電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電池管理系統(tǒng)。具有控制繼電器的開關(guān)的電池管理系統(tǒng)設(shè)置有在開關(guān)中發(fā)生故障的情況下切斷輸入到繼電器的線圈的電力的短路保護(hù)器(SCP)以及用于控制SCP的開關(guān)。電池管理系統(tǒng)包括：繼電器開關(guān)，結(jié)合到電池單體的充電/放電線；充電/放電繼電器，具有驅(qū)動繼電器開關(guān)的驅(qū)動線圈；繼電器驅(qū)動單元，結(jié)合到驅(qū)動線圈的一端以控制驅(qū)動線圈；第一開關(guān)，結(jié)合到充電/放電繼電器和繼電器驅(qū)動單元以控制充電/放電繼電器的接通/斷開；控制單元，施加用于控制第一開關(guān)的接通/斷開的控制信號；SCP，設(shè)置在驅(qū)動線圈與繼電器驅(qū)動單元之間；以及第二開關(guān)，控制SCP。
【專利說明】電池管理系統(tǒng)
[0001]本申請參照于2012年8月30日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局在先提交并且正式分配序列號10-2012-0095501的申請，將該申請包含于此并要求該申請的全部權(quán)益。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的一方面涉及一種電池管理系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種能夠安全地控制充電/放電線的電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]通常，與不是可再充電的一次電池不同，二次電池是可再充電的電池。小尺寸的二次電池廣泛地用于諸如蜂窩電話、筆記本型計算機(jī)和攝錄像機(jī)的高【技術(shù)領(lǐng)域】中，大尺寸的二次電池可以設(shè)置在儲能系統(tǒng)等中。
[0004]儲能系統(tǒng)是連接可再生能源、電力儲存電池系統(tǒng)和來自電網(wǎng)的現(xiàn)有電力的系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)執(zhí)行設(shè)置在電池系統(tǒng)中的二次電池的充電/放電操作。
[0005]當(dāng)對二次電池充電/放電時，儲能系統(tǒng)使用高電流，因此將開關(guān)組件用作繼電器。
[0006]通常通過控制線圈電流來實現(xiàn)繼電器的接通/斷開操作，將用于控制線圈電流的諸如場效應(yīng)晶體管(PET)的開關(guān)另外地設(shè)置到繼電器。然而，如果繼電器由于在開關(guān)中發(fā)生故障而處于短路狀態(tài)，則難以控制繼電器。
[0007]在本【背景技術(shù)】部分中公開的以上信息僅用于增強(qiáng)對所描述的技術(shù)的背景的理解，因此，其可以包含未形成在本國內(nèi)對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實施例提供了一種具有用于控制繼電器的開關(guān)的電池管理系統(tǒng)，其中，電池管理系統(tǒng)設(shè)置有用于在開關(guān)中發(fā)生故障的情況下切斷輸入到繼電器的線圈的電力的短路保護(hù)器(SCP)以及用于控制SCP的開關(guān)，從而安全地控制充電/放電線。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種電池管理系統(tǒng)可以包括:繼電器開關(guān)，結(jié)合到電池單體的充電/放電線；充電/放電繼電器，具有用于驅(qū)動繼電器開關(guān)的驅(qū)動線圈；繼電器驅(qū)動單元，結(jié)合到驅(qū)動線圈的一端以控制驅(qū)動線圈；第一開關(guān)，結(jié)合到充電/放電繼電器和繼電器驅(qū)動單元，以控制充電/放電繼電器的接通/斷開；控制單元，施加用于控制第一開關(guān)的接通/斷開的控制信號；SCP，設(shè)置在驅(qū)動線圈與繼電器驅(qū)動單元之間；以及第二開關(guān)，控制SCP。
[0010]第一開關(guān)可以結(jié)合到驅(qū)動線圈的另一端。
[0011]SCP可以實施為熔斷器或正溫度系數(shù)(PTC)元件。
[0012]第二開關(guān)的接通/斷開可以通過輔助控制單元的控制信號控制。
[0013]輔助控制單元可以獨(dú)立地運(yùn)行同時與控制單元分開設(shè)置。
[0014]第一開關(guān)和第二開關(guān)可以實施為場效應(yīng)晶體管(FET)。
[0015]電池管理系統(tǒng)還可以包括感測單元，感測單元感測電池單體的總體電壓以及每個電池單體的單獨(dú)的電壓，并將感測到的電壓發(fā)送至控制單元。
[0016]電池管理系統(tǒng)還可以包括單體平衡單元，單體平衡單元執(zhí)行在電池單體之間使充電和放電狀態(tài)均衡化的操作。
[0017]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置有用于控制繼電器的開關(guān)的電池管理系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)設(shè)置有在開關(guān)中發(fā)生故障的情況下切斷輸入到繼電器的線圈的電力的SCP以及用于控制SCP的開關(guān)，從而可以防止充電/放電線因電路組件中發(fā)生故障而處于不受控制的狀態(tài)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種電池管理系統(tǒng)可以包括:充電/放電繼電器，包括繼電器開關(guān)和控制繼電器開關(guān)的接通/斷開狀態(tài)的驅(qū)動線圈，繼電器開關(guān)串聯(lián)電連接到電池單體的充電/放電線；第一開關(guān)，電連接到驅(qū)動線圈的一端，第一開關(guān)的接通/斷開狀態(tài)受控制單元的控制；繼電器驅(qū)動單元，被設(shè)置為將電流提供至驅(qū)動線圈，繼電器驅(qū)動單元電連接到驅(qū)動線圈的另一端；短路保護(hù)器(SCP)，設(shè)置在驅(qū)動線圈與繼電器驅(qū)動單元之間，SCP控制流過驅(qū)動線圈的電流；以及第二開關(guān)，控制SCP。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]因為本發(fā)明的更完全的理解以及本發(fā)明的許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖考慮時參照以下詳細(xì)描述而變得更好理解，所以本發(fā)明的更完全的理解以及本發(fā)明的許多伴隨優(yōu)點(diǎn)將容易變得明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的組件，其中:
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)的構(gòu)造框圖。
[0021]圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)中使用的外部接口的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]在下文中，將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的特定的示例性實施例。這里，當(dāng)?shù)谝辉幻枋鰹榻Y(jié)合到第二元件時，第一元件不僅可以直接結(jié)合到第二元件，而且也可以通過第三元件間接地結(jié)合到第二元件。此外，為了清楚起見，省略了對完全理解本發(fā)明來說不是必要的一些兀件。此外，相同的標(biāo)號始終代表相同的兀件。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)的構(gòu)造框圖。
[0024]參照圖1，根據(jù)該實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)100包括控制單元(MCU) 110以及結(jié)合到MCUllO和充電/放電線3的外部接口 120。
[0025]如圖1中所示，電池管理系統(tǒng)100通過充電/放電線3結(jié)合到多個電池單體200。電池管理系統(tǒng)100在MCUllO的控制下控制電池單體200的充電和放電操作。
[0026]在該實施例中，將明顯的是，電池管理系統(tǒng)100可以被設(shè)置為與電池單體200分開，或者可選擇地，電池管理系統(tǒng)100和電池單體200可以一體地形成為電池包。
[0027]還可以將熔斷器元件5設(shè)置到充電/放電線3。當(dāng)過電流施加到結(jié)合到電池單體200的充電/放電線3并因此充電/放電線3過熱時，熔斷器元件5可以物理地切斷，以保護(hù)電池單體200不受過電流影響。
[0028]電池管理系統(tǒng)100可以執(zhí)行過充電保護(hù)功能、過放電保護(hù)功能、過電流保護(hù)功能、過電壓保護(hù)功能、過熱保護(hù)功能和單體平衡功能等，以保護(hù)電池單體200。為此，電池管理系統(tǒng)100可以監(jiān)視電池單體200的電壓、電流、溫度、剩余電量、壽命和充電狀態(tài)，并可以將相關(guān)信息發(fā)送至MCU100。
[0029]因此，如圖1中所示，電池管理系統(tǒng)100還可以包括感測單元130、單體平衡單元140、存儲單元150、通信單元160和保護(hù)電路單元170。
[0030]感測單元130可以感測電池單體200的總電壓以及電池單體BI至Bn中每個電池單體的單獨(dú)的電壓。感測單元130也可以感測電池單體的溫度和環(huán)境溫度。由感測單元130感測的電壓和溫度被發(fā)送至MCUl 10。
[0031]MCUllO基于從感測單元130發(fā)送的電壓和溫度來決定電池單體200的充電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(SOH)。MCUllO控制電池單體200的充電和放電操作。
[0032]單體平衡單元140執(zhí)行使電池單體200之間的充電和放電狀態(tài)均衡化的操作。即，單體平衡單元140對電池單體200中的處于高充電狀態(tài)(處于低放電狀態(tài))的電池單體充電，并對電池單體200中的處于低充電狀態(tài)(處于高放電狀態(tài))的電池單體放電。因此,單體平衡單元140維持每個電池單體處于均勻充電狀態(tài)。
[0033]當(dāng)電池管理系統(tǒng)100關(guān)閉時，存儲單元150恰好在電池管理系統(tǒng)100關(guān)閉之前存儲諸如SOC和SOH的數(shù)據(jù)。因此，如果電池管理系統(tǒng)100再次接通，則存儲單元150使MCU100能夠讀取在電池管理系統(tǒng)100最后關(guān)閉時存儲的數(shù)據(jù)。為此，可以將存儲單元150構(gòu)造為可以電寫入和擦除數(shù)據(jù)的非易失性存儲裝置。例如，可以將存儲單元150構(gòu)造為電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，但本發(fā)明不限于此。
[0034]通信單元160允許MCUllO執(zhí)行與外部集成控制器(未示出)的通信。
[0035]S卩，當(dāng)假設(shè)圖1中示出的電池管理系統(tǒng)100和電池單體200設(shè)置在電力儲存系統(tǒng)中時，在發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電力可以通過從通信單元160提供的信息而被儲存在電池單體200中或被發(fā)送至電網(wǎng)。電力儲存系統(tǒng)可以將儲存在電池單體200中的電力發(fā)送至電網(wǎng)，或者可選擇地，電力儲存系統(tǒng)可以將由電網(wǎng)提供的電力儲存在電池單體200中。
[0036]保護(hù)電路單元170保護(hù)電池單體200免受外部沖擊、過電流或過電壓等的影響。
[0037]當(dāng)電池單體200被過充電時，MCUllO可以通過切斷充電/放電線3的路徑來停止對電池單體200充電。
[0038]根據(jù)該實施例，在具有用于控制設(shè)置到充電/放電線3的充電/放電繼電器90的開關(guān)的電池系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)設(shè)置有用于在開關(guān)中發(fā)生故障的情況下切斷輸入到充電/放電繼電器90的線圈的電力的短路保護(hù)器(SCP)和用于控制SCP的開關(guān)，從而可以防止充電/放電線3因在電路組件中發(fā)生故障而處于不受控制的狀態(tài)。
[0039]在這種情況下，通過外部接口 120實現(xiàn)用于控制電池單元200充電和放電的路徑。將參照圖2詳細(xì)地描述外部接口 120的構(gòu)造和操作。
[0040]圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)中使用的外部接口的電路圖。
[0041]參照圖2，外部接口 120包括結(jié)合到充電/放電繼電器90的第一開關(guān)124以及繼電器驅(qū)動單元122，以控制充電/放電繼電器90的接通/斷開。在這種情況下，通過MCUl 10控制第一開關(guān)124。
[0042]充電/放電繼電器90結(jié)合在繼電器驅(qū)動單元122與充電/放電線3之間。充電/放電繼電器90包括結(jié)合到繼電器驅(qū)動單元122的驅(qū)動線圈94以及結(jié)合到充電/放電線3的繼電器開關(guān)92。在這種情況下，通過驅(qū)動線圈94控制繼電器開關(guān)92的接通/斷開操作。
[0043]驅(qū)動線圈94控制繼電器開關(guān)92的接通/斷開操作。由于驅(qū)動線圈94不與繼電器開關(guān)92形成物理電流路徑，所以驅(qū)動線圈94能夠根據(jù)MCUllO的控制信號來控制結(jié)合到相對高的電流在其中流動的充電/放電線3的繼電器開關(guān)92。
[0044]通過將電流施加至驅(qū)動線圈94或切斷來自驅(qū)動線圈94的電流來控制繼電器開關(guān)92的接通/斷開操作。繼電器開關(guān)92在電池單體200過充電的情況下切斷，以切斷結(jié)合到電池單體200的充電/放電線3，從而保護(hù)電池單體200。在實施例中，當(dāng)對驅(qū)動線圈94施加電流時，繼電器開關(guān)92接通；當(dāng)沒有對驅(qū)動線圈94施加電流時，繼電器開關(guān)92斷開并使充電/放電線3斷開連接。
[0045]更具體地講，如圖2中所示，繼電器驅(qū)動單元122結(jié)合到驅(qū)動線圈94的一端，第一開關(guān)124結(jié)合到驅(qū)動線圈94的另一端。
[0046]在這種情況下，通常將繼電器驅(qū)動單元122實施為12V或24V電源單元。驅(qū)動單元122用于將用于接通/斷開繼電器開關(guān)92的電流提供至驅(qū)動線圈94。
[0047]然而，通過第一開關(guān)124控制電流的提供。如果第一開關(guān)124斷開，則電流流動所沿的路徑斷開，因此，電流沒有提供至驅(qū)動線圈94。
[0048]在這種情況下，通過MCUllO控制第一開關(guān)124的操作。在將第一開關(guān)124實施為場效應(yīng)晶體管(FET)的情況下，MCUllO的控制信號SI施加至FET的柵電極。
[0049]S卩，在電流因第一開關(guān)124的接通而從繼電器驅(qū)動單元122施加至驅(qū)動線圈94的情況下，充電/放電繼電器90接通。如果第一開關(guān)124斷開，則充電/放電繼電器90斷開。
[0050]然而，在因第一開關(guān)124的故障而發(fā)生短路的情況下，充電/放電繼電器90持續(xù)地維持接通狀態(tài)。在這種情況下，即使MCUllO將控制信號SI施加至第一開關(guān)124，充電/放電繼電器90也不能斷開。因此，可能因過充電和過電流而出現(xiàn)電池單體劣化和爆炸的風(fēng)險。
[0051]在這種情況下，甚至在控制信號SI施加至第一開關(guān)124然后特定時間過去之后，也可以通過識別在結(jié)合到充電/放電繼電器90的充電/放電線3中持續(xù)地檢測到電流來感測到充電/放電繼電器90不能如所期望地斷開。
[0052]可能因?qū)⒖刂菩盘朣I施加至第一開關(guān)124的MCUllO的故障而出現(xiàn)相同的風(fēng)險。
[0053]為了克服這樣的風(fēng)險，根據(jù)該實施例的原理構(gòu)造的電池管理系統(tǒng)設(shè)置有位于驅(qū)動線圈94與繼電器驅(qū)動單元122之間的用于切斷輸入到充電/放電繼電器90的的驅(qū)動線圈94的電流的SCP (短路保護(hù)器)126以及用于控制SCP126的第二開關(guān)128。
[0054]S卩，電池管理系統(tǒng)設(shè)置有在第一開關(guān)124中發(fā)生故障的情況下斷開充電/放電繼電器90的SCP126以及用于控制SCP126的第二開關(guān)128。在這種情況下，可以將SCP126實施為熔斷器或正溫度系數(shù)(PTC)元件，并且可以像第一開關(guān)124 —樣將第二開關(guān)128實施為 PET。
[0055]PTC元件是具有正電阻溫度系數(shù)特性的元件，即，PTC元件的電阻隨著PTC元件溫度提高而增大。如果PTC元件的溫度提高，則本征電阻增大。這樣，PTC元件在特定時間內(nèi)具有與開路對應(yīng)的聞電阻。
[0056]因此，在該實施例中，當(dāng)充電/放電繼電器90因第一開關(guān)124的故障而不能如所期望地斷開時，第二開關(guān)128接通。當(dāng)?shù)诙_關(guān)128接通時，SCP126操作以切斷從繼電器驅(qū)動單元122結(jié)合至驅(qū)動線圈94的電流路徑，因此，充電/放電繼電器90斷開并且使充電/放電線3斷開連接。
[0057]如上所述，甚至在控制信號SI施加至第一開關(guān)124然后特定時間過去之后，也可以通過識別在結(jié)合到充電/放電繼電器90的充電/放電線3中持續(xù)地檢測到電流來感測到充電/放電繼電器90因第一開關(guān)124的故障而不能如所期望地斷開。
[0058]S卩，通過根據(jù)該實施例的原理構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，能夠防止充電/放電線3因在電路組件中發(fā)生故障而處于不受控制的狀態(tài)。
[0059]然而，將明顯的是，MCUllO可以將控制信號S2施加至第二開關(guān)128。為了實現(xiàn)更加安全的系統(tǒng)，可以將輔助控制單元112設(shè)置為在與控制單元110分開的同時獨(dú)立地操作。輔助控制單元112相對于控制單元110的故障而將控制信號S2施加至第二開關(guān)128。
[0060]雖然已結(jié)合特定示例性實施例描述了本發(fā)明，但將理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施例，而是相反，意圖覆蓋包括在權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
【權(quán)利要求】
1.一種電池管理系統(tǒng),所述電池管理系統(tǒng)包括: 充電/放電繼電器，包括電結(jié)合到電池單體的充電/放電線的繼電器開關(guān)和驅(qū)動繼電器開關(guān)的驅(qū)動線圈； 繼電器驅(qū)動單元，電結(jié)合到驅(qū)動線圈的一端以控制驅(qū)動線圈； 第一開關(guān)，電結(jié)合到充電/放電繼電器和繼電器驅(qū)動單元以控制充電/放電繼電器的接通/斷開； 控制單元，施加用于控制第一開關(guān)的接通/斷開的控制信號； 短路保護(hù)器，設(shè)置在驅(qū)動線圈與繼電器驅(qū)動單元之間；以及 第二開關(guān)，控制短路保護(hù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，第一開關(guān)結(jié)合到驅(qū)動線圈的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，短路保護(hù)器被實施為熔斷器或正溫度系數(shù)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，第二開關(guān)的接通/斷開通過輔助控制單元的控制信號控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池管理系統(tǒng)，其中，輔助控制單元在被設(shè)置為與控制單元分開的同時獨(dú)立地操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，第一開關(guān)和第二開關(guān)被實施為場效應(yīng)晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管`理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)還包括感測單元，感測單元感測電池單體的總電壓以及每個電池單體的單獨(dú)的電壓，并將感測到的電壓發(fā)送至控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)還包括單體平衡單元，單體平衡單元執(zhí)行使電池單體之間的充電和放電狀態(tài)均衡化的操作。
9.一種電池管理系統(tǒng),所述電池管理系統(tǒng)包括: 充電/放電繼電器，包括繼電器開關(guān)和控制繼電器開關(guān)的接通/斷開狀態(tài)的驅(qū)動線圈，繼電器開關(guān)串聯(lián)電連接到電池單體的充電/放電線； 第一開關(guān)，電連接到驅(qū)動線圈的一端，第一開關(guān)的接通/斷開狀態(tài)受控制單元的控制；繼電器驅(qū)動單元，被設(shè)置為將電流提供至驅(qū)動線圈，繼電器驅(qū)動單元電連接到驅(qū)動線圈的另一端； 短路保護(hù)器，設(shè)置在驅(qū)動線圈與繼電器驅(qū)動單元之間，短路保護(hù)器控制流過驅(qū)動線圈的電流；以及 第二開關(guān)，控制短路保護(hù)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池管理系統(tǒng)，其中，短路保護(hù)器被實施為熔斷器或正溫度系數(shù)元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池管理系統(tǒng)，其中，第二開關(guān)的接通/斷開通過輔助控制單元的控制信號控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池管理系統(tǒng)，其中，輔助控制單元在被設(shè)置為與控制單元分開的同時獨(dú)立地操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池管理系統(tǒng)，其中，第一開關(guān)和第二開關(guān)被實施為場效應(yīng)晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)還包括感測單元，感測單元感測電池單體的總電壓以及每個電池單體的單獨(dú)的電壓，并將感測到的電壓發(fā)送至控制單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)還包括單體平衡單元，單體平衡單元執(zhí)行使電池單體之 間的充電和放電狀態(tài)均衡化的操作。
【文檔編號】H02J7/00GK103683368SQ201310067305
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】金泰珍 申請人:三星Sdi株式會社