CN1217832A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源装置,尤其涉及备有多个串联二次电池的电源装置,涉及抑制电池加速恶化并能充分发挥电池能力的充放电控制。本发明的控制单元具有充电中若充电量大于设定值时停止充电的功能,该控制单元还具有充电中二次电池间充电容量的离散差大于规定值时将当初设定值变更到更大值的功能。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置，尤其涉及具有串联连接的多个二次电池的电源装置，具体而言，涉及在上述电源装置中为消除电池间容量偏差及电池加速恶化的充放电控制。
背景技术
作为电源装置，人们不断提出有将碱性二次电池或镍氢二次电池等多个二次电池加以串联连接的方案。这样的电源装置作为驱动电动汽车用的电源，尤其受到重视。电动汽车驱动用电源需200～300V的高压，故采用备有由约200个二次电池串联构成的蓄电池单元的电源装置。这种电源装置由外部电源对其充电，并对电动机等外部负载放电。通常在电源装置中配有监视电池状况的监视控制手段，用以防止二次电池过充电和过放电。充电时，一旦蓄电池单元电压达确定上限，监视控制手段就停止充电，防止过充电；放电时，一旦蓄电池单元电压下降至规定下限，监视控制手段就停止放电，防止过放电。
从电池容量下降、内部电阻上升等来看，二次电池的恶化与电池种类无关，它随充放电循环的重复进行，加速恶化。而且在使用多个二次电池时，电池的恶化还会对其它电池带来不利的影响。例如，若按照上述控制，则恶化、容量下降的二次电池，因易于过放电而会进一步恶化。内部电阻上升产生的热量会引起其它二次电池输出下降或恶化。此外，即使是满充电的正常二次电池，也会因周围二次电池充电效率下降导致继续充电而易于过充电，促使自身恶化，同时发热，使周围温度上升。
在使用多个电池的场合，例如电池间的温差构成电池恶化的原因。高温会加速恶化，除此之外，温差引起的电池间充电效率或自身放电特性的差异会引起电池的过充电或过放电。即使所有二次电池应用在相同条件下，但二次电池间的容量、充电效率、自身放电特性等诸特性的离散差，也会构成恶化的原因。
为此，已往人们研究了众多的抑制上述电池特性加速恶化的手段。例如，特开平6-231805号公报中的方案揭示了这样一种方法，即对多个电池串联构成蓄电池单元的电压进行监视的同时，还监视各电池的电压，一旦电池电压离散差变大，就通过修正，降低充电上限电压，提高放电下限电压。
如图4所示，电源装置30备有向电动机等负载33提供电力的蓄电池单元32，和监视控制蓄电池单元32的监视控制手段34。用图5流程图说明上述公报方案的电源装置充电时的动作。充电时，监视控制手段34一边监视蓄电池单元32的状况，一边根据蓄电池单元32的状况控制电源31对蓄电池单元32的充电。一旦开始充电，监视控制手段34就一边监视构成蓄电池单元32的各电池电压，一边从电源31向蓄电池单元32提供电流。在步骤301，监视控制手段34对电池间电压的离散差(σ0)与设定值(D0)进行比较。若σ0小于D0，则监视控制手段34判断蓄电池单元为正常，电源单元31不断地向蓄电池单元32提供电流，直到蓄电池单元32的充电量(C)达规定上限容量(Cu)为止(步骤302)。相反，或σ0大于D0，则监视控制手段34改变停止充电的充电量，从Cu变为比Cu小的修正上限容量(Cuc)(步骤303)。此时，蓄电池单元32充电到容量达Cuc为止，并结束充电。
若采用上述方法，虽能防止电池加速恶化，但由于未恶化的电池得不到足够的充电，而存在电池能力不能充分发挥的问题。
同样，用图6流程图说明该电源装置的放电时的动作。一旦开始放电，监视控制手段34一边监视各电池电压，一边从蓄电池单元32向负载33提供电力。此时，在步骤401将电池间电压的离散差(σ1)与设定值(D1)作比较。若σ1小于D1，则监视控制手段34判定为蓄电池单元32正常，蓄电池单元32放电到原有放电下限的下限容量(C1)(步骤402)并结束放电。然而，若σ1大于D1，则监视控制手段34改变停止放电的容量值，从C1变为比C1大的修正下限容量(C1c)(步骤403)。由此，蓄电池单元32放电至C1c并结束放电。
若用上述方法，与充电时的动作一样，虽能防止电池加速恶化，但电池能力不能充分发挥。而且，由于不能消除能力下降的电池的存储(memory)效应，故各电池间容量的离散差，本质上不能消除。
本发明的揭示
本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种能抑制电池加速恶化同时能充分发挥电池能力的电源装置。
本发明的电源装置，备有将电力加给负载的蓄电池单元，和当蓄电池单元的充电量大于设定值时停止充电的控制单元，所述蓄电池单元具有多个串联连接的二次电池，控制单元具有充电中所述二次电池间充电容量的离散差变大时将蓄电池单元充电量的设定值变更到更大值的功能。
充电特性下降使充电反应不充分的电池，因充电增量多并得到进一步的充电，故接近满充电状态。因此，电池间容量的离散差得到纠正。另外，正常电池，由于充电充足，故蓄电池单元的容量能得到充分发挥。由此，能防止因各电池充电量下降引起的电源装置输出电压的急速下降。因此能提供可稳定供给电力的可靠性高的电源装置。
此时，充电速率限定在0.3C以下，故充电时能抑制电池的内压上升。特别是在二次电池为镍氢蓄电池的场合，由于电池状态易于受到监视，故能获得更大的效果。
本发明的另一电源装置，备有将电力加给负载的蓄电池单元，和当蓄电池单元的放电量大于设定值时停止放电的控制单元，蓄电池单元具有多个串联连接的二次电池，控制单元具有放电中二次电池间剩余容量的离散差变大时将蓄电池单元放电量的设定值变更为更大的值的功能。
放电时，一旦容量离散差变大时就降低放电下限电压。由此，能消除容量下降的电池的存储效应，使容量恢复。因此，能充分发挥电池的能力。
充电容量或放电容量的离散差，如可用控制单元加以监视，当该离散差大于规定值时就变更设定值。
考虑到电池的循环寿命，当充放电循环达预定的规定次数时，与上述一样变更设定值，也能获得效果。
进而，当蓄电池单元处于满充电状态或放电结束状态经过规定时间以上时，与上述一样变更设定值，也能获得效果。
上述充电电容量或剩余容量即使不直接测定，也能通过测定电压来把握。
如上所述，按照本发明，由于能抑制电池容量的离散差，故能抑制充放电时电池的发热或恶化。因此，能大大提高电源装置的可靠性。本发明，若用于需大容量输出的电动汽车等时，尤其具有显著的效果。
附图概述
图1为表示本发明一实施例电源装置结构的方框图；
图2为表示上述电源装置充电控制的流程图；
图3为表示上述电源装置放电控制的流程图；
图4为表示已有技术电源装置结构的方框图；
图5为表示图4中电源装置充电控制的流程图；
图6为表示图4中电源装置放电控制的流程图。
实施本发明的最佳形态
本发明电源装置的较佳具体例示于图1。电源装置20备有作为输出源的蓄电池单元2及监视控制蓄电池单元2充放电的控制单元4。蓄电池单元2储存电源1提供的电力，并加给负载3。本电源装置如用于电动汽车的驱动用电源情况下，负载3为电动机。
蓄电池单元2备有多个串联连接的二次电池5，及分别对二次电池5的充电和放电进行控制的充电电路12及放电电路13。二次电池5，如可用镍氢二次电池，碱性二次电池或铅酸二次电池。蓄电池单元2内的二次电池5，每隔串联连接的一定个数加以划分，构成多个单元16～19。
控制单元4备有分别检测单元16～19电压的电压检测电路6～9，及检测二次电池5全部电压的满充电检测电路11。控制单元4还备有根据电压检测电路6～9及满充电检测电路11检测的信号向充电电路12及放电电路13传送控制信号的控制电路10。
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
实施例1
在该实施例中，说明上述电源装置充电时的动作。
用图2的流程图说明充电控制的动作。
一旦电源1向蓄电池单元2提供电流开始充电时，满充电检测电路11就检测全部二次电池5的电压，用该值判断二次电池5是否充电到作为满充电值的上限容量。
在步骤101，满充电检测电路11将全部二次电池5的充电量(C)与上限容量(Cc)作比较，若C未达Cc，则继续充电。
若C达Cc，则在步骤102，由电压检测电路6～9检测各单元的充电量。电压检测电路6～9分别检测各单元的电压，并将对应于所检测值的信号发送给控制电路10。控制电路10比较电压检测电路6～9来的信号，算出单元间电压的离散差(如标准离差)。控制电路10进一步将获得的单元16～19电压的离散差(σc)与预先设定的值Dc作比较。若σc小于Dc，则控制电路10作为正常充电运行，向充电电路12发送充电结束的信号。由此，充电正常结束。然而，当σc大于Dc，则将Cc置换为比Cc大的修正上限容量(Ccc)，从而进一步继续充电。在步骤103，若判定为C达Ccc，就结束充电。
也即，对于充电效率低未满充电的电池进一步充电，达到接近满充电状态。由此，虽容量大的电池比容量小的电池更接近过充电，但可减少各电池间容量的离散差，能充分发挥电池的容量。
为了抑制电池内压上升，充电速率最好在0.3C以下。
在上述实施例中，修正后的上限容量Ccc采用比上限容量Cc在30％，但若取的比这更大，会有过充电引起危害之虑。若取的比这小，则上述效果会下降。
实施例2
在该实施例中，说明上述电源装置中放电控制。
用图3的流程图说明放电控制的动作。一旦开始放电，控制单元4就开始检测全部二次电池5的电压。
在步骤201，控制单元4控制继续放电直到二次电池5全体电压下降到预定的切断(cut off)电压为止。此时的二次电池5的充电量取为下限容量(Cd)。在步骤202，控制电路10将电压检测电路6～9检测的单元16～19电压的离散差(σd)与预先设定的值(Dd)作比较。若σd小于Dd，则控制电路10作为正常放电运行，将放电结束信号发送给放电电路13。但若σd大于Dd，则将下限容量(Cd)置换成更小的修正下限容量(Cdc)，并继续放电。一旦二次电池5全部放电量放电到Cdc以下时，就结束放电。
如上所述，电池恶化时通过降低切断(Cut off)电压进行放电，故能消除存储效应，能充分发挥二次电池的容量。
在上述实施例中，虽分开个别说明了变更上限容量充电的方法及放电时变更下限容量的方法，但也可将这些方法加以组合运用。
上述操作未必要一直进行。只要进行一次上述修正后的充放电，就基本上消除电池间容量的离散差。
在上述实施例中，说明了始终监视电池间容量的离散差、发生离散差时变更设定的上限容量或下限容量进行充放电的方法，但也可不必对容量一直进行检查，而在控制单元中设置对充放电循环进行计数的计数器等，当达到一定次数的充放电循环时，与上述一样，改变上限或下限。
也可将估计容量离散差会变大的时间预先存储在控制电路中，当经过该时间后就如上所述改变设定值。此时，如若结合电池温度的因素确定所存储的时间，就能以更好的效果抑制容量离散差。例如，将蓄电池单元配置在高温下时或蓄电单元内部电池存在温差时，可缩短设定时间。
在上述实施例中，检测由多个电池构成的每个单元的电压，但也可对各个电池分别设置电压检测电路。不言而喻，电压检测电路的个数或各单元内电池的个数，在上述实施例中并不受限制。
本发明的可实施性
本发明由于提高了电源装置的可靠性，故可应用于所有用途的电源装置。特别是对于需大容量的电动汽车的驱动用电源，更有用。

Claims (10)

1．一种电源装置，其特征在于，备有将电力加给负载的蓄电池单元，和当所述蓄电池单元的充电量大于设定值时停止充电的控制单元，所述蓄电池单元具有多个串联连接的二次电池，所述控制单元具有充电中所述二次电池间充电容量的离散差变大时将所述蓄电池单元充电量的设定值变更到更大值的功能。
2．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，充电时的充电速率为0.3C以下。
3．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述控制单元进一步具有充电中监视所述二次电池充电容量的功能，当检测到充电容量的离散差大于规定值时，就改变所述蓄电池单元充电量的设定值。
4．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述蓄电池单元的充放电循环达规定次数时，就改变所述蓄电单元充电量的设定值。
5．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，从先前的放电经过规定时间后充电时，改变所述蓄电池单元充电量的设定值。
6．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述控制单元进一步具有：所述蓄电池单元的放电量大于设定值时停止放电的功能；及放电中所述二次电池间剩余容量的离散差增大时，将所述蓄电池单元放电量的设定值变更到更大值的功能。
7．一种电源装置，备有将电力加给负载的蓄电池单元，和当所述蓄电池单元的放电量大于设定值时停止放电的控制单元，所述蓄电池单元具有多个串联连接的二次电池，所述控制单元具有放电中所述二次电池间剩余容量的离散差变大时将所述蓄电池单元放电量的设定值变更为更大的值的功能。
8．如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，所述控制单元进一步具有放电中监视所述二次电池剩余容量的功能，当检测到的剩余容量的离散差大于规定值时，就改变所述蓄电池单元放电量的设定值。
9．如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，当所述蓄电池单元的充放电循环达规定次数时，改变所述蓄电池单元放电量的设定值。
10．如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，从先前的充电经过规定时间后放电时，改变所述蓄电池单元放电量的设定。
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