電池組保護系統和方法與流程

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年6月9日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請no.10-2015-0081392的優先權和權益，該韓國專利申請的全部內容通過參考并入本文。

本發明涉及一種保護電池組的系統和方法，并且更具體地，涉及一種保護電池組的系統和方法，該系統和方法測量一個或多個電池組的傾斜度(gradient)，確定測量值是否超過預定閾值傾斜度值，并基于確定的結果來控制設置在一個或多個電池組與外部電源之間的連接路徑上的開關的操作，因此在電池組異常傾斜時，阻斷供應到電池組的電源的路徑，并防止事故，例如電池單體的電解液的泄漏以及高電壓和高電流的電短路。

背景技術：

電池被稱為蓄電池或二次電池，并且意味著存儲或輸出通過存在于電池內的電解液與電極之間的化學反應而產生的電能的裝置。

電池具有根據產品群而容易應用、優良的保存性、高能量密度等的特性。此外，電池引起了注意，因為根據能量的使用不產生副產物而作為用于改進環境友好特性和能量效率的新能源，并且主要優點在于能夠減少化石燃料的使用。

因此，電池普遍應用到由電驅動源(包含便攜式裝置)驅動的電動車輛(ev)或能量存儲系統(ess)。

特別地，電動車輛在污染問題日益變得嚴重并且油價高的時代作為替代而正在增加，并且在韓國，各種業務已被向前推動以直到2020年在電動車輛領域進入四個世界強國。

不同于在燃燒化石燃料的同時獲得驅動能量的現有車輛，電動車輛在通過使用電池中所積聚的電能作為動力源來驅動電動機的同時被推進。也就是說，電池可被認為確定電動車輛的行駛以及電動車輛的速度和駕駛距離的核心因素。

因此，提出了用于穩定地操作和保護電池的設備，并且例如，韓國專利特許公開no.2010-0115513涉及用于車輛的電池節約器(saver)系統，并且描述了這樣的配置，其中主電源是通過感測電池的電壓來被控制，因此保護用于車輛中的電池。

現有技術被配置成保護電池免受電氣問題，例如過充電和過放電，但忽視(passover)可因電池的物理改變而招致的事故。

例如，當由電池驅動的車輛接收到大的沖擊或因事故而翻轉時，內部電池可偏離現有固定位置并傾斜，并且在此狀況下，高電壓和高電流可從電池泄漏從而導致電池組的故障或導致對于乘坐在車輛內的人體電擊。

也就是說，用于車輛的電池因為車輛的一次事故所導致的物理沖擊而傾斜，并且因此可招致二次事故，例如，電短路、電解液的泄漏和電擊。

此處，現有技術僅檢測電池的電氣問題，但是具有不能檢測電池的物理改變的問題。

技術實現要素：

技術問題

本發明被設想解決上述問題，并且本發明的目的是提供保護電池組的系統和方法，該系統和方法測量電池組的傾斜度，確定測量值是否超過預定閾值傾斜度值，并基于確定的結果來控制設置在電池組與外部電源之間的連接路徑上的開關的操作，因此在電池組異常傾斜時，阻斷供應到電池組的電源的路徑并防止事故，例如電池單體的電解液的泄漏以及高電壓和高電流的電短路。

此外，本發明的目的是提供保護電池組的系統和方法，該系統和方法當電池組在超過閾值傾斜度值的同時傾斜時阻斷通往電池組的電源路徑并控制外圍裝置(例如風扇、冷卻閥和馬達)以操作成斷開，因此防止外圍裝置的不必要的驅動以及電力消耗。

技術解決方案

本發明的示范性實施例提供用于保護電池組的系統，包含：一個或多個電池組，所述一個或多個電池組包含多個單體；開關單元，開關單元被配置成打開和閉合一個或多個電池組與外部電源之間的連接路徑；檢測單元，檢測單元被配置成測量一個或多個電池組的物理傾斜度；以及控制單元，控制單元被配置成基于檢測單元的測量值來控制開關單元的操作。

開關單元可由場效應晶體管fet和繼電器中的一個或多個形成。

檢測單元可通過使用傾斜度測量傳感器來以預定時間間隔測量一個或多個電池組的傾斜度，并將測量值傳送到控制單元。

控制單元可包含：算法，從檢測單元接收的測量值被輸入到算法中，并且結果值從算法輸出；以及推動驅動器(drivingdriver)，推動驅動器被配置成基于算法的結果值來控制開關單元的操作。

算法可包含確定測量值是否超過預定閾值傾斜度值的指令。

當測量值超過閾值傾斜度值時，算法可輸出第一結果值，并且當測量值不超過閾值傾斜度值時，算法可輸出第二結果值。

當第一結果值從算法輸出時，推動驅動器可將打開操作信號傳送到開關單元，并且當第二結果值從算法輸出時，推動驅動器可將閉合操作信號傳送到開關單元。

推動驅動器可控制獨立外圍裝置的斷開操作，并且獨立外圍裝置可以是空冷型風扇和水冷型冷卻閥中的一個。

本發明的另一示范性實施例提供保護電池組的方法，包含：測量由多個單體形成的一個或多個電池組的物理傾斜度；以及基于傾斜度的測量的測量值來控制設置在一個或多個電池組與外部電源之間的連接路徑上的開關的操作。

傾斜度的測量可包含通過使用傾斜度測量傳感器來以預定時間間隔測量一個或多個電池組的傾斜度，并基于測量值來控制開關的操作。

開關的操作的控制可包含將從傾斜度的測量接收的測量值輸入到算法并輸出結果值。

算法可包含確定測量值是否超過預定閾值傾斜度值的指令。

當測量值超過閾值傾斜度值時，算法可輸出第一結果值，并且當測量值不超過閾值傾斜度值時，算法可輸出第二結果值。

開關的操作的控制可包含當第一結果值從算法輸出時控制開關執行打開操作，并且當第二結果值從算法輸出時控制開關執行閉合操作。

有利效果

根據本發明的一個方面，能夠提供用于保護電池組的系統和方法，該系統和方法測量電池組的傾斜度，確定測量值是否超過預定閾值傾斜度值，并在測量值超過閾值傾斜度值時，控制設置在電池組與外部電源之間的連接路徑上的開關以執行打開操作。

因此，能夠阻斷電力到因沖擊、事故等而異常傾斜的電池組的供應，并且防止事故，例如電池單體的電解液的泄漏以及高電壓和高電流的電短路。

此外，能夠阻斷電力到電池組的供應，并控制電池組的外圍裝置操作成斷開，因此防止外圍裝置的不必要的驅動并減少電力消耗。

附圖說明

圖1是示意性地圖示電動車輛的圖，根據本發明的示范性實施例的保護電池組的系統和方法可適用于該電動車輛。

圖2是示意性地圖示根據本發明的示范性實施例的用于保護電池組的系統的配置的圖。

圖3是示意性地圖示根據本發明的示范性實施例的用于保護電池組的系統的電路圖的圖。

圖4是圖示根據本發明的示范性實施例的保護電池組的方法的流程圖。

具體實施方式

下文將參照附圖詳細描述本發明。本文中，將省去重復描述和可能使本發明的要點不必要地模糊的公知的功能和配置的詳細描述。提供本發明的示范性實施例以便向本領域的技術人員更完全地解釋本發明。因此，可夸大圖中的元件的形狀、大小等，以更清楚地解釋。

在本說明書和權利要求書各處，除非明確地相反描述，否則單詞“包含/包括”以及變型諸如“包含/包括”或“包含/包括”意味著進一步包含其它構成元件，而不排除其它構成元件。

此外，在本說明書中所述的術語“……單元”意味用于處理至少一個功能和操作的單元，并且可由硬件部件或軟件部件及其組合實施。

圖1是示意性地圖示電動車輛的圖，根據本發明的示范性實施例的保護電池組的系統和方法可適用于該電動車輛。

然而，應注意，除電動車輛1之外，根據本發明的示范性實施例的保護電池組的系統和方法還可適用于使用電池的各種技術領域。

參照圖1，電動車輛1可包含電池10、電池管理系統(bms)20、電子控制單元(ecu)30、逆變器40和馬達50。

電池10是將驅動力提供到馬達50并驅動電動車輛1的電能源，并且可根據馬達50的和/或內燃機(未圖示)的驅動來由逆變器40充電或放電。

此處，電池10的種類不被特定限制，并且電池10的實例可包含鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鎳鋅電池。

bms20可估計電池10的狀態，并通過使用關于狀態的信息來控制電池10的充電/放電電流，并且進一步控制接觸器的打開/閉合操作。

ecu30是用于控制電動車輛1的狀態的電子控制裝置。例如，ecu30基于關于加速器、制動器、速度等的信息來確定轉矩水平，并控制馬達50的輸出以對應于轉矩信息。

逆變器40基于ecu30的控制信號來使電池10被充電或放電。

馬達50基于電池10的電能以及從ecu30傳輸的控制信息而驅動電動車輛1。

如上所述，電動車輛1是在通過從電池10接收的電能來驅動馬達50的同時被推進，以使得當電池10的狀態異常時，可能招致電動車輛1的故障和事故。

因此，重要的是，檢測電池10的狀態，適當地控制和保護電池10，并穩定地操作電池10，并且在下文，將參照圖2至圖4來描述根據本發明的示范性實施例的保護電池組的系統和方法。

圖2是示意性地圖示根據本發明的示范性實施例的用于保護電池組的系統的配置的圖，并且圖3是示意性地圖示根據本發明的示范性實施例的用于保護電池組的系統的電路圖的圖。

參照圖2和圖3，根據本發明的示范性實施例的用于保護電池組的系統100可包含電池組110、開關單元120、檢測單元130和控制單元140。

然而，在圖2和圖3中圖示的用于保護電池組的系統100是示范性實施例，并且其構成元件不限于在圖2和圖3中圖示的示范性實施例，并且必要時，一些構成元件可被添加、改變或移除。

此外，本發明是基于電池組110的保護來作為示范性實施例描述，但電池組110是包含電池單體和電池模塊兩者的概念，以使得應注意，本發明能夠保護電池單體和電池模塊，以及電池組110。

電池組110包含多個串聯連接的電池單體和電池模塊，并且一個或多個電池組110被配置，并且電池組110可用于積聚電能并將電能供應到電力系統。

如上文參照圖1所述，形成一個或多個電池組110的電池的種類不被限制。

在此狀況下，一個或多個電池組110與外部電源電連接，并且開關單元120可設置在連接路徑上。

具體地，開關單元120安裝在一個或多個電池組110與外部電源之間，并且根據下文將描述的控制單元140的控制信號而打開/閉合，并且一個或多個電池組110和外部電源可通過開關單元120的打開/閉合操作來連接或阻斷。

也就是說，當開關單元120操作成打開時，從外部電源供應的電力未傳輸到一個或多個電池組110，并且與這相反，當開關單元120操作成閉合時，外部電源的電力可施加到一個或多個電池組110。

開關單元120由場效應晶體管(fet)和繼電器中的一個或多個形成，并且可設置在一個或多個電池組110的上側與下側處。

然而，應注意，只要開關單元120執行前述功能，配置開關單元120的接觸器的種類便不被限制，并且可各種各樣地選擇。

檢測單元130可設置在一個或多個電池組110的內側或外側的一側處，以用于測量電池組110的物理傾斜度。

參照圖3，圖示單個檢測單元130檢測一個或多個電池組110，但所設置的檢測單元130的數目可對應于一個或多個電池組110的數目，并且檢測單元130也可測量一個或多個電池組110中的每一個的傾斜度。

檢測單元130在其中包含傾斜度測量傳感器作為測量手段，并且以預定時間間隔測量一個或多個電池組110的傾斜度。例如，當測量時間間隔被以兩秒設定時，檢測單元130可按兩秒的周期測量一個或多個電池組110的傾斜度，并且將測量值傳送到下文將描述的控制單元140。

如上所述，以預定間隔測量一個或多個電池組110的傾斜度的配置是為了迅速地響應于預先可施加到電池組110的物理沖擊的目的，并且進一步是為了通過測量之后的再測量來確保測量值的可靠性的目的。

控制單元140可用于基于由檢測單元130所測量的一個或多個電池組110的傾斜度的測量值來控制開關單元120的操作，并且可由bms自身形成，或可包含在bms中。

具體地說，控制單元140可包含：算法141，從檢測單元130接收的測量值被輸入到算法141中，并且結果值從算法141輸出；以及推動驅動器142，推動驅動器142控制開關單元120的操作。

在此狀況下，確定開關單元120的操作的控制的指令可包含在算法141中，并且可例如是確定由檢測單元130所測量的一個或多個電池組110的傾斜度的測量值是否超過預定閾值傾斜度值的指令。

此處，算法141可輸出第一結果值或第二結果值作為指令的執行的結果。也就是說，當檢測單元130的測量值超過閾值傾斜度值時，算法141可輸出第一結果值，并且當檢測單元130的測量值不超過閾值傾斜度值時，算法141可輸出第二結果值。

推動驅動器142可基于算法141的結果值而產生開關單元120的打開或閉合操作信號。

例如，推動驅動器142可針對算法141的第一結果值而產生開關單元120的打開操作信號，并且針對第二結果值而產生開關單元120的閉合操作信號，并且所產生的信號可被傳送到開關單元120。

開關單元120根據從推動驅動器142接收的操作信號而執行打開或閉合操作，并且在打開操作期間阻斷電力到一個或多個電池組110的供應，因此防止可由電池組110的傾斜而招致的各種事故。與這相反，在閉合操作期間，可維持電力到一個或多個電池組110的供應。

同時，推動驅動器142可控制開關單元120的操作，并且控制一個或多個電池組110的外圍外部裝置(例如空冷型風扇和水冷型冷卻閥)以及電路部件。

具體地，當從算法141輸出第一結果值時，推動驅動器142可產生斷開信號，并且將所產生的斷開信號傳送到外圍外部裝置和電路部件，并且因此，當不驅動一個或多個電池組110時，推動驅動器142切斷不需要驅動的外圍外部裝置和電路部件，因此防止電力消耗。

圖4是圖示根據本發明的示范性實施例的保護電池組的方法的流程圖。

當根據本發明的示范性實施例的保護電池組的方法開始時，首先，檢測單元通過使用傾斜度測量傳感器來以預定時間間隔測量一個或多個電池組的傾斜度(s410)。

將傾斜度的所測量的測量值傳送到控制單元(s420)，并且控制單元通過算法來確定測量值是否超過電池組的預定閾值傾斜度值(s430)。

在此狀況下，當測量值超過閾值傾斜度值時，算法輸出第一結果值(s440-1)，并且與這相反，當測量值不超過閾值傾斜度值時，算法輸出第二結果值(s440-2)。

控制單元的推動驅動器將與第一結果值對應的打開操作信號傳送到開關單元(s450-1)，并將與第二結果值對應的閉合操作信號傳送到開關單元(s450-2)。

當開關單元從推動驅動器接收到打開操作信號時，開關單元執行打開操作，并且阻斷一個或多個電池組與外部電源之間的連接路徑(s460-1)，并且當開關單元從推動驅動器接收到閉合操作信號時，開關單元維持閉合操作并將電力供應到一個或多個電池組(s460-2)。

在前述中，已圖示并描述本發明的特定示范性實施例，但本領域的技術人員顯而易見的是，本發明的技術精神不被附圖和所描述的內容限制，并且在不偏離本發明的精神的情況下可按各種形式修改，并且修改被認為在不偏離本發明的精神的情況下屬于本發明的權利要求書。