CN110673047B - 电池管理系统的故障诊断电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池管理系统的故障诊断电路，包括：第一线路，其包括第一电阻，并且一端与电池的正(+)极连接，另一端与ADC的第一输入部连接；第二线路，其包括第二电阻，并且一端与所述电池的正(+)极连接，另一端与比较器的第一输入部连接；以及第三线路，其包括第三电阻，并且一端与所述电池的负(‑)极连接，第一另一端与所述ADC的第二输入部连接，第二另一端与所述比较器的第二输入部连接。根据本发明，其效果在于，能够以较少的元件对电池管理系统的故障进行有效诊断。

Description

电池管理系统的故障诊断电路
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统的故障诊断电路。更为详细地，涉及一种安全结构得到强化的电池管理系统的故障诊断电路，所述安全结构在两个路径上对电压测定装置和比较器进行连接，从而对电池管理系统的故障进行诊断。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，BMS)是一种对电池的各个电池单元的电压、整体电池的电压及电流等进行测定，从而对各个电池单元的充放电进行有效管理的系统。
另外，问题在于，在电池管理系统故障时，没有能够对电池的过充电或过放电进行恰当处理的其他装置，因此具有对电池管理系统的故障进行诊断的必要性。
现有技术中，作为对电池管理系统的故障进行诊断的方法，虽然针对电池系统出现异常与否使用了输出信号的方法，但是问题在于，即使电池出现了异常甚至故障，也有可能不会输出信号来提示异常出现与否，与此相反地，即使电池状态正常，也有可能输出信号，提示出现故障。
另外，随着电池管理系统的安全结构得到强化，相应地，安全结构得到强化的电池系统的故障诊断电路成为需求。
本发明解决如上现有问题，涉及安全结构得到强化的电池管理系统的故障诊断电路。
【先行技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国登记专利公报第10-1641435号(2016.07.14)
发明内容
本发明意在解决的技术问题是，提供一种电池管理系统的故障诊断电路，其由较少的元件构成，并对电池管理系统的故障进行有效诊断。
本发明意在解决的另一个技术问题是，提供一种电池管理系统的故障诊断电路，其遵守强化的安全结构，并使得成本下降。
本发明的技术问题并非局限于以上所提及的技术课题，未被提及的其他技术课题能够使得一般的技术人员根据以下的记载明确地理解。
为了实现所述问题，就根据本发明的一个实施例的电池管理系统的故障电路而言，包括：第一线路，包括第一电阻并且一端与电池的正(+)极连接，另一端与模数转换器(ADC，Analog to Digital Converter)的第一输入部连接；第二线路，包括第二电阻并且一端与所述电池的正(+)极连接，另一端与比较器(Comparator)的第一输入部连接；以及第三线路，包括第三电阻并且一端与所述电池的负(-)极连接，第一另一端与所述ADC的第二输入部连接，第二另一端与所述比较器的第二输入部连接。
根据一个实施例，还包括开关，所述开关用于诊断所述第三线路故障与否，所述开关的一端与所述第二线路的另一端连接，并且所述开关的另一端与所述第三线路的第二另一端连接。
根据一个实施例，在所述开关被打开(ON)时，所述第三电阻故障与否可以是通过经过所述第二线路和所述开关并在所述第三线路上流动的电流(Ib)进行诊断的。
根据一个实施例，所述比较器的基准电压可以是所述开关关闭(OFF)时的第一基准电压和所述开关打开(ON)时的第二基准电压中的至少一者。
根据一个实施例，所述第一基准电压可以是将所述ADC的输出值向数模转换器(DAC，Digital to Analog Converter)输入并计算出的输出值。
根据一个实施例，所述第二基准电压可以是所述第一基准电压减去所述第三电阻值和电流(Ib)的乘积的差值，所述电流(Ib)是在所述开关打开(ON)时经过所述第二线路和开关并在第三电路上流动的电流。
根据一个实施例，所述开关被打开(ON)时，所述ADC的电压有效性能够通过比较所述比较器的第二基准电压与通过所述比较器的第一输入部及第二输入部所测定的电压来验证。
根据一个实施例，所述开关关闭(OFF)时，所述ADC的电压有效性能够通过对比所述比较器的第一基准电压，和通过所述比较器的第一输入部及第二输入部所测定的电压来验证。
根据一个实施例，所述ADC的基准电压可以与所述比较器的基准电压不同。
根据一个实施例，所述第一电阻故障与否能够通过所述比较器进行诊断，并且所述第二电阻故障与否能够通过所述ADC进行诊断。
根据本发明，其效果在于，能够以较少的元件对电池管理系统的故障进行有效诊断。
此外，根据本发明，其效果在于，能够通过使用一个ADC来降低成本，并且使得电池管理系统的安全结构强化。
本发明的效果并非限定于以上所提及的效果，对于未被提及的其他效果，通常的技术人员能够根据以下记载明确地理解。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施例的电池管理系统的故障诊断电路的结构图。
图2是表示用于判断第一电阻故障与否的电路操作图。
图3是表示用于判断第二电阻故障与否的电路操作图。
图4是表示用于判断第三电阻故障与否的电路操作图。
图5是表示根据本发明的一个实施例的电动汽车的简略结构图。
附图标记说明
100：故障诊断电路；5：电池；10：第一电阻；20：第二电阻；30：第三电阻；40：ADC；42：ADC的第一输入部；44：ADC的第二输入部；50：比较器；52：比较器的第一输入部；54：比较器的第二输入部；60：开关。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。对于本发明的优点和特点、以及实现他们的方法，参照附图和下文详细说明的实施例而变得更加明确。但是本发明不受以下示出的实施例的限定，能够以互不相同的形态实现，但是本实施例为了使本发明的示出更加完整，并且为了使得本发明所属技术领域内具有通常知识的人员完整了解发明的范围，本发明仅根据权利要求的范围来决定。整体说明书中，相同参考标号指代相同的构成要素。
另外，在本发明中所使用的术语电池5，是指用做电动汽车的动力源的电池，更为详细地，是指由多个电池单元串联或并联连接而成的集合，除非有不同定义，否则在本发明中所使用的全部术语(包括技术及科学术语)，其意思能够被本发明所属技术领域内具有通常知识的人员普遍理解。此外，通常所使用的字典定义的术语，除非得到明确且特别定义，否则不能过于理想或者过度地解释。在本发明中所使用的术语是用于说明实施例的，而并非用于限定本发明的。在本说明书中，除非在文段中有特别的提及，否则单数形也包括复数形。
在说明书中所使用的“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”表示除了所提及的构成要素、步骤、操作及/或元件之外，不排除一个以上的其他构成要素、步骤、操作和/或元件的存在或增加。
以下，参照附图对本发明进行更加详细的说明。
图1是表示根据本发明的一个实施例的电池管理系统的故障诊断电路100的结构图。
根据一个实施例的电池管理系统的故障诊断电路100包括第一线路a、第二线路b、第三线路c、ADC 40、比较器50及开关60。
第一线路a包括第一电阻10并且一端与电池5的正(+)极连接，另一端与模数转换器(ADC，Analog to Digital Converter)40的第一输入部42连接。
第二线路b包括第二电阻20并且一端与电池5的正(+)极连接，另一端与比较器50的第一输入部52连接。
第三线路c包括第三电阻30并且一端与电池5的负(-)极连接，第一另一端与ADC40的第二输入部44连接，第二另一端与比较器50的第二输入部54连接。
在此，第三电阻30可以与第一电阻10的电阻值相同，但并非限定于此。
开关60的一端与第二线路b的另一端连接，并且开关60的另一端与第三线路c的第二另一端连接。
开关60可以使用场效应晶体管(FET，Field Effect Transistor)、绝缘栅FET(MOSFET，Metal Oxide Semiconductor FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT，Insulated GateBipolar Mode Transistor)、功率(power)整流二极管等半导体开关元件、晶闸管(thyristor)、闸门电路断开(GTO，Gate Turn-Off)晶闸管、双向晶闸管(TRIAC)、可控硅(SCR，Silicon Controlled Rectifier)，集成电路(I.C，Integrated Circuit)等，但是并非限定于此。
比较器50的第一输入部52与第二线路b的另一端连接，第二输入部54与第三线路c的第二另一端连接。
如果基准电压与通过第一输入部52及第二输入部54所施加的电压不同，则比较器50可以生成异常发生信号。
在此，基准电压是为了比较施加于比较器50的电压而成为基准的电压。
但是，比较器50可能出现测定误差，因此考虑到这个问题，比较器50能够将基准值，即基准电压与通过第一输入部52及第二输入部54所施加的电压的差设定为规定的值。
只有当基准电压和通过第一输入部52及第二输入部54所施加的电压的差大于基准值时，比较器50能够生成异常发生信号。
另外，比较器50根据开关60的操作可以包括互不相同的基准电压。
更为详细地，比较器50的基准电压可以是开关60为关闭(OFF)时的第一基准电压和开关60为打开(ON)时的第二基准电压中的至少一者。
在此，第一基准电压可以是将ADC 40的输出值向数模转换器(DAC，Digital toAnalog Converter)输入并计算出的输出值，DAC对输入电压进行抽样(sampling)，并能够输出经过连续比较过程的近似值的模拟电压。
第二基准电压可以是第一基准电压减去第三电阻30的值和电流(Ib)的乘积的差值，所述电流(Ib)是在开关60打开(ON)时经过第二线路b和开关60并在第三电路c上流动的电流。
另外，ADC 40的第一输入部42与第一线路a的另一端连接，第二输入部44与第三线路c的第一另一端连接。
这样的ADC 40对基准电压和通过第一输入部42及第二输入部44所测定的电压进行比较，从而变换为数字(digital)量，为了通过第一输入部42及第二输入部44得到正确的电压值，可以是高精度、高分辨率(此时，分辨率是指ADC 40能够区分的电压水平(level)的个数)ADC 40，但并非限定于此。
ADC 40的基准电压可以与比较器50的基准电压不同。如此，由于ADC 40与比较器50的基准电压互不相同，能够保证ADC 40与比较器50的独立性。
另外，ADC 40的电压有效性能够通过比较比较器50的基准电压和所测定的电压来验证，所述比较器50的基准电压根据开关60的操作而实现不同设定。
更为详细地，开关60被打开(ON)时，ADC 40的电压有效性能够通过比较比较器50的第二基准电压与通过比较器50的第一输入部52及第二输入部54所测定的电压来验证。
开关60关闭时，ADC 40的电压有效性能够通过比较比较器50的第一基准电压与通过比较器50的第一输入部52及第二输入部54所测定的电压来验证。
由此，ADC 40的电压有效性可以成为一种指标，所述指标能够判断第一线路a，即第一电阻10有无故障，甚至能够确认ADC 40有无故障。
另外，虽然未具体示出，但是ADC 40及比较器50的输出侧能够与故障诊断部(未示出)进行电连接。
故障诊断部(未示出)与ADC 40的输出侧以及比较器50的输出侧电连接，并能够从ADC 40接收变换的数字量，或者从比较器50接收异常发生信号。
所述的故障诊断部(未示出)通过故障诊断电路100诊断出电池管理系统故障，从而在故障时能够向使用者告知。
到此为止，对根据本发明的一个实施例的电池管理系统的故障诊断电路100的构成进行了观察，并通过一个ADC 40和比较器50对互不相同的线路上的故障进行诊断，因此不仅使得成本降低，而且能够使得电池关系安全系统的安全结构强化。
以下，参照图2至图4，对根据本发明的一个实施例的故障诊断电路100的操作进行说明，更为详细地，涉及当互不相同的电阻发生故障时故障诊断电路100的操作。
图2是表示用于判断第一电阻10故障与否的故障诊断电路100的操作图。
参照图2，当第一电阻10发生故障时，第一线路a上没有电流流动或流动有十分大量的电流，因此第一电阻10故障与否能够在连接有第二线路b和第三线路c的电路上通过比较器50进行诊断。
更为详细地，故障诊断部(未示出)对通过比较器50的第一输入部及第二输入部所施加的电压值和基准电压进行比较，从而能够判断第一电阻10故障与否。
在此，故障诊断部(未示出)通过开关60的操作，能够对比较器50的基准电压进行不同设定。
开关60关闭(OFF)时，故障诊断部(未示出)能够将比较器50的基准电压设定为第一基准电压。在此，第一基准电压可以是将ADC 40的输出值向DAC输入而计算出的输出值。
开关60打开(ON)时，故障诊断部(未示出)可以将比较器50的基准电压设定为第二基准电压。
在此，第二基准电压考虑到开关(60)上流动的电流下降(drop)，从而能够设定为小于第一基准电压。例如，第二基准电压可以是第一基准电压减去第三线路c的第三电阻30值和电流(Ib)的乘积的差值，所述电流(Ib)是经过第二线路b和开关60并在第三电路c上流动的电流。
图3是表示用于判断第二电阻20故障与否的电路操作图。
参照图3，当第二电阻20出现故障时，第二线路b上可能没有电流流动或流动有十分大量的电流，因此第二电阻20故障与否能够在连接有第一线路a和第三线路c的电路上通过ADC 40进行诊断。
更为详细地，故障诊断部(未示出)可以通过从ADC 40所输出的输出电压来诊断第二电阻20故障与否。
在此，从ADC 40所输出的输出电压可以是，对ADC 40的基准电压和通过第一输入部42及第二输入部所测定的电压进行比较，从而变换为数字量的值。
例如，当第二电阻20出现故障时，通过ADC 40的第一输入部及第二输入部所测定的电压可能大于或者小于第二电阻20正常时的电压。
换句话说，如果输出至ADC 40的输出侧的电压出现变化，则此时故障诊断部(未示出)对所述ADC 40的输出电压的变化进行感应，从而能够对第二电阻20的故障进行诊断。
另外，故障诊断部(未示出)能够将ADC 40的基准电压设定为与比较器50的基准电压不同，将ADC 40的基准电压和比较器50的基准电压设定为不同，从而能够保证ADC 40和比较器50的独立性。
图4时表示用于判断第三电阻30故障与否的电路操作图。
参照图4，当第三电阻30出现故障时，第三线路c上没有电流流动，因此ADC 40和比较器50能够同时测定错误电压。
更为准确地，为了诊断第三电阻30故障与否，故障诊断部(未示出)使得开关60操作，从而使得第二线路b和第三线路c连接，并在该电路上测定电流，从而能够对第三电阻30的故障进行诊断。
更为详细地，故障诊断部(未示出)对于第三电阻30故障与否，能够在连接有第二线路b和第三线路c的电路上通过在第三电阻30流动的电流(Ib)进行诊断。例如，故障诊断部可包括电流传感器，在此电流传感器可以是霍尔传感器。
霍尔传感器作为根据磁场的强度电压变化的元件，是指利用霍尔效应来测定电流的传感器。在此，霍尔效应是指如下现象：在导体上流动有电流的状态下，在垂直于电流的方向上形成磁场时，在流动有电流的导体内在垂直于电流的方向上产生电位差。
另外，根据一个实施例的故障诊断部(未示出)，当第一电阻10至第三电阻30诊断出故障时，能够将其告知驾驶员。更为详细地，故障诊断部(未示出)通过故障诊断电路100诊断出电池管理系统故障时，将其告知使用者，从而能够赶往维修站。例如，故障诊断部(未示出)在车辆的音频视频导航(AVN，Audio Video Navigation)等视频设备上显示警告消息，或通过车辆的音频设备响起警告音，通过这样的方式能够向使用者告知，但是并非限定于此。
根据一个实施例，故障诊断电路100通过诊断电池管理系统故障与否，并将故障告知，从而通过其能够提高搭载有电池管理系统的电动汽车的驾驶安全性。
图5是表示根据本发明的一个实施例的电动汽车500的简略结构图。
参照图5，根据一个实施例的电动汽车500包括电池5、BMS 110、ECU 200、逆变器(inverter)300、电机400。不仅如此，可以全部包括在驱动电动汽车500时所需的其他额外结构。
电池5是一种向电机400提供驱动力从而使得电动汽车500驱动的电能源。电池5根据电机400的驱动能够通过逆变器300进行充电或放电。
电池5对多个电池单元进行串联或并联连接，从而能够具备预先设定的额定输出电压和容量特性。
例如，电池5可以由锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍镉电池、镍氢动力电池、镍锌合金电池等构成，但是并非限定于此。
BMS 110作为电池管理系统，对电池5的状态进行推算，并利用推算的状态信息对电池5进行管理。BMS 110对电池的充电和放电进行控制，并且可以推算电池5的更换时间。
BMS 110虽然在图5中未示出，但是适用有前面叙述的故障诊断电路100，从而能够告知BMS 100故障与否。
电子控制装置(Electric Control Unit,以下称ECU)200可以在电动汽车500内设置一个以上。
ECU 200是对电动汽车500的状态进行控制的电子控制装置。例如，ECU 200基于油门(accelerator)、刹车(brake)、速度等信息来决定转矩信息，并能够使得电机400的输出按照转矩信息控制。
ECU 200通过BMS 110能够向逆变器300发送控制信号，以便使得电池5充电或放电。
逆变器300基于ECU 200的控制信号，从而使得电池5充电或放电。
逆变器300对电池5的电力进行变换，并且电机400通过逆变器300的变换电力得以驱动。
电机400利用电池5的电能，并基于ECU 200所传递的控制信息(转矩信息)来驱动电动汽车500。
包括所述结构的电动汽车500在驾驶员发动汽车时，从ECU 200发送控制信号，从而对电机400进行驱动，电机400利用电池5的电能得到驱动，从而能够开始行驶。
另外，电动汽车500在行驶中，通过BMS 110对电池5的状态进行确认，并通过故障诊断电路100来诊断BMS 110故障与否，从而在BMS 110故障时将其告知驾驶员，进而能够赶往维修站。
根据一个实施例，不仅能够提供可以有效地对电池管理系统110的故障进行诊断的故障诊断电路100，而且能够通过这样的电池管理系统110向电动汽车500提供稳定的电力，因此在电动汽车500行驶中防止因电池5电力原因而发生行驶中止，从而能够提升电动汽车500行驶的可靠性。
另外，根据一个实施例的故障诊断电路100除了电动汽车500之外能够适用于多种电池管理系统。
例如，故障诊断电路100不仅可以用于普通汽车(Internal Combustion Vehicle:ICV)、不间断电源装置(Uninterruptible Power Supply System:UPS System)、智能电网系统(Smart Grid System)，而且可以用于使用电池的各种储能系统(Energy StorageSystem)所使用的电池管理系统，但是并非限定于此。
以上参照附图对本发明的实施例进行了说明，但是可以理解的是，本发明所属技术领域内具有通常知识的人员在不变更本发明的技术构思或必要特征的前提下，能够将本发明以其他具体形态实施。因此以上所叙述的实施例应理解为，并非是全面的示例也并非是被限定的。

Claims (9)

1.一种电池管理系统的故障诊断电路，包括：
第一线路，包括第一电阻并且一端与电池的正极连接，另一端与模数转换器的第一输入部连接；
第二线路，包括第二电阻并且一端与所述电池的正极连接，另一端与比较器的第一输入部连接；以及
第三线路，包括第三电阻并且一端与所述电池的负极连接，第一另一端与所述模数转换器的第二输入部连接，第二另一端与所述比较器的第二输入部连接，
其中，所述电池管理系统的故障诊断电路还包括开关，所述开关用于诊断所述第三线路故障与否，
所述开关的一端与所述第二线路的另一端连接，
所述开关的另一端与所述第三线路的所述第二另一端连接。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
在所述开关被打开时，所述第三电阻故障与否是通过经过所述第二线路和所述开关并在所述第三线路上流动的电流进行诊断的。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述比较器的基准电压是所述开关关闭时的第一基准电压和所述开关打开时的第二基准电压中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述第一基准电压是将所述模数转换器的输出值向数模转换器输入并计算出的输出值。
5.根据权利要求3所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述第二基准电压是所述第一基准电压减去所述第三电阻值和电流的乘积的差值，所述电流是在所述开关打开时经过所述第二线路和所述开关并在所述第三电路上流动的电流。
6.根据权利要求3所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述开关被打开时，所述模数转换器的电压有效性通过比较所述比较器的第二基准电压与通过所述比较器的第一输入部及第二输入部所测定的电压来验证。
7.根据权利要求3所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述开关关闭时，所述模数转换器的电压有效性通过比较所述比较器的第一基准电压与通过所述比较器的第一输入部及第二输入部所测定的电压来验证。
8.根据权利要求3所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述模数转换器的基准电压与所述比较器的基准电压不同。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统的故障诊断电路，其中，
所述第一电阻故障与否通过所述比较器进行诊断，
所述第二电阻故障与否通过所述模数转换器进行诊断。
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