專利名稱：電池電壓控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池電壓控制裝置。
背景技術(shù)：
以往已知，在電動汽車或混合動力汽車等的車輛中，搭載了成為動力源的電動機和對該電動機提供電力的高電壓/大容量的電池。該電池將由鋰離子電池或者氫鎳電池等構(gòu)成的電池單元(cell)串聯(lián)連接多個而構(gòu)成。以往，為了維持電池的性能，監(jiān)視各個電池單元的單元電壓而進行用于將各個單元電壓均勻化的電壓平衡控制。
以往，已知如下技術(shù)將由旁路電阻和開關(guān)元件的串聯(lián)連接構(gòu)成的放電電路與各個電池單元并聯(lián)連接，將連接到過充電狀態(tài)的電池單元的放電電路的開關(guān)元件控制為導通狀態(tài)，從而將上述過充電狀態(tài)的電池單元放電而實現(xiàn)單元電壓的均勻化(例如，參照日本特開2008-21589號公報以及日本特開2010-88179號公報)。但是，在以往技術(shù)中，為了實現(xiàn)單元電壓的均勻化，將儲存在過充電狀態(tài)的電池單元的電荷的一部分通過放電電路來放電。即，在以往技術(shù)中，在電池單元中儲存的電能的一部分作為熱能而白白地消耗，從能量效率的觀點出發(fā)，需要改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的情況而完成的，其目的在于，提供一種電池電壓控制裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)在電壓平衡控制時的能量效率的提高。為了解決上述目的，本發(fā)明的一個方式的電池電壓控制裝置的特征在于，包括電壓檢測電路，具有電壓檢測用電容器，在通過各個電池單元對該電壓檢測用電容器進行充電之后，輸出該電壓檢測用電容器的端子間電壓；電壓控制部，獲取各個電壓檢測電路的輸出電壓作為各個電池單元的電壓檢測結(jié)果，并基于所述電壓檢測結(jié)果，進行各個電池單元的電壓平衡控制；以及電荷移動電路，根據(jù)所述電壓控制部的控制，使電荷從一個電壓檢測用電容器移動至電荷移動用電容器，并使電荷從所述電荷移動用電容器移動至其他的電壓檢測用電容器。所述電壓控制部也可以是如下結(jié)構(gòu)在基于所述電壓檢測結(jié)果，具有單元電壓比其他的電池單元高的第一電池單元的情況下，將通過所述單元電壓高的電池單元進行了充電的第一電壓檢測用電容器決定為電荷的移動源，并控制所述電荷移動電路，使得電荷從該第一電壓檢測用電容器移動至所述電荷移動用電容器。所述電壓控制部也可以是如下結(jié)構(gòu)監(jiān)視所述電荷移動用電容器的端子間電壓，在所述第一電壓檢測用電容器的端子間電壓高于所述電荷移動用電容器的端子間電壓的情況下，控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述第一電壓檢測用電容器移動至所述電荷移動用電容器。所述電壓控制部也可以是如下結(jié)構(gòu)在基于所述電壓檢測結(jié)果，具有單元電壓比其他的電池單元低的第二電池單元的情況下，將通過所述第二電池單元進行了充電的第二電壓檢測用電容器決定為電荷的移動目的地，并控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述電荷移動用電容器移動至所述第二電壓檢測用電容器。所述電壓控制部也可以是如下結(jié)構(gòu)監(jiān)視所述電荷移動用電容器的端子間電壓，在所述第二電壓檢測用電容器的端子間電壓低于所述電荷移動用電容器的端子間電壓的情況下，控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述電荷移動用電容器移動至所述第二電壓檢測用電容器。所述電荷移動用電容器的高電位側(cè)端子也可以經(jīng)由恢復用開關(guān)連接到電源電壓線，所述電壓控制部也可以是如下結(jié)構(gòu)在基于所述電壓檢測結(jié)果而判斷為全部電池單元處于滿充電狀態(tài)的情況下，將所述恢復用開關(guān)控制為導通狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠?qū)⒁酝鳛闊崮芏装椎叵牡碾姵貑卧碾娔艿囊徊糠?、即在電池單元中儲存的電荷，使用電壓檢測用電容器和電荷移動用電容器，從單元電壓高(S0C高)的電池單元移動至單元電壓低(S0C低)的電池單元而實現(xiàn)單元電壓的均勻化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在電壓平衡控制時的能量效率的提高。


圖I是本實施方式的電池電壓控制裝置I的結(jié)構(gòu)概略圖。圖2A是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。圖2B是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。圖3A是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。圖3B是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。圖4A是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。圖4B是有關(guān)電池電壓控制裝置I的動作的說明圖。標號說明I電池電壓控制裝置BI BN電池單元Dl DN單元電壓檢測電路M微型計算機(電壓控制部)E電荷移動電路FC懸浮(7 9)電容器(電壓檢測用電容器)MC電荷移動用電容器
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的一實施方式。圖I是本實施方式的電池電壓控制裝置I的結(jié)構(gòu)概略圖。如圖I所示，電池電壓控制裝置I是檢測串聯(lián)連接的N個(例如N= 12)電池單元BI BN的各個單元電壓，并基于該單元電壓檢測結(jié)果而進行各個電池單元BI BN的電壓平衡控制的E⑶(電子控制單元)，包括在每個電池單元BI BN中分別設(shè)置的單元電壓檢測電路Dl DN、電荷移動電路E、微型計算機(電壓控制部)M。各個單元電壓檢測電路Dl DN全部成為共同的電路結(jié)構(gòu)。即，若將第n個(n為I至N的整數(shù))單元電壓檢測電路的符號設(shè)為Dn，則單元電壓檢測電路Dn由懸浮電容器(電壓檢測用電容器)FCn、第一輸入開關(guān)Sna、第二輸入開關(guān)Snb、第一輸出開關(guān)Snc以及第二輸出開關(guān)Snd構(gòu)成。懸浮電容器FCn是用于暫時儲存第n個電池單元Bn的端子間電壓(單元電壓)的電荷的電容器。第一輸入開關(guān)Sna、第二輸入開關(guān)Snb、第一輸出開關(guān)Snc以及第二輸出開關(guān)Snd例如是MOS-FET (金屬氧化物半導體場效應(yīng)管)等的、由微型計算機M控制其導通/截止狀態(tài)的開關(guān)元件。電荷移動電路E由電荷移動用電容器MC、N個第一電荷移動用開關(guān)SXl SXN、2個第二電荷移動用開關(guān)SY1、SY2、恢復用開關(guān)SZ以及2個分壓電阻R1、R2構(gòu)成。電荷移動 用電容器MC是用于懸浮電容器之間的電荷的移動的電容器。第一電荷移動用開關(guān)SXl SXN、第二電荷移動用開關(guān)SY1、SY2以及恢復用開關(guān)SZ例如是MOS-FET等的、由微型計算機M控制其導通/截止狀態(tài)的開關(guān)元件。懸浮電容器FCn的一個端子經(jīng)由第一輸入開關(guān)Sna而連接到電池單元Bn的正極端子，且經(jīng)由第一輸出開關(guān)Snc而連接到微型計算機M的第n個單元電壓輸入端口 Pn。此外，該懸浮電容器FCn的一個端子經(jīng)由第一輸出開關(guān)Snc和第n個第一電荷移動用開關(guān)SXn而連接到電荷移動用電容器MC的一個端子。懸浮電容器FCn的另一個端子經(jīng)由第二輸入開關(guān)Snb而連接到電池單元Bn的負極端子，且經(jīng)由第二輸出開關(guān)Snd以及第二電荷移動用開關(guān)SYl而連接到電池電壓控制裝置I內(nèi)的電源電壓線(例如，5V的Vcc線)。此外，該懸浮電容器FCn的另一個端子經(jīng)由第二輸出開關(guān)Snd和第二電荷移動用開關(guān)SY2而連接到電池電壓控制裝置I內(nèi)的公共電位線(例如，地線)。電荷移動用電容器MC的一個端子除了連接到第一電荷移動用開關(guān)SXl SXN之夕卜，還經(jīng)由恢復用開關(guān)SZ而連接到Ncc線，且連接到分壓電阻Rl的一端，另一個端子連接到地線。分壓電阻Rl和分壓電阻R2串聯(lián)連接，分壓電阻R2的一端連接到地線。此外，分壓電阻R2的高電位側(cè)端子(連接到分壓電阻Rl的端子)連接到微型計算機M的監(jiān)視電壓輸入端口 Pm。以上，著眼于第n個單元電壓檢測電路Dn而說明了與電荷移動電路E的連接狀態(tài)，但該連接狀態(tài)對于全部單元電壓檢測電路Dl DN來說是共同的。例如，若著眼于第I個(n = I)單元電壓檢測電路D1，則懸浮電容器FCl的一個端子經(jīng)由第一輸入開關(guān)Sla而連接到電池單元BI的正極端子，且經(jīng)由第一輸出開關(guān)Slc而連接到微型計算機M的單元電壓輸入端口 P1。此外，該懸浮電容器FCl的一個端子經(jīng)由第一輸出開關(guān)Slc和第一電荷移動用開關(guān)SXl而連接到電荷移動用電容器MC的一個端子。懸浮電容器FCl的另一個端子經(jīng)由第二輸入開關(guān)Slb而連接到電池單元BI的負極端子，且經(jīng)由第二輸出開關(guān)Sld和第二電荷移動用開關(guān)SYl而連接到Vcc線。此外，該懸浮電容器FCl的另一個端子經(jīng)由第二輸出開關(guān)Sld和第二電荷移動用開關(guān)SY2而連接到地線。由于關(guān)于其他的單元電壓檢測電路D2 DN也是相同的(n代表適用的數(shù)字即可)，所以省略說明。詳細地敘述，如上所述那樣構(gòu)成的單元電壓檢測電路Dn在微型計算機M的開關(guān)控制之下，通過電池單元Bn對懸浮電容器FCn充電之后，將該懸浮電容器FCn的端子間電壓V_FCn輸出到微型計算機M的單元電壓輸入端口 Pn (對于全部單元電壓檢測電路Dl DN來說相同)。此外，電荷移動電路E在微型計算機M的開關(guān)控制之下，使電荷從成為電荷的移動源的懸浮電容器移動至電荷移動用電容器MC，并使電荷從電荷移動用電容器MC移動至成為電荷的移動目的地的懸浮電容器。微型計算機M是ROM以及RAM等的存儲器、CPU (中央處理單元)、A/D變換電路、輸入輸出接口等一體地組裝的微型控制器。該微型計算機M通過控制各個開關(guān)的導通/截止狀態(tài)，從而獲取各個單元電壓檢測電路Dl DN的輸出電壓(懸浮電容器FCl FCN的端子間電壓)作為各個電池單元BI BN的電壓檢測結(jié)果，并基于該電壓檢測結(jié)果而進行各個電池單元BI BN的電壓平衡控制。
接著，詳細說明如上構(gòu)成的電池電壓控制裝置I的動作。<單元電壓檢測動作>首先，說明電池電壓控制裝置I的單元電壓檢測動作。圖2A和圖2B是表示在各個電池單元BI BN的單元電壓檢測時的各個開關(guān)的導通/截止狀態(tài)的圖。另外，在圖2A和圖2B中，為了便于說明，僅從圖I提取出第一個電池單元BI、單元電壓檢測電路D1、第二電荷移動用開關(guān)SY1、SY2以及微型計算機M，但在單元電壓檢測時的各個單元電壓檢測電路Dl DN的開關(guān)狀態(tài)全部相同。首先，如圖2A所示，微型計算機M將單元電壓檢測電路Dl的第一輸入開關(guān)Sla和第二輸入開關(guān)Slb控制為導通狀態(tài)(其他的開關(guān)全部為截止狀態(tài))。由此，單元電壓檢測電路Dl的懸浮電容器FCl并聯(lián)連接到電池單元BI，懸浮電容器FCl通過按照圖示的路徑流過的充電電流I_B1而被充電。然后，若懸浮電容器FCl的端子間電壓V_FC1等于電池單元BI的端子間電壓(單元電壓)V_B1，則懸浮電容器FCl成為滿充電狀態(tài)而完成充電。微型計算機M若如上所述那樣通過電池單元BI對懸浮電容器FCl的充電完成，則如圖2B所示，將單元電壓檢測電路Dl的第一輸入開關(guān)Sla和第二輸入開關(guān)Slb控制為截止狀態(tài)，并將第一輸出開關(guān)Sic、第二輸出開關(guān)Sld以及第二電荷移動用開關(guān)SY2控制為導通狀態(tài)。由此，懸浮電容器FCl的一個端子連接到微型計算機M的單元電壓輸入端口 Pl且另一個端子連接到地線，懸浮電容器FCl的端子間電壓V_FC1輸出到微型計算機M的單元電壓輸入端口 Pl。微型計算機M獲取單元電壓輸入端口 Pl的輸入電壓(懸浮電容器FCl的端子間電壓V_FC1)作為第一個電池單元BI的單元電壓V_B1，并將該單元電壓V_B1通過A/D變換電路而變換為CPU可處理的數(shù)字數(shù)據(jù)之后，作為電池單元BI的單元電壓檢測結(jié)果而存儲在內(nèi)部存儲器(例如RAM)中。微型計算機M通過對各個單元電壓檢測電路Dl DN的全部進行上述的開關(guān)控制和信號處理，從而獲得各個電池單元BI BN的單元電壓檢測結(jié)果(V_B1 V_BN)。<電壓平衡控制動作>接著，說明電池電壓控制裝置I的電壓平衡控制動作。微型計算機M在基于如上所述那樣存儲在內(nèi)部存儲器中的各個電池單元BI BN的單元電壓檢測結(jié)果(V_B1 V_BN)，具有單元電壓比其他的電池單元高(SOC高)的電池單元的情況下，將通過該單元電壓高的電池單兀而被充電的懸浮電容器決定作為電荷的移動源。以下，假設(shè)懸浮電容器FCl被決定作為電荷的移動源而進行說明。并且，微型計算機M獲取監(jiān)視電壓輸入端口 Pm的輸入電壓(分壓電阻R2的端子間電壓Vm)作為監(jiān)視電壓，并將該監(jiān)視電壓Vm通過A/D變換電路而變換為CPU可處理的數(shù)字數(shù)據(jù)之后，使用下述⑴式，從監(jiān)視電壓Vm計算出電荷移動用電容器MC的端子間電壓V_MC。另外，在下述(I)式中，rl是分壓電阻Rl的電阻值，r2是分壓電阻R2的電阻值。V_MC = (rl+r2) Vm/r2......(I) 微型計算機M對如上所述那樣計算出的電荷移動用電容器MC的端子間電壓V_MC與決定作為電荷的移動源的懸浮電容器FCl的端子間電壓V_FC1( S卩，單元電壓V_B1)進行比較，且在V_FC1高于V_MC的情況下，控制電荷移動電路E，使得電荷從決定作為電荷的移動源的懸浮電容器FCl移動至電荷移動用電容器MC。具體地說，如圖3A所示，微型計算機M在V_FC1高于V_MC的情況下，將電荷移動電路E的第一電荷移動用開關(guān)SXl和第二電荷移動用開關(guān)SYl控制為導通狀態(tài)，且將第二電荷移動用開關(guān)SY2控制為截止狀態(tài)。由此，懸浮電容器FCl的一個端子連接到電荷移動用電容器MC，另一個端子連接到Vcc線。此時，儲存在懸浮電容器FCl中的電荷移動至電荷移動用電容器MC，電荷移動用電容器MC通過按照圖示的路徑流過的充電電流Ic而被充電。另一方面，微型計算機M在基于如上所述那樣在內(nèi)部存儲器中存儲的各個電池單元BI BN的單元電壓檢測結(jié)果(V_B1 V_BN)，具有單元電壓比其他的電池單元低(S0C低)的電池單元的情況下，將通過該單元電壓低的電池單元而被充電的懸浮電容器決定作為電荷的移動目的地。以下，假設(shè)懸浮電容器FC3被決定作為電荷的移動目的地而進行說明。微型計算機M對如上所述那樣計算出的電荷移動用電容器MC的端子間電壓V_MC與決定作為電荷的移動目的地的懸浮電容器FC3的端子間電壓V_FC3( S卩，單元電壓V_B3)進行比較，且在V_FC3低于V_MC的情況下，控制電荷移動電路E，使得電荷從電荷移動用電容器MC移動至決定作為電荷的移動目的地的懸浮電容器FC3。具體地說，如圖3B所示，微型計算機M在V_FC3低于V_MC的情況下，將電荷移動電路E的第一電荷移動用開關(guān)SX3和第二電荷移動用開關(guān)SY2控制為導通狀態(tài)，且將第二電荷移動用開關(guān)SYl控制為截止狀態(tài)。由此，懸浮電容器FC3的一個端子連接到電荷移動用電容器MC，另一個端子連接到地線。此時，儲存在電荷移動用電容器MC中的電荷移動至懸浮電容器FC3，懸浮電容器FC3通過按照圖示的路徑流過的充電電流Irc而被充電。充電后的懸浮電容器FC3的端子間電壓V_FC3高于電池單元B3的單元電壓V_B3。因此，如圖4A所示，若下一次實施單元電壓檢測動作，從而單元電壓檢測電路D3的第一輸入開關(guān)S3a和第二輸入開關(guān)S3b控制為導通狀態(tài)(其他的開關(guān)為截止狀態(tài))，則電池單元B3通過按照圖示的路徑流過的充電電流I_FC3而被充電，電池單元B3的單元電壓V_B3上升(即，實現(xiàn)單元電壓的均勻化)。由此，在本實施方式中，由于能夠?qū)⒁酝鳛闊崮芏装椎叵牡碾姵貑卧碾娔艿囊徊糠?、即在電池單元中儲存的電荷，使用懸浮電容器FCl FCN和電荷移動用電容器MC，從單元電壓高(SOC高)的電池單元移動至單元電壓低(SOC低)的電池單元而實現(xiàn)單元電壓的均勻化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在電壓平衡控制時的能量效率的提高。此外，微型計算機M在基于如上所述那樣在內(nèi)部存儲器中存儲的各個電池單元BI BN的單元電壓檢測結(jié)果(V_B1 V_BN)，判斷為全部電池單元BI BN成為滿充電狀態(tài)的情況下(即，在不需要進行電壓平衡控制的情況下)，將恢復用開關(guān)SZ控制為導通狀態(tài)。由此，如圖4B所示，電荷移動用電容器MC的一個端子連接到Vcc線，恢復電流Irg按照圖示的路徑而流過微型計算機M。即，在不需要進行電壓平衡控制的情況下，通過將在電荷移動用電容器MC中儲存的電荷、即電能在Vcc中恢復，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電池電壓控制裝置I的省電化。以上，說明了本發(fā)明的一實施方式，但本實施方式到底是一例，在不脫離本發(fā)明的意旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)嵤┓绞降募毠?jié)進行各種變更是不言而喻的。例如，在上述實施方式中，例示了如圖I所示的電路結(jié)構(gòu)的電荷移動電路E，但只要能夠使電荷從成為電荷的移動源的懸浮電容器移動至電荷移動用電容器，并使電荷從電荷移動用電容器移動至成為電荷 的移動目的地的懸浮電容器，則可以采用任何電路結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種電池電壓控制裝置，其特征在于，包括 電壓檢測電路，具有電壓檢測用電容器，在通過各個電池單元對該電壓檢測用電容器進行充電之后，輸出該電壓檢測用電容器的端子間電壓； 電壓控制部，獲取各個電壓檢測電路的輸出電壓作為各個電池單元的電壓檢測結(jié)果，并基于所述電壓檢測結(jié)果，進行各個電池單元的電壓平衡控制；以及 電荷移動電路，根據(jù)所述電壓控制部的控制，使電荷從一個電壓檢測用電容器移動至電荷移動用電容器，并使電荷從所述電荷移動用電容器移動至其他的電壓檢測用電容器。
2.如權(quán)利要求I所述的電池電壓控制裝置，其特征在于， 在基于所述電壓檢測結(jié)果，具有單元電壓比其他的電池單元高的第一電池單元的情況下，所述電壓控制部將通過所述第一電池單元進行了充電的第一電壓檢測用電容器決定為電荷的移動源，并控制所述電荷移動電路，使得電荷從該第一電壓檢測用電容器移動至所述電荷移動用電容器。
3.如權(quán)利要求2所述的電池電壓控制裝置，其特征在于， 所述電壓控制部監(jiān)視所述電荷移動用電容器的端子間電壓，在所述第一電壓檢測用電容器的端子間電壓高于所述電荷移動用電容器的端子間電壓的情況下，控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述第一電壓檢測用電容器移動至所述電荷移動用電容器。
4.如權(quán)利要求I所述的電池電壓控制裝置，其特征在于， 在基于所述電壓檢測結(jié)果，具有單元電壓比其他的電池單元低的第二電池單元的情況下，所述電壓控制部將通過所述第二電池單元進行了充電的第二電壓檢測用電容器決定為電荷的移動目的地，并控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述電荷移動用電容器移動至所述第二電壓檢測用電容器。
5.如權(quán)利要求4所述的電池電壓控制裝置，其特征在于， 所述電壓控制部監(jiān)視所述電荷移動用電容器的端子間電壓，在所述第二電壓檢測用電容器的端子間電壓低于所述電荷移動用電容器的端子間電壓的情況下，控制所述電荷移動電路，使得電荷從所述電荷移動用電容器移動至所述第二電壓檢測用電容器。
6.如權(quán)利要求I至5的任一項所述的電池電壓控制裝置，其特征在于， 所述電荷移動用電容器的高電位側(cè)端子經(jīng)由恢復用開關(guān)連接到電源電壓線， 所述電壓控制部在基于所述電壓檢測結(jié)果而判斷為全部電池單元處于滿充電狀態(tài)的情況下，將所述恢復用開關(guān)控制為導通狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明的電池電壓控制裝置包括電壓檢測電路，在通過各個電池單元對電壓檢測用電容器進行充電之后，輸出該電壓檢測用電容器的端子間電壓；電壓控制部，獲取各個電壓檢測電路的輸出電壓作為各個電池單元的電壓檢測結(jié)果，并基于所述電壓檢測結(jié)果，進行各個電池單元的電壓平衡控制；以及電荷移動電路，根據(jù)所述電壓控制部的控制，使電荷從一個電壓檢測用電容器移動至電荷移動用電容器，并使電荷從所述電荷移動用電容器移動至其他的電壓檢測用電容器。
文檔編號H02J7/00GK102738856SQ20121008526
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者鐮田誠二 申請人:株式會社京濱