CN104428975A - 用于唤醒多bms的设备 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于唤醒电池组的多BMS的设备。根据本发明，用于唤醒电池组的多BMS的设备把主BMS输出的唤醒信号发送给N个从BMS以唤醒N个从BMS来管理电池组中的各电池模块。此外隔离元件被连接在传输唤醒信号的串联线路上，并且通过主BMS输出的唤醒信号开启连接在串联线路上的N-1个晶体管而开启。根据本发明，可以通过使用少量的隔离器(光耦合器)发送用于唤醒多个从BMS的信号。因此，BMS或者电池组可以在成本上减小。

Description

用于唤醒多BMS的设备
技术领域
本公开涉及一种用于发送信号以唤醒电池管理系统(BMS)的设备，并且特别涉及一种用于在具有多BMS结构的电池组中把主BMS输出的唤醒信号发送到各从BMS的设备。
本申请要求于2012年10月4日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2012-0110132的优先权，其全部内容通过引用被包含在此。
背景技术
由于容易应用于各种产品的特性和诸如高能量密度的电气特性，二次电池不仅被常常应用于便携式设备，还普遍地应用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HV)、或者通过电动机驱动的蓄能系统。此二次电池对于显著地减少化石燃料的使用并且从能量的使用中不产生副产品的主要优点引起注意，使其能源环保并且节能。
通过包括正极电流集电极、负极电流集电极、隔膜、活性材料、电解液等等的元件之间的电化学反应能够使二次电池重复地充电和放电。举例来说，广泛使用的锂聚合物二次电池具有在大约3.7V至大约4.2V的范围的工作电压。因此，为了获得对于在电动车辆中使用的高输出电池组，多个单元二次电池单元被串联地连接以构造电池组。
除了此基本结构之外，电池组进一步包括电池管理系统(BMS)，该电池管理系统(BMS)通过将用于电源的控制的算法应用于诸如发动机等等的驱动负载、诸如电流或者电压等等的电气特性的测量、充电/放电控制、电压均衡控制、充电状态(SOC)评估等等监视和控制二次电池的状态。
最近，随着对于高容量结构的需求增加以及作为储能源利用，对于其中包括多个二次电池的多个电池模块被组装的多模块结构的电池组的需求也在增加。
因为多模块结构的电池组包括多个二次电池单元，所以在使用单个BMS控制所有二次电池单元的充电/放电状态时存在限制。因此，最近已经引入技术，其中BMS被提供给电池组中包括的每个电池模块，将BMS指定为从BMS，并且提供附加的BMS作为主BMS来控制各从BMS，使得在主-从模式下控制各个电池模块的充电和放电。从BMS在正常状态期间在睡眠模式中待机，并且通过来自主BMS的控制信号唤醒。
图1是根据传统技术的把主BMS 11输出的唤醒信号发送到从BMS 12的唤醒设备13的示意性的电路图。
参考图1，多个电池模块14被串联地连接以构造电池组15，并且各个电池模块14被连接到从BMS 12。而且，光耦合器作为唤醒设备13被连接以把主BMS 11输出的唤醒信号发送到各个从BMS 12。
光耦合器指的是包括发光源(输入)和光学检测器(输出)的切换装置。通常，红外发光二极管(LED)被用作发光源，并且通过光开启的光电二极管或者光电晶体管被用作光学检测器。因此，当电流流过输入侧时，发光源发射光并且在输出侧处的光电二极管或者光电晶体管被开启。即，通过光，而不是通过电耦合开启或者切断切换装置。
光耦合器13的输入侧被连接到主BMS 11，并且输出侧被连接到从BMS 12。因此，当主BMS 11输出唤醒信号时，唤醒信号经由光耦合器13被发送到从BMS 12。
光耦合器13连接主BMS 11和从BMS 12的使用提供主BMS 11和从BMS 12被电气隔离的优点。这样，在发送唤醒信号的同时，其中从电池组15流动的高压电流被输入到主BMS 11侧的反向电流可以被防止，并且在电池组15的充电/放电期间产生的电磁波可能被很少地影响。
然而，为了使从BMS 12唤醒同时保持在主BMS 11和从BMS 12之间的隔离，要求与如在图1中所示的电池组15中的从BMS一样多的光耦合器13。此外，光耦合器13是半导体器件，这意味着成本较高，并且当多个光耦合器13被使用时，BMS或电池组的总成本可能增加。因此，存在对于在唤醒从BMS 12同时保持在主BMS 11和从BMS 12之间的隔离的研究的高度需求。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决现有技术的问题，并且因此本发明涉及提供一种用于唤醒电池管理系统(BMS)的设备，其发送用于唤醒多BMS的唤醒信号。
技术解决方案
为了实现目的，提供一种用于唤醒电池组的多BMS的设备，该电池组包括N个电池模块(N是大于或者等于2的整数)，该设备把主BMS输出的唤醒信号发送到N个从BMS以唤醒N个从BMS来管理电池组中的各电池模块，该设备包括：串联线路，该串联线路被连接在电池组的高电势端子和低电势端子之间以发送唤醒信号；隔离器，该隔离器被连接在串联线路上并且被配置成通过主BMS输出的唤醒信号而开启；N-1个晶体管，被连接到串联线路上较之隔离器更高的电势，每个晶体管除了基极端子之外还具有被连接到串联线路的两个端子，并且基极端子被连接到N个电池模块当中的N-1个电池模块的各低电势；以及开关单元，该开关单元被连接在电池模块的高电势端子和隔离器之间，或者在电池模块的各高电势端子和各晶体管之间，并且被配置成通过各个晶体管或者隔离器的开启操作发送唤醒信号以唤醒N个从BMS。
根据本公开的一个实施例，隔离器是光耦合器，并且具有被连接到主BMS的输入侧端子和被连接到串联线路侧的输出侧端子。
根据本公开的一个实施例，晶体管是NPN型并且具有被连接到串联线路上的低电势侧的发射极端子。在这样的情况下，根据本公开的用于唤醒电池组的多BMS的设备可以进一步包括电阻元件，该电阻元件被连接在晶体管的基极端子和发射极端子之间。
根据本公开的用于唤醒电池组的多BMS的设备可以进一步包括过电流保护电阻元件，该过电流保护电阻元件被连接在串联线路上以保护晶体管或者隔离器免受过电流。
根据本公开的用于唤醒电池组的多BMS的设备可以进一步包括二极管，该二极管在前向方向连接在串联线路上以防止反向电流。
根据本公开的一个实施例，开关单元可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有被连接的源极端子和栅极端子用于施加从各个电池模块的高电势端子输出的电压，和被连接的漏极端子用于当晶体管或者隔离器被开启时把唤醒信号发送到从BMS。在这样的情况下，根据本公开的设备可以进一步包括电阻元件，该电阻元件被连接在源极端子和栅极端子之间。
根据本公开的用于唤醒电池组的多BMS的设备可以是电池管理系统的一个组件。
根据本公开的用于唤醒电池组的多BMS的设备可以是包括电池管理系统和多个电池模块的电池组的一个组件。
有利效果
根据本公开的一方面，用于唤醒多个从BMS的信号可用通过使用少量的隔离器来发送。因此，可用降低BMS或电池组的成本。
根据本公开的另一方面，主BMS不需要与从BMS的数目相对应的输入/输出端子的所有数目，并且主BMS可以在尺寸上减小并且制造简单和容易。
根据本公开的又一方面，主BMS和从BMS的电气隔离可以防止其中从电池组流动的高压电流被输入到主BMS侧的反向电流，并且可以很少地影响在电池组的充电/放电期间产生的电磁波。
附图说明
参考附图，根据实施例的下面的描述，本公开的其它目的和方面将会变得显然，其中：
图1是图示根据现有技术的用于把主BMS输出的唤醒信号发送到从BMS的唤醒设备的示意性的电路图。
图2是图示根据示例性实施例的用于唤醒电池组的多BMS的设备的配置的示意性的电路图。
图3是图示包括MOSFET的开关单元的结构的示意性的电路图。
具体实施方式
在下文中，参考附图将会详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，在说明书和权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般和字典的意义，但是基于允许发明人限定适合用于最佳解释的术语的原理基于与本发明的技术方面相对应的意义和概念解释。仅为了图示的目的在此提出的描述仅是优选示例，不是要限制本公开的范围，所以应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对其做其它的等同和修改。
图2是图示根据示例性实施例的用于唤醒电池组的多BMS的设备100的配置的示意性的电路图，在下文中其被称为BMS唤醒设备。
参考图2，根据示例性实施例的BMS唤醒设备100被连接在主BMS 110和从BMS 120之间。而且，从BMS 120被连接到包括N个电池模块121的电池组122(N是大于或者等于2的整数)。
从BMS 120通过应用用于诸如电池模块121的充电/放电电流或者电压、充电/放电控制、电压均衡控制、充电状态(SOC)估计等等的电气特性的测量的算法来监测和控制被包括在电池模块121中的二次电池的状态。主BMS 110从从BMS 120收集关于各个电池模块121的信息，并且基于收集的信息，控制向被连接到电池组122的负载的电力供应和用于唤醒从BMS 120的信号的输出。为实现这一点，基于已知的通信协议的通信网络可以被连接在主BMS 110和从BMS 120之间，用于数据通信。然而，为了简化附图，通信网络没有被示出。另外，对于本领域的技术人员来说主BMS 110和从BMS 120的功能和作用是公知的，并且从而在此省略详细描述。
各个电池模块121包括至少一个二次电池单元，并且如果其是可再充电的则二次电池单元不限于特定的类型，并且包括锂离子电池、锂聚合物电池、Ni-Cd电池、Ni-MH电池、Ni-Zn电池等等。通过连接N个电池模块121来建立电池组122。显然的是，电池模块121的数目N取决于对于电池组122所要求的输出电压和容量。尽管图2示出电池组122的所有的N个电池模块121被串联地连接，但是电池模块121的连接不限于此。例如，电池模块121可以被并联地或者串并联地连接。
同时，从电池组122接收电力的负载可以被连接到电池组122。该负载不被限于特定的类型，并且可以包括，例如，视频相机、移动电话、便携式计算机、便携式媒体播放器(PMP)、MP3播放器等等的便携式电子设备、电动车辆(EV)或者混合电动车辆(HEV)的电动机、诸如DC至DC转换器的功率转换器等等。本发明的范围不受到负载的类型的限制。
根据本公开的BMS唤醒设备100包括串联线路130、隔离器140、晶体管150、以及开关单元160。
串联线路130被连接在电池组122的高电势端子和低电势端子之间。串联线路130被用于发送主BMS 110输出的唤醒信号，并且使得隔离器140、晶体管150以及开关单元160相互连接。
在本说明书中，为了便于描述，电池组122中的电池模块121从低电势开始以顺序的次序被称为第一电池模块121-1、第二电池模块121-2、第三电池模块121-3、…、第N电池模块121-N。类似地，管理各个电池模块121的从BMS 120也被称为第一从BMS 120-1、第二从BMS 120-2、第三从BMS 120-3、…、第N从BMS 120-N。而且，在本说明书中，与各个从BMS 120相对应的开关单元160被称为第一开关单元160-1、第二开关单元160-2、第三开关单元160-3、…、第N开关单元160-N。而且，在本说明书中，与各个电池模块121相对应的晶体管150被称为第一晶体管150-1、第二晶体管150-2、第三晶体管150-3、…、第N晶体管150-N。
隔离器140可以是光耦合器。光耦合器也可以被称为光耦合器或者光MOS继电器，并且隔离器140的功能或者配置没有被其名称影响。在前述中详细地描述了光耦合器的配置和工作原理，并且从而，在此省略重复的描述。光耦合器的输入侧(发光二极管)被连接到主BMS110，并且输出侧(光电晶体管)被连接到串联线路130。
晶体管150包括N-1个晶体管，各应于从BMS 120。通用的双极结晶体管由三个端子，即集电极、基极和发射极组成。在它们当中，除了基极端子B之外的两个端子被连接到串联线路130，并且基极端子B被连接到与各晶体管150相对应的电池模块121的低电势端子。
根据示例性实施例，晶体管150可以是NPN型晶体管。在这样的情况下，如在图2中所示，发射极端子E被连接到串联线路130的低电势侧(在附图中的串联线路130的接地方向)。
而且，电阻端子R1可以被连接在晶体管150的基极端子B和发射极端子E之间。电阻端子R1用作在基极端子B和发射极端子E之间产生电势差。
开关单元160被连接在第一电池模块121-1的高电势端子和隔离器140之间或者在第二至第N晶体管150-2至150-N与第二至第N电池模块121-2至121-N的高电势端子之间。因此，当各个晶体管150或者隔离器140被开启时，开关单元160形成闭合的电路以允许电流流动。当由于闭合的电路来自于各个电池模块121的电流流到开关单元160时，用于唤醒N个从BMS 120的唤醒信号被发送。
通过唤醒信号唤醒各个从BMS 120，通过开关单元160发送唤醒信号。在本实例中，唤醒信号可以被输入到被包括在各个从BMS 120中的功率管理器(未示出)或者中心控制器(未示出)。被包括在从BMS 120中的功率管理器或者中心控制器是响应于唤醒信号将从BMS120从睡眠状态变成唤醒状态并且进行管理的组件或者元件。例如，功率管理器或者中心控制器可以被实现为能够执行程序代码的微处理器。然而，在图2中，为了简化附图，主BMS 110和从BMS 120的内部配置没有详细地示出。
同时，根据本公开的BMS唤醒设备100可以被合并在主BMS 110和/或从BMS 120中，或者可以被单独地设置在主BMS 110和/或从BMS 120的外部。尽管图2示出大多数BMS唤醒设备100被包括在从BMS 120中，但是本公开不限于在附图中图示的实施例。
在下文中，描述根据本公开的BMS唤醒设备100的操作的过程。
诸如光耦合器的隔离器140处于切断状态直到电流(信号)在输入侧流动，并且从而，电流没有在输出侧流动。因此，从第一电池模块121-1输出的电压仅被施加到第一开关单元160-1，但是电流没有流过第一开关单元160-1。
随后，主BMS 110将唤醒信号输入到隔离器140的输入侧以将从BMS 120从睡眠状态唤醒。唤醒信号使隔离器140开启，并且从而通过第一电池模块121-1、第一开关单元160-1以及隔离器140的关联形成闭合的电路。因此，电流流过第一开关单元160-1，并且第一开关单元160-1将唤醒信号发送到第一从BMS 120。
同时，对于第二晶体管150-2，从第二电池模块121-2输出的电压被施加到第二晶体管150-2的集电极端子C和基极端子B之间。然而，因为发射极端子E没有被连接到串联线路130的低电势端子(附图中的串联线路130的接地)，在隔离器140被开启之前，第二晶体管150-2也处于切断状态中。
随后，当隔离器140被开启时，第二晶体管150-2的发射极端子E被连接到串联线路130的低电势端子。因此，当第二晶体管150-2被开启时，通过第二电池模块121-2、第二开关单元160-2和第二晶体管150-2的关联形成闭合的电路。从而，电流流过第二开关单元160-2，并且第二开关单元160-2将唤醒信号发送到第二从BMS 120-2。
类似地，对于第三晶体管150-3，因为在隔离器140和第二晶体管150-2被开启之前第三晶体管150-3的发射极端子E没有被连接到串联线路130的低电势端子(附图中的串联线路130的接地)，第三晶体管150-3也处于切断状态中。随后，当隔离器140和第二晶体管150-2以顺序的次序被开启时，第三晶体管150-3的发射极端子E连接到串联线路130的低电势端子(附图中的串联线路130的接地)。因此，当第三晶体管150-3被开启时，通过第三电池模块121-3、第三开关单元160-3和第三晶体管150-3的关联形成闭合的电路。因此，电流流过第三开关单元160-3，并且第三开关单元160-3将唤醒信号发送到第三从BMS 120-3。
随后，同样地，朝着串联线路130的高电势端子各个晶体管150以顺序的次序被开启，并且同时，电流流过与被开启的各个晶体管150相对应的各个开关单元160。然后，各个开关单元160将唤醒信号发送到各个从BMS 120。最后，位于串联线路130的最高的电势侧处的第N晶体管150-N被开启并且第N从BMS 120-N被唤醒，并且因此，根据本公开的BMS唤醒设备100完成其操作。
唤醒信号是一次性信号，并且可以考虑所有的晶体管150被开启的时间段期间和所有的晶体管150将唤醒信号发送到各个从BMS 120的时间段期间被保持。而且，当唤醒信号被再次输入到被唤醒的从BMS120时，各个从BMS 120可以将唤醒信号视为用于返回到睡眠状态的信号。相反地，当从BMS 120是仅正在操作同时唤醒信号的输入被保持的BMS时，主BMS 110可以继续输出唤醒信号以使隔离器140和晶体管150保持开启状态，用于从BMS 120的连续唤醒的目的。本领域的普通技术人员可以基于其中唤醒信号被输入的次数、唤醒信号被保持的时间段、以及唤醒信号被输入的时间容易地设置从BMS 120的操作，并且可以进行各种设计修改。
根据本公开的BMS唤醒设备100可以进一步包括过电流保护电阻元件R2，该过电流保护电阻元件R2连接到串联线路130以保护隔离器140或者晶体管150免受过电流。考虑到耐受各个电池模块121的电压的耐压性能，隔离器140和晶体管150可以被选择。然而，在电池组122是高容量电池组的情况下，从各个电池模块121输出的电压可能非常高。在这样的情况下，过电流保护电阻元件R2可以被连接以防止隔离器140或者晶体管150由于高输出电压被损坏。对于本领域的普通技术人员来说显然的是，取决于电池模块121的输出电压和隔离器140或者晶体管150的耐压性能，可以适当地设置过电流保护电阻元件R2的电阻值和过电流保护电阻元件R2的数目。
而且，根据本公开的BMS唤醒设备100可以进一步包括二极管170，该二极管170在前向方向连接在串联线路130以防止从电池模块121输出的电流朝反方向(在串联线路130的高电势方向)流动。
根据示例性实施例，开关单元160可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。MOSFET是由三个端子，即源极、栅极和漏极组成的半导体。对于本领域的普通技术人员来说MOSFET的结构和操作原理是广泛公知的，并且从而在此省略详细描述。
图3是图示包括MOSFET 161的开关单元160的结构的示意性的电路图。
参考图3，在图2中示出的开关单元160当中，仅通过举例说明图示了第一开关单元160-1的内部结构。MOSFET 161的源极端子S和栅极端子G被连接以施加从第一电池模块121-1的高电势端子输出的电压。而且，当隔离器140被开启时漏极端子D被连接以将唤醒信号发送到第一从BMS 120-1。而且，电阻元件R3被连接以在源极端子S和栅极端子G之间产生电压差。
在隔离器140被开启之前，MOSFET 161没有形成包括第一开关单元160-1的闭合的电路，并且因此，第一电压模块121-1的电压被施加到MOSFET 161的源极端子S和栅极端子G并且被施加的电压的值是相同的。因此，MOSFET 161保持切断状态。
随后，与隔离器140的开启同时形成包括第一开关单元160-1的闭合的电路，并且从而，电流在MOSFET 161的源极端子S和栅极端子G之间流动。同时，在MOSFET 161的源极端子S和栅极端子G之间产生电压差，并且从而，MOSFET 161被开启。结果，电流流过MOSFET 161的漏极端子D。在本实例中，流过漏极端子的电流用作用于唤醒第一从BMS 120-1的唤醒信号。
第一开关单元160-1的配置可以被同等地应用于其余的开关单元160。同时，开关单元160的配置仅是示例性实施例，并且本公开的范围不受到图示的限制。而且，本领域的普通技术人员应理解的是，开关单元160包括被配置成响应于隔离器140或者晶体管150的开启发送唤醒信号的所有电路。
同时，根据本公开的BMS唤醒设备100可以是BMS的一个组件，该BMS被配置成通过应用用于到电池组122的负载的电力供应的控制、诸如电流或者电压的电气特性的测量、充电/放电控制、电压均衡控制、SOC估计等等的算法监控和控制二次电池的状态。
而且，根据本公开的BMS唤醒设备100可以是包括上述BMS和多个电池模块的电池组的一个组件。
根据本公开，通过使用少量的隔离器可以发送用于唤醒多个从BMS的信号。因此，BMS或者电池组可以在成本上减小。而且，主BMS不需要与从BMS的数目相对应的输入/输出端子的所有数目，并且从而主BMS可以在尺寸上减小并且制造是简单和容易的。此外，主BMS和从BMS的电气隔离可以防止其中从电池组15流动的高压电流被输入到主BMS 11侧的反向电流，并且很少影响在电池组15的充电/放电期间产生的电磁波。
已经详细地描述了本公开。然而，应理解的是，仅通过图示给出详细描述和具体的示例，同时指示本公开的优选实施例，因为根据此详细的描述对于本领域的技术人员来说本公开的精神和范围内的各种修改和变化将会变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于唤醒电池组的多BMS的设备，所述电池组包括N个电池模块(N是大于或者等于2的整数)，所述设备发送主BMS输出的唤醒信号给N个从BMS以唤醒所述N个从BMS来管理所述电池组中的各电池模块，所述设备包括：
串联线路，所述串联线路被连接在所述电池组的高电势端子和低电势端子之间以发送所述唤醒信号；
隔离器，所述隔离器被连接在所述串联线路上并且被配置成通过从所述主BMS输出的唤醒信号而开启；
N-1个晶体管，所述N-1个晶体管被连接到所述串联线路上较之所述隔离器更高的电势，每一个所述晶体管除了基极端子之外还具有被连接到所述串联线路的两个端子，并且所述基极端子被连接到所述N个电池模块当中的N-1个电池模块的各低电势端子；以及
开关单元，所述开关单元被连接在所述电池模块的高电势端子和所述隔离器之间，或者在所述电池模块的各高电势端子和各晶体管之间，并且被配置成通过各晶体管或者所述隔离器的开启操作发送所述唤醒信号以唤醒所述N个从BMS。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述隔离器是光耦合器，并且具有被连接到所述主BMS的输入侧端子和被连接到所述串联线路一侧的输出侧端子。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述晶体管属于NPN型并且具有被连接到所述串联线路上的低电势侧的发射极端子。
4.根据权利要求3所述的设备，进一步包括：
电阻元件，所述电阻元件被连接在所述晶体管的基极端子和发射极端子之间。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
过电流保护电阻元件，所述过电流保护电阻元件被连接在所述串联线路上以保护所述晶体管或所述隔离器免受过电流。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
二极管，所述二极管在前向方向连接在所述串联线路上以防止反向电流。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，所述金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有连接的源极端子和栅极端子用于施加从各电池模块的高电势端子输出的电压，以及连接的漏极端子用于当所述晶体管或所述隔离器被开启时把所述唤醒信号发送到所述从BMS。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括：
电阻元件，所述电阻元件被连接在所述源极端子和所述栅极端子之间。
9.一种电池管理系统，所述电池管理系统包括根据权利要求1至8中的任意一项所述的用于唤醒电池组的多BMS的设备。
10.一种电池组，包括：
根据权利要求9所述的电池管理系统；以及
多个电池模块。
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