CN113330288B - 温度测量装置，包括其的电池装置和温度测量方法 - Google Patents

温度测量装置，包括其的电池装置和温度测量方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于测量电池组温度的温度测量装置。第一电阻器连接在第一电源和第一节点之间，第二电阻器连接在第二节点和第二电源之间。电阻值根据温度而变化的变温电阻元件连接在第一节点和第二节点之间。处理器基于第一温度和第二温度中的至少一个来测量电池组的温度，所述第一温度基于第一节点的电压测量，所述第二温度基于第二节点的电压测量。

Description

温度测量装置，包括其的电池装置和温度测量方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月29日提交的韩国专利申请No.10-2019-0135681的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
所描述的技术涉及一种温度测量装置和包括该温度测量装置的电池装置。
背景技术
电动车辆是通过驱动主要使用电池作为动力源的马达获得动力的车辆。电动车辆正在被积极研究，因为它们是可以解决内燃机车辆的污染和能量问题的替代物。此外，可再充电电池用于电动车辆以外的各种电子设备中。
电池管理***用于管理电池。电池管理***监测包括在电池中的电池电芯的诸如电压、充电状态和温度的信息。电池管理***使用称为热敏电阻的半导体器件来监测电池电芯的温度。热敏电阻是一种电阻，其电阻取决于温度。存在具有负系数的热敏电阻和具有正系数的热敏电阻，所述负系数的热敏电阻的电阻随着温度升高而降低，所述正系数的热敏电阻的电阻随着温度升高而增加。
作为使用热敏电阻的温度监测方法，有一种通过上拉电阻器将热敏电阻的一端连接到地端并且将热敏电阻的另一端连接到电源，并且监测热敏电阻的两端之间的电压的方法。在这种情况下，如果上拉电阻器的电阻由于外部损坏而改变(这被称为“参数变化故障”)，则电池管理***可能不正确地测量温度。特别地，当上拉电阻器开路或短路时，电阻极大地改变。在这种情况下，由于电池管理***检测到大约0V或对应于电源的电压，所以可以诊断出上拉电阻器的异常。然而，当上拉电阻中的电阻变化小时，不能诊断出上拉电阻器的异常。因此，由于参数变化故障而错误测量的温度会对功能安全性产生不利影响。
发明内容
技术问题
实施方式可以提供能够精确地测量温度或诊断参数变化故障的温度测量装置和包括该温度测量装置的电池设备。
技术方案
根据一个实施方式，提供了一种用于测量电池组温度的温度测量装置。温度测量装置包括第一电阻器、第二电阻器、变温电阻元件和处理器。第一电阻器连接在第一电源和第一节点之间，第二电阻器连接在第二节点和第二电源之间。变温电阻元件连接在第一节点和第二节点之间，并且变温电阻元件的电阻根据温度而变化。处理器基于第一温度和第二温度中的至少一个来测量电池组的温度，所述第一温度基于第一节点的电压测量，所述第二温度基于第二节点的电压测量。
当第一温度不同于第二温度时，处理器可以确定温度测量无效。
温度可变电阻元件可以是热敏电阻。
处理器可以通过使用映射了电压和温度之间的关系的表，将第一节点的电压转换为第一温度，将第二节点的电压转换为第二温度。
温度测量装置还可以包括模数转换器，所述模数转换器将第一节点的电压转换成要传送到处理器的数字值，将第二节点的电压转换成要传送到处理器的数字值。
第二电源可以是接地端子。
根据另一实施方式，提供了一种包括电池组、温度感测电路和处理器的电池装置。温度感测电路包括连接在第一电源和第一节点之间的第一电阻器、连接在第二节点和第二电源之间的第二电阻器以及连接在第一节点和第二节点之间的变温电阻元件，所述变温电阻元件的电阻根据温度而变化。处理器基于第一温度和第二温度中的至少一个来测量电池组的温度，所述第一温度基于第一节点的电压测量，所述第二温度基于第二节点的电压测量。
根据又一实施方式，提供了一种使用变温电阻元件测量电池组的温度的方法。该方法包括以下步骤：测量在上拉电阻器和变温电阻元件之间将预定电源的电压划分成的第一电压；测量在变温电阻元件和下拉电阻器之间将预定电源的电压划分成的第二电压；基于第一电压测量第一温度；基于第二电压测量第二温度；以及基于所述第一温度和所述第二温度中的至少一个来测量所述电池组的温度。
有益效果
根据实施方式，由于可以诊断参数变化故障的发生，所以可以防止功能安全性由于参数变化故障不正确地测量的温度而受到不利影响。
附图说明
图1是示出根据实施方式的电池装置的图。
图2是示出电池管理***的温度测量装置的图。
图3是示出根据实施方式的电池管理***的温度测量装置的图。
图4是示出根据另一实施方式的电池管理***的温度测量装置的图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅通过说明的方式示出和描述了本发明的某些实施方式。如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施方式。因此，附图和说明书被认为是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
当描述一个元件“连接”到另一个元件时，应当理解该元件可以直接连接到另一个元件或通过第三元件连接到另一个元件。另一方面，当描述一个元件“直接连接”到另一个元件时，应当理解该元件不通过第三元件连接到另一个元件。
如本文所用，单数形式也可旨在包括复数形式，除非使用诸如“一个”或“单个”这样的明确表达。
图1是示出根据实施方式的电池装置的图。
参照图1，电池装置100具有可通过正链接端子DC(+)和负链接端子DC(-)电连接到外部装置的结构。当外部装置是负载时，电池装置100通过操作作为向负载供电的电源而放电。当外部装置是充电器时，通过经由充电器接收外部电力来对电池装置100充电。作为负载工作的外部装置可以是例如电子设备、运动装置或能量存储***(ESS)。运动装置可以是例如电动车辆、混合动力车辆或智能移动设备。
电池装置100包括电池组110、电池管理***(BMS)120以及开关131和132。
电池组110包括多个电池电芯(未示出)。在一些实施方式中，电池电芯可以是可再充电电池。在一个实施方式中，电池组110可以包括串联连接预定数量的电池电芯的电池模块。在另一实施方式中，可在电池组110中串联或并联连接预定数目的电池模块以供应所需电力。
电池组110的多个电池电芯通过导线电连接到电池管理***120。电池管理***120可以收集和分析与电池电芯相关的各种信息(包括关于电池电芯的信息)，以控制电池电芯的充电和放电、电芯平衡、保护操作以及开关131和132的操作。
电池管理***120包括温度感测电路121和处理器122。温度感测电路121检测与电池电芯的温度相对应的信息，并且处理器122基于由温度感测电路121检测到的信息来测量电池电芯的温度。在一些实施方式中，温度感测电路121可以包括变温电阻元件，其形成在与电池电芯中的预定电池电芯相对应的位置处。在一个实施方式中，可以提供分别形成在多个位置处的多个温度感测电路121。在一个实施方式中，温度可变的电阻元件可以是热敏电阻。
开关131和132连接在电池组110和外部装置10之间以控制电池组110和外部装置10之间的电连接。例如，开关131可以连接在正输出端子PV(+)和正链接端子DC(+)之间，电池组110的正电压被输出到正输出端子PV(+)，正链接端子DC(+)连接到外部装置10，开关132可以连接在负输出端子PV(-)和负链接端子DC(-)之间，电池组110的负电压被输出到负输出端子PV(-)，负链接端子DC(-)连接到外部装置10。开关131和132通过从电池管理***120的处理器122供应的信号而操作。
接下来，参照图2至图4描述根据各种实施方式的电池管理***的温度测量装置。
首先，参考图2描述电池管理***的一般温度测量装置。
图2是示出电池管理***的温度测量装置的图。
参照图2，温度测量装置200包括温度感测电路210和处理器220。
温度感测电路210包括串联连接在提供电源电压的电源Vref和接地端子之间的上拉电阻器R1和变温电阻元件T1。具体地说，上拉电阻器R1的第一端子连接到提供电源电压的电源Vref，上拉电阻器R1的第二端子连接到温度感测电路210的输出节点OUT1。变温电阻元件T1的第一端子连接到输出节点OUT1，变温电阻元件T1的第二端子连接到接地端子。温度感测电路210的输出节点OUT1通过导线连接到处理器220。
在一些实施方式中，变温电阻元件T1可以是热敏电阻。在一个实施方式中，变温电阻元件T1可以是负温度系数(NTC)热敏电阻。
在一些实施方式中，变温电阻元件T1可以形成在与多个电池电芯中的预定电池电芯C1相对应的位置处。
由于根据电池电芯的温度来确定变温电阻元件T1的电阻，所以温度感测电路210基于电源电压Vref被上拉电阻器R1和变温电阻元件T1划分的电压来感测电池电芯(即，电池组)的温度。处理器220通过输出节点OUT1接收电源电压Vref被上拉电阻器R1和变温电阻元件T1划分的电压，并基于划分的电压测量电池电芯的温度。在一些实施方式中，处理器220可以包括表，在该表中映射划分的电压和温度之间的关系，并且可以使用该表将划分的电压转换为温度。
在图2所示的温度测量装置200中，可能发生参数变化故障，例如由于外部损坏引起的上拉电阻器R1的电阻变化。在这种情况下，由于上拉电阻器R1的电阻变化,与根据在电池电芯中实际感测的温度的电压不同的电压通过输出节点OUT1输出，并且处理器220不正确地测量温度。然而，由于处理器220通常从温度感测电路210接收电压，因此存在处理器220不能确定所测量的温度是不正确的温度的问题。
图3是示出根据实施方式的电池管理***的温度测量装置的图。
参照图3，温度测量装置300包括温度感测电路310和处理器320。
温度感测电路310包括串联连接在提供电源电压的电源Vref和接地端子之间的上拉电阻器R21、变温电阻元件T2和下拉电阻器R22。具体地，上拉电阻器R21连接在提供电源电压Vref的电源和温度感测电路310的第一输出节点OUT21之间。变温电阻元件T2连接在温度传感电路310的第一输出节点OUT21和第二输出节点OUT22之间。下拉电阻R22连接在第二输出节点OUT22和接地端子之间。第一输出节点OUT21和第二输出节点OUT22通过导线连接到处理器320。
在一些实施方式中，可以使用具有比电源电压Vref低的电压的电源来代替接地端子。
在一些实施方式中，变温电阻元件T2可以是热敏电阻。在一个实施方式中，变温电阻元件T2可以是NTC热敏电阻。
在一些实施方式中，变温电阻元件T2可以形成在与多个电池电芯中的预定电池电芯C1相对应的位置处。
在一些实施方式中，处理器320可以是微控制器单元(MCU)。
由于基于电池电芯的温度来确定变温电阻元件T2的电阻，所以温度感测电路210基于电源电压Vref被上拉电阻器R21、变温电阻元件T2和下拉电阻器R22划分成的电压来感测电池电芯(即，电池组(图1的110))的温度。输出节点OUT21的电压V1是上拉电阻器R21和变温电阻元件T2之间的电压。具体地，电压V1是通过将参考电压Vref除以上拉电阻器R21、变温电阻元件T2和下拉电阻R22的电阻和乘以变温电阻元件T2和下拉电阻R22的电阻和而获得的值，如等式1所示。输出节点OUT22的电压是变温电阻元件T2和下拉电阻R22之间的电压。具体地，电压是通过将参考电压Vref除以上拉电阻器R21、变温电阻元件T2和下拉电阻R22的电阻和乘以下拉电阻R22的电阻而获得的值，如等式2所示。
[等式1]
[等式2]
在等式1和2中，Rt是变温电阻元件T2的电阻。
处理器320通过输出节点OUT21接收划分的电压V1，并基于划分的电压V1测量电池电芯的温度。此外，处理器320通过输出节点OUT22接收划分的电压V2，并基于划分的电压V2测量电池电芯的温度。在这种情况下，可以设置处理器320，使得当上拉电阻器R21和下拉电阻器R22正常时，基于电压V1测量的温度等于基于电压V2测量的温度。在一些实施方式中，处理器320可以将电池电芯的温度测量为基于两个电压V1和V2中的一个电压的温度。
在一些实施方式中，处理器220可以包括映射电压V1和温度之间的关系的表，以及映射电压V2和温度之间的关系的表，并且使用这些表将划分的电压V1和V2转换成温度。
在这种情况下，当上拉电阻器R21或下拉电阻R22的电阻改变时，电压V1和V2的大小改变。因此，基于电压V1计算的温度可以不同于处理器320基于电压V2计算的温度。例如，在除非上拉电阻器R21或下拉电阻器R22的电阻已经改变否则温度被测量为25度的环境中，基于电压V1的温度可能被测量为28度，并且基于电压V2的温度可能被测量为22度。然后，因为基于两个电压V1和V2的温度彼此不同，所以处理器320可以确定所测量的温度是无效的，并且诊断上拉电阻器R21或下拉电阻器R22的电阻的变化(即，参数变化故障)已经发生。
这样，由于可以诊断参数变化故障的发生，所以可以防止功能安全性由于参数变化故障而不正确地测量的温度而受到不利影响。
图4是示出根据另一实施方式的电池管理***的温度测量装置的图。
参照图4，温度测量装置400还包括模数转换器(ADC)431和432。
ADC 431的输入端子连接到温度感测电路310的第一输出节点OUT21，并且AD C431的输出端子连接到处理器320。ADC 431将第一输出节点OUT21的电压V1转换成数字值并将其传送到处理器320。
ADC 432的输入端子连接到温度感测电路310的第二输出节点OUT22，并且ADC 432的输出端子连接到处理器320。ADC 432将第二输出节点OUT22的电压V2转换为数字值并将其传送到处理器320。
因此，处理器320可以接收数字信号作为输入并处理该数字信号。
在一些实施方式中，可以提供测量电池组温度的方法。在测量温度的方法中，电池装置可以测量第一电压(例如，V1)，预定电源电压(例如，图3的Vref)在上拉电阻器(例如，图3的R21)和变温电阻元件(例如，图3的T2)之间被划分成该第一电压，并且电池装置测量第二电压(例如，V2)。预定电源Vref的电压在变温电阻元件T2和下拉电阻器(例如图3的R22)之间被划分成该第二电压。电池装置可基于第一电压测量第一温度，基于第二电压测量第二温度，然后基于第一温度和第二温度中的至少一个温度来测量电池组的温度。
虽然已经结合当前被认为是实际的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (9)

1.一种用于测量电池组的温度的温度测量装置，该温度测量装置包括：
第一电阻器，其连接在第一电源和第一节点之间；
第二电阻器，其连接在第二节点和第二电源之间；
变温电阻元件，其连接在所述第一节点与所述第二节点之间，所述变温电阻元件的电阻根据温度而变化；以及
处理器，其基于第一温度和第二温度中的至少一个来测量所述电池组的温度，所述第一温度基于所述第一节点的电压测量，所述第二温度基于所述第二节点的电压测量，
其中，当所述第一温度不同于所述第二温度时，所述处理器确定温度测量无效。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述变温电阻元件是热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述处理器通过使用映射电压和温度之间的关系的表，将所述第一节点的电压转换为所述第一温度，将所述第二节点的电压转换为所述第二温度。
4.根据权利要求1所述的温度测量装置，该温度测量装置进一步包括模数转换电路，其将所述第一节点的电压转换为要传输到所述处理器的数字值，将所述第二节点的电压转换为要传输到所述处理器的数字值。
5.根据权利要求4所述的温度测量装置，其中，所述模数转换电路包括第一模数转换器和第二模数转换器，所述第一模数转换器连接在所述第一节点和所述处理器之间并且将所述第一节点的电压转换为要传输到所述处理器的数字值，所述第二模数转换器连接在所述第二节点和所述处理器之间并将所述第二节点的电压转换为要传输到所述处理器的数字值。
6.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述第二电源是接地端子。
7.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述第一电阻器是上拉电阻器，所述第二电阻器是下拉电阻器。
8.一种电池装置，该电池装置包括：
电池组；
根据权利要求1-7中任一项所述的温度测量装置。
9.一种使用变温电阻元件测量电池组的温度的方法，所述方法包括以下步骤：
测量第一电压，预定电源的电压在上拉电阻器和所述变温电阻元件之间被划分成所述第一电压；
测量第二电压，所述预定电源的电压在所述变温电阻元件和下拉电阻器之间被划分成所述第二电压；
基于所述第一电压测量第一温度；
基于所述第二电压测量第二温度；以及
基于所述第一温度和所述第二温度中的至少一个来测量所述电池组的温度，
当所述第一温度不同于所述第二温度时，确定温度测量无效。
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