熔接保护模块及包括该熔接保护模块的电池系统的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年9月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0119710的优先权和权益，其全部内容在此引入作为参考。
3.本公开涉及熔接保护模块和包括该熔接保护模块的电池系统。


背景技术：

4.当连接到电池的负极(－)的负极接触器闭合而连接到电池的正极(+)的正极接触器熔接时，产生到负极接触器的浪涌电流。然后正极和负极接触器都可能被熔接。
5.当正极接触器通过使用安装在电池管理系统中的软件来熔接时，负极接触器可能是不可操作的。然而，可能执行故障清除操作或可能操作电池管理系统的其它软件以闭合负极接触器。


技术实现要素：

6.技术问题
7.本发明致力于提供一种用于改善在使用软件的接触器保护操作中产生的限制的硬连线熔接保护模块，以及包括该模块的电池系统。
8.技术方案
9.本发明的实施方式提供了一种熔接保护模块，该熔接保护模块用于根据连接在电池组的正极和第一输出端之间的正极接触器的熔接来控制连接在所述电池组的负极和第二输出端之间的负极接触器，该熔接保护模块包括：sr锁存器(sr latch)，所述sr锁存器包括置位端子(set terminal)和复位端子(reset terminal)，所述置位端子用于接收根据所述正极接触器是否被熔接的熔接感测信号，所述复位端子用于接收根据所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差的比较信号；以及与门(and gate)，所述与门用于通过对作为sr锁存器的反向输出的逻辑控制信号和用于控制负极接触器的控制信号执行与操作来生成补偿控制信号。
10.熔接保护模块还可包括比较器，所述比较器用于通过比较所述正极接触器的第一端电压和所述正极接触器的第二端电压之间的差是否等于或大于预定阈值来生成所述比较信号。
11.在感测到正极接触器的熔接的情况下，熔接感测信号变为第一电平，并且熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平，并且当所述比较信号具有用于指示所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差小于预定阈值的电平时，所述与门根据所述逻辑控制信号生成具有用于断开负极接触器的电平的补偿控制信号。
12.在感测到正极接触器的熔接的情况下，熔接感测信号变为第一电平，并且熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平，并且当所述比较信号具有用于指示所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差等于或大于预定阈值的电平时，所述与门根据所述控制
信号的逻辑电平生成所述补偿控制信号。
13.当所述比较信号具有对应于逻辑电平“0”的电平且所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平“1”的电平时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“0”的电平的逻辑控制信号，当所述比较信号具有对应于逻辑电平'1'的电平且所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平'0'的电平时，所述sr锁存器可以生成具有对应于逻辑电平'1'的电平的逻辑控制信号，且当所述比较信号和所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平“0”的电平时，所述sr锁存器保持逻辑控制信号的电平。
14.本发明的另一个实施方式提供了一种电池系统，该电池系统包括：正极接触器，所述正极接触器连接在电池组的正极和第一输出端之间；负极接触器，所述负极接触器连接在所述电池组的负极与第二输出端之间；主控制单元mcu，所述mcu用于控制所述正极接触器和所述负极接触器断开和闭合，并且生成根据所述正极接触器是否熔接的熔接感测信号；以及熔接保护模块，所述熔接保护模块用于在所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差等于或大于预定阈值时，根据从所述mcu接收的用于控制所述负极接触器的控制信号来控制所述负极接触器，并且当所述电压差小于所述预定阈值时，不管所述控制信号如何都保持所述负极接触器断开。
15.所述熔接保护模块可包括：比较器，所述比较器用于通过比较所述电压差是否等于或大于所述预定阈值来生成所述比较信号；sr锁存器，所述sr锁存器包括置位端子和复位端子，所述置位端子用于接收所述熔接感测信号，所述复位端子用于接收所述比较信号；以及与门，所述与门用于通过对作为所述sr锁存器的反向输出的逻辑控制信号和所述控制信号进行与操作来生成补偿控制信号。
16.在感测到正极接触器的熔接的情况下，熔接感测信号变为第一电平，并且熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平，并且当所述比较器生成具有用于指示所述电压差小于所述预定阈值的电平的比较信号时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“0”的第一电平的逻辑控制信号。所述与门根据具有所述第一电平的逻辑控制信号生成具有用于断开所述负极接触器的电平的补偿控制信号。
17.在感测到正极接触器的熔接的情况下，熔接感测信号变为第一电平，并且熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平，并且当所述比较器生成具有用于指示所述电压差等于或大于所述预定阈值的电平的比较信号时，所述sr锁存器可以生成具有对应于逻辑电平“1”的第二电平的逻辑控制信号。所述与门根据具有所述第二电平的所述逻辑控制信号生成具有根据所述控制信号的电平的补偿控制信号。
18.有益效果
19.本公开提供了一种熔接保护模块以及包括该熔接保护模块的电池系统，该熔接保护模块用于通过在正极接触器熔接时防止接触器的多次熔接来预先防止危险状况。
附图说明
20.图1示出了根据实施方式的电池系统的示意图。
21.图2示出了根据实施方式的熔接保护模块。
22.图3示出了根据实施方式的电池系统在正常状态下的信号的波形图。
23.图4示出了根据实施方式的正极接触器被熔接时电池系统的信号的波形图。
24.图5示出了根据实施方式的正极接触器被熔接时电池系统的信号的波形图。
具体实施方式
25.本公开提供了一种硬连线系统，用于在连接到电池的正极(+)的正极接触器熔接时防止接触器的多次熔接。当电池管理系统的软件诊断出正极接触器的熔接，并且使用sr锁存器和与门使得电池管理系统的任意软件对连接到电池的负极(－)的负极接触器执行闭合指令时，负极接触器不闭合。本公开确认正极接触器是否熔接，并且当熔接状态被解决时重置sr锁存器。
26.在以下描述中使用的用于部件的术语“模块”和“单元”仅仅是为了使说明更容易。因此，这些术语本身不具有将它们彼此区分的含义或作用。此外，说明书中描述的术语
“‑
器”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。
27.在描述本说明书的实施方式时，当确定与本发明相关的公知技术的详细描述可能模糊本发明的要旨时，将省略该详细描述。提供附图仅是为了允许容易地理解本说明书中公开的实施方式，而不应被解释为限制本说明书中公开的精神，并且应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明包括所有修改、等同物和替换。
28.包括诸如第一、第二等序数的术语将仅用于描述各种组件，而不被解释为限制这些组件。这些术语仅用于区分一种组件与其它组件。
29.应当理解，当一个组件被称为“连接”或“联接”到另一个组件时，它可以直接连接或联接到另一个组件，或者连接或联接到另一个组件，且又一组件介于其间。另一方面，应当理解，当一个组件被称为“直接连接或联接”到另一个组件时，它可以连接或联接到另一个组件而没有又一组件介于其间。
30.还将理解，在本说明书中使用的术语“包括”或“具有”表示所述特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在，但不排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在或添加。
31.图1示出了根据实施方式的电池系统的示意图。
32.如图1所示，外部设备2连接在电池系统1的相应输出端p+和p－之间，并且当继电器21和22闭合时，电池组10可以电连接到外部设备2。链路电容器(link capacitor)cl连接在电池系统1的各个输出端p+和p－之间，并且链路电容器cl的各个端之间的电压是电池系统1的输出电压。
33.当外部设备2是电气负载时，电池系统1可以作为用于向电气负载2提供能量的电源来操作，并且可以放电。电气负载可以是移动装置或能量存储系统(ess)，移动装置例如可以是电动车辆、混合动力车辆或智能移动设备。当外部设备2是充电器时，电池系统1可以通过充电器2从电力系统接收能量，并且可以被充电。
34.电池系统1包括电池组10、正极接触器21、负极接触器22、预充电接触器23、预充电电阻器24、电流传感器25、熔接保护模块30和电池管理系统bms 100。
35.电池组10包括串联连接的多个电池电芯10_1至10_4。图1示出了电池组10包括串联连接的四个电池电芯10_1至10_4，这是示例并且不限于此。例如，五个或更多个电池电芯可以串联连接，或者两个或更多个并联连接的电池电芯可以串联连接。
36.正极接触器21连接在电池组10的正极和输出端p+之间，负极接触器22连接在电池组10的负极和输出端p－之间，并且串联连接的预充电接触器23和预充电电阻器24并联连接到正极接触器21并且连接在电池组10的正极和输出端p+之间。在正极接触器21未熔接的正常状态下，可以根据bms 100的主控制单元mcu 110的控制来控制正极接触器21、负极接触器22和预充电接触器23的断开和闭合。正极接触器21可以通过控制信号sr1断开或闭合，负极接触器22可以通过控制信号sr2断开或闭合，并且预充电接触器23可以通过控制信号sr3断开或闭合。
37.电流传感器25可以感测流向电池组10的电流，并且可以向mcu 110发送用于指示所感测的电流的电流感测信号is。
38.bms 100包括mcu 110和电芯管理模块120。
39.电芯管理模块120可连接到电池电芯10_1至10_4，测量电池电芯10_1至10_4的电芯电压和温度并将其发送到mcu 110，并且可根据从mcu 110接收的电芯均衡控制信号对电池电芯10_1至10_4中的特定电芯执行均衡操作。
40.包括对电池组10的充电和放电控制、电芯均衡控制和保护操作控制的程序的软件安装在mcu 110中。mcu 110可基于从电芯管理模块120、电流传感器25和外部接收的信息和信号来控制对电池组10的充电和放电、电芯均衡和保护操作。
41.当外部设备2连接到电池系统1并且执行充电或放电时，mcu 110可以闭合负极接触器22和预充电接触器23，并且可以在预定时间之后闭合正极接触器21。在这种情况下，预定时间可以设定为从预充电接触器23闭合的时间到在链路电容器cl中充电的链路电容器电压相对于电池组10的电压达到预定比率(例如，95％)的时间。
42.mcu 110可以闭合正极接触器21，然后可以断开预充电接触器23。当电池组10被充电或放电时，正极接触器21和负极接触器22可以闭合，并且可以配置充电电流路径或放电电流路径。mcu 110可以调节控制信号sr1至sr3的电平，以控制正极接触器、负极接触器和预充电接触器断开或闭合。
43.当电池系统1被电断开(即，off)，并且电压小于正极接触器21的第一端电压va与正极接触器21的第二端电压vb之间的预定阈值时，mcu 110可以确定正极接触器21被熔接。电压va可以是正极接触器21的设置在电池组10的正极附近的第一端的电压，并且电压vb可以是正极接触器21的设置在输出端p+附近的第二端的电压。
44.mcu 110感测正极接触器21的熔接状态，并生成熔接感测信号cst。当感测到正极接触器21被熔接时，mcu 110可生成高电平熔接感测信号cst，而当正极接触器21未被熔接而是处于正常状态时，mcu 110可生成低电平熔接感测信号cst。mcu 110可根据从外部提供的熔接清除信号而生成低电平熔接感测信号cst。例如，当通过维护而物理地解决了正极接触器21的熔接时，bms 100可以通过通信从外部接收熔接清除信号，并且可以将其发送到mcu 110。mcu 110可将高水平熔接感测信号cst重置为低电平。
45.熔接保护模块30可以从mcu 110接收控制信号sr2，可以不管控制信号sr2的电平如何，生成与用于断开负极接触器22的电平有关的补偿控制信号src2，并且可以在正极接触器21熔接时将补偿控制信号src2提供给负极接触器22，并且可以根据控制信号sr2的电平生成补偿控制信号src2，并且可以在正极接触器21未熔接而是处于正常状态时将补偿控制信号src2提供给负极接触器22。
46.图2示出了根据实施方式的熔接保护模块。
47.熔接保护模块30包括比较器31、sr锁存器32和与门33。
48.比较器31比较正极接触器21的第一端电压va和第二端电压vb，当电压va和电压vb之间的差等于或大于预定阈值时生成高电平输出，并且在另一种情况下生成低电平输出。比较器31的输出将被称为比较信号cs。
49.比较器31确定正极接触器21是否被熔接，并且当正极接触器21未被熔接而是处于正常状态时，电压va和电压vb之间的阈值等于或大于阈值，因此比较器31可以生成高电平比较信号cs并且可以输出该高电平比较信号cs。当正极接触器21被熔接时，电压va和电压vb之间的差小于阈值，因此比较器31可以生成低电平比较信号cs并且可以输出该低电平比较信号cs。
50.sr锁存器32可以根据通过输出端子q和反向输出端子q'提供给置位端子s的信号的逻辑电平和提供给复位端子r的信号的逻辑电平来提供输出和反向输出。根据实施方式，来自sr锁存器32的反向输出被提供给与门33，并且来自sr锁存器32的反向输出被称为逻辑控制信号lcs。提供给sr锁存器32的置位端子s和复位端子r的信号的逻辑电平可以是'0'或'1'。熔接感测信号cst被输入到sr锁存器32的置位端子s，比较信号cs被输入到sr锁存器32的复位端子r。
51.sr锁存器32根据输入到置位端子s和复位端子r的信号的逻辑电平确定输出和反向输出的逻辑电平的方法在表1中表示。
52.[表1]
[0053]
srqq'00先前的输出先前的反向输出010110101100
[0054]
与门33对控制信号sr2和逻辑控制信号lcs进行与运算，以生成补偿控制信号src2。当逻辑控制信号lcs具有对应于逻辑电平“0”的低电平时，与门33生成低电平补偿控制信号src2，而与控制信号sr2的电平无关。负极接触器22通过补偿控制信号src2断开。当逻辑控制信号lcs处于低电平时，负极接触器22可以保持断开。当逻辑控制信号lcs处于对应于逻辑电平'1'的高电平时，与门33根据控制信号sr2的逻辑电平生成补偿控制信号src2。即，当控制信号sr2具有对应于用于指示负极接触器22闭合的逻辑电平'1'的高电平时，与门33生成高电平补偿控制信号src2。当控制信号sr2具有对应于用于指示负极接触器22的断开的逻辑电平'0'的低电平时，与门33生成低电平补偿控制信号src2。负极接触器22由高电平补偿控制信号src2闭合，并且由低电平补偿控制信号src2断开。
[0055]
现在将参照图3至图5描述根据实施方式的熔接保护模块的操作。
[0056]
图3示出了根据实施方式的电池系统在正常状态下的信号的波形图。
[0057]
在时间t1，控制信号sr2变为高电平以闭合负极接触器22。在时间t2，控制信号sr3变为高电平以闭合预充电接触器23。时间t1可以在时间t2之前，或者时间t1和时间t2可以相同。在时间t3，控制信号sr1变为高电平以闭合正极接触器21，并且在时间t4，控制信号sr3变为低电平以断开预充电接触器23。
[0058]
当正极接触器21在时间t3之前断开时，电压va和电压vb之间的电压差等于或大于阈值，并且比较信号cs处于高电平。当状态正常时，熔接感测信号cst处于低电平。因此，逻辑控制信号lcs通过高电平比较信号cs处于高电平。
[0059]
在时间t3之后，正极接触器21闭合，使得电压va和电压vb之间的电压差小于阈值，并且比较信号cs处于低电平。当熔接感测信号cst和比较信号cs处于低电平时，sr锁存器32将逻辑控制信号lcs保持在高电平。当高电平逻辑控制信号lcs被输入到与门33时，与门33根据控制信号sr2生成补偿控制信号src2。因此，补偿控制信号src2可以具有与控制信号sr2相同的波形。
[0060]
在时间t5，控制信号sr1和sr2处于低电平，正极接触器21和负极接触器22断开。在时间t5之后，电压va和电压vb之间的电压差等于或大于阈值，并且比较信号cs处于高电平。sr锁存器32根据高电平比较信号cs将逻辑控制信号lcs保持在高电平。
[0061]
根据实施方式，正极接触器21被断开，然后mcu 110诊断正极接触器21是否被熔接。例如，在时间t6，mcu 110可以感测正极接触器21的熔接，并且熔接感测信号cst可以升高到高电平。
[0062]
图4示出了根据实施方式的正极接触器被熔接时电池系统的信号的波形图。
[0063]
图4示出了当正极接触器21被熔接时的波形图，正极接触器21的熔接未被解决，故障清除由安装在mcu 110中的软件执行，并且熔接感测信号cst在时间t7从高电平变为低电平。
[0064]
在时间t7之后，熔接感测信号cst处于低电平，比较信号cs处于低电平，因此逻辑控制信号lcs保持在低电平。因此，与门33输出低电平补偿控制信号src2，而与控制信号sr2无关。例如，在时间t8，控制信号sr2上升到高电平，并且补偿控制信号src2保持在低电平。
[0065]
图5示出了根据实施方式的正极接触器被熔接时电池系统的信号的波形图。
[0066]
图5示出了当检测到正极接触器21的熔接，解决实际正极接触器21的熔接，并且通过安装在mcu 110中的软件执行故障清除，或者将用于故障清除的信号从外部发送到bms 100时的波形图。例如，将假定在时间t9解决正极接触器21的熔接。
[0067]
在时间t9，正极接触器21的熔接被解决，使得电压va和电压vb之间的电压差变得等于或大于阈值，并且比较信号cs变为高电平。在时间t10，所述熔接感测信号cst由于所述故障清除从高电平变为低电平。在时间t10之后，sr锁存器32根据高电平比较信号cs和低电平熔接感测信号cst生成高电平逻辑控制信号lcs。因此，与门33根据控制信号sr2确定补偿控制信号src2的电平，并输出结果信号。
[0068]
例如，当控制信号sr2在时间t11上升到高电平时，与门33将补偿控制信号src2从低电平改变为高电平。
[0069]
在本说明书中，描述了对应于逻辑电平'0'的信号电平是低电平，而对应于逻辑电平'1'的信号电平是高电平。例如，由mcu 110输出的控制信号sr1至sr3、熔接感测信号cst、sr锁存器32的输入和输出信号、比较器31的输出信号以及与门33的输入和输出信号可以处于对应于逻辑电平'0'的低电平，并且可以处于对应于逻辑电平'1'的高电平。这是用于描述实施方式的示例，并且本公开不限于此。
[0070]
虽然已经结合当前被认为是实际的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内
的各种修改和等同布置。

技术特征：
1.一种熔接保护模块，该熔接保护模块用于根据连接在电池组的正极和第一输出端之间的正极接触器的熔接来控制连接在所述电池组的负极和第二输出端之间的负极接触器，该熔接保护模块包括：sr锁存器，所述sr锁存器包括置位端子和复位端子，所述置位端子用于接收根据所述正极接触器是否被熔接的熔接感测信号，所述复位端子用于接收根据所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差的比较信号；以及与门，所述与门用于通过对作为sr锁存器的反向输出的逻辑控制信号和用于控制所述负极接触器的控制信号执行与操作来生成补偿控制信号。2.根据权利要求1所述的熔接保护模块，该熔接保护模块还包括：比较器，所述比较器用于通过比较所述正极接触器的第一端电压和所述正极接触器的第二端电压之间的差是否等于或大于预定阈值来生成所述比较信号。3.根据权利要求1所述的熔接保护模块，其中，在感测到所述正极接触器的熔接并且所述熔接感测信号变为第一电平，并且所述熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平的情况下，并且当所述比较信号具有用于指示所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差小于预定阈值的电平时，所述与门根据所述逻辑控制信号生成具有用于断开所述负极接触器的电平的补偿控制信号。4.根据权利要求1所述的熔接保护模块，其中，在感测到所述正极接触器的熔接并且所述熔接感测信号变为第一电平，并且所述熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平的情况下，并且当所述比较信号具有用于指示所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差等于或大于预定阈值的电平时，所述与门根据所述控制信号的逻辑电平生成所述补偿控制信号。5.根据权利要求1所述的熔接保护模块，其中，当所述比较信号具有对应于逻辑电平“0”的电平且所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平“1”的电平时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“0”的电平的逻辑控制信号，当所述比较信号具有对应于逻辑电平“1”的电平且所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平“0”的电平时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“1”的电平的逻辑控制信号，并且当所述比较信号和所述熔接感测信号具有对应于逻辑电平“0”的电平时，所述sr锁存器保持逻辑控制信号的电平。6.一种电池系统，该电池系统包括：正极接触器，所述正极接触器连接在电池组的正极和第一输出端之间；负极接触器，所述负极接触器连接在所述电池组的负极与第二输出端之间；主控制单元mcu，所述mcu用于控制所述正极接触器和所述负极接触器断开和闭合，并且生成根据所述正极接触器是否熔接的熔接感测信号；以及熔接保护模块，所述熔接保护模块用于在所述正极接触器的第一端和第二端之间的电压差等于或大于预定阈值时，根据从所述mcu接收的用于控制所述负极接触器的控制信号来控制所述负极接触器，并且当所述电压差小于所述预定阈值时，不管所述控制信号如何
都保持所述负极接触器断开。7.根据权利要求6所述的电池系统，其中，所述熔接保护模块包括：比较器，所述比较器用于通过比较所述电压差是否等于或大于所述预定阈值来生成比较信号；sr锁存器，所述sr锁存器包括置位端子和复位端子，所述置位端子用于接收所述熔接感测信号，所述复位端子用于接收所述比较信号；以及与门，所述与门用于通过对所述控制信号和作为所述sr锁存器的反向输出的逻辑控制信号进行与操作来生成补偿控制信号。8.根据权利要求7所述的电池系统，其中，在感测到所述正极接触器的熔接并且所述熔接感测信号变为第一电平，并且所述熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平的情况下，并且当所述比较器生成具有用于指示所述电压差小于所述预定阈值的电平的比较信号时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“0”的第一电平的逻辑控制信号。9.根据权利要求8所述的电池系统，其中，所述与门根据具有所述第一电平的逻辑控制信号生成具有用于断开所述负极接触器的电平的补偿控制信号。10.根据权利要求7所述的电池系统，其中，在感测到所述正极接触器的熔接并且所述熔接感测信号变为第一电平，并且所述熔接感测信号变为不同于第一电平的第二电平的情况下，并且当所述比较器生成具有用于指示所述电压差等于或大于所述预定阈值的电平的比较信号时，所述sr锁存器生成具有对应于逻辑电平“1”的第二电平的逻辑控制信号。11.根据权利要求10所述的电池系统，其中，所述与门根据具有所述第二电平的所述逻辑控制信号生成具有根据所述控制信号的电平的所述补偿控制信号。

技术总结
根据本发明的一个特征，一种熔接保护模块，该熔接保护模块用于根据连接在电池组的正极和第一输出端之间的正极接触器的熔接来控制连接在电池组的负极和第二输出端之间的负极接触器，该熔接保护模块包括：SR锁存器，该SR锁存器包括：置位端子，熔接检测信号根据正极接触器是否被熔接而输入到置位端子中；复位端子，比较信号根据所述正极接触器的一端和另一端之间的电压差被输入到所述复位端子中；以及与门，所述与门用于通过对作为SR锁存器的反向输出的逻辑控制信号和用于控制负极接触器的控制信号进行与操作来生成补偿控制信号。控制信号进行与操作来生成补偿控制信号。控制信号进行与操作来生成补偿控制信号。


技术研发人员：金起勋 宋昌勇
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2023/8/14