CN1396689A - 电池组的充电率调整电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池组的充电率调整电路是以把由1个或多个单电池构成的电池模块11串联连接而构成的电池组1为对象、用于对各电池模块11的充电率进行均匀化的调整电路，具有：从各电池模块11引出的一对放电线路12、13；介于两条放电线路12、13之间的放电电阻2及通断开关3；对该通断开关3的栅极供给控制信号的、由CR电路构成的时限保持电路4；以及根据放电指令使时限保持电路4开始保持工作的光耦合器5。

Description

电池组的充电率调整电路
技术领域
本发明涉及对于以作为在混合车等电瓶车中的行驶用电机的电源等使用的高压电池组为对象来构成电池组的多个电池的充电率进行调整的电路。
背景技术
迄今，在混合车等电瓶车中，作为行驶用电机的电源安装了把多个蓄电池串联连接而构成的电池组。通常，由于在这样的电池组中需要产生200～300伏的高压，故例如把60～80个单元的每个单元输出约3.6伏的锂系蓄电池串联连接，或者把约200个单元的每个单元输出约1.2伏的NiMH系蓄电池串联连接来构成电池组。
希望在这样的电池组中，全部蓄电池的充电状态均等。例如在1个蓄电池的充电率为70％、另一个蓄电池的充电率为50％的情况下，由于可以充电的电量相当于充电率为70％的蓄电池直到全充电的30％，故假定如果超过所相当的30％来进行充电则充电率为70％的蓄电池的充电率超过了100％，其寿命大幅度地缩短。其结果，作为电池组的寿命也缩短了。因此，构成了如图4所示的电压监视装置，对各蓄电池的电压进行监视。在该装置中，把多个蓄电池串联连接来构成电池模块(11)，进而把多个电池模块(11)串联连接来构成电池组(1)。
从电池组(1)的两端及电池模块(11)相互间的连结点分别引出电压检测线，把这些电压检测线与电压检测电路连接起来。把由电压检测电路(7)检测出的各电池模块(11)的电压输入到整体控制电路(8)。此外，由温度检测电路(81)检测电池温度，与此同时由电流检测电路(82)检测流经电池的电流，把这些检测结果输入到整体控制电路(8)。整体控制电路(8)基于上述输入数据计算电池的剩余量，与此同时监视在电池中是否发生了异常，把监视结果经过通信线供给控制系统(图示省略)。再有，在镍氢系蓄电池中，可以每5～10个单元来进行电压的监视，但在锂系蓄电池的情况下，由于这充电或过放电显著地缩短其寿命故每1个单元来进行电压的监视。
可是，电池组剩余量的离散性依赖于各蓄电池效率(充放电效率)的离散性。例如，在假定构成电池组的蓄电池的充电效率一律是100％、放电效率是99.0～99.5％的情况下，如果充电10Ah的电荷则在全部蓄电池中存储10Ah的电荷。其次，如果进行10Ah电荷的放电，则放电效率99.0％的单元进行10.1Ah(＝10Ah/0.990)电荷的放电，放电效率99.5％的单元进行10.05Ah(＝10Ah/0.995)电荷的放电。此时，放电效率好的99.5％的蓄电池中多剩余0.05Ah的电荷。因而，通过反复进行充放电，在蓄电池间剩余量逐渐离散开来。特别是在充放电效率极高的锂离子蓄电池中，因少量充放电效率的离散性而使剩余量的离散性积累的倾向显著。
因此，为了解决该问题，(日本公开专利公报平8-19188号、平10-322925号等)提出了使用放电电阻从电荷多的蓄电池进行放电，使其剩余量与电荷少的蓄电池一致的方法。图5表示用于实现上述方法的基本电路，把图示的电路与电池组(1)的各电池模块(11)连接。在该电路中，当使光耦合器(54)导通时，由MOSFET构成的通断开关(31)闭合，来自电池模块(11)的电流在放电电阻(21)中流动。由此，可以降低电池模块(11)的充电率。因而，利用如图4所示的电压监视装置来测定各电池模块(11)的充电率，根据其结果，确定充电率高的电池模块(11)，使与该电池模块(11)连接起来的光耦合器(54)导通，由此，可以降低该电池模块(11)的充电率，使全部电池模块(11)的充电率在一定范围内均等化。
可是，把汽车的控制系统构成为在点火开关导通的状态下工作，在该开关断开的情况下只允许备用等电流消耗极小的工作，由此，把铅蓄电池的消耗缩小到最低限度。这是因为，当在其后使点火开关导通时为了使发动机起动在铅蓄电池中必须剩余必要的电力。
由于图5的电路利用电池模块(11)的电压而工作，故必须对用于使通断开关(31)工作的控制信号进行电绝缘，为此装备了光耦合器(54)。在该电路中，为了使放电继续进行，必须使光耦合器(54)保持导通。通常，由于电瓶车在行驶状态(点火开关导通的状态)下比在等待状态(点火开关断开的状态)下短得多，故为了在限定了的时间内使某种程度的容量放电，把放电电阻(21)设定成尽可能低的电阻值，必须以大的电流值进行放电。因而，放电电阻(21)的散热如何进行便成了问题。
因此，提出了如图6所示的电路(参照日本公开专利公报平10-322925号)。在该电路中，为了保持通断开关(31)的闭合/断开状态装备了触发器电路(9)，使用闭合用的第1光耦合器(55)及断开用的第2光耦合器(56)，从外部进行闭合/断开。因而，即使在两个光耦合器的驱动电流消失了的情况下，利用电池模块(11)的电压也能保持放电，即使在点火开关断开的状态下也能使放电继续进行。由此，能够在长时间范围内使放电继续进行，能够减小放电电流。
按照图6的电路，由于放电电阻(21)的功耗比图5的电路减小了，故对设备的小型化有利。此外，在图6的电路中，与两个光耦合器(55)(56)连接起来的控制系统定期起动来监视放电状态，但是例如在假定监视时间为10秒、起动时间为30分的情况下，控制系统的消耗电流的大小成为1/180，与图5的电路相比，能够把铅蓄电池的消耗抑制到较低。
但是，由于在图6的电路中，以定期地输入对于第1光耦合器(55)及第2光耦合器(56)的指令为前提，故例如在为了维护等而停止了对控制系统的电力供给的情况下，由于不需要输入用于停止触发器电路(9)的信号，故存在着放电一直继续进行到电池模决(11)的容量大体变成零的问题。
发明的内容
因此，本发明的目的是，提供即使在为了系统维护等而停止了对控制系统的电力供给的情况下、也在放电开始后经过一定时间的某一瞬间自动地停止放电的电池组的充电率调整电路，由此来解决放电一直继续进行到电池模块的容量大体变成零的问题。
本发明的电池组的充电率调整电路是以把由1个或多个单电池构成的电池模块串联连接而构成的电池组为对象、根据来自控制系统的放电指令使特定的电池模块放电的电路，具有：与各电池模块的两极连接起来的放电电路；以及控制各放电电路的工作的控制电路。各控制电路具有：闭合或断开放电电路的通断装置；以及控制装置，根据放电指令生成使通断装置从断开状态变化到闭合状态的控制信号，在一定的时间范围内保持该控制信号，并将其供给通断装置。
在上述本发明的充电率调整电路中，通常，对全部电池模块的控制电路的通断装置为断开状态，由此，全部放电电路断开。因而，对任一个电池模块都不进行放电。如果由电压监视装置检测出某一个电池模块的充电率高，就由控制系统对该电池模块发出放电指令。
当对该电池模块的控制电路输入放电指令时，控制装置生成使通断装置从断开状态变化到闭合状态的控制信号，在一定的时间范围内保持该控制信号，并将其供给通断装置。由此成为，在一定的时间范围内把使通断装置从断开状态变化到闭合状态的控制信号供给开关装置，通断装置据此在一定的时间范围内闭合放电电路，在经过一定的时间后断开放电电路。其结果，在一定的时间范围内进行该电池模块的放电。在该电池模块的充电率与其它电池模块的充电率大致相等之前反复发出放电指令，由此，可使全部电池模块的充电率在一定的范围内均匀化。
假定在通断装置闭合着的状态下、在为了系统维护等而停止了对控制系统的电力供给的情况下，朝向通断装置的控制信号在经过一定的时间后不能保持而消失，由此，通断装置断开放电电路，放电自动地停止。
在具体的结构中，放电电路由：从各电池模块的两极引出的一对放电线路(12)(13)；以及介于两条放电线路(12)(13)之间的放电电阻(2)构成。按照该具体的结构，由于放电电路闭合，电流在电池模块放电电阻(2)中流动，进行电池模块的放电。此外，在具体的结构中，控制电路的通断装置由对放电电阻(21)串联连接起来的通断开关(3)构成，该通断开关(3)接受来自上述控制装置的闭合控制信号从断开状态变化到闭合状态，另一方面，接受来自上述控制装置的断开控制信号从闭合状态变化到断开状态。按照该具体结构，由于通断开关(3)接受闭合控制信号，故放电电路闭合，进行电池模块的放电。与此不同，由于通断开关(3)接受断开控制信号，故放电电路断开，电池模块的放电停止。
此外，在具体的结构中，控制电路的控制装置具有：电容元件，由电池模块的电力充电、利用其后的放电，在大致一定的时间范围内对通断开关施加成为上述闭合控制信号的电压；以及控制元件，用于根据放电指令把电容元件连接到电池模块上，对电容元件进行充电。在该具体结构中，通过对控制元件提供放电指令，把电容元件连接到电池模块上，由电池模块的电力对电容元件进行充电。其后，通过电容元件进行放电，对通断开关(3)施加成为闭合控制信号的电压，通断开关(3)闭合。其结果，开始电池模块的放电。其后，电容元件的电压因放电而降低时，则不施加成为闭合控制信号的电压，通断开关(3)断开。进而，在具体的结构中，控制电路的控制装置具有：控制信号生成电路，可以在上述一定的时间范围内利用电池模块的电力生成闭合控制信号，并将其供给通断开关(3)；以及控制元件，根据放电指令使控制信号生成电路开始工作。在该具体的结构中，通过对控制元件提供放电指令，控制信号生成电路开始工作，利用来自电池模块的电力在一定的时间范围内生成闭合控制信号，并将其供给通断开关(3)。由此，通断开关(3)闭合，开始电池模块的放电。其后，当经过一定的时间，闭合控制信号消失，通断开关(3)断开，停止电池模块的放电。
如上所述，按照本发明的电池组的充电率调整电路，在用于对各电池模块的充电率进行均匀化的充电率调整时，由于即使在停止了对控制系统的电力供给的情况下、也在放电开始后经过一定时间的某一瞬间自动地停止放电，故没有放电一直继续进行到电池模块的容量大体变成零的担心。
附图的简单说明
图1为示出本发明第1实施例的电路图。
图2为示出本发明第2实施例的电路图。
图3为示出本发明第3实施例的电路图。
图4为电压监视装置的框图。
图5为示出现有的充电率调整电路的图。
图6为示出现有的另一充电率调整电路的图。
实施例的详细说明
下面，按照附图，具体地说明本发明的实施形态。
第1实施例
如图1所示，本实施例的电池组的充电率调整电路以把由多个蓄电池构成的电池模块(11)串联连接而构成的电池组(1)为对象、根据从控制系统(图示省略)朝向特定的电池模块(11)供给的放电指令进行该电池模块(11)的放电。
从各电池模块(11)的两极引出一对放电线路(12)(13)，电阻值比较低的放电电阻(2)及由MOSFET构成的通断开关(3)介于两条放电线路(12)(13)之间，由于使通断开关(3)闭合故电流从电池模块(11)向放电电阻(2)流动，构成了使电池模块(11)进行放电的放电电路。把光耦合器(5)的次级侧与一条放电线路(12)及从通断开关(3)的栅极延伸的控制信号线(14)连接起来。此外，把由电容器(41)及电阻(42)构成的时限保持电路(4)连接到控制信号线(14)与另一条放电线路(13)之间。
通常，光耦合器(5)断开、通断开关(3)断开，不进行电池模块(11)的放电。当从控制系统(图示省略)向特定的光耦合器(5)的初级侧输入放电指令(“高”)时，光耦合器(5)的次级侧就导通了，形成从电池模块(11)起，经过放电线路(12)、光耦合器(5)、时限保持电路(4)及放电线路(13)，返回到电池模块(11)的电路，时限保持电路(4)的电容器(41)马上被充电。
其后，由于时限保持电路(4)的电容器(41)放电、把超过一定电压值的控制信号经过控制信号线(14)施加到通断开关(3)的栅极，由此通断开关(3)闭合(成为导通)。其结果，从电池模块(11)起，经过放电线路(12)、放电电阻(2)、通断开关(3)及放电线路(13)，返回到电池模块(11)的放电电路闭合，电池模块(11)开始通过放电电阻(2)放电。再有，在朝向光耦合器(5)的放电指令从“高”变成“低”以后，由电容器(41)的输出电压维持通断开关(3)的闭合状态，放电还继续进行。
其后，时限保持电路(4)的电容器(41)的放电持续进行，当对通断开关(3)的控制信号的电压在一定值以下时，通断开关(3)断开(成为截上)。其结果，通过放电电阻(2)的、电池模块(11)的放电停止。这里，通断开关(3)保持闭合状态的时间由时限保持电路(4)的时间常数来确定，但是，通常，作为通断开关(3)如果使用MOSFET则由于流入栅极的电流极小，故即使使用了容量小的电容器(41)也可以保持约几十分钟。再有，时限保持电路(4)的电阻(42)在原理上是不需要的，但是，通过装备电阻(42)可以正确地规定保持时间。
一边以一定的周期(例如，1次/30分钟)监视各电池模块(11)的电压，一边对充电率高的、特定的电池模块(11)反复供给上述放电指令。其结果，可使全部电池模块(11)的放电率在一定的范围内均匀化。
根据上述充电率调整电路，由于在通断开关(3)闭合了的状态下，即使与光耦合器(5)连接起来的控制系统为了维护等而停电了、但因电容器(41)的电压降低了故通断开关(3)也能自动地断开而使放电停止，所以放电不会一直继续进行到电池模块的容量大体变成零。
第2实施例
如图2所示，本实施例的电池组的充电率调整电路是改良了第1实施例的充电率调整电路的电路，把用于闭合通断开关(3)的第1光耦合器(51)连接在一条放电线路(12)与控制信号线(14)之间，与此同时把用于断开通断开关(3)的第2光耦合器(52)连接在控制信号线(14)与另一条放电线路(13)之间。此外，使短路防止电阻(6)介于一条放电线路(12)上。
按照该充电率调整电路，能够根据对第1光耦合器(51)的放电指令来闭合通断开关(3)、使电池模块(11)开始放电，与此同时能够根据对第2光耦合器(52)的放电停止指令来断开通断开关(3)、使电池模块(11)的放电停止。再有，在万一发生了第1光耦合器(51)及第2光耦合器(52)同时成为导通的情况时，短路防止电阻(6)防止电池模块(11)的短路。
在上述充电率调整电路中，同样也由于在通断开关(3)闭合了的状态下，即使与光耦合器(5)连接起来的控制系统为了维护等而停电了、但因电容器(41)的电压降低了故通断开关(3)也能自动地断开而使放电停止，所以放电不会一直继续进行到电池模块的容量大体变成零。
第3实施例
如图3所示，本实施例的电池组的充电率调整电路装备了具有冲息触发IC(45)的时限保持电路(46)来代替第1实施例的、由CR电路构成的时限保持电路(4)，把电容器(43)及电阻(44)与冲息触发IC(45)连接起来。
当从控制系统(图示省略)向特定的光耦合器(5)的初级侧输入放电指令(“高”)时，光耦合器(5)的次级侧就导通了，对时限保持电路(46)的冲息触发IC(45)供给触发信号，冲息触发IC(45)据此生成与由电容器(43)及电阻(44)确定的时间常数对应的、在一定的时间内为“高”的控制脉冲，并将其施加到通断开关(3)的栅极上。由此，通断开关(3)在上述一定的时间内闭合，电池模块(11)通过放电电阻(2)进行放电。
在上述充电率调整电路中，由于在通断开关(3)闭合了的状态下、即使与光耦合器(5)连接起来的控制系统为了维护等而停电了、但因冲息触发IC(45)的输出在经过一定的时间以后成为“低”了故通断开关(3)也能自动地断开而使放电停止，所以放电不会一直继续进行到电池模块的容量大体变成零。
进而，按照本实施例，即使通断开关(3)成为闭合的栅极电压中存在着离散性，但因使通断开关(3)保持为闭合状态的时间由与冲息触发IC(45)连接起来的电容器(43)及电阻(44)的时间常数确定，故也能正确地控制放电时间。此外，即使在因某种异常而没有输入放电停止指令的情况下，由于放电在从放电开始起、经过了一定的时间的某一瞬间正确地停止，故电池模块(11)的充电率也不会极端地降低。

Claims (6)

1.一种电池组的充电率调整电路，该电路在把由1个或多个单电池构成的电池模块串联连接而构成的电池组中，可使互相串联连接起来的多个电池模块的充电率或电压均匀化，根据放电指令使特定的电池模块放电，其特征在于，具有：
与各电池模块的两极连接起来的放电电路；以及
控制各放电电路的工作的控制电路，
各控制电路具有：闭合或断开放电电路的通断装置；以及
控制装置，根据放电指令生成使通断装置从断开状态变化到闭合状态的控制信号，在一定的时间范围内保持该控制信号，并将其供给通断装置。
2.根据权利要求1中所述的充电率调整电路，其特征在于，上述放电电路由从各电池模块的两极引出的一对放电线路以及介于两条放电线路之间的放电电阻构成。
3.根据权利要求2中所述的充电率调整电路，其特征在于，上述控制电路的通断装置由对放电电阻串联连接起来的通断开关构成，该通断开关接受来自上述控制装置的闭合控制信号从断开状态变化到闭合状态。
4.根据权利要求3中所述的充电率调整电路，其特征在于，上述控制电路的通断装置接受来自上述控制装置的断开控制信号从闭合状态变化到断开状态。
5.根据权利要求3中所述的充电率调整电路，其特征在于，上述控制电路的控制装置具有：电容元件，由电池模块的电力充电、利用其后的放电，在大致一定的时间范围内对通断开关施加成为上述闭合控制信号的电压；以及
控制元件，用于根据放电指令把电容元件连接到电池模块上，对电容元件进行充电。
6.根据权利要求3中所述的充电率调整电路，其特征在于，上述控制电路的控制装置具有：控制信号生成电路，可以在上述一定的时间范围内利用电池模块的电力生成上述闭合控制信号，并将其供给通断开关；以及
控制元件，根据放电指令使控制信号生成电路开始工作。
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