CN111356600A - 电池管理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容的电池管理设备可包括：感测单元，可拆卸地安装到电池***，并且配置为当安装在电池***上时测量包括在电池组中的单元组件的电压，该电池组并联电连接到另一电池组；自放电电路，具有并联连接到单元组件的充电和放电路径的平衡电阻器以及用于电连接或断开单元组件和平衡电阻器的平衡开关；和处理器，可操作地耦接到感测单元和自放电电路。

Description

电池管理设备和方法
技术领域
本申请要求享有于2018年10月12日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0122136号的优先权，通过引用将其公开内容并入于此。
本公开内容涉及电池管理设备和方法，更具体地，涉及基于从电池组测量的电池组电压值的电压变化量来确定电池组的充电或放电状态的电池管理设备和方法。
背景技术
近来，由于化石能源的枯竭和环境污染，人们对可使用电力驱动而不使用化石能源的电气产品的兴趣日益浓厚。
因此，对移动装置、电动车辆、混合电动车辆、电力存储装置和不间断电源的技术的发展和需求增加。因此，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加，并且需求的种类也在多样化。因此，已经进行了许多关于二次电池的研究以满足各种需求。
通常，二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。二次电池分为锂基电池和镍氢基电池。锂基电池主要用于小型产品，例如数码相机、P-DVD、MP3P、移动电话、PDA、便携式游戏装置、电动工具和电动自行车。而且，镍氢基电池用于要求高输出的大型产品，例如电动车辆和混合电动车辆。
同时，用于管理二次电池的电池管理设备包括电流传感器，该电流传感器用于测量二次电池的电流，以便管理二次电池的充电和放电并估计二次电池的充电状态(SOC)。
在各种电池管理设备中，一些电池管理设备仅需要检查二次电池的电流是充电电流还是放电电流。在这种情况下，如果使用电流传感器，可以测量准确的电流值并且电池组的制造成本增加。因此，需要一种可在不使用昂贵的电流传感器的情况下检查二次电池的电流是充电电流还是放电电流的技术。
发明内容
技术问题
本公开内容涉及解决现有技术的问题，因此，本公开内容涉及提供一种电池管理设备和方法，其可通过分别使用充电电流、启动电流和操作电流来设置第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域，并且基于电池组电压值的电压变化量与第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域的比较结果确定电池组处于充电还是放电状态。
本公开内容的这些和其他目的和优点可以从以下详细描述中理解，并且从本公开内容的示例性实施方式将变得更加明显。而且，容易理解的是，本公开内容的目的和优点可以通过所附权利要求中示出的手段及其组合来实现。
技术方案
用于实现上述目的的本公开内容的各种实施方式如下。
根据本公开内容的电池管理设备可包括：感测单元，配置为测量电池组的电池组电压值，所述电池组通过接收从发动机产生的充电电流而被充电，输出启动发动机的启动电流和输出操作电子部件的操作电流；和处理器，可操作地耦接到所述感测单元，
优选地，所述处理器可通过使用所述充电电流的第一电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第一电压区域，通过使用所述启动电流的第二电流值和所述电池组的所述内部电阻值来设置第二电压区域，通过使用所述操作电流的第三电流值和所述电池组的所述内部电阻值来设置第三电压区域，计算所述电池组电压值的电压变化量，将所述第一电压区域、所述第二电压区域和所述第三电压区域与所述电压变化量进行比较，并基于比较结果确定所述电池组处于充电还是放电状态。
优选地，在每个预设单元周期，所述处理器可计算所述预设单元周期的起点处的电池组电压值与所述预设单元周期的终点处的电池组电压值之间的电池组电压值差。
优选地，所述处理器可将计算出的电池组电压值差中的n个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算为所述电压变化量。
优选地，当所述电压变化量包括在所述第一电压区域中时，所述处理器可确定所述电池组处于接收充电电流的充电状态。
优选地，当所述电压变化量包括在所述第二电压区域中时，所述处理器可确定所述电池组处于将操作电流输出至所述电子部件的操作放电状态。
优选地，当所述电压变化量包括在所述第三电压区域中时，所述处理器可确定所述电池组处于输出所述启动电流以启动发动机的启动放电状态。
优选地，所述第一电压区域的最小电压值可大于所述第二电压区域的最大电压值，并且所述第二电压区域的最小电压值可大于所述第三电压区域的最大电压值。
根据本公开内容的电池组可包括所述电池管理设备。
根据本公开内容的车辆可包括所述电池管理设备。
根据本公开内容的电池管理方法可使用电池管理设备，所述电池管理设备包括：感测单元，配置为测量电池组的电池组电压值，所述电池组通过接收从发动机产生的充电电流而被充电，输出启动发动机的启动电流和输出操作电子部件的操作电流；和处理器，可操作地耦接到所述感测单元。
所述电池管理方法可包括：由所述处理器，通过使用所述充电电流的第一电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第一电压区域；由所述处理器，通过使用所述启动电流的第二电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第二电压区域；由所述处理器，通过使用所述操作电流的第三电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第三电压区域；由所述处理器，计算所述电池组电压值的电压变化量；和由所述处理器，将所述第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域与所述电压变化量进行比较，并基于比较结果确定所述电池组处于充电还是放电状态。
优选地，计算电压变化量的步骤可包括：在每个预设单元周期，计算所述预设单元周期的起点处的电池组电压值与所述预设单元周期的终点处的电池组电压值之间的电池组电压值差；和将计算出的电池组电压值差中的n个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算为所述电压变化量。
有益效果
根据本公开内容的至少一个实施方式，可在不使用昂贵的电流传感器的情况下确定电池组是处于充电还是放电状态。
本公开内容的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从权利要求的描述中清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
附图表示本公开内容的优选实施方式，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开内容的技术特征的进一步理解，因此，本公开内容不应被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的电池管理设备的功能配置的框图。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的电池管理设备和包括该电池管理设备的电池组的功能配置的电路图。
图3是示出电池组的电池组电压值根据时间的曲线图。
图4是用于表示根据本公开内容的另一实施方式的电池管理方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于与本公开内容的技术方面相对应的含义和概念来解释。
因此，这里提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开内容的范围，因此应当理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以做出其他等同替换和修改。
另外，在描述本公开内容时，当认为相关已知元件或功能的详细描述使得本公开内容的关键主题不明确时，在此省略详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可用于在各种元件中区分一个元件与另一元件，但不旨在通过术语限制元件。
在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”任何元件时，这意味着该部分可进一步包括其他元件，而不排除其他元件，除非另外特别说明。此外，说明书中描述的术语“处理器”指的是处理至少一个功能或操作的单元，并且可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
另外，在整个说明书中，当一部分被称为“连接”到另一部分时，不限于它们“直接连接”的情况，而是还包括它们“间接连接”并且另一个元件插在它们之间的情况。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的电池管理设备100的功能配置的框图，图2是示出根据本公开内容的实施方式的电池管理设备100和包括该电池管理设备100的电池组1的功能配置的电路图，并且图3是示出电池组1的电池组电压值根据时间的曲线图。
参考图1至图3，电池组1可包括根据本公开内容的实施方式的电池管理设备100、单元组件1a、充电和放电开关1b、充电和放电路径1c以及输入输出端子P+和P-。
电池组1安装在利用发动机行驶的车辆上。电池组1可通过接收从发动机产生的充电电流来充电，输出启动电流以启动发动机以及输出操作电流以操作电子部件L。
为此，电池组1的输入输出端子P+和P-可电连接到发动机的未调节器L以接收充电电流。另外，电池组1的输入输出端子P+和P-可电连接到车辆的启动电机L以输出启动电流。而且，电池组1的输入输出端子P+和P-可电连接到车辆的电子部件L以输出操作电流。
单元组件1a可包括多个电池单元。单元组件1a可通过充电和放电路径1c电连接到输入输出端子P+和P-。由此，在位于充电和放电路径1c上的充电和放电开关1b接通时，可通过充电和放电路径1c接收或输出电流来对单元组件1a进行充电或放电。相反，在充电和放电开关1b断开时，单元组件1a可停止充电和放电。
充电和放电开关1b可由后述的电池管理设备100的处理器130控制，以使其操作状态为接通或断开状态。
根据本公开内容的实施方式的电池管理设备100可包括感测单元110、自放电电路120、处理器130和通知单元140。
感测单元110使用专用集成电路(ASIC)等来实现，并且可测量电池组1的电池组电压值。
这里，电池组1的电池组电压值可表示施加到单元组件1a的两端的电压。因此，感测单元110可电连接到单元组件1a以测量电池组电压值。为此，感测单元110可具有至少一个电压传感器(未示出)。
感测单元110可将指示所测量的电池组电压值的信号输出到处理器130。
处理器130可以可操作地耦接到感测单元110。
处理器130可通过使用发动机所产生的充电电流的第一电流值和电池组1的内部电阻值来设置第一电压区域。这里，充电电流的第一电流值可以是未调节器L的预设输出电流值。另外，电池组1的内部电阻值可以是通过充电和放电实验而预定的电阻值。
处理器130可将第一电流值和内部电阻值的乘积计算为第一电压值，将第一电压值加上预设参考电压值来设置第一电压区域的最大电压值，并且将第一电压值减去预设参考电压值来设置第一电压区域的最小电压值。
处理器130可通过使用输出到启动电机L以启动发动机的启动电流的第二电流值和电池组1的内部电阻值来设置第二电压区域。这里，启动电流的第二电流值可以是预设电流值，该预设电流值是要输出到启动电机L以启动发动机的电流的电流值。
处理器130可将第二电流值和内部电阻值的乘积计算为第二电压值，将第二电压值加上预设参考电压值来设置第二电压区域的最大电压值，并且将第二电压值减去预设参考电压值来设置第二电压区域的最小电压值。
处理器130可通过使用输出用于操作电子部件L的操作电流的第三电流值和电池组1的内部电阻值来设置第三电压区域。这里，操作电流的第三电流值可以是电子元件L消耗的预设电流值。
处理器130可将第三电流值和内部电阻值的乘积计算为第三电压值，将第三电压值加上预设参考电压值来设置第三电压区域的最大电压值，并且将第三电压值减去预设参考电压值来设置第三电压区域的最小电压值。
同时，启动电流和操作电流都是从电池组1输出的电流，但是可具有不同的电流值。例如，启动电流的第二电流值可大于操作电流的第三电流值。
另外，第一电压区域的最小电压值可大于第二电压区域的最大电压值，并且第二电压区域的最小电压值可大于第三电压区域的最大电压值。
换句话说，处理器130可将第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域设置为使得第一电压区域的最小电压值大于第二电压区域的最大电压值并且第二电压区域的最小电压值大于第三电压区域的最大电压值。
处理器130可计算由感测单元110测量的电池组电压值的电压变化量。更具体地，在每个预设单元周期，处理器130可计算预设单元周期的起点处的电池组电压值与预设单元周期的终点处的电池组电压值之间的电池组电压值差。
例如，处理器130可以计算初始测量的电池组电压值和在预设单元周期之后测量的电池组电压值之间的电池组电压值差，然后通过使用在另一个预设单元周期之后测量的电池组电压值来再次计算电池组电压值差。
随后，处理器130可以将计算出的电池组电压值差中的n个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算为电压变化量。在此，n可以是常数。
例如，如果n为3，则处理器130可将计算出的电池组电压值差中的三个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算作为电压变化量。通过这样，处理器130可通过将电压变化量更新为最新值来准确地确定电池组1处于充电还是放电状态。
同时，处理器130可将电压变化量与第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域进行比较，并且基于比较结果来确定电池组1处于充电还是放电状态。
具体地，如图3所示，如果电压变化量被包括在第一电压区域中，则处理器130可确定电池组1处于接收充电电流的充电状态。
另外，如果电压变化量被包括在第二电压区域中，则处理器130可确定电池组1处于将操作电流输出到电子部件L的操作放电状态。
另外，如果电压变化量被包括在第三电压区域中，则处理器130可确定电池组1处于输出启动电流以启动发动机的启动放电状态。
根据本公开内容，可在不使用昂贵的电流传感器的情况下具体确定电池组是处于充电状态、启动放电状态还是操作放电状态。
同时，如果电压变化量大于第一电压区域的最大电压值，则根据另一实施方式的处理器130’可确定电池组1处于启动和放电之后的休息状态。
通过这种方式，即使当电池组1处于电池组电压值在启动和放电之后突然升高以输出高电流的休息状态时，根据另一实施方式的处理器130'也不会错误地确定电池组1处于从外部接收充电电流来增加电池组电压值的充电状态。
同时，如果电压变化量小于“0”且大于第三电压区域的最大电压值，则根据另一实施方式的处理器130’可确定电池组1处于电池组1自然放电的自然放电状态。
通过这种方式，即使当电池组1处于电池组电压值由于自然放电而降低的自然放电状态时，根据另一实施方式的处理器130'也不会错误地确定电池组1处于输出启动电流或操作电流以使电池组1放电的启动放电状态或操作放电状态。
如果确定电池组1处于休息状态或自然放电状态，则根据另一实施方式的处理器130’可在睡眠模式下操作。这里，睡眠模式可表示处理器130’在不接收电力的情况下等待操作的模式。
同时，自放电电路120可包括自放电电阻器121、自放电开关123和自放电路径122。
自放电电阻器121可并联电连接到单元组件1a。为此，自放电电阻器121可位于电连接到充电和放电路径1c的自放电路径122上。
自放电开关123可位于自放电路径122上，以电连接或断开单元组件1a和自放电电阻器121。自放电开关123的操作状态可由处理器130控制。
例如，如果自放电开关123保持在接通状态并且充电和放电开关1b保持在接通状态，则从单元组件1a输出或输入到单元组件1a的电流可流过自放电电阻器121。
相反，如果自放电开关123保持在断开状态并且充电和放电开关1b保持在接通状态，则从单元组件1a输出或输入到单元组件1a的电流可流过充电和放电开关1b而不流过自放电电阻器121。
处理器130可比较电池组电压值和参考电压值，并且基于比较结果来控制自放电开关123。更具体地，如果电池组电压值大于参考电压值，则处理器130可将自放电开关123保持在接通状态。这里，参考电压值可指的是电池组1可被最大充电以防止电池组1的过放电的电压值。
因此，如果处理器130将自放电开关123保持在接通状态，则从单元组件1a输出或输入到单元组件1a的电流可流过自放电电阻器121，使得电池组电压值保持小于或等于参考电压值。
同时，可使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器和用于执行其他功能的电气单元中的至少一种以硬件实现处理器130、130'。处理器130、130’可具有内置存储器。在存储器中，可存储用于执行稍后说明的方法的程序以及各种数据。存储器可包括例如选自闪存类型、硬盘类型、固态磁盘(SSD)类型、硅磁盘驱动器类型、微型多媒体卡类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和可编程只读存储器(PROM)中的至少一种类型的存储介质。
通知单元140可从处理器130接收电池组1的充电或放电状态，并且将充电或放电状态输出到外部。更具体地，通知单元140可包括以下至少一个：用于使用符号、数字和代码中的至少一种来显示电池组1的充电或放电状态的显示单元；和用于输出声音的扬声器装置。
在下文中，将描述根据本公开内容的另一实施方式的电池管理方法。
图4是用于表示根据本公开内容的另一实施方式的电池管理方法的流程图。
参考图4，根据本公开内容的另一实施方式的电池管理方法可使用根据实施方式的电池管理设备100(图1)。
首先，在步骤S1中，处理器130可通过使用从发动机产生的充电电流的第一电流值和电池组1的内部电阻值来设置第一电压区域。
在步骤S2中，处理器130可通过使用输出到启动电机L以启动发动机的启动电流的第二电流值和电池组1的内部电阻值来设置第二电压区域。
在步骤S3中，处理器130可通过使用输出用于操作电子部件L的操作电流的第三电流值和电池组1的内部电阻值来设置第三电压区域。
在步骤S4中，处理器130可计算由感测单元110测量的电池组电压值的电压变化量。
在这种情况下，在步骤S4中，在每个预设单元周期，处理器130可计算预设单元周期的起点处的电池组电压值与预设单元周期的终点处的电池组电压值之间的电池组电压值差。
另外，在步骤S4中，处理器130可将计算出的电池组电压值差中的n个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算为电压变化量。
随后，在步骤S5中，处理器130可将电压变化量与第一电压区域、第二电压区域和第三电压区域进行比较，并且基于比较结果来确定电池组1处于充电还是放电状态。
上述本公开内容的实施方式可不仅通过设备和方法实现，而是还可通过用于实现与本公开内容的配置相对应的功能的程序或者记录有程序的记录介质来实现。本领域技术人员从以上对实施方式的描述可容易地实现程序或者记录介质。
已经详细描述了本公开内容。然而，应该理解的是，详细描述和具体例子虽然表明了本公开内容的优选实施方式，但仅以说明的方式给出，因为在本公开内容的范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言从详细的描述中将变得显而易见。
另外，在不脱离本公开内容的技术方面的情况下，本领域技术人员可以对以上描述的本公开内容进行许多替换、修改和改变。因此，本公开内容不限于上述实施方式和所附的附图，并且可以选择性地组合所有或一些实施方式以进行各种修改。
(附图标记)
1：电池组
100：电池管理设备
110：感测单元
120：自放电电路
130，130’：处理器
140：通知单元

Claims (10)

1.一种电池管理设备，包括：
感测单元，配置为测量电池组的电池组电压值，所述电池组通过接收从发动机产生的充电电流而被充电，输出启动发动机的启动电流和输出操作电子部件的操作电流；和
处理器，可操作地耦接到所述感测单元，
其中所述处理器通过使用所述充电电流的第一电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第一电压区域，通过使用所述启动电流的第二电流值和所述电池组的所述内部电阻值来设置第二电压区域，通过使用所述操作电流的第三电流值和所述电池组的所述内部电阻值来设置第三电压区域，计算所述电池组电压值的电压变化量，将所述第一电压区域、所述第二电压区域和所述第三电压区域与所述电压变化量进行比较，并基于比较结果确定所述电池组处于充电还是放电状态。
2.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中在每个预设单元周期，所述处理器计算所述预设单元周期的起点处的电池组电压值与所述预设单元周期的终点处的电池组电压值之间的电池组电压值差。
3.根据权利要求2所述的电池管理设备，
其中所述处理器将计算出的电池组电压值差中的n个最近计算出的电池组电压值差的平均值计算为所述电压变化量。
4.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中当所述电压变化量包括在所述第一电压区域中时，所述处理器确定所述电池组处于接收充电电流的充电状态。
5.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中当所述电压变化量包括在所述第二电压区域中时，所述处理器确定所述电池组处于将操作电流输出至所述电子部件的操作放电状态。
6.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中当所述电压变化量包括在所述第三电压区域中时，所述处理器确定所述电池组处于输出所述启动电流以启动发动机的启动放电状态。
7.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中所述第一电压区域的最小电压值大于所述第二电压区域的最大电压值，并且
其中所述第二电压区域的最小电压值大于所述第三电压区域的最大电压值。
8.一种电池组，包括根据权利要求1至6中任一项所述的电池管理设备。
9.一种车辆，包括根据权利要求1至6中任一项所述的电池管理设备。
10.一种使用电池管理设备的电池管理方法，所述电池管理设备包括：感测单元，配置为测量电池组的电池组电压值，所述电池组通过接收从发动机产生的充电电流而被充电，输出启动发动机的启动电流和输出操作电子部件的操作电流；和处理器，可操作地耦接到所述感测单元，所述电池管理方法包括：
由所述处理器，通过使用所述充电电流的第一电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第一电压区域；
由所述处理器，通过使用所述启动电流的第二电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第二电压区域；
由所述处理器，通过使用所述操作电流的第三电流值和所述电池组的内部电阻值来设置第三电压区域；
由所述处理器，计算所述电池组电压值的电压变化量；和
由所述处理器，将所述第一电压区域、所述第二电压区域和所述第三电压区域与所述电压变化量进行比较，并基于比较结果确定所述电池组处于充电还是放电状态。
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