电压感测电路、电池组和电池系统的制作方法

1.本公开涉及用于感测电池电压的技术。
2.本技术要求在2020年4月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0046094的权益，其公开以其整体通过引用并入本文。


背景技术：

3.近来，对诸如膝上型计算机、摄影机和移动电话的便携式电子产品的需求已经快速增加，并且随着电动车辆、用于能量存储的蓄能器、机器人和卫星的广泛发展，正在对能够被重复地再充电的高性能电池作出很多研究。
4.当前地，市售电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且在它们之中，锂电池几乎没有或者没有记忆效应，并且因此由于它们的无论何时只要方便便能够实现再充电、自放电率非常低以及能量密度高的优点，它们正在获得比镍基电池更多的关注。
5.为了长期安全并且有效率地使用电池，有必要准确地感测电池的电压。通过分别地将诸如ad8452的单一类型的电压感测电路的一对输入引脚电连接到电池的正极端子和负极端子来感测跨电池的电压。然而，在电压感测电路或者连接到电压感测电路的构件中发生故障的情形中，难以适当地感测电池的电压。


技术实现要素：

6.技术问题
7.本公开被设计为解决以上描述的问题，并且因此本公开旨在提供一种用于独自地或者与另一个电压感测电路相结合地检测跨电池的电压的电压感测电路，和一种包括该电压感测电路的电池组。
8.本公开的这些和其他目的和优点可以通过以下描述来理解并且根据本公开的实施例将是清楚的。另外，将易于理解，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求中阐述的手段及其组合来实现。
9.技术方案
10.根据本公开的方面的一种用于电池的电压感测电路包括：第一子感测电路，其包括光发射装置并且并联电连接到电池；和第二子感测电路，包括光学耦合到光发射装置的光接收装置，并且从第一子感测电路电隔离。光发射装置被配置为响应于跨光发射装置的电压产生光信号。第二子感测电路被配置为响应于光信号输出电压感测信号，其指示跨电池的电压的电平。当跨电池的电压等于指示电池的过电压状态的第一参考电压时，跨光发射装置施加低于第一参考电压的第二参考电压。第二参考电压低于光发射装置的阈值电压。
11.光接收装置可以包括光电寄存器或者光电晶体管中的至少一个。
12.当跨光发射装置施加第二参考电压时光发射装置的电阻可以大于当跨光发射装置施加阈值电压时光发射装置的电阻。
13.第一子感测电路可以进一步包括串联电连接到光发射装置的二极管串。二极管串包括至少一个二极管。
14.当跨第一子感测电路施加第一参考电压时，可以跨二极管串施加低于第一参考电压的第三参考电压。
15.当跨第一子感测电路施加第一参考电压时，第二参考电压与光发射装置的电阻之间的第一比率可以等于第三参考电压与二极管串的电阻之间的第二比率。
16.当跨第一子感测电路施加第一参考电压时，并联电连接到电池的相邻电路的等效电阻与第一子感测电路的电阻之间的总并联电阻可以等于或者大于等效电阻的预定比率。
17.第二子感测电路可以进一步包括串联电连接到光接收装置的电阻器，和根据跨电阻器的电压产生电压感测信号的模拟-数字转换器。
18.根据本公开的另一个方面的一种电池组包括该电压感测电路。
19.根据本公开的又一个方面的一种电池系统包括该电池组。
20.有利的效果
21.根据本公开的实施例中的至少一个的电压感测电路包括并联电连接到电池的两个端子的第一子感测电路和光学耦合到第一子感测电路的第二子感测电路，以独自地或者与另一个电压感测电路相组合地间接地检测跨电池的电压。
22.另外，根据本公开的实施例中的至少一个的电压感测电路可以使用包括在电压感测电路中的光发射装置的子阈值电压范围中的电压-电流-电阻特性来感测电池的电压。因此，当电池的电压在预定正常范围中时，第一子感测电路的电阻等于或者大于预定电阻，由此减小对另一个感测电路的电池电压感测操作的影响。
23.本公开的效果不限于以上提到的效果，并且根据所附权利要求，本领域技术人员将清楚地理解这些和其他效果。
附图说明
24.附图示意本公开的优选实施例，并且与以下描述的本公开的详细描述一起用于提供本公开的技术方面的进一步理解，并且因此本公开不应该被理解为限制于附图。
25.图1是示例性地示出根据本公开的实施例的电池系统的图。
26.图2是示例性地示出根据本公开的实施例的电压感测电路的配置的图。
27.图3是示例性地示出图2的光发射装置的电压-电流关系特性的曲线图。
28.图4是示例性地示出图2的光发射装置的电压-电阻关系特性的曲线图。
29.图5是示例性地示出图2的二极管串的电压-电流关系特性的曲线图。
30.图6是示例性地示出图2的二极管串的电压-电阻关系特性的曲线图。
具体实施方式
31.在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语或者单词不应该被理解为限制于一般的和字典的含义，而是在允许本发明人为了最佳解释适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。
32.因此，在这里描述的实施例和在附图中示出的示意只是本公开的最优选的实施
例，而非旨在完全描述本公开的技术方面，从而应该理解，在提交该申请时，可能已经对此作出各种其他等同和修改。
33.包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语被用于在各种元件之中将一个元件区别于另一个，而非旨在通过术语来限制元件。
34.除非上下文清楚地另有指示，否则将会理解，当在该说明书中使用时，术语“包括”规定存在所声明的元件，但是不排除存在或者添加一个或者多个其他元件。
35.另外，贯穿本说明书，将进一步理解，当一个元件被称作“连接到”另一个元件时，它能够被直接地连接到其他元件或者可以存在居间的元件。
36.图1是示例性地示出根据本公开的实施例的电池系统10的图。
37.参考图1，电池系统10包括电池组20和充电/放电控制装置30。电池系统10指的是电池组20在其上安装的电气装置，诸如，例如电动车辆或者能量存储系统。
38.电池组20包括电池b和感测装置40。电池b包括至少一个可再充电单元单体。当电池b包括至少两个单元单体时，它们被串联或者并联电连接。
39.感测装置40被设置成单独地感测电池b的电流、温度和电压。感测装置40可以包括电流感测电路50、温度感测电路60和电压感测电路70。
40.电流感测电路50被设置成电连接到电池b的充电/放电路径。电流感测电路50被配置为产生指示通过电池b流动的电流的大小和方向的信号。例如，分流电阻器和/或霍尔效应装置可以被用作电流感测电路50。
41.温度感测电路60位于距电池b预定距离内并且被配置为产生指示电池b的温度的信号。例如，负温度系数(ntc)热敏电阻器可以被用作温度感测电路60。
42.电压感测电路70通过电池b的正极端子和负极端子并联电连接到电池b。电压感测电路70被配置为产生指示跨电池b的电压(在下文中称作“电池的电压”)的信号。如下将参考图2描述电压感测电路70的详细配置。
43.感测装置40可以进一步包括另外的电压感测电路80。以与电压感测电路70相同的方式，电压感测电路80被并联电连接到电池b，并且感测电池b的电压。电压感测电路70可以是诸如ad8452的模拟前端。当感测装置40设置有电压感测电路70和电压感测电路80时，该两个电压感测电路70、80彼此互补。
44.感测装置40向充电/放电控制装置30传输所感测的电池b的电流、温度和电压中的每一个的感测信号。充电/放电控制装置30被设置成基于来自感测装置40的感测信号控制电池b的充电/放电。充电/放电控制装置30可以包括控制器、继电器、dc-dc转换器或者dc-ac转换器中的至少一个。例如，当感测信号指示电池b的异常状态(例如，过电压)时，充电/放电控制装置30的控制器可以通过关断继电器、dc-dc转换器或者dc-ac转换器中的至少一个来停止电池b的充电/放电。
45.图2是示例性地示出根据本公开的实施例的电压感测电路70的配置的图。为了帮助理解，图2仅仅示出电池b和电压感测电路70。
46.参考图1和2，电压感测电路70包括第一子感测电路110和第二子感测电路120。
47.第一子感测电路110被并联电连接到电池b。第一子感测电路110包括光发射装置111。光发射装置111共同地指根据跨光发射装置111的电压电平改变从光发射装置111发射的光的强度的任何装置，诸如，例如发光二极管(led)。光发射装置111被配置为响应于由电
池b跨光发射装置111施加的电压产生光信号。光信号的光强度与光发射装置111的正向电压具有唯一的对应关系。
48.第一子感测电路110进一步包括二极管串112。在此情形中，第一子感测电路110可以被视为光发射装置111和二极管串112的串联电路。二极管串112被串联电连接到光发射装置111。二极管串112包括单个二极管d或者串联电连接的至少两个二极管d。光发射装置111和每一个二极管d在电池b的电压在正向方向上被施加的方向上电连接。
49.假定v
bat
是电池b的电压，v1是光发射装置111的电压，并且v2是二极管串112的电压。v
bat
》v1，v
bat
》v2，并且它可以被简化为v
bat
＝v1 v2。相应地，当电池b的电压等于指示电池b的过电压状态的第一参考电压(例如，4.2v)时，跨光发射装置111施加低于第一参考电压的第二参考电压(例如，1.674v)，并且跨二极管串112施加低于第一参考电压的第三参考电压。第二参考电压(见图3的v
r2
)低于光发射装置111的阈值电压(见图3的v
th1
)。光发射装置111的阈值电压指示当在正向方向上预定水平的电流流动通过光发射装置111时光发射装置111的正向压降。作为等于或者大于光发射装置111的阈值电压的电压范围可以称作“主阈值电压范围”，并且作为小于光发射装置111的阈值电压的电压范围可以称作“子阈值电压范围”。子阈值电压范围是使用微电流(例如，在几微安的水平上)的范围，从而低功率是可行的。
50.第二子感测电路120被配置为响应于来自第一子感测电路110的光信号输出指示跨电池b的电压电平的电压感测信号。
51.第二子感测电路120包括光接收装置121。光接收装置121被光学耦合到光发射装置111。光接收装置121共同地指通过传输到光接收装置121的光的强度改变其电阻的任何装置。例如，光电寄存器和光电晶体管可以被用作光接收装置121。
52.第二子感测电路120可以进一步包括电阻器122和模拟-数字转换器123。电阻器122在电压源v
cc
和接地之间被串联电连接到光接收装置121。电阻器122具有唯一电阻。光接收装置121和电阻器122的串联电路可以用作分压器对来自电压源v
cc
的恒定电压进行分压。
53.模拟-数字转换器123的信号输入引脚被电连接到在光接收装置121和电阻器122之间的连接节点。模拟-数字转换器123将作为模拟输入的跨电阻器122的电压转换成作为电压感测信号的数字输出。如上所述，由光发射装置111发射的光信号的光强度取决于光发射装置111的电压而改变，并且光接收装置121响应于传输到光接收装置121的光的强度改变其电阻。因为模拟输入取决于光接收装置121的电阻而改变，所以数字输出指示电池b的电压电平。
54.图3是示例性地示出图2的光发射装置111的电压-电流关系特性的曲线图1，并且图4是示例性地示出图2的光发射装置111的电压-电阻关系特性的曲线图。
55.参考图2到4，能够看到光发射装置111的电流从当光发射装置111的电压v1超过阈值电压v
th1
时的时刻非常快速地增加。另外，光发射装置111的电阻从当光发射装置111的电压v1超过阈值电压v
th1
时的时刻快速地降低。
56.当跨光发射装置111施加第二参考电压v
r2
时光发射装置111的电阻可以大于当跨光发射装置111施加阈值电压v
th1
时光发射装置111的电阻。
57.图5是示例性地示出图2的二极管串112的电压-电流关系特性的曲线图，并且图6是示例性地示出图2的二极管串112的电压-电阻关系特性的曲线图。
58.参考图2、5和6，能够看到二极管串112的电流从当二极管串112的电压v2超过阈值电压v
th2
时的时刻非常快速地增加。另外，二极管串112的电阻从当二极管串112的电压v1超过阈值电压v
th2
时的时刻非常快速地降低。二极管串112的阈值电压v
th2
指示当在正向方向上预定水平的电流流动通过二极管串112时二极管串112的正向压降。
59.当跨二极管串112施加第三参考电压v
r3
时二极管串112的电阻可以大于当跨二极管串112施加二极管串112的阈值电压v
th2
时二极管串112的电阻。
60.当电池b的电压等于或者低于第一参考电压时，流动通过光发射装置111的正向电流和流动通过二极管串112的正向电流相等。例如，当跨第一子感测电路110施加第一参考电压时，第二参考电压与光发射装置111的电阻之间的第一比率等于第三参考电压与二极管串112的电阻之间的第二比率。
61.同时，当作为相邻电路的电压感测电路80被并联电连接到电池b时，由于电压感测电路70的电压-电流-电阻特性，误差可能在电压感测电路80中发生。原因在于，电压感测电路80具有唯一等效电阻，并且第一子感测电路110的电阻取决于电池b的电压而改变。参考图4和6，能够看到随着光发射装置111的电压增加，光发射装置111的电阻降低，并且随着二极管串112的电压增加，二极管串112的电阻降低。
62.假定电池b的电压等于或者低于第一参考电压。当光发射装置111的电压是第二参考电压时，光发射装置111的电阻可以为最小，并且当二极管串112的电压是第三参考电压时，二极管串112的电阻可以为最小。因此，当电池b的电压是第一参考电压时，作为光发射装置111的电阻和二极管串112的电阻之和的第一子感测电路110的电阻可以为最小。
63.根据电阻器的并联组合的原理，在第一子感测电路110的电阻更小时，对相邻电路的等效电阻的影响更大。因此，当第一子感测电路110的电阻被最小化时，有必要使得相邻电路的等效电阻与第一子感测电路110的电阻之间的总并联电阻等于或者大于相邻电路的等效电阻的预定比率(例如，98％)。这里，该预定比率用于确保电压感测电路80的电压感测结果的准确度，并且可以基于电压感测电路80的电压感测偏移进行预设。
64.在上文中描述的本公开的实施例不仅仅通过设备和方法实施，并且可以通过执行对应于本公开的实施例的配置的功能的程序或者具有在其上记录的程序的记录介质来实施，并且从在前描述的实施例的公开，本领域技术人员可以易于实现这种实施方式。
65.虽然已经在上文中关于有限数目的实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员而言明显的是，在本公开的技术方面和所附权利要求的等价范围内，可以对此作出各种修改和改变。
66.另外，因为在不偏离本公开的技术方面的情况下本领域技术人员可以对在上文中描述的本公开作出很多替代、修改和改变，所以本公开不受以上描述的实施例和附图限制，并且某些或者所有的实施例的可以被选择性地组合以允许各种修改。