专利名称：二次电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对二次电池进行充电的二次电池系统，尤其涉及至少具备将分别为二次电池的多个单电池连接而构成的电池组、将所述单电池间的电压偏差均等化的电压均等化装置、对所述电池组进行充电的充电装置、和控制向所述电池组的充电的充电控制装置的二次电池系统。
背景技术：
作为锂离子电池等二次电池的充电方式，所谓的恒流-恒压充电方式被熟知，对于连接多个分别为二次电池的单电池而构成的电池组，若采用这样的充电方式进行充电，则在各单电池间充电状态存在偏差，这一情况也被熟知。如专利文献I中记载的那样，为了抑制恒流-恒压充电方式所导致的充电时的单电池间的电压偏差，具备电压均等化装置的情况较多，该电压均等化装置通过与各单电池并联地具备放电电路，使电压相对较高的单电池放电，从而将各单电池的电池电压均等化。然而，近年来，出现了即使使用这样的电压均等化装置，也不容易将单电池间的电压偏差抑制得足够小的二次电池。具体来说，是将含有铁成分的锂化合物(例如，磷酸铁锂)使用于正极活性物质的、所谓的铁系锂离子电池。在图6中，分别示出了铁系锂离子电池、和作为非铁系锂离子电池的例子的钴系的锂离子电池的开路电压-充电状态特性。非铁系锂离子电池的开路电压-充电状态特性，具有在经过充电初期后，到充电末期为止比较缓和的上升特性，但铁系锂离子电池的开路电压-充电状态特性与此不同，具有在经过充电初期后，到充电末期为止在电池电压中几乎看不到变化，而在满充电附近急剧上升的特性。因此，在非铁系锂离子电池中，通过检测单电池间的电压差的大小，当该电压差变大时使电压均等化装置的均等化动作开始这样的控制，能够抑制任意一个单电池的突出的电压上升，并且能够减小单电池间的电压差。但是，若对铁系锂离子电池应用与上述的非铁系锂离子电池同样的控制，则产生如下不良情况在满充电附近的急剧的电池电压的上升区域中，电压均等化装置的均等化动作赶不上急剧的电池电压的上升，在单电池间的电压偏差完全没有被改善的状态下，电压上升至过电压区域。为了改善这样的状况，可以考虑增大电压均等化装置所产生的单电池的放电电流。在先技术文献专利文献专利文献I JP特开2008-123868号公报发明要解决的课题但是，在上述的电压均等化装置中，若增大电压相对较高的单电池的放电电流，则为了能够耐受该大电流，放电用的电阻器和控制用的开关装置大型化，从而导致装置的大型化，而且产生单电池的放电所引起的发热和电力的无用消耗的问题。并且，在与充电装置以及电池组并联地连接有负载的二次电池系统中，由于从电池组向负载的放电而导致电池电压降低。由于该电池电压的降低，若进入了相对于充电状态的变化，电池电压几乎不变化的区域，则电压均等化装置成为不能有效地发挥作用的状态，各单电池间的充电状态的偏差不再被纠正。S卩，在相对于充电状态的变化，电池电压几乎不变化的区域中，即使在各单电池间充电状态存在偏差，由于该偏差成为电池电压的差而不易突显出，因此也无法进行有效的均等化动作
发明内容
本发明鉴于这种情况而作，其目的在于，能够不过多地提高电压均等化装置的能力地、准确地将各单电池的电压均等化。解决课题的手段为了达成上述目的，本发明的二次电池系统的第一特征结构在于，是对二次电池进行充电的二次电池系统，该二次电池系统至少具备电池组，其将分别是二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压到达了规定的电压上升抑制用的设定电压时，使从所述充电装置向所述电池组的充电电流成为零。此外，本发明的二次电池系统的第二特征结构在于，是对二次电池进行充电的二次电池系统，该二次电池系统至少具备电池组，其将分别是二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压到达了规定的电压上升抑制用的设定电压时，使从所述充电装置向所述电池组的充电电流成为能够由所述电压均等化装置减小各单电池间的电压偏差的电流值。S卩，若多个单电池中的任意一个单电池的电压上升，并到达了满充电附近的电压急剧上升的区域，则通过充电控制装置，将在电池组整体中流过的电流限制为零或者电压均等化装置有效地发挥作用的程度的足够小的电流值，因此即使在单电池间电压偏差变大，也会由电压均等化装置进行动作，从而各单电池间的电压偏差逐渐减小。此外，能够由电压均等化装置减小各单电池间的电压偏差的电流值，能够根据电压均等化装置的能力来决定。除了上述的特征结构之外，所述二次电池优选为将含有铁成分的锂化合物使用于正极活性物质的铁系的锂离子电池，所述电压上升抑制用的设定电压优选被设定为在满充电附近伴随向所述单电池的充电的进行，电池电压急剧上升的电压区域内的电压值，更优选被设定为比3. 4V高且不足4V的电压区域内的电压值。此外，所述电压均等化装置优选具备放电电路，其使各单电池分别地放电；和控制部，其进行控制所述放电电路来减小单电池间的电压偏差的电压均等化控制，所述电压均等化装置更优选按照在由所述充电控制装置进行控制动作的期间，也并行地进行所述单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。此外，优选仅具备所述充电装置，作为有助于在所述电池组整体中流过的电流的装置。S卩，基本上，在仅由电池组和对该电池组进行充电的充电装置构成的系统中，仅通过将从充电装置提供给电池组的充电电流控制为零或者足够小的电流值，从而即使多个单电池中的任意一个单电池的电压上升，并到达满充电附近的电压急剧上升的区域，也能够形成电压均等化装置有效地发挥作用的状态。并且，优选所述电池组、所述充电装置、以及从所述电池组和所述充电装置的至少一个进行电力供给的负载被并联连接而构成，还具备对在所述电池组整体中流过的电流进行检测的电流检测装置，所述充电控制装置按照基于所述电流检测装置的检测信息，来 对所述充电装置的输出进行控制的方式构成。S卩，在除了电池组和对该电池组进行充电的充电装置之外，还与它们并联连接有负载而构成了二次电池系统的情况下，充电装置对电池组以及负载适当提供电力，电池组从充电装置适当接受充电，并且对负载提供电力。在从充电装置向电池组提供电力时，在电池组中流过的电流根据充电装置的输出而变化。换言之，能够通过充电装置的输出来控制在电池组整体中流过的电流。利用这样的关系，充电控制装置按照如下方式对充电装置的输出进行控制，即当任意一个单电池的电池电压到达了所述电压上升抑制用的设定电压时，基于检测在电池组整体中流过的电流的电流检测装置的检测信息，使在电池组整体中流过的电流成为零或者成为能够由所述电压均等化装置减小各单电池间的电压偏差的电流值。此时，在如上述那样对电池组整体中流过的电流进行控制的输出状态下，从充电装置向负载提供电力，只要充电装置的电流供给能力比负载电流大，则上述这样的控制状态被维持。并且，本发明的二次电池系统的第三特征结构在于，是对二次电池进行充电的二次电池系统，该二次电池系统至少具备电池组，其将分别是二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压，到达了规定的电压上升阻止用的设定电压时，对所述充电装置向电池组的输出进行控制，使到达了所述电压上升阻止用的设定电压的单电池的电池电压维持在所述电压上升阻止用的设定电压。S卩，通过充电的进行，若构成电池组的各单电池的电压上升，且任意一个单电池的电池电压到达了上述的“电压上升阻止用的设定电压”，则按照将到达了该“电压上升阻止用的设定电压”的单电池的电池电压维持在“电压上升阻止用的设定电压”的方式进行控制。换言之，进行仅针对该单电池的恒压充电(CV充电)。用于这样的控制的控制要素是从充电装置向电池组的输出，例如，如这样的反馈控制，即若控制对象的单电池的电池电压上升至高于上述“电压上升阻止用的设定电压”，则充电装置施加于电池组整体的电压降低。与上述第一以及第二特征结构相同，所述二次电池优选为将含有铁成分的锂化合物使用于正极活性物质的铁系的锂离子电池。
此外，所述电压上升抑制用的设定电压优选被设定为在满充电附近伴随向所述单电池的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值，所述电压上升抑制用的设定电压更优选被设定为比3. 4V高且不足4V的电压区域内的电压值。
并且，所述电压均等化装置优选具备放电电路，其使各单电池分别地放电；控制部，其进行对所述放电电路进行控制来减小单电池间的电压偏差的电压均等化控制，所述电压均等化装置优选按照在由所述充电控制装置进行控制动作的期间，也并行地进行所述单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。即，在电压上升较大的单电池的电池电压被维持在上述“电压上升阻止用的设定电压”的期间，电压均等化装置也并行地执行均等化动作。上述“电压上升阻止用的设定电压”，被设定为在满充电附近伴随向单电池的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值，因此处于单电池间的充电状态的差容易显现为电池电压差的状况，电压均等化装置处于对单电池间的电压偏差进行检测从而能够进行准确的均等化动作的状况。通过并行地进行这样的单电池的电池电压的抑制控制和单电池间的电压偏差的均等化动作，构成电池组的单电池间的充电状态的偏差准确地逐渐减小。并且，优选所述电池组、所述充电装置、以及从所述电池组和所述充电装置的至少一个进行电力供给的负载被并联连接而构成，还具备对在所述电池组整体中流过的电流进行检测的电流检测装置，所述充电控制装置按照基于所述电流检测装置的检测信息，来对所述充电装置的输出进行控制的方式构成。发明效果根据上述第I或第2特征结构，在由电压均等化装置进行抑制各单电池间的电压偏差的均等化动作时，即使任意一个单电池的电池电压处于满充电附近的电压急剧上升的区域，由于在电池组整体中流过的电流被控制为零或者足够小的电流值，因此均等化动作有效的发挥作用，各单电池间的电压偏差逐渐减小。因此，能够不过多地提高电压均等化装置的能力地、准确地将各单电池的电压均等化。此外，在仅具备所述充电装置作为有助于在电池组整体中流过的电流的装置的情况下，由于是在电池组整体中流过的电流仅由充电装置来决定的系统，因此通过仅将从充电装置提供给电池组的充电电流缩小为零或者足够小的电流值的简单的构成，能够准确地进行电池组的均等化动作。此外，在除了电池组和充电装置之外，还并联连接有负载的系统中，通过对从充电装置向电池组的输出进行控制，能够进行准确的电池组的均等化动作，并且对负载也能够从充电装置提供必要的电力。根据上述第3特征结构，通过并行地进行针对电压上升较大的单电池的电池电压的抑制控制和单电池间的电压偏差的均等化动作，从而即使电压均等化装置的能力不那么高，构成电池组的单电池间的充电状态的偏差也准确地逐渐变小。因此，能够不过多地提高电压均等化装置的能力地、准确地将各单电池的电压均等化。
图I是本发明的第I实施方式所涉及的整体方框结构图。图2是本发明的实施方式所涉及的控制形态的说明图。
图3是本发明的实施方式所涉及的流程图。图4是本发明的实施方式所涉及的流程图。图5是本发明的第2实施方式所涉及的整体方框结构图。图6是表示二次电池的电池电压-充电特性的图。图7是本发明的实施方式所涉及的整体方框结构图。图8是本发明的实施方式所涉及的控制形态的说明图。图9是本发明的实施方式所涉及的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对具备本发明的第一以及/或者第二特征结构的二次电池系统的实施方式进行说明。<第I实施方式>如图I所示，二次电池系统BS以电池组I和充电装置3为主要结构，作为有助于在电池组I整体中流过的电流的装置，只具备充电装置3。电池组I串联连接多个单电池Ia而构成，在本第I实施方式中，例示串联连接4个单电池Ia的情况来进行说明。各单电池Ia是将含有铁成分的锂化合物(例如，磷酸铁锂)使用于正极活性物质的锂离子电池，是所谓的二次电池。该电池组I，与对各单电池Ia进行监视的电池监视装置2 —起被收纳在电池包BP内。在电池监视装置2中具备具备对各单电池Ia的电压(单元电压)进行测定的A/D转换器等的电压测定部2a ;对电池监视装置2的动作进行控制的控制部2b ;存储保持用于监视各单电池Ia的程序和各种数据的存储器2c等，并且，具备与各单电池Ia并联连接的多个放电电路2d。放电电路2d将电阻器11和由MOSFET构成的开关装置12串联连接而构成，开关装置12按照来自控制部2b的控制信号来进行通断(接通/断开)。控制部2b基于各单电池Ia的电池电压的测定值来对开关装置12进行通断，由放电电路2d使电池电压较高的单电池Ia进行放电，由此来进行减小单电池Ia间的电压偏差的电压偏差均等化动作，详细情况见后述。因此，由控制部2b和放电电路2d构成了将单电池Ia间的电压偏差均等化的电压均等化装置BL。充电装置3按照将商用交流电源等的交流电压变换为规定的直流电压，并为了充电而将该直流电压施加于电池组I的方式构成，充电控制部3a对其充电动作进行控制。即，充电控制部3a作为控制向电池组I的充电的充电控制装置CC而发挥功能。在与本第I实施方式关联的部分中，充电控制部3a基于经由电池监视装置2的控制部2b发送来的各单电池Ia的电池电压的检测信号(电压测定部2a所产生的检测信号)，来进行是继续还是停止向电池组I的充电的控制。接着，基于表示单电池Ia的电池电压随时间的变化和与之共用时间轴的各种的控制信号的图2、以及表示电池监视装置2的控制部2b所执行的处理的图3的流程图、以及充电装置3的充电控制部3a所执行的图4的流程图，来对充电时的二次电池系统BS的动作进行说明。首先，对电池监视装置2的控制部2b的动作进行说明在图3中，示出了由控制部2b执行的“平衡器(balancer)控制”。当由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果是，最大电压的单电池Ia的电池电压为3. 4V以上，并且，存在最大电压的单电池Ia与残余的单电池Ia的电池电压的差超过了平衡动作开始用设定电压的单电池Ia时，控制部2b将与最大电压的单电池Ia并联连接的放电电路2d的开关装置12设为通状态(接通状态)，通过向放电电路2d的放电来使该单电池Ia的电池电压降低，减小单电池Ia间的电压偏差。图3的“平衡器控制”，由控制部2b高速地反复执行。首先，根据由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果，来确定电池电压最大的单电池la，并确认该最大电压的单电池Ia的电池电压是否为3. 4V以上(STEP#1)。在最大电压的单电池Ia的电池电压为3. 4V以上的情况下，进一步求出该最大电压的单电池Ia的电池电压与残余的单电池Ia的电池电压的电压差，并确认是否存在该电压差为上述平衡动作开始用设定电压以上的单电池la(STEP#2)。该平衡动作开始用设定电压，在本实施方式中，设定为“50mV”。在存在上述电压差为“50mV”以上的单电池Ia时，在该时间点确认最大电压的单电池Ia是否已经对放电电路2d的开关装置12进行了通操作而成为了平衡动作的对象(STEP#3)，若没有成为平衡动作的对象，则输出对与该最大电压的单电池Ia并联连接的放电电路2d的开关装置12进行通操作(接通操作)的信号(STEP #4)。此外，此时，在与其他单电池Ia相对应的放电电路2d 经成为了平衡动作的对象的情况下，对其开关装置12进行断操作(断开操作)。另一方面，在STEP#1中，当最大电压的单电池Ia的电池电压不足3. 4V时，或者，在STEP#2中，当不存在上述电压差为“50mV”以上的单电池Ia时，确认与任意一个单电池Ia相对应的放电电路2d的开关装置12是否成为了通状态(STEP#5)，若存在成为了通状态的开关装置12，则对其进行断操作(STEP#6)。基于图2，对伴随单电池Ia的电池电压随时间的变化而变化的控制信号的输出状态的变化具体地进行说明。在图2的上段，示出第I单电池Ia的电池电压随时间的变化A、和第2单电池Ia的电池电压随时间的变化B，在图2的中段，示出了当两者的电压差超过了平衡动作开始用设定电压时，控制部2b输出控制信号。所述第I单电池Ia与所述第2单电池Ia相比电池电压的上升较快，两者的电压差逐渐变大。在此过程中，若在图2中段的“al”所示的时刻电压差成为“50mV”以上，则平衡器动作信号从“L”电平变为“H”电平，与最大电压的单电池Ia相对应的放电电路2d的开关装置12切换为通状态。此外，图2上段的第I单电池la(随时间的变化A的单电池la)，在第2单电池la(随时间的变化B的单电池Ia)的电池电压几乎不发生变化的状况下，进入到满充电附近的电池电压急剧上升的区域，即使开始向放电电路2d的放电也没有成为充分抑制电池电压的上升的状况。
此后，伴随第2单电池Ia的缓和的电压上升，在“a2”所示的时刻，放电电路2d的开关装置12 —度成为断状态，但伴随第I单电池Ia的电压变化，通断被反复进行，第I单电池Ia的电池电压的上升被抑制(“a3”以及“a4”的时刻)。接着，对充电装置3的充电控制部3a的动作进行说明。在图4中，示出了由充电控制部3a执行的“平衡器支援控制”。充电控制部3a进行如下控制当由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果是，任意一个单电池Ia的电池电压到达了规定的“电压上升抑制用的设定电压”时，停止由充电装置3进行的向电池组I的充电，在该单电池Ia的电池电压降低某种程度时重新开始充电。通过进行这样的控制，从而成为由电压均等化装置BL进行的电压均等化动作有效地发挥作用的 状态。上述的“电压上升抑制用的设定电压”，被设定为在单电池Ia的满充电附近，伴随向单电池Ia的充电的进行，电池电压急剧上升的电压区域内的电压值。在图6所示的例子中，电池电压从3. 4V附近开始上升，并从3. 45V附近开始一口气上升至过充电电压即4V。因此，上述的“电压上升抑制用的设定电压”在超过3. 4V且不超过4V为止的电压区域内进行设定。在本实施方式中，由于充电状态(SOC) 100%被设定为单电池Ia的电压为约3. 45V，因此将上述的“电压上升抑制用的设定电压”设定为比充电状态(SOC) 100%的电压稍高的电压即“3. 5V”(在图6中，虚线C所示)。但是，上述的“电压上升抑制用的设定电压”的值，不限于上述的值，也可以设定为充电状态(SOC) 100%的电压(3. 45V)，在电池电压即将急剧上升之前的充电状态(SOC) 100%以下，进行后述的控制。此外，在此情况下，对于作为图3的“平衡器控制”中的电压均等化动作的开始条件之一的STEP#1的“3. 4V”，也可以根据“电压上升抑制用的设定电压”的设定状态来适当地变更。图4的“平衡器支援控制”由充电控制部3a高速地反复执行，与由电池监视装置2控制部2b执行图3的处理完全独立，并且，并行地被执行。因此，上述的电压均等化装置BL所进行的单电池Ia间的电压偏差的均等化动作，在由充电控制部3a进行的控制动作的期间也并行地被执行。在图4的“平衡器支援控制”中，首先，从电池监视装置2接收由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果，确认最大电压的单电池Ia的电池电压是否超过了 “电压上升抑制用的设定电压”即“3. 5V”(STEP#11)，在超过的情况下，确认在该时间点是否已经停止了充电(STEP#12)，若不是充电停止的状态则输出指示充电停止的信号(STEP#I3)。由此，从充电装置3向电池组I的充电电流变为零(0(A))，在电池组I整体中流过的电流也变为零(0(A))。其结果，在与单电池Ia并联连接的放电电路2d中流过的电流，全部成为单电池Ia的放电电流，使该单电池Ia的电池电压可靠地逐渐降低。另一方面，当第I单电池Ia的电池电压降低，成为了 “3. 45V”以下时(STEP#14)，确认在该时间点是否已经停止了充电(STEP#15)，若为充电停止状态则输出指示充电的重新开始的信号(STEP#16)。基于图2对上述的控制具体地进行说明。图2的下段，是由充电控制部3a指示充电停止和充电重新开始的信号，在图2的下段成为“H”电平的状态，是输出了充电停止信号的状态，“L”电平是许可了向电池组I的充电的状态。若第I单电池Ia的电池电压(图2上段随时间的变化A所示的电压)上升并超过了 “3. 5V”，则在该“bl”的时刻变化为指示充电停止的信号状态。此时，所述第I单电池Ia通过电池监视装置2的控制部2b的控制处于电压均等化动作中，由于来自充电装置3的充电电流停止，从而通过向放电电路2d的放电而电池电压急速降低。之后，若所述第I单电池Ia的电池电压降低至“3. 45V”以下，则在“b2”的时刻，重新开始向电池组I的充电，单电池Ia的电池电压再次逐渐上升。之后，根据第I单电池Ia的电池电压的变化，在“b3” “b9”的时刻，反复进行充电停止和充电的重新开始。所述第I单电池Ia示出图2所示那样的电压变化，另一方面，第2单电池la，在从充电装置3提供充电电流的期间电压逐渐上升，单电池Ia间的电压偏差逐渐缩小。〈第2实施方式>接着，利用图5对本发明的第2实施方式进行说明。在本第2实施方式中，在上述第I实施方式所示的二次电池系统BS中进一步增加了负载4，电池组I、充电装置3、和负载4并联连接。负载4从电池组I或者充电装置3的一方或者双方接受动作电力的供给。电池组I以及充电装置3的结构，除了后述的控制结构以及与其关联的构成部件以外，与上述第I实施方式是相同结构，在图5中也赋予相同的符号来进行了记载。在本第2实施方式的二次电池系统BS中，也按照当任意一个单电池Ia的电池电压到达了上述的“电压上升抑制用的设定电压”即“3. 5V”时，使电池组I整体中流过的电流变为零(0(A))的方式进行控制，在这一点上与上述第I实施方式相同。但是，在本第2实施方式中，由于需要对负载4提供电力，因此无法像上述第I实施方式那样，停止向电池组I的输出。因此，具备作为检测在电池组I整体中流过的电流的电流检测装置CS的电流传感器21，充电控制部3a按照使电流传感器21的检测信号成为与“0 (A) ”相当的检测信号的方式，来控制向电池组I的输出(具体来说，控制向电池组I的施加电压)。在此状态下，按叠加原理来考虑，充电装置3成为按照通过电池组I自身的放电而抵消在电池组I的内部电阻中流过的电流的方式来提供充电电流的控制状态，作为控制结果，在电池组I整体中流过的电流几乎成为“0(A) ”。该控制状态，只要充电装置3的电流供给能力大于负载电流则能够维持。通过该控制，在本第2实施方式中，通过与上述第I实施方式中的图4的控制相同的控制，也能够使电压均等化装置BL的均等化动作有效地发挥作用。 更具体来说，在图4的处理的STEP#13中，按照使电流传感器21的检测信号成为与“0(A)”相当的检测信号的方式，来控制向电池组I的输出(具体来说，控制向电池组I的施加电压)，并在图4的STEP#16中停止这样的控制，使向电池组I的实际的充电重新开始。关于作为电压均等化装置BL的控制的图3的处理和电压均等化装置BL的结构也与上述第I实施方式完全相同，关于图2所示的控制信号的输出、和作为其控制结果的电池电压随时间的变化，也与上述第I实施方式相同。以下，列举与第I以及第2实施方式关联的其他实施方式。(I)在上述各实施方式中，例示了按照当任意一个单电池Ia的电池电压到达了“电压上升抑制用的设定电压”即“3. 5V”时，使在电池组I整体中流过的电流成为零(0(A))的方式进行控制的情况，但也可以将能够通过电压均等化装置BL来使各单电池Ia间的电压偏差变小的电流值作为控制目标。在放电电路2d的电阻器11的电阻值为例如“39 Q ”的情况下，放出到放电电路2d的电流为约90mA程度，若在电池组I整体中流过的电流比放出到该放电电路2d的电流值小，则虽然存在电压均等化能力的高低，但能够成为能使电压均等化装置BL发挥作用的状态。因此，也可以在比放出到放电电路2d的电流值小的电流值的范围内，根据对电压均等化动作的要求能力，逐渐降低控制目标的电流值。(2)在上述各实施方式中，作为电压均等化装置BL进行均等化动作的动作条件，例示了最大电压的单电池Ia与残余的单电池Ia的电池电压差成为“50mV”以上的情况，但也可以为最大电压的单电池Ia与最小电压的单电池Ia的电池电压差成为“50mV”以上的情况，使电压均等化动作开始的上述平衡动作开始用设定电压也是能够适当变更的。(3)在上述各实施方式中，例示了将上述“电压上升抑制用的设定电压”设定为“3. 5V”的情况，但也可以根据单电池Ia的满充电附近的电压上升的程度、和电压均等化装置BL的均等化能力，来适当地变更设定。同样，关于停止因到达了“电压上升抑制用的设定电压”而使在电池组I整体中流过的电流变为零(0(A))的控制，并使充电重新开始的电压即“3. 45V”，也是能够适当变更的。(4)在上述各实施方式中，作为电池组1，例示串联连接了 4个单电池Ia的电池组来进行了说明，但构成电池组I的单电池Ia的个数和连接形态能够进行各种变更。以下，基于附图对具备本发明的第三特征结构的二次电池系统的实施方式进行说明。〈第3实施方式〉本实施方式的二次电池系统BS，如图7概要性地示出的那样，以电池组I和充电装置3为主要结构，对该电池组I以及充电装置3并联连接有负载4。S卩，电池组I、充电装置3、和负载4被并联连接。充电装置3对电池组I提供充电电力，并且对负载4也提供动作用电力。电池组1，当通过放电而导致充电状态降低时从充电装置3接受充电用的电力供给，并适当对负载4提供动作用电力。 电池组I将多个单电池Ia串联连接而构成，在本实施方式中，例示串联连接4个单电池Ia的情况来进行说明。各单电池Ia是将含有铁成分的锂化合物(例如，磷酸铁锂)使用于正极活性物质的锂离子电池，是所谓的二次电池。
该电池组I，与对各单电池Ia进行监视的电池监视装置2—起被收纳在电池包BP内。在电池监视装置2中，具备具备A/D转换器等并对各单电池Ia的电压(单元电压)进行测定的电压测定部2a ;对电池监视装置2的动作进行控制的电池监视控制部2b ；和存储保持用于监视各单电池Ia的程序和各种数据的存储器2c等，并且，还以与各单电池Ia并联连接的形态具备放电电路2d。放电电路2d将电阻器11和由MOSFET构成的开关装置12串联连接而构成，开关装置12根据来自电池监视控制部2b的控制信号来进行通断(接通/断开)。电池监视控制部2b，详细情况见后述，基于各单电池Ia的电池电压的测定值来对开关装置12进行通断，由放电电路2d使电池电压较高的单电池Ia放电，由此来进行减小 单电池Ia间的电压偏差的电压偏差均等化动作。因此，由电池监视控制部2b和放电电路2d构成了将单电池Ia间的电压偏差均等化的电压均等化装置BL。充电装置3按照将商用交流电源等的交流电压变换为规定的直流电压，并为了充电而将该直流电压施加于电池组I的方式构成，具备对充电动作进行控制的充电控制部3a、和按照该充电控制部3a的控制指示来向电池组I等输出电力的充电输出电路3b。因此，充电控制部3a作为控制向电池组I的充电的充电控制装置CC而发挥功能。在与本实施方式关联的部分中，充电控制部3a基于经由电池监视装置2的电池监视控制部2b发送来的各单电池Ia的电池电压的检测信号(电压测定部2a所产生的检测信号)，来进行向电池组I的输出的控制。接着，基于以控制电路形式示意性地示出充电控制部3a的控制形态的图8、以及示出电池监视装置2的电池监视控制部2b所执行的处理的图9的流程图，来对二次电池系统BS的动作进行说明。首先，对电池监视装置2的电池监视控制部2b的动作进行说明。在图9中，示出了由电池监视控制部2b执行的“平衡器控制”。当由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果是，最大电压的单电池Ia与最小电压的单电池Ia的电池电压差超过了平衡动作开始用设定电压差时，电池监视控制部2b将与最大电压的单电池Ia并联连接的放电电路2d的开关装置12切换为通状态(接通状态)，通过向放电电路2d的放电使该单电池Ia的电池电压降低，减小单电池Ia间的电压偏差。在本实施方式中，该平衡动作开始用设定电压差设定为“25mV”。图9的“平衡器控制”由控制部2b高速地反复执行，首先，根据由电压测定部2a测定出的各单电池Ia的电池电压的测定结果，来确认最大电压的单电池Ia的电池电压(Vc)是否为“3. 4V”以上(STEP#1)，接着，确定电池电压最大的单电池Ia和电池电压最小的单电池la，并求出它们的电压差(AV)，确认该电压差是否为上述平衡动作开始用设定电压差以上(STEP#2)。当最大电压的单电池Ia的电池电压(Vc)为“3. 4V”以上，并且，上述电压差(AV)为上述平衡动作开始用设定电压差以上时，确认在该时间点最大电压的单电池Ia是否已经对放电电路2d的开关装置12进行了通操作从而正在进行平衡动作(STEP#3)，若没有进行平衡动作，则输出对与该最大电压的单电池Ia并联连接的放电电路2d的开关装置12进行通操作(接通操作)的信号(STEP#4)。此外，此时，在与其他单电池Ia相对应的放电电路2d正在进行平衡动作的情况下，对其开关装置12进行断操作(断开操作)。此外，关于作为图9的“平衡器控制”中的电压均等化动作的开始条件之 一的STEP#1的“3. 4V”，具体的电压值也可以适当变更。另一方面，在STEP#1、#2中，当最大电压的单电池Ia的电池电压(Vc)不足“3. 4V”、或者上述电压差(AV)不足上述平衡动作开始用设定电压差时，确认与任意一个单电池Ia相对应的放电电路2d的开关装置12是否成为了通状态(STEP#5)，若存在成为了通状态的开关装置12，则对其进行断操作(STEP#6)。接着，对充电装置3的充电控制部3a的动作进行说明。充电控制部3a对电池组I进行组合了恒流充电和恒压充电的控制。但是，恒压充电并不是将施加于电池组I整体的电压保持固定的一般的控制，而是将单电池Ia的电池电压维持在固定电压(“电压上升阻止用的设定电压”)的控制。充电控制部3a基于从电池监视装置2发送来的各单电池Ia的电池电压的数据、和对在电池组I中流过的电流进行检测的电流检测单元即电流传感器21的检测数据，通过基于软件处理的数字控制来执行这样的控制。基于以假想的控制电路的形式示意性地表示了上述充电控制部3a的控制动作的图8来进行说明。放大器22、23、24、25，示出了从各单电池Ia的正极电位中减去低电位侧的单电池Ia的正极电位来检测各单电池Ia的电池电压并且放大为规定的信号电平的处理，在数字处理上，因为从电池监视控制部2b输入各单电池Ia的电池电压，所以对该输入值和规定的电压校正值(详细情况见后述)的积进行运算。OR电路26选择各放大器22、23、24、25的输出信号中的最大电压来进行输出。在数字处理上也是与其相同的处理。放大器27将电流传感器21的检测信号放大为规定的信号电平。在数字处理上，也对电流传感器21的检测数据和规定的电流校正值之积进行运算。OR电路26的输出和放大器27的输出被输入到运算放大器28，运算放大器28，为了按照使这2个输入中的信号电平较高的一方的电压与基准电压28a—致的方式实施反馈控制而将信号发送到充电输出电路3b。在数字处理上，按照使针对各单电池Ia的电池电压中的最高的电池电压的数据、和电流传感器21所检测的充电电流的数据中较大的一方的值与相当于基准电压28a的值一致的方式进行控制。具体来说，以如下形式来对充电装置3的输出进行控制若针对各单电池Ia的电池电压中的最高的电池电压的数据、和电流传感器21所检测的充电电流的数据中的较大的一方的值大于相当于基准电压28a的值，则使充电输出电路3b的输出电压降低，反之，若小于相当于基准电压28a的值，则使充电输出电路3b的输出电压降低。上述基准电压28a的值，按照相当于单电池Ia的电池电压的值“3. 45V”的方式，设定了与放大器22、23、24、25的放大功能相当的上述电压校正。在本实施方式中，该“ 3. 45V”是上述的“电压上升阻止用的设定电压”。此外，关于向电池组I的充电电流，上述基准电压28a值按照相当于作为恒流充电的电流值的“50A”的方式，设定了与放大器27的放大功能相当的上述电流校正值。
因此，作为充电控制部3a的控制状态，采用了维持向电池组I的充电电流为“50A”的状态的控制，或者采用了将到达“电压上升阻止用的设定电压”的最大电压的单电池Ia的电池电压维持在“3. 45V”的控制。上述的“电压上升阻止用的设定电压”，设定为在单电池Ia的满充电附近，伴随向单电池Ia的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值。在图6所示的例子中，电池电压从3. 4V附近开始上升，从3. 45V附近开始一口气上升至过充电电压即4V。因此，上述的“电压上升阻止用的设定电压”在超过3. 4V且不超过4V的电压区域内进行设定。在本实施方式中，由于设定充电状态(SOC) 100%为单电池Ia的电压约3. 45V，因 此作为上述的“电压上升阻止用的设定电压”，设定为与充电状态(SOC) 100%的电压相同的“3. 45V”(在图6中，虚线C所示)。基于充电控制部3a的上述这样的控制结构，在各单电池Ia的任意一个都没有到达“3. 45V”的状态下，按照向电池组I的充电电流成为“50A”的方式对充电输出电路3b的输出(即，从充电装置3向电池组I的输出)进行控制。在进行该恒流充电的期间，若任意一个单电池Ia的电池电压上升并到达“3. 45V”，并且即将进一步上升，则使充电输出电路3b的输出降低。反之，在向电池组I的充电电流小于“50A”的状态下,若上述的单电池Ia的电池电压小于“3. 45V”,则使充电输出电路3b的输出上升，结果，单电池Ia的电池电压被维持在“3. 45V”、即“电压上升阻止用的设定电压”。在这样的充电控制部3a的控制期间，基于电池监视装置2的电池监视控制部2b的控制的电压偏差的均等化动作，也与充电控制部3a的控制分别独立地并行被执行，若电池电压到达了上述的“电压上升阻止用的设定电压”的单电池Ia与最小电压的单电池Ia的电池电压差为“25mV”以上，则电压均等化装置BL，使与到达了 “电压上升阻止用的设定电压”的单电池Ia并联连接的放电电路2d的开关装置12成为通状态，向放电电路2d进行放电。通过充电控制部3a的控制将单电池Ia的电池电压维持在上述“电压上升阻止用的设定电压”，原则上是指在该单电池Ia中不流过充电电流，从充电装置3向电池组I的充电电流，全部流向开关装置12成为通状态的放电电路2d，并且，在放电电路2d的开关装置12为断状态的其他单电池Ia中作为充电电流而流动。通过该充电电流,其他单电池Ia的电池电压上升，单电池Ia间的电压偏差逐渐变小。以下，列举与第3实施方式关联的其他实施方式。(I)在上述实施方式中，例示了用软件等的数字控制来实现图8中示意性地示出的控制电路的功能的情况，但也可以按照将图8的结构作为模拟控制电路来进行安装的方式构成。(2)在上述实施方式中，例示了针对电池组I以及充电装置3，并联连接了负载4的情况，但在仅由电池组I以及充电装置3构成的二次电池系统BS中也能够应用本发明。(3)在上述实施方式中，作为电池组1，例示串联连接了 4个单电池Ia的电池组来进行了说明，但构成电池组I的单电池Ia的个数和连接形态能够进行各种变更。
(4)在上述实施方式中，例示了将上述“电压上升阻止用的设定电压”设定为“3. 45V”的情况，但具体的电压值是能够适当变更的。此外，同样地，关于作为电压均等化装置BL的动作条件的“平衡动作开始用设定电压差”，也可以设定为上述实施方式的“25mV”以外的值。关于恒流充电的电流值“50A”也是同样。(5)在上述实施方式中，例示了充电控制部3a从电池监视装置2接受各单电池Ia的电池电压的测定数据的构成，但也可以构成为由充电控制部3a直接对各单电池Ia的电池电压进行测定。符号说明I电池组Ia单电池3充电装置4 负载BL电压均等化装置CC充电控制装置CS电流检测装置权利要求
1.一种二次电池系统，其对二次电池进行充电，所述二次电池系统至少具备电池组，其将分别为二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压到达了规定的电压上升抑制用的设定电压时，使从所述充电装置向所述电池组的充电电流成为零。
2.根据权利要求I所述的二次电池系统，其中，所述二次电池是将含有铁成分的锂化合物使用于正极活性物质的铁系的锂离子电池。
3.根据权利要求I或2所述的二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压被设定为在满充电附近伴随向所述单电池的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值。
4.根据权利要求3所述的二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压被设定为比3. 4V高且不足4V的电压区域内的电压值。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的二次电池系统，其中，所述电压均等化装置具备放电电路，其使各单电池分别地放电；和控制部，其进行控制所述放电电路来减小单电池间的电压偏差的电压均等化控制。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的二次电池系统,其中，所述电压均等化装置，按照在由所述充电控制装置进行控制动作的期间，也并行地进行所述单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的二次电池系统，其中，作为有助于所述电池组整体中流过的电流的装置，仅具备所述充电装置。
8.根据权利要求I 7中任一项所述的二次电池系统，其中，所述电池组、所述充电装置、以及从所述电池组和所述充电装置的至少一个进行电力供给的负载被并联连接而构成，还具备电流检测装置，该电流检测装置对在所述电池组整体中流过的电流进行检测，所述充电控制装置，按照基于所述电流检测装置的检测信息，来对所述充电装置的输出进行控制的方式构成。
9.一种二次电池系统，其对二次电池进行充电，所述二次电池系统至少具备电池组，其将分别是二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压到达规定的电压上升抑制用的设定电压时，使从所述充电装置向所述电池组的充电电流成为能够通过所述电压均等化装置减小各单电池间的电压偏差的电流值。
10.根据权利要求9所述二次电池系统，其中，所述二次电池是将含有铁成分的锂化合物使用于正极活性物质的铁系的锂离子电池。
11.根据权利要求9或10所述二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压，被设定为在满充电附近伴随向所述单电池的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值。
12.根据权利要求11所述二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压被设定为比3. 4V高且不足4V的电压区域内的电压值。
13.根据权利要求9 12中任一项所述二次电池系统，其中，所述电压均等化装置具备放电电路，其使各单电池分别地放电；和控制部，其进行控制所述放电电路来减小单电池间的电压偏差的电压均等化控制。
14.根据权利要求9 13中任一项所述二次电池系统，其中，所述电压均等化装置，按照在由所述充电控制装置进行控制动作的期间，也并行地进行所述单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。
15.根据权利要求9 14中任一项所述二次电池系统,其中，作为有助于在所述电池组整体中流过的电流的装置，仅具备所述充电装置。
16.根据权利要求9 15中任一项所述二次电池系统,其中，所述电池组、所述充电装置、以及从所述电池组和所述充电装置的至少一个进行电力供给的负载被并联连接而构成，还具备电流检测装置，该电流检测装置对在所述电池组整体中流过的电流进行检测，所述充电控制装置，按照基于所述电流检测装置的检测信息，来对所述充电装置的输出进行控制的方式构成。
17.一种二次电池系统，其对二次电池进行充电，所述二次电池系统至少具备电池组，其将分别是二次电池的多个单电池连接而构成；电压均等化装置，其将所述单电池间的电压偏差均等化；充电装置，其对所述电池组进行充电；和充电控制装置，其被组装在所述充电装置中，按照如下方式进行控制，即当所述多个单电池中的任意一个单电池的电池电压，到达了规定的电压上升阻止用的设定电压时，对所述充电装置向电池组的输出进行控制，使到达了所述电压上升阻止用的设定电压的单电池的电池电压维持在所述电压上升阻止用的设定电压。
18.根据权利要求17所述的二次电池系统，其中，所述二次电池是将含有铁成分的锂化合物使用于正极活性物质的铁系的锂离子电池。
19.根据权利要求17或18所述的二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压，被设定为在满充电附近伴随向所述单电池的充电的进行而电池电压急剧上升的电压区域内的电压值。
20.根据权利要求19所述的二次电池系统，其中，所述电压上升抑制用的设定电压被设定为比3. 4V高且不足4V的电压区域内的电压值。
21.根据权利要求17 20中任一项所述的二次电池系统，其中，所述电压均等化装置具备放电电路，其使各单电池分别地放电；和控制部，其进行控制所述放电电路来减小单电池间的电压偏差的电压均等化控制。
22.根据权利要求17 21中任一项所述的二次电池系统，其中，所述电压均等化装置，按照在由所述充电控制装置进行控制动作的期间，也并行地进行所述单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。
23.根据权利要求17 22中任一项所述的二次电池系统，其中，所述电池组、所述充电装置、以及从所述电池组和所述充电装置的至少一个进行电力供给的负载被并联连接而构成，还具备电流检测装置，该电流检测装置对在所述电池组整体中流过的电流进行检测，所述充电控制装置，按照基于所述电流检测装置的检测信息，来对所述充电装置的输出进行控制的方式构成。
全文摘要
本发明在用充电装置对电池组进行充电的情况下，能够不过多地提高电压均等化装置的能力地、准确地将各单电池的电压均等化。二次电池系统至少具备将分别是二次电池的多个单电池(1a)连接而构成的电池组(1)；将单电池(1a)间的电压偏差均等化的电压均等化装置(BL)；充电装置(3)；和充电控制装置(CC)，其中充电控制装置(CC)构成为按照如下方式进行控制，即当多个单电池(1a)中的任意一个单电池(1a)的电池电压，到达了电压上升抑制用的设定电压时，使在电池组1整体中流过的电流成为零或者成为能够由所述电压均等化装置来减小各单电池间的电压偏差的电流值，电压均等化装置(BL)，按照在由充电控制装置(CC)进行控制动作的期间，也并行地进行单电池间的电压偏差的均等化动作的方式构成。
文档编号H01M10/44GK102640382SQ201180004687
公开日2012年8月15日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月24日
发明者中村将司, 小西大助, 川内智弘, 白石刚之 申请人:株式会社杰士汤浅国际