電池過充電防止裝置的制作方法

文檔序號:18176520發布日期:2019-07-13 10:12
電池過充電防止裝置的制作方法

技術領域

本發明涉及一種電池過充電防止裝置,更具體地說,涉及一種其能夠利用作為無源元件的輸入電力的電池單體的電壓感測過電壓并且在電池過充電時切斷供給至電池的電力的電池過充電防止裝置。



背景技術:

感測和切斷電驅動車輛的電池的過充電的現有的失控制止裝置(runaway arrest device)(RAD)利用當電池被過充電時電池單體膨脹的膨脹現象來感測電池是否過充電。RAD被配置為包括設置在電池單體的側表面上的開關,其中開關通過電池單體的側表面的膨脹位移量被物理地推動來感測電池是否過充電??膳渲肦AD使得開關串聯至電池的繼電器控制線控制電源以當電池被過充電時切斷提供給電池的電力或通過感測電池結合狀態的高壓互鎖回路(HVIL)將異?,F象通知電池管理系統(BMS),從而切斷提供給電池的電力。

然而,因為RAD依賴于當電池被過充電時發生的膨脹現象,所以當考慮電池單體的膨脹現象是根據電池本身的特性不規則發生的現象時,它可能難以準確地感測電池是否過充電。此外,應該考慮以下幾種情況存在的問題:例如設置在電池單體的側表面上的開關和電池單體應該被配置成其間具有恒定的間隔,這是困難的;由于外部沖擊等,存在發生故障的可能性和在電池單體的側表面上需要安裝開關的空間以便感測電池單體的側表面的膨脹。

此外,感測和切斷電驅動車輛的電池的過充電的現有的電流中斷裝置(CID)具有這樣的配置,在配置中切除電池單體的突片部分使得電池單體利用在電池過充電時電池單體的膨脹現象偏離原始位置。

然而,因為CID具有機械上有意形成的弱點以便靈敏地操作當電池被多充電時發生的電池單體的膨脹現象,所以它具有機械可靠性降低和如在RAD中一樣在電池單體的側表面上需要安裝裝置的空間以便感測電池單體的膨脹的缺點。

美國專利申請公開第2011-0298463號已經公開了電池狀態監測電路和電池裝置。



技術實現要素:

技術問題

本發明的目的是提供一種電池過充電防止裝置,其能夠通過電變化感測過充電并且在使用無源元件的電池過充電時切斷提供給電池的電力。

技術方案

在一個總的方面,一種電池過充電防止裝置包括:輸入電壓分配單元,其跨接包括多個電池單體的電池組中的至少一個電池單體并且分配電池單體的電壓;電壓感測單元,其連接至輸入電壓分配單元并且當它感測通過輸入電壓分配單元輸入的電壓為預定的電壓或更多時操作;電力切斷單元,其連接至電壓感測單元并且通過使電壓感測單元的操作來打開或關閉內部開關,以切斷提供給電池組的電力。

電力切斷單元可包括線圈單元和開關單元,電壓感測單元可連接至線圈單元,由電池管理系統(BMS)控制的繼電器線圈側的線路可連接至開關單元,當電力通過電壓感測單元的操作被施加至線圈單元時,開關單元可切斷電連接以切斷繼電器線圈側的線路的電力。

輸入電壓分配單元可包括彼此串聯的多個電阻器。

電壓感測單元可由并聯調整器(shunt regulator)配置而成,并聯調整器的正極可連接在輸入電壓分配單元的電阻器之間,并聯調整器的負極可連接至電池單體的陽極,輸入電壓分配單元連接至電池單體的陽極,并聯調整器的參考端(reference)可連接至電池單體的陰極,輸入電壓分配單元連接至電池單體的陰極,當利用輸入電壓分配單元分配的輸入電壓被輸入為預定的電壓或更多時,并聯調整器的負極和參考端可電傳導至彼此。

電力切斷單元可包括線圈單元和開關單元,線圈單元的一側可連接至電池單體的陽極,輸入電壓分配單元連接至電池單體的陽極,線圈單元的另一側可連接至并聯調整器的負極,開關單元的一側可連接至由電池管理系統(BMS)控制的繼電器線圈側的線路,其另一側可連接至公用線(-)。

電力切斷單元可由止回電路配置而成,止回電路當電力通過電壓感測單元的操作被施加至線圈單元時使開關單元操作,在沒有進行額外的控制之前保持操作狀態。

電力切斷單元可由保持繼電器(latching relay)配置而成。

電力切斷單元可包括電阻器,其在電力切斷單元的線圈單元之間并聯地聯接至線圈單元。

電池過充電防止裝置可進一步包括安全單元,其跨接電池單體或連接至并聯調整器的正極和并聯調整器的參考端。

安全單元可以是電容器和TVS二極管中的至少任一種。

有利效果

在根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置中,當在電池組被充電的時間段期間產生過充電時,提供給電池組的電力被切斷,從而可能防止著火或爆炸。

此外,通過由電池管理系統控制的繼電器線圈側的電力在電池組過充電時通過連接至由電池管理系統控制的繼電器線圈側的線路的電力切斷單元被切斷,使得提供給電池組的電力被切斷而不管電池管理系統的控制,從而可能防止著火或爆炸。

此外,通過輸入電壓分配單元分配的電壓用作電壓感測單元的輸入電壓,使得可以不同地配置電壓感測單元。

此外,由并聯調整器配置的電壓感測單元被使用以最小化取決于電壓感測單元的溫度的操作偏差,從而可能提高操作精度。

此外,過充電感測電路和提供給電池組電力的電路被單獨地配置,從而可能最小化電壓感測單元平時消耗的電力。

此外,電力切斷單元由止回電路配置以切斷提供給電池組的電力直到產生過充電之后和進行額外控制之前,從而可能增加穩定性。

此外,因為使用由保持繼電器配置的電力切斷單元,所以不需要自保電路的單獨組件,使得可減小尺寸、成本和重量。

此外,在線圈單元的操作時產生的噪聲可通過并聯地聯接到電力切斷單元的線圈單元的電阻器來降低,以允許電壓感測單元不受噪聲的影響,從而可能提高電壓感測單元的精度。

此外,由于安全單元,可降低錯誤率并且最小化瞬時電壓升高對其它元件的影響,從而可能提高穩定性和操作可靠性。

附圖說明

圖1是根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的概念圖。

圖2是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的電力切斷單元的連接的示意圖。

圖3是根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的電路圖。

圖4是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置中的非過充電狀態的情況的電路圖。

圖5是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置中的過充電狀態的電路圖。

圖6是說明根據本發明的示例性實施例的包括安全單元的電池過充電防止裝置的電路圖。

圖7是說明實施根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的示例的電路圖。

圖8是說明實施根據本發明的示例性實施例的包括安全單元的電池過充電防止裝置的示例的電路圖。

具體實施例

以下將參照附圖詳細地描述本發明。將注意的是,在整個附圖中,相同組件用相同參考標記表示。另外,對于可能會不必要地使本發明的主旨不清楚的公知功能和配置的詳細描述將被省略。

圖1是根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的概念圖,圖2是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的電力切斷單元的連接的示意圖,圖3是根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的電路圖,圖4是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置中的非過充電狀態的情況的電路圖,圖5是說明根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置中的過充電狀態的電路圖,圖6是說明根據本發明的示例性實施例的包括安全單元的電池過充電防止裝置的電路圖,圖7是說明實施根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置的示例的電路圖,圖8是說明實施根據本發明的示例性實施例的包括安全單元的電池過充電防止裝置的示例的電路圖。

如圖1中說明,根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置1000被配置成包括輸入電壓分配單元100、電壓感測單元200和電力切斷單元300。

在包括多個電池單體的電池組10中,當在電池組10充電的時間段期間產生過充電,電池單體的電壓升高,并且可使用在電池單體過充電時的電壓值確認電池單體是否被過充電。因此,電池單體的電壓可用作無源元件的輸入電力以在預定的電壓操作無源元件,從而切斷過充電。

輸入電壓分配單元100跨接包括多個電池單體的電池組10中的至少一個電池單體并且分配電池單體的電壓。

通過至少一個電池單體可被認定為過充電的電壓值和用于操作無源元件的電壓值可互不相同。

在通過至少一個電池單體的電壓用作無源元件的輸入電力使得認定通過至少一個電池單體的電壓為過充電時的電壓的情況下,輸入電壓分配單元100分配輸入電壓(通過至少一個電池單體的電壓)使得無源元件被操作。

在此,輸入電壓分配單元100被配置成將包括多個電池單體的電池組10中的至少一個電池單體的電壓接收為輸入電壓。

換言之,輸入電壓分配單元100可連接至電池側以便將包括多個電池單體的電池組10中的至少一個電池單體的電壓接收為輸入電壓或將電池組10的總電壓接收為輸入電壓。此外,一些過充電防止裝置可通過配置諸如第一輸入電壓分配單元、第二輸入電壓分配單元的一些輸入電壓分配單元和利用每一個連接至一些輸入電壓分配單元的第一電壓感測單元、第二電壓感測單元、第一電力切斷單元、第二電力切斷單元等來配置,其中第一輸入電壓分配單元將包括多個電池單體的電池組10中的至少一個電池單體的電壓接收為輸入電壓,第二輸入電壓分配單元將電池組10的總電壓接收為輸入電壓。即,可配置和使用多個電池過充電防止裝置1000。

在圖1中,通過示例的方式說明固態繼電器將連接至電池組10中的最低部分的單元電池單體的電壓接收為輸入電壓的形式。

電壓感測單元200連接至輸入電壓分配單元100并且當它感測到通過輸入電壓分配單元輸入的電壓為預定的電壓或更多時操作。

電力切斷單元300連接至電壓感測單元200并且通過使電壓感測單元操作200切斷提供給電池組10的電力來打開或關閉內部開關。

換言之,當輸入至電壓感測單元200的電壓輸入為產生過充電時的電壓時,提供給電池組10的電力可利用電力切斷單元300切斷。即,當在電池組10被充電的時間段期間產生過充電時,提供給電池組10的電力被切斷而無需受外部電路(電池管理系統(BMS))等的影響,從而可能防止著火或爆炸。

如圖2中說明,電池單體10可被配置成包括連接至電池單體10的電力繼電器組件(PRA)20和控制包括在電力繼電器組件20中的各個繼電器的電池管理系統(BMS)30。

電力繼電器組件20可被配置成包括第一主繼電器(+)21、第二主繼電器22(-),預充電繼電器23和預充電電阻器24。

第一主繼電器(+)21可連接至電池組10的陽極端子并且可切斷與電池組10的電連接。

第二主繼電器(-)22可連接至電池組10的陰極端子并且可切斷與電池組10的電連接。

預充電電阻器24和預充電繼電器23允許電池組10在連接至第一主繼電器21之前進行預充電。通過這,防止可在直接連接至第一主繼電器21時產生的弧放電,從而可能確保電路的穩定性。在此,預充電繼電器23可并聯地聯接至第一主繼電器(+)21,預充電電阻器24可串聯地聯接至預充電繼電器23。

通用電池組10通過電力繼電器組件20的電連接和電斷開是可能的,電力繼電器組件20的各個繼電器由電池管理系統30控制。

電力切斷單元300可被配置成包括線圈單元和開關單元。

線圈單元連接至電壓感測單元200。

雖然未在圖2中說明,但是電壓感測單元200可將電力施加至電力切斷單元300的線圈單元。

開關單元連接至由電池管理系統30控制的繼電器線圈側的線路。

在此,當電力通過電壓感測單元200的操作被施加至電力切斷單元300的線圈單元時,電力切斷單元300的開關單元可切斷電連接以切斷繼電器線圈側的線路的電力。即,因為電力通過切斷電器線圈側的線路的電力不會施加至各個繼電器線圈,所以不可能通過電池管理系統30控制各個繼電器,各個繼電器被保持在切斷電連接的狀態使得提供給電池組10的電力被切斷。

換言之,在電池組10過充電時通過連接至由電池管理系統30控制的繼電器線圈側的線路的電力切斷單元300切斷由電池管理系統控制的繼電器線圈側的電力,使得提供給電池組10的電力被切斷,而不管電池管理系統30的控制,從而可能防止著火或爆炸而無需受電池管理系統30出現問題的影響。

如圖3中說明,輸入電壓分配單元100可被配置成包括彼此串聯聯接的多個電阻器。在此,輸入電壓分配單元100分配電池單體的電壓以便用于電壓感測單元200的操作的電壓可與在電池單體過充電時出現的電壓相比較。例如,在電池單體過充電時出現的電壓為4.75V和用于電壓感測單元200的操作所需的電壓為2.5V的情況下,當使用如圖3中說明的具有電阻值為18KΩ和20KΩ的電阻器時,在電池單體的電壓為4.75V或更大(過充電時的電壓)的情況下,可電壓感測單元200可被操作。

換言之,在輸入至輸入電壓分配單元100的電壓(用于感測過充電的電池單體的電壓)是過充電時的電壓的情況下,電壓可利用多個電阻器分配以便調節至可操作電壓感測單元200的電壓。

彼此串聯的輸入電壓分配單元100的多個電阻器可根據輸入電壓分配單元100是將至少一個電池單體的電壓接收為輸入電壓還是將電池組10的總電壓接收為輸入電壓來選擇電池電阻值。

因為通過輸入電壓分配單元分配的電壓用作電壓感測單元的輸入電壓,所以各種電壓(一個單體的電壓、多個單體的電壓、電池組的總電壓等)可用作輸入電壓,可以不同地配置電壓感測單元(不存在依賴于用于操作電壓感測單元的電壓的限制)。

如圖3中說明,電壓感測單元200由并聯調整器配置,并聯調整器可以被配置成包括正極、負極和參考端子。

在此,并聯調整器的正極連接在輸入電壓分配單元100的電阻器之間,并聯調整器的負極連接至電池單體的陽極,輸入電壓分配單元100連接至電池單體的陽極,并聯調整器的參考端連接至電池單體的陰極,輸入電壓分配單元100連接至所述電池單體的陰極。

在此,當利用輸入電壓分配單元100分配的輸入電壓被輸入為預定的電壓或更多時,并聯調整器的負極和參考端電傳導至彼此。

如圖4中說明,在小于預設電壓的電壓被施加至并聯調整器SR的正極的情況下,負極和參考端從彼此電切斷。

如圖5中說明,在大于預設電壓的電壓被施加至并聯調整器SR的正極的情況下,負極和參考端被電傳導(操作)至彼此。

一般來說,考慮單元電池單體的充電電壓值的大小為4.2V,在如圖3中說明的將單元電池單體的電壓被接收為輸入電壓的情況下,感測電池過充電的電壓值的大小為4.2V和5V之間的值。

例如,在電池單體過充電時出現的電壓為4.75V和用于電壓感測單元200的操作所需的電壓為2.5V的情況下,當使用如圖3中說明的具有電阻值為18KΩ和20KΩ的電阻器時,在電池單體的電壓為4.75V或更大的值(過充電時的電壓)的情況下,2.5V或更大的值被接通至并聯調整器的正極,使得負極和參考端被電傳導(操作)至彼此。

因為依賴于外部溫度的并聯調整器的操作電壓的偏差顯著小于固態繼電器(SSR)等的偏差,所以它可被應用至需要高精度的元件,利用并聯調整器使操作偏差最小化,從而可能提高操作精度。

可感測電池是否被過充電的電壓值可根據是至少一個電池單體的電壓被接收為輸入電壓還是電池組10的總電壓被接收為輸入電壓來確定。

如圖3中說明,電力切斷單元300可被配置成包括線圈單元和開關單元。

線圈單元的一側連接至電池單體的陽極,輸入電壓分配單元100連接至電池單體的陽極,線圈單元的另一側連接至并聯調整器的負極。

開關單元的一側連接至由電池管理系統(BMS)控制的繼電器線圈側的線路,開關單元的另一側連接至公用線(-)。

為了切斷提供給電池組的電力,與電池組的所有的電連接需要被切斷。例如,在電力繼電器組件連接至電池組的情況下,第一主繼電器(+)、第二主繼電器(-)和預充電繼電器的電連接需要被切斷。為了每次切斷各個繼電器的所有的電連接,電力切斷單元300連接在連接至各個繼電器線圈的公用線之間以切斷公用線。從而可能容易地切斷所有繼電器的電連接。

另外,過充電感測電路(連接至線圈單元的電路)和提供給電池組10的電力的電路(連接至開關單元的電路)被單獨地配置,從而可能最小化由電壓感測單元平時消耗的電力。

電力切斷單元300可由止回電路配置,止回電路當電力通過電壓感測單元的操作被施加至線圈單元時操作開關單元并且保持操作狀態如其那樣直到進行額外控制。

止回電路是當電力被施加至線圈單元時操作開關單元的組件,保持開關單元的操作狀態如其那樣直到進行額外控制。

由止回電路配置的電力切斷單元切斷提供給電池模塊的電力直到通過止回電路進行額外控制,從而可能防止額外事故發生直到進行對電池的過充電的隨后測量。

另外,電力切斷單元由止回電路配置以切斷提供至電池組10的電力直到在產生過充電之后進行額外的控制之前,從而可能增加穩定性。

電力切斷單元300可由保持繼電器配置。

圖3說明了保持繼電器元件被設置為電力切斷單元300的形式。保持繼電器元件是接觸部的接觸狀態被保持即使提供給線圈的電流被切斷直到進行額外的控制的繼電器元件。

例如,在電池單體過充電時出現的電壓為4.75V和用于電壓感測單元200的操作所需的電壓為2.5V的情況下,如圖4中說明的,當單體電壓小于4.75V時,并聯調整器變為它可能不導電的狀態,保持繼電器也保持在電壓感測單元200不操作的初始狀態,使得可能由電池管理系統30控制電力繼電器(第一主繼電器(+)、第二主繼電器(-)和預充電繼電器的控制)。

另外,當如圖5中說明單體電壓為4.75V或更大時,并聯調整器變為它導電的狀態,保持繼電器被操作以切斷提供給電力繼電器組件的線圈端的電流,使得所有各個繼電器(第一主繼電器(+)、第二主繼電器(-)和預充電繼電器)的電連接被切斷。

在此,在保持繼電器基于過充電電壓操作之后,保持繼電器不會返回至初始狀態(可能由電池管理系統30進行的繼電器控制的狀態)同時將內部開關持續保持在電流狀態(過充電切斷狀態)直到進行額外控制。

因此,在保持繼電器的開關由于電池的過充電狀態的產生被改變的情況下,輸入至輸入電壓分配單元100的電壓可被配置成傳送至電池管理系統30直到進行額外的控制,如圖3中說明。換言之,可能通知電池管理系統30是否電池單體被過充電而不管是否電力繼電器組件20中的繼電器切斷電力。產生警報等使得在車輛外或車輛內部可識別過充電,從而可能將如上所述的感測的過充電狀態通知給車輛外或車輛內部。換言之,用于向外部通知電池過充電狀態的信號被連續地提供至外部直到對保持繼電器進行額外控制,從而可能防止額外事故發生直到進行對電池的過充電的隨后測量。

另外,因為使用由保持繼電器配置的電力切斷單元,所以不需要自保電路的單獨組件使得可減小尺寸、成本和重量。

圖7說明了利用可適用元件直接實施電池過充電防止裝置1000的示例。連接器可安裝在印刷電路板(PCB)上,在印刷電路板上配置電池過充電防止裝置1000的僅有的元件被安裝,借此連接至電池單體和電力繼電器組件20,可在電池組10的任何位置處配置和安裝一個單元使得布局自由。

作為另一示例,可在電池過充電防止裝置1000中使用的元件可安裝或配置在將電池單體的電壓轉移至電池管理系統30的感測PCB上。在這種情況下,可通過在現有感測PCB連接器中僅增加所需數量的銷來配置電池過程點防止裝置1000而無需加入連接器,使得可降低電池組的尺寸、制造成本和重量。

換言之,安裝根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置1000的位置并不限于諸如電壓感測PCB、電池組10的內部等的位置。

如圖3中說明,電力切斷單元300可被配置成包括電阻器,其聯接至線圈單元,在電力切斷單元300的線圈單元之間并聯。

在線圈單元的操作時產生的噪聲可通過并聯地聯接到電力切斷單元300的線圈單元的電阻器來降低,最小化電壓感測單元200對噪聲的影響,從而可能提高電壓感測單元200的精度。

如圖6中說明,根據本發明的示例性實施例的電池過充電防止裝置可被配置成包括安全單元400,其跨接電池單體或連接至并聯調整器的正極和并聯調整器的參考端。

在此,安全單元400可被配置成包括電容器和TVS二極管中的至少任何一個。

圖8說明了利用可適用元件直接實施電池過充電防止裝置的示例。

在上述本發明中,感測電池的過充電狀態的功能可單獨地由電池管理系統30提供,從而可能額外地保證車輛的穩定性并且滿足ISO26262標準。

另外,因為過充電在電力方案被感測以在電力方案中切斷提供給電池組的電力,所以與機械方案相比,可提高可靠性。

本發明并不限定于上述的示例性實施例并且在不脫離權利要求中要求保護的本發明的主旨的情況下可進行各種應用和各種修改。

[主要元件的詳細描述]

10:電池組 20:電力繼電器組件

21:第一主繼電器 22:第二主繼電器

23:預充電繼電器 24:預充電電阻器

30:電池管理系統 100:輸入電壓分配單元

200:電壓檢測單元 300:電力切斷單元

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