相关申请的援引
本申请以2017年10月27日申请的日本专利申请号2017-207926号的申请为基础，在此援引其记载内容。
本发明涉及一种蓄电系统。
背景技术：
以往，已知能够将多个蓄电模块切换为串联和并联的蓄电系统。例如，专利文献1中公开的产业机械用电池系统的目的在于，能够在高电压下进行急速充电，并且能够使用低电压系统的组件。该系统包括：充放电切换机构，所述充放电切换机构用于择一地切换电池单元与充电输入部或电力负载的连接状态；以及并联/串联切换机构等，所述并联/串联切换机构用于将多个电池单元之间的电连接择一地切换为并联或串联。
在该系统的放电控制流程中，在多个电池单元并联连接的状态下，进行从多个电池单元向电力负载的放电。另外，在充电控制流程中，在多个电池单元串联连接的状态下，从急速充电器经由充电输入部对多个电池单元进行充电。充电结束后，在多个电池单元之间的电压差为阈值以上的情况下，进行用于消除电压差的电压单元间平衡处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第5611400号公报
技术实现要素：
在专利文献1的电压单元间平衡处理中，由于电流经由设置有电阻的路径在两个电池单元之间流动，因此，产生由电阻引起的损耗。另外，由于电阻抑制了电流，因此，平衡化需要时间。另外，在专利文献1的系统中，推定并没有将电压单元间平衡处理结束后，处于待机状态，平衡化所需的时间视为问题。
以下，在本说明书中，作为包括专利文献1的电池单元的上位概念的用语，使用“蓄电模块”。在将专利文献1的技术应用于电动汽车或插电式混合动力汽车的外部充电的情况下，假定在以串联进行充电结束后，将多个蓄电模块切换为并联连接，向作为负载的主机电动机放电而行驶的情况。假设，如果在多个蓄电模块间的电位差大的状态下例如操作继电器来切换连接，则继电器的寿命有可能因触点的电弧、短路电流而降低。
本发明的目的在于提供一种蓄电系统，在将多个蓄电模块从串联向并联切换时，能避免损耗的发生和触点的寿命降低，且使多个蓄电模块的电压均衡化。
本发明的蓄电系统包括多个蓄电模块、串并联切换器、以及控制电路。各蓄电模块包括一个以上的蓄电单元，能够连接到充电器或负载中的至少一方。串并联切换器能够将多个蓄电模块的连接状态切换为串联和并联。控制电路对供蓄电模块连接的充电器或负载中的至少一方、以及串并联切换器进行控制。
控制电路在多个蓄电模块的并联切换之前，实施在一个以上的蓄电模块与充电器或负载中的至少一方之间进行充放电的“电压均衡化处理”，以使多个蓄电模块间的电位差成为规定的阈值以下，之后，将串并联切换器切换为并联。
本发明中，通过在一个以上的蓄电模块和充电器或负载的至少一方之间进行充放电，来使蓄电模块的电压均衡化。由此，在诸如继电器等的串并联切换器的触点被连接时能够抑制突入電流，因此，能够提高串并联切换器的可靠性和寿命。另外，与电流经由电阻在蓄电模块之间流动的现有技术相比，能够降低损耗。
电压均衡化处理中的充放电的模式被分类为以下三种。
(1)从电压相对较高的蓄电模块向负载放电。
(2)从充电器向电压相对较低的蓄电模块充电。
(3)从电压相对较高的蓄电模块向负载放电、和从充电器向电压相对较低的蓄电模块充电的组合。
例如，在装设在电动汽车或插电式混合动力车等电动车辆上的蓄电系统中，主电池相当于蓄电模块。在这种情况下，充电器包括：外部充电器，所述外部充电器从外部向蓄电模块充电直流电力；以及车载充电器等，所述车载充电器将从外部的ac电源供给的交流电力转换为直流电力并对蓄电模块进行充电。负载包括作为车辆的动力源的电动机、以及将直流电力转换为交流电力并供给至电动机的逆变器。另外，负载包括进行车室的制冷制热的空调、向辅助设备电池等供给电力的dc/dc转换器等。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的所述目的、其它目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是包括各实施方式的蓄电系统的结构图。
图2是示出蓄电模块的电池电压监视结构的结构图。
图3是示出充电基础设施与负载驱动电压之间的关系的图。
图4是说明从串联向并联切换时的现象的图。
图5是示出相对于开闭时电流的继电器触点寿命的特性例的图。
图6是第一实施方式的蓄电系统的结构图。
图7是示出根据第一实施方式的电池电压的变化的时序图。
图8是根据第一实施方式的对逆变器和电动机的放电处理的流程图。
图9是示出第一实施方式中电动机的电力消耗量大的情况下的电池电压的变化的时序图。
图10是第二实施方式的蓄电系统的结构图。
图11是示出根据第二实施方式的电池电压的变化的时序图。
图12是根据第二实施方式的充电处理的流程图。
图13是示出根据第二实施方式的变形例的电池电压的变化的时序图。
图14是根据第二实施方式的变形例的、在利用串联电池进行行驶结束后进行并联切换处理的流程图。
图15是第三实施方式的蓄电系统的结构图。
图16是根据第三实施方式的向空调的放电处理的流程图。
图17是第四实施方式的蓄电系统的结构图。
图18是示出根据第四实施方式的电池电压的变化的时序图。
图19是根据第四实施方式的放电和充电处理的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对包括多个蓄电模块的蓄电系统的实施方式进行说明。以下，在多个实施方式中，对实质相同的结构标注相同的符号，省略其说明。第一实施方式至第四实施方式统称为“本实施方式”。这里，各蓄电模块包括一个以上的蓄电单元。本实施方式中的蓄电模块是包括一个以上的电池单元的电池模块。特别是在本实施方式中，假定车载蓄电系统，所述车载蓄电系统包括在电动汽车或插电式混合动力车中成为车辆动力源的主电池模块。另外，在其他实施方式中，电容器等也可以用作蓄电模块。
多个蓄电模块构成为通过串并联切换器将连接状态切换为串联和并联。串并联切换器典型地是由机械式继电器或半导体开关构成的继电器。此外，本实施方式的蓄电系统中，多个蓄电模块能够与负载或充电器的至少一方连接。另外，本实施方式的蓄电系统包括对连接有蓄电模块的充电器或负载的至少一方、以及串并联切换器进行控制的控制电路。
首先参照图1，对包括各实施方式的蓄电系统400的结构进行说明。蓄电系统400包括作为“多个蓄电模块”的两个电池bt1、bt2、作为“串并联切换器”的继电器ry1-ry9、以及控制电路45。这里，包括两个电池bt1、bt2和继电器ry2的模块部是所有实施方式的通用部分。模块部能够连接到负载80或充电器10、20中的至少一方。以下各实施方式的不同点在于，模块部仅能够连接到负载80的结构、仅能够连接到充电器10、20的结构、或者能够连接到负载80和充电器10、20两者的结构。
电池bt1、bt2是锂离子电池等能够充放电的例如400v的高压电池模块。以下，省略“电池模块”并称为“电池”。在本说明书中，除了提到低压(例如12v)的辅助设备电池之外，基本上“电池”用于高压电池的意思。
作为电动汽车或插电式混合动力车中一般使用的负载80，首先可以列举作为动力源的主机电动机、和将直流电力转换为交流电力并供给主机电动机的逆变器的组合。在本说明书中，不提及主机电动机以外的电动机，“电动机”是指车辆的主机电动机。另外，在车辆中使用的负载80中，有进行车室的制冷制热的空调、将电池bt1、bt2的直流电压升压、降压而向辅助设备电池等供给电力的dc/dc转换器等。根据所应用的负载80，在控制电路45中输入有行驶请求、油门信息、制冷制热请求、空调设定温度、车室温度等信息。
充电器包括外部充电器10和车载充电器20。设置在充电站等的外部充电器10经由供电线缆与车辆连接，并将直流电力充电到电池bt1、bt2。在使用支持800v的外部充电器的情况下，在两个电池bt1、bt2串联连接的状态下进行串联充电。另一方面，在使用支持400v的外部充电器的情况下，在两个电池bt1、bt2并联连接的状态下进行并联充电。车载充电器20装设在车辆内，将从外部的ac电源15供给的交流电力转换为直流电力，并向电池bt1、bt2充电。
继电器ry2开闭电池bt1的正极与电池bt2的负极之间的路径。继电器ry4、ry1分别开闭电池bt1、bt2的正极与负载80之间的路径。继电器ry5、ry3分别开闭电池bt1、bt2的负极与负载80之间的路径。继电器ry6、ry8分别开闭电池bt1、bt2的正极与充电器10、20之间的路径。继电器ry7、ry9分别开闭电池bt1、bt2的负极与充电器10、20之间的路径。
控制电路45控制继电器ry1-ry9的开闭。在以下的继电器开闭模式的说明中，在ry1-ry9中的“某个继电器接通”的情况下，设为“除此之外的继电器断开”。当从两个串联的电池bt1、bt2向负载80放电时，继电器ry2、ry1、ry5接通。在从两个串联的充电器10、20向电池bt1、bt2充电时，继电器ry2、ry8、ry7接通。当从两个并联的电池bt1、bt2向负载80放电时，继电器ry1、ry3、ry4、ry5接通。在从两个并联的充电器10、20向电池bt1、bt2充电时，继电器ry6、ry7、ry8、ry9接通。
接着，参照图2，对各实施方式通用的控制电路45的信息输入有关的结构进行补充说明。控制电路45从电池电压监视部43获取电池bt1的电池电压vb1和电池bt2的电池电压vb2之间的电池电压偏差(以下也称为“电位差”)δvb(＝|vb1-vb2|)的信息。电池电压监视部43相当于“模块电压监视部”。控制电路45基于电池电压监视部43检测到的电压检测值，即通过反馈当前的电压偏差，来控制电池bt1、bt2与负载80或充电器10、20之间的充放电。
电池电压监视部43也可以通过电压传感器71、72来检测电池bt1、bt2的端子间电压vb1、vb2，并计算作为该差的绝对值的δvb。或者，电池电压监视部43也可以通过电压传感器73来检测继电器ry8、ry6(或继电器ry1、ry4)的两端的电压作为电位差δvb。
另外，电池电压监视部43在电池bt1、bt2的电压为正常范围外的情况下检测为异常，并传送给控制电路45。另外，也可以设置电池温度监视部44，该电池温度监视部44基于电池bt1、bt2的温度tb1、tb2来检测温度异常，并传送到控制电路45。控制电路45切断检测到异常的电池与负载80或充电器10、20的连接。即，电池电压监视部43以及电池温度监视部44作为“异常检测部”发挥功能。
接着，在转移至各实施方式的具体结构和作用效果的说明之前，参照图3至图5对本实施方式的背景进行说明。图3示出蓄电模块用的充电基础设施与负载驱动电压的关系。这里，假定蓄电模块的电压标准地为400v级。另外，假定充电站等充电基础设施存在对应400v级和对应800v级这两种，使用的负载也存在以400v级驱动的负载和以800v级驱动的负载这两种。在使用400v级的充电基础设施对以400v级驱动负载的蓄电模块进行充电的情况下，或在使用800v级的充电基础设施对以800v级驱动负载的蓄电模块进行充电的情况下，没有任何问题。
另一方面，考虑到利用与负载驱动电压不同的电压的充电基础设施对蓄电模块充电的情况。于是，只要在充电时将两个驱动400v级的负载的蓄电模块串联连接，则能够利用800v级的充电基础设施进行充电。然后，在负载驱动时即放电时切换为并联连接，则能够在400v级下使用。相反，如果将并联连接状态下利用400v级的充电基础设施充电好的蓄电模块在负载驱动时切换为两个串联连接，则能够在800v级下使用。通过这样将多个蓄电模块的连接状态切换为串联以及并联，能够对应于很多充电基础设施
具体而言，可以预测到为了缩短充电时间等，将来，电动汽车和插电式混合动力车的主机电动机和辅助设备等车辆设备和充电基础设施会从当前的400v级转移至800v级。于是，特别是在转移的过渡期中，可能产生车辆规格与充电基础设施的规格不匹配的状况。因此，要求在充电时和负载驱动时、即在主机电动机驱动的情况下在行驶时，能够切换电池模块的串并联。因此，电路中必然地设置有由机械式继电器或半导体开关构成的继电器等串并联切换器。
参照图4，假定由于内部电阻等的偏差而在两个电池bt1、bt2之间产生电位差的状况。当两个电池bt1、bt2串联连接时的电压为100％时，例如假定电池bt1的电压为52％，电池bt2的电压为48％。另外，粗线的箭头表示电压比细线的箭头高。然后，在利用外部充电器进行直流充电后接通继电器并切换为并联连接时，由于电池bt1、bt2之间的电位差而产生短路电流流动，在继电器触点会产生电弧。
图5示出继电器的开闭时电流与开闭耐久次数、换言之与继电器触点寿命的关系。横轴和纵轴是对数刻度。从图5可知，开闭时电流越大，开闭耐久次数越少。因此，考虑到设备的设计寿命，需要根据预先规定的耐久次数和继电器的特性，将开闭时电流抑制在某个安全值以下。因此，在并联连接前，需要使电池bt1、bt2的电压均衡化，消除电位差后再进行并联化。
这里，在专利文献1(专利第5611400号公报)公开的现有技术中，由于经由设置有电阻的路径在两个电池单元之间流通电流，因此，会因电阻引起损耗。另外，由于通过电阻抑制电流，因此，存在均衡化需要时间的问题。另外，日本专利特开2005-151669号公报中公开的组电池的调节方法也是经由电阻在模块间流通电流，存在与专利文献1的技术相同的问题。因此，本实施方式在避免损耗的发生和触点的寿命降低的同时，以短时间使蓄电模块之间的电位差均衡化。
因此，在本实施方式中，并联连接的多个电池，例如在图1的示例中，电池bt1和电池bt2能够连接到负载80或充电器10、20。然后，在从串联向并联切换之前，在一个以上的电池、和负载80或充电器10、20中的至少一方之间进行充放电，使电池bt1、bt2之间的电位差成为规定的阈值以下。然后，在电位差为阈值以下的状态下，将并联连接用的继电器接通。以下，本实施方式的该处理称为“电压均衡化处理”。
在本实施方式中，通过电压均衡化处理，能够在不产生过大的突入电流的情况下接通并联连接用继电器的触点，进而能够提高继电器的可靠性和寿命。另外，由于不是如现有技术那样经由电阻流通电流的结构，因此，能够减少损耗，并且能够在短时间内使多个电池间的电压均衡化。这里，在电压均衡化处理中，不需要充放电到电池电压vb1、vb2严格相等，只要使闭合并联化继电器时的突入电流降低即可。这是因为，与继电器的连续通电时的允许电流相比，开闭时电流对继电器可靠性施加的影响起到支配作用。
(第一实施方式)
接着，对每个实施方式的电压均衡化处理的具体结构及作用效果进行说明。参照图6至图9对第一实施方式进行说明。如图6所示，第一实施方式的蓄电系统401是在图1的蓄电系统400中，模块部能够连接到作为负载80的逆变器81和电动机82的结构。也就是说，至少在并联化处理的阶段，模块部也可以不连接到充电器10、20。控制电路45例如从车辆控制电路获取行驶请求的有无、油门信息等。
在第一实施方式中，当电池电压vb1、vb2发生不平衡时，在并联切换之前，从电压相对较高的电池向逆变器81放电，驱动电动机82使车辆行驶，由此实施电压均衡化处理。
在图7中，在处理开始时t0，第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高。因此，控制电路45从第一电池bt1向逆变器81放电，驱动电动机82并开始车辆的行驶。此时，由于从一个电池bt1放电，因此，第一电池电压vb1的降低梯度比较大。然后，在电位差为阈值δvth以下的均衡时tbl，控制电路45接通并联化继电器。之后，从两个电池bt1、bt2向逆变器81放电，驱动电动机82并继续车辆的行驶。由于从两个电池bt1、bt2分别放电约一半，因此，各电池电压vb1、vb2的降低梯度变小。在并联连接的同时，电池电压vb1、vb2收敛于它们的中间值，以后以相同的值推移。对于以下的时序图也同样。
图8的流程图示出了根据第一实施方式的并联化处理。在以下流程图的说明中，标号“s”表示步骤。对与所述各实施方式实质相同的步骤标注相同的步骤编号，并省略部分说明。
两位步骤编号的第一位的“1”和“6”表示各实施方式的并联化处理中通用的步骤组，第一位的“7”、“8”和“9”表示各实施方式的并联化处理所特有的步骤组。具体而言，“7”表示向负载放电，“8”表示从充电器充电，“9”表示向负载放电和从充电器充电的组合。因此，例如，在第一位为“7”的步骤之后，有时会接续第一位为“6”的步骤。另外，在第一位为“7”的步骤中，对于作为负载而使用逆变器81及电动机82的第一实施方式特有的步骤，在末尾标注“a”。
首先，在s11中，控制电路45基于来自电池电压监视部43的电压信息或来自电池温度监视部44的温度信息等，对电池bt1、bt2是否异常进行判断。在异常情况下，控制电路45在s71中将异常电池与负载80切断，结束处理。在电池bt1、bt2没有异常的情况下，控制电路45在s72a中对是否有行驶请求，即是否有逆变器81及电动机82的驱动请求进行判定。在s72a中为“是”的情况下，转移至s62。也就是说，第一实施方式的电压均衡化处理以有车辆的行驶请求为前提来执行。
在s62中，对电池bt1、bt2之间的电位差是否为阈值以下进行判断。在电位差为阈值以下且在s62中判定为“是”的情况下，转移至s63，控制电路45接通并联化继电器ry1、ry3、ry4、ry5。在电位差超过阈值且在s62中判定为“否”的情况下，在s64中对第一电池电压vb1和第二电池电压vb2中的哪一个较高进行判断。
当第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高、在s64中判定为“是”时，控制电路45在s73中接通继电器ry4、ry5，并将第一电池bt1连接到负载80。当第二电池电压vb2比第一电池电压vb1高、在s64中判定为“否”时，控制电路45在s74中接通继电器ry1、ry3，并将第二电池bt2连接到负载80。在s75a中，车辆利用与负载80连接的一方的电池来行驶。继续该行驶状态，直到在s65中判定为电位差为阈值以下为止。以上的从s64至s65为止的步骤相当于电压均衡化处理。
当在s65中判定为电位差为阈值以下时，转移至s66，控制电路45使并联化继电器中在s73或s74中未连接的电池侧的继电器接通。在s63或s66中接通并联化继电器，并联化处理结束。在s78a中，车辆利用两个并联连接的电池bt1、bt2来行驶。
在这样的第一实施方式中，在处理开始时电池bt1、bt2的电位差超过阈值时，一边使车辆行驶一边实施电压均衡化处理。因此，不需要在停车的状态下等待处理结束，因此，提高了驾驶员的便利性。
进而，如图9所示，在车辆的加速时或爬坡时，根据油门信息等来推定的电动机82的电力消耗量与通常行驶时相比越大，控制电路45就越增加来自第一电池bt1的放电量。由此，电压降低梯度变大，放电量比通常情况下的均衡时tbl_n早地到达均衡时tbl_q。也就是说，控制电路45通过增加放电量，能够缩短电压均衡化处理的时间。其结果是，由于需要高速地切换，因此，优选半导体开关用作继电器ry1、ry3、ry4、ry5。
(第二实施方式)
参照图10至图12对第二实施方式进行说明。如图10所示，第二实施方式的蓄电系统402是在图1的蓄电系统400中，模块部能够连接到外部充电器10或车载充电器20的结构。也就是说，至少在并联化处理的阶段，模块部也可以不连接到负载80。
在第二实施方式中，在串联充电结束后电池电压vb1、vb2产生不均衡时，在并联切换之前，通过从充电器10、20向电压相对较低的电池充电，来实施电压均衡化处理。
在图11中，在串联充电结束后的处理开始时t0，第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高。因此，控制电路45使充电器10、20动作，对第二电池bt2充电，从而使第二电池电压vb2上升。然后，在电位差为阈值δvth以下的均衡时tbl，控制电路45接通并联化继电器。电压均衡化后，停止充电器10、20的动作，因此，电池电压vb1、vb2变成恒定的。
实际上，如果假想使用外部充电器10进行串联充电后的状况，则认为直接使用外部充电器10进行电压均衡化处理的充电的可能性高。但是，在充电站同时设置有外部充电器10和ac电源15的情况下，也可以将ac电源15重新连接到车载充电器20，使用车载充电器20进行电压均衡化处理的充电。因此，可以使用外部充电器10或车载充电器20进行电压均衡化处理，记载为“充电器10、20”。
图12的流程图示出了根据第二实施方式的并联化处理。首先，控制电路45对电池bt1、bt2是否异常进行判断，在异常的情况下，在s81中将异常的电池与充电器10、20切断而结束处理。在电池bt1、bt2没有异常的情况下，控制电路45在s61中对串联充电是否结束进行判定。在串联充电结束的情况下，控制电路45进一步在s72a中对是否有行驶请求进行判定。在s72a中为“否”的情况下，转移至s62。也就是说，第二实施方式的电压均衡化处理以串联充电结束且没有车辆的行驶请求为前提来执行。
s62、s63、s64与第一实施方式相同。当第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高、在s64中判定为“是”时，控制电路45在s83中接通继电器ry8、ry9，并将第二电池bt2连接到充电器10、20。当第二电池电压vb2比第一电池电压vb1高、在s64中判定为“否”时，控制电路45在s84中接通继电器ry6、ry7，并将第一电池bt1连接到充电器10、20。在s85中，对与充电器10、20连接一方的电池开始充电器动作。继续该充电器操作，直到在s65中判定为电位差为阈值以下为止。以上的从s64至s65为止的步骤相当于电压均衡化处理。
当在s65中判定为电位差为阈值以下时，转移至s66，控制电路45使并联化继电器中在s83或s84中未连接的电池侧的继电器接通。由此，并联化处理结束，能够进行并联充电。但是，在图12中，不需要进一步的充电，控制电路45在s87中停止充电器动作。
(第二实施方式的变形例)
参照图13和图14对第二实施方式的变形例进行说明。该变形例关于蓄电系统402的结构与图10相同，是电池bt1、bt2并联地充电、串联地使用的方式。并且，假定在利用串联连接的电池bt1、bt2进行行驶结束后切换为并联连接，进行并联充电的场景。
在图13中，在串联连接下的行驶结束后的处理开始时t0，第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高。因此，对第二电池bt2充电，在电位差为阈值δvth以下的均衡时tbl，接通并联化继电器。到此为止与图11相同。之后，在图11中，电池电压vb1和vb2是恒定的，而在图13中，电池电压vb1和vb2由于并联充电而同时增加。
在图14的流程图中，相对于图12，s62之前的部分和s66之后的部分不同，中间部分相同。另外，没有考虑该阶段的电池异常判断的s11、以及异常时处置s81。控制电路45在s82中对利用串联电池进行的行驶是否结束进行判定，当判定为“是”时，转移至s62。当在s63或s66中接通并联化继电器，并联化处理结束时，在s88中执行并联充电。由此，能够对由于串联连接下的行驶而消耗了电力的电池bt1、bt2平衡良好地进行充电。
(第三实施方式)
参照图15和16对第三实施方式进行说明。如图15所示，第三实施方式的蓄电系统403是在图1的蓄电系统400中，模块部能够连接到作为负载80的制冷制热用空调83的结构。也就是说，至少在并联化处理的阶段，模块部也可以不连接到充电器10、20。控制电路45例如从空调控制电路获取制冷制热请求的有无、空调设定温度、当前的车室温度等信息。
在第三实施方式中，当电池电压vb1、vb2发生不平衡时，在并联切换之前，通过从电压相对较高的电池向空调83放电，来实施电压均衡化处理。示出通常温度调节时的电池电压vb1、vb2的推移的时序图与第一实施方式的图7相同。另外，在空调设定温度与车室温度的差较大，与通常温度调节时相比空调83的电力消耗量大时，电力消耗量越大，控制电路45越使放电量增加，从而能够缩短电压均衡化处理的时间。
图16的流程图示出了根据第三实施方式的并联化处理。在第一位为“7”的步骤中，在作为负载而使用空调83的第三实施方式特有的步骤中，在末尾标注“b”。图16的流程图分别将第一实施方式的图8的流程图中的s72a、s75a和s78a置换为s72b、s75b和s78b，并且还追加了s77b。除此之外的步骤与图8相同，因此省略说明。
在s11中电池bt1、bt2没有异常的情况下，控制电路45在s72b中对是否有制冷制热请求，即是否有空调83的驱动请求进行判定。在s72b中为“是”的情况下，转移至s62。也就是说，第一实施方式的电压均衡化处理以有制冷制热请求为前提来执行。
在s75b中，空调83利用与负载80连接的一方的电池来起动。继续该运转状态，直到在s65中判定为电位差为阈值以下为止。在s63或s66中接通并联化继电器，并联化处理结束。在从s63转移的s77b中，空调83由两个并联连接的电池bt1、bt2来起动。在从s66转移的s78b中，空调83由两个并联连接的电池bt1、bt2来继续运转。
在这样的第三实施方式中，在处理开始时电池bt1、bt2的电位差超过阈值时，能够在停车中一边进行车室的制冷制热一边实施电压均衡化处理。因此，特别是在制冷制热需求高的夏天和冬天，确保了乘员的舒适性。除此之外，作为放电对象的负载80，在使用将低压电力供给辅助设备电池的dc/dc转换器的方式中，能够在停车中一边使用各种辅助设备一边实施电压均衡化处理。
(第四实施方式)
参照图17至图19对第四实施方式进行说明。如图17所示，第四实施方式的蓄电系统404是在图1的蓄电系统400中，模块部能够连接到外部充电器10，并且模块部能够连接到作为负载80的空调83的结构。
在第四实施方式中，在串联充电结束后电池电压vb1、vb2产生不均衡时，在并联切换之前，通过从电压相对较高的电池向空调83放电、和从外部充电器10向电压相对较低的电池充电的组合，来实施电压均衡化处理。例如，可以想到在充电站停车，使用外部充电器10进行了串联充电后，在行驶开始前对车室进行制冷制热的情况。另外，尽管省略了图示，但是如在第二实施方式中说明的那样，也可以在使用外部充电器10进行了串联充电后，将ac电源15重新连接到车载充电器20，并使用车载充电器20进行充电。
在图18中，在串联充电结束后的处理开始时t0，第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高。因此，控制电路45从第一电池bt1向空调83放电，降低第一电池电压vb1。同时，控制电路45使外部充电器10动作，对第二电池bt2充电，从而使第二电池电压vb2上升。然后，在电位差为阈值δvth以下的均衡时tbl，控制电路45接通并联化继电器。
另外，与第三实施方式同样，在空调设定温度与车室温度的差较大，与通常温度调节时相比空调83的电力消耗量大时，电力消耗量越大，控制电路45越使放电量增加，从而能够缩短电压均衡化处理的时间。
这里，在电压均衡化后空调83也继续使用的情况下，当停止充电时，电池电压vb1、vb2逐渐下降。因此，通过根据空调83的消耗电力来补充外部充电器10的充电，能够将平衡时tbl的电池电压vb1、vb2维持到行驶开始为止。
图19的流程图示出了根据第四实施方式的并联化处理。第四实施方式的并联化处理大体上是组合了第二实施方式的充电处理和第三实施方式的向空调83的放电处理。在图19中，省略电池异常判断的s11以及异常时处置s71、s81的记载。另外，将处于外部充电过程中从而没有行驶请求、以及有制冷制热请求作为前提。在s61中，控制电路45对串联充电是否结束进行判定。在串联充电结束的情况下，转移至s62。在串联充电结束后，电池电压vb1、vb2存在发生不平衡的可能性。
s62、s63、s64与所述实施方式相同。当第一电池电压vb1比第二电池电压vb2高、在s64中判定为“是”时，控制电路45在s93中接通继电器ry4、ry5、ry8、ry9，将第一电池bt1连接到负载80，并且将第二电池bt2连接到外部充电器10。当第二电池电压vb2比第一电池电压vb1高且在s64中判定为“否”时，控制电路45在s94中接通继电器ry1、ry3、ry6、ry7，将第二电池bt2连接到负载80，并且将第一电池bt1连接到外部充电器10。
在s95中，空调83利用与负载80连接的一方的电池来起动。另外，对与充电器10连接的另一方的电池开始外部充电器10的动作。继续该状态，直到在s65中判定为电位差为阈值以下为止。以上的从s64至s65为止的步骤相当于电压均衡化处理。
当在s65中判定为电位差为阈值以下时，转移至s66，控制电路45使并联化继电器中在s93或s94中未连接的电池侧的继电器接通。在s63或s66中接通并联化继电器，并联化处理结束。在从s63转移的s97中，空调83利用两个并联连接的电池bt1、bt2来起动，并且为了补充空调83消耗的电力，开始外部充电器10的并联充电。在从s66转移的s98中，空调83利用两个并联连接的电池bt1、bt2来继续运转，并且为了补充空调83消耗的电力，继续外部充电器10的并联充电。
在这样的第四实施方式中，在串联下的外部充电结束时电池bt1、bt2的电位差超过阈值时，能够在停车中一边进行车室的制冷制热一边实施电压均衡化处理。此时，通过组合充电和放电，能够缩短电压均衡化处理的时间。另外，在均衡时tbl以后也为了补充空调83消耗的电力而继续充电，因此，能够在维持乘员的舒适性的同时，适当地确保行驶时的电池电压vb1、vb2。
(其它实施方式)
控制电路45不限于基于由电池电压监视部43检测出的电压检测值来控制电池bt1、bt2与充电器10、20或负载80之间的充放电的结构，例如也可以根据初始电压和充放电时间来对充放电进行前馈控制。另外，也可以不使用电池电压的检测值，而基于从其他参数推定的电压推定值来控制充放电。
在图3中，将充电基础设施和负载驱动电压大致例示为400v级和800v级这两种，但不限于此，本发明也能够适用于例如具有200v级负载电压的系统。更具体而言，也可以构成为在负载驱动时并联地连接蓄电模块以在200v级中使用，充电时串联地连接蓄电模块以利用400v级的充电基础设施进行充电。
本发明的蓄电系统不限于装设在电动汽车或插电式混合动力车上，也能够适用于可切换多个蓄电模块的串并联的连接状态等的任意系统。如上所述，蓄电模块不限于电池模块，也可以使用电容器等。另外，在所述实施方式中，示出了切换串并联的多个电池为两个的情况，但也可以是切换三个以上的蓄电模块的串并联的结构。
以上，本发明不限于所述实施方式，能在不脱离本发明主旨的范围内以各种方式实施。
根据实施方式对本发明进行了记述。然而，本发明并不限定于所述实施方式和结构。本发明也包括各种各样的变形例、等同范围内的变形。此外，各种各样的组合、方式、进一步包括有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。
1.一种蓄电系统，包括：
多个蓄电模块(bt1、bt2)，所述多个蓄电模块(bt1、bt2)分别包括一个以上的蓄电单元，并能够连接到充电器(10、20)和负载(80)中的至少一方；
串并联切换器(ry1-ry9)，所述串并联切换器(ry1-ry9)能够将多个所述蓄电模块的连接状态切换为串联和并联；以及
控制电路(45)，所述控制电路(45)对供所述蓄电模块连接的所述充电器和所述负载中的至少一方、以及所述串并联切换器进行控制，
所述控制电路在将多个所述蓄电模块切换为并联之前，实施电压均衡化处理，使得多个所述蓄电模块之间的电位差在规定的阈值以下，之后，将所述串并联切换器切换为并联，在所述电压均衡化处理中，在一个以上的所述蓄电模块与所述充电器或所述负载中的至少一方之间进行充放电。
2.如权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于，
还包括监视所述蓄电模块的电压的模块电压监视部(43)，
所述控制电路基于所述模块电压监视部检测出的电压检测值，来控制所述蓄电模块与所述充电器或所述负载之间的充放电。
3.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，
所述控制电路在将多个所述蓄电模块切换为并联之前，通过从电压相对高的所述蓄电模块向所述负载放电，来实施所述电压均衡化处理，之后，将所述串并联切换器切换为并联。
4.如权利要求3所述的蓄电系统，其特征在于，
将多个所述蓄电模块切换为并联后，所述控制电路使所述负载继续运转。
5.如权利要求3或4所述的蓄电系统，其特征在于，
所述蓄电系统是装设在以电动机为动力源的车辆上的蓄电系统，
所述负载是所述电动机(82)、以及将直流电力转换为交流电力并供给到所述电动机的逆变器(81)。
6.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，
所述控制电路在将所述蓄电模块切换为并联之前，通过从所述充电器向电压相对低的所述蓄电模块充电，来实施所述电压均衡化处理，之后，将所述串并联切换器切换为并联。
7.如权利要求6所述的蓄电系统，其特征在于，
将多个所述蓄电模块切换为并联后，所述控制电路停止所述充电器的动作。
8.如权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，
所述控制电路在将所述蓄电模块切换为并联之前，通过从电压相对高的所述蓄电模块向所述负载的放电、以及从所述充电器向电压相对低的所述蓄电模块充电的组合，来实施所述电压均衡化处理，之后，将所述串并联切换器切换为并联。
9.如权利要求8所述的蓄电系统，其特征在于，
将多个所述蓄电模块切换为并联后，所述控制电路使所述负载继续运转，并使所述充电器动作，以补充在所述负载中消耗的所述蓄电模块的电力。
10.如权利要求9所述的蓄电系统，其特征在于，
所述蓄电系统是装设在车辆上的蓄电系统，所述负载是进行车室的制冷制热的空调(83)，
所述充电器是能够向所述蓄电模块充电直流电力的外部充电器(10)。
11.如权利要求3、4、5、8、9、10中任一项所述的蓄电系统，其特征在于，
在进行从所述蓄电模块向所述负载的放电的情况下，所述负载的电力消耗量越大，所述控制电路越使来自所述蓄电模块的放电量增加，从而缩短所述电压均衡化处理的时间。
12.如权利要求1至11中任一项所述的蓄电系统，其特征在于，
还包括检测所述蓄电模块的异常的异常检测部(43、44)，
在由所述异常检测部检测出所述蓄电模块的异常时，
所述控制电路切断检测出异常的所述蓄电模块与负载或充电器的连接。
技术总结