CN113767544B - 用于控制并联多电池组中包括的开关单元的接通操作的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
公开的是一种用于控制并联多电池组中包括的开关单元的接通顺序的装置和方法。控制单元可以在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前从耦合到第k顺位开关单元的电压传感器接收开关电压值，然后接通第k顺位开关单元，随后从连接到第k顺位开关单元的电流传感器接收开关电流值，并且根据开关电压值和开关电流值来对第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。另外，控制单元可以通过参考分别与第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定第一至第n开关单元的接通顺序。
Description
技术领域
本公开涉及一种开关单元的接通操作控制装置和方法，并且更具体地，涉及一种用于控制其中多个电池组并联连接的并联多电池组的电池组中分别包括的开关单元的接通顺序的装置和方法。
本申请要求于2019年10月22日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0131695的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
电池的应用领域正在逐渐地不仅增大到诸如手机、膝上型计算机、智能电话和智能平板的移动设备，而且增大到电驱动车辆(EV、HEV、PHEV)、大容量储能系统(ESS)等。
安装到电动车辆的电池系统包括并联连接的多个电池组以确保高能量容量，并且每个电池组包括串联连接的多个电池单体。在下文中，并联连接的多个电池组将被称为并联多电池组(parallel multi battery pack)。
在本说明书中，电池单体可以包括一个单元单体或并联连接的多个单元单体。单元单体是指具有负极端子和正极端子并且物理上可分离的一个独立单体。例如，可以将一个袋型锂聚合物单体视为单元单体。
当并联多电池组被充电或放电时，所有电池组可以被放电或充电，或者仅一些电池组可以被充电或放电。当在特定电池组中发生故障时，当仅一些电池组被充电或放电以用于组平衡时，或者当因为所需放电或充电功率小所以不必要操作所有电池组时，可能发生仅一些电池组被充电或放电的情况。
为了控制这种选择性放电或充电，并联多电池组中的每个电池组在其中包括开关单元。开关单元用来将电池组连接到负载或充电器或者使电池组与负载或充电器断连。
在并联多电池组中包括的电池组正在同时地被充电或放电的同时，施加到每个电池组的外部端子的电压全部相同。
然而，如果并联多电池组的充电或放电被停止以进入无负载状态，则每个电池组的电压稳定至平衡状态电压。由于平衡状态电压取决于电池组的劣化程度(DOD)或充电状态(SOC)而变化，所以如果无负载状态被维持达预定时间，则在电池组的电压之间发生偏差。
同时，当在无负载状态被维持达预定时间之后并联多电池组再次连接到负载或充电器时，首先，每个电池组中包括的开关单元被控制为接通状态。然后，多个电池组并联连接。在这种状态下，如果并联多电池组的外部开关单元被接通，则启动并联多电池组的充电或放电。
同时，如果在外部开关单元被接通之前多个电池组并联连接，则电流在短时间内从具有相对较高电压的电池组流向具有相对较低电压的电池组。在多个电池组正被并联连接的同时在电池组之间流动的电流被称作涌入电流。
涌入电流在短时间内流动并且较大，从而对开关单元造成损坏。特别地，如果开关单元由诸如继电器开关的机械开关制成，则涌入电流在接触点之间引起火花，从而在接触点中引起短路或开路故障。
短路故障发生在接触点熔化并且彼此固定时，而开路故障发生在接触点熔化并且完全分离以甚至在接通状态下也不接触时。另外，即使未发生短路或开路故障，当由于涌入电流而对开关单元施加的损坏累积时，接触点之间的电阻增加，从而引起开关单元的发热。
在并联多电池组中，涌入电流是不可避免的。这是因为除非电池组的SOC完美地平衡，否则在维持无负载状态的同时电池组之间的电压改变。另外，重要原因之一是开关单元的接通定时不完全一致。因此，如果在将随后并联连接的电池组与已经并联连接的电池组之间存在电压差，则涌入电流流入将随后并联连接的电池组或者涌入电流流出对应电池组。
因此，除了使电池组的SOC平衡之外，还需要能够减轻由涌入电流对开关单元引起的故障或劣化的技术。
发明内容
技术问题
本公开被设计来解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种装置和方法，其能够在启动并联多电池组的充电或放电之前最佳地控制开关单元的接通顺序，以减轻当多个电池组正被并联连接时由在电池组之间流动的涌入电流对开关单元的损坏。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，其控制通过并联链接节点并联连接的第一至第n电池组中包括的开关单元的接通操作。
优选地，根据本公开的控制装置可以包括：第一至第n开关单元，该第一至第n开关单元被分别安装在第一至第n电池组的电力线上；第一至第n电流传感器，该第一至第n电流传感器连接到分别安装在第一至第n电池组的电力线上的开关单元以测量流过对应开关单元的电流；第一至第n电压传感器，该第一至第n电压传感器分别耦合到第一至第n开关单元以测量对应开关单元的两端电压；以及控制单元，该控制单元在操作上耦合到第一至第n开关单元、第一至第n电流传感器和第一至第n电压传感器。
优选地，控制单元可以被配置成：在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过根据预设接通顺序接通第一至第n开关单元，来将第一至第n电池组并联连接，在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前从耦合到第k顺位开关单元的电压传感器接收开关电压值，然后接通第k顺位开关单元，随后从连接到第k顺位开关单元的电流传感器接收开关电流值，并且根据开关电压值和开关电流值来对第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。
优选地，控制单元可以被配置成：在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定第一至第n开关单元的接通顺序。
在本公开中，第一至第n开关单元中的每一个可以包括高电势开关和低电势开关。
在这种情况下，控制单元可以被配置成在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前从耦合到第k顺位开关单元中包括的高电势开关的电压传感器接收开关电压值，并且然后接通第k顺位开关单元。
另外，控制单元可以被配置成从连接到第k顺位开关单元中包括的高电势开关的电流传感器接收开关电流值，并且根据开关电压值和开关电流值对第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。
在一个方面中，根据本公开的控制装置还可以包括存储单元，在其中记录第一至第n开关单元的开关电压值和开关电流值以及第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值。
在另一方面中，根据本公开的控制装置还可以包括存储单元，在其中记录第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电压值、流过第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电流值和第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值。
优选地，控制单元可以被配置成：在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定第一至第n开关单元的接通顺序。
优选地，第一至第n开关单元可以是继电器开关。
在本公开的另一方面中，也提供了包括并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置的电池管理系统或电驱动机构。
在本公开的另一方面中，也提供了一种并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，其控制通过并联链接节点并联连接的第一至第n电池组中包括的开关单元的接通操作。
优选地，根据本公开的方法包括(a)提供以下各项：第一至第n开关单元，该第一至第n开关单元被分别安装在第一至第n电池组的电力线上；第一至第n电流传感器，该第一至第n电流传感器连接到分别安装在第一至第n电池组的电力线上的开关单元以测量流过对应开关单元的电流；和第一至第n电压传感器，该第一至第n电压传感器分别耦合到第一至第n开关单元以测量对应开关单元的两端电压；以及(b)在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过根据预设接通顺序接通第一至第n开关单元，来将第一至第n电池组并联连接，在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前从耦合到第k顺位开关单元的电压传感器接收开关电压值，然后接通第k顺位开关单元，随后从连接到第k顺位开关单元的电流传感器接收开关电流值，并且根据开关电压值和开关电流值来对第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数和存储。
优选地，在根据本公开的方法中，第一至第n开关单元的接通顺序可以是在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定的。
优选地，第一至第n开关单元中的每一个可以包括高电势开关和低电势开关。
在这种情况下，在步骤(b)中，可以在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前从耦合到第k顺位开关单元中包括的高电势开关的电压传感器接收开关电压值，然后可以接通第k顺位开关单元。
另外，在步骤(b)中，可以从连接到第k顺位开关单元中包括的高电势开关的电流传感器接收开关电流值，并且可以根据开关电压值和开关电流值来对第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。
在一个方面中，根据本公开的方法还可以包括存储第一至第n开关单元的开关电压值和开关电流值以及第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值。
在另一方面中，根据本公开的方法还可以包括存储第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电压值、流过第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电流值和第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值。
根据本公开，在步骤(b)中，第一至第n开关单元的接通顺序可以是在启动并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定的。
有利效果
根据本公开，通过在启动并联多电池组的充电或放电之前最佳地控制并联多电池组的电池组中包括的开关单元的接通顺序，可以使当多个电池组正被并联连接时由涌入电流对开关单元的损坏最小化。因此，可以通过增加开关单元的寿命来降低由开关单元的故障引起的替换成本。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且与前面的公开内容一起用来提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施例的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置的框图。
图2和图3是用于图示在启动并联多电池组的充电或放电之前当多个电池组正被并联连接时涌入电流的大小根据并联连接定时变化的图。
图4和图5是用于图示根据本公开的实施例的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法的流程图。
图6是示出根据本公开的实施例，当五个电池组并联连接的并联多电池组中包括的开关单元被控制为接通时基于第p、第p+10和第p+20并联连接定时的、每个电池组中包括的开关单元中消耗的瓦特能量计数值的表。
图7是示出根据本公开的实施例的包括开关单元的接通操作控制装置的电池管理系统的框图。
图8是示出根据本公开的实施例的包括开关单元的接通操作控制装置的电驱动机构的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为限于一般和词典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以获得最好说明的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念进行解释。因此，本文提出的描述只是仅用于图示目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，能对其做出其他等同物和修改。
在下述实施例中，电池单体是指锂二次电池。这里，锂二次电池共同地指锂离子在充放电期间作为工作离子以在正极和负极处引起电化学反应的二次电池。
同时，即使二次电池的名称取决于锂二次电池中使用的电解质或间隔体的类型、用于封装二次电池的封装材料的类型以及锂二次电池的内部或外部结构而改变，只要锂离子被用作工作离子，就应该将二次电池解释为被包括在锂二次电池的范畴内。
本公开也可以被应用于除锂二次电池以外的其他二次电池。因此，即使工作离子不是锂离子，也可以将可以应用本公开的技术思想的任何二次电池解释为被包括在本公开的范畴内，而不管其类型如何。
另外，应该预先注意的是，电池单体可以是指一个单元单体或并联连接的多个单元单体。
图1是示出根据本公开的实施例的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置的配置的框图。
参考图1，根据本公开的实施例的开关单元的接通操作控制装置10是控制用于通过并联链接节点N将第一至第n电池组P1至Pn并联连接的第一至第n开关单元S1至Sn的接通操作的设备。
在下文中，并联多电池组MP被定义为包括通过第一至第n开关单元S1至Sn并联连接的第一至第n电池组P1至Pn的电池模块。
并联多电池组MP可以通过外部开关单元M连接到负载L。外部开关单元M包括外部高电势开关M+和外部低电势开关M-。外部高电势开关M+和外部低电势开关M-可以是继电器开关，但是本公开不限于此。
负载L是从并联多电池组MP接收功率的设备，并且作为示例可以是电动车辆中包括的逆变器。逆变器是被安装在电动车辆的电动机的前端部处以将从并联多电池组MP供应的DC电流转换成3相AC电流并且将该3相AC电流供应给电动机的电力转换电路。负载L的类型不限于逆变器，并且能够从并联多电池组MP接收功率的任何设备或仪器可以被包括在负载L的范畴内，而不管其类型如何。另外，显然的是，除负载L以外，并联多电池组MP可以连接到充电器。
如果外部高电势开关M+和外部低电势开关M-被接通，则并联多电池组MP电连接到负载L。相反地，如果外部高电势开关M+和外部低电势开关M-被断开，则并联多电池组MP与负载L之间的电连接被释放。
第一至第n电池组P1至Pn中的每一个在其中包括串联连接的多个电池单体。也就是说，第一电池组P1包括串联连接的第一至第p电池单体C11至C1p。另外，第二电池组P2包括串联连接的第一至第p电池单体C21至C2p。另外，第三电池组P3包括串联连接的第一至第p电池单体C31至C3p。另外，第n电池组Pn包括串联连接的第一至第p电池单体Cn1至Cnp。尽管在附图中未示出第四至第n-1电池组，但是第四至第n-1电池组中的每一个以与所图示的电池组相同的方式包括串联连接的p个电池单体。
第一至第n电池组P1至Pn中的每一个在其中包括开关单元S1至Sn。也就是说，第一电池组P1包括第一开关单元S1。另外，第二电池组P2包括第二开关单元S2。另外，第三电池组P3包括第三开关单元S3。另外，第n电池组Pn包括第n开关单元Sn。尽管在附图中未示出第四至第n-1电池组，但是第四至第n-1电池组中的每一个以与所图示的电池组相同的方式包括开关单元。
第一至第n开关单元S1至Sn中的每一个包括低电势开关和高电势开关。也就是说，第一开关单元S1包括安装在第一电池组P1的高电势侧的第一高电势开关S1+和安装在第一电池组P1的低电势侧的第一低电势开关S1-。另外，第二开关单元S2包括安装在第二电池组P2的高电势侧的第二高电势开关S2+和安装在第二电池组P2的低电势侧的第二低电势开关S2-。另外，第三开关单元S3包括安装在第三电池组P3的高电势侧的第三高电势开关S3+和安装在第三电池组P3的低电势侧的第三低电势开关S3-。另外，第n开关单元Sn包括安装在第n电池组Pn的高电势侧的第n高电势开关Sn+和安装在第n电池组Pn的低电势侧的第n低电势开关Sn-。同时，尽管在附图中未示出第四至第n-1电池组，但是第四至第n-1电池组中的每一个以与所图示的电池组相同的方式包括高电势开关和低电势开关。另外，在每个开关单元中，可以省略高电势开关和低电势开关中的任何一个。
在以下公开内容中，当开关单元被接通时，可以先接通低电势开关，并且可以随后接通高电势开关。另外，当开关单元被断开时，可以首先断开高电势开关，并且可以随后断开低电势开关。
在开关单元S1至Sn处采用的开关可以是诸如MOSFET的半导体开关或诸如继电器的机械开关，但是本公开不限于此。
电容器Cap设置在负载L的前端部处。电容器Cap并联连接在并联多电池组MP与负载L之间。电容器Cap充当滤波器以防止噪声电流朝向负载L被施加。
根据本公开的开关单元S1至Sn的接通操作控制装置10包括第一至第n电流传感器I1至In。
第一至第n电流传感器I1至In被分别安装在连接到第一至第n电池组P1至Pn的电力线C1至Cn上，以测量流过开关单元——尤其是高电势开关——的开关电流值。
也就是说，第一电流传感器I1测量流过第一电池组P1中包括的第一开关单元S1的第一高电势开关S1+的开关电流值。另外，第二电流传感器I2测量流过第二电池组P2中包括的第二开关单元S2的第二高电势开关S2+的开关电流值。另外，第三电流传感器I3测量流过第三电池组P3中包括的第三开关单元S3的第三高电势开关S3+的开关电流值。第n电流传感器In测量流过第n电池组Pn中包括的第n开关单元Sn的第n高电势开关Sn+的开关电流值。尽管在附图中未示出，但是第四至第n-1电流传感器分别测量流过第四至第n-1电池组中包括的第四至第n-1开关单元的高电势开关的开关电流值。在附图中，示出了第一至第n电流传感器I1至In分别被包括在电池组中。然而，在本公开中，第一至第n电流传感器I1至In也可以被无限制地安装在电池组外部。
第一至第n电流传感器I1至In可以是霍尔传感器。霍尔传感器是输出与电流的大小相对应的电压信号的已知电流传感器。在另一示例中，第一至第n电流传感器I1至In可以是感测电阻器。如果测量到施加到感测电阻器的两端的电压，则可以使用欧姆定律来确定流过感测电阻器的电流的大小。换句话说，如果将测量电压的大小除以感测电阻器的已知电阻值，则可以确定流过感测电阻器的电流的大小。
根据本公开的开关单元S1至Sn的接通操作控制装置10包括第一至第n电压传感器V1至Vn。第一电压传感器V1测量施加到第一开关单元S1中包括的第一高电势开关S1+的两端的开关电压值Vs1。开关电压值Vs1对应于在包括第一开关单元S1的电池组P1的单体当中具有最高电势的单体C11的正极电压与施加到并联链接节点N的电压之间的差。第二电压传感器V2测量施加到第二开关单元S2中包括的第二高电势开关S2+的两端的开关电压值Vs2。开关电压值Vs2对应于在包括第二开关单元S2的电池组P2的单体当中具有最高电势的单体C21的正极电压与施加到并联链接节点N的电压之间的差。第三电压传感器V3测量施加到第三开关单元S3中包括的第三高电势开关S3+的两端的开关电压值Vs3。开关电压值Vs3对应于在包括第三开关单元S3的电池组P3的单体当中具有最高电势的单体C31的正极电压与施加到并联链接节点N的电压之间的差。第n电压传感器Vn测量施加到第n开关单元Sn中包括的第n高电势开关Sn+的两端的开关电压值Vsn。开关电压值(Vsn)对应于在包括第n开关单元Sn的电池组Pn的单体当中具有最高电势的单体Cn1的正极电压与施加到并联链接节点N的电压之间的差。尽管在附图中未示出，但是第四至第n-1电压传感器分别测量第四至第n-1开关单元中包括的第四至第n-1高电势开关的两端电压。
第一至第n电压传感器V1至Vn包括诸如差分放大器电路的电压测量电路。由于电压测量电路是本领域中公知的，所以将不在这里详细地描述电压测量电路。
根据本公开的开关单元S1至Sn的接通操作控制装置10包括在操作上耦合到第一至第n开关单元S1至Sn、第一至第n电流传感器I1至In和第一至第n电压传感器V1至Vn的控制单元20。
控制单元20在并联多电池组MP被充电或放电之前并联连接第一至第n电池组P1至Pn，然后接通外部开关单元M。
当并联连接第一至第n电池组P1至Pn时，控制单元20控制第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序以使通过涌入电流对开关单元的损坏最小化。
具体地，当第一至第n开关单元S1至Sn被接通时，控制单元20对通过流过开关单元的涌入电流的能量消耗进行计数以供管理。
这里，能量消耗是指：在开关单元中包括的高电势开关的两端之间存在电压差的状态下当开关单元的高电势开关和低电势开关被接通时，在涌入电流突然流过高电势开关的同时通过高电势开关消耗的瓦特能量。
当包括高电势开关的电池组与另一电池组并联连接时在高电势开关的两端之间产生电压差。
例如，假定在第一电池组P1中包括的第一开关单元S1被接通之后，第二电池组P2中包括的第二开关单元S2被接通。在这种情况下，在第一开关单元S1被接通之前在第一电池组P1中包括的第一开关单元S1的高电势开关的两端之间不存在电压差。然而，在第二开关单元S2被接通之前，与第一电池组P1的电压和第二电池组P2的电压之间的差相对应的电压被施加到第二开关单元S2中包括的第二高电势开关S2+的两端。
作为另一示例，假定在第一电池组P1中包括的第一开关单元S1和第二电池组P2中包括的第二开关单元S2被接通之后，第三电池组P3中包括的第三开关单元S3被接通。在这种情况下，在第三开关单元S3被接通之前，与第三电池组P3的电压和与第一电池组P1和第二电池组P2并联连接的并联链接节点N的电压之间的差相对应的电压被施加到第三开关单元S3中包括的第三高电势开关S3+的两端。
作为另一示例，假定在第一电池组P1至第n-1电池组中包括的第一开关单元S1至第n-1开关单元Sn-1被接通之后，第n电池组Pn中包括的第n开关单元Sn被接通。在这种情况下，在第n开关单元Sn被接通之前，与第n电池组Pn的电压和并联连接到第一电池组P1至第n-1电池组Pn-1的并联链接节点N的电压之间的差相对应的电压被施加到第n开关单元Sn中包括的第n高电势开关Sn+的两端。
如果在对开关单元的高电势开关的两端施加电压的状态下开关单元的高电势开关和低电势开关被接通，则电流迅速地流向高电势开关，使得每单位时间消耗与“高电势开关的两端电压·流过高电势开关的电流”相对应的瓦特能量。当另一电池组新并联连接到已经并联连接的电池组时，在另一电池组中包括的高电势开关处发生瓦特能量的消耗。另外，由于已经并联连接的电池组中包括的开关单元维持接通状态，所以当新连接另一电池组时，在高电势开关中没有能量消耗。
在根据预设接通顺序接通第一至第n开关单元的情况下，控制单元20可以对当在并联连接的电池组的第k顺位的高电势开关被接通时在高电势开关处消耗的瓦特能量进行计数。
具体地，在接通第k顺位开关单元(k是接通顺序索引，其是2至n的自然数)之前，控制单元20从耦合到第k顺位开关单元的高电势开关的电压传感器接收开关电压值并且将其记录在存储单元30中。然后，控制单元20接通第k顺位开关单元的高电势开关和低电势开关，然后从电流传感器接收流过开关单元的开关电流值并且将其记录在存储单元30中。然后，控制单元20根据存储单元30中记录的开关电压值和开关电流值来计算第k顺位开关单元的高电势开关中消耗的瓦特能量值。随后，控制单元20通过使用所计算的瓦特能量值来更新第k顺位开关单元的高电势开关中消耗的瓦特能量计数值。这里，控制单元20在存储单元30中记录和管理瓦特能量计数值。
当在处于无负载状态的并联多电池组MP被充电或放电之前并联连接多个电池组时，控制单元20通过参考存储单元30中记录的每个开关单元的瓦特能量计数值来最佳地确定第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序。
具体地，控制单元20可以通过参考在多个电池组并联连接的同时更新的瓦特能量计数值来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序。
另外，当控制单元20如上所述在根据所确定的第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序来接通开关单元的同时并联连接多个电池组时，可以计算每个开关单元中包括的高电势开关中消耗的瓦特能量值并且更新瓦特能量计数值。
同时，当多个电池组并联连接时，电压不被施加到第一次接通的开关单元中包括的高电势开关的两端。例如，当第一电池组P1的第一开关单元S1中包括的第一高电势开关S1+第一次被接通时，仅对第一高电势开关S1+的下节点施加第一电池组P1中包括的单体当中的最高单体C11的正极电势P1，并且不对第一高电势开关S1+的上节点施加电势。因此，控制单元20可以将按第一次序接通的开关单元的高电势开关中消耗的瓦特能量计算为0，并且可以将瓦特能量计数值维持为先前值。
在本公开中，对存储单元30的类型没有特别限制，只要它是能够记录和擦除信息的存储介质即可。作为示例，存储单元30可以是RAM、ROM、EEPROM、寄存器或闪速存储器。存储单元30也可以通过例如数据总线电连接到控制单元20以便被控制单元20访问。
存储单元30也存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制单元20执行的各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时产生的数据。存储单元30可以在逻辑上被划分成两个或更多个部分并且可以被无限制地包括在控制单元20中。
在本公开中，控制单元20可以控制第一至第n电压传感器V1至Vn，而且从第一至第n电压传感器V1至Vn接收表示开关电压值的信号Vs1至Vsn并且将其记录在存储单元30中。另外，控制单元20可以控制第一至第n电流传感器I1至In，而且从第一至第n电流传感器I1至In接收表示开关电流值的信号I1至In并且将其记录在存储单元30中。另外，控制单元20可以输出信号S1+至Sn+和S1-至Sn-，其是用于控制每个电池组中包括的开关单元S1至Sn的接通或断开操作的开关控制信号。这里，S1+至Sn+信号是用于独立地控制第一至第n开关单元S1至Sn的高电势开关的信号，并且S1-至Sn-信号是用于独立地控制第一至第n开关单元S1至Sn的低电势开关的信号。另外，控制单元20可以输出信号M+和M-，其是用于控制外部开关单元M的外部高电势开关M+和外部低电势开关M-的开关控制信号。
在本公开中，控制单元20可以任选地包括本领域中已知用于执行上述各种控制逻辑的处理器、专用集成电路(ASIC)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理器件等。另外，当控制逻辑用软件加以实现时，可以将控制单元20实现为一组程序模块。此时，程序模块可以被存储在存储器中并且由处理器执行。存储器可以设置在处理器内部或外部并且通过各种公知的计算机部件连接到处理器。另外，可以将存储器包括在本公开的存储单元30中。另外，存储器是指在其中存储信息的设备，而不管设备的类型如何，而不是指特定存储器设备。
另外，可以组合控制单元20的各种控制逻辑中的一个或多个，并且组合的控制逻辑可以被写入在计算机可读代码系统中并且记录在计算机可读记录介质中。记录介质未特别限制，只要它可由计算机中包括的处理器访问即可。作为示例，存储介质包括从由以下各项组成的组中选择的至少一个：ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录设备。代码方案可以被分发到联网计算机以在其中存储并执行。另外，本公开所属领域的程序员可以容易地推理用于实现组合的控制逻辑的功能程序、代码和代码段。
根据本公开的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置10可以被包括在如图7所示的电池管理系统100中。电池管理系统100控制与电池的充电和放电有关的整体操作，并且是在本领域中称作电池管理系统(BMS)的计算系统。
另外，根据本公开的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置10可以被安装到如图8所示的各种类型的电驱动机构200。
根据实施例，电驱动机构200可以是诸如移动电话、膝上型计算机和平板计算机的移动计算机设备，或诸如数码相机、摄像机、音频/视频再现设备的手持多媒体设备。
根据另一实施例，电驱动机构200可以是可通过电力移动的电力设备，诸如电动车辆、混合动力电动车辆、电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船、电动飞机、或具有电动机的动力工具，诸如电钻和电动磨床。
图2和图3是用于图示在启动并联多电池组MP的充电或放电之前当多个电池组P1至Pn正被并联连接时涌入电流的大小根据并联连接定时变化的图。
参考图2，如果具有电压V1(<V2)的左电池组连接到电压为V2的右电池组并且其开关单元维持接通状态，则在两个电池组之间存在与|V2-V1|相对应的电压差。因此，当具有电压V1的电池组中包括的开关单元被接通时，涌入电流从右电池组流向左电池组。涌入电流的大小是|V2-V1|/2R。这里，R是电池组的内阻值。
参考图3，如果具有电压V1(<V2)的第一电池组连接到具有电压V2的第二至第五电池组(并联连接)并且其开关单元维持接通状态，则在第一电池组与并联连接的电池组之间存在与|V2-V1|相对应的电压差。因此，当具有电压V1的电池组中包括的开关单元被接通时，涌入电流从第二至第五电池组流向第一电池组。涌入电流的大小是(V2-V1)/(R+0.25R)。这里，R是电池组的内阻值。
图3所示的示例中的涌入电流的大小大于图2所示的示例中的涌入电流的大小。因此，尽管不一定，但是可以发现当多个电池组并联连接时，如果电池组具有相同的内阻，则涌入电流的大小可以随着并联连接的顺位更迟而增加。
图4和图5是用于图示根据本公开的实施例的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法的流程图。
如图4所示，控制单元20在步骤S10中确定是否存在对并联多电池组MP充电或放电的请求。为此，控制单元20可以连接到通过通信接口来发送充电或放电请求的设备。该设备可以是控制负载L或充电器的操作的控制系统。在一个示例中，可以将充电或放电请求以通信消息的形式发送到控制单元20。
如果步骤S10的确定结果为否，则控制单元20保留方法的进度。同时，如果步骤S10的确定结果为是，则控制单元20在步骤20中确定第一至第n瓦特能量计数值是否被存储在存储单元30中。
这里，第一至第n瓦特能量计数值是每当第一至第n电池组P1至Pn中分别包括的第一至第n开关单元S1至Sn的高电势开关被接通时通过对高电势开关中消耗的瓦特能量进行计数而获得的值。
可以在稍后参考图5说明的步骤P10至步骤P110中更新第一至第n瓦特能量计数值。
如果步骤S20的确定结果为否，则控制单元20在步骤S30中将充电/放电循环次数p初始化为1。p是用于充电/放电循环次数的索引。充电/放电循环次数是指并联多电池组MP的充电或放电循环次数。如果充电/放电循环次数是1，则它意指第一次充放电。在步骤S30之后进行步骤S40。
控制单元20在步骤S40中随机地确定第一至第n开关单元S1至Sn的第一接通顺序，即第一至第n电池组P1至Pn的第一并联连接顺序。
替选地，控制单元20可以基于第一至第n电池组P1至Pn的SOC来随着SOC较高而增加或减少第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序。然而，本公开不限于此。
如果充电/放电循环次数是1，则开关单元中包括的高电势开关中消耗的瓦特能量计数值是0，所以可以随机地确定开关单元的接通顺序。在步骤S40之后进行步骤S50。
控制单元20在步骤S50中根据第一接通顺序来控制第一至第n开关单元S1至Sn的接通操作。控制单元20在步骤S50在进行中的同时根据图5所示的流程图来更新第一至第n开关单元S1至Sn的第一至第n瓦特能量计数值并且将其记录在存储单元30中。
具体地，控制单元20在步骤P10中接通第一顺位的开关单元。接通开关单元意味着高电势开关和低电势开关被接通，这将以相同方式适用于下文。优选地，控制单元20首先接通低电势开关，然后接通高电势开关。在步骤P10之后进行步骤P20。
在控制第二顺位的开关单元的接通操作之前，控制单元20通过控制耦合到对应开关单元的高电势开关的电压传感器来测量施加到高电势开关的两端的开关电压值，并且将该开关电压值记录在存储单元30中。在步骤P20之后进行步骤P30。
控制单元20在步骤P30中接通第二顺位的开关单元。随后，在步骤P40中，控制单元20通过控制安装在第二顺位的开关单元所位于的线路上的电流传感器来测量流过高电势开关的开关电流值，并且将该开关电流值记录在存储单元30中。在步骤P40之后进行步骤P50。
在控制第三顺位的开关单元的接通操作之前，在步骤P50中，控制单元20通过控制耦合到对应开关单元的高电势开关的电压传感器来测量施加到高电势开关的两端的开关电压值，并且将该开关电压值记录在存储单元30中。在步骤P50之后进行步骤P60。
控制单元20在步骤P60中接通第三顺位的开关单元。随后，在步骤P70中，控制单元20通过控制安装在第三顺位的开关单元所位于的线路上的电流传感器来测量流过高电势开关的开关电流值，并且将该开关电流值记录在存储单元30中。
同样地对第四至第n-1开关单元应用步骤P50至P70，然后步骤P80继续进行。
在控制第n顺位的开关单元的接通操作之前，在步骤P80中，控制单元20通过控制耦合到对应开关单元的高电势开关的电压传感器来测量施加到高电势开关的两端的开关电压值，并且将该开关电压值记录在存储单元30中。在步骤P80之后进行步骤P90。
控制单元20在步骤P90中接通第n顺位的开关单元。随后，在步骤P100中，控制单元20通过控制安装在第n顺位的开关单元所位于的线路上的电流传感器来测量流过高电势开关的开关电流值，并且将该开关电流值记录在存储单元30中。在步骤P100之后进行步骤P110。
控制单元20在步骤P110中使用以下等式来计算第一至第n开关单元S1至Sn的高电势开关中消耗的第一至第n瓦特能量值。标准时间是1秒至几秒。由于不对第一次接通的开关单元的高电势开关的两端施加电压，所以首先接通的开关单元的瓦特能量是0。在步骤P110之后进行步骤P120。
<等式>
瓦特能量＝V*I*t(V是开关电压值，I是开关电流值，t为标准时间)
控制单元20在步骤P120中更新第一至第n开关单元S1至Sn的第一至第n瓦特能量计数值。也就是说，控制单元20通过将在步骤P110中计算出的第一至第n瓦特能量值与存储单元30中记录的先前第一至第n瓦特能量计数值相加来更新第一至第n瓦特能量计数值。
如果在通过步骤P10至P120根据第一接通顺序来控制第一至第n开关单元的接通操作的同时第一至第n瓦特能量计数值被完全更新，则步骤S60继续进行。
控制单元20在步骤S60中将并联多电池组MP的外部开关单元M控制为接通状态。然后，启动并联多电池组MP的第一次充电或放电。在步骤S60之后进行步骤S70。
控制单元20在步骤S70中确定是否需要停止并联多电池组MP的充电或放电。可以通过耦合到控制单元20的通信接口来从负载L或充电器的控制系统提供对停止充电或放电的请求。
如果步骤S70的确定为否，则控制单元20维持第一至第n开关单元S1至Sn和外部开关单元M的接通状态。同时，如果步骤S70的确定为是，则控制单元20在步骤S80中断开外部开关单元M并且断开第一至第n开关单元S1至Sn以停止并联多电池组MP的充电或放电。第一至第n开关单元S1至Sn的断开顺序与接通顺序相反。在第一次充放电循环结束之后，过程进行到步骤S10。因此，控制单元20进入监视是否从负载L或充电器的控制系统提供了充电或放电请求的模式。
同时，如果充电/放电循环次数是2次或更多，则控制单元20通过参考存储单元30中记录的第一至第n瓦特能量计数值来确定第一至第n开关单元S1至Sn的接通顺序，并且根据所确定的接通顺序来控制第一至第n开关单元S1至Sn的接通操作，即第一至第n电池组P1至Pn的并联连接次序。
具体地，如果步骤S20的确定为是，则控制单元20在步骤S90中将充电/放电循环次数p增加1。例如，如果充电/放电循环次数p是1，则将p增加到2。如果充电/放电循环次数是2，则它意指第二次充电/放电。在步骤S90之后进行步骤S100。
在步骤S100中，控制单元20通过参考存储单元30中记录的第一至第n瓦特能量计数值来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定第一至第n开关单元S1至Sn的第p+1接通顺序。在步骤S100之后进行步骤S110。
控制单元20在步骤S110中根据第p+1接通顺序来控制第一至第n开关单元的接通操作。在步骤S110中，控制单元20根据图5所示的流程图来执行更新第一至第n瓦特能量计数值的过程，并且过程进行到步骤S60。
控制单元20在步骤S60中将并联多电池组MP的外部开关单元M控制为接通状态。然后，启动并联多电池组MP的第二次充电或放电。在步骤S60之后进行步骤S70。
控制单元20在步骤S70中确定是否需要停止并联多电池组MP的第二次充电或放电。可以通过耦合到控制单元20的通信接口来从负载L或充电器的控制系统提供对停止充电或放电的请求。
如果步骤S70的确定为否，则控制单元20维持第一至第n开关单元S1至Sn和外部开关单元M的接通状态。同时，如果步骤S70的确定为是，则控制单元20在步骤S80中断开外部开关单元M并且断开第一至第n开关单元S1至Sn以停止并联多电池组MP的充电或放电。第一至第n开关单元S1至Sn的断开顺序与接通顺序相反。在第二次充放电结束之后，过程进行到步骤S10。因此，控制单元20进入监视是否从负载L或充电器的控制系统提供了第三次充电或放电请求的模式。
一再地重复以上控制逻辑。也就是说，控制单元20重复将充电/放电循环次数增加1(S90)、通过参考存储单元30中记录的第一至第n瓦特能量计数值来确定第一至第n开关单元S1至Sn的第p+1接通顺序(S100)、根据所确定的第p+1接通顺序来控制第一至第n开关单元S1至Sn的接通操作(S110)并且同时地更新第一至第n瓦特能量计数值(P10至P120)的过程。
图6是示出根据本公开的实施例，当五个电池组并联连接的并联多电池组MP中包括的开关单元被控制为接通时基于第p、第p+10和第p+20并联连接定时的、每个电池组中包括的开关单元中消耗的瓦特能量计数值的表。
参考图6，在第p并联连接定时，按照第五电池组、第四电池组、第三电池组、第二电池组和第一电池组的次序进行并联连接。另外，在第p+10并联连接定时，按照第二电池组、第一电池组、第三电池组、第五电池组和第四电池组的次序进行并联连接。另外，在第p+20并联连接定时，按照第五电池组、第四电池组、第二电池组、第一电池组和第三电池组的次序进行连接。
根据本公开，当多个电池组正被并联连接时，可以通过在启动并联多电池组的充电或放电之前最佳地控制并联多电池组的电池组中包括的开关单元的接通操作顺序来使由涌入电流对开关单元引起的损坏最小化。因此，可以通过增加开关单元的寿命来降低由开关单元的故障引起的替换成本。
在本公开的各种示例性实施例的描述中，应该理解，被称为“单元”的元件在功能上而不是在物理上区分。因此，每个元件可以选择性地与其他元件集成或者可以将每个元件划分成子元件以有效实现控制逻辑。然而，对于本领域的技术人员而言显然的是，如果能够针对已集成或划分的元件确认功能同一性，则已集成或划分的元件落入在本公开的范围内。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和具体示例虽然指示本公开的优选实施例，但是仅通过图示来给出，因为根据此详细描述，在本公开的范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
Claims (14)
1.一种并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，所述接通操作控制装置控制通过并联链接节点并联连接的第一至第n电池组中包括的开关单元的接通操作，所述接通操作控制装置包括：
第一至第n开关单元，所述第一至第n开关单元被分别安装在所述第一至第n电池组的电力线上；
第一至第n电流传感器，所述第一至第n电流传感器连接到分别安装在所述第一至第n电池组的电力线上的开关单元以测量流过对应开关单元的电流；
第一至第n电压传感器，所述第一至第n电压传感器分别耦合到所述第一至第n开关单元以测量对应开关单元的两端电压；以及
控制单元，所述控制单元在操作上耦合到所述第一至第n开关单元、所述第一至第n电流传感器和所述第一至第n电压传感器，
其中，所述控制单元被配置成：
在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过根据预设接通顺序接通所述第一至第n开关单元，来将所述第一至第n电池组并联连接，
在接通第k顺位开关单元之前从耦合到所述第k顺位开关单元的电压传感器接收开关电压值，然后接通所述第k顺位开关单元，随后从连接到所述第k顺位开关单元的电流传感器接收开关电流值，并且根据所述开关电压值和所述开关电流值来对所述第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数，其中k是接通顺序索引，所述k是2至n的自然数，以及
在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定所述第一至第n开关单元的接通顺序。
2.根据权利要求1所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，
其中，所述第一至第n开关单元中的每一个包括高电势开关和低电势开关，并且
所述控制单元被配置成在接通所述第k顺位开关单元之前从耦合到所述第k顺位开关单元中包括的所述高电势开关的电压传感器接收开关电压值，并且然后接通所述第k顺位开关单元，其中k是接通顺序索引，所述k是2至n的自然数。
3.根据权利要求2所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，
其中，所述控制单元被配置成从连接到所述第k顺位开关单元中包括的所述高电势开关的电流传感器接收开关电流值，并且根据所述开关电压值和所述开关电流值来对所述第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。
4.根据权利要求1所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，还包括：
存储单元，在所述存储单元中记录所述第一至第n开关单元的开关电压值和开关电流值以及所述第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值，
其中，所述控制单元被配置成：在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考来自所述存储单元的分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定所述第一至第n开关单元的接通顺序。
5.根据权利要求3所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，还包括：
存储单元，在所述存储单元中记录所述第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电压值、流过所述第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电流值、和所述第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值，
其中，所述控制单元被配置成：在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定所述第一至第n开关单元的接通顺序。
6.根据权利要求1所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置，
其中，所述第一至第n开关单元是继电器开关。
7.一种包括根据权利要求1所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置的电池管理系统。
8.一种包括根据权利要求1所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制装置的电驱动机构。
9.一种并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，所述接通操作控制方法控制通过并联链接节点并联连接的第一至第n电池组中包括的开关单元的接通操作，所述接通操作控制方法包括：
(a)提供以下各项：第一至第n开关单元，所述第一至第n开关单元被分别安装在所述第一至第n电池组的电力线上；第一至第n电流传感器，所述第一至第n电流传感器连接到分别安装在所述第一至第n电池组的电力线上的开关单元以测量流过对应开关单元的电流；和第一至第n电压传感器，所述第一至第n电压传感器分别耦合到所述第一至第n开关单元以测量对应开关单元的两端电压；以及
(b)在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过根据预设接通顺序接通所述第一至第n开关单元，来将所述第一至第n电池组并联连接，在接通第k顺位开关单元之前从耦合到所述第k顺位开关单元的电压传感器接收开关电压值，然后接通所述第k顺位开关单元，随后从连接到所述第k顺位开关单元的电流传感器接收开关电流值，并且根据所述开关电压值和所述开关电流值来对所述第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数和存储，其中k是接通顺序索引，所述k是2至n的自然数，
其中，所述第一至第n开关单元的接通顺序是在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定的。
10.根据权利要求9所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，
其中，所述第一至第n开关单元中的每一个包括高电势开关和低电势开关，并且
在所述步骤(b)中，在接通所述第k顺位开关单元之前从耦合到所述第k顺位开关单元中包括的所述高电势开关的电压传感器接收开关电压值，并且然后接通所述第k顺位开关单元，其中k是接通顺序索引，所述k是2至n的自然数。
11.根据权利要求10所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，
其中，在所述步骤(b)中，从连接到所述第k顺位开关单元中包括的所述高电势开关的电流传感器接收开关电流值，并且基于所述开关电压值和所述开关电流值来对所述第k顺位开关单元中消耗的瓦特能量值进行计数。
12.根据权利要求9所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，还包括：
存储所述第一至第n开关单元的开关电压值和开关电流值以及所述第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值，
其中，在所述步骤(b)中，所述第一至第n开关单元的接通顺序是在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考所存储的分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定的。
13.根据权利要求11所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，还包括：
存储所述第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电压值、流过所述第一至第n开关单元中分别包括的高电势开关的开关电流值和所述第一至第n开关单元中消耗的瓦特能量计数值，
其中，在所述步骤(b)中，所述第一至第n开关单元的接通顺序是在启动所述并联多电池组的充电或放电之前，通过参考所存储的分别与所述第一至第n开关单元相对应的瓦特能量计数值，来从具有最大瓦特能量计数值的开关单元按降序确定的。
14.根据权利要求9所述的并联多电池组中包括的开关单元的接通操作控制方法，
其中，所述第一至第n开关单元是继电器开关。
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