CN111791751A - 电池控制单元和电池*** - Google Patents

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Abstract

多个开关单元，为多个电池中的每个设置。所述开关单元在对应电池与另一电池串联连接的连接状态、和所述对应电池与另一电池之间的串联连接断开连接的非连接状态之间切换。所述控制单元在当确定所述对应电池达到充电过程中的充电终止电压或放电过程中的放电终止电压时控制与所述电池对应的所述开关单元切换至非连接状态。所述控制单元改变所述充电终止电压以使得劣化的所述电池的所述充电终止电压低于未劣化的所述电池的所述充电终止电压，或者改变所述放电终止电压以使得劣化的所述电池的所述放电终止电压高于未劣化的所述电池的所述放电终止电压。

Description

电池控制单元和电池***
技术领域
本发明涉及一种电池控制单元和电池***。
背景技术
现有一种电池***，该电池***被构造为通过将多个电池串联连接作为安装在车辆上的电池以向驱动源供应电力或向辅机供应电力。多个电池的劣化情况由于制造的变化或操作环境的变化等而变化。例如，靠近热源的电池迅速劣化，而远离热源的电池缓慢劣化。
因此，在充放电时已经劣化的电池首先达到充电/放电终止电压。在这种情况下，即使其他电池中有剩余电量，也可能必须停止充电或放电，因此不能完全消耗电池的容量。
因此，考虑使多个电池的充电状态均衡(专利文献1)。然而，如果将所有电池设置为相同的充电/放电终止电压，则已经劣化的电池的负担可能增加，从而导致更大的劣化变化。
引文清单
专利文献
[专利文献1]WO2010/109956
发明内容
本发明正是鉴于上述情况做出，并且其目的是提供一种能够减少多个电池的劣化变化的电池控制单元和电池***。
为了实现上述目的，根据本发明的电池控制单元和电池***的特征在于以下[1]至[5]。
[1]一种电池控制单元，包括：开关单元，为串联设置的多个电池中的每个设置，并且构造为在对应电池与另一电池串联连接的连接状态、和所述对应电池与另一电池之间的串联连接断开连接的非连接状态之间切换；和控制单元，构造为当确定所述对应电池在充电过程中达到充电终止电压或在放电过程中达到放电终止电压时，控制与所述电池对应的所述开关单元切换至所述非连接状态。所述控制单元改变所述充电终止电压以使得劣化的所述电池的所述充电终止电压低于未劣化的所述电池的充电终止电压，或者改变所述放电终止电压以使得劣化的所述电池的所述放电终止电压高于未劣化的所述电池的所述放电终止电压。
[2]在根据[1]的所述电池控制单元中，所述控制单元改变所述充电终止电压或所述放电终止电压，以使得劣化的所述电池的所述充电终止电压和所述放电终止电压之间的范围比未劣化的所述电池的所述充电终止电压和所述放电终止电压之间的范围窄。
[3]在根据[1]或[2]的所述电池控制单元中，所述控制单元根据所述多个电池中切换到所述非连接状态的所述电池的数量来改变所述充电终止电压或所述放电终止电压。
[4]在根据[1]至[3]中任一项的所述电池控制单元中，所述控制单元改变所述充电终止电压和所述放电终止电压两者。
[5]一种电池***，包括：多个电池；和[1]至[4]中任一项所述的电池控制单元。
根据具有上述构造[1]、[2]和[5]的电池控制单元和电池***，能够减小劣化的电池的放电深度以抑制劣化的进行，因此，可以抑制多个电池的劣化变化。
根据具有上述构造[3]的电池控制单元，即使不检测多个电池的劣化状态，也可以减小劣化的电池的放电深度。
根据具有上述构造[4]的电池控制单元，通过改变充电终止电压和放电终止电压两者，可以增加充电终止电压和放电终止电压之间的范围的变化范围。因此，可以进一步抑制劣化的电池的劣化，并且可以更有效地利用未劣化的电池的电池容量。
根据本发明，可以提供一种电池控制单元和电池***，其能够减小劣化的电池的放电深度以抑制多个电池的劣化的变化。
上面已经简要描述了本发明。通过参照附图阅读下面描述的用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)，将进一步阐明本发明的细节。
附图说明
图1是示出根据本发明的电池***的电路图。
图2是示出图1所示的控制单元的充电处理过程的流程图。
图3是示出图1所示的控制单元的放电处理过程的流程图。
图4A至图4D是描述图1所示的控制单元的充电处理过程和放电处理过程的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的特定实施例。
图1所示的电池***安装在例如由电动马达驱动并为电动马达提供动力的EV或HEV车辆上。
如图1所示，电池***1包括多个电池2a至2c和电池控制单元3。尽管在本实施例中将描述三个电池2a至2c串联连接的示例以简化描述，但是本发明不限于此。电池2a至2c的数量可以是两个，也可以是四个以上，只要是多个即可。多个电池2a至2c中的每一个都是可充电和可放电的蓄电池，并且可以由一个电池构成，或者可以由多个电池构成。
电池控制单元3包括多个开关单元4a至4c、多个电压测量单元5a至5c和控制单元6。分别对应于多个电池2a至2c设置有多个开关单元4a至4c。多个开关单元4a至4c具有相同的构造。
开关单元4a至4c能够在对应电池2a至2c与其他电池2a至2c串联连接的连接状态和对应电池2a至2c与其他电池2a至2c之间的串联连接断开的非连接状态之间进行切换。更具体地，通过开关单元4a至4c切换到连接状态的电池2a至2c被串联连接并用作电源。另一方面，通过切换部4a至4c切换为非连接状态的电池2a至2c与在连接状态下的电池2a至2c断开，不用作电源。
开关单元4a包括与电池2a串联连接的第一开关SW1a和与电池2a和第一开关SW1a并联连接的第二开关SW2a。第一开关SW1a的一端T11连接至电池2a的一极(例如，正极)。第二开关SW2a的一端T21连接至电池2a的另一极(例如，负极)，而其另一端T22连接至第一开关SW1a的另一端T12。可以通过在开关单元4a的以上描述中分别用“b”和“c”代替“a”来描述开关单元4b，4c，因此省略其详细描述。
第一开关SW1b的另一端T12连接至电池2a的负极，而第一开关SW1c的另一端T12连接至电池2b的负极。即，第一开关SW1b、SW1c分别连接在相邻的电池2a和2b之间以及相邻的电池2b和2c之间。
根据上述构造，当在第一开关SW1a至SW1c导通的同时第二开关SW2a至SW2c断开时，对应电池2a至2c处于连接状态。当第一开关SW1a至SW1c断开时，对应电池2a至2c处于未连接状态。此时，当第二开关SW2a至SW2c导通时，形成旁路，并且仅处于连接状态的电池2a至2c被串联连接。
电压测量单元5a至5c测量对应电池2a至2c的两端处的电压，并将其测量结果输出至以下描述的控制单元6。
控制单元6由已知的CPU、ROM和RAM构成，并且控制整个电池***1。控制单元6基于电池2a至2c的两端的电压控制第一开关SW1a至SW1c和第二开关SW2a至SW2c的ON和OFF。
接下来，将参照图2和图4A-4D描述构造为如上所述的电池***1的充电操作。图2是示出图1所示的控制单元6的充电处理过程的流程图。图4A至图4D是描述图1所示的控制单元6的充电处理过程和放电处理过程的示意图。
当接收到充电命令，控制单元6就开始图2所示的充电处理。首先，控制单元6将用于对电池2a至2c的旁路数目进行计数的变量n设置为1(初始值)(步骤S1)。
接下来，如图4A所示，控制单元6断开所有第一开关SW1a至SW1c以及所有第二开关SW2a至SW2c(步骤S2)。此后，如图4B所示，控制单元6导通所有第一开关SW1a至SW1c(步骤S3)，并串联连接所有电池2a至2c。接下来，控制单元6将充电终止电压设置为与变量n相对应的设定值Vcn(步骤S4)。
在本实施例中，当n＝1(旁路数为0)时，控制单元6将充电终止电压设置为设定值Vc1＝4.0V。控制单元6改变充电终止电压，随着每次旁路数量增加，充电终止电压就增加0.1V。即，当n＝2时，充电终止电压改变为设定值Vc2＝4.1V，而当n＝3时，充电终止电压改变为设定值Vc3＝4.2V。
此后，控制单元6开始对电池2a至2c充电(步骤S5)。接下来，控制单元6获取由电压测量单元5a至5c测量的电池2a至2c的两端的电压，并将获取的电压与在步骤S4中设置的充电终止电压进行比较(步骤S6)。作为比较的结果，如果在连接状态下电池2a至2c中没有电池2a至2c达到充电终止电压(步骤S6中为否)，则控制单元6返回步骤S4。
另一方面，如果存在已达到在步骤S4中设置的充电终止电压的电池2a至2c(步骤S6中为是)，则控制单元6确定是否所有电池2a至2c都已达到充电终止电压(步骤S7)。如果不是所有的电池2a至2c都已经达到充电终止电压(步骤S7中为否)，则控制单元6绕过在步骤S6中被确定为已达到充电终止电压的电池2a至2c(步骤S8)。
更具体地，在步骤S8中，控制单元6断开与已经达到充电终止电压的电池2a至2c对应的第一开关SW1a至SW1c，并且导通与已经达到充电终止电压的电池2a至2c对应的第二开关SW2a至SW2c。结果，被确定已经达到充电终止电压的电池2a至2c处于未连接状态。此后，控制单元6使n递增(步骤S9)，并返回到步骤S4。
另一方面，当确定所有电池2a至2c均已达到充电终止电压时(步骤S7中为是)，控制单元6停止充电(步骤S10)。此后，控制单元6断开所有第一开关SW1a至SW1c以及所有第二开关SW2a至SW2c(步骤S11)，然后导通所有第一开关SW1a至SW1c(步骤S11)，并结束处理。
对于劣化的电池2a至2c，充电期间两端电压的升高率更高，并且即使以相同的电流对电池2a至2c充电，其充电终止电压也很快达到。例如，当电池以2c、2b、2a的顺序劣化时，最劣化的电池2a首先达到充电终止电压Vc1＝4.0V。因此，根据上述操作，控制单元6首先断开与电池2a对应的第一开关SW1a，导通第二开关SW2a(图4C)，并绕过电池2a。
此后，控制单元6将充电终止电压改变为Vc2＝4.1V。接下来，第二劣化的电池2b比电池2c更早达到充电终止电压Vc2＝4.1V。因此，根据上述操作，控制单元6接下来断开与电池2b相对应的第一开关SW1b，导通第二开关SW2b(图4D)，并绕过电池2b。
此后，控制单元6将充电终止电压改变为Vc3＝4.2V。接下来，劣化最小的电池2c达到充电终止电压Vc3＝4.2V。根据上述操作，控制单元6断开所有开关SW1a至SW1c、SW2a至SW2c(图4A)，并停止充电。
接下来，将参照图3至图4描述如上所述构造的电池***1的放电操作。图3是示出图1所示的控制单元6的放电处理过程的流程图。
当接收到放电命令，控制单元6就开始如图3所示的放电处理。首先，控制单元6将用于对电池2a至2c的旁路数目进行计数的变量m设置为1(初始值)(步骤S20)。
接下来，如图4A所示，控制单元6断开所有第一开关SW1a至SW1c以及所有第二开关SW2a至SW2c(步骤S21)。此后，如图4B所示，控制单元6导通所有第一开关SW1a至SW1c(步骤S22)，并且将所有电池2a至2c串联连接。接下来，控制单元6将放电终止电压设置为与变量m相对应的设置值Vdm(步骤S23)。
在本实施例中，当m＝1(旁路数为0)时，控制单元6将放电终止电压设置为设定值Vd1＝2.8V。控制单元6改变放电终止电压，随着每次旁路数目增加，放电终止电压降低0.1V。即，当m＝2时，放电终止电压改变为设定值Vd2＝2.7V，当m＝3时，放电终止电压改变为设定值Vd3＝2.6V。
此后，控制单元6开始使电池2a至2c放电(步骤S24)。接下来，控制单元6获取由电压测量单元5a至5c测量的电池2a至2c的两端的电压，并将获取的电压与在步骤S23中设置的放电终止电压进行比较(步骤S25)。作为比较的结果，如果在连接状态下的电池2a至2c中没有电池2a至2c达到放电终止电压(步骤S25中为否)，则控制单元6返回步骤S23。
另一方面，如果存在已达到在步骤S23中设置的放电终止电压的电池2a至2c(步骤S25中为是)，则控制单元6确定是否所有电池2a至2c均已达到放电终止电压(步骤S26)。如果不是所有的电池2a至2c都已经达到放电终止电压(步骤S26中为否)，则控制单元6绕过在步骤S25中被确定为已达到放电终止电压的电池2a至2c(步骤S27)。
更具体地，在步骤S27中，控制单元6断开与已经达到放电终止电压的电池2a至2c对应的第一开关SW1a至SW1c，并导通与已经达到放电终止电压的电池2a至2c对应的第二开关SW2a至2c。结果，被确定已经达到放电终止电压的电池2a至2c处于未连接状态。此后，控制单元6使m递增(步骤S28)，并返回到步骤S23。
另一方面，当确定所有电池2a至2c均达到放电终止电压时(步骤S26中为是)，控制单元6停止放电(步骤S29)。此后，控制单元6断开所有第一开关SW1a至SW1c以及所有第二开关SW2a至SW2c(步骤S30)，然后导通所有第一开关SW1a至SW1c(步骤S31)，并结束处理。
对于劣化的电池2a至2c，在放电期间两端电压的降低率更高，并且即使电池2a至2c以相同的电流放电，其放电终止电压也很快达到。例如，当电池按照2c、2b、2a的顺序劣化时，最劣化的电池2a首先达到放电终止电压Vd1＝2.8V。因此，根据上述操作，控制单元6首先断开与电池2a相对应的第一开关SW1a，导通第二开关SW2a(图4C)，并绕过电池2a。
此后，控制单元6将放电终止电压改变为Vd2＝2.7V。接下来，第二劣化的电池2b比电池2c更早达到放电终止电压Vd2＝2.7V。因此，根据上述操作，控制单元6接下来断开与电池2b相对应的第一开关SW1b，导通第二开关SW2b(图4D)，并绕过电池2b。
此后，控制单元6将放电终止电压改变为Vd3＝2.6V。接下来，劣化最小的电池2c达到放电终止电压Vd3＝2.6V。根据上述操作，控制单元6断开所有开关SW1a至SW1c、SW2a至SW2c(图4A)，并停止充电。
尽管随着将充电终止电压设定为低而可以抑制电池2a至2c的劣化，但是由于放电深度(DOD)变浅，所以不能完全消耗电池的容量。另一方面，尽管随着充电终止电压设定为高而不能抑制电池2a至2c的劣化，但是由于DOD变深，所以可以完全消耗电池的容量。根据上述实施例，控制单元6改变充电终止电压，使得劣化的电池2a至2c的充电终止电压变低。
结果，可以减小劣化的电池2a至2c的DOD以抑制该劣化，因此可以抑制多个电池2a至2c的劣化的变化。未劣化的电池2a至2c具有更深的DOD，从而可以有效地消耗电池的容量。
尽管随着将放电终止电压设定为高而可以抑制电池2a至2c的劣化，但是由于DOD变浅，所以不能完全消耗电池的容量。另一方面，尽管随着将放电终止电压设定为低而不能抑制电池2a至2c的劣化，但是由于DOD变深，所以可以完全消耗电池的容量。根据上述实施例，控制单元6改变放电终止电压，使得劣化的电池2a至2c的放电终止电压变高。
结果，就如充电的情况一样，可以减小劣化的电池2a至2c的DOD以抑制该劣化，因此可以抑制多个电池2a至2c的劣化的变化。未劣化的电池2a至2c具有更深的DOD，从而可以有效地消耗电池的容量。
根据上述实施例，控制单元6改变充电终止电压和放电终止电压两者。结果，可以增大充电终止电压和放电终止电压之间的范围的变化范围，可以进一步抑制劣化的电池2a至2c的劣化，并且可以更有效地使用未劣化的电池的电池容量。
根据上述实施例，控制单元6根据多个电池2a至2c中切换为非连接状态的电池2a至2c的数量(旁路数量)来改变充电终止电压和放电终止电压。结果，即使不检测多个电池2a至2c的劣化状态，也可以减小劣化的电池2a至2c的DOD。
本发明不限于上述实施例，并且可以适当地修改、改进等。上述实施例中的构成要素的材料、形状、大小、数量、构造位置等是任意的，只要能够实现本发明即可，但本发明不限于此。
尽管根据上述实施例，控制单元6改变充电终止电压和放电终止电压两者，但是本发明不限于此。控制单元6可以仅改变充电终止电压或放电终止电压之一。
尽管根据上述实施例，控制单元6区分所有多个电池2a至2c的充电终止电压或放电终止电压，但是本发明不限于此。所有电池2a至2c的充电终止电压或放电终止电压不必不同。例如，可以将劣化最严重的电池2a的充电终止电压或放电终止电压设置为低于或高于其他电池2b、2c(未劣化的电池)的充电终止电压或放电终止电压。
具体地说，如上述实施例，在电池2a至2c的旁路数为1(n＝1)的情况下，控制单元6也可以将充电终止电压设定为4.0V，将放电终止电压设定为2.8V。当电池2a至2c的旁路数为2至3时，将充电终止电压设置为4.2V，将放电终止电压设置为2.6V。
尽管根据上述实施例，开关单元4a至4c包括第一开关SW1a至SW1c和第二开关SW2a至SW2c，但是本发明不限于此。开关单元4a至4c可以包括选择电池2a至2c之一或并联连接至电池2a至2c的旁路电路的交换开关。
在以下[1]至[5]中简要概述了根据本发明的电池控制单元和电池***的特性。
[1]一种电池控制单元(3)包括：开关单元(4a至4c)，为串联设置的多个电池(2a至2c)中的每个设置，并且构造为在对应电池(2a至2c)与其他电池(2a至2c)串联连接的连接状态和在对应电池(2a至2c)与其他电池(2a至2c)之间的串联连接断开的非连接状态之间切换；和控制单元(6)，构造为当确定对应电池(2a至2c)达到充电时的充电终止电压或放电时的放电终止电压时，控制与电池(2a至2c)对应的开关单元(4a至4c)切换至非连接状态。控制单元(6)改变充电终止电压以使得劣化的电池(2a至2c)的充电终止电压低于未劣化的电池(2a至2c)的充电终止电压，或改变放电终止电压以使得劣化的电池(2a至2c)的放电终止电压高于未劣化的电池(2a至2c)的放电终止电压。
[2]在根据[1]的电池控制单元(3)中，控制单元(6)改变充电终止电压或放电终止电压，使得劣化的电池(2a至2a)的充电终止电压和放电终止电压之间的范围比未劣化的电池(2a至2c)的充电终止电压和放电终止电压的范围窄。
[3]在根据[1]或[2]的电池控制单元(3)中，控制单元(6)根据多个电池(2a至2c)中切换为非连接状态的电池(2a至2c)的数量来改变充电终止电压或放电终止电压。
[4]在根据[1]至[3]中任一项的电池控制单元(3)中，控制单元(6)改变充电终止电压和放电终止电压两者。
[5]电池***(1)包括：多个电池(2a至2c)；和根据[1]至[4]中任一项所述的电池控制单元(3)。

Claims (5)

1.一种电池控制单元，包括：
开关单元，为串联设置的多个电池中的每个设置，并且构造为在对应电池与另一电池串联连接的连接状态、和所述对应电池与另一电池之间的串联连接断开连接的非连接状态之间切换；和
控制单元，构造为当确定所述对应电池在充电过程中达到充电终止电压或在放电过程中达到放电终止电压时，控制与所述电池对应的所述开关单元切换至所述非连接状态，
其中，所述控制单元改变所述充电终止电压以使得劣化的所述电池的所述充电终止电压低于未劣化的所述电池的所述充电终止电压，或改变所述放电终止电压以使得劣化的所述电池的所述放电终止电压高于未劣化的所述电池的所述放电终止电压。
2.根据权利要求1所述的电池控制单元，其中
所述控制单元改变所述充电终止电压或所述放电终止电压，使得劣化的所述电池的所述充电终止电压和所述放电终止电压之间的范围比未劣化的所述电池的所述充电终止电压和所述放电终止电压之间的范围窄。
3.根据权利要求1或2所述的电池控制单元，其中
所述控制单元根据所述多个电池中切换到所述非连接状态的所述电池的数量来改变所述充电终止电压或所述放电终止电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池控制单元，其中，
所述控制单元改变所述充电终止电压和所述放电终止电压两者。
5.一种电池***，包括：
多个电池；和
根据权利要求1至4中任一项所述的电池控制单元。
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