充电/放电电流估计装置的制作方法

本公开涉及估计电池组的充电/放电电流的技术，并且更具体地涉及具有对噪声的免疫性的电流估计装置。本申请要求在在韩国于2016年3月7日提交的韩国专利申请第10-2016-0027243号和于2017年3月3日提交的韩国专利申请第10-2017-0027932号的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。

背景技术：

近来，随着对便携式电子产品，诸如膝上型计算机、摄像机、便携式电话等的需求的迅速增长以及对电动汽车、用于能量存储的蓄电池、机器人、卫星等的认真开发，积极地进行能够重复充电和放电的高性能二次电池的研究。

目前商业化的二次电池是镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，并且因为与镍基二次电池相比很少产生记忆效应，所以其中的锂二次电池根据自由充电/放电、非常低的自放电率以及高能量密度的优点引起注意。

二次电池主要以电池组的形式使用，并且诸如电池管理系统(BMS)的各种电子设备被嵌入在电池组中。然而，这样的电子设备可能暴露于外部广播信号或各种无线通信信号，并且可能由于外部广播信号或各种无线通信信号而发生故障。因此，这样的电子设备需要耐受电磁波。

图1是示意性地图示根据现有技术的电池组的充电/放电电流测量电路的图。

参照图1，通过测量施加到分流电阻器R_s的电压并放大该电压来测量根据现有技术的电池组的充电/放电电流。换句话说，当随着充电/放电电流流经分流电阻器R_s在分流电阻器R_s中产生电势差时，放大单元50放大并将该电势差输出到模拟数字转换器(ADC)60。ADC 60将放大的电势差变成数字信号。操作单元70接收数字信号，并且操作数字信号以估计流过分流电阻器R_s的电流。这里，考虑到分流电阻器R_s的电阻值和放大增益，操作单元70可以操作流过分流电阻器R_s的电流。

然而，当从外部施加电磁波，特别是高频时，因为分流单元40的阻抗受皮肤效应的影响，所以在分流电阻器R_s中产生电势差。即使分流电阻器R_s中产生的电势差不高，放大单元50也放大电势差。因此，即使当在分流电阻器R_s中产生微小的电势差时，充电/放电电流测量电路可能错误地判断与实际充电/放电电流不同的充电/放电电流流入分流电阻器R_s。

技术实现要素：

技术问题

本申请人发现，当将高频信号施加到电池组时，通过皮肤效应在分流电阻器中瞬时产生电势差。

设计本公开是为了解决上述问题，并且因此本公开旨在提供一种用于防止由于意外的高频信号而产生误差的电流估计装置。

而且，本公开提供一种电流估计装置，其能够通过根据充电/放电电流的估计控制开关，在确定范围内调整估计充电/放电电流所耗费的时间。

根据以下详细描述可以理解本公开的这些和其它目的和优点，并且将从本公开的示例性实施例变得更加清楚。而且，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所示的手段来实现。

技术解决方案

用于实现上述目的的本公开的各种实施例如下。在本公开的一个方面中，提供一种用于估计电池组的充电/放电电流的装置。电流估计装置包括：分流电阻器，被连接在电池组的充电/放电路径上的第一节点和第二节点之间；分流电容器，被连接在第一节点和第二节点之间；电压测量单元，被连接在第一节点和第二节点之间以测量施加到分流电阻器的电压；以及电流估计单元，被配置成通过使用由电压测量单元测量的电压估计电池组的充电/放电电流。

而且，电压测量单元可以包括：滤波器模块；和放大模块。滤波器模块可以包括：第一串联臂，其包括第一电阻器和串联地连接到第一电阻器的第一电容器，并且被连接到第一节点；和第二串联臂，其包括第二电阻器和串联地连接到第二电阻器的第二电容器，并且被连接到第二节点。放大模块可以包括：放大器，其包括连接到形成在第一电阻器和第一电容器之间的第三节点的输入端子，和连接到形成在第二电阻器和第二电容器之间的第四节点的输入端子。

而且，电流估计装置可以进一步包括两个母线。两个母线中的任意一个可以被配置成将分流电阻器和分流电容器中的每一个的一端连接到第一节点。两个母线中的另一个可以被配置成将分流电阻器和分流电容器中的每一个的另一端连接到第二节点。

而且，电流估计装置还可以包括：第一开关，被连接在第一电容器和第三节点之间；和第二开关，被连接在第二电容器和第四节点之间；以及切换控制单元，被配置成单独地控制第一开关的操作和第二开关的操作。

而且，电流估计单元可以被配置成向切换控制单元输出与估计的充电/放电电流的量值对应的通知信号。切换控制单元可以被配置成基于通知信号单独地控制第一开关和第二开关的操作。

而且，电流估计单元可以被配置成计算在预定时间段内估计预定次数的充电/放电电流的电流平均值，并且当电流平均值小于预先确定的电流阈值时输出第一通知信号。切换控制单元可以被配置成根据第一通知信号接通第一开关和第二开关两者。

而且，电流估计单元可以被配置成当电流平均值大于预定电流阈值时输出第二通知信号。切换控制单元可以被配置成根据第二通知信号断开第一开关和第二开关两者。

在本公开的另一方面中，还提供一种电池组。电池组包括上述电流估计装置。

在本公开的另一方面中，还提供一种汽车。汽车包括上述电力估计装置。

本发明的作用

根据本公开的至少一个实施例，即使当高频信号被施加到电池组时，由于高频信号而导致分流电阻器的两端之间的电势差快速变化的现象可能被阻止。因此，根据本公开，可以防止由于意外的高频信号而在当前估计中产生的错误。

而且，根据本公开的实施例中的至少一个，能够通过根据电流的估计控制开关，在确定的范围内调整在估计充电/放电电流所耗费的时间。

而且，可以通过比较当开关(图6中所示的SW1和SW2)被接通时估计的电流值和当开关被断开时估计的电流值来确定产生多少影响安装在汽车等上的电池组中流动的充电/放电电流的噪声。

另外，本公开可以具有其他各种效果，并且本公开的其他效果将通过以下描述来理解，并且通过本公开的实施例将变得显而易见。

附图说明

附图图示本公开的优选实施例并且与前述公开一起用作提供对本公开的技术特征的进一步理解，并且因此，本公开不被解释为限于附图。

图1是示意性地图示根据现有技术的电池组的充电/放电电流测量电路的图。

图2是功能性地图示根据本公开的实施例的电流估计装置的配置的图。

图3是详细地图示图2的电流估计装置的配置的图。

图4是示意性地图示根据本公开的实施例的分流单元的配置的图。

图5是示意性地图示根据本公开的另一实施例的分流单元的配置的图。

图6是功能性地图示根据本公开的另一实施例的电流估计装置的配置的图。

图7至图10是用于解释由图6的电流估计装置执行的操作的参考图。

图11a和11b是分别图示关于图1的电流估计装置和图3的电流估计装置的辐射干扰(RI)测试的比较结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于通用和词典含义，而是基于允许发明人为了最好的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解释。

因此，这里提出的描述仅仅是为了说明的目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下对其做出其他等同物和修改。

而且，在本公开的描述中，当认为它们可能模糊本公开的本质时，可以省略相关公知配置或功能的详细解释。

包括诸如第一、第二等的序号的术语被用于将各种组件彼此区分，并且不用于限制组件。

在整个说明书中，当部件<包括>组件时，除非存在与其相反的特定描述，否则该部件还能够包括其他组件，不排除其他组件。在以下描述中，诸如<控制单元>的术语指示用于处理至少一个功能或操作的单元，其中控制单元可以体现为硬件或软件或通过硬件和软件的组合体现。

另外，在整个说明书中，当一个区域<连接>到另一个区域时，区域不仅可以<直接连接>，还可以经由其间的另一个装置<间接连接>。

图2是功能性地图示根据本公开的实施例的电流估计装置的配置的图。

参考图2，电流估计装置2是用于估计被安装在汽车等的电池组1的充电/放电电流的装置，并且包括分流单元100、电压测量单元200以及电流估计单元300。电池组1包括至少一个电池10。

如图2中所示，电池组1和负载20通过继电器30选择性地连接。当继电器30接通时，充电/放电电流流动，并且当继电器30断开时，充电/放电电流被阻断。当继电器30接通时，电流经由电池10和负载20流过分流电阻器R_s。

分流单元100包括分流电阻器R_s和分流电容器C_s。分流电容器C_s被并联地电连接到分流电阻器R_s。

分流电阻器R_s连接在形成在电池组1的充电/放电路径上的第一节点N₁和第二节点N₂之间，并且具有预定的电阻值。当电流流过分流电阻器R_s时产生电势差。分流电阻器R_s中产生的电势差由稍后描述的电压测量单元200测量，并且由电流估计单元300使用以估计充电/放电电流。

分流电容器C_s连接在第一节点N₁和第二节点N₂之间，并具有预定的电容。分流电容器C_s通过从外部施加的高频分量来防止在分流电阻器R_s中产生电势差。例如，分流电容器C_s的电容可以基本上等于15pF。分流电容器C_s的电容可以被优化以阻挡等于或高于预定频率(例如，14GHz)的噪声。

电压测量单元200被连接在第一节点N₁和第二节点N₂之间。电压测量单元200被连接在第一节点N₁和第二节点N₂之间以测量施加到分流电阻器R_s的电压。电压测量单元200将测量的电压输出到下面描述的电流估计单元300。

电流估计单元300通过使用由电压测量单元200测量的电压估计电池组1的充电/放电电流。基于由电压测量单元200测量的电压的大小和符号，电流估计单元300可以估计每个预定时间段的充电/放电电流。根据一个实施例，电流估计单元300可以通过将由电压测量单元200测量的电压除以分流电阻器R_s的电阻值来估计充电/放电电流。电流估计单元300可以包括操作单元，并且可以体现为集成芯片(IC)或微处理器的一部分。

图3是详细地图示图2的电流估计装置的配置的图。相同的附图标记被指配给与图2中所示相同的组件，并且没有提供其重复描述。

参考图3，电压测量单元200包括滤波器模块210和放大模块220。滤波器模块210和放大模块220按照分流单元100、滤波器模块210和放大模块220的顺序被级联。第三节点N₃是位于第一电阻器R₁和输入端子I₁之间的节点，并且第四节点N₄是位于第二电阻器R₂和输入端子I₂之间的节点。

滤波器模块210包括第一串联臂S₁和第二串联臂S₂。

第一串联臂S₁包括第一电阻器R₁和第一电容器C₁。第一电阻器R₁和第一电容器C₁可以彼此串联连接。详细而言，第一电阻器R₁的一端和另一端分别连接到第一节点N₁和输入端子I₁。第一电容器C1的一端和另一端分别连接到第三节点N₃和接地。第一电阻器R₁和第一电容器C₁作为第一低通滤波器操作。

第二串联臂S₂包括第二电阻器R₂和第二电容器C₂。详细而言，第二电阻器R₂的一端和另一端分别连接到第二节点N₂和输入端I₂。第二电容器C₂的一端和另一端分别连接到第四节点N₄和接地。第二电阻器R₂和第二电容器C₂作为第二低通滤波器操作。

放大模块220可以包括具有两个输入端子I₁和I₂以及一个输出端子O的放大器A。放大模块220的两个输入端子I₁和I₂分别被连接到第三节点N₃和第四节点N₄。输出端O被连接到电流估计单元300。放大器A具有预定的放大率G。下面描述的电流估计单元300可以考虑放大率G估计充电/放电电流。

在下文中，将在机械方面描述包括分流电阻器R_s和分流电容器C_s的分流单元100。分流单元100被配置成接入在上面描述的第一节点N₁和第二节点N₂中的每一个。这里，第一节点N₁和第二节点N₂可以以连接器形式被体现。同时，如上所述，分流单元100被配置成分流电阻器R_s和分流电容器C_s被并联地电连接。

图4是示意性地图示根据本公开的实施例的分流单元的配置的图。

参考图4，根据本公开的实施例的分流单元100包括两个母线B₁和B₂、电阻器元件R_s和电容器元件C_s。电阻器元件R_s和电容器元件C_s以板状被堆叠，并且两个母线B₁和B₂被设置在电阻器元件R_s和电容器元件C_s堆叠的两个侧端部分处。两个母线B₁和B₂可以分别经由软钎焊、硬焊等电连接到第一节点N₁和第二节点N₂。同时，关于图4的实施例中所图示的分流单元100，电阻器元件作为分流单元100的分流电阻R_s操作，并且电容器元件作为分流单元100的分流电容C_s操作。

图5是示意性地图示根据本公开的另一实施例的分流单元100的配置的图。

参考图5，根据另一实施例的分流单元100包括印刷电路板(PCB)板110、电阻器元件R_s以及两个母线B₁和B₂。PCB板110具有板形状并且由绝缘材料形成。金属箔110a和110b覆在PCB板110的两个表面的至少一部分上。如图5中所示，金属箔110b覆在PCB板110的整个底表面上，并且金属箔110a可以覆在PCB板110的顶表面的一部分上。而且，电阻器元件R_s安装在顶表面的未覆有金属箔的部分上。当彼此分开时两个母线B₁和B₂与电阻器元件R_s接触。两个母线B₁和B₂可以经由软焊、硬焊等分别电连接到第一节点N₁和第二节点N₂。同时，关于图5的实施例中所图示的分流单元100，电阻器元件作为分流单元100的分流电阻器R_s操作，并且PCB板110作为分流单元100的分流电容器C_s操作。具体而言，PCB板110具有厚度d和面积s。由PCB板110的电容由以下等式确定。

[等式1]

Cs＝ε×s/d

这里，Cs表示分流电容器的电容，ε表示PCB板的介电常数，s表示PCB板的面积，并且d表示PCB板的厚度。

图6是功能性地图示根据本公开的另一实施例的电流估计装置的配置的图，并且图7至图10是用于解释由图6的电流估计装置执行的操作的参考图。

与图3相比较，图6的电流估计装置2不同于图3，因为图6的电流估计装置2还包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三电容器C₃、第四电容器C₄以及切换控制单元400。在一些情况下，第三电容器C₃和第四电容器C₄可以从图6的电流估计装置中省略。在下文中，将相同的附图标记指配给已经描述的组件，并且不提供其重复描述。而且，为了便于描述，假设第一电容器C₁的电容和第三电容器C₃的电容相同，并且第二电容器C₂的电容和第四电容器C₄的电容相同。

参考图6，第一开关SW1在第三节点N₃与接地之间被串联连接到第一电容器C₁。第三电容器C₃可以连接在第三节点N₃和接地之间。当第一开关SW1被接通时，第一电容器C₁电连接到第三节点N₃。同时，当第一开关SW1被断开时，第一电容器C₁与第三节点N₃电分离。当第一开关SW1被接通时，第一电容器C₁和第三电容器C₃被并联地电连接。当第一开关SW1接通时第三节点N₃与接地之间的电容可以是第一开关SW1被断开时的第三节点N₃与接地之间的电容的两倍。假设第一开关SW1的电阻值很小以至可忽略不计。

第二开关SW2在第四节点N₄与接地之间被串联连接到第二电容器C₂。第四电容器C₂可以连接在第四节点N₂和接地之间。当第一开关SW2被接通时，第二电容器C₂被电连接到第四节点N₄。另一方面，当第二开关SW2被断开时，第二电容器C₂与第四节点N₄电分离。当第二开关SW2被接通时，第二电容器C₂和第四电容器C₄被并联地电连接。当第二开关SW2被接通时的第四节点N₄与接地之间的电容可以是当第二开关SW2被断开时的第四节点N₄与接地之间的电容的两倍。假定第二开关SW2的电阻值很小以至可忽略不计。

切换控制单元400输出用于单独地控制第一开关SW1和第二开关SW2的操作的控制信号。此外，切换控制单元400可以输出用于控制继电器30的操作的控制信号。切换控制单元400可通信地连接到电流估计单元300。电流估计单元300将与估计的充电/放电电流有关的通知信号输出到切换控制单元400。切换控制单元400可以基于由电流估计单元300发送的通知信号，选择性地输出下面的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号中的至少一个。当然，切换控制单元400可以基于由电流估计单元300发送的通知信号选择性地停止输出下面的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号中的至少一个。

切换控制单元400通过第一电线连接到第一开关SW1，并且来自切换控制单元400的第一控制信号通过第一电线被发送到第一开关SW1。

当切换控制单元400输出第一控制信号时，第一开关SW1响应于第一控制信号而被接通。另一方面，当切换控制单元400停止第一控制信号的输出时，第一开关SW1被断开。

切换控制单元400通过第二电线被连接到第二开关SW2，并且来自切换控制单元400的第二控制信号通过第二电线被发送到第二开关SW2。

当切换控制单元400输出第二控制信号时，第二开关SW2响应于第二控制信号而接通。另一方面，当切换控制单元400停止第二控制信号的输出时，第二开关SW2被断开。

切换控制单元400通过第三电线连接到继电器30，并且来自切换控制单元400的第三控制信号通过第三电线被发送到继电器30。

当切换控制单元400输出第三控制信号时，继电器30响应于第三控制信号而被接通。另一方面，当切换控制单元400停止第三控制信号的输出时，继电器30被断开。

同时，基于电池组1被操作的情况，可以在使用分流电容器C_s、第一低通滤波器和第二低通滤波器的噪声去除操作之前进行充电/放电电流的快速估计。例如，因为当通过电流估计单元300在预先确定的时段内估计预定次数的充电/放电电流的电流平均值的量值大于预先确定的电流阈值时，更有可能的是过电流可能流动，因此快速地监控充电/放电电流的必要性比去除噪声的必要性高。这里，电流阈值是用于确定过电流的产生的准则。换句话说，电流估计单元300可以当电流平均值小于电流阈值时确定不产生过电流，并且在其他情况下确定产生过电流。

让我们假设第一电容器C₁和第二电容器C₂保持分别与第三节点N₃和第四节点N₄电连接，而不论电池组1被操作的情况如何。在这种情况下，由于第一电容器C₁和第二电容器C₂中的每一个的电容，不可避免地产生时间延迟，直到与流过负载20的充电/放电电流相对应的电压被电压测量单元200测量。结果，很难快速地估计充电/放电电流。

图6的电流估计装置通过使用第一开关SW1选择性地将第一电容器C₁连接到第三节点N₃，并且通过使用第二开关SW2将第二电容器C₂选择性地连接到第四节点N₄，可以减少上述问题。

详细地说，电流估计单元300可以比较电流平均值和电流阈值。由电流估计单元300输出的通知信号可以对应于电流平均值与电流阈值之间的比较结果。

例如，让我们假设预先确定电流阈值＝100A，第一比较参考值＝0.9，并且第二比较参考值＝1.1。这里，可以满足以下大小关系。

大小关系：0<第一比较参考值<1<第二比较参考值

如果电流平均值小于通过将第一比较参考值乘以电流阈值而获得的第一比较电流值，则没有产生过电流。例如，当电流平均值＝80A时，“电流平均值<(电流阈值×第一比较参考值)＝第一比较电流值”。在这种情况下，电流估计单元300可以向切换控制单元400发送第一通知信号。

如果电流平均值大于第一比较电流值并且小于电流阈值，则还没有产生过电流，但是可能产生过电流的可能性相对高。例如，当电流平均值＝90A时，“(电流阈值×第一比较参考值)＝第一比较电流值<电流平均值<电流阈值”。在这种情况下，电流估计单元300可以向切换控制单元400发送第二通知信号。

如果电流平均值等于或大于电流阈值但是小于通过将第二比较参考值乘以电流阈值而获得的第二比较电流值，则过电流正在流动。例如，当电流平均值＝102A时，“电流阈值<电流平均值<第二比较电流值＝(电流阈值×第二比较参考值)”。在这种情况下，电流估计单元300可以向切换控制单元400发送第三通知信号。

如果电流平均值等于或大于第二比较电流值，则过电流正在流动并且随之而来的危险性高。例如，当电流平均值＝115A时，“(电流阈值×第二比较参考值)＝第二比较电流值<电流平均值”。此时，电流估计单元300可以向切换控制单元400发送第四通知信号。

图7图示当切换控制单元400从电流估计单元300接收到第一通知信号时的操作。参考图7，切换控制单元400响应于第一通知信号输出第一控制信号和第二控制信号。因此，第一开关SW1和第二开关SW2都被接通，并且因此第一电容器C₁和第二电容器C₂分别电连接到第三节点N₃和第四节点N₄。因此，第一电容器C₁和第三电容器C₃并联电连接，并且第二电容器C₂和第四电容器C₄并联电连接。

图8图示当切换控制单元400从电流估计单元300接收第二通知信号时的操作。参考图8，切换控制单元400响应于第二通知信号仅输出第一控制信号和第二控制信号中的任意一个同时停止另一个的输出。例如，当切换控制单元400输出第一控制信号同时停止第二控制信号的输出时，仅来自于第一开关SW1和第二开关SW2当中的第一开关SW1被接通。因此，第一电容器C₁与第三电容器C₃一起被电连接到第三节点N₃，同时第二电容器C₂与第四节点N₄电分离。

图9图示当切换控制单元400从电流估计单元300接收到第三通知信号时的操作。参考图9，切换控制单元400响应于第三通知信号停止输出第一控制信号和第二控制信号。因此，第一开关SW1和第二开关SW2都被断开，并且因此第一电容器C₁和第二电容器C₂分别与第三节点N₃和第四节点N₄电分离。换句话说，仅第一电容器C₁和第三电容器C₃中的第三电容器C₃电连接在第三节点N₃和接地之间，并且仅第二电容器C₂和第四电容器C₄当中的第四电容器C₄被电连接在第四节点N₄和接地之间。结果，与图7相比，第三节点N₃与接地之间的电容以及第四节点N₄与接地之间的电容均被减少了1/2，并且因此可以更快地估计充电/放电电流。

在图7至9中，切换控制单元400可以输出第三控制信号。与此相比，图10图示当切换控制单元400从电流估计单元300接收第四通知信号时的操作。参考图10，切换控制单元400响应于第四通知信号停止输出导致继电器30接通的第三控制信号。因此，继电器30被断开并且充电/放电电流被完全阻止。另外，切换控制单元400可以停止输出第一控制信号和第二控制信号。

而且，通过将在第一开关SW1和第二开关SW2都被接通的第一时段期间估计预定次数(例如，3次)的电流值与在第一开关SW1和第二开关SW2都被断开的第二时间段估计预定次数(例如，3次)的电流值进行相互比较，电流估计设备2可以以预先确定的间隔确定被引入到充电/放电路径的噪声的大小。这里，在第一时间段内估计电流值的时间点与在第二时间段内估计电流值的时间点之间的时间差可以小于阈值。当确定的噪声大小等于或大于预定水平时，切换控制单元400可以输出命令继电器30断开的信号。

图11a和11b是分别示出关于图1的电流估计装置和图3的电流估计装置的辐射干扰(RI)测试的比较结果的曲线图。这里，RI测试是用于观察与电磁敏感性(EMS)有关的测试当中的辐射干扰程度的文本。

详细地，图11a是示出当分流电容器C_s不存在时执行RI测试的结果的曲线图，并且图11b是当分流电容器C_s存在时执行RI测试的曲线图。图11a和图11b图示当充电/放电电流不流动时估计充电/放电电流的结果。

参考图11a，分流电流在大约1.39GHz到1.42GHz处流动。在图11a的比较示例中，当由于在1.39GHz至1.42GHz的高频域中的皮肤效应而在分流单元100中产生电势差时，电流估计单元300错误地判断分流电流流动。

参考图11b，与图11a相比较，即使在高频域中也确定分流电流不流动。

正因如此，本公开提供防止在电磁波的特定高频域中分流单元100中产生电势差的效果。

已经详细地描述了本公开。然而，应理解的是，仅通过说明给出指示本公开的优选实施例的特定示例和详细描述，并且从此详细描述对本领域的技术人员来说本公开的范围内的各种变化和修改将变得更加显而易见。

在本说明书的各个实施例中描述的特征可以被组合并且体现在单个实施例中。另一方面，本说明书的单个实施例中描述的各种特征可以单独地以各种实施例或以适当的子组合来体现。