电池组、电池设备和用于检测电解液的泄漏的方法与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年1月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0013132的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
3.所描述的技术涉及一种电池组、电池设备和用于检测电解液泄漏的方法。


背景技术：

4.电动车辆或混合动力车辆是通过主要使用电池作为电源驱动马达来获得电力的车辆。正在积极研究电动车辆，因为它们是可以解决内燃车辆的污染和能量问题的另选方案。可再充电电池用于除电动车辆之外的各种外部设备中。
5.电池以包括电池模块的电池组的形式设置，多个电池单元连接在电池模块中。电池组的下壳体具有连接到外部设备(例如，车辆的底盘)的结构。在这种情况下，当电解液从电池组的电池单元泄漏时，电池组的电池单元和下壳体连接的路径可能由于电解液泄漏而发生，使得绝缘可能被破坏。绝缘击穿可能导致电池组中的火灾或破坏车辆中的低压部件。因此，需要检测电池组内部的电解液泄漏。


技术实现要素：

6.技术问题
7.一些实施方式可以提供能够检测电池组内部的电解液泄漏的电池组、电池设备和用于检测电解液泄漏的方法。
8.技术方案
9.根据实施方式，可以提供一种电池组，该电池组包括：电池模块，其包括多个电池单元；电池监测电路；以及检测传感器，其被配置为检测电池模块中泄漏的电解液。电池监测电路可以连接到电池模块，并且可以监测电池模块。检测传感器可以包括连接在提供第一电压的电源与接地端子之间的第一电阻器和第二电阻器，以及并联连接到第一电阻器并且具有依据电池模块中泄漏的电解液而变化的电阻的可变电阻。检测传感器可以将第一电阻器与第二电阻器之间的触点处的电压作为感测电压传输到电池监测电路的输入端子。
10.在一些实施方式中，电池监测电路可以在活动模式下监测电池模块。
11.在一些实施方式中，电池组可以包括：脉冲发生器，其被配置为生成用于将电池监测电路切换到活动模式的脉冲信号，并且响应于感测电压比阈值电压高而将脉冲信号输出到输出端子；以及传送电路，其被配置为在电池监测电路的关闭模式下将脉冲信号传送到电池监测电路的接收端子，并且在活动模式下阻断脉冲信号被传送到电池监测电路的接收端子。
12.在一些实施方式中，传送电路可以包括连接在脉冲发生器的输出端子与接地端子之间的晶体管。在活动模式下，晶体管可以响应于被提供给所述电池监测电路的电源端子的第二电压而导通。在关闭模式下，晶体管可以响应于阻断第二电压被提供给电池监测电
路的电源端子而截止。
13.在一些实施方式中，传送电路还可以包括连接在晶体管的第一端子与电池监测电路的接收端子之间的二极管，并且晶体管的第二端子可以连接到接地端子。
14.在一些实施方式中，传送电路还可包括连接在脉冲发生器的输出端子与晶体管的第一端子之间的第三电阻器。
15.在一些实施方式中，电池组还可以包括被配置为从电池模块的电压生成第一电压的电压调节器。
16.在一些实施方式中，可以响应于感测电压比参考电压高而诊断电池模块中的电解液泄漏。
17.在一些实施方式中，电池组还可以包括：电池组的下壳体；以及下盖，其形成在下壳体上和在电池模块下方并且被配置为收集电池模块中泄漏的电解液。检测传感器可以附接到下盖。
18.根据另一实施方式，可以提供一种电池设备，该电池设备包括：电池模块，其包括多个电池单元；电池监测电路；检测传感器，其被配置为检测电池模块中泄漏的电解液；以及电池管理系统。电池监测电路可以连接到电池模块并监测电池模块。电池管理系统可以管理电池监测电路，并且可以从电池监测电路接收信息以诊断电解液泄漏。检测传感器可以包括可变电阻器，该可变电阻器具有根据电池模块中泄漏的电解液而变化的电阻，并且可以将基于可变电阻器的电阻确定的感测电压传送到电池监测电路的输入端子。
19.在一些实施方式中，电池管理系统可以响应于基于从电池监测电路传送的信息确定感测电压比参考电压高而诊断电池模块中的电解液泄漏。
20.在一些实施方式中，检测传感器还可以包括串联连接在用于提供第一电压的电源与接地端子之间的第一电阻器和第二电阻器。在这种情况下，可变电阻器可以并联连接到第一电阻器，并且检测传感器可以输出第一电阻器与第二电阻器之间的触点处的电压作为感测电压。
21.在一些实施方式中，电池设备还可以包括脉冲发生器，该脉冲发生器被配置为响应于检测传感器在电池监测电路的关闭模式下检测到电池模块中泄漏的电解液而将脉冲信号传送到电池监测电路的接收端子。电池监测电路可以响应于脉冲信号而切换到活动模式。
22.在一些实施方式中，脉冲发生器可以响应于感测电压比阈值电压高而生成脉冲信号。
23.在一些实施方式中，电池设备还可以包括晶体管，该晶体管连接在脉冲发生器的输出端子与接地端子之间，并且被配置为响应于提供给电池监测电路的电源端子的电压来控制将脉冲信号传送到电池监测电路的接收端子。
24.在一些实施方式中，在活动模式下第二电压可以提供给电池监测电路的电源端子，并且在关闭模式下可以阻断将第二电压提供给电池监测电路的电源端子。在活动模式下，晶体管可以响应于第二电压而导通以阻断脉冲信号被提供给电源端子。在关闭模式下，晶体管可以响应于被阻断的第二电压而而被截止以传送脉冲信号。
25.在一些实施方式中，电池设备还可以包括形成在电池模块下方的下盖，该下盖被配置为收集电池模块中泄漏的电解液，并且检测传感器附接到该下盖。
26.根据又一实施方式，可以提供一种检测电池设备中的电解液泄漏的方法，该电池设备包括电池模块、被配置为监测电池模块的电池监测电路以及电解液泄漏检测传感器。该方法可包括以下步骤：在电池监测电路处于关闭模式的同时，响应于电池模块中泄漏的电解液而生成脉冲信号；响应于脉冲信号而将电池监测电路切换到活动模式；在活动模式下，测量电池监测电路中的电解液泄漏检测传感器的感测电压；以及响应于感测电压比基准电压高而诊断电解液泄漏。
27.在一些实施方式中，该方法还可以包括由电解液泄漏检测传感器基于依据电池模块中泄漏的电解液而变化的电阻来测量感测电压。
28.有利效果
29.根据一些实施方式，即使在电池监测电路的关闭模式下也可以检测电解液泄漏。
附图说明
30.图1是示出根据一些实施方式的电池设备的图。
31.图2是示出根据一些实施方式的电解液泄漏检测设备的图。
32.图3是示出根据一些实施方式的电解液泄漏检测设备的图。
33.图4是示出根据一些实施方式的用于检测电池设备中的电解液泄漏的方法的流程图。
34.图5是示出根据一些实施方式的电池组的结构的示例的图。
具体实施方式
35.在以下详细描述中，仅通过例示的方式示出和描述了某些实施方式。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式修改所描述的实施方式，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和描述本质上被认为是例示性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
36.当描述一元件“连接”到另一元件时，应理解该元件可以直接连接到另一元件或者通过第三元件连接到另一元件。另一方面，当描述元件“直接连接”到另一元件时，应理解该元件不通过第三元件而连接到另一元件。
37.如本文所使用的，单数形式也可以旨在包括复数形式，除非使用诸如“一个”或“单个”的明确表达。
38.在参照附图描述的流程图中，可以改变操作或步骤的顺序，可以合并若干操作或步骤，可以划分特定操作或步骤，并且可以不执行特定操作或步骤。
39.图1是示出根据一些实施方式的电池设备的图，并且图2是示出根据一些实施方式的电解液泄漏检测设备的图。
40.参照图1，电池设备包括电池组100和电池管理系统10。电池组100包括电池模块110和电解液泄漏检测电路120。
41.电池模块110包括多个电池单元(未示出)。在一些实施方式中，电池单元可以是可再充电电池，并且可以包括正极、负极和电解液。在一些实施方式中，预定数量的电池单元可以串联或并联连接以形成电池模块。虽然图1为了便于描述示出了一个电池模块110，但是电池组100可以包括一个或更多个电池模块110以便提供期望的电力。
42.电解液泄漏检测电路120包括电解液泄漏检测传感器121和电池监测电路122。
43.电解液泄漏检测传感器121可以连接到电池模块110，检测包括在电池模块110中的电池单元中的电解液泄漏，并且在检测电解液泄漏时向电池监测电路122发送信号。
44.电池监测电路122连接到电池模块110并监测电池单元的电压。在一些实施方式中，电池监测电路122可以测量电池模块110的温度。在一些实施方式中，电池监测电路122可以以集成电路(ic)的形式设置。当接收到来自电解液泄漏检测传感器121的信号时，电池监测电路122将对应的信息发送到外部设备(例如，车辆)。
45.电池监测电路122可以与电池设备的电池管理系统10通信。电池管理系统10可以收集从电池监测电路122发送的数据(信息)以控制电池组100的操作。此外，电池管理系统10可以将从电池监测电路122收集的信息发送到外部设备(例如，车辆)。
46.参照图2，电解液泄漏检测设备200包括电解液泄漏检测传感器210和电池监测电路220。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备200可以与图1的电解液泄漏检测电路120相对应。
47.电解液泄漏检测传感器210包括串联连接在提供预定电压vs的电源与接地端子之间的多个电阻器211和212，并且输出电阻器211与212之间的触点处的电压作为感测电压vd。电解液泄漏检测传感器210还包括与电阻器211并联连接的可变电阻器213。在一些实施方式中，可变电阻器213可以连接(即，附接)到电池模块(例如，图1中的110)，当电解液未泄漏到电池单元中时可以不形成电流路径，并且当电解液泄漏到电池单元中时可以形成电流路径。
48.在一些实施方式中，电阻器211的电阻可以被设置为高，以便将电解液泄漏检测传感器210中的电流的幅值设置为低。例如，1mω电阻器可以用作电阻器211。此外，电阻器212的电阻可以基于由泄漏的电解液引起的可变电阻器213的电阻来确定。例如，当由泄漏的电解液引起的可变电阻器213为几十kω时，可以使用43kω的电阻器作为电阻器212。
49.在一些实施方式中，提供预定电压vs的电源可以从电池模块的电压(例如，图1中的110)生成。为此，电解液泄漏检测设备200还可以包括电压调节器230。电压调节器230可以通过输入端子in接收电池模块110的电压vm并且通过输出端子out输出预定电压vs。预定电压vs可以是例如5v。
50.假设电阻器211的电阻是r1，电阻器212的电阻是r2，并且当电解液泄漏时可变电阻器213的电阻是r3。当电解液没有从电池模块110泄漏时，电解液泄漏检测传感器210可以输出电压vs被电阻器211和212分压后的电压(vs*r2/(r1+r2))作为感测电压vd。当电解液从电池模块110泄漏时，电解液泄漏检测传感器210可以输出电压(vs*r2/(rt+r2))作为感测电压vd，电压(vs*r2/(rt+r2))是电压vs被电阻器(rt＝r1*r3/(r1+r3))和电阻器212分压后的电压，电阻器(rt＝r1*r3/(r1+r3))是通过电阻器211和可变电阻器213的并联连接而组合的。因此，电解液泄漏时的感测电压vd高于电解液未泄漏时的感测电压vd。在一些实施方式中，当电阻器211的电阻被设置为显著高于电阻器212的电阻时，电解液未泄漏时的感测电压vd可以是接近0v的电压。例如，当电源的电压vs是5v并且1mω电阻器和43kω电阻器分别用作两个电阻器211和212时，当电解液未泄漏时，感测电压vd可以是大约0.2v。另一方面，当电源的电压vs是5v，1mω电阻器和43kω电阻器分别用作两个电阻器211和212，并且当电解液泄漏时可变电阻器213的电阻是43kω时，感测电压vd可以约为2.5v。
51.电池监测电路220通过输入端子in(例如，输入引脚)接收与电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd相对应的信号。在一些实施方式中，输入端子in可以是被设置为从电池监测电路220接收监测结果的各种输入端子中的一个。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备200还可以包括模数转换器(adc)，该模数转换器将电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd转换成可以由电池监测电路220接收的数字信号。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备200还可以包括二极管d1，其阻断相反方向上的电流路径(也就是说，从电池监测电路220的输入端子in到电解液泄漏检测传感器210的输出端子的电流路径)。二极管d1可以具有连接到电解液泄漏检测传感器210的输出端子的阳极和连接到电池监测电路220的输入端子in的阴极。
52.电池监测电路220可以通过提供给电源端子vcc(例如，电源引脚)的预定电压v_bmic来操作。在一些实施方式中，预定电压v_bmic可以是与电解液泄漏检测传感器210的电源电压vs相同的电压。另外，电池监测电路210可以通过发送端子tx(例如，发送引脚)和接收端子rx(例如，接收引脚)与电池管理系统(例如，图1中的10)通信。电池监测电路210可以通过连接在发送端子tx与电池管理系统10之间的传输通信线来将所监测的数据发送到电池管理系统10。电池监测电路210可以通过连接在接收端子rx与电池管理系统10之间的接收通信线来从电池管理系统10接收控制信号。在一些实施方式中，电池监测电路210与电池管理系统10之间的通信可以是通用异步接收器/发送器(uart)通信。
53.电池监测电路210将通过输入端子in接收的与电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd相对应的信息传送到例如电池管理系统10。如上所述，当电解液没有泄漏时，电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd是低电压(接近0v的电压)。因此，当电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd比参考电压低时，电池管理系统10或外部设备(例如，车辆)的处理器可以确定不存在电解液泄漏。
54.另一方面，当电解液泄漏时，电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd是显著的电压(例如，2.5v或更大的电压)。因此，当电解液泄漏检测传感器210的感测电压vd比参考电压高时，电池管理系统10或外部设备的处理器可以确定存在电解液泄漏。这样，电池管理系统10或外部设备可以通过电池监测电路220的输出信号来检测电池组中的电解液泄漏，并且执行保护操作。在一些实施方式中，当感测电压vd比参考电压高时，电池管理系统10可以向外部设备(例如，车辆)发送警告信号。因此，车辆的驾驶员可以执行电池组的检查。
55.图3是示出根据一些实施方式的电解液泄漏检测设备的图。
56.参照图3，电解液泄漏检测设备300包括电解液泄漏检测传感器310和电池监测电路320。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300可以与图1的电解液泄漏检测电路120相对应。
57.电解液泄漏检测传感器310包括串联连接在提供预定电压vs的电源与接地端子之间的多个电阻器311和312，并且输出电阻器311与312之间的触点处的电压作为感测电压vd。电解液泄漏检测传感器310还包括与电阻器311并联连接的可变电阻313。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300还可以包括生成预定电压vs的电压调节器330。
58.电池监测电路320接收与电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd相对应的信号。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300还可以包括adc 340，该adc将电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd转换成可以由电池监测电路320接收的数字信号。在一些实施方式
中，电解液泄漏检测设备300还可以包括阻断相反方向上的电流路径的二极管d1。
59.在一些实施方式中，电池监测电路320可以进入监测电池模块(例如，图1中的110)的活动模式和不监测电池模块110的关闭模式中的一个模式。在活动模式中，预定电压v_bmic被提供给电池监测电路320的电源端子vcc(例如，电源引脚)以操作电池监测电路320。在关闭模式中，提供给电池监测电路320的电源端子vcc的预定电压v_bmic被阻断，使得电池监测电路320可以不操作。在一些实施方式中，预定电压v_bmic可以与提供给电解液泄漏检测传感器310的预定电压vs相同。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300还可以包括脉冲发生器350，以即使在电池监测电路320处于关闭模式时也检测电解液泄漏。
60.电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd被提供给脉冲发生器350的输入端子in。在一些实施方式中，adc 340将电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd转换成的信号可以输入到脉冲发生器350的输入端子in。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300包括二极管d2，该二极管阻断相反方向上的电流路径，也就是说，从脉冲发生器350的输入端子in到电解液泄漏检测传感器310的电流路径。二极管d2可以具有连接到电解液泄漏检测传感器210的输出端子的阳极和连接到脉冲发生器350的输入端子in的阴极。
61.晶体管351连接在脉冲发生器350的输出端子out与接地端子之间。也就是说，晶体管351的第一端子连接到脉冲发生器350的输出端子out，并且晶体管351的第二端子连接到接地端子。此外，晶体管351的控制端子接收与电池监测电路320的电源端子vcc相同的电压。例如，晶体管351的控制端子可以连接到电池监测电路320的电源端子vcc。此外，晶体管351的第一端子连接到电池监测电路320的接收端子rx(例如，接收引脚)。在一些实施方式中，晶体管351的第一端子可以连接到电池监测电路320的接收端子rx与电池管理系统(例如，图1中的10)之间的接收通信线。在一些实施方式中，电解液泄漏检测设备300还可以包括二极管d3，其阻断相反方向上的电流路径，也就是说，从接收通信线到晶体管351的第一端子的电流路径。二极管d3可以具有连接到晶体管351的第一端子的阳极和连接到电池监测电路320的接收端子rx的阴极。在一些实施方式中，电阻器352可以连接在脉冲发生器350的输出端子out与晶体管351的第一端子之间。
62.当预定电压(例如，v_bmic)被施加到电池监测电路320的电源端子vcc时，晶体管351可以导通，并且当施加到电池监测电路320的电源端子vcc的电压被阻断时，晶体管351可以截止。在一些实施方式中，晶体管351可以是n沟道晶体管，例如n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。在这种情况下，晶体管351的第一端子、第二端子和控制端子可以分别是漏极、源极和栅极。
63.在活动模式中，电解液泄漏检测传感器310和电池监测电路320与参照图2描述的电解液泄漏检测传感器210和电池监测电路220相同地操作。省略其描述。此外，由于在活动模式中预定电压v_bmic被施加到电池监测电路320的电源端子vcc，因此晶体管351导通。因此，0v被施加到二极管d3的阳极，使得通过电池监测电路320的接收端子rx的通信可以不受影响。
64.在关闭模式中，由于施加到电池监测电路320的电源端子vcc的电压被阻断，因此晶体管351截止。另外，当电解液泄漏时，从电解液泄漏检测传感器310输出显著的感测电压vd。因此，响应于电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd，脉冲发生器350可以生成脉冲信号并将脉冲信号输出到输出端子out。也就是说，当输入到输入端子in的电压比阈值电压高
时，脉冲发生器350可以生成脉冲信号并将其输出到输出端子out。在这种情况下，由于晶体管351被截止，所以脉冲发生器350的脉冲信号可以被施加到电池监测电路320的接收端子rx。电池监测电路320可以响应于发送到接收端子rx的脉冲信号而切换到活动模式。然后，电池监测电路320可以将与电解液泄漏检测传感器310的感测电压vd相对应的信息发送到电池管理系统10。
65.在一些实施方式中，晶体管351、电阻器352和二极管d3可以作为传送电路操作，该传送电路在关闭模式中将脉冲发生器350的脉冲信号传送到电池监测电路320的接收端子rx，并且在活动模式中阻断脉冲信号的传送。
66.根据上述实施方式，即使当电池监测电路320处于关闭模式时，也可以检测到电解液泄漏。
67.图4是示出根据一些实施方式的用于检测电池设备中的电解液泄漏的方法的流程图。
68.参照图4，当电池组的电池监测电路处于活动模式时(s410)，电池监测电路测量与电解液泄漏相对应的电压(s450)。在一些实施方式中，电池监测电路可以测量从电解液泄漏检测传感器输出的感测电压(s450)。
69.在当电池组的电池监测电路处于关闭模式时电池组内部发生电解液泄漏的情况下(s420)，电池设备响应于电解液泄漏而生成脉冲信号(s430)。电池监测电路响应于脉冲信号而切换到活动模式(s440)，并且测量与电解液泄漏相对应的电压(s450)。在一些实施方式中，脉冲发生器可以响应于与从电解液泄漏检测传感器输出的电解液泄漏相对应的感测电压而生成脉冲信号，并且电池监测电路可以响应于脉冲发生器的脉冲信号而切换到活动模式。
70.当电池监测电路测量的电压比参考电压高时(s460)，电池设备可以诊断电解液泄漏并向外部设备(例如，车辆)发送警告信号(s470)。当测量电压不比参考电压高时，电池设备可以诊断不存在电解液泄漏(s480)。
71.接下来，参照图5描述应用了根据各种实施方式的电解液泄漏检测方法的电池组。
72.图5是示出根据一些实施方式的电池组的结构的示例的图。
73.参照图5，通过组合下壳体510和上壳体(未示出)来形成电池组500，并且在下壳体与上壳体之间容纳电池模块520。虽然图5为了便于描述示出了电池组500包括四个电池模块520，但是电池模块520的数量不限于此。电池监测电路530连接到每个电池模块510。电池监测电路530可以监测电池单元电压和对应的电池模块510的温度。
74.下盖540可以形成在每个电池模块520下方。下盖540可以具有能够收集从对应的电池模块520泄漏的电解液的形状。电解液泄漏检测传感器550可以附接到下盖540。电解液泄漏检测传感器550可以感测收集在下盖540中的电解液并输出对应的电压。
75.在一些实施方式中，电池组内盖560可以形成在下壳体510上。电池组内盖560可以形成在下壳体510与下盖540之间。电池组内盖560可以由非导体形成，并且可以阻断可以通过泄漏的电解液与下壳体510连接的电流路径。
76.虽然已经结合目前被认为是实际实施方式的内容描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在涵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。