CN115835977A - 电池控制***、电池控制方法和电动车辆 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电池控制***用于电动车辆，该电动车辆包括连接在第一节点与第二节点之间的车辆控制器、可操作地耦接至车辆控制器的车辆通信单元、连接在第二节点与第三节点之间的电动马达以及连接在第四节点与第二节点之间的电池组。电池控制***在提供电池组与电动马达之间的主电力路径之前，响应于接收到电动车辆的点火信号而提供电池组与车辆控制器之间的子电力路径。

Description

电池控制***、电池控制方法和电动车辆

技术领域

本公开内容涉及用于驱动没有辅助电池的电动车辆的电池控制技术。

本申请要求于2020年9月14日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2020-0117918号的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文中。

背景技术

最近，对诸如笔记本计算机、视频摄像装置和移动电话的便携式电子产品的需求迅速增加，而且随着电动车辆(例如电动滑板车)、用于能量存储的蓄电池、机器人和卫星的广泛发展，正在对可以重复地再充电的高性能电池进行许多研究。

目前，商业上可用的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且其中锂电池具有小的记忆效应或没有记忆效应，并且因此它们比镍基电池获得更多关注，因为它们的优点是可以在方便的时候进行再充电，自放电率非常低，并且能量密度高。

电动车辆通常包括车辆控制器、电动马达、开关、电池组和辅助电池。电池组被用作电动马达的主电源，而辅助电池被用作电动车辆中除了电动马达以外的每个装置(例如车辆控制器)的辅助电源。车辆控制器总是使用来自辅助电池的电力进行操作，并且响应于来自驾驶员的用户装置的输入点火信号，接通开关以传导从电池组至电动马达的电力路径。

电池组通常包括诸如锂离子电池的具有高能量密度和优异充电/放电特性的多个单元电池。相比之下，辅助电池主要包括铅酸电池，而铅酸电池具有较低的能量密度并且充电/放电特性比锂离子电池差。

特别地，辅助电池在电动车辆中占据了相对大的空间，并且其自放电特性容易使其处于低电压状态，这成为对车辆控制器的正常操作的障碍。

发明内容

技术问题

本公开内容旨在解决上面描述的问题，并且因此本公开内容旨在提供一种使用电池组作为电动车辆的唯一电源而无需辅助电池的的电池控制***和电池控制方法。

本公开内容的这些和其他目的和优点可以通过以下描述来理解，并且根据本公开内容的实施方式将是明显的。另外，将容易理解的是，本公开内容的目的和优点可以通过所附权利要求中阐述的方式及其组合来实现。

技术方案

一种根据本公开内容的一方面的电池控制***用于电动车辆，该电动车辆包括连接在第一节点与第二节点之间的车辆控制器、可操作地耦接至车辆控制器的车辆通信单元、连接在第二节点与第三节点之间的电动马达以及连接在第四节点与第二节点之间的电池组。该电池控制***包括：电池通信单元，其被配置成响应于接收到电动车辆的点火信号而发送第一请求信号；连接在第一节点与第四节点之间的第一开关；连接在第一节点与第三节点之间的第二开关；以及电池控制器，其被配置成当第一开关和第二开关两者都被断开时，响应于接收到第一请求信号而接通第一开关以提供电池组与车辆控制器之间的子电力路径，并且发送包括电池组的电池信息的通知信号。电池通信单元被配置成响应于接收到通知信号而向车辆通信单元发送包括电池信息的第二请求信号。

电池通信单元可以通过近场通信信道耦接至车辆通信单元。

电池信息可以指示在当接收到第一请求信号时的时间点处电池组的电压、温度或充电状态中的至少一个。

电池通信单元可以被配置成：在发送第二请求信号之后，响应于从车辆通信单元接收到确认信号而向电池控制器发送第三请求信号。

电池控制器可以被配置成响应于接收到第三请求信号而接通第二开关以提供从电池组至电动马达的主电力路径。

电池控制器可以被配置成在第一开关被接通之后检测流过电池组的电池电流。

电池控制器可以被配置成当电池电流在预定的阈值电流范围内时将通知信号发送至车辆通信单元。

电池控制器可以被配置成当电池电流超出预定的阈值电流范围时断开第一开关。

电池控制器可以被配置成当电池电流超出预定的阈值电流范围时向电池通信单元发送错误信号，该错误信号指示在子电力路径中发生了开路故障或短路故障。

一种根据本公开内容的另一方面的电动车辆包括电池控制***。

一种根据本公开内容的又一方面的电池控制方法被提供用于可由电池控制***执行。该电池控制方法包括：响应于接收到电动车辆的点火信号，由电池通信单元发送第一请求信号；当第一开关和第二开关两者都被断开时，响应于接收到第一请求信号，由电池控制器接通第一开关以提供电池组与车辆控制器之间的子电力路径；在第一开关被接通之后，由电池控制器发送通知信号；以及响应于接收到通知信号，由电池通信单元向车辆通信单元发送第二请求信号。

该电池控制方法还可以包括：在发送第二请求信号之后，响应于从车辆通信单元接收到确认信号，由电池通信单元向电池控制器发送第三请求信号；以及响应于接收到第三请求信号，由电池控制器接通第二开关以提供从电池组至电动马达的主电力路径。

有益效果

根据本公开内容的至少一个实施方式，电池组可以被用作供应电动车辆所需的能量的唯一电源，而无需辅助电池。因此，可以防止因辅助电池的低电压状态引起的点火失效。

另外，可以通过扩大电池组的容量，使其与电动车辆中的辅助电池所占据的空间一样大，从而延长电动车辆的可用驾驶距离。

另外，根据本公开内容的至少一个实施方式，在从驾驶员接收到点火请求的条件下，可以提供电池组与车辆控制器之间的子电力路径，然后可以提供电池组与电动马达之间的主电力路径。因此，可以防止由于车辆控制器和电动马达的待机电力而导致的电池组的不必要的能量消耗。

另外，根据本公开内容的至少一个实施方式，可以基于在子电力路径被置于传导时流过电池组的电池电流来诊断子电力路径的故障。

本公开内容的效果不限于上面所提及的效果，而是本领域技术人员将根据所附权利要求清楚地理解这些和其他效果。

附图说明

附图示出了本公开内容的优选实施方式，并且与下面描述的本公开内容的详细描述一起，用于提供对本公开内容的技术方面的进一步理解，并且因此，本公开内容不应当被解释为限于附图。

图1示例性地示出了根据本公开内容的包括电池控制***的电动车辆的配置。

图2示例性地示出了根据本公开内容的第一实施方式的电池控制方法的流程图。

图3示例性地示出了根据本公开内容的第二实施方式的电池控制方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附权利要求书中使用的术语或词语不应当被解释为限于一般的和字典上的含义，而应当在允许发明人对术语进行适当定义以用于最佳说明的原则上基于与本公开内容的技术方面对应的含义和概念进行解释。

因此，本文中描述的实施方式和附图中所示的图示只是本公开内容的最优选的实施方式，而不旨在完全描述本公开内容的技术方面，所以应当理解，在本申请提交时，可以对其进行各种其他的等同变型和修改。

包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语用来在各种元件中将一个元件与另一个元件区分开，但是并不旨在用这些术语来限制这些元件。

除非上下文另有明确指示，否则应当理解本说明书中使用的术语“包括”指定了所述元件的存在，但不排除一个或更多个其他元件的存在或添加。另外，术语“控制单元”指代至少一个功能或操作的处理单元，并且至少一个功能或操作可以由硬件和软件单独地或组合地来实现。

另外，贯穿本说明书，将进一步理解的是，当一个元件被称为“连接至”另一个元件时，它可以直接连接至另一个元件，或者可以存在中间的元件。

图1示例性地示出了根据本公开内容的包括电池控制***100的电动车辆1的配置。

参照图1，电动车辆1包括电池组10、车辆控制器20、车辆通信单元30、电动马达40和电池控制***100。电动车辆1还可以包括***装置50。***装置50可以包括例如加热器、音频播放器和电动车辆1的照明装置。

车辆控制器20被提供用于控制所有的电动马达40和***装置50。车辆控制器20在操作期间通过车辆通信单元30与电池控制***100进行双向通信。车辆控制器20可以包括转换器，转换器用于将来自电池组10的直流电力的电压降下降至车辆控制器20的操作所需的电压水平。

车辆通信单元30可操作地耦接至车辆控制器20。可操作地耦接指代直接/间接地连接，以在一个或两个方向上发送和接收信号。车辆通信单元30被提供用于从车辆控制器20向电池控制***100发送信号、命令和/或信息。

电动马达40可操作地耦接至车辆控制器20。电动马达40根据来自车辆控制器20的命令调节旋转速度、扭矩和/或旋转方向，以根据驾驶员的意图驱动电动车辆1。电动马达40可以包括逆变器，逆变器用于将来自电池组10的直流电力改变为交流电力。

电池组10被提供作为车辆控制器20和电动马达40的操作所需的电源。电池组10可以包括串联连接的多个电池单元11。电池单元11不限于特定类型，并且可以包括可以重复再充电的任何电池单元，例如，锂离子电池。

电池控制***100包括电池通信单元110、第一开关SW1、第二开关SW2和电池控制器130。

电池通信单元110可操作地耦接至电池控制器130。电池通信单元110被提供用于从电池控制器130向车辆通信单元30发送信号、命令和/或消息。电池通信单元110和车辆通信单元30被提供用于经由有线网络和/或无线网络实现双向通信。有线网络可以是例如控制器区域网络(CAN)。无线网络可以是近场通信(NFC)、Zigbee和蓝牙通信。例如，电池通信单元110和车辆通信单元30中的每一个具有NFC电路，并且它们通过近场通信信道彼此连接。

第一开关SW1可操作地耦接至电池控制器130。第一开关SW1被提供用于响应于来自电池控制器130的第一开关信号而选择性地传导从电池组10至车辆控制器20的子电力路径。

第二开关SW2可操作地耦接至电池控制器130。第二开关SW2被提供用于响应于来自电池控制器130的第二开关信号而选择性地传导从电池组10至电动马达40的主电力路径。

第一开关SW1和第二开关SW2可以包括诸如继电器或场效应晶体管(FET)的公知的开关装置。

电池控制器130包括电压传感器151和控制单元170。电池控制器130还可以包括温度传感器152和/或电流传感器153。

电压传感器151并联连接至电池组10。电压传感器151被配置成检测跨电池组10两端的电池电压，并且生成指示检测到的电池电压的电压信号。

温度传感器152被定位在与电池组10的预定距离内的预设位置处。温度传感器152被配置成检测电池组10的电池温度，并且生成指示检测到的电池温度的温度信号。

电流传感器153通过用于电池组10的充电/放电的电流路径串联连接至电池。电流传感器153被配置成检测流过电池组10的电池电流，并且生成指示检测到的电池电流的电流信号。

控制单元170可以使用特定应用集成电路(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)、微处理器或用于执行其他功能的电气单元中的至少一种在硬件中实现。控制单元170可以包括其中的存储器装置，并且存储器装置可以包括例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。存储器装置可以存储、更新和/或擦除程序，所述程序包括由控制单元170执行的各种控制逻辑和/或执行控制逻辑时创建的数据。

控制单元170可以通过以预定的时间间隔重复收集电压信号、温度信号和/或电流信号来确定电池组10的充电状态(SOC)和/或健康状态(SOH)。另外，控制单元170可以生成指示电池组10的电压、温度、电流、SOC或SOH中的至少一个的电池信息。SOC和SOH可以通过采用公知的方法来计算，并且省略了其详细描述。

电动车辆1内设置有多个节点N1至N4。如本文中使用的“节点”指代至少有两个电气部件彼此电耦接的位置或区域。

车辆控制器20连接在第一节点N1与第二节点N2之间。也就是说，车辆控制器20通过第一节点N1和第二节点N2被供应有来自电池组10的电力。***装置50可以在第一节点N1与第二节点N2之间并联连接至车辆控制器20。

电动马达40连接在第二节点N2与第三节点N3之间。也就是说，电动马达40通过第二节点N2和第三节点N3被供应有来自电池组10的电力。

第一开关SW1连接在第一节点N1与第四节点N4之间。电池组10连接在第四节点N4与第二节点N2之间。第二开关SW2连接在第一节点N1与第三节点N3之间。

当第一开关SW1被接通时，子电力路径被置于传导。子电力路径可以是穿过电池组10、第一开关SW1、第一节点N1、车辆控制器20和第二节点N2的闭环。当子电力路径被置于传导时，电力从电池组10供应至车辆控制器20，以使车辆控制器20进入操作。

当第一开关SW1和第二开关SW2被接通时，主电力路径被置于传导。主电力路径可以是穿过电池组10、第一开关SW1、第二开关SW2、第三节点N3、电动马达40和第二节点N2的闭环。当主电力路径被置于传导时，电力从电池组10供应至电动马达40，以使电动马达40进入操作。

车辆通信单元30可以响应于接收到来自驾驶员的驱动停止信号而向电池通信单元110发送电力关闭信号。电池通信单元110可以将电力关闭信号发送至控制单元170。控制单元170可以在电动车辆1行驶时响应于接收到电力关闭信号而依次断开第二开关SW2和第一开关SW1。

图2示例性地示出了根据本公开内容的第一实施方式的电池控制方法的流程图。图2的电池控制方法可以在第一开关SW1和第二开关SW2的断开状态下以预定的周期重复。

参照图1和图2，在步骤S200中，电池通信单元110确定是否接收到点火信号。点火信号可以从驾驶员的用户装置2发送。用户装置2可以是例如能够进行近场通信的智能电话。当驾驶员向用户装置2输入驾驶请求并且然后用户装置2移动到电池通信单元110的通信范围内时，点火信号可以从用户装置2发送至电池通信单元110。当步骤S200的值为“是”时，执行步骤S210。

在步骤S210中，电池通信单元110向电池控制器130发送第一请求信号。该第一请求信号是用于将车辆控制器20从禁用状态改变为启用状态的信号。

在步骤S220中，电池控制器130响应于接收到第一请求信号而生成电池信息。该电池信息可以指示在当接收到第一请求信号时的时间处电池组10的电压、温度或SOC中的至少一个。

在步骤S230中，电池控制器130接通第一开关SW1。通过第一开关SW1的接通，电池组10与车辆控制器20之间的子电力路径被提供用于将车辆控制器20从禁用状态改变为启用状态。

在步骤S240中，电池控制器130向电池通信单元110发送包括电池信息的通知信号。

在步骤S250中，电池通信单元110响应于接收到通知信号而向车辆通信单元30发送包括电池信息的第二请求信号。车辆通信单元30将第二请求信号发送至车辆控制器20。车辆控制器20基于第二请求信号的电池信息来确定驾驶电动车辆1是可行还是不可行。例如，当由电池信息指示的电池组10的电压、温度或SOC中的至少一个处于超出预设安全范围的异常状态(例如，过度放电、过热、过冷)时，车辆控制器20可以确定驾驶电动车辆1不可行，以及在其他情况下，车辆控制器20可以确定驾驶电动车辆1可行。当确定驾驶电动车辆1可行时，车辆控制器20通过车辆通信单元30向电池通信单元110发送确认信号。也就是说，该确认信号指示电池组10处于足够正常的状态以驱动电动车辆1。

在步骤S260中，电池通信单元110确定是否从车辆通信单元30接收到确认信号。当步骤S260的值为“是”时，执行步骤S270。

在步骤S270中，电池通信单元110向电池控制器130发送第三请求信号。该第三请求信号是用于将电动马达40从禁用状态改变为启用状态的信号。

在步骤S280中，电池控制器130响应于接收到第三请求信号而接通第二开关SW2。通过第二开关SW2的接通，电池组10与电动马达40之间的主电力路径被提供用于将电动马达40从禁用状态改变为启用状态。

图3示例性地示出了根据本公开内容的第二实施方式的电池控制方法的流程图。图3的电池控制方法可以在第一开关SW1和第二开关SW2的断开状态下以预定的周期重复。

参照图1和图3，在步骤S300中，电池通信单元110确定是否接收到点火信号。该点火信号可以从驾驶员的用户装置2发送。用户装置2可以是例如能够进行近场通信的智能电话。当驾驶员向用户装置2输入驾驶请求并且然后用户装置2移动到电池通信单元110的通信范围内时，点火信号可以从用户装置2发送至电池通信单元110。当步骤S300的值为“是”时，执行步骤S310。

在步骤S310中，电池通信单元110向电池控制器130发送第一请求信号。该第一请求信号是用于将车辆控制器20从禁用状态改变为启用状态的信号。

在步骤S320中，电池控制器130响应于接收到第一请求信号而生成电池信息。该电池信息可以指示在当接收到第一请求信号时的时间处电池组10的电池电压、电池温度或SOC中的至少一个。

在步骤S330中，电池控制器130接通第一开关SW1。通过第一开关SW1的接通，电池组10与车辆控制器20之间的子电力路径被提供用于将车辆控制器20从禁用状态改变为启用状态。

在步骤S332中，电池控制器130检测流过电池组10的电池电流。替选地，在步骤S332中，电池控制器130可以检测电池电流和电池电压。

在步骤S334中，电池控制器130确定电池电流是否在预定的阈值电流范围内。替选地，在步骤S334中，电池控制器130可以确定(i)电池电流是否在预定的阈值电流范围内，以及(ii)在步骤S320中生成的电池信息的电池电压与在步骤S332中检测到的电池电压之间的电压差是否在预定的阈值电压范围内。当步骤S334的值为“是”时，执行步骤S340。当步骤S334的值为“否”时，执行步骤S390。

在步骤S340中，电池控制器130向电池通信单元110发送包括电池信息的通知信号。

在步骤S350中，电池通信单元110响应于接收到通知信号而向车辆通信单元30发送包括电池信息的第二请求信号。车辆通信单元30将该第二请求信号发送至车辆控制器20。车辆控制器20基于第二请求信号的电池信息来确定驾驶电动车辆1是可行还是不可行。例如，当由电池信息指示的电池组10的电压、温度或SOC中的至少一个处于超出预设安全范围的异常状态(例如，过度放电、过热)时，车辆控制器20可以确定驾驶电动车辆1不可行，以及在其他情况下，车辆控制器20可以确定驾驶电动车辆1可行。当确定驾驶电动车辆1可行时，车辆控制器20通过车辆通信单元30向电池通信单元110发送确认信号。

在步骤S360中，电池通信单元110确定是否接收到来自车辆通信单元30的确认信号。当步骤S360的值为“是”时，执行步骤S370。

在步骤S370中，电池通信单元110向电池控制器130发送第三请求信号。该第三请求信号是用于将电动马达40从禁用状态改变为启用状态的信号。

在步骤S380中，电池控制器130响应于接收到第三请求信号而接通第二开关SW2。通过第二开关SW2的接通，电池组10与电动马达40之间的主电力路径被提供用于将电动马达40从禁用状态改变为启用状态。

在步骤S390中，电池控制器130断开第一开关SW1。

在步骤S392中，电池控制器130向电池通信单元110发送错误信号。该错误信号指示在子电力路径中发生了开路故障或短路故障。

在步骤S394中，电池通信单元110将该错误信号发送至用户装置2。

上文中描述的本公开内容的实施方式不仅仅通过设备和方法来实现，而且可以通过执行与本公开内容的实施方式的配置对应的功能的程序或其上记录有程序的记录介质来实现，并且这样的实现可以由本领域技术人员从先前描述的实施方式的公开内容中容易地实现。

虽然上文中已经关于有限数目的实施方式和附图对本公开内容进行了描述，但是本公开内容不限于此，并且对于本领域技术人员而言明显的是，可以在本公开内容的技术方面和所附权利要求的同等范围内对其进行各种修改和变更。

另外，由于本领域技术人员可以在不脱离本公开内容的技术方面的情况下对上文中描述的本公开内容进行许多替换、修改和变更，因此本公开内容不受上面所描述的实施方式和附图限制，并且实施方式中的一些或全部可以选择性地组合以允许各种修改。

Claims (12)

1.一种用于电动车辆的电池控制***，所述电动车辆包括连接在第一节点与第二节点之间的车辆控制器、可操作地耦接至所述车辆控制器的车辆通信单元、连接在所述第二节点与第三节点之间的电动马达以及连接在第四节点与所述第二节点之间的电池组，所述电池控制***包括：

电池通信单元，其被配置成响应于接收到所述电动车辆的点火信号而发送第一请求信号；

连接在所述第一节点与所述第四节点之间的第一开关；

连接在所述第一节点与所述第三节点之间的第二开关；以及

电池控制器，其被配置成：当所述第一开关和所述第二开关两者都被断开时，响应于接收到所述第一请求信号，接通第一开关以提供所述电池组与所述车辆控制器之间的子电力路径，并且发送包括所述电池组的电池信息的通知信号，

其中，所述电池通信单元响应于接收到所述通知信号而向所述车辆通信单元发送包括所述电池信息的第二请求信号。

2.根据权利要求1所述的电池控制***，其中，所述电池通信单元通过近场通信信道耦接至所述车辆通信单元。

3.根据权利要求1所述的电池控制***，其中，所述电池信息指示在当接收到所述第一请求信号时的时间点处所述电池组的电压、温度或充电状态中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的电池控制***，其中，所述电池通信单元被配置成：在发送所述第二请求信号之后，响应于从所述车辆通信单元接收到确认信号而向所述电池控制器发送第三请求信号。

5.根据权利要求4所述的电池控制***，其中，所述电池控制器被配置成响应于接收到所述第三请求信号而接通所述第二开关以提供从所述电池组至所述电动马达的主电力路径。

6.根据权利要求4所述的电池控制***，其中，所述电池控制器被配置成在所述第一开关被接通之后检测流过所述电池组的电池电流。

7.根据权利要求6所述的电池控制***，其中，所述电池控制器被配置成当所述电池电流在预定的阈值电流范围内时将所述通知信号发送至所述车辆通信单元。

8.根据权利要求6所述的电池控制***，其中，所述电池控制器被配置成当所述电池电流超出预定的阈值电流范围时断开所述第一开关。

9.根据权利要求6所述的电池控制***，其中，所述电池控制器被配置成当所述电池电流超出预定的阈值电流范围时向所述电池通信单元发送错误信号，所述错误信号指示在所述子电力路径中发生了开路故障或短路故障。

10.一种电动车辆，包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池控制***。

11.一种用于电动车辆的电池控制方法，所述电动车辆包括连接在第一节点与第二节点之间的车辆控制器、可操作地耦接至所述车辆控制器的车辆通信单元、连接在所述第二节点与第三节点之间的电动马达以及连接在第四节点与所述第二节点之间的电池组，所述电池控制方法包括：

响应于接收到所述电动车辆的点火信号，由电池通信单元发送第一请求信号；

当连接在所述第一节点与所述第四节点之间的第一开关和连接在所述第一节点与所述第三节点之间的第二开关两者都被断开时，响应于接收到所述第一请求信号，由电池控制器接通所述第一开关以提供所述电池组与所述车辆控制器之间的子电力路径；

在所述第一开关被接通之后，由所述电池控制器发送包括所述电池组的电池信息的通知信号；以及

响应于接收到所述通知信号，由所述电池通信单元向所述车辆通信单元发送包括所述电池信息的第二请求信号。

12.根据权利要求11所述的电池控制方法，还包括：

在发送所述第二请求信号之后，响应于从所述车辆通信单元接收到确认信号，由所述电池通信单元向所述电池控制器发送第三请求信号；以及

响应于接收到所述第三请求信号，由所述电池控制器接通所述第二开关以提供从所述电池组至所述电动马达的主电力路径。

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