CN111025167B - 电源装置的满充电容量推定装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源装置的满充电容量推定装置，通过与做功状态或者再生状态相应地利用第1开关元件以及第2开关元件将多个电池模块中的一部分作为测定对象的电池模块来使之进行充电或者放电，测定对于测定对象的电池模块的电流累计值以及充电率变化，根据电流累计值和充电率变化来推定测定对象的电池模块的满充电容量。

Description

电源装置的满充电容量推定装置
技术领域
本发明涉及电源装置的满充电容量推定装置。
背景技术
将多个电池模块串联连接来向负载供给电力(做功)的电源装置已得到了利用。在使电池模块所包含的电池为二次电池的情况下，也能够从负载侧向电池进行充电(再生)。
提出了如下构成：在这样的电源装置中具备开关电路，该开关电路基于选通(gate)信号来将各电池模块连接于负载、或者将各电池模块与负载断离。在这样的电路构成中，通过根据经过了延迟电路的选通信号使各电池模块的开关电路进行驱动，从而进行电压控制。另外，也提出了如下技术：通过在各电池模块设置平衡电路，消除电池模块间的充电率(SOC(state-of-charge，充电状态))的不平衡(日本特开2013－179739)。
已知二次电池会由于反复进行充放电而导致满充电时的容量(以下称为满充电容量)降低。于是，公开了如下方法：基于反复进行了充放电的二次电池的电流累计值和开路电压来求出二次电池的充电率(SOC)，根据充电率(SOC)推定满充电容量(日本特开2003－224901)。另外，公开了如下方法：按照电池模型式来推定二次电池的内部状态，基于推定结果来推定充电率(SOC)以及电池电流，取得电池电流和充电率(SOC)，以使得相对于充电率(SOC)的实际电流的累计值与推定电流的累计值之间的误差(推定误差)的变化率成为最小的方式推定容量劣化参数(日本特开2010－060384)。
发明内容
然而，在上述现有技术中，并没有对在包括串联连接有电池单元或者电池模块的电池组的电源装置中推定满充电容量的方法给出技术启示。
另外，在将上述现有技术应用于包括串联连接有电池单元或者电池模块的电池组的电源装置的情况下，全部电池(单元或者模块)会被充电或者放电，充电率(SOC)会变化。电池的输入输出性能依赖于充电率(SOC)，一般而言，在低充电率(SOC)下，输出性能会降低，在高充电率(SOC)下，输入性能会降低。因此，由于作为电池组的输入输出性能降低，在进行满充电容量推定的期间有可能会牺牲作为电力缓冲的性能。
本发明的一个技术方案是一种电源装置的满充电容量推定装置，所述电源装置包括多个具有二次电池的电池模块，所述电池模块根据选通信号而相互串联连接，所述电源装置具备与所述选通信号无关地将所述电池模块从所述串联连接强制性地断离的切断单元，所述满充电容量推定装置的特征在于，通过与做功状态或者再生状态相应地利用所述切断单元将所述多个电池模块中的一部分作为测定对象电池模块来使之进行充电或者放电，测定对于所述测定对象电池模块的电流累计值ΔAh以及充电率变化ΔSOC，根据所述电流累计值ΔAh和所述充电率变化ΔSOC推定所述测定对象电池模块的满充电容量。
在此，优选进行控制以使得：通过在电源输出为做功时利用所述切断单元将所述测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，使该测定对象电池模块的每单位时间的放电电流累计量比其他所述电池模块的每单位时间的放电电流累计量小。
另外，优选进行控制以使得：通过在电源输出为再生时利用所述切断单元将所述测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，使该测定对象电池模块的每单位时间的充电电流累计量比其他所述电池模块的每单位时间的充电电流累计量小。
本发明的又一技术方案是一种电源装置的满充电容量推定装置，所述电源装置包括多个具有二次电池的电池模块，所述电池模块根据选通信号而相互串联连接，所述所述电源装置具备与所述选通信号无关地将所述电池模块强制性地连接到所述串联连接的连接单元，所述满充电容量推定装置的特征在于，通过与做功状态或者再生状态相应地利用所述连接单元将所述多个电池模块中的一部分作为测定对象电池模块来使之进行充电或者放电，测定对于所述测定对象电池模块的电流累计值ΔAh以及充电率变化ΔSOC，根据所述电流累计值ΔAh和所述充电率变化ΔSOC推定所述测定对象电池模块的满充电容量。
在此，优选进行控制以使得：通过在电源输出为再生时利用所述连接单元将所述测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，使该测定对象电池模块的每单位时间的充电电流累计量比其他所述电池模块的每单位时间的充电电流累计量大。
另外，优选进行控制以使得：通过在电源输出为做功时利用所述连接单元将所述测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，使该测定对象电池模块的每单位时间的放电电流累计量比其他所述电池模块的每单位时间的放电电流累计量大。
另外，优选在上述满充电容量推定装置中，在测定与所述电流累计值ΔAh对应的所述充电率变化ΔSOC时，测定所述测定对象电池模块的开路电压OCV，求出与所述开路电压OCV对应的所述充电率变化ΔSOC。
根据本发明，能够在抑制电源电路的输入输出性能降低的同时，个别地高精度推定电池模块各自的满充电容量。
附图说明
下文将参照附图说明本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和产业的意义，其中相同的标号表示同样的要素，并且，其中：
图1是表示本发明的实施方式中的电源装置以及满充电容量推定装置的构成的图。
图2是说明本发明的实施方式中的电池模块的控制的时序图。
图3A是表示本发明的实施方式中的电池模块的作用的图。
图3B是表示本发明的实施方式中的电池模块的作用的图。
图4是说明本发明的实施方式中的电源装置的控制的时序图。
图5是本发明的实施方式中的做功状态下的强制切断控制的流程图。
图6是本发明的实施方式中的再生状态下的强制切断控制的流程图。
图7是本发明的实施方式中的再生状态下的强制连接控制的流程图。
图8是本发明的实施方式中的做功状态下的强制连接控制的流程图。
图9是本发明的实施方式中的满充电容量推定方法的流程图。
图10是表示本发明的实施方式中的成为满充电容量推定的对象的电池模块的充放电状态的图。
图11是说明本发明的实施方式中的开路电压的测定方法的图。
图12是表示电池模块的充电率SOC与开路电压OCV的关系的图。
图13是表示本发明的实施方式中的电池模块的电流累计值的时间变化的例子的图。
图14是说明本发明的实施方式中的电池模块的满充电容量Q的推定方法的图。
具体实施方式
如图1所示，在本实施方式中成为对象的电源装置100构成为包括电池模块102。电源装置100构成为包括多个电池模块102(102a、102b、……、102n)。多个电池模块102能够相互串联连接。电源装置100所包含的多个电池模块102能够对与端子T1以及T2连接的负载(未图示)供给电力(做功)，或者，从与端子T1以及T2连接的电源(未图示)充入电力(再生)。
如图1所示，本实施方式中的满充电容量推定装置200与电源装置100连接。满充电容量推定装置200进行如下处理：将电源装置100中的多个电池模块102中的一部分作为测定对象的电池模块102来强制性地进行切断或者连接，并且，推定测定对象的电池模块102的满充电容量。
首先，对电源装置100的构成进行说明。电池模块102构成为包括电池10、扼流线圈12、电容器14、第1开关元件16、第2开关元件18、延迟电路20、AND(与)元件22、OR(或)元件24以及NOT(非)元件26。在本实施方式中，各电池模块102具备相同的构成。
电池10包括至少一个二次电池。电池10例如可以为将多个锂离子电池、镍氢电池等串联或者/以及并联连接而成的构成。扼流线圈12以及电容器14构成对来自电池10的输出进行平滑化来输出的平滑电路(低通滤波电路)。即，由于使用二次电池来作为电池10，因此，为了抑制因内部电阻损失的增加所导致的电池10的劣化，通过电池10、扼流线圈12以及电容器14形成RLC滤波器来谋求电流的平坦化。
此外，扼流线圈12以及电容器14不是必需的构成，也可以不设置这些部件。另外，也可以在电池模块102中调换扼流线圈12和电池10的配置位置(连接位置)。另外，也可以将第2开关元件18相对于第1开关元件16而配置在输出端子的相反侧。即，只要是能够通过第1开关元件16和第2开关元件18的开关动作将电池10(电容器14)的电压输出至输出端子的构成即可，可以适当地变更各元件、电气部件的配置。
第1开关元件16包括用于使电池10的输出端短路的开关元件。在本实施方式中，第1开关元件16设为如下构成：相对于作为开关元件的场效应晶体管而并联连接有环流二极管(续流二极管)。第2开关元件18在电池10和第1开关元件16之间与电池10串联连接。在本实施方式中，第2开关元件18设为如下构成：相对于作为开关元件的场效应晶体管而并联连接有环流二极管。第1开关元件16以及第2开关元件18由来自满充电容量推定装置200的选通信号来进行开关控制。此外，在本实施方式中，第1开关元件16以及第2开关元件18为场效应晶体管，但也可以应用这以外的开关元件。
延迟电路20是使从满充电容量推定装置200输入到电池模块102a的选通信号延迟预定时间的电路。在电源装置100中，在各电池模块102(102a、102b、……、102n)分别设有延迟电路20，它们串联连接。因此，从满充电容量推定装置200输入的选通信号一边被每次延迟预定时间，一边被依次输入到各电池模块102(102a、102b、……、102n)。
AND元件22构成根据来自满充电容量推定装置200的强制切断信号来将电池模块102a从串联连接状态强制性地断离的切断单元。另外，OR元件24构成根据来自满充电容量推定装置200的强制连接信号来将电池模块102a强制性地连接为串联连接状态的连接单元。
此外，在本实施方式中，将延迟电路20配置在AND元件22以及OR元件24的前级，但也可以配置在AND元件22以及OR元件24的后级。即，对于各电池模块102的延迟电路20，只要是选通信号被延迟预定时间来依次传递的构成即可。
[通常控制]
以下，参照图2对电源装置100的控制进行说明。在通常控制时，从满充电容量推定装置200对各电池模块102(102a、102b、……、102n)的AND元件22输入高(H)电平的强制切断信号。另外，从满充电容量推定装置200对各电池模块102(102a、102b、……、102n)的OR元件24输入低(L)电平的强制连接信号。因此，来自延迟电路20的输出信号经由NOT元件26而被作为反转信号输入到第1开关元件16的栅极(gate)端子，来自延迟电路20的输出信号直接被输入到第2开关元件18的栅极端子。
图2表示与电池模块102a的动作有关的时序图。另外，在图2中示出了驱动电池模块102a的选通信号D1的脉冲波形、表示第1开关元件16的开关状态的矩形波D2、表示第2开关元件18的开关状态的矩形波D3以及由电池模块102a输出的电压Vmod的波形D4。
在电池模块102a的初始状态下、即选通信号未被输出的状态下，第1开关元件16为导通(ON)状态，第2开关元件18为截止(OFF)状态。并且，当从满充电容量推定装置200向电池模块102a输入选通信号时，电池模块102a通过PWM控制来被进行开关控制。在该开关控制中，第1开关元件16和第2开关元件18被交替地切换为导通状态/截止状态。
如图2所示，当从满充电容量推定装置200输出选通信号D1时，按照该选通信号D1，电池模块102a的第1开关元件16以及第2开关元件18被驱动。第1开关元件16根据与选通信号D1的上升对应的来自NOT元件26的信号的下降，从导通状态切换为截止状态。另外，第1开关元件16从选通信号D1的下降延迟一点时间(空置时间(dead time)dt)而从截止状态切换为导通状态。
另一方面，第2开关元件18从选通信号D1的上升延迟一点时间(空置时间dt)而从截止状态切换为导通状态。另外，第2开关元件18与选通信号D1的下降同时地从导通状态切换为截止状态。如此，第1开关元件16和第2开关元件18被开关控制为交替地切换导通状态/截止状态。
此外，第1开关元件16在选通信号D1下降时延迟一点时间(空置时间dt)而动作、以及第2开关元件18在选通信号D1上升时延迟一点时间(空置时间dt)而动作是为了防止第1开关元件16和第2开关元件18同时动作。即，防止了第1开关元件16和第2开关元件18同时导通而短路。使该动作延迟的空置时间dt例如设定为100ns，但可以适当地进行设定。此外，在空置时间dt期间，电流在二极管中环流，成为与同该进行了环流的二极管处于并联的开关元件导通时相同的状态。
通过这样的控制，电池模块102a中，在选通信号D1为off时(即第1开关元件16导通、第2开关元件18截止)，电容器14被从电池模块102a的输出端子断离。因此，在输出端子不从电池模块102a输出电压。在该状态下，如图3A所示，电池模块102a的电池10(电容器14)成为被旁路了的穿透(pass-through)状态。
另外，在选通信号D1为on时(即第1开关元件16截止、第2开关元件18导通)，电容器14连接于电池模块102a的输出端子。因此，在输出端子从电池模块102a输出电压。在该状态下，如图3B所示，经由电池模块102a中的电容器14而电压Vmod被输出到输出端子。
返回图1，对通过满充电容量推定装置200进行的电源装置100的控制进行说明。满充电容量推定装置200对电池模块102的整体进行控制。即，对多个电池模块102a、102b、……、102n进行控制来对作为电源装置100的输出电压进行控制。
满充电容量推定装置200具备对各电池模块102输出矩形波的选通信号的选通(gate)电路。选通信号被传递给电池模块102a所包含的延迟电路20、电池模块102b所包含的延迟电路20、……、依次后级的电池模块102。即，从在电源装置100中串联连接的电池模块102的最上游侧开始，选通信号每次延迟预定的延迟时间后被依次向下游侧传递。
在通常控制时，从满充电容量推定装置200对AND元件22输入高(H)电平的强制切断信号，从满充电容量推定装置200对OR元件24输入低(L)电平的强制连接信号，因此，从各电池模块102的延迟电路20输出的选通信号直接被输入到第2开关元件18的栅极端子，将选通信号反转而得到的信号被输入到第1开关元件16的栅极端子。因此，在选通信号为高(H)电平时，第1开关元件16成为截止状态，并且，第2开关元件18成为导通状态，在选通信号为低(L)电平时，第1开关元件16成为导通状态，并且，第2开关元件18成为截止状态。
即，在选通信号为高(H)电平时，电池模块102成为与其他电池模块102串联连接的状态，在选通信号为低(L)电平时，电池模块102成为与其他电池模块102断离的穿透状态。
图4表示依次串联连接电池模块102a、102b、……、102n中的预定个数的电池模块来输出电力的控制时序。如图4所示，按照选通信号，电池模块102a、102b、……、102n以具有一定的延迟时间的方式从上游侧开始向下游侧一个一个地被驱动。在图4中，期间E1示出了如下状态(连接状态)：电池模块102a、102b、……、102n的第1开关元件16截止，第2开关元件18导通，电池模块102a、102b、……、102n从输出端子输出电压。另外，期间E2示出如下状态(穿透状态)：电池模块102a、102b、……、102n的第1开关元件16导通，第2开关元件18截止，电池模块102a、102b、……、102n不从输出端子输出电压。如此，电池模块102a、102b、……、102n以具有一定的延迟时间的方式被依次驱动。
参照图4，对选通信号、选通信号的延迟时间的设定进行说明。对于选通信号的周期F，通过对电池模块102a、102b、……、102n的延迟时间进行合计来设定。因此，越延长延迟时间，则使选通信号的频率为越低的频率。相反地，越缩短延迟时间，则使选通信号的频率为越高的频率。另外，对于使选通信号延迟的延迟时间，根据电源装置100所要求的规格来适当地设定。
选通信号的周期F下的导通时间比率G1(占空比D)、即周期F下的选通信号处于高(H)电平的时间的比率根据电源装置100的输出电压/电池模块102a、102b、……、102n的合计电压(电池模块102的电池电压×电池模块数)来算出。即，导通时间比率G1＝(电源装置100的输出电压)/(电池模块102的电池电压×电池模块102的数量)。此外，严格来说，导通时间比率会发生与空置时间dt相应的偏离，因此，优选通过反馈或者前馈进行导通时间比率的修正以使得能通过斩波电路以一般的方式来进行。
如上所述，电池模块102a、102b、……、102n的合计电压由对电池模块102的电池电压乘以处于连接状态的电池模块102的数量而得到的值来表示。若电源装置100的输出电压是可由一个电池模块102的电池电压除尽的值，则在电池模块102从穿透状态切换为连接状态的瞬间，其他电池模块102从连接状态切换为穿透状态，因此，电池模块102整体的输出电压没有变动。
但是，若电源装置100的输出电压是无法由各电池模块102的电池电压除尽的值，则电源装置100的输出电压和电池模块102a、102b、……、102n的合计电压不匹配。换言之，电源装置100的输出电压(整体的输出电压)会变动。但是，此时的变动振幅为与一个电池模块相应的电压，另外，该变动周期成为选通信号的周期F/电池模块102的数量。若将数十个电池模块102串联连接，则电源装置100整体的寄生电感成为较大的值，该电压变动被过滤，结果能获得稳定的电源装置100的输出电压。
接着，对具体例进行说明。在图4中，例如设为：作为电源装置100的所希望的输出电压为400V，各电池模块102的电池电压为15V，电池模块102a、102b、……、102n的数量为40个，延迟时间为200ns。此外，该情况相当于电源装置100的输出电压(400V)无法由电池模块102的电池电压(15V)除尽的情况。
当基于这些数值时，选通信号的周期F通过延迟时间×电池模块数来算出，因此，成为200ns×40个＝8μs。因此，选通信号被设为相当于125kHz的频率的矩形波。另外，选通信号的导通时间比率G1通过电源装置100的输出电压/(电池模块102的电池电压×电池模块102的数量)来算出，因此，导通时间比率G1成为400V/(15V×40个)≒0.67。
当基于这些数值依次驱动电池模块102a、102b、……、102n时，在图4中，作为电源装置100而得到矩形波状的输出电压H1。该输出电压H1在390V与405V之间变动。即，输出电压H1以根据选通信号的周期F/电池模块数算出的周期、即8μs/40个＝200ns(相当于5MHz)来变动。该变动被由电池模块102a、102b、……、102n的布线产生的寄生电感所过滤，作为电源装置100整体，作为大约400V的输出电压H2来输出。
此外，在连接状态的情况下，在各电池模块102的电容器14中流动电流，如图4所示，电容器电流波形J1成为矩形波。另外，电池10和电容器14形成了RLC滤波器，因此，在电源装置100中流动被过滤且被平坦化了的电流J2。如此，在全部电池模块102a、102b、……、102n中，电流波形成为一样，另外，能够从全部电池模块102a、102b、……、102n均等地输出电流。
如以上说明的那样，在对电源装置100进行控制时，将输出到最上游侧的电池模块102a的选通信号延迟一定时间后输出到下游侧的电池模块102b，进一步，将该选通信号延迟一定时间后依次传递给下游侧的电池模块102，因此，电池模块102a、102b、……、102n分别延迟一定时间来依次输出电压。并且，通过合计这些电压，输出作为电源装置100的电压。由此，能够使得从电源装置100输出所希望的电压。
此外，在本实施方式中，设为了在各电池模块102设置延迟电路20来使选通信号延迟的同时使之进行传输的构成，但并不限定于此。例如，也可以设为如下构成：在各电池模块102不设置延迟电路20。在该情况下，从满充电容量推定装置200对各电池模块102的AND元件22以及OR元件24个别地输出选通信号即可。即，从满充电容量推定装置200对电池模块102a、102b、……、102n每隔一定时间来分别输出选通信号。此时，对于电池模块102a、102b、……、102n，与电池模块102a、102b、……、102n的配置位置无关地，对每隔一定时间输出选通信号来以任意的顺序使电池模块102a、102b、……、102n为连接状态的电池模块102的数量进行控制。例如，首先进行控制以使得向电池模块102b输出选通信号来使电池模块102b进行驱动，在其一定时间后，向电池模块102a输出选通信号来使电池模块102a进行驱动即可。
通过设为该构成，不需要延迟电路20，能够进一步简化电源装置100的构成，能够抑制制造成本和/或功耗。
[强制断离控制]
接着，对将多个电池模块102(102a、102b、……、102n)中的被选择了的电池模块强制性地断离的控制进行说明。满充电容量推定装置200对作为要强制性地断离的对象的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号。另外，满充电容量推定装置200对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。
由此，从AND元件22输出低(L)电平，经由OR元件24，通过NOT元件26向第1开关元件16的栅极端子输入高(H)电平，向第2开关元件18的栅极端子输入低(L)电平。因此，第1开关元件16成为常时导通(常通)状态，第2开关元件18被设为常时截止(常断)状态，电池模块102与选通信号的状态无关地成为被强制性地断离的状态(穿透状态)。
这样的强制断离控制能够利用于对电源装置100中的电池模块102的SOC的不平衡进行抑制的控制。图5表示SOC的平衡调整控制的流程图。以下，参照图5对抑制做功时的电池模块102的SOC的不平衡的控制进行说明。
在步骤S10中，推定电源装置100所包含的全部电池模块102的SOC。满充电容量推定装置200进行如下处理：基于来自设置在各电池模块102来检测并输出电池模块102的输出电压的电压传感器30、检测并输出电源装置100的输出电流的电流传感器32以及检测并输出电源装置100的输出电压的电压传感器34的输出，推定各电池模块102的SOC。关于SOC的推定处理，将在后面进行描述。
在步骤S12中，对各电池模块102的SOC进行比较，选择SOC相对低的电池模块102。满充电容量推定装置200对通过步骤S10推定的各电池模块102的SOC进行比较，从全部电池模块102中选择SOC相对低的电池模块102。
例如，从电源装置100所包含的全部电池模块102中按SOC从小到大的顺序选择预定数量的电池模块102即可。另外，也可以为预先决定SOC的基准值，选择该基准值以下的SOC的电池模块102。但是，电池模块102的选择方法并不限定于此，只要是为了抑制SOC的不平衡而有效的方法即可。
在步骤S14中，判定电源装置100的电源输出是做功状态、还是再生状态。满充电容量推定装置200根据由电流传感器32检测到的电流的方向来判定是从电源装置100向负载供给电力的做功状态、还是从外部电源向电源装置100输入电力的再生状态。若为做功状态，则使处理转移到步骤S16，若为再生状态，则使处理结束。
在步骤S16中，进行电池模块102的强制性的断离处理。满充电容量推定装置200对在步骤S12中所选择的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号。由此，所选择的电池模块102被强制性地从串联连接断离，变为对电源装置100的输出不起作用。
通过以上的控制，电源装置100所包含的电池模块102中的SOC相对低的电池模块102的电力消耗量(每单位时间的放电电流累计量)变少，能够消除SOC的不平衡。其结果，能够高效率地用尽电源装置100所包含的全部电池模块102的充电能量。
另外，也可以不是在做功状态时，而是在再生状态时进行消除SOC的不平衡的控制。在该情况下，进行强制性地将SOC相对高的电池模块102断离的控制，使得优先向SOC相对低的电池模块102进行电力的再生，由此，消除SOC的不平衡。
图6表示SOC的平衡调整控制的流程图。以下，参照图6对抑制再生时的电池模块102的SOC的不平衡的控制进行说明。
在步骤S20中，推定电源装置100所包含的全部电池模块102的SOC。满充电容量推定装置200进行如下处理：基于来自设置在各电池模块102来检测并输出电池模块102的输出电压的电压传感器30、检测并输出电源装置100的输出电流的电流传感器32以及检测并输出电源装置100的输出电压的电压传感器34的输出，推定各电池模块102的SOC。关于SOC的推定处理，将在后面进行描述。
在步骤S22中，对各电池模块102的SOC进行比较，选择SOC相对高的电池模块102。满充电容量推定装置200对在步骤S20中推定的各电池模块102的SOC进行比较，从全部电池模块102中选择SOC相对高的电池模块102。
例如，从电源装置100所包含的全部电池模块102中按SOC从高到低的顺序选择预定数量的电池模块102即可。另外，也可以为预先决定SOC的基准值，选择该基准值以上的SOC的电池模块102。但是，电池模块102的选择方法并不限定于这些，只要是为了抑制SOC的不平衡而有效的方法即可。
在步骤S24中，判定电源装置100的电源输出是做功状态、还是再生状态。满充电容量推定装置200根据由电流传感器32检测到的电流的方向，判定是从电源装置100向负载供给电力的做功状态、还是从外部电源向电源装置100输入电力的再生状态。若是再生状态，则使步骤转移至步骤S26，若是做功状态，则使处理结束。
在步骤S26中，进行电池模块102的强制性的断离处理。满充电容量推定装置200对在步骤S22中所选择的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号。由此，所选择的电池模块102被强制性地从串联连接断离，变为不向电源装置100供给再生电力。
通过以上的控制，向电源装置100所包含的电池模块102中的SOC相对高的电池模块102的电力供给(每单位时间的充电电流累计量)变少，能够消除SOC的不平衡。其结果，能够平衡性良好地对电源装置100所包含的全部电池模块102进行充电。另外，能够防止充电容量小的电池模块102的过充电。
[强制连接控制]
接着，对强制性地连接多个电池模块102(102a、102b、……、102n)中所选择的电池模块的控制进行说明。满充电容量推定装置200向作为强制性地连接的对象的电池模块102的OR元件24输出高(H)电平的强制连接信号。
由此，从OR元件24输出高(H)电平，通过NOT元件26向第1开关元件16的栅极端子输入低(L)电平，向第2开关元件18的栅极端子输入高(H)电平。因此，第1开关元件16成为常时截止状态，第2开关元件18被设为常时导通状态，电池模块102与选通信号的状态无关地成为强制性地连接到串联连接的状态。
这样的强制连接控制能够利用于对电源装置100中的电池模块102的SOC的不平衡进行抑制的控制。图7表示SOC的平衡调整控制的流程图。以下，参照图7对抑制再生时的电池模块102的SOC的不平衡的控制进行说明。
在步骤S30中，推定电源装置100所包含的全部电池模块102的SOC。满充电容量推定装置200进行如下处理：基于来自设置在各电池模块102来检测并输出电池模块102的输出电压的电压传感器30、检测并输出电源装置100的输出电流的电流传感器32以及检测并输出电源装置100的输出电压的电压传感器34的输出，推定各电池模块102的SOC。关于SOC的推定处理，将在后面进行描述。
在步骤S32中，对各电池模块102的SOC进行比较，选择SOC相对低的电池模块102。满充电容量推定装置200对在步骤S30中推定出的各电池模块102的SOC进行比较，从全部电池模块102中选择SOC相对低的电池模块102。具体而言，设为与上述步骤S12的处理同样即可。
在步骤S34中，判定电源装置100的电源输出是做功状态、还是再生状态。满充电容量推定装置200根据由电流传感器32检测到的电流的方向，判定是从电源装置100向负载供给电力的做功状态、还是从外部电源向电源装置100输出电力的再生状态。若是再生状态，则使处理转移至步骤S36，若是做功状态，则使处理结束。
在步骤S36中，进行电池模块102的强制性的连接处理。满充电容量推定装置200对在步骤S32中所选择的电池模块102的OR元件24输出高(H)电平的强制连接信号。由此，所选择的电池模块102被强制性地连接到串联连接，对通过再生电力向电源装置100的充电起作用。
通过以上的控制，优先地利用再生电力向电源装置100所包含的电池模块102中的SOC相对低的电池模块102进行充电，每单位时间的放电电流累计量变多，能够消除SOC的不平衡。其结果，能够平衡性良好地对电源装置100所包含的全部电池模块102进行充电。
另外，也可以不是在再生状态时，而是在做功状态时进行消除SOC的不平衡的控制。在该情况下，进行强制性地连接SOC相对高的电池模块102的控制，增大SOC相对高的电池模块102的功耗量，由此使得消除SOC的不平衡。
图8表示SOC的平衡调整控制的流程图。以下，参照图8对抑制做功时的电池模块102的SOC的不平衡的控制进行说明。
在步骤S40中，对电源装置100所包含的全部电池模块102的SOC进行推定。满充电容量推定装置200进行如下处理：基于来自设置在各电池模块102来检测并输出电池模块102的输出电压的电压传感器30、检测并输出电源装置100的输出电流的电流传感器32以及检测并输出电源装置100的输出电压的电压传感器34的输出，推定各电池模块102的SOC。关于SOC的推定处理，将在后面进行描述。
在步骤S42中，对各电池模块102的SOC进行比较，选择SOC相对高的电池模块102。满充电容量推定装置200对在步骤S40中推定出的各电池模块102的SOC进行比较，从全部电池模块102中选择SOC相对高的电池模块102。具体而言，设为与上述步骤S22的处理同样即可。
在步骤S44中，判定电源装置100的电源输出是做功状态、还是再生状态。满充电容量推定装置200根据由电流传感器32检测到的电流的方向，判定是从电源装置100向负载供给电力的做功状态、还是从外部电源向电源装置100输入电力的再生状态。若是做功状态，则使处理转移至步骤S46，若是再生状态，则使处理结束。
在步骤S46中，进行电池模块102的强制性的连接处理。满充电容量推定装置200对在步骤S42中所选择的电池模块102的OR元件24输出高(H)电平的强制连接信号。由此，所选择的电池模块102被强制性地连接到串联连接，对从电源装置100进行的电力供给起作用。
通过以上的控制，从电源装置100所包含的电池模块102中的SOC相对高的电池模块102的电力供给(每单位时间的放电电流累计量)变大，能够消除SOC的不平衡。其结果，能够高效率地用尽电源装置100所包含的全部电池模块102的充电能量。
[满充电容量推定处理]
以下，对通过满充电容量推定装置200进行的电源装置100的满充电容量推定处理进行说明。图9表示本实施方式中的满充电容量推定处理的流程图。
在步骤S50中，选择电源装置100所包含的多个电池模块102中的作为推定满充电容量的对象的电池模块102。作为电池模块102的选择方法，例如设为依次选择全部电池模块102来对各个电池模块102推定满充电容量即可。另外，例如也可以为在电源装置100中更换了电池模块102时选择被更换后的电池模块102来推定满充电容量。作为测定对象的电池模块102既可以是一个，也可以是多个。
在步骤S52中，设定高电压目标值VTAG＿H来作为电压目标值VTAG。高电压目标值VTAG＿H是成为对测定对象的电池模块102进行充电时的目标的电压值。
在步骤S54中，进行电源装置100是做功状态、还是再生状态的判定。满充电容量推定装置200利用电流传感器32判定电源装置100的输出电流是否大于0。在输出电流大于0的情况(电源装置100为做功状态的情况)下，使处理转移至步骤S56，在输出电流为0以下(电源装置100为再生状态)的情况下，使处理转移至步骤S58。
在步骤S56中，进行控制以使得将测定对象的电池模块102强制性地断离。满充电容量推定装置200对测定对象的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号，并且，对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。由此，测定对象的电池模块102与选通信号的状态无关地成为被强制性地断离的状态(穿透状态)，成为在做功状态下不从该电池模块102进行放电的状态。
在步骤S58中，进行控制以使得不将测定对象的电池模块102强制性地断离。满充电容量推定装置200对测定对象的电池模块102的AND元件22输出高(H)电平的强制切断信号，并且，对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。由此，测定对象的电池模块102成为与选通信号的状态相应的连接状态/切断状态，成为在再生状态下向该电池模块102进行充电的状态。
在步骤S60中，判定测定对象的电池模块102的输出电压是否超过了电压目标值VTAG(＝高电压目标值VTAG＿H)。若测定对象的电池模块102的电压传感器30的测定值超过了电压目标值VTAG(＝高电压目标值VTAG＿H)，则满充电容量推定装置200使处理转移至步骤S62，若未超过，则满充电容量推定装置200使处理返回步骤S54。
如此，通过反复进行步骤S54～S58的处理，如图10所示，电源装置100在做功时不进行从测定对象的电池模块102的放电，在再生时向测定对象的电池模块102进行充电。如图10所示，能够在如作为电源装置100反复进行充放电而不为测定对象的其他电池模块102的充电率(SOC)不发生较大的变化那样的状况下，也进行充电以使测定对象的电池模块102的充电率(SOC)上升。
在步骤S62中，进行控制以使得将测定对象的电池模块102强制性地断离，然后，待机预定时间。满充电容量推定装置200对测定对象的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号，并且，对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。由此，测定对象的电池模块102与选通信号的状态无关地成为被强制性地断离的状态(穿透状态)。满充电容量推定装置200在该状态下待机预定时间。
在步骤S64中，对测定对象的电池模块102的开路电压OCV＿H进行测定，求出与开路电压OCV＿H对应的充电率SOC＿H。通过在步骤S62中在将测定对象的电池模块102强制性地断离了的状态下维持预定时间，如图11所示，测定对象的电池模块102的开路电压稳定，因此，能够高精度地测定开路电压OCV＿H。如图12所示，可以预先求出电池模块102的开路电压OCV和充电率(SOC)的关系并将其存储于存储部等，因此，满充电容量推定装置200求出与所测定的开路电压OCV＿H对应的充电率SOC＿H。此外，电池模块102的开路电压OCV与充电率(SOC)的关系例如既可以预先作为数据库(映射)来存储，也可以预先作为开路电压OCV与充电率(SOC)的关系式来存储。
在步骤S66中，设定低电压目标值VTAG＿L来作为电压目标值VTAG。低电压目标值VTAG＿L是成为对测定对象的电池模块102进行放电时的目标的电压值。
在步骤S68中，进行电源装置100是再生状态、还是做功状态的判定。满充电容量推定装置200利用电流传感器32判定电源装置100的输出电流是否小于0。在输出电流小于0的情况下(电源装置100为再生状态的情况下)，使处理转移到步骤S70，在输出电流为0以上(电源装置100为做功状态)的情况下，使处理转移至步骤S72。
在步骤S70中，进行控制以使得将测定对象的电池模块102强制性地断离。满充电容量推定装置200对测定对象的电池模块102的AND元件22输出低(L)电平的强制切断信号，并且，对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。由此，测定对象的电池模块102与选通信号的状态无关地成为被强制性地断离了的状态(穿透状态)，成为在再生状态下不对该电池模块102进行充电的状态。
在步骤S72中，进行控制以使得不将测定对象的电池模块102强制性地断离。满充电容量推定装置200对测定对象的电池模块102的AND元件22输出高(H)电平的强制切断信号，并且，对该电池模块102的OR元件24输出低(L)电平的强制连接信号。由此，测定对象的电池模块102成为与选通信号的状态相应的连接状态/切断状态，成为在做功状态下从该电池模块102进行放电的状态。
在步骤S74中，进行对在测定对象的电池模块102中流动的电流进行累计的处理。通过滤波器来对在测定对象的电池模块102中流动的电流进行平滑化。对于在测定对象的电池模块102中流动的平均电流Imod，可以使用电源装置100的输出电流Iout与各电池模块102的连接占空比D来表示。即，平均电流Imod在电池模块102为强制断离状态时为0，在为强制连接状态时为输出电流Iout，在不是强制断离状态时成为输出电流Iout×连接占空比D。因此，如图13所示，通过根据测定对象的电池模块102的状态对这些值进行累计，能够求出在测定对象的电池模块102中流动的电流累计值ΔAh。
此外，连接占空比D可以使用电池模块102的电压Vmod、强制断离状态的电池模块102的电压Vmod＿1、强制连接状态的电池模块102的电压Vmod＿2来通过式(1)算出。
Figure BDA0002220224420000191
在步骤S76中，判定测定对象的电池模块102的输出电压是否变为小于电压目标值VTAG(＝低电压目标值VTAG＿L)。若测定对象的电池模块102的电压传感器30的测定值为小于电压目标值VTAG(＝低电压目标值VTAG＿L)，则满充电容量推定装置200使处理转移至步骤S78，若不为小于电压目标值VTAG，则满充电容量推定装置200使处理返回步骤S68。
如此，通过反复进行步骤S68～S74的处理，在电源装置100为再生时，不进行从测定对象的电池模块102的充电，在电源装置100为做功时，进行从测定对象的电池模块102的放电。因此，能够在如作为电源装置100反复进行充放电而不为测定对象的其他电池模块102的充电率(SOC)不发生较大的变化那样的状况下，也进行放电以使测定对象的电池模块102的充电率(SOC)降低。
在步骤S78中，进行控制以使得将测定对象的电池模块102强制性地断离，然后，待机预定时间。满充电容量推定装置200与上述步骤S62同样地进行控制，在测定对象的电池模块102被强制性地断离了的状态下待机预定时间。
在步骤S80中，对测定对象的电池模块102的开路电压OCV＿L进行测定，求出与开路电压OCV＿L对应的充电率SOC＿L。通过在步骤S78中在将测定对象的电池模块102强制性地断离了的状态下维持预定时间，测定对象的电池模块102的开路电压稳定，因此，能够高精度地测定开路电压OCV＿L。满充电容量推定装置200求出与所测定的开路电压OCV＿L对应的充电率SOC＿L。
在步骤S82中，确定测定对象的电池模块102的电流累计值ΔAh。满充电容量推定装置200确定在步骤S74中反复进行累计而得到的关于测定对象的电池模块102各自的电流累计值ΔAh。
在步骤S84中，求出测定对象的电池模块102的满充电容量Q。如图14所示，对于满充电容量Q，可以根据作为充电率SOC＿H与充电率SOC＿L的差量的充电率变化ΔSOC和电流累计值ΔAh的关系来进行推定。具体而言，满充电容量推定装置200使用式(2)对测定对象的电池模块102分别推定满充电容量Q。
Figure BDA0002220224420000201
此外，满充电容量的推定方法并不限定于使用式(2)的算出方法，例如也可以应用使用了日本专利第4649682号公报所记载的电池模型的方法。
另外，在本实施方式中，通过进行根据电源装置100的状态来将测定对象的电池模块102强制性地断离的控制，推定满充电容量，但也可以通过进行根据电源装置100的状态来将测定对象的电池模块102强制性地连接的控制，推定满充电容量。
具体而言，在使测定对象的电池模块102的充电率SOC上升的情况下，若电源装置100为再生状态，则使测定对象的电池模块102为强制连接状态，若电源装置100为做功状态，则使测定对象的电池模块102为通常控制状态。另外，在使测定对象的电池模块102的充电率SOC下降的情况下，若电源装置100为再生状态，则使测定对象的电池模块102为通常控制状态，若电源装置100为做功状态，则使测定对象的电池模块102为强制连接状态。通过这样的控制，能够使测定对象的电池模块102的充电率SOC与其他电池模块102相比较大地变化，根据此时的充电率SOC＿H及充电率SOC＿L和电流累计值ΔAh的关系，使用式(2)来推定满充电容量Q。

Claims (3)

1.一种电源装置的满充电容量推定装置，所述电源装置包括多个具有二次电池的电池模块，所述电池模块根据选通信号而相互串联连接，所述电源装置具备与所述选通信号无关地将所述电池模块从所述串联连接强制性地断离的切断单元，所述满充电容量推定装置的特征在于，
通过与做功状态或者再生状态相应地进行控制，使得在做功状态下利用所述切断单元将多个电池模块中的一部分作为测定对象电池模块将该测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，在再生状态下不利用所述切断单元将所述测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，在所述测定对象电池模块的输出电压成为超过预定的高电压目标值VTAG_H的状态后，求出充电率SOC_H，
通过与做功状态或者再生状态相应地进行控制，使得在再生状态下利用所述切断单元将所述测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，在做功状态下不利用所述切断单元将所述测定对象电池模块从所述串联连接强制性地断离，在所述测定对象电池模块的输出电压成为低于预定的低电压目标值VTAG_L的状态后，求出充电率SOC_L，
求出所述测定对象电池模块的输出电压从超过所述预定的高电压目标值VTAG_H的状态到低于所述预定的低电压目标值VTAG_L的状态的电流累计值△Ah，
根据所求出的所述电流累计值△Ah和作为充电率SOC_H与充电率SOC_L的变化值的充电率变化，来推定所述测定对象电池模块的满充电容量。
2.一种电源装置的满充电容量推定装置，所述电源装置包括多个具有二次电池的电池模块，所述电池模块根据选通信号而相互串联连接，所述电源装置具备与所述选通信号无关地将所述电池模块强制性地连接到所述串联连接的连接单元，所述满充电容量推定装置的特征在于，
通过与做功状态或者再生状态相应地进行控制，使得在再生状态下利用所述连接单元将多个电池模块中的一部分作为测定对象电池模块将该测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，在做功状态下不利用所述连接单元将所述测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，在所述测定对象电池模块的输出电压成为超过预定的高电压目标值VTAG_H的状态后，求出充电率SOC_H，
通过与做功状态或者再生状态相应地进行控制，使得在做功状态下利用所述连接单元将所述测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，在再生状态下不利用所述连接单元将所述测定对象电池模块强制性地连接到所述串联连接，在所述测定对象电池模块的输出电压成为低于预定的低电压目标值VTAG_L的状态后，求出充电率SOC_H，
求出所述测定对象电池模块的输出电压从超过所述预定的高电压目标值VTAG_H的状态到低于所述预定的低电压目标值VTAG_L的状态的电流累计值△Ah，
根据所求出的所述电流累计值△Ah和作为充电率SOC_H与充电率SOC_L的变化值的充电率变化，来推定所述测定对象电池模块的满充电容量。
3.根据权利要求1或2所述的满充电容量推定装置，其特征在于，
在求出所述充电率SOC_H与所述充电率SOC_L时，测定所述测定对象电池模块的开路电压，求出与所述开路电压对应的充电率。
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