CN111264014B - 蓄电系统 - Google Patents

Abstract

蓄电系统(401)包括：作为“分别包括一个以上的蓄电单元的多个蓄电模块”的电池(BT1、BT2)；继电器(RY1‑RY7)；作为电力转换器的车载充电器(20)；以及控制电路(45)。继电器(RY1‑RY3)能够将电池(BT1、BT2)的连接状态切换为串联和并联。车载充电器(20)在电池(BT1、BT2)之间进行电力传输。控制电路(45)对继电器(RY1‑RY7)和车载充电器(20)进行控制。控制电路(45)在电池(BT1、BT2)的并联切换之前，在实施使车载充电器(20)动作以使电池(BT1、BT2)之间的电位差为规定的阈值以下的电压均衡化处理之后，将继电器(RY1、RY3)接通。

Description

蓄电系统

相关申请的相互引用

本申请以2017年10月27日申请的日本专利申请号2017-207925号为基础，在此援引其记载内容。

技术领域

本发明涉及一种蓄电系统。

背景技术

以往，已知能够将多个蓄电模块串联和并联地切换的蓄电系统。例如，专利文献1中公开的产业机械用电池系统的目的在于，能够在高电压下进行快速充电，并且能够使用低电压系统的组件。该系统包括：充放电切换机构，所述充放电切换机构用于择一地切换电池单元与充电输入部或电力负载的连接状态；以及并联/串联切换机构等，所述并联/串联切换机构用于将多个电池单元之间的电连接择一地切换为并联或串联。

在该系统的放电控制流程中，在多个电池单元并联连接的状态下，进行从多个电池单元向电力负载的放电。另外，在充电控制流程中，在多个电池单元串联连接的状态下，从快速充电器经由充电输入部对多个电池单元进行充电。充电结束后，在多个电池单元之间的电压差为阈值以上的情况下，进行用于消除电压差的电池单元间平衡处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第5611400号公报

发明内容

在专利文献1的电池单元间平衡处理中，由于电流经由设置有电阻的路径在两个电池单元之间流动，因此，产生由电阻引起的损耗。另外，由于电阻抑制了电流，因此，均衡化需要时间。另外，在专利文献1的系统中，在电池单元间平衡处理结束后，处于待机状态，推定没有将均衡化需要时间视为问题。

以下，在本说明书中，作为包括专利文献1的电池单元的上位概念的用语，使用“蓄电模块”。在将专利文献1的技术应用于电动汽车或插电式混合动力汽车的外部充电的情况下，假定在以串联进行充电结束后，将多个蓄电模块切换为并联连接，向作为负载的主机电动机放电而行驶的状况。例如，如果在多个蓄电模块间的电位差大的状态下例如操作继电器来切换连接，则继电器的寿命有可能因接点的电弧、短路电流而降低。

本发明的目的在于提供一种蓄电系统，在将多个蓄电模块从串联向并联切换时，在避免损耗的发生和接点的寿命降低的同时，使多个蓄电模块的电压均衡化。

本发明的蓄电系统包括多个蓄电模块、串并联切换器、电力转换器、以及控制电路。多个蓄电模块分别包括一个以上的蓄电单元。串并联切换器能够将多个蓄电模块的连接状态切换为串联和并联。电力转换器在多个蓄电模块中的任意两个以上的蓄电模块之间进行电力传输。控制电路对串并联切换器和电力转换器进行控制。

控制电路在多个蓄电模块的并联切换之前，实施使电力转换器动作以使多个蓄电模块之间的电位差为规定的阈值以下的“电压均衡化处理”后，切换串并联切换器。

本发明中，通过经由电力转换器在任意的蓄电模块之间回流能量并充放电，来使蓄电模块的电压均衡化。由此，在继电器等串并联切换器的触点被连接时能够抑制突入電流，因此，能够提高串并联切换器的可靠性和寿命。另外，与经由电阻在蓄电模块之间流动电流的现有技术相比，能够降低损耗。

优选地，电力转换器除了具有连接到多个蓄电模块的多个输入输出端之外，还具有连接到蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端。

例如，在装设在电动汽车或插电式混合动力车等电动车辆上的蓄电系统中，主电池相当于蓄电模块。在电动车辆上，已经装设有作为将从交流电源供给的交流电力向主电池充电的充电器的内部电路而使用的DC/DC转换器、辅助设备电池用的DC/DC转换器、驱动主机电动机和空调的逆变器等电力转换器。通过将这些电力转换器用于电压均衡化处理，能够减少设备的数量，并且能够提高设备的利用效率。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的所述目的、其它目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是第一实施方式、第二实施方式的蓄电系统的结构图。

图2是示出蓄电模块的电池电压监视结构的结构图。

图3是示出充电基础设施与负载驱动电压之间的关系的图。

图4是说明从串联向并联切换时的现象的图。

图5是示出相对于开闭时电流的继电器触点寿命的特性例的图。

图6是说明电压均衡化处理的原理的图(1)。

图7是说明电压均衡化处理的原理的图(2)。

图8是并联连接处理的流程图。

图9是并联解除处理的流程图。

图10是第一实施方式的电力转换器即并联配置有多个DC/DC转换器的车载充电器的结构图。

图11是第二实施方式的电力转换器即使用多端口DC/DC转换器的车载充电器的结构图。

图12是第三实施方式的蓄电系统的结构图。

图13是根据第三实施方式的外部充电时的串并联选择处理的流程图。

图14是图13的流程图的继续。

图15是第四实施方式的蓄电系统的结构图。

图16是根据第四实施方式的外部充电中的电压均衡化处理的流程图。

图17是第五实施方式的蓄电系统的结构图。

图18是第五实施方式的电力转换器即辅助设备电池用DC/DC转换器的结构图。

图19是第六实施方式的蓄电系统的结构图。

图20是第六实施方式的电力转换器即空调压缩机用逆变器的结构图。

图21是第七实施方式的蓄电系统的结构图。

具体实施方式

以下，基于附图对包括多个蓄电模块的蓄电系统的实施方式进行说明。在多个实施方式中，对实质上相同的结构标注相同的标号并省略说明。将第一实施方式～第七实施方式统称为“本实施方式”。这里，各蓄电模块包括一个以上的蓄电单元。本实施方式中的蓄电模块是包括一个以上的电池单元的电池模块。特别是在本实施方式中，假定车载蓄电系统，所述车载蓄电系统包括在电动汽车或插电式混合动力车中成为车辆动力源的主电池模块。另外，在其他实施方式中，电容器等也可以用作蓄电模块。

多个蓄电模块构成为通过串并联切换器将连接状态切换为串联和并联。串并联切换器典型地是由机械式继电器或半导体开关构成的继电器。进而，本实施方式的蓄电系统包括：电力转换器，所述电力转换器在多个蓄电模块中的任意两个以上的蓄电模块之间进行电力传输；以及控制电路，所述控制电路对串并联切换器和电力转换器进行控制。以下各实施方式中，电力转换器的结构、与蓄电模块的充放电相关的结构不同。

(第一实施方式、第二实施方式)

首先，参照图1，对第一实施方式、第二实施方式通用的蓄电系统401的结构进行说明。蓄电系统401包括：作为“多个蓄电模块”的两个电池BT1、BT2；作为“串并联切换器”的继电器RY1-RY7；作为“电力转换器”的车载充电器20；以及控制电路45。电池BT1、BT2是锂离子电池等、能够充放电的例如400V的高压电池模块。以下，省略“电池模块”并称为“电池”。另外，在后述的第五实施方式中，尽管提到了低压(例如12V)的“辅助设备电池”，但除此之外的“电池”都指的是高压电池。

在蓄电系统401中，电池BT1、BT2设置在外部充电连接部11、12与负载80之间。作为负载80，例示在电动汽车或插电式混合动力车中一般使用的设备。继电器RY1、RY3分别开闭电池BT1、BT2的正极彼此之间、负极彼此之间的路径。继电器RY2开闭电池BT1的负极与电池BT2的正极之间的路径。继电器RY4、RY5分别开闭电池BT2的正极和负极与负载80之间的路径。继电器RY6开闭电池BT1的正极与外部充电连接部的正极端子11之间的路径。继电器RY7开闭电池BT2的负极与外部充电连接部的负极端子12之间的路径。

第三实施方式和第四实施方式中说明的外部充电器连接到外部充电连接部11、12。在经由外部充电连接部11、12的外部充电中，在使用对应800V的外部充电器的情况下，在两个电池BT1、BT2串联连接的状态下进行串联充电。另一方面，在使用对应400V的外部充电器的情况下，在两个电池BT1、BT2并联连接的状态下进行并联充电。

在以下的继电器开闭模式的说明中，在提到RY1-RY7中的“某个继电器接通”的情况下，是指“除此之外的继电器断开”。在两个串联充电时，继电器RY2、RY6、RY7接通。在两个并联充电时，继电器RY1、RY3、RY6、RY7接通。在从电池BT1、BT2向负载80供给400V电力的两个并联放电时，继电器RY1、RY3、RY4、RY5接通。这些继电器开闭通过控制电路45的指令进行操作。

车载充电器20作为一般功能，将从外部的商用电源经由AC电源连接部16、17供给的交流电力转换为直流电力，并向电池BT1、BT2充电。在第一实施方式、第二实施方式的蓄电系统401中，电池BT1的正极和负极连接到车载充电器20的输入输出端口P1，电池BT2的正极和负极连接到输入输出端口P2。将电池BT1、BT2与车载充电器20的输入输出端口P1、P2之间的路径称为均衡化电流路径。如虚线G所示，也可以将均衡化电流路径的负侧连接目的地设为负载80侧，并且共用继电器。另外，也可以没有对电池BT1、BT2与车载充电器20之间的路径进行开闭的继电器28。

这里，连接到AC电源连接部16、17的车载充电器20的输入端相当于“与连接到多个蓄电模块的多个输入输出端不同的、连接到蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端”。另外，车载充电器20的动作由控制电路45控制。后面将详细说明车载充电器20的动作。

接着，参照图2，对与在各实施方式通用的控制电路45的信息输入有关的结构进行补充。控制电路45从电池电压监视部43获取电池BT1的电池电压Vb1和电池BT2的电池电压Vb2之间的电池电压偏差(以下也称为“电位差”)ΔVb(＝|Vb1－Vb2|)的信息。电池电压监视部43相当于“模块电压监视部”。控制电路45基于电池电压监视部43检测到的电压检测值，即通过反馈当前的电压偏差，来控制电力转换器即车载充电器20的动作。具体地，控制电路45基于流过电压偏差ΔVb和继电器RY1、RY3的继电器电流Iry的信息，进行后述的并联化处理和并联解除处理等。

电池电压监视部43也可以通过电压传感器71、72来检测电池BT1、BT2的端子间电压Vb1、Vb2，并计算作为该差的绝对值的ΔVb。或者，电池电压监视部43也可以通过电压传感器73来检测继电器RY1的两端的电压作为电位差ΔVb。另外，电池电压监视部43可以根据电位差ΔVb换算求出继电器电流Iry，也可以通过电流传感器来检测。另外，电池电压Vb1、Vb2是包括在通电时由内部电阻引起的损耗量的电压。因此，使用与图6和图7中的开路电压Vo_1和Vo_2不同的标号。

另外，电池电压监视部43在电池BT1、BT2的电压为正常范围外的情况下检测为异常，并传送给控制电路45。另外，也可以设置电池温度监视部44，该电池温度监视部44基于电池BT1、BT2的温度Tb1、Tb2来检测温度异常，并传送到控制电路45。控制电路45切断检测到异常的电池与充电器、负载或电力转换器的连接。即，电池电压监视部43以及电池温度监视部44作为“异常检测部”发挥功能。

接着，在转移到各实施方式的具体结构和作用效果的说明之前，参照图3～图5对本实施方式的背景进行说明。图3示出蓄电模块用的充电基础设施与负载驱动电压的关系。这里，假设蓄电模块的电压标准地为400V级。另外，假定充电站等充电基础设施存在对应400V级和对应800V级这两种，使用的负载也存在以400V级驱动的负载和以800V级驱动的负载这两种。在使用400V级的充电基础设施对以400V级驱动负载的蓄电模块进行充电的情况下，或在使用800V级的充电基础设施对以800V级驱动负载的蓄电模块进行充电的情况下，没有任何问题。

另一方面，考虑到利用与负载驱动电压不同的电压的充电基础设施对蓄电模块充电的情况。于是，只要在充电时将驱动400V级的负载的蓄电模块串联连接两个，则能够利用800V级的充电基础设施进行充电。并且，在负载驱动时即放电时切换为并联连接，能够在400V级下使用。相反，如果将并联连接状态下利用400V级的充电基础设施充电的蓄电模块在负载驱动时切换为两个串联连接，则能够在800V级下使用。通过这样能够将多个蓄电模块的连接状态切换为串联以及并联，能够对应于很多充电基础设施。

具体而言，可以预测到为了缩短充电时间等，将来，电动汽车和插电式混合动力车的主机电动机和辅助设备等车辆设备和充电基础设施会从当前的400V级转移到800V级。于是，特别是在转移的过渡期中，可能产生车辆规格与充电基础设施的规格不匹配的状况。因此，要求在充电时和负载驱动时，即在主机电动机驱动的情况下在行驶时，能够切换电池模块的串并联。因此，电路中必然地设置有由机械式继电器或半导体开关构成的继电器等串并联切换器。

参照图4，假定由于内部电阻等的偏差而在两个电池BT1、BT2之间产生电位差的状况。当两个电池BT1、BT2串联连接时的电压为100％时，例如假定电池BT1的电压为52％，电池BT2的电压为48％。另外，粗线的箭头表示电压比细线的箭头高。然后，在利用外部充电器进行串联充电后接通继电器并切换为并联连接时，由于电池BT1、BT2之间的电位差而产生短路电流流动，在继电器触点会产生电弧。

图5示出继电器的开闭时电流与开闭耐久次数、换言之与继电器触点寿命的关系。横轴和纵轴是对数刻度。如图5所示，开闭时电流越大，开闭耐久次数越少。因此，考虑到设备的设计寿命，需要根据预先规定的耐久次数和继电器的特性，将开闭时电流抑制在某个安全值以下。因此，在并联连接前需要使电池BT1、BT2的电压均衡化并在消除电位差后并联化。

这里，在专利文献1(专利第5611400号公报)公开的现有技术中，由于经由设置有电阻的路径在两个电池单元之间流通电流，因此，会因电阻引起损耗。另外，由于通过电阻来抑制电流，因此，存在均衡化需要时间的问题。另外，日本专利特开2005-151669号公报中公开的组电池的调节方法也是经由电阻在模块间流通电流，存在与专利文献1的技术相同的问题。因此，本实施方式在避免损耗的发生和触点的寿命降低的同时，以短时间使蓄电模块之间的电位差均衡化。

因此，在本实施方式中，将并联连接的多个电池、例如在图1的示例中的电池BT1和电池BT2连接到电力转换器。然后，在从串联向并联的切换之前，使电力转换器动作，在端子间电压不同的电池间进行电力传输。即，通过电力转换器在多个电池之间回流能量，使端子间电压产生电压下降、电压上升，从而使多个电池的端子间电压的电位差为规定的阈值以下。然后，在电位差为阈值以下的状态下，接通并联连接用的继电器(在图1的示例中为RY1、RY3)。以下，本实施方式的该处理称为“电压均衡化处理”。

在本实施方式中，通过电压均衡化处理，能够在不产生过大的突入电流的情况下接通并联连接用继电器的触点，进而能够提高继电器的可靠性和寿命。另外，由于不是如现有技术那样经由电阻流通电流的结构，因此，能够减少损耗，并且能够在短时间内使多个电池间的电压均衡化。

以下，参照图6和图7对电压均衡化处理的原理进行说明。图6示出了在并联化继电器RY1、RY3断开状态下使用电力转换器在电池BT1、BT2之间流过均衡化电流的状态，图7示出了并联化继电器RY1、RY3接通的并联连接后的状态。图6中的长虚线所示的突入电流以及图7中的短虚线所示的回流电流从电压高的一侧流向低的一侧。

[电池电压差]

在将电池BT1、BT2从串联切换为并联时，有时在并联连接的电池BT1、BT2之间产生电压的偏差。例如，电池容量的偏差、在并联连接前各电池被用于不同的负载等被认为是其主要原因。

电池BT1、BT2能够由使用开路电压Vo、串联等效电阻R0、极化模型Rn和电容Cn(n＝1～N)的等效电路表示。N的值根据模型再现水平选择，但这里图示为n＝1、2。对于电池BT1，各标号的末尾记为“_1”，对于电池BT2，各标号的末尾记为“_2”。

例如，假设开路电压Vo_1＝410V，Vo_2＝390V，等效串联电阻R0_1＝10mΩ，R0_2＝10mΩ。如果直接使并联化继电器RY1、RY3接通，则如以下式计算的那样，会产生非常大的突入电流，继电器RY1、RY3的触点的可靠性显著恶化。

(410V－390V)/(10mΩ+10mΩ)＝1000A

[电力转换器的动作]

例如，假定电池BT1的电压高于电池BT2的电压的情况。本实施方式的蓄电系统使用连接到电池BT1、BT2的电力转换器，使电力从电压相对高的电池BT1向电压相对低的电池BT2回流。此时，电池BT1流过放电电流，电池BT2流过充电电流。由于该电流，除了在串联等效电阻R0和极化Rn/Cn中产生电压下降之外，开路电压Vo的偏差接近零。因此，施加于并联化继电器RY1、RY3的电压变小。

这样，在本实施方式中，使用电力转换器使电流流动以使电池BT1、BT2的电位差变小，在电位差为阈值以下的状态下将并联化继电器RY1、RY3接通。由此，能够抑制突入电流，从而能够提高继电器RY1、RY3以及蓄电系统401整体的可靠性。

[关于电压均衡化]

在电压均衡化处理中，不需要充放电到开路电压Vo严格地相等为止。通过使电池的内部电阻R0或极化Rn/Cn产生电压下降，只要能够减小闭合并联化继电器RY1、RY3时的突入电流即可。这是因为，与继电器的连续通电时的允许电流相比，开闭时电流对继电器可靠性施加的影响起到支配作用。

简而言之，只要接通继电器RY1、RY3的瞬间的电池BT1、BT2的电位差为规定的阈值以下即可，也可以仅在接通动作前后的有限的短时间内使电力转换器动作。因此，也可以进行使比电力转换器的连续额定电流大的电流短时间通电这样的操作。由此，能够在更短的时间内完成电池BT1、BT2的并联化。

如图7所示，在并联连接后，也流过回流电流直到开路电压Vo均衡化为止。但是，如上所述，一般地，由于继电器的连续通电允许电流相对于开闭电流足够大，因此不会对电池、继电器的可靠性造成影响。

[关于电力转换器]

不需要专门设置用于电压均衡化处理的电力转换器。例如，通过使用装设于电动车辆的车载充电器、辅助设备电池用DC/DC转换器、电动空调压缩机或者将它们组合使用，只要以减小电池间的电位差的方式流过电流即可。使用这些电力转换器的结构在各实施方式中将依次说明。通过将主要在电压均衡化以外的功能中连续使用的这些电力转换器仅在电池的并联连接化的前后用于电压均衡化处理，能够减少设备的数量，并且提高设备的利用效率。

接着，参照图8和图9的流程图，对串并联的切换中的基本动作即并联化处理和并联解除处理进行说明。该并联化处理和并联解除处理在图13、图16的流程图中作为已定义的步骤S30、S40被引用。在以下流程图的说明中，标号“S”表示步骤。

在图8所示的并联化处理中，首先，在S31中判断为有并联连接请求时，转移至S32。在S32中，对电池BT1、BT2之间的电位差是否为阈值以下进行判断。在电位差为阈值以下且在S32中判定为“是”的情况下，转移至S35。在电位差超过阈值且在S32中判定为“否”的情况下，转移至S33。在S33中，控制电路45开始电力转换器的电压均衡化动作。继续该动作，直到在S34中判定为电位差为阈值以下为止。在S32或S34中判定为电位差为阈值以下时，转移至S35，控制电路45将并联化继电器RY1、RY3接通。然后，在S36中，控制电路45停止电力转换器的动作。

在图9所示的并联解除处理中，首先在S41中判断为有并联解除请求时，转移至S42。在S42中，对流过继电器RY1、RY3的继电器电流是否为阈值以下进行判断。在继电器电流为阈值以下且在S42中判定为“是”的情况下，转移至S45。在继电器电流超过阈值且在S42中判定为“否”时，转移至S43。在S43中，控制电路45开始电力转换器的电压均衡化动作。继续该动作，直到在S44中判定为继电器电流为阈值以下为止。在S42或S44中判定为继电器电流为阈值以下时，转移至S45，并且控制电路45断开并联化继电器RY1、RY3。然后，控制电路45在S46中停止电力转换器的动作。

这里，对在并联连接之后立即再次解除并联连接的情况下执行并联解除处理的意义进行说明。在通过电力转换器消除电池BT1、BT2之间的电位差而进行并联化之后，在电池BT1、BT2之间流过回流电流，直到电池开路电压Vo_1、Vo_2均衡化。在电池BT1、BT2的内部电阻或极化的时间常数较大的情况下，有时需要时间。在流过回流电流的状态下再次串联连接的情况下，或断开全部继电器而成为系统停止状态的情况下，如果直接切断继电器RY1、RY3，则会切断回流电流，有可能会降低继电器RY1、RY3的触点的可靠性。因此，不能直接立即切断。

因此，对于该问题，在继电器RY1、RY3中流过回流电流的情况下，在使继电器RY1、RY3断开之前通过电力转换器使回流电流流通，在流过继电器RY1、RY3的电流成为阈值以下的状态下进行切断。由此，即使在有并联解除请求且在电池BT1、BT2之间流过回流电流的情况下，也能够在不等待均衡化电流的衰减的情况下切断继电器RY1、RY3。

接着，将关于车载充电器20的具体构成的两个方式作为第一实施方式和第二实施方式在图10、图11中示出。这里，将第一实施方式、第二实施方式的车载充电器的符号分别设为“201”、“202”。

图10所示的第一实施方式的车载充电器201例如作为内部电路包括构成为PFC的AC/DC转换电路21、以及多个DC/DC转换器301、302。AC/DC转换电路21的输入端经由AC电源连接部16、17与商用电源15连接。DC/DC转换器301、302并联地连接到AC/DC转换电路21的输出端即通用的DC总线。

DC/DC转换器301、302是变压器式的双向DC/DC转换器，例如应用双有源桥式等电路形式。第一DC/DC转换器301包括铁芯331、初级绕组311和次级绕组321以及初级侧的开关电路341和次级侧的开关电路351。一个初级绕组311和次级绕组321分别卷绕于一个铁芯331。开关电路341、351周期性地切换向绕组311、321流动的电流的方向。

同样地，第二DC/DC转换器302包括铁芯332、初级绕组312和次级绕组322以及初级侧的开关电路342和次级侧的开关电路352。一个初级绕组312和次级绕组322分别卷绕于一个铁芯332。开关电路342、352周期性地切换向绕组312、322流动的电流的方向。第一DC/DC转换器301和第二DC/DC转换器302的规格相同，或者至少初级绕组311、312和次级绕组321、322的绕组比被设定为相同。

在电压均衡化处理中，电池BT1、BT2分别连接到DC/DC转换器301、302的次级侧输出端口P1、P2。然后，如粗线箭头所示，在从第一DC/DC转换器301的次级侧通过初级侧，经由通用的DC总线，从第二DC/DC转换器302的初级侧通过次级侧的路径中，电池BT1、BT2之间的电力回流。

图11所示的第二实施方式的车载充电器202例如作为内部电路包括构成为PFC的AC/DC转换电路21和多端口式的一个DC/DC转换器303。AC/DC转换电路21的输入端经由AC电源连接部16、17与商用电源15连接。DC/DC转换器303连接到AC/DC转换电路21的输出端即DC总线。

DC/DC转换器303是变压器式的双向DC/DC转换器，例如应用三重有源桥式等电路形式。DC/DC转换器303包括铁芯33、初级绕组31和两个次级绕组321、322以及初级侧的开关电路34和次级侧的开关电路351、352。一个初级绕组31和两个次级绕组321、322卷绕于一个铁芯33。开关电路34、351、352周期性地切换向绕组31、321、322流动的电流的方向。

在电压均衡化处理中，电池BT1、BT2分别连接到DC/DC转换器303的两个次级侧输出端口P1、P2。然后，如粗线箭头所示，在从第一DC/DC转换器301的次级侧通过第二DC/DC转换器302的次级侧的路径中，电池BT1、BT2之间的电力回流。在该结构中，与第一实施方式的车载充电器201相比，电力回流路径缩短，损耗降低。另外，由于初级绕组的数量变少，因此能够使DC/DC转换器的体格变小。

(第三实施方式)

在第三实施方式和第四实施方式中，对从外部充电器10向串联或并联地连接的两个电池BT1、BT2以直流电力进行充电的结构进行说明。例如，假定在充电站中向电动汽车或插电式混合动力车供电的状况。在两个电池BT1、BT2的串联连接状态下，例如要求外部充电800V的直流电压，在并联连接状态下，例如要求外部充电400V的直流电压。但是，由于外部充电器10的充电能力未必始终是足够的，因此需要在外部充电开始前确认。

参照图12～图14对第三实施方式进行说明。如图12所示，车辆内的蓄电系统401包括作为外部充电连接部的正极端子11和负极端子12。在实施外部充电时，外部充电器10经由电力线连接到外部充电连接部11、12。此外，外部充电器10的可输出电压的信息通过有线或无线通信传送到控制电路45。

另外，尽管不是第三实施方式的主题，但图12也一并示出了对车载充电器20的外部充电。商用电源供给装置15连接到AC电源连接部16、17，从而能够将100V或200V的交流电压向蓄电系统401的车载充电器20充电。在该结构中，在商用电源供给装置15具有输出能力的管理和通信功能的情况下，也可以在充电时向控制电路45进行信息通信。

图13和图14的流程图示出了根据第三实施方式的外部充电时的串并联选择处理。两个流程图通过点A、B、C连结。在图8和图9中详细示出了S30的并联化处理和S40的并联解除处理。S50的外部充电开始处理是基于通信等使与外部充电器10连接的连接继电器RY6、RY7接通，并且基于指令使外部充电器10的输出电流流动等的一般处理，省略详细的记载。

首先，在S11中，控制电路45基于来自电池电压监视部43的电压信息或来自电池温度监视部44的温度信息等，对电池BT1、BT2是否异常进行判断。在异常的情况下，不可充电，因此处理结束。但是，在电池BT1、BT2中的任一方正常且另一方异常的情况下，控制电路45例如通过使用矩阵状的继电器，能够仅将正常的电池连接到充电器或负载来进行充电或放电。也就是说，也能够仅切断判断为异常的电池。当电池BT1、BT2没有异常，在S12中判断为有外部充电请求时，转移至S13。

控制电路45基于来自外部充电器10的信息，在S13中，对外部充电器10的最大电压是否超过电池并联时的最大电压(例如400V)进行判断。在“否”的情况下，判断为不可进行外部充电，并结束处理。在S13中为“是”的情况下，控制电路45在S14中对外部充电器10的最大电压是否超过当前电池串联电压的运算值、即相当于当前电池串联连接时的电压进行判断。在这种情况下，可以简单地计算各电池BT1、BT2的电压之和，也可以对和的值施加修正。在S14中为“是”的情况下，确定为串联充电，转移至S15。在S14为“否”的情况下，确定为并联充电，转移至S25。

当确定为串联充电时，控制电路45在S15中判断为处于当前并联状态时，在S40中进行并联解除处理。在并联解除处理之后或者在S15中判断为不是当前并联状态时，控制电路45在S16中将串联化继电器RY2接通，并且在S50中进行外部充电开始处理。

在实施串联充电时，电池BT1、BT2串联下的电压逐渐地上升。因此，控制电路45在外部充电中，在S18中对当前的电池串联电压是否达到外部充电器10的最大电压进行反复判断。在当前电池串联电压超过外部充电器10的最大电压时，在S18中判定为“否”。然后，经过S25的“否”判定后转移至S30，在并联化处理之后，继续并联下的外部充电。在这种情况下，开始串联充电，随着电池电压的上升，可以从中途切换为并联充电。在实施串联充电之后，在S19中判断为外部充电结束条件成立时，控制电路45在执行S30的并联化处理之后结束处理。

当确定为并联充电时，如果在S25中判断为不是当前并联状态，则控制电路45在S30中执行并联化处理。在并联化处理之后或者当在S25中判断为不是当前并联状态时，控制电路45在S50中进行外部充电开始处理。另外，省略了在并联的外部充电中，对当前的电池并联电压是否达到外部充电器10的最大电压进行监视的步骤。另外，也可以实施与S18相同的步骤，在当前的电池并联电压超过外部充电器10的最大电压的情况下，继续以恒定电压的充电(CV充电)，或者由于不可继续充电而结束处理。此后，在S29中判断为外部充电结束条件成立时，控制电路45结束处理。

如上所述，在第三实施方式中，基于从外部充电器10通信的可输出电压的信息，控制电路45切换串联充电或并联充电。假设如果外部充电器10的可输出电压是可串联充电程度的电压，则控制电路45通过选择串联充电，能够进行快速充电。另一方面，如果外部充电器10的可输出电压不足以进行串联充电但为可并联充电程度的电压，则控制电路45通过选择并联充电来满足外部充电请求。因此，能够根据外部充电器10的状况来实施适当的外部充电。

(第四实施方式)

以下，参照图15、图16对应用了第三实施方式的第四实施方式进行说明。图15示出了图12的继电器RY2、RY6、RY7、即将串联化继电器接通的状态。在第四实施方式中，在串联充电中通过电池BT1、BT2之间的电力回流来进行电压均衡化处理。

在电池BT1、BT2的内部电阻较大的情况下或用于电压均衡化处理的电力转换器的电流额定值较低的情况下，如果电池BT1、BT2之间的电压偏差较大，则在电压均衡化处理中将并联化继电器接通需要时间。因此，在第四实施方式中，在由外部充电器10以串联进行的外部充电中，并行地执行由车内的电力转换器进行的电池BT1、BT2之间的电压均衡化处理。在图15所示的蓄电系统401的示例中，车载充电器20用作电力转换器。

图16的流程图示出了根据第四实施方式的外部充电中的电压均衡化处理。在图16中，除S17以外的步骤与图13和14实质上相同，因此省略说明。另外，省略对于图13中的S11、S13、S18的记载。在S14中判定为“是”而确定为串联充电，并且在S16的串联化继电器接通之后，在S50中开始外部充电，接着在S17中，开始电力转换器的电压均衡化动作。之后，如果在S19中判断为外部充电结束条件成立，则控制电路45在执行S30的并联化处理之后结束处理。

在第四实施方式中，能够在外部充电的执行中且在并联化动作之前降低电池BT1、BT2的容量或内部电阻等的差异而引起的电压偏差。因此，能够缩短在以串联进行外部充电结束后，到进行向并联的切换动作为止电压均衡化所需要的时间，或者在充电结束后能够立即切换为并联。

(第五实施方式)

在第五、第六实施方式中，相对于上述实施方式，使用车载充电器20以外的电力转换器用于电压均衡化处理。参照图17和图18对第五实施方式进行说明。在第五实施方式的蓄电系统405中，作为电压均衡化处理的电力转换器，使用辅助设备电池用DC/DC转换器50。辅助设备电池用DC/DC转换器50将电池BT1、BT2的高电压降压为12V或48V等低电压，并且向辅助设备电池55供给。辅助设备电池用DC/DC转换器50的辅助设备电池55侧的输出端相当于“与连接到多个蓄电模块的多个输入输出端不同的、连接到蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端”。

如图17所示，电池BT1、BT2分别连接到辅助设备电池用DC/DC转换器50的输入输出端口P1、P2。充电时和放电时的各继电器RY1-RY7的开闭模式与第一实施方式、第二实施方式相同。另外，将车载充电器20作为负载80的一种进行处理。

如图18所示，辅助设备电池用DC/DC转换器50例如具有与第二实施方式同样的多端口式DC/DC转换器303的结构。在连接到电池BT1的次级绕组321与连接到电池BT2的次级绕组322之间回流电力。另外，辅助设备电池用DC/DC转换器50也可以与第一实施方式相同，并联配置有多个DC/DC转换器301、302。

这里，与电池BT1、BT2不同，辅助设备电池55相当于不能切换串并的蓄电模块、即“串联连接或并联连接被固定的其他蓄电模块”。辅助设备电池用DC/DC转换器50将与连接到电池BT1、BT2的输入输出端相反侧的一端连接到作为“串联连接或并联连接被固定的其他蓄电模块”的辅助设备电池55。由此，能够有效地利用车载设备来实施电压均衡化处理。

(第六实施方式)

参照图19和图20对第六实施方式进行说明。在第六实施方式的蓄电系统406中，作为电压均衡化处理用的电力转换器，使用电动空调压缩机60的多个逆变器61、62。逆变器61、62将电池BT1、BT2的直流电力例如转换为三相交流电力，并且供给到交流电动机65的多个绕线组63、64。逆变器61、62的交流输出端相当于“与连接到多个蓄电模块的多个输入输出端不同的、连接到蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端”。

如图19所示，电池BT1、BT2分别连接到电动空调压缩机60的输入输出端口P1、P2、即逆变器61、62的输入端。也可以如虚线G所示，将均衡化电流路径的负侧连接目的地设为负载80侧，并且共用继电器。另外，也可以没有对电池BT1、BT2与电动空调压缩机60之间的路径进行开闭的继电器68。充电时和放电时的各继电器RY1-RY7的开闭模式与第一实施方式、第二实施方式相同。另外，将车载充电器20作为负载80的一种进行处理。

在图20所示的交流电动机65中，通用的定子铁芯上卷绕有两组三相绕线组63、64。交流电动机65通过对各绕线组63、64的通电，使通用的输出轴旋转而产生单一的机械输出。第一逆变器61的输出端连接到一个绕线组63，而第二逆变器62的输出端连接到另一个绕线组64。即，各逆变器61、62的输出端连接到彼此不同的绕线组63、64。一个电池BT1连接到第一逆变器61的输入端，该第一逆变器61向第一绕线组63供给电力。另一个电池BT2连接到第二逆变器62的输入端，该第二逆变器62向第二绕线组64供给电力。

例如，在电池BT1的电压比电池BT2的电压高的情况下，控制电路45控制相位以使第一逆变器61进行动力运行动作，并且使第二逆变器61进行再生动作。因此，第一逆变器61消耗电池BT1的电力并向交流电动机65供给能量，从而进行动力运行动作以使输出轴产生转矩。第二逆变器62进行再生动作，以使交流电动机65的输出轴的旋转产生的反电动势的能量返回到电池BT2。

这样，在两个逆变器61、62之间实现电力回流。这样，在第六实施方式中，能够有效地利用车辆上原有的电动空调压缩机60来实施电压均衡化处理。

另外，使多个逆变器的一个进行动力运行动作、另一个进行再生动作来进行电力回流的结构不限于如上所述生成单一的机械输出的交流电动机的结构。例如，也可以是如下结构：通过一个逆变器的动力运行动作生成的机械输出转换为气体压力，通过该气体压力再转换而成的机械输入，另一个逆变器进行再生动作。

(第七实施方式)

接着，参照图21对第七实施方式进行说明。第七实施方式的蓄电系统407作为电力转换器使用车载充电器20，对三个电池BT1、BT2、BT3的串并联进行切换。相对于图1的蓄电系统401，追加了电池BT3和继电器RY8-RY10。与蓄电系统401相同，也可以将均衡化电流路径的负侧连接目的地设为负载80侧，并且共用继电器。另外，也可以没有对电池BT1、BT2与车载充电器20之间的路径进行开闭的继电器28。

对于继电器开闭模式，在三个串联充电时接通继电器RY2、RY9、RY6、RY7。在三个并联充电时，接通继电器RY1、RY3、RY8、RY10、RY6、RY7。在三个并联放电时，接通继电器RY1、RY3、RY8、RY10、RY4、RY5。

这样，在包括三个以上蓄电模块的蓄电系统中，也通过与所述实施方式相同的电压均衡化处理来得到相同的作用效果。这里，在多个蓄电模块的电压均衡化处理中，基本上假定多个蓄电模块同时连接到电力转换器。

但是，例如，通过使用矩阵状的继电器，理论上也可以将各蓄电模块以时间分割的方式连接到电力转换器。因此，在包括三个以上蓄电模块的蓄电系统中，电力转换器也可以不同时连接到所有的蓄电模块。也就是说，只要是多个蓄电模块中的任意两个以上的蓄电模块能够连接到电力转换器的结构即可。

(其它实施方式)

控制电路45不限于基于由电池电压监视部43检测的电压检测值对电力转换器进行反馈控制的结构，例如也可以根据动作开始时的初始电压和动作时间对电力转换器进行前馈控制。另外，也可以不使用电池电压的检测值，而基于从其他参数推定的电压推定值来控制电力转换器。

在图3中，将充电基础设施和负载驱动电压大致分为400V级和800V级两种，但不限于此，本发明也能够适用于例如具有200V级负载电压的系统。更具体而言，也可以构成为在负载驱动时并联地连接蓄电模块以在200V级中使用，充电时串联地连接蓄电模块以利用400V级的充电基础设施进行充电。

本发明的蓄电系统不限于装设在电动汽车或插电式混合动力车上，也能够适用于可切换多个蓄电模块的串并联的连接状态等的任意系统。如上所述，蓄电模块不限于电池模块，也可以使用电容器等。另外，例如在电动汽车以外使用的情况下，不限于已经存在的能够作为电压均衡化处理的电力转换器而利用的设备，因此也可以设置电压均衡化处理专用的电力转换器。

以上，本发明不限于所述实施方式，可以在不脱离本发明的思想的范围内以各种方式实施。

根据实施方式对本发明进行了记述。但是，本发明不限定于该实施方式和结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。此外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。

Claims (12)

1.一种蓄电系统，包括：

多个蓄电模块，多个所述蓄电模块分别包括一个以上的蓄电单元；

串并联切换器，所述串并联切换器能够将多个所述蓄电模块的连接状态切换为串联和并联；

电力转换器，所述电力转换器用于在多个所述蓄电模块中的任意两个以上的所述蓄电模块之间进行电力传输；以及

控制电路，所述控制电路对所述串并联切换器和所述电力转换器进行控制，

所述控制电路在将多个所述蓄电模块切换为并联之前，在实施了电压均衡化处理之后，切换所述串并联切换器，在所述电压均衡化处理中，使所述电力转换器动作以使多个所述蓄电模块之间的电位差为规定的阈值以下，

所述电力转换器除了具有连接到多个所述蓄电模块的多个输入输出端之外，还具有连接到所述蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端，

所述电力转换器包括多个DC/DC转换器，所述多个DC/DC转换器在一端具有分别连接到多个所述蓄电模块的输入输出端，在该输入输出端之间电力能够双向地通电，

所述电力转换器是充电器，包括AC/DC转换电路，所述AC/DC转换电路将从外部的交流电源供给的交流电力转换为直流电力，所述充电器能够将该AC/DC转换电路输出的直流电力向所述蓄电模块充电，

一个以上的所述DC/DC转换器中的与连接到所述蓄电模块的输入输出端相反侧的一端连接到作为所述AC/DC转换电路的输出的DC总线。

2.一种蓄电系统，包括：

多个蓄电模块，多个所述蓄电模块分别包括一个以上的蓄电单元；

串并联切换器，所述串并联切换器能够将多个所述蓄电模块的连接状态切换为串联和并联；

电力转换器，所述电力转换器用于在多个所述蓄电模块中的任意两个以上的所述蓄电模块之间进行电力传输；以及

控制电路，所述控制电路对所述串并联切换器和所述电力转换器进行控制，

所述控制电路在将多个所述蓄电模块切换为并联之前，在实施了电压均衡化处理之后，切换所述串并联切换器，在所述电压均衡化处理中，使所述电力转换器动作以使多个所述蓄电模块之间的电位差为规定的阈值以下，

所述电力转换器除了具有连接到多个所述蓄电模块的多个输入输出端之外，还具有连接到所述蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端，

所述电力转换器包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器具有变压器，在所述变压器中，一个初级绕组和分别连接有多个所述蓄电模块的多个次级绕组卷绕于一个铁芯，并且在所述多个次级绕组的输入输出端之间电力能够双向地通电，

所述电力转换器是充电器，包括AC/DC转换电路，所述AC/DC转换电路将从外部的交流电源供给的交流电力转换为直流电力，所述充电器能够将该AC/DC转换电路输出的直流电力向所述蓄电模块充电，

所述DC/DC转换器中的与连接到所述蓄电模块的输入输出端相反侧的一端连接到作为所述AC/DC转换电路的输出的DC总线。

3.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括外部充电连接部，所述外部充电连接部连接到能够对所述蓄电模块以直流电力进行充电的外部充电器，

所述控制电路在有所述外部充电器的外部充电请求时，基于从所述外部充电器通信的所述外部充电器的可输出电压的信息，确定所述蓄电模块的串联或并联的切换。

4.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括外部充电连接部，所述外部充电连接部连接到能够对所述蓄电模块以直流电力进行充电的外部充电器，

所述控制电路在将多个所述蓄电模块串联连接的状态下进行的外部充电中，实施所述电压均衡化处理。

5.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括模块电压监视部，所述模块电压监视部对所述蓄电模块的电压进行监视，

所述控制电路基于所述模块电压监视部检测出的电压检测值来控制所述电力转换器。

6.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括异常检测部，所述异常检测部对所述蓄电模块的异常进行检测，

当由所述异常检测部检测出所述蓄电模块的异常时，

所述控制电路切断检测出异常的所述蓄电模块与充电器、负载或所述电力转换器的连接。

7.一种蓄电系统，包括：

多个蓄电模块，多个所述蓄电模块分别包括一个以上的蓄电单元；

串并联切换器，所述串并联切换器能够将多个所述蓄电模块的连接状态切换为串联和并联；

电力转换器，所述电力转换器用于在多个所述蓄电模块中的任意两个以上的所述蓄电模块之间进行电力传输；以及

控制电路，所述控制电路对所述串并联切换器和所述电力转换器进行控制，

所述控制电路在将多个所述蓄电模块切换为并联之前，在实施了电压均衡化处理之后，切换所述串并联切换器，在所述电压均衡化处理中，使所述电力转换器动作以使多个所述蓄电模块之间的电位差为规定的阈值以下，

所述电力转换器除了具有连接到多个所述蓄电模块的多个输入输出端之外，还具有连接到所述蓄电模块以外的对象的一个以上的输入输出端，

所述电力转换器由多个逆变器构成，所述多个逆变器将输入的直流电力转换为交流电力并向负载输出，

所述蓄电模块分别连接到对应的所述逆变器的输入端，

多个所述逆变器中的一部分进行动力运行动作，以消耗所连接的所述蓄电模块的直流电力并向所述负载供给能量，

多个所述逆变器中的其他部分进行再生动作，以将所述负载的能量返回到连接的所述蓄电模块。

8.如权利要求7所述的蓄电系统，其特征在于，

多个所述逆变器的通用的负载是通过对多个绕线组通电而产生单一的机械输出的交流电动机，各所述逆变器的输出端连接到彼此不同的所述绕线组。

9.如权利要求7或8所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括外部充电连接部，所述外部充电连接部连接到能够对所述蓄电模块以直流电力进行充电的外部充电器，

所述控制电路在有所述外部充电器的外部充电请求时，基于从所述外部充电器通信的所述外部充电器的可输出电压的信息，确定所述蓄电模块的串联或并联的切换。

10.如权利要求7或8所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括外部充电连接部，所述外部充电连接部连接到能够对所述蓄电模块以直流电力进行充电的外部充电器，

所述控制电路在将多个所述蓄电模块串联连接的状态下进行的外部充电中，实施所述电压均衡化处理。

11.如权利要求7或8所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括模块电压监视部，所述模块电压监视部对所述蓄电模块的电压进行监视，

所述控制电路基于所述模块电压监视部检测出的电压检测值来控制所述电力转换器。

12.如权利要求7或8所述的蓄电系统，其特征在于，

还包括异常检测部，所述异常检测部对所述蓄电模块的异常进行检测，

当由所述异常检测部检测出所述蓄电模块的异常时，

所述控制电路切断检测出异常的所述蓄电模块与充电器、负载或所述电力转换器的连接。