电池管理系统和装置.pdf

提供一种电池管理系统和装置，所述电池管理系统包括电池组、电阻通路和冗余电阻通路。电池组包括连接到负载的第一输出端子和第二输出端子。冗余电阻通路位于第一外部端子与电池组的第一输出端子之间。所述电阻通路位于第二外部端子与电池组的第二输出端子之间。控制器用于利用冗余电阻通路和所述电阻通路来检测流经电池组的过电流。

1.  一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：
电池组，包括多个电池单元；
第一外部端子和第二外部端子，用于将电池组连接到负载；
冗余电阻通路，位于第一外部端子与电池组的第一输出端子之间；
电阻通路，位于第二外部端子与电池组的第二输出端子之间；以及
控制器，用于利用冗余电阻通路和所述电阻通路来检测流经电池组的过电流。

2.  如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，冗余电阻通路包括在第一输出端子与第一外部端子之间串联连接的汇流条和继电器。

3.  如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，冗余电阻通路包括在第一输出端子与第一外部端子之间串联连接的汇流条和熔断器。

4.  如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
电流检测器，用于基于所述电阻通路的电阻和所述电阻通路的端部之间的电压来计算流经所述电阻通路的第一充电/放电电流。

5.  如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，控制器用于：
基于冗余电阻通路的电阻和冗余电阻通路的端部之间的电压来计算流经冗余电阻通路的第二充电/放电电流；并且
基于第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的比较来确定所述电阻通路的异常状态。

6.  如权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，控制器用于在所述电阻通路中存在异常时，基于第二充电/放电电流来检测流经电池组的过电流。

7.  如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
放大器，用于放大冗余电阻通路的端部之间的电压。

8.  如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于：
第一输出端子连接到电池组的正电极端子，
第二输出端子连接到电池组的负电极端子。

9.  一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：
电池组，包括多个电池单元；
第一外部端子和第二外部端子，用于将电池组连接到负载；
第一电阻通路，位于第二外部端子与电池组的负电极端子之间；
汇流条和第二电阻通路，位于第一外部端子与电池组的正电极端子之间；以及
控制器，用于基于流经第一电阻通路的第一充电/放电电流以及流经汇流条和第二电阻通路的第二充电/放电电流来检测流经电池组的过电流。

10.  如权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，第二电阻通路包括与汇流条串联连接的继电器。

11.  如权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，第二电阻通路包括与汇流条串联连接的熔断器。

12.  如权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
电流检测器，用于检测第一电阻通路的端部之间的电压，并且用于基于第一电阻通路的电阻和第一电阻通路的端部之间的电压来计算第一充电/放电电流。

13.  如权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：
放大器，用于放大汇流条和第二电阻通路的端部之间的电压。

14.  如权利要求13所述的电池管理系统，其特征在于，控制器用于：
基于汇流条和第二电阻通路的电阻以及从放大器输出的电压来计算第二充电/放电电流，并且
基于第一充电/放电电流和第二充电/放电电流中的至少一个来检测电池组的过电流。

15.  如权利要求14所述的电池管理系统，其特征在于，控制器用于：
当第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差落在预定范围内时，基于第一充电/放电电流来检测电池组的过电流，并且
当第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差超过预定范围时，基于第二充电/放电电流来检测电池组的过电流。

16.  如权利要求15所述的电池管理系统，其特征在于，控制器用于在过 电流流经电池组时，将电池组与第一外部端子和第二外部端子断开。

17.  一种装置，其特征在于，所述装置包括：
第一电阻通路；
第二电阻通路；以及
控制器，结合到第一电阻通路和第二电阻通路，
其中，控制器用于基于通过第一电阻通路的电流和通过第二电阻通路的电流中的至少一个电流来确定电池组的异常状况，并且其中，控制器用于在第一电阻通路处于异常状态时基于第二电阻通路的电流来确定电池组的异常状况。

18.  如权利要求17所述的装置，其特征在于：
第一电阻通路包括分流电阻器，以及
第二电阻通路包括汇流条、熔断器和继电器中的至少一个。

19.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，电池组的异常状况是基于分流电阻器的故障。

20.  如权利要求17所述的装置，其特征在于，电池组的异常状况包括流经电池组的过电流。

电池管理系统和装置
技术领域
这里描述的一个或更多个实施例涉及一种电池。
背景技术
可再充电电池能够重复地充电和放电。可再充电电池的示例包括镍-金属氢化物(Ni-MH)电池和锂(Li)离子电池。可再充电电池用作用于移动装置、电动车辆、混合动力车辆和电气装置的电源。
低容量可再充电电池用在诸如移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机的小的便携式电子装置中。高容量可再充电电池用作用于混合动力车辆的电源。
一种可再充电电池包括电池组和电池管理系统(BMS)。BMS控制通过外部端子实现的对电池组的充电操作和放电操作。一种BMS利用位于电池组与外部端子之间的分流电阻器来测量流经电池组的电流。为了确定是否有过电流流过的目的，BMS将施加在分流电阻器相对的端部之间的电压转换为电流。
发明内容
根据一个实施例，电池管理系统包括：电池组，包括多个电池单元；第一外部端子和第二外部端子，用于将电池组连接到负载；冗余电阻通路，位于第一外部端子与电池组的第一输出端子之间；电阻通路，位于第二外部端子与电池组的第二输出端子之间；以及控制器，用于利用冗余电阻通路和所述电阻通路来检测流经电池组的过电流。
冗余电阻通路可以包括在第一输出端子与第一外部端子之间串联连接的汇流条和继电器。冗余电阻通路可以包括在第一输出端子与第一外部端子之间串联连接的汇流条和熔断器。
所述系统可以包括电流检测器，电流检测器用于基于所述电阻通路的电阻和所述电阻通路的端部之间的电压来计算流经所述电阻通路的第一充电/放电电流。控制器可以基于冗余电阻通路的电阻和冗余电阻通路的端部之间 的电压来计算流经冗余电阻通路的第二充电/放电电流，并且可以基于第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的比较来确定所述电阻通路的异常状态。控制器可以在所述电阻通路中存在异常时，基于第二充电/放电电流来检测流经电池组的过电流。
所述系统可以包括用于放大冗余电阻通路的端部之间的电压的放大器。第一输出端子可以连接到电池组的正电极端子，第二输出端子可以连接到电池组的负电极端子。
根据另一个实施例，电池管理系统包括：电池组，包括多个电池单元；第一外部端子和第二外部端子，用于将电池组连接到负载；第一电阻通路，位于第二外部端子与电池组的负电极端子之间；汇流条和第二电阻通路，位于第一外部端子与电池组的正电极端子之间；以及控制器，用于基于流经第一电阻通路的第一充电/放电电流以及流经汇流条和第二电阻通路的第二充电/放电电流来检测流经电池组的过电流。
第二电阻通路可以包括与汇流条串联连接的继电器。第二电阻通路可以包括与汇流条串联连接的熔断器。所述系统可以包括电流检测器，电流检测器用于检测第一电阻通路的端部之间的电压，并且用于基于第一电阻通路的电阻和第一电阻通路的端部之间的电压来计算第一充电/放电电流。
所述系统可以包括用于放大汇流条和第二电阻通路的端部之间的电压的放大器。
控制器可以基于汇流条和第二电阻通路的电阻以及从放大器输出的电压来计算第二充电/放电电流，并且可以基于第一充电/放电电流和第二充电/放电电流中的至少一个来检测电池组的过电流。
控制器可以在第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差落在预定范围内时，基于第一充电/放电电流来检测电池组的过电流，并且控制器可以在第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差超过预定范围时，基于第二充电/放电电流来检测电池组的过电流。控制器可以在过电流流经电池组时将电池组与第一外部端子和第二外部端子断开。
根据另一实施例，一种装置包括第一电阻通路、第二电阻通路以及结合到第一电阻通路和第二电阻通路的控制器，其中，控制器用于基于通过第一电阻通路的电流和通过第二电阻通路的电流中的至少一个电流来确定电池组的异常状况，并且其中，控制器用于在第一电阻通路处于异常状态时基于第 二电阻通路的电阻来确定电池组的异常状况。
第一电阻通路可以包括分流电阻器，第二电阻通路可以包括汇流条、熔断器和继电器中的至少一个。电池组的异常状况可以基于分流电阻器的故障。电池组的异常状况可以包括流经电池组的过电流。
附图说明
图1示出了电池管理系统的实施例；
图2示出了用于管理电池组的方法的实施例。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的方式来实施且不应被解释为限制于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将充分地把示例性实施方式传达给本领域技术人员。
在附图中，为了清楚的说明，可以夸大层和区域的尺寸。还将理解的是，当层或元件被称为“在”另一层或基底“上”时，它能够直接在所述另一层或基底上，或者还可以存在中间层。此外，将理解的是，当层被称为“在”另一层“下”时，它能够直接在下面，并且还可以存在一个或更多个中间层。另外，还将理解的是，当层被称为“在”两个层“之间”时，它能够是位于所述两个层之间的唯一层，或者还可以存在一个或更多个中间层。同样的附图标记始终指示同样的元件。
图1示出了电池管理系统1的实施例，所述电池管理系统1包括电池组10、分流电阻器20、电流检测器30、汇流条40、继电器50、熔断器60、放大器70、控制器80、第一外部端子P1和第二外部端子P2。
电池组10包括多个电池单元C1至Cn、第一输出端子O1和第二输出端子O2。多个电池单元C1至Cn可以分别具有包括电极组件的结构，所述电极组件具有正电极板和负电极板，并且具有设置在正电极板与负电极板之间并设置在正电极板与负电极板的侧面的隔板。包括壳体，用于容纳电极组件。正电极端子电连接到正电极板，负电极端子电连接到负电极板。电池单元C1至Cn可以均是锂离子二次电池、锂聚合物电池或其它类型的可再充电电池。
电池组10的正电极端子连接到第一输出端子O1。负电极端子连接到第 二输出端子O2。第一输出端子O1和第二输出端子O2分别电连接到第一外部端子P1和第二外部端子P2。第一输出端子O1和第二输出端子O2通过第一外部端子P1和第二外部端子P2连接到外部负载。外部负载可以包括充电器、电动机等。电池组10可以用在电动车辆、电动自行车中或其它应用中。
分流电阻器20设置在第二输出端子O2与第二外部端子P2之间的高电流通路上。在一个实施例中，分流电阻器可以具有固定电阻。
电流检测器30检测流经分流电阻器20的第一充电/放电电流并将该电流(或对应的信息)传输至控制器80。电流检测器30可以利用分流电阻器20的电阻和分流电阻器20的端部之间的电压来计算第一充电/放电电流。
汇流条40、继电器50和熔断器60设置在第一输出端子O1与第一外部端子P1之间的高电流通路上，并彼此串联地连接。汇流条40、继电器50和熔断器60是具有预定内部电阻的电阻元件，并且当测量在高电流通路中流动的电流时，其用作与分流电阻器20一起的冗余(redundant)电阻元件。在一个实施例中，可以省略继电器50和熔断器60中的至少一个。
此外，汇流条40、继电器50和熔断器60可以按不同的顺序连接。汇流条40将第一输出端子O1与第一外部端子P1电连接。汇流条40可以由各种导电材料中的任意一种制成。
继电器50被控制器80控制以选择性地将第一输出端子O1和第一外部端子P1连接。
当超过预定水平的大量电流在第一输出端子O1与第一外部端子P1之间流动时，熔断器60被熔化以切断高电流通路。
放大器70将汇流条40、继电器50和熔断器60的相对的端部之间的电压放大，并将与该电压对应的信息传输至控制器80。
在一个实施例中，如果BMS 1具有省略了继电器50和熔断器60中的一个的构造，则放大器70可以放大汇流条40和继电器50的端部之间的电压、或者汇流条40和熔断器60的端部之间的电压。然后该电压(或对应的信息)可以传输至控制器80。
控制器80利用汇流条40、继电器50和熔断器60的端部之间的电压(该电压被放大器70放大)以及汇流条40、继电器50和熔断器60各自的电阻来计算流经汇流条40、继电器50和熔断器60的第二充电/放电电流。
随后，控制器80通过比较第一充电/放电电流和第二充电/放电电流来确 定是否存在分流电阻器20异常。例如，控制器80可以根据第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差是否落在预定的范围内来确定分流电阻器20异常。
在一个实施例中，当第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差落在预定的范围内时，控制器80确定分流电阻器20处于正常状态。然后控制器80可以通过流经分流电阻器20的第一充电/放电电流来检测过电流是否流经电池组10。
当第一充电/放电电流与第二充电/放电电流之间的差超过了预定范围时，控制器80可以确定分流电阻器20处于异常状态。然后控制器80可以通过流经汇流条40、继电器50和熔断器60的第二充电/放电电流来检测过电流是否流经电池组10。
如果分流电阻器20处于正常状态，那么控制器80确定第一充电/放电电流是否超过预定水平。如果第一充电/放电电流超过预定水平，那么控制器80确定过电流正在流经电池组10。
如果分流电阻器20处于异常状态，那么控制器80确定第二充电/放电电流是否超过预定水平。如果第二充电/放电电流超过预定水平，那么控制器80确定过电流流经电池组10。
在确定过电流正在流过电池组10时，控制器80将电池组10与第一外部端子P1和第二外部端子P2电断开。例如，控制器80可以通过继电器50将第一输出端子O1与第一外部端子P1电断开。
此外，如果分流电阻器20处于异常状态，那么控制器80可以通过外部接口向用户请求替换分流电阻器20。例如，控制器80可以使用作为冗余电阻元件的汇流条40、继电器50和熔断器60来代替分流电阻器20以测量流经电池组10的充电/放电电流。基于这种测量，即使分流电阻器20处于异常状态，也可以检测正在流经电池组10的过电流。
图2示出了用于管理电池组的方法的实施例。电池组可以是图1中的电池组，并且可以通过图1的电池管理系统来执行所述方法的一个或更多个操作。
首先，所述方法包括确定流经结合到电池组的第一电阻通路的第一电流(S210)。第一电阻通路可以包括分流电阻器20。所述方法还包括确定流经结合到电池组的第二电阻通路的第二电流(S220)。然后比较第一电流和第二 电流(S230)。如前面所述，第二电阻通路可以包括汇流条40、继电器50和熔断器60中的一个或更多个。
基于该比较，对第一电阻通路是否处于异常状态做出确定(S240)。如前面所讨论的，这可以包括确定分流电阻器20是否不起作用或者是否有其它的故障。如果第一电阻通路没有处于异常状态，那么对第一电流是否超过预定水平做出确定(S250)。如果第一电流超过预定水平，那么电池组被确定为处于异常状态(S260)。如果第一电流没有超过预定水平，那么电池组可以被确定为没有处于异常状态。
如果确定第一电阻通路异常，那么对第二电流是否超过预定水平做出确定(S270)。操作S270中的预定水平可以与操作S250中的预定水平相同或者不同。如果第二电流超过预定水平，那么电池组被确定为处于异常状态。如果第二电流没有超过预定水平，那么做出电池组没有处于异常状态的确定。
一旦电池组被确定为处于异常状态，可以采取各种纠正措施。例如，如前面所述，可以断开电池组(S280)。另外，或可选择地，可以通知用户分流电阻器20没有适当地运行且将要被替换。
根据另一实施例，计算机可读介质存储用于执行图2中的方法的全部或部分操作的计算机程序或代码。计算机可读介质可以是易失性存储器或非易失性存储器，可以以诸如图1中的控制器80的控制器或处理器可执行的任何形式来写入代码。
通过总结和回顾的方式，一种可再充电电池包括电池组和电池管理系统(BMS)。BMS控制通过外部端子实现的对电池组的充电和放电操作。一种BMS利用位于电池组与外部端子之间的分流电阻器来测量流经电池组的电流。为了确定是否有过电流流过的目的，BMS将施加在分流电阻器的相对端部之间的电压转换为电流。
在操作中，如果过电流流经电池组，则存在爆炸的高风险。因此，测量流经电池组的电流。然而，如果分流电阻器自身中发生异常，那么可能无法测量通过电池组的电流。
根据一个实施例，为了确定电池组中是否存在异常状况的目的，设置冗余电阻通路。异常状况可以是过电流状况或其它异常状况。利用冗余电阻通路，即使当例如沿另一电阻通路的分流电阻器没有适当运行时，也可以确定电池组处于异常状态。
这里已公开了示例实施例，虽然使用特定的术语，但是它们仅以普遍的和描述性的意义被使用和解释且不出于限制的目的。在一些情况下，如对于截止到本申请提交时的本领域技术人员而言明显的是，除非另外指示，否则结合具体实施例所描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其它实施例所描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求中所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上做出各种改变。