CN110854944A - 充电控制设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种充电控制设备，包括：电池组状态检测器，用于检测配置电池组的至少一个电池的电池电压以及电池组和充电设备之间的充电电流；以及控制器，用于基于电池过电压保护电压对电池组执行电池过电压保护功能，并且响应于充电电流而改变电池过电压保护电压。

Description

充电控制设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月21日向韩国知识产权局提交的第10-2018-0097582号韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
示例性实施例涉及一种电池包(battery pack)的充电控制设备及其方法。
背景技术
二次电池(cell)代表交替重复充电和放电的电池。二次电池可以将化学能转变为电能，然后可以被放电，并且当它在被放电的同时利用电能而充电时，它可以再次以化学能的形式存储电能。
可充电电池组(battery)被配置为与其充电和放电电路相结合的电池包，并且由外部电源引起的充电和对外部负载的放电通过电池包的包端子(pack terminal)而执行。
配置有作为二次电池组中的一个的锂离子(Lithium-ion，Li-ion)电池组的电池包通常通过恒流(Constant Current，CC)-恒压(Constant Voltage，CV)方法充电，并且它包括防止安全事故的电池过电压保护(Cell Over Voltage Protection，COVP)功能。
电池过电压保护(COVP)功能被设计为可在电池电压等于或大于固定参考电压时操作。因此，当配置电池包的电池的充电状态(State Of Charge，SOC)不平衡时，可能产生过充电的电池，这可能作为加速电池性能的退化的因素。
背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此它可以包含不形成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于在配置电池包的特定电池退化或电池当中的SOC不平衡时截断(intercept)过充电的充电控制设备和方法，。
本发明的示例性实施例提供了一种充电控制设备，包括：电池组状态检测器，用于检测配置电池组的至少一个电池的电池电压以及电池组和充电设备之间的充电电流；以及控制器，用于基于电池过电压保护电压对电池组执行电池过电压保护功能，并且响应于充电电流而改变电池过电压保护(COVP)电压。
控制器可以响应于充电电流而计算电池过电压保护电压的校正值，并且可以通过使用校正值来校正电池过电压保护电压。
在电池组被充电时，当其中来自至少一个电池的电池电压当中的最大值等于或大于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压的状态被保持预定时间时，控制器可以在第一模式下被驱动，并且控制器可以在第一模式下基于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能。
当在第一模式下被驱动时，当充电电流等于或大于与完全充电确定条件相对应的完全充电电流并且小于恒流充电模式下的充电电流设定值时，控制器可以改变与充电电流相对应的校正值。
当在第一模式下被驱动时，当充电电流等于或大于恒流充电模式下的充电电流设定值时，控制器可以将校正值设定为第一值。
当在第一模式下被驱动时，当充电电流小于完全充电电流时，控制器可以将校正值设定为大于第一值的第二值。
当不在第一模式下而在第二模式下被驱动时，控制器可以基于电池过电压保护电压的初始设定值来执行电池过电压保护功能。
当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值小于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压时，控制器可以在第二模式下被驱动。
当在第一模式下被驱动时，当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值变得小于预定阈值时，控制器可以释放第一模式，并且可以在第二模式下被驱动。
当用于请求禁用第一模式的控制信号或控制输入被接收到时，控制器可以禁用第一模式，并且可以在第二模式下被驱动。
充电控制设备还可以包括充电和放电开关，其中控制器可以控制充电和放电开关，以便当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于电池过电压保护电压时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
控制器可以控制充电和放电开关，以便当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于完全充电电压并且充电电流等于或大于完全充电电流时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
本发明的另一个实施例提供了一种充电控制方法，在用于控制电池包的充电的方法中，包括：检测配置电池组的至少一个电池的电池电压以及电池组和充电设备之间的充电电流；响应于充电电流而改变电池过电压保护电压；以及基于电池过电压保护电压对电池组执行电池过电压保护功能。
该改变可以包括响应于充电电流而计算电池过电压保护电压的校正值；以及通过使用校正值来校正电池过电压保护电压。
充电控制方法还可以包括，在电池组被充电时，当其中来自至少一个电池的电池电压当中的最大值等于或大于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压的状态被保持预定时间时，在第一模式下驱动。
执行电池过电压保护功能可以包括，当在第一模式下驱动时，基于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能。
基于校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能可以包括：当充电电流等于或大于恒流充电模式下的充电电流设定值时，将校正值设定为第一值；当充电电流等于或大于与完全充电确定条件相对应的完全充电电流并且小于恒流充电模式下的充电电流设定值时，随着充电电流增大而减小校正值；以及当充电电流小于完全充电电流时，将校正值设定为大于第一值的第二值。
执行电池组的电池过电压保护功能还可以包括，当不在第一模式下而在第二模式下驱动时，基于电池过电压保护电压的初始设定值来执行电池过电压保护功能。
充电控制方法还可以包括，当在第一模式下驱动时，当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值变得小于预定阈值时，释放第一模式并在第二模式下驱动。
执行电池组的电池过电压保护功能可以包括，当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于电池过电压保护电压时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
充电控制方法还可以包括，当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于完全充电电压并且充电电流等于或大于完全充电电流时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
根据示例性实施例，可以预先截断在配置电池包的特定电池退化或电池当中的SOC不平衡时的过充电的产生。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的电池包。
图2示出了图1所示的充电控制设备的配置图。
图3示出了用于根据示例性实施例的电池包在完全充电限制模式下根据充电电流来改变充电结束电压(charging ending voltage)的示例。
图4示出了根据示例性实施例的用于控制电池包的充电的方法。
具体实施方式
下文将参考其中示出了本发明的示例性实施例的附图更全面地描述本发明。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。
附图和描述应被认为本质上是说明性的，而不是限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记指定相同的元素。因此，在前面的附图中使用的组成元件的附图标记可以用于接下来的附图。
为了更好地理解和便于描述，附图中所示的每个配置的尺寸和厚度被任意示出，并且本发明不限于此。为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大了。
电连接两个组成元件包括直接连接两个组成元件，以及将两个组成元与其间的另一个组成元件连接。另一个组成元件可以包括开关、电阻器和电容器。在描述示例性实施例时，当没有提供直接连接的表达时，连接的表达表明电连接。
现在将参考附图描述根据示例性实施例的充电控制设备和方法。
在本说明书中，电池表示每个二次电池，电池组指示串联或并联组合并形成模块的至少一个电池，并且电池包示出被提供到壳体中并被制成封装的电池组，并且它可以包括电池组管理系统(Battery Management System，BMS)。
图1示出了根据示例性实施例的电池包，并且图2示出了图1所示的充电控制设备的配置图。图3示出了用于根据示例性实施例的电池包在完全充电限制模式下根据充电电流来改变充电结束电压的示例。
参考图1，电池包10可以包括电池组11和充电控制设备12。
电池组11可以配置有彼此串联或并联的至少一个电池。
充电控制设备12控制电池组11的充电和放电。充电控制设备12可以被提供在电池包10的BMS的内部。
参考图2，充电控制设备12可以包括电池组状态检测器210、充电和放电开关220、接口230和控制器240。
电池组状态检测器210可以连续检测关于电池组的状态的信息，诸如电池组11的电压、电流或温度。
充电和放电开关220包括连接在电池组11和电池包10的包端子(未示出)之间的至少一个开关，并且它可以控制电池组11和外部设备(负载或充电设备20)之间的充电和放电电流。也就是说，充电和放电开关220可以电连接在电池组11和外部设备之间以允许充电和放电电流，或者它可以截断电池组11和外部设备之间的电连接以截断充电和放电电流。
接口230可以执行充电控制设备12和外部设备(例如，充电设备20)之间的接口。
控制器240可以控制充电控制设备12的整体操作。
控制器240可以通过电池组状态检测器210检测配置电池组11的每个电池的电池电压。为此，电池组状态检测器210可以包括连接到配置电池组11的每个电池的各个端并检测每个电池的电池电压的电压检测电路。控制器240可以通过电池组状态检测器210检测流经电池组11和外部设备(例如，负载或充电设备20)之间的电流路径(下文中称为大电流路径)的放电电流或充电电流。为此，电池组状态检测器210可以包括用于检测流经大电流路径的电流的电流检测电路。
控制器240可以基于通过电池组状态检测器210获得的电池组状态信息(电池电压或充电电流)来控制电池组11的充电。也就是说，控制器240比较电池组状态信息和完全充电条件，并且当电池组11的状态满足完全充电条件时，控制器240可以控制充电和放电开关220以截断充电设备20和电池组11之间的电连接。当配置电池组11的至少一个电池的电池电压等于或大于用于确定完全充电的参考电压(下文中，完全充电电压)并且等于或小于用于确定电池组11和充电设备20之间的充电电流是否是完全充电的参考电流(下文中，完全充电电流)时，控制器240可以确定电池组11的状态满足完全充电状态。
控制器240可以基于通过电池组状态检测器210获取的电池电压来执行电池过电压保护(COVP)功能。当配置电池组11的至少一个电池的电池电压等于或大于用于确定过充电的参考电压(下文中，电池过电压保护(COVP)电压)时，控制器240可以控制充电和放电开关220以截断充电设备20和电池组11之间的电连接。
电池过电压保护(COVP)电压可根据电池组11的状态而变化。
当电池组11在常规充电模式(下文中，正常模式)下被充电时，控制器240可以使用建立的电池过电压保护(COVP)电压。也就是说，当电池组11在正常模式下被充电时，控制器240可以使用电池过电压保护(COVP)电压作为初始设定值。这里，正常模式与将要描述的完全充电限制模式形成对比，并且它表示用于通过使用固定的电池过电压保护(COVP)电压而不管充电电流如何来执行电池过电压保护(COVP)功能的模式。
当电池组11在完全充电限制模式下被充电时，控制器240可以基于电池组11的充电电流来改变电池过电压保护(COVP)电压。这里，完全充电限制模式是在示例性实施例中提出的充电模式，并且它表示用于通过不使用固定的电池过电压保护(COVP)电压而使用可根据充电电流而变化的电池过电压保护(COVP)电压来执行电池过电压保护(COVP)功能的模式。
在充电电流(ICH)流动(即，ICH>0)时，当来自电池组11的电池电压当中的最大值(VCMax)满足等式1超过预定时间(例如，30秒)时，控制器240可以进入完全充电限制模式。
[等式1]
VCMax＝VCOVP-ΔVCOVP
在等式1中，VCOVP是正常模式下的电池过电压保护(COVP)电压(或电池过电压保护电压的初始设定值)，并且可以使用固定值而不管充电电流(ICH)如何。此外，ΔVCOVP是电池过电压保护(COVP)电压的校正值，并且其可根据充电电流(ICH)而变化。
参考图3，电池过电压保护(COVP)电压的校正值(ΔVCOVP)可以被设定为满足第一部分中的等式2。
[等式2]
ICH＝ICC:ΔVCOVP＝VSET
在等式2中，ICC是固定值，并且它可以是设定为当电池组11在恒流(CC)充电模式下被充电时从充电设备20供应给电池组11的充电电流值。可以通过接口230从充电设备20接收ICC。VSET是一个固定值，它可以是用于限制ΔVCOVP的最小值的值。根据电池组11的设计规格，VSET可以被不同地设定。例如，VSET可以是10mV。
参考等式2，第一部分表示其中充电电流等于或大于ICC的部分，并且其中电池组11在CC充电模式下被充电的状态可以被包括在该部分中。
参考图3，电池过电压保护(COVP)电压的校正值(ΔVCOVP)可以被设定为满足第二部分中的等式3或等式4。
[等式3]
Icut-off≤ICH<ICC:ΔVCOVP＝G1×(ICH-Icut-off)+VSET
G1＝(VSET-(VCOVP-VCH-VSET))/(ICC-Icut-off)
[等式4]
Icut-off≤ICH<ICC:ΔVCOVP＝(VCOVP-VCH-VSET)-(G2×(ICH-Icut-off))
G2＝((VCOVP-VCH-VSET)-VSET)/(ICC-Icut-off)
在等式3和等式4中，G1和G2与根据第二部分中的充电电流的校正值(ΔVCOVP)的变化率(即，第二部分中的校正值(ΔVCOVP)的斜率)相对应，G1＝-G2。VCH是固定值，并且它可以是设定为当电池组11在恒压(CV)充电模式下被充电时从充电设备20施加到电池组11的充电电压值。也就是说，它可以是可以由充电设备20施加到电池组11的最大充电电压值。可以通过接口230从充电设备20接收VCH。
参考等式3，第二部分表示其中充电电流(ICH)等于或大于完全充电电流(Icut-off)并且小于作为CC充电模式下的充电电流值的ICC的部分，并且其中电池组11在CV充电模式下被充电的部分可以被包括在该部分中。
参考图3，电池过电压保护(COVP)电压的校正值(ΔVCOVP)可以被设定为满足第三部分中的等式5。
[等式5]
ICH<Icut-off:ΔVCOVP＝VCOVP-VCH-VSET
参考等式5，第三部分表示其中充电电流(ICH)小于完全充电电流(Icut-off)的部分，并且完全充电之后的部分可以被包括在第三部分中。
当最大值(VCMax)满足等式1并且控制器240进入完全充电限制模式时，控制器240可以通过使用参考等式2至等式5计算的校正值(ΔVCOVP)来限制电池过电压保护(COVP)电压。
当控制器240在完全充电限制模式下被操作时，控制器240可以通过使用等式6来计算电池过电压保护(COVP)电压(VFCL)。
[等式6]
VFCL＝VCOVP-ΔVCOVP
参考等式6，当控制器240进入完全充电限制模式时，它可以使用比正常模式下的电池过电压保护(COVP)电压(VCOVP)低校正值(ΔVCOVP)的值作为电池过电压保护(COVP)电压(VFCL)。
控制器240可以禁用(或释放)完全充电限制模式，并且当通过该通过与外部设备的通信接收的控制信号或通过输入设备(未示出)提供的控制输入而请求控制器240禁用完全充电限制模式时，控制器240可以在正常模式下被操作。
此外，当来自电池组11的电池电压当中的最大值(VCMax)满足等式7超过预定时间(例如，30秒)时，控制器240可以禁用(或释放)完全充电限制模式，并且可以在正常模式下被操作。
[等式7]
VCMax≤VRST
在等式7中，VRST是固定值，并且它是用于确定电池是否已经进入稳定状态使得可以释放完全充电限制模式的阈值。
关于充电控制设备12，控制器240的各个功能可以由利用至少一个中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、芯片组、微控制器单元(Micro Controller Unit，MCU)或微处理器实现的处理器执行。
图4示出了根据示例性实施例的用于控制电池包的充电的方法。图4的充电控制方法可以由参考图1和图2描述的充电控制设备执行。
参考图4，当充电开始时(S100)，充电控制设备12基于电池组状态信息来确定是否进入完全充电限制模式(S101)。
在S101中，在进行充电(ICH>0)时，当来自电池组11的电池电压当中的最大值(VCMax)满足等式1超过预定时间(例如，30秒)时，充电控制设备12可以进入完全充电限制模式。这里，当通过从外部接收的控制信号或控制输入请求充电控制设备12禁用完全充电限制模式时，充电控制设备12可以禁用完全充电限制模式，尽管电池组11的电池电压满足等式1。
在S101中，当电池组11的状态不满足完全充电限制模式进入条件时，充电控制设备12在正常模式下被驱动(S102)。当在正常模式下被驱动时，充电控制设备12将电池过电压保护(COVP)电压保持为初始设定值(S103)，并且基于设定为初始设定值的电池过电压保护(COVP)电压来执行电池过电压保护(COVP)功能(S104)。
相反，在S101中，当电池组11的状态满足完全充电限制模式进入条件时，充电控制设备12由完全充电限制模式驱动(S105)。当在完全充电限制模式下被驱动时，充电控制设备12根据实时测量的充电电流来改变电池过电压保护(COVP)电压(S106)，并且充电控制设备12基于可根据充电电流而变化的电池过电压保护(COVP)电压来执行电池过电压保护(COVP)功能(S107)。
在S106中，充电控制设备12可以根据充电电流来计算用于校正电池过电压保护(COVP)电压的校正值(ΔVCOVP)，并且可以从电池过电压保护(COVP)电压的初始设定值(VCOVP)减去该校正值以改变电池过电压保护(COVP)电压。参考图3，在其中充电电流(ICH)等于或大于作为CC充电模式下的充电电流值的ICC的第一部分中，充电控制设备12可以将电池过电压保护(COVP)电压的校正值(ΔVCOVP)设定为固定电压值(VSET)，如等式2所示。在其中充电电流(ICH)等于或大于完全充电电流(Icut-off)并且小于作为CC充电模式下的充电电流值的ICC的第二部分中，充电控制设备12可以设定校正值(ΔVCOVP)，以便该值可以随着充电电流(ICH)增大而减小，如等式3或等式4所示。在其中充电电流(ICH)小于完全充电电流(Icut-off)的第三部分中，充电控制设备12可以将固定值(VCOVP-VCH-VSET)设定为校正值(ΔVCOVP)，如等式5所示。
当在完全充电限制模式下被驱动时，当满足关于完全充电限制模式的释放条件时，充电控制设备12可以释放完全充电限制模式(S109)，并且可以在正常模式下被驱动(S108)。
在S108中，当使配置电池组11的电池稳定并且电池组11的电池电压满足等式7时，充电控制设备12可以禁用完全充电限制模式。
在S108中，当充电控制设备12接收到用于请求禁用完全充电限制模式的控制信号或控制输入时，充电控制设备12可以禁用完全充电限制模式。
根据本发明的示例性实施例，当配置电池组11的特定电池退化或者电池当中的充电状态(SOC)不平衡时，电池过电压保护(COVP)电压被设定为实时链接到与充电电流，从而预先防止过充电的产生。
附图和本发明的示例性实施例仅仅是本发明的示例，并且用于描述本发明，而不限制由所附权利要求限定的本发明的范围。本领域普通技术人员将理解，可以进行各种修改和等效实施例。因此，本发明的技术范围可以由所附权利要求的技术思想限定。

Claims (20)

1.一种充电控制设备，包括：
电池组状态检测器，用于检测配置电池组的至少一个电池的电池电压以及电池组和充电设备之间的充电电流；以及
控制器，用于基于电池过电压保护(COVP)电压对电池组执行电池过电压保护功能，并且响应于充电电流而改变电池过电压保护电压。
2.根据权利要求1所述的充电控制设备，其中
控制器计算与充电电流相关联的电池过电压保护电压的校正值，并且通过使用校正值来校正电池过电压保护电压。
3.根据权利要求2所述的充电控制设备，其中
在电池组被充电时，当其中来自至少一个电池的电池电压当中的最大值等于或大于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压的状态被保持预定时间时，控制器在第一模式下被驱动，并且控制器在第一模式下基于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能。
4.根据权利要求3所述的充电控制设备，其中
当在第一模式下被驱动时，当充电电流等于或大于与完全充电确定条件相对应的完全充电电流并且小于恒流充电模式下的充电电流设定值时，控制器改变与充电电流相对应的校正值。
5.根据权利要求4所述的充电控制设备，其中
当在第一模式下被驱动时，当充电电流等于或大于恒流充电模式下的充电电流设定值时，控制器将校正值设定为第一值。
6.根据权利要求5所述的充电控制设备，其中
当在第一模式下被驱动时，当充电电流小于完全充电电流时，控制器将校正值设定为大于第一值的第二值。
7.根据权利要求3所述的充电控制设备，其中
当不在第一模式下而在第二模式下被驱动时，控制器基于电池过电压保护电压的初始设定值来执行电池过电压保护功能。
8.根据权利要求7所述的充电控制设备，其中
当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值小于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压时，控制器在第二模式下被驱动。
9.根据权利要求7所述的充电控制设备，其中
当在第一模式下被驱动时，当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值变得小于预定阈值时，控制器释放第一模式并在第二模式下被驱动。
10.根据权利要求7所述的充电控制设备，其中
当用于请求禁用第一模式的控制信号或控制输入被接收到时，控制器禁用第一模式并在第二模式下被驱动。
11.根据权利要求1所述的充电控制设备，进一步包括
充电和放电开关，
其中，控制器控制充电和放电开关，以便当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于电池过电压保护电压时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
12.根据权利要求11所述的充电控制设备，其中
控制器控制充电和放电开关，以便当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于完全充电电压并且充电电流等于或大于完全充电电流时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
13.一种用于控制电池包的充电的充电控制方法，包括：
检测配置电池组的至少一个电池的电池电压以及电池组和充电设备之间的充电电流；
响应于充电电流而改变电池过电压保护电压；以及
基于电池过电压保护电压对电池组执行电池过电压保护功能。
14.根据权利要求13所述的充电控制方法，其中
所述改变包括
响应于充电电流而计算电池过电压保护电压的校正值；以及
通过使用校正值来校正电池过电压保护电压。
15.根据权利要求14所述的充电控制方法，进一步包括
在电池组被充电时，当其中来自至少一个电池的电池电压当中的最大值等于或大于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压的状态被保持预定时间时，在第一模式下驱动，
其中，执行电池过电压保护功能包括
当在第一模式下驱动时，基于通过使用校正值校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能。
16.根据权利要求15所述的充电控制方法，其中
基于校正的电池过电压保护电压来执行电池过电压保护功能包括：
当充电电流等于或大于恒流充电模式下的充电电流设定值时，将校正值设定为第一值；
当充电电流等于或大于与完全充电确定条件相对应的完全充电电流并且小于恒流充电模式下的充电电流设定值时，随着充电电流增大而减小校正值；以及
当充电电流小于完全充电电流时，将校正值设定为大于第一值的第二值。
17.根据权利要求15所述的充电控制方法，其中
执行电池组的电池过电压保护功能进一步包括
当不在第一模式下而在第二模式下驱动时，基于电池过电压保护电压的初始设定值来执行电池过电压保护功能。
18.根据权利要求17所述的充电控制方法，进一步包括
当在第一模式下驱动时，当来自至少一个电池的电池电压当中的最大值变得小于预定阈值时，释放第一模式并在第二模式下驱动。
19.根据权利要求13所述的充电控制方法，其中
执行电池组的电池过电压保护功能包括
当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于电池过电压保护电压时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
20.根据权利要求13所述的充电控制方法，进一步包括
当至少一个电池的电池电压的最大值等于或大于完全充电电压并且充电电流等于或大于完全充电电流时，截断电池组和充电设备之间的电连接。
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