專利名稱：感測(cè)和控制裝置及利用該裝置的電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池管理系統(tǒng)。更具體地講，本發(fā)明涉及一種可用在交 通工具中的電池管理系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
利用汽油內(nèi)燃機(jī)或重油內(nèi)燃機(jī)的交通工具已經(jīng)引起嚴(yán)重的空氣污染。因 此，近來(lái)為開(kāi)發(fā)電動(dòng)交通工具或混合交通工具而做出的各種努力致力于減少 空氣污染。
電動(dòng)交通工具利用電池發(fā)動(dòng)機(jī)，電池發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)電池輸出的電能來(lái)操作。 因?yàn)殡妱?dòng)交通工具主要利用由一個(gè)電池包形成的電池，所以噪聲較小，釋放 的氣體很少，或者沒(méi)有釋放的氣體，其中，所述電池包包括多個(gè)可充電/可放
電的二次電池單元(cell)。
術(shù)語(yǔ)"混合交通工具"通常指利用汽油和電池的汽油-電動(dòng)混合交通工具， 其中，汽油用于為內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力，電池用于為電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。近來(lái)， 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出利用內(nèi)燃機(jī)和燃料電池的混合交通工具以及利用電池和燃料電池 的混合交通工具。燃料電池通過(guò)在不斷供應(yīng)氫和氧的同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲 得電能。
具有電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的交通工具利用數(shù)量增多的二次電池單元為交通工具提 供動(dòng)力，因此，需要用于電池管理系統(tǒng)的有效的電池單元平^f控制方法來(lái)有 效地管理多個(gè)電池單元和包括多個(gè)電池單元的電池包。然而，由于電池管理 系統(tǒng)的劣化和溫度變化，導(dǎo)致電池管理系統(tǒng)對(duì)電池電壓進(jìn)行測(cè)量的準(zhǔn)確性降 低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例是一種用于電池管理系統(tǒng)的感測(cè)和控制裝置。所述電池 管理系統(tǒng)連接到多個(gè)電池單元中的至少 一個(gè)電池單元。所述感測(cè)和控制裝置 包括感測(cè)單元，感測(cè)單元包括多個(gè)電池單元繼電器中的至少一個(gè)電池單元
繼電器，所述至少 一個(gè)電池單元繼電器被構(gòu)造成連接到所述多個(gè)電池單元中
的所述至少一個(gè)電池單元；電壓檢測(cè)單元。電壓一企測(cè)單元連接到所述至少一 個(gè)電池單元繼電器，并且被構(gòu)造成當(dāng)所述多個(gè)電池單元繼電器中的每個(gè)斷 開(kāi)時(shí)接收參考電壓；通過(guò)增益放大與參考電壓對(duì)應(yīng)的第一電壓，以產(chǎn)生第二 電壓。所述感測(cè)和控制裝置還包括主控制單元，被構(gòu)造成當(dāng)電壓檢測(cè)單元 的溫度在閾值溫度范圍中時(shí)計(jì)算有效增益，所述有效增益對(duì)應(yīng)于第二電壓與 參考電壓之比。
在一些實(shí)施例中，所述感測(cè)和控制裝置的感測(cè)單元被構(gòu)造成通過(guò)所述 增益放大第一繼電器輸入電壓；產(chǎn)生輸出電壓。在一些實(shí)施例中，主控制單 元被構(gòu)造成利用輸出電壓和有效增益來(lái)檢測(cè)所述多個(gè)電池單元中的第一 電池 單元的電壓。
在一些實(shí)施例中，電壓檢測(cè)單元包括第一繼電器，被構(gòu)造成連接到所 述多個(gè)電池單元中的第 一 電池單元，以從第 一繼電器傳輸?shù)?一 電池單元的電 壓；電容器，被構(gòu)造成存儲(chǔ)與第一電池單元的電壓對(duì)應(yīng)的第一繼電器輸入電 壓。電壓檢測(cè)單元還包括差分放大端子，被構(gòu)造成根據(jù)增益改變第一繼電 器輸入電壓，并產(chǎn)生輸出電壓；第二繼電器，被構(gòu)造成連接到電容器和差分 放大端子，其中，參考電壓被傳輸?shù)降谝焕^電器的輸入端。
在一些實(shí)施例中，主控制單元被構(gòu)造成計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有 效增益；將處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益與第一有效增益做比較；當(dāng)?shù)谝?有效增益不等于第二有效增益時(shí)，確定電壓檢測(cè)單元的電路處于不良狀態(tài)。
在一些實(shí)施例中，閾值溫度范圍是增益根據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而 變化的溫度范圍。
本發(fā)明的另 一 實(shí)施例是一種用于操作電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法，所述電 池管理系統(tǒng)具有用于監(jiān)控電池單元的電壓的電壓斗企測(cè)單元。所述電池管理系 統(tǒng)被構(gòu)造成在交通工具中操作。所述交通工具具有啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。所 述驅(qū)動(dòng)方法包括計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益；將第一有效增益與 處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益做比較；檢查電壓檢測(cè)單元的電路狀態(tài)。所 述驅(qū)動(dòng)方法還包括測(cè)量電壓^r測(cè)單元的溫度；當(dāng)測(cè)量的電壓才企測(cè)單元的溫 度在閾值溫度范圍中時(shí)，將參考電壓傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元；存儲(chǔ)與參煮電壓 對(duì)應(yīng)的第一電壓。所述驅(qū)動(dòng)方法還包括通過(guò)電阻比放大第一電壓，從而產(chǎn) 生第二電壓；計(jì)算對(duì)應(yīng)于第二電壓與參考電壓之比的有效增益。
在一些實(shí)施例中，計(jì)算有效增益的步驟包括利用輸出電壓和有效增益檢 測(cè)第一電池單元的電壓。在一些實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)方法還包括當(dāng)?shù)谝挥?br>
效增益等于第二有效增益時(shí)，確定電壓檢測(cè)單元的電路處于良好狀態(tài)；測(cè)量 電壓檢測(cè)單元的溫度。
在一些實(shí)施例中，閾值溫度范圍是增益根據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而 變化的溫度范圍。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的混合電動(dòng)交通工具系統(tǒng)的框圖。 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)單元的電壓感測(cè)單元。 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池電壓檢測(cè)過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，當(dāng)描述元件"連接到"另一元件時(shí)，該 元件可以"直接連接"到另一元件或通過(guò)第三元件"電連接到"另一元件。 此外，除非明確地進(jìn)行相反描述，否則詞語(yǔ)"包括"將被理解為意味著包括 所述元件而不排除任何其它元件。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的混合電動(dòng)交通工具系統(tǒng)包括電池 管理系統(tǒng)(BMS)l、電池2、電流傳感器3、冷卻風(fēng)扇4、保險(xiǎn)絲5、主開(kāi)關(guān)6、 發(fā)動(dòng)才幾控制單元(MTCU) 7、逆變器(inverter) 8和電動(dòng)發(fā)動(dòng)才幾(motor generator) 9。
電池2包括多個(gè)子包2a、 2b、 2c、 2d、 2e、 2f、 2g、 2h、輸出端2—0UT1、 輸出端2_OUT2以及設(shè)置在子包2d和子包2e之間的安全開(kāi)關(guān)2—SW,其中， 每個(gè)子包具有彼此串聯(lián)連接的多個(gè)電池單元。雖然在本發(fā)明的實(shí)施例中示出 了八個(gè)子包2a、 2b、 2c、 2d、 2e、 2f、 2g、 2h，且一個(gè)子包是多個(gè)電池單元 形成的組，但是不限于此。當(dāng)對(duì)電池執(zhí)行操作或更換電池時(shí)，為了保證工作 人員的安全而手動(dòng)地接通/斷開(kāi)安全開(kāi)關(guān)2—SW。在本發(fā)明的實(shí)施例中，安全 開(kāi)關(guān)2_SW設(shè)置在子包2d和子包2e之間，但是不限于此。輸出端2—0UT1 和輸出端2—0UT2連接到逆變器8。
電流傳感器3測(cè)量電池2的輸出電流值，并將測(cè)量的輸出電流值輸出到 BMS 1的感測(cè)單元10。更具體地講，電流傳感器3可以是利用霍爾元件測(cè)量
電流值并輸出與測(cè)量的電流值對(duì)應(yīng)的模擬電流信號(hào)的霍爾變流器(hall current transformer, HallCT)，或者電流傳感器3可以是分流電阻器(shunt resistor), 所述分流電阻器輸出與流過(guò)插在負(fù)載線上的電阻器的電流值對(duì)應(yīng)的電壓信
冷卻風(fēng)扇4響應(yīng)BMS 1的控制信號(hào)冷卻由電池2的充電和;改電產(chǎn)生的 熱，防止由溫度上升導(dǎo)致的電池2的劣化，并且還防止充電效率和放電效率劣化。
保險(xiǎn)絲5防止可由電池2的斷5^或短路導(dǎo)致的過(guò)流電流(overflow current) 傳輸?shù)诫姵?。即，當(dāng)產(chǎn)生過(guò)流時(shí)，保險(xiǎn)絲5斷路，以截?cái)嚯娏鬟^(guò)流。
當(dāng)發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)，主開(kāi)關(guān)6響應(yīng)BMS 1的控制信號(hào)或MTCU 7的控制 信號(hào)接通/斷開(kāi)電池，所述異?，F(xiàn)象包括過(guò)流電壓、過(guò)電流和高溫。
BMS 1包括感測(cè)單元10、主控制單元(MCU) 20、內(nèi)部電源30、電池單 元平衡單元40、存儲(chǔ)單元50、通信單元60、保護(hù)電路單元70、加電復(fù)位單 元(power-on reset unit) 80和夕卜部接口 90。
感測(cè)單元10測(cè)量電池電壓V、電池電流i和電池溫度T,并將測(cè)量的值 傳輸?shù)組CU20。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)單元的電壓感測(cè)單元。參照?qǐng)D 1和圖2, MCU 20檢查電壓檢測(cè)單元116的電路狀態(tài)，并檢測(cè)電池2的電池 單元電壓。MCU 20包括有效增益發(fā)生單元210、電池單元電壓檢測(cè)單元220、 溫度比較單元230和增益比較單元240。由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓檢測(cè) 單元116的構(gòu)成元件之間會(huì)發(fā)生斷路或短路，所以電壓4企測(cè)單元116的電路 狀態(tài)會(huì)改變。由于電池管理系統(tǒng)的劣化和溫度變化，所以會(huì)發(fā)生所述斷路或 短路。有效增益發(fā)生單元210計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)(key-on state)下的第一有效增 益。增益比較單元240將第一有效增益與處于停止?fàn)顟B(tài)(key-off state)下的第二 有效增益做比較。如這里所使用的，短語(yǔ)"啟動(dòng)狀態(tài)"指電動(dòng)交通工具的點(diǎn) 火系統(tǒng)處于開(kāi)啟時(shí)的狀態(tài)。如在這里使用的，短語(yǔ)"停止?fàn)顟B(tài)"指電動(dòng)交通 工具的點(diǎn)火系統(tǒng)處于關(guān)閉時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝挥行г鲆娌坏扔诘诙行г鲆鏁r(shí)， MCU 20確定電壓檢測(cè)單元116的電路處于不良狀態(tài)，并終止電池單元電壓 檢測(cè)過(guò)程。然而，當(dāng)?shù)谝挥行г鲆娴扔诘诙行г鲆鏁r(shí)，MCU 20確定電壓 檢測(cè)電路116的電路處于良好狀態(tài)。溫度比較單元230測(cè)量電壓檢測(cè)單元116 的溫度A,并將溫度A與閾值溫度范圍做比較，以確定是否要補(bǔ)償有效增益。
當(dāng)確定根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的閾值溫度范圍時(shí)，要考慮到由溫度變化引起的差 分放大端子115的電阻器的電阻值變化會(huì)導(dǎo)致的誤差，以及由電壓檢測(cè)單元
116的構(gòu)成元件Cl、 113和114的重復(fù)操作引起的劣化會(huì)導(dǎo)致的誤差，且閾 值溫度范圍是這樣的溫度范圍，在該溫度范圍中，電壓4企測(cè)單元116的增益 變化。當(dāng)電壓檢測(cè)單元116的溫度A不包括在閾值溫度范圍中時(shí)，MCU 20 依靠已經(jīng)利用的先前的有效增益，直到計(jì)算出當(dāng)前有效增益為止，并通過(guò)利 用當(dāng)前的有效增益來(lái)檢測(cè)電池單元的電壓。然而，當(dāng)電壓檢測(cè)單元116的溫 度A包括在閾值溫度范圍中時(shí)，MCU 20確定由電壓斗全測(cè)單元116的構(gòu)成元 件C1、 113和114的重復(fù)操作引起的劣化已經(jīng)導(dǎo)致電阻值改變，有效增益發(fā) 生單元210計(jì)算對(duì)應(yīng)于改變的電阻值的補(bǔ)償有效增益。電池單元電壓檢測(cè)單 元220通過(guò)利用補(bǔ)償有效增益來(lái)檢測(cè)電池單元的電壓。另外，MCU20基于 乂人感測(cè)單元10傳輸?shù)碾姵仉妷篤、電池電流i和電池溫度T估計(jì)電池2的充 電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(SOH, state of health)。
內(nèi)部電源30通過(guò)利用備用電池對(duì)BMS 1提供功率(power)。電池單元平 衡單元40平衡每個(gè)電池單元的充電狀態(tài)。即，充分充電的電池單元被放電， 充電較少的電池單元被進(jìn)一步充電。當(dāng)BMS 1的電源關(guān)閉時(shí)，存儲(chǔ)單元50 存儲(chǔ)當(dāng)前的SOC和SOH的數(shù)據(jù)。這里，電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 可用于存儲(chǔ)單元50。通信單元60與交通工具的MTCU 7連通。通信單元60 將SOC信息和SOH信息從BMS 1傳輸?shù)組TCU 7,或者從MTCU 7接收交 通工具狀態(tài)信息，并將交通工具狀態(tài)信息發(fā)送到MCU 20。保護(hù)電路單元70 利用固件(firmware)保護(hù)電池2不受震動(dòng)、過(guò)流電流和^^電壓的影響。當(dāng)BMS 1的電源接通時(shí)，加電復(fù)位單元80將整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。外部接口卯將用于BMS 的輔助裝置(例如，冷卻風(fēng)扇4和主開(kāi)關(guān)6 )連接到MCU 20。雖然在本發(fā)明 的實(shí)施例中冷卻風(fēng)扇4和主開(kāi)關(guān)6示出為BMS的輔助裝置，但是不限于此。
MTCU 7基于加速(acceleration)、制動(dòng)(break)和交通工具速度的信息來(lái)檢 查交通工具的當(dāng)前操作狀態(tài)，并確定所需的扭矩狀態(tài)。
更詳細(xì)地講，交通工具的當(dāng)前操作狀態(tài)可以是啟動(dòng)引擎的啟動(dòng)狀態(tài)、使 引擎停止的停止?fàn)顟B(tài)、恒定的速度和/或加速度。MTCU7將交通工具狀態(tài)信 息傳輸?shù)紹MS 1的通信單元60。 MTCU 7根據(jù)扭矩信息控制電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)9的 輸出。即，MTCU 7控制逆變器8的開(kāi)關(guān)操作并控制電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)9的輸出， 使得所述輸出對(duì)應(yīng)于扭矩信息。此外，MTCU 7通過(guò)通信單元60從MCU 20
接收電池2的SOC，并將電池2的SOC水平控制為目標(biāo)水平(例如，55%)。
例如，當(dāng)從MCU 20傳輸?shù)腟OC水平低于55%時(shí)，MTCU 7控制逆變器 8的開(kāi)關(guān)，以向電池2輸出功率并對(duì)電池2充電。在這種情況下，電池包電 流為正值(+)。當(dāng)SOC水平高于55。/。時(shí)，MTCU7控制逆變器8的開(kāi)關(guān)，以向 電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)9輸出功率并使電池2放電。在這種情況下，電池包電流I為負(fù)
值(-)。
逆變器8響應(yīng)MTCU7的控制信號(hào)控制電池2充電或放電。 基于從MTCU 7傳輸?shù)呐ぞ匦畔ⅲ妱?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)9利用電池2的電能驅(qū)動(dòng) 交通工具。
因此，因?yàn)镸TCU 7基于SOC水平對(duì)電池2充電和放電以防止電池2 過(guò)充電或過(guò)放電，所以可以長(zhǎng)期有效地使用電池2。然而，因?yàn)楫?dāng)將電池2 安裝在交通工具中時(shí)難以測(cè)量電池2的真實(shí)的SOC水平，所以BMS 1可以 通過(guò)利用感測(cè)單元10感測(cè)的電池電壓、電池電流和電池溫度來(lái)估計(jì)SOC水 平，并將估計(jì)的SOC水平傳輸?shù)組TCU 7。
將參照?qǐng)D2和圖3更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池電壓檢測(cè)過(guò)程。
在圖2和圖3中，在考慮到由溫度變化引起的差分放大端子115的電阻 器的電阻值變化導(dǎo)致的誤差以及由電壓檢測(cè)單元116的構(gòu)成元件Cl、 113和 114的重復(fù)操作引起的劣化導(dǎo)致的誤差的同時(shí)，確定闊值溫度范圍。閾值溫 度范圍是其中電壓檢測(cè)單元的增益變化的溫度范圍。另外，將閾值溫度范圍 與周期性地測(cè)量的電壓檢測(cè)單元116的溫度A做比較，根據(jù)比較的結(jié)果確定 電壓檢測(cè)單元116的有效增益。
如圖2所示，電壓感測(cè)單元110包括電池單元繼電器lll一l至111_40、 備用電源1121、參考電壓傳輸單元1122、第一繼電器113、第二繼電器114、 電容器C1和差分放大端子115。電壓感測(cè)單元110從MCU 20接收控制信號(hào)。 將更詳細(xì)地描述由MCU 20產(chǎn)生的并纟皮傳輸?shù)诫妷焊袦y(cè)單元110的控制信號(hào)。 MCU20產(chǎn)生第一控制信號(hào)，并將第一控制信號(hào)傳輸?shù)诫姵貑卧^電器lll一l 至111—40,以控制電池單元繼電器111_1至111_40。響應(yīng)于第一控制信號(hào)， 電池單元繼電器111—1至111—40將電池2的多個(gè)電池單元與電壓檢測(cè)單元116 順序連接。MCU 20產(chǎn)生第二控制信號(hào)，并將第二控制信號(hào)傳輸?shù)絽⒖茧妷?傳輸單元1122,以控制參考電壓傳輸單元1122。響應(yīng)于第二控制信號(hào)，參考 電壓傳輸單元1122將備用電源1121的參考電壓Vref傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元
116。
另外，MCU 20產(chǎn)生第三控制信號(hào)，并將第三控制信號(hào)傳輸?shù)降谝焕^電 器113，以控制第一繼電器113。響應(yīng)于第三控制信號(hào)，第一繼電器113將施 加到電壓檢測(cè)單元116的輸入電壓傳輸?shù)诫娙萜鰿1。另外，MCU20產(chǎn)生第 四控制信號(hào)，并將第四控制信號(hào)傳輸?shù)降诙^電器114，以控制第二繼電器 114。響應(yīng)于第四控制信號(hào)，第二繼電器114將存儲(chǔ)在電容器C1中的電壓傳 輸?shù)讲罘址糯蠖俗?15。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的術(shù)語(yǔ)"差分放大端子"115中的 術(shù)語(yǔ)"放大"的含義包括電壓的"增大"和"減小"。
另外，差分放大端子115的輸出電壓可以根據(jù)增益值而增大或減小，且 為了更好的理解，使用了術(shù)語(yǔ)"差分放大"。包括至少一個(gè)電阻器的差分放大 端子115根據(jù)電阻器的電阻比(resistanceratio)放大輸入電壓并產(chǎn)生輸出電壓。 在下面的描述中，差分放大端子115的至少一個(gè)電阻器的電阻比將被定義為 "增益"，通過(guò)將電壓纟企測(cè)單元116的輸出電壓Vout除以電壓檢測(cè)單元116 的輸入電壓Vin而計(jì)算的值被定義為"有效增益"。即，有效增益對(duì)應(yīng)于輸出 電壓Vout與輸入電壓Vin之比(Vout/Vin)。
電池單元繼電器111_1至111_40均連接到每個(gè)電池單元的正極端子和負(fù) 極端子。另外，電池單元繼電器111—1至111—40響應(yīng)MCU20的第一控制信 號(hào)將電池2的電池單元電壓傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116。
根據(jù)第二控制信號(hào)控制參考電壓傳輸單元1122，且參考電壓傳輸單元 1122響應(yīng)第二控制信號(hào)將備用電源1121的參考電壓Vref傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單 元116。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的參考電壓傳輸單元1122可包括響應(yīng)第二控制信 號(hào)而接通的繼電器，在這種情況下，第二控制信號(hào)的電壓電平確定繼電器的 接通。這里，備用電源1121的參考電壓Vref被傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116,以 確定電壓檢測(cè)單元116的電路狀態(tài)，并根據(jù)電壓檢測(cè)單元116的溫度A的變 化計(jì)算有效增益。
電壓檢測(cè)單元116包括電容器C1、第一繼電器113、第二繼電器114和 差分放大端子115。電壓一企測(cè)單元116從MCU20接收控制信號(hào)。將更詳細(xì)地 描述電壓檢測(cè)單元116響應(yīng)于控制信號(hào)操作的方式。在接收第三控制信號(hào)之 后，第一繼電器113將傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116的輸入電壓傳輸?shù)诫娙萜鰿1。 電容器C1存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于輸入電壓的電壓。在這種情況下，第二繼電器fl4響應(yīng) 于第四控制信號(hào)將存儲(chǔ)在電容器C1中的電壓傳輸?shù)讲罘址糯蠖俗?15。差分
放大端子115根據(jù)增益放大電壓，并產(chǎn)生輸出電壓。
模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器120將從差分放大端子115傳輸?shù)妮敵鲭妷恨D(zhuǎn)換 為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)組CU20。
將描述當(dāng)電池2處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)對(duì)電池2的電池單元CELL20的電壓進(jìn) 行檢測(cè)的過(guò)程。MCU 20計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益，并將第一有 效增益與處于啟動(dòng)狀態(tài)之前的停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益做比較，以檢查電 壓檢測(cè)單元116的電路狀態(tài)。MCU 20檢測(cè)當(dāng)電池2處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的電池 單元CELL20的電壓。為了計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益，參考電壓 傳輸單元1122響應(yīng)于第二控制信號(hào)將備用電源1121的參考電壓Vref傳輸?shù)?電壓檢測(cè)單元116。
電壓檢測(cè)單元116根據(jù)增益放大參考電壓Vref，產(chǎn)生輸出電壓并將輸出 電壓傳輸?shù)組CU 20。在這種情況下，MCU 20將輸出電壓除以參考電壓Vref， 計(jì)算出處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益。另外，MCU 20將處于啟動(dòng)狀態(tài)下 的第 一有效增益與處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益做比較。當(dāng)?shù)?一有效增益
不等于第二有效增益時(shí)，MCU 20確定電壓檢測(cè)單元116的電路處于不良狀 態(tài)，并通過(guò)斷開(kāi)連接到電池2的電池單元繼電器lll一l至111_40來(lái)終止對(duì)電 池2的電池單元電壓的4全測(cè)。
然而，當(dāng)處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益等于處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有 效增益時(shí)，MCU 20確定電壓檢測(cè)單元116的電路處于良好狀態(tài)，并測(cè)量電 壓檢測(cè)單元116的溫度A。另外，MCU 20將測(cè)量的溫度A與閾值溫度范圍 做比較，并確定是否要補(bǔ)償有效增益。
在這種情況下，當(dāng)電壓檢測(cè)單元116的溫度A不包括在閾值溫度范圍中 時(shí)，MCU 20依靠已經(jīng)存在的先前的有效增益，直到計(jì)算出當(dāng)前有效增益為 止，并通過(guò)利用當(dāng)前的有效增益來(lái)檢測(cè)電池2的電池單元CELL20的電壓。
然而，當(dāng)電壓4企測(cè)單元116的溫度A包括在閾值溫度范圍中時(shí)，MCU 20 確定由差分放大端子115的電阻器以及電壓檢測(cè)單元116的構(gòu)成元件CI、113 和114的重復(fù)操作引起的劣化已經(jīng)導(dǎo)致電阻值改變，并計(jì)算對(duì)應(yīng)于改變的電 阻值的有效增益。在這種情況下，MCU 20將第一控制信號(hào)傳輸?shù)诫姵貑卧?繼電器20 111_20 ，以檢測(cè)電池2的電池單元CELL20的電壓。
電池單元繼電器20 111—20接通，電池單元CELL20的電壓被傳輸?shù)诫?壓檢測(cè)單元116。此時(shí)，MCU20將第三控制信號(hào)傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116，
并接通第一繼電器113。接通的第一繼電器113將傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116 的電池單元CELL20的電壓傳輸?shù)诫娙萜鰿l。電容器Cl將與傳輸?shù)碾姵貑?元CELL20的電壓對(duì)應(yīng)的電壓存儲(chǔ)一段時(shí)間(例如，預(yù)定時(shí)間)。MCU 20將 第四控制信號(hào)傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116，并接通第二繼電器114。接通的第二 繼電器114將存儲(chǔ)在電容器C1中的電壓傳輸?shù)讲罘址糯蠖俗?15。差分放大 端子H5根據(jù)增益放大電壓，產(chǎn)生輸出電壓，并將輸出電壓傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換 器120。 A/D轉(zhuǎn)換器120將輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 到MCU20。 MCU20接收輸出電壓，并將輸出電壓除以有效增益，以檢測(cè)電 池2的電池單元CELL20的電壓。
參考電壓Vref被傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116的輸入端，利用參考電壓Vref 來(lái)確定電壓檢測(cè)單元116的電路是否由于斷路或短路而受到損壞，因此，可 以減小電池單元電壓檢測(cè)中會(huì)出現(xiàn)的誤差，并可檢測(cè)到更加準(zhǔn)確的電池單元 電壓。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池電壓檢測(cè)過(guò)程的流程圖。
在步驟S100中，MCU20檢查電池2是否處于啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電池2沒(méi)有 處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，MCU20重復(fù)步驟S100。當(dāng)步驟SIOO中檢查的結(jié)果表明電 池2處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，MCU20傳輸?shù)谝豢刂菩盘?hào)，并在步驟S110中斷開(kāi)電 池單元繼電器111—1至111—40。在這種情況下，參考電壓傳輸單元1122響應(yīng) 第二控制信號(hào)將備用電源1121的參考電壓Vref傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116。電 壓檢測(cè)單元116根據(jù)增益放大與參考電壓Vref對(duì)應(yīng)的電壓，產(chǎn)生輸出電壓， 并將輸出電壓傳輸?shù)組CU20。 MCU20將輸出電壓除以參考電壓Vref,在步 驟S120中計(jì)算出處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益。
在步驟S130中，MCU20將計(jì)算的第一有效增益與處于啟動(dòng)狀態(tài)之前的 停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益做比較。當(dāng)步驟S130中比較的結(jié)果表明第一有效 增益不等于第二有效增益時(shí)，在步驟S240中，MCU 20確定電壓檢測(cè)單元116 的電路處于不良狀態(tài)。MCU20傳輸?shù)谝豢刂菩盘?hào)，在步驟S250中斷開(kāi)電池 單元繼電器111_1至111—40,并終止電池單元電壓檢測(cè)。當(dāng)步驟S130中比較 的結(jié)果表明第一有效增益等于第二有效增益時(shí)，在步驟S140中，MCU20測(cè) 量電壓檢測(cè)單元116的溫度A。在步驟S150中，MCU 20將測(cè)量的電壓檢測(cè) 單元116的溫度A與閾值溫度范圍做比較。 《'
當(dāng)步驟S150中比較的結(jié)果表明測(cè)量的溫度A不包括在閾值溫度范圍中
時(shí)，MCU 20依靠當(dāng)前的有效增益，接通與電池單元(來(lái)自該電池單元的電 壓將被檢測(cè))對(duì)應(yīng)的電池單元繼電器111_1至111—40，并將電池單元的電壓 傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116。在步驟S170中，MCU 20接通第一繼電器113, 斷開(kāi)第二繼電器114，并將與從第一繼電器113傳輸?shù)碾姵貑卧碾妷簩?duì)應(yīng)的 電壓存儲(chǔ)在電容器C1中。在步驟S180中，將電壓在電容器Cl中存儲(chǔ)選擇 的時(shí)間，所述選擇的時(shí)間過(guò)后，在步驟S190中，MCU20斷開(kāi)第一繼電器113, 接通第二繼電器114,并將電容器C1中存儲(chǔ)的電壓傳輸?shù)讲罘址糯蠖俗?15 的輸入端。差分放大端子115根據(jù)增益放大從第二繼電器114傳輸?shù)碾妷海?并在步驟S200中產(chǎn)生輸出電壓。
另外，當(dāng)差分放大端子115檢測(cè)到輸出電壓時(shí)，MCU20傳輸?shù)谌刂?信號(hào)和第四控制信號(hào)，并在步驟S210中斷開(kāi)第一繼電器113和第二繼電器 114。 MCU 20將輸出電壓除以有效增益，在步驟S220中，檢測(cè)電池2的電 池單元CELL20的電壓。在步驟S230中，MCU20檢查電池2是否處于停止 狀態(tài)。當(dāng)步驟S230中檢查的結(jié)果表明電池2處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，MCU20終止 電池電壓檢測(cè)過(guò)程。當(dāng)步驟S230中檢查的結(jié)果表明電池2不是處于停止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，MCU20返回步驟S140并檢測(cè)電池的下一個(gè)電池單元電壓。
當(dāng)步驟S150中比較的結(jié)果表明溫度A包括在閾值溫度范圍中時(shí)，MCU 20確定由差分放大端子115的電阻器以及電壓^r測(cè)單元116的構(gòu)成元件Cl、 113和114的重復(fù)操作引起的劣化已經(jīng)導(dǎo)致電阻值改變，并計(jì)算對(duì)應(yīng)于改變的 電阻值的有效增益。在步驟S160中，根據(jù)溫度變化計(jì)算有效增益。MCU20 傳輸?shù)谝豢刂菩盘?hào)，并斷開(kāi)電池單元繼電器111_1至111—40。參考電壓傳輸 單元1122響應(yīng)第二控制信號(hào)將備用電源1121的參考電壓Vref傳輸?shù)诫妷簷z 測(cè)單元116。電壓檢測(cè)單元116根據(jù)電阻器的電阻比放大參考電壓Vref，產(chǎn)生 輸出電壓，并將輸出電壓傳輸?shù)組CU20。
這里，電阻比由于由差分放大端子115的電阻器以及電壓檢測(cè)單元116 的構(gòu)成元件Cl、 113和114的重復(fù)操作引起的劣化而被改變。MCU 20將輸 出電壓除以參考電壓Vref,并在步驟S160中計(jì)算出有效增益。
器lll一l至111—40，并將該電池單元的電壓傳輸?shù)诫妷簷z測(cè)單元116。另夕卜， 在步驟S170中，MCU 20接通第一繼電器113，斷開(kāi)第二繼電器—114,并將 與電池單元的電壓對(duì)應(yīng)的電壓存儲(chǔ)在電容器C1中。在步驟S180中，將與通
過(guò)接通的第一繼電器113傳輸?shù)碾妷簩?duì)應(yīng)的電壓存儲(chǔ)選擇的時(shí)間，所述選擇
的時(shí)間過(guò)后，在步驟S190中，MCU 20斷開(kāi)第一繼電器113，接通第二繼電 器114,并將電容器Cl中存儲(chǔ)的電壓傳輸?shù)讲罘址糯蠖俗?15的輸入端。
差分放大端子115根據(jù)增益放大電壓，并在步驟S200中產(chǎn)生輸出電壓。 當(dāng)從差分放大端子115檢測(cè)到輸出電壓時(shí)，MCU 20傳輸?shù)谌刂菩盘?hào)和第 四控制信號(hào)，并在步驟S210中斷開(kāi)第一繼電器113和第二繼電器114。
MCU20將輸出電壓除以根據(jù)溫度變化計(jì)算出的有效增益，在步驟S220 中，檢測(cè)電池的電池單元的電壓，其中，在圖3中，G表示有效增益。在步 驟S230中，MCU20檢查電池2是否處于停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電池2處于停止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，MCU20終止電池電壓檢測(cè)過(guò)程。當(dāng)在步驟S230中電池2不處于停止?fàn)?態(tài)時(shí)，MCU 20返回步驟S140并計(jì)算電池的下一個(gè)電池單元的電池單元電壓。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電池中的電池單元的數(shù)目被設(shè)置為40,但這是非 限制性的。另外，可以使用其它數(shù)量的形成電池的電池單元。此外，可相應(yīng) 于形成電池的電池單元的數(shù)量來(lái)控制電池單元繼電器的數(shù)量。另外，與電池 中的電池單元的數(shù)量對(duì)應(yīng)的電池單元繼電器111—1至111一40的輸出端彼此連 接，且所述輸出端順序地連接到備用電源1121和電壓檢測(cè)單元116,使得可 以計(jì)算電池的電池單元電壓。此外，根據(jù)電壓檢測(cè)單元116溫度變化計(jì)算有 效增益，利用有效增益一全測(cè)電池的電池單元的電壓。因此，可以更準(zhǔn)確地檢 測(cè)電池的電池單元的電壓。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池管理系統(tǒng)及該電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng) 方法根據(jù)電池檢測(cè)單元的溫度變化計(jì)算有效增益，利用有效增益檢測(cè)電池的 電池單元電壓，因此，可以更準(zhǔn)確地4企測(cè)電池的電池單元電壓。
雖然結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是實(shí)踐性的實(shí)施例的內(nèi)容描述了本發(fā)明的實(shí)施例， 但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意在覆蓋 包括在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1、一種用于電池管理系統(tǒng)的感測(cè)和控制裝置，所述電池管理系統(tǒng)連接到多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元，所述感測(cè)和控制裝置包括感測(cè)單元，包括多個(gè)電池單元繼電器中的至少一個(gè)電池單元繼電器，所述至少一個(gè)電池單元繼電器被構(gòu)造成連接到所述多個(gè)電池單元中的所述至少一個(gè)電池單元；電壓檢測(cè)單元，連接到所述至少一個(gè)電池單元繼電器，電壓檢測(cè)單元被構(gòu)造成當(dāng)所述多個(gè)電池單元繼電器中的每個(gè)斷開(kāi)時(shí)接收參考電壓；通過(guò)增益放大與參考電壓對(duì)應(yīng)的第一電壓，以產(chǎn)生第二電壓；主控制單元，被構(gòu)造成當(dāng)電壓檢測(cè)單元的溫度在閾值溫度范圍中時(shí)計(jì)算有效增益，所述有效增益對(duì)應(yīng)于第二電壓與參考電壓之比。
2、 如權(quán)利要求1所述的感測(cè)和控制裝置，其中，感測(cè)單元被構(gòu)造成 通過(guò)增益放大第一繼電器輸入電壓；產(chǎn)生輸出電壓。
3、 如權(quán)利要求2所述的感測(cè)和控制裝置，其中，主控制單元被構(gòu)造成利 用輸出電壓和有效增益來(lái)^f企測(cè)所述多個(gè)電池單元中的第一電池單元的電壓。
4、 如權(quán)利要求3所述的感測(cè)和控制裝置，其中，電壓檢測(cè)單元包括 第一繼電器，被構(gòu)造成連接到所述多個(gè)電池單元中的第一電池單元，以從第 一繼電器傳輸?shù)?一 電池單元的電壓；電容器，被構(gòu)造成存儲(chǔ)與第一電池單元的電壓對(duì)應(yīng)的第一繼電器輸入電壓；差分放大端子，被構(gòu)造成根據(jù)增益改變第一繼電器輸入電壓，并產(chǎn)生輸 出電壓；第二繼電器，被構(gòu)造成連接到電容器和差分放大端子，其中，參考電壓 被傳輸?shù)降?一繼電器的輸入端。
5、 如權(quán)利要求4所述的感測(cè)和控制裝置，其中，主控制單元被構(gòu)造成 計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益； 將處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益與第一有效增益做比較；當(dāng)?shù)谝挥行г鲆娌坏扔诘诙行г鲆鏁r(shí)，確定電壓檢測(cè)單元的電路處于 不良狀態(tài)。
6、 如權(quán)利要求1所述的感測(cè)和控制裝置，其中，閾值溫度范圍是增益根 據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
7、 如權(quán)利要求2所述的感測(cè)和控制裝置，其中，閾值溫度范圍是增益根 據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
8、 如權(quán)利要求3所述的感測(cè)和控制裝置，其中，閾值溫度范圍是增益根 據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
9、 如權(quán)利要求4所述的感測(cè)和控制裝置，其中，閾值溫度范圍是增益根 據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
10、 如權(quán)利要求5所述的感測(cè)和控制裝置，其中，閾值溫度范圍是增益 根據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
11、 一種用于操作電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法，所述電池管理系統(tǒng)具有用 于監(jiān)控電池單元的電壓的電壓檢測(cè)單元，所述電池管理系統(tǒng)被構(gòu)造成在具有 啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)的交通工具中操作，所述驅(qū)動(dòng)方法包括計(jì)算處于啟動(dòng)狀態(tài)下的第一有效增益；將第 一有效增益與處于停止?fàn)顟B(tài)下的第二有效增益做比較；檢查電壓檢測(cè)單元的電路狀態(tài)； 測(cè)量電壓檢測(cè)單元的溫度；當(dāng)測(cè)量的電壓檢測(cè)單元的溫度在閾值溫度范圍中時(shí)，將參考電壓傳輸?shù)?電壓4全測(cè)單元；存儲(chǔ)與參考電壓對(duì)應(yīng)的第一電壓；通過(guò)電阻比方文大第一電壓，從而產(chǎn)生第二電壓； 計(jì)算對(duì)應(yīng)于第二電壓與參考電壓之比的有效增益。
12、 如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，計(jì)算有效增益的步驟包括利 用輸出電壓和有效增益^r測(cè)電池單元的電壓。
13、 如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)方法，還包括 當(dāng)?shù)谝挥行г鲆娴扔诘诙行г鲆鏁r(shí)，確定電壓檢測(cè)單元的電路處于良好狀態(tài)； ， 測(cè)量電壓檢測(cè)單元的溫度。
14、 如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，閾值溫度范圍是增益根據(jù)電壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
15、 如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，闊值溫度范圍是增益根據(jù)電 壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
16、 如權(quán)利要求13所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，閾值溫度范圍是增益根據(jù)電 壓檢測(cè)單元的溫度變化而變化的溫度范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電池管理系統(tǒng)的感測(cè)和控制裝置及一種用于操作電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法。該感測(cè)和控制裝置包括感測(cè)單元和主控制單元。感測(cè)單元包括多個(gè)電池單元繼電器中的電池單元繼電器和電壓檢測(cè)單元。電池單元繼電器被構(gòu)造成連接到多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元。電壓檢測(cè)單元連接到電池單元繼電器。電壓檢測(cè)單元被構(gòu)造成當(dāng)多個(gè)電池單元繼電器中的每個(gè)斷開(kāi)時(shí)接收參考電壓；通過(guò)增益放大與參考電壓對(duì)應(yīng)的第一電壓，以產(chǎn)生第二電壓。主控制單元被構(gòu)造成當(dāng)電壓檢測(cè)單元的溫度在閾值溫度范圍中時(shí)計(jì)算有效增益，有效增益對(duì)應(yīng)于第二電壓與參考電壓之比。
文檔編號(hào)H01M10/48GK101188316SQ200710162508
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者太龍準(zhǔn), 尹韓碩, 崔水石, 徐世旭, 樸呼泳, 李永兆, 林啟鐘, 金范奎 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社