專利名稱：電源裝置和配備了電源裝置的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使串聯(lián)連接的多個電池的輸出電壓變高的電源裝置、以及配備了這樣的電源裝置的車輛，特別是涉及一種對車輛的行進(jìn)最適合的電源裝置、以及配備了這樣的電源裝置的車輛。
背景技術(shù)：
車輛用的電源裝置為了使輸出變大，使多個電池串聯(lián)連接來使電壓變高。這樣的電源裝置用相同的充電電流對串聯(lián)連接的電池進(jìn)行充電，還以相同的電流對其進(jìn)行放電。 因此，如果所有的電池具有完全相同的特性，則不會發(fā)生電池電壓或剩余容量上的不平衡。 然而，在實際中無法制造完全相同特性的電池。電池的不平衡在反復(fù)充放電時會產(chǎn)生電壓和剩余容量的不均勻。而且，電池電壓的不平衡會成為使特定的電池過量充電或者過量放電的原因。電池不僅會由于過量充電和過量放電而劣化，也會成為電池的安全性降低的原因。為了防止這樣的弊病，開發(fā)了通過檢測出各個電池的電壓來消除不平衡的電源裝置 (參照專利文獻(xiàn)1)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特許4(^9351號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2003-333762號公報專利文獻(xiàn)3 日本特許4244531號公報發(fā)明所要解決的問題專利文獻(xiàn)1所記載的電源裝置將構(gòu)成串聯(lián)電池組的各個電池與放電電路并聯(lián)連接。放電電路對電壓變高的電池放電而使電壓降低，消除了電池的不平衡，實現(xiàn)了電池特性的均衡。對電池放電而使各個電池均衡的裝置，以最低的電池作為基準(zhǔn)對剩余容量和電壓較高的電池進(jìn)行放電。因剩余容量小的電池的電壓變低，所以例如，均衡電路為了使電池的電壓一致，對電壓較高的電池進(jìn)行放電以獲得與較低電壓的電池相同的電壓。因此，串聯(lián)連接多個電池的電源裝置在特定電池的剩余容量變小而電壓變低的情況下，需要對比這個電池的電壓高的所有其他電池進(jìn)行放電，使電壓變?yōu)橄嗤赃M(jìn)行均衡。在這種情況下，由于對多個電池進(jìn)行放電，對所有電池放電的總放電容量會變大。而且，從多個電池向最低電壓的電池進(jìn)行電壓的均衡，所以電池電壓的不平衡變得越大，則對較高電壓的電池放電的容量也變得越大。如果總放電容量變大并且特定電池的放電容量變大，則由于放電發(fā)熱而產(chǎn)生的熱量也會變大。這是因為產(chǎn)生的熱量與放電容量成正比例。專利文獻(xiàn)1的電源裝置由于通過放電電阻對電壓較高的電池進(jìn)行放電，這個放電電阻的發(fā)熱量會變大。特別是，如果來自多個放電電阻的產(chǎn)生的熱量變大，則難以對安裝在電路基板上的放電電阻的發(fā)熱進(jìn)行有效地散熱。另外，由于消耗功率較大的放電電阻的外形也較大，則在實際中也難以在電路基板上安裝多個放電電阻。由此，在實際中難以在電路基板上實際安裝具有較大消耗功率的放電電阻。放電電阻的消耗功率確定了對電池放電以使電壓變低的時間。這是因為放電電阻的消耗功率限制了放電電流。因此，在電路基板上安裝較小的放電電阻難以使電池的電壓快速變低，在均衡時存在費時的缺點。也就是，對電池進(jìn)行均衡的時間，放電電阻的大小、 發(fā)熱存在彼此相反的特性，無法同時滿足這兩者。

發(fā)明內(nèi)容
開發(fā)本發(fā)明的目的就是為了解決串聯(lián)連接多個電池的電源裝置所具有的上述缺陷。本發(fā)明的主要目的是提供一種在使對電池進(jìn)行均衡的總功率變小的同時，能夠?qū)Χ鄠€電池快速地進(jìn)行均衡的電源裝置和配備了這樣的電源裝置的車輛。另外，提供了一種通過使由于各個電池的均衡而導(dǎo)致的白白消耗的功率變少，能夠高效率地對電池進(jìn)行均衡的電源裝置和配備了這樣的電源裝置的車輛。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面所涉及的電源裝置，該電源裝置配備了 通過將多個可充電電池11串聯(lián)連接而形成的串聯(lián)電池組10 ；通過對構(gòu)成所述串聯(lián)電池組10的電池11進(jìn)行放電或充電，使各個電池11的電特性均衡的單元塊均衡電路20 ；其中，將對所述串聯(lián)電池組10分割為多個單元塊且對構(gòu)成各個單元塊的各個電池11進(jìn)行均衡的塊內(nèi)均衡電路，作為所述單元塊均衡電路20進(jìn)行連接；所述塊內(nèi)均衡電路配備了 使構(gòu)成單元塊的電池11作為電源動作的DC/DC轉(zhuǎn)換器、將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)與各個電池11連接的輸出控制開關(guān)22、以及對所述輸出控制開關(guān)22進(jìn)行開啟/斷開控制的開關(guān)控制電路23 ；所述DC/DC轉(zhuǎn)換器配備了通過初級側(cè)開關(guān)元件41將初級側(cè)與構(gòu)成單元塊的串聯(lián)電池組10連接而形成的變壓器21 ；所述變壓器21配備了能夠?qū)?gòu)成所述單元塊的電池11進(jìn)行充電的充電用的次級繞線24、以及能夠?qū)λ鰡卧獕K進(jìn)行放電的放電用的次級繞線沈；所述充電用的次級繞線M通過次級側(cè)整流輸出電路25和所述輸出控制開關(guān)22與各個電池11連接；所述放電用的次級繞線沈在通過塊放電開關(guān)觀與塊放電電路連接的同時，使所述塊放電開關(guān)觀被所述開關(guān)控制電路23控制；通過由所述開關(guān)控制電路23來控制所述輸出控制開關(guān)22，對構(gòu)成單元塊的各個電池11進(jìn)行均衡；以及通過由所述開關(guān)控制電路23來控制所述塊放電開關(guān)觀，來執(zhí)行各個單元塊間的均衡。由此，不僅能夠謀求單元塊內(nèi)的電池間的均衡，還能夠謀求單元塊間的均衡，從而能夠維持電源裝置的電池整體的平衡。特別是，通過從其他的電池向容量較小的電池充電，能夠減小應(yīng)該放電的量，在謀求短時間內(nèi)的重新平衡的基礎(chǔ)上，由于放電電流量變得較小也能夠抑制發(fā)熱量，還有助于電路的小型化。另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面所涉及的電源裝置，所述塊放電電路是塊放電電阻 29、或者通過對放電用的次級繞線沈的輸出進(jìn)行整流而輸出的電源電路42中的任一個。由此，除了將為了謀求塊間的均衡而應(yīng)該放電的功率通過塊放電電阻作為熱量消耗之外，還能夠用作由驅(qū)動用的電源電路消耗的功率的一部分。此外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面所涉及的電源裝置，所述電源電路42是向所述開關(guān)控制電路23供給驅(qū)動功率的電路、或者對其他的電池進(jìn)行充電的電路中的任一個。由此， 由于放電所產(chǎn)生的功率能夠或者用作開關(guān)控制電路的驅(qū)動功率、或者用于其他的電池(例如，車載用的電器裝備蓄電池)的充電等，從而謀求對放電能量的有效利用。另外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面所涉及的電源裝置，用于控制對單元塊進(jìn)行均衡的所述塊內(nèi)均衡電路的所述開關(guān)控制電路23的驅(qū)動功率是從被均衡的單元塊供給的。由此，由于能夠通過均衡對象的單元塊的功率來驅(qū)動開關(guān)控制電路，從能量消耗的平衡方面而言令人滿意。另外，根據(jù)本發(fā)明的第五方面所涉及的電源裝置，所述電源裝置還配備了用于控制所述開關(guān)控制電路23的主CPU30，其中通過由所述主CPU30對所述開關(guān)控制電路23送出均衡信號，控制所述開關(guān)控制電路23對電池11進(jìn)行均衡；在經(jīng)過給定時間而未從所述主 CPU30輸入均衡信號的狀態(tài)下，所述開關(guān)控制電路23能夠進(jìn)行控制，以將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)開關(guān)元件41保持為斷開。由此，在不需要均衡動作的情況下，通過斷開初級側(cè)開關(guān)元件停止初級側(cè)電流的通電，從而減小了消耗功率。此外，根據(jù)本發(fā)明的第六方面所涉及的車輛，能夠配備根據(jù)上述的電源裝置。


圖1是示出了本發(fā)明的第一實施方式所涉及的電源裝置的構(gòu)成的框圖；圖2是示出了圖1的塊內(nèi)均衡電路的例子的電路圖；圖3是示出了通過現(xiàn)有技術(shù)的均衡放電來消除電池的SOC的離散的狀況的柱形圖；圖4是示出了通過主動(active)方式的均衡放電來消除SOC離散的狀況的柱形圖；圖5是示出了第二實施方式所涉及的電源裝置的構(gòu)成的框圖；圖6是示出了第三實施方式所涉及的連接了預(yù)備電池的電源裝置的框圖；圖7是示出了圖6的塊內(nèi)均衡電路的例子的電路圖；圖8是示出了第四實施方式所涉及的電源裝置的構(gòu)成的框圖；圖9是示出了在利用引擎和電動機行進(jìn)的混合動力車上裝載電源裝置的例子的框圖；以及圖10是示出了在僅靠電動機行進(jìn)的電動車上裝載電源裝置的例子的方框圖。符號說明100,300...電源裝置100BU00C...電池系統(tǒng)11···電池12. · ·單元塊20、20B、20C、20D. · ·單元塊均衡電路21···變壓器22...輸出控制開關(guān)23...開關(guān)控制電路24...充電用的次級繞線25...次級側(cè)整流輸出電路26...放電用的次級繞線27···第二整流電路28、^B. ··塊放電開關(guān)29.29B...塊放電電阻
30.··主 CPU
41...初級側(cè)開關(guān)元件
42...電源電路
44...電壓監(jiān)視電路
46...塊放電控制電路
48...傳感器裝置
50...預(yù)備電池
93...電動機
94...發(fā)電機
95...DC/AC變換器
96...引擎
Cl.··通信接口
Bi...預(yù)備電池連接接口
HV、EV...車輛
具體實施例方式下面將基于本發(fā)明的實施方式的附圖來進(jìn)行說明。但是，以下示出的實施方式僅用于例示將本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的電源裝置和配備了這樣的電源裝置的車輛，本發(fā)明并非將電源裝置和配備了這樣的電源裝置的車輛限定為以下情況。而且，不能將權(quán)利要求的范圍中所示的部件限定為實施方式的部件。特別是，實施方式中所記載的構(gòu)成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀和彼此相對的配置等如果沒有特別進(jìn)行限定的記載，則本發(fā)明的范圍不局限于此，而僅僅是作為說明的例子。此外，各個附圖所示的部件的大小和位置關(guān)系等為了進(jìn)行明確說明有的進(jìn)行了夸大。而且，在以下的說明中，用相同的名稱、符號來表示相同或同質(zhì)的部件，并適當(dāng)省略對其的詳細(xì)說明。另外，構(gòu)成本發(fā)明的各個要素也可以由相同部件來構(gòu)成多個要素而由一個部件來兼用做多個要素，相反，也可以由多個部件來分擔(dān)一個部件的功能。此外，在一部分實施例、實施方式中說明的內(nèi)容也可以用于其他的實施例和實施方式寸。第一實施方式在圖1中，示出了本發(fā)明的實施方式1中所涉及的電源裝置100的構(gòu)成。如這個框圖所示，電源裝置100配備了將多個電池11串聯(lián)連接的串聯(lián)電池組10。該串聯(lián)電池組 10分割為多個塊中。各個塊構(gòu)成了串聯(lián)連接規(guī)定數(shù)量的電池11的單元塊12。各個單元塊 12連接用于抑制單元塊12中所包含的電池間的離散的單元塊均衡電路20。另外，各個單元塊均衡電路20分別受主CPU 30的控制，謀求對單元塊間的離散進(jìn)行抑制的均衡。主CPU 30和各個單元塊均衡電路20通過通信接口 CI可通信地連接。單元塊均衡電路20圖2示出了單元塊均衡電路20的電路例子。如該圖所示，單元塊均衡電路20配備了構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓器21、與變壓器21的次級側(cè)連接的輸出控制開關(guān)22、開關(guān)控制電路23。特別是，在變壓器21的次級側(cè)，將充電用的次級繞線M通過切割抽頭的方式設(shè)置多個。該充電用的次級繞線M通過次級側(cè)整流輸出電路25和輸出控制開關(guān)22來與各個電池11連接。此外，放電用的次級繞線沈與作為塊放電電路的第二整流電路27、塊放電開關(guān)觀、塊放電電阻四連接。此外，在變壓器21的初級側(cè)上，通過初級側(cè)開關(guān)元件41 與電源電路42和構(gòu)成單元塊的串聯(lián)電池組10連接。電池 11均衡電路20通過對電池11的電特性進(jìn)行均衡來消除不平衡。作為電特性，舉例為電池的剩余容量(充電狀態(tài)，也可以稱為SOC或電池的充電量、充電狀態(tài)值等，以下稱為 “S0C”)。當(dāng)使SOC由電池電壓代表時，對電池電壓進(jìn)行均衡。構(gòu)成串聯(lián)電池組10的電池11是鋰離子充電電池。但是，電池也可以使用鎳氫電池和鎳鎘電池。理想是均衡電路通過檢測出的一個電池11電壓作為單元電壓，消除各個電池11的單元電壓的不平衡。但是，對于本實施方式所涉及的電源裝置，串聯(lián)連接多個電池而作為電池模塊，將電池模塊的電壓作為單元電壓，也可以是消除電池模塊的電壓的不平衡。使電池11為鋰離子充電電池的電源裝置優(yōu)選地使單元電壓為一個電池電壓。使電池為鎳氫電池和鎳鎘電池的電源裝置，例如將串聯(lián)連接多個電池的電池模塊的電壓作為單元電壓，消除電壓模塊的電壓的不平衡。這樣，在本說明書中，電池，除了由單一的電池單元構(gòu)成的情況之外，還包括串聯(lián)和/或并聯(lián)連接多個電池單元的情況。串聯(lián)電池組10分割為多個單元塊，且與對構(gòu)成各個單元塊的各個電池11進(jìn)行均衡的單元塊均衡電路20連接。該電源裝置100中作為單元塊均衡電路20，配備了 1個系統(tǒng)的初級側(cè)開關(guān)電路、多個塊內(nèi)均衡電路、以及1個系統(tǒng)的塊放電電路。初級側(cè)開關(guān)電路初級側(cè)開關(guān)電路與初級側(cè)開關(guān)元件41連接。初級側(cè)開關(guān)元件41能夠利用FET等半導(dǎo)體元件。該初級側(cè)開關(guān)元件41由后述的開關(guān)控制電路23來控制開啟/斷開。通過初級側(cè)開關(guān)元件41的開啟/斷開來控制初級側(cè)電流的占空比，并且調(diào)整次級側(cè)的電流輸出。塊內(nèi)均衡電路塊內(nèi)均衡電路配備了使構(gòu)成單元塊的電池11作為電源進(jìn)行動作的DC/DC轉(zhuǎn)換器、 將DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)與各個電池11連接的輸出控制開關(guān)22、對輸出控制開關(guān)22進(jìn)行開啟/斷開控制的開關(guān)控制電路23。DC/DC 轉(zhuǎn)換器另外，DC/DC轉(zhuǎn)換器配備了變壓器21。該變壓器21通過初級側(cè)開關(guān)元件41將初級側(cè)與構(gòu)成單元塊的串聯(lián)電池組10連接。也就是，從全部單元塊通過初級側(cè)開關(guān)元件41 來提供變壓器21的初級側(cè)功率。而且，變壓器21配備了能夠?qū)?gòu)成單元塊的電池11進(jìn)行充電的充電用的次級繞線24、能夠?qū)?gòu)成單元塊的電池進(jìn)行放電的放電用的次級繞線26。 充電用的次級繞線M通過次級側(cè)整流輸出電路25和輸出控制開關(guān)22來與各個電池11連接。次級側(cè)整流輸出電路25由整流二極管和平滑電容器構(gòu)成。另外，輸出控制開關(guān)22由晶體管等半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成。另外，放電用的次級繞線沈通過塊放電開關(guān)觀與塊放電電路連接。另外，塊放電開關(guān)觀通過開關(guān)控制電路23來控制其開啟/斷開。塊放電電路塊放電電路與第二放電路徑、塊放電開關(guān)觀、塊放電電阻四連接。第二整流電路 27與次級側(cè)整流輸出電路25相同，由整流二極管和平滑電容器構(gòu)成。塊放電開關(guān)觀由晶體管構(gòu)成，塊放電電阻四是在塊放電開關(guān)觀處于開啟期間通電并進(jìn)行電阻放電的電阻器。 另外，作為塊放電電阻的替代，可以設(shè)置對放電用的次級繞線的輸出進(jìn)行整流并進(jìn)行輸出的電源回路。由此，為了謀求塊間的均衡而要放電的功率除了由塊放電電阻作為熱量消耗之外，還可以作為由驅(qū)動用的電源電路消耗的功率的一部分來利用?；蛘?，作為放電電阻的替代，也可以對電容器或其他的電池等的蓄電器進(jìn)行放電并蓄電。該電源裝置100通過由開關(guān)控制電路23來控制輸出控制開關(guān)22，對單元塊內(nèi)的各個電池11進(jìn)行均衡，并且通過由開關(guān)控制電路23來控制塊放電開關(guān)觀，來對單元塊間進(jìn)行均衡。通過這樣來進(jìn)行兩階段的均衡，即使對于許多電池也能夠高效率地重新平衡。此外， 單元塊內(nèi)的均衡通過采用從其他的電池對容量較小的電池充電的主動方式，能夠減小了應(yīng)該放電的量并且抑制發(fā)熱量，由此，能夠通過對安裝均衡電路的電路基板的放熱量進(jìn)行抑制來實現(xiàn)電路的小型化。而且，能夠縮短均衡所需要的時間。對于圖2的例子，通過使塊放電電路為一個系統(tǒng)，能夠謀求對構(gòu)成電源裝置的電路的簡化。但是，也可以根據(jù)需要將塊放電電路設(shè)置為兩個系統(tǒng)以上。主動放電在圖2的電路示例中，不使用電阻放電來進(jìn)行單元塊內(nèi)的均衡，而采用SOC較低的電池單元被較高的電池單元充電的主動放電。也就是，在采用現(xiàn)有技術(shù)的電阻放電的均衡方法中，為了與最低的電池單元的SOC —致對其他的電池單元進(jìn)行放電，因此如圖3中的斜線區(qū)域所示，放電量P1變大的結(jié)果是放電阻抗的發(fā)熱量也會變大，由此存在必須使得安裝放電電阻的基板的熱容量變大的問題。與此相對，在通過采用DC/DC轉(zhuǎn)換器對電荷進(jìn)行充放電來均衡的主動方式的塊內(nèi)均衡電路中，如圖4所示，使SOC最低的電池單元被其他電池單元充電使最低的SOC上升并且使最高的SOC降低的結(jié)果是如圖4的斜線區(qū)域所示的放電量P2變小，發(fā)熱量也變小。另外，由于發(fā)熱量較少，則相應(yīng)能夠較大地獲取均衡電流，結(jié)果是獲得了能夠在短時間內(nèi)變?yōu)榫獾膬?yōu)點。但是，在這種情況下，必須需要構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓器，并且當(dāng)構(gòu)成串聯(lián)電池組的電池單元數(shù)多達(dá)30到80個的程度時，由于相對于變壓器的一對輸出線僅連接一個單元，所以在不對變壓器進(jìn)行大型化的情況下，由一個變壓器就不能夠應(yīng)對大量的單元數(shù)。這里，在本實施方式中，通過采用將串聯(lián)電池組10按塊單位劃分并且按單元塊單位來進(jìn)行均衡的構(gòu)成，避免了變壓器的大型化。在一個單元塊中所包含的電池的單元數(shù)達(dá)到例如4到 10個單元的程度。如以上所述，在主動方式的均衡電路中，因為能夠?qū)OC降低的電池單元進(jìn)行充電，所以與僅電阻放電的方式比較，能夠減小SOC較高的單元的放電量。在電阻放電的情況下，即使是在一個單元的SOC降低的情況下，也需要使其他的所有單元放電以與該降低的單元一致，而在主動方式的情況下，由于對SOC降低的單元充電，所以SOC的最大與最小的幅度變窄，放電量自身能夠變小。對于本實施方式，通過使小功率的電阻放電電路用于每一個塊，從而在塊內(nèi)由主動方式的均衡電路進(jìn)行均衡而在塊間則通過取出功率，取得與其他的塊的均衡，從而在謀求電路構(gòu)成的簡化的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的均衡。該DC/DC轉(zhuǎn)換器通過使得從單元塊的兩端放電的開關(guān)電路來構(gòu)成塊內(nèi)均衡電路。 而且，在塊內(nèi)均衡的時候，在對SOC較低的電池充電的同時，剩余功率通過塊放電電路的塊放電電阻四而放電。但是，塊內(nèi)均衡電路不限于這種構(gòu)成，例如，也可以在次級側(cè)整流輸出電路之一中設(shè)置放電電阻，使功率作為熱量來消耗?；蛘撸诖渭墏?cè)整流輸出電路之一中， 可以設(shè)置對其他的電池進(jìn)行充電的電路。由此，不僅僅停留在將剩余功率作為熱量來消耗， 例如，通過利用車載用的電器裝備用12V鉛蓄電池(后述的預(yù)備電池)的充電，來謀求放電能量的有效利用?；蛘?，能夠?qū)⑼ㄟ^放電所產(chǎn)生的電能作為開關(guān)控制電路23的驅(qū)動功率來利用。另外，對于圖2的電路示例，用于使單元塊均衡電路20動作的電源從構(gòu)成單元塊的串聯(lián)電池組10的總電壓中取得。由此，在單元塊內(nèi)的均衡動作所需要的功率全部由該塊的單元來供給電源，使得不會消耗需要以上的功率。例如，不消耗另外連接的預(yù)備電池，通過將均衡而消耗的功率自身用于均衡的動作，能夠謀求對電池的有效利用。而且，如果開關(guān)電路經(jīng)常地動作，則電源的負(fù)擔(dān)與均衡電路不動作的情況相比會增大。由此，電源通過由開關(guān)電路的輸出來補充，謀求對這樣的消耗功率的抑制。另外，也能夠從DC/DC轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)整流輸出端子之一來供給電力。此外，作為DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制方式，與次級側(cè)整流輸出電路充電的電池單元的數(shù)目N相對應(yīng)，還能夠使初級側(cè)輸入功率成為η倍。在這種情況下，η的范圍能夠是1 (塊內(nèi)的單元數(shù)的1/2的程度)。在一個單元塊均衡電路中，隨著充電對象的電池單元數(shù)增加，由于對DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出按照每1/N進(jìn)行充電，所以均衡時間變長。因此，與應(yīng)該充電的電池單元數(shù)的增加相對應(yīng)，通過控制初級側(cè)開關(guān)電路的塊放電開關(guān)的占空比來使輸入功率變?yōu)镹倍，能夠與應(yīng)該充電的電池單元數(shù)一致地在短時間進(jìn)行均衡。主CPU 30開關(guān)控制電路23由主CPU 30來控制。通過由主CPU 30對開關(guān)控制電路23送出均衡信號，開關(guān)控制電路23執(zhí)行對電池11進(jìn)行均衡的控制。另外，主CPU 30為了進(jìn)行塊內(nèi)均衡和塊間均衡，對各個電池11的電池電壓或每個單元塊的塊電壓進(jìn)行監(jiān)視。由此，各個電池11與電壓傳感器或溫度傳感器等傳感器裝置48 連接，向開關(guān)控制電路23或主CPU30送出這樣的輸出。另外，對于塊內(nèi)均衡，也可以不由主 CPU 30來擔(dān)當(dāng)，而構(gòu)成為由各個單元塊的開關(guān)控制電路23來執(zhí)行。在這種情況下，各個電池11的電壓傳感器等的輸出向開關(guān)控制電路23送出，開關(guān)控制電路23各自執(zhí)行塊內(nèi)均衡。即使在這種情況下，為了掌握各個單元塊的塊內(nèi)均衡動作，優(yōu)選地，向主CPU送出塊內(nèi)均衡是否執(zhí)行或電池電壓等消息。對于圖2的示例，主CPU 30執(zhí)行塊內(nèi)均衡。具體地，在各個單元塊中，如果由傳感器裝置48檢測出電池的電池電壓的離散變得大于給定的電池電壓差閾值，則對相應(yīng)的單元塊的開關(guān)控制電路23送出均衡信號，實施塊內(nèi)均衡。也就是，通過將與最低的電池電壓的電池連接的輸出控制開關(guān)22切換為開啟，對這個電池進(jìn)行充電。因為從相應(yīng)的單元塊中所包含的其他的電池執(zhí)行電池的充電，所以在較低的電池電壓上升的同時，較高的電池電壓也由于放電而降低一些，結(jié)果是電池電壓的差變小。如果由傳感器裝置48檢測出這個差變得比給定的電壓差閾值還小，則通過將相應(yīng)的輸出控制開關(guān)22從開啟切換為斷開，結(jié)束塊內(nèi)均衡。另一方面，主CPU 30基于各個單元塊的塊電壓對開關(guān)控制電路23送出均衡信號， 執(zhí)行塊間均衡。也就是，如果最低的塊電壓在給定的塊電壓閾值以下，則通過對其他的塊電壓較高的單元塊將塊放電開關(guān)切換為開啟來驅(qū)動塊放電電路，由塊放電電阻的電阻放電來
9使其放電，以通過使塊電壓降低而使得塊電壓差減小。主CPU如果檢測出由于塊電壓較高的單元塊的塊電壓降低而使塊電壓差減小到給定范圍內(nèi)，則通過將塊電壓較低的單元塊的塊放電開關(guān)切換為斷開，結(jié)束塊間均衡。第二實施方式在圖2的示例中，電源電路42通過DC/DC轉(zhuǎn)換器等使作為串聯(lián)電池組10的總電壓的塊電壓降壓，來供給開關(guān)控制電路23等的各個部件的驅(qū)動功率。但是，對于這種方式，如果塊電壓與構(gòu)成各個部件的微型計算機類的驅(qū)動功率的差變大，則電壓變換的損失變大。 這里，優(yōu)選地，如同上述，通過從放電用的次級繞線沈中取出電壓并將其作為驅(qū)動用的電源電壓來利用，能夠有效利用由于放電而會消耗的功率。在圖5中示出了作為第二實施方式的這樣的電路示例。該圖所示的電源裝置的單元塊均衡電路20B具有與圖2大致相同的電路構(gòu)成，在第二整流電路27的平滑電容器的高電壓側(cè)取出到電源電路42的同時，通過由電源電路42對這個電壓進(jìn)行變換(例如，降壓)后，供給到開關(guān)控制電路23。由此，在塊放電電路動作期間，能夠通過利用這個功率來驅(qū)動開關(guān)控制電路23，謀求對應(yīng)該放電的功率的有效利用。 初級側(cè)電流自動斷開功能另外，盡管構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓器的初級側(cè)電流也能夠始終通電，但是如果在未執(zhí)行均衡動作的情況下通電，則會造成損耗。因此，在規(guī)定時間以內(nèi)沒有來自主CPU 30 的均衡信號到來的情況下，通過具有自動使初級側(cè)開關(guān)電路的振蕩停止的定時器功能，還能夠通過在不需要時使均衡動作停止來減小消耗功率。例如，使開關(guān)控制電路23具有定時器功能。開關(guān)控制電路23在經(jīng)過給定時間而未從主CPU 30輸入均衡信號的狀態(tài)下，將初級側(cè)開關(guān)元件41保持為斷開。另外，開關(guān)控制電路23通過定期地由主CPU 30測定單元電壓來判斷均衡的結(jié)束， 使均衡動作停止。但是，在均衡動作中由于檢查等而錯誤地將預(yù)備電池取下的情況下，因為在沒有定時器功能的情況下均衡動作會持續(xù)，所以可能造成串聯(lián)電池組的各個單元SOC反而發(fā)生偏差，或達(dá)到由于SOC的降低而車輛不啟動的狀況。因此，如上述的那樣通過在規(guī)定時間內(nèi)自動地停止的定時器的功能，即使在發(fā)生了這樣無意的預(yù)備電池的拆卸的情況下， 也能夠通過中止均衡動作而避免SOC的運算偏差。實施方式3預(yù)備電池的充電功能另一方面，還能夠?qū)⒕獾臅r候所產(chǎn)生的電能用于預(yù)備電池的充電。圖6和圖7示出了作為第三實施方式的這樣的電路示例。在這些圖中，分別地，圖6示出了連接了預(yù)備電池50的電源裝置300的框圖，而圖7示出了圖6的單元塊均衡電路20C的電路示例。這些圖中所示的預(yù)備電池50，例如在車載用途中是電器裝備用的12V鉛蓄電池，串聯(lián)電池組10 是車輛行進(jìn)用的電池。圖6的框圖中所示的電源裝置300，在使圖IWiCPU 30和各個單元塊均衡電路間能夠通信地連接的通信接口 CI的基礎(chǔ)上，設(shè)置了用于給預(yù)備電池50充電的預(yù)備電池連接接口 Bi，各個單元塊均衡電路20C與預(yù)備電池50通過預(yù)備電池連接接口 BI來連接。另外，通過與圖2同樣地采用變壓器21，能夠?qū)㈩A(yù)備電池50連接到變壓器21 的初級側(cè)而將串聯(lián)電池組10連接到次級側(cè)，并且對兩者進(jìn)行電絕緣，提高了安全性。電壓監(jiān)視電路44此外，如圖7的單元塊均衡電路20C的電路示例所示，作為圖2的塊放電電阻的替代，在連接用于檢測出放電電壓的電壓監(jiān)視電路44的同時，將塊放電電路的塊放電開關(guān)觀與預(yù)備電池連接接口 BI串聯(lián)連接。由此，能夠?qū)K間均衡時的功率有效地用于預(yù)備電池50 的充電。另外，在這樣的構(gòu)成中，預(yù)備電池50并非故意取下時以及接觸不良時，由于沒有放電的結(jié)果導(dǎo)致存在電源電壓上升的可能性，所以通過由電壓監(jiān)視電路44來監(jiān)視電壓，在超過給定的停止電壓閾值時判定為異常而使放電電路的放電停止。由此，盡管并非故意的預(yù)備電池的不存在，也能夠提高安全性。塊放電控制電路46另外，在上述的電源裝置中，從主CPU接受了均衡信號的開關(guān)控制電路23執(zhí)行塊內(nèi)均衡和塊間均衡，但是并不局限于這種構(gòu)成，塊內(nèi)均衡和塊間均衡動作還能夠由獨立的部件來擔(dān)當(dāng)。例如，對于圖8所示的第四實施方式的示例，構(gòu)成單元塊均衡電路20的開關(guān)控制電路23通過塊內(nèi)均衡電路來執(zhí)行塊內(nèi)均衡，塊放電控制電路46通過控制塊放電電路來執(zhí)行塊間均衡。在這個示例中，為了執(zhí)行塊間均衡，通過塊放電開關(guān)28B將塊放電電阻29B 與單元塊整體連接。如果檢測出塊電壓與其他的單元塊相比、比給定的塊間均衡閾值高的單元塊，則該主CPU通過開啟相應(yīng)的單元塊的塊放電開關(guān)觀來使其放電，一旦塊電壓與塊間均衡閾值相比變?yōu)檩^低的值，則該主CPU通過斷開塊放電開關(guān)觀來結(jié)束塊間均衡。這樣的電源裝置能夠用作車載用的電池系統(tǒng)。作為裝載電源裝置的車輛，能夠用于通過引擎和電動機這兩者來行進(jìn)的混合動力車和插入式混合動力車、或者僅靠電動機行進(jìn)的電動車等電動車輛，作為這些車輛的電源來使用。在圖9中示出了在通過引擎和電動機這兩者來行進(jìn)的混合動力車中裝載了電源裝置的示例。該圖所示的裝載了電源裝置的車輛HV配備了使車輛HV行進(jìn)的引擎96和行進(jìn)用的電動機93、向電動機93供給電力的電源裝置100B、對電源裝置100B的電池進(jìn)行充電的發(fā)電機94。電源裝置100B通過DC/AC變換器95與電動機93和發(fā)電機94相連。車輛 HV在對電源裝置100B的電池進(jìn)行充放電的同時，通過電動機93和引擎96這兩者來行進(jìn)。 在引擎效率較差的情況下，例如在加速時和低速行進(jìn)時電動機93驅(qū)動使車輛行進(jìn)。電動機 93通過從電源裝置100B向其供給功率來進(jìn)行驅(qū)動。發(fā)電機94通過由引擎96來驅(qū)動或者對車輛踩剎車時的再生制動來進(jìn)行驅(qū)動，對電源裝置100B的電池進(jìn)行充電。另外，在圖10中示出了在僅靠電動機行進(jìn)的電動車上裝載電源裝置的示例。在該圖所示的裝載了電源裝置的車輛EV中，配備了使車輛EV行進(jìn)的行進(jìn)用的電動機93、向該電動機93供給電力的電源裝置100C、對該電源裝置100C的電池進(jìn)行充電的發(fā)電機94。電動機93通過從電源裝置100C向其供給電力來進(jìn)行驅(qū)動。發(fā)電機94通過由再生制動時的能量來驅(qū)動車輛EV，對電源裝置100C的電池進(jìn)行充電。產(chǎn)業(yè)上的可用性本發(fā)明所涉及的電源裝置和配備了這樣的電源裝置的車輛，能夠適合用作能夠?qū)?EV行進(jìn)電動機和HEV行進(jìn)電動機進(jìn)行切換的插入式混合電動車和混合式電動車、電動車等的電源裝置。另外，并不局限于車載用途，例如，還能夠用于助力自行車和電動摩托車及電動工具用的電池。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，具有通過將多個可充電電池(11)串聯(lián)連接而形成的串聯(lián)電池組(10)；和通過對構(gòu)成所述串聯(lián)電池組(10)的電池(11)進(jìn)行放電或充電，使各個電池(11)的電特性均衡的單元塊均衡電路00)，所述串聯(lián)電池組(10)分割為多個單元塊，且與把對構(gòu)成各個單元塊的各個電池(11) 進(jìn)行均衡的塊內(nèi)均衡電路作為所述單元塊均衡電路00)連接， 所述塊內(nèi)均衡電路具有把構(gòu)成單元塊的電池(11)作為電源進(jìn)行動作的DC/DC轉(zhuǎn)換器； 將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)與各個電池(11)連接的輸出控制開關(guān)02)；以及對所述輸出控制開關(guān)02)進(jìn)行開啟/斷開控制的開關(guān)控制電路03)， 所述DC/DC轉(zhuǎn)換器具有變壓器(21)，該變壓器通過初級側(cè)開關(guān)元件Gl)將初級側(cè)與構(gòu)成單元塊的串聯(lián)電池組(10)連接，所述變壓器配備了能夠?qū)?gòu)成所述單元塊的電池(11)進(jìn)行充電的充電用的次級繞線04)和能夠?qū)λ鰡卧獕K進(jìn)行放電的放電用的次級繞線06)，所述充電用的次級繞線(M)，通過次級側(cè)整流輸出電路0 和所述輸出控制開關(guān)(22)與各個電池(11)連接，所述放電用的次級繞線(26)，通過塊放電開關(guān)08)與塊放電電路連接，所述塊放電開關(guān)08)受所述開關(guān)控制電路控制，通過由所述開關(guān)控制電路來控制所述輸出控制開關(guān)(22)，對構(gòu)成單元塊的各個電池(11)進(jìn)行均衡，通過由所述開關(guān)控制電路來控制所述塊放電開關(guān)( )，來執(zhí)行各個單元塊間的均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其中，所述塊放電電路是塊放電電阻09)或者通過對放電用的次級繞線06)的輸出進(jìn)行整流而輸出的電源電路G2)中的任一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置，其中，所述電源電路0 是向所述開關(guān)控制電路(23)供給驅(qū)動功率的電路或者對其他的電池進(jìn)行充電的電路中的任一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項所述的電源裝置，其中，用于控制對單元塊進(jìn)行均衡的所述塊內(nèi)均衡電路的所述開關(guān)控制電路的驅(qū)動功率是從被均衡的單元塊供給的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項所述的電源裝置，還配備用于控制所述開關(guān)控制電路(23)的主 CPU (30)，通過由所述主CPU(30)對所述開關(guān)控制電路送出均衡信號，從而所述開關(guān)控制電路通過控制對電池(11)進(jìn)行均衡，在經(jīng)過給定時間而未從所述主CPU(30)輸入均衡信號的狀態(tài)下，所述開關(guān)控制電路 (23)進(jìn)行控制以將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)開關(guān)元件保持為斷開。
6.一種配備了根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項所述的電源裝置的車輛。
全文摘要
電源裝置，用于對電池進(jìn)行高效地均衡并有效利用均衡時所產(chǎn)生的功率。其中，變壓器(21)配備了能夠?qū)?gòu)成單元塊的電池(11)進(jìn)行充電的充電用的次級繞線(24)、以及能夠?qū)卧獕K進(jìn)行放電的放電用的次級繞線(26)，充電用的次級繞線(24)通過次級側(cè)整流輸出電路(25)和輸出控制開關(guān)(22)與各個電池(11)連接；放電用的次級繞線(26)在通過塊放電開關(guān)(28)與塊放電電路連接的同時，使塊放電開關(guān)(28)被開關(guān)控制電路(23)控制，通過由開關(guān)控制電路(23)來控制輸出控制開關(guān)(22)，對構(gòu)成單元塊的各個電池(11)進(jìn)行均衡；以及通過由開關(guān)控制電路(23)來控制塊放電開關(guān)(28)，來執(zhí)行各個單元塊間的均衡。
文檔編號H02J7/00GK102208822SQ20111008048
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者古川公彥 申請人:三洋電機株式會社