阅读说明：本技术 电流测量设备、电流测量方法和包括电流测量设备的电池组 (Current measuring apparatus, current measuring method, and battery pack including current measuring apparatus ) 是由 李沅泰 崔良林 于 2019-06-11 设计创作，主要内容包括：提供了电流测量设备、电流测量方法及包括电流测量设备的电池组。所述电流测量设备包括：开关电路,其安装在电池的充/放电路径上；电流测量单元,其包括设置在充/放电路径中的分流电阻器并输出与分流电阻器两端的电压相对应的电流信号；电压测量单元,其用于测量开关电路两端的电压；温度测量单元,其用于测量开关电路的温度；以及控制单元。控制单元基于电流信号,确定表示流过分流电阻器的电流的第一电流值。控制单元基于测量到的电压和测量到的温度,确定表示流过开关电路的电流的第二电流值。控制单元基于第一电流值和第二电流值,确定分流电阻器是否处于正常状态。(Provided are a current measuring apparatus, a current measuring method, and a battery pack including the current measuring apparatus. The current measuring apparatus includes: a switching circuit mounted on a charge/discharge path of the battery; a current measuring unit including a shunt resistor provided in a charge/discharge path and outputting a current signal corresponding to a voltage across the shunt resistor; a voltage measuring unit for measuring a voltage across the switching circuit; a temperature measuring unit for measuring a temperature of the switching circuit; and a control unit. The control unit determines a first current value representing a current flowing through the shunt resistor based on the current signal. The control unit determines a second current value representing a current flowing through the switching circuit based on the measured voltage and the measured temperature. The control unit determines whether the shunt resistor is in a normal state based on the first current value and the second current value.)

电流测量设备、电流测量方法和包括电流测量设备的电池组

技术领域

本公开涉及一种用于测量流过电池的充放电路径的电流的设备和方法及包括该设备的电池组。

本申请要求于2018年6月22日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2018-0072156和于2019年5月31日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0064721的优先权，上述专利申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

近来，对诸如笔记本电脑、摄像机和便携式电话之类的便携式电子产品的需求急剧增加，并且已经认真开发电动车辆、蓄能电池、机器人、卫星等。因此，正在积极研究允许重复充放电的高性能二次电池。

当前可商购的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。在这些电池当中，由于锂电池与镍基电池相比几乎没有记忆效应，并且还具有极低的自放电率和高能量密度，因此锂电池备受关注。

为了测量流过电池的电流，可以在电池的充放电路径上安装分流电阻器。使用分流电阻器测量的电流主要用于确定过电流或估计电池的充电状态(SOC)和健康状态(SOH)。

使用分流电阻器的电流测量是基于分流电阻器两端的电压除以参考电阻。参考电阻是考虑分流电阻器的材料、尺寸、形状等预先确定的。但是，如果分流电阻器随时间逐渐劣化或由于振动和冲击而损坏，则分流电阻器的实际电阻与参考电阻会有很大差异。

具体地，关于ISO 26262(车辆安全的国际标准)，需要确定由包括分流电阻器的电流传感器测量的电流是否可靠(或者，电流传感器是否正常)，以便满足汽车安全完整性等级(ASIL)四个等级中的最高级D。传统上，将由电流传感器测量的电流与由另一电流传感器(例如，霍尔效应电流传感器)测量的电流相互比较，从而提高了电流测量结果的可靠性。然而，由于两个电流传感器是必不可少的，所以成本高并且空间利用率差。

发明内容

技术问题

本公开设计为解决相关技术的问题，因此，本公开旨在提供一种用于在没有附加传感器的情况下诊断安装在电池的充放电路径上的分流电阻器是否处于正常状态的设备和方法，以及包括该设备的电池组。

从以下详细描述中可以理解本公开的这些和其它目的以及优点，并且从本公开的示例性实施方式中，本公开的这些和其它目的以及优点将变得更加完全显而易见。而且，将容易理解，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方式来实现。

技术方案

在本公开的一个方面，提供了一种用于测量流过电池的充放电路径的电流的电流测量设备。该电流测量设备包括：开关电路，其安装在充放电路径上；电流测量单元，其具有安装在充放电路径上的分流电阻器并被配置为输出与分流电阻器两端的电压相对应的电流信号；电压测量单元，其被配置为测量开关电路两端的电压；温度测量单元，其被配置为测量开关电路的温度；以及控制单元，其能够操作地联接至开关电路、电流测量单元、电压测量单元和温度测量单元。控制单元被配置为基于电流信号，确定指示流过分流电阻器的电流的第一电流值。控制单元被配置为基于测量到的电压和测量到的温度，确定指示流过开关电路的电流的第二电流值。控制单元被配置为基于第一电流值和第二电流值，确定分流电阻器是否处于正常状态。

控制单元可以被配置为基于测量到的温度来确定开关电路的导通电阻。第二电流值是通过将测量到的电压除以导通电阻而获得的。

电流测量设备还可以包括存储装置，其被配置为存储查找表，在查找表中记录有开关电路的温度与开关电路的导通电阻之间的对应关系。控制单元可以被配置为通过使用测量到的温度作为索引，将与测量到的温度相关联地记录在查找表中的导通电阻确定为开关电路的导通电阻。

控制单元可以被配置为基于第一电流值和第二电流值来确定指示流过充放电路径的电流的第三电流值。

控制单元可以被配置为当第一电流值和第二电流值之差处于正常范围之内时，将第一电流值、第二电流值以及第一电流值与第二电流值二者的平均值中的一个值确定为第三电流值。

控制单元可以被配置为当第一电流值与第二电流值之差超出正常范围时，将第二电流值确定为第三电流值。

控制单元可以被配置为当第一电流值与第二电流值之差超出正常范围时输出故障消息。

控制单元可以被配置为基于测量到的温度来确定正常范围。控制单元可以被配置为随着测量到的温度降低而扩大正常范围。

在本公开的另一方面，还提供了一种包括电流测量设备的电池组。

在本公开的另一方面，还提供了一种用于测量流过电池的充放电路径的电流的电流测量方法。该方法包括：测量安装在充放电路径上的开关电路两端的电压；测量开关电路的温度；基于安装在充放电路径上的分流电阻器两端的电压，确定指示流过所述分流电阻器的电流的第一电流值；基于测量到的电压和测量到的温度，确定指示流过开关电路的电流的第二电流值；以及基于第一电流值和第二电流值，确定分流电阻器是否处于正常状态。

可以通过将测量到的电压除以与测量到的温度相关联的导通电阻来获得第二电流值。

在确定分流电阻器是否处于正常状态的步骤中，当第一电流值与第二电流值之差在正常范围之内时，确定分流电阻器处于正常状态。

技术效果

根据本公开的至少一个实施方式，可以在没有附加电流传感器的情况下诊断安装在电池的充放电路径上的分流电阻器是否处于正常状态。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从权利要求书中将清楚地理解本文中未提及的其它效果。

附图说明

图1是示意性地示出根据本公开实施方式的电流测量设备的功能配置的图。

图2是示意性地示出包括图1的电流测量设备的电池组的图。

图3示例性地示出与图1和图2的开关电路相关联的第一查找表。

图4示例性地示出图1和图2的控制单元中所包括的逻辑电路。

图5是示意性地示出根据本公开另一实施方式的电流测量方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于一般含义和词典含义，而应在允许发明人为最佳解释而适当定义术语的原则的基础上基于与本发明的技术方案相对应的含义和概念来解释。

因此，本文提出的描述仅是出于示例目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其做出其它等同替换和修改。

包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可以用于在各种元件中将一个元件与另一元件区分开，但是并非旨在通过这些术语来限制元件。

在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”任何元件时，除非另有明确说明，否则意味着该部分可以还包括其它元件，而并非排除其它元件。此外，说明书中描述的术语“控制单元”是指处理至少一个功能或操作的单元，并且可以由硬件、软件、或者硬件和软件的组合来实现。

另外，在整个说明书中，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，而是还包括另一元件插置于他们之间的“间接连接”的情况。

图1是示意性地示出根据本公开实施方式的电流测量设备的功能配置的图，并且图2是示意性地示出包括图1的电流测量设备的电池组的图。

参照图1和图2，电池组P包括电池10、开关电路50和电流测量设备1(以下称为“设备”)。

电池10包括至少一个电池单元。如果电池10中包括多个电池单元，则多个电池单元可以彼此串联或并联地电连接。

开关电路50可以包括至少一个充电开关和至少一个放电开关。每个充电开关可以串联电连接至每个放电开关。如果开关电路50包括多个充电开关，则多个充电开关可以并联电连接。如果开关电路50包括多个放电开关，则多个放电开关可以并联电连接。

每个充电开关可以控制在用于对电池10充电的方向上流动的电流。例如，每个充电开关可以位于电池10的正极端子与电池组P的正极端子之间，并调节充电电流的大小，充电电流是从电池组P的正极端子流向电池10的正极端子的电流。

每个放电开关可以控制在用于对电池10放电的方向上流动的电流。例如，每个放电开关可以位于电池10的正极端子与电池组P的正极端子之间，并调节放电电流的大小，放电电流是从电池10的正极端子流向电池组P的正极端子的电流。

例如，每个充电开关和每个放电开关可以是包括栅极端子、漏极端子和源极端子的场效应晶体管(FET)。FET可以依据施加在栅极端子和源极端子之间的电压的大小而导通或截止。

设备1设置为测量流过电池10的充放电路径的电流。设备1包括电压测量单元100、温度测量单元200、电流测量单元300和控制单元400。设备1可以还包括存储装置500。

电压测量单元100可以电连接至开关电路50的两端。也就是说，电压测量单元100可以并联地电连接至开关电路50，以测量开关电路50两端的电压。

电压测量单元100可以测量开关电路50的一端与另一端之间的电势差作为开关电路50的电压。例如，在每个充电开关的一端电连接至电池10的电极端子的情况下，每个放电开关的一端电连接至电池组P的正极端子，每个充电开关的另一端与每个放电开关的另一端彼此电连接，可以通过电压测量单元100测量每个充电开关的一端与每个放电开关的一端之间的电势差作为开关电路50的电压。

电压测量单元100可以可操作地联接至控制单元400以与控制单元400交换电信号。电压测量单元100可以响应于来自控制单元400的电压测量命令而每单位时间测量开关电路50的电压，并向控制单元400输出指示开关电路50的测量电压的电压信号。

温度测量单元200位于距开关电路50预定距离之内，并且被设置为测量开关电路50的温度。温度测量单元200可以可操作地联接至控制单元400以与控制单元400交换电信号。温度测量单元200可以每单位时间测量开关电路50的温度，并且向控制单元400输出指示开关电路50的测量温度的温度信号。诸如热电偶之类的已知温度传感器可以用作温度测量单元200。

电流测量单元300包括分流电阻器30和信号处理电路32。

分流电阻器30可以位于电池10的负极端子与电池组P的负极端子之间的充放电路径中。分流电阻器30两端的电压取决于流过充放电路径的电流的方向和大小。

信号处理电路32可操作地联接至控制单元400以与控制单元400交换电信号。信号处理电路32可以响应于来自控制单元400的电流测量命令，基于分流电阻器30两端的电压来测量每单位时间流过分流电阻器30的电流，并且向控制单元400输出指示所测量的电流的方向和大小的电流信号。

信号处理电路32的两个输入端子可以分别电连接至分流电阻器30的一端和另一端。信号处理电路32可以放大通过信号处理电路32的两个输入端子接收到的分流电阻器30两端的电压，然后向控制单元400输出指示经放大的电压的数字信号作为电流信号。控制单元400可以根据欧姆定律，基于每单位时间来自信号处理电路32的电流信号，确定指示流过充放电路径的电流的方向和大小的第一电流值。

可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器和用于执行其它功能的电气单元中的至少一中来在硬件方面实现控制单元400。存储装置500可以包括在控制单元400中。

控制单元400基于来自电压测量单元100的每单位时间的电压信号来确定指示开关电路50两端的电压的电压值。控制单元400基于来自温度测量单元200的每单位时间的温度信号来确定指示开关电路50的温度的温度值。

控制单元400可以基于与开关电路50相关联的电压值和温度值来确定第二电流值，该第二电流值指示每单位时间流过开关电路50的电流的方向和大小。

由于第一电流值和第二电流值二者表示流过电池10的充放电路径的电流的方向和大小，因此第一电流值和第二电流值通常在可接受的范围内相同或不同。同时，如果分流电阻器30损坏或在分流电阻器30处发生短路故障等，则第一电流值和第二电流值之差可以显著增大。

控制单元400可以基于每单位时间的开关电路50的温度来估计开关电路50的导通电阻。开关电路50的导通电阻是指开关电路50处于导通状态时开关电路50的电阻，可以是取决于温度的参数。控制单元400可以参考其中记录了温度和开关电路50的导通电阻之间的对应关系的第一查找表，并且估计在第一查找表中记录的、与在特定时间点测量的开关电路5的温度相对应的导通电阻作为开关电路50在特定时间点的导通电阻。第一查找表可以被预先存储在存储装置500中。

根据欧姆定律，控制单元400可以通过将在指定时间点开关电路50两端的电压除以估计出的导通电阻，来确定指示在特定时间点流过开关电路50的电流的第二电流值。

控制单元400可以基于第一电流值和第二电流值来确定指示流过充放电路径的电流的第三电流值。例如，控制单元400可以基于第一电流值和第二电流值之差将第一电流值确定为流过充放电路径的电流值。作为另一示例，控制单元400可以基于第一电流值和第二电流值，将第一电流值和第二电流值的平均值确定为流过充放电路径的电流值。作为又一示例，控制单元400可以基于第一电流值和第二电流值之差将第二电流值确定为流过充放电路径的电流值。

控制单元400可以基于第一电流值和第二电流值之差来诊断分流电阻器30是否处于正常状态。例如，如果第一电流值和第二电流值之差在正常范围之内(例如，-10mA至10mA)，则控制单元400可以确定分流电阻器30处于正常状态。

正常范围可以是预先确定的。另选地，可以由控制单元400基于开关电路50的温度来确定正常范围。开关电路50可以具有以下特性：开关电路50的导通电阻随着开关电路50的温度升高而降低，并且开关电路50的导通电阻随着开关电路50的温度降低而增大。因此，控制单元400可以随着开关电路50的温度升高而缩小正常范围，并且控制单元400可以随着开关电路50的温度降低而扩大正常范围。记录温度和开关电路50的正常范围之间的对应关系的第二查找表可以预先存储在存储装置500中。控制单元400可以通过使用开关电路50的温度作为索引从第二查找表获得与开关电路50的温度相关联的正常范围。

如果第一电流值和第二电流值之差超过正常范围，则控制单元400可以确定分流电阻器30处于故障状态。分流电阻器30的故障状态可以表示分流电阻器30的电阻与参考电阻之差由于分流电阻器30的劣化或损坏而超过了一定水平的状态。指示正常范围的数据可以预先存储在存储装置500中。如果确定分流电阻器30处于故障状态，则控制单元400可以向外部装置2发送故障消息。外部装置2可以是安装有电池组P的电气系统(例如，电动车辆)的电子控制单元(ECU)。

如果第一电流值和第二电流值之差在正常范围之内，则控制单元400可以将第一电流值、第二电流值以及第一电流值和第二电流值二者的平均值中的任何一个值确定为第三个电流值。这是因为第一电流值与第二电流值之差在正常范围之内，表示第一电流值是可靠的。

当第一电流值和第二电流值之差超出正常范围时，控制单元400可以将第二电流值确定为第三电流值。

存储装置500可以可操作地联接到控制单元400以与控制单元400交换电信号。存储装置500不受特别限制，只要他是能够记录和擦除数据的存储介质即可。例如，存储装置500可以是RAM、ROM、寄存器、硬盘、光记录介质或磁记录介质。存储装置500可以经由例如数据总线电连接至控制单元400，以便于能够被控制单元400访问。存储装置500可以存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制单元400执行的各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时生成的数据。

图3示例性地示出与图1和图2的开关电路相关联的第一查找表。

参照图3，如上所述，控制单元400可以参考存储装置500中存储的第一查找表以确定开关电路50的导通电阻。

例如，如果从温度测量单元200接收到的开关电路50的温度是“a”，则控制单元400可以使用温度“a”作为索引来确定第一查找表中与温度“a”相关联的“x”作为开关电路50的导通电阻。作为另一示例，如果开关电路50的温度是“b”，则控制单元400可以确定第一查找表中与温度“b”相关联的“y”作为开关电路50的导通电阻。

设备1通过利用开关电路50中包括的诸如FET之类的半导体开关的导通电阻依据温度而变化的特性，基于开关电路50的温度和开关电路50两端的电压来确定指示流过开关电路50的电流的第二电流值。接下来，设备1将第二电流值与使用分流电阻器30测量到的第一电流值进行比较，从而在不添加霍尔效应传感器等的情况下提高了电流测量的准确度。

图4示例性地示出图1和图2的控制单元中包括的逻辑电路。

参照图4，控制单元400可以使用控制单元400中包括的逻辑电路450来确定第二电流值。这里，逻辑电路450可以被配置为当接收到开关电路50的温度(T_SW)和开关电路50两端的电压(V_SW)作为输入值时，输出第二电流值(I_SW)作为输出值。

设备1可以应用于电池管理系统(BMS)。即，BMS可以包括设备1。可以通过补充传统BMS中包括的组件的功能或添加新功能来实现设备1中的至少一些组件。例如，设备1的控制单元400和存储装置500可以被实现为BMS的组件。

图5是示意性地示出根据本公开另一实施方式的电流测量方法的流程图。执行图5的方法中包括的每个步骤的对象可以是设备1的每个组件。

参照图5，在步骤S100中，控制单元400收集来自电压测量单元100的电压信号、来自温度测量单元200的温度信号、以及来自电流测量单元300的电流信号。

在步骤S110中，控制单元400基于电压信号和温度信号来确定指示开关电路50两端的电压的电压值和指示开关电路50的温度的温度值。

在步骤S120中，控制单元400基于电流信号来确定指示流过分流电阻器30的电流的第一电流值。由于分流电阻器30安装在充放电路径上，因此第一电流值也表示流过充放电路径的电流。

在步骤S130中，控制单元400基于在步骤S110中确定的电压值和温度值，确定指示流过开关电路50的电流的第二电流值。由于开关电路50安装在充放电路径上，因此第二电流值也表示流过充放电路径的电流。

在步骤S140中，基于第一电流值和第二电流值，确定分流电阻器30是否处于正常状态。例如，如果第一电流值和第二电流值之差处于正常范围之内，则可以确定分流电阻器30处于正常状态。同时，如果第一电流值和第二电流值之差超出正常范围，则可以确定分流电阻器30处于故障状态。如果步骤S140的值为“否”，则处理可以继续进行至步骤S150。如果步骤S140的值为“是”，则该方法可以结束。

在步骤S150中，控制单元400可以向外部装置2发送故障消息。故障消息是向用户或外部装置2通知分流电阻器30处于故障状态。

上述本公开的实施方式并非必须由设备和方法来实现，而是也可以通过用于实现与本公开的配置相对应的功能的程序或上面记录有该程序的记录介质来实现。从实施方式的以上描述，本领域技术人员可以容易地执行这种实现。

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了本公开的优选实施方式，但是仅以示例的方式给出，因为本公开的范围内的各种改变和修改根据该详细描述对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

另外，本领域技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下，对上述本公开进行许多替换、修改和改变，并且本公开不限于上述实施方式以及附图，并且每个实施方式可以部分地或整体地选择性组合以允许各种修改。