CN114731055A - 电源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

在电源系统(10)及其控制方法中，将多个电池(12a～12d)中的至少1个电池确定为充电侧的电池，将剩余的电池确定为放电侧的电池。接着，根据多个电流测量仪(26a～26d)测量到的电流(I1～I4)确定从放电侧的电池流出的电流与流入充电侧的电池的电流之间的电流差。接着，根据所确定的电流差来确定连接于放电侧的电池的电压变换器的变压率(Tr)。

Description

电源系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种能充放电的多个蓄电部经由电压变换器彼此并联连接的电源系统及其控制方法。
背景技术
例如在日本发明专利公开公报特开2016-25791号中公开了一种能充放电的多个电池(蓄电部)经由电压变换器彼此并联连接的电源系统。
发明内容
然而，在将电压或者SOC不同的多个蓄电部彼此并联连接的情况下，在多个蓄电部之间，进行电流与各蓄电部的电压差成正比地流动的充放电，以使电压或者SOC彼此均等。在该情况下，在单纯地连接多个蓄电部时，如果是小到可忽视的电压差，则将各蓄电部直接并联连接也没有问题。
然而，当将电压差大的多个蓄电部并联连接时，由于该电压差而发生大电流流动。另外，在这种状态下，即使在多个蓄电部经由电压变换器彼此并联连接的情况下，也会在将电压变换器的开关元件接通的瞬间发生大电流流动，另一方面，在开关元件断开的瞬间由于配线的电感分量而产生高电压。担忧由于产生这种大电流或者高电压而使蓄电部劣化。
本发明是考虑到这种技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够一边避免蓄电部的劣化一边使彼此并联连接的多个蓄电部的电压或者SOC均等化的电源系统及其控制方法。
本发明的方式涉及一种电源系统及其控制方法，该电源系统具有多个蓄电部、多个电压变换器和多个电流测量仪，其中，多个所述蓄电部能够进行充放电；多个所述电压变换器的输入侧连接于多个所述蓄电部，多个所述电压变换器的输出侧被彼此并联连接，多个所述电压变换器以任意的变压率对连接于所述输入侧的多个所述蓄电部的电压进行变换，且将变换后的所述电压输出给所述输出侧；多个所述电流测量仪连接于多个所述电压变换器的输入侧，测量从多个所述蓄电部向所述输入侧流出的电流。
在该情况下，所述电源系统还具有蓄电部确定部、电流差确定部和变压率确定部，其中，所述蓄电部确定部将多个所述蓄电部中的至少1个所述蓄电部确定为充电侧的基准蓄电部，将剩余的所述蓄电部确定为放电侧的剩余蓄电部；所述电流差确定部根据多个所述电流测量仪测量到的所述电流，确定从所述剩余蓄电部流出的所述电流与从所述基准蓄电部流出的所述电流之间的电流差；所述变压率确定部根据所确定的所述电流差来确定连接于所述剩余蓄电部的所述电压变换器的变压率。
另外，在所述电源系统的控制方法中具有以下步骤：使用蓄电部确定部确定多个所述蓄电部中的至少1个所述蓄电部为充电侧的基准蓄电部，确定剩余的所述蓄电部为放电侧的剩余蓄电部的步骤；使用电流差确定部，根据多个所述电流测量仪测量到的所述电流来确定从所述剩余蓄电部流出的所述电流和从所述基准蓄电部流出的所述电流之间的电流差的步骤；使用变压率确定部，根据所确定的所述电流差来确定连接于所述剩余蓄电部的所述电压变换器的变压率的步骤。
根据本发明，反馈从剩余蓄电部流出的电流与从基准蓄电部流出的电流之间的电流差，确定连接于剩余蓄电部的电压变换器的变压率以使该电流差变小。据此，在多个蓄电部通过电压变换器彼此并联连接的情况下，能够一边避免蓄电部劣化一边使彼此并联连接的多个蓄电部的电压或者SOC均等化。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的电源系统的结构图。
图2A是降压型或者升降压型的电压变换器的电路图，图2B是降压型的电压变换器的电路图，图2C是升降压型的电压变换器的电路图。
图3是表示升降压动作的时序图。
图4是示意性地图示出图1的电源系统的电路图。
图5A是没有使用本实施方式的控制方法的情况下的各电流的时序图，图5B是使用本实施方式的控制方法的情况下的各电流的时序图。
图6是表示各电池的充放电状态的分类一览的图。
图7是本实施方式所涉及的控制方法的序列图。
图8是图示出图7的控制方法的一部分的流程图。
图9A是使各电池电压与基准电压一致的处理的说明图，图9B是实际的控制处理的说明图。
图10是图示出放电处理的时序图。
图11是示意性地图示出均等化单元的框图。
图12是图示出本实施方式所涉及的控制方法的框图。
图13是图示出目标电流与第2电流的关系的时序图。
图14是表示各电池电压、各电流和各降压率的时间变化的时序图。
图15是表示降压率的可设定范围的说明图。
图16A～图16D是表示没有进行使用电流差的控制的情况下的问题点的说明图。
图17是表示电动车辆的车速、各电流和各SOC的时间变化的时序图。
具体实施方式
下面，对本发明所涉及的电源系统及其控制方法示例优选的实施方式，一边参照附图一边进行说明。
[1.本实施方式的概略结构]
如图1所示，本实施方式所涉及的电源系统10具有多个电池12a～12d(蓄电部)、均等化单元14、控制装置16、电动发电机ECU(MG-ECU)18和动力驱动单元(PDU)20。另外，在图1中图示出配置有4个电池12a～12d(下面还称为第1～第4电池12a～12d。)的情况。在电源系统10中配置至少2个电池即可。另外，电源系统10例如适用于二轮车、四轮车等电动车辆22的电源系统。
多个电池12a～12d是可相对于电源系统10进行拆装且可充放电的蓄电部。多个电池12a～12d分别被收容在包括电池管理系统(BMU)的未图示的电池组中，且能够通过相对于电源系统10拆装电池组，来相对于电源系统10拆装多个电池12a～12d，其中所述电池管理系统(BMU)用于监视该电池12a～12d。另外，在本实施方式中，多个电池12a～12d中的至少1个电池可相对于电源系统10拆装即可。另外，各电池组、均等化单元14、控制装置16、MG-ECU18和PDU20能够经由构成控域网(Controller Area Network：CAN)的未图示的通信线等收发信号或者信息。
均等化单元14具有多个电压变换器24a～24d、多个电流测量仪26a～26d、多个输入侧电压测量仪(电压测量仪)28a～28d、输出侧电压测量仪30和多个温度传感器32。
多个电压变换器24a～24d例如是分别具有作为初级侧的输入侧34和作为次级侧的输出侧36的DC/DC变换器，通过以任意的变压率Tr(升压率Tru或者降压率Trd(下面还称为降压率R。))对连接于输入侧34的电池12a～12d的电压(电池电压V1～V4)进行变换，来向输出侧36输出变换后的电压(输出电压V0)。在图1中图示出在均等化单元14内对应于第1～第4电池12a～12d而配置有4个电压变换器24a～24d(下面还称为第1～第4电压变换器24a～24d。)的情况。在下面的说明中，关于第1～第4电压变换器24a～24d以任意的降压率R1～R4对第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4进行降压，且将降压后的电池电压V1～V4作为输出电压V0输出给输出侧36的情况进行说明。
第1～第4电压变换器24a～24d的输入侧34连接于第1～第4电池12a～12d中的任一个电池12a～12d。即，第1～第4电池12a～12d的正极端子和第1～第4电压变换器24a～24d的输入侧34的正极端子38p相连接，第1～第4电池12a～12d的负极端子和第1～第4电压变换器24a～24d的输入侧34的负极端子38m相连接。另外，第1～第4电压变换器24a～24d的输出侧36通过彼此并联连接而并联连接到PDU20。在该情况下，第1～第4电压变换器24a～24d的输出侧36的正极端子40p连接于PDU20的正极端子，第1～第4电压变换器24a～24d的输出侧36的负极端子40m连接于PDU20的负极端子。
多个输入侧电压测量仪28a～28d(下面还称为第1～第4电压测量仪28a～28d。)是在第1～第4电压变换器24a～24d的输入侧34连接在第1～第4电池12a～12d的正极端子与负极端子之间的电压传感器。另外，多个电流测量仪26a～26d(下面还称为第1～第4电流测量仪26a～26d。)是在第1～第4电压变换器24a～24d的输入侧34连接在第1～第4电池12a～12d的正极端子与第1～第4电压变换器24a～24d的正极端子38p之间的电流传感器。输出侧电压测量仪30是在第1～第4电压变换器24a～24d的输出侧36连接在PDU20的正极端子与负极端子之间的电压传感器。
多个温度传感器32分别检测构成第1～第4电压变换器24a～24d的开关元件42H、42L(参照图2A～图2C)的温度。另外，在图1中图示出设置有2个温度传感器32的情况。
PDU20构成为包括三相桥式逆变器。在PDU20的输入侧，第1～第4电压变换器24a～24d并联连接。在PDU20的输出侧电连接作为电源系统10的负载的三相交流的马达44。在动力运行时从第1～第4电池12a～12d经由第1～第4电压变换器24a～24d向PDU20供给直流电力。PDU20将直流电力变换为三相的交流电力且将其向马达44供给。据此，能够驱动马达44来使电动车辆22行驶。另一方面，在再生时，PDU20将马达44发电产生的交流电力变换为直流电力。据此，能够通过第1～第4电压变换器24a～24d用直流电力对第1～第4电池12a～12d进行充电。
MG-ECU18(蓄电部确定部)是用于控制PDU20和马达44的ECU(电子控制装置)，能够在其与控制装置16及PDU20之间收发信号或者信息。即，MG-ECU18供给用于使构成PDU20的开关元件42H、42L进行动作的控制信号(表示扭矩的指令值的信号)。另一方面，PDU20发送PDU20的状态等。马达44发送该马达44的状态等。MG-ECU18根据从PDU20和马达44发送来的信息等计算马达44的请求输出，且将计算出的请求输出发送给控制装置16。
控制装置16是用于控制均等化单元14的ECU，具有控制部46(蓄电部确定部、电流差确定部、变压率确定部)、指令部48和表格50。控制部46获取第1～第4电压测量仪28a～28d测量到的第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4、第1～第4电流测量仪26a～26d测量到的第1～第4电流I1～I4、输出侧电压测量仪30测量到的输出电压V0(负载电压)和多个温度传感器32测量到的第1～第4电压变换器24a～24d的温度。另外，控制部46根据来自MG-ECU18的请求输出、被保存在表格50中的流经输入侧34的电流的目标值(目标电流Itar)进行变压率Tr等的计算(确定)。指令部48向均等化单元14输出基于控制部46所确定的变压率Tr的指令信号(向第1～第4电压变换器24a～24d的开关元件42H、42L供给的门信号)。另外，在后面详细叙述控制装置16和MG-ECU18的处理的细节。
[2.第1～第4电压变换器24a～24d的具体例]
图2A～图2C是表示图1的第1～第4电压变换器24a～24d的具体例的电路图。第1～第4电压变换器24a～24d例如是降压型或者升降压型(参照图2A)、降压型(参照图2B)、或升降压型(参照图2C)的DC/DC变换器。这些DC/DC变换器的结构和动作是周知的，因此，在此，对图2A～图2C的电路图中的各结构要素的连接关系简单地进行说明。
在图2A中，在输入侧34的正极端子38p与负极端子38m之间连接有电容器52。在电容器52上并联连接有以串联连接的2个开关元件42H、42L和线圈54为一组的两组电路。在各个组中，一方的开关元件42H是高压侧的开关元件，连接在电容器52的正极端子38p侧。另一方的开关元件42L是低压侧的开关元件，连接于电容器52的负极端子38m侧和输出侧36的负极端子40m。线圈54的一端连接在2个开关元件42H、42L的中点。线圈54的另一端连接于输出侧36的正极端子40p。另外，在输出侧36的正极端子40p与负极端子40m之间连接有电容器56。另外，开关元件42H、42L通过MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)58和作为寄生二极管的齐纳二极管60并联连接而构成。
在图2B中，在输入侧34的正极端子38p与负极端子38m之间连接有电容器52。在电容器52上并联连接有被串联连接的2个开关元件42H、42L。一方的开关元件42H是高压侧的开关元件，连接于电容器52的正极端子38p侧。另一方的开关元件42L是低压侧的开关元件，连接于电容器52的负极端子38m侧和输出侧36的负极端子40m。在2个开关元件42H、42L的中点与输出侧36的正极端子40p之间连接有线圈54和电阻器62的串联电路。另外，在输出侧36的正极端子40p与负极端子40m之间连接有电容器56。
在图2C中，在输入侧34的正极端子38p与负极端子38m之间连接有电容器52。电容器52的正极端子38p侧经由线圈64和电阻器66的串联电路连接于被串联连接的2个开关元件42H、42L的中点。在2个开关元件42H、42L上并联连接有电容器68。另外，在该电容器68的输出侧36并联连接有结构与图2B相同的电路。
在任一电路结构中，都能够通过改变向各开关元件42H、42L(MOSFET58)的门端子供给的门信号的占空比，来改变变压率Tr(图2A中的升压率Tru或者降压率R、图2B中的降压率R、图2C中的升压率Tru或降压率R)。
图3作为一例示出向图2B的降压型的电路中的各开关元件42H、42L的门端子供给的门信号的时序图。在此，当设门信号的周期为T，设向高压侧的开关元件42H供给的门信号(图3的“Hi侧占空比”)的高电平的时间为U，设向低压侧的开关元件42L供给的门信号(图3的“Lo侧占空比”)的高电平的时间为D，设作为时间U与时间D的间隔的死区时间(deadtime)为Td时，周期T用下述式(1)表示。
T＝U+D+Td×2 (1)
另外，当设输入侧34的电压(电池电压V1～V4)为Vin，设输出侧36的电压(输出电压V0)为Vout时，降压率R用下述式(2)表示。
R＝Vout/Vin (2)
并且，时间U、D分别用下述式(3)和式(4)表示。
U＝T×R (3)
D＝T×(1-R) (4)
因此，通过由控制部46指定降压率R，从指令部48向均等化单元14供给与降压率R对应的门信号来驱动第1～第4电压变换器24a～24d，能够得到所期望的输出电压V0。
[3.本实施方式的特征性功能]
＜3.1本实施方式的充放电的方法的概要＞
接着，一边参照图4～图17一边对本实施方式所涉及的电源系统10及其控制方法的特征性功能(下面还称为本实施方式的特征性功能。)进行说明。本实施方式的特征性功能是指，在将电压或者SOC不同的第1～第4电池12a～12d彼此并联连接，使第1～第4电流I1～I4在第1～第4电池12a～12d间流动来进行充放电以使电压或者SOC变得彼此均等的情况下，将从第1～第4电池12a～12d向输入侧34流动的第1～第4电流I1～I4反馈给控制装置16，控制装置16的控制部46确定从充电侧的电池(基准蓄电部)流出的电流和从放电侧的电池(剩余蓄电部)流出的电流之间的电流差之后，确定使所确定的电流差变小的降压率R，且以所确定的降压率R控制第1～第4电压变换器24a～24d，据此一边避免各电池12a～12d的劣化一边实现各电池12a～12d的电压或者SOC的均等化。
图4是示意性地表示图1的电源系统10的电路图。在图4的电路图中，省略均等化单元14等的图示，图示出第1～第4电池12a～12d和表示该第1～第4电池12a～12d的内部电阻(电阻值r)的电阻器70a～70d(下面还称为第1～第4电阻器70a～70d。)的串联电路被并联连接，且在第1～第4电池12a～12d的正极侧连接负载72(马达44)的情况。
在此，设向负载72流动的电流为It(下面还称为负载电流。)。另外，设第1电池12a及第1电阻器70a的串联电路的正极侧与第2电池12b及第2电阻器70b的串联电路的正极侧之间的电压差为Vd1，设第1电池12a及第1电阻器70a的串联电路的正极侧与第3电池12c及第3电阻器70c的串联电路的正极侧之间的电压差为Vd2，设第1电池12a及第1电阻器70a的串联电路的正极侧与第4电池12d及第4电阻器70d的串联电路的正极侧之间的电压差为Vd3。
首先，如图4中的左下侧的电路图所示，在将第1电池12a及第1电阻器70a的串联电路和第2电池12b及第2电阻器70b的串联电路并联连接而构成的闭合电路中，第1电流I1和第2电流I2基于基尔霍夫定律，用下述式(5)和式(6)表示。
I1＝It/2+Vd1/(4×r) (5)
I2＝It/2-Vd1/(4×r) (6)
另外，在将第1电池12a及第1电阻器70a的串联电路、第2电池12b及第2电阻器70b的串联电路和第3电池12c及第3电阻器70c的串联电路并联连接而构成的闭合电路中，第1～第3电流I1～I3基于基尔霍夫定律，用下述式(7)～式(9)来表示。
I1＝It/3+(Vd1+Vd2)/(6×r) (7)
I2＝It/3+(-2×Vd1+Vd2)/(6×r) (8)
I3＝It/3+(Vd1-2×Vd2)/(6×r) (9)
并且，在图4的上侧的电路图中，在没有连接负载72的闭合电路的情况下，第1～第4电流I1～I4基于基尔霍夫定律，用下述式(10)～式(13)来表示。
I1＝It/4+(Vd1+Vd2+Vd3)/(8×r) (10)
I2＝It/4+(-3×Vd1+Vd2+Vd3)/(8×r) (11)
I3＝It/4+(Vd1-3×Vd2+Vd3)/(8×r) (12)
I4＝It/4+(Vd1+Vd2-3×Vd3)/(8×r) (13)
这样，在第1～第4电流I1～I4中包含电压差Vd1～Vd3。因此，理论上，如果用第1～第4电流测量仪26a～26d测量第1～第4电流I1～I4且将测量到的第1～第4电流I1～I4反馈给控制装置16，则能够根据第1～第4电流I1～I4调整为所期望的电压差Vd1～Vd3。
图5A和图5B是表示第1电流I1、第2电流I2和负载电流It的时间变化的一例的时序图。图5A表示没有进行第1电流I1和第2电流I2的反馈的情况。图5B表示进行第1电流I1和第2电流I2的反馈的情况。
在图5A中，在从时间点t0到时间点t1的时段，处于不存在负载72(参照图4)的状态，It＝0。在该情况下，根据电压差Vd1，第1电流I1和第2电流I2之间产生2×A的电流差。在该时段内，第1电流I1为负电流即充电电流，另一方面，第2电流I2为正电流即放电电流。即，由于不存在负载72，因此从第2电池12b流出的第2电流I2作为第1电流I1流入第1电池12a，对该第1电池12a进行充电。
另外，在图5A中，在从时间点t1到时间点t2的时段，处于存在负载72的动力运行状态，根据电压差Vd1，第1电流I1和第2电流I2之间产生2×B的电流差。在该时段，第1电流I1和第2电流I2均为放电电流。即，从第1电池12a和第2电池12b流出的第1电流I1和第2电流I2作为负载电流It向负载72流动。
并且，在图5A中，在从时间点t2到时间点t3的时段，处于存在负载72的再生状态，进行从负载72向第1电池12a和第2电池12b的充电。在该情况下，根据电压差Vd1，第1电流I1和第2电流I2之间产生2×C的电流差。在该时段，第1电流I1和第2电流I2均为充电电流。即，负载电流It分流为第1电流I1和第2电流I2，流入第1电池12a和第2电池12b。
并且，在图5A中，时间点t3以后的时段与t0～t1的时段同样，It＝0，根据电压差Vd1，第1电流I1与第2电流I2之间产生2×A的电流差。
然而，在图5A的例子中，A≠B≠C且没有将第1电流I1和第2电流I2反馈给控制装置16(参照图1)，因此，不知道通过第1～第4电压变换器24a～24d的动作，电流差怎样变化。其结果，有时第1电流I1或者第2电流I2成为大电流而导致第1电池12a或者第2电池12b劣化。
与此相对，在图5B的情况下，将第1电流I1和第2电流I2反馈给控制装置16，控制电压差Vd1以使反馈的第1电流I1与第2电流I2的电流差变小。据此，在存在负载72的t1～t3的时段，以电流差逐渐变小而成为0，即第1电流I1和第2电流I2成为与负载电流It相同的电流值的方式发生变化。其结果，能够避免第1电流I1或者第2电流I2成为大电流而使第1电池12a或者第2电池12b劣化。另外，在不存在负载72的t0～t1的时段和t3以后的时段产生一定的电流差。
图6是图示出本实施方式中的对第1～第4电池12a～12d(参照图1和图4)的充放电的方法的说明图。在此，对构成电源系统10的电池12a～12d的个数N为N＝4(第1～第4电池12a～12d)、N＝3(第1～第3电池12a～12c)、N＝2(第1及第2电池12a、12b)时的充放电的方法进行说明。
另外，在图6中，MPP1～MPP4表示第1～第4电池12a～12d。另外，在图6中，“3H1L”等标记表示放电侧的电池(剩余蓄电部)的个数(标记在“H”之前的数字)和充电侧的电池(基准蓄电部)的个数(标记在“L”之前的数字)。并且，在图6中，在表示第1～第4电池12a～12d的图形符号(用电池标示)的下方标示第1～第4电流I1～I4的目标值(目标电流Itar)。在此，用“Id”等标记表示放电侧的电池的目标电流Itar。
目标电流Itar表示从放电侧的电池流出的电流的目标值，充电侧的电池的目标电流被设定为0[A]。因此，有时从第1～第4电池12a～12d流出的实际的电流值(实际电流)与目标电流不同。例如，在以“1H3L”的状态进行充放电的情况下，第1～第4电流I1～I4的目标电流被设定为3.0×Id[A]、0.0[A]、0.0[A]、0.0[A]。与此相对，第1～第4电流I1～I4的实际电流为+2.25×Id[A]、-0.75×Id[A]、-0.75×Id[A]、-0.75×Id[A]。另外，关于对第1～第4电流I1～I4添加的正负符号，设从第1～第4电池12a～12d向第1～第4电压变换器24a～24d流动的方向为正(+)，设从第1～第4电压变换器24a～24d流入第1～第4电池12a～12d的方向为负(-)。
在表格50(参照图1)中预先设定有目标电流Itar。控制部46按照后述的充电侧的电池(基准蓄电部)的个数、放电侧的电池(剩余蓄电部)的个数、从多个电池12a～12d流出的电流的总和等来改变各目标电流Itar。在该情况下，通过从图6的一览表的上侧向下侧，依次改变充电侧的电池的个数和放电侧的电池的个数，更具体而言，通过依次减少放电侧的电池的个数来进行第1～第4电池12a～12d的充放电。
具体而言，在N＝4的情况下，按“3H1L”→“2H2L”→“1H3L”→“0H4L”的顺序切换充电侧的电池和放电侧的电池的个数来进行充放电。另外，在N＝3的情况下，按“2H1L”→“1H2L”→“0H3L”的顺序切换充电侧的电池和放电侧的电池的个数来进行充放电。在N＝2的情况下，按照“1H1L”→“0H2L”的顺序切换充电侧的电池和放电侧的电池的个数来进行充放电。
并且，在本实施方式的充放电中，在将连接于充电侧的电池的电压变换器设定为相对较高的降压率(例如，R＝0.94)的状态下，一边保持充电侧的电池与放电侧的电池的电压差，一边使电流从放电侧的电池向充电侧的电池流动，据此对该充电侧的电池进行充电。在该情况下，连接于放电侧的电池的电压变换器的降压率R被设定为与连接于充电侧的电池的电压变换器的降压率R相比，相对较低。
然而，当由于电流从放电侧的电池向充电侧的电池流动而放电侧的电池的电池电压下降时，连接于放电侧的电池的电压变换器的降压率R伴随着时间经过而逐渐上升。因此，当连接于放电侧的电池的电压变换器的降压率R达到考虑到死区时间Td而能设定的最大的降压率(例如，作为上限值的R＝0.96)时，难以控制该电压变换器。
因此，在本实施方式中，如图6所示，在连接于放电侧的电池的电压变换器的降压率R达到最大的降压率之前，依次从图6中的上侧的状态向下侧的状态切换，据此，一边避免难以控制第1～第4电压变换器24a～24d一边顺利地进行第1～第4电池12a～12d的充放电。在后面叙述具体的充放电的控制方法。
＜3.2本实施方式的具体的控制方法＞
图7是表示将本实施方式所涉及的电源系统10适用于电动车辆22的情况下、更具体而言将马达44用于电动车辆22的车轮的驱动源的情况下对第1～第4电池12a～12d的充放电控制的序列图。图8是表示在图7的充放电控制中均等化单元14和控制装置16的动作的流程图。在该说明中，对如图9A和图9B所示，第1电池12a的电池电压V1最低，电池电压V1～V4按第1～第4电池12a～12d的顺序依次变高的情况下的充放电控制进行说明。
首先，参照图7来说明充放电控制的整体流程。当电动车辆22的未图示的点火开关(IG)接通时，在步骤S1中，MG-ECU18发出各BMU的启动指令。据此，在步骤S2中，各BMU根据来自MG-ECU18的启动指令而启动。
另外，在步骤S1、S2中，MG-ECU18还对各BMU一并执行将4个电池12a～12d设定为第1～第4电池12a～12d的编号处理。据此，4个电池12a～12d被分配为第1～第4电池12a～12d中的任一方。另外，MG-ECU18将编号处理的结果通知给控制装置16的控制部46。
然而，在第1～第4电压变换器24a～24d中存在电容器52、56、68(参照图2A～图2C)。因此，如图10所示，即使电动车辆22停车，在时间点t4点火开关断开，也通过蓄积在电容器52、56、68中的电荷、更详细而言通过蓄积在均等化单元14与PDU20之间的电荷产生一定的电压。因此，例如，在从点火开关接通的时间点t5到时间点t6的时段，控制装置16的控制部46在步骤S3中指示指令部48通过驱动开关元件42H、42L来执行放出电容器52、56、68的电荷的放电处理。据此，在步骤S4中，指令部48通过根据来自控制部46的指示向均等化单元14供给门信号，来使开关元件42H、42L接通。其结果，在从时间点t5到时间点t6的时段，电容器52、56、68的电荷被放出，由此能够使输出电压V0下降到0[V]附近。
另外，在图7中，在步骤S2之后执行步骤S3、S4的放电处理。在本实施方式中，可以在点火开关接通(图10的时间点t5)后且在后述的步骤S9的处理(时间点t7)前执行放电处理。
在步骤S5中，电池组内的未图示的电压传感器检测第1～第4电池12a～12d的电压(电池电压V1～V4)。据此，在步骤S6中，均等化单元14能够掌握各电池电压V1～V4。另外，在图9A中，图示出各电压传感器检测到的电池电压为V1can～V4can。另外，电压传感器的检测结果被从各电池组发送给控制装置16。控制装置16将该检测结果转送给MG-ECU18。
在步骤S7中，MG-ECU18根据编号处理的结果和各电池电压V1～V4的检测结果，判断对第1～第4电池12a～12d进行怎样的充放电控制。在该情况下，MG-ECU18根据编号处理的结果判断为N＝4，确定按图6中的N＝4执行充放电控制。另外，MG-ECU18判断为在第1～第4电池12a～12d中电池电压V1～V4最低的第1电池12a为充电侧的电池(基准蓄电部)，并且判断为剩余的第2～第4电池12b～12d为放电侧的电池(剩余蓄电部)。然后，MG-ECU18指示控制装置16开始对第1～第4电池12a～12d进行充放电控制。
在步骤S8中，控制装置16的控制部46根据来自MG-ECU18的指示，执行用于充放电控制的控制处理，指示指令部48输出门信号。据此，指令部48根据来自控制部46的指示，开始向均等化单元14供给门信号。其结果，在步骤S9中，均等化单元14根据接收到的门信号驱动开关元件42H、42L，据此从时间点t7开始充放电控制(均等化控制)。即，在图10的t5～t7的时段，执行作为对充放电控制的初期处理的图7的步骤S1～S8的处理。
在步骤S10中，MG-ECU18指示各电池组执行用于对电池组内的未图示的电容器进行充电的预充电处理。据此，在步骤S11中，各电池组根据来自MG-ECU18的指示对电容器进行充电。另外，在步骤S10、S11中，也可以一并进行各电压变换器24a～24d的电容器52、56、68的充电。另外，在本实施方式中，也可以使步骤S10、S11的处理包含在初期处理中。
在步骤S12中，MG-ECU18指示各电池组接通电池组内的未图示的开关元件。据此，在步骤S13中，各电池组根据来自MG-ECU18的指示，在图10的时间点t8将开关元件接通。据此，第1～第4电池12a～12d和第1～第4电压变换器24a～24d被电连接。其结果，在时间点t8以后，电流能够从第1～第4电池12a～12d向第1～第4电压变换器24a～24d流动，执行第1～第4电池12a～12d的充放电。
在此之后，当电动车辆22的点火开关断开时，在步骤S14中，各电池组的开关元件断开。其结果，在步骤S15中，充放电控制(均等化控制)也停止。另外，在图7中，也可以由控制装置16来承担步骤S1、S7、S11、S13的处理。
图8是表示图7的均等化控制的具体方法的流程图。即，图8的流程图图示出从步骤S9到步骤S15的时段内控制装置16和均等化单元14的动作的流程。
首先，在步骤S21中，MG-ECU18或者控制部46确定第1～第4电池12a～12d中的电池电压最低的电池为充电侧的电池(基准蓄电部)。如图9A所示，第1电池12a的电池电压V1(V1can)最低，因此，控制部46确定第1电池12a为充电侧的电池。另外，从图7的步骤S9到步骤S12为止，各电池组的开关元件处于断开状态，因此，第1～第4电池12a～12d和第1～第4电压变换器24a～24d没有被电连接。在该情况下，MG-ECU18或者控制部46可以根据各电池组内的未图示的电压传感器检测到的第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4(V1can～V4can)，将第1电池12a确定为充电侧的电池。
接着，控制部46设定基于第1电池12a的电池电压V1的基准电压Vref。具体而言，使用第1电池12a的电池电压V1和连接于第1电池12a的第1电压变换器24a的降压率R1，根据下述式(14)来计算基准电压Vref。
Vref＝R1×(最低的电池电压(V1))(14)
如前述那样，当考虑死区时间Td时，降压率R的上限值为0.96，因此，控制部46例如设定为R1＝0.94。接着，控制部46将在充放电处理中使用的第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4的值(初期值)设定为基准电压Vref，使各电池电压V1～V4的值一致。据此，第1～第4电池12a～12d的电压差暂时为0[V]。
接着，作为步骤S10～S13的处理的结果，第1～第4电池12a～12d和第1～第4电压变换器24a～24d被电连接，变为能够由第1～第4电压测量仪28a～28d测量第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4以及由第1～第4电流测量仪26a～26d测量第1～第4电流I1～I4，在该情况下，在步骤S22中，控制部46从第1～第4电压测量仪28a～28d获取第1～第4电池12a～12d的电池电压V1～V4，并且从第1～第4电流测量仪26a～26d获取第1～第4电流I1～I4。
在接着的步骤S23中，控制部46使用获取到的第1～第4电流I1～I4来计算第1～第4电流I1～I4的电流差。图11是示意性地图示出均等化单元14的框图，图12是图示出控制装置16和均等化单元14的充放电控制的框图。另外，在图12中，“控制对象”是指包括均等化单元14的电源系统10。另外，图12中，“kp+kds”和“1/s”的各框中的“s”是拉普拉斯变换中的复数的变量。
在图11和图12中，控制部46将第1电池12a作为充电侧的电池(基准蓄电部)，将第2～第4电池12b～12d作为放电侧的电池(剩余蓄电部)。因此，控制部46从第1电流I1中减去第2～第4电流I2～I4。
在接着的步骤S24中，控制部46根据获取到的各电池电压V1～V4，判定当前的充放电的状态符合图6中的哪种状态。在该情况下，控制部46判定为是图6的“3H1L”的状态。
接着，如下述式(15)～式(17)所示，控制部46通过在步骤S23中做减法得到的电流差上加上目标电流Itar2～Itar4，来计算第1电流I1与第2～第4电流I2～I4的电流差。另外，式(15)～式(17)的电流差ΔI2～ΔI4是用于实际控制第1～第4电压变换器24a～24d的目标电流(目标操作电流)。即，控制部46能够通过对各个电流差分别加上目标电流Itar2～Itar4来设定各目标操作电流ΔI2～ΔI4。
ΔI2＝I1-I2+Itar2 (15)
ΔI3＝I1-I3+Itar3 (16)
ΔI4＝I1-I4+Itar4 (17)
在接着的步骤S25中，如下述式(18)～式(20)那样，控制部46使用在步骤S24中计算出的目标操作电流(电流差)ΔI2～ΔI4来计算第1电池12a的电池电压V1与第2～第4电池12b～12d的电池电压V2～V4的电压差Vd1～Vd3。另外，在式(18)～式(20)中，“∫”是积分符号。另外，kp、kd是反馈控制中的固定系数。并且，ΔI2p～ΔI4p是上次的目标操作电流。
Vd1＝∫{kp×ΔI2+kd×(ΔI2-ΔI2p)} (18)
Vd2＝∫{kp×ΔI3+kd×(ΔI3-ΔI3p)} (19)
Vd3＝∫{kp×ΔI4+kd×(ΔI4-ΔI4p)} (20)
在接着的步骤S26中，控制部46使用计算出的电压差Vd1～Vd3来计算降压率R2～R4。在步骤S27中指令部48将基于降压率R1～R4的门信号输出给均等化单元14。据此，基于接收到的门信号来驱动第1～第4电压变换器24a～24d的开关元件42H、42L。其结果，在步骤S28中，根据图9B所示的电压差Vd1～Vd3，第1～第4电流I1～I4的电流值发生变化。
在接着的步骤S29中，控制部46判定是否停止均等化控制。在没有到达步骤S15的情况下，控制部46确定继续均等化控制(步骤S29：否)，返回步骤S22，再次执行步骤S22～S29的处理。因此，每当反复执行步骤S22～S29的处理时，第1～第4电池12a～12d的状态依次从图6的“3H1L”切换为“2H2L”、“1H3L”、“0H4L”的状态。在此之后，在到达步骤S15的情况下，控制部46停止均等化控制(步骤S29：是)。
图13是表示图8的控制处理的效果的时序图。在时间点t9设定目标电流Itar，根据基于该目标电流Itar的电压差Vd1驱动开关元件42H、42L，据此，第2电流I2在时间点t9以后伴随着时间经过而迅速向目标电流Itar上升。在该情况下，通过适宜地设定固定系数kp、kd，能够使第2电流I2收敛于目标电流Itar的时间提前。另外，在图13中，任意的时间点t10的目标电流Itar与第2电流I2的差为目标操作电流(电流差)ΔI2。另外，在时间点t9与时间点t10之间被目标电流Itar和第2电流I2包围的部分的面积表示电压差Vd1。
＜3.3充放电控制中的降压率R的必要性＞
接着，在本实施方式中，一边参照图14～图16D一边对考虑降压率R的必要性进行说明。图14是表示本实施方式中的充放电控制下的第1～第4电流I1～I4、各电池电压V1～V4和降压率R1～R4的时间变化的时序图。在此，对如图6所示N＝4且在时间点t11、t12、t13、t14按“3H1L”→“2H2L”→“1H3L”→“0H4L”的顺序切换放电侧的电池和充电侧的电池的情况进行说明。
在该情况下，最初的充电侧的电池是第4电池12d，连接于第4电池12d的第4电压变换器24d的降压率R4被固定在R4＝0.91。因此，最初，第1～第3电池12a～12c为放电侧的电池。
首先，在t11～t12的时段，第1～第3电流I1～I3为放电电流(正的电流)，并且第4电流I4为充电电流(负的电流)。其结果，伴随着时间经过，第1～第3电压变换器24a～24c的降压率R1～R3上升。然后，当在时间点t12第2电压变换器24b和第3电压变换器24c的降压率R2、R3达到0.96附近(可设定的降压率的上限值)时，从“3H1L”切换为“2H2L”。
据此，在t12～t13的时段，第1电池12a和第3电池12c被切换为放电侧的电池，第2电池12b和第4电池12d被切换为充电侧的电池。即，第1电流I1和第3电流I3为放电电流，并且第2电流I2和第4电流I4为充电电流。其结果，伴随着时间经过，第1电压变换器24a和第3电压变换器24c的降压率R1、R3上升。另一方面，第2电池12b被切换为充电侧的电池，因此，第2电压变换器24b的降压率R2下降到第4电压变换器24d的降压率R4(0.91)。然后，当在时间点t13第3电压变换器24c的降压率R3达到0.96附近时，从“2H2L”切换为“1H3L”。
据此，在t13～t14的时段，第1电池12a被切换为放电侧的电池，第2～第4电池12b～12d被切换为充电侧的电池。即，第1电流I1为放电电流，并且第2～第4电流I2～I4为充电电流。其结果，伴随着时间经过，第1电压变换器24a的降压率R1上升。另一方面，由于第3电池12c切换为充电侧的电池，因此，第3电压变换器24c的降压率R3下降到第2电压变换器24b和第4电压变换器24d的降压率R2、R4(0.91)。然后，当在时间点t14第1电压变换器24a的降压率R1达到0.96附近时，从“1H3L”切换为“0H4L”。其结果，充放电控制完成。
这种充放电控制需要考虑降压率R(R1～R4)是由于下述理由。如图15所示，例如，设第1～第4电池12a～12d充满电状态下的电池电压V1～V4为Vi[V]，设相当于死区时间Td的降压率R1～R4为0.31。另外，考虑死区时间Td，设电池电压V1～V4的可调整范围(降压率R1～R4的可设定范围)为0.75×Vi[V]～0.96×Vi[V](R1～R4＝0.75～0.96)。并且，设基准电压Vref为0.94×Vi[V](R＝0.94)。
在本实施方式中，如图16A所示，一边保持作为基准的充电侧的电池与放电侧的电池之间的电压差一边使电流从放电侧的电池向充电侧的电池流动，据此对该充电侧的电池进行充电。作为一例，在图16A中，在“1H3L”的状态下，将第1电池12a作为放电侧的电池，将第2～第4电池12b～12d作为充电侧的电池。因此，第1电压变换器24a的最初的降压率R1被设定为0.81，第2～第4电压变换器24b～24d的降压率R2～R4被设定(固定)为0.94。另外，第1电池12a与第2～第4电池12b～12d的电压差被设定为Vd[V]。
当一边保持该电压差一边使电流从放电侧的第1电池12a向充电侧的第2～第4电池12b～12d流动时，如图16B所示，第1电池12a的电池电压V1或者SOC降低，并且降压率R1上升。然后，若即使如图16C所示第1电压变换器24a的降压率R1达到0.96，也保持电压差，则该降压率R1饱和而不会从0.96开始上升，因此难以进行充放电控制。其结果，如图16D所示，电压差反而降低，第1～第4电流I1～I4的目标电流的绝对值也降低。
因此，在本实施方式中，如图14所示，在连接于放电侧的电池的电压变换器的降压率R达到考虑到死区时间Td的上限值(R＝0.96)之前，变更放电侧的电池的个数和充电侧的电池的个数的组合，据此避免难以进行充放电控制的状态。
＜3.4向电动车辆22的适用例＞
图17是表示将本实施方式所涉及的电源系统10搭载于电动车辆22的情况下的车速、电流和SOC的时间变化的时序图。在该情况下，在时间点t15前的时段启动的电动车辆22在从时间点t15到时间点t16的时段停车之后，从时间点t16开始进行加速行驶。在此之后，电动车辆22从时间点t17开始进行巡航行驶，从时间点t18开始向减速行驶变化，在时间点t19停车。
在该情况下，通过实施上述的充放电控制，在电动车辆22停车时(t15～t16的时段、时间点t19以后的时段)和巡航行驶时(t17～t18中的一部分时段)，在放电侧的电池与充电侧的电池之间进行充放电。在图17中，用虚线来图示从放电侧的电池流出的电流和SOC，用实线来图示流入充电侧的电池的电流和SOC。
[4.本实施方式的效果]
如以上说明的那样，本实施方式是一种电源系统10及其控制方法，该电源系统10具有多个电池12a～12d(蓄电部)、多个电压变换器24a～24d和多个电流测量仪26a～26d，其中，多个所述电池12a～12d能够进行充放电；多个所述电压变换器24a～24d的输入侧34连接于多个电池12a～12d，其输出侧36被彼此并联连接，以任意的变压率Tr对连接于输入侧34的多个电池12a～12d的电压V1～V4进行变换，且将变换后的电压V0输出给输出侧36；多个所述电流测量仪26a～26d连接于多个电压变换器24a～24d的输入侧34，测量从多个电池12a～12d向输入侧34流动的电流I1～I4。
在该情况下，电源系统10具有蓄电部确定部(MG-ECU18、控制部46)、电流差确定部(控制部46)和变压率确定部(控制部46)，其中，所述蓄电部确定部将多个电池12a～12d中的至少1个电池确定为充电侧的电池(基准蓄电部)，将剩余的电池确定为放电侧的电池(剩余蓄电部)；所述电流差确定部根据多个电流测量仪26a～26d测量到的电流I1～I4，确定从放电侧的电池流出的电流和从充电侧的电池流出的电流之间的电流差；所述变压率确定部根据所确定的电流差来确定连接于放电侧的电池的电压变换器的变压率Tr。
另外，在电源系统10的控制方法中具有以下步骤：使用MG-ECU18或者控制部46确定多个电池12a～12d中的至少1个电池为充电侧的电池，确定剩余的电池为放电侧的电池的步骤(步骤S7)；使用控制部46，根据多个电流测量仪26a～26d测量到的电流I1～I4来确定从放电侧的电池流出的电流与从充电侧的电池流出的电流之间的电流差的步骤(步骤S23、S24)；由控制部46根据确定的电流差来确定连接于放电侧的电池的电压变换器的变压率Tr的步骤(步骤S26)。
据此，反馈从放电侧的电池流出的电流和从充电侧的电池流出的电流之间的电流差，确定连接于放电侧的电池的电压变换器的变压率Tr以使该电流差变小。其结果，在多个电池12a～12d经由电压变换器24a～24d彼此并联连接的情况下，能够一边避免电池12a～12d的劣化一边使彼此并联连接的多个电池12a～12d的电池电压V1～V4或者SOC均等化。
在该情况下，MG-ECU18或者控制部46确定多个电池12a～12d中的电压最低的电池为充电侧的电池，确定剩余的电池为放电侧的电池。据此，能够高效地确定放电侧的电池和充电侧的电池。
控制部46通过在从充电侧的电池流出的电流中减去从放电侧的电池流出的电流，且将减法得到的电流和目标电流Itar相加来计算电流差。通过这种反馈控制，能够一边避免从各电池12a～12d流出的电流过大一边进行充放电控制。
另外，目标电流Itar是按照多个电池12a～12d的个数、充电侧的电池的个数或者从多个电池12a～12d流出的电流的总和设定的电流值。据此，能够按照电池12a～12d的个数来适宜地设定目标电流。
并且，控制部46根据电流差，计算充电侧的电池的电池电压与放电侧的电池的电池电压之间的电压差，使用计算出的电压差来确定连接于放电侧的电池的电压变换器的变压率Tr。这样，使用反应出电流差的电压差来确定变压率Tr，因此，能够避免从各电池12a～12d流出的电流过大，高效地抑制电池12a～12d发生劣化。
在上述说明中，主要对使用降压率R来控制电压变换器24a～24d的情况进行了说明。当然，在本实施方式中，在使用升压率Tru的情况下也能够适宜控制电压变换器24a～24d。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，当然能够根据本说明书的记载内容而采用各种结构。

Claims (6)

1.一种电源系统(10)，该电源系统(10)具有多个蓄电部(12a～12d)、多个电压变换器(24a～24d)和多个电流测量仪(26a～26d)，其中，
多个所述蓄电部(12a～12d)能够进行充放电；
多个所述电压变换器(24a～24d)的输入侧(34)连接于多个所述蓄电部，多个所述电压变换器(24a～24d)的输出侧(36)被彼此并联连接，多个所述电压变换器(24a～24d)以任意的变压率(Tr)对连接于所述输入侧的多个所述蓄电部的电压(V1～V4)进行变换，且将变换后的所述电压(V0)输出给所述输出侧；
多个所述电流测量仪(26a～26d)连接于多个所述电压变换器的输入侧，测量从多个所述蓄电部向所述输入侧流动的电流(I 1～I4)，
其特征在于，
还具有蓄电部确定部(18、46)、电流差确定部(46)和变压率确定部(46)，其中，
所述蓄电部确定部(18、46)将多个所述蓄电部中的至少1个所述蓄电部确定为充电侧的基准蓄电部，将剩余的所述蓄电部确定为放电侧的剩余蓄电部；
所述电流差确定部(46)根据多个所述电流测量仪测量到的所述电流，确定从所述剩余蓄电部流出的所述电流与从所述基准蓄电部流出的所述电流之间的电流差；
所述变压率确定部(46)根据所确定的所述电流差来确定连接于所述剩余蓄电部的所述电压变换器的变压率。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，
所述蓄电部确定部确定多个所述蓄电部中的电压最低的所述蓄电部为所述基准蓄电部，确定剩余的所述蓄电部为所述剩余蓄电部。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，
所述电流差确定部通过在从所述基准蓄电部流出的电流中减去从所述剩余蓄电部流出的电流，且将减法得到的所述电流和目标电流(Itar)相加来计算所述电流差。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于，
所述目标电流是按照多个所述蓄电部的个数、所述基准蓄电部的个数、或者从多个所述蓄电部流出的所述电流的总和而设定的电流值。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电源系统，其特征在于，
所述变压率确定部根据所述电流差，计算所述基准蓄电部的电压与所述剩余蓄电部的电压之间的电压差，使用计算出的所述电压差来确定连接于所述剩余蓄电部的所述电压变换器的变压率。
6.一种电源系统(10)的控制方法，该电源系统(10)具有多个蓄电部(12a～12d)、多个电压变换器(24a～24d)和多个电流测量仪(26a～26d)，其中，
多个所述蓄电部(12a～12d)能够进行充放电；
多个所述电压变换器(24a～24d)的输入侧(34)连接于多个所述蓄电部，多个所述电压变换器(24a～24d)的输出侧(36)被彼此并联连接，多个所述电压变换器(24a～24d)以任意的变压率(Tr)对连接于所述输入侧的多个所述蓄电部的电压(V1～V4)进行变换，且将变换后的所述电压(V0)输出给所述输出侧；
多个所述电流测量仪(26a～26d)连接于多个所述电压变换器的输入侧，测量从多个所述蓄电部向所述输入侧流动的电流(I 1～I4)，
其特征在于，
所述电源系统(10)的控制方法具有以下步骤：
使用蓄电部确定部(18、46)确定多个所述蓄电部中的至少1个所述蓄电部为充电侧的基准蓄电部，确定剩余的所述蓄电部为放电侧的剩余蓄电部的步骤(S7)；
使用电流差确定部(46)，根据多个所述电流测量仪测量到的所述电流来确定从所述剩余蓄电部流出的所述电流与从所述基准蓄电部流出的所述电流之间的电流差的步骤(S23、S24)；
使用变压率确定部(46)，根据所确定的所述电流差来确定连接于所述剩余蓄电部的所述电压变换器的变压率的步骤(S26)。
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