专利名称：用于提高安全性的电池系统控制方法
技术领域：
本发明涉及用于提高安全性的电池系统控制方法，更具体地，涉 及控制电池系统中电池模块运行的方法，该电池系统包括两个或更多 电池模块或电池模块组件，其中该电池系统还包括用于消耗充电能量 的耗能负载，并且所述方法包括，当特定电池模块或特定电池模块组 件运行异常时，将运行异常的电池模块或电池模块组件连接到对应的 耗能负载，以对充电能量强行放电。本发明还涉及一种电池系统，其 能够执行所述电池系统控制方法。
背景技术：
最近，可被充电和放电的二次电池已作为无线移动装置的电源广
为使用。而且，作为电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源， 二次电池已经受到强烈关注，电动车辆和混合电动车辆已被开发来解 决，由于采用化石燃料的汽油机和柴油机车辆的存在而引发的问题， 例如空气污染。
对于小型移动装置，每个装置使用一个或数个电池组电池。在另 一方面，诸如车辆的中型或大型装置使用中型或大型电池系统，其具 有多个彼此电连接的电池组电池，因为对于中型或大型装置，高输出 和大容量是必要的。
中型或大型电池系统用作电动车辆和混合电动车辆所用的充电和 放电电源，它的生产通过如下过程进行，即，将多个电池才莫块(电池 组电池)彼此串联/并联地电连接，并将这些电池模块(电池组电池) 彼此机械联结。
通常，从电池管理系统(BMS)被安装到每个电池模块，主BMS被 安装到每个含多个电池模块的电池模块组件，以用于控制每个电池模 块的充电和放电，并在每个电池模块运行异常期间，执行保障每个电 池模块的安全所必要的控制操作。为了保障每个电池模块及电池模块 组件的安全，控制单元包括用于使运行异常的电池模块或电池模块组
4件中断运行的控制电路。
在每个电池模块被充电之后，大量能量被存储在每个电池模块中。 然而，当每个电池模块在此状态下运行异常时，充电能量助长了每个 电池模块异常的消极反应，而同时每个电池模块并不连接到对应的外 部输入和输出端子，结果就使电池模块可能达到危险状态。例如，在 电动车辆运动期间，当特定电池模块运行异常时，如果不立即更新替
换运行异常的电池模块，则危险状态在车辆运动期间会维持或进一步 加剧，即使将用于运行异常的电池模块的连接电路断开，情况亦如此。 因此，亟需能够从根本上解决上述几个问题的技术。
发明内容
因而，本发明已经致力于解决上述问题和仍待解决的其他技术问题。
具体地，本发明的目标之一在于，对高输出大容量电池系统中运 行异常的电池模块放电，该电池系统包括多个彼此电连接的电池组电 池或电池模块，从而提高该电池系统的总体安全性。
根据本发明的 一方面，通过提供一种控制电池系统中电池模块运 行的方法，可以实现上述及其他目标。所述电池系统包括两个或更多 电池模块或电池模块组件，其中该电池系统还包括用于消耗充电能量 的耗能负载，并且所述方法包括，当特定电池模块或特定电池模块组 件运行异常时，将运行异常的电池模块或电池模块组件连接到对应的 耗能负载，以对充电能量强行放电。
所述电池系统包括两个或更多电池模块或电池模块组件，以及用
于消耗电池模块或电池模块组件的能量的耗能负载。当特定电池模块 或特定电池模块组件运行异常时，运行异常的电池模块或电池模块组 件被电连接到对应的耗能负载(例如电阻器)，而不是连接到需要来 自电池模块或电池模块组件的能量的外部装置(例如车辆发动机)， 以使运行异常的电池模块或电池模块组件的能量被强行放电到对应的 电阻器。这样，就防止了运行异常的电池模块或电池模块组件影响外 部装置。
在根据本发明的电池系统中，电池模块例如并联连接诸如车辆发
5动机的外部电路，所述电池系统还包括位于外部电路和各电池模块之 间连接区域的控制单元，其用于控制电池模块的运行。
在这种情形下，当确认特定电池模块运行异常时，控制单元使该 电池模块与外部电路脱离连接，并将该电池模块连接到对应的耗能负 载。结果，特定电池模块的能量被强行放电到对应的耗能负载，从而 防止运行异常的电池模块影响外部装置。
当根据本发明的电池系统包括多个电池模块组件时，如前文所述， 每个电池模块组件可包括多个电池模块，其经由额外的连接部件彼此 串联地电连接。在这种情形下，各电池模块组件并联地电连接到外部 电路，该电池系统还包括位于外部电路和各电池模块组件之间连接区 域的控制单元(上控制单元)，其用于控制电池模块组件的运行。
在上述结构中，构成每个电池模块组件的电池模块优选包括控制 单元(下控制单元)，其用于控制各电池模块的运行，并且下控制单 元电连接到上控制单元。因此，各电池模块的运行被对应的下控制单 元控制，下控制单元被上控制单元控制。结果，被对应的下控制单元 确认的特定电池模块的强行放电，可以最终被上控制单元控制。
例如，上控制单元可以是主电池管理系统(BMS)，下控制单元可 以是从BMS。因此，主BMS控制从BMS,从BMS控制各电池模块的充电 和放电，并在电池模块运行异常期间，执行保障各电池模块安全所必 要的控制操作。通过用于中断运行异常的电池模块或电池模块组件运 行的控制单元，实现了保障电池模块安全性的控制操作。
而且，当特定电池模块的异常运行被相应下控制单元(例如从BMS ) 确认时，上控制单元(例如主BMS)中断运行异常的电池模块所属的 电池模块组件与外部电路之间的连接，并将该电池模块组件连接到对 应的耗能负载，从而消除运行异常的电池模块的能量。优选地，所述 方法还包括，使用冷却单元执行冷却处理，以消除在充电能量强行放 电期间产生的热。
每个耗能负载可以是电阻、电阻器或能够补充能量的飞轮。当飞 轮被用于每个耗能负载时，可以快速转移电池模块的能量，并将所转 移的能量用在需要该能量的其他地方。
特定电池模块或特定电池模块组件的异常运行可以根据电池系统的状况而不同。在一个优选实施方案中，以下运行状况被认为是特定 电池模块或特定电池模块组件的异常运行。
(1 )在特定电池模块或特定电池模块组件运行异常期间，该电池 模块或电池模块组件与其余电池模块或电池模块组件相比，呈现
200mV或更大的电压差或使电池容量突降30%或更多。
(2 )在特定电池模块或特定电池模块组件运行异常期间，该电池 模块或电池模块组件的温度上升到70TC或更高，或该电池模块或电池 模块组件的温度逐渐上升并继而急剧上升。
(3)在特定电池模块或特定电池模块组件运行异常期间，主BMS 与该电池模块或电池模块组件之间的通信中断。
因此，当确认特定电池模块运行异常时，主BMS防止运行异常的 电池模块经由对应的从BMS影响外部装置。
根据本发明的另 一方面，提供一种能够执行上述方法的高输出大 容量电池系统。
具体地，根据本发明的电池系统包括两个或更多电池模块或电池 模块组件、用于消耗充电能量的耗能负载、和用于将电池模块或电池 模块组件连接到耗能负载的旁路部件。
通常，所述高输出大容量电池系统包括多个电池模块或多个电池 模块组件，每个电池模块包括多个二次电池，每个电池模块组件包括 多个电池模块。结果，某些二次电池、某些电池模块、或某些电池模 块组件可能运行异常。此外，可能由于某些二次电池、某些电池模块、 或某些电池模块组件运行异常而发生重大事故。因此，保障安全非常 重要。
优选地，根据本发明的电池系统应用于具有高输出和大容量的中 型或大型电池系统。高输出和大容量的范围可根据期望输出而改变， 因而，高输出和大容量的范围并不被具体限制。
根据本发明的电池系统可被用作电动自行车(E-bike)、电动摩 托车、电动车辆、和混合电动车辆所用的电源，或用作包括工业或家 用器械在内的多种应用设备和产品所用的电源，所述工业或家用器械 例如为不间断电源(UPS)、空转减少装置和储能装置。优选地，根据 本发明的电池系统用作包括多个二次电池的电动车辆所用的充电和放电电源。
从下文结合附图所进行的详细描述中，将更清晰地理解本发明的
上述及其他目标、特征和其他优势，其中
图1是图示了根据本发明一个优选实施方案的电池系统的结构的 视图。
具体实施例方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，应注 意，本发明的范围不局限于所说明的实施方案。
图1是图示了根据本发明一个优选实施方案的电池系统的结构的 视图。
参考图1,电池系统100包括四个电池才莫块组件110、四个场效应 晶体管(FET) 140、四个强制电阻单元150、和/\个旁路部件160。
构成每个电池模块组件110的电池模块经由连接部件170 (3S) 以串联方式彼此电连接，电池模块组件110经由连接部件180 (4P) 以并联方式彼此电连接。
当电池模块130或电池模块组件110中的任一个运行异常时，控 制各电池模块组件110的主电池管理系统(BMS) 120从对应的从BMS 接收由运行异常的电池模块130或电池模块组件110造成的问题，以 基于所接收问题的性质来决定将运行异常的电池模块130或电池模块 组件110中断使用、更换运行异常的电池模块130或电池模块组件 110、或者从运行异常的电池模块130或电池模块组件110消除能量。 当主BMS 120决定从运行异常的电池模块130或电池模块组件110消 除能量时，主BMS 120向运行异常的电池模块组件(包括彼此串联连 接的电池模块)的FET发送信号。随后，FET控制相应的旁路部件160， 结果使电流流经对应的强制电阻单元150,而不沿着输电线190流过。
运行异常的电池模块组件110的能量被对应的强制电阻单元150 强行消耗。这时，冷却单元(未示出)基于来自主BMS 的指令而 运行，以消除从由相应强制电阻单元150造成的强制能量消耗中产生的热。
例如，当主BMS和特定电池模块或特定电池模块组件之间的通信 在任一 电池模块处中断时，该电池模块或电池模块组件与其余电池模 块或其余电池模块组件相比，呈现200mV或更大的电压差，或电池容 量突降30%或更多，或该电池模块或电池模块组件的温度上升到70X: 或更高，或该电池模块或电池模块组件的温度逐渐上升继而急剧上升， 在各电池模块组件IIO被主BMS 120控制期间，主BMS 120使用对应 的旁路部件160控制异常电池模块组件110的运行，使连接到异常电 池模块组件110的输电线190与外部电路(未示出)脱离连接，但将 输电线190连接到相应的强制电阻单元150，以使来自异常电池模块 组件110的能量被消耗。
如前文所述，每个强制电阻单元150可以是电阻、电阻器或能够 补充能量的飞轮。
虽然已经为说明目的描述了本发明的优选实施方案，但是本领域 技术人员应意识到，在不偏离所附权利要求所公开的本发明的范围和 精神的情况下，可以进行多种^f奮改、添加和替换。
工业应用性
从上文的描述中显而易见，该电池系统除了包括电池模块，还包 括附加耗能负载。因此，当特定电池模块或特定电池模块组件运行异 常时，可以将运行异常的电池模块或电池模块组件连接到对应的耗能 负载，以使存储在运行异常的电池模块或电池模块组件中的充电能量 被强行消耗，由此大大提高了电池模块或电池模块组件的安全性。
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权利要求
1. 一种控制电池系统中电池模块运行的方法，所述电池系统包括两个或更多电池模块或电池模块组件，其中所述电池系统还包括用于消耗充电能量的耗能负载，以及所述方法包括，当特定电池模块或特定电池模块组件运行异常时，将运行异常的电池模块或运行异常的电池模块组件连接到对应的耗能负载，以强行释放充电能量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述电池模块并联连接到外部电路，以及所述电池系统还包括位于外部电路和各电池模块之间连接区域的 控制单元，其用于控制所述电池模块的运行。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括当确认特定电池模块异常运行时，通过所述控制单元，使所述电 池模块与外部电路脱离连接，并将所述电池模块连接到对应的耗能负载。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中每个电池模块组件包括多个彼此串联连接的电池模块，各电池模 块组件并联连接到外部电路，并且所述电池系统还包括位于外部电路和各电池模块组件之间连接区 域的控制单元(上控制单元)，其用于控制所述电池模块组件的运行。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，构成每个电池模块组件的 电池模块包括控制单元(下控制单元)，其用于控制各电池模块的运 行，并且所述下控制单元连接到所述上控制单元。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，当特定电池模块的异常运 行被对应的下控制单元确认时，所述上控制单元中断运行异常的电池 模块所属的电池模块组件与外部电路之间的连接，并将该电池模块组 件连接到对应的耗能负载。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中每个耗能负载是电阻、电阻 器或能够补充能量的飞轮。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中每个耗能负载是飞轮。
9. 根据权利要求1所述的方法，还包括使用冷却单元执行冷却处理，以消除在充电能量强行放电期间产 生的热。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，在特定电池模块或特定电池模块组件异常运行期间，与其余电池模块或其余电池模块组件相比，该电池模块或电池模块组件呈现200mV或更大的电压差，或使电 池容量突降30 / 或更多。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，在特定电池模块或特定 电池模块组件异常运行期间，该电池模块或电池模块组件的温度上升 到70'C或更高，或该电池模块或电池模块组件的温度逐渐上升继而急 剧上升。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中，在特定电池模块或特定 电池模块组件异常运行期间，对该电池模块或电池模块组件的通信中断。
13. —种高输出大容量电池系统，包括 两个或更多电池模块或电池模块组件； 用于消耗充电能量的耗能负载；以及用于将电池模块或电池模块组件连接到耗能负载的旁路部件。
14. 根据权利要求13所述的电池系统，其中，所述电池系统被用 作充电和放电电源，其用于混合电动车辆、电动车辆、不间断电源、 空转减少装置或储能装置。
全文摘要
本说明书公开了一种控制电池系统中电池模块运行的方法，所述电池系统包括两个或更多电池模块或电池模块组件，其中该电池系统还包括用于消耗充电能量的耗能负载，并且所述方法包括，当特定电池模块或特定电池模块组件运行异常时，将运行异常的电池模块或电池模块组件连接到对应的耗能负载，以对充电能量强行放电。还公开了一种电池系统，其能够执行所述电池系统控制方法。
文档编号H01M10/44GK101512826SQ200780033555
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月1日 优先权日2006年9月11日
发明者河真雄, 申溶植, 金智浩 申请人:株式会社Lg化学