KR20150033081A - 온도 별 저항 값을 이용한 전류 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

온도 별 저항 값을 이용한 전류 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도에 따른 저항 값을 이용한 전류 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로, IBS (Intelligent Battery System) 의 고 정밀 전류를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 배터리 전류 측정을 위한 케이블, 케이블 온도별 저항을 측정하여 온도에 따른 저항 값에 대한 룩업테이블을 생성하는 저항값 추출부, 기 설정된 온도 구간에서 변환된 저항 값에 대한 룩업테이블의 보정을 수행하는 보정부, 변환된 저항 값을 토대로 배터리의 전압과 전류를 측정하여 배터리 상태를 연산하는 배터리 상태 판단부를 포함한다.

Description

온도 별 저항 값을 이용한 전류 측정 장치 및 그 방법 {Current Measurement Apparatus and The Method of Using Temperature Dependent Resistance}
본 발명은 온도에 따른 저항 값을 이용한 전류 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로, IBS (Intelligent Battery System)의 고정밀 전류를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진의 점화장치를 포함하여, 실내등, 오디오 장치, 공조 장치 등과 같이 전기 전원을 공급받아 작동하는 다양한 전기 장치들이 구비된다.
이러한 전기 장치들은 차량용 배터리 및 발전기에 의해 전기를 공급 받아 작동하는데, 차량을 운행하기 전에는 전기를 배터리로부터 공급 받고, 차량의 운행 중에는 전기를 발전기로부터 생성하여 공급받는다.
발전기에 의해 전기 장치에 필요한 양 이상의 전기가 생성되는 경우, 남는 만큼의 전기는 배터리를 다시 충전시키는데 사용되고, 발전기에 의해 전기 장치에 필요한 양보다 적은 양의 전기가 생성되는 경우에는 모자란 만큼의 전기를 다시 배터리를 통해 보충하여 각각의 전기 장치에 전기가 원활하게 공급될 수 있도록 한다.
이처럼 차량에 장착된 전기 장치에의 원활한 전원 공급을 위해서, 차량용 배터리와 발전기 사이에는 배터리에 충전된 전기가 비정상적으로 많이 사용되지 않도록 배터리의 충전 또는 방전 시 배터리의 전류, 전압, 온도를 측정하고 이에 따라 발전기의 동작을 제어하는 장치가 구비된다.
이러한 장치를 지능형 배터리 센서(Intelligent Battery Sensor, IBS)라 하는데, 지능형 배터리 센서는 차량용 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하고, 차량의 ECU(Electronic Control Unit)를 통해 배터리 정보를 배터리의 상태가 중요한 요소로 작용하는 ISG(Idle Stop and Go)에 전송함으로써 발전 제어의 최적 작동을 유도한다.
지능형 배터리 센서는 배터리의 음극 단자에 연결되어 배터리로부터 전원을 공급받아 작동하며, 배터리의 전류, 전압, 온도를 실시간으로 검출한 후, 이 검출된 데이터를 기반으로 배터리의 상태를 예측하여 체크하는 역할을 수행한다.
한편, 지능형 배터리 센서에서 핵심부품으로 사용되는 전류 측정을 위한 션트 저항(Shunt Resistance)은 도 1에 도시된 구조로 이루어져 있다.
종래기술은 ADC 채널에 도 1에 도시된 바와 같은 션트 (기존 IBS는 116uOhm 션트 사용)를 사용하여 전류 측정을 하는데, 이러한 션트는 고가의 부품이라 공정 비용을 상승시키는 문제점이 존재한다.
아울러, 션트를 제거하고 케이블로 저항을 측정하여도, 케이블의 저항은 온도에 따라 달라져 케이블로 저항을 측정하면, 케이블 온도에 따른 저항변화가 결국은 큰 오차를 주게 되어 지능형 배터리 센서의 정밀도를 저해하는 요인이 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, IBS에 션트를 없애고, 케이블을 통해 전류를 측정하되, 온도 별 케이블 저항을 이용하여 전류 측정의 정확도를 높이는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 본 발명의 일면에 따르면, IBS (Intelligent Battery Sensors)의 전류 측정 장치로서 배터리 전류 측정을 위한 케이블, 케이블 온도별 저항을 측정하여 상기 온도에 따른 저항 값에 대한 룩업테이블을 생성하는 저항값 추출부, 기 설정된 상기 온도 구간에서 변환된 저항 값에 대한 룩업테이블의 보정을 수행하는 보정부 및 변환된 저항 값을 토대로 배터리의 전압과 전류를 측정하여 상기 배터리 상태를 연산하는 배터리 상태 판단부를 포함한다.
본 발명의 저항값 추출부는 차종 별로 동일한 케이블을 이용하여, 기 설정된 온도 구간별로 측정된 케이블의 저항값 중 대표 저항을 산출한다.
본 발명의 보정부는 온도 구간별로 배터리 전류의 게인에러(Gain Error)와 오프셋에러(Offset Error)를 보정하여 보정값에 대한 배터리의 온도별 저항 룩업테이블을 구성한다.
본 발명은 본 발명의 또 다른 일면에 따르면, IBS(Intelligent Battery Sensors) 케이블의 온도별 저항을 측정하는 단계, 측정된 온도별 저항값을 토대로, 기 설정된 온도 구간별 대표저항을 산출하는 단계, 온도 구간별 케이블 대표 저항값에 대한 룩업테이블(Look up table)을 생성하는 단계, 생성된 룩업테이블의 저항 데이터를 보정하는 단계, 보정된 저항 값을 온도별 룩업테이블에 저장하는 단계 및 보정된 룩업테이블을 토대로, 상기 배터리의 상태를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 저항 데이터를 보정하는 단계는 보정된 전류에 따라 전환된 온도 구간을 확인하는 단계 및 전환된 온도 구간에 맞게 보정된 저항 값을 IBS 에 적용하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 생성된 룩업테이블의 저항 데이터를 보정하는 단계는 온도 구간별로 배터리 전류의 게인에러(Gain Error)와 오프셋에러(Offset Error)를 보정하여 보정값에 대한 배터리의 온도별 저항 룩업테이블을 구성하는 것이다.
본 발명은 IBS의 션트를 없애고, 케이블의 온도별 저항을 이용하여 전류를 측정함으로써, IBS 의 고정밀 전류를 정확하게 측정할 수 있는 이점을 제공한다.
도 1은 종래기술에 따른 IBS(Intelligent Battery Sensor).
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 IBS.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 측정 장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 룩업테이블 생성과정을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보정값을 적용하는 과정을 나타낸 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 IBS를 나타낸 도면이다.
본 발명은 차량 배터리의 전압, 전류, 온도를 모니터링하고, 모니터링 한 정보를 바탕으로 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 계산하여 엔진 제어기에 전달하는 IBS(Intelligent Battery Sensor) 의 고정밀 전류 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, IBS의 션트를 제거하고, 케이블의 온도별 저항 측정을 통해 고정밀 전류를 정확하게 측정하는 장치 및 그 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IBS 전류 측정 장치 블록도이다.
본 발명은 배터리 전류 측정을 위한 케이블, 케이블 온도별 저항을 측정하여 온도에 따른 저항 값에 대한 룩업테이블을 생성하는 저항값 추출부(310), 기 설정된 온도 구간에서 변환된 저항 값에 대한 룩업테이블의 보정을 수행하는 보정부(320), 변환된 저항 값을 토대로 배터리의 전압과 전류를 측정하여 배터리 상태를 연산하는 배터리 상태 판단부(330)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 저항값 추출부(310)는 차종 별로 동일한 케이블을 이용하여, 기 설정된 온도 구간별로 측정된 케이블의 저항값 중 대표 저항을 산출한다.
표 1은 온도에 따른 케이블의 측정 저항을 나타낸 것이고, 표 2는 측정된 온도별 저항값을 토대로, 기 설정된 온도 구간별 대표저항을 산출한 것을 나타낸 도표이다.
본 발명에 따른 일실시예에서 저항값 추출부(310)는 20도 간격으로 대표저항을 산출 하였다.
Figure pat00001

표 2에서와 같이, 기 설정된 온도 구간별 대표저항이 산출되면, 본 발명의 일실시예에 따른 보정부(320)는 배터리 전류의 게인에러(Gain Error)와 오프셋에러(Offset Error)를 보정하여 보정값에 대한 배터리의 온도별 저항 룩업테이블을 구성한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 룩업테이블 생성과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따른 일실시예에서는 룩업테이블 생성을 위해 먼저, IBS케이블 ADC의 온도별 저항을 측정한다(S410).
기 설정된 온도 구간별 대표저항을 산출하여 룩업테이블을 생성한다(S420).
룩업테이블은 일반적으로 배열이나 연관 배열로 이루어진 데이터 구조로, 주로 런타임 계산을 더 단순한 배열 색인화 과정으로 대체하는데 쓰이며, 프로그램 저장소에 미리 계산되어 저장 가능하여 데이터 처리 시간을 절약할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서는 온도별 저항에 따른 룩업테이블 생성 후, 이를 보정한다(S430).
룩업테이블의 보정값을 획득하는 과정을 도 4b을 통해 설명하기로 한다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 IBS 전류 보정을 위한 입력전류에 따른 측정전류를 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 일실시예에서는 기존 룩업테이블 저항의 보정을 위해, 도4b에 도시된 바와 같이, 조립된 IBS의 모듈의 입력 전류에 대한 측정 전류 값을 나타낸 직선에서의 두 점(x1, y1), (x2, y2)을 정해 그 점의 좌표 값을 측정한다.
본 발명의 일실시예에서는 레퍼런스 전류를 0A 및 10A로 하여, 필요한 게인과 오프셋의 보정값을 계산한다.
이후, 보정된 값을 ADC 전류 채널의 레지스터에 입력하고, 각 온도 구간별로 측정라인에서 동일한 과정을 거쳐 게인에러와 오프셋에러 값을 측정하여, 이 과정을 통해 획득한 값들로 보정된 온도, 저항 룩업테이블을 구성한다.
각 온도별 케이블의 저항 값이 다르기 때문에 ADC 전류 채널의 보정 값 역시 달라진다.
보정된 저항 값을 온도별 룩업테이블에 저장하고(S440), 보정된 룩업테이블을 토대로, 배터리의 상태를 판단한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보정값을 적용하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
IBS 온도를 측정하고(S510), 측정된 온도가 구간(표 2 참조)의 경계를 넘어 가는지 확인한 후(S520) 온도 구간의 변경이 있을 경우 초기에 작성해 놓은 룩업테이블을 이용하여 그 온도 구간에 맞는 보정값(Gain, offset)을 ADC 전류채널에 적용해 준다(S530).
온도 구간의 변화가 없는 경우에는 초기의 룩업테이블에 따른 일반적인 IBS의 동작을 한다(S521).
본 발명은 각 온도 별 달라진 저항 값에 따른 보정값을 초기에 생성하여 차후 온도 변화에 따라 온도 구간에 맞는 보정값을 사용하게 하여, 다시 보정 하는 과정 없이 룩업테이블에서 필요한 데이터를 가져옴으로써 빠르게 IBS 전류 측정 정확도를 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. IBS (Intelligent Battery Sensors)의 전류 측정 장치로서
    상기 배터리 전류 측정을 위한 케이블;
    상기 케이블 온도별 저항을 측정하여 상기 온도에 따른 저항 값에 대한 룩업테이블을 생성하는 저항값 추출부;
    기 설정된 상기 온도 구간에서 변환된 저항 값에 대한 룩업테이블의 보정을 수행하는 보정부;
    상기 변환된 저항 값을 토대로 배터리의 전압과 전류를 측정하여 상기 배터리 상태를 연산하는 배터리 상태 판단부; 를 포함하는 전류 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 저항값 추출부는
    차종 별로 동일한 케이블을 이용하여, 기 설정된 온도 구간별로 측정된 케이블의 저항값 중 대표 저항을 산출하는 것
    인 전류 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보정부는
    상기 온도 구간별로 배터리 전류의 게인에러(Gain Error)와 오프셋에러(Offset Error)를 보정하여 상기 보정값에 대한 상기 배터리의 온도별 저항 룩업테이블을 구성하는 것
    인 전류 측정 장치.
  4. IBS(Intelligent Battery Sensors) 케이블의 온도별 저항을 측정하는 단계;
    상기 측정된 온도별 저항값을 토대로, 기 설정된 온도 구간별 대표저항을 산출하는 단계;
    상기 온도 구간별 케이블 대표 저항값에 대한 룩업테이블(Look up table)을 생성하는 단계;
    상기 생성된 룩업테이블의 저항 데이터를 보정하는 단계;
    상기 보정된 저항 값을 온도별 룩업테이블에 저장하는 단계; 및
    상기 보정된 룩업테이블을 토대로, 상기 배터리의 상태를 판단하는 단계; 를 포함하는 전류 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 저항 데이터를 보정하는 단계는
    보정된 전류에 따라 전환된 온도 구간을 확인하는 단계; 및
    상기 전환된 온도 구간에 맞게 보정된 저항 값을 상기 IBS 에 적용하는 단계; 를 더 포함하는 것
    인 전류 측정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 생성된 룩업테이블의 저항 데이터를 보정하는 단계는
    상기 온도 구간별로 배터리 전류의 게인에러(Gain Error)와 오프셋에러(Offset Error)를 보정하여 상기 보정값에 대한 상기 배터리의 온도별 저항 룩업테이블을 구성하는 것
    인 전류 측정 방법.




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