CN103545862B - 用于车辆的电池管理设备 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的电池管理设备包含，进口（14），所述进口（14）被安装在所述车辆（10）上，用于借助于充电电缆（15）连接到外部电源，以便利用来自所述外部电源的电力对包含多个单元（9）的电池组（13）进行充电；存储器（1），所述存储器（1）记录哪个单元是在所述电池组（13）通过所述外部电源被完全充电时具有最低电压的最低单元；和单元平衡器（5），所述单元平衡器（5）在所述电池组（13）没有借助于所述进口（14）被充电时，通过使当前各自具有比所述最低单元（9）的当前电压高的电压的一个或多个单元（9）放电至所述最低单元（9）的所述当前电压，在所述电池组（13）的所述电压上执行单元平衡。由此，可以抑制电压差量的增加以及电池容量的减少。

Description

用于车辆的电池管理设备
技术领域
本发明涉及电池管理设备，该电池管理设备控制安装在车辆上的电池组的充电和放电。
背景技术
关于通过耦接多个二次电池单元形成的传统的电池组，当该单元正在被使用或正在被充电时，一个已知的技术平衡（均衡）了各个单元的电压。具体地，这个技术平衡了单元的各个电压，以便减少电压的差量（电压的差异），目的在于使整个电池组的电池容量最大化。在电池组正在被充电的同时平衡单元电压使得可以增加对剩余单元充电的电力量，直到包含在电池组中的多个单元之中的一个单元的最高电压超过上限电压。类似地，在电池组正在被使用的同时平衡单元电压使得可以增加整个电池组的可用电力。换句话说，这可以抑制可利用的电池容量的减少。
有两个典型的方案来平衡单元电压。一个方案是使具有高电压的单元放电以减少它的电压，以便平衡所有单元的电压。这个方案的一个实例具有一种配置，在该配置中，消耗充电电力的电阻器和开关被并联到每个单元，并且通过控制各个开关的连接和断开来平衡各个单元的电压（例如，专利文献1：日本特开第2003-309931号专利公报）。
另一个方案是将具有高电压的单元的电力传送到具有低电压的单元。例如，每个单元被可断开地连接到线圈，该线圈与每个其他线圈磁性地耦接。使用电磁感应，电力从具有高电压的单元被传送到具有低电压的单元（例如，专利文献2：日本特开第2006-166615号专利公报）。在任一个方案中，检测所有单元之中具有高电压的一个或多个单元。为了平衡（均衡）整个电池组的电压，高电压单元的电压被减少。
基于当时具有最低电压的单元，对单元电压执行传统的单元平衡控制（均衡化控制）。
例如，专利文献1中揭示的技术在电池组的总电压等于或者低于目标电压时指定了具有最低电压的单元。而且，该技术基于剩余单元和最低电压单元之间的的电压差异来控制对每个剩余单元放电的时间。
专利文献2的技术随时监测各个单元的电压，并且基于监测的电压之中的最高电压和最低电压之间的差异来控制启动电压平衡电路的时间。
但是，各个二次电池单元在充电放电特性上是不同的，因此在电池组中的单元的特性没有被均一地降低。这意指充电量的变化或者充电率的变化可以使多个单元之中具有最低电压的单元变化。因此，如果要在电池组正在被使用的同时平衡多个单元的电压，则当正在执行单元平衡时具有最低电压的单元在电池组被充电之后可以不一定具有最低电压单元。因为基于当时的最低电压进行单元平衡，所以有电压的差量反而增加的可能性。
根据车辆的种类以不同的方式在车辆中使用电池组，并且差异可以影响电压的差量。例如，电动车辆相对频繁地经受外部充电，并且因而可以每当车辆经受外部充电时执行单元电压的平衡，以便较少地增加电压的差量。单元平衡使用来自外部电源的电力，因此即使单元平衡花费很长时间，也可以摆脱电力不足。有利地，可以相对容易地保持单元电压的最佳状态。
相反，能够利用车辆本身产生的电力来对电池组充电的插电式混合动力车辆比电动车辆更少频繁地经受外部充电。对于以上所述，只有当电动车辆中进行的外部充电不确保单元平衡的足够频率时，才进行单元平衡，因此难以较佳地抑制电压的差量。确保单元平衡的足够频率的一个方案是在车辆不经受外部充电时也执行单元平衡，促使车辆在单元平衡期间产生要消耗的电力。因而，单元平衡花费的较长时间消耗了大量的电力，从而降低了燃料效率和电效率。令人遗憾地，单元电压的单元平衡的传统方式具有单元的电压的差量在一些种类的车辆中和／或以使用电池组的一些方式没有被适当控制的问题。
发明内容
技术问题
考虑到上述问题，本实施例的目的是提供用于安装在车辆上的电池的电池管理设备，该设备能够在电池被完全充电时抑制电压的差量，并且还能够抑制由充电状态下的变化引起的差量的增加。除了以上目的之外，从根据以下要被详述的每个实施例的结构获得的而常规技术没有实现的有益效果，可以被视为本发明的其他目的。
解决问题的方案
（1）此处揭示的用于车辆的电池管理设备包含：进口（14），所述进口（14）被安装在所述车辆（10）上，用于借助于充电电缆（15）连接到外部电源，以便利用来自所述外部电源的电力对包含多个单元（9）的电池组（13）进行充电；和存储器（1），所述存储器（1）记录在所述多个单元（9）之中哪个单元是在所述电池组（13）通过所述外部电源被完全充电时具有最低电压的最低单元。
该电池管理设备进一步包含单元平衡器（5），所述单元平衡器（5）在所述电池组（13）没有借助于所述进口（14）被充电时，通过使当前各自具有比所述最低单元（9）的当前电压高的电压的一个或多个单元（9）放电至所述最低单元（9）的所述当前电压，在所述电池组（13）的所述电压上执行单元平衡。
就是说，“最低单元”是用于在电池例如在最后的外部充电中被完全充电时具有最低电压的名称。存储器没有记录完全充电时的最低电压，但是记录了哪个单元是“最低单元”。在单元平衡中，“最低单元”的当前电压被认为是目标电压。单元平衡器将比“最低单元”的当前电压高的电压控制成目标电压。
具体地，即使最低单元在执行单元平衡的时候不具有最低电压，单元平衡器也基于最低单元的当前电压，在多个单元的电压上执行单元平衡。较佳地，在电池具有小负载的状态下，诸如在车辆正在行驶或者停止的时候，执行多个单元的电压的单元平衡。
由单元平衡器执行的控制还被称为“均衡化”、“电压均衡化”、“平衡器控制”、“平衡控制”等等。措词“单元平衡”在这里意指使各个单元（即，多个单元）的电压平衡或者均衡。
（2）作为较佳的特征，该电池管理设备进一步包含计算器，该计算器基于多个单元在电池组被完全充电时的电压之中的最低电压和最高电压之间的差计算单元容量差；和设定器，该设定器基于单元平衡的消耗电流和由计算器计算的单元容量差，设定执行单元平衡的累积时间的上限。在这种情况下，单元平衡器可以较佳地禁止在比设定器设定的上限长的累积时间执行单元平衡。
（3）作为另一个较佳的特征，每当电池组被完全充电时，设定器可以重新设定上限。换句话说，当电池在禁止单元平衡在比上限长的累积时间被执行的状态下被完全充电时，设定器重新设定该设定，以便允许再次执行单元平衡。
（4）作为附加的较佳的特征，执行单元平衡的一个条件是，单元平衡器将充电或放电电流的绝对值设定为小于标准值。即，较佳地，只有当电池组上的电负载相对小时，才执行单元平衡。
有益效果
根据此处揭示的用于车辆的电池管理设备，执行平衡器控制，该平衡器控制将当前各自具有比被视为目标电压的最低单元的开路电压（当前电压）高的电压的一个或多个单元放电至目标电压，从而可以在各个单元被再次完全充电时，减少电池容量的差量。即使在具有比最低单元的当前电压低的电压的单元存在的情况下，也可以抑制由可充电量的变化所引起的电压的差量的增加。因此，可以抑制作为整个电池组可用的电池容量的减少。
附图说明
在下面将参考附图解释这个发明的本质以及它的其他目的和优点，其中同样的参考符号指明全部图中的相同的或者类似的部分，并且其中：
图1是图示根据第一实施例的电池管理设备所适用的车辆的实例的侧视图；
图2是指示在图1的电池管理设备中执行的平衡器控制的电路图和框图；
图3是描绘包含在图1的电池组中的各个单元的充电放电特性的实例的曲线图；
图4是指示平衡器控制的一连串进程步骤的流程图；
图5A是指示各个单元的充电放电特性的曲线图；
图5B是指示车辆行驶时（即，不充电时）的各个单元的电压的状态的曲线图；
图5C是指示通过平衡器控制的电压的单元平衡的曲线图；
图5D是图5C中的实线曲线图沿着横坐标被水平移动的曲线图；
图6A是指示接近于图5D的完全充电点的部分的放大的曲线图；
图6B是指示执行平衡器控制的累积时间T和电压差量的程度之间的关系的曲线图；
图7A是指示当正在执行平衡器控制时的各个单元的电压的状态的实例的曲线图；
图7B是指示当正在执行平衡器控制时的各个单元的电压的状态的实例的曲线图；
图7C是指示当正在执行平衡器控制时的各个单元的电压的状态的实例的曲线图；
图7D是指示当正在执行平衡器控制时的各个单元的电压的状态的实例的曲线图；
图8A是指示当单元被完全充电时在平衡器控制下的电压的差量的程度的曲线图；
图8B是指示当单元被完全充电时在平衡器控制下的电压的差量的程度的曲线图；和
图8C是指示当单元被完全充电时在平衡器控制下的电压的差量的程度的曲线图。
具体实施方式
现在将参考附图进行关于电池管理设备的描述。以下实施例和修改仅仅是示范性的，没有排除在以下描述中没有提到的技术的另一个修改和应用的意图。以下实施例的要素可以在没有背离主题的情况下被改变或者修改，并且遇必要时可以被省略以及被适当地结合。
1.电池管理设备的配置：
第一实施例的电池管理设备（BMU）7适用于图1的车辆10。车辆10是使用彼此结合在一起的引擎11和马达12来行进的插电式混合动力车辆。作为马达12的电源的电池13被安装在车辆10的任意位置处。
马达12是电动发电机，具有以下功能：使用电池13的电力来驱动车辆10；以及通过使用正在行驶的车辆10的惯性来产生（再生）电力。按照车辆10的行驶状态来适当地控制这两个功能。
电池13包含彼此耦接的多个电池模块。电池模块是通过使许多锂离子二次电池单元9彼此耦接所形成的电池组。单元9可以以任何方式被彼此耦接，并且类似地，电池模块可以以任何方式被彼此耦接。这些耦接方式可以是串联、并联、或者串联和并联的结合，并且按照例如对于电池13所期望的额定电压和额定电流的值被确定。电池模块可以被视为包含多个单元9的电池组，每个单元9被视为单位电池，并且电池13可以被视为包含多个单元9或者电池模块的电池组，多个单元9或者电池模块各自被视为单位电池。
通过BMU7来把握和管理电池13的充电和放电状态，BMU7是由微型计算机形成的电子控制设备。BMU7的实例是其中集成了众所周知的CPU（中央处理器）、ROM（只读存储器）和／或RAM（随机存取存储器）的微处理器、LSI（大规模集成）装置和嵌入式电子装置。
第一实施例的电池13被假定为能够以以下两种方法充电：利用外部电源供给的电力来充电；以及利用通过马达12或者其他元件的转动所产生的电力来充电。自放电特性的差量和单元容量的差量可以使得包含在电池13中的单元9正在被充电时具有其电压的差量。对于以上所述，BMU7执行使包含在电池13中的各个单元9的电压平衡的单元平衡器控制（单元平衡控制、均衡化）。
车辆10包含充电进口14（电力进口、充电器），充电进口14是将车辆10连接到在其外表面上的充电电缆15的接口。当电池13要从外部电源被充电时，充电电缆15使车辆10与未图示的外部供电器耦接。在下文中，从外部电源对电池13充电被称为“外部充电”。
在外部充电中，通过将充电电缆15插入到充电进口14中，车辆10被耦接到外部电源。因此，充电进口14和充电电缆15集体地起到利用来自外部电源的电力对电池13充电的充电装置（充电器）的作用。
在第一实施例中，将主要进行关于在车辆10正在行驶（例如，包含没有执行外部充电时的短暂停止和停车）时执行的平衡器控制的描述。但是，平衡器控制当然可以在外部充电期间被执行。
图2示意性地图示了执行平衡器控制的电子电路的配置的实例。平衡器电路（均衡电路）8被耦接到包含在电池13中的各个单元9。平衡器电路8具有改变单元9的开路电压的功能。典型的平衡器电路8具有电阻器旁路电路，该电阻器旁路电路使单元9的电极彼此连接。每个平衡器电路8包含被布置在相应单元9的两个电极之间的电路元件16、电阻器17和开关18，以及电压获取器19。电阻器17和开关18被串联插入电路元件16。
电阻器17通过将电力转换成热量来消耗存储在相应单元9中的电力。开关18按照相应单元9中的存储电力的状态打开和关闭，从而控制经过电路元件16的电流的状态。切换开关18的打开／关闭状态（开／关状态）的控制线21被布置在BMU7和开关18之间。
电压获取器19检测相应单元9的开路电压（空载电压）。开路电压对应于在单元9没有负载的状态下夹在电路元件16上的电阻器17和开关18两者当中的两个点之间的电势差。在下文中，单元9的开路电压也被称为“电压”。电压获取器19检测到的电压的数据（信息）经由信号线22被报告给BMU7。
BMU7借助于信号线23被耦接到充电进口14，来自充电电缆15的供电状态的信息经由信号线23被报告给充电进口14。信号线23报告的信息的实例是电力是否被供给到充电进口14以及充电电缆15是否被插入充电进口14。基于经由信号线23报告的信息，BMU7判定是否正在执行外部充电。
2.平衡器控制的详细方式：
如图2中图示的，BMU7包含存储器1（存储设备、存储装置）、计算器2（计算设备、计算装置）、设定器3（设定设备、设定装置）、判定器4（条件判断的设备或者装置）、以及单元平衡器5（单元平衡控制器、单元平衡设备、单元平衡装置、均衡设备、均衡装置）。这些元件可以通过一个或多个电子电路（硬件）被实现或者可以通过编程的软件被实施。另外，部分功能可以通过硬件被实现，以及其余功能可以通过软件被实施。
存储器1接收经由多个信号线22输入的电压的信息，并且与对应于信号线22的单元9的数目相关联地存储电压的信息。在图2中，各个单元9被分配唯一的单元编号#1、#2、…、#N，并且各个单元的电压的信息通过使用相应单元编号的下标由V1、V2、…、VN来表示。存储器1获取各个单元9的电压的实时信息，并且存储获取的信息。
当在对电池13外部充电完成时的单元9被充满时，存储器1记录哪个单元是多个单元9之中具有最低电压的单元。例如，如果在电池13被完全充电时电压信息V1是最低的，则存储器1在其中记录与电压信息V1相对应的单元编号#1。在下文中，在电池13被完全充电时具有最低电压的单元9被叫做“最低单元”。最低单元的单元编号的信息不变，并且被维持，直到电池13再次通过外部充电变成被完全充电。“最低单元”是电池被完全充电时用于具有最低电压的名称。因此，“最低单元”并不总是具有电池13中的最低电压。
计算器2执行两种计算。首先，一旦外部充电完成，计算器2就计算电池13变成被完全充电时单元9的各个电压之中的最低电压VXMIN和最高电压VXMAX之间的电压差ΔVX，并且进一步计算在电池13被完全充电时与电压差ΔVX相对应的容量差ΔC（ΔVX=VXMAX-VXMIN）。从表达电压与电池容量的关联的数学表达式、映射或者其他手段来计算容量差ΔC。计算的容量差ΔC的信息被报告给设定器3。
相反，虽然外部充电没有正在执行，但是计算器2将最低单元的当前电压、存储在存储器1中的值视为目标电压VTGT，并且计算单元9的电压的当前值之中的最高电压VYMAX和目标电压VTGT之间的电压差ΔVY。目标电压VTGT是在电池13被完全充电时用于具有最低电压的单元9的当前电压。目标电压VTGT并不总是所有单元9的当前电压（当时）之中最低的。例如，如图3的曲线图中图示的，通过绘制各个单元9的开路电压和电池容量的关系表示了充电放电特性，虚线和点划线彼此交叉。即，在完全充电处，虚线位于点划线的上方。但是，在低充电处，虚线位于点划线的下方。单元9在相同容量处的开路电压的量值关系可以随着容量而翻转。
这里，虚线与点划线交叉的电压被称为交点电压Vz。在最低单元具有比交点电压Vz低的电压的区域中，因为在相同容量处具有比最低单元（由点划线表示）的电压低的电压的单元（由虚线表示）存在，所以目标电压VTGT不是当时最低的。尤其，因为一些混合动力车辆的电池13将车辆正在行驶时的目标容量（目标充电率）设定为50%左右，所以有单元9在低于交点电压Vz的电压区域中被重复使用的可能性。即使在容量的以上区域中，计算器2仍然将最低单元的当前电压视为目标电压VTGT。由计算器2计算的电压差ΔVY的信息被报告给判定器4。
设定器3基于平衡器电路8的操作电流I和由计算器2计算的容量差ΔC，设定平衡器控制的许可时间TMAX。平衡器电路8的操作电流I是开关18被打开时经过电阻器17的电流。平衡器控制的许可时间TMAX是启动平衡器电路8的累积时间的上限。换句话说，许可时间TMAX是执行平衡器控制的累积时间T的上限。例如，通过使容量差ΔC除以操作电流I来计算平衡器控制的许可时间TMAX（例如，TMAX=f（ΔC/I））。由设定器3设定的许可时间TMAX被报告给单元平衡器5。
容量差ΔC与单元9在电池13被完全充电时的各个电压之中的最低电压VXMIN和最高电压VXMAX之间的电压差ΔVX相关（例如ΔC=f（ΔVX）=f（VXMAX-VXMIN））。因此，当电池13再次通过外部充电变成被完全充电时，电压差ΔVX变化，并且容量差ΔC也变化。对于以上所述，每当容量差ΔC由于使电池13完全充电而被更新时，设定器3设定新的许可时间TMAX。
判定器4判定执行平衡器控制的各种条件是否各自被满足，通过启动平衡器电路8平衡（均衡）单元9的电压来进行平衡器控制。这里，当所有的以下条件1-4被满足时，判定器4判定执行平衡器控制的条件被满足。另一方面，当条件1-4中的任何一个条件没有被满足时，判定器4判定执行平衡器控制的条件没有被满足。判定器4的判定结果被报告给单元平衡器5。
条件1：车辆10没有处于外部充电中；
条件2：电池13具有小的电负载；
条件3：电压差ΔVY超过标准的电压差ΔVTH；和
条件4：执行平衡器控制的累积时间T少于许可时间TMAX。
基于从充电进口14经由信号线23报告的信息来判定条件1。例如，当车辆10没有通过外部源被充电时，或者当充电电缆15没有被连接到车辆10时，满足条件1。
条件2是确认电池13没有正在被使用，或者即使电池正在被使用，电池13每单位时间具有相对小的充电量或者放电量。如果电池13的充电量或者放电量相对大（即，正在消耗电池13的大量电力，或者正在再生的电力量大），则难以获取各个单元9的正确的开路电压，从而进一步难以提高平衡器控制的精度。相反，如果电池13的充电量或者放电量相对小（即，车辆10通过消耗电池13的少量电力来行驶，车辆10仅仅使用引擎11产生的电力来行驶，或者车辆10停止、空转等等），可以获取各个单元9的正确的开路电压，以便进一步地提高平衡器电路8的精度控制。
任何方式可以被应用于电池13的充电量或者放电量的计算。例如，电池13的充电量或者放电量可以基于电池13的电压的下降量或者电池13的充电或者放电电流。在第一实施例中，当使电池13充电或者放电的电流的绝对值小于某个标准的电流值时，电池13上的电负载被判定为小。
通过将由计算器2计算的电压差ΔVY与标准的电压差ΔVTH进行比较来判定条件3。标准的电压差ΔVTH可以是根据电池13的特性和／或种类而预先给定的固定值，或者可以是基于使用电池13的累积时间或者电池13的充电率（各个单元9的平均充电率、最低单元的充电率、被称为SoC的充电状态等等）而设定的变量。如图3中图示的，当各个单元9的电池容量减少时，从各个单元9的充电放电特性获得的电压的差量趋向于增加。
通过将由设定器3设定的许可时间TMAX与实际测量的执行平衡器控制的累积时间T进行比较来判定条件4。在以下将要详述的单元平衡器5执行平衡器控制的同时，累积地测量执行平衡器控制的累积时间T。根据这个条件，单元平衡器5禁止平衡器控制被执行得比许可时间TMAX长。换句话说，不允许累积时间T超过许可时间TMAX。
单元平衡器5（单元平衡控制器）执行平衡器控制，将存储在存储器1中的最低单元的当前电压视为目标值。具体地，用于第一实施例的平衡器控制的目标电压VTGT不是在控制的时间点处的最低电压，而是在相同的时间点处的最低单元的电压。因此，如果如图3中图示的，单元9具有比目标电压VTGT低的电压，则单元平衡器5从平衡器控制中排除具有低电压的单元9。这意指平衡器控制是在当时具有比最低单元的当前电压高的电压的单元9上被执行。
当判定器4判定满足了执行平衡器控制的条件时，单元平衡器5将“开”信号输出到当前具有比目标电压VTGT高的电压的单元9的开关18，以启动各个平衡器电路8。单元平衡器5具有通过使具有比目标电压VTGT高的电压的单元9放电来平衡电池电压的功能。
单元平衡器5测量启动任何平衡器电路8的累积时间T，并且将测量的累积时间T报告给判定器4。判定器4使用测量的累积时间T的信息来判定上述条件4。在执行平衡器控制的测量的累积时间T达到许可时间TMAX之后，条件4变成不满足并且不再执行平衡器控制。每当设定器3设定新的许可时间TMAX时，执行平衡器控制的累积时间T的测量值被重新设定为零。这意指每当电池13由于外部充电而变成被完全充电时，累积时间T被重新设定。
3.流程图：
图4是图示在BMU7中执行的平衡器控制的一连串进程步骤的流程图。以一定的时间间隔（例如，以几十毫秒的周期）重复这个流程图的进程步骤。这里，关于没有执行车辆10的外部充电时执行的平衡器控制进行描述，但是平衡器控制当然可以在外部充电期间被执行。
在步骤A10中，各个单元9的开路电压的信息经由多个信号线22被输入到BMU7，并且被存储在存储器1中。在下一个步骤A20中，判定器4基于从充电进口14经由信号线23被报告的信息来判定车辆10是否正在经受外部充电。在步骤A20中的这个判定对应于上述条件1。如果正在执行外部充电，则进程前进到步骤A30，而如果没有执行外部充电，则进程前进到步骤A90。
在步骤A30中，基于例如存储器1和／或计算器2中的各个单元9的电压的信息，进行关于电池13是否处于被完全充电的状态中的判定。如果电池13被判定为处于完全充电状态中，则进程前进到步骤A40，并且具有最低电压的一个单元9被记录为“最低单元”。此时，如果另一个单元已经被记录为最低单元，则最低单元的信息被更新并且被存储在存储器1中。在下一个步骤A50中，计算器2从存储在存储器1中的单元9的当前电压的信息中提取与最低电压VXMIN和最高电压VXMAX相对应的信息，然后计算电压差ΔVX。
在步骤A60中，计算器2计算与先前步骤中计算的电压差ΔVX相对应的容量差ΔC。设定器3使容量差ΔC除以平衡器电路8的操作电流I，并且将商设定为平衡器控制的许可时间TMAX。在步骤A70中，单元平衡器5重新将平衡器控制的累积时间T设定为零，并且终止相应系列的进程步骤。如果电池13在步骤A30中被判定为没有处于完全充电状态中，则进程前进到步骤A80，并且最低单元的信息（即，其单元编号）没有被更新，并且仍然被保持。
另一方面，如果判定器4在步骤A20中判定外部充电没有被执行，则进程前进到步骤A90。而且，计算器2将步骤A40中记录的“最低单元”当时所具有的当前电压设定为目标电压VTGT。在连续的步骤A100中，计算器2计算当前的最高电压VYMAX和目标电压VTGT之间的电压差ΔVY。
在步骤A110中，判定器4判定电池13的充电或者放电电流的绝对值是否小于标准的电流值。在步骤A110中的这个判定对应于条件2。这里，如果电池13的充电或者放电电流的绝对值小于标准的电流值，则判定器4判定电池13具有小的电负载，并且进程前进到步骤A120。相反，如果该绝对值不小于标准的电流值，则判定器4判定电池13具有大的电负载，并且不满足执行平衡器控制的条件。因而，进程前进到步骤A160。
在步骤A120中，判定器4判定电压差ΔVY是否超过标准的电压差ΔVTH。在步骤A120中的这个判定对应于上述条件3。如果电压差ΔVY超过标准的电压差ΔVTH，则满足条件3，以便判定单元9具有大的电压差量，并且进程前进到步骤A130。另一方面，如果没有满足条件3，则执行平衡器控制的条件被判定为没有被满足，并且进程前进到步骤A160。
在步骤A130中，关于执行平衡器控制的累积时间T是否小于许可时间TMAX进行判定。在步骤A130中的这个判定对应于上述条件4。如果执行平衡器控制的累积时间T小于许可时间TMAX，则条件1-4全部被满足，因此执行平衡器控制的条件被满足。因而，进程前进到步骤A140。在步骤A140中，单元平衡器5将“开”信号输出到当前具有比目标电压VTGT高的电压的单元9的开关18，从而启动相应的平衡器电路8。此时，没有在具有小于目标电压VTGT的电压的单元9上执行平衡器控制，并且没有启动具有比目标电压VTGT小的电压的单元9的平衡器电路8。因此，在下一个步骤A150中，单元平衡器5把执行平衡器控制的累积时间T加起来（增加）。
如果步骤A130中的判定没有被满足，则执行平衡器控制的条件被判定为没有被满足，然后进程前进到步骤A160。在步骤A160中，避免所有的平衡器电路8被启动。即，没有启动所有的平衡器电路8。
4.效果：
4-1.具有三个单元的电池：
这里，现在将参考图5A-5D和6A-6B进行关于每个单元9在上述平衡器控制过程中的电压变化的描述，假定电池13具有三个单元9a、9b和9c。在图中，单元9a、9b和9c的充电放电特性的曲线图分别通过粗实线、虚线和点划线被表示。
在完成外部充电从而在电池13被完全充电时，单元9a（由粗实线表示）具有最高电压，而在完全充电状态下，单元9c（由点划线表示）具有最低电压。即，单元9c对应于最低单元。单元9b和9c在具有交点电压VZ时具有相同的容量，并且单元9c在电压低于交点电压VZ的区域处具有比单元9b的电压高的电压。
首先，如图5A中描绘的，当电池13由于外部充电而变成被完全充电时，计算最低电压VXMIN和最高电压VXMAX之间的电压差ΔVX，然后基于容量差ΔC来设定执行平衡器控制的许可时间TMAX，该容量差ΔC对应于电压差。
然后，引擎11和马达12开始旋转，并且车辆10通过消耗存储在电池13中的电力来行驶。如图5B中描绘的，在车辆10正在行驶的同时，计算器2计算最高电压VYMAX和目标电压VTGT之间的电压差ΔVY。电压差ΔVY对应于沿着纵轴在粗实线和点划线之间的距离。存储在电池13中的电力通过典型的电力产生和再生被适当地补充，因此各个单元9的电压被维持为一定值以上。
如果在用图5B中的各个白点表示单元9a-9c的电压的状态下，电压差ΔVY超过标准的电压差ΔVTH，则满足上述条件3。此时，如果剩余的条件1、2和4全部被满足，则开始平衡器控制。将仅仅在当前具有比目标电压VTGT高的电压的单元9a上执行平衡器控制，而不会在单元9b上执行平衡器控制。
平衡器控制打开单元9a的平衡器电路8的开关18，从而使相应的电阻器17通电。电阻器17消耗存储在单元9a中的电力，因此如图5C中的箭头所表明的，单元9a的电压逐渐地下降。各个单元9的电压的差量对应于沿着曲线图的纵轴的图表的差量。因此，图5C的状态具有比图5B的电压差量小的电压差量。但是，难以在图5C的曲线图上图示在这个状态中的电池13将要经由外部充电被完全充电时将剩余的电压差量。
相反，通过沿着横坐标轴水平地平移图5C的实线曲线图，可以易理解地图示电池13将要被完全充电时的电压差量。图5D具有通过向右移动图5C的粗实线以致表示各个单元9a、9b、9c的状态的图5C的白点的横坐标彼此重合所获得的曲线图。图5D中的细实线对应于图5C中的粗实线；图5D中的粗实线对应于使细实线水平地（即，沿着横坐标轴）移动距离S的结果。
假如单元9的电池容量在外部充电期间几乎均一地增加，在两个白点---即，表示当前最高单元电压的白点和表示当前最低单元电压的白点之间的沿着纵轴的最长距离---对应于当时剩余在电池13中的电压差量的程度。因为外部充电一完成，电池13的电压就受到上限电压VHI限制，所以所有单元9的电压之中的最高电压变成上限电压VHI。
因此，在图5D中，三个曲线图（粗实线、虚线和点划线）与表示上限电压VHI的水平线的三个交点之中，最左边的交点（即，最低容量）对应于电池13被完全地充电时的最高电压。通过具有与最高电压的横坐标相同的横坐标的点，来表示剩余单元9在电池13被完全充电时的电压。
在电池13被完全充电时的单元9的电压差量的程度根据移动粗实线的距离S而变化。具体地，如图5C中描绘的，电压差量的程度根据电池容量的变化量而变化，电池容量的变异量对应于单元9a在平衡器控制前后的电压的变化量。
图6A是接近于图5D的完全充电点的部分的放大；当单元9a的充电放电特性的曲线图通过图6A中的实线A被表示时---换句话说，当单元9a在电池13被完全充电的状态下具有上限电压VHI时---电压差量的程度取决于单元9a的电压和单元9c的电压。只要单元9a具有上限电压VHI，移动粗实线的较长距离S就增加了单元9a在电池13被完全充电时的容量，因此电池13的电压差量减少。
当单元9a的充电放电特性的曲线图通过图6A中的实线B被表示时---换句话说，当单元9b在电池13被完全充电的状态下具有上限电压VHI时---电压差量的程度取决于单元9b的电压和单元9c的电压。单元9a的电压是单元9b和9c的电压之间的值。如以上所述，当单元9a的电压小于上限电压VHI并且还高于单元9c的电压时，电池13的电压差量是常数，与移动粗实线的距离S无关。
当单元9a的充电放电特性的曲线图通过图6A中的实线C被表示时，换句话说，当单元9a在电池13被完全充电的状态下具有最低电压VXMIN时，电压差量的程度取决于单元9b的电压和单元9a的电压。在这种情况下，移动粗实线的较长距离S减少了单元9a在电池13被完全充电时的电压，并且因而增加了电池13的电压差量。
图6B是指示执行平衡器控制的累积时间T和电压差量的程度之间的关系的曲线图，该关系与上述距离S相关。电压差量按照累积时间T的增加而减少，直到执行平衡器控制的累积时间T达到一定程度。当在累积时间T为T1处，在图6A中的粗实线和虚线的交点处的电压与上限电压VHI重合时，电压差量是常数。只要不等式“T1≤T≤T2”是正确的，电压差量就是常数。
此外，当在累积时间T为T2处，在图6A中的粗实线和点划线的交点处的电压与最低电压VXMIN重合时，电压差量随着累积时间T延长而增加。图6B中的符号A-C对应于在单元9a的充电放电特性的曲线图在图6A中分别由实线A-C表示时的状态。
BMU7中的计算器2计算在电池13被完全充电时的电压差ΔVX。通过从最高电压VXMAX减去最低电压VXMIN来计算电压差ΔVX。这些电压ΔVXMAX、VXMIN的两个值是在电池13被完全充电时的检测值。
BMU7中的计算器2还计算与电压差ΔVX相对应的容量差ΔC。然后，设定器3设定平衡器控制的许可时间TMAX，平衡器控制的许可时间TMAX对应于容量差ΔC除以平衡器电路8的操作电流I的商。
如果判定器4判定满足执行平衡器控制的条件，则单元平衡器5开始平衡器控制。当平衡器电路8将单元9a的电压减少到实质上与单元9c在电池13被完全充电的状态下的电压相同时（即，在许可时间TMAX至少满足关系TMAX≤T2的范围中），不再禁止进行平衡器控制。换句话说，移动图6A中的粗实线的距离S被限制，以致禁止粗实线到达点Q以下。因此，在电池13被完全充电时的电压差量实质上是与各个单元9的充电放电特性相关联的最小值。
4-2.具有M个单元的电池：
图7A-7D是指示当将要在M个单元（其中，M是自然数）上执行平衡器控制时，启动平衡器电路8的序列的曲线图。这里，如图7A中描绘的，单元编号#1、#2、#3、…、和#M以在开始平衡器控制的时候具有较高的电压的顺序被应用于单元9，并且具有单元编号#M的单元在将要执行平衡器控制时的电压对应于目标电压VTGT。
首先启动具有单元编号#1的单元的平衡器电路8，该单元在具有比目标电压VTGT高的电压的单元之中具有最高电压。单元平衡器5仅仅朝向具有单元编号#M的单元9的目标电压VTGT，启动具有单元编号#1的单元9的平衡器电路8。这个控制对应于沿着横坐标轴仅仅水平地平移由图7A的粗实线表示的曲线图。
然后，如图7B中描绘的，具有单元编号#1的单元9的电压与具有单元编号#2的单元9的电压重合，因此这两个单元9具有当前最高电压。对于以上所述，单元平衡器5朝向具有单元编号#M的单元9的目标电压VTGT，启动具有单元编号#1和#2的单元9的平衡器电路8。这个控制对应于沿着横坐标轴水平地平移由图7B的粗实线和中实线表示的曲线图。
然后，如图7C中描绘的，当具有单元编号#1-#3的单元9的电压彼此重合时，这三个单元9具有当前最高电压。对于以上所述，单元平衡器5启动具有单元编号#1-#3的单元9的平衡器电路8，以致这些单元的电压变成是具有单元编号#M的单元9的目标电压VTGT。这个控制对应于沿着横坐标轴水平地平移由图7B的粗实线、中实线和细实线表示的所有的三个曲线图。
当多个单元要受到平衡器控制时，按相应单元9所具有的较高电压的顺从来启动各个平衡器电路8。换句话说，工作的平衡器电路8的数目随着执行平衡器控制的累积时间T增加而增加。这意指，如图7A-7D中描绘的，平衡器控制从最小劣化的单元（由最左边的曲线图表示）开始依次---即，按较少劣化的单元的顺从，水平地平移曲线图---以致要被平移的曲线图的数目随着时间的过去而增加。另外，如图7D中描绘的，当累积时间T达到许可时间TMAX时，具有单元编号#1-#M的所有的单元9的电压变成基本上与目标电压VTGT相同，以便完成平衡器控制。
5.电压差量的变化：
图8A-8C是表示模拟在电池13被完全充电时的单元的电压差量的程度的结果的曲线图，假定单元9a是没有劣化的新单元，并且单元9b和9c的劣化度分别是大和小的。
图8A是单元9a-9c的充电放电特性的曲线图。当电池13被完全充电时的电压差量的程度对应于沿着纵坐标轴在图8A中的两个黑点之间的距离。
图8B和8C是预测作为实行当单元9a-9c的电压处于图8A的各个白点的状态中时，同时电池13正在被使用时进行的平衡器控制的结果的电压差量的变化的曲线图。
首先，当基于在即将执行平衡器控制时具有最低电压的单元9b来启动平衡器电路8时，执行平衡器控制，以致单元9a和9c的电压与单元9b的电压重合。因此，如图8B中描绘的，在电池13被完全充电的环境下，被水平地平移，以便穿过点P1的实线和点划线之间的电压差ΔVX对应于电压差量的程度。图8B描绘了在这种情况下，电压差ΔVX从图8A的初始电压差ΔVX开始增加。
相反，当基于单元9c而不是单元9b启动平衡器电路8时，执行平衡器控制，以致单元9a的电压与单元9c的电压重合。因而，从平衡控制中排除单元9b。因此，如图8C中描绘的，当在电池13被完全充电的环境下，实线被水平地平移，以便经过点P2时，电压差ΔVX对应于电压差量的程度。图8C描绘了电压差ΔVX从图8A的初始电压差ΔVX开始降低，这意指图8C的平衡器控制抑制了电压差量。
6.效果：
（1）如上所述，第一实施例的BMU7使用用于在电池13被完全充电时具有最低电压的单元的开路电压作为目标电压VTGT，来执行平衡器控制。即，基于用于在电池被完全充电时具有最差的充电放电特性的单元的当前电压，而不是基于在平衡器控制正在运行时的最低电压，来执行平衡器控制。这个控制方式使得可以在各个单元再次被完全充电时的电池容量的差量缩小。即使一些单元具有比最低单元的当前电压低的电压，也防止电压差量在电池13被完全充电之后增加。有利地，这使得可以防止整个电池13的可用的电池容量减少。
（2）如条件1中定义的，BMU7在没有执行外部充电时执行平衡器控制。因此，可以不仅在总是需要外部充电的电动车辆上，而且在例如较少受到外部充电的插电式混合动力车辆上，充分地抑制单元的电压差量。
（3）BMU7仅仅在具有比最低单元的当前电压高的当前电压的单元9上执行平衡器控制，换句话说，从受到平衡器控制的单元中排除了具有比最低单元的当前电压低的当前电压的单元9。当电池13下次将要被完全充电时，推定被排除的单元9具有比最低单元的电压高的电压。对于如上所述，如果在具有比最低单元的当前值低的当前电压的单元9上执行平衡器控制，以致单元9的当前电压增加到最低单元的当前电压，则在电池13被再次完全充电时的单元的电压的差量反而增加。
作为解决以上问题的方案，BMU7从平衡器控制中排除了具有比最低单元的当前电压低的当前电压的单元。这个方式可以抑制在单元9被再次完全充电时的电压差量，因而还可以抑制电池容量的差量。
此外，因为没有在具有比最低单元9的当前电压低的当前电压的单元上执行平衡器控制，所以可以节省用于平衡各个单元的电压的电力，这意指电压差量的有效抑制。
（4）基于在电池13被完全充电时的容量差ΔC和平衡器8的操作电流I，BMU7设定执行平衡器控制的许可时间TMAX。这可以启动平衡器电路8，以致在电池13被完全充电时的电压差量不会过度大，如图6B中描绘的。这避免了过度的单元平衡，并且还减少了单元9将在该单元要被再次完全充电时所具有的电压差量。此外，在车辆10没有被耦接到外部电源的状态下执行的平衡器控制没有被过度地延长，因此可以节省平衡器电路8要消耗的电力，这提高了车辆10的燃料效率和电效率。
（5）因为每当电池13被完全充电时，BMU7重新设定执行平衡器控制的许可时间TMAX，所以单元的充电电压可以因为没有过度地禁止单元平衡而进一步地具有较小的电压差量。
（6）因为BMU7在至少条件2被满足时，即，在电池13具有小的电负载时，执行平衡器控制，所以可以适当地平衡各个单元9的电压，并且可以提高控制精度。
（7）BMU7在车辆10处于除外部充电之外的例如行驶、停止一会儿以及停车的各种状态中执行平衡器控制。但是，平衡器控制当然可以在外部充电期间被执行。在这种情况下，平衡器控制减少了单元的电压差量，可以减少由在外部充电期间进行的平衡器控制消耗的电力，并且还可以缩短充电所花费的时间。
7.变化例：
在第一实施例中，每个平衡器电路8被假定为电阻器旁路电路，但是并不局限于此。替代地，平衡器电路8可以具有一次全部地控制多个单元9的电压的配置，而不是控制每个个别的单元9的电压的配置，或者可以在多个单元9之中分配电力。
如果多个单元9的电压被一次全部地控制，则一个方案是控制各个电池模块的平均电压。在这种情况下，包含在多个电池模块被完全充电时具有最低电压的单元的电池模块被视为与第一实施例的最低单元相同，并且剩余的电池模块被视为与第一实施例的剩余单元相同，因此可以获得与第一实施例相同的效果和优点。
上述第一实施例假定在锂离子二次电池的电池组上执行平衡器控制。但是，电池的种类不局限于此。替代地，可以在被安装在车辆10上的铅酸电池（所谓的12-V电池）上，或者在包含锂离子电容器、镍氢化金属电池、或代替锂离子二次电池的碱离子电池的电池组上执行平衡器控制。
第一实施例的条件3比较电压差ΔVY和标准的电压差ΔVTH的大小。具体地，判定器4判定最高电压VYMAX相对于目标电压VTGT有多高。可以通过计算每个个别的单元9的电压和目标电压ΔVTGT之间的电压差ΔVZ，然后使电压差ΔVZ的大小与标准的电压差ΔVTH的大小进行比较，来代替条件3的判定。具体地，对每个个别的单元，进行关于是否执行平衡器控制的判定。
在第一实施例中，假定关于车辆行驶（包含停止和停车，即，当没有受到外部充电时）执行平衡器控制。替代地，还可以在外部充电期间执行平衡器控制。如图3中描绘的，如果电池13包含具有开路电压的单元9，开路电压的大小与容量相反，则在低于交点电压VZ的电压区域中执行平衡器控制。与传统的单元平衡相比较，这可以进一步减少在电池13被完全充电时的电压差量，并且还可以抑制由与各个单元的充电放电特性的劣化有关的可充电量的变化所引起的电压差量的增加。
如此描述了该发明，显然，该发明可以在许多方面不同。这种变化不被视为偏离该发明的范围，并且意欲将所有这类对于本领域的技术人员是显而易见的修改包含在以下权利要求书的范围内。
参考标号列表
1 存储器
2 计算器
3 设定器
4 判定器
5 单元平衡器
7 电池管理设备
8 平衡器电路
9 单元
13 电池
14 进口（充电器）。

Claims (3)

1.一种用于车辆的电池管理设备，其特征在于，包括：
进口(14)，所述进口(14)被安装在所述车辆(10)上，用于借助于充电电缆(15)连接到外部电源，以便利用来自所述外部电源的电力对包含多个单元(9)的电池组(13)进行充电；
存储器(1)，所述存储器(1)记录在所述多个单元(9)之中的哪个单元是在所述电池组(13)通过所述外部电源被完全充电时具有最低电压的最低单元；
单元平衡器(5)，所述单元平衡器(5)在所述电池组(13)没有借助于所述进口(14)被充电时，通过使当前各自具有比所述最低单元(9)的当前电压高的电压的一个或多个单元(9)放电至所述最低单元(9)的所述当前电压，在所述电池组(13)的电压上执行单元平衡；
计算器(2)，所述计算器(2)基于所述多个单元(9)在所述电池组(13)被完全充电时的电压之中的最低电压和最高电压之间的差(ΔVX)，计算单元容量差(ΔC)；和
设定器(3)，所述设定器(3)基于所述单元平衡的消耗电流(I)和由所述计算器(2)计算的所述单元容量差(ΔC)，设定执行所述单元平衡的累积时间的上限(TMAX)；
其中，执行所述单元平衡的条件是，所述单元平衡器(5)将所述电池组(13)充电或放电电流的绝对值设定为小于标准值和所述单元(9)的最大电压与目标电压(ΔVTGT)之间的电压差(ΔVY)超过标准电压差(ΔVTH)。
2.如权利要求1所述的电池管理设备，其特征在于，
所述单元平衡器(5)禁止在比所述设定器(3)设定的所述上限(TMAX)长的累积时间执行所述单元平衡。
3.如权利要求2所述的电池管理设备，其特征在于，每当所述电池组(13)被完全充电时，所述设定器(3)重新设定所述上限(TMAX)。
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