阅读说明：本技术 开关控制设备 (Switch control device ) 是由 李浚赫 李锡准 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种开关控制设备,该开关控制设备能够在控制设置在电池组中的开关的过程期间有效地控制开关。根据本发明的一方面,存在这样的优点,即当开关从导通状态转换到断开状态时,由于反电动势产生的电流被快速地释放,因此快速地转换开关的接通或断开。此外,根据本发明的一方面,施加到控制单元的电压落入额定电压范围内,使得可以增强开关控制电路的稳定性。(The present invention relates to a switch control apparatus capable of effectively controlling a switch during a process of controlling the switch provided in a battery pack. According to an aspect of the present invention, there is an advantage in that when the switch is switched from the on state to the off state, a current generated due to a counter electromotive force is rapidly discharged, thereby rapidly switching on or off of the switch. Further, according to an aspect of the present invention, the voltage applied to the control unit falls within the rated voltage range, so that the stability of the switching control circuit can be enhanced.)

开关控制设备

技术领域

本申请要求于2018年8月13日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2018-0094441的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

本公开涉及一种开关控制设备，并且更具体地，涉及一种能够在控制设置在电池组中的开关的过程期间有效地控制开关的开关控制设备。

背景技术

近年来，对诸如笔记本电脑、摄像机和便携式电话的便携式电子产品的需求急剧增加，并且已经积极开发了能量存储电池、机器人和卫星。因此，允许重复充电和放电的高性能二次电池正在被积极地研究。

因此，随着移动装置、电动车辆、混合电动车辆、电力存储系统和不间断电力装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求快速地增加。特别地，用于电动车辆或混合电动车辆的二次电池是高功率、高容量的二次电池，并且正在对它们进行许多研究。

此外，随着对二次电池的需求，正在进行对与二次电池相关的***部件和装置的研究。即，正在对各种部件和装置进行研究，例如多个二次电池被连接成单个模块的电池模块、用于控制电池模块的充电和放电并监测每个二次电池的状态的BMS、包括电池模块的电池组和电池组中的BMS、以及用于将电池模块连接到诸如马达的负载的接触器。

特别地，接触器是连接电池模块和负载并控制是否供电的开关。作为示例，本领域广泛使用的锂离子二次电池的操作电压为约3.7V至4.2V。为了提供高电压，多个二次电池串联地连接以配置电池模块。在电池模块用于电动车辆或混合电动车辆的情况下，用于驱动车辆的马达需要大约240V至280V的电池电压。连接电池模块和马达的接触器是高压、高输出电能一直穿过的部件，因此重要的是监测接触器的故障并有效地进行控制以接通/断开接触器。

发明内容

技术问题

本公开被设计成解决相关领域的问题，因此本公开旨在提供一种改进的开关控制设备，该开关控制设备可以在控制设置在电池组中的开关的过程期间有效地控制开关。

本公开的这些和其它目的和优点可以从以下详细描述中理解，并且将从本公开的示例性实施方式变得更加完全显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中示出的装置来实现。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供了一种用于控制由电压输入源供电的开关的断开/导通操作的开关控制设备，所述开关控制设备包括：续流二极管，所述续流二极管并联地电连接到所述开关，使得电流流向所述开关的正极端子；齐纳二极管，所述齐纳二极管串联地电连接到所述续流二极管；场效应晶体管(FET)，所述场效应晶体管(FET)设置在所述电压输入源的输入端子与所述开关的正极端子之间，以从所述输入端子接收输入电压并将所述输入电压传输到所述开关的所述正极端子；控制单元，所述控制单元电连接到所述FET以将用于控制所述开关的断开/导通操作的信号传输到所述FET；以及电阻器，所述电阻器设置在所述控制单元与从所述电压输入源的所述输入端子向所述开关供应所述输入电压所沿的路径之间的连接路径上，以分配施加到所述控制单元的电压。

所述电阻器的两端可以直接电连接在所述控制单元的输入/输出引脚与所述FET的漏极端子和所述开关的所述正极端子之间的节点之间。

所述电阻器可以被设置为具有电阻，使得施加到所述控制单元的所述输入/输出引脚的电压落入所述控制单元的额定电压范围内。

所述电阻器的所述电阻可以大于或等于所述控制单元的内部电阻的电阻。

所述齐纳二极管可以被配置成使得所述齐纳二极管的前向方向与所述续流二极管的前向方向相反。

所述FET可以被配置成使得所述FET的源极端子直接电连接到所述输入端子，所述FET的漏极端子直接电连接到所述开关的所述正极端子，并且所述FET的栅极端子直接电连接到所述控制单元。

所述控制单元可以包括至少两个输入/输出引脚，并且所述输入/输出引脚可以分别直接电连接到所述FET和所述电阻器。

根据本公开的另一实施方式的所述开关控制设备还可以包括反向电压保护二极管，所述反向电压保护二极管并联地连接在所述控制单元和所述电阻器之间，并且被配置成使得所述反向电压保护二极管的前向方向是朝向所述电阻器的方向。

根据本公开的另一实施方式的一种电池管理系统(BMS)可以包括根据本公开的实施方式所述的开关控制设备。

根据本公开的另一实施方式的一种电池组可以包括根据本公开的实施方式所述的开关控制设备。

有益效果

根据本公开的一个方面，当开关从导通状态转换到断开状态时，所产生的反电动势引起的电流被快速地释放，从而快速地转换开关以接通或断开。

此外，根据本公开的方面，由于施加到控制单元的电压落入额定电压范围内，所以可以增强开关控制电路的稳定性。

本公开可以具有除了以上效果之外的各种效果，并且本公开的其它效果可以从以下描述理解并且通过本公开的实施方式更清楚地了解。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施方式，并且连同前述公开用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。

图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的开关控制电路连接到设置在电池组处的开关的图。

图2是示意性地示出根据本公开的实施方式的开关控制电路连接到开关的图。

图3是示意性地示出设置有根据本公开的实施方式的开关控制电路的电池组的图。

图4是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的开关控制电路连接到开关的图。

图5是示意性地示出连接在根据本公开的实施方式的控制单元和开关之间的电阻器的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应当被解释为限于一般的和字典的含义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，本文所提出的描述仅是仅用于说明目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以对其进行其它等效和修改。

此外，在本公开中，如果确定对相关的已知结构或功能的详细描述可能使本公开的主题模糊，则将省略该详细描述。

贯穿该说明书，当一部分被称为“包括”或“包含”任何元件时，除非另有说明，否则它意味着该部分还可以包括其它元件，而不排除其它元件。此外，在说明书中描述的术语“控制单元”指的是处理至少一个功能或操作的单元，并且可以由硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。

此外，贯穿说明书，当一部分被称为“连接”到另一部分时，不限于它们“直接连接”的情况，而是还包括它们“间接连接”且另一元件***在它们之间的情况。

在本说明书中，二次电池是指具有正极端子和负极端子并且物理上可分离的一个独立电池。例如，一个袋型锂聚合物电池可以被认为是二次电池。

根据本公开的实施方式的开关控制设备可以是用于控制由电压输入源供电的开关的断开/导通操作的设备。这里，开关控制设备可以被设置到电池组。此外，开关控制设备可以被设置到安装在车辆中的电池组。例如，电压输入源可以是输送用于控制开关的操作的操作电压的电压源。例如，电压输入源可以是12V铅蓄电池，开关可以是接触器或继电器。

图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的开关控制电路连接到设置在电池组处的开关的图。图2是示意性地示出根据本公开的实施方式的开关控制电路连接到开关的图。

参照图1和图2，根据本公开的实施方式的开关控制设备可以被包括在开关控制电路1中。

如图1所示，根据本公开的实施方式的开关控制电路1可以是用于控制设置在包括至少一个二次电池的电池组件B的正极端子与电池组的正极端子之间的开关10的电路。电池组的正极端子和负极端子可以连接到负载L。

例如，如果根据本公开的实施方式的电池组设置在车辆中，则电池组的两端可以连接到车辆负载。

如图2所示，根据本公开的实施方式的开关控制设备可以包括续流二极管(freewheeling diode)100、齐纳二极管(Zener diode)200、场效应晶体管(FET)300、控制单元400和电阻器500。

续流二极管100可并联地电连接到开关10。例如，如图2所示，续流二极管100可设置在地面G与第一节点N1之间，该第一节点N1设置在输入端子Vi与开关10之间的连接路径上。此外，续流二极管100可并联地电连接到开关10，该开关10的两端连接到第一节点N1与地面G。

此外，续流二极管100可被配置成允许电流流向开关10的正极端子。例如，如图2所示，续流二极管100可以是被配置成允许电流流向第一节点N1同时将朝向第一节点N1的方向设定为前向方向的二极管。此外，续流二极管100可被配置成使得电流经过第一节点N1流向开关10的正极端子。

此外，如果开关10从导通状态转换到断开状态，则续流二极管100可允许由开关10的电感器部件产生的电流通过连接续流二极管100和开关10的闭环流回到开关10，从而防止开关10被由反电动势产生的脉冲电压损坏。

齐纳二极管200可串联地电连接到续流二极管100。例如，如图2所示，齐纳二极管200可设置在第一节点N1与地面G之间，并串联地电连接到续流二极管100。

此外，齐纳二极管200可以被配置成使得齐纳二极管200的前向方向是朝向地面G的方向。例如，如图2所示，齐纳二极管200可以被配置成使得朝向第一节点N1的方向是反向方向，朝向地面G的方向是前向方向。

此外，如果电流经过续流二极管100流向第一节点N1，则齐纳二极管200可允许预定阈值电压施加到第一节点N1。

例如，如果开关10从导通状态转换到断开状态，由于设置在开关10中的电磁体可能产生反电动势。在这种情况下，连接到齐纳二极管200的地面G可能瞬时具有比第一节点N1高的电位。例如，-18V可相对于地面G被施加到第一节点N1。通过该配置，如果开关10从导通状态转换到断开状态，则齐纳二极管200可允许电流快速地流过连接续流二极管100和开关10的闭环。因此，可快速地释放由开关10的反电动势产生的电流。

FET 300可以设置在电压输入源的输入端子Vi和开关10的正极端子之间。例如，如图2所示，FET 300可以设置在连接输入端子Vi和开关10的正极端子的路径上。例如，FET300可以被配置成使得FET 300的源极端子S直接电连接到输入端子Vi，并且FET 300的漏极端子D直接电连接到开关10。

此外，FET 300可以从输入端子Vi接收输入电压。例如，如图2所示，FET 300可以接收从电压输入源的输入端子Vi到FET 300的源极端子S的输入电压。例如，电压输入源可以是设置在电池管理系统(BMS)中的电压源。优选地，电压输入源可以是设置在BMS中的12V铅蓄电池。

此外，FET 300可以被配置成将从电压输入源的输入端子Vi输入的输入电压传输到开关10的正极端子。例如，如图2所示，FET 300可以被配置成根据施加到FET 300的栅极端子G的信号将FET 300的源极端子S和FET 300的漏极端子D彼此电连接。因此，FET 300可将输入电压从源极端子S传输到开关10的正极端子。例如，如图2所示，FET 300可以是具有寄生二极管的p沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。

控制单元400可以电连接到FET 300。例如，如图2所示，控制单元400可以直接电连接到FET 300的栅极端子G。

此外，控制单元400可以被配置成将用于控制开关10的断开/导通操作的信号传输到FET 300。也就是说，在图2的配置中，控制单元400可以将电信号传输到FET 300的栅极端子G。此外，控制单元400可以将用于控制开关10的断开/导通操作的信号传输到FET 300的栅极端子G。

例如，控制单元400可以将0V的电压施加到FET 300的栅极端子G，使得FET 300处于导通状态。此外，控制单元400可以将5V的电压施加到FET 300的栅极端子G，使得FET 300处于断开状态。这里，5V可以是FET 300的阈值电压。

例如，如果将5V施加到FET 300的栅极端子G使得FET 300断开，则控制单元400可以通过将0V施加到FET 300的栅极端子G来导通FET 300。在这种情况下，由于FET 300的源极端子S和FET 300的漏极端子D彼此电连接，所以输入电压可以从电压输入源传输到开关10的正极端子。随后，开关10可以通过接收输入电压而转换到导通状态。

此外，如果将0V施加到FET 300的栅极端子G，使得FET 300导通，则控制单元400可以通过将5V施加到FET 300的栅极端子G来断开FET 300。在这种情况下，由于FET 300的源极端子S和FET 300的漏极端子D电断开，所以输入电压不会从电压输入源传输到开关10的正极端子。随后，开关10可以转换到断开状态。

电阻器500可以设置在控制单元400和从电压输入源的输入端子Vi向开关10供电所沿的路径之间的连接路径上。例如，如图2所示，电阻器500可以设置在连接第二节点N2和控制单元400的连接路径上。这里，第二节点N2可以设置在将输入端子Vi和开关10的正极端子彼此连接的路径上。此外，第二节点N2可设置在FET 300的漏极端子D与第一节点N1之间。

此外，电阻器500可以被配置成分配施加到控制单元400的电压。例如，如图2所示，施加在第二节点N2和控制单元400之间的电压的一部分可以分开地施加到电阻器500。通过这种配置，根据本公开的实施方式的电阻器500可防止施加到第二节点N2的电压被完全施加到控制单元400。

优选地，根据本公开的实施方式的控制单元400可包括至少两个输入/输出引脚i1、i2。此外，输入/输出引脚i1、i2可以被配置成分别直接电连接到FET 300和电阻器500。例如，如图2所示，第一输入/输出引脚i1可以是将第二节点N2和控制单元400彼此连接的输入/输出引脚。此外，第一输入/输出引脚i1可以是直接电连接电阻器500和控制单元400的输入/输出引脚。此外，第二输入/输出引脚i2可以是将FET 300的栅极端子G和控制单元400直接彼此连接的输入/输出引脚。控制单元400可通过第二输入/输出引脚i2测量FET 300的漏极端子D的电位，以诊断FET 300是断开连接还是短路。

此外，优选地，根据本公开的实施方式的电阻器500可以被配置成使得电阻器500的两端直接电连接在控制单元400的输入/输出引脚和FET 300的漏极端子D与开关10的正极端子之间的节点之间。例如，如图2所示，电阻器500可以被配置成使得电阻器500的两端直接电连接在第二节点N2和控制单元400的第一输入/输出引脚i1之间。

此外，优选地，根据本公开的实施方式的齐纳二极管200可串联地连接到续流二极管100。例如，如图2所示，齐纳二极管200可直接电连接在地面G与续流二极管100之间。

此外，优选地，如图2所示，在根据本公开的实施方式的FET 300中，FET 300的源极端子S可以直接电连接到输入端子Vi。此外，在FET 300中，FET 300的漏极端子D可以直接电连接到开关10的正极端子。此外，在FET 300中，FET 300的栅极端子G可以直接电连接到控制单元400。

图3是示意性地示出了设置有根据本公开的实施方式的开关控制电路的电池组的图。

参照图3，图1和图2所示的开关10可包括铁片11和电磁体12。此外，输入端子Vi可以是在该处电流从电压输入源DC输出的端子。例如，电压输入源DC可以是12V铅蓄电池。

电池组件B和电池组的正极端子可以连接到设置在开关10处的铁片11，并且开关控制电路1可以连接到设置在开关10处的电磁体12。此外，电磁体12的另一端可以连接到与电压输入源DC的另一端连接的地面G。这里，电磁体12可以包括铁芯和线圈。优选地，线圈可以围绕铁芯缠绕。

如果0V电压施加到FET 300的栅极端子G，则源极端子S和漏极端子D变为电连接，并且从电压输入源DC的输入端子Vi输出的电流可以流到电磁体12。在这种情况下，在电磁体12处形成磁场，并且铁片11由于形成的磁场而移动，使得开关10可以被控制以接通。也就是说，如果0V电压被施加到FET 300的栅极端子G，则电池组件10的正极端子和电池组的正极端子可以电连接。

如果将大于操作电压的电压施加到FET 300的栅极端子G，则可以断开源极端子S和漏极端子D之间的连接。例如，当5V或更高的电压被施加到栅极端子G时，源极端子S和漏极端子D之间的连接可以被断开。在这种情况下，由于电磁体12可以产生反电动势。在这种情况下，连接到电磁体12和齐纳二极管200的地面G立即具有比连接到第一节点N1的电磁体12的电位更高的电位，使得由反电动势产生的电流可流向地面G。即，电磁体12、地面G、齐纳二极管200和续流二极管100形成闭环，且由反电动势产生的电流可在流过形成的闭环时被快速地消耗。此外，例如，当由反电动势产生的电流在闭环中流动时，-18V可施加到相对于地面G的第一节点N1。电阻器500可消耗流到控制单元400的一些电流，使得施加到控制单元400的输入/输出引脚的电压落入控制单元400的额定电压范围内。

也就是说，根据本公开的实施方式的开关控制设备可以快速地释放和消耗由基于开关10的操作状态的改变而产生的反电动势引起的电流。此外，开关控制设备可以将施加到控制单元的电压维持在额定电压内。因此，可以进一步增强开关控制电路的稳定性。

另外，控制单元400可被实现为选择性地包括控制单元400、专用集成电路(ASIC)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置和/或存储装置。

另外，存储装置不受特别限制，只要存储装置用作能够记录和擦除数据的存储介质即可。例如，存储装置可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。存储装置也例如经由数据总线等电连接到控制单元400，以便由控制单元400访问。存储装置还可存储和/或更新和/或擦除和/或传输当执行包括在控制单元400中执行的各种控制逻辑和/或控制逻辑的程序时产生的数据。

图4是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的开关控制电路连接到开关的图。此外，在该实施方式中，将不描述前一实施方式的描述可以类似地应用的特征，并且将集中于不同特征来给出描述。

参照图4，根据本公开的实施方式的控制单元400和电阻器500可以直接电连接在设置在控制单元400和电阻器500之间的节点处。

优选地，如图4所示，根据本公开的实施方式的开关控制设备还可以包括反向电压保护二极管600。

反向电压保护二极管600可以连接到设置在控制单元400和电阻器500之间的节点。

优选地，反向电压保护二极管600可以被配置成使得反向电压保护二极管600的前向方向是朝向电阻器500的方向。例如，如图4所示，反向电压保护二极管600可以直接电连接在地面G和设置在控制单元400与电阻器500之间的节点之间。此外，如图4所示，反向电压保护二极管600可以被配置成使得前向方向是朝向设置在控制单元400和电阻器500之间的节点的方向。

根据本公开的开关控制设备可以应用于电池管理系统(BMS)。也就是说，根据本公开的BMS可以包括如上所述的本公开的开关控制设备。在这种配置中，根据本公开的开关控制设备的部件的至少一部分部件可以通过补充或增加包括在传统BMS中的部件的功能来实现。例如，根据本公开的开关控制设备的控制单元400和存储装置可以被实现为BMS的部件。

此外，根据本公开的开关控制设备可以被设置到电池组。也就是说，根据本公开的电池组可以包括根据本公开的开关控制设备。这里，电池组可以包括至少一个二次电池、开关控制设备、电气部件(例如BMS、继电器和保险丝)、壳体等。

图5是示意性地示出连接在根据本公开的实施方式的控制单元和开关之间的电阻器的图。

参照图2至图5，根据本公开的实施方式的电阻器500可设置在第二节点N2与控制单元400的第一输入/输出引脚i1之间。

根据本公开的实施方式的控制单元400可包括内部电阻器410，如图5所示。

内部电阻器410可设置在第一输入/输出引脚i1与内部端子i1’之间。例如，内部电阻器410可以是控制单元400的等效电阻器500。

优选地，根据本公开的实施方式的电阻器500可以被配置成使得施加到控制单元400的输入/输出引脚的电压被施加在控制单元400的额定电压内。例如，如图5所示，如果施加在内部端子i1’与第二节点N2之间的电压为18V且内部电阻器410与电阻器500具有相同的1kΩ电阻，则可将18V分配至内部电阻器410与电阻器500，即每个为9V。在这种情况下，如果将-18V施加到第二节点N2，则-9V可施加到第一输入/输出引脚i1。例如，如果控制单元400的额定电压是-10V至60V，则应当将-10V至60V的电压施加到控制单元400的第一输入/输出引脚i1。因此，通过该配置，根据本公开的实施方式的电阻器500可分配施加到第二节点N2的电压，使得施加到控制单元400的输入/输出引脚的电压落入控制单元400的额定电压内。

更优选地，根据本公开的实施方式的电阻器500的电阻可大于或等于控制单元400的内部电阻器的电阻。即使当电阻器500的电阻大于或等于内部电阻器410的电阻时，对应于控制单元400的额定电压的电压可稳定地施加到第一输入/输出引脚i1。例如，如果-18V被施加到第二节点N2，电阻器500的电阻为2kΩ，且内部电阻器410的电阻为1kΩ，则-6V可被施加到第一输入/输出引脚i1。

通过该配置，根据本公开的实施方式的开关控制设备快速地释放由于在开关从导通状态转换到断开状态时产生的反电动势而产生的电流，并且允许施加到控制单元的电压在额定电压内被施加。这样，能够防止诸如设置在控制单元中的IC芯片的装置损坏。

此外，对控制单元的各种控制逻辑的类型没有特别限制，只要一个或多个控制逻辑被组合并且组合的控制逻辑被写入计算机可读代码系统中，使得计算机可读访问是可能的即可。作为一个示例，记录介质包括选自由以下组成的组的至少一种：ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录装置。此外，代码系统可以以分布式方式在通过网络连接的计算机上存储和执行。此外，本公开所属的技术领域中的程序员可以容易地推断出用于实现组合的控制逻辑的功能程序、代码和片段。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例(虽然指示本公开的优选实施方式)仅以说明的方式给出，因为根据该详细描述，本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。

另外，在本说明书中，使用术语“单元”，诸如“控制单元”。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些术语仅表示逻辑配置单元，而不旨在表示物理上可分离或必须物理上分离的部件。

(附图标记)

1： 开关控制电路

10： 开关

100： 续流二极管

200： 齐纳二极管

300： FET

400： 控制单元

410： 内部电阻器

500： 电阻器

600： 反向电压保护二极管

B： 电池组件

L： 负载

DC： 电压输入源