CN108475918A

CN108475918A - 通过使用续流路径来保护电池间电路的系统和方法

Info

Publication number: CN108475918A
Application number: CN201780007393.0A
Authority: CN
Inventors: 宋炫振; 李沅泰; 崔良林
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: CN108475918B; KR102098435B1; WO2018012916A1; JP6609378B2; US20190020337A1; EP3392992B1; JP2019504598A; US10958262B2; PL3392992T3; KR20180008213A; EP3392992A4; EP3392992A1

Abstract

本发明涉及一种用于保护电池之间的电路的系统和方法，其中当在车辆铅蓄电池和锂聚合物电池相互连接的电路中通过MOSFET开关切断电力时，防止从铅蓄电池产生的反电动势被施加到MOSFET开关，以防止MOSFET开关受过电流的影响，以及防止当铅蓄电池被充电时从铅蓄电池泄露的电流被传导到除了事先确定的路径之外的路径。

Description

通过使用续流路径来保护电池间电路的系统和方法

技术领域

本申请要求于2016年7月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0090251的优先权和权益，其整个内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种用于使用续流(free wheeling)路径来保护电池之间的电路的系统和方法，并且更具体地，涉及一种用于保护电池之间的电路的系统和方法，其中当在车辆铅蓄电池和锂聚合物电池彼此连接的电路中通过MOSFET开关切断电力时，防止从铅蓄电池产生的反电动势被施加到MOSFET开关，以防止MOSFET开关受过电流的影响，以及防止当铅蓄电池被充电时从铅蓄电池泄露的电流被传导到除了事先确定的路径之外的路径。

背景技术

通常，在连接到车辆铅蓄电池的锂聚合物电池中，锂聚合物电池支持车辆铅蓄电池的输出，并且当外部电源被短路时需要切断从锂聚合物电池产生的电流。

为此，通过使用被称为金属氧化物半导体场效应晶体管——即，相关技术中的MOSFET——的切换元件来执行这样的切断操作。在这种情况下，当使用MOSFET在车辆铅蓄电池和锂聚合物电池之间突然切断电力时，在车辆的电动机中，在现有技术中与电流流动方向相反的方向(反向)上产生反电动势，并且以这种方式产生的反电动势具有通过车辆铅蓄电池在电路上传导电流的问题。

通常，因为车辆电动机的转速非常高，所以通过电动机的内部线圈的磁通量的变化量也成比例地迅速增加，并且因此，反电动势表现出非常高的电力量。

也就是说，因为在电路上传导的反电动势对应于具有非常高的电力量的过电流，当在电路上传导这种反电动势时，安装在电路上的各种元件可能被过电流损坏。

为了防止各种元件被损坏，在现有技术中实现通过使用多个MOSFET实现和使用其中反电动势能够被续流的续流路径。然而，由于MOSFET的特性，寄生二极管的方向性由一个MOSFET统一，所以只能在一个方向上控制方向。因此，为了控制电流的方向性，存在必须应用多个MOSFET的限制。由于电路的复杂性和电路中元件集成度的增加，这导致各种电气问题。

因此，为了解决现有技术中具有续流路径的电路的问题，本发明人发明一种用于保护电池之间的电路的系统和方法，其中，当通过MOSFET开关切断电力——其中车辆铅蓄电池和锂聚合物电池彼此连接——时，防止从铅蓄电池产生的反电动势被施加到MOSFET开关，以防止MOSFET开关受过电流的影响，并且防止当铅蓄电池被充电时已经从铅蓄电池泄露的电流被传导到除了事先确定的路径之外的路径。

发明内容

技术问题

本发明被设计以解决这些问题并且本发明的目的是为了提供一种用于保护电池之间的电路的系统和方法，其中当在车辆铅蓄电池和锂聚合物电池彼此连接的电路中通过MOSFET开关切断电力时，防止从铅蓄电池产生的反电动势被施加到MOSFET开关，以防止MOSFET开关免受过电流的影响，以及防止当铅蓄电池被充电时从铅蓄电池泄露的电流被传导到除了事先确定的路径之外的路径。

技术方案

在根据本发明的实施例当中，用于保护电池之间的电路的系统可以包括：切换单元，该切换单元控制电路上的第一电池和第二电池之间的连续性，该电路被形成为包括第一和第二电池；和续流单元，该续流单元切断第一电池的漏电流，或者朝向第一电池续流第一电池的反电动势以保护切换单元免受反电动势的影响。

在实施例中，续流单元可以包括可控硅整流器(silicon controlled rectifier、SCR)；和电压检测器，该电压检测器检测第一电池的电压值，并且根据所检测的电压值来输出用于将可控硅整流器的操作状态改变为导通状态的操作信号。

在实施例中，电压检测器可以通过所检测的电压值来确定第一电池的连接方向性，并且当第一电池的连接方向被确定为不是正向而是反向时，电压检测器可以不输出操作信号。

在实施例中，当第一电池通过外部充电电源充电时，可控硅整流器可以切断从第一电池向续流单元泄漏的漏电流。

在实施例中，当在可控硅整流器在导通状态下操作的同时，切换单元被开启并且第一和第二电池之间的连续性改变成短路状态时，电压检测器可以输出用于将可控硅整流器的操作状态从导通状态改变成续流状态的续流信号，使得通过可控硅整流器朝向第一电池续流从第一电池输出的反电动势。

在实施例中，当通过可控硅整流器朝向第一电池续流从第一电池输出的反电动势时，可以保护切换单元免受反电动势的影响。

在实施例中，切换单元可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

根据本发明的另一实施例，一种用于保护电池之间的电路的方法可以包括：通过切换单元控制电路上的第一电池和第二电池之间的连续性，该电路被形成为包括第一电池和第二电池；和切断第一电池的漏电流，或者通过续流单元朝向第一电池续流第一电池的反电动势以保护切换单元免受反电动势的影响。

在实施例中，切换单元的保护可以包括：通过电压检测器，检测第一电池的电压值，并且根据所检测的电压值向可控硅整流器输出用于将可控硅整流器的操作状态改变为导通状态的操作信号。

在实施例中，切换单元的保护可以进一步包括，通过所检测的电压值来确定第一电池的连接方向性，并且当第一电池的连接方向被确定为不是正向而是反向时，不输出操作信号。

在实施例中，切换单元的保护可以进一步包括，当第一电池通过外部充电电源充电时，通过可控硅整流器切断从第一电池向续流单元泄漏的漏电流。

在实施例中，切换单元的保护可以进一步包括，当在所述可控硅整流器在导通状态下操作的同时，切换单元被开启并且第一和第二电池之间的连续性被变成短路状态时，通过电压检测器输出用于将可控硅整流器的操作状态从导通状态改变成续流状态的续流信号，使得通过可控硅整流器朝向第一电池续流从第一电池输出的反电动势。

在实施例中，切换单元的保护可以进一步包括，当通过可控硅整流器朝向第一电池续流从第一电池输出的反电动势被续流时，保护切换单元免受反电动势的影响。

在实施例中，在第一和第二电池之间的连续性的控制可以包括，基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现切换单元。

有益效果

根据本发明的一个方面，有利的是，通过使用可控硅整流器(SCR)实现续流路径，可以控制反电动势的电流方向性和漏电流的电流方向性两者。

根据本发明的一个方面，仅当通过电压检测器正常连接车辆铅蓄电池时，可控硅整流器的操作状态从导通状态变为截止状态。因此，尽管由于操作员的不小心而改变电池的连接方向，可控硅整流器的操作状态也被控制以防止故障。

此外，根据本发明的一个方面，通过消除多个MOSFET的应用来解决电池之间的连接电路的复杂性，并且所导致的元件集成度能够被显著地降低，并且由应用多个MOSFET造成的成本问题也能够被解决。

另外，根据本发明的一个方面，当通过外部充电电源对铅蓄电池充电时，能够通过使用可控硅整流器(SCR)防止可能从铅蓄电池泄漏的漏电流经由除了事先确定的路径之外的路径被传导。

附图说明

图1是示意性地图示根据本发明的实施例的用于保护电池之间的电路的系统100的配置的图。

图2是更具体地图示在图1中图示的可控硅整流器120a的配置和操作状态的图。

图3是示意性图示根据本发明的实施例的用于保护电池之间的电路的系统100的操作顺序的图。

具体实施方式

在下文中，呈现优选实施例以便于帮助理解本发明。然而，仅提供以下实施例以更加容易地理解本发明，并且本发明的内容不受该实施例的限制。

参考图1，根据本发明的实施例的用于保护电池之间的电路的系统100可以被配置成包括切换单元110和续流单元120。

首先，切换单元110可以用于控制电路3上的第一和第二电池1和2之间的连续性，该电路3被形成为包括第一和第二电池1和2。

这里，第一电池1可以意指车辆铅蓄电池，其可以使用硫酸作为电解质通过作为负极(-)的铅和作为正极(+)的二氧化铅而被充电和放电，并且第二电池2可以意指可以像锂聚合物电池一样普通充电和放电的锂电池。

此外，第一电池2可以用于帮助第一电池1的输出，并且应注意，如果第一电池和第二电池1和2是可以被应用于车辆或者可以被充电和放电的电池，则第一和第二电池1和2的类型、容量、和输出量不受限制。

同时，切换单元110可以执行切换功能以关闭或开启连续性——该连续性是其中第一电池1和第二电池2彼此电连接的状态，并且作为示例，切换单元110可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

当切换单元110的连续性从关闭状态改变到开启状态时，第一和第二电池1和2之间的电连接状态被短路。

同时，当切换单元110的连续性从关闭状态改变到开启状态时，从连接到第一电池1的外部电动机(未图示)产生的反电动势可以通过第一电池1被施加到电路3。

因为外部电动机(未图示)的旋转速度非常高，所以通过电动机的内部线圈的磁通的变化量也成比例急剧增加，并且因此，反电动势也展现非常高的电力量。

即，因为在电路3上传导的反电动势对应于具有非常高的电力量的过电流，所以当在电路3上传导这种反电动势时，安装在电路上的各种元件——特别地，诸如MOSFET的切换关单元110——可能由于反电动势而被损坏。因此，在本发明中，电路3上的各种元件——特别地，切换单元110——可以通过下面将要描述的续流单元120而被保护。

同时，在本说明书中，切换单元110电连接第一和第二电池1和2，并且如果切换单元110用于改变第一和第二电池1和2之间的连续性，应注意的是，切换单元110的类型不受限制。

在实施例中，根据本发明的用于保护电池之间的电路的系统100可以进一步包括控制器110a，该控制器110a通过将切换信号施加到切换单元110来将切换单元的状态控制为导通状态或截止状态。

同时，控制器110a通常可以意指用于车辆的微控制器单元(MCU)，其控制设置在用于电动车辆的电池中的MOSFET的导通或截止操作。因为控制器110a使用相关技术中的已知技术，所以将省略其详细描述。

接下来，续流单元120并联连接在第一和第二电池1和2之间，并且切断第一电池1的漏电流或者不将从第一电池1输出的反电动势续流到第二电池，而续流到第一电池，以用于保护切换单元110。

这里，第一电池1的漏电流可以意指，当通过外部充电电源(未被图示)对第一电池1进行充电时，从第一电池1泄露到朝向续流单元120的路径，而不是朝向切换单元110或者第二电池2的路径的电流。

在这种情况下，续流单元120可以包括可控硅整流器(SCR)120a，以便于防止漏电流泄漏到续流单元120。

可控硅整流器120a可以被称为“晶闸管”，并且意指用于控制不能在普通晶体管中传导的高电压或大电流的电流方向性的元件。

这里，作为被统称为内部P-N-P-N结的四层结构半导体元件的元件的可控硅整流器120a可以具有其中用作P-N-P的晶体管和用作N-P-N的晶体管彼此耦合的结构。

在这种情况下，因为包括在可控硅整流器120a中的用作P-N-P的晶体管和用作N-P-N的晶体管具有不同的二极管，每个二极管在内部具有单向电流方向性，因此当从第一电池1泄露的漏电流的漏电流方向性对应于与每个二极管的电流方向性相反的方向时，可以防止漏电流输入到可控硅整流器120a中。

因此，由可控硅整流器120a切断的漏电流可以被供应给第二电池2，这可以意指因此防止从第一电池1泄漏的漏电流被可控硅整流器120a不必要地消耗。

此外，在此，将从第一电池1输出的反电动势朝向第一电池1续流的含义可以被解释为下述含义：当切换单元110的操作状态从关闭状态变成开启状态时，可控硅整流器120a被插入在中间以被传导，使得从第一电池1输出的反电动势不会被朝向第二电池2施加。

同时，在本说明书中，续流意指续流(free wheeling)，并且续流单元120可以用于提供续流路径，反电动势可以通过该续流路径被传导。

当不能通过续流单元120续流时，反电动势可能通过第二电池2施加到切换单元110。在这种情况下，因为切换单元110处于开启状态下，当反电动势施加到开启的切换单元110时，切换单元110可能被与过电流对应的反电动势损坏。

因此，续流单元120可以用于事先续流反电动势，并再次将反电动势输入到第一电池1中，以便于防止切换单元110被损坏。

同时，根据本发明的实施例的续流单元120可以进一步包括电压检测器120b，该电压检测器120b实时检测第一电池1的电压值，并且根据检测到的电压值输出用于将可控硅整流器120a的操作状态从截止状态变成导通状态的操作信号。

当第一电池1的连接方向在正向上连接时，电压检测器120b测量第一电池1的电压值，或者测量从第二电池2传导到第一电池1的电流的电压值，以用于确定第一电池的连接方向性。

例如，当第一电池1在反向而非正向上连接时，因为没有从第一电池1检测到电压值，电压检测器120b确定第一电池1当前在反向而非正向上连接。在这种情况下，因为操作信号没有朝向可控硅整流器120a输出，所以可控硅整流器120a的操作状态可以相应地保持在截止状态。

因此，当第一电池1在反向上连接时，因为可控硅整流器120a保持截止状态，所以不会发生无意的操作错误。

在实施例中，当第一电池1在正向上连接时，因为从第一电池1检测到电压值，电压检测器120b确定第一电池1当前在正向上连接。在这种情况下，朝向可控硅整流器120a输出操作信号，并且作为结果，可控硅整流器120a的P-N-P晶体管的操作状态可以从截止状态变成导通状态。

同时，在可控硅整流器120a中的P-N-P晶体管在导通状态下操作时，随着切换单元110被开启以将第一和第二电池1和2之间的连续性变为短路状态，当通过电压检测器120b检测到的电压值大于阈值电压值(例如，0.6v或更大等)时，电压检测器120b输出用于将可控硅整流器120a中的N-P-N晶体管的操作状态从截止状态改变成导通状态的续流信号，以将可控硅整流器120a的N-P-N晶体管的操作状态从截止状态改变成导通状态，并且结果，续流单元120的续流路径被最终地形成。

因此，根据切换单元110的开启，从第一电池1输出的反电动势沿着续流单元120的续流路径被再次输入到第一电池1，并且结果，可以防止切换单元110由于反电动势而被损坏。

接下来，将参考图2描述上述可控硅整流器120a的示意性配置、其中切断漏电流的过程、以及其中反电动势被续流的过程。

图2是更具体地图示图1中图示的可控硅整流器120a的配置和操作状态的图。

首先，参考图2(a)，图2(a)图示第一电池1在反向而非正向上连接的情况。因为没有感测到取决于在反向上的连接的电流流动，所以电压检测器120b不输出用于操作可控硅整流器120a的操作信号。

参考图2(b)，图2(b)图示第一电池1在正向上连接的情况。因为感测到取决于在正向上的连接的电流流动，所以电压检测器120b输出用于操作可控硅整流器120a的操作信号，并且结果，可控硅整流器120a中的P-N-P晶体管的操作状态变成导通状态。在这种情况下，N-P-N晶体管当前处于截止状态。

参考图2(c)，图2(c)图示下述情况：在第一电池1在正向上连接时，切换单元110被开启并且第一和第二电池1和2之间的连续性处于短路状态。因为检测到取决于切换单元110的开启的反电动势(0.6V或更大)，所以电压检测器120b输出用于操作可控硅整流器120a的N-P-N晶体管的续流信号，并且作为结果，可控硅整流器120a中的N-P-N晶体管的操作状态改变成导通状态。在这种情况下，由于P-N-P晶体管和N-P-N晶体管两者都处于关闭状态，所以反电动势沿着从在图2(c)中图示的“A”到“K”的路径传导以被续流到第一电池1。

接下来，将参考图3描述根据本发明的用于保护电池之间的电路的系统100的操作顺序。

参考图3，首先，当连接第一电池1时，通过电压检测器120b来检测第一电池1的电压值(S301)。

在这种情况下，电压检测器120b可以基于检测到的电压值来确定指示第一电池1当前是在正向还是在反向上连接的方向性。当第一电池1在正向上连接时，操作信号被输出到可控硅整流器120a，并且作为结果，可控硅整流器120a中的P-N-P晶体管被操作(S302a)，并且当第一电池1在反向上连接时，不输出操作信号并且可控硅整流器120a的操作状态保持在截止状态下，直到第一电池1在正向上连接(S302b)。

在步骤S302a之后，随着切换单元110的连续性变为关闭状态，在包括第一和第二电池1和2的电路3上传导电流，并且作为结果，电路操作可以被执行(S303)。

然后，当车辆的行驶被终止或外部电源被短路时，切换单元110被开启，并且作为结果，电路被短路(S304)，并且电压检测器120b检测取决于切换单元110的开启的电压值的变化(S305)。

然后，电压检测器120b将续流信号输出到可控硅整流器120a以操作可控硅整流器120a中的N-P-N晶体管(S306)。

因此，可以通过在步骤S306形成的续流路径朝向第一电池1续流从第一电池1输出的反电动势(S307)，并且作为结果，与第二电池1相连接的切换单元110可以保护电池2免受反电动势的影响。

已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，能够对本发明进行各种修改和变化。

Claims

1.一种用于保护电池之间的电路的系统，所述系统包括：

切换单元，所述切换单元控制在被形成为包括第一电池和第二电池的电路上的所述第一电池和所述第二电池之间的连续性；和

续流单元，所述续流单元切断所述第一电池的漏电流，或者朝向所述第一电池续流所述第一电池的反电动势以保护所述切换单元免受所述反电动势的影响。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述续流单元包括

可控硅整流器(SCR)；和

电压检测器，所述电压检测器检测所述第一电池的电压值，并且根据所检测的电压值来输出用于将所述可控硅整流器的操作状态改变为导通状态的操作信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述电压检测器通过所检测的电压值来确定所述第一电池的连接方向性，并且当所述第一电池的连接方向被确定为不是正向而是反向时，所述电压检测器不输出所述操作信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，当所述第一电池通过外部充电电源充电时，所述可控硅整流器切断从所述第一电池向所述续流单元泄漏的漏电流。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，当在所述可控硅整流器在导通状态下操作的同时，所述切换单元被开启并且所述第一电池和所述第二电池之间的连续性改变成短路状态时，所述电压检测器输出用于将所述可控硅整流器的操作状态从所述导通状态改变成续流状态的续流信号，使得通过所述可控硅整流器朝向所述第一电池续流从所述第一电池输出的所述反电动势。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，当通过所述可控硅整流器朝向所述第一电池续流从所述第一电池输出的所述反电动势时，保护所述切换单元免受所述反电动势的影响。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述切换单元是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

8.一种用于保护电池之间的电路的方法，所述方法包括：

通过切换单元控制在被形成为包括第一电池和第二电池的电路上的所述第一电池和所述第二电池之间的连续性；和

通过续流单元切断所述第一电池的漏电流，或者朝向所述第一电池续流所述第一电池的反电动势以保护所述切换单元免受所述反电动势的影响。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述切换单元的所述保护包括

通过电压检测器，检测所述第一电池的电压值，并且

根据所检测的电压值来向可控硅整流器输出用于将所述可控硅整流器的操作状态改变为导通状态的操作信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述切换单元的所述保护进一步包括，通过所检测的电压值来确定所述第一电池的连接方向性，并且当所述第一电池的连接方向被确定为不是正向而是反向时，不输出所述操作信号。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述切换单元的所述保护进一步包括：当所述第一电池通过外部充电电源充电时，通过所述可控硅整流器切断从所述第一电池向所述续流单元泄漏的漏电流。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述切换单元的所述保护进一步包括：当在所述可控硅整流器在导通状态下操作的同时，所述切换单元被开启并且所述第一电池和所述第二电池之间的连续性改变成短路状态时，通过电压检测器输出用于将所述可控硅整流器的操作状态从所述导通状态改变成续流状态的续流信号，使得通过所述可控硅整流器朝向所述第一电池续流从所述第一电池输出的所述反电动势。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述切换单元的所述保护进一步包括：当通过所述可控硅整流器朝向所述第一电池续流从所述第一电池输出的所述反电动势时，保护所述切换单元免受所述反电动势的影响。

14.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一电池和所述第二电池之间的所述连续性的所述控制包括：基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来实现所述切换单元。