电池电阻诊断装置和方法与流程

电池电阻诊断装置和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年7月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10
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2019
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0088426的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
3.本发明涉及一种用于通过检测电池单元和电池感测线中的电阻的突然变化来诊断电阻异常的电池电阻诊断装置和方法。


背景技术：

4.通常，随着电池的电阻增加，在测量电池单元的电压时会出现误差。常规上，为了诊断电池的单元电压测量端子的电阻，使用外部电阻元件、最大电流和最大电压降来确定根据电压降的电阻增加。在该算法中，当在预期诊断模式下测量的电压大于最大电压降(阈值)时，确定电阻迅速增加，并且电池系统诊断出异常。
5.然而，根据诊断电池单元电阻的常规方法，由于每个电池单元中包括的电压、soc和电流不是处于相同的状态，因此实际阈值根据情况而改变。因此，在电池系统中，考虑到这一事实，将阈值定义为最大值，并且电池系统在系统的生命周期期间以固定的阈值进行操作。在该方法中，根据电池产品的生产的偏差也没有反映在阈值中，并且该阈值可能在黄金样品标准中设置得过大。
6.如上所述，根据用于诊断单电池电阻的常规方法，难以准确地诊断电池电压测量级的电阻。


技术实现要素：

7.[技术问题]
[0008]
本发明提供了一种电池电阻诊断装置和方法，其用于在各个电池单元具有相同的电压和电流的情况下(即，在充满电的情况下)检测电池单元的电阻，以准确地诊断电池单元电阻的突然变化，并且用于诊断由于电池单元电压测量误差引起的电阻，从而有助于更准确的电池单元电压测量。
[0009]
[技术方案]
[0010]
根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置，其包括：电流提供单元，其被配置为向电池单元提供预设的固定电流；电压测量单元，其被配置为在提供所述固定电流的同时测量所述电池单元的开路电压；外部电阻计算单元，其被配置为基于所述电池单元的所述开路电压和所述固定电流来计算所述电池的外部电阻值；以及异常诊断单元，其被配置为通过将计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值进行比较来诊断由于电压降引起的电池异常。
[0011]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述电压测量单元可以按照预定时段测量所述电池单元的所述开路电压，其中，所述电池电阻诊断装置可以包括存储器，
所述存储器基于在所述预定时段内测量的所述电池单元的所述开路电压来累积和存储在所述预定时段内计算出的外部电阻值。
[0012]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述预设的电阻值可以是在所述电池单元充满电之后由所述外部电阻计算单元初始计算的外部电阻值，其中，所述异常诊断单元可以基于计算出的外部电阻值与所述预设的电阻值之差是否在预定范围之外来诊断电池异常。
[0013]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述预定范围可以是在所述外部电阻计算单元中初始计算的所述外部电阻值的10％。
[0014]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，其中，所述预设的外部电阻值可以是存储在所述存储器中的在预定时段计算出的外部电阻值当中的在计算所述计算出的外部电阻值之前的计算时段计算出并存储在所述存储器中的外部电阻值，其中，所述异常诊断单元可以基于从所述预设的外部电阻值到所述计算出的外部电阻值的变化量是否在预定范围之外来诊断电池异常。
[0015]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述预定范围可以是在紧接在计算所述计算出的外部电阻值之前的计算时段中存储在所述存储器中的所述电阻值的变化量的200％。
[0016]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述电池的电阻值可以包括所述电池单元的内部电阻、所述电池单元的连接部分的引线电阻、汇流条电阻、柔性印刷电路(fpc)电阻、印刷电路板(pcb)电阻和连接器电阻中的至少一个电阻值。
[0017]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置中，所述预设的固定电流可以是电池的平衡电流。
[0018]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，该方法包括：向电池单元提供预设的固定电流；在提供所述固定电流的同时测量所述电池单元的开路电压；基于所述电池单元的开路电压和所述固定电流和来计算所述电池的外部电阻值；以及通过将计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值进行比较，来诊断由于电压降而引起的电池异常。
[0019]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述测量所述电池单元的开路电压可以包括在预定时段测量所述电池单元的所述开路电压，其中，所述方法还可以包括基于在所述预定时段测量的所述电池单元的所述开路电压，将在所述预定时段计算的外部电阻值累积并存储在存储器中。
[0020]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述预设的电阻值可以是在所述电池单元充满电之后初始计算的外部电阻值，其中，所述诊断所述电池异常可以包括基于计算出的外部电阻值与所述预设的电阻值之差是否在预定范围之外来诊断电池异常。
[0021]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述预定范围可以是所述初始计算的外部电阻值的10％。
[0022]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述预设的外部电阻值可以是存储在所述存储器中的在预定时段计算出的外部电阻值当中的在计算所述计算出的外部电阻值之前的计算时段计算出并存储在所述存储器中的外部电阻值，其中，所述诊断所述电池异常可以包括基于从所述预设的外部电阻值到计算出的外部电阻值的变化量是否在预定范围之外来诊断电池异常。
[0023]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述预定范围可以是在紧接在计算所述计算出的外部电阻值之前的计算时段中存储在所述存储器中的所述电阻值的变化量的200％。
[0024]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述电池的电阻值可以包括所述电池单元的内部电阻、所述电池单元的连接部分的引线电阻、汇流条电阻、fpc电阻、pcb电阻和连接器电阻中的至少一个电阻值。
[0025]
在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断方法中，所述预设的固定电流可以是所述电池的平衡电流。
[0026]
[有益效果]
[0027]
根据本发明的电池电阻诊断装置和方法，能够在各个电池单元具有相同的电压和电流情况下(即，在充满电的情况下)检测电池单元的电阻，以准确地诊断电池单元的电阻的突然变化，并且诊断由于电池单元电压测量误差引起的电阻，从而有助于更准确的电池单元电压测量。
附图说明
[0028]
图1是示出普通电池管理系统的配置的框图。
[0029]
图2是示出根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置的配置的框图。
[0030]
图3示出了根据本发明的实施方式的电池单元电压测量端子的电阻配置。
[0031]
图4是根据本发明的实施方式的用于诊断电池电阻的方法的流程图。
[0032]
图5是根据本发明的另一实施方式的用于诊断电池电阻的方法的流程图。
[0033]
图6是示出根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置的硬件配置的框图。
具体实施方式
[0034]
在下文中，将参照附图详细描述本发明的各种实施方式。在该文档中，相同的附图标记用于附图中的相同组件，并且省略了对相同组件的重复描述。
[0035]
对于在该文档中公开的本发明的各种实施方式，仅出于描述本发明的实施方式的目的而例示了特定的结构或功能描述，并且本发明的各种实施方式可以以各种形式实现，而不应被解释为限于本文档中描述的实施方式。
[0036]
在各种实施方式中使用的诸如“第一”、“第二”、“第一”或“第二”之类的表达可以修改各种元件而不论其顺序和/或重要性，并且不限制相应的元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，并且类似地，第二组件可以被重命名并称为第一组件。
[0037]
本文档中使用的术语仅用于描述特定实施方式，而并非旨在限制其他实施方式的范围。除非另有说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
[0038]
本文使用的所有术语(包括技术或科学术语)，可以具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。常用词典中定义的术语可以解释为与相关技术上下文中的含义具有相同或相似的含义，除非在本文档中明确定义，否则不应被解释为理想或过于正式的含义。在某些情况下，即使在本文档中定义的术语也不能解释为排除本发明的实施方式。
[0039]
图1是示出普通电池管理系统的配置的框图。
[0040]
参照图1，配置图示意性地示出了根据本发明的实施方式的电池控制系统，该电池控制系统包括电池组1和被包含在上级系统中的上级控制器2。
[0041]
如图1所示，电池组1包括：电池模块10，其由一个或更多个电池单元组成并且能够充电和放电；开关单元14，其串联连接至电池模块10的 端子侧或
‑
端子侧以控制电池模块10的充电/放电电流；以及电池管理系统20，其用于控制和管理电池模块10的电压、电流、温度等以防止过度充电和过度放电。这里，尽管电池管理系统20被描述为连接至电池模块，但是针对每个电池单元连接该电池管理系统20以监视和测量电池单元的电压和当前温度。针对每个电池单元布置电池单元管理系统(未示出)，并且多个电池单元管理系统中的每一个可以向监视和控制电池模块的电池管理系统20发送数据和从该电池管理系统20接收数据。电池单元管理系统在操作和功能上类似于电池管理系统20。
[0042]
这里，开关单元14是用于控制对电池模块10进行充电或放电的电流的半导体开关元件，并且例如可以使用至少一个mosfet。
[0043]
另外，为了监视电池组模块10的电压、电流、温度等，bms 20可以测量或计算电压和电流(诸如半导体开关元件的栅极、源极和漏极)，并且此外使用与半导体开关单元14相邻设置的传感器12来测量电池模块的电流、电压、温度等。bms 20是用于接收通过测量上述各种参数而获得的值的接口，并且可以包括多个端子和连接至这些端子以处理输入值的电路。
[0044]
另外，bms 20可以控制开关单元14(例如，mosfet)的on/off，并且可以连接至电池模块10以监视电池模块10的状态。
[0045]
上级控制器2可以将用于电池模块的控制信号发送到bms20。因此，可以基于从上级控制器施加的信号来控制bms 20的操作。本发明的电池单元可以被包括在用于ess或车辆的电池组中。但是，不限于这些用途。
[0046]
由于电池组1的配置和bms 20的配置是已知配置，因此将省略更详细的描述。
[0047]
同时，根据本发明的实施方式的电池单元诊断装置可以连接至在电池模块10中串联连接的多个电池单元中的每一个，以确定电池单元的异常。
[0048]
图2是示出根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置的配置的框图。
[0049]
参照图2，根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置100包括电流提供单元110、电压测量单元120、外部电阻计算单元130、异常诊断单元140和存储器150。
[0050]
电流提供单元110可以向电池单元提供预设的固定电流。例如，从电流提供单元110提供的固定电流可以是在电池的平衡电路(未示出)中使用的电流。
[0051]
这里，电池的平衡电路是由电阻器和连接至每个电池单元的两端的开关元件组成的电路，是指通过在电池管理系统(bms)的控制下控制开关元件进行on/off(开/关)并且通过电阻消耗电池单元的平衡电流以降低电压，从而调节每个电池单元的电压以使其匹配的电路。
[0052]
特别地，在根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置100中，当电池单元充满电时，可以在电池为开路电压(ocv)的状态下执行测量。这样，当每个电池单元充满电时(例如，在睡眠模式之前)，也就是说，当每个电池单元具有相同的电压和相同的电流时，电流提供单元110执行测量，从而可以使诊断更加准确。
[0053]
电压测量单元120可以在由电流提供单元110提供固定电流的同时测量电池单元
的ocv。在这种情况下，电压测量单元120可以测量在现有电池平衡电路中使用的固定电流通过电流提供单元110被提供给感测线和电池单元的电阻时产生的电压。
[0054]
另外，电压测量单元120可以以预定时段测量电池单元的ocv。在这种情况下，测量时段可以由根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置100的用户任意设置。
[0055]
外部电阻计算单元130可基于由电流提供单元110提供的固定电流和由电压测量单元120测量的电池单元的ocv来计算电池的外部电阻值。例如，外部电阻计算单元130可以通过将电池充满电(100％)时的ocv除以平衡电路的电流来计算电池单元的外部电阻值。
[0056]
这里，除了电池单元的内部电阻外，电池单元的外部电阻值可以包括电池的连接部分处的连接器电阻、印刷电路板(pcb)电阻、柔性印刷电路(fpc)电阻、汇流条电阻、引线电阻中的至少一个电阻值。稍后将参照图3对此进行描述。
[0057]
另外，外部电阻计算单元130可以基于计算出的外部电阻值(即，在外部电阻计算单元130中计算外部电阻值之前的计算时段中计算出的外部电阻值)与先前存储在存储器150中的外部电阻值之差来计算电阻值的变化量。例如，电阻值的变化量可以是当前计算出的外部电阻值与在存储器150中存储的前一计算时段中计算出的外部电阻值之差。
[0058]
异常诊断单元140可以通过将由外部电阻计算单元130计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值进行比较来诊断由于电压降引起的电池异常。
[0059]
具体地，异常诊断单元140可以基于由外部电阻计算单元130计算出的电阻值与电池单元充满电之后由外部电阻计算单元130初始计算的电阻值(即，初始存储在存储器150中的电阻值)之差是否在预设范围之外来诊断电池异常。在这种情况下，在电池单元充满电之后，可以将由外部电阻计算单元130初始计算的外部电阻值存储在存储器150中。此外，预定范围可以是由外部电阻计算单元130初始计算的外部电阻值的10％。
[0060]
另外，异常诊断单元140可以基于由外部电阻计算单元130计算出的外部电阻值的变化量是否在预定范围之外来诊断电池异常。在这种情况下，外部电阻值的变化量可以包括从在计算计算出的外部电阻值并将其存储在存储器中之前的计算时段中计算的外部电阻值到由外部电阻计算单元130计算的电阻值的变化量。此外，预定范围可以是在紧接在由外部电阻计算单元130计算外部电阻值之前的计算时段中计算出的电阻值的变化量(即，在先前的计算时段中计算出的外部电阻值的变化量)的200％。
[0061]
同时，在异常诊断单元140中，关于外部电阻值和外部电阻值的变化量的上述预定范围不必一定是固定值，并且可以改变。例如，异常诊断单元140可以通过诸如机器学习或大数据分析之类的各种分析技术来分析诸如外部电阻值和外部电阻值的变化的趋势或波动的模式，并且通过检测电池是否偏离正常模式来诊断电池异常。
[0062]
存储器150可以基于由电压测量单元120在预定时段内测量的电池单元的ocv来累积并存储在预定时段内计算出的外部电阻值以及外部电阻值的变化量。因此，异常诊断单元140可以使用存储在存储器150中的外部电阻值来确定电池是否异常。在这种情况下，可以由根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置100的用户任意设置存储器150存储外部电阻值和外部电阻值的变化量的时段。
[0063]
以这种方式，根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置，能够在各个电池单元具有相同的电压和电流的情况下(即，在充满电的情况下)检测电池单元的电阻，以准确地诊断电池单元电阻的突然变化，并且诊断由于电池单元电压测量误差引起的电阻，从而有
助于更准确的电池单元电压测量。
[0064]
图3示出了根据本发明的实施方式的电池单元电压测量端子的电阻配置。
[0065]
参照图3，根据本发明的实施方式的电池单元电压测量端子30可以包括电池单元31、感测线32和电池管理控制器(cmc)33。
[0066]
根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置，除了电池单元31的内部电阻
①
之外，还能够测量在电池单元31和cmc 33之间的感测线32中包括的电池单元的连接部分处的诸如引线电阻
②
、汇流条电阻
③
、fpc板电阻
④
、fpc连接部分电阻
⑤
以及pcb图案和连接器电阻
⑥
之类的所有外部电阻元件。但是，图3所示的电阻元件仅是作为示例，并且可以包括影响电池单元31的电阻的增加(劣化)的任何电阻元件。
[0067]
例如，cmc 33可以是从电池管理系统(bms)。此时，从电池管理系统布置在每个电池单元中。每个从电池管理系统测量并监视多个电池单元的温度、电压或电流，并将监视的信息发送到上级系统，并通过接收上级系统中的电池单元的控制命令来控制连接的电池单元。
[0068]
图3所示的cmc 33可以包括执行参照图2描述的电池单元诊断功能的处理器。另外，cmc设置有电池单元的平衡电路，从而可以向电池单元提供固定的电流以计算电阻。
[0069]
图4是根据本发明的实施方式的用于诊断电池电阻的方法的流程图。
[0070]
首先，当电池单元充满电并且转换为ocv状态时，预设的固定电流被提供给电池单元(s110)。这里，所提供的固定电流可以是在电池的平衡电路中使用的电流。
[0071]
这样，在操作s110中，通过在电池单元的充满电状态下开始测量，可以在相同的电压和电流下进行诊断。因此，在常规的电池系统中，可以减少由于每个电池单元的电压、soc、电流等的差异引起的测量误差。
[0072]
然后，在向电池单元提供固定电流的同时，测量电池单元的ocv(s120)。在这种情况下，可以测量当在电池的常规平衡电路中使用的固定电流被提供给诸如感测线和电池单元的电阻时产生的电压。另外，在操作s120中，可以在预定时段内测量电池单元的ocv。在这种情况下，可以由本发明的实施方式的电池电阻诊断装置的用户任意地设置测量时段。
[0073]
接下来，基于电池单元的固定电流和ocv来计算电池的外部电阻值(s130)。在这种情况下，可以通过将充满电(100％)时的ocv除以平衡电路的电流来计算电池单元的外部电阻值。在操作s140中，将在操作s130中计算出的外部电阻值存储在存储器中。
[0074]
然后，确定在操作s130中计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值之差是否在预定范围之外(s150)。例如，预设的外部电阻值可以包括在电池单元充满电之后初始计算的外部电阻值(即，初始存储在存储器150中的电阻值)。另外，预定范围可以是初始计算的外部电阻值的10％。
[0075]
当在操作s150中计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值之差未超过预定范围(否)时，处理返回至操作s110。
[0076]
如果在操作s150中计算出的外部电阻值与预设的外部电阻值之差在预定范围之外(是)，则确定在电池单元中出现了异常(s160)。
[0077]
如上所述，根据图4，可以基于第一测量的外部电阻值来检测电阻的突然变化是否偏离预定阈值。
[0078]
图5是根据本发明的另一实施方式的用于诊断电池电阻的方法的流程图。
[0079]
图5的操作s210至s230与图4的操作相同，因此将省略对其进行的详细描述。
[0080]
在操作s240中，基于计算出的外部电阻值与在计算计算出的外部电阻值之前的计算时段中存储在存储器中的外部电阻值之差来计算外部电阻值的变化量。例如，外部电阻值的变化量可以是当前计算出的电阻值与存储在存储器中的前一计算时段中计算出的电阻值之差。然后，将计算出的外部电阻值的变化量存储在存储器中(s250)。
[0081]
接下来，确定外部电阻值的变化量是否在预定范围之外(s260)。在这种情况下，预定范围可以是相对于在紧接在计算外部电阻值之前的计算时段中存储在存储器中的电阻值的变化量(即，在前一计算时段中计算出的外部电阻值的变化量)的200％。
[0082]
如果在操作s260中计算出的外部电阻值未超过预定范围(否)，则处理返回至操作s210。
[0083]
如果在步骤s260中计算出的外部电阻值在预定范围之外(是)，则确定在电池单元中出现了异常(s270)。
[0084]
如上所述，根据图5，可以使用外部电阻值的变化量(例如，紧接之前计算出的电阻值的变化量)来诊断与累积数据相比的电阻的变化(劣化)程度是否迅速发展。
[0085]
另一方面，这里，尽管描述已被划分为图4和图5，但是通过一起执行根据图4的电阻变化的检测和根据图5的电阻变化量的检测，当外部电阻值和外部电阻值的变化量两者都超过参考值时，可以确定电池单元中出现了异常。
[0086]
以这种方式，根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置，能够在各电池单元具有相同的电压和电流的情况下(即，充满电的情况下)检测电池单元的电阻，以准确地诊断电池单元电阻的突然变化，并且诊断由于电池单元电压测量误差引起的电阻，从而有助于更准确的电池单元电压测量。
[0087]
图6是示出根据本发明的实施方式的电池电阻诊断装置的硬件配置的框图。
[0088]
如图6所示，电池电阻诊断装置600可以包括：微控制器(mcu)610，其控制各种处理和配置；存储器620，其中记录了操作系统程序和各种程序(例如，电池组异常诊断程序或电池组温度估计程序)；输入/输出接口630，其在电池单元模块和/或开关单元(例如，半导体开关元件)之间提供输入接口和输出接口；以及通信接口640，其能够通过有线或无线通信网络与外部(例如，上级控制器)通信。以这种方式，根据本发明的计算机程序可以被记录在存储器620中并且由微控制器610处理，并且例如可以被实现为执行图2所示的每个功能块的模块。
[0089]
在上文中，即使构成本发明的实施方式的所有组件被描述为被组合为一个或组合地操作，但是本发明不必限于这些实施方式。也就是说，在本发明的目的范围内，所有构成元件都可以选择性地组合并以一个或更多个来操作。
[0090]
另外，上面描述的诸如“包括”、“由
……
组成”或“具有”之类的术语表示可以存在相应的构成组件(除非另有说明)，并且应当解释为可以进一步包括其他组件而不是排除其他组件。除非另外定义，否则所有术语(包括技术或科学术语)均具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如字典中定义的术语之类的常用术语应被解释为与相关技术的上下文的含义一致，并且除非在本发明中明确定义，否则它们不会以理想或过于正式的含义来解释。
[0091]
以上描述仅是本发明技术思想的示例，并且本发明所属领域的普通技术人员将能
够做出各种修改和变型而不背离本发明的基本特征。因此，本发明中公开的实施方式并非旨在限制本发明的技术思想，而是用于解释，并且本发明的技术思想的范围不受这些实施方式的限制。本发明的保护范围应该由下面的权利要求书来解释，并且与之等效的范围内的所有技术思想都应被解释为包括在本发明的范围内。