CN111812492A

CN111812492A - 电池管理系统及继电器诊断装置

Info

Publication number: CN111812492A
Application number: CN202010280262.3A
Authority: CN
Inventors: 朴炳圭; 张晧相; 金鲜庸; 崔容奭
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2020-10-23
Also published as: US20200326374A1; US20220260638A1; US11740289B2; KR20200119516A; US11340297B2; DE102020110102A1

Abstract

本发明涉及一种继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统，根据本发明一个实施例的继电器诊断装置包括：第一电阻单元，一端连接到继电器的一端；第二电阻单元，一端连接到所述第一电阻单元的另一端；电源单元，连接到所述第二电阻单元的另一端以供应电源；以及控制单元，通过接收施加在所述第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压信号来诊断所述继电器是否断开或闭合或故障。

Description

电池管理系统及继电器诊断装置

技术领域

本发明涉及一种继电器诊断装置及电池管理系统。

背景技术

在电动车辆或混合动力车辆中，继电器用于将高压电池连接到逆变器等车辆系统或断开该连接。继电器仅在车辆驱动或充电时才连接电池，并且在不使用车辆时，为了安全起见，将电池从车辆系统完全断开。

此外，继电器还负责在电动车辆发生故障时强制断开电池的安全功能，以防止车辆系统或驾驶员因电池的高电压或电流而受损。如上所述，高压电池的继电器在电动车辆中起到非常重要的作用，并且监视如上所述的执行重要作用的继电器的操作的功能也是必不可少的。

现有技术文献

(专利文献1)韩国公开专利公报10-2014-0025627(公开日：2014年03月05日)

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的技术思所要解决的技术问题之一是提供一种继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统，该继电器诊断装置使用单独的电源并完全不受高压电池的电压水平和波动的影响而能够准确地诊断继电器的状态。

本发明的技术思所要解决的另一技术问题是提供一种继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统，该继电器诊断装置使诊断继电器状态所需要的附加元件最小化，从而可以以非常简单且廉价的电路来准确地诊断继电器的状态。

(二)技术方案

根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置可以包括：第一电阻单元，一端连接到继电器的一端；第二电阻单元，一端连接到所述第一电阻单元的另一端；电源单元，连接到所述第二电阻单元的另一端以供应电源；以及控制单元，通过接收施加在所述第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压信号来诊断继电器是否断开或闭合或故障。

根据本发明的一个实施例的电池管理系统，诊断继电器是否断开或闭合或故障，所述继电器连接在由多个电池单元串联或并联电连接构成的电池的负极或正极，所述电池管理系统可以包括连接到所述继电器的一端的继电器诊断装置，所述继电器诊断装置可以包括：电源单元，向所述继电器的一端供应电流；电压检测单元，在所述继电器的一端检测电压；以及控制单元，基于检测的电压来诊断所述继电器是否断开或闭合或故障。

(三)有益效果

根据本发明继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统的实施例，使用单独电源并完全不受高压电池的电压水平和波动影响而能够准确地诊断继电器的状态。

此外，使诊断继电器状态所需要的附加元件最小化，从而可以以非常简单且廉价的电路来准确地诊断继电器的状态。

附图说明

图1是简化示出电池、继电器及系统之间的连接关系的示意图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的电池管理系统的框图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置的电路图。

附图标记说明

1：继电器诊断装置

10：电池

20：系统

30：第一继电器(正极继电器)

40：第二继电器(负极继电器)

50：电源单元

60：控制单元(微处理器)

70：电路保护单元(二极管)

80：开关单元

100：电压检测单元

具体实施方式

其他实施例的具体内容包括在详细说明和附图中。

参照附图和后面详细描述的实施例，清楚地说明本发明的优点和特征以及实现它们的方法。然而，本发明不限定于以下公开的实施例，而可以以各种不同的方式来实现，本实施例是为了完整地公开本发明，并且向本发明所属技术领域的普通技术人员完整地公开本发明的范围而提供的，本发明仅由权利要求的范围而确定。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的组件。

图1是简化示出电池管理系统中电池、继电器及系统之间的连接关系的示意图。

如图1所示，在电池管理系统(Battery Management System)中，第一继电器30和第二继电器40分别串联连接至电池10的正极和负极。在下文中，为了方便起见，将一端连接到电池的正极端的第一继电器30称为正极继电器，将一端连接到电池的负极端的第二继电器40称为负极继电器。

图2是示出根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置1和电池管理系统的框图，图3是示出根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置1的电路图，并且示出继电器诊断装置1诊断连接在电池10的负极与系统20之间的第二继电器(即，负极继电器)40的状态的实施例。

根据本发明的实施例的继电器诊断装置采用通过电流的方式以诊断继电器的状态。具体地，在确定负极继电器的状态时，根据本发明的实施例的继电器诊断装置1没有在电池10侧的负极端而是在系统20侧的负极继电器40一端连接单独的电源并通过电流，从而可以确定负极继电器40的状态。

本发明提供一种判断继电器的状态即继电器是否连接还是断开的电路及包括该电路的电池管理系统。

参照图2，根据本发明的一个实施例的电池管理系统可以包括：电池10；继电器诊断装置1；以及负极继电器40，一端连接到电池的负极和接地，而另一端连接到继电器诊断装置。此时，上述继电器诊断装置1可以包括：电源单元50，向负极继电器40的另一端供应电流；电压检测单元100，从负极继电器40的另一端检测电压；以及控制单元60，基于检测的电压来诊断负极继电器40是否断开或闭合或故障。

根据本发明的实施例的电池管理系统将电源单元50作为单独的电源使用并使电流通过负极继电器40，以判断负极继电器40的状态。根据负极继电器40的状态由电源单元50供应的电流经过电压检测单元100和负极继电器40流到接地。在此过程中，电压检测单元100检测负极继电器40的系统20侧一端的电压信号，并将检测的电压信号提供至控制单元60。

参照图2和图3，根据本发明的一个实施例的电压检测单元100可以包括：第一电阻单元R1，至少一端连接至负极继电器40的另一端；以及第二电阻单元R2，一端连接至第一电阻单元R1的另一端，另一端连接至电源单元50。如上所述，根据本发明的实施例，为了区分电流通过的状态和不通过的状态，连接至少两个电阻，并接收电阻之间的电压来判断负极继电器40的状态。

在负极继电器40断开时由于电流不通过，第一电阻单元R1和第二电阻单元R2之间的电压接收电源电压Vs作为输入电压Vi，从而可以判断负极继电器40已断开。反之，当负极继电器40闭合而电流通过时，根据第一电阻单元R1和第二电阻单元R2的各个值而发生电压降低，控制单元60即微处理器(Micro-processor)根据以下数学式接收比Vs降低的电压作为输入电压Vi，从而可以判断继电器已闭合。

[数学式1]

Vi＝{Vs×(R1)/(R1+R2)}

另一方面，根据本发明的一个实施例，如果电池管理系统的控制单元60具有自身的模数转换器(Analog-Digital Converter，ADC)输入功能，则控制单元60可以直接接收输入电压Vi。

此外，根据本发明的另一实施例的电池管理系统还可以包括模数转换器(ADC)90，接收第一电阻单元R1和第二电阻单元R2之间的电压信号并将其转换为数字信号。在该实施例中，控制单元60接收从模数转换器输出的数字信号，以诊断负极继电器40是否断开或闭合和/或故障。

参照图3，根据本发明的又一实施例的电池管理系统还可以包括开关单元80，其连接第二电阻单元R2的另一端和电源单元50。此外，开关单元80根据从控制单元60输入的控制信号来断开或闭合，因此，控制单元60被配置成可以仅在需要通过控制开关闭合(on)/断开(off)确定负极继电器40的状态时闭合开关单元80来驱动电路。当然，不设置开关单元80并且电源单元50常时地连接到第二电阻单元R2以实时地监视负极继电器40的状态的实施例也包括在本发明的范围内。

根据被供应电池电力的系统20的状态或操作条件，系统20侧的负极继电器40一端(图1的④)的电压可以瞬间达到与电池10的水平相同的高电压。这种情况下，反向电流可能流向继电器诊断装置1侧，为了防止这种情况，根据本发明又一实施例的电池管理系统还可以包括电路保护单元70(例如，二极管)，其一端连接到负极继电器40的另一端(图1中的④)，另一端连接到第一电阻单元R1的一端。

如上所述，根据本发明的实施例，控制单元，即微处理器60基于从电压检测单元100输入的电压信号，判断负极继电器40是否断开或闭合。

另外，根据本发明实施例的控制单元60还可以诊断负极继电器40是否发生故障。即，如果控制单元60接收到的输入电压Vi的值不同于Vs或上述[数学式1]中表示的值，则可以判断负极继电器40发生了故障等问题。

此外，根据本发明的实施例的继电器诊断装置1包括固定的电源单元50和负极继电器40以构成单个电流回路(Loop)，因此可以根据输入电压Vi确定负极继电器40是否断开或闭合，并且可以计算当加载任意电阻时的电阻值。即，如果负极继电器发生故障并加载Rs程度的电阻而非完全断开或闭合，则还可以通过以下[数学式2]计算Rs值。

[数学式2]

Vi＝{Vs×(R1+Rs)/(R1+R2+Rs)}

另外，在本发明的实施例中应用的电源单元50在图2和图3中被表示为电压源，但是不限定于此。即，为了起到向电压检测单元100提供电流的作用，电源单元50还可以应用为电压源以外的电流源。此时的电路构成是在图2和图3中将电压源替换为电流源的形式。

图2和图3示出了继电器诊断装置1用以诊断负极继电器40的情况，但是根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置1还可以诊断正极继电器30。在这种情况下，继电器诊断装置1可以连接到正极继电器30与系统20之间的任一个节点。

但是，根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置1在被应用于诊断负极继电器40时更有用。

参照图1，对于正极继电器30的状态，可以通过应用根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置1来诊断，并且还可以通过比较继电器两端的电压水平(比较V13和V23)来诊断。但是，负极继电器40的两端不存在相对电压差，因此无法简单地通过比较电压水平的方式确定负极继电器40的状态。也就是说，为了确定负极继电器40的状态，无法使用诸如在正极继电器30中可以使用的方式的基于电池负极比较继电器的两端电压的方式。

作为诊断负极继电器40的状态的另一种方法，可以考虑基于正极继电器30的一端(图1中的①)，比较负极继电器40的两端电压的方式。然而，根据该方法，基于电池的正极比较负极的电压时，电压水平会小于0(负数)，为了弥补该问题，存在电路变复杂的问题。

作为诊断负极继电器40的状态的又一种方法，还可以考虑分别基于电池负极③和系统(例如，车辆系统)20的负极④，测量并比较电池正极①的方式。然而，该方法也需要单独构成参考电压不同的两个电路，因此存在电路复杂的问题。

即，无法在负极继电器40的两端确定明确的电压水平差，因此为了解决上述技术问题，根据本发明的一个实施例的继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统采用通过电流的方法来代替测量并比较电压的方式。通过这种构成，根据本发明的一个实施例，可以准确地确定连接到电池(例如，图1中的10)的正极的正极继电器(例如，图1中的30)以及连接到电池的负极的负极继电器(例如，图1中的40)的状态。

即，根据本发明继电器诊断装置及包括该继电器诊断装置的电池管理系统的实施例，使用单独电源单元50并完全不受电池10的电压水平和波动影响而能够准确地诊断正极继电器30或者负极继电器40的状态。

另外，电池管理系统基本上已具有微处理器或模数转换器(ADC)和用于各种电路的电压电源，因此，使诊断正极继电器30或负极继电器40的状态所需要的附加元件最小化，从而可以以非常简单且廉价的电路构成来准确地诊断负极继电器的状态。

另一方面，在本实施例中使用的术语“

单元”，即“

模块”或“

表”等表示诸如软件，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或专用半导体(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)的硬件组件，模块执行某些功能。但是，模块不限定于软件或硬件。模块可以被配置为位于可寻址的存储介质中，或者可以被配置为驱动一个或多个处理器。因此，作为示例，模块包括诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件以及过程、函数、属性、程序、子例程、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组及变量。组件和模块内提供的功能可以由更少数量的组件和模块结合，或进一步分离为其他组件和模块。另外，组件和模块还可以体现为驱动设备中的一个或多个CPU。

本发明所属的技术领域的普通技术人员将可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的前提下可以以其他具体方式来实施本发明。因此，应该理解为以上说明的实施例在所有方面都是示例性的而不是限制性。本发明的范围由权利要求书的范围来表示，而不是以上的详细说明，并且应解释为从权利要求书的含义和范围及其等同概念得出的所有改变或变更的形式包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种电池管理系统，其诊断继电器是否断开或闭合或故障，所述继电器连接在由多个电池单元电连接构成的电池的电极，其中，

所述电池管理系统包括连接到所述继电器的一端的继电器诊断装置，所述继电器诊断装置包括：

电源单元，向所述继电器的一端供应电流；

电压检测单元，在所述继电器的一端检测电压；以及

控制单元，基于检测的电压来诊断所述继电器是否断开或闭合或故障。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，

所述电压检测单元包括：

第一电阻单元，第一端连接到所述继电器的一端；以及

第二电阻单元，第一端连接到所述第一电阻单元的第二端，第二端连接到所述电源单元，

所述电压检测单元检测施加在所述第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压信号。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统，还包括：

电路保护单元，第一端连接到所述继电器的一端，第二端连接到所述第一电阻单元的第一端。

4.根据权利要求2所述的电池管理系统，还包括：

开关单元，连接所述第二电阻单元的第二端和所述电源单元，

当所述开关单元从所述控制单元接收控制信号时，所述开关单元处于第一状态和第二状态中的第一状态，并且当没有从所述控制单元接收控制信号时，所述开关单元处于第二状态。

5.根据权利要求2所述的电池管理系统，还包括：

模数转换器，接收所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间的电压信号并将电压信号转换为数字信号，

所述控制单元接收所述数字信号，以诊断所述继电器是否断开或闭合或故障。

6.一种继电器诊断装置，包括：

第一电阻单元，第一端连接到继电器的一端；

第二电阻单元，第一端连接到所述第一电阻单元的第二端；

电源单元，连接到所述第二电阻单元的第二端以供应电源；以及

控制单元，通过接收施加在所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间的电压信号来诊断所述继电器是否断开或闭合或故障。

7.根据权利要求6所述的继电器诊断装置，还包括：

模数转换器，接收施加在所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间的电压信号并将电压信号转换为数字信号，

8.根据权利要求6所述的继电器诊断装置，还包括：

开关单元，连接所述第二电阻单元的第二端和所述电源单元。

9.根据权利要求8所述的继电器诊断装置，其中，

当所述开关单元从控制单元接收控制信号时，所述开关单元处于第一状态和第二状态中的第一状态，并且当没有从所述控制单元接收控制信号时，所述开关单元处于第二状态。

10.根据权利要求6所述的继电器诊断装置，还包括：

11.一种继电器诊断装置，包括：

电源；

分压器，具有两个电阻元件并耦合至所述电源，并且耦合至电池系统中的继电器的一端，以确定继电器的状态；以及

控制器，从所述分压器的两个电阻元件之间的节点接收输出电压，以确定继电器的状态，

当开关闭合时，所述输出电压的值取决于所述分压器的两个电阻元件的值以及所述电源的输入电压，

当开关发生故障时，所述输出电压的值取决于所述分压器的两个电阻元件的值、另外的电阻值以及所述电源的输入电压。