KR20150045600A - 배터리 시험기 및 그 제어방법 - Google Patents

배터리 시험기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 전기적 특성을 시험하기 위한 배터리 시험기에 관한 것으로, 본 배터리 시험기는 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하기 위한 측정회로부; 및 상기 측정회로부가 배터리에 연결되어 시험이 시작되고 사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리의 충방전을 수행하며, 상기 충방전이 수행되는 동안 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값을 실시간으로 계산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 충방전의 반복과 관련하여 배터리의 용량 및 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 시험기 및 그 제어방법{Battery tester and its control method}
본 발명은 배터리 시험기에 관한 것으로, 배터리의 전기적 특성을 시험하기 위한 배터리 시험기 및 그 제어방법에 관한 것이다..
종래 배터리 시험기는 배터리를 직렬 또는 병렬 연결하여, 동일 전압을 맞추기 위해 충방전기를 이용하여 동일 전압을 형성함으로써 배터리의 시험을 수행한다. 종래 배터리 시험기는 배터리의 (+)단자와 (-)단자에 장비를 연결하고 충/방전을 통해 동일 전압을 형성한다.
종래 배터리 시험기는, BMS(Battery Management System) 통해 배터리의 용량 및 배터리의 성능을 최적화하는 기능을 구비하고 있으나, 배터리를 직렬 또는 병렬 연결 후 사용시 배터리의 용량 값에 변화가 발생하므로, 배터리의 실제 사용가능 용량 및 수명을 파악하는데 어려움을 가지고 있다.
KR 10-2012-0071600 A
본 발명의 목적은 충방전 동작과 관련하여 배터리의 용량 및 수명을 정확하게 예측하고, 복수개의 셀로 구성된 배터리를 셀 단위로 정비할 수 있는 배터리 시험기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 시험기는 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하기 위한 측정회로부; 및 상기 측정회로부가 배터리에 연결되어 시험이 시작되고 사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리의 충방전을 수행하며, 상기 충방전이 수행되는 동안 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값을 실시간으로 계산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정회로부는, 배터리의 양 단자에 연결되어 전류를 공급하기 위한 교류 정전류원과, 상기 교류 정전류원의 일단과 배터리의 +단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제1 커패시터와, 상기 교류 정전류원의 타단과 배터리의 -단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제2 커패시터와, 배터리의 양 단자에 연결되어 양 단자에 인가되는 교류전압을 측정하기 위한 교류전압측정기와, 상기 교류전압측정기의 일단과 배터리의 +단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제3 커패시터와, 상기 교류전압측정기의 타단과 배터리의 -단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제4 커패시터를 구비할 수 있다.
상기 제어부는 배터리의 제조시 정해진 고유 배터리의 용량 값과 고유 내부저항 값과 고유 내부전압 값과 고유 내부전류 값을 저장하고, 그 저장된 상기 고유 배터리의 용량 값을 상기 실시간으로 계산되는 배터리의 용량 값에 비교하는 것에 의해 배터리의 용량 변화 값을 산출하며, 상기 저장된 고유 내부저항 값과 고유 내부전압 값과 고유 내부전류 값을 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 비교하는 것에 의해 배터리의 수명 값을 계산할 수 있다.
상기 실시간으로 측정되는 상기 배터리의 내부저항 값, 상기 내부전압 값, 상기 내부전류 값, 상기 실시간으로 계산되는 배터리의 용량 값 및 현재 수행되는 충방전 싸이클을 각각 표시하기 위한 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 용량 값은 SOC(State Of charge)로 정해지고, 상기 배터리의 수명 값은 SOH(State Of Health)로 정해질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 배터리의 전기적 특징을 측정하기 위한 측정회로부를 구비한 배터리 시험기의 제어방법에 관한 것으로, 본 배터리 시험기의 제어방법은 상기 측정회로부가 배터리에 연결되어 시험이 시작되는 경우, 상기 측정회로부가 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하는 단계; 사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리의 충방전을 수행하는 단계; 및 상기 충방전이 수행되는 동안 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값 및 배터리의 수명 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값과 상기 계산되는 배터리의 용량 값 및 현재 수행되는 충방전 싸이클을 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 충방전의 반복과 관련하여 배터리의 용량 및 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 충방전의 반복과 관련하여 배터리를 구성하는 각 셀별로 배터리의 용량 및 수명을 예측함으로써 셀 단위로 정비를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 측정회로부의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 표시부의 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 제어방법을 설명하기 위한 제어 절차도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 개념 블록도이다. 도 1을 참조하면, 배터리 시험기는 측정회로부(100), 표시부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
측정회로부(100)는 배터리(B)의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하기 위한 회로로서, 측정되는 값들은 제어부(300)로 전달된다.
도 2를 참조하면, 측정회로부(100)는 배터리(B)의 양 단자에 연결되어 전류를 공급하기 위한 교류 정전류원(110), 교류 정전류원(110)의 일단과 배터리(B)의 +단자(B+)와의 사이에 전기적으로 연결되는 제1 커패시터(120), 교류 정전류원(110)의 타단과 배터리(B)의 -단자(B-)와의 사이에 전기적으로 연결되는 제2 커패시터(130), 배터리의 양 단자에 연결되어 양 단자에 인가되는 교류전압을 측정하기 위한 교류전압측정기(140), 교류전압측정기(140)의 일단과 배터리(B)의 +단자(B+)와의 사이에 전기적으로 연결되는 제3 커패시터(150), 교류전압측정기(140)의 타단과 배터리(B)의 -단자(B-)와의 사이에 전기적으로 연결되는 제4 커패시터(160)를 구비할 수 있다.
각 커패시터는 측정회로부(100)를 통해 흐르는 전류에서 교류분을 통과시키는 기능을 수행할 수 있다.
표시부(200)는 제어부(300)의 제어에 의해 배터리(B)에 대한 정보를 표시할 수 있다. 표시부는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 내부전압 값, 내부저항 값, 내부전류 값, 배터리의 용량 값 및 현재 수행 중인 충방전 싸이클을 각각 표시하기 위한 각 표시모듈(210~250)을 구비할 수 있다.
제어부(300)는 제조시 정해진 배터리(B)의 고유 배터리 용량 값, 고유 내부저항 값, 고유 내부전압 값 및 고유 내부전류 값을 저장할 수 있다.
시험대상이 되는 이러한 배터리(B)에 대한 고유 정보는 제조업체에 의해 제공되는 것으로서 시험이 진행되기 전에 사용자에 의해 제어부(300)로 입력될 수 있다.
제어부(300)는 측정회로부(100)가 배터리(B)에 연결되어 시험이 시작되는 경우 사용자에 의해 충방전 회수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리(B)의 충방전을 수행할 수 있다.
제어부(300)는 충방전이 수행되는 동안 측정회로부(100)에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값을 실시간으로 계산할 수 있다. 여기서 배터리의 용량 값은 SOC(State Of Charge)로 정해질 수 있다.
또한 제어부(300)는 측정회로부(100)로부터 획득되는 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 배터리 제조업체에서 제공하는 배터리의 고유 내부저항 값, 고유 내부전압 값 및 고유 내부전류 값에 비교하는 것에 의해 배터리의 수명 값을 실시간으로 계산할 수 있다. 여기서 배터리의 수명 값은 SOH(State Of Health)로 정해질 수 있다.
이에 의해 본 실시예에 따른 배터리 시험기는 충방전 중 배터리의 용량 값의 변화 및 배터리의 수명 값의 변화를 실시간으로 파악할 수 있다.
이에 의해 본 실시예에 따른 배터리 시험기는 충방전의 반복과 관련하여 배터리의 용량 및 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리(B)를 관리하는 BMS(Battery Management System)의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 제어부(300)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리(B)를 구성하는 각 셀(cell) 별로 배터리의 용량 값을 계산함으로써, 각 셀 별로 배터리의 용량 값의 차이를 확인할 수 있다. 즉 제어부(300)는 충방전 중 셀(cell) 별로 오류가 발생한 셀을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배터리 시험기는 충방전의 반복과 관련하여 배터리를 구성하는 각 셀 별로 용량 및 수명을 예측함으로써 셀 단위로 정비를 수행할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기의 동작을 설명한다.
배터리(B)에 연결되는 측정회로부(100)가 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정한다(S510). 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값은 제어부(300)에 의해 표시부(200)을 통해 표시될 수 있다.
제어부(300)는 사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리(B)의 충방전을 수행한다(S520).
제어부(300)는 S520단계에 의한 충방전이 수행되는 동안 측정회로부(100)에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값 및 배터리의 수명 값을 계산할 수 있다.
여기서 배터리의 용량 값은 SOC(State Of charge) 일 수 있고, 배터리의 수명 값은 SOH(State Of Health) 일 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배터리 시험기 및 그 제어방법은 충방전의 반복과 관련하여 배터리의 용량 및 수명을 정확하게 예측함으로써 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 배터리 시험기 및 그 제어방법은 충방전의 반복과 관련하여 배터리를 구성하는 각 셀 별로 배터리의 용량 및 수명을 예측함으로써 셀 단위로 정비를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시험기 및 그 제어방법은 위에서 설명한 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 실시예의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 측정회로부
110: 교류 정전류원
120: 제1 커패시터
130: 제2 커패시터
140: 교류전압측정기
150: 제3 커패시터
160: 제4 커패시터
200: 표시부
300: 제어부
B: 배터리

Claims (7)

  1. 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하기 위한 측정회로부; 및
    상기 측정회로부가 배터리에 연결되어 시험이 시작되고 사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리의 충방전을 수행하며, 상기 충방전이 수행되는 동안 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값을 실시간으로 계산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기.
  2. 제1항에 있어서
    상기 측정회로부는, 배터리의 양 단자에 연결되어 전류를 공급하기 위한 교류 정전류원과, 상기 교류 정전류원의 일단과 배터리의 +단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제1 커패시터와, 상기 교류 정전류원의 타단과 배터리의 -단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제2 커패시터와, 배터리의 양 단자에 연결되어 양 단자에 인가되는 교류전압을 측정하기 위한 교류전압측정기와, 상기 교류전압측정기의 일단과 배터리의 +단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제3 커패시터와, 상기 교류전압측정기의 타단과 배터리의 -단자와의 사이에 전기적으로 연결되는 제4 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 배터리의 제조시 정해진 고유 배터리의 용량 값과 고유 내부저항 값과 고유 내부전압 값과 고유 내부전류 값을 저장하고, 그 저장된 상기 고유 배터리의 용량 값을 상기 실시간으로 계산되는 배터리의 용량 값에 비교하는 것에 의해 배터리의 용량 변화 값을 산출하며, 상기 저장된 고유 내부저항 값과 고유 내부전압 값과 고유 내부전류 값을 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 비교하는 것에 의해 배터리의 수명 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실시간으로 측정되는 상기 배터리의 내부저항 값, 상기 내부전압 값, 상기 내부전류 값, 상기 실시간으로 계산되는 배터리의 용량 값 및 현재 수행되는 충방전 싸이클을 각각 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리의 용량 값은 SOC(State Of charge)로 정해지고, 상기 배터리의 수명 값은 SOH(State Of Health)로 정해지는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기.
  6. 배터리의 전기적 특징을 측정하기 위한 측정회로부를 구비한 배터리 시험기의 제어방법에 있어서,
    상기 측정회로부가 배터리에 연결되어 시험이 시작되는 경우, 상기 측정회로부가 배터리의 내부저항, 내부전압 및 내부전류를 측정하는 단계;
    사용자에 의해 충방전 횟수가 입력되는 경우, 그 입력되는 충방전 횟수에 대응하여 일정한 전류 값으로 배터리의 충방전을 수행하는 단계; 및
    상기 충방전이 수행되는 동안 상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값을 이용하여 배터리의 용량 값 및 배터리의 수명 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정회로부에 의해 실시간으로 측정되는 배터리의 내부저항 값, 내부전압 값 및 내부전류 값과 상기 계산되는 배터리의 용량 값 및 현재 수행되는 충방전 싸이클을 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험기의 제어방법.
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