KR101417461B1 - 배터리 단선검출장치 및 방법 - Google Patents

배터리 단선검출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

검출 대상인 대상배터리와 대상배터리에 직렬연결된 인접배터리 각각에 병렬로 연결된 제1커패시터; 상기 두 제1커패시터에 함께 병렬로 연결되며 제1스위치와 소모저항이 구비된 방전부; 상기 방전부와 병렬로 연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬로 연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 제1스위치를 오픈한 상태에서 전압측정회로를 통하여 제2커패시터의 전압을 측정하고, 제1스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부;를 포함하는 배터리 단선검출장치 및 방법이 소개된다.

Description

배터리 단선검출장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CHECKING DISCONNECTION OF BATTERY}
본 발명은 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있는 배터리 단선검출장치 및 방법에 관한 것이다.
차량용 배터리의 경우 복수의 배터리가 직렬로 연결된 회로로 구성된다. 그리고 이러한 배터리들의 셀 전압 밸런싱은 차량의 성능과 배터리 내구에 영향을 미치기 때문에 각각의 배터리 셀들의 전압을 측정하고 밸런싱할 필요가 있다.
이에 관한 종래의 기술로는 KR10-2012-0039891 A "차량용 전원 검출 장치"가 "입력 노드를 통해 배터리 전원에서 변환된 동작 전압을 인가받고, 상기 동작 전압의 이상 여부를 검출하여, 출력 노드를 통해 상기 이상 여부의 검출 결과를 논리 전압으로서 출력하는 전원 검출부; 한쪽 전극이 풀업 저항을 통해 상기 출력 노드에 연결되고, 상기 배터리 전원을 충전하는 충전 커패시터; 및 상기 전원 검출부와 병렬 연결되고, 상기 충전 커패시터의 한쪽 전극과 연결되고, 상기 입력 노드의 전압 레벨이 상기 동작 전압의 전압 레벨 이하로 하강하는 경우, 상기 충전 커패시터에 충전된 충전 전위를 상기 입력 노드로 피드백시키는 피드백 회로를 포함하는 차량용 전원 검출 장치"를 소개한다.
그러나 상기와 같은 종래기술에 의하더라도, 단위 배터리의 전압측정시 실제 해당 배터리가 0V인지 또는 단선에 의해 0V로 측정되는지를 구분하기 어려워 단선임에도 불구하고 경고 등의 조치를 취하지 않아 시스템이 불안정해지는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0039891 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있는 배터리 단선검출장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 단선검출장치는, 검출 대상인 대상배터리와 대상배터리에 직렬연결된 인접배터리 각각에 병렬로 연결된 제1커패시터; 상기 두 제1커패시터에 함께 병렬로 연결되며 제1스위치와 소모저항이 구비된 방전부; 상기 방전부와 병렬로 연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬로 연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 제1스위치를 오픈한 상태에서 전압측정회로를 통하여 제2커패시터의 전압을 측정하고, 제1스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부;를 포함한다.
상기 두 제1커패시터는 상호 극성이 서로 반대가 되도록 방전부와 연결될 수 있다.
상기 제1커패시터는 각각 제2스위치를 통하여 방전부와 연결될 수 있다.
상기 제어부는 제1스위치를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하고, 제2커패시터를 방전시킨 후 제1스위치를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악할 수 있다.
본 발명의 또 다른 배터리 단선검출장치는, 검출 대상인 대상배터리와 대상배터리에 직렬연결된 인접배터리 각각에 병렬로 연결된 한 쌍의 제1커패시터; 상기 한 쌍의 제1커패시터 각각에 제2스위치를 통하여 병렬로 연결되며, 제1스위치와 소모저항이 구비된 방전부; 상기 방전부와 병렬로 연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬로 연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 제1스위치 오픈 / 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하고, 제2커패시터를 방전한 후, 제1스위치 클로즈 / 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부;를 포함한다.
한편, 본 발명의 배터리 단선검출장치를 이용한 단선검출방법은, 제1스위치를 오픈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계; 제1스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계; 및 상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하여 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계;를 포함한다.
또는, 배터리 단선검출장치를 이용한 단선검출방법은, 제1스위치를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계; 제2커패시터를 방전시키는 방전단계; 제1스위치를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계; 및 상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하여 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 단선검출장치 및 방법에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있게 된다.
또한, 실질적인 배터리의 0V와 단선에 의한 0V를 구분할 수 있어 시스템의 안정성을 도모하고 누설에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단선검출장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단선검출방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 단선검출장치 및 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단선검출장치의 회로도로서, 본 발명의 배터리 단선검출장치는, 검출 대상인 대상배터리(101)와 대상배터리(101)에 직렬연결된 인접배터리(102) 각각에 병렬로 연결된 제1커패시터(201,202); 상기 두 제1커패시터(201,202)에 함께 병렬로 연결되며 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부(400); 상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및 상기 제1스위치(420)를 오픈한 상태에서 전압측정회로(540)를 통하여 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제1스위치(420)를 클로즈한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부(600);를 포함한다.
본 발명의 경우 기본적으로 배터리들은 직렬로 연결된 경우이며, 스위칭 조작과 전압측정을 통해 각 배터리의 전압을 측정하는 기능을 한다.
그에 더하여 특정 배터리의 측정회로가 단선된 경우 이를 단순히 0V로 측정하는 것이 아니라 단선으로 판단함으로써, 특정 배터리가 실제 0V인지 또는 단선에 관한 것인지를 구별할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 1은 회로도로서, 여기에는 실시예로서 간단히 두 개의 배터리가 직렬로 연결된 경우를 살펴본다. 그러나 복수의 배터리가 다수개 연결된 경우에는 본 발명이 중첩적으로 설치되어 적용될 수 있음은 당연할 것이다.
두 개의 배터리는 직렬로 연결된 상태이다. 이를 편의상 대상배터리와 인접배터리로 명칭한다. 두 배터리에는 각각 제1커패시터(201,202)가 병렬로 연결된다. 도시된 바와 같이 두 커패시터는 각각의 배터리에 병렬로 연결되어 항상 각 배터리와 동일한 전압을 갖도록 한다. 그리고 도시된 바와 같이 도선을 공유하도록 함으로써 효과적으로 구성이 가능하다.
한편, 이러한 제1커패시터(201,202)에는 방전부(400)가 병렬로 연결된다. 그리고 방전부(400)는 각 제1커패시터(201,202)에 병렬로써 함께 연결되도록 구성된다. 그리고 방전부(400)는 두 제1커패시터(201,202)에 함께 병렬로 연결되며 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된다.
이 상태에서 측정부(500)는 상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된다. 즉, 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부에는 제2커패시터(520)가 병렬로 연결되고 제2커패시터(520)에는 전압측정회로(540)가 병렬로 연결되어 제2커패시터(520)의 전압을 측정하는 것이다.
구체적으로, 제어부(600)는 상기 제1스위치(420)를 오픈한 상태에서 전압측정회로(540)를 통하여 제2커패시터(520)의 전압을 측정한다. 그리고 제1스위치(420)를 클로즈한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 것이다.
한편, 상기 두 제1커패시터(201,202)는 상호 극성이 서로 반대가 되도록 방전부(400)와 연결되도록 함으로써 도선을 공유하여 효율적으로 회로를 꾸밀 수 있다. 그리고, 상기 제1커패시터(201,202)는 각각 제2스위치(301,302)를 통하여 방전부(400)와 연결되도록 함으로써 제2커패시터가 다시 방전될 수 있는 시간을 준다.
또한, 상기 제어부(600)는 제1스위치(420)를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후 제1스위치(420)를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터(420)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하도록 할 수 있다.
한편, 이러한 본 발명의 배터리 단선검출장치는, 검출 대상인 대상배터리(101)와 대상배터리(101)에 직렬연결된 인접배터리(102) 각각에 병렬로 연결된 한 쌍의 제1커패시터(201,202); 상기 한 쌍의 제1커패시터(201,202) 각각에 제2스위치(301,302)를 통하여 병렬로 연결되며, 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부(400); 상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및 상기 제1스위치(420) 오픈 / 특정 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전한 후, 제1스위치(420) 클로즈 / 특정 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터(420)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부(600);를 포함하는 것으로 표현될 수 있다.
이를 구체적으로 설명하기 위해, 실제 측정과정을 예로 들어 설명한다. 만약 어느 회로도 단선이 발생되지 않고 정상적이라면, 각각의 배터리는 정상적인 범위에서 전압이 측정될 것이다. 즉, 만약 대상배터리(101)가 4V이고 인접배터리(102)가 2V인 상태라면, 각각의 제1커패시터(201,202)에는 각각 4V, 2V의 전압을 나타낼 것이다. 이 상태에서 대상배터리(101)의 전압을 측정하자면, 먼저 제1스위치(420)를 오픈한 상태에서 대상배터리(101)측의 제2스위치(301)를 클로즈한다. 이 경우 제2커패시터(520)에는 제1커패시터(201) 및 대상배터리(101)와 동일한 전압이 걸리며, 전압측정회로(540)에서는 결국 대상배터리(101)의 전압인 4V를 제2커패시터(520)의 전압으로써 측정할 것이다.
그리고 나서 제1스위치(420)와 제2스위치(301)를 모두 오픈한 후 제2커패시터(520)를 방전시킨다. 그리고 다시 측정을 시작하는데, 이 경우에는 제1스위치(420)를 클로즈한 상태에서 제2스위치(301)를 클로즈한다. 이 경우에는 방전부(400)의 제1스위치(420)가 클로즈되어 소모저항(440)이 전류를 소모하는 경우이지만, 단선 상태가 아니라면 배터리(101)에 의한 전원의 공급으로써 제2커패시터(520)에는 여전히 4V가 축전되는 것이다. 따라서, 단선이 아니라면, 제1스위치(420)의 오픈, 클로즈여부에 관계없이 제2커패시터(520)에는 항상 대상배터리(101)의 전압이 동일하게 걸리는 것이다. 이러한 점은 인접배터리(102)의 전압을 측정하는 경우에도 마찬가지라고 볼 수 있다.
그러나 만약 도시된 회로에 표기한 "C"부분의 단선이 발생된 경우라면, 한 쌍의 제1커패시터(201,202)에는 이전처럼 4V, 2V가 축전되는 것이 아니라, 6V의 평균값인 3V, 3V가 각각 축전될 것이다. 따라서, 이 상태에서 동일하게 대상배터리(101)의 전압을 측정하자면, 먼저 제1스위치(420)를 오픈한 상태에서 대상배터리(101)측의 제2스위치(301)를 클로즈한다. 그러나 이 경우에는 인접배터리측의 제2스위치(302)가 오픈되고 그 사이의 "C" 지점도 단선되어 배터리의 제2커패시터(520)에는 3V보다 낮은 예를 들어 2V의 전압이 축전되고, 이를 전압측정회로(540)에서 측정한다.
한편, 제2커패시터(520)를 방전한 후에는 제1스위치(420)를 클로즈한 상태에서 대상배터리(101)측의 제2스위치(301)를 클로즈한다. 이 경우 방전부(400)의 소모저항(440)에 의해 제1커패시터(201)의 전압이 3V보다 내려갈 것이다. 그리고 그에 따라 제2커패시터(520)에서 측정되는 전압 역시 2V보다 낮은 예를 들어 1V로 하강한다. 따라서, 제어부(600)에서는 두 시점에서 제2커패시터(520)에서 각각 측정되는 전압의 차이가 일정 크기 이상으로 차이날 경우에는 측정회로의 일부가 단선 (C)되었다고 볼 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단선검출방법의 순서도로서, 본 발명의 배터리 단선검출방법은, 제1스위치를 오픈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계(S200); 제1스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계(S400); 및 상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하여 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계(S600,S700);를 포함한다.
더 구체적으로는, 먼저 시동이 들어오면 제1스위치를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계(S200)를 수행한다. 이 경우 배터리의 전압이 1.5V이하라면 저전압으로 진단하고 주행이 불가능한 상황으로써 차량을 셧다운한다.
배터리의 전압이 1.5V 이상이라면, 제2커패시터를 방전시키는 방전단계(S310)를 수행하고, 다시 제1스위치를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계(S400)를 수행한다.
그리고나서 상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하고, 그 차이가 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계(S600,S700)를 수행한다. 이 경우에는 가용 파워를 제한하여 차량의 성능을 저하시킴으로써 배터리의 성능을 보호하는 것이다.
한편, 그 차이가 미미하다면 배터리의 전압도 정상이고 단선 여부도 정상으로써 종료토록 하는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 단선검출장치 및 방법에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있게 된다.
또한, 실질적인 배터리의 0V와 단선에 의한 0V를 구분할 수 있어 시스템의 안정성을 도모하고 누설에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
101 : 대상배터리 102 : 인접배터리
201,202 : 제1커패시터 301,302 : 제2스위치
420 : 제1스위치 440 : 소모저항
520 : 제2커패시터

Claims (7)

  1. 검출 대상인 대상배터리(101)와 대상배터리(101)에 직렬연결된 인접배터리(102) 각각에 병렬로 연결된 제1커패시터(201,202);
    상기 두 제1커패시터(201,202)에 함께 병렬로 연결되며 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부(400);
    상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및
    상기 제1스위치(420)를 오픈한 상태에서 전압측정회로(540)를 통하여 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제1스위치(420)를 클로즈한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부(600);를 포함하며,
    상기 두 제1커패시터(201,202)는 상호 극성이 서로 반대가 되도록 방전부(400)와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 단선검출장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1커패시터(201,202)는 각각 제2스위치(301,302)를 통하여 방전부(400)와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 단선검출장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부(600)는 제1스위치(420)를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후 제1스위치(420)를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터(420)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 것을 특징으로 하는 배터리 단선검출장치.
  5. 검출 대상인 대상배터리(101)와 대상배터리(101)에 직렬연결된 인접배터리(102) 각각에 병렬로 연결된 한 쌍의 제1커패시터(201,202);
    상기 한 쌍의 제1커패시터(201,202) 각각에 제2스위치(301,302)를 통하여 병렬로 연결되며, 제1스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부(400);
    상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및
    상기 제1스위치(420) 오픈 / 특정 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전한 후, 제1스위치(420) 클로즈 / 특정 제2스위치 클로즈 상태에서 제2커패시터(420)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 제어부(600);를 포함하는 배터리 단선검출장치.
  6. 청구항 1의 배터리 단선검출장치를 이용한 단선검출방법으로서,
    제1스위치를 오픈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계(S200);
    제1스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계(S400); 및
    상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하여 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계(S600,S700);를 포함하는 배터리 단선검출방법.
  7. 청구항 3의 배터리 단선검출장치를 이용한 단선검출방법으로서,
    제1스위치를 오픈하고 어느 하나의 제2스위치를 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 1차측정단계(S200);
    제2커패시터를 방전시키는 방전단계(S310);
    제1스위치를 클로즈하고 상기 어느 하나의 제2스위치를 다시 클로즈한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하는 2차측정단계(S400); 및
    상기 1차 및 2차측정단계의 측정값을 비교하여 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 검출단계(S600,S700);를 포함하는 배터리 단선검출방법.
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