[发明专利]电池管理系统中的快速过电流检测

说明书

本公开涉及电池管理系统中的快速过电流检测。本文描述用于BMS的改进过电流检测和缓解系统、方法和技术。BMS监视器可使用两种不同的技术检测过电流。第一种技术可以基于不同重叠时间段上的平均功率检测过电流。第二种技术可以基于确定开关设备的模拟结温度来检测过电流。

技术领域

本发明一般涉及电池管理系统(BMS)的安全技术和机制，例如过电流检测。

背景技术

随着智能电网和电动汽车(EV)技术的快速发展，可充电电池已成为一种重要的大规模储能装置。BMS监控可充电电池，为控制系统提供相关数据，如电池充电水平。BMS可以有多种应用，从电网储能到电动汽车，再到其他消费品，如电动自行车、电动滑板车等等。

本质上是电化学的可充电电池可能表现出各种不希望的操作特性，例如放气、电解液泄漏或热问题，例如过热或与氧发生放热反应。其中一种不希望出现的情况是过电流情况，即单个电池或电池组产生或吸收的电流大于预期电流。过电流会导致过热甚至热失控。

可提供开关机构，例如机械继电器，以在电池发生故障时选择性地将电池与其相应负载(例如，电动车辆(EV)牵引电机或相关控制电路)连接和断开。然而，机械继电器可能价格昂贵、速度慢且体积大。

附图说明

各种附图仅图示了本公开的示例实施例并且不应被视为限制其范围。

图1是BMS的示例部分的框图。

图2A-2B示出了系统中电流尖峰的示例。

图3图示了BMS监视器的示例部分。

图4图示了时间窗的示例。

图5A图示了示例MOSFET的热阻抗分布。

图5B示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路表示。

图6A显示了示例二进制R-C系统。

图6B显示了二元R-C系统中的电流图。

图6C示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路图。

图6D显示了二进制R-C对的集合。

图6E示出了具有开关电阻器的网络。

图6F示出了开关时序方案。

图7图示了BMS监视器的示例部分。

具体实施方式

本公开的实施例提供了在电池管理系统BMS中使用的改进的过电流检测和缓解系统、方法和技术。BMS可以设置在EV中。BMS监视器可以使用两种不同的技术检测过电流，从而提供冗余并提高可靠性。第一种技术可以基于不同的重叠时间段上的平均功率来检测过电流。第二种技术可以基于确定将电池耦合到负载的开关装置(例如半导体元件)的建模结温来检测过电流。两种技术都可以考虑电路性能的历史信息，例如过去的电流毛刺。如果通过任一技术检测到过电流，则可以快速禁用开关设备，从而防止开关设备发生故障。因此，本文所述的过电流检测技术提高了BMS的安全性和可靠性，同时降低了成本。

本文档描述了用于保护用于向负载供电的开关设备的电池监视器。电池监视器可以包括转换器电路，其具有用于接收电压的输入，以及用于基于电压生成脉冲序列的振荡器。电池监视器还可以包括具有第一检测器和第二检测器的数字电路，该第一检测器基于在至少两个不同时间窗口上测量的脉冲序列的确定特性检测开关装置的第一故障事件的发生或不发生，该第二检测器通过基于脉冲序列确定开关装置的建模结温来检测开关装置的第二故障事件的发生或未发生。