CN104221208A - 蓄电设备放电装置 - Google Patents

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Abstract

通过使电池(10)放电来监视其状态的电池状态监视装置(100)具备放电部(15)及放电控制装置(3)。放电部(15)在电池(10)的正极与负极之间，具有负载电阻(1)与开关单元(2)串联连接的放电电路。放电控制装置(3)控制开关单元(2)的开关。放电控制装置(3)能通过调整放电部(15)中的负载电阻(1)的电阻值，来调整放电电流。

Description

蓄电设备放电装置
技术领域
本发明涉及蓄电设备放电装置。
背景技术
直接测定蓄电设备的充电状态(SOC；State Of Charge)、即剩余容量是较为困难的。然而，认为蓄电设备的SOC与开放电压(开路电压)之间存在某一程度的相关关系。因此，以往通过测定及运算来求出开放电压，基于开放电压(内部电压)与SOC之间的相关关系来求出SOC。
因此，若将开放电压设为E，将蓄电设备的电压及电流设为V、I，则得到以下式(1)。
E＝V+I·r…(1)
r是蓄电设备的内阻。式(1)中，内阻r例如使用定值(r0，例如是SOC为10％、电池温度为20℃时的值)。
然而，内阻r根据电池温度、此时的SOC而变化。因此，公开了一种方法，利用下式(2)来修正内阻r。
r＝r0·A2·A1…(2)
r0是根据电池预先给定的规定电阻值。A1是基于电池温度T的第1电阻比。另外，A2是基于所给定的基准充电状态的第2电阻比。
由此可知SOC与内阻之间存在相关关系。因此，公开了一种电池剩余容量检测装置，该电池剩余容量检测装置中，内阻为一值，基于与剩余容量具有较大相关关系的支配电池内的内部物质的移动的电阻值来判断蓄电池的劣化程度(例如参照专利文献2)。该电池剩余容量检测装置通过开关将负载电阻与蓄电池相连，使其放电，并基于蓄电池的端子间电压及放电电流，计算出支配电池内的内部物质的移动的电阻值。
另一方面，还公开了一种电池检测单元，该电池检测单元利用开关以规定频率进行开关，将负载电阻与蓄电池相连并使其放电，检测出端子间电压与放电电路的电流，由此，计算出蓄电池的内部阻抗(例如参照专利文献3)。
此外，还公开了一种剩余容量均等化装置，该剩余容量均等化装置对将多个电池单元串联并将其作为高压电池搭载时、蓄电设备的SOC的偏差进行均等化(例如参照专利文献4)。该剩余容量均等化装置对于每个单元设定具备电压传感器、旁通电阻以及旁通开关的旁通电路，并控制旁通开关。
更具体而言，该剩余容量均等化装置为了使所连接的多个电池的电压相同，例如在蓄电设备停止动作的时刻，对于电压较高的电池单元，使其向预先设置成目标的负载电阻放出规定的电压值。由此，能够在电池单元间使剩余容量均等。
上述电池剩余容量检测装置、电池检测单元、剩余容量均等化装置均是为了测定蓄电池的状态、或为了使蓄电设备的SOC的偏差均等化、而使蓄电设备对负载电阻放电的放电装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3543662号公报
专利文献2：日本专利特开2007-017357号公报
专利文献3：日本专利特开2006-032184号公报
专利文献4：日本专利特开2003-189490号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述电池剩余容量检测装置、电池检测单元、剩余容量均等化装置等放电装置中，利用预先设置在蓄电设备装置内的规定的负载电阻值来限制放电电流的大小。由于所述限制，使得有时难以在最佳的放电条件下测定蓄电设备的内阻。
在并非最佳放电条件的情况下，有时在蓄电设备中无法得到测定所需的充分的极化。为了使蓄电设备获得测定所需的充分的极化，需要预先根据蓄电设备的内阻的设计值将连接在电池两端的负载电阻的电阻值设定为最佳。
电池的内阻会因温度环境或使用时间而变大、或变小。因此，在上述专利文献2所公开的电池剩余容量检测装置、上述专利文献3所公开的电池检测单元中，即使根据电池的初始性能来设定负载电阻的电阻值，随着电池的使用，最佳电阻值会发生偏移，从而可能无法获得充分的放电状态，无法测定SOC、电池的内部阻抗等。
另外，在上述专利文献4所公开的剩余容量均等化装置中，在蓄电设备的停止动作时间太短的情况下、电池间的剩余容量不均等过大的情况下，无法充分地进行所需的放电。其结果是，难以达成剩余容量的均等化。
本发明是鉴于上述情况而得以完成的，其目的在于提供一种蓄电设备放电装置，该蓄电设备放电装置为了测定电池的状态、或进行电池单元的均等化，能根据电池的状态进行电池的放电。
解决技术问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明所涉及的蓄电设备放电装置进行蓄电设备的放电，其包括：
放电部，该放电部在所述蓄电设备的正极与负极之间，具有负载电阻与开关串联连接的放电电路；以及
控制部，该控制部对所述开关的开闭进行控制，
所述控制部能通过调整所述放电部中的所述负载电阻的电阻值，来调整放电电流。
发明效果
根据本发明，利用控制部来调整放电电路的负载电阻的电阻值。由此，即使蓄电设备的内阻的电阻值有较大变化，或者蓄电设备的动作停止时间过短，或者电池间的剩余容量的不均等过大，仍能根据其变化来改变负载电阻的电阻值。其结果是，为了测定电池的状态、或进行电池单元的均等化，能根据电池的状态进行电池的放电。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的蓄电设备放电装置(电池状态监视装置)的示意结构的电路图。
图2是表示极化曲线的一个示例的曲线图。
图3是表示电池状态监视装置的动作流程的流程图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的蓄电设备放电装置(电池剩余容量均等化装置)的示意结构的电路图。
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的蓄电设备放电装置(电池状态监视装置)的示意结构的电路图。
图6是表示本发明的实施方式4所涉及的蓄电设备放电装置(电池剩余容量均等化装置)的示意结构的电路图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不由本实施方式所限制。
实施方式1
首先，对本发明的实施方式1进行说明。
图1示出了作为本发明的实施方式1所涉及的蓄电设备放电装置的电池状态监视装置100的示意结构。如图1所示，电池状态监视装置100是监视作为蓄电设备的电池10的状态的装置。
电池10是充电电池(蓄电池)，例如能采用镍氢电池、锂电池等。
电池状态监视装置100通过使电池10放电，来监视电池10的状态。电池10的状态包括例如SOC或内部阻抗等。
如图1所示，电池状态监视装置100具备放电部15。首先，对放电部15的结构进行说明。
放电部15的两端连接在电池10的正极与负极之间。放电部15具有将负载电阻1与开关元件2串联连接的放电电路。
本实施方式中，放电部15具有多个放电电路。各放电电路并联。
各负载电阻1的一端与电池10的正极相连，其另一端与开关元件2的集电极相连。各放电电路中，负载电阻1的电阻值固定。各负载电阻1的电阻值为R1、R2、…Rn，各不相同。
开关单元2例如为晶体管。开关单元2的集电极与负载电阻1相连，其发射极与电池10相连。另外，开关元件2的栅极与放电控制装置3相连。开关元件2的开关由放电控制装置3来控制。
电池10的正极及负极上设有用于测定电压的端子4。另外，电池10的一端设有电流计5。
此外，电池状态监视装置100具备放电控制装置3，以作为控制部。对放电控制装置3的结构进行说明。
放电控制装置3具备电压测定部20、电流测定部21、决定部22、以及选择部23。
电压测定部20与两个端子4相连。电压测定部20测定端子4之间的电压、即电池10的正极与负极之间的电压(电源电压)。
电流测定部21对由电流计5检测出的电流进行测定。也就是说，电流测定部21对从电池10流出的电流进行测定。
决定部22基于由电压测定部20测定的电压、以及由电流测定部21测定的电流，来决定负载电阻1的最佳电阻值。更具体而言，决定部22决定能在放电状态下获得测定所需的电池极化的电阻值。
这里，对决定电阻值的方法进行说明。
决定部22决定流过电池10的电流满足规定的电流条件的负载电阻1的电阻值。规定的电流条件例如能设为内部物质移动电阻在电池10的内阻中起支配作用的较高的电流。
使得内部物质移动电阻在电池10的内阻中起支配作用的电流能基于图2所示那样的测定对象的电池10的极化曲线来决定。图2中，纵轴为电流(A)的对数，横轴为极化(mV)。
使用锂离子电池来作为电池10，制成使用电池10的正极(钴酸锂电极)的电化学测定用三极式电池，基于实际电池的使用域来设定应有的充电状态，利用一般方法来测定朝向正极的还原方向的极化曲线，从而得到图2所示的极化曲线。
极化曲线中，随着极化值(极化幅度)的增大而电流变大。在极化值η大于规定的η0的情况下，电流与极化值的关系开始偏离线性关系。也就是说，在该极化幅度大于η0的区域中，一般来说，内阻对应于物质移动速度。
因此，在本实施方式中，为了使其极化值大于η0的、即大于电流i0的恒电流流过电池10，决定部22基于测定的端子间电压来决定支配内部物质移动的负载电阻1的电阻值。
选择部23基于由决定部22所决定的电阻值，控制多个开关元件2的开关。更具体而言，选择部23对各开关元件2的开关进行控制，以使得连接于电池10的所有负载电阻的电阻值成为所决定的电阻值。也就是说，选择部23是能够从电阻值不同的负载电阻1中选出实际使用的负载电阻的选择部。此外，也可以将多个开关元件2设定为关闭状态，通过组合多个负载电阻1来设定所决定的电阻值。
也就是说，电池状态监视装置100基于由电压测定部20测定的电压、以及由电流测定部21测定的电流，来控制开关元件2的开关，调整放电部15的所有负载电阻的电阻值，从而能调整放电电流。
接下来，对实施方式所涉及的电池状态监视装置100的动作进行说明。
图3中示出了电池状态监视装置100的动作流程。如图3所示，在电池状态监视装置100中，放电控制装置3利用选择部23将放电部15的所有开关元件2关闭(步骤S1)。由此，在电动机驱动时等，各负载电阻1脱离电池10，电动机通过逆变器与电池10相连。此外，电池状态监视装置100控制电池10与电动机及逆变器之间的连接。
该状态下，来自电池10的电力经由逆变器提供给电动机，在电动机减速时，电动机起到发电机的作用，将所得到的电力返还给电池10。由此，能重复电池10的充放电。
接下来，放电控制装置3待机，直到测定时刻(步骤S2；否)。在测定时刻到来的情况下(步骤S2；是)，放电控制装置3使逆变器、电动机等一般负载脱离电池10(步骤S3)。
接下来，放电控制装置3利用决定部22如上述那样决定电阻值(步骤S4)。例如，决定部22可以通过将电压测定部20所测定的电压值除以满足规定的电流条件的电流值，来求出电阻值。
接下来，放电控制装置3利用选择部23如上述那样选择负载电阻1(步骤S5)。由此，对各开关元件2的开关进行控制，与电池10相连的负载电阻1的电阻值成为由决定部22决定的电阻值。此时，放电控制装置3可以确认由电流测定部21测定的电流是否满足规定的电流条件。
接下来，放电控制装置3对测定对象进行测定(步骤S6)。此处，例如对电池10的SOC、内部阻抗等进行测定。这些测定对象能采用各种方法。例如，可以基于由电压测定部20测定的电压值、以及由电流测定部21测定的电流值，来计算测定对象。
在执行步骤S6之后，放电控制装置3回到步骤S1。此时，放电控制装置3将电池10与逆变器、电动机等一般负载相连接。
根据本实施方式所涉及的电池状态监视装置100，通过改变负载电阻1的电阻值，能使电池10的放电电流的大小变化。由此，即使电池的内阻因温度环境、使用时间而变大，或变小，仍能以测定所需的电流使电池10放电。
由此，根据本实施方式所涉及的电池状态监视装置100，通过设置电阻值不同的两种以上的负载电阻1，即使电池10的内阻发生了较大的变化，也能对测定对象进行测定。其结果是，能顺畅地监视电池10的状态。
另外，根据本实施方式所涉及的电池状态监视装置100，在使用内阻有较大差异的电池10的情况下、或内阻因温度或使用环境而有较大变化的情况下，仍能设定所需的放电电流，顺畅地进行测量。
如上述详细说明的那样，根据本实施方式，利用放电控制装置3来调整放电电路的负载电阻1的电阻值。由此，即使在电池1的内阻有较大变化的情况下，仍能根据该变化来改变负载电阻1的电阻值。其结果是，能以稳定的状态测定电池1的SOC、内部阻抗。
实施方式2
接下来，对本发明的实施方式2进行说明。
图4示出了作为本发明的实施方式2所涉及的蓄电设备放电装置的电池剩余容量均等化装置101的电路结构。电池剩余容量均等化装置101在将多个电池单元串联并将其作为高压电池搭载时，对蓄电设备的剩余容量(SOC)的偏差进行均等化。
如图4所示，3个电池10串联连接。本实施方式中，电池10的串联电路相当于蓄电设备。该蓄电设备的串联电路的两端例如连接有例如电动汽车、混合动力汽车等的行驶用的电动机及逆变器等。放电控制装置3控制蓄电设备与电动机及逆变器之间的连接/断开。
电池剩余容量均等化装置101在每个电池10的单元中均具备放电部15。放电部15与上述实施方式1相同，设有多个放电电路。各放电电路由电阻值不同的两种以上的负载电阻1(R1、R2…Rn)及晶体管等开关元件2构成。多个放电电路并联连接。
另外，放电控制装置3对于每个作为放电对象的电池10，测定正极与负极之间的电压、与流过的电流。图4虽未图示，但本实施方式中，放电控制装置3对于每个电池10的单元，均具备电压测定部20、以及电流测定部21。
放电控制装置3在蓄电设备与电动机及逆变器之间的连接断开时，根据需要将与电池10的单元相对应的开关元件2导通(闭合)，使该单元进行放电。放电时间成为与由电压测量部20测定的电压相对应的时间。也就是说，电压值越高的单元，放电时间越长。
此时，放电控制装置3基于每个单元中构成的电压测定部20的测定值、以及电流测定部21的测定值，从电阻值不同的负载电阻1中选择负载电阻1。由此，能使蓄电设备的放电电流的大小变化。因此，即使电池的内阻因温度环境、使用时间而变大，或变小，仍能以均等化所需的电流使电池10的单元分别放电。
在蓄电设备的停止动作时间小于阈值的情况下、或者电压值的不均等比阈值大太多的情况下，仍能通过增大与电压较高的电池10的单元相对应的负载电阻1的电阻值，来以电池10的剩余容量的均等化所需的电流使电池10放电。
由此，通过对每个单元从电阻值不同的两种以上的负载电阻1中选出最佳的负载电阻1，能够顺利地使电池10的剩余容量均等化，而无关乎电池的内阻的变化等。由此，能够使蓄电设备顺畅地工作。
如上述详细说明的那样，根据本实施方式，利用放电控制装置3来改变放电电路的负载电阻1的电阻值。由此，即使在电池10的内阻的电阻值有较大变化的情况下，仍能根据该变化来改变负载电阻1的电阻值。其结果是，能稳定地达成使由多个电池10连接而成的蓄电设备的剩余容量均等化。
实施方式3
接下来，对本发明的实施方式3进行说明。
图5示出了作为本发明的实施方式3所涉及的蓄电设备放电装置的电池状态监视装置102的电路结构。如图5所示，在本实施方式中，放电部16的结构与上述实施方式1不同。
本实施方式中，放电部16的放电电路变为可变电阻6与开关元件2的串联电路。另外，仅设有一个放电电路。
使放电控制装置3改变可变电阻6的电阻值。
更具体而言，放电控制装置3基于电压测定部20的测定值、以及电流测定部21的测定值，决定所需的可变电阻6的电阻值，调整可变电阻6的电阻值。决定电阻值的方法与上述实施方式1、2相同。由此，能使蓄电设备的放电电流的大小变化。其结果是，能够对应电池的内阻因温度环境、使用时间而变大，或变小的情况，以测定所需的电流使蓄电设备放电。
由此，通过设置可变电阻6，能够顺利地测定内阻，而无关乎电池10的内阻的变化。其结果是，能顺畅地监视蓄电设备的状态。
另外，通过采用上述结构，能简化电池状态监视装置102的电路结构。其结果是，能缩小电路基板，因此能使装置小型化。
实施方式4
接下来，对本发明的实施方式4进行说明。
图6示出了作为本发明的实施方式4所涉及的蓄电设备的放电装置的电池剩余容量均等化装置103的电路结构。电池剩余容量均等化装置103在将多个电池10的单元串联并将其作为高压电池搭载的情况下，对蓄电设备的剩余容量(SOC)的偏差进行均等化。如图6所示，在本电池剩余容量均等化装置103中，与上述实施方式2的不同点在于，设有放电部16，以取代放电部15。
如上所述，放电部16的放电电路变为可变电阻6与开关元件2的串联电路。对于一个电池10的单元仅设有一个放电电路。
放电控制装置3调整作为可变电阻的负载电阻1的电阻值。
更具体而言，放电控制装置3基于每个电池10的单元中构成的电压测定部4的测定值、以及电流测定部5的测定值，来调整可变电阻6的电阻值。由此，能使蓄电设备的放电电流的大小变化。因此，即使电池的内阻因温度环境、使用时间而变大，或变小的情况下，仍能以可进行放电且均等化所需的电流使电池10的单元放电。另外，在电池剩余容量的均等化所需的时间极短，或因放电而产生的发热超过容许大小时，仍能充分进行放电。
由此，通过对每个电池10的单元设置可变电阻6，能够顺利地使电池10的剩余容量均等化，而无关乎电池10的内阻的较大变化等。由此，能够使蓄电设备顺利地工作。
另外，通过采用上述结构，能简化电池剩余容量均等化装置103的电路结构。其结果是，能缩小电路基板，因此能使装置小型化。
此外，在使用上述电池状态监视装置100、102的情况下，通过使用支配内部物质移动的电阻值，从而也能判断电池10为镍氢电池时的存储效果等的暂时性特性变化。此外，也能判断无法恢复的特性劣化。
另外，也可以设置测定电池10的温度的温度测定部。此外，也可以基于温度测定部所测定的温度，来选择负载电阻1，或调整可变电阻6的电阻值。
工业上的实用性
本发明适用于蓄电设备的状态(SOC、内部阻抗)的测定。另外，本发明适用于在多个充电电池串联连接而成的蓄电设备中实现各充电电池剩余容量的均等化。因此，本发明适用于使用蓄电设备的电动汽车等一切电气驱动设备。
标号说明
1 负载电阻
2 开关元件
3 放电控制装置
4 端子
5 电流计
6 可变电阻
10 电池
15、16 放电部
20 电压测定部
21 电流测定部
22 决定部
23 选择部
100 电池状态监视装置
101 电池剩余容量均等化装置
102 电池状态监视装置
103 电池剩余容量均等化装置

Claims (5)

1.一种蓄电设备放电装置，其使蓄电设备放电，其特征在于，具备：
放电部，该放电部在所述蓄电设备的正极与负极之间，具有负载电阻与开关串联连接的放电电路；以及
控制部，该控制部对所述开关的开闭进行控制，
所述控制部能通过调整所述放电部中的所述负载电阻的电阻值，来调整放电电流。
2.如权利要求1所述的蓄电设备放电装置，其特征在于，
所述放电部具有所述负载电阻的电阻值互不相同的多个放电电路，
所述控制部通过多个所述放电电路各自的所述开关的开闭，来调整所述负载电阻的电阻值。
3.如权利要求1所述的蓄电设备放电装置，其特征在于，
所述负载电阻为可变电阻，
所述控制部调整所述负载电阻的电阻值。
4.如权利要求1至3中任一项所述的蓄电设备放电装置，其特征在于，
所述控制部包括：
测定所述蓄电设备的正极与负极之间的电压的电压测定部；以及
测定从所述蓄电设备流出的电流的电流测定部，
基于所述电压测定部测定的电压、以及所述电流测定部测定的电流，来调整所述负载电阻的电阻值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的蓄电设备放电装置，其特征在于，
所述蓄电设备中，多个充电电池串联连接，
对各个所述充电电池的至少设置一个所述放电电路。
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