电池电路、单体平衡控制系统、状态推断装置的制作方法

1.本公开涉及电池电路、单体平衡控制系统及状态推断装置。


背景技术：

2.专利文献1公开了一种用于将具有串联连接的多个电池单体的电池中的多个电池单体的电压值均等化的单体平衡电路。单体平衡电路具有：串联连接的多个电阻、和设置于电池单体与电阻之间的多个开关。多个开关在各电阻的一端侧与各电池单体的正极侧之间各设置一个，在单体平衡控制装置的控制下，进行接通/断开的切换。若开关接通，则该开关所连接的电池单体经由电阻放电，该电池单体的电压值降低。通过使电压值高于其他电池单体的电池单体放电，能够将多个电池单体的电压值均等化。
3.专利文献2公开了一种能够使用电化学阻抗法推断车载电池的各部的状态的推断装置。推断装置检测在电池中流通的电流，并检测电池的端子间的电压，基于在同一时刻检测出的电流及电压各自的波形中所含的频率成分，计算电池的内部阻抗的阻抗谱，基于计算出的阻抗谱推断电池的状态。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2019-161730号公报。
7.专利文献2：日本特开2021-47032号公报。


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.在专利文献1的单体平衡电路中，对一个电池单体(对象单体)连接一个电阻，在放电时流通的电流的量(电流值)由与对象单体连接的电阻的大小(电阻值)来决定，而且所连接的电阻的电阻值越减小，则放电时的对象单体的放电速度(电压下降的速度)越快。若与对象单体连接的电阻的电阻值小，进行通电的电流的量多，则有利于平衡调整时间的缩短。相反，若与对象单体连接的电阻的电阻值大，进行通电的电流的量少，则有利于高精度的平衡调整。在专利文献1的单体平衡电路中，为了以所希望的精度可靠地进行平衡调整，需要某种程度较大地设定与对象单体连接的电阻的电阻值，而不能够缩短平衡调整时间。
10.另外，对于专利文献1的单体平衡电路的对象单体的状态，在利用单体平衡电路的开关和电阻，以任意的频率制成矩形波，通过作为电化学阻抗法之一的矩形波阻抗法进行推断的情况下，在对象单体流通的电流的量少，因此，有可能检测出的电流值受到噪声影响而无法得到适当的推断结果。
11.因此，本公开的目的在于，提供在多个单体中的任意的一个单体的放电时能够增减所流通的电流的量的电池电路。
12.解决问题的方案
13.为了实现上述目的，本公开的第一形态是电池电路，其具备将多个电池单体串联
连接而构成的单体群、将多个电阻串联连接而构成的电阻群、以及将单体群与电阻群以可断开的方式连接的连接断开部，其中，连接断开部是以能够改变与多个电池单体中的任意的一个对象单体串联连接的电阻的数量的方式构成的。
14.本公开的第二形态是单体平衡控制系统，其具备第一形态的电池电路并通过使对象单体进行放电来调整单体平衡，该单体平衡控制系统具备连接断开控制部。连接断开控制部以如下方式控制连接断开部，即，在单体平衡的调整开始时使规定数量的电阻与对象单体串联连接，在从单体平衡的调整开始时起经过了规定时间后，使与对象单体串联连接的电阻的数量从规定数量增加。
15.本发明的第三形态是状态推断装置，其检测在第一形态的电池电路的对象单体中流通的电流来检测对象单体的电压，并且基于在同一时刻检测出的电流及电压各自的波形中所含的频率成分，计算对象单体的内部阻抗的阻抗谱，基于计算出的阻抗谱，并对对象单体的状态进行推断，该状态推断装置具备连接断开控制部，该连接断开控制部以使一个电阻与对象单体串联连接的方式控制连接断开部。
16.发明效果
17.根据本公开的电池电路，在多个单体中的任意的一个单体的放电时，能够对所流通的电流的量进行增减。
附图说明
18.图1是表示本公开的一实施方式的单体平衡控制系统及状态推断装置的框图。
19.图2是高速放电时的电路图的一例。
20.图3是中速放电时的电路图的一例。
21.图4是低速放电时的电路图的一例。
22.图5是表示单体平衡控制电路执行的处理的流程图。
23.附图标记说明
24.1 电池
25.2 单体平衡电路
26.3 单体群
27.4 电阻群
28.5 连接断开部
29.10 单体平衡控制装置
30.13开关控制部(连接断开控制部)
31.20状态推断装置
32.21开关控制部(连接断开控制部)
33.c 电池单体
34.sa 单体侧开关
35.sb 电阻侧开关
36.sc 中间开关
37.r 电阻
具体实施方式
38.下面，参照附图对本公开的一实施方式进行说明。本实施方式的单体平衡控制系统是搭载于电动汽车、混合动力汽车等车辆中的系统，如图1所示，执行电池(电池组)1的单体平衡控制。单体平衡控制系统具备：电池1、单体平衡电路2和单体平衡控制装置10。
39.电池1是通过从外部的交流电源等供给电力而被充电的充电电池，具备由串联连接的多个(n个)电池单体c(第一单体c1、第二单体c2、第三单体c3、
…
、第n单体cn)构成的单体群3。电池单体c例如是锂离子电池等二次电池。
40.单体平衡电路2是将构成电池1的多个电池单体c的电压值均等化而对单体平衡进行调整的电路，且具备：由串联连接的多个(n个)电阻r(第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、
…
、第n电阻rn)构成的电阻群4和设置于单体群3与电阻群4之间的、以能够连接断开的方式连接单体群3与电阻群4的连接断开部5。
41.对每一个电池单体c设置一个电阻r，且将各电阻r的电阻值设定为全部相等。
42.连接断开部5构成为能够改变与多个电池单体c中的任意的一个对象单体串联连接的电阻r的数量。本实施方式的连接断开部5以使得与对象单体对应的电阻r必须与对象单体串联连接的方式(例如，在对象单体为第一单体c1的情况下，以使得必须将第一电阻r1串联连接的方式)，将单体群3与电阻群4连接。
43.本实施方式的连接断开部5具备：多个(n个)单体侧开关sa(第一单体侧开关sa1、第二单体侧开关sa2、第三单体侧开关sa3、第四单体侧开关sa4、
…
、第n单体侧开关san)、多个(n个)电阻侧开关sb(第一电阻侧开关sb1、第二电阻侧开关sb2、第三电阻侧开关sb3、第四电阻侧开关sb4、
…
、第n电阻侧开关sbn)、和多个(n个)中间开关sc(第一中间开关sc1、第二中间开关sc2、第三中间开关sc3、
…
、第n中间开关scn)。
44.单体侧开关sa及电阻侧开关sb是串联地设置于将各电阻r的一端侧和各电池单体c的正极侧连接的连接线中的两个开关，设置于单体侧的开关是单体侧开关sa，设置于电阻侧的开关是电阻侧开关sb。中间开关sc是设置于将单体侧开关sa和电阻侧开关sb之间彼此连接的连接线中的一个开关。各开关sa、sb、sc在初始状态下被设定为断开，各开关sa、sb、sc的接通/断开是通过单体平衡控制装置10的控制而被切换的。
45.例如，在对象单体是第一单体c1，且对第一单体c1连接一个电阻r的情况下，如图2所示，将第一单体侧开关sa1、第一电阻侧开关sb1、第二单体侧开关sa2及第二电阻侧开关sb2设定为接通，而将其他开关sa、sb、sc设定为断开(保持为初始状态)。由此，第一单体c1通过一个电阻r1放电。
46.在对象单体是第一单体c1，且对第一单体c1连接两个电阻r的情况下，如图3所示，将第一单体侧开关sa1、第一电阻侧开关sb1、第二单体侧开关sa2、第三电阻侧开关sb3及第二中间开关sc2设定为接通，而将其他开关sa、sb、sc设定为断开(保持为初始状态)。由此，第一单体c1通过两个电阻r1、r2(r1与r2的合成电阻)放电。
47.在对象单体是第一单体c1，且对第一单体c1连接三个电阻r的情况下，如图4所示，将第一单体侧开关sa1、第一电阻侧开关sb1、第二单体侧开关sa2、第四电阻侧开关sb4、第二中间开关sc2及第三中间开关sc3设定为接通，而将其他开关sa、sb、sc设定为断开(保持为初始状态)。由此，第一单体c1通过三个电阻r1、r2、r3(r1、r2和r3的合成电阻)放电。
48.通过控制各开关sa、sb、sc的接通/断开，从而能够将第一单体c1以外的单体设为
对象单体，能够对对象单体连接四个以上的电阻r。通过使多个电池单体c中电压最高的电池单体作为对象单体放电，从而可将各电池单体c的电压值均等化。
49.对与对象单体连接的电阻r的数量是一个的情况(图2)、是两个的情况(图3)、与是三个的情况(图4)之间进行比较，可知，所连接的电阻r的数量(电阻数量)越增加，则电阻值(合成电阻值)越增大，流通的电流的量(电流值)越减少，放电速度越慢。即，在与对象单体串联连接的电阻数量为一个的情况下，对象单体以高速放电(高速放电)，在电阻数量为两个的情况下，对象单体以中速放电(中速放电)，在电阻数量为三个的情况下，对象单体以低速放电(低速放电)。
50.单体平衡控制装置10构成为，具备cpu(central processing unit，中央处理器)、rom(read only memory，只读存储器)、ram(random access memory，随机存取存储器)及输入输出电路等。单体平衡控制装置10按照预先设定的程序控制单体平衡电路2的连接断开部5(各开关sa、sb、sc)的接通/断开，执行电池1的单体平衡控制(使对象单体放电来调整单体平衡的控制)。
51.单体平衡控制装置10具有：电压检测部11、目标电压设定部12、和开关控制部(连接断开控制部)13。
52.电压检测部11获取各电池单体c的电压值，并将所获取的各电压值向目标电压设定部12及开关控制部13输出。电压检测部11可以利用电压传感器直接获取各电池单体c的电压值，也可以通过其他检测传感器等获取各电池单体c的电压值。
53.目标电压设定部12将规定的电压值设定为对象单体的最终目标电压值，该规定的电压值是低于电压检测部11所获取的各电压值中最高的最高电压的电压(例如，电压检测部11所获取的各电压值中最低的最低电压)。另外，在对象单体的当前的电压值与最终目标电压值之间设定第一中间目标电压值及第二中间目标电压值(当前的电压值》第一中间目标电压值》第二中间目标电压值》最终目标电压值)。
54.例如，推断使对象单体放电到最终目标电压值的情况下流通的电流的总量(总电流量)，并且将流通了总电流量的1/3时的对象单体的电压值设为第一中间目标电压值，并将流通了总电流量的2/3时的对象单体的电压值设为第二中间目标电压值。此外，也可以通过其他方法(例如，将当前的电压值与最终目标电压值之间的差进行三等分等)来设定第一中间目标电压值及第二中间目标电压值。
55.开关控制部13在规定的执行条件成立时(例如，电压检测部11所获取的各电压值中最高电压与最低电压之差超过了规定的阈值时等)，将最高电压的电池单体c设为对象单体，并以使对象单体放电的方式控制连接断开部5。
56.例如，在第一单体c1为对象单体的情况下，开关控制部13在直到第一单体c1的电压值达到第一中间目标电压值为止的期间，对第一单体c1连接一个电阻r1来放电(图2所示的高速放电)。若第一单体c1的电压值达到第一中间目标电压值，则在直到达到第二中间目标电压值为止的期间，对第一单体c1连接两个电阻r1、r2来放电(图3所示的中速放电)。若第一单体c1的电压值达到第二中间目标电压值，则在直到达到最终目标电压值为止的期间，对第一单体c1连接三个电阻r1、r2、r3来放电(图4所示的低速放电)。若第一单体c1的电压值达到最终目标电压值，则结束第一单体c1的放电，使各开关sa、sb、sc返回到初始状态。
57.接着，基于图5的流程图对开关控制部13执行的单体平衡控制进行说明。
58.若本控制开始，则获取对象单体的电压值(步骤s1)，对所获取的对象单体的电压值与第一中间目标电压值进行比较(步骤s2)。
59.刚开始本控制后，由于对象单体的电压值超过第一目标电压值(步骤s2:“是”)，因此，对对象单体连接一个电阻r以高速进行放电(步骤s3)。在高速放电过程中，随时对对象单体的电压值与第一中间目标电压值进行比较(步骤s2)，在对象单体的电压值超过第一目标电压值的期间内继续进行高速放电(步骤s3)。
60.若通过高速放电使得对象单体的电压降低并达到第一目标电压值(步骤s2：“否”)，则对对象单体的电压值与第二中间目标电压值进行比较(步骤s4)。
61.在刚达到第一目标电压值后，由于对象单体的电压值超过第二目标电压值(步骤s4:“是”)，因此，对对象单体连接两个电阻r以中速进行放电(步骤s5)。在中速放电过程中，随时对对象单体的电压值与第二中间目标电压值进行比较(步骤s4)，在对象单体的电压值超过第二目标电压值的期间内，继续进行中速放电(步骤5)。
62.若通过中速放电使得对象单体的电压降低并达到第二目标电压值(步骤s4：“否”)，则对对象单体的电压值与最终目标电压值进行比较(步骤s6)。
63.在刚达到第二目标电压值后，由于对象单体的电压值超过最终目标电压值(步骤s6:“是”)，因此，对对象单体连接三个电阻r以低速进行放电(步骤s7)。在低速放电过程中，随时对对象单体的电压值与最终目标电压值进行比较(步骤s6)，在对象单体的电压值超过最终目标电压值的期间内，继续进行低速放电(步骤7)。
64.若通过低速放电使得对象单体的电压降低并达到最终目标电压值(步骤s6:“否”)，则结束本控制，将连接断开部5设定为初始状态。
65.这样，开关控制部13在单体平衡的调整开始时对对象单体连接一个电阻r，从单体平衡的调整开始时起经过了规定时间(直到达到第一目标电压值为止的时间及直到达到第二目标电压值为止的时间)后，控制连接断开部5，以使得与对象单体串联连接的电阻r的数量增加(以使得在达到第一目标电压值后串联连接两个电阻r，在达到第二目标电压值后串联连接三个电阻r)。
66.进行通电的电流的量多有利于平衡调整时间的缩短，进行通电的电流的量少有利于高精度的平衡调整。在本实施方式中，由于能够增减与对象单体串联连接的电阻r的数量，在单体平衡控制中分阶段地增加与对象单体串联连接的电阻r的数量，因此，放电时进行流通的电流的量(电流值)分阶段地减少，对象单体的放电速度(电压下降的速度)分阶段地变慢。这样，使对象单体的放电速度以从高速经由中速推进到低速的方式分阶段地变慢，因此能够在确保高精度的平衡调整的同时，实现平衡调整时间的缩短。此外，在本实施方式中设定了两个中间目标电压值，使放电速度以三个阶段减速，但是，也可以设定一个中间目标电压值，使放电速度以两个阶段减速，还可以设定三个以上的中间目标电压，使放电速度以四个阶段以上减速。
67.接着，对利用本实施方式的单体平衡电路5的开关sa、sb、sc和电阻r，以任意的频率制成矩形波，以任意的电池单体c为对象单体，通过作为电化学阻抗法之一的矩形波阻抗法推断对象单体的状态(例如，劣化状态)的情况进行说明。
68.与单体平衡控制装置10同样地，通过电化学阻抗法推断对象单体的状态的状态推断装置20构成为具备cpu、rom、ram及输入输出电路等。如图1所示，状态推断装置20具有：开
关控制部(连接断开控制部)21、电流检测部22、电压检测部23、阻抗计算部24、和状态推断部25。
69.开关控制部21控制连接断开部5以使得对对象单体连接一个电阻r(设定为高速放电)。由于与对象单体连接的电阻r为一个，因此，与将多个电阻r串联连接的情况(中速放电、低速放电)相比，进行流通的电流的量(电流值)增大。
70.电流检测部22获取来自电流传感器(省略图示)的传感器信号来检测在对象单体流通的电流(电流的波形)。电压检测部23获取来自电压传感器(省略图示)的传感器信号来检测对象单体的电压(电压的波形)。此外，也可以将单体平衡控制装置10的电压检测部11作为状态推断装置20的电压检测部23使用。
71.阻抗计算部24基于在同一时刻检测出的电流及电压各自的波形中所含的频率成分，计算对象单体的阻抗谱。例如，针对电流检测部22检测出的电流的波形(时间上连续的多个获取电流值)，通过实施傅里叶变换或小波变换，检测出该电流的波形中所含的频率成分。另外，针对电压检测部23检测出的电压的波形(时间上连续的多个获取电压值)，通过实施傅里叶变换或小波变换，检测出该电压的波形中所含的频率成分。
72.接着，阻抗计算部24按每个频率，计算在对象单体中流通的电流的波形中所含的频率成分与对象单体的电压的波形中所含的频率成分之比，由此，计算对象单体的内部阻抗的阻抗谱。此外，对于阻抗计算部24执行的对象单体的阻抗谱的计算，可以使用与公知的电化学阻抗法同样的方法。
73.状态推断部25基于阻抗计算部24计算出的对象单体的内部阻抗的阻抗谱，推断对象单体的状态。例如，基于对象单体的内部阻抗的阻抗谱，推断对象单体的各部(例如，电极及电解液)的劣化状态。
74.根据本实施方式，由于在对象单体中流通多量的电流，因此，基于电流检测部22的电流的检测值受到的噪声的影响减少。因此，能够利用状态推断部25得到适当的推断结果。
75.以上，基于上述实施方式对本发明进行了说明，本发明不限于上述实施方式的内容，当然可以在不脱离本发明的范围内适当地改变。即，当然由本领域技术人员等基于该实施方式实现的其他实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
76.工业实用性
77.本发明能够适用于将多个电池单体串联连接而成的电池。

技术特征：
1.一种电池电路，其特征在于，具备：单体群，将多个电池单体串联连接而构成；电阻群，将多个电阻串联连接而构成；以及连接断开部，将所述单体群与所述电阻群以可断开的方式连接，所述连接断开部是以能够改变与所述多个电池单体中的任意的一个对象单体串联连接的所述电阻的数量的方式构成的。2.一种单体平衡控制系统，其具备权利要求1所述的电池电路，并通过使所述对象单体进行放电来调整单体平衡，该单体平衡控制系统的特征在于，具备连接断开控制部，该连接断开控制部以如下方式控制所述连接断开部，即，在单体平衡的调整开始时使规定数量的所述电阻与所述对象单体串联连接，在从单体平衡的调整开始时起经过了规定时间后，使与所述对象单体串联连接的所述电阻的数量从所述规定数量增加。3.一种状态推断装置，其检测在权利要求1所述的电池电路的所述对象单体中流通的电流来检测所述对象单体的电压，并且基于在同一时刻检测出的电流及电压各自的波形中所含的频率成分，计算所述对象单体的内部阻抗的阻抗谱，并基于计算出的阻抗谱，对所述对象单体的状态进行推断，该状态推断装置的特征在于，具备连接断开控制部，该连接断开控制部以使一个所述电阻与所述对象单体串联连接的方式控制所述连接断开部。

技术总结
本公开涉及电池电路、单体平衡控制系统及状态推断装置。本公开的电池电路具备将多个电池单体(C)串联连接而构成的单体群、将多个电阻(R)串联连接而构成的电阻群、以及将单体群与电阻群以可断开的方式连接的连接断开部，连接断开部构成为，能够改变与多个电池单体(C)中的任意的一个对象单体串联连接的电阻(R)的数量。数量。数量。


技术研发人员：尾崎将
受保护的技术使用者：五十铃自动车株式会社
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/26