KR102611543B1 - 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 배터리를 분해하지 않고, 배터리의 각 셀별 용량을 용이하게 측정할 수 있는 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치는, 배터리 셀들의 방전을 위한 방전 회로, 상기 방전 회로가 작동하여 상기 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 방전종지전압에 도달하면, 각각의 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 충전종지전압에 도달할 때까지 충전전류를 공급하는 충전 회로, 상기 배터리 셀들의 전압을 감지하여, 각각의 배터리 셀들에 흐르는 전류에 대한 셀 저항을 제어하는 FET 제어 회로, 및 상기 배터리 셀들의 전압이 방전종지전압으로부터 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간 간격과 충전전류 크기를 기반으로 셀별 용량을 산출하여 저장하는 셀별 용량 산출부를 포함한다.

Description

휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법 {PORTABLE DEVICE FOR MEASURING CAPACITY OF BATTERY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 배터리를 분해하지 않고, 배터리의 각 셀별 용량을 용이하게 측정할 수 있는 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
배터리 사용 시, 직렬로 구성된 배터리의 셀 간 편차가 발생하며, 배터리에 적용되는 배터리 보호 회로(Battery Management System, BMS)만으로 이러한 셀 간 편차가 감소되도록 제어하는데 한계가 있다.
기존 배터리 밸런싱 장비는 BMS에 Passive 또는 Active 방식의 밸런싱 회로를 적용하여 배터리를 관리한다.
배터리의 정상적인 운용 상태에서, 배터리의 셀 간 편차는 크게 발생하지 않으며, 적은 용량 설계로도 BMS에 의한 대응이 가능하다. 그러나, 배터리가 노후화 되거나 또는 배터리의 셀 간 편차가 크게 발생하는 경우, BMS에 의한 제어가 어렵게 된다. 이 경우, 배터리를 교체하거나, 배터리를 회수하여 배터리 제조사의 충방전 장비를 이용하여 배터리를 수리해야 하는 등 번거로운 과정을 거쳐야 한다.
현재 충방전 장비들은 고가의 장비이며, 배터리를 분해하여, 셀별 케이블을 충방전 장비들에 연결하여 밸런싱을 수행하고, 밸런싱 작업 종료 후, 다시 배터리를 조립해야 하는 불편함이 있다.
따라서, 휴대용 배터리 용량 측정 장치를 적용하여, 현장에서 분기별, 반기별, 연간 등 사용 형태에 따라 소정 주기로 배터리의 각 셀별 상태를 측정함으로써, 배터리의 셀 간 편차를 제어할 수 있도록 하는 방안에 대한 연구 개발의 필요성이 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리를 분해하지 않고 간단한 조작에 의해 각각의 배터리 셀들의 용량을 구분하여 산출할 수 있는 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 배터리의 방전종지전압과 충전종지전압을 미리 설정하여, 배터리의 손상 없이 정밀하게 각각의 배터리 셀들의 용량을 측정할 수 있는 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치는, 배터리 셀들의 방전을 위한 방전 회로, 상기 방전 회로가 작동하여 상기 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 방전종지전압에 도달하면, 각각의 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 충전종지전압에 도달할 때까지 충전전류를 공급하는 충전 회로, 상기 배터리 셀들의 전압을 감지하여, 각각의 배터리 셀들에 흐르는 전류에 대한 셀 저항을 제어하는 FET 제어 회로, 및 상기 배터리 셀들의 전압이 방전종지전압으로부터 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간 간격과 충전전류 크기를 기반으로 셀별 용량을 산출하여 저장하는 셀별 용량 산출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방전 회로는, 상기 배터리 셀들을 미리 설정된 제1 방전종지전압까지 전체 방전시키는 방전 커넥터, 및 상기 방전 커넥터의 구동을 제어하는 방전 릴레이를 포함하며, 상기 FET 제어 회로는 상기 배터리 셀들의 전압이 제1 방전종지전압에 도달하면, 각각의 셀 저항을 on 시켜서 각각의 배터리 셀의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전 회로는, 상기 배터리 셀들에 전류를 전달하여 충전시키는 충전기, 및 상기 충전기의 구동을 제어하는 충전 릴레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전기는, 제1 충전전류를 공급하는 제1 충전기, 및 상기 제1 충전전류보다 상대적으로 작은 제2 충전전류를 공급하는 제2 충전기를 포함하며, 상기 제1 충전기의 제1 충전전류에 의해 특정 배터리 셀의 전압이 제1 충전종지전압에 도달하면 상기 제2 충전기의 제2 충전전류에 의한 배터리 셀들의 충전이 개시되고, 상기 FET 제어 회로는 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면 개별적으로 셀 저항을 on 시켜서 충전을 차단시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 FET 제어 회로에 의해 off 된 상태에서 상기 셀 저항은 제2 충전기의 제2 충전전류가 바이패스(bypass)되어 흐를 수 있도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 셀별 용량 산출부는, 상기 제1 충전기가 작동한 시간 간격, 상기 제1 충전기의 제1 충전전류 크기, 각각의 배터리 셀별로 FET 제어 회로가 셀 저항을 on 하는데 걸린 시간 간격 및 상기 제2 충전기의 제2 충전전류 크기로부터 셀별 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 휴대용 배터리 용량 측정 장치는, 상기 배터리 셀들에 흐르는 전류의 크기를 감지하는 전류 센서, 및 상기 전류 센서에서 감지한 전류의 크기가 미리 설정된 임계치를 초과하면 전류를 차단시키는 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 방법은, 방전 회로를 on 하여 배터리 셀들의 전체 방전을 진행시키는 단계, 상기 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 전압이 제1 방전종지전압까지 도달하면, 방전 회로를 off 시켜서, 모든 배터리 셀들의 방전을 중지시키는 단계, 상기 배터리 셀들에 대해 FET 제어 회로가 개별적으로 셀 저항을 on 시켜서 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전시키는 단계, 상기 배터리 셀들에 대한 충전을 위해 제1 충전기를 작동시켜서 특정 배터리 셀의 전압이 제1 충전종지전압에 도달하면 제1 충전기에 의한 충전을 종료 시키는 단계, 상기 제1 충전기에 의한 충전 종료 후, 제2 충전기를 작동시키며, 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면 FET 제어 회로가 각각의 셀 저항을 on 시켜서 충전을 차단하는 단계, 및 상기 제1 충전기가 작동한 시간 간격, 상기 제1 충전기의 제1 충전전류 크기, 각각의 배터리 셀별로 FET 제어 회로가 셀 저항을 on 하는데 걸린 시간 간격 및 상기 제2 충전기의 제2 충전전류 크기로부터 셀별 용량을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법은, 배터리의 셀 케이블을 이용하여 개별 셀을 분해하지 않고, 손쉽고 빠르게 셀별 용량을 측정할 수 있으므로, 용량 측정의 편의성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치 및 방법은, 미리 설정된 방전종지전압까지만 전압을 떨어뜨리고, 각 셀별 용량을 측정하기 위한 충전을 실행하여, 배터리가 안정화 된 상태에서 충전이 진행될 수 있으므로, 효율적으로 용량 측정을 실행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 휴대용 배터리 용량 측정 장치의 구체적인 구성을 도시한 블록도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 방법의 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 휴대용 배터리 용량 측정 장치(100)는 방전 회로(110), 충전 회로(120), FET 제어 회로(130), 셀 저항(140) 및 셀별 용량 산출부(150)를 포함한다.
방전 회로(110)는 배터리 셀들(10)의 방전을 위한 회로이며, 방전 회로(110)가 작동하여 배터리 셀들(10)의 전압이 미리 설정된 방전종지전압까지 떨어지도록 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 휴대용 배터리 용량 측정 장치(100)는 충방전을 반복할 수 있는 2차 전지의 용량을 측정하기 위한 것으로, 2차 전지는 일정 수준의 전압 이하로 방전시키면, 전극의 활성 물질이 원래의 상태로 회복되기 어려워 배터리 수명에 바람직하지 않다.
따라서, 배터리의 전압이 0이 될 때까지 방전시키지 않으며, 방전을 멈추게 하는 방전종지전압을 미리 설정하여, 그 이하로 전압이 떨어지지 않도록 제어한다.
충전 회로(120)는 방전 회로(110)가 작동하여 배터리 셀들(10)의 전압이 방전종지전압에 도달하면, 각 셀(10)의 전압이 미리 설정된 충전종지전압에 도달할 때까지 충전전류를 공급한다.
본 발명은 각 배터리 셀들(10)의 전압을 방전종지전압까지 떨어뜨려서 기준 전압을 생성한 상태에서 미리 설정된 충전종지전압까지 도달하는데 걸리는 시간을 확인함으로써, 각 배터리 셀들(10)의 셀별 용량을 산출할 수 있다.
FET(Field Effect Transistor) 제어 회로(130)는 배터리 셀들(10)의 전압을 감지하여, 각각의 배터리 셀들(10)에 흐르는 전류에 대한 셀 저항(140)을 제어한다.
셀별 용량 산출부(150)는 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 방전종지전압으로부터 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간 간격과 충전전류 크기를 기반으로 셀별 용량을 산출하여 저장한다.
도 2 및 도 3은 도 1의 휴대용 배터리 용량 측정 장치의 구체적인 구성을 도시한 블록도들이다.
이하에서, 배터리 셀의 용량, 방전종지전압, 충전종지전압, 충전전류 크기 등의 예시적인 수치들은 본 발명의 설명을 위한 것으로, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 임의로 변경될 수 있다. 특히, 제1 방전종지전압과 제2 방전종지전압은 미소한 전압 차이를 갖거나 동일할 수 있으며, 제1 충전종지전압과 제2 충전종지전압은 미소한 전압 차이를 갖거나 동일하게 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 방전 회로(110)는 방전 릴레이(112) 및 방전 커넥터(114)를 포함할 수 있다.
방전 릴레이(112)가 on/off 되면서, 방전 커넥터(114)의 구동을 제어한다. 방전 커넥터(114)는 배터리 셀들(10)을 미리 설정된 제1 방전종지전압까지 전체 방전시킨다. 방전 커넥터(114)는 외부 전원(170)의 전력을 받아 배터리 셀들(10)의 전압을 제1 방전종지전압까지 빠르게 낮출 수 있다.
제1 방전종지전압은 방전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 2.8V가 될 수 있다.
FET 제어 회로(130)는 배터리 셀들(10)의 전압이 제1 방전종지전압에 도달하면, 각각의 셀 저항(140)을 on 시켜서 각 셀(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전 시킨다.
제2 방전종지전압은 방전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 2.5V가 될 수 있다. 여기서, 제2 방전종지전압은 제1 방전종지전압에 비해 낮게 설정될 수 있으며, 배터리 셀들(10)의 전압이 제1 방전종지전압에 도달한 이후에 계속 방전될 수 있도록 설계될 수 있다.
즉, 배터리 셀들(10)의 전압이 제1 방전종지전압에 도달할 때까지 모든 배터리 셀들(10)은 일괄적으로 방전되며, 제1 방전종지전압에서 제2 방전종지전압까지 각각의 배터리 셀들(10)은 FET 제어 회로(130)의 제어에 따라 개별적으로 방전될 수 있다.
특정 배터리 셀(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면 FET 제어 회로(130)는 셀 저항(140)을 순차적으로 off 시켜서, 다른 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 대기시킨다.
방전 릴레이(112)와 방전 커넥터(114)는 임의로 부가될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에서, 도 3과 같이 방전 릴레이(112)와 방전 커넥터(114) 없이 구성될 수도 있다.
도 3에서, 방전 릴레이(112)와 방전 커넥터(114)가 작동하는 대신 배터리 셀들(10)의 방전을 위해 스위치(132)가 on 되면서 FET 제어 회로(130)가 작동하여 셀 저항(140)을 on 시킴으로써, 개별적인 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전 시킬 수 있다.
모든 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압까지 낮춰져서 기준 전압이 형성되면, 충전 회로(120)는 배터리 셀들(10)에 대한 충전을 진행한다.
충전 회로(120)는 충전 릴레이(122, 222)와 충전기(124, 224)를 포함할 수 있다. 충전 릴레이(122, 222)는 on/off 되면서 충전기(124, 224)의 구동을 제어하며, 충전기(124, 224)는 배터리 셀들(10)에 전류를 전달하여 충전시킨다.
충전기(124, 224)는 제1 충전전류를 공급하는 제1 충전기(124)와, 제1 충전전류보다 상대적으로 작은 제2 충전전류를 공급하는 제2 충전기(224)를 포함할 수 있다.
제1 충전기(124)는 예를 들어, 20A의 제1 충전전류를 공급하며, 제2 충전기(224)는 예를 들어, 4A의 제2 충전전류를 공급할 수 있다.
제1 충전기(124)의 제1 충전전류에 의해 특정 배터리 셀(10)의 전압이 제1 충전종지전압에 도달할 때까지 모든 배터리 셀들(10)에 대한 충전이 이루어진다.
셀별 용량 산출부(150)는 제1 충전기(124)가 on 되어 특정 배터리 셀(10)의 전압이 제1 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간을 체크한다.
이후, 제1 충전 릴레이(122)가 off 되어 제1 충전기(124)의 작동도 off 되며, 제2 충전 릴레이(222)가 on 되어 제2 충전기(224)의 제2 충전전류에 의한 충전이 개시된다. 셀 저항(140)은 제2 충전기(224)의 제2 충전전류가 바이패스(bypass)되어 흐를 수 있도록 설계될 수 있다.
FET 제어 회로(130)는 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면, 개별적으로 셀 저항(140)을 on 시켜서 충전을 차단시킬 수 있다. 이때, 셀별 용량 산출부(150)는 각각의 배터리 셀(10)별로 제2 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간을 체크할 수 있다.
셀별 용량 산출부(150)는, 제1 충전기(124)가 작동한 시간 간격(H1), 제1 충전기(124)의 제1 충전전류 크기(A1), 각각의 배터리 셀(10)별로 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 하는데 걸린 시간 간격(H2) 및 제2 충전기(224)의 제2 충전전류 크기(A2)로부터 셀별 용량을 산출할 수 있다.
충전용량 = 전류 × 시간율 로 계산되며, 각각의 배터리 셀(10)의 용량은 하기와 같이 계산될 수 있다.
각각의 배터리 셀(10)의 용량 = A1 × H1 + A2 × H2
본 발명은 개별 배터리 셀(10)의 용량 측정을 위해 배터리 팩을 분해할 필요 없이 배터리 셀(10)의 셀 케이블에 셀 저항(140)을 접속시키고, 셀 저항(140)을 제어하여 개별 배터리 셀(10)의 용량을 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 휴대용 배터리 용량 측정 장치(10)는 전류 센서(162)와 퓨즈(164)를 더 포함할 수 있다.
전류 센서(162)는 배터리 셀들(10)에 흐르는 전류의 크기를 감지하며, 퓨즈(164)는 전류 센서(162)에서 감지한 전류의 크기가 미리 설정된 임계치를 초과하면 전류를 차단시킨다.
전류 센서(162)와 퓨즈(164)를 부가하면, 배터리 셀들(10)에 흐르는 과전류를 사전적으로 차단시킬 수 있어서, 과전류에 의한 배터리 셀들(10)의 손상을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 각 구성요소의 기능을 설명하기 위해, FET 제어 회로(130), 셀 저항(140) 및 셀별 용량 산출부(150)는 구분되어 도시되었으나, 일체로 하나의 칩 내지 회로로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 배터리 용량 측정 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 우선, 방전 회로(110)를 on 하여 외부에 연결된 배터리 셀들(10)을 전체 방전한다(S100).
방전 회로(110)는 방전 릴레이(112)와 방전 커넥터(114)를 포함할 수 있다. 방전 릴레이(112)는 방전 커넥터(114)와 연결되어 있으며, 방전 릴레이(112)가 on 되면, 방전 커넥터(114)가 작동하여 모든 배터리 셀들(10)의 방전을 진행시킨다.
이어서, 배터리 셀들(10)이 제1 방전종지전압에 도달하였는지 판단하여(S200), 직렬로 연결된 특정 배터리 셀(10)의 전압이 제1 방전종지전압까지 도달하면, 방전 회로(110) 또는 방전 릴레이(112)를 off 시켜서, 모든 배터리 셀들(10)의 방전을 중지시킨다(S300).
제1 방전종지전압은 방전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 2.8V가 될 수 있다.
계속하여, 배터리 셀들(10)에 대해 FET 제어 회로(130)가 개별적으로 셀 저항(140)을 on 시켜서, 각각의 배터리 셀들(10)을 방전 시킨다(S400).
이어서, FET 제어 회로(130)는 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하였는지 판단하며(S500), 특정 배터리 셀(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면 해당 배터리 셀(10)의 셀 저항(140)을 off 상태로 전환하여 방전을 중지시키며, 모든 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면 방전을 종료한다(S600).
제2 방전종지전압은 방전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 2.5V가 될 수 있다. 여기서, 제2 방전종지전압은 제1 방전종지전압에 비해 낮게 설정될 수 있다.
모든 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면, 각각의 배터리 셀(10)에 대해 충전 용량을 측정하기 위한 시작 용량이 동일하게 맞춰진다.
배터리를 완전히 방전 시켰다가 충전을 시작하면, 배터리가 안정화 되는 전압까지 복귀하는데 소정 시간, 대략 20~30분정도 시간이 소요된다.
본 발명은 미리 설정된 제2 방전종지전압까지만 전압을 떨어뜨리고, 배터리가 안정화 된 상태에서 충전이 개시될 수 있으므로, 각각의 배터리 셀(10)의 용량을 측정하기 위한 충전 실행 시, 배터리의 안정화를 위해 허비되는 시간을 감소시킬 수 있다.
배터리의 종류, 방전전류의 크기 등에 따라 배터리의 안정화 조건은 상이하므로, 제2 방전종지전압은 가변 될 수 있는 값이다.
다음으로, 제1 충전 릴레이(122)를 on 하고 제1 충전기(124)를 작동시켜서 전체 배터리 셀(10)에 대한 충전을 진행한다(S700). 직렬로 연결된 특정 배터리 셀(10)의 전압이 제1 충전종지전압에 도달하면(S800) 제1 충전 릴레이(122)를 off 시켜서, 제1 충전기(124)에 의한 충전을 종료 시킨다(S900).
제1 충전종지전압은 충전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 3.6V가 될 수 있다.
이어서, 제2 충전 릴레이(222)를 on 하여 제2 충전기(224)를 작동시킨다(S900).
FET 제어 회로(130)는 제2 충전기(224)의 제2 충전전류에 의해 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 충전종지전압에 도달했는지 판단하며(S1000), 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면 각각의 셀 저항(140)을 on 시켜서 충전을 차단시킨다(S1100).
여기서, 셀 저항(140)은 FET 제어 회로(130)에 의해 off 된 상태에서 제2 충전기(224)의 제2 충전전류가 바이패스(bypass)되어 흐를 수 있도록 설계될 수 있다.
본 발명은 제1 충전기(124)에서 큰 충전전류를 흘려서 특정 전압까지 충전을 빠르게 진행하고, 제2 충전기(224)에서 상대적으로 작은 충전전류를 흘려서 각각의 배터리 셀들(10)의 전압이 충전종지전압까지 도달하게 함으로써, 충전 용량을 정밀하게 측정할 수 있다.
모든 배터리 셀들(10)에 대해 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 시키면, 제2 충전 릴레이(222)가 off 되어 충전이 종료된다.
제2 충전종지전압은 방전을 멈추는 전압으로, 정상전압에 대한 비율값(%)으로 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 3.65V가 될 수 있다. 여기서, 제2 충전종지전압은 제1 충전종지전압에 비해 높게 설정될 수 있다.
계속하여, 셀별 용량 산출부(150)는, 제1 충전기(124)가 작동한 시간 간격(H1), 제1 충전기(124)의 제1 충전전류 크기(A1), 각각의 배터리 셀(10)별로 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 하는데 걸린 시간 간격(H2) 및 제2 충전기(224)의 제2 충전전류 크기(A2)로부터 셀별 용량을 산출한다(S1200).
충전 용량=전류 × 시간율 로 계산되며, 예를 들어, 20A 충전 전류가 4시간 흘렀다면 80Ah 가 된다.
이하에서는 본 발명의 이해를 위해 예시를 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다.
제1 셀(10a)의 용량은 100Ah, 제2 셀(10b)의 용량은 101Ah, 제3 셀(10c)의 용량은 99Ah로 가정한다. 제1 충전 릴레이(122)를 on 하여, 제1 충전기(124)의 충전전류 20A로 충전을 개시한다.
4시간 45분 경과 후, 용량이 가장 낮은 제3 셀(10c)이 제1 충전종지전압(3.6V)에 도달하면, 제1 충전 릴레이(122)를 off 시켜서, 20A의 충전전류를 차단시킨다.
이어서, 제2 충전 릴레이(222)를 on 하여, 제2 충전기(224)의 충전전류 4A로 충전을 개시한다. 4A 충전 진행 중 특정 배터리 셀(10)이 제2 충전종지전압(3.65V)에 도달하면, 해당 셀(10)에 대해 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 시켜서 충전을 차단하며, 모든 셀(10)이 제2 충전종지전압(3.65V)에 도달하면 제2 충전 릴레이(222)가 off 되어 충전이 종료된다.
여기서, 제2 충전종지전압은 제1 충전종지전압에 비해 미소하게 큰 전압으로 설정되었으나, 제2 충전종지전압과 제1 충전종지전압을 동일하게 구성할 수도 있다.
제1 충전기(124)의 충전전류 20A로 충전을 진행하다가 제1 충전종지전압(3.6V)에서 충전을 멈추고, 제2 충전기(224)의 충전전류 4A로 충전하게 되면, 충전전류의 크기 감소로 인해 배터리 셀(10)의 전압이 일시적으로 낮아질 수 있다. 따라서, 제2 충전종지전압과 제1 충전종지전압이 동일하게 구성되더라도, 제1 충전종지전압에 도달한 제3 셀(10c)에 대해 제2 충전기(224)의 충전전류 4A로 충전이 진행될 수 있다.
셀별 용량 산출부(150)는 제2 충전 릴레이(222)가 on 된 이후, 각각의 배터리 셀(10)별로 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 시키는데 걸리는 시간 간격을 카운팅 하여 저장한다.
제1 충전 릴레이(122)가 on 되어 있을 때, 모든 셀(10)에는 20A 충전전류가 4시간 45분 동안 충전 되므로, 충전용량 = 20A × 4.75h = 95Ah 가 된다.
제2 충전 릴레이(222)를 on 하여, 제2 충전기(224)의 충전전류 4A로 충전이 개시된 후, 각 셀(10)별로 FET 제어 회로(130)가 셀 저항(140)을 on 시키는데 걸리는 시간은 제1 셀(10a)은 1시간 15분, 제2 셀(10b)은 1시간 30분, 제3 셀(10c)은 1시간이 된다.
각 셀(10)별로 충전전류 4A에 의한 충전용량은 다음과 같이 계산된다.
제1 셀(10a)의 경우, 충전용량 = 4A × 1.25h = 5Ah
제2 셀(10b)의 경우, 충전용량 = 4A × 1.5h = 6Ah
제3 셀(10c)의 경우, 충전용량 = 4A × 1h = 4Ah
따라서, 각 셀(10)에 대해 충전전류 20A와 4A에 의한 충전용량을 합친 결과는 처음에 가정한 제1 셀(10a)의 용량 100Ah, 제2 셀(10b)의 용량 101Ah, 제3 셀(10c)의 용량 99Ah와 일치하게 된다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로 컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서 (parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
10: 배터리 셀 100: 휴대용 배터리 용량 측정 장치
110: 방전 회로 112: 방전 릴레이
114: 방전 커넥터 120: 충전 회로
122: 제1 충전 릴레이 124: 제1 충전기
130: FET 제어 회로 132: 스위치
140: 셀 저항 150: 셀별 용량 산출부
162: 전류 센서 164: 퓨즈
170: 전원 222: 제2 충전 릴레이
224: 제2 충전기

Claims (10)

  1. 배터리 셀들의 방전을 위한 방전 회로;
    상기 방전 회로가 작동하여 상기 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 방전종지전압에 도달하면, 각각의 배터리 셀들의 전압이 미리 설정된 충전종지전압에 도달할 때까지 충전전류를 공급하는 충전 회로;
    상기 배터리 셀들의 전압을 감지하여, 각각의 배터리 셀들에 흐르는 전류에 대한 셀 저항을 제어하는 FET 제어 회로; 및
    상기 배터리 셀들의 전압이 방전종지전압으로부터 충전종지전압에 도달할 때까지 걸린 시간 간격과 충전전류 크기를 기반으로 셀별 용량을 산출하여 저장하는 셀별 용량 산출부;를 포함하고,
    상기 방전 회로는,
    상기 배터리 셀들을 미리 설정된 제1 방전종지전압까지 전체 방전시키는 방전 커넥터; 및
    상기 방전 커넥터의 구동을 제어하는 방전 릴레이;를 포함하며,
    상기 FET 제어 회로는 상기 배터리 셀들의 전압이 제1 방전종지전압에 도달하면, 각각의 셀 저항을 on 시켜서 각각의 배터리 셀의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전시키되, 특정 배터리 셀의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면 상기 FET 제어 회로는 셀 저항을 순차적으로 off 시켜서, 다른 배터리 셀들의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 대기시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는,
    상기 배터리 셀들에 전류를 전달하여 충전시키는 충전기; 및
    상기 충전기의 구동을 제어하는 충전 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전기는,
    제1 충전전류를 공급하는 제1 충전기; 및
    상기 제1 충전전류보다 상대적으로 작은 제2 충전전류를 공급하는 제2 충전기;를 포함하며,
    상기 제1 충전기의 제1 충전전류에 의해 특정 배터리 셀의 전압이 제1 충전종지전압에 도달하면 상기 제2 충전기의 제2 충전전류에 의한 배터리 셀들의 충전이 개시되고, 상기 FET 제어 회로는 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면 개별적으로 셀 저항을 on 시켜서 충전을 차단시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 FET 제어 회로에 의해 off 된 상태에서 상기 셀 저항은 제2 충전기의 제2 충전전류가 바이패스(bypass)되어 흐를 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 셀별 용량 산출부는,
    상기 제1 충전기가 작동한 시간 간격, 상기 제1 충전기의 제1 충전전류 크기, 각각의 배터리 셀별로 FET 제어 회로가 셀 저항을 on 하는데 걸린 시간 간격 및 상기 제2 충전기의 제2 충전전류 크기로부터 셀별 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들에 흐르는 전류의 크기를 감지하는 전류 센서; 및
    상기 전류 센서에서 감지한 전류의 크기가 미리 설정된 임계치를 초과하면 전류를 차단시키는 퓨즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 장치.
  8. 방전 회로를 on 하여 배터리 셀들의 전체 방전을 진행시키는 단계;
    상기 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 전압이 제1 방전종지전압까지 도달하면, 방전 회로를 off 시켜서, 모든 배터리 셀들의 방전을 중지시키는 단계;
    상기 배터리 셀들에 대해 FET 제어 회로가 개별적으로 셀 저항을 on 시켜서 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 방전시키되, 특정 배터리 셀의 전압이 제2 방전종지전압에 도달하면 상기 FET 제어 회로는 셀 저항을 순차적으로 off 시켜서, 다른 배터리 셀들의 전압이 제2 방전종지전압에 도달할 때까지 대기시키는 단계;
    상기 배터리 셀들에 대한 충전을 위해 제1 충전기를 작동시켜서 특정 배터리 셀의 전압이 제1 충전종지전압에 도달하면 제1 충전기에 의한 충전을 종료 시키는 단계;
    상기 제1 충전기에 의한 충전 종료 후, 제2 충전기를 작동시키며, 각각의 배터리 셀들의 전압이 제2 충전종지전압에 도달하면 FET 제어 회로가 각각의 셀 저항을 on 시켜서 충전을 차단하는 단계; 및
    상기 제1 충전기가 작동한 시간 간격, 상기 제1 충전기의 제1 충전전류 크기, 각각의 배터리 셀별로 FET 제어 회로가 셀 저항을 on 하는데 걸린 시간 간격 및 상기 제2 충전기의 제2 충전전류 크기로부터 셀별 용량을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방전 회로는,
    상기 배터리 셀들을 미리 설정된 제1 방전종지전압까지 전체 방전시키는 방전 커넥터; 및
    상기 방전 커넥터의 구동을 제어하는 방전 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 FET 제어 회로에 의해 off 된 상태에서 상기 셀 저항은 제2 충전기의 제2 충전전류가 바이패스(bypass)되어 흐를 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리 용량 측정 방법.
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