电池组和包括该电池组的电动车辆的充电控制系统的制作方法

技术领域

一个或更多个示例性实施例涉及一种电池组和一种包括该电池组的电动车辆的充电控制系统，更具体地，涉及一种电池组和一种包括该电池组的过充电保护系统，所述过充电保护系统构造为如果由于过充电导致出现电池的异常状态，则通过形成新的放电通路来保护电池免受过充电的影响。

背景技术：

已经对与便携式电子装置(诸如移动电话、膝上型计算机、摄像机或个人数字助理(PDA))的发展关联的可再充电二次电池展开了许多研究。具体地，已经开发出诸如镍-镉电池、铅蓄电池、镍-氢化物电池、锂离子电池、锂聚合物电池、金属锂电池或锌-空气电池的各种类型的二次电池。这样的二次电池通常以单体的形式制造，然后单体与充电/放电电路结合以形成电池组。其后，可通过将电池组的外部端子连接至外部电源或负载来对电池组进行充电或放电。

电池组可安置于需要电能的各种装置中，并通常包括用于保护电池组免受异常状态(诸如过充电的状态或过放电的状态)影响的组件。此外，可监测电池单体的电压和电流以保护电池组免受异常状态的影响。具有用于将正常状态与异常状态区分开并用于确定电池组是否处于异常状态的参考值会是有用的。然而，如果仅设定一个参考值，则会难以在各种环境中有效并安全地使用电池组。

技术实现要素：

一个或更多个示例性实施例包括能够在各种环境中有效地使用的电池组 以及包括该电池组的电动车辆的充电控制系统，所述充电控制系统根据提供至电池组的充电电流的特性来设定保护电流水平。

另外的方面将在下面的描述中部分地阐明，并且部分地通过描述将是清楚的，或者可通过实施所提出的本实施例而了解。

根据一个或更多个示例性实施例，电池组包括：电池模块，包括至少一个可再充电电池单体；充电模式确定器，构造为分析流向电池模块的充电电流的特性，并构造为确定电池组是处于第一充电模式还是处于第二充电模式；保护器，构造为设定电池模块的与第一充电模式对应或与第二充电模式对应的保护电流水平，并构造为当充电电流的水平高于或等于与第一充电模式或第二充电模式中的相应的充电模式对应的保护电流水平时中断充电电流。

与第二充电模式对应的保护电流水平可高于与第一充电模式对应的保护电流水平。

充电模式确定器可构造为通过分析充电电流的波形特性来确定电池组是处于第一充电模式还是处于第二充电模式。

充电模式确定器可构造为：当充电电流在充电电流范围内保持预设时间时，确定电池组处于第一充电模式。

电池组还可包括构造为控制供应到电池模块的充电电流的充电开关以及构造为控制从电池模块输出的放电电流的放电开关，保护器可进一步构造为输出用于控制充电开关和放电开关的控制信号。

根据一个或更多个示例性实施例，电动车辆的充电控制系统包括：电池组，包括电池模块，所述电池模块包括至少一个可再充电电池单体；保护器，构造为设定电池模块的用于第一充电模式和用于第二充电模式的保护电流水平，并构造为当充电电流的水平高于或等于保护电流水平时中断供应至电池模块的充电电流；驱动器，构造为由从电池模块输出的放电电流驱动；充电模式确定器，构造为分析充电电流的特性，并构造为确定电池组是处于第一充电模式还是处于第二充电模式。

第一充电模式可为从充电装置供应充电电流的充电模式，第二充电模式可为由驱动器供应再生电流的充电模式。

保护器可进一步构造为将用于第二充电模式的保护电流水平设定为高于用于第一充电模式的保护电流水平。

充电模式确定器可构造为通过分析充电电流的波形特性来确定电池组是 处于第一充电模式还是处于第二充电模式。

充电模式确定器可构造为：当充电电流在充电电流范围内保持预设时间时，将电池组确定为处于第一充电模式。

充电控制系统还可包括构造为控制供应到电池模块的充电电流的充电开关以及构造为控制从电池模块输出的放电电流的放电开关，保护器可进一步构造为输出用于控制充电开关和放电开关的控制信号。

附图说明

通过下面结合附图所进行的对示例性实施例的描述，这些和/或其它方面将变得清楚且更加容易理解，在附图中：

图1是根据示例性实施例的电池组的示意图；

图2是根据示例性实施例的图1的电池组与充电装置之间的连接的示意图；

图3是根据示例性实施例的电动车辆的充电控制系统的示意图；

图4是根据示例性实施例的在电池组的再生充电期间充电电流的波形的曲线图；以及

图5是根据示例性实施例的在电池组的充电期间通过使用充电装置的充电电流和充电电压的曲线图。

具体实施方式

通过参照下面对实施例和附图的详细描述，将更容易理解发明构思的特征及其实现方法。然而，发明构思可以许多不同的形式来实施，且不应被解释为局限于这里阐述的实施例。在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施例，在附图中同样的附图标记始终表示同样的元件。然而，本发明可以各种不同的形式来实施，且不应被解释为局限于在此阐明的实施例。相反，这些实施例是作为示例来提供的使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的方面和特征充分地传达给本领域的技术人员。因此，可不描述对本领域普通技术人员来说对完整理解本发明的方面和特征不必要的工艺、元件和技术。除非另有说明，否则同样的附图标记在附图和文字描述中始终表示同样的元件，因此，将不重复它们的描述。在附图中，为了清晰起见，可夸大元件、层和区域的相对尺寸。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分并不应受这些术语的限制。这些术语用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，下面描述的第一元件、组件、区域、层或部分可被命名为第二元件、组件、区域、层或部分。

为了方便解释，在这里可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……下面”、“在……上方”、“上面的”等空间相对术语，以描述如图中所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。将理解的是，除了包含图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件随后将被定位“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例术语“在……下方”和“在……下面”可以包含上方和下方两种方位。装置可以被另外定位(例如，旋转90度或在其它方位)并且应该相应地解释在这里使用的空间相对描述语。

将理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可存在一个或更多个中间元件或中间层。此外，也将理解的是，当元件或层被称作“在”两个元件或层“之间”时，该元件或层可以是这两个元件或层之间唯一的元件或层，或者也可以存在一个或更多个中间元件或中间层。

在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不意图显示本发明。如这里所使用的，除非上下文另外明确指明，否则单数形式的“一个(种、者)”、“该(所述)”也意图包括复数形式。还将理解的是，术语“包含”、“包含……的”、“包括”和/或“包括……的”用在本说明书中时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任意和全部组合。诸如“……中的至少一个(种、者)”的表述在一列元件(要素)之前时，修饰的是整列元件(要素)而不是修饰该列元件(要素)中的单个元件(要素)。

如在这里使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术 语而不是程度的术语，并意图解释将被本领域普通技术人员所认识到的测量或计算值中的固有偏差。此外，描述本发明的实施例时“可以”的使用指的是“本发明的一个或更多个实施例”。如这里所使用的，术语“使用”、“使用……的”和“所使用的”可以被认为分别与术语“利用”、“利用……的”和“所利用的”同义。另外，术语“示例性”意图指示例或举例说明。

在这里描述的根据本发明的实施例的电子或电气装置和/或任何其它相关装置或组件可以利用任何合适的硬件、固件(例如，应用型专用集成电路)、软件或者软件、固件和硬件的组合来实现。例如，这些装置的各种组件可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或形成在多个独立的IC芯片上。此外，这些装置的各种组件可以在柔性印刷电路膜、载带封装件(TCP)、印刷电路板(PCB)上实施或形成在一个基底上。此外，这些装置的各种组件可以是在一个或更多个计算装置中的一个或更多个处理器上运行的、执行计算机程序指令并且与用于执行在这里描述的各种功能的其它系统组件进行交互的进程或线程。计算机程序指令被存储在可以利用诸如以随机存储取存储器(RAM)为例的标准存储器装置在计算装置中实施的存储器中。计算机程序指令也可以被存储在诸如以CD-ROM、闪存驱动器等为例的其它非瞬时性计算机可读介质中。另外，本领域技术人员应认识到的是，在不脱离本发明的示例性实施例的精神和范围的情况下，各种计算装置的功能可以组合或集成到单个计算装置中，或者具体的计算装置的功能可以分布在一个或更多个其它计算装置中。

除非另外定义，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非在这里如此明确地定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应当被解释为具有与在相关领域和/或本说明书的上下文中的它们的含义相一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意思来解释。

图1是根据示例性实施例的电池组的示意图。

参照图1，根据本实施例的电池组10可包括电池模块11、保护器12和充电模式确定器13。电池模块11是储能单元，并包括至少一个电池单体。电池模块11可包括彼此串联连接、并联连接或串并联组合连接的多个电池单体。包括在电池模块11中的电池单体的个数可对应于适当的输出电压。

电池模块11可通过端子P+和P-连接至负载和充电装置。电池模块11构 造为在放电期间通过端子P+和P-将电能输出至负载，并构造为在充电期间通过端子P+和P-存储从充电装置输入的电能。当电池组10被安置于仅由电能驱动的纯电动车辆中或被安置于由电能和化石燃料驱动的混合动力车辆中时，负载是电动车辆的驱动马达，并且充电装置可为用于电动车辆的充电装置和构造为在制动期间再生能量的再生发电机。

当电池组10与功率转换系统形成储能系统时，其中，功率转换系统连接在发电系统和电网系统之间，于是发电系统可为充电装置，并且电网系统可为负载。

电池单体可包括可充电的二次电池。例如，电池单体可包括镍-镉电池、铅蓄电池、镍-金属氢化物电池(NiMH)、锂离子电池或锂离子聚合物电池。

保护器12构造为设定电池模块11的保护电流水平，并构造为当供应至电池模块11的充电电流的水平不低于(即，高于或等于)保护电流水平时，中断供应至电池模块11的充电电流。

保护器12可设定保护电流水平以中断过电流流到电池模块11中。保护器12可监测供应至电池模块11的充电电流的水平，当供应至电池模块11的充电电流的水平等于或高于一定水平时，保护器12可通过中断充电电流来保护电池模块11。另外，保护器12构造为监测电池模块11的状态，并构造为控制电池模块11的包括充电操作和放电操作的一般操作。保护器12可被称为电池管理系统(BMS)。

保护器12可测量电池模块11的诸如单体电压、温度、充电电流和/或放电电流的参数，并且保护器12可基于测量的数据控制电池模块11的充电操作和放电操作。保护器12可从测量的数据计算剩余电能、使用期限或荷电状态(SOC)，或者可确定电池模块11是否异常。例如，保护器12可确定是否出现过充电、过放电、过电流、过电压、过热、电池单体失衡和/或电池单体的劣化。保护器12可根据内部算法执行固定的操作。例如，保护器12可控制充电开关和/放电开关，或可断开保险丝。保护器12可根据测量的数据和预定的算法控制电池模块11的电池单体的单体平衡操作。

充电模式确定器13构造为通过分析供应至电池模块11的充电电流的特性(例如，波形特性)来确定充电电流是处于第一充电模式还是处于第二充电模式。供应至电池模块11的充电电流可由各种源提供。当电池组10被安置于仅由电能驱动的纯电动车辆中或被安置于由电能和化石燃料驱动的混合 动力车辆中时，充电电流可由连接至电动车辆的充电装置提供。

根据将充电电流提供至电池组10的源的类型和/或特性，充电电流可具有不同的特性。代表性的特性可为在一定时间内电流水平的变化。

充电模式确定器13可确定与充电电流的特性对应的充电模式，并可将与电流充电模式相关的信息提供至保护器12。

保护器12构造为设定与由充电模式确定器13提供的充电模式对应的保护电流水平。例如，在第一充电模式中，保护电流水平可被设定为高于第二充电模式中的保护电流水平。可选择地，在第二充电模式中，保护电流水平可被设定为高于第一充电模式中的保护电流水平。

由充电装置提供至系统或驱动马达的充电电流的水平或变化可随时间变化，当用于限制过电流的保护电流水平被设定为单一固定值时，即使充电电流正常，也可能由于执行保护操作的保护器12而导致充电操作被中断。这可导致移动的电动车辆突然停止，由于车辆可能将正常的充电电流误解为过电流，其后导致诸如继电器的保护装置被断开。

充电模式确定器13构造为通过分析充电电流的特性来确定提供充电电流的源的类型，保护器12构造为设定与由充电模式确定器13确定的结果对应的保护电流水平。因此，能够提供可在正常状态下操作电池组10的环境。

另外，充电模式确定器13可通过分析充电电流的波形来确定充电模式。例如，充电模式确定器13可基于充电电流的水平在预设时间期间是否在第一阈值和第二阈值之间的变化电流范围内改变来确定充电电流是处于第一充电模式还是处于第二充电模式。

例如，当充电电流在3分钟内仅在10A到30A的范围内改变时，充电模式确定器13可确定充电操作正在由一般充电装置执行。相反，当3分钟内小于10A或高于30A的充电电流施加到电池组10时，充电模式确定器13可确定充电操作是由非充电装置的另外的源执行的。

当电池组10被安置在电动车辆中时，并且当3分钟内高于30A的充电电流施加到电池组10时，充电模式确定器13可确定充电是由马达执行的再生充电。由马达执行的再生充电可为第二充电模式，充电模式确定器13可通知保护器12电池组10正在第二充电模式下充电。保护器12可设定与第二充电模式对应的保护电流水平。在这种情况下，与第二充电模式对应的保护电流水平可高于与第一充电模式对应的保护电流水平。

通常，在使用充电装置为电池组充电的情况下，电流变化小，充电电流的水平限制为用于为电池组充电的恒流-恒压(CC-CV)。例如，当充电装置为20A类型时，充电电流为20A或更小。

当施加到电池模块11的充电电流等于或小于充电装置的载流量时，并且当电流变化在一定的充电电流范围内时，充电模式确定器13可确定充电装置连接到电池组10。

此外，电池组10还可包括充电开关14和放电开关15，以分别中断供应到电池模块11的充电电流和从电池模块11输出的放电电流。当充电开关14断开时，从外面通过端子P+和P-供应到电池模块11的充电电流中断，当放电开关15断开时，从电池模块11输出以供应到负载的电流中断。

充电开关14和放电开关15的开关操作可由保护器12控制，保护器12可输出控制信号以控制充电开关14和放电开关15的开关操作。当具有高于当前设定的保护电流水平的水平的充电电流供应至电池模块11时，保护器12使充电开关14断开，因而防止由供应至电池组10的过电流导致的异常状态的出现。

图2是根据示例性实施例的图1的电池组与充电装置之间的连接的示意图。

图2示出了连接至电池组10的充电装置160，电池组10和充电装置160通过端子P+和P-彼此连接。电池组10包括电池模块110、保护器12、充电模式确定器13、充电开关140和放电开关150，并构造为执行参照图1描述的操作。

当充电电流通过充电装置160供应到电池组10时，充电模式确定器13分析充电电流的特性。由于通过充电装置160供应到电池组10的充电电流通常具有小的变化，所以充电模式确定器13可根据充电电流的特性确定充电电流当前是由充电装置供应的。

充电模式确定器13将上述信息提供给保护器12，保护器12构造为根据与充电装置的充电模式对应的保护电流水平来保护电池组10。例如，如果充电装置的充电模式为第一充电模式，并且如果第一充电模式下的保护电流水平为30A，则当具有高于30A的水平的充电电流施加到电池组10时，保护器12可通过向充电开关140输出控制信号来使充电开关140断开。

图3是根据示例性实施例的电动车辆的充电控制系统的示意图。

电动车辆的充电控制系统100包括：电池模块110，所述电池模块110包括至少一个可再充电电池单体；保护器12，用于设定电池模块110的保护电流水平，并用于当供应到电池模块110的充电电流的水平不小于保护电流水平时中断供应到电池模块110的充电电流；充电模式确定器13，用于分析供应到电池模块110的充电电流的特性并用于确定充电电流是处于第一充电模式还是处于第二充电模式。

此外，充电控制系统100包括由从电池模块110输出的放电电流驱动的驱动器170。图3示出驱动器170为三相马达，并示出充电控制系统100为包括对在驱动器170中生成的能量进行转换的转换器180并构造为将电力提供给电池组10。

转换器180可包括分别连接至包括在驱动器170中的线圈的晶体管，并且彼此串联连接的一对晶体管可串联连接至驱动器170的一个线圈。当在驱动器170中包括三个线圈时，如图3所示，转换器180可包括三对彼此并联连接的晶体管。

尽管本实施例描述的是充电控制系统100用于电动车辆中，但是其它实施例不限于此。根据示例性实施例，充电控制系统100还可应用于可由二次电池供电来操作的其它交通工具(诸如电动自行车或摩托车)。

驱动器170通过从电池组接收电能并通过将供应的电能转换为动能来驱动电动车辆。此外，驱动器170可通过连接至电动车辆的车轮来生成再生能量。例如，能够在不使用由电池组供应的电能的情况下开车下坡。在这种情况下，通过使用由车轮的转动产生成的能量可在驱动器170中生成再生能量。驱动器170可将再生能量供应至电池组，电池组可将由驱动器170供应的再生能量存储在电池模块110中。此外，再生能量以再生电流的形式供应至电池组。

此外，驱动器170可在电动车辆制动时为电池模块110充电。当制动力施加到电动车辆时，驱动器170的转矩方向改变使得转矩具有负值，因此驱动器170可操作为发电机。以上述方式生成的电能可供应至电池组并可存储在电池模块110中。

充电模式确定器13构造为分析由驱动器170供应的充电电流的特性，并构造为确定电池组10是否由驱动器170充电。保护器12可根据充电模式确定器13的决定来执行保护电池组的操作。例如，如果从驱动器170输出的再 生电流的充电模式为第二充电模式，并且如果第二充电模式下的保护电流水平被设定为50A，则保护器12可在施加50A或更小的电流时避免执行保护电池组的操作，并可在施加的电流高于50A时通过中断充电电流来执行保护电池组的操作。

同时，电池模块110、保护器12和充电模式确定器13可包括在电池组中。电池组可进一步包括充电开关140和放电开关150。

如上所述，当超过第二充电模式下的保护电流水平的电流施加到电池组时，保护器12输出控制信号以使充电开关140断开。当充电开关140断开时，从电池组的外部供应的充电电流通路被切断，电池模块110不再被充电，结果，可保护电池组免受否则导致异常状态的过电流的影响。

图4是在电池组的再生充电期间充电电流的波形的曲线图。

图4的曲线示出再生电流(充电电流)水平随时间的变化。曲线中负值的电流代表从电池组输出的放电电流，这种情况可理解为在包括放电电流的区间电动车辆由从电池组输出的能量驱动。

相反，曲线中正值的电流可为上面参照图3描述的在驱动器170中生成的再生电流。此外，可理解的是，包括再生电流的区间是当电动车辆通过移动下坡或通过制动生成电能并将生成的电能存储在电池组中时的区间。

同时，如图4的曲线图中所示，在再生充电期间生成的再生电流可随时间以不规则形式生成，并且根据再生充电的电池的充电和放电的模式不一致。因此，在再生充电期间的保护电流水平应不同于由一般充电装置充电期间的保护电流水平。

如图4所示，在再生充电期间具有不规则峰值的充电电流可施加到电池组，并且当充电电流被确定为过电流时，可断开充电开关。在这种情况下，包括电池组的电动车辆会在行驶期间突然停止，其可导致严重的事故。

图5是根据示例性实施例的在电池组经由充电装置的充电期间充电电流和充电电压的曲线图。

在图5的曲线图中，实线代表充电电压的电平和充电电流的水平。此外，曲线图的x轴对应于时间。参照图5，一定水平的电流施加到电池组，电池组的电压在恒流(CC)充电区间逐渐增大。然后，在CC充电区间之后的恒压(CV)区间一定电平的电压施加到电池组，因此，充电电流的水平减小至“终止电流”。

参照图5，由于充电装置执行CC-CV充电，所以充电变化小，并且充电电流的水平受限。例如，如果充电装置为20A类型，充电电流为20A或更小。

同时，根据描述的实施例根据电池组10或根据电动车辆的充电控制系统100，当图5的曲线图中示出的充电电流施加到电池组10时，充电模式确定器13可确定充电是由一般充电装置执行的，并且保护器12可根据与由充电模式确定器13的确定结果对应的保护电流水平来执行保护操作。

例如，当充电装置执行充电时，充电模式确定器13可确定第一充电模式的出现，保护器12可执行与对应于第一充电模式的保护电流水平对应的保护操作。第一充电模式下的保护电流水平可根据充电装置的额定充电电流改变，例如，20A类型的充电装置的保护电流水平可被设定为大约30A。

同时，如上面参照图4的描述，当由电动车辆的驱动器执行再生充电时，充电模式确定器13可确定第二充电模式的出现，保护器12可执行与对应于第二充电模式的保护电流水平对应的保护操作。

如上所述，当在再生充电期间不规则的充电电流施加到电池组时，第二充电模式下的保护电流水平可被设定为高于第一充电模式下的保护电流水平。例如，第二充电模式下的保护电流水平可被设定为大约40A。在这种情况下，即使当超过第一充电模式的保护电流水平但未超过40A的第二充电模式的保护电流水平的充电电流施加到电池组时，不由保护器12执行充电电流中断操作。

如上参照图1至图5所述，根据电池组10和包括该电池组的电动车辆的充电控制系统100，通过根据提供至电池组的充电电流的特性设定保护电流水平，可在各种环境中安全有效地使用电池组。

应理解的是，在此描述的示例性实施例应仅以描述性含义来考虑，而不是出于限制的目的。在每个实施例中对特征或方面的描述通常应被认为可用于其它示例性实施例中的其它相似特征或方面。

虽然已经参照附图描述了一个或更多个示例性实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物所限定的精神和范围的情况下，可以对这些示例性实施例进行形式和细节上的各种改变。