专利名称：电池管理系统及其驱动方法
技术领域：
本发明方面涉及电池管理系统及其驱动方法。
背景技术：
因此，为减少空气污染，近来已做出各种努力来发展电动或混合动力车辆。 电动车辆使用由电池输出的电能来操作的电机。由于电动车辆主要使用
由包括多个可再充电二次单电池的一个电池组所形成的电池，因此电动车辆 不产生气体排放并且噪音较小。
混合动力车辆通常是指汽油-电力混合动力车辆，其使用汽油为内燃机 提供动力并使用电池为电机提供动力。近年来，使用内燃机和燃料电池的混 合动力车辆以及使用电池和燃料电池的混合动力车辆已经发展起来。燃料电 池通过在氢气和氧气被连续供应时产生化学反应来直接获取电能。
为了提高使用电池作为电源的车辆的输出功率，已增加了可再充电单电
池的数目，并且使用电池管理系统(BMS)来有效地管理彼此连接的多个单 电池。
具体来说，BMS通过测量启动车辆引擎时的开路电压(OCV)和电流 值来估计电池的充电状态(SOC)和健康状态(SOH)。在这种情况下，可 以-使用开关来测量该OCV和电流值。
当使用开关来测量OCV和电流值时，用于测量OCV和电流值的时序 可能会由于开关的接通和/或关断而改变。例如，开关的接通和关断时序可 能会使电池的电流值在OCV测量时序之前一预定的时间段被测量，从而使 得BMS可能在预定的时间段之前测量电流值。如上所述，开关的接通/关断操作会使测量OCV和电流值的时序被改变。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于加强对本发明背景的理解， 因此它可能包含不构成在本国家中已为本领域普通技术人员所知的现有技 术的信息。
发明内容
本发明的方面提供一种能够对测量单电池电压和电池电流的时序进行 控制的电池管理系统及其驱动方法。
根据本发明的方面的示例性电池管理系统(BMS )管理具有多个单电池 的电池。
根据本发明的方面，BMS包括传感单元，用于存储与多个单电池中 的第一单电池的单电池电压对应的;f企测电压，并用于在完成所述4企测电压的 存储时测量所述电池的电流；和MCU，用于控制所述传感单元在完成所述 才企测电压的存^f渚时测量所述电池的电流。
根据本发明的方面的示例性BMS包括多个单电池和分别连接至所述多 个单电池的多个单电池继电器。
才艮据本发明的方面，BMS包括用于4企测电池的电流的电流传感器； 传感单元，用于存储与通过所述多个单电池继电器之一传送的单电池电压对 应的检测电压，并用于控制所述电流传感器在完成所述检测电压的存储时测 量电池电流；和MCU，用于控制所述传感单元在完成所述斥企测电压的存储 时测量电池电流。根据本发明的各个方面，所述传感单元在完成所述检测电 压的存储之后的时刻生成与所述检测电压对应的信号。
#4居本发明的方面的示例性驱动方法驱动包括多个单电池和分别连4妄 至所述多个单电池的多个单电池继电器的BMS。
根据本发明的方面，所述驱动方法包括存储与通过所述多个单电池继 电器之一传送的单电池电压对应的检测电压；在完成所述检测电压的存储时 测量电池电流；并且在完成所述4企测电压的存^f诸之后测量所述检测电压。如上所述，根据本发明的方面，可以通过控制测量单电池电压和电池电 流的时序来准确地测量单电池电压和电池电流。
本发明的其它方面和/或优点将部分地记载在随后的说明书中，并且将 部分地根据说明书变得显而易见，或可以通过本发明的实践而获知。
本发明的这些和/或其它方面和优点将根据以下结合附图对实施例的描
述而变得明显且更易于理解，附图中
图1是根据本发明的方面的电池、电池管理系统和外围设备的示意图。
图2是图1的电池管理系统的示意性配置。 图3是根据本发明的方面的传感单元和MCU的示意图。 图4是图3的传感单元的电压4企测单元的详细视图。 图5是#4居本发明的方面的测量电池的单电池电压和电流的时序图。 图6是根据本发明的方面的测量电池的单电池电压和电流的过程的流 程图。
具体实施例方式
现在将详细参考本发明的方面，本发明的示例示于附图中，其中相同的 附图标记始终表示相同的元件。为了解释本发明，以下将通过参考附图来描 述这些方面。本领域技术人员应该理解，可以以各种不同的方式对所描述的 各方面进行修改，而不背离本发明的精神或范围。因此，附图和描述应被认 为本质上是解释性的，而不是限制性的。另外，除非被明确描述为相反，词 "包括"应当被理解为暗示包括所描述的元件但不排除任何其它元件。
将参考附图更详细地描述根据本发明的方面的电池管理系统及其驱动 方法。图1是根据本发明的方面的电池、电池管理系统和外围设备的示意图。 图2是图1的电池管理系统的示意性配置。另外，将更详细地描述使用电池 的车辆系统。如图1中所示，车辆系统包^舌电池100、电流传感器200、冷却风扇300、 保险丝400、主开关500、电动才几控制单元(MTCU) 600、反相器700、电 动发电才几800和电池管理系统(BMS ) 900。
电池100包括多个子组a至h、输出端子B。w、输出端子B。w和布置在 子组d与子组e之间的安全开关Bsw,其中子组a至h中的每一个均具有彼 此串联的多个单电池。8个子组a至h是示例性的，并且一个子组是多个单 电池的组，j旦本发明的方面不限于此，因而子组可以包括在电池100中包括 的较多或较少子组。安全开关Bsw被手动接通或关断，以保证工作人员对电 池进行操作或更换电池时的安全。在本发明的示例性实施例中，电池100包 括安全开关Bsw，但并不限于此，因而安全开关Bsw不需要手动操作，而是 可以被自动操作。
电流传感器200测量电池100的输出电流值，并将测量的输出电流值发 送给BMS卯O。更详细地说，电流传感器200可以是通过使用霍尔(Hall) 元件来测量电流并输出与测得的电流对应的模拟电流信号的霍尔电流变换 器，或者可以是分流电阻器，该分流电阻器针对流经提供在负载线路中的这 种电阻器的电流而输出电压信号。
冷却风扇300根据从BMS卯O提供给冷却风扇300的控制信号，除去 由电池100的充电或》文电产生的热量，以防止电池100由于温度升高而退^:， 从而防止充电/放电效率降低。
保险丝400防止可能由断^各或短^各导致的过流电流;波传送到电池100。 也就是说，当过电流产生时，i呆险丝400断开以防止电流过流。
当出现包括过电压和过电流、或高温的不寻常现象时，主开关500响应 于从BMS卯0提供给主开关500的控制信号或MTCU 600的控制信号，接 通或关断电池100。
MTCU 600基于加速器、制动器和车辆速度的信息来检查车辆的操作状 态，并确定诸如扭矩度之类的必要信息。这里，车辆的操作状态可以包括用 于启动引擎的接通(key-on)状态、用于停止引擎的切断(key-off)状态、惰行状态和加速状态。MTCU600控制反相器700的切换，并控制电动发电 机800,以具有基于扭矩信息的输出。另外，MTCU 600向BMS卯0发送车 辆状态信息，并从BMS 900接收电池100的充电状态(SOC)，并控制电 池100的SOC,以达到目标值(例如，55%)。例如，当从BMS 900接收 的SOC是55。/。或更少时，MTCU 600控制反相器700的开关，以通过向电 池IOO输出功率来对电池IOO充电。在这种情况下，电池电流可以一皮设置为 正(+ )值。当SOC是55。/。或更高时，MTCU600控制反相器700的开关， 以通过向电动发电机800输出功率来对电池IOO放电，而在这种情况下，电 池电流可以被设置为负(-)值。也就是说，MTCU 600基于从BMS 900 发送的SOC来阻止电池100的充电或放电。因此，反相器700使得电池100 能够基于MTCU 600的控制信号而净皮充电或》文电。
电动发电机800使用电池100的电能基于从MTCU 600接收的扭矩信息 来驱动车辆。
BMS 900通过测量电池100的电压、电流和温度来估计电池100的SOC 和健康状态(SOH)。另外，BMS 900基于SOC和SOH来控制电池100的 充电禾口》文电。
更详细地，参见图2, BMS 900包括传感单元910、微控制单元(MCU) 920、内部供电单元930、单电池平衡单元940、存储单元950、通信单元960、 保护电路单元970、上电复位单元980和外部接口 9卯。根据本发明的方面， BMS 900不限于此，因而BMS 900可以包括其它未示出的单元。
传感单元910 4艮据MCU 920的控制测量电池100的单电池电压V、电 流I和温度T，也就是说，传感单元910从MCU 920接收控制信号，并根 据该控制信号测量电池100的单电池电压V、电流I和温度T。这里，电池 IOO的单电池电压V、电流I和温度T以才莫拟形式^皮测量。传感单元910将 电池100的模拟形式的单电池电压V、电流I和温度T转换为数字值，并将 转换成的数字值发送给MCU 920。
MCU920从传感单元910接收电池100的单电池电压V、电流I和温度T,并测量SOC和SOH。另外，MCU 920生成对测量电池100的单电池电 压V和电流I的时序进行控制的控制信号。
内部供电单元930使用辅助电池给BMS 900供电。单电池平衡单元940 平衡各单电池的SOC。也就是说，单电池平衡单元940可以对SOC较高的 单电池放电，而对SOC较低的单电池充电。
存储单元950在BMS 900关断时存储包括当前SOC和当前SOH的数 据。这里，存储单元950可以包括非易失性电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM ),但是本发明的方面不限于此，因此存储单元950可以包括诸 如RAM之类的易失性存储器，或诸如ROM、闪存或硬盘驱动器之类的另 一类型的非易失性存储器。
通信单元960与车辆的MTCU 600通信。也就是说，通信单元960向 MTCU 600发送SOC和SOH数据，或向MCU 920发送接收自MTCU 600 的车辆状态。保护电路单元970是用于保护电池100免于震动、过电流和j氐 电压的二级电3各。上电复位单元980在BMS 900启动时复位整个系统。外 部4妄口 990将BMS 900的诸如冷却风扇300和主开关500之类的辅助i殳备 连接至MCU 920。在本发明的示例性实施例中，〗叉冷却风扇300和主开关 500被示出为辅助设备，但是并不限于此，因此输出关于BMS 900的信息的 仪表或其它设备也可以通信连接至MCU 920。
以下将参考图3至图6更详细地描述根据本发明示例性实施例的对 BMS的电池的单电池电压和电流的测量的时序进4亍控制的方法。
图3示意性地示出根据本发明的方面的传感单元和MCU,而图4更详 细地示出图3的传感单元的电压4企测单元。图5示出根据本发明的方面的用 于测量电池的单电池电压和电池的电流的时序图。图6是根据本发明的方面 的测量电池的单电池电压和电流的过程的流程图。
如图3所示，MCU920生成电压控制信号Sv和电流控制信号S!，以对
电池的单电池电压V和电流I的测量时序分别进行控制。电压控制信号Sv
可以包括用于对多个单电池进行测量的两个或以上控制信号。稍后将参考图4对电压控制信号Sv进行更详细的描述。此外，电压控制信号Sv和电流控
制信号S!各自可以包括一个或多个信号。
更详细地说，MCU 920确定电压检测单元912中与电池的单电池电压V 对应的检测电压。MCU 920控制电流检测单元911以在充入检测电压的结 束点处测量电池的电流I。也就是说，MCU920在存储检测电压的结束时刻 生成电流控制信号Sp并将该电流控制信号Sr发送给电流检测单元911。另 外，MCU 920在预定的延迟时间段Td之后生成用于测量已充入的检测电压 的电压控制信号Sv，并将该电压控制信号Sv发送给电压检测单元912。
传感单元910包括电流检测单元911、电压检测单元912和模数(A/D ) 转换器913。
电流检测单元911控制(图1的)电流传感器200以根据从MCU 920 发送的电流控制信号S！测量电池电流。电流;险测单元911 4妄收电流传感器 200测量的电池电流I的模拟数据。另外，电流检测单元911将电池电流I 的模拟数据发送给A/D转换器913。
电压4全测单元912#4居电压控制信号Sv充入与电池的单电池电压V对
转换器。
现将参考图4更详细地描述电压4企测单元912。如图4所示，电压检测 单元912包括多个单电池继电器SR1至SR40、继电器RL1和RL2以及电
答器Co
尽管单电池继电器SR1至SR40的数目被描述为与单电池的数目40对 应的40，但是本发明的方面不限于此，因此单电池继电器的数目可以对应 于单电池的任意数目。进一步地，单电池继电器不需要对应于单电池的数目， 因此一个单电池继电器可以对应于多个单电池，或者多个单电池继电器可以 对应于单个单电池。在这种情况下，发送给电压4企测单元912的电压控制信 号Sv包括分别控制多个单电池继电器SR1至SR40的单电池继电器控制信 号Ssr!至Ss詣以及分别控制继电器RL1和RL2的继电器控制信号SRL1和SRL2。单电池继电器SR1至SR40可以在单电池继电器控制信号Ss!u至SSR40
为高电平时分别接通，并可以在单电池继电器控制信号Ssju至SsR4。为低电
平时分别关断。继电器RL1和RL2可以在继电器控制信号Sru和S虹2为高
电平时分别接通，并可以在继电器控制信号Sru和S虹2为低电平时分别关断。
多个单电池继电器SR1至SR40中的每一个被分别连接至电池100的多 个单电池CELL1至CELL40。具体来说，每个单电池继电器SR1至SR40 一皮分别连4妻至电池100的多个单电池CELL1至CELL40之一的正端子和负 端子。多个单电池继电器SR1至SR40根据多个单电池继电器控制信号SSR1 至SsR4o被接通或关断。在多个单电池CELL1至CELL40中，与通过接通的 单电池继电器SR1至SR40而接通的单电池继电器对应的单电池电压V通过 接通的继电器RL1被传送给电容器C。通过由控制信号Sw至Ssr4。接通的 单电池继电器和由继电器控制信号SRu接通的继电器RL1,电池100的多个 单电池中的相应单电池与电容器C电连接。然后，与单电池电压对应的4企测 电压通过包括接通的单电池继电器和接通的继电器RL1的路径被存储在电 容器C中。在与单电池电压对应的检测电压^皮充入电容器C中之后，MCU 920在预定的延迟时间段Td之后接通继电器RL2。更详细地说，继电器RL2 根据继电器控制信号S虹2被接通或关断，并将存储在电容器C中的电压传 送给A/D转换器913。
为了准确地测量充入电容器C中的电压，继电器RL1必须被完全关断。 这里，预定的延迟时间段Td应当比用于完全关断继电器RL1的时间段长。 当继电器RL2在继电器RL1被完全关断之后接通时，充入电容器C中的检 测电压通过继电器RL2被传送给A/D转换器913。
返回参见图3， A/D转换器913将从电流检测单元911和电压检测单元 912发送来的模拟数据转换为数字数据，并将数字数据发送给MCU 920。
参见图3至图6，将更详细地描述根据本发明的方面的测量单电池电压 和电池电流的过程。为了非限制性目的，通过使用多个单电池继电器SR1至SR40中单电池继电器SR1中存储的电压，单电池电压和电池电流被测量， 然而本发明的方面不限于此。
当高电平的单电池继电器控制信号SSR1被发送给单电池继电器SRI时， 单电池继电器SRI被接通(S600)。在这种情况下，当高电平继电器控制 信号SRu被发送给继电器RLl时，存储在单电池CELL1中的单电池电压V 通过单电池继电器SRI和继电器RL1净皮存^f诸在电容器C中(S610)。
在时刻Tl，即低电平的继电器控制信号SRu被发送给继电器RLl从而 使继电器RL1被完全关断的时刻，也即当完成与单电池电压V对应的检测 电压的存储时，MCU920生成用于测量电池电流I的电流控制信号SP并将 该电流控制信号S!发送给电流检测单元911。电流检测单元911根据作为输 入的电流控制信号S—人电流传感器200接收电池电流I，并将电池电流I发 送给A/D转换器913 ( S620 )。
在预定的延迟时间段Td之后，MCU 920向继电器RL2发送高电平的控 制信号SRL2,以接通继电器RL2 (S630和S640)。在继电器RL2的接通时 间点T2,电压检测单元912测量与存储在电容器C中的单电池电压V对应 的检测电压。也就是说，由于继电器RL2被接通，因此电压检测单元912 将来自继电器RL2的该;险测电压发送给A/D转换器913 ( S650 )。
A/D转换器913将以^t拟形式发送的电池电流I和单电池电压V转换为 数字数据，并将数字数据发送给MCU920。
其它单电池继电器SR2至SR40的电池电流I和单电池电压V可以与如 上所述相同的方式测量得到。
如上所述，根据本发明的方面，在继电器RL1被完全关断，并且单电 池电压V ^皮完全存储在电容器C中时的时间点Tl,测量电池电流I,因此 可以使单电池电压V的测量时序和电池电流的测量时序被同步。单电池电 压V的测量时序和电池电流的测量时序之间的时间间隙会降低测量时的准 确性。因此，才艮据本发明的方面，可以通过对单电池电压V的测量时序和 电池电流I的测量时序进行同步来获得准确的数据。另外，由于继电器RL2在继电器RL1被完全关断之后被接通，因此可以降低由于电流泄漏而会发
生的测量误差。
尽管已示出并描述了本发明的若干个实施例，但是本领域技术人员应当 理解，可以在不超出本发明的原理和精神的情况下对该实施例进行》务改，本 发明的范围在权利要求及其等同物中限定。
权利要求
1、一种具有单电池的电池的电池管理系统，该电池管理系统包括传感单元，用于存储与所述单电池中的第一单电池的单电池电压对应的检测电压，并用于在完成所述检测电压的存储时测量所述电池的电流；和微控制单元，用于控制所述传感单元在完成所述检测电压的存储时测量所述电池的电流。
2、 根据权利要求1所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 应的信号。
3、 根据权利要求1所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述微控制单元生成第一至第三控制信号，并将第一至第三控制信号输出给所 述传感单元，以控制所述传感单元，并且所述传感单元根据第一控制信号开 始和结束所述检测电压的存储，根据第二控制信号测量所述电池的电流，并 根据第三控制信号生成与所述检测电压对应的信号。
4、 根据权利要求3所述的具有单电池的电池的电池管理系统，进一步 包括用于测量所述电池的电流的电流传感器，其中所述传感单元包括电流检测单元，用于根据所述第二控制信号控制所述电流传感器 测量所述电池的电流，和电压检测单元，用于根据所述第三控制信号测量所述检测电压。
5、 根据权利要求4所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述传感单元进一步包括才莫数转换器，用于将所述检测电压和所述电池的电流 转换为数字数据。
6、 根据权利要求4所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述第三控制信号在所述第二控制信号被施加于所述电流检测单元之后被施 加于所述电压4企测单元。
7、 一种具有单电池的电池的电流管理系统，该电池管理系统包括 分别连4妄至所述单电池的单电池继电器；用于检测电池的电流的电流传感器；传感单元，用于存储与通过单电池继电器之一传送的单电池电压对应的 检测电压，并用于控制所述电流传感器在完成所述检测电压的存储时测量所 迷电^ki的电:i^; 和微控制单元，用于控制所述传感单元在完成所述检测电压的存储时测量 所述电池的电流，检测电压对应的信号。
8、 根据权利要求7所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述微控制单元生成电流控制信号和电压控制信号，以控制所述传感单元，并 且所述传感单元包括电流检测单元，用于根据所述电流控制信号控制所述电流传感器 测量所述电池的电流，电压检测单元，用于根据所述电压控制信号测量所述检测电压。
9、 根据权利要求8所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述传感单元进一步包括模数转换器，用于将分别/人所述电压^r测单元和所述电流;险测单元发送的所述检测电压和所述电池的电流转换为数字数据。
10、 根据权利要求9所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所 述电压4企测单元进一步包括第一继电器，用于依次传送所述单电池中每一个单电池的检测电压，所 述第 一继电器具有被连接至所述单电池继电器的第 一端；电容器，用于存储所述单电池之一的检测电压，所述电容器具有被连接 至所述第一继电器的第二端的第一端；和第二继电器，述电压检测单元，所述第二继电器具有被连接至所述电容器的第二端的第一端。
11、 根据权利要求10所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中所述第二继电器在所述第一继电器完全关断之后传送所存储的检测电压。
12、 #4居*1利要求10所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中 所述第二继电器在所述电流检测单元检测所述电池的电流之后传送所存储 的单电池的纟企测电压。
13、 根据权利要求10所述的具有单电池的电池的电池管理系统，其中 所述第二继电器在所述第 一继电器完全关断并且所述电流检测单元检测所 述电池的电流之后传送所存储的单电池的片企测电压。
14、 一种具有单电池的电池的电池管理系统的驱动方法，该电池管理系 统具有分别连接至所述单电池的单电池继电器，该驱动方法包括存储检测电压，该检测电压与通过所述单电池继电器之一传送的单电池 电压相3t应；在完成所述测电压的存 <诸时测量电池电流；和 在完成所述检测电压的存储之后测量所述检测电压。
15、 才艮据;f又利要求14所述的具有单电池的电池的电池管理系统的驱动 方法，进一步包括生成控制信号，以控制所述纟全测电压和所述电池电流的测量的时序。
16、 根据权利要求15所述的具有单电池的电池的电池管理系统的驱动 方法，进一步包4舌将所述检测电压和所述电池电流转换为数字数据。
17、 根据权利要求14所述的具有单电池的电池的电池管理系统的驱动 方法，其中检测电压的测量在完成所述检测电压的存储的预定时间之后。
18、 一种具有单电池的电池的电池管理系统的驱动方法，该电池管理系 统具有分别连接至所述单电池的单电池继电器，该驱动方法包括接通第一继电器，以在电容器中存储检测电压，该检测电压与单电池电压对应；当所述检测电压被存储在所述电容器中时关断所述第 一 继电器； 当所述检测电压被存储在所述电容器中时测量所述电池的电流； 接通第二继电器以测量存储在所述电容器中的检测电压。
全文摘要
一种电池管理系统及其驱动方法，包括传感单元和MCU。所述传感单元存储与多个单电池中的第一单电池的单电池电压对应的检测电压，并在检测电压的存储的结束点处测量所述电池的电流。所述MCU控制所述传感单元在所述检测电压的存储的结束处测量电池电流。
文档编号H01M10/42GK101615702SQ200910146228
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者林启钟 申请人:三星Sdi株式会社