用于控制并联多组模块的输出的设备和方法与流程

1.本公开涉及功率控制设备和方法，并且更具体地，涉及能够防止多个电池组并联连接的并联电池组模块中具有相对低电阻的电池组过度充电或过度放电的功率控制设备和方法。
2.本技术要求于2020年7月21日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2020-0090585的优先权，该韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。


背景技术：

3.电池的应用领域不仅逐渐扩大到诸如蜂窝电话、笔记本计算机、智能手机和智能平板这样的移动装置，而且扩大到电动汽车(ev、hev、phev)、大容量储能系统(ess)等。
4.安装于电动车辆的电池模块包括并联连接以确保高能量容量的n个电池组，并且每个电池组包括串联连接的多个电池电芯。下文中，n个电池组并联连接的模块将被称为并联电池组模块。
5.在本说明书中，电池电芯可以包括一个单元电芯或并联连接的多个单元电芯。电池电芯是指具有负极端子和正极端子并且是物理上可分离的一个独立电芯。例如，一个袋型锂聚合物电芯可以被视为单元电芯。
6.为了安全起见，基于并联连接的电池组当中的具有最低可用功率的电池组来确定并联电池组模块的总功率。即，通过将电池组的可用功率值当中的最小可用功率与电池组的数目相乘而获得的值成为并联电池组模块的总功率。
7.例如，在五个电池组并联连接的并联电池组模块中，如果五个电池组的可用功率分别为1kw、2kw、3kw、4kw和5kw，则并联电池组模块的总功率为5
×
1kw(5kw)。
8.并联电池组模块的管理设备向电动车辆的控制系统提供关于总功率(5kw)的信息。然后，控制系统自适应地分配供应到逆变器或dc/dc转换器的功率以及供应到支持防车道偏离、前碰撞警告等功能的adas(高级驾驶员辅助系统)单元以及电气设备单元的功率，使得电驱动的车辆所消耗的功率不超过5kw。以这种方式，在由并联电池组模块的管理设备提供的总功率的范围内分配功率，这被称为功率准则。
9.另外，当并联电池组模块的总功率为p
total
时，根据电路理论，通过对应电池组的组电阻(r
pack,k
)与并联电池组模块的总电阻(r
total
)之间的电阻比r
total
/r
pack,k
来自动分配各电池组的组功率(pk)。即，各电池组的组功率(p
pack,k
)为p
total
×rtotal
/r
pack,k
。这里，k是电池组的索引。
10.由于组功率(p
pack,k
)不是通过对应电池组的可用功率而是通过总功率(p
total
)和电阻比r
total
/r
pack,k
确定的，因此，随着组电阻(r
pack,k
)减小，组功率(p
pack,k
)增大。因此，由于具有低的组电阻(r
pack,k
)的电池组的组功率(p
pack,k
)在可用功率内增大，因此对应电池组可能过度充电或过度放电。


技术实现要素：

11.技术问题
12.本公开被设计用于解决现有技术的问题，因此本公开涉及提供用于控制并联电池组模块的功率的设备和方法，该设备和方法可以防止在确定并联电池组模块的总功率时具有最低电阻的电池组的组功率超过可用功率从而造成过度充电或过度放电。
13.技术方案
14.在本公开的一方面，提供了一种用于控制并联电池组模块的功率的设备，该设备包括：第一传感器单元至第n传感器单元，该第一传感器单元至第n传感器单元被配置为测量包括被包括在所述并联电池组模块中并彼此并联连接的第一电池组至第n电池组的测量电流值的操作特征值；功率管理单元，该功率管理单元被配置为控制在负载中消耗的功率或由充电装置提供到所述并联电池组模块的功率，以对应于并联电池组模块的总功率；以及电池组管理单元，该电池组管理单元可操作地联接到所述第一传感器单元至所述第n传感器单元以及所述功率管理单元。
15.优选地，所述电池组管理单元可以被配置为基于从所述第一传感器单元至所述第n传感器单元接收到的所述第一电池组至所述第n电池组的操作特征值来确定所述第一电池组至所述第n电池组的最小可用功率，从所述最小可用功率以及所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值当中的总电流值与最大电流值之比确定所述并联电池组模块的总功率，并将所确定的所述并联电池组模块的所述总功率发送到所述功率管理单元。
16.优选地，所述功率管理单元可以被配置为控制在所述负载中消耗的功率或由所述充电装置提供到所述并联电池组模块的功率，以对应于所述并联电池组模块的所述总功率。
17.根据实施方式，所述操作特征值还可以包括所述第一电池组至所述第n电池组的测量电压值。在该实施方式中，所述电池组管理单元可以被配置为：从所述第一电池组至所述第n电池组的所述测量电流值和所述测量电压值确定所述第一电池组至所述第n电池组的组电阻，参考各电池组的预定的组电阻-可用功率查找表确定对应于所述组电阻的可用功率，并且确定所述可用功率当中的最小值为所述最小可用功率。
18.根据另一实施方式，所述电池组管理单元可以被配置为：周期性从所述第一传感器单元至所述第n传感器单元接收各电池组的测量电压值和测量电流值，并且确定借助线性回归分析从所述第一电池组至所述第n电池组的所述测量电流值和所述测量电压值计算出的电压变化与电流变化的平均比为所述第一电池组至所述第n电池组的组电阻。
19.根据又一实施方式，所述电池组管理单元可以被配置为：基于从所述第一电池组至所述第n电池组接收到的各电池组的操作特征值来确定所述第一电池组至所述第n电池组的充电状态(soc)，参考预先定义的soc-可用功率查找表确定与所述第一电池组至所述第n电池组的soc对应的可用功率，并且确定所述可用功率当中的最小值为所述最小可用功率。
20.优选地，所述电池组管理单元可以被配置为使用下式计算所述并联电池组模块的总功率(p
total
)。
21.p
total
＝min(p
pack,k
)
×itotal
/max(i
pack,k
)
22.(k是从1到n的范围内的整数；min(p
pack,k
)对应于所述第一电池组至所述第n电池
组的可用功率当中的最小可用功率；i
total
对应于所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值的总电流值；并且max(i
pack,k
)对应于所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值当中的最大电流值。)
23.根据又一实施方式，根据本公开的用于控制并联电池组模块的功率的所述设备还可以包括通信单元，所述通信单元插置在所述电池组管理单元和所述功率管理单元之间。
24.根据再一实施方式，所述并联电池组模块可以安装于电动车辆，并且所述功率管理单元可以被包括在所述电动车辆的控制系统中。
25.在本公开的另一方面，还提供了一种包括如上所述的用于控制并联电池组模块的功率的设备的电池管理系统或电动驱动机构。
26.在本公开的另一方面，还提供了一种用于控制并联电池组模块的功率的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供第一传感器单元至第n传感器单元，所述第一传感器单元至所述第n传感器单元被配置为测量包括被包括在所述并联电池组模块中并彼此并联连接的第一电池组至第n电池组的测量电流值的操作特征值；(b)基于从所述第一传感器单元至所述第n传感器单元接收到的各电池组的操作特征值来确定所述第一电池组至所述第n电池组中的每一者的可用功率；(c)确定所述第一电池组至所述第n电池组的可用功率当中的最小可用功率；(d)从所述最小可用功率以及所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值当中的总电流值与最大电流值之比确定所述并联电池组模块的总功率；以及(e)控制所述第一电池组至所述第n电池组的充电或放电以对应于所述并联电池组模块的总功率。
27.根据实施方式，所述操作特征值还可以包括所述第一电池组至所述第n电池组的测量电压值，并且步骤(b)可以包括：(b1)从所述第一电池组至所述第n电池组的所述测量电流值和所述测量电压值确定所述第一电池组至所述第n电池组的组电阻，(b2)参考各电池组的预定的组电阻-可用功率查找表确定对应于所述组电阻的可用功率，以及(b3)确定所述可用功率当中的最小值为所述最小可用功率。
28.根据另一实施方式，步骤(b)可以包括:(b1)周期性从所述第一传感器单元至所述第n传感器单元接收各电池组的测量电压值和测量电流值，并且(b2)确定借助线性回归分析从所述第一电池组至所述第n电池组的所述测量电流值和所述测量电压值计算出的电压变化与电流变化的平均比为所述第一电池组至所述第n电池组的组电阻。
29.根据又一实施方式，步骤(b)可以包括：(b1)基于从所述第一传感器单元至所述第n传感器单元接收到的各电池组的操作特征值来确定所述第一电池组至所述第n电池组的soc，(b2)参考预先定义的soc-可用功率查找表确定与所述第一电池组至所述第n电池组的soc对应的可用功率，并且(b3)确定所述可用功率当中的最小值为所述最小可用功率。
30.优选地，在步骤(d)中，可以使用下式计算所述并联电池组模块的总功率(p
total
)：
31.p
total
＝min(p
pack,k
)
×itotal
/max(i
pack,k
)
32.(k是从1到n的范围内的整数；min(p
pack,k
)对应于所述第一电池组至所述第n电池组的可用功率当中的最小可用功率；i
total
对应于所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值的总电流值；并且max(i
pack,k
)对应于所述第一电池组至所述第n电池组的测量电流值当中的最大电流值。)
33.有益效果
34.根据本公开，并联电池组模块的总功率得以调整，使得并联电池组模块中所包括
的电池组当中的具有低电阻的电池组的组功率变得与电池组的可用功率当中的最小可用功率相同，由此防止具有低电阻的电池组过度充电或过度放电。结果，当并联电池组模块被充电或放电时，可以提高安全性和可靠性。
附图说明
35.附图例示了本公开的优选实施方式，并与以上公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
36.图1是示出了根据本公开的实施方式的用于控制并联电池组模块的功率的设备配置的框图。
37.图2示出了根据本公开的实施方式的组电阻-可用功率查找表的示例。
38.图3是示出了根据本公开的实施方式的确定电池组的组电阻时的i-v分布示例的图表。
39.图4是用于例示根据本公开的实施方式的用于控制并联电池组模块的功率的方法的流程图。
40.图5是示出了根据本公开的实施方式的包括用于控制并联电池组模块的功率的设备的电池管理系统的框图。
41.图6是示出了根据本公开的实施方式的包括用于控制并联电池组模块的功率的设备的电动驱动机构的框图。
具体实施方式
42.下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施方式。在进行描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被理解为限于一般含义和字典含义，而是以使得发明人能够定义适于最佳说明的术语的原理为基础基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文中提出的描述仅仅是用于只出于例示目的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以得到其它等同形式和修改形式。
43.在下面描述的实施方式中，电池电芯是指诸如锂聚合物电池这样的锂二次电池。这里，锂二次电池统称为锂离子在充电和放电期间用作工作离子以在正极和负极处引起电化学反应的二次电池。
44.此外，即使二次电池的名称根据锂二次电池中使用的电解液或隔膜的类型、用于封装二次电池的封装材料的类型以及锂二次电池的内部或外部结构而改变，只要锂离子用作工作离子，二次电池就应该被解释为包含在锂二次电池的类别中。
45.本公开也可以应用于锂二次电池之外的其它二次电池。因此，即使工作离子不是锂离子，可以应用本公开的技术思想的任何二次电池也应该被解释为包含在本公开的类别中，而不管其类型如何。
46.另外，应该预先注意到，电池电芯可以是指一个单元电芯或并联连接的多个单元电芯。
47.图1是示出了根据本公开的实施方式的用于控制并联电池组模块的功率的设备(下文中，也称为功率控制设备)的配置的框图。
48.参照图1，根据本公开的实施方式的功率控制设备10是用于控制多个电池组p1至pn并联连接的并联电池组模块mp的功率的装置，并且功率控制设备10自适应地控制并联电池组模块mp的总功率(p
total
)，以防止具有相对低的组电阻的一些电池组过度充电或过度放电。
49.优选地，并联电池组模块mp可以包括通过第一开关单元s1至第n开关单元sn并联连接的第一电池组p1至第n电池组pn。
50.并联电池组模块mp可以通过外部开关单元m连接到负载l。外部开关单元m包括外部高电位开关m+和外部低电位开关m-。外部高电位开关m+和外部低电位开关m-可以是继电器开关或功率半导体开关，但本公开不限于此。
51.如果外部高电位开关m+和外部低电位开关m-接通，则并联电池组模块mp电连接到负载l。相反，当外部高电位开关m+和外部低电位开关m-断开时，并联电池组模块mp与负载l之间的电连接被释放。
52.并联电池组模块mp的功率控制设备10从控制负载l的控制装置接收针对充电开始、充电结束、放电开始或放电结束的控制命令，并根据控制命令来控制外部开关单元m的接通或断开操作。
53.优选地，并联电池组模块mp可以安装于电动车辆e，但本公开不限于此。电动车辆e是指可以由马达驱动的车辆，诸如电动车辆、插电式混合动力车辆或混合动力车辆。
54.负载l是从并联电池组模块mp接收电力的装置，并且作为示例，可以是电动车辆e中所包括的逆变器。逆变器是安装在电动车辆e的电动马达的前端处将从并联电池组模块mp供应的dc电流转换为三相ac电流并将三相ac电流供应到电动马达的功率转换电路。
55.负载l也可以是dc/dc转换器。dc/dc转换器是将从并联电池组模块mp供应的dc电流的电压转换为电动车辆e的电设备单元的驱动电压或adas的驱动电压，然后将转换后的电压施加到电设备单元或adas的功率转换电路。
56.在本公开中，负载l的类型不限于逆变器或dc/dc转换器，并且能够从并联电池组模块mp接收电力的任何装置或仪器可以被包含在负载l的类别中，而不管其类型如何。
57.在本公开中，第一电池组p1至第n电池组pn中的每一个包括在其中串联连接的多个电池电芯。即，第一电池组p1包括串联连接的第一电池电芯c
11
至第p电池电芯c
1p
。另外，第二电池组p2包括串联连接的第一电池电芯c
21
至第p电池电芯c
2p
。另外，第三电池组p3包括串联连接的第一电池电芯c
31
至第p电池电芯c
3p
。另外，第n电池组pn包括串联连接的第一电池电芯c
n1
至第p电池电芯c
np
。尽管第四电池组至第n-1电池组未在图中示出，但它们也以与所例示的电池组相同的方式包括串联连接的p个电池电芯。
58.第一电池组p1至第n电池组pn中的每一个在其中包括开关单元s1至sn。即，第一电池组p1包括第一开关单元s1。另外，第二电池组p2包括第二开关单元s2。另外，第三电池组p3包括第三开关单元s3。另外，第n电池组pn包括第n开关单元sn。尽管第四电池组至第n-1电池组未在图中示出，但它们也以与所例示的电池组相同的方式包括开关单元。
59.第一开关单元s1至第n开关单元sn中的每一者包括低电位开关和高电位开关。即，第一开关单元s1包括安装在第一电池组p1的高电位侧的第一高电位开关s1
+
以及安装在第一电池组p1的低电位侧的第一低电位开关s1-。另外，第二开关单元s2包括安装在第二电池组p2的高电位侧的第二高电位开关s2
+
以及安装在第二电池组p2的低电位侧的第二低电位
开关s2-。另外，第三开关单元s3包括安装在第三电池组p3的高电位侧的第三高电位开关s3
+
以及安装在第三电池组p3的低电位侧的第三低电位开关s3-。另外，第n开关单元sn包括安装在第n电池组pn的高电位侧的第n高电位开关sn
+
以及安装在第n电池组pn的低电位侧的第n低电位开关sn-。此外，尽管第四电池组至第n-1电池组未在图中示出，但它们也以与所例示的电池组相同的方式包括高电位开关和低电位开关。另外，在每个开关单元中，可以省略高电位开关和低电位开关中的任一者。
60.在下面的公开中，当开关单元接通时，低电位开关可以先接通，高电位开关可以后接通。另外，当开关单元断开时，高电位开关可以先断开，低电位开关可以后断开。
61.优选地，第一开关单元s1至第n开关单元sn处采用的开关可以是继电器开关。作为替代方案，第一开关单元s1至第n开关单元sn可以是诸如mosfet或功率半导体开关这样的半导体开关，但本公开不限于此。
62.电容器cap设置在负载l的前端。电容器cap并联连接在并联电池组模块mp和负载l之间。电容器cap起到滤波器的作用，以防止噪声电流朝向负载l或并联电池组模块mp施加。
63.根据本公开的功率控制设备10包括第一电流传感器i1至第n电流传感器in。第一电流传感器i1至第n电流传感器in分别安装在与第一电池组p1至第n电池组pn连接的电力线c1至cn上，以测量流过电力线c1至cn的电流值。
64.即，第一电流传感器i1输出第一电池组p1的流过第一电池组p1中所包括的第一电力线c1的测量电流值(i
pack,1
)。另外，第二电流传感器i2输出第二电池组p2的流过第二电池组p2中所包括的第二电力线c2的测量电流值(i
pack,2
)。另外，第三电流传感器i3输出第三电池组p3的流过第三电池组p3中所包括的第三电力线c3的测量电流值(i
pack,3
)。另外，第n电流传感器in输出第n电池组pn的流过第n电池组pn中所包括的第n电力线cn的测量电流值(i
pack,n
)。尽管图中未示出，但第四电流传感器至第n-1电流传感器分别输出流过第四电池组至第n-1电池组中所包括的第四电力线至第n-1电力线的测量电流值。
65.在图中，第一电流传感器i1至第n电流传感器in分别被包括在电池组中。然而，在本公开中，第一电流传感器i1至第n电流传感器in也可以安装在电池组之外，而没有限制。
66.第一电流传感器i1至第n电流传感器in可以是霍尔传感器。霍尔传感器是输出与电流大小对应的电压信号的已知电流传感器。在另一示例中，第一电流传感器i1至第n电流传感器in可以是感测电阻器。如果测量了施加到感测电阻器两端的电压，则可以使用欧姆定律来确定流过感测电阻器的电流的大小。换句话说，如果测量电压的大小除以感测电阻器的已知电阻值，则可以确定流过感测电阻器的电流的大小。
67.根据本公开的实施方式的功率控制设备10还包括第一电压传感器v1至第n电压传感器vn。第一电压传感器v1输出第一电池组p1的与第一电池组p1的正极与负极之间的电位差对应的测量电压值(v
pack,1
)。另外，第二电压传感器v2输出第二电池组p2的与第二电池组p2的正极与负极之间的电位差对应的测量电压值(v
pack,2
)。另外，第三电压传感器v3输出第三电池组p3的与第三电池组p3的正极与负极之间的电位差对应的测量电压值(v
pack,3
)。另外，第n电压传感器vn输出第n电池组pn的与第n电池组pn的正极与负极之间的电位差对应的测量电压值(v
pack,n
)。尽管图中未示出，但第四电压传感器至第n-1电压传感器分别输出第四电池组至第n-1电池组的测量电压值。
68.第一电压传感器v1至第n电压传感器vn包括诸如差分放大器电路这样的电压测量
电路。由于电压测量电路在本领域中是众所周知的，因此这里将不详细描述电压测量电路。
69.根据本公开的实施方式的功率控制设备10还包括第一温度传感器t1至第n温度传感器tn。第一温度传感器t1输出指示位于第一电池组p1的预定位置处(例如，中心处)电芯的表面温度的第一电池组p1的测量温度值(t
pack,1
)。另外，第二温度传感器t2输出指示位于第二电池组p2的预定位置处(例如，中心处)的电芯的表面温度的第二电池组p2的测量温度值(t
pack,2
)。另外，第三温度传感器t3输出指示位于第三电池组p3的预定位置处(例如，中心处)电芯的表面温度的第三电池组p3的测量温度值(t
pack,3
)。另外，第n温度传感器tn输出指示位于第n电池组pn的预定位置处(例如，中心处)的电芯的表面温度的第n电池组pn的测量温度值(t
pack,n
)。尽管图中未示出，但第四温度传感器至第n-1温度传感器分别输出第四电池组至第n-1电池组的测量温度值。
70.在本公开中，第一电流传感器i1、第一电压传感器v1和第一温度传感器t1构成第一传感器单元su1。另外，第二电流传感器i2、第二电压传感器v2和第二温度传感器t2构成第二传感器单元su2。另外，第三电流传感器i3、第三电压传感器v3和第三温度传感器t3构成第三传感器单元su3。另外，第n电流传感器in、第n电压传感器vn和第n温度传感器tn构成第n传感器单元sun。虽然在图中未示出，但第四传感器单元至第n-1传感器单元也分别包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。
71.在某些情况下，显而易见，第一传感器单元su1至第n传感器单元sun除了用于测量电流、电压和温度的传感器之外，还可以包括用于测量电池组的其它工作特性的传感器。
72.优选地，根据本公开的实施方式的功率控制设备10还包括可操作地联接到第一开关单元s1至第n开关单元sn以及第一传感器单元su1至第n传感器单元sun的电池组管理单元20。
73.电池组管理单元20可以与电动车辆e的功率管理单元40可操作地联接，功率管理单元40管理负载l中消耗的功率。作为设置于电动车辆e中所包括的控制系统的控制元件，功率管理单元40可以自适应地管理负载l中消耗的功率的大小，以适于并联电池组模块mp的总功率。这里，总功率意指并联电池组模块mp的总放电功率。
74.在本公开中，负载l可以被替换为充电装置。在这种情况下，功率管理单元40可以自适应地管理供应到并联电池组模块mp的充电功率，以适于并联电池组模块mp的总功率。这里，总功率意指为提供给并联电池组模块mp的总充电功率。
75.优选地，根据本公开的实施方式的功率控制设备10还可以包括插置在电池组管理单元20和功率管理单元40之间的通信单元30。通信单元30在电池组管理单元20和功率管理单元40之间形成通信接口。
76.在本公开中，可以使用任何已知的支持两种不同通信介质之间通信的通信接口作为通信接口。通信接口可以支持有线或无线通信。优选地，通信接口可以支持can通信、菊花链通信、rs 232通信等。
77.如果通过通信单元30从电动车辆e的功率管理单元40接收到放电请求，则电池组管理单元20使外部开关单元m接通，以启动并联电池组模块mp的放电。
78.作为参考，从电池组管理单元20输出的m+信号和m-信号分别表示控制外部高电位开关m+和外部低电位开关m-的开/关操作的信号。另外，从电池组管理单元20输出的s1至sn信号表示控制第一开关单元s1至第n开关单元sn的开/关操作的信号。
an electrochemical cell”的韩国专利注册号10-0818520中公开了使用扩展卡尔曼滤波器进行的soh估计。
91.优选地，电池组管理单元20可以基于第一电池组p1至第n电池组pn的操作特征值来确定各电池组的组电阻(r
pack,k
；k是电池组索引)，并将其记录在存储单元50中。
92.作为示例，电池组管理单元20可以在并联电池组模块mp正在放电时通过使用记录在存储单元50中的各电池组的多个测量电流值和多个测量电压值，借助线性回归分析来确定各电池组的i-v分布。这里，基于当前时间点，针对最近的测量值对多个测量电流值和多个测量电压值进行采样。另外，电池组管理单元20可以确定i-v分布的斜率，计算该斜率的绝对值作为各电池组的组电阻(r
pack,k
)，并将其记录在存储单元50中。i-v分布的斜率是电压变化与电流变化的平均比率，并且根据欧姆定律是对应于电阻的因子。
93.作为另一示例，电池组管理单元20可以在并联电池组模块mp正在放电时参照记录在存储单元50中的各电池组的目前测量的温度值和soc，以通过查询soc-温度-组电阻查找表来确定与测量的温度值和soc对应的组电阻(r
pack,k
)，并将其记录在存储单元50中。这里，soc-温度-组电阻查找表具有能够查询与soc和温度对应的组电阻的数据结构，并且soc-温度-组电阻查找表可以被预先定义并记录在存储单元50中。
94.电池组管理单元20还通过使用预先定义的组电阻与可用功率之间的相关性信息来确定与各电池组的组电阻(p
pack,k
)对应的n个可用功率(p
pack,k
；k为整数1至n)，并确定与该n个可用功率当中的最小可用功率对应的min(p
pack,k
)。
95.优选地，预先定义的相关性可以是能够根据组电阻来查询可用功率的组电阻-可用功率查找表。
96.图2是示出了根据本公开的实施方式的组电阻-可用功率查找表的示例的图。
97.参照图2，组电阻-可用功率查找表具有能够使用组电阻查询可用功率的数据结构，并可以被预先定义并记录在存储单元50中。优选的是，根据电池组的温度，独立地提供组电阻-可用功率查找表。在这种情况下，可以认为可用功率根据电池组的温度而变化。优选地，电池组管理单元20可以使用各电池组的测量温度值来识别待查询的组电阻-可用功率查找表，并使用所识别的查找表来确定对应于组电阻(r
pack,k
)的可用功率(p
pack,k
)。
98.更优选地，可以针对电池组的各soh和温度，独立地提供组电阻-可用功率查找表。在这种情况下，可以认为可用功率根据电池组的温度和soh而变化。优选地，电池组管理单元20可以使用各电池组的测量温度值和soh来识别待查询的组电阻-可用功率查找表，并使用所识别的查找表来确定对应于各电池组的组电阻(r
pack,k
)的可用功率(p
pack,k
)。
99.在另一方面，电池组管理单元20可以使用在确定各电池组的组电阻(r
pack,k
)时生成的i-v分布来确定各电池组的可用功率。
100.图3是示出了根据本公开的实施方式的i-v分布的示例的图表。
101.参照图3，在i-v分布与v轴相交的交点处的电压是对应于电池组的soc的ocv(开路电压)。菱形点标记指示在并联电池组模块mp正在放电时测量的多个测量电压值和多个测量电流值。另外，三角形点标记指示在并联电池组模块mp正在充电时测量的多个测量电压值和多个测量电流值。i-v分布是借助对多个测量电压值和多个测量电流值的线性回归分析而生成的直线。当电池组正在放电时，测量电流值是正值，而当电池组正在充电时，测量电流值是负值。另外，i-v分布的斜率的绝对值对应于电池组的组电阻(r
pack,k
)。
102.当并联电池组模块mp正在放电时，电池组管理单元20可以确定在i-v分布与代表放电下限电压的直线v＝v
min
相交的交叉处的电流值为最大放电电流(i
max,discharge
)，并确定v
min
×
|i
max,discharge
|为电池组的可用功率。
103.此外，当并联电池组模块mp正在充电时，电池组管理单元20可以确定为了确定各电池组的组电阻(r
pack,k
)而生成的i-v分布与代表充电上限电压的线v＝v
max
相交的相交处的电流值为最大充电电流(i
max,charge
)，并确定v
min
×
|i
max,charge
|为电池组的可用功率。
104.电池组管理单元20确定第一电池组p1至第n电池组pn的可用功率(p
pack,k
；k为1至n)，然后确定n个可用功率当中的最小可用功率，并将其记录在存储单元50中。
105.电池组管理单元20还自适应地确定并联电池组模块mp的总功率，使得具有最低组电阻的电池组的组功率与最小可用功率相同，并将其记录在存储单元50中。
106.具体地，电池组管理单元20可以使用下式1来确定并联电池组模块mp的总功率(p
total
)。
107.《式1》
108.p
total
＝min(p
pack,k
)
×itotal
/max(i
pack,k
)
[0109][0110]
这里，k为整数1至n。
[0111]
n是电池组的数目。
[0112]
p
total
是并联电池组模块mp的总功率。
[0113]
p
pack,k
是第k电池组的可用功率。
[0114]ipack,k
是第k电池组的测量电流值。
[0115]itotal
是并联电池组模块mp的电流值。i
total
是通过将并联电池组模块mp中所包括的第一电池组p1至第n电池组pn的所有测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)相加而获得的总电流值。
[0116]
max()是返回多个输入变量当中的最大值的函数。因此，max(i
pack,k
)对应于并联电池组模块mp中所包括的第一电池组p1至第n电池组pn的测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)当中的最大电流值。
[0117]
如果根据式1确定了并联电池组模块mp的总功率(p
total
)，则具有最低组电阻(r
pack,k
)的电池组的实际组功率变得等于如下所述的最小可用功率min(p
pack,k
)。这里，组功率意指当并联电池组模块mp放电时各电池组可以提供的实际功率，并且它是由各电池组的组电阻与并联电池组模块mp的总电阻之比确定的因子。
[0118]
首先，在式1的因子(项)当中，如果“i
total
/max(i
pack,k
)”中的分母和分子与“v/{i
total
×
max(i
pack,k
)}”相乘，则这可以如下式2中表达。
[0119]
《式2》
[0120]
p
total
＝min(p
pack,k
)
×itotal
/max(i
pack,k
)
[0121]
＝min(p
pack,k
)
×
{v/max(i
pack,k
)}/{v/i
total
}
[0122]
在式2中，v是并联电池组模块mp的输出电压，并且它可以与在并联电池组模块mp正在放电或充电时第一电池组p1至第n电池组pn的测量电压值(v
pack,1
至v
pack,n
)基本上相同。
[0123]
在式2中，“v/max(i
pack,k
)”对应于第一电池组p1至第n电池组pn的组电阻当中的最小电阻min(r
pack,k
)。这是因为，当并联电池组模块mp的输出电压为v时，最大电流流过具有最小电阻的电池组。另外，“v/i
total”对应于并联电池组模块mp的总电阻r
total
。因此，式2可以转换为式3。
[0124]
《式3》
[0125]
p
total
＝min(p
pack,k
)
×
min(r
pack,k
)/r
total
[0126]rtotal
是并联连接的第一电池组p1至第n电池组pn的组电阻的等效电阻，并对应于并联电池组模块mp的总电阻。第一电池组p1至第n电池组pn的组电阻(r
pack,k
)和并联电池组模块mp的总电阻r
total
满足下面的式4。
[0127]
《式4》
[0128][0129]
此外，式3可以被转换为如下式5中的包括根据现有技术确定的并联电池组模块mp的总功率min(p
pack,k
)
×
n的等式。
[0130]
《式5》
[0131]
p
total
＝min(p
pack,k
)
×
min(r
pack,k
)/r
total
[0132]
＝[min(p
pack,k
)
×
n]
×
min(p
pack,k
)
×
min(r
pack,k
)/{[min(p
pack,k
)
×
n]
×rtotal
}
[0133]
＝[min(p
pack,k
)
×
n]
×
min(p
pack,k
)/max(p
pack,k
)
[0134]
在上面的式5的第二行，“min(r
pack,k
)/{[min(p
pack,k
)
×
n]
×rtotal
}”与针对第一电池组p1至第n电池组pn当中的具有最低电阻的电池组计算出的组功率的倒数对应。
[0135]
这是因为，根据现有技术计算出的并联电池组模块mp的总功率为“min(p
pack,k
)
×
n”，它是通过将第一电池组p1至第n电池组pn的可用功率当中的最小值“min(p
pack,k
)”与电池组的数目n相乘而获得的，并且具有最低电阻的电池组的组功率对应于通过将电阻比“r
total
/min(r
pack,k
)”与使用可用功率计算出的总功率“min(p
pack,k
)
×
n”相乘而获得的值。
[0136]
由于在n个组功率当中具有最低电阻的电池组的组功率具有最大值，因此式5的第二行中的“min(r
pack,k
)/{[min(p
pack,k
)
×
n]
×rtotal
}”可以被替换为max(p
pack,k
)-1
，如第三行中最后所示的。
[0137]
这里，电池组功率意指当并联电池组模块mp放电时各电池组的实际功率。可以通过将并联电池组模块mp的总功率(p
total
)乘以各电池组的组电阻(r
pack,k
)与并联电池组模块mp的总电阻(r
total
)之比(r
total
/r
pack,k
)来计算实际功率。
[0138]
参见式5，根据本公开的实施方式确定的并联电池组模块mp的总功率(p
total
)与通过将从第一电池组p1至第n电池组pn的最小可用功率确定的总功率“min(p
pack,k
)
×
n”与衰减因子(即，“min(p
pack,k
)/max(p
pack,k
)”)相乘而获得的值对应。这里，“min(p
pack,k
)/max(p
pack,k
)”是第一电池组p1至第n电池组pn的可用功率当中的最大值与最小值的相对比率，因此始终小于1。因此，根据本公开确定的并联电池组模块mp的总功率小于按[min(p
pack,k
)
×
n]
×
[1-min(p
pack,k
)/max(p
pack,k
)]从第一电池组p1至第n电池组pn的最小可用功率确定的总功率。
[0139]
如果使用通过式5确定的总功率(p
total
)计算出具有最低组电阻的电池组的组功率(p
pack,rmin
)，则它等于如式6中的第一电池组p1至第n电池组pn的可用功率当中的最小可用
功率。因此，可以在并联电池组模块mp正在放电时从根本上防止具有最低组电阻的电池组过度充电或过度放电的现象。
[0140]
《式6》
[0141]
p
pack,rmin
＝p
total
×rtotal
/min(r
pack,k
)
[0142]
＝{min(p
pack,k
)
×
min(r
pack,k
)/r
total
}
×
{r
total
/min(r
pack,k
)}
[0143]
＝min(p
pack,k
)
[0144]
根据本公开，当根据式1确定并联电池组模块mp的总功率(p
total
)时，具有最低组电阻(r
pack,k
)的电池组的组功率(p
pack,rmin
)变得等于最小可用功率min(p
pack,k
)。
[0145]
另外，在式1中，由于并联电池组模块mp的总功率(p
total
)由作为第一电池组p1至第n电池组pn的测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)的总电流值的i
total
和作为测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)的最大值的max(i
pack,k
)确定，并且通过第一电流传感器i1至第n电流传感器in准确地测量测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)，因此存在的优点是，可以通过简单计算可靠地确定总功率(p
total
)。
[0146]
此外，在式1中，可以参考soc-可用功率查找表确定与第一电池组p1至第n电池组pn的最小可用功率对应的min(p
pack,k
)。即，在确定第一电池组p1至第n电池组pn的soc之后，可以参考soc-可用功率查找表映射与各电池组的soc对应的可用功率(p
pack,k
)，并且被映射的可用功率当中的最小值可以被确定为min(p
pack,k
)。这里，soc-可用功率查找表是能够根据第一电池组p1至第n电池组pn映射可用功率的查找表，并可以被预先定义并预先记录在存储单元50中。
[0147]
如果参考soc-可用功率查找表确定min(p
pack,k
)，则这可以替换使用i-v分布确定第一电池组p1至第n电池组pn的组电阻(r
pack,k
)并从组电阻(r
pack,k
)确定可用功率(p
pack,k
)的处理，由此减少了确定最小可用功率min(p
pack,k
)的计算负荷。
[0148]
在确定总功率(p
total
)之后，电池组管理单元20可以通过通信单元30将关于总功率(p
total
)的信息发送到电动车辆e的功率管理单元40。
[0149]
然后，功率管理单元40控制并联电池组模块mp的充电或放电，使得并联电池组模块mp的功率不超过通过式1确定的总功率(p
total
)。即，功率管理单元40控制功耗，使得负载l中消耗的功率不超过通过式1确定的总功率(p
total
)。
[0150]
具体地，功率管理单元40自适应地分配供应到与负载l对应的逆变器或dc/dc转换器的功率和供应到电气设备单元和支持防车道偏离、前碰撞警告等功能的adas(高级驾驶员辅助系统)的功率，从而不超过并联电池组模块mp的总功率(p
total
)。
[0151]
此外，如果负载l被替换为充电装置，则功率管理单元40可以在并联电池组模块mp正在使用充电装置充电时，自适应地调整提供到并联电池组模块mp的充电电压和充电电流的大小，从而不超过通过式1确定的总功率(p
total
)。
[0152]
因此，如同现有技术，可以防止并联电池组模块mp的电池组当中的具有低电阻的电池组被过度充电或过度放电。
[0153]
在本公开中，对存储单元50的类型没有特别限制，只要它是能够记录和擦除信息的存储介质即可。作为示例，存储单元50可以是ram、rom、eeprom、寄存器或闪存。存储单元50还可以通过例如数据总线电连接到电池组管理单元20，从而供电池组管理单元20访问。
[0154]
存储单元50还存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由电池组管理单元20执行
的各种控制逻辑的程序和/或当执行控制逻辑时生成的数据以及预先定义的查找表和参数。存储单元50可以在逻辑上分为两个或更多个部分，并可以被包括在电池组管理单元20中而没有限制。
[0155]
在本公开中，电池组管理单元20和/或功率管理单元40可选地可以包括在本领域中已知的用于执行上述各种控制逻辑的处理器、专用集成电路(asic)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等。另外，当用软件实现控制逻辑时，电池组管理单元20和/或功率管理单元40可以被实现为程序模块的集合。此时，程序模块可以被存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以设置在处理器的内部或外部，并通过各种公知计算机部件连接到处理器。另外，存储器可以被包括在本公开的存储单元50中。另外，存储器是指其中存储有信息的装置(不管装置类型如何)，而不是指特定的存储装置。
[0156]
另外，可以组合电池组管理单元20和/或功率管理单元40的各种控制逻辑中的一个或更多个，并且可以将组合的控制逻辑写入计算机可读代码系统并记录在计算机可读记录介质中。记录介质不受特别限制，只要它能由计算机中包括的处理器访问即可。作为示例，存储介质包括从由rom、ram、寄存器、cd-rom、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录装置组成的组中选择的至少一个。代码方案可以被分发到联网计算机，以在其中存储和执行。另外，本公开所属领域中的编程人员可以容易地推断出用于实现组合的控制逻辑的功能程序、代码和代码段。
[0157]
根据本公开的实施方式的功率控制设备10可以被包括在如图5中所示的电池管理系统100中。电池管理系统100控制与电池的充电和放电相关的总体操作，并且是本领域中称为电池管理系统(bms)的计算系统。
[0158]
另外，除了电动车辆e之外，根据本公开的实施方式的动力控制设备10还可以安装于如图6中所示的各种类型的电动驱动机构200。
[0159]
电动驱动机构200可以是诸如电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船舶和电动飞机这样的在电力作用下可移动的电力装置或者诸如电钻和电动研磨机这样的具有马达的电动工具。
[0160]
图4是用于例示根据本公开的实施方式的用于控制并联电池组模块mp的功率的方法的流程图。
[0161]
如图4中所示，在步骤s10中，电池组管理单元20确定并联电池组模块mp是否处于放电状态。为此目的，电池组管理单元20可以监测使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in测得的测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)。如果测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)为正而非0，则可以确定并联电池组模块mp正在放电。如果步骤s110的确定结果为是，则电池组管理单元20前进至步骤s20。
[0162]
在步骤s20中，电池组管理单元20控制第一传感器单元su1至第n传感器单元sun以从第一传感器单元su1至第n传感器单元sun接收第一电池组p1至第n电池组pn的操作特征值，并将其记录在存储单元50中。
[0163]
在本公开中，操作特征值包括各电池组的测量电压值(v
pack,1
至v
pack,n
)、测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)和测量温度值(t
pack,1
至t
pack,n
)。步骤s30在步骤s20之后进行。
[0164]
在步骤s30中，电池组管理单元20确定各电池组的soc和soh。以上已经描述了确定soc和soh的方法。步骤s40在步骤s30之后进行。
[0165]
在步骤s40中，电池组管理单元20基于从第一传感器单元su1至第n传感器单元sun接收到的各电池组的操作特征值来分别确定第一电池组p1至第n电池组pn的组电阻(r
pack,k
)。
[0166]
优选地，电池组管理单元20可以借助线性回归分析针对基于目前时间点采样的多个测量电压值和多个测量电流值生成i-v分布，并用i-v分布的斜率计算各电池组的组电阻(r
pack,k
)。步骤s50在步骤s40之后进行。
[0167]
在步骤s50中，电池组管理单元20使用预先定义的组电阻与可用功率之间的相关性来确定与各电池组的组电阻(p
pack,k
)对应的n个可用功率(p
pack,k
)，并确定该n个可用功率当中的最小可用功率(min(p
pack,k
))。
[0168]
在示例中，电池组管理单元20可以使用预先记录在存储单元50中的组电阻-可用功率查找表查询与各电池组的组电阻(p
pack,k
)对应的可用功率(p
pack,k
)。
[0169]
优选地，在确定各电池组的可用功率(p
pack,k
)时，电池组管理单元20可以识别与对应电池组的测量温度值和soh对应的组电阻-可用功率查找表，并使用所识别的组电阻-可用功率查找表查询对应于组电阻(r
pack,k
)的可用功率(p
pack,k
)。
[0170]
在另一示例中，电池组管理单元20可以将在计算各电池组的组电阻(r
pack,k
)时使用的i-v分布与对应于放电下限值的直线v＝v
min
相交的点处的电流确定为最大放电电流i
max,discharge
，并将通过式v＝v
min
×
|i
max,discharge
|计算出的值确定为可用功率(p
pack,k
)。
[0171]
在另一示例中，电池组管理单元20可以通过使用各电池组的soc参考soc-可用功率查找表查询与各电池组的soc对应的可用功率来确定各电池组的可用功率(p
pack,k
)。可以根据电池组的soh和温度，定义soc-可用功率查找表。在这种情况下，电池组管理单元20可以识别与各电池组的soh和测量温度值对应的soc-可用功率查找表，并参考所识别的查找表确定各电池组的可用功率。
[0172]
步骤s60在步骤s50之后进行。
[0173]
在步骤s60中，电池组管理单元20确定并联电池组模块的总功率(p
total
)，使得具有最低组电阻(r
pack,k
)的电池组的组功率与以上使用式1的最小可用功率相同。此时，电池组管理单元20可以使用第一电池组p1至第n电池组pn的测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)当中的最大值max(i
pack,k
)和测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)的总电流值(i
total
)来确定总功率(p
total
)。由于可以使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in准确地测量测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)，因此可以可靠地测量与通过现有技术确定的总功率相比有衰减的总功率(p
total
)。这里，总功率p
total
具有与根据现有技术计算出的总功率相比衰减了[min(p
pack,k
)
×
n]
×
[1-min(p
pack,k
)/max(p
pack,k
)]的大小。步骤s70在步骤s60之后进行。
[0174]
在步骤s70中，电池组管理单元20通过通信单元30将并联电池组模块mp的总功率(p
total
)发送到电动车辆e的功率管理单元40。步骤s80在步骤s70之后进行。
[0175]
在步骤s80中，功率管理单元40控制并联电池组模块mp的放电，使得并联电池组模块mp的功率不超过通过式1确定的总功率(p
total
)。
[0176]
即，功率管理单元40控制功耗，使得负载l中消耗的功率不超过通过式1确定的总功率(ptotal)。
[0177]
具体地，功率管理单元40自适应地分配供应到与负载l对应的逆变器或dc/dc转换器的功率和供应到电气设备单元和支持防车道偏离、前碰撞警告等功能的adas(高级驾驶
员辅助系统)的功率，从而不超过通过式1确定的并联电池组模块mp的总功率(p
total
)。
[0178]
结果，可以从根本上防止在并联电池组模块mp正在放电时并联电池组模块mp的电池组当中的具有低电阻的电池组过度充电或过度放电的常规问题。
[0179]
步骤s90在步骤s80之后进行。
[0180]
在步骤s90中，电池组管理单元20确定是否经过了预设功率调整时段。功率调整时段为几十毫秒至几秒。如果步骤s90的确定结果为否，则电池组管理单元20保持进程进行。此外，如果步骤s90的确定结果为是，则电池组管理单元20前进至步骤s100。
[0181]
在步骤s100中，电池组管理单元20确定并联电池组模块mp是否正在放电。为此目的，电池组管理单元20可以监测使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in测得的测量电流值(i
pack,1
至i
pack,n
)。如果测量电流值为正而非0，则可以确定并联电池组模块mp正在放电。
[0182]
如果步骤s100的确定结果为否，则电池组管理单元20结束根据本公开的实施方式的功率控制方法的执行。此外，如果步骤s100的确定结果为是，则电池组管理单元20前进至步骤s20。因此，再重复计算并联电池组模块mp的总功率(p
total
)的处理以及控制并联电池组模块mp的放电的处理从而不超过计算出的总功率(p
total
)。
[0183]
此外，上述功率控制方法涉及并联电池组模块mp放电的情况。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，即使当并联电池组模块mp正在使用充电装置充电时，也可以应用本公开。
[0184]
根据本公开，并联电池组模块的总功率得以调整，使得并联电池组模块中所包括的电池组当中的具有最低电阻的电池组的组功率变得与电池组的可用功率当中的最小可用功率相同，由此从根本上防止具有低电阻的电池组过度充电或过度放电。结果，与现有技术相比，可以提高并联电池组模块的安全性和可靠性。
[0185]
在对本公开的各种示例性实施方式的描述中，应该理解，被称为“单元”的元件在功能上而不是物理上被区分。因此，每个元件可以与其它元件选择性地集成在一起，或者每个元件可以被划分为用于有效实现控制逻辑的子元件。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，如果可以为集成的元件或分开的元件确认了功能同一性，则该集成的元件或分开的元件落入本公开的范围内。
[0186]
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细说明和具体示例尽管指示了本公开的优选实施方式但是仅以例示的方式给出，这是因为从该详细说明本领域技术人员将清楚在本公开的范围内的各种改变和修改。