CN110062994A - 用于防止过充电的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于保护包括在电池组中的多个单体堆中的每一个免于过充电的装置和方法。根据本发明的一个方面的过充电防止装置的目的在于防止在高电流路径中彼此串联连接的多个单体堆的过充电。过充电防止装置包括：电压测量单元，被配置用于测量每个单体堆的电压，并产生表示所测量的电压的第一监测信号；电流调节单元，被配置用于选择性地为每个单体堆提供旁路路径；以及控制器，其与电压测量单元和电流调节单元相连接，以允许通信。控制器被配置为基于来自电压测量单元的第一监测信号来控制电流调节单元。

Description

用于防止过充电的装置和方法
技术领域
本公开涉及用于防止过充电的装置和方法，并且更具体地，涉及用于保护包括在电池组中的多个单体堆中的每一个免于过充电的装置和方法。
本申请要求于2017年4月17日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0049372的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
最近，对诸如膝上型计算机、摄像机和移动电话的便携式电子产品的需求急剧增长，并且随着电动车辆、用于储能的蓄电池、机器人和卫星的广泛开发，正在对能够被重复充电的高性能电池进行许多研究。
目前，市售电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且其中，与镍基电池相比，锂电池由于在没有记忆效应的情况下自由地充电和放电、非常低的自放电率和高能量密度的优点而受到关注。
通常，安装在电动车辆中的电池组包括串联或并联连接的多个单体堆。在这种情况下，每个单体堆包括一个电池单体或串联连接的两个或更多个电池单体。
通过其上安装有电池管理系统(BMS)的控制器监控包括在电池组中的每个单体堆的状态。控制器可以基于来自每个单体堆的监控状态输出用于控制平衡操作、冷却操作、充电操作和放电操作的信号。
随着充电电流被供应到电池组，每个单体堆的电压逐渐增加，导致过充电。由于过充电，可能发生诸如单体堆爆炸的危险情况，并且存在防止过充电的现有技术，例如，专利文献1。根据以下专利文献1的电池组包括电池(对应于单体堆)和电流断开装置，并且当电池中出现过电压时，电流断开装置将电池与高电流路径电分离。
然而，当在电池被过充电的情况下电池仅仅被与高电流路径电分离时，可能发生严重问题。例如，当安装在电动车辆中的电池组的电池与高电流路径电分离时，存在电动车辆将会突然停驶的风险。
专利文献1：韩国专利公开No.10-2014-0017043(2014年2月11日公开)
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，并且因此，本公开旨在提供一种装置和方法，其中当包括在电池组中的某个单体堆被过充电时，在旁路过充电的单体堆的同时，充电电流被供应到剩余的单体堆。
本公开的这些和其他目的和优点将通过以下描述来理解，并且根据本公开的实施例将显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点通过所附权利要求及其组合中阐述的手段来实现。
技术解决方案
用于实现上述目的的本公开的各种实施例如下。
根据本公开的一个方面的过充电防止装置用于防止在高电流路径内串联连接的多个单体堆的过充电。过充电防止装置包括：电压测量单元，该电压测量单元被配置成测量每个单体堆的电压并且产生指示所测量的每个单体堆的电压的第一监测信号；电流调节单元，该电流调节单元被配置成为每个单体堆选择性地提供旁路路径；以及控制器，该控制器被连接到电压测量单元和电流调节单元以允许通信。控制器被配置成基于来自电压测量单元的第一监测信号来控制电流调节单元。
另外，控制器可以被配置成基于来自电压测量单元的第一监测信号确定多个单体堆中的任何一个是否被过充电，并且当存在过充电的单体堆时，控制电流调节单元以为过充电的单体堆提供旁路路径。
另外，电流调节单元包括多个旁路电路。每个旁路电路可以包括并联连接到每个单体堆的多个旁路开关。
另外，控制器可以被配置成基于来自电压测量单元的第一监测信号确定多个单体堆中的任何一个是否被过充电，并且当存在过充电的单体堆时，控制被并联连接到过充电的单体堆的多个旁路开关中的至少一个进入接通状态。
另外，过充电防止装置还可以包括电流测量单元，该电流测量单元被配置成测量供应给每个单体堆的充电电流，并且产生指示所测量的充电电流的第二监测信号。
另外，控制器可以被配置成基于来自电压测量单元的第一监测信号和来自电流测量单元的第二监测信号来计算多个单体堆中的至少一个的内阻值。
另外，控制器可以被配置成，在并联连接到过充电的单体堆的多个旁路开关当中，控制与过充电的单体堆的内阻值对应的数量的旁路开关进入接通状态并且控制剩余的旁路开关进入断路状态。
另外，过充电防止装置还可以包括冷却单元，该冷却单元配置成冷却每个单体堆。冷却单元可以包括多个冷却元件，每个冷却元件通过经由提供给每个单体堆的旁路路径供应的充电电流来操作，以冷却每个单体堆。
另外，每个冷却元件可以是珀耳帖元件，该珀耳帖元件具有吸热部分和热辐射部分，该吸热部分被定位为比热辐射部分更靠近每个单体堆。
另外，电压测量单元可以包括多个电压传感器，每个电压传感器被并联连接到每个单体堆。
根据本公开的另一方面的电池组包括过充电防止装置和串联连接的多个单体堆。过充电防止装置对每个单体堆执行过充电防止操作。
有益效果
根据本公开的实施例，当包括在电池组中的多个单体堆中的任何一个被过充电时，在旁路每个过充电的单体堆的同时，至少部分充电电流被供应到剩余的单体堆。因此，即使某个单体堆处于过充电状态，仍能够连续对未过充电的剩余单体堆进行充电。
另外，在包括在电池组中的多个单体堆当中，过充电的单体堆可以与高电流路径电分离。在这种情况下，代替将每个单体堆与高电流路径电分离，构成高电流路径的旁路路径被设置到电池组中。因此，尽管任一单体堆与高电流路径电分离，仍能够对未过充电的剩余单体堆进行充电/放电。
另外，代替每个单体堆与高电流路径电分离，能够调节构成高电流路径的每个旁路路径的电阻值。在这种情况下，根据与高电流路径电分离的每个单体堆的内阻值来调节每个旁路路径的电阻值，以防止对保持与高电流路径的电连接的每个单体堆的过电流供应。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域的技术人员将从所附权利要求中清楚地理解本文未提及的其他效果。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且与下面描述的本公开的详细描述一起用作提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此，本公开不被解释为限于附图中提出的陈述。
图1是示出根据本公开的实施例的电池组的示意性配置的图。
图2示出图1中所示的电池组的一个实现示例。
图3和4示出图2中所示的旁路电路的不同实现示例。
图5至图7是在描述根据图2所示的实现示例的过充电防止装置的操作中的用于参考的图。
图8和9示出图1中所示的电池组的不同实现示例。
图10至13是在描述根据图9所示的实现示例的过充电防止装置的操作的用于参考的图。
图14至16示出图1中所示的电池组的不同实现示例。
图17是示出根据本公开的另一实施例的过充电防止方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。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或词语不应被解释为限于一般和词典含义，而是基于允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。
因此，这里描述的实施例和附图中示出的图示仅仅是本公开的最优选实施例，但是并不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应该理解的是，在提交申请时可以对其进行各种其它等同和修改。
另外，在描述本公开时，当认为相关已知元件或功能的详细描述使得本公开的关键主题不明确时，在此省略详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可用于在各种元件当中区分一个元件与另一元件，但不旨在通过术语限制元件。
除非上下文另有明确说明，否则将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise)”或“包括(include)”指定所陈述的元件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他元件。另外，这里使用的术语<控制单元>指的是至少一个功能或操作的处理单元，并且这可以通过硬件或软件单独或组合实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解，当一个元件被称为“连接到”另一个元件时，其能够直接连接到另一个元件，或者可以存在中间元件。
图1是示出根据本公开的实施例的电池组1的示意性配置的图。
参考图1，电池组1包括电池模块10和过充电防止装置100。电池模块10包括多个单体堆20。过充电防止装置100基本上包括电压测量单元110、电流调节单元120和控制器170，并且可选地还可以包括断开单元140、电流测量单元150和冷却单元160中的至少一个。另外，当过充电防止装置100包括断开单元140时，可以添加放电诱导单元180。
多个单体堆20串联连接并且安装在电池组1的两个电源端子之间的高电流路径上。
电压测量单元110测量每个单体堆20的电压，并产生指示所测量的电压的第一监测信号。由电压测量单元110产生的第一监测信号被发送到控制器170。
电流调节单元120被配置成给每个单体堆20选择性地提供并联连接的旁路路径。也就是说，电流调节单元120可以单独地向多个单体堆20提供旁路路径。也就是说，电流调节单元120可以仅向部分单体堆20提供旁路路径，并且可以不向剩余的单体堆20提供旁路路径。
充电电流的全部或一部分流过每个旁路路径。因此，当将充电电流供应给电池组1的同时，设置有旁路路径的单体堆20停止充电或非常缓慢地充电。
另外，电流调节单元120可以调节每个旁路路径的电阻值。因此，根据每个旁路路径的电阻值来调节流过每个旁路路径的电流。例如，随着旁路路径的电阻值增加，流过旁路路径的充电电流可以减小。
断开单元140被配置成选择性地将每个单体堆20与电池组1分离。即，断开单元140使每个单体堆20与高电流路径电分离。通过控制器170，电流调节单元120和断开单元140可以一起工作。例如，当任何一个单体堆20通过断开单元140与高电流路径分离时，电流调节单元120可以仅向分离的单体堆20提供旁路路径。代替分离的单体堆20，提供给分离的单体堆20的旁路路径构成高电流路径。
电流测量单元150测量供应给每个单体堆20的充电电流，并产生指示所测量的充电电流的第二监测信号。由电流测量单元150产生的第二监测信号被传输到控制器170。电流测量单元150包括安装在高电流路径上的分流电阻器，并且可以由通过充电电流在跨分流电阻器上出现的电压来测量充电电流。
冷却单元160被配置成单独冷却多个单体堆20。更具体地，冷却单元160至少部分地由流过提供给每个单体堆20的旁路路径的充电电流激活。激活的冷却单元160冷却预定范围的区域。
放电诱导单元180被配置成通过断开单元140向与高电流路径电分离的每个单体堆20提供放电路径，同时通过电池组1的两个电源端子供应充电电流。放电诱导单元180可以被配置成响应于流过由断开单元140提供的旁路路径的充电电流而被激活。
控制器170可以使用专用集成电路(ASIC)、DSP(数字信号处理器)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器和用于执行其他功能的电气单元中的至少一个以硬件实现。控制器170连接到电流调节单元120、电压测量单元110、电流测量单元150和/或冷却单元160以允许通信，以控制它们的整个操作。这里，允许通信的两个不同元件的连接可以指的是有线和/或无线连接，以允许一个元件将信号或数据传输到另一个元件。
控制器170被配置成对多个单体堆20执行过充电防止操作。具体地，控制器170基于来自电压测量单元110的第一监测信号和/或来自电流测量单元150的第二监测信号控制电流调节单元120。根据来自控制器170的控制信号，电流调节单元120可以为每个单体堆20提供旁路路径，或者阻止已经提供的旁路路径。另外，控制器170可以控制电流调节单元120以在预定范围内调节提供给至少一个单体堆20的每个旁路路径的电阻值。
在下文中，为了帮助理解，假设串联连接的三个单体堆20-1～20-3被包括在电池组1中。
图2示出图1中所示的电池组1的一个实现示例。
包括在电池组1中的多个单体堆20安装在电池组1的两个电源端子(+，-)之间的高电流路径上。
参考图1和图2，每个单体堆20包括至少一个电池单体21。当在每个单体堆20中包括多个电池单体21时，它们可以被串联或并联连接。另外，每个单体堆20可以包括壳体22，该壳体22具有至少部分地覆盖其中包括的每个电池单体21的结构。壳体22可以由金属材料制成，以实现有效的散热。
电压测量单元110可以包括多个电压传感器111。电压传感器111的数量可以与单体堆20的数量相同。在这种情况下，每个单体堆20可以设置有每个电压传感器。也就是说，电压传感器111可以一对一地对应于单体堆20。
每个电压传感器111并联连接到每个单体堆20。即，第一电压传感器111-1、第二电压传感器111-2和第三电压传感器111-3分别并联连接到第一单体堆20-1、第二单体堆20-2和第三单体堆20-3。每个电压传感器111测量与其并联连接的任何一个单体堆20的电压。指示由多个电压传感器111测量的每个单体堆20的电压的第一监测信号被传输到控制器170。
电流调节单元120可以包括多个旁路电路130-1～130-3。旁路电路130的数量可以等于单体堆20的数量。在这种情况下，可以向每个单体堆20提供一个旁路电路130。也就是说，旁路电路130可以一对一地对应于单体堆20。
每个旁路电路130可以并联连接到每个单体堆20。即，第一旁路电路130-1、第二旁路电路130-2和第三旁路电路130-3可以分别并联连接到第一单体堆20-1、第二单体堆20-2和第三单体堆20-3。
当由控制器170激活多个旁路电路130-1～130-3中的至少一个时，激活的旁路电路130为与其并联连接的单体堆20提供旁路路径。
控制器170基于来自电压测量单元110的第一监测信号确定多个单体堆20-1～20-3中的任何一个是否被过充电。另外，控制器170可以基于来自电压测量单元110的第一监测信号计算过充电的单体堆的数量。为此，控制器170将从每个单体堆20测量的电压与第一参考电压和/或第二参考电压进行比较。在这种情况下，第二参考电压高于第一参考电压。
第一参考电压和第二参考电压中的每一个用作用于确定每个单体堆20是否被过充电的参考。也就是说，控制器170确定充电到等于或高于第一参考电压的电压的单体堆20处于过充电状态。另外，控制器170控制电流调节单元120以仅将充电电流的一部分供应给充电到等于或高于第一参考电压并且低于第二参考电压的电压的单体堆20。在下文中，对应于等于或高于第一参考电压并且低于第二参考电压的电压的充电状态被称为第一过充电状态。
另外，控制器170控制电流调节单元120和断开单元140，以防止向被充电到等于或高于第二参考电压的电压的单体堆20的充电电流供应。在下文中，对应于等于或高于第二参考电压的电压的充电状态被称为第二过充电状态。
图3和4是示出图2中所示的旁路电路130的不同实现示例的图。
首先，参考图3，图2中示出的每个旁路电路130可以包括一个旁路开关131或两个或多个并联连接的旁路开关131。每个旁路开关131包括能够响应于来自外部的信号控制接通(ON)/断路(OFF)切换的任何类型的旁路开关，诸如继电器或MOSFET。
尽管图3示出在每个旁路电路130中包括三个旁路开关131-1～131-3，这仅用于说明性目的而被提供，并且每个旁路电路130中可以包括两个旁路开关131或四个或更多个旁路开关131。当每个旁路电路130中包括的至少一个旁路开关131处于接通状态时，旁路路径被提供给与每个旁路电路130并联连接的单体堆20。
每个旁路开关131可以在处于接通状态时具有预定义的电阻值。在这种情况下，包括在每个旁路电路130中的多个旁路开关131-1～131-3的电阻值可以相等或不同。旁路路径的电阻值根据每个旁路开关131的接通/断路组合而被调节。
假设第一至第三旁路开关131-1～131-3具有相同的电阻值R。当第一至第三旁路开关131-1～131-3中只有一个处于接通状态而剩余的旁路开关处于断路状态时，提供给单体堆20的旁路路径的电阻值为R。当第一至第三旁路开关131-1～131-3中的任意两个处于接通状态并且剩余的旁路开关处于断路状态时，提供给第一单体堆20的旁路路径的电阻值是R/2。当第一至第三旁路开关131-1～131-3都处于接通状态时，提供给单体堆20的旁路路径的电阻值是R/3。也就是说，在每个旁路电路130内的接通状态下的旁路开关131的数量越大，提供给与其并联地连接的单体堆20的旁路路径的电阻值越小。
随后，参考图4，与图3相比较，每个旁路电路130还可以包括一个旁路电阻器132或两个或更多个旁路电阻器132。每个旁路电阻器132被串联连接到多个旁路开关131-1～131-3中的任意一个。也就是说，在每个旁路电路130内，一个旁路开关131和一个旁路电阻器132可以被串联连接。在这种情况下，每个旁路电路130中包括的两个或更多个旁路电阻器132的电阻值可以相等或不同。
假设包括在对应于第一单体堆20-1的第一旁路电路130-1中的第一至第三旁路开关131-1～131-3具有相同的电阻值R，第一旁路电阻器132-1、第二旁路电阻器132-2和第三旁路电阻器132-3的电阻值分别是R1、R2、R3，并且R1<R2<R3。当仅包括在第一旁路电路130-1中的第一旁路开关131-1处于接通状态时，提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值是R+R1。当仅包括在第一旁路电路130-1中的第一和第二旁路开关131-1、131-2处于接通状态时，通过(R+R1)和(R+R2)的组合提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值是{(R+R1)×(R+R2)}/{(2×R)+R1+R2}。
同时，先前参考图3和图4描述的每个旁路电路130包括可以被应用于根据下面参考图5至图12描述的实施例的防过充电装置100。
图5至图7是在描述根据图2所示的实现示例的过充电防止装置的操作的用于参考的图。为了便于描述，假设每个旁路电路130如图3中那样配置，并且所有旁路开关131具有相同的电阻值R。
首先，图5图示了当第一至第三单体堆20-1～20-3未被过充电时的操作。在这种情况下，控制器170控制电流调节单元120以切断第一至第三旁路电路130-1～130-3的所有旁路开关131。因此，电池组1中不存在任何单个旁路路径，并且按顺序将充电电流供应给每个单体堆20。
随后，图6图示了当仅第一至第三单体堆20的第一单体堆20-1处于第一过充电状态时的操作。在这种情况下，有必要减小供应给第一单体堆20-1的充电电流。为此，控制器170将第二和第三旁路电路130-2、130-3的所有旁路开关131控制为断路状态。与此同时，控制器170将第一旁路电路130-1的一个或多个旁路开关131控制为接通状态。
当仅第一旁路电路130-1的一个旁路开关131-1被控制为接通状态时，由第一旁路电路130-1提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值是R。因此，通过电池组1的电源端子(+，-)供应的部分充电电流通过第一单体堆20-1供给第二和第三单体堆20-2,20-3，并且剩余的充电电流通过提供给第一单体堆20-1的旁路路径被供应给第二和第三单体堆20-2、20-3。结果，第一单体堆20-1比第二和第三单体堆20-2、20-3充电更慢。
随后，图7图示当第一单体堆20-1处于第二过充电状态并且第二单体堆20-2处于第一过充电状态时的操作。在这种情况下，第三旁路电路130-3的所有旁路开关131-1～131-3由控制器170保持在断路状态下。相反，控制器170将包括在第二旁路开关130-2中的一个或多个旁路开关131控制在接通状态下。与此同时，控制器170进行控制，以使得由第一旁路电路130-1提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值小于R。
例如，如图7中所示，第二旁路电路130-2中包括的仅一个旁路开关131-1处于接通状态，并且在第一旁路电路130-1中包括的仅两个旁路开关131-1、131-2处于接通状态。因此，由第一和第二旁路电路130-1、130-2提供的两个旁路路径的电阻值分别为R/2和R，并且被供应给电池组1的至少部分充电电流按顺序通过两个旁路路径被供应给第三单体堆20-3。结果，第一和第二单体堆20-1、20-2比第三单体堆20-3充电更慢。
当与图6比较时，提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值从R减小到R/2，并且供应给第一单体堆20-1的充电电流低于图6的充电电流。
图8示出图1中所示的电池组1的另一实现示例。与图2所示的实现示例相比较时，唯一的区别在于根据图8中所示的实现示例的过充电防止装置100还包括断开单元140。因此，相同的标号指的是相同的元件，并且在此省略重复的描述。
参考图1和图8，断开单元140可以包括多个断开开关141。断开开关141的数量可以与单体堆20的数量相同。每个断开开关141包括能够响应来自外部的信号控制接通/断路切换的任何类型的断开开关，诸如继电器或MOSFET。每个断开开关141被串联连接到每个单体堆20，并且由控制器170控制为接通/断路。具有串联连接的一个单体堆20和一个断开开关141的电路并联连接到每个旁路电路130。
例如，如图8中那样，第一断开开关141-1与第一单体堆20-1串联连接，并且具有串联连接的第一单体堆20-1和第一断开开关141-1的电路并联连接到第一旁路电路130-1。
图9示出图1中所示的电池组1的另一实施示例，并且图10至13是在描述根据图9中所示的实现示例的过充电防止装置的操作的用于参考的图。为了便于描述，假设每个旁路电路130如图3中那样配置，并且所有旁路开关131具有相同的电阻值R。当与图8中示出的实现示例相比较时，唯一的区别在于根据图9中所示的实现示例的过充电防止装置100还包括电流测量单元150。因此，相同的标号指的是相同的元件，并且在此省略重复的描述。
控制器170控制与确定为第二过充电状态的每个单体堆20串联连接的断开开关141进入断路状态。相反，控制器170控制与未被确定为第二过充电状态的每个单体堆20串联连接的断开开关141进入接通状态。串联连接到具有断路状态的断开开关141的单体堆20，即处于第二过充电状态的单体堆20，与高电流路径完全电分离。
参考图9，电流测量单元150安装在高电流路径上，并且连接到控制器170以允许通信。电流测量单元150测量充电电流的大小，并产生指示所测量的充电电流的第二监测信号。第二监测信号被传输到控制器170。
控制器170基于来自电压测量单元110的第一监测信号和来自电流测量单元150的第二监测信号计算多个单体堆20中的至少一个的内阻值。优选地，控制器可以计算当每个单体堆20处于未过充电状态时每个单体堆20的内阻值。另外，控制器170周期性地更新每个单体堆20的内阻值。计算内阻值的技术在本领域中是公知的，并且在此省略其详细描述。
另外，在并联连接到处于第二过充电状态的每个单体堆20的多个旁路开关131-1～131-3当中，控制器170仅控制与第二过充电状态下的单体堆20的内阻值对应的数量的旁路开关131进入接通状态。
首先，图10图示了当第一至第三单体堆20未被过充电时的操作。在这种情况下，控制器170控制电流调节单元120以切断第一至第三旁路电路130的所有旁路开关131。与此同时，控制器170将包括在断开单元140中的所有断开开关141控制为接通。因此，甚至未向电池组1中提供单个旁路路径并且甚至单个单体堆20不与高电流路径电分离，所以全部充电电流以连续顺序被供应给每个单体堆20。
同时，当确定第一至第三单体堆20中的至少一个处于第二过充电状态时，控制器170基于处于第二过充电状态下的每个单体堆20的内阻值控制并联连接到处于第二过充电状态下的每个单体堆20的旁路电路130。
图11图示了当仅确定第一单体堆20-1处于第二过充电状态并且第二和第三单体堆20-2、20-3确定为未处于第一和第二过充电状态时的操作。控制器170将第一断开开关141-1控制为断路状态，并将第二和第三断开开关141-2、141-3控制为接通状态。因此，仅第一单体堆20-1与高电流路径完全电分离。也就是说，充电电流不被供应给第一单体堆20-1。
与此同时，控制器170基于最新计算的第一单体堆20-1的内阻将第一旁路电路130-1中包括的一个或多个旁路开关131控制为接通状态。在这种情况下，随着第一单体堆20-1的内阻值变大，控制器170可以减少控制为接通状态的旁路开关131的数量。
让我们假设Ra<Rb。当第一单体堆20-1的内阻值小于Ra时，控制器170将包括在第一旁路电路130-1中的所有旁路开关131-1～131-3控制为接通状态，如图11中所示。在这种情况下，第一旁路路径的电阻值是R/3。当第一单体堆20-1的内阻值大于Ra且小于Rb时，控制器170控制包括在第一旁路电路130-1中的任何两个旁路开关(例如，131-1，131-2)进入接通状态，并且剩余一个旁路开关(例如，131-3)进入断路状态。在这种情况下，提供给第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值是R/2。当第一单体堆20-1的内阻值大于Rb时，控制器170控制包括在第一旁路电路130-1中的仅一个旁路开关(例如，131-1)进入接通状态，并且控制剩余的旁路开关(例如，131-2，131-3)进入断路状态。在这种情况下，第一旁路路径的电阻值为R。
也就是说，随着具有第二过充电状态的每个单体堆20的电阻值增加，控制器170增加提供给具有第二过充电状态的每个单体堆20的旁路路径的电阻值，以减小被供应给未被过充电的剩余单体堆20的充电电流的大小。
图12图示了其中第一单体堆20-1被确定为处于第二过充电状态并且第二单体堆20-2处于第一过充电状态并且第三单体堆20-3未被过充电的情况。为了便于描述，假设第一单体堆20-1的内阻值大于Rb。
控制器170控制第一旁路电路130-1的仅一个旁路开关(例如，131-1)进入接通状态，使得提供给具有大于Rb的内阻值的第一单体堆20-1的旁路路径的电阻值最接近第一单体堆20-1的内阻值。
另外，控制器170控制第二旁路电路130-2的一个或多个旁路开关(例如，131-1)进入接通状态，使得仅将部分充电电流供应给第二单体堆20-2。
因此，部分充电电流流过第二和第三单体堆20-2、20-3，并且剩余的充电电流流过提供给第一和第二单体堆20-1、20-2的两个旁路路径。
同时，因为多个单体堆串联连接，所以当一些单体堆20与高电流路径完全电分离时，充电电流可以聚焦在剩余的单体堆20上。例如，当第二参考电压为21V并且第一至第三单体堆20-1～20-3的电压分别被测量为22V、20V、18V时，第一单体堆20-1被确定为处于第二过充电状态，并且与高电流路径被电分离。在这种情况下，可能瞬间发生与第一单体堆20-1的22V一样的充电电流的突然上升，从而导致对第二和第三单体堆20-2、20-3的损坏。
因此，过充电防止装置100需要操作以防止超过预定值的充电电流被供应到不处于第二过充电状态的每个单体堆20。
图13图示了当确定第一和第二单体堆20-1、20-2处于第二过充电状态并且第三单体堆20-3被确定为未处于第二过充电状态时的操作。在这种情况下，第三单体堆20-3可以处于第一过充电状态或未过充电状态。
基于来自电流测量单元150的第二监测信号，控制器170可以预测当处于第二过充电状态下的第一和第二单体堆20-1、20-2与高电流路径电分离时要供应给不处于第二过充电状态下的第三单体堆20-3的充电电流的最小值。这里，要供应给第三单体堆20-3的充电电流的最小值对应于当提供给第一和第二单体堆20-1、20-2的每个旁路路径的电阻值被调节到最大值时流动的电流的大小。
当预测要供应给不处于第二过充电状态的第三单体堆20-3的充电电流的最小值超过预定值时，控制器170控制第一和第二断开开关141-1、141-2以及第三断开开关141-3进入断路状态。与此同时，控制器170控制包括在第一至第三旁路电路130-1～130-3中的所有旁路开关131进入断路状态。
因此，如图13中所示，第一和第二单体堆20-1、20-2以及第三单体堆20-3与高电流路径完全电分离，并且甚至不提供单个旁路路径。也就是说，在电池组1内部关掉充电电流。
图14图示了图1中所示的电池组1的另一实现示例。在图2、图8或者图9中所示的实现示例之外，根据图14中所示的实现示例的过充电防止装置100可以包括冷却单元160。冷却单元160被配置成同时或单独地冷却包括在电池组1中的一个单体堆20或两个或更多个单体堆20。相同的附图标记始终指的是相同的元件，并且在此省略重复的描述。
图14中示出的实现示例图示除在图8中示出的实现示例之外还包括冷却单元160的过充电防止装置100。
冷却单元160包括多个冷却元件161。每个冷却元件161串联连接到每个旁路电路130。具体地，具有被串联连接的一个旁路电路130和一个冷却元件161的电路被并联连接到各个单体堆20。可替选地，具有被串联连接的一个旁路电路130和一个冷却元件161的电路被并联连接到具有被串联连接的一个单体堆20和一个断开开关141的电路。因此，每个冷却元件161形成每个旁路路径的一部分，并且通过充电电流操作。
优选地，冷却元件161是珀耳帖元件。参考图14，每个珀耳帖元件161具有吸热部分162和热辐射部分163。当珀耳帖效应起作用时，吸收到吸热部分162中的热量通过热辐射部分163散出。因此，为了冷却每个单体堆，每个帕尔贴元件的吸热部分162可以定位成比热辐射部分163更靠近每个单体堆20。例如，每个帕尔贴元件的吸热部分162可以与每个单体堆20的壳体22至少部分接触。
通常，单体堆20的电压和温度近似成比例。
每个旁路路径仅被提供给被过充电的单体堆20，并且每个珀耳帖元件161仅在充电电流流过其上安装有珀耳帖元件161的旁路路径时产生珀耳帖效应。因此，每个珀耳帖元件161的吸热部分162从过充电的单体堆20吸收热量，从而防止过充电的单体堆20产生热量。
同时，冷却元件161不限于珀耳帖元件，并且可以用冷却风扇代替。当冷却元件161是冷却风扇时，冷却风扇使用通过其上安装有冷却风扇的旁路路径供应的充电电流旋转，以向每个单体堆20提供诸如空气的冷却介质。
同时，当充电电力未连接到电池组1时，控制器170基于第一监测信号选择性地控制每个旁路电路130，以减小每个过充电的单体堆20的充电状态(SOC)，从而减小多个单体堆20之间的电压差。即，电流调节单元120可以对多个单体堆20执行电压平衡操作。
图15示出了图1中所示的电池组1的另一实现示例。在图8、图9或者图14中所示的实现示例之外，根据图15中所示的实现示例的过充电防止装置100可以还包括多个磁接触器181。多个磁接触器181包括在放电诱导单元180中。
图15中示出的实现示例图示了具有被添加到图8中示出的实现示例的多个磁接触器181的过充电防止装置100。优选地，磁接触器181的数量可以与单体堆20的数量相同，使得一个磁接触器181对应于一个单体堆20。即，第一磁接触器181-1对应于第一单体堆20-1，第二磁接触器181-2对应于第二单体堆20-2，并且第三磁接触器181-3对应于第三单体堆20-3。
具体地，第一磁接触器181-1在第一单体堆20-1与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第一单体堆20-1提供放电路径。另外，第二磁接触器181-2在第二单体堆20-2与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第二单体堆20-2提供放电路径。另外，第三磁接触器181-3在第三单体堆20-2与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第三单体堆20-3提供放电路径。
每个磁接触器181包括线圈182和触点183。触点183具有预定义的电阻值，并且被配置成并联连接到任何一个单体堆20。
具体地，每个线圈182安装在对应于任何一个单体堆20的旁路路径上。即，每个线圈182串联连接到每个旁路电路130。在充电电流流过在其上安装线圈182的旁路路径的同时，每个线圈182被激活，产生磁力。流过旁路路径的充电电流的大小越大，安装在旁路路径上的线圈182产生的磁力越大。
每个触点183的一端可以连接到每个单体堆20的第一电极(例如，正电极)，并且另一端可以连接到每个单体堆20的第二电极(例如，负电极)。触点183在正常状态下(即，当来自线圈182的磁力水平小于预定值时)处于断路状态。
当由每个线圈182产生的磁力等于或高于预定水平时，触点183通过线圈182的磁力转换到接通状态。放电路径被提供给被并联连接到被转换到接通状态的触点183的单体堆20。
为了帮助理解，如在图11中一样，将基于第一至第三单体堆20-1～20-3中的仅第一单体堆20-1处于第二过充电状态的情况来描述磁接触器181的操作。
当第一单体堆20-1与高电流路径电分离时，全部充电电流流过第一旁路电路130-1和第一磁接触器181-1的线圈182。因此，从第一磁接触器181-1的线圈182产生足以使第一磁接触器181-1的触点183转换到接通状态的磁力。
相反，仅部分充电电流流过第二旁路电路130-2，并且充电电流不在第三旁路电路130-3中流动，并且因此从第二和第三磁接触器181-2、181-3中的每一个的线圈182不产生足以使第二和第三磁接触器181-2、181-3中的每一个的触点183转换到接通状态的磁力。因此，第二磁接触器181-2的触点183和第三磁接触器181-3的触点183保持在断路状态下。
通过转换到接通状态的第一磁接触器181-1的触点183，将放电路径提供给第一单体堆20-1。相反，放电路径不提供给第二和第三单体堆20-2、20-3。
结果，当全部充电电流流过第一磁接触器181-1的线圈182和第一旁路电路130-1时，存储在第一单体堆20-1中的电能被第一磁接触器181-1的触点183消耗，并且第一单体堆20-1的电压缓慢下降，并且一些时间流逝之后，第一单体堆20-1在第二过充电状态之外。也就是说，能够同时使第一单体堆20-1放电并且对第二和第三单体堆20-2、20-3充电。
根据图15的实现示例，为多个单体堆20当中的与高电流路径电分离的每个单体堆20提供的放电路径和旁路路径通过多个磁接触器181彼此完全隔离。因此，能够相互独立地同时执行与高电流路径电分离的每个单体堆20的放电过程和不与高电流路径电分离的每个单体堆20的充电过程。
图16示出图1中所示的电池组1的另一实现示例。在图8、图9或者图14中所示的实现示例之外，根据图16中所示的实现示例的过充电防止装置100可以还包括多个光耦合器185。多个光耦合器185包括在放电诱导单元180中。
图16中示出的实现示例图示具有被添加到图8中所示的实现示例的多个光耦合器185的过充电防止装置100。优选地，光耦合器185的数量可以与单体堆20的数量相同，使得一个光耦合器185对应于一个单体堆20。即，第一光耦合器185-1对应于第一单体堆20-1，第二光耦合器185-2对应于第二单体堆20-2，并且第三光耦合器185-3对应于第三单体堆20-3。
具体地，第一光耦合器185-1在第一单体堆20-1与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第一单体堆20-1提供放电路径。另外，第二光耦合器185-2在第二单体堆20-2与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第二单体堆20-2提供放电路径。另外，第三光耦合器185-3在第三单体堆20-2与高电流路径电分离的时段期间内至少暂时地为第三单体堆20-3提供放电路径。
每个光耦合器185包括发光元件186和光学检测元件187。光学检测元件187包括光电二极管或光电晶体管。发光元件186包括镓、砷或发光二极管。当与图15的实现示例相比较时，光学检测元件187代替触点183，并且发光元件186代替线圈182。
具体地，每个发光元件186被安装在与任何一个单体堆20相对应的旁路路径上。即，每个发光元件186被串联连接到每个旁路电路130。在充电电流流过在其上安装有发光元件186的旁路路径的同时，每个发光元件186被激活，输出光信号。流过旁路路径的充电电流的大小越大，从旁路路径上安装的发光元件186输出的光信号的水平越大。
光学检测元件187具有预定义的电阻值，并且被配置成并联连接到任何一个单体堆20。每个光学检测元件187的一端可以连接到每个单体堆20的第一电极(例如，正电极)，并且另一端可以连接到每个单体堆20的第二电极(例如，负电极)。光学检测元件187在正常条件下(即，当来自发光元件186的光信号的水平小于预定值时)具有断路状态。
当从每个发光元件186输出的光信号的水平等于或大于预定值时，光学检测元件187响应于发光元件186的光信号而转换到接通状态。放电路径被提供给被并联连接到被转换成接通状态的光学检测元件187的单体堆20。
为了帮助理解，如图11中一样，将基于其中第一至第三单体堆20-1～20-3当中的仅第一单体堆20-1处于第二过充电状态的情况来描述光耦合器185的操作。
当第一单体堆20-1与高电流路径电分离时，全部充电电流流过第一旁路电路130-1和第一光耦合器185-1的发光元件186。因此，足以将第一光耦合器185-1的光学检测元件187转换到接通状态的光信号的水平从第一光耦合器185-1的发光元件186输出。
相反，仅部分充电电流流过第二旁路电路130-2并且充电电流不在第三旁路电路130-3中流动，并且因此具有足以将第二和第三光耦合器185-2、185-3中的每一个的光学检测元件187转换到接通状态的水平的光信号不会从第二和第三光耦合器185-2、185-3中每一个的发光元件186输出。因此，第二光耦合器185-2的光学检测元件187和第三光耦合器185-3的光学检测元件187保持在断路状态下。
通过转换到接通状态的第一光耦合器185-1的光学检测元件187，将放电路径提供给第一单体堆20-1。相反，放电路径不提供给第二和第三单体堆20-2、20-3。
结果，当全部充电电流流过第一旁路电路130-1和第一光耦合器185-1的发光元件186时，存储在第一单体堆20-1中的电能被第一光耦合器185-1的光学检测元件187消耗，第一单体堆20-1的电压缓慢下降，并且在一些时间流逝之后，第一单体堆20-1在第二过充电状态之外。也就是说，能够同时使第一单体堆20-1放电并对第二和第三单体堆20-2、20-3充电。
根据图16的实现示例，将提供给多个单体堆20当中的与高电流路径电分离的每个单体堆20的放电路径和旁路路径通过多个光耦合器185彼此完全隔离。因此，以与图15的实现示例相同的方式，能够彼此独立地同时执行与高电流路径电分离的每个单体堆20的放电过程和不与高电流路径电分离的每个单体堆20的充电过程。
图17是示出根据本公开的另一实施例的过充电防止方法的流程图。
参考图17，在S171中，控制器170接收指示每个单体堆20的电压的第一监测信号。从电压测量单元110输出由控制器170接收到的第一监测信号。
在S172中，控制器170基于第一监测信号确定电池组1中是否存在任何过充电的单体堆。当S152的结果为“是”时，处理进入S173。相反，当S172的结果为“否”时，处理返回到S171。
在S173中，控制器170控制被并联连接到过充电的单体堆的多个旁路开关中的至少一个进入接通状态，以向过充电的单体堆提供旁路路径。在这种情况下，在被并联连接到过充电单体堆的多个旁路开关当中，控制器170可以仅控制与过充电的单体堆的内阻值对应的数量的旁路开关进入接通状态，并且剩余的旁路开关进入断路状态。
上文描述的本公开的实施例不是仅通过装置和方法实现，并且可以通过实现与本公开的实施例的配置相对应的功能的程序或者具有记录在其上的程序的记录介质来实现，并且本领域的技术人员可以从前面描述的实施例的公开内容容易地实现此实现。
虽然已经关于有限数量的实施例和附图在上文中描述本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种修改和变化。
另外，在不脱离本公开的技术方面的情况下，本领域的技术人员可以对本文所述的本公开进行许多替换、修改和变化，并且本公开不限于上述实施例和附图，并且每个实施例可以部分地或全部地选择性地组合以允许各种修改。

Claims (11)

1.一种过充电防止装置，用于防止在高电流路径内串联连接的多个单体堆的过充电，所述过充电防止装置包括：
电压测量单元，所述电压测量单元被配置成测量每个单体堆的电压并且产生指示所测量的每个单体堆的电压的第一监测信号；
电流调节单元，所述电流调节单元被配置成为每个单体堆选择性地提供旁路路径；以及
控制器，所述控制器被连接到所述电压测量单元和所述电流调节单元以允许通信，
其中，所述控制器被配置成基于来自所述电压测量单元的所述第一监测信号来控制所述电流调节单元。
2.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，所述控制器被配置成：
基于来自所述电压测量单元的所述第一监测信号，确定所述多个单体堆中的任何一个是否被过充电，并且
当存在过充电的单体堆时，控制所述电流调节单元以为所述过充电的单体堆提供旁路路径。
3.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，所述电流调节单元包括多个旁路电路，并且
每个旁路电路包括并联连接到每个单体堆的多个旁路开关。
4.根据权利要求3所述的过充电防止装置，其中，所述控制器被配置成：
基于来自所述电压测量单元的所述第一监测信号，确定所述多个单体堆中的任何一个是否被过充电，并且
当存在过充电的单体堆时，控制被并联连接到所述过充电的单体堆的所述多个旁路开关中的至少一个进入接通状态。
5.根据权利要求4所述的过充电防止装置，还包括：
电流测量单元，所述电流测量单元被配置成测量供应给每个单体堆的充电电流，并且产生指示所测量的充电电流的第二监测信号。
6.根据权利要求5所述的过充电防止装置，其中，所述控制器被配置成基于来自所述电压测量单元的所述第一监测信号和来自所述电流测量单元的所述第二监测信号来计算所述多个单体堆中的至少一个的内阻值。
7.根据权利要求6所述的过充电防止装置，其中，所述控制器被配置成，在并联连接到所述过充电的单体堆的所述多个旁路开关当中，控制与所述过充电的单体堆的内阻值对应的数量的旁路开关进入接通状态并且控制剩余的旁路开关进入断路状态。
8.根据权利要求1所述的过充电防止装置，还包括：
冷却单元，所述冷却单元被配置成冷却每个单体堆，
其中，所述冷却单元包括多个冷却元件，每个冷却元件通过经由提供给每个单体堆的所述旁路路径供应的充电电流来操作，以冷却每个单体堆。
9.根据权利要求8所述的过充电防止装置，其中，每个冷却元件是珀耳帖元件，所述珀耳帖元件具有吸热部分和热辐射部分，所述吸热部分被定位为比所述热辐射部分更靠近每个单体堆。
10.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，所述电压测量单元包括多个电压传感器，每个电压传感器被并联连接到每个单体堆。
11.一种电池组，包括：
根据权利要求1至10中的任意一项所述的过充电防止装置；和
串联连接的多个单体堆，
其中，所述过充电防止装置被配置成对每个单体堆执行过充电防止操作。
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