CN114364564B - 用于检测低电压电芯的方法和用于提供该方法的电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低电压电芯检测方法和提供该方法的电池管理系统，并且本发明的、用于通过检测低电压电芯来管理电池的电池管理系统包括：电芯监测IC，其连接到多个电池电芯的各自的两端以便测量多个电池电芯中的每个电池电芯的电芯电压和电池电流；以及主控制电路，其用于基于多个电池电芯的每个电池电芯的测量的电芯电压和/或电池电流来计算多个电池电芯中的每个的SOC，其中，所述主控制电路将在车辆的服务停止之前计算的多个电池电芯中的每个的第一SOC和与车辆的服务恢复时的时间同步计算的多个电池电芯中的每个的第二SOC之间的差值与预定放电阈值进行比较，根据比较结果确定多个电池电芯中的每个是否具有低电压，由此检测低电压电芯，并且所述放电阈值基于在所述车辆操作停止的时段内正常电芯的SOC变化。

Description

用于检测低电压电芯的方法和用于提供该方法的电池管理 系统
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0048646的优先权和权益，其全部内容在此引入作为参考。
本发明涉及一种用于从多个电池电芯中检测妨碍电池稳定性的低电压电芯的方法以及用于提供该方法的电池管理系统。
背景技术
主要使用汽油或柴油的内燃机的车辆严重地影响诸如空气污染的污染物的产生。因此，为了减少污染物的产生，开发了电动车辆或混合动力车辆。
电动车辆使用可由电池输出的电能操作的电池引擎。这种电动车辆使用可重复充电和放电的多个电池电芯被制成电池模块或电池组的电池作为主电源。因此，电动车辆不产生废气，并且还具有降低噪音的优点。
混合动力车辆位于使用内燃机的车辆和电动车辆的中间范围内，并且它们使用多种动力源，例如内燃机和电池马达。目前，开发了混合类型的混合动力车辆，例如，使用燃料电池来直接获得电能，同时连续地供应氢和氧并与内燃机产生化学反应，或者使用电池和燃料电池。
对于使用电能的车辆来说，管理作为电源的电池是非常重要的。在电池中发生异常现象且电池可能着火之前，需要控制电池的充电/放电或与电池的连接。
另外，在构成电池的多个电池电芯中，出于许多原因，可能存在具有低于特定值的电压值的低电压电芯。当包括低电压电芯时，电池的整个电压降低，并且产生许多电芯平衡和欠压(UV)诊断从而威胁电池的整个稳定性。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种基于在车辆的多个电池电芯的服务之前和车辆的服务开始之后的充电状态(SOC)的变化来检测低电压电芯的方法，以及用于提供该方法的电池管理系统。
技术方案
本发明的一个实施方式提供了一种在用于检测包括多个电池电芯和用于管理这些电池电芯的电池管理系统的电池系统的低电压电芯的方法中用于检测低电压电芯的方法，该方法包括以下步骤：提取在车辆的服务停止之前计算的各个电池电芯的第一SOC；提取与所述车辆的服务恢复的时间同步地计算的所述电池电芯的第二SOC；将各个电池电芯的第一SOC和第二SOC之间的差值与预定放电阈值进行比较；以及通过根据比较结果确定是否存在用于所述电池电芯的低电压来检测低电压电芯，其中所述放电阈值是基于在所述车辆停止服务的时段内正常电芯的SOC变化的。
放电阈值可以基于车辆停止服务的停止时段、在停止时段由电池电芯的放电引起的第一SOC减小速率，以及由电池管理系统的能量消耗引起的第二SOC减小速率来计算。
放电阈值可以通过停止时段、误差校正值以及第一SOC减小速率和第二SOC减小速率之和的乘积来计算。
该方法还可以包括：在与预定放电阈值进行比较之前，将停止时段与临界时段进行比较，其中，当根据比较结果停止时段等于或大于临界时段时，可以考虑与预定放电阈值进行比较。
第一SOC可以是在车辆的服务停止之前最后计算的SOC，第二SOC可以是在车辆的服务恢复之后首先计算的SOC，并且临界时段可以是用于计算第一SOC和第二SOC之间的差值的最小时段。
低电压电芯的检测可包括：当第一SOC和第二SOC之间的差值等于或大于放电阈值时，确定其为低电压，并检测相应的电池电芯为低电压电芯。
本发明的另一个实施方式提供了一种在用于通过检测低电压电芯来管理电池的系统中的电池管理系统，包括：电芯监测IC，其与多个电池电芯的各端部连接，测量各电池电芯的电芯电压和电池电流；以及主控制电路，其用于基于所测量的电池电芯的电芯电压和电池电流中的至少一个来计算各个电池电芯的SOC，其中，所述主控制电路将在车辆的服务停止之前计算的所述电池电芯的第一SOC与在所述车辆的服务恢复时的时间同步计算的所述电池电芯的第二SOC之间的差值与预定放电阈值进行比较，根据所述比较结果确定所述电池电芯是否各自具有低电压，并且检测所述低电压电芯，并且所述放电阈值是基于在所述车辆的服务停止的时段内正常电芯的SOC变化。
放电阈值可以基于车辆服务停止的停止时段、在停止时段内由电池电芯的放电引起的第一SOC减小速率、以及由电池管理系统的能量消耗引起的第二SOC减小速率来计算。
放电阈值可以通过停止时段、误差校正值以及第一SOC减小速率和第二SOC减小速率之和的乘积来计算。
主控制电路可以比较停止时段和临界时段，并且当停止时段等于或大于临界时段时，主控制电路可以确定是否存在电池电芯的低电压，并且可以检测低电压电芯。
第一SOC可以是在车辆的服务停止之前最后计算的SOC，第二SOC可以是在车辆的服务恢复之后首先计算的SOC，并且临界时段可以是用于计算第一SOC和第二SOC之间的差值的最小时段。
当第一SOC和第二SOC之间的差值等于或大于放电阈值时，主控制电路可确定其为低电压，并可检测相应的电池电芯为低电压电芯。
有益效果
本发明可以通过以高精度快速检测低电压电芯来提高电池的稳定性。
附图说明
图1示出了根据实施方式的电池系统。
图2示出了根据实施方式的用于检测低电压电芯的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本说明书中公开的实施方式。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。在以下描述中使用的用于部件的术语“模块”和“单元”仅仅是为了使说明更容易。因此，这些术语本身不具有将它们彼此区分的含义或作用。在描述本说明书的实施方式时，当确定与本发明相关的公知技术的详细描述可能模糊本发明的要旨时，将省略该详细描述。提供附图仅是为了允许容易地理解本说明书中公开的实施方式，而不应被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、等同物和替换物。
包括诸如第一、第二等序数的术语将仅用于描述各种组件，而不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它组件。
应当理解，当一个组件被称为“连接”或“联接”到另一个组件时，它可以直接连接或联接到另一个组件，或者连接或联接到另一个组件且其它组件插置在它们之间。另一方面，应当理解，当一个组件被称为“直接连接或联接”到另一个部件时，一个组件可以连接或联接到另一个部件而没有其它组件插置在它们之间。
还将理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”表明存在所述特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。
图1示出了根据实施方式的电池系统。
如图1所示，电池系统1包括电池组2、电池管理系统(BMS)3、继电器11和电流传感器12。
电池组2包括彼此电连接的多个电池电芯(电芯1至电芯n)。在一个实施方式中，电池电芯可以是可再充电电池。预定数量的电池电芯可以串联连接以构成电池模块，并且预定数量的电池模块可以串联和并联连接以构成电池组2，从而提供期望的电源电压。
电池电芯(电芯1至电芯n)分别通过导线电连接到BMS3。BMS3可以收集和分析与电池电芯(电芯1至电芯n)有关的信息的各种类型的电池电芯信息，以控制电池电芯的充电和放电、电芯平衡和保护操作，并且可以控制继电器11的操作。例如，BMS3可以收集和分析关于电池电芯(电芯1至电芯n)的各种类型的信息以检测低电压电芯。
参照图1，电池组2包括串联连接并连接在电池系统1的两个输出端(OUT1)和(OUT2)之间的电池电芯(电芯1至电芯n)，继电器11连接在电池系统1的正极和输出端(OUT1)之间，电流传感器12连接在电池系统1的负极和输出端(OUT2)之间。图1所示的构成元件和它们之间的连接关系是示例，而不限于此。
继电器11控制电池系统1与外部装置之间的电连接。当继电器11接通时，电池系统1电连接到外部装置以执行充电或放电过程，且当继电器11断开时，电池系统1与外部装置电断开。外部装置可以是负载或充电器。
电流传感器12串联连接到电池组2和外部装置之间的电流路径。电流传感器12可以测量流向电池组2的电流(该电流是充电电流和放电电流)，并且可以将测量结果发送到BMS3。
BMS3包括电池电芯平衡电路10、电芯监测IC20和主控制电路30。
电芯平衡电路10包括多个开关(SW1到SWn)和多个电阻器(R1-Rn)。各个开关(SW1至SWn)根据由电芯监测IC20提供的多个开关信号(SC[1]至SC[n])中的相应开关信号来切换。对于各个电池电芯(电芯1至电芯n)，相应的开关(SWi)和电阻器(Ri)串联连接在相应电芯(电芯i)的正极和负极之间。当开关(SWi)接通时，在相应的电芯(电芯i)、开关(SWi)和电阻器(Ri)之间形成放电路径，并且相应的电芯(电芯i)放电。在这种情况下，i是1到n的自然数之一。
电芯监测IC20电连接到各个电池电芯(电芯1至电芯n)的正极和负极以测量电芯电压。由电流传感器12测量的电流值(在下文中，电池电流)可以被传送到电芯监测IC20。电芯监测IC20将与测量的电芯电压和电池电流有关的信息发送到主控制电路30。详细地，电芯监测IC20可以在各个预定时段测量各个电池电芯(电芯1至电芯n)的电芯电压，并且可以在不产生充电和放电的休息时段基于测量的电芯电压计算电池电流。电芯监测IC20将各个电池电芯(电芯1至电芯n)的电芯电压和电池电流发送到主控制电路30。
电芯监测IC20可以根据由主控制电路30发送的电芯平衡控制信号通过电芯平衡电路10使多个电池电芯(电芯1至电芯n)中的电芯平衡目标电芯放电。例如，电芯监测IC20可以根据主控制电路30的电芯平衡控制信号产生多个开关信号(SC[1]至SC[n])。各个开关信号(SC[1]至SC[n])可以控制相应开关(SWi)的开关操作。当接通电平开关信号(SC[i])被提供给相应的开关(SWi)时，开关(SWi)被接通并且相应的电芯(电芯i)放电。
例如，当在多个电池电芯(电芯1至电芯n)中存在具有低于预定参考电压的电压的低电压电芯时，电芯监测IC20通过主控制电路30的控制来执行频繁的电芯平衡。当存在低电压电芯并且频繁执行电芯平衡时，电池组2的安全性受损。
主控制电路30可以基于各个电池电芯(电芯1至电芯n)的电芯电压和电池电流中的至少一个来计算充电状态(SOC)。当车辆的服务停止并且BMS3进入睡眠模式时，主控制电路30存储最后计算的SOC，即，电池电芯(电芯1至电芯n)的各个SOC中的第一SOC。当电动车辆的服务恢复并且BMS3唤醒时，主控制电路30与电动车辆的服务的恢复时间同步并且计算电池电芯(电芯1至电芯n)的各个SOC。在电动车辆恢复服务之后首先计算的SOC是第二SOC。
主控制电路30发现各个电池电芯(电芯1至电芯n)的第一SOC和第二SOC之间的差。当第一SOC和第二SOC之间的差等于或大于预定放电阈值(K)时，主控制电路30确定其为低电压，并检测相应的电池电芯为低电压电芯。在这种情况下，放电阈值(K)是基于在电动车辆的服务停止的时段内正常电芯的SOC变化的。低电压电芯是具有小于预定参考电压的电压的电池电芯，并且电动车辆的服务停止的时段的SOC变化大于正常电芯的SOC变化。
现在将参考图1和图2描述用于检测主控制电路30的低电压电芯的方法和用于提供该方法的电池管理系统1。
图2示出了根据实施方式的用于检测低电压电芯的方法的流程图。
当电动车辆的服务停止时，主控制电路30存储多个电池电芯(电芯1至电芯n)的第一SOC(S10)和(S20)。在这种情况下，第一SOC表示在电动车辆的服务停止之前最后计算的SOC。
不可能直接测量电池电芯的SOC。关于用于间接测量电池电芯的SOC的方法，可以通过测量电池的电解液的比重和PH来计算SOC，可以通过测量电池电芯的电压来计算SOC，可以通过测量电池电流并将其相对于时间积分来计算SOC，或者可以通过使用当NiMH电池充电时电池的内部压力突然增加的特性来计算SOC。主控制电路30可以通过在不产生充电和放电的休息时段期间的每个预定时段使用各种已知方法来计算多个电池电芯(电芯1至电芯n)的相应SOC，或者可以实时地计算SOC。
当电动车辆的服务恢复时，主控制电路30计算电池电芯(电芯1至电芯n)各自的第二SOC并存储计算结果(S30)和(S40)。在这种情况下，第二SOC是在电动车辆的服务恢复之后首先计算的SOC。
当电动车辆的服务停止时，BMS3进入睡眠模式并且不测量电池电芯处的电压并且不计算电池电芯的SOC。当电动车辆的服务恢复时，BMS3醒来并执行正常操作。在这种情况下，主控制电路30与电动车辆的服务恢复的时间同步，计算多个电池电芯(电芯1至电芯n)的SOC，并存储结果。
例如，在电动车辆的服务恢复之后，主控制电路30可以提取所存储的多个电池电芯(电芯1至电芯n)的第一SOC和第二SOC，并且可以基于该提取来检测低电压电芯。
主控制电路30将电动车辆的服务停止的时段(即，停止时段(Tp))与临界时段(Tt)进行比较(S50)。当电动车辆停止服务的时段非常短时，SOC变化率小并且难以检测低电压电芯。在这种情况下，临界时段(Tt)是用于计算第一SOC和第二SOC之间的差值的最小时段。例如，当停止时段(Tp)变长时，第一SOC和第二SOC之间的差值也增大。
当电动车辆的停止时段(Tp)小于临界时段(Tt)时(S50，否)，主控制电路30可以确定诊断故障代码(DTC)是不可能的(S60)。在这种情况下，没有诊断故障代码(无DTC)可以包括在多个电池电芯(电芯1至电芯n)中没有检测到低电压电芯的情况或没有低电压电芯的情况。
当电动车辆的停止时段(Tp)等于或大于临界时段(Tt)时(S50，是)，主控制电路30将存储的电池电芯(电芯1至电芯n)的第一SOC和第二SOC之间的差值与预定放电阈值(K)进行比较(S70)。
放电阈值(K)可以基于在电动车辆的服务停止的时段(即，停止时段(Tp))中正常电芯的SOC变化。例如，放电阈值(K)可以通过针对停止时段(Tp)的由BMS3的能量消耗引起的第二SOC减小速率和由电池电芯的放电引起的第一SOC减小速率之和与误差校正值、停止时段的乘积来计算。在这种情况下，第一SOC减小速率和第二SOC减小速率可基于多个正常电芯的实验数据产生为平均值。
第一SOC减小速率表示当电池组2不向外部装置供应电源电压并且电池电芯使用能量时每天减小的SOC变化。第二SOC减小速率表示当电池组2不向外部装置提供电源电压并且BMS3使用能量时从电池电芯每天减小的SOC变化。误差校正值是用于应用分散和误差以防止错误诊断的值，并且例如，其可以被计算为150％(1.5)。
例如，当假设第一SOC减小速率为0.15(SOC损失/天)，第二SOC减小速率为0.3(SOC损失/天)，并且停止时段(Tp)为10天时，可以计算为放电阈值(K)＝(0.15+0.3，SOC损失/天)×1.5×10(天)＝0.675％。
当根据比较结果第一SOC和第二SOC之间的差值等于或大于放电阈值(K)时(S70，是)，主控制电路30确定比较结果为低电压，并检测相应的电池电芯为低电压电芯(S80)。
例如，当第一电池电芯的第一SOC和第二SOC之间的差值在10天的停止时段(Tp)内为0.7％时，0.7％的差值大于0.675％的放电阈值(K)，因此主控制电路30确定其为低电压，并检测相应的第一电池电芯为低电压电芯。
当根据比较结果第一SOC和第二SOC之间的差值小于放电阈值(K)时(S70，否)，主控制电路30可以不将比较结果确定为低电压，并且可以确定相应的第二电池电芯为正常电芯，即，无诊断故障代码(无DTC)S60。
例如，当在停止时段(Tp)的10天中第二电池电芯的第一SOC和第二SOC之间的差值为0.5％时，0.5％的差值小于0.675％的放电阈值(K)，因此主控制电路30可以不将其确定为低电压，并且可以确定对应的第二电池电芯为正常电芯。
虽然已经结合当前被认为是实际的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种在通过检测低电压电芯来管理电池的系统中的电池管理系统，该电池管理系统包括：
电芯监测集成电路IC，所述电芯监测集成电路IC与多个电池电芯的各端部连接，并且测量各电池电芯的电芯电压和电池电流；以及
主控制电路，所述主控制电路用于基于所测量的电池电芯的电芯电压和电池电流中的至少一个来计算各个电池电芯的充电状态SOC；
其中，所述主控制电路将在车辆的服务停止之前计算的电池电芯的第一SOC与在所述车辆的服务恢复时的时间同步计算的电池电芯的第二SOC之间的差值与预定的放电阈值进行比较，根据比较结果确定电池电芯各自是否具有低电压，并且检测低电压电芯，并且
所述放电阈值是基于在车辆的服务停止的时段内正常电芯的SOC变化的，
其中，基于所述车辆的服务停止的停止时段、误差校正值、在所述停止时段内由所述电池电芯的放电引起的第一SOC减小速率、以及由所述电池管理系统的能量消耗引起的第二SOC减小速率来计算所述放电阈值。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，
通过所述第一SOC减小速率和所述第二SOC减小速率之和与所述停止时段、所述误差校正值的乘积来计算所述放电阈值。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，
所述主控制电路比较所述停止时段和临界时段，并且当所述停止时段等于或大于所述临界时段时，所述主控制电路确定是否存在所述电池电芯的低电压，并且检测低电压电芯。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其中，
所述临界时段是用于计算所述第一SOC和所述第二SOC之间的差值的最小时段。
5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，
当所述第一SOC和所述第二SOC之间的差值等于或大于所述放电阈值时，所述主控制电路确定存在低电压并检测相应的电池电芯为所述低电压电芯。
6.一种在包括多个电池电芯和用于管理所述电池电芯的电池管理系统的电池系统中检测低电压电芯的方法，该方法包括以下步骤：
提取在车辆的服务停止之前计算的各电池电芯的第一充电状态SOC；
提取与所述车辆的服务恢复的时间同步地计算的所述电池电芯的第二SOC；
将各个电池电芯的第一SOC和第二SOC之间的差值与预定的放电阈值进行比较；以及
通过根据比较结果确定是否存在所述电池电芯的低电压来检测低电压电芯，
其中，所述放电阈值是基于在所述车辆的服务停止的时段内正常电芯的SOC变化的，
其中，基于所述车辆的服务停止的停止时段、误差校正值、在所述停止时段内由所述电池电芯的放电引起的第一SOC减小速率以及由所述电池管理系统的能量消耗引起的第二SOC减小速率来计算所述放电阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
通过所述第一SOC减小速率和所述第二SOC减小速率之和与所述停止时段、所述误差校正值的乘积来计算所述放电阈值。
8.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在与预定的放电阈值进行比较之前，
比较所述停止时段和临界时段，
其中，当根据比较结果所述停止时段等于或大于所述临界时段时，考虑与预定的放电阈值的比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述临界时段是用于计算第一SOC和所述第二SOC之间的差值的最小时段。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，
低电压电芯的检测包括：当所述第一SOC和所述第二SOC之间的差值等于或大于所述放电阈值时，确定存在低电压，并检测相应的电池电芯为所述低电压电芯。
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