预充电电阻器保护设备的制作方法

本申请要求2018年1月30日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2018-0011458的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

本公开涉及一种预充电电阻器保护设备，更具体地，本公开涉及一种能够通过将估计为被供应至预充电电路单元的估计功率与参考功率范围进行比较来诊断预充电电路单元的预充电电阻器保护设备。

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，并且电动汽车、蓄能电池、机器人、卫星等已得到认真开发。因而，正在积极研究允许重复地充电和放电的高性能二次电池。

目前市售的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池备受关注，因为与镍基二次电池相比，它们几乎没有记忆效应，而且自放电率非常低，能量密度高。

同时，二次电池可以用作单个二次电池，但是在许多情况下，多个二次电池串联和/或并联连接，以便提供高电压和/或大容量蓄电系统。另外，二次电池可以以电池组的形式使用，其包括用于整体上控制其中的二次电池的充电和放电操作的电池管理装置。

电池组中使用的电池组管理装置通过使用温度传感器、电流传感器、电压传感器等来监测电池的状态，并使用监测结果来估计soc和soh，平衡电池单体之间的电压，或保护电池免受高电压、过电流、低温和高温的影响。

特别地，电池组管理装置可包括保护电路，以防止过电流在电池组内部流动。例如，电池组管理装置包括电池组的充电和放电路径上的保险丝，并且当发生过电流时，电池组管理装置通过熔化而切断保险丝从而防止过电流流入电池组的充电和放电路径。

另外，电池组管理装置可包括用于防止涌浪电流的保护电路，涌浪电流是在电池操作开始时可能发生的过电流。这里的涌浪电流是可能在电池操作开始时立即发生的过电流，并且经常使用预充电电阻器来保护电池组免受涌浪电流的影响。

图1是示意性地示出传统电池组的视图，传统电池组包括具有预充电电阻器和预充电继电器的预充电电路单元。参考图1，电池组包括具有预充电电阻器20和预充电继电器40的预充电电路单元、电池单体10以及主继电器30。这里，预充电电阻器20并联地连接至电池组的充电和放电路径，预充电继电器40串联地连接至预充电电阻器20，主继电器30被设置在电池组的充电和放电路径上。预充电继电器40和主继电器30相继切换以防止涌浪电流的发生。

特别地，在电池操作开始时，主继电器30不是从一开始就接通，而是在主继电器30被关断的状态下首先接通预充电继电器40。另外，在从预充电继电器40被接通起的预定时间之后主继电器30被接通，使得充电和放电路径可以被主继电器30接通。在这种情况下，由于电流流过预充电电阻器20，所以涌浪电流不会发生，并且在主继电器30接通时，也不会产生电弧。

如上所述，在电池操作开始时可能发生的过电流经常在预充电电阻器20中流动。这里，如果过电流长时间在预充电电阻器20中流动，则预充电电阻器20会过热，这不仅可能损坏预充电电路单元，还可能损坏整个电池组。

技术实现要素：

技术问题

本公开被设计成解决现有技术的问题，因此，本公开涉及提供一种预充电电阻器保护设备，其可通过将根据估计为被供应至预充电电阻器的第一功率的参考功率范围与实际被供应至预充电电阻器的第二功率进行比较，并基于比较结果控制预充电继电器的操作状态，来在将超过可允许功率水平的功率被供应至预充电电阻器时保护预充电电阻器。

从以下详细描述中可以理解本公开的这些和其他目标以及优点，并且从本公开的示例性实施例中，本公开的这些和其他目标以及优点将变得更加完全显而易见。而且，应理解，本公开的目标和优点可以通过所附权利要求中示出的措施及其组合来实现。

技术解决方案

在本公开的一方面，提供了一种预充电电阻器保护设备，该设备保护与预充电继电器串联连接的预充电电阻器，该预充电电阻器与预充电继电器一起被包括在预充电电路单元中，并且还并联连接到设置至电池组的充电和放电路径的主继电器，该预充电电阻器保护设备包括：感测单元，其被配置成测量施加到电池组中包括的电池单体的两端的电池电压和在预充电电阻器中流动的预充电电流；和处理器，其可操作地耦合到感测单元。

优选地，处理器可以通过使用连接到电池组的两端的电容器的电容、电池电压以及预充电电流中的至少一个来计算估计为在预充电电路单元的驱动时间期间被供应至预充电电阻器的第一功率以及被供应至预充电电阻器的第二功率，将根据第一功率的参考功率范围与第二功率进行比较，并且基于比较结果来控制预充电继电器的操作状态。

优选地，处理器可通过使用下述方程来计算第一功率：

<方程>

其中，w1是第一功率，t1是驱动时间的起点，t2是驱动时间的终点，vb(t1)是在驱动时间的起点测量的电池电压，r是预充电电阻器的电阻，c是电容器的电容。

优选地，处理器可以将驱动时间计算为第一时间点与第二时间点之间的时间差，在该第一时间点处用于将预充电继电器的操作状态控制为接通状态的接通控制信号被输出，在该第二时间点处用于将预充电继电器的操作状态控制为关断状态的关断控制信号被输出。

优选地，处理器可通过使用预充电电流和电池电压来计算在驱动时间期间供应给预充电电阻器的第二功率。

优选地，处理器可通过使用下述方程来计算第二功率：

<方程>

其中w2是第二功率，t1是驱动时间的起点，t2是驱动时间的终点，vb(t)是电池电压，ir(t)是预充电电流。

优选地，处理器可以通过使用第一功率来设置第一参考功率范围和低于第一参考功率范围的第二参考功率范围。

优选地，当根据比较结果第二功率被包括在第一参考功率范围内时，处理器可以诊断连接至电容器的电路短路。

优选地，当根据比较结果第二功率被包括在第二参考功率范围内时，处理器可以诊断电池组的两端断开。

优选地，当根据比较结果第二功率被包括在第一参考功率范围内或第二参考功率范围内时，处理器可将预充电继电器和主继电器中的至少一个的操作状态控制为关断状态。

根据本公开的电池管理装置可包括预充电电阻器保护设备。

根据本公开的电池组可包括预充电电阻器保护设备。

有利效果

根据本公开，通过将根据估计为被供应至预充电电阻器的第一功率的参考功率范围与实际被供应至预充电电阻器的第二功率进行比较，并基于比较结果控制预充电继电器的操作状态，可以在将超过可允许功率水平的功率被供应至预充电电阻器时保护预充电电阻器。

另外，本公开可具有各种其他效果，并且通过下文描述能够理解并且通过本公开的实施例应更清楚地理解本公开的这些其他效果。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施例，并且附图与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因而，本公开不被解释为限于附图。

图1是示意性地示出包括预充电电路单元的传统电池组的视图。

图2是示意性地示出根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备的方框图。

图3是示意性地示出根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备、电池组和负载之间的连接配置的视图。

图4是用于示出其中根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备诊断连接至电容器的电路是否短路的过程的视图。

图5是用于示出其中根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备诊断电池组的两端是否断开的过程的视图。

图6是示意性地示出根据本公开的另一实施例的预充电电阻器保护设备、电池组和负载之间的连接配置的视图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是应在允许发明人为最佳解释适当定义术语的原则的基础上，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，本文提出的描述仅是出于说明目的的优选示例，无意限制本公开的范围，所以应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，能够对其做出其他等同替换和修改。

另外，在描述本公开时，当认为相关的已知元件或功能的详细描述会使本公开的关键主题模糊时，本文省略该详细描述。

图2是示意性地示出根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100的方框图，图3是示意性地示出根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100、电池组和负载l之间的连接配置的视图。

参考图2和图3，根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100可以保护设置在电池组中所包括的预充电电路单元pc中的预充电电阻器rp。

包括根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100的电池组可具有被设置到充电和放电路径的主继电器r1以及与主继电器r1并联连接的预充电电路单元pc。预充电电路单元pc可以具有彼此串联连接的预充电电阻器rp和预充电继电器r2。而且，电池组可以包括一个或多个电池单体，并且多个电池单体可以串联和/或并联连接。在本公开中，多个电池单体将被建模为一个等效电池单体b。

同时，负载l可以连接至电池组的两端，即输出端子，并且负载l可具有与输出端子并联连接的电容器c1。即，电容器c1的两端可以连接到电池组的两端。

电容器c1可指代具有电容并满足下述方程1的元件。

<方程1>

i＝cdv/dt

其中c是电容器的电容，i是在电容器中流动的电流，v是电容器两端的电压，t是时间。

另外，电容器c1不仅可以被实现为单个电容器，而且可以被实现为多个电容器的组合，并且还可以被实现为彼此不同的无源元件和有源元件的组合。另外，电容器c1的电容c不受限制并且可以具有考虑电池组的两端的电压而选择的最佳值。同时，优选地，电容器c1的电容c是提前已知的或易于测量的。

再次参考图2和图3，根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100可包括感测单元110、存储器单元120、处理器130以及通知单元140。

感测单元110可操作地耦合到处理器130。也就是说，感测单元110可以连接到处理器130以将电信号发送到处理器130或从处理器130接收电信号。

感测单元110可以测量用于处理器130估计第一功率并计算第二功率的数据，这将在后面解释。

为此，感测单元110可以以预定间隔重复地测量施加到电池单体b的两端的电池电压和在预充电电阻器rp中流动的预充电电流，并且将指示所测量的电池电压和预充电电流的测量信号提供给处理器130。

感测单元110可包括被配置成测量被施加到电池单体b的两端的电池电压的电压传感器。此外，感测单元110还包括被配置成测量在预充电电阻器rp中流动的预充电电流的电流传感器。

如果从感测单元110接收到测量信号，则处理器130可以通过信号处理分别确定电池电压和预充电电流的数字值，然后将数字值存储在存储器单元120中。

存储器单元120是半导体存储装置，其记录、擦除和更新由处理器130生成的数据，并且存储为保护预充电电阻器rp而准备的多个程序代码。另外，存储器单元120可以存储实施本公开时使用的各种预定参数的预设值。

存储器单元120可以不特别受限，只要它是本领域中已知的能够记录、擦除和更新数据的半导体存储器元件即可。例如，存储器单元120可以是dram、sdram、闪存、rom、eeprom、寄存器等。另外，存储器单元120还可包括存储介质，该存储介质存储定义处理器130的控制逻辑的程序代码。该存储介质包括诸如闪存或硬盘的非易失性存储元件。存储器单元120可以在物理上与处理器130分离或者可以与处理器130集成在一起。

处理器130可以通过使用连接到电池组的两端的电容器c1的电容和电池电压来估计在预充电电路单元pc的驱动时间期间估计为被供应至预充电电阻器rp的第一功率。

为了驱动预充电电路单元pc，处理器130可以将主继电器r1的操作状态控制为关断状态，并且可以将预充电继电器r2的操作状态控制为接通状态。因而，电池单体b的电压可以经由预充电电路单元pc施加到负载l的电容器c1。另外，电流可以流经预充电电路单元pc。即，电流还可以流经设置在预充电电路单元pc中的预充电电阻器rp。

在此之后，为了终止预充电电路单元pc的操作，处理器130可以将预充电继电器r2的操作状态控制为关断状态。因而，电池单体b的电压可以不被施加到预充电电路单元pc和负载l的电容器c1。而且，电流可以不在预充电电路单元pc中流动。即，电流也可以不流经设置在预充电电路单元pc中的预充电电阻器rp。

此时，处理器130可以将驱动时间计算为第一时间点与第二时间点之间的时间差，在第一时间点处用于将预充电继电器r2的操作状态控制为接通状态的接通控制信号被输出，在第二时间点处用于将预充电继电器r2的操作状态控制为关断状态的关断控制信号被输出。此时，第一时间点和第二时间点可以分别是预充电电路单元pc的驱动时间的起点和终点。

即，处理器130可以将在其期间电流流经预充电电阻器rp的时间计算为驱动时间。

以这种方式，处理器130可以通过使用连接到电池组的两端的电容器c1的电容和电池电压来估计在预充电电路单元pc的驱动时间期间估计为被供应至预充电电阻器rp的第一功率。

第一功率可以是在负载l的电容器c1正常地连接到电池组的两端，并且在连接到预充电电路单元pc和负载l的电容器c1的电路中未发生短路故障或开路故障的状态下估计的功率。

此时，处理器130可以通过使用下述方程2来计算第一功率。

<方程2>

其中w1是第一功率，t1是驱动时间的起点，t2是驱动时间的终点，vb(t1)是在驱动时间的起点测量的电池电压，r是预充电电阻器的电阻，c是电容器的电容。

更具体地，如果将预充电继电器r2的操作状态控制为接通状态并且将主继电器r1的操作状态控制为关断状态，则可以形成具有预充电电阻器rp和电容器c1并使用电池单体b作为电压源的rc电路。

通过使用这种方法，处理器130可以通过将电池电压乘以在预充电电路单元pc的驱动时间期间与rc电路相对应的电容器c1的电流计算方程的计算值来计算和估计第一功率。

之后，处理器130可以通过使用所计算的第一功率设置第一参考功率范围和第二参考功率范围。这里，第二参考功率范围可以被设置为低于第一参考功率范围。

更具体地，处理器130可以将第一参考功率范围设置为大于所计算的第一功率的两倍。另外，处理器130可以将第二参考功率范围设置为小于所计算的第一功率的一半。

之后，处理器130可以通过使用预充电电流和电池电压计算在预充电电路单元pc的驱动时间期间供应给预充电电阻器rp的第二功率。这里，第二功率可指代在预充电电路单元pc的驱动时间期间实际供应给预充电电阻器rp的功率。

此时，处理器130可通过使用下述方程3来计算第二功率。

<方程3>

其中w2是第二功率，t1是驱动时间的起点，t2是驱动时间的终点，vb(t)是电池电压，ir(t)是预充电电流。

下面将描述其中处理器130将第二功率与参考功率范围(第一参考功率范围和第二参考功率范围)进行比较的过程。

图4是用于示出其中根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100诊断连接至电容器c1的电路是否短路的过程的视图。

参考图4，如果所估计的第二功率被包括在第一参考功率范围内，则处理器130可以诊断连接到电容器c1的电路短路。更具体地，如图4中所示，如果连接到电容器c1的电路短路到接地gnd，则超过允许功率水平的功率可以被供应给预充电电阻器rp。

因而，作为实际被供应至预充电电阻器rp的功率的第二功率可被包括在被设置为大于第一功率的两倍的第一参考功率范围内。

通过使用这种方法，如果所估计的第二功率被包括在第一参考功率范围内，则处理器130可以诊断连接到电容器c1的电路短路。

之后，如果所估计的第二功率被包括在第一参考功率范围内，则处理器130可以将预充电继电器r2的操作状态控制为关断状态。通过这种方式，处理器130不再允许向预充电电阻器rp供应功率，由此防止预充电电阻器rp受损。

在另一实施例中，如果所估计的第二功率被包括在第一参考功率范围内，则处理器130可以将主继电器r1的操作状态控制为关断状态。通过这种方式，处理器130可以允许电池单体b不短路到接地gnd，由此防止随着电池单体b的电压被施加到接地gnd而使电池单体b被放电。

图5是用于示出其中根据本公开的实施例的预充电电阻器保护设备100诊断电池组的两端是否断开的过程的视图。

进一步参考图5，如果所估计的第二功率被包括在第二参考功率范围内，则处理器130可以诊断电池组的两端被断开。更具体地，如图5所示，如果负载l的电容器c1未连接至电池组的两端，则电池组的两端可能都被断开，使得电流不流经预充电电阻器rp。

因而，作为实际被供应至预充电电阻器rp的功率的第二功率可被包括在被设置为小于第一功率的一半的第二参考功率范围内。

通过使用这种方法，如果所估计的第二功率被包括在第二参考功率范围内，则处理器130可以诊断电池组的两端被断开。

之后，如果所估计的第二功率被包括在第二参考功率范围内，则处理器130可以将预充电继电器r2和主继电器r1的操作状态控制为关断状态。通过这种方式，处理器130可以防止当电池组的电流泄漏到电池组的两个断开端时工人或用户被电击。

同时，处理器130可以选择性地包括专用集成电路(asic)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器以及数据处理装置。可以组合处理器130可执行的各种控制逻辑中的至少一个，并且将组合的控制逻辑写入计算机可读代码系统中并记录在计算机可读记录介质上。记录介质不受限制，只要其能够由计算机中包括的处理器130访问即可。作为一个示例，记录介质包括选自由rom、ram、寄存器、cd-rom、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录装置组成的组中的至少一个。另外，代码系统可以被调制为载波信号并且在特定时间被存储在通信载波中，并且可以以分布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施组合的控制逻辑的功能程序、代码和代码段。

同时，通知单元140可以从处理器130接收处理器130的诊断结果，或者将存储在存储单元120中的处理器130的诊断结果输出到外部。

更具体地，通知单元140可以包括显示单元和扬声器单元中的至少一个，该显示单元用于通过使用符号、数字和代码中的至少一种来显示处理器130的诊断结果，该扬声器单元用于利用声音输出处理器130的诊断结果。

下面将描述根据本公开的另一实施例的预充电电阻器保护设备100’。

图6是示意性地示出根据本公开的另一实施例的预充电电阻器保护设备100’、电池组和负载l之间的连接配置的视图。

进一步参考图6，除了可变电阻器rv被进一步设置到电池组的充电和放电路径之外，根据本公开的另一实施例的预充电电阻器保护设备100’与之前的实施例的预充电电阻器保护设备100基本相同。因而，将省略重复的描述。

可变电阻器rv可以是其电阻在处理器130的控制下改变的电阻元件。可变电阻器rv的类型不受限制，只要电阻对应于处理器130的控制信号而改变即可。

根据另一实施例的处理器130可以控制可变电阻器rv，从而在被连接至电容器c1的电路被诊断为短路之前将可变电阻器rv的电阻改变为最小电阻。

之后，如果上述第二功率包括在第一参考功率范围内，则处理器130可以诊断连接到电容器c1的电路短路到接地gnd。如果连接到电容器c1的电路被诊断为短路到接地gnd，则处理器130可控制可变电阻器rv以增加可变电阻器rv的电阻。此时，处理器130可控制可变电阻器rv以对应于电池电压增加可变电阻器rv的电阻。

通过这种方式，如果连接到电容器c1的电路短路到接地gnd并且在电池单体b和接地gnd之间形成无负载电路，则可以防止随着电池单体b的电池电压被施加到接地gnd而电池单体b被放电。

同时，根据本公开的预充电电阻器保护设备可以应用于用于管理诸如电池组和蓄能装置的电池的电池管理装置。即，根据本公开的电池管理装置可以包括根据本公开的预充电电阻器保护设备。

已经详细地描述了本公开。然而，应理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅以说明的方式给出，因为根据此详细描述，本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

在本说明书的各个实施例中描述的特征可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例中描述的各种特征可以在各个实施例中单独地或以适当的子组合来实现。