CN112640250A

CN112640250A - 电池控制装置

Info

Publication number: CN112640250A
Application number: CN201980057808.4A
Authority: CN
Inventors: 崔壮赫
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-04-09
Also published as: KR20200068375A; JP2021536214A; EP3843233A1; US20210320488A1; EP3843233B1; US11398723B2; WO2020116905A1; JP7176621B2; EP3843233A4

Abstract

一种电池控制装置，包括：MCU，其被配置为包括第一控制端子，连接到第一节点的第一感测端子、第二控制端子、第三控制端子、连接到第二节点的第二感测端子以及第四控制端子，以感测第一节点和第二节点的电压改变；继电器，其被配置为包括连接在第一节点和第二节点之间的开关和线圈；以及，第一减小电路，其被配置为包括：第一晶体管，其具有连接到所述第一控制端子的第一栅极和连接到第一节点的第一端；和第二晶体管，其具有连接到所述第二控制端子的第二栅极、连接到第一节点的第一端和连接到第二节点的第二节点，其中，MCU被配置为：当没有第一节点的电压改变时，将第一栅极和第二栅极控制为分别地允许第一晶体管被接通并且第二晶体管被关断。

Description

电池控制装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0155291的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种电池控制装置。

背景技术

通常，当电流流过继电器中包括的线圈时，BMS(电池管理系统)生成磁场，并且继电器通过磁场的力进行操作。具体地，继电器被配置为包括被磁化或去磁化的线圈，以及当线圈被磁化时通过磁力闭合并且当线圈被去磁化时断开的开关。当这种开关由于电池的异常状况而被断开时，在线圈中生成反向浪涌，并且这种反向浪涌可能损坏诸如构成电池系统的半导体元件和微型计算机的电子组件。

传统上，使用续流二极管、齐纳二极管等来消除反向浪涌，但是当使用这种二极管时，电池系统的部件数量增加，并且因此电池系统的单位成本增加。

发明内容

【技术问题】

为了克服上述问题已经做出了本发明，并且本发明旨在有效地消除在电池控制装置中生成的反向浪涌。

本发明中期望实现的技术目的不限于上述目的，并且根据本发明的公开，对于本领域技术人员而言，未在上述描述的其他技术目的将是显而易见的。

【技术方案】

本发明提供了一种电池控制装置，并且该电池控制设备包括：MCU，其被配置为包括第一控制端子、连接到第一节点的第一感测端子、第二控制端子、第三控制端子、连接到第二节点的第二感测端子、和第四控制端子，以感测第一节点和第二节点的电压改变；继电器，其被配置为包括连接在第一节点和第二节点之间的开关和线圈；以及，第一减小电路，其被配置为包括：第一晶体管，其具有连接到第一控制端子的第一栅极和连接到第一节点的第一端；和第二晶体管，其具有连接到第二控制端子的第二栅极、连接到第一节点的第一端和连接到第二节点的第二端，其中，MCU被配置为：当没有第一节点的电压改变时，将第一栅极和第二栅极控制为分别地允许第一晶体管被接通并且第二晶体管被关断。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第一节点的电压从第一电压改变为第二电压时，控制第二栅极以形成经过第二晶体管的第一路径。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第一节点的电压从第一电压改变为接地电势时，控制第二栅极以形成经过第二晶体管的第一路径。

另外，根据示例性实施例，电池控制装置还可以包括第二减小电路，该第二减小电路被配置为包括：第三晶体管，其具有连接到第三控制端子的第三栅极、连接到第一节点的第一端、连接到第二节点的第二端；和第四晶体管，其具有连接到第四控制端子的第四栅极、连接到第二节点的第一端、以及连接到接地的第二端。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第二节点中没有电压改变时，将第三栅极和第四栅极控制为分别地允许第三晶体管被关断并且第四晶体管被接通。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第二节点的电压从第二电压改变为第一电压时，控制第三栅极以形成经过第三晶体管的第二路径。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第一节点和第二节点中没有电压改变时，将第一栅极至第四栅极控制为分别地允许第一晶体管和第四晶体管被接通并且第二晶体管和第三晶体管被关断。

根据示例性实施例，电池控制装置的MCU可以被配置为：当第一节点的电压从第一电压改变为第二电压并且第二节点的电压从第二电压改变为第一电压时，分别地控制第二栅极和第三栅极以形成经过第二晶体管和第三晶体管的第三路径。

电池控制装置的开关可以取决于由线圈生成的磁场而被接通或关断。

另外，电池控制装置的第一电压可以高于第二电压。

【有益效果】

根据本发明的电池控制系统可以有效地消除反向电涌。

附图说明

图1说明了根据示例性实施例的电池控制装置的配置。

图2说明了根据示例性实施例的用于减小反向浪涌的第一路径。

图3说明了根据另一示例性实施例的用于减小反向浪涌的第二路径。

图4说明了根据又一示例性实施例的用于减小反向浪涌的第三路径。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述在本说明书中公开的示例性实施例。在本说明书中，相同或相似的组件将由相同或相似的附图标记表示，并且将省略其重复描述。在以下描述中使用的用于组件的术语“模块”和“单元”仅是为了容易地描述本说明书。因此，这些术语不具有使它们本身彼此区分的含义或作用。在描述本说明书的示例性实施例时，当确定与本发明相关联的公知技术的详细描述可能使本发明的主旨不清楚时，其将被省略。提供附图仅是为了允许容易理解本说明书中公开的示例性实施例，并且不应将其解释为限制本说明书中公开的精神，并且应当理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本发明包括所有修改、等同、和替换。

包括诸如第一、第二等的序数的术语将仅用于描述各种组件，并且不应被解释为限制这些组件。这些术语仅用于区分一个组件与其他组件。

应当理解，当一个部件被称为被“连接”或“耦合”到另一组件时，它可以直接连接或耦合到其他组件，或者利用插入其之间的另一组件来连接或耦合到其他组件。另一方面，要理解的是，当一个组件被称为被“直接连接或耦合”到另一组件时，它可以在没有插入其之间的另一组件的情况下连接或耦合到其他组件。

除非上下文另外明确指出，否则单数形式将包括复数形式。

还将理解的是，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定存在所述特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。

在下文中，将参照图1描述根据示例性实施例的电池控制装置。

参照图1，根据本示例性实施例的电池控制装置1包括继电器10、微控制单元(MCU)20、第一减小电路30和第二减小电路40，并且电池控制装置1控制第一减小电路30和/或第二减小电路40形成反向浪涌减小路径，使得在继电器10中生成的反向浪涌被耗尽。

继电器10包括线圈c和开关s。线圈c被连接在第一节点n1和第二节点n2之间。当继电器驱动电流流过线圈c时，在线圈周围生成磁场，并且开关s取决于磁场的力而被接通或关断。主电池(未示出)、电池充电器(未示出)和负载(未示出)可以被连接到开关s，但是示例性实施例不限于此。

MCU 20包括第一控制端子t1、第二控制端子t2、第三控制端子t3、第四控制端子t4、连接到第一节点n1的第一感测端子s1和连接到第二节点n2的第二感测端子s2。MCU 20感测第一节点n1的电压并取决于第一节点n1的电压生成第一栅极信号和第二栅极信号。

MCU 20取决于第一栅极信号和第二栅极信号控制第一减小电路30，使得形成用于消除继电器10中生成的反向浪涌的第一路径ro1(见图2)。

根据示例性实施例，MCU 20确定电池控制装置1的操作模式。具体地，MCU 20掌握连接到继电器10的电池的状态，并且在初始模式I、第一正常模式N1、第二正常模式N2、第一安全模式Se1、第二安全模式Se2和第三安全模式Se3当中的任一模式下将开关s控制为被接通或关断。

初始模式I是其中电池控制器1被初始地操作并且MCU 20将开关s控制为被关断的模式。

当电池的状态被包括在正常范围内时，MCU 20在第一正常模式N1下将开关s控制为被接通，并且在第二正常模式N2下将开关s控制为被关断。

当连接到继电器10的电池的电流为过电流，其电压为过电压，或者其温度超过预定温度时，MCU 20确定电池中可能发生火灾，并在第一安全模式Se1下将开关s控制为被关断。另外，当第一节点N1的电势变为接地电势时，MCU 20在第二安全模式Se2下将开关s控制为被关断，并且当第二节点n2的电势等于连接到继电器10的电池的电势时，在第三安全模式Se3中将开关s控制为被关断。

MCU 20感测第二节点n2的电压并产生第三栅极信号和第四栅极信号。MCU 20取决于第三栅极信号和第四栅极信号来控制第二减小电路40，使得取决于第二节点n2的电压形成用于消除继电器10中生成的反向浪涌的第二路径ro2(见图3)。

第一减小电路30包括第一晶体管sww1、第二晶体管sww2、第一电阻器r1和第二电阻器r2。第一晶体管sww1具有通过第一电阻器r1连接到第一控制端子t1的栅极、连接到用于施加继电器10的驱动电压(例如12V)的辅助电池ab的第一端、以及连接到第一节点n1的第二端，并取决于使能电平的第一栅极信号而被接通或关断。第二晶体管sww2具有通过第二电阻器r2连接到第二控制端子t2的栅极、连接到第一节点n1的第一端和连接到第二节点n2的第二端，并取决于使能电平的第二栅极信号而被接通或关断。

第二减小电路40包括第三晶体管sww3、第四晶体管sww4、第三电阻器r3和第四电阻器r4。第三晶体管sww3具有通过第三电阻器r3连接到第三控制端子t3的栅极、连接到第一节点n1的第一端和连接到第二节点n2的第二端，并取决于使能电平的第三栅极信号而被接通或关断。第四晶体管sww4具有通过第四电阻器r4连接到第四控制端子t4的栅极、连接到第二节点n2的第一端和连接到接地的第二端，并取决于使能电平的第四栅极而被接通或关断。

在下文中，将参照图2描述根据示例性实施例的其中反向浪涌被减小的路径。图2说明了根据示例性实施例的用于减小反向浪涌的第一路径ro1，并且省略了连接到第二减小电路40的配置。

在初始模式I下，第一控制端子t1、第二控制端子t2和第一感测端子s1的电压具有禁用电平(例如，低L)，并且开关s被保持为关断，并且因此在线圈c中不生成反向浪涌。

在第一正常模式N1中，开关s被保持为接通，并且在第一节点n1中没有电压改变，并且因此在线圈c中不生成反向浪涌。MCU 20通过感测第一节点n1的电压来确定第一正常模式N1，并生成具有使能(例如，高H)电平的第一控制端子t1的信号和具有禁用电平的第二控制端子t2的信号。因此，第一晶体管sw1被接通并且第二晶体管sw2被关断，以不形成第一路径ro1。

在第二正常模式N2和第一安全模式Se1中，当开关s从关断状态改变为接通状态时，在线圈c中生成反向浪涌，以使第一节点n1的电压从高电平H改变为低电平L。另外，当第一节点n1的电势变为接地电势时，在第二安全模式Se2中开关s被关断并且生成反向浪涌，使得第一节点n1的电压从高电平H改变为低电平L。

MCU 20通过感测第一节点n1的电压来确定在线圈c中已经发生反向浪涌，并且生成具有禁用电平L的第一控制端子t1的信号和具有使能电平H的第二控制端子t2的信号。因此，第一晶体管sw1被关断并且第二晶体管sw2被接通以形成通过第二晶体管sw2的第一路径ro1。通过第一路径ro1逃逸到接地来减小反向浪涌。

下面的表1总结了生成根据上述示例性实施例的第一路径ro1的情况。

(表1)

模式	t1	t2	s1	开关s	减小路径
						I	L	L	L	关断	-
N1	L->H	H->L	H	接通	-
						N2	H->L	L->H	H->L	关断	ro1
Se1	H->L	L->H	H->L	关断	ro1
						Se2	H->L	L->H	H->L	关断	ro1

在下文中，将参照图3描述根据另一示例性实施例的减小反向浪涌的路径。图3说明了根据另一示例性实施例的用于减小反向浪涌的第二路径ro2，并且省略了连接到第一减小电路30的配置。参照图3，辅助电池ab可以连接到根据另一示例性实施例的电池控制装置的第一节点n1。

在初始模式I中，第三控制端子t3、第四控制端子t4和第二感测端子s2的电压具有禁用电平L，并且开关s被保持为关断，并且因此在线圈中c不生成反向浪涌。

在第一正常模式N1中，开关s被保持为接通，并且第二节点n2中没有电压改变，并且因此在线圈c中不生成反向浪涌。MCU 20通过感测第二节点n2的电压来确定第一正常模式N1，并且生成具有禁用电平L的第三控制端子t3的信号和具有使能电平H的第四控制端子t4的信号。因此，第三晶体管sw3被关断并且第四晶体管sw4被接通，以不形成第二路径ro2。

在第二正常模式N2和第一安全模式Se1中，当开关s从关断状态改变为接通状态时，在线圈c中生成反向浪涌以将第二节点n2的电压从低电平L改变为高电平H。另外，当在第三安全模式Se3中将开关s关断并且第二节点n2的电势变为与连接到继电器10的电池(未图示)等电势时，在线圈c中生成反向浪涌，并且因此第二节点n2的电压从低电平L改变为高电平H。

MCU 20通过感测第二节点n2的电压来确定在线圈c中已经发生反向浪涌，并且生成具有使能电平H的第三控制端子t3的信号和具有禁用电平L的第四控制端子t4的信号。因此，第三晶体管sw3被接通并且第四晶体管sw4被关断以形成通过第三晶体管sw3的第二路径ro2。

沿着第二路径ro2流动的反向浪涌由于第三晶体管sw3的内阻分量而引起压降。因此，所生成的反向浪涌在其通过第二路径ro2时减小。

下面的表2总结了生成根据上述示例性实施例的第二路径ro2的情况。

(表2)

模式	t3	t4	s2	开关s	减小路径
						I	L	L	L	关断
N1	L	H	L	接通	-
						N2	L->H	H->L	L->H	关断	ro2
Se1	L->H	H->L	L->H	关断	ro2
						Se2	L->H	H->L	L->H	关断	ro2

在下文中，将参照图4描述根据又一示例性实施例的减小反向浪涌的路径。图4说明了根据又一示例性实施例的用于减小反向浪涌的第三路径ro3。参照图4，辅助电池ab可以连接到第一晶体管sw1的第一端。

在初始模式I中，第一至第四控制端子t1、t2、t3和t4以及第一至第二感测端子s1和s2的电压具有禁用电平L，并且开关s被保持为关断，并且因此在线圈c中不生成反向浪涌。

在第一正常模式N1中，开关s被保持为接通，并且在第一节点n1和第二节点n2中没有电压改变，并且因此在线圈c中不生成反向浪涌。MCU 20通过感测第一节点n1和第二节点n2的电压来确定第一正常模式N1，并生成具有使能电平H的第一控制端子t1和第四控制端子t4的信号和具有禁用电平L的第二控制端子t2和第三控制端子t3的信号。因此，第一晶体管sw1和第四晶体管sw4被接通，第二晶体管sw2和第三晶体管sw3被关断，以不形成第三路径ro3。

在第二正常模式N2和第一安全模式Se1中，当开关s从关断状态改变为接通状态时，在线圈c中生成反向浪涌以使第一节点n1的电压从高电平H改变为低电平L，并且第二节点n2的电压从低电平L改变为高电平H。另外，当在第二安全模式Se2中开关s被关断并且第一节点n1的电势变为接地电势时，生成反向浪涌，使得第一节点n1的电压从高电平H改变为低电平L。另外，当在第三安全模式Se3中开关s被关断并且第二节点n2的电势与连接到继电器10的电池(未示出)等电势时，在线圈c中生成反向浪涌，并且因此第二节点n2的电压从低电平L改变为高电平H。

MCU 20通过感测第一节点n1和第二节点n2的电压来确定在线圈c中已经发生反向浪涌，并且生成具有禁用电平L的第一控制端子t1和第四控制端子t4的信号以及具有使能电平H的第二控制端子t2和第三控制端子t3的信号。因此，第一晶体管sw1和第四晶体管sw4被关断，并且第二晶体管sw2和第三晶体管sw3被接通，以形成通过第二晶体管sw2和第三晶体管sw3的第三路径ro3。

沿着第三路径ro3流动的反向浪涌由于第二晶体管sw2和第三晶体管sw3的内阻分量而引起压降。因此，所生成的反向浪涌在其通过第三路径ro3时减小。

下面的表3总结了生成根据上述示例性实施例的第三路径ro3的情况。

(表3)

在上文中，为了便于描述，已经将第一至第四晶体管sw1至sw4描述为nMOS晶体管，但是示例性实施例不限于此，并且可以利用其他类型的n沟道晶体管或p沟道晶体管来实现。

尽管已经结合当前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，其旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。因此，以上详细描述不应解释为在所有方面上的限制，并且应被认为是说明性的。本发明的范围应该由所附权利要求的合理解释来确定，并且在本发明的等同范围内的所有改变都被包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种电池控制装置，包括：

MCU，所述MCU被配置为包括第一控制端子、连接到第一节点的第一感测端子、第二控制端子、第三控制端子、连接到第二节点的第二感测端子、和第四控制端子，以感测所述第一节点和所述第二节点的电压改变；

继电器，所述继电器被配置为包括连接在所述第一节点和所述第二节点之间的开关和线圈；以及

第一减小电路，所述第一减小电路被配置为包括：第一晶体管，所述第一晶体管具有连接到所述第一控制端子的第一栅极和连接到所述第一节点的第一端；和第二晶体管，所述第二晶体管具有连接到所述第二控制端子的第二栅极、连接到所述第一节点的第一端和连接到所述第二节点的第二端，

其中，所述MCU被配置为：当所述第一节点中没有电压改变时，将所述第一栅极和所述第二栅极控制为分别地允许所述第一晶体管被接通并且所述第二晶体管被关断。

2.根据权利要求1所述的电池控制装置，其中，

所述MCU被配置为：当所述第一节点的电压从第一电压改变为第二电压时，控制所述第二栅极以形成经过所述第二晶体管的第一路径。

3.根据权利要求2所述的电池控制装置，其中，

所述MCU被配置为：当所述第一节点的电压从第一电压改变为接地电势时，控制所述第二栅极以形成经过所述第二晶体管的第一路径。

4.根据权利要求1所述的电池控制装置，进一步包括：

第二减小电路，所述第二减小电路被配置为包括：第三晶体管，所述第三晶体管具有连接到所述第三控制端子的第三栅极、连接到所述第一节点的第一端、连接到所述第二节点的第二端；和第四晶体管，所述第四晶体管具有连接到所述第四控制端子的第四栅极、连接到所述第二节点的第一端、以及连接到接地的第二端。

5.根据权利要求4所述的电池控制装置，其中，

其中，所述MCU被配置为：当所述第二节点中没有电压改变时，将所述第三栅极和所述第四栅极控制为分别地允许所述第三晶体管被关断并且所述第四晶体管被接通。

6.根据权利要求5所述的电池控制装置，其中，

当所述第二节点的电压从所述第二电压改变为所述第一电压时，所述MCU控制所述第三栅极以形成经过所述第三晶体管的第二路径。

7.根据权利要求3或4所述的电池控制装置，其中，

所述MCU被配置为：当所述第一节点和所述第二节点中没有电压改变时，将所述第一栅极至所述第四栅极控制为分别地允许所述第一晶体管和所述第四晶体管被接通并且所述第二晶体管和所述第三晶体管被关断。

8.根据权利要求7所述的电池控制装置，其中，

所述MCU被配置为：当所述第一节点的电压从所述第一电压改变为所述第二电压并且所述第二节点的电压从所述第二电压改变为所述第一电压时，分别地控制所述第二栅极和所述第三栅极以形成经过所述第二晶体管和所述第三晶体管的第三路径。

9.根据权利要求8所述的电池控制装置，其中，

所述开关取决于由所述线圈生成的磁场而被接通或关断。

10.根据权利要求9所述的电池控制装置，其中，

所述第一电压高于所述第二电压。