CN117460964A - 外部短路诊断方法和使用该方法的电池系统 - Google Patents

外部短路诊断方法和使用该方法的电池系统 Download PDF

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Abstract

本电池系统可以包括：电池组，该电池组包括多个电池电芯；第一主继电器，第一主继电器包括与电池组的正极连接的一端；第二主继电器，第二主继电器包括与电池组的负极连接的一端；第一链路线，第一链路线与第一主继电器的另一端连接；第二链路线，第二链路线与第二主继电器的另一端连接；以及电池管理系统，该电池管理系统被配置为闭合第一主继电器，测量电池组的正极电压和第二链路线的负链路电压，以及当电池组的正极电压与负链路电压之间的电压差小于预定参考电压时，确定已发生外部短路。

Description

外部短路诊断方法和使用该方法的电池系统
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年1月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0002134的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种用于诊断外部短路的方法以及使用该方法的电池系统。
背景技术
目前，一种用于诊断高电压电池组的外部短路的方法使用在高电压电池组的预充电期间在预充电路径中流动的电流。例如，高电压电池的电池管理系统对在高电压电池的预充电期间在高电压电池组与外部装置之间的链路线(link line)中流动的电流进行测量。当测得的电流超过阈值时，电池管理系统通过切断电池组与外部装置之间的连接来保护高电压电池免受外部短路的影响。
然而，在使用上述方法的情况下，大电流可以在断开连接之前在预充电时段期间在链路线中流动，并且连接在高电压电池组与外部装置之间的继电器和电阻器以及高电压电池组可能被损坏。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种用于诊断外部短路的方法以及使用该方法的电池系统，该方法具有诊断外部短路而不损坏构成电池系统的装置的优点。
技术方案
本发明的示例性实施方式提供了一种电池系统，该电池系统包括：电池组，所述电池组包括多个电池电芯；第一主继电器，所述第一主继电器包括与所述电池组的正极连接的一端；第二主继电器，所述第二主继电器包括与所述电池组的负极连接的一端；第一链路线，所述第一链路线与所述第一主继电器的另一端连接；第二链路线，所述第二链路线与所述第二主继电器的另一端连接；以及电池管理系统，所述电池管理系统闭合所述第一主继电器，测量所述电池组的正极电压和所述第二链路线的负链路电压(link voltage)，以及当所述电池组的正极电压与所述负链路电压之间的电压差小于预定参考电压时，确定外部短路。
所述电池管理系统在通过从所述电池组的正极电压减去所述负链路电压而获得的电压小于所述参考电压时，可以确定所述外部短路。
所述电池管理系统通过将所述电池组的正极电压乘以预定比率来生成所述参考电压。
所述电池管理系统可以在用于确定所述外部短路的预定诊断时段期间，闭合所述第一主继电器并且断开所述第二主继电器。
该电池系统还可以包括：预充电继电器，所述预充电继电器与所述第一主继电器并联连接，其中，所述电池管理系统可以在用于确定所述外部短路的预定诊断时段期间，闭合所述第一主继电器并且断开所述预充电继电器。
一种电池系统可以包括：第一主继电器，所述第一主继电器包括与电池组的正极连接的一端，所述电池组包括多个电池电芯；第二主继电器，所述第二主继电器包括与所述电池组的负极连接的一端；以及电池管理系统。本发明的另一实施方式提供了一种由电池管理系统执行的诊断电池系统的外部短路的方法，所述方法包括以下步骤：在诊断时段期间闭合所述第一主继电器；测量所述电池组的正极电压和第二链路线的负链路电压；将所述电池组的正极电压与所述负链路电压之间的电压差与预定参考电压进行比较；并且当所述电压差小于所述参考电压时，确定外部短路。
将所述电压差与所述预定参考电压进行比较可以包括：比较通过从所述电池组的正极电压减去所述负链路电压而获得的电压是否小于所述参考电压。
该方法还包括以下步骤：通过将所述电池组的正极电压乘以预定比率来生成所述参考电压。
该方法还可以包括以下步骤：在所述诊断时段期间断开所述第二主继电器。
该方法还可以包括以下步骤：在所述诊断时段期间断开与所述第一主继电器并联连接的预充电继电器。
有益效果
本发明提供了一种用于诊断外部短路的方法以及应用该方法的电池系统，该方法能够诊断外部短路而不损坏构成电池系统的装置。
附图说明
图1是示出根据示例性实施方式的电池系统的图。
图2是示出在根据示例性实施方式的电池系统中发生外部短路的情况的图。
图3是示出根据示例性实施方式的用于诊断外部短路的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本发明的示例性实施方式，在附图中，尽管示例性实施方式不同，但是相同的标号始终表示相同的元件，并且省略其重复描述。在以下描述中，仅为了便于解释本发明而使用后缀(例如，用于指代元件的“模块”、“部分”或“单元”)，其本身不具有任何显著的含义。在描述本发明时，如果对于相关的已知功能或构造的详细解释被认为不必要地转移本发明的要点，则这样的解释已经被省略，但是本领域技术人员会理解。本发明的附图旨在便于理解本发明，而不应被解释为限于附图。此外，本发明不限于具体公开的形式，而是在不脱离本发明的范围和精神的情况下包括所有修改、等同和替换。
应当理解，尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。
应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时，它可以直接地连接到或直接地联接到另一元件、或者连接到或联接到另一元件且其他元件介于其间。同时，应当理解，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，它可以连接到或联接到另一元件，而没有其他元件介于其间。
还应当理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”表示所述特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合。
图1是示出根据示例性实施方式的电池系统的图。
电池系统1可以包括电池组10、电池管理系统(BMS)20、第一主继电器31、第二主继电器32、预充电继电器33、预充电电阻器34、电流传感器50和链路电容器60。
外部电力装置2可以是从电池系统1接收电力的负载或用于对电池系统1进行充电的充电器。例如，外部电力装置2可以包括换流器、DC-DC转换器、马达、电子控制电路、车载充电器(OBC)和包括电池系统1的车辆的快速充电器中的至少一种。
如图1所示，电池组10包括串联连接的多个电池电芯10_1-10_n。n可以是2或更大的自然数。尽管在图1中示出了一个电池组10，但是电池系统1可以包括串联、并联或串并联连接的多个电池组。
电流传感器50可以检测流过电池组10的电流(以下称为电池组电流)，并且将指示检测到的电流的信号传输到BMS20。
链路电容器60连接在电池系统1的两个输出端子P+与P-之间。
BMS20可以管理电池组10的操作。例如，BMS20可以连接到多个电池电芯10_1至10_n，测量多个电池电芯10_1至10_n的电芯电压，接收电池组10的诸如温度这样的信息和电池组电流，基于多个电池电芯10_1至10_n的多个电芯电压、电池组电流、温度等来控制电池组10的充电和放电，并且控制多个电池电芯10_1至10_n的电芯平衡操作。
第一主继电器31、第二主继电器32和预充电继电器33形成电池组10的充电电流或放电电流流过的电流路径。预充电继电器33和预充电电阻器34一起与第一主继电器31并联连接。
第一主继电器31的一端连接到链路线41，并且第一主继电器31的另一端连接到链路线43。第二主继电器32的一端连接到链路线42，并且第二主继电器32的另一端连接到链路线44。预充电继电器33的一端连接到链路线43，预充电继电器33的另一端连接到预充电电阻器34的一端，并且预充电电阻器34的另一端连接到链路线41。
链路线41在电池组10的正极与第一主继电器31的一端之间延伸，链路线42在电池组10的负极与第二主继电器32的一端之间延伸，链路线43在第一主继电器31的另一端与外部电力装置2的第一输入端子IN1之间延伸，并且链路线44在第二主继电器32的另一端与外部电力装置2的第二输入端子IN2之间延伸。
BMS20可以生成控制第一主继电器31和第二主继电器32以及预充电继电器33的断开和闭合的继电器控制信号RCS1至RCS3，并且将所生成的继电器控制信号RCS1至RCS3供应给第一主继电器31和第二主继电器32以及预充电继电器33。第一主继电器31由继电器控制信号RCS1的导通电平闭合并且由继电器控制信号RCS1的断开电平断开。第二主继电器32由继电器控制信号RCS2的导通电平闭合，并且由继电器控制信号RCS2的断开电平断开。预充电继电器33由继电器控制信号RCS3的导通电平闭合，并且由继电器控制信号RCS3的断开电平断开。
当将电池组10连接到外部电力装置2以进行充电和放电时，BMS20控制第二主继电器32和预充电继电器33闭合，并且在经过预定的第一时段之后，BMS20可以控制第一主继电器31闭合。BMS20可以在从第一主继电器31闭合的时间点开始经过预定的第二时段之后控制预充电继电器33断开。为了控制上述操作，在生成导通电平继电器控制信号RCS2和RCS3之后，BMS20可以在经过第一时段之后生成导通电平继电器控制信号RCS1，并且可以在经过第二时段之后生成断开电平继电器控制信号RCS3。
BMS20可以在充电和放电之前仅闭合第一主继电器31达预定诊断时段，以便诊断电池系统1的外部短路。在诊断时段期间，仅继电器控制信号RCS1可以处于导通电平，并且继电器控制信号RCS2和RCS3可以处于断开电平。
在诊断时段期间，BMS20可以测量链路线44的电压，并且当测得的链路线44的电压(以下称为“负链路线电压”)VL-和电池组10的正极电压VP+之间的电压差小于或等于预定参考电压时，BMS20可以确定已经发生了外部短路。
图2是示出根据示例性实施方式的用于外部短路的诊断时段期间的电池系统的电路图。
如图2所示，由于外部短路，可以在链路线43和44之间形成由虚线指示的电连接。在诊断时段期间，第一主继电器31处于闭合状态。
图3是示出根据示例性实施方式的用于诊断外部短路的方法的流程图。
首先，BMS20闭合第一主继电器31(S1)。也就是说，BMS20生成导通电平继电器控制信号RCS1并且将所生成的导通电平继电器控制信号RCS1供应给第一主继电器31。BMS20在诊断时段期间断开第二主继电器32和预充电继电器33以执行外部短路。
BMS20测量电池组10的正极电压VP+和负链路电压VL-(S2)。BMS20可以测量电池电芯10_1的正极电压作为电池组10的正极电压VP+，并且测量链路线44的电压作为负链路电压VL-。
BMS20计算电池组10的正极电压VP+与负链路电压VL-之间的电压差VD(S3)。例如，BMS20可以通过从正极电压VP+减去负链路电压VL-来计算电压差。
BMS20将电压差VD与参考电压VR进行比较(S4)。例如，BMS20可以比较电压差VD是否小于参考电压VR，并且BMS20可以通过以下方式来生成参考电压VR：将测得的电池组10的正极电压VP+乘以预定比率(例如，50％)以生成参考电压VR。比率50％是一个示例，本发明不限于此。
当作为操作S4中的比较结果，电压差VD小于参考电压VR时，BMS20确定已经发生了外部短路(S5)。当发生外部短路时，电池组10的正极通过第一主继电器31和短路电路45电连接到链路线44。然后，负链路电压VL-可以变为接近正极电压VP+的电平。因此，由于外部短路，正极电压VP+与负链路电压VL-之间的电压差VD是非常小的电压。当发生外部短路时，参考电压VR可以被设置为用于检测电压差VD的电平。
当作为操作S4中的比较结果，电压差等于或大于参考电压时，BMS20确定没有发生外部短路的正常状态并终止诊断(S6)。在正常状态下，负链路电压VL-可以是0V。
已经详细描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明的范围不限于此，并且本领域技术人员使用在权利要求中定义的本发明的基本构思的各种变型和修改也属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种电池系统，该电池系统包括：
电池组，所述电池组包括多个电池电芯；
第一主继电器，所述第一主继电器包括与所述电池组的正极连接的一端；
第二主继电器，所述第二主继电器包括与所述电池组的负极连接的一端；
第一链路线，所述第一链路线与所述第一主继电器的另一端连接；
第二链路线，所述第二链路线与所述第二主继电器的另一端连接；以及
电池管理系统，所述电池管理系统闭合所述第一主继电器，测量所述电池组的正极电压和所述第二链路线的负链路电压，并且当所述电池组的正极电压与所述负链路电压之间的电压差小于预定参考电压时，确定外部短路。
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
在通过从所述电池组的正极电压减去所述负链路电压而获得的电压小于所述参考电压时，确定所述外部短路。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统
通过将所述电池组的正极电压乘以预定比率来生成所述参考电压。
4.根据权利要求1所述的电池系统，其中，
所述电池管理系统
在用于确定所述外部短路的预定诊断时段期间，闭合所述第一主继电器并且断开所述第二主继电器。
5.根据权利要求1所述的电池系统，该电池系统还包括：
预充电继电器，所述预充电继电器与所述第一主继电器并联连接，
其中，所述电池管理系统
在用于确定所述外部短路的预定诊断时段期间，闭合所述第一主继电器并且断开所述预充电继电器。
6.一种用于诊断电池系统的外部短路的方法，所述电池系统包括：第一主继电器，所述第一主继电器包括与电池组的正极连接的一端，所述电池组包括多个电池电芯；第二主继电器，所述第二主继电器包括与所述电池组的负极连接的一端；以及电池管理系统，其中，所述方法包括以下步骤：
在诊断时段期间闭合所述第一主继电器；
测量所述电池组的正极电压和第二链路线的负链路电压；
将所述电池组的正极电压与所述负链路电压之间的电压差与预定参考电压进行比较；并且
当所述电压差小于所述参考电压时，确定外部短路。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
将所述电压差与所述预定参考电压进行比较的步骤包括：
比较通过从所述电池组的正极电压减去所述负链路电压而获得的电压是否小于所述参考电压。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括以下步骤：
通过将所述电池组的正极电压乘以预定比率来生成所述参考电压。
9.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述诊断时段期间断开所述第二主继电器。
10.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述诊断时段期间断开与所述第一主继电器并联连接的预充电继电器。
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