專利名稱：電池管理系統及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種電池管理系統(BMS)。更具體地講，本發明涉及一種在 利用電能的交通工具中使用的BMS。
背景技術：
具有利用汽油或柴油燃料的內燃機的交通工具已引起嚴重的空氣污染。 因此，近來已做出努力來開發電動交通工具或混合交通工具，以減少空氣污 染。電動交通工具利用電池發動機，其中，電池發動才幾通過由電池輸出的電 能來運行。由于電動交通工具主要利用電池，所以電動交通工具的優點在于 其不產生排放氣體且噪音較小，其中，所述的電池由一個包括多個可充放電 的二次電池單元的電池包形成。混合交通工具通常是指利用汽油向內燃機提供動力且利用電池向電動機 提供動力的汽油-電動混合交通工具。近來，已開發了利用內燃機與燃料電 池的混合交通工具和利用電池與燃料電池的混合交通工具。燃料電池通過在 不斷地提供氫和氧的同時產生化學反應來直接獲得電能。由于電池性能直"l妄影響利用電能的交通工具，所以每個電池單元必需具 有優異的性能。另外，有必要提供一種電池管理系統(BMS)來測量電池包 的電壓和電流，以有效地對每個電池單元的充電和放電操作進行管理。所以當電池電壓檢測電路有錯誤時，電池會被繼續過充電。發明內容本發明已致力于提供一種電池管理系統(BMS)及其驅動方法，該電池 管理系統通過#:測當電池電壓4企測電路中有錯誤時的電池的狀態來保護電 池，并用于更精確地才企測電池過充電狀態。一種示例性電池管理系統(BMS)包括感測單元，用于測量電池電流、
電池電壓和電池溫度；微控單元(MCU)，基于所測量的電池電流和電池電 壓來確定充電狀態(SOC)復位條件；BMS，在到達SOC復位條件之后，BMS 基于電流積分結果來確定電池過充電狀態。優選地，SOC復位條件對應于電池電流和電池電壓。優選地，MCU包括SOC計算器，對檢測到SOC復位條件做出響應來 傳輸當前的電流積分值；完全充電確定單元，接收當前的電流積分值，利用 所測量的電池電流來對電流進行積分，對電流積分值到達預定的電池額定容 量做出響應以確定電池凈皮過充電。優選地，BMS還包括保護電路，保護電路對確定電池被過充電做出響應 來斷開主開關，以使電池與電源斷開。一種電池管理系統(BMS )的示例性驅動方法包括檢測充電狀態(SOC ) 復位條件；對SOC復位條件到達SOC復位點且需要進行復位操作做出響應， 來對所測量的電池電流進行積分，直至對應于SOC復位點的電流積分值到達 電池額定容量；將電流積分結果與電池額定容量進行比較；對電流積分結果 與電池額定容量相等做出響應來確定電池被過充電。優選地，該方法還包括對確定電池被過充電做出響應來停止電池的充電。
通過參照下面結合附圖的詳細描述，本發明變得更好理解，因而本發明 的更完整的理解和許多附帶的優點將易于明了，在附圖中，相同的標號表示 相同或相似的組件，其中；圖1是才艮據本發明示例性實施例的可用在交通工具中的電池、電池管理 系統(BMS)和BMS的外圍裝置的框圖。圖2是根據本發明示例性實施例的BMS的微控單元(MCU)和保護電 路單元的框圖。圖3是時間與充電狀態(SOC)之間的關系的波形圖。
具體實施方式
在下面的詳細描述中，簡單地通過圖示的方式僅示出和描述了本發明的 特定的示例性實施例。如本領域技術人員會了解的，在所有不脫離本發明的 精神或范圍的情況下，可以以各種不同的方式對所描述的實施例進行修改。 因此，附圖和描述實際上被認為是解釋性的而不是限制性的。在整個說明書中，相同的標號表示相同的元件。在整個說明書和權利要求書中，當描述元件"連接"到另一元件時，該元件可"直接連接"到另一元件，或者通過第三元件"電連接，，到另一元件。此外，除非明確地做出相反的描述，否則將把詞語"包括，，理解為意味著包括所述的元件但不排除任何其它元件的意思。圖1是根據本發明示例性實施例的混合交通工具系統的構造的框圖。 如圖1中所示，根據本發明第一示例性實施例的混合電動交通工具系統包括BMS 1、電池2、電流傳感器3、冷卻風扇4、保險絲5、主開關6、發 動機控制單元(MTCU)7、逆變器(inverter)8和電動發動機(motor generator) 9。電池2包括具有多個彼此串連連接的電池單元的多個子包2a至2h、輸出 端2_0UT 1 、輸出端2一OUT2和i殳置在子包2d與子包2e之間的安全開關2—sw。 在本發明的示例性實施例中，雖然將8個子包2a至2h作為示例示出，且每 個子包為一組多個電池單元，但是本發明并不局限于此。此外，將安全開關 2_sw手動地接通/斷開，以保證工作人員在對電池執行梯:作或更換電池時的安 全。在本發明的示例性實施例中，安全開關2—sw設置在子包2d與子包2e之 間，但是本發明并不局限于此。將輸出端2—0UT1和輸出端2JXJT2連接到 逆變器8。電流傳感器3測量電池2的輸出電流值，并向BMS 1的感測單元10輸 出所測量的輸出電流值。更詳細地講，電流傳感器3可為利用霍爾元件的霍 爾變流器(hall current transformer )，以測量電流值并輸出與所測量的電流值 對應的模擬電流信號。冷卻風扇4響應BMS 1的控制信號，去除由電池2的充電和放電產生的 熱，防止電池2由于溫度升高而^皮劣化，并防止充》丈電效率凈皮劣化。〃床險絲5防止可由于電池2的斷路或短J各造成的電流過流(current overflow) ^皮傳輸到電池2。即，當產生過電流時，保險絲5打開以中斷過電 流流動。當電池被過充電或被過放電或者當產生高溫時，主開關6根據交通工具 的MTCU 7的控制信號而斷開，主開關6中斷電池2與電動發動機9之間的 連接，這將被稱作"斷開操作(cut-offoperation)"。 BMS 1包括感測單元10、微控單元(MCU )20、內部電源(internal power supplier) 30、電池單元平衡單元40、存儲單元50、通信單元60、保護電路 單元70、上電復位單元(power-on reset unit) 80和外部接口 90。感測單元IO測量電池的電壓并將所測量的電壓傳輸到MCU 20。在下文 中，電池的充電電流和放電電流將被稱作電池電流。此外，電池的輸出端處 的電壓將被稱作電池電壓。另外，電池包括多個電池單元，通過測量各個電 池單元的溫度并計算各個電池單元的溫度的平均值而得到的值將被稱作電池 溫度。MCU 20基于從感測單元10傳輸的電池電流和電池電壓來4企測電池2的 充電狀態(SOC)，并產生表明電池2的狀態的信息。然后，MCU20將所產 生的信息傳輸到保護電路單元70。在這種情況下，當滿足SOC復位條件(SOC reset condition)時，MCU 20通過利用電池的電流積分值來確定電池過充電， 并向保護電路單元70傳輸用于控制電池的SOC的斷開信號。SOC復位條件 以電池電流、電池電壓、SOC和電池溫度為基礎。內部電源30通過利用備用電池向BMS l提供功率(power)。電池單元 平衡單元40平衡每個電池單元的充電狀態。即，使充電充足的電池單元放電， 使充電相對較少的電池單元進一步充電。當BMS1的電源斷開時，存儲單元 50存儲當前的SOC和當前的劣化狀態(state of health ， SOH)的數據。通信 單元60與交通工具的MTCU 7進4亍通信。保護電路單元70根據用于控制SOC的斷開信號來確定電池過充電，并 防止電池2被過充電。此外，保護電路單元70根據確定電池過充電的結果來 斷開主開關6。因而，將電動發動機9與電池2之間的連接中斷。根據本發 明的示例性實施例，交通工具的動力裝置(powerplant)是電動發動機9。當BMS l的電源接通時，上電復位單元80將整個系統復位。外部接口 90將諸如冷卻風扇4和主開關6的BMS輔助裝置連接到MCU 20。在本發明 的示例性實施例中，雖然將冷卻風扇4和主開關6示出為BMS輔助裝置，但 是本發明并不局限于此。MTCU7基于加速器(accelerator )、制動器(brake)和交通工具的速度 的信息來確定扭矩(torque)信息，并控制電動發動機9的輸出，使得輸出與 扭矩信息相對應。即，MTCU 7控制逆變器8的切換操:作，并控制電動發動 機9的輸出，使得輸出與扭矩信息相對應。此外，MTCU 7通過通信單元60
從MCU 20接收電池2的SOC，并將電池2的SOC水平(level)控制為目標 水平(例如，55 % )。比如，當從MCU 20傳輸的SOC水平低于55 %時，MTCU 7控制逆變器8的開關，以向電池2輸出功率并對電池2進行充電。在這種 情況下，電池包電流I具有正值(+ )。當SOC水平高于55%時，MTCU 7 控制逆變器8的開關，以向電動發動機9輸出功率并使電池2放電。在這種 情況下，電池包電流I具有負值(-)。逆變器8響應MTCU 7的控制信號，控制對電池2進行充電或使電池2 放電。基于從MTCU7傳輸的扭矩信息，電動發動機9利用電池的電能來驅 動交通工具。下面，參照圖2和圖3來描述根據本發明示例性實施例的電池的電壓檢 測過程。圖2是4艮據本發明示例性實施例的BMS的MCU 20和保護電路單元70 的框圖。如圖2中所示，MCU20包括SOC計算器210和完全充電確定單元(fb11 charge determining unit) 220。圖3是時間與SOC之間的關系的波形圖。SOC計算器210 ^r測并確定SOC復位條件，當需要進行復位操作時向保 護電路單元70傳輸當前的電流積分值。根據本發明示例性實施例的SOC計 算器210通過對從感測單元10傳輸的電池電流進行積分來計算SOC,并檢測 所傳輸的電池電流、電池電壓和電池溫度，以確定它們是否與SOC復位條件 對應。如圖3中所示，SOC為85%的點a滿足SOC復位條件。在點a處， 通過強制地執行復位操作來計算電流積分值，以補償由電流積分而導致的估 計誤差。此外，當SOC復位條件超過復位點時，SOC計算器210將當前的電 流積分值傳輸到完全充電確定單元220。完全充電確定單元220接收當前的電流積分值，利用從感測單元10傳輸 的所感測的電池電流對電流進行積分。當電流積分值達到預定的電池額定容 量時，完全充電確定單元220向保護電路單元70傳輸用于控制SOC的斷開 信號。電池額定容量是指當電池被完全充電然后以IC倍率被放電至預定的電 流時所釋放的電荷的量。另外，IC倍率是指單位時間內對整個電池進行充電 或放電的電流強度。根據本發明示例性實施例的完全充電確定單元220從 SOC計算器210接收當前的電流積分值，從感測單元IO接收所感測的電池電 流，并對電流進行積分，以確定電流積分值。另外，當SOC在如圖3中所示 的點b處達到100% (即，SOC達到電池額定容量)時，完全充電確定單元 220確定電池過充電，并向保護電路單元70傳輸用于控制SOC的斷開信號以 保護電池。保護電路單元70從完全充電確定單元220接收斷開信號，并斷開主開關 6， /人而將電動發動才幾9與電池斷開。按照根據本發明示例性實施例的涉及電池保護方法的BMS以及該BMS 的驅動方法，計算SOC;;險測電池電流、電池電壓和電池溫度；確定電池電 流、電池電壓和電池溫度是否與SOC復位條件對應。當滿足復位條件時，通 過利用當前的電流積分值和所感測的電池電流來對電流進行積分。當所計算 的電流積分值到達電池額定容量時，確定電池過充電，于是對電池進行保護。盡管已經結合目前被認為是實際可行的示例性實施例描述了本發明，但 是應該理解，本發明并不限于所公開的實施例，相反，本發明意圖覆蓋包括 在權利要求的精神和范圍內的各種修改和等價布置。根據本發明的示例性實施例，提供了 BMS及其驅動方法，其中，所述 BMS用于通過利用電流積分值來確定電池過充電。因此，BMS及其驅動方法保護電池不受電池電壓檢測電路誤差和由于快 速的電池電壓變化而導致的電池繼續過充電的影響。此外，安全地且精確地 防止電池#1過充電。
權利要求
1、一種電池管理系統，包括感測單元，測量電池電流、電池電壓和電池溫度；微控單元，基于所測量的電池電流和電池電壓來確定充電狀態復位條件，其中，在到達充電狀態復位條件之后，電池管理系統基于電流積分結果來確定電池過充電狀態。
2、 如權利要求1所述的電池管理系統，其中，充電狀態復位條件與電池電;危和電、;也電壓》寸應。
3、 如權利要求1所述的電池管理系統，其中，微控單元包括 充電狀態計算器，對檢測到充電狀態復位條件做出響應，來傳輸當前的電流積分值；完全充電確定單元，接收當前的電流積分值，利用所測量的電池電流對 電流進行積分，并對電流積分值到達預定的電池額定容量做出響應，確定電 池被過充電。
4、 如權利要求3所述的電池管理系統，還包括保護電路，保護電路對確 定電池被過充電做出響應來斷開主開關，以使電池與電源斷開。
5、 一種電池管理系統的驅動方法，所述方法包括 檢測充電狀態復位條件；對充電狀態復位條件到達充電狀態復位點且需要進行復位操作做出響 應，來對所測量的電池電流進行積分，直至對應于充電狀態復位點的電流積 分值到達電池額定容量；將電流積分結果與電池額定容量進行比較；對電流積分結果與電池額定容量相等做出響應，來確定電池被過充電。
6、 如權利要求5所述的方法，還包括對確定電池被過充電做出響應，來 停止電池的充電。
全文摘要
本發明涉及一種電池管理系統(BMS)及其驅動方法，該電池管理系統包括感測單元和微控單元(MCU)。感測單元測量電池電流、電池電壓和電池溫度。MCU基于所測量的電池電流和電池電壓來確定充電狀態(SOC)復位條件。在到達SOC復位條件之后，BMS利用電流積分結果來確定電池過充電狀態。MCU包括SOC計算器和完全充電確定單元。SOC計算器一旦檢測到SOC復位條件就傳輸當前的電流積分值。完全充電確定單元接收當前的電流積分值，利用所測量的電池電流對電流進行積分，并當電流積分值到達預定的電池額定容量時確定電池被過充電。
文檔編號H01M10/48GK101165963SQ200710154100
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月14日 優先權日2006年10月16日
發明者太龍準, 尹韓碩, 崔水石, 徐世旭, 樸呼泳, 李永兆, 林啟鐘, 金范奎 申請人:三星Sdi株式會社