KR101292374B1 - 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101292374B1
KR101292374B1 KR1020110104372A KR20110104372A KR101292374B1 KR 101292374 B1 KR101292374 B1 KR 101292374B1 KR 1020110104372 A KR1020110104372 A KR 1020110104372A KR 20110104372 A KR20110104372 A KR 20110104372A KR 101292374 B1 KR101292374 B1 KR 101292374B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
target frequency
current
component
magnitude
Prior art date
Application number
KR1020110104372A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130039796A (ko
Inventor
이종학
김상현
김윤현
임창진
권병기
Original Assignee
주식회사 포스코아이씨티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코아이씨티 filed Critical 주식회사 포스코아이씨티
Priority to KR1020110104372A priority Critical patent/KR101292374B1/ko
Publication of KR20130039796A publication Critical patent/KR20130039796A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101292374B1 publication Critical patent/KR101292374B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/12—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into phase shift
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

배터리의 특성 중 하나인 배터리의 임피던스를 산출할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 임피던스 산출 장치는, 배터리의 양단에 연결되고, 정전류가 인가되면 온되어 상기 배터리를 단락시키는 전류 구동형 소자; 타겟 주파수에 따라 온오프되어 상기 정전류를 상기 전류 구동형 소자에 선택적으로 인가시키는 스위치; 및 상기 전류 구동형 소자의 온오프를 통한 상기 배터리의 선택적 단락으로 인해 발생되는 구형파 전류 및 상기 구형파 전류로 인해 변화되는 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법{Apparatus and Method for Calculating Impedance of Battery}
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리의 임피던스 추출에 관한 것이다.
최근 다양한 종류의 모바일 IT제품과 디지털 기기들이 제품화 되어 출시되고 있는데, 이러한 모바일 IT제품과 디지털 기기들의 핵심 부품 중 하나는 배터리이다. 특히 최근에는 이러한 배터리들이 모바일 IT 제품과 디지털 기기뿐만 아니라 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System)이나 전기 자동차의 동력원으로도 사용되고 있어 그 이용분야가 증가하고 있다.
이러한 배터리에는 에너지가 고갈되면 버리는 1차 배터리와 외부에서 전기 에너지를 흘려 주어 재충전하여 사용할 수 있는 2차 배터리로 구분되는데, 상술한 모바일 IT 제품, 디지털 기기들, 배터리 에너지 저장 시스템, 및 전기 자동차에는 고성능의 2차 배터리가 이용되고 있다.
이러한 배터리의 경우, 배터리의 생산 못지 않게 생산된 배터리의 품질 관리가 매우 중요하다. 배터리의 품질 관리를 위해서는 배터리의 특성 평가가 선행되어야 한다.
기존에는 배터리의 특성을 평가하기 위해 각 배터리들의 방전곡선으로부터 배터리의 용량을 계산하여 배터리의 특성을 평가하는 방법이 이용되었지만, 이러한 방법은 배터리의 충방전에 많은 시간이 요구되어 배터리 특성을 평가하는데 소요되는 시간이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리의 특성 중 하나인 배터리의 임피던스를 산출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 배터리의 임피던스 산출을 위해 요구되는 구형파 전류의 크기를 추가적인 구성 없이도 조절할 수 있는 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 노이즈가 포함되어 있는 환경에서도 배터리의 임피던스를 정확하게 산출할 수 있는 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 임피던스 산출 장치는, 배터리의 양단에 연결되고, 정전류가 인가되면 온되어 상기 배터리를 단락시키는 전류 구동형 소자; 타겟 주파수에 따라 온오프되어 상기 정전류를 상기 전류 구동형 소자에 선택적으로 인가시키는 스위치; 및 상기 전류 구동형 소자의 온오프를 통한 상기 배터리의 선택적 단락으로 인해 발생되는 구형파 전류 및 상기 구형파 전류로 인해 변화되는 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 임피던스 산출 방법은, 배터리의 양단을 연결하는 바이폴라 정션 트랜지스터의 온오프를 통해 상기 배터리를 선택적으로 단락 시켜 구형파 전류를 발생시키는 단계; 상기 구형파 전류로 인해 변화되는 상기 배터리의 전압을 획득하는 단계; 및 상기 구형파 전류 및 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리의 임피던스를 측정하여 배터리의 특성을 평가할 수 있기 때문에 배터리의 방전곡선으로부터 계산되는 배터리의 용량을 이용하여 특성을 평가하는 방법에 비해 특성 평가 시간을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 임피던스 측정을 위해 요구되는 구형파 전류를 바이폴라 정션 트랜지스터를 이용하여 생성할 수 있기 때문에 별도의 전류 제어기 없이도 구형파 전류의 크기를 조절할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구형파 전류 및 구형파 전류로 인해 변화되는 배터리의 전압으로부터 원하는 주파수에서의 전류성분 및 전압성분을 추출하여 배터리의 임피던스를 산출할 수 있기 때문에 노이즈가 많은 환경에서도 배터리의 임피던스를 정확하게 산출할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 임피던스 산출 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 구형파 발생부의 구성을 보여주는 회로도.
도 3은 화면을 통해 표시되는 구형파 전류 및 구형파 전류의 인가로 변화되는 배터리 전압을 보여주는 도면.
도 4는 각 타겟 주파수 별로 산출된 배터리의 임피던스를 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 임피던스 산출 방법을 보여주는 플로우차트.
도 6은 각 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출하는 방법을 구체적으로보여주는 플로우차트.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 임피던스 산출 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 임피던스 산출 장치(100)는 구형파 생성부(110), 임피던스 산출부(120), 및 표시부(130)를 포함하는 것으로서, 배터리의 특성 중 하나인 배터리의 임피던스를 원하는 주파수 별로 산출한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 임피던스 산출 장치(100)는 하나의 배터리뿐만 아니라 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 복수개의 배터리의 임피던스를 산출할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리의 임피던스 산출장치(100)가 하나의 배터리의 임피던스를 산출하는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
먼저, 구형파 생성부(110)는 배터리의 임피던스를 산출하기 위한 구형파 전류를 생성한다. 이하에서는 이러한 구형파 생성부(110)의 구성을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형파 생성부의 구성을 보여주는 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형파 생성부(110)는 전압원(200), 스위치(210), 및 전류 구동형 소자(220)를 포함한다.
먼저, 전압원(200)은 전류 구동형 소자(220)를 동작시키기 위한 정전류를 스위치(210)를 통해 전류 구동형 소자(220)로 인가한다.
도 2에서는 전압원(200)이 구형파 생성부(110)에 포함되는 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서 이러한 전압원(200)은 구형파 생성부(110)와 별개로 구성될 수도 있을 것이다.
일 실시예에 있어서, 구형파 생성부(110)는 전류 구동형 소자(220)에 인가되는 정전류의 크기를 조절함으로써 전류 구동형 소자(220)의 온오프 동작에 의해 발생되는 구형파 전류의 크기를 조절하기 위해, 전압원(200)과 스위치(210) 사이에 연결되는 저항(240)을 더 포함할 수 있다. 구형파 생성부(110)는, 저항(240)의 값을 조절함으로써 전류 구동형 소자(220)에 인가되는 정전류의 크기를 조절하게 되고, 전류 구동형 소자(220)에 인가되는 정전류 크기의 조절을 통해 구형파 전류의 크기를 조절할 수 있게 된다.
다음으로, 스위치는(210)는 타겟 주파수에서의 배터리(230) 임피던스를 산출하기 위해 타겟 주파수에 따라 온오프되어, 전압원(200)에 의해 발생된 정전류가 전류 구동형 소자(210)에 선택적으로 인가되도록 한다. 즉, 스위치(210)가 온되면 전압원(200)에 의해 발생된 정전류가 전류 구동형 소자(220)에 인가되어 전류 구동형 소자(220)가 온되고, 스위치(210)가 오프되면 전압원(200)에 의해 발생된 정전류가 전류 구동형 소자(220)에 인가되지 않으므로 전류 구동형 소자(220)가 오프된다.
일 실시예에 있어서, 구형파 생성부(110)는 타겟 주파수를 발생시켜 타겟 주파수에 따라 스위치(210)가 온오프 되도록 하는 주파수 발생기(250)를 더 포함할 수 있다. 이러한 주파수 발생기(250)를 통해 타겟 주파수를 변경시킬 수 있으므로, 본 발명은 다양한 주파수에서 배터리(230)의 임피던스를 산출할 수 있게 된다.
다음으로, 전류 구동형 소자(200)는 스위치(210)를 통한 정전류의 입력 여부에 따라 온오프되어 배터리(230) 양단을 단락시킴으로써 구형파 전류가 발생되도록 한다. 일 실시예에 있어서, 전류 구동형 소자(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)로 구현될 수 있다.
본 발명에서, 배터리(230) 양단을 단락 시키기 위한 회로소자로 전류 구동형 소자인 바이폴라 정션 트랜지스터를 사용하는 것은, IGBT 또는 MOSFET과 같은 소자는 전압 구동형 소자이기 때문에 배터리(230)의 단락으로 인해 발생되는 전류가 지속적으로 증가하게 되므로, 전류의 증가를 제한하기 위한 별도의 전류 제어기가 추가로 요구되지만, 바이폴라 정션 트랜지스터는 배터리(230) 양단을 단락 시키는 경우 별도의 전류 제어기 없이도 바이폴라 정션 트랜지스터로 입력되는 정전류의 크기 조절을 통해 배터리(230) 양단 단락 시 발생되는 전류의 크기를 제한할 수 있기 때문이다.
이러한, 전류 구동형 소자(220)의 제1 단자(222)는 배터리(230)의 제1 극성(232)에 직접 연결되고, 전류 구동형 소자(220)의 제2 단자(224)는 배터리(230)의 제2 극성(234)에 직접 연결되며, 전류 구동형 소자(220)의 제3 단자(226)는 스위치(210)에 연결된다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 구동형 소자(220)가 바이폴라 정션 트랜지스터로 구현되는 경우, 제1 단자(222)인 콜렉터 단자는 배터리(230)의 양극(232)에 직접 연결되고, 제2 단자(224)인 에미터 단자는 배터리(220)의 음극(234)에 연결되며, 제3 단자(226)인 베이스 단자는 스위치(210)에 연결된다.
이러한 실시예에 따르는 경우, 제3 단자(216)인 베이스 단자로 입력되는 정전류의 크기를 조절함으로써 배터리(230) 양단의 단락으로 인해 발생되는 구형파 전류의 크기를 조절하게 된다.
이와 같이, 구형파 생성부(110)는 타겟 주파수에 따라 전류 구동형 소자(220)를 선택적으로 온오프 시켜 배터리(230)의 양단을 단락 시킴으로써 도 3에 도시된 파형과 같은 구형파 전류가 발생되도록 한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같은 구형파 전류의 발생으로 인해 따라 배터리(230)의 전압이 도 3에 도시된 파형과 같이 변하게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 임피던스 산출부(120)는 구형파 생성부(110)에 의해 생성된 구형파 전류 및 구형파 전류의 발생으로 인해 변화되는 배터리(230)의 전압을 이용하여 배터리(230)의 임피던스를 산출한다.
이를 위해 임피던스 산출부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 추출부(122), 제2 추출부(124), 및 산출부(126)를 포함한다.
먼저, 제1 추출부(122)는, 구형파 발생부(110)에 의해 발생된 구형파 전류로부터 타겟 주파수에서의 전류성분을 추출한다. 구체적으로, 제1 추출부(122)는 구형파 전류로부터 타겟 주파수에서 전류성분의 크기와 위상을 추출한다.
이를 위해, 제1 추출부(122)는 기준신호 생성부(128)로부터 입력되는 타겟 주파수를 갖는 사인파 형상의 제1 기준신호와 구형파 전류의 곱에 대한 제1 DC성분을 산출하고, 제1 기준신호와 90도의 위상차이가 나는 사인파 형상의 제2 기준신호와 구형파 전류의 곱에 대한 제2 DC성분을 산출하며, 제1 DC성분과 제2 DC 성분을 이용하여 타겟 주파수에서 전류성분의 크기와 위상을 추출한다.
이하, 타겟 주파수에서 전류성분의 크기와 위상을 구하는 방법을 예를 들어 설명한다.
먼저, 구형파 발생부(110)가 아래의 수학식 1과 같은 구형파 전류를 발생시키는 것으로 가정한다.
Figure 112011079912970-pat00001
수학식 1에서, f0는 타겟 주파수를 의미하고, n(t)는 노이즈 성분 및 고조파 왜곡성분을 나타낸다. 수학식 1에서, 구형파 전류의 크기를 나타내는 A와 위상을 나타내는 θ는 타겟 주파수 f0에 따라 변화된다.
이러한 경우, 기준신호 생성부(128)에 의해 생성된 타겟 주파수에서의 제1 기준신호 및 제2 기준신호는 아래의 수학식 2 및 3과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112011079912970-pat00002
Figure 112011079912970-pat00003
수학식1에 정의된 구형파 전류와 수학식 2에 정의된 제1 기준신호를 곱하면 삼각함수의 합성공식으로부터 수학식 4와 같은 결과가 도출되고, 수학식 4에서 DC성분을 추출하여 근사화하면 수학식 5와 같은 제1 DC성분이 도출된다. 또한, 수학식 1에 정의된 구형파 전류와 수학식 3에 정의된 제2 기준신호를 곱하면 삼각함수의 합성공식으로부터 수학식 6과 같은 결과가 도출되고, 수학식 6에서 DC성분을 추출하여 근사화하면 수학식 7과 같은 제2 DC성분이 도출된다.
Figure 112011079912970-pat00004
Figure 112011079912970-pat00005
Figure 112011079912970-pat00006
Figure 112011079912970-pat00007
수학식 5에서 x는 제1 DC성분을 나타내고, 수학식 7에서 y는 제2 DC성분을 나타낸다.
이후, 수학식 8을 이용하여 제1 DC성분과 제2 DC성분으로부터 타겟 주파수에서 전류성분의 크기를 추출하고 수학식 9를 이용하여 제1 DC성분과 제2 DC 성분으로부터 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 추출한다.
Figure 112011079912970-pat00008
Figure 112011079912970-pat00009
수학식 8에서 I는 타겟 주파수에서 전류성분의 크기를 나타내고, 수학식 9에서 θi는 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 나타낸다.
또한, 제2 추출부(124)는, 구형파 전류의 발생으로 인해 변화되는 배터리(230)의 전압으로부터 타겟 주파수에서의 전압 성분을 추출한다. 구체적으로, 제2 추출부(124)는 배터리(230)의 전압으로부터 타겟 주파수에서 전압성분의 크기와 위상을 추출한다.
이를 위해, 제2 추출부(124)는 기준신호 생성부(128)로부터 입력되는 타겟 주파수를 갖는 사인파 형상의 제1 기준신호와 배터리의 전압의 곱에 대한 제3 DC성분을 산출하고, 제1 기준신호와 90도의 위상차이가 나는 사인파 형상의 제2 기준신호와 배터리의 전압의 곱에 대한 제4 DC성분을 산출하며, 제3 DC성분과 제4 DC 성분을 이용하여 타겟 주파수에서 전압성분의 크기와 위상을 추출한다.
타겟 주파수에서 전압성분의 크기와 위상을 추출하는 방법은 상술한 수학식 1 내지 수학식 9에서 신호의 크기를 나타내는 A가 B로 변경되고 신호의 위상을 나타내는 θA가 θB로 변경되는 것을 제외하고는 모두 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 변경된 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 전압으로부터 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상을 추출하면 아래의 수학식 10 및 11과 같다.
Figure 112011079912970-pat00010
Figure 112011079912970-pat00011
수학식 10에서 V는 타겟 주파수에서 전압 성분의 크기를 나타내고, 수학식 11에서 θV는 타겟 주파수에서 전압성분의 위상을 나타낸다.
다음으로, 산출부(126)는 아래의 수학식 12에 기재된 바와 같이, 제2 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전압성분을 제1 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전류 성분으로 제산함으로써 배터리(230)의 임피던스를 산출할 수 있다.
Figure 112011079912970-pat00012
수학식 12에서, Z는 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스 크기를 나타내고 θZ는 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스 위상을 나타낸다.
구체적으로, 산출부(126)는, 아래의 수학식 13에 기재된 바와 같이, 제2 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전압성분의 크기를 제1 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전류성분의 크기로 제산함으로써 타겟 주파수에서 배터리 임피던스의 크기를 산출할 수 있다.
Figure 112011079912970-pat00013
또한, 산출부(126)는 아래의 수학식 14에 기재된 바와 같이, 제2 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전압성분의 위상에서 제1 추출부(122)에 의해 산출된 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 감산함으로써 타겟 주파수에서 임피던스의 위상을 산출할 수 있다.
Figure 112011079912970-pat00014
이와 같이, 본 발명은 타겟 주파수 별로 타겟 주파수에서의 전압 성분과 전류 성분을 산출하고, 이를 이용하여 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출할 수 있다. 산출부(126)에 의해 산출된 각 타겟 주파수 별 배터리의 임피던스를 그래프로 나타내면 도 4와 같다.
한편, 본 발명에 따른 임피던스 산출부(120)는 기준신호 생성부(128)를 더 포함할 수 있다. 기준신호 생성부(128)는 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상과 타겟 주파수에서 전류성분의 크기 및 위상을 산출하기 위해 요구되는 제1 및 제2 기준신호를 생성하여 상술한 제1 추출부(122) 및 제2 추출부(124)로 제공한다.
이러한 기준신호 생성부(128)는 임피던스 산출부(120)에 포함될 수도 있지만, 임피던스 산출부(120)와는 별개의 구성요소로 구현될 수도 있을 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 표시부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 구형파 발생부(110)에 의해 발생된 구형파 전류와 구형파 전류의 발생으로 인해 변화되는 배터리의 전압을 화면을 통해 표시하고, 산출부(126)에 의해 산출된 각 타겟 주파수 별 배터리 임피던스를 도 4와 같은 그래프를 이용하여 화면을 통해 표시한다.
이하 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 임피던스 산출방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 임피던스 산출방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 배터리의 양단을 연결하는 바이폴라 정션 트랜지스터의 온오프를 통해 배터리의 양단을 단락시켜 구형파 전류를 발생시킨다(S500).
일 실시예에 있어서, 바이폴라 정션 트랜지스터는 타겟 주파수에 따라 온오프 시킬 수 있는데, 이때 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스 단자에 연결된 스위치를 타겟 주파수에 따라 온오프시킴으로써 바이폴라 정션 트랜지스터를 타겟 주파수에 따라 온오프시킬 수 있고, 이에 따라 바이폴라 정션 트랜지스터가 온되면 배터리 양단이 단락된다.
본 발명에서, 배터리 양단을 단락 시키기 위한 회로소자로 바이폴라 정션 트랜지스터를 사용하는 것은, IGBT 또는 MOSFET과 같은 전압 구동형 소자는 배터리 양단을 단락 시키는 경우 배터리 단락에 의해 발생되는 전류가 지속적으로 증가하게 되므로 전류의 증가를 제한하기 위한 별도의 전류 제어기가 추가로 요구되지만, 바이폴라 정션 트랜지스터는 배터리 양단을 단락 시키는 경우 별도의 전류 제어기 없이도 바이폴라 정션 트랜지스터로 입력되는 정전류의 크기 조절을 통해 배터리 양단 단락에 의해 발생되는 전류의 크기를 제한할 수 있기 때문이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은, 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스 단자로 인가되는 정전류를 발생시키는 전압원과 상기 스위치 사이에 연결된 저항의 크기를 조절함으로써 바이폴라 정션 트랜지스터의 베이스 단자로 인가되는 정전류의 크기를 조절할 수 있다.
다음으로, 구형파 전류로 인해 변화되는 배터리의 전압을 획득한다(S510).
이후, 구형파 전류 및 구형파 전류로 인해 변화되는 배터리의 전압을 이용하여 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출한다(S520). 이하 도 6을 참조하여 배터리의 임피던스 산출방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출하는 방법을 보다 구체적으로 보여주는 플로우차트이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 기준신호 및 구형파 전류의 곱으로부터 추출되는 DC성분을 근사화하여 제1 DC 성분을 획득하고 제2 기준신호 및 구형파 전류의 곱으로부터 추출되는 DC 성분을 근사화하여 제2 DC 성분을 획득한다(S610).
이때, 제1 및 제2 기준신호는 상술한 수학식 2 및 3에 기재된 것과 같이, 제1 DC 성분 및 제2 DC 성분은 수학식 5 및 7에 기재된 것과 같다.
이후, 상술한 수학식 8 및 9에 기재된 바와 같이 제1 DC 성분과 제2 DC 성분을 이용하여 타겟 주파수에서 전류성분의 크기 및 위상을 산출한다(S620).
또한, 상술한 제1 기준신호 및 구형파 전류로 인해 변화되는 배터리의 전압의 곱으로부터 추출되는 DC성분을 근사화하여 제3 DC 성분을 획득하고 제2 기준신호 및 구형파 전류로 인해 변화되는 배터리의 전압의 곱으로부터 추출되는 DC 성분을 근사화하여 제4 DC 성분을 획득한다(S630).
이후, 제3 DC 성분과 제4 DC 성분을 이용하여 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상을 산출한다(S640).
다음으로, 상술한 수학식 13에 기재된 바와 같이 타겟 주파수에서 전압성분의 크기를 타겟 주파수에서 전류성분의 크기로 제산하여 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스 크기를 산출하고, 상술한 수학식 14에 기재된 바와 같이 타겟 주파수에서 전압성분의 위상에서 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 감산함으로써 타겟 주파수에서 배터리의 임피던의 위상을 산출한다(S650).
다시 도 5를 참조하면, 모든 타겟 주파수에 대한 임피던스 추출이 완료되었는지 여부를 판단하고(S530), 모든 타겟 주파수에 대한 임피던스 추출이 완료되지 않은 경우 타겟 주파수를 변경시켜(S540) 상술한 과정을 반복한다. 한편, 타겟 주파수에 대한 임피던스 추출이 완료된 경우 임피던스 산출 과정을 종료한다.
상술한 도 6에 도시된 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 이용하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로도 구현될 수 있는데, 이때 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 산출하는 방법을 수행하기 위한 프로그램은 하드 디스크, CD??ROM, DVD, 롬(ROM), 램, 또는 플래시 메모리와 같은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 저장된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 배터리 임피던스 산출장치 110: 구형파 발생부
120: 임피던스 산출부 122: 제1 추출부
124: 제2 추출부 126: 산출부
128: 기준신호 생성부 200: 전압원
210: 스위치 220: 전류 구동형 소자
230: 배터리 240: 저항
250: 주파수 발생기

Claims (14)

  1. 배터리의 양단에 연결되고, 정전류가 인가되면 온되어 상기 배터리를 단락시키는 전류 구동형 소자;
    타겟 주파수에 따라 온오프되어 상기 정전류를 상기 전류 구동형 소자에 선택적으로 인가시키는 스위치; 및
    상기 전류 구동형 소자의 온오프를 통한 상기 배터리의 선택적 단락으로 인해 발생되는 구형파 전류 및 상기 구형파 전류로 인해 변화되는 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 구동형 소자는,
    상기 정전류의 크기가 조절되면, 상기 구형파 전류의 크기가 조절되는 소자인 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 구동형 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)인 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전류를 발생시키는 전압원; 및
    상기 전압원과 상기 스위치 사이에 연결되어 상기 전압원에 의해 발생된 상기 정전류의 크기를 조절하는 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 주파수를 발생시키고, 상기 발생된 타겟 주파수에 따라 상기 스위치를 온오프 시키는 주파수 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 산출부는,
    상기 구형파 전류로부터 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 크기 및 위상을 추출하는 제1 추출부;
    상기 배터리의 전압으로부터 상기 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상을 추출하는 제2 추출부; 및
    상기 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상과 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 크기 및 위상을 이용하여 상기 타겟 주파수에서 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 추출부는, 상기 타겟 주파수를 갖는 사인파 형상의 제1 기준신호와 상기 구형파 전류의 곱에서 추출된 DC 성분으로부터 획득되는 제1 DC성분과, 상기 제1 기준신호와 90도의 위상차를 갖는 제2 기준신호와 상기 구형파 전류의 곱에서 추출된 DC 성분으로부터 획득되는 제2 DC 성분을 이용하여 상기 타겟 주파수에서 전류 성분의 크기 및 위상을 추출하고,
    상기 제2 추출부는, 상기 타겟 주파수를 갖는 사인파 형상의 제1 기준신호와 상기 배터리의 전압의 곱에서 추출된 DC 성분으로부터 획득되는 제3 DC성분과, 상기 제2 기준신호와 상기 배터리의 전압의 곱에서 추출된 DC 성분으로부터 획득되는 제4 DC 성분을 이용하여 상기 타겟 주파수에서 전압 성분의 크기 및 위상을 추출하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 타겟 주파수에서 전압성분의 크기를 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 크기로 제산하여 상기 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스의 크기를 산출하고,
    상기 타겟 주파수에서 전압성분의 위상에서 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 감산함으로써 상기 타겟 주파수에서 배터리 임피던스의 위상을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는, 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수개의 배터리로 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 장치.
  10. 배터리의 양단을 연결하는 바이폴라 정션 트랜지스터의 온오프를 통해 상기 배터리를 선택적으로 단락 시켜 구형파 전류를 발생시키는 단계;
    상기 구형파 전류로 인해 변화되는 상기 배터리의 전압을 획득하는 단계; 및
    상기 구형파 전류 및 상기 배터리의 전압을 이용하여 상기 배터리의 임피던스를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 제1 단자 및 제2 단자는 상기 배터리의 양단에 각각 연결되고 상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 제3 단자는 스위치에 연결되며, 상기 스위치의 온오프에 따른 상기 바이폴라 정션 트랜지스터의 온오프를 통해 상기 배터리가 선택적으로 단락되어 상기 구형파 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구형파 전류의 크기는 상기 바이폴라 정션 트랜지스터로 입력되는 정전류의 크기 조절을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정전류를 발생시키는 전압원에 연결된 저항의 크기를 조절하여 상기 바이폴라 정션 트랜지스터로 입력되는 상기 정전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 구형파 전류로부터 타겟 주파수에서 전류성분의 크기 및 위상을 추출하고, 상기 배터리의 전압으로부터 상기 타겟 주파수에서 전압성분의 크기 및 위상을 추출하는 단계; 및
    상기 타겟 주파수에서 전압성분의 크기를 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 크기로 제산하여 상기 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스 크기를 산출하고, 상기 타겟 주파수에서 전압성분의 위상에서 상기 타겟 주파수에서 전류성분의 위상을 감산함으로써 상기 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스 위상을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 임피던스 산출 방법.
KR1020110104372A 2011-10-13 2011-10-13 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법 KR101292374B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110104372A KR101292374B1 (ko) 2011-10-13 2011-10-13 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110104372A KR101292374B1 (ko) 2011-10-13 2011-10-13 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130039796A KR20130039796A (ko) 2013-04-23
KR101292374B1 true KR101292374B1 (ko) 2013-08-07

Family

ID=48439823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110104372A KR101292374B1 (ko) 2011-10-13 2011-10-13 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101292374B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101998993B1 (ko) * 2017-12-18 2019-07-10 한국해양대학교 산학협력단 전류파형을 이용한 배터리 임피던스 측정 방법 및 장치
KR102306261B1 (ko) * 2019-12-11 2021-09-28 한국해양대학교 산학협력단 전기화학적 임피던스 측정 회로의 미소 충방전 신호를 동일하게 출력 가능한 옵셋회로

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010052705A (ko) * 1999-04-08 2001-06-25 요트.게.아. 롤페즈 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 장치 및 방법
JP2008058260A (ja) 2006-09-04 2008-03-13 Fujitsu Ltd 電池制御装置、電池制御方法、電源制御装置、及び電子機器
KR20080108688A (ko) * 2007-06-11 2008-12-16 현대자동차주식회사 인버터 스위칭을 이용한 배터리 임피던스 측정 및 이를통한 배터리 충전상태의 추정방법
KR20100060035A (ko) * 2007-11-07 2010-06-04 브라운 게엠베하 배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치, 전기 장치 및 전압 제공 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010052705A (ko) * 1999-04-08 2001-06-25 요트.게.아. 롤페즈 배터리의 충전 상태를 결정하기 위한 장치 및 방법
JP2008058260A (ja) 2006-09-04 2008-03-13 Fujitsu Ltd 電池制御装置、電池制御方法、電源制御装置、及び電子機器
KR20080108688A (ko) * 2007-06-11 2008-12-16 현대자동차주식회사 인버터 스위칭을 이용한 배터리 임피던스 측정 및 이를통한 배터리 충전상태의 추정방법
KR20100060035A (ko) * 2007-11-07 2010-06-04 브라운 게엠베하 배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치, 전기 장치 및 전압 제공 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130039796A (ko) 2013-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7089619B2 (ja) Ｐｗｍコンデンサの制御
JP5731879B2 (ja) 除電装置及び除電制御方法
US20110173585A1 (en) Battery characteristic evaluator
JPWO2014136593A1 (ja) 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
JP2013099156A5 (ko)
CN101447762B (zh) 相电流采样和调节装置和方法以及电动机驱动系统
US9755563B2 (en) Inverter control apparatus and inverter apparatus
JP6724822B2 (ja) 二次電池の内部抵抗算出方法
Ferraz et al. A high frequency model for predicting the behavior of lithium-ion batteries connected to fast switching power electronics
CN103513191A (zh) 电源负载测试装置
CN102427345B (zh) 电流脉冲上升沿和下降沿加速装置及加速方法
JP2017181178A (ja) 電流電圧特性の測定方法
TW200935075A (en) Power source circuit and test apparatus
JP6469740B2 (ja) 接地抵抗測定方法
KR101292374B1 (ko) 배터리의 임피던스 산출 장치 및 방법
CN103630754A (zh) 叠层母排的杂散电感检测装置
CN104764987A (zh) 一种电力电子开关器件igbt高频模型寄生参数的获取方法
US20160146894A1 (en) Method for measuring electric capacity of cell module
KR20130037054A (ko) 인버터의 최적 효율 제어 장치, 방법 및 이를 이용한 ｉｐｍｓｍ 구동 시스템
KR101897297B1 (ko) 차량의 고전압배터리 충전시간 추정방법
JP6035028B2 (ja) 蓄電池特性導出装置
WO2020062128A1 (zh) 移动终端的充电控制方法、充电控制装置
JP2013102578A5 (ko)
JP2020109376A (ja) 評価方法、推定方法、評価装置、および複合評価装置
CN105634050A (zh) 充电系统及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160705

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee