CN102884438A - 用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法 - Google Patents

用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了电池胞平衡电路的异常诊断设备和方法。根据本发明，一种电池胞平衡电路的异常诊断设备包括：多个电池胞平衡电路，分别连接到每个电池胞以平衡包括在电池组中的多个电池胞的电压；诊断电阻器，分别安装在对应于电池胞平衡电路的电池胞的正极端子和负极端子之间；电压测量单元，用于测量对应于每个电池胞的电池胞平衡电路的电压差；和控制单元，用于接通或断开待诊断的电池胞平衡电路，并用于根据由电压测量单元测量的相邻的电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定待诊断的电池胞平衡电路是否异常。

Description

用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年3月5日提交于韩国的韩国专利申请No.10-2010-0019924的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法，并且特别涉及用于通过确定包括在电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关是否存在异常来诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法。
背景技术
近来，伴随着化石燃料的枯竭和对环境污染的关注，对于使用电能而不使用化石能源的电动车辆或混合动力车辆兴趣不断增长。
为了运行电动车辆或混合动力车辆，应操作需要高输出的驱动马达。为此目的，用于电动车辆或混合动力车辆的电池使用从包括多个串联连接的电池胞的电池组输出的电力作为功率源。
包括在电池组中的多个电池胞需要个别地维持均匀的电压以确保稳定性、长使用寿命和高输出。
一种用于均匀地平衡电池胞的充电电压的方法包括：通过供应充电电流而增加具有相对低的电压的电池胞的电压；通过对相应的电池胞放电而降低具有相对高的电压的电池胞的电压；对具有高于根据每个电池胞的电压而设定的目标平衡电压的电压的电池胞放电；以及对具有低于目标平衡电压的电压的电池胞充电；等等。
这些电池胞平衡方法由连接到每个电池胞的电池胞平衡电路实现。电池胞平衡电路包括用于控制电池胞平衡操作的开始和结束的开关电路，以及用于对电池胞放电的放电电阻器。
然而，当在使用电池胞平衡电路的电池胞平衡操作期间发生异常时，例如，当电池胞平衡电路中瞬间流过过电流时，或者当高于操作电压的过电压施加到开关电路时，或者当通过放电电阻器产生过热时，包括在电池胞平衡电路中的组件被短路或开路，并且因此电池胞平衡电路不正常工作。
当电池胞平衡电路由于该问题而异常操作时，连接到对应的电池胞平衡电路的电池胞的电压过度增加或减小，并且因此而可能产生严重的后果，例如，电池组可能爆炸或者连接到电池组的负载的操作可能突然停止。
为了克服该缺陷，需要连接到电池胞平衡电路的单独的诊断电路以用于诊断电池胞平衡电路中的异常。
例如，日本专利公布No.2007-085847（现有技术）公开了一种用于检测电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，包括场效应晶体管(FET)和放电电阻器的电池胞平衡电路以及夹在FET的源极和漏极之间的电阻器安装在每个电池胞处，使用两个施加有不同水平的基准电源的比较器通过电阻器而测量源极和漏极之间的电压差，并且基于测量的电压水平（高、低）来确定电池胞平衡电路的异常。
然而，现有技术需要单独的电路配置，也就是说，用于检测电池胞平衡电路中的异常的诊断电路以及用于每个诊断电路的额外的两个比较器，并且因此，其具有设备制造成本增加的缺点。另外，有可能确定对应于每个电池胞的电池胞平衡电路中是否存在异常，但当整个电池胞平衡电路中发生异常时难以正确地识别异常的原因。
发明内容
技术问题
本发明设计用于解决现有技术的问题，并且因此，本发明的目的是提供用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法，该设备和方法可以确定电池胞平衡电路中是否存在异常，并且如果存在异常，则使用简单的电路配置正确地确定该异常的原因。
技术解决方案
为了实现该目的，根据本发明的一个方面的一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以包括：多个电池胞平衡电路，分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡电池胞的电压；诊断电阻器，分别安装在电池胞平衡电路与对应电池胞的阴极端子以及阳极端子之间；电压测量单元，用于测量对应于电池胞中的每一个的平衡电路的电压差；和控制单元，用于接通或断开待诊断的电池胞平衡电路，以及用于基于由电压测量单元测量的与待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在待诊断的电池胞平衡电路中是否存在异常。
优选地，相邻的电池胞平衡电路的电压差可以是低电势节点和高电势节点之间的电压差，在低电势节点处，相邻电池胞平衡电路的一端连接到对应电池胞的阳极端子，在高电势节点处，相邻电池胞平衡电路的另一端连接到对应电池胞的阴极端子。
优选地，电池胞平衡电路可以包括：放电电阻器，其用于将对应电池胞放电；和电池胞平衡开关，其用于在放电电阻器与对应电池胞之间建立连接或用于解除连接，并且控制单元可以控制电池胞平衡开关的接通或断开以平衡电池胞的电压。
根据本发明，电池胞平衡电路还可以包括二极管，其用于限制通过放电电阻器的放电电流和返回电流的流动。
根据本发明，电池胞平衡开关可以是场效应晶体管(FET)。
优选地，控制单元可以断开相邻的电池胞平衡电路并接通或断开待诊断的电池胞平衡电路，并且当待诊断的电池胞平衡电路接通或断开时，控制单元可以控制通过电压测量单元对相邻的电池胞平衡电路的电压差的测量。
根据本发明的一个方面，当在待诊断的电池胞平衡电路接通的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平时，并且当在待诊断的电池胞平衡电路断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元可以确定待诊断的电池胞平衡电路是正常的。
根据本发明的另一方面，当在待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元可以确定在待诊断的电池胞平衡电路中出现开路。
根据本发明的又一方面，当在待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平时，控制单元可以确定在待诊断的电池胞平衡电路中出现短路。
为了实现该目的，根据本发明的另一方面的一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以包括：多个电池胞平衡电路，其分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡电池胞的电压；电压测量单元，其用于测量对应于电池胞中的每一个的电池胞平衡电路的电压差；放电电阻器和诊断开关，其安装在最高电势侧或最低电势侧处的电池胞与对应的电池胞平衡电路之间；和控制单元，其用于接通或断开整个电池胞平衡电路并接通或断开诊断开关，并且用于基于当诊断开关接通和断开时由电压测量单元测量的整个电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在整个电池胞平衡电路中是否存在异常。
根据本发明的一个方面，当在整个电池胞平衡电路接通且诊断开关接通和断开的同时测量的整个电池胞平衡电路的电压差具有与整个电池胞电压相同的电压水平时，控制单元可以确定在整个电池胞平衡电路中出现开路。
根据本发明的另一方面，当在整个电池胞平衡电路断开且诊断开关接通的同时测量的整个电池胞平衡电路的电压差具有比在整个电池胞平衡电路断开且诊断开关断开的同时测量的整个电池胞平衡电路的电压差更小的电压水平时，控制单元可以确定在整个电池胞平衡电路中出现短路。
根据本发明，控制单元可以包括：开关控制模块，其用于控制包括在电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关的操作；模拟/数字(A/D)转换模块，其用于将从电压测量单元中输出的模拟电压信号转换为数字电压信号；和中央处理模块，其用于接收来自A/D转换模块的数字电压信号并确定电池胞平衡电路中是否存在异常。
可选地，该设备还可以包括异常报警器，其用于可视或可听地输出电池胞平衡电路中的异常，并且当在电池胞平衡电路中出现异常时，控制单元可以控制异常报警器以便可视或可听地通知电池胞平衡电路中的异常。
本发明的目的可以由包括上述用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备的电池管理系统、电池操作系统、电池组来实现。
为了实现该目的，根据本发明的一个方面的一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法可以诊断在多个电池胞平衡电路中的异常，该多个电池胞平衡电路分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡电池胞的电压，并且该方法可以包括：当待诊断的电池胞平衡电路接通且与待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路断开时，测量相邻电池胞平衡电路的电压差；当待诊断的电池胞平衡电路断开且相邻电池胞平衡电路断开时，测量相邻电池胞平衡电路的电压差；以及基于当待诊断的电池胞平衡电路接通或断开时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在待诊断的电池胞平衡电路中是否存在异常。
为了实现该目的，根据本发明的另一方面的一种用于诊断整个电池胞平衡电路中的异常的方法可以使用多个电池胞平衡电路以及放电电阻器和诊断开关来诊断在整个电池胞平衡电路中的异常，多个电池胞平衡电路分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡电池胞的电压，放电电阻器和诊断开关安装在最高电势侧或最低电势侧处的电池胞与对应的电池胞平衡电路之间；并且该方法可包括：当整个电池胞平衡电路接通或断开且诊断开关接通或断开时，测量整个电池胞平衡电路的电压差；以及基于当诊断开关接通或断开时测量的整个电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在整个电池胞平衡电路中是否存在异常。
发明效果
根据本发明，可以使用简单的电路配置来诊断电池胞平衡电路中的异常和异常的原因。另外，即使在整个电池胞平衡电路短路或开路时，也可以正确地诊断异常的原因。因此，可以防止由电池胞平衡电路中的异常而造成的电池或负载的损坏。
附图说明
在结合附图的下面的详细描述中将更全面地描述本发明的优选实施例的这些和其它特征、方面和优点。其中
图1是根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备的电路图。
图2是示出根据本发明的优选实施例的控制单元的结构的框图。
图3至5是示出根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常以及异常的原因的方法的图。
图6是示出根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图。
图7是示出根据本发明的优选实施例的用于诊断整个电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图详细描述本发明。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被理解为局限于通用含义和词典含义，而应根据允许发明人适当地定义术语以实现最佳解释的原则，基于与本发明的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述只是仅用于说明目的的优选实例，而不旨在限制本发明的范围，因此应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出其它等同物和修改。
图1是根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备的电路图。虽然图1示出三个电池胞，但本发明并不限于特定的电池胞数量。
参见图1，根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以包括：多个电池胞平衡电路20，其分别连接到包括在电池组10中的多个电池胞VB1、VB2和VB3，以用于平衡电池胞VB1、VB2和VB3的电压；诊断电阻器Rm，其分别安装在电池胞平衡电路20与电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的阴极端子以及阳极端子之间；电压测量单元30，其用于测量分别对应于电池胞VB1、VB2和VB3的电池胞平衡电路20的电压差；和控制单元40，其用于基于由电压测量单元30测量的与待诊断的电池胞平衡电路20相邻的电池胞平衡电路20的电压差的变化模式而确定在该待诊断的电池胞平衡电路20中是否存在异常。
电池胞平衡电路20可以是电池组10的保护电路，用于在控制单元40的控制下平衡电池胞VB1、VB2和VB3的电压。
电池胞平衡电路20可以在每一端连接到电压测量线，并且可以分别并联地连接到电池胞VB1、VB2和VB3，该电压测量线连接到电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的阴极端子和阳极端子。在这种情况下，在对应的电池胞平衡电路20的一端与从电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的阴极端子延伸的电压测量线连接处的节点可以是高电势节点A，并且在对应的电池胞平衡电路20的另一端与从电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的阳极端子延伸的电压测量线连接处的节点可以是低电势节点B。另外，电池胞平衡电路20的电压差是在高电势节点A和低电势节点B之间的电压的差值。这里，高电势节点A和低电势节点B是电池胞平衡电路20和电压测量线连接处的相对点，并且例如电池胞平衡电路20和连接到第一电池胞VB1的阴极端子且从该阴极端子延伸的电压测量线的连接点是高电压节点A，并且继而，高电压节点A可以充当在电池胞平衡电路20和连接到第二电池胞VB2的阳极端子且从该阳极端子延伸的电压测量线的连接点处的低电压节点B。
电池胞平衡电路20可以包括：放电电阻器Rd，其用于对电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个放电；和电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3，其用于分别在电池胞VB1、VB2和VB3与放电电阻器Rd之间建立连接或解除连接。另外，虽然不是必需的，但电池胞平衡电路20还可以包括在电池胞平衡电路20的低电势节点B一侧处的二极管D，以限制通过放电电阻器Rd的放电电流和返回电流的流动。在这种情况下，电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3可以优选地为场效应晶体管(FET)。FET具有源极端子、漏极端子和栅极端子，并且当在控制单元40的控制下将操作电压施加到栅极端子时，电池胞平衡电路20接通，并且电池胞VB1、VB2和VB3通过放电电阻器Rd而放电。
在本发明中，诊断电阻器Rm是用来诊断在电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3中的异常的组件，并且当电池胞VB1、VB2和VB3被放电时，电池胞平衡电路20可以在放电电流流过放电电阻器Rd时和放电电流不流动时之间产生电压差。也就是说，当电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3接通或短路时，放电电流可以沿箭头指示的放电回路流动。在这种情况下，当与放电电流不流动的情况相比较时，高电势节点的电势可能由于在高电势节点一侧处流过诊断电阻器Rm的放电电流而减小，并且低电势节点的电势可能由于在低电势节点一侧处流过诊断电阻器Rm的放电电流而增加。因此，当与放电电流不流动的情况相比较时，在放电电流流过的电池胞平衡电路20的节点之间的电压差可能增加。反之，当电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3断开或开路时，放电电流不沿放电回路流动，并且在这种情况下，在电池胞平衡电路20的节点之间的电压差可以具有与电池胞电压相同的电压水平。这是因为当放电电流不沿放电回路流动时，跨诊断电阻器Rm的电压降不发生，并且将原始电池胞电压施加在节点之间。
当电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3在电池胞平衡电路20的控制下接通或断开时，电压测量单元30可以测量在电池胞平衡电路20的高电势节点A和低电势节点B之间的电压差，以便诊断电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3中的异常，并且可以将电压差输出为模拟电压信号。
优选地，电压测量单元30可以使用典型电路来周期地测量电池胞VB1、VB2和VB3的电池胞电压。在这种情况下，电压测量单元30不需要单独的电压测量单元30来诊断电池胞平衡电路20中的异常。
图2是示出根据本发明的优选实施例的控制单元40的结构的框图。
如图2所示，控制单元40可以包括模拟/数字(A/D)转换模块41、中央处理模块42和开关控制模块43。
A/D转换模块41可以将从电压测量单元30输出的模拟电压信号转换为数字电压信号，并且可以将数字电压信号输出到中央处理模块42。模拟电压信号可以包括与电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的电池胞电压相对应的信号以及与电池胞平衡电路20的电压差相对应的电压信号。
中央处理模块42可以接收来自A/D转换模块41的数字电压信号，并且可以确定在电池胞平衡电路20中是否存在异常以及在存在异常时确定该异常的原因。也就是说，中央处理模块42可以基于与待诊断的电池胞平衡电路20相邻的电池胞平衡电路20的电压差的变化模式而确定待诊断的电池胞平衡电路20中的异常和该异常的原因。
开关控制模块43可以控制包括在电池胞平衡电路20中的电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3的接通或断开。
在下文中，下面关于与第二电池胞VB2对应的电池胞平衡电路20中的异常诊断过程来描述通过根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备来确定电池胞平衡电路20中的异常和该异常的原因的过程。
首先，控制单元40可以断开与待诊断的第二电池胞VB2相邻的第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡开关SWb1和SWb3，并可以接通第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2。接下来，控制单元40可通过电压测量单元30测量并存储对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差。接下来，控制单元40可以断开第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2，并可以通过电压测量单元30测量并存储对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差。在这种情况下，控制单元40可以顺序接通或断开第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2。这里，术语“顺序”意味着以一定时间间隔控制电池胞平衡开关SWb2的接通或断开，并且该术语将在整个说明书中用作相同的概念。接下来，控制单元40可以分析当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2接通或断开时测量的对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差的变化模式，并可以基于分析结果确定在对应于第二电池胞VB2的电池胞平衡电路20中是否存在异常以及在存在异常时确定该异常的原因。
<情况1：第二电池胞的电池胞平衡电路正常>
如图3所示，当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2接通时，对应于与第二电池胞VB2相邻的第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差VAB具有分别比电池胞电压V1和V3更高的电压水平。当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2接通时，放电电流沿第二电池胞VB2的放电回路流动，并且相应地，第一电池胞VB1的高电势节点的电势增加，且第三电池胞VB3的低电势节点的电势减小，以使得对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差VAB具有分别比电池胞电压V1和V3更高的电压水平。另外，当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2断开时，对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差VAB具有分别与电池胞电压V1和V3相同的电压水平。
因此，当在待诊断电池胞的电池胞平衡电路接通时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应的电池胞电压更高的电压水平时，并且当在待诊断电池胞的电池胞平衡电路断开时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元确定待诊断电池胞的电池胞平衡电路是正常的。
<情况2：第二电池胞的电池胞平衡电路中出现短路>
如图4所示，当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2短路时，放电电流沿放电回路流动，而与电池胞平衡开关SWb2是否接通或断开无关。因此，对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差VAB具有分别比电池胞电压V1和V3更高的电压水平，而与第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2是否接通或断开无关。上文关于情况1描述了当放电电流沿第二电池胞VB2的放电回路流动时相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平的原因。
因此，当在待诊断电池胞的电池胞平衡电路接通和断开时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平时，控制单元确定待诊断电池胞的电池胞平衡电路中出现短路。
<情况3：第二电池胞的电池胞平衡电路中出现开路>
如图5所示，当第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2开路时，放电电流不沿放电回路流动，而与电池胞平衡开关SWb2是否接通或断开无关。因此，对应于第一电池胞VB1和第三电池胞VB3的电池胞平衡电路20中的每一个的电压差VAB具有分别与电池胞电压V1和V3相同的电压水平，而与第二电池胞VB2的电池胞平衡开关SWb2是否接通或断开无关。
因此，当在待诊断电池胞的电池胞平衡电路接通和断开时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元确定待诊断电池胞的电池胞平衡电路中出现开路。
同时，电池胞平衡电路中的开路可能包括放电电阻器Rd中的开路和电池胞平衡电路的电路线中的开路以及电池胞平衡开关中的开路。在这种情况下，显然，与待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路的电压差的变化模式将显示与图5所示电压差的变化模式相同的方面。
根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备还可以包括附加的电路配置，以用于正确地诊断在整个电池胞平衡电路中的短路或开路。
特别地，如图1所示，根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备还可以包括安装在最低电势侧处的电池胞VB1与对应于电池胞VB1的电池胞平衡电路20之间的放电电阻器Rz和诊断开关SWz。显然，放电电阻器Rz和诊断开关SWz可以安装在最高电势侧处的电池胞VB3与对应于电池胞VB3的电池胞平衡电路20之间。
下面描述用于在根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备中确定整个电池胞平衡电路中的异常和该异常的原因的过程。
首先，控制单元40可以接通全部电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3，并且控制单元40可以通过电压测量单元30测量对应于电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的电池胞平衡电路20的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路20的第一电压差。接下来，控制单元40可以在将电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3全部接通的同时接通诊断开关SWz，并且控制单元40可以通过电压测量单元30测量对应于电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的电池胞平衡电路20的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路20的第二电压差。接下来，控制单元40可以将整个电池胞平衡电路20的第一电压差与整个电池胞平衡电路20的第二电压差比较，并且当第一电压差具有与第二电压差相同的电压水平时，控制单元40可以确定在整个电池胞平衡电路20中出现开路。
反之，控制单元40可以断开全部电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3，并且控制单元40可以通过电压测量单元30测量对应于电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的电池胞平衡电路20的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路20的第一电压差。接下来，控制单元40可以在将电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3全部断开的同时接通诊断开关SWz，并且控制单元40可以通过电压测量单元30测量对应于电池胞VB1、VB2和VB3中的每一个的电池胞平衡电路20的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路20的第二电压差。接下来，控制单元40可以将整个电池胞平衡电路20的第一电压差与整个电池胞平衡电路20的第二电压差比较，并且当第二电压差具有比第一电压差更小的电压水平时，控制单元40可确定在整个电池胞平衡电路20中出现短路。
如上所述，当在整个电池胞平衡电路中出现开路时，整个电池胞平衡电路的第一电压差具有与整个电池胞平衡电路的第二电压差相同的电压水平的原因是因为放电电流不流入放电电阻器Rz侧。另外，当在整个电池胞平衡电路中出现短路时，整个电池胞平衡电路的第二电压差具有比整个电池胞平衡电路的第一电压差更小的电压水平的原因是因为放电电流流入放电电阻器Rz侧且由于放电电阻器Rz的电压降效果反映在整个电池胞平衡电路的电压差上。
如图2所示，根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备还可以包括异常报警器50。在这种情况下，当在电池胞平衡电路20中出现异常时，控制单元40可控制异常报警器50以通知该异常。也就是说，当控制单元40确定在电池胞平衡电路20中存在异常时，控制单元40可以控制异常报警器50通过将异常报警信号发送至异常报警器50而可视或可听地通知异常。
异常报警器50可以包括发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)、报警器、或它们的组合。在这种情况下，当输入异常报警信号时，异常报警器50可以使LED闪烁、可以在LCD上输出报警消息、或者可以产生报警蜂鸣声，以将电池胞平衡电路中的异常通知给用户。示例性LED、LCD和报警器只是异常报警器50的实例，并且对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在异常报警器50中可以使用各种类型的修改的视觉或声音报警器。
对本领域的普通技术人员显而易见，如上所述对电池胞平衡电路中的异常的诊断可以按预定间隔反复执行，并且可以响应于用户的诊断命令或由控制单元40的控制算法自动生成的诊断命令而执行。
另外，控制单元40可以配置为微处理器，以执行用于实现用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的程序代码，或者配置为具有逻辑电路的专用集成电路(ASIC)，以用于实现用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的控制流，然而本发明不局限于这一点上。
以上所述根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以与提供有来自电池组的电源的电池操作系统联合使用。
作为实例，本发明可以与提供有来自电池的操作电压的各种电器联合使用，诸如，笔记本计算机、移动电话、个人便携式多媒体播放器等。
作为另一实例，本发明可以与各种动力设备联合使用，诸如，化石燃料车辆、电动车辆、混合动力车辆、电动自行车等。
另外，本发明可以包括在电池管理系统(BMS)中，该系统用于控制电池组的充电/放电并防止电池组过度充电、过度放电等。
此外，根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以包括在电池组中。
图6是示出根据本发明的优选实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图。在下文中，电池胞平衡电路20的接通或断开意味着包括在电池胞平衡电路20中的电池胞平衡开关SWb1、SWb2和SWb3的接通或断开。
首先，在步骤S11中，控制单元可以通过电压测量单元来测量并存储每个电池胞的电池胞电压。在这种情况下，控制单元可以断开对应于每个电池胞的电池胞平衡电路。
在步骤S12中，控制单元可以断开与待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路。
在步骤S13中，控制单元可以在将相邻电池胞平衡电路断开的同时接通待诊断的电池胞平衡电路，并可以测量和存储相邻电池胞平衡电路的电压差。
在步骤S14中，控制单元可以在将相邻电池胞平衡电路断开的同时断开待诊断的电池胞平衡电路，并且控制单元可以测量和存储相邻电池胞平衡电路的电压差。
在步骤S15中，控制单元可以基于在相邻电池胞平衡电路接通或断开时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差的变化模式，确定在待诊断的电池胞平衡电路中是否存在异常并且在存在异常时确定该异常的原因。
也就是说，当在待诊断的电池胞平衡电路接通的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平时，并且当在待诊断的电池胞平衡电路断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元可以确定待诊断的电池胞平衡电路是正常的。
另外，当在待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有与对应电池胞电压相同的电压水平时，控制单元确定在待诊断的电池胞平衡电路中出现开路。
另外，当在待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的相邻电池胞平衡电路的电压差具有比对应电池胞电压更高的电压水平时，控制单元确定在待诊断的电池胞平衡电路中出现短路。
在步骤S16中，控制单元可以基于电池胞平衡电路的异常诊断结果进行选择过程。当确定待诊断的电池胞平衡电路中不存在异常时，控制单元可以结束用于诊断电池胞平衡电路中的异常的过程。反之，当确定待诊断的电池胞平衡电路中存在异常时，控制单元可执行步骤S17以通过异常报警器将异常可视或可听地通知给用户。
对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以对与每个电池胞相对应的电池胞平衡电路执行步骤S11至S17。另外，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，对电池胞平衡电路中的异常的诊断可以按预定间隔反复执行，并且可以响应于用户的诊断命令或由控制单元的控制算法自动生成的诊断命令而执行。
图7是示出根据本发明的优选实施例的用于诊断整个电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图。
首先，在步骤S21中，控制单元可以接通整个电池胞平衡电路并断开诊断开关，并可以通过电压测量单元测量每个电池胞平衡电路的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路的第一电压差。
在步骤S22中，控制单元可以在整个电池胞平衡电路接通的同时接通诊断开关，并可以通过电压测量单元测量每个电池胞平衡电路的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路的第二电压差。
在步骤S23中，控制单元可以将整个电池胞平衡电路的第一电压差与整个电池胞平衡电路的第二电压差比较。当第一电压差具有与第二电压差相同的电压水平时，控制单元可以确定在整个电池胞平衡电路中出现开路。
在步骤S24中，控制单元可以基于整个电池胞平衡电路的异常诊断结果进行替换的处理。当确定在整个电池胞平衡电路中出现开路时，控制单元可以执行步骤S29以通过异常报警器将整个电池胞平衡电路中的开路可视或可听地通知给用户。当确定在整个电池胞平衡电路中未出现开路时，控制单元可以执行步骤S25。
在步骤S25中，控制单元可以断开诊断开关并断开整个电池胞平衡电路，并可以通过电压测量单元测量每个电池胞平衡电路的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路的第一电压差。
在步骤S26中，控制单元可以在整个电池胞平衡电路断开的同时接通诊断开关，并可以通过电压测量单元测量每个电池胞平衡电路的电压差，并且将测量的电压差求和以计算整个电池胞平衡电路的第二电压差。
在步骤S27中，控制单元可以将整个电池胞平衡电路的第一电压差与整个电池胞平衡电路的第二电压差比较。当整个电池胞平衡电路的第二电压差具有比整个电池胞平衡电路的第一电压差更小的电压水平时，控制单元可确定在整个电池胞平衡电路中出现短路。
在步骤S28中，控制单元可以基于整个电池胞平衡电路的异常诊断结果进行选择过程。当确定在整个电池胞平衡电路中出现短路时，控制单元可以执行步骤S29以通过异常报警器将整个电池胞平衡电路中的短路可视或可听地通知给用户。当确定在整个电池胞平衡电路中未出现短路时，控制单元可以结束用于诊断整个电池胞平衡电路中的异常的过程。
对于本领域的普通技术人员显而易见的是，用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法可在电池组的使用期间按预定间隔反复执行，并且可以响应于用户的诊断命令或由控制单元的控制算法自动生成的诊断命令而执行。
另外，可以省略用于将电池胞平衡电路的异常诊断结果输出至异常报警器的配置。在这种情况下，控制单元可以优选地在存储器中存储并保持异常诊断结果和该异常的原因。
本发明不限于接通或断开电池胞平衡电路和诊断开关的特定次序。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对电池胞平衡电路和诊断开关的接通或断开次序做出各种变化和修改。
在下文中，详细描述本发明的优选实施例。但应当理解，虽然指示了本发明的优选实施例，但详细描述和具体实例仅以举例方式给出，因为根据该详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员将变得显而易见。

Claims (25)

1.一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，所述设备包括：
多个电池胞平衡电路，所述多个电池胞平衡电路分别连接到电池组包括的多个电池胞以用于平衡所述电池胞的电压；
诊断电阻器，所述诊断电阻器分别安装在所述电池胞平衡电路与对应的电池胞的阴极端子以及阳极端子之间；
电压测量单元，所述电压测量单元用于测量对应于每个电池胞的平衡电路的电压差；和
控制单元，所述控制单元用于接通或断开待诊断的电池胞平衡电路，以及用于基于由所述电压测量单元测量的与所述待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中是否存在异常。
2.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述相邻的电池胞平衡电路的电压差是在低电势节点和高电势节点之间的电压差，在所述低电势节点处，该相邻的电池胞平衡电路的一端连接到对应的电池胞的阳极端子，在所述高电势节点处，该相邻的电池胞平衡电路的另一端连接到对应的电池胞的阴极端子。
3.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述电池胞平衡电路包括：
放电电阻器，所述放电电阻器用于使对应的电池胞放电；以及
电池胞平衡开关，所述电池胞平衡开关用于在所述放电电阻器和对应的电池胞之间建立连接或用于解除所述连接，
其中，所述控制单元控制所述电池胞平衡开关的接通或断开以平衡所述电池胞的电压。
4.根据权利要求3所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述电池胞平衡电路还包括二极管，所述二极管用于限制通过所述放电电阻器的放电电流和返回电流的流动。
5.根据权利要求3所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述电池胞平衡开关是场效应晶体管(FET)。
6.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述控制单元断开所述相邻的电池胞平衡电路并接通或断开所述待诊断的电池胞平衡电路，并且，当所述待诊断的电池胞平衡电路接通或断开时，所述控制单元控制通过所述电压测量单元对所述相邻的电池胞平衡电路的电压差的测量。
7.根据权利要求1或6所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，当在所述待诊断的电池胞平衡电路接通的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有比对应的电池胞电压更高的电压水平时，并且当在所述待诊断的电池胞平衡电路断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有与所述对应的电池胞电压相同的电压水平时，所述控制单元确定所述待诊断的电池胞平衡电路是正常的。
8.根据权利要求1或6所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，当在所述待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有与对应的电池胞电压相同的电压水平时，所述控制单元确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中出现开路。
9.根据权利要求1或6所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，当在所述待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有比对应的电池胞电压更高的电压水平时，所述控制单元确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中出现短路。
10.一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，该设备包括：
多个电池胞平衡电路，所述多个电池胞平衡电路分别连接到电池组包括的多个电池胞以用于平衡所述电池胞的电压；
电压测量单元，所述电压测量单元用于测量对应于每个电池胞的电池胞平衡电路的电压差；
放电电阻器和诊断开关，所述放电电阻器和所述诊断开关安装在最高电势侧或最低电势侧处的电池胞与对应的电池胞平衡电路之间；和
控制单元，所述控制单元用于接通或断开整个电池胞平衡电路并接通或断开所述诊断开关，以及用于基于当所述诊断开关接通和断开时由所述电压测量单元测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在所述整个电池胞平衡电路中是否存在异常。
11.根据权利要求10所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，当在所述整个电池胞平衡电路接通且所述诊断开关接通和断开的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差具有与整个电池胞电压相同的电压水平时，所述控制单元确定在所述整个电池胞平衡电路中出现开路。
12.根据权利要求10所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，当在所述整个电池胞平衡电路断开且所述诊断开关接通的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差具有比在所述整个电池胞平衡电路断开且所述诊断开关断开的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差更小的电压水平时，所述控制单元确定在所述整个电池胞平衡电路中出现短路。
13.根据权利要求1或10所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，
其中，所述控制单元包括：
开关控制模块，所述开关控制模块用于控制包括在所述电池胞平衡电路中的所述电池胞平衡开关的操作；
模拟/数字(A/D)转换模块，所述模拟/数字(A/D)转换模块用于把从所述电压测量单元输出的模拟电压信号转换为数字电压信号；以及
中央处理模块，所述中央处理模块用于接收来自所述A/D转换模块的所述数字电压信号并确定所述电池胞平衡电路中是否存在异常。
14.根据权利要求1或10所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，还包括：
异常报警器，所述异常报警器用于可视或可听地输出所述电池胞平衡电路中的异常，
其中，当在所述电池胞平衡电路中出现异常时，所述控制单元控制所述异常报警器以可视或可听地通知所述电池胞平衡电路中的所述异常。
15.一种电池管理系统，包括权利要求1至14中的任意一项限定的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备。
16.一种电池操作系统，包括权利要求1至14中的任意一项限定的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备。
17.一种电池组，包括权利要求1至14中的任意一项限定的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备。
18.一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，所述方法诊断在多个电池胞平衡电路中的异常，所述多个电池胞平衡电路分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡所述电池胞的电压，所述方法包括：
当待诊断的电池胞平衡电路接通且与所述待诊断的电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路断开时，测量该相邻的电池胞平衡电路的电压差；
当所述待诊断的电池胞平衡电路断开且所述相邻的电池胞平衡电路断开时，测量所述相邻的电池胞平衡电路的电压差；以及
基于当所述待诊断的电池胞平衡电路接通或断开时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差的变化模式来确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中是否存在异常。
19.根据权利要求18所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，
其中，确定在所述电池胞平衡电路中是否存在异常包括：当在所述待诊断的电池胞平衡电路断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有比在所述待诊断的电池胞平衡电路接通的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差更小的电压水平时，确定所述待诊断的电池胞平衡电路是正常的。
20.根据权利要求18所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，
其中，确定在所述电池胞平衡电路中是否存在异常包括：当在所述待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有与对应的电池胞电压相同的电压水平时，确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中出现开路。
21.根据权利要求18所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，
其中，确定在所述电池胞平衡电路中是否存在异常包括：当在所述待诊断的电池胞平衡电路接通和断开的同时测量的所述相邻的电池胞平衡电路的电压差具有比对应的电池胞电压更高的电压水平时，确定在所述待诊断的电池胞平衡电路中出现短路。
22.一种用于使用多个电池胞平衡电路以及放电电阻器和诊断开关来诊断整个电池胞平衡电路中的异常的方法，所述多个电池胞平衡电路分别连接到包括在电池组中的多个电池胞以用于平衡所述电池胞的电压，所述放电电阻器和所述诊断开关安装在最高电势侧或最低电势侧处的电池胞与对应的电池胞平衡电路之间，所述方法包括：
当所述整个电池胞平衡电路接通或断开且所述诊断开关接通或断开时，测量所述整个电池胞平衡电路的电压差；以及
基于当所述诊断开关接通或断开时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差的变化模式，确定在所述整个电池胞平衡电路中是否存在异常。
23.根据权利要求22所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，
其中，确定在整个电池胞平衡电路中是否存在异常包括：当在所述整个电池胞平衡电路接通且所述诊断开关接通和断开的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差具有与整个电池胞电压相同的电压水平时，确定在所述整个电池胞平衡电路中出现开路。
24.根据权利要求22所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，
其中，确定在整个电池胞平衡电路中是否存在异常包括：当在所述整个电池胞平衡电路断开且所述诊断开关接通的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差具有比在所述整个电池胞平衡电路断开且所述诊断开关断开的同时测量的所述整个电池胞平衡电路的电压差更小的电压水平时，确定在所述整个电池胞平衡电路中出现短路。
25.根据权利要求18或22所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，还包括：
当确定在所述电池胞平衡电路中出现异常时，可视或可听地通知所述电池胞平衡电路中的所述异常。
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