CN108068627A - 过充电防止装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种过充电防止装置，所述过充电防止装置是电池的过充电防止装置，电池包括主电池及从电池，所述过充电防止装置包括：主BMS，判断主电池是否过充电，当判断结果为主电池过充电时，主BMS使得主继电器断开，主继电器使得电池与车辆的电动机连接或分离；以及从BMS，判断从电池是否过充电，当判断结果为从电池过充电时，从BMS使得充电继电器断开，充电继电器使得电池与设置于车辆外部的充电器连接或分离，当电池正在充电时，在主电池或从电池中的任意一个过充电情况下，主BMS或从BMS中的任意一个将用于告知主电池或从电池中任意一个过充电的过充电信号向另一个BMS传递，当主BMS或从BMS中任意一个接收传递的过充电信号时，使得主继电器或充电继电器断开。

Description

过充电防止装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电池的过充电防止技术，其能够应用于利用电能的装置。更为详细地，本发明涉及一种用于防止高电压电池过充电的技术，其能够在混合动力车辆、插电式混合动力车辆及电动车辆中使用。
背景技术
最近，使用高电压的电池的工业机械、家用电器及车辆等各种装置问世，尤其在车辆技术领域高电压电池的使用更加活跃。
使用内燃机的车辆造成了大气污染等污染发生的严重影响，所述内燃机将汽油或柴油等化石燃料用作主燃料。由此最近为了降低污染发生，从而在电动车辆和混合动力(Hybrid)车辆的开发方面付出较多努力。
电动车辆(EV；Electric Vehicle)是指不使用石油燃料和发动机(engine)而使用电力电池和电动机的车辆。换句话说，通过积蓄于电池的电来使得电动机旋转，从而使得车辆驱动的电动车辆，其虽然先于汽油车辆开发出来，但是因为电池的重量较重且充电耗时等问题而没能实用化，但最近随着能源及环境问题的恶化，自20世纪90年代开始了用于实用化的研究。
另外，随着最近电池技术飞跃发展，电动车辆及适应性地使用化石燃料和电能的混合动力车辆(HEV)得到普及。
混合动力车辆因为同时将汽油和电用作动力源，所以在燃料消耗率改善及尾气消减方面受到肯定。这样的混合动力车辆的关键也在于如何克服与汽油车辆的价格差异，能够将二次电池搭载量降低至电动车辆的1/3，因此在向完整的电动车辆进化过程中起到承上启下的作用，从而受到期待。
这样的利用电能的混合动力车辆及电动车辆将电池用作主动力源，因此优点在于，根本不存在废气且噪音极低，所述电池使得能够进行充放电的多个二次电池(cell)形成为一个组件(pack)。
如上所述，利用电能的车辆因为电池的性能对车辆的性能有直接影响，所以需要一种电池管理系统(Battery Management System,BMS)，所述电池管理系统对各个电池的电压、整体电池的电压及电流等进行测定，从而不仅对各个电池的充放电进行有效管理，而且对感测各个电池的电池感测IC的状态进行监控，从而能够稳定控制所属电池。
另外，电池管理系统根据电池的结构而形态不同。此时，不同于普通的混合动力车辆，就插电式混合动力车辆(plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)而言，不仅包括高电压电池系统，而且包括高电压充电系统，因此能够安装电池的空间是有限的。由此，插电式混合动力车辆将全部电池组分为主(master)电池和从(slave)电池，并分别安装于车辆的不同位置。此情况下，电池管理系统可由管理主电池的主电池管理系统和管理从电池的从电池管理系统构成。
就如上所述的主-从电池管理系统而言，主电池管理系统不仅对主电池的充放电状态进行控制，而且控制在电池与车辆电动机之间连接的主继电器(main relay)的开/关。此外，从电池管理系统不仅对从电池的充放电状态进行控制，而且控制对电池与充电器进行连接的充电继电器(relay)的开/关。换句话说，主电池管理系统与从电池管理系统单独工作。
由此，电池的正在充电的主电池过充电时，主电池管理系统使得主继电器断开，从而能够防止向车辆电动机流入过电流，但是问题在于，主电池管理系统无法控制充电继电器，从而无法阻止主电池持续过充电。
先行技术文献
专利文献
(专利文献1)美国专利公开公报第2014-0070772号
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种在主-从电池管理系统中发生过充电的情况下，在主电池管理系统和从电池管理系统之间传递过充电信号的过充电防止装置及方法。
解决技术问题的手段
本发明一个实施例的过充电防止装置是一种电池的过充电防止装置，所述电池包括主电池及从电池，所述装置包括：主电池管理系统，判断所述主电池是否过充电，当判断结果为所述主电池过充电时，所述主电池管理系统使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池与车辆的电动机连接或分离；以及从电池管理系统，判断所述从电池是否过充电，当判断结果为所述从电池过充电时，所述从电池管理系统使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池与设置于所述车辆外部的充电器连接或分离，当所述电池正在充电时，在所述主电池或所述从电池中的任意一个过充电情况下，所述主电池管理系统或所述从电池管理系统中的任意一个将用于告知所述主电池或所述从电池中任意一个过充电的过充电信号向另一个电池管理系统传递，当所述主电池管理系统或所述从电池管理系统中任意一个接收传递的所述过充电信号时，使得所述主继电器或所述充电继电器断开。
在一个实施例中，当包含于所述主电池的电池单元的电压大于过充电基准电压时，所述主电池管理系统将所述主电池判断为过充电。
在一个实施例中，当所述电池正在充电时，在所述主电池过充电的情况下，所述主电池管理系统将用于告知所述主电池过充电的第一过充电信号向从电池管理系统传递，当所述从电池管理系统接收传递的所述第一过充电信号时，使得所述充电继电器断开。
在一个实施例中，当所述从电池被判断为过充电时，或者从所述主电池管理系统接收传递的所述第一过充电信号时，所述从电池管理系统使得所述充电继电器断开。
在一个实施例中，当包含于所述从电池的电池单元的电压大于过充电基准电压时，所述从电池管理系统将所述从电池判断为过充电。
在一个实施例中，当所述电池正在充电时，在所述从电池过充电的情况下，所述从电池管理系统将用于告知所述从电池过充电的所述第二过充电信号向所述主电池管理系统传递，当所述主电池管理系统接收传递的所述第二过充电信号时，使得所述主继电器断开。
在一个实施例中，当所述主电池被判断为过充电时，或者从所述从电池管理系统接收传递的所述第二过充电信号时，所述主电池管理系统使得所述主继电器断开。
本发明一个实施例的过充电防止方法是一种电池的过充电防止方法，所述电池包括主电池及从电池，所述方法包括：过充电判断步骤，当所述电池正在充电时，判断所述主电池或所述从电池中过充电的电池；主继电器断开步骤，在所述过充电判断步骤中判断结果为所述主电池过充电时，由主电池管理系统使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池和车辆的电动机连接或分离；第一过充电信号传递步骤，从所述主电池管理系统将用于告知所述主电池过充电的第一过充电信号向所述从电池管理系统传递；以及充电继电器断开步骤，当从所述第一过充电信号传递步骤接收传递的所述第一过充电信号时，使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池和设置于所述车辆外部的充电器连接或分离。
本发明一个实施例的过充电防止方法是一种电池的过充电防止方法，所述电池包括主电池及从电池，所述方法包括：过充电判断步骤，当所述电池正在充电时，判断所述主电池或所述从电池中过充电的电池；充电继电器断开步骤，在所述过充电判断步骤中判断结果为所述从电池过充电时，由从电池管理系统使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池和设置于车辆外部的充电器连接或分离；第二过充电信号传递步骤，从所述从电池管理系统将用于告知所述从电池过充电的第二过充电信号向所述主电池管理系统传递；以及主继电器断开步骤，当从所述第二过充电信号传递步骤接收传递的所述第二过充电信号时，使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池和车辆的电动机连接或分离。
发明的效果
本发明的效果在于，在主-从电池管理系统中，不论正在充电的主电池或从电池中哪一个过充电时，都在主电池管理系统和从电池管理系统之间传递过充电信号。
由此，效果在于，在主-从电池管理系统中，不论正在充电的主电池或从电池中哪一个过充电时，使得主电池管理系统和从电池管理系统全部断开。
由此，效果在于，降低因电池过充电所导致的车辆火灾或爆炸等安全事故的危险。
附图说明
图1是包括主-从电池管理系统的结构图。
图2是本发明一个实施例的防止过充电的框图。
图3是示出在本发明一个实施例的过充电防止装置中主电池过充电时防止过充电的方法的流程图。
图4是示出在本发明一个实施例的过充电防止装置中从电池过充电时防止过充电的方法的流程图。
附图标记说明
1：主电池；2：从电池；3：主电池管理系统(BMS)；4：从电池管理系统(BMS)；5：逆变器；6：电动机；7：充电器；11、21：过充电判断部；12、22：防反跳电路；13、23：或门；14、24：内部信号输出部；15、25：公共信号输出部；16、26：外部信号输出部；17、27：微计算机；18、28：低端开关(LSW)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
以下，参照图1至图2，对本发明一个实施例的过充电防止装置进行说明。
图1是包括主-从电池管理系统(BMS，Battery Management System)的结构图。参照图1，可确认主电池1、从电池2、主电池管理系统3、从电池管理系统4、逆变器(inverter)5、电动机6及充电器7之间的连接关系。
主电池1及从电池2可包括安装于混合动力车辆或电动车辆的高电压电池。尤其，主电池1及从电池2可包括安装于插电式混合动力车辆(plug-in Hybrid ElectricVehicle，PHEV)的高电压电池。此时，主电池1及从电池2是为了区分电池安装位置而定义的概念，并且主电池1及从电池2的结构及特性可以相同。
例如，为了对插电式混合动力车辆(PHEV)进行驱动而需要96个电池单元的情况下，96个电池单元中48个电池单元可安装于车辆的后备箱下端备用轮胎的位置，并且96个电池单元中其余的48个电池单元可安装于车俩的后座后方。此时，可将安装于车辆的后备箱下端备用轮胎位置的电池定义为主电池1，而可将安装于车辆的后座后方的电池定义为从电池2。相反地，可将安装于车辆的后备箱下端备用轮胎位置的电池定义为从电池2，而可将安装于车辆的后座后方的电池定义为主电池1。
在实施例中，在主继电器SW1、SW2被接通的情况下，主电池1及从电池2可经过逆变器5而向电动机6供给电力。在实施例中，在主继电器SW1、SW2被接通的情况下，主电池1及从电池2也可经过逆变器5而从电动机6接收电力。此时，逆变器5能够起到使得直流与交流变换的作用。
另外，在充电继电器SW3、SW4被接通的情况下，主电池1及从电池2可通过充电器7接收电力而充电。此时充电器7可从位于车辆外部的电力供给源接收电力。
在实施例中，主电池管理系统3可判断主电池1是否过充电。具体而言，当包含于主电池1的电池单元的电压大于过充电基准电压时，主电池管理系统3可将主电池1判断为过充电。换句话说，主电池1中包括48个电池单元，即使当48个电池单元中的一个电池单元大于过充电基准电压时，主电池管理系统3也可将主电池1判断为过充电。
在实施例中，当主电池1过充电时，主电池管理系统3可使主继电器SW1、SW2断开。由此，能够防止向电动机6流入过电流。相反地，如果主电池1及从电池2为正在充电的情形，则由于充电继电器SW3、SW4仍然被接通，因此存在有仅断开主继电器SW1、SW2无法解决主电池1的过充电状况的问题。
在实施例中，从电池管理系统4可判断从电池2是否过充电。具体而言，当包含于从电池2的电池单元的电压大于过充电基准电压时，从电池管理系统4可将从电池2判断为过充电。换句话说，从电池2包括48个电池单元，即使当48个电池单元中的一个电池单元大于过充电基准电压时，从电池管理系统4也可将从电池2判断为过充电。
在实施例中，当从电池2过充电时，从电池管理系统4可使充电继电器SW3、SW4断开。由此，能够防止从电池2过充电。相反地，因为主继电器SW1、SW2仍然被接通，所以可能会由于仅断开充电继电器SW3、SW4而发生向电动机6流入过电流的问题。
为了解决上述问题，主电池管理系统3与从电池管理系统4之间需要相互共享主电池1和从电池2的过充电状态信息。
图2是本发明一个实施例的防止过充电的框图。
参照图2，本发明实施例的过充电防止装置可包括主电池管理系统3及从电池管理系统4。
主电池管理系统3可包括过充电判断部11、防反跳(debounce)电路12、或门(ORgate)13、内部信号输出部14、公共信号输出部15、外部信号输出部16及微计算机17。
过充电判断部11可判断主电池1是否过充电。如果主电池1被判断为过充电，则过充电判断部11可将第一过充电信号向或门13及内部信号输出部14传递。在此，第一过充电信号是指表示主电池1过充电的信号。
防反跳电路12可确认自从电池管理系统4向主电池管理系统3传递的信号是否为噪声。具体而言，如果自从电池管理系统4向主电池管理系统3传递的信号传递不足一定的时间，则防反跳电路12将所传递的信号判断为噪声，并可切断所传递的信号。相反地，自从电池管理系统4向主电池管理系统3传递的信号传递为一定时间以上，则防反跳电路12将其判定为第二过充电信号，从而可向或门13及外部信号输出部16传递。
当从过充电判断部11传递第一过充电信号，或者从防反跳电路12传递所述第二过充电信号时，或门13可将所传递的信号向公共信号输出部15传递。
当从过充电判断部11接收传递的第一过充电信号时，内部信号输出部14可经过微计算机17及低端开关(Low Side Switch，LSW)18将第一过充电信号向从电池管理系统4传递。由此，即使主电池1过充电时，也能够将主电池1的过充电状态的信息向从电池管理系统4告知。
当从或门13接收传递的所述第一过充电信号时，公共信号输出部15可将第一过充电信号向微计算机17及主继电器SW1、SW2传递。由此，可使主继电器SW1、SW2断开。
当从防反跳电路12接收传递的所述第二过充电信号时，公共信号输出部15可将第二过充电信号向微计算机17传递。
当仅从内部信号输出部14接收传递的第一过充电信号时，微计算机17可对主继电器SW1、SW2被主电池管理系统3断开进行识别。相反地，当仅从外部信号输出部16接收传递的第二过充电信号时，微计算机17可对主继电器SW1、SW2被从电池管理系统4断开进行识别。由此，微计算机17不仅能够确认主电池1是否过充电，而且能够确认从电池2是否过充电。
从电池管理系统4可包括过充电判断部21、防反跳电路22、或门(OR gate)23、内部信号输出部24、公共信号输出部25、外部信号输出部26及微计算机27。
过充电判断部21可判断从电池2是否过充电。如果将从电池2判断为过充电，则过充电判断部21可将第二过充电信号向或门23及内部信号输出部24传递。在此，第二过充电信号是指表示从电池2过充电的信号。
防反跳电路22可确认从主电池管理系统3向从电池管理系统4传递的信号是否为噪声。具体而言，如果从主电池管理系统3向从电池管理系统4传递的信号传递不足一定时间，则防反跳电路22可将所传递的信号判断为噪声，并进行切断。相反地，从主电池管理系统3向从电池管理系统4传递的信号传递为一定时间以上，则防反跳电路22将其判定为第一过充电信号，从而可向或门23及外部信号输出部26传递。
当从过充电判断部21传递所述第二过充电信号，或者从防反跳电路22传递所述第一过充电信号时，防反跳电路22可将所传递的信号向公共信号输出部25传递。
当从过充电判断部21接收传递的所述第二过充电信号时，防反跳电路22可经过微计算机27及低端开关(Low Side Switch，LSW)28将第二过充电信号向主电池管理系统3传递。由此，即使从电池2过充电时，也能够将从电池2的过充电状态的信息向主电池管理系统3告知。
当从或门23接收传递的所述第二过充电信号时，防反跳电路22可将第二过充电信号向微计算机27及充电继电器SW3、SW4传递。由此，可使充电继电器SW3、SW4断开。
当从防反跳电路22接收传递的第一过充电信号时，外部信号输出部26可将第一过充电信号向微计算机27传递。
当仅从内部信号输出部24接收传递的第二过充电信号时，微计算机27可对充电继电器SW3、SW4被从电池管理系统4断开进行识别。相反地，当仅从外部信号输出部26接收传递的第一过充电信号时，微计算机27可对充电继电器SW3、SW4被主电池管理系统3断开进行识别。由此，微计算机27不仅能够确认从电池2是否过充电，而且能够确认主电池3是否过充电。
由此，本发明实施例的电池管理系统能够实现为，无论正在充电的主电池1或从电池2中哪一个过充电，都在主电池管理系统3和从电池管理系统4之间传递过充电信号。由此，无论正在充电的主电池1或从电池2中哪一个过充电时，都能够使得主继电器SW1、SW2及充电继电器SW3、SW4全部断开。由此效果在于，降低电池过充电导致的车辆火灾或爆炸等安全事故危险。
以下，参照图3及图4，对本发明一个实施例的过充电防止方法进行说明。此时，省略与参照图1及图2进行说明的部分重复的部分。
图3是示出在本发明一个实施例的过充电防止装置中主电池过充电时防止过充电的方法的流程图。
参照图3，首先，主电池管理系统3可判断主电池1是否过充电(S301)。
此后，S301步骤中判断结果为主电池1过充电时，主电池管理系统3可使得主继电器SW1、SW2断开(S303)。
此后，主电池管理系统3可将用于告知主电池1过充电的第一过充电信号向从电池管理系统4传递(S305)。
此后，从主电池管理系统3接收传递的第一过充电信号时，从电池管理系统4可使得充电继电器SW3、SW4断开S307。
图4是示出在本发明一个实施例的过充电防止装置中从电池过充电时防止过充电的方法的流程图。
参照图4，首先，从电池管理系统4可判断从电池2是否过充电(S401)。
此后，S401步骤中判断结果为从电池2过充电时，从电池管理系统4可使得充电继电器SW3、SW4断开(S403)。
此后，从电池管理系统4可将用于告知从电池2过充电的第二过充电信号向主电池管理系统3传递(S405)。
此后，当自从电池管理系统4接收传递的第二过充电信号时，主电池管理系统3可使得主继电器SW1、SW2断开(S407)。
本发明所属技术领域内具有通常知识的人员能够理解，本发明的技术构思或必要特征在不变更的情况下能够以其他具体形态实施。因此以上所记载的实施例应理解为并非全面的示例，且并非限定性的。本发明的范围应解释为，并非根据所述详细说明，而是根据后述的权利要求范围来表示，且根据权利要求范围的意义和范围以及它们的均等概念所导出的全部变更或变形的形态包含于本发明的范围内。
另外，本说明书和附图公开了本发明的优选实施例，并且虽然使用了特定的术语，但是这只是为了易于说明本发明的技术内容，并且为了助于理解发明而从一般的意义层面使用的，并非想要限定本发明的范围。除了在此所公开的实施例之外，能够基于本发明的技术构思实施其他变形例，这对于本发明所属技术领域具有通常知识的人员来讲是不说自明的。

Claims (9)

1.一种过充电防止装置，其为一种电池的过充电防止装置，所述电池包括主电池及从电池，所述装置特征在于，包括：
主电池管理系统，判断所述主电池是否过充电，当判断结果为所述主电池过充电时，所述主电池管理系统使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池与车辆的电动机连接或分离；以及
从电池管理系统，判断所述从电池是否过充电，当判断结果为所述从电池过充电时，所述从电池管理系统使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池与设置于所述车辆外部的充电器连接或分离，
当所述主电池过充电时，所述主电池管理系统产生第一过充电信号，并将所述第一过充电信号向所述从电池管理系统传递，
当所述从电池过充电时，所述从电池管理系统产生第二过充电信号，并将所述第二过充电信号向所述主电池管理系统传递，
所述从电池管理系统响应所述第一过充电信号而使所述充电继电器断开，
所述主电池管理系统响应所述第二过充电信号而使所述主继电器断开。
2.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其特征在于，
当包含于所述主电池的电池单元的电压大于过充电基准电压时，所述主电池管理系统将所述主电池判断为过充电。
3.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其特征在于，
当所述电池正在充电时，在所述主电池过充电的情况下，所述主电池管理系统将用于告知所述主电池过充电的所述第一过充电信号向所述从电池管理系统传递，
当所述从电池管理系统接收传递的所述第一过充电信号时，使得所述充电继电器断开。
4.根据权利要求3所述的过充电防止装置，其特征在于，
当所述从电池被判断为过充电时，或者从所述主电池管理系统接收传递的所述第一过充电信号时，所述从电池管理系统使得所述充电继电器断开。
5.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其特征在于，
当包含于所述从电池的电池单元的电压大于过充电基准电压时，所述从电池管理系统将所述从电池判断为过充电。
6.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其特征在于，
当所述电池正在充电时，在所述从电池过充电的情况下，所述从电池管理系统将用于告知所述从电池过充电的所述第二过充电信号向所述主电池管理系统传递，
当所述主电池管理系统接收传递的所述第二过充电信号时，使得所述主继电器断开。
7.根据权利要求6所述的过充电防止装置，其特征在于，
当所述主电池被判断为过充电时，或者从所述从电池管理系统接收传递的所述第二过充电信号时，所述主电池管理系统使得所述主继电器断开。
8.一种过充电防止方法，其为一种电池的过充电防止方法，所述电池包括主电池及从电池，所述方法特征在于，包括：
过充电判断步骤，当所述电池正在充电时，判断所述主电池或所述从电池中过充电的电池；
主继电器断开步骤，在所述过充电判断步骤中判断结果为所述主电池过充电时，由主电池管理系统使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池和车辆的电动机连接或分离；
第一过充电信号传递步骤，从所述主电池管理系统将用于告知所述主电池过充电的第一过充电信号向从电池管理系统传递；以及
充电继电器断开步骤，当从所述第一过充电信号传递步骤接收传递的所述第一过充电信号时，使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池和设置于所述车辆外部的充电器连接或分离。
9.一种过充电防止方法，其为一种电池的过充电防止方法，所述电池包括主电池及从电池，所述方法特征在于，包括：
过充电判断步骤，当所述电池正在充电时，判断所述主电池或所述从电池中过充电的电池；
充电继电器断开步骤，在所述过充电判断步骤中判断结果为所述从电池过充电时，由从电池管理系统使得充电继电器断开，所述充电继电器使得所述电池和设置于车辆外部的充电器连接或分离；
第二过充电信号传递步骤，从所述从电池管理系统将用于告知所述从电池过充电的第二过充电信号向所述主电池管理系统传递；以及
主继电器断开步骤，当从所述第二过充电信号传递步骤接收传递的所述第二过充电信号时，使得主继电器断开，所述主继电器使得所述电池和车辆的电动机连接或分离。
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