KR101225454B1 - 배터리 팩 온도 측정 장치 - Google Patents

배터리 팩 온도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 온도 측정을 위해 삽입된 써미스터 케이블을 통해 BMS(Battery Management System)로 유입되는 노이즈를 제거하여 정확한 온도 측정 및 BMS의 오동작을 방지할 수 있는 온도 측정 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 온도 측정 장치 {Tamperature Measurement Device For Battery Pack}
본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 온도 측정을 위해 삽입된 써미스터 케이블을 통해 BMS(Battery Management System)로 유입되는 노이즈를 제거하여 정확한 온도 측정 및 BMS의 오동작을 방지할 수 있는 온도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차와 같이 반복 충전이 가능한 2차 전지를 사용하는 배터리 시스템의 경우 배터리 팩과 상기 배터리를 제어 및 관리하는 BMS를 포함하여 구성된다.
종래의 배터리 시스템의 경우 충 방전을 통해 배터리 팩의 온도가 상승하고, 지나치게 온도가 상승할 경우 배터리 손상은 물론 폭발 등 위험이 발생할 수 있으므로 배터리 팩의 온도 관리가 필요하므로 온도 측정 장치를 구비하고 있다.
도 1은 종래의 배터리 시스템에 장착되는 온도 측정 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 시스템에 적용되는 온도 측정 장치는 저항(R0)과 싸미스터(RT)가 직렬로 연결되고 상기 저항과 써미스터의 저항 분압 방식을 이용하여 온도를 측정하게 된다.
그러나, 상기와 같은 온도 측정 장치는 외부에서 유입되는 노이즈에 취약하여 온도 측정에 오류가 발생하여 온도 측정의 정확성이 떨어질 뿐만 아니라, 써미스터 케이블이 BMS와 연결되어 배터리 팩의 충/방전 동작시 충전기 또는 인버터 노이즈가 상기 써미스터 케이블을 통해 BMS로 유입되어 BMS의 오작동이 발생하는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 팩의 온도 측정을 위해 삽입된 써미스터 케이블을 통해 BMS(Battery Management System)로 유입되는 노이즈를 제거하여 정확한 온도 측정 및 BMS의 오동작을 방지할 수 있는 온도 측정 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩 온도 측정 장치는 제 1 분압 저항(R1), 써미스터(RT) 및 제 2 분압 저항(R2)이 직렬로 연결된 써미스터부와 상기 써미스터 양단과 연결되어 유입된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부와 상기 노이즈 제거부로부터 노이즈가 제거된 유효 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 써미스터부의 제 1 분압 저항(R1)과 제 2 분압 저항(R2)은
저항 분배비가 틀어지지 않도록 각각 RT/2로 설정되어 상기 써미스터 양단에 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노이즈 제거부는 상기 써미스터 양단으로 부터 입력된 신호로부터 노이즈를 제거하는 차동 증폭기 또는 노이즈 필터인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 써미스터부는 복수 개의 써미스터와 상기 복수 개의 써미스터와 연결되고, 특정 써미스터를 디코딩하여 상기 제 1 및 2 분압 저항과 차동 증폭기와 연결시키는 먹스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 먹스의 디코딩을 제어하고, 복수 개의 써미스터로부터 측정된 온도 정보를 관리하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 팩 온도 측정 장치는 배터리 팩의 온도 측정을 위해 삽입된 써미스터 케이블을 통해 BMS(Battery Management System)로 유입되는 노이즈를 제거할 수 있다.
따라서, 배터리 팩의 정확한 온도 측정이 가능하여 배터리 팩의 수명 연장에 기여할 수 있으며, BMS에 노이즈가 유입되어 오동작을 방지하여 배터리 시스템의 신뢰성을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 종래의 배터리 시스템에 장착되는 온도 측정 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 시스템에 장착되는 온도 측정 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 측정 장치의 노이즈 제거 실험 결과를 도시한 그래프로서, 도 3a는 종래의 노이즈에 의해 온도 편차가 발생하는 것을 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명에 따른 차동 증폭기 출력을 통해 노이즈가 제거되는 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써미스터가 병렬로 연결된 것을 도시한 회로도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 시스템에 장착되는 온도 측정 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 온도 측정 장치는 제 1 분압 저항(R1), 써미스터(RT) 및 제 2 분압 저항(R2)이 직렬로 연결된 써미스터부(10)와 상기 써미스터 양단과 연결된 노이즈 제거부(20)와 상기 노이즈 제거부로부터 노이즈가 제거된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 분압 저항(R1)과 제 2 분압 저항(R2)은 각기 다른 저항값으로 설정될 수 있으나, 이 경우 저항 분압비가 틀어지게 되어 온도 측정의 정확성이 떨어질 수 있으므로, 저항 분압비가 틀어지지 않게 하기 위해 각각 분압 저항값을 상기 써미스터 저항값(RT)의 1/2의 값(RT/2)으로 설정하여 상기 써미스터 양단에 배치하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 노이즈 제거부(20)는 써미스터 케이블을 통해 유입될 수 있는 노이즈를 제거하기 위한 구성으로 차동 증폭기 또는 노이즈 필터로 구성될 수 있다.
상기 노이즈 제거부가 없는 경우 외부로부터 유입된 노이즈가 온도 측정값에 영향을 미치게 되고, 노이즈를 통한 온도 측정 오차로 인해 온도 측정의 정확성이 떨어진다.
또한, 상기 유입된 노이즈가 써미스터 케이블을 통해 베터리 팩을 제어하는 BMS로 유입되어, BMS 동작에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 노이즈 제거부(20) 장착함으로써 외부에서 유입되는 노이즈를 제거할 수 있으며, 이로 인해 정확한 온도 측정은 물론 BMS로 노이즈가 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
상기 노이즈 제거부(20)가 도 2와 같이 차동 증폭기로 구성될 경우 상기 차동 증폭기의 (+)단과 (-)단을 통해 유입되는 신호는 노이즈를 포함한 신호이고, 상기 유입되는 신호 중 차 신호 만이 증폭되고, 노이즈 성분인 동상의 노이즈가 제거된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 측정 장치의 노이즈 제거 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3a는 종래 기술에 따라 유입된 노이즈에 의해 온도 편차가 발생하는 것을 도시한 것으로, 도 3a를 통해 알 수 있듯이, 노이즈 제거부가 없으면 유입된 노이즈에 의해 15도의 오차가 발생하게 되어 온도 측정의 정확성이 떨어지게 된다.
도 3b는 본 발명에 따른 차동 증폭기 출력을 통해 노이즈가 제거되는 것을 도시한 것으로, 도 3b를 통해 알 수 있듯이, (+)단과 (-)단에서 입력된 신호는 동상의 노이즈를 포함하고 있으며, 차동 증폭기의 출력단을 통해 상기 동상의 노이즈가 제거된 유효 신호만이 출력됨을 알 수 있다.
여기서, 상기 제 1 분압 저항(R1)과 제 2 분압 저항(R2)의 저항 분압비가 틀어질 경우 입력되는 노이즈에 영향을 주어 노이즈 제거가 어려울 수 있으므로, 상기 저항 분압비가 틀어지지 않도록 제 1 분압 저항(R1)과 제 2 분압 저항(R2)의 값은 각각 RT/2로 설정하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써미스터가 병렬로 연결된 것을 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 온도 측정 장치는 다수 개의 써미스터가 연결된 다채널로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 다수 개의 써미스터 중 하나의 써미스터를 디코팅하는 먹스(40)를 더 포함하여야 한다.
보다 구체적으로, 배터리 팩은 높은 출력과 장시간 사용을 위해 단일의 배터리 팩이 아닌 복수 개의 배터리 팩이 병렬로 연결되어 구성될 수 있으며, 이 경우 각 배터리 팩의 온도를 측정하기 위한 다채널 온도 측정 장치가 필요하다.
이를 위해, 도 4와 같이 다수 개의 써미스터가 각 배터리 팩과 연결될 수 있으며, 먹스(40)가 상기 다수 개의 써미스터 중 하나의 써미스터를 디코딩하고, 디코딩된 신호가 노이즈 제거부를 통해 입력되고, 노이즈가 제거되어 정확한 온도가 측정된다.
여기서, 이론적으로 연결되는 써미스터의 수(N개)는 제한이 없으며, 상기 먹스는 상기 각 써미스터와 연결되고, 측정을 원하는 특정 써미스터만을 스위칭하여 특정 써미스터의 양단으로부터 유입되는 신호만이 노이즈 제거부(20)에 입력되도록 제어한다.
상기 먹스(40)의 동작을 제어하기 위해 제어부(50)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(50)는 복수 개의 써미스터를 통한 온도 측정 순서를 미리 설정하여 상기 설정된 순서에 따라 상기 먹스가 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(50)는 설정된 온도 이상으로 배터리 팩의 온도가 상승한 경우 알람을 발생하는 역할을 포함할 수 있다.
상기 제어부(50)가 설정된 온도 이상으로 배터리 팩의 온도가 상승되었음을 감지하면, BMS에 알람을 전송하고, 상기 BMS는 배터리 팩의 충전 또는 방전을 중지시켜 온도 증가에 따른 배터리 팩의 손상을 방지할 수 있다.
따라서, 단일의 먹스(40)를 통해 다수 개의 써미스터를 동시에 제어할 수 있으며, 다수 개의 써미스터로부터 측정된 온도 정보를 통합하여 관리할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 써미스터부 20 : 노이즈 제거부
30 : ADC 40 : 먹스
50 : 제어부

Claims (5)

  1. 제 1 분압 저항(R1), 써미스터(RT) 및 제 2 분압 저항(R2)이 직렬로 연결된 써미스터부와;
    상기 써미스터 양단과 연결되어 유입된 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부와;
    상기 노이즈 제거부로부터 노이즈가 제거된 유효 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 온도 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 써미스터부의
    제 1 분압 저항(R1)과 제 2 분압 저항(R2)은
    각각 RT/2로 설정되어 상기 써미스터 양단에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 온도 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는
    상기 써미스터 양단으로 부터 입력된 신호로부터 노이즈를 제거하는 차동 증폭기 또는 노이즈 필터인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 온도 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 써미스터부는
    복수 개의 써미스터와;
    상기 복수 개의 써미스터와 연결되고, 특정 써미스터를 디코딩하여 상기 제 1 및 2 분압 저항과 차동 증폭기와 연결시키는 먹스를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 먹스의 디코딩을 제어하고, 복수 개의 써미스터로부터 측정된 온도 정보를 관리하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
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