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CN104471417A - 用于诊断电池胞平衡电路的故障的设备和方法 - Google Patents

用于诊断电池胞平衡电路的故障的设备和方法 Download PDF

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CN104471417A CN201480001690.0A CN201480001690A CN104471417A CN 104471417 A CN104471417 A CN 104471417A CN 201480001690 A CN201480001690 A CN 201480001690A CN 104471417 A CN104471417 A CN 104471417A
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Abstract

公开一种用于诊断与包括多个电池胞的电池组中的每个电池胞相对应的电池胞平衡电路的故障的设备和方法，电池胞平衡电路对应于包括多个电池胞的电池组中的各电池胞。本发明断开相邻于电池胞平衡电路中待诊断电池胞平衡电路相邻的电池胞平衡电路包括的电池胞平衡开关。而且，接通待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡开关以存储在电池胞的结点之间的电压值(下文称为“诊断电压值”)。而且，计算在相邻的电池胞电压值(电池胞差值)之间的差值和在相邻的诊断电压值之间的差值(诊断差值)。通过分析在电池胞差值和诊断差值之间的差值(确定值)的变化模式确定在电池胞平衡电路中是否故障已经发生。

Description

用于诊断电池胞平衡电路的故障的设备和方法
技术领域
本公开涉及一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法，并且更加具体地，涉及一种用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法，该电池胞平衡电路可以使用放电电阻器诊断电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关是否出现异常或者布线短路，该放电电阻器切换将电流排放到放电电阻器的侧面的流动。
本申请要求于2013年2月19日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2013-0017669的优先权，其整个内容通过引用被合并在此。
背景技术
最近，随着矿物燃料的竭尽和对环境污染的关注，对使用电能，而不是使用矿物能源的电动车辆或者混合电动车辆的兴趣日益增长，并且在背景下，对其正在进行积极的研究。为了将对于操作用于驱动车辆的驱动马达并且开动各种电动车辆所要求的电力，包括多个二次电池胞的电池组被安装在电动车辆或者混合电动车辆中。被包括在电池组中的多个二次电池胞均匀地保持每个二次电池胞的电压以确保稳定性、长寿命、以及高输出。
作为用于均匀地平衡被包括在电池组中的每个二次电池胞的充电电压的方法，使用许多的方法，例如，通过将充电电流供应到相对应的二次电池胞增加具有相对低的电压的二次电池胞的电压的方法、通过对相对应的二次电池胞放电减少具有相对较高的电压的二次电池胞的电压的方法、从每个二次电池胞的电压设置目标平衡电压，对具有比目标电压高的电压的二次电池胞充电，并且对具有比目标电压低的电压的二次电池胞充电的方法等等。
通过被连接到每个二次电池胞的电池胞平衡电路实现这些电池胞平衡方法。电池胞平衡电路包括切换元件，该切换元件用于控制电池胞平衡操作的开始和结束；和放电电阻器，当放电二次电池胞电压时该放电电阻器被使用。
然而，当异常情形出现同时使用电池胞平衡电路执行电池胞平衡操作时，例如，当过电流瞬间地流入电池胞平衡电路时，或者当高于操作电压的过电压被施加到切换元件时，或者当通过放电电阻器产生过热时，被包括在电池胞平衡电路中的组件被短路或者被开路，并且因此，电路没有正常地操作。
当电池胞平衡电路不能正常地操作时，与其它的二次电池相比较被连接到相对应的电路的二次电池胞的电压过多地增加或者减少，并且结果，可能产生严重的结果，例如，被连接到电池组的负载的操作可能突然停止，或者在更加严重的情况下，电池组可能爆炸。
为了克服此缺陷，存在对于被连接到电池胞平衡电路以诊断电池胞平衡电路中的异常的诊断电路的需求。
例如，日本专利公开No.2007-085847公开一种用于检测电池胞平衡电路中的异常的设备，其中平衡电路包括场效应晶体管(FET)，并且放电电阻器和被插入在FET的源极和漏极之间的电阻器被安装在每个电池胞单元处，使用施加不同水平的参考电压源的两个比较器通过电阻器测量在源极和漏极之间的电压差，并且基于被测量的电压电平(高、低)的组合确定是否在电池胞平衡电路中存在异常。
然而，现有技术需要单独的电路构造，即，检测电池胞平衡电路中的异常的诊断电路，并且使用用于每个诊断电路的附加的两个比较器，并且从而，具有用于检测电池胞平衡电路中的异常的设备的制造成本增加的缺点。而且，现有技术能够确定是否在与每个电池胞相对应的电池胞平衡电路中存在异常，但是当由于短路或者断开在整个电池胞平衡电路中包括的所有电池胞平衡电路中出现异常时，现有技术的电路配置不足以识别电池胞平衡电路中的异常的正确原因。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决现有技术的问题，并且因此，本公开针对提供一种用于更加正确地诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法。
技术方案
为了实现目的，根据本发明的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备诊断电池组中的电池胞平衡电路中的异常，该电池组包括与每个电池胞平衡电路相对应的多个电池胞，并且该设备包括：电池胞平衡电路，该电池胞平衡电路被并联连接到被连接到每个电池胞的两个端子的电压感测线并且包括电池胞平衡开关和放电电阻器；诊断电阻器，相对于电池胞电压感测线和电池胞平衡电路被连接的结点(高电势结点和低电势结点)在电池胞的侧面处该诊断电阻器被安装的电压感测线上；电压感测电路，该电压感测电路输出与高电势结点和低电势结点之间的电压差相对应的电压(在下文称“结点间电压值”)；以及控制单元，该控制单元存储电池胞平衡开关的切断状态下的结点间电压值(在下文称“电池胞电压值”)和在相邻于待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡电路中包括的电池胞平衡开关的切断状态下通过接通电池胞平衡电路当中的待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡开关的结点间电压值(在下文称“诊断电压值”)，以计算在相邻的电池胞电压值之间的差值(在下文称“电池胞差值”)和在相邻的诊断电压值之间的差值(在下文称“诊断差值”)，并且通过分析在电池胞差值和诊断差值之间的差值(在下文称“确定值”)的变化模式确定在电池胞平衡电路中是否存在异常。
根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以进一步包括二极管，在高电势结点和低电势结点之间该二极管被串联连接到放电电阻器以限制在相反方向中的电压的施加。
根据本公开的一个实施例，电池胞平衡开关是场效应晶体管(FET)。
根据在电池组内每个电池胞被连接的位置根据本公开的控制单元将电池胞平衡电路分类成至少两组。例如，控制单元可以根据从电池组的低电势端子连接每个电池胞的位置划分成奇数组和偶数组。
根据本公开的一个实施例，控制单元可以计算确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值进行比较，确定对应于水平减少的确定值的电池胞平衡电路中存在异常。
根据本公开的另一实施例，控制单元可以计算确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值进行比较，确定对应于大于预设参考变化值的变化量的电池胞平衡电路中存在异常。这样做，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以进一步包括存储器单元，该存储器存储参考变化值。
根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以进一步包括异常报警器，当在电池胞平衡电路中发生异常时，该异常报警器向外部通知异常的发生。在本实例中，控制单元通过异常报警器可视地或者可听地通知电池胞平衡电路中的异常的发生。
根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备可以是包括用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和被串联地连接的多个二次电池胞的电池组的一个组件。
根据本公开的电池组可以是包括电池组和从电池组被供应有电力的负载的电池操作系统的一个组件。在本实例中，负载可以是发电装置或者便携式装置。
为了实现目的，根据本发明，提供一种用于诊断包括多个电池胞的电池组中的电池胞平衡电路中的异常方法，所述方法使用：电池胞平衡电路，所述电池胞平衡电路被并联连接到与每个电池胞的两个端子连接的电压感测线，并且包括对应于每个电池胞的电池胞平衡开关和放电电阻器；诊断电阻器，相对于电池胞电压感测线和电池胞平衡电路被连接的结点(高电势结点和低电势结点)，在所述电池胞的侧面处，所述诊断电阻器被安装在所述电压感测线上；和电压感测电路，所述电压感测电路输出对应于所述电池胞的结点之间的电压差的电压，并且包括(a)通过控制电池胞平衡开关，在电池胞平衡开关的切断状态下，经电压感测电路感测在电池胞平衡电路的结点之间的电压值；(b)在相邻于待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡电路中包括的电池胞平衡开关的切断状态下，通过接通电池胞平衡电路当中的待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡开关来感测在电池胞的结点之间的电压值(在下文称“诊断电压值”)；以及(c)计算相邻的电池胞电压值(在下文称“电池胞差值”)之间的差值和相邻的诊断电压值之间的差值(在下文称“诊断差值”)，并且通过分析在电池胞差值与诊断差值之间的差值(在下文称“确定值”)的变化模式确定是否在电池胞平衡电路中存在异常。
根据本公开的一个实施例，在步骤(b)中，根据在电池组内每个电池胞被连接的位置，待诊断电路被分类成至少两组。例如，在步骤(b)中，根据从电池组的低电势端子连接每个电池胞的位置，待诊断电路可以被划分成奇数组和偶数组。
根据本公开的一个实施例，步骤(c)包括计算确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值相比较，确定对应于水平减少的确定值的电池胞平衡电路中存在异常。
根据本公开的另一实施例，步骤(c)可以包括计算确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值相比较，确定对应于大于预设参考变化值的变化量的电池平衡电路中存在异常。这样做，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法可以进一步包括，在步骤(a)之前，存储参考变化值。
根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法可以进一步包括(d)，当在电池胞平衡电路中出现异常时，向外部可视地或者可听地通知异常的发生。
有益效果
与传统的异常诊断设备和方法相比较，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法可以更加正确地确定是否已经发生异常。特别地，当控制电池胞平衡开关时，可能出现很少的时间差。在这样的情况下，在电池组中包括的电池胞中可能出现电压变化，并且不管此变化，通过诊断值和确定值的差值可以正确地确定是否异常已经发生。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例并且连同前述的公开一起，用作提供本公开的技术精神的进一步理解，并且因此，本公开没有被解释为受到附图的限制。其中
图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备的构造的框图；
图2和图3是示出根据本公开的示例性实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图；
图4至图9是示出电池胞电压值和诊断电压值的特定示例性值的表。
具体实施方式
在下文中，将会参考附图来详细描述本发明。在描述之前，应当理解的是，不应将说明书和所附权利要求中所使用的术语解释为一般和字典含义，而应基于为了做最佳解释而允许本发明人适当限定术语的原理，基于与本发明的技术方面相对应的含义和构思来解释术语。因此，在此提出的描述只是仅为了举例说明的优选示例，而非旨在限制本发明的范围，所以应理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，应对其作出其它等同物和修改。
图1是示意性地图示根据本公开的示例性实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备100的构造的框图。
参考图1，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备100(在下文中被称为“诊断设备”)被连接到包括多个二次电池胞11～16的电池组10。
电池组10包括至少一个二次电池胞11～16(在下文被称为“电池胞(cell)”)，并且电池胞11～16不限于特定的类型。电池胞11～16中的每一个是可再充电的并且要求考虑充电或者放电电压，并且例如，包括锂离子电池、锂聚合物电池、Ni-Cd电池、Ni-MH电池、Ni-Zn电池等等。基于所要求的输出电压或者充电容量可以不同地设置被包括在电池组10中的电池胞11～16的数目。然而，本公开不限制电池胞11～16的类型、输出电压以及充电容量。
根据本公开的诊断设备100包括电池胞平衡电路20、诊断电阻器Rc、电压感测电路30、以及控制单元40。
电池胞11～16在两个端子处被连接到电压感测线L0～L6。电压感测线L0～L6的一端被连接到各电池胞11～16的端子，并且另一端被连接到电压感测电路30。
电压感测线L0～L6中的每一个包括各结点n0～n6。在本说明书中，在结点n0～n6当中，基于电池胞的高电势端子和低电势端子，高电势结点和低电势结点将会被分类。例如，看一看连接到电池胞11的低电势端子的电压感测线L0中包括的结点n0和连接到电池胞11的高电势端子的电压感测线L1中包括的结点n1。在本实例中，结点n0成为低电势结点，并且结点n1成为高电势结点。作为另一示例，让我们看看连接到电池胞11的低电势端子的电压感测线L1中包括的结点n1和连接到电池胞12的高电势端子的电压感测线L2中包括的结点n2。在本实例中，结点n1成为低电势结点，并且结点n2成为高电势结点。从上面两个示例中看出，取决于电池胞11和电池胞12结点n1可以变成高电势结点或者低电势结点。因此，对于高电势结点和低电势结点，结点n0～n6没有被固定，并且取决于电池胞11～16这被相对确定。
电池胞平衡电路20包括电池胞平衡开关21～26和放电电阻器Rb。电池胞平衡开关21～26和放电电阻器Rb的数目可以基于电池组10中包括的二次电池胞11～16的数目变化。电池胞平衡开关21～26和放电电阻器Rb被连接在结点n0～n6之间。因此，电池胞平衡电路20被并联连接到电压感测线L0～L6。
根据本公开的诊断设备100可以进一步包括二极管D，该二极管D被串联连接到电池胞平衡电路20上的高电势结点和低电势结点之间的放电电阻器Rb以限制在相反方向中的电压的施加。
相对于电池胞平衡电路20和电池胞电压感测线L0～L6被连接所在的结点(高电势结点和低电势结点)放电电阻器Rc在电池胞11～16一侧被安装在电压感测线L0～L6上。
电压感测电路30输出与高电势结点和低电势结点之间的电压差相对应的电压(在下文中，被称为“结点间电压值”)。同时，通过“V1”指示与电池胞11相对应的结点间电压值。同样地，通过“V2”指示与电池胞12相对应的结点间电压值，通过“V3”指示与电池胞13相对应的结点间电压值，通过“V4”指示与电池胞14相对应的结点间电压值，通过“V5”指示与电池胞15相对应的结点间电压值，并且通过“V6”指示与电池胞16相对应的结点间电压值。因为电压感测电路30的具体构造和操作原理是在本公开属于的技术领域中公知的通用术语，所以在此详细的描述被省略。
根据本公开的诊断设备100可以进一步包括过电流保护电阻器Ra，该电流保护电阻器Ra被连接到节点n0～n6和电压感测电路30之间以防止过电流被施加到电压感测电路30。
通过从控制单元40输出的控制信号，电池胞平衡开关21～26被接通和切断。
根据本公开的示例性实施例，电池胞平衡开关21～26是场效应晶体管(FET)。在本实例中，控制单元40通过施加或者阻断到FET的栅极端子的电压来控制FET的接通和切断。因此，当FET 21～26被接通时，FET的源极端子和漏极端子被电气地连接以使电流流动。相反地，当FET 21～26被切断时，FET的源极端子和漏极端子被电气地断开以引起电流的不流动。
当电池胞平衡开关21被接通时，建立闭路，包括电池胞11、被连接到结点n1的诊断电阻器Rc、被连接到结点n1的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关21、以及被连接到结点n0的诊断电阻器Rc。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V1”是从电池胞11输出的电压当中的被施加到被连接到结点n1、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关21的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关21被切断时，电池胞11构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n1的诊断电阻器Rc、被连接到结点n1的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n0的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n0的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V1”是电池胞11的电压值。
当电池胞平衡开关22被接通时，建立闭路，包括电池胞12、被连接到结点n2的诊断电阻器Rc、被连接到结点n2的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关22、以及被连接到结点n1的诊断电阻器Rc。因此，从电压感测电路30输出的结点间电压值“V2”是在电池胞12中感测到的电压当中的被施加到被连接到结点n2、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关22的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关22被切断时，电池胞12构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n2的诊断电阻器Rc、被连接到结点n2的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n1的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n1的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V1”是电池胞12的电压值。
当电池胞平衡开关23被接通时，建立闭路，包括电池胞13、被连接到结点n3的诊断电阻器Rc、被连接到结点n3的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关23、以及被连接到结点n2的诊断电阻器Rc。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V3”是从电池胞13输出的电压当中的被施加到被连接到结点n3、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关23的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关23被切断时，电池胞13构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n3的诊断电阻器Rc、被连接到结点n3的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n2的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n2的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V3”是电池胞13的电压值。
当电池胞平衡开关24被接通时，建立闭路，包括电池胞14、被连接到结点n4的诊断电阻器Rc、被连接到结点n4的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关24、以及被连接到结点n3的诊断电阻器Rc。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V4”是从电池胞14输出的电压当中的被施加到被连接到结点n4、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关24的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关24被切断时，电池胞14构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n4的诊断电阻器Rc、被连接到结点n4的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n3的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n3的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V4”是电池胞14的电压值。
当电池胞平衡开关25被接通时，建立闭路，包括电池胞15、被连接到结点n5的诊断电阻器Rc、被连接到结点n5的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关25、以及被连接到结点n4的诊断电阻器Rc。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V5”是从电池胞15输出的电压当中的被施加到被连接到结点n5、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关25的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关25被切断时，电池胞15构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n5的诊断电阻器Rc、被连接到结点n5的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n4的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n4的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V5”是电池胞15的电压值。
当电池胞平衡开关26被接通时，建立闭路，包括电池胞16、被连接到结点n6的诊断电阻器Rc、被连接到结点n6的二极管D、放电电阻器Rb、电池胞平衡开关26、以及被连接到结点n5的诊断电阻器Rc。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V6”是从电池胞16输出的电压当中的被施加到被连接到结点n6、放电电阻器Rb、以及电池胞平衡开关26的二极管D的电压值。
相反地，当电池胞平衡开关26被切断时，电池胞16构造开路。因此，电流没有流过被连接到结点n6的诊断电阻器Rc、被连接到结点n6的过电流保护电阻器Ra、被连接到结点n5的诊断电阻器Rc、以及被连接到结点n5的过电流保护电阻器Ra。因此，在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V6”是电池胞16的电压值。
在本说明书中，当电池胞平衡开关21～26被切断时在电压感测电路30中感测到的结点间电压值“V1～V6”被称为“电池胞电压值”。
根据在电池组内每个电池胞被连接的顺序，控制单元40将电池胞平衡电路20当中的待诊断电路分类成至少两组。分类准则可以被不同地预设。
根据本公开的示例性实施例，控制单元40根据从电池组10的低电势端子连接电池胞11～16中的每一个的位置划分出奇数组和偶数组。因此，包括被连接到电池胞11、13和15的电池胞平衡开关21、23和25的电池胞平衡电路是奇数组，并且包括被连接到电池胞12、14和16的电池胞平衡开关22、24和26的电池胞平衡电路是偶数组。
控制单元40输出用于控制电池胞平衡开关21～26的接通和切断的信号。在本实例中，控制单元40对在电池胞平衡电路中包括的电路当中的要被诊断的目标电池胞平衡电路和非目标电池胞平衡电路进行分类，并且输出用于控制电池胞平衡开关21～26的接通和切断的信号。
例如，控制单元40输出控制信号以接通被连接到奇数组，即，电池胞11、13和15的电池胞平衡开关21、23和25，并且输出控制信号以切断被连接到偶数组，即，电池胞12、14以及16的电池胞平衡开关22、24以及26，以便于检查电池胞平衡电路20当中的包括电池胞平衡开关21、23以及25的电池胞平衡电路的一部分。
相反地，控制单元40输出控制信号以切断被连接到奇数组，即，电池胞11、13以及15的电池胞平衡开关21、23以及25，并且输出控制信号以接通被连接到偶数组，即，电池胞12、14以及16的电池胞平衡开关22、24以及26，以便于检查电池胞平衡电路20当中的包括电池胞平衡开关22、24以及26的电池胞平衡电路的一部分。
在本说明书中，当电池胞平衡电路20当中的被包括在与被包括在要被诊断的电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关21、23以及25(另一方面，22、24以及26)相邻的电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关22、24以及26(另一方面，21、23以及25)的切断状态下要被诊断的电池胞平衡电路的电池胞平衡开关21、23以及25(另一方面，22、24以及26)被接通时，从电压感测电路30输出的结点间电压值“V1～V6”被称为“诊断电压值”。
根据本公开的诊断设备100可以包括存储器单元41。存储器单元41可以被布置在控制单元40的内部或者外部，并且可以通过各种已知的装置被连接到控制单元40。存储器单元对应于高容量存储介质，诸如被称为能够记录和擦写数据的硬盘或者半导体器件，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)等等，并且包含不论装置类型如何能够存储信息的任何装置并且不限于特定的存储器装置。
为了执行如下面指定的计算和各种控制逻辑，控制单元40可以包括在本公开属于的技术领域中公知的处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、以及数据处理装置。而且，当在软件中实现如下面描述的控制逻辑时，控制单元40可以被实现为程序模块的组件。在本实例中，程序模块可以被存储在存储器单元41中并且通过处理器执行。
在下文中，将会描述根据本公开的示例性实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法。然而，在此省略在上面指定的诊断设备100的每个组件和重复的描述。而且，为了便于理解，将会基于其中被包括在电池组10中的电池胞11～16被分类成奇数组电池胞11、13以及15和偶数组电池胞12、14以及16的实施例描述被包括在电池组10中的电池胞11～16。
图2和图3是图示根据本公开的示例性实施例的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法的流程图。
首先，在步骤201中，控制单元40控制电池胞平衡开关21～26成切断状态。而且，控制单元40通过电压感测电路30感测电池胞平衡电路的结点间电压值V1～V6。控制单元40完成步骤201的过程并且进入步骤202。
在步骤202中，控制单元40将结点间电压值V1～V6作为“电池胞电压值”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤202的过程并且进入步骤203。
在步骤203中，控制单元40输出控制信号以接通被包括在被连接到奇数组电池胞11、13以及15的电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关21、23以及25。同时，控制单元40输出控制信号以切断被包括在被连接到偶数组电池胞12、14以及16的电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关22、24以及26。控制单元40完成步骤203的过程并且进入步骤204。
在步骤204中，控制单元40将结点间电压值V1～V6作为“诊断电压值(奇数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤204的过程并且进入步骤205。
在步骤205中，控制单元40输出控制信号以接通被连接到偶数组电池胞12、14以及16的被包括在电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关22、24以及26。同时，控制单元40输出控制信号以切断被连接到奇数组电池胞11、13以及15的被包括在电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关21、23以及25。控制单元40完成步骤205的过程并且进入步骤206。
在步骤206中，控制单元40将结点间电压值V1～V6作为“诊断电压值(偶数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤206的过程并且进入步骤207。
在步骤207中，控制单元40计算在相邻的电池胞电压值之间的差值，并且将此作为“电池胞差值”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤207的过程并且进入步骤208。
在步骤208中，控制单元40计算在相邻的“诊断电压值(奇数)”之间的差值，并且将此作为“诊断差值(奇数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤208的过程并且进入步骤209。
在步骤209中，控制单元40计算在相邻的“诊断电压值(偶数)”之间的差值，并且将此作为“诊断差值(偶数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤209的过程并且进入步骤210。
在步骤210中，控制单元40计算在电池胞差值与诊断差值(奇数)之间的差值，并且将此作为“确定值(奇数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤210的过程并且进入步骤211。
在步骤211中，控制单元40计算在电池胞差值与诊断差值(偶数)之间的差值，并且将此作为“确定值(偶数)”存储在存储器单元41中。控制单元40完成步骤211的过程并且进入步骤212。
在步骤212中，控制单元30通过分析确定值(奇数)和确定值(偶数)的变化模式确定在电池胞平衡电路中是否存在异常。
根据示例性实施例，控制单元40可以确定，当与相邻的确定值相比较时，发现水平减少的确定值所对应的电池胞平衡电路20中存在异常。
具体地，在确定值(奇数)当中，与奇数组电池胞11、13和15相对应的确定值被相互比较。在本实例中，在与其它确定值的比较中，当任何一个确定值在水平上减少时，确定与该相应确定值相对应的电池胞平衡电路20的电池胞平衡开关21、23以及25(中的任意一个)中出现异常或者布线错误。类似地，在确定值(偶数)当中，与偶数组电池胞12、14、以及16相对应的确定值被相互比较。在本实例中，在与其它确定值的比较中，当任何一个确定值在水平上减少时，确定在与该相应确定值相对应的电池胞平衡电路20的电池胞平衡开关22、24以及26(中的任意一个)中出现异常或者布线错误。
根据另一实施例，当通过比较相邻的确定值，变化量大于预设的参考变化值时，确定在相对应的电池胞平衡电路中存在异常。
考虑到二次电池胞11～16的特性可以不同地设置参考变化值。而且，在步骤201之前预设的参考变化值可以被存储在存储器单元41中。
具体地，在确定值(奇数)当中，与奇数组电池胞11、13以及15相对应的确定值被相互比较。在本实例中，进行关于在与其它确定值的比较中是否任意一个确定值在水平上减少的程度大于或者等于参考变化值的确定。当确定值的水平减少程度大于或者等于参考变化值时，确定在与该相应确定值相对应的电池胞平衡电路20的电池胞平衡开关21、23以及25(中的任意一个)中出现异常或者布线错误。类似地，在确定值(偶数)当中，与奇数组电池胞12、14以及16相对应的确定值被相互比较。在本实例中，进行关于在与其它确定值的比较中是否任意一个确定值在水平上减少的程度大于或者等于参考变化值的确定。当确定值的水平减少程度大于或者等于参考变化值时，确定在与该相应确定值相对应的电池胞平衡电路20的电池胞平衡开关22、24以及26(中的任意一个)中出现异常或者布线错误。在上述实施例的情况中，可以通过异常的错误确定来解决问题，基于与位于电池组10的最低的电势端子处的二次电池胞11或者位于最高的电势端子处的二次电池胞16相对应的“诊断电压值”小于位于电池组10中的其它的二次电池胞12、13、14以及15的测量结果确定已经出现该异常。
与传统的异常诊断设备和方法相比较，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备和方法可以更加正确地确定是否已经发生异常。特别地，当控制电池胞平衡开关时，很小的时间差可能出现。在这样的情况下，在被包括在电池组中的电池胞中可能出现电压变化，并且不论此变化如何，通过诊断值和确定值的差值可以正确地确定是否已经发生异常。
在下文中，将会通过具体示例描述本公开的作用。
图4至图9是示出电池胞电压值和诊断电压值的具体示例性值的表。在本实施例中，假定由于图1中示出的电路的电压感测线L2中的短路导致异常发生。
图4和图5图示下述情况，其中在没有遵循本公开的情况下，进行关于使用在电池胞电压值和诊断电压值之间的差值是否已经简单地发生异常的确定。
首先，图4图示其中异常没有发生的情况。在本实例中，被测量的电池胞电压值是3.5V，诊断电压值(奇数)是3.3V，并且诊断电压值(偶数)是3.3V。因此，在电池胞电压值和诊断电压值(偶数)之间的差值都是0.2V，并且在电池胞电压值和诊断电压值(偶数)之间的差值都是0.2V。因此，因为所有的差值是相等的，所以确定没有发生异常。
接下来，图5图示其中异常发生的情况。在本实例中，能够看到，在诊断电压值(奇数)当中，仅V3已经变成0.5V，并且在诊断电压值(偶数)当中，仅V2已经变成0.5V。因此，在电池胞电压值和与V1、V4、V5以及V6相对应的诊断电压值之间的所有的差值(奇数、偶数)是0.2V，但是在电池胞电压值和与V2和V3相对应的诊断电压值之间的差值是3.0V。因此，可以确定在与V2和V3相对应的电压感测线L2中发生异常。
然而，图4和图5中示出的方法(不同于本公开的方法)是以下述为前提，即，被包括在电池组10中的所有电池胞11～16的电压是相等的，并且同时，当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时并且当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时电池胞电压值都是相等的。因此，如果上述条件稍微没有被满足，则异常确定的精确度被降低。下面图6是其中当上述条件没有被满足时错误地确定异常情形的示例。
图6图示下述情况，其中，异常发生但是当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时并且当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时电池胞电压值已经改变。具体地，当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时，电池胞电压已经变成低了0.2V的3.3V。而且，当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时，电池胞电压已经变成高了0.2V的3.7V。
结果，在诊断电压值(奇数)当中，与V3相对应的诊断电压值被测量为3.3V。因此，在电池胞电压值和诊断电压值(与V3相对应)之间的差值是0.2V。该值是与在图4的情况下，即，在异常没有发生的情况下，计算的电池胞电压值与诊断电压值(奇数)之间的差值相同的差值。因此，尽管异常发生，但是可以确定为正常情况。
此外，能够看到所有的诊断电压值(偶数)被测量为3.49V。因此，在电池胞电压值和诊断电压值(偶数)之间的差是0.01V。此值是比在图4的情况下，即，在异常没有发生的情况下，计算的电池胞电压值和诊断电压(偶数)之间的差值的水平低的值。因此，尽管仅在电压感测线L2中发生异常，但是可以错误地确定在与V2、V4以及V6相对应的所有电池胞平衡电路中已经发生异常。
相反地，当当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时电池胞电压值已经改变时并且当当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时电池胞电压值已经改变时，根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备100和方法可以正确地确定是否异常发生，尽管电池胞电压值是不同的。
在下文中，图7和图9图示根据本公开的进行关于是否异常发生的确定。
图7示出下述情况，其中，异常没有发生，但是当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时并且当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时电池胞电压值已经改变。具体地，当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时，电池胞电压值已经减少了0.2V到3.3V。而且，当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时，电池胞电压值已经增加了0.2V到3.7V。
在图7的实施例中，能够看到根据本公开的实施例计算电池胞差值、诊断差值(奇数)、诊断差值(偶数)、确定值(奇数)、以及确定值(偶数)。特别地，看到确定值(奇数)和确定值(偶数)，能够看到在值中不存在差。然而，由于与位于电池组10的最上面部分处的电池胞11和16的电压值相关联的特性，导致在确定值(奇数)当中的与V5相对应的确定值和确定值(偶数)当中的与V2相对应的确定值是有点小的值。此不同是自然结果，并且因此，根据本公开的控制单元40确定异常没有发生。
图8示出其中电池胞电压值是各种不同的情况，进一步示出图7的情况。即，异常没有发生并且被包括在电池组10中的电池胞11～16具有不同的电压值。同样地，当与奇数组相对应的电池胞平衡开关21、23以及25被接通时，电池胞电压值已经减少了0.2V到3.3V。而且，当与偶数组相对应的电池胞平衡开关22、24以及26被接通时，电池胞电压值已经增加了0.2V到3.7V。
在图8的实施例中，也能够看到根据本公开的实施例计算电池胞差值、诊断差值(奇数)、诊断差值(偶数)、确定值(奇数)以及确定值(偶数)。特别地，看到确定值(奇数)和确定值(偶数)，能够看到在确定值(奇数)和确定值(偶数)中差没有发生，尽管电池胞电压值是不同的。然而，由于与位于电池组10的最外面的部分处的电池胞11和16的电压值相关联的特性，导致在确定值(奇数)当中的与V5相对应的确定值和确定值(偶数)当中的与V2相对应的确定值是有点小的值。此不同是自然结果，并且因此，根据本公开的控制单元40确定异常没有发生。
最后，让我们看看图9的实施例。图9示出其中由于在图8中的电压感测线L2中的短路导致异常发生的情形。
在图9的实施例中，也能够看到，根据本公开的实施例计算电池胞差值、诊断差值(奇数)、诊断差值(偶数)、确定值(奇数)、以及确定值(偶数)。特别地，看到确定值(奇数)当中的V3，能够看到与V3相对应的确定值远远小于比其它的确定值。因此，根据本公开的控制单元40确定在电池胞平衡电路20中已经发生异常。
根据本公开的诊断电池胞平衡电路中的异常的上述过程可以被定期地执行，或者当从外部请求异常诊断时可以被执行。
同时，根据本发明的用于诊断电池胞诊断电路中的异常的设备可以进一步包括：异常报警器(未示出)，当在电池胞平衡电路中出现异常时，该异常报警器向外部通知异常的发生和异常的原因。控制单元40确定在电池胞平衡开关中存在异常时，控制单元40可以将异常发生信号发送到异常报警器，通过该异常报警器，向外部可视地或者可听地通知异常的发生和异常的原因。
异常报警器包括发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)、报警器、或者其组合。在这样的情况下，当异常发生信号被输入时，异常报警器可以通过闪烁LED或者在LCD上输出报警消息或者通过产生报警嗡嗡声，向用户通知电池胞平衡电路中的异常和异常的原因。LED、LCD以及报警器仅是异常报警器的示例，并且对于本领域的普通技术人员来说显然的是，以修改的各种形式的可视的或者音频报警器可以作为异常报警器被采用。
根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备100可以是包括被串联地连接的多个二次电池单元的电池组的一个组件。在这样的情况下，控制单元40可以被包括在电池管理系统(BMS)中，该电池管理系统(BMS)控制电池组的充电和放电。BMS可以执行以本领域的普通技术人员的水平能够应用的各种控制功能，包括，包括每个二次电池单元的电压或者电流的电气特性的测量、充电/放电控制、电压均衡控制、充电状态(SOC)估计等等。
根据本公开的电池组可以是包括电池组和被供应有来自于电池组的电力的负载的电池操作系统的一个组件。
电池操作系统可以是，例如，电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、电动自行车、电动工具、蓄能系统、不间断电源(UPS)、便携式计算机、移动电话、便携式音频播放器、或者便携式视频播放器，并且负载可以是，例如，通过来自于电池组的电力提供旋转力的马达、或者将从电池组供应的电力转换成对于各种电路组件所要求的电力的能量转换电路。
同时，在本公开的描述中，应理解的是，在逻辑上而不是在物理上区分如在图1中所示的根据本公开的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备的每个元件。
即，每个元件对应于实现本公开的技术精神的逻辑元件，并且因此，尽管每个元件被集成或者被分离，但是如果能够实现通过本公开的逻辑元件执行的功能应被解释为落入本公开的范围内，并且应被理解的是，如果其是执行相同或者相似功能的元件，则其落入本公开的范围内，不论是否名称是相同的。
在上文中，通过具体实施例和附图已经描述了本公开，但是本公开不限于此并且应被理解，在本公开和随附的权利要求和它们的等同物的精神和范围内通过本领域的普通技术人员可以进行各种变化和修改。
<附图参考标号描述>
10：电池组           11-16：二次电池胞
20：电池胞平衡电路   21-26：电池胞平衡开关
30：电压感测电路     40：控制单元
41：存储器单元       100：诊断电池胞平衡电路中异常的设备

Claims (19)

1.一种用于诊断电池组中的电池胞平衡电路中的异常的设备，所述电池组包括与各电池胞平衡电路相对应的多个电池胞，所述设备包括：
电池胞平衡电路，所述电池胞平衡电路被并联连接到与各电池胞的两个端子连接的电压感测线，并且包括电池胞平衡开关和放电电阻器；
诊断电阻器，相对于电池胞电压感测线和电池胞平衡电路被连接的结点(高电势结点和低电势结点)，所述诊断电阻器在所述电池胞一侧被安装在该电压感测线上；
电压感测电路，所述电压感测电路输出对应于所述高电势结点和所述低电势结点之间的电压差的电压(在下文称“结点间电压值”)；以及
控制单元，所述控制单元存储所述电池胞平衡开关的切断状态下的结点间电压值(在下文称“电池胞电压值”)以及在相邻于待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡电路所包括的电池胞平衡开关的切断状态下通过接通电池胞平衡电路中所述待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡开关的结点间电压值(在下文称“诊断电压值”)，以计算在相邻的电池胞电压值之间的差值(在下文称“电池胞差值”)和在相邻的诊断电压值之间的差值(在下文称“诊断差值”)，并且通过分析所述电池胞差值和所述诊断差值之间的差值(在下文称“确定值”)的变化模式确定在所述电池胞平衡电路中是否存在异常。
2.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，进一步包括：
二极管，所述二极管在所述电池胞平衡电路上的所述高电势结点和所述低电势结点之间被串联连接到所述放电电阻器以限制在相反方向的电压的施加。
3.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，所述电池胞平衡开关是场效应晶体管(FET)。
4.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，根据在所述电池组内各电池胞被连接的位置，所述控制单元把所述电池胞平衡电路分类成至少两组。
5.根据权利要求4所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，根据从所述电池组的低电势端子连接的各电池胞的位置，所述控制单元划分出奇数组和偶数组。
6.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，所述控制单元计算所述确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值比较，确定对应于水平减少的确定值的电池胞平衡电路中存在异常。
7.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，其中，所述控制单元计算所述确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值比较，确定对应于大于预设参考变化值的变化量的电池胞平衡电路中存在异常。
8.根据权利要求7所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，进一步包括：
存储器单元，所述存储器存储所述参考变化值。
9.根据权利要求1所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备，进一步包括：
异常报警器，当在所述电池胞平衡电路中发生异常时，所述异常报警器向外部通知所述异常的发生，
其中，所述控制单元通过所述异常报警器可视地或者可听地通知在所述电池胞平衡电路中的异常的发生。
10.一种电池组，包括：
根据权利要求1至9中的任意一项所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的设备；和
多个二次电池胞，所述多个二次电池胞被串联连接。
11.一种电池操作系统，包括：
根据权利要求10所述的电池组；和
负载，所述负载被供应来自于所述电池组的电力。
12.根据权利要求11所述的电池操作系统，其中，所述负载是发电装置或者便携式装置。
13.一种用于诊断包括多个电池胞的电池组中的电池胞平衡电路中的异常方法，所述方法使用：电池胞平衡电路，所述电池胞平衡电路被并联连接到与各电池胞的两个端子连接的电压感测线，并且包括对应于各电池胞的电池胞平衡开关和放电电阻器；诊断电阻器，相对于电池胞电压感测线和电池胞平衡电路被连接的结点，所述诊断电阻器在所述电池胞一侧被安装在所述电压感测线上；和电压感测电路，所述电压感测电路输出对应于所述电池胞的结点之间的电压差的电压，所述方法包括：
(a)通过控制所述电池胞平衡开关，在所述电池胞平衡开关的切断状态下，经所述电压感测电路感测在所述电池胞平衡电路的结点之间的电压值；
(b)在相邻于待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡电路中的电池胞平衡开关的切断状态下，通过接通电池胞平衡电路当中所述待诊断电池胞平衡电路的电池胞平衡开关，感测在所述电池胞的结点之间的电压值(在下文称“诊断电压值”)；以及
(c)计算相邻的电池胞电压值之间的差值(在下文称“电池胞差值”)和相邻的诊断电压值之间的差值(在下文称“诊断差值”)，并且通过分析所述电池胞差值与所述诊断差值之间的差值(在下文称“确定值”)的变化模式确定是否在所述电池胞平衡电路中存在异常。
14.根据权利要求13所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，其中，在所述步骤(b)中，根据所述电池组内各电池胞被连接的位置，所述待诊断电路被分类成至少两组。
15.根据权利要求14所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，其中，在所述步骤(b)中，根据从所述电池组的低电势端子连接各电池胞的位置，所述待诊断电路被划分成奇数组和偶数组。
16.根据权利要求13所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，其中，所述步骤(c)包括计算所述确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值相比较来确定对应于水平减少的确定值的电池胞平衡电路中存在异常。
17.根据权利要求13所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，其中，所述步骤(c)包括计算所述确定值的绝对值，并且通过与相邻的确定值相比较来确定对应于大于预设参考变化值的变化量的电池胞平衡电路中存在异常。
18.根据权利要求17所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，进一步包括：
在所述步骤(a)之前，存储所述参考变化值。
19.根据权利要求13所述的用于诊断电池胞平衡电路中的异常的方法，进一步包括：
(d)当在所述电池胞平衡电路中出现异常时，向外部可视地或者可听地通知所述异常的发生。
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