车辆电池管理系统和方法与流程

1.本发明涉及一种车辆电池管理系统和方法，更具体地，涉及一种车辆电池管理系统和方法，可以在车辆行驶终止之后在车辆中的各种控制器的电源关闭状态下有效地监测电池的状态，从而预防在电源关闭状态下在电池中发生的各种问题。


背景技术：

2.通常，使用电能驱动的环保车辆是通过利用存储在电池中的电能驱动作为电动旋转机构的电动机来产生动力的车辆。环保车辆的动态性能与电池性能密切相关，因此需要对电池进行有效的监控和管理。
3.通常，环保车辆的电池由通常称为电池管理系统(bms:battery management system)的控制器来管理。电池管理系统从电池收集用于电池管理的各种信息(电池电压、电池电流、电池温度等)，并且将收集到的信息应用于预先存储的各种算法以计算用于电池管理的各种参数。
4.常规的车辆的电池管理方法主要在向电池管理系统供应电力的状态下，即电源开启(ig on)的状态下执行。也就是说，连接到电池的主继电器在车辆的其他部件(例如，用于转换电池的电力并提供给电动机的电源模块(power module)或产生用于对电池进行充电的电力的充电器等)和电池之间形成电连接的状态下监测电池的状态。
5.如上所述，在常规的车辆电池管理方法中，由于在电池与其他部件形成电连接的状态下收集用于电池管理的信息，因此存在以下问题：由于其他部件对收集到的信息的影响，无法正确监测电池。
6.另外，当在电源关闭(ig off)的状态下仅电池管理系统继续处于唤醒状态并持续监测电池时，在车辆电池未被充电的状态下会继续消耗电力，因此传统上没有应用适合于在电源关闭状态下监测电池的方法。
7.上述作为背景技术描述的事项仅用于增强对本发明背景的理解，不应将其视为本领域技术人员已知的现有技术。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.(专利文献1)kr 10-2013-0061964 a
11.(专利文献2)kr 10-2016-0153874 a


技术实现要素：

12.(一)要解决的技术问题
13.因此，本发明的目的在于提供一种车辆电池管理系统和方法，可以在车辆关闭状态下有效地监测电池，从而预防诸如电池起火之类的事故。
14.(二)技术方案
15.作为用于解决上述技术问题的技术方案，本发明提供一种车辆电池管理系统，该
系统包括：第一控制器，控制车辆中的多个控制器的电源开启(ig on)和电源关闭(ig off)状态，并且通过在所述电源关闭状态下周期性地唤醒来唤醒多个所述控制器中的至少一部分控制器；以及第二控制器，当所述电源关闭状态开始时，将连接车辆中的第一电池和车辆系统的主继电器断开，在预先设定的第一参考时间内保持电源并监测存储用于产生车辆动力的能量的第一电池的状态，并且在经过所述第一参考时间之后根据所述第一控制器的唤醒周期唤醒以监测所述第一电池的状态。
16.根据本发明的一个实施例，所述第二控制器可以设置所述第一控制器的唤醒周期。
17.根据本发明的一个实施例，所述第二控制器可以在从所述电源关闭状态开始的时间点起的预先设定的第二参考时间内，将所述第一控制器的唤醒周期设置为第一唤醒周期，并且从经过所述第二参考时间之后的时间点起，将所述第一控制器的唤醒周期设置为比所述第一唤醒周期更长的第二唤醒周期。
18.根据本发明的一个实施例，当连接到所述第一电池的主继电器接通时，所述第二控制器可以中止在所述电源关闭状态下执行的对所述第一电池的监测并进行初始化。
19.根据本发明的一个实施例，在断开主继电器之后，当所述第二控制器无法确定向所述第一控制器和所述第二控制器提供电源电压的第二电池的充电状态时，或者当所述第一电池的充电状态低于预先设定的参考值时，或者当无法与降低所述第一电池的电压并将其施加到所述第二电池的低压转换器或所述第一控制器进行通信时，可以不监测所述第一电池的状态。
20.作为用于解决上述技术问题的另一技术方案，本发明提供一种车辆电池管理方法，该方法包括以下步骤：当产生用于终止车辆行驶的外部输入时，第一控制器进行控制以将车辆中的多个控制器处于电源关闭的状态；第二控制器在保持电源的同时断开连接到存储用于产生车辆动力的能量的第一电池的主继电器；第一监测，所述第二控制器设置所述第一控制器的唤醒周期，并且在预先设定的第一参考时间内保持电源并监测车辆的所述第一电池的状态；以及第二监测，当经过所述第一参考时间时，所述第二控制器根据所述第一控制器的唤醒周期唤醒以监测所述第一电池的状态。
21.根据本发明的一个实施例，在断开主继电器的步骤之后可以进一步包括以下步骤：当所述第二控制器无法确定向所述第一控制器和所述第二控制器提供电源电压的第二电池的充电状态时，或者当所述第一电池的充电状态低于预先设定的参考值时，或者当无法与降低所述第一电池的电压并将其施加到所述第二电池的低压转换器或所述第一控制器进行通信时，判断不执行所述第一监测。
22.根据本发明的一个实施例，在所述第一监测步骤中，所述第二控制器可以将所述第一控制器的唤醒周期确定为预先设定的第一唤醒周期，在所述第二监测步骤中，所述第二控制器可以在从经过所述第一参考时间的时间点起的预先设定的第二参考时间内，由根据所述第一唤醒周期唤醒的所述第一控制器唤醒，在经过所述第二参考时间之后，可以将所述第一控制器的唤醒周期设置为比所述第一唤醒周期更长的第二唤醒周期，并且由根据所述第二唤醒周期唤醒的所述第一控制器唤醒。
23.根据本发明的一个实施例，在所述第一监测步骤中，当通过所述第一控制器的控制处于电源开启状态时，所述第二控制器可以确定所述主继电器是否接通，并且当所述主
继电器接通时，可以终止对所述第一电池的状态的监测。
24.根据本发明的一个实施例，在所述第二监测步骤中，所述第二控制器可以判断唤醒之后的唤醒原因，并且判断的原因是通过在所述第一控制器中设置的唤醒周期的唤醒时，可以监测所述第一电池的状态。
25.根据本发明的一个实施例，在所述第二监测步骤中，所述第二控制器可以判断唤醒之后的唤醒原因，并且判断的原因是通过外部输入的唤醒而不是通过所述第一控制器中设置的唤醒周期的唤醒时，可以确定所述主继电器是否接通，并且当所述主继电器接通时，可以终止对所述第一电池的状态的监测。
26.(三)有益效果
27.根据所述车辆电池管理系统和方法，即使在车辆电池与车辆系统的电连接被切断并且控制器全部处于电源关闭状态下，也可以监测电池的状态，从而可以预防在电池中发生的各种问题，例如，电池起火等。
28.特别地，根据本发明的各个实施列的车辆电池管理系统和方法，在电源关闭状态开始之后随着时间的经过适当地确定监测电池的次数，从而可以在电源关闭状态下最小化电力消耗并且有效地监测电池的状态。
附图说明
29.图1是根据本发明的一个实施例的车辆电池管理系统的框图。
30.图2是示出根据本发明的一个实施例的车辆电池管理系统随时间的监测过程的图。
31.图3至图5是示出根据本发明的一个实施例的车辆电池管理方法的流程图。
32.附图标记说明
33.11：第一控制器(vcu) 12：第二控制器(bms)
34.13：第一电池(高压电池、主电池)
35.14：低压转换器
36.15：第二电池(低压电池、辅助电池)
37.mr：主继电器
具体实施方式
38.以下，将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例的车辆电池管理系统和方法。
39.图1是根据本发明的一个实施例的车辆电池管理系统的框图。
40.参照图1，根据本发明的实施例的车辆电池管理系统可以包括：第一控制器11，控制车辆中的多个控制器的电源开启(ig on)和电源关闭(ig off)状态，并且通过在电源关闭状态下周期性地唤醒来唤醒多个控制器中的至少一部分控制器；以及第二控制器12，当电源关闭状态开始时，将连接车辆中的第一电池13和车辆系统的主继电器mr断开，在预先设定的第一参考时间内保持电源并监测车辆中的第一电池13的状态，并且在经过第一参考时间之后根据第一控制器11的唤醒周期唤醒，以监测第一电池13的状态。
41.如图1所示，第一控制器11可以被实现为控制车辆的整体操作的车辆控制单元
(vehicle control unit:vcu)，并且第二控制器12可以被实现为被称为电池管理系统(battery management system:bms)的控制器，其主要监测电池的状态并且控制连接到电池的续电器mr等的状态。
42.另外，第一电池13可以是车辆的主电池(或高压电池)，其向用于产生车辆的动力的驱动电动机供应能量或通过接收驱动电动机的再生能量来进行充电。
43.在图1中，附图标记“14”表示将主电池13的高电压降低至与电气负载的电源相对应的低电压的低压转换器(low voltage dc-dc converter:ldc)，附图标记“15”表示可以通过施加低压转换器中转换的电压来进行充电并且可以向车辆中的各种控制器供应电源电压的辅助电池15或低压电池。
44.在本发明的一个实施列中，第一控制器11可以基于从外部输入的信号来控制车辆中的多个控制器的电源开启和电源关闭状态。例如，在电源关闭状态下，当驾驶员产生用于按下车辆的启动按钮的输入时，第一控制器11可以识别出该情况，并且允许将电力供应到车辆中的多个其他控制器以使其处于电源开启状态。相反，当驾驶员在电源开启状态下产生用于按下车辆的启动按钮的输入时，第一控制器11可以识别出该情况，并且切断车辆中的多个其他控制器的电力供应以使其处于电源关闭状态。
45.第二控制器12根据由第一控制器11执行的电源开启和电源关闭状态控制而操作时，可以在车辆通过驾驶员的输入终止行驶并从电源开启状态切换到电源关闭状态之后，立即利用内置的电源闩锁(power latch)功能在一定时间内持续保持电源开启状态，并断开主继电器mr，然后监测第一电池13。
46.在此，电源闩锁功能是这样一种功能：即使在发生第一控制器11的电源关闭控制的情况下，第二控制器12通过利用直接连接到根据需要供应电力的第二电池15的电源线来在一定时间内保持电力供应状态。
47.由第二控制器12执行的监测是为了确认车辆行驶终止之后在第一电池13中可能发生的问题，并且主要是第一电池13的绝缘电阻值测量、构成第一电池13的电池单元之间的电压偏差、第一电池13的劣化程度等。电池的绝缘电阻、电池单元之间的电压偏差以及劣化程度的导出或计算可以通过采用本领域中已知的各种方法中的一些来进行。
48.另外，第二控制器12可以设置第一控制器11的唤醒周期，在电源关闭状态开始之后，利用内置的计数器来计算用于改变设置第一控制器11的唤醒周期的参考时间。
49.图2是示出根据本发明的一个实施例的车辆电池管理系统随时间的监测过程的图。
50.当产生用于终止车辆行驶的驾驶员输入时，第一控制器11开始关闭车辆中的多个控制器的电源的电源关闭状态。以这种方式，当从电源开启状态切换到电源关闭状态时，在电源关闭状态开始的同时第二控制器12执行电源闩锁操作以保持电源，并且可以在第一参考时间t1内监测第一电池13。例如，第一参考时间t1可以被预先设定为约几个小时。
51.另外，由于本发明的各个实施列用于监测第一电池13的状态，因此作为监测第一电池13的状态的主体的第二控制器12可以设置第一电池13的唤醒周期。
52.特别地，第二控制器12从电源开启状态切换到电源关闭状态的时间点起，即，从电源关闭状态开始的时间点起，在预先设定的第二参考时间t2内，可以将第一控制器11的唤醒周期设置为第一唤醒周期p1，并且从经过第二参考时间t2的时间点起，可以将第一控制
器11的唤醒周期设置为比第一唤醒周期p1更长的第二唤醒周期p2。
53.例如，第二参考时间t2可以是约几天，第一唤醒周期p1可以是几个小时，并且第二唤醒周期p2可以是几十个小时到几天。
54.总之，在第二参考时间t2内，第一控制器11根据第一唤醒周期p1唤醒以唤醒第二控制器12，并且唤醒的第二控制器12可以监测电池的状态。保持唤醒的时间可以根据第二控制器12监测电池所需的时间适当地预先设定。
55.当经过第二参考时间t2时，第一控制器11可以根据比第一唤醒周期p1更长的第二唤醒周期p2唤醒以唤醒第二控制器12。
56.第二控制器12可以使用内置的计数器(未示出)来计算第一参考时间t1和第二参考时间t2。在此，可以根据向第一控制器11和第二控制器12供应电源电压的第二电池15的充电状态或劣化程度或者通过低压转换器14提供用于对第二电池15进行充电的能量的第一电池13的充电状态或劣化程度，适当地改变第一参考时间t1和第二参考时间t2。例如，当第一电池13或第二电池15的充电状态或劣化程度低于参考值时，第一参考时间t1和第二参考时间t2可以被设置为相对短，相反，当第一电池13或第二电池15的充电状态或劣化程度高于参考值时，第一参考时间t1和第二参考时间t2可以被设置为相对长。
57.上述第一参考时间t1、第二参考时间t2、第一唤醒周期p1、第二唤醒周期p2均是预先设定的值，为了设置这些值，可以考虑向控制器提供电源电压的第二电池15的容量和劣化程度、用于存储对第二电池15进行充电的能量的第一电池13的容量、车辆的燃料效率等。
58.根据本发明的各种实施列，当第一电池13未连接到车辆系统的状态，即，当主继电器mr为断开(off)(打开)的状态时，监测第一电池13。因此，当第一电池13保持在未连接到车辆系统的状态时，可以随着时间的经过进行如上所述的监测。当在如上所述的监测过程中第一电池13的电连接状态改变时，即，当主继电器mr接通(on)(短路)时，根据本发明的各种实施列的电池监测被中止，监测过程可以被初始化，并且当主继电器mr断开时，可以从用于监测电池的最初的过程(即，通过第二控制器12的电源闩锁持续监测)开始重新开始。
59.另一方面，在停车状态下，当驾驶员按下车辆启动按钮以产生用于终止车辆行驶的输入并且因此第一控制器11在电源关闭状态下控制车辆控制器时，第二控制器12利用电源闩锁功能保持电源并且断开主继电器mr，然后可以判断是否满足对第一电池13执行监测的要求。
60.在此，作为对第一电池13执行监测的要求，可以考虑是否计算第二电池15的充电状态(state of charge:soc)、第一电池13的充电状态和控制器之间的通信状态等。
61.例如，当第二控制器12无法确定向第一控制器11和第二控制器12供应电力的第二电池15的充电状态时，在第二电池15未被充电的状态下，第一控制器11和第二控制器13无法确定是否能够供应足够的电力来监测第一电池13，因此可以不执行监测。
62.另外，当第二电池15的充电状态低于预先设定的参考值时，可以操作低压转换器14以利用存储在第一电池13中的能量对第二电池15进行充电，以随后执行电池监测。当第一电池13的充电状态不足时，如果执行对第二电池15的充电，则第一电池13的充电状态可能进一步降低，使得随后车辆可能无法运行。因此，当第一电池13的充电状态低于预先设定的参考值时，可以不执行监测。
63.另外，当第一控制器11与第二控制器12或第二控制器12与低压转换器14之间处于
无法进行通信(例如，can通信)的状态(例如，can超时等)时，由于无法交换监测所需的各种数据，所以可以不执行监测。
64.图3至图5是示出根据本发明的一个实施例的车辆电池管理方法的流程图。可以通过上述根据本发明的一个实施列的车辆电池管理系统来实现根据本发明的一个实施列的车辆电池管理方法。
65.参照图3至图5，首先，当在车辆停车的状态下产生终止车辆行驶的驾驶员输入时，可以从第一控制器11关闭车辆控制器中的电源的步骤s11开始。
66.当通过第一控制器11而处于电源关闭状态时，第二控制器23可以利用电源闩锁功能保持电源并且断开主继电器mr(s12)，并且确定是否满足在主继电器mr断开的状态下执行监测的要求(s13)。
67.在步骤s13中，当第二控制器12无法确定向第一控制器11和第二控制器12提供电源电压的第二电池15的充电状态时，或者当第一电池13的充电状态低于预先设定的参考值时，或者当无法与降低第一电池13的电压并将其施加到第二电池15的低压转换器14或第一控制器11进行通信时，可以判断不执行监测。
68.当满足在步骤s13中执行监测的要求时，第二控制器12操作计数器以计算时间并设置第一控制器11的第一唤醒周期p1，使得第一控制器11可以根据第一唤醒周期p1唤醒(s14)。
69.随后，第二控制器12可以通过在预先设定的第一参考时间t1内保持电源闩锁功能来持续监测第一电池13的状态(s15)。如上所述，在监测第一电池13的状态的过程中，计算第一电池13的绝缘电阻、构成第一电池13的电池单元之间的电压偏差、第一电池13的劣化程度等，并通过分别比较计算值和预先设定的参考值来监测第一电池13的状态。
70.当经过第二控制器12持续监测第一电池13的状态的第一参考时间时(s16)，第二控制器12可以终止电源闩锁功能并关闭(s17)。此后，第二控制器12可以通过第一控制器11的唤醒来再次唤醒。
71.尽管图中未示出，但是在第一参考时间t1内，在第二控制器12利用电源闩锁功能保持电源的状态下对第一电池13执行监测的过程中，当第一控制器11唤醒时，第二控制器12确定主续电器mr是否接通，并且当主续电器mr接通时，可以初始化计数器以中止监测。
72.当经过第一参考时间t1之后第一控制器11唤醒时，第一控制器11可以通过向第二控制器12供应电力来唤醒第二控制器12(s21)。此时，第一控制器11可以向第二控制器12提供关于相应的唤醒是通过预先设定的第一唤醒周期进行的唤醒还是通过驾驶员的输入进行的唤醒的信息。
73.当第二控制器12唤醒时，基于从第一控制器11接收的信息，判断是否为通过驾驶员输入的电力供应来唤醒第二控制器12(s22)，在根据第一唤醒周期p1唤醒的情况下，可以在预先设定的时间内监测第一电池13的状态，然后再次关闭(s23)。并且可以继续根据第一唤醒周期p1的周期性的监测，直到经过预先设定的第二参考时间t2为止(s24)。
74.在步骤s24中，当第二控制器12基于通过计数器的计数所计算的时间来判断经过第二参考时间t2时，将第一控制器11的唤醒周期设置为比第一唤醒周期p1更长的第二唤醒周期p2，并将其发送到第一控制器11(s25)。
75.另一方面，当判断第一控制器11唤醒并处于电源开启状态(s21)，并且电源呈开启
状态的原因是根据驾驶员输入的电源开启状态，而不是根据第一唤醒周期p1的周期性的唤醒(s22)时，第二控制器12判断是否需要接通主续电器mr，并且当接通主续电器mr时(s26)，可以初始化计数器(s27)。即，当通过接通主续电器mr将第一电池11连接到车辆系统时，第一电池11的状态改变，并且可以终止先前执行的对第一电池13的监测。
76.当在计数器初始化(s27)之后再次通过第一控制器11处于电源关闭状态(s28)时，可以执行步骤s12，使得可以从头开始再次执行如上所述的监测过程。如果在计数器初始化(s27)之后，当车辆在没有再次通过第一控制器11处于电源关闭状态的情况下开始行驶时，可以终止监测过程，直到下一个电源关闭状态为止。
77.在上述步骤s25中，在将第一控制器11的唤醒周期设置为第二唤醒周期p2之后，第一控制器11在每第二唤醒周期p2唤醒一次以向第二控制器12供应电力。
78.当经过第二参考时间t2之后第一控制器11唤醒时，第一控制器11可以通过向第二控制器12供应电力来唤醒第二控制器12(s31)。此时，第一控制器11可以向第二控制器12提供关于相应的唤醒是通过预先设定的第一唤醒周期进行的唤醒还是通过驾驶员的输入进行的唤醒的信息。
79.当第二控制器12唤醒时，基于从第一控制器11接收的信息，判断是否为通过驾驶员输入的电力供应来唤醒第二控制器12(s32)，在通过第二唤醒周期p2唤醒的情况下，可以在预先设定的时间内监测第一电池13的状态，然后再次关闭(s33)。
80.另一方面，当判断第一控制器11唤醒并处于电源开启状态(s31)，并且电源开启状态的原因是根据驾驶员输入的电源开启状态，而不是根据第二唤醒周期p2的周期性的唤醒(s32)时，第二控制器12判断是否需要接通主续电器mr，并且当接通主续电器mr(s34)时，可以初始化计数器(s35)。即，当通过接通主续电器mr将第一电池11连接到车辆系统时，第一电池11的状态改变，并且可以终止先前执行的对第一电池13的监测。
81.当在计数器初始化(s27)之后再次通过第一控制器11处于电源关闭状态(s36)时，可以执行步骤s12，使得可以从头开始再次执行如上所述的监测过程。如果在计数器初始化(s27)之后，当车辆在没有再次通过第一控制器11处于电源关闭状态的情况下开始行驶时，可以终止监测过程，直到下一个电源关闭状态为止。
82.如上所述，根据本发明的各个实施列的车辆电池管理系统和方法，即使在车辆电池与车辆系统的电连接被切断并且控制器全部处于电源关闭状态下，也可以监测电池的状态，从而可以预防在电池中发生的各种问题，例如电池起火等。
83.特别地，根据本发明的各个实施列的车辆电池管理系统和方法，在电源关闭状态开始之后随着时间的经过适当地确定监测电池的次数，从而可以在电源关闭状态下最小化电力消耗并且有效地监测电池的状态。
84.以上尽管示出并描述本发明的特定实施例，然而，对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是，可以在权利要求书的范围内可以进行各种修改和改变。