CN107985229B - 电池管理***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池管理***及其控制方法。电池管理***(BMS)可以包括：电池；继电器，其被配置为电连接和断开电池以向电负载提供电压(电力)和从电负载提供电压；电负载，其被配置为当继电器电连接时从电池接收电压(电力)，以将接收的电压(电力)与参考值进行比较并根据比较结果输出唤醒信号；以及控制器，其被配置为通过唤醒信号唤醒，以监测电池的状态以及控制继电器的状态。通过在车辆关闭的状态下通过电负载监测电池并且仅在必要时将BSM切换到唤醒状态，可以防止电池的过放电和过充电。

Description

电池管理***及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池管理***(BMS)及其控制方法，且更具体地，涉及一种电池管理***以及其控制方法，通过在车辆关闭的状态下通过电负载监测电池并且仅在必要时将BSM切换到唤醒状态，该电池管理***能够防止电池的过放电和过充电。
背景技术
作为环保车辆的电动车辆或燃料电池车辆包括低电压电池(也称为辅助电池)，以提供启动车辆所需的电压并提供电压到以低电压操作的电负载。此外，使用化石燃料驱动发动机的通用内燃机车辆包括可再充电的电池，以便启动车辆或向电负载提供电压。
作为这种电池，迄今为止已经使用廉价的铅酸电池，但是将来将用具有长寿命和优异的电性能的锂电池来代替。
由于锂电池应当防止完全放电，当辅助电池的充电状态变得小于预定阈值电压(下限放电电压)时，使用继电器中断与车辆***的电连接。由于需要适当地控制包括这种锂电池、继电器等的辅助电池***，因此可以在车辆中使用诸如电池管理***的控制器。
因此，用于实现电池管理***的控制器应该总是将控制器保持在唤醒状态，以监测电池的状态，从而防止辅助电池的过放电和过充电。
在本发明背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应被视为承认或任何形式的暗示该信息形成对本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种电池管理***以及其控制方法，通过在车辆关闭的状态下通过电负载监测电池并且仅在必要时将BSM切换到唤醒状态，该电池管理***能够防止电池的过放电和过充电。
根据本发明，上述和其它目的可以通过提供一种电池管理***来实现，该电池管理***包括：电池；继电器，其被配置为与电池电连接和电断开，以向电负载提供电压和从电负载提供电压；电负载，其被配置为当继电器电连接时从电池接收电压，以将所接收的电压与参考值进行比较并根据比较结果输出唤醒信号；以及控制器，其配置为由唤醒信号唤醒，以监测电池的状态并控制继电器的状态。
控制器可以包括：电源，其连接到电池并且被配置为接收驱动电压；唤醒输入装置，其被配置为从电负载接收唤醒信号并切换到唤醒状态；以及继电器控制器，其被配置为当在唤醒输入装置中执行到唤醒状态的切换时，监测电池的状态并根据电池的充电状态(SoC)来控制继电器的接通/关断。
电负载可以将从电池接收的电压与参考值进行比较，并且当所接收到的电压小于或大于参考值时输出唤醒信号。
电负载可以包括用于将从电池输出的电压与参考值进行比较并且根据比较结果生成唤醒信号的控制装置。
继电器控制器可以监测电池的状态并且当电池的充电状态(SoC)小于预定水平或大于预定水平时控制继电器的关断。
根据本发明的一个方面，一种控制电池管理***的方法包括：在关闭车辆的状态下将来自电池的电压施加到电负载，并输出唤醒信号；以及由唤醒信号唤醒，监测电池的状态并控制继电器的状态。
唤醒信号的输出可以包括将从电池接收的电压与参考值进行比较，并且根据比较结果生成并输出唤醒信号。
当从电池接收的电压小于参考值或大于参考值时，可以生成唤醒信号。
继电器的关断的控制可以包括从电池接收驱动电压，从电负载接收唤醒信号并切换到唤醒状态，在切换到唤醒状态时监测电池的状态，以及根据电池的充电状态(SoC)来控制继电器的接通/关断。
当电池的充电状态(SoC)小于预定水平或大于预定水平时，所述继电器可以被控制为关断。
本发明的方法和设备具有其它特征和优点，这些特征和优点从结合于此的附图和下面的详细描述中将更明显或更详细地阐述，所述附图一起用于解释某些本发明的原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的电池管理***的配置的图；以及
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池管理***的方法的流程图。
应当理解，附图不一定按比例绘制，呈现说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征(包括例如特定尺寸、取向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，在附图的几个图中，参考标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但是应当理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等同和其它实施例。
在描述本发明时，当其可能模糊本发明的主题时，将省略已知技术的详细描述。另外，在本说明书中使用的序数(例如，第一、第二等)仅用于将一个组件与另一个组件区分开。
在本说明书中，将理解，当一个元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，一个元件可以经由另一元件“连接到”或“耦合到”另一元件，虽然一个元件可以直接连接到或直接耦合到另一个元件。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的电池管理***的配置的图。如图1所示，根据本发明示例性实施例的电池管理***包括电池500；继电器400，其用于与电池500电连接和电断开，以向电负载100提供电压和从电负载100提供电压；电负载100，其用于接收并将从电池500输出的电压与参考值进行比较，并且当继电器400电连接时根据比较结果输出唤醒信号；以及控制器600，其由唤醒信号唤醒以监测电池的状态并控制继电器的状态。
此外，根据本发明的实施例的车辆的电池管理***还可以包括用于在继电器400和负载之间建立电连接的接线盒200，和具有连接到电池500的一个端部以及根据外部输入电连接或电断开的另一端部的重新连接开关300。
电池500存储电能以输出低压电力(例如，约12V)。电池500可以用于向需要在启动车辆时操作的各种类型的负载提供功率，并且在一些情况下，在车辆的驱动期间提供低压负载所需的功率。
在本发明的几个实施例中，电池500可以是低压电池或辅助电池，以在应用于用于采用高压电力驱动电动机的环保车辆时与用于驱动电动机的高电压电池区分开，并且在通常的内燃机车辆中可以简单地称为电池。
铅酸电池或锂电池可用作电池500。廉价的铅酸电池已经主要应用到现在，但倾向于用具有长寿命和高可靠性的锂电池代替。由于锂电池的性能在放电到预定电压或更低时迅速劣化，所以需要用于当电压降低到预定电压或更低时将电池与车辆***断开的继电器20。尽管在本发明的几个实施例中需要使用锂电池作为车辆的电池500，但是电池500不限于锂电池，并且铅酸电池可以用作电池500。
继电器400将电池500(特别是锂电池)电连接到车辆***或从车辆***电断开。继电器400具有电连接到电池500的前端部分和连接到车辆***的后端部分。可以通过用于电连接和电断开前端部和后端部的操作来确定电池400和车辆***之间的电连接状态。
继电器400的接通/关断状态可以由外部控制信号确定。例如，当具有特定电压的控制信号被施加到包括在继电器400中的线圈的一个端部以接通继电器时，继电器400的前端部和后端部电连接。当具有特定电压的控制信号施加到包括在继电器400中的线圈的另一端部以关断继电器时，继电器400的前端部和后端部可以电断开。为此，继电器400可以具有用于接收用于接通的控制信号和用于关断的控制信号的两个控制信号输入端子。
例如，当电池500在正常条件下(例如，电池500的电压在预定上限电压和下限电压之间)操作时，继电器400可以被控制为保持在连接状态，即，处于接通状态。相反，当电池500的电压小于预定阈值(下限)电压时，继电器400可以被控制为断开状态，即，关断状态。用于确定继电器的接通/关断状态的控制信号由控制器600提供。
接线盒200将与车辆电力***的低压操作相关的元件彼此电连接。包括在接线盒200中的多个连接端子彼此电连接。因此，连接到接线盒200的多个装置可以彼此电连接。
重新连接开关300在继电器400关断的状态下接收外部信号以重新连接继电器400。重新连接开关300可以具有根据外部输入彼此电连接或断开的两个端部。重新连接开关300的一个端部可以连接到电池500，并且其另一端部可以连接到控制器600。在本发明的几个实施例中，当通过外部输入接通重新连接开关300时，连接到重新连接开关300的另一端部的控制器600可以向继电器400提供用于接通继电器400的控制信号。
电负载100可以包括：控制装置110，用于将从电池500输出的电压与参考值进行比较，并且根据比较结果生成唤醒信号；以及通信装置120，用于将唤醒信号发送到控制器。电负载100可以包括在关闭车辆时利用从电池500接收的电压操作的灯、加热器、空调、挡风玻璃雨刮器、ABS、EPS等。由于这样的电负载100由通过接线盒200从电池500接收的电压驱动，因此可以监测电池的状态。电负载100的其它示例包括智能钥匙模块和远程信息处理***。由于远程信息处理***可以通过安装在驾驶员的移动终端中的应用连接到移动终端，所以可以通过移动终端主动地管理电池的连接状态(例如，继电器400的接通/关断状态通过BMS控制)，并且可以监测电池的电状态。
电负载100将从电池500接收的电压与参考值进行比较，并且当接收到的电压大于或小于参考值时输出唤醒信号。也就是说，当电池的电压大于参考值时，确定电池处于过充电状态，输出唤醒信号，并且当电池的电压小于参考值时，其确定电池处于过放电状态，输出唤醒信号。
控制器600可以从电池500和继电器400之间的连接线接收第一恒定电压，并且从继电器400和负载之间的连接线接收第二恒定电压。
第一恒定电压被示出为从电池500和继电器400之间的连接线提供给控制器600的电源610的电压，并且第二恒定电压被示出为从连接到继电器400的后端部分的接线盒200提供到控制器600的电源610的电压。
在本发明的几个实施例中，控制器600可以实现为应用于车辆的电池管理***(BMS)。由于高电压电池和低电压电池(辅助电池)倾向于结合在环保车辆中，所以控制器600可以由一个电池管理***控制器实现，用于同时管理高电压电池和低电压电压。在说明书和附图中，术语控制器被替换为首字母缩略词BMS。
控制器600可以包括电源610、唤醒输入装置620和继电器控制器630。
电源610直接连接到电池500，以从电池500和继电器400之间的连接线接收第一恒定电压，并且从继电器400和负载之间的连接线接收第二恒定电压。当唤醒输入装置620接收到指示唤醒的特定信号时，电源610可以停止处于睡眠状态的操作并且向控制器600的所有组件提供电压。在本发明的一个示例性实施例中，由于从电池500直接接收恒定电压，所以即使在继电器400关断的状态下也可以唤醒。
唤醒输入装置620接收用于唤醒控制器600的信号。当唤醒输入装置620接收到唤醒信号时，控制器600向其组件提供电压以开始正常操作。也就是说，控制器600切换到能够在关闭车辆的状态下执行最少操作的睡眠状态。在睡眠状态下，控制器600不能执行正常控制操作。例如，控制器600不能在睡眠状态下接通/关断继电器400。当唤醒输入装置620接收到唤醒信号时，控制器600向其组件提供恒定电压以开始操作。
唤醒输入装置620从电负载接收唤醒信号。也就是说，在作为检测电池的电压的结果确定电池的状态处于过充电或过放电状态时，电负载100输出唤醒信号，并且唤醒输入装置接收唤醒信号。
另外，唤醒信号可以是车辆的键输入，来自重新连接开关300的输入或继电器400的后端部分的过电压输入。例如，当唤醒输入装置620从车辆的启动键接收到用于接通辅助ACC或点火IG1的信号时，唤醒输入装置620可以唤醒控制器600。另外，当连接重新连接开关300以向唤醒输入装置620施加电压时，唤醒输入装置620可唤醒控制器600。
继电器控制器630向继电器400提供用于控制继电器400的电连接状态的控制信号。如上所述，例如，当由设置在电池500中的电压传感器检测到的电池电压变得小于预定阈值，则继电器控制器630可以向继电器400提供用于关断继电器400的控制信号。也就是说，当通过唤醒输入装置620执行切换到唤醒状态时，继电器控制器630监测电池的状态，并根据电池的充电状态(SoC)控制继电器的接通/关断。此时，当电池的SoC小于或大于预定水平时，继电器关断以控制电池的过放电或过充电。
另外，当重新连接开关300接通并且因此电池的电压被输入到控制器600时，继电器控制器630可以向继电器400提供用于接通继电器400的控制信号。
继电器控制器630提供脉冲形状的信号作为用于控制继电器400的控制信号。也就是说，继电器控制器630使用脉冲形状的信号来控制继电器的接通/关断。因此，即使当重新连接开关300长时间接通时，也可以防止包括在重新连接开关300中的线圈损坏。
具有上述配置的本发明的电池管理***的特征在于，提供用于控制器600的操作的多个电压。也就是说，如参考图1所描述的，控制器600从电池500和继电器400之间的连接线接收第一恒定电压，并且从继电器400和负载之间的连接线接收第二恒定电压。从控制器600的电源610接收第一恒定电压和第二恒定电压。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电池管理***的方法的流程图。如图2所示，根据本发明的示例性实施例的控制电池管理***的方法执行以下步骤：在关闭车辆的状态下将来自电池的电压施加到电负载(S210)，并将从电池接收的电压与预定参考值比较(S220)。这里，控制器600切换到能够在关闭车辆的状态下执行最少操作的睡眠状态。在睡眠状态下，控制器600不能执行正常控制操作。例如，控制器600不能在睡眠状态下接通/关断继电器400。
因此，在控制器600的睡眠状态下，电负载将从电池接收的电压与预定参考值进行比较。
随后，电负载100将从电池500接收的电压与参考值进行比较(S230)，并且当从电池接收的电压小于或大于参考值时输出唤醒信号(S240)。这里，参考值可以包括用于确定电池500的过放电状态的第一参考值和用于确定电池500的过充电状态的第二参考值。也就是说，当电池的电压小于第一参考值时，确定电池处于过放电状态，生成并输出唤醒信号，并且当电池的电压大于第二参考电压时，确定电池处于过充电状态，生成并输出唤醒信号。
随后，当唤醒输入装置620从电负载400接收到唤醒信号时(S250)，控制器600向其组件提供恒定电压以开始操作。控制器切换到唤醒状态以监测电池的状态(S260)。
接下来，监测电池的状态，并将电池的充电状态(SoC)与预定的参考水平进行比较，以确定电池是处于过充电状态还是过放电状态(S270)。参考水平可以包括用于确定电池的过放电状态的第一参考水平和用于确定电池的过充电状态的第二参考水平。也就是说，当电池的SoC小于第一参考水平时，可以确定电池处于过放电状态，并且当电池的SoC大于第二参考水平时，可以确定电池处于过充电状态。
这里，可以使用各种常规技术来确定电池500的SoC。例如，使用电池500的输出电压确定电池的SoC的方法可以被用作最简单的方法。在步骤S270中，作为将电池500的电压与对应于第一参考水平的参考电压值进行比较的结果，当电池500的电压小于对应于第一参考水平的参考电压值时，其可以确定电池处于过放电状态，并且作为将电池500的电压与对应于第二参考水平的参考电压值进行比较的结果，当电池500的电压大于对应于第二参考水平的参考电压值时，可以确定电池处于过充电状态。
随后，根据电池的SoC接通/关断继电器(S280)。也就是说，继电器控制器630向继电器400提供用于控制继电器400的电连接状态的控制信号。如上所述，例如，当由设置在电池500中的电压传感器检测到的电池电压变为小于预定阈值，则继电器控制器630可以向继电器400提供用于关断继电器400的控制信号。也就是说，当通过唤醒输入装置620执行切换到唤醒状态时，继电器控制器630监测电池的状态，并根据电池充电状态来控制继电器的接通/关断。此时，当电池的SoC小于预定水平或大于预定水平时，继电器关断以控制电池的过放电或过充电。
因此，控制器可以不总是监测唤醒状态，而是可以从电负载接收唤醒信号，并且在确定电池处于过充电或过放电状态时控制继电器。
根据本发明的示例性实施例，通过在车辆关闭的状态下通过电负载监测电池并且仅在必要时将BSM切换到唤醒状态，能够防止电池的过放电和过充电。
出于说明和描述的目的，呈现了本发明的具体示例性实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代和修改。意图是本发明的范围由所附的权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池管理***，包括：
电池；
继电器，其被配置为与所述电池电连接或电断开，以向电负载提供电压或从所述电负载提供电压；
电负载，其被配置为当所述继电器电连接时从所述电池接收电压，以将所接收的电压与预定值进行比较并根据比较结果输出唤醒信号；以及
控制器，其被配置为由所述唤醒信号唤醒，以监测所述电池的状态并控制所述继电器的状态，
其中所述控制器包括：
唤醒输入装置，其被配置为从所述电负载接收所述唤醒信号并切换到唤醒状态；以及
继电器控制器，其被配置为当在所述唤醒输入装置中执行到所述唤醒状态的切换时，监测所述电池的状态并根据所述电池的充电状态SoC来控制所述继电器的接通/关断。
2.根据权利要求1所述的电池管理***，其中所述控制器还包括：
电源，其连接到所述电池并且被配置为接收驱动电压。
3.根据权利要求1所述的电池管理***，其中所述电负载被配置为将从所述电池接收的电压与所述预定值进行比较，并且当所接收的电压小于或大于所述预定值时输出所述唤醒信号。
4.根据权利要求1所述的电池管理***，其中所述电负载包括控制装置，用于将从所述电池输出的电压与所述预定值进行比较，并且根据所述比较结果生成所述唤醒信号。
5.根据权利要求1所述的电池管理***，其中所述继电器控制器被配置为当所述电池的充电状态SoC小于第一预定水平或者大于第二预定水平时控制所述继电器的关断。
6.一种控制根据权利要求1所述的电池管理***的方法，所述方法包括：
在关闭车辆的状态下将来自所述电池的电压施加到所述电负载，并输出所述唤醒信号；以及
由所述唤醒信号唤醒，监测所述电池的状态并控制所述继电器的状态，
其中所述继电器的状态的控制包括：
从所述电负载接收所述唤醒信号并切换到唤醒状态；
在切换到所述唤醒状态时监测所述电池的状态；以及
根据所述电池的充电状态SoC来控制所述继电器的接通/关断。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述唤醒信号的输出包括：
将从所述电池接收的电压与所述预定值进行比较，并且根据所述比较结果生成并输出所述唤醒信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中当从所述电池接收的电压小于第一预定值或大于第二预定值时，生成所述唤醒信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述继电器的状态的控制还包括：
从所述电池接收驱动电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述电池的充电状态SoC小于第一预定水平或大于第二预定水平时，所述继电器被配置为控制为关断。
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