KR20160146350A - 배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리모듈 전압을 보다 정확하게 추정할 수 있는 배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치는, 배터리모듈에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기가 구비된 배터리모듈의 전압을 추정하는 장치로서, 상기 배터리모듈에 직렬 연결된 분배저항 및 센싱저항; 상기 센싱저항에 병렬 연결된 커패시터; 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 센싱모듈; 및 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 추정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating voltage of battery module}
본 발명의 전압 추정에 관한 기술로서, 보다 상세하게는 오차보상기능을 갖는 배터리모듈 전압 추정 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 이차 전지는 단일의 이차 전지로 사용되는 경우도 있지만, 고전압 및/또는 대용량의 전력 저장 장치를 제공하기 위해 복수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 상태로 사용되는 경우가 많으며, 내부의 이차 전지의 상태를 모니터링하고, 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치가 포함된 배터리 팩의 형태로 사용되고 있다.
이러한 배터리 관리 장치는, 배터리 팩의 상태를 모니터링하고 이를 기초로 제어동작을 수행하기 위해 배터리 셀 전압 또는 배터리 셀의 집합체인 배터리모듈 전압을 측정한다. 배터리 관리 장치는, 수시로 또는 미리 설정된 주기에 따라 주기적으로 배터리모듈의 전압을 측정한다.
또한, 이러한 배터리 관리 장치는, 배터리 팩의 절연 상태를 파악하기 위해 배터리 팩의 절연저항을 측정한다. 배터리 팩의 절연 상태가 유지되지 않을 경우, 누설전류(leakage current)가 발생하여 다양한 문제가 야기될 수 있기 때문에 절연저항을 측정하는 것은 배터리 관리 장치의 중요한 모니터링 동작 중 하나라고 할 수 있다. 따라서, 배터리 팩은 절연저항을 모니터링할 수 있는 절연저항측정기를 구비하고 있다. 이러한 절연저항측정기는 수시로 또는 주기적으로 배터리모듈과 전기적으로 연결되어 배터리 팩의 절연저항을 측정한다. 배터리 관리 장치는, 절연저항측정기에 의해 측정된 절연저항을 통해 배터리 팩의 절연 상태를 점검할 수 있다.
그런데, 절연저항측정기가 절연저항을 측정하기 위해 배터리 팩에 구비된 배터리모듈과 전기적으로 연결되면, 전체 회로구성이 변화될 수 있다. 즉, 절연저항측정기가 배터리모듈과 연결됨에 따라 일종의 부하효과(Load effect)가 발생하게 된다.
한편, 배터리 관리 장치는, 주기적으로 배터리모듈 전압 및 절연저항을 측정하는 것이 일반적이다. 그리고, 배터리모듈 전압 측정 주기는 절연저항 측정 주기보다 짧은 경우가 많으며, 배터리모듈 전압을 측정하는데 소요되는 시간과 비교할 때, 절연저항을 측정하는데 많은 시간이 소요된다.
따라서, 절연저항을 측정하기 위해 절연저항측정기가 배터리 팩에 구비된 배터리모듈과 전기적으로 연결된 상태에서, 배터리 관리 장치가 배터리모듈의 전압을 측정하게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 절연저항측정기의 연결에 따른 전체 회로구성의 변화에 의해 전압 측정에 오차가 발생하게 되는 문제가 있다. 더욱이, 절연저항측정기가 모델링된 회로가 배터리 팩의 전체 회로에 추가된 회로의 분석을 통해서도 발견되지 않는 오차가 존재한다는 문제가 있다.
본 출원인은, 배터리모듈의 전압을 측정하는 일부 시점에서 무시할 수 없는 오차가 발생한다는 점을 인식하였다. 본 출원인은, 이러한 오차가 발생하는 원인을 분석하던 중 절연저항측정기가 연결된 상태에서 배터리모듈의 전압을 측정하게 되면 오차가 발생하게 된다는 것을 알게 되었다. 본 출원인은, 절연저항측정기가 연결된 상태에서 측정된 배터리모듈의 전압에 대한 오차를 보상할 수 있는 기술에 대한 필요성을 인식하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리모듈 전압을 보다 정확하게 추정할 수 있는 배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 절연저항측정기가 배터리모듈에 전기적으로 연결됨으로써 발생하는 오차를 보상할 수 있는 배터리모듈 전압 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치는, 배터리모듈에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기가 구비된 배터리모듈의 전압을 추정하는 장치로서, 상기 배터리모듈에 직렬 연결된 분배저항 및 센싱저항; 상기 센싱저항에 병렬 연결된 커패시터; 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 센싱모듈; 및 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 추정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 추정모듈은, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 스케일링하여 상기 스케일링된 전압을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정할 수 있다.
상기 센싱모듈이 측정한 전압을 스케일링하는데 사용되는 스케일링계수는, 상기 분배저항의 저항값 및 상기 센싱저항의 저항값으로부터 결정될 수 있다.
상기 추정모듈은, 상기 절연저항측정기가 출력하는 절연저항측정신호를 수신하여 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈에 연결되는지 여부를 감지할 수 있다.
상기 오차보상함수는, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 오차회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다.
상기 절연저항측정기는, 상기 배터리모듈의 제1단과 선택적으로 연결되는 제1절연저항측정부 및 상기 배터리모듈의 제2단과 선택적으로 연결되는 제2절연저항측정부를 포함하고, 상기 추정모듈은, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결되는지 여부 및 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제2단과 연결되는지 여부를 감지할 수 있다.
상기 추정모듈은, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 제1오차보상함수에 입력하여 상기 제1오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정할 수 있다.
상기 제1오차보상함수는 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 회로를 모델링한 제1오차회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다.
상기 제1오차회로는, 상기 배터리모듈, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2절연저항, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결된 제1절연저항측정부가 등가저항으로 모델링된 제1등가저항, 상기 배터리모듈의 제1단과 상기 커패시터의 제1단을 연결하는 제1선로상에 구비된 제1분배저항, 상기 배터리모듈의 제2단과 상기 커패시터의 제2단을 연결하는 제2선로상에 구비된 제2분배저항, 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 연결되되 상기 커패시터와 병렬 연결된 센싱저항 및 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결됨으로 인해 상기 커패시터의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1오차저항을 포함하는 회로일 수 있다.
상기 추정모듈은, 하기의 수학식으로 표현되는 오차보상함수에 상기 센싱모듈이 측정한 전압을 입력할 수 있다.
Figure pat00001
(여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RL1: 제1등가저항의 저항값, RI2: 제2절연저항의 저항값, RE1: 제1오차저항의 저항값)
상기 제1오차저항은 미리 산출될 수 있다.
상기 배터리모듈 전압 추정 장치는, 상기 제1오차저항을 산출하는 오차저항산출모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 오차저항산출모듈은, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 상태에서 추정된 상기 배터리모듈의 전압과, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결된 상태에서 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 이용하여 상기 제1오차저항을 산출할 수 있다.
상기 오차저항산출모듈은, 하기의 수학식을 이용하여 상기 제1오차저항을 산출할 수 있다.
Figure pat00002
(여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RL1: 제1등가저항의 저항값, RE1: 제1오차저항의 저항값)
상기 추정모듈은, 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제2단과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 제2오차보상함수에 입력하여 상기 제2오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정할 수 있다.
상기 제2오차보상함수는 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 회로를 모델링한 제2오차회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다.
상기 제2오차회로는, 상기 배터리모듈, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결된 제2절연저항측정부가 모델링된 제2등가저항 및 상기 제2등가저항과 직렬 연결된 전원인가부, 상기 배터리모듈의 제1단과 상기 커패시터의 제1단을 연결하는 제1선로상에 구비된 제1분배저항, 상기 배터리모듈의 제2단과 상기 커패시터의 제2단을 연결하는 제2선로상에 구비된 제2분배저항, 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 연결되되 상기 커패시터와 병렬 연결된 센싱저항 및 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결됨으로 인해 상기 커패시터의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2오차저항을 포함하는 회로일 수 있다.
상기 추정모듈은, 하기의 수학식으로 표현되는 오차보상함수에 상기 센싱모듈이 측정한 전압을 입력할 수 있다.
Figure pat00003
(여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, V1: 전원인가부의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RI1: 제1절연저항의 저항값, RL2: 제2등가저항의 저항값, RE2: 제2오차저항의 저항값)
상기 제2오차저항은 미리 산출될 수 있다.
상기 배터리모듈 전압 추정 장치는, 상기 제2오차저항을 산출하는 오차저항산출모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 오차저항산출모듈은, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 상태에서 추정된 상기 배터리모듈의 전압과, 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제2단과 연결된 상태에서 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 이용하여 상기 제2오차저항을 산출할 수 있다.
상기 오차저항산출모듈은, 하기의 수학식을 이용하여 상기 제2오차저항을 산출할 수 있다.
Figure pat00004
(여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, V1: 전원인가부의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RL2: 제2등가저항의 저항값, RE2: 제2오차저항의 저항값)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법은, 배터리모듈에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기가 구비된 배터리모듈의 전압을 추정하는 방법으로서, 상기 배터리모듈에 직렬 연결된 분배저항 및 센싱저항, 상기 센싱저항에 병렬 연결된 커패시터, 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 센싱모듈; 및 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 스케일링하여 상기 스케일링된 전압을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 추정모듈을 준비하는 단계; 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하는 단계; 및 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 배터리모듈 전압을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 절연저항측정이 수행되는 도중에 배터리모듈 전압 추정이 이루어지더라도 배터리모듈 전압을 정확하게 추정할 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치의 배터리 팩 내 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치의 배터리 팩 내 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에서 제1절연저항측정부가 배터리모듈의 제1단과 연결된 상태의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 2에서 제2절연저항측정부가 배터리모듈의 제2단과 연결된 상태의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 5는, 제1오차저항을 산출하기 위해 모델링된 제1오차회로를 나타낸 도면이다.
도 6은, 제2오차저항을 산출하기 위해 모델링된 제2오차회로를 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
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. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치의 배터리 팩 내 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리모듈(300), 절연저항측정기(200) 및 배터리모듈 전압 추정 장치(100)를 포함한다. 상기 배터리 팩은, 양극 단자(+)와 음극 단자(-)를 구비하고, 상기 양극 단자(+) 및 음극 단자(-)를 통해 부하, 충전기 등과 연결될 수 있다.
상기 배터리모듈(300)은, 단일의 배터리 셀(B) 또는 배터리 셀(B)의 집합체를 의미하며, 상기 배터리 셀(B)의 집합체는, 직렬, 병렬 또는 직병렬된 배터리 셀(B)로 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀(B)은, 울트라 커패시터를 포함하는 전기 이중층 커패시터 또는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 이차 전지일 수 있다.
상기 절연저항측정기(200)는, 상기 배터리모듈(300)에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈(300)의 절연저항을 측정할 수 있다.
여기서, 절연저항은, 배터리 팩의 절연 상태를 나타내기 위해 표현된 저항성분이다. 만약, 배터리 팩의 절연 상태가 잘 유지될 경우 상기 절연저항의 저항값은 충분히 큰 값, 즉 임계값보다 큰 값을 가질 것이다. 이와 달리, 배터리 팩의 절연 상태가 깨어질 경우 상기 절연저항의 저항값은 임계값 이하의 값을 가질 것이다. 배터리 팩의 절연상태를 나타내는 절연 저항은, 제1절연저항(RI1)과 제2절연저항(RI2)으로 모델링될 수 있다. 여기서, 제1절연저항(RI1)은, 배터리모듈(300)의 제1단의 절연 상태를 나타내는 절연저항이고, 제2절연저항(RI2)은, 배터리모듈(300)의 제2단의 절연 상태를 나타내는 절연저항이라고 할 수 있다. 도 1에서, 제1절연저항(RI1)은, 배터리모듈(300)의 고전위단에 연결되는 것으로 모델링되어, 배터리모듈(300)의 고전위단의 절연 상태를 나타낸다. 이와 마찬가지로, 제2절연저항(RI2)은, 배터리모듈(300)의 저전위단에 연결되는 것으로 모델링되어, 배터리모듈(300)의 저전위단의 절연 상태를 나타낸다.
한편, 이와 같이, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)의 양단에 전기적으로 연결되면, 배터리 팩 내의 회로구성이 변화된다. 즉, 절연저항측정기(200)의 연결로 인해 부하효과와 같은 효과가 발생하게 된다는 점은 전술한 바와 같다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 분배저항, 센싱저항(RS), 커패시터(C), 센싱모듈(110) 및 추정모듈(120)을 포함한다.
상기 분배저항은, 상기 배터리모듈(300)과 직렬 연결되는 저항성분이다. 상기 분배저항은, 후술할 센싱저항(RS)과 직렬 연결되어 배터리모듈(300)의 전압을 분배하는 역할을 한다. 상기 분배저항은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(300)의 제1단에 연결되는 제1분배저항(R1) 및 배터리모듈(300)의 제2단에 연결되는 제2분배저항(R2)으로 구분될 수 있다. 다시 말해, 상기 분배저항은, 배터리모듈(300)의 제1단과 커패시터(C)의 제1단을 연결하는 제1선로(L1) 상에 구비되는 제1분배저항(R1)과, 배터리모듈(300)의 제2단과 커패시터(C)의 제2단을 연결하는 제2선로(L2) 상에 구비되는 제2분배저항(R2)으로 구분될 수 있다.
상기 센싱저항(RS)은, 상기 배터리모듈(300) 및 상기 분배저항과 직렬 연결되는 저항성분이다. 상기 센싱저항(RS)에는 배터리모듈(300)의 전압이 인가되되, 상술한 분배저항에 의해 소정 비율로 전압 분배된 전압이 인가된다. 즉, 상기 배터리모듈(300)의 전압은 상기 센싱저항(RS)에 인가되는 전압이 스케일링된 전압이라고 할 수 있으며, 여기서 사용되는 스케일링계수는 분배저항의 저항값과 센싱저항(RS)의 저항값으로부터 결정될 수 있다.
상기 커패시터(C)는 상기 센싱저항(RS)에 병렬 연결된다. 상기 커패시터(C)는, 상기 센싱저항(RS)에 병렬 연결되어 상기 센싱저항(RS)에 인가된 전압과 동일한 전압을 갖도록 충전될 수 있다.
상기 센싱모듈(110)은, 상기 커패시터(C)에 인가된 전압을 측정할 수 있다. 상기 센싱모듈(110)은, 다양한 전압측정장치로 구현될 수 있다. 일 예로, 상기 센싱모듈(110)은, 집적회로(Integrated Circuit:IC)로 구현될 수 있다.
또한, 상기 센싱모듈(110)은, 측정한 전압을 후술할 추정모듈(120)로 출력할 수 있고, 후술할 추정모듈(120)은, 상기 센싱모듈(110)로부터 입력받은 전압, 즉 커패시터(C)에 인가된 전압을 이용하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다.
상기 추정모듈(120)은, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되는지 여부를 감지할 수 있다. 즉, 상기 추정모듈(120)은, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)의 양단 중 적어도 하나와 연결되었는지를 감지할 수 있다. 상기 추정모듈(120)은, 다양한 방법을 통해 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되었는지 감지할 수 있다.
일 예로, 상기 추정모듈(120)은, 절연저항측정기(200)가 출력하는 절연저항측정신호를 수신하여 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)에 연결되었는지 여부를 감지할 수 있다. 여기서, 절연저항측정기(200)가 출력하는 절연저항측정신호는, 절연저항측정 시작을 알려주는 절연저항측정개시신호 및 절연저항측정 종료를 알려주는 절연저항측정종료신호를 포함하도록 구현될 수 있다.
다른 예로, 상기 추정모듈(120)은, 절연저항측정기(200)의 절연저항측정 주기를 이용하여 절연저항측정기(200)와 배터리모듈(300)의 연결여부를 감지할 수도 있다.
한편, 상기 열거된 감지 방법은, 예시적인 방법에 불과한 것으로서 제한적인 의미로 해석되어서는 아니 된다.
상기 추정모듈(120)은, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되었는지 여부에 따라 추정방법을 달리할 수 있다.
먼저, 추정모듈(120)은, 상기 감지결과, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되지 않은 것으로 감지된 경우 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되지 않은 경우, 전체 회로구성의 변화가 없기 때문에 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링한 값이 곧 배터리모듈(300)의 전압을 의미한다고 할 수 있다. 따라서, 상기 추정모듈(120)은, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되지 않은 것으로 감지된 경우 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링하고, 스케일링된 전압을 배터리모듈(300) 전압으로 추정할 수 있다. 여기서, 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링하는데 사용되는 스케일링계수는, 분배저항의 저항값 및 센싱저항(RS)의 저항값으로부터 결정될 수 있다는 점은 상술한 바와 같다.
다음으로, 추정모듈(120)은, 상기 감지결과, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결된 것으로 감지된 경우, 오차보상함수를 이용하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 여기서, 오차보상함수는, 상기 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)에 연결됨에 따라 야기된 전체 회로구성의 변화를 반영하는 함수라고 할 수 있다. 상기 오차보상함수는, 상기 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 입력으로 하는 함수이다. 따라서, 상기 추정모듈(120)은, 상기 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 상기 오차보상함수에 입력하여 출력을 얻을 수 있다. 여기서, 얻어진 출력은, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)에 연결됨에 따라 야기된 오차가 보정된 값이 될 수 있다. 따라서, 상기 추정모듈(120)은, 상기 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 상기 오차보상함수에 입력하여 오차보상함수의 출력을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치의 배터리 팩 내 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리모듈(300), 절연저항측정기(200) 및 배터리모듈 전압 추정 장치(100)를 포함한다. 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명함에 있어서, 도 1을 참조하여 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
상기 절연저항측정기(200)는, 제1절연저항측정부(210), 제2절연저항측정부(220), 절연제어부(미도시)를 포함한다.
상기 제1절연저항측정부(210)는 배터리모듈(300)의 제1단에 선택적으로 연결된다. 상기 제1절연저항측정부(210)는, 제1절연스위치, 제1절연분배저항(RL11) 및 제1절연센싱저항(RL12)을 포함할 수 있다.
상기 제1절연스위치(SWL1)는, 선택적으로 개폐되어 제1절연저항측정부(210)와 배터리모듈(300)의 제1단과의 전기적 연결상태를 변경할 수 있다.
상기 제1절연센싱저항(RL12) 및 제1절연분배저항(RL11)은 각각 저항소자로 구현될 수 있다. 상기 제1절연분배저항(RL11)은, 전압분배 기능을 한다. 상기 제1절연센싱저항(RL12)은, 전압측정의 대상이 된다. 즉, 후술할 절연제어부는, 제1절연센싱저항(RL12)에 인가된 전압을 측정할 수 있다.
상기 제2절연저항측정부(220)는 배터리모듈(300)의 제2단에 선택적으로 연결된다. 상기 제2절연저항측정부(220)는, 제2절연스위치(SWL2), 제2절연분배저항(RL21) 및 제2절연센싱저항(RL22)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2절연저항측정부(220)는 전원인가부(Vg)를 더 포함할 수 있다. 상기 전원인가부(Vg)는 상기 제2절연센싱저항(RL22)에 양 전압을 인가하여, 후술할 절연제어부가 양의 전압값을 측정할 수 있도록 할 수 있다.
상기 제2절연스위치(SWL2)는, 선택적으로 개폐되어 제2절연저항측정부(220)오 배터리모듈(300)의 제2단과의 전기적 연결상태를 변경할 수 있다.
상기 제2절연센싱저항(RL22) 및 제2절연분배저항(RL21)은 각각 저항소자로 구현될 수 있다. 상기 제2절연분배저항(RL21)은, 전압분배 기능을 한다. 상기 제2절연센싱저항(RL22)은, 전압측정의 대상이 된다. 즉, 후술할 절연제어부는, 제2절연센싱저항(RL22)에 인가된 전압을 측정할 수 있다.
상기 절연제어부는, 상기 제1절연스위치(SWL1) 및 상기 제2절연스위치(SWL2)의 개폐를 제어할 수 있다. 또한, 상기 절연제어부는, 상기 제1절연센싱저항(RL12) 및 상기 제2절연센싱저항(RL22)에 인가된 전압을 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 절연저항측정기(200)의 절연저항측정과정은 다음과 같다.
상기 절연제어부는, 상기 제1절연스위치(SWL1)를 턴온시켜 상기 제1절연저항측정부(210)가 상기 배터리모듈(300)의 제1단과 연결되도록 하고, 상기 제2절연스위치(SWL2)를 턴오프시켜 상기 제2절연저항측정부(220)가 상기 배터리모듈(300)의 제2단과 연결되지 않도록 한다. 이때, 상기 절연제어부는, 제1절연저항측정부(210)의 제1절연센싱저항(RL12)에 인가된 전압을 측정한다. 필요에 따라, 절연제어부는, 측정된 전압을 저장할 수도 있다.
이어서, 상기 절연제어부는, 상기 제2절연스위치(SWL2)를 턴온시켜 상기 제2절연저항측정부(220)가 상기 배터리모듈(300)의 제2단과 연결되도록 하고, 상기 제1절연스위치(SWL1)를 턴오프시켜 상기 제1절연저항측정부(210)가 상기 배터리모듈(300)의 제1단과 연결되지 않도록 한다. 이때, 상기 절연제어부는, 제2절연저항측정부(220)의 제2절연센싱저항(RL22)에 인가된 전압을 측정한다. 필요에 따라, 절연제어부는, 측정된 전압을 저장할 수도 있다.
상기 절연제어부는, 측정된 전압을 이용하여 절연저항을 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절연제어부는, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)과 연결된 상태에서 제1절연센싱저항(RL12)에 인가된 전압과, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)과 연결된 상태에서 제2절연센싱저항(RL22)에 인가된 전압을 이용하여 절연저항을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 절연제어부는, 측정된 전압을 이용하여 연산을 수행하여, 제1절연저항(RI1)의 저항값과 제2절연저항(RI2)의 저항값을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 분배저항, 센싱저항(RS), 커패시터(C), 센싱모듈(110), 추정모듈(120) 및 스위치제어모듈(130)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 분배저항은, 제1선로저항(R11), 제2선로저항(R12), 제3선로저항(R21) 및 제4선로저항(R22)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 분배저항은, 제1선로저항(R11), 제2선로저항(R12), 제3선로저항(R21) 및 제4선로저항(R22)의 등가저항이라고 할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리모듈(300)의 제1단과 센싱저항(RS) 사이에 구비되는 제1선로저항(R11) 및 제2선로저항(R12)은, 제1분배저항(R1)으로 모델링될 수 있다. 또한, 배터리모듈(300)의 제2단과 센싱저항(RS) 사이에 구비된는 제3선로저항(R21) 및 제4선로저항(R22)은, 제2분배저항(R2)으로 모델링될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를 포함한다. 상기 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)는 배터리모듈(300), 분배저항 및 센싱저항(RS)과 직렬 연결된다. 상기 제1스위치(SW1)는, 제1선로저항(R11)과 제2선로저항(R12) 사이에 구비되고, 상기 제2스위치(SW2)는, 상기 제2선로저항(R12)과 상기 센싱저항(RS) 사이에 구비되며, 상기 제3스위치(SW3)는, 상기 제3선로저항(R21)과 상기 제4선로저항(R22) 사이에 구비되고, 상기 제4스위치(SW4)는, 상기 제4선로저항(R22)과 상기 센싱저항(RS) 사이에 구비된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는 스위치제어모듈(130)을 포함한다. 상기 스위치제어모듈(130)은, 상기 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4), 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 집적회로를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 센싱모듈(110)과 추정모듈(120)은, 집적회로로 구현되어 배터리모듈 전압 추정 기능을 수행한다. 상기 스위치제어모듈(130) 또한 집적회로에 포함될 수 있으며, 상술한 절연저항측정기(200)의 절연제어부도 상기 집적회로에 포함될 수 있다.
한편, 상기 커패시터(C)의 양단에는 각각 집적회로와 그라운드가 연결되어 있다. 즉, 상기 커패시터(C)의 제1단에는 집적회로가 연결되고, 상기 커패시터(C)의 제2단에는 그라운드가 연결된다. 그리고, 상기 커패시터(C)의 제1단과 집적회로 사이에는 제5스위치(SW5)가 구비되고, 상기 커패시터(C)의 제2단과 그라운드 사이에는 제6스위치(SW6)가 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 센싱모듈(110), 추정모듈(120) 및 스위치제어모듈(130)은 집적회로로 구현된다. 상기 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)가 턴온되면, 상기 집적회로는 커패시터(C)의 제1단과 연결되고, 상기 그라운드는 커패시터(C)의 제2단과 연결된다. 커패시터(C)의 제1단에 연결된 집적회로는, 커패시터(C)에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압을 이용하여 배터리모듈 전압 추정 동작을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 전압 센싱과정에 대해 설명한다.
먼저, 스위치제어모듈(130)은, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를 턴온시키고, 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)를 턴오프시킨다. 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)가 턴온되고, 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)가 턴 오프되면, 배터리모듈(300), 제1선로저항(R11), 제2선로저항(R12), 센싱저항(RS), 제4선로저항(R22) 및 제3선로저항(R21)의 순서로 전류가 흐르게 되며, 상기 센싱저항(RS)에 병렬연결된 커패시터(C)가 충전된다. 즉, 커패시터(C)는, 센싱저항(RS)에 인가되는 전압과 동일한 크기의 전압으로 충전된다.
이어서, 소정 시간이 경과한 후, 스위치제어모듈(130)은, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)를 턴오프시키고, 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)를 턴온시킨다. 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)가 턴온되면, 센싱모듈(110)은, 커패시터(C)의 전압을 측정할 수 있다. 다음으로, 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 커패시터(C)의 전압을 이용하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 배터리모듈 전압 추정 과정을 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 전압 추정 과정은, 크게 2가지 경우로 구별될 수 있다. 즉, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되지 않은 경우의 전압 추정과 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결된 경우의 전압 추정으로 구별될 수 있다. 이를 위해, 상기 추정모듈(120)은, 절연저항측정기(200)가 상기 배터리모듈(300)과 연결되는지 여부를 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 추정모듈(120)은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단과 연결되는지 여부를 감지할 수 있고, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단과 연결되는지 여부를 감지할 수 있다.
먼저, 절연저항측정기(200)가 연결되지 않은 경우의 배터리모듈 전압 추정 과정을 설명한다.
절연저항측정기(200)가 연결되지 않은 경우, 즉 제1절연스위치(SWL1) 및 제2절연스위치(SWL2)가 턴오프된 경우, 절연저항측정기(200)는 전체 회로구성에 영향을 미치지 않는다. 즉, 절연저항측정기(200)는, 배터리모듈(300)의 전압 추정을 위해 센싱모듈(110)이 측정하는 전압에 영향을 미치지 않는다. 다시 말해, 절연저항측정기(200)가 연결되지 않은 경우, 절연저항측정기(200)는, 커패시터(C)에 충전되는 전압에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링함으로써 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상술한 전압 센싱과정을 통해 센싱모듈(110)이 커패시터(C)의 전압을 측정하면, 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링한다. 여기서, 스케일링계수는, 분배저항의 저항값과 센싱저항(RS)의 저항값으로부터 결정될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 분배저항의 저항값은, 제1분배저항(R1)의 저항값과 제2분배저항(R2)의 저항값을 모두 더한 값이라고 할 수 있다. 즉, 분배저항의 저항값은, 제1선로저항(R11), 제2선로저항(R12), 제3선로저항(R21) 및 제4선로저항(R22)의 저항값을 모두 더한값이라고 할 수 있다. 상기 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링하여 스케일링된 전압을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정할 수 있다.
다음으로, 절연저항측정기(200)가 연결된 경우의 배터리모듈 전압 추정 과정을 설명한다.
절연저항측정기(200)가 연결된 경우, 즉 제1절연스위치(SWL1) 및 제2절연스위치(SWL2) 중 어느 하나가 턴온된 경우, 절연저항측정기(200)는 전체 회로구성에 영향을 미치게 된다. 즉, 절연저항측정기(200)는, 배터리모듈(300)의 전압 추정을 위해 센싱모듈(110)이 측정하는 전압에 영향을 미친다. 다시 말해, 절연저항측정기(200)가 연결된 경우, 절연저항측정기(200)는, 커패시터(C)에 충전되는 전압에 영향을 미친다. 따라서, 상기 추정모듈(120)이, 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 스케일링하여 스케일링된 전압을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정할 경우 무시할 수 없는 오차가 발생하게 된다.
따라서, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)에 연결된 경우, 상기 추정모듈(120)은, 오차보상함수를 이용하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정한다.
보다 구체적으로, 상기 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 커패시터(C)의 전압을 오차보상함수에 입력한다. 그리고, 상기 추정모듈(120)은, 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈(300)의 전압으로 추정한다.
여기서, 상기 오차보상함수는, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되어 형성하는 회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다. 즉, 오차보상함수는, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결되어 형성된 회로 또는 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결되어 형성된 회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다.
여기서, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결되어 형성하는 회로의 회로방정식으로부터 도출되는 오차보상함수는 제1오차보상함수라고 명명될 수 있다. 또한, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결되어 형성하는 회로의 회로방정식으로부터 도출되는 오차보상함수는 제2오차보상함수라고 명명될 수 있다.
즉, 제1오차보상함수는, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결된 경우에 발생하는 오차를 반영한 함수라고 할 수 있고, 제2오차보상함수는, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 경우에 발생하는 오차를 반영한 함수라고 할 수 있다.
따라서, 상기 추정모듈(120)은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단과 연결된 경우, 센싱모듈(110)이 측정한 커패시터(C)의 전압을 제1오차보상함수에 입력하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 즉, 상기 추정모듈(120)은, 제1오차보상함수의 출력을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정할 수 있다.
마찬가지로, 상기 추정모듈(120)은, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 경우, 센싱모듈(110)이 측정한 커패시터(C)의 전압을 제2오차보상함수에 입력하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 즉, 상기 추정모듈(120)은, 제2오차보상함수의 출력을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정할 수 있다.
제1오차보상함수
이하, 제1절연저항측정부가 배터리모듈의 제1단에 연결되어 형성하는 회로의 회로방정식으로부터 제1오차보상함수를 도출하는 과정을 도면을 참조하여 살펴보도록 한다.
도 3은, 도 2에서 제1절연저항측정부가 배터리모듈의 제1단과 연결된 상태의 등가회로를 나타낸 도면이다. 즉, 도 3은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단과 연결된 상태로서, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)가 턴온되고, 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)가 턴오프된 회로의 등가회로를 나타낸 도면이다.
이와 같이, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되어 형성하는 회로를 등가회로로 모델링한 회로를 오차회로라 할 수 있다. 구체적으로, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단과 연결되어 형성하는 회로를 등가회로로 모델링한 회로는 제1오차회로라고 명명될 수 있다. 마찬가지로, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단과 연결되어 형성하는 회로를 등가회로로 모델링한 회로는 제2오차회로라고 명명될 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 2의 제1선로저항(R11)과 제2선로저항(R12)은, 제1분배저항(R1)으로 모델링되고, 도 2의 제3선로저항(R21)과 제4선로저항(R22)은, 제2분배저항(R2)으로 모델링된다. 그리고, 제1절연저항측정부(210)는 제1등가저항(RL1)으로 모델링된다. 즉, 제1분배저항(R1)은, 제1선로저항(R11)과 제2선로저항(R12)의 등가저항이라고 할 수 있고, 제2분배저항(R2)은 제3선로저항(R21)과 제4선로저항(R22)의 등가저항이라고 할 수 있으며, 제1등가저항(RL1)은, 배터리모듈(300)의 제1단에서 제1절연저항측정부(210)를 바라본 등가저항이라고 할 수 있다. 또한, 커패시터(C)는 정상상태에서 개방으로 취급되므로 도 3에서는 개방으로 취급된다. 그리고, 제1절연저항측정부(210)가 연결됨으로 인해 발생한 예상치 못한 오차는 제1오차저항(RE1)으로 모델링될 수 있다.
즉, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결된 경우에 발생하는 오차는, 도 3에 도시된 제1오차저항(RE1)에 의한 것으로 모델링될 수 있다. 다시 말해, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결된 경우에 발생하는 오차는, 커패시터(C)의 제2단과 그라운드 사이에 제1오차저항(RE1)이 연결되는 것으로 모델링될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 회로를 구성하는 각 소자(저항)의 소자값(저항값)과 커패시터(C)에 인가된 전압을 알고 있으면, 회로방정식을 풀이하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 결국, 제1오차저항(RE1)의 저항값을 알고 있으면, 상기 회로방정식의 해를 구하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 제1오차저항(RE1)의 저항값은, 실험 또는 시뮬레이션 등을 통해 미리 산출될 수 있다. 따라서, 제1오차저항(RE1)의 저항값은 알려진 값이라고 할 수 있다.
도 3에 도시된 회로의 회로방정식을 구하여, 배터리모듈(300)의 전압에 대해 정리하고, 정리된 식에 커패시터(C)의 전압을 대입하면, 배터리모듈(300)의 전압을 계산할 수 있다. 즉, 상기 회로방정식은, 배터리모듈(300)의 전압 및 커패시터(C)의 전압을 변수로 하는 함수로 표현될 수 있다. 그리고, 커패시터(C)의 전압은, 센싱모듈(110)을 이용하여 측정할 수 있다. 따라서, 상기 회로방정식으로부터 제1오차회로함수를 도출할 수 있다.
도 3에 도시된 회로의 회로방정식을 배터리모듈(300)의 전압에 대해 정리하면 다음과 같다.
Figure pat00005
여기서,
VM: 배터리모듈의 전압,
VC: 커패시터의 전압,
R1: 제1분배저항의 저항값,
R2: 제2분배저항의 저항값,
RS: 센싱저항의 저항값,
RL1: 제1등가저항의 저항값,
RI1: 제1절연저항의 저항값,
RP1: 제1등가저항과 제1절연저항의 등가저항값,
RI2: 제2절연저항의 저항값,
RE1: 제1오차저항의 저항값이다.
그리고, 제1등가저항(RL1)과 제1절연저항(RI1)은 병렬 연결되어 있으므로, 제1등가저항(RL1)과 제1절연저항(RI1)의 등가저항값은 다음의 수학식으로 표현된다.
Figure pat00006
상기 수학식 1은 도 3에 도시된 제1오차회로에 키르히호프의 법칙을 적용하면 도출될 수 있으므로, 수학식 1을 유도하는 상세한 수학식에 대한 설명은 생략하도록 한다.
바람직하게는, 도 3에 도시된 제1오차회로는, 보다 근사화될 수 있다. 즉, 제1등가저항(RL1)에 병렬 연결된 제1절연저항의 저항값은 제1등가저항(RL1)의 저항값과 비교할 때 충분히 크기 때문에 제1절연저항은 무시될 수 있다. 즉, 제1절연저항은 개방회로로 취급될 수 있다. 이러한 근사화에 의한 제1오차회로의 회로방정식은 다음의 수학식과 같이 근사화될 수 있다.
Figure pat00007
이와 같이, 배터리모듈(300) 전압에 대해 정리된 제1오차회로의 회로방정식은, 배터리모듈(300) 전압을 출력으로 하는 제1오차보상함수로 표현될 수 있다.
따라서, 추정모듈(120)은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결된 것이 감지될 경우, 제1오차보상함수에 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 입력하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다.
제2오차보상함수
이하, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈의 제2단에 연결되어 형성하는 회로의 회로방정식으로부터 제2오차보상함수를 도출하는 과정을 도면을 참조하여 살펴보도록 한다.
도 4는, 도 2에서 제2절연저항측정부가 배터리모듈의 제2단과 연결된 상태의 등가회로를 나타낸 도면이다. 즉, 도 4는, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단과 연결된 상태로서, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)가 턴온되고, 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)가 턴오프된 회로의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 2의 제1선로저항(R11)과 제2선로저항(R12)은, 제1분배저항(R1)으로 모델링되고, 도 2의 제3선로저항(R21)과 제4선로저항(R22)은, 제2분배저항(R2)으로 모델링된다. 그리고, 제2절연저항측정부(220)는 제2등가저항(RL2)과 상기 제2등가저항에 직렬 연결된 전원인가부(Vg)로 모델링된다. 즉, 제1분배저항(R1)은, 제1선로저항(R11)과 제2선로저항(R12)의 등가저항이라고 할 수 있고, 제2분배저항(R2)은 제3선로저항(R21)과 제4선로저항(R22)의 등가저항이라고 할 수 있으며, 제2등가저항(RL2)은, 배터리모듈(300)의 제2단에서 제2절연저항측정부(220)를 바라본 등가저항이라고 할 수 있다. 또한, 커패시터(C)는 정상상태에서 개방으로 취급되므로 도 4에서는 개방으로 취급된다. 그리고, 제2절연저항측정부(220)가 연결됨으로 인해 발생한 예상치 못한 오차는 제2오차저항(RE2)으로 모델링될 수 있다.
제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 경우에 발생하는 오차는, 도 4에 도시된 제2오차저항(RE2)에 의한 것으로 모델링될 수 있다. 다시 말해, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 경우에 발생하는 오차는, 커패시터(C)의 제2단과 그라운드 사이에 제2오차저항(RE2)이 연결되는 것으로 모델링될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 회로를 구성하는 각 소자(저항)의 소자값(저항값)과 커패시터(C)에 인가된 전압을 알고 있으면, 회로방정식을 풀이하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 결국, 제2오차저항(RE2)의 저항값을 알고 있으면, 상기 회로방정식의 해를 구하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다. 제2오차저항(RE2)의 저항값은, 실험 또는 시뮬레이션 등을 통해 미리 산출될 수 있다. 따라서, 제2오차저항(RE2)의 저항값은 알려진 값이라고 할 수 있다.
도 4에 도시된 회로의 회로방정식을 구하여, 배터리모듈(300)의 전압에 대해 정리하고, 정리된 식에 커패시터(C)의 전압을 대입하면, 배터리모듈(300)의 전압을 계산할 수 있다. 즉, 상기 회로방정식은, 배터리모듈(300)의 전압 및 커패시터(C)의 전압을 변수로 하는 함수로 표현될 수 있다. 그리고, 커패시터(C)의 전압은, 센싱모듈(110)을 이용하여 측정할 수 있다. 따라서, 상기 회로방정식으로부터 제2오차회로함수를 도출할 수 있다.
도 4에 도시된 회로의 회로방정식을 배터리모듈(300)의 전압에 대해 정리하면 다음과 같다.
Figure pat00008
여기서,
VM: 배터리모듈의 전압,
VC: 커패시터의 전압,
V1: 전원인가부의 전압,
R1: 제1분배저항의 저항값,
R2: 제2분배저항의 저항값,
RS: 센싱저항의 저항값,
RI1: 제1절연저항의 저항값,
RI2: 제2절연저항의 저항값,
RL2: 제2등가저항의 저항값,
RE2: 제2오차저항의 저항값이다.
상기 수학식 4는, 도 4에 도시된 제2오차회로에 키르히호프의 법칙을 적용하면 도출될 수 있으므로, 수학식 4를 유도하는 상세한 수학식에 대한 설명은 생략하도록 한다.
이와 같이, 배터리모듈(300) 전압에 대해 정리된 제2오차회로의 회로방정식은, 배터리모듈(300) 전압을 출력으로 하는 제2오차보상함수로 표현될 수 있다.
따라서, 추정모듈(120)은, 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 것이 감지될 경우, 제2오차보상함수에 센싱모듈(110)이 측정한 전압을 입력하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정할 수 있다.
오차저항의 산출
상술한 바와 같이, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)의 저항값은, 실험 또는 시뮬레이션 등을 통해 미리 산출될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)의 저항값은, 배터리 팩의 초기설정시에 미리 산출될 수 있다.
이하, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)의 저항값을 산출하는 실시예에 대해 설명하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 배터리모듈(300) 전압 추정 장치(100)는, 오차저항을 산출하는 오차저항산출모듈(140)을 더 포함할 수 있다. 오차저항산출모듈(140)은, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2) 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 오차저항산출모듈(140)의 오차저항 산출과정은, 오차보상함수를 도출하는 과정과 유사하다.
먼저, 제1오차저항(RE1)을 산출하는 과정을 설명하도록 한다.
제1오차저항(RE1)은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단과 연결되어 형성된 제1오차회로로부터 산출될 수 있다. 즉, 제1오차저항(RE1)은, 제1오차회로의 회로방정식을 이용하여 산출될 수 있다. 제1오차회로의 회로방정식을 이용하여 제1오차저항(RE1)을 산출하려면, 제1오차저항(RE1)을 제외한 나머지 변수가 결정되어야 한다. 즉, 커패시터(C)의 전압과 배터리모듈(300)의 전압이 결정되어야 한다. 여기서, 커패시터(C)의 전압은, 센싱모듈(110)에 의해 측정된 전압으로 결정될 수 있으나, 배터리모듈(300)의 전압은 추정의 대상이 되는 값이므로 측정에 의해 결정하기 곤란하다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 배터리모듈(300)의 전압은 이전에 추정된 값 또는 초기설정시 추정된 값으로 결정될 수 있다. 바람직하게는, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되지 않은 상태에서 추정된 배터리모듈(300)의 전압이 제1오차저항(RE1)을 산출하는데 사용될 수 있다.
이와 같이, 오차저항산출모듈(140)은, 제1오차회로의 회로방정식을 이용하여 제1오차저항(RE1)을 산출할 수 있다. 즉, 전술한 수학식 1은 제1오차저항(RE1)에 관한 식으로 정리될 수 있고, 상기 오차저항산출모듈(140)은, 수학식 1이 제1오차저항(RE1)에 관한 식으로 정리된 수학식을 이용하여 제1오차저항(RE1)을 산출할 수 있다.
바람직하게는, 회로방정식의 근사화를 위해 제1오차회로는 다음과 같이 모델링될 수 있다.
도 5는, 제1오차저항을 산출하기 위해 모델링된 제1오차회로를 나타낸 도면이다.
도 5를 도 3과 비교하면, 절연저항이 무시되었다는 점에서 차이가 있다. 통상적으로 절연저항의 저항값은 매우 큰 값을 가지기 때문에 절연저항을 무시하고 제1오차저항(RE1)을 산출하여도 큰 차이가 없다. 특히, 절연저항을 무시할 경우, 제1오차회로는 비교적 간단하게 모델링되며, 이로 인해 제1오차회로의 회로방정식은 아래의 수학식(수학식 5)과 같이 비교적 간단하게 표현될 수 있다. 따라서, 제1오차저항(RE1)을 산출하기 위한 수학식(수학식 6)도 아래의 같이 비교적 간단하게 표현될 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
여기서,
VM: 배터리모듈의 전압,
VC: 커패시터의 전압,
R1: 제1분배저항의 저항값,
R2: 제2분배저항의 저항값,
RS: 센싱저항의 저항값,
RL1: 제1등가저항의 저항값,
RE1: 제1오차저항의 저항값이다.
이와 유사한 방법으로, 오차저항산출모듈(140)은, 제2오차저항(RE2)을 산출할 수 있다.
도 6은, 제2오차저항을 산출하기 위해 모델링된 제2오차회로를 나타낸 도면이다.
도 6을 도 4와 비교하면, 절연저항이 무시되었다는 점에서 차이가 있다. 절연저항이 무시되므로, 제2오차회로는 비교적 간단하게 모델링되며, 이로 인해 제2오차회로의 회로방정식은 비교적 간단하게 표현될 수 있다. 따라서, 제2오차저항(RE2)을 산출하기 위한 수학식(수학식 7)은 아래의 같이 비교적 간단하게 표현될 수 있다.
Figure pat00011
여기서,
VM: 배터리모듈의 전압,
VC: 커패시터의 전압,
V1: 전원인가부의 전압,
R1: 제1분배저항의 저항값,
R2: 제2분배저항의 저항값,
RS: 센싱저항의 저항값,
RL2: 제2등가저항의 저항값,
RE2: 제2오차저항의 저항값이다.
오차저항산출모듈(140)은 상술한 방법으로 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)을 미리 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 배터리 팩에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 일 예로, 배터리 팩은 배터리 관리 장치를 포함할 수 있는데, 상기 배터리 관리 장치는, 배터리모듈 전압 추정 장치(100)를 일 구성요소로 포함할 수 있다.
배터리모듈 전압 추정 장치(100)는, 전기 자동차에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 측면에 따른 전기 자동차는, 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 일 예로, 전기 자동차는 배터리 팩을 포함할 수 있고, 배터리 팩에 배터리모듈 전압 추정 장치(100)가 구비될 수 있다. 다른 예로, 전기 자동차는, 차량제어장치를 포함할 수 있는데, 차량제어장치에 배터리모듈 전압 추정 장치(100)가 구비될 수도 있다. 한편, 여기서, 전기 자동차는, 전기에너지를 동력원으로 하는 운송 수단으로서, 전기 자동차뿐만 아니라 하이브리드 자동차를 포함한다.
이하, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법에 대해서는, 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치(100)에 대한 설명 등이 그대로 적용될 수 있으므로 반복적은 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법을 수행하는 각 단계의 주체는 상술한 배터리모듈 전압 추정 장치(100)의 각 구성요소일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈 전압 추정 방법은, 배터리모듈(300)에 선택적으로 연결되어 배터리모듈(300)의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기(200)가 구비된 배터리모듈(300)의 전압을 추정하는 방법에 관한 것이다. 도 7을 참조하면, 상기 추정 방법은, 먼저, 추정에 필요한 분배저항, 센싱저항(RS), 커패시터(C), 센싱모듈(110) 및 추정모듈(120)을 준비한다. 여기서, 분배저항과 센싱저항(RS)은 배터리모듈(300)과 직렬연결되고, 커패시터(C)는 센싱저항(RS)에 병렬연결된다. 상기 센싱모듈(110)은 커패시터(C)에 인가된 전압을 측정할 수 있다. 상기 추정모듈(120)은, 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되는지 여부를 감지하고, 배터리모듈 전압을 추정할 수 있다.
이어서, 상기 방법은, 추정모듈(120)을 이용하여 절연저항측정기(200)가 배터리모듈(300)과 연결되는지 여부를 감지한다.
다음으로, 추정모듈(120)이 절연저항측정기(200)와 배터리모듈(300)이 연결된 것을 감지하면, 추정모듈(120)은, 오차보상함수를 이용하여 배터리모듈(300)의 전압을 추정한다. 구체적으로, 추정모듈(120)은, 제1절연저항측정부(210)가 배터리모듈(300)의 제1단에 연결된 것이 감지된 경우와 제2절연저항측정부(220)가 배터리모듈(300)의 제2단에 연결된 것이 감지된 경우를 달리하여, 각각 제1오차보상함수 또는 제2오차보상함수를 이용할 수 있다. 제1오차보상함수는, 제1오차회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있으며, 제2오차보상함수는 제2오차회로의 회로방정식으로부터 도출될 수 있다.
한편, 제1오차보상함수 및 제2오차보상함수는, 각각 오차를 반영하는 제1오차저항(RE1)과 제2오차저항(RE2)을 포함한다. 여기서, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)은, 미리 산출될 수 있다. 즉, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)은, 추정모듈(120)이 추정동작을 수행하기 전에 산출될 수 있다. 구체적으로, 제1오차저항(RE1) 및 제2오차저항(RE2)은, 상기 감지 단계 전에 산출될 수 있다.
만약, 추정모듈(120)이 절연저항측정기(200)와 배터리모듈(300)이 연결되지 않은 것을 감지하면, 추정모듈(120)은, 센싱모듈(110)이 측정한 커패시터(C)의 전압을 스케일링하고, 스케일링된 전압을 배터리모듈(300)의 전압으로 추정한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
B: 배터리 셀
100: 배터리모듈 전압 추정 장치
200: 절연저항측정기
300: 배터리모듈
210: 제1절연저항측정부
220: 제2절연저항측정부
RI1: 제1절연저항
RI2: 제2절연저항
R1: 제1분배저항
R2: 제2분배저항
RS: 센싱저항
C: 커패시터
110: 센싱모듈
120: 추정모듈
130: 스위치제어모듈
140: 오차저항산출모듈

Claims (20)

  1. 배터리모듈의 전압을 추정하는 장치로서, 상기 배터리모듈에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기가 구비된 배터리모듈의 전압을 추정하는 장치에 있어서,
    상기 배터리모듈에 직렬 연결된 분배저항 및 센싱저항;
    상기 센싱저항에 병렬 연결된 커패시터;
    상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 센싱모듈; 및
    상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 추정모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추정모듈은, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 스케일링하여 상기 스케일링된 전압을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센싱모듈이 측정한 전압을 스케일링하는데 사용되는 스케일링계수는, 상기 분배저항의 저항값 및 상기 센싱저항의 저항값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추정모듈은, 상기 절연저항측정기가 출력하는 절연저항측정신호를 수신하여 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈에 연결되는지 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오차보상함수는, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 오차회로의 회로방정식으로부터 도출되는 것을 특징으로 배터리모듈 전압 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연저항측정기는, 상기 배터리모듈의 제1단과 선택적으로 연결되는 제1절연저항측정부 및 상기 배터리모듈의 제2단과 선택적으로 연결되는 제2절연저항측정부를 포함하고,
    상기 추정모듈은, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결되는지 여부 및 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제2단과 연결되는지 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추정모듈은, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 제1오차보상함수에 입력하여 상기 제1오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1오차보상함수는 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 회로를 모델링한 제1오차회로의 회로방정식으로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1오차회로는, 상기 배터리모듈, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2절연저항, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결된 제1절연저항측정부가 등가저항으로 모델링된 제1등가저항, 상기 배터리모듈의 제1단과 상기 커패시터의 제1단을 연결하는 제1선로상에 구비된 제1분배저항, 상기 배터리모듈의 제2단과 상기 커패시터의 제2단을 연결하는 제2선로상에 구비된 제2분배저항, 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 연결되되 상기 커패시터와 병렬 연결된 센싱저항 및 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결됨으로 인해 상기 커패시터의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1오차저항을 포함하는 회로인 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정모듈은, 하기의 수학식으로 표현되는 오차보상함수에 상기 센싱모듈이 측정한 전압을 입력하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
    Figure pat00012

    (여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RL1: 제1등가저항의 저항값, RI2: 제2절연저항의 저항값, RE1: 제1오차저항의 저항값)
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1오차저항은 미리 산출된 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리모듈 전압 추정 장치는, 상기 제1오차저항을 산출하는 오차저항산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오차저항산출모듈은, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 상태에서 추정된 상기 배터리모듈의 전압과, 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제1단과 연결된 상태에서 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 이용하여 상기 제1오차저항을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오차저항산출모듈은, 하기의 수학식을 이용하여 상기 제1오차저항을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
    Figure pat00013

    (여기서, VM: 배터리모듈의 전압, VC: 커패시터의 전압, R1: 제1분배저항의 저항값, R2: 제2분배저항의 저항값, RS: 센싱저항의 저항값, RL1: 제1등가저항의 저항값, RE1: 제1오차저항의 저항값)
  15. 제6항에 있어서,
    상기 추정모듈은, 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈의 제2단과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 제2오차보상함수에 입력하여 상기 제2오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2오차보상함수는 상기 제2절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결되어 형성하는 회로를 모델링한 제2오차회로의 회로방정식으로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2오차회로는, 상기 배터리모듈, 상기 배터리모듈의 제1단에 연결되는 것으로 모델링되는 제1절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2절연저항, 상기 배터리모듈의 제2단에 연결된 제2절연저항측정부가 모델링된 제2등가저항 및 상기 제2등가저항과 직렬 연결된 전원인가부, 상기 배터리모듈의 제1단과 상기 커패시터의 제1단을 연결하는 제1선로상에 구비된 제1분배저항, 상기 배터리모듈의 제2단과 상기 커패시터의 제2단을 연결하는 제2선로상에 구비된 제2분배저항, 상기 제1선로와 상기 제2선로 사이에 연결되되 상기 커패시터와 병렬 연결된 센싱저항 및 상기 제1절연저항측정부가 상기 배터리모듈과 연결됨으로 인해 상기 커패시터의 제2단에 연결되는 것으로 모델링되는 제2오차저항을 포함하는 회로인 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  19. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 배터리모듈 전압 추정 장치를 포함하는 전기 자동차.
  20. 배터리모듈의 전압을 추정하는 방법으로서, 상기 배터리모듈에 선택적으로 연결되어 상기 배터리모듈의 절연저항을 측정하는 절연저항측정기가 구비된 배터리모듈의 전압을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 배터리모듈에 직렬 연결된 분배저항 및 센싱저항, 상기 센싱저항에 병렬 연결된 커패시터, 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 센싱모듈; 및 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되지 않은 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 스케일링하여 상기 스케일링된 전압을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하고, 상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 추정모듈을 준비하는 단계;
    상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결되는지 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 절연저항측정기가 상기 배터리모듈과 연결된 것이 감지된 경우 상기 센싱모듈이 측정한 상기 전압을 오차보상함수에 입력하여 상기 오차보상함수의 출력을 상기 배터리모듈의 전압으로 추정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈 전압 추정 방법.

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