專利名稱：電源裝置及具備該電源裝置的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)連接多個電池單元來提高輸出電壓的在車輛等中使用的電源裝 置、及具備該電源裝置的車輛。
背景技術(shù)：
在車輛等中使用的大輸出的電源裝置，串聯(lián)連接多個電池單元來提高電壓。該電 源裝置以相同的充電電流對串聯(lián)連接的電池單元進行充電，另外以相同的電流進行放電。 因此，只要所有電池單元都是完全相同的特性，電池電壓或剩余容量就不會產(chǎn)生不平衡。但 是，在現(xiàn)實中，無法制造完全相同特性的電池單元。在反復(fù)進行充放電時，電池單元的不平 衡成為電壓或剩余容量的不平衡。進而，電池電壓的不平衡成為使特定的電池單元過充電 或過放電的原因。為了防止該影響，開發(fā)了一種檢測各個電池單元的電壓并對電壓差進行 均衡的電源裝置(參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2007-300701號公報如圖13所示，專利文獻1記載的電源裝置300檢測電池單元302的電壓，并比較 其電壓差，使電壓高的電池單元302放電來對電壓差進行均衡。該電源裝置使用多路轉(zhuǎn)換 器344進行切換來依次檢測各個電池單元302的單元電壓。所檢測的單元電壓被進行比較， 對于被判定為電壓高的電池單元302將與其并聯(lián)地進行控制的放電電路320中的開關(guān)元件 323切換為接通(ON)來進行放電。均衡電路340檢測多個單元電壓，為了從所檢測的電壓 中確定電壓高的電池單元302而具備微型計算機326。為了在微型計算機326中進行運算 處理，電池單元302的檢測電壓被A/D轉(zhuǎn)換器327變換為數(shù)字信號。微型計算機326對作 為數(shù)字信號而輸入的單元電壓進行運算，確定電池單元302的電壓差大的電池單元302，并 將與該電池單元302連接的開關(guān)元件323切換為接通，由放電電阻324進行放電。微型計算機326按照所存儲的固件(firmware)，對單元電壓進行運算處理。該均 衡電路340能在正常動作的情況下對電池單元302的電壓差進行均衡。但是，通過固件進 行動作的微型計算機，有時會因為從外部輸入的雜音或其他噪聲而失去控制，從而無法正 常動作。另外，由于均衡電路由復(fù)雜的輸入電路及數(shù)字電路構(gòu)成，故有時會因誤動作而無法 正常動作。如果均衡電路變得無法正常動作，則無法對電池單元的電壓差進行均衡。如果 無法正常對電池單元進行均衡，則特定的電池單元的電壓會變得異常高，產(chǎn)生無法安全充 電的問題。尤其是，電源裝置大多具備對電池單元的過充電進行檢測的過充電保護電路。這 樣的過充電保護電路在檢測出電池單元的異常電壓的情況下，或者以斷開接觸器等的方式 切斷電流，或者通過電池單元中內(nèi)置的CID (Current Interrupt Device)切斷電流?？墒?， 因為這些方法都只是切斷電路，所以存在因過充電而電池單元中蓄積有電能的狀況持續(xù)的 問題。為了避免該問題，考慮使用上述的均衡電路對電池單元所蓄積的電能進行放電。但 是，如上所述，使均衡電路動作的固件可能會因為某種原因而阻礙正常動作，可靠性下降。 因此，要求實現(xiàn)一種可靠性更高的保護功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而實現(xiàn)的。本發(fā)明的主要目的在于提供一種能可靠地 防止電池單元的單元電壓變得異常高的問題、且可安全充電的電源裝置以及具備該電源裝 置的車輛。為了解決上述課題，根據(jù)第1側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為串聯(lián)連接多個能 充電的電池單元而構(gòu)成的組電池；以及與各個電池單元并聯(lián)連接，用于在電池單元的單元 電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時進行強制性放電的強制放電電路；所述強制放電電路由模擬電路 構(gòu)成，當(dāng)所述單元電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時，所述強制放電電路進行放電。由此，不是基于 軟件的控制而是利用模擬電路在物理上構(gòu)成強制放電電路，因此不會受噪聲或誤動作的影 響而能穩(wěn)定地動作，可構(gòu)筑提高了保護電路的可靠性的電源裝置。另外，根據(jù)第2側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述強制放電電路具備串聯(lián) 連接了放電開關(guān)和放電電阻的串聯(lián)連接電路；以及對所述單元電壓進行檢測，當(dāng)該單元電 壓超過預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓時將所述串聯(lián)連接電路的放電開關(guān)切換為接通的控制電路；所 述串聯(lián)連接電路與電池單元并聯(lián)連接，當(dāng)與所述串聯(lián)連接電路并聯(lián)連接的單元電壓超過設(shè) 定電壓時，所述控制電路將所述放電開關(guān)切換為接通，對超過了設(shè)定電壓的電池單元進行 強制放電。由此，可由控制電路監(jiān)視單元電壓，由串聯(lián)連接電路使電池單元放電，從而能進 行可靠的動作。此外，根據(jù)第3側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述控制電路具備將所述單元 電壓與基準電壓進行比較的比較電路，當(dāng)所述單元電壓超過設(shè)定電壓時，所述比較電路將 所述放電開關(guān)切換為接通。由此，可由比較電路可靠地監(jiān)視電池單元的電壓異常。此外，根據(jù)第4側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述比較電路具備規(guī)定在預(yù)定 的規(guī)定電壓的判定部，所述比較電路比較所述判定部的基準電壓和與所述單元電壓相關(guān)的 電壓，當(dāng)該電壓超過所述判定部的基準電壓時，輸出將放電開關(guān)切換為接通的信號。由此， 可由判定部容易地實現(xiàn)比較電路。此外，根據(jù)第5側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為與所述單元電壓相關(guān)的電壓是 由分壓電阻對所述單元電壓進行分壓后的電壓。此外，根據(jù)第6側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為將所述判定部設(shè)定為并聯(lián)調(diào)整 器或齊納二極管。由此，能夠由并聯(lián)調(diào)整器或齊納二極管這樣的分立元件，將單元電壓容易 地規(guī)定為預(yù)定的電壓值。此外，根據(jù)第7側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述判定部具備具有第一輸 入和第二輸入的差動放大器；以及與所述差動放大器的第一輸入連接的基準電源；所述差 動放大器向第二輸入輸入與所述單元電壓相關(guān)的電壓，當(dāng)與所述單元電壓相關(guān)的電壓超過 設(shè)定電壓時，所述差動放大器輸出將所述放電開關(guān)切換為接通的信號。由此，可使用差動放 大器容易地規(guī)定單元電壓。此外，根據(jù)第8側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為還具備強制放電通知部，用于 輸出所述強制放電電路中的強制放電的動作狀態(tài)。由此，因為能夠向外部輸出放電開關(guān)的 動作狀態(tài)，故能夠在電源裝置側(cè)掌握電池單元的電壓異常，或者能夠通知給外部設(shè)備。此外，根據(jù)第9側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述強制放電通知部由光電耦合器構(gòu)成，所述光電耦合器的發(fā)光二極管與所述放電開關(guān)串聯(lián)連接，當(dāng)所述放電開關(guān)被切 換為接通時，所述光電耦合器輸出ON信號。由此，可在光電耦合器電絕緣的狀態(tài)下向外部 輸出放電開關(guān)的ON信號。此外，根據(jù)第10側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為當(dāng)所述單元電壓變?yōu)楸仍O(shè)定 電壓高時，所述強制放電電路開始放電，當(dāng)所述單元電壓下降且變?yōu)榈陀谠O(shè)定得比所述設(shè) 定電壓低的第二設(shè)定電壓時，所述強制放電電路停止放電。由此，在電池單元的電壓異常 時，可由強制放電電路強制性放電，當(dāng)下降至安全的電壓時停止強制放電，以使系統(tǒng)恢復(fù)原 狀。 此外，根據(jù)第11側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為所述電池單元具備在電池的 電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時切斷電流的電流切斷部，與所述電流切斷部切斷電流時的電壓相 比，所述強制放電電路的放電開關(guān)被切換為接通時的設(shè)定電壓設(shè)定得低。由此，在CID等電 流切斷部動作之前，使可恢復(fù)原狀的強制放電電路動作，從而能在復(fù)原為正常電壓時繼續(xù) 動作，實現(xiàn)持續(xù)利用。此外，根據(jù)第12側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為具備檢測各個電池單元的電 壓差并對電池單元的電壓差進行均衡的均衡電路，所述均衡電路控制所述串聯(lián)連接電路的 放電開關(guān)來對電池單元的電壓差進行均衡。由此，具有共用均衡電路和強制放點電路，兼用 電池單元均衡用和電壓上升時強制放電用的電路的優(yōu)點。此外，根據(jù)第13側(cè)面所涉及的電源裝置，可構(gòu)成為將所述強制放電電路作為由 分立元件構(gòu)成的模擬電路。由此，不是軟件動作，可構(gòu)筑抗噪性等良好的魯棒性高的電源裝置。此外，第14側(cè)面所涉及的具備電源裝置的車輛可具備上述的電源裝置。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的電源裝置的框圖。圖2是表示強制放電電路的電路圖。圖3是表示圖2所示的強制放電電路的動作狀態(tài)的曲線。圖4是表示變形例所涉及的強制放電電路的電路圖。圖5是表示其他變形例所涉及的強制放電電路的電路圖。圖6是表示具備強制放電通知部的強制放電電路的電路圖。圖7是表示具備有圖6的強制放電通知部的電源裝置的框圖。圖8是表示在多個電池單元的強制放電電路連接有均衡電路的框圖。圖9是表示在電池單元的串聯(lián)連接電路連接有均衡電路的強制放電電路的電路 圖。圖10是表示具備均衡電路的電源裝置的框圖。圖11是表示在以發(fā)動機和電動機行駛的混合動力汽車中搭載電源裝置的例子的 框圖。圖12是表示在僅以電動機行駛的電動汽車中搭載電源裝置的例子的框圖。圖13是表示檢測各電池單元的電壓并均衡電壓差的電源裝置的電路圖。符號說明100、100B、100C、100D、100E. 2,302...電池單元
電源裝置
3.. 4.. 8.. 9..
10. 11.
20、20B、20C...強制放電電路
電流檢測電路 單元電壓檢測電路 控制部 CID
.組電池 .接觸器
控制電路 串聯(lián)連接電路 放電開關(guān) 放電電阻
21. 22.23.24.
25.25B、25C...比較電路 30...強制放電通知部 40...均衡電路
41...單元控制電路 42...差動放大器 43...輸入端子 44,344...多路轉(zhuǎn)換器 50...車輛側(cè)負載 51... DC/AC 逆變器 52...電動機 53...發(fā)電機 55...發(fā)動機 300...電源裝置 302...電池單元 320...放電電路 323. · ·開關(guān)元件 324...放電電阻 326...微型計算機 327. · · A/D轉(zhuǎn)換器 340. · ·均衡電路 Trp. . . PNP晶體管 Trn. · · NPN晶體管 Rb...基極電阻 R^R2...分壓電阻 R3- · ·保護電阻 V1J2...分壓
SR. ·.并聯(lián)調(diào)整器(shunt regulator)ZD...齊納二極管(Zener diode)OP...差動放大器EV、HV...車輛
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。其中，以下所示的實施方式只是例 示用于具體化本發(fā)明技術(shù)思想的電源裝置及具備該電源裝置的車輛，本發(fā)明也可不將電源 裝置及具備該電源裝置的車輛特定如下。此外，也可不將本申請所要求保護的范圍所示的 部件特定為實施方式的部件。特別是，只要沒有記載對實施方式所示的構(gòu)成部件的尺寸、材 質(zhì)、形狀及其相對配置等進行的特別限定，就不是將本發(fā)明的范圍進行限定的意思，而只是 說明例。此外，各附圖所示的部件的大小或位置關(guān)系等有時為明確說明而進行了調(diào)整。進 而，在以下的說明中，同一名稱、符號表示同一或相同材質(zhì)的部件，并適當(dāng)?shù)厥÷栽敿氄f明。 此外，構(gòu)成本發(fā)明的各要素，既可以采用同一部件構(gòu)成多個要素、用一個部件兼用多個要素 的方式，也可實現(xiàn)用多個部件分擔(dān)一個部件的功能。另外，在一部分的實施例、實施方式中 說明過的內(nèi)容，也可用于其它的實施例、實施方式等。基于圖1 圖10，說明作為本發(fā)明的一實施方式所涉及的電源裝置而應(yīng)用在車載 用的電源裝置中的例子。在這些圖中，圖1示出車輛用電源裝置的框圖，圖2示出強制放電 電路的電路圖，圖3示出圖2的強制放電電路的動作狀態(tài)的曲線，圖4示出變形例所涉及的 強制放電電路，圖5示出其它變形例所涉及的強制放電電路，圖6示出具備強制放電通知部 的強制放電電路，圖7示出具備圖6的強制放電通知部的電源裝置的框圖，圖8示出在多個 電池單元的強制放電電路連接有均衡電路的框圖，圖9示出在電池單元的串聯(lián)連接電路連 接有均衡電路的強制放電電路，圖10示出具備均衡電路的電源裝置的框圖。這些圖所示的 電源裝置100主要應(yīng)用在以發(fā)動機和電動機雙方行駛的混合動力汽車、以及只以電動機行 駛的電動汽車等電動車輛的電源。另外，本發(fā)明的電源裝置也可應(yīng)用在混合動力汽車及電 動汽車以外的車輛，還應(yīng)用于電動車輛以外的要求大輸出的用途。圖1的車輛用的電源裝置100被搭載于混合動力汽車、燃料電池車、電動汽車等車 輛，驅(qū)動作為車輛側(cè)負載50而連接的電動機52，以使車輛行駛。車輛側(cè)負載50如圖1所 示，在輸入側(cè)連接DC/AC逆變器51，在輸出側(cè)連接電動機52和發(fā)電機53。DC/AC逆變器51 將行駛用蓄電池1的直流變換為3相的交流，并控制向電動機52的電力供給。另外，將發(fā) 電機53的輸出變換為直流，對電源裝置100的行駛用蓄電池1進行充電。此外，在車輛側(cè)負載中，也可在DC/AC逆變器的輸入側(cè)連接升降壓轉(zhuǎn)換器，對電源 裝置的輸出電壓進行升壓后提供給電動機。該車輛側(cè)負載通過升降壓轉(zhuǎn)換器對電源裝置的 輸出電壓進行升壓，然后經(jīng)由DC/AC逆變器提供給電動機，進而通過DC/AC逆變器將發(fā)電機 的輸出變換為直流，然后通過升降壓轉(zhuǎn)換器進行降壓后對行駛用蓄電池進行充電。圖1所示的車輛用的電源裝置100具備向車輛側(cè)負載50的電動機52供給電力 的組電池10 ；檢測組電池10的電流的電流檢測電路3 ；檢測電池單元2的電壓的單元電壓 檢測電路4 ；根據(jù)由該單元電壓檢測電路4檢測出的檢測電壓和由電流檢測電路3檢測出 的檢測電流，監(jiān)視電池單元2的電流、電壓，并進行包含充放電許可的控制的控制部8 ；被控制部8控制開閉的接觸器11。(接觸器11)接觸器11與組電池10的正負的輸出側(cè)連接。該接觸器11在使車輛行駛時被切 換為接通，即在車輛的點火開關(guān)的接通狀態(tài)下被切換為接通，在不使車輛行駛的狀態(tài)下被 切換為斷開。此外，圖1的電源裝置100在組電池10的正負的輸出側(cè)連接了接觸器11，但 是接觸器也可只設(shè)置在正負中的一方。(組電池10)組電池10驅(qū)動經(jīng)由DC/AC逆變器51使車輛行駛的電動機52。為了能向電動機 52供給大電力，組電池10串聯(lián)連接多個電池單元2以提高輸出電壓。電池單元2使用鎳氫 電池及鋰離子二次電池。其中，電池也能使用鎳鎘二次電池等可充電的所有電池。(CID9)圖1所示的電池單元2作為在異常時切斷電流的電流切斷機構(gòu)而具備CID9。CID9 被稱為電流切斷器，當(dāng)電池單元2處于過電流放電狀態(tài)或過電流充電狀態(tài)等異常狀態(tài)時， 因電池內(nèi)壓的異常上升而動作來切斷電流，使電池單元2不能使用。在圖1的例子中，為了 說明而將CID9圖示在電池單元2的外部，但一般情況下CID內(nèi)置于電池單元內(nèi)。其中，也 能將CiD等電流切斷機構(gòu)作為電池單元外帶連接的其他部件。(強制放電電路20)圖1的電源裝置100具備強制放電電路20，其以硬件的方式檢測電池單元20的單 元電壓變得比設(shè)定電壓高這一情況，并進行強制性放電。按每個電池單元2設(shè)置了強制放 電電路20，并分別并聯(lián)連接。圖2示出強制放電電路20的一例。該圖所示的強制放電電路 20由強制性進行電池單元2的放電的串聯(lián)連接電路22、以及對串聯(lián)連接電路22指示放電 的開始、結(jié)束的控制電路21構(gòu)成。(串聯(lián)連接電路22)串聯(lián)連接電路22中串聯(lián)連接有放電開關(guān)23和放電電阻24。放電電阻24例如可 利用30 Ω 50 Ω、優(yōu)選40 Ω左右的電阻器。放電開關(guān)23在圖2的電路例中由兩個晶體管 Τι·ρ、ΤΓι^Π電阻器構(gòu)成。具體而言，在PNP晶體管Trp中，發(fā)射極側(cè)連接放電電阻24的一端， 基極側(cè)與NPN晶體管Trn的集電極連接，集電極側(cè)與NPN晶體管Trn的基極側(cè)連接。另一方 面，NPN晶體管Trn的基極側(cè)連接基極電阻Rb的一端。該串聯(lián)連接電路22，將放電電阻24 的另一端與電池單元2的正極側(cè)連接，將基極電阻Rb的另一端與負極側(cè)連接，還將PNP晶 體管Trp的基極和NPN晶體管Trn的集電極之間的節(jié)點作為對控制電路21的控制信號進行 輸入的輸入端子。該串聯(lián)連接電路22本身與電池單元2的正負極并聯(lián)連接，且可從控制電 路21向串聯(lián)連接電路22的輸入端子輸入控制信號，使電池單元2的強制放電接通/斷開。 即，通過輸入控制信號將構(gòu)成放電開關(guān)23的PNP晶體管Trp設(shè)為導(dǎo)通，能使放電電阻24通 電，從而能使電池單元2放電。(控制電路21)另一方面，控制電路21檢測單元電壓，當(dāng)該單元電壓超過預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓 時，將串聯(lián)連接電路22的放電開關(guān)23切換為接通。該控制電路21具備將單元電壓與基準 電壓進行比較的比較電路25。當(dāng)單元電壓超過設(shè)定電壓時，比較電路25使串聯(lián)連接電路 22動作。即，將放電開關(guān)23切換為接通，然后開始電池單元2的放電。
(比較電路25)比較電路25由用于檢測預(yù)定的規(guī)定電壓的判定元件和分壓電阻RpR2構(gòu)成。判定 元件將分壓電阻隊、R2之間的節(jié)點的電壓即分壓V1作為基準電壓進行輸入，且當(dāng)該基準電 壓超過預(yù)定的第一既定值時，降低輸出電壓V2。即，與基準電壓進行比較的分壓是與單元電 壓相關(guān)聯(lián)的電壓(與單元電壓相關(guān)的電壓)。此外，根據(jù)本實施方式，由于通過比較電路25 的分壓電阻禮、R2從電池單元中放電微小電流，故與是否在正常時無關(guān)，能夠時常使電池單 元放電。因此，按照使放電電流不影響系統(tǒng)動作的方式將這些分壓電阻RpR2的電阻值設(shè)定 為高電阻，來抑制放電電流。該判定元件優(yōu)選利用并聯(lián)調(diào)整器SR。并聯(lián)調(diào)整器SR經(jīng)由分壓電阻禮、R2檢測單 元電壓的變動，在規(guī)定的電壓值以上時，進行降低輸出電壓V2的動作。另外，在并聯(lián)調(diào)整器 SR的輸出側(cè)連接有保護電阻R3。基于圖3的曲線對圖2所示的強制放電電路20的動作進行說明。預(yù)先選擇分壓 電阻隊、R2，使得當(dāng)電池單元2的單元電壓超過設(shè)定電壓Vh時，由分壓電阻禮、R2分壓后的 V1超過第一既定值。由此，當(dāng)電池單元2的單元電壓超過設(shè)定電壓Vh時，比較電路25的并 聯(lián)調(diào)整器SR檢測出分壓V1超過了第一既定值這一情況，并向強制放電電路20發(fā)送充電開 始觸發(fā)。在此，并聯(lián)調(diào)整器SR經(jīng)由保護電阻R3處于通電狀態(tài)，通過將輸出電壓V2設(shè)為Low、 將PNP晶體管Trp設(shè)為導(dǎo)通，從而開始放電電阻24的通電。由此，電池單元2以經(jīng)由放電 電阻24、PNP晶體管Trp、基極電阻Rb進行強制性放電來降低單元電壓的方式進行動作。另 一方面，因基極電阻Rb的通電，NPN晶體管Trn的基極電壓上升成為導(dǎo)通狀態(tài)，在降低輸出 電壓V2的電位的方向上作用。結(jié)果，成為正反饋狀態(tài)，進一步促進了電池單元2的放電。該強制放電電路20即使在電池單元2的單元電壓下降變?yōu)樵O(shè)定電壓Vh以下時也 不立即停止強制放電而是繼續(xù)放電。然后，電池單元2的單元電壓進一步下降，在達到比設(shè) 定電壓Vh還低的第二設(shè)定電壓V1時，停止強制放電。即，判定元件在分壓V1成為設(shè)定電壓 Vh所對應(yīng)的分壓(第一既定值)以上時將控制信號設(shè)定為0N，在成為第二設(shè)定電壓V1所對 應(yīng)的分壓(第二既定值)以下時將控制信號設(shè)定為OFF。在圖3的例子中，在作為單元電池 2例如使用鋰離子二次電池的情況下，可將設(shè)定電壓Vh設(shè)定為4. 5V 5. 0V、將第二設(shè)定電 壓V1設(shè)定為2. OV 3. OV0由此，即使一旦開始了強制放電，強制放電的結(jié)果如果單元電壓下降至安全電壓 后復(fù)原為可正常使用的狀態(tài)，則可使系統(tǒng)恢復(fù)原狀繼續(xù)動作，從而能構(gòu)成進一步提高了實 用性的電源裝置。此外，這樣的可恢復(fù)原狀的強制放電電路20，與在不可恢復(fù)原狀的異常 電壓下單元溫度上升之際動作的電流切斷部相比，通過將動作電壓設(shè)定得較低，能夠判斷 電池單元2的單元電壓與通常電壓相比上升了什么程度，并根據(jù)該程度變更控制，從而可 在考慮了安全性和實用性的基礎(chǔ)上進行劃分。即，與如CID9這樣一旦動作就不可恢復(fù)原狀 地使動作停止的使強制放電電路20動作的單元電壓相比，通過以低的電壓使強制放電電 路20動作，從而針對程度比較輕的故障，判定可恢復(fù)原狀從而嘗試由可再次恢復(fù)原狀的強 制放電電路20進行強制放電，在即便如此單元電壓也未下降反而達到更高的單元電壓的 情況下，再通過電流切斷部強制性切斷電流來停止動作本身，從而確保安全。通過這樣的二 級保護，能夠?qū)?yīng)于持續(xù)利用以及確保安全性的要求。此外，判定元件不限于并聯(lián)調(diào)整器，也可由齊納二極管ZD構(gòu)成。這種情況下，成為具備圖4所示的比較電路25B的強制放電電路20B?；蛘?，如圖5所示的強制放電電路20C 所示，也可由差動放電器OP構(gòu)成比較電路25C的判定元件。在圖5的電路例中，在差動放 大器OP的第一輸入(在圖5的例子中為一側(cè))連接基準電源，在第二輸入(在圖5的例子 中為+側(cè))輸入單元電壓的分壓\，當(dāng)分壓V1超過設(shè)定電壓時，使與差動放大器OP連接的 晶體管的基極電位上升從而集電極電流增加，輸出將放電開關(guān)23切換為接通的信號。如上所示，強制放電電路由模擬電路構(gòu)成，另外以上的動作全部由硬件進行。換言 之，通過不夾雜軟件動作，可得到提高了抗噪性的穩(wěn)定動作。另外，構(gòu)成模擬電路的電路元 件優(yōu)選由分立元件構(gòu)成，由此提高了電路的魯棒性。(強制放電通知部30)此外，強制放電電路也可具備對強制放電的動作狀態(tài)進行輸出的強制放電通知部 30。將這樣的例子作為變形例在圖6及圖7中示出。強制放電通知部30為了向外部輸出 電池單元2發(fā)生強制放電的情況，而與放電開關(guān)23連接。在此，強制放電通知部30由光電 耦合器構(gòu)成，將輸入側(cè)的發(fā)光二極管與放電開關(guān)23的PNP晶體管Trp串聯(lián)連接，將輸出側(cè) 的晶體管的集電極側(cè)與輸出側(cè)連接，將發(fā)射極側(cè)與接地側(cè)連接。由此，當(dāng)放電開關(guān)23被切 換為接通時，光電耦合器輸出ON信號，能向外部通知電池單元2的電壓異常。此外，在圖6 所示的例子中，強制放電通知部30連接在作為放電開關(guān)23的PNP晶體管Trp的集電極側(cè) 和基極電阻Rb之間，但也可連接在發(fā)射極側(cè)和放電電阻之間。在圖7所示的電源裝置100D中，在各電池單元2設(shè)置強制放電通知部30，并且將 各強制放電通知部30的輸出信號分別與控制部8連接。根據(jù)該電源裝置100D，能夠由控 制部8檢測出電池單元2發(fā)生了強制放電的情況、即在任意一個電池單元2中發(fā)生了電壓 的異常上升。控制部8能夠根據(jù)該信息實施充放電電流的限制及催促服務(wù)呼叫等必要的處置。(均衡電路40)此外，也可將強制放電電路的一部分兼用作消除多個電池單元間的不平衡的均衡 電路。圖8、圖9及圖10示出這樣的變形例。在這些圖中，圖8示出在多個電池單元的強制 放電電路20連接有均衡電路40的框圖，圖9示出在各電池單元的串聯(lián)連接電路22連接有 均衡電路40的強制放電電路20的電路例，圖10示出具備均衡電路40的電源裝置100E的 框圖。在圖9所示的例子中，均衡電路40的輸出端子與控制電路21的控制輸出端子連接 在相同的節(jié)點，且均衡電路40也控制串聯(lián)連接電路22的放電開關(guān)23，以進行用于均衡的電 池單元2的強制放電。均衡電路40通過對串聯(lián)連接的電池單元2的單元電壓進行均衡的平衡調(diào)節(jié)器來 消除不平衡。均衡電路40將一個電池單元2的電壓作為單元電壓進行檢測，以消除各個電 池單元2的單元電壓的不平衡為目標。其中，電源裝置也可串聯(lián)連接多個電池作為電池模 塊，將電池模塊的電壓作為單元電壓，以消除電池模塊的電壓的不平衡。對電池單元2采用 鋰離子二次電池的電源裝置，將單元電壓作為一個電池電壓。對電池采用鎳氫電池或鎳鎘 電池的電源裝置，將串聯(lián)連接多個電池的電池模塊的電壓作為單元電壓，消除電池模塊的 電壓的不平衡。圖10所示的電源裝置100E串聯(lián)連接多個電池單元2作為組電池10，并具有對構(gòu) 成該組電池10的電池單元2的電壓進行均衡的均衡電路40。該均衡電路40利用放電電阻24使電壓高的電池單元2放電，以消除不平衡。不過，本發(fā)明并未將均衡電路特定為利 用放電電阻使電池放電的電路。例如，均衡電路也可以采用使電壓高的電池放電至電容器 或電池等蓄電器并在蓄電器中蓄電，將該蓄電器的電荷放電至電壓低的電池中來消除電池 的電壓差的方式。圖9及圖10的均衡電路40具備放電電阻24和放電開關(guān)23的串聯(lián)連接電路22 ； 對各個單元電壓進行檢測的單元電壓檢測電路4 ；利用該單元電壓檢測電路4檢測的單元 電壓將放電開關(guān)23控制為接通/斷開的單元控制電路41。放電電阻24和放電開關(guān)23的 串聯(lián)連接電路22與組電池10的各個電池單元2并聯(lián)連接。在電池單元2的單元電壓變高 時，該均衡電路40通過單元控制電路41將放電開關(guān)23切換為接通，通過放電電路24使電 池單元2放電來降低電池單元2的電壓。單元電壓檢測電路4具有對各個電池單元2的單元電壓進行檢測的差動放大器 42。差動放大器4從組電池10供給電力。組電池10的電壓例如可由DC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖 示)進行降壓后提供給差動放大器42?；谠撾娐窐?gòu)成，即使組電池10的電壓變高，也能 向差動放大器42作為最優(yōu)電壓進行供給。其中，差動放大器的電源也可由車載用蓄電池供 給。圖中的單元電壓檢測電路4為了檢測各個電池單元2的單元電壓，在各個電池單元2 上連接了差動放大器42的輸入端子43。但是，也可以在差動放大器的輸入側(cè)設(shè)置用于切換 所連接的電池的切換電路(未圖示)，用一個差動放大器檢測多個單元電壓。差動放大器 42的輸出信號經(jīng)由多路轉(zhuǎn)換器44被輸入至單元控制電路41。多路轉(zhuǎn)換器44依次切換差 動放大器42的輸出，并輸入至單元控制電路41。單元控制電路41對從多路轉(zhuǎn)換器44輸入的各個電池單元2的單元電壓進行比 較，以均衡所有電池單元2的單元電壓的方式控制放電開關(guān)23。該單元控制電路41將與過 高的電池單元2連接的串聯(lián)連接電路22的放電開關(guān)23切換為接通來進行放電。電池單元 2隨著放電而電壓降低。當(dāng)電池單元2的電壓降低至與其他電池單元2平衡時，放電開關(guān) 23從接通切換至斷開(OFF)。當(dāng)放電開關(guān)23成為斷開時，電池單元2的放電停止。由此， 單元控制電路41使單元電壓高的電池單元2放電，從而使所有電池單元2的單元電壓達到 平衡。此外，在上述的例子中，說明了對一個組電池10設(shè)置了均衡電路40的例子，但是 例如也可以采用如下結(jié)構(gòu)進一步串聯(lián)連接多個組電池，在各組電池分別設(shè)置均衡電路，以 消除組電池整體的不平衡。以上，檢測各個電池單元的電壓差并均衡電池單元的電壓差的均衡電路，控制強 制放電電路的放電開關(guān)以使放電電阻通電，從而均衡電池單元的電壓差。由此，在均衡電路 和強制放電電路中，共用用于對電池單元強制放電的部件，可簡化電路構(gòu)成。以上的車輛用的電源裝置被搭載于以發(fā)動機和電動機雙方行駛的混合動力汽車 或插入式混合動力汽車、或僅以電動機行駛的電動汽車等電動車輛中，用作這些車輛的電 源。圖11示出利用發(fā)動機55和電動機52雙方行駛的混合動力汽車中搭載車輛用的 電源裝置100B的例子。該圖所示的車輛HV具備使車輛HV行駛的發(fā)動機55及行駛用的 電動機52、向電動機52供給電力的車輛用的電源裝置100B、對車輛用的電源裝置100B的 電池進行充電的發(fā)電機53。車輛用的電源裝置100B經(jīng)由DC/AC逆變器51與電動機52和發(fā)電機53連接。車輛HV在對車輛用的電源裝置100B的電池進行充放電的同時，利用電動 機52和發(fā)動機55雙方進行行駛。在發(fā)動機效率差的區(qū)域，例如在加速時或低速行駛時，電 動機52被驅(qū)動以使車輛行駛。從車輛用的電源裝置100B供給電力來驅(qū)動電動機52。發(fā)電 機53被發(fā)動機55驅(qū)動，或者因?qū)囕v剎車時的再生制動而被驅(qū)動，從而對車輛用的電源裝 置100B的電池進行充電。另外，圖12示出僅利用電動機52行駛的電動汽車中搭載車輛用的電源裝置100C 的例子。該圖所示的車輛EV具備使車輛EV行駛的行駛用的電動機52、向該電動機52供 給電力的車輛用的電源裝置100C、對該車輛用的電源裝置100C的電池進行充電的發(fā)電機 53。從車輛用的電源裝置100C供給電力來驅(qū)動電動機52。發(fā)電機53因再生制動車輛EV 時的能量而被驅(qū)動，從而對車輛用的電源裝置100C的電池進行充電。(產(chǎn)業(yè)上的可用性)本發(fā)明所涉及的電源裝置及具備該電源裝置的車輛，適合用作能切換EV行駛模 式和HEV行駛模式的插入式混合電動汽車或混合式電動汽車、電動汽車等的電源裝置。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，具備串聯(lián)連接多個能充電的電池單元而構(gòu)成的組電池；以及與各個電池單元并聯(lián)連接，用于在電池單元的單元電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時進行強制 性放電的強制放電電路；所述強制放電電路由模擬電路構(gòu)成，當(dāng)所述單元電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時，所述強制放電電路進行放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于， 所述強制放電電路具備串聯(lián)連接了放電開關(guān)和放電電阻的串聯(lián)連接電路；以及對所述單元電壓進行檢測，當(dāng)該單元電壓超過預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓時將所述串聯(lián)連接 電路的放電開關(guān)切換為接通的控制電路； 所述串聯(lián)連接電路與電池單元并聯(lián)連接，當(dāng)與所述串聯(lián)連接電路并聯(lián)連接的單元電壓超過設(shè)定電壓時，所述控制電路將所述放 電開關(guān)切換為接通，對超過了設(shè)定電壓的電池單元進行強制放電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述控制電路具備將所述單元電壓與基準電壓進行比較的比較電路， 當(dāng)所述單元電壓超過設(shè)定電壓時，所述比較電路將所述放電開關(guān)切換為接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源裝置，其特征在于， 所述比較電路具備規(guī)定在預(yù)定的規(guī)定電壓的判定部，所述比較電路比較所述判定部的基準電壓和與所述單元電壓相關(guān)的電壓，當(dāng)該電壓超 過所述判定部的基準電壓時，輸出將放電開關(guān)切換為接通的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源裝置，其特征在于，與所述單元電壓相關(guān)的電壓是由分壓電阻對所述單元電壓進行分壓后的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電源裝置，其特征在于， 所述判定部是并聯(lián)調(diào)整器或齊納二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源裝置，其特征在于， 所述判定部具備具有第一輸入和第二輸入的差動放大器；以及 與所述差動放大器的第一輸入連接的基準電源； 所述差動放大器向第二輸入輸入與所述單元電壓相關(guān)的電壓， 當(dāng)與所述單元電壓相關(guān)的電壓超過設(shè)定電壓時，所述差動放大器輸出將所述放電開關(guān) 切換為接通的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項所述的電源裝置，其特征在于，還具備強制放電通知部，用于輸出所述強制放電電路中的強制放電的動作狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源裝置，其特征在于， 所述強制放電通知部由光電耦合器構(gòu)成，所述光電耦合器的發(fā)光二極管與所述放電開關(guān)串聯(lián)連接， 當(dāng)所述放電開關(guān)被切換為接通時，所述光電耦合器輸出ON信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任意一項所述的電源裝置，其特征在于，當(dāng)所述單元電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時，所述強制放電電路開始放電， 當(dāng)所述單元電壓下降且變?yōu)榈陀谠O(shè)定得比所述設(shè)定電壓低的第二設(shè)定電壓時，所述強 制放電電路停止放電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源裝置，其特征在于，所述電池單元具備在電池的電壓變?yōu)楸仍O(shè)定電壓高時切斷電流的電流切斷部， 與所述電流切斷部切斷電流時的電壓相比，所述強制放電電路的放電開關(guān)被切換為接 通時的設(shè)定電壓設(shè)定得低。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任意一項所述的電源裝置，其特征在于，具備檢測各個電池單元的電壓差并對電池單元的電壓差進行均衡的均衡電路， 所述均衡電路控制所述串聯(lián)連接電路的放電開關(guān)來對電池單元的電壓差進行均衡。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任意一項所述的電源裝置，其特征在于， 所述強制放電電路是由分立元件構(gòu)成的模擬電路。
14.一種車輛，其特征在于，具備權(quán)利要求1 13中任意一項所述的電源裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源裝置及具備該電源裝置的車輛。其中，該電源裝置具備串聯(lián)連接多個能充電的電池單元(2)而構(gòu)成的組電池(10)；以及與各個電池單元(2)并聯(lián)連接，在電池單元(2)的單元電壓變得比設(shè)定電壓高時進行強制性放電的強制放電電路(20)；強制放電電路(20)由模擬電路構(gòu)成，當(dāng)單元電壓變得比設(shè)定電壓高時，強制放電電路(20)進行放電。由此，不是基于軟件進行控制，而是可由模擬電路在物理上構(gòu)成強制放電電路(20)，因此不會受到噪聲或誤動作的影響而能夠穩(wěn)定地動作，可構(gòu)成提高了保護電路的可靠性的電源裝置。由此，不會受到噪聲的影響，且可避免電池單元的單元電壓變得異常高的事態(tài)發(fā)生。
文檔編號B60L11/18GK102104261SQ20101056869
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者為實茂人, 古川公彥, 柳井敦志 申請人:三洋電機株式會社