KR101268847B1 - Apparatus and method for measuring battery cell voltage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리의 셀 전압 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리 셀 전압을 이용하여 차동 증폭기의 오프셋 전압을 조절함으로써, 정밀한 셀 전압이 측정될 수 있도록 한 배터리의 셀 전압 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for measuring a cell voltage of a battery and a method of measuring the battery voltage, and more particularly, to adjust an offset voltage of a differential amplifier using a battery cell voltage, so that a precise cell voltage can be measured. And a measuring method thereof.
최근에 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 기술개발이 활발해지면서 소형이면서도 대용량의 배터리 개발이 요구되고 있으며, 대용량의 배터리는 반복적인 충방전이 가능한 다수의 셀이 직렬로 연결된 팩의 형태로 구성될 수 있다.Recently, as the development of electric vehicles or hybrid vehicles has been actively developed, small and large-capacity batteries are required to be developed, and a large-capacity battery may be configured in the form of a pack in which a plurality of cells capable of repeatedly charging and discharging are connected in series.
이러한 배터리 팩의 충방전 시에는 각 셀의 충전 상태(State of Charge : SOC)를 적절히 유지하고, 과충전이나 과방전과 같은 이상 상황으로부터 배터리 팩을 보호해야 한다. 또한, 배터리 팩 내의 각 셀들이 일정한 전압을 유지하면서 충전되도록 하는 충전등화가 요구된다.When charging and discharging the battery pack, the state of charge (SOC) of each cell should be properly maintained and the battery pack should be protected from abnormal conditions such as overcharge or overdischarge. In addition, charging equalization is required so that each cell in the battery pack is charged while maintaining a constant voltage.
따라서 셀 전압 측정 장치를 사용하여 각 셀의 전압을 주기적으로 측정하여 모니터링 할 필요성이 있다.Therefore, it is necessary to periodically measure and monitor the voltage of each cell using a cell voltage measurement device.
이러한 필요성을 해결하기 위하여 고전압으로 충전되는 배터리의 각 셀 전압을 측정하기 위한 장치와 기술이 개발되고 있으며, 종래의 배터리의 셀 전압 측정장치는 직렬로 연결된 다수개의 셀들의 전압을 차동 증폭기가 수용할 수 있는 전압으로 낮추고 셀 전압이 측정되나, 이때 배터리 팩 내의 최상부층에 위치한 셀 전압이 높은 분압비에 의해 측정 정밀도가 저하되는 문제점이 발생되고 있다.In order to solve the necessity, an apparatus and a technology for measuring the voltage of each cell of a battery charged with a high voltage have been developed. In the conventional battery cell voltage measuring device, a differential amplifier can accept the voltage of a plurality of cells connected in series. The cell voltage is measured as low as possible, but at this time, a problem arises in that the measurement accuracy is degraded due to the high voltage division ratio of the cell voltage located at the top layer of the battery pack.
또한, 종래의 셀 전압 측정장치는 차동 증폭기의 기준 전압에 대한 오프셋을 설정할 때 오프셋 전압을 조절하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있으나, 차동 증폭기의 오프셋 전압이 배터리 셀 전압과 독립적으로 조절되기 때문에 오프셋부에서 설정되는 오프셋 전압의 정밀도에 따라 셀 전압 측정장치의 정밀도에 영향이 크게 작용하는 문제점이 지적되고 있다.
In addition, the conventional cell voltage measuring apparatus may improve the measurement accuracy by adjusting the offset voltage when setting the offset with respect to the reference voltage of the differential amplifier, but because the offset voltage of the differential amplifier is adjusted independently of the battery cell voltage offset portion It has been pointed out that a problem that greatly affects the precision of the cell voltage measuring device depends on the precision of the offset voltage set at.
따라서, 본 발명은 종래 셀 전압 측정장치 및 측정방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리의 셀 전압과 연동되어 차동 증폭기의 오프셋 전압이 조절됨에 의해서 배터리의 정밀한 셀 전압이 측정될 수 있도록 한 배터리의 셀 전압 측정장치 및 그 측정방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above-mentioned disadvantages and problems in the conventional cell voltage measuring apparatus and the measuring method, and the precision cell of the battery is controlled by adjusting the offset voltage of the differential amplifier in conjunction with the cell voltage of the battery. An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring a cell voltage of a battery and a method of measuring the same so that voltage can be measured.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 순간적인 과충전과 과방전이 발생되거나 측정회로에서 순간적인 노이즈가 발생됨에 의한 셀 전압의 변화를 필터링할 수 있도록 한 셀 전압 측정장치 및 측정방법이 제공됨에 있다.
In addition, another object of the present invention is to provide a cell voltage measuring apparatus and a measuring method for filtering a change in cell voltage caused by instantaneous overcharge and overdischarge or instantaneous noise in a measurement circuit.
본 발명의 상기 목적은, 배터리에 연결되어 상기 배터리의 각 셀 전압과 연동됨에 의해서 차동 증폭기의 오프셋 전압이 조절되는 배터리의 셀 전압 측정장치에 있어서, 상기 배터리를 구성하는 상기 각 셀들의 전압을 상기 차동 증폭기가 수용할 수 있는 전압으로 낮추는 셀 전압 분압부; 상기 셀 전압 분압부에서 분압된 상기 각 셀들의 차동 전압이 선택적으로 입력되는 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서; 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서에 입력되는 상기 차동 전압의 선택이 제어되는 멀티플렉서 제어부; 상기 멀티플렉서 제어부로 동기화 명령이 입력되어 상기 각 셀들의 선택된 차동 전압을 동기화시키는 멀티플렉서 동기화 명령부; 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서를 통해 입력되는 차동 전압이 증폭되는 차동 증폭기; 및 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 상기 배터리 전압을 디지털 데이터로 변환하는 데이터 처리부를 포함하는 배터리의 셀 전압 측정장치가 제공됨에 의해서 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cell voltage measuring apparatus of a battery, in which an offset voltage of a differential amplifier is adjusted by being connected to a battery and interlocked with each cell voltage of the battery, wherein A cell voltage divider which lowers the voltage to an acceptable voltage of the differential amplifier; A cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer for selectively inputting differential voltages of the cells divided by the cell voltage divider; A multiplexer controller configured to control selection of the differential voltages input to the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer; A multiplexer synchronization command unit configured to synchronize a selected differential voltage of each of the cells by inputting a synchronization command to the multiplexer controller; A differential amplifier for amplifying a differential voltage input through the cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer; And a data processing unit for converting the battery voltage output from the differential amplifier into digital data.
이때, 상기 데이터 처리부는, 샘플 앤드 홀드부; 및 아날로그 데이터인 증폭된 차동 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부를 더 포함할 수 있다.In this case, the data processing unit, a sample and hold unit; And an A / D converter configured to convert the amplified differential voltage, which is analog data, into digital data.
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서의 출력 단자는 상기 차동 증폭기의 (+)측 비반전 단자와 연결되고, 상기 오프셋 선택 멀티플렉서의 출력 단자는 상기 차동 증폭기의 (-)측 반전 단자와 연결됨에 의해서 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서에 의해서 선택된 셀 전압과 상기 오프셋 선택 멀티플렉서에 의해 선택된 오프셋 전압 사이에 발생되는 차동 전압이 상기 차동 증폭기를 통해 증폭될 수 있다.
The output terminal of the cell voltage selection multiplexer is connected to the (+) side non-inverting terminal of the differential amplifier, and the output terminal of the offset selection multiplexer is connected to the (−) side inverting terminal of the differential amplifier. The differential voltage generated between the cell voltage selected by the multiplexer and the offset voltage selected by the offset selection multiplexer may be amplified by the differential amplifier.
한편, 본 발명의 다른 목적은, 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 설정하는 단계; 멀티플렉서 제어부에서 멀티플렉서 동기화 명령부의 제어에 의해 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서를 통해 상기 배터리의 셀 전압 및 오프셋 셀 전압을 선택하는 단계; 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서에서 선택된 셀의 차동 전압이 차동 증폭기에 의해 증폭 처리되는 단계; 상기 차동 증폭기에 의해 증폭 처리된 PVcell 전압이 출력되는 단계; 상기 차동 증폭기에서 차동 증폭된 상기 배터리의 셀 전압은 데이터 처리부의 샘플 앤드 홀드부 및 A/D 변환부를 통해 아날로그 데이터가 디지털 데이터로 변환되는 단계; 상기 데이터 처리부에서 디지털 데이터로 변환된 PVcell 전압이 출력되고, 디지털 데이터로 변환된 상기 배터리의 셀 전압이 필터링 처리되는 단계; 및 상기 데이터 처리부에서 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 FVcell 전압이 출력되는 단계;를 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법이 제공됨에 의해서 달성된다.On the other hand, another object of the present invention, the step of setting the number of cell voltage filtering of the initial battery; Selecting a cell voltage and an offset cell voltage of the battery through a cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer under control of a multiplexer synchronization command unit in a multiplexer control unit; Amplifying a differential voltage of a cell selected by the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer by a differential amplifier; Outputting amplified PVcell voltage by the differential amplifier; Converting analog data into digital data through a sample and hold part and an A / D converter of a data processor of the battery voltage differentially amplified by the differential amplifier; Outputting a PVcell voltage converted into digital data by the data processor and filtering a cell voltage of the battery converted into digital data; And outputting a filtered FVcell voltage converted into digital data by the data processing unit.
상기 배터리의 셀 전압 및 오프셋 셀 전압을 선택하는 단계에서, 상기 멀티플렉서 제어부의 출력 신호에 따라 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서 중 어느 하나의 채널이 선택되며, 상기 채널의 선택은 기능동작 입력단자(EN)와 주소 입력단자(ADD)의 제어신호에 상응하는 셀 전압 멀티플렉서 채널이 선택될 수 있다.In the selecting of the cell voltage and the offset cell voltage of the battery, any one channel of the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer is selected according to an output signal of the multiplexer controller, and the channel selection is performed by a function operation input terminal. The cell voltage multiplexer channel corresponding to EN and the control signal of the address input terminal ADD may be selected.
또한, 상기 셀 전압의 필터링 처리 단계에서, 상기 셀 전압의 필터링 처리는 디지털 데이터인 SVcell 전압을 이용하여 필터링된 FVcell 전압이 계산되며, 상기 필터링된 FVcell 전압은 1차 오더 필터링 알고리즘과 필터링 파라미터를 이용하여 계산될 수 있다.
In the filtering of the cell voltage, the filtered FVcell voltage is calculated using the SVcell voltage as digital data, and the filtered FVcell voltage is calculated using a first order filtering algorithm and a filtering parameter. Can be calculated.
본 발명에 따른 셀 접압 측정장치 및 측정방법은 배터리의 셀 전압을 이용하여 차동 증폭기의 오프셋 전압을 조절하여 배터리 셀 전압의 측정 범위를 넓게 함으로서 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The cell pressure measuring apparatus and the measuring method according to the present invention have the advantage of improving the measurement accuracy by widening the measurement range of the battery cell voltage by adjusting the offset voltage of the differential amplifier using the cell voltage of the battery.
또한, 본 발명은 배터리의 순간적인 과충전 및 과방전에 의해 셀 전압 변화나 측정회로에서 발생하는 순간적인 노이즈에 의한 셀 전압 변화를 필터링함으로써, 정밀한 셀 전압 측정이 가능한 이점이 있다.
In addition, the present invention has the advantage that the precise cell voltage measurement can be performed by filtering the cell voltage change due to the instantaneous overcharge and overdischarge of the battery due to the cell voltage change or the instantaneous noise generated in the measurement circuit.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 셀 전압 측정장치의 구성이 도시된 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치가 다수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 접속된 상태의 일실시예 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 셀 전압 측정방법이 순차적으로 도시된 순서도.1 is a block diagram showing the configuration of a cell voltage measuring apparatus of a battery according to the present invention.
2 is a circuit diagram of an exemplary embodiment in which a cell voltage measuring device according to the present invention is connected to a battery in which a plurality of cells are connected in series.
3 is a flowchart illustrating a method of measuring a cell voltage according to the present invention in sequence.
본 발명에 따른 배터리의 셀 전압 측정장치 및 측정방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
Matters relating to the operational effects including the technical configuration for the above object of the cell voltage measuring apparatus and the measuring method of the battery according to the present invention will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention. .
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 배터리의 셀 전압 측정장치의 구성이 도시된 블럭도이다.First, Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a cell voltage measuring apparatus of a battery according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리의 셀 전압 측정장치는 배터리(100)와 셀 전압 분압부(120), 셀 전압 선택 멀티플렉서(140), 오프셋 선택 멀티플렉서(160), 멀티플렉서 제어부(180), 멀티플렉서 동기화 명령부(200), 배터리를 구성하는 셀의 차동 전압을 증폭하는 차동 증폭기(220) 및 차동 증폭기(220)로부터 출력되는 배터리 전압을 디지털 데이터로 변환하는 데이터 처리부(240)로 구성될 수 있다.As shown, a cell voltage measuring apparatus of a battery according to the present invention includes a
이때, 상기 데이터 처리부(240)는 샘플 앤드 홀드부(245)와 A/D 변환부(250)로 구성될 수 있다.In this case, the
상기 배터리(100)는 다수의 셀이 전기적으로 연결되어 하우징(도면 미도시) 내에 포장된 패키지 또는 모듈의 형태로 구성될 수 있으며, 상기 배터리(100)를 구성하는 다수의 셀들은 상호 직렬로 연결될 수 있다.The
또한, 셀 전압 분압부(120)는 배터리(100)를 구성하는 각 셀들의 전압을 차동 증폭기(220)가 수용할 수 있는 전압으로 낮추는 역할을 하며, 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)는 분압된 각 셀들의 차동 전압이 선택될 수 있다.In addition, the
이때, 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)는 멀티플렉서 제어부(180)를 통해 차동 전압의 선택이 제어될 수 있으며, 멀티플렉서 동기화 명령부(200)는 차동 전압의 선택에 의한 동기화 명령이 멀티플렉서 제어부(180)로 입력될 수 있다.In this case, the cell
또한, 차동 증폭기(220)는 셀 전압 선택 멀티플렉서(180)로부터 입력되는 각 셀의 차동 전압이 증폭되며, 차동 증폭기(220)로부터 증폭되어 출력된 전압은 아날로그 데이터임에 따라 그 출력 전압을 데이터 처리부(240)에서 디지털 데이터로 변환될 수 있다.In addition, the
도 2는 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치가 다수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 접속된 상태의 일실시예 회로도이다.2 is a circuit diagram of an exemplary embodiment in which a cell voltage measuring apparatus according to the present invention is connected to a battery in which a plurality of cells are connected in series.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(100)는 다수개의 셀들(셀 1 내지 셀 11)이 상호 직렬로 연결될 수 있다. 이때, 상기 배터리(100)는 도면에 표시된 바, 11개가 직렬 연결된 구성을 일예로 할 수 있다.As shown in FIG. 2, in the
상기 배터리(100)의 최하부측에 배치된 셀1의 음극(118)은 기준 전위(119)와 연결될 수 있으며, 각 셀들(셀 1 내지 셀 11)의 측정기준이 되는 측정점(A 내지 K)은 저항(Rs, 101 내지 111)과 연결된다. 이때, 각 셀과 연결된 저항(101~111)은 보호저항으로 각 셀에 과입력전압이 인가되거나 각 셀이 기준 전위와 단락될 때, 각 셀에서 과전류가 흐르는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 각 셀들의 저항(101~111)는 셀 전압 분압부(120)를 구성하는 다수의 셀 전압 분압기(121~131)와 개별적으로 연결될 수 있다.The
이때, 상기 셀 전압 분압기(121~131)들은 커패시터(C1)와 정밀하게 매칭된 복수의 저항(R1, R2)에 의해 동일한 분압비로 각 셀들의 전압을 차동 증폭기(220)가 수용할 수 있는 전압으로 낮출 수 있다. 여기서, 각 셀 전압 분압기(121~131)에 구비된 커패시터(C1)는 분압 전압을 필터링하는 필터 역할을 하게 된다.In this case, the
한편, 상기 각 셀 전압 분압기(121~131)들은 최하부측 셀(셀 1)의 음극(118)이 연결된 기준 전위(119)에 기준하고, 상기 기준 전위 및 각 셀들의 전압을 분압하는 셀 전압 분압기(121~131)들은 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)에 연결되어 각 셀 전압이 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)에 입력될 수 있다.The
이때, 각 셀들(셀 1 내지 셀11) 중 셀 4와 셀 8의 측정점인 D'와 H'에 연결되어 셀 전압 분압기(124, 128)에 의해 분압된 셀 전압은 오프셋 선택 멀티플렉서(160)에 입력될 수 있다.In this case, the cell voltages connected to the measuring points D 'and H' of the
그리고, 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)의 출력 단자는 차동 증폭기(220)의 (+)측 비반전 단자(224)와 연결되고, 오프셋 선택 멀티플렉서(160)의 출력 단자는 차동 증폭기(220)의 (-)측 반전 단자(222)와 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서(160)에 의해서 선택된 셀 전압과 오프셋 선택 멀티플렉서(160)에 의해 선택된 오프셋 전압 사이에 발생되는 차동 전압이 차동 증폭기(220)를 통해 증폭될 수 있다.The output terminal of the cell
또한, 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서(160)는 1개의 기능동작 입력단자(EN)와 3개의 주소입력단자(ADD)을 가지고 있으며, 오프셋 선택 멀티플렉서(160)는 1개의 기능동작 입력단자(EN)과 2개의 주소입력단자(ADD)를 가질 수 있다. 이때, 상기 멀티플렉서 제어부(180)의 출력 신호에 의해 셀 전압 선택 멀티플렉서(140)와 오프셋 선택 멀티플렉서(160)의 중 어느 하나의 채널이 선택될 수 있는 데, 멀티플렉서 제어부(180)의 기능동작 입력단자(EN)와 주소입력단자(ADD)의 제어신호에 상응하는 채널이 선택될 수 있다.In addition, the cell
상기 차동 증폭기(220)에서 출력되는 각 셀들의 전압(PVcell)은 하기 수학식 1 내지 수학식11 과 같이 계산될 수 있다. 이때, 리튬 이온 배터리의 경우에는 하나의 셀 전압은 최대 4.1V이다.The voltage PVcell of each cell output from the
이와 같이 계산된 차동 증폭기(220)의 오프셋 전압들을 통해 종래의 셀 전압 측정장치에서는 기준 전압 생성부를 통해 생성된 기준 전압을 분압하여 자동 증폭기(220)의 오프셋 전압이 선정됨으로써, 선정된 오프셋 전압이 배터리의 각 셀 전압과 독립적으로 선정됨에 따라 오프셋부에서 설정된 오프셋 전압의 정밀도에 따라 셀 전압의 측정 정밀도가 영향을 받는 문제점이 있다.In the conventional cell voltage measuring apparatus, the offset voltage of the
그러나, 본 발명에서는 오프셋 선택 멀티플렉서(160)가 배터리(100)의 각 셀 전압을 통해 차동 증폭기(220)의 오프셋 전압이 조절됨으로써, 배터리(100)의 각 셀 전압에 대한 측정 범위를 넓게 유지할 수 있기 때문에 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.However, in the present invention, the offset
한편, 데이터 처리부(240)에 의해 디지털 데이터로 변환된 PVcell 전압을 이용하여 필터링 전의 셀 1, 셀 5 및 셀 9의 전압인 SVcell은 아래의 수학식 12와 같이 계산되고, 셀 2, 셀 3, 셀 4, 셀 6, 셀 7, 셀 8, 셀 10 및 셀 11의 전압인 SVcell은 하기이 수학식 13과 같이 계산될 수 있다. 이때, 리튬 이온 배터리의 경우 PVcell 전압을 사용하여 디지털 데이터로 변환된 SVcell은 모두 최대 4.1V 이하로 유지될 수 있다.On the other hand, SVcell that is the voltage of
여기서, N : 01, 05, 09의 셀
Where N: 01, 05, 09
여기서, M : 02, 03, 04, 06, 07, 08, 10, 11의 셀Where M: 02, 03, 04, 06, 07, 08, 10, 11
N : M - 1 N: M-1
또한, 상기 SVcell을 이용하여 필터링된 셀 전압 FVcell은 하기의 수학식 14와 같이 계산될 수 있다. 이때, 필터링된 셀 전압 FVcell은 간단한 1차 오더 필터링(first order filtering) 알고리즘을 적용할 수 있다. 1차 오더 필터링 알고리즘은 다음 시간에서 필터링될 셀 전압(FVcelln+1)은 현재 시간에서 필터링된 셀 전압(FVcelln)에 필터링 파라미터를 곱한 값과, 과거 시간에서 필터링된 셀 전압(FVcelln-1)에 (1-필터링 파라미터)를 곱한 값을 더한다. 그리고, 초기 배터리의 셀 전압 필터링시에 필터링된 셀 전압 FVcell이 필터링 전 셀 전압 SVcell을 추적하기 위해 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 설정할 수 있다.In addition, the cell voltage FVcell filtered using the SVcell may be calculated by Equation 14 below. In this case, the filtered cell voltage FVcell may apply a simple first order filtering algorithm. First order filter algorithm, the cell voltage and the product of the filter in the filtering parameter to the cell voltage to be filtered in the next time (FVcell n + 1) is the cell voltage (FVcell n) filtering at the current time, previous time (FVcell n- Add 1 ) multiplied by (1-filtering parameter). When the cell voltage of the initial battery is filtered, the filtered cell voltage FVcell may set the cell voltage filtering frequency of the initial battery to track the cell voltage SVcell before filtering.
여기서, 0 ≤ k ≤ 1 (k : 필터링 파라미터)
Where 0 ≤ k ≤ 1 ( k : filtering parameter)
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 셀 전압 측정장치를 이용하여 셀 전압의 측정방법을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the cell voltage measurement method using the cell voltage measuring apparatus according to the present invention configured as described above are as follows.
도 3은 본 발명에 따른 셀 전압 측정방법이 순차적으로 도시된 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of measuring a cell voltage according to the present invention sequentially.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리의 셀 전압 측정방법은 먼저, 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 설정한다.(S300 단계)As shown, the cell voltage measurement method of the battery according to the present invention, first set the number of cell voltage filtering of the initial battery (step S300).
다음, 멀티플렉서 제어부(180)에서 멀티플렉서 동기화 명령부(200)의 제어에 의해 배터리(100)의 셀 전압 및 오프셋 셀 전압을 선택한다.(S310 단계) 이때, 멀티플렉서 제어부(180)의 출력 신호에 따라 셀 전압 선택 멀티플렉서(140) 및 오프셋 선택 멀티플렉서(160) 중 어느 하나의 채널이 선택되며, 채널의 선택은 기능동작 입력단자(EN)와 주소 입력단자(ADD)의 제어신호에 상응하는 셀 전압 멀티플렉서의 채널이 선택될 수 있다.Next, the
다음으로, 셀 전압 선택 멀티플렉서(140) 및 오프셋 선택 멀티플렉서(160)에서 선택된 셀의 차동 전압은 차동 증폭기(220)에 의해 증폭 처리된다.(S320 단계)Next, the differential voltages of the cells selected by the cell
다음, 상기 차동 증폭기(220)에서 증폭 처리된 PVcell 전압이 출력된다.(S340 단계)Next, the PVcell voltage amplified by the
그리고, S320 단계에서 차동 증폭된 배터리의 셀 전압은 데이터 처리부(240)의 샘플 앤드 홀드부(245) 및 A/D 변환부(250)를 통해 아날로그 데이터가 디지털 데이터로 변환된다.(S330 단계)In operation S330, analog data is converted into digital data through the sample and hold
다음, 상기 데이터 처리부(240)에서 디지털 데이터로 변환된 PVcell 전압이 출력된다.(S340 단계)Next, the PVcell voltage converted into digital data is output from the data processor 240 (step S340).
또한, 디지털 데이터로 변환된 배터리(100)의 셀 전압은 필터링 처리(S350 단계)되는 데, 셀 전압의 필터링 처리는 차동 증폭기(220)에서 증폭 처리된 PVcell 전압을 이용하여 디지털 데이터로 변환되고 필터링 전의 셀 전압인 SVcell을 계산하고, SVcell 전압을 이용하여 필터링된 FVcell 전압을 계산할 수 있다. 이때, 필터링된 FVcell 전압은 1차 오더 필터링 알고리즘과 필터링 파라미터를 이용하여 계산될 수 있다.In addition, the cell voltage of the
다음으로, 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 기설정된 초기의 배터리 셀 전압 필터링 횟수를 초과하는지를 판단한다.(S360 단계)Next, it is determined whether the number of times the cell voltage filtering processing exceeds the predetermined initial number of times battery cell voltage filtering (step S360).
이때, 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 초과하지 않으면, 멀티플렉서 동기화 명령부(200)에 의해 선택되는 배터리의 셀 수가 증가된다.At this time, if the number of times the cell voltage filtering process does not exceed the number of times the cell voltage filtering of the initial battery, the number of cells of the battery selected by the multiplexer
한편, 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 설정된 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 초과하면, 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 배터리의 셀 전압값이 배터리의 셀 전압 범위를 초과하는지가 판단된다.(S370 단계)On the other hand, if the number of times the cell voltage filtering processing exceeds the set number of cell voltage filtering of the initial battery, it is determined whether the cell voltage value of the battery which has been converted into digital data and filtered exceeds the cell voltage range of the battery (step S370).
이 후에, 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 배터리의 셀 전압값이 배터리 셀 전압의 범위를 초과하면 필터링 파라미터가 변경된다.(S380 단계)Thereafter, if the cell voltage value of the battery which is converted into digital data and filtered exceeds the range of the battery cell voltage, the filtering parameter is changed (step S380).
이때, 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 배터리의 셀 전압값이 배터리의 셀 전압 범위를 초과하지 않으며, 멀티플렉서 동기화 명령부의 제어에 의해 선택되는 배터리 셀 수가 증가된다.(S390 단계)At this time, the cell voltage value of the battery, which is converted into digital data and filtered, does not exceed the cell voltage range of the battery, and the number of battery cells selected by the control of the multiplexer synchronization command unit is increased (step S390).
마지막으로, 데이터 처리부(240)에서 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 FVcell 전압이 출력된다.(S400 단계)
Finally, the
본 발명의 상기 실시예에서는 재충전을 통해 충방전이 가능한 배터리의 셀 전압 측정장치가 11개의 셀이 직렬로 연결된 배터리에 대해 기준 전위, 셀 4, 셀 8 및 측정점 D', H'의 셀 전압을 통해 차동 증폭기의 오프셋 전압이 조절되는 회로 구성을 예시로 들어 설명하였으며, 본 발명은 상기 실시예의 회로 구성에 국한되는 것은 아니고, 다르게 변형되거나 수정된 회로 구성에 적용되는 것이 가능하다.
In the above embodiment of the present invention, the cell voltage measuring apparatus of the battery capable of charging and discharging through recharging may be configured to adjust the cell voltages of the reference potentials,
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재되는 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
100. 배터리 120. 셀 전압 분압부
140. 셀 전압 선택 멀티플렉서 160. 오프셋 선택 멀티플렉서
180. 멀티플렉서 제어부 200. 멀티플렉서 동기화 명령부
220. 차동 증폭기 240. 데이터 처리부
245. 샘플 앤드 홀드부 250. A/D 변환부100.
140. Cell
180.
220.
245. Sample and hold
Claims (19)
상기 배터리를 구성하는 상기 각 셀들의 전압을 상기 차동 증폭기가 수용할 수 있는 전압으로 낮추는 셀 전압 분압부;
상기 셀 전압 분압부에서 분압된 상기 각 셀들의 차동 전압이 선택적으로 입력되는 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서;
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서에 입력되는 상기 차동 전압의 선택이 제어되는 멀티플렉서 제어부;
상기 멀티플렉서 제어부로 동기화 명령이 입력되어 상기 각 셀들의 선택된 차동 전압을 동기화시키는 멀티플렉서 동기화 명령부;
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서를 통해 입력되는 차동 전압이 증폭되는 차동 증폭기; 및
상기 차동 증폭기로부터 출력되는 상기 배터리 전압을 디지털 데이터로 변환하는 데이터 처리부를 포함하되,
상기 셀 전압 분압부를 구성하는 다수의 셀 전압 분압기들은 커패시터(C1)와 정밀하게 매칭된 복수의 저항(R1, R2)에 의해 동일한 분압비로 상기 각 셀들의 전압을 상기 차동 증폭기가 수용할 수 있는 전압으로 낮추는 배터리의 셀 전압 측정장치
In the cell voltage measuring apparatus of the battery is connected to the battery is adjusted to the offset voltage of the differential amplifier by interlocking with each cell voltage of the battery,
A cell voltage divider for lowering a voltage of each cell constituting the battery to a voltage that the differential amplifier can accommodate;
A cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer for selectively inputting differential voltages of the cells divided by the cell voltage divider;
A multiplexer controller configured to control selection of the differential voltages input to the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer;
A multiplexer synchronization command unit configured to synchronize a selected differential voltage of each of the cells by inputting a synchronization command to the multiplexer controller;
A differential amplifier for amplifying a differential voltage input through the cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer; And
A data processor converting the battery voltage output from the differential amplifier into digital data,
The plurality of cell voltage dividers constituting the cell voltage divider may have a voltage at which the differential amplifier can receive the voltages of the cells at the same voltage division ratio by a plurality of resistors R1 and R2 that are precisely matched to the capacitor C1. Device for measuring battery cell voltage
상기 데이터 처리부는, 샘플 앤드 홀드부; 및
아날로그 데이터인 증폭된 차동 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정장치.
The method of claim 1,
The data processing unit includes a sample and hold unit; And
Cell voltage measurement device of the battery further comprises an A / D converter for converting the amplified differential voltage, which is analog data into digital data.
상기 배터리는 다수의 셀이 전기적으로 연결되어 하우징 내에 포장된 패키지 또는 모듈의 형태로 구성되며, 상기 배터리를 구성하는 다수의 셀들은 상호 직렬로 연결된 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 1,
The battery is configured in the form of a package or module in which a plurality of cells are electrically connected and packaged in a housing, and the plurality of cells constituting the battery are cell voltage measuring devices of a battery connected in series with each other.
상기 배터리의 최하부측에 배치된 셀의 음극은 기준 전위와 연결된 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 1,
The cell voltage measuring device of the battery connected to the reference potential of the negative electrode of the cell disposed on the lowermost side of the battery
상기 각 셀 전압 분압기에 구비된 커패시터(C1)는 분압 전압을 필터링하는 필터 역할을 하는 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 1,
Capacitor C1 included in each cell voltage divider is a cell voltage measuring device of a battery serving as a filter for filtering the divided voltage.
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서의 출력 단자는 상기 차동 증폭기의 (+)측 비반전 단자와 연결되고, 상기 오프셋 선택 멀티플렉서의 출력 단자는 상기 차동 증폭기의 (-)측 반전 단자와 연결됨에 의해서 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서에 의해서 선택된 셀 전압과 상기 오프셋 선택 멀티플렉서에 의해 선택된 오프셋 전압 사이에 발생되는 차동 전압이 상기 차동 증폭기를 통해 증폭되는 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 1,
The output terminal of the cell voltage selection multiplexer is connected to the (+) side non-inverting terminal of the differential amplifier, and the output terminal of the offset selection multiplexer is connected to the (−) side inverting terminal of the differential amplifier. Cell voltage measuring device of a battery in which a differential voltage generated between a cell voltage selected by a multiplexer and an offset voltage selected by the offset selection multiplexer is amplified by the differential amplifier
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서는 1개의 기능동작 입력단자(EN)과 4개의 주소입력단자(ADD)가 구비되며, 상기 오프셋 선택 멀티플렉서는 1개의 기능동작 입력단자(EN)과 2개의 주소입력단자(ADD)가 구비된 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 7, wherein
The cell voltage selection multiplexer includes one functional operation input terminal EN and four address input terminals ADD. The offset selection multiplexer includes one functional operation input terminal EN and two address input terminals ADD. Device for measuring battery cell voltage
상기 멀티플렉서 제어부의 출력 신호에 의해 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서와 오프셋 선택 멀티플렉서 중 어느 하나의 채널이 선택될 수 있으며, 상기 멀티플렉서 제어부의 기능동작 입력단자(EN)와 주소입력단자(ADD)의 제어신호에 상응하는 채널이 선택되는 배터리의 셀 전압 측정장치
The method of claim 1,
Any one channel of the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer may be selected by the output signal of the multiplexer controller, and the control signal of the function operation input terminal EN and the address input terminal ADD of the multiplexer controller may be selected. Device for measuring cell voltage of battery in which corresponding channel is selected
상기 차동 증폭기에서 증폭 처리된 PVcell 전압을 이용하여 디지털 데이터로 변환되고 필터링 전의 셀 전압인 SVcell은 아래의 수학식들과 같이 계산되는 배터리의 셀 전압 측정장치
수학식
SVcellN = PVcellN ≤ 4.1V
여기서, N : 01, 05, 09의 셀
수학식
SVcellM = PVcellM - PVcellN≤ 4.1V
여기서, M : 02, 03, 04, 06, 07, 08, 10, 11의 셀
N : M - 1
The method of claim 1,
The cell voltage measuring device of the battery, which is converted into digital data using the PVcell voltage amplified by the differential amplifier and the cell voltage before filtering, is calculated as in the following equations.
Equation
SV cellN = PV cellN ≤ 4.1 V
Where N: 01, 05, 09
Equation
SV cellM = PV cellM -PV cellN ≤ 4.1V
Where M: 02, 03, 04, 06, 07, 08, 10, 11
N: M-1
상기 SVcell을 이용하여 필터링된 셀 전압 FVcell은 하기의 수학식과 같이 계산되며, 필터링된 셀 전압 FVcell은 간단한 1차 오더 필터링(first order filtering) 알고리즘을 적용되는 배터리의 셀 전압 측정장치.
수학식
FVcell N+1 = k × SVcell N + (1-k) × SVcell N-1
여기서, 0 ≤ k ≤ 1 (k : 필터링 파라미터)
The method of claim 10,
The cell voltage FVcell filtered using the SVcell is calculated as in the following equation, and the filtered cell voltage FVcell is subjected to a simple first order filtering algorithm.
Equation
FV cell N + 1 = k × SV cell N + (1-k) × SV cell N-1
Where 0 ≤ k ≤ 1 ( k : filtering parameter)
멀티플렉서 제어부에서 멀티플렉서 동기화 명령부의 제어에 의해 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서를 통해 상기 배터리의 셀 전압 및 오프셋 셀 전압을 선택하는 단계;
상기 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서에서 선택된 셀의 차동 전압이 차동 증폭기에 의해 증폭 처리되는 단계;
상기 차동 증폭기에서 증폭 처리된 PVcell 전압이 출력되는 단계;
상기 차동 증폭기에서 차동 증폭된 상기 배터리의 셀 전압은 데이터 처리부의 샘플 앤드 홀드부 및 A/D 변환부를 통해 아날로그 데이터가 디지털 데이터로 변환되는 단계;
상기 디지털 데이터로 변환된 SVcell 전압이 필터링 처리되는 단계; 및
상기 데이터 처리부에서 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 FVcell 전압이 출력되는 단계;
를 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.
Setting the number of cell voltage filtering of the initial battery;
Selecting a cell voltage and an offset cell voltage of the battery through a cell voltage selection multiplexer and an offset selection multiplexer under control of a multiplexer synchronization command unit in a multiplexer control unit;
Amplifying a differential voltage of a cell selected by the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer by a differential amplifier;
Outputting the amplified PVcell voltage by the differential amplifier;
Converting analog data into digital data through a sample and hold part and an A / D converter of a data processor of the battery voltage differentially amplified by the differential amplifier;
Filtering the SVcell voltage converted into the digital data; And
Outputting a filtered FVcell voltage converted into digital data by the data processor;
Cell voltage measurement method of a battery comprising a.
상기 배터리의 셀 전압 및 오프셋 셀 전압을 선택하는 단계에서,
상기 멀티플렉서 제어부의 출력 신호에 따라 상기 셀 전압 선택 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서 중 어느 하나의 채널이 선택되며, 상기 채널의 선택은 기능동작 입력단자(EN)와 주소 입력단자(ADD)의 제어신호에 상응하는 셀 전압 멀티플렉서 및 오프셋 선택 멀티플렉서 채널이 선택되는 배터리의 셀 전압 측정방법.
The method of claim 12,
Selecting a cell voltage and an offset cell voltage of the battery;
Any one channel of the cell voltage selection multiplexer and the offset selection multiplexer is selected according to the output signal of the multiplexer controller, and the selection of the channel corresponds to the control signal of the function operation input terminal EN and the address input terminal ADD. And a cell voltage multiplexer and an offset selection multiplexer channel.
상기 SVcell 전압이 필터링 처리되는 단계에서
상기 셀 전압의 필터링 처리는 차동 증폭기에서 증폭 처리된 PVcell 전압을 이용하여 디지털 데이터로 변환되고 필터링 전의 셀 전압인 SVcell을 계산하고, SVcell 전압을 이용하여 필터링된 FVcell 전압이 계산되며, 상기 필터링된 FVcell 전압은 1차 오더 필터링 알고리즘과 필터링 파라미터를 이용하여 계산되는 배터리의 셀 전압 측정방법.
The method of claim 12,
In the step of filtering the SVcell voltage
The filtering of the cell voltage is performed by converting the digital data using the PVcell voltage amplified by the differential amplifier, calculating the SVcell which is the cell voltage before filtering, and using the SVcell voltage, the filtered FVcell voltage is calculated, and the filtered FVcell. A method of measuring cell voltage of a battery in which voltage is calculated using a first order filtering algorithm and filtering parameters.
상기 배터리의 SVcell 전압이 필터링 처리되는 단계에서,
상기 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 기설정된 상기 초기 배터리 셀 전압 필터링 횟수를 초과하는지를 판단하는 단계;
를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.
The method of claim 12,
In the step of filtering the SVcell voltage of the battery,
Determining whether the number of times of filtering the cell voltage exceeds the predetermined number of times of initial battery cell voltage filtering;
Cell voltage measurement method of a battery further comprising.
상기 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 초과하지 않으면, 멀티플렉서 동기화 명령부에 의해 선택되는 상기 배터리의 셀 수가 증가되는 단계를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.
16. The method of claim 15,
And increasing the number of cells of the battery selected by the multiplexer synchronizing command unit if the number of times of filtering of the cell voltage does not exceed the number of times of filtering the cell voltage of the initial battery.
상기 셀 전압의 필터링 처리 횟수가 설정된 초기 배터리의 셀 전압 필터링 횟수를 초과하면, 디지털 데이터로 변환되어 필터링된 배터리의 셀 전압값이 배터리의 셀 전압 범위를 초과하는지가 판단되는 단계를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.
16. The method of claim 15,
The method further includes determining whether the cell voltage value of the filtered battery that is converted to digital data exceeds the cell voltage range of the battery when the number of times the cell voltage filtering process exceeds the set cell voltage filtering number of the initial battery. Method for measuring cell voltage
상기 디지털 데이터로 변환된 상기 배터리의 SVcell 전압이 필터링 처리되는 단계에서,
필터링 처리된 상기 배터리의 셀 전압값이 배터리의 분압된 셀 전압의 범위를 초과하면 필터링 파라미터가 변경되는 단계;
를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.
The method of claim 12,
In the step of filtering the SVcell voltage of the battery converted into the digital data,
Changing the filtering parameter when the cell voltage value of the filtered battery exceeds the range of the divided cell voltage of the battery;
Cell voltage measurement method of a battery further comprising.
상기 디지털 데이터로 변환된 상기 배터리의 SVcell 전압이 필터링 처리되는 단계에서,
필터링된 배터리의 셀 전압값이 배터리의 분압된 셀 전압 범위를 초과하지 않으면, 멀티플렉서 동기화 명령부의 제어에 의해 선택되는 배터리 셀 수가 증가되는 단계를 더 포함하는 배터리의 셀 전압 측정방법.The method of claim 12,
In the step of filtering the SVcell voltage of the battery converted into the digital data,
If the cell voltage value of the filtered battery does not exceed the divided cell voltage range of the battery, increasing the number of battery cells selected by the control of the multiplexer synchronization command unit.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160072410A (en) | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 현대오트론 주식회사 | Apparatus for measuring voltage and method thereof |
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KR20000069173A (en) * | 1997-09-30 | 2000-11-25 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Instrument for measuring voltages of cells |
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KR100587526B1 (en) * | 2005-06-30 | 2006-06-08 | 한국항공우주연구원 | Cell voltage monitoring apparatus and method of a rechargeable battery |
-
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- 2011-12-29 KR KR1020110146350A patent/KR101268847B1/en not_active IP Right Cessation
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