继电器状态管理设备及操作方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月27日向韩国知识产权厅提交的韩国专利申请no.10-2020-0163243的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。
3.技术领域
4.本文公开的实施方式涉及一种继电器状态管理设备及其操作方法。


背景技术：

5.近来，已经在积极进行二次电池的研究和开发。这里，作为可充电/可放电电池的二次电池可以包括所有传统的镍(ni)/镉(cd)电池、ni/金属氢化物(mh)电池等、以及最近的锂离子电池。在二次电池当中，锂离子电池具有比传统的镍/镉电池、镍/氢电池等的的能量密度高得多的能量密度。此外，锂离子电池可以被制造得小且重量轻，使得锂离子电池已被用作移动装置的电源。另外，随着锂离子电池的使用范围扩大到电动车辆的电源，锂离子电池作为下一代储能介质而备受关注。
6.通常，二次电池通过继电器电连接到负载，以为负载供电，从而当继电器不正常工作时，向负载供电时可能出现问题。因此，需要一种用于准确地诊断继电器的操作错误或故障的技术。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本文公开的实施方式提供了一种能够诊断继电器状态的继电器状态管理设备以及该继电器状态管理设备的操作方法。
9.本文公开的实施方式的技术问题不限于上述技术问题，并且本领域普通技术人员从以下描述中将清楚地理解其他未提及的技术问题。
10.技术方案
11.根据本发明的实施方式，提供了一种继电器状态管理设备，该继电器状态管理设备包括：开关，其连接到电池模块的一端；电阻器单元，其连接至开关；电压测量单元，其测量施加到电阻器单元的电压；继电器，其连接在电池模块和负载之间；以及控制器，其控制开关和继电器处于短路，并且基于电压测量单元测量到的电压来诊断继电器的状态。
12.在实施方式中，控制器可以基于测量的变化量来诊断继电器的状态，该测量的变化量是电压测量单元测量到的、从控制器控制开关处于短路时起的参考时间内的电压的变化量。
13.在实施方式中，控制器可以通过使用测量的变化量和第一参考变化量来诊断继电器的状态，第一参考变化量是电压测量单元先前测量到的、在继电器的开路状态下在从控制器控制开关处于短路时起的参考时间内的电压的变化量。
14.在实施方式中，控制器可以在测量的变化量大于或等于通过将第一参考变化量乘
以预定比率而获得的值时，将继电器的状态诊断为故障，以及在测量的变化量小于通过将第一参考变化量乘以预定比率而获得的值时，将继电器的状态诊断为正常。
15.在实施方式中，控制器可以通过使用测量的变化量和第二参考变化量来诊断继电器的状态，第二参考变化量是电压测量单元先前测量到的、在继电器的短路状态下在从控制器控制开关处于短路时起的参考时间内的电压的变化量。
16.在实施方式中，控制器可以在测量的变化量距第二参考变化量在预定范围内时将继电器的状态诊断为正常，以及在测量的变化量距第二参考变化量在预定范围之外时将继电器的状态诊断为故障。
17.在实施方式中，电阻器单元可以包括彼此串联连接的第一电阻器和第二电阻器。
18.在实施方式中，电压测量单元可以测量施加到第二电阻器的电压。
19.在实施方式中，开关可以连接至电池模块的负极端子(anode terminal)。
20.根据本发明的另一实施方式，提供了一种继电器状态管理设备的操作方法，该操作方法包括：控制连接在电池模块和电阻器单元之间的开关和连接在电池模块和负载之间的继电器处于短路并测量施加到电阻器单元的电压；以及基于测量的电压来诊断继电器的状态。
21.在实施方式中，基于测量的电压来诊断继电器的状态的步骤可以包括：获得测量的变化量，该测量的变化量是测量到的从开关短路时起的参考时间内的电压的变化量；以及通过使用测量的变化量和通过先前测量在继电器的开路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的第一参考变化量来诊断继电器的状态。
22.在实施方式中，通过使用测量的变化量和通过先前测量在继电器的开路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的第一参考变化量，来诊断继电器的状态的步骤可以包括：在测量的变化量大于或等于通过将第一参考变化量乘以预定比率而获得的值时，将继电器的状态诊断为故障，以及在测量的变化量小于通过将第一参考变化量乘以预定比率而获得的值时，将继电器的状态诊断为正常。
23.在实施方式中，基于测量的电压来诊断继电器的状态的步骤可以包括：获得测量的变化量，该测量的变化量是测量到的从开关短路时起的参考时间内的电压的变化量；以及通过使用测量的变化量和通过先前测量在继电器的短路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的第二参考变化量来诊断继电器的状态。
24.在实施方式中，通过使用测量的变化量和通过先前测量在继电器的短路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的第二参考变化量来诊断继电器的状态的步骤可以包括：在测量的变化量距第二参考变化量在预定范围内时，将继电器的状态诊断为正常；在测量的变化量距第二参考变化量在预定范围之外时，将继电器的状态诊断为故障。
25.技术效果
26.根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备及其操作方法可以诊断继电器的状态。
27.根据本文公开的实施方式的电池管理设备及方法以及电池管理系统可以在目标
装置的通电状态下对电池管理设备的辅助电池进行充电。
附图说明
28.图1例示了根据本文公开的实施方式的电池组和继电器状态管理设备。
29.图2还例示了根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备。
30.图3是示出根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的电路图。
31.图4和图5是用于描述根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作的视图。
32.图6是示出根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
33.图7是用于详细描述根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
34.图8是用于详细描述根据本文公开的另一实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
具体实施方式
35.在下文中，将参照示例性附图详细描述在本文中公开的实施方式。在向各附图的部件添加附图标记时，应当注意，即使相同的部件在不同的附图中表示，相同的部件也被赋予相同的附图标记。另外，在描述本文中公开的实施方式时，当确定相关已知配置或功能的详细描述干扰对本文中公开的实施方式的理解时，将省略其详细描述。
36.为了描述本文公开的实施方式的组件，可以使用诸如第一、第二、a、b、(a)、(b)等的术语。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开，并非将部件限定于该部件的本质、顺序、次序等。本文使用的术语(包括技术和科学术语)与本领域技术人员通常理解的术语具有相同的含义，只要这些术语没有被不同地定义。一般来说，通用词典中定义的术语应被解释为具有与相关技术的上下文含义相同的含义，而不应被解释为具有理想或夸大的含义，除非它们在本技术中明确定义。
37.在本说明书中，“负载”可以包括通过从包括多个电池单元的电池组接收电力来操作的电气、电子或机械装置，并且在本文中，“负载”可以描述为电动车辆(ev)的示例，但不限于此。
38.图1例示了根据本文公开的实施方式的电池组和继电器状态管理设备。
39.参照图1，根据本文公开的实施方式的电池组100可以包括电池模块110和继电器状态管理设备120。
40.电池模块110可以包括多个电池单元111、112、113和114。虽然多个电池单元在图1中被例示为四个，但是本发明不限于此，并且电池模块110可以包括n个电池单元(n是大于或等于2的自然数)。电池模块110可以向负载200供电。为此，电池模块110可以通过继电器(参照图2和图3描述)电连接到负载200。
41.多个电池单元111、112、113和114可以是锂离子(li-离子)电池、锂离子聚合物电池、镍镉(ni-cd)电池、镍氢(ni-mh)电池等，并且可以不限于此。同时，尽管在图1中例示了一个电池模块110，但是根据实施方式，电池模块110可以被配置为多个。
42.继电器状态管理设备120可以管理和/或控制电池模块110的状态和/或操作。例如，继电器状态管理设备120可以管理和/或控制电池模块110中包括的多个电池单元111、112、113和114的状态和/或操作。继电器状态管理设备120可以管理电池模块110的充电和/或放电。
43.另外，继电器状态管理设备120可以监测电池模块110和/或包括于电池模块110中的多个电池单元111、112、113和114中的每一个的电压、电流、温度等。可以在电池模块110、充电/放电路径、电池模块110的任何位置等中附加地安装用于由继电器状态管理设备120执行的监测的传感器或各种测量模块(未示出)。继电器状态管理设备120可以基于诸如监测到的电压、电流、温度等的测量值，来计算指示例如充电状态(soc)、健康状态(soh)等的电池模块110的状态的参数。
44.继电器状态管理设备120可以计算多个电池单元111、112、113和114的单元平衡时间。例如，继电器状态管理设备120可以基于多个电池单元111、112、113和114中的每一个的soc来计算单元平衡时间。继电器状态管理设备120可以基于多个电池单元111、112、113和114中的每一个的soc来确定单元平衡目标。继电器状态管理设备120可以基于多个电池单元111、112、113和114当中被确定为单元平衡目标的电池单元的单元平衡时间，来执行单元平衡操作。
45.在这个方面，继电器状态管理设备120可以包括管理电池模块110的操作/状态的电池管理系统(bms)的功能。
46.另外，继电器状态管理设备120可以基于内部测量的电压来诊断将电池模块110与负载200连接的继电器(参照图2和图3描述)的状态。例如，继电器状态管理设备120可以通过使用在继电器的短路状态下(也就是说，在电池模块110和负载200彼此电连接的状态下)内部测量到的电压变化量，来诊断继电器的状态是正常还是故障。也就是说，在继电器状态管理设备120控制继电器处于短路状态的情况下，继电器由于故障或者非故意地开路而没有短路的状态可以被诊断为故障。下面将参照图2至图5更详细地描述继电器状态管理设备120的具体操作。
47.图2例示了根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备。
48.参照图2，继电器状态管理设备120可以包括开关121、电阻器单元122、电压测量单元123、控制器124和继电器125。
49.开关121可以连接电池模块110和电阻器单元122。例如，开关121的一端可以连接到电池模块110的负极，而开关121的另一端可以连接到电阻器单元122。开关121可以响应于控制器124的控制而开路或短路。
50.电阻器单元122可以连接到开关121的另一端。当开关121短路时，电阻器单元122可以电连接到电池模块110。电阻器单元122可以接地。
51.电压测量单元123可以测量施加到电阻器单元122的电压。例如，电压测量单元123可以在继电器125被控制为短路的同时测量在开关121短路时施加到电阻器单元122的电压。电压测量单元123可以将测量的电压发送给控制器124。例如，电压测量单元123可以实时测量施加到电阻器单元122的电压，以将测量到的电压发送给控制器124。
52.控制器124可以控制开关121和继电器125的操作。例如，控制器124可以响应于从负载200传输的控制命令而使继电器125开路或短路。当继电器125短路时，可以为负载200
提供来自电池模块110的电力。控制器124可以根据电池组100和/或电池模块110的操作状态或操作情况而使开关121开路或短路。
53.控制器124可以基于电压测量单元123测量到的电压来诊断继电器125的状态。例如，在控制继电器125短路的同时，控制器124可以获得测量到的变化量，该变化量是由电压测量单元123测量到的、从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量，并且基于测量到的变化量来诊断继电器125的状态。其中，控制器124可以同时控制开关121和继电器125短路，并且在控制器124控制继电器125短路之后，可以使开关121短路。
54.控制器124可以通过将测量到的变化量与第一参考变化量或第二参考变化量进行比较，来诊断继电器125的状态。例如，第一参考变化量可以定义为由电压测量单元123先前测量到的、在继电器125开路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量，并且第二参考变化量可以定义为由电压测量单元123先前测量到的、在继电器125短路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
55.在继电器125被控制为短路的状态下，控制器124可以将继电器125由于故障或非故意地开路而没有短路的状态诊断为故障。下面将参照图3至图5对此进行更详细的描述。
56.继电器125可以连接在电池模块110和负载200之间。例如，继电器125的一端可以电连接到电池模块110，并且继电器125的另一端可以电连接到负载200。继电器125可以响应于控制器124的控制而开路或短路。当继电器125短路时，可以为负载200提供来自电池模块110的电力。
57.根据实施方式，继电器125可以被设计为包括在继电器状态管理设备120中，并且可以被设计为将电池模块110电连接至与继电器状态管理设备120分开的负载200。例如，当继电器125被设计为与继电器状态管理设备120分开时，在一方面，继电器状态管理设备120可以被理解为用于测量电池组100的绝缘电阻的构造。
58.图3是例示了根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的电路图。图4和图5是用于描述根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作的视图。
59.参照图3，继电器状态管理设备120可以包括开关121、电阻器单元122、电压测量单元123、控制器124和继电器125。
60.开关121的一端可以连接到电池模块110的负极，而开关121的另一端可以连接到电阻器单元122。开关121可以在第一节点n1周围连接到继电器125。开关121可以响应于控制器124的控制而开路或短路。
61.电阻器单元122可以包括第一电阻器r1和第二电阻器r2。第一电阻器r1和第二电阻器r2可以彼此串联连接。第一电阻器r1可以连接到开关121的另一端。第二电阻器r2可以接地。当开关121短路时，第一电阻器r1和第二电阻器r2可以电连接至电池模块110。
62.电压测量单元123可以测量第二节点n2的电压。在一个方面，电压测量单元123可以理解为测量施加到第二电阻器r2的电压。电压测量单元123可以在继电器125被控制为短路的同时测量在开关121短路时第二节点n2的电压。电压测量单元123可以将测量的电压发送给控制器124。例如，电压测量单元123可以实时测量第二节点n2的电压，以将测量的电压发送给控制器124。
63.控制器124可以基于电压测量单元123测量的电压来诊断继电器125的状态。
64.参照图3和图4，当继电器125在处于开路状态的第五时间t5被短路从而在第六时
间t6开路时，电压测量单元123测量到的第二节点n2的电压可以变为a所指示的模式。这里，第五时间t5和第六时间t6之间的差可以被定义为参考时间，例如，200ms，但是可以根据实施方式以各种方式设置，并不限于此。如在a中，确定第二节点n2的电压变化的时间常数τ可以被确定为第一电阻器r1和第二电阻器r2之和与第一电容分量c1(例如，电池组100的电容分量)的乘积。
65.参照图5，当开关121在继电器125的开路状态下(即，对于a)短路达参考时间时，在第二节点n2处测量的电压可以定义为针对参考时间的第一参考变化量δvd。在继电器125的开路状态下，时间常数τ减小，使得第二节点n2在相同参考时间内的电压变化量可以大于在继电器125的短路状态下第二节点n2在参考时间内的电压变化量。
66.返回参照图3和图4，当开关121在第一时间t1短路并因此在第二时间t2开路时，在继电器125的短路状态下，电压测量单元123测量到的第二节点n2的电压可以改变为b所指示的模式。这里，第一时间t1和第二时间t2之间的差可以定义为参考时间。即使当开关121在第三时间t3短路并且因此在继电器125处于短路状态的第四时间t4开路时，由b指示的电压变化模式可以看起来相同或相似。在继电器125的正常短路状态下，确定第二节点n2的电压变化的时间常数τ可以被确定为第一电阻器r1和第二电阻器r2之和与第一电容分量c1(例如，电池组100的电容分量)和第二电容分量c2(例如，负载200的电容分量)的乘积。
67.参照图5，当开关121在继电器125处于正常短路状态下(即，对于b)短路达参考时间时，在第二节点n2处测量到的电压可以定义为参考时间内的第二参考变化量δv1。
68.返回参照图3，在控制继电器125短路的同时，控制器124可以基于测量的变化量来诊断继电器125的状态，该测量的变化量是电压测量单元123测量到的、从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
69.控制器124可以通过将测量的变化量与先前获得的第一参考变化量δvd或第二参考变化量δv1进行比较，来诊断继电器125的状态。例如，第一参考变化量可以定义为电压测量单元123先前测量到的、在继电器125的开路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压变化量，并且第二参考变化量可以定义为电压测量单元123先前测量到的、在继电器125的短路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压变化量。
70.控制器124可以在测量的变化量等于或大于通过将第一参考变化量δvd乘以预定比率而获得的值时，将继电器125的状态诊断为故障，并且在测量到的变化量小于通过将第一参考变化量δvd乘以预定比率而获得的值时，将继电器125的状态诊断为正常。这里，预定比率可以设置为0.9，但不限于此，并且可以根据实施方式以各种方式设置。
71.控制器124可以在测量的变化量距第二参考变化量δv1在预定范围内时将继电器125的状态诊断为正常，并且可以在测量的变化量距第二参考变化量δv1在预定范围之外时将继电器125的状态诊断为故障。
72.因此，控制器124可以在继电器125被控制为短路的状态下，将继电器125由于故障或非故意地开路而没有短路的状态诊断为故障。
73.图6是例示了根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
74.参照图6，根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作方法可以包括：操作s110，其控制连接在电池模块和电阻器单元之间的开关和连接在电池模块和负载之间
的继电器短路，并测量施加到电阻器单元的电压；以及操作s120，其基于测量的电压诊断继电器状态。
75.在下文中，将参照图2和图3详细描述操作s110和s120。
76.在操作s110中，电压测量单元123可以测量施加到电阻器单元122的电压。如参照图3所描述的，电压测量单元123可以测量第二节点n2的电压。例如，电压测量单元123可以在继电器125被控制短路的同时测量在开关121短路时施加到电阻器单元122的电压。电压测量单元123可以将测量的电压发送给控制器124。例如，电压测量单元123可以实时测量施加到电阻器单元122的电压，以将测量的电压发送给控制器124。
77.同时，开关121的一端可以连接到电池模块110的负极，并且开关121的另一端可以连接到电阻器单元122。开关121可以在第一节点n1周围连接到继电器125。电阻器单元122可以包括第一电阻器r1和第二电阻器r2。第一电阻器r1和第二电阻器r2可以彼此串联连接。第一电阻器r1可以连接到开关121的另一端。第二电阻器r2可以接地。当开关121短路时，第一电阻器r1和第二电阻器r2可以电连接至电池模块110。
78.在操作s120中，控制器124可以基于电压测量单元123测量的电压来诊断继电器125的状态。控制器124可以在继电器125被控制为短路的状态下，将继电器125由于故障或非故意地开路而没有短路的状态诊断为故障。将参照图7和图8更详细地描述操作s120。
79.此外，当流过开关121和电阻器单元122的电流大于或等于在继电器125处于短路状态下开关121短路的情况下电池组100的最大允许电流的20％时，可以执行操作s110和s120，但不限于此。
80.图7是用于详细描述根据本文公开的实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
81.参照图7，参照图6描述的操作s120可以包括：操作s121，其获得测量的变化量，该测量的变化量是测量到的从开关短路时起的参考时间内的电压变化量；以及操作s122，其通过使用测量的变化量和第一参考变化量来诊断继电器的状态，该第一参考变化量是通过先前测量在继电器的开路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的。
82.在操作s121中，在控制继电器125短路的同时，控制器124可以获得测量的变化量，该测量的变化量是电压测量单元123测量到的从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
83.在操作s122中，控制器124可以通过将测量的变化量与先前获得的第一参考变化量δvd进行比较，来诊断继电器125的状态。例如，第一参考变化量可以定义为电压测量单元123先前测量到的、在继电器125的开路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
84.控制器124可以在测量变化量等于或大于通过将第一参考变化量δvd乘以预定比率而获得的值时，将继电器125的状态诊断为故障，以及在测量的变化量小于通过将第一参考变化量δvd乘以预定比率而获得的值时，将继电器125的状态诊断为正常。这里，预定比率可以设置为0.9，但不限于此，并且可以根据实施方式以各种方式设置。
85.因此，控制器124可以在继电器125被控制为短路的状态下，将继电器125由于故障或非故意地开路而没有短路的状态诊断为故障。
86.图8是用于详细描述根据本文公开的另一实施方式的继电器状态管理设备的操作方法的流程图。
87.参照图8，参照图6描述的操作s120可以包括：操作s131，其获得测量的变化量，该测量的变化量是所测量到的从开关短路时起的参考时间内的电压变化量；以及操作s132，其通过使用测量的变化量和第二参考变化量来诊断继电器状态，第二参考变化量是通过先前测量在继电器的短路状态下在从开关短路时起的参考时间内施加到电阻器单元的电压的变化量而获得的。
88.在操作s131中，在控制继电器125短路的同时，控制器124可以获得测量的变化量，该测量的变化量是电压测量单元123测量到的、从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
89.在操作s132中，控制器124可以通过将测量的变化量与先前获得的第二参考变化量δv1进行比较，来诊断继电器125的状态。例如，第二参考变化量可以定义为电压测量单元123测量到的、在继电器125的短路状态下在从开关121短路时起的参考时间内的电压的变化量。
90.控制器124可以在测量变化量距第二参考变化量δv1在预定范围内时将继电器125的状态诊断为正常，以及可以在测量变化量距第二参考变化量δv1在预定范围之外时将继电器125的状态诊断为故障。
91.因此，在继电器125被控制为短路的状态下，控制器124可以将继电器125由于故障或非故意地开路而没有短路的状态诊断为故障。
92.以上描述仅是本发明的技术构思的例示，并且可以由本文所公开的实施方式所属领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实施方式的本质特征的情况下进行各种修改和变型。
93.因此，本文所公开的实施方式旨在用于描述而非限制本文所公开的实施方式的技术精神，并且本发明的技术精神的范围不受本文所公开的这些实施方式的限制。本文所公开的技术精神的保护范围应由所附权利要求书来解释，并且处于相同范围内的全部技术精神应理解为包括在本发明的范围内。