TW201315087A - 電池單元平衡裝置及電池系統 - Google Patents
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Abstract
〔課題〕提供於在開關電路流入過電流之時，可以施予保護來防止開關電路被破壞的電池單元平衡裝置及電池系統。〔解決手段〕電池單元平衡裝置係以下述構件來構成：連接上述被串聯連接的複數蓄電器之連接點或兩端的複數蓄電器連接端子；連接電壓保持裝置之電壓保持裝置連接端子；被設置在上述複數蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置之間的複數第一開關電路；接收同步訊號之接收端子：發送上述同步訊號之發送端子；根據上述同步訊號而控制上述第一開關電路之接通截止的控制電路；及檢測出流入第一開關電路之過電流的過電流檢測電路。如此一來於過電流流入開關電路之時，可以檢測出過電流而使開關電路截止，並可以防止開關電路被破壞。
Description
本發明係關於取得串聯連接之二次電池之電池單元平衡的電池單元平衡裝置及電池系統，尤其關於可以防止由於過電流使得電池單元平衡裝置之開關電路被破壞之情形的電池單元平衡裝置及電池系統。
第5圖係表示以往之電池單元平衡調整電路之電路圖。具備以往之電池單元平衡調整電路之電池單元平衡裝置設置有串聯連接複數成為基本之二次電池單元(以下，稱為單元)401~406之組電池的部分，和在各單元之連接部分連接一方之接點的開關411~462。開關411、421、431、441、451、461之另一方之接點連接於屬於電壓保持裝置之電容器407之一方的電極，開關412、422、432、442、452、462之非單元側的接點連接於電壓保持裝置407之另外的電極。在組電池之兩端連接負荷電路或充電電路408。
各開關之開關訊號被連接成開關411和開關412同時動作。同樣，將以開關421和開關422、開關431和開關432、開關441和開關442、開關451和開關452、開關461和開關462各對應之兩個當作一組的開關，成為連接同時進行開關動作之訊號。
再者，開關訊號係從開關411至開關451，從開關
412至開關462依序進行接通截止。然後，當開關461和開關462之接通截止結束時，返回最初之開關411和開關412之接通截止動作，重複持續性地進行開關之開啟關閉。
接著，針對以往之電池單元平衡調整電路之動作予以說明。以往之電池單元平衡調整電路係在被串聯連接而鄰接之電池單元和電壓保持裝置407之間形成並聯連接，並且在一方向依序掃描開關之切換。
開關411和412成為接受同時進行開關動作之訊號的構成，開關421和開關422也成為同時進行開關動作之構成。以下同樣，在開關431和開關432、開關441和開關442、開關451和開關452、開關461和開關462之各開關之組合中同時進行開關動作。
如此一來藉由控制開關，在串聯連接之所有電池單元和電壓保持裝置407之間依序形成並聯連接。然後，於完成成為控制對象之組電池內所有之單元的並聯連接之形成後，藉由返回最初之單元重複進行同樣之切換動作，調整電池單元平衡。
〔專利文獻1〕日本特開2001-178008號公報
但是，在以往之技術中，於開關流入過電流之時，則有破壞開關而使電池單元平衡裝置之信賴性下降之課題。
本發明係鑒於上述之課題而創作出，提供於開關流入過電流之時可以施予保護而防止開關被破壞的電池單元平衡裝置及電池系統。
為了解決以往之課題，本發明之電池單元平衡裝置設為下述般之構成。
調整電池系統之被串聯連接的複數蓄電器之電池單元平衡，該電池單元平衡裝置之特徵為具備：連接被串聯連接的複數蓄電器之連接點或兩端的複數蓄電器連接端子；連接電壓保持裝置之電壓保持裝置連接端子；被設置在複數蓄電器連接端子和電壓保持裝置之間的複數第一開關電路；接收同步訊號之接收端子：發送同步訊號之發送端子；根據同步訊號而控制複數第一開關電路之接通截止的控制電路；及檢測出流入第一開關電路的過電流的過電流檢測電路。
再者，電池系統之特徵為具備：被串聯連接之複數蓄電路；被串聯連接之複數電壓保持裝置；輸出同步訊號之時脈產生電路；及被串聯連接之複數蓄電器之連接點或兩端被連接於複數之蓄電器連接端子，被串聯連接之複數電壓保持裝置連接點或兩端被連接於電壓保持裝置連接端子之複數電池單元平衡裝置。
若藉由本發明時，於過電流流入開關電路之時，可以檢測出過電流而使開關電路截止，並可以防止開關電路被破壞。
第1圖為具備本實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。第2圖為本實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。第4圖為本實施型態之電池單元平衡裝置之過電流保護電路之電路圖。
本實施型態之電池系統10具備有時脈產生電路102、被串聯連接之n+1個之二次電池A1~An+1、n個之電池單元平衡裝置B1~Bn、n-1個之電壓保持裝置(電容器)C1~Cn-1和充電器101或連接負荷之外部端子(n為2以上之整數)。
第1號之電池單元平衡裝置B1係由開關電路S11、S21、S31、控制電路201、過電流檢測電路211、221、231、端子T11、T21、T31、T41、T51、T61所構成。其他之電池單元平衡裝置B2~Bn也相同。過電流檢測電路231係由比較器503，和定電流電路502，和開關電路501所構成。其他之過電流檢測電路也同樣被構成。
電池單元平衡裝置B1係端子T11連接於二次電池A1之負極，端子T21連接於二次電池A1之正極及電池單元
平衡裝置B2之端子T12，端子T31連接於二次電池A2之正極及電池單元平衡裝置B2之端子T22，端子T41連接於電壓保持裝置C1之一方之端子，端子T51連接於時脈產生電路102之輸出，端子T61連接於電池單元平衡裝置B2之端子T52。電池單元平衡裝置B2係端子T22連接於電池單元平衡裝置B3之端子T13，端子T32連接於二次電池A3之正極及電池單元平衡裝置B3之端子T23，端子T42連接於電壓保持裝置C2之一方之端子及電壓保持裝置C1之另一方之端子，端子T62連接於電池單元平衡裝置B3之端子T53。然後，至第n-1號之電池單元平衡裝置Bn-1，同樣與電池單元平衡裝置B2連接。電池單元平衡裝置Bn係端子T1n連接於二次電池An之負極，端子T2n連接於二次電池An之正極及電池單元平衡裝置Bn-1之端子T3n-1，端子T3n連接於二次電池An+1之正極，端子T4n連接於電壓保持裝置Cn-1。
電池單元平衡裝置B1係開關電路S11連接於端子T11及端子T41，開關電路S21連接於端子T21及端子T41，開關電路S31連接於端子T31及端子T41。過電流檢測電路211之輸入被連接於開關電路S11之兩端，輸出被連接於控制電路201。過電流檢測電路221之輸入被連接於開關電路S21之兩端，輸出被連接於控制電路201。過電流檢測電路231之輸入被連接於開關電路S31之兩端，輸出被連接於控制電路201。開關電路S11、S21、S31係藉由控制電路201之訊號而被接通截止控制。其他
之電池單元平衡裝置B2~Bn也同樣被連接。
過電流檢測電路231係端子T41被連接於比較器503之非反轉輸入端子，在反轉輸入端子連接有開關電路501之一方之端子及定電流電路502之一方之端子，在輸出端子連接有控制電路201。開關電路501之另一方之端子被連接於端子T31，定電流電路502之另一方端子被連接於二次電池A1之負極。開關電路S31、501係藉由輸入控制電路201之訊號同時被接通截止控制。其他之過電流檢測電路也同樣被連接。
接著，針對本實施型態之電池系統10之動作予以說明。第3圖為表示本實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
在時刻t0中，當在電池系統10之外部端子連接充電器101時，時脈產生電路102則輸出時脈訊號CLK。電池單元平衡裝置B1係當端子T51接收時脈訊號CLK時，控制電路201與時脈訊號CLK同步而產生開啟開關電路S11~S31之訊號，依序進行輸出。再者，控制電路201係將時脈訊號CLK輸出至端子T61。接著的電池單元平衡裝置B2係在端子T52從電池單元平衡裝置B1接收時脈訊號CLK。如此一來，時脈訊號CLK被傳達至電池單元平衡裝置Bn，全部的電池單元平衡裝置B1~Bn可以取得同步。因此，開關電路S11~S1n、開關電路S21~S2n、開關電路S31~S3n被控制成同步依序接通。
在時刻t1中，當開關電路S11~S1n全部開啟，開關
電路S21~S2n和開關電路S31~S3n全部截止時，二次電池A1~An-1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A1~An-1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t2中，當開關電路S21~S2n全部接通，開關電路S11~S1n和開關電路S31~S3n全部截止時，二次電池A2~An各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A2~An和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
在時刻t3中，當開關電路S31~S3n全部接通，開關電路S11~S1n和開關電路S21~S2n全部截止時，二次電池A3~An+1各與電壓保持裝置C1~Cn-1並聯連接。然後，二次電池A3~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1各自進行放電或者充電。
然後，全部之電池單元平衡裝置B1~Bn係將3時脈當作一週期重複同樣之動作。
然後，當充電器101從電池系統10之外部端子被拆下時，時脈產生電路102停止時脈訊號CLK之輸出而結束電池單元平衡之動作。
如此一來，藉由在二次電池A1~An+1和電壓保持裝置C1~Cn-1之間重複進行充放電，可以使二次電池A1~An+1之電壓平均化，可以減少電壓之偏差。然後，因依照應取得平衡之二次電池數而設為具備複數之電壓保持裝置的構成，故可以提高電池單元平衡裝置之平衡能力(可
以加快取得平衡之速度)。
在開關電路S31~S3n全部接通之狀態下，端子T21和端子T41短路時，電流從二次電池A2經開關電路S31流入。此時，開關電路501也同時接通，電流從定電流電路502流入，藉由開關電路501之接通電阻，比較器503之反轉輸入端子之電壓下降而保持一定電壓。當電流持續流入開關電路S31，比較器503之非反轉輸入端子之電壓低於反轉輸入端子之電壓時，比較器503輸出Lo之訊號。控制電路201接受該訊號而使開關電路S31截止。如此一來，因防止過電流從二次電極A2經開關電路S31而流入，故可以防止開關電路S31被破壞。
開關電路S31之接通電阻RonS31和開關電路501之接通電阻Ron501設定成RonS31÷Ron501=N(常數)。當將過電流檢測電流設為Ioc，將定電流電路502之電流設為Iref時，設定成Iref=Ioc×RonS31÷Ron501。過電流檢測電流Ioc係藉由調整定電流Iref之電流值和溫度特性，及開關電路501之接通電阻和溫度特性，而可以設定。例如，若以N成為0.001之方式設定接通電阻Ron501時，定電流Iref若為過電流檢測電流Ioc之1/1000即可，於以MOS電晶體構成開關電路501之時若為比開關電路S31小者即可。
在開關電路S31~S3n全部接通之狀態下，端子T11和端子T41短路時，電流從二次電池A1、A2經開關電路S31流入。此時，開關電路501也同時接通，電流從定電
流電路502流入，藉由開關電路501之接通電阻，比較器503之反轉輸入端子之電壓下降而保持一定電壓。當電流持續流入開關電路S31，比較器503之非反轉輸入端子之電壓低於反轉輸入端子之電壓時，比較器503輸出Lo之訊號。控制電路201接受該訊號而使開關電路S31截止。如此一來，因防止過電流從二次電極A1、A2經開關電路S31而流入，故可以防止開關電路S31被破壞。以下，開關電路S11~S1n、S21~S2n也可以藉由相同樣之動作施予過電流保護。開關電路之接通電阻、定電流電路之電流值之設定方法也相同。
在開關電路S11~S1n全部接通之狀態下，端子T21和端子T41短路時，電流從二次電池A1經開關電路S11流入。此時，開關電路S11藉由接通電阻在兩端產生電壓，藉由以過電流檢測電路211檢測出該電壓，從過電流檢測電路211之輸出端子對控制電路201輸出訊號。控制電路201接受該訊號而使開關電路S11截止。如此一來，因防止過電流從二次電極A1經開關電路S11而流入，故可以防止開關電路S11被破壞。
在開關電路S11~S1n全部接通之狀態下，端子T31和端子T41短路時，電流從二次電池A1、A2經開關電路S11流入。此時，開關電路S11藉由接通電阻在兩端產生電壓，藉由以過電流檢測電路211檢測出該電壓，從過電流檢測電路211之輸出端子對控制電路201輸出訊號。控制電路201接受該訊號而使開關電路S11截止。如此一
來，因防止過電流從二次電極A1、A2經開關電路S11而流入，故可以防止開關電路S11被破壞。以下，於其他端子短路時也同樣檢測出電流而可以防止開關電路S11被破壞。再者，針對開關電路S21~S2n接通時或電池單元平衡裝置B2至Bn，也同樣檢測出在端子間短路時之電流，可以防止開關電路被破壞。
並且，檢測出流入開關電路之電流的電路之方式並不限定於上述構成。
再者，本實施型態之電池單元平衡裝置雖以串聯連接之二次電池A1~An+1之電池單元平衡為例而予以說明，但是並不限定於二次電池，若為具有蓄電功能之蓄電器亦可以相同效果。
如上述說明般，若藉由具備有本實施型態之電池單元平衡裝置之時，檢測出流入開關電路之過電流而使開關電路截止，可以防止被破壞。
A1~An+1‧‧‧二次電池
B1~Bn‧‧‧電池單元平衡裝置
C1~Cn-1‧‧‧電壓保持裝置
101‧‧‧充電器
102‧‧‧時脈產生電路
201~20n‧‧‧控制電路
211~21n、221~22n、231~23n‧‧‧過電流檢測電路
502‧‧‧定電流電路
503‧‧‧比較器
第1圖為具備本實施型態之電池單元平衡裝置的電池系統之電路圖。
第2圖為本實施型態之電池單元平衡裝置之電路圖。
第3圖為表示本實施型態之電池單元平衡裝置之訊號之時序圖。
第4圖為本實施型態之電池單元平衡裝置之過電流檢測電路之電路圖。
第5圖為具備以往之電池單元平衡調整電路的電池單元平衡裝置之電路圖。
A1~An+1‧‧‧二次電池
B1~Bn‧‧‧電池單元平衡裝置
C1~Cn-1‧‧‧電壓保持裝置
10‧‧‧電池系統
101‧‧‧充電器
102‧‧‧時脈產生電路
Claims (3)
- 一種電池單元平衡裝置，用以調整電池系統之被串聯連接的複數蓄電器之電池單元平衡，該電池單元平衡裝置之特徵為具備：連接上述被串聯連接的複數蓄電器之連接點或兩端的複數蓄電器連接端子；連接電壓保持裝置之電壓保持裝置連接端子；被設置在上述複數蓄電器連接端子和上述電壓保持裝置之間的複數第一開關電路；接收同步訊號之接收端子：發送上述同步訊號之發送端子；根據上述同步訊號而控制複數上述第一開關電路之接通截止的控制電路；及檢測出流入上述第一開關電路的過電流的過電流檢測電路。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電池單元平衡裝置，其中上述過電流檢測電路具備：與上述第一開關電路同時被接通截止控制的第二開關電路；使定電流流入上述第二開關電路的定電流電路；及對根據上述第一開關電路之接通電阻和電流的電壓，和根據上述第二開關電路之接通電阻和上述定電流之電壓進行比較的比較電路。
- 一種電池系統，其特徵為具備： 被串聯連接之複數蓄電路；被串聯連接之複數電壓保持裝置；輸出上述同步訊號之時脈產生電路；及上述被串聯連接之複數蓄電器之連接點或兩端被連接於上述複數之蓄電器連接端子，上述被串聯連接之複數電壓保持裝置連接點或兩端被連接於上述電壓保持裝置連接端子之複數的申請專利範圍第1或2項所記載之電池單元平衡裝置。
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