CN113964891A - 控制装置、电池组和电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的控制装置、电池组和电源装置中，电池余量计(14)基于在控制部(11)指示开始对驱动用电源(Vcc)供电的定时所检测出的电池电压，来推测当控制部(11)指示开始对驱动用电源(Vcc)供电时的电池余量。控制部(11)在充放电电路(FC)所进行的充电电池(BA)的放电结束后，在由电压测量部(13)测量出的电池电压稳定的定时指示停止对驱动用电源(Vcc)供电。

Description

控制装置、电池组和电源装置
技术领域
本发明涉及一种对执行充电电池的充电或放电的充放电电路的动作进行控制的控制装置、以及包括该控制装置的电池组和电源装置。
背景技术
通常，电池组或电源装置等电子设备包括充电电池和能推测该充电电池的电池余量的电池余量计。上述电池余量计对在执行充电电池的充电时流向充电电池的充电电流和在执行充电电池的放电时从充电电池输出的放电电流进行检测，并基于该充电电流和放电电流来对充电电池的电池余量进行推测。
然而，与表示没有进行充电或放电时的电池电压的OCV(Open Circuit Voltage：开路电压)相比，上述充电电池的电池电压在充电过程中变高，在放电过程中变低，此外，当充放电结束时，该充电电池的电池电压具有逐渐接近OCV的特性。这里，电子设备所保有的对微型计算机接通电源时的电池余量是基于该电池电压来推测的。此时的电池电压在假定为OCV的基础上进行电池余量推测。即，在进行充电电池的充电或放电后，在不等待时间而切断微型计算机的电源并再次接通电源的情况下，存在该电池余量的推测精度恶化的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制装置、电池组和电源装置，能够提高电子设备从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
为了达到上述目的，本方式所涉及的控制装置是一种对执行充电电池的充电或放电的充放电电路的动作进行控制的控制装置，包括：控制部，该控制部构成为对用于使所述充放电电路动作的供电进行控制；驱动用电源，该驱动用电源向所述控制部提供驱动电力；电压测量部，该电压测量部构成为对所述充电电池的电池电压进行测量；以及电池余量计，该电池余量计构成为根据由所述电压测量部所测量出的所述充电电池的电池电压来对所述充电电池的电池余量进行推测，所述电池余量计基于在所述控制部指示开始对所述驱动用电源进行供电的定时所检测出的所述电池电压，来对当所述控制部指示开始对所述驱动用电源进行供电时的所述电池余量进行推测，所述控制部在所述充放电电路所进行的所述充电电池的放电结束后，在由所述电压测量部测量出的所述电池电压稳定的定时指示停止对所述驱动用电源进行供电。根据上述结构，本方式所涉及的控制装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
在本方式所涉及的控制装置中，所述电池电压稳定的定时优选为所述电池电压的单位时间的变化率变得小于规定的阈值的定时。根据上述结构，本方式所涉及的控制装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
在本方式所涉及的控制装置中，所述电池电压稳定的定时优选为放电结束后经过了预先设定的时间后的定时。根据上述结构，本方式所涉及的控制装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
在本方式所涉及的控制装置中，所述时间优选为30分钟至2小时。根据上述结构，本方式所涉及的控制装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
在本方式所涉及的控制装置中，所述电池电压稳定的定时优选为所述电池电压相对于放电结束时的所述电池电压仅变化了规定的值的定时。根据上述结构，本方式所涉及的控制装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
本方式所涉及的电池组包括本方式所涉及的控制装置、所述充放电电路和所述充电电池。根据上述结构，本方式所涉及的电池组能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
本方式所涉及的电源装置包括本方式所涉及的控制装置、所述充放电电路和所述充电电池。根据上述结构，本方式所涉及的电源装置能够提高从停止(关机)起进行启动时的充电电池的电池余量的推测精度。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的电源装置的电路图。
图2是在图1所示的电源装置中执行充电电池的放电后执行充电电池的充电时的时序图的一个示例。
图3是用于说明本实施方式所涉及的电源装置的效果的图。
图4是表示变形例所涉及的电源装置的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式所涉及的控制装置、电池组以及电源装置进行说明。此外，本实施方式不限定于以下说明的内容，在不变更其主旨的范围内可进行任意变更来进行实施。实施方式的说明中所用的附图均示意性示出了结构部件，有时为了加深理解而对局部进行强调、放大、缩小或省略等，而没有正确地表示结构部件的比例尺、形状等。
(结构)
图1是表示本实施方式所涉及的电源装置1的电路图。图1所示的电源装置1将从外部电源PS提供的电力转换成能提供给负载2的电力，并将其提供给负载2。此外，电源装置1向该负载2供电，并且通过该电力对内置于电源装置1本身的充电电池BA进行充电。另外，电源装置1在来自外部电源PS的功率由于停电等主要原因而停止时，将存储在上述充电电池BA中的电力进行放电，并将其提供给该负载2。此外，本实施方式所涉及的电源装置1能一边向该负载2供电，一边对充电电池BA进行充电。
如图1所示，本实施方式所涉及的电源装置1包括变压转换器CV和电池组BP。电池组BP包括上述充电电池BA，并且包括充放电电路FC和控制装置CU。电压转换器CV将从外部电源PS提供的电力转换成能提供给负载2的电力，并将其提供给该负载2。此外，电压转换器CV将从外部电源PS提供的电力转换为能够经由充放电电路FC提供给充电电池BA的电力，并将其提供给该充电电池BA。
充放电电路FC在控制装置CU的控制下对充电电池BA进行充电或放电。开关元件Q1和开关元件Q2设于本实施方式中的充放电电路FC。上述开关元件Q1设于电压转换器CV与充电电池BA之间的电气路径L1。更具体而言，开关元件Q1的栅极连接到后述的控制装置CU的控制部11。开关元件Q1的漏极连接到电压转换器CV。开关元件Q1的源极连接到充电电池BA。
上述开关元件Q2的一端连接到上述开关元件Q1与充电电池BA之间的电气路径L2，上述开关元件Q2的另一端连接到电压转换器CV与负载2之间的电气路径L3。更具体而言，开关元件Q2的栅极连接到后述的控制装置CU的控制部11。开关元件Q2的漏极(上述一端)连接到上述电气路径L2。开关元件Q2的源极(上述另一端)连接到上述电气路径L3。
本实施方式中的充放电电路FC通过在控制装置CU的控制下执行上述开关元件Q1或开关元件Q2的通断动作，来执行上述充电电池BA的充电或放电。例如，当执行充电电池BA的充电时，充放电电路FC接通开关元件Q1，并断开开关元件Q2。由此，从外部电源PS经由电压转换器CV和开关元件Q1向充电电池BA供电，并且电力被存储在充电电池BA中。另外，当执行充电电池BA的放电时，充放电电路FC接通开关元件Q2，并断开开关元件Q1。由此，从充电电池BA经由开关元件Q2向负载2供电。
控制装置CU控制上述充放电电路FC的动作。本实施方式中的控制装置CU包括控制部11、开关元件Q3、开关元件Q4、调节器12、电压测量部13和电池余量计14。
作为硬件资源，控制部11包含规定的处理器。控制部11连接到向控制部11提供用于驱动控制部11的电力的驱动用电源Vcc。控制部11构成为对用于使上述充放电电路FC动作的供电进行控制。如图1所示，本实施方式中的控制部11连接到充放电电路FC的开关元件Q1和开关元件Q2的栅极以及控制装置CU的开关元件Q4的栅极。控制部11通过向开关元件Q1、开关元件Q2和开关元件Q4各自的栅极施加规定的栅极电压，从而分别接通开关元件Q1、开关元件Q2和开关元件Q4。
此外，控制部11在指示开始向驱动用电源Vcc供电的定时(即，启动上述电源装置1的定时)接通开关元件Q3和开关元件Q4，在指示停止向驱动用电源Vcc供电的定时(即，将上述电源装置1停止(关机)的定时)断开开关元件Q3和开关元件Q4。另外，控制部11通过检测从调节器12输出的电压Vreg，能够掌握正在进行充电动作的情况。这里，调节器12经由开关元件Q3与开关元件Q1并联连接，并且构成为保持从电压转换器CV向充电电池BA提供的电力恒定。
此处，开关元件Q3的栅极连接到开关元件Q4的漏极。开关元件Q3的漏极连接到上述开关元件Q1的源极与连接有上述开关元件Q2的漏极的上述电气路径L2的连接部位之间的电气路径L4。开关元件Q3的源极连接到上述调节器12。如上所述，开关元件Q4的栅极连接到控制部11。如上所述，开关元件Q4的漏极连接到开关元件Q3的栅极。开关元件Q4的源极被接地。即，通过控制部11将规定的栅极电压施加到开关元件Q4的栅极，从而开关元件Q4导通。此外，通过接通开关元件Q4，从而栅极电压被施加到开关元件Q3的栅极。由此，开关元件Q3导通。
电压测量部13构成为与上述充电电池BA并联连接，测量上述充电电池BA的电池电压。电池余量计14构成为根据由上述电压测量部13测量出的上述充电电池BA的电池电压来推测上述充电电池BA的电池余量。例如，本实施方式中的电池余量计14基于在控制部11指示开始向驱动用电源Vcc供电的定时所检测到的电池电压，来推测当控制部11指示开始对驱动用电源Vcc进行供电时的电池余量。此外，电池余量计14构成为显示上述电池余量。例如，电池余量计14将上述电池余量显示在内置于电池余量计14本身的显示器或外带显示器等显示设备(未图示)上。
这里，本实施方式所涉及的电源装置1中，二极管D设在开关元件Q1的源极与连接有上述开关元件Q3的漏极的上述电气路径L4的连接部位之间的电气路径L5、开关元件Q2的源极与连接有上述开关元件Q2的源极的上述电气路径L3的连接部位之间的电气路径L6、电压转换器CV与连接有上述开关元件Q2的源极的上述电气路径L3的连接部位之间的电气路径L7、以及开关元件Q1与开关元件Q3之间的电气路径L8上，以防止各路径中的电流反向流动。
(充电电池的电池电压与各开关元件的通断之间的关系)
接着，参照图2对充电电池BA的电池电压与各开关元件的通断之间的关系进行详细说明。图2是在图1所示的电源装置1中执行充电电池BA的放电后执行充电电池BA的充电时的时序图的一个示例。此外，图1所示的电源装置1根据图2所示的时序图，执行来自充满电状态的充电电池BA的放电，在执行充电电池BA的放电之后停止动作，并且在再次启动之后执行充电电池BA的充电。此外，在图2所示的时序图中，纵轴表示充电电池BA的电池电压值或在电池余量计14中推测出的电池余量值以及各开关元件的状态，横轴表示时间。另外，假设在图2所示的时序图的开始时(即，时间T0)，启动本实施方式所涉及的电源装置1。即，设开关元件Q3和开关元件Q4在时间T0被控制部11接通。
首先，如图2所示，本实施方式所涉及的电源装置1在从上述时间T0到充电电池BA的放电开始的时间Tsd之前的期间内，充电电池BA的充电或放电都不被执行。此时，充电电池BA的电池电压值和在电池余量计14中推测出的电池余量恒定。
另外，控制装置CU的控制部11断开开关元件Q1和开关元件Q2。另外，如上所述，控制部11维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。
接着，如图2所示，本实施方式所涉及的电源装置1在从上述时间Tsd到充电电池BA的放电结束的时间Ted为止的期间内，开始充电电池BA的放电，并且在仅在该期间内执行充电电池BA的放电之后结束充电电池BA的放电。此时，由于充电电池BA的放电特性，充电电池BA的电池电压值在执行充电电池BA的放电时急速下降，并在该期间的中间阶段缓慢下降，在充电电池BA的放电结束时再次急速下降。此外，在电池余量计14中推测出的电池余量值线性地减小。
此外，控制部11在上述时间Tsd接通开关元件Q2，维持开关元件Q1的断开状态，并维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。此外，控制部11在上述时间Tsd之后到时间Ted之前的期间内，维持开关元件Q1的断开状态，并维持开关元件Q2、开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。此外，控制部11在上述时间Ted，断开开关元件Q2，维持开关元件Q1的断开状态，并维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。
接着，如图2所示，本实施方式所涉及的电源装置1在从上述时间Ted之后到由控制部11指示停止对驱动用电源Vcc供电的时间Toff(即，停止电源装置1的时间)为止的期间内，不执行充电电池BA的放电，维持对充放电电路FC的供电，在维持对充放电电路FC的供电之后停止对充放电电路FC的供电，并且由控制部11指示停止对驱动用电源Vcc供电。此时，充电电池BA的电池电压值逐渐上升，并在该期间的最后阶段变为恒定。另外，在电池余量计14中推测出的电池余量值恒定。
这里，作为在电池余量计14中推测出的电池余量值恒定的原因，列举出电池余量计14所进行的电池电压的推测方法。电池余量计14构成为根据充电电池BA的电池电压来推测该充电电池BA的电池余量。即，如果不执行充电电池BA的充电或放电，则该电池余量不会增加或减少。因此，在电池余量计14中推测出的电池余量值恒定。
此外，控制部11在上述时间Ted之后到时间Toff之前的期间内，维持开关元件Q1和开关元件Q2的断开状态，并维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。此外，控制部11在上述时间Toff，维持开关元件Q1和开关元件Q2的断开状态，断开开关元件Q3和开关元件Q4。即，本实施方式中的控制部11在充放电电路FC所进行的充电电池BA的放电结束后，在由电压测量部13测量出的电池电压稳定的定时(即，变成恒定的定时)，指示停止对驱动用电源Vcc供电。在本实施方式所涉及的电源装置1中，充电电池BA的电池电压稳定的定时是该电池电压的单位时间的变化率变得小于规定阈值的定时。
接着，如图2中所示，本实施方式所涉及的电源装置1例如在从上述时间Toff之后到控制部11指示开始向驱动用电源Vcc供电的时间Ton(即，启动电源装置1的时间)为止的期间内，通过从控制部11指示停止对驱动用电源Vcc进行供电来停止动作，并在停止动作之后，通过从控制部11指示开始对驱动用电源Vcc进行供电来开始动作，并且开始从控制装置CU向充放电电路FC的供电。此时，充电电池BA的电池电压值和电池余量计14中推测出的电池余量保持恒定。
此外，控制部11在上述时间Toff之后到时间Ton之前的期间内，维持开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3和开关元件Q4的断开状态。此外，控制部11在上述时间Ton，维持开关元件Q1和开关元件Q2的断开状态，接通开关元件Q3和开关元件Q4。
接着，如图2所示，本实施方式所涉及的电源装置1例如在从上述时间Ton之后到执行充电电池BA的充电的时间Tsc的期间内，执行从控制装置CU向充放电电路FC的供电，并且在执行从控制装置CU向充放电电路FC的供电之后执行充电电池BA的充电。此时，充电电池BA的电池电压值和电池余量计14中推测出的电池余量保持恒定。
此外，控制部11在上述时间Ton之后到时间Tsc之前的期间内，维持开关元件Q1和开关元件Q2的断开状态，并维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。此外，控制部11在上述时间Tsc，接通开关元件Q1，维持开关元件Q2的断开状态，并维持开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态。
最后，如图2所示，本实施方式所涉及的电源装置1在上述时间Tsc以后，继续充电电池BA的充电。此时，充电电池BA的电池电压值在执行充电电池BA的充电后立即急速上升，此后缓慢上升。此外，在电池余量计14中推测出的电池余量值线性地上升。
此外，控制部11在上述时间Tsc之后，维持开关元件Q1、开关元件Q3和开关元件Q4的接通状态，并维持开关元件Q2的断开状态。
(总结)
如上所述，在本实施方式所涉及的电源装置1中，控制装置CU的控制部11在充放电电路FC所进行的充电电池BA的放电结束之后，在由电压测量部13测量的电池电压稳定的定时，停止对充放电电路FC的供电。另外，控制装置CU的电池余量计14基于在控制部11指示开始对驱动用电源Vcc进行供电的定时所检测到的电池电压，来对当控制部11指示开始对驱动用电源Vcc供电时的电池余量进行推测。
例如，如图3所示，在充电电池BA的放电停止之后，在充电电池BA的电池电压不稳定的定时(即，上述电池电压的单位时间的变化率较大的定时)，指示停止对驱动用电源Vcc供电。该情况下，由于该电池电压变动的影响，即使在充电电池的放电结束之后，上述电池电压也继续变动，因此，尽管原本必须如图3中的粗线那样推测电池余量值，但推测出的电池余量会如图3中的细线那样变低，电池余量值会产生误差。
另一方面，在本实施方式所涉及的电源装置1中，控制装置CU的控制部11考虑到上述电池电压的变动，在由电压测量部13测量出的电池电压稳定的定时，指示停止对驱动用电源Vcc供电。由此，本实施方式所涉及的电源装置1由于考虑到上述误差来推测电池余量，因此能够准确地推测充电电池BA的电池余量。即，本实施方式所涉及的电源装置1能够提高电池余量的推测精度。
另外，如图1所示，本实施方式中的控制装置CU内置在电池组BP中。然而，本实施方式中的控制装置CU并不限于此。例如，如图4所示，本实施方式中的控制装置CU可以作为电源装置1的一个结构而被组装。
另外，在本实施方式中的电源装置1中，充电电池BA的电池电压稳定的定时是该电池电压的单位时间的变化率变得小于规定阈值的定时。然而，本实施方式所涉及的电源装置1并不限于此。例如，在本实施方式中的电源装置1中，电池电压稳定的定时可以设为放电结束后经过了预先设定的时间后的定时。该情况下，将设定的时间设为30分钟至2小时。此外，电池电压稳定的定时可以设为电池电压相对于放电结束时的电池电压仅变化了规定的值的定时。
此外，从共享路径中也可知，在本实施方式中，能提供给上述负载2的电力和能提供给上述充电电池BA的电力是相同的。然而，本实施方式所涉及的电源装置1并不限于此。在本实施方式中，还可以在电源装置1中设置逆变器，并且能在转换成期望的电压之后输出存储在充电电池BA中的电力。
另外，本实施方式中的外部电源PS既可以是家用电源，也可以是商用电源。另外，外部电源PS既可以是能提供直流电的电源，也可以是能够提供交流电的电源。即，本实施方式所涉及的电源装置1能根据外部电源PS的类型和负载2中能使用的电力来适当地变更内部结构。此时，本实施方式中的电压转换器CV能根据外部电源PS的种类和在负载2中使用的电力来适当地进行变更。例如，本实施方式中的电压转换器CV既可以是整流器(AC-DC转换器)，也可以是DC-DC转换器。
此外，在本实施方式中的充电电池BA例如是锂离子电池或铅酸电池等一般被公知的电池。另外，本实施方式中的负载2例如假定为个人计算机、服务器、存储装置以及在来自外部电源PS的供电停止的情况下要求运转一定期间的其他装置。
此外，上述说明中所使用的“规定的处理器”这一用语例如意味着CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)、或GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等专用或通用的处理器、或者专用集成电路(ASIC：Application Specific Integrated Circuit)、可编程逻辑设备(例如，简单可编程逻辑设备(SPLD：Simple Programmable Logic Device)、复合可编程逻辑设备(CPLD：Complex Programmable Logic Device)、和现场可编程门阵列(FPGA：Field ProgrammableGate Array)等。此外，本实施方式的各结构要素并不限于单一的处理器，也可以利用多个处理器来实现。另外，多个结构要素也可以用单一的处理器来实现。

Claims (7)

1.一种控制装置(CU)，该控制装置(CU)对执行充电电池(BA)的充电或放电的充放电电路(FC)的动作进行控制，其特征在于，包括：
控制部(11)，该控制部(11)构成为对用于使所述充放电电路(FC)动作的供电进行控制；
驱动用电源(Vcc)，该驱动用电源(Vcc)向所述控制部(11)提供驱动电力；
电压测量部(13)，该电压测量部(13)构成为测量所述充电电池(BA)的电池电压；以及
电池余量计(14)，该电池余量计(14)构成为根据由所述电压测量部(13)测量出的所述充电电池(BA)的电池电压来推测所述充电电池(BA)的电池余量，
所述电池余量计(14)基于在所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电的定时所检测出的所述电池电压，来对当所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电时的所述电池余量进行推测，
所述控制部(11)在所述充放电电路(FC)所进行的所述充电电池(BA)的放电结束后，在由所述电压测量部(13)测量出的所述电池电压稳定的定时指示停止对所述驱动用电源(Vcc)供电。
2.如权利要求1所述的控制装置(CU)，其特征在于，
所述电池电压稳定的定时是所述电池电压的单位时间的变化率变得小于规定的阈值的定时。
3.如权利要求1所述的控制装置(CU)，其特征在于，
所述电池电压稳定的定时是放电结束后经过了预先设定的时间后的定时。
4.如权利要求3所述的控制装置(CU)，其特征在于，
所述时间是30分钟至2小时。
5.如权利要求1所述的控制装置(CU)，其特征在于，
所述电池电压稳定的定时是所述电池电压相对于放电结束时的所述电池电压仅变化了规定的值的定时。
6.一种电池组(BP)，该电池组(BP)包括对执行充电电池(BA)的充电或放电的充放电电路(FC)的动作进行控制的控制装置(CU)、所述充放电电路(FC)、以及所述充电电池(BA)，所述电池组(BP)的特征在于，
所述控制装置(CU)包括：
控制部(11)，该控制部(11)构成为对用于使所述充放电电路(FC)动作的供电进行控制；
驱动用电源(Vcc)，该驱动用电源(Vcc)向所述控制部(11)提供驱动电力；
电压测量部(13)，该电压测量部(13)构成为对所述充电电池(BA)的电池电压进行测量；以及
电池余量计(14)，该电池余量计(14)构成为根据由所述电压测量部(13)测量出的所述充电电池(BA)的电池电压来推测所述充电电池(BA)的电池余量，
所述电池余量计(14)基于在所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电的定时所检测出的所述电池电压，来对当所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电时的所述电池余量进行推测，
所述控制部(11)在所述充放电电路(FC)所进行的所述充电电池(BA)的放电结束后，在由所述电压测量部(13)测量出的所述电池电压稳定的定时指示停止对所述驱动用电源(Vcc)供电。
7.一种电源装置(1)，该电源装置(1)包括：对执行充电电池(BA)的充电或放电的充放电电路(FC)的动作进行控制的控制装置(CU)；所述充放电电路(FC)；以及所述充电电池(BA)，所述电源装置(1)的特征在于，
所述控制装置(CU)包括：
控制部(11)，该控制部(11)构成为对用于使所述充放电电路(FC)动作的供电进行控制；
驱动用电源(Vcc)，该驱动用电源(Vcc)向所述控制部(11)提供驱动电力；
电压测量部(13)，该电压测量部(13)构成为对所述充电电池(BA)的电池电压进行测量；以及
电池余量计(14)，该电池余量计(14)构成为根据由所述电压测量部(13)测量出的所述充电电池(BA)的电池电压来对所述充电电池(BA)的电池余量进行推测，
所述电池余量计(14)基于在所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电的定时所检测出的所述电池电压，来对当所述控制部(11)指示开始对所述驱动用电源(Vcc)供电时的所述电池余量进行推测，
所述控制部(11)在所述充放电电路(FC)所进行的所述充电电池(BA)的放电结束后，在由所述电压测量部(13)测量出的所述电池电压稳定的定时指示停止对所述驱动用电源(Vcc)供电。
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