KR101462108B1 - 전압결정을 위한 측정장치 검사방법 및 충전가능한 전압원 충전방법 - Google Patents

전압결정을 위한 측정장치 검사방법 및 충전가능한 전압원 충전방법 Download PDF

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Abstract

전압결정을 위한 측정장치 검사방법으로, 전압계는 전기리드에 의해 전압원에 연결된다. 이 방법으로, 제1 및 제2 기준저항으로 설정될 수 있는 조정저항기는 전압계에 병렬로 연결된다. 전압원과 전압계 사이의 전기리드 중 적어도 하나는 조정저항기의 제1 및 제2 설정 기준저항으로 연속하여 전압 측정의 검사를 받게 된다.

Description

전압결정을 위한 측정장치 검사방법 및 충전가능한 전압원 충전방법{A method for testing a measurement arrangement for voltage determination, and a method for charging a chargeable voltage source}
본 발명은 전압결정을 위한 측정장치 검사방법 및 충전가능한 전압원 충전방법에 관한 것이다.
전압원에 전압을 결정 또는 평가하는 측정장치를 제공하는 것이 알려져 있다. 전압 결정 및 그에 의해 이것이 수반하는 전압원의 충전조건의 결정은 전압원을 확실하게 작동시키기 위해 종종 필요하다. 전압원의 확실한 작동은, 잠수함의 선상에 장치된(on-board) 전기본선(electricity mains)에 전기에너지를 공급하는 전압원과 특히 관련이 있다. 이는, 이 경우에 잠수함의 선원이 반드시 전압원에 근접하게 상시로 있어야 하기 때문이다. 그 결과, 전압원을 안전하게 작동시키기 위해, 전압원의 전압 및 충전조건도 계속하여 모니터하게 된다.
그러나, 접점(contact) 및 현재의 측정리드(measurement lead) 및 리드접점과 같은 측정장치의 전도성 접속은, 측정장치의 서비스 기간이 길어지면서 부식되거나 그렇지 않으면 전도성이 떨어질 수도 있다. 전압의 정확한 모니터링 및 그로 인한 전압원의 확실한 작동은 더 어렵게 되었다.
전압원의 정확한 전압결정은 이 충전가능한 전압원을 충전하는 데 있어서도 중요하다. 그러한 전압원의 확실한 충전은 전압원의 충전조건을 정확히 결정하는 데 달려있기 때문이다. 그로 인해, 충전조건의 결정은 또한 일반적으로 전압결정을 통해 이루어지게 된다. 전압원의 부정확한 전압결정은 전압원의 확실한 충전을 보장하는 것을 더 어렵게 한다.
정확한 전압결정을 위해 전압을 결정하는 측정장치를 추가로 제공하는 것이 알려져 있다. 그러나, 그러한 잉여의 측정장치는 그 설계를 복잡하게 만든다.
그러므로, 본 발명의 목적은 개선된 전압결정을 위한 측정장치 검사방법, 및 충전가능한 전압원을 충전하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이 방법은 간단하고 신뢰할만 하다.
본 발명의 목적은, 청구항 제1항에 상술된 특징들을 갖는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법, 및 청구항 제9항에 상술된 특징들을 갖는 충전가능한 전압원의 충전방법에 의해 달성된다. 본 발명의 보다 바람직한 형성은 관련된 종속항들, 후술되는 상세한 설명 및 도면에서 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 전압결정을 위한 측정장치 검사방법은 전압결정을 위한 그러한 측정장치를 검사하는 기능을 수행하고, 전압계는 전기리드에 의해 전압원에 연결된다. 본 발명에 따른 방법으로, 제1 및 제2 기준저항으로 설정가능하고, 전압계에 병렬로 연결되는 조정저항기(regulating resistor)를 사용한다. 본 발명에 따른 방법으로, 전압원과 전압계 사이의 전기리드 중 적어도 하나는 조정저항기의 제1 및 제2 설정 기준저항으로 연속하여 전압 측정의 검사를 받게 된다.
본 발명에 따른 방법으로, 제1 기준저항 및 제2 기준저항으로 설정된 조정저항기에서 전압계로 계속하여 측정된 전압을 검출한다. 제1 기준저항으로 설정된 조정저항기에서 검출된 전압값은 제1 기준저항과 관련하여 설정될 수 있다. 제2 기준저항으로 설정된 조정저항기에서 검출된 전압값은 제2 기준저항과 관련하여 설정될 수 있다. 유용하게는, 제1 및 제2 기준저항은 각각 일시적으로 일정하고 또는 알고 있다. 그러므로, 두 개의 수학적인 관계는 측정된 전압값으로부터 얻어질 수 있고, 이는 측정장치를 검사하는 데 사용될 수 있다. 특히, 전압원과 전압계가 연결됨으로써 그 전기리드의 파라미터, 바람직하게는 그들의 전기저항을 결정할 수 있다. 그 결과, 이 전기리드의 부식 또는 변화된 전기저항은 전압계로 검출한 전압의 검출로부터 결정될 수 있다. 그러므로, 특히 전기리드의 상태진단을 본 발명에 따른 방법으로 간단하고 신뢰할 수 있게 실행할 수 있다. 특히, 검출된 전압의 허용오차(tolerances)는 측정장치의 확실한 검사를 위해 적절히 적은 정도에서 선택될 수 있다. 따라서, 전기리드의 전기저항을 결정할 때, 높은 판별력은 이로부터 얻어지게 된다. 이로써, 특히 전압결정의 신뢰할만한 검사는 이 측정장치에 의해 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법으로, 조정저항기는 전기저항과 이에 직렬로 연결된 스위치로 형성된다. 이로 의해, 제1 기준저항은 스위치가 개방됨으로써 설정된다. 제2 기준저항은 스위치가 폐쇄됨으로써 설정된다. 유용하게는, 본 발명이 보다 더 전개된 상태에서, 스위치가 개방된 제1 기준저항은 실제로 무한히 전기저항이 커지고, 즉 조정저항기의 전기저항이 10기가옴(GΩ) 보다 더 크거나, 전압계의 측정전압보다 더 크다. 그러므로, 스위치가 개방될 때, 조정저항기는 전류가 없거나 무시할 정도로 적은 전류만이 남게 된다. 그 결과, 보다 더 전개된 상태에서, 제1 설정기준저항에서 전압값은 현저하게 부하가 걸리는 전압원없이 검출될 수 있다. 반면에, 폐쇄된 전기스위치에 의해, 조정저항기의 전기저항은 스위치에 직렬로 연결된 전기저항기의 전기저항과 동일하게 된다. 유용하게는, 이 저항은 전압계의 측정저항보다 상당히 더 작고, 특히 1GΩ보다 더 작고, 바람직하게는 100옴(Ω)보다 더 작아지게 된다.
유용하게는, 조정저항기의 스위치는 전자스위치, 예를 들면, 트랜지스터로 형성된다. 이 경우에 스위치는 전자적으로 작동되고, 특히 간단하게 높은 스위치 주파수(high switch frequency)로 작동될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 보다 유리한 형태에 있어서, 조정저항기는 각각의 경우에 전압계의 전위와 동일한 전위로 하나 이상의 전기리드에 연결된다.
특히, 전압계가 전압원에 연결됨으로써, 조정저항기는 그들의 전기리드에 연결된다. 이 경우에, 이 방법으로, 전체에 걸쳐 완전히 검사가능한 조정저항기와 전압원의 연결 사이에 각각 위치하게 되는 리드섹션들이 유리하게 된다. 조정저항기가 전압계의 전위와 동일한 전위로 연결된다면, 본 발명에 따른 방법으로 완전히 검사받을 수 있는 전기리드의 섹션은 각각 완전한 전기리드에 의해 형성된다.
적당하게는, 본 발명에 따른 방법으로, 전압계와 전압원이 서로 연결됨으로써 하나 이상의 전기리드의 리드저항을 결정하는 전압측정의 결과가 사용된다. 리드가 리드저항으로 손상되거나 부식되었는지 여부에 관해 신뢰할 수 있게 평가할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 방법으로, 전압측정결과 및/또는 그들의 비율 및/또는 차이, 및/또는 결정된 리드저항은 소정의 비교값과 비교하게 된다. 이에 의해, 이 비교 결과는 리드저항의 변화를 평가하는 데 사용된다.
적당하게는, 본 발명으로, 하한 및/또는 상한 형태의 비교값들은 전술한 하나 이상의 변수들로 사용된다. 그런 다음, 리드저항의 변화를 평가하기 위해, 전술한 하나 이상의 값들이 한계를 초과하는 가정값들을 갖는지 여부를 유리하게 결정한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 전압결정을 위한 측정장치 검사방법은 적어도 하나의 전지 또는 전지셀(battery cell), 특히 리튬-이온전지 또는 리튬-이온전지셀에 대해 실행된다. 전술한 전압원에 대해, 불확실하게 작동하는 측정장치는 잘못된 전압측정에 이를 수 있으므로, 전압측정을 위한 측정장치의 신뢰할 만한 검사는 특히 안전이 정말 중요하다. 그러나, 잘못된 전압결정으로, 정확한 작동 및 정확한 충전이 보장되지 않으므로, 전술한 전지 또는 전지셀은 손상되거나 파기될 수도 있다. 더우기, 환경은 그러한 경우에 고통을 겪을 수 있다. 대조적으로, 본 발명에 따른 방법에 따라, 안전에 있어서 중대한 전압원에 대해, 전압결정을 위한 측정장치 검사는 특히 간단하고 신뢰할 만한 형태로 실행될 수 있다. 그 결과, 전압원의 동작에서 동작안전성이 본 발명에 따른 방법에서 상당히 커지게 된다. 유용하게, 본 발명에 따른 전압결정을 위한 측정장치 검사방법은 이러한 전지의 몇몇 전지셀에서, 특히 모든 전지셀에 실행된다.
유용하게는, 본 발명에 따른 방법으로, 측정저항이 적어도 1기가옴(GΩ)인 전압계가 사용된다. 대안으로 또는 부가적으로, 본 발명에 따른 방법으로, 제2 기준저항이 유리하게는 1옴(Ω)보다 크거나 같고, 및/또는 10옴, 특히 2옴 보다 작거나 같다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 내부저항이 0.1밀리옴(mΩ) 보다 크거나 같고, 또는 1mΩ보다 작거나 같은 전압원에 대해 실행된다. 특히, 이 방법은 잠수함의 선상에 장치된 전기본선에 전기에너지를 공급하기 위해 설계된 전압원의 전압을 결정하는 측정장치를 검사하기 위해 실행된다.
유리하게는, 본 발명에 따른 방법으로, 조정저항기는 바람직하게는 적어도 3 및/또는 많아야 30㎳ 시간 동안에, 매 초(second)마다 적어도 1, 특히 10회로 제2 기준저항으로 설정된다. 측정장치 검사는 방법을 더 발전시킴으로써 일시적인 연속방식으로 이루어질 수 있다. 이 방법으로, 전압원을 동작하거나 충전하는 동안에 측정장치가 예정된 방식으로 동작하는 지 여부를 즉시 확인할 수 있다. 측정장치가 예정된 방식으로 동작하지 않는 것을 확인한다면, 유용하게도 검사결과에 따라 전압원의 후속하는 충전 및/또는 동작이 적절하게 이루어지거나 끝나게 된다.
본 발명에 따라 충전가능한 전압원을 충전하는 방법으로, 이 전압원의 전압을 결정하는 측정장치가 사용된다. 이 방법으로, 이전 방법들 중 한 방법에 따른 측정장치 검사가 우선 실행된다. 그 다음에, 전압원이 이 검사결과에 따른 방식으로 충전된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법으로, 측정장치 검사방법으로 측정장치의 파라미터가 전술한 한계를 초과하는 가정값을 갖는다는 것을 확인할 때, 전압원의 충전은 이 파라미터에 적당하게 맞춰지거나 중단된다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 전술한 방법이 잠수함에서 실행된다. 잠수함의 선상에 장치된 전기본선에 공급하는 전압원의 동작안전성, 및 잠수함의 작동안전성이 특히 이와 관련하여 상당히 증가하게 된다.
본 발명의 전압결정을 위한 측정장치 검사방법 및 충전가능한 전압원 충전방법은 간단하고 신뢰할 만한 형태로 정확하게 전압원을 측정함으로써 전압원의 동작안전성 및 잠수함의 작동안전성을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 리튬-이온전지셀의 전압을 결정하는 측정장치를 갖는 리튬-이온전지셀을 보여주는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면에 도시된 일 실시예에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 리튬-이온전지셀(5)은 리튬-이온전지셀들의 그룹의 일부 (기타 리튬-이온전지셀들은 도 1에 미도시됨)이다. 이 리튬-이온전지셀들의 그룹은 잠수함(미도시)의 선상에 장치된 전기본선에 전기에너지를 공급하는 역할을 하는 리튬-이온전지를 형성한다. 도시된 리튬-이온전지셀(5)은 0.5mΩ의 내부저항을 갖는다(도 1에 등가회로로 도시됨).
리튬-이온전지셀(5)은 전기리드(10)에 의해 리튬-이온전지셀들의 그룹에 포함된다. 전압계(15)는 두 개의 측정리드(20, 25)에 의해 리튬-이온전지셀(5)에 병렬방식으로 이 전기리드(10)에 연결된다.
전압계(15)는 5기가옴(GΩ)의 측정저항(RMESS)을 포함한다. 전압계(15) 및 두 개의 측정리드(20, 25)는 리튬-이온전지셀(5)의 전압을 결정하는 측정장치(26)를 형성한다.
먼저 기재하는 방법은 리튬-이온전지셀(5)의 전압을 결정하고, 전압계(15) 및 측정리드(20, 25)로 형성되는 측정장치(26)를 검사하는 역할을 한다. 그에 의해, 이 방법은 잠수함에 실행된다. 그러나, 여기서 설명하는 방법은 어떤 다른 전압원 및/또는 잠수함과 독립하여 실행될 수도 있다.
조정저항기(27)는 전압계에 병렬방식으로 측정리드(20, 25)에 연결되고, 실시예에 도시된 대로 스위치(S1) 및 전기저항(R1)의 직렬연결에 의해 형성된다(조정저항기(27)는 별도로 도시되지 않은 실시예들에서 다른 설정가능한 조정저항기로 형성될 수도 있다). 실시예에 도시된 스위치(S1)는 트랜지스터 형태의 전자스위치로서 설계된다. 스위치는 (개별적으로 미도시 된) 다른 방식으로 설계될 수도 있다. 전기저항(R1)은 2Ω이다.
본 발명에 따른 전압결정을 위한 측정장치 검사방법으로, 측정리드(20, 25)를 통해 리튬-이온전지셀(5)로의 전압계(15)의 연결이 검사된다. 그에 의해, 우선 측정리드(20)의 전기저항(RL1) 및 측정리드(25)의 전기저항(RL2)의 합이 결정되고, 그 후에 이 전기저항(RL1, RL2)의 합이 소정의 한계내에 있는지 여부를 검사한다.
단순화한 방법으로, 본 발명에 따른 방법의 다음 설명을 위해 조정저항기(27)의 전기저항(R1)이 일시적으로 일정하다고 가정한다. 또한, 이 전기저항(R1)이 제1 측정리드(20)의 전기저항(RL1) 및 제2 측정리드(25)의 전기저항(RL2)의 합 보다 작다고 가정한다. 게다가, 여기서 선택된 저항값들의 결과로서, 전기저항(R1)은 측정저항(RMESS) 보다 훨씬 더 작다. 또한, 리튬-이온전지셀(5)을 통하는 전류(I), 전류(IBatt)는 0이라고 가정한다.
이 방법으로, 측정장치(26)를 검사하기 위해, 개폐스위치(S1)가 주어진다면 전압계(15)로 측정한 전압값(UMess)을 사용한다. 그에 의해, 본 방법에서, 우선 스위치(S1)가 열리고, 제1 전압값(UMess1)은 스위치(S1)가 열린 상태로 전압계(15)에 의해 측정된다. 그에 의해, 리튬-이온전지셀(5)의 무부하(no-load) 전압(V0)은 전압계(15)에서 제1 전압값(UMess1)으로 설정된다.
스위치(S1)는 그 후에 닫히게 되고, 조정저항기(27)의 전기저항(R1)은 전압계(15)에 병렬로 놓이게 된다. 스위치(S1)가 닫히고, 그런 다음 제2 전압값(UMess2)은 전압계(15)에 의해 결정된다.
제1 전압값(UMess1) 및 제2 전압값(UMess2)은 그 후에 더 산정하게 된다. 그에 의해, 측정장치를 통한 전류(I)에 대하여 메쉬룰(mesh rule)에 따라,
UMess2 = U0-(RL1 + RL2 + Ri) * I.
이로부터, I = R1/UMess2 및 U0 = UMess1 에 의해
RL1 + RL2 = (UMess2/UMess1-1)*RI-Ri 이 된다.
그 결과, 측정리드(20, 25)의 전기저항의 합(RL1 + RL2)은 UBest1 및 UBest2의 사실로부터 결정될 수 있다.
그러한 방식으로 결정된 측정리드(20, 25)의 전기저항의 합(RL1 + RL2)은 지금 이전의 한계치와 비교된다. 측정리드(20, 25)의 전기저항의 합(RL1 + RL2)이 상한을 초과한다면, 이로부터 측정리드(20, 25)중 하나 또는 양자, 또는 전기리드(10)상의 측정리드(20, 25)중 하나 또는 양자의 결합이 결함이라는 결론에 도달한다. 그 대신에 또는 부가적으로, 측정된 전압값(Umess2, Umess1)이 비율 또는 차이로 설정되고, 측정된 전압값들의 이 비율 또는 차이가 하나 이상의 소정의 한계를 초과하는 지 여부를 결정한다. 비율 또는 차이가 하나 또는 여러 개의 한계를 초과하는 경우에, 이로부터 측정리드(20, 25) 또는 전기리드(10)의 그들의 연결이 결함이 있다는 결론에 도달한다.
그로 인해, 조정저항기(27)의 스위치(S1)는 각각의 경우에 다시 매 초마다 10회는 개폐된다. 전압값들(Umess2, UMess1)을 결정하는 것은 스위치(S1)의 위치를 각각 변경한 후에 이루어지게 된다.
본 발명에 따른 충전가능한 전지 충전방법은, 후술되는 실시예에 의해, 리튬-이온전지셀(5)을 충전하기 위해 실행된다. 본 방법에서는, 먼저 전술한 측정장치(26)를 검사하는 방법이 전압결정을 위해 실행된다. 리튬-이온전지셀(5)은 이 검사결과에 따른 방식으로 충전된다. 도시된 실시예에서, 전압을 결정하는 측정장치(26)를 검사하는 전술한 방법이, 측정리드(20, 25) 또는 리튬-이온전지셀(5)로의 그들의 연결이 결함이 있다는 결과가 나오면, 리튬-이온전지셀(5)의 충전은 중단된다. 대안적으로, 충전절차는 전기리드(20, 25)의 평가된 저항값들에 맞추어지게 된다.
리튬-이온전지셀(5) 대신에, 본 발명에 따른 전술한 방법은, 또한 잠수함과 별개로, 완전한 리튬-이온전지, 또는 다른 전지셀들 또는 전지들과 같은 다른 전압원들에 인가될 수도 있다.
별도로 도시되지 않은 실시예들에서, 전압계는 리튬-이온전지셀(5)의 접속에 직접 연결된다. 이 실시예에서, 그 방법은 전술한 바와 같이 실행된다. 그러나, 이 경우에, 두 개의 측정리드(20, 25) 대신에 단일의 측정리드만이 존재한다. 그러므로, 이 경우에는 검사되는 두 개의 측정리드의 전기저항이 아니라, 리튬-이온전지셀로의 전압계의 연결 및 단일 측정리드의 저항들의 합이 된다.
5 : 리튬-이온전지셀 10 : 전기리드
15 : 전압계 20 : 측정리드
25 : 측정리드 26 : 측정장치
27 : 조정저항기 RMEss : 측정저항
RL1 : 제1 측정리드의 저항 RL2 : 제2 측정리드의 저항
UMess : 전압값 UMess1 : 전압값
UMess2 : 전압값 S1 : 스위치
R1 : 전기저항 Ri : 내부저항
U0 : 무부하전압 I : 전류
IBatt : 전류

Claims (10)

  1. 전압결정을 위한 측정장치 검사방법에 있어서,
    전압계(15)는 측정리드(20,25)에 의해 전압원(5)에 연결되고, 스위치(S1) 개폐에 따라 제 1 및 제 2기준저항으로 설정가능한 조정저항기(27)가 전압계(15)에 병렬로 연결되어 전압계(15)의 전위와 동일한 전위로 하나 이상의 측정리드(20,25) 상에 연결되며, 전압원(5)과 전압계(15) 사이의 측정리드(20,25) 중 적어도 하나는 상기 스위치(S1)의 일정시간마다 일정횟수 개폐를 통해 상기 조정저항기(27)의 설정되는 제1 및 제2 기준저항에서 연속적 전압 측정되고,
    상기 전압측정 결과는 하나 이상의 측정리드(20,25)의 리드저항(RL1, RL2)을 결정하는 데 사용되며,
    전압측정결과 또는 그들의 비율 또는 차이는 소정의 비교값과 비교하게 되고, 이 비교결과는 리드저항(RL1,RL2)의 변화를 평가하는 데 사용되어 전기리드 상의 결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
  2. 제 1항에 있어서, 조정저항기(27)는 전기저항(R1) 및 이에 직렬로 연결된 스위치(S1)로 형성되고, 제1 기준저항은 개방된 스위치(S1)로 설정되고, 제2 기준저항은 폐쇄된 스위치(S1)로 설정되는 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스위치(S1)가 개방된 상태에서 상기 전압계(15)에 의해 제 1전압값(UMess1)을 측정하고, 상기 스위치(S1)가 폐쇄된 상태에서 상기 전압계(15)에 의해 제 2전압값(UMess2)을 측정하여 다음의 식을 통해 측정리드(20,25)의 전기저항의 합(RL1+RL2)을 결정함을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
    Figure 112014085108764-pat00002

    여기서, R1은 전기저항, Ri는 내부저항을 각각 나타낸다.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 전지 또는 전지셀의 전압을 결정하는 측정장치를 검사하는 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 측정저항(RMESS)이 적어도 1 기가옴(GΩ)인 전압계(15)가 사용되고, 제2 기준저항(R1)이 1옴(Ω)보다 크거나 같고, 10Ω보다 작거나 같으며, 내부저항(Ri)이 0.1밀리옴(mΩ) 보다 크거나 같고 또는 1mΩ보다 작거나 같은 전압원에 대해 실행되는 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 조정저항기(27)는 제2 기준저항(R1)으로, 3ms이상 30㎳이하 시간 동안, 매 초(second)마다 1회 이상 설정되는 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
  9. 충전가능한 전압원(5)의 충전방법에 있어서,
    이 전압원(5)의 전압을 결정하는 측정장치(26)가 사용되고, 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 따라 측정장치(26)를 먼저 검사하고, 전압원(5)은 이 검사결과에 따라 그 후에 충전되는 충전가능한 전압원(5)의 충전방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전압원은 잠수함에서 전기에너지를 공급하는 전압원인 것을 특징으로 하는 전압결정을 위한 측정장치 검사방법.
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