CN1770586B - 电源控制器、电动车和电池控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源控制器、电动车和电池控制单元。电压测量部分测量电池组的每一块的电压，同时，电流测量电路测量电流，温度测量电路测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度，荷电状态计算部分计算所述电池组的荷电状态，允许功率计算部分基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，计数器统计功率计算部分对电流和每一块的电压求乘积所得的有效负载功率超过允许功率计算部分所计算出的允许功率值的次数，从而，当计数值等于或高于一个预定值时，判断部分输出接触器打开请求信号，以使接触器进入打开状态和保护电池组。

Description

电源控制器、电动车和电池控制单元
发明领域
本发明涉及一种用于控制负载和电池组之间连接状态的电源控制器，尤其涉及一种通过将来自电池组的DC电力转换成AC电力并将其提供给电动机而行驶的电动车中的变换器和电池组之间的连接状态的控制技术，该电池组是通过组合多个二次电池而形成的，所述电池组是电动车中安装的驱动电源，例如，所述电动车具体是纯电动车(PEV)、混合电动车(HEV)以及具有燃料电池和二次电池的混合电动车等。
技术背景
当使用诸如镍氢二次电池、锂二次电池等二次电池时，必须避免过度放电和过度充电。如果二次电池严重过度放电或过度充电，则该电池内电解质的电解产生气体，这将降低二次电池的使用寿命并且使二次电池性能恶化。
另一方面，在纯电动车(PEV)和所谓的混合电动车(HEV)中所使用的电池控制方法不仅包括使用功率运转控制(放电控制)获取推进力，而且还包括使用再生控制(充电控制)为该车辆行驶所用的电动机恢复制动力，在PEV中，电动机基于来自组合多个二次电池而形成的电池组的能量，产生推进力，在HEV中，既安装了电动机，还安装了引擎。
例如，日本专利No.3360499描述了一种再生制动控制装置，其安装在包括电动机的电动车中。该再生制动控制装置包括：确定模块，用于基于二次电池状况确定充电功率上限值；控制模块，用于基于充电功率上限值和电动机的转动速度，控制再生制动力的控制目标的上限；以及降低模块，用于当电池电压超过预定允许值时降低再生制动力的控制目标。
此外，日本2003-219510A描述了一种充电/放电控制装置，包括充电/放电功率限制模块，用于控制充电/放电功率，从而避免超出过度充电/放电功率上限值，过度充电/放电功率上限值随着二次电池中存储的电荷量和温度而改变。
此外，日本H10-94101A描述了一种电子装置，其包括紧急情况强制切断模块，用于当车辆遇到预定紧急情况时自动执行向电动机供电的电存储器件的强制切断。
基于上面的描述，应当相信：为了根据二次电池的状况，即电压、温度和存储的电荷，维持电池的允许充电/放电功率值和允许充电/放电电压值，必须进行控制。此外，应当相信：为了确保车辆的安全，以及与此同时，在有些情况下，在导致车辆电源控制装置过度充电、过度放电、故障或严重电池寿命恶化的情况下督促用户维修它，必须切断向电动机的电力。
有时，由于驱动电动车所用的二次电池的功率要求较高，通常使用由多个串联单电池构成的电池组。如JP H11-248757A中所描述的那样，通过使用多个电压源的飞速电容电路，可以进行电压测量，同时在简单电路的帮助下，维持测量系统和电压源之间的绝缘。
此外，根据传统技术，监视电池组的功率或电压，当这些值中任意之一超过允许充电功率值或允许上限电压值时，或当它们低于允许放电功率值或允许的下限电压值时，切断电池组和电动机之间的连接。
但是，在上述传统技术中，电池组被分为多个块，通过将电压传感器测量的每一块的电压相加，计算出该电池组的电压.此外，例如，基于通过计算电流传感器所测量的电流和该相加所得的电池组电压的乘积的综合值，判断电池组功率是否超过允许充电功率值.因此，上述传统技术的问题在于：计算和决策需要时间，当脉冲方式的功率在很短时间内超过允许充电功率值时，就无法进行检测.这导致二次电池使用寿命的降低和性能恶化.
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种电源控制器，通过可靠地保护二次电池，它能够防止二次电池性能恶化和使用寿命的降低以及提高性能，还提供一种通过安装该电源控制器来确保安全性的电动车，此外还提供一种用于控制电池组状况的电池控制单元。
为了实现上述目的，本发明的电源控制器是一种用于控制电池组和负载之间的连接状态的电源控制器。所述电池组是通过将作为二次电池的多个(如144个)单电池或单元电池进行组合而形成的，所述负载连接到所述电池组，所述电源控制器包括：接触切换装置(一个正端电源接触器和一个负端电源接触器)。设置在所述电池组和所述负载之间；电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压(Vn，n＝1～12)，每一块都包含来自所述电池组的预定数量(如12个)的单电池或单元电池；电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流(In)；功率计算部分，用于通过计算从所述电压测量部分获得的每一块的电压和从所述电流测量电路获得的电流的乘积，计算每一块的功率(Pn)；温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过允许功率值(允许充电功率值Pcn、允许放电功率值Pdn)的次数；以及控制电路(接触器控制电路)，用于当所述计数器的计数值等于或大于预定值时控制所述接触切换装置转为打开状态。
基于上述特征，在每一块的电压获取时机，可以快速判断电池组的有效负载功率是否已超过允许功率值。从而实现早期电池组故障诊断。因此。可以防止二次电池使用寿命的降低和性能恶化。
此外，在本发明的电源控制器的一个优选实施例中，所述电压测量部分包括第一开关电路、第二开关电路、电容、第三开关电路和电压测量电路，所述第一开关电路包括多个第一开关单元，所述第二开关电路包括多个第二开关单元.所述多个第一开关单元的每个第一开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的一端，所述多个第一开关单元的另一端共同连接到第一电位检测线.所述多个第二开关单元的每个第二开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的另一端，所述多个第二开关单元的另一端共同连接到第二电位检测线，以及，在所述多个第一开关单元的一第一开关单元进入闭合状态的同时使所述多个第二开关单元的一第二开关单元进入闭合状态以检测第一块的电压并且在所述多个第一开关单元的所述第一开关单元进入断开状态的同时使所述多个第二开关单元的所述第二开关单元进入断开状态之后，在所述多个第一开关单元的下一个第一开关单元进入闭合状态的同时使所述第二开关单元再次进入闭合状态以检测第二块的电压；所述电容设置在所述第一电位检测线和所述第二电位检测线之间.在所述第一开关电路和所述第二开关电路从闭合状态变为断开状态之后，所述第三开关电路从断开状态变成闭合状态，并且，输出所述电容两端的电位.所述电压测量电路基于从所述第三开关电路输出的电位，测量每一块的电压.
在上述实施例中，所述电压测量部分是由飞速电容电路和电压测量电路组成的。根据该配置，在混合电动车等中，可以测量由多个串联单电池或单元电池构成的电池组中的每一块的电压，同时在简单电路的帮助下维持这些块和测量系统之间的绝缘。
此外，本发明的电源控制器的一个优选实施例还包括所述允许功率计算部分计算所述第一允许功率值、第二允许功率值和所述第三允许功率值中的最小值，作为每一块的允许功率值。根据上述实施例。当电池组的荷电状态(SOC)降低时，允许功率计算部分将允许放电功率值Pdn设置为较小值，从而感应较高的SOC，当SOC较高时，将允许充电功率值Pcn设置为较小值，从而感应较低的SOC。此外，可以获得与每一块的电池状况相对应的最佳允许功率值，它随着温度而改变。例如，由于电池的内部电阻增加并且在低温区域中输入/输出变得非常有限，所以，允许功率计算部分将允许充电功率值Pcn和允许放电功率值Pdn设置为较低值。此外，当电池电压变低时，允许功率计算部分将允许放电功率值Pdn设置为较低值，从而防止电池过度放电，当电池电压变高时，将允许充电功率值Pcn设置为较低值，从而抑制电池内气体的产生。
为了实现上述目的，本发明的电动车是一种通过使用变换器将来自电池组的DC电力转换成AC电力并将其提供给电动机而行驶的电动车。所述电池组是通过将作为二次电池的多个(如144个)单电池或单元电池进行组合而形成的，所述电动车包括：接触切换装置，电串联在所述电池组和所述变换器之间；电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压(Vn，n＝1～12)，每一块都包含来自所述电池组的预定数量的(如12个)单电池或单元电池；电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流(In)；功率计算部分，用于通过计算从所述电压测量部分获得的每一块的电压和从所述电流测量电路获得的电流的乘积，计算每一块的功率(Pn)；温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过允许功率值(允许充电功率值Pcn、允许放电功率值Pdn)的次数；以及控制电路(接触器控制电路)，用于当所述计数器的计数值等于或大于预定值时控制所述接触切换装置到打开状态。
基于上述特征，可以根据每一块的电压的获取时机，判断电池组的有效负载功率是否已超过允许功率值，从而实现快速的电池组故障诊断.因此，通过二次电池的可靠保护，可以防止其使用寿命的降低和性能恶化以及确保车辆的安全.
此外，在本发明的电动车的一个优选实施例中，所述电压测量部分包括第一开关电路、第二开关电路、电容、第三开关电路和电压测量电路，所述第一开关电路包括多个第一开关单元，所述第二开关电路包括多个第二开关单元。所述多个第一开关单元的每个第一开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的一端，所述多个第一开关单元的另一端共同连接到第一电位检测线。所述多个第二开关单元的每个第二开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的另一端，所述多个第二开关单元的另一端共同连接到第二电位检测线，以及，在所述多个第一开关单元的一第一开关单元进入闭合状态的同时使所述多个第二开关单元的一第二开关单元进入闭合状态以检测第一块的电压并且在所述多个第一开关单元的所述第一开关单元进入断开状态的同时使所述多个第二开关单元的所述第二开关单元进入断开状态之后，在所述多个第一开关单元的下一个第一开关单元进入闭合状态的同时使所述第二开关单元再次进入闭合状态以检测第二块的电压。所述电容设置在所述第一电位检测线和所述第二电位检测线之间。在所述第一开关电路和所述第二开关电路从闭合状态变为断开状态之后，所述第三开关电路从断开状态变成闭合状态，并且，输出所述电容两端的电位。所述电压测量电路基于从所述第三开关电路输出的电位，测量每一块的电压。
在上述实施例中，所述电压测量部分是由飞速电容电路和电压测量电路组成的。根据该配置，在混合电动车等中，可以测量由多个串联单电池或单元电池构成的电池组中的每一块的电压，同时在简单电路的帮助下维持这些块和测量系统之间的绝缘。
此外、本发明的电动车的一个优选实施例还包括所述允许功率计算部分计算所述第一允许功率值、所述第二允许功率值和所述第三允许功率值中的最小值，作为每一块的允许功率值。
根据上述实施例，当电池组的荷电状态(SOC)降低时，允许功率计算部分将允许放电功率值Pdn设置为较小值，从而感应较高的SOC，当SOC较高时，将允许充电功率值Pcn设置为较小值，从而感应较低的SOC。此外，可以获得与每一块的电池状况相对应的最佳允许功率值，它随着温度而改变。例如，由于电池的内部电阻增加并且在低温区域中输入/输出变得非常有限，所以，允许功率计算部分将允许充电功率值Pcn和允许放电功率值Pdn设置为较低值。此外，当电池电压变低时，允许功率计算部分将允许放电功率值Pdn设置为较低值，从而防止电池过度放电，当电池电压变高时，将允许充电功率值Pcn设置为较低值，从而抑制电池内气体的产生。
为了实现上述目的，本发明的电池控制单元是一种用于控制电池组状况的电池控制单元.所述电池组是通过将多个(如144个)作为二次电池的单电池或单元电池进行组合而形成的，所述电池控制单元包括：电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压(Vn，n＝1～12)，每一块都包含来自所述电池组的预定数量(如12个)的单电池或单元电池；电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流(In)；温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；功率计算部分，用于通过计算从所述电压测量部分获得的每一块的电压和从所述电流测量电路获得的电流的乘积，计算每一块的功率(Pn)；允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过允许功率值(允许的充电功率值Pcn、允许的放电功率值Pdn)的次数；以及判断部分，用于判断所述计数器的计数值是否超过预定值以及发送判断结果.
本发明实现了良好的效果，它提供了一种电源控制器，该电源控制器可靠地保护二级电池，从而能够防止其使用寿命的降低和性能恶化以及能够提高二级电池的性能，还提供了一种安装了该电源控制器以确保安全性的电动车，并且还提供了一种用于控制电池组状况的电池控制单元。
附图简述
图1示出了利用本发明实施例的电源控制器的HEV的总体结构；
图2的功能框图示出了图1的控制系统的详细结构；
图3的框图示出了图2的电池ECU的内部结构；
图4的框图示出了图3的电压测量部分的内部结构；
图5是图3的逐块电压测量所得的时序图；
图6是计算本实施例的电池ECU中的逐块有效负载功率所获得的时序图；以及
图7是计算传统电池ECU中整个电池组的有效负载功率所得的时序图。
具体实施方式
下面结合附图描述作为本发明优选实施例的混合电动车(HEV)。
图1示出了作为本发明实施例中所用电动车的HEV的总体结构。在图1中，HEV 1具有一对工作为主动轮的左右前轮5和5以及一对工作为从动轮的左右后轮6和6。电动发电机(M/G)2或引擎(ENG)的输出经由传动装置(TM)4传送到作为主动轮的这对左右前轮5和5。
电池组7输出例如360V的电压，它安装在HEV 1的尾部，经由接触器单元10和变换器9连接到电动发电机2。来自点火钥匙开关(IG)11的ON/OFF信号被提供给车辆电子控制单元(后面简称之为“车辆ECU”)12。车辆ECU 12控制接触器单元10、变换器9和引擎电子控制单元(后面简称之为“引擎ECU”)14。此外，引擎ECU 14控制引擎3。电池控制单元(后面简称之为“电池ECU”)20从电池组7接收逐块的电池电压、充电/放电电流、电池温度和其他信息，以及估计电池组7的SOC。此外，电池控制单元20将允许充电功率值Pcn、允许放电功率值Pdn、SOC、电池组电压和其他信息发送到车辆ECU 12。
图2的功能框图示出了图1的控制系统的详细结构。
如图2所示，电动发电机2的转子23连接到引擎3的输出轴31.此外，将引擎3的输出(驱动)经由输出轴31输入传动装置4.电动发电机2工作为三相AC发电机或三相AC电动机.传动装置4通过其内部齿轮，降低引擎3的输出轴31的转速.驱动力通过传动装置4中设置的差动齿轮(未显示)，传送到主动轴24，主动轮5、5(图1)连接到主动轴24的两端.基于上述配置，引擎3或电动发电机2的输出传送到主动轮5、5，然后驱动HEV 1。
根据油门踏板16的位移量、诸如冷却水温度、吸入空气温度和吸入空气压力等环境状况以及曲柄传感器和敲击传感器提供的引擎信息、电动发电机2的工作状态，引擎ECU 14控制引擎3的输出和转速。
如图2所示，电池组7包括多个串联的单电池或单元电池。此外，电池组7经由接触器单元10连接到变换器9。接触器单元10包括正端电源接触器100(正端接触切换装置)、负端电源接触器101(负端接触切换装置)和预充电电路。正端电源接触器100连接在电池组7的正极端子和变换器9的高电位输入端子之间。负端电源接触器101连接在电池组7的阴极端子和变换器9的低电位输入端子之间。预充电电路是由预充电接触器102和限流电阻103之间的串行连接形成的。此外，预充电电路与正端电源接触器100并联，在车辆启动期间，对变换器9的滤波电容91进行预充电。
如果没有从车辆ECU 12提供启动电压(最小的工作电压)，则正端电源接触器100、负端电源接触器101和预充电接触器102的触点(后面统称之为“触点”)是打开的。另一方面，如果提供启动电压，则接触器触点闭合。在该实施例中，基于从接触器控制电路121提供的预充电接触器启动控制信号S1、正端电源接触器启动控制信号S2和负端电源接触器启动控制信号S3，执行接触器的切换。
通过闭合预充电接触器102和负端电源接触器101的触点，在车辆ECU 12的控制下，执行滤波电容91的预充电。当电池组电压Vb和变换器端电压Vinv之间的电压差低于预定值时，车辆ECU 12的接触器控制电路121确定充电结束。当充电结束时，正端电源接触器100的触点闭合，经由变换器9，从电池组7将电力提供给电动发电机2。
变换器9控制电动发电机2，经由变换器9，向电池组7供电以及从电池组7接收电力。变换器9由车辆ECU 12控制。车辆ECU 12基于各种信息，控制变换器9。所述各种信息包括：从引擎ECU 14提供的引擎3工作状态、油门踏板16的位移量、制动踏板17的位移量、换档杆18所设定的变换范围的有关信息；从电池ECU 20获得的电池组7的有关信息，如SOC、故障等；由分解器检测到的引擎3输出轴31的转角θ；电动发电机2的U相位电流Iu、V相位电流Iv和W相位电流Iw等。
基于这些信息，车辆ECU 12输出控制构成变换器9的晶体管的信号。然后，通过控制电动发电机2的励磁电流，根据该时刻的转速，车辆ECU 12确定使电动发电机2工作为发电机还是电动机。当电动发电机2工作为发电机时，对电池组7充电，当工作为电动机并消耗电力时，从电池组7放电。
例如，当电池ECU 20检测到电池组7的SOC降低时，车辆ECU12经由变换器9，使用引擎3产生的转矩的一部分，使电动发电机2产生电力。从而对电池组7充电。另一方面，当电池ECU 20检测到电池组7的SOC升高时，车辆ECU 12通过使用引擎ECU 14，抑制引擎3的输出，并且，经由变换器9，使电动发电机2工作为电动机。换言之，车辆ECU 12执行控制，使电动发电机2产生的转矩用于车辆行驶。此外，当刹车时，车辆ECU 12使电动发电机2工作为发电机，用所产生的电力对电池组7充电。
由于很难预测HEV 1的刹车，所以，电池组7最好接受制动产生的足够电量.另一方面，当司机只使用引擎3的输出无法获得期望的加速度时，电池组7需要具有特定的SOC电平，以使电动发电机2工作为电动机.为了满足该条件，不断地将电池组7的SOC控制在电池容量的中等水平(约60％).
在使用引擎3的输出产生电力和对电池充电的HEV中，正确地管理电池组7的SOC，就可通过在刹车期间恢复足够的再生电量，实现较高的效率，并使司机在加速期间达到期望的加速度。因此，对于诸如HEV之类的将电池用作电源的车辆，准确地检测电池组7的SOC和正确地控制SOC是很重要的。
电池组7被分成多个(如12个)块，每一块的电压信号(Vn，n＝1～12)经由电压检测线输入到电池ECU 20。此外，单个块包括多个(如12个)单电池或单元电池，例如，电池组7总共包括144个单电池或单元电池。此外，在该实施例中，构成电池组7的电池(在该实施例中为单元电池)是镍氢二次电池。但是，电池不限于这种类型，也可以使用锂离子电池、镍镉电池和铅电池等。
用于检测温度的温度传感器22设置在电池组7附近的多个位置(如，四个位置)，通过这些传感器检测电池温度(Tm，m＝1～4)。因为电池组7很大，不同块之间必然出现温度差异，所以将这些温度传感器22设置在多个位置中。不同块之间的温度差异具体是由于冷却单元(未显示)的定位和散热剂的流动率而导致的。因此，通过在一组块中设置一个温度传感器22，单个组块包括温度基本相同的块，布置多个温度传感器22。此外，单个组有时由单个块构成。此外，通过经由预先执行的试验等测量不同块的温度，进行成组。这样就消除了由于温度差异所导致的电池电压差的影响。热敏电阻用作温度传感器22，将温度相关电阻值转换成电压值，并输入到电池ECU 20。
此外，设置一个用于检测电池组7的充电/放电电流的电流传感器21。电流传感器21使用霍尔(Hall)元件，检测电池组7充电或放电期间电流流经电线所产生的电磁场，并将其转换成电压信号。此外，电流传感器21将电压信号作为充电/放电电流信号(I)，输出到电池ECU 20。
构成电池组7的电池的状况的有关信息，如每一块的电压(Vn)、充电/放电电流I和电池温度Tm，被输入电池ECU 20中。基于该信息，电池ECU 20计算电池组7的SOC和故障的估计值。
图3的框图示出了电池ECU 20的内部结构。在图3中，电压测量部分200在时序基础上，测量每一块的电压Vn。图4的电路图示出了电压测量部分200的内部结构。在图4中，电压测量部分200包括电压测量电路2000和飞速电容电路，飞速电容电路包括第一开关电路2001、第二开关电路2002、第三开关电路2003和电容C1。
第一开关电路2001包括第一开关单元S11、S13、S15……，它们的一端连接到构成电池组的每隔一块的一端，它们的另一端共同连接到第一电位检测线，这些单元形成第一开关组。第二开关电路2002包括第二开关单元S22、S24、S26……，它们的一端连接到构成电池组的每隔一块的另一端，它们的另～端共同连接到第二电位检测线，这些单元形成第二开关组。
接下来，结合图5描述电压测量部分200的操作。
首先，为了测量第一块的电压V1，接通第一开关电路2001的开关单元S11和第二开关电路2002的开关单元S22.第一块的一端经由第一电位检测线L1和已经接通的开关单元S11连接到电容C1的一端.此外，第一块的另一端经由第二电位检测线L2和已经接通的开关单元S22连接到电容C的另一端.因此，第一块的电压V1与电容C1两端的电位相同.
然后，切断开关单元S11和S22，接通第三开关电路2003的开关单元S3a和S3b。因此，电容C1两端的电位输入到电压测量电路2000。电压测量电路2000测量所选第一块的电压V1。
接着，为了测量第二块的电压V2，接通位于第一开关电路2001的开关单元S11之后的开关单元S13，此外，还接通第二开关电路2002的开关单元S22。第二块的一端(第一块的另一端)经由第二电位检测线L2和已经接通的开关单元S22，连接到电容C1的另一端。此外，第二块的另一端经由第一电位检测线L1和已经接通的开关单元S13，连接到电容C1的一端。因此，第二块的电压V2与C1两端的电位相同，但极性相反。
接着，切断开关单元S13和S22，接通第三开关电路2003的开关单元S3a和S3b。因此，电容C1两端的电位输入到电压测量电路2000。电压测量电路2000反转输入信号的极性，测量所选第二块的电压V2。
这样，在该实施例中，在飞速电容系统下，测量每一块的电压Vn。该系统的优点在于：它可以在测量的同时，在简单电路的帮助下，维持块和测量系统之间的绝缘。此外，电容C1可以是用于存储电池电压的容性装置。
现在，再回到图3中，描述电流测量电路201和温度测量电路202。在电压部分200测量每一块的电压Vn的同时，电流测量电路201测量从电流传感器21提供的充电/放电电流信号I，作为In(n＝1～12)。温度测量电路202使用位于块附近的温度传感器22，测量由电压测量部分200进行逐块电压测量的温度Tm(m＝1～4)。
电压测量部分200提供的每一块的电压Vn和电流测量电路201提供的电流In被输入到功率计算部分203中。在图6所示的时机，功率计算部分203在时序的基础上，计算每一块的电压和电流的乘积，从而计算出每一块的功率(Pn)。
此外，电池组电压计算部分210提供的电池组电压Vb、电流测量电路201提供的电流In和温度测量单元202提供的温度Tm被输入到荷电状态计算单元204中，后面还将对此进行详细描述。荷电状态计算单元204计算电池组的7的荷电状态(SOC)。
此外，电压测量部分200提供的每一块的电压Vn和温度测量电路202提供的温度Tm被输入到允许功率计算部分205。此外，荷电状态计算部分204提供的荷电状态(SOC)也被输入到允许功率计算部分205中。基于这些信息，允许功率计算部分205计算每一块的允许充电功率值Pcn和允许放电功率值Pdn。这里，作为示例，描述允许充电功率值Pcn的计算方法。
首先，允许功率计算部分205判断荷电状态计算部分204提供的荷电状态(SOC)是否大于例如85％，如果大于，则将荷电状态相关允许充电功率值Pcn_SOC设置为例如0kW。如果判定SOC小于85％，则允许功率计算部分205将荷电状态相关充电功率值Pcn_SOC设置为例如10kW。
然后，允许功率计算部分205判断应该用哪个温度传感器22来获取电压测量相关块附近的温度Tm.例如，当有四个温度传感器22时，它判断进行电压测量的块是否位于第二块之前(第一块)，如果位于第二块之前，则从第一温度传感器获取温度T1.如果判断该块是第二块或后面的块，允许功率计算部分205判断进行电压测量的块是否位于第六块之前(第二至第五块)，如果位于第六块之前，则从第二温度传感器获取温度T2.此外，如果它判定该块是第六块或后续的块，则允许功率计算部分205判断进行电压测量的块是否位于第十块之前(第六至第九块)，如果判定位于第十块之前，则从第三传感器获取温度T3.如果它判定该块是第十块或后面的块，则允许功率计算部分205从第四温度传感器获取温度T4.
然后，允许功率计算部分205使用预先存储了数据的参考表，从而，基于温度测量电路202提供的温度Tm和电压测量部分200提供的电压Vn，获得温度/电压相关允许充电功率值Pcn_TV。
此外，允许功率计算部分205使用预先存储了数据的参考表，从而，基于温度测量电路202提供的温度Tm和荷电状态计算部分204提供的荷电状态(SOC)，获得温度/荷电状态(SOC)相关允许充电功率值Pcn_TSOC。
允许功率计算部分205输出如此获得的荷电状态相关允许充电功率值Pcn_SOC、温度/电压相关允许充电功率值Pcn_TV和温度/荷电状态(SOC)相关允许充电功率值Pcn_TSOC中的最小值，作为允许充电功率值Pcn。
功率计算部分203计算出的每一块的有效负载功率Pn和允许功率计算部分205计算出的每一块的允许功率值(允许充电功率值Pcn和允许放电功率值Pdn)被输入计数器206中。计数器统计每一块的有效负载功率Pn超过允许功率值(允许充电功率值Pcn和允许放电功率值Pdn)的次数。
将来自计数器206的计数值输入判断部分207中。如果该计数值超过存储器208中存储的一个预定值，则判断部分207向车辆ECU 12(图2)发送一个接触器打开请求信号Copen。
这里，再回到图2中，描述车辆ECU 12中所包括的判断部分122。当车辆ECU 12中的判断部分122收到来自电池ECU 20的接触器打开请求信号Copen时，则打开所有接触器，使电池组7和变换器9切断。具体而言，在所建立的引擎力和转速、传动装置和其他车辆传动系条件使得车辆行为中没有明显改变之后，判断部分122通过接触器控制电路121，输出预充电接触器启动控制信号S1、正端电源接触器启动控制信号S2和负端电源接触器启动控制信号S3，。
此外，在该实施例中，ECU 12的接触器控制电路121、判断部分122、电池ECU 20和接触切换装置(即接触器单元10)构成电源控制器。
现在更详细地描述图3。如图3所示，允许功率计算部分205计算的允许功率值(允许充电功率值Pcn、允许放电功率值Pdn)也被输入允许输入/输出值计算部分209中。允许输入/输出值计算部分209将允许功率计算部分205提供的所有块的允许充电功率值相加，计算出可向电池组7充电的允许输入值Pc。此外，允许输入/输出值计算部分209将所有块的允许放电功率值相加，计算出可从电池组7放电的允许输出值Pd。此外，允许输入/输出值计算部分209将所计算出的允许输入值Pc和允许输出值Pd发送到车辆ECU 12(图2)。
此外，电池组电压计算部分210将电压测量部分200提供的所有块的电压Vn相加，计算出电池组7的整体电池组电压Vb。电池组电压计算部分210将计算出的电池组电压Vb发送到车辆ECU 12(图2)。
例如，当电池组7的SOC降低时，通过将允许输出值Pd设置为较低值，电池ECU 20感应SOC的增加.另一方面，当SOC高时，通过将允许输入值设置为较低值，电池ECU 20感应SOC的降低。
此外，电池ECU 20将从荷电状态计算部分204获得的SOC输出到车辆ECU 12。在这种情况下，车辆ECU 12执行控制，使得用该值优选在SOC的中级范围内实现充电/放电平衡，例如，在SOC＝60％附近。此外，由于电池内部电阻的增加以及输入/输出严重受限于低温区，允许输入/输出值计算部分209将允许输入值Pc和允许输出值Pd设置为比所计算值要小的值。
此外，当电池组电压Vb降低时，允许输入/输出值计算部分209将允许输出值Pd设置为比所计算值要小的值，从而防止电池过度放电。另一方面，当电池组电压Vb增加时，允许输入/输出值计算部分209将允许输入值Pc设置为比所计算值要小的值，从而抑制电池中的气体产生。此外，当电池组7存在问题时如果电池组7的内部电阻增加，或者，当它接近使用寿命时电池组7的内部电阻增加，则允许输入/输出值计算部分209限制允许输入值Pc和允许输出值Pd，从而消除这种情形。
图7是在传统电池ECU中计算整个电池组的有效负载功率而获得的时序图。如图7所示，在过去，为了比较整个电池组的有效功率和允许功率值，电池ECU通过将12个块的电压Vn相加来获得电池组电压Vb。此外，电池ECU将12个电池组电流值In相加，然后将该和除以12，从而获得电池组的电流Ib。因此，传统电池ECU通过计算Vb和Ib的乘积来计算总功率Pb需要不小于240毫秒。
此外，软件通常使用基于计数器的一致性处理来进行判断。因此，假设在三重一致性之后输出接触器打开请求信号Copen，则图7的例子中所需的时间在740毫秒和980毫秒之间。因此，问题在于：在HEV中经常发生的脉冲式过(或低)功率是不可能检测到的，因此，无法保护电池。
相比之下，如图6所示，在本发明中，获得单个数据所需的时间仅仅是10毫秒，因为比较是在构成电池组7的每一块的有效负载功率和允许功率值之间进行的。此外，尽管软件通常也使用基于计数器的一致性处理来进行判断，但是，如果我们假设在三重一致性之后输出接触器打开请求信号Copen，则可以在30毫秒至40毫秒的短时帧内做出判断。因此，该实施例可以实现脉冲式过(低)功率的可靠检测和有效的电池保护。
此外，在该实施例中，允许功率计算部分205被配置为计算允许功率值，但是，如果将其配置为计算允许电流值，也可获得相同的效果。将允许功率值转换为允许电流值的一个简单方法是将允许功率值除以每一块的电压。此外，即便使用允许电压值，对于电池保护也可获得相同的效果。
在诸如HEV之类的负载电流和电压易受剧烈变化的影响的应用中，计算每一块的电压和在测量每一块的电压的同时测量电流以及将其用作配对数据，尤其重要。
通过可靠地保护二次电池，本发明的电源控制器可以防止电池的性能恶化和使用寿命的降低以及能够提高二次电池的性能。此外，它的优点在于，通过在电动车上安装该电源控制器，可以确保电动车的安全性。本发明的电源控制器可用于纯电动车(PEV)、混合电动车(HEV)、包括燃料电池和二次电池的混合电动车等。
上述实施例只是用于解释本发明的技术内容，本发明不限于这些具体例子，在不脱离权利要求定义的保护范围和本发明的精神的前提下，可以做出各种修改，因此，应该对本发明做出宽泛的解释.

Claims (7)

1.一种电源控制器，用于控制电池组和负载之间的连接状态，所述电池组是通过将多个作为二次电池的单电池或单元电池进行组合而形成的，所述负载连接到所述电池组，所述电源控制器包括：
接触切换装置，设置在所述电池组和所述负载之间；
电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压，每一块都包含来自所述电池组的预定数量的单电池或单元电池；
电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流；
功率计算部分，用于从所述电压测量部分接收每一块的电压和从所述电流测量电路接收电流，以及计算每一块的功率；
温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；
荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；
允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；
计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过所述允许功率值的次数；以及
控制电路，用于当所述计数器的计数值等于或大于预定值时控制所述接触切换装置转为打开状态。
2.如权利要求1所述的电源控制器，其中，所述电压测量部分包括第一开关电路、第二开关电路、电容、第三开关电路和电压测量电路，所述第一开关电路包括多个第一开关单元，所述第二开关电路包括多个第二开关单元；
所述多个第一开关单元的每个第一开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的一端，所述多个第一开关单元的另一端共同连接到第一电位检测线；
所述多个第二开关单元的每个第二开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的另一端，所述多个第二开关单元的另一端共同连接到第二电位检测线，以及，在所述多个第一开关单元的一第一开关单元进入闭合状态的同时使所述多个第二开关单元的一第二开关单元进入闭合状态以检测第一块的电压，并且在所述多个第一开关单元的所述第一开关单元进入断开状态的同时使所述多个第二开关单元的所述第二开关单元进入断开状态之后，在所述多个第一开关单元的下一个第一开关单元进入闭合状态的同时使所述第二开关单元再次进入闭合状态以检测第二块的电压；
所述电容设置在所述第一电位检测线和所述第二电位检测线之间；
在所述第一开关电路和所述第二开关电路从闭合状态变为断开状态之后，所述第三开关电路从断开状态变成闭合状态，并且，输出所述电容两端的电位；以及
所述电压测量电路基于从所述第三开关电路输出的电位，测量每一块的电压。
3.如权利要求1所述的电源控制器，其中，所述允许功率计算部分计算出所述第一允许功率值、所达第二允许功率值和所述第三允许功率值中的最小值，作为每一块的允许功率值.
4.一种电动车，通过使用变换器将来自电池组的DC电力转换成AC电力并将其提供给电动机而行驶，所述电池组是通过将多个作为二次电池的单电池或单元电池进行组合而形成的，所述电动车包括：
接触切换装置，电串联在所述电池组和所述变换器之间；
电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压.每一块都包含来自所述电池组的预定数量的单电池或单元电池；
电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流；
功率计算部分，用于从所述电压测量部分接收每一块的电压和从所述电流测量电路接收电流，以及计算每一块的功率；
温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；
荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；
计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过所述允许功率值的次数；以及
控制电路，用于当所述计数器的计数值等于或大于预定值时控制所述接触切换装置转为打开状态。
5.如权利要求4所述的电动车，其中，所述电压测量部分包括第一开关电路、第二开关电路、电容、第三开关电路和电压测量电路，所述第一开关电路包括多个第一开关单元，所述第二开关电路包括多个第二开关单元；
所述多个第一开关单元的每个第一开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的一端，所述多个第一开关单元的另一端共同连接到第一电位检测线；
所述多个第二开关单元的每个第二开关单元的一端连接到构成所述电池组的每隔一块的另一端，所述多个第二开关单元的另一端共同连接到第二电位检测线，以及，在所述多个第一开关单元的一第一开关单元进入闭合状态的同时使所述多个第二开关单元的一第二开关单元进入闭合状态以检测第一块的电压，并且在所述多个第一开关单元的所述第一开关单元进入断开状态的同时使所述多个第二开关单元的所述第二开关单元进入断开状态之后，在所述多个第一开关单元的下一个第一开关单元进入闭合状态的同时使所述第二开关单元再次进入闭合状态以检测第二块的电压；
所述电容设置在所述第一电位检测线和所述第二电位检测线之间；
在所述第一开关电路和所述第二开关电路从闭合状态变为断开状态之后，所述第三开关电路从断开状态变成闭合状态，并且，输出所述电容两端的电位；以及
所述电压测量电路基于从所述第三开关电路输出的电位，测量每一块的电压。
6.如权利要求5所述的电动车，其中，所述允许功率计算部分计算出所述第一允许功率值、所述第二允许功率值和所述第三允许功率值中的最小值，作为每一块的允许功率值。
7.一种用于控制电池组状况的电池控制单元，所述电池组是通过将多个作为二次电池的单电池或单元电池进行组合而形成的，所述电池控制单元包括：
电压测量部分，用于在时序基础上逐块地测量电压，每一块都包含来自所述电池组的预定数量的单电池或单元电池；
电流测量电路，用于在所述电压测量部分测量每一块的电压的同时测量所述电池组中流动的电流；
温度测量电路，用于测量由所述电压测量部分逐块进行电压测量的所述块附近的温度；
荷电状态计算部分，用于计算所述电池组的荷电状态；
功率计算部分，用于从所述电压测量部分接收每一块的电压和从所述电流测量电路接收电流，以及计算每一块的功率；
允许功率计算部分，基于第一允许功率值、第二允许功率值和第三允许功率值，计算每一块的允许功率值，所述第一允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述电压测量部分所测量的电压，所述第二允许功率值取决于所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态，所述第三允许功率值取决于所述温度测量电路所测量的温度和所述荷电状态计算部分所计算出的荷电状态；
计数器，用于统计由所述功率计算部分计算出的每一块的功率超过所述允许功率值的次数；以及
判断部分，用于判断所述计数器的计数值是否达到预定值以及发送判断结果。
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