Заряд аккумуляторной батареи - устройство и способ управления зарядом модуля аккумуляторной батареи
Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Зарядное устройство (2) батареи, оборудованное преобразователем переменного тока в постоянный ток, заряжает модуль (1) аккумуляторной батареи, составленный из множества единичных элементов (10). Каждый из единичных элементов (10) параллельно соединен со схемой (33) стабилизированного напряжения, составленный из стабилитрона (332) и резистора (331), включенных последовательно, и единичный элемент (10), достигший состояния полного заряда, детектируют на основании разности между потенциалами на двух сторонах резистора (331). По мере того, как контроллер (3) батареи понижает мощность зарядки, используемую зарядным устройством (2) батареи, в ответ на достигнутое состояние полного заряда, обеспечивается то, что модуль (1) аккумуляторной батареи заряжают полностью, предотвращая перезаряд отдельных единичных элементов (10). 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Изобретение относится к управлению зарядом, с помощью которого можно заряжать модуль аккумуляторной батареи.
Предшествующий уровень техники
В JP 2008-199828A, опубликованном японским патентным ведомством в 2008 г., раскрыта схема управления зарядом, которая выполняет управление зарядом, с помощью которого заряжают модуль аккумуляторной батареи, составленный из множества единичных элементов, пакетированных друг на друга. Схема управления зарядом детектирует напряжения на единичных элементах, сравнивает напряжение в модуле аккумуляторной батареи с заданным значением напряжения, на основании напряжения на единичных элементах, и управляет током на выходе зарядного устройства батареи на основании результатов сравнения.
Краткое изложение существа изобретения
Однако напряжение на единичном элементе имеет тенденцию к возникновению пульсаций и, таким образом, напряжение, детектируемое на единичном элементе в некоторый момент времени выборки напряжения, может быть нестабильным, и в этом случае точное напряжение на модуле аккумуляторной батареи не может надежно детектироваться. Пока уровень заряда, до которого был заряжен модуль аккумуляторной батареи, не будет точно установлен, операция заряда может быть остановлена прежде, чем модуль аккумуляторной батареи будет полностью заряжен.
Таким образом, задача данного изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство управления зарядом модуля аккумуляторной батареи, выполненное с возможностью заряда модуля аккумуляторной батареи, пока он не достигнет уровня полного заряда при эффективном предотвращении избыточного заряда в отдельных единичных элементах.
Для решения указанной выше задачи в данном изобретении предусмотрено устройство управления зарядом, предназначенное для управления мощностью заряда зарядного устройства батареи, которое заряжает модуль аккумуляторной батареи постоянным током, подаваемым от преобразователя переменного тока в постоянный ток. Модуль аккумуляторной батареи содержит множество единичных элементов или множество групп элементов, каждая из которых состоит из множества единичных элементов.
Устройство содержит схему стабилизированного напряжения, которая подключена к обоим концам каждого единичного элемента или к каждой группе элементов и составлена из стабилитрона и резистора, включенных последовательно, схему определения, которая выполняет определение, находится ли единичный элемент или группа элементов в состоянии полного заряда, на основании разности потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора, и программируемый контроллер, запрограммированный с возможностью управления мощностью заряда, на основании состояния полного заряда.
Данное изобретение также направлено на способ управления зарядом, содержащий этапы, на которых подключают схему стабилизированного напряжения, составленную из стабилитрона и резистора, подключенных последовательно к обоим концам каждого единичного элемента или каждой группы элементов, выполняют определение, находятся ли единичный элемент или группа элементов в состоянии полного заряда, на основании разности потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора, и управляют мощностью заряда на основании состояния полного заряда.
Подробности, а также другие особенности и преимущества данного изобретения представлены в описании и показаны на прилагаемых чертежах.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает электронную принципиальную схему, иллюстрирующую взаимосвязь устройства управления зарядом в соответствии с данным изобретением с модулем аккумуляторной батареи и зарядным устройством батареи;
фиг.2A и 2B изображают временные диаграммы, иллюстрирующие взаимосвязь между изменением мощности заряда, подаваемой от зарядного устройства батареи в модуль аккумуляторной батареи, и изменением, происходящим с напряжением на единичном элементе в модуле аккумуляторной батареи;
фиг.3A-3C изображают временные диаграммы, иллюстрирующие изменение мощности заряда, используемой для заряда модуля аккумуляторной батареи, и изменения, происходящие с напряжением на других единичных элементах;
фиг.4A и 4B изображают временные диаграммы, иллюстрирующие форму колебаний импульсного сигнала на выходе операционного усилителя в устройстве управления зарядом;
фиг.5 изображает блок-схему последовательности операций процедуры управления зарядом модуля аккумуляторной батареи, выполняемой контроллером батареи в соответствии с данным изобретением.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг.1 показано устройство 3 управления зарядом, которое управляет зарядом модуля 1 аккумуляторной батареи при отслеживании количества заряда, означающего степень, в которой заряжен модуль аккумуляторной батареи, используемый как источник питания для движения электрического транспортного средства, и путем управления мощностью заряда, выдаваемой из зарядного устройства 2 батареи, которое заряжает модуль 1 аккумуляторной батареи на основании количества заряда.
Модуль 1 аккумуляторной батареи включает в себя n единичных элементов 10, включенных последовательно. n представляет любое целое положительное число. Каждый единичный элемент 10 представляет собой литий-ионную батарею. Однако единичные элементы могут быть составлены из гидридно-никелевых батарей или батарей свинцовых аккумуляторов, вместо литий-ионных батарей.
Зарядное устройство 2 батареи включает в себя преобразователь переменного тока в постоянный ток. Преобразователь переменного тока в постоянный ток преобразует переменный ток в постоянный ток и подает постоянный ток в модуль 1 аккумуляторной батареи. Источник переменного тока может представлять собой, например, электрическую розетку в жилом помещении.
Устройство 3 управления зарядом включает в себя схему 33 стабилизированного напряжения, подключенную параллельно к единичному элементу 10, и схему 30 определения, причем обе установлены в соответствии с каждым единичным элементом 10. Схема 33 стабилизированного напряжения состоит из резистора 331 и стабилитрона 332, включенных последовательно. Схема 30 определения состоит из операционного усилителя 34, интегрирующей схемы 35 и интегральной схемы 31 управления элементом (ниже называемой CCIC (ИСУЭ)).
Операционный усилитель 34, подключенный к двум концам резистора 331, выводит импульсный сигнал, соответствующий разности потенциалов между потенциалами на двух концах резистора 331. Другими словами, когда электрический ток протекает через схему 33 стабилизированного напряжения, операционный усилитель 34 выводит импульсный сигнал. Интегрирующая схема 35 состоит из резистора и конденсатора и выводит результаты, полученные при интегрировании импульсного сигнала, в CCIC 31.
По мере заряда и увеличения напряжения между выводами единичного элемента 10, которое становится больше, чем напряжение пробоя стабилитрона 332, электрический ток протекает через схему 33 стабилизированного напряжения, которая включает в себя стабилитрон 332, и возникает разность между потенциалами на двух сторонах резистора 331, подключенного последовательно со стабилитроном 332. В следующем описании напряжение пробоя стабилитрона 332 называется напряжением стабилитрона.
Напряжение стабилитрона на стабилитроне 332 может быть установлено заранее на уровне, по существу, равном напряжению полного заряда единичного элемента 10, чтобы обеспечить возможность детектирования достижения единичным элементом 10 его напряжения полного заряда при детектировании тока, протекающего через схему 33 стабилизированного напряжения, как разность потенциалов между двумя сторонами резистора 331. Следует отметить, что состояние напряжения полного заряда, детектируемое на единичном элементе 10, как описано выше, может быть мгновенным состоянием, относящимся к пульсации напряжения в преобразователе переменного тока в постоянный ток.
Схема 30 определения выполняет следующую обработку, чтобы детектировать состояние полного заряда в единичном элементе 10 при устранении влияния пульсации напряжения.
Операционный усилитель 34 выводит импульсный сигнал при детектировании разности между потенциалами на двух сторонах резистора 331. Выходной импульсный сигнал операционного усилителя 34 подают в CCIC 31 через интегрирующую схему 35. На основании сигнала, подаваемого из соответствующей интегрирующей схемы 35, каждая CCIC 31 вычисляет коэффициент заполнения импульсного сигнала, и как только коэффициент заполнения превысит заданное отношение, определяет, что единичный элемент 10 вошел в состояние полного заряда. В этом примере заданное отношение установлено как 50%.
Каждая CCIC 31 выполняет определение, достиг ли целевой единичный элемент 10 состояния полного заряда, и каждая CCIC выводит сигнал полного заряда, если определение будет утвердительным.
На основании сигналов полного заряда, выводимых из CCIC 31, контроллер 32 батареи управляет мощностью заряда, выводимой из зарядного устройства 2 батареи для заряда модуля 1 аккумуляторной батареи.
Контроллер 32 батареи состоит из микрокомпьютера, который включает в себя центральное процессорное устройство (CPU, ЦПУ), постоянное запоминающее устройство (ROM, ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (RAM, ОЗУ) и интерфейс ввода-вывода (интерфейс I/O). Контроллер 32 батареи также может быть составлен из множества микрокомпьютеров.
Мощность, выводимая из преобразователя переменного тока в постоянный ток, обычно включает в себя пульсирующую составляющую. Поэтому напряжение на клеммах модуля 1 аккумуляторной батареи заряжаемой мощностью зарядки, выводимой из преобразователя переменного тока в постоянный ток зарядного устройства 2 батареи, также пульсирует. Поскольку напряжение на модуле 1 аккумуляторной батареи детектируют по определенным циклам выборки, пульсация напряжений на клеммах приводит к колебаниям значения напряжения в каждый момент времени детектирования и, таким образом, точное детектирование напряжения не может быть легко обеспечено.
Пульсация напряжения представляет собой явление, присущее преобразователю переменного тока в постоянный ток, и, соответственно, пульсация напряжения может быть подавлена при подключении преобразователя DC/DC (преобразователя постоянного тока), который выполняет DC-DC преобразование напряжения, к преобразователю переменного тока в постоянный ток. Однако добавление такого DC/DC преобразователя со сложной схемой связано с увеличением размера зарядного устройства 2 батареи. Увеличение размера зарядного устройства 2 батареи, в частности, является нежелательным в условиях применения, в которых модуль 1 аккумуляторной батареи и зарядное устройство 2 батареи должны быть установлены в ограниченном пространстве установки, например, в транспортном средстве.
В устройстве 3 управления зарядом, в соответствии с данным изобретением, стабилитрон 332 подключен между выводами каждого единичного элемента 10, и импульсный сигнал генерируется на основании разности потенциалов, возникающей между двумя сторонами резистора 331, включенного последовательно со стабилитроном 332, чтобы детектировать состояние полного заряда в конкретном единичном элементе 10 на основе временного коэффициента заполнения импульсного сигнала, детектируемого в соответствии с интегрированным значением импульсного сигнала. В результате, количество заряда может быть детектировано с высоким уровнем точности, без влияния пульсаций напряжения заряда, относящихся к преобразователю переменного тока в постоянный ток. Дополнительно, при управлении выходной мощностью зарядного устройства 2 батареи на основе результатов детектирования модуль 1 аккумуляторной батареи можно надежно заряжать до достижения полного заряда.
Со ссылкой на фиг.2A и 2B описывается управление зарядом, в соответствии с которым заряжают данный единичный элемент 10.
Предполагается, что заряд модуля 1 аккумуляторной батареи, который в настоящее время находится на чрезвычайно низком уровне, начинается при подключении зарядного устройства 2 батареи к источнику переменного напряжения. Как обозначено на фиг.2A, мощность преобразователя переменного тока в постоянный ток в зарядном устройстве 2 батареи, выводимая в модуль 1 аккумуляторной батареи, включает в себя пульсирующую составляющую. В результате напряжение на модуле 1 аккумуляторной батареи также пульсирует по мере того, как оно повышается, как представлено на фиг.2B.
В каждом единичном элементе 10, как только напряжение между выводами схемы 33 стабилизированного напряжения становится более высоким, чем напряжение полного заряда единичного элемента 10, электрический ток протекает через схему 33 стабилизированного напряжения, таким образом, создавая разность между потенциалами на двух сторонах резистора 331. Промежуток времени, в течение которого такая разность потенциалов существует на резисторе 331, эквивалентен промежутку времени, в течение которого электрический ток протекает через стабилитрон 332. Значение сопротивления резистора 331 устанавливают заранее при учете напряжения полного заряда единичного элемента 10 и напряжения стабилитрона 332. Напряжение полного заряда для единичного элемента 10 устанавливают на достаточно низком значении напряжения, обеспечивая некоторый запас до критического напряжения, при котором единичный элемент 10 будет перезаряжен.
После того, как напряжение на единичном элементе 10 повысится до уровня, превышающего напряжение полного заряда, операционный усилитель 34 выводит импульсный сигнал, соответствующий длительности времени, в течение которой на резисторе 331 возникает разность потенциалов. Поскольку напряжение на единичном элементе пульсирует по мере его повышения, как обозначено на фиг.2B, промежуток времени, в течение которого электрический ток протекает через стабилитрон 332, постепенно увеличивается. В соответствии с этим коэффициент заполнения по времени выходного импульсного сигнала операционного усилителя 34 также постепенно увеличивается.
Импульсный сигнал подают в CCIC 31, составляющую пару с конкретным операционным усилителем 34, через интегрирующую схему 35. CCIC 31 детектирует коэффициент заполнения импульсного сигнала для выходного сигнала интегрирующей схемы 35, и как только коэффициент заполнения превысит заданное отношение, то есть 50%, определяют, что напряжение в соответствующем единичном элементе 10 достигло уровня, эквивалентного напряжению полного заряда, и выводят сигнал полного заряда в контроллер 32 батареи. После получения сигнала полного заряда из любой CCIC 31 контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки, используемый для снижения мощности зарядки зарядным устройством 2 батареи.
Таким образом, если коэффициент заполнения импульсного сигнала, соответствующий любому из множества единичных элементов 10, составляющих модуль 1 аккумуляторной батареи, превышает 50%, контроллер 32 батареи передает сигнал снижения мощности зарядки в зарядное устройство 2 батареи, чтобы понизить мощность зарядки.
После получения сигнала снижения мощности зарядки зарядное устройство 2 батареи постепенно понижает мощность зарядки, как обозначено на фиг.2A. Этап, на котором мощность зарядки самая высокая, называется уровнем 1 в описании. Мощность зарядки последовательно понижают до уровня 2, уровня 3 и затем уровня 4. Однако количество этапов, на которых регулируют мощность зарядки, необязательно должно быть четыре, и может быть установлено любое их количество, равное двум или больше.
Путем поэтапного понижения выходной мощности зарядки, выводимой из зарядного устройства 2 батареи, как описано выше, амплитуда пульсирующей составляющей в энергии заряда может поддерживаться низкой. Однако вместо поэтапного понижения мощности зарядки она может уменьшаться непрерывно. Следует отметить, что при выводе сигнала снижения мощности зарядки, каждой CCIC 31 одновременно, путем внутренней обработки выполняют сброс в ноль интегрального сигнала, выводимого из соответствующей интегрирующей схемы 35.
По мере того как мощность зарядки понижается до уровня 2, напряжение заряда на модуле 1 аккумуляторной батареи также временно понижается, но напряжение заряда затем начинает повышаться снова, как обозначено на фиг.2B. В этой ситуации единичный элемент 10 уже заряжен до энергии заряда на уровне 1 и, таким образом, заряд продолжается на уровне 2 с электрическим потенциалом выше, чем на уровне 1.
На уровне 2 также, каждый раз, когда напряжение на единичном элементе 10 достигает уровня, эквивалентного напряжению полного заряда, электрический ток протекает через соответствующую схему 33 стабилизированного напряжения, вызывая передачу операционным усилителем 34 импульсного сигнала. Когда коэффициент заполнения выходного импульсного сигнала операционного усилителя 34, подаваемого через интегрирующую схему 35, превышает 50%, CCIC 31 передает сигнал полного заряда, относящийся к соответствующему единичному элементу 10, в контроллер 32 батареи. После приема сигнала полного заряда от любой CCIC 31 контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки, используемый для понижения мощности зарядки, в зарядное устройство 2 батареи. В ответ на сигнал снижения мощности зарядки зарядное устройство 2 батареи снижает мощность зарядки до уровня 3.
Поскольку мощность зарядки понижается до уровня 3, напряжение заряда на модуле 1 аккумуляторной батареи также временно понижается, но напряжение заряда затем снова начинает повышаться, как обозначено на фиг.2B. В этой ситуации единичный элемент 10, уже заряжен до энергии заряда в диапазоне уровней 1-2, и, таким образом, зарядка продолжается на уровне 3 с электрическим потенциалом выше, чем на уровне 2.
На уровне 3 также, каждый раз, когда напряжение на единичном элементе 10 достигает уровня, эквивалентного напряжению полного заряда, электрический ток, протекающий через соответствующую схему 33 стабилизированного напряжения, вызывает передачу операционным усилителем 34 импульсного сигнала. Когда коэффициент заполнения выходного импульсного сигнала операционного усилителя 34, подаваемого через интегрирующую схему 35, превышает 50%, CCIC 31 передает сигнал полного заряда, относящийся к соответствующему единичному элементу 10, в контроллер 32 батареи. После приема сигнала полного заряда от любой CCIC 31, контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки, используемый для понижения мощности зарядки, в зарядное устройство 2 батареи. В ответ на сигнал снижения мощности зарядки зарядное устройство 2 батареи снижает мощность зарядки до уровня 4.
Поскольку мощность зарядки понижается до уровня 4, напряжение заряда на модуле 1 аккумуляторной батареи также временно понижается, но напряжение заряда затем снова начинает повышаться, как обозначено на фиг.2B. В этой ситуации единичный элемент 10 уже заряжен до энергии заряда в диапазоне уровней 1-3, и, таким образом, заряд продолжается на уровне 4 с электрическим потенциалом выше, чем на уровне 3.
На уровне 4 также, каждый раз, когда напряжение на единичном элементе 10 достигает уровня, эквивалентного напряжению полного заряда, электрический ток, протекающий через соответствующую схему 33 стабилизированного напряжения, вызывает передачу операционным усилителем 34 импульсного сигнала. Когда коэффициент заполнения выходного импульсного сигнала операционного усилителя 34, подаваемого через интегрирующую схему 35, превышает 50%, CCIC 31 передает сигнал полного заряда, относящийся к соответствующему единичному элементу 10, в контроллер 32 батареи.
На уровне 4 контроллер 32 батареи продолжает заряжать модуль 1 аккумуляторной батареи до энергии на уровне 4 даже после того, как поступит сигнал полного заряда от CCIC 31. Затем, как только сигналы полного заряда из всех CCIC 31 поступят в него, контроллер 32 батареи определяет, что заряд модуля 1 аккумуляторной батареи был закончен и выводит сигнал остановки заряда в зарядное устройство 2 батареи.
Как показано на фиг.3A-3C, напряжение на множестве единичных элементов 10, составляющих модуль 1 аккумуляторной батареи, повышается при изменении скорости во время заряда модуля 1 аккумуляторной батареи, поскольку уровни рабочих характеристик единичных элементов 10, например, могут быть не одинаковыми.
Поскольку выходную мощность зарядки зарядного устройства 2 батареи для заряда модуля 1 аккумуляторной батареи регулируют на четырех этапах, как обозначено на фиг.2A, под управлением, описанным выше, напряжение на единичном элементе 10 с быстрой зарядкой достигает состояния полного заряда на ранней фазе уровня 4, как обозначено на фиг.3B, но напряжение на единичном элементе 10 с медленной зарядкой не достигает состояния полного заряда даже далеко на уровне 4, как обозначено на фиг.3A. Термин "состояние полного заряда" в этом контексте эквивалентен временному коэффициенту заполнения импульсного сигнала, превышающему 50%.
После вывода сигнала полного заряда в соответствии с любым единичным элементом 10 контроллер 32 батареи в устройстве 3 управления зарядом в варианте осуществления понижает мощность зарядки, подаваемую из зарядного устройства 2 батареи. В результате, модуль 1 аккумуляторной батареи можно эффективно заряжать при минимизации каких-либо потерь мощности зарядки, подаваемой из зарядного устройства 2 батареи. Дополнительно, пока сигналы полного заряда не будут выведены в соответствии со всеми единичными элементами 10, контроллер 32 батареи выдерживает уровень мощности зарядки от зарядного устройства 2 батареи на самом низком уровне, то есть на уровне 4. Это означает, что состояние полного заряда может быть надежно достигнуто для единичного элемента 10 с медленной зарядкой, как обозначено на фиг.3A, позволяя надежно заряжать модуль 1 аккумуляторной батареи, пока он не достигнет состояния полного заряда.
Когда коэффициент заполнения в единичном элементе 10 с медленной зарядкой достигнет 50%, что означает состояние полного заряда, как показано на фиг.4A, коэффициент заполнения в единичном элементе 10 с быстрой зарядкой, возможно, уже достиг 100%, как показано на фиг.4B. Однако, поскольку электрический ток протекает через схему 33 стабилизированного напряжения, и мощность расходуется на выделение тепла на резисторе 331 в единичном элементе 10 с быстрой зарядкой, риск перезаряда единичного элемента 10 с быстрой зарядкой отсутствует.
Далее, со ссылкой на фиг.5, поясняется процедура управления зарядом, выполняемая контроллером 32 батареи для обеспечения управления зарядом, описанного выше. Выполнение этой процедуры начинается одновременно с началом заряда модуля 1 аккумуляторной батареи. Следует отметить, что определение, следует ли начать заряд модуля 1 аккумуляторной батареи, выполняют в отдельной процедуре.
На этапе S11 контроллер 32 батареи выводит сигнал начала заряда, сигнализирующий запуск заряда на уровне 1 модуля 1 аккумуляторной батареи, в зарядное устройство 2 батареи.
На этапе S12 контроллер 32 батареи определяет, был ли сигнал полного заряда подан из CCIC 31, работающей совместно с каким-нибудь единичным элементом 10. Как пояснялось выше, CCIC 31 выводит сигнал полного заряда, когда коэффициент заполнения импульсного сигнала, обозначающего электрический ток, протекающий через стабилитрон 332, превышает заданное отношение 50%.
Если результат определения на этапе S12 отрицателен, контроллер 32 батареи поддерживает состояние заряда на уровне 1, на котором модуль 1 аккумуляторной батареи заряжают до уровня 1.
Как только результат определения, выполняемого на этапе S12, становится утвердительным, контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки в зарядное устройство 2 батареи на этапе S13. После приема поступившего в него сигнала снижения мощности зарядки зарядное устройство 2 батареи понижает мощность зарядки от уровня 1 до уровня 2.
После обработки на этапе S13 контроллер 32 батареи определяет на этапе S14, была ли понижена мощность зарядки до уровня 4. Если определяют, что мощность зарядки не была понижена до уровня 4, контроллер 32 батареи повторяет обработку на этапах S12-S14. Таким образом, заряд непрерывно выполняется с мощностью зарядки на уровне 2.
Следовательно, в ответ на поступление в него другого сигнала полного заряда из CCIC 31, работающей совместно с любым из единичных элементов 10, контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки в зарядное устройство 2 батареи на этапе S13. После приема сигнала снижения мощности зарядки, поступившего в него, зарядное устройство 2 батареи понижает мощность зарядки от уровня 2 до уровня 3.
Затем, контроллер 32 батареи многократно выполняет обработку на этапах S12-S14 при поддержке уровня 3 для непрерывного заряда с мощностью зарядки на уровне 3.
После этого, в ответ на поступивший в него другой сигнал полного заряда из CCIC 31, работающей совместно с любым из единичных элементов 10, контроллер 32 батареи выводит сигнал снижения мощности зарядки в зарядное устройство 2 батареи на этапе S13. После приема сигнала снижения мощности зарядки, поступившего в него, зарядное устройство 2 батареи понижает мощность зарядки от уровня 3 до уровня 4.
Как только уровень мощности зарядки опустится до уровня 4, определение на этапе S14 становится утвердительным вместо отрицательного. Когда результаты определения на этапе S14 становятся утвердительными, контроллер 32 батареи выполняет определение на этапе S15, были ли введены сигналы полного заряда в соответствии со всеми единичными элементами 10.
Отрицательное решение принимается на этапе S15 немедленно после того, как результат определения, выполненного на этапе S14, станет утвердительным. Пока определение не станет утвердительным на этапе S15, контроллер 32 батареи продолжает заряжать модуль 1 аккумуляторной батареи до энергии заряда на уровне 4.
После непрерывного заряда модуля 1 аккумуляторной батареи на уровне 4 мощности зарядки, в результате чего сигналы полного заряда, в конечном итоге, будут поданы от всех единичных элементов 10, контроллер 32 батареи выводит сигнал остановки заряда в зарядное устройство 2 батареи на этапе S16, чтобы закончить заряд модуля 1 аккумуляторной батареи. После выполнения обработки на этапе S16 контроллер 32 батареи заканчивает процедуру.
Как описано выше, устройство 3 управления зарядом включает в себя схему 33 стабилизированного напряжения, которая состоит из стабилитрона 332 и резистора 331, подключенных последовательно, и подключена параллельно к каждому единичному элементу 10. Таким образом, когда напряжение между выводами становится более высоким, чем напряжение пробоя стабилитрона 332, электрический ток протекает через схему 33 стабилизированного напряжения, которая включает в себя стабилитрон 332, таким образом, создавая разность потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора 331, включенного последовательно со стабилитроном 332.
Поскольку CCIC 31 выполняет определение, находится ли единичный элемент 10 в состоянии полного заряда, на основании коэффициента заполнения импульсного сигнала, соответствующей разности потенциалов, окончание заряда конкретного единичного элемента 10 может быть детектировано точно и в оптимальный момент времени. Дополнительно, поскольку любая избыточная мощность, которая может быть подана в единичный элемент 10, расходуется, поскольку резистор 331 генерирует тепло, в соответствии с разностью потенциалов, перезаряда единичного элемента 10 не происходит.
Контроллер 32 батареи постепенно понижает мощность зарядки, используемую для заряда модуля 1 аккумуляторной батареи на основе сигналов полного заряда, каждый из которых указывает, что данный единичный элемент 10 полностью заряжен, и, таким образом, единичные элементы 10, составляющие модуль 1 аккумуляторной батареи, могут быть заряжены с высокой эффективностью. Дополнительно, поскольку модуль 1 аккумуляторной батареи непрерывно заряжают с малой мощностью на уровне 4, пока все единичные элементы 10 не станут полностью заряженными, все единичные элементы 10 можно полностью зарядить.
Как описано выше, устройство 3 управления зарядом позволяет обеспечить, даже когда мощность зарядки пульсирует, надежный заряд модуля 1 аккумуляторной батареи, пока не будет достигнуто состояния полного заряда при предотвращении избыточного электрического заряда отдельных единичных элементов 10.
Дополнительно, поскольку зарядное устройство 2 батареи, используемое вместе с устройством 3 управления зарядом, не требует DC/DC преобразователя для гашения пульсаций мощности зарядки, зарядное устройство может быть выполнено как компактный и недорогой модуль.
В то время как заряд модуля 1 аккумуляторной батареи заканчивается на этапе S16 после определения на этапе S15, что все единичные элементы 10 полностью заряжены в ходе выполнения процедуры управления зарядом, показанной на фиг.5, в качестве альтернативы, заряд модуля 1 аккумуляторной батареи может быть закончен после его полного заряда в течение заданного промежутка времени. В ходе такой альтернативной обработки может быть обеспечена еще большая надежность зарядки до уровня полного заряда модуля 1 аккумуляторной батареи.
В качестве дополнительной альтернативы заряд модуля 1 аккумуляторной батареи может быть закончен после истечения заданного промежутка времени после определения на этапе S15, что один из единичных элементов 10 полностью заряжен. В этом случае, если напряжение на некоторых единичных элементах не может повышаться из-за неисправности, заряд прекращают, не заряжая модуль 1 аккумуляторной батареи в дополнительный период времени, чтобы предотвратить любое отрицательное воздействие на другие нормально функционирующие единичные элементы 10.
В варианте осуществления, описанном выше, как определение на этапе S12, так и определение на этапе S15 выполняют, чтобы определить, полностью ли зарядились отдельные единичные элементы 10 при сравнении коэффициента заполнения по времени импульсного сигнала с тем же заданным отношением 50%.
Однако также желательно установить опорное значение коэффициента заполнения, используемое при определении на этапе S12, как инициатор для понижения уровня мощности зарядки до более низкого значения, чем значение, которое было выбрано для опорного временного коэффициента заполнения на этапе S15, как инициатор для ограничителя заряда, в частности, поскольку такие установки сводят к минимуму уровень потребления энергии, требуемый для заряда модуля 1 аккумуляторной батареи.
Дополнительно опорное значение, выбранное для заданного отношения, для сравнения с коэффициентом заполнения по времени, можно регулировать в соответствии с уровнем мощности зарядки. Например, заданное отношение может быть установлено как 30% при заряде модуля аккумуляторной батареи с уровнем 1 мощности зарядки, заданное отношение может быть установлено как 40% при заряде модуля аккумуляторной батареи с уровнем 2 мощности зарядки, и заданное отношение может быть установлено как 50% при заряде модуля аккумуляторной батареи с уровнем 3 мощности зарядки.
Поскольку амплитуда пульсирующей составляющей, включенной в мощность зарядки на верхнем уровне, больше, максимальное значение напряжения между выводами каждого единичного элемента имеет тенденцию мгновенно достигать напряжения полного заряда, и, таким образом, электрический ток имеет тенденцию протекать через схему 33 стабилизированного напряжения непосредственно на более высоком уровне мощности зарядки. Другими словами, на более высоком уровне мощности зарядки резистор 331 имеет тенденцию генерировать больше тепла, что приводит к большим потерям энергии. Величина таких потерь энергии может быть уменьшена при выборе большего значения для заданного отношения на нижнем уровне мощности зарядки.
Содержание публикаций Tokugan 2009-140978, с датой подачи 12 июня 2009 г. в Японии, и Tokugan 2010-124987, с датой подачи 31 мая 2010 г. в Японии, включено настоящим посредством ссылки.
Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на некоторые варианты осуществления, изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше. Модификации и изменения вариантов осуществления, описанных выше, будут понятны для специалистов в данной области техники в пределах объема формулы изобретения.
Например, в то время как схема 33 стабилизированного напряжения предусмотрена для каждого единичного элемента 10 в варианте осуществления, описанном выше, устройство управления может включать в себя схему 33 стабилизированного напряжения, установленную в соответствии с каждой группой элементов, составленной из множества единичных элементов 10, и может принимать решение относительно того, достигла ли конкретная группа элементов состояния полного заряда, не выходя за пределы технической области настоящего изобретения.
Контроллер 32 батареи в варианте осуществления, описанном выше, ступенчато понижает отдаваемую мощность зарядки зарядного устройства 2 батареи в диапазоне от уровня 1 до уровня 4 каждый раз, когда один из единичных элементов 10 достигает состояния полного заряда. Однако заряд с помощью зарядного устройства 2 батареи может быть остановлен, как только любой единичный элемент 10 достигнет состояния полного заряда, не выходя за пределы технической области настоящего изобретения.
Варианты осуществления данного изобретения, в котором заявлены исключительное свойство или привилегия, определены следующей формулой изобретения.
1. Устройство управления зарядом для управления мощностью заряда посредством зарядного устройства батареи, которое заряжает модуль аккумуляторной батареи постоянным током, подаваемым от преобразователя переменного тока в постоянный ток, причем модуль аккумуляторной батареи содержит множество единичных элементов или множество групп элементов, каждая из которых состоит из множества единичных элементов, содержащее: схему стабилизированного напряжения, которая подключена к обоим концам каждого единичного элемента или к каждой группе элементов и составлена из стабилитрона и резистора, включенных последовательно; схему определения, которая выполняет определение, находится ли единичный элемент или группа элементов в состоянии полного заряда, на основе сравнения времени, в течение которого разность потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора превышает предопределенное значение, с предопределенным временем; и программируемый контроллер, запрограммированный с возможностью управления мощностью заряда на основании состояния полного заряда.
2. Устройство управления зарядом по п.1, в котором схема определения содержит операционный усилитель, который генерирует импульсный сигнал в соответствии с разностью потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора, интегрирующую схему, которая интегрирует импульсный сигнал и выводит интегральный сигнал, и интегральную схему управления элементом, которая вычисляет коэффициент заполнения импульсного сигнала на основании интегрального сигнала, и определяет, что единичный элемент или группа элементов находится в состоянии полного заряда, когда коэффициент заполнения превышает заданное отношение.
3. Устройство управления зарядом по п.2, в котором заданное отношение установлено равным временному коэффициенту заполнения 50%.
4. Устройство управления зарядом по любому из пп.1-3, в котором схема стабилизированного напряжения и схема определения расположены в соответствии с каждым единичным элементом или каждой группой элементов, и программируемый контроллер дополнительно запрограммирован так, чтобы уменьшить мощность зарядки, которую выводит зарядное устройство батареи для заряда модуля аккумуляторной батареи, после того, как какой-либо единичный элемент или группа элементов входит в состояние полного заряда.
5. Устройство управления зарядом по п.4, в котором схема стабилизированного напряжения и схема определения расположены в соответствии с каждым единичным элементом или каждой группой элементов, и программируемый контроллер дополнительно запрограммирован так, чтобы уменьшить мощность зарядки, которую выводит зарядное устройство батареи для заряда модуля аккумуляторной батареи, после того, как какой-либо единичный элемент или группа элементов входит в состояние полного заряда.
6. Устройство управления зарядом по п.4, в котором схема стабилизированного напряжения и схема определения расположены в соответствии с каждым единичным элементом или каждой группой элементов, и программируемый контроллер дополнительно запрограммирован так, чтобы поддерживать заряд модуля аккумуляторной батареи зарядным устройством батареи, пока все единичные элементы или группы элементов не достигнут состояния полного заряда.
7. Устройство управления зарядом по п.6, в котором программируемый контроллер дополнительно запрограммирован так, чтобы поддерживать заряд модуля аккумуляторной батареи зарядным устройством батареи, пока не истечет заданный отрезок времени, после того, как все единичные элементы или группы элементов войдут в состояние полного заряда.
8. Устройство управления зарядом по п.4, в котором программируемый контроллер дополнительно запрограммирован так, чтобы обеспечить прекращение заряда модуля аккумуляторной батареи зарядным устройством батареи, как только истечет заданный отрезок времени после того, как какой-либо единичный элемент или группа элементов войдут в состояние полного заряда.
9. Способ управления зарядом для управления мощностью заряда с помощью зарядного устройства батареи, которое заряжает модуль аккумуляторной батареи постоянным током, подаваемым из преобразователя переменного тока в постоянный ток, причем модуль аккумуляторной батареи, содержащий множество единичных элементов или множество групп элементов, каждая из которых состоит из множества единичных элементов, содержащий этапы, на которых: подключают схему стабилизированного напряжения, составленную из стабилитрона и резистора, подключенных последовательно к обоим концам каждого единичного элемента или каждой группы элементов, выполняют определение, находится ли единичный элемент или группа элементов в состоянии полного заряда, на основании сравнения времени, в течение которого разность потенциалов между потенциалами на двух сторонах резистора превышает предопределенное значение, с предопределенным временем; и управляют мощностью заряда на основании состояния полного заряда.
