KR20200000341A

KR20200000341A - 전류 측정 장치, 전류 측정 방법 및 상기 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR20200000341A
Application number: KR1020190064721A
Authority: KR
Inventors: 이원태; 최양림
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN111433618A; CN111433618B; EP3734307A1; EP3734307A4; US20200386823A1; US11415633B2; EP3734307B1; ES2970633T3; JP7071013B2; JP2021501895A

Abstract

전류 측정 장치 및 전류 측정 방법과, 상기 전류 측정 장치를 포함하는 배터리팩이 제공된다. 상기 전류 측정 장치는, 배터리를 위한 충방전 경로에 설치되는 스위칭 회로; 상기 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자를 포함하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압에 대응하는 전류 신호를 출력하도록 구성되는 전류 측정부; 상기 스위칭 회로의 양단에 걸친 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 스위칭 회로의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 전류 신호를 기초로, 상기 션트 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 측정된 전압 및 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정한다.

Description

전류 측정 장치, 전류 측정 방법 및 상기 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩{CURRENT MEASUREMENT APPARATUS, CURRENT MEASUREMENT METHOD, AND BATTERY PACK INCLUDING THE CURRENT MEASUREMENT APPARATUS}

본 발명은, 배터리 팩의 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

본 출원은 2018년 06월 22일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0072156호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

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 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

배터리를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해, 배터리를 위한 충방전 경로에 션트 저항 소자(shunt resistor)가 설치될 수 있다. 션트 저항 소자를 활용하여 측정된 전류는, 과전류를 판정하거나 배터리의 충전 상태(SOC: State-Of-Charge) 및 건강 상태(SOH: State-Of-Health)를 추정하는 데에 필수적으로 활용된다.

션트 저항 소자를 활용한 전류 측정은, 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압을 기준 저항으로 나누는 것을 기본 원리로 한다. 기준 저항은, 션트 저항 소자의 재료, 크기 및 형상 등을 고려하여 미리 정해진다. 그런데, 션트 저항 소자이 시간의 경과에 따라 점차차적으로 열화되거나 진동 및 충격으로 인해 손상되는 경우, 션트 저항 소자의 실제 저항은 기준 저항과 큰 차이를 가지게 된다.

특히, 자동차 안전을 위한 국제규약인 ISO 26262과 관련하여, ASIL(Automotive Safety Integrity Level)의 4가지 등급 중 가장 높은 D등급을 만족하기 위해서는, 션트 저항 소자를 포함한 전류 센서에 의해 측정된 전류가 신뢰할만한 것인지(즉, 상기 전류 센서가 정상적인지)를 판정할 필요가 있다. 종래에는 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류와 다른 전류 센서(예, 홀 효과 전류 센서)에 의해 측정된 전류를 상호 비교함으로써, 전류 측정 결과의 신뢰성을 도모하고 있다. 그러나, 두 개의 전류 센서가 필수적이므로, 비용이 많이 들고 공간 활용성이 떨어진다는 단점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 추가적인 전류 센서 없이도, 배터리를 위한 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 진단할 수 있는 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩을 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.

본 발명의 일 측면에 따른 전류 측정 장치는, 배터리를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 것이다. 상기 전류 측정 장치는, 상기 충방전 경로에 설치되는 스위칭 회로; 상기 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자를 포함하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압에 대응하는 전류 신호를 출력하도록 구성되는 전류 측정부; 상기 스위칭 회로의 양단에 걸친 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 스위칭 회로의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부; 및 상기 스위칭 회로, 상기 전류 측정부, 상기 전압 측정부 및 상기 온도 측정부에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 전류 신호를 기초로, 상기 션트 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 측정된 전압 및 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하도록 구성된다.

상기 제어부는, 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로의 온-저항을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 전류값은, 상기 측정된 전압을 상기 온-저항으로 나눈 값이다.

상기 전류 측정 장치는, 상기 스위칭 회로의 온도와 온-저항 간의 대응 관계가 기록되어 있는 룩업 테이블이 저장되어 있는 메모리 디바이스를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 측정된 온도를 인덱스로서 이용하여, 상기 룩업 테이블로부터 상기 측정된 온도에 연관된 것으로 기록되어 있는 온-저항을 상기 스위칭 회로의 상기 온-저항으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제3 전류값을 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위 내인 경우, 상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값 및 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 평균 중 어느 하나를 상기 제3 전류값으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위를 벗어나는 경우, 상기 제2 전류값을 상기 제3 전류값으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위를 벗어나는 경우, 폴트 메시지를 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 정상 범위를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 측정된 온도가 감소할수록, 상기 정상 범위를 확대하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 전류 측정 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 방법은, 배터리를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 것이다. 상기 방법은, 상기 충방전 경로에 설치되는 스위칭 회로의 양단에 걸친 전압을 측정하는 단계; 상기 스위칭 회로의 온도를 측정하는 단계; 상기 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압을 기초로, 상기 션트 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정하는 단계; 상기 측정된 전압 및 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정하는 단계; 및 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하는 단계를 포함한다.

상기 제2 전류값은, 상기 측정된 전압을 상기 측정된 온도에 연관된 온-저항으로 나눈 값일 수 있다.

상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하는 단계에서는, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위 내인 경우, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인 것으로 판정될 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 추가적인 전류 센서 없이도, 배터리를 위한 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 진단할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 스위칭 회로에 연관된 제1 룩업 테이블을 예시적으로 보여준다.
도 4는 도 1 및 도 2의 제어부에 포함된 논리 회로를 예시적으로 보여준다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.

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 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(P)은, 배터리(10), 스위칭 회로(50) 및 전류 측정 장치(1, 이하 '장치'라고 칭함)를 포함한다.

배터리(10)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 복수의 배터리 셀이 배터리(10)에 포함되는 경우, 복수의 배터리 셀은 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

스위칭 회로(50)는, 적어도 하나의 충전 스위치 및 적어도 하나의 방전 스위치를 포함할 수 있다. 각 충전 스위치는, 각 방전 스위치에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 스위칭 회로(50)에 복수의 충전 스위치가 포함되는 경우, 복수의 충전 스위치는 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 스위칭 회로(50)에 복수의 방전 스위치가 포함되는 경우, 복수의 방전 스위치는, 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.

각 충전 스위치는, 배터리(10)를 충전시키는 방향으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 각 충전 스위치는, 배터리(10)의 양극 단자와 배터리 팩(P)의 양극 단자 사이에 위치하고, 배터리 팩(P)의 양극 단자로부터 배터리(10)의 양극 단자로 흘러들어가는 전류인 충전 전류의 크기를 조절할 수 있다.

각 방전 스위치는, 배터리(10)를 방전시키는 방향으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 각 방전 스위치는, 배터리(10)의 양극 단자와 배터리 팩(P)의 양극 단자 사이에 위치하고, 배터리(10)의 양극 단자로부터 배터리 팩(P)의 양극 단자로 흘러나오는 전류인 방전 전류의 크기를 조절할 수 있다.

예를 들어, 각 충전 스위치 및 각 방전 스위치는, 게이트, 드레인 및 소스 단자를 포함한 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. FET는, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 인가된 전압의 크기에 따라, 온 되거나 오프 될 수 있다.

장치(1)는, 배터리(10)를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 제공된다. 장치(1)는, 전압 측정부(100), 온도 측정부(200), 전류 측정부(300) 및 제어부(400)를 포함한다. 장치(1)는, 메모리 디바이스(500)를 더 포함할 수 있다.

전압 측정부(100)는, 스위칭 회로(50)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 전압 측정부(100)는, 스위칭 회로(50)에 걸친 전압을 측정할 수 있도록, 스위칭 회로(50)에 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.

전압 측정부(100)는, 스위칭 회로(50)의 일단과 타단 사이의 전위차를 스위칭 회로(50)의 전압으로서 측정할 수 있다. 예를 들어, 각 충전 스위치의 일단이 배터리(10)의 양극 단자에 전기적으로 연결되어 있고, 각 방전 스위치의 일단이 배터리 팩(P)의 양극 단자에 전기적으로 연결되어 있고, 각 충전 스위치의 타단과 각 방전 스위치의 타단이 전기적으로 연결되어 있는 경우, 각 충전 스위치의 일단과 각 방전 스위치의 일단 사이의 전위차가 스위칭 회로(50)의 전압으로서 전압 측정부(100)에 의해 측정될 수 있다.

전압 측정부(100)는, 제어부(400)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록, 제어부(400)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 전압 측정부(100)는, 제어부(400)로부터의 전압 측정 명령에 응답하여, 단위 시간마다 스위칭 회로(50)의 전압을 측정하고, 측정된 스위칭 회로(50)의 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(400)로 출력할 수 있다.

온도 측정부(200)는, 스위칭 회로(50)로부터 소정 거리 내에 위치하고, 스위칭 회로(50)의 온도를 측정하도록 제공된다. 온도 측정부(200)는, 제어부(400)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록, 제어부(400)에 동작 가능하게 결합할 수 있다. 온도 측정부(200)는, 단위 시간마다 스위칭 회로(50)의 온도를 측정하고, 측정된 스위칭 회로(50)의 온도를 나타내는 온도 신호를 제어부(400)에게 출력할 수 있다. 열전대(thermocouple)와 같은 공지의 온도 센서가 온도 측정부(200)로서 활용될 수 있다.

전류 측정부(300)는, 션트 저항 소자(30) 및 신호 처리 회로(32)를 포함한다.

션트 저항 소자(30)는, 배터리(10)의 음극 단자와 배터리 팩(P)의 음극 단자 사이의 충방전 경로에 위치할 수 있다. 션트 저항 소자(30)의 양단에 걸친 전압은, 충방전 전류를 통해 흐르는 전류의 방향과 세기에 의존한다.

신호 처리 회로(32)는, 제어부(400)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록, 제어부(400)에 동작 가능하게 결합된다. 신호 처리 회로(32)는, 제어부(400)로부터의 전류 측정 명령에 응답하여, 션트 저항 소자(30)의 양단에 걸친 전압을 기초로, 단위 시간마다 션트 저항 소자(30)를 통해 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류의 방향 및 크기를 나타내는 전류 신호를 제어부(400)로 출력할 수 있다.

신호 처리 회로(32)의 두 입력 단자는, 션트 저항 소자(30)의 일단과 타단에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 신호 처리 회로(32)는, 신호 처리 회로(32)의 두 입력 단자를 통해 수신되는 션트 저항 소자(30)의 양단에 걸친 전압을 증폭한 다음, 증폭된 전압을 나타내는 디지털 신호를 상기 전류 신호로서 제어부(400)에게 전송할 수 있다. 제어부(400)는, 옴의 법칙에 따라, 단위 시간마다의 신호 처리 회로(32)로부터의 전류 신호를 기초로 충방전 경로를 흐르는 전류의 방향 및 세기를 나타내는 제1 전류값을 결정할 수 있다.

제어부(400)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(400)에는 메모리 디바이스(500)가 내장될 수 있다.

제어부(400)는, 전압 측정부(100)로부터의 단위 시간마다의 전압 신호를 기초로, 스위칭 회로(50)의 양단에 걸친 전압을 나타내는 전압값을 결정한다. 제어부(400)는, 온도 측정부(200)로부터의 단위 시간마다의 온도 신호를 기초로, 스위칭 회로(50)의 온도를 나타내는 온도값을 결정한다.

제어부(400)는, 스위칭 회로(50)에 연관된 전압값 및 온도값을 기초로, 스위칭 회로(50)를 통해 흐르는 전류의 방향 및 세기를 나타내는 제2 전류값을 단위 시간 마다 결정할 수 있다.

제1 전류값 및 제2 전류값은 둘 다 배터리(10)를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류의 방향 및 세기를 나타내는 것이기 때문에, 통상의 경우에는 제1 전류값과 제2 전류값은 서로 동일하거나 허용 가능한 범위 내의 차이만을 가진다. 반면, 션트 저항 소자(30)가 손상되거나 션트 저항 소자(30)에 단락 고장 등이 발생된 경우에는, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이가 상당히 커질 수 있다.

제어부(400)는, 단위 시간마다의 스위칭 회로(50)의 온도를 기초로, 스위칭 회로(50)의 온-저항(on-resistance)을 추정할 수 있다. 스위칭 회로(50)의 온-저항이란, 스위칭 회로(50)가 온-상태인 동안의 스위칭 회로(50)의 저항을 지칭하는 것으로서, 온도에 의존하는 파라미터일 수 있다. 제어부(400)는, 스위칭 회로(50)의 온도와 온-저항 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 룩업 테이블을 참조하여, 특정 시점에서 측정된 스위칭 회로(50)의 온도에 대응하는 것으로 제1 룩업 테이블 내에 기록되어 있는 온-저항을 상기 특정 시점에서의 스위칭 회로(50)의 온-저항으로서 추정할 수 있다. 상기 제1 룩업 테이블은 메모리 디바이스(500)에 미리 저장될 수 있다.

제어부(400)는, 옴의 법칙에 따라, 상기 특정 시점에서의 스위칭 회로(50)의 양단에 걸친 전압을 상기 추정된 온-저항으로 나눔으로써, 상기 특정 시점에서 스위칭 회로(50)를 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정할 수 있다.

제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값을 기초로, 충방전 경로를 흐르는 전류를 나타내는 제3 전류값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이를 기초로, 제1 전류값을 충방전 경로를 흐르는 전류값으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값을 기초로, 제1 전류값과 제2 전류값의 평균을 충방전 경로를 흐르는 전류값으로 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이를 기초로, 제2 전류값을 충방전 경로를 흐르는 전류값으로 판단할 수 있다.

제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이를 기초로, 션트 저항 소자(30)의 정상 상태인지 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 정상 범위(예, -10 ~ 10 mA) 이내인 경우, 션트 저항 소자(30)가 정상 상태인 것으로 판정할 수 있다.

정상 범위는, 미리 정해진 것일 수 있다. 대안적으로, 정상 범위는, 스위칭 회로(50)의 온도를 기초로, 제어부(400)에 의해 결정될 수 있다. 스위칭 회로(50)는, 스위칭 회로(50)의 온도가 증가할수록 스위칭 회로(50)의 온-저항은 감소하고, 스위칭 회로(50)의 온도가 감소할수록 스위칭 회로(50)의 온-저항은 증가하는 특성을 가질 수 있다. 따라서, 제어부(400)는, 스위칭 회로(50)의 온도가 증가할수록 정상 범위를 축소하고, 스위칭 회로(50)의 온도가 감소할수록 정상 범위를 확대할 수 있다. 스위칭 회로(50)의 온도와 정상 범위 간의 대응 관계가 기록된 제2 룩업 테이블이 메모리 디바이스(500)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 제어부(400)는, 스위칭 회로(50)의 온도를 인덱스로서 이용하여, 스위칭 회로(50)의 온도에 연관되어 있는 정상 범위를 제2 룩업 테이블로부터 획득할 수 있다.

제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 정상 범위를 초과하는 경우, 션트 저항 소자(30)가 고장 상태인 것으로 판정할 수 있다. 션트 저항 소자(30)가 고장 상태라는 것은, 션트 저항 소자(30)가 열화 또는 손상됨으로 인해, 션트 저항 소자(30)의 저항과 기준 저항 간의 차이가 일정 레벨을 넘어서게 된 상태를 의미할 수 있다. 상기 정상 범위를 나타내는 데이터는, 메모리 디바이스(500)에 미리 저장될 수 있다. 제어부(400)는, 션트 저항 소자(30)가 고장 상태인 것으로 판정 시, 폴트 메시지를 외부 디바이스(2)에게 전송할 수 있다. 외부 디바이스(2)는, 배터리 팩(P)이 장착되는 전기 시스템(예, 전기 자동차)의 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.

제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 상기 정상 범위 이내인 경우, 제1 전류값, 제2 전류값 및 제1 전류값과 제2 전류값의 평균 중 어느 하나를 제3 전류값으로 결정할 수 있다. 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 상기 정상 범위 내인 것은, 제1 전류값이 신뢰할만한 것임을 의미하기 때문이다.

제어부(400)는, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 상기 정상 범위를 벗어난 경우, 제2 전류값을 제3 전류값으로 결정할 수 있다.

메모리 디바이스(500)는, 제어부(400)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(400)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 메모리 디바이스(500)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리 디바이스(500)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리 디바이스(500)는, 제어부(400)에 의해 각각 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(400)에 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 디바이스(500)는, 제어부(400)가 각각 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2의 스위칭 회로에 연관된 제1 룩업 테이블을 예시적으로 보여준다.

도 3을 참조하면, 전술된 바와 같이, 제어부(400)는, 스위칭 회로(50)의 온-저항을 결정하기 위해, 메모리 디바이스(500)에 저장되어 있는 제1 룩업 테이블을 참조할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는, 온도 측정부(200)로부터 수신된 스위칭 회로(50)의 온도가 a인 경우, 온도 a를 인덱스로서 이용하여, 상기 제1 룩업 테이블 내에서 온도 a에 연관되어 있는 x을 스위칭 회로(50)의 온-저항으로서 결정할 수 있다. 다른 예로, 제어부(400)는, 스위칭 회로(50)의 온도가 b인 경우, 상기 제1 룩업 테이블 내에서 온도 b에 연관되어 있는 y를 스위칭 회로(50)의 온-저항으로서 결정할 수 있다.

장치(1)는, 스위칭 회로(50)에 포함된 FET과 같은 반도체 스위치의 온-저항이 온도에 의존하여 변하는 특성을 활용하여, 스위칭 회로(50)의 온도 및 스위칭 회로(50)의 양단에 걸친 전압을 기초로 스위칭 회로(50)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정한다. 그 다음, 장치(1)는, 제2 전류값을 션트 저항 소자(30)을 활용하여 측정된 제1 전류값과 비교함으로써, 홀 효과 센서 등을 추가하지 않고도 전류 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.

도 4는 도 1 및 도 2의 제어부에 포함된 논리 회로를 예시적으로 보여준다.

도 4를 참조하면, 제어부(400)는, 제어부(400)에 포함된 논리 회로(450)를 이용하여, 제2 전류값을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 논리 회로(450)는, 스위칭 회로(50)의 온도(T_SW)와 스위칭 회로(50)의 양단에 걸친 전압(V_SW)을 입력값으로 수신 시, 제2 전류값(I_SW)을 출력값으로서 출력하도록 구성된 논리 회로일 수 있다.

장치(1)는, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, BMS는, 상기 장치(1)를 포함할 수 있다. 장치(1)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 장치의 제어부(400) 및 메모리 디바이스(500)는, BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 5의 방법에 포함된 각 단계의 수행 주체는, 장치(1)의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 단계 S100에서, 제어부(400)는, 전압 측정부(100)로부터의 전압 신호, 온도 측정부(200)로부터의 온도 신호 및 전류 측정부(300)로부터의 전류 신호를 수집한다.

단계 S110에서는, 제어부(400)는, 전압 신호 및 온도 신호를 기초로, 스위칭 회로(50)의 양단에 걸친 전압을 나타내는 전압값 및 스위칭 회로(50)의 온도를 나타내는 온도값을 결정한다.

단계 S120에서는, 제어부(400)는, 전류 신호를 기초로, 션트 저항 소자(30)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정한다. 션트 저항 소자(30)는 충방전 경로에 설치되는 것이므로, 제1 전류값은 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 것이기도 하다.

단계 S130에서, 제어부(400)는, 단계 S110에서 결정된 전압값 및 온도값을 기초로, 스위칭 회로(50)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정한다. 스위칭 회로(50)는 충방전 경로에 설치되는 것이므로, 제2 전류값은 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 것이기도 하다.

단계 S140에서, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값을 기초로, 션트 저항 소자(30)이 정상 상태인지 여부를 판정한다. 예를 들어, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 상기 정상 범위 이내인 경우, 션트 저항 소자(30)가 정상 상태인 것으로 판정될 수 있다. 반면, 제1 전류값과 제2 전류값의 차이가 상기 정상 범위를 벗어나는 경우, 션트 저항 소자(30)이 고장 상태인 것으로 판정될 수 있다. 단계 S140의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S150이 진행될 수 있다. 단계 S140의 값이 "예"인 경우, 상기 방법은 종료될 수 있다.

단계 S150에서, 제어부(400)는, 폴트 메시지를 외부 디바이스(2)에게 전송할 수 있다. 폴트 메시지는, 션트 저항 소자(30)이 고장 상태임을 사용자 또는 외부 디바이스(2)에게 알리기 위한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

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.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

1: 전류 측정 장치
2: 외부 디바이스
10: 배터리
50: 스위칭 회로
100: 전압 측정부
200: 온도 측정부
300: 전류 측정부
400: 제어부
500: 메모리 디바이스

Claims

배터리를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 장치에 있어서,
상기 충방전 경로에 설치되는 스위칭 회로;
상기 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자를 포함하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압에 대응하는 전류 신호를 출력하도록 구성되는 전류 측정부;
상기 스위칭 회로의 양단에 걸친 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
상기 스위칭 회로의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부; 및
상기 스위칭 회로, 상기 전류 측정부, 상기 전압 측정부 및 상기 온도 측정부에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 전류 신호를 기초로, 상기 션트 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정하도록 구성되고,
상기 측정된 전압 및 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정하도록 구성되고,
상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로의 온-저항을 결정하도록 구성되되,
상기 제2 전류값은, 상기 측정된 전압을 상기 온-저항으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 스위칭 회로의 온도와 온-저항 간의 대응 관계가 기록되어 있는 룩업 테이블이 저장되어 있는 메모리 디바이스를 더 포함하되,
상기 제어부는,
상기 측정된 온도를 인덱스로서 이용하여, 상기 룩업 테이블로부터 상기 측정된 온도에 연관된 것으로 기록되어 있는 온-저항을 상기 스위칭 회로의 상기 온-저항으로 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제3 전류값을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위 내인 경우, 상기 제1 전류값, 상기 제2 전류값 및 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 평균 중 어느 하나를 상기 제3 전류값으로 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위를 벗어나는 경우, 상기 제2 전류값을 상기 제3 전류값으로 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위를 벗어나는 경우, 폴트 메시지를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 온도를 기초로, 상기 정상 범위를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 온도가 감소할수록, 상기 정상 범위를 확대하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 포함하는 배터리 팩.
배터리를 위한 충방전 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 방법에 있어서,
상기 충방전 경로에 설치되는 스위칭 회로의 양단에 걸친 전압을 측정하는 단계;
상기 스위칭 회로의 온도를 측정하는 단계;
상기 충방전 경로에 설치되는 션트 저항 소자의 양단에 걸친 전압을 기초로, 상기 션트 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제1 전류값을 결정하는 단계;
상기 측정된 전압 및 상기 측정된 온도를 기초로, 상기 스위칭 회로를 통해 흐르는 전류를 나타내는 제2 전류값을 결정하는 단계; 및
상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 기초로, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 측정 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 전류값은,
상기 측정된 전압을 상기 측정된 온도에 연관된 온-저항으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 전류 측정 방법.
제11항에 있어서,
상기 션트 저항 소자가 정상 상태인지 여부를 판정하는 단계에서는,
상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값 간의 차이가 정상 범위 내인 경우, 상기 션트 저항 소자가 정상 상태인 것으로 판정되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 방법.