CN113824172B - 电池控制单元和电池系统 - Google Patents

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Abstract

电池控制单元包括切换单元、系统控制器和控制单元。切换单元在对应电池放电的连接状态和对应电池不放电的非连接状态之间切换。系统控制器限制流经处于连接状态的电池的放电电流，以便不超过放电电流限制值中最小的最小放电电流限制值。在放电电流限制单元限制放电电流之前，控制单元从具有最小放电电流限制值的电池依次切换到非连接状态。此外，在处于连接状态的电池变为一个之后，控制单元将所有电池切换到连接状态，然后从被确定为达到放电终止状态的电池依次将电池切换到非连接状态。

Description

电池控制单元和电池系统
技术领域
本发明涉及电池控制单元和电池系统。
背景技术
存在通过串联连接多个电池而配置的电池系统。多个电池的劣化由于例如制造的变化或操作环境的变化而变化。例如，靠近热源的电池迅速劣化，而远离热源的电池缓慢劣化。
为此，在充电和放电期间已经劣化的电池首先达到充电和放电终止状态。在这种情况下，即使其他电池有剩余容量，也必须停止充电和放电，并且电池容量不能用完。因此，已经提出了一种系统，其中已经达到充电终止状态的电池被旁路并从充电电路断开，并且没有达到充电终止状态的电池的充电被继续(专利文献1)。类似地，在放电期间，可以考虑这样的电池系统，其中已经达到放电终止状态的电池被旁路并且从放电断开，并且没有达到放电终止状态的电池的放电被继续。
顺便提及，为了防止电池的劣化，当电池的充电状态变低时，考虑执行放电电流限制以限制放电电流。当放电电流受到限制时，例如，在电动车辆的情况下，施加限制，使得即使当加速器被压下时加速也减弱。
当在电池系统中采用这种放电电流限制时，会出现以下问题。例如，考虑两个电池串联连接的电池系统。当两个电池中的一个的充电状态变低并且需要放电电流限制时，对两个电池执行放电电流限制。此后，当处于低充电状态的电池达到放电终止状态时，电池被旁路，并且放电电流限制被释放。接下来，当剩余的一个电池的充电状态变低并且需要放电电流限制时，对剩余的一个电池执行放电电流限制。此后，当剩余的一个电池达到放电终止状态时，电池被旁路。由于这个原因，由于每次电池被旁路时放电电流受到限制，所以存在这样的问题，即在不限制放电电流的情况下，获得期望功率的持续时间被缩短。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2013-31249
发明内容
鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种能够延长不施加放电电流限制的情况下获得期望功率的持续时间的电池控制单元和电池系统。
根据本发明的电池控制单元和电池系统包括：切换单元，被配置为被提供给彼此串联连接的多个电池中的每一个，并且在对应电池放电的连接状态和对应电池不放电的非连接状态之间切换；放电电流限制单元，被配置为限制流经处于连接状态的电池的放电电流，以便不超过最小放电电流限制值，该最小放电电流限制值是根据每个电池状态确定的放电电流限制值中的最小值；第一控制单元，被配置为在放电电流限制单元限制放电电流之前，从具有最小放电电流限制值的电池依次将电池切换到非连接状态。
此外，根据本发明的电池系统包括彼此串联的多个电池；切换单元，被配置为提供给多个电池中的每一个，并且在对应电池放电的连接状态和对应电池不放电的非连接状态之间切换；放电电流限制单元，被配置为限制流经处于连接状态的电池的放电电流，以便不超过最小放电电流限制值，该最小放电电流限制值是根据每个电池状态确定的放电电流限制值中的最小值；以及第一控制单元，被配置为在放电电流限制单元限制放电电流之前，从具有最小放电电流限制值的电池依次切换到非连接状态。
附图说明
图1是示出根据本发明的电池系统的框图。
图2是示出根据第一实施例的图1所示的电池组和电池控制单元的细节的电路图。
图3是示出根据第一实施例的构成图1所示电池控制单元的控制单元的放电切换处理过程的流程图。
图4是当最大放电功率连续提供给图1所示电池系统中的负载时，电池的放电电压、放电电流和放电功率的时间图。
图5是示出根据第二实施例至第四实施例的图1所示的电池组和电池控制单元的细节的电路图。
图6是示出根据第二实施例的构成图1所示电池控制单元的控制单元的放电切换处理过程的流程图。
图7是示出根据第三实施例的构成图1所示电池控制单元的控制单元的放电切换处理过程的流程图。
图8是用于说明设置第二预定值的方法的说明图。
实施例的描述
(第一实施例)
下面将参照附图描述根据本发明的具体实施例。
首先，将解释第一实施例。例如，图1中所示的电池系统1是通过再利用劣化的电池来供应所获得的功率的装置。
如图1所示，电池系统1包括电池组2、电池控制单元3、功率转换器4、电流测量单元8、系统控制器5(放电电流限制单元)、充电器6和负载7。电池系统1经由功率转换器4转换来自电池组2的功率的电压和频率，然后向负载7供应(放电)功率。电池系统1经由功率转换器4转换来自充电器6的功率的电压和频率，然后向电池组2供应功率以对电池组2充电。
如图2所示，电池组2包括多个电池21至23。尽管为了简化描述，将在本实施例中描述三个电池21至23串联连接的示例，但是本发明不限于此。电池21至23的数量可以是两个、或者四个或更多，只要数量是多个。多个电池21至23中的每一个都是可充电和可放电的蓄电池，并且可以由一个电池单元构成或者可以由多个电池单元构成。
电池控制单元3是切换多个电池21至23的连接状态的单元。电池控制单元3包括多个切换单元31至33和控制单元34(第一控制单元和第二控制单元)。多个切换单元31至33分别对应于多个电池21至23设置。多个切换单元31至33具有相同的配置。
切换单元31至33在对应的电池21至23能够连接到充电器6或负载7(能够放电)的连接状态和对应的电池21至23不能连接到充电器6或负载7(不能放电)的非连接状态之间切换。也就是说，处于连接状态的电池21至23电连接在设置在电池组2中的一对端子T1和T2之间，并且处于非连接状态的电池21至23与一对端子T1和T2断开。因此，当电池组2的端子T1和T2连接到功率转换器4时，处于连接状态的电池21至23可以由充电器6充电或者可以向负载7放电，并且处于非连接状态的电池21至23不能由充电器6充电或者不能向负载7放电。
切换单元31包括串联连接到电池21的第一开关SW11，以及并联连接到电池21和第一开关SW11的第二开关SW21。第一开关SW11的一端T11连接到电池21的一个电极(例如，正极)。第二开关SW21的一端T21连接到电池21的另一电极(例如，负极)，另一端T22连接到第一开关SW11的另一端T12。切换单元32和33可以通过将切换单元31的描述中的“31”、“SW11”和“SW21”分别替换为“32”和“33”、“SW12”和“SW13”以及“SW22”和“SW23”来描述，并且将省略其详细描述。
此外，第一开关SW12的另一端T12连接到电池21的负极，第一开关SW13的另一端T12连接到电池22的负极。即，第一开关SW12和SW13分别连接在彼此相邻的电池21和22之间以及电池22和23之间。
根据上述配置，当第二开关SW21至SW23断开并且第一开关SW11至SW13接通时，相应的电池21至23处于连接状态。此外，当第一开关SW11至SW13断开时，相应的电池21至23处于非连接状态。此时，当第二开关SW21至SW23接通时，形成旁路路径，并且只有处于连接状态的电池21至23连接在端子T1和T2之间。
控制单元34包括众所周知的CPU、ROM和RAM，并控制整个电池控制单元3。控制单元34基于附接到电池21至23的各个单元的传感器来检测每个电池21至23的电池状态。作为传感器，例如，可以考虑检测每个电池21至23的电池单元电压(端到端电压)的电压传感器、检测流经每个电池21至23的电流的电流传感器、或检测每个电池21至23的温度的温度传感器等。电池状态的例子包括电池21至23自身的状态，例如基于电池单元电压、电流和温度获得的SOC(充电状态)和SOH(劣化状态)，以及电池21的使用状态，例如由传感器检测的温度。此外，控制单元34用作设定单元，并基于每个电池21至23的电池状态设定最小放电电流限制值。控制单元34将检测到的电池21至23的电池状态和计算出的最小放电电流限制值发送到稍后描述的系统控制器5。
接下来，将描述最小放电电流限制值的计算。电池21至23的下限电压值根据性能设定。当电池21至23的电池单元电压下降到下限电压值以下时，电解液分解，活性材料层塌陷，从而电池21至23被严重损坏。作为放电时电池21至23的电池单元电压的闭路电压(CCV)比开路电压(OCV)低由内阻引起的电压降。因此，即使当OCV没有达到下限电压值时，放电时的CCV也可能达到下限电压值。
例如，将考虑以下示例1)和2)。
1)当OCV＝3.5V，CCV＝3.0V(当I＝1A)，CCV＝2.6V(当I＝3A)
2)当OCV＝3.0V，CCV＝2.6V(当I＝1A)，CCV＝2.0V(当I＝3A)
假设电池单元电压的下限电压值是2.6V，当在1)的情况下将3A设置为放电电流限制值，并且在2)的情况下将1A设置为放电电流限制值时，可以防止CCV下降到2.6V的下限电压值以下。
即，每个电池21至23的CCV达到下限电压值时的放电电流是每个电池21至23的放电电流限制值。电池21至23中处于连接状态的电池21至23的放电电流限制值中最小的一个是最小放电电流限制值。也就是说，控制单元34在处于连接状态的电池21至23中针对电池21至23中的每一个估计CCV达到下限电压值时的放电电流，并将所估计的放电电流中最小的一个设置为最小放电电流限制值。
接下来，将描述设置最小放电电流限制值的示例。CCV、OCV、放电电流I和内阻R之间的关系由以下等式(1)表示。
OCV – R·I ＝ CCV (1)
控制单元34可以通过已知的估计方法基于电池21至23的电池状态(电池电压、电流、温度、SOC、SOH等)来估计OCV和内阻R，并且可以通过将估计的OCV和内阻R代入等式(1)来估计CCV达到下限电压值时的放电电流。将每个电池21至23的估计放电电流设定为放电电流限制值，并且将电池21至23中处于连接状态的电池21至23的放电电流限制值中的最小值设定为最小放电电流值。控制单元34可以预先存储用于从电池状态提取放电电流限制值的表，并且可以从该表中读取对应于电池21至23的电池状态的放电电流限制值。
上述每个电池21至23的放电电流限制值被设定为随着OCV(SOC)的增加而增加，并且随着内阻的增加而减小。控制单元34周期性地检测瞬时变化的电池21至23的电池状态，并且每次检测电池状态时，根据检测到的电池状态设置放电电流限制值。控制单元34控制切换单元31至33。
功率转换器4设置在电池组2和充电器6或负载7之间。功率转换器4例如是DC/DC转换器。充电器6和负载7经由功率转换器4连接到电池组2。
电流测量单元8测量从电池组2流向功率转换器4的电流，并将测量的电流输出到系统控制器5。
系统控制器5包括公知的CPU、ROM和RAM，其基于负载7的操作命令、从电池控制单元3接收的电池21至23的电池状态、和最小放电电流限制值来确定负载7的放电输出，并执行功率转换器4的输出控制。系统控制器5根据负载7等的操作获得负载7消耗的放电电流。当最小放电电流限制值降低到负载7消耗的放电电流以下时，系统控制器5向功率转换器4输出最小放电电流限制值的控制值。功率转换器4基于来自系统控制器5的最小放电电流限制值的控制值来减小到负载7的输出电流和电压，从而使得能够使从电池组2输出的电流在最小电流限制值内。当最小放电电流限制值降低到所确定的由负载7消耗的放电电流以下或者预计将降低到所确定的由负载7消耗的放电电流以下时，系统控制器5在限制放电电流之前向电池控制单元3发送指示该事实的限制信号。
接下来，将参考图3和4描述电池系统1的操作。图3是示出构成图1所示电池控制单元3的控制单元34的放电切换处理过程的流程图。图4是当最大放电功率连续提供给图1所示的电池系统1中的负载7时，电池21至23的放电电压、放电电流和放电功率的时间图。
当接收到放电模式指令时，控制单元34周期性地向系统控制器5发送电池21至23的电池状态和最小放电电流限制值。与此并行，当接收到放电模式指令时，控制单元34执行图3所示的放电切换处理。
首先，控制单元34断开所有第一开关SW11至SW13和所有第二开关SW21至SW23(步骤S1)。此后，控制单元34接通所有第一开关SW11至SW13(步骤S2)。结果，电池21至23处于连接状态，并且电池21至23处于可放电状态。为了简单起见，假设电池单元电压按照电池21<电池22<电池23的顺序减小。
此时，最小放电电流限制值被设定为例如与具有最低电池单元电压的电池21对应的值。当电池21的电池单元电压随着放电进行而降低时，最小放电电流限制值也降低。当最小放电电流限制值下降到负载7消耗的放电电流以下，或者预计下降到负载7消耗的放电电流以下时，系统控制器5向电池控制单元3发送限制信号。当接收到限制信号时，控制单元34确定放电电流限制即将开始(步骤S3中的是)，并且确定是否有一个电池21至23处于连接状态(步骤S4)。当所有电池21至23都处于连接状态时，控制单元34确定处于连接状态的电池21至23的数量不是1(步骤S4中的“否”)，将具有最低电池单元电压的电池21切换到非连接状态并旁路电池21(步骤S5)，然后返回到步骤S3。
结果，电池22和23处于连接状态，电池21处于非连接状态。因此，最小放电电流限制值被设置为与例如处于连接状态的电池22和23中具有最低电池单元电压的电池22对应的值。由于电池22的电池单元电压高于电池21的电池单元电压，所以通过旁路电池21将最小放电电流限制值重置为大值。因此，系统控制器5确定没有必要限制放电电流，并且放电电流不受限制。
因此，当电池22的电池单元电压随着放电进行而降低时，最小放电电流限制值也降低。当最小放电电流限制值下降到负载7消耗的放电电流以下，或者预计下降到负载7消耗的放电电流以下时，系统控制器5向电池控制单元3发送限制信号。当在接收到限制信号时确定放电电流限制即将开始时(步骤S3中的是)，控制单元34确定是否有一个电池21至23处于连接状态(步骤S4)。当电池22和23处于连接状态时，控制单元34确定处于连接状态的电池21至23的数量不是1(步骤S4中的“否”)，将具有最低电池单元电压的电池22切换到非连接状态并旁路电池22(步骤S5)，然后返回到步骤S3。
结果，电池23处于连接状态，电池21和22处于非连接状态。因此，最小放电电流限制值被设置为与处于连接状态的电池23对应的值。例如，由于电池23的电池单元电压高于电池22的电池单元电压，所以通过旁路电池22将最小放电电流限制值重置为大值。因此，系统控制器5确定没有必要限制放电电流，并且放电电流不受限制。
因此，当电池23的电池单元电压随着放电进行而降低时，最小放电电流限制值也降低。当最小放电电流限制值下降到负载7消耗的放电电流以下，或者预计下降到负载7消耗的放电电流以下时，系统控制器5向电池控制单元3发送限制信号。当在接收到限制信号时确定放电电流限制即将开始时(步骤S3中的是)，控制单元34确定是否有一个电池21至23处于连接状态(步骤S4)。当电池23处于连接状态时，控制单元34确定处于连接状态的电池21至23的数量为1(步骤S4中的是)，并且接通所有第一开关SW11至SW13(步骤S6)。
此后，控制单元34根据每个电池23的放电电流限制值更新最小放电电流限制值，并且从电池单元电压达到放电终止电压的电池21至23依次旁路电池21至23(步骤S7，S8中的是)。然后，当所有电池21至23达到放电终止电压并被旁路时(步骤S9中的是)，控制单元34断开所有第一开关SW11至SW13和第二开关SW21至SW23(步骤S10)，并结束处理。
根据上述实施例，在系统控制器5限制放电电流之前，控制单元34从具有最小放电电流限制值的电池21至23依次将电池21至23切换到非连接状态。如上所述，当电池21至23被旁路时，最小放电电流限制值被重置为大值，并且可以防止系统控制器5限制放电电流。因此，如图4所示，在执行放电电流限制之前旁路电池21至23的第一旁路处理(图3中的步骤S1至S5)期间，不施加放电电流限制。在第一旁路处理之后每当放电终止时旁路电池21至23的第二旁路处理(图3中的步骤S6至S10)期间，每当旁路电池21至23时，执行放电电流的限制。因此，可以延长在不施加放电电流限制的情况下获得期望功率的持续时间。
根据上述实施例，控制单元34每次在紧接执行放电电流限制之前旁路电池21至23，并且处于连接状态的电池21至23的数量是1，并且此后，在所有电池21至23处于非连接状态之前，控制单元34将所有电池21至23切换到连接状态，并且从被确定为已经达到放电终止电压的电池21至23依次将电池21至23切换到非连接状态。结果，可以使用电池21至23，直到达到放电终止电压。
根据上述实施例，系统控制器5确定最小放电电流限制值下降到负载7消耗的放电电流以下或者预期降低到负载7消耗的放电电流以下，并且在限制放电电流之前，控制单元34将具有最小放电电流限制值的电池21至23切换到非连接状态。结果，可以在紧接施加放电电流限制之前将电池21至23切换到非连接状态，并且可以进一步延长可以获得期望功率的持续时间。
根据上述第一实施例，控制单元34在执行第一旁路处理之后执行第二旁路处理，但是本发明不限于此。控制单元34可以仅执行第一旁路处理。第二旁路处理可以仅在灾难或紧急情况下执行，例如向汽车的空调供电以保护人的生命。
(第二实施例)
接下来，将参照图5描述本发明的第二实施例。在图5中，与已经在第一实施例中描述的图2所示的电池控制单元3相同的部分被赋予相同的附图标记，并且将省略其详细描述。第一实施例和第二实施例之间的主要区别是电池组2的配置。在第二实施例中，电池组2包括彼此并联连接的第一组装电池BP1和第二组装电池BP2。第一组装电池BP1和第二组装电池BP2中的每一个都包括电池21至23。
在本实施例中，为了简化描述，将描述包括第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的两个系统的组装电池的电池组2，但是本发明不限于此。电池组2仅需要包括第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的至少两个系统，并且可以包括组装电池的三个或更多个系统。
第一实施例和第二实施例之间的主要区别在于，电池控制单元3包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一旁路开关SW1和第二旁路开关SW2。第一二极管D1串联连接到第一组装电池BP1，使得电池放电方向为正向。第一旁路开关SW1串联连接到电池21，并且并联连接到第一二极管D1。第二二极管D2串联连接到第二组装电池BP2，使得电池放电方向为正向。第二旁路开关SW2串联连接到第二组装电池BP2，并且并联连接到第二二极管D2。
根据上述配置，当第一和第二旁路开关SW1和SW2断开时，第一和第二组装电池BP1和BP2经由第一和第二二极管D1和D 2连接到端子T1。因此，可以切断从第一组装电池BP1流向第二组装电池BP2或者从第二组装电池BP2流向第一组装电池BP1的循环电流。当第一和第二旁路开关SW1和SW2接通时，第一和第二二极管D1和D2被旁路。由于其他配置与第一实施例的配置相同，因此这里将省略其详细描述。
接下来，将描述电池系统1的操作。当接收到放电模式指令时，如在第一实施例中一样，控制单元34周期性地向系统控制器5发送第一组装电池BP1的电池21至23和第二组装电池BP2的电池21至23的充电状态和最小放电电流限制值。与此并行，当接收到放电模式指令时，控制单元34执行图6所示的第一和第二组装电池BP1和BP2的放电切换处理。首先，控制单元34断开所有第一开关SW11至SW13、所有第二开关SW21至SW23以及第一和第二旁路开关SW1和SW2(步骤S11)。此后，控制单元34接通所有第一开关SW11至SW13(步骤S12)。结果，第一和第二组装电池BP1和BP2的电池21至23处于连接状态。
此后，控制单元34检测第一和第二组装电池BP1和BP2的电池21至23的CCV，并确定是否存在CCV下降到第一预定值(例如，2.5V)以下的电池21至23(步骤S13)。预定电压被设置为高于CCV的下限电压值(例如，2.4V)的值。当不存在CCV下降到第一预定值以下的电池21至23时(步骤S13中为否)，控制单元34立即返回步骤S13。
另一方面，当存在CCV下降到第一预定值以下的电池21至23时(步骤S13中的是)，控制单元34确定第一和第二组装电池BP1和BP2中是否有一个电池21至23处于连接状态(步骤S14)。当确定在第一和第二组装电池BP1和BP2的电池21至23中处于连接状态的电池21至23的数量不是一个时(步骤S14中为否)，控制单元34将CCV下降到第一预定值以下的电池21至23切换到非连接状态，并且旁路CCV下降到第一预定值以下的电池21至23(步骤S15)，然后返回到步骤S13。
另一方面，当确定处于连接状态的第一和第二组装电池BP1和BP2的电池21至23的数量为一个时(步骤S14中为是)，控制单元34接通所有第一开关SW11至SW13(步骤S16)。在并联连接的组装电池的多个系统(第一和第二组装电池BP1和BP2)的放电中，当具有高总电压的系统放电，并且各个系统的总电压变得相等时，所有系统的电池同时放电。总电压是构成每个系统的电池21至23中处于连接状态的电池的端到端电压(放电时的端到端电压为CCV)的总值。如上所述，控制单元34旁路CCV下降到第一预定值以下的电池21至23。因此，当第二旁路处理开始时(图6)，构成第一组装电池BP1的电池21至23的总CCV(＝总电压)等于构成第二组装电池BP2的电池21至23的总CCV。在步骤S16中，当控制单元34使第一和第二组装电池BP1和BP2的电池21至23进入连接状态时，放电电流可以从第一和第二组装电池BP1和BP2两者输出。
此后，控制单元34根据每个电池的放电电流限制值更新最小放电电流限制值，并且从CCV达到放电终止电压的电池21至23依次旁路电池21至23(步骤S17，S18中的是)。然后，当所有电池21至23达到放电终止电压并被旁路时(步骤S19中的是)，控制单元34断开所有第一开关SW11至SW13和第二开关SW21至SW23(步骤S20)，并结束处理。
根据上述实施例，每当电池21至23下降到大于下限电压值的第一预定值以下时，控制单元34将电池21至23切换至非连接状态。结果，在系统控制器5限制放电电流之前，控制单元34可以从具有最小放电电流限制值的电池21至23依次将电池21至23切换到非连接状态。
根据上述实施例，控制单元34在第一旁路处理中基于电池21至23的CCV旁路电池21至23(图6中的步骤S11至S15)。结果，在使构成第一组装电池BP1的电池21至23的总CCV等于构成第二组装电池BP2的电池21至23的总CCV之后，所有电池21至23都处于连接状态。当所有电池21至23都处于连接状态时，可以增加能够从第一组装电池BP1和第二组装电池BP2获得放电电流的可能性。因此，即使在放电电流受到限制的第二旁路处理期间，也可以向负载7提供大量的放电电流。
根据上述第二实施例，第一预定值总是被设置为相同的值，并且在步骤S16时，构成第一组装电池BP1的电池21至23的总CCV等于构成第二组装电池BP2的电池21至23的总CCV，但是本发明不限于此。在步骤S16时，构成第一组装电池BP1的电池21至23的总CCV和构成第二组装电池BP2的电池21至23的总CCV可以彼此相等就足够了。例如，第一预定值可以在每次相同系统的电池21至23切换到非连接状态时改变。
(第三实施例)
接下来，将描述本发明的第三实施例。由于第三实施例的电池系统1的配置与第二实施例的相同，因此这里将省略其详细描述。
接下来，将参照图7描述第三实施例的操作。在图7中，与已经在第二实施例中描述的图6所示的步骤相同的部分被赋予相同的附图标记，并且将省略其详细描述。
第二实施例和第三实施例之间的主要区别在于，执行步骤S21而不是步骤S13。在上述第二实施例中，在第一旁路处理中，控制单元34基于电池21至23的CCV依次将电池21至23切换到非连接状态。如上述等式(1)所示，CCV根据电池21至23的内阻R和放电电流I而变化。为此，即使当所有系统的电池21至23在第一旁路处理之后处于连接状态时，所有系统的总电压也不能相等，并且存在不能在相同时间进行放电的可能性。
因此，在第三实施例中，当电池21至23的OCV(充电状态)下降到第二预定值以下时，控制单元34依次将电池21至23切换到非连接状态(步骤S21)。如上所述，可以基于电池21至23的电池状态来估计OCV。此时，在第一旁路处理结束之后，控制单元34为第一和第二组装电池BP1和BP2中的每一个设定第二预定值，使得随着第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的总内阻变高，第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的总OCV(总充电状态)变高。
将参照图8描述设置第二预定值的方法的示例。当相同的放电电流从第一和第二组装电池BP1和BP2流出时，第一和第二组装电池BP1和BP2的放电电流I1和I2由以下等式(2)表示。注意，I表示流经负载7的电流。
I 1 ＝ I2 ＝ 1/2·I (2)
第一和第二组装电池BP1和BP2的总电压Vt1和Vt2可以由以下等式(3)和(4)表示。注意，V1表示构成第一组装电池BP1的电池21至23的总OCV(OCV总值)，V2表示构成第二组装电池BP2的电池21至23的总OCV，R1表示构成第一组装电池BP1的电池21至23的总内阻，R2表示构成第二组装电池BP2的电池21至23的总内阻。
Vt1 ＝ V1 - R1 × I 1 (3)
Vt2 ＝ V2 - R2 × I2 (4)
为了使相同的放电电流从第一和第二组装电池BP1和BP2流出，第一组装电池BP1的总电压Vt1和第二组装电池BP2的总电压Vt2需要相等，并且关系可以由下面的等式(5)表示。
V1 - R1 × I 1 ＝ V2 - R2 × I2 (5)
当从等式(5)获得V2-V1时，获得以下等式(6)。
V2 - V1 ＝ 1/2· (R2 - R1) ·I (6)
假设R1＝0.2Ω，R2＝0.1Ω，并且流过负载7的放电电流I是2A，当V1比V2高0.1V时，相同的放电电流可以从第一和第二组装电池BP1和BP2流出。因此，控制单元34首先通过已知方法基于电池21至23的电池状态来估计总内阻R1和R2。此后，控制单元34在第二旁路处理开始时获得流过负载7的放电电流I。在本实施例中，控制单元34在第二旁路处理开始时获得最小放电电流极限值作为放电电流I。控制单元34将估计的总内阻R1和R2以及获得的放电电流代入等式(6)，以获得总OCV差(V2-V1)。然后，控制单元34为第一和第二组装电池BP1和BP2中的每一个设定第二预定值为在第二旁路处理开始时获得的总OCV差(V2-V1)。
例如，当总OCV差为0.1V时，在第二旁路处理开始时，第一组装电池BP1的总OCV被设置为8.7V，第二组装电池BP2的总OCV被设置为8.8V。因此，控制单元34为第一组装电池BP1将第二预定值设置为8.7/3V，并为第二组装电池BP2将第二预定值设置为8.8/3V。结果，每当OCV下降到8.7/3V以下时，构成第一组装电池BP1的电池21至23被旁路，每当OCV下降到8.8/3V以下时，构成第二组装电池BP2的电池21至23被旁路。
第二实施例和第三实施例之间的主要区别在于步骤S22和S23在第二旁路处理中执行(图7)。在第二旁路处理中，放电电流由系统控制器5限制。因此，放电电流变小，并且由于内阻引起的电压降变小。第一和第二组装电池BP1和BP2的总OCV由如上所述获得的流经负载7的放电电流I的条件确定。当实际流过负载7的放电电流I偏离所获得的放电电流I时，通过从具有较高总电压的一侧重复放电，总OCV最终相等。因此，当控制单元34确定第一组装电池BP1的总OCV和第二组装电池BP2的总OCV彼此相等时(步骤S22中的是)，控制单元34用作第三控制单元，接通第一和第二旁路开关SW1和SW2(步骤S23)，并且旁路第一和第二二极管D1和D2。
根据上述第三实施例，控制单元34基于电池21至23的OCV将电池21至23切换到非连接状态，随着第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的内阻增加，增加第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的总OCV，然后将所有电池21至23切换到连接状态。结果，可以进一步增加在第二旁路处理期间能够从第一组装电池BP1和第二组装电池BP2两者取出放电电流的可能性。
根据上述第三实施例，当第一组装电池BP1和第二组装电池BP2的总OCV在第二旁路处理期间变得相等时，第一旁路开关SW1和第二旁路开关SW2接通。结果，第一和第二二极管D1和D2被旁路，并且第一和第二二极管D1和D2中的损耗可以被降低。
根据上述第三实施例，OCV和总OCV被用作充电状态和总充电状态，但是本发明不限于此。充电状态是指示电池21至23的容量的参数中的一个，并且除了OCV之外，可以是对应于SOC的电压。总充电状态是第一组装电池BP1和第二组装电池BP2中处于连接状态的电池21至23的充电状态的总和，并且除了总OCV之外，还可以是根据总SOC的电压。
根据上述第一至第三实施例，控制单元34基于OCV切换连接状态，但是本发明不限于此。基于电池21至23的充电状态进行切换就足够了，并且控制单元34可以基于SOC和放电电流限制值来切换连接状态。
第二和第三实施例中描述的第一和第二旁路开关SW1和SW2可以是机械开关或半导体开关。第一和第二二极管D1和D2以及第一和第二旁路开关SW1和SW2可以集成到半导体电路中。
本发明不限于上述实施例，并且可以适当地进行修改、改进等。此外，只要能够实现本发明，上述实施例中的元件的材料、形状、尺寸、数量、布置位置等是可选的并且不受限制。
根据上述实施例，与电池控制单元3分离的系统控制器5限制放电电流，但是本发明不限于此。电池控制单元3可以控制负载7并限制放电电流。
这里，上述根据本发明的电池控制单元和电池系统的实施例的特征将在下面的[1]至[8]中简要总结。
[1]一种电池控制单元(3)，包括：
切换单元(31至33),被配置为提供给彼此串联连接的多个电池(21至23)中的每一个，并且在对应电池(21至23)放电的连接状态和对应电池(21至23)不放电的非连接状态之间切换；
放电电流限制单元,被配置为限制流经处于连接状态的电池(21至23)的放电电流，以便不超过根据每个电池状态确定的放电电流限制值中的最小放电电流限制值；和
第一控制单元，被配置为在放电电流限制单元限制放电电流之前，从具有最小放电电流限制值的电池(21至23)依次将电池(21至23)切换到非连接状态。
[2]根据[1]所述的电池控制单元(3)，进一步包括：
设置单元,被配置为估计处于连接状态的多个电池(21至23)中的每一个的电池状态和内阻，基于预定的下限电压值以及多个电池(21至23)中的每一个的所估计的电池状态和内阻来获得多个电池(21至23)中的每一个的放电电流限制值，并且将所获得的放电电流限制值中的最小值设置为最小放电电流限制值。
[3]根据[1]或[2]所述的电池控制单元(3)，进一步包括：
第二控制单元，被配置为在处于连接状态的电池(21至23)通过第一控制单元变为一个之后并且在所有电池(21至23)通过第一控制单元变为非连接状态之前，或者在所有电池(21至23)通过第一控制单元变为非连接状态之后，将所有电池(21至23)切换到连接状态，然后从被确定为到达放电终止状态的电池(21至23)依次将电池(21至23)切换到非连接状态。
[4]根据[1]或[2]所述的电池控制单元(3)，其中
放电电流限制单元确定放电电流限制值下降到或预期下降到从电池(21至23)接收功率供应的负载(7)消耗的放电电流以下，并且第一控制单元在限制放电电流之前将具有最小放电电流限制值的电池(21至23)切换到非连接状态。
[5]根据[3]所述的电池控制单元(3)，其中
包括多个电池的第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)并联连接，并且
第一控制单元基于放电时每个电池(21至23)的闭合电路电压将每个电池(21至23)切换到非连接状态，并且在使构成第一组装电池(BP1)的电池(21至23)的闭合电路电压的总和等于构成第二组装电池的电池(21至23)的闭合电路电压的总和之后，第二控制单元将所有电池(21至23)切换到连接状态。
[6]根据[3]所述的电池控制单元(3)，其中
包括多个电池的第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)并联连接，并且
第一控制单元基于电池(21至23)的充电状态将电池(21至23)切换到非连接状态，随着第一组装电池和第二组装电池的内阻增加，增加第一组装电池和第二组装电池的总充电状态，然后第二控制单元将所有电池(21至23)切换到连接状态。
[7]根据[3]所述的电池控制单元(3)，进一步包括：
第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，分别串联连接到第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)，使得电池放电方向为正向；
第一旁路开关(SW1)和第二旁路开关(SW2)，分别串联连接到第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)，并且分别并联连接到第一二极管(D1)和第二二极管(D2)；和
第三控制单元，被配置为当放电电流限制值减小，并且通过在第二控制单元的控制时段期间限制放电电流，使得第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)的总充电状态变得彼此相等时，接通第一旁路开关(SW1)和第二旁路开关(SW2)，其中
包括多个电池(21至23)的第一组装电池(BP1)和第二组装电池(BP2)并联连接。
[8]一种电池系统(1)，包括：
彼此串联连接的多个电池(21至23)；
切换单元(31至33)，被配置为提供给多个电池(21至23)中的每一个，并且在对应的电池(21至23)放电的连接状态和对应的电池(21至23)不放电的非连接状态之间切换；
放电电流限制单元,被配置为限制流经处于连接状态的电池(21至23)的放电电流，以便不超过根据每个电池状态确定的放电电流限制值中的最小放电电流限制值；和
第一控制单元，被配置为在放电电流限制单元限制放电电流之前，从具有最小放电电流限制值的电池(21至23)依次将电池(21至23)切换到非连接状态。
根据具有配置[1]和[8]的电池控制单元和电池系统，在放电电流限制单元限制放电电流之前，第一控制单元从具有最小放电电流限制值的电池依次将电池切换到非连接状态。因此，可以延长在不施加放电电流限制的情况下能够获得期望功率的持续时间。
根据具有上述[2]的配置的电池控制单元，可以容易地设置最小放电电流限制值。
根据具有[3]的配置的电池控制单元，在第一控制单元将处于连接状态的电池的数量改变为一个之后并且在第一控制单元将所有电池切换到非连接状态之前，或者在第一控制单元将所有电池切换到非连接状态之后，第二控制单元将所有电池切换到连接状态，然后从被确定为达到放电终止状态的电池依次将电池切换到非连接状态。结果，电池可以被使用，直到达到放电终止状态。
根据具有[4]的配置的电池控制单元，放电电流限制单元确定从电池接收功率供应的负载所需的放电电流超过最小放电电流限制值，并且第一控制单元在限制放电电流之前将具有最小放电电流限制值的电池切换到非连接状态。结果，可以在紧接施加放电电流限制之前将电池切换到非连接状态，并且可以进一步延长能够获得期望功率的持续时间。
根据具有[5]的配置的电池控制单元，第一控制单元基于放电时每个电池的闭合电路电压将每个电池切换到非连接状态，并且第二控制单元在使构成第一组装电池的电池的闭合电路电压之和等于构成第二组装电池的电池的闭合电路电压之和之后将所有电池切换到连接状态。因此，可以增加在第二控制单元的控制时段期间从第一组装电池和第二组装电池二者获得放电电流的可能性。
根据具有[6]的配置的电池控制单元，第一控制单元基于电池的充电状态将电池切换到非连接状态，随着内阻增加而增加第一组装电池或第二组装电池的总充电状态，然后第二控制单元将所有电池切换到连接状态。因此，可以进一步增加在第二控制单元的控制期间从第一组装电池和第二组装电池二者获得放电电流的可能性。
根据具有[7]的配置的电池控制单元，在第二控制单元的控制时段期间，当电流限制值减小并且通过限制放电电流第一组装电池和第二组装电池的总充电状态变得彼此相等时，第一旁路开关和第二旁路开关接通。结果，可以减少由二极管引起的损耗。
根据本发明，可以提供一种电池控制单元和一种电池系统，其能够延长在不施加放电电流限制的情况下能够获得期望功率的持续时间。

Claims (8)

1.一种电池控制单元，包括：
切换单元，其被配置为提供给彼此串联连接的多个电池中的每一个，并且在对应电池放电的连接状态和对应电池不放电的非连接状态之间切换，在所述非连接状态，所述对应电池被旁路；
放电电流限制单元，其被配置为发送限制信号以限制流经处于所述连接状态的所述电池的放电电流，以便不超过根据每个电池状态确定的放电电流限制值中最小的最小放电电流限制值；和
第一控制单元，其被配置为根据所述限制信号，在所述放电电流限制单元限制所述放电电流之前，从具有所述最小放电电流限制值的所述电池依次切换到所述非连接状态。
2.根据权利要求1所述的电池控制单元，还包括：
设置单元，其被配置为估计处于所述连接状态的所述多个电池中的每一个的电池状态和内阻，基于预定的下限电压值以及所述多个电池中的每一个的所估计的电池状态和内阻来获得所述多个电池中的每一个的放电电流限制值，并且将所获得的放电电流限制值中的最小值设置为最小放电电流限制值。
3.根据权利要求1或2所述的电池控制单元，进一步包括：
第二控制单元，其被配置为在处于所述连接状态的所述电池由所述第一控制单元变为一个之后并且在所有所述电池由所述第一控制单元变为所述非连接状态之前，或者在所有所述电池由所述第一控制单元变为所述非连接状态之后，将所有所述电池切换到所述连接状态，然后从被确定为达到放电终止状态的所述电池依次将所述电池切换到所述非连接状态。
4.根据权利要求1或2所述的电池控制单元，其中
所述放电电流限制单元确定所述放电电流限制值下降到或预期下降到从所述电池接收功率供应的负载消耗的所述放电电流以下，并且
所述第一控制单元在限制所述放电电流之前将具有所述最小放电电流限制值的所述电池切换到所述非连接状态。
5.根据权利要求3所述的电池控制单元，其中
包括所述多个电池的第一组装电池和第二组装电池并联连接，并且
所述第一控制单元基于放电时每个所述电池的闭合电路电压将每个所述电池切换到所述非连接状态，并且在使构成所述第一组装电池的所述电池的所述闭合电路电压的总和等于构成所述第二组装电池的所述电池的所述闭合电路电压的总和之后，所述第二控制单元将所有所述电池切换到所述连接状态。
6.根据权利要求3所述的电池控制单元，其中
包括所述多个电池的第一组装电池和第二组装电池并联连接，并且
所述第一控制单元基于所述电池的充电状态将所述电池切换到所述非连接状态，随着所述第一组装电池或所述第二组装电池的内阻增加而增加总充电状态，然后所述第二控制单元将所有所述电池切换到所述连接状态。
7.根据权利要求5或6所述的电池控制单元，还包括：
第一二极管和第二二极管，其分别串联连接到第一组装电池和第二组装电池，使得电池放电方向为正向；
第一旁路开关和第二旁路开关，其分别串联连接到所述第一组装电池和所述第二组装电池，并且分别并联连接到所述第一二极管和所述第二二极管；和
第三控制单元，其被配置为当所述放电电流限制值减小，并且通过在所述第二控制单元的控制时段期间限制所述放电电流，使得所述第一组装电池和所述第二组装电池的总充电状态变得彼此相等时，接通所述第一旁路开关和所述第二旁路开关，其中
包括所述多个电池的所述第一组装电池和所述第二组装电池并联连接。
8.一种电池系统，包括：
彼此串联连接的多个电池；
切换单元，其被配置为提供给所述多个电池中的每一个，并且在对应电池放电的连接状态和对应电池不放电的非连接状态之间切换，在所述非连接状态，所述对应电池被旁路；
放电电流限制单元，其被配置为发送限制信号以限制流经处于连接状态的所述电池的放电电流，以便不超过根据每个电池状态确定的放电电流限制值中最小的最小放电电流限制值；和
第一控制单元，其被配置为根据所述限制信号，在所述放电电流限制单元限制所述放电电流之前，从具有所述最小放电电流限制值的所述电池依次切换到非连接状态。
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