电池组及其控制方法与流程

电池组及其控制方法本申请参考于2012年3月23日在韩国知识产权局在先提交的并按规定分配的序列号为10-2012-0030237的申请，将所述申请包含于此，并要求所述申请的所有权益。技术领域本发明的一个实施例涉及一种电池组和一种控制该电池组的方法，更具体地讲，涉及一种从发电模块接收充电电流的电池组和一种控制该电池组以减少从发电模块供应到电池组的电能的损失的方法。

背景技术：
通常，与不能被充电和放电的一次电池不同，二次电池可以被充电和放电。二次电池可以用作移动装置、电动车辆、混合动力车辆、电动自行车和不间断电源(UPS)等的能量源。根据使用二次电池的外部装置的类型，二次电池可以以单个电池的形式使用，或者可以以通过使多个二次电池成组而形成的电池模块的形式使用。铅酸电池可以用作使发动机起动的电源装置。近来，为了改善燃料效率，使用了怠速停止和启动(ISG)系统，并且该ISG系统已经广为使用。不管发动机起动的高输出特性和发动机试图起动的高频率为何，支持ISG系统的电源装置(即，发动机怠速防止系统)必须良好地保持其充电和放电特性并且必须具有保证的寿命。然而，由于ISG系统中的频繁的、重复性的发动机停止和再起动，可能导致现有的铅酸电池的充电和放电特性劣化。

技术实现要素：
本发明的一个或多个实施例提供了一种接收来自发电模块的充电电流的电池组和一种控制电池组以减少从发电模块供应到电池组的电能的损失的方法。附加方面将在下面的描述中部分地进行阐述，部分地通过描述将是清楚 的，或者可以通过实践所给出的实施例而知晓。根据本发明的一个或多个实施例，一种电池组包括：主电池，用来通过接收来自发电模块的充电电流而充入电能；副电池，用来通过接收来自发电模块的充电电流而充入电能；电池控制单元，用来在主电池的电压等于或大于第一参考电压时控制来自发电模块的充电电流传递到副电池而不是主电池。发电模块的输出电压高于主电池的额定电压，副电池的额定电压高于主电池的额定电压。电池组还可以包括：第一开关，串联地连接在发电模块与主电池之间；第二开关，串联地连接在发电模块与副电池之间。当主电池的电压小于第一参考电压时，电池控制单元可以使第一开关接通并可以使第二开关断开；当主电池的电压等于或大于第一参考电压时，电池控制单元可以使第二开关接通并可以使第一开关断开。电池组还可以包括副电池放电单元，副电池放电单元在副电池的电压等于或大于第二参考电压时使副电池放电，第二参考电压可以对应于副电池被完全充电时的副电池的电压。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关。当副电池的电压小于第二参考电压时，电池控制单元可以使第三开关断开；当副电池的电压等于或大于第二参考电压时，电池控制单元可以使第三开关接通。电池组可以被包括在具有发动机的运输设备中，并且可以向起动电动机供应放电电流，起动电动机提供用来使运输设备的发动机起动的驱动动力，发电模块可以利用由发动机供应的能量产生电能。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关。当副电池的电压小于第二参考电压时，电池控制单元可以使第三开关断开；当副电池的电压等于或大于第二参考电压时，电池控制单元可以使第三开关接通；当副电池的电压大于第三参考电压时，电池控制单元可以使第三开关接通；当副电池的电压等于或小于第三参考电压时，电池控制单元可以使第三开关断开。第二参考电压对应于副电池被完全充电时的副电池的电压，第三参考电压对应于副电池的一定电压。该一定电压低于第二参考电压并且对应于利用储存在副电池中的电能能够一次性驱动起动电动机的充电容量。电池控制单元可以在放电模式下放出来自主电池和副电池的放电电流。电池组还可以包括：第一开关，串联地连接在发电模块与主电池之间； 第二开关，串联地连接在发电模块与副电池之间，电池控制单元可以在放电模式下使第一开关和第二开关接通。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关，电池控制单元可以在放电模式下使第三开关断开。根据本发明的一个或多个实施例，一种控制包括通过接收来自发电模块的充电电流来充入电能的主电池和副电池的电池组的方法包括下述操作：测量主电池的电压；当主电池的电压等于或大于第一参考电压时，将来自发电模块的充电电流传递到副电池而不是主电池。发电模块的输出电压高于主电池的额定电压，副电池的额定电压高于主电池的额定电压。电池组还可以包括：第一开关，串联地连接在发电模块与主电池之间；第二开关，串联地连接在发电模块与副电池之间。所述方法还可以包括下述操作：当主电池的电压小于第一参考电压时，使第一开关接通并使第二开关断开；当主电池的电压等于或大于第一参考电压时，使第二开关接通并使第一开关断开。所述方法还可以包括当副电池的电压等于或大于第二参考电压时使副电池放电的操作，第二参考电压可以对应于副电池被完全充电时的副电池的电压。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关。所述方法还可以包括下述操作：当副电池的电压小于第二参考电压时，使第三开关断开；当副电池的电压等于或大于第二参考电压时，使第三开关接通。电池组可以被包括在具有发动机的运输设备中，并且可以向起动电动机供应放电电流，起动电动机提供用来使运输设备的发动机起动的驱动动力，发电模块可以利用由发动机供应的能量产生电能。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关。所述方法还可以包括下述操作：当副电池的电压小于第二参考电压时，使第三开关断开；当副电池的电压等于或大于第二参考电压时，使第三开关接通；当副电池的电压大于第三参考电压时，使第三开关接通；当副电池的电压等于或小于第三参考电压时，使第三开关断开。第二参考电压对应于副电池被完全充电时的副电池的电压，第三参考电压对应于副电池的一定电压，该一定电压低于第二参考电压，并且对应于利用储存在副电池中的电能能够一次性驱动起动电动机的充电容量。所述方法还可以包括在放电模式下从主电池和副电池释放放电电流的操作。电池组还可以包括串联地连接在发电模块与主电池之间的第一开关以及串联地连接在发电模块与副电池之间的第二开关，所述方法还可以包括在放电模式下使第一开关和第二开关接通的操作。电池组还可以包括连接在副电池的端部端子之间的第三开关。所述方法还可以包括在放电模式下使第三开关断开的操作。附图说明通过参照以下结合附图考虑时的详细描述，对本发明的更为完整的理解及其许多附带的优点将容易清楚，同时变得更好理解，在附图中同样的附图标记表示相同或相似的组件，其中：图1是示出了安装有利用本发明实施例的原理构造的电池组的运输设备的示图；图2是示出了利用本发明另一实施例的原理构造的电池组的结构的示图；图3是示出了图2的电池组中的主电池和副电池的特性的示图；图4是根据本发明实施例的控制电池组的方法的流程图；图5是示出了利用本发明另一实施例的原理构造的电池组的结构的示图；图6是根据本发明另一实施例的控制电池组的方法的流程图；图7是根据本发明又一实施例的控制电池组的方法的流程图。具体实施方式通过参照以下对优选实施例的详细描述和附图，可以更容易理解本发明的优点和特征及实现这些优点和特征的方法。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将把本发明的构思充分地传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来进行限定。此外，在此叙述的所有示例和附条件语句将在被解释为不局限于这些具体叙述的示例和条件。在整个说明书中，单数形式可以包括复数形式，除非有与之相反 的特殊描述。另外，诸如“包括”或“包含”的术语用来说明存在所叙述的形式、数量、工艺、操作、组件和/或它们的组，但不排除存在一个或多个其它叙述的形式、数量、工艺、操作、组件和/或它们的组。尽管使用术语“第一”和“第二”来描述不同的组件、部件、区域、层和/或部分，但是这些组件、部件、区域、层和/或部分显然不受术语“第一”和“第二”的限制。术语“第一”和“第二”仅仅用来在每个组件、部件、区域、层和/或部分之间进行区分。在下文中，将通过参照附图解释本发明的示例性实施例来详细地描述本发明。图1是示出了安装有根据本发明实施例的电池组100的运输设备10的示图。例如，运输设备10可以包括车辆和电动自行车等。电池组100可以通过接收由发电模块110产生的充电电流I1来储存电能，并且可以向起动电动机120供应放电电流I2。例如，发电模块110可以电力连接到发动机(未示出)，就这点而言，发电模块110可以连接到发动机的驱动轴并且由此可将旋转动力转换为电学输出。这里，由发电模块110产生的充电电流I1可以供应给电池组100。例如，发电模块110可以包括直流(DC)发电机(未示出)或交流(AC)发电机(未示出)以及整流装置等，并且可以供应大约15V的DC电压，特别地，在大约14.2V和大约14.8V之间的DC电压。例如，可以在发动机起动时驱动起动电动机120，并且起动电动机120可以提供初始旋转动力来使发动机的驱动轴旋转。例如，当使发动机起动或在怠速停止后使发动机再起动时，起动电动机120可以经由电池组100的第一端子P1和第二端子P2接收储存在电池组100中的电力，然后可以通过使驱动轴旋转来起动发动机。在发动机起动时驱动起动电动机120，并且在对由起动电动机120起动的发动机进行驱动的同时，驱动发电模块110来产生充电电流I1。例如，电池组100可以用作用来起动具有怠速停止和启动(ISG)功能的ISG系统的发动机的电力装置，以改善燃料效率。在ISG系统中，频繁地重复发动机的停止和再起动，因此对电池组100进行重复地充电和放电。在应用于当代的ISG系统的铅酸电池中，因为重复地进行电池的充电操作和放电操作，所以可能使电池的耐久性和寿命缩短，并且可能使电池的充电特性和放电特性劣化。例如，由于重复的充电操作和放电操作导致充电容 量劣化，从而使发动机的起动性能劣化并缩短了铅酸电池的更换周期。根据本实施例，电池组100包括很好地保持了其充电特性和放电特性且与铅酸电池相比其随时间的劣化较小的锂离子电池，从而电池组100可以适合应用于频繁地重复发动机的停止和再起动的ISG系统。另外，因为电池组100与具有相同充电容量的铅酸电池相比重量变得更轻，所以可以改善燃料效率；因为电池组100与铅酸电池相比以较小的尺寸实现了相同的充电容量，所以可以节省安装空间。锂离子电池可以具有在大约12.6V和大约13.05V之间的DC额定电压。额定电压是指在充电操作过程中对于电池而言可接受的电压。除了锂离子电池之外，利用本实施例的原理构造的电池组100还可以包括各种类型的电池。这里，包括在电池组100中的电池的额定电压可以低于发电模块10的输出电压。例如，镍金属氢化物(NiMH)电池或镍镉电池等可以应用于电池组100。至少一个电负载130与发电模块110和起动电动机120一起可以电连接到电池组100。电负载130的数量和类型可以根据运输设备10的类型而变化。电负载130可以消耗储存在电池组100中的电力，并可以经由第一端子P1和第二端子P2接收来自电池组100的放电电流I2。电负载130可以包括各种类型的电子装置，例如导航装置、音频装置、照明灯光、车辆黑盒或防盗装置等。主控单元140控制安装了电池组100的运输设备10的所有操作。主控单元140可以经由第三端子P3连接到电池组100，从而主控单元140可以与电池组100交换控制信号，可以监视电池组100的状态，并且可以控制电池组100的操作。另外，主控单元140可以调整发电模块110的输出电流。主控单元140可以监视电池组00的状态，并由此可以使发电模块110的充电电流I1增大或减小。此外，主控单元140可以向电池组100提供关于运输设备10的操作状态、充电模式或放电模式的信息，从而电池组100可以根据运输设备10的操作状态而操作。图2是示出了利用本发明另一实施例的原理构造的电池组100a的结构的示图。利用本实施例的原理构造的电池组100a包括主电池210、副电池220、电池管理系统(BMS)230、第一开关SW1和第二开关SW2。主电池210和副电池220是彼此并联地电连接在第一端子P1和第二端子P2之间且利用由发电模块110供应的充电电流而被充以电能的电池单元。图3是示出了图2的电池组100a中的主电池210和副电池220的特性的示图。参照图3，发电模块110的输出电压比在充电操作过程中主电池210可接受的最大电压高。副电池220是其在充电操作过程中的可接受电压比主电池210在充电操作过程中的可接受电压大的电池单元，并且副电池220可以接受发电模块110的输出电压。因此，即使在主电池210在充电操作过程中到达了其可接受的最大电压之后，副电池220也可以接收来自发电模块110的充电电流并且可以进行充电。另外，与副电池220相比，主电池210可以具有较大的充电容量。根据本实施例，主电池210可以是锂离子电池，副电池220可以是铅酸电池。锂离子电池的响应速度快，并由此具有优异的初始输出特性。因此，当主电池210被形成为锂离子电池且副电池220被形成为铅酸电池时，能够改善电池组100a的输出特性并同时减小了由发电模块110供应的电力的损失。作为另一示例，可以将NiMH电池或镍镉电池等应用于主电池210。返回参照图2，第一开关SW1与主电池210串联地电连接在第一端子P1和第二端子P2之间。参照图2，第一开关SW1电连接在第一端子P1和主电池210之间。然而，在另一示例中，第一开关SW1可以电连接在主电池210和第二端子P2之间。第二开关SW2与副电池220串联地电连接在第一端子P1和第二端子P2之间。参照图2，第二开关SW2连接在第一端子P1和副电池220之间。然而，在另一示例中，第二开关SW2可以电连接在副电池220和第二端子P2之间。第一开关SW1和主电池210形成第一电荷通路PATH1，第二开关SW2和副电池220形成第二电荷通路PATH2。BMS230控制电池组100a的所有操作。例如，BMS230可以执行主电池210的监视操作、主电池210的单体平衡操作、主电池210的充电操作和放电操作的开始或停止和与主控单元140的通信等。BMS230可以经由第三端子P3连接到主控单元140。这里，电池管理系统(BMS)亦可称作电池控 制单元。BMS230根据主电池210的电压Vmain控制第一开关SW1和第二开关SW2。根据主电池210的电压Vmain，向主电池210或副电池220供应充电电流。更详细地讲，当主电池210的电压Vmain小于第一参考电压时，BMS230经由第一电荷通路PATH1将充电电流输送到主电池210；当主电池210的电压Vmain等于或大于第一参考电压时，BMS230经由第二电荷通路PATH2将充电电流输送到副电池220。这里，第一参考电压(图4和图6中的标号Vref1)被限定为等于或低于主电池的额定电压的电压。第一参考电压对应于主电池210可接受的最大电压。由于上述构造，使得即使在主电池210到达其极值电压时，由发电模块110供应的电力也可以对副电池220进行充电。此外，当BMS230必须向起动电动机120或电负载130供应放电电流时，BMS230可以接通第一开关SW1和第二开关SW2，然后可以放出充在主电池210和副电池220中的电能。在放电模式下，BMS230放出来自主电池210和副电池220二者的电能，从而使充在主电池210中的电能和充在副电池220中的电能可以一起使用，主电池210可以在放电操作的早期阶段具有优异的输出特性。在本实施例中，响应于来自主控单元140的放电请求，BMS230可以在放电模式下操作。图4是根据本发明实施例的控制电池组100a的方法的流程图。当电池组100a在放电模式下操作(操作S402)时，使第一开关SW1和第二开关SW2一起接通，从而从主电池210和副电池220输出放电电流(操作S404)。当电池组100a不在放电模式下操作(操作S402)时，BMS230测量主电池210的电压Vmain(操作S406)，然后确定主电池210的电压Vmain是否等于或大于第一参考电压Vref1。当主电池210的电压Vmain等于或大于第一参考电压Vref1(操作S408)时，BMS230通过断开第一开关SW1并通过接通第二开关SW2来向副电池220供应充电电流(操作S410)。根据本实施例，为了防止瞬间浮置状态，可以首先使第二开关SW2接通，然后可以使第一开关SW1断开。当主电池210的电压Vmain小于第一参考电压Vref1(操作S408)时，BMS230通过接通第一开关SW1并通过断开第二开关SW2来向主电池210 供应充电电流(操作S412)。根据本实施例，为了防止瞬间浮置状态，可以首先使第一开关SW1接通，然后可以使第二开关SW2断开。图5是示出了根据本发明另一实施例的电池组100b的结构的示图。利用本实施例的原理构造的电池组100b包括主电池210、副电池220、BMS230、第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3。第三开关SW3可以电连接在副电池220的端部端子之间，并且可以通过BMS230来进行控制。第三开关SW3作为使副电池220放电的副电池放电单元来操作。根据本实施例，当副电池220的电压Vsub等于或大于第二参考电压Vref2时，BMS230通过使第三开关SW3接通长达预定的时间段来使副电池220放电。第二参考电压Vref2可以对应于在副电池220完全充电时的副电池220的电压。这里，第二参考电压(图4和图6中的标号Vref2)被限定为等于或低于副电池的额定电压的电压。根据本实施例，当主电池210的电压Vmain到达第一参考电压Vref1并且副电池220被完全充电时，使副电池220放电，从而总是确保电荷通路。图6是根据本发明另一实施例的控制电池组100b的方法的流程图。当电池组100b在放电模式下操作(操作S602)时，使第一开关SW1和第二开关SW2一起接通，从而从主电池210和副电池220输出放电电流(操作S604)。这里，使第三开关SW3断开(操作S604)。当电池组100b不在放电模式下操作(操作S602)时，BMS230测量主电池210的电压Vmain(操作S606)，然后确定主电池210的电压Vmain是否等于或大于第一参考电压Vref1(操作S608)。当主电池210的电压Vmain等于或大于第一参考电压Vref1(操作S608)时，BMS230通过断开第一开关SW1并通过接通第二开关SW2来向副电池220供应充电电流(操作S610)。根据本实施例，为了防止瞬间浮置状态，可以首先使第二开关SW2接通，然后可以使第一开关SW1断开。另外，BMS230测量副电池220的电压Vsub(操作S612)。当副电池220的电压Vsub等于或大于第二参考电压Vref2(操作S614)时，BMS230通过在预定的时间段期间使第三开关SW3接通来使副电池220放电(操作S616)。当主电池210的电压Vmain小于第一参考电压Vref1(操作S608)时，BMS230通过接通第一开关SW1并通过断开第二开关SW2来向主电池210 供应充电电流(操作S618)。这里，使第三开关SW3断开(操作S618)。图7是根据本发明另一实施例的控制电池组100b的方法的流程图。根据本实施例，在主电池210的电压Vmain等于或大于第一参考电压Vref1(操作S608)并且副电池220的电压Vsub等于或大于第二参考电压Vref2(操作S614)时，使副电池220放电(操作S616)，直到副电池220中剩下的电能的量能够一次性驱动起动电动机120为止。当使副电池220放电(操作S616)时，BMS230确定副电池220的电压Vsub是否等于或小于第三参考电压Vref3(操作S702)。这里，第三参考电压Vref3对应于副电池220中剩下的电能的量能够一次性驱动起动电动机120时副电池220呈现出的电压。当副电池220的电压Vsub等于或小于第三参考电压Vref3时，BMS230通过在使第一开关SW1断开且使第二开关SW2接通的同时使第三开关SW3断开来使副电池220停止放电(操作S704)。通过这样做，总是在副电池220中保持剩下的电能的量能够一次性驱动起动电动机120，从而可以进一步稳定地实现ISG功能。根据本发明的上面的实施例中的一个或多个，在用来接收来自发电模块的充电电流的电池组中，可以减少由发电模块供应给电池组的电能的损失。应当理解，在此描述的示例性实施例应当在描述性的意义上来考虑，而不是出于限制性的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其它实施例中的其它类似的特征或方面。