KR20160040887A - 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 - Google Patents
배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160040887A KR20160040887A KR1020140134374A KR20140134374A KR20160040887A KR 20160040887 A KR20160040887 A KR 20160040887A KR 1020140134374 A KR1020140134374 A KR 1020140134374A KR 20140134374 A KR20140134374 A KR 20140134374A KR 20160040887 A KR20160040887 A KR 20160040887A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery cell
- internal resistance
- value
- voltage
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000652 nickel hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0038—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing pulses or pulse trains according to amplitude)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
- G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
- G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 하나의 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항을 구비하고, 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭시킨 제1 출력 전압과 외부 저항 양단의 전압차를 증폭시킨 제2 출력 전압 간에 전압차를 제3 출력 전압으로 증폭시키고, 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값을 기 설정된 전압값과 비교하여 배터리 셀의 내부 저항 상태가 정상인 비정상인지 판단하는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상술된 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일하도록, 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하고, 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일한 시점의 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 하나의 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항을 구비하고, 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭시킨 제1 출력 전압과 외부 저항 양단의 전압차를 증폭시킨 제2 출력 전압 간에 전압차를 제3 출력 전압으로 증폭시키고, 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값을 기 설정된 전압값과 비교하여 배터리 셀의 내부 저항 상태가 정상인 비정상인지 판단하는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상술된 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일하도록, 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하고, 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일한 시점의 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 화석 에너지의 사용으로 인한 환경오염으로 이차 전지 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 모바일 기기, 전기 차량(Electric Vehicle; EV), 하이브리드 차량(Hybrid Vehicle; HV), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 및 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 배터리의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 이차 전지 배터리는 화석 에너지의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
특히, 전기 차량, 하이브리드 차량, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치에 사용되는 이차 전지 배터리는 고출력 및 대용량의 특성이 요구되며, 이러한 특성을 유지하기 위해 이차 전지 배터리 내에 하나 이상의 배터리 셀들의 내부 저항 상태를 모니터링하거나 내부 저항의 저항값을 정확하게 산출하는 것이 중요하다.
종래에는 이차 전지 배터리의 개별 셀들의 내부 저항을 측정하기 위해서는 외부로부터 유입되는 전류에 의한 전압 변동 분을 토대로 내부 저항의 저항값을 산출하는 방법이 있으나, 이러한 방법은 전압 변동이 충방전 전류에 따른 전압 변동 분인지 배터리 셀의 내부 저항에 의한 전압 변동 분인지 구별하여야 하며, 이를 위해서는 배터리 셀의 전압 측정 시점과 전류 측정 시점을 동시화 시켜야할 뿐만 아니라 짧은 주기의 일정한 전류를 이용해야 한다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는, 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 하나의 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항을 구비하고, 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭시킨 제1 출력 전압과 외부 저항 양단의 전압차를 증폭시킨 제2 출력 전압 간에 전압차를 제3 출력 전압으로 증폭시키고, 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값을 기 설정된 전압값과 비교하여 배터리 셀의 내부 저항 상태가 정상인 비정상인지 판단할 뿐만 아니라, 상술된 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일하도록, 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하고, 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일한 시점의 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭시킨 제1 출력 전압과 외부 저항 양단의 전압차를 증폭시킨 제2 출력 전압 간에 전압차를 제3 출력 전압으로 증폭하고, 제어부를 통해 외부 저항의 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값을 기 설정된 전압값과 비교하여 배터리 셀의 내부 저항 상태가 정상인 비정상인지 판단함으로써, 배터리 셀 내부 저항의 정상 상태를 정확하게 판단하여 신뢰도가 향상된 내부 저항 상태 판단 결과를 제공할 수 있는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 제어부를 통해 상술된 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일하도록 외부 저항의 저항값, 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하고, 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일 시점에 산출부를 통해 외부 저항의 저항값, 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출할 수 있는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 전압 측정부를 통해 하나 이상의 배터리 셀의 전압을 개별적으로 측정하고, 산출부를 통해 내부 저항의 저항값이 기 산출된 배터리 셀과 내부 저항값이 산출되지 않은 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 기 산출된 내부 저항의 저항값을 이용하여 내부 저항값이 산출되지 않은 배터리 셀들의 내부 저항의 저항값을 산출할 수 있는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는, 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 제1 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항; 상기 제1 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭하여 제1 출력 전압으로 출력하는 제1 차동증폭기; 상기 외부 저항 양단의 전압차를 증폭하여 제2 출력 전압으로 출력하는 제2 차동증폭기; 상기 제1 및 제2 출력 전압 간에 전압차를 증폭하여 제3 출력 전압으로 출력하는 제3 차동증폭기; 및 상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
상기 제어부는, 상기 외부 저항에 전류가 흐르면 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후 수신된 상기 제3 출력 전압 간에 출력 변화값과 기 설정된 전압값 간에 대소를 비교하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값 간에 대소 비교 결과, 상기 출력 변화값이 상기 기 설정된 전압값을 초과하는 경우 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일하도록 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 산출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 산출부는, 하기 수학식을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출할 수 있다.
<수학식>
여기서, Ri = 배터리 셀의 내부 저항의 저항값
Ro = 외부 저항의 저항값
G1 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제1 차동증폭기의 증폭율
G2 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제2 차동증폭기의 증폭율
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 산출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는 상기 하나 이상의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 산출부는, 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 상기 제1 배터리의 기 산출된 내부 저항의 저항값에 근거하여 상기 제2 배터리의 내부 저항의 저항값을 산출할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는 상기 제1 차동증폭기와 상기 배터리 모듈에 구성된 하나 이상의 배터리 셀 간에 연결을 변경하는 멀티플렉서부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 제1 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항을 구비하는 단계; 제1 차동 증폭기가 상기 제1 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭하여 제1 출력 전압으로 출력하는 단계; 제2 차동증폭기가 상기 외부 저항 양단의 전압차를 증폭하여 제2 출력 전압으로 출력하는 단계; 제3 차동증폭기가 상기 제1 및 제2 출력 전압 간에 전압차를 증폭하여 제3 출력 전압으로 출력하는 단계; 및 제어부가 상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 제어부가 상기 외부 저항에 전류가 흐르면 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 제어부가 상기 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후 수신된 상기 제3 출력 전압 간에 출력 변화값과 기 설정된 전압값 간에 대소를 비교하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 제어부가 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값 간에 대소 비교 결과, 상기 출력 변화값이 상기 기 설정된 전압값을 초과하는 경우 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 상태를 비정상으로 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 제어부가 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일하도록 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 산출부가 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 산출부는, 하기 수학식을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출할 수 있다.
<수학식>
여기서, Ri = 배터리 셀의 내부 저항의 저항값
Ro = 외부 저항의 저항값
G1 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제1 차동증폭기의 증폭율
G2 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제2 차동증폭기의 증폭율
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 산출부가 상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 전압 측정부가 상기 하나 이상의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 상기 산출부가 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 상기 제1 배터리의 기 산출된 내부 저항의 저항값에 근거하여 상기 제2 배터리의 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 내부 저항 측정 방법은, 멀티플렉서부가 상기 제1 차동증폭기와 상기 배터리 모듈에 구성된 하나 이상의 배터리 셀 간에 연결을 변경하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법은 배터리 셀과 외부 저항 양단의 전압차를 각각 증폭한 출력 전압 간에 전압차를 재증폭하고, 외부 저항에 전류가 흐리기 직전과 흐른 직후의 출력 전압 간에 출력 변화값을 기 설정된 전압값과 비교 배터리 셀의 내부 저항의 상태를 판단함으로써, 내부 저항의 상태 판단 결과에 대한 신뢰도 및 정밀도가 향상된 모니터링 결과를 제공하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 배터리 셀의 전압 측정 시점과 전류 측정 시점을 동기화하여 측정된 전압값과 전류값을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하지 않고, 외부 저항의 전류 흐름을 기준으로한 차동증폭기의 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일하도록 외부 저항의 저항값 및 차동증폭기들의 증폭율 중 하나 이상을 제어하고, 출력 변화값과 기 설정된 전압값이 동일한 시점의 외부 저항의 저항값, 차동증폭기들의 증폭율만을 이용하여 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 정확하게 산출하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 내부 저항의 저항값이 기 산출된 배터리 셀의 전압 변화값과 내부 저항의 저항값이 산출되지 않은 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 기 산출된 내부 저항의 저항값을 이용하여 산출되지 않은 내부 저항의 저항값을 산출함으로써, 다수의 배터리 셀이 구비된 배터리 모듈에서 배터리 셀마다 차동증폭기를 이용하여 내부 저항의 저항값을 산출하지 않고도, 배터리 셀의 내부 저항의 저항값들을 손쉽게 산출하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 전압 측정부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 멀티플렉서부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 전압 측정부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 멀티플렉서부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치가 전기 차량에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치는 전기 차량 이외에도 모바일 기기, 에너지 저장 시스템 또는 무정전 전원 공급 장치 등 이차 전지 배터리가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 차량(1)은 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 차량(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, BMS(20)는 후술되는 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(도 2의 100)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100)에 의해 배터리(10)를 구성하는 하나 이상의 배터리 셀의 내부 저항을 정밀하게 측정할 수 있다.
ECU(30)는 전기 차량(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(Accelerator), 브레이크(Break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 차량(1)를 구동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100)는 외부 저항(110), 제1 차동증폭기(120), 제2 차동증폭기(130), 제3 차동증폭기(140), 제어부(150), 산출부(160), 전압 측정부(170) 및 멀티플렉서부(180)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
외부 저항(110)은 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 201")로 구성되는 배터리 모듈(200) 중 제1 배터리 셀(210)과 직렬 연결되고, 기 설정된 저항값을 갖는 저항 소자일 수 있다.
여기서, 기 설정된 저항값은 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 상태를 판단하고, 내부 저항(212)의 저항값(Ri)을 산출하기 위하여, 후술되는 제어부(150)를 통해 제어되는 내부 저항(212)의 저항값(Ri)의 임계값일 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 저항값은 내부 저항(212)의 저항값(Ri)의 임계값인 1mΩ일 수 있다.
일 실시예에서, 외부 저항(110)은 배터리 모듈(200)에 전력이 충전 또는 방전 시, 배터리 모듈(200)에 흐르는 전류를 모니터링하기 위한 전류 센서에 포함될 수 있으며, 예를 들어, 외부 저항(110)은 저항값이 가변되는 가변 저항이거나 션트(Shunt) 저항일 수 있다.
한편, 일 실시예에서 외부 저항(110)은 배터리 모듈(200)의 음극에 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 배터리 모듈(200)과 연결되는한 외부 저항(110)의 위치는 한정되지 않음을 유의한다.
상술된 배터리 모듈(200)은 그 종류는 특별히 한정되지 않으나 전기 차량, 하이브리드 차량, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치 등에 사용되는 이차 전지 배터리 모듈일 수 있으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성된 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 210")로 구성될 수 있다.
이러한, 배터리 모듈(200)에 구성된 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 210")들을 대표하여 후술되는 제1 차동증폭기(120)와 연결되는 제1 배터리 셀(210)을 설명하도록 한다.
배터리 모듈(200)에 전력이 충방전되지 않아 전류가 흐르지 않는 경우, 제1 배터리 셀(210) 양단에는 제1 배터리 셀 전압(Vc)만이 인가되고 내부 저항(Ri)으로 인한 전압은 인가되지 않을 수 있다. 반대로, 전류(i)가 흘러 배터리 모듈(200)에 전력이 충방전되는 경우, 제1 배터리 셀(210) 양단에는 전력의 충방전에 영향을 받은 제1 배터리 셀 전압(Vc')과 내부 저항(Ri)으로 인한 전압(iRi)이 인가될 수 있다.
제1 차동증폭기(120)는 제1 반전 단자(-), 제1 비반전 단자(+), 제1 출력 단자(Vo) 및 가변 저항(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한, 제1 차동증폭기(120)는 제1 배터리 셀(210) 양단의 전압(V1, V2)을 각각 제1 반전 단자(-) 및 제1 비반전 단자(+)로 입력받고, 제1 배터리 셀(210) 양단의 전압차(V1-V2)를 증폭시켜 제1 출력 단자(Vo)로 제1 출력 전압(V3)을 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 비반전 단자(+)는 제1 배터리 셀(210)의 양단 중 고전압 단자(V1)와 연결되고 제1 반전 단자(-)는 제1 배터리 셀(210)의 양단 중 저전압 단자(V2)와 연결되어 제1 배터리 셀(210)의 양단에 인가된 전압(V1, V2)을 입력받을 수 있다.
이어서, 제1 차동증폭기(120)는 제1 반전 단자(-) 및 제1 비반전 단자(+)로 입력된 제1 배터리 셀(210) 양단 전압(V1, V2)의 전압차(V1-V2)를 기 설정된 증폭율(G1)만큼 증폭시켜 제1 출력 단자(Vo)로 제1 출력 전압(V3)을 출력시킬 수 있다.
여기서, 기 설정된 증폭율(G1)은 제1 차동증폭기(120)에 포함된 가변 저항의 저항값에 따라 변화하는 값으로써, 후술되는 제어부(150)에 의해 제어되는 값이다.
상술된 제1 차동증폭기(120)를 통해 증폭되어 제1 출력 단자(Vo)로 출력되는 제1 출력 전압(V3)은 하기의 수학식 1과 같으며, 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르지 않는 경우와 흐르는 경우를 나누어 보면, 하기의 수학식 2와 같다.
<수학식 1>
<수학식 2>
제2 차동증폭기(130)는 제2 반전 단자(-), 제2 비반전 단자(+), 제2 출력 단자(Vo) 및 가변 저항(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한, 제2 차동증폭기(130)는 외부 저항(110) 양단의 전압(V4, V5)을 각각 제2 반전 단자(-) 및 제2 비반전 단자(+)로 입력받고, 외부 저항(110) 양단의 전압차(V4-V5)를 증폭시켜 제2 출력 단자(Vo)로 제2 출력 전압(V6)을 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 비반전 단자(+)는 외부 저항(110)의 양단 중 고전압 단자(V4)와 연결되고 제2 반전 단자(-)는 외부 저항(110)의 양단 중 저전압 단자(V5)와 연결되어 외부 저항(110)의 양단에 인가된 전압(V4, V5)을 입력받을 수 있다.
이어서, 제2 차동증폭기(130)는 제2 반전 단자(-) 및 제2 비반전 단자(+)로 입력된 외부 저항(110) 양단 전압(V4, V5)의 전압차(V4-V5)를 기 설정된 증폭율(G2)만큼 증폭시켜 제2 출력 단자(Vo)로 제2 출력 전압(V6)을 출력시킬 수 있다.
여기서, 기 설정된 증폭율(G2)은 제2 차동증폭기(130)에 포함된 가변 저항의 저항값에 따라 변화하는 값으로써, 후술되는 제어부(150)에 의해 설정되는 값이다.
또한, 제2 차동증폭기(130)는 제2 출력 단자(Vo)로 출력되는 제2 출력 전압(V6)을 후술되는 제어부(150)으로 출력하여 제어부(150)로부터 외부 저항(110) 또는 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르는지 여부를 확인하도록 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술되는 제어부(150)을 통해 보다 자세히 설명하도록 한다.
이어서, 상술된 제2 차동증폭기(130)를 통해 증폭되어 제2 출력 단자(Vo)로 출력되는 제2 출력 전압(V6)은 하기의 수학식 3과 같으며, 같으며, 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르지 않는 경우와 흐르는 경우를 나누어 보면, 하기의 수학식 4와 같다.
<수학식 3>
<수학식 4>
제3 차동증폭기(140)는 제3 반전 단자(-), 제3 비반전 단자(+), 제3 출력 단자(Vo) 및 가변 저항(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한, 제3 차동증폭기(140)는 제1 및 제2 차동증폭기(120, 130)로부터 각각 제1 및 제2 출력 전압(V3, V6)를 입력받아 제1 및 제2 출력 전압(V3, V6)의 전압차(V3-V6)를 증폭시켜 제3 출력 단자(Vo)로 제3 출력 전압(V7)을 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제3 비반전 단자(+)는 제1 차동증폭기(120)의 제1 출력 단자(Vo)와 연결되고 제3 반전 단자(-)는 제2 차동증폭기(130)의 제2 출력 단자(Vo)와 연결되어 제1 및 제2 출력 전압(V3, V6)를 입력받을 수 있다.
이어서, 제3 차동증폭기(140)는 제3 반전 단자(-) 및 제3 비반전 단자(+)로 입력된 제1 및 제2 출력 전압(V3, V6)의 전압차(V3-V6)를 기 설정된 증폭율(G3)만큼 증폭시켜 제3 출력 단자(Vo)로 제3 출력 전압(V7)을 출력시킬 수 있다.
여기서, 기 설정된 증폭율(G3)은 제3 차동증폭기(140)에 포함된 가변 저항의 저항값에 따라 변화하는 값으로써, 후술되는 제어부(150)에 의해 설정되는 값이다.
상술된 제3 차동증폭기(140)를 통해 증폭되어 제3 출력 단자(Vo)로 출력되는 제3 출력 전압(V7)은 하기의 수학식 5와 같으며, 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르지 않는 경우와 흐르는 경우를 나누어 보면, 하기의 수학식 6과 같다.
<수학식 5>
<수학식 6>
제어부(150)는 제2 차동증폭기(130)의 제2 출력 전압(V6) 출력 여부에 따라, 외부 저항(110)에 전류가 흐르는지 여부를 확인하는 역할을 수행할 수 있으며, 외부 저항(110)에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압(V7, V7') 간에 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값의 대소를 비교하여 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 상태를 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 기 설정된 전압값은 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값이 임계값일 경우, 제3 출력 전압 간에 출력 변화값(V7'-V7)일 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 전압값은 0V일 수 있다.
또한, 외부 저항(110)에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후의 제3 출력 전압(V7, V7') 간에 출력 변화값(V7'-V7)은 하기의 수학식 7과 같다.
<수학식 7>
상기의 수학식 7을 살펴보면, 외부 저항(110)에 전류가 흐르기 직전과 흐른 직후 사이의 시간이 매우 짧은 경우에는 출력 변화값(V7'-V7)을 0으로 가정할 수 있으므로 출력 변화값(V7'-V7)은 하기의 수학식 8일 수 있다.
<수학식 8>
제어부(150)를 보다 구체적으로 설명하면, 외부 저항(110)에 전류가 흐르는 경우 외부 저항(110)에 전압이 인가되어 외부 저항(110) 양단에 전압차(V4-V5)가 발생하고, 제2 출력 전압(V6)이 출력될 수 있다. 반대로, 외부 저항(110) 또는 외부 저항(110)과 연결된 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르지 않는 경우 외부 저항(110)에 전압이 인가되지 않아 외부 저항(110) 양단에 전압차(V4-V5)가 발생하지 않고, 제2 출력 전압(V6)이 출력되지 않을 수 있다. 이를 이용하여, 제어부(150)는 제2 차동증폭기(130)로부터 제2 출력 전압(V6)의 출력 여부에 따라, 외부 저항(110) 또는 외부 저항(110)과 연결된 배터리 모듈(200)에 전류가 흐르는지 여부를 확인할 수 있다.
다음으로, 제어부(150)는 외부 저항(110)에 전류가 흐르기 직전 제3 차동증폭기(140)로부터 수신한 제3 출력 전압(V7)과 외부 저항(110)에 전류가 흐른 직후 제3 차동증폭기(140)로부터 수신한 제3 출력 전압(V7') 간에 출력 변화값(V7'-V7)을 기 설정된 전압값과 대소 비교 결과, 출력 변화값(V7'-V7)이 기 설정된 전압값을 초과하는 경우, 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 상태가 비정상인 것으로 판단할 수 있고, 반대로, 출력 변화값(V7'-V7)이 기 설정된 전압값 미만이 경우, 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 산출부(160)에서 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)을 산출하기 위하여, 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값과 동일 하도록 외부 저항(110)의 저항값(Ro), 제1 차동증폭기(120)의 증폭율(G1) 및 제2 차동증폭기(130)의 증폭율(G2) 중 어느 하나 이상을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
산출부(160)는 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 외부 저항(110)의 저항값(Ro), 제1 차동증폭기(120)의 증폭율(G1) 및 제2 차동증폭기(130)의 증폭율(G2)을 이용하여 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(150)가 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값이 동일하도록 외부 저항(110)의 저항값(Ro), 제1 차동증폭기(120)의 증폭율(G1) 및 제2 차동증폭기(130)의 증폭율(G2) 중 어느 하나 이상을 제어하고, 기 설정된 전압값이 0인 경우, 출력 변화값(V7'-V7)은 하기의 수학식 9와 같이 대등관계가 성립할 수 있다.
<수학식 9>
따라서, 산출부(160)는 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 제어부(150)로부터 외부 저항(110)의 저항값(Ro) 및 제1 및 제2 차동증폭기(120, 130)의 증폭율(G1, G2)를 수신하여, 하기의 수학식 10을 통해 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)을 산출할 수 있다.
<수학식 10>
여기서, Ri = 배터리 셀의 내부 저항의 저항값
Ro = 외부 저항의 저항값
G1 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제1 차동증폭기의 증폭율
G2 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제2 차동증폭기의 증폭율
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 전압 측정부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100)는 전압 측정부(170)을 더 포함할 수 있다.
전압 측정부(170)은 배터리 모듈(200)에 구비된 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 210")의 배터리 셀 전압을 개별적으로 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)은 출력 변화값(V7'-V7)과 기 설정된 전압값이 동일하도록 상술된 제어부(150)로부터 제어된 외부 저항(110)의 저항값(Ro) 및 제1 및 제2 차동증폭기(120, 130)의 증폭율(G1, G2)을 이용하여 상술된 산출부(160)가 기 산출한 값일 수 있다.
산출부(160)는 내부 저항의 저항값을 산출하고자 하는 제2 배터리 셀(210')의 전압과 내부 저항의 저항값이 기 산출된 제1 배터리 셀(210)의 전압을 전압 측정부(170)로부터 수신하여 측정된 전압 변화값 간에 비율을 계산하고, 제1 배터리 셀(210)과 제2 배터리 셀(210')의 전압 변화값 간에 비율 및 기 산출된 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)을 이용하여 제2 배터리 셀(210')의 내부 저항의 저항값을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, t 시점과 t+1 시점에 전압 측정부(170)으로부터 측정된 제1 배터리 셀(210)의 전압이 각각 2V와 2.1V이고, 동일한 시점인 t 시점과 t+1 시점에 측정된 제2 배터리 셀(210')의 전압이 각각 3V와 3.2V 경우, 산출부(160)는 동일 시점에 제1 배터리 셀(210)과 제2 배터리 셀(210')의 전압 변화값을 각각 100mV와 200mV로 계산할 수 있다.
이어서, 산출부(160)는 측정된 전압 변화값인 100mV와 200mV 간에 비율을 "2"로 계산하고, 기 산출된 제1 배터리 셀(210)의 내부 저항(212)의 저항값(Ri)이 2mΩ인 경우, 2mΩ에 전압 변화값 간에 비율 "2"를 곱하여 제2 배터리 셀(210')의 내부 저항의 저항값을 4mΩ으로 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 내부 저항 측정 장치에 멀티플렉서부가 구비된 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100)는 멀티플렉서부(180)을 더 포함할 수 있다.
멀티플렉서부(180)는 제1 차동증폭기(120)와 배터리 모듈(200)에 구성된 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 210") 간에 연결을 변경하는 역할을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 배터리 모듈(200)에는 하나 이상의 배터리 셀(210, 210', 210")이 구비되므로, 모든 배터리 셀(210, 210', 210") 마다 배터리 셀 내부 저항 측정 장치(100) 또는 제1 차동증폭기(120)를 연결하지 않고, 간단히 멀티플렉서부(180)를 통해 제1 차동증폭기(120)와 배터리 셀(210, 210', 210") 간에 연결을 변경함으로써, 내부 저항의 상태를 모니터링 하거나 내부 저항의 저항값을 산출하고자 하는 배터리 셀을 손쉽게 제1 차동증폭기(120)와 연결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 전기 차량
10 : 배터리
20 : BMS 30 : ECU
40 : 인버터 50 : 모터
100 : 배터리 셀 내부 저항 측정 장치
110 : 외부 저항 120 : 제1 차동증폭기
130 : 제2 차동증폭기 140 : 제3 차동증폭기
150 : 제어부 160 : 산출부
170 : 전압 측정부 180 : 멀티플렉서부
200 : 배터리 모듈
210, 210', 210" : 배터리 셀 212 : 내부 저항
20 : BMS 30 : ECU
40 : 인버터 50 : 모터
100 : 배터리 셀 내부 저항 측정 장치
110 : 외부 저항 120 : 제1 차동증폭기
130 : 제2 차동증폭기 140 : 제3 차동증폭기
150 : 제어부 160 : 산출부
170 : 전압 측정부 180 : 멀티플렉서부
200 : 배터리 모듈
210, 210', 210" : 배터리 셀 212 : 내부 저항
Claims (22)
- 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 제1 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항;
상기 제1 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭하여 제1 출력 전압으로 출력하는 제1 차동증폭기;
상기 외부 저항 양단의 전압차를 증폭하여 제2 출력 전압으로 출력하는 제2 차동증폭기;
상기 제1 및 제2 출력 전압 간에 전압차를 증폭하여 제3 출력 전압으로 출력하는 제3 차동증폭기; 및
상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 외부 저항에 전류가 흐르면 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후 수신된 상기 제3 출력 전압 간에 출력 변화값과 기 설정된 전압값 간에 대소를 비교하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값 간에 대소 비교 결과, 상기 출력 변화값이 상기 기 설정된 전압값을 초과하는 경우 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 상태를 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일하도록 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 산출부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
<수학식>
여기서, Ri = 배터리 셀의 내부 저항의 저항값
Ro = 외부 저항의 저항값
G1 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제1 차동증폭기의 증폭율
G2 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제2 차동증폭기의 증폭율
- 제1항에 있어서,
상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 하나 이상의 배터리 셀 각각의 전압값을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 산출부는,
상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 상기 제1 배터리의 기 산출된 내부 저항의 저항값에 근거하여 상기 제2 배터리의 내부 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 차동증폭기와 상기 배터리 모듈에 구성된 하나 이상의 배터리 셀 간에 연결을 변경하는 멀티플렉서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 장치.
- 내부 저항을 각각 포함하는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈 중 제1 배터리 셀과 직렬 연결되는 외부 저항을 구비하는 단계;
제1 차동 증폭기가 상기 제1 배터리 셀 양단의 전압차를 증폭하여 제1 출력 전압으로 출력하는 단계;
제2 차동증폭기가 상기 외부 저항 양단의 전압차를 증폭하여 제2 출력 전압으로 출력하는 단계;
제3 차동증폭기가 상기 제1 및 제2 출력 전압 간에 전압차를 증폭하여 제3 출력 전압으로 출력하는 단계; 및
제어부가 상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 제어부가 상기 외부 저항에 전류가 흐르면 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 제어부가 상기 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후 수신된 상기 제3 출력 전압 간에 출력 변화값과 기 설정된 전압값 간에 대소를 비교하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 정상 상태를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제어부가 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값 간에 대소 비교 결과, 상기 출력 변화값이 상기 기 설정된 전압값을 초과하는 경우 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 상태를 비정상으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 제어부가 상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일하도록 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 차동증폭기의 증폭율 중 하나 이상을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제16항에 있어서,
상기 출력 변화값과 상기 기 설정된 전압값이 동일한 경우, 산출부가 상기 외부 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2 증폭기의 증폭율을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 산출부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 제1 배터리 셀의 내부 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
<수학식>
여기서, Ri = 배터리 셀의 내부 저항의 저항값
Ro = 외부 저항의 저항값
G1 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제1 차동증폭기의 증폭율
G2 = 외부 저항에 전류가 흐르기 직전과 전류가 흐른 직후의 제3 출력 전압 간에 출력 변화값이 기 설정된 전압값과 동일할 때, 제2 차동증폭기의 증폭율
- 제12항에 있어서,
산출부가 상기 제3 출력 전압을 이용하여 상기 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제19항에 있어서,
전압 측정부가 상기 하나 이상의 배터리 셀 각각의 전압값을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 산출부가 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전압 변화값 간에 비율 및 상기 제1 배터리의 기 산출된 내부 저항의 저항값에 근거하여 상기 제2 배터리의 내부 저항의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
멀티플렉서부가 상기 제1 차동증폭기와 상기 배터리 모듈에 구성된 하나 이상의 배터리 셀 간에 연결을 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀 내부 저항 측정 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140134374A KR101739169B1 (ko) | 2014-10-06 | 2014-10-06 | 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140134374A KR101739169B1 (ko) | 2014-10-06 | 2014-10-06 | 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160040887A true KR20160040887A (ko) | 2016-04-15 |
| KR101739169B1 KR101739169B1 (ko) | 2017-05-23 |
Family
ID=55801722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140134374A Active KR101739169B1 (ko) | 2014-10-06 | 2014-10-06 | 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101739169B1 (ko) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020521963A (ja) * | 2017-12-14 | 2020-07-27 | エルジー・ケム・リミテッド | 電圧測定装置及び方法 |
| US10746804B2 (en) | 2017-01-18 | 2020-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery management method and apparatus |
| KR20210024439A (ko) * | 2018-03-29 | 2021-03-05 | 에이엠에스 센서스 유케이 리미티드 | 레지스턴스 측정을 위한 회로 |
| CN112834974A (zh) * | 2019-11-22 | 2021-05-25 | 大陆汽车有限公司 | 用于测试电池传感器的方法、以及电池传感器 |
| WO2021135565A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 华为技术有限公司 | 一种蓄电池内阻检测装置及方法 |
| KR20240041509A (ko) * | 2022-09-23 | 2024-04-01 | 주식회사 원익피앤이 | 충방전 프로브용 전류 센싱 회로 및 이를 포함하는 충방전기 |
| WO2024178925A1 (zh) * | 2023-03-02 | 2024-09-06 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 储能电池内阻一致性故障识别方法和储能系统 |
| CN120779273A (zh) * | 2025-09-05 | 2025-10-14 | 珠海东帆科技有限公司 | 一种蓄电池内阻与连接条电阻同步测量系统及方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230061046A (ko) | 2021-10-28 | 2023-05-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3855497B2 (ja) * | 1998-10-22 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 組電池の充放電状態判定方法及び装置 |
| JP6042192B2 (ja) * | 2012-12-03 | 2016-12-14 | 三洋電機株式会社 | 車両用電源装置 |
-
2014
- 2014-10-06 KR KR1020140134374A patent/KR101739169B1/ko active Active
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10746804B2 (en) | 2017-01-18 | 2020-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery management method and apparatus |
| JP2020521963A (ja) * | 2017-12-14 | 2020-07-27 | エルジー・ケム・リミテッド | 電圧測定装置及び方法 |
| US11215669B2 (en) | 2017-12-14 | 2022-01-04 | Lg Chem, Ltd. | Apparatus and method for measuring voltage |
| KR20210024439A (ko) * | 2018-03-29 | 2021-03-05 | 에이엠에스 센서스 유케이 리미티드 | 레지스턴스 측정을 위한 회로 |
| CN112513649A (zh) * | 2018-03-29 | 2021-03-16 | Ams传感器英国有限公司 | 用于测量电阻的电路 |
| US11789054B2 (en) | 2018-03-29 | 2023-10-17 | Ams Sensors Uk Limited | Circuit for measuring a resistance |
| CN112834974A (zh) * | 2019-11-22 | 2021-05-25 | 大陆汽车有限公司 | 用于测试电池传感器的方法、以及电池传感器 |
| WO2021135565A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 华为技术有限公司 | 一种蓄电池内阻检测装置及方法 |
| US12072388B2 (en) | 2019-12-31 | 2024-08-27 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Apparatus and method for detecting internal resistance of battery |
| KR20240041509A (ko) * | 2022-09-23 | 2024-04-01 | 주식회사 원익피앤이 | 충방전 프로브용 전류 센싱 회로 및 이를 포함하는 충방전기 |
| WO2024178925A1 (zh) * | 2023-03-02 | 2024-09-06 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 储能电池内阻一致性故障识别方法和储能系统 |
| CN120779273A (zh) * | 2025-09-05 | 2025-10-14 | 珠海东帆科技有限公司 | 一种蓄电池内阻与连接条电阻同步测量系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101739169B1 (ko) | 2017-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101739169B1 (ko) | 배터리 셀 내부 저항 측정 장치 및 방법 | |
| KR101547005B1 (ko) | 배터리 잔존 용량 추정 장치 및 방법 | |
| US10955479B2 (en) | Battery control device | |
| US11124072B2 (en) | Battery control device and electric motor vehicle system | |
| CN104011555B (zh) | 评估电池荷电状态的设备及方法 | |
| KR101678277B1 (ko) | 스위치 열화 검출 장치 및 방법 | |
| US10873201B2 (en) | Battery management apparatus and method for protecting a lithium iron phosphate cell from over-voltage using the same | |
| US10637267B2 (en) | Battery state detection device | |
| KR101711258B1 (ko) | 신뢰도 및 표준편차를 이용한 배터리 시스템 진단 기준값 산출 장치 및 방법 | |
| JP2022089830A (ja) | 直列接続電池セルのための監視システム | |
| US12117497B2 (en) | Battery status estimation apparatus and battery control apparatus | |
| US20130187611A1 (en) | Cell voltage equalizer for multi-cell battery pack | |
| JP2006112786A (ja) | 電池の残容量検出方法及び電源装置 | |
| EP3141919A2 (en) | Open circuit voltage estimating device and method | |
| US9244131B2 (en) | Method for determining the internal ohmic resistance of a battery module, battery management system and motor vehicle | |
| CN115427825A (zh) | 电池管理装置、电池管理方法、电力储存系统 | |
| EP3872920A1 (en) | Battery control device | |
| KR102637310B1 (ko) | 배터리 셀 열화 상태 진단 방법 및 이를 이용한 배터리 팩 | |
| US9466990B2 (en) | Method for enhancing a battery management system, battery management system, battery system and motor vehicle | |
| KR20150005073A (ko) | 정전류시 soc 추정 방법, 장치, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 에너지 저장 시스템 | |
| JP2014153130A (ja) | 充電状態判定装置、充電状態判定方法および電力供給システム | |
| CN104871023A (zh) | 用于确定充电状态的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20141006 |
|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20151007 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20141006 Comment text: Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20161129 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20170426 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20170517 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20170517 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200421 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210503 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220502 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240319 Start annual number: 8 End annual number: 8 |