CN116648627A - 电池控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开的电池控制系统包括第一电池模块群组、第二电池模块群组、被配置为将第二电池模块群组的端部连接到第一接触器或断开第二电池模块群组的端部的第一开关、被配置为将第一电池模块群组的端部连接到第二电池模块群组的端部或第二接触器的第二开关、以及连接到第一开关和第二开关的电池管理系统(BMS)，其中BMS被配置为：检测用于电池结构转换的事件；基于所检测的事件控制第一开关和第二开关，以将第一电池模块群组和第二电池模块群组串联或并联连接；以及基于第一电池模块群组和第二电池模块群组是串联连接还是并联连接，调整用于电池诊断的阈值。

Description

电池控制系统和方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年9月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0129267的优先权和利益，通过引用将其全部内容合并于此。
技术领域
本文公开的实施例涉及电池控制系统和方法。
背景技术
近来，积极执行了二次电池的研发。在此，作为可充电/可放电电池的二次电池可以包括所有的常规镍(Ni)/镉(Cd)电池、镍/金属氢化物(MH)电池等以及新近的锂离子电池。在二次电池当中，锂离子电池与常规Ni/Cd电池、Ni/MH电池等相比具有高得多的能量密度。此外，可以将锂离子电池制造得小而轻，使得锂离子电池已被用作移动装置的电源。此外，随着其使用范围扩展到电动车辆的电源，锂离子电池作为下一代储能介质而引起关注。二次电池通常作为包括其中多个电池单体彼此串联和/或并联连接的电池模块的电池组使用。电池组可以通过电池管理系统在其状态和操作方面进行管理和控制。
发明内容
[技术问题]
包括在电池组中的多个电池模块(或电池单体)被串联或并联配置。并联配置由于较大的电池容量已长时间可用，但是具有较低功率，而串联配置与并联配置相比虽然具有更高的功率，但是具有更短的持续时间。
本文公开的实施例的技术问题并不限于上述技术问题，根据以下描述，本领域技术人员将清楚地理解其他未提及的技术问题。
[技术方案]
本文公开的电池控制系统包括第一电池模块群组、第二电池模块群组、被配置为将第二电池模块群组的端部连接到第一接触器或断开第二电池模块群组的端部的第一开关、被配置为将第一电池模块群组的端部连接到第二电池模块群组的端部或第二接触器的第二开关、以及连接到第一开关和第二开关的电池管理系统(BMS)，其中BMS被配置为：检测电池结构转换的事件；基于所检测的事件控制第一开关和第二开关，以将第一电池模块群组和第二电池模块群组串联或并联连接；以及基于第一电池模块群组和第二电池模块群组是串联连接还是并联连接，调整用于电池诊断的阈值。
本文公开的电池控制系统的操作方法包括：检测电池结构转换的事件；基于所检测的事件控制第一开关和第二开关，以将第一电池模块群组和第二电池模块群组串联或并联连接；以及基于第一电池模块群组和第二电池模块群组是串联连接还是并联连接，调整用于电池诊断的阈值，其中，第一开关被配置为将第二电池模块群组的端部连接到第一接触器或断开第二电池模块群组的端部，第二开关被配置为将第一电池模块群组的端部连接到第二电池模块群组的端部或第二接触器。
[有益效果]
根据本文公开的实施例的电池控制系统可以通过根据情况自由使用并联和串联结构来最大化电池组的并联和串联结构的优点。
根据本文公开的实施例的电池控制系统可以在电池组的并联和串联结构改变的情况下稳定地执行电池诊断。
附图说明
图1是根据各种实施例的包括电池管理设备的通用电池组的方框图。
图2是示出根据各种实施例的电池控制系统的配置的方框图。
图3是示出根据各种实施例的电池控制系统的串联结构的方框图。
图4是示出根据各种实施例的电池控制系统的并联结构的方框图。
图5是根据各种实施例的用于控制电池结构和阈值的操作流程图。
图6是根据各种实施例的用于控制电池结构和阈值的操作流程图。
图7是示出根据各种实施例的执行电池管理方法的计算系统的方框图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本文公开的各种实施例。在本文档中，相同的附图标记将用于附图中的相同组件，并且相同的组件将不再重复描述。
对于本文公开的各种实施例，仅出于描述实施例的目的来例示具体结构或功能描述，并且本文公开的各种实施例可以通过各种形式来实现，且不应解释为限于本文所述的实施例。
如在各种实施例中使用的，术语“第1”、“第2”、“第一”、“第二”等可以修饰各种组件而不管重要性如何，并且不限制这些组件。例如，在不偏离本文公开的实施例的正确范围的情况下，可以将第一组件称为第二组件，并且类似地，可以将第二组件称为第一组件。
本文档中使用的术语仅用于描述本公开的特定示例性实施例，并且无意限制本公开的其他示例性实施方式的范围。应当理解，除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数引用。
本文使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与本文公开的实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。应当进一步理解，术语——诸如在常用词典中定义的术语——应当解释为具有与其在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且除非在此明确定义，否则不会解释为理想化或过于正式的含义。在一些情况下，本文定义的术语可以解释为排除本文公开的实施例。
图1是根据各种实施例的包括电池管理设备的通用电池组的方框图。
更具体而言，图1示意性地示出根据本文公开的实施例的电池控制系统1，该电池控制系统1包括电池组10和包括在上级系统中的上级控制器20。
如图1所示，电池组10可以包括多个电池模块12、传感器14、开关单元16和电池管理系统(BMS)100。电池组10可以包括以复数形式设置的电池模块12、传感器14、开关单元16以及BMS 100。
多个电池模块12可以包括至少一个可充电/可放电电池单体。在这种情况下，多个电池模块12可以串联或并联连接。
传感器14可以检测在电池组10中流动的电流。在这种情况下，可以将所检测的信号传输给BMS 100。
开关单元16可以串联连接到电池模块12的(+)端子侧或(-)端子侧，以控制电池模块12的充电/放电电流流动。例如，根据电池组10的规格，开关单元16可以使用至少一个继电器、磁性接触器等。
BMS 100可以监测电池组10的电压、电流、温度等以执行控制和管理，来防止过充电和过放电等，并且例如可以包括架BMS(RBMS)。
作为用于接收上述各种参数值的测量值的接口的BMS 100可以包括多个端子和与其连接以处理输入值的电路等。BMS 100可以控制开关单元16——例如继电器、接触器等——的接通/断开，并且可以连接到电池模块12，以监测每个电池模块12的状态。
上级控制器20可以向BMS 100传输用于控制电池模块12的控制信号。因此，可以基于从上级控制器20施加的信号在其操作方面控制BMS 100。此外，电池模块12可以是包括在储能系统(ESS)中的组件。在这种情况下，上级控制器20可以是包括多个电池组10的电池库的控制器(库BMS(BBMS))，或用于控制包括多个库的整个ESS的ESS控制器。然而，电池组10并不限于此目的。
图2至图4是示出根据各种实施例的电池控制系统的配置的方框图。
参考图2，电池控制系统1(或电池组10)可以包括多个电池模块(电池模块1至6)、被配置为转换与多个电池模块中的一些连接的电池结构的第一开关210和第二开关220、连接到多个电池模块的第一接触器230和第二接触器240、以及连接到每个组件的BMS 100。根据实施例，电池控制系统1还可以包括第一接触器230与多个电池模块之间的电流传感器250，以测量电流。
多个电池模块可以被分类为两个以上的群组。例如，多个电池模块可以被分类为包括电池模块1至3的第一电池模块群组201和包括电池模块4至6的第二电池模块群组202，但是每个电池模块群组中包括的电池模块的数量和电池模块群组的数量并不限于图2所示的示例。以下描述假定其中每个电池模块包括具有相同性能的相同数量的电池单体的实施例，但是单体的性能和数量不一定一致。
第一接触器230和第二接触器240可以分别是正接触器和负接触器。例如，当包括电池控制系统1的设备(例如，车辆、建筑机械等)接通/断开时，第一接触器230和第二接触器240可以一起被接通/断开。第一接触器230可以连接到第一电池模块群组201(例如电池模块1)，并且第二接触器240可以连接到第二电池模块群组202(例如电池模块6)。
第一开关210的第一端部可以连接到第一接触器230，并且第一开关210的第二端部可以连接到第二电池模块群组202(例如电池模块4)(例如路径A)。替代性地，第一开关210的第二端部可以在BMS 100的控制下进入与第二电池模块群组202的断开状态。
在BMS 100的控制下，第二开关220的第一端部可以连接到第一电池模块群组201(例如电池模块3)，并且其第二端部可以连接到第二电池模块群组202(例如电池模块4)(例如路径B1)或第二接触器240(例如路径B2)。
BMS 100可以连接到电池控制系统1的每个组件，以执行电池控制系统1的整体操作。虽然图2至图4示出BMS 100通过开关210和220连接的结构，但是BMS 100可以进一步连接到测量装置(例如电流传感器250)或多个电池模块。
BMS 100可以控制第一开关210和第二开关220，以串联或并联连接第一电池模块群组201和第二电池模块群组202。例如，对于串联电池结构，如图3所示，BMS 100可以控制第一开关210处于与第二电池模块群组202的断开状态，并且第二开关220连接到第二电池群组202。在另一个示例中，对于并联电池结构，如图4所示，BMS 100可以控制第一开关210连接到第二电池模块群组202，并且第二开关220连接到第二接触器240。
在实施例中，BMS 100可以基于电池结构转换事件的检测，将电池结构确定为串联结构或并联结构。例如，当电池容量小于指定阈值容量时，BMS 100可以将电池结构确定为并联结构，以增加电池持续时间。在另一个示例中，BMS 100可以基于电池控制系统1的位置(或车辆的位置)来确定电池结构。例如，当车辆位于市区时，BMS 100可以将电池结构确定为并联结构，以保持电池性能。另一方面，当电池容量大于或等于阈值容量或者车辆并非位于市区(例如位于高速公路上)时，BMS 100可以将电池结构确定为串联结构。
在实施例中，BMS 100可以基于电池结构调整用于电池诊断的阈值。例如，假设每个电池模块的电压是n(在此，n是整数)，当电池结构如图3所示为串联时，电池组的最大总电压Vtotal等于第一电池模块群组201的最大总电压V1和第二电池模块群组202的最大总电压V2之和6n，使得BMS 100可以将用于诊断过电压的阈值确定为等于或大于6n的值。如图4所示，当电池结构如图4所示为并联时，电池组的最大总电压Vtotal等于作为第一电池模块群组201的最大总电压V1(或者第二电池模块群组202的最大总电压V2)的3n，使得BMS 100可以将用于诊断过电压的阈值确定为等于或大于3n的值。当不管电池结构如何电流都为恒定时，电池功率随着电池电压的降低而降低(PV＝V1，其中P是功率，V是电压，I是电流)，使得根据实施例的BMS 100可以基于与用于过电压检测的阈值相同的原理，根据电池结构来改变用于过功率测量的阈值。在检测到电池组10中的电池组过载(例如，过电压或过功率)时，BMS 100可以将电池状态确定为故障，并停止电池操作(或车辆操作)或输出通知。BMS 100可以基于与以电池组为单位的电池诊断相同的原理，根据电池结构来改变用于电池单体诊断的阈值。BMS 100可以通过将相同的原理应用于欠电流或过电流的电池组来改变阈值。
图5是根据各种实施例的用于控制电池结构和阈值的操作流程图。操作流程图所示的操作可以由电池控制系统1或其组件(例如BMS 100)实现。
参考图5，在操作510中，电池控制系统1可以检测用于电池结构转换的事件。根据实施例，电池控制系统1可以确定电池组10的结构是串联还是并联。
在操作520中，电池控制系统1可基于所检测的事件控制第一开关210和第二开关220，以将第一电池模块群组201和第二电池模块群组202串联或并联连接。
在操作530中，电池控制系统1可以基于电池的串联或并联结构来调整用于电池诊断的阈值。
图6是根据各种实施例的用于控制电池结构和阈值的操作流程图。
参考图6，在操作610中，电池控制系统1可以识别电池容量或电池控制系统的位置中的至少一个。
在操作620中，电池控制系统1可以基于所识别的值来确定是串联还是并联连接电池模块群组(第一电池模块群组和第二电池模块群组)。
当电池结构为串联时，电池控制系统1可以在操作630中控制第一开关210，使得第二电池模块群组202的端部处于与第一接触器340的断开状态，并且在操作640中控制第二开关220，使得第一电池模块群组201的端部连接到第二电池组件群组202的端部，在操作650中，电池控制系统1可以将用于电池诊断的阈值确定为第一阈值。
当电池结构为并联时，电池控制系统1可以在操作660中控制第一开关210，使得第二电池模块群组202的端部连接到第一接触器340，并且在操作670中控制第二开关220，使得第一电池模块群组201的端部连接到第二接触器340。在操作680中，电池控制系统1可以将用于电池诊断的阈值确定为第二阈值。在此，可以根据第一电池模块群组201与第二电池模块群组202的比率来确定第二阈值。例如，当包括在第一电池模块群组201中的电池模块的数量与包括在第二电池模块群组202中的电池模块的数量相同时，电池控制系统1可以将第二阈值确定为第一阈值的一半(或一半+a，其中a是裕度值)。
图7是示出根据各种实施例的执行电池管理方法的计算系统的方框图。
参考图7，根据本文公开的实施例的计算系统30可以包括微控制器单元(MCU)32、存储器34、输入/输出接口(I/F)36和通信I/F 38。
MCU 32可以是执行存储在存储器34中的各种程序(例如，特征计算程序、类别分类和寿命估计程序等)，通过这些程序处理包括电池单体的电压、电流等的各种数据，并执行图2所示的电池管理装置的上述功能的处理器。
存储器34可以存储关于电池单体的特征计算、类别分类和寿命估计的各种程序。此外，存储器34可以存储每个电池单体的各种数据，诸如电压、电流、特征数据等。
根据需要，可以以复数形式设置存储器34。存储器34可以是易失性存储器或非易失性存储器。对于作为易失性存储器的存储器34，可以使用随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)等。对于作为非易失性存储器的存储器34，可以使用只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可更改ROM(EAROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、闪存等。存储器34的上述示例仅仅是示例，并且不限于此。
输入/输出接口(I/F)36可以通过将诸如键盘、鼠标、触摸板等的输入设备(未示出)和诸如显示器(未示出)等的输出设备连接到MCU 32来提供用于传输和接收数据的接口。
通信I/F 340是能够将各种数据传输到服务器和从服务器接收各种数据的组件，可以是能够支持有线或无线通信的各种设备。例如，可以通过通信I/F 38将用于电池单体的特征计算、类别分类和寿命估计的程序或各种数据等传输到单独设置的外部服务器和从单独设置的外部服务器接收用于电池单体的特征计算、类别分类和寿命估计的程序或各种数据等。
因此，根据本文公开的实施例的计算机程序可以记录在存储器34中并且由MCU 32处理，从而实现为执行图1或图2所示功能的模块。
虽然在上文中将构成本文公开的实施例的所有组件描述为组合为一体或者组合操作，但是本文公开的实施例不一定限于这些实施例。也就是说，在本文公开的实施例的目标范围内，所有组件可以通过选择性地组合为一个或多个来操作。
此外，上述诸如“包括”、“构成”或“具有”的术语可以意味着，除非另有说明，否则对应的组件可以是固有的，并且因此应当解释为进一步包括其他组件，而非排除其他组件。除非另有定义，否则包括技术或科学术语的所有术语具有与本文公开的实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。通常如词典中定义的术语使用的术语应当解释为具有与相关技术的上下文含义相同的含义，并且除非在本文中明确定义，否则不应解释为具有理想或过于正式的含义。
以上描述仅说明本公开的技术思想，在不偏离本公开实施例的本质特征的情况下，本文公开的实施例所属领域的普通技术人员可以进行各种修改和变化。因此，本文公开的实施例旨在描述而非限制本文公开的实施例的技术精神，并且本公开的技术精神的范围不受本文公开的这些实施例的限制。本文公开的技术精神的保护范围应当由以下权利要求来解释，并且相同范围内的所有技术精神应当理解为包括在本文范围内。

Claims (12)

1.一种电池控制系统，包括：
第一电池模块群组；
第二电池模块群组；
第一开关，所述第一开关被配置为将所述第二电池模块群组的端部连接到第一接触器或断开所述第二电池模块群组的端部；
第二开关，所述第二开关被配置为将所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二电池模块群组的端部或第二接触器；以及
电池管理系统(BMS)，所述BMS连接到所述第一开关和所述第二开关，
其中，所述BMS被配置为：
检测电池结构转换的事件；
基于所检测的事件控制所述第一开关和所述第二开关，以将所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组串联或并联连接；以及
基于所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组是串联连接还是并联连接，调整用于电池诊断的阈值。
2.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，所述BMS被进一步配置为：
当所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组串联连接时，将用于电池诊断的所述阈值确定为第一阈值；以及
当所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组并联连接时，将用于电池诊断的所述阈值确定为第二阈值，所述第二阈值为所述第一阈值的一半。
3.根据权利要求2所述的电池控制系统，其中，用于电池诊断的所述阈值包括用于确定过电压或过功率的值。
4.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，为了将所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组串联连接，所述BMS进一步被配置为：
控制所述第一开关，使得所述第二电池模块群组的端部与所述第一接触器处于断开状态；以及
控制所述第二开关，以将所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二电池模块群组的端部。
5.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，为了将所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组并联连接，所述BMS进一步被配置为：
控制所述第一开关，以将所述第二电池模块群组的端部连接到所述第一接触器；以及
控制所述第二开关，以将所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二接触器。
6.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，所述BMS进一步被配置为：基于电池容量或所述电池控制系统的位置中的至少一个，确定所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组被串联连接还是并联连接。
7.一种电池控制系统的操作方法，所述操作方法包括：
检测电池结构转换的事件；
基于所检测的事件控制第一开关和第二开关，以将第一电池模块群组和第二电池模块群组串联或并联连接；以及
基于所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组是串联连接还是并联连接，调整用于电池诊断的阈值，
其中，所述第一开关被配置为将所述第二电池模块群组的端部连接到第一接触器或断开所述第二电池模块群组的端部，以及
所述第二开关被配置为将所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二电池模块群组的端部或第二接触器。
8.根据权利要求7所述的操作方法，其中，调整用于电池诊断的所述阈值包括：
当所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组串联连接时，将用于电池诊断的所述阈值确定为第一阈值；以及
当所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组并联连接时，将用于电池诊断的所述阈值确定为第二阈值，所述第二阈值为所述第一阈值的一半。
9.根据权利要求8所述的操作方法，其中，用于电池诊断的所述阈值包括用于确定过电压或过功率的值。
10.根据权利要求7所述的操作方法，其中，控制所述第一开关和所述第二开关包括：为了将所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组串联连接，控制所述第一开关，使得所述第二电池模块群组的端部与所述第一接触器处于断开状态，以及控制所述第二开关，使得所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二电池模块群组的端部。
11.根据权利要求7所述的操作方法，其中，控制所述第一开关和所述第二开关包括：为了将所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组并联连接，控制所述第一开关，以将所述第二电池模块群组的端部连接到所述第一接触器，以及控制所述第二开关，以将所述第一电池模块群组的端部连接到所述第二接触器。
12.根据权利要求7所述的操作方法，其中，检测电池结构转换的事件包括：基于电池容量或所述电池控制系统的位置中的至少一个，确定所述第一电池模块群组和所述第二电池模块群组被串联连接还是并联连接。
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