CN114175434A - 电池组断电设备 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明的一个实施方式的电池组断电设备，该电池组断电设备包括：电源阻断部件，该电源阻断部件用于阻断电池模块的充放电电流流过的线路；通信部件，该通信部件用于从外部接收电源阻断部件的操作信号；以及开关部件，该开关部件基于电源阻断部件的操作信号进行控制以向包括在电源阻断部件中的加热电阻器施加电力，其中，如果通过向加热电阻器施加电力而产生热量，则电源阻断部件操作，并且可以阻断流过线路的电流。

Description

电池组断电设备
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0096999号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及一种用于使电池组断电的设备。
背景技术
在电池组的情况下，当由电池管理系统(BMS)控制的电池充电/放电的开关元件(场效应晶体管(FET))之一烧坏时，电流流过未烧毁的开关元件，从而可以额外地形成电流路径。
为了防止这样的问题，传统上，也可以使用作为串联在电池充电/放电线路上并且能够通过控制电池管理系统(BMS)(例如，信号熔断器)来阻断充放电线路的保护元件。因此，当出现诸如过压、欠压或过热等的异常时，会使用通过将来自电池管理系统(BMS)的故障信号施加到保护元件来保护电池组的方法。
然而，当向保护元件发送信号的电池管理系统(例如，MCU和ASIC)中出现故障时，存在保护元件不能正常工作的问题。
另外，传统上，当由于被盗或黑客攻击而安装未经授权的电池组时，没有方法从外部阻止电池组的充电/放电。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种电池组断电设备，该电池组断电设备能够从外部控制设置在电池组中的保护元件的充电/放电阻断功能并且使出现安全问题的电池组从外部断电。
技术方案
根据本发明的实施方式的电池组断电设备，该电池组断电设备包括：断电单元，该断电单元被配置为阻断电池模块的充电/放电电流流过的线路；通信单元，该通信单元被配置为从外部装置接收所述断电单元的操作信号；以及开关单元，该开关单元被配置为基于所述断电单元的操作信号进行控制向包括在所述断电单元中的加热电阻器施加电力，其中，当电力被施加到所述加热电阻器并且产生热量时，所述断电单元操作以阻断流过所述线路的所述电流。
根据本发明的实施方式的电池组断电设备还可以包括控制单元，该控制单元被配置为控制所述电池模块的所述充电/放电，并且当检测到所述电池模块中的异常时，控制所述断电单元阻断所述充电/放电电流的所述线路。
根据本发明的实施方式的电池组断电设备还可以包括接收单元，该接收单元被配置为从所述控制单元或所述通信单元接收所述断电单元的操作信号，并且基于所述操作信号将电力发送到所述开关单元。
根据本发明的实施方式的电池组断电设备还可以包括开关控制单元，该开关控制单元被配置为控制所述电池模块的充电/放电电流的流动。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，开关单元可以是场效应晶体管(FET)。
根据本发明的实施方式的电池组断电设备还可以包括诊断单元，该诊断单元被配置为基于所述电池模块的电压、电流和温度中的至少一个来检测异常。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，当服务器检测到针对所述电池组的安全违规时，所述通信单元可以从所述外部装置接收所述断电单元的操作信号。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，可以预先为每个电池组分配唯一编号，并且所述服务器可以基于所述唯一编号确定检测到安全违规的电池组。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，被盗编号被分配给服务器检测到所述安全违规的所述电池组。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，通信单元可以通过近场通信(NFC)与外部进行通信。
在根据本发明的实施方式的电池组断电设备中，通信单元可以与包括充电站、家用充电器或另一电池组中的至少一个的外部装置进行通信。
根据本发明的实施方式的电池组断电方法是一种包括断电元件和通信元件的电池组断电方法，并且该方法包括以下步骤：通过通信单元从外部装置接收断电单元的操作信号；基于所述断电单元的所述操作信号，向包括在所述断电单元中的加热电阻器施加电力；以及当电力被施加到所述加热电阻器以产生热量时，阻断电池的充电/放电电流流过的线路。
有益效果
本发明的一个目的是提供一种电池组断电设备，该电池组断电设备能够从外部控制设置在电池组中的保护元件的充电/放电阻断功能并且使出现安全问题的电池组从外部断电。
附图说明
图1是示出一般电池管理系统的配置的框图。
图2是示出根据本发明的实施方式的电池组断电设备的配置的框图。
图3是示出根据本发明的实施方式的电池组的配置的电路图。
图4是例示根据本发明的实施方式的电池组断电方法的流程图。
图5是例示根据本发明的实施方式的电池组断电设备的硬件配置的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的各个实施方式。在本文档中，相同的附图标记用于附图中的相同组件，并且省略相同组件的重复描述。
针对本文档中公开的本发明的各个实施方式，具体的结构或功能描述仅出于描述本发明的实施方式的目的被例示，并且本发明的各个实施方式可以以各种形式实现并且不应被解释为限于本文中描述的实施方式。
在各个实施方式中使用的诸如“第一”、“第二”、“首先”或“其次”的表述可以修改各种元件而不管它们的顺序和/或重要性如何，并且不限制对应的元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，并且类似地，第二组件可以被重命名并被称为第一组件。
本文档中使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不用于限制其它实施方式的范围。除非另有说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
本文使用的包括技术或科学术语的所有术语，可以具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。常用词典中定义的术语可以理解为与现有技术背景中的含义相同或相近的含义，除非在本文档中明确定义，否则不应理解为理想的或过于正式的含义。在一些情况下，即使在本文档中定义的术语也不能解释为排除本发明的实施方式。
图1是示出一般电池管理系统的配置的框图。
参照图1，配置图示意性地示出了根据本发明的实施方式的包括了电池组1和包括在上层系统中的上层控制器2的电池控制系统。
如图1所示，电池组1包括：电池模块10，该电池模块10由一个或更多个电池单元组成并且能够充电/放电；开关单元14，该开关单元14串联连接到电池模块10的+端子侧或-端子侧以控制电池模块10的充电/放电电流流动；以及电池管理系统20，该电池管理系统20用于控制和管理电池模块10的电压、电流、温度等以防止过度充电和过度放电。这里，尽管电池管理系统20被描述为连接到电池模块，但是该电池管理系统20被连接到每个电池单元以监测和测量电池单元的电压和当前温度。针对每个电池单元布置电池单元管理系统(未示出)，并且多个电池单元管理系统中的每一个可以向监视和控制电池模块的电池管理系统20发送数据和从电池管理系统20接收数据。电池单元管理系统在操作和功能上与电池管理系统20类似。
这里，开关单元14是用于控制电流流动以对电池模块10进行充电或放电的半导体开关元件，并且例如可以使用至少一个MOSFET。
此外，为了监视电池模块10的电压、电流、温度等，BMS 20可以测量或计算诸如半导体开关元件的栅极、源极和漏极的电压和电流，并且另外，使用设置为与半导体开关元件14相邻的传感器12测量电池模块的电流、电压、温度等。BMS 20是用于接收通过测量上述各种参数获得的值的接口，并且可以包括多个端子和连接到这些端子以处理输入值的电路。
另外，BMS 20可以控制开关元件14(例如，MOSFET)的ON/OFF，并且可以连接到电池模块10以监视电池模块10的状态。
上层控制器2可以向BMS 20发送针对电池模块的控制信号。因此，可以基于从上层控制器施加的信号来控制BMS 20的操作。本发明的电池单元可以被包括在用于ESS或车辆的电池组中。然而，该电池单元不限于这些用途。
由于电池组1的配置和BMS 20的配置是已知的配置，因此将省略更详细的描述。
此外，根据本发明的实施方式的断电设备可以连接到电池组以切断电力。然而，本发明不限于此，并且可以连接到串联连接在电池模块10中的多个电池单元或电池模块10中的每一个以切断对电池单元的电力。
图2是示出根据本发明的实施方式的电池组断电设备的配置的框图。
参照图2，根据本发明的实施方式的电池组断电设备200可以包括断电单元210、通信单元220、开关单元230和控制单元240。另外，根据本发明的实施方式的电池组可以包括电池模块，该电池模块包括多个能够充电/放电的电池单元。
断电单元210可以阻断电池模块的充电/放电电流流过的线路。另外，断电单元210可以包括在达到参考温度时操作的加热电阻器。在这种情况下，当基于从外部接收到的操作信号向断电单元210施加电力并且加热器电阻被加热时，断电单元210操作以阻断流过充电/放电线路的电流。
此外，当检测到电池模块的诸如过压、欠压或过热的故障时，断电单元210可以通过从控制单元240接收断电单元210的操作信号来阻断电池模块的充电/放电电流的线路。
此外，即使在通过通信单元220从外部装置(例如，充电站、家用充电器、外围电池组等)接收到断电单元210的操作信号时，断电单元210也可以通过操作加热电阻器来阻断电池模块的充电/放电电流的线路。
通信单元220可以从外部接收断电单元210的操作信号。通信单元220可以与包括充电站、家用充电器或附近的其它电池组的外部装置或外部服务器进行通信。此时，通信单元220可以通过近场通信(NFC)方法与外部进行通信。然而，本发明不限于此，并且除了短距离通信之外还可以使用各种通信方法。
另外，如果在外部服务器中检测到电池组的安全违规(例如，被盗或黑客攻击)，则通信单元220可以从外部接收断电单元210的操作信号以切断对应电池组的电力。
开关单元230可以基于断电单元210的操作信号进行控制以向包括在断电单元中的加热电阻器施加电力。也就是说，开关单元230包括至少一个开关，并且可以执行开关控制，以使得断电单元210可以通过开关的开/关控制来切断充电/放电电流的线路。
控制单元240可以控制电池模块的充电/放电，并且当检测到电池模块中的异常时，控制单元240可以控制断电单元210以阻断充电/放电电流的线路。也就是说，控制单元240用于在正常时间监视电池模块的状态并且根据电池模块的充电状态来控制充电/放电。
另外，当异常检测电路(未示出)检测到电池模块中的异常(例如，过压、过流、温度异常等)时，控制单元240可以将断电单元210的操作信号发送到断电单元210。例如，控制单元240可以是包括MCU、ASIC等的电池管理系统(BMS)。
此外，尽管图2中未示出，但是根据本发明的实施方式的电池组断电设备200可以包括开关电路单元(未示出)。开关电路单元可以包括至少一个开关，并且可以通过开关的开/关控制来控制用于对电池模块进行充电/放电的电流流动。例如，开关电路单元可以是场效应晶体管(FET)。
另外，根据本发明的实施方式的电池组断电设备200可以包括接收单元(未示出)。接收单元可以从控制单元240和通信单元220接收断电单元210的操作信号。在这种情况下，接收单元可以可选地将来自控制单元240的断电单元210的操作信号和通过通信单元220从外部装置接收的断电单元210的操作信号发送到断电单元210。例如，接收单元可以是OR电路。
另外，根据本发明的实施方式的电池组断电设备200可以包括诊断单元(未示出)，该诊断单元基于电池模块的电压、电流和温度中的至少一个来检测电池模块中的异常。当检测到电池模块中的异常时，诊断单元可以向控制单元240发送异常检测信号。当检测到异常时，控制单元240可以通过向断电单元210发送操作信号来切断电池模块的充电/放电电流的线路。
此外，可以预先为每个电池组分配唯一编号，并且可以将所分配的电池组的唯一编号存储在外部服务器中。在这种情况下，服务器可以基于电池组的唯一编号确定检测到安全违规的电池组。
另外，服务器可以为检测到安全违规的电池组分配被盗编号，并将所分配的被盗编号发送给诸如充电站、家用充电器和外围电池组的外部装置。因此，当检测到安全违规的电池组与外部设备进行通信时，通过将断电单元210的操作信号发送到电池组的通信单元220，可以禁止使用存在安全问题的电池组。
这样，根据本发明的实施方式的电池组断电设备，可以对设置在电池组中的保护元件的充电/放电阻断功能进行外部控制，并且能够针对出现安全问题的电池组，进行外部断电。
图3是示出根据本发明的实施方式的电池组的配置的电路图。
参照图3，根据本发明实施例的电池组300可以包括电池模块302、短距离通信元件304、断电电路306、开关电路308、开关控制电路310、MCU 312、通信元件314、上层控制器316、异常检测电路318和平衡电路320。
电池模块302可以包括能够充电/放电的多个电池单元。另外，电池模块302可以串联或并联连接以形成电池组。
短距离通信元件304连接到电池组300的天线ANT以从外部装置350的天线接收信号。例如，短距离通信元件304可以是图2的通信单元220。在这种情况下，通过短距离通信元件304接收到的信号可以是断电电路306的操作信号。
例如，短距离通信元件304可以包括NFC标签芯片。当NFC标签芯片以被动方式接收射频(RF)信号时，芯片通过接收能量(Harvest)进行操作。也就是说，NFC标签芯片可以包括由于相邻外部装置350的天线的磁场改变而引起电感耦合的天线，以及通过电感耦合与外部装置双向通信的电路元件。
另外，NFC标签芯片可以被分配单独的PIN以将是否接收到信号发送到外部芯片。也就是说，短距离通信元件304可以通过PIN信号操作断电电路来阻断充电/放电路径。
当断电电路306从短距离通信元件304或MCU 312接收到断电单元210的操作信号时，断电电路306可以操作信号熔断器以阻断充电/放电电流的线路。例如，断电电路306可以包括熔断器，该熔断器包括加热电阻器、开关和OR元件。也就是说，断电电路306可以执行图2的断电单元210、开关单元230和接收单元(未示出)的功能。
如图3所示，断电电路306可以通过OR元件选择性地从短距离通信元件304或MCU312接收断电电路306的操作信号，并且打开开关，以操作熔断器的加热电阻器，从而阻断充电/放电电流的路径。
开关电路308包括开关，并且可以通过开关的开/关控制来控制用于对电池模块进行充电/放电的电流的流动。在这种情况下，开关电路308可以包括FET。例如，开关电路可以是上述开关电路单元(未示出)。
开关控制电路310可以用于控制开关电路308的开/关。例如，开关控制电路310可以是FET驱动器。
MCU 312可以通过开关电路308监视电池模块302的状态并控制电池模块302的充电/放电。另外，当通过异常检测电路318检测到电池模块302的异常时，MCU 312可以控制断电电路306切断充电/放电电流的线路。例如，MCU 312可以是图2的控制单元240。
通信元件314可以执行MCU 312和上层控制器316之间的通信。
上层控制器316可以通过通信元件314向MCU 312发送控制命令信号。
异常检测电路318可以基于电池模块的电压、电流和温度中的至少一种来检测电池模块是否异常(例如，过压或过热)。另外，当检测到电池模块302异常时，异常检测电路318可以向MCU 312发送检测信号，并且MCU 312可以通过向断电电路306发送操作信号来切断电池模块302的充电/放电电流的线路。例如，异常检测电路318可以是上述诊断单元(未示出)。
平衡电路320是由连接到每个电池单元两端的开关元件、电阻器和ADC组成的电路。平衡电路320根据MCU 312的控制来控制开关元件的开/关，以通过经由电阻消耗电池单元的平衡电流来减小电压，从而调整每个电池单元的电压以进行匹配。
此外，外部装置350可以包括串联或并联连接的充电站、家用充电器和外围电池组。在这种情况下，外部装置350可以通过天线与短距离通信元件304进行通信，并且将断电电路306的操作信号发送到短距离通信元件304。
图4是例示根据本发明的实施方式的电池组断电方法的流程图。
参照图4，根据本发明的实施方式的电池组断电方法可以是使用断电元件和短距离通信元件使电池组断电的方法。
首先，可以从外部接收断电元件的操作信号(S410)。在这种情况下，断电元件可以包括加热电阻器，该加热电阻器在达到参考温度时产生热量并操作。
在操作S410中，例如，当监视电池模块的状态并控制充电/放电的电池管理系统(BMS)发生错误，并且电池组无法内部断电时，可以从外部装置(例如，充电站、家用充电器、附近的其它电池组等)接收断电元件的操作信号。
另外，在操作S410中，如果在外部服务器中检测到电池组的安全违规(例如，被盗或黑客攻击)，可以从外部接收断电元件的操作信号以使对应电池组的断电。
此外，可以基于断电元件的操作信号向包括在断电元件中的加热电阻器施加电力(S420)。此时，断电元件的操作信号可以由单独的OR电路等接收，开关可以通过断电元件的操作信号导通，并且基于对应断电元件的操作信号的电力可以通过开关发送到断电元件。
接下来，当向加热电阻器施加电力以产生热量时，可以阻断充电/放电电流流过的线路(S430)。也就是说，当电力被施加到加热电阻器并且温度达到预定参考温度或更高时，加热电阻器操作以阻断充电/放电电流的线路。
这样，根据本发明的电池组断电方法，可以对设置在电池组中的保护元件的充电/放电阻断功能进行外部控制，并且针对出现安全问题的电池组，可以切断外部电源。
图5是例示根据本发明的实施方式的电池组断电设备的硬件配置的图。
参照图5，根据本发明的实施方式的电池组断电设备500可以包括MCU 510、存储器520、输入/输出I/F 530和通信I/F 540。
如图5所示，电池组断电设备500可以包括：微控制器(MCU)510，该微控制器(MCU)510控制各种过程和配置；存储器520，该存储器520中记录有操作系统程序和各种程序(例如，电池组异常诊断程序或电池组温度估计程序)；输入/输出接口530，该输入/输出接口530提供电池单元模块和/或开关单元(例如，半导体开关元件)之间的输入接口和输出接口；以及通信接口540，该通信接口540能够通过有线或无线通信网络与外部(例如，上层控制器)进行通信。这样，根据本发明的计算机程序可以记录在存储器520中并由微控制器510处理，例如，可以实现为执行图2所示的每个功能块的模块。
这样，根据本发明的实施方式的电池组断电设备，可以对设置在电池组中的保护元件的充电/放电阻断功能进行外部控制，并且可以针对出现安全问题的电池组进行外部断电。
在上文中，即使将构成本发明的实施方式的所有组件被描述为组合为一个或以组合形式操作，本发明也不一定限于这些实施方式。也就是说，在本发明的目的的范围内，所有的构成元件可以选择性地组合并以一个或更多个的形式进行操作。
另外，除非另有说明，否则上述诸如“包括”、“由……组成”或“具有”等术语表示可以存在对应组成组件，并且应当理解为还可以包括其它组件而不是排除其它组件。除非另有定义，否则包括技术或科学术语的所有术语都具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。常用的术语(如字典中定义的术语)应理解为与相关技术上下文的含义一致，并且除非在本发明中明确定义，否则不应以理想的或过于正式的意义来解释。
以上描述仅用于说明本发明的技术思想，本发明所属领域的普通技术人员能够在不脱离本发明的本质特征的情况下进行各种修改和变化。因此，本发明所公开的实施方式并非旨在限制本发明的技术思想，而是用于说明，并且本发明的技术思想的范围不受这些实施方式的限制。本发明的保护范围应以所附权利要求书为准，并且在与其等同的范围内的所有技术思想均应理解为包括在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种电池组断电设备，该电池组断电设备包括：
断电单元，所述断电单元被配置为阻断电池模块的充电/放电电流流过的线路；
通信单元，所述通信单元被配置为从外部装置接收所述断电单元的操作信号；以及
开关单元，所述开关单元被配置为基于所述断电单元的操作信号进行控制以向包括在所述断电单元中的加热电阻器施加电力，
其中，当电力被施加到所述加热电阻器并且产生热量时，所述断电单元操作以阻断流过所述线路的所述电流。
2.根据权利要求1所述的电池组断电设备，该电池组断电设备还包括控制单元，所述控制单元被配置为控制所述电池模块的所述充电/放电，并且当检测到所述电池模块中的异常时，控制所述断电单元阻断所述充电/放电电流的所述线路。
3.根据权利要求2所述的电池组断电设备，该电池组断电设备还包括接收单元，所述接收单元被配置为从所述控制单元或所述通信单元接收所述断电单元的操作信号，并且基于所述操作信号将电力发送到所述开关单元。
4.根据权利要求1所述的电池组断电设备，该电池组断电设备还包括开关控制单元，所述开关控制单元被配置为控制所述电池模块的充电/放电电流的流动。
5.根据权利要求4所述的电池组断电设备，其中，所述开关单元是场效应晶体管FET。
6.根据权利要求1所述的电池组断电设备，该电池组断电设备还包括诊断单元，所述诊断单元被配置为基于所述电池模块的电压、电流和温度中的至少一个来检测异常。
7.根据权利要求1所述的电池组断电设备，其中，当服务器检测到电池组的安全违规时，所述通信单元从所述外部装置接收所述断电单元的操作信号。
8.根据权利要求7所述的电池组断电设备，其中，预先为每个电池组分配唯一编号，
其中，所述服务器基于所述唯一编号确定检测到安全违规的电池组。
9.根据权利要求7所述的电池组断电设备，其中，被盗编号被分配给服务器检测到所述安全违规的所述电池组。
10.根据权利要求1所述的电池组断电设备，其中，所述通信单元通过近场通信NFC与外部进行通信。
11.根据权利要求1所述的电池组断电设备，其中，所述通信单元与包括充电站、家用充电器和另一电池组中的至少一个的外部装置进行通信。
12.一种电池组断电方法，该电池组断电方法包括以下步骤：
通过通信单元从外部装置接收断电单元的操作信号；
基于所述断电单元的所述操作信号，向包括在所述断电单元中的加热电阻器施加电力；以及
当向所述加热电阻器施加电力以产生热量时，阻断电池的充电/放电电流流过的线路，
其中，每一步骤都由包括所述断电单元和所述通信单元的电池组的断电设备执行。
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