用于控制主电池和辅电池的装置、电池系统和方法与流程

本公开涉及选择性地使用主电池和辅电池中的任一个向电气负载供电的装置、电池系统和方法。

本申请要求2018年5月15日在韩国提交的第10-2018-0055610号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

背景技术：

近年来，对便携式电子产品(如膝上型计算机，摄像机和移动电话)的需求急剧增长，并且随着电动汽车、储能蓄电池、机器人和卫星的广泛发展，对可重复充电的高性能二次电池进行了许多研究。

目前，市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，并且在这些电池当中锂二次电池几乎没有或没有记忆效应，并且它们具有充放电自由，自放电率极低和能量密度高的优点，因此与镍基二次电池相比，受到越来越多的关注。

电池管理系统电连接到电池，并且被配置为测量电池的电特性值(例如，电压、电流和温度)，基于所测量的电特性值控制电池。

当在电池充电或放电期间由于各种原因发生故障(例如，过充电、过放电、过热)时，电池管理系统会关闭电池与电气负载之间的电连接，以保护电池。然而，当电池和电气负载之间的电连接突然关闭时，电气负载的操作被禁用，并且有可能发生事故(例如，电动汽车的突然停止)的风险。

技术实现要素：

技术问题

本公开旨在解决上述问题，因此，本公开旨在提供一种甚至当主电池发生故障时也能使用与主电池并联安装连接的辅电池向电气负载供电的装置、电池系统和方法。

通过以下描述可以理解本公开的这些和其他目的以及优点，并且从本公开的实施方式中将显而易见本发明的这些和其他目的以及优点。此外，容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求书及其组合中阐述的手段来实现。

技术方案

用于实现上述目的的本公开的各种实施方式如下。

根据本公开的一方面的用于控制主电池和辅电池的装置包括：第一主开关，其可连接在主电池和电气负载之间；第二主开关，其可连接在辅电池和电气负载之间；辅开关，其可连接在主电池和辅电池之间；主电池管理系统，其可操作地联接到第一主开关；以及辅电池管理系统，其可操作地联接到第二主开关和辅开关。主电池管理系统被配置为，当检测到主电池故障时，向辅电池管理系统发送第一诊断消息，并停止向第一主开关输出第一控制信号以使第一主开关进入断开状态。第一诊断消息具有包括至少一个指示检测到故障的类型的值的标记。辅电池管理系统被配置为，响应于第一诊断消息而向第二主开关输出第二控制信号，以使第二主开关进入导通状态。

辅电池管理系统可以被配置为，当标记中包括第一值时，将第三控制信号输出至辅开关，以使辅开关进入导通状态。第一值可以指示主电池过充电。

辅电池管理系统可以被配置为，当标记中包括第二值或第三值时，停止向辅开关输出第三控制信号以使辅开关进入断开状态。第二值可以指示主电池过放电，第三值可以指示主电池过热。

主电池管理系统可以被配置为，当主电池的故障解决时，停止发送第一诊断消息，将第一控制信号输出至第一主开关。辅电池管理系统可以被配置为，当来自主电池管理系统的第一诊断消息的传输被停止时，停止输出第二控制信号。

主电池管理系统可以包括：第一控制器，其被配置为基于主电池的电压，电流和温度中的至少一个来检测主电池中是否发生了故障；以及第二控制器，其可操作地联接到第一控制器，并被配置为在所述第二控制器确定所述第一控制器发生故障时，向所述辅电池管理系统发送第二诊断消息，并使所述第一控制器进入睡眠状态。辅电池管理系统可以被配置为响应于第二诊断消息将第二控制信号输出至第二主开关。

辅电池管理系统可以被配置为响应于第二诊断消息将第三控制信号输出至辅开关，以使辅开关进入导通状态。

根据本公开的另一方面的电池系统包括所述装置。

根据本公开的又一方面的控制主电池和辅电池的方法，该方法使用连接在主电池和电气负载之间的第一主开关、连接在辅电池和电气负载之间的第二主开关、连接在主电池和辅电池之间的辅开关、可操作地联接到主电池和第一主开关并且被配置为检测主电池的故障的主电池管理系统以及可操作地联接到第二主开关和辅开关的辅电池管理系统。所述方法包括以下步骤：主电池管理系统向辅电池管理系统发送第一诊断消息；以及当检测到主电池的故障时，停止向第一主开关输出第一控制信号以使第一主开关进入断开状态；其中，所述第一诊断消息具有标记，该标记包括至少一个指示检测到的故障类型的值；响应于所述第一诊断消息，所述辅电池管理系统向第二主开关输出第二控制信号以使所述第二主开关进入导通状态。

该方法还可包括以下步骤：当标记中包括第一值时，辅电池管理系统向辅开关输出第三控制信号，以使辅开关进入导通状态。所述第一个值指示主电池过充电。

该方法还可以包括：当标记中包括第二值或第三值时，辅电池管理系统停止向辅开关输出第三控制信号，以使辅开关进入断开状态。所述第二值指示主电池过放电，所述第三值指示主电池过热。

该方法还可包括：响应于来自主电池管理系统的第二诊断消息，辅电池管理系统将第二控制信号输出至第二主开关。所述第二诊断消息指示主电池管理系统出现故障。

有益效果

根据本公开的实施方式中的至少一个，当在主电池中发生故障或者用于主电池的电池管理系统发生故障时，可以使用与主电池并联连接安装的辅电池向电气负载供电。

另外，根据本公开的实施方式中的至少一个，可以在辅电池向电气负载供电的同时使用主电池对辅电池充电。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求书中清楚地理解这些和其他效果。

附图说明

附图例示了本公开的优选实施方式，并且与如下所述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此，本公开不应被解释为限于附图。

图1示出根据本公开的实施方式的电池系统的示例性配置的图。

图2是用于说明当未检测到图1的主电池的故障时，由控制装置执行的操作的参考图。

图3是用于说明当检测到图1的主电池的故障时，由控制装置执行的操作的参考图。

图4是用于说明当图1的第一控制器发生故障时，由控制装置执行的操作的参考图。

图5是示出根据本公开的另一实施方式的电池系统的示例性配置的图。

图6和图7是示出根据本公开的又一实施方式的控制主电池和辅电池的方法的示例性流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语或单词不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是在允许发明人为最佳解释适当定义术语原则的基础上、基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，本文描述的实施方式和附图中示出的图示仅是本公开的最优选实施方式，而无意于全面描述本公开的技术方面，因此应理解，各种其他等同和修改形式都可以在提交申请时提出。

另外，在描述本公开时，当认为相关的已知元件或功能的某些详细描述使本公开的关键主题不明确时，在此省略该详细描述。

包括序数的术语，例如“第一”，“第二”等，用于在各种元件中区分一个元件与另一个元件，但并不旨在通过这些术语限制这些元件。

除非上下文另外明确指出，否则，将理解，当在本说明书中使用术语“包括”或“包含”时，指存在所述元件，但不排除存在或添加一个或多个其他元件。另外，这里使用的术语“控制单元”是指具有至少一个功能或操作的处理单元，并且其可以单独地或组合地通过硬件或软件来实现。

另外，在整个说明书中，将进一步理解，当一个元件被称为“连接到”另一个元件时，该元件可以直接连接到另一个元件，或者可以存在中间元件。

图1是示出根据本公开的实施方式的电池系统10的示例性配置的图。

参照图1，电池系统10包括第一电源端子11、第二电源端子12、主电池21、辅电池22和控制装置100。电池系统10用于通过第一电源端子11和第二电源端子12向电气负载(例如，电动汽车的电动机)供电。

主电池21包括至少一个电池单元。辅电池22包括至少一个电池单元。主电池21和辅电池22中包括的每个电池单元可以是可充电电池，例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池或镍锌电池。主电池21的负极端子和辅电池22的负极端子通过导体(例如，汇流条、电缆)共同连接至第二电源端子12。主电池21的输出电压可以高于辅电池22的输出电压。

控制装置100包括第一主开关110、第二主开关120、辅开关130、主电池管理系统200(在下文中称为mbms)和辅电池管理系统300(在下文中称为sbms)。

第一主开关110可连接地设置在第一电源端子11与主电池21的正极端子之间。当第一主开关110处于导通状态时，提供主电池21的正极端子与第一电源端子11之间的电流通路。当第一主开关110处于断开状态时，主电池21的正极端子与第一电源端子11之间的电流通路中断。

第二主开关120可连接地设置在第一电源端子11与辅电池22的正极端子之间。当第二主开关120处于导通状态时，提供辅电池22的正极端子与第一电源端子11之间的电流通路。当第二主开关120处于断开状态时，辅电池22的正极端子与第一电源端子11之间的电流通路中断。

辅开关130可连接地设置在主电池21的正极端子与辅电池22的正极端子之间。在辅开关130处于导通状态时，提供主电池21的正极端子与辅电池13的正极端子之间的电流通路。即，当辅开关130处于导通状态时，主电池21和辅电池22并联连接。当辅开关130处于断开状态时，主电池21的正极端子与辅电池22的正极端子之间的电流通道中断。控制装置100还可包括串联连接至主电池21的正极端子与辅电池22的正极端子之间的辅开关130的二极管140。二极管140的阳极可连接至主电池21的正极端子侧，二极管140的阴极可以连接至辅电池22的正极端子侧。因此，允许电流从主电池21的正极端子向辅电池22的正极端子流动，同时，中断从辅电池22的正极端子到主电池21的正极端子的电流流动。

mbms200包括电压传感器210、电流传感器220、温度传感器230和控制单元240。电压传感器210被配置为测量主电池21两端的电压。电流传感器220被配置为测量流经主电池21的电流。温度传感器230被配置为测量主电池21的温度。

控制单元240可操作地联接到第一主开关110和sbms300。控制单元240可以使用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspds)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)，微处理器和用于执行其他功能的电气单元中的至少一个以硬件来实现。存储设备可以被嵌入在控制单元240中，并且该存储设备可以包括例如ram、rom、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。存储设备可以存储、更新和/或擦除包括由控制单元240执行的各种类型的控制逻辑和/或在执行控制逻辑时创建的数据的程序。

控制单元240包括第一控制器241和第二控制器242。第一控制器241可操作地联接到电压传感器210、电流传感器220和温度传感器230。第一控制器241被配置为基于由电压传感器210、电流传感器220和温度传感器230测量的电压、电流和温度，对主电池21进行故障(例如，过充电、过放电、过热)检测。第二控制器242可操作地联接到第一控制器241，并且被配置为确定第一控制器241是否发生故障。第二控制器242可以周期性地向第一控制器241发送检查信号。第一控制器241可以响应于该检查信号向第二控制器242发送响应信号。当在从发送检查信号的时间点起的预定时间内接收到来自第一控制器241的响应信号时，第二控制器242可以确定第一控制器241正常工作。相反，当在从向第一控制器241发送检查信号的时间点起的预定时间内未接收到来自第一控制器241的响应信号时，第二控制器242可以确定第一控制器241发生故障。

sbms300包括电压传感器310、电流传感器320、温度传感器330和控制单元340。电压传感器310被配置为测量辅电池22两端的电压。电流传感器320被配置为测量流经辅电池22的电流。温度传感器330被配置为测量辅电池22的温度。

控制单元340可操作地联接到控制单元240、第一主开关110、第二主开关120、辅开关130、电压传感器310、电流传感器320和温度传感器330。控制单元340可以使用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、微处理器和用于执行其他功能的电气单元中的至少一个以硬件来实现。存储设备可以被嵌入在控制单元340中，并且控制单元340的存储设备可以包括例如ram、rom、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。控制单元340的存储设备可以存储、更新和/或擦除包括由控制单元340执行的各种类型的控制逻辑和/或在执行控制逻辑时创建的数据的程序。控制单元340被配置为基于由电压传感器310、电流传感器320和温度传感器330测量的电压、电流和温度，对辅电池22进行故障(例如，过充电、过放电、过热)检测，并控制辅电池22。

图2是用于说明当未检测到图1的主电池21的故障时，由控制装置100执行的操作的参考图。

参照图2，当未检测到主电池21的故障时，mbms200将第一控制信号s1输出至第一主开关110。第一控制信号s1是用于使第一主开关110进入导通状态的信号。即，第一主开关110响应于第一控制信号s1而进入导通状态。

当如下所述的第一诊断消息或第二诊断消息没有从mbms200发送到sbms300时，sbms300在睡眠模式下操作。sbms300响应于从mbms200接收到第一诊断消息或第二诊断消息而唤醒。在睡眠模式下，sbms300停止输出第二控制信号s2和第三控制信号s3。第二控制信号s2是用于使第二主开关120进入导通状态的信号。第三控制信号s3是用于使辅开关130进入导通状态的信号。

结果，当未检测到主电池21的故障时，第一主开关110进入导通状态，而第二主开关120和辅开关130都进入如图2所示的断开状态，由此，主电池21向电气负载供电。

图3是用于说明当检测到图1的主电池21的故障时，由控制装置100执行的操作的参考图。

参照图3，当第一控制器241检测到主电池21的故障时，mbms200将第一诊断消息发送到sbms300，并停止输出第一控制信号s1。第一诊断消息是用于通知sbms300检测到主电池21的故障的消息。第一诊断消息包括指示从主电池21检测到的故障的类型的标记。该标记可以包括第一值，第二值和第三值中的至少一个。第一值可以指示主电池21过充电，第二值可以指示主电池21过放电，第三值可以指示主电池21过热。

sbms300响应于来自mbms200的第一诊断消息而唤醒，并且将第二控制信号s2输出至第二主开关120。sbms300可以根据标记中是否包括第一值而选择性地将第三控制信号s3输出至辅开关130。即，当第一诊断消息的标记中包括第二值和第三值中的至少一个时，sbms300可以停止输出第三控制信号s3以使辅开关130进入断开状态，并且当标志中仅包括第一值时，sbms300可以输出第三控制信号s3以使辅开关130进入导通状态。

结果，当检测到主电池21的故障时，不论故障是何种类型，第一主开关110进入断开状态，第二主开关120进入导通状态，如图3所示，因此，辅电池22代替主电池21向电气负载供电。另外，当未检测到主电池21的过放电和过热，而检测到主电池21的过充电时，辅开关130进入导通状态。因此，可使用来自过充电的主电池21的电能对辅电池22充电。

当主电池21的故障解决时，mbms200可以停止发送第一诊断消息，并且输出第一控制信号s1。详细地，当在将第一诊断消息发送到sbms300的同时，主电池21的电压、电流、充电状态(soc)和温度都在预定的正常范围内时，mbms200停止向sbms300发送第一诊断消息。mbms200可以通过使用安培计数方法对由电流传感器220测量的电流值进行积分来计算主电池21的soc。当未接收到来自mbms200的第一诊断消息时，sbms300可以确定主电池21的故障已解决，然后可以停止输出第二控制信号s2。

图4是用于说明当图1的第一控制器241发生故障时，由控制装置100执行的操作的参考图。

参照图4，当第二控制器242确定第一控制器241发生故障时，第二控制器242向sbms300发送第二诊断消息，并且向第一控制器241发送睡眠模式触发信号以使第一控制器241进入睡眠状态。第二诊断消息是用于向sbms300通知mbms200发生故障的消息。在睡眠状态下，第一控制器241停止输出第一控制信号s1。

sbms300响应于第二诊断消息将第二控制信号s2输出至第二主开关120。可选地，sbms300可以响应于第二诊断消息而将第三控制信号s3输出至辅开关130。

因此，如图4所示，第一主开关110进入断开状态，第二主开关120进入导通状态，因此，辅电池22代替主电池21向电气负载供电。

另外，当第三控制信号s3输出至辅开关130时，sbms300可以比较由电流传感器220测量的电流与由电流传感器320测量的电流。详细地，当辅开关130由于第三控制信号s3而处于导通状态时，主电池21和辅电池22并联连接，因此由电流传感器220测量的电流和由电流传感器320测量的电流应具有相同的大小但方向相反。当由电流传感器220测量的电流与由电流传感器320测量的电流具有相同方向时，如果由电流传感器220测量的电流与由电流传感器320测量的电流之间的差大于预设阈值(例如0.5a)或电流传感器220所测量的电流与电流传感器320所测量的电流之比超出预设阈值范围(例如0.9以上且1.1以下)，则sbms300可以确定电流传感器220和电流传感器320中的至少一个发生故障。当sbms300确定电流传感器220和电流传感器320中的至少一个故障时，sbms300可以输出信号通知经由通信信道连接到sbms300的外部设备(例如，电动汽车的ecu)故障发生在电流传感器220和电流传感器320中的至少一个中。通信信道可以是电动汽车中提供的can通信网络。另外，sbms300可以具有联接到通信信道的通信接口。

图5是示出根据本公开的另一实施方式的电池系统10的示例性配置的图。

参照图5，与图1相比，区别在于用dc-dc转换器160代替了二极管140和辅开关130。因此，对于其余元件，添加相同的附图标记，并且在这里省略重复的描述。

dc-dc转换器160的输入端子in连接至主电池21的正极端子。dc-dc转换器160的输出端子out连接至辅电池22的正极端子。

响应于第三控制信号s3，dc-dc转换器160使用来自主电池21的施加到输入端子in的输入电压来产生具有预设电压电平的输出电压。当通过dc-dc转换器160产生的输出电压通过输出端子out施加到辅电池22时，辅电池22被充电。

图6和图7是示出根据本公开的又一实施方式的控制主电池21和辅电池22的方法的示例性流程图。图6所示的流程图示出由mbms200的控制单元240执行的方法，图7所示的流程图示出由sbms300的控制单元340执行的方法。

参照图6，在步骤s600中，第一控制器241确定是否检测到主电池21的故障。当步骤s600的值为“是”时，执行步骤s610。当步骤s600的值为“否”时，执行步骤s620。

在步骤s610中，第一控制器241将第一诊断消息发送到sbms300，并停止输出第一控制信号s1。第一诊断消息是用于通知sbms300检测到主电池21的故障的消息。第一诊断消息具有包括至少一个指示从主电池21检测到故障的类型的值的标记。第一控制信号s1是用于使第一主开关110进入导通状态的信号。

在步骤s620中，第二控制器242确定第一控制器241是否发生故障。当步骤s620的值为“是”时，执行步骤s630。当步骤s620的值为“否”时，执行步骤s640。

在步骤s630中，第二控制器242将第二诊断消息发送至sbms300，并使第一控制器241进入睡眠状态。第二诊断消息是用于向sbms300通知mbms200的第一控制器241发生故障的消息。第一控制器241在睡眠状态下停止输出第一控制信号s1。

在步骤s640中，第一控制器241将第一控制信号s1输出至第一主开关110。

参照图7，在步骤s700中，控制单元340确定是否从控制单元240接收到第一诊断消息。当步骤s700的值为“是”时，执行步骤s710。当步骤s700的值为“否”时，执行步骤s730。

在步骤s710中，控制单元340确定第一值是否被包括在第一诊断消息的标记中。第一值指示主电池21过充电。当步骤s710的值为“否”时，执行步骤s720。当步骤s720的值为“是”时，执行步骤s740。

在步骤s720中，控制单元340输出第二控制信号s2。第二控制信号s2是用于使第二主开关120进入导通状态的信号。

在步骤s730中，控制单元340确定是否从控制单元240接收到第二诊断消息。当步骤s730的值为“是”时，执行步骤s740。

在步骤s740中，控制单元340输出第二控制信号s2和第三控制信号s3。第三控制信号s3是用于使辅开关130进入导通状态的信号。

根据本公开的实施方式中的至少一个，当主电池21中发生故障或者用于主电池21的bms200发生故障时，可以使用与主电池21并联安装连接的辅电池22向电气负载供电。

另外，根据本公开的实施方式中的至少一个，可以在辅电池22向电气负载供电的同时使用主电池21对辅电池22充电。

尽管以上已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员而言，在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内作出的各种修改和改变都是显而易见的。

另外，由于本领域技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下对以上描述的本公开进行许多替换、修改和改变，因此，本公开不限于上述实施方式和附图，并且可以选择性地组合一些或全部实施方式以允许各种修改。

<参考数字说明>

10：电池系统

11、12：电源端子

21：主电池

22：辅电池

100：控制装置

110：第一主开关

120：第二主开关

130：辅开关

200：主电池管理系统

300：辅电池管理系统