CN110682829A - 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及方法，该装置包括：微控制单元(MCU，Micro Controller Unit)，对电池的充电、放电进行控制；感测部，对所述电池进行感测，从而获取感测信息；收发器，向所述MCU发送所述感测信息；以及开关，根据所述收发器的信号来切断向所述电池供应的电压，所述MCU、收发器及感测部能够从外部电源部接收电源。根据本发明，与MCU的操作与否无关，对电池的过充电否进行感测，因此效果在于，安全结构得以强化。

Description

过充电防止装置及方法
技术领域
本发明涉及一种过充电防止装置及防止方法。更为详细地，涉及一种过充电防止装置及防止方法，其能够防止电动汽车的电池发生过充电的情况。
背景技术
电动汽车是指，通过利用电池的电源来驱动AC或DC发动机，从而获得电力的汽车，电池的性能对汽车的性能具有直接影响。
电池管理系统作为对所述的电池进行管理的系统，其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，从而有效管理各个电池单元的充、放电，或者监控单元传感IC的状态，从而对该单元执行安全控制，所述单元传感IC对各个电池单元进行感测。
另外，电池单元即使施加相同的充电电压，特定电池单元相比其他电池单元也可能被过充电。因此，电池管理系统需要一种过充电防止装置，以便在电池单元过充电时中断充电。
这样的过充电防止装置通常在电池单元的电压为基准值以上时，将电池单元判断为过充电，并控制与电池单元负载连接的开关，从而防止电池单元过充电。
另外，当发生组成电池管理系统的MCU损坏或操作停止的现象时，无法控制电池或者输出错误的控制命令，并且因此电池出现寿命缩短，效率下降、爆炸的现象，并且无法供应车辆所需的电力，从而对于整体车辆可能引发严重的安全问题。
因此，针对过充电防止装置的研究持续进行，所述装置即使在MCU的操作不稳定的状态下，也能对电池的过充电进行感测，从而防止危急状况。本发明正涉及于此。
【先行技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国公开专利公报第2018-0023647号(2018.03.07)
发明内容
本发明意在解决的技术问题是，提供一种安全结构得到强化的过充电防止装置及防止方法。
本发明意在解决的技术问题是，提供一种过充电防止装置及防止方法，即使在MCU操作不稳定的状态下，依然对电池的过充电与否进行判断，从而防止危急状况的发生。
本发明的技术问题并非局限于以上所提及的技术问题，未被提及的其他技术问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过充电防止装置而言，包括：微控制单元(MCU，Micro Controller Unit)，对电池的充电、放电进行控制；感测部，对所述电池进行感测，从而获取感测信息；收发器，向所述MCU发送所述感测信息；以及开关，根据所述收发器的信号来切断向所述电池供应的电压，所述MCU、收发器及感测部能够从外部电源部接收电源。
根据一个实施例，所述外部电源部能够向所述收发器和感测部供应第一电源。
根据一个实施例，所述外部电源部能够向所述MCU和收发器供应与所述第一电源独立的第二电源。
根据一个实施例，所述收发器接收第一电源的情况下，所述收发器接收所述第一电源从而能够生成所述收发器的操作所需的电源。
根据一个实施例，所述收发器接收第二电源的情况下，所述收发器与所述MCU通信，并且所述收发器的IO电平(level)可以与所述MCU的输入电源电平相同。
根据一个实施例，所述感测部根据所述电池的过充电状态或过放电状态与否，能够产生波形互不相同的信号。
根据一个实施例，与所述电池为正常的状态时产生的信号相比，所述感测部在所述电池为过充电状态时能够产生周期更长的信号。
根据一个实施例，所述收发器在所述电池为过充电状态时，关闭(OFF)所述开关，以便切断向所述电池供应的电压。
根据一个实施例，所述收发可包括隔断功能部，所述隔断功能部用于隔断以下功能中至少一个以上的功能：向所述MCU发送感测信息的通信功能；以及在所述电池为过充电状态时，切断向电池供应电压的过功率检测(OPD，Over Power Detect)功能。
根据一个实施例，还可包括内部电源，所述内部电源对从所述外部电源部供应的电源进行转换，以便能够向所述MCU供应。
根据一个实施例，所述收发器从所述内部电源部接收用于与所述MCU通信的输入输出(IO，Input Output)电压，并能够将所述接收的IO电压用作开漏式(open drain)的高电平(High Level type)识别电压的基准点。
就根据本发明的一个实施例的收发器防止电池的过充电的方法而言，包括以下步骤：从感测部接收感测信息；利用所述感测信息判断电池的过充电状态；以及当所述电池为过充电状态时，向开关发送关闭(OFF)开关的控制信号。
根据本发明，其效果在于，与MCU的操作与否无关，对电池的过充电与否进行感测，因此能够强化安全结构。
此外，效果在于，稳定保持电池的电压，从而延长电池的寿命，并能够保持电池的耐久性及性能。
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过充电防止装置的结构图。
图2是表示根据本发明的一个实施例的感测部在电池为正常状态时产生的信号的示例图。
图3是表示根据本发明的一个实施例的感测部在电池为过充电状态时产生的信号的示例图。
图4是表示根据本发明的一个实施例的收发器(transceiver)的结构图。
图5是表示根据本发明的一个实施例的过充电防止装置中收发器执行操作的流程图。
附图标记说明
100：过充电防止装置；10：感测部；20：收发器；30：MCU；40：开关；50：内部电源部；200：电池；300：外部电源部。
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200，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。
并且，为了方便起见，附图中的标号和元件符号一致。
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过充电防止装置100的结构的示意图。
根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100包括感测部10、收发器20、MCU 30及开关(switch)40。
首先，感测部10对电池200的电流和电压进行感测，从而获取感测信息，并且可以将获取的感测信息通过下文所述的收发器20发送至MCU 30。
在此，感测信息可以包括表现出一定波形的信号，感测部10根据电池200过充电或过放电与否能够产生波形互不相同的信号。
图2是表示根据本发明的一个实施例的感测部在电池为正常状态时产生的信号的示例图。图3是表示根据本发明的一个实施例的感测部在电池为过充电状态时产生的信号的示例图。
参照图2可以确认，感测部10在电池200为正常状态时，产生具有一定周期波形的信号。
参照图3可以确认，与所述电池200为正常的状态时产生的信号相比，感测部10在电池200为过充电的状态时产生周期更长的信号。
另外，在电池200由多个电池单元串联或并联组成时，构成一个以上的感测部10以便能够分别测定电池单元，或者也可以通过一个感测部10对一个以上的电池单元和整体的电池单元进行测定。
收发器20能够将获取自感测部10的感测信息发送至下文所述的MCU 30，为此，收发器20可以包括开漏(Open Drain)式的通信管脚(Communication Pin)，以便能够实现与MCU 30的收发。
另外，收发器20从感测部10接收在电池200为过充电状态时产生的信号，从而使得开关40关闭(OFF)，并切断向电池供应的电压，能够防止电池200过充电状态。
并且，收发器20可包括执行隔断功能的隔断功能部28。
更为具体地，隔断功能部28使得如下功能隔断：向MCU 30发送感测信息的通信功能；以及根据从感测部10接收的信号，使得开关40关闭以便切断向电池200供应的电压的过功率检测(OPD，Over Power Detect)功能。
在电池200为过充电状态时，开关40根据收发器20的信号而关闭(OFF)，并且能够切断向电池200供应的电压。
更为具体地，为了提高电池200的稳定性，可以设置一个以上开关40，其种类及个数可以根据使用者的要求及所要求的安全性等来决定。例如，开关40可以是继电器(Relay)、接触器(Contactor)、晶体管(Transistor)、晶闸管(Thyristor)等开关元件中的任意一个以上，但是并非限定于此。
微控制单元30(MCU，Micro Controller Unit)作为控制电池200的处理器，能够利用前面说明的感测信息来控制电池200的充电、放电。
更为具体地，MCU 30能够利用感测信息来监测构成电池200的至少一个以上的电池单元的状态。
另外，MCU 30基于接收自感测部10的电池200电流、电池200电压、各个电池单元电压、电池(cell)温度及周围温度，从而计算电池200的充电状态(state of charging，SOC)或者电池200内部的电阻变化，进而对老化状态或健康状态(state of health,SOH)进行计算，并能够生成告知电池200的状态的信息。
到此为止，对根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100所包括的构成，即感测部10、收发器20及MCU 30进行了说明。这些构成也需要用于驱动的电源，能够从外部电源部300接收电源，所述外部电源300是设置于汽车的普通电池。以下进行详细说明。
感测部10、收发器20及MCU 30能够从外部电源部300接收电源。
更为具体地，外部电源部300能够向收发器20供应第一电源a和与第一电源a独立的第二电源b，并且向MCU 30供应第二电源b。此时，一端与收发器20连接的感测部10能够从外部电源300接收与MCU 30独立的电源，即第一电源a，并且感测部10的另一端因为与电池200连接，所以也能够从电池200接收电源。
供应至收发器20及感测部10的第一电源a可以是高电压电源，供应至MCU 30的第二电源b可以是低于第一电源a的低电压电源。例如，第一电源a可以是12V，第二电源b可以是5V，但是并非限定于此。
另外，收发器20从外部电源部300接收第一电源a和第二电源b时执行的操作可以不同，以下进行详细说明。
首先，收发器20接收第一电源a时，可以生成收发器20的操作所需的自供电。在此，收发器20的操作是指，从感测部10接收感测信息，或者利用感测信息来控制开关40，但是并非限定于此。
收发器20接收第二电源时，收发器20能够与MCU 30进行通信，更为具体地，收发器20能够向MCU 30发送感测信息。此时，收发器20的IO电平(level)需与MCU 30的输入电源电平相同才能与MCU 30进行通信。
如此，收发器20接收与供应至MCU 30的电源独立的第一电源b，从而无需通过MCU30接收电源即可执行收发器20的功能，因此与MCU 30的操作与否独立，能够防止电池200的过充电。
另外，根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100还可包括内部电源部50，所述内部电源部50用于转换接收自外部电源部300的电源。
更为具体地，内部电源部50将接收自外部电源部300的电源转换为更低的电源，从而能够向收发器20及MCU 30供应。例如，内部电源部50能够将接收自外部电源部300的12V电源转换为5V电源，并向收发器20及MCU 30供应。换句话说，内部电源部50在收发器20和MCU 30从外部电源300接收供应的第二电源b时得到使用。
以下，参照图4对根据本发明的一个实施例的收发器20进行详细说明。
图4是表示根据本发明的一个实施例的收发器20的结构图。
根据本发明的一个实施例的收发器20包括通信部22、电源生成部26、隔断功能部28及开关控制部24。
通信部22能够与MCU 30进行通信，并且通信部22的输入输出(IO，InputOutput)电平需与MCU 30的输入电源电平相同，方可进行通信，前述已经说明。
另外，通信部22从电源生成部26接收操作所需的电源，从内部电源部50接收用于与MCU 30通信的IO电压，从而用作开漏式的高电平(High Level)识别电压的基准点。换句话说，通信部22包括用于MCU 30实现通信的开漏式的通信管脚，并且由此收发器20能够与MCU 30实现双向通信。
通信部22从内部电源部50接收供应的用于与MCU 30实现通信的IO(InputOutput)电压，从而能够用作开漏式的HIGH Level识别电压的基准点。
电源生成部26能够从外部电源部300接收第一电源a，并生成收发器20操作所需的电源。换句话说，收发器20能够通过电源生成部26直接生成电源，因此无需另外的电源元件。
隔断功能部28使得收发器20执行的功能隔断，换句话说，用于隔断如下功能：向MCU 30发送感测信息的通信功能，以及对感测部10的信号进行感测，从而对开关40进行控制以便切断向电池200供应的电压的OPD(Over Power Detect，过功率检测)功能。
如此，收发器20能够通过隔断功能部28执行隔断功能，因此无需另外的外置隔断元件。因此，过充电防止装置100使得收发器20的安装面积减小，从而能够使得整体尺寸小型化。
开关控制部24能够从感测部10感测信号，并对开关40进行控制。
更为具体地，开关控制部24如果从感测部10感测到与电池200为正常状态时所产生的信号不同波形的信号，则能够使得开关40关闭(OFF)。例如，所述其他波形的信号与电池200为正常状态时所产生的信号相比，虽然可以是周期更长的信号，但是并非限定于此。
换句话说，收发器20通过开关控制部24，即使在MCU 30故障或者MCU 30的电源供应异常等情况下，也能够识别电池200的过充电状态并防止其发生。
以下，参照图5，对在根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100中收发器20执行的操作进行说明。
图5是表示根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100中收发器200执行操作的流程图。
为了实现本发明的目的，此流程图只是优选的流程图，根据需要，部分步骤可以增加或删除。
首先，收发器20从感测部10接收感测信息S110。
更为具体地，当收发器20从感测部10接收感测信息时，收发器20能够向MCU 30发送感测信息。例如，感测信息可以是感测部10对电池单元的电压或电流进行测定的信息。
此后，收发器20利用感测信息来判断电池200的过充电状态S120。
更为具体地，收发器20对包括感测信息的感测信号进行感测，即从感测部10感测到电池200为过充电状态时所产生的信号，从而能够判断电池200为过充电状态。
与电池200为正常状态时所产生的信号相比，在电池200为过充电状态时所产生的信号可以是周期较长的信号，但是并非限定于此。
在收发器20判断电池20的状态不是过充电状态的情况下，收发器20重新执行前面叙述的S110步骤。
在收发器20判断电池20的状态是过充电状态的情况下，收发器20将关闭(OFF)开关的控制信号发送至开关40S130。
更为具体地，收发器20发送关闭(OFF)开关40的控制信号来关闭(OFF)开关40，从而能够切断供应至电池200的电源，由此能够防止电池200的过充电状态。
到此为止，对根据本发明的一个实施例的过充电防止装置100进行了说明。
根据本发明，与MCU 30的操作与否无关，能够掌握电池200的过充电状态，从而防止危急状况的发生，因此安全结构得以强化，并对过充电状态进行持续感测，因此能够持续保持电池200的安全状态。
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思想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 (12)

1.一种过充电防止装置，包括：
微控制单元，对电池的充电、放电进行控制；
感测部，对所述电池进行感测，从而获取感测信息；
收发器，向所述微控制单元发送所述感测信息；以及
开关，根据所述收发器的信号来切断向所述电池供应的电压，
所述微控制单元、所述收发器以及所述感测部能够从外部电源部接收电源。
2.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，
所述外部电源部向所述收发器和感测部供应第一电源。
3.根据权利要求2所述的过充电防止装置，其中，
所述外部电源部向所述微控制单元和所述收发器供应独立于所述第一电源的第二电源。
4.根据权利要求2所述的过充电防止装置，其中，
在所述收发器接收供应的所述第一电源情况下，所述收发器接收供应的所述第一电源从而生成所述收发器的操作所需的电源。
5.根据权利要求3所述的过充电防止装置，其中，
所述收发器接收供应的第二电源情况下，所述收发器与所述微控制单元通信，所述收发器的输入输出电平与所述微控制单元的输入电源电平相同。
6.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，
所述感测部根据所述电池的过充电状态或过放电状态与否，来产生波形互不相同的信号。
7.根据权利要求6所述的过充电防止装置，其中，
与所述电池为正常的状态时产生的信号相比，所述感测部在所述电池为过充电状态时产生周期更长的信号。
8.根据权利要求6所述的过充电防止装置，其中，
在所述电池为过充电状态时，所述收发器关闭所述开关，以便切断向所述电池供应的电压。
9.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，
所述收发器包括隔断功能部，所述隔断功能部用于隔断以下功能：向所述微控制单元发送感测信息的通信功能；以及在所述电池为过充电状态时，切断向所述电池供应电压的过功率检测功能。
10.根据权利要求1所述的过充电防止装置，其中，
还包括内部电源部，对从所述外部电源部供应的电源进行转换，以便能够向所述微控制单元供应。
11.根据权利要求10所述的过充电防止装置，其中，
所述收发器从所述内部电源部接收供应的用于与所述微控制单元通信的输入输出电压，并且将接收供应的所述输入输出电压用作开漏式的高电平识别电压的基准点。
12.一种过充电防止方法，其是收发器防止电池过充电的方法，包括以下步骤：
从感测部接收感测信息；
利用所述感测信息判断所述电池的过充电状态；以及
当判断结果是电池为过充电状态时，向开关发送关闭所述开关的控制信号。
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