KR20120027579A - 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법에 관한 것으로, 실시간으로 원격 배터리 상태를 점검하는 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법에 관한 것이다. 축전지(30)에 구비되는 임피던스 측정보드(40)로 주 프로그램의 명령이 전송되며, 상기 임피던스 측정보드(40)로부터 해당 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 전송받아 모니터링하는 컴퓨터(10)와; CAN 통신을 이용하여 상기 컴퓨터(10)와 임피던스 측정보드(40)간의 데이터 전송이 가능하도록 임피던스 측정보드(40)에 연결되는 CAN to Ethernet 카드(20)와; 1개 또는 다수로 구성되되, 다수로 구성되는 축전지(30)의 임피던스 측정보드(40)는 병렬로 서로 연결되는 축전지(30)와; 상기 컴퓨터(10)로부터 주 프로그램의 명령을 전송받아 실시간으로 상기 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 판별하여 컴퓨터(10)로 전송하도록 AC 임피던스 측정보드(40)로 구성된다. 따라서, 본 발명은 축전지의 이상을 점검할 수 있는 AC 임피던스 측정 회로와 대용량 축전지 모듈의 실시간 원격 감시를 위한 관리 소프트웨어를 이용하여, 축전지의 이상을 사전에 감지함으로써 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 성능이 저하된 셀만을 교체하여 시스템의 유지 및 관리 비용을 줄이는 효과가 있다.

Description

실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법{Method and System for Real Time Remote Battery Inspection}
본 발명은 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 실시간으로 원격 배터리 상태를 점검하는 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법에 관한 것이다.
산업과 사회 모두가 네트워크 기반의 실시간 정보교환을 기본 인프라로 삼고 있으며, 고도의 기술 집약적 형태로 변화해 감에 따라 모든 요소에 고신뢰성, 고품질의 전력공급이 요구된다.
최근 전력생산 및 설비기술의 고도화를 통해 양질의 전력이 공급되고 있으나, 사고에 의한 정전이나 전력품질의 저하는 여전히 피할 수 없는 문제로서, 이러한 경우를 대비하여 UPS와 같은 비상전원이 널리 사용되고 있으며, 이러한 비상전원의 에너지 저장장치로서 축전지가 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기 축전지는 그 성질의 비선형성으로 인해 상태를 정확히 예측하기 어려우며, 단일 셀의 불량만으로도 전체 시스템의 성능 저하 및 서비스 중단을 초래할 수 있어 함께 사용되는 설비의 신뢰성을 크게 저해할 가능성이 상존한다.
특히, 상기 UPS와 같은 비상전원의 고장원인 중 85%는 축전지로 인해 발생하는 것으로 미국전력연구원(EPRI; the Electric Power Research Institute)의 보고서에서 집계되고 있다.
따라서, 교통시스템, 통신시스템, 방송시스템과 의료시스템과 같은 신뢰성이 매우 중요한 장비들은 일정한 사용시간 경과 후 부분별 성능저하 여부에 관계없이 축전지 모듈 전체를 교체하여 고장을 사전에 방지하는 방법을 사용하고 있는데, 이는 시스템의 유지 관리 비용을 증가시키는 문제점을 가져온다.
이러한 문제점에 대한 대책으로 IEEE Std. 1188 및 450 등과 같은 표준에서는 밀폐형 및 개방형 축전지의 전압, 온도, 내부저항 값을 주기적으로 모니터링하여 성능이 저하된 셀이나 열폭주 가능성이 있는 과열된 셀 또는 열화에 의해 내부저항이 증가된 셀 등을 사전에 감지하도록 권고하고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 축전지의 AC 임피던스를 측정하여 계산한 기준 값 또는 배터리 제조사가 제공하는 기준 임피던스 값을 정하고, 상시 측정된 배터리의 임피던스를 상기 기준 값 또는 기준 임피던스 값과 비교하여 축전지의 상태를 판별하여 신속하게 정보를 제공하는 실시간 원격 배터리 점검 시스템 및 점검 방법을 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 축전지에 구비되는 임피던스 측정보드로 주 프로그램의 명령이 전송되며, 상기 임피던스 측정보드로부터 해당 축전지의 임피던스를 측정하여 이상여부를 전송받아 모니터링하는 컴퓨터와; CAN 통신을 이용하여 상기 컴퓨터와 임피던스 측정보드간의 데이터 전송이 가능하도록 임피던스 측정보드에 연결되는 CAN to Ethernet 카드와; 1개 또는 다수로 구성되되, 다수로 구성되는 축전지의 임피던스 측정보드는 병렬로 서로 연결되는 축전지와; 상기 컴퓨터로부터 주 프로그램의 명령을 전송받아 실시간으로 상기 축전지의 임피던스를 측정하여 이상여부를 판별하여 컴퓨터로 전송하도록 AC 임피던스 측정보드로 구성된다.
목적을 달성하기 위한 방법으로는 기준 임피던스 값이 저장된 컴퓨터의 주 프로그램에서 측정하고자 하는 축전지의 ID와 함께 임피던스 측정 개시 명령을 전송하는 제1단계와; 각 임피던스 측정보드는 주 프로그램에서 전송된 ID를 입력받아, 고유 ID와 동일한 ID의 임피던스 측정보드가 동작하며, 축전지의 DC전압 값이 사용전압 범위인 10.5 ~ 14.1V 범위 내로 측정되는지 비교하는 제2단계와; 상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이외의 값일 경우, 측정을 강제 종료하고, 알람을 발생시키는 제3단계와; 상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이내의 값일 경우, DC Offset과 25mV의 섭동신호를 디지털/아날로그 두 채널로 출력하여 기준전압을 생성하여 푸쉬풀 증폭기 회로에서 축전지를 섭동하는 제4단계와; 섭동된 축전지의 AC전압과 AC전류 및 온도를 DSP의 아날로그/디지털단으로 입력되는 제5단계와; 상기 입력된 AC전압과 AC전류의 데이터를 이용하여 디지털 록인앰프를 이용하여 측정 주파수의 임피던스를 계산한 후, 다음 측정 주파수로 넘어가 임피던스를 반복 측정하는 제6단계와; 측정 주파수대역에서의 임피던스를 모두 측정하면 CAN 통신을 통해 축전지의 DC전압, 임피던스 데이터(측정 주파수, 임피던스의 절대 값과 위상) 및 온도를 컴퓨터의 주 프로그램으로 전송하여, 입력받은 데이터로부터 임피던스 플롯을 나타내는 제7단계와; 상기 실시간으로 입력되는 각 임피던스 측정 값들을 기준 값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 제8단계를 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 축전지의 이상을 점검할 수 있는 AC 임피던스 측정 회로와 대용량 축전지 모듈의 실시간 원격 감시를 위한 관리 소프트웨어를 이용하여, 축전지의 이상을 사전에 감지함으로써 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 성능이 저하된 셀만을 교체하여 시스템의 유지 및 관리 비용을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 축전지 수명과 임피던스의 상관관계를 비교한 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 축전지의 등가모델을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 원격 배터리 점검 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 원격 배터리 점검 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 메인 그래프 창을 나타낸 참고도.
도 6은 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 데이터 리스트 창을 나타낸 참고도.
도 7은 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 차트 창을 나타낸 참고도.
도 8은 본 발명에 따른 측정 전압 및 전류 파형을 나타낸 참고도.
도 9는 본 발명에 따른 5개 축전지의 임피던스 플롯을 나타낸 참고도.
도 10은 본 발명에 따른 축전지의 임피던스, 전압 및 온도 데이터를 나타낸 참고도.
도 11은 본 발명에 따른 5개 축전지의 데이터 비교를 위한 차트 창을 나타낸 참고도.
도 12는 본 발명에 따른 웹을 이용한 원격제어를 나타낸 참고도.
도 1은 일반적인 축전지 수명과 임피던스의 상관관계를 비교한 그래프이고, 도 2는 본 발명에 따른 축전지의 등가모델을 나타낸 참고도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실시간 원격 배터리 점검 시스템의 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 실시간 원격 배터리 점검 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 메인 그래프 창을 나타낸 참고도이고, 도 6은 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 데이터 리스트 창을 나타낸 참고도이고, 도 7은 본 발명에 따른 주 프로그램(BI & MS)의 차트 창을 나타낸 참고도이고, 도 8은 본 발명에 따른 측정 전압 및 전류 파형을 나타낸 참고도이고, 도 9는 본 발명에 따른 5개 축전지의 임피던스 플롯을 나타낸 참고도이고, 도 10은 본 발명에 따른 축전지의 임피던스, 전압 및 온도 데이터를 나타낸 참고도이고, 도 11은 본 발명에 따른 5개 축전지의 데이터 비교를 위한 차트 창을 나타낸 참고도이고, 도 12는 본 발명에 따른 웹을 이용한 원격제어를 나타낸 참고도이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 축전지 수명과 임피던스의 상관관계를 비교한 그래프로서, 임피던스 20%증가시 축전지 용량이 급격히 저하됨을 알 수 있으며, 도 2는 축전지의 등가모델을 나타낸 참고도로서, 축전지의 AC 임피던스의 저항성분은 보통 수 mΩ에서 수백 Ω 정도의 범위에 분포하며, 측정 주파수가 1kHz를 넘어서면 인덕턴스 성분에 의한 임피던스의 허수성분이 커져서 측정된 임피던스의 의미가 적어진다.
도 3은 본 발명의 실시간 원격 배터리 점검 시스템 블록도로서, 컴퓨터(10)와 CAN to Ethernet 카드(20), 축전지(30) 및 임피던스 측정보드(40)로 구성된다.
상기 컴퓨터(10)는 축전지(30)에 구비되는 임피던스 측정보드(40)로 주 프로그램의 명령이 전송되며, 상기 임피던스 측정보드(40)로부터 해당 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 전송받아 모니터링한다.
상기 CAN to Ethernet 카드(20)는 CAN 통신을 이용하여 상기 컴퓨터(10)와 임피던스 측정보드(40)간의 데이터 전송이 가능하도록 임피던스 측정보드(40)에 연결된다.
상기 축전지(30)는 1개 또는 다수로 구성되되, 다수로 구성되는 축전지(30)의 임피던스 측정보드(40)는 병렬로 서로 연결되며, 각 축전지(30)는 CAN 케이블을 통해 연결된다.
상기 임피던스 측정보드(40) AC 임피던스 측정장치가 부착되며, 상기 컴퓨터(10)로부터 주 프로그램의 명령을 전송받아 실시간으로 상기 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 판별하여 컴퓨터(10)로 전송한다.
상기 축전지(30)가 다수 구비된다면 도 3(a)와 같이, 상기 축전지(30)를 병렬 구성하여, 일련번호 ID(본 발명에서는 #1, #2, #3 … #110의 실시 예로 도시함)를 부여하고, #1 축전지(30)에 CAN to Ethernet 카드(20)를 연결하여, 상기 컴퓨터(10)와 통신함에 있어서, 상기 컴퓨터(10)로부터의 제어 명령 및 각 축전지(30)로부터 측정된 임피던스 값을 #1 축전지(30)를 통해 전송된다.
상기 임피던스 측정보드(40)의 측정 주파수 대역은 0.1Hz ~ 1kHz이며, 섭동 전압의 크기는 상온에서의 열전압인 25mV 이하이고, 섭동전류는 최대 5A로 설계하여 5mΩ 정도의 작은 저항을 가진 대용량 축전지의 임피던스까지 측정이 가능하다.
상기 임피던스 측정보드(40)는 초기 축전지(30)의 전압을 검출하여 축전지(30) 전압에 상응하는 DC Offset에 원하는 크기 및 주파수의 섭동 신호를 더한 후, 이 값을 12-bit 디지털/아날로그 변환기(42)로 직렬 전송하여 아날로그 신호를 출력시켜 기준전압으로 사용하며, 상기 기준전압을 축전지(30) 단자에서 검출된 전압과 비교하여 오차 값을 생성시키고, CAN 연결단자(411)와 12-bit 아날로그/디지털 변환기(412)를 구비하는 DSP(41)와, 상기 DSP(41)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기(42)와, 상기 DSP(41)에서의 오차를 제어하는 PI 제어기(43)와, 임피던스 측정을 위하여 섭동신호를 발생시키는 푸쉬풀 증폭기(44)와, 상기 푸쉬풀 증폭기(44)의 섭동신호로부터 임피던스를 측정할 축전지(45)와, 상기 축전지(45)의 전류를 측정하기 위한 션트 저항(46)으로 구성된다.
상기 푸쉬풀 증폭기(44)는 크로스오버 왜곡(Crossover Distortion)의 문제점을 갖고 있는데, 즉 섭동신호가 양에서 음으로 바뀔 때 출력에 나타나는 비선형적인 파형을 의미하며, 이는 상단 또는 하단 한 개의 트랜지스터가 off될 때 다른 한 개의 트랜지스터의 on이 정확히 이루어지지 않아 생기는 문제로서, 푸쉬풀 증폭기(44)에서 발생하는 크로스오버 왜곡은 결국 각 스위치의 베이스-에미터 간 전압만큼의 전압강하가 생기는데, 다이오드를 트랜지스터 사이에 삽입하여 전압을 보상하며, 각 다이오드의 순방향 전압강하가 스위치의 베이스-에미터 간 전압강하와 같게 설계하면 보상을 통해 출력의 왜곡을 막을 수 있다.
본 발명의 상기 축전지(30)를 섭동할 때 섭동되는 전압 및 전류 측정에 대해 설명하면, 축전지(30)의 전압은 차동 증폭회로를 통해 측정하며, 전류는 션트 저항(46)을 사용하여 측정하고, 그 외 DSP(41)의 아날로그/디지털 변환기(412)의 보호를 위한 다이오드 클램핑 회로를 추가하며, 필터는 디지털 록인앰프의 우수한 성능으로 인해 사용할 필요가 없다.
상기 컴퓨터(10)에서 전송되는 주 프로그램의 주기적인 명령에 따라 각 축전지(30)의 모니터링 장치는 축전지(30)의 AC 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스의 크기 및 위상 값과, 온도, 전압 등의 정보를 주 프로그램이 설치된 컴퓨터(10)로 전송된다.
상기 디지털 록인앰프는 일종의 AC Voltmeter로서, 측정된 섭동신호의 크기 및 위상에 비례하는 DC전압을 출력하며, 디지털 록인앰프의 가장 중요한 기능은 원하는 주파수의 신호만을 걸러내 출력함으로써, 노이즈가 많은 환경에서도 특정 주파수 성분 신호의 크기와 위상을 측정할 수 있다.
측정된 신호는 측정 주파수를 포함한 형태로 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있으며, 수학식 1에서 A는 신호의 크기이고 θ는 신호의 위상이고, 샘플링 주파수는 한 주기의 샘플링 개수 N과 주파수 f의 곱으로 나타낼 수 있으며, 전체의 샘플링 개수 M은 한 주기의 샘플링 개수 N과 측정된 주기의 수 Q의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
측정하고자 하는 주파수 성분과 동일한 신호와 90°위상차가 나는 2개의 참조신호(SIN 파형-하기의 수학식 2, COS 파형- 하기의 수학식 3)를 생성하여 측정신호와 곱하고, DC 성분만 남기기 위해 전체 샘플링 개수만큼 나누어 평균값을 구한다(하기의 수학식 4,5)
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
상기 계산 값을 하기의 수학식 6 내지 8에 대입하면 측정신호의 크기와 위상을 추출할 수 있으며, 이를 측정전압과 측정전류 모두에 적용하면 각각의 크기와 위상 데이터가 출력 되고, 출력된 데이터로부터 정확한 AC 임피던스의 크기와 위상을 수학식 9와 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
도 4는 본 발명의 실시간 원격 배터리 점검 방법을 나타낸 순서도로서, 기준 임피던스 값이 저장된 컴퓨터(10)의 주 프로그램에서 측정하고자 하는 축전지(30)의 ID와 함께 임피던스 측정 개시 명령을 전송하는 제1단계(S1)와, 각 임피던스 측정보드(40)는 주 프로그램에서 전송된 ID를 입력받아, 고유 ID와 동일한 ID의 임피던스 측정보드(40)가 동작하며, 축전지(30)의 DC전압 값이 사용전압 범위인 10.5 ~ 14.1V 범위 내로 측정되는지 비교하는 제2단계(S2)와, 상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이외의 값일 경우, 측정을 강제 종료하고, 알람을 발생시키는 제3단계(S3)와, 상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이내의 값일 경우, DC Offset과 25mV의 섭동신호를 디지털/아날로그 두 채널로 출력하여 기준전압을 생성하여 푸쉬풀 증폭기(44) 회로에서 축전지(30)를 섭동하는 제4단계(S4)와, 섭동된 축전지(30)의 AC전압과 AC전류 및 온도를 DSP(41)의 아날로그/디지털단으로 입력되는 제5단계(S5)와, 상기 입력된 AC전압과 AC전류의 데이터를 이용하여 록인앰프로 측정 주파수의 임피던스를 계산한 후, 다음 측정 주파수로 넘어가 임피던스를 반복 측정하는 제6단계(S6)와, 측정 주파수대역에서의 임피던스를 모두 측정하면 CAN 통신을 통해 축전지(30)의 DC전압, 임피던스 데이터(측정 주파수, 임피던스의 절대 값과 위상) 및 온도를 컴퓨터(10)의 주 프로그램으로 전송하여, 입력받은 데이터로부터 임피던스 플롯을 나타내는 제7단계(S7)와, 상기 실시간으로 입력되는 각 임피던스 측정 값들을 기준 값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 제8단계(S8)를 포함한다.
상기 기준 임피던스 값은 축전지의 AC 임피던스를 측정하여 계산한 기준 값 또는 배터리 제조사가 제공하는 기준 임피던스 값을 선택적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 임피던스의 측정은 배터리와 UPS 사이에 설치된 전류센서를 통해 배터리의 충방전이 일어나지 않는 것을 확인한 후 실시된다.
상기 제2단계(S2)의 임피던스 측정 지령을 받은 임피던스 측정보드(40)에서는 임피던스를 측정하기 전, 먼저 축전지(30)의 DC전압을 측정하여 DSP(41)에 입력하고, 측정 주파수와 샘플링 주파수 및 섭동신호를 설정하며, 상기 축전지(30)의 DC전압은 정확도를 높이기 위해 DSP(41)의 아날로그/디지털 입력단에서 1초간 측정한 값을 평균한 후 사용한다.
또한, 상기 제4단계(S4)는 푸쉬풀 회로와 축전지(30) 연결단 사이에 릴레이를 삽입하여 상기 축전지(30)의 DC전압을 검출하고, 그에 상응하는 전압을 출력한 후 축전지(30)를 섭동시킬 때 릴레이를 턴온시키며, 모든 측정 주파수에서 임피던스 측정이 끝나면 릴레이는 다시 턴오프상태로 동작되게 하여 푸쉬풀 회로와 축전지(30)를 분리시킨다.
도 5 내지 7은 LabVIEW로 구성된 납축전지 점검 및 관리 시스템인 주 프로그램 BI & MS(Battery Inspection & Managment Software)로, 각 도면의 좌측은 설정을 위한 부분이며, 우측은 모니터링을 위한 부분이다.
상기 설정 부분에서는 임피던스 측정보드(40)와 컴퓨터(10)를 연결하는 IP 및 포트를 설정하고 임피던스 측정보드(40)의 ID를 선택하는 부분이고, 우측 부분은 각 보드에서 전송받은 임피던스 데이터로부터 플롯을 그래프창에 그려 확인할 수 있다(도 5).
모든 주파수의 AC 임피던스 및 온도, 전압 데이터를 확인할 수 있는 창이 도 6과 같으며, 임피던스 플롯에서 초기 선정된 주파수의 AC 임피던스 값과 함께 DC전압, 온도를 다른 축전지(30)와 비교하여 확인하고 기준 임피던스 값과 비교할 수 있는 창이 도 7이다.
실행 모드로는 연결된 모든 축전지(30) 측정장치가 동시에 동작하는 전체 실행모드와 사용자가 임의로 측정하고자 하는 축전지(30)만을 선택하여 AC 임피던스를 측정하게 할 수 있는 일반 모드가 있다. 또한, 알람 기능도 추가하여 축전지(30)의 이상이 판단되면 사용자와 관리자에게 동시에 메시지를 보내어 이상 셀을 교체 및 점검할 수 있도록 프로그래밍하였다.
- 실시 예.
본 발명에서는 UPS용으로 많이 사용되는 아틀라스BX사의 산업용 납축전지 ITX40을 이용하여 실험하였다.
공칭용량은 40Ah, 공칭전압은 12V이며, 총 5개의 축전지(30)를 사용하였으며, 도 8은 본 발명의 장치로부터 측정한 축전지(30)의 AC전압과 AC전류파형을 나타낸 것이다.
실험은 고주파에서 저주파 순서로 진행되며, 출력파형은 주파수가 1k ~ 10Hz까지는 10주기,10 ~ 1Hz까지는 5주기, 1 ~ 0.1Hz까지는 2주기가 출력되도록 설정하고, 각 주파수에 해당하는 파형은 측정 정확도를 높이기 위해 앞의 1주기와 마지막 1주기를 추가하였으며, 이 두 주기의 파형은 임피던스 계산에는 적용하지 않았다.
도 9 내지 11은 5개의 임피던스 측정보드(40)로부터 전송받은 데이터로 나타낸 주 프로그램 화면으로, 도 9는 5개의 납축전지의 임피던스 플롯을 나타내는데, 도면에서 임피던스 플롯의 차이는 납축전지의 상태가 다르기 때문에 각 임피던스 플롯이 조금씩 차이를 보이게 되는 것이다. 각 축전지(30)의 AC임피던스는 다른 축전지(30)와 비교되어 이상유무를 판단하는데 사용한다.
도 10은 모든 주파수의 임피던스 데이터와 온도, DC전압을 나타낸 것이고, 도 11은 측정된 AC임피던스 중 RΩ의 값과 온도, DC전압을 비교할 수 있는 차트창으로 나타낸 것이며, 실험을 통해 5개의 축전지(30)에서 RΩ값을 평균한 기준 임피던스 값은 0.065Ω이다.
도 12는 원격제어를 위한 웹 화면을 나타낸 것으로, 주 프로그램이 있는 컴퓨터(10)에서 설정한 웹 주소만 알면 어디서나 원격으로 모니터링 및 제어가 가능하여 축전지(30)의 상태를 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 축전지의 AC 임피던스를 측정하거나 또는 배터리 제조사가 제공하는 기준 임피던스 값을 정하고, 상기 기준 값과 비교하여 축전지의 상태를 판별하여 신속하게 정보를 제공할 수 있다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 컴퓨터 20 : CAN to Ethernet 카드
30 : 축전지 40 : 임피던스 측정보드
41 : DSP 42 : 디지털/아날로그 변환기
43 : PI 제어기 44 : 푸쉬풀 증폭기
45 : 축전지 46 : 션트 저항

Claims (5)

  1. 실시간 원격 배터리 점검 시스템에 있어서,
    축전지(30)에 구비되는 임피던스 측정보드(40)로 주 프로그램의 명령이 전송되며, 상기 임피던스 측정보드(40)로부터 해당 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 전송받아 모니터링하는 컴퓨터(10)와;
    CAN 통신을 이용하여 상기 컴퓨터(10)와 임피던스 측정보드(40)간의 데이터 전송이 가능하도록 임피던스 측정보드(40)에 연결되는 CAN to Ethernet 카드(20)와;
    1개 또는 다수로 구성되되, 다수로 구성되는 축전지(30)의 임피던스 측정보드(40)는 병렬로 서로 연결되는 축전지(30)와;
    상기 컴퓨터(10)로부터 주 프로그램의 명령을 전송받아 실시간으로 상기 축전지(30)의 임피던스를 측정하여 이상여부를 판별하여 컴퓨터(10)로 전송하도록 AC 임피던스 측정보드(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 원격 배터리 점검 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 임피던스 측정보드(40)는
    초기 축전지(30)의 전압을 검출하여 축전지(30) 전압에 상응하는 DC Offset에 원하는 크기 및 주파수의 섭동 신호를 더한 후, 이 값을 12-bit 디지털/아날로그 변환기(42)로 직렬 전송하여 아날로그 신호를 출력시켜 기준전압으로 사용하며, 상기 기준전압을 축전지(30) 단자에서 검출된 전압과 비교하여 오차 값을 생성시키고, CAN 연결단자(411)와 12-bit 아날로그/디지털 변환기(412)를 구비하는 DSP(41)와;
    상기 DSP(41)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기(42)와;
    상기 DSP(41)에서의 오차를 제어하는 PI 제어기(43)와;
    임피던스 측정을 위하여 섭동신호를 발생시키는 푸쉬풀 증폭기(44)와;
    상기 푸쉬풀 증폭기(44)에서 발생되는 섭동신호를 사용하여 임피던스를 측정하는 축전지(45)와;
    상기 축전지(30)의 전류를 측정하기 위한 션트 저항(46)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 원격 배터리 점검 시스템.
  3. 실시간 원격 배터리 점검 방법에 있어서,
    기준 임피던스 값이 저장된 컴퓨터(10)의 주 프로그램에서 측정하고자 하는 축전지(30)의 ID와 함께 임피던스 측정 개시 명령을 전송하는 제1단계(S1)와;
    각 임피던스 측정보드(40)는 주 프로그램에서 전송된 ID를 입력받아, 고유 ID와 동일한 ID의 임피던스 측정보드(40)가 동작되면서, 해당 축전지(30)의 DC전압 값이 사용전압 범위인 10.5 ~ 14.1V 범위 내로 측정되는지 비교하는 제2단계(S2)와;
    상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이외의 값일 경우, 측정을 강제 종료하고, 알람을 발생시키는 제3단계(S3)와;
    상기 DC전압 값이 상기 사용전압 범위 이내의 값일 경우, DC Offset과 25mV의 섭동신호를 디지털/아날로그 두 채널로 출력하여 기준전압을 생성하여 푸쉬풀 증폭기(44) 회로에서 축전지(30)를 섭동하는 제4단계(S4)와;
    섭동된 축전지(30)의 AC전압과 AC전류 및 온도를 DSP(41)의 아날로그/디지털단으로 입력되는 제5단계(S5)와;
    상기 입력된 AC전압과 AC전류의 데이터를 이용하여 측정 주파수의 임피던스를 계산한 후, 다음 측정 주파수로 넘어가 임피던스를 반복 측정하는 제6단계(S6)와;
    측정 주파수대역에서의 임피던스를 모두 측정하면 CAN 통신을 통해 축전지(30)의 DC전압, 임피던스 데이터(측정 주파수, 임피던스의 절대 값과 위상) 및 온도를 컴퓨터(10)의 주 프로그램으로 전송하여, 입력받은 데이터로부터 임피던스 플롯을 나타내는 제7단계(S7)와;
    상기 실시간으로 입력되는 각 임피던스 측정 값들을 기준 값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 제8단계(S8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 원격 배터리 점검 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2단계(S2)의 임피던스 측정 지령을 받은 임피던스 측정보드(40)에서는 임피던스를 측정하기 전, 먼저 축전지(30)의 DC전압을 측정하여 DSP(41)에 입력하고, 측정 주파수와 샘플링 주파수 및 섭동신호를 설정하며, 상기 축전지(30)의 DC전압은 정확도를 높이기 위해 DSP(41)의 아날로그/디지털 입력단에서 1초간 측정한 값을 평균한 후 사용하는 것을 특징으로 하는 실시간 원격 배터리 점검 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제4단계(S4)는 푸쉬풀 회로와 축전지(30) 연결단 사이에 릴레이를 삽입하여 상기 축전지(30)의 DC전압을 검출하고, 그에 상응하는 전압을 출력한 후 축전지(30)를 섭동시킬 때 릴레이를 턴온시키며, 모든 측정 주파수에서 임피던스 측정이 끝나면 릴레이는 다시 턴오프상태로 동작되게 하여 푸쉬풀 회로와 축전지(30)를 분리시켜 섭동하는 것을 특징으로 하는 실시간 원격 배터리 점검 방법.
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