KR100448840B1 - Apparatus for Measuring Multi-Channel Impedance for Use in Testing Secondary Battery - Google Patents

Apparatus for Measuring Multi-Channel Impedance for Use in Testing Secondary Battery Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A multi channel impedance measurement apparatus for testing a secondary electric cell is provided to judge the characteristics of the secondary electric cell by measuring impedance of various frequencies in a low frequency region. CONSTITUTION: According to the impedance measurement apparatus, a frequency data storing unit(SRAM) stores frequency data to apply a measurement frequency signal to a number of channels. The first D/A converter(306) converts sinusoidal measurement frequency data into analog waveform. A current amplifier(303) amplifies a current to be supplied to the channel according to the analog waveform from the first D/A converter. A channel port(302) contacts a jig to supply the current amplified from the current amplifier to each secondary electric cell. A current MUX(MUX)(308) detects a current flowing in the secondary electric cell from each channel. A voltage MUX(314) selects a both end voltage of the secondary electric cell of each channel. An amplifier(310) amplifies an output current from the current MUX. The first A/D converter(312) converts the output current into digital current data. A differential amplifier(316) outputs AC component voltage by removing an initial DC voltage value of the secondary electric cell from the output voltage of the voltage MUX. The second D/A converter(324) converts digital data of the initial DC voltage value into an analog voltage. A programmable gain amplifier(318) amplifies a voltage of the AC component variably. The second A/D converter(320) converts the AC component voltage from the differential amplifier into digital voltage data. And a measurement data storing unit(RAM)(322) stores the current data and the voltage data.

Description

2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치{Apparatus for Measuring Multi-Channel Impedance for Use in Testing Secondary Battery}Apparatus for Measuring Multi-Channel Impedance for Use in Testing Secondary Battery}

본 발명은 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차 전지의 생산 라인에서 전지의 임피던스 값을 측정하여 전지의 특성을 판단하는데 사용하는 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel impedance measurement apparatus for secondary battery testing, and more particularly, to measure the characteristics of the battery by measuring the impedance value of the battery in the production line of the secondary battery multi-channel for secondary battery testing It relates to an impedance measuring device.

2차 전지는 충전해서 재사용할 수 있는 전지를 말한다. 최근 정보 통신 기기, 특히 휴대용 기기의 급속한 보급에 따라 그 전원으로 2차 전지가 많이 사용되고 있다.A secondary battery is a battery that can be charged and reused. BACKGROUND Recently, with the rapid spread of information communication devices, especially portable devices, secondary batteries have been used as power sources.

종래에는 2차 전지로서 니켈카드뮴 전지 혹은 수소이온 전지가 사용되었으나 최근에는 에너지 밀도가 높은 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지가 많이 사용되고 있다.Conventionally, a nickel cadmium battery or a hydrogen ion battery is used as a secondary battery, but recently, a lithium ion battery and a lithium polymer battery having high energy density have been used.

리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지(이하 2차 전지라 한다)는 이와 같은 장점으로 인하여 수요가 많지만, 일반 전자 부품과 달리 고분자 화학 물질로 이루어져 있어 대량으로 생산하고자 할 경우 생산기술이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 그래서 2차 전지의 생산과정에서 가장 중요하게 여기는 것 중 하나가 품질 관리이다. 여기서 말하는 품질 관리는 2차 전지가 제대로 충방전 성능을 가지고 있는지를 잘 판단하여 양품을 생산하는 한편, 불량품을 선별해 내는 것이다. 이러한 품질 관리가 잘 이루어짐으로써 고품질의 2차 전지를 생산할 수 있다.Lithium-ion batteries and lithium polymer batteries (hereinafter referred to as secondary batteries) are in high demand due to these advantages, but unlike general electronic components, they are made of high molecular chemicals, so they are very difficult to produce in large quantities. There is this. Therefore, one of the most important things in the production of secondary batteries is quality control. Quality control here refers to judging whether a secondary battery has a good charge / discharge performance and producing a good product, while selecting a defective product. This quality control is well carried out to produce a high quality secondary battery.

전지의 특성을 평가하는 데에는 여러 가지 변수가 있는데, 대개 개방회로전압, 전류용량 및 내부저항 등이다. 개방회로전압은 부하가 전혀 연결되지 않은 상태 즉, 개방회로 상태에서의 전지의 전압을 말한다. 전류용량은 전지에 전기를 얼마나 많이 저장할 수 있는가를 나타내는 것이다. 내부저항은 전지에 전류가 흘렀을 경우에 전압이 얼마나 감소하는가를 나타내는 것이다.There are many variables in evaluating the characteristics of a battery, usually open circuit voltage, current capacity and internal resistance. The open circuit voltage refers to a voltage of a battery in a state in which no load is connected, that is, in an open circuit state. The ampacity is how much electricity can be stored in the cell. The internal resistance is how much the voltage decreases when a current flows through the battery.

내부저항은 임피던스라고도 하며 DC 임피던스와 AC 임피던스로 구분된다. 종래에는 대개 AC 임피던스를 측정하였으며, 주로 1 KHz의 주파수에서 정현파로 측정한 값을 기준으로 하여 왔다.Internal resistance is also called impedance and is divided into DC impedance and AC impedance. Conventionally, AC impedance has been measured in general, and has been based on sine waves measured mainly at a frequency of 1 KHz.

그러나 전지의 특성은 매우 까다로워 1KHz의 AC 임피던스만으로는 특성을 충분히 구분할 수 없다. 그래서 DC 임피던스 값을 측정하여 전지의 특성 구분을 하는 방법을 병용하고 있다.However, the characteristics of the battery are very demanding, and the AC impedance of 1 KHz alone cannot distinguish the characteristics sufficiently. Therefore, the method of dividing the characteristics of the battery by measuring the DC impedance value is used in combination.

도 1은 DC 임피던스를 설명하기 위한 전압 및 전류의 그래프를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a graph of the voltage and current for explaining the DC impedance.

DC 임피던스는 도 1에 도시된 바와 같이 2차 전지에서 일정한 방전전류(ΔI)를 흘리고, 일정 시간 후에 2차 전지에 나타나는 전압 강하(ΔV)를 측정하는 것으로서, 전용 측정기보다는 대개 충방전기에서 그 기능을 수행한다.DC impedance is a constant discharge current (ΔI) flows in the secondary battery as shown in Figure 1, and measures the voltage drop (ΔV) appearing in the secondary battery after a certain time, and usually functions in a charger and a discharger rather than a dedicated meter Do this.

도 1에서, 상단 그래프는 2차 전지의 전압 파형을 나타낸 것이고, 하단 그래프는 2차 전지의 전류 파형을 나타낸 것이다.In Figure 1, the upper graph shows the voltage waveform of the secondary battery, the lower graph shows the current waveform of the secondary battery.

도 1의 전압 파형에서 알 수 있는 바와 같이, 시간 t1에서부터 일정한 전류(ΔI)가 흐르게 되면, 전압 파형에서 알 수 있는 바와 같이 2차 전지에서 전압 강하(ΔV)가 발생된다. 여기서, 2차 전지의 DC 임피던스(|Z|)는 전지의 내부 저항에 의해 발생되는 것으로 수학식 1과 같이 얻어진다.As can be seen from the voltage waveform of FIG. 1, when a constant current ΔI flows from the time t1, a voltage drop ΔV occurs in the secondary battery as shown in the voltage waveform. Here, the DC impedance (| Z |) of the secondary battery is generated by the internal resistance of the battery and is obtained as shown in Equation 1 below.

전지의 특성 구분을 하는데 DC 임피던스 값을 활용하고 있지만, 그렇게 하더라도 전지의 품질을 충분히 구분할 수 없다는데 어려움이 있다.DC impedance values are used to classify the characteristics of the battery, but even if the quality of the battery is difficult to distinguish enough.

도 2a는 2차 전지의 등가 회로의 한 예로서 임피던스 관점에서 전지의 특성을 설명하기 위한 것이다. 도 2b는 실제로 전지에 대한 임피던스를 여러 가지 주파수에서 측정한 값을 그래프로 나타낸 것이다. 도 2b에서 볼 때 전지의 임피던스가 측정 주파수에 따라 다르게 나타남을 알 수 있다.2A is an example of an equivalent circuit of a secondary battery, for illustrating the characteristics of the battery in terms of impedance. Figure 2b is a graphical representation of the measurements of the impedances for the cells at various frequencies. 2b, it can be seen that the impedance of the battery is different depending on the measurement frequency.

종래에는 생산라인의 경우 임피던스를 1KHz의 주파수에서만 측정하였는데, 전지의 입장에서 보면 이 주파수는 비교적 높은 주파수로서 전지의 단자 가까이에 있는 변수들만 주로 나타나고, 깊숙이 있는 변수들은 잘 나타나지 않았다. 그래서전지마다 특성이 다름에도 불구하고 1 KHz의 주파수에서만 측정하면 차이가 뚜렷하게 나타나지 않는 경우가 많았다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 AC 임피던스를 측정하되 1 KHz의 단일 주파수보다는 그 보다 낮은 여러 개의 주파수에서 측정할 것이 요구된다.Conventionally, in the case of a production line, impedance was measured only at a frequency of 1 KHz. From a battery's point of view, this frequency is a relatively high frequency, and only variables near the terminals of the battery appear mainly, and deep variables do not appear well. Therefore, even though the characteristics were different from cell to cell, the difference was often not apparent when measured only at a frequency of 1 KHz. To solve this problem, it is necessary to measure the AC impedance, but at several frequencies lower than a single frequency of 1 KHz.

전지의 임피던스를 측정하여 그 특성을 평가하는 방법은 이미 오래 전부터 사용되어 왔다. 그래서 임피던스 측정과 관련된 측정기도 여러 종류가 있으며, 일본의 히오키(Hioki), 미국의 휴렛 팩커드(HP) 등의 측정기가 유명하다. 그러나 종래의 임피던스 측정 장비는 대개 1KHz의 단일 주파수에서 임피던스를 측정하는 것이다. 좀 더 고급 장비는 몇 개의 정해진 주파수에서 임피던스를 측정할 수 있고, 아주 비싼 장비는 광범위한 주파수 범위에 걸쳐 임피던스를 측정할 수 있으나 가격이 매우 고가여서 주로 연구소에서만 사용되고 있다.The method of measuring the impedance of a battery and evaluating its characteristics has been used for a long time. Therefore, there are various types of measuring instruments related to impedance measurement, and measuring instruments such as Hioki (Japan) and Hewlett Packard (HP) of the United States are famous. However, conventional impedance measurement equipment usually measures impedance at a single frequency of 1 KHz. More advanced instruments can measure impedance at a few fixed frequencies, while very expensive instruments can measure impedance over a wide frequency range, but they are very expensive and are mainly used in laboratories.

한편, 공장에서는 일년에 수 백 만개 내지 수 천 만개씩 전지를 생산하는데 이와 같이 많은 양의 2차 전지의 임피던스를 측정하기위해서는 한 번에 다수 개의 전지의 임피던스를 측정해야 하지만, 기존의 임피던스 측정기는 1개 내지 4개의 채널을 동시에 측정할 수 있는 것이 고작이다.On the other hand, factories produce millions to tens of millions of batteries a year. To measure the impedance of such a large number of secondary batteries, the impedance of a large number of batteries must be measured at a time. It is only that one to four channels can be measured simultaneously.

따라서, 측정 주파수를 다양하게 변화시키면서 동시에 수백 개 전지의 임피던스를 측정할 수 있는 대량 생산 라인용 임피던스 측정기가 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for an impedance measuring device for a mass production line capable of measuring the impedance of several hundred cells at the same time while varying the measurement frequency.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 2차 전지의 생산 라인에서 2차전지의 특성을 파악하는데 있어 낮은 주파수 영역의 다양한 주파수에서 임피던스 값을 측정하여 2차 전지의 특성을 판단하게 하는 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 대량 생산 라인에 적합하도록 다수의 전지를 한꺼번에 측정할 수 있는 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention, in determining the characteristics of the secondary battery in the production line of the secondary battery, the secondary to determine the characteristics of the secondary battery by measuring the impedance value at various frequencies in the low frequency region An object of the present invention is to provide a multichannel impedance measuring apparatus for battery testing. It is also an object of the present invention to provide a multi-channel impedance measurement device for secondary battery testing, which can measure a plurality of batteries at once to be suitable for mass production lines.

도 1은 DC 임피던스를 설명하기 위한 전압 및 전류의 그래프를 나타낸 도면,1 is a diagram showing a graph of voltage and current for explaining DC impedance;

도 2a는 전지의 등가회로를 임피던스 관점에서 예시한 도면,2A illustrates an equivalent circuit of a battery in terms of impedance;

도 2b는 전지의 임피던스를 다양한 주파수에 대하여 측정하였을 때의 임피던스 그래프를 예시한 도면,2b is a diagram illustrating an impedance graph when a battery impedance is measured at various frequencies;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치의 구성을 나타낸 블럭도,3 is a block diagram showing the configuration of a multi-channel impedance measurement apparatus for a secondary battery test according to an embodiment of the present invention;

도 4는 제어용 컴퓨터에 다채널 임피던스 측정 장치를 연결한 상태에서 다수의 2차 전지를 측정하는 임피던스 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면,4 is a diagram illustrating a configuration of an impedance measurement system for measuring a plurality of secondary batteries in a state in which a multichannel impedance measurement apparatus is connected to a control computer;

도 5는 다양한 주파수 데이터에 대한 각 채널별 임피던스 그래프를 예시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an impedance graph for each channel for various frequency data.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

300 : 다채널 임피던스 측정 장치 302 : 채널 단자300: multi-channel impedance measurement device 302: channel terminal

303 : 전류 증폭기 304 : SRAM303: current amplifier 304: SRAM

306 : 제 1 DA 변환기 308 : 전류 먹스306: first DA converter 308: current mux

310 : 증폭기 312 : 제 1 AD 변환기310: amplifier 312: first AD converter

314 : 전압 먹스 316 : 차동 증폭기314: voltage mux 316: differential amplifier

318 : 가변이득 증폭기 320 : 제 2 AD 변환기318 variable gain amplifier 320 second AD converter

322 : FIFO RAM 324 : 제 2 DA 변환기322: FIFO RAM 324: second DA converter

326 : PC 접속부 400 : 임피던스 측정 시스템326 PC connection 400 Impedance measurement system

410 : 제어용 컴퓨터 412 : 모니터410: control computer 412: monitor

420 : 지그장치 430 : 전지 트레이420: jig device 430: battery tray

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 다수의 2차 전지에 대한 각각의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 시스템으로서, 각각의 상기 2차 전지를 수용하여 장착시키는 지그 장치; 상기 지그 장치에 장착된 각각의 상기 2차 전지에 대한 임피던스를 각각 측정할 수 있는 다수의 채널 구조를 가지고, 상기 각각의 채널로부터 상기 2차 전지의 전압 및 전류를 각각 읽어오는 임피던스 측정 장치; 및 상기 지그 장치에 수용된 각각의 상기 2차 전지가 동시에 상기 임피던스 측정 장치에 접촉하도록 제어하고, 상기 임피던스 측정 장치로 상기 전압 및 상기 전류 측정을 위한 제어 신호들을 전송하며, 각 채널별 상기 전압 및 상기 전류를 근거로 상기 2차 전지의 임피던스를 각각 계산하는 제어용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an impedance measurement system for measuring respective impedances for a plurality of secondary batteries, the jig device for receiving and mounting each of the secondary batteries; An impedance measuring device having a plurality of channel structures each capable of measuring impedance for each of the secondary batteries mounted in the jig device, and reading voltages and currents of the secondary batteries from the respective channels; And controlling each of the secondary batteries accommodated in the jig device to simultaneously contact the impedance measuring device, transmitting control signals for measuring the voltage and the current to the impedance measuring device, and controlling the voltage and the voltage for each channel. It provides an impedance measurement system comprising a control computer for calculating the impedance of the secondary battery based on the current, respectively.

본 발명의 다른 목적에 의하면, 다수의 2차 전지에 대한 임피던스를 측정하기 위한 다수의 채널을 구비하는 임피던스 측정기에 있어서, 측정 주파수에 따라 상기 각각의 2차 전지에 흐르는 AC 성분 전류의 크기와 상기 AC 성분 전류에 따라 발생되는 AC 성분 전압의 크기의 비율을 구하여 상기 임피던스를 측정하되, 측정과정에서 발생하는 노이즈 성분의 영향을 최소화하기 위해 상기 AC 성분 전류 및 상기 AC 성분 전압에 대해 FFT를 수행한 후, 상기 측정 주파수에 대한 전류 FFT 결과값 및 전압 FFT 결과값 사이의 비율을 연산하여 도출되는 임피던스 값을 취하는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정기를 제공한다.According to another object of the present invention, in the impedance measuring device having a plurality of channels for measuring the impedance for a plurality of secondary batteries, the magnitude of the AC component current flowing through each secondary battery according to the measurement frequency and the The impedance is measured by obtaining a ratio of the magnitude of the AC component voltage generated according to the AC component current, and the FFT is performed on the AC component current and the AC component voltage in order to minimize the influence of the noise component generated in the measurement process. Thereafter, an impedance measurer is provided which takes an impedance value derived by calculating a ratio between a current FFT result value and a voltage FFT result value with respect to the measurement frequency.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

2차 전지를 대량으로 생산하는 생산 라인에서는 다수의 전지를 한꺼번에 측정하는 것이 요구된다. 그러므로 2차 전지에 대한 임피던스를 측정하는 장비는 수 백개의 2차 전지를 동시에 측정할 수 있는 '채널' 구조를 가진다. 일반적으로 제작 원가를 절감하기 위해 수십 개의 채널을 하나의 인쇄 회로 기판(PCB : Printed Circuit Board)에 설계한다. 측정 대상이 되는 2차 전지는 수 백개를 수용할 수 있는 지그(Jig) 장치에 삽입되는데, 보통 하나의 지그 장치에는 256 개의 테스트용 2차 전지가 수용된다. 즉, 하나의 인쇄 회로 기판에는 64 개의 측정 채널이 구비되고, 네 개의 인쇄회로 기판이 합쳐져서 하나의 지그 장치와 결합된다. 따라서, 2차 전지의 지그장치에는 각각의 채널에 돌출된 측정 단자가 각각의 2차 전지에 닿게 되어 측정이 이루어진다.In a production line that produces a large number of secondary batteries, it is required to measure multiple batteries at once. Therefore, the equipment for measuring the impedance of the secondary battery has a 'channel' structure capable of simultaneously measuring hundreds of secondary batteries. Typically, dozens of channels are designed on one printed circuit board (PCB) to reduce manufacturing costs. The secondary battery to be measured is inserted into a jig device capable of accommodating hundreds, and usually one jig device accommodates 256 test secondary batteries. That is, one printed circuit board is provided with 64 measuring channels, and four printed circuit boards are combined and combined with one jig device. Therefore, in the jig device of the secondary battery, the measurement terminals protruding from the respective channels come into contact with the respective secondary batteries, and the measurement is performed.

한편, 본 발명에 따른 임피던스 측정 장치는 1 mHz 내지 1 KHz 의 주파수 범위에서 임피던스를 측정할 수 있도록 구성된다. 또한 측정 주파수는 이 범위 안에서 사용자가 임의로 조정하는 것이 가능하다. 물론, 본 발명의 기술 사상에 의하면 주파수 측정 범위를 그보다 훨씬 넓은 범위로 확대할 수 있으나, 그렇게 하면 가격이 지나치게 고가가 되고 장치 규모도 커지게 된다.On the other hand, the impedance measuring device according to the present invention is configured to measure the impedance in the frequency range of 1 mHz to 1 KHz. The measurement frequency can also be adjusted by the user within this range. Of course, according to the technical idea of the present invention, the frequency measurement range can be extended to a much wider range, but the price becomes excessively expensive and the device scale becomes large.

또한, 다수의 채널을 한꺼번에 측정함에 있어서 높은 주파수에서는 각 채널당 측정 시간이 짧으므로 순차적으로 측정하더라도 별다른 문제가 되지 않는다. 그러나 낮은 주파수에서는 각 채널당 측정 시간이 상대적으로 길다. 그러므로 순차적으로 측정할 경우 측정 시간이 매우 오래 걸리게 된다. 따라서 낮은 주파수에서는 모든 채널의 측정이 동시에 이루어지도록 하여 한 개의 채널을 측정할 때와 비슷한 시간 내에 모든 채널의 측정이 가능하도록 구성한다.In addition, in measuring a large number of channels at the same time, since the measurement time for each channel is short at high frequencies, even if the measurement is sequentially, it does not matter much. At low frequencies, however, the measurement time per channel is relatively long. Therefore, when measuring sequentially, the measurement time is very long. Therefore, at low frequencies, all channels are measured at the same time so that all channels can be measured within the same time as one channel.

본 발명의 실시예에서는 측정 주파수가 낮은 경우를 '저주파 모드'라 하고, 측정 주파수가 높은 경우를 '고주파 모드'라 한다. 여기서, 편의상 저주파 모드는 1mHz ~ 1Hz 사이의 주파수로, 고주파 모드는 1Hz ~ 1KHz 사이의 주파수로 구분하였으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.In the embodiment of the present invention, a case where the measurement frequency is low is referred to as a 'low frequency mode', and a case where the measurement frequency is high is referred to as a 'high frequency mode'. Here, for convenience, the low frequency mode is divided into frequencies between 1 mHz and 1 Hz, and the high frequency mode is divided into frequencies between 1 Hz and 1 KHz, but is not necessarily limited thereto.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a multi-channel impedance measurement apparatus for a secondary battery test according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 다채널 임피던스 측정 장치(300)는 다수의 2차 전지에 대한 임피던스를 각각 측정할 수 있는 다수의 채널 구조를 가지는 다채널 임피던스 측정 장치로서, 채널 단자(302), 전류증폭기(303), SRAM(304), 제 1 DA 변환기(306),전류 먹스(308), 증폭기(310), 제 1 AD 변환기(312), 전압 먹스(314), 차동 증폭기(316), 가변이득 증폭기(318), 제 2 AD 변환기(320), 피포 램(FIFO RAM)(322), 제 2 DA 변환기(324), PC 접속부(326) 등을 포함한 구성을 갖는다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 according to the present invention is a multi-channel impedance measuring apparatus having a plurality of channel structures capable of measuring impedances of a plurality of secondary batteries, respectively, the channel terminal 302 and the current amplifier 303. ), SRAM 304, first DA converter 306, current mux 308, amplifier 310, first AD converter 312, voltage mux 314, differential amplifier 316, variable gain amplifier ( 318, the second AD converter 320, the FIFO RAM 322, the second DA converter 324, the PC connection unit 326, and the like.

본 발명에서는 다채널 임피던스 측정 장치(300)를 256 채널로 구성한다. 즉, 64 채널로 된 PCB를 4 개로 구성하나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, the multi-channel impedance measurement apparatus 300 is configured with 256 channels. That is, four PCBs of 64 channels are configured, but the present invention is not limited thereto.

도 4는 제어용 컴퓨터에 다채널 임피던스 측정 장치(300)를 연결한 상태에서 다수의 2차 전지를 측정하는 임피던스 측정 시스템의 구성을 나타낸 것이다.4 illustrates a configuration of an impedance measurement system for measuring a plurality of secondary batteries in a state in which a multi-channel impedance measurement apparatus 300 is connected to a control computer.

본 발명에 따른 임피던스 측정 시스템(300)은 제어용 컴퓨터(410), 모니터(412), 다채널 임피던스 측정 장치(300), 지그장치(420), 전지 트레이(430) 등을 포함한다.The impedance measurement system 300 according to the present invention includes a control computer 410, a monitor 412, a multi-channel impedance measurement device 300, a jig device 420, a battery tray 430, and the like.

이하에서는 도 3과 도 4를 함께 참고하여 다채널 임피던스 측정 장치(300)의 동작과 2차 전지에 대한 임피던스 측정 과정을 설명한다.Hereinafter, the operation of the multi-channel impedance measurement apparatus 300 and the impedance measurement process for the secondary battery will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

본 발명의 실시예에 따른 각 채널별 2차 전지의 임피던스 측정은, 상기에서 설명한 바와 같이, 2차 전지에 일정한 크기의 정현파 전류를 인가하여 주면 전지의 임피던스 크기에 따라 일정한 크기의 전압이 발생한다. 이때 전지로부터 검출되는 전압은 AC 성분만 필요하지만 실제로는 각각의 2차 전지의 전압이 DC로 존재하고 그에 중첩되어 AC 성분이 나타나게 된다. 그런데 AC 성분의 크기는 DC 성분에 비해 매우 낮다. 왜냐하면 AC 성분의 전압의 크기는 2차 전지에 흘려준 전류의 크기와 2차 전지의 임피던스의 크기에 비례한다. 2차 전지에 흘려주는 전류의 크기는 대략 수십 mA 정도이고, 2차 전지의 임피던스의 크기는 수십 mΩ∼수 Ω이므로 전압의AC 성분의 크기는 수 mV∼수백 mV가 된다. 그러므로 AC 성분의 전압을 증폭해야 하는데, 큰 DC 성분이 존재하면 증폭할 경우 포화되어 AC 성분의 신호가 소멸되므로 DC 성분을 제거해 준 후 증폭해야 한다.In the impedance measurement of the secondary battery for each channel according to the embodiment of the present invention, as described above, when a sine wave current having a constant magnitude is applied to the secondary battery, a voltage having a constant magnitude is generated according to the impedance magnitude of the battery. . At this time, the voltage detected from the battery requires only an AC component, but in reality, the voltage of each secondary battery is present as DC and overlaps with the AC component. However, the size of the AC component is very low compared to the DC component. Because the magnitude of the voltage of the AC component is proportional to the magnitude of the current passed to the secondary battery and the magnitude of the impedance of the secondary battery. The magnitude of the current passing through the secondary battery is about several tens of mA, and the magnitude of the impedance of the secondary battery is tens of mΩ to several Ω, so the magnitude of the AC component of the voltage is several mV to several hundred mV. Therefore, the voltage of the AC component should be amplified. If a large DC component is present, the amplification will be saturated and the signal of the AC component will disappear. Therefore, the DC component should be removed and then amplified.

따라서 제어용 컴퓨터(410)는 임피던스를 측정하기에 앞서 2차 전지의 초기 DC 전압값을 읽어 들여 각 채널별로 저장해 둔 다음, AC 성분의 전압 추출시 사용해야 한다.Therefore, the control computer 410 should read out the initial DC voltage value of the secondary battery and store it for each channel before measuring the impedance, and then use it to extract the voltage of the AC component.

먼저, 제어용 컴퓨터(410)로부터 초기 DC 전압 측정 지령이 PC 접속부(326)를 통해 다채널 임피던스 측정 장치(300)로 전송된다. 초기 DC 전압 측정은 가변이득 증폭기(318)의 이득을 "1"로 설정하고, 제 2 DA 변환기(324)의 데이터의 값을 "0"으로 설정하여 수행된다.First, the initial DC voltage measurement command is transmitted from the control computer 410 to the multi-channel impedance measurement apparatus 300 through the PC connection 326. Initial DC voltage measurements are performed by setting the gain of variable gain amplifier 318 to " 1 " and setting the value of data of second DA converter 324 to " 0 ".

다채널 임피던스 측정 장치(300)는 각 채널의 2차 전지의 전압을 전압 먹스(314)를 통해 각각 읽어온다. 전압 먹스(314)를 통해 읽어 들인 전지의 전압은 차동 증폭기(316)로 전달된다. 차동 증폭기(316)에서는 제 2 DA 변환기(324)의 출력값이 위 설정에 따라 "0"이므로 전압 먹스(314)로부터 입력받은 전압을 그대로 가변이득 증폭기(318)로 출력한다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 reads the voltage of the secondary battery of each channel through the voltage mux 314, respectively. The voltage of the cell read through the voltage mux 314 is transferred to the differential amplifier 316. In the differential amplifier 316, since the output value of the second DA converter 324 is "0" according to the above setting, the differential amplifier 316 outputs the voltage received from the voltage mux 314 to the variable gain amplifier 318 as it is.

가변이득 증폭기(318)는 이득이 위 설정에 따라 "1"이므로 차동 증폭기(316)로부터 입력받은 전압을 그대로 제 2 AD 변환기(320)로 출력하게 된다. 이에 따라 제 2 AD 변환기(320)는 가변이득 증폭기(318)로부터 입력받은 전압을 디지털 데이터로 변환하여 피포 램(322)으로 전달한다.Since the gain of the variable gain amplifier 318 is "1" according to the above setting, the variable gain amplifier 318 outputs the voltage received from the differential amplifier 316 to the second AD converter 320 as it is. Accordingly, the second AD converter 320 converts the voltage received from the variable gain amplifier 318 into digital data and transmits the converted voltage to the digital data 322.

피포 램(322)은 제 2 AD 변환기(320)로부터 전달받은 디지털 데이터를 차례로 저장하였다가 선입선출 방식에 따라 출력한다.The target RAM 322 sequentially stores the digital data received from the second AD converter 320 and outputs the digital data in a first-in first-out manner.

제어용 컴퓨터(410)는 피포 램(322)으로부터 디지털 전압 데이터를 순차적으로 읽어와 초기 DC 전압 데이터로 사용될 수 있도록 각 채널별로 저장 수단에 각각 저장해 둔다.The control computer 410 sequentially reads the digital voltage data from the picoram 322 and stores it in the storage means for each channel so as to be used as initial DC voltage data.

이후, 사용자는 제어용 컴퓨터(410)를 통해 임피던스 측정 명령을 실행한다. 이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 임피던스 측정을 저주파 모드와 고주파 모드로 나누어 측정한다. 저주파 모드와 고주파 모드의 동작은 상기에서 설명한 바와 같이 조금 다르다. 고주파 모드에서는 다수의 채널의 임피던스를 측정함에 있어서 각 채널당 측정 시간이 짧으므로 순차적으로 측정한다. 그러나 저주파 모드에서는 각 채널당 측정 시간이 길므로 순차적으로 측정할 경우 시간이 매우 오래 걸리게 된다. 따라서 모든 채널의 측정이 동시에 이루어지도록 하여 한 개의 채널을 측정할 때와 비슷한 시간 내에 모든 채널의 측정이 가능하도록 한다.The user then executes an impedance measurement command via the control computer 410. As described above, in the embodiment of the present invention, the impedance measurement is divided into the low frequency mode and the high frequency mode. The operation of the low frequency mode and the high frequency mode is slightly different as described above. In the high frequency mode, the measurement time for each channel is short in measuring impedance of a plurality of channels. In low-frequency mode, however, the measurement time is long for each channel, which takes a very long time when measured sequentially. Therefore, all channels can be measured simultaneously so that all channels can be measured within the same time as when one channel is measured.

먼저 본 발명의 동작원리를 고주파 모드부터 설명하면 다음과 같다.First, the operation principle of the present invention will be described from the high frequency mode.

측정 주파수가 1Hz 보다 높을 때는 고주파 모드로 동작한다. 고주파 모드에서는 측정 주파수가 높으므로 제어용 컴퓨터(410)에서 매 순간마다 정현파 데이터를 다채널 임피던스 측정 장치(300)로 인가하기에는 속도가 너무 느리므로 SRAM(304)에 정현파 데이터를 먼저 저장하였다가 측정할 때에 SRAM(304)에 저장되어 있는 정현파 데이터를 인출하여 제 1 DA 변환기(306)에 의해 아날로그 형태의 정현파 신호로 변환한다.When the measured frequency is higher than 1Hz, it operates in high frequency mode. In the high frequency mode, since the measurement frequency is high, the speed is too slow for the control computer 410 to apply sinusoidal data to the multi-channel impedance measurement apparatus 300 every time. Therefore, the sinusoidal data is first stored in the SRAM 304 to be measured. At this time, the sinusoidal data stored in the SRAM 304 is extracted and converted into an analog sinusoidal signal by the first DA converter 306.

제 1 DA 변환기(306)로부터 생성된 정현파 신호는 전류 증폭기(303)로 보내지는데 고주파 모드에서는 여러 개의 채널 중 1개의 채널씩 순차적으로 선택하여 모든 채널의 임피던스를 측정하게 된다. 전류 증폭기(303)에서 증폭된 정현파 전류는 채널 단자(302)를 통하여 2차 전지에 인가됨으로써, 해당 채널에 있는 2차 전지로 정현파 전류가 흐르게 된다.The sinusoidal signal generated from the first DA converter 306 is sent to the current amplifier 303. In the high frequency mode, one channel among several channels is sequentially selected to measure impedance of all channels. The sinusoidal current amplified by the current amplifier 303 is applied to the secondary battery through the channel terminal 302 so that the sinusoidal current flows to the secondary battery in the corresponding channel.

다채널 임피던스 측정 장치(300)는 해당 채널의 2차 전지에 흐르는 전류 및 이에 따라 발생된 전압을 전류 먹스(308) 및 전압 먹스(314)를 통해 선택한다. 전류 먹스(308)는 해당 채널에서 검출된 전류를 증폭기(310)로 전달한다. 이때, 전류 먹스(308)의 출력은 전류 검출용 저항(Shunt Resistor)(미도시)에 의해 얻어지는데 그 값이 매우 작다. 따라서 다채널 임피던스 측정 장치(300)는 전류 먹스(308)의 출력을 증폭기(310)를 통해 예컨대, 10 배로 증폭한다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 selects the current flowing through the secondary battery of the corresponding channel and the voltage generated accordingly through the current mux 308 and the voltage mux 314. The current mux 308 delivers the current detected in the channel to the amplifier 310. At this time, the output of the current mux 308 is obtained by a current detection resistor (shunt resistor) (not shown), the value is very small. Therefore, the multi-channel impedance measuring apparatus 300 amplifies the output of the current mux 308 through the amplifier 310, for example, 10 times.

증폭기(310)는 전류 먹스(308)로부터 입력받은 전류를 증폭하여 출력한다.The amplifier 310 amplifies and outputs the current received from the current mux 308.

제 1 AD 변환기(312)는 증폭기(310)로부터 출력된 전류를 입력받아 디지털 형태의 전류 데이터로 변환하여 피포 램(322)으로 전달한다. 따라서 피포 램(322)은 제 1 AD 변환기(312)로부터 전달받은 전류 데이터를 해당 채널에 저장한다.The first AD converter 312 receives the current output from the amplifier 310, converts the current into digital current data, and transmits the converted current data to the format RAM 322. Therefore, the target RAM 322 stores the current data received from the first AD converter 312 in the corresponding channel.

한편, 전압 먹스(314)는 해당 채널로부터 얻은 전압을 차동 증폭기(316)로 인가한다. 전압 신호는 AC 성분만 필요하지만 상기에서 설명한 바와 같이 실제로는 해당 2차 전지의 전압이 DC로 존재하고 그에 중첩되어 AC 성분이 나타나게 된다. 따라서 제어용 컴퓨터(410)는 미리 저장해 두었던 해당 채널의 초기 DC 전압 데이터를 다채널 임피던스 측정 장치(300)로 전송해 준다.Meanwhile, the voltage mux 314 applies the voltage obtained from the channel to the differential amplifier 316. The voltage signal requires only an AC component, but as described above, in reality, the voltage of the corresponding secondary battery is present as DC and overlaps with the AC component. Therefore, the control computer 410 transmits the initial DC voltage data of the channel previously stored to the multi-channel impedance measurement apparatus 300.

다채널 임피던스 측정 장치(300)는 제어용 컴퓨터(410)로부터 전달받은 초기DC 전압 데이터를 제 2 DA 변환기(324)를 통해 아날로그 전압값으로 변환하여 차동 증폭기(316)로 전송해 주며, 차동 증폭기(316)는 전압 먹스(314)로부터 받은 아날로그 전압에서 해당 2차 전지의 초기 DC 전압을 제거한 AC 성분의 전압을 출력한다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 converts initial DC voltage data received from the control computer 410 into an analog voltage value through the second DA converter 324 and transmits the analog voltage value to the differential amplifier 316. 316 outputs a voltage of an AC component in which the initial DC voltage of the secondary battery is removed from the analog voltage received from the voltage mux 314.

결국, 전압 먹스(314)에서 출력되어 차동 증폭기(316)를 거친 아날로그 전압은 DC 전압이 제거된 AC 성분의 전압만 남게 되어 가변이득 증폭기(318)로 인가된다.As a result, the analog voltage output from the voltage mux 314 and passed through the differential amplifier 316 is applied to the variable gain amplifier 318 because only the voltage of the AC component from which the DC voltage is removed remains.

가변이득 증폭기(318)는 차동 증폭기(316)로부터 입력된 AC 성분의 전압을 증폭하여 제 2 AD 변환기(320)로 전달한다. 이때 가변이득 증폭기(318)의 이득은 제어용 컴퓨터(410)에서 설정된 임피던스 측정 범위에 따라 다르게 결정된다.The variable gain amplifier 318 amplifies the voltage of the AC component input from the differential amplifier 316 and transfers it to the second AD converter 320. In this case, the gain of the variable gain amplifier 318 is determined differently according to the impedance measurement range set in the control computer 410.

제 2 AD 변환기(320)는 증폭된 AC 성분의 전압을 디지털 형태의 전압 데이터로 변환하여 피포 램(322)으로 전달한다. 따라서 피포 램(322)은 해당 채널의 AC 전압 신호의 전압 데이터를 각각 저장하게 된다.The second AD converter 320 converts the voltage of the amplified AC component into voltage data in a digital form and transmits the voltage data to the format RAM 322. Therefore, the target RAM 322 stores voltage data of the AC voltage signal of the corresponding channel, respectively.

최종적으로, 제어용 컴퓨터(410)는 다채널 임피던스 측정 장치(300)의 피포 램(322)으로부터 해당 채널의 전류 데이터 및 AC 전압 데이터를 읽어와 이를 근거로 해당 채널의 2차 전지의 임피던스 값을 계산하여 표시한다.Finally, the control computer 410 reads the current data and the AC voltage data of the channel from the pipe 322 of the multi-channel impedance measurement apparatus 300 and calculates the impedance value of the secondary battery of the channel based on this. To display.

임피던스의 계산에 있어서 상기에서 설명한 바와 같이 임피던스는 전압의 크기와 전류의 크기의 비로서 산출된다. 그런데 그 크기를 구함에 있어 전류 파형이나 전압 파형의 디지털 데이터를 근거로 단순히 최대치를 구하거나 혹은 실효치를 구하여 적용하게 되면 노이즈가 없을 때는 무방하지만 노이즈가 많을 때는 값을 제대로 구할 수가 없다. 특히, 본 발명의 다채널 임피던스 측정장치(300)에서는 측정하고자 하는 전지의 임피던스 값이 작은 관계로 발생되는 전압이 매우 작다. 그러므로 노이즈의 영향을 최소화하기 위해서는 읽어 들인 전류 및 전압의 디지털 데이터를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT, 이하 FFT라 한다) 방식을 이용하여 주파수 데이터로 바꾼 후 주파수 데이터 중에서 측정 주파수에 해당하는 부분의 크기만을 선택한다. 이와 같이 하면 노이즈가 있더라도 측정 주파수와 다른 주파수 성분의 노이즈는 모두 제외되므로 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above in the calculation of the impedance, the impedance is calculated as the ratio of the magnitude of the voltage to the magnitude of the current. However, in obtaining the magnitude, if the maximum value or the effective value is simply obtained based on the digital data of the current waveform or the voltage waveform, it may be fine when there is no noise, but the value cannot be properly obtained when there is a lot of noise. In particular, in the multi-channel impedance measuring apparatus 300 of the present invention, the voltage generated due to the small impedance value of the battery to be measured is very small. Therefore, in order to minimize the influence of noise, the digital data of read current and voltage is converted into frequency data by using Fast Fourier Transform (FFT) method, and the part corresponding to the measured frequency among the frequency data. Select only the size of. In this way, even if there is noise, noise of the measurement frequency and other frequency components are all excluded, thereby improving the reliability of the measurement.

제어용 컴퓨터(410)는 한 채널의 측정이 끝나면 다음 채널을 순차적으로 선택하며 모든 채널의 2차 전지의 임피던스 값을 측정한다. 또한 한 주파수에 대한 임피던스 측정이 끝나면 다른 주파수에서 임피던스 측정을 반복하여 여러 주파수에 대한 임피던스 값을 얻는다.After the measurement of one channel, the control computer 410 sequentially selects the next channel and measures the impedance values of the secondary batteries of all the channels. In addition, after the impedance measurement for one frequency is finished, the impedance measurement is repeated at different frequencies to obtain impedance values for several frequencies.

다음은 저주파 모드에 대하여 설명한다.The following describes the low frequency mode.

측정주파수가 1Hz 보다 낮을 때는 저주파 모드로 동작하며, 제어용 컴퓨터(410)에서 전달된 정현파 데이터는 제 1 DA 변환기(306)에 직접 전달되며 아날로그 형태의 정현파 신호로 변환된다. 저주파 모드에서는 고주파 모드와는 달리 측정 주파수가 낮으므로 제어용 컴퓨터(410)에서 정현파 데이터를 다채널 임피던스 측정 장치(300)에 직접 인가하여 생성한다. 제 1 DA 변환기(306)로부터 생성된 정현파 신호는 전류 증폭기(303)로 보내지는데 저주파 모드에서는 모든 채널이 동시에 선택된다.When the measurement frequency is lower than 1 Hz, the low frequency mode is operated. The sinusoidal data transmitted from the control computer 410 is directly transmitted to the first DA converter 306 and converted into an analog type sinusoidal signal. In the low frequency mode, unlike the high frequency mode, since the measurement frequency is low, the control computer 410 generates the sinusoidal data by directly applying the multi-channel impedance measurement apparatus 300. The sinusoidal signal generated from the first DA converter 306 is sent to the current amplifier 303 in which all channels are selected simultaneously.

각각의 전류 증폭기(303)에서 증폭된 정현파 전류는 각각의 채널 단자(302)를 통하여 각각의 2차 전지에 인가됨으로써, 모든 채널에 있는 2차 전지로 정현파 전류가 흐르게 된다.The sinusoidal current amplified by each current amplifier 303 is applied to each secondary battery through each channel terminal 302 so that the sinusoidal current flows to the secondary batteries in all channels.

다채널 임피던스 측정 장치(300)는 각각의 채널의 2차 전지에 흐르는 전류 및 이에 따라 발생된 전압을 전류 먹스(308) 및 전압 먹스(314)를 통해 차례대로 선택한다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 sequentially selects the current flowing through the secondary battery of each channel and the voltage generated accordingly through the current mux 308 and the voltage mux 314.

전류 먹스(308)는 각각의 채널에서 검출된 전류를 증폭기(310)로 전달한다. 증폭기(310)는 전류 먹스(308)로부터 입력받은 전류를 예컨대, 10 배 증폭하여 출력한다.The current mux 308 delivers the current detected in each channel to the amplifier 310. The amplifier 310 amplifies and outputs, for example, 10 times the current received from the current mux 308.

제 1 AD 변환기(312)는 증폭기(310)로부터 출력된 전류를 입력받아 디지털 형태의 전류 데이터로 변환하여 피포 램(322)으로 전달한다. 따라서 피포 램(322)은 제 1 AD 변환기(312)로부터 전달받은 전류신호에 대한 데이터를 각각의 채널별로 저장한다.The first AD converter 312 receives the current output from the amplifier 310, converts the current into digital current data, and transmits the converted current data to the format RAM 322. Accordingly, the target RAM 322 stores data about the current signal received from the first AD converter 312 for each channel.

한편, 전압 먹스(314)는 각각의 채널로부터 얻은 전압을 차동 증폭기(316)로 인가한다. 제어용 컴퓨터(410)는 각각의 채널의 초기 DC 전압 데이터를 다채널 임피던스 측정 장치(300)로 전송해 준다.On the other hand, the voltage mux 314 applies the voltage obtained from each channel to the differential amplifier 316. The control computer 410 transmits initial DC voltage data of each channel to the multi-channel impedance measuring apparatus 300.

다채널 임피던스 측정 장치(300)는 제어용 컴퓨터(410)로부터 전달받은 각각의 초기 DC 전압 데이터를 제 2 DA 변환기(324)를 통해 아날로그 전압값으로 변환하여 차동 증폭기(316)로 전송해 주며, 차동 증폭기(316)는 전압 먹스(314)로부터 받은 아날로그 전압에서 각각의 2차 전지의 초기 DC 전압을 제거한 AC 성분의 전압을 출력한다.The multi-channel impedance measuring apparatus 300 converts each initial DC voltage data received from the control computer 410 into an analog voltage value through the second DA converter 324 and transmits the analog voltage value to the differential amplifier 316. The amplifier 316 outputs a voltage of an AC component obtained by removing an initial DC voltage of each secondary battery from the analog voltage received from the voltage mux 314.

결국, 전압 먹스(314)에서 출력되어 차동 증폭기(316)를 거친 아날로그 전압은 DC 전압이 제거된 AC 성분의 전압만 남게 되어 가변이득 증폭기(318)로 인가된다.As a result, the analog voltage output from the voltage mux 314 and passed through the differential amplifier 316 is applied to the variable gain amplifier 318 because only the voltage of the AC component from which the DC voltage is removed remains.

가변이득 증폭기(318)는 차동 증폭기(316)로부터 입력된 AC 성분의 전압을 증폭하여 제 2 AD 변환기(320)로 전달한다. 이때 가변이득 증폭기(318)의 이득은 제어용 컴퓨터(410)에서 설정된 임피던스 측정 범위에 따라 다르게 결정된다.The variable gain amplifier 318 amplifies the voltage of the AC component input from the differential amplifier 316 and transfers it to the second AD converter 320. In this case, the gain of the variable gain amplifier 318 is determined differently according to the impedance measurement range set in the control computer 410.

제 2 AD 변환기(320)는 증폭된 AC 성분의 전압을 디지털 형태의 전압 데이터로 변환하여 피포 램(322)으로 전달한다. 따라서 피포 램(322)은 각각의 채널의 AC 전압 신호의 데이터를 각각 저장하게 된다.The second AD converter 320 converts the voltage of the amplified AC component into voltage data in a digital form and transmits the voltage data to the format RAM 322. Therefore, the target RAM 322 stores the data of the AC voltage signal of each channel.

최종적으로, 제어용 컴퓨터(410)는 다채널 임피던스 측정 장치(300)의 피포 램(322)으로부터 각각의 채널의 전류 데이터 및 AC 전압 데이터를 읽어와 이를 근거로 각각의 채널의 2차 전지의 임피던스 값을 계산하여 표시한다.Finally, the control computer 410 reads the current data and the AC voltage data of each channel from the sampler 322 of the multi-channel impedance measuring apparatus 300 and based on this, the impedance value of the secondary battery of each channel. Calculate and display

제어용 컴퓨터(410)는 저주파 모드에서는 동시에 모든 채널의 임피던스 값을 측정하고, 측정된 임피던스 값을 모니터(412)를 통해 디스플레이한다. 또한 한 주파수에 대한 임피던스 측정이 끝나면 다른 주파수에 대하여 반복하여 측정함으로서 여러 주파수에 대한 임피던스 값을 얻는다.The control computer 410 simultaneously measures the impedance values of all channels in the low frequency mode and displays the measured impedance values through the monitor 412. After the impedance measurement for one frequency is finished, the impedance value for several frequencies is obtained by repeating the measurement for another frequency.

전지 트레이(Tray)(430)에는 통상 256 개의 전지가 삽입되며 지그장치(420)와 결합된다. 또한, 전지 트레이(430)에 2차 전지가 끼워지면 지그장치(420)의 채널마다 돌출된 측정 단자와 2차 전지가 접촉하게 된다. 한편, 도 4에 도시된 지그장치(420)와 전지 트레이(430)의 결합 상태는 측정 대상 전지가 리튬 폴리머 전지인 경우이고, 측정 대상 전지가 리튬 이온 전지(각형이나 원통형)인 경우에는 지그장치가 상단 지그장치와 하단 지그장치로 구성되고, 상단 지그장치와 하단 지그장치의 사이에 전지 트레이가 끼워지는 형태로 구성된다.The battery tray (Tray) 430 is usually inserted into the battery 256 jig device 420 is inserted. In addition, when the secondary battery is inserted into the battery tray 430, the measurement terminal protruding from each channel of the jig device 420 contacts the secondary battery. On the other hand, the coupling state of the jig device 420 and the battery tray 430 shown in FIG. 4 is a case where the battery to be measured is a lithium polymer battery, and the jig device when the battery to be measured is a lithium ion battery (square or cylindrical). Is composed of an upper jig device and a lower jig device, and a battery tray is inserted between the upper jig device and the lower jig device.

도 5는 다양한 주파수 데이터에 대한 각 채널별 임피던스 그래프를 예시한 도면이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 각 채널별 임피던스 측정을 1 mHz에서부터 1 KHz 사이의 넓은 주파수 영역에서 실행하여 임피던스 그래프를 얻는다. 또한 여러 채널에 대하여 측정하여 각 채널별 임피던스 그래프를 동시에 그려 보면 어떤 채널은 채널 5와 같이 10 Hz 부근에서 다른 채널의 임피던스 값보다 두드러지게 높은 임피던스 값을 나타내고 있는 것을 알 수 있는데, 이를 통해 채널 5에 있는 2차 전지가 이상이 있거나 불량품인 것을 알 수 있게 된다.5 is a diagram illustrating an impedance graph for each channel for various frequency data. As can be seen in Figure 5, the impedance measurement for each channel is performed in a wide frequency range between 1 mHz and 1 KHz to obtain an impedance graph. Also, if you measure several channels and draw the impedance graph of each channel at the same time, it can be seen that some channels have higher impedance than other channel's impedance around 10 Hz like channel 5 It can be seen that the secondary battery at is defective or defective.

따라서 위와 같은 과정을 통해 2차 전지의 생산 공정에서 발생되는 불량품을 용이하게 발견할 수 있게 되므로, 불량한 2차 전지를 제거하여 품질 성능이 우수한 2차 전지를 생산할 수 있게 되는 것이다.Therefore, it is possible to easily find the defective products generated in the production process of the secondary battery through the above process, it is possible to produce a secondary battery with excellent quality performance by removing the defective secondary battery.

본 발명에 의하면, 2차 전지의 생산 라인에서 각 채널별로 2차 전지의 임피던스 값을 측정하여 불량 전지를 감별해 내는데 사용하는 2차 전지 테스트용 다채널 임피던스 측정 장치를 실현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to realize a multi-channel impedance measuring apparatus for secondary battery test, which is used to discriminate defective batteries by measuring the impedance value of the secondary battery for each channel in the production line of the secondary battery.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각 채널별로 2차 전지의 임피던스를 측정하여 생산 공정에서 발생되는 불량품을 용이하게 발견하여, 불량한 2차 전지를 제거함으로써 품질관리를 잘할 수 있고 비용적 낭비를 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, by measuring the impedance of the secondary battery for each channel, it is possible to easily find the defective product generated in the production process, and to remove the defective secondary battery, so that the quality control can be well performed and the cost is wasted. Can be reduced.

또한, 각 채널별 2차 전지에 대해 저주파로부터 고주파까지 광범위한 주파수 범위에 걸쳐 임피던스를 측정할 수 있다. 그리고 다양하게 측정 주파수를 변화시키면서 수십 내지 수백 채널의 임피던스를 동시에 측정할 수 있는 임피던스 측정 장치를 구현할 수 있다.In addition, the impedance can be measured over a wide frequency range from low frequency to high frequency for the secondary battery for each channel. In addition, an impedance measuring apparatus capable of simultaneously measuring impedances of tens to hundreds of channels while varying measurement frequencies may be implemented.

Claims (7)

삭제delete 다수의 2차 전지에 대한 각각의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 시스템으로서,An impedance measurement system for measuring respective impedances for a plurality of secondary cells, 각각의 상기 2차 전지를 수용하여 장착시키는 지그 장치;A jig device for receiving and mounting each of the secondary batteries; 상기 지그 장치에 장착된 각각의 상기 2차 전지에 대한 임피던스를 각각 측정할 수 있는 다수의 채널 구조를 가지고, 상기 각각의 채널로부터 상기 2차 전지의 전압 및 전류를 각각 읽어오는 임피던스 측정 장치; 및An impedance measuring device having a plurality of channel structures each capable of measuring impedance for each of the secondary batteries mounted in the jig device, and reading voltages and currents of the secondary batteries from the respective channels; And 상기 지그 장치에 수용된 각각의 상기 2차 전지가 동시에 상기 임피던스 측정 장치에 접촉하도록 제어하고, 상기 임피던스 측정 장치로 상기 전압 및 상기 전류 측정을 위한 제어 신호들을 전송하며, 각 채널별 상기 전압 및 상기 전류를 근거로 상기 2차 전지의 임피던스를 각각 계산하는 제어용 컴퓨터를 포함하되,Controlling each of the secondary batteries housed in the jig device to simultaneously contact the impedance measuring device, transmitting control signals for measuring the voltage and the current to the impedance measuring device, and transmitting the voltage and the current for each channel. Including a control computer for calculating the impedance of each of the secondary battery based on, 상기 임피던스 측정 장치는,The impedance measuring device, 다수의 상기 채널로 측정 주파수 신호를 인가하기 위한 주파수 데이터를 저장하는 주파수 데이터 저장부(SRAM);A frequency data storage unit (SRAM) for storing frequency data for applying measurement frequency signals to a plurality of the channels; 상기 주파수 데이터 저장부 혹은 제어용 컴퓨터로부터 받은 정현파의 측정 주파수 데이터를 디지털에서 아날로그 파형으로 변환하는 제 1 DA 변환기;A first DA converter for converting measured frequency data of the sine wave received from the frequency data storage unit or the control computer into an analog waveform; 상기 제 1 DA 변환기로부터 출력되는 상기 아날로그 파형에 따라 각각의 상기 채널에 공급할 전류를 증폭하는 전류 증폭기;A current amplifier for amplifying a current to be supplied to each of the channels according to the analog waveform output from the first DA converter; 상기 전류 증폭기로부터 출력되는 증폭 전류를 각각의 2차 전지에 공급하기 위해 지그와 접촉되는 채널 단자;A channel terminal in contact with a jig for supplying an amplifying current output from the current amplifier to each secondary battery; 각각의 상기 채널로부터 상기 2차 전지에 흐르는 전류를 검출하여 각 채널별로 선택하는 전류 먹스(MUX);A current mux for detecting a current flowing through the secondary battery from each of the channels and selecting the channel for each channel; 각각의 상기 채널로부터 상기 2차 전지의 양단 전압을 각 채널별로 선택하는 전압 먹스;A voltage mux for selecting a voltage at each end of the secondary battery for each channel from each of the channels; 상기 전류 먹스로부터 출력되는 출력 전류를 증폭하는 증폭기;An amplifier for amplifying the output current output from the current mux; 상기 증폭기를 통해 증폭된 상기 출력 전류를 디지털 형태의 전류 데이터로 변환하는 제 1 AD 변환기;A first AD converter for converting the output current amplified by the amplifier into current data in digital form; 상기 전압 먹스로부터 출력되는 출력 전압에서 상기 2차 전지의 초기 DC 전압값을 제거하여 AC 성분의 전압을 출력하는 차동 증폭기;A differential amplifier for outputting an AC component voltage by removing an initial DC voltage value of the secondary battery from an output voltage output from the voltage mux; 상기 초기 DC 전압값을 제어용 컴퓨터로부터 디지털 데이터로 받아 아날로그 전압으로 변환하여 상기 차동 증폭기로 공급하는 제 2 DA 변환기;A second DA converter which receives the initial DC voltage value as digital data from a control computer, converts the initial DC voltage value into an analog voltage, and supplies the analog voltage to the differential amplifier; 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 상기 AC 성분의 전압을 가변적으로 증폭하는 가변이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier);A programmable gain amplifier for variably amplifying the voltage of the AC component output from the differential amplifier; 가변이득으로 증폭된 상기 AC 성분의 전압을 디지털 형태의 전압 데이터로 변환하는 제 2 AD 변환기; 및A second AD converter for converting the voltage of the AC component amplified with variable gain into voltage data in digital form; And 상기 전류 데이터 및 상기 전압 데이터를 저장하였다가 출력하는 측정 데이터 저장부(RAM)Measurement data storage unit (RAM) for storing and outputting the current data and the voltage data 를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템.Impedance measurement system comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 임피던스 측정 장치는 상기 각 채널별 2차 전지에 대한 임피던스를 측정함에 있어 각 2차 전지에 측정하고자 하는 주파수의 정현파 전류를 흘려 주고 2차 전지의 양단에 발생되는 측정 주파수 성분의 전압의 크기를 측정하여 상기 정현파 전류의 크기와 상기 전압의 크기 사이의 비율을 구하여 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템.The impedance measuring device applies a sine wave current of a frequency to be measured to each secondary battery in measuring the impedance of the secondary battery for each channel, and measures the magnitude of the voltage of the measured frequency component generated at both ends of the secondary battery. Impedance measurement system characterized in that for measuring the impedance by measuring the ratio between the magnitude of the sine wave current and the magnitude of the voltage. 제 2 항 및 제 3항에 있어서,The method of claim 2 and 3, 상기 임피던스 측정 장치는 상기 2차 전지 양단에 발생하는 전압을 검출함에 있어 각각의 상기 2차 전지의 초기 DC 전압을 미리 측정하여 두었다가 각각의 상기 2차 전지 양단에서 측정되는 전압에서 상기 초기 DC 전압을 감하여 DC 성분을 제거한 후, AC 성분을 증폭하여 사용하는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템.The impedance measuring device measures the initial DC voltage of each of the secondary batteries in advance in detecting the voltage occurring across the secondary battery, and then measures the initial DC voltage at the voltage measured across each of the secondary batteries. After subtracting the DC component, the AC component is amplified and used. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 임피던스 측정 장치는 상기 각 채널별 2차 전지에 대한 임피던스를 측정하기 전에, 상기 가변이득 증폭기의 이득을 "1"로 설정하고, 상기 차동 증폭기로 인가하는 DC 제거용 제어 신호를 "0"으로 설정하여 상기 각 채널별 2차 전지의 DC 전압값을 읽어 오는 것을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템.The impedance measuring apparatus sets the gain of the variable gain amplifier to "1" and measures the DC removing control signal applied to the differential amplifier to "0" before measuring the impedance of the secondary battery for each channel. Impedance measurement system, characterized in that for setting and read the DC voltage value of the secondary battery for each channel. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 임피던스 측정 시스템은 상기 측정 주파수를 저주파 모드와 고주파 모드로 분류하여 동작하되,The impedance measurement system operates by dividing the measurement frequency into a low frequency mode and a high frequency mode, 상기 저주파 모드일 경우, 모든 채널을 동시에 동작시켜 모든 2차 전지에 측정 주파수의 전류가 동시에 흐르도록 하고, 상기 각각의 2차 전지에 흐르는 전류와 발생되는 전압을 상기 전류 먹스와 상기 전압 먹스를 통해 각각 획득하고,In the low frequency mode, all channels are operated at the same time so that the current of the measurement frequency flows simultaneously in all secondary batteries, and the current flowing through each secondary battery and the generated voltage are supplied through the current mux and the voltage mux. Each one, 상기 고주파 모드일 경우, 모든 채널에서의 임피던스를 측정할 때까지 각 채널을 하나씩 순차적으로 동작시키는 것In the high frequency mode, each channel is operated one by one until the impedance of all the channels is measured. 을 특징으로 하는 임피던스 측정 시스템.Impedance measurement system, characterized in that. 삭제delete
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