專利名稱：控制裝置、控制方法和電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制裝置、控制方法和電源裝置，更具體地，涉及能夠減少充電時(shí)間的控制裝置、控制方法和電源裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，在對多個(gè)串聯(lián)連接的電池塊(cell block)進(jìn)行充電的充電方法中，檢測各個(gè)電池塊的電壓，并且對具有等于或大于指定電壓的電壓的電池塊進(jìn)行放電，從而以電池平衡方式對多個(gè)電池塊進(jìn)行充電。在這種稱作電池平衡控制的控制中，要求使所有的電池塊的電壓相等并且使它們平衡在用于充電的理想狀態(tài)下。電池平衡控制的現(xiàn)有技術(shù)的方法是當(dāng)電池塊的電壓等于或大于預(yù)定電壓時(shí)，持續(xù)充電預(yù)定的時(shí)間，然后只使相關(guān)電池塊放電(例如，參見日本未審查專利申請公開第 2005-176520 號)。另一方法是當(dāng)電池塊的電壓超過預(yù)定電壓時(shí)停止對整個(gè)系統(tǒng)的充電，并且開始使相關(guān)電池塊放電(例如，參見日本未審查專利申請公開第2002-58170號)。

發(fā)明內(nèi)容
在日本未審查專利申請公開第2005-176520號記載的方法中，由于各個(gè)電池塊被獨(dú)立地控制，放電對象電池塊的電壓和充電對象電池塊的電壓在電池平衡控制期間可能變?yōu)楸舜讼嗟龋沁@種情形被忽略而且繼續(xù)放電和充電。這里，即使在電壓變?yōu)榈扔诨虼笥陬A(yù)定電壓時(shí)將持續(xù)的充電停止預(yù)定期間，該控制也變?yōu)槿鐖D7所描繪的(在日本未審查專利申請公開第2005-176520中記載的方法中，該控制比圖7進(jìn)一步被延長)。即，即使存在使得電池平衡的瞬間，該控制也不會積極地使得電池平衡。結(jié)果，需要一些時(shí)間來使各個(gè)電池塊的電壓平衡。此外，在日本未審查專利申請公開第2002-58170號中公開的方法采用了在整個(gè)系統(tǒng)的充電停止后開始相關(guān)電池塊的放電的技術(shù)。因此，該技術(shù)不同于在持續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的充電時(shí)僅使相關(guān)塊進(jìn)行放電的技術(shù)。期望能夠在對串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊進(jìn)行充電時(shí)利用電池平衡控制減少充電時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的一種控制裝置包括控制器，使均由一個(gè)或多個(gè)的二次電池組(battery)電池構(gòu)成并且串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊以電池平衡方式充電，該控制器包括檢測器，檢測各個(gè)電池塊的電壓；更新器，順次更新檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓；以及放電器，使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電?？刂破鲌?zhí)行電池平衡控制，使得檢測到的各個(gè)電池塊的最大電壓與最小電壓間的電壓范圍在預(yù)先定義的指定電壓范圍內(nèi)。
放電對象電壓范圍和指定電壓范圍具有指定電壓范圍 >放電對象電壓范圍的關(guān)系。當(dāng)檢測到的各個(gè)電池塊的電壓變?yōu)榈扔诨虼笥陬A(yù)先定義的指定最大電壓時(shí)，控制器停止多個(gè)電池塊的充電。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種控制裝置的控制方法，該控制裝置包括使均由一個(gè)或多個(gè)的二次電池組電池構(gòu)成并且串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊以電池平衡方式充電的控制器；在該控制方法中，控制器檢測各個(gè)電池塊中的電壓；順次更新檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓；以及使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置及其控制方法中，檢測各個(gè)電池塊的電壓； 檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓被順次更新，并且使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的一種電源裝置包括多個(gè)電池塊，其中每一個(gè)均由一個(gè)或多個(gè)的二次電池組電池構(gòu)成并且多個(gè)電池塊串聯(lián)連接；充電裝置，用于對多個(gè)電池塊進(jìn)行充電；以及控制裝置，用于使多個(gè)電池塊以電池平衡的方式充電；并且，控制裝置包括檢測裝置，用于檢測各個(gè)電池塊的電壓；更新裝置，用于順次更新檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓；以及放電裝置，使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。在根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的電源裝置中，檢測了各個(gè)電池塊的電壓，檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓被順次更新，并且使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以減少充電時(shí)間。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電源裝置的結(jié)構(gòu)的示圖；圖2是用于說明電池平衡控制的細(xì)節(jié)的流程圖；圖3是第一模擬的結(jié)果(放電對象電壓范圍20mV且阻抗相同)的示圖；圖4是第二模擬的結(jié)果(放電對象電壓范圍30mV且阻抗相同)的示圖；圖5是第三模擬的結(jié)果(放電對象電壓范圍20mV且阻抗不同)的示圖；圖6是第四模擬的結(jié)果(放電對象電壓范圍OmV且阻抗不同)的示圖；以及圖7是利用現(xiàn)有技術(shù)的電池平衡控制的電壓特性的示圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。電源裝置的結(jié)構(gòu)的實(shí)例圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電源裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。電源裝置1是例如不間斷電源(UPS)。如圖1中所示，該電源裝置1包括控制電路11、放電電路12、電池塊13-1至13-N以及充電開關(guān)14。此外，電源裝置1以可拆裝的方式安裝在充電電源單元2上，其中+端子15-1和-端子15-2與充電電源單元2的+端子和-端子電接觸。來自充電電源單元2的電力經(jīng)由其端子供給串聯(lián)連接的電池塊13-1至13-N。電池塊13-1至13-N由來自充電電源單元2的電力充電。應(yīng)注意，在下文的描述中，當(dāng)電池塊 13-1至13-N之間沒有進(jìn)行區(qū)分的必要時(shí)，將它們簡稱為電池塊13。各個(gè)電池塊13由可充電的二次電池組(例如，鋰離子電池組、鎳金屬氫電池組或鎳鎘電池組)電池構(gòu)成。即，電池塊13由一個(gè)或多個(gè)二次電池串聯(lián)或并聯(lián)連接的組構(gòu)成。控制電路11使串聯(lián)連接的電池塊13-1至13-N以電池平衡方式充電?？刂齐娐?11設(shè)置有與電池塊13-1至13-N對應(yīng)的ADC 21-1至21-N。利用ADC 21-1至21-N，檢測電池塊13中的相應(yīng)電池塊的電壓?；谕ㄟ^ADC 21-1至21-N檢測電池塊13的電壓的結(jié)果，控制電路11向放電電路12提供用于控制放電電路12的開關(guān)元件31-1至31-N的接通 /斷開的控制信號。放電電路(在圖1中，分別對應(yīng)于電池塊13-1至13-N的放電電路被統(tǒng)稱為放電電路12)以并聯(lián)的方式分別連接至串聯(lián)連接的電池塊13-1至13-N。例如，包括開關(guān)元件31-1、放電電阻器32-1及電阻器33-1的放電電路并聯(lián)地連接至電池塊13-1。在這種放電電路中，開關(guān)元件31-1和放電電阻器32-1串聯(lián)連接，并且開關(guān)元件31-1響應(yīng)于從控制電路11經(jīng)由電阻器33-1提供的控制信號執(zhí)行接通/斷開切換操作?；诖耍?dāng)開關(guān)元件31-1響應(yīng)于來自控制電路11的控制信號從斷開切換到接通時(shí)，連接至該開關(guān)元件的電池塊13-1的電壓通過放電電阻器32-1放電。此外，并聯(lián)連接至電池塊13-2至13-N的各個(gè)放電電路與上述并聯(lián)連接至電池塊 13-1的放電電路相似地構(gòu)成。即，響應(yīng)于來自控制電路11的控制信號，放電電路12使開關(guān)元件31-1至31-N執(zhí)行切換操作，從而使放電電阻器32-1至32-N中的相應(yīng)一個(gè)將串聯(lián)連接的電池塊13-1至13-N中的預(yù)定的相應(yīng)電池塊13放電。此外，基于通過ADC 21-1至21-N檢測電池塊13-1至13-N的電壓的結(jié)果，當(dāng)電池塊13-1至13-N中的預(yù)定電池塊13具有等于或大于預(yù)定電壓的電壓時(shí)，控制電路11向充電開關(guān)14提供用于使充電開關(guān)14斷開的控制信號。響應(yīng)于從控制電路11提供的控制信號，充電開關(guān)14執(zhí)行接通/斷開切換操作。 即，當(dāng)充電開關(guān)14被接通時(shí)，來自充電電源單元2的電力被提供給串聯(lián)連接的電池塊13-1 至13-N以對電池塊13-1至13-N充電。另一方面，當(dāng)充電開關(guān)14響應(yīng)于來自控制電路11 的控制信號從接通切換到斷開時(shí)，停止充電電源單元2的電力供給，從而停止電池塊13-1 至13-N的充電。同樣地，通過控制電路11控制充電開關(guān)14以在電池塊13-1至13_N的充電和放電之間切換。即，控制電路11和充電開關(guān)用作充電電路。電源裝置1被構(gòu)造為如上所述。電池平衡控制接下來，將參照圖2的流程圖詳細(xì)地描述由圖1的控制電路11執(zhí)行的電池平衡控制。在電源裝置1中，當(dāng)電池塊13-1至13-N的充電開始(步驟Sll)時(shí)，由控制電路 11中的ADC 21-1至21-N檢測相應(yīng)電池塊13-1至13-N的電壓(步驟S12)。在步驟S13，控制電路11判定由ADC 21-1至21_N檢測到的電壓中的最大電壓是否等于或大于指定最大電壓。預(yù)先設(shè)定該指定最大電壓，使得電池塊13的電壓不為等于或大于指定電壓。作為指定最大電壓的實(shí)例，設(shè)定3. 6V。在這種情況下，具有等于或大于3. 6V電壓的電池塊13被認(rèn)為處于過電壓。在步驟S13，當(dāng)判定最大電壓小于指定最大電壓時(shí)，過程返回至步驟S12，并且繼續(xù)檢測正充電的電池塊13-1至13-N的電壓。關(guān)于正充電的電池塊13-1至13-N，當(dāng)在步驟S13判定電池塊13的檢測到的電壓中的最大電壓等于或大于指定最大電壓時(shí)，過程進(jìn)行至步驟S14。在步驟S14，控制電路11判定由ADC 21-1至21_N檢測到的電壓中的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍是否等于或大于指定電壓范圍。該指定電壓范圍是由產(chǎn)品的規(guī)格等確定的電壓范圍。在電池平衡控制中，執(zhí)行控制使得檢測到的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍在指定電壓范圍內(nèi)。作為指定電壓范圍的實(shí)例，設(shè)定30mV。如果在步驟S14判定檢測到的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍等于或大于指定電壓范圍，則已失去電池平衡。因此，在步驟S15，控制電路11開始電池平衡控制。在開始電池平衡控制后，控制電路11判定在電池塊13-1至13-N(它們的電壓由ADC 21-1至 21-N檢測)之中是否存在檢測到的電壓與最大電壓間的電壓范圍在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13。這里，放電對象電壓范圍是用于采用電壓在從最大電壓起的預(yù)定電壓范圍內(nèi)的電池塊13作為放電對象而設(shè)定的電壓范圍，而其中最大電壓被設(shè)定為基準(zhǔn)電壓。作為放電對象電壓范圍，設(shè)定20mV或30mV。當(dāng)最大電壓為3. 6V和放電對象電壓范圍為20mV時(shí)，使具有3. 6V至3. 58V(3. 6V 20mV)的范圍內(nèi)的電壓的電池塊13放電。當(dāng)在步驟S16判定不存在電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13時(shí)，處理進(jìn)行至步驟S17。在步驟S17，控制電路僅使具有最大電壓的電池塊13放 H1^ ο例如，當(dāng)電池塊13-1至13-N中的電池塊13_1具有最大電壓時(shí)，控制電路向開關(guān)元件31-1提供用于使開關(guān)元件31-1接通以使電池塊13-1放電的控制信號。然后，開關(guān)元件31-1響應(yīng)于來自控制電路11的控制信號而接通，在電池塊13-1中所充的電力通過放電電阻器32-1被轉(zhuǎn)換成熱量。結(jié)果，可降低作為最大電壓的電池塊13-1的電壓。另一方面，當(dāng)在步驟S16判定存在電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13時(shí)，處理進(jìn)行至步驟S18。在步驟S18，控制電路11使電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的所有電池塊13放電。例如，當(dāng)電池塊13-1至13-N中的電池塊13_2和13_3均具有從最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電壓范圍時(shí)，控制電路11向開關(guān)元件31-2和31-3提供控制信號。然后，開關(guān)元件31-2和31-3響應(yīng)于來自控制電路11的控制信號均被接通，并且充至電池塊 13-2和13-3的電力分別通過放電電阻器32-2和32_3被轉(zhuǎn)換成熱量。此外，當(dāng)電池塊13_1 處于最大電壓時(shí)，控制電路11控制開關(guān)元件31-1以將電池塊13-1的電壓降低。結(jié)果，不僅作為最大電壓的電池塊13-1的電壓可被降低，而且作為接近最大電壓的電池塊13-2和13-3的電壓，即接近于過電壓的電壓(例如，3. 6V至3. 58V范圍內(nèi)的電壓)可被降低。當(dāng)在步驟S17或S18的預(yù)定電池塊13的放電結(jié)束時(shí)，處理進(jìn)行至步驟S19，其中， 電池塊13-1至13-N的電壓分別由ADC 21-1至21-N檢測(步驟S19)。在步驟S20，控制電路11采用由ADC 21-1至21_N檢測到的電壓中的最大的電壓作為最大電壓，從而更新最大電壓。S卩，當(dāng)在步驟S17和S18使預(yù)定電池塊13放電時(shí)，電池塊13_1至13_N的最大電壓改變，因此，順次地更新了最大電壓。即，由于內(nèi)部阻抗的差異，電池塊13可能不具有相同的放電特性而是通常稍有不同。為此，在步驟S12檢測為最大電壓的電池塊13-1的電壓可能不是最大電壓，因此在電池平衡控制期間不斷地更新最大電壓(步驟S20)。然后，控制電路11判定更新后的最大電壓與最小電壓間的電壓范圍是否等于或大于指定電壓范圍(步驟S21)。該指定電壓范圍具有與在步驟S14的判定處理中使用的指定電壓范圍相同的值，并且被設(shè)定為例如30mV。S卩，利用在步驟S21的判定處理，判定在步驟S17或S18的放電后是否已經(jīng)達(dá)到電池平衡。當(dāng)在步驟S21判定更新后的最大電壓與最小電壓間的電壓范圍等于或大于指定電壓范圍，則電池平衡仍被破壞。因此，處理返回至步驟S16，并且重復(fù)從步驟S16至S21的處理。即，通過重復(fù)從步驟S16至S21的處理，將具有最大電壓和接近最大電壓的電壓的電池塊13放電，從而逐漸地消除最大電壓與最小電壓之間的差異，并且通過它們之間的電壓范圍變?yōu)樾∮谥付妷悍秶?，使電池塊13-1至13-N的電壓平衡。應(yīng)注意，當(dāng)在該電池平衡控制期間，新檢測到電壓范圍為在從順次更新的最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13時(shí)，新檢測到的電池塊13也被作為放電對象，并且開始該電池塊13的放電。然后，通過重復(fù)從步驟S16至S21的處理，當(dāng)判定更新后的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍小于指定電壓范圍(步驟S21中的否)時(shí)，處理進(jìn)行至步驟S22。在步驟S22， 控制電路11結(jié)束電池平衡控制，并且處理進(jìn)行至步驟S23。此外，當(dāng)電池平衡控制之前檢測到的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍小于指定電壓范圍時(shí)(步驟S14中的否)，電池塊13-1至13-N的電壓被平衡，并且處理進(jìn)行至步驟S23，而不執(zhí)行電池平衡控制。然后，在電源裝置1中，電池塊13-1至13-N的充電結(jié)束 (步驟S23)。同樣地，執(zhí)行電池平衡控制，使得在通過控制電路11順次更新電池塊13-1至13-N 的電壓的最大電壓時(shí)，將電壓范圍為從作為基準(zhǔn)電壓的最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13進(jìn)行放電。S卩，不是分別地(獨(dú)立地，individually)使多個(gè)電池塊13放電，而是順次開始檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13的放電。結(jié)果，與分別地開始放電的方法相比，可減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間，結(jié)果減少了充電時(shí)間。模擬結(jié)果的說明接下來，將參照圖3至圖6，通過使用由本發(fā)明的申請人執(zhí)行的模擬的結(jié)果來具體說明通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電池平衡控制(圖幻能夠減少多長處理時(shí)間。應(yīng)注意，在圖3至圖6的模擬中，模擬條件是提供八個(gè)電池塊13-1至13_8，并且這些電池塊13的電壓在充電開始時(shí)在3. 43V至3. 5V的范圍(增量為0. IV)內(nèi)。此外，對于電池塊13-1至13-8的內(nèi)部阻抗，在圖3和圖4的模擬中對所有電池塊13中的內(nèi)部阻抗彼此相等的情況進(jìn)行了說明，并且在圖5和圖6的模擬中對所有電池塊13之間的內(nèi)部阻抗不同的情況進(jìn)行了說明。此外，在圖3至圖6的模擬中，模擬條件為指定最大電壓被設(shè)為3. 6V并且指定電壓范圍被設(shè)為30mV。因此，在各模擬中，電池在3. 6V變?yōu)檫^電壓，而當(dāng)所有電池塊13_1至 13-8的電壓在30mV內(nèi)時(shí)，判定這些電池塊是平衡的且結(jié)束電池平衡控制。更進(jìn)一步，放電對象電壓范圍對于圖3至圖6的各模擬是不同的。首先，參照圖3，說明第一模擬(放電對象電壓范圍20mV且阻抗相同)的結(jié)果。應(yīng)注意，在圖3中，橫向方向的軸表示時(shí)間(min)，并且假定圖中時(shí)間是以從左至右的方向流逝的(氣球圈中的時(shí)刻tl至t5各自表示執(zhí)行氣球圈內(nèi)的操作時(shí)的時(shí)刻)。此外，縱向方向上的軸表示電壓[V]，并且在圖中電壓電平沿著縱軸向上而增加。應(yīng)注意，這些軸的關(guān)系也類似地適用于以下將進(jìn)一步描述的圖4至圖6。如上所述，電池塊13-1至13-8(在圖中的電壓特性圖示中簡稱為電池1至8)均具有所設(shè)定的充電開始時(shí)的電壓，其中從3. 43V的電池塊13-8到3. 5V的電池塊13_1，增量為0. IV。當(dāng)從該狀態(tài)開始充電時(shí)，由于電池塊13-1至13-8具有相同的阻抗，所以電壓以規(guī)則的間隔增力卩。在時(shí)刻tl，在充電開始時(shí)具有最高電壓的電池塊13-1的電壓達(dá)到指定最大電壓(3. 6mV)而變?yōu)檫^電壓?；诖?，電池塊13-1的放電開始。此時(shí)，通過電池平衡控制，電壓范圍為從電池塊 13-1的電壓(最大電壓)起、在放電對象電壓范圍(20mV)內(nèi)的電池塊13-2和13_3也放電?；诖?，在時(shí)刻tl為峰值的電池塊13-1至13-3的電壓轉(zhuǎn)為降低。然后，當(dāng)通過電池平衡控制更新了最大電壓時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行新檢測(newly detect) 電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(20mV)內(nèi)的電池塊13的處理。在時(shí)刻t2， 電池塊13-4的電壓與最大電壓之間的電壓范圍變?yōu)樵诜烹妼ο箅妷悍秶鶴OmV)內(nèi)。因而， 電池塊13-4的放電也開始，并且其在時(shí)刻t2為峰值的電壓轉(zhuǎn)為下降。類似地，時(shí)刻t3時(shí)在電池塊13-5中、時(shí)刻t4時(shí)在電池塊13-6中，從最大電壓起的電壓范圍變?yōu)樵诜烹妼ο箅妷悍秶?20mV)內(nèi)，因此，這些電池塊的放電開始，并且這些電池塊13的電壓轉(zhuǎn)為下降。同樣地，電池塊13-1至13-6的放電順次地開始，并且當(dāng)電池塊13_7和13_8的電壓持續(xù)增加時(shí)，電池塊13-1至13-8的所有電壓在充電開始起的17分鐘后(時(shí)刻t5)在 30mV內(nèi)?；诖?，判定這些電壓平衡，并且電池平衡控制結(jié)束。接下來，將參照圖4描述第二模擬(放電對象電壓范圍30mV且阻抗相同)的結(jié)果。與第一模擬結(jié)果(圖3)相比，第二模擬結(jié)果的不同之處在于放電對象電壓范圍從 20mV變化至30mV，其他條件與第一模擬結(jié)果的那些相同。S卩，當(dāng)充電開始時(shí)具有最高電壓的電池塊13-1的電壓在時(shí)刻tl達(dá)到指定最大電壓(3.6V)而變?yōu)檫^電壓時(shí)，電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(30mV)內(nèi)的電池塊13-2至13-4的放電與電池塊13-1的放電一起開始。然后，電池平衡控制繼續(xù)，并且時(shí)刻t2時(shí)在電池塊13-5中、時(shí)刻t3時(shí)在電池塊13-6中以及時(shí)刻t4時(shí)在電池塊13_7中， 從最大電壓起的電壓范圍變?yōu)樵诜烹妼ο箅妷悍秶?30mV)內(nèi)，因此，這些電池塊的放電開始。
同樣地，電池塊13-1至13-7的放電順次地開始，并且當(dāng)電池塊13_8的電壓持續(xù)增加時(shí)，電池塊13-1至13-8的所有電壓在充電開始起的17分鐘后(時(shí)刻t5)在30mV內(nèi)。 基于此，判定這些電壓平衡，并且電池平衡控制結(jié)束。如參照圖3和圖4的模擬結(jié)果的以上描述，不是分別地使電池塊13-1至13_8放電，而是順次開始電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(圖3的20mV和圖4的 30mV)內(nèi)的電池塊13的放電，以執(zhí)行用于積極地獲得電池平衡的控制。結(jié)果，與分別地開始放電的方法相比，能夠減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間。S卩，在分別地控制各電池塊的方法中，在電池平衡控制期間放電對象電池塊的電壓和充電對象電池塊的電壓可以彼此相等，但此情況被忽略且放電和充電分別繼續(xù)。即，即使存在達(dá)到電池平衡時(shí)的瞬間，控制也不積極地使得電池平衡。結(jié)果，需要一些時(shí)間來使各個(gè)電池塊的電壓平衡。與之相比，從圖3和圖4的模擬結(jié)果顯然的是，電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(20mV或30mV)內(nèi)的電池塊13的放電順次開始以積極地進(jìn)行電池平衡?；诖?，與分別地開始放電的方法相比，能夠減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間。此外，如上述參照圖3和圖4的模擬結(jié)果，當(dāng)電池塊13-1至13-8具有相同的阻抗時(shí)，即使放電對象電壓范圍改變，它們的收斂時(shí)間(converging time)也不受到影響。對此的原因?yàn)?，直到電池塊13-1至13-8使它們的電壓在指定電壓范圍內(nèi)的收斂時(shí)間依賴于最大電壓和最小電壓，并且只要阻抗相同，具有最高電壓的電池塊13和具有最低電壓的電池塊是不變的，因此收斂時(shí)間不受到影響。同樣地，當(dāng)電池塊13-1至13-N具有相同的內(nèi)部阻抗時(shí)，與分別地開始放電的方法相比，能夠減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間，并且即使改變放電對象電壓范圍，用于電池平衡控制的處理時(shí)間也不受到影響。接下來，參照圖5描述第三模擬(放電對象電壓范圍20mV且阻抗不同)的結(jié)果。如上所述，由于電池塊13-1至13-8具有不同的阻抗，所以電壓的增大范圍不是等間隔的。在時(shí)刻tl，在充電開始時(shí)具有最高電壓的電池塊13-1達(dá)到指定最大電壓(3.6V) 而變?yōu)檫^電壓?；诖耍姵貕K13-1的放電開始。此時(shí)，根據(jù)電池平衡控制，電壓范圍為從電池塊13-1的電壓(最大電壓)起、在放電對象電壓范圍(20mV)內(nèi)的電池塊13-2也放電。 基于此，在時(shí)刻tl為峰值的電池塊13-1至13-2的電壓轉(zhuǎn)為下降。然后，在根據(jù)電池平衡控制更新最大電壓時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行新檢測電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(20mV)內(nèi)的電池塊13的處理。在時(shí)刻t2，電池塊13-3的電壓與最大電壓間的電壓范圍變?yōu)樵诜烹妼ο箅妷悍秶鶲OmV)內(nèi)。因此，電池塊13-3的放電也開始，而且其電壓轉(zhuǎn)為下降。類似地，時(shí)刻t3時(shí)在電池塊13-4中、時(shí)刻t4時(shí)在電池塊 13-5中、時(shí)刻t5時(shí)在電池塊13-6中及時(shí)刻t6時(shí)在電池塊13_7中，從最大電壓起的電壓范圍變?yōu)樵诜烹妼ο箅妷悍秶?20mV)內(nèi)，因此，這些電池塊的放電開始，并且這些電池塊13 的電壓轉(zhuǎn)為下降。同樣地，順次地執(zhí)行電池塊13-1至13-7的放電，并且當(dāng)電池塊13_8的電壓持續(xù)增加時(shí)，在開始放電起的16. 5分鐘后(時(shí)刻t7)，電池塊13-1至13-8的所有電壓在30mV 內(nèi)?；诖?，判定這些電壓平衡，并且電池平衡控制結(jié)束。接下來，參照圖6描述第四模擬(放電對象電壓范圍OmV且阻抗不同)的結(jié)果。與第三模擬的結(jié)果(圖5)相比，第四模擬的結(jié)果的不同之處在于放電對象電壓范圍從20mV變化至OmV，其他條件與第三模擬結(jié)果的那些相同。S卩，當(dāng)在時(shí)刻tl，在充電開始時(shí)具有最高電壓的電池塊13-1的電壓達(dá)到指定最大電壓(3. 6V)而變?yōu)檫^電壓時(shí)，電池塊13-1的放電開始。此時(shí)，由于不存在電壓范圍為從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(OmV)內(nèi)的電池塊13( S卩，具有與最大電壓相同的電壓的電池塊13)，所以僅電池塊13-1放電。然后，電池平衡控制繼續(xù)。在時(shí)刻t2至?xí)r刻t6，電池塊13-2至13_6具有從最大電壓起、在放電對象電壓范圍(OmV)內(nèi)的電壓范圍(即，最大電壓)，因此放電開始。同樣地，電池塊13-1至13-6的放電順次開始，且當(dāng)電池塊13_7至13_8的電壓持續(xù)增加時(shí)，在開始放電起的18分鐘后(時(shí)刻t7)，電池塊13-1至13-8的所有電壓在30mV 內(nèi)?；诖耍卸ㄟ@些電壓平衡，并且電池平衡控制結(jié)束。如參照圖5和圖6的模擬結(jié)果所述，當(dāng)電池塊13-1至13_8具有不同的阻抗時(shí)，如果放電對象電壓范圍改變，則它們的收斂時(shí)間受到影響。即，在不同阻抗的情形下，具有最大電壓的電池塊13通過OmV的放電對象電壓范圍而不斷地變化(圖6)。另一方面，當(dāng)將放電對象電壓范圍設(shè)定為諸如20mV的合適的值時(shí)(圖5)，即使是除了具有最大電壓的電池塊 13以外的電池塊13也進(jìn)行放電，從而使較不趨于放電(放電速度慢)的電池塊13較早進(jìn)行放電。因而，不對具有最大電壓的電池塊13執(zhí)行更新，結(jié)果，減少了處理時(shí)間。同樣地，當(dāng)電池塊13-1至13-N具有不同的內(nèi)部阻抗時(shí)，與分別地開始放電的方法相比，能夠減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間，此外，通過改變放電對象電壓范圍，能夠減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間。應(yīng)注意，實(shí)際上，幾乎不存在電池塊13-1至13-N的阻抗彼此相等的情形，而圖5 和圖6的模擬結(jié)果是現(xiàn)實(shí)的。因此，放電對象電壓范圍的設(shè)定影響處理時(shí)間的減少。然而，由于放電對象電壓范圍(例如，20mV或30mV)被設(shè)定為低于或等于上述的指定電壓范圍(例如，30mV)，所以放電對象電壓范圍和指定電壓范圍具有由例如下式(1)表示的關(guān)系。指定電壓范圍彡放電對象電壓范圍(1)應(yīng)注意，放電對象電壓范圍越大，電池塊13-1至13-8的電壓在指定電壓范圍內(nèi)收斂的收斂時(shí)間越短。因此，在式(1)中，當(dāng)放電對象電壓范圍與指定電壓范圍彼此相等時(shí)， 可最大地減少用于電池平衡控制的處理時(shí)間。如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，當(dāng)存在電壓范圍為從在串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊13-1至13-N檢測到的最大電壓起、在放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊13時(shí)，該電池塊13 與具有最大電壓的電池塊13—起放電。然而，當(dāng)順次更新最大電壓時(shí)，重復(fù)該電池平衡控制直到最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍在指定電壓范圍內(nèi)?；诖?，可減少用于電池平衡控制的時(shí)間，結(jié)果可減少充電時(shí)間。特別地，當(dāng)電池塊13的電壓顯著地不同于充電開始時(shí)，存在這樣的可能性在分別地控制電池塊13的方法中難以達(dá)到電池平衡。相反，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，執(zhí)行積極的控制使得所有電池塊13的電壓在最大電壓與最小電壓間的電壓范圍內(nèi)。因此，能夠執(zhí)行精確的電池平衡控制。此外，在電池平衡控制中，當(dāng)電池塊13的電壓超過預(yù)定的指定最大電壓(例如， 3.6V)時(shí)，不但上述電池塊13、而且放電對象電壓范圍內(nèi)的電壓塊13的放電同時(shí)開始。因此，接近于過電壓的電池塊13可被預(yù)先放電。結(jié)果，能夠在不對電池塊13添加負(fù)載的情況下，執(zhí)行安全控制。應(yīng)注意，在上述的日本未審查專利申請公開第2005-176520號中，即使在電壓超過預(yù)定電壓后，還執(zhí)行預(yù)定期間的充電，因此依賴于電池的內(nèi)部阻抗而存在危險(xiǎn)過電壓發(fā)生的可能性，因而該控制是不安全的。此外，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過定義用于電池平衡判定的最大電壓與最小電壓間的電壓范圍(指定電壓范圍)，所有電池塊的電壓均通過電池平衡控制而在該指定電壓范圍內(nèi)。通過可變的該指定電壓范圍，能夠自由地確定電池平衡的精度。應(yīng)注意，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，當(dāng)電池塊13在充電時(shí)變?yōu)檫^電壓時(shí)，控制電路 11可以使充電開關(guān)14斷開以停止來自充電電源單元2的電力，或可以保持充電開關(guān)14接通而不停止來自充電電源單元2的電力。S卩，本發(fā)明的實(shí)施方式可以應(yīng)用到過電壓時(shí)充電停止的系統(tǒng)和過電壓時(shí)充電繼續(xù)并執(zhí)行電池塊的放電的系統(tǒng)，而不取決于電源裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，在本說明書中，圖2的流程圖所示的步驟不僅包括按時(shí)間順序根據(jù)本文中記載的順序執(zhí)行的處理，而且還包括同時(shí)或分別執(zhí)行的處理(即使這些步驟可以不按時(shí)間順序執(zhí)行)。此外，本發(fā)明的實(shí)施方式不局限于以上描述的實(shí)施方式，而在不背離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化。本發(fā)明包含于2010年9月3日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP 2010-198142的公開所涉及的主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，包括使均由一個(gè)或多個(gè)二次電池組電池構(gòu)成、并且串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊以電池平衡方式充電的控制器；其中，所述控制器包括檢測器，檢測各個(gè)所述電池塊的電壓；更新器，順次更新檢測到的各個(gè)所述電池塊的電壓中的最大電壓，以及放電器，使所述多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，所述控制器執(zhí)行電池平衡控制，使得檢測到的各個(gè)電池塊的最大電壓與最小電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的指定電壓范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中，所述放電對象電壓范圍和所述指定電壓范圍具有所述指定電壓范圍 >所述放電對象電壓范圍的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，當(dāng)檢測到的各個(gè)電池塊的電壓變?yōu)榈扔诨虼笥陬A(yù)先定義的指定最大電壓時(shí)，所述控制器停止所述多個(gè)電池塊的充電。
5.一種控制裝置的控制方法，所述控制裝置包括使均由一個(gè)或多個(gè)二次電池組電池構(gòu)成、并且串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊以電池平衡方式充電的控制器；其中，所述控制器檢測各個(gè)所述電池塊的電壓；順次更新檢測到的各個(gè)所述電池塊的電壓中的最大電壓；以及使所述多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。
6.一種電源裝置，包括多個(gè)電池塊，其中每一個(gè)均由一個(gè)或多個(gè)二次電池組電池構(gòu)成并且所述多個(gè)電池塊串聯(lián)連接；充電裝置，用于對所述多個(gè)電池塊進(jìn)行充電；以及控制裝置，用于使所述多個(gè)電池塊以電池平衡的方式充電；其中，所述控制裝置包括檢測裝置，用于檢測各個(gè)所述電池塊的電壓；更新裝置，用于順次更新檢測到的各個(gè)所述電池塊的電壓中的最大電壓；以及放電裝置，使所述多個(gè)電池塊中的檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。
全文摘要
本發(fā)明提供了控制裝置、控制方法和電源裝置，其中該控制裝置包括控制器，使均由一個(gè)或多個(gè)的二次電池組電池構(gòu)成并且串聯(lián)連接的多個(gè)電池塊以電池平衡方式充電，并且該控制器包括檢測器，檢測各個(gè)電池塊的電壓；更新器，順次更新檢測到的各個(gè)電池塊的電壓中的最大電壓；以及放電器，使多個(gè)電池塊中的、檢測到的電壓與更新的最大電壓之間的電壓范圍在預(yù)先定義的放電對象電壓范圍內(nèi)的電池塊放電。
文檔編號H02J7/00GK102386645SQ201110249818
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者三瓶晃, 柳原一晴 申請人:索尼公司