KR102209933B1 - 배터리 온도 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 온도 검출 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리와 연결된 온도 감지부에 인가되는 전압의 크기에 기초하여 온도 감지부의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값을 기반으로 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 온도 검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING BATTERY TEMPERATURE}
본 발명은 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리와 연결된 온도 감지부에 인가되는 전압의 크기에 기초하여 온도 감지부의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값을 기반으로 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량을 필요로 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 복수 개 접합함으로써 하나의 배터리 모듈로 사용할 수 있으며, 경우에 따라 배터리 모듈을 복수 개 접합하여 사용할 수 있다.
복수의 배터리 모듈을 함께 사용하는 경우, 과전류 및 과전압 등과 같은 이상 동작으로 인해 배터리 모듈이 과열되고, 이로 인해 배터리 모듈이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 복수 개의 접합되어 사용되는 경우 항상 각 개별 모듈의 전압, 전류 및 온도를 측정 및 검출함으로써, 배터리 모듈에 이상이 발생하는 것을 방지할 필요성이 필요하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 온도 검출 시스템은, 상술된 문제를 해결하기 위하여 같이 복수의 배터리 모듈마다 배터리 모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 센서(10)와 온도 검출 센서(10)로부터 센싱된 정보를 이용하여 온도값을 측정하는 포함하는 온도 측정 회로(20)를 각각 설치함으로써, 배터리 모듈의 온도를 각각 측정하였다. 그러나 종래의 배터리 온도 검출 시스템은 배터리 모듈마다 온도 측정 회로(20)를 설치해야 하기 때문에 부품의 부피가 증가하여 효율을 떨어뜨리고, 비용을 증가시킨다는 문제가 있다.
이에, 본 발명자는 종래의 배터리 온도 검출 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 복수의 온도 검출 센서가 하나의 기준 저항을 공통으로 사용하여 배터리 모듈의 온도를 검출함으로써, 배터리 모듈에 연결된 온도검출 센서마다 온도 측정 회로를 구비할 필요성이 없는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법을 개발하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2015-0128015호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 하나 이상의 배터리의 온도를 측정하기 위해 하나 이상의 배터리마다 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 하나 이상의 온도 검출 전압을 인가하고, 인가된 온도 검출 전압의 전압값에 기반하여 하나 이상의 온도 감지부 각각의 저항값을 산출하며, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 하나 이상의 배터리들의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템은, 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부 및 상기 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키고, 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하며, 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 온도 검출 시스템은, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있으며, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 온도 검출 전압원 사이에 개재되며, 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 스위치부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 연결부가 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 상기 연결부로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 상기 연결부가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시킬 수있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 저항은, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결될 수 있으며, 상기 하나 이상의 온도 감지부는, 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017101568272-pat00001
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
Figure 112017101568272-pat00002
는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112017101568272-pat00003
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
Figure 112017101568272-pat00004
는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure 112017101568272-pat00005
=0)
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 방법은, 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키는 단계, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계 및 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 온도 검출 방법은, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 인가시키는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이에 개재되는 스위치부를 제어하여 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인가시키는 단계는, 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 저항은, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결될 수 있으며, 상기 하나 이상의 온도 감지부는, 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017101568272-pat00006
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
Figure 112017101568272-pat00007
는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112017101568272-pat00008
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
Figure 112017101568272-pat00009
는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure 112017101568272-pat00010
=0)
본 발명은 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리마다 각각 연결된 온도 감지부와 기준 저항을 순차적으로 연결하여 온도 검출 전압을 인가하고, 인가된 온도 검출 전압의 크기에 기반하여 온도 감지부 각각의 저항값을 산출하며, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 하나 이상의 배터리들의 온도를 검출할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 배터리마다 각각 연결된 온도 감지부가 하나의 기준 저항을 공유하여 사용함으로써, 각각의 온도 감지부마다 온도 측정 회로를 구비할 필요성이 없어 온도 측정 회로에 사용되는 풀 업(Pull-up)저항 및 커페시터(Capacitor)의 사용을 줄일 수 있으며, 이에 따라 시스템의 부피를 감소시킬 수 있고, 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 온도 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용하여 배터리의 온도를 검출하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)은 온도 감지부(110) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS, 120)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 내지 4에 도시된 배터리 온도 검출 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 내지 4에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
먼저, 온도 감지부(110)는 하나 이상의 배터리와 각각 연결될 수 있고, 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(110)는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
서미스터는 망간, 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물을 각종 조합시켜 혼합 소결한 반도체 소자로써, 온도에 따라 전기 저항값이 변화하는 특성을 가지는 소자일 수 있다. 예를 들어, 온도와 저항값이 비례 특성을 가지는 PTC(positive temperature coefficient thermistor), 온도와 저항값이 반비례 특성을 가지는 내려가는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 및 특정 온도에서 저항값이 급변하는 CIR(critical temperature resistor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 감지부(110) PTC 또는 NTC를 포함할 수 있으며, 후술되는 BMS(120)가 PTC 또는 NTC의 저항값과 매칭되는 온도값을 선택함으로써, 배터리의 온도를 검출하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 온도 감지부(110)는 온도를 측정하고자 하는 대상의 배터리를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 함께 패키징될 수 있다.
BMS(120)는 하나 이상의 온도 감지z(110)에 온도 검출 전압을 인가시켜 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 이를 위해, BMS는 온도 측정 회로(121) 및 제어부(122)를 포함할 수 있다.
온도 측정 회로(121)는 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결되어 각각의 온도 감지부(110)마다 온도 검출을 위한 온도 검출 전압을 인가시킬 수 있고, 인가된 전압값을 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 온도 측정 회로(121)는 기준 저항(121a) 및 온도 검출 전압원(121b)를 포함할 수 있다.
기준 저항(121a)은 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 최전단에 위치한 온도 감지부(110)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 온도 감지부(110)는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)부터 최후단에 위치한 온도 감지부(110)까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)는 데이지 체인(Daisy Chain) 결선 방식으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110) 사이에는 각각 스위칭소자(123)가 구비될 수 있고, 스위칭소자(123)의 온/오프 제어를 통해 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)는 상호 연결 및 단락될 수 있다. 도 4에서 스위칭소자(123)는 하나 이상의 온도 감지부(110) 사이에만 개재되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고, 하나 이상의 온도 감지부(110)사이 뿐만 아니라 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)사이에도 개재될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)은 온도 측정을 위한 온도 측정 회로(121)의 입출력 단자와 온도 검출 전압원(121b)사이에 접속되는 풀업저항(Pull-up resistor)일 수 있으며, 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결되어 후술되는 온도 검출 전압원(121b)에서 인가되는 온도 검출 전압의 배분을 수행할 수 있다.
온도 검출 전압원(121b)은 기준 저항(121a)과 연결될 수 있으며, 온도 검출 전압을 출력하여 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가할 수 있다.
여기서, 온도 검출 전압은 배터리로부터 출력되는 전압과는 별도로, 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가하여 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출하기 위해 인가되는 전압을 의미할 수 있다.
온도 측정 회로(121)는 온도 검출 전압원(121b)에서 출력되어 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값을 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정 회로(121)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC, 미도시)를 포함할 수 있다. 온도 측정 회로(121)는 ADC를 통해 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가되는 온도 검출 전압을 디지털 값으로 변환하여 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다.
제어부(122)는 온도 측정 회로(121)에서 제공되는 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부(110)와 각각 연결된 하나 이상의 배터리의 온도를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017101568272-pat00011
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부(110)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 개수, Rp는 기준 저항(121a)의 저항값, RT는 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값 총합,
Figure 112017101568272-pat00012
는 n번째 온도 감지부(110)부터 m번째 온도 감지부(110)까지의 저항값 총합 및 Vp는 온도 검출 전압의 전압값
또한, 제어부(122)는 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 각각 측정할 수 있고, 측정된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')과 상술된 수학식 1을 통해 산출된 온도 검출 전압의 전압값(Vn)을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)을 산출할 수 있다.
여기서, 제어부(122)가 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 측정한다는 것은 온도 측정 회로(121)로부터 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 제공 받는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준 저항(121a)과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)가 순차적으로 연결된 경우, 온도 검출 전압원(121b)에서 출력-되는 온도 검출 전압(VP)이 기준 저항(121a)과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 수 있다. 온도 측정 회로(121)는 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')을 제어부(122)에 제공할 수 있다. 이때, 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')이 각각 3V 및 1V일 수 있다. 또한, 제어부(122)는 상술된 수학식 1을 이용하여 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1 및 V2)을 산출할 수 있다. 여기서, 기준 저항(121a)의 저항값(Rp)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압원(121b)에서 출력되는 온도 검출 전압의 전압값(Vp)이 5V인 경우, 최전단에 위치한 온도 감지부(110-1)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1)은 5(R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)가 될 수 있고, 두번째에 위치한 온도 감지부(110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V2)은 5*R2/(10KΩ+ R1 + R2)가 될 수 있다.
이때, 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1 및 V2)이 같은 값을 가져야 하기 때문에, '3V = (R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)'및'1V = 5*R2/(10KΩ+ R1 + R2)'의 두 개의 식이 산출될 수 있다.
제어부(122)는 산출된 두 개의 식을 연립 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(122)는 첫번째 식인 '3V = (R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)'을 통해 'R1= 15-R-2'를 산출할 수 있고, 이를 두번째 식에 대입함으로써 R1 및 R2의 값을 10KΩ 및 5KΩ로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(122)는 산출된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)을 기반으로 온도 감지부(110)와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(110)가 PTC를 포함하는 경우, BMS(120)는 PTC의 온도에 따른 저항값을 실험적으로 측정하고, 측정된 저항값은 온도값와 매칭하여 데이터 테이블(data table) 또는 룩업 테이블(Look-up table)로 저장할 수 있다. 이후, 제어부(122)는 PTC를 포함하는 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값과 매칭되는 온도값을 기 저장된 데이터 테이블 또는 룩업 테이블 내에서 선택함으로써 온도 감지부(110)와 연결된 배터리의 온도값을 검출할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 저항값을 이용하여 온도를 산출하는 어떠한 방식이든 적용될 수 있다. 예를 들어서, 하나 이상의 온도 감지부(110)가 서미스터를 포함하는 경우, 서미스터의 성분을 고려한 온도 산출식에 상기 저항값을 대입함으로써 온도를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a)은 연결되지 않은 상태일 수 있다. 이때, 제어부(122)가 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 각각 산출할 수 있다.
Figure 112017101568272-pat00013
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값, Vp는 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부(110)에서 측정되는 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 기준 저항(121a)의 저항값 및
Figure 112017101568272-pat00014
는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)부터 n-1번째 온도 감지부(110)까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure 112017101568272-pat00015
=0)
예를 들어, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결시킬 수 있다
여기서, 배터리 온도 검출 요청은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 사용자가 배터리의 온도를 검출하고자 하는 경우 또는 외부 시스템에서 배터리의 상태 정보로써 온도 정보를 획득하고자 하는 경우에 출력하는 신호를 의미할 수 있다.
제어부(122)는 배터리 온도 검출 요청이 입력되는 경우, 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)사이에 개재된 스위칭소자(미도시)를 제어하여 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결할 수 있고, 상술된 수학식 2를 이용하여 최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 기준 저항(121a)의 저항값(RP)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압의 전압값(VP)이 5V이며, 온도 측정 회로(121)에서 측정되는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(V1')이 2.5V인 경우, 최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)은 (2.5V * 10KΩ) / (5V - 2.5V)으로 10KΩ이 될 수 있다.
최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)이 산출된 후, 제어부(122)는 두번째에 위치한 온도 감지부(110)와 최전단에 위치한 온도 감지부(110) 사이에 개재된 스위칭소자(123)를 제어하여 두번째에 위치한 온도 감지부(110)와 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결하고, 상술된 수학식 2를 이용하여 두번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R2)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 두번째에 위치한 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(V2')이 1V인 경우, 산출된 두번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R2)은 (1V* (10KΩ+ 10KΩ)) / (5V - 1V)으로 5KΩ이 될 수 있다. 제어부(122)는 상술된 방법으로 최후단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값까지 산출할 수 있고, 최후단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값을 산출한 이후 기준 저항(121a)와 하나 이상의 온도 감지부(110)의 연결 상태를 오프 상태로 변경할 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)은 도 2 내지 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)에 연결부(130)를 추가로 구비할 수 있다.
연결부(130)는 하나 이상의 온도 감지부(110)에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행할 수 있으며, 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 어느 하나 이상의 온도 감지부(110)를 선택하여 기준 저항(121a)과 연결할 수 있다. 일 예로, 연결부(130)는 멀티플렉싱이 가능한 멀티플렉서(Multiplexer)일 수 있다.
여기서, 멀티플렉싱이란 다중 신호나 정보 스트림을 단일 복합신호의 형태로 동시에 보내고, 수신 측에서 별개의 신호들로 복원하는 것을 의미할 수 있다.
연결부(130)의 입력 단자는 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결될 수 있으며, 연결부(130)는 제어부(122)의 제어에 기초하여 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 어느 하나 이상의 온도 감지부(110)를 선택하여 선택적으로 연결할 수 있다.
BMS(120)는 연결부(130)가 선택한 하나 이상의 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a) 및 온도 검출 전압원(121b) 연결하되, 연결부(130)로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부(110)는 온도 검출 전압원(121b)과 단절시킬 수 있다. 또한, BMS(120)는 연결부(130)가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 기준 저항(121a)과 온도 검출 전압원(121b) 사이를 차단시킬 수 있다. 이를 위해 BMS(120)는 기준 저항(121a)과 온도 검출 전압원(121b) 사이에 개재되며, 온도 검출 전압원(121b)에서 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어할 수 있는 스위치부(121c)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)에서 제어부(122)는 외부로부터 배터리 온도 검출 요청이 입력되는 경우, 연결부(130)를 제어하여 온도를 검출하고자 하는 배터리와 연결된 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a)을 연결하고, 연결된 온도 감지부(110)에 온도 검출 전압을 인가할 수 있다. 이때, 연결된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)은, 온도 검출 전압의 전압값(VP), 기준 저항(121a)의 저항값(RP) 및 전압 분배 법칙을 이용하여 산출될 수 있다. 예를 들어, 기준 저항(121a)의 저항값(RP)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압의 전?값(VP)이 5V이며, 연결부(130)를 통해 연결된 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')이 2.5V인 경우, 전압 분배 법칙을 통해 연결된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)은 10KΩ인 것을 산출할 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용한 배터리 온도 검출 방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용하여 배터리의 온도를 검출하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 기준 저항과 하나 이상의 온도 감지부 연결하고(S110), 연결된 기준 저항 및 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가한다(S120). 이후, S120단계에서 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 온도 검출 전압의 전압값 측정하고(S130), 수학식 1을 이용하여 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 온도 검출 전압의 전압값 산출한다(S140).
S130단계에서 측정된 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 온도 검출 전압의 전압값과 S140단계에서 산출된 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 온도 검출 전압의 전압값을 통해 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하고(S150), 산출된 저항값과 매칭된 온도값을 선택함으로써 하나 이상의 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출한다(S160)
전술한 배터리 온도 검출 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 온도 감지부
120: 배터리 관리 시스템
121: 온도 측정 회로
121a: 기준 저항 121b: 온도 검출 전압원
121c 스위치부
122: 제어부 123: 스위칭소자
130: 연결부

Claims (16)

  1. 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부; 및
    상기 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키고, 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하며, 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS);를 포함하고,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우,
    상기 기준 저항의 저항 값, 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값의 총합, 해당 온도 감지부부터 마지막 온도 감지부까지의 저항값의 총합, 및 상기 인가된 온도 검출 전압의 전압값을 토대로 하여 해당 온도 감지부에 인가될 전압의 전압값에 대한 계산식을 도출하고,
    상기 도출된 계산식 및 상기 해당 온도 감지부에서 측정된 전압값을 이용한 연립 계산을 통해 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는, 배터리 온도 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 온도 검출 시스템은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 연결부;를 더 포함하며,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 온도 검출 전압원 사이에 개재되며, 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 연결부가 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원을 연결하되, 상기 연결부로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 상기 연결부가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor);를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 저항은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결되며,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는,
    상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
    <수학식 1>
    Figure 112017101568272-pat00016

    여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
    Figure 112017101568272-pat00017
    는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
    <수학식 2>
    Figure 112020129625696-pat00018

    여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
    Figure 112020129625696-pat00019
    는 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
    Figure 112020129625696-pat00020
    =0)
  9. 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키는 단계;
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우,
    상기 기준 저항의 저항 값, 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값의 총합, 해당 온도 감지부부터 마지막 온도 감지부까지의 저항값의 총합, 및 상기 인가된 온도 검출 전압의 전압값을 토대로 하여 해당 온도 감지부에 인가될 전압의 전압값에 대한 계산식을 도출하는 단계; 및
    상기 도출된 계산식 및 상기 해당 온도 감지부에서 측정된 전압값을 이용한 연립 계산을 통해 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 온도 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 온도 검출 방법은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 인가시키는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이에 개재되는 스위치부를 제어하여 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인가시키는 단계는,
    선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor);를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기준 저항은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결되며,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는,
    상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
    <수학식 1>
    Figure 112017101568272-pat00021

    여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
    Figure 112017101568272-pat00022
    는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
    <수학식 2>
    Figure 112020129625696-pat00023

    여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
    Figure 112020129625696-pat00024
    는 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
    Figure 112020129625696-pat00025
    =0)
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