KR100870402B1 - 배터리 장치의 전압측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 전지셀을 구비하는 다수의 전지모듈이 구비되는 배터리 장치에서 전압측정시간을 단축시킴은 물론이며, 각 전지모듈 단위로 번갈아가면서 전압을 측정함으로써, 전지모듈간 전압측정간격을 단축시킬 수 있는 배터리 장치의 전압측정장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 본 발명에 따르는 하나 이상의 전지셀을 구비하는 복수의 전지모듈을 구비하는 배터리 장치의 전압측정장치는, 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀과 연결되어 상기 전지셀의 전압을 제공받아 충전하는 복수의 전압측정용 커패시터; 상기 복수의 전압측정용 커패시터에 충전된 전압을 측정하는 복수의 전압측정부; 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 상기 복수의 전압측정용 커패시터를 연결 또는 해제하거나, 상기 복수의 전압측정용 커패시터와 상기 복수의 전압측정부를 연결 또는 해제하는 복수의 스위칭부; 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 상기 복수의 전압측정용 커패시터간을 연결하여, 상기 복수의 전압측정용 커패시터를 충전하고, 상기 충전된 복수의 전압측정용 커패시터의 전압을 순차적으로 측정하고 측정완료시 해당 전지모듈의 다음 전지셀과 해당 전압측정용 커패시터를 연결하여 충전시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 하나 이상의 전지셀을 구비하는 복수의 전지모듈을 구비하는 배터리 장치의 전압측정방법은, 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 복수의 전압측정용 커패시터간을 연결하여, 상기 복수의 전압측정용 커패시터 를 충전하는 단계; 상기 충전된 복수의 전압측정용 커패시터의 전압을 순차적으로 측정하는 단계; 상기 전압측정이 완료된 전압측정용 커패시터를 해당 전지모듈의 다음 전지셀과 연결하여 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전지셀 전압측정, 커패시터

Description

배터리 장치의 전압측정방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF MEASUREMENT VOLTAGE FOR BATTERY APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 전압측정장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 전압측정방법의 흐름도.

본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 장치의 전압을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 전자기기나 차량 등에 채용되는 배터리는 다수의 전지 셀을 구비하는 전지모듈을 다수 구비하며, 상기 다수의 전지모듈의 관리를 위해 상기 다수의 전지모듈에 구비되는 다수의 전지셀의 전압을 주기적으로 측정한다.

상기한 전지셀의 전압 측정 과정에서 절연 저항이 파기되는 문제를 해소하기 위해, 종래에는 스위칭 소자와 전지 셀 사이에 플라잉 커패시터를 삽입하고, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 해당 전지 셀의 전압을 측정하는 방 식이 널리 사용되고 있다.

상기 플라잉 커패시터의 충전시간 Tc라 하고 전압측정시간을 Tm이라 하고, 스위칭 소자를 온/오프하는 데에 소요되는 시간을 Ts라 할 때에, 하나의 전지셀의 전압을 측정하는 데에 소요되는 시간은 수학식 1과 같다.

이에 따라 다수의 전지셀의 전압을 측정하는 경우에 소요되는 전체 소요시간(TT)은 수학식 2와 같이 된다.

상기한 전압측정시간은 전지모듈의 수가 많아질수록, 각 전지모듈에 구비되는 전지셀의 수가 많아질수록 길어진다.

이와 같이 전압측정시간이 길어지는 것은 BMS의 성능을 저하시킴은 물론이며 SOC 및 SOH의 유효성에도 큰 영향을 미치게 된다. 예를들어, 고전류로 충방전이 발생될 경우에는 첫번째로 측정한 전압과 마지막으로 측정한 전압의 측정시점이 차이에 의해 같은 상태의 전류가 인가되었다고 간주하기 어렵기 때문이다.

이에, 종래에는 다수의 전지셀을 구비하는 다수의 전지모듈이 구비되는 배터리 장치에서 전압측정시간을 단축시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되었다.

또한 각 전지모듈 단위로 번갈아가면서 전압을 측정함으로써, 전지모듈간 전압측정간격을 좁혀 전압측정결과의 유효성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 다수의 전지셀을 구비하는 다수의 전지모듈이 구비되는 배터리 장치에서 전압측정시간을 단축시킴은 물론이며, 각 전지모듈 단위로 번갈아가면서 전압을 측정함으로써, 전지모듈간 전압측정간격을 단축시킬 수 있는 배터리 장치의 전압측정장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는 하나 이상의 전지셀을 구비하는 복수의 전지모듈을 구비하는 배터리 장치의 전압측정장치는, 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀과 연결되어 상기 전지셀의 전압을 제공받아 충전하는 복수의 전압측정용 커패시터; 상기 복수의 전압측정용 커패시터에 충전된 전압을 측정하는 복수의 전압측정부; 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 상기 복수의 전압측정용 커패시터를 연결 또는 해제하거나, 상기 복수의 전압측정용 커패시터와 상기 복수의 전압측정부를 연결 또는 해제하는 복수의 스위칭부; 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 상기 복수의 전압측정용 커패시터간을 연결하여, 상기 복수의 전압측정용 커패시터를 충전하고, 상기 충전된 복수의 전압측정용 커패시터의 전압을 순차적으로 측정하고 측정완료시 해당 전지 모듈의 다음 전지셀과 해당 전압측정용 커패시터를 연결하여 충전시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 전압측정부는, 상기 전압측정용 커패시터의 전압을 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부의 출력전압을 측정하는 전압측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르는 하나 이상의 전지셀을 구비하는 복수의 전지모듈을 구비하는 배터리 장치의 전압측정방법은, 상기 복수의 전지모듈의 어느 한 전지셀들과 복수의 전압측정용 커패시터간을 연결하여, 상기 복수의 전압측정용 커패시터를 충전하는 단계; 상기 충전된 복수의 전압측정용 커패시터의 전압을 순차적으로 측정하는 단계; 상기 전압측정이 완료된 전압측정용 커패시터를 해당 전지모듈의 다음 전지셀과 연결하여 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 전압측정용 커패시터의 전압을 증폭하는 단계; 상기 증폭부의 출력전압을 해당 전지셀으로서 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 전지셀을 구비하는 다수의 전지모듈이 구비되는 배터리 장치에서 전압측정시간을 단축시킴은 물론이며, 각 전지모듈 단위로 번갈아가면서 전압을 측정함으로써, 전지모듈간 전압측정간격을 단축시켜 전압측정결과의 유효성을 향상시킨다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전압측정장치의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

상기 전압측정장치의 제어부(100)는 상기 배터리 장치를 전반적으로 제어함 은 물론이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 다수의 전지셀로 구성되는 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N)의 각 전지셀의 전압을 측정하기 위해 제1 내지 제N전압측정부(1041~104N)를 제어한다.

좀더 설명하면, 제어부(100)는 전원측정시작시에 제1 내지 제N전압측정부(1041~104N) 내의 플라잉 커패시터인 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)와 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N)의 첫 전지셀을 각각 연결하며, 상기 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N)의 첫 전지셀의 전압이 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)에 충전되게 한다.

이후, 제어부(100)는 제1전압측정용 커패시터(C1)에 충전된 전압을 측정하고, 상기 측정이 완료되면 제1전압측정용 커패시터(C1)와 제1전지모듈(1161)의 두번째 전지셀을 연결함과 동시에 제2전압측정용 커패시터(C2)에 충전된 전압을 측정한다.

이러한 방식으로 제어부(100)는 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N) 단위로 번갈아 가면서 전지셀의 전압을 측정함과 아울러 어느 한 전지셀의 전압측정시 다른 전지셀을 충전토록 한다.

메모리부(102)는 제어부(100)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장한다.

제1 내지 제N전압측정부(1041~104N)는 그 구성이 동일하며, 이하 제1전압측정부(1041)의 구성만을 상세히 설명한다.

상기 제1전압측정부(1041)는 제1전지모듈(1161)에 구비된 다수의 전지셀의 양단을 선택적으로 연결하는 제1SSR(1061), 상기 제1SSR(1061)을 통해 상기 다수의 전지 셀 중 어느 한 전지셀의 양단과 연결되는 제1전압측정용 커패시터(C1), 상기 제1전압측정용 커패시터(C1)의 충전을 위해 제1전압측정용 커패시터(C1)의 양단을 연결하거나 제1전압측정용 커패시터(C1)에 충전된 전압의 측정을 위해 제1전압측정용 커패시터(C1)의 양단을 해제하는 제N+1SSR(1081), 상기 제1전압측정용 커패시터(C1)의 양단과 제1증폭기(1121)를 연결 또는 해제하는 제2N+1SSR(1101), 상기 제1전압측정용 커패시터(C1)에 충전된 전압을 증폭하는 제1증폭기(1121), 상기 제1증폭기(112)가 출력하는 증폭된 전압을 측정하여 제어부(100)에 제공하는 제1전압측정부(1141)로 구성된다.

상기 제1SSR(1061), 제N+1SSR(1081), 제2N+1SSR(1101)은 제어부(100)의 제어에 따라 스위칭 동작을 이행한다.

상기한 전압측정장치의 동작을 도 2의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 전압측정장치의 제어부(100)는 배터리 장치의 전압측정이 요청되면, 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N)의 첫 전지셀들과 제1 내지 제N전압측정부(1041~104N)의 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)를 각각 연결하여, 각 전지셀의 전압이 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)에 충전되도록 제1 내지 제NSSR(1061~106N), 제N+1 내지 제2NSSR(1081~108N)을 제어한다.

상기 제어에 따라 제1 내지 제N전지모듈(1161~116N)의 첫 전지셀들의 전압은 제1 내지 제N전압측정부(1041~104N)의 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)에 충전된다(200단계).

상기 제1 내지 제N전압측정용 커패시터(C1~CN)의 충전이 완료되면, 제어부(100)는 어느 한 전지모듈 또는 다음 전지모듈에 대한 전압측정용 커패시터에 충전된 전압을 측정한다(202단계). 여기서, 상기 전압측정용 커패시터의 충전전압 측정을 위해서는 전지모듈과 전압측정용 커패시터간의 연결을 해제함과 아울러 전압측정용 커패시터와 증폭기간을 연결하여, 상기 전압측정용 커패시터에 충전된 전압이 증폭기를 통해 전압측정부로 인입되게 한다.

여기서, 본 발명에 따른 전압측정순서를 예를들어 설명한다. 제어부(100)는 첫 전압측정시에는 제1전지모듈(1161)의 제1전지셀의 전압이 충전된 제1전압측정용 커패시터(C1)의 충전전압을 측정하고, 그 다음에는 제2전지모듈(1162)의 제1전지셀의 전압이 충전된 제2전압측정용 커패시터(C2)의 전압을 측정하고, 그 다음에는 제3전지모듈(1163)의 제1전지셀의 전압이 충전된 제3전압측정용 커패시터(C3)의 전압을 측정하는 것이다. 이와 같이 본 발명은 전지모듈단위로 번갈아가면서 전지셀의 전압을 측정한다.

상기한 방식으로 어느 한 전지 셀에 대한 전압측정이 완료되면(204단계), 제어부(100)는 해당 전지모듈의 다음 전지셀과 전압측정용 커패시터를 연결하여, 해당 전지모듈의 다음 전지셀에 충전된 전압이 전압측정용 커패시터에 충전되게 한다(206단계).

이와 같이 본 발명은 어느 한 전지모듈의 전지셀의 전압측정이 완료되면, 해당 전지모듈에 대한 전압측정용 커패시터에는 해당 전지모듈의 다음 전지셀의 전압을 충전시킴으로써, 모든 전지모듈의 제1전지셀에 대한 전압 측정이 완료된 후에는 다시 모든 전지모듈의 제2전지셀에 대한 전압, 제3전지셀에 대한 전압.. 제N전지셀에 대한 전압 측정이 이행되게 한다.

이후, 제어부(100)는 현재 측정한 전지셀이 마지막 전지모듈의 마지막 전지셀인지를 체크한다(208단계).

상기 현재 측정한 전지셀이 마지막 전지모듈의 마지막 전지셀이 아니면, 제어부(100)는 상기 (202)단계로 진입하여 다음 전지모듈에 대한 전지측정용 커패시터에 충전된 전압을 측정하는 과정을 반복한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 다수의 전지셀을 구비하는 다수의 전지모듈이 구비되는 배터리 장치에서 전압측정시간을 단축시킴은 물론이며, 각 전지모듈 단위로 번갈아가면서 전압을 측정함으로써, 전지모듈간 전압측정간격을 단축시켜, 전압측정결과의 유효성을 향상시키는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 다수의 전지셀을 포함하는 제1 내지 제N전지모듈을 구비하는 배터리 장치의 전압측정장치에 있어서,

   상기 제1 내지 제N전지모듈에 포함된 각 전지셀의 전압을 전지모듈 별로 충전하는 제1 내지 제N전압측정용 커패시터;

   각 전압측정용 커패시터별로 충전된 전압을 센싱하여 출력하는 제1 내지 제N전압측정부;

   각 전지모듈에 포함된 전지셀을 대응하는 전압측정용 커패시터에 연결 또는 해제시키고, 상호 대응하는 전압측정용 커패시터와 전압측정부를 연결 또는 해제하는 스위칭 수단; 및

   상기 스위칭 수단을 제어하여, 상기 제1 내지 제N전지모듈의 어느 한 전지 셀을 대응하는 제1 내지 제N전압측정용 커패시터에 각각 충전시킨 후 순차적으로 각 전압측정용 커패시터에 충전된 전지셀 전압을 대응하는 전압측정부를 통하여 센싱하고, k(2≤k≤N)번째 전지모듈의 전지셀 전압을 센싱하는 동안 k-1번째 전지모듈의 다른 전지셀 전압을 k-1번째 전압측정용 커패시터에 충전하는 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압측정장치.
2. 삭제
3. 다수의 전지셀을 포함하는 제1 내지 제N전지모듈의 셀 전압을 측정하는 방법으로서,

   상기 제1 내지 제N전지모듈에 포함된 어느 한 전지셀의 전압을 전지모듈 별로 마련된 제1 내지 제N전압측정용 커패시터에 개별적으로 충전하는 단계; 및

   상기 제1 내지 제N전압측정용 커패시터에 충전된 전지셀 전압을 순차적으로 센싱하되, k(2≤k≤N)번째 전지모듈의 전지셀 전압을 센싱하는 동안 k-1번째 전지모듈의 다른 전지셀 전압을 k-1번째 전압측정용 커패시터에 충전하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압측정방법.
4. 삭제

Images