本发明涉及一种具备用于汇流条开路检测及防止反向电压的汇流条连接状态保护电路的电池组及使用该电池组的汇流条开路检测方法。
背景技术：
近年来，随着环境污染问题逐渐严重，各领域正在广泛地进行旨在减少化石燃料的使用，而是使用替代动力的研究。其中之一就是在汽车领域，正在开发电动汽车或同时使用化石燃料和电力来减少化石燃料的使用量的混合动力汽车等，并已经开始商业化。
为了运行这种电动汽车，需要非常高的容量的电池组，这种电池组包括单位电池及将单位电池彼此电连接的汇流条来构成。通常，汇流条形成为由金属导体构成的棒形态，并且通过螺丝结合等连接在单位电池的电极上。
图1示出这种由单位电池及连接单位电池的汇流条构成的电池组的简要的电路图。每个单位电池(cell1、2、3、4)中具备平衡电路，少数单位电池聚集而构成模块(module1、2)，并且这种模块通过汇流条(busbar)相互连接。
如上所述，通常汇流条通过螺丝结合等与电极连接。另外，由于汽车的运行特性，不可避免地持续发生外部振动，并且由于这种振动而螺丝可能会松动。如上所述，当汇流条的连接松动而导致汇流条意外开路时，不仅模块之间的电连接断开，而且还会发生以下问题。
图2示出图1的电池组中中间的汇流条开路的状态的电路图。如图所示，在原电路中汇流条包括在单位电池的平衡路径中，因此当汇流条突然开路时，电流将以如图2中的用粗线表示的方式流动。即，应当通过汇流条流动的大电流在平衡路径中流动，从而形成反向电压关系，结果发生电池管理板损坏的问题。图3是汇流条开路时产生反向电压的等效电路。
已公开有很多保护系统以免受过电流影响的各种装置。例如，在韩国公开专利第2015-0099193号(“二次电池模块”，以下称为现有文献)中，公开了由通过汇流条并联连接的单位电池单元构成的二次电池模块。在现有文献中，除了将电极并联连接的汇流条之外，在电极之间还并联连接有外部保险丝，以在过电流流动时，使电流流动到外部保险丝，使得外部保险丝更快地熔化并断开。
如现有文献的技术仅仅是利用保险丝来使电流流动的路径发生短路，并且在现有文献中，单位电池并联连接，但是本专利在解决问题时单位电池串联连接，因此电路结构本身就完全不同。即，采用如现有文献的方式难以解决上述的汇流条开路时电流在平衡电路中流动而产生反向电压的问题以及由此引起的电池管理板损坏的问题。
如上所述，对于分别包括平衡电路的多个单位电池通过汇流条串联连接的情况，需要一种能够解决汇流条开路时发生的反向电压和由此引起的系统损坏问题的新的结构。
现有技术文献
专利文献
1.韩国公开专利第2015-0099193号(“二次电池模块”)
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
因此，本发明是为了解决上述现有技术中存在的问题而提出的，本发明的目的在于提供一种具备汇流条连接状态保护电路的电池组，其在连接单位电池之间的汇流条由于损坏等而开路时检测出是否开路，并且防止由于汇流条损坏时产生的反向电压而电池管理板损坏的问题。本发明的另一目的在于提供一种使用所述电池组的汇流条开路检测方法，其使用所述电池组能够容易地检测出汇流条是否开路。
(二)技术方案
用于实现上述目的的本发明的具备用于汇流条开路检测和防止反向电压的汇流条连接状态保护电路的电池组，其可包括：多个模块，包括并联连接有平衡电路的单位电池，并且由单个所述单位电池构成，或者由多个所述单位电池串联连接而构成；至少一个汇流条，其一端连接在一个所述模块的正极，另一端连接在另一个所述模块的负极，以串联连接相邻的所述模块；及保护电阻，与所述汇流条并联连接。
其中，所述电池组可被形成为，当所述汇流条开路时，电流从一个所述模块的正极经由所述保护电阻并通过相邻的另一个所述模块的负极流动。
并且，当所述保护电阻为多个时，各所述保护电阻的电阻值可以相同或不同。
另外，根据本发明的使用具备汇流条连接状态保护电路的电池组的汇流条开路检测方法，其通过上述的电池组检测汇流条是否开路，该方法包括：电压检测电路连接步骤，由多个所述模块彼此串联连接而构成的模块结合体的两端与彼此串联连接的第一电阻和第二电阻的两端连接；电压值检测步骤，检测所述第一电阻和所述第二电阻之间的电压值；判断是否开路的步骤，利用在所述电压值检测步骤中检测出的电压判断汇流条是否开路。
其中，在所述判断是否开路的步骤中，在所述模块结合体的负极侧配置所述第一电阻，在所述模块结合体的正极侧配置第二电阻时，当在所述电压值检测步骤中检测出的电压值满足以下式时，可以判断为汇流条处于正常的连接状态，
v＝vpack*r1/(r1+r2)
其中，v表示检测出的电压值、vpack表示包括在所述模块结合体的各模块的两端之间的电压值之和、r1表示第一电阻的电阻值、r2表示第二电阻的电阻值。
或者，在所述判断是否开路的步骤中，在所述模块结合体的负极侧配置所述第一电阻，在所述模块结合体的正极侧配置第二电阻，并且包括在所述模块结合体的所述汇流条中至少一部分开路时，当在所述电压值检测步骤中检测出的电压值满足以下式时，可以判断为汇流条处于开路状态，
v＝vpack*r1/(r1+r2+σr0)
其中，v表示检测出的电压值、vpack表示包括在所述模块结合体的各模块的两端之间的电压值之和、r1表示第一电阻的电阻值、r2表示第二电阻的电阻值、σr0表示与汇流条开路位置对应的保护电阻的电阻值之和。
并且，在所述判断是否开路的步骤中，当所述保护电阻的序号从所述模块结合体的负极侧到正极侧依次为1、…、n时，第n个所述保护电阻的电阻值设定为2n-1r，将从所述电压值检测步骤中检测出的电压值计算出的σr0值转换为二进制*r时，可以判断为与出现1的位数对应的位置的汇流条开路。
(三)有益效果
根据本发明，对于分别包括平衡电路的多个单位电池通过汇流条串联连接的情况，能够非常有效地防止汇流条开路时产生的反向电压。具体地，在现有的电路中，汇流条开路时原本应当在汇流条中流动的大电流在平衡电路中流动而导致损坏，因此产生反向电压而发生电池管理板严重烧损的问题。但是，根据本发明，汇流条开路时能够阻止电流在平衡电路中流动以防止反向电压，从而能够从根本上防止平衡电路和电池管理板发生烧损的问题。
不仅如此，根据本发明，电池组具备汇流条连接状态保护电路，因此在使用电压检测电路来检测电压时，在正常状态和汇流条开路状态下检测出不同的电压值，从而还可以有效地检测出汇流条是否发生开路。
附图说明
图1示出由单位电池及连接单位电池的汇流条构成的电池组的电路图。
图2示出图1的电池组中中间的汇流条开路的状态的电路图。
图3是汇流条开路时产生反向电压的等效电路。
图4是本发明的具备用于汇流条开路检测和防止反向电压的汇流条连接状态保护电路的电池组。
图5是本发明的电池组中中间的汇流条开路的状态的电路图。
图6是在本发明的电池组中利用电压检测电路检测电压时，分别对正常状态和汇流条开路状态检测电压的示例。
图7及图8是汇流条开路状态时的另一电压检测示例。
附图说明标记
r1：第一电阻r2：第二电阻
r0：保护电阻
具体实施方式
下面，参照附图对具备上述结构的本发明的具备用于汇流条开路检测和防止反向电压的汇流条连接状态保护电路的电池组及使用所述电池组的汇流条开路检测方法进行详细说明。
具备本发明的汇流条连接状态保护电路的电池组
图4示出本发明的具备用于汇流条开路检测和防止反向电压的汇流条连接状态保护电路的电池组的电路图。如图所示，本发明的电池组基本上包括多个模块、连接所述多个模块的至少一个汇流条及与所述汇流条并联连接的保护电阻。下面对每个部分进行更加具体的说明。
所述模块包括单位电池，所述单位电池分别与平衡电路并联连接。所述模块可以由单个所述单位电池构成，也可以由多个所述单位电池构成。当所述模块由多个所述单位电池构成时，所述单位电池彼此串联连接。图4的例示中，示出各个模块(模块1、模块2)分别包括两个单位电池(电池1、电池2、电池3、电池4)。
所述汇流条串联连接相邻的所述模块。当所述模块为两个时，只需要一个所述汇流条，当所述模块为三个以上时，需要的所述汇流条也是两个以上。更加具体地说明所述模块及所述汇流条的连接状态，如图4所示，所述汇流条的一端连接在一个所述模块的正极，另一端连接在相邻的另一个所述模块的负极。
现有技术中，电池组仅由所述模块和串联连接所述模块的至少一个汇流条构成。但是，如上所述，这种现有的电池组中，当汇流条由于预想不到的理由开路时，如图2所示，原本应当在汇流条中流动的大电流(电流值非常大)会在平衡电路中流动。因此，首先平衡电路会被损坏，并且由此产生如图3所示的反向电压关系而对电池管理板也造成严重的损坏。
为了解决这种问题，本发明中，如图4所示，所述电池组还包括与所述汇流条并联连接的保护电阻r0。即，一个所述汇流条具备一个所述保护电阻，因此一个电池组中所述保护电阻的数量与所述汇流条的数量相同。
下面对所述保护电阻的连接状态进行更加具体的说明。如上所述，一个所述单位电池并联连接有一个平衡电路。即，所述平衡电路以一端连接在所述单位电池的正极，另一端连接在所述单位电池的负极的形式构成。另外，所述汇流条串联连接所述模块，即，所述汇流条的一端连接在一个所述模块的正极，另一端连接在相邻的另一个所述模块的负极。此时，所述保护电阻与所述汇流条并联连接是指所述保护电阻的一端与连接在一个所述模块的正极的平衡电路的一端连接，所述保护电阻的另一端与连接在相邻的另一个所述模块的负极的平衡电路的另一端连接。
即，在这种连接状态下，所述电池组被形成为，当所述汇流条开路时，电流从一个所述模块的正极经由所述保护电阻并通过相邻的另一个所述模块的负极流动。图5示出本发明的电池组中中间的汇流条开路的状态的电路图，其中用粗线表示汇流条开路时电流流动的路径。
通常汇流条被视为与电线相同，即在理想状态下电阻为0。另外，所述保护电阻相比汇流条具备相对很大的电阻值。因此，在正常状态下，即在汇流条正常连接的状态下，在所述保护电阻中几乎不流动电流，电流只在汇流条中流动。另一方面，在汇流条开路的状态下，如图5所示，应当在汇流条中流动的大电流都通过所述保护电阻流动。现有技术中，汇流条开路时大电流流动的路径上包括平衡电路，因此发生平衡电路的损坏，但在本发明中，如图5所示，大电流流动的路径上只包括所述保护电阻，大电流不会在平衡电路中流动，因此能够从根本上防止现有的平衡电路损坏的问题。当然，可通过大电流路径的变更，从根本上防止现有的汇流条开路时产生反向电压的问题以及由此引起的电池管理板损坏的问题。
另外，图4及图5中，作为最简单的示例，示出了由两个模块和一个汇流条构成的模块结合体，因此，在这种情况下，也具备一个保护电阻(与汇流条的数量相同)。但是，通常电池组包括比两个更多的模块，因此本发明的电池组也可以包括多个保护电阻。如上所述，具备多个保护电阻时，各所述保护电阻的电阻值可以相同或不同。根据所述保护电阻的电阻值，后述的电压检测电路中的检测电压值也不同。
使用具备本发明的汇流条连接状态保护电路的电池组的汇流条开路检测方法
如上所述，具备本发明的汇流条连接状态保护电路的电池组不仅可以在汇流条开路时防止产生反向电压以阻止包括在电池组中的平衡电路或电池管理板的损坏，而且由于该电路结构的特性，能够容易检测汇流条是否开路。下面，本发明的使用电池组的汇流条开路检测方法可以由电压检测电路连接步骤、电压值检测步骤、判断是否开路的步骤构成，下面对各步骤进行更加具体的说明。
首先，在电压检测电路连接步骤中，首先将电压检测电路连接在电池组上。图6示出在本发明的电池组中利用电压检测电路检测电压时，分别对正常状态和汇流条开路状态的电压检测的示例的图。即使并不一定是本发明的电池组，只要是处于正常状态，即汇流条没有开路而正常连接的状态的电池组，则连接电压检测电路时成为如图6(a)所示的形式。即多个所述模块彼此串联连接而构成的模块结合体的两端与彼此串联连接的第一电阻和第二电阻的两端连接。其中，‘彼此串联连接的第一电阻和第二电阻’构成电压检测电路。
其次，在电压值检测步骤中，在这样的状态下检测所述第一电阻和所述第二电阻之间的电压值。其中，所述电压检测电路以在所述模块结合体的负极侧配置所述第一电阻，在所述模块结合体的正极侧配置所述第二电阻的形式构成。
其次，在判断是否开路的步骤中，利用在所述电压值检测步骤中检测的电压值来判断汇流条是否开路。
另外，图6中示出两个模块(模块1、模块2)通过汇流条串联连接的示例。此时，当汇流条处于正常连接的状态时，等效电路表示为如图6(a)所示，在这种情况下检测出的电压值满足以下式。
v＝vpack*r1/(r1+r2)
(其中，v表示检测出的电压值、vpack表示包括在所述模块结合体的各模块的两端之间的电压值之和、r1表示第一电阻的电阻值、r2表示第二电阻的电阻值)
在汇流条开路的情况下，本发明的电池组中应当在汇流条中流动的大电流在保护电阻r0中流动，从而由电压检测电路检测到的电压值发生变化。即，在如图6(b)所示的情况下，检测出的电压值满足以下式。
v＝vpack*r1/(r1+r2+r0)
(其中，v表示检测出的电压值、vpack表示包括在所述模块结合体的各模块的两端之间的电压值之和、r1表示第一电阻的电阻值、r2表示第二电阻的电阻值、r0表示保护电阻的电阻值)
即，在如图6所示的电池组的情况下，在所述电压值检测步骤中，当检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2)时，可判断为汇流条处于正常连接状态，当检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2+r0)时，可判断为汇流条处于开路状态。
图6示出连接电压检测电路的模块结合体由两个模块、(连接所述两个模块的)一个汇流条构成的情况的示例，但是对于由更多的模块和汇流条构成的模块结合体也可以适用相同的方式。首先，若汇流条一个也没有开路，全部处于正常连接的状态，则与所述模块结合体由多少个模块构成无关地，由电压检测电路检测出的电压值与图6(a)所示的完全相同。即，当汇流条全部处于正常连接的状态时，由电压检测电路检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2)。
图7及图8示出汇流条开路状态时的另一电压检测示例，通过该示例说明更加一般化的用于检测汇流条开路的电压值计算公式。图7及图8均示出模块结合体由五个模块、四个汇流条构成的示例，尤其是汇流条中有两个汇流条开路的情况的示例。此时，图7是与汇流条开路位置对应的保护电阻均具备相同的电阻值的情况的示例，图8是不同位置的保护电阻具备不同的电阻值的情况的示例。
首先，如图7的示例所示，当保护电阻均具备相同的电阻值，并且四个汇流条中的两个汇流条开路时，由电压检测电路检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2+2r0)。如果将该式一般化处理，则当包括在所述模块结合体的所述汇流条中开路的汇流条数量为n，并且保护电阻的电阻值均相同时，由电压检测电路检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2+nr0)。即，利用由电压检测电路检测出的电压值，不仅可以简单地检测出汇流条是否开路，而且还可以检测出几个汇流条开路。但是这种情况下，难以检测出哪个位置的汇流条开路。
其次，如图8的示例所示，当各保护电阻具备不同的电阻值，并且如图所示，四个汇流条中的两个汇流条开路时，由电压检测电路检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2+(r01+r04))。如果将该式一般化处理，则当包括在所述模块结合体的所述汇流条中至少一部分汇流条开路时，由电压检测电路检测出的电压值为vpack*r1/(r1+r2+σr0)。(其中，σr0表示与汇流条开路位置对应的保护电阻的电阻值之和)
此时，当将保护电阻的电阻值设定为可以区分的不同值时，利用由电压检测电路检测出的电压值，不仅可以简单地检测出汇流条是否开路，而且还可以检测出在哪个位置上几个汇流条开路。例如，将所述保护电阻的电阻值定义为公比为2的等比数列，从而可以按顺序以二进制位数值确定。即，以如下方式确定所述保护电阻的电阻值，将r01的电阻值设定为20r＝1r欧姆、r02的电阻值设定为21r＝2r欧姆、r03的电阻值设定为22r＝4r欧姆、…。在这种状态下，可以从由电压检测电路检测出的电压值倒推计算出σr0的值。此时若将σr0的值转换为二进制*r，则可知与生成1的位数对应的位置的汇流条开路。例如，在图8的示例中，r01的电阻值为20r＝1r欧姆、r04的电阻值为23r＝8r欧姆，σr0的值为9r。若将该值转换为二进制*r，则变为1001*r，从而可以确认从所述模块结合体的负极的第一个、第四个位置的汇流条开路。
即，综上所述，所述保护电阻的序号从所述模块结合体的负极侧到正极侧依次为1、…、n时，第n个所述保护电阻的电阻值设定为2n-1r的情况下，将由所述电压值检测步骤中检测出的电压值算出的σr0值转换为二进制*r时，可以判断为与出现1的位数对应的位置的汇流条开路。当然，这仅仅是一个示例，即使不一定根据二进制位数设定电阻值，例如也可以采用类似的方法，可以利用十六进制等其他各种方式。
本发明并不限定于上述的实施例，其适用范围广，并且在不脱离权利要求书所要求保护的本发明的要旨的情况下，本领域技术人员可以进行各种变形并实施。