CN113574713A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

串联连接的电池单元的一部分电池单元始终消耗电力，电池单元的电压的不平衡有可能扩大而妨碍电池系统的放电。当第二电池(21)具有足够的电压时，电流控制基板(12)经由外部负极线(15)和外部正极线(17)向电池控制部(8)和继电器(13)供给工作电力。另一方面，在第二电池(21)的电压降低的情况下，电流控制基板(12)从第一电池经由内部负极线(11)和内部正极线(16)向电池控制部(8)和继电器(13)供给工作电力。第一电流控制部(18)、第二电流控制部(19)根据第二电池(21)的电压的降低等来控制工作电力的供给。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及一种电池系统。
背景技术
作为混合动力汽车、电动汽车等用的电力源，使用串联连接有多个电池单元的电池系统。另一方面，为了向电气部件等供给12V左右的电压，使用铅电池。
在专利文献1中，公开了根据多个串联连接的电池单元的一部分电池单元的输出电压生成供电电压的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-90608号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所公开的技术中，串联连接的电池单元的一部分电池单元始终消耗电力，电池单元的电压的不平衡有可能扩大而妨碍电池系统的放电。
用于解决课题的手段
本发明的电池系统具备：多个电池单元串联连接而成的第一电池；电池控制部，其控制所述第一电池，并且从电压比所述第一电池低的第二电池供给电力；以及第一电流控制部，其设置在构成所述第一电池的多个电池单元中的一部分电池单元与所述第二电池电连接的电流路径上，限制从所述一部分电池单元流向所述电流路径的电流。
发明效果
根据本发明，能够防止电池单元的电压的不平衡的扩大，并稳定地运用电池系统。
附图说明
图1是电池系统的结构图。
图2A是第一电流控制部的电路结构图。
图2B是第二电流控制部的电路结构图。
具体实施方式
图1是本实施方式中的电池系统1的结构图。
电池系统1是在内部内置第一电池2的电池模块。电池系统1具有正极端子3、负极端子4和外部连接器5。
外部连接器5与第二电池21的正极连接，并且，第二电池21的负极经由主体接地连接。第二电池21向电气部件等外部装置22供给电力，并且供给成为电池系统1内部的电池控制部8和继电器13的工作电压的电力。
电池系统1内置第一电池2。第一电池2构成为串联连接有多个电池单元6。
在第一电池2的附近设置热敏电阻7，该热敏电阻7的信号线被输入到电池控制部8。另外，从各电池单元6向电池控制部8输入用于测量各电池单元6的电压的电压检测线81。
电池控制部8负责第一电池2的电压监视、电流监视以及继电器动作控制等。因此，虽然省略了图示，但电池控制部8包括进行各种监视和动作所需要的微型计算机、电路图案、测量部件等。
另外，在电池控制部8内，具备用于均等地调整第一电池2的各电池单元6的电压值的平衡电路82。在图1中图示了一个平衡电路82，但与多个电池单元6分别对应地具备多个平衡电路82。平衡电路82串联连接电阻R和开关元件Tr而成，电池控制部8通过使与应调整电压值的电池单元6对应的开关元件Tr导通规定时间，从而调整电池单元6的电压。
第一电池2的最低电位的电池单元6的负极经由电流传感器9、强电侧线10连接至负极端子4。另外，第一电池2的最低电位的电池单元6的负极经由电流传感器9、内部负极线11连接至电流控制基板12。另一方面，第一电池2的最高电位的电池单元6的正极经由继电器13、熔断器14连接至正极端子3。
从第一电池的负极侧电位部分分支的内部负极线11在电流控制基板12的负极侧与外部负极线15连接，该外部负极线15连接至第二电池21的负极侧。因此，负极端子4的电位需要是接近与第二电池21连接的外部负极线15的电位。第二电池21例如是轻混合动力车辆用的12V铅电池，第二电池21的负极连接至主体接地。因此，内部负极线11与外部负极线15之间没有大的电位差。此外，如果有从强电侧线10经过负极端子4、主体接地、外部连接器5到外部负极线15的路径，也可以不设置内部负极线11。
在电流控制基板12的正极侧，在夹着第一电池2的一部分电池单元6而连接的内部正极线16上连接有第一电流控制部18。一部分电池单元包括接地的最低电位的电池单元6，以变成低于第二电池21的电压的方式选择电池单元的数量。此外，内部正极线16也可以共用电压检测线81的一部分。并且，在与电流控制基板12上的内部正极线16连接的电流路径中设置第二电流控制部19，第一电流控制部18和第二电流控制部19连接。第二电流控制部19经由外部正极线17连接到第二电池21的正极侧。在第一电流控制部18和第二电流控制部19的连接点处，连接去向电池控制部8的工作电力供给线23。从电池控制部8经由继电器工作电力线24供给针对继电器13的工作电力中的一个。电池控制部8经由继电器工作电力线24使针对继电器13的电力供给变化，由此切换继电器13的接通断开。
当第二电池21具有足够的电压时，电流控制基板12经由外部负极线15和外部正极线17向电池控制部8和继电器13供给工作电力。在这种情况下，从第一电池2的一部分电池单元流向电流路径的电流被限制，因此能够防止第一电池2的一部分电池单元的电压的不平衡的扩大。另一方面，在第二电池21的电压降低的情况下，电流控制基板12从第一电池2经由内部负极线11和内部正极线16向电池控制部8和继电器13供给工作电力。即，即使第二电池21的电压降低，也能够确保电池控制部8和继电器13的工作。
第一电流控制部18、第二电流控制部19根据第二电池21的电压的降低来控制工作电力的供给。在从第二电池21供给的对电池控制部8及继电器13的电力降低的情况下，第一电流控制部18将从第一电池2的一部分电池单元6供给的电力向电池控制部8及继电器13供给。另一方面，在从第二电池21供给的对电池控制部8及继电器13的电力没有降低的情况下，限制从第一电池2的一部分电池单元6供给的电力向电池控制部8及继电器13供给。在从第二电池21供给的对电池控制部8及继电器13的电力降低的情况下，第二电流控制部19限制从第一电池2的一部分电池单元6供给的电力向第二电池21侧供给。
此外，由于通过第一电池2的一部分电池单元适当地供给电力，所以在第一电池2的电池单元6中产生电压的不平衡。因此，在电池控制部8内的平衡电路82中，进行第一电池2的电池单元6的电压调整。
电池控制部8为了与外部的系统进行通信，经由内部连接器83与控制信号线20连接，实施第一电池2的监视、控制。
关于第一电池2的电池单元6，在本实施方式中，作为一例，电池单元6使用平均电压3.6V、满充电电压4.2V，作为充放电时包含电流通电的含过电压的短时间工作电压为最大电压4.3V、最低2V的锂离子电池。另外，作为通常使用电池单元6的SOC范围，设定为SOC20～80％，对应的开路电压为3.5V至3.9V的范围。如果第一电池2的电压作为没有通电电流而稳定的电路电压而超过了电池控制部8的工作电压，则电池单元6的串联个数没有限制，但在本实施方式中设为12个单元。电池控制部8的工作电压范围为6V以上。
配置在内部正极线16与负极侧的电位部之间的电池单元6的合计电压设定在不超过第二电池21的正常时的电压的范围内。这是因为，在第二电池21的电压正常的情况下，从第二电池21接受电力的供给。在本实施方式中，是假定电池单元6的平均电压为3.6V，第二电池21是铅电池且设为12V，因此电池单元6的适当的电池单元数为3个单元以下。另一方面，由于电池控制部8的工作范围设为6V以上，因此根据通常使用的工作范围的开路电压下限3.5V/电池单元与6V的关系，电池单元6需要2个单元以上。因此，作为电池单元6选择2个单元或3个单元中的任一个。
所选择的单元的数量考虑由于电池系统1内的电路等的故障而从第二电池21对电池单元6侧进行了充电的情况。在该情况下，优选以如下方式构成单元数：即使将电池单元6过充电至将第二电池21的电源电压除以单元数而得到的电压，也不会导致电池单元6的变形、电解液的泄漏的现象。在本实施方式中，以电池单元6的满充电电压的1.2倍以下为基准，选择了3个单元。由于充电时的最大电压为4.3V，因此在选择了3个电池单元的情况下变成12.9V，超过了第二电池21的电压，但这仅限于充电电流较大地流动时，第二电池21也在行驶中因充电过电压而高于12V等，因此不会成为问题。
关于作为一部分电池单元而选择的单元数n，在将第一电池2的SOC100％中的电压设为V1、将从第二电池输入的电压设为V2时，以满足数式(1)的关系的方式进行选择。
V2≤V1×1.2n···(1)
图2A是第一电流控制部18的电路结构图的一例，图2B是第二电流控制部19的电路结构图的一例。
如图2A所示，第一电流控制部18串联连接熔断器181、开关元件182、二极管183而构成。在第二电池21的电压降低的情况下，第一电流控制部18从第一电池2向电池控制部8及继电器13供给工作电力。另外，第一电流控制部18为了防止从第二电池21向第一电池2的一部分充电而规定电流的方向。开关元件182根据来自电池控制部8的指令进行接通/断开的控制，在不需要时切断内部正极线16。熔断器181在过电流流过时进行保护。熔断器181和开关元件182不是必需的结构。
如图2B所示，第二电流控制部19串联连接熔断器191、开关元件192、二极管193而构成。虽然第二电流控制部19其本体不是必需的结构，但是例如通过在第二电流控制部19中配置二极管193，从而限制从第一电池2的一部分到第二电池21和电池系统1的外部的电流供给。并且，防止过大的电流流过内部正极线16和外部正极线17。
另外，在第二电流控制部19中仅设置开关元件192的情况下，在通常的使用中第二电池21的电压降低的情况下，例如也可以限定于低温时的起动等而接通开关元件192，从第一电池2供给电压。另外，在第二电池21继续成为低电压的情况下，通过断开开关元件192，抑制第一电池2的放电，补偿电池控制部8的动作。另外，开关元件192除了能够削减暗电流消耗之外，还能够保护第一电池2不受外部正极线17的短路等的影响。
在第二电流控制部19中未配置防止来自第一电池2的电流流入的二极管193等的情况下，在第二电池21的电压降低时，能够从第一电池2向电池系统1外的外部装置22等供给电力。在这种情况下，当第二电池21的电源失效时，电池系统1可以补偿其功能。但是，由于内部正极线16和外部正极线17中流过大的电流，因此需要将各线的通电能力设计得较大。而且，需要根据从电池系统1向外部供给的电流量和通电时间，配置开关元件182和电阻等来适当地设计、控制。而且，由于在第一电池2内产生电压的不平衡，因此在电池控制部8内的平衡电路82中，需要提高电流值、或者提高电压调整的频率、或者延长放电时间等而强化电压调整。
在电流控制基板12上配置了第一电流控制部18、第二电流控制部19，但也可以配置在内部正极线16、外部正极线17上的任意位置。另外，也可以在搭载有电池控制部8的电路基板的一部分或其他电路基板的一部分配置第一电流控制部18、第二电流控制部19，在这种情况下能够谋求电池系统1的小型化。
根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)电池系统1具备：串联连接多个电池单元6而成的第一电池2；电池控制部8，其控制第一电池2，并且从电压比第一电池2低的第二电池21供给电力；以及第一电流控制部18，其设置在构成第一电池2的多个电池单元6中的一部分电池单元6与第二电池21电连接的电流路径(内部正极线16、外部正极线17)上，限制从一部分电池单元6流向电流路径(内部正极线16、外部正极线17)的电流。由此，能够防止电池单元的电压的不平衡的扩大，并稳定地运用电池系统。
本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。
附图标记说明
1电池系统
2第一电池
3正极端子
4负极端子
5外部连接器
6电池单元
7热敏电阻
8电池控制部
9电流传感器
10强电侧线
11内部负极线
12电流控制基板
13继电器
14熔断器
15外部负极线
16内部正极线
17外部正极线
18第一电流控制部
19第二电流控制部
20控制信号线
21第二电池
22外部装置
23工作电力供给线
24继电器工作电力线
81电压检测线
82平衡电路
83内部连接器。

Claims (15)

1.一种电池系统，其特征在于，具备：
多个电池单元串联连接而成的第一电池；
电池控制部，其控制所述第一电池，并且从电压比所述第一电池低的第二电池供给电力；以及
第一电流控制部，其设置在构成所述第一电池的多个电池单元中的一部分电池单元与所述第二电池电连接的电流路径上，限制从所述一部分电池单元流向所述电流路径的电流。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，
在从所述第二电池供给的对所述电池控制部的电力降低的情况下，所述第一电流控制部从所述第一电池的所述一部分电池单元向所述电池控制部供给电力，
在从所述第二电池供给的对所述电池控制部的电力没有降低的情况下，所述第一电流控制部限制从所述第一电池的所述一部分电池单元向所述电池控制部供给的电力。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，
所述电池系统具备第二电流控制部，该第二电流控制部设置在所述电流路径上并限制从所述第二电池流向所述电流路径的电流。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
在从所述第二电池供给的对所述电池控制部的电力降低的情况下，所述第二电流控制部限制从所述第一电池的所述一部分电池单元向所述第二电池侧供给电力。
5.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，
所述第一电流控制部包括二极管。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，
所述第一电流控制部包括与所述二极管串联连接的开关元件。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，
所述第一电流控制部包括与所述二极管和所述开关元件串联连接的熔断器。
8.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
所述第二电流控制部包括二极管。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其特征在于，
所述第二电流控制部包括与所述二极管串联连接的开关元件。
10.根据权利要求9所述的电池系统，其特征在于，
所述第二电流控制部包括与所述二极管和所述开关元件串联连接的熔断器。
11.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，
所述第一电流控制部和所述第二电流控制部中的至少一个设置在搭载有所述电池控制部的电路基板上。
12.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，
所述一部分电池单元被选择为包括接地的最低电位的电池单元。
13.根据权利要求1或2或12所述的电池系统，其特征在于，
以变成低于所述第二电池的正常时的电压的方式，选择所述一部分电池单元中的电池单元的数量。
14.根据权利要求1或2或12所述的电池系统，其特征在于，
在将所述第一电池的SOC100％的电压设为V1，将从所述第二电池输入的电压设为V2时，以满足以下数式的关系的方式选择所述一部分电池单元的单元数n：
V2≤V1×1.2n。
15.根据权利要求1或2或12所述的电池系统，其特征在于，
所述电池控制部具备调整所述第一电池的所述多个各电池单元的充电状态的平衡电路。
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