CN111953032A - 电池管理系统装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电池管理系统装置及其控制方法，所述电池管理系统装置包括：测量部，测量电池的温度、剩余电量及电压；第一计算部，利用所述测量部在预定时间期间测量的电池的温度、剩余电量及电压，计算针对电池的剩余电量或电压的所述电池的温度的各充电量的温度变化量；第二计算部，基于所述电池的温度、剩余电量及趋势，在所述电池的剩余电量充电至第一基准值时计算预测的电池单元的温度；以及控制部，基于所述第二计算部计算的电池的温度和预设的第一基准温度控制第一充电电流，并且利用所述第一充电电流对所述电池进行充电，从而本发明可以提供用于在电池快速充电时抑制电池单元退化的电池管理装置。

Description

电池管理系统装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统(BMS)装置及其控制方法。
背景技术
随着对电动车辆的需求迅速增加，消费者对改善电动车辆的使用便利性的需求也在增加。尤其，正在积极开发用于缩短电动车辆的二次电池的充电时间的快速充电技术。但是，在要求高能量密度的电动车辆的情况下，在快速充电时施加大电流，此时发生的发热现象可能对电池单元的退化产生很大的影响。
为了防止由于这些二次电池快速充电时的发热现象引起的电池单元的退化，现有的快速充电技术仅测量二次电池的温度，并且通过比较测量的温度与基准值来控制二次电池的充电电流。但是，二次电池的温度变化存在时间延迟，从而当二次电池的温度超过基准值时，即使降低二次电池的充电电流，由于二次电池的温度达到影响电池单元的温度，因此会对电池单元的退化产生影响。另外，为了防止所述问题而降低温度基准值来控制二次电池的充电电流时，存在无法缩短二次电池的充电速度的问题。
另一方面，韩国授权专利公报第10-1249347号“附着有温度测量垫的二次电池及其保护装置”(专利文献1)中公开了考虑二次电池温度的线性变化的二次电池保护装置。专利文献1中公开了在以之前时刻和当前时刻为基准的温度测量值的变化率为临界值以上时切断电流的流动的二次电池及其保护装置。专利文献1在二次电池发生过电流等异常时基于温度测量值的变化率切断电流的流动，从而预防由二次电池引起的火灾或爆炸等安全事故的发生，但是，由于专利文献1在温度测量值的变化率为临界值以上时仅通过控制开关来切断电流，因此无法进行缩短二次电池的充电速度的快速充电。
现有技术文献
(专利文献1)韩国授权专利公报第10-1249347号(“附着有温度测量垫的二次电池及其保护装置”，公开日：2013年04月01日)
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，根据本发明的BMS装置及其控制方法，在最佳充电温度范围内操作，从而可以抑制要求高充电电流的二次电池的快速充电时的电池单元的退化。
另外，根据本发明的BMS装置及其控制方法，使因高温暴露引起的电池单元的退化最小化，从而可以提高电池单元和模块的寿命稳定性。
(二)技术方案
用于解决如上所述的问题的本发明的BMS装置，包括：测量部，测量或估计电池的温度、剩余电量、电压及充电电流；第一计算部，基于所述测量部在不同时刻测量的电池的温度、剩余电量及电压，计算针对所述电池的剩余电量或电压的所述电池的温度的各充电量的温度变化量；第二计算部，基于所述电池的温度、剩余电量及各充电量的温度变化量，在所述电池的剩余电量充电至第一基准值时计算电池的预测温度；以及控制部，基于比较所述第二计算部计算的所述预测温度和预设的第一基准温度的信息控制第一充电电流，并且利用所述第一充电电流对所述电池进行充电。
另外，本发明的特征在于，在所述预测温度为所述第一基准温度以下时，所述控制部增加所述第一充电电流，在所述预测温度为所述第一基准温度以上时，所述控制部减小所述第一充电电流。
另外，本发明的特征在于，所述第一计算部基于第一剩余电量、第二剩余电量、第一温度及第二温度，计算所述各充电量的温度变化量，所述第一剩余电量为第一时刻下测量的电池的剩余电量，所述第二剩余电量为与所述第一时刻不同的第二时刻下测量的电池的剩余电量，所述第一温度为所述第一时刻下测量的电池的温度，所述第二温度为所述第二时刻下测量的电池的温度。
另外，本发明的特征在于，在所述测量部测量的电池的温度超过所述第一基准温度时，所述控制部将所述第一充电电流以下的第二充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
另外，本发明的特征在于，在所述测量部测量的电池的剩余电量超过所述第一基准值时，所述控制部将与所述第一充电电流不同的第三充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
另一方面，本发明的BMS装置的控制方法包括：测量步骤，测量或估计电池的温度、剩余电量、电压及充电电流；第一计算步骤，基于在所述测量步骤中在不同时刻测量的电池的温度、剩余电量及电压，计算针对所述电池的剩余电量或电压的所述电池的温度的各充电量的温度变化量；第二计算步骤，基于所述电池的温度、剩余电量及各充电量的温度变化量，在所述电池的剩余电量充电至第一基准值时计算电池的预测温度；以及控制步骤，基于比较在所述第二计算步骤中计算的所述预测温度和预设的第一基准温度的信息控制第一充电电流，并且利用所述第一充电电流对所述电池进行充电。
另外，本发明的特征在于，在所述控制步骤中，当所述预测温度为所述第一基准温度以下时，增加所述第一充电电流，当所述预测温度为所述第一基准温度以上时，减小所述第一充电电流。
另外，本发明的特征在于，在所述第一计算步骤中，基于第一剩余电量、第二剩余电量、第一温度及第二温度，计算所述各充电量的温度变化量，所述第一剩余电量为第一时刻下测量的电池的剩余电量，所述第二剩余电量为与所述第一时刻不同的第二时刻下测量的电池的剩余电量，所述第一温度为所述第一时刻下测量的电池的温度，所述第二温度为所述第二时刻下测量的电池的温度。
另外，本发明的特征在于，在所述控制步骤中，当在所述测量步骤中测量的电池的温度超过所述第一基准温度时，将所述第一充电电流以下的第二充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
另外，本发明的特征在于，在所述控制步骤中，当在所述测量步骤中测量的电池的剩余电量超过所述第一基准值时，将与所述第一充电电流不同的第三充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
(三)有益效果
根据如上所述的本发明的各种实施例的BMS装置及其控制方法，对基于电池剩余电量(SOC)的电池温度的关系式进行近似化，并且基于该关系式计算达到用户要求的电池的剩余电量和电池温度的电池的充电电流，以利用该充电电流对电池进行充电，从而可以在进行二次电池的快速充电的同时抑制电池单元的退化。
附图说明
图1是根据本发明的BMS装置的框图。
图2和图3是根据本发明的BMS装置的基于电池剩余电量的电池温度图表的实施例。
图4是根据本发明的BMS装置的基于电池剩余电量的电池温度图表的另一实施例。
图5至图7是根据本发明的BMS装置控制方法的流程图。
附图标记说明
1000：BMS装置 100：测量部
200：计算部 210：第一计算部
220：第二计算部 300：控制部
C_th：基准值 T_exp：预测温度
T_th：基准温度 S100：测量步骤
S200：计算步骤 S210：第一计算步骤
S220：第二计算步骤 S300：控制步骤
S400：在存储步骤
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的BMS装置及其控制方法进行详细说明。
如图1所示，本发明的BMS装置1000可以包括测量部100、计算部200及控制部300。另外，计算部200可以包括第一计算部210和第二计算部220。
下面分别对上述部件进行详细说明，测量部100可以测量或估计电池B的温度T、剩余电量C、电压V及充电电流I。
电池B的温度T、电压V及充电电流I可以通过公知的测量工具或方法来测量，并且电池B的剩余电量C一般无法直接测量，因此可以通过间接方法来估计。例如，为了估计电池B的剩余电量C，可以利用测量的电池B的温度T、电压V和/或充电电流I信息，但是并不限于此，可以通过目前已知的各种方法来估计电池B的剩余电量C。
第一计算部210可以基于测量部100在不同的时刻t测量的多个电池的温度T、剩余电量C及电压V信息，计算电池的剩余电量C或对电压V的电池B的温度T的各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)。
第二计算部220可以基于电池B的温度T、剩余电量C及各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)信息，计算电池的剩余电量C被充电到第一基准值C_th1时预测的电池B的预测温度T_exp。
对计算部200进一步详细说明如下，第一计算部210可以基于如下[表1]的第一剩余电量C1、第二剩余电量C2、第一温度T1及第二温度T2的信息，计算各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)。以下[表1]是在不同的时刻t测量的电池的剩余电量C和温度T。
[表1]
时刻t 剩余电量C 温度T
t1 C1 T1
t2 C2 T2
t3 C3 T3
... ... ...
t(k-2) C(k-2) T(k-2)
t(k-1) C(k-1) T(k-1)
t(k) C(k) T(k)
... ... ...
电池B的温度T与电池的剩余电量C相关联地变化，因此可以通过如下[数学式1]表示。
[数学式1]
T＝f(C)＝riCi+ri-1Ci-1++r1C+r0
另外，可以将以上[数学式1]近似化为如下[数学式2]。
[数学式2]
T＝f(C)≈r1C+r0
以上[数学式2]是图2的趋势线L的函数，[数学式2]的r1是各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，因此在[数学式2]中代入第一剩余电量C1、第二剩余电量C2、第一温度T1及第二温度T2时，可以通过(T2-T1)/(C2-C1)计算r1，即各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)。同理可以计算r0，因此，第二计算部220可以在计算r0、r1的[数学式2]的C中代入第一基准值C_th1，以计算预测的预测温度T_exp。
另外，可以将上述[数学式1]近似化为如下[数学式3]。
[数学式3]
T＝f(C)≈r2C2+r1C+r0
如[表1]和图3所示，在当前时刻为t3时，第一计算部210可以利用之前时刻t1和t2的电池B的温度T和剩余电量C信息来计算[数学式3]的r0、r1、r2，第二计算部220可以在计算r0、r1、r2的[数学式3]的C中代入第一基准值C_th1，以计算预测的预测温度T_exp。
同理，在当前时刻为t(k)时，第一计算部210可以利用之前时刻t(k-2)和t(k-1)的电池B的温度T和剩余电量C信息来计算[数学式3]的r0、r1、r2，第二计算部220可以在计算r0、r1、r2的[数学式3]的C中代入第一基准值C_th1，以计算预测的预测温度T_exp。
此时，在将基于电池B的剩余电量C的电池的温度T的趋势式近似化为如[数学式3]时，可以计算比近似化为如[数学式2]时更准确的预测温度T_exp，另外，控制部300还可以计算更准确的充电电流I，从而可以进行快速充电。
如以上[数学式2]、[数学式3]所示，根据本发明的BMS装置1000可以利用基于当前时刻和一个或两个之前时刻的电池B的剩余电量C的电池的温度T，对[数学式1]进行近似化，还可以利用两个以上的之前时刻的电池B的剩余电量C、温度T，对[数学式1]进行近似化。
另一方面，控制部300可以基于比较第二计算部220计算的预测温度T_exp和用户设置的第一基准温度T_th1的信息，控制第一充电电流I_c1，并且可以利用第一充电电流I_c1对所述电池进行充电。
具体地，如图2的(a)或图3所示，当趋势线L的预测温度T_exp为第一基准温度T_th1以下时，可以控制并增加第一充电电流I_c1，如图2的(b)或图3所示，当趋势线L的预测温度T_exp为第一基准温度T_th1以上时，可以控制并减小第一充电电流I_c1。
另一方面，如图1所示，本发明的BMS装置1000还可以包括存储部400。存储部400可以获得存储的以往充电数据的历史。
对存储部400进行更详细的说明，在第二计算部220通过比较预测温度T_exp和第一基准温度T_th1来控制第一充电电流I_c1时，存储部400可以存储并获得基于如以下[表2]的电池B的剩余电量C、温度T、各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)的预测温度T_exp与第一基准温度T_th1相同的最佳充电电流I_opt数据。因此，当预测温度T_exp与第一基准温度T_th1存在差异时，可以直接计算预测温度T_exp与第一基准温度T_th1相同的最佳充电电流I_opt，而不需要逐渐增加或减小第一充电电流I_c1的步骤。
[表2]
剩余电量C 温度T ΔT/ΔC 预测温度T_exp I_opt
... ... ... ... ...
C(k) T(k) ΔT/ΔC(k) T_exp(k) I_opt(k)
C(k+1) T(k+1) ΔT/ΔC(k+1) T_exp(k+1) I_opt(k+1)
C(k+2) T(k+2) ΔT/ΔC(k+2) T_exp(k+2) I_opt(k+2)
... ... ... ... ...
此外，在存储部400中存储并获得基于如以下[表2]的电池B的剩余电量C、温度T、各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)的预测温度T_exp与第一基准温度T_th1相同的最佳充电电流I_opt数据时，存储部400可以利用当前时刻的电池B的剩余电量C、温度T、预设的第一基准温度T_th1及第一基准值C_th1计算最佳充电电流I_opt。其中，预设的第一基准温度T_th1和第一基准值C_th1可以是由用户设置的。
更具体地，利用当前时刻测量的电池B的剩余电量C、温度T、预设的第一基准温度T_th1及第一基准值C_th1，并通过以下[数学式4]计算各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，
[数学式4]
Figure BDA0002492366240000081
并且，如以下[数学式5]所示，可以利用如上[表2]的电池B的剩余电量C、温度T及各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，计算最佳充电电流I_opt。
[数学式5]
Figure BDA0002492366240000082
因此，即使不知道基于各电池B单元的剩余电量C、温度T及各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)的最佳充电电流I_opt特性，根据本发明的BMS装置1000可以通过掌握电池B单元的特性来计算最佳充电电流I_opt，从而可以在对二次电池进行快速充电的同时抑制电池单元的退化。
另外，当测量部100测量的电池B的温度T超过第一基准温度T_th1时，控制部300可以以第一充电电流I_c1以下的第二充电电流I_c2作为电池的充电电流I，对电池B进行充电。即，第二充电电流I_c2可以是小于第一充电电流I_c1的值。此时，第二充电电流I_c2可以是第一充电电流I_c1的50～99％。
另外，当测量部100测量的电池B的剩余电量C超过第一基准值C_th1时，控制部300可以以与第一充电电流I_c1不同的第三充电电流作为电池B的充电电流I，对电池B进行充电。即，第三充电电流I_c3可以是小于第一充电电流I_c1的值。此时，第三充电电流I_c3可以是第一充电电流I_c1的50～99％。
如以上说明，第一计算部210计算电池B的各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，并对基于电池B的剩余电量C的电池B的温度T的数学式进行近似化，在电池B的剩余电量C充电至第一基准值C_th1时，第二计算部220利用近似化的数学式计算预测的电池B的预测温度T_exp，控制部300计算第一充电电流I_c1，当超过第一基准温度T_th1或第一基准值C_th1时，降低或改变电池B的充电电流I并进行充电。
另一方面，本发明的BMS装置1000可以设置多个电池B的基准温度和电池B剩余电量C的基准值来计算电池B的充电电流I并进行充电。
例如，如图4所示，当电池B的温度T超过第一基准温度T_th1，或者电池B的剩余电量C超过第一基准值C_th1时，控制部300不会将电池B的充电电流I变更为第二充电电流I_c2或第三充电电流I_c3，而是第一计算部210重新计算电池B的各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，以获得如[数学式2]或[数学式3]的基于电池B的剩余电量C的电池B的温度T趋势线L1'、L2'、L3'的趋势式，并且第二计算部220在电池B的剩余电量C充电至第二基准值C_th2时，利用该趋势式计算预测的电池B的预测温度T_exp，从而在如L3的延长线所示预测温度T_exp为第二基准温度T_th2以下时，控制部300可以增加充电电流I并且如L3'所示充电，在如L1的延长线所示，预测温度T_exp为第二基准温度T_th2以上时，控制部300可以减小充电电流I并且如L1'所示充电。
如上所述，可以设置多个基准温度，以更确切地防止电池B单元的温度达到引起单元退化的温度，并且可以设置多个电池B的剩余电量C的基准值，以使电池B的剩余电量C更快地达到特定基准值，从而能够进行快速充电。
下面，对本发明的BMS装置1000的控制方法进行详细说明。
如图5所示，本发明的BMS装置1000的控制方法可以包括测量步骤S100、计算步骤S200、控制步骤S300。另外，计算步骤S200可以包括第一计算步骤S210和第二计算步骤S220。对每个步骤进行具体说明如下。在测量步骤S100中可以测量或估计电池B的温度T、剩余电量C、电压V及充电电流I。另外，在第一计算步骤S210中，可以基于在测量步骤S100中在不同的时刻t测量的多个电池的温度T、剩余电量C及电压V信息，计算提高剩余电量的单位水平ΔC时所上升的各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)，并且可以对基于电池B的剩余电量C的电池B的温度T的数学式进行近似化。以上在对BMS装置1000的说明中已进行了详细说明，因此在此省略详细说明。
并且，在第二计算步骤S220中，可以以基于电池B的温度T、剩余电量C及各充电量的温度变化量(ΔT/ΔC)、基于电池B的剩余电量C的电池B的温度T的近似化的数学式信息为基础，在电池B的剩余电量C充电至第一基准值C_th1时计算预测的电池B的预测温度T_exp。此时，在控制步骤S300中，当在第二计算步骤S220中计算的预测温度T_exp为预设的第一基准温度T_th1以下时，增加第一充电电流I_c1，当预测温度T_exp为第一基准温度T_th1以上时，减小第一充电电流I_c1，从而可以计算第一充电电流I_c1。
另一方面，如图5所示，本发明的BMS装置1000的控制方法还可以包括存储步骤S400。在存储步骤S400中，可以获得存储的以往的充电数据的历史。
对存储步骤S400进一步详细说明如下。在第二计算步骤S220中，比较预测温度T_exp和第一基准温度T_th1来控制第一充电电流I_c1时，如图5所示，在存储步骤S400中获得第一充电电流I_c1的增加和减小，从而可以存储并获得电池B的剩余电量C、温度T及预测温度T_exp与第一基准温度T_th1相同的最佳充电电流I_opt。因此，当预测温度T_exp和第一基准温度T_th1存在差异时，可以直接计算预测温度T_exp和第一基准温度T_th1相同的最佳充电电流I_opt，而不需要逐渐增加或减小第一充电电流I_c1的步骤。
如图6所示，当在测量步骤S100中测量的电池B的温度T超过第一基准温度T_th1，或者电池B的剩余电量C超过第一基准值C_th1时，在控制步骤S300中可以将第一充电电流I_c1以下的第二充电电流I_c2或与第一充电电流I_c1不同的第三充电电流I_c3作为电池B的充电电流I，对电池B进行充电。
本发明并不限定于以上的实施例，本发明具有各种应用范围，并且在不脱离权利要求书中请求保护的本发明的主旨的范围内可以实施各种变形。

Claims (10)

1.一种电池管理系统装置，包括：
测量部，测量或估计电池的温度、剩余电量、电压及充电电流；
第一计算部，基于所述测量部在不同时刻测量的电池的温度、剩余电量及电压，计算针对所述电池的剩余电量或电压的所述电池的温度的各充电量的温度变化量；
第二计算部，基于所述电池的温度、剩余电量及各充电量的温度变化量，在所述电池的剩余电量充电至第一基准值时计算电池的预测温度；以及
控制部，基于比较所述第二计算部计算的所述预测温度和预设的第一基准温度的信息控制第一充电电流，并且利用所述第一充电电流对所述电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统装置，其特征在于，
在所述预测温度为所述第一基准温度以下时，所述控制部增加所述第一充电电流，在所述预测温度为所述第一基准温度以上时，所述控制部减小所述第一充电电流。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统装置，其特征在于，
所述第一计算部基于第一剩余电量、第二剩余电量、第一温度及第二温度，计算所述各充电量的温度变化量，
所述第一剩余电量为第一时刻下测量的电池的剩余电量，所述第二剩余电量为与所述第一时刻不同的第二时刻下测量的电池的剩余电量，
所述第一温度为所述第一时刻下测量的电池的温度，所述第二温度为所述第二时刻下测量的电池的温度。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统装置，其特征在于，
在所述测量部测量的电池的温度超过所述第一基准温度时，所述控制部将所述第一充电电流以下的第二充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
5.根据权利要求2所述的电池管理系统装置，其特征在于，
在所述测量部测量的电池的剩余电量超过所述第一基准值时，所述控制部将与所述第一充电电流不同的第三充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
6.一种电池管理系统装置的控制方法，包括：
测量步骤，测量或估计电池的温度、剩余电量、电压及充电电流；
第一计算步骤，基于在所述测量步骤中在不同时刻测量的电池的温度、剩余电量及电压，计算针对所述电池的剩余电量或电压的所述电池的温度的各充电量的温度变化量；
第二计算步骤，基于所述电池的温度、剩余电量及各充电量的温度变化量，在所述电池的剩余电量充电至第一基准值时计算电池的预测温度；以及
控制步骤，基于比较在所述第二计算步骤中计算的所述预测温度和预设的第一基准温度的信息控制第一充电电流，并且利用所述第一充电电流对所述电池进行充电。
7.根据权利要求6所述的电池管理系统装置的控制方法，其特征在于，
在所述控制步骤中，当所述预测温度为所述第一基准温度以下时，增加所述第一充电电流，当所述预测温度为所述第一基准温度以上时，减小所述第一充电电流。
8.根据权利要求7所述的电池管理系统装置的控制方法，其特征在于，
在所述第一计算步骤中，基于第一剩余电量、第二剩余电量、第一温度及第二温度，计算所述各充电量的温度变化量，
所述第一剩余电量为第一时刻下测量的电池的剩余电量，所述第二剩余电量为与所述第一时刻不同的第二时刻下测量的电池的剩余电量，
所述第一温度为所述第一时刻下测量的电池的温度，所述第二温度为所述第二时刻下测量的电池的温度。
9.根据权利要求7所述的电池管理系统装置的控制方法，其特征在于，
在所述控制步骤中，当在所述测量步骤中测量的电池的温度超过所述第一基准温度时，将所述第一充电电流以下的第二充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
10.根据权利要求7所述的电池管理系统装置的控制方法，其特征在于，
在所述控制步骤中，当在所述测量步骤中测量的电池的剩余电量超过所述第一基准值时，将与所述第一充电电流不同的第三充电电流作为所述电池的充电电流，对所述电池进行充电。
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