CN1674398A - 电池组容量调整装置及其容量调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池组容量调整装置，其安装在车辆中，并在检测到多个电池之间的电压变化异常并且预测到当前正在行驶车辆将要停止时，通过将用于电池组的目标充电率从第一目标充电率提高到第二目标充电率来对构成电池组的多个电池执行容量调整。

Description

电池组容量调整装置 及其容量调整方法
技术领域
本发明涉及一种与由多个电池构成的电池组结合使用的容量调整装置和容量调整方法，尤其是，涉及一种安装在车辆中的电池组的容量调整装置和容量调整方法。
背景技术
在相关技术中已知存在一种为构成电池组的各个电池执行容量调整的装置，当任何一个电池的电压超过旁路接合电压时，就通过旁路电阻对该电池进行放电(参见日本公开专利，公开号No.H10-322925)。
发明内容
然而，在相关技术中的装置还存在一个仍然需要有效解决的问题，即，旁路电阻需要具有大的热容量以便通过增加旁路电流来更快速完成容量调整。
本发明提供一种安装在车辆中的电池组容量调整装置，其对通过串联连接多个电池构成的电池组执行容量调整，包括：相应于所述多个电池中的一个提供的容量调整电路，其用于当相应电池的电压超过预定旁路接合电压时，通过对该相应电池进行放电来执行容量调整；电压变化异常检测装置，其检测在多个电池中出现的电压变化异常；车辆停止预测装置，其预测当前正在行驶的车辆将要停止；和充电/放电控制装置，其用于当电压变化异常检测装置检测出多个电池中的电压变化异常并且车辆停止预测装置预测到正在行驶的车辆将要停止时，控制电池组的充/放电以便增加电压超过预定旁路接合电压的电池。
本发明还提供一种电池组容量调整方法，其用来通过使用容量调整电路对构成电池组的多个电池执行容量调整，相应于所述多个电池中的一个提供的每个容量调整电路在相应电池的电压超过预定旁路接合电压时对该相应电池进行放电，该方法包括步骤：检测所述多个电池中的电压变化异常；预测当前正在行驶的其中安装有所述电池组的车辆将要停止；和，当检测到所述多个电池中的电压变化异常并且预测到正在行驶的车辆将要停止时，控制电池组的充/放电以便增加电压超过预定旁路接合电压的电池。
附图说明
图1显示了根据本发明的电池组容量调整装置用于混合汽车时的
实施例的系统结构图；
图2详细显示了包括容量调整电路、低电池电压检测电路和OR电路的电路结构；
图3显示了在电池SOC和电池开路电压之间的关系；
图4显示了在旁路接合电压被设定为低值(3.4V)时，各电池中容量调整前电压变化和容量调整后电压变化；
图5显示了由该实施例中的电池组容量调整装置执行的容量调整过程的流程图；
图6显示了当容量调整由该实施例中的电池组容量调整装置执行时，在各电池电压中产生的变化；和
图7显示了电池组总电压Vbat、目标充电率和车速随时间产生的变化之间的关系。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的电池组容量调整装置用于混合车辆时的实施例的系统结构图。电池组1是通过串联连接n(n：正整数)个电池C1～Cn构成的。通过在逆变器4中变换电池组的直流电压而获得的交流电压适用于作为车辆行驶驱动源的三相交流发动机5。包括CPU 3a、ROM 3b和RAM 3c的控制单元3通过控制逆变器4来对电池组进行充/放电。
电压传感器6检测电池组1中的总电压Vbat并将检测的总电压输出到控制单元3。车速传感器7检测车辆的速度并将检测的速度输出到控制单元3。
分别相应于电池C1～Cn的每一个提供的容量调整电路A1～An在相应电池的电压超过预定旁路接合电压(bypass engaging voltage)(门限电压)时对相应电池进行放电，从而，完成对各电池的容量调整。分别相应于电池C1～Cn的每一个提供的低电池电压检测电路B1～Bn各自检查相应电池的电压来检测电压降低到等于或小于预定低电压判断电压Vc1。OR电路8对从任意一个低电池电压检测电路B1～Bn输出的低电压检测信号执行OR运算，并将OR运算的结果输出到控制单元3。
图2详细显示了在包括图1所示的容量调整电路A1～An、低电池电压检测电路B1～Bn和OR电路8的电路中所采用的结构。为了简化解释，假设电池组1由八个电池C1～C8构成。容量调整电路A1～A8分别包括旁路电阻R1～R8、开关SW1～SW8、电压比较器IC1～IC8和电压检测电路Vt1～Vt8。
电压比较器IC1～IC8分别比较由电压检测电路Vt1～Vt8检测的电池电压和预定旁路接合电压，并将比较结果输出到相应开关SW1～SW8。如果从电压比较器IC1～IC8中的任何一个输出指示电池电压高于旁路接合电压的信号，那么相应的开关SW1～SW8就进入ON状态。如果，例如，开关SW1被接通，那么电流就从电池C1流过与开关SW1串联连接的旁路电阻R1。也就是，如果电池电压超过旁路接合电压，那么该电池就通过相应旁路电阻放电。结果，降低了各电池电压中变化的程度。
低电池电压检测电路B1～Bn分别包括电压比较器IC9～IC16和电压检测电路Vt1～Vt8。电压比较器IC9～IC16分别比较在电压检测电路Vt1～Vt8检测的电池电压和预定低电压判断电压Vc1，并且如果判断相应电池电压等于或低于低电压判断电压Vc1，那么各自输出指示低电池电压的信号。如果从低电池电压检测电路B1～B8的任何一个输入指示电池电压等于或低于低电压判断电压Vc1的信号，那么OR电路8就输出低电压信号到控制单元3。
现在参考图3解释用来设定低电压判断电压Vc1的方法。图3显示了在电池SOC和电池开路电压之间的关系。当在后面详述的常规充/放电模式中电池组1的目标充电率(目标SOC)为50％并且任何具有充电率40％的电池被判断为异常时，就为低电压判断电压Vc1设定相应于充电率40％的开路电路电压(3.60V)。
图4显示了在旁路接合电压被设定为低值(3.4V)时，各电池容量调整前的电压变化和容量调整后的电压变化。由于当电池组1在常规充/放电模式中以50％的目标充电率进行充/放电时电池开路电压为3.75V(参见图3)，所以所有电池的电压都超过了旁路接合电压。因此，当旁路接合电压被设定为低值时，各电池中的电压就被调整为一致的电平，但是需要释放太多的电，这导致了显著的能量损失。
因此，在本实施例的电池组容量调整装置中，旁路接合电压被设定为相对高的值。在该例子中，该电压被设定为高于通过以常规充/放电模式参考目标充电率(50％)对电池进行充电所获得的电池电压(3.75V)的值(例如，3.9V)。
图5显示了由该实施例中的电池组容量调整装置执行的容量调整过程的流程图。该处理过程在键开关(没有示出)被接通时开始于步骤S10，并由在控制单元3中的CPU 3a来执行。
在步骤S10，进行判断：指示电池电压等于或低于低电压判断电压Vc1的信号刚好在车辆启动之后而电池组1处于无负载状态的同时是否已经通过OR电路8输入。如果确定已经输入了指示电池电压等于或低于低电压判断电压Vc1的信号并且由此存在具有电压降低的电池，那么操作转到步骤S40，否则，操作转到步骤S20。
在步骤S20和S30中执行的处理是常规充/放电模式处理。在步骤S20，电池组1的目标充电率被设定为50％，接着操作处理转到步骤S30。在步骤S30，进行有关键开关(没有示出)是否已经被断开的判断。如果确定键开关已经被断开，那么就结束整个处理过程，而如果判断键开关没有被断开，那么就继续执行常规充/放电模式。
在步骤S40，用电压传感器6检测在无负载状态的电池组1的总电压Vbat。一旦检测出在无负载状态中电池组1的总电压Vbat，操作就转到步骤S50。在步骤S50，进行有关各电池中的电压是否出现电压变化异常的判断。首先，如下面(1)所指示的那样，计算电压变化ΔV。
ΔV＝(Vbat/n)-Vc1  (1)
如表达式(1)所指示的，电压变化ΔV是各电池C1～Cn的平均电压和低电压判断电压Vc1之间的差。应该注意“n”代表电池的数量。
如果按照表达式(1)所指示的那样计算的电压变化ΔV等于或大于预定值(例如，0.1V)，那么就判断已经产生由于降低的电压而导致的电压变化异常。也就是，如果在步骤S10确定存在电压低于低电压判断电压Vc1的电池并且在各电池的平均电压和低电压判断电压Vc1之间的差等于或大于该预定值，那么就判断已经产生了电压变化异常。如果确定已经产生了电压变化异常，那么操作转到步骤S60，而如果确定没有发生电压变化异常，那么操作转到步骤S20。
在步骤S60到S90中所执行的处理是变化调整准备模式处理。在步骤S60，进行有关使用车速传感器7检测的车速是否低于40kph的判断。如果确定车速低于40kph，那么操作转到步骤S70以准备在车辆处于停止状态时执行容量调整。在步骤S70，电池组1的目标充电率被设定为65％，其高于在常规充/放电模式中设定的目标充电率(50％)。该目标充电率是通过在图3所示SOC开路电压曲线中确定相应于电池开路电压3.9V的充电率来设定的，以便在充电/放电电池组1时增加电压超过旁路接合电压(3.9V)的电池的数量。
另一方面，如果在步骤S60确定车速等于或高于40kph，操作转到步骤S80。在步骤S80，电池组1的目标充电率被设定为50％以便将优先级给予常规充/放电控制，并且接着操作转到步骤S90。在步骤S90，进行有关键开关(没有示出)是否已经被断开的判断。如果确定键开关已经被断开，那么就结束整个处理，而如果确定键开关没有被断开，那么操作就返回到步骤S60。
图6显示了当容量调整由该实施例中的电池组容量调整装置执行时在各电池电压中产生的变化。当存在其电压等于或低于低电压判断电压Vc1的电池，如表达式(1)所指示计算的电压变化ΔV等于或大于预定值(0.1V)并且车速低于40kph时，在容量调整之前，将目标充电率设定为高于常规目标充电率的65％(在图5所示流程图中的步骤S10和S50到S70)。结果，增加了电压超过旁路接合电压的电池的数量。随后，容量调整电路A1～An参考旁路接合电压执行容量调整，从而，使各电池之间的电压变化最小化。
图7显示了电池组1总电压Vbat、目标充电率和车速随时间产生的变化之间的关系。在键开关(没有示出)处于ON状态时，电池组1中的总电压Vbat随着电池组1被充/放电而波动。由于旁路接合电压Vbps如先前所解释的那样被设定为相对高的值，只有电压超过旁路接合电压Vbps的电池才被通过各自的旁路电阻进行放电，并且任何具有较低电压的电池不在常规充/放电模式进行容量调整。
当在图7的时间点T1检测到由于降低的电压而导致的电池中的电压变化异常时，如果车速变得低于40kph(在时间点T1和T2之间，在时间点T3和T4之间以及在时间点T5之后)，操作进入变化调整准备模式。也就是，将目标充电率设定为65％，其比在常规充/放电模式中设定的50％高。这样，如图7所示，虽然只要车辆正在以等于或高于40kph的速度行驶就可以实施常规充/放电模式控制，但是假设一旦车速变得低于40kph车辆将停止，则目标充电率被设定为65％。如先前所解释的那样，一旦电池电压超过旁路接合电压，相应容量调整电路就进行操作来放电该电池。在车辆的键开关(没有示出)被断开之后，该容量调整连续执行。在图7中，操作在时间点T5进入变化调整准备模式，并使用容量调整电路A1～An执行容量调整，以将电池电压调整到旁路接合电压电平，既使在车辆键开关随后被断开也是如此。
如上所述，在该实施例中的电池组容量调整装置安装在车辆中并包括容量调整电路，每个容量调整电路在电池电压超过预定旁路接合电压时，通过对构成电池组的电池中相应的电池进行放电来执行容量调整。如果检测到多个电池中的电压变化异常并且预测到当前正在行驶的车辆将要停止，那么容量调整装置把用于电池组的目标充电率从第一目标充电率(50％)增加到第二目标充电率(65％)。由于这增加了电压超过预定旁路接合电压的数量，所以使用容量调整电路执行的容量调整在车辆处于停止状态时实现了较高程度的效率。也就是，由于容量调整可以在车辆处于停止状态时执行，所以用于各自容量调整电路中的旁路电阻R1～R8可以被小型化(可以降低它们的热容量)。
虽然当车辆在正常环境中不经常使用时各电池中的电压变化变得更明显，但是该实施例中的电池组容量调整装置能够在车辆停止后一段时间周期内执行容量调整，在此期间车辆被搁置不用，从而，可以更有效地执行容量调整。此外，通过在车辆被搁置不用的时间周期期间执行容量调整，当车辆下次启动时，可以使用由电压变化已经被消除的电池构成的电池组。
被容量调整电路A1～An参考用来执行容量调整的旁路接合电压被设定为比在常规充/放电模式下以第一目标充电率对电池组进行充/放电获得的各电池的平均电压高，并且等于或小于在容量调整模式下以第二目标充电率对电池组进行充/放电获得的各电池的平均电压。结果，在使得容量调整期间放电浪费的程度最小化的同时，可以高度可靠地为各电池执行容量调整。
由于在该实施例的电池组容量调整装置中，基于电池电压和预定低电压判断电压Vc1的比较结果以及基于无负载状态下电池组的总电压计算的各电池之间的平均电压和低电压判断电压Vc1之间的关系，检测到由于降低的电池电压而导致的电压变化异常，所以可以通过简单的电路结构来检测电池电压变化异常。
本发明并不局限于上述实施例。例如，虽然本实施例的电池组容量调整装置预测到在车速变得低于40kph时车辆将要停止，但是也可以通过采用其它方法来做出车辆将要停止的预测。例如，可以通过使用汽车导航系统预测当车辆接近预定目的时其将要停止。
虽然第二目标充电率(在该实施例中为65％)相应于电池开路电压3.9V，但是也可以采用相应于高于旁路接合电压(在该实施例中为3.9V)的电压的值。在这种情况下，随着电池组1被以第二目标充电率进行充电，其电压超过旁路接合电压的电池数量进一步增加，从而，可以按照甚至更高程度的效率来执行容量调整。然而，如果第二目标充电率被设定为过高的值，那么在容量调整期间将放电的电荷量就会增加，为此，更希望将其值设定为稍微高于相应于旁路接合电压的充电率的值。
另外，虽然上面对将电池组容量调整装置用于混合车辆的例子给出了解释，但是该装置也可以用于可能是燃料电池汽车或电动汽车的其它类型的车辆中。
下面的在先申请公开在此包括作为参考：
2004年3月23日申请的日本专利申请No.2004-84756。

Claims (6)

1、一种安装在车辆中的电池组容量调整装置，用来对通过串联连接多个电池构成的电池组执行容量调整，该装置包括：
相应于所述多个电池的每一个提供的容量调整电路，其用于当相应电池的电压超过预定旁路接合电压时通过放电该相应的电池来执行容量调整；
用来检测在所述多个电池中出现的电压变化异常的电压变化异常检测装置；
用来预测当前正在行驶的车辆将要停止的车辆停止预测装置；和
用来控制电池组的充/放电的充/放电控制装置，以便如果电压变化异常检测装置检测到所述多个电池中的电压变化异常并且车辆停止预测装置预测到正在行驶的车辆将要停止，就增加其电压超过预定旁路接合电压的电池。
2、根据权利要求1的电池组容量调整装置，进一步包括：
用来检测车辆速度的车辆速度检测装置，其中：
当由车辆速度检测装置检测的车速变得等于或低于预定车速时，所述车辆停止预测装置预测车辆将要停止。
3、根据权利要求1的电池组容量调整装置，其中：
所述充/放电控制装置将用于电池组的目标充电率从第一目标充电率提高到第二目标充电率，以便增加其电压超过预定旁路接合电压的电池。
4、根据权利要求3的电池组容量调整装置，其中：
所述预定旁路接合电压高于通过以第一目标充电率对电池组进行充/放电所获得的各电池之间的平均电压，并且等于或低于通过以第二目标充电率对电池组进行充/放电所获得的各电池之间的平均电压。
5、一种安装在车辆中的电池组容量调整装置，用来对通过串联连接多个电池构成的电池组执行容量调整，该电池组容量调整装置包括：
容量调整装置，其每一个相应于所述多个电池中的一个而提供，用来当相应电池的电压超过预定旁路接合电压时通过放电该相应的电池来执行容量调整；
用来检测在所述多个电池中出现的电压变化异常的电压变化异常检测装置；
用来预测当前正在行驶的车辆将要停止的车辆停止预测装置；和
用来控制电池组的充/放电的充/放电控制装置，以便如果电压变化异常检测装置检测到所述多个电池中的电压变化异常并且所述车辆停止预测装置预测到正在行驶的车辆将要停止，就增加其电压超过预定旁路接合电压的电池。
6、一种用来通过使用容量调整电路为构成电池组的多个电池执行容量调整的电池组容量调整方法，所述调整电路的每一个相应于所述多个电池中的一个提供，用于在相应电池的电压超过预定旁路接合电压时放电该相应的电池，该方法包括步骤：
检测所述多个电池之间的电压变化异常；
预测当前正在行驶、并在其中安装有所述电池组的车辆将要停止；和
控制所述电池组的充/放电，以便当检测到所述多个电池之间的电压变化异常并且预测到正在行驶的车辆将要停止时，增加其电压超过预定旁路接合电压的电池。
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