ES3037021T3 - Apparatus and method for battery module equalization - Google Patents

Apparatus and method for battery module equalization

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ES3037021T3 ES18806502T ES18806502T ES3037021T3 ES 3037021 T3 ES3037021 T3 ES 3037021T3 ES 18806502 T ES18806502 T ES 18806502T ES 18806502 T ES18806502 T ES 18806502T ES 3037021 T3 ES3037021 T3 ES 3037021T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un aparato y a un método para la ecualización de módulos de batería y, más particularmente, a un aparato y a un método para la ecualización de módulos de batería, que son capaces de igualar un estado de carga (SoC) de uno o más módulos de batería suministrando una corriente de ecualización al módulo de batería en el que se diagnostica una anomalía a través de un circuito de suministro de corriente de ecualización, cuando se produce una anomalía en un SoC de uno o más módulos de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para la ecualización de módulos de batería
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un aparato y un método de ecualización de un módulo de batería, y más particularmente, a un aparato y un método de ecualización de un módulo de batería, que suministran una corriente de ecualización a un módulo de batería en el que se diagnostica una anomalía a través de un circuito de suministro de corriente de ecualización cuando se genera una anomalía en un estado de carga (SoC) de uno o más módulos de batería, e igualan el SoC de uno o más módulos de batería.
Antecedentes de la invención
En general, una batería secundaria puede utilizarse como un módulo de batería uniendo una pluralidad de celdas de batería secundaria unitaria en un entorno que requiera una alta capacidad, tal como un vehículo eléctrico, un sistema de almacenamiento de potencia, y una fuente de alimentación ininterrumpida, y la pluralidad de módulos de batería pueden unirse y utilizarse según el caso.
Cuando la pluralidad de módulos de batería se utiliza conjuntamente, una tensión de la pluralidad de módulos de batería puede estar desequilibrada debido a diferentes razones, como una desviación generada durante la producción del módulo de batería y una desviación de la temperatura del módulo de batería.
De momento, cuando se unen y utilizan módulos de baterías con tensiones desequilibradas, existe el problema de que las capacidades y la potencia disponibles de la pluralidad de módulos de batería disminuyen y el envejecimiento del módulo de batería se acelera para disminuir la vida útil del módulo de batería.
El documento EP 2339717 se refiere a un sistema de control de celdas secundarias. El documento WO 2009/051415 se refiere a un sistema de gestión de baterías con integración de sensor de tensión y ecualizador de carga. El documento KR 101 387658 se refiere a un método de equilibrado de celdas de batería en un módulo de batería para la reducción de energía. El documento US 2010/225277 se refiere a un controlador de carga y descarga de baterías. El documento EP 3086435 se refiere a un método y un aparato de control de baterías, módulo de batería y paquete de batería.
A este respecto, para resolver el problema que se genera cuando se unen y utilizan módulos de baterías con tensiones desequilibradas, el presente inventor ha inventado un aparato y un método de ecualización de un módulo de batería, que suministran una corriente de ecualización a un módulo de batería en el que se diagnostica una anomalía a través de un circuito de suministro de corriente de ecualización cuando se genera la anomalía en un estado de carga (SoC) de uno o más módulos de batería, e igualan el SoC de uno o más módulos de batería.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente invención está concebida para resolver los problemas anteriores, y consiste en proporcionar un aparato y un método de ecualización de un módulo de batería, que controlan las unidades de conmutación incluidas en los controladores de módulos de celda (CMC), respectivamente, basándose en la ubicación de un módulo de batería que se diagnostica que tiene una anomalía cuando la anomalía se genera en un estado de carga (SoC) de módulos de batería, formar un circuito de suministro de corriente de ecualización que sea un circuito cerrado que incluya un controlador de módulo de batería (BMC) y el módulo de batería en el que se ha diagnosticado la anomalía, y suministrar una corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado la anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización, igualando de ese modo el SoC de los módulos de batería.
Solución técnica
La invención es reivindicada en la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se reivindican en las reivindicaciones dependientes.
Especialmente, la invención proporciona un aparato para ecualizar un módulo de batería de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención que incluye: una pluralidad de controladores de módulo de celda (CMC) que están conectados con una pluralidad de módulos de batería, respectivamente, en donde cada CMC está adaptado para medir una tensión en los extremos de su módulo de batería conectado respectivamente entre los módulos de batería; y un controlador de módulo de batería (BMC) que calcula un estado de carga (SoC) de cada uno de los módulos de batería basándose en las tensiones medidas en los extremos de cada uno de los módulos de batería, y diagnostica la anomalía de cada uno de los módulos de batería basándose en el SoC calculado, y el BMC controla pluralidad de unidades de conmutación incluidas en los CMC, respectivamente, basándose en la ubicación del módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía entre los módulos de batería, en donde éste realiza el control formando un circuito de suministro de corriente de ecualización que es un circuito cerrado que incluye el BMC y el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía, y suministrando una corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización.
El BMC forma el circuito de suministro de corriente de ecualización mediante el control de la unidad de conmutación incluida en el CMC conectado con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en un estado encendido y la unidad de conmutación incluida en el CMC conectada a un extremo frontal del CMC conectada con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía.
El aparato incluye además un BUS de ecualización y un BUS de comunicación que conectan los CMC y el BMC, conectando el BUS de ecualización y el BUS de comunicación el uno o más CMC y el BMC mediante un esquema de conexión en cadena.
El BUS de ecualización incluye: un BUS positivo que conecta en serie una pluralidad de CMC situados en lugares impares, en donde el primer lugar está en el CMC situado en el último extremo entre los CMC; y un BUS negativo que conecta en serie una pluralidad de CMC situados en lugares pares.
En un ejemplo de realización, cuando la anomalía no se diagnostica en los módulos de batería, los CMC pueden mantener las unidades de conmutación en estado apagado.
En un ejemplo de realización, el BMC puede incluir una unidad de conmutación auxiliar que controla un estado de conducción eléctrica con un CMC situado en el primer extremo entre los CMC, y cuando se diagnostica que un módulo de batería situado en el primer extremo presenta anomalías, el BMC puede formar el circuito de suministro de corriente de ecualización para incluir el módulo de batería situado en el primer extremo mediante el control de los estados de conducción eléctrica de la unidad de conmutación incluida en el CMC situado en el primer extremo y la unidad de conmutación auxiliar.
En un ejemplo de realización, cada uno de los CMC puede incluir además: una unidad de conexión que conecta selectivamente el módulo de batería conectado a cada uno de los CMC, la unidad de conmutación incluida en cada uno de los CMC, y el BUS de ecualización; una unidad de detección de tensión que mide la tensión en los extremos del módulo de batería conectado a cada uno de los CMC; una unidad de fusible que conecta un electrodo negativo del módulo de batería conectado a cada uno de los CMC y las unidades de conmutación; una unidad de equilibrado que descarga el módulo de batería conectado a cada uno de los CMC; y una unidad de control que controla el funcionamiento de la unidad de equilibrado basándose en la tensión medida.
En un ejemplo de realización, el BMC puede incluir: una unidad de suministro de corriente de ecualización que suministra la corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía; y una unidad de medición de tensión que mide una tensión del BUS de ecualización, y los terminales positivos de la unidad de suministro de corriente de ecualización y la unidad de medición de tensión pueden estar conectados con el BUS positivo, y los terminales negativos de la unidad de suministro de corriente de ecualización y la unidad de medición de tensión pueden estar conectados con el BUS negativo.
En un ejemplo de realización, el BMC puede formar un circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de una unidad de conmutación incluida en un CMC cuya ubicación se desea reconocer entre los CMC, e identificar la ubicación del CMC cuya ubicación se desea reconocer basándose en una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo.
La invención también proporciona un método de ecualización de un módulo de batería mediante el aparato de ecualización de módulos de batería descrito anteriormente, en donde el método incluye: medir las tensiones en los extremos de los módulos de baterías conectados a los controladores de módulos de celdas (CMC), respectivamente; diagnosticar la anomalía de cada uno de los módulos de batería basándose en un estado de carga (SoC) de cada uno de los módulos de batería calculado a partir de las tensiones medidas en los extremos de cada uno de los módulos de batería; y controlar las unidades de conmutación incluidas en los CMC, respectivamente, basándose en la ubicación del módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía entre los módulos de batería, y formando un circuito de suministro de corriente de ecualización que es un circuito cerrado que incluye una unidad de suministro de corriente de ecualización que suministra una corriente de ecualización y el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía.
El suministro de la corriente de ecualización incluye la formación del circuito de suministro de corriente de ecualización mediante el control de la unidad de conmutación incluida en cada uno de los CMC conectados con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido y la unidad de conmutación incluida en el CMC conectada al extremo frontal del CMC conectado con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido.
En un ejemplo de realización, el método puede incluir además cuando la anomalía no se diagnostica en los módulos de batería, mantener las unidades de conmutación en estado apagado.
En un ejemplo de realización, el suministro de la corriente de ecualización puede incluir cuando se diagnostica que el módulo de batería situado en el primer extremo tiene anomalía, formar el circuito de suministro de corriente de ecualización para incluir el módulo de batería situado en el primer extremo mediante el control de los estados de conducción eléctrica de la unidad de conmutación incluida en el CMC situada en el primer extremo y la unidad de conmutación auxiliar conectada con el CMC situada en el primer extremo entre las CMC.
En un ejemplo de realización, la medición de cada una de las tensiones puede incluir: conectar selectivamente el módulo de batería conectado a cada uno de los CMC, la unidad de conmutación incluida en cada uno de los CMC, y el BUS de ecualización; medir las tensiones en los extremos del módulo de batería conectado a cada uno de los CMC; conectar un electrodo negativo del módulo de batería conectado a cada uno de los CMC y las unidades de conmutación; y descargar el módulo de batería conectado a cada uno de los CMC.
En un ejemplo de realización, el suministro de la corriente de ecualización puede incluir: suministrar la corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía; y medir una tensión del BUS de ecualización, y los terminales positivos de la unidad de suministro de corriente de ecualización y la unidad de medición de tensión pueden estar conectados con el BUS positivo, y los terminales negativos de la unidad de suministro de corriente de ecualización y la unidad de medición de tensión pueden estar conectados con el BUS negativo.
En un ejemplo de realización, el suministro de la corriente de ecualización puede incluir: la formación de un circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de una unidad de conmutación incluida en un CMC cuya ubicación se desea reconocer entre los CMC; e identificar la ubicación del CMC cuya ubicación se desea reconocer basándose en una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo.
Efectos ventajosos
La presente invención controla unidades de conmutación incluidas en controladores de módulos de celda (CMC), respectivamente, basado en la ubicación de un módulo de batería que se diagnostica que tiene una anomalía cuando la anomalía se genera en un estado de carga (SoC) de los módulos de batería, forma un circuito de suministro de corriente de ecualización que sea un circuito cerrado que incluya un controlador de módulo de batería (BMC) y el módulo de batería en el que se ha diagnosticado la anomalía, y suministra una corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado la anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización, lo que supone una ventaja a la hora de igualar el SoC de los módulos de batería.
Además, la presente invención forma un circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de una unidad de conmutación de controladores de módulos de celda (CMC) conectados con los módulos de baterías, respectivamente, e identifica una ubicación del CMC basándose en una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo, lo que supone una ventaja para identificar la ubicación del CMC sin añadir un elemento constitutivo separado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama que ilustra esquemáticamente elementos constituyentes de un aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama que ilustra un controlador de módulo de celda 110 incluido en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención con más detalle. La figura 3 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un circuito de suministro de corriente de ecualización formado en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un circuito de suministro de corriente de ecualización formado cuando se diagnostica anomalía de un módulo de batería situado en el primer extremo en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención. La figura 5 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un circuito de identificación de ubicación de módulo formado en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama que ilustra esquemáticamente otra forma del circuito de identificación de ubicación de módulo formado en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de flujo que describe una serie de procesos para ecualizar módulos de baterías 10 utilizando el aparato de ecualización de módulos de baterías 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
La figura 8 es un diagrama de flujo que describe una serie de procesos para identificar una ubicación de controladores de módulos de celda 110 utilizando el aparato de ecualización de módulos de baterías 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
Realización preferente de la invención
En lo sucesivo, en el presente documento, se presenta un ejemplo de realización para ayudar a entender la presente invención. Sin embargo, el siguiente ejemplo de realización se proporciona simplemente para facilitar la comprensión de la presente invención, y los contenidos de la presente invención no están limitados por la realización ilustrativa.
La figura 1 es un diagrama que ilustra esquemáticamente elementos constituyentes de un aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la figura 1, un aparato de ecualización de módulos de baterías 100 de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención incluye una pluralidad de controladores de módulos de celdas (CMC) 110 y un controlador de módulos de baterías (BMC) 120.
En primer lugar, los CMC 110 están conectadas a una pluralidad de módulos de baterías 10, cada uno de los CMC 110 mide una tensión en los extremos de su módulo de batería respectivo conectado entre los módulos de batería 10, respectivamente. En lo sucesivo, en el presente documento, los CMC 110 se describirá en más detalle con referencia a la figura 2.
La figura 2 es un diagrama que ilustra el controlador de módulo de celda 110 incluido en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención con más detalle.
Haciendo referencia a la figura 2, cada uno de los CMC 110 incluye una unidad de conmutación 112, y puede incluir además una unidad de conexión 111, una unidad de detección de tensión 113, una unidad de equilibrado 114, una unidad de control 115 y una unidad de fusible 116.
La unidad de conexión 111 puede conectar internamente un terminal positivo del módulo de batería 10 conectado a cada uno de los CMC 110 y la unidad de conmutación 112 incluida en cada uno de los CMC 110. Además, la unidad de conexión 111 puede conectar externamente de forma selectiva uno o varios de los terminales positivos del módulo de batería 10 conectado a cada uno de los CMC 110 y la unidad de conmutación 112 incluida en cada uno de los CMC 110 y un BUS de ecualización que se describirá más adelante. Para este fin, la unidad de conexión 111 puede estar formada por uno o varios conectores.
La unidad de conmutación 112 puede controlar un estado de conducción eléctrica entre la unidad de conexión 111 y un terminal negativo del módulo de baterías 10 conectado a cada CMC 110. Por ejemplo, la unidad de conmutación 112 puede ser un dispositivo de conmutación, como un relé, un contactor, un transistor y un tiristor, y puede controlar un estado de conducción eléctrica entre los terminales negativos de los módulos de batería 10 conectados a los CMC 110, respectivamente, de acuerdo con el estado de conducción eléctrica del dispositivo de conmutación. Además, la unidad de conmutación 112 puede ser confirmada por uno o más dispositivos de conmutación según sea necesario.
En el ejemplo de realización, la unidad de conmutación 112 incluida en cada uno de los CMC 110 puede mantenerse en estado apagado cuando la anomalía del módulo de batería 10 no es diagnosticado por el BMC 120 que se describirá más adelante.
La unidad de detección de tensión 113 puede detectar valores de tensión en ambos extremos del módulo de batería 10 conectado a cada CMC 110. Por ejemplo, la unidad de detección de tensión 113 puede ser una resistencia de derivación, y transmitir un valor de tensión aplicado a la resistencia de derivación a una unidad de control 115 que se describirá más adelante. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello.
En el ejemplo de realización, la unidad de detección de tensión 113 puede proporcionar los valores de tensión detectados en ambos extremos del módulo de batería 10 al BMC, que se describirá más adelante.
La unidad de equilibrado 114 puede consumir potencia adicional del módulo de batería 10 conectado basándose en el valor de tensión del módulo de batería 10 conectado. Por ejemplo, la unidad de equilibrado puede incluir uno o más interruptores (no ilustrados) y una o más resistencias (no ilustradas). La unidad de equilibrado 114 puede recibir una señal de control de unidad de equilibrado de la unidad de control 115, que se describirá más adelante, y consumir potencia del módulo de batería 10 en forma de calor mediante el uso de una o más resistencias.
La unidad de control 115 puede emitir una señal de control de unidad de conmutación a la unidad de conmutación 112. En el presente documento, la señal de control de unidad de conmutación puede ser una señal de control capaz de cambiar un estado de conducción eléctrica de la unidad de conmutación 112.
En el ejemplo de realización, cada una de las CMC 110 puede incluir además una unidad de accionamiento de conmutador (no ilustrada) que acciona un conmutador, y cuando la unidad de conmutación emite una señal de control de unidad de conmutación desde la unidad de control 115, la unidad de accionamiento de conmutador controla la unidad de conmutación 112, cambiando de ese modo un estado de conducción eléctrica de la unidad de conmutación 112. Además, la unidad de control 115 puede emitir la señal de control de unidad de equilibrado a la unidad de equilibrado 114. En el presente documento, la señal de control de unidad de equilibrado puede ser una señal que controla un estado de conducción eléctrica de un interruptor incluido en la unidad de equilibrado 114. La unidad de control 115 cambia el estado del interruptor a un estado encendido basándose en el valor de tensión del módulo de batería 10 detectado en la unidad de detección de tensión 113, y consume energía utilizando la resistencia incluida en la unidad de equilibrado 114, permitiendo de ese modo el funcionamiento de la unidad de equilibrado 114.
En el ejemplo de realización, la unidad de control 115 es un circuito integrado y puede incluir una unidad microcontroladora (MCU) capaz de controlar una pluralidad de elementos constitutivos.
La unidad de fusible 116 puede conectarse entre el terminal negativo del módulo de batería 10 conectado y la unidad de conmutación 112. En el ejemplo de realización, la unidad de fusible 116 puede incluir un fusible de bloqueo de sobrecorriente (no ilustrado) y un fusible de temperatura (no ilustrado). El fusible de bloqueo de sobrecorriente puede funcionar cuando fluye una sobrecorriente entre el módulo de batería 10 y la unidad de conmutación 112 y bloquear la sobrecorriente del módulo de batería 10. El fusible de temperatura puede estar situado junto a la unidad de equilibrado, y el fusible de temperatura funciona cuando una temperatura generada en la unidad de equilibrado es igual o superior a una temperatura de referencia, evitando de ese modo que el módulo de batería 10 y el CMC 110 se dañen debido a un exceso de temperatura.
En el ejemplo de realización, cada uno de los CMC 110 puede incluir además una unidad de potencia (no ilustrada). La unidad de potencia puede reducir una tensión del módulo de batería 10 y proporcionar la tensión reducida para que los elementos constitutivos incluidos en los CMC 110 funcionen. Por ejemplo, cuando la unidad de control 115 es un MCU, la unidad de potencia puede reducir una tensión a 3 a 5 V que es una tensión permitida del MCU y proporcionar la tensión reducida a la unidad de control 115.
Volviendo a la figura 1, los CMC 110 están conectados mediante un esquema de conexión en cadena. Para este fin, el aparato de ecualización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención incluye un BUS de comunicación y el BUS de ecualización.
El BUS de comunicación conecta los CMC 110 mediante el esquema de conexión en cadena. El BUS de comunicación puede conectar cada CMC 110 y el BMC 120, que se describirá más adelante, y permitir que cada CMC 110 y el BMC 120 transmitan datos.
El BUS de ecualización conecta los CMC 110 mediante el esquema de conexión en cadena. Para este fin, el BUS de ecualización está configurado por un BUS positivo y un BUS negativo.
El BUS positivo puede ser un BUS conectado desde el terminal positivo del módulo de batería 10 situado en el primer extremo. El BUS positivo conecta en serie los CMC 110 situados en los lugares impares basándose en el CMC 110 situado en el último extremo entre los CMC 110. Por ejemplo, cuando N CMC 110 están conectados a N módulos de batería 10, respectivamente (N es un número par), un número de cada CMC puede establecerse secuencialmente desde el CMC 110 situado en último lugar hasta el CMC 110 situado en el primer extremo. En este caso, el CMC 110 situado en último lugar puede estar fijado por el número 1, y el BUS positivo puede conectar el primer CMC 110, el tercer CMC 110, el quinto CMC 110, ..., y la N-1ésimo CMC 110.
El BUS negativo puede ser un BUS conectado desde el terminal negativo del módulo de batería 10 situado en último lugar. El BUS negativo conecta en serie los CMC 110 situados en lugares pares basándose en el CMC 110 situado en último lugar entre los CMC 110. Por ejemplo, cuando el CMC 110 situado en último lugar se establece por el número 1, el BUS negativo puede conectar el segundo CMC 110, el cuarto CMC 110, el sexto CMC 110, ..., y el Nésimo CMC 110.
El BMC 120 calcula un estado de carga (SoC) de los módulos de batería basándose en las tensiones en los extremos de los módulos de batería 10 medidos desde los CMC 110, y diagnostica la anomalía de cada uno de los módulos de batería 10 basándose en el SoC calculado. Por ejemplo, el BMC 120 puede medir una tensión de los módulos de batería 10, y comparar la tensión medida con una curva de descarga del módulo de batería 10 correspondiente y calcular un SoC. El BMC 120 puede comparar el SoC calculado con un valor de SoC de referencia, seleccionar el módulo de batería 10 cuyo SoC calculado sea igual o inferior al valor de SoC de referencia, y diagnosticar que el módulo de batería 10 seleccionado presenta anomalías. En el presente documento, el valor de SoC de referencia puede significar un valor de SoC mínimo calculado cuando el módulo de batería 10 se encuentra en estado normal, y puede establecerse en varios valores según el tipo de módulo de batería 10 y la demanda de un usuario.
En el ejemplo de realización, el BMC 120 controla las unidades de conmutación incluidas en los CMC 110, respectivamente, basándose en la ubicación del módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía entre los módulos de batería 10, formando de ese modo un circuito de suministro de corriente de ecualización que es un circuito cerrado que incluye el BMC 120 y el módulo de batería 10 en el que se ha diagnosticado una anomalía. Además, el BMC 120 puede suministrar una corriente de ecualización al módulo de batería 10 en el que se ha diagnosticado una anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización formado. En lo sucesivo, en el presente documento, una serie de procesos de formación del circuito de suministro de corriente de ecualización y suministro de una corriente de ecualización al módulo de batería 10 que tiene la anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización formado por el BMC 120 se describirá con referencia a las figuras 3 y 4.
La figura 3 es un diagrama que ilustra esquemáticamente el circuito de suministro de corriente de ecualización formado en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la figura 3, el BMC 120 puede suministrar una corriente de ecualización al módulo de batería 10 en el que se ha diagnosticado una anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización. Para este fin, el BMC 120 puede incluir una unidad de suministro de corriente de ecualización 121.
La unidad de suministro de corriente de ecualización 121 puede recibir una tensión de los módulos de batería 10, convertir la tensión recibida en una tensión con un tamaño predeterminado, y transmitir la tensión recibida al módulo de batería 10 que presenta la anomalía. Por ejemplo, la unidad de suministro de corriente de ecualización 121 puede ser un convertidor aislado, tal como un convertidor CC-CC. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello.
El BMC 120 forma el circuito de suministro de corriente de ecualización mediante el control de la unidad de conmutación 112 incluida en cada uno de los CMC 110 conectados con el módulo de batería 10 en el que se ha diagnosticado una anomalía y el CMC 110 conectado a un extremo frontal del CMC 110 conectado con el módulo de batería 10 en el que se ha diagnosticado una anomalía. Por ejemplo, cuando el módulo de batería 10-1 situado en el último extremo y el CMC 110-1 son fijados por el número 1 y se genera una anomalía en el SoC del módulo de batería 10-2 del número 2, el BMC 120 puede emitir una señal de control al CMC 110-2 del número 2 y al CMC 110-3 del número 3. En el presente documento, la señal de control puede ser una señal que controla la unidad de control 115 incluida en los CMC 110 para emitir la señal de control de conmutación. En otro ejemplo de realización, la señal de control puede ser una señal que controla directamente, por el BMC 120, un estado de conducción eléctrica de la unidad de conmutación 112 incluida en los CMC 110. El CMC 110-2 del número 2 y el CMC 110-3 del número 3 pueden recibir la señal de control del BMC 120, y controlar los estados de conducción de las unidades de conmutación 112-2 y 112-3 incluidas en el CMC 110-2 del número 2 y el CMC 110-3 del número 3, respectivamente, estar en estado encendido. En consecuencia, el BMC 120 puede formar el circuito de suministro de corriente de ecualización ilustrado en la figura 3, y la corriente de ecualización puede ser suministrada al módulo de batería 10-2 que presenta la anomalía. A saber, el circuito de suministro de corriente de ecualización puede formarse con la unidad de conector 111- 1 del número 1, el conector del número 3111-3, la unidad de conmutación 112-3 del número 3, el terminal negativo del módulo de batería 10-3 del número 3, el módulo de batería 10-2 que presenta la anomalía, la unidad de conmutación 112-2 del número 2 , la unidad de conexión 111-2 del número 2 , y la unidad de suministro de corriente de ecualización 121. La unidad de suministro de corriente de ecualización 121 puede proporcionar al módulo de batería 10-2 que presenta la anomalía la corriente de ecualización a través del circuito de suministro de corriente de ecualización formado como se ha descrito anteriormente.
De momento, cuando se genera una anomalía en el módulo de batería 10 situado en el primer extremo, el CMC 110 no está situado en el extremo frontal del CMC 110 situado en el primer extremo, por lo que puede ser difícil formar el circuito de suministro de corriente de ecualización por el mismo método que el método anterior. Para contrarrestar la dificultad, el BMC 120 puede incluir una unidad de conmutación auxiliar 122, y cuando se genera una anomalía en el módulo de batería 10 situado en el primer extremo, el circuito de suministro de corriente de ecualización puede formarse mediante el control de los estados de conducción eléctrica de la unidad de conmutación auxiliar 122 y la unidad de conmutación 112 incluidas en el CMC 110 situado en el primer extremo. En lo sucesivo, en el presente documento, esto se describirá con más detalle con referencia a la figura 4.
La figura 4 es un diagrama que ilustra esquemáticamente el circuito de suministro de corriente de ecualización formado cuando se diagnostica anomalía de un módulo de batería situado en el primer extremo en el aparato de equalización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la figura 4, cuando el módulo de batería 10- n situado en el primer extremo presenta una anomalía, el BMC 120 puede emitir una señal de control al CMC 110-n situado en el primer extremo y a la unidad de conmutación auxiliar 122. La unidad de conmutación 112-n incluida en el CMC 110-n situado en el primer extremo y la unidad de conmutación auxiliar 122 pueden recibir la señal de control, y los estados de la unidad de conmutación 112- n y de la unidad de conmutación auxiliar 122 pueden controlarse a un estado encendido basándose en la señal de control. En consecuencia, se forma el circuito de suministro de corriente de ecualización ilustrado en la figura 4, proporcionando de ese modo una corriente de ecualización al módulo de batería 10-n que presenta la anomalía y está situado en el primer extremo. A saber, el circuito de suministro de corriente de ecualización puede formar el circuito de suministro de corriente de ecualización incluyendo la unidad de conmutación auxiliar 122, la unidad de conexión 111-n del CMC 110-n situado en el primer extremo, el módulo de batería 10-n situado en el primer extremo, la unidad de conmutación 112-n del CMC 110-n situado en el primer extremo, la unidad de conexión 111-n del CMC 110-n situado en el primer extremo, y la unidad de conexión 111 -n-2 del CMC 110- n-2 de número par situado en el último extremo. La unidad de suministro de corriente de ecualización 121 puede proporcionar al módulo de batería 10-n situado en el primer extremo la corriente de ecualización a través del circuito de suministro de corriente de ecualización formado como se ha descrito anteriormente.
En el ejemplo de realización, el BMC 120 puede incluir además una unidad de conmutación del circuito de ecualización 124 que está situada en un terminal de salida de la unidad de suministro de corriente de ecualización 121 y cambia un estado de conducción eléctrica del terminal de salida de la unidad de suministro de corriente de ecualización 121.f
La unidad de conmutación de corriente de ecualización 124 puede controlar el estado de conducción eléctrica del terminal de salida de la unidad de suministro de corriente de ecualización 121 para formar el circuito de suministro de corriente de ecualización para suministrar la corriente de ecualización al módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía. Por ejemplo, la unidad de conmutación del circuito de ecualización 124 puede ser de cuatro interruptores unipolares unidireccional (SPST) como se ilustra en las figuras 1, y 3 a 6. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello. puede aplicarse cualquier elemento constitutivo que sea capaz de bloquear una tensión de salida del terminal de salida de la unidad de suministro de corriente de ecualización 121.
En el ejemplo de realización, el BMC 120 puede formar un circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de la unidad de conmutación 112 incluida en el CMC 110 del que se desea reconocer una ubicación entre los CMC 110. Además, el BMC puede identificar una ubicación del CMC 110 del que se desea reconocer una ubicación basándose en una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo. En lo sucesivo, en el presente documento, esto se describirá con más detalle con referencia a las figuras 5 y 6.
La figura 5 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un circuito de identificación de ubicación de módulo formado en el aparato de ecualización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención, y la figura 6 es un diagrama que ilustra esquemáticamente otra forma del circuito de identificación de ubicación de módulo formado en el aparato de ecualización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
Con referencia a las figuras 5 y 6 , el BMC 120 puede formar el circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de la unidad de conmutación 112 del CMC 110 cuya ubicación se desea reconocer, e identificar una ubicación del CMC 110 correspondiente basándose en una tensión del circuito de identificación de ubicación de módulo formado. Para este fin, el BMC 120 puede incluir una unidad de medición de tensión 123.
Un terminal positivo de la unidad de medición de tensión 123 está conectado con el BUS positivo y un terminal negativo de la unidad de medición de tensión 123 está conectado con el BUS negativo, midiendo de ese modo una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo. Por ejemplo, cuando desea reconocer una ubicación del CMC 110 situado en el extremo frontal del CMC 110 situado en el último extremo, el BMC 120 puede controlar un estado de conducción eléctrica de la unidad de conmutación 112 incluida en el CMC 110 del que se desea reconocer una ubicación, a saber, el CMC 110 situado en el extremo delantero del CMC 110 situado en el último extremo. En consecuencia, puede formarse el circuito de identificación de ubicación de módulo ilustrado en la figura 5, y el circuito de identificación de ubicación de módulo puede incluir sólo un módulo de batería entre N módulos de batería 10. En consecuencia, la tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo medida a través de la unidad de medición de tensión 123 puede ser la tensión de un módulo de batería. Además, cuando desea reconocer una ubicación del CMC 110 situado en tercer lugar basándose en el CMC 110 situado en el último extremo, el BMC 120 puede controlar un estado de conducción eléctrica de la unidad de conmutación 112 incluida en el CMC 110 colocado en tercer lugar. En consecuencia, puede formarse el circuito de identificación de ubicación de módulo ilustrado en la figura 6 , y el circuito de identificación de ubicación de módulo puede incluir N-2 módulos de batería entre N módulos de batería 10. En consecuencia, la tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo medido a través de la unidad de medición de tensión 123 puede ser las tensiones de N-2 módulos de batería. A saber, cuando el método anterior se aplica al caso en que se unen y utilizan 10 módulos de batería 10 que tienen una tensión de 1 V, las tensiones de 0 V a 9 V pueden medirse de acuerdo con las ubicaciones de 10 CMC 110. El BMC 120 puede prealmacenar un valor de tensión de acuerdo con las ubicaciones de las CMC 110, y puede comparar la tensión medida a través de la unidad de medición de tensión 123 entre los valores de tensión prealmacenados con un valor de tensión correspondiente e identificar una ubicación del CMC 110 cuya ubicación se desea reconocer.
En otro ejemplo de realización, el BMC 120 puede formar el circuito de identificación de ubicación de módulo para cada uno de los CMC 110 y medir una tensión a través de la unidad de medición de tensión 123, y asignar un número de identificación a cada uno de los CMC 110 basándose en un tamaño de la tensión medida.
En lo sucesivo, en el presente documento, un método de ecualización de los módulos de batería 10 utilizando el aparato de ecualización de módulos de batería 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención se describirá con referencia a las figuras 7 y 8.
La figura 7 es un diagrama de flujo para describir una serie de procesos para ecualizar los módulos de batería 10 utilizando el aparato de ecualización de módulos de batería 100 de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente invención.
En primer lugar, se miden las tensiones de ambos extremos de los módulos de baterías conectados con los CMC (S110). El BMC puede recibir las tensiones de ambos extremos del módulo de batería medidos en la operación S110 y calcular un SoC de cada uno de los módulos de batería (S120). El BMC diagnostica la anomalía del SoC de cada uno de los módulos de batería basándose en el SoC calculado de los módulos de batería (S130). Cuando los módulos de batería tiene anomalía como resultado del diagnóstico de los módulos de batería en la operación S130, los estados de las unidades de conmutación incluidas en el CMC conectada con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía y el CMC conectada con el extremo frontal del CMC correspondiente se controlan a un estado encendido para formar un circuito de suministro de corriente de ecualización (S140). La unidad de suministro de corriente de ecualización suministra una corriente de ecualización al módulo de batería que presenta la anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización formado en la operación S140 (S150). La corriente de ecualización se suministra en la operación S150, para que cuando el SoC de los módulos de batería se iguale y no tenga ninguna anomalía, el BMC controla los estados de las unidades de conmutación incluidas en el CMC conectado con el módulo de batería en el que se ha diagnosticado una anomalía y el CMC conectado con el extremo frontal del CMC correspondiente a un estado apagado y realiza una operación normal S160. Cuando se determina que el módulo de batería que tiene la anomalía sigue teniendo anomalía incluso después de realizar la operación S150, el SoC de los módulos de batería puede igualarse realizando repetidamente la operación S150.
La figura 8 es un diagrama de flujo que describe una serie de procesos para identificar una ubicación de controladores de módulos de celda 110 utilizando el aparato de ecualización de módulos de baterías 100 de acuerdo con el ejemplo de realización de la presente invención.
En primer lugar, el BMC controla un estado de una unidad de conmutación incluida en un CMC cuya ubicación se desea reconocer a un estado encendido y forma un circuito de identificación de ubicación de módulo (S210). El BMC mide una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo formado en la operación S210 a través de la unidad de medición de tensión (S220). A continuación, el BMC se empareja con un CMC correspondiente a la tensión medida a través de la unidad de medición de tensión entre los CMC (S230). El BMC reconoce una ubicación del CMC cuya ubicación se desea reconocer basándose en el CMC emparejado en la operación S230.
El método de ecualización de los módulos de batería 10 y el método de reconocimiento de la ubicación del CMC mediante el aparato de ecualización de módulos de batería 100 se han descrito con referencia a los diagramas de flujo presentados en los dibujos. Para obtener una descripción simplificada, el método se ilustra y describe con la serie de bloques, pero la presente invención no se limita al orden de los bloques, y algunos bloques pueden producirse en un orden diferente al ilustrado y descrito en la presente memoria descriptiva o pueden producirse con otros bloques al mismo tiempo, y otras ramas, una ruta de flujo, y se pueden implementar órdenes de los bloques que logren el mismo resultado o uno similar. Además, para la aplicación del método descrito en la presente memoria descriptiva, es posible que no se necesiten todos los bloques ilustrados.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para ecualizar un módulo de batería (10-1, 10-n), comprendiendo el aparato:
una pluralidad (110) de controladores de módulos de celda, CMC (110-1, ..., 110-n), que están conectados con una pluralidad (10) de módulos de batería (10-1,..., 10-n), respectivamente, en donde cada CMC (110-1,..., 110- n) está adaptado para medir una tensión en los extremos de su módulo de batería conectado respectivo (10-1, ..., 10-n) entre la pluralidad (10) de módulos de batería (10-1, ..., 10-n); y
un controlador de módulo de batería, BMC (120), que se adapta para calcular un estado de carga, SoC, de cada uno de la pluralidad (10) de módulos de batería (10-1,..., 10-n) a partir de las tensiones medidas en los extremos de cada uno de los módulos de batería (10-1,..., 10-n), en donde el BMC (120) está adaptado para diagnosticar anomalías de cada uno de la pluralidad (10) de módulos de batería (10-1, ..., 10-n) basándose en el SoC calculado, en donde el BMC (120) está adaptado para controlar una pluralidad de unidades de conmutación (112-1, ... , 112-n) incluidas en la pluralidad (110) de los CMC (110-1,..., 110-n), respectivamente, basándose en una ubicación del módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía entre la pluralidad (10) de módulos de batería (10-1, ..., 10-n),
en donde el BMC (120) está adaptado para realizar dicho control formando un circuito de suministro de corriente de ecualización que es un circuito cerrado que incluye el BMC (120) y el módulo de batería (10-2) en el que se ha diagnosticado una anomalía, y suministrando una corriente de ecualización al módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía a través del circuito de suministro de corriente de ecualización,
en donde el aparato comprende:
un BUS de ecualización y un BUS de comunicación que conectan la pluralidad (110) de los CMC (110-1,..., 110-n) y el BMC (120) mediante un esquema de conexión en cadena,
en donde el BUS de ecualización incluye:
un BUS positivo que conecta en serie una pluralidad de los CMC (110-1, 110-3) situados en lugares impares, en donde el primer lugar está en el CMC (110-1) situado en el último extremo entre la pluralidad (110) de los CMC (110-1, ..., 110-n); y
un BUS negativo que conecta en serie una pluralidad de CMC (110-2) situados en lugares pares, en donde el BMC (120) está configurado para formar el circuito de suministro de corriente de ecualización mediante el control de la unidad de conmutación (112-2) incluida en el CMC (110-2) conectado con el módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido y la unidad de conmutación (112-3) incluida en el CMC (110-3) conectado a un extremo frontal del CMC (110 2 ) conectado con el módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde cuando la anomalía no se diagnostica en la pluralidad (10) de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n), la pluralidad (110) de los CMC (110-1, ..., 110-n) están configurados para mantener la pluralidad de unidades de conmutación (112-1, ... , 112-n) en un estado apagado.
3. El aparato de la reivindicación 1, en donde el BMC (120) incluye una unidad de conmutación auxiliar (122) que está adaptada para controlar un estado de conducción eléctrica con un CMC (110-n) situado en el primer extremo entre la pluralidad (110) de los CMC (110-1, ..., 110-n), y cuando se diagnostica que un módulo de batería (10-n) situado en el primer extremo presenta anomalías, el BMC (120) está adaptado para formar el circuito de suministro de corriente de ecualización de forma que incluya el módulo de batería (10-n) situado en el primer extremo mediante el control de los estados de conducción eléctrica de la unidad de conmutación (112-n) incluida en el CMC situado en el primer extremo y la unidad de conmutación auxiliar (122).
4. El aparato de la reivindicación 1, en donde cada uno de la pluralidad (10) de los CMC (110-1, ..., 110-n) incluye además:
una unidad de conexión (111-1, ..., 111-n) que está adaptada para conectar selectivamente el módulo de batería (10-1, ..., 10-n) conectado a cada uno de los CMC (110-1, ..., 110-n), la unidad de conmutación (112-1,..., 112-n) incluida en cada uno de los CMC (110-1, ..., 110-n), y el BUS de ecualización;
una unidad de detección de tensión (113) adaptada para medir la tensión en los extremos del módulo de batería (10-1, ..., 10-n) conectado a cada uno de los CMC (110-1, ..., 110-n);
una unidad de fusible (116) que conecta un electrodo negativo del módulo de batería (10-1, ..., 10-n) conectado a cada uno de los CMC (110-1, ..., 110-n) y la o las unidades de conmutación (112-1, ..., 112-n);
una unidad de equilibrado (114) adaptada para descargar el módulo de batería (10-1, ..., 10-n) conectadas a cada uno de los CMC (110-1, ..., 110-n);
y
una unidad de control (115) adaptada para controlar el funcionamiento de la unidad de equilibrado (114) en función de la tensión medida.
5. El aparato de la reivindicación 1, en donde el BMC (120) incluye:
una unidad de suministro de corriente de ecualización (121) que está adaptada para suministrar la corriente de ecualización al módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía; y
una unidad de medición de tensión (123) adaptada para medir una tensión del BUS de ecualización, y los terminales positivos de la unidad de suministro de corriente de ecualización (121) y la unidad de medición de tensión (123) están conectados con el BUS positivo, y los terminales negativos de la unidad de suministro de corriente de ecualización (121) y la unidad de medición de tensión (123) están conectados con el BUS negativo.
6. El aparato de la reivindicación 1, en donde el BMC (120) está adaptado para formar un circuito de identificación de ubicación de módulo mediante el control de una unidad de conmutación (112-1, ..., 112-n) incluida en un CMC (110 1, ..., 110-n) de la que se desea reconocer una ubicación entre los uno o más CMC (110-1, ..., 110-n), y adaptado para identificar la ubicación del CMC cuya ubicación se desea reconocer basándose en una tensión aplicada al circuito de identificación de ubicación de módulo.
7. Método de ecualización de un módulo de batería mediante el aparato de ecualización de módulos de batería de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 , comprendiendo el método:
medir las tensiones en los extremos de la pluralidad de módulos de baterías (10-1, ..., 10-n) conectados a la pluralidad de CMC (110-1, ..., 110-n), respectivamente;
diagnosticar la anomalía de cada uno de la pluralidad (10) de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n) basándose en los SoC de cada uno de la pluralidad (10) de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n) calculado a partir de las tensiones medidas en los extremos de cada uno de la pluralidad (10) de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n); y controlar la pluralidad de unidades de conmutación (112-1, ..., 112-n) incluidas en la pluralidad de los CMC (110 1,..., 110-n), respectivamente, basándose en la ubicación del módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía entre la pluralidad (10) de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n), y formar un circuito de suministro de corriente de ecualización que es un circuito cerrado que incluye una unidad de suministro de corriente de ecualización (121) que suministra una corriente de ecualización y el módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía,
en donde el suministro de la corriente de ecualización incluye la formación del circuito de suministro de corriente de ecualización mediante el control de la unidad de conmutación (112-2) incluida en el CMC (110-2) conectado con el módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido y la unidad de conmutación (112-3) incluida en el CMC (110-3) conectada con el extremo frontal del CMC (110-2) conectado con el módulo de batería (10-2 ) en el que se ha diagnosticado una anomalía para ponerla en estado encendido.
8. El método de la reivindicación 7, que comprende además:
cuando la anomalía no se diagnostica en la pluralidad de los módulos de batería (10-1, ..., 10-n), mantener la pluralidad de unidades de conmutación (112-1,..., 112-n) en estado apagado.
9. El método de la reivindicación 7, para el aparato de equalización de módulos de batería de la reivindicación 3, en donde el suministro de la corriente de ecualización incluye, cuando se diagnostica que el módulo de batería (10-n) situado en el primer extremo tiene anomalía, formar el circuito de suministro de corriente de ecualización para incluir el módulo de batería (10-n) situado en el primer extremo mediante el control de los estados de conducción eléctrica de la unidad de conmutación (112-n) incluida en el CMC (110-n) situada en el primer extremo y la unidad de conmutación auxiliar (122) conectada con el CMC (110-n) situado en el primer extremo entre la pluralidad de los CMC (110-1, ..., 110-n).
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