CN114981121A - 熔接防止方法及应用该熔接防止方法的电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种电池系统，其包括：电池，其包括多个电池单元；第一主继电器，其连接在电池的一极与第一输出端子之间；预充电继电器，其与第一主继电器并联连接；第二主继电器，其连接在电池的另一极与第二输出端子之间；以及电池管理系统，其控制电池的充电和放电，并控制第一主继电器、预充电继电器和第二主继电器，其中，第一主继电器、预充电继电器、第二主继电器和电池管理系统从外部铅酸电池接收电源电压，并且电池管理系统在电源电压等于或小于预定的参考电压时断开第一主继电器、预充电继电器和第二主继电器，在电源电压等于或大于参考电压时闭合预充电继电器和第二主继电器以进行预充电，并在预充电完成之后闭合第一主继电器。

Description

熔接防止方法及应用该熔接防止方法的电池系统
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月19日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0074977的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种熔接防止方法及应用熔接防止方法的电池系统。
背景技术
当在低温下启动时，铅酸电池的电压瞬间显著下降超过正常情况。在这种情况下，供应给电池管理系统(BMS)板的电压处于BMS板可以操作的电压电平，但是供应给继电器的电压可能达不到继电器可以操作的电压电平。然后，可能发生继电器断开的现象。由于BMS板可以操作，所以BMS板试图闭合继电器。在这种情况下，当低温启动完成且铅酸电池的电压恢复正常时，主继电器闭合而不会预充电，并且主继电器可能熔接。
发明内容
技术问题
提供了一种用于防止继电器的熔接的方法和应用该方法的电池系统。
技术方案
根据本发明的电池系统包括：电池，该电池包括多个电池单元；第一主继电器，该第一主继电器连接在电池的一个电极与第一输出端子之间；预充电继电器，该预充电继电器并联连接到第一主继电器；第二主继电器，该第二主继电器连接在电池的另一电极与第二输出端子之间；以及电池管理系统，该电池管理系统控制电池的充电和放电，并且控制第一主继电器、预充电继电器和第二主继电器，其中，第一主继电器、预充电继电器、第二主继电器和电池管理系统从外部铅酸电池接收电源电压，当电源电压是预定的参考电压或更低时，电池管理系统断开第一主继电器、预充电继电器和第二主继电器，当电源电压是参考电压或更高时，闭合预充电继电器和第二主继电器以执行预充电，并且在预充电完成之后闭合第一主继电器。
当电源电压是参考电压或更小时，电池管理系统可以断开第一主继电器、预充电继电器和第二主继电器，并且然后供应闭合预充电继电器和第二主继电器的控制电压，并且当电源电压是参考电压或更大时，预充电继电器和第二主继电器闭合。
电池管理系统可以在预充电完成后闭合第一主继电器之后，断开预充电继电器。
电池系统还可以包括：比较器，该比较器检测电源电压是否低于参考电压；以及SR锁存器，该SR锁存器包括输入比较器的输出的比较信号的置位端子、输入重置信号的重置端子以及输出根据比较信号和重置信号而确定的检测信号的输出端子。
当检测信号通过比较信号变为与逻辑1相对应的电平时，电池管理系统可以检测到电源电压小于或等于参考电压。
在预充电完成之后，电池管理系统可以将重置信号变为与逻辑1相对应的电平。
电池管理系统可以通过与逻辑1相对应的电平的重置信号来确认检测信号变为与逻辑0相对应的电平，并且然后将重置信号变为与逻辑0相对应的电平。
一种根据本发明的应用于电池系统的熔接防止方法，该电池系统包括用于为电池提供电流路径的电池、第一主继电器、第二主继电器、预充电继电器以及SR锁存器，该熔接防止方法包括：通过使用作为SR锁存器的输出的检测信号来确定电源电压是否小于或等于预定的参考电压；根据确定结果，当电源电压小于或等于参考电压时，断开第一主继电器和第二主继电器以及预充电继电器；在断开之后，当电源电压高于参考电压时，闭合预充电继电器和第二主继电器以执行预充电；在预充电完成之后闭合第一主继电器；以及在闭合第一主继电器之后断开预充电继电器，其中，电源电压是供应给第一主继电器和第二主继电器以及预充电继电器的电压，并且预充电继电器与第一主继电器并联连接。
电池系统的熔接防止方法还可以包括以下步骤：在断开预充电继电器之后，将与逻辑1相对应的电平的重置信号供应给SR锁存器的重置端子以重置检测信号。
电池系统的熔接防止方法还可以包括以下步骤：确定检测信号是否重置；以及将用于重置检测信号的重置信号变为与逻辑0相对应的电平。
参考电压可以被设置为用于检测电源电压处于能够驱动电池管理系统的电平的电平，并且是足够低以操作第一主继电器、第二主继电器和预充电继电器的电平。
有利效果
提供了能够防止继电器的熔接的方法及应用该方法的电池系统。
附图说明
图1是示出根据实施方式的电池系统的图。
图2是示出根据实施方式的熔接防止方法的流程图。
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，相同或相似的组件将由相同或相似的附图标记表示，并且将省略其重叠描述。用于以下描述中使用的组件的术语“模块”和“单元”仅用于容易地进行说明。因此，这些术语本身不具有将它们彼此区分的含义或作用。此外，在描述本说明书的实施方式时，当确定与本发明相关联的公知技术的详细描述可能模糊本发明的主旨时，将对其进行省略。另外，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。
包括诸如第一、第二等之类的序数的术语将仅用于描述各种组件，并且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”到另一组件时，该组件可以直接连接或联接到另一组件，或者在其他组件介于其间的情况下连接或联接到另一组件。另一方面，应当理解，当一个组件被称为“直接连接或联接”到另一组件时，该组件可以在没有其他组件介于其间的情况下连接或联接到另一组件。
将进一步理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定所述特征、数字、步骤、操作、组件、部分或其组合的存在，但不排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、部分或其组合的存在或添加。
图1是示出根据实施方式的电池系统的图。
图1的电池系统1可以是安装在车辆上并且向用于驱动车辆的电负载3(例如，马达)供电的电源。另外，充电器连接到输出端子(P+、P-)而不是电负载3，并且电池系统1可以通过从充电器供应的电力进行充电。
电池系统1可以包括电池10、电池管理系统(BMS)20、第一主继电器30、第二主继电器40、预充电继电器50、预充电电阻器60、电流传感器70、链路电容器80、熔断器90和熔接防止单元100。
铅酸电池2向板4、第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50供应电源电压VS。铅酸电池2可以向车辆的电负载供应电源电压VS。在板4上，BMS 20和熔接防止单元100等可以被定位。附加组件可进一步定位在图1中所示的板4上。
如图1所示，电池10包括串联连接的多个电池单元11至15。在图1中，作为示例，电池10被例示为包括五个电池单元11至15，但是本发明不限于此。
熔断器90连接在电池10的正极与输出端子(P+)之间，并且可以在温度由于过量电流而达到阈值时断开连接。
电流传感器70可以感测流经电池10的电流(在下文中称为电池电流)，并且电流传感器70可以向BMS 20发送指示所感测的电流的信号。
BMS 20连接到多个电池单元11至15以测量多个电池单元11至15的单元电压，接收电池10的电池电流、温度的信息等，基于多个电池单元11至15的单元电压、电池电流、温度等来控制电池10的充电和放电电流，并且可以控制多个电池单元11至15的单元平衡操作。BMS 20的操作所需的电源电压VS可以从铅酸电池2供应。
BMS 20可以基于从熔接防止单元100输入的检测信号QS来控制第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50的操作。例如，当从熔接防止单元100接收到指示电源电压VS降低到预定参考电压VR以下的检测信号QS时，在所有继电器30至50断开之后，预充电继电器50和第二主继电器40闭合，从而允许预充电操作进行预定时间段。随后，BMS 20闭合第一主继电器30并且断开预充电继电器50。之后，BMS 20可以重置熔接防止单元100，以重置检测信号QS。
第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50形成电流路径，使得用于电池10的充电电流或放电电流可以流动。预充电继电器50并联连接到第一主继电器30。
第一主继电器30包括开关31、电感器32和控制开关33。开关31的一个端子连接到电池10的正极，开关31的另一端子连接到输出端子(P+)，并且开关31可以在电流在电感器32中流动时闭合，且如果电流不流经电感器32，则可以断开。电感器32的一个端子接地，并且电感器32的另一端子连接到控制开关33的一个端子。电源电压VS被供应给控制开关33的另一端子，并且控制开关33由从BMS 20供应的控制电压VG1切换。例如，当控制电压VG1处于导通电平时，控制开关33导通，并且当控制电压VG1处于截止电平时，控制开关33截止。
第二主继电器40包括开关41、电感器42和控制开关43。开关41的一个端子连接到电池10的负极，开关41的另一端子连接到输出端子(P-)，并且开关41可以在电流流动到电感器42时闭合，且在电流不在电感器42中流动时断开。电感器42的一个端子接地，并且电感器42的另一端子连接到控制开关43的一个端子。电源电压VS被供应给控制开关43的另一端子，并且控制开关43由从BMS 20供应的控制电压VG2切换。例如，当控制电压VG2处于导通电平时，控制开关43导通，并且当控制电压VG2处于截止电平时，控制开关43截止。
预充电继电器50与预充电电阻器60一起并联连接到第一主继电器30，并且包括开关51、电感器52和控制开关53。开关51的一个端子连接到电池10的正极，开关51的另一端子连接到预充电电阻器60的一个端子，并且开关51可以在电流在电感器52中流动时闭合，并且如果电流不在电感器52中流动，则可以断开。电感器52的一个端子接地，并且电感器52的另一端子连接到控制开关53的一个端子。电源电压VS被供应给控制开关53的另一端子，并且控制开关53由从BMS 20供应的控制电压VG3切换。例如，当控制电压VG3处于导通电平时，控制开关53导通，并且当控制电压VG3处于截止电平时，控制开关53截止。
预充电电阻器60的另一端子连接到输出端子(P+)。链路电容器80连接在输出端子(P+)与输出端子(P-)之间，从而对从电池10供应给电负载3的输出电压的噪声分量进行过滤，或者减少输出电压的快速变化。
熔接防止单元100包括比较器101和SR锁存器102。
如果输入端子(+)的电压高于输入端子(-)的电压，则比较器101可以输出指示逻辑“1”的高电平的比较信号CM，并且如果输入端子(+)的电压低于输入端子(-)的电压，则输出指示逻辑“0”的低电平的比较信号CM。电源电压VS可以被输入到比较器101的输入端子(-)，并且参考电压VR可以被输入到比较器101的输入端子(+)。电源电压VS处于可以驱动BMS 20的电平，但是参考电压VR可以被设置为检测到其足够低以操作第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50的电平。例如，配备有电池系统1的车辆的电源电压在正常启动时是13V，并且在低温启动时，进入板4的电源电压VS可以在几十毫秒(ms)内下降到5.5V，并且然后上升到13V。此时，5.5V是可以操作BMS 20的电压电平，但是作为第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50的操作电压是不够的。因此，参考电压VR可以被设置为5.5V。
SR锁存器102基于输入到置位端子S的信号来确定输出端子Q的检测信号QS，并且基于输入到重置端子R的信号来重置输出端子Q的检测信号QS。例如，当置位端子S的输入信号处于与逻辑“1”相对应的高电平时，检测信号QS变为高电平，当重置端子R的输入信号为与逻辑“1”相对应的高电平时，检测信号QS变为低电平。当置位端子S和重置端子R的输入处于与逻辑“0”相对应的低电平时，保持检测信号QS。如果比较器101的输出的比较信号CM处于高电平，则SR锁存器102生成高电平的检测信号QS，并且如果重置端子R的输入处于高电平，则检测信号QS可以被设置为低电平。
在下文中，参照图2描述根据实施方式的熔接防止方法。
图2是示出根据实施方式的熔接防止方法的流程图。
首先，BMS 20确定检测信号QS是否处于指示逻辑“1”的高电平(S1)。当检测信号QS处于指示逻辑“0”而不是“1”的低电平时，连续重复步骤(S1)。检测信号QS指示逻辑1意味着电源电压VS小于或等于参考电压VR。
当检测信号QS为“1”作为步骤(S1)的确定结果时，BMS 20断开所有继电器(S2)。也就是说，不管先前状态如何，第一主继电器30、第二主继电器40和预充电继电器50全部断开。
接下来，BMS 20向预充电继电器50和第二主继电器40输出用于闭合预充电继电器50和第二主继电器40的导通电平的控制电压VG2和控制电压VG3。如果电源电压VS处于高于参考电压VR的正常状态，则根据接通电平的控制电压VG2和VG3来闭合预充电继电器50和第二主继电器40(S3)。然后，通过流经电池10、预充电继电器50、预充电电阻器60和第二主继电器40的电流来执行预充电。链路电容器80由预充电电流进行充电。
如果电源电压VS小于参考电压VR，则预充电继电器50和第二主继电器40不闭合，因为尽管控制电压VG2和VG3为接通电平，但是电源电压VS也为低。此后，当电源电压VS超过参考电压VR时，预充电继电器50和第二主继电器40闭合。
当链路电压(其是链路电容器80的两个端子两端的电压)与通过预充电的电池10的两个端子两端的电压相比达到预定比率时，可以确定预充电完成。BMS 20检测链路电压以确定预充电是否完成(S4)。预定比值可以设置在95％至97％的范围内。作为步骤S4的确定的结果，如果链路电压与电池10的两个端子两端的电压相比未达到预定比值，则预充电继续并且连续地重复步骤(S4)。
作为步骤(S4)的结果，如果预充电完成，则BMS 20闭合第一主继电器30并且断开预充电继电器50(S5)。在第一主继电器30的闭合定时与预充电继电器50的断开定时之间可以存在预定时间延迟。
随后，BMS 20生成具有与逻辑“1”相对应的高电平的重置信号RS(S6)。然后，高电平被输入到SR锁存器102的重置端子R，并且检测信号QS可以变为与逻辑“0”相对应的低电平。也就是说，检测信号QS被重置到初始状态。
BMS 20确定检测信号QS是否为“0”(S7)。如果作为步骤(S7)的确定结果检测信号QS不是0，则BMS 20将重置信号RS保持为1。
作为步骤S7的确定结果，如果检测信号QS为0，则BMS 20生成具有与逻辑“0”相对应的低电平的重置信号RS(S8)。
常规技术使用电容器来防止铅酸电池的瞬时电压降。然而，常规技术没有考虑铅酸电池在数十毫秒内发生电压降的情况。为了防止几十毫秒的电压降，需要多个电容器，这可能会增加板尺寸。另外，通过利用常规软件检测铅酸电池的电压降来停止继电器操作的方法在操作速度方面存在问题。换句话说，由于执行软件所需的时间问题，可能无法检测到电压降。
本发明的实施方式可以通过使用硬件来检测铅酸电池的电压降。根据本发明的实施方式的电池系统可以通过使用对铅酸电池的电压进行比较的比较器以及根据比较器的输出进行操作的SR锁存器来检测铅酸电池的电压降的发生。由于通过硬件检测到电压降，因此可以检测出根据软件操作速度可能错失的瞬时电压降，并防止继电器的熔接。
虽然已经结合目前被认为是实际实施方式的内容描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。与此相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同的布置。

Claims (12)

1.一种电池系统，所述电池系统包括：
电池，所述电池包括多个电池单元；
第一主继电器，所述第一主继电器连接在所述电池的一个电极与第一输出端子之间；
预充电继电器，所述预充电继电器并联连接到所述第一主继电器；
第二主继电器，所述第二主继电器连接在所述电池的另一电极与第二输出端子之间；以及
电池管理系统，所述电池管理系统控制所述电池的充电和放电，并且控制所述第一主继电器、所述预充电继电器和所述第二主继电器，
其中，所述第一主继电器、所述预充电继电器、所述第二主继电器和所述电池管理系统从外部铅酸电池接收电源电压，并且
所述电池管理系统：在所述电源电压是预定的参考电压或更低时断开所述第一主继电器、所述预充电继电器和所述第二主继电器，在所述电源电压是所述参考电压或更高时闭合所述预充电继电器和所述第二主继电器以执行预充电，并且在所述预充电完成之后闭合所述第一主继电器。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统在所述电源电压是所述参考电压或更小时断开所述第一主继电器、所述预充电继电器和所述第二主继电器，并且然后供应闭合所述预充电继电器和所述第二主继电器的控制电压，并且当所述电源电压是所述参考电压或更高时，所述预充电继电器和所述第二主继电器闭合。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统在所述预充电完成后闭合所述第一主继电器之后，断开所述预充电继电器。
4.根据权利要求1所述的电池系统，所述电池系统还包括：
比较器，所述比较器用于检测所述电源电压是否低于所述参考电压；以及
SR锁存器，所述SR锁存器包括输入所述比较器的输出的比较信号的置位端子、输入重置信号的重置端子、以及输出根据所述比较信号和所述重置信号而确定的检测信号的输出端子。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
当所述检测信号通过所述比较信号变为与逻辑1相对应的电平时，所述电池管理系统检测到所述电源电压小于或等于所述参考电压。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统在所述预充电完成之后，将所述重置信号变为与逻辑1相对应的电平。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统通过与逻辑1相对应的电平的所述重置信号来确认所述检测信号变为与逻辑0相对应的电平，并且然后将所述重置信号变为与逻辑0相对应的电平。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
所述参考电压被设置为用于检测所述电源电压处于能够驱动所述电池管理系统的电平的电平，并且是足够低以操作所述第一主继电器、所述第二主继电器和所述预充电继电器的电平。
9.一种应用于电池系统的熔接防止方法，所述电池系统包括用于为所述电池提供电流路径的电池、第一主继电器、第二主继电器、预充电继电器和SR锁存器，所述熔接防止方法包括以下步骤：
通过使用作为SR锁存器的输出的检测信号来确定电源电压是否小于或等于预定的参考电压；
根据确定结果，当所述电源电压小于或等于所述参考电压时，断开所述第一主继电器和所述第二主继电器以及所述预充电继电器；
在所述断开之后，当所述电源电压高于所述参考电压时，闭合所述预充电继电器和所述第二主继电器以执行预充电；
在所述预充电完成之后闭合所述第一主继电器；以及
在闭合所述第一主继电器之后断开所述预充电继电器，
其中，所述电源电压是供应给所述第一主继电器和所述第二主继电器以及所述预充电继电器的电压，并且所述预充电继电器与所述第一主继电器并联连接。
10.根据权利要求9所述的熔接防止方法，所述熔接防止方法还包括以下步骤：
在断开所述预充电继电器之后，将与逻辑1相对应的电平的重置信号供应给所述SR锁存器的所述重置端子以重置所述检测信号。
11.根据权利要求10所述的熔接防止方法，所述熔接防止方法还包括以下步骤：
确定所述检测信号是否重置；以及
将用于重置所述检测信号的所述重置信号变为与逻辑0相对应的电平。
12.根据权利要求9所述的熔接防止方法，其中，
所述参考电压被设置为用于检测所述电源电压处于能够驱动电池管理系统的电平的电平，并且是足够低以操作所述第一主继电器、所述第二主继电器和所述预充电继电器的电平。
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