CN110011281A - 电池过充电防止装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电池过充电防止装置。电池过充电防止装置可利用作为无源元件的输入电力的电池单体的电压感测过电压并且在电池过充电时切断提供给电池的电力。

Description

电池过充电防止装置
本申请是申请号为201480037727.5，申请日为2014年07月23日，发明名称为“电池过充电防止装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电池过充电防止装置，更具体地说，涉及一种其能够利用作为无源元件的输入电力的电池单体的电压感测过电压并且在电池过充电时切断供给至电池的电力的电池过充电防止装置。
背景技术
感测和切断电驱动车辆的电池的过充电的现有的失控制止装置(runaway arrestdevice)(RAD)利用当电池被过充电时电池单体膨胀的膨胀现象来感测电池是否过充电。RAD被配置为包括设置在电池单体的侧表面上的开关，其中开关通过电池单体的侧表面的膨胀位移量被物理地推动来感测电池是否过充电。可配置RAD使得开关串联至电池的继电器控制线控制电源以当电池被过充电时切断提供给电池的电力或通过感测电池结合状态的高压互锁回路(HVIL)将异常现象通知电池管理***(BMS)，从而切断提供给电池的电力。
然而，因为RAD依赖于当电池被过充电时发生的膨胀现象，所以当考虑电池单体的膨胀现象是根据电池本身的特性不规则发生的现象时，它可能难以准确地感测电池是否过充电。此外，应该考虑以下几种情况存在的问题：例如设置在电池单体的侧表面上的开关和电池单体应该被配置成其间具有恒定的间隔，这是困难的；由于外部冲击等，存在发生故障的可能性和在电池单体的侧表面上需要安装开关的空间以便感测电池单体的侧表面的膨胀。
此外，感测和切断电驱动车辆的电池的过充电的现有的电流中断装置(CID)具有这样的配置，在配置中切除电池单体的突片部分使得电池单体利用在电池过充电时电池单体的膨胀现象偏离原始位置。
然而，因为CID具有机械上有意形成的弱点以便灵敏地操作当电池被多充电时发生的电池单体的膨胀现象，所以它具有机械可靠性降低和如在RAD中一样在电池单体的侧表面上需要安装装置的空间以便感测电池单体的膨胀的缺点。
美国专利申请公开第2011-0298463号已经公开了电池状态监测电路和电池装置。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种电池过充电防止装置，其能够通过电变化感测过充电并且在使用无源元件的电池过充电时切断提供给电池的电力。
技术方案
在一个总的方面，一种电池过充电防止装置包括：输入电压分配单元，其跨接包括多个电池单体的电池组中的至少一个电池单体并且分配电池单体的电压；电压感测单元，其连接至输入电压分配单元并且当它感测通过输入电压分配单元输入的电压为预定的电压或更多时操作；电力切断单元，其连接至电压感测单元并且通过使电压感测单元的操作来打开或关闭内部开关，以切断提供给电池组的电力。
电力切断单元可包括线圈单元和开关单元，电压感测单元可连接至线圈单元，由电池管理***(BMS)控制的继电器线圈侧的线路可连接至开关单元，当电力通过电压感测单元的操作被施加至线圈单元时，开关单元可切断电连接以切断继电器线圈侧的线路的电力。
输入电压分配单元可包括彼此串联的多个电阻器。
电压感测单元可由并联调整器(shunt regulator)配置而成，并联调整器的正极可连接在输入电压分配单元的电阻器之间，并联调整器的负极可连接至电池单体的阳极，输入电压分配单元连接至电池单体的阳极，并联调整器的参考端(reference)可连接至电池单体的阴极，输入电压分配单元连接至电池单体的阴极，当利用输入电压分配单元分配的输入电压被输入为预定的电压或更多时，并联调整器的负极和参考端可电传导至彼此。
电力切断单元可包括线圈单元和开关单元，线圈单元的一侧可连接至电池单体的阳极，输入电压分配单元连接至电池单体的阳极，线圈单元的另一侧可连接至并联调整器的负极，开关单元的一侧可连接至由电池管理***(BMS)控制的继电器线圈侧的线路，其另一侧可连接至公用线(-)。
电力切断单元可由止回电路配置而成，止回电路当电力通过电压感测单元的操作被施加至线圈单元时使开关单元操作，在没有进行额外的控制之前保持操作状态。
电力切断单元可由保持继电器(latching relay)配置而成。
电力切断单元可包括电阻器，其在电力切断单元的线圈单元之间并联地联接至线圈单元。
电池过充电防止装置可进一步包括安全单元，其跨接电池单体或连接至并联调整器的正极和并联调整器的参考端。
安全单元可以是电容器和TVS二极管中的至少任一种。
有利效果
在根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置中，当在电池组被充电的时间段期间产生过充电时，提供给电池组的电力被切断，从而可能防止着火或***。
此外，通过由电池管理***控制的继电器线圈侧的电力在电池组过充电时通过连接至由电池管理***控制的继电器线圈侧的线路的电力切断单元被切断，使得提供给电池组的电力被切断而不管电池管理***的控制，从而可能防止着火或***。
此外，通过输入电压分配单元分配的电压用作电压感测单元的输入电压，使得可以不同地配置电压感测单元。
此外，由并联调整器配置的电压感测单元被使用以最小化取决于电压感测单元的温度的操作偏差，从而可能提高操作精度。
此外，过充电感测电路和提供给电池组电力的电路被单独地配置，从而可能最小化电压感测单元平时消耗的电力。
此外，电力切断单元由止回电路配置以切断提供给电池组的电力直到产生过充电之后和进行额外控制之前，从而可能增加稳定性。
此外，因为使用由保持继电器配置的电力切断单元，所以不需要自保电路的单独组件，使得可减小尺寸、成本和重量。
此外，在线圈单元的操作时产生的噪声可通过并联地联接到电力切断单元的线圈单元的电阻器来降低，以允许电压感测单元不受噪声的影响，从而可能提高电压感测单元的精度。
此外，由于安全单元，可降低错误率并且最小化瞬时电压升高对其它元件的影响，从而可能提高稳定性和操作可靠性。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的概念图。
图2是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的电力切断单元的连接的示意图。
图3是根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的电路图。
图4是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置中的非过充电状态的情况的电路图。
图5是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置中的过充电状态的电路图。
图6是说明根据本发明的示例性实施例的包括安全单元的电池过充电防止装置的电路图。
图7是说明实施根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的示例的电路图。
图8是说明实施根据本发明的示例性实施例的包括安全单元的电池过充电防止装置的示例的电路图。
具体实施例
以下将参照附图详细地描述本发明。将注意的是，在整个附图中，相同组件用相同参考标记表示。另外，对于可能会不必要地使本发明的主旨不清楚的公知功能和配置的详细描述将被省略。
图1是根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的概念图，图2是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的电力切断单元的连接的示意图，图3是根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的电路图，图4是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置中的非过充电状态的情况的电路图，图5是说明根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置中的过充电状态的电路图，图6是说明根据本发明的示例性实施例的包括安全单元的电池过充电防止装置的电路图，图7是说明实施根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置的示例的电路图，图8是说明实施根据本发明的示例性实施例的包括安全单元的电池过充电防止装置的示例的电路图。
如图1中说明，根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置1000被配置成包括输入电压分配单元100、电压感测单元200和电力切断单元300。
在包括多个电池单体的电池组10中，当在电池组10充电的时间段期间产生过充电，电池单体的电压升高，并且可使用在电池单体过充电时的电压值确认电池单体是否被过充电。因此，电池单体的电压可用作无源元件的输入电力以在预定的电压操作无源元件，从而切断过充电。
输入电压分配单元100跨接包括多个电池单体的电池组10中的至少一个电池单体并且分配电池单体的电压。
通过至少一个电池单体可被认定为过充电的电压值和用于操作无源元件的电压值可互不相同。
在通过至少一个电池单体的电压用作无源元件的输入电力使得认定通过至少一个电池单体的电压为过充电时的电压的情况下，输入电压分配单元100分配输入电压(通过至少一个电池单体的电压)使得无源元件***作。
在此，输入电压分配单元100被配置成将包括多个电池单体的电池组10中的至少一个电池单体的电压接收为输入电压。
换言之，输入电压分配单元100可连接至电池侧以便将包括多个电池单体的电池组10中的至少一个电池单体的电压接收为输入电压或将电池组10的总电压接收为输入电压。此外，一些过充电防止装置可通过配置诸如第一输入电压分配单元、第二输入电压分配单元的一些输入电压分配单元和利用每一个连接至一些输入电压分配单元的第一电压感测单元、第二电压感测单元、第一电力切断单元、第二电力切断单元等来配置，其中第一输入电压分配单元将包括多个电池单体的电池组10中的至少一个电池单体的电压接收为输入电压，第二输入电压分配单元将电池组10的总电压接收为输入电压。即，可配置和使用多个电池过充电防止装置1000。
在图1中，通过示例的方式说明固态继电器将连接至电池组10中的最低部分的单元电池单体的电压接收为输入电压的形式。
电压感测单元200连接至输入电压分配单元100并且当它感测到通过输入电压分配单元输入的电压为预定的电压或更多时操作。
电力切断单元300连接至电压感测单元200并且通过使电压感测单元操作200切断提供给电池组10的电力来打开或关闭内部开关。
换言之，当输入至电压感测单元200的电压输入为产生过充电时的电压时，提供给电池组10的电力可利用电力切断单元300切断。即，当在电池组10被充电的时间段期间产生过充电时，提供给电池组10的电力被切断而无需受外部电路(电池管理***(BMS))等的影响，从而可能防止着火或***。
如图2中说明，电池单体10可被配置成包括连接至电池单体10的电力继电器组件(PRA)20和控制包括在电力继电器组件20中的各个继电器的电池管理***(BMS)30。
电力继电器组件20可被配置成包括第一主继电器(+)21、第二主继电器22(-)，预充电继电器23和预充电电阻器24。
第一主继电器(+)21可连接至电池组10的阳极端子并且可切断与电池组10的电连接。
第二主继电器(-)22可连接至电池组10的阴极端子并且可切断与电池组10的电连接。
预充电电阻器24和预充电继电器23允许电池组10在连接至第一主继电器21之前进行预充电。通过这，防止可在直接连接至第一主继电器21时产生的弧放电，从而可能确保电路的稳定性。在此，预充电继电器23可并联地联接至第一主继电器(+)21，预充电电阻器24可串联地联接至预充电继电器23。
通用电池组10通过电力继电器组件20的电连接和电断开是可能的，电力继电器组件20的各个继电器由电池管理***30控制。
电力切断单元300可被配置成包括线圈单元和开关单元。
线圈单元连接至电压感测单元200。
虽然未在图2中说明，但是电压感测单元200可将电力施加至电力切断单元300的线圈单元。
开关单元连接至由电池管理***30控制的继电器线圈侧的线路。
在此，当电力通过电压感测单元200的操作被施加至电力切断单元300的线圈单元时，电力切断单元300的开关单元可切断电连接以切断继电器线圈侧的线路的电力。即，因为电力通过切断电器线圈侧的线路的电力不会施加至各个继电器线圈，所以不可能通过电池管理***30控制各个继电器，各个继电器被保持在切断电连接的状态使得提供给电池组10的电力被切断。
换言之，在电池组10过充电时通过连接至由电池管理***30控制的继电器线圈侧的线路的电力切断单元300切断由电池管理***控制的继电器线圈侧的电力，使得提供给电池组10的电力被切断，而不管电池管理***30的控制，从而可能防止着火或***而无需受电池管理***30出现问题的影响。
如图3中说明，输入电压分配单元100可被配置成包括彼此串联联接的多个电阻器。在此，输入电压分配单元100分配电池单体的电压以便用于电压感测单元200的操作的电压可与在电池单体过充电时出现的电压相比较。例如，在电池单体过充电时出现的电压为4.75V和用于电压感测单元200的操作所需的电压为2.5V的情况下，当使用如图3中说明的具有电阻值为18KΩ和20KΩ的电阻器时，在电池单体的电压为4.75V或更大(过充电时的电压)的情况下，可电压感测单元200可***作。
换言之，在输入至输入电压分配单元100的电压(用于感测过充电的电池单体的电压)是过充电时的电压的情况下，电压可利用多个电阻器分配以便调节至可操作电压感测单元200的电压。
彼此串联的输入电压分配单元100的多个电阻器可根据输入电压分配单元100是将至少一个电池单体的电压接收为输入电压还是将电池组10的总电压接收为输入电压来选择电池电阻值。
因为通过输入电压分配单元分配的电压用作电压感测单元的输入电压，所以各种电压(一个单体的电压、多个单体的电压、电池组的总电压等)可用作输入电压，可以不同地配置电压感测单元(不存在依赖于用于操作电压感测单元的电压的限制)。
如图3中说明，电压感测单元200由并联调整器配置，并联调整器可以被配置成包括正极、负极和参考端子。
在此，并联调整器的正极连接在输入电压分配单元100的电阻器之间，并联调整器的负极连接至电池单体的阳极，输入电压分配单元100连接至电池单体的阳极，并联调整器的参考端连接至电池单体的阴极，输入电压分配单元100连接至所述电池单体的阴极。
在此，当利用输入电压分配单元100分配的输入电压被输入为预定的电压或更多时，并联调整器的负极和参考端电传导至彼此。
如图4中说明，在小于预设电压的电压被施加至并联调整器SR的正极的情况下，负极和参考端从彼此电切断。
如图5中说明，在大于预设电压的电压被施加至并联调整器SR的正极的情况下，负极和参考端被电传导(操作)至彼此。
一般来说，考虑单元电池单体的充电电压值的大小为4.2V，在如图3中说明的将单元电池单体的电压被接收为输入电压的情况下，感测电池过充电的电压值的大小为4.2V和5V之间的值。
例如，在电池单体过充电时出现的电压为4.75V和用于电压感测单元200的操作所需的电压为2.5V的情况下，当使用如图3中说明的具有电阻值为18KΩ和20KΩ的电阻器时，在电池单体的电压为4.75V或更大的值(过充电时的电压)的情况下，2.5V或更大的值被接通至并联调整器的正极，使得负极和参考端被电传导(操作)至彼此。
因为依赖于外部温度的并联调整器的操作电压的偏差显著小于固态继电器(SSR)等的偏差，所以它可被应用至需要高精度的元件，利用并联调整器使操作偏差最小化，从而可能提高操作精度。
可感测电池是否被过充电的电压值可根据是至少一个电池单体的电压被接收为输入电压还是电池组10的总电压被接收为输入电压来确定。
如图3中说明，电力切断单元300可被配置成包括线圈单元和开关单元。
线圈单元的一侧连接至电池单体的阳极，输入电压分配单元100连接至电池单体的阳极，线圈单元的另一侧连接至并联调整器的负极。
开关单元的一侧连接至由电池管理***(BMS)控制的继电器线圈侧的线路，开关单元的另一侧连接至公用线(-)。
为了切断提供给电池组的电力，与电池组的所有的电连接需要被切断。例如，在电力继电器组件连接至电池组的情况下，第一主继电器(+)、第二主继电器(-)和预充电继电器的电连接需要被切断。为了每次切断各个继电器的所有的电连接，电力切断单元300连接在连接至各个继电器线圈的公用线之间以切断公用线。从而可能容易地切断所有继电器的电连接。
另外，过充电感测电路(连接至线圈单元的电路)和提供给电池组10的电力的电路(连接至开关单元的电路)被单独地配置，从而可能最小化由电压感测单元平时消耗的电力。
电力切断单元300可由止回电路配置，止回电路当电力通过电压感测单元的操作被施加至线圈单元时操作开关单元并且保持操作状态如其那样直到进行额外控制。
止回电路是当电力被施加至线圈单元时操作开关单元的组件，保持开关单元的操作状态如其那样直到进行额外控制。
由止回电路配置的电力切断单元切断提供给电池模块的电力直到通过止回电路进行额外控制，从而可能防止额外事故发生直到进行对电池的过充电的随后测量。
另外，电力切断单元由止回电路配置以切断提供至电池组10的电力直到在产生过充电之后进行额外的控制之前，从而可能增加稳定性。
电力切断单元300可由保持继电器配置。
图3说明了保持继电器元件被设置为电力切断单元300的形式。保持继电器元件是接触部的接触状态被保持即使提供给线圈的电流被切断直到进行额外的控制的继电器元件。
例如，在电池单体过充电时出现的电压为4.75V和用于电压感测单元200的操作所需的电压为2.5V的情况下，如图4中说明的，当单体电压小于4.75V时，并联调整器变为它可能不导电的状态，保持继电器也保持在电压感测单元200不操作的初始状态，使得可能由电池管理***30控制电力继电器(第一主继电器(+)、第二主继电器(-)和预充电继电器的控制)。
另外，当如图5中说明单体电压为4.75V或更大时，并联调整器变为它导电的状态，保持继电器***作以切断提供给电力继电器组件的线圈端的电流，使得所有各个继电器(第一主继电器(+)、第二主继电器(-)和预充电继电器)的电连接被切断。
在此，在保持继电器基于过充电电压操作之后，保持继电器不会返回至初始状态(可能由电池管理***30进行的继电器控制的状态)同时将内部开关持续保持在电流状态(过充电切断状态)直到进行额外控制。
因此，在保持继电器的开关由于电池的过充电状态的产生被改变的情况下，输入至输入电压分配单元100的电压可被配置成传送至电池管理***30直到进行额外的控制，如图3中说明。换言之，可能通知电池管理***30是否电池单体被过充电而不管是否电力继电器组件20中的继电器切断电力。产生警报等使得在车辆外或车辆内部可识别过充电，从而可能将如上所述的感测的过充电状态通知给车辆外或车辆内部。换言之，用于向外部通知电池过充电状态的信号被连续地提供至外部直到对保持继电器进行额外控制，从而可能防止额外事故发生直到进行对电池的过充电的随后测量。
另外，因为使用由保持继电器配置的电力切断单元，所以不需要自保电路的单独组件使得可减小尺寸、成本和重量。
图7说明了利用可适用元件直接实施电池过充电防止装置1000的示例。连接器可安装在印刷电路板(PCB)上，在印刷电路板上配置电池过充电防止装置1000的仅有的元件被安装，借此连接至电池单体和电力继电器组件20，可在电池组10的任何位置处配置和安装一个单元使得布局自由。
作为另一示例，可在电池过充电防止装置1000中使用的元件可安装或配置在将电池单体的电压转移至电池管理***30的感测PCB上。在这种情况下，可通过在现有感测PCB连接器中仅增加所需数量的销来配置电池过程点防止装置1000而无需加入连接器，使得可降低电池组的尺寸、制造成本和重量。
换言之，安装根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置1000的位置并不限于诸如电压感测PCB、电池组10的内部等的位置。
如图3中说明，电力切断单元300可被配置成包括电阻器，其联接至线圈单元，在电力切断单元300的线圈单元之间并联。
在线圈单元的操作时产生的噪声可通过并联地联接到电力切断单元300的线圈单元的电阻器来降低，最小化电压感测单元200对噪声的影响，从而可能提高电压感测单元200的精度。
如图6中说明，根据本发明的示例性实施例的电池过充电防止装置可被配置成包括安全单元400，其跨接电池单体或连接至并联调整器的正极和并联调整器的参考端。
在此，安全单元400可被配置成包括电容器和TVS二极管中的至少任何一个。
图8说明了利用可适用元件直接实施电池过充电防止装置的示例。
在上述本发明中，感测电池的过充电状态的功能可单独地由电池管理***30提供，从而可能额外地保证车辆的稳定性并且满足ISO26262标准。
另外，因为过充电在电力方案被感测以在电力方案中切断提供给电池组的电力，所以与机械方案相比，可提高可靠性。
本发明并不限定于上述的示例性实施例并且在不脱离权利要求中要求保护的本发明的主旨的情况下可进行各种应用和各种修改。
[主要元件的详细描述]
10：电池组 20：电力继电器组件
21：第一主继电器 22：第二主继电器
23：预充电继电器 24：预充电电阻器
30：电池管理*** 100：输入电压分配单元
200：电压检测单元 300：电力切断单元

Claims (10)

1.一种电池过充电防止装置，其包括：
输入电压分配单元，其跨接包括多个电池单体的电池组中的至少一个电池单体并且分配所述至少一个电池单体的电压；
电压感测单元，其连接至所述输入电压分配单元并且当其感测通过所述输入电压分配单元输入的电压为预定的电压或更多时操作；
电力切断单元，其连接至所述电压感测单元并且通过所述电压感测单元的操作来打开或关闭内部开关，以切断提供给所述电池组的电力，
所述电力切断单元连接至与所述电池组连接的电力继电器组件的继电器线圈，在发生所述至少一个电池单体的过充电时切断所述继电器线圈侧的电力，以切断提供给所述电池组的电力，在没有发生额外的追加控制之前保持提供给电池组的电力被切断的状态。
2.根据权利要求1所述的电池过充电防止装置，其中所述电力切断单元包括线圈单元和开关单元，所述电压感测单元被连接至所述线圈单元，由电池管理***(BMS)控制的继电器线圈侧的线路被连接至所述开关单元，当电力通过所述电压感测单元被施加至所述线圈单元时，所述开关单元切断电连接以切断所述继电器线圈侧的线路的电力。
3.根据权利要求1所述的电池过充电防止装置，其中所述输入电压分配单元包括串联地联接到彼此的多个电阻器。
4.根据权利要求3所述的电池过充电防止装置，其中所述电压感测单元由并联调整器配置，所述并联调整器的参考端被连接在所述输入电压分配单元的电阻器之间，所述并联调整器的负极被连接至所述电力切断单元的一侧，所述并联调整器的正极被连接至所述电池单体的阴极，所述输入电压分配单元连接至所述电池单体的阴极，当利用所述输入电压分配单元分配的输入电压被输入为预定的电压或更多时，所述并联调整器的负极和正极电传导至彼此。
5.根据权利要求4所述的电池过充电防止装置，其中所述电力切断单元包括线圈单元和开关单元，
所述线圈单元的一侧被连接至所述电池单体的阳极，所述输入电压分配单元被连接至所述电池单体的阳极，所述线圈单元的另一侧被连接至所述并联调整器的负极，
所述开关单元的一侧被连接至由电池管理***(BMS)控制的继电器线圈侧的线路，所述开关单元的另一侧被连接至公用线(-)。
6.根据权利要求5所述的电池过充电防止装置，其中所述电力切断单元由止回电路配置，止回电路当电力通过所述电压感测单元的操作而施加至所述线圈单元时操作所述开关单元，在没有进行额外的控制之前保持操作状态。
7.根据权利要求5所述的电池过充电防止装置，其中所述电力切断单元由保持继电器配置。
8.根据权利要求5所述的电池过充电防止装置，其中所述电力切断单元包括电阻器，其联接至所述线圈单元，在所述电力切断单元的线圈单元之间并联。
9.根据权利要求5所述的电池过充电防止装置，其进一步包括安全单元，其跨接所述电池单体或连接至所述并联调整器的正极和所述并联调整器的参考端。
10.根据权利要求9所述的电池过充电防止装置，其中所述的安全单元是电容器和TVS二极管中的至少任一种。
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