CN115315875A - 电池电压均等化装置 - Google Patents

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Abstract

电池电压均等化装置(1)包括：包含输入有组电池BP的输出电压的一次侧绕组(T1)以及与各个电池(B)对应的多个二次侧绕组(T2)的变压器(T)；将二次侧绕组(T2)输出的交流电压转换为直流电压的转换电路(2)；以能够截断从转换电路(2)到电池B的导电路径的方式设置的截断电路(3)；以及对一次侧绕组(T1)进行通电控制的控制部(5)，截断电路(3)包含：在导电通路中串联设置且由控制部(5)进行开关控制的第一开关(SW1)和第二开关(SW2)；相互的同极彼此相连接且分别并联连接到各个开关的第一体二极管(Db1)和第二体二极管(Db2)；以及与将向电池(B)的充电电流的方向作为正方向的第一体二极管(Db1)或第二体二极管(Db2)并联连接的浪涌抑制电阻(Rss)。

Description

电池电压均等化装置
技术领域
本发明涉及电池电压均等化装置。
背景技术
众所周知，对于由串联连接的多个电池单元构成的组电池，如果各个电池单元的电池电压不均匀，则会产生可充放电的电量受限等问题。因此，这样的组电池例如通过专利文献1所公开的变压器方式的有源单元平衡电路进行电池电压的均等化的情况较多。
更具体地，变压器方式的有源单元平衡电路通过对能够转换组电池的输出电压并对各个电池单元施加充电电压的变压器进行导通控制，从而能够对电池电压相对较低的电池单元进行充电，进行电池电压的均等化。
但是，在专利文献1所涉及的现有技术中，产生为了对各个电池单元进行旁路而在变压器的多个二次侧绕组中连续流动的回流电流，单元平衡控制的效率降低。因此，例如专利文献2所公开的单元平衡电路构成为，通过在各个电池单元和与之对应的二次侧绕组之间设置开关，能够切断该回流电流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-176483号公报
专利文献2：日本专利特开2013－223320号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而上述专利文献1和2所涉及的单元平衡电路中，为了形成输出到电池单元的充电电力，设置有通过二极管和电容器将从变压器的多个二次侧绕组输出的交流电力转换为直流电压的转换电路。另外，在专利文献2中省略了电容器的图示。
但是，由于上述现有的单元平衡电路连接到组电池，因此产生了过大的电流突然从电池单元流入电容器的浪涌电流。此时，即使如专利文献2所示在电池单元与二次侧绕组之间设置了断开状态的开关，在最初对该开关进行闭合控制的定时也会产生浪涌电流。因此，现有的单元平衡电路随着在与组电池的连接中产生浪涌电流，可能会使电池单元老化。
本发明是鉴于这样的状况而实施的，其目的在于提供一种在将组电池连接到变压器方式的有源单元平衡电路时抑制浪涌电流的电池电压均等化装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明的电池电压均等化装置包括：包含输入有由串联连接的多个电池构成的组电池的输出电压的一次侧绕组以及与各个所述电池对应的多个二次侧绕组的变压器；将所述二次侧绕组输出的交流电压转换为直流电压的转换电路；以能够截断从所述转换电路到所述电池的导电通路的方式设置的截断电路；以及基于各个所述电池的电池电压对所述一次侧绕组进行通电控制从而进行所述电池电压的均等化控制的控制部，所述截断电路包含：在所述导电通路中串联设置且由所述控制部进行开关控制的两个开关；相互的同极彼此相连接且并联连接到各个所述开关的两个二极管；以及与两个所述二极管中将向所述电池的充电电流的方向作为正方向的所述二极管并联连接的电阻器。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在将组电池连接到变压器方式的有源单元平衡电路时抑制浪涌电流的电池电压均等化装置。
附图说明
图1是表示电池电压均等化装置的电路的整体结构图。
图2是表示截断电路的结构的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明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，而没有正确的表示结构部件的比例尺、形状等。
图1是表示电池电压均等化装置1的电路的整体结构图。电池电压均等化装置1是通过连接到由串联连接的多个电池B构成的组电池BP，使各个电池B的电池电压均等化的变压器方式的有源单元平衡电路。这里，各个电池B可以是由单个电池单元构成的二次电池，也可以是多个电池单元串联连接而其本身构成组电池的二次电池。此外，在本实施方式中，将组电池BP设为由4个电池B连接而成来进行说明，但是电池B的连接数目可以任意变更。
电池电压均等化装置1作为整体结构具备变压器T、均等化用开关SWe、多个转换电路2、多个截断电路3、测量部4以及控制部5。
变压器T包含输入有组电池BP的输出电压的一次侧绕组T1，以及对应于各个电池B的多个二次侧绕组T2。变压器T通过设置在与组电池BP之间的均等化用开关SWe进行通电控制，从而组电池BP的输出电压转换为交流电力并输入到一次侧绕组T1。此外，变压器T将输入到一次侧绕组T1的电压转换为用于给各个电池B充电的充电电压，并输出到二次侧绕组T2。
在本实施方式中，均等化用开关SWe是N沟道型的MOSFET(Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)，漏极连接于一次侧绕线T1的一端，源极连接于组电池BP的负侧，并且栅极连接于后述的控制部5。然后，均等化用开关SWe通过由控制部5连续地进行导通/截止控制，从而如上所述能够对变压器T进行通电控制。
变压器T的各个二次侧绕组T2经由转换电路2和截断电路3连接到对应的电池B。在电池电压均等化装置1中，从一个二次侧绕组T2到一个电池B的各个充电路径的结构是共通的，因此，这里只说明其中的一个充电路径。
转换电路2是包含二极管D和电容器C的整流滤波电路，将二次侧绕组T2输出的交流电压转换为直流电压，形成用于对各个电池B充电的充电电压。
截断电路3如后所述，设置为能够截断从转换电路2到电池B的导电通路，构成为能够在单元平衡控制中选择充电的电池B。
测量部4是对多个电池B的各个电池电压进行测量的传感器，将该电池电压输出到控制部5。
控制部5例如由公知的微机控制电路构成，基于经由测量部4获取的多个电池B的电池电压，确定充电对象的电池B，将与该充电对象的电池B对应的截断电路3控制为连接状态，并且将与其他电池B对应的截断电路3控制为截断状态，对均等化用开关SWe进行导通/截止控制，由此来优先对充电对象的电池B充电。
这里，控制部5也可以判断各个电池电压的偏差方式，将一个或多个电池B确定为充电对象。例如，控制部5能够计算所有电池B的平均电压，将电池电压比平均电压低的电池B确定为充电对象。该情况下，控制部5对与电池电压比平均电压高的电池B对应的截断电路3进行截断控制，对均等化用开关SWe进行PWM控制。由此，组电池BP通过充电对象的电池B被充电来使电池电压均等化。
此外，控制部5也可以以全部的电池B中电池电压最小的最小电压电池与平均电压之间的电压差比规定的第一阈值TH1大为条件，对与除最小电压电池以外的电池B对应的截断电路3进行截断控制。这里，第一阈值TH1是为了判断在所有电池B中是否存在电池电压突出且较低的一个电池B而预先任意设定的电压差的阈值。因此，控制部5在存在电池电压极低的电池B的情况下，能够将该一个电池B确定为充电对象而优先充电。
进一步地，控制部5也可以以全部的电池B中电池电压最大的最大电压电池与平均电压之间的电压差比规定的第二阈值TH2大为条件，仅对与最大电压电池对应的截断电路3进行截断控制。这里，第二阈值TH2是为了判断在所有电池B中是否存在电池电压突出且较高的一个电池B而预先任意设定的电压差的阈值。因此，控制部5在存在电池电压极端高的电池B的情况下，能够将该最大电压电池以外的电池B全部确定为充电对象，在对组电池BP整体都进行充电的同时使电池电压均等化。
由此，控制部5通过对与充电对象以外的电池B对应的截断电路3进行截断控制，从而在抑制为了对各个电池B进行旁路而连续流过多个二次侧绕组T2的回流电流的同时，能够根据需要选择充电对象的电池B。
接着，对截断电路3的具体电路结构进行说明。图2是表示截断电路3的结构的电路图。在本实施方式中，截断电路3在转换电路2的高电压侧的输出端与电池B的正极之间串联连接有作为“两个开关”的第一开关SW1和第二开关SW2。第一开关SW1和第二开关SW2是P沟道类型的MOSFET，在连接点P处两者的源极彼此连接，并且在连接点Q处两者的作为“控制输入端子”的栅极彼此连接。
此外，截断电路3在本实施方式中，第一体二极管Db1和第二体二极管Db2分别并联连接到第一开关SW1和第二开关SW2。更具体地，第一体二极管Db1的阳极和阴极分别连接到第一开关SW1的漏极和源极。类似地，第二体二极管Db2的阳极和阴极分别连接到第二开关SW2的漏极和源极。也就是说，第一体二极管Db1和第二体二极管Db2的同极彼此连接，即，此处，相互的阴极彼此连接。
这里，作为“两个二极管”的第一体二极管Db1和第二体二极管Db2可以设置为与第一开关SW1和第二开关SW2分开的二极管元件，但通过设为是各个MOSFET的体二极管，能够有助于减少元器件数量。
此外，截断电路3包含与第一开关SW1和第二开关SW2串联连接的熔丝F。在本实施方式中，熔丝F设置在第二开关SW2与电池B之间，例如作为“过电流保护元件”发挥作用，以防止意想不到的过电流从二次侧绕组T2流向电池B，从而保护电池B免受该过电流的影响。另外，在电池电压均等化装置1中，熔丝F不是必须的结构。
进一步地，截断电路3在连接点P和连接点Q之间设置有第一电阻R1，在连接点Q和电池B的负极之间经由第二电阻R2设置有光电耦合器PC的受光元件。另外，第一电阻R1和第二电阻R2是电流限制用电阻。光电耦合器PC通过未图示的发光元件与控制部5连接，利用来自控制部5的控制信号进行导通/截止控制。由此，控制部5在经由光电耦合器PC实现绝缘的同时控制连接点Q的电位，能够同时对第一开关SW1和第二开关SW2进行开闭控制。
这里，控制部5也可以构成为向第一开关SW1和第二开关SW2的各个栅极直接发送控制信号，但是，通过如本实施方式那样构成为能够汇总控制两者，除了可以减少控制信号的信号输出端子和信号线之外，也不需要使两者的控制定时同步的机构。
然后，截断电路3包含作为“电阻器”的浪涌抑制电阻Rss，该浪涌抑制电阻Rss与第一体二极管Db1和第二体二极管Db2中的将向电池B的充电电流的方向作为正方向的二极管并联连接。即，在本实施方式中，浪涌抑制电阻Rss与第一体二极管Db1并联连接。这里，假设第一体二极管Db1和第二体二极管Db2设置为连接彼此的阳极，则浪涌抑制电阻Rss与第二体二极管Db2并联连接。
接着，对截断电路3的动作原理进行说明。首先，在二次侧绕组T2和电池B之间不设置开关的现有技术中，在组电池BP与单元平衡电路连接的定时，浪涌电流从各个电池B的正极流入转换电路2的电容器C，产生使电池B劣化的危险。此外，即使在二次侧绕组T2与电池B之间设置有开关的现有技术中，在连接组电池BP后，在首次对该开关进行闭合控制的定时也会产生浪涌电流，同样产生使电池B劣化的危险。
与此相对，具有图2所示结构的截断电路3的电池电压均等化装置1中，在连接有组电池BP的情况下，从各个电池B的正极输出的电流依次经由第二体二极管Db2、连接点P、浪涌抑制电阻Rss流入电容器C。因此，由于通过浪涌抑制电阻Rss降低了从电池B流向电容器C的该电流，所以能够抑制电池B的劣化。此外，在电池电压均等化装置1中，即使在设置了像熔丝F那样的过电流保护元件的情况下，由于上述浪涌电流被抑制，从而也能够减少该浪涌电流成为过电流而导致误动作的可能性。
进一步地，在针对组电池BP的均等化控制中对充电对象的电池B充电时，电池电压均等化装置1将与该电池B对应的截断电路3控制为连接状态。此时，从二次侧绕组T2经由转换电路2输出的充电电流经由同时被控制为闭合状态的第一开关SW1和第二开关SW2提供到电池B，因此不会受到浪涌抑制电阻Rss的影响，能够给电池B充电。
如上所述，电池电压均等化装置1构成为，在变压器方式的有源单元平衡电路中，通过截断电路3切断控制从变压器T到各个电池B的导电通路，从而能够仅对充电对象的电池B充电。在此基础上，电池电压均等化装置1在连接有组电池BP的情况下，通过在从电池B流向电容器C的电流的路径上设置浪涌抑制电阻Rss，从而能够减小该电流的大小。因此，根据电池电压均等化装置1，能够抑制连接组电池BP时的浪涌电流。
以上完成了对实施方式的说明，但电池电压均等化装置1并不限于上述实施方式。例如举例示出了上述的截断电路3中的第一开关SW1和第二开关SW2设置在转换电路2的高电压侧的输出端和电池B的正极之间的结构，但是也可以是设置在转换电路2的低电压侧的输出端和电池B的负极之间的结构。
<本发明的实施方式>
本发明的第一方式的电池电压均等化装置包括：包含输入有由串联连接的多个电池构成的组电池的输出电压的一次侧绕组以及与各个所述电池对应的多个二次侧绕组的变压器；将所述二次侧绕组输出的交流电压转换为直流电压的转换电路；以能够截断从所述转换电路到所述电池的导电通路的方式设置的截断电路；以及基于各个所述电池的电池电压对所述一次侧绕组进行通电控制从而进行所述电池电压的均等化控制的控制部，所述截断电路包含：在所述导电通路中串联设置且由所述控制部进行开关控制的两个开关；相互的同极彼此相连接且并联连接到各个所述开关的两个二极管；以及与两个所述二极管中将向所述电池的充电电流的方向作为正方向的二极管并联连接的电阻器。
本发明的第二方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一方式中，所述开关是将所述二极管设为体二极管的MOSFET。
本发明的第三方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一或第二方式中，两个所述开关的控制输入端子彼此连接。
本发明的第四方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一到第三方式中的任一个方式中，所述截断电路包含连接到两个所述开关的光电耦合器，并且经由所述光电耦合器由所述控制部控制。
本发明的第五方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一至第四方式中的任一个方式中，所述控制部对与所述电池电压高于平均电压的所述电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
本发明的第六方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一至第四方式中的任一个方式中，所述控制部以所述电池电压最小的最小电压电池与平均电压之间的电压差大于规定的第一阈值为条件，对与除所述最小电压电池之外的所述电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
本发明的第七方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一至第四方式中的任一个方式中，所述控制部以所述电池电压最大的最大电压电池与平均电压之间的电压差大于规定的第二阈值为条件，仅对与所述最大电压电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
本发明的第八方式的电池电压均等化装置中，在上述的本发明的第一至第七方式的任一个方式中，所述截断电路包含串联连接到两个所述开关的过电流保护元件。
标号说明
1 电池电压均等化装置
2 转换电路
3 截断电路
4 测量部
5 控制部
T 变压器
B 电池
BP 电池组
SW1 第一开关
Db1 第一体二极管
SW2 第二开关
Db2 第二体二极管
Rss 浪涌抑制电阻。

Claims (8)

1.一种电池电压均等化装置，其特征在于，包括：
包含输入有由串联连接的多个电池组成的组电池的输出电压的一次侧绕组和与各个所述电池对应的多个二次侧绕组的变压器；
将所述二次侧绕组输出的交流电压转换为直流电压的转换电路；
以能够截断从所述转换电路到所述电池的导电通路的方式设置的截断电路；以及
基于各个所述电池的电池电压对所述一次侧绕组进行通电控制，从而进行所述电池电压的均等化控制的控制部，
所述截断电路包含：在所述导电通路中串联设置且由所述控制部进行开关控制的两个开关；相互的同极彼此相连接且并联连接到各个所述开关的两个二极管；以及与两个所述二极管中将向所述电池的充电电流的方向作为正方向的所述二极管并联连接的电阻器。
2.如权利要求1所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述开关是将所述二极管设为体二极管的MOSFET。
3.如权利要求1或2所述的电池电压均等化装置，其特征在于，两个所述开关的控制输入端子相互连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述截断电路包含连接到两个所述开关的光电耦合器，并且经由所述光电耦合器由所述控制部控制。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述控制部对与所述电池电压高于平均电压的所述电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述控制部以所述电池电压最小的最小电压电池与平均电压之间的电压差大于规定的第一阈值为条件，对与除所述最小电压电池以外的所述电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
7.如权利要求1至4中任一项所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述控制部以所述电池电压最大的最大电压电池与平均电压之间的电压差大于规定的第二阈值为条件，仅对与所述最大电压电池相对应的所述截断电路进行截断控制。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电池电压均等化装置，其特征在于，所述截断电路包含串联连接到两个所述开关的过电流保护元件。
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