。
图4B是作为第2开关的接通条件采用了等电压条件时的、比较例所涉及的电池系统的动作说明图。
图4C是作为第2开关的接通条件采用了等SOC条件时的、比较例所涉及的电池系统的动作说明图。
图4D是作为第2开关的接通条件采用了等SOC条件时的、比较例所涉及的电池系统的动作说明图。
图5A是本发明的实施方式所涉及的电池系统的电路图。
图5B是表示本发明的实施方式所涉及的电池系统的控制器的内部结构及输入输出信号的图。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的电池系统的动作的流程图。
图7A是作为第2开关的接通条件采用了等电流条件时的、本发明的实施方式所涉及的电池系统的动作说明图。
图7B是作为第2开关的接通条件采用了等电流条件时的、本发明的实施方式所涉及的电池系统的动作说明图。
图7C是作为第2开关的接通条件采用了等电流条件时的、本发明的实施方式所涉及的电池系统的动作说明图。
符号说明：
201             本发明所涉及的电池系统
203A            比较例所涉及的电池系统
203B            电池包(本发明的实施方式所涉及的电池系统)
213             电池模块(电池组、电池单元)
217             单电池(蓄电池)
251             电池块
V1-Vn           电池组
SW1、…、SWn    开关电路
Sa1、…、San    第1开关
Sb1、…、Sbn    第2开关
BTU1、…、BTUn  电池单元
I1、…、In      第1电流检测部
I0              第2电流检测部
Z1、…、Zn      电池组的内部电阻
Va1、…、Van    电池单元电压检测部
Vb1、…、Vbn    电池组电压检测部
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式所涉及的电池系统。
〔本发明所涉及的电池系统所应用的电力系统的概要〕
首先，参照图1，说明本发明所涉及的电池系统所应用的电力系统的概要。图1是表示本发明所涉及的电池系统201所应用的电力系统101的概要的框图。
在基于风力发电或太阳能发电等自然能源的电力系统中，具有对自然环境的影响小的优点，但是其发电能力被自然环境左右。具体而言，由于风力或太阳光的强度时刻都在变化，因此担心会对电力系统带来频率变动、电压变动等不良影响。
作为消除这种顾虑的方法之一，如图1所示，提出了与自然能源发电装置同时设置电池系统来实现电力系统的频率变动、电压变动的抑制的电力系统101。
如图1所示，电力系统101构成为具备电力系统102、发电装置103、逆变器104、和本发明所涉及的电池系统201。
另外，本发明所涉及的电池系统201的概念是包括相当于后述的本发明的实施方式所涉及的电池系统的电池包203。
发电装置103例如具有向电力系统102供给基于自然能源发电的电力的功能。在连接发电装置103和电力系统102的电线105上，分别经由连结点A及逆变器104连接了本发明所涉及的电池系统201。
逆变器104具有：将由发电装置103发电的电力变换为直流电力并向电池系统201输送变换后的直流电力的功能、和将蓄积在电池系统201中的直流电力变换为交流电力并向电力系统102输送变换后的交流电力的功能。对负载的送电是经由交流电力系统102进行的。
在作为发电装置103而采用了自然能源发电装置103的情况下，其输出受到天气或季节等自然环境的变化所带来的影响而变动。该输出变动导致电力系统102的频率变动、电压变动，成为降低电力系统102的电力品质的要因。
在这一点上，本发明所涉及的电池系统201起到使电力系统102的频率和电压的变动收敛于规定范围内的功能。即，电池系统201具有如下的所谓的缓冲功能：在向电力系统102供给了过剩的电力时，使电池系统201充电该过剩电力，在电力不足时，使蓄积在电池系统201中的电力放电。由此，本发明所涉及的电池系统201能够抑制电力系统102的频率变动、电压变动。
〔本发明所涉及的电池系统201的层级结构〕
接着，参照图2说明本发明所涉及的电池系统201的层级结构。图2是示意性表示本发明所涉及的电池系统201的层级结构的框图。
例如，如图2所示，本发明所涉及的电池系统201构成为彼此层级化了连接多个单电池(相当于本发明的“蓄电池”)217而成的电池模块(相当于本发明的“电池组”及“电池单元”)213、并联连接多个电池模块213而成的电池包(相当于本发明的“电池系统”)203、和连接多个电池包203而成的电池块251。
另外，电池模块213包括串联连接了多个单电池217而成的部分、并联连接了多个单电池217而成的部分、以及通过串联及并联的组合连接了多个单电池217而成的部分。
如图2所示，电池模块213具备多个单电池217、和单电池监视部(CCU)218。
多个单电池217的每一个例如是锂离子电池或铅电池等二次电池，具有如下功能：暂时对从电力系统102经由逆变器104供给的直流电力进行充电，另一方面使蓄积在单电池217中的直流电力根据需要进行放电。
单电池监视部(CCU)218具有如下功能：测量多个单电池217每一个的端子间电压、温度、电流，获得各单电池217每一个的充电状态(SOC：State Of Charge)的信息。此外，单电池监视部218具有基于多个单电池217每一个的端子间电压进行过充电或过放电的诊断的功能。
如图2所示，电池包203具备多个电池模块213和电池控制装置(BCU)215。电池控制装置(BCU)215相当于本发明的“控制器”。
与单电池217相同，多个电池模块213的每一个具有如下功能：暂时对从电力系统102经由逆变器104供给的直流电力进行充电，另一方面使蓄积在电池模块213中的直流电力根据需要进行放电。
电池控制装置(BCU)215具有如下功能：经由未图示的通信介质，向自身的上位控制装置即统一控制装置(IBCU)261及系统控制装置(BSCU)271，报告经由未图示的通信介质从单电池监视部218获取的多个单电池217中每一个单电池的充电状态信息、电池包203的管理信息。
如图2所示，电池块251具备多个电池包203和统一控制装置(IBCU)261。
与单电池217或电池模块213相同，多个电池包203的每一个具有如下功能：暂时对从电力系统102经由逆变器104供给的直流电力进行充电，另一方面使蓄积在电池包203中的直流电力根据需要进行放电。
统一控制装置(IBCU)261具有如下功能：经由通信介质，向自身的上位控制装置即系统控制装置(BSCU)271，报告经由通信介质从电池控制装置(BCU)215获取的信息、电池块251的管理信息。系统控制装置(BSCU)271具有进行多个电池块251的动作管理的功能。
〔本发明所涉及的电池系统的概要〕
在说明本发明的实施方式之前，说明本发明所涉及的电池系统的概要。
本发明所涉及的电池系统并联连接多个具有电池组和开关电路的电池单元而构成，所述电池组连接多个蓄电池而成，所述开关电路与所述电池组串联连接，电池系统的最主要特征在于，所述开关电路并联连接第1电路和具有第2开关的第2电路而构成，所述第1电路串联连接了第1开关及已知电阻值的预充电电阻，多个所述电池单元分别具有：电池组电压检测部，其检测所述电池组的两端的电压差；和第1电流检测部，其检测流过所述电池组的电流，所述电池系统具有检测流过该电池系统的电流的第2电流检测部，所述电池系统具备控制多个所述电池单元的输出的控制器，所述控制器在将作为连接对象的电池单元即连接对象电池单元与所述电池系统连接时，在所述连接对象电池单元中，基于将所述第1开关设为接通状态且将所述第2开关设为断开状态之后将所述第1开关设为断开状态且将所述第2开关设为接通状态时的、所述第1电流检测部的电流检测信息、所述第2电流检测部的电流检测信息、以及所述电池组电压检测部的电压检测信息，控制所述第1及第2开关的接通和断开状态。
另外，在后述的实施方式中，单电池217相当于本发明的“蓄电池”，电池模块213相当于本发明的“电池组”及“电池单元”，电池包203相当于本发明的“电池系统”。
根据本发明所涉及的电池系统203，即使在作为连接对象的电池单元与电池系统连接之后，突然将连接后的电池系统的状态从放电切换到充电时，也能够抑制过大电流。
〔比较例所涉及的电池系统203A〕
在此，为了明确本发明所涉及的电池系统203的优越性，参照图3A及图3B说明比较例所涉及的电池系统203A的概要。图3A是比较例所涉及的电池系统203A的电路图。图3B是表示比较例所涉及的电池系统203A的控制器CTRA的输入输出信号的图。
如图3A所示，比较例所涉及的电池系统203A的结构是并联连接了多个具有连接多个单电池而成的多个电池组V1-Vn(其中n是自然数，以下相同)、和分别与多个电池组V1-Vn串联连接的开关电路SW1、…、SWn的电池单元BTU1、…、BTUn。
详细而言，如图3A所示，多个电池单元BTU1、…、BTUn的结构是在电池系统203A的正极和负极直流母线DCP、DCN之间分别串联连接了电流传感器I1、…、In、电池组V1-Vn、电池组V1-Vn的内部电阻Z1、…、Zn、及开关电路SW1、…、SWn。此外，多个电池单元BTU1、…、BTUn具备检测电池组V1-Vn中的两端的电压差的电池组电压检测部Vb1、…、Vbn、和检测电池单元BTU1、…、BTUn中的两端的电压差的电池单元电压检测部Va1、…、Van。
如图3A所示，多个开关电路SW1、…、SWn并联连接第1电路Ca1、…、Can和具有第2开关Sb1、…、Sbn的第2电路Cb1、…、Cbn而成，其中，第1电路Ca1、…、Can串联连接了第1开关Sa1、…、San及电阻值已知的预充电电阻Zpr1、…、Zprn。
作为第1开关Sa1、…、San及第2开关Sb1、…、Sbn，例如使用继电器或电力用半导体开关(例如IGBT)等构成即可。在本实施方式中，以作为第1开关Sa1、…、San及第2开关Sb1、…、Sbn使用了继电器的情况为例进行说明。
为了使第1开关Sa1、…、San及第2开关Sb1、…、Sbn进行接通和断开动作，如图3B所示，比较例所涉及的电池系统203A具备控制器CTRA。控制器CTRA分别输入电流传感器的电流检测信息I1、…、In、电池单元BTU1、…、BTUn的电压检测信息Va1、…、Van、及电池组电压检测部的电压检测信息Vb1、…、Vbn，并基于所输入的各种信息实施规定的运算，输出用于使第1开关Sa1、…、San及第2开关Sb1、…、Sbn进行接通和断开动作的控制信号。控制器CTRA具有控制多个电池单元BTU1、…、BTUn的输出的功能。
详细而言，在将作为连接对象的电池单元(在以下的说明中将图3A所示电池单元BTU1作为连接对象电池单元来进行说明)连接在电池系统203A上时，控制器CTRA首先按照将第1开关Sa1从断开状态切换为接通状态的方式进行控制。由此，电池单元BTU1经由预充电电阻Zpr1与电池系统203A连接。之后，控制器CTRA进行如下控制：等待具备下述的第2开关Sb1的接通条件，将第2开关Sb1从断开状态切换成接通状态。由此，电池单元BTU1不经由预充电电阻Zpr1而直接与电池系统203A连接。
总之，在比较例所涉及的电池系统203A中，在将连接对象电池单元BTU1连接在电池系统203A上时，在该连接后，电池单元BTU1立刻经由预充电电阻Zpr1与电池系统203A连接。因此，根据比较例所涉及的电池系统203A，在将连接对象电池单元BTU1连接在电池系统203A上时，能够抑制有可能在该连接之后立刻流过的突流等过大电流。
〔第2开关Sb1的接通条件：等电压条件〕
接着，参照图4A及图4B，说明作为第2开关Sb1的接通条件采用了等电压条件时的比较例所涉及的电池系统203A的动作。图4A及图4B是作为第2开关Sb1的接通条件采用了等电压条件时的比较例所涉及的电池系统203A的动作说明图。
其中，等电压条件是指在控制器CTRA中预先设定的第2开关Sb1的下述接通条件，即，在连接对象电池单元BTU1的电压检测信息Va1、与已经和电池系统203A连接着的电池单元BTUn的电压检测信息Van之差的绝对值|Va1-Van|收敛于预先确定的允许范围内时，将第2开关Sb1控制为接通状态。
在作为第2开关Sb1的接通条件而采用了等电压条件的情况下，在处于放电状态的电池系统203A上连接了连接对象电池单元BTU1(将第2开关Sb1从断开状态切换成接通状态；参照图4A的经过时间T1)之后，如图4A所示那样，与连接后的电池单元BTU1相比，原来已连接的电池单元BTUn中流过更多的放电电流。
这是因为，在所述电池系统203A中，与未连接的电池单元BTU1相比，原来已连接的电池单元BTUn具有更高的开路电压(OCV)。经过如所述的放电电流的流通过程，分别流过连接后的电池单元BTU1、和原来已连接的电池单元BTUn的放电电流的大小如图4A那样，按照经规定的收敛时间τ后彼此一致的方式逐渐收敛。
假设在图4A所示的收敛过程中，连接后的电池系统BTU1的状态在图4B所示的经过时间T2的时间点从放电切换到充电。需要说明的是，在利用了可再生能源的电力系统中的电力贮藏用电池系统中，可突然引起这种电池系统的状态的切换。于是，充电电流集中流过连接后的电池单元BTU1。这是因为在所述电池系统203A中，与原来已连接的电池单元BTUn相比，连接后的电池单元BTU1具有更低的开路电压(OCV)。
因此，作为第2开关Sb1的接通条件，在利用了可再生能源的电力系统的电力贮藏用的比较例所涉及的电池系统203A中，应用了等电压条件涉及的从第2开关的断开状态到接通状态的切换控制时，如图4B所示，有可能导致无法抑制过大电流的事态。
〔第2开关Sb1的接通条件：等SOC条件〕
接着，参照图4C及图4D，说明作为第2开关Sb1的接通条件采用了等SOC(SOC；充电状态)条件时的、比较例所涉及的电池系统203A的动作。图4C及图4D是作为第2开关Sb1的接通条件采用了等SOC条件时的比较例所涉及的电池系统203A的动作说明图。
其中，等SOC条件是指在控制器CTRA中预先设定的第2开关Sb1的下述接通条件，即，连接对象电池单元BTU1的SOC信息(基于电压检测信息Va1求出)、与原来已和电池系统203A连接着的电池单元BTUn的SOC信息(基于压检测信息Van求出)之差的绝对值收敛于预先确定的允许范围内时，将第2开关Sb1控制为接通状态。
在作为第2开关Sb1的接通条件采用了等SOC条件的情况下，在处于放电状态的电池系统203A上连接了连接对象电池单元BTU1(将第2开关Sb1从断开状态切换为接通状态；参照图4C的经过时间T3)之后，如图4C所示那样，连接后的电池单元BTU1的闭合电压(CCV)、与原来已连接的电池单元BTUn的闭合电压(CCV)呈现表示随时间而线性地渐减特性的大致相同的轨迹。
另一方面，若基于图4C所示的经过时间T3前后的电流大小的观点，比较连接后的电池单元BTU1、和原来已连接的电池单元BTUn，则如图4D所示，即使是等SOC条件，电流也不会被相等地分配，连接后的电池单元BTU1中有可能流过过大电流。这是因为，连接后的电池单元BTU1与原来已连接的电池单元BTUn的内部电阻(因充放电引起的极化)的大小互不相同。
因此，作为第2开关Sb1的接通条件，在比较例所涉及的电池系统203A中应用了等SOC条件所涉及的从第2开关的断开状态到接通状态的切换控制时，如图4D所示，有可能导致无法抑制过大电流的事态。
〔相当于本发明的实施方式所涉及的电池系统的电池包203B〕
接着，参照图5，说明相当于本发明的实施方式所涉及的电池系统的电池包203B。图5A是本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包203B)的电路图。图5B是表示电池系统(电池包203B)的控制器CTRB的内部结构及输入输出信号的图。
另外，比较例所涉及的电池系统203A和本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203B的基本结构部分相类似。因此，在比较例和本发明的各结构要素中，对具有共同的功能的部件附加共同的符号，并省略其重复的说明。此外，在需要在比较例和本发明之间识别说明具有共同功能的部件时，在比较例所涉及的部件的共同符号的末尾附加“A”，而在本发明所涉及的部件的共通符号共同符号的末尾附加“B”。并且，关注比较例和本发明之间的不同点，说明这两者之间的不同点，从而代替本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203B的说明。
比较例和本发明的不同点大致有2个。第1不同点在于，如图5A所示，本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203B在阳极侧直流母线DCP上具有检测流过电池系统203B的电流的第2电流检测部I0。将由第2电流检测部I0检测出的电池系统(电池包)203B的电流检测信息I0发送给控制器CTRB。
第2不同点在于，如图5B所示，本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203B的控制器CTRB具有电阻值获取部CTR1、电池单元电压获取部CTR2、和开关动作控制部CTR3。
电阻值获取部CTR1具有获取电池系统203B、电池单元BTU1、…、BTUn、及电池组V1-Vn的内部电阻值的功能。
电池单元电压获取部CTR2具有获取多个电池单元BTU1、…、BTUn各自的两端的电压差的功能。
开关动作控制部CTR3具有如下功能：基于连接对象电池单元BTU1中的第1电流检测部的电流检测信息I1、第2电流检测部的电流检测信息I0、由电阻值获取部CTR1获取到的电阻值信息Z1、Zn、电池组电压检测部的电压检测信息Vb1、…、Vbn、以及由电池单元电压检测部Va1、…、Van检测出的电压差信息Va1、…、Van，控制第1及第2开关Sa1、Sb1的接通和断开状态。
〔本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203的动作〕
接着，参照图6，说明本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203的动作。图6是表示本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203的动作的流程图。
另外，图6所示的流程图是通过控制器CTRB获取将连接对象电池单元BTU1与电池系统(电池包)203连接这一意思(例如维护员进行的操作输入)而开始的。
在步骤S11中，若获取到将连接对象电池单元BTU1连接这一意思，则如图6所示，控制器CTRB的开关动作控制部CTR3进行将第1开关Sa1设为接通状态的控制。由此，第1开关Sa1成为接通状态。于是，电池单元BTU1经由预充电电阻Zpr1而与电池系统203B连接。由此，在将连接对象电池单元BTU1连接在电池系统203B上时，能够抑制有可能在刚刚进行了该连接之后等流过的突流等过大电流。
在步骤S12中，控制器CTRB及控制器CTRB的电池单元电压获取部CTR2分别获取电池单元BTU1的电压检测信息Va1、电池组电压检测部Vb1的电压检测信息Vb1、第1电流检测部I1的电流检测信息I1、及第2电流检测部I0的电流检测信息I0。
在步骤S13中，控制器CTRB的电阻值获取部CTR1通过后述的运算获取蓄电池V1-Vn的内部电阻值信息Z1、Zn。
在此，说明获取蓄电池V1-Vn的内部电阻值信息Z1、Zn的意义。假设连接对象电池单元BTU1在接通了第2开关Sb1的状态下与电池系统203B连接。此时，在电池系统203B的充电状态下，流过连接对象电池单元BTU1的电流I1是将流过电池系统203B的电流I0根据蓄电池V1-Vn的内部电阻值信息Z1、Zn而按比例分割之后的电流。因此，在蓄电池V1-Vn的内部电阻值信息Z1、Zn之差的绝对值|Z1-Zn|收敛于预先确定的范围内时，可以看作流过连接对象电池单元BTU1的电流I1、和流过原来已连接的电池单元BTUn的电流In的大小大致相等(相当于具备后述的等电流条件)。以上是获取蓄电池V1-Vn的内部电阻值信息Z1、Zn的理由。
在步骤S14中，控制器CTRB的开关动作控制部CTR3判定作为在开关动作控制部CTR3中预先设定的第2开关Sb1的接通条件而是否具备如后面详述的等电流条件。
步骤S14的判定的结果是不具备等电流条件的情况下，控制器CTRB使处理的流程回到步骤S12，进行以下的处理。另一方面，在步骤S14的判定结果是具备等电流条件的情况下，控制器CTRB使处理的流程进入下一个步骤S15。
在步骤S15中，控制器CTRB的开关动作控制部CTR3进行将第2开关Sb1设为接通状态的控制。由此，第2开关Sb1成为接通状态。于是，电池单元BTU1不经由预充电电阻Zpr1，而是直接与电池系统203B连接。由此，能够抑制将电池单元BTU1经由预充电电阻Zpr1连接到电池系统203B时所产生的预充电电阻Zpr1的发热。
在步骤S16中，控制器CTRB的开关动作控制部CTR3进行将第1开关Sa1设为断开状态的控制。由此，第1开关Sa1成为断开状态。总之，包括预充电电阻Zpr1的第1电路Ca1成为开路状态。由此，能够可靠地抑制将电池单元BTU1经由预充电电阻Zpr1连接到电池系统203B时所产生的预充电电阻Zpr1的发热。
〔第2开关Sb1的接通条件：等电流条件〕
接着，参照图7A～图7C，说明作为第2开关Sb1的接通条件采用了等电流条件时的本发明的实施方式的电池系统203B的动作。图7A～图7C是作为第2开关Sb1的接通条件采用了等电流条件时的本发明的实施方式所涉及的电池系统203B的动作说明图。
其中，等电流条件是指在控制器CTRA中预先设定的第2开关Sb1的下述接通条件，即，连接对象电池单元BTU1的电流检测信息I1、与原来就和电池系统203B连接着的电池单元BTUn的电流检测信息In之差的绝对值|I1-In|收敛于预先确定的允许范围内时，将第2开关Sb1控制为接通状态。
在作为第2开关Sb1的接通条件采用了等电流条件的情况下，在处于放电状态的电池系统203B上连接了连接对象电池单元BTU1(将第2开关Sb1从断开状态切换为接通状态；参照图7A的经过时间T4)之后，如图7A所示，与等SOC条件时相同，连接后的电池单元BTU1的闭合电压(CCV)、和原来已连接的电池单元BTUn的闭合电压(CCV)呈现表示随时间而线性渐减特性的大致相同的轨迹。
另一方面，若以图7A所示的经过时间T4前后的电流大小的观点来比较连接后的电池单元BTU1、和原来已连接的电池单元BTUn，则如图7B所示，刚刚连接后流过两个电池单元BTU1、BTUn的电流相等。之后，随着SOC的不同而导致在所流过的电流大小上产生差异，流过两个电池单元BTU1、BTUn的电流大小随着时间的经过而逐渐收敛。
在图7B所示的收敛过程中，如图7C的经过时间T5所示，在产生充放电的切换时，与上述相同，随着SOC之差而导致在所流过的电流大小上产生差异。但是，根据等电流条件，即使在产生了充放电的切换的情况下，与等电压条件相比，也能够将异常的过大电流流过的可能性抑制得较低。这是因为，在等电流条件下，直到电流的大小收敛为止的SOC之差大的期间较短，而且几乎不会在本来SOC之差较大的状况下进行连接。
因此，作为第2开关Sb1的接通条件，在本发明的实施方式所涉及的电池系统203B中应用了等电流条件所涉及的从第2开关的断开状态到接通状态的切换控制时，如图7C所示，即便假设产生了充放电的切换，与等电压条件相比，也能够将流过异常的过大电流的可能性抑制得较低。
〔求出第2开关Sb1的接通条件(等电流条件)的方法〕
接着，说明求出第2开关Sb1的接通条件(等电流条件)的方法。
作为前提，假设本发明的实施方式所涉及的电池系统203B处于未连接电池单元BTU1的状态。此外，将本发明的实施方式所涉及的电池系统203B中的直流系统电压设为VTOTAL，将电池单元BTUn的电池组Vn两端的电压差设为Vn(参照图5A)，将电池组Vn的内部电阻值设为Zn(参照图5A)，将流过电池系统203B的电流大小设为I0(参照图5A)，将当前连接着的电池系统的个数设为(n-1)(其中n是自然数)。
于是，可按照下述的(式1)那样表示未连接电池单元BTU1的状态下的直流系统电压VTOTAL。
VTOTAL＝Vn+Zn×I0/(n-1)   (式1)
此外，在未连接电池单元BTU1的状态下，将连接对象电池单元BTU1的第2开关Sb1(参照图5A)设为接通状态的瞬间的直流系统电压VTOTAL可按照下述的(式2)那样表示。其中，将电池单元BTU1的电池组V1两端的电压差设为V1(参照图5A)，将电池组V1的内部电阻值设为Z1(参照图5A)。
VTOTAL＝V1+Z1×I0/n   (式2)
在理想的等电流条件下，刚刚将第2开关Sb1(参照图5A)设为接通状态时，流过各电池单元BTU1、…、BTUn的电流分别是I0/n。此外，各电池单元BTU1、…、BTUn的电压相等。因此，下述的(式3)成立。
V1+Z1×I0/n＝Vn+Zn×I0/n  (式3)
通过使(式3)变形而可得到(式4)。
V1-Vn＝Zn×I0/n-Z1×I0/n  (式4)
在此，电池单元BTUn中的电池组Vn两端的电压差Vn(参照图5A)是充放电中的电池单元BTUn的开路电压(OCV)，因此很难通过该测量获得。因此，将(式1)变换成如下的(式5)。
Vn＝VTOTAL-Zn×I0/(n-1)  (式5)
此时，在(式1)与(式5)之间存在开关投入前后的时间差，但是由于该时间差引起的充电状态的变化是微小的，因此能够近似为(式5)。
将(式5)代入(式4)，依次获得如下的(式6)、(式7)。
V1-(VTOTAL-Zn×I0/(n-1))＝Zn×I0/n-Z1×I0/n  (式6)
V1-VTOTAL＝Zn×I0×(1/n-1/(n-1))-Z1×I0/n  (式7)
在此，在(式7)的左边(V1-VTOTAL)等于(式7)的右边(Zn×(I0/n-I0/(n-1))-Z1×I0/n)时，相当于第2开关Sb1的最佳接通条件(等电流条件)。
(式7)的电池单元BTU1中的电池组V1两端的电压差V1相当于电池组电压检测部的电压检测信息Vb1，直流系统电压VTOTAL相当于电池单元BTU1的电压检测信息Va1。因此，可基于控制器CTRB能够获取到的信息Vb1、Va1来求出(式7)的左边的解。
此外，在(式7)的右边(Zn×(I0/n-I0/(n-1))-Z1×I0/n)中，流过电池系统203B的电流大小I0可根据第2电流检测部I0的电流检测信息I0来获取。电池系统的数量n可基于实际的系统结构来获取。可按照下述的顺序获取电池组V1、Vn的内部电阻值Z1、Zn。因此，可基于能够根据第2电流检测部I0的电流检测信息I0获取的信息I0、电池系统的数量n、及电池组V1、Vn的内部电阻值Z1、Zn，求出(式7)的右边的解。
〔求出电池组V1-Vn的内部电阻值Z1、Zn的方法〕
接着，叙述求出电池组V1-Vn的内部电阻值Z1、Zn的方法。
作为前提，设本发明的实施方式所涉及的电池系统203B处于连接了电池单元BTU1的状态，且第1开关Sa1(参照图5A)处于接通状态。此外，将电池单元BTU1所具有的电池组V1的电动势设为V1，将电池单元BTU1所具有的预充电电阻Zpr1的电阻值设为Zpr1，将流过电池单元BTU1的电流的大小设为I1。此时，可按照下述的(式8)表示直流系统电压VTOTAL。
VTOTAL＝V1+(Z1+Zpr1)×I1  (式8)
可将(式8)变形成(式9)。
Z1＝-(V1-VTOTAL)/I1-Zpr1  (式9)
另外，如上所述，可基于控制器CTRB能够获取的信息Vb1、Va1，求出(式9)的右边中的(V1-VTOTAL)。此外，可根据第1电流检测部I1的电流检测信息I1获取(式9)的右边中的电流的大小I1。并且，预充电电阻Zpr1的电阻值Zpr1是已知的。因此，通过将按上述的顺序获得的(V1-VTOTAL)、I1、Zpr1代入(式9)的右边，从而能够求出(式9)的左边Z1的解。
接着，说明求出电池组Vn的内部电阻值Zn的方法。
作为前提，设本发明的实施方式所涉及的电池系统203B处于连接了电池单元BTUn的状态，且第2开关Sbn(参照图5A)处于接通状态。此外，将电池单元BTUn所具有的电池组Vn的电动势设为Vn，将流过电池单元BTUn的电流大小设为In。此时，可按照下述的(式10)表示直流系统电压VTOTAL。
VTOTAL＝Vn+Zn×In  (式10)
由于所述(式8)和(式10)的左边相同(VTOTAL)，因此若以等号连接各自的右边，则可按照(式11)来表示。
Vn+Zn×In＝V1+(Z1+Zpr1)×I1  (式11)
可将(式11)变形成(式12)。
Zn＝(V1-Vn)/In+(Z1+Zpr1)×I1/In  (式12)
另外，可基于各电池组V1-Vn的SOC推测(式12)的右边中的电池组V1-Vn的电动势V1-Vn。此外，(Z1+Zpr1)中两者处于Z1＜＜Zpr1的关系，因此也可以按照(Z1+Zpr1)≈Zpr1来进行计算。此外，可根据第1电流检测部I1的电流检测信息I1及第2电流检测部I0的电流检测信息I0，获得(式12)的右边中的电流大小I1、In。并且，预充电电阻Zpr1的电阻值Zpr1是已知的。因此，通过将按照所述的顺序获得的V1-Vn、In、(Z1+Zpr1)、I1代入(式12)的右边，从而求出(式12)的左边Zn的解。
〔本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203的作用效果〕
本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203是并联连接多个具有电池组V1-Vn和与电池组V1-Vn串联连接的开关电路SW1、…、SWn的电池单元BTU1、…、BTUn而构成的电池系统，其中，电池组V1-Vn连接多个蓄电池而成，开关电路SW1、…、SWn并联连接了对第1开关Sa1、…、San及电阻值已知的预充电电阻Zpr1、…、Zprn进行串联连接的第1电路Ca1、…、Can、以及具有第2开关Sb1、…、Sbn的第2电路Cb1、…、Cbn。
多个电池单元BTU1、…、BTUn分别具有检测电池组V1-Vn中的两端的电压差的电池组电压检测部Vb1、…、Vbn、和检测流过电池组V1-Vn中的电流的第1电流检测部I1、…、In。电池系统具有检测流过该电池系统的电流的第2电流检测部I0。此外，电池系统具备对多个电池单元BTU1、…、BTUn的输出进行控制的控制器CTRB。
控制器CTRB在将作为连接对象的电池单元即连接对象电池单元BTU1连接到电池系统203B时，在连接对象电池单元BTU1中，基于将第1开关Sa1设为接通状态且将第2开关Sb1设为断开状态之后将第1开关Sa1设为断开状态且将第2开关Sb1设为接通状态时的、第1电流检测部的电流检测信息I1、第2电流检测部的电流检测信息I0、以及电池组电压检测部的电压检测信息Vb1，来控制第1及第2开关Sa1、Sb1的接通和断开状态。
根据本发明的实施方式所涉及的电池系统(电池包)203，在将连接对象电池单元BTU1连接到电池系统203B之后，即使在连接后的电池系统203B的状态突然从放电切换到了充电的情况下，也能够抑制过大电流。
特别是，例如，若在混合了由一般不具备控制器而使用的铅蓄电池所构成的电池单元、和由一般具备控制器而使用的锂离子电池所构成的电池单元而成的电池系统中应用本发明，则能够发挥出色的过大电流抑制效果。
此外，控制器CTRB也可以采用具有如下部件的结构，即具有：获取电池系统203B、电池单元BTU1、…、BTUn、及电池组V1-Vn的电阻值的电阻值获取部CTR1；获取电池单元BTU1、…、BTUn中的两端的电压差的电池单元电压获取部CTR2；基于连接对象电池单元BTU1中的第1电流检测部的电流检测信息I1、第2电流检测部的电流检测信息I0、由电阻值获取部CTR1获取的电阻值信息Z1、Zn、电池组电压检测部的电压检测信息Vb1、…、Vbn、以及由电池单元电压获取部获取的电压差信息Va1、…、Van来控制第1及第2开关Sa1、Sb1的接通和断开状态的开关动作控制部CTR3。
此外，控制器CTRB所具备的开关动作控制部CTR3求出第1开关动作条件信息和第2开关动作条件信息，第1开关动作条件信息是从第1电流检测部的电池组所涉及的电流检测信息I1与电阻值获取部获取到的电池组的电阻值信息Z1之积I1*Z1＝V1中，减去第2电流检测部的电池系统所涉及的电流检测信息I0与电阻值获取部获取到的电池系统的电阻值Zn之积I0*Zn＝Vn而得到的解V1-Vn，第2开关动作条件信息是从第1电流检测部的电池组所涉及的电流检测信息I1与电阻值获取部获取到的电池单元的电阻值Z1+Zpr1之积Va1＝I1*(Z1+Zpr1)中，减去电池组电压检测部的电压检测信息Vb1而得到的解Va1-Vb1。并且，控制器CTRB所具备的开关动作控制部CTR3也可以采用基于第1开关动作条件信息V1-Vn、及第2开关动作条件信息Va1-Vb1来控制第1及第2开关Sa1、Sb1的接通和断开状态的结构。
此外，控制器CTRB所具备的开关动作控制部CTR3也可以采用在第1开关动作条件信息V1-Vn及第2开关动作条件信息Va1-Vb1之差收敛于预先确定的范围内时将第2开关Sb1控制为接通状态的结构。
此外，多个各电池单元BTU1、…、BTUn也可以采用分别具有控制器CTRB的结构。
此外，控制器CTRB所具备的开关动作控制部CTR3也可以采用如下的结构：基于第1开关Sa1处于接通状态时的、在第1电流检测部的电池组所涉及的电流检测信息I1与电阻值获取部获取到的电池组的电阻值信息Z1之积(I1*Z1)上加上电池组电压检测部的电压检测信息V1而得到的解Vb1＝(I1*Z1)+V1，求出电池系统的电压信息Vb1，并且在电池组电压检测部的电压检测信息V1与所述求出的电池系统的电压信息Vb1之差V1-Vb1收敛于预先确定的范围内的情况下，将第2开关Sb1控制为接通状态。
此外，控制器CTRB所具备的所述开关动作控制部CTR3也可以采用如下的结构：根据第1开关Sa1处于接通状态时的、第1电流检测部I1的电池组V1所涉及的电流检测信息I1与电池组电压检测部的电压检测信息Vb1之比Vb1/I1，求出电池组V1的内部电阻值Z1，根据第1开关Sa1处于接通状态时的、第2电流检测部I0的电池系统(电池单元BTUn)所涉及的电流检测信息I0及第1电流检测部I1的电池组V1所涉及的电流检测信息I1之差I0-I1、与电池组电压检测部的电压检测信息Vn之比Vn/(I0-I1)，求出电池系统(电池单元BTUn)的内部电阻值Zn，进而，在从所求出的电池系统(电池单元BTUn)的内部电阻值Zn与第2电流检测部I0的电池系统(电池单元BTUn)所涉及的电流检测信息I0之积的函数Zn*I0*(1/n-1/(n-1)中，减去所求出的电池组V1的内部电阻值Z1与第2电流检测部I0的电池系统(电池单元BTUn)所涉及的电流检测信息I0之积的函数Z1*I0/n而得到的解Zn*I0＊(1/n-1/(n-1)-Z1*I0/n，收敛于预先确定的范围内的情况下，将第2开关Sb1控制为接通状态。
〔其他实施方式〕
以上说明的多个实施方式表示了本发明的具体例。因此，并不能由此限定地解释本发明的技术范围。这是因为，本发明在不超出其宗旨或不脱离其主要的特征的情况下，能够以各种方式实施。
例如，在本发明所涉及的实施方式的说明中，在多个电池单元BTU1、…、BTUn的每一个中设置的预充电电阻Zpr1、…、Zprn的电阻值可以相同，也可以是互不相同的值。

Claims (7)

1.一种电池系统，其并联连接多个具有电池组和开关电路的电池单元而构成，所述电池组连接多个蓄电池而成，所述开关电路与所述电池组串联连接，所述电池系统的特征在于，
所述开关电路并联连接第1电路和具有第2开关的第2电路而构成，所述第1电路串联连接第1开关和电阻值已知的预充电电阻而成，
多个所述电池单元分别具有：
电池组电压检测部，其检测所述电池组的两端的电压差；和
第1电流检测部，其检测流过所述电池组的电流，
所述电池系统具有检测流过该电池系统的电流的第2电流检测部，
所述电池系统具备控制多个所述电池单元的输出的控制器，
在将作为连接对象的电池单元即连接对象电池单元与所述电池系统连接时，在所述连接对象电池单元中，所述控制器基于将所述第1开关设为接通状态且将所述第2开关设为断开状态之后将所述第1开关设为断开状态且将所述第2开关设为接通状态时的、所述第1电流检测部的电流检测信息、所述第2电流检测部的电流检测信息、以及所述电池组电压检测部的电压检测信息，来控制所述第1及第2开关的接通和断开状态。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，
所述控制器具有：
电阻值获取部，其获取所述电池系统、所述电池单元及所述电池组的电阻值；
电池单元电压获取部，其获取所述电池单元的两端的电压差；和
开关动作控制部，其基于所述连接对象电池单元中的所述第1电流检测部的电流检测信息、所述第2电流检测部的电流检测信息、由所述电阻值获取部获取到的电阻值信息、所述电池组电压检测部的电压检测信息、以及由所述电池单元电压获取部获取到的电压差信息，来控制所述第1及第2开关的接通和断开状态。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，
所述控制器所具备的所述开关动作控制部求出第1开关动作条件信息和第2开关动作条件信息，并且基于所述第1开关动作条件信息及所述第2开关动作条件信息来控制所述第1及第2开关的接通和断开状态，
所述第1开关动作条件信息是从所述第1电流检测部的所述电池组所涉及的电流检测信息与所述电阻值获取部获取到的所述电池组的电阻值信息之积中，减去所述第2电流检测部的所述电池系统所涉及的电流检测信息与所述电阻值获取部获取到的所述电池系统的电阻值之积而得到的解，
所述第2开关动作条件信息是从所述第1电流检测部的所述电池组所涉及的电流检测信息与所述电阻值获取部获取到的所述电池单元的电阻值之积中，减去所述电池组电压检测部的电压检测信息而得到的解。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
所述控制器所具备的所述开关动作控制部在所述第1开关动作条件信息与所述第2开关动作条件信息之差收敛于预先确定的范围内的情况下，将所述第2开关控制为接通状态。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于，
多个所述电池单元的各电池单元分别具有所述控制器(CTRB)。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，
所述控制器(CTRB)所具备的所述开关动作控制部，
基于所述第1开关处于接通状态时的、在所述第1电流检测部的所述电池组所涉及的电流检测信息与所述电阻值获取部获取到的所述电池组的电阻值信息之积上加上了所述电池组电压检测部的电压检测信息而得到的解，求出所述电池系统的电压信息，并且，
在所述电池组电压检测部的电压检测信息与所求出的所述电池系统的电压信息之差收敛于预先确定的范围内的情况下，将所述第2开关控制为接通状态。
7.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，
所述控制器所具备的所述开关动作控制部，
根据所述第1开关处于接通状态时的、所述第1电流检测部的所述电池组所涉及的电流检测信息与所述电池组电压检测部的电压检测信息之比，求出所述电池组的内部电阻值，并且，
根据所述第1开关处于接通状态时的、所述第2电流检测部的所述电池系统所涉及的电流检测信息及所述第1电流检测部的所述电池组所涉及的电流检测信息之差、与所述电池组电压检测部的电压检测信息之比，求出所述电池系统的内部电阻值，进而，
在从所求出的电池系统的内部电阻值与所述第2电流检测部的所述电池系统所涉及的电流检测信息之积的函数中减去所求出的电池组的内部电阻值与所述第2电流检测部的所述电池系统所涉及的电流检测信息之积的函数而得到的解收敛于预先确定的范围内的情况下，将所述第2开关控制为接通状态。
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