CN211018294U - 充电控制装置，电池管理***和电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的充电控制装置包括高电压充电线路、低电压充电线路、被配置为选择性地将多个电池模块中的至少一个连接到低电压充电线路的低电压充电开关单元、以及电连接到高电压充电开关单元和低电压充电开关单元的控制单元。控制单元被配置为计算多个电池模块的充电状态。当多个电池模块中的至少一个达到完全充电状态时，控制单元进一步被配置为关断高电压充电开关单元，并基于所计算的充电状态确定至少一个电池模块作为补充充电目标。控制单元进一步被配置为选择性地接通低电压充电开关单元，以对被确定为补充充电目标的至少一个电池模块进行补充充电。

Description

充电控制装置，电池管理***和电池组
技术领域
本公开涉及一种充电控制装置，电池管理***和电池组，更具体地，涉及一种用于将包括多个电池模块的电池充电到完全充电状态的充电控制装置以及包括该充电控制装置的电池管理***和电池组。
本申请要求于2017年11月7日在韩国提交的韩国专利申请 No.10-2017-0147196的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
最近，对诸如笔记本电脑、摄像机和移动电话的便携式电子产品的需求急剧增长，随着用于能量存储、机器人和卫星的蓄电池的广泛开发，正在对能够重复再充电的高性能二次电池进行许多研究。
目前，市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，在它们中，锂二次电池具有很少记忆效果或没有记忆效果，并且因此由于锂二次电池的自由充电和放电、非常低的自放电率和高能量密度的优点，锂二次电池比基于镍的二次电池得到更多关注。
电池用于各种领域，并且在许多情况下，近年来在诸如电动车辆或智能电网***的电池使用非常多的领域中需要大容量。为了增加电池组的容量，可以使用用于增加二次电池或电池单体本身的容量的方法，但是在这种情况下，缺点是增加容量的效果不是太高，对二次电池的尺寸扩展存在物理限制，并且其不容易管理。因此，通常，广泛地使用包括串联和并联连接的多个电池模块的电池组。
组成电池组的电池模块的电气和化学特性可能不相同。另外，随着电池组的充电/放电循环次数的增加，每个电池模块的劣化程度不同，并且电池模块之间的性能差异可能增加。因此，在将电池组充电到完全充电状态期间，每个电池模块的充电状态可能以不同的速率增加。
在将电池组充电到完全充电状态期间，劣化的电池模块可能以比未劣化的电池模块更高的速度增加充电状态。这是因为劣化的电池模块的完全充电容量低于未劣化的电池模块的完全充电容量。因此，在电池组的充电期间，每个电池模块的充电状态可能彼此不同。
传统上，为了减小电池模块之间的充电状态的差异，主要使用对具有更高充电状态的电池模块强制放电的降压平衡。然而，降压平衡的问题是平衡期间的能量消耗。另外，当执行降压平衡时，所有电池模块的充电状态减少，并且对电池组进行完全充电所花费的充电时间同样增加。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决上述问题，并且因此本公开旨在提供一种能够在将高电压电池充电到完全充电状态期间实现模块之间的有效平衡的充电控制装置以及包括根据本公开的充电控制装置的电池管理***和电池组。
通过以下描述将理解本公开的这些和其他目的和优点，并且本公开的这些目的和优点将从本公开的实施例中显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点能够通过所附权利要求及其组合中阐述的装置来实现。
技术解决方案
为了实现上述目的，根据本公开的实施例的充电控制装置是用于控制包括串联连接的多个电池模块的电池的充电的装置，并且包括被配置为将高电压充电电力施加到多个电池模块的两端的高电压充电线路，高电压充电线路具有高电压充电开关单元；被配置为将低电压充电电力施加到多个电池模块中的至少一个的两端的低电压充电线路；被配置为选择性地将多个电池模块中的至少一个连接到低电压充电线路的低电压充电开关单元；以及电连接到高电压充电开关单元和低电压充电开关单元的控制单元。控制单元被配置为计算多个电池模块的充电状态。当多个电池模块中的至少一个达到完全充电状态时，控制单元进一步被配置为关断高电压充电开关单元，并基于所计算的充电状态将至少一个电池模块确定为补充充电目标。控制单元进一步被配置为：选择性地接通低电压充电开关单元，以对被确定为补充充电目标的至少一个电池模块进行补充充电。
另外，根据本公开的充电控制装置可以进一步包括被配置为可连接到外部充电设备的连接器单元。连接器单元被连接到高电压充电线路和低电压充电线路中的每个的一端。
另外，连接器单元可以包括被配置为连接到外部充电设备的输入端子、连接到高电压充电线路的第一输出端子、以及连接到低电压充电线路的第二输出端子。
另外，设置在输入端子中的正电极输入端子可以被连接到第一输出端子和第二输出端子的每个正电极输出端子，并且设置在输入端子中的负电极输入端子可以被连接到第一输出端子和第二输出端子的每个负电极输出端子。
另外，低电压充电开关单元可以包括并联连接的多个低电压充电电路，一端连接到低电压充电线路，并且另一端连接到电池模块的两端，并且低电压充电电路中的每个可以包括至少一个单元开关以选择性地断开(open)和闭合(close)电流路径。
另外，控制单元可以进一步被配置为：当所有多个电池模块的充电状态达到完全充电状态时，关断设置在多个低电压充电电路中的所有单元开关。
另外，根据本公开的充电控制装置可以进一步包括被配置为测量多个电池模块的电压的电压测量单元、被配置为测量多个电池模块的充电电流的大小的电流测量单元、以及被配置为测量多个电池模块的温度的温度测量单元。
另外，控制单元可以进一步被配置为：使用从电压测量单元、电流测量单元和温度测量单元接收的多个电池模块的测量的电压值、测量的电流值和测量的温度值来计算和监测每个电池模块的充电状态。
另外，控制单元可以进一步被配置为将在多个电池模块当中具有最低充电状态的至少一个电池模块确定为补充充电目标。
另外，当在补充充电期间检测到具有与正被补充充电的电池模块相同的充电状态的电池模块时，控制单元可以进一步被配置为将具有相同的充电状态的电池模块一起确定为补充充电目标。
另外，为了实现上述目的，根据本公开的电池管理***包括根据本公开的充电控制装置。
另外，为了实现上述目的，根据本公开的电池组包括根据本公开的充电控制装置。
有益效果
根据本公开，在为了电池模块之间的电荷均衡选择需要进行充电的电池模块时，可以选择性地对具有低充电状态的电池模块充电。
因此，通过本公开的该方面，可以避免模块平衡过程中的能量浪费并且实现电池模块之间的快速电荷均衡。
具体地，根据本公开的一个方面，在连接到外部充电设备时，从一个外部充电设备供应高电压充电电力和低电压充电电力，使得电荷均衡电路简单。
本公开可以具有各种其他效果，并且通过以下描述能够理解这些和其他效果，并且这些效果将从本公开的实施例中显而易见。
附图说明
附图说明了本公开的优选实施例，并且与下面描述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此本公开不应该被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施例的充电控制装置的连接配置的示意性视图。
图2是示出根据本公开的实施例的连接器单元的详细配置的示意性视图。
图3是示出根据本公开的实施例的多个电池模块和低电压充电开关单元的连接配置的示意性视图。
图4是示出根据本公开的实施例的多个电池模块和放电电路的连接配置的示意性视图。
图5是示出根据本公开的实施例的充电控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。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或词语不应被解释为限于一般和词典含义，而是基于发明人为了最佳解释而被允许以合适地限定术语的原则，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。
因此，这里描述的实施例和附图中示出的图示仅仅是本公开的最优选实施例，但是并不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应该理解的是，在提交申请时可以对其进行各种其他的等同和修改。
根据本公开的充电控制装置是用于控制电池的充电的装置。这里，电池可包括至少一个二次电池。根据本公开的充电控制装置可以控制包括在电池组中的多个电池模块的充电。具体地，根据本公开的充电控制装置可以应用于包括串联连接的多个电池模块的电池。
图1是示出根据本公开的实施例的充电控制装置的连接配置的示意性视图。
参见图1，根据本公开的实施例的充电控制装置可包括高电压充电线路L1、低电压充电线路L2、低电压充电开关单元200和控制单元 300。
高电压充电线路L1可以向包括多个电池模块10的高电压电池B 的两端施加高电压充电电力。即，高电压充电线路L1可以被连接到串联连接的多个电池模块10的两端以将高电压充电电力发送到多个电池模块10。
另外，高电压充电线路L1可以包括高电压充电开关单元100。在图1的实施例中，高电压充电开关单元100被设置在一端连接到多个电池模块10的正电极端子的高电压充电线路L1上，以切断发送到多个电池模块10的高电压充电电力。
低电压充电线路L2可以将低电压充电电力施加到多个电池模块 10中的至少一个的两端。为此，低电压充电开关单元200可以被配置为选择性地将多个电池模块10中的至少一个连接到低电压充电线路 L2。
例如，如图1的配置中所示，低电压充电开关单元200可以被设置在低电压充电线路L2和多个电池模块10之间。这里，低电压充电开关单元200可以被连接到每个电池模块10的两端中的每一个。另外，低电压充电开关单元200可以被配置为分别将低电压充电线路L2的正电极线路和负电极线路连接到每个电池模块10的正电极端子和负电极端子。下面将详细描述低电压充电开关单元200的配置。
控制单元300可以电连接到高电压充电开关单元100和低电压充电开关单元200。优选地，控制单元300可以被配置为输出控制高电压充电开关单元100的接通或关断的信号。另外，控制单元300可以被配置为输出控制低电压充电开关单元200的接通或关断的信号。
控制单元300可以被配置为计算多个电池模块10的充电状态 (SOC)。例如，控制单元300可以基于多个电池模块10的测量的电压值、测量的电流值和/或测量的温度值来计算多个电池模块10的 SOC。
当多个电池模块10中的至少一个达到完全充电状态时，控制单元 300可以被配置为关断高电压充电开关单元100。例如，控制单元300 可以计算多个电池模块10的SOC，并基于所计算的SOC确定达到完全充电状态的电池模块10。另外，当确定了达到完全充电状态的电池模块10时，控制单元300可以关断高电压充电开关单元100以切断高电压充电电力，以便防止电池模块10的过充电。
控制单元300可以被配置为基于多个电池模块10的SOC将至少一个电池模块10确定为补充充电目标。具体地，控制单元300可以计算多个电池模块10的SOC，并且基于所计算的SOC将处于最低SOC 的电池模块10确定为补充充电目标。
例如，当四个电池模块10串联连接时，如果假设四个电池模块 10中的每一个的SOC是100％、90％、80％和100％，则具有80％SOC 的电池模块10可以被确定为补充充电目标。
控制单元300可以对被确定为补充充电目标的至少一个电池模块 10进行补充充电。在这种情况下，控制单元300可以选择性地接通低电压充电开关单元200，以将低电压充电线路L2连接到被确定为补充充电目标的至少一个电池模块10的两端。
优选地，根据本公开的充电控制装置可以进一步包括如图1的实施例中所示的连接器单元400。
连接器单元400可以被配置为可连接到外部充电设备50。即，连接器单元400可以被附接到外部充电设备50和从外部充电设备50拆卸。例如，当高电压电池B是安装在电动车辆中的电池时，连接器单元400可以是被设置在电动车辆中的充电连接器。另外，外部充电设备50可以是用于电动车辆的充电器。
另外，连接器单元400可以被连接到高电压充电线路L1和低电压充电线路L2中的每一个的一端。例如，如图1的配置中所示，连接器单元400可以连接到高电压充电线路L1和低电压充电线路L2的正电极线路和负电极线路中的每一个。通过该配置，连接器单元400可以将从外部充电设备50发送的高电压充电电力发送到高电压充电线路 L1。另外，连接器单元400可以将从外部充电设备50发送的低电压充电电力发送到低电压充电线路L2。
更优选地，如图1的实施例中所示的，连接器单元400可以包括输入端子410、第一输出端子430、和第二输出端子450。
输入端子410被配置为连接到外部充电设备50以接收从外部充电设备50输出的高电压充电电力的输入。
第一输出端子430可以输出能够在高电压电池B的充电期间对所有多个电池模块10进行充电的高电压充电电力。这里，第一输出端子 430可以被连接到高电压充电线路L1的正电极线路和负电极线路。
第二输出端子450可以输出能够在将高电压电池B充电到完全充电状态期间单独地对具有低SOC的电池模块10进行充电的低电压充电电力。这里，第二输出端子450可以被连接到低电压充电线路L2的正电极线路和负电极线路。
在本公开的实施例中，低电压充电线路L2可以进一步包括变压器 500，以将充电电力降低到能够对至少一个电池模块10进行补充充电的水平。这里，基于电池模块的数量可以确定变压器500的电力转换比以通过低电压充电线路L2进行补充充电。例如，可以在1到N-1的范围内选择能够被补充充电的电池模块10的数量。在这种情况下，N 是电池模块10的总数。
另外，优选地，如图1的实施例中所示，根据本公开的充电控制装置可以包括电压测量单元610、电流测量单元630、和温度测量单元 650。
电压测量单元610可以与控制单元300电耦合以发送和接收电信号。另外，电压测量单元610可以在控制单元300的控制下以时间间隔测量跨每个电池模块10的两端的电压，并且将指示所测量的电压大小的信号输出到控制单元300。在这种情况下，控制单元300可以根据从电压测量单元610输出的信号确定每个电池模块10的电压。例如，电压测量单元610可以使用本领域常用的电压测量电路来实现。用于测量每个电池模块10的电压的电压测量单元610的电路配置对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在此省略其详细描述。
电流测量单元630可以与控制单元300电耦合以发送和接收电信号。另外，电流测量单元630可以在控制单元300的控制下以时间间隔重复测量每个电池模块10的充电电流或放电电流的大小，并将指示所测量的电流大小的信号输出到控制单元300。在这种情况下，控制单元300可以根据从电流测量单元630输出的信号确定电流的大小。例如，电流测量单元630可以使用本领域常用的霍尔传感器或感测电阻器来实现。霍尔传感器或感测电阻器可以被安装在电流流过的线路上。用于测量每个电池模块10的充电电流或放电电流的大小的电流测量单元630的电路配置对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在此省略其详细描述。
温度测量单元650与控制单元300电耦合以发送和接收电信号。另外，温度测量单元650可以以时间间隔重复测量每个电池模块10的温度，并将指示所测量的温度大小的信号输出到控制单元300。在这种情况下，控制单元300可以根据从温度测量单元650输出的信号确定每个电池模块10的温度。例如，温度测量单元650可以使用本领域常用的热电偶来实现。用于测量每个电池模块10的温度的温度测量单元 650的电路配置对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在此省略其详细描述。
控制单元300可以使用从电压测量单元610、电流测量单元630、和温度测量单元650接收的多个电池模块10的所测量的电压值、所测量的电流值、和所测量的温度值来计算和监测每个电池模块10的SOC。即，控制单元300可以在多个电池模块10的充电或放电期间计算和监测每个电池模块10的SOC。
在本公开的一个方面，控制单元300可以被配置为通过对每个电池模块10的充电电流和放电电流进行积分来估计每个电池模块10的 SOC。这里，可以使用在充电或放电开始之前测量的每个电池模块10 的开路电压(OCV)来确定在每个电池模块10的充电或放电开始时的初始SOC。为此，控制单元300包括定义针对每个OCV的SOC的 OCV-SOC查找表，并且可以根据查找表映射与每个电池模块10的COV 对应的SOC。
在另一方面，控制单元300可使用扩展卡尔曼滤波器计算每个电池模块10的SOC。扩展卡尔曼滤波器指使用电池单体的电压、电流和温度自适应地估计电池模块10的SOC的数学算法。这里，对于使用扩展卡尔曼滤波器的SOC估计，可以参考Gregory L.Plett的论文“Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEVbattery packs Parts 1,2and 3(基于LiPB的HEV电池组的电池管理***的扩展卡尔曼滤波，第1、2和3部分)”(Journal of Power Source 134，2004，p.252-261)。
除了上述的电流积分方法或扩展卡尔曼滤波器之外，每个电池模块10的SOC可以通过用于选择性地使用每个电池模块10的电压、电流和温度来估计SOC的任何其他已知方法来确定。
控制单元300可以被配置为确定每个电池模块10的完全充电容量。完全充电容量被用于计算SOC。可以在将电池模块10从完全放电状态充电到完全充电状态的同时，由控制单元300计算完全充电容量。完全充电容量可以通过本公开所属的技术领域中已知的任何其他方法来确定。
优选地，当在补充充电期间检测到具有与正被补充充电的电池模块10相同的SOC的电池模块10时，控制单元300可以将具有相同的 SOC的电池模块10一起确定为补充充电目标。
例如，假设通过高电压充电线路L1对所有电池模块10进行充电，串联连接的四个电池模块10：第一电池模块、第二电池模块、第三电池模块、和第四电池模块，分别达到100％、80％、90％和100％SOC。在这种情况下，控制单元300可以首先对第二电池模块进行补充充电，使得SOC达到90％。在这种情况下，除了被补充充电的第二电池模块之外，控制单元300可以将具有90％SOC的现有第三电池模块一起确定为补充充电目标，并且同时对第二电池模块和第三电池模块进行补充充电。
更优选地，当所有多个电池模块10的SOC达到完全充电状态时，控制单元300可以被配置为关断所有多个低电压充电开关单元200。
同时，为了执行上述操作，控制单元300可以被实现为使得其选择性地包括处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和/或本领域已知的数据处理设备。
图2是示出根据本公开的实施例的连接器单元的详细配置的示意性视图。
参见图2，根据本公开的实施例的连接器单元400可以包括第一输出端子430、第二输出端子450、和输入端子410。
第一输出端子430可以包括正电极输出端子和负电极输出端子。在图2的实施例中，第一输出端子430可以通过正电极输出端子和负电极输出端子将从外部充电设备发送到连接器单元400的高电压充电电力输出到高电压充电线路L1。
第二输出端子450可以包括正电极输出端子和负电极输出端子。在图2的实施例中，第二输出端子450可以通过正电极输出端子和负电极输出端子将从外部充电设备发送到连接器单元400的低电压充电电力输出到低电压充电线路L2。
输入端子410可以包括正电极输入端子和负电极输入端子。在图 2的实施例中，输入端子410可以通过正电极输入端子和负电极输入端子从外部充电设备接收高电压充电电力和低电压充电电力的输入。
这里，正电极输入端子410可以被连接到第一输出端子430的正电极输出端子和第二输出端子450的正电极输出端子中的每一个。另外，负电极输入端子410可以被连接到第一输出端子430的负电极输出端子和第二输出端子450的负电极输出端子中的每一个。
通过本公开的该配置，通过一个连接器从一个外部充电设备供应高电压充电电力和低电压充电电力，因此具有能够简化电荷均衡电路的优点。
图3是示出根据本公开的实施例的多个电池模块和低电压充电开关单元的连接配置的示意性视图。
参见图3，根据本公开的实施例的低电压充电开关单元200可以如图3所示的在低电压充电线路L2和多个电池模块11、12、13、14 之间，在一侧被连接到低电压充电线路L2，并且在另一侧被连接到多个电池模块11、12、13、14。
另外，低电压充电开关单元200可以包括多个低电压充电电路C。这里，低电压充电电路C可以各自连接到多个电池模块11、12、13、 14以选择性地将低电压充电线路L2连接到从多个电池模块11、12、 13、14中选择的至少一个电池模块10。在这种情况下，低电压充电电路C可以具有连接到低电压充电线路L2的一端以及连接到电池模块 10的两端的另一端。
例如，如图3的配置中所示的，低电压充电开关单元200可包括第一充电电路C1、第二充电电路C2、第三充电电路C3、和第四充电电路C4。这里，第一充电电路C1可以连接低电压充电线路L2的两端与第一电池模块11的两端。同样，第二充电电路C2可以连接低电压充电线路L2的两端与第二电池模块12的两端。另外，第三充电电路 C3和第四充电电路C4可以连接低电压充电线路L2的两端与第三电池模块13以及第四电池模块14的两端。尽管图3中未示出，当N个电池模块10串联连接时，第五到第N充电电路也可以具有类似的配置。
特别地，多个低电压充电电路C可以并联连接。例如，如图3的配置中所示的，第一充电电路C1、第二充电电路C2、第三充电电路 C3、和第四充电电路C4可以并联连接到低电压充电线路L2的两端。尽管图3中未示出，当N个电池模块10串联连接时，第五到第N充电电路也可以具有类似的配置。
此外，优选地，低电压充电电路C可以具有至少一个单元开关，以选择性地断开/闭合电流路径。特别地，低电压充电电路C可以具有多个单元开关，每个单元开关连接到电池模块10的两端。例如，如图 3的配置中所示的，第一充电电路C1可以包括分别连接到第一电池模块11的正电极端子和负电极端子的第一开关C1_1和第二开关C1_2。同样，第二充电电路C2可以包括分别连接到第二电池模块12的正电极端子和负电极端子的第一开关C2_1和第二开关C2_2。另外，同样地，第三充电电路C3和第四充电电路C4可以包括第一开关C3_1、C4_1 和第二开关C3_2、C4_2。尽管图3中未示出，当N个电池模块10串联连接时，第五到第N充电电路也可以具有类似的配置。
另外，优选地，控制单元300可以被配置为输出能够单独地控制设置在多个低电压充电电路C中第一开关C1_1、C2_1、C3_1、C4_1 和第二开关C1_2、C2_2、C3_2、C4_2的接通或关断的信号。由此，控制单元可以被配置为选择多个电池模块10中的至少一个，并且通过低电压充电电路C将所选择的电池模块10单独地连接到低电压充电线路L2。
此外，优选地，当所有多个电池模块10的SOC达到完全充电状态时，控制单元300可以关断在多个低电压充电电路C中设置的所有单元开关。例如，在图3所示的实施例中，当所有第一电池模块11、第二电池模块12、第三电池模块13、和第四电池模块达到完全充电状态时，控制单元300可以关断所有第一开关C1_1、C2_1、C3_1、C4_1 和第二开关C1_2、C2_2、C3_2、C4_2。
通过本公开的该配置，存在可以选择性地对具有低SOC的电池模块10进行充电的优点。因此，根据本公开的该方面，存在可以均匀地保持所有电池模块的SOC，并且实现电池模块之间的快速电荷均衡的优点。
图4是示出根据本公开的实施例的多个电池模块和放电电路的连接配置的示意图。
参见图4，根据本公开的实施例的充电控制装置可包括多个放电电路D，每个放电电路D连接到多个电池模块11、12、13、14。在根据本发明的实施例的充电控制装置中，多个放电电路D可以与图3中所示的多个低电压充电电路C一起设置。
优选地，第一放电电路D1可以被连接到第一电池模块11的两端，并且包括第一放电开关S1和第一放电电阻器R1。同样，第二放电电路D2可以被连接到第二电池模块12的两端，并且包括第二放电开关 S2和第二放电电阻器R2。另外，同样地，第三放电电路D3和第四放电电路D4可以分别被连接到第三电池模块13和第四电池模块的两端，并且分别包括第三放电开关S3和第四放电开关S4以及第三放电电阻器R3和第四放电电阻器R4。尽管图4中未示出，当N个电池模块10 串联连接时，第五到第N放电电路也可以具有类似的配置。
优选地，控制单元可以输出能够单独控制被设置在多个放电电路 D中的放电开关S的接通或关断的信号。由此，控制单元可以选择多个电池模块10中的至少一个，并且单独地对所选择的电池模块10进行放电。
根据本公开的实施例的充电控制装置可以同时执行强制放电和补充充电。即，充电控制装置可以使用图3和图4的实施例中所示的低电压充电电路C和放电电路D同时地执行多个电池模块10中的至少一个的强制放电和多个电池模块10中的至少一个的补充充电。
优选地，根据本公开的充电控制装置可以以快速充电模式和正常充电模式两种模式操作。
这里，快速充电模式是其中使用强制放电、高电压充电和补充充电将多个电池模块10快速地充电到完全充电状态的模式。然而，快速充电模式可确保快速充电，但可能具有由于强制放电的能量损失。
例如，当四个电池模块10串联连接时，如果假设四个电池模块 10中的每一个的SOC为100％、80％、85％和80％，则控制单元可以对具有100％SOC的电池模块10进行强制放电以将SOC从100％降低至85％，并且通过高电压充电对所有处于85％、80％、85％和80％SOC 的电池模块10进行充电。随后，当至少一个电池模块10达到完全充电状态时，高电压充电可以停止。即，此时四个电池模块10的SOC 可以是100％、95％、100％和95％。另外，控制单元可以对具有95 ％SOC的两个电池模块10进行补充充电，以对所有电池模块10进行完全充电。
另外，正常充电模式是其中使用补充充电将电池模块10充电至完全充电状态而没有能量损失的模式。
例如，当四个电池模块10串联连接时，如果假设四个电池模块 10中的每一个的SOC为100％、80％、85％和80％，则控制单元可以对具有80％SOC的两个电池模块10进行补充充电以将SOC从80％增加到85％。随后，可以将具有85％SOC的现有电池模块10一起确定为补充充电目标，并且可以对具有85％SOC的三个电池模块10进行补充充电以对所有电池模块10进行完全充电。
根据本公开的充电控制装置可以应用于电池管理***(BMS)。即，根据本公开的BMS可以包括如上所述的根据本公开的充电控制装置。在该配置中，可以通过补充或添加传统BMS中包括的组件的功能来实现根据本公开的充电控制装置的至少一些组件。例如，根据本公开的充电控制装置的控制单元、电压测量单元、电流测量单元和温度测量单元可以实现为BMS的组件。
另外，根据本公开的充电控制装置可以被设置在电池组中。即，根据本公开的电池组可以包括如上所述的根据本公开的充电控制装置。这里，电池组可包括至少一个二次电池、充电控制装置、电器(BMS、继电器、保险丝等)和壳体。
图5是示出根据本公开的实施例的充电控制方法的示意性流程图。在图5中，执行每个步骤的对象可以是如上所述的根据本公开的充电控制装置的每个组件。
如图5中所示的，在S110中，在充电开始时，控制单元接通安装在高电压充电线路上的高电压充电开关单元(S110)。然后，充电电流流过多个电池模块，即第一至第N电池模块，并且多个电池模块的充电开始。
可以根据从外部充电设备发送的充电开始请求信号来使得开始充电。为了接收充电开始请求信号，连接器单元可以包括通信接口，并且控制单元可以电耦合以通过通信接口发送和接收电信号。
在S120中，控制单元在高电压电池的充电期间计算并监测多个电池模块的SOC。这里，可以使用电流积分方法或扩展卡尔曼滤波器来计算SOC。
在S130中，控制单元在多个电池模块的充电期间确定多个电池模块中的至少一个是否达到完全充电状态。
当S130中的确定结果为是时，在S140中，控制单元关断高电压充电开关单元以暂时停止充电。相反，当S130中的确定结果为否时，控制单元执行S120以对高电压电池持续充电。
当在S140中暂时停止充电时，在S150中，控制单元比较多个电池模块的SOC，并将具有最低SOC的电池模块确定为补充充电目标。在图3所示的实施例中，当假设第一电池模块11、第二电池模块12、第三电池模块13、和第四电池模块14的SOC分别为100％、90％、80％和100％时，第三电池模块13可以被确定为补充充电目标。
随后，在S160中，控制单元接通连接到被确定为补充充电目标的电池模块的低电压充电开关单元的单元开关，以将相应的电池模块连接到低电压充电线路并且对相应的电池模块进行补充充电。
随后，在S170中，控制单元在被确定为补充充电目标的电池模块的充电期间计算并监测多个电池模块的SOC。这里，可以使用电流积分方法或扩展卡尔曼滤波器来计算SOC。
随后，在S180中，控制单元确定是否存在具有与被确定为补充充电目标的电池模块相同的SOC的电池模块。
当在S180中确定为是时，控制单元将过程移动到S150。相反，当在S180中确定为否时，控制单元将过程移动到S190以持续地执行补充充电目标电池模块的补充充电。
当在S180中确定为是时，在S150中，控制单元将具有与被确定为补充充电目标的电池模块相同的SOC的电池模块一起确定为补充充电目标。在图3所示的实施例中，在第一电池模块11、第二电池模块 12、第三电池模块13和第四电池模块14的SOC分别为100％、90％、 90％和100％，第三电池模块13是被确定为补充充电目标并且被补充充电的电池模块的假设下，控制单元可以将具有与第三电池模块13相同的SOC的第二电池模块12一起确定为补充充电目标，并且同时对第二电池模块12和第三电池模块13进行补充充电。
同时，当在S180中确定为否时，在S190中，控制单元确定是否所有电池模块都达到完全充电状态。
当S190中的确定结果为是时，控制单元确定高电压电池达到其完全充电状态并终止充电过程。相反，当S190中的确定结果为否时，控制单元将过程移至S170以持续地执行补充充电目标电池模块的补充充电。因此，当电池模块中的一个达到其完全充电状态时，从具有最低 SOC的电池模块按顺序执行补充充电。最终，所有电池模块的SOC达到100％。
另外，因为在执行模块平衡的同时执行补充充电，所以在所有电池模块的SOC平均增加的情况下执行模块平衡。因此，可以减少在模块平衡期间通过强制放电消耗的能量，并减少对电池模块进行完全充电所花费的时间。
作为具体示例，当假设其中在对四个电池模块充电时，在特定时间点电池模块的SOC为100％、90％、80％和85％的情况下，传统的平衡方法对具有100％、90％和85％SOC的所有模块进行强制放电，以将所有电池模块的SOC调节至80％。因此，该过程涉及对应于SOC的35％总变化量的能量消耗。此时消耗的能量在放电电路处转换为热量。另外，随着电池模块的SOC降低至80％，与完全充电容量的差异平均增加，并且对电池模块完全充电所花费的时间同样增加。
相反，根据本公开的实施例，具有80％SOC的电池模块被补充充电。另外，当被补充充电的电池模块的SOC从80％增加到85％时，具有85％SOC的现有电池模块也被确定为补充充电目标，并且具有85％ SOC的两个电池模块被补充充电。另外，当被补充充电的两个电池模块的SOC从85％增加到90％时，具有90％SOC的现有电池模块也被确定为补充充电目标，并且具有90％SOC的三个电池模块被补充充电。另外，被补充充电的三个电池模块的SOC从90％增加到100％，所有电池模块达到完全充电状态并且充电结束。
尽管已经关于有限数量的实施例和附图在上文中描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种修改和改变。
同时，这里使用诸如“控制单元”、“开关单元”和“测量单元”的术语“单元”，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这指示逻辑组件单元并且不必须指示可能或应该与其他组件物理分离的组件。

Claims (12)

1.一种用于控制包括串联连接的多个电池模块的电池的充电的充电控制装置，所述充电控制装置包括：
高电压充电线路，所述高电压充电线路被配置为将高电压充电电力施加到所述多个电池模块的两端，所述高电压充电线路具有高电压充电开关单元；
低电压充电线路，所述低电压充电线路被配置为将低电压充电电力施加到所述多个电池模块中的至少一个的两端；
低电压充电开关单元，所述低电压充电开关单元被配置为选择性地将所述多个电池模块中的至少一个连接到所述低电压充电线路；以及
控制单元，所述控制单元电连接到所述高电压充电开关单元和所述低电压充电开关单元，
其特征在于，所述控制单元被配置为计算所述多个电池模块的充电状态，
所述控制单元进一步被配置为：当所述多个电池模块中的至少一个达到完全充电状态时，关断所述高电压充电开关单元，并且基于所计算的充电状态将至少一个电池模块确定为补充充电目标，以及
所述控制单元进一步被配置为：选择性地接通所述低电压充电开关单元，以对被确定为补充充电目标的所述至少一个电池模块进行补充充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制装置，进一步包括：
连接器单元，所述连接器单元被配置为能够连接到外部充电设备，所述连接器单元被连接到所述高电压充电线路和所述低电压充电线路中的每个的一端。
3.根据权利要求2所述的充电控制装置，其中，所述连接器单元包括被配置为连接到所述外部充电设备的输入端子、连接到所述高电压充电线路的第一输出端子、以及连接到所述低电压充电线路的第二输出端子。
4.根据权利要求3所述的充电控制装置，其中，设置在所述输入端子中的正电极输入端子被连接到所述第一输出端子和所述第二输出端子的每个正电极输出端子，以及
设置在所述输入端子中的负电极输入端子被连接到所述第一输出端子和所述第二输出端子的每个负电极输出端子。
5.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，所述低电压充电开关单元包括并联连接的多个低电压充电电路，一端连接到所述低电压充电线路，并且另一端连接到所述电池模块的两端，以及
所述低电压充电电路中的每个包括至少一个单元开关以选择性地断开和闭合电流路径。
6.根据权利要求5所述的充电控制装置，其中，所述控制单元进一步被配置为：当所有所述多个电池模块的充电状态达到完全充电状态时，关断设置在所述多个低电压充电电路中的所有所述单元开关。
7.根据权利要求1所述的充电控制装置，进一步包括：
电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述多个电池模块的电压；
电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量所述多个电池模块的充电电流的大小；以及
温度测量单元，所述温度测量单元被配置为测量所述多个电池模块的温度。
8.根据权利要求7所述的充电控制装置，其中，所述控制单元进一步被配置为：使用从所述电压测量单元、所述电流测量单元和所述温度测量单元接收的所述多个电池模块的测量的电压值、测量的电流值和测量的温度值来计算和监测每个电池模块的充电状态。
9.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，所述控制单元进一步被配置为将在所述多个电池模块当中具有最低充电状态的至少一个电池模块确定为补充充电目标。
10.根据权利要求9所述的充电控制装置，其中，当在补充充电期间检测到具有与正被补充充电的电池模块相同的充电状态的电池模块时，所述控制单元进一步被配置为将具有相同的充电状态的所述电池模块一起确定为所述补充充电目标。
11.一种电池管理***，包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的充电控制装置。
12.一种电池组，包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的充电控制装置。
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