[發(fā)明專利]電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180074346.0
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN103891094B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 早川博彥
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞薩電子株式會社
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 陳偉;王娟娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池的充電技術(shù)，特別是涉及對構(gòu)成二次電池的二次電池單元中的單元均衡(cell?balance)控制有效的技術(shù)。

背景技術(shù)

從輕量化和減少損耗的觀點出發(fā)，使EV(Electric?Vehicle，電動汽車)、HEV(Hybrid?Electric?Vehicle，混合動力汽車)等所使用的電池高壓化。在具有這種電池的電源系統(tǒng)中，設(shè)置有對該電池進行充放電控制和監(jiān)視等的電池監(jiān)視AFE(Analog?Front?End，模擬前端)等半導(dǎo)體集成電路裝置。

在這種半導(dǎo)體集成電路裝置中，通常設(shè)置有所謂的調(diào)節(jié)電路(conditioning?circuit)，該調(diào)節(jié)電路具有電池單元的選擇性的放電/充電功能，使電池單元電壓一致，防止看做電池(整體)時能夠使用的電能與電池單元所具有的放電電容的合計相比顯著地惡化。

作為這種電池中的單元均衡(使各個電池單元電壓一致)技術(shù)，有通過升降壓型轉(zhuǎn)換器(buck-boost?converter)等使相鄰的電池單元彼此的電荷均勻化的技術(shù)(例如參照專利文獻1)、使用轉(zhuǎn)換器從電池整體向特定的電池單元注入電荷的技術(shù)(例如參照非專利文獻1)、以及利用應(yīng)用了電荷泵技術(shù)的開關(guān)元件和電容器的技術(shù)(例如參照專利文獻2)等。

專利文獻1公開了使相鄰的兩個單元間的電荷達到兩者的電壓相等的方法。通過交替地開閉隔著禁帶并以相同的脈沖寬度與上下單元連接的開關(guān)的這一開關(guān)動作，與兩個單元的中點連接的電感器存儲一個單元的能量并向另一個單元轉(zhuǎn)移。

當兩個單元的電壓在電路常數(shù)和脈沖寬度上的差異為預(yù)定量以上時，能量的傳遞是從電壓高的單元向電壓低的單元傳遞，但是當上述差異為預(yù)定量以下時，能量從電壓高的單元向電壓低的單元的傳遞和能量從電壓低的單元向電壓高的單元的傳遞同時發(fā)生，其比例取決于兩者的單元電壓。

通過該現(xiàn)象，兩個單元電壓逐漸地接近，各單元電壓變?yōu)橥耆嗟取Ｔ谶@種情況下，兩種能量的傳遞變?yōu)橄嗤．斢腥齻€以上的單元電壓時，對于相鄰的兩個單元，一個電感器需要兩個開關(guān)。如果電池由N個單元構(gòu)成，則需要N-1個電感器和2N-2個開關(guān)元件。

另外，非專利文獻1公開的通過轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的有源單元均衡(active?cell?balance)方式是從電池的高電位側(cè)電極、即串聯(lián)連接的電池單元的正側(cè)電極和低電位側(cè)電極之間獲取能量的方式。是將從電池整體獲取的能量向電池單元充電的方法。

另外，在專利文獻2公開的技術(shù)中，與電荷泵一樣，主要部件由開關(guān)和電容器構(gòu)成。是使暫時存儲在電容器中的電荷移動到其他單元等的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：美國第7615966號專利

專利文獻2：美國第5710504號專利

非專利文獻

非專利文獻1：Journal?of?Power?Electronics,Vol.9,No.3,May2009,p.472。

發(fā)明內(nèi)容

但是，在上述這樣的電池的單元均衡技術(shù)中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下問題。

首先，在專利文獻1的技術(shù)中，存在著能量的移動被限定于相鄰單元的問題。雖然在電池的單元數(shù)為2～4單元時是實用的，但是很多車載用電池單元是96單元左右的結(jié)構(gòu)，因此直到所有的單元均達到均衡的時間過長。另外，由于收斂時間還依賴于高電壓的單元和低電壓的單元的位置、以及它們之間的單元的電壓，因此存在著對系統(tǒng)整體的控制比較困難的問題。

另外，由于需要使與上下單元連接的所有開關(guān)動作，因此即使相鄰單元的電壓相同，能量的轉(zhuǎn)移(充放電)也會一直持續(xù)地進行，由于電路動作而產(chǎn)生的損耗會變大。

另外，在非專利文獻1的技術(shù)的情況下，由于沒有各單元的控制電路，因此難以嚴格地維持單元的工作電壓，從功能安全的觀點來看，可能會產(chǎn)生問題。

另外，在專利文獻2的通過電荷泵實現(xiàn)的技術(shù)中，存在著電荷泵所使用的開關(guān)的控制變得復(fù)雜的問題。

另外，在專利文獻2中，由于高效、直接地反映開關(guān)的阻抗，因此需要降低該阻抗。由于預(yù)測開關(guān)次數(shù)非常多，因此MOSFET(MetalOxide-Semiconductor?Field?Effect?Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等半導(dǎo)體元件適于用作開關(guān)元件，但是由于峰值電流大，因此開關(guān)元件非常昂貴。

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠通過簡單的控制來低成本地對任意的二次電池高效地進行充電的技術(shù)。

本發(fā)明的上述和其他目的、以及新的特征將通過本說明書的記述和附圖得以明確。