CN113727880A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种电池系统，包括：第一子继电器，其连接到第一节点和第二节点，所述第一节点连接在至少两个电池单体模块之间，所述第二节点在第一输出端与第一主继电器之间；以及第二子继电器，其连接到所述第一节点和第三节点，所述第三节点在第二输出端与第二主继电器之间。当定位在相对于所述第一节点的第一侧的第一电池单体模块的第一电池单体产生故障时，在闭合所述第一主继电器的同时接通所述第一子继电器，并且在发生第一时间延迟之后关断所述第一主继电器，以及当定位在相对于所述第一节点的第二侧的第二电池单体模块的第二电池单体产生故障时，在闭合所述第二主继电器的同时接通所述第二子继电器，并且在发生第二时间延迟之后关断所述第二主继电器。

Description

电池系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0075937的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及一种电池系统。特别地，本公开涉及适用于电动车辆的电池系统。
背景技术
在电动车辆的自动驾驶级别4的情况下，即使在动态驾驶条件下，电动车辆也无需驾驶员干预而操作。自动驾驶级别4是国家公路交通安全管理局(NHTSA)的自动驾驶步骤之一，其表示车辆无需驾驶员干预而自行到达目的地的级别。
当在常规电动车辆上安装的电池中产生故障(例如，单体过电压)时，从电池产生警报，并且在预定时间(例如，十秒)之后电池的继电器断开。通过继电器的断开可以防止电池的附加过电压，并且可以防止电池爆炸。
然而，在自动驾驶级别4的情况下，电动车辆中的乘客状态可能是可能无法监测车辆的状态(例如，睡眠状态)，并且由于其他原因，电动车辆可能需要运行比预定时间(十秒)更长的时间。在电池故障的情况下，当经过预定时间时电池的继电器断开，因此设置了额外的应急电池来为超过预定时间的操作做准备，这成为浪费电动车辆空间的原因，并且可能产生电池的尺寸和容量的减小以及正常行驶距离的减小。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种当电池产生故障时用于驱动车辆的电池系统。
技术方案
本发明的实施例提供了一种电池系统，该电池系统包括：电池单体组件，该电池单体组件包括至少两个电池单体模块，该电池单体模块包括至少一个电池单体；第一熔断器和第一主继电器，该第一熔断器和第一主继电器串联连接在电池单体组件的第一端与第一输出端之间；第二熔断器和第二主继电器，该第二熔断器和第二主继电器串联连接在电池单体组件的第二端与第二输出端之间；第一子继电器，该第一子继电器连接到第一节点和第二节点，该第一节点连接在至少两个电池单体模块之间，该第二节点在第一输出端与第一主继电器之间；以及第二子继电器，该第二子继电器连接到第一节点和第三节点，该第三节点在第二输出端与第二主继电器之间，其中，当定位在相对于第一节点的第一侧的第一电池单体模块的第一电池单体产生故障时，在闭合第一主继电器的同时接通第一子继电器，并且在发生第一时间延迟之后关断第一主继电器，以及当定位在相对于第一节点的第二侧的第二电池单体模块的第二电池单体产生故障时，在闭合第二主继电器的同时接通第二子继电器，并且在发生第二时间延迟之后关断第二主继电器。
第一熔断器可以在第一时间延迟内被断连，并且第二熔断器可以在第二时间延迟内被断连。
本发明的另一实施例提供了一种电池系统，该电池系统包括：电池单体组件，该电池单体组件包括两个电池单体模块组，该电池单体模块组配置有多个单体；第一熔断器和第一主继电器，该第一熔断器和第一主继电器串联连接在电池单体组件的第一端与第一输出端之间；第二熔断器和第二主继电器，该第二熔断器和第二主继电器串联连接在电池单体组件的第二端与第二输出端之间；第一子继电器，该第一子继电器连接到第一节点和第二节点，该第一节点连接在两个电池单体模块之间，该第二节点在第一输出端与第一主继电器之间；第二子继电器，该第二子继电器连接到第一节点和第三节点，该第三节点在第二输出端与第二主继电器之间；以及电池管理系统，该电池管理系统用于当从至少两个电池单体模块组当中检测到有故障的电池单体时，通过关断第一主继电器和第二主继电器当中的、与第一电池单体模块组对应的主继电器来从第二节点和第三节点当中的对应节点截断包括有故障的电池单体的第一电池单体模块组，并且通过接通第一子继电器和第二子继电器当中的、与第二电池单体模块组对应的子继电器来连接两个电池单体模块组当中的第二电池单体模块组和对应节点。
电池管理系统可以在对应的主继电器闭合的同时接通对应的子继电器，并且可以在发生预定时间延迟之后关断对应的主继电器。
第一熔断器和第二熔断器当中的、与对应的主继电器对应的熔断器可以在时间延迟内被断连。
电池管理系统可以包括：单体监测IC，用于获得关于各个电池单体的状态信息；主控制IC，用于接收关于各个电池单体的状态信息以确定第一电池单体模块组，并产生用于控制第一主继电器和第二主继电器以及第一子继电器和第二子继电器的驱动的继电器驱动控制信号；以及继电器驱动器，用于根据继电器驱动控制信号产生用于驱动第一主继电器和第二主继电器以及第一子继电器和第二子继电器的继电器驱动信号。
在对应的主继电器的第一继电器驱动信号的导通电平上，继电器驱动器可以将对应的子继电器的第二继电器驱动信号改变为导通电平，并且可以在发生预定时间延迟之后将第一继电器驱动信号改变为关断电平。
当第一电池单体模块组连接在第一节点与第一熔断器之间时，电池管理系统可以在第一主继电器闭合的同时接通第一子继电器，并且可以在发生预定时间延迟之后关断第一主继电器。
第一熔断器可以在时间延迟内被断连。
当第一电池单体模块组连接在第一节点与第二熔断器之间时，电池管理系统可以在第二主继电器闭合的同时接通第二子继电器，并且可以在发生预定时间延迟之后关断第二主继电器。
第二熔断器可以在时间延迟内被断连。
技术效果
根据本发明的实施例，提供了一种用于当电池产生故障时安全地驱动电动车辆的电池系统。
附图说明
图1示出了根据实施例的电池系统。
图2示出了根据实施例的操作两个电池单体模块组中的一个的示例。
图3示出了根据参考图2描述的实施例的驱动信号的波形。
图4示出了根据实施例的操作两个电池单体模块组中的另一个的示例。
图5示出了根据参考图4描述的实施例的驱动信号的波形。
具体实施方式
在本公开中引入的电池系统和电池管理方法可以在电池产生故障时截断产生该故障的电池单体区域，并且通过使用剩余的电池单体区域的能量来操作电动车辆。电动车辆可以通过使用剩余的电池单体区域的能量来获得足够的时间以移动到安全地区。
在下文中，将参考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，相同或相似的部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。在下面的描述中使用的用于部件的术语“模块”和“单元”仅是为了使说明书更易于理解。因此，这些术语不具有将其自身彼此区分开的含义或作用。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众所周知的技术的详细描述可能使本发明的主旨不清楚时，将其省略。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，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明包括所有修改形式、等效形式和替换形式。
包括诸如第一、第二等的序数的术语将仅用于描述各种部件，而不应解释为限制这些部件。这些术语仅用于将部件彼此区分开。
应当理解，当一个部件被称为“连接”或“耦合”到另一部件时，它可以直接连接或耦合到另一部件，或者利用介于其间的其他部件连接或耦合到另一部件。另一方面，应当理解，当一个部件被称为“直接连接或耦合”到另一部件时，它可以连接或耦合到另一部件，而没有介于其之间的其他部件。
将进一步理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定存在所陈述的特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据实施例的电池系统。
如图1所示，电池系统1包括电池单体组件2、电池管理系统(BMS)3、两个主继电器10和15、两个熔断器11和16以及两个子继电器30和35。
图1所示的电池系统连接到电动车辆的电动机并供应电力以驱动电动机。
电池单体组件2可以通过串联/并联连接多个电池单体模块来配置，并且其可以向负载，例如车辆的电动机，供应电力。如图1所示，电池单体组件2包括串联连接的四个电池单体模块21至24，并且各个电池单体模块21至24分别包括串联连接的四个电池单体(CE1至CE4)。这是用于描述实施例的示例，并且不限于此。多个电池单体模块的数量以及电池单体模块中的电池单体的数量可根据设计而修改，电池单体组件可以包括至少两个电池单体模块，电池单体模块可以包括至少一个单体，多个电池单体模块的连接不限于串联连接，并且根据需要的电源电压，该连接可以是串联连接、并联连接、或者串联/并联连接。
第一熔断器11和第一主继电器10串联连接在电池系统1的输出端(OUT+)与电池单体组件2的正极之间，并且第二熔断器16和第二主继电器15串联连接在电池系统1的输出端(OUT-)与电池单体组件2的负极之间。
在电池单体组件2中，第一子继电器30连接在两个电池单体模块21和22与两个电池单体模块23和24彼此连接的节点(NM)与输出端(OUT+)之间，并且第二子继电器35连接在节点(NM)与输出端(OUT-)之间。
第一主继电器10、第二主继电器15、第一子继电器30和第二子继电器35可以根据由BMS 3施加的继电器驱动信号(PR1、PR2、SR1和SR2)而切换。尽管在图1中未示出，可以形成用于将驱动信号传输到相应继电器的导线。
BMS 3包括单体监测IC 31、主控制IC 32和继电器驱动器。
单体监测IC 31可以电连接到构成电池单体模块21至24的多个电池单体(CE1至CE4)，可以感测关于电池单体的信息，并且可以将感测到的信息传输到主控制IC 32。关于电池单体的信息可以包括电池单体的电压和温度。尽管在图1中未示出，可以将由用于感测流过电池单体组件2的电流的传感器测量的电流值传输到单体监测IC 31。单体监测IC 31可以将关于流过电池单体组件2的电流的信息传输到主控制IC 32。
BMS 3可以分析从单体监测IC 31传输的关于电池单体的信息，并且可以从多个相应电池单体模块21至24的多个电池单体(CE1至CE4)当中检测产生故障的单体。产生故障的单体处的电压可以大于预定阈值电压。BMS 3驱动除了包括产生故障的单体的电池单体模块组以外的电池单体模块组。
主控制IC 32可以基于从其感测到故障的电池单体的位置产生继电器驱动控制信号(RDS)，并且可以将该继电器驱动控制信号传输到继电器驱动器33。
继电器驱动器33可以根据继电器驱动控制信号(RDS)产生四个继电器驱动信号(PR1、PR2、SR1和SR2)。
现在将参考图2至图5描述在产生故障的电池单体的情况下用于驱动电池单体模块的详细方法。
当从常规电池系统中的多个电池单体当中产生有故障的电池单体时，该电池用于在预定时间内维持车辆的行驶。然而，在自动驾驶的情况下，驾驶员可能无法在预定时间内将车辆行驶到安全的地方。在实施例中，不同于用于在预定时间内管理整个电池的临时反应方法，通过使用不包括有故障的单体的电池单体模块组向车辆供应电力。
多个电池单体模块可以被划分成至少两个电池单体模块组。参考图1，两个电池单体模块21和22形成一个电池单体模块组，并且两个电池单体模块23和24形成另一电池单体模块组。在图1中，电池单体组件2被划分成两个电池单体模块组200和210，但本发明不限于此，并且可以通过考虑多个电池单体模块的数量来将其划分成两个或更多个电池单体模块组。
当继电器从断开(opened)状态变为闭合(closed)状态时，将其称为“导通(On)”，而当继电器从闭合状态变为断开状态时，将其称为“关断(Off)”。导通和关断将被称为切换。
BMS 3根据有故障的电池单体的状态来控制第一主继电器10、第二主继电器15、第一子继电器30和第二子继电器35的切换操作，以从负载截断包括有故障的单体的电池单体模块组(在下文中称为故障电池单体模块组)，并通过不包括有故障的单体的电池单体模块组(在下文中称为正常电池单体模块组)向负载供应电力。然后，从正常电池单体模块组向电动车辆供应电力，并且在自动驾驶模式下可以获得足够的时间以移动到安全的地方。
BMS 3可以为相应继电器生成驱动信号(PR1、PR2、SR1和SR2)，以便控制第一主继电器10、第二主继电器15、第一子继电器30和第二子继电器35的切换操作。
图2示出了根据实施例的操作两个电池单体模块组中的一个的示例。
图3示出了根据参考图2描述的实施例的驱动信号的波形。
将在图2中假设电池单体模块23的电池单体CE3产生故障。BMS3可以停止包括电池单体模块23的电池单体模块组210的操作，并且可以控制电池系统1利用电池单体模块组200向电动机供应电力。
主控制IC 32可以感测电池单体模块23的电池单体CE3的故障，可以接通第一子继电器30以便截断故障电池单体模块组，并且可以产生用于关断第一主继电器10的继电器驱动控制信号(RDS)。上述情况与两个电池单体模块21和22的四个电池单体(CE1至CE4)中的一个产生故障时对应。
在第一子继电器30的导通时间与第一主继电器10的关断时间之间存在预定时间延迟。
参考图3，在时间T1，继电器驱动器33将继电器驱动信号SR1从关断电平(L)改变为导通电平(H)，并且在经过预定延迟时间TD1之后，其将继电器驱动信号PR1从导通电平(H)改变为关断电平(L)。在延迟时间TD1内，在电池单体模块21、电池单体模块22、第一子继电器30和第一主继电器10之间形成闭环，过大的电流流动，熔断器11断连(disconnected)，并且该环断开。由于没有电流流过第一主继电器10，所以当第一主继电器10关断时，不会产生卡闭现象(stuck closed phenomenon)。可以通过向当熔断器11通过流向闭环的电流而断连时的时间添加预定余量来设定延迟时间TD1。对于所描述的安全继电器切换，实施例包括两个熔断器11和16。
当未设置熔断器11时，接通第一子继电器30并且关断第一主继电器10，因此理论上无限大的电流流向对应的闭环，并且第一主继电器10通过卡闭不断开而是保持闭合。电流连续地流向对应的闭环，因此两个电池单体模块21和22的电池单体可能产生热量且可能劣化，并且由于产生热量而可能引起火灾。为了解决上述问题，当关断第一主继电器10并且接通第一子继电器30时，传输到电动机的全部电流在关断第一主继电器10时被截断，并且电动车辆可能突然停止。
考虑到上述要点，根据实施例的用于驱动继电器的方法包括在闭合第一主继电器10的同时接通第一子继电器30，并且当通过设置熔断器11断连闭环并且电流不流向第一主继电器10时关断第一主继电器10。
在切换第一主继电器10和第一子继电器30的同时，如图3所示，继电器驱动信号PR2保持在导通电平(H)，继电器驱动信号SR2保持在关断电平(L)，第二主继电器15闭合，并且第二子继电器35断开。然后，如图2所示，电力沿着电流路径PA1从正常电池单体模块组210供应到电动机。
图4示出了根据实施例的操作两个电池单体模块组中的另一个的示例。
图5示出了根据参考图4描述的实施例的驱动信号的波形。
将在图4中假设电池单体模块22的电池单体CE2产生故障。BMS3可以停止包括电池单体模块22的电池单体模块组200的操作，并且可以控制电池系统1以利用电池单体模块组210向电动机供应电力。
主控制IC 32可以感测电池单体模块22的电池单体CE2的故障，可以接通第二子继电器35以截断故障电池单体模块组，并且可以产生用于关断第二主继电器15的继电器驱动控制信号(RDS)。上述情况与当两个电池单体模块23和24的四个电池单体(CE1至CE4)中的一个产生故障时对应。
根据参考图2和图3提供的描述中给出的相同原因，在第二子继电器35的导通时间与第二主继电器15的关断时间之间存在预定时间延迟TD2。时间延迟TD2可以与时间延迟TD1不同。
参考图5，在时间T3，继电器驱动器33将继电器驱动信号SR2从关断电平(L)改变为导通电平(H)，并且在经过预定延迟时间TD2之后，将继电器驱动信号PR2从导通电平(H)改变为关断电平(L)。对于延迟时间TD2，在电池单体模块23、电池单体模块24、第二子继电器35和第二主继电器15之间形成闭环，并且过大的电流流动，因此熔断器16断连并且该环断开。没有电流流向第二主继电器15，因此当关断第二主继电器15时，不会发生卡闭现象。可以通过向当熔断器1通过流向闭环的电流而断连6时的时间添加预定余量来设定延迟时间TD2。
在切换第一主继电器10和第一子继电器30时，如图5所示，继电器驱动信号PR2可以保持在导通电平(H)，并且继电器驱动信号SR2可以保持在关断电平(L)，第二主继电器15闭合，并且第二子继电器35断开。如图4所示，电力沿着电流路径PA2从正常电池单体模块组200供应到电动机。
尽管已经结合当前被认为是实际的示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，其旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等效布置。

Claims (11)

1.一种电池系统，包括：
电池单体组件，所述电池单体组件包括至少两个电池单体模块，所述电池单体模块包括至少一个电池单体；
第一熔断器和第一主继电器，所述第一熔断器和所述第一主继电器串联连接在所述电池单体组件的第一端与第一输出端之间；
第二熔断器和第二主继电器，所述第二熔断器和所述第二主继电器串联连接在所述电池单体组件的第二端与第二输出端之间；
第一子继电器，所述第一子继电器连接到第一节点和第二节点，所述第一节点连接在所述至少两个电池单体模块之间，所述第二节点在所述第一输出端与所述第一主继电器之间；以及
第二子继电器，所述第二子继电器连接到所述第一节点和第三节点，所述第三节点在所述第二输出端与所述第二主继电器之间，
其中，当定位在相对于所述第一节点的第一侧的第一电池单体模块的第一电池单体产生故障时，在闭合所述第一主继电器的同时接通所述第一子继电器，并且在发生第一时间延迟之后关断所述第一主继电器，以及当定位在相对于所述第一节点的第二侧的第二电池单体模块的第二电池单体产生故障时，在闭合所述第二主继电器的同时接通所述第二子继电器，并且在发生第二时间延迟之后关断所述第二主继电器。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中
所述第一熔断器在所述第一时间延迟内被断连，并且所述第二熔断器在所述第二时间延迟内被断连。
3.一种电池系统，包括：
电池单体组件，所述电池单体组件包括：两个电池单体模块组，所述电池单体模块组配置有多个单体；
第一熔断器和第一主继电器，所述第一熔断器和所述第一主继电器串联连接在所述电池单体组件的第一端与第一输出端之间；
第二熔断器和第二主继电器，所述第二熔断器和所述第二主继电器串联连接在所述电池单体组件的第二端与第二输出端之间；
第一子继电器，所述第一子继电器连接到第一节点和第二节点，所述第一节点连接在所述两个电池单体模块之间，所述第二节点在所述第一输出端与所述第一主继电器之间；
第二子继电器，所述第二子继电器连接到所述第一节点和第三节点，所述第三节点在所述第二输出端与所述第二主继电器之间；以及
电池管理系统，所述电池管理系统用于当从所述至少两个电池单体模块组当中检测到有故障的电池单体时，通过关断所述第一主继电器和所述第二主继电器当中的、与所述第一电池单体模块组对应的主继电器来从所述第二节点和所述第三节点当中的对应节点截断包括有故障的电池单体的第一电池单体模块组，并且通过接通所述第一子继电器和所述第二子继电器当中的、与所述第二电池单体模块组对应的子继电器来连接所述两个电池单体模块组当中的第二电池单体模块组和对应节点。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其中
所述电池管理系统在对应的主继电器闭合的同时接通对应的子继电器，并且在发生预定时间延迟之后关断对应的主继电器。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中
所述第一熔断器和所述第二熔断器当中的、与所述对应的主继电器对应的熔断器在所述时间延迟内被断连。
6.根据权利要求3所述的电池系统，其中
所述电池管理系统包括：
单体监测IC，用于获得关于各个电池单体的状态信息；
主控制IC，用于接收关于各个电池单体的所述状态信息以确定所述第一电池单体模块组，并产生用于控制所述第一主继电器和所述第二主继电器以及所述第一子继电器和所述第二子继电器的驱动的继电器驱动控制信号；以及
继电器驱动器，用于根据所述继电器驱动控制信号产生用于驱动所述第一主继电器和所述第二主继电器以及所述第一子继电器和所述第二子继电器的继电器驱动信号。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其中
在对应的主继电器的第一继电器驱动信号的导通电平上，所述继电器驱动器将对应的子继电器的第二继电器驱动信号改变为导通电平，并且在发生预定时间延迟之后将所述第一继电器驱动信号改变为关断电平。
8.根据权利要求3所述的电池系统，其中
当所述第一电池单体模块组连接在所述第一节点与所述第一熔断器之间时，
所述电池管理系统在所述第一主继电器闭合的同时接通所述第一子继电器，并且在发生预定时间延迟之后关断所述第一主继电器。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中
所述第一熔断器在所述时间延迟内被断连。
10.根据权利要求3所述的电池系统，其中
当所述第一电池单体模块组连接在所述第一节点与所述第二熔断器之间时，
所述电池管理系统在所述第二主继电器闭合的同时接通所述第二子继电器，并且在发生预定时间延迟之后关断所述第二主继电器。
11.根据权利要求10所述的电池系统，其中
所述第二熔断器在所述时间延迟内被断连。
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