CN116848749A - 电力控制设备以及包括该电力控制设备的电池系统 - Google Patents

Abstract

一种电池系统可以包括：电池组，其包括串联连接的多个电池单体；电池管理系统，其测量多个电池单体中的每一个电池单体的电压，并且控制电池组的充电和放电；电力转换器，其使用电池组的正极电压来产生DC电压；电力供应单元，其使用正极电压来产生电源电压；调节器，其使用DC电压来向电池管理系统供应驱动电压；以及电力控制单元，当在电力转换器的欠压锁定状态下被连接到电力供应单元时，其使用电源电压来启用电力转换器。

Description

电力控制设备以及包括该电力控制设备的电池系统

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年9月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利公开No.10-2021-0120957的优先权和权益，该韩国专利公开的全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及一种电力控制单元以及一种包括该电力控制单元的电池系统。

背景技术

在从电池系统取得电力的电力单元系统中未提供用于使电池系统保持在唤醒状态下的任何12V电力供应的情况下，电池系统使用电压等于或低于100V的电池在内部产生12V的电力。此外，以这种方式产生的12V的电力可以被供应给外部系统以及给电力单元系统。

应该持续地供应12V的电力以便使电池系统保持在唤醒状态下，由此发生漏电流。这是由电池放电引起的，并且为了防止这一点，当从电池供应的电压等于或低于预定阈值电压时，用于供应12V的电力的转换器激活欠压锁定以中断消耗电流。

在欠压锁定被激活之后，充电器连接到电池以对电池充电。然而，由于未向电池管理系统供应12V的电力，所以电池管理系统不能唤醒。然后，用于连接充电器和电池的继电器未闭合，因此，电池充电变得不可能。为了防止这一点，需要用于在欠压锁定条件下向电池管理系统供应12V的电压的单独的唤醒电路。

此外，取决于电池系统，可能不会不断地而是仅在短时间(例如，100ms)内输入充电器信号。在这种情况下，应该可以仅用短时间充电器信号唤醒电池管理系统。

发明内容

技术问题

已经做出本发明以便提供一种电力控制单元以及一种包括该电力控制单元的电池系统，其优点是能够在电池被完全放电并且不能提供DC电源时使用于连接对电池充电的充电器与电池的继电器闭合。

技术方案

本发明的示例性实施例提供一种电池系统，电池系统包括：电池组，其包括串联连接的多个电池单体；电池管理系统，其测量多个电池单体中的每个的电压，并且控制电池组的充电和放电；电力转换器，电力转换器使用电池组的正极电压来产生DC电压；电力供应单元，其使用正极电压来产生电源电压；调节器，其使用DC电压来向电池管理系统供应驱动电压；以及电力控制单元，当电力控制单元在电力转换器的欠压锁定状态下被连接到电力供应单元时，其使用电源电压来启用电力转换器。

电池系统可以进一步包括：开关，其位于电力供应单元与电力控制单元之间，并且在充电器连接到电池系统时被接通。

电力控制单元可以包括：第一锁存器，第一锁存器与由电源电压产生的控制电压同步地输出电源电压，以及第一锁存器的输出可以被供应给电力转换器，并且电力转换器可以在欠压锁定状态下由电源电压启用。

电池管理系统可以在通过电池组的充电来使正极电压等于或高于预定的参考电压时重置第一锁存器，并且所重置的第一锁存器可以不输出电源电压。

电力控制单元可以包括：比较器，其将控制电压和预定的第一参考电压进行比较；以及第二锁存器，第二锁存器根据比较器的输出，使用电力转换器的DC电压来供应用于操作调节器的控制信号。

电力转换器可以在连接到电池组的正极的第一接触点上的电压等于或低于预定的阈值电压时转变为欠压锁定状态，并且在欠压锁定状态下由从电力控制单元供应的电源电压启用。

电力控制单元可以包括：第一锁存器，第一锁存器与由电源电压产生的控制电压同步地将电源电压输出到第一接触点。

电力控制单元可以进一步包括：第一电阻器，其一端连接到电力供应单元；第二电阻器，其连接在第一电阻器的另一端与接地之间；第三电阻器，其一端连接到第一电阻器的另一端；以及电容器，其连接在第三电阻器的另一端与接地之间。第三电阻器的另一端和电容器连接处的第二接触点上的电压可以是控制电压。

电力控制单元可以进一步包括：比较器，其将控制电压与预定的第一参考电压进行比较；以及第二锁存器，其根据比较器的输出，使用电力转换器的DC电压来供应用于操作调节器的控制信号。

本发明的另一示例性实施例提供一种启用处于欠压锁定状态的电力转换器的电力控制单元，并且电力控制单元包括：第一锁存器，第一锁存器与由电源电压产生的控制电压同步地输出电源电压；比较器，比较器将控制电压与预定的第一参考电压进行比较；以及第二锁存器，第二锁存器根据比较器的输出来输出电力转换器的DC电压，其中，电源电压由电力转换器的输入端子所连接的电池组的正极的电压产生，并且电力转换器由第一锁存器的输出启用。

电力控制单元可以进一步包括：第一电阻器，其一端被供应有电源电压；第二电阻器，其连接在第一电阻器的另一端与接地之间；第三电阻器，其一端连接到第一电阻器的另一端；以及电容器，其连接在第三电阻器的另一端与接地之间。第三电阻器的另一端和电容器连接处的接触点上的电压可以是控制电压。

有益效果

根据本发明的示例性实施例，可以提供一种电力控制单元以及一种包括该电力控制单元的电池系统，其能够激活电池管理系统，使得电池即使在归因于电池放电的欠压锁定条件下，也能够在不使用任何外部物理开关的情况下通过充电信号来提供DC电源。

即使在短时间内供应充电信号，根据本发明，电池系统也能够激活电池管理系统，使得可以提供DC电源。

附图说明

图1是示意性地图示根据示例性实施例的电池系统的绘图。

图2是图示根据示例性实施例的电力控制单元的配置的绘图。

具体实施方式

如本文所使用的，组成元件的后缀“模块”和/或后缀“单元”是仅考虑到准备本说明书的容易而互换地给出和使用的，并且后缀本身不具有彼此可区分的含义或作用。另外，说明书中描述的诸如“-者”、“-器”和“模块”的术语意指用于处理至少一个功能或操作的单元，并且能够通过硬件或软件来实现，或者通过硬件和软件的组合来实现。

此外，当描述本说明书中公开的示例性实施例时，如果确定其具体描述可能使本说明书中公开的示例性实施例的要点混淆，则将省略公开已知技术的详细描述。此外，附图被提供用于帮助容易地理解本说明书中公开的示例性实施例，并且本说明书中公开的技术精神不受附图限制，并且应领会，本发明包括本发明的精神和技术范围内包括的所有修改、等同事项和替代物。

包括诸如第一和第二的序数的术语用于描述各种组成元件，但是组成元件不受术语限制。术语仅用于区分一个组成元件和另一组成元件。

当组成元件被称为“连接”或“耦合”到另一组成元件时，应领会，它可以直接连接或耦合到另一组成元件，或者可以存在其他中间组成元件。相比之下，当组成元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一组成元件时，应领会，不存在其他中间组成元件。

在本申请中，应领会，术语“包括”和“具有”旨在指定存在说明书中描述的特性、数字、步骤、操作、组成元件和组件或其组合，而不预先排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组成元件和组件或其组合的可能性。

图1是示意性地图示根据示例性实施例的电池系统的绘图。

在图1中，在电池系统1的两个输出端子P+和P-之间，外部设备2被连接，并且当继电器21和22闭合时，电池组10和外部设备2能够被电连接。

在外部设备2是汽车电负载的情况下，电池系统1可以作为用于向汽车电负载2供应能量的电源而操作，从而被放电。汽车电负载可以是交通工具或储能系统(ESS)，并且交通工具可以是例如电动车辆、混合动力车辆或智能移动出行。在外部设备2是充电器的情况下，电池系统1可以通过充电器2从电力系统取得能量，从而被充电。

电池系统1包括电池组10、两个继电器21和22、电流传感器23以及电池管理系统20。

电池组10包括串联连接的多个电池单体10_1至10_n(其中，n是等于或大于2的自然数)。图1示出电池组10串联连接；然而，这仅仅是示例，并且本发明不限于此。例如，并联连接的多组电池单体可以串联连接。

继电器21连接在电池组10的正极与输出端子P+之间，而继电器22连接在电池组10的负极与输出端子P-之间，并且可以通过电池管理系统20的控制来控制继电器21和22的断开和闭合。例如，电池管理系统20可以产生启用电平继电器控制信号SR1和SR2，并且将它们发送到继电器21和22。然后，能够通过启用电平继电器控制信号SR1和SR2来使继电器21和22闭合。此外，电池管理系统20可以产生禁用电平继电器控制信号SR1和SR2，并且将它们发送到继电器21和22。然后，能够通过禁用电平继电器控制信号SR1和SR2来使继电器21和22断开。在电池组10的充电或放电期间，可以使继电器21和22闭合以形成充电电流路径或放电电流路径。

电流传感器23可以检测在电池组10中流动的电流，并且向电池管理系统20发送指示所检测到的电流的电流检测信号IS。

电池管理系统20可以连接到多个电池单体10_1至10_n，并且在诸如多个电池单体10_1至10_n中的每个的单体电压和电池组10的电池电流的信息的基础上控制电池组10的充电/放电电流，从而控制对多个电池单体10_1至10_n的单体平衡操作。

电池系统1可以进一步包括电力供应单元30、电力转换器40、调节器50和电力控制单元60。在电力供应单元30与电力控制单元60之间，开关3被连接。

开关3取决于外部设备2和电池系统1的连接状态以及外部设备2的操作状态中的至少一个而被切换。

可以取决于外部设备2和电池系统1是否连接而切换开关3。例如，当外部设备2连接在电池系统1的两个输出端子P+和P-之间时，可以使开关3接通。

可以取决于用于控制外部设备2的操作的信号而切换开关3。例如，当用于控制外部设备2的操作的信号转变为ON(接通)电平时，也可以使开关3接通。相比之下，当用于控制外部设备2的操作的信号转变为OFF(断开)电平时，也可以使开关3断开。

在本公开中的外部设备2是充电器2的情况下，当充电器2连接在两个输出端子P+和P-之间时，可以使开关3接通。替代地，开关3可以在用于控制充电器2的操作的充电信号ON_S处于作为用于指示充电的电平的ON电平时被接通，并且在充电信号ON_S处于作为用于结束充电的电平的OFF电平时被断开。尽管图1示出开关3与外部设备2分开，但是该开关可以位于外部设备2内部。在图1中，可以从作为充电器的外部设备2向开关3提供作为用于控制开关3的切换操作的信号的示例的充电信号ON_S。

电力供应单元30可以连接到电池组10的正极P1，并且取决于电池组10的正极P1的电压而产生电源电压VW1。可以将电源电压VW1用作电力控制单元60的驱动电压。电力控制单元60操作所需要的电压被称为驱动电压。当外部设备2被接通时，电源电压VW1能够通过处于ON状态的开关3作为启动信号SS被发送到电力控制单元60。

电力转换器40使用正极P1的电压来产生DC电压VDC。电力转换器40可以用降压转换器实现。电力转换器40可以在两个电阻器R1和R2所连接的接触点N_EN上的电压的基础上控制欠压锁定。例如，当接触点N_EN上的电压等于或低于预定第一阈值电压时，电力转换器40由于欠压锁定控制操作而不操作。当接触点N_EN上的电压高于预定第二阈值电压时，可以启用电力转换器40以解除欠压锁定。当被启用时，电力转换器40可以使用正极P1的电压来产生DC电压VDC。可以将由电力转换器40产生的DC电压VDC用作电池系统1的操作所需要的驱动电压。

调节器50响应于电力控制单元60的控制信号SC来开始操作，并且供应电池管理系统20的操作所需要的驱动电压VS。

当外部设备2开始操作时，电力控制单元60可以在从电力供应单元30供应的控制信号SS的基础上激活电力转换器40和调节器50。

在下文中，将参考图2详细地描述根据示例性实施例的充电操作。

图2是图示根据示例性实施例的电力控制单元的配置的绘图。

在图2中，电力供应单元30包括两个电阻器R3和R4、电压跟随器31和二极管32。图2所示的电力供应单元30的配置是示例，并且本发明不限于此。电力供应单元30仅需要能够在平时使用电池组10的正极P1的电压来产生电源。例如，电力供应单元30可以用一般调节器来实现。调节器可以接收电池组10的正极P1的电压并且产生恒压电源。

两个电阻器R3和R4用于获得正极P1的电压的小部分。电压跟随器31可以接收电压的小部分并将其输出。二极管32的阳极连接到电压跟随器31的输出端子，并且二极管32的阴极连接到开关3的一端。二极管32能够防止电池系统1的配置被开关3的短路损坏。

在图2所示的示例性实施例中，外部设备2将被描述为充电器。当充电开始时，可以响应于从外部设备2供应给开关3的ON电平充电信号ON_S来使开关3接通。通过处于ON状态的开关3，启动信号SS从电力供应单元30被供应给电力控制单元60。启动信号SS可以处于与电源电压VW1的电平相同的电平。

开关3的另一端子连接到电阻器R5的一端，并且电阻器R5的另一端连接到电阻R6的一端和电阻器RD的一端。电阻器R6的另一端连接到接地，并且电阻器RD的另一端连接到比较器61的输入。电容器CD的一端连接到比较器61的输入，并且电容器CD的另一端连接到接地。

在开关3接通的同时供应的启动信号SS由两个电阻器R5和R6分发。启动信号SS具有取决于电源电压VW1的电压电平，并且可以具有与电源电压VW1的电平相同的电平。电容器CD可以由通过两个电阻器R5和R6分发启动信号SS所获得的电压充电，由此控制电压VW2能够增加。可以确定充电信号ON_S的最小ON电平持续时间，使得控制电压VW2能够增加到预定电压。此时，可以考虑到电阻器RD的电阻值和电容器CD的电容来确定充电信号ON_S的最小ON电平持续时间。电阻器RD和电容器CD可以用作噪声滤波器，从而防止归因于启动信号SS的噪声的故障。

如图2所示，电力控制单元60包括比较器61以及两个锁存器62和63。

比较器61可以将控制电压VW2与预定参考电压进行比较，并且在控制电压VW2等于或高于参考电压时产生ON电平(例如，高电平)输出信号。

锁存器63可以与控制电压VW2的发生同步地启用电力转换器40。锁存器63接收电源电压VW1，并且根据在开关3的接通之后产生的控制电压VW2来将电源电压VW1供应给接触点N_EN。然后，电力转换器40能够被启用。

电力转换器40被启用，并且产生DC电压VDC，而且该DC电压VDC被供应给锁存器62。

当比较器61的输出信号处于ON电平时，锁存器62可以产生用于激活调节器50的控制信号SC。此时，可以取决于从电力转换器40供应的DC电压VDC而确定控制信号SC的电平。

调节器50在控制信号SC处于ON电平时开始操作。调节器50将DC电压VDC转换为恒定电压，从而产生驱动电压VS，并且将其供应给电池管理系统20。

电池管理系统20响应于驱动电压VS来开始操作，并且使继电器21和22闭合。然后，电池组10被充电，由此正极P1的电压上升。如果正极P1的电压通过对电池组10充电而上升到正常范围，则电池管理系统20可以产生休眠信号SE，并且将其供应给锁存器63。锁存器63可以由休眠信号SE重置以便不向接触点N_EN供应电源电压VW1。

在相关技术中，当欠压锁定功能被激活时，即使外部设备开始操作，也维持不供应电池系统操作所需要的DC电压的情形。例如，即使充电器连接到电池系统以便对电池系统充电，也不能使电池系统与充电器之间的继电器闭合，所以电池系统未被充电。为了补救此情形，已经提出了一种将用于启用电池系统的外部物理开关连接到电池系统的方法。然而，在这种情况下，存在工人需要操作开关的不便。

相比之下，根据示例性实施例的电池系统能够在产生像充电信号一样的用于操作外部设备2的信号时，在没有任何工人的动作的情况下自动地启用处于欠压锁定状态的电力转换器40。此外，由于根据示例性实施例的电池系统使用锁存器63来启用电力转换器40，所以能够甚至通过作为ON电平脉冲而不是连续ON电平信号的充电信号来启用电力转换器40。换句话说，如果控制电压VW2是由作为ON电平脉冲的充电信号产生的，则锁存器63的输出被维持在电源电压VW1。因此，能够向接触点N_EN供应电源电压VW1。

虽然已经连同目前被认为是实际示例性实施例的内容一起描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。

Claims (11)

1.一种电池系统，包括：

电池组，所述电池组包括串联连接的多个电池单体；

电池管理系统，所述电池管理系统测量所述多个电池单体中的每个的电压，并且控制所述电池组的充电和放电；

电力转换器，所述电力转换器使用所述电池组的正极电压来产生DC电压；

电力供应单元，所述电力供应单元使用所述正极电压来产生电源电压；

调节器，所述调节器使用所述DC电压来向所述电池管理系统供应驱动电压；以及

电力控制单元，当所述电力控制单元在所述电力转换器的欠压锁定状态下被连接到所述电力供应单元时，所述电力控制单元使用所述电源电压来启用所述电力转换器。

2.根据权利要求1所述的电池系统，进一步包括：

开关，所述开关位于所述电力供应单元与所述电力控制单元之间，并且在充电器连接到所述电池系统时被接通。

3.根据权利要求1所述的电池系统，其中：

所述电力控制单元包括：

第一锁存器，所述第一锁存器与由所述电源电压产生的控制电压同步地输出所述电源电压，以及

所述第一锁存器的输出被供应给所述电力转换器，并且所述电力转换器在所述欠压锁定状态下由所述电源电压启用。

4.根据权利要求3所述的电池系统，其中：

所述电池管理系统在通过所述电池组的充电来使所述正极电压等于或高于预定的参考电压时重置所述第一锁存器，并且

所重置的第一锁存器不输出所述电源电压。

5.根据权利要求1所述的电池系统，其中：

所述电力控制单元包括：

比较器，所述比较器将所述控制电压和预定的第一参考电压进行比较；以及

第二锁存器，所述第二锁存器根据所述比较器的输出，使用所述电力转换器的DC电压来供应用于操作所述调节器的控制信号。

6.根据权利要求1所述的电池系统，其中：

所述电力转换器在连接到所述电池组的正极的第一接触点上的电压等于或低于预定的阈值电压时转变为所述欠压锁定状态，并且在所述欠压锁定状态下由从所述电力控制单元供应的所述电源电压启用。

7.根据权利要求6所述的电池系统，其中：

所述电力控制单元包括：

第一锁存器，所述第一锁存器与由所述电源电压产生的控制电压同步地将所述电源电压输出到所述第一接触点。

8.根据权利要求7所述的电池系统，其中：

所述电力控制单元进一步包括：

第一电阻器，所述第一电阻器的一端连接到所述电力供应单元；

第二电阻器，所述第二电阻器连接在所述第一电阻器的另一端与接地之间；

第三电阻器，所述第三电阻器的一端连接到所述第一电阻器的另一端；以及

电容器，所述电容器连接在所述第三电阻器的另一端与所述接地之间，并且

所述第三电阻器的另一端和所述电容器连接处的第二接触点上的电压是所述控制电压。

9.根据权利要求7所述的电池系统，其中：

所述电力控制单元进一步包括：

比较器，所述比较器将所述控制电压与预定的第一参考电压进行比较；以及

第二锁存器，所述第二锁存器根据所述比较器的输出，使用所述电力转换器的DC电压来供应用于操作所述调节器的控制信号。

10.一种启用处于欠压锁定状态的电力转换器的电力控制单元，包括：

第一锁存器，所述第一锁存器与由电源电压产生的控制电压同步地输出电源电压；

比较器，所述比较器将所述控制电压与预定的第一参考电压进行比较；以及

第二锁存器，所述第二锁存器根据所述比较器的输出来输出所述电力转换器的DC电压，

其中，所述电源电压由所述电力转换器的输入端子所连接的电池组的正极的电压产生，并且所述电力转换器由所述第一锁存器的输出启用。

11.根据权利要求10所述的电力控制单元，其中：

所述电力控制单元进一步包括：

第一电阻器，所述第一电阻器的一端被供应有所述电源电压；

第二电阻器，所述第二电阻器连接在所述第一电阻器的另一端与接地之间；

第三电阻器，所述第三电阻器的一端连接到所述第一电阻器的另一端；以及

电容器，所述电容器连接在所述第三电阻器的另一端与所述接地之间，并且

所述第三电阻器的另一端和所述电容器连接处的接触点上的电压是所述控制电压。