电池控制单元和电池系统

技术领域

本发明涉及一种电池控制单元和电池系统。

背景技术

存在一种通过将多个电池串联连接而构成的电池系统。由于例如制造中的变化或者操作环境的变化而导致多个电池的劣化变化。例如，靠近热源的电池快速劣化，而远离热源的电池缓慢劣化。

因此，在充电和放电期间劣化的电池最先到达充电和放电终止电压。在该情况下，即使当在其它电池中存在剩余容量时，也不得不停止充电和放电。因此，提出了如下系统：其将已经到达充电终止电压的电池旁路，将所述电池从充电断开，并且继续尚未到达终止电压的电池的充电(专利文献1)。类似地，在放电期间，可以考虑如下的电池系统：其将已经到达放电终止电压的电池旁路，将所述电池从放电断开，并且继续尚未到达放电终止电压的电池的放电。

然而，在上述现有技术的电池系统中，在放电期间每当切换电池的旁路状态时都停止到负载的电力供给。可以考虑并联连接的包括多个电池的多个电池组，使得即使多个电池组中的一个电池组被切为旁路，剩余的电池组也维持向负载的电力供给。

[专利文献1]JP-A-2013-31249

然而，在上述现有技术中，由于电池被用作旁路，所以当电池组并联连接时，总电压在电池组之间产生大的差异。因此，仅具有最高的总电压的电池组能够放电。仅具有最低总电压的电池组能够充电，并且充电和放电的效率不高。

发明内容

一个以上的实施例提供了一种电池控制单元和电池系统，其提高了充电或放电的效率。

[1]一种电池控制单元，包括多个切换单元、第一控制器和多个双向电压转换器，该多个双向电压转换器包括接地端子、第一输入输出端子和第二输入输出端子。互相并联连接的多个电池组中的每个电池组均包括互相串联连接的多个电池。多个切换单元设置为分别与所述多个电池相对应，并且被配置为在连接状态与非连接状态之间切换，在所述连接状态下，多个电池中的对应电池与多个电池中的非对应电池串联连接，在所述非连接状态下，对应电池从与非对应电池的串联连接断开。所述第一控制器被配置为将与充电或放电期间被判定为达到终止电压的电池相对应的所述多个切换单元控制为所述非连接状态。所述多个双向电压转换器被配置为：将在所述第一输入输出端子与所述接地端子之间输入的第一输入电压转换，并从所述第二输入输出端子与所述接地端子之间输出第一转换电压，并且将在所述第二输入输出端子与所述接地端子之间输入的第二输入电压转换，并从所述第一输入输出端子与所述接地端子之间输出第二转换电压。所述多个双向电压转换器与所述多个电池组相对应地设置，并且所述第一输入输出端子分别连接到对应电池组的一端，并且所述接地端子分别连接到所述对应电池组的另一端。所述多个电池组的所述一端经由所述第一输入输出端子和所述第二输入输出端子互相连接。

[2]所述电池控制单元可以还包括第二控制器，该第二控制器被配置为控制来自所述多个双向电压转换器的所述第一输入输出端子的输出电压。所述第二控制器可以控制来自所述第一输入输出端子的所述输出电压，使得在充电期间预定范围内的充电电流流经所述多个电池组。

[3]所述第二控制器可以将来自所述第一输入输出端子的所述输出电压控制为以开始充电时的所述多个电池组的充电状态为基础的值，并且将来自所述第一输入输出端子的所述输出电压控制为使得所述预定范围内的所述充电电流流经所述多个电池组。

[4]所述电池控制单元可以还包括第二控制器，该第二控制器被配置为控制来自所述多个双向电压转换器的所述第二输入输出端子的输出电压。所述第二控制器将放电期间来自所述第二输入输出端子的所述输出电压控制为预定值。

[5]当所述放电期间流经所述电池组的放电电流超过阈值时，所述第二控制器可以被配置为进行控制以降低来自与放电电流超过所述阈值的所述电池组相对应的所述双向电压转换器的所述第二输入输出端子的所述输出电压。

[6]一种电池控制单元，包括多个切换单元、第一控制器和多个电压转换器，该多个电压转换器包括接地端子、输入端子和输出端子。所述多个切换单元设置为分别与所述多个电池相对应，并且被配置为在连接状态与非连接状态之间切换，在所述连接状态下，所述多个电池中的对应电池与非对应电池串联连接，在所述非连接状态下，所述对应电池从与所述非对应电池的串联连接断开。所述第一控制器被配置为将与充电或放电期间被判定为达到终止电压的电池相对应的所述多个切换单元控制为所述非连接状态。所述多个电压转换器被配置为转换在所述输入端子与所述接地端子之间输入的输入电压，并且从所述输出端子与所述接地端子之间输出转换电压。所述电压转换器与所述多个电池组相对应地设置，并且所述输入端子或者所述输出端子分别连接到对应电池组的一端并且所述接地端子分别连接到所述对应电池组的另一端。所述多个电池组的端经由输入端子和输出端子互相连接。

[7]一种电池系统，可以包括多个电池组，该多个电池组具有串联连接的多个电池，所述多个电池组互相并联连接；以及根据[1]至[6]的任意一项所述的电池控制单元。

根据具有以上[1]的配置的电池控制单元，针对多个电池组中的每个电池组设置双向电压转换器，并且接地端子和第一输入输出端子连接到对应电池组的两端。电池组的一端经由第一输入输出端子和第二输入输出端子互相连接。因此，各个双向电压转换器升高或降低电池组的总电压或者输入到电池组的输入电压，以使得多个电池组能够同时充电或放电。因此，能够提高充电或者放电的效率。

根据具有以上[2]的配置的电池控制单元，第二控制器控制来自第一输入输出端子的输出，使得充电期间预定范围内的充电电流流经多个电池组。因此，多个电池组能够同时充电，并且能够更加有效地进行充电。

根据具有以上[3]的配置的电池控制单元，第二控制器将来自第一输入输出端子的输出控制为与当开始充电时的多个电池组的充电状态相对应的值，而后将来自第一输入输出端子的输出控制为使得预定范围内的充电电流流经多个电池组。因此，当开始充电时，能够快速地使得充电电流流经多个电池组。

根据具有以上[4]的配置的电池控制单元，第二控制器将放电期间来自第二输入输出端子的输出控制为预定值。因此，多个电池组能够同时放电，并且能够更加有效地进行放电。

根据具有以上[5]的配置的电池控制单元，当放电期间流经多个电池组的放电电流超过阈值时，第二控制器进行控制以降低来自第二输入输出端子的输出。因此，流经电池组的放电电流能够降低为等于或小于阈值。

根据具有以上[6]的配置的电池控制单元，针对多个电池组中的每个电池组设置电压转换器，并且输入端子和输出端子中的一者和接地端子连接到对应电池组的两端。电池组的一端经由输入端子和输出端子互相连接。因此，各个电压转换器升高或降低电池组的总电压或者输入到电池组的输入电压，以使得多个电池组能够同时充电或放电。因此，能够提高充电或者放电的效率。

根据具有以上[7]的配置的电池系统，能够提高充电或放电的效率。

根据一个以上的实施例，能够提供一种电池控制单元和电池系统，其能够提高充电或者放电的效率。

如上已经简要描述了本发明。通过参考附图阅读下文描述的用于实施本发明的实施方式，本发明的细节将进一步清晰。

附图说明

图1是示出电池系统的电路图。

图2是示出图1所示的控制器的充电处理过程的流程图。

图3是示出图1所示的控制器的放电处理过程的流程图。

图4是示出根据另一个实施例的电池系统的电路图。

图5是示出根据另一个实施例的电池系统的电路图。

参考标记列表

1电池系统

3电池控制单元

8控制器(第一控制器、第二控制器)

21、22电池组

21a至21c电池

22a至22c电池

41a至41c切换单元

42a至42c切换单元

61、62双向直流/直流转换器(双向电压转换器)

81、82直流/直流转换器(电压转换器)

T

T

T

T

T

V

具体实施方式

下文将参考附图描述根据本发明的具体实施例。

图1所示的电池系统1是例如如下的装置：其供给通过反复使用劣化的电池而获得的电力。

如图1所示，电池系统1包括多个电池组21和22以及电池控制单元3。多个电池组21和22互相并联连接，并且连接到负载10和充电器40(电源)。在本实施例中，为了简化描述，将描述两个电池组21和22并联连接的实例，然而本发明不限于此。电池组21和22的数量可以是多个，并且可以是三个以上。

电池组21包括多个电池21a至21c。电池组22包括多个电池22a至22c。在本实施例中，为了简化描述，将描述三个电池21a至21c、22a至22c串联连接的实例，然而本发明不限于此。电池21a至21c、22a至22c的数量可以是多个，并且可以是两个或者四个以上。多个电池21a至21c、22a至22c中的每个电池是可充电且可放电的蓄电池，并且可以包括一个单元电池，或者可以包括多个单元电池。

电池控制单元3包括：多个切换单元41a至41c、42a至42c；多个电压测量单元51a至51c、52a至52c；多个双向直流/直流转换器61和62(双向电压转换器)；多个电流测量单元71和72；以及控制器8。

多个切换单元41a至41c分别与多个电池21a至21c相对应地设置。多个切换单元42a至42c分别与多个电池22a至22c相对应地设置。多个切换单元41a至41c、42a至42c具有相同的配置。

切换单元41a至41c、42a至42c能够在连接状态与非连接状态之间切换，在所述连接状态下，对应的电池21a至21c、22a至22c与其它电池21a至21c、22a至22c串联连接，并且在所述非连接状态下，对应的电池21a至21c、22a至22c从与其它电池21a至21c、22a至22c的串联连接断开。具体地，通过切换单元41a至41c、42a至42c切换到连接状态的电池21a至21c、22a至22c串联连接，并且用作电源。另一方面，通过切换单元41a至41c、42a至42c切换到非连接状态的电池21a至21c、22a至22c从处于连接状态的电池21a至21c、22a至22c断开，并且不用作电源。

切换单元41a由以下构成：第一开关SW11a，其与电池21a串联连接；和第二开关SW12a，其与电池21a和第一开关SW11a并联连接。第一开关SW11a的一端T11连接到电池21a的一个电极(例如，正电极)。第二开关SW12a的一端T21连接到电池21a的另一个电极(例如，负电极)，并且第二开关SW12a的另一端T22连接到第一开关SW11a的另一端T12。由于能够通过将切换单元41a的上述描述中的“a”替换为“b”和“c”而描述切换单元41b和41c，所以将省略它们的详细说明。

切换单元42a由以下构成：第一开关SW21a，其与电池22a串联连接；以及第二开关SW22a，其与电池22a和第一开关SW21a并联连接。第一开关SW21a的一端T11连接到电池22a的一个电极(例如，正电极)。第二开关SW22a的一端T21连接到电池22a的另一个电极(例如，负电极)，并且第二开关SW22a的另一端T22连接到第一开关SW21a的另一端T12。由于能够通过将切换单元42a的上述描述中的“a”替换为“b”和“c”而描述切换单元42b和42c，所以将省略它们的详细说明。

第一开关SW11b的另一端T12连接到电池21a的负极，并且第一开关SW11c的另一端T12连接到电池21b的负极。即，第一开关SW11b连接在彼此相邻的电池21a与电池21b之间，并且第一开关SW11c连接在彼此相邻的电池21b与电池21c之间。

第一开关SW21b的另一端T12连接到电池22a的负极，并且第一开关SW21c的另一端T12连接到电池22b的负极。即，第一开关SW21b连接在彼此相邻的电池22a与电池22b之间，并且第一开关SW21c连接在彼此相邻的电池22b与电池22c之间。

根据以上配置，当第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c断开并且第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c接通时，相应的电池21a至21c、22a至22c处于连接状态下。另外，当第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c断开时，相应的电池21a至21c、22a至22c处于非连接状态下。此时，当第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c接通时，形成旁路路径，并且仅连接状态下的电池21a至21c、22a至22c串联连接。

多个电压测量单元51a至51c、52a至52c与多个电池21a至21c、22a至22c相对应地设置。多个电压测量单元51a至51c、52a至52c测量相应的电池21a至21c、22a至22c两端的电压，并且将其测量结果输出到稍后描述的控制器8。

多个双向直流/直流转换器61和62分别与多个电池组21和22相对应地设置。各个双向直流/直流转换器61和62包括第一输入-输出端子T

上述双向直流/直流转换器61和62的接地端子T

双向直流/直流转换器61和62连接到控制器8，并且能够通过控制器8控制双向直流/直流转换器61和62的输出V

多个电流测量单元71和72分别与多个电池组21和22相对应地设置。电流测量单元71与电池组21串联连接，并且测量流经电池组21的电流I1(充电电流或者放电电流)。电流测量单元72与电池组22串联连接，并且测量流经电池组22的电流I2。

控制器8包括公知的CPU、ROM和RAM，并且控制整个电池系统1。控制器8用作第一控制器，并且基于各个电池21a至21c、22a至22c两端的电压控制第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c、第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c的接通/断开。更具体地，控制器8将在放电或充电期间达到放电终止电压或者充电终止电压的电池21a至21c、22a至22c旁路成非连接状态。

在充电期间，控制器8如下所述地控制直流/直流转换器61和62。首先，控制器8首先基于电池组21和22的充电状态控制直流/直流转换器61和62的输出V

其后，控制器8基于由电流测量单元71和72测量的充电电流I1和I2控制直流/直流转换器61和62的输出V

因此，具有不同的总电压的电池组21和22能够同时充电。

在放电期间，控制器8如下所述地控制直流/直流转换器61和62。首先，控制器8根据负载10将双向直流/直流转换器61和62的输出V

当在恒定负载下进行放电时，电池组21和22的总电压下降。因此，直流/直流转换器61和62试图将输出V

针对电池组21和22中的每个电池组确定容许电流。更具体地，诸如电池温度、劣化状态(例如，内部电阻)、充电状态(例如，开路电压)这样的电池状态与容许电流之间的关系预先存储在存储器等中。电池组21的容许电流被设定为连接状态下的电池21a至21c的各自的容许电流之中的最小值。类似地，电池组22的容许电流被设定为连接状态下的电池22a至22c的电池状态的各自的容许电流之中的最小值。

根据如上所述地配置的电池系统1，由于双向直流/直流转换器61和62由电向磁且由磁向电进行电转换，所以各个电池组21和22能够电绝缘。

接着，将参考图2描述在以上概述下描述的电池系统1的充电期间的操作。图2是示出图1所示的控制器8的充电处理过程的流程图。控制器8在从外部系统等接收到充电信号时执行充电处理。首先，控制器8断开所有的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c以及所有的第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c(步骤S1)。其后，控制器8接通所有的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c(步骤S2)。接着，控制器8将充电器40连接到电池组21和22以开始充电(步骤S3)。

接着，控制器8将直流/直流转换器61和62的输出V

其后，控制器8获取由电流测量单元71和72测量的流经电池组21和22的充电电流I1和I2，并且控制输出V

其后，控制器8获取由电压测量单元51a至51c、52a至52c测量的电池21a至21c、22a至22c的电压值，并且判定电池21a至21c、22a至22c是否达到充电终止电压(步骤S6)。如果不存在达到充电终止电压的电池21a至21c、22a至22c(步骤S6中否)，则控制器8返回到步骤S5。

另一方面，如果在电池21a至21c、22a至22c之中存在达到充电终止电压的电池(步骤S6中是)，则控制器8判定是否所有的电池21a至21c、22a至22c均达到充电终止电压(步骤S7)。如果不是所有的电池21a至21c、22a至22c都达到充电终止电压(步骤S7中否)，则控制器8断开与被判定为达到充电终止电压的电池21a至21c、22a至22c相对应的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c，接通第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c，将达到充电终止电压的电池21a至21c、22a至22c旁路(步骤S8)，而后返回到步骤S5。

如果所有的电池均达到充电终止电压(步骤S7中是)，则控制器8断开充电器40并且停止充电(步骤S9)，并且断开所有的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c以及所有的第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c(步骤S10)。其后，控制器8接通所有的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c(步骤S11)，而后结束充电处理。

接着，将参考图3描述在以上概述下描述的电池系统1的放电期间的操作。图3是示出图1所示的控制器8的放电处理过程的流程图。在图3中，利用相同的参考标号表示如上述图2中的步骤相同的而步骤，并且省略其详细说明。控制器8在从外部系统等接收到放电信号时执行放电处理。首先，控制器8与充电处理类似地执行步骤S1和S2。

接着，控制器8将负载10连接到电池组21和22以开始放电(步骤S12)。其后，控制器8将双向直流/直流转换器61和62的输出V

如果电池组21和22之中流动了超过容许最大电流的电流(步骤S14中是)，则控制器8减小与超过容许最大电流的电池组21和22相对应的直流/直流转换器61和62的输出V

如果电池组21和22之中流动相对于容许最大电流足够低的电流，(步骤S16中是)，则控制器8前进到步骤S17。在步骤S17中，控制器8取消对流动足够低的电流的电池组21和22进行的减小输出V

如果电池组21和22均不超过容许最大电流并且均不够低(步骤S16中否)，则控制器8立即前进至步骤S18。

控制器8在步骤S18中获取由电压测量单元51a至51c、52a至52c测量的电池21a至21c、22a至22c的电压，并且判定电池21a至21c、22a至22c是否达到放电终止电压。如果不存在达到放电终止电压的电池21a至21c、22a至22c(步骤S18中否)，则控制器8返回到步骤S14。

另一方面，如果在电池21a至21c、22a至22c之中存在达到放电终止电压的电池(步骤S18中是)，则控制器8判定是否所有的电池21a至21c、22a至22c均达到放电终止电压(步骤S19)。如果不是所有的电池21a至21c、22a至22c都达到放电终止电压(步骤S19中否)，则控制器8断开与被判定为已经达到放电终止电压的电池21a至21c、22a至22c相对应的第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c，接通第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c，将达到放电终止电压的电池21a至21c、22a至22c旁路(步骤S20)，而后返回到步骤S14。

当所有的电池21a至21c、22a至22c均达到放电终止电压时(步骤S19中是)，控制器8断开对负载10的放电(步骤S21)，以与充电处理类似的方式执行步骤S10和S11，并且结束放电处理。

根据上述实施例，针对多个电池组中的每个电池组设置双向直流/直流转换器61和62，并且接地端子T

根据上述实施例，控制器8控制输出V

根据上述实施例，控制器8将输出V

根据上述实施例，在放电期间，控制器8将输出V

根据上述实施例，当在放电期间流经多个电池组21和22的电流超过容许最大电流时，控制器8控制直流/直流转换器61和62的降低，从而降低输出V

本发明不限于上述实施例，并且能够适当地进行修改、改进等。另外，上述实施例中的各个部件的材料、形状、大小、数量、布置位置等是可选的，并且不受限制，只要其能够实现本发明即可。

根据上述实施例，控制器8基于当开始充电时的电池组21和22的充电状态控制输出V

根据上述实施例，切换单元41a至41c、42a至42c包括第一开关SW11a至SW11c、SW21a至SW21c以及第二开关SW12a至SW12c、SW22a至SW22c，但是本发明不限于此。切换单元41a至41c、42a至42c可以包括：转换开关，用于选择电池21a至21c、22a至22c中的一者；以及旁路电路，其与电池21a至21c、22a至22c并联连接。

另外，根据上述实施例，针对电池组21和22中的每个电池组设置双向直流/直流转换器61和62，但是本发明不限于此。如图4和5所示，代替双向直流/直流转换器61和62，可以设置单向直流/直流转换器81和82(电压转换器)。直流/直流转换器81和82包括接地端子T

在图4所示的实例中，接地端子T

在图5所示的实例中，接地端子T

图4所示的单向直流/直流转换器81和82和图5所示的单向直流/直流转换器81和82可以并联连接，以进行双向电压转换。

在上述实施例中，直流/直流转换器61、62、81和82被用作电压转换器，但是本发明不限于此。串联调节器可以用作电压转换器。

这里，将在下面的[1]至[7]中简要总结上述根据本发明的电池控制单元和电池系统的实施例的特性。

[1]一种电池控制单元(3)，包括：

多个切换单元(41a至41c、42a至42c)；

第一控制器(8)；以及

多个双向电压转换器(61、62)，该多个双向电压转换器(61、62)包括接地端子(T

其中，互相并联连接的多个电池组(21、22)中的每个电池组均包括互相串联连接的多个电池(21a至21c、22a至22c)，

其中，所述多个切换单元(41a至41c、42a至42c)设置为分别与所述多个电池(21a至21c、22a至22c)相对应，并且被配置为在连接状态与非连接状态之间切换，在所述连接状态下，所述多个电池(21a至21c、22a至22c)中的对应电池(21a至21c、22a至22c)与非对应电池(21a至21c、22a至22c)串联连接，在所述非连接状态下，所述对应电池(21a至21c、22a至22c)从与所述非对应电池(21a至21c、22a至22c)的串联连接断开，

其中，所述第一控制器(8)被配置为将与充电或放电期间被判定为达到终止电压的电池(21a至21c、22a至22c)相对应的所述多个切换单元(41a至41c、42a至42c)控制为所述非连接状态，

其中，所述多个双向电压转换器(61、62)被配置为：将所述第一输入-输出端子(T

其中，所述多个双向电压转换器(61、62)与所述多个电池组(21、22)相对应地设置，并且所述第一输入-输出端子(T

其中，所述多个电池组(21和22)的所述一端经由所述第一输入-输出端子(T

[2]根据[1]所述的电池控制单元(3)，

其中，所述电池控制单元还包括第二控制器(8)，该第二控制器(8)被配置为控制来自所述多个双向电压转换器(61、62)的所述第一输入-输出端子(T

其中，所述第二控制器(8)控制来自所述第一输入-输出端子(T

[3]根据[2]所述的电池控制单元(3)，

其中，所述第二控制器(8)将来自所述第一输入-输出端子(T

[4]根据[1]所述的电池控制单元(3)，

其中，所述电池控制单元还包括第二控制器(8)，该第二控制器被配置为控制来自所述多个双向电压转换器(61、62)的所述第二输入-输出端子(T

其中，所述第二控制器(8)将放电期间来自所述第二输入-输出端子(T

[5]根据[4]所述的电池控制单元(3)，

其中，当在所述放电期间流经所述电池组(21、22)的放电电流超过阈值时，所述第二控制器(8)被配置为进行控制以降低来自与放电电流超过所述阈值的所述电池组(21、22)相对应的所述双向电压转换器(61、62)的所述第二输入-输出端子(T

[6]一种电池控制单元(3)，包括：

多个切换单元(41a至41c、42a至42c)；

第一控制器(8)；以及

多个电压转换器(81、82)，该多个电压转换器(81、82)包括接地端子(T

其中，所述多个切换单元(41a至41c、42a至42c)设置为分别与所述多个电池(21a至21c、22a至22c)相对应，并且被配置为在连接状态与非连接状态之间切换，在所述连接状态下，所述多个电池(21a至21c、22a至22c)中的对应电池(21a至21c、22a至22c)与非对应电池(21a至21c、22a至22c)串联连接，在所述非连接状态下，所述对应电池(21a至21c、22a至22c)从与所述非对应电池(21a至21c、22a至22c)的串联连接断开，

其中，所述第一控制器(8)被配置为将与充电或放电期间被判定为达到终止电压的电池(21a至21c、22a至22c)相对应的所述多个切换单元(41a至41c、42a至42c)控制为所述非连接状态，

其中，所述多个电压转换器(81、82)被配置为转换在所述输入端子(T

其中，所述电压转换器(81、82)与所述多个电池组(21、22)相对应地设置，并且所述输入端子(T

其中，所述多个电池组(21、22)的一端经由输入端子(T

[7]一种电池系统(1)，包括：

多个电池组(21、22)，该多个电池组(21、22)具有串联连接的多个电池(21a至21c、22a至22c)，所述多个电池组(21、22)互相并联连接；以及

根据[1]至[6]的任意一项所述的电池控制单元(3)。