CN105531903A - 蓄电装置及控制蓄电装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电装置，其包括：蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和控制单元，其执行控制以使所述蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且当所述蓄电单元中具有最高电压的所述蓄电单元达到第一电势时，使所述电池平衡单元中的相应一个连接到具有所述最高电压的所述蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第一恒定电流值小的第二恒定电流值。

Description

蓄电装置及控制蓄电装置的方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电装置及控制蓄电装置的方法。
背景技术
在已知的蓄电设备中，连接有蓄电模块并且为蓄电模块提供共用控制装置(在适当时也被称为主控制器)。蓄电模块中的每一个都具有模块控制器，并且通过通信信道在模块控制器与主控制器之间执行通信。
为了监控蓄电单元的状态并检测故障，模块控制器包括监控电路和微计算机(在适当时也称为子微控制器)。例如，蓄电单元形成为具有串联连接的子模块。监控电路监控各子模块的电压，使用比较器将各自子模块的电压与预定阈值比较，并输出指示正常/异常的检测信号(例如，1位检测信号)。
在充电时，将每个子模块的电压与预定值比较，并且产生指示电压是否为过电压(在适当时也被称为OV)的检测信号。在放电时，将每个子模块的电压与预定值比较，并产生指示所述电压是否为欠电压(在适当时被称为UV)的检测信号。在充电/放电时，将流过子模块的电流的值与预定值比较，并产生指示所述电流是否为过电流(在适当时被称为OC)的检测信号。进一步地，在充电/放电时，将每个子模块的温度与预定值比较，并且产生指示所述温度是否为过热温度(在适当时被称为OT)的检测信号。
进一步地，当对蓄电模块充电时，将各子模块的电压和电流供应到每个模块的子微控制器单元，并且执行平衡调节以使子模块的电压相等。在不执行平衡调节的情况下，子模块中的一些将由于子模块间的差异而不被充分地充电。
对于平衡调节，将来自监控电路的上述检测信号供应到子微控制器单元。进一步地，通过通信信道将检测信号从模块控制器传递到主控制器的微计算机(在适当时也被称为主微控制器单元)。主控制器从各蓄电模块接收检测信号，并且控制充电/放电操作。
例如，根据下述专利文献1，当存在具有在子模块(单元电池块)中于放电电压范围内检测到的最高电压的电压差的子模块时，充电暂时停止，并且使子模块以及具有最高电压的子模块放电，放电之后更新最高电压。根据专利文献1，单元电池平衡调节重复进行直到最高电压与最低电压之间的电压差落在预定电压范围内为止，使得可缩短单元电池平衡控制所需的时间。
引用文件列表
专利文件
专利文件1：日本专利申请第2012-60691号。
发明内容
本发明要解决的问题
根据专利文献1，反复地启用和禁用充电。因此，如果在子模块间存在特征差异，那么达到完全充电状态所需的时间变得相当长，并且在反复地启用和禁用充电时产生噪声。
因此，本公开旨在提供可在短时间内完成充电并且防止产生噪声的蓄电装置及控制蓄电装置的方法。
问题的解决方案
本公开为一种蓄电装置，所述蓄电装置包括：
蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；
单元电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和
控制单元，其执行控制以使蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且当蓄电单元中具有最高电压的蓄电单元达到第一电势时，使单元电池平衡单元中的相应一个连接到具有最高电压的蓄电单元，并且使充电电流切换到比第一恒定电流值小的第二恒定电流值。
本发明的效果
根据本公开，可缩短完成充电所需的时间，并且可防止产生噪声。应注意，待实现的效果不限于上述效果，并且可包括本公开中描述的任何效果。
附图说明
图1是蓄电设备的实例的框图。
图2是示出了所使用蓄电设备的外观的实例的示意图。
图3是示出了蓄电设备中的控制器间的关系的框图。
图4是示出了根据本公开的蓄电模块的控制单元的第一实施方案的框图。
图5是根据本公开的第一实施方案的单元电池平衡放电电路的连接图。
图6是示出了根据本公开的第一实施方案的控制过程流的流程图。
图7是示出了根据本公开的第一实施方案的控制过程流的流程图。
图8示出了用于解释根据本公开的第一实施方案的控制的第一实例的图表。
图9示出了用于解释根据本公开的第一实施方案的控制的第二实例的图表。
图10示出了用于解释根据本公开的第一实施方案的控制的第二实例的图表。
图11示出了用于解释根据本公开的第一实施方案的控制的修改的图表。
图12是根据本公开的第二实施方案的单元电池平衡放电电路的连接图。
图13是示出了根据本公开的第二实施方案的控制过程流的流程图。
图14是示出了根据本公开的第二实施方案的控制过程流的流程图。
图15示出了用于解释根据本公开的第二实施方案的控制的实例的图表。
图16示出了用于解释根据本公开的第二实施方案的控制的实例的图表。
图17是本公开的第一实例申请的框图。
图18是本公开的第二实例申请的框图。
具体实施方式
以下描述的实施方案是本公开的优选具体实例，在其上施加了各种优选的技术限制。然而，除非在以下描述中另外说明，否则本公开的范围不受那些实施方案的限制。
将按以下顺序解释本公开。
<1.本公开的第一实施方案>
<2.本公开的第二实施方案>
<3.应用>
<4.修改>
<1.本公开的第一实施方案>
【蓄电设备】
在大量蓄电元件(例如电池单元电池)用于产生高功率的情况下，采用了在其中连接蓄电单元(以下被称为蓄电模块)并且为蓄电模块提供控制装置的结构。这种结构被称为蓄电设备。进一步地，可以形成在其中连接有蓄电设备的蓄电***。除了电池单元电池之外，电容器可以被用作蓄电元件。
蓄电模块为如下单元，所述单元形成为具有蓄电单元(包括诸如锂离子二次单元电池的串联连接的电池单元电池或者各自由并联连接的电池单元电池构成的串联连接的子模块)与为每个模块提供的模块控制器的组合。每个模块控制器的子微控制器单元连接到主控制器的主微控制器单元，所述主控制器为通过数据传输信道(总线)的总控制装置，并且主微控制器单元执行充电管理、放电管理、降级控制的管理等。
串行接口被用作总线。具体地，内部集成电路(I2C)方法、***管理(SM)总线、控制器区域网络(CAN)、串行外设接口(SPI)等被用作串行接口。
例如，使用根据I2C方法的通信。该方法被设计用于执行与位于相对短距离处的直接连接装置的串行通信。一个主站和一个或更多个从站通过两条线连接。在标准为通过一条线传输的串扰的情况下，数据信号通过另一条线传送。从站中的每一个具有被包括在数据中的地址，并且在从接收侧返回每个字节的确认时传送数据，以便彼此进行确认。在蓄电设备的情况下，主微控制器单元用作主站，而子微控制器单元用作从站。
数据从每个模块控制器的子微控制器单元传输到主微控制器单元。例如，关于每个蓄电模块的内部状态的信息、或者电池信息(诸如关于各电池单元电池的电压和整个模块的电压的信息)、关于电流的信息和关于温度的信息从子微控制器单元传输到主微控制器单元，使得每个蓄电模块的充电过程和放电过程被管理。
图1示出了蓄电设备中的连接结构的具体实例。例如，四个蓄电模块MOD1到MOD4串联连接。在这种情况下，例如整个蓄电设备的输出电压(诸如大约200V)被施加到正极端子1(VB+)和负极端子2(VB-)。蓄电模块MOD1到MOD4分别包括模块控制器CNT1到CNT4、蓄电单元BB1到BB4，其中连接有并联连接的电池单元电池或子模块。蓄电单元BB1到BB4通过供电线路连接。
模块控制器中的每一个包括监控电路和子控制单元，如将在稍后描述。主控制器ICNT和模块控制器CNT1到CNT4通过共用串行通信总线3连接。电池信息(诸如各模块的电压)从各模块控制器传输到主控制器ICNT。主控制器ICNT进一步包括通信终端4，使得可执行与外部(例如电子控制单元)的通信。
如图2中所示，蓄电模块MOD1和MOD2以及主控制器ICNT各自具有盒状壳体，并且例如堆叠使用。作为一种选择，在一些情况下使用不间断电源(UPS)5。如图2中的虚线所示，主控制器ICNT和各蓄电模块的模块控制器CNT通过总线3连接。
进一步地，在本公开的实施方案中，如图3中所示，各蓄电模块的子控制单元(如附图中由SUBMCU表示的)连接到主微控制器单元(在附图中由MAINMCU表示的)，使得蓄电模块被控制。进一步地，主微控制器单元连接到最高位的电子控制单元(在附图中由ECU表示的)。电子控制单元通常为控制模拟装置的单元。
【模块控制器和主控制器的实例】
现在参照图4，描述模块控制器CNT和主控制器ICNT的实例结构。蓄电单元BB形成有串联连接的n个(例如16个)电池单元电池(下文在合适时被简称为单元电池)C1到C16。蓄电单元BB可形成有串联连接的并联单元电池(子模块)。将各单元电池的电压供应到单元电池电压复用器11，并且随后选择单元电池C1到C16的电压并将其供应到A/D转换器和比较器12。进一步地，提供了用于使各单元电池C1到C16在单元电池平衡控制中放电的单元电池平衡放电电路23。
16个单元电池的电压通过单元电池电压复用器11进行时分复用，并且通过A/D转换器和比较器12被转换成数字信号且进一步与电压阈值比较。A/D转换器和比较器12输出各单元电池的14位到18位数字电压数据以及各单元电池的电压与电压阈值之间的比较结果(例如，1位信号)。从A/D转换器和比较器12输出的信号被供应到监控电路13。
进一步地，提供测量各单元电池的温度的温度测量单元14以及测量IC中的温度的温度测量单元15。来自温度测量单元14和15的温度信息被供应到温度复用器16。经温度复用器16复用处理的温度数据被供应到A/D转换器和比较器12。A/D转换器和比较器12产生数字温度数据，并且输出数字温度数据与温度阈值之间的比较结果(例如，1位信号)。如上所述，A/D转换器和比较器12还输出关于单元电池电压数据的比较结果。因此，还可提供另外的A/D转换器和温度比较器。
检测流过蓄电单元(单元电池C1到C16)的电流的电阻器17串联连接到蓄电单元BB。在电阻器17的两端处的电压通过放大器18被供应到A/D转换器和比较器19。A/D转换器和比较器19输出数字电流数据以及电流值与电压阈值之间的比较结果(例如，1位信号)。从A/D转换器和比较器19输出的信号被供应到监控电路13。
从A/D转换器和比较器12输出的1位信号中的一些为指示各单元电池电压正常/异常的检测信号。在充电时，每个单元电池的电压与预定值比较，并且产生指示电压是否为过电压OV的检测信号。在放电时，每个单元电池的电压与预定值比较，并且产生指示电压是否为欠电压UV的检测信号。从A/D转换器和比较器12输出的另外1位信号为指示过热温度OT的检测信号。从A/D转换器和比较器19输出的1位信号为指示过电流OC的检测信号。
将上述检测信号、电压值数据、电流值数据以及温度数据从监控电路13供应到子微控制器单元20。监控电路13和子微控制器单元20例如通过串行通信连接。使用接收到的检测信号，子微控制器单元20在必要时对模块控制器CNT执行诊断过程。检测信号和指示诊断过程的结果的数据从子微控制器单元20输出并供应到通信单元21。
通信单元21是用于通过总线3与主控制器ICNT的主微控制器单元进行串行通信(例如I2C通信)的接口。本文中的通信方法可使用有线或无线通信信道。虽然在图4中未示出，但是其它蓄电模块的模块控制器的子微控制器单元连接到总线3。
蓄电模块MOD的正极端子22a和负极端子22b分别通过供电线路连接到主控制器ICNT的正极端子32a和负极端子32b。
主控制器ICNT的通信单元31连接到总线3。主微控制器单元30连接到通信单元31，并且通过通信单元31进行的通信由主微控制器单元30控制。进一步地，主微控制器单元30通过通信信道连接到最高位的电子控制单元ECU。
由调节器33产生的电源电压被供应到主微控制器单元30。主控制器ICNT包括正极端子1和负极端子2。在电源输出路径中，串联***开关单元34和35。这些开关单元34和35由主微控制器单元30控制。开关单元34和35各自包括开关元件(诸如场效应晶体管(FET)或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT))以及与开关元件并联连接的二极管。
在禁止充电时，开关单元34断开。在禁止放电时，开关单元35断开。进一步地，在不充电也不放电时，开关单元34和35的各开关元件断开。主微控制器单元30将从蓄电模块MOD接收到的数据传输到较高位的电子控制单元ECU。进一步地，主微控制器单元30从电子控制单元ECU接收与充电/放电相关的控制信号。
【单元电池平衡放电电路】
图5示出了单元电池平衡放电电路23的实例。电阻器r1和开关s1与单元电池C1并联连接。类似地，电阻器r2到r16和开关s2到s16分别与单元电池C2到C16并联连接。开关s1到s16形成有半导体开关元件(例如FET)。
开关s1到s16的接通和断开例如通过子微控制器单元20产生的开关控制信号来控制。在开关s1到s16接通时，单元电池C1到C16的正电极和负电极通过电阻器r1到r16连接，并且单元电池C1到C16中累积的电荷放电。在充电电流被供应到单元电池C1到C16时，在开关s1到s16接通时，充电电流被分流并且大量的充电电流减小。例如，在充电期间，已经接通的开关保持接通状态。
充电电路连接到正极端子1和负极端子2以对单元电池C1到C16充电。充电在恒定电流下进行。在本公开中，充电电流逐渐减小。换言之，在充电时，各单元电池的电压由监控电路13监控。当单元电池中的一个的电压达到预定电流开关电压V1时，电流减小一个等级，并且与已经达到电流开关电压V1的单元电池相对应的开关(单元电池平衡放电电路23)被接通。以此方式，限制了电压增大。该操作重复进行，并且当几乎所有单元电池的预定总电压或电压达到充电完成电压Vf时，充电停止。
【控制操作】
现在参照图6和图7，描述了在充电时将由子微控制器单元20执行的控制过程。图6和图7示出了单个过程的流，但是该过程由于空间限制被分成并被示出为两个流程。在以下说明书中使用的符号的定义如下。
Vcelln:第n个单元电池
Vcellmin:n个单元电池中的最低电压
Vov:充电暂停电压
Vf:充电完成电压
Vcellov:n个单元电池中已经达到充电暂停电压的单元电池的电压
VL:放电电压
V1到Vn:电流开关电压(放电电阻器的启动电压)(V1<V2<V3...<Vn)
cellVn:已经达到Vn的单元电池
例如，Vov高于Vf，Vov被设置为4.15V，并且Vf被设置为4.10V。大于Vov的电压(诸如等于或高于4.2V)被视为过电压，并且禁止充电。进一步地，放电电压VL被设置为3.0V。小于VL的电压(诸如2.3V)被视为过放电电压，并且禁止放电。实际上，允许每个电压具有误差幅度。在本公开中，待使用的二次单元电池例如为含有正极活性材料并且以诸如石墨的碳材料作为负极活性材料的锂离子二次单元电池。不特别限制正极材料，但是可使用具有橄榄石结构的含有正极活性材料的材料。例如，在该类型的电池中，Vov被设置为3.55V，并且VL被设置为2.0V。
步骤S1：充电开始。
步骤S2：检查以确定Vcelln是否高于VL。检查以确定是否所有单元电池的电压都高于VL。
步骤S3：如果步骤S2中的确定结果为否，那么执行预充电。在预充电中，充电电流被设置为例如1A。预充电继续进行直到步骤S2中的确定结果变成是。
步骤S4：如果步骤S2中的确定结果为是，那么检查以确定Vcellmin是否等于或高于Vf。
步骤S5：如果步骤S4中的确定结果为是，那么充电完成。
步骤S6：如果步骤S4中的确定结果为否，那么检查以确定Vcelln是否等于或高于Vov。如果步骤S6中的确定结果为是，过程继续移动到步骤S16(图7)。
步骤S7：进行正常充电。例如，进行1-C充电。1-C充电涉及使标称电容电池的额定充电在1个小时(1h)中完成的电流值。例如，在标称电容为2.0Ah的锂离子二次单元电池的情况下，1C＝2.0Ah/1h＝2.0A。
步骤S8：检查以确定Vcelln是否等于或高于V1。例如，初始电流开关电压被设置为V1＝4.05V。如果不满足该条件，那么过程返回步骤S7。
步骤S9：仅为已经达到电流开关电压V1的单元电池启用单元电池平衡。换言之，在单元电池平衡放电电路23中，相应单元电池的开关被接通。即使单元电池平衡被启用的单元电池之后达到电流开关电压Vn，也不会对所述单元电池执行任何特别的过程。
步骤S10：充电电流被切换至较小值。例如，充电电流开始为1C，且随后被切换至0.7C。进一步地，每当单元电池的最小电压达到电流开关电压时，充电电流都被切换至0.4C，且随后被切换到0.1C。
步骤S11：在0.7C下继续充电。
步骤S12：执行与步骤S4和步骤S6中的过程相同的确定过程。换言之，检查以确定Vcellmin是否等于或高于Vf。如果结果为是，那么充电完成(步骤S5)。检查以确定Vcelln是否等于或高于Vov。如果结果为是，那么过程继续移动到步骤S15(图7)。在步骤S15中，充电暂时停止。如果不满足这些条件中的任一条件，那么过程继续移动到步骤S13。
步骤S13：检查以确定除了VcellV1之外的电压是否等于或高于Vn+1(诸如V2)。如果不满足该条件，那么过程返回到步骤S11(充电继续)。
步骤S14：仅为已经达到Vn+1的单元电池启用单元电池平衡。换言之，在单元电池平衡放电电路23中，相应单元电池的开关被接通。即使单元电池平衡被启用的单元电池之后达到电流开关电压，也不会对所述单元电池执行任何特别的过程。在步骤S14之后，过程继续移动到步骤S10。在步骤S10中，充电电流进一步减小。例如，充电电流从0.7C减小至0.4C。
步骤S16：如果步骤S6中的确定结果为是，或者如果Vcelln等于或高于Vov，那么仅为电压等于或高于Vov的单元电池ov启用单元电池平衡。
步骤S17：检查以确定Vcellov是否等于或低于Vn。如果不满足该条件，那么过程返回到步骤S16(仅为单元电池ov启用单元电池平衡)。
步骤S18：如果满足了步骤S18中的条件，那么仅充电暂停过程之前的单元电池平衡被启用。过程然后返回到图6中的步骤S11(充电继续)。
【根据第一实施方案的控制的第一实例】
参照图8中示出了单元电池电压随时间变化的图表，描述了控制的第一实例。蓄电单元BB形成有四个单元电池C1到C4。由于单元电池间的特征差异，随时间变化的图表相互不同。首先，单元电池C1到C4的电压随着1-C充电而逐渐变更高。
当单元电池C2的电压在时间t1达到电流开关电压V1(例如4.05V)时，单元电池平衡放电电路23的开关s2被接通，并且充电电流减小至0.7C(图6中的步骤S8、S9和S10)。然后继续充电(步骤S11)。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t1后变得较为平缓。在时间t1之前，各单元电池的电压升高曲线相互平行。从开关s2在时间t1被接通开始，单元电池C2的电压升高曲线变得比其它单元电池的那些电压升高曲线更平缓。
在时间t2，除了单元电池C2之外的单元电池或者例如单元电池C1达到电流开关电压V2。因此，单元电池平衡放电电路23的开关s1被接通，并且充电电流减小至0.4C。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t2后变得更平缓。在时间t2后，单元电池C1的电压升高曲线也变得比其它单元电池C3和C4的那些电压升高曲线更平缓。
充电还继续，并且单元电池C3的电压在时间t3达到电压Vf。因此，单元电池平衡放电电路23的开关s3被接通，并且充电电流减小至0.1C。在时间t3后，单元电池C3的电压升高曲线也变得比其它单元电池C4的电压升高曲线更平缓。
充电还继续，并且单元电池C4的电压在时间t4达到电压Vf。当最低电压达到电压Vf时，充电完成(图6中的步骤S12和S5)。以此方式，可执行充电直到单元电池的电压达到充电完成电压Vf为止。
在本公开的上述第一实施方案中，可防止伴随着接通和断开充电电流产生的尖峰状(晶须状)电压。另外，在本公开的第一实施方案中，具有高电压的每个单元电池的充电电流变得较小，使得充电电流可被减小。
【根据第一实施方案的控制的第二实例】
参照在图9和图10中示出了单元电池电压随时间的变化的图表，描述了控制的第二实例。图9和图10示出了示出了随时间的持续变化的一组图表，但是该变化由于空间限制被分成并示出为两个图示。在该实例中，蓄电单元BB如在上述第一实例中那样形成有串联连接的四个单元电池C1到C4。在第二实例中，单元电池间的差异明显大于在第一实施方案中的差异。首先，单元电池C1到C4的电压随着1-C充电而逐渐变更高。
当单元电池C2的电压在时间t1达到电流开关电压V1(例如4.05V)时，单元电池平衡放电电路23的开关s2被接通，并且充电电流减小至0.7C(图6中的步骤S8、S9和S10)。然后继续充电(步骤S11)。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t1后变得较为平缓。在时间t1之前，各单元电池的电压升高曲线相互平行。从开关s2在时间t1被接通开始，单元电池C2的电压升高曲线变得比其它单元电池的那些电压升高曲线更平缓。
在时间t2，除了单元电池C2之外的单元电池或者例如单元电池C1达到电流开关电压V2。因此，单元电池平衡放电电路23的开关s1被接通，并且充电电流减小至0.4C。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t2后变得更平缓。在时间t2后，单元电池C1的电压升高曲线也变得比其它单元电池C3和C4的那些电压升高曲线更平缓。
在时间t3，除了单元电池C1和C2之外的单元电池或者例如单元电池C3达到电流开关电压Vn。因此，单元电池平衡放电电路23的开关s3被接通，并且充电电流减小至0.1C。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t3后变得更平缓。在时间t3后，单元电池C3的电压升高曲线也变得比其它单元电池C4的电压升高曲线更平缓。
在时间t3后，单元电池C1到C3的电压升高曲线具有相同的斜率，但是单元电池C4的电压升高曲线的斜率高于单元电池C1到C3的斜率。在时间t4，单元电池C2的电压达到充电暂停电压Vov。由于图6中的步骤S12中的确定结果，过程继续移动到步骤S15(图7)，并且充电暂时停止。由于仅为单元电池C2启用单元电池平衡，因此单元电池C2的电压变得更低。在时间t5，充电继续进行。在图10中的时间t6，充电停止。
在上述实例情况下，充电电流逐渐从1C到0.7C切换至0.4C到0.1C。在充电电流从1C到0.8C切换至0.6C到0.3C的情况下，可如图11所示地缩短完成充电所需的时间。
在本公开的上述第一实施方案中，没有接通和断开充电电流并且可防止伴随着开关产生的晶须状噪声。进一步地，由于对于具有高电压的单元电池的充电电流更小，因此充电电流可被减小。该实例可应用到具有橄榄石结构的材料。在这种情况下，V优选被设置为3.55V。其它细节与上述的相同，且因此本文中不对其做出解释。
<2.本公开的第二实施方案>
如图12中示出，在本公开的第二实施方案中，在单元电池平衡放电电路23添加了模块平衡放电电路。模块平衡放电电路具有电阻器rM和开关sM的串联电路，其连接在单元电池C1到C16的串联电路的正极侧与负极侧之间。因此，当开关sM被接通时，***电阻器rM，使其与单元电池C1到C16平行。相应地，当开关sM在充电时被接通时，充电电流较低。当单元电池C1到C16的电压变得高于模块平衡启动电压Vmb(>Vov)时，开关sM被接通。
【控制操作】
现在参照图13和图14中的流程图，描述充电时的控制过程。图13和图14示出了单个过程的流，但是该过程由于空间限制被分成并示出为两个流程图。控制操作与根据第一实施方案的过程相同，并且图13示出了与图6中示出的过程相同的过程。然而，在步骤S12’中，检查以确定Vcelln是否等于或高于Vmb。
如果步骤S12’中的上述确定结果为是，那么过程继续移动到步骤S19(图14)。
步骤S19：开关sM接通，并且启用内部模块平衡。
步骤S20：检查以确定Vcellmin是否等于或高于Vf。如果该确定结果为是，那么充电完成(步骤S5)。而且，检查以确定Vcelln是否等于或高于Vov。如果确定结果为否，那么过程继续移动到步骤S13(图13)。
如果步骤S20中的确定结果为是，那么过程继续移动到步骤S15(充电暂时停止)。然后，过程继续移动到步骤S16。
步骤S16：如果步骤S6中的确定结果为是，或者如果Vcelln等于或高于Vov，那么仅为电压等于或高于Vov的单元电池ov启用单元电池平衡。
步骤S17：检查以确定Vcellov是否等于或低于Vn。如果不满足该条件，那么过程返回到步骤S16(仅为单元电池ov启用单元电池平衡)。
步骤S18：如果满足了步骤S18中的条件，那么仅充电暂停过程之前的单元电池平衡被启用。然后，过程返回到图13中的步骤S11(充电继续)。
【根据第二实施方案的控制的实例】
参照图15和图16中示出了单元电池电压随时间变化的图表，描述根据第二实施方案的控制的实例。图15和16示出了示出随时间的持续变化的一组图表，但是该变化由于空间限制被分成并示出为两个图示。在该实例中，蓄电单元BB如在第一实施方案中的实例中那样形成有串联连接的四个单元电池C1到C4。首先，单元电池C1到C4的电压随着1-C充电而逐渐变更高。
当单元电池C2的电压在时间t1达到电流开关电压V1(例如4.05V)时，单元电池平衡放电电路23的开关s2被接通，并且充电电流减小至0.7C。然后充电继续。在时间t1之前，各单元电池的电压升高曲线相互平行。从开关s2在时间t1被接通开始，单元电池C2的电压升高曲线变得比其它单元电池的电压升高曲线更平缓。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t1后变得较为平缓。
在时间t2，除了单元电池C2之外的单元电池或者例如单元电池C1达到电流开关电压V2。因此，单元电池平衡放电电路23的开关s1被接通，并且充电电流减小至0.4C。在时间t2后，单元电池C1的电压升高曲线也变得比其它单元电池C3和C4的电压升高曲线更平缓。随着充电电流减小，电压升高曲线在时间t2后变得更平缓。
在时间t3，单元电池C2的电压变得高于模块平衡启用电压Vmb。相应地，启用模块平衡。由于模块平衡被启用，在充电时电压升高曲线的斜率变得更平缓。而且，由于电压达到Vov，因此充电没有暂停。继续在低充电电流下充电，并且在图16中的时间t4时，Vcellmin变得等于或高于Vf，充电完成。
本公开还可体现在下述结构中。
(1)一种蓄电装置，其包括：
蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；
单元电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和
控制单元，其执行控制以使蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且当所述蓄电单元中具有最高电压的蓄电单元达到第一电势时，使所述单元电池平衡单元中的相应一个连接到所述具有最高电压的蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第一恒定电流值小的第二恒定电流值。
(2)
(1)所述的蓄电装置，其中，在除了所述蓄电单元中具有最高电压的蓄电单元之外的至少一个蓄电单元达到比所述第一电势高的第二电势时，所述控制单元执行控制，使所述单元电池平衡单元中的相应一个连接到已经达到第二电势的蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第二恒定电流值小的第三恒定电流值。
(3)
(1)或(2)所述的蓄电装置，其中，所述控制单元被设计以设置用于切换所述充电电流的三个或更多个阈值。
(4)
(1)或(2)或(3)所述的蓄电装置，其中，
当所述蓄电单元中的最高电压达到高于预定电压并且低于过充电电压的充电暂停电压时，停止充电，并且仅使具有最高电压的蓄电单元放电，以及
当具有所述最高电压的蓄电单元的电压由于所述放电而变成与设定电压相等时，所述充电继续进行。
(5)
(1)、(2)、(3)或(4)所述的蓄电装置，其中，当所述蓄电单元中的最低电压变成等于或高于充电完成电压时，所述充电完成。
(6)
(1)、(2)、(3)、(4)或(5)所述的蓄电装置，其中，当所述蓄电单元中的最高电压达到比所述第一电势高的第二电势时，并联连接到所有蓄电单元的平衡单元被接通并且恒定电流值减小。
(7)
(1)、(2)、(3)、(4)、(5)或(6)所述的蓄电装置，其中，所述单元电池平衡单元各自包括开关和电阻器，所述开关和电阻器并联连接到所述蓄电单元中的各自对应的一个。
(8)
(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)或(7)所述的蓄电装置，其中，所述蓄电单元中包括的单元电池包含具有橄榄石结构的正极活性材料。
(9)、一种控制蓄电装置的方法，所述蓄电装置包括：
蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；
单元电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和
控制单元，其控制所述单元电池平衡单元，
所述方法包括执行控制以使蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且在所述蓄电单元中具有最高电压的蓄电单元达到预定电势时，使所述单元电池平衡单元中的相应一个连接到所述具有最高电压的蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第一恒定电流值小的第二恒定电流值，
所述控制由所述控制单元执行。
<3.应用>
【住宅中的蓄电***】
现在参照图17，描述将本公开应用到住宅蓄电***的实例。在住宅101的蓄电***100中，例如，通过电网109、信息网络112、智能电表107、发电枢纽108等将电力从诸如热发电设备102a、核发电设备102b和水力发电设备102c的集中电力***102供应到蓄电装置103。与此结合，来自诸如家用发电单元104的独立电源的电力被供应到蓄电装置103。所供应的电力被存储在蓄电装置103中。使用蓄电装置103，将待在住宅101中使用的电力供应到住宅101。如上所述的相同蓄电***不仅可用于住宅101中还可用于办公建筑中。
在住宅101中提供有发电单元104、耗电装置105、蓄电装置103、控制各装置的控制装置110、智能电表107和获取各种信息的传感器111。各装置通过电网109和信息网112连接。太阳能单元电池、燃料单元电池等被用作发电单元104，并且所产生的电力被供应到耗电装置105和/或蓄电装置103。耗电装置105为冰箱105a、空调105b、电视接收机105c、洗浴装置105d等。耗电装置105进一步包括电动车辆106。电动车辆106为电动汽车106a、混合动力汽车106b和电动摩托车106c。
本公开的上述蓄电设备被应用到蓄电装置103。蓄电设备103形成有二次单元电池或电容器。例如，蓄电装置103形成有锂离子单元电池。锂离子单元电池可为固定类型的或者可用于电动车辆106中。智能电表107具有测量商用电力用量的功能，并且将所述测量的用量传输给电力公司。电网109可以是DC供电和AC供电和非接触式供电中的一种或组合。
各种传感器111可以为移动传感器、照度传感器、目标传感器、耗电传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外传感器等。由各种传感器111获取的信息被传输到控制装置110。根据从传感器111传输的信息确定天气条件、人的状态等，并且可自动控制耗电装置105以使得能量消耗最少化。进一步地，控制装置110可通过互联网将关于住宅101的信息传输给外部电力公司等。
发电枢纽108执行诸如电线分支或DC-AC转换的处理。由连接到控制装置110的信息网112使用的通信方法可以是使用诸如通用异步收发器(UART)的通信接口的方法，或使用符合诸如蓝牙(注册商标)、ZigBee或Wi-Fi的无线通信标准的传感器网络的方法。蓝牙(注册商标)用于多媒体通信中，并且实现点对多点的通信。ZigBee使用电气及电子工程师协会(IEEE)802.15.4的物理层。IEEE802.15.4为被称为个人局域网(PAN)或无线(W)PAN的短距离无线网络标准的名称。
控制装置110连接到外部服务器113。该服务器113可以由住宅101、电力公司或者服务提供商来管理。待由服务器113传输和接收的信息例如是耗电信息、生活模式信息、电力费用、天气信息、自然灾害信息和与电力交易有关的信息。这些信息片段可以由房子中的耗电装置(例如电视接收机)来传输和接收，但是可以由房子外部的装置(例如便携式电话装置)来传输和接收。这些信息片段可以显示在具有显示功能的装置上，例如电视接收机、便携式电话装置或者个人数字助理(PDA)。
控制各部件的控制装置110形成有中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等，并且在该实例中被包括在蓄电装置103中。控制装置110通过信息网112连接到蓄电装置103、家庭发电单元104、耗电装置105、各种传感器111和服务器113，并且具有对用电和发电进行调节的功能。除此之外，控制装置110可以具有在电力市场中进行电力交易的功能。
如上所述，不仅由诸如热发电设备102a、核发电设备102b和水力发电设备102c的集中电力***102产生的电力而且由家用发电单元104(例如太阳能发电或风能发电)产生的电力可被存储在蓄电装置103中。相应地，即使当由家用发电单元104产生的电力变化时，也可执行控制，使得待发送的电量可保持恒定并且仅所需的电量被放出。例如，当通过太阳能发电获得的电力被存储在蓄电装置103中时，在夜间不那么昂贵的夜间电力被存储在蓄电装置103中，使得在蓄电装置103中存储的电力可被放出并且在白天期间的昂贵时间中使用。
虽然在上述实例中，控制装置110被包括在蓄电装置103中，但是控制装置110可以被包括在智能电表107中或者可以形成为独立装置。进一步地，蓄电***100可被用于公寓大楼中的住宅中，或者可以被用于独立的房子中。
【车辆中的蓄电***】
现在参照图18，描述将本公开应用到车辆蓄电***的实例。图18示意性地示出了本公开所应用到的使用了串联混合动力***的混合动力车辆的实例结构。串联混合动力***是由驱动力转换器使用通过引擎运行的发电机产生的电力或者临时存储在电池中的电力驱动的汽车。
该混合动力车辆200包括引擎201、发电机202、驱动力转换装置203、驱动轮204a、驱动轮204b、车轮205a、车轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210和充电口211。本公开的上述蓄电设备被应用到电池208。
混合动力车辆200在驱动力转换装置203用作动力源的情况下运行。驱动力转换装置203的实例为马达。驱动力转换装置203由电池208的动力致动，并且驱动力转换装置203的转动力被传递给驱动轮204a和204b。在适当位置处进行DC-AC转换或逆向转换(AC-DC转换)，AC马达或DC马达可用作驱动力转换装置203。各种传感器201通过车辆控制装置209控制引擎旋转速度并且控制节流阀(未示出)的开度(节流位置)。各种传感器201包括速度传感器、加速度传感器、引擎旋转速度传感器等。
引擎201的转动力被传递给发动机，并且由于该转动力，可将由发动机202产生的电力存储在电池208中。
由于混合动力车辆在制动机构(未示出)的作用下减慢，因此在减速期间的阻力作为转动力被施加给驱动力转换装置203，并且由于由驱动力，转换装置203的转动力产生的再生电力被存储在电池208中。
电池208可连接到混合动力车辆外部的电源，以便通过作为电力入口的充电口211从外部电源接收电力供应并且存储所接收的电力。
虽然在附图中未示出，但是可提供基于关于二次单元电池的信息执行与车辆控制相关的信息处理的信息处理装置。这种信息处理装置可以是基于关于剩余电池电量的信息指示剩余电池电量的信息处理装置。
在上述描述中，由马达使用通过引擎运行的发电机产生的电力或者临时存储在电池中的电力驱动的串联混合动力汽车已被描述为实例。然而，本公开还可有效地应用到使用来自作为驱动源的引擎和马达两者的电力输出并且在三种方法中切换的并联混合动力汽车，所述三种方法是：仅由引擎驱动，仅由马达驱动，由引擎和马达两者驱动。另外，本公开还可有效地应用到不使用引擎并且仅由驱动马达驱动的所谓的电动车辆。
<4.修改>
虽然到目前为止已经具体地描述本公开的实施方案，但是本公开不限于上述实施方案，并且基于本公开的技术思想可进行各种变化。例如，在上述实施方案中提及的结构、方法、流程、形状、材料、数值等仅为实例，并且必要时可以使用与以上提及的那些不同的结构、方法、流程、形状、材料、数值等。例如，本公开可被应用到除了蓄电***之外的***。
附图标记列表
MOD、MOD1-MODN蓄电模块
ICNT主控制器
CNT模块控制器
C1-Cn单元电池
BB1-BBn蓄电单元
3总线
11单元电池电压复用器
12、19A/D转换器和比较器
13监控电路
16温度复用器
20子微控制器单元
21通信单元
23单元电池平衡放电电路
30主微控制器单元
r1-r16、rM电阻器
s1-s16、sM开关

Claims (9)

1.一种蓄电装置，其包括：
多个蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；
单元电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和
控制单元，其被配置为执行控制以使所述蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且当所述蓄电单元中具有最高电压的所述蓄电单元达到第一电势时，使所述单元电池平衡单元中的一个连接到具有所述最高电压的所述蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第一恒定电流值小的第二恒定电流值，所述单元电池平衡单元中的所述一个对应于所述最高电压。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，在除了所述蓄电单元中具有所述最高电压的所述蓄电单元之外的至少一个蓄电单元达到比所述第一电势高的第二电势时，所述控制单元执行控制，使所述单元电池平衡单元中的一个连接到已经达到所述第二电势的所述蓄电单元，并且使所述充电电流切换到比所述第二恒定电流值小的第三恒定电流值，所述单元电池平衡单元中的所述一个对应于已经达到所述第二电势的所述蓄电单元。
3.根据权利要求2所述的蓄电装置，其中所述控制单元被设计以设置用于切换所述充电电流的三个或更多个阈值。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，
当所述蓄电单元中的所述最高电压达到高于所述第一电势并且低于过充电电压的充电暂停电压时，停止充电，并且仅使具有所述最高电压的所述蓄电单元放电，以及
当具有所述最高电压的所述蓄电单元的电压由于所述放电而变成与设定电压相等时，充电继续进行。
5.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，当所述蓄电单元中的最低电压变成等于或高于充电完成电压时，充电完成。
6.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中，当所述蓄电单元中的最高电压达到比所述第一电势高的第二电势时，并联连接到所有所述蓄电单元的平衡单元的开关被接通并且所述恒定电流值减小。
7.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述单元电池平衡单元各自包括开关和电阻器，所述开关和电阻器并联连接到所述蓄电单元中的各自对应的一个。
8.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述蓄电单元中包括的单元电池包含具有橄榄石结构的正极活性材料。
9.一种控制蓄电装置的方法，
所述蓄电装置，其包括：
蓄电单元，每个包括至少一个电池，所述蓄电单元串联连接；
单元电池平衡单元，其通过开关并联连接到各蓄电单元；和
控制单元，其被配置来控制所述单元电池平衡单元，
所述方法包括
执行控制以使所述蓄电单元在第一恒定电流值下充电，并且当所述蓄电单元中具有最高电压的所述蓄电单元达到第一电势时，使所述单元电池平衡单元中的一个连接到所述具有所述最高电压的所述蓄电单元，并且使充电电流切换到比所述第一恒定电流值小的第二恒定电流值，所述单元电池平衡单元中的所述一个对应于所述最高电压，
所述控制由所述控制单元执行。
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