CN103904721A - 电池电压均等化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由锂系2次电池（锂离子、锂聚合物）构成的电池模块，事前切断电池单元电压均等化的平衡操作中的过热的BMS(Battery Management System)的烧损及电池着火的装置及方法。电池电压均等化装置包括：电池单元平衡控制部，分别检测构成于电池组的电池单元的电压，提取电池单元平衡所需的电池单元，决定平衡任务执行放电控制；电池平衡执行部，根据在所述电池单元平衡控制部施加的电池单元平衡任务信号，使充电于电池单元的电压放电；温度检测部，实时监控所述电池单元平衡执行部的温度，提供于所述电池单元平衡控制部。电池单元平衡控制部是以电池单元电压偏差及所述电池单元平衡执行部的温度为基础。

Description

电池电压均等化装置及方法
技术领域
本发明作为涉及电池电压均等化装置及其方法，更详细的说，涉及在由锂系2次电池（锂离子、锂聚合物）构成的电池模块，为了事前切断电池电压均等化平衡操作中的过热的BMS(Battery Management System)的烧损及电池着火的装置及其方法。
背景技术
一般地说，电池在电子及电子领域正在被多样的利用，并且为了构成高电压电池将多个的电池单元(Cell)以串联连接。
构成于高电压电池的多个的电池单元根据使用经过的时间，依据冷却效率及在容量施加的个别动态的差异，充电电压发生相互不同的现象。
因此，由于至少一个以上的电池单元具有比其他电池单元更低状态的充电电压，因此会发生永久性的限制电池整体的放电能力的问题。
另外，由于至少一个以上的电池具有比其他电池高很多的充电电压，因此发生永久性限制电池整体充电量的问题。
如果，一个电池单元是具有最低充电电压的限制值的状态，其他一个电池单元具有最高充电电压的限制值的状态，就算所有其他电池单元具有适当的充电电压，所述电池不仅是不能充电而且发生不能执行放电的问题。
从而，在具有低充电电压的电池单元，通过提升(Boosting)执行个别的充电工作，具有高充电电压的电池单元执行使保有的充电量放电工作的电阻放电(Bucking)，提供能够维持整体均衡的电池单元平衡。
所述电池单元平衡接近直到充分满足有问题的电池单元的均衡，就可中断所述电池单元平衡，若所述电池单元构成相当不均衡时，就可以重新启动所述电池单元平衡。
电池单元平衡的方法是，电压从具有高电压的一个以上的电池单元移动至具有极低电压的一个以上的电池单元，将调整电压均衡的充电移动技术，与充电于具有极高电压的一个以上的电池单元的电压通过负荷，可适用使其消耗的充电消耗技术。
所述充电消耗技术控制电池单元平衡开关，将放电所需的电池单元选择性的执行电阻放电(Bucking)，可以使电池间的电压偏差缩小。
但是，选择放电所需的电池单元发生开关的不良或烧损，若是时常开启的状态，电池单元平衡与处理器的控制无关的时常执行电阻放电，使电池管理控制器的温度过度上升，引起了零部件烧损及着火的原因。
另外，根据处理器的错误过度执行电池单元平衡的情况，也会使电池管理控制器的温度过度上升，提供了零部件烧损及着火的原因。
还有，根据如上所述的开关不良或处理器错误，电池单元电压过低且正常执行诊断，就算关掉主继电器或分离安全插头，也不能解除由于过热导致零部件烧损及着火的原因。
从而，为了防止这种过热，将电池单元平衡操作限制为7:3或8:2的比例，但是由于电池单元平衡开关的烧损或开关控制的错误，从而不能进行任务控制的情况，电池管理控制器的烧损及着火是不可避免的现象。
构成电池组的电池单元的个数越多，这种现象就会发生越多，在运行混合动力汽车（HEV），电动汽车（EV）中提供了严重的危险性。
发明内容
（要解决的技术问题）
提供本发明的目的在于，为了解决上述问题，在由锂系2次电池（锂离子、锂聚合物）构成的电池模块，为了在事前切断电池单元电压均等化的操作中的过热的BMS(Battery Management System)的烧损及电池的起火的装置及方法。
本发明的其他目的是，变化根据温度的电池单元电压均等化操作时间，提供可以将均等化性能最大化的装置及其方法。
本发明的目的不被在以上谈及的目的限制，并且没有谈及的其他另外的目的，从业者可以从以下的记载明确理解。
（解决问题的手段）
根据为了达成前述目的的本发明一面，电池电压均等化装置的特征在于，包括：电池单元平衡控制部，分别检测构成于电池组的电池单元电压，提取电池单元平衡所需的电池，决定平衡任务执行放电控制；电池单元平衡执行部，根据在所述电池单元平衡控制部施加的电池单元平衡任务信号，使充电于电池单元的电压放电；温度检测部，实时监控所述电池单元平衡执行部的温度，提供于所述电池单元平衡控制部。所述电池单元平衡控制部是以电池单元电压偏差及所述电池单元平衡执行部的温度为基础，决定所述平衡任务。
作为一实施例，所述电池单元平衡控制部是，若所述电池单元电压偏差超过第1目标偏差，将所述电池单元平衡执行部的温度与设定温度值比较，比较结果为所述电池单元平衡执行部的温度若不超过所述设定温度值，将所述平衡任务决定为最大值。
比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度超过所述设定温度值，从所述设定温度值到保护操作温度值，由所述平衡任务在从最大值到0为止先行性的减少的温度-平衡函数，决定相当于所述电池单元平衡执行部的温度的平衡任务。
另外，所述电池单元平衡控制部，在所述平衡任务决定为最大值的情况，经过一定时间以后的电池单元电压偏差与第2目标偏差比较，比较结果，经过一定时间后的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，强制终止所述电池单元平衡执行部的电池单元平衡。
比较结果为，经过一定时间以后的电池单元电压偏差超过所述第2目标偏差，将经过一定时间以后的所述电池单元平衡执行部的温度与所述设定温度值比较，根据比较结果决定所述平衡任务。
根据本发明其他面的电池电压均等化方法，包括：（a）分别检测构成于电池组的电池单元电压，将电池单元电压偏差与第1目标偏差比较的阶段；（b）若所述电池单元电压偏差超过所述第1目标偏差，将电池单元平衡执行部的温度与设定温度值比较的阶段；（c）比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度不超过所述设定温度值，将所述平衡任务决定为最大值的阶段；（d）比较结果为，所述电池单元平衡执行部的温度超过所述设定温度值，从所述温度值到保护操作温度值，由所述平衡任务在从最大值到0为止先行性减少的温度-平衡函数，决定相当于所述电池平单元衡执行部温度的平衡任务的阶段。
如果，根据所述（c）阶段所述平衡任务决定为最大值的情况，根据本发明其他面的电池单元电压均等化方法，还包括：经过一定时间以后的电池单元电压偏差与第2目标偏差比较的阶段；比较结果为，经过一定时间以后的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，强制终止所述电池单元平衡执行部的电池单元平衡的阶段；比较结果为，经过一定时间以后的电池单元电压偏差超过所述第2目标偏差，将经过一定时间以后的所述电池单元平衡执行部的温度与所述设定温度值比较的阶段；根据所述温度比较结果，选择性的执行所述（c）或所述（d）阶段的阶段。
（发明的效果）
如上所述，根据本发明，变化根据电池单元平衡执行部温度的平衡任务，因此可缩短在低温领域的电池单元均等化时间。另外，具有可以进行对以上操作的保护操作，可以提高产品的稳定性。
附图说明
图1是显示根据本发明实施例的电池电压均等化装置的概括性构成的构成框图。
图2是图示根据本发明实施例的电池电压均等化装置安装于实际印刷电路基板的一事例的图面。
图3是图示根据本发明实施例的电池电压均等化方法的概括性顺序的流程图。
具体实施方式
与附图一起参照详细后述的实施例，明确本发明的优点及特征，还有为了将其达成的方法。但是本发明并非限制于在以下公开的实施例。可以相互不同的多样的形态实现，并且本实施例只是将本发明的公开更完整。为了将本发明的范畴更完整的告知在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员所提供，且本发明只根据权利要求定义。另一方面，在本说明书使用的用语是为了说明本实施例，并非要限制本发明。在本说明书中没有特别谈及时也包括复数形。
以下参照附图，详细说明本发明的最佳实施例。首先根据在各图面的构成要素附加参照符号，对相同的构成要素，就算表示在其他图面上最好赋予相同符号。另外在说明本发明中，对相关公知构成或功能的具体说明，遗漏本发明重点的情况，省略其详细说明。
图1是显示根据本发明实施例的电池电压均等化装置的概括性构成的构成框图。
参照图1，根据本发明实施例的电池电压均等化装置的构成包括：电池单元平衡控制部10、电池单元平衡执行部20、温度检测部30。
电池单元平衡控制部10，分别检测构成电池组的电池单元电压，若检测具有平均电压以上的放电所需的电池单元，决定为了相关电池单元放电的平衡任务之后，以决定的任务执行放电控制，提供不发生电池单元间电压偏差的电池单元平衡。
电池组为了高电压的输出，可以充电一定容量的电压的多个电池单元，例如88个的电池单元以串联连接。
作为一实施例，电池单元平衡执行部20是，构成电池组的各电池单元的两端间开关与负荷电阻以串联连接构成。并且根据在所述电池平衡控制部10施加的电池单元平衡任务信号，执行开关的开关通过负荷电阻使充电于电池单元的电压放电。
温度检测部30实时监控所述电池单元平衡执行部20的温度，将对此的信息提供于所述电池单元平衡控制部10。
如图2所示，作为一实施例所述电池单元平衡执行部20及温度检测部30，以SMD零部件安装于一个印刷电路基板（PCB），因此构成电池单元平衡执行部20的电阻与所述温度检测部30的温度传感器位置，在不阻碍在高电压电路的电阻与低电压电路（指电池平衡控制部）的温度传感器之间的绝缘电阻的性能下最大限度的靠近配置。
因此，可以较大提高所述电池单元平衡执行部20的温度计量性能及准确度。
另一方面，根据本实施例的电池电压均等化装置的特征在于，利用检测的电池单元间电压偏差及所述电池单元平衡执行部20的温度值，决定为了控制电池单元平衡的平衡任务。以下参照图1及图3，详细查看所述电池单元平衡控制部10执行的平衡任务决定方法。
图3是图示根据本发明实施例的电池电压均等化方法的概括性顺序的流程图。
首先，电池平衡控制部10分别检测构成于电池组的电池单元电压，计算电池单元电压偏差，将所述电池单元电压偏差与已设定的第1目标偏差比较。（S310）
在这里第1目标偏差作为为了判断计算的电池单元电压偏差是否大到需要电压均等化工作的程度的基准值，是根据电池特性等已进行设定。
比较结果为，若所述电池单元电压偏差超过所述第1目标偏差，在温度检测部30检测的所述电池单元平衡执行部20的温度与设定温度值比较。（S320）
比较结果为，若所述电池单元平衡执行部20的温度不超过所述设定温度值，将所述平衡任务决定为最大值。（S330）
在这里，所述设定温度值意味着对于能否将为了电压均等化的平衡任务最大化的临界值，现在电池单元平衡执行部的温度在不超过所述临界值的情况，电池单元平衡执行部以最大周期执行电池单元平衡。
即，电池单元平衡控制10是，电池单元电压偏差超过第1目标偏差，现在检测的电池单元平衡执行部的温度值在不超过设定温度值的情况，将平衡任务（为了电池电压均等化的均等化周期设定为最大值）最大化，在所述电池单元平衡执行部20指示执行操作。
另一方面，在S320阶段的比较结果为，若所述电池单元平衡执行部20的温度超过所述设定温度值，以电池单元平衡执行部的现在温度为基础，决定平衡任务。（S325）
作为一实施例，电池平衡控制部10是，若所述电池单元平衡执行部的温度超过所述设定温度值，从所述温度值到保护操作温度值，由所述平衡任务在从最大值到0为止先行性的减少的温度-平衡函数，决定相当于所述电池单元平衡执行部的现在温度的平衡任务。
在这里，保护操作温度值意味着对于是否继续进行电池单元电压均等化的临界值，若现在电池单元平衡执行部20的温度超过所述保护操作温度值，平衡任务决定为0。
前述的设定温度值及所述保护操作温度值，作为为了控制电池单元平衡执行部操作的临界值，根据使用于电池单元平衡执行部的电阻的特性（例如，Watt.vs温度相关关系）不同设定。
例如，电池单元平衡执行部的温度在所述设定温度以下的情况，将平衡任务设定为最大，若所述电池单元平衡执行部的温度开始超过所述设定温度值，平衡任务会先行性的减少。若最终电池单元平衡执行部的温度达到所述保护操作温度值，平衡任务决定为0。
另一方面，在S320阶段的比较结果为，所述平衡任务决定为最大值的情况（S330），电池单元平衡控制部10在经过一定时间以后，重新检测电池单元电压计算电池单元电压偏差，将经过一定时间以后的电池单元电压偏差与新基准值的第2目标偏差比较（S340）。
比较结果为，经过一定时间以后的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，强制终止所述电池单元平衡执行部的电池单元平衡。
在这里，所述第2目标偏差作为意味着对于是否需要电池单元电压均等化工作的最小临界值，若现在计算的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，就不再需要均等化工作，因此电池单元平衡控制部10终止电池单元平衡执行部20的操作。
另一方面，在S340阶段的比较结果为，若经过一定时间以后的电池单元电压偏差超过所述第2目标偏差，由于是仍然需要电池单元电压均等化工作，因此重新执行S320阶段至S340阶段。
具体地说，电池单元平衡控制部10，将经过一定时间以后的电池单元平衡执行部20的温度重新与所述设定温度值比较（S320），根据比较结果选择性的执行S325或S330阶段。
以上，通过本发明的最佳实施例详细说明了本发明的构成，但是在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员，可理解为在不变更其技术思想或必须性的特征下，是可以实施与本说明书公开的内容不同的具体形态。因此，要理解为在以上叙述的实施例是在所有方面示例的而不是限定性的。本发明的保护范围比起上述详细的说明，是根据后叙的权利要求范围体现，并且权利要求的范围还有与其均等的概念导出的所有变更或变形的形态，应解释为是包括在本发明的范围。

Claims (15)

1.一种电池电压均等化装置，其特征在于，包括：
电池单元平衡控制部，分别检测构成于电池组的电池单元的电压，提取电池单元平衡所需的电池单元，决定平衡任务执行放电控制；
电池单元平衡执行部，根据在所述电池单元平衡控制部施加的电池单元平衡任务信号，使分别充电于电池单元的电压放电；
温度检测部，监控所述电池单元平衡执行部的温度，提供于所述电池单元平衡控制部。
2.根据权利要求1所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡控制部是，
以电池单元电压偏差及所述电池单元平衡执行部的温度为基础，决定所述平衡任务。
3.根据权利要求1所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
电池单元平衡执行部，包括：
所述电池单元连接至少一个电阻及至少一个的开关。
4.根据权利要求3所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述温度检测部是，
测量至少一个电阻周边的温度。
5.根据权利要求1所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡执行部及所述温度检测部是，以SMD零部件安装于一个印刷电路基板（PCB）。
6.根据权利要求2所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡控制部是，
若所述电池单元电压偏差超过第1目标偏差，将所述电池单元平衡执行部的温度与设定温度值比较，比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度不超过所述设定温度值，将所述平衡任务决定为最大值。
7.根据权利要求2所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡控制部是，
若所述电池单元电压偏差超过第1目标偏差，将所述电池单元平衡执行部的温度与设定温度值比较，比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度超过所述设定温度值，由从所述设定温度值到保护操作温度值，所述平衡任务在已定义的最大值到0为止先行性的减少的温度-平衡函数，决定相当于所述电池单元平衡执行部的温度的平衡任务。
8.根据权利要求2所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡控制部是，
所述平衡任务决定为最大值的情况，将经过一定时间以后的电池单元电压偏差与第2目标偏差比较，比较结果为，若经过一定时间以后的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，强制终止所述电池单元平衡执行部的电池单元平衡。
9.根据权利要求2所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡任务控制部是，
所述平衡任务决定为最大值的情况，经过一定时间以后的电池单元偏差与第2目标偏差比较，比较结果为，若经过一定时间以后的电池单元电压偏差超过所述第2目标偏差，将经过一定时间以后的所述电池单元平衡执行部的温度与所述设定温度值比较，根据比较结果决定所述平衡任务。
10.根据权利要求7所述的电池电压均等化装置，其特征在于，
所述电池单元平衡执行部的温度达到所述保护操作温度值，所述平衡任务决定为0。
11.一种电池电压均等化方法，其特征在于，包括：
（a）分别检测构成于电池组的电池单元的电压，将电池单元电压偏差与第1目标偏差比较的阶段；
（b）若所述电池单元电压偏差超过所述第1目标偏差，将电池单元平衡执行部的温度与设定温度值比较的阶段；
（c）比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度不超过所述设定温度值，所述平衡任务决定为最大值的阶段；
（d）比较结果为，若所述电池单元平衡执行部的温度超过所述设定温度值，以所述电池单元电压偏差及所述电池单元平衡执行部的温度为基础，决定所述平衡任务的阶段。
12.根据权利要求11所述的电池电压均等化方法，其特征在于，
决定所述平衡任务的阶段，包括：
从所述设定温度值到保护操作温度值，由所述平衡任务在最大值到0为止先行性减少的温度-平衡函数，决定相当于所述电池单元平衡执行部温度的平衡任务的阶段。
13.根据权利要求11所述的电池电压均等化方法，其特征在于，还包括：
根据所述（c）阶段所述平衡任务决定为最大值的情况，将经过一定时间以后的电池单元电压偏差与第2目标偏差比较的阶段；及
比较结果为，经过一定时间以后的电池单元电压偏差小于或等于所述第2目标偏差，强制终止所述电池单元平衡执行部的电池单元平衡的阶段。
14.根据权利要求11所述的电池电压均等化方法，其特征在于，还包括：
根据所述（c）阶段所述平衡任务决定为最大值的情况，将经过一定时间以后的电池单元电压偏差与第2目标偏差比较的阶段；
比较结果为，若经过一定时间以后的电池单元电压偏差超过所述第2目标偏差，将经过一定时间以后的所述电池单元平衡执行部的温度与所述设定温度值比较的阶段；
根据所述温度比较结果，选择性的执行所述（c）或所述（d）阶段的阶段。
15.根据权利要求12所述的电池电压均等化方法，其特征在于，
决定所述平衡任务的阶段，包括：
若所述电池单元执行部的温度达到所述保护操作温度值，所述平衡任务决定为0的阶段。
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