CN104009510A - 固定蓄电***和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固定蓄电***和控制方法。一种固定蓄电***（1）包括：固定蓄电池（10），其包括镍金属氢化物二次电池（11）；以及控制器（30），所述控制器重复地执行使用外部电源（60）的充电和放电以向负荷（50）提供电力，所述控制器（30）在任一二次电池（11）的SOC已变为第一阈值时停止向负荷（50）放电，并且在任一二次电池（11）的SOC已变为第二阈值时停止从所述外部电源（60）充电。所述控制器（30）额外地对整个固定蓄电池（10）充电，以便：当任一二次电池（11）的SOC已变为所述第二阈值时，通过不停止充电，允许除了具有最低SOC的二次电池（11）之外的二次电池（11）被充电到超过所述第二阈值的满充电水平；并且具有最低SOC的二次电池（11）的SOC变得大于或等于所述第二阈值。

Description

固定蓄电***和控制方法

技术领域

本发明涉及对固定蓄电***的充电和放电控制。

背景技术

公开号为2004-185915的日本专利申请（JP2004-185915A）描述了一种替换方法，其中构成电池组的多个电池单体的一部分用新的替换电池单体（cell）进行替换。借助这种替换方法，允许通过将新电池单体充电到低于除了替换对象单电池（unit cell）以外的电池单体的充电水平，在不执行替换后均衡处理的情况下使用电池组。

但是，替换的新电池单体与未替换的每个旧电池单体之间的充电效率是不同的，并且由于电池单体劣化程度等的不同，旧电池单体之间的充电效率也是不同的。因此，由于重复充电和放电，构成电池组的电池单体之间的充电水平（SOC）可能发生变化。

特别地，与输出用于使车辆行驶的能量的电池组不同，固定蓄电池的充电水平的使用范围（SOC上限值与SOC下限值之差）很广。如果充电水平的使用范围很广，则充电效率差别的影响进一步增加，并且充电水平的变化也会趋于增加。与允许一次输出很大的车辆电池不同，对于着重于在特定时段稳定地提供电力的固定蓄电池，如果电池单体之间的充电水平变化由于重复地充电和放电而增加，并且可充电和可放电的使用范围减小，则可能无法作为固定蓄电池发挥足够的性能。

此外，近几年努力将混合动力车辆或电动车辆上安装的电池组作为固定蓄电池来重复使用，并且由于电池单体劣化等原因，已使用的电池组主要在充电效率方面存在差别。因此，可能无法充分发挥固定蓄电池的性能，并且无法通过重复使用已使用的电池组来对电池组进行充分利用。

发明内容

本发明提供了一种固定蓄电***，该固定蓄电***能够抑制由于构成固定蓄电池的多个镍金属氢化物二次电池之间充电水平变化导致的固定蓄电池性能降低。

本发明的第一方面包括：固定蓄电池，其包括多个彼此串联连接的镍金属氢化物二次电池并且被配置为向负荷提供电力；以及控制器，其被配置为重复地执行使用外部电源的充电控制和放电控制以向所述负荷提供电力。所述控制器被配置为在任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为第一阈值时停止所述固定蓄电池向所述负荷放电，并且所述控制器被配置为在任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为第二阈值时停止从所述外部电源对所述固定蓄电池充电。

所述控制器被配置为在使用所述外部电源的所述充电控制中额外地对整个固定蓄电池充电，以便：当任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为所述第二阈值时，通过不停止充电，允许除了具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池之外的镍金属氢化物二次电池被充电到超过所述第二阈值的满充电水平；并且具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池的SOC变得大于或等于所述第二阈值。

根据本发明的第一方面，可以通过额外充电，减小在所述满充电水平与所述第二阈值之间的范围内构成所述固定蓄电池的所述多个镍金属氢化物二次电池之间SOC变化跨度，从而消除SOC变化。因此，可以抑制其中允许充电和放电的所述第一阈值与所述第二阈值之间SOC使用范围的减小，因此可以抑制由于SOC变化导致的所述固定蓄电***的电池性能的降低。

所述控制器可被配置为额外地对所述整个固定蓄电池充电，直到具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池的SOC达到超过所述第二阈值的满充电水平。根据此配置，可以使每个所述镍金属氢化物二次电池的SOC在所述满充电水平（SOC为100%）上达到均衡，因此可以消除SOC变化。

所述控制器可被配置为在所述充电控制中以第一充电率执行充电，直到所述镍金属氢化物二次电池的SOC变为所述第二阈值，并且所述控制器可被配置为从所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为所述第二阈值时到所述镍金属氢化物二次电池的SOC达到所述满充电水平时，以低于所述第一充电率的第二充电率执行充电。根据此配置，例如可以在抑制由于过充电导致所述镍金属氢化物二次电池产生热量的同时适当地执行充电到超过所述第二阈值的所述满充电水平。

所述固定蓄电***可以进一步包括电压传感器，其被配置为检测每个所述镍金属氢化物二次电池的电压值；以及电流传感器，其被配置为检测流过所述镍金属氢化物二次电池的电流值。所述控制器可被配置为基于每个镍金属氢化物二次电池的SOC与所述电压值之间的规定的对应映射，确定已达到对应于所述第一阈值的电压值的第一镍金属氢化物二次电池，并停止放电，所述控制器可被配置为基于所述对应映射，确定已达到对应于所述第二阈值的电压值的第二镍金属氢化物二次电池，并停止充电，并且所述控制器可被配置为当所述第一镍金属氢化物二次电池与所述第二镍金属氢化物二次电池之间的SOC差大于或等于预定值时，额外地对所述整个固定蓄电池充电。通过响应于作为触发的SOC差执行额外充电，定期消除由于SOC变化导致的所述第一阈值与所述第二阈值之间的SOC使用范围减小，因此可以适当地维护所述固定蓄电***的电池性能。

所述控制器可被配置为在所述放电控制中基于从放电开始时到所述第一镍金属氢化物二次电池的SOC达到所述第一阈值时的充电和放电电流累积值，计算当所述第一镍金属氢化物二次电池的SOC已达到所述第一阈值时，所述第二镍金属氢化物二次电池的SOC。根据此配置，可以精确地计算已从所述第二阈值下降的所述第二镍金属氢化物二次电池的当前SOC。

所述控制器可被配置为额外地对所述整个固定蓄电池充电，以便在所述第二镍金属氢化物二次电池已被充电到所述第二阈值之后，对所述第二镍金属氢化物二次电池充以对应于所述SOC差的电力量。根据此配置，可以按正确的比例使用电力执行充电，从而消除（减小）所述镍金属氢化物二次电池之间的SOC变化，并且例如可以通过抑制过度充电，减小由于过充电导致的每个所述镍金属氢化物二次电池的温度上升（发热）。

本发明的第二方面提供一种用于固定蓄电池的控制方法，所述固定蓄电池包括多个彼此串联连接的镍金属氢化物二次电池并且被配置为向负荷提供电力。所述控制方法包括执行向所述负荷的放电控制，并且在任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为第一阈值时停止所述固定蓄电池向所述负荷放电；执行使用外部电源的充电控制，并且在任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为第二阈值时停止从所述外部电源对所述固定蓄电池充电；重复地执行使用所述外部电源的所述充电控制和所述放电控制以向所述负荷提供电力；以及在所述充电控制中额外地对整个固定蓄电池充电，以便：当任一所述镍金属氢化物二次电池的SOC已变为所述第二阈值时，通过不停止充电，允许除了具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池之外的镍金属氢化物二次电池被充电到超过所述第二阈值的满充电水平；并且具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池的SOC变得大于或等于所述第二阈值。根据本发明的第二方面，可以实现与本发明的第一方面类似的有利效应。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，并且其中

图1是示出固定蓄电***的***配置的图形；

图2是示出固定蓄电***中电池组的使用模式以及构成电池组的多个单电池之间的SOC变化实例的图形；

图3是示出对固定蓄电***的充电和放电控制中的SOC变化的图形；

图4是用于示出直至SOC上限值的外部充电控制的图形；

图5是用于示出其中通过刷新（refresh）充电来均衡每个单电池的SOC的模式的图形；

图6是示出镍金属氢化物二次电池的SOC-OCV映射（map）实例的图形；

图7是示出固定蓄电***的刷新充电判定过程的控制流程的图形；以及

图8是示出外部充电过程的控制流程的图形。

具体实施方式

下面将描述本发明的实施例。

第一实施例

将参考图1至图8描述根据本发明的第一实施例的固定蓄电***。图1是固定蓄电***1的***配置图。

固定蓄电***1例如被用作在商店、工厂、住宅等处使用的固定电源，并且连接到住宅等处的负荷50（用电设备）。此外，固定蓄电***1连接到外部电源，并且能够将电力提供给用电设备（能够被放电）并被充以从外部电源60提供的电力。

用电设备例如包括家用电器、空调、设备仪器等。外部电源60例如包括光伏发电机（光伏板）、自备发电机、通过电力传输线提供的商业电力等。

电池组10（对应于蓄电装置）包括多个彼此串联连接的单电池（对应于蓄电元件）11。镍金属氢化物二次电池被用作每个单电池11。单电池11的数量基于电池组10的所需输出等按需设定。在根据该实施例的电池组10中，所有单电池11彼此串联连接。可替代地，电池组10可以包括多个彼此并联连接的单电池11。

此外，根据该实施例的电池组10（单电池11）不仅包括新电池组10，也包括已安装在车辆（诸如混合动力车辆和电动车辆之类）上的已使用的（二手）电池组10。已使用的电池组10包括通过从多个已使用的电池组10中收集单电池11而重新构成的、或者通过使用新的或其它已使用的电池组10的单电池11替换已使用的电池组10的部分单电池11而重新构成的重建电池组。

电池组10通过正极线PL1和负极线NL1连接到升压转换器40。正极线PL1连接到电池组10的正极端子。负极线NL1连接到电池组10的负极端子。继电装置R1a设置在正极线PL1中，继电装置R2a设置在负极线NL1中。

此外，电池组10通过正极线PL2和负极线NL2连接到外部电源60。正极线PL2连接到正极端子。负极线NL2连接到负极端子。继电装置R1b设置在正极线PL2中。继电装置R2b设置在负极线NL2中。

升压转换器40连接到负荷50。升压转换器40能够升高或降低电池组10的输出电压并将升压后或降压后的电力提供给负荷50。可以向负荷50提供直流或交流电力。当提供交流电时，在升压转换器40与负荷50之间设置逆变器。

外部电源60向电池组10提供外部电力，在图1的实例中，电池组10直接连接到外部电源60。替代地，充电电力可被配置为通过升压转换器40、逆变器等从外部电源60提供给电池组10。

电压传感器20检测电池组10的端电压以及构成电池组10的串联连接的单电池11各个的电压，并将检测到的结果输出到控制器30。电流传感器21检测用于对电池组10充电或放电的充电或放电电流，并将检测到的结果输出到控制器30。

此外，电流传感器21能够检测通过外部电源60流过电池组10的外部充电电流并将检测到的结果输出到控制器30。根据该实施例的电流传感器21设置在从外部电源60输出到电池组10的外部充电电流的电流路径中，并且设置在当继电装置R1a、R2a处于关断状态（即，其中电池组10与负荷50断开连接的状态）时，外部充电电流流过电池组10时所沿着的电流路径中。检测通过外部电源60流过电池组10的外部充电电流的电流传感器和在对电池组10的充电和放电控制中检测流过电池组10的电流的电流传感器也适于分别设置并且分别地检测电流。

控制器30是管理对整个固定蓄电***1的控制的控制单元，并且是执行充电和放电控制所需的过程（例如SOC估计过程和通过外部电源60的外部充电过程）以及对电池组10的充电和放电控制的控制装置。控制器30能够基于电压传感器20检测到的电压值和电流传感器21检测到的电流值计算电池组10（单电池11）的SOC，并且能够基于所计算的SOC和满充电水平执行对电池组10的充电和放电控制。存储器31是用于存储各种信息的存储装置。

控制器30在从固定蓄电***1开始充电和放电控制时到充电和放电控制结束时的时段内，以预定定时（timing）或预定时间间隔获取通过电压传感器20检测到的电池组10的电压值和每个单电池11的电压值、以及通过电流传感器21检测到的电流值。控制器30执行SOC估计过程，用于基于所获取的CCV估计电池组10（单电池11）的SOC。计算值、检测值等被用在充电和放电控制中，并且存储在存储器31中。

控制器30可被配置为分别包括用于执行SOC估计过程的控制器和用于执行外部充电过程的控制器。即，管理对固定蓄电***1的控制的中央控制单元可被配置为控制各个部分。备选地，可针对每个部分的控制设置单独的控制器，并且中央控制单元可被配置为连接到各个控制器。

电池组10（单电池11）的SOC指示电池组10的当前充电水平占满充电水平的百分比（充电状态），并且满充电水平指示满充电状态（SOC为100%）。SOC从电池组10的开路电压（OCV）来确定。例如，SOC-OCV映射作为电池组10的SOC与OCV之间的对应关系数据可预先存储在存储器31中。控制器30能够从电压传感器20检测到的电压（闭路电压（CCV））计算电池组10的OCV，并且从SOC-OCV映射计算SOC。

电池组10的SOC与OCV之间的对应关系随着电池温度而变化。因此，在存储器31中可以存储针对每一电池温度的SOC-OCV映射，并且，当基于电池组10的OCV估计SOC时，可以基于通过温度传感器（未示出）检测到的电池温度改变（选择）SOC-OCV映射，然后可以估计电池组10的SOC。

控制器30能够通过监视在充电或放电期间电压传感器20检测到的电压值（CCV）来获取电池组10的过充电状态或过放电状态。例如，可执行充电和放电控制以限制电池组10的充电，使得所计算的SOC不会变得大于预定的SOC上限值（例如，对应于满充电水平的充电结束电压），或者限制电池组10的放电，使得所计算的SOC不会变得小于SOC下限值（例如，针对充电水平为零（0%）的状态设定的放电结束电压）。

此外，控制器30可以执行使用电池组10的充电和放电电流的累积值的SOC估计过程（而非上述使用SOC-OCV映射的计算方法）作为计算电池组10（单电池11）的SOC的方法。

控制器30执行充电和放电控制期间充电和放电电流的累积过程，并且将充电和放电电流累积值存储在存储器31中作为充电和放电历史。例如，电流传感器21检测到的检测值作为针对放电电流的正值和针对充电电流的负值进行累积，并且可以计算充电和放电电流累积值。

电池组10（单电池11）的SOC指示相对于满充电水平储存的电力量（Ah）。即，电池组10中存储的电力量和SOC具有对应关系，因此可以根据充电和放电电流累积值获取从预定SOC到当前SOC的SOC变化。例如，当从SOC为90%的状态对电池组10放电时，通过累积放电电流来获取释放的电力量。可以通过提前获取90%的SOC上的充电水平（Ah），然后从90%的SOC上的充电水平减去对应于电流累积值的放电电力量来计算当前的充电水平（Ah），即，当前的SOC。

接下来，将描述对根据该实施例的固定蓄电***1的充电和放电控制。图2是示出固定蓄电***1中电池组10的使用模式以及构成电池组10的多个单电池11之间的SOC变化实例的图形。

车辆电池例如在SOC的30至70%的范围中使用，而固定蓄电***1基本上被允许在SOC的0至100%的范围中使用，并且即使当鉴于电池保护而考虑到过充电状态或过放电状态时，也在SOC的10至90%的范围中使用。即，固定蓄电***1在使用目的和使用方法上不同于车辆电池。

存储被提供给车辆驱动电动机的电力的车载电池允许响应于车辆请求而一次输出很大，这样，电流值在充电或放电期间随时变化，电流值波动非常大，而电压波动相对较小。即，存在这样的使用模式：即使在SOC使用范围为窄范围（例如，30至70%的范围）时也可以发挥充足的电池性能。因此，即使当使用范围由于单电池11之间的SOC变化而减小时，电池性能降低相对于车辆请求而言很小。

与之相对，在固定蓄电***1中，着重于在特定时段向负荷50提供稳定的电力，这样便可以恒定的电流执行充电或放电。即，通过在10至90%的宽SOC范围中以恒定的电流执行充电或放电，实现在特定时段提供稳定的电力，并且与车辆电池的波动相比，电流值的波动很小，而电压波动相对较大。因此，在使用诸如10至90%的宽SOC范围实现稳定电力供给的固定蓄电***1中，如果使用范围由于单电池11之间的SOC变化而减小，则电池性能降低相对于固定蓄电***1所需的稳定电力供给而言增大。

如图2所示，在固定蓄电***1中，例如，在针对过充电预设的SOC上限值为90%并且针对过放电预设的SOC下限值为10%的条件下，电池组10的充电和放电被控制。允许放电直至SOC达到10%，并且允许充电直至电池组10的SOC达到90%。在大于车辆电池的使用范围内改变SOC时，电池组10重复地经历以恒定电流放电至SOC下限值并使用外部电源60以恒定电流充电至SOC上限值。

图3是示出对固定蓄电***1的充电和放电控制中的SOC变化的图形。在对电池组10的充电控制和放电控制中，控制器30通过基于每个单电池11的电压值判定每个单电池11的SOC是否已达到SOC上限值或SOC下限值，在从SOC上限值到SOC下限值的使用范围内执行充电和放电控制。

在充电控制中，当任一单电池11已达到SOC上限值（对应的电压值）时，控制器30停止充电。图4是用于示出直至SOC上限值的外部充电控制的图形。如图4所示，当以预定的充电率执行充电时，单电池C首先达到SOC上限值。由于在单电池C达到SOC上限值时停止充电，因此包括单电池H的其它单电池11在达到SOC上限值之前被停止充电，并且仅被充电到小于SOC上限值的SOC。因此，单电池C与单电池H之间存在SOC变化。控制器30能够将单电池C识别为具有最高SOC的单电池11。

另一方面，如图3所示，在放电控制中，当任一单电池11已达到SOC下限值（对应的电压值）时，控制器30停止放电。例如，在图2的实例中，单电池H首先达到SOC下限值。此时，单电池H可被识别为具有最低SOC的单电池11。

即，由于在单电池C与单电池H之间存在SOC差的状态下执行放电，因此，与单电池C相比具有较低SOC的单电池H先于单电池C达到SOC下限值。当单电池H达到SOC下限值时，停止电池组10的放电。因此，停止包括单电池C的其它单电池11的放电，尽管其它单电池11具有大于SOC下限值的SOC（储存可释放的电力量）。

通过这种方式，在10至90%的宽SOC范围中使用的固定蓄电***中，与车辆电池相比，单电池11之间充电效率差的影响增加，并且SOC变化很容易变大，其结果是电池组10的SOC使用范围会由于重复充电和放电导致的老化而减小。具体而言，当在电池组10中使用的单电池11为重复使用的单电池11时，很难避免由于单电池11之间充电效率之差的影响导致的SOC变化的增加，因此牵涉到不可能充分发挥固定蓄电***1的电池性能的问题。

在该实施例中，为了抑制固定蓄电***1的SOC使用范围的减小，通过在外部充电期间执行刷新充电，消除由于单电池11之间的充电效率变化导致的SOC差，从而能够充分发挥具有大SOC使用范围的固定蓄电***1的电池性能。

在外部充电控制中执行刷新充电，并且通过在上述SOC上限值（对应于第二阈值）与SOC下限值（对应于第一阈值）的使用范围内的充电和放电控制中除了正常的外部充电控制还执行额外充电，消除单电池11之间的SOC变化。

在该实施例中，如上所述，将描述这样一种模式作为实例：在充电和放电控制中识别的具有最高SOC的单电池C与具有最低SOC的单电池H之间的SOC差超过预定值的情况下执行刷新充电。这是通过在该SOC差大于或等于作为额外充电触发的预定值时执行额外充电，定期消除由于SOC变化导致的SOC使用范围减小，从而能够适当地维护固定蓄电***的电池性能。

根据该实施例的额外充电例如可被配置为在不考虑SOC差的情况下以预定定时（例如，一月一次）自动地执行，或者在固定蓄电***1的维护工作等时响应于用户、工人等执行的强制性输入操作（例如，SOC变化消除按钮的接通操作）而执行。

首先，如图4所示，控制器30在通过外部电源60对电池组10的正常充电控制中，以第一充电率执行充电，直到任一单电池11的SOC达到SOC上限值，同时监视构成电池组10的每个单电池11的电压。

接下来，当控制器30执行刷新充电时（当SOC差大于预定值时），即使当任一SOC已达到SOC上限值时，控制器30也不会停止充电，而是以第二充电率继续充电。其中允许充电并且持续到所有单电池11达到超过SOC上限值的满充电水平（100%）的充电为刷新充电（额外充电）。

如图5所示，在每个单电池11的SOC已达到SOC上限值之后，每个单电池11被进一步充以对应于“100%-SOC上限值”的电力量，直到满充电水平（100%的SOC）。此时，即使当单电池C已达到SOC上限值，单电池C与单电池H之间也存在SOC差，因此，除了对应于“100%-SOC上限值”的电力量，单电池H还被进一步充以对应于该SOC差的电力量。在图5的实例中，网状剖面线指示的区域指示超过满充电水平的过充电区域。

除了对应于“100%-SOC上限值”的电力量，单电池C之外的其它单电池11也分别类似地被充以与相对于单电池H的SOC差对应的电力量，并且进行额外充电直到具有最低SOC的单电池H达到满充电水平。

单电池H之外的每个单电池11被充以超过满充电水平（100%）的电力量，从而变为过充电状态；但是，当具有最低SOC的单电池H达到满充电水平时，所有单电池11在满充电水平（100%）上达到均衡，从而可以在单电池11之间的SOC变化被消除的状态下执行下一放电控制。因此，可以抑制直达SOC下限值的使用范围减小。而且，在放电控制之后的下一充电控制中在SOC变化被消除的状态下，执行充电控制直到SOC上限值，因此可以抑制直达SOC上限值的使用范围的减小。

第二充电率被设定为低于第一充电率。例如，第一充电率可被设定为5至10A，第二充电率可被设定为1至2A的低充电率。第二充电率可基于用作单电池11的每个镍金属氢化物（Ni-MH）二次电池的过充电时产生的热量按需设定。

在每个镍金属氢化物二次电池中，在充电期间，通常在正极侧发生反应“Ni(OH)₂+OH^-→NiOOH+H₂O+e^-”，在负极侧发生反应“M⁺H₂O+e^-→MH+OH^-”。整体而言，发生反应“Ni(OH)₂+M→NiOOH+MH”，并且在放电期间，反应沿与充电期间的反应相反的方向进行。“M”是储氢合金（hydrogen storage alloy）。

与这些化学反应一起，在过充电期间，在正极侧发生反应“OH^-→1/2H₂O+1/4O_2↑+e^-”，在负极侧发生反应“M+H₂O+e^-→MH+OH^-”和反应“MH_x→M+X/2H_2↑”。在过充电期间（SOC大于或等于SOC上限值）的这些反应还部分地在正常充电期间发生，并且在过充电期间（SOC大于或等于100%），仅发生在过充电期间的这些反应。

在SOC上限值或更大值上的过充电中，在每个镍金属氢化物二次电池内部，储氢合金中的氢还原了氧气，并且由于储氢合金的疏水性（waterrepellency）而直接存储氢。总体而言，此再结合（recombination）反应导致放热反应，如“2H₂+O₂→2H₂O+Q（产生热量）”。

此热量产生发生在SOC超过SOC上限值的区域中。即，为了对二次电池充电而提供的部分电能没被用于充电，而是被转换为热能。响应于热量产生，第二充电率可被设定为低充电率，以便不超过每个单电池11的预定热量产生允许值，并且可被配置为使得每个单电池11被允许充电到超过对应的满充电水平（过充电）。根据此配置，可以适当地执行充电，直到超过SOC上限值的满充电水平，同时抑制由于过充电导致的每个镍金属氢化物二次电池产生热量。

此外，如上所述，在停止放电之后，计算已达到SOC下限值的单电池11（具有SOC下限值充电水平的单电池11）与在上一充电控制中已达到SOC上限值的单电池11（在放电开始时具有SOC上限值充电水平的单电池11）之间的SOC差，并且当SOC差超过阈值时，可以在停止放电之后的充电控制中执行刷新充电。

此时，在该实施例中，在计算SOC差时，通过使用放电电流累积值来计算具有SOC上限值充电水平的每个单电池11的当前SOC。

图6是示出镍金属氢化物二次电池的SOC-OCV映射实例的图形。如图6所示，基于电压传感器20的检测值，使用SOC-OCV映射来判定达到作为停止放电触发的SOC下限值的单电池11是否已达到SOC下限值。即，当已达到对应于预设SOC下限值的电压值时，停止放电，因此达到SOC下限值的单电池11的SOC为SOC下限值。

另一方面，可以通过使用电压传感器20的检测值，根据SOC-OCV映射来计算在停止放电时的具有SOC上限值充电水平的每个单电池11的当前SOC、以及达到SOC下限值的单电池11的SOC。但是，如图6所示，在SOC-OCV映射中，如果存在其中电压变化相对于SOC变化量很小的区域（例如，其中相对于SOC变化量的电压变化的百分比接近0的区域），则出现牵涉不能够在该区域中计算精确的SOC的问题。

在该实施例中，通过利用在刷新充电之前开始放电时的SOC为SOC上限值的事实，使用从放电开始到放电结束的放电时段的放电电流累积值来计算在放电开始之前的充电控制中识别的具有SOC上限值充电水平的单电池11的当前SOC1。可以根据满充电水平（Ah）计算SOC上限值的充电水平（Ah），因此可以通过从SOC上限值充电水平（Ah）中减去放电电流累积值（Ah）来计算当前SOC1。根据此配置，可以精确地计算在放电开始之前的充电控制中识别的具有SOC上限值充电水平的单电池11的当前SOC1。

图7是示出固定蓄电***1的刷新充电判定过程的控制流程的图形。刷新充电判定过程由控制器30执行，并且可在停止放电时或停止放电后的预定时间上执行。

如图7所示，控制器30基于自动或手动地输入的***接通信号启动固定蓄电***1（S101）。控制器30通过将继电装置R1a、R2a从关断状态切换到接通状态来将电池组10与负荷50进行连接。此时，继电装置R1b、R2b仍处于关断状态。

控制器30在电池组10连接到负荷50之后开始放电控制。控制器30基于电流传感器21检测到的电流值，根据放电控制的开始而开始电流累积过程（S102）。

控制器30判定任一单电池11是否已达到SOC下限值（S103）。控制器30基于电压传感器20检测到的电压值，监视达到作为停止放电触发的SOC下限值的单电池11，并且在任一单电池11已变为对应于预设SOC下限值的电压值时停止放电（S105）。通过停止放电，控制器30结束电流累积过程，然后通过将继电装置R1a、R2a从接通状态切换到关断状态来断开电池组10与负荷50的连接。此外，控制器30识别已达到SOC下限值的单电池11（对应于第一单电池）。

停止放电触发不仅是指单电池11的SOC达到SOC下限值的情况，而且还例如指用户或工人手动停止放电或由于***异常等原因强制停止放电的情况。这样，在图7的实例中，在步骤S104，当未达到SOC下限值时（S103的结果为否），控制器30能够检查放电停止信号并停止或继续放电。

接下来，控制器30在停止放电控制时或在停止放电控制后执行刷新充电判定过程（S106）。控制器30通过使用在从放电开始到放电结束的放电时段中的放电电流累积值，计算在放电开始之前的充电控制中识别的具有SOC上限值充电水平的每个单电池11的当前SOC1。通过从SOC上限值充电水平（Ah）中减去放电电流累积值（Ah）来计算当前SOC1。有关具有SOC上限值充电水平的每个单电池11的识别信息在放电开始之前的充电控制中被识别并被存储在存储器31中。

控制器30计算第二单电池11的当前SOC1与SOC下限值之间的差值（SOC差）。当SOC差大于或等于预定值时，刷新充电标志被设定为接通（on）状态（S107），并被存储在存储器31中。另一方面，当SOC差小于预定值时，刷新充电标志被设定为关断（off）状态（S107），并被存储在存储器31中。刷新充电判定中的预定值可针对充分发挥固定蓄电***1的电池性能所需的SOC使用范围而预设。例如，可将满充电水平（100%）与SOC上限值（第二阈值）之差设定为预定值。

图8是示出外部充电过程的控制流程的图形。外部充电过程由控制器30执行，并且例如在可从外部电源60提供***力的预定时间上执行。

如图8所示，控制器30判定是否为外部充电开始时间，并且当为开始时间时（S301），使过程继续到步骤S302，并且开始外部充电。例如，当计时器（未示出）测量的时间是可以提供***力的预设时间时，开始外部充电。

控制器30通过将继电装置R1b、R2b从关断状态切换到接通状态，使电池组10与外部电源60进行连接。此时，继电装置R1a、R2a仍处于关断状态。控制器30在电池组10连接到外部电源60之后开始充电控制。控制器30基于电流传感器21检测到的电流值，开始累积外部充电电流值的过程。

在步骤S302，控制器30以第一充电率执行充电。控制器30在以第一充电率执行充电控制期间，基于电压传感器20检测到的电压值监视达到SOC上限值的单电池11，并且确定已变为对应于预设SOC上限值的电压值的单电池11（S303）。

当未检测到已变为对应于预设SOC上限值的电压值的单电池11时，控制器30继续以第一充电率执行充电控制。控制器30使过程继续到步骤S304，并且当检测到已变为对应于SOC上限值的电压值的单电池11时，检查刷新充电标志处于接通状态还是关断状态。

当刷新充电标志处于关断状态时，控制器30使过程继续到S308并结束外部充电。另一方面，当刷新充电标志处于接通状态时，将充电率变为低于第一充电率的第二充电率，然后以第二充电率执行额外充电（S305）。

此时，控制器30能够预先计算额外充电所需的电力，并执行控制，使得在以第二充电率执行充电时通过所计算的电力来执行充电。如图5的实例中那样，计算一电力（对应于在当前放电控制中已达到SOC下限值的第一单电池11与在当前放电控制之前的充电控制中已达到SOC上限值的第二单电池11之间的SOC差）与对应于“100%-SOC上限值”的电力量之和作为在刷新充电中使用的额外充电量。控制器30基于第一单电池11与第二单电池11之间的SOC差可变地控制所计算的额外充电量，并且执行控制，使得除了使用正常的外部充电量（直至第一单电池11的SOC达到SOC上限值的充电量）还使用额外充电量执行额外充电。

通过以这种方式可变地控制在外部充电期间执行的刷新充电所需的电力，在通过以正确的比例执行的刷新充电来提供用于均衡每个单电池11的SOC的电力时，可以通过抑制过度充电来减小由于外部充电导致的每个单电池11的温度上升。

在步骤S306，控制器30在以第二充电率执行充电控制期间，基于电压传感器20检测到的电压值，监视第一单电池11的SOC是否已变为对应于满充电水平（100%）的电压值（如图6的实例中所示）。

当第一单电池11尚未变为对应于满充电水平（100%）的电压值时，控制器30继续以第二充电率执行充电控制，并且，当第一单电池11已变为对应于满充电水平（100%）的电压值时，使过程继续到步骤S307，将刷新充电标志设定为关断状态，然后进一步使过程继续到步骤S308并结束以第二充电率执行外部充电。此时，如上所述，当外部充电电流的累积值已达到直至SOC上限值的外部充电量和所计算的额外充电量的合计值时，控制器30可以执行控制，使得包括刷新充电的外部充电结束。

在上述描述中，描述了在结束放电控制时执行图7所示的刷新充电判定过程的实例；但是，本发明不限于此配置。例如，在图8所示的外部充电过程中，可以通过使用在放电控制中获得的放电电流累积值来计算和确定SOC差，或者可以使用在图7中计算的SOC差在图8所示的外部充电过程中判定是否需要刷新充电。

在该实施例中，不是在使用外部电源的充电控制中停止充电，而是在预定时间，在充电控制中不停止充电的情况下，对电池组10（对应于固定蓄电池）执行额外充电，直至达到超过SOC上限值的满充电水平（100%），因此可以使镍金属氢化物二次电池形成的每个单电池11的SOC在满充电水平上达到均衡，并且可以消除SOC变化。

上面的说明描述了一实例，其中执行额外充电，以使所有单电池11被充电到超过SOC上限值的满充电水平。相反，通过对整个电池组10额外地充电，使得具有最低SOC的单电池11的SOC变得大于或等于SOC上限值，可以减小满充电水平与SOC上限值的范围内的SOC变化范围，并且可以抑制固定蓄电***1的电池性能降低。

即，例如在接近满充电水平的过充电区域中执行在SOC上限值或更大值上的充电，这样，在SOC上限值或更大值上的充电效率便降低。因此，通过对整个电池组10额外地充电，使得具有最低SOC的单电池11的SOC变得大于或等于SOC上限值，每个单电池11的SOC落在满充电水平与SOC上限值之间的范围内，并且SOC变化跨度减小，从而消除SOC变化。特别地，如该实施例的情况中那样，当SOC使用范围很大时，满充电水平与SOC上限值之差很小。因此，当执行额外充电以使具有最低SOC的单电池11的SOC变得大于或等于SOC上限值时，可以进一步减小SOC变化跨度，从而消除SOC变化。

Claims (7)

1.一种固定蓄电***（1），其特征在于包括：

固定蓄电池（10），其包括多个彼此串联连接的镍金属氢化物二次电池（11）并且被配置为向负荷（50）提供电力；以及

控制器（30），其被配置为重复地执行使用外部电源（60）的充电控制和放电控制以向所述负荷（50）提供电力，所述控制器（30）被配置为在任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为第一阈值时停止所述固定蓄电池（10）向所述负荷（50）放电，所述控制器（30）被配置为在任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为第二阈值时停止从所述外部电源（60）对所述固定蓄电池（10）充电，其中

所述控制器（30）被配置为在使用所述外部电源（60）的所述充电控制中额外地对整个固定蓄电池（10）充电，以便：

当任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为所述第二阈值时，通过不停止充电，允许除了具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池（11）之外的镍金属氢化物二次电池（11）被充电到超过所述第二阈值的满充电水平；并且

具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池（11）的SOC变得大于或等于所述第二阈值。

2.根据权利要求1的固定蓄电***（1），其中

所述控制器（30）被配置为额外地对所述整个固定蓄电池（10）充电，直到具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池（11）的SOC达到超过所述第二阈值的满充电水平。

3.根据权利要求1或2的固定蓄电***（1），其中

所述控制器（30）被配置为在所述充电控制中以第一充电率执行充电，直到所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC变为所述第二阈值，并且

所述控制器（30）被配置为从所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为所述第二阈值时到所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC达到所述满充电水平时，以低于所述第一充电率的第二充电率执行充电。

4.根据权利要求1至3中任一项的固定蓄电***（1），进一步包括：

电压传感器（20），其被配置为检测每个所述镍金属氢化物二次电池（11）的电压值；以及

电流传感器（21），其被配置为检测流过所述镍金属氢化物二次电池（11）的电流值，其中

所述控制器（30）被配置为基于每个镍金属氢化物二次电池（11）的SOC与所述电压值之间的规定的对应映射，确定已达到对应于所述第一阈值的电压值的第一镍金属氢化物二次电池（11），并停止放电，

所述控制器（30）被配置为基于所述对应映射，确定已达到对应于所述第二阈值的电压值的第二镍金属氢化物二次电池（11），并停止充电，并且

所述控制器（30）被配置为当所述第一镍金属氢化物二次电池（11）与所述第二镍金属氢化物二次电池（11）之间的SOC差大于或等于预定值时，额外地对所述整个固定蓄电池（10）充电。

5.根据权利要求4的固定蓄电***（1），其中

所述控制器（30）被配置为在所述放电控制中基于从放电开始时到所述第一镍金属氢化物二次电池（11）的SOC达到所述第一阈值时的充电和放电电流累积值，计算当所述第一镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已达到所述第一阈值时，所述第二镍金属氢化物二次电池（11）的SOC。

6.根据权利要求4或5的固定蓄电***（1），其中

所述控制器（30）被配置为额外地对所述整个固定蓄电池（10）充电，以便在所述第二镍金属氢化物二次电池（11）已被充电到所述第二阈值之后，对所述第二镍金属氢化物二次电池（11）充以对应于所述SOC差的电力量。

7.一种用于固定蓄电池（10）的控制方法，所述固定蓄电池（10）包括多个彼此串联连接的镍金属氢化物二次电池（11）并且被配置为向负荷（50）提供电力，所述方法包括：

执行向所述负荷（50）的放电控制，并且在任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为第一阈值时停止所述固定蓄电池（10）向所述负荷（50）放电；

执行使用外部电源（60）的充电控制，并且在任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为第二阈值时停止从所述外部电源（60）充电；

重复地执行使用所述外部电源（60）的所述充电控制和所述放电控制以向所述负荷（50）提供电力；以及

在所述充电控制中额外地对整个固定蓄电池（10）充电，以便：

当任一所述镍金属氢化物二次电池（11）的SOC已变为所述第二阈值时，通过不停止充电，允许除了具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池（11）之外的镍金属氢化物二次电池（11）被充电到超过所述第二阈值的满充电水平；并且

具有最低SOC的镍金属氢化物二次电池（11）的SOC变得大于或等于所述第二阈值。