Устройство и способ управления батареей
BATTERY CONTROL DEVICE AND METHOD

Настоящее изобретение относится к устройству и способу управления батареей и, более конкретно, к устройству и способу управления батареей, использующим сигнал EPO, который может управлять приводом батареи без специального управляющего сигнала микроконтроллером, когда сигнал обнаружения аварийного отключения питания (EPO) не в норме.
Спрос на электромобили (EV) или систему накопления энергии (ESS), использующую вторичные батареи, растет из-за ужесточения экологических норм, возможности истощения запасов нефти и сохраняющихся высоких цен на нефть.
Наиболее важным ядром среди компонентов электромобиля и системы накопления энергии является аккумулятор, а система для управления им называется системой управления аккумулятором (BMS).
BMS контролирует напряжение, ток и температуру аккумуляторной батареи и поддерживает батарею в оптимальном состоянии, тем самым прогнозируя время замены батареи и заранее обнаруживая проблему с батареей и т.д.
Соответственно, если во время работы аккумулятора электромобиля возникает аварийная ситуация, может потребоваться быстрая обработка электропроводки и т.д. на начальном этапе запуска.
С этой целью, когда возникает аварийная ситуация во время работы аккумулятора электромобиля, аккумулятор останавливается путем получения команды остановки через CAN-связь в последовательности через отключение ключа.
Однако в аварийной ситуации во время работы батареи может быть трудно выключить ключ, поэтому последовательность через выключение ключа может не выполняться, а команда на остановку батареи не может быть выдана.
Кроме того, может быть трудно проверить такие проблемы, как повреждение разъема или контакта проводки. Соответственно, если аккумулятор непрерывно работает в состоянии, в котором в транспортном средстве происходит авария и трудно войти в транспортное средство, что может быть связано со вторичной аварией.
Как описано выше, в случае обычных электромобилей всегда возникают сложные проблемы быстрой обработки для защиты аккумулятора в аварийной ситуации и проверки электропроводки на начальном этапе запуска.
Следовательно, существует потребность в возможности быстрой остановки аккумулятора в ситуации, когда управление приводом батареи электромобиля не может быть отключено с помощью выключения ключа и может быть отключено в аварийной ситуации.
Настоящее изобретение было разработано для решения задач предшествующего уровня техники, а целью настоящего изобретения является проверка того, являются ли разъем и проводное соединение между транспортным средством и аккумулятором нормальными, используя сигнал аварийного отключения питания (EPO), предоставляемый блоком управления транспортного средства (ECU) в управлении системой электромобиля.
Кроме того, задачей настоящего изобретения является реализация последовательности операций переключения H/W, способной принудительно останавливать батарею без управляющего сигнала микроконтроллера BMS с помощью сигнала EPO, когда возникает аварийная ситуация во время запуска батареи.
Кроме того, целью данного изобретения является обеспечение стабильной работы аккумулятора путем подтверждения проблемы с помощью сигнала EPO и предоставления информации транспортному средству через CAN-сеть.
Для решения технологической задачи согласно аспекту настоящего изобретения устройство управления батареей включает в себя блок управления транспортным средством, который генерирует сигналы аварийного выключения питания (EPO) и имеет постоянное напряжение, блок распределения мощности (PDU), который передает, полученные от блока управления транспортным средством, сигналы EPO в батарейный блок, и батарейный блок, который отправляет данные обнаружения сигнала EPO в блок управления транспортным средством, остановив работу батареи с помощью переключателя, если была выявлена ошибка, определив значение напряжения сигнала EPO, отправленного в PDU.
Сигналом EPO в заявленном устройстве может быть сигналом, поддерживаемым при заданном напряжении любого из напряжений 24 В и 12 В.
Значение ошибки сигнала EPO, согласно заявляемому изобретению, может представлять собой значение напряжения, которое отличается от заданного напряжения в заданном диапазоне, или воспринимается как 0 В (ВЫКЛ.).
Батарейный блок по настоящему изобретению может включать в себя контактор батареи, переключающий питание батареи в соответствии с предоставленным сигналом управления контактора, и систему управления батареей (BMS) для определения сигнала EPO, передаваемого по сигнальной линии EPO, и управления блокировкой и подачей сигнала управления разъемом, подаваемого на контактор (разъем) батареи.
Система управления батареей (BMS), согласно заявляемому изобретению, поддерживает нормальное включенное состояние переключения, когда сигнал EPO, принятый от блока обнаружения сигнала EPO, представляет собой нормальное напряжение, и формирует выключенное состояние переключения, когда сигнал EPO, принятый от блока обнаружения сигнала EPO, вводится как значение ошибки (аварии). Блок управления контактором батареи может включать в себя блок управления контактором для нормальной подачи или блокировки контактора батареи и блок управления контактором для приведения в действие разъема батареи с помощью управляющей команды, полученной от блока определения сигнала EPO.
Сигнал EPO, согласно заявленному изобретению, может быть сигналом, считываемым блоком обнаружения сигнала EPO путем передачи от разъема, подключенного к блоку управления транспортным средством, через разъем, подключенный к PDU, через схему подключения проводки клеммы подключения аккумулятора, подключенной к батарейному блоку.
BMS по настоящему изобретению может дополнительно включать в себя блок сети CAN для предоставления информации, сгенерированной в соответствии с сигналом EPO, переданным из блока управления BMS через блок определения сигнала EPO в блок управления транспортным средством по линии сети CAN.
Батарея в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения включает в себя сигнальную линию EPO, генерируемую блоком управления транспортным средством (ECU) и подаваемую через разъем, подключенный к блоку распределения питания (PDU), линию сети CAN для передачи информации датчиков в соответствии с сигналом EPO, и устройство управления BMS, блок обнаружения сигнала EPO, а также батарея может включать в себя BMS, которая блокирует только привод и предоставляет информацию об обнаружении сигнала EPO в блок управления транспортным средством.
Сигнальная линия EPO по настоящему изобретению может представлять собой сигнальную линию, передаваемую далее через схему подключения проводов соединительного конца батареи, подключенного внутри батарейного блока.
BMS по настоящему изобретению обнаруживает значение напряжения входного сигнала EPO через сигнальную линию EPO, поддерживает работу блок обнаружения сигнала EPO и сигнал EPO, передаваемый от блока обнаружения сигнала EPO при нормальном напряжении, и блокирует сигнал EPO от блока обнаружения сигнала EPO для управления блоком управления BMS батареи. Блок управления BMS батареи может быть включен для генерации управляющего сигнала контактора батареи для привода и подачи его на блок управления разъемом батареи.
BMS по настоящему изобретению может дополнительно включать в себя блок сети CAN для предоставления информации, сгенерированной в соответствии с сигналом EPO, переданным через блок обнаружения сигнала EPO в блок управления транспортным средством по линии сети CAN.
Между тем способ управления аккумулятором в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения может включать в себя передачу сигнала EPO, имеющего заданное напряжение, от блока управления транспортного средства к батарейному блоку через сигнальную линию EPO, передачу сигнала EPO на блок управления контактором и блок управления BMS и управление работой блока управления транспортного средства.
Сигнал EPO по настоящему изобретению представляет собой значение напряжения, поддерживаемое при любом из напряжений 24 В и 12 В, а значение ошибки может представлять собой значение напряжения, которое отличается от напряжения, измеряемого блоком обнаружения сигнала EPO, в заданном диапазоне или определяется как 0 В (ВЫКЛ.).
Сигнальная линия EPO по настоящему изобретению может представлять собой сигнальную линию, сформированную для обнаружения блоком обнаружения сигнала EPO через разъем, подключенный к блоку распределения питания (PDU), от разъема, подключенного к блоку управления транспортным средством, и схемы подключения проводов клеммы подключения батареи, подключенной к батарейному блоку.
Этап управления приводом вкл./выкл. контактора батареи, согласно настоящему изобретению, включает в себя этап нормальной подачи сигнала управления контактором батареи для управления приводом батареи, сохраняя состояние включения блока управления контактором, при условии нормального напряжения сигнала EPO, переданного от блока обнаружения сигналов EPO; этап выключения подачи сигналов управления контактором к контактору батареи, изменив состояние на выключенное блока управления контактором, при условии наличия ошибки сигнала EPO, переданного от блока обнаружения сигналов EPO.
Ответное сообщение в соответствии с сигналом EPO, согласно настоящему изобретению, может быть сообщение, подтверждающее, что сигнал EPO является нормальным при нормальном его напряжении. А также таким ответным сообщением может быть сообщение, которое определяет состояние о недостаточном контакте соединения проводки или одного из контакторов, если сигнал обнаружения EPO (его напряжение) считается ошибкой.
Настоящее изобретение в соответствии с вышеописанным устройством и способом управления батареей может поддерживать более безопасную работу аккумулятора путем приема сигнала аварийного отключения питания (EPO) от блока управления транспортным средством через сигнальную линию EPO для предварительной проверки проводки и контакторов батареи.
Кроме того, когда используется сигнал EPO по настоящему изобретению, когда извлекается только один из разъема PDU и разъема ECU, когда батарея не может быть отключена посредством отключения ключа и связи CAN, батарея может быть немедленно остановлена без управляющего сигнала микроконтроллера.
Соответственно, защита батареи в аварийной ситуации и риск вторичных и третичных аварий могут быть исключены, тем самым обеспечивая более надежную работу батареи.
Кроме того, когда батарея приводится в действие в состоянии, в котором контакт разъема батареи неполный, может выделяться тепло, когда батарея приводится в действие из-за контактного сопротивления, и, таким образом, настоящее изобретение может предотвратить воспламенение.
Фиг. 1 представляет собой примерную схему, иллюстрирующую блочную конфигурацию устройства управления батареей, использующего сигнал EPO для управления батареей в электромобиле в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему реализации способа управления батареей с использованием сигнала EPO в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую этап управления приводом разъема батареи в способе управления батареей, представленном на Фиг. 2, согласно настоящему изобретению.
Термины, используемые в настоящем описании и формуле изобретения, не должны толковаться как ограниченные общими словарными значениями, а должны толковаться как значения и понятия, соответствующие технической идее настоящего изобретения, основанные на принципе, согласно которому изобретатель может надлежащим образом определить понятие терминов для описания изобретения наилучшим образом.
Следовательно, поскольку конфигурации, показанные на чертежах и описанных здесь вариантах осуществления, являются только наиболее предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения и не представляют всех технических идей настоящего изобретения, следует понимать, что могут существовать различные эквиваленты и модификации, которые могут заменить их во время настоящей заявки.
Ниже будут подробно описаны заявляемые устройство и способ управления батареей с использованием EPO (аварийного отключения питания) в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления этого изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 представляет собой примерную схему, иллюстрирующую блочную конфигурацию устройства управления батареей, использующего сигнал EPO для управления батареей в электромобиле в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на Фиг. 1, настоящее изобретение выполнено с возможностью управления приводом батареи с использованием сигнала EPO в системе электромобиля (EV) и может включать в себя блок управления транспортным средством (ECU) (100), блок распределения питания (PDU) (200) и аккумуляторный блок (300), а также контактор батареи (310) и систему управления батареей BMS (320).
Кроме того, BMS (320) может включать в себя блок обнаружения сигнала EPO (321), блок управления контактором (322), блок сети CAN (323) и блок управления BMS (324).
Во-первых, блок управления транспортного средства (100) представляет собой электронное управляющее устройство, которое служит для управления различными устройствами (механизмами) в транспортном средстве, и может называться электронным блоком управления (ECU).
Блок управления транспортным средством (100) включает в себя источник питания (PDU) (200) для приведения в действие BMS (320) и линию для передачи сигнала аварийного отключения питания (EPO) и т.д., и линию связи CAN для передачи или приема сообщения для проверки состояния питания, предупреждения, ошибки и т.п. батареи с использованием протоколами CAN.
Следовательно, устройство управления батареей в соответствии с настоящим изобретением управляет разъемом батареи (310) в батарейном блоке (300) с помощью различных сигналов и командных сообщений от блока управления транспортным средством (100), тем самым фактически заряжая/разряжая батарею и управляя, и поддерживая батарею.
В этом случае блок управления транспортным средством (100) включает в себя коннектор ECU (101), который представляет собой разъем, соединяющий линию сети CAN для передачи и приема сообщения в BMS (320) и сигнальную линию EPO для передачи сигнала EPO в PDU (200).
PDU (200), будучи устройством распределения мощности из системы электромобиля EV, соединяется с вставкой постоянного тока через линию PDU. Через высоковольтный кабель (HV+, HV- кабель), проходящий через вставку постоянного тока, подает ток внешней системы зарядки в батарею, проходя через контактор (310) батареи. Или выполняет функцию передачи энергии от батареи для использования в качестве питания в системе электромобиля EV через контактор (310) батареи. В качестве вставки постоянного тока (110) может быть использовано устройство для поддержания постоянного напряжения, когда мощность преобразуется через преобразователь/инвертор.
В этом случае PDU (200) включает в себя коннектор (201) PDU, который является высоковольтным разъемом, соединяющим линию PDU, подключенную к линии постоянного тока (110), и сигнал EPO, передаваемый в блок управления транспортным средством (100) на BMS (320).
Батарейный блок (300) включает в себя модуль батареи (не показан), в котором множество батарей объединены последовательно или параллельно, и включает в себя контактор батареи (310) и систему управления батареей (BMS) (320) для переключения управления батареей, и может включать в себя множество компонентов, здесь не показанных.
Контактор аккумулятора (310) соединен с блоком управления контактором (322) BMS (320), представляет собой релейное устройство, которое включает/выключает питание аккумулятора в соответствии с управлением контактора аккумулятора и выполняет функцию переключения питания для передачи питания по высоковольтному кабелю (HV+, HV- кабель), проходящему через линию постоянного тока (110).
BMS (320) представляет собой устройство, которое отслеживает и поддерживает напряжение, ток и температуру батареи в оптимальном состоянии, чтобы предсказать время замены батареи и заранее обнаружить проблему с батареей. Для управления общим приводом и работой батареи в BMS (320) включен модуль микроконтроллера, в который смонтировано встроенное управляющее приложение, или контроллер BMS (324), который может называться Mi-com.
Кроме того, BMS (320) включает в себя блок обнаружения сигнала EPO (321), который обнаруживает сигнал EPO, поступающий от блока управления транспортным средством (100) и принимаемый по сигнальной линии EPO, проходящей через PDU (200), и передает сигнал EPO в блок управления BMS (324) или непосредственно управляет контактором аккумулятора (310).
В настоящем изобретении сигнал аварийного отключения питания (EPO) представляет собой сигнал, который постоянно поддерживается и подается от блока управления транспортным средством (100) с любым из напряжений 24 В и 12 В.
Соответственно, сигнал EPO передается от разъема ECU (101) через разъем PDU (201) через схему подключения проводов в батарейном блоке (300) через сигнальную линию EPO и воспринимается блоком обнаружения сигнала EPO (321).
Следовательно, можно подтвердить, являются ли разъемы ECU (101) и PDU (201) ненормальными и является ли подключение проводов между транспортным средством и аккумуляторным блоком нормальным с помощью сигнала EPO.
Блок управления контактором (322) функционирует как схема переключения для передачи сигнала управления контактом батареи для управления контактором батареи (310) через блок управления BMS (324) или блок обнаружения сигнала EPO (321).
Кроме того, BMS (320) включает в себя блок сети CAN (323) для передачи ответного сообщения, подтверждающего, что сигнал EPO является нормальным, или информации сообщения о неисправности проводки или аварийной остановке в блок управления транспортным средством (100) по линии сети CAN.
Соответственно, взаимосвязь между управлением приводом батареи и обработкой сигналов BMS в соответствии с операцией передачи сигнала аварийного отключения питания (EPO) будет описана со ссылкой на вышеописанную конфигурацию заявляемых устройства и способа.
Сигнал EPO подается от блока управления транспортным средством (100), поддерживается при напряжении либо в 24 В либо в 12 В, подается на разъем PDU (201), подключенный к PDU (200) через разъем ECU (101), и передается на блок обнаружения сигналов EPO (321) внутри BMS (320), проходя через кабельное соединение внутри батарейного блока (300).
Если существует проблема в проводном соединении между разъемом ECU (101) или разъемом PDU (201) блока управления транспортным средством (100) и батарейным блоком (300), сигнал EPO обычно не поступает на блок обнаружения сигнала EPO (321).
Сигнал EPO не является нормальным, если представляет собой напряжение либо в 24 В либо в 12 В, подаваемое на блок обнаружения сигнала EPO, и напряжение равняется 0 В, или распознается напряжение, определяемое как ошибка, отличаясь от подаваемого напряжения на заданный диапазон или более.
Если блок управления транспортным средством (100) подключен правильно, но неправильно подключен к разъему PDU (201), сигнал EPO может нормально не подаваться на блок обнаружения сигнала EPO (321). Кроме того, в случае, если разъем PDU (201) подключен должным образом, но если в проводном соединении, через которое проходит другой сигнал EPO, имеется неисправность, сигнал EPO может не подаваться нормально на блок обнаружения сигнала EPO (321).
В результате можно проверить, является ли проводное соединение между транспортным средством и аккумулятором нормальным с помощью сигнала EPO.
Если выдается сигнал EPO о нормальной работе из блока обнаружения сигналов EPO (321), из блока обнаружения сигналов EPO (321) подается нормальный сигнал (ВКЛ.) в блок управления контактором (322). Блок управления контактором (322) поддерживается в состоянии переключения (ВКЛ.).
Сигнал EPO нормально вводится также в блок управления BMS (324), блок управления BMS (324) подает сигнал управления контактором в блок управления контактором (322) для управления контактором батареи (310) в соответствии с состоянием переключения (ВКЛ.). Контактор батареи (310) начинает нормально работать.
Затем блок управления BMS (324) отправляет ответное сообщение в блок управления транспортного средства (100) через блок сети CAN (323), удостоверившись в том, что сигнал EPO соответствует норме.
Однако, если напряжение сигнала EPO станет 0 В (ВЫКЛ.) или будет выходить из установленного диапазона нормального напряжения, то это будет определяться как ошибка. В таком случае блок обнаружения сигналов EPO (321) определяет сигнал EPO как ненормальное.
Если сигнал EPO ненормальный, то блок обнаружения сигналов EPO (321) подает сигнал (ВЫКЛ.) в блок управления контактором (322), и выполняется переключение в режим отключения (выкл.).
Переданный блоком управления контактором (322) в моменте переключения на режим отключения (ВЫКЛ.) в блок управления BMS (324), сигнал управления контактором не подается в контактор батареи (310).
Вследствие этого, переданный контактором батареи (310) в блок управления BMS (324), сигнал управления контактором не может быть получен, поэтому работа останавливается (ВЫКЛ.).
В этом случае блок управления BMS (324) отправляет ответное сообщение в блок управления транспортным средством (100), указывающее, что сигнал EPO не является нормальным из-за неполного контакта между одним или несколькими контакторами и проводными соединениями через линию сети блока сети CAN (323).
То есть, согласно настоящему изобретению, когда блок обнаружения сигнала EPO (321) не является нормальным, блок управления BMS (324) немедленно останавливает сигнал управления контактором батареи (322), блокируя (ВЫКЛ.) сигнал управления контактором батареи (310) без отдельной подачи определенного сигнала на блок управления контактором (322).
Когда блок управления BMS (324) не может немедленно остановить контактор батареи (310) из-за команды через кнопку выключения и линию сети CAN, коннектор ECU (101) или коннектор PDU (201) не могут быть произвольно удалены для немедленной остановки контактора батареи (310).
Способ управления батареей BMS с использованием сигнала EPO, соответствующего работе устройства управления батареей BMS с использованием сигнала EPO в соответствии с настоящим изобретением, будет описан поэтапно со ссылкой на Фиг. 2 и Фиг. 3.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему реализации заявляемого способа управления батареей с использованием сигнала EPO в соответствии с настоящим изобретением, а Фиг. 3 представляет собой блок-схему, описывающую этап управления работой контактора батареи.
Как показано на упомянутых чертежах, способ управления батареей BMS с использованием сигнала EPO может включать в себя этап передачи сигнала EPO в батарейный блок (S100), этап считывания и передачи сигналов EPO (S200), этап управления приводом контактора батареи (S300) и этап передачи сообщения обнаружения сигнала EPO в блок управления транспортным средством (S400).
Этап передачи сигнала EPO в батарейный блок (S100) представляет собой этап передачи сигнала EPO, имеющий заданное напряжение, от блока управления транспортным средством (ECU) через сигнальную линию EPO к батарейному блоку.
То есть при эксплуатации электромобиля по настоящему изобретению, когда батарея приводится в действие с помощью операции в последовательности движения, блок управления транспортным средством генерирует сигнал EPO, поддерживаемый любым напряжением 24 В и напряжением 12 В, и сигнал EPO обнаруживается с помощью блока обнаружения сигналов EPO, подключенного к батарейному блоку.
В этом случае этап считывания и передачи сигнала EPO (S200) является этапом передачи сигнала EPO, считываемого блоком обнаружения сигнала EPO в BMS, в блок управления контактором и блок управления BMS через сигнальную линию EPO.
После этого этап управления приводом контактора батареи (S300) представляет собой этап управления приводом включения/выключения контактора батареи посредством операции переключения схемы блока управления контактором в соответствии с сигналом EPO, считываемым блоком определения сигналов EPO.
Как показано на Фиг. 3, когда сигнал обнаружения EPO, принятый от блока обнаружения сигнала EPO, представляет собой заданное напряжение (S310) для управления приводом контактора батареи, блок управления контактором поддерживается в нормальном (ВКЛ.) состоянии переключения (S321).
Соответственно, на этапе нормальной подачи сигнала управления контактора батареи (S322) к контактору для его привода поддерживается нормальное подключение контактора батареи, и батарея работает нормально (S323).
Однако, когда сигнал обнаружения EPO, принятый от блока обнаружения сигналов EPO, обнаруживается как значение напряжения, измеренное 0 В (выкл.), блок управления контактором формируется в выключенном состоянии переключения (S331), батарея останавливается путем остановки сигнала управления батареей (S333)
Соответственно, этап предоставления данных об обнаружении сигнала EPO блоку управления транспортным средством (S400) является этапом предоставления сообщения подтверждения данных о сигнале EPO, обнаруженном блоком обнаружения сигналов EPO, из блока управления BMS в блок управления транспортным средством.
Другими словами, если сигнал EPO является нормальным сигналом с нормальным напряжением, сообщение с подтверждением того, что проводное соединение между транспортным средством и батареей является нормальным, передается на блок управления транспортным средством через линию сети CAN.
Однако, когда сигнал EPO представляет собой сигнал, распознанный как ошибка, отличным от нормального напряжения, ответное сообщение о том, что проводное соединение между транспортным средством и батареей не является нормальным из-за сбоя в сигнальной линии EPO, соответствующий сигнал подается в блок управления транспортным средством через линию сети CAN.
Соответственно, когда батарея приводится в действие во время первоначального запуска или в состоянии, в котором соединение и проводка являются незавершенными, блок обнаружения сигналов EPO в BMS непрерывно обнаруживает сигнал EPO и переключается, чтобы заблокировать (ВЫКЛ.) подачу сигнала управления контактором к контактору батареи.
Когда сигнал EPO в блоке обнаружения сигнала EPO нестабилен из-за контактного сопротивления, когда соединение контактора батареи оказывается в незавершенном состоянии, настоящее изобретение немедленно отключает питание батареи и выдает ответное сообщение о том, что проводное соединение между транспортным средством и батареей для управления транспортным средством устройство через линию сети CAN.
Как описано выше, хотя предпочтительные варианты осуществления были описаны в подробном описании настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение может быть различным образом модифицировано и изменено в рамках идеи и области настоящего изобретения, описанного в формуле заявленного изобретения.