KR102436418B1

KR102436418B1 - 배터리 팩의 전류 측정 방법

Info

Publication number: KR102436418B1
Application number: KR1020150094929A
Authority: KR
Inventors: 서영동
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2022-08-25
Also published as: KR20170004499A; EP3115800A1; US20170003353A1; CN106324318B; US10048322B2; CN106324318A

Abstract

배터리 팩의 전류 측정 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 전류 측정 방법은, 충방전 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결되는 메인 스위치 및 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되는 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 팩의 전류 측정 방법에 있어서, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계, 상기 메인 스위치의 양단 간의 전압을 측정하는 단계, 상기 프리차지 스위치에 직렬로 연결된 프리차지 저항의 크기를 고려하여 상기 프리차지 스위치에 흐르는 프리차지 전류를 계산하는 단계, 전류 센서를 이용하여 상기 배터리 팩의 전류를 센싱하는 단계, 상기 전류 센서에서 센싱된 전류와 상기 프리차지 전류를 비교하는 단계 및 상기 전류를 비교하는 단계에서의 비교 결과에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 팩의 전류 측정 방법{Method for Detecting Battery Pack Current}

본 발명은 배터리 팩의 전류 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 센서의 오프셋을 계산하고 이를 측정된 전류 값에 반영함으로써 보다 정확한 배터리 팩 전류를 계산할 수 있는 배터리 팩의 전류 측정 방법에 관한 것이다.

다양한 제품에 적용이 용이하고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라, 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않는 다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

한편, 이차전지에 의한 전력 계통은 가솔린 엔진 계통과는 달리 현재 가용할 수 있는 전력에 대한 상태 정보 등을 물리적이고 절대적인 기준에서 생성할 수 없으므로 다양한 전기적 특성 값 내지 변수 정보(전압, 전류, 누적 전류, 온도 정보 등)를 활용하여 충전 상태(SOC)를 추정하거나 예측하는 다양한 기법이 적용되고 있다.

이러한 추정 방법론은 다양하게 분류될 수 있는데, 통상적으로 OCV 등 전압에 대한 파라미터를 중심 기반으로 한 추정기법과 전류 또는 적산 전류 등에 대한 파라미터를 중신 기반으로 한 추정 기법 등으로 나눌 수 있다.

이차전지의 전류를 측정하여 그 상태를 추정하기 위해서는 무엇보다 정확한 전류 측정이 뒷받침되어야 한다. 이차전지의 전류를 측정하기 위해서 일반적으로 전류 센서를 이용하며, 도 1은 이러한 전류 센서의 오프셋에 의한 측정 오차를 나타낸다.

도 1은 일정한 주기로 전류 센서에 -10A 부터 -16A까지 전류를 인가했을때와 10A 부터 13A까지 전류를 인가했을 때 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 전류를 인가하고 그 다음 주기에 다시 전류를 인가하기 전, 전류 센서에 전류가 인가되지 않는 구간에서 0A의 전류가 센싱되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이러한 오차는 전류 센서 자체가 가지고 있는 오프셋(offset)에 의한 것으로서, 이전에 센싱된 전류의 크기에 비례하는 크기의 오차가 존재하게 된다. 따라서, 전류 센서의 오프셋을 보정하여 보다 정확한 크기의 전류를 측정하는 방법이 필요하다.

본 발명은 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 센서의 오프셋을 보정함으로써 측정 오차를 최소화할 수 있는 배터리 팩의 전류 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전류 측정 방법은, 충방전 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결되는 메인 스위치 및 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되는 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 팩의 전류 측정 방법에 있어서, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계, 상기 메인 스위치의 양단 간의 전압을 측정하는 단계, 상기 프리차지 스위치에 직렬로 연결된 프리차지 저항의 크기를 고려하여 상기 프리차지 스위치에 흐르는 프리차지 전류를 계산하는 단계, 전류 센서를 이용하여 상기 배터리 팩의 전류를 센싱하는 단계, 상기 전류 센서에서 센싱된 전류와 상기 프리차지 전류를 비교하는 단계 및 상기 전류를 비교하는 단계에서의 비교 결과에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계에서는 상기 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기가 미리 설정된 시간 동안 제1 임계값 이하로 유지되는지 여부를 판단하고, 상기 제1 임계값 이하의 크기로 유지되는 경우, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 임계값의 크기는 상기 배터리 팩의 대기 전류의 크기에 대응할 수 있다.

또한, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계에서는 상기 전류 센서는 주기적으로 전류를 센싱할 수 있다.

또한, 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계에서는 상기 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기와 상기 프리차지 전류의 크기가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 전류 센서의 오프셋을 보정할 수 있다.

또한, 상기 프리차지 스위치는 상기 배터리 팩으로 유입되는 과전류 또는 상기 배터리 팩에서 출력되는 과전류를 차단할 수 있다.

또한, 상기 전류 센서를 이용하여 상기 배터리 팩의 전류를 센싱하고, 상기 메인 스위치가 턴-온 시키고 상기 프리차지 스위치가 턴-오프 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전류 센서는 홀 센서일 수 있으며, 상기 전류 센서는 상기 배터리와 상기 메인 스위치 사이에 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 상기 메인 스위치는 상기 배터리와 상기 배터리 팩의 충방전 단자를 전기적으로 연결할 수 있다.

또한, 상기 메인 스위치는 제1 릴레이를 포함하고, 상기 프리차지 스위치는 제2 릴레이를 포함하며, 상기 제1 릴레이의 용량은 상기 제2 릴레이의 용량보다 클 수 있다.

본 발명은 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 센서의 오프셋을 보정함으로써 측정 오차를 최소화할 수 있는 배터리 팩의 전류 측정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 전류 센서의 오프셋에 의한 전류 측정 오차를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 2는 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

본 발명은 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 센서의 오프셋을 보정함으로써 측정 오차를 최소화할 수 있는 배터리 팩의 전류 측정 방법을 제공할 수 있다.이제, 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 그러나, 여러 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 완벽해지며, 예시적인 구현예들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 완전하게 전달할 수 있도록 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 완벽하게 실시예들이 설명될 것이다. 전체적으로 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도면들에서, 동일하거나 대응하는 구성요소들에는 동일한 도면부호가 부여되고, 이에 대하여 중복하여 설명되지 않을 것이다.

도 2는 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 배터리 팩(100)을 나타내며, 본 발명에 따른 전류 측정 방법을 사용할 수 있는 예시적인 배터리 팩을 도시하는 것으로서 본 발명에 따른 전류 측정 방법을 사용할 수 있는 배터리 팩이 반드시 도 2의 배터리 팩(100)에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 따른 배터리 팩(100)은 충방전 가능한 배터리(110), 상기 배터리(110)와 직렬로 연결되는 메인 스위치(121) 및 상기 메인 스위치(121)와 병렬로 연결되는 프리차지 스위치(122)를 포함한다. 그리고, 배터리(110)는 전력을 저장하는 부분으로, 충방전 가능한 적어도 하나 이상의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있다.

배터리 셀(111)은 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 복수의 배터리 셀일 수 있으며, 배터리(110)에 포함되는 배터리 셀(111)의 개수는 요구되는 출력 전압의 크기에 따라서 결정될 수 있다.

배터리(110)는 충방전 단자들(P+, P-)을 통해 부하 및 충전 장치에 연결될 수 있다. 배터리(110)는 방전 시에 단자들(P+, P-)을 통해 부하에 전기 에너지를 출력하고, 충전 시에 단자들(P+, P-)을 통해 충전 장치로부터 입력되는 전기 에너지를 저장한다. 배터리 팩(100)이 전기 에너지로만 구동되는 순수 전기 자동차나 전기 에너지와 화석 연료로 구동되는 하이브리드 자동차와 같은 전기 자동차에 설치되는 경우, 상기 부하는 상기 전기 자동차의 구동 모터이고, 상기 충전 장치는 전기 자동차용 충전기 및 제동 시에 발생하는 에너지를 회생하여 발전하는 회생 발전기일 수 있다.

배터리 팩(100)이 발전 시스템, 부하 및/또는 계통과 배터리 팩(100) 사이에 연결되고 이들 간에 전기 에너지를 변환하는 전력 변환 장치와 함께 에너지 저장 장치를 구성하는 경우, 상기 부하는 상기 부하 및/또는 상기 계통일 수 있으며, 상기 충전 장치는 상기 발전 시스템 및/또는 상기 계통일 수 있다.

배터리 셀(111)은 충전 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(111)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium-ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있다.

메인 스위치(121)는 배터리(110)와 (+) 충방전 단자(+) 사이에 직렬로 연결된다. 그리고, 프리차지 스위치(122)는 메인 스위치(121)와 병렬로 연결된다. 메인 스위치(121)가 순간적으로 턴-온 되는 경우, 순간적으로 발생하는 서지(surge) 전류가 고전압계 회로 부품으로 흘러 들어가 부품 손상 또는 서지 전류에 의해 스위치 융착이 발생할 수 있다. 프리차지 스위치(122)는 프리차지 저항(123)과 직렬로 연결되고, 메인 스위치(121)가 턴-온 되기 전에 턴-온 되어 피크 전류를 제한하는 기능을 수행한다.

예를 들어, 프리차지 스위치(122)와 프리차지 저항(123)은 배터리(110)에서 출력되는 전류가 메인 스위치(121)에 접속하기 전에 프리차지(Pre-Charge)하고, 이를 통해 메인 스위치(121)에 바로 접속 시 발생할 수 있는 아크 방전(Arc Discharge)을 방지하여 회로의 안정성을 확보할 수 있다.

이때, 프리차지 스위치(122)는 메인 스위치(121)와 병렬로 연결되고, 프리차지 저항(123)은 프리차지 스위치(122)와 직렬로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 메인 스위치(121)는 제1 릴레이를 포함하고, 프리차지 스위치(122)는 제2 릴레이를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 릴레이의 용량은 상기 제2 릴레이의 용량보다 클 수 있다.

메인 스위치(121)는 배터리(110)로부터의 방전 전류 또는 외부의 충전 장치로부터 상기 배터리(110)로 공급되는 충전 전류의 경로 상에 형성되므로, 일반적으로 고전류가 흐르게 된다. 그리고, 프리차지 스위치(122)로는 메인 스위치(121)에 흐르는 전류보다 상대적으로 작은 크기의 전류가 흐르게 되므로, 상기 메인 스위치(121)에 포함되는 상기 제1 릴레이는 상기 프리차지 스위치(122)에 포함되는 상기 제2 릴레이보다 더 큰 용량을 가질 수 있다.

한편, 상기 배터리 팩(100)은 전류 센서(130)를 포함할 수 있다. 전류 센서(130)는 배터리(110)와 메인 스위치(121) 사이에 직렬로 연결되어, 배터리(110)로부터의 방전 전류 및/또는 배터리(110)로 공급되는 충전 전류의 크기를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 전류 센서(130)는 홀 센서(Hall Sensor)일 수 있다.

그리고, 상기 배터리 팩(100)은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 더 포함할 수 있다. BMS(140)는 배터리(110)의 보호 레벨을 설정하고, 배터리(110)로 공급되는 충전 전류의 크기가 상기 보호 레벨 이상인 경우, 배터리(110)로 공급되는 충전 전류를 차단할 수 있다.

BMS(140)는 배터리(110)의 상태를 모니터링하고, 배터리(110)의 충전 및 방전 동작을 포함하는 전반적인 동작을 제어한다. BMS(140)는 배터리(110)의, 예컨대, 셀 전압, 온도, 충전 및 방전 전류 등과 같은 파라미터들을 측정하고, 측정된 데이터들을 기초로 배터리(110)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. BMS(140)는 측정된 데이터들로부터 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC) 등을 산출하거나, 배터리(110)에 이상이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 과충전, 과방전, 과전류, 과전압, 과열, 배터리 셀 임밸런싱, 배터리 셀의 열화 등과 같은 이상이 발생하였는지를 판단할 수 있다. 이상이 발생한 경우, BMS(140)는 내부의 알고리즘에 따라 정해진 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, BMS(140)는 충전 스위치 및/또는 방전 스위치를 제어하거나, 퓨즈를 절단시킬 수 있다. BMS(140)는 측정된 데이터들 및 미리 정해진 알고리즘에 따라서 배터리(110)에 포함되는 배터리 셀(111)들의 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다.

전류 센서(130)를 통해 센싱된 전류 값은 BMS(140)로 전달되고, BMS(140)는 전류 센서(130)로부터 전달된 전류 정보를 이용하여 배터리(110)에 대한 제어를 수행할 수 있다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법은, 프리차지 스위치를 턴-온(turn-on) 시키고, 메인 스위치를 턴-오프(turn-off) 시키는 단계(S10), 메인 스위치 양단 전압을 측정하는 단계(S20), 프리차지 전류를 계산하는 단계(S30), 배터리 팩의 전류를 센싱하는 단계(S40), 센싱된 전류와 프리차지 전류를 비교하는 단계(S50) 및 전류 센서 오프셋(offset)을 보정하는 단계(S60)를 포함한다.

그리고, 상기 배터리 팩의 전류 측정 방법은, 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같은 배터리 팩(100)의 전류 측정 방법에 관한 것으로서, 도 3 내지 도 6에 대한 설명은 도 2를 함께 참조로 함으로써 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 도 2에 도시되는 배터리 팩(100)은 예시적인 것에 불과하며, 상기 배터리 팩(100)이 포함하는 구성 요소 이외에 다른 구성 요소를 포함하는 배터리 팩에 대해서도 본 발명에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법이 사용될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

본 발명에 따른 전류 측정 방법의 첫 번째 단계는 프리차지 스위치(122, 도 2 참조)를 턴-온 시키고, 메인 스위치(121, 도 2 참조)를 턴-오프 시키는 것이므로, 상기 전류 측정 방법이 시작되기 전에 상기 배터리 팩(100)은 프리차지 스위치(122)가 턴-오프 되어 있고, 메인 스위치(121)는 턴-온 되어 있는 것으로 이해될 수 있다.

상기 배터리 팩(100)이 전기 자동차에 설치되는 배터리 팩인 경우, 메인 스위치가 턴-온 되어 있을 때에는 상기 배터리 팩(100)으로부터 상기 전기 자동차의 구동 모터로 방전 전류가 인가된다. 이때, 상기 구동 모터는 상기 배터리 팩(100)으로부터 전기 에너지를 제공받는 부하로 이해할 수 있다. 그리고, 상기 프리차지 스위치(122)는 상기 메인 스위치(121)가 턴-오프 된 이후에 턴-온 될 수 있으며, 이는 부하로의 전기 에너지 공급이 갑자기 중단되는 것을 방지하여야 하는 경우에 더욱 그러하다. 다만, 부하로의 전기 에너지 공급이 계속되지 않아도 무방한 경우에는 상기 메인 스위치(121)를 턴-오프 한 이후에, 상기 프리차지 스위치(122)를 턴-온 시킬 수도 있을 것이다.

상기 메인 스위치(121)의 양단 간의 전압을 측정하는 단계(S20)에서는 배터리의 양극(+) 단자와 배터리 팩(100)의 충방전 단자 중 양(+)의 단자 사이의 전위차를 측정한다. 도 2를 참조로 하면, 상기 메인 스위치(121) 양단 간의 전압을 측정하는 단계(S20)에서는 B+ 노드와 P+ 노드 사이의 전위차를 측정하는 것으로 이해할 수 있다.

상기 메인 스위치(121) 양단 간에 걸리는 전압은, 상기 프리차지 스위치(122)와, 프리차지 저항(123, 도2 참조)으로 이루어지는 과전류 방지 회로에 걸리는 전압과 동일할 것이다.

상기 메인 스위치(121) 양단 간의 전압 측정은 BMS(140, 도 2 참조)에 의해서 이루어질 수 있으며, 상기 BMS(140)는 상기 단계(S20)에서 측정된 전압을 별도의 메모리에 저장할 수 있다.

프리차지 전류를 계산하는 단계(S30)에서는 상기 프리차지 스위치(122)를 통해 흐르는 전류의 크기를 계산한다.

상기 프리차지 저항(123)의 크기는 이미 알고 있는 값이며, 상기 프리차지 저항(123) 및 상기 프리차지 스위치(122)에 인가되는 전압의 크기는 이전 단계(S20)에서 측정되므로, 전압과 저항의 크기를 통해 상기 프리차지 스위치(122)를 통해 흐르는 전류, 즉 프리차지 전류의 크기를 계산할 수 있다.

한편, 상기 단계(S30)에서 이루어지는 프리차지 전류 계산은 상기 BMS(140)에 의해 이루어질 수 있으며, 상기 BMS(140)는 계산된 상기 프리차지 전류 역시 별도의 메모리에 저장할 수 있다.

배터리 팩(100)의 전류를 센싱하는 단계(S40)에서는 전류 센서를 이용한다. 전류 센서는 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리(110)와 메인 스위치(121) 사이에 직렬로 연결될 수 있으며, 여기서 전류 센서(130)는 홀 센서(Hall Sensor)일 수 있다.

상기 BMS(140)는 상기 전류 센서(130)가 센싱한 배터리 팩 전류 값을 수신하여 저장할 수 있다.

센싱된 전류와 프리차지 전류를 비교하는 단계(S50)에서는 상기 프리차지 저항(123) 및 상기 프리차지 스위치(122)를 통해 흐르는 전류의 크기와, 상기 전류 센서(130)를 이용하여 센싱한 배터리 팩 전류의 크기를 비교한다.

메인 스위치(121)가 턴-오프 되어 있는 상태에서는 배터리(110), 프리차지 저항(123) 및 프리차지 스위치(122)가 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 센서(130)를 통해 센싱된 배터리 팩 전류와, 프리차지 저항(123) 및 프리차지 스위치(122)를 통해 흐르는 프리차지 전류의 크기는 서로 동일할 것으로 예상할 수 있다.

그러나, 센서 자체가 가지고 있는 오프셋(offset)에 의하여 센서에 의한 영향으로, 측정되는 전류의 크기는 실제로 흐르는 전류의 크기와 다를 수 있다. 상기 단계(S50)에서는 상기 프리차지 전류와 상기 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기를 비교함으로써, 상기 전류 센서가 실제 흐르는 전류의 크기를 정확하게 센싱하는지 여부를 판단할 수 있다.

상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계(S60)에서는, 상기 전류 센서에서 센싱된 전류와 상기 프리차지 전류를 비교하는 단계(S50)에서의 비교 결과에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 보정한다. 예컨대, 상기 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기가 1.1A, 상기 프리차지 전류의 크기가 1.0A인 경우, 상기 단계(S60)에서는 상기 전류 센세의 오프셋을 +0.1A로 판단하고, 이후 상기 배터리 팩(100)의 전류를 측정함에 있어서, 상기 전류 센서에서 센싱되는 전류에서 0.1A 만큼 작은 크기의 전류가 실제로 흐르는 것으로 판단할 수 있다.

또는, 상기 단계(S60)에서는 상기 전류 센서의 오프셋을 +10%로 판단하고, 이후 상기 배터리 팩(100)의 전류를 측정함에 있어서, 상기 전류 센서에서 센싱되는 전류의 1/1.1 배의 전류가 실제로 흐르는 것으로 판단할 수도 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 4의 순서도에서 메인 릴레이의 양단 전압을 측정하는 단계(S20)부터 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계(S60)는, 도 3을 참조로 하여 설명한 전류 측정 방법의 메인 릴레이의 양단 전압을 측정하는 단계(S20)부터 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계(S60)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 4를 참조하면, 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 메인 스위치를 턴-오프 하는 단계(S12)는, 그에 앞서 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기가 미리 설정된 시간 동안 제1 임계값 이하로 유지되는지 여부를 판단하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.

상기 단계(S11)에서 센싱된 전류의 크기가 미리 설정된 시간 동안 상기 제1 임계값 이하로 계속 유지되면, 상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 메인 스위치를 턴-오프 하는 단계(S12)로 넘어간다. 그렇지 않은 경우에는, 즉 상기 단계(S11)에서 상기 미리 설정된 시간 동안 상기 제1 임계값 보다 큰 전류가 센싱되는 경우에는 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계(S12)로 진행하지 않고, 상기 전류 센서를 이용하여 배터리 팩 전류를 센싱하는 과정을 반복 수행할 수 있다. 상기 단계(S11)는 일정한 주기에 따라 수행될 수 있다.

한편, 상기 제1 임계값의 크기는 상기 배터리 팩의 대기 전류의 크기와 동일할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩의 경우, 일반 주행 중에는 배터리 팩으로부터 출력되는 방전 전류의 크기가 크기 때문에 메인 스위치를 턴-오프 시키는 경우 메인 스위치에 무리가 갈 수 있다. 그리고, 프리차지 스위치를 이용하여 방전 전류를 전달한다고 하더라도 프리차지 저항으로 인한 전압 강하 때문에 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 메인 스위치를 턴-오프 시켜도 무방한 상태인지 여부를 판단하는 단계가 필요할 수 있다. 메인 스위치를 턴-오프 시키더라도 문제가 발생하지 않는 경우는, 예컨대, 배터리로부터 출력되는 방전 전류의 크기가 작은 경우, 즉 전기 자동차가 정차 중이거나 내리막 길을 주행 중인 경우를 예로 들 수 있다.

상기 단계(S11)에서는 전류 센서를 이용하여 주기적으로 배터리 팩 전류를 센싱하고, 센싱된 배터리 팩 전류의 크기에 따라 전류 센서의 오프셋 보정을 위한 다음 단계로의 진행 여부를 판단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 5의 순서도에서 프리차지 스위치를 턴-온 시키고 메인 스위치를 턴-온 시키는 단계(S10)부터 전류를 비교하는 단계(S50)는, 도 3을 참조로 하여 설명한 전류 측정 방법의 프리차지 스위치를 턴-온 시키고 메인 스위치를 턴-온 시키는 단계(S10)부터 전류를 비교하는 단계(S50)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 5를 참조하면, 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계(S62)에 앞서, 전류 센서에서 센싱된 전류와 프리차지 전류를 비교하는 단계(S50)에서의 비교 결과, 두 개의 전류의 크기 차이가 제2 임계값 이상인지 여부를 판단하는 단계(S61)를 포함한다.

상기 단계(S61)에서의 판단 결과 전류 센서에서 센싱한 배터리 팩 전류와 프리차지 전류의 크기 차이가 상기 제2 임계값 이하인 경우에는 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하지 않고, 다시 처음 단계(S10)로 돌아간다.

상기 제2 임계값은 백분율(%) 또는 암페어(A)로 표현될 수 있으며, 배터리 팩을 포함하는 시스템의 특성 또는 상기 배터리 팩 자체의 특성에 따라 달라질 수 있다. 그리고, 상기 제2 임계값은 상기 배터리 팩에서 허용 가능한 오차 범위 또는 오차의 수치를 의미할 수 있다.

따라서, 상기 전류 센서에서 센싱한 배터리 팩 전류의 크기와 상기 프리차지 전류의 크기의 차이가 허용 가능한 범위 내에 있는 경우에는, 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하지 않을 수 있다.

한편, 상기 전류 센서에서 센싱한 배터리 팩 전류의 크기와 상기 프리차지 전류의 크기의 차이가 상기 제2 임계값 이상인 경우에는, 상기 전류 센서의 오차가 허용 가능한 범위를 벗어난 것으로 판단하여 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계(S62)에서 상기 전류 센서의 오프셋 보정이 이루어진다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 6의 순서도에서 메인 스위치를 턴-온 시키고 프리차지 스위치를 턴-오프 시키는 단계(S42)를 제외한 나머지 단계들은 도 3을 참조로 하여 설명한 전류 측정 방법의 각 단계들과 실질적으로 동일하므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 6을 참조하면, 상기 메인 스위치를 턴-온 시키고 프리차지 스위치를 턴-오프 시키는 단계(S42)는 배터리 팩 전류를 센싱하는 단계(S41) 이후에 수행된다.

프리차지 스위치를 턴-온 시키고 메인 스위치를 턴-오프 시키는 것은 상대적으로 작은 크기의 방전 전류가 흐르는 동안에 전류 센서의 오프셋을 보정하기 위함이며, 프리차지 전류를 계산하는 단계(S30)와 배터리 팩 전류를 센싱하는 단계(S41)에서 각각 프리차지 전류와 전류 센서에서 상기 배터리 팩 전류를 센싱하고 나면 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하기 위한 데이터를 모두 얻은 것으로 이해할 수 있다.

따라서, 상기 배터리 팩 전류를 센싱하는 단계(S41) 이후에는, 다시 메인 스위치를 턴-온 시키고 프리차지 스위치는 턴-오프 시킴으로써, 배터리에서 출력될 수 있는 큰 방전 전류에 대비하도록 할 수 있다.

한편, 상기 메인 스위치를 턴-온 시키고 프리차지 스위치를 턴-오프 시키는 단계(S42)는 전류 센서를 통해 배터리 팩 전류를 센싱한 이후에만 수행되면 충분하므로, 반드시 센싱된 전류와 프리차지 전류를 비교하는 단계(S50)에 앞서 수행되는 것으로 제한되지 않는다.

이상 도 1 내지 도 6을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩의 전류 측정 방법은 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 센서의 오프셋으로 인한 측정 오차를 보정함으로써 보다 정확하게 전류를 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 도 3 내지 도 6의 순서도는 단지 예시적인 부분에 불과하며 도 3 내지 도 6을 참조로 하여 설명한 모든 단계들을 포함하는 배터리 팩의 전류 측정 방법을 사용할 수 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 배터리 팩 110: 배터리
111: 배터리 셀 121: 메인 스위치
122: 프리차지 스위치 123: 프리차지 저항
130: 전류 센서 140: BMS

Claims

충방전 가능한 배터리, 상기 배터리와 직렬로 연결되는 메인 스위치 및 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되는 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 팩의 전류 측정 방법에 있어서,
상기 메인 스위치를 턴-온 시키고, 상기 프리차지 스위치를 턴-오프 시키는 단계;
전류 센서에서 센싱된 전류의 크기가 미리 설정된 시간 동안 제1 임계값 이하로 유지되는지 여부를 판단하는 판단 단계로서, 상기 제1 임계값의 크기는 상기 배터리 팩의 대기 전류의 크기에 해당되는, 판단 단계;
상기 판단 단계에서 상기 센싱된 전류의 크기가 제1 임계값 이하로 유지되면,
상기 프리차지 스위치를 턴-온 시키고, 상기 메인 스위치를 턴-오프 시키는 단계;
상기 메인 스위치의 양단 간의 전압을 측정하는 단계;
상기 프리차지 스위치에 직렬로 연결된 프리차지 저항의 크기를 고려하여 상기 프리차지 스위치에 흐르는 프리차지 전류를 계산하는 단계;
전류 센서를 이용하여 상기 배터리 팩의 전류를 센싱하는 단계;
상기 전류 센서에서 센싱된 전류와 상기 프리차지 전류를 비교하는 단계; 및
상기 전류를 비교하는 단계에서의 비교 결과에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계;
를 포함하는 전류 측정 방법.
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제1항에 있어서,
상기 판단 단계에서,
상기 전류 센서는 주기적으로 전류를 센싱하는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 단계에서는 상기 전류 센서에서 센싱된 전류의 크기와 상기 프리차지 전류의 크기가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 프리차지 스위치는 상기 배터리 팩으로 유입되는 과전류 또는 상기 배터리 팩에서 출력되는 과전류를 차단하는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전류 센서를 이용하여 상기 배터리 팩의 전류를 센싱하고, 상기 메인 스위치가 턴-온 시키고 상기 프리차지 스위치가 턴-오프 시키는 단계를 더 포함하는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전류 센서는 홀 센서인 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전류 센서는 상기 배터리와 상기 메인 스위치 사이에 직렬로 연결되는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 메인 스위치는 상기 배터리와 상기 배터리 팩의 충방전 단자를 전기적으로 연결하는 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 메인 스위치는 제1 릴레이를 포함하고, 상기 프리차지 스위치는 제2 릴레이를 포함하며,
상기 제1 릴레이의 용량은 상기 제2 릴레이의 용량보다 큰 전류 측정 방법.