專利名稱：用于提高安全性的電池系統(tǒng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提高安全性的電池系統(tǒng)控制方法，更具體地，涉 及控制電池系統(tǒng)中電池模塊運行的方法，該電池系統(tǒng)包括兩個或更多 電池模塊或電池模塊組件，其中該電池系統(tǒng)還包括用于消耗充電能量 的耗能負(fù)載，并且所述方法包括，當(dāng)特定電池模塊或特定電池模塊組 件運行異常時，將運行異常的電池模塊或電池模塊組件連接到對應(yīng)的 耗能負(fù)載，以對充電能量強行放電。本發(fā)明還涉及一種電池系統(tǒng)，其 能夠執(zhí)行所述電池系統(tǒng)控制方法。
背景技術(shù)：
最近，可被充電和放電的二次電池已作為無線移動裝置的電源廣
為使用。而且，作為電動車輛(EV)和混合電動車輛(HEV)的電源， 二次電池已經(jīng)受到強烈關(guān)注，電動車輛和混合電動車輛已被開發(fā)來解 決，由于采用化石燃料的汽油機和柴油機車輛的存在而引發(fā)的問題， 例如空氣污染。
對于小型移動裝置，每個裝置使用一個或數(shù)個電池組電池。在另 一方面，諸如車輛的中型或大型裝置使用中型或大型電池系統(tǒng)，其具 有多個彼此電連接的電池組電池，因為對于中型或大型裝置，高輸出 和大容量是必要的。
中型或大型電池系統(tǒng)用作電動車輛和混合電動車輛所用的充電和 放電電源，它的生產(chǎn)通過如下過程進(jìn)行，即，將多個電池才莫塊(電池 組電池)彼此串聯(lián)/并聯(lián)地電連接，并將這些電池模塊(電池組電池) 彼此機械聯(lián)結(jié)。
通常，從電池管理系統(tǒng)(BMS)被安裝到每個電池模塊，主BMS被 安裝到每個含多個電池模塊的電池模塊組件，以用于控制每個電池模 塊的充電和放電，并在每個電池模塊運行異常期間，執(zhí)行保障每個電 池模塊的安全所必要的控制操作。為了保障每個電池模塊及電池模塊 組件的安全，控制單元包括用于使運行異常的電池模塊或電池模塊組
4件中斷運行的控制電路。
在每個電池模塊被充電之后，大量能量被存儲在每個電池模塊中。 然而，當(dāng)每個電池模塊在此狀態(tài)下運行異常時，充電能量助長了每個 電池模塊異常的消極反應(yīng)，而同時每個電池模塊并不連接到對應(yīng)的外 部輸入和輸出端子，結(jié)果就使電池模塊可能達(dá)到危險狀態(tài)。例如，在 電動車輛運動期間，當(dāng)特定電池模塊運行異常時，如果不立即更新替
換運行異常的電池模塊，則危險狀態(tài)在車輛運動期間會維持或進(jìn)一步 加劇，即使將用于運行異常的電池模塊的連接電路斷開，情況亦如此。 因此，亟需能夠從根本上解決上述幾個問題的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明已經(jīng)致力于解決上述問題和仍待解決的其他技術(shù)問題。
具體地，本發(fā)明的目標(biāo)之一在于，對高輸出大容量電池系統(tǒng)中運 行異常的電池模塊放電，該電池系統(tǒng)包括多個彼此電連接的電池組電 池或電池模塊，從而提高該電池系統(tǒng)的總體安全性。
根據(jù)本發(fā)明的 一方面，通過提供一種控制電池系統(tǒng)中電池模塊運 行的方法，可以實現(xiàn)上述及其他目標(biāo)。所述電池系統(tǒng)包括兩個或更多 電池模塊或電池模塊組件，其中該電池系統(tǒng)還包括用于消耗充電能量 的耗能負(fù)載，并且所述方法包括，當(dāng)特定電池模塊或特定電池模塊組 件運行異常時，將運行異常的電池模塊或電池模塊組件連接到對應(yīng)的 耗能負(fù)載，以對充電能量強行放電。
所述電池系統(tǒng)包括兩個或更多電池模塊或電池模塊組件，以及用
于消耗電池模塊或電池模塊組件的能量的耗能負(fù)載。當(dāng)特定電池模塊 或特定電池模塊組件運行異常時，運行異常的電池模塊或電池模塊組 件被電連接到對應(yīng)的耗能負(fù)載(例如電阻器)，而不是連接到需要來 自電池模塊或電池模塊組件的能量的外部裝置(例如車輛發(fā)動機)， 以使運行異常的電池模塊或電池模塊組件的能量被強行放電到對應(yīng)的 電阻器。這樣，就防止了運行異常的電池模塊或電池模塊組件影響外 部裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)中，電池模塊例如并聯(lián)連接諸如車輛發(fā)
5動機的外部電路，所述電池系統(tǒng)還包括位于外部電路和各電池模塊之 間連接區(qū)域的控制單元，其用于控制電池模塊的運行。
在這種情形下，當(dāng)確認(rèn)特定電池模塊運行異常時，控制單元使該 電池模塊與外部電路脫離連接，并將該電池模塊連接到對應(yīng)的耗能負(fù) 載。結(jié)果，特定電池模塊的能量被強行放電到對應(yīng)的耗能負(fù)載，從而 防止運行異常的電池模塊影響外部裝置。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)包括多個電池模塊組件時，如前文所述， 每個電池模塊組件可包括多個電池模塊，其經(jīng)由額外的連接部件彼此 串聯(lián)地電連接。在這種情形下，各電池模塊組件并聯(lián)地電連接到外部 電路，該電池系統(tǒng)還包括位于外部電路和各電池模塊組件之間連接區(qū) 域的控制單元(上控制單元)，其用于控制電池模塊組件的運行。
在上述結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成每個電池模塊組件的電池模塊優(yōu)選包括控制 單元(下控制單元)，其用于控制各電池模塊的運行，并且下控制單 元電連接到上控制單元。因此，各電池模塊的運行被對應(yīng)的下控制單 元控制，下控制單元被上控制單元控制。結(jié)果，被對應(yīng)的下控制單元 確認(rèn)的特定電池模塊的強行放電，可以最終被上控制單元控制。
例如，上控制單元可以是主電池管理系統(tǒng)(BMS)，下控制單元可 以是從BMS。因此，主BMS控制從BMS,從BMS控制各電池模塊的充電 和放電，并在電池模塊運行異常期間，執(zhí)行保障各電池模塊安全所必 要的控制操作。通過用于中斷運行異常的電池模塊或電池模塊組件運 行的控制單元，實現(xiàn)了保障電池模塊安全性的控制操作。
而且，當(dāng)特定電池模塊的異常運行被相應(yīng)下控制單元(例如從BMS ) 確認(rèn)時，上控制單元(例如主BMS)中斷運行異常的電池模塊所屬的 電池模塊組件與外部電路之間的連接，并將該電池模塊組件連接到對 應(yīng)的耗能負(fù)載，從而消除運行異常的電池模塊的能量。優(yōu)選地，所述 方法還包括，使用冷卻單元執(zhí)行冷卻處理，以消除在充電能量強行放 電期間產(chǎn)生的熱。
每個耗能負(fù)載可以是電阻、電阻器或能夠補充能量的飛輪。當(dāng)飛 輪被用于每個耗能負(fù)載時，可以快速轉(zhuǎn)移電池模塊的能量，并將所轉(zhuǎn) 移的能量用在需要該能量的其他地方。
特定電池模塊或特定電池模塊組件的異常運行可以根據(jù)電池系統(tǒng)的狀況而不同。在一個優(yōu)選實施方案中，以下運行狀況被認(rèn)為是特定 電池模塊或特定電池模塊組件的異常運行。
(1 )在特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異常期間，該電池 模塊或電池模塊組件與其余電池模塊或電池模塊組件相比，呈現(xiàn)
200mV或更大的電壓差或使電池容量突降30%或更多。
(2 )在特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異常期間，該電池 模塊或電池模塊組件的溫度上升到70TC或更高，或該電池模塊或電池 模塊組件的溫度逐漸上升并繼而急劇上升。
(3)在特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異常期間，主BMS 與該電池模塊或電池模塊組件之間的通信中斷。
因此，當(dāng)確認(rèn)特定電池模塊運行異常時，主BMS防止運行異常的 電池模塊經(jīng)由對應(yīng)的從BMS影響外部裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種能夠執(zhí)行上述方法的高輸出大 容量電池系統(tǒng)。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)包括兩個或更多電池模塊或電池 模塊組件、用于消耗充電能量的耗能負(fù)載、和用于將電池模塊或電池 模塊組件連接到耗能負(fù)載的旁路部件。
通常，所述高輸出大容量電池系統(tǒng)包括多個電池模塊或多個電池 模塊組件，每個電池模塊包括多個二次電池，每個電池模塊組件包括 多個電池模塊。結(jié)果，某些二次電池、某些電池模塊、或某些電池模 塊組件可能運行異常。此外，可能由于某些二次電池、某些電池模塊、 或某些電池模塊組件運行異常而發(fā)生重大事故。因此，保障安全非常 重要。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)應(yīng)用于具有高輸出和大容量的中 型或大型電池系統(tǒng)。高輸出和大容量的范圍可根據(jù)期望輸出而改變， 因而，高輸出和大容量的范圍并不被具體限制。
根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)可被用作電動自行車(E-bike)、電動摩 托車、電動車輛、和混合電動車輛所用的電源，或用作包括工業(yè)或家 用器械在內(nèi)的多種應(yīng)用設(shè)備和產(chǎn)品所用的電源，所述工業(yè)或家用器械 例如為不間斷電源(UPS)、空轉(zhuǎn)減少裝置和儲能裝置。優(yōu)選地，根據(jù) 本發(fā)明的電池系統(tǒng)用作包括多個二次電池的電動車輛所用的充電和放電電源。


從下文結(jié)合附圖所進(jìn)行的詳細(xì)描述中，將更清晰地理解本發(fā)明的
上述及其他目標(biāo)、特征和其他優(yōu)勢，其中
圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的 視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。然而，應(yīng)注 意，本發(fā)明的范圍不局限于所說明的實施方案。
圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的 視圖。
參考圖1,電池系統(tǒng)100包括四個電池才莫塊組件110、四個場效應(yīng) 晶體管(FET) 140、四個強制電阻單元150、和/\個旁路部件160。
構(gòu)成每個電池模塊組件110的電池模塊經(jīng)由連接部件170 (3S) 以串聯(lián)方式彼此電連接，電池模塊組件110經(jīng)由連接部件180 (4P) 以并聯(lián)方式彼此電連接。
當(dāng)電池模塊130或電池模塊組件110中的任一個運行異常時，控 制各電池模塊組件110的主電池管理系統(tǒng)(BMS) 120從對應(yīng)的從BMS 接收由運行異常的電池模塊130或電池模塊組件110造成的問題，以 基于所接收問題的性質(zhì)來決定將運行異常的電池模塊130或電池模塊 組件110中斷使用、更換運行異常的電池模塊130或電池模塊組件 110、或者從運行異常的電池模塊130或電池模塊組件110消除能量。 當(dāng)主BMS 120決定從運行異常的電池模塊130或電池模塊組件110消 除能量時，主BMS 120向運行異常的電池模塊組件(包括彼此串聯(lián)連 接的電池模塊)的FET發(fā)送信號。隨后，F(xiàn)ET控制相應(yīng)的旁路部件160， 結(jié)果使電流流經(jīng)對應(yīng)的強制電阻單元150,而不沿著輸電線190流過。
運行異常的電池模塊組件110的能量被對應(yīng)的強制電阻單元150 強行消耗。這時，冷卻單元(未示出)基于來自主BMS 的指令而 運行，以消除從由相應(yīng)強制電阻單元150造成的強制能量消耗中產(chǎn)生的熱。
例如，當(dāng)主BMS和特定電池模塊或特定電池模塊組件之間的通信 在任一 電池模塊處中斷時，該電池模塊或電池模塊組件與其余電池模 塊或其余電池模塊組件相比，呈現(xiàn)200mV或更大的電壓差，或電池容 量突降30%或更多，或該電池模塊或電池模塊組件的溫度上升到70X: 或更高，或該電池模塊或電池模塊組件的溫度逐漸上升繼而急劇上升， 在各電池模塊組件IIO被主BMS 120控制期間，主BMS 120使用對應(yīng) 的旁路部件160控制異常電池模塊組件110的運行，使連接到異常電 池模塊組件110的輸電線190與外部電路(未示出)脫離連接，但將 輸電線190連接到相應(yīng)的強制電阻單元150，以使來自異常電池模塊 組件110的能量被消耗。
如前文所述，每個強制電阻單元150可以是電阻、電阻器或能夠 補充能量的飛輪。
雖然已經(jīng)為說明目的描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)意識到，在不偏離所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和 精神的情況下，可以進(jìn)行多種^f奮改、添加和替換。
工業(yè)應(yīng)用性
從上文的描述中顯而易見，該電池系統(tǒng)除了包括電池模塊，還包 括附加耗能負(fù)載。因此，當(dāng)特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異 常時，可以將運行異常的電池模塊或電池模塊組件連接到對應(yīng)的耗能 負(fù)載，以使存儲在運行異常的電池模塊或電池模塊組件中的充電能量 被強行消耗，由此大大提高了電池模塊或電池模塊組件的安全性。
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權(quán)利要求
1. 一種控制電池系統(tǒng)中電池模塊運行的方法，所述電池系統(tǒng)包括兩個或更多電池模塊或電池模塊組件，其中所述電池系統(tǒng)還包括用于消耗充電能量的耗能負(fù)載，以及所述方法包括，當(dāng)特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異常時，將運行異常的電池模塊或運行異常的電池模塊組件連接到對應(yīng)的耗能負(fù)載，以強行釋放充電能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述電池模塊并聯(lián)連接到外部電路，以及所述電池系統(tǒng)還包括位于外部電路和各電池模塊之間連接區(qū)域的 控制單元，其用于控制所述電池模塊的運行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括當(dāng)確認(rèn)特定電池模塊異常運行時，通過所述控制單元，使所述電 池模塊與外部電路脫離連接，并將所述電池模塊連接到對應(yīng)的耗能負(fù)載。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個電池模塊組件包括多個彼此串聯(lián)連接的電池模塊，各電池模 塊組件并聯(lián)連接到外部電路，并且所述電池系統(tǒng)還包括位于外部電路和各電池模塊組件之間連接區(qū) 域的控制單元(上控制單元)，其用于控制所述電池模塊組件的運行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，構(gòu)成每個電池模塊組件的 電池模塊包括控制單元(下控制單元)，其用于控制各電池模塊的運 行，并且所述下控制單元連接到所述上控制單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)特定電池模塊的異常運 行被對應(yīng)的下控制單元確認(rèn)時，所述上控制單元中斷運行異常的電池 模塊所屬的電池模塊組件與外部電路之間的連接，并將該電池模塊組 件連接到對應(yīng)的耗能負(fù)載。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個耗能負(fù)載是電阻、電阻 器或能夠補充能量的飛輪。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中每個耗能負(fù)載是飛輪。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用冷卻單元執(zhí)行冷卻處理，以消除在充電能量強行放電期間產(chǎn) 生的熱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在特定電池模塊或特定電池模塊組件異常運行期間，與其余電池模塊或其余電池模塊組件相比，該電池模塊或電池模塊組件呈現(xiàn)200mV或更大的電壓差，或使電 池容量突降30 / 或更多。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在特定電池模塊或特定 電池模塊組件異常運行期間，該電池模塊或電池模塊組件的溫度上升 到70'C或更高，或該電池模塊或電池模塊組件的溫度逐漸上升繼而急 劇上升。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在特定電池模塊或特定 電池模塊組件異常運行期間，對該電池模塊或電池模塊組件的通信中斷。
13. —種高輸出大容量電池系統(tǒng)，包括 兩個或更多電池模塊或電池模塊組件； 用于消耗充電能量的耗能負(fù)載；以及用于將電池模塊或電池模塊組件連接到耗能負(fù)載的旁路部件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池系統(tǒng)，其中，所述電池系統(tǒng)被用 作充電和放電電源，其用于混合電動車輛、電動車輛、不間斷電源、 空轉(zhuǎn)減少裝置或儲能裝置。
全文摘要
本說明書公開了一種控制電池系統(tǒng)中電池模塊運行的方法，所述電池系統(tǒng)包括兩個或更多電池模塊或電池模塊組件，其中該電池系統(tǒng)還包括用于消耗充電能量的耗能負(fù)載，并且所述方法包括，當(dāng)特定電池模塊或特定電池模塊組件運行異常時，將運行異常的電池模塊或電池模塊組件連接到對應(yīng)的耗能負(fù)載，以對充電能量強行放電。還公開了一種電池系統(tǒng)，其能夠執(zhí)行所述電池系統(tǒng)控制方法。
文檔編號H01M10/44GK101512826SQ200780033555
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者河真雄, 申溶植, 金智浩 申請人:株式會社Lg化學(xué)