CN113972711A - 防止输出端异常电压的电池系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种防止电池输出端异常电压的系统，包括电池管理系统(BMS)，其包括：多个电压传感器，用于检测多个电池单元的第一电压；继电器开关，用于根据来自BMS的第一控制信号向电气设备施加第一电压；自动切断开关，用于根据来自BMS的第二控制信号，切断从多个电池单元施加的电力；高压互锁开关，与自动切断开关连接，并用于在达到或者大于预设电压的第二电压下操作；有源电压开关，用于在通过自动切断开关传输的第三电压下操作以控制继电器开关；以及控制器，用于响应通过电压传感器检测到第一电压中的高于阈值电压的电压，向继电器开关提供切断控制信号。

Description

防止输出端异常电压的电池系统及其控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年7月22日提交的申请号为10-2020-0091144的韩国专利申请的优先权和权益，其公开内容通过援引的方式全部并入本文。

技术领域

本公开涉及一种具有防止输出端异常电压的功能的电池系统，尤其涉及一种当汽车电池系统的电池单元短路时、能够防止输出端出现异常电压从而保护输出端的电池系统。

背景技术

如图1所示，当现有电池系统中发生电池短路时，断开闭路连接的方法是采用机械方法断开电池单元之间设置的内部高压熔断器，从而切断电池中的连接。

或者，存在一种方法，其中管理电池系统的电池管理系统(BMS)控制外部继电器开关以使电池单元的输出端电去激活。

为此，如图2所示，现有BMS系统10包括：电压传感器11，用于检测从电池单元20施加的电压是否达到或者大于预定电压；中央处理单元(CPU)12，当电压传感器11检测到的电压值达到或者大于预设值时，向继电器开关40提供控制信号以切断从电池单元20施加的电压；以及有机光电二极管集成电路(Organic Photodiode integrated circuit，OPD IC)13，当从电池单元20施加高电压时，可以执行操作，通过高压开关14断开继电器开关40。

也就是，当通过电压传感器11检测到从电池单元20施加的过电压时，BMS 10中的CPU 12输出控制信号并将控制信号传输到继电器开关40以切断电源与电池单元20的连接。

此外，还有另一种方法，在BMS 10中的CPU 12发生故障的状态下，当BMS 10内部施加了达到或者大于预设值的电压时，OPD IC 13执行操作，通过高压开关14断开继电器开关40，从而使电池单元20的输出端电去激活。

然而，在现有的通过熔断器断开或CPU控制来断开继电器开关的电池系统中，当施加了高的外部电流，甚至在继电器开关被CPU断开的情况下，也会在BMS的内部电路中形成意想不到的非理想闭合电路(闭合回路)，因此会存在电池输出端电压被激活这一现象发生的问题。

发明内容

本公开旨在解决上述问题，并提供一种具有防止输出端异常电压的功能的电池系统，能够进行控制从而防止由于BMS故障以及电池系统的电子元件的功率和保护电路增加这一性质而导致在电池管理系统(BMS)中产生闭合回路，并能够提前防止电池单元的输出端被电激活。

需要说明的是，本公开的目的不限于上述目的，通过以下的说明，本公开的其他目对本领域技术人员来说将是显而易见的。

根据本公开的一方面，提供了一种用于防止输出端异常电压的电池系统，包括：多个电压传感器，用于分别检测多个电池单元的第一电压；继电器开关，用于根据来自BMS的第一控制信号，向电气设备施加第一电压；自动切断开关，用于根据来自BMS的第二控制信号，切断从多个电池单元施加的电力；高压互锁开关，与该自动切断开关连接，并用于在达到或者大于预设电压的第二电压下操作；有源电压开关(active voltage switch)，用于在通过自动切断开关传输的第三电压下操作以控制继电器开关；以及，控制器，用于响应通过电压传感器检测到第一电压中的高于阈值电压的电压，向继电器开关提供切断控制信号。

当所述继电器开关响应接收到来自所述控制器的切断控制信号而没有执行切断时，所述控制器可以向自动切断开关输出第三控制信号以通过有源电压开关断开所述继电器开关。

当输出第三控制信号以断开所述继电器开关并且通过所述电压传感器检测到多个电池单元的输出端激活时，所述控制器可以向自动切断开关输出第四控制信号以断开所述自动切断开关。

根据本公开的另一方面，提供了一种控制电池系统以防止输出端异常电压的方法，其包括：判断是否从电池单元施加了达到或者大于预设电压的电压；在确定从所述电池单元施加了达到或者大于所述预设电压的电压时，电池管理系统(BMS)的控制器判断继电器开关是否可控；在确定所述继电器开关不可控时，所述控制器将自动切断开关切换为开启，以将从电池单元施加的电压施加到有源电压开关和高压互锁开关；以及当确定从电池单元施加的电压达到或小于所述预设电压时，控制所述有源电压开关以断开继电器开关。

所述控制方法还可以包括，在确定从所述电池单元施加的电压超过所述预设电压时，操作仅在预设电压或更高电压下操作的高压互锁开关，以控制继电器开关断开。

该控制方法还包括，在确定所述继电器开关通过控制器可控制时，所述控制器直接控制继电器开关断开。

根据本公开的又一方面，提供了一种控制电池系统以防止输出端异常电压的方法，其包括：所述电池系统中的控制器通过电压传感器检测是否从电池单元施加了达到或者大于预设值的电压；当检测到从所述电池单元施加了达到或者大于所述预设值的电压时，控制器向外接于电池系统的继电器开关提供第一控制信号，以阻断继电器开关与电池单元之间的连接；在控制所述继电器开关与电池单元之间的连接被阻断的状态下，通过所述电压传感器检测电池单元是否施加了任一电压；并且当检测到从所述电池单元施加的所述任一电压时，输出第二控制信号用于阻断与连接到所述电池单元的电池管理系统(BMS)中的自动切断开关的连接，以切断从所述电池单元施加的电压。

附图说明

通过参照附图详细描述本公开的示例性实施例，本公开的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员来说，将变得更加明显，其中：

图1是现有电池系统的功能框图；

图2是用于描述图1的电池管理系统(BMS)的详细配置的功能框图；

图3是用于描述根据本公开的一个实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的功能框图；

图4是用于描述根据本公开的一个实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的控制方法的流程图；以及

图5是用于描述根据本公开的一个实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

从下文中结合附图对实施例详细的描述中，其优点、特征和实施方式将更加清楚。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为仅限于本文所述的实施例。并且，提供这些实施例，使得本公开将是详尽和完整的，并且向本公开所属领域的技术人员充分地传达本公开的范围。并且，本公开仅由权利要求的范围限定。同时，本文使用的术语是为了描述实施例的目的，而非为了限制本公开。如本文所用，单数形式也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应注意，本文所用的术语“包含”和/或“包括”不排除除了所述组件、步骤、操作和/或元件之外的一个或多个其他组件、步骤、操作和/或元件的存在或添加。

图3是用于描述根据本公开的一个实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的功能框图。

如图3所示，根据本公开的一个实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统包括电压传感器110、自动切断开关120、高压互锁开关130、有源电压开关140和控制器150。

多个电压传感器110检测多个电池单元20的电压。

当控制器150输出用于断开继电器开关40的控制信号之后，电压传感器110检测到电池单元20的电压输出时，自动切断开关120根据控制器150输出的控制信号，切断从电池21施加的供电。在本公开的一个实施例中，可以使用开关元件作为自动切断开关120，但是本公开不限于此。

高压互锁开关130与自动切断开关120连接，并且当从电池21施加了一达到或大于预设电压的电压通过自动切断开关120时，高压互锁开关130工作以通过高压开关控制继电器开关40断开。

对于电气设备，有源电压开关140在12V的电压下工作，其通过自动切断开关120传输，以通过高压开关控制继电器开关40。在本实施例中，可以使用高压互锁开关130的驱动电压值的设置被改变的开关作为有源电压开关140。

当电压传感器110检测到来自电池单元20的高电压输出时，控制器150向继电器开关40发出切断控制信号。

根据本公开的一个实施例，当从电池单元20输出过电压时，具有能够直接控制继电器开关40以阻断过电压的效果。

此外，在本公开的一个实施例中，继电器开关40不能通过控制器150直接控制，可以使用通过电池21施加的电压来驱动有源电压开关140，并可以控制自动切断开关120通过被驱动的有源电压开关140来断开继电器开关40。

根据本公开的一个实施例，即使当继电器开关40不受电池管理系统(BMS)的控制器150控制时，也具有能够在不使用需要达到或者大于阈值的电压的高压互锁开关130的情况下控制继电器开关40的效果，从而阻断了高压的施加。

本公开的上述效果可以解决的问题在于，当在控制器150可用的状态下采用通过使用高压互锁开关130控制继电器开关40的现有方法时，由于高压互锁开关130在一定电压或更高电压下操作，从而因过电压导致非理想的结果。

另外，根据本公开，由于难以预期将一定电压或更高电压施加到BMS，尤其是在外部短路期间，因此具有能够使用从电池21施加的输入电压(12V)切换有源电压开关140并因此断开连接到电气设备的继电器开关40的效果，从而使电池单元20的输出端电去激活。

另外，当即使在继电器开关40被控制为断开的状态下，控制器150通过电压传感器110确认了电池单元20的输出端的电压被激活时，控制器150将自动切断开关120切换成断开以切断从电池21施加到BMS内部的电力，从而具有能够防止在BMS内部形成闭合电路以及控制电池单元20的输出端电去激活的效果。

也就是，在现有的电池系统中，在电池单元20(熔断器)插入其间的情况下，BMS检测电压时，电池单元20在外部短路时短路是普遍现象。然而，偶尔会出现因外部大电流导致BMS的内部电路损坏或继电器开关40熔断的现象，从而因非理想现象而在BMS中可能形成闭合电路。

如上所述，当闭合电路形成在BMS内部时，电池单元20的输出端可以被电激活。然而，在本发明的一个实施例中，为了防止在BMS内部形成闭合电路，提前切断12V电源，因此具有能够防止在BMS内部形成闭合电路的效果，从而阻止电池单元20的输出端被电激活。

参照图4描述了根据本公开另一实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的控制方法。

当电压传感器110检测到从电池单元20施加了达到或者大于预设电压的电压时，BMS的控制器150判断继电器开关40是否可控(S110)。

当继电器开关40在判断操作中不可控时(S110的否)，控制器150将自动切断开关120开启以允许将从电池单元20施加的电压施加到有源电压开关140和高压互锁开关130(S120)。

然后，当从电池单元20施加的电压等于或小于预设电压时(S130的否)，有源电压开关140被驱动以控制继电器开关40断开(S140)，所述有源电压开关140被电池21施加的电压通过自动切断开关120而驱动。

根据本公开的一个实施例，由于在发生外部短路时，难以预期高于某一电池电压下的效果，因此使用以下设备来断开继电器开关40。当从电池21施加输入电压(12V)时，自动切断开关120被操作以通过有源电压开关140控制高压开关。因此，存在于BMS外部的继电器开关40可被断开以使电池单元20的输出端电去激活。

否则，当电池单元20的输出电压超过预设电压时(S130的“是”)，仅在预设电压以上才能执行操作的高压互锁开关130操作以通过高压开关来控制继电器开关40断开(S150)。

另一方面，当在判断操作中继电器开关40可通过控制器150控制时(S110的“是”)，控制器150直接控制继电器开关40断开(S160)。

如上所述，根据本公开的一个实施例，除了根据继电器开关40是否可通过BMS的控制器控制之外，还可以根据施加的电压，通过控制继电器开关40来断开继电器开关40和电池单元20之间的连接，从而具有能够使电池单元20的输出端电去激活的效果。

图5是用于描述根据本公开另一实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的控制方法的流程图。

下文中，将参考图5描述根据本公开另一实施例的具有防止输出端异常电压的功能的电池系统的控制方法。

BMS 100中的控制器150使用电压传感器110判断是否从电池单元20施加了达到或者大于预设值的电压(S210)。

在判断操作(S210)中，当通过电压传感器110检测到等于或大于预设值的电压时(是)，控制信号被提供给外部设置的继电器开关40以防止从电池单元20施加电压(S220)。因此，从电池单元20施加的电压被切断而不施加到电气设备50。

此后，在控制与电池单元20的连接被阻断的状态下，通过电压传感器110检测是否从电池单元20施加了任一电压(S230)。

当通过电压传感器110检测到在控制与电池单元20的连接被阻断的状态下，从电池单元20施加了所述任一电压时(S230的“是”)，为了切断从电池21施加以驱动BMS 100的电压，向设置在BMS 100内部且连接到电池21的自动切断开关120提供一控制信号，以断开自动切断开关120(S240)。

因此，根据本公开的一个实施例，从电池21施加的电压被切断以便不施加到BMS，具有能够防止BMS内部形成闭合电路的效果。

如上所述，当在BMS内部形成闭合电路从而在电池单元20的输出端形成电压时，在现有电池系统的情况下，甚至可以在形成短路后电池单元20的输出端也能被电激活。然而，在本公开的一个实施例中，为了防止在BMS内部形成闭合电路，提前切断从电池21施加的12V电源，从而具有能够防止电池单元20的输出端被电激活的效果。

作为参考，根据本公开的实施例的组件可以以诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)的硬件或软件的形式来实现，并且可以执行预定的角色。

然而，“组件”不限于软件或硬件，并且每个组件可以被存储在可寻址存储介质中或者复制一个或多个处理器。

因此，作为示例，组件包括诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件之类的组件，以及进程、功能、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。

组件和组件内提供的功能可以组合成较少数量的组件或者可以进一步分成附加组件。

在这种情况下，应当理解，流程图的每个块和流程图的组合可以由计算机程序指令执行。这些计算机程序指令可以包含在通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器中，使得由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令生成用于执行一个或多个流程图块中所述功能的部件。这些计算机程序指令可以使用计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式实现功能，也可以存储在计算机可读存储器中，因此使用计算机或存储在计算机可读存储器中的指令可以产生操作文本，包括用于执行一个或多个流程图块中描述的功能的指令部分。由于计算机程序指令也可以安装在计算机或其他可编程数据处理设备中，用于在计算机或其他可编程数据处理设备上执行一系列操作以生成计算机执行程序，进而操作计算机或其他可编程数据处理设备的指令，可以提供用于执行一个或多个流程图块中所述功能的操作。

此外，每一块可表示模块、段或代码的一部分，其包括用于执行一个或多个指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实施例中，方框中提到的功能也可能发生乱序。例如，连续示出的两个块可以基本上同时执行，或者在某些情况下，可以根据相应的功能以相反的顺序执行这两个块。

在这种情况下，实施例中使用的术语“～部分”指的是诸如FPGA或专用集成电路(ASIC)的软件或硬件组件，并且执行预定的角色。然而，术语“～部分”的含义不限于软件或硬件。“～部分”可以形成并存储在可寻址存储介质中或复制一个或多个处理器。因此，作为示例，“～部分”包括诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件之类的组件，以及进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。组件和“～部分”中提供的功能可以组合成较少数量的组件和“～部分”，也可以进一步分为附加组件和“～部分”。此外，组件和“～部分”可实现成复制设备或安全多媒体卡中的一个或多个CPU。

根据本公开，当电池系统的电池单元发生短路时，处于不完整状态的电池单元主要通过高压熔断器被阻断，即使在继电器开关被熔断从而电池单元的电压被激活时，也具有能够提供电池单元的电去激活的效果。

此外，根据本公开，即使当根据电池管理系统(BMS)的功能增加而形成意外的闭合电路时，也存在能够去激活BMS输出端的电压的效果。

上述学习方法中包括的每个步骤可以实现为计算设备执行的软件模块、硬件模块或其组合。

此外，用于执行每个步骤的元件可以分别作为处理器的第一到两个操作逻辑被实现。

软件模块可以存储在RAM、闪存、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可附加/可拆卸磁盘或一种存储介质(即，内存和/或存储器)，例如CD-ROM中。

示例性存储介质可以耦合到处理器，并且处理器可以从存储介质中读出信息并且可以在存储介质中写入信息。在其他实施例中，存储介质可以与处理器作为一体提供。

处理器和存储介质可以设置在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以设置在用户终端中。在其他实施例中，处理器和存储介质可以在用户终端中作为单独组件提供。

为了描述清楚，根据实施例的示例性方法可以被表示为一系列操作步骤，但是这样的步骤不限制执行操作的顺序。根据情况，可以同时或以不同的顺序执行步骤。

为了实现根据实施例的方法，所公开的步骤可以另外包括另一步骤，包括除一些步骤之外的步骤，或者包括除一些步骤之外的另一附加步骤。

本公开的各个实施例没有列出所有可用的组合而只是描述了本公开的代表性方面，并且各个实施例的描述可以独立地应用或者可以通过两个或更多个的组合来应用。

此外，本公开的各种实施例可以用硬件、固件、软件或其组合来实现。在本公开的各个实施例用硬件实现的情况下，本公开的各个实施例可以用一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器或微处理器来实现。

本公开的范围可包括软件或机器可执行指令(例如，操作系统(OS)、应用程序、固件、程序等)，其使得根据各种实施例中方法的操作能够在设备、计算机以及能够在存储软件或指令的设备或计算机中执行的非暂时性计算机可读介质中执行。

上面已经描述了多个示例性实施例。然而，应当理解，可以进行各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所述的技术和/或如果所述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同的方式组合和/或由其他组件或它们的等价物替换或补充，也可以获得合适的结果。因此，其他实施方式也在权利要求的范围内。

虽然已经参照附图详细描述了本公开的构造，但这仅仅是示例，并且在本公开的技术精神范围内的修改和替换可以被本公开所属技术领域的技术人员想到。因此，本发明的保护范围不应限于上述实施例，而应由权利要求的描述定义。

Claims (7)

1.一种防止输出端异常电压的电池系统，该电池系统包括电池管理系统BMS，其包括：

多个电压传感器，用于分别检测多个电池单元的第一电压；

继电器开关，用于根据来自所述BMS的第一控制信号向电气设备施加所述第一电压；

自动切断开关，用于根据来自所述BMS的第二控制信号切断从所述多个电池单元施加的电力；

高压互锁开关，与所述自动切断开关连接，并用于在达到或者大于预设电压的第二电压下操作；

有源电压开关，用于在通过所述自动切断开关传输的第三电压下操作以控制所述继电器开关；以及

控制器，用于响应通过所述电压传感器检测到所述第一电压中的高于阈值电压的电压，向所述继电器开关提供切断控制信号。

2.如权利要求1所述的电池系统，其中，当所述继电器开关响应接收到来自所述控制器的切断控制信号而没有执行切断时，所述控制器用于向所述自动切断开关输出第三控制信号以通过所述有源电压开关来断开所述继电器开关。

3.如权利要求1所述的电池系统，其中，当输出所述第三控制信号以断开所述继电器开关并且通过所述电压传感器检测到所述多个电池单元的输出端激活时，所述控制器用于向所述自动切断开关输出第四控制信号以断开所述自动切断开关。

4.一种控制电池系统以防止输出端异常电压的方法，包括：

判断是否从电池单元施加了达到或者大于预设电压的电压；

在确定从所述电池单元施加了达到或者大于所述预设电压的电压时，电池管理系统BMS的控制器判断继电器开关是否可控；

在确定所述继电器开关不可控时，所述控制器将自动切断开关切换为开启，以将从所述电池单元施加的电压施加到有源电压开关和高压互锁开关；以及

当确定从所述电池单元施加的电压小于所述预设电压时，控制所述有源电压开关以断开所述继电器开关。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：在确定从所述电池单元施加的电压超过所述预设电压时，操作仅在所述预设电压或更高电压下操作的所述高压互锁开关以控制所述继电器开关断开。

6.如权利要求4所述的方法，还包括：在确定所述继电器开关通过所述控制器可控制时，所述控制器直接控制所述继电器开关断开。

7.一种控制电池系统以防止输出端异常电压的方法，包括：

所述电池系统中的控制器通过电压传感器检测是否从电池单元施加了达到或者大于预设值的电压；

当检测到从所述电池单元施加了达到或者大于所述预设值的电压时，所述控制器向外接于所述电池系统的继电器开关提供第一控制信号，以阻断所述继电器开关与所述电池单元之间的连接；

在控制所述继电器开关与所述电池单元之间的连接被阻断的状态下，通过所述电压传感器检测所述电池单元是否施加了任一电压；以及

当检测到所述电池单元施加的所述任一电压时，输出第二控制信号用于阻断与连接到所述电池单元的电池管理系统BMS中的自动切断开关的连接，以切断从所述电池单元施加的电压。

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