CN117203871A - 电池管理装置和方法 - Google Patents

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李承珉
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Abstract

根据本文公开的实施例的电池管理装置包括：确定单元，其被配置成确定电池组的离网状态；和功率控制器，其被配置成：在电池组的离网状态下，利用大于该电池组的最大功率的峰值功率来控制放电功率。

Description

电池管理装置和方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年7月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2021-0096729的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
本文公开的实施例涉及一种电池管理装置和方法。
背景技术
二次电池通常作为包括其中多个电池单体相互串联和/或并联地连接的电池模块的电池组使用。电池组可以在其状态和操作方面由电池管理***管理和控制。
电池组在最大功率范围内控制充电/放电功率，并且通常不会超出所设定的最大功率范围。然而，对于电池组从电网分离的离网(off-grid)情况，需要利用超过最大功率的功率进行放电，以应对瞬时负载。为了确保电池组的寿命和用户的安全性，需要仅在特定时间内允许超过最大功率的功率(以下，峰值功率(peak power))。
发明内容
[技术问题]
本文公开的实施例旨在提供一种电池管理装置和方法，其能够有效地应对离网，并且在电池组的离网状态下，通过在特定时间内利用峰值功率控制放电功率而有效地使用电力。
本文公开的实施例的技术问题不限于上述技术问题，并且本领域普通技术人员从以下描述中可以清楚地理解其它未提及的技术问题。
[技术方案]
根据本文公开的实施例的电池管理装置包括确定单元和功率控制器，该确定单元被配置成确定电池组的离网状态，并且该功率控制器被配置成：在电池组的离网状态下，利用大于该电池组的最大功率的峰值功率来控制放电功率。
根据实施例，该功率控制器可以进一步被配置成：在预设时间内利用峰值功率控制放电功率。
根据实施例，该功率控制器可以进一步被配置成：当电池组利用最大功率以下放电的时间大于或等于特定时间时，利用峰值功率控制放电功率。
根据实施例，该功率控制器可以进一步被配置成：当电池组在预设时间内利用峰值功率放电时，控制电池组不在特定时间内利用峰值功率进行放电。
根据实施例，该功率控制器可以进一步被配置成：当电池组的充电状态(SOC)大于或等于参考值时，利用峰值功率控制放电功率。
根据实施例，该确定单元可以进一步被配置成：基于从外部接收的输入信号来确定该电池组的离网状态。
根据实施例，该确定单元可以进一步被配置成：当输入信号处于高位状态时，确定该电池组的离网状态。
根据实施例，该最大功率和峰值功率可以是基于电池组的温度和SOC计算的值。
根据本文公开的实施例的电池管理方法包括：确定电池组的离网状态；以及在电池组的离网状态下，利用大于该电池组的最大功率的峰值功率来控制放电功率。
根据实施例，该放电功率的控制可以包括：在预设时间内利用峰值功率控制放电功率。
根据实施例，放电功率的控制可以包括：当电池组利用最大功率以下放电的时间大于或等于特定时间时，利用峰值功率控制放电功率。
根据实施例，放电功率的控制可以包括：当电池组在预设时间内利用峰值功率放电时，控制电池组不在特定时间内利用峰值功率进行放电。
根据实施例，放电功率的控制可以包括：当电池组的充电状态(SOC)大于或等于参考值时，利用峰值功率控制放电功率。
[有益效果]
根据本文公开的实施例的电池管理装置和方法可以有效地应对离网，并且在电池组的离网状态下，通过在特定时间内利用峰值功率控制放电功率而有效地使用电力。
附图说明
图1示意性地示出了包括根据本文公开的实施例的电池管理装置的电池控制***的配置。
图2是示出了根据本文公开的实施例的电池管理装置的结构的框图。
图3是用于描述根据本文公开的实施例的电池管理装置的操作的视图。
图4是用于描述根据本文公开的实施例的电池管理装置的操作的流程图。
图5是示出了根据本文公开的实施例的电池管理方法的流程图。
图6是示出了用于执行根据本文公开的实施例的电池管理方法的计算***的硬件配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本文公开的各个实施例。在本文档中，相同的附图标记将用于附图中的相同部件，并且相同的部件将不作重复描述。
对于本文公开的各个实施例，具体的结构或功能描述仅仅为了描述实施例而举例说明，并且本文公开的各个实施例可以以各种形式实施，而不应理解为限制于本文所述的实施例。
如在各个实施例中使用的，术语“第1”、“第2”、“第一”、“第二”或类似术语可以修饰各种部件，而与重要性无关，并且不限制这些部件。例如，第一部件可以称为第二部件，而不会偏离本文公开的实施例的确切范围，并且类似地，第二部件可以称为第一部件。
本文档中使用的术语仅用于描述本公开的特定示例性实施例，并且可以不旨在限制本公开的其它示例性实施例的范围。应当理解的是，除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数参考。
本文中所使用的所有术语——包括技术和科学术语——与本文公开实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，诸如在常用字典中定义的那些术语的术语应当理解为所具有的含义与其在相关领域中的含义一致，除非本文中有另外的表述，否则不应理解为理想化或者完全形式化的含义。在一些情况下，本文限定的术语可以解释为排除本文公开的实施例。
图1示意性地示出了包括根据本文公开的实施例的电池管理装置的电池控制***的配置。
参照图1，电池控制***1可以包括电池组10和上级控制器20。电池组10可以包括电池模块12、传感器14、开关单元16、以及电池管理装置100。电池组10可以包括以复数形式设置的电池模块12、传感器14、开关单元16、以及电池管理装置100。电池组10可以串联或并联连接，以与设置在外部的上级控制器20通信。
电池模块12可以包括一个或多个可充电/可放电电池单体。在这种情况下，电池模块12可以串联或并联连接。传感器14可以检测电池组10的电压或电池组10中流动的电流。在这种情况下，检测到的电流信号可以被发送到电池管理装置100。开关单元16可以串联连接到电池模块12的(+)端子侧和(-)端子侧，以控制电池模块12的充电/放电电流流动。例如，开关单元16可以根据电池组10的规格使用至少一个开关、继电器、磁性接触器等。
电池管理装置100可以监测电池组10的电压、电流、温度等，以执行控制和管理，从而防止过充电和过放电等，并且可以是电池组10的电池管理***(BMS)。
作为用于接收各种参数值的测量值的接口的电池管理装置100可以包括多个端子，和连接到这些端子以处理所接收的值的电路等。电池管理装置100可以控制例如开关、继电器、接触器等的开关单元16的接通/关断，并且可以连接到多个电池模块12，以监测电池单体的状态。
同时，本文公开的电池管理装置100可以基于电池组10的电压来控制电池组10的充电/放电功率。例如，电池管理装置100可以计算该电池组的最大功率和峰值功率。电池管理装置100可以根据所计算的最大功率和峰值功率来控制电池组10的放电功率。将参照图2来详细描述电池管理装置100的配置。
上级控制器20可以将关于电池模块12的各种控制信号发送到电池管理装置100。例如，上级控制器20可以是逆变器***。因此，电池管理装置100也可以基于从上级控制器20施加的信号在其操作方面受到控制。上级控制器20可以通过电池组10的直流DC/DC端口连接到电池管理装置100。
同时，根据本公开的电池单体可以包括在用于电动车辆的电池模块12中。然而，图1的电池组10不限于这样的目的，并且例如，代替图1的电池组10，可以包括能量存储***(ESS)的电池架。
图2是示出了根据本文公开的实施例的电池管理装置的结构的框图。
参照图2，根据本文公开的实施例的电池管理装置100可以包括确定单元110和功率控制器120。
确定单元110可以确定电池组10的离网状态。在这种情况下，确定单元110可以基于从外部接收到的输入信号来确定电池组10的离网状态。例如，当输入信号处于高位状态(例如，输入电压大于或等于阈值)时，确定单元110可以确定电池组10处于离网状态。
例如，确定单元110可以基于从上级控制器(例如，逆变器***)通过参照图1描述的电池组的DC/DC端口输入的电压信号来确定电池组10的离网状态。在这种情况下，该输入信号可以是用于驱动电池组10的黑启动(black-start)功能的信号。
功率控制器120可以在电池组10的离网状态下利用大于针对电池组10的充电/放电的最大功率的峰值功率来控制放电功率。这里，电池组10的最大功率和峰值功率可以是基于电池组10的温度和充电状态(SOC)计算的值。
更确切地，功率控制器120可以在满足预设操作条件时在预设时间(例如，3秒)内利用峰值功率来控制电池组10的放电功率。在这种情况下，当电池组10以最大功率以下被放电的时间大于或等于特定时间(例如，180秒)时，功率控制器120可以利用峰值功率控制放电功率。
当功率控制器120在预设时间内利用峰值功率对电池组10放电时，功率控制器120可以将电池组10控制为不在随后的特定时间内利用峰值功率进行放电，以保证电池组10的寿命并确保用户的安全性。
当电池组10的SOC大于或等于参考值时，功率控制器120可以利用峰值功率控制放电功率。例如，当电池组10的SOC至少大于或等于30％时，功率控制器120可以利用峰值功率执行放电。然而，功率控制器120的峰值功率控制条件不限于此，并且诸如电压、温度、电容、健康状态(SOH)等的各种因素可以包括在控制条件中。
这样，根据本文公开的实施例的电池管理装置100可以有效地应对离网，并且在电池组10的离网状态下，通过在特定时间内利用峰值功率控制放电功率而有效地使用电力。
图3是用于描述根据本文公开的实施例的电池管理装置的操作的视图。
参照图3，横轴指示时间(秒)，并且纵轴指示电池组10的放电功率(kW)。图3中示出的每个曲线图指示电池组10的最大功率(当前功率极限)(例如，7kW)和峰值功率(可用功率极限)(例如，11kW)。
如图3所示，根据本文公开的实施例的电池管理装置100可以在自电池组10于7kW的最大功率内放电以来特定时间(例如，180秒)流逝之后在离网状态下执行高达11kW的峰值功率的放电。电池管理装置100可以在预设时间(例如，3秒)内利用峰值功率执行放电，并且然后再次在最大功率内执行放电。
根据本文公开的实施例的电池管理装置100可以在自预设时间内利用峰值功率放电以来特定时间(例如，180秒)流逝之后基于峰值功率执行放电。
图4是用于描述根据本文公开的实施例的电池管理装置的操作的流程图。
参照图4，将描述下述示例：其中根据本文公开的实施例的电池管理装置100的最大功率和峰值功率分别是7kW和11kW。然而，本文公开的电池管理装置100的最大功率和峰值功率不限于此。在图4中，T1指示电池组10利用峰值功率被放电的时间，并且T2指示电池组10利用最大功率以下被放电的时间。
首先，在操作S11中，电池管理装置100可以确定施加到电池组10的输入信号是否为高位。也就是说，当在操作S11中输入信号处于高位状态(例如，输入电压大于或等于阈值)时，可以确定电池组10处于离网状态。
在操作S12中，确定电池组10的当前放电功率是否大于或等于7kW。当电池组10的放电功率小于7kW(否)时，在操作S13中，确定电池组10的当前可用功率是否是7kW的最大功率。当电池组10的可用功率是7kW(是)时，在操作S14中，确定T2是否大于或等于特定时间(在图4的示例中是180秒)。当T2大于或等于180秒时(是)时，在操作S15中，确定电池组10的SOC是否大于或等于参考值(在图4的示例中是30％)。
当在操作S15中电池组10的SOC大于或等于30％(是)时，在操作S23中，电池组10的可用最大功率可以设定为11kW的峰值功率。然而，当不满足操作S13到S15中的任何一个条件(否)时，在操作S16中可以增加T2的计数，并且在操作S17中可以将可用功率设定为7kW的最大功率。
当在操作S12中电池组10的放电功率大于或等于7kW(是)时，在操作S18中确定T1是否小于预设时间(在图4的示例中是3秒)。当T1小于3秒(是)时，在操作S19中确定当前可用功率是否大于或等于7kW。当电池组10的可用功率大于或等于7kW(是)时，在操作S23中电池组10的可用最大功率可以设定为11kW的峰值功率。另一方面，当电池组10不满足操作S18和S19中的任何一个条件(否)时，在操作S20中初始化T1的计数，并且在操作S21中增加T2的计数。在操作S22中，将电池组10的可用功率设定为最大功率。
同时，当在操作S23中电池组10的可用功率被设定为11kW的峰值功率时，在操作S24中可以初始化T2的计数，并且在操作S25中可以增加T1的计数。这样，根据本文公开的实施例的电池管理装置100可以在自在最大功率内放电以来特定时间流逝之后电池组10的SOC大于或等于参考值时在预设时间内利用峰值功率执行放电，由此有效地在离网下控制电池组10的功率。
图5是示出了根据本文公开的实施例的电池管理方法的流程图。
参照图5，根据本文公开的实施例的电池管理方法可以在操作S110中确定电池组的离网状态。在这种情况下，在操作S110中，电池组10的离网状态可以基于从外部接收的输入信号来确定。例如，在操作S110中，当输入信号处于高位状态(例如，输入电压大于或等于阈值)时，可以确定电池组10处于离网状态。
例如，在操作S110中，可以基于从上级控制器(例如，逆变器***)通过参照图1描述的电池组的DC/DC端口输入的电压信号来确定电池组10的离网状态。在这种情况下，该输入信号可以是用于驱动电池组10的黑启动功能的信号。
在操作S120中，在电池组的离网状态下，放电功率可以利用大于电池组的充电/放电的最大功率的峰值功率进行控制。这里，电池组10的最大功率和峰值功率可以是基于电池组10的温度和SOC计算的值。
更确切地，在操作S120中，可以当满足预设操作条件时在预设时间(例如，3秒)内利用峰值功率控制电池组10的放电功率。在这种情况下，在操作S120中，当电池组10利用最大功率以下放电的时间大于或等于特定时间(例如，180秒)时，可以利用峰值功率控制放电功率。
在操作S120中，当功率控制器120在预设时间内利用峰值功率对电池组10放电时，功率控制器120可以将电池组10控制为不在随后的特定时间内利用峰值功率进行放电，以保证电池组10的寿命并确保用户的安全性。
在操作S120中，可以当电池组10的SOC大于或等于参考值时利用峰值功率控制放电功率。例如，在操作S120中，可以当电池组10的SOC至少大于或等于30％时利用峰值功率执行放电。然而，操作S120中的峰值功率控制条件不限于此，并且诸如电压、温度、电容、SOH等的各种因素可以包括在控制条件中。
这样，根据本文公开的实施例的电池管理方法可以有效地应对离网，并且在电池组的离网状态下，通过在特定时间内利用峰值功率控制放电功率而有效地使用电力。
图6是示出了用于执行根据本文公开的实施例的电池管理方法的计算***的硬件配置的框图。
参照图6，根据本文公开的实施例的计算***1000可以包括MCU 1010、存储器1020、输入/输出接口(I/F)1030、以及通信I/F 1040。
MCU 1010可以是下述处理器：其执行存储在存储器1020中的各种程序(例如，电池最大/峰值功率计算程序、电池组的功率控制程序等)，通过这些程序处理包括电池组的链路、电压、充电/放电功率等的各种数据，并且执行图2所示的电池管理装置的上述功能。
存储器1020可以存储关于电池组的最大和峰值功率计算、充电/放电功率控制等的各种程序。此外，存储器1020可以存储各种数据，诸如电池组的电压和功率等。
根据需要，存储器1020可以以复数形式设置。存储器120可以是易失性存储器或非易失性存储器。对于作为易失性存储器的存储器1020，可以使用随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)等。对于作为非易失性存储器的存储器1020，可以使用只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可更改ROM(EAROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、闪存等。上文列举的存储器1020的示例仅仅是示例，且不限于此。
输入/输出I/F 1030可以通过将诸如键盘、鼠标、触摸板等的输入设备(未示出)和诸如显示器(未示出)等的输出设备连接到MCU 1010来提供用于发送和接收数据的接口。
作为能够向服务器发送各种数据以及从服务器接收各种数据的部件的通信I/F1040可以是能够支持有线或无线通信的各种设备。例如，用于电池组的功率计算和充电/放电功率控制的程序、各种数据等可以通过通信I/F 1040发送到单独设置的外部服务器以及从该单独设置的外部服务器接收。
这样，根据本文公开的实施例的计算机程序可以记录在存储器1020中并由MCU1010处理，由此被实施为执行图2所示功能的模块。
即使构成本文公开的实施例的所有部件已在上文描述为组合成一个或组合地操作，但本文公开的实施例不一定限于这些实施例。也就是说，在本文公开的实施例的目标范围内，所有部件都可以通过选择性地组合成一个或多个来操作。
此外，上述诸如“包括”、“构成”或“具有”的术语可以意味着除非另有说明否则对应的部件可以是固有的，因此应理解为进一步包括其它部件而不是排除其它部件。除非另有限定，否则包括技术或科学术语在内的所有术语都与本文公开实施例所属领域的普通技术人员普遍理解的含义相同。类似于字典中所定义术语的通常使用术语应解释为具有与相关技术的上下文含义相同的含义，而不应解释为具有理想的或过于正式的含义，除非它们在本文献中进行了明确限定。
上文描述仅仅是对本公开的技术构思的说明，并且在不偏离本公开的实施例的基本特征的情况下，本文所公开实施例所属领域的普通技术人员可以进行各种修改和变化。因此，本文公开的实施例旨在用于描述而不是限制本文公开的实施例的技术精神，并且本公开的技术精神的范围不受本文公开的这些实施例的限制。本文公开的技术精神的保护范围应通过以下权利要求来解释，并且同一范围内的所有技术精神应理解为包括在本文献的范围内。

Claims (13)

1.一种电池管理装置，包括：
确定单元，所述确定单元被配置成确定电池组的离网状态；以及
功率控制器，所述功率控制器被配置成：在所述电池组的离网状态下，利用大于所述电池组的最大功率的峰值功率来控制放电功率。
2.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述功率控制器进一步被配置成：在预设时间内利用所述峰值功率控制所述放电功率。
3.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述功率控制器进一步被配置成：当所述电池组利用所述最大功率以下放电的时间大于或等于特定时间时，利用所述峰值功率控制所述放电功率。
4.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述功率控制器进一步被配置成：当所述电池组在预设时间内利用所述峰值功率放电时，控制所述电池组不在特定时间内利用所述峰值功率进行放电。
5.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述功率控制器进一步被配置成：当所述电池组的充电状态(SOC)大于或等于参考值时，利用所述峰值功率控制所述放电功率。
6.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述确定单元进一步被配置成：基于从外部接收的输入信号来确定所述电池组的离网状态。
7.根据权利要求6所述的电池管理装置，其中，所述确定单元进一步被配置成：当所述输入信号处于高位状态时，确定所述电池组的离网状态。
8.根据权利要求1所述的电池管理装置，其中，所述最大功率和所述峰值功率是基于所述电池组的温度和SOC计算的值。
9.一种功率管理方法，包括：
确定电池组的离网状态；以及
在所述电池组的离网状态下，利用大于所述电池组的最大功率的峰值功率来控制放电功率。
10.根据权利要求9所述的电池管理方法，其中，所述放电功率的控制包括：在预设时间内利用所述峰值功率控制所述放电功率。
11.根据权利要求9所述的电池管理方法，其中，所述放电功率的控制包括：当所述电池组利用所述最大功率以下放电的时间大于或等于特定时间时，利用所述峰值功率控制所述放电功率。
12.根据权利要求9所述的电池管理方法，其中，所述放电功率的控制包括：当所述电池组在预设时间内利用所述峰值功率放电时，控制所述电池组不在特定时间内利用所述峰值功率进行放电。
13.根据权利要求9所述的电池管理方法，其中，所述放电功率的控制包括：当所述电池组的充电状态(SOC)大于或等于参考值时，利用所述峰值功率控制所述放电功率。
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