KR20200137509A - 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 센싱 라인을 통해 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리 셀에 대응되는 형태로 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터를 통해 대응되는 배터리 셀에 대해 상기 전압 측정부에서 측정되는 전압에 포함된 노이즈를 필터링하도록 구성된 필터부; 노이즈 저항이 구비된 라인을 통해 상기 필터부와 연결되고, 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 상기 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 상기 필터부로 출력하도록 구성된 신호 출력부; 및 상기 전압 측정부 및 상기 신호 출력부와 연결되고, 상기 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하고, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압값을 수신하고, 수신한 배터리 셀의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 상기 필터부에 포함된 커패시터의 결함을 검출하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING CRACK OF BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩의 내부에 구비된 커패시터의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 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 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.
배터리가 포함된 배터리 팩은 일반적으로 리플 전류 또는 고주파 전류를 필터링하기 위한 필터가 구비되고, 상기 필터에는 일반적으로 커패시터가 구비된다. 커패시터는 고주파 전류를 통과시키기 때문에, 필터 내부에서 커패시터가 구비된 위치에 따라, 필터의 종류가 로우 패스 필터 또는 하이 패스 필터로 구분될 수 있다. 즉, 필터에 포함된 커패시터는 일정 주파수 대역의 전류를 필터링함으로써, 배터리의 전압이 보다 정확하게 측정될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 커패시터에 결함이 생긴 경우, 필터링 되어야 할 주파수 대역을 가진 전류가 필터링 되지 않음으로써, 배터리의 전압이 정확하지 않게 측정될 수 있다. 배터리의 전압이 정확하게 측정되지 않으면, 배터리의 충전 상태(State of Charge, SOC)가 부정확하게 산출되기 때문에, 이로 인하여 여러 문제가 발생할 수 있다.
특허문헌 1은 배터리의 전압에 따른 아날로그 신호를 출력하고, 출력된 아날로그 신호를 복수의 필터에 입력하여 필터링하는 구성을 개시하고 있다. 다만, 특허문헌 1은 아날로그 신호에 포함된 차단 주파수 이상의 고주파 신호를 필터링하기 위하여 복수의 필터를 이용하는 구성을 개시하고 있을 뿐, 필터에 포함된 커패시터의 결함을 검출하는 구성은 전혀 개시하고 있지 않는 문제가 있다.
JP 2010-243157 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비파괴적인 방식을 통해 필터에 포함된 커패시터의 용량을 산출하고, 커패시터의 결함을 검출하는 배터리 팩의 결함 검출 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.
본 발명의 일 측면 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 센싱 라인을 통해 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리 셀에 대응되는 형태로 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터를 통해 대응되는 배터리 셀에 대해 상기 전압 측정부에서 측정되는 전압에 포함된 노이즈를 필터링하도록 구성된 필터부; 노이즈 저항이 구비된 라인을 통해 상기 필터부와 연결되고, 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 상기 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 상기 필터부로 출력하도록 구성된 신호 출력부; 및 상기 전압 측정부 및 상기 신호 출력부와 연결되고, 상기 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하고, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압값을 수신하고, 수신한 배터리 셀의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 상기 필터부에 포함된 커패시터의 결함을 검출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 셀이 복수 개 구비된 경우, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 수신하고, 수신한 복수의 배터리 셀 각각의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응되는 커패시터의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 필터부는, 상기 배터리 셀과 직렬로 연결된 필터 저항, 및 상기 센싱 라인 상에서 상기 필터 저항과 상기 전압 측정부 사이의 노드에 연결되어 대응되는 상기 배터리 셀과 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 신호 출력부는, 노이즈 저항이 구비된 노이즈 라인을 통해서 상기 노드와 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 셀이 복수 개 구비된 경우, 상기 노이즈 라인의 적어도 일부분을 복수의 분기 라인으로 분기하도록 구성된 라인 분기부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 분기 라인은, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응되는 노드에 각각 연결될 수 있다.
상기 노이즈 저항은, 상기 노이즈 라인 상에서 상기 라인 분기부와 상기 신호 출력부 사이에 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀에 대해 수신한 전압값에 기반하여 타겟 전압값을 산출하고, 산출된 타겟 전압값을 상기 기설정된 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 출력 주파수를 선택하고, 선택된 출력 주파수에 기반하여 상기 커패시터의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 측정부로부터 상기 배터리 셀에 대한 최대 전압값 및 최소 전압값을 수신하고, 상기 최대 전압값과 상기 최소 전압값의 차이에 기반하여 상기 타겟 전압값을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 선택된 출력 주파수와 상기 노이즈 저항의 저항값을 통해서, 상기 배터리 셀에 대응되는 커패시터의 용량을 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 출력된 노이즈 신호의 출력 주파수 및 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압값이 매핑되어 저장되는 주파수-전압 테이블이 상기 배터리 셀에 대응되게 구비된 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주파수 정보를 변경하고, 변경된 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 커패시터의 초기 용량과 상기 노이즈 저항의 저항값에 따라 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 상기 주파수 정보를 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 상기 주파수 정보를 기설정된 주파수 간격씩 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 기설정된 주파수 간격은, 상기 전압 측정부에서 측정할 수 있는 최소 전압의 크기에 기반하여 미리 설정된 주파수 간격일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서 주파수 정보를 변경하기 전에, 상기 미리 설정된 주파수 범위 미만의 주파수 범위에서 선택된 소정의 예비 주파수의 주파수 정보를 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하고, 상기 신호 출력부에 의해 상기 예비 주파수에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호가 출력됨에 따라 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압값을 수신하고, 수신한 전압값에 기반하여 예비 전압값을 산출하고, 산출한 배터리 셀의 예비 전압값과 기설정된 기준 전압값에 기반하여 상기 필터부에 포함된 커패시터의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 상기 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력하는 노이즈 신호 출력 단계; 상기 노이즈 신호가 출력된 이후, 일부 주파수 대역이 필터링된 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 및 상기 전압 측정 단계에서 측정된 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 상기 배터리 셀에 대응되는 커패시터의 결함을 검출하는 결함 검출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 노이즈 신호를 이용하여 커패시터의 결함이 검출되므로, 조립된 배터리 팩 내부의 커패시터의 결함이 간편하게 검출될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 노이즈 신호 출력, 노이즈 신호 필터링 및 전압 측정을 위한 컴팩트한 회로 구조를 포함하고 있으므로, 커패시터 검출을 위한 비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 사용자에게 배터리 셀의 측정 전압 및 커패시터의 용량 등의 정보가 제공되므로, 사용자가 커패시터의 퇴화 정도 및/또는 퇴화 진행 속도 등의 경향을 파악할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에서 라인 분기부의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에서 라인 분기부의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 이용하여 커패시터의 결함을 검출한 실험 데이터이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에 저장된 주파수-전압 테이블의 예시를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에 저장된 주파수-데시벨 테이블의 예시를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
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.
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.
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 제어부와 같은 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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 결함 검출 장치(100)는 배터리 팩(1)에 포함될 수 있다. 즉, 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10)과 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(10)은 단수 또는 복수의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 결함 검출 장치(100)는 전압 측정부(110), 필터부(120), 신호 출력부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는 센싱 라인(L)을 통해 배터리 셀(B)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 센싱 라인(L)은 일단이 배터리 모듈(10)의 전극 리드에 연결되고, 타단이 전압 측정부(110)의 입력 단자에 연결될 수 있다. 따라서, 전압 측정부(110)는 센싱 라인(L)을 통해 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 하나의 배터리 셀(B)이 포함되었다고 가정한다. 전압 측정부(110)는 배터리 셀(B)과 연결된 센싱 라인(L)을 통해서 배터리 셀(B)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀(B)의 양극과 전압 측정부(110)의 입력 단자 사이가 센싱 라인(L)을 통해 연결될 수 있다.
필터부(120)는 배터리 셀(B)에 대응되는 형태로 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 이 때, 커패시터(C)는 배터리 셀(B)과 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 배터리 셀(B)이 하나 포함되었으므로, 필터부(120)는 하나의 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
또한, 필터부(120)는 커패시터(C)를 통해, 대응되는 배터리 셀(B)에 대해 전압 측정부(110)에서 측정되는 전압에 포함된 노이즈를 필터링하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2의 실시예에서, 필터부(120)는 배터리 모듈(10)과 전압 측정부(110) 사이에 구비되어, 전압 측정부(110)에서 측정하는 전압에 포함된 노이즈를 필터링할 수 있다. 여기서, 필터부(120)는 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 또는 하이 패스 필터(High Pass Filter)로 구성될 수 있다. 도 2는 필터부(120)가 로우 패스 필터로 구성된 경우의 실시예이다. 설명의 편의를 위하여 이하에서는 필터부(120)가 로우 패스 필터로 구성된 경우를 위주로 설명한다.
보다 구체적으로, 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 필터부(120)는 커패시터(C) 및 필터 저항(R)을 포함할 수 있다. 여기서, 필터부(120)의 커패시터(C)는 배터리 셀(B)에 병렬로 연결된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 커패시터(C)는 일단이 센싱 라인(L)에 연결되고 타단이 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측(팩 단자 측, P-)에 연결된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 필터부(120)의 필터 저항(R)은, 센싱 라인(L) 상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 필터 저항(R)은, 배터리 모듈(10)의 양극 단자(팩 단자 측, P+)와 커패시터(C)가 연결된 지점 사이에 구비될 수 있다.
커패시터(C) 및 필터 저항(R)을 포함하는 이러한 필터부(120) 구성에 의해, 전압 측정부(110)는 상기 필터부(120)의 차단 주파수 이상의 고주파가 감쇄된 전압을 측정할 수 있다. 즉, 고주파가 통과될 수 있는 커패시터(C)의 특성에 따라, 전압 측정부(110)는 고주파가 감쇄된 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다.
신호 출력부(130)는 노이즈 저항(Rn)이 구비된 라인을 통해 필터부(120)와 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 신호 출력부(130)는 노이즈 저항(Rn)이 구비된 노이즈 라인(Ln)을 통해서 필터부(120)와 연결될 수 있다. 여기서, 노이즈 저항(Rn)은 저항값이 미리 알려진 저항으로서, 저항값의 변동이 작은 저항일 수 있다.
이 때, 노이즈 저항(Rn)의 크기는 작을수록 바람직하다. 예컨대, 노이즈 저항(Rn)의 크기가 너무 크면, 신호 출력부(130)에서 출력되는 노이즈 신호의 크기가 크게 줄어들 수 있다. 이 경우, 신호 출력부(130)로부터 출력 주파수가 상이한 노이즈 신호가 출력되더라도, 노이즈 저항(Rn)에 의해 필터부(120)에 입력되는 신호들의 크기가 작고, 필터부(120)에 입력되는 신호들 간의 차이가 미미할 수 있다. 또한, 노이즈 저항(Rn)의 크기가 너무 크면, 외부 요인에 의한 변동이 심할 수 있다. 예컨대, 노이즈 저항(Rn)이 지나치게 크면, 배터리 팩(1) 내부의 온도 또는 습도 등 외부 요인에 따라 노이즈 저항(Rn)이 대응되는 크기만큼 변할 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 결함 검출의 신뢰성 및 정확성이 외부 요인에 의해 영향을 적게 받기 위하여, 노이즈 저항(Rn)의 크기는 작게 설정될 수 있다.
또한, 신호 출력부(130)는 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 입력받을 수 있다. 예컨대, 신호 출력부(130)는 제어부(140)로부터 제어 신호를 입력받을 수 있다.
제어 신호가 입력되면, 신호 출력부(130)는, 제어 신호에 포함된 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 필터부(120)로 출력하도록 구성될 수 있다. 여기서 주파수 정보란, 신호 출력부(130)에서 출력되는 노이즈 신호에 포함되는 출력 주파수에 대한 정보를 포함할 수 있다.즉, 신호 출력부(130)는 주파수를 가진 신호를 출력할 수 있으며, 입력되는 제어 신호에 포함된 주파수 정보에 대응되는 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 신호 출력부(130)가 제어부(140)로부터 x[Hz] 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 입력 받은 경우, 신호 출력부(130)는 x[Hz] 주파수를 가진 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)을 통해 출력할 수 있다. 따라서, x[Hz] 주파수를 가진 노이즈 신호는 노이즈 라인(Ln)을 통해서 필터부(120)에 입력될 수 있다. 구체적으로, 출력된 노이즈 신호는 센싱 라인(L)에 인가되고, 출력된 노이즈 신호는 전압 측정부(110)로 입력되는 배터리 셀(B)의 전압 측정 신호와 결합될 수 있다. 그리고, 노이즈 신호와 결합된 전압 측정 신호에서, 고주파 성분은 필터부(120)에 의해 필터링될 수 있다. 즉, 노이즈 신호와 결합된 전압 측정 신호에서, 고주파 성분은 커패시터(C)를 통과해 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)측으로 진행할 수 있다. 따라서, 전압 측정부(110)는 고주파 성분이 필터링된 배터리 셀(B)의 전압 측정 신호를 입력받고, 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 도 2의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 커패시터(C)를 통과한 고주파 성분이 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)측으로 진행하도록 도시하였음을 유의한다. 즉, 배터리 팩(1)에 커패시터(C)와 연결된 접지 단자가 별도로 구비된 경우라면, 커패시터(C)를 통과한 고주파 성분은 상기 접지 단자 측으로 진행할 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110) 및 신호 출력부(130)와 연결될 수 있다. 예컨대, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(140)는 유선으로 전압 측정부(110) 및 신호 출력부(130)와 연결될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 전압 측정부(110) 및 신호 출력부(130)와 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 제어 신호를 신호 출력부(130)로 송신하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 신호 출력부로 송신되는 제어 신호에는, 주파수 정보가 포함될 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 주파수의 정보가 포함된 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다. 신호 출력부(130)는 제어부(140)로부터 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 수신하면, 제어 신호에 포함된 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)을 통해 출력할 수 있다. 따라서, 필터부(120)에는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호가 입력될 수 있다.
구체적으로, 도 2의 실시예에서, 제어부(140)는 x[Hz] 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 신호 출력부(130)로 송신할 수 있다. 신호 출력부(130)는 x[Hz] 출력 주파수가 포함된 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)을 통해 출력할 수 있다. 노이즈 라인(Ln)을 통해 출력된 노이즈 신호는 센싱 라인(L)에 인가될 수 있다. 그리고, 노이즈 신호에 포함된 고주파 성분은 필터부(120)에 의해 필터링될 수 있다.
또한, 제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압값을 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압값은 필터부(120)에 의해 고주파가 필터링된 전압값일 수 있다.
예컨대, 신호 출력부(130)에서 출력된 노이즈 신호는 출력 주파수에 따라 일부 또는 전부가 필터부(120)에서 필터링되고, 전압 측정부(110)는 필터링된 노이즈 신호가 포함된 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 배터리 셀(B)의 전압값을 수신할 수 있다.
구체적으로, 신호 출력부(130)가 출력한 노이즈 신호는 필터부(120)에 의해 필터링될 수 있다. 이 때, 노이즈 신호에 포함된 차단 주파수 이상의 고주파 성분은 필터부(120)에 의해 감쇄되어, 노이즈 신호에 포함된 고주파 성분이 필터링될 수 있다. 여기서, 차단 주파수는 커패시터(C)의 용량에 기반한 주파수 값일 수 있다. 즉, 커패시터(C)의 용량이 작을수록 필터링되는 주파수 대역이 작아질 수 있다. 따라서, 커패시터(C)에 의해 필터링된 결과에 따라 커패시터(C)의 결함이 검출될 수 있다. 커패시터(C)와 차단 주파수에 대한 상관 관계식은 아래에서 설명한다.
또한, 제어부(140)는 수신한 배터리 셀(B)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(140)는 수신한 배터리 셀(B)의 전압값과 기설정된 기준값을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있다.
예컨대, 배터리 팩의 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)에 결함이 생긴 경우, 필터부(120)에 의한 필터링에 영향을 미치기 때문에, 배터리 셀(B)의 전압이 정확하게 측정되지 않는 문제가 발생한다. 또한, 배터리 셀(B)의 전압이 정확하게 측정되지 않는다면, 배터리 셀(B)의 충전 상태(State of Charge)가 정확하지 않게 추정될 수 있고, 이로 인해 배터리 셀(B)이 과충전 또는 과방전되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 배터리 셀(B)의 전압이 정확하게 측정되지 않음으로써, 배터리 셀(B)의 스웰링(swelling), 발화 또는 폭발 등 예상치 못한 다양한 문제가 발생될 위험이 있다.
즉, 노이즈 신호가 필터링된 결과에 기반하여 커패시터(C)의 필터링 성능이 확인되고, 확인된 필터링 성능에 기반하여 커패시터(C)의 결함이 검출될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 비파괴적인 방식을 이용함으로써, 조립된 배터리 팩(1)의 내부에 구비된 커패시터(C)의 결함을 간편하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
배터리 팩(1) 내에 배터리 셀(B)이 복수 개 구비된 경우, 제어부(140)는, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 셀(B) 각각의 전압값을 수신하도록 구성될 수 있다. 배터리 모듈(10)에 복수의 배터리 셀(B)이 포함된 예시는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 3의 실시예에서, 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)은 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)을 포함할 수 있다.
제1 센싱 라인(L1)은 제1 배터리 셀(B1)의 양극단과 전압 측정부(110)에 연결되고, 제2 센싱 라인(L2)은 제2 배터리 셀(B2)의 양극단과 전압 측정부(110)에 연결될 수 있다. 제3 센싱 라인(L3)은 제3 배터리 셀(B3)의 양극단과 전압 측정부(110)에 연결되고, 제4 센싱 라인(L4)은 제4 배터리 셀(B4)의 양극단과 전압 측정부(110)에 연결될 수 있다.
전압 측정부(110)는 제1 센싱 라인(L1)을 통해서 제1 배터리 셀(B1)의 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(L2)을 통해서 제2 배터리 셀(B2)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는 제3 센싱 라인(L3)을 통해서 제3 배터리 셀(B3)의 전압을 측정하고, 제4 센싱 라인(L4)을 통해서 제4 배터리 셀(B4)의 전압을 측정할 수 있다.
신호 출력부(130)에 의해 출력된 노이즈 신호는 노이즈 라인(Ln)을 통해 각각의 센싱 라인(L1, L2, L3 및 L4)으로 입력될 수 있다. 예컨대, 노이즈 라인(Ln)이 복수개가 구비된 경우, 각각의 노이즈 라인이 각각의 센싱 라인(L1, L2, L3 및 L4)에 연결될 수 있다. 다른 예로, 하나의 노이즈 라인(Ln)이 구비된 경우, 노이즈 라인(Ln)은 복수의 분기 라인으로 분기되고, 복수의 분기 라인 각각이 센싱 라인(L1, L2, L3 및 L4)에 각각 연결될 수 있다.
도 3의 실시예는 하나의 노이즈 라인(Ln)이 구비된 실시예이다. 도 3의 실시예에 도시된 구성을 참조하면, 노이즈 라인(Ln)은 제1 센싱 라인(L1), 제2 센싱 라인(L2), 제3 센싱 라인(L3) 및 제4 센싱 라인(L4) 각각에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 노이즈 라인(Ln)은 제1 센싱 라인(L1) 상에서 제1 저항(R1)과 전압 측정부(110)사이의 제1 노드(N1)에 연결될 수 있다. 또한, 노이즈 라인(Ln)은 제2 센싱 라인(L2) 상에서 제2 저항(R2)과 전압 측정부(110)사이의 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 또한, 노이즈 라인(Ln)은 제3 센싱 라인(L3) 상에서 제3 저항(R3)과 전압 측정부(110)사이의 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 또한, 노이즈 라인(Ln)은 제4 센싱 라인(L4) 상에서 제4 저항(R4)과 전압 측정부(110)사이의 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
이러한 구성에서, 신호 출력부(130)에 의해 출력된 노이즈 신호는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 각각에 입력될 수 있다. 그리고, 필터부(120)에 포함된 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4) 각각에 의해 노이즈 신호가 필터링될 수 있다. 전압 측정부(110)는 측정한 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 전압에 대한 전압값을 제어부(140)에게 송신할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 수신한 복수의 배터리 셀(B) 각각의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여, 복수의 배터리 셀(B) 각각에 대응되는 커패시터(C)의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제1 커패시터(C1)는 제1 배터리 셀(B1)에 대응되는 커패시터로서, 일단이 제1 노드(N1)에 연결되고 타단이 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측(팩 단자 측, P-)에 연결되어, 제1 배터리 셀(B1)과 병렬로 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 제2 배터리 셀(B2)에 대응되는 커패시터로서, 일단이 제2 노드(N2)에 연결되고 타단이 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측(팩 단자 측, P-)에 연결되어, 제2 배터리 셀(B2)과 병렬로 연결될 수 있다.
제3 커패시터(C3)는 제3 배터리 셀(B3)에 대응되는 커패시터로서, 일단이 제3 노드(N3)에 연결되고 타단이 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측(팩 단자 측, P-)에 연결되어, 제3 배터리 셀(B3)과 병렬로 연결될 수 있다.
제4 커패시터(C4)는 제4 배터리 셀(B4)에 대응되는 커패시터로서, 일단이 제4 노드(N4)에 연결되고 타단이 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측(팩 단자 측, P-)에 연결되어, 제4 배터리 셀(B4)과 병렬로 연결될 수 있다.
제어부(140)는 제1 배터리 셀(B1)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 제1 커패시터(C1)의 결함을 검출할 수 있고, 제2 배터리 셀(B2)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 제2 커패시터(C2)의 결함을 검출할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 제3 배터리 셀(B3)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 제3 커패시터(C3)의 결함을 검출할 수 있고, 제4 배터리 셀(B4)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 제4 커패시터(C4)의 결함을 검출할 수 있다. 여기서, 기설정된 기준값은 일정한 수치를 의미할 수도 있고, 일정한 수치 범위를 의미할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 배터리 셀(B) 각각에 대응되는 커패시터(C) 각각의 결함 여부를 독립적으로 판단함으로써, 어떤 배터리 셀(B)에 대응되는 커패시터(C)에 결함이 있는지를 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 결함이 검출된 커패시터(C)에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 결함이 검출된 커패시터(C) 및 이 커패시터(C)에 대응되는 배터리 셀(B)과의 연결을 끊음으로써, 해당 배터리 셀(B)의 전압이 잘못 측정됨으로써 발생될 수 있는 문제들을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 제어부(140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(140)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 저장부(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 저장부(150)는 노이즈 저항(Rn)의 저항값 및 배터리 셀(B)의 초기 상태(Beginning of Life, BOL)의 출력 전압값 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(150)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(150)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM(Random Access Memory), 플래쉬 메모리, ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read only Memory), 레지스터 등이 포함될 수 있다. 저장부(150)는 제어부(140)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 또는 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
필터부(120)는 센싱 라인상에 위치하여 배터리 셀(B)과 직렬로 연결된 필터 저항(R) 및 센싱 라인(L)상에서 필터 저항(R)과 전압 측정부(110) 사이의 노드(N)에 연결되어 대응되는 배터리 셀(B)과 병렬로 연결된 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 필터부(120)는 저항-커패시터(C) 구조의 로우 패스 필터를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(120)는 센싱 라인(L)상에 구비되어 배터리 셀(B)과 직렬로 연결된 필터 저항(R)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 센싱 라인(L) 상에서, 필터 저항(R)과 전압 측정부(110) 사이의 라인을 노드(N)라고 명명한다. 커패시터(C)는 일단이 노드(N)에 연결될 수 있다.
만약, 필터부(120)가 하이 패스 필터로 구비되었다면, 도 2의 실시예에서 필터 저항(R)과 커패시터(C)의 위치가 서로 변경될 수 있다.
또한, 도 3의 실시예에서는 필터 저항(R1, R2, R3 및 R4)과 대응되는 커패시터(C1, C2, C3 및 C4)의 위치가 서로 변경될 수 있다.
신호 출력부(130)는, 노이즈 저항(Rn)이 구비된 노이즈 라인(Ln)을 통해 노드(N)와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 신호 출력부(130)는 노이즈 라인(Ln)을 통해서 필터부(120)와 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 노드(N)에 노이즈 라인(Ln)이 연결되고, 노이즈 라인(Ln)에는 노이즈 저항(Rn)이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 노드(N) 상에서 커패시터(C)의 일단이 연결된 지점과 필터 저항(R) 사이에 노이즈 라인(Ln)이 연결될 수 있다. 따라서, 신호 출력부(130)에서 출력된 노이즈 신호 중 고주파가 커패시터(C)를 통해서 필터링될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 각각의 배터리 셀(B)에 대해서 구비된 필터를 이용하여 측정되는 전압에 포함된 일정 대역대의 주파수를 필터링할 수 있는 장점이 있다. 예컨대, 리플 신호 및 노이즈 고주파 신호를 필터링할 수 있다. 그리고, 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 배터리 셀(B) 각각에 대응되는 커패시터(C)를 구비하고, 커패시터(C) 각각의 결함을 독립적으로 검출할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 결함 검출 장치(100)는 배터리 팩(1) 내에 배터리 셀(B)이 복수 개 구비된 경우, 노이즈 라인(Ln)의 적어도 일부분을 복수의 분기 라인으로 분기하도록 구성된 라인 분기부(160)를 더 포함할 수 있다. 또한, 라인 분기부(160)는 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 라인 분기부(160)는 노이즈 라인(Ln)을 제1 분기 라인(Ln1), 제2 분기 라인(Ln2), 제3 분기 라인(Ln3) 및 제4 분기 라인(Ln4)로 분기할 수 있다. 그리고, 라인 분기부(160)는 노이즈 라인(Ln)을 통해 신호 출력부(130)와 연결될 수 있다. 라인 분기부(160)는 제1 분기 라인(Ln1), 제2 분기 라인(Ln2), 제3 분기 라인(Ln3) 및 제4 분기 라인(Ln4)을 통해 필터부(120)와도 연결될 수 있다.
라인 분기부(160)와 필터부(120)를 연결하는 분기 라인의 개수는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(B1 내지 B4)의 개수에 대응될 수 있다. 즉, 도 3의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀의 개수는 4개이므로, 분기 라인의 개수도 4개일 수 있다.
복수의 분기 라인은 복수의 배터리 셀 각각에 대응되는 노드에 각각 연결될 수 있다.
즉, 라인 분기부(160)는 복수의 분기 라인(Ln1 내지 Ln4)을 통해 복수의 배터리 셀(L1 내지 L4)에 각각에 대응되는 노드(N1 내지 N4)에 각각 연결될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 라인 분기부(160)는 노이즈 라인(Ln)을 제1 분기 라인(Ln1), 제2 분기 라인(Ln2), 제3 분기 라인(Ln3) 및 제4 분기 라인(Ln4)으로 분기할 수 있다. 제1 분기 라인(Ln1), 제2 분기 라인(Ln2), 제3 분기 라인(Ln3) 및 제4 분기 라인(Ln4)은 각각 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 3의 실시예에서, 제1 노드(N1) 상에서 제1 커패시터(C1)의 일단이 연결된 지점과 제1 필터 저항(R1) 사이에 제1 분기 라인(Ln1)이 연결되고, 제1 분기 라인(Ln1)을 통해 노이즈 신호가 제1 노드(N1)에 인가될 수 있다.
마찬가지로, 제2 노드(N2) 상에서 제2 커패시터(C2)의 일단이 연결된 지점과 제2 필터 저항(R2) 사이에 제2 분기 라인(Ln2)이 연결되고, 제2 분기 라인(Ln2)을 통해 노이즈 신호가 제2 노드(N2)에 인가될 수 있다.
또한, 제3 노드(N3) 상에서 제3 커패시터(C3)의 일단이 연결된 지점과 제3 필터 저항(R3) 사이에 제3 분기 라인(Ln3)이 연결되고, 제3 분기 라인(Ln3)을 통해 노이즈 신호가 제3 노드(N3)에 인가될 수 있다.
제4 노드(N4) 상에서 제4 커패시터(C4)의 일단이 연결된 지점과 제4 필터 저항(R4) 사이에 제4 분기 라인(Ln4)이 연결되고, 제4 분기 라인(Ln4)을 통해 노이즈 신호가 제4 노드(N4)에 인가될 수 있다.
여기서, 라인 분기부(160)는 디멀티플렉서(Demultiplexer, DEMUX) 또는 복수의 스위치가 포함된 구조로 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에서 라인 분기부의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 라인 분기부(160)는 디멀티플렉서로 구비될 수 있다. 라인 분기부(160)는 n개의 입력 라인이 연결되고, m개의 출력 라인이 연결된 디멀티플렉서일 수 있다. 여기서, m과 n은 모두 양의 정수이고, 디멀티플렉서의 정의상 m은 n보다 크다.
또한, 디멀티플렉서로 구비된 라인 분기부(160)는 입력 단자(I), 시리얼 단자(S) 및 출력 단자(O)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀의 개수가 4개이므로, 라인 분기부(160)에는 1개의 입력 단자(I), 2개의 시리얼 단자(S)와 4개의 출력 단자(O)가 포함될 수 있다. 즉, 라인 분기부(160)에는 입력 단자(I), 제1 시리얼 단자(S1), 제2 시리얼 단자(S2), 제1 출력 단자(O1), 제2 출력 단자(O2), 제3 출력 단자(O3) 및 제4 출력 단자(O4)가 포함될 수 있다.
입력 단자(I)에는 노이즈 라인(Ln)이 연결되고, 신호 출력부(130)에서 출력된 노이즈 신호가 입력 단자(I)로 입력될 수 있다.
시리얼 단자(S)에는 분기 제어 라인(Ls)이 연결되고, 라인 분기부(160)는 분기 제어 라인(Ls)을 통해 제어부(140)와 연결될 수 있다. 제어부(140)는 분기 제어 라인(Ls)을 통해 분기 명령을 송신하고, 라인 분기부(160)는 수신한 분기 명령에 따라 출력 단자(O) 중 입력 단자(I)에 입력된 노이즈 신호를 출력하기 위한 단자를 선택할 수 있다. 예컨대, 라인 분기부(160)에서 최대로 분기되는 라인의 개수를 N이라고 하면, 시리얼 단자(S)의 개수는 'Log2N'보다 큰 정수일 수 있다. 바람직하게, 시리얼 단자(S)의 개수는 'Log2N' 보다 큰 정수 중 가장 작은 정수일 수 있다. 예컨대, N이 4이면 시리얼 단자(S)의 개수는 2 이상일 수 있다. 다른 예로, N이 7이면, 'Log27'은 2보다 크고 3보다 작은 수이기 때문에, 'Log27' 보다 큰 정수는 3 이상의 정수이다. 다만, 바람직하게, 시리얼 단자(S)의 개수는 3일 수 있다.
아래의 예시에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 분기 제어 라인(Ls)이 제1 라인(Ls1)과 제2 라인(Ls2)으로 구비되었다고 가정한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 제어부(140)에서 제1 라인(Ls1)으로 출력하는 신호와 제2 라인(Ls2)으로 출력하는 신호의 쌍을 (x,x) 형태로 표현한다. 예컨대, 제어부(140)가 제1 라인(Ls1)으로 a신호를 출력하고, 제2 라인(Ls2)으로 b신호를 출력한 경우라면, 제어부(140)가 (b,a) 신호를 출력하였다고 표현함을 유의한다.
예를 들어, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (0,0) 신호를 출력하면, 라인 분기부(160)는 제1 출력 단자(O1)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
다른 예로, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (0,1) 신호를 출력하면, 라인 분기부(160)는 제2 출력 단자(O2)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
다른 예로, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (1,0) 신호를 출력하면, 라인 분기부(160)는 제3 출력 단자(O3)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
다른 예로, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (1,1) 신호를 출력하면, 라인 분기부(160)는 제4 출력 단자(O4)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
즉, 라인 분기부(160)는 시리얼 단자(S)를 통해 입력된 신호의 조합에 기반하여, 노이즈 신호를 출력할 출력 단자를 선택할 수 있다.
다른 예로, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (0,0), (0,1), (1,0) 및 (1,1) 신호를 출력하면, 라인 분기부(160)는 제1 출력 단자(O1), 제2 출력 단자(O2), 제3 출력 단자(O3) 및 4 출력 단자(O4)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
출력 단자(O)에는 분기 라인이 연결되고, 라인 분기부(160)는 분기 라인을 통해 필터부(120)와 연결될 수 있다. 바람직하게는, 라인 분기부(160)는 분기 라인을 통해 필터부(120)에 포함된 각 노드와 연결될 수 있다.
제1 출력 단자(O1)에는 제1 분기 라인(Ln1)이 연결되고, 제2 출력 단자(O2)에는 제2 분기 라인(Ln2)이 연결될 수 있다. 제3 출력 단자(O3)에는 제3 분기 라인(Ln3)이 연결되고, 제4 출력 단자(O4)에는 제4 분기 라인(Ln4)이 연결될 수 있다.
예컨대, 입력 단자(I)를 통해 노이즈 신호가 입력된 상태에서, 제어부(140)가 (0,0) 및 (1,1) 신호를 모두 출력하면, 라인 분기부(160)는 제1 출력 단자(O1) 및 제4 출력 단자(O4)를 통해서 입력된 노이즈 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 제1 노드(N1) 및 제4 노드(N4)에 신호 출력부(130)로부터 출력된 노이즈 신호가 입력될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에서 라인 분기부(160)의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 라인 분기부(160)는 복수의 분기 노드(Ln1 내지 Ln4) 및 복수의 스위치(S1 내지 S4)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 스위치(S1 내지 S4)의 종류는 기계식 스위치, 전자식 스위치 및 전기식 스위치 등 제한되지 않고 적용될 수 있다. 다만, 복수의 스위치(S1 내지 S4)에 따른 영향을 최소화하기 위하여, 복수의 스위치(S1 내지 S4)는 모두 동일한 종류와 사양을 가진 스위치로 구비될 수 있다. 즉, 제1 스위치(S1)가 FET라면, 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)도 FET일 수 있다.
예컨대, 라인 분기부(160)에 연결된 노이즈 라인(Ln)은 분기점(BP)을 기준으로, 제1 분기 노드(Ln1), 제2 분기 노드(Ln2), 제3 분기 노드(Ln3) 및 제4 분기 노드(Ln4)로 분기될 수 있다. 그리고, 제1 분기 노드(Ln1)에는 제1 스위치(S1)가 구비되고, 제2 분기 노드(Ln2)에는 제2 스위치(S2)가 구비될 수 있다. 제3 분기 노드(Ln3)에는 제3 스위치(S3)가 구비되고, 제4 분기 노드(Ln4)에는 제4 스위치(S4)가 구비될 수 있다.
도 5에는 개략적으로 도시하였지만, 복수의 스위치(S1 내지 S4) 각각은 분기 제어 라인(Ls)을 통해 제어부(140)와 연결될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)의 동작 상태를 독립적으로 제어할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어하고, 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)의 동작 상태를 턴 오프 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 입력 단자(I)를 통해 입력된 노이즈 신호는 제1 출력 단자(O1) 및 제2 출력 단자(O3)를 통해 출력될 수 있다. 즉, 노이즈 신호는 제1 분기 노드(Ln1) 및 제2 분기 노드(Ln2)를 통해 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 인가될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 노이즈 라인(Ln)을 복수의 분기 라인으로 분기하는 라인 분기부(160)를 포함하여 회로적 구성이 비교적 간단하기 때문에, 생산성이 향상되고 생산 비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.
노이즈 저항(Rn)은 상기 노이즈 라인(Ln)상에서 라인 분기부(160)와 상기 신호 출력부(130) 사이에 구비될 수 있다.
도 3의 실시예와 같이, 라인 분기부(160)에 의해 노이즈 라인(Ln)이 제1 분기 노드(Ln1), 제2 분기 노드(Ln2), 제3 분기 노드(Ln3) 및 제4 분기 노드(Ln4)로 분기되더라도, 노이즈 저항(Rn)은 신호 출력부(130)와 라인 분기부(160) 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 하나의 노이즈 저항(Rn)을 구비함으로써, 각각의 커패시터(C)에 대한 결함을 검출할 때, 노이즈 저항(Rn)에 의한 영향을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 커패시터(C)의 결함이 보다 정확하게 검출될 수 있다.
이하에서는, 배터리 셀(B)의 전압값과 기설정된 기준값을 비교하여 커패시터(C)의 결함을 검출하는 과정에 대해서 자세하게 설명한다.
제어부(140)는, 배터리 셀(B)에 대해 수신한 전압값에 기반하여 타겟 전압값을 산출할 수 있다. 여기서, 타겟 전압값은 기설정된 기준값과 비교의 대상이 되는 값으로서, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압값을 제어부(140)가 가공하여 획득한 값이다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 셀(B)의 출력 전압이 V[V]인 것으로 가정한다.
도 2에 도시된 구성을 예로 들면, 배터리 셀(B)에서 센싱 라인(L)을 통해 직류 전류가 출력될 수 있다. 출력된 직류 전류는 필터 저항(R)을 통과하고, 신호 출력부(130)에서 출력된 노이즈 신호와 결합될 수 있다. 이 때, 노이즈 신호는 주파수를 가진 교류 전류이므로, 전압 측정부(110)에서는 배터리 셀(B)의 출력 전압이 V[V]를 기준으로 일정 범위 내에 속하는 전압값이 측정될 수 있다. 전압 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 최대 전압값(Vmax) 및 최소 전압값(Vmin)을 측정할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 전압 측정부(110)에서 측정한 최대 전압값 및 최소 전압값을 가공하여, 상기 타겟 전압값을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 상기 최대 전압값과 최소 전압값 간의 차이에 기반하여 타겟 전압값을 산출할 수 있다.
예컨대, 기설정된 기준값은 배터리 셀(B)의 초기 상태일 때 측정된 값으로서, 신호 출력부(130)에서 기설정된 크기의 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력했을 때 전압 측정부(110)에 의해 측정된 값이다. 예컨대, 배터리 셀(B)이 초기 상태일 때, 신호 출력부(130)는 크기는 100[mV]이고, 출력 주파수는 10[Hz] 정도의 아주 작은 크기의 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 전압 측정부(110)에서 측정한 배터리 셀(B)의 최대 전압값 및 최소 전압값 간의 차이가 기설정된 기준값일 수 있다.
즉, 기설정된 기준값은 배터리 셀마다 상이할 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)이 동일한 공정 라인을 통해 생산되었다고 하더라도, 내부 저항의 미세한 차이 등 수많은 요인에 의해서 완벽히 동일한 배터리 셀이라고 보기 어렵다. 따라서, 배터리 셀마다 측정되는 최대 전압값 및 최소 전압값이 상이할 수 있기 때문에, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)에 대해 기설정된 기준값은 모두 상이할 수 있다.
제어부(140)는 산출된 타겟 전압값을 상기 기설정된 기준값과 비교할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 기설정된 기준값에 대한 타겟 전압값의 비율을 산출할 수 있다. 즉, 기설정된 기준값이 A[mV]이고, 타겟 전압값이 B[mV]이면, 제어부(140)는 타겟 전압값과 기설정된 기준값을 비교하여 'B÷A×100'을 산출할 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 전부에 노이즈 신호가 인가된 경우라면, 제어부(140)는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각에 대해 타겟 전압값을 산출하고, 산출한 타겟 전압값을 기설정된 기준값과 비교할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 제1 배터리 셀(B1)에 대한 제1 타겟 전압값을 산출하고, 제1 배터리 셀(B1)에 대해 기설정된 기준값과 제1 타겟 전압값을 비교할 수 있다. 제어부(140)는 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)에 대해서도 대응되는 동작을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 산출된 타겟 전압값을 상기 기설정된 기준값과 비교한 결과에 따라 출력 주파수를 선택할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(140)는 산출한 타겟 전압값이 기설정된 기준값보다 기설정된 비율에 근사하게 차이날 때의 출력 주파수를 선택할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 제어부(140)는 a[Hz] 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다. 그리고, 신호 출력부(130)에 의해 출력 주파수의 크기가 a[Hz]인 노이즈 신호가 출력됐을 때, 제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 최대 전압값 Vmax[mV] 및 최소 전압값 Vmin[mV]를 수신할 수 있다. 제어부(140)는 최대 전압값 Vmax[mV]와 최소 전압값 Vmin[mV]의 차이인 Vs[mV]를 타겟 전압값으로 산출할 수 있다. 제어부(140)는 산출한 타겟 전압값 Vs[mV]를 기설정된 기준값 Vo[mV]과 비교하여, 감쇠율(ratio of attenuation)을 산출할 수 있다. 여기서, 감쇠율은 'Vs÷Vo×100'의 수식에 따라 산출될 수 있다. 산출된 감쇠율이 기설정된 비율일 경우, 제어부(140)는 a[Hz]를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
바람직하게, 기설정된 비율은 '{1-(1÷√2)}×100'으로, 약 29.3%일 수 있다. 여기서 약 29.3% 산출된 기설정된 비율은, 기설정된 기준값으로부터 약 70.7% 감쇠된 비율이다. 이러한 기설정된 비율은, 커패시터(C)가 구비된 필터링부(120)의 차단 주파수에 기반한 주파수 감쇠율일 수 있다. 즉, 기설정된 기준값은 매우 작은 주파수 크기를 가진 노이즈 신호를 출력하여 산출된 값이고, 감쇠율이 기설정된 기준값보다 약 29.3% 낮을 때의 주파수는 해당 커패시터(C)를 포함하는 필터링부(120) 혹은 필터링 경로의 차단 주파수일 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 기설정된 기준값 Vo[mV]에 대한 산출한 타겟 전압값 Vs[mV]의 비율이 약 29.3%에 근사하면, a[Hz]를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
제어부(140)는 선택된 출력 주파수에 기반하여 커패시터(C)의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(140)는 제1 배터리 셀(B1)에 대해서는 a1[Hz]를 출력 주파수로 선택하고, 제3 배터리 셀(B3)에 대해서는 a2[Hz]를 출력 주파수로 선택하였다고 가정한다. 제어부(140)는 a1[Hz]에 기반하여 제1 배터리 셀(B1)에 대응되는 제1 커패시터(C1)의 결함을 검출하고, a2[Hz]에 기반하여 제2 배터리 셀(B2)에 대응되는 제2 커패시터(C2)의 결함을 검출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)를 이용하여 커패시터(C)의 결함을 검출한 실험 데이터이다.
커패시터(C)의 결함 검출 실험은, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 단일 배터리 셀(B) 및 단일 커패시터(C)를 구비한 후 실시하였다.
도 6을 참조하면, 제어부(140)는 10[Hz], 100[Hz], 500[Hz], 1000[Hz], 1591[Hz], 1800[Hz] 및 5000[Hz]의 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 6의 표에서 2열을 참조하면, 제어부(140)가 10[Hz]의 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 신호 출력부(130)로 출력했을 때, 전압 측정부(110)는 425.193[mV] 내지 246.152[mV]를 측정할 수 있다. 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 측정된 전압값을 수신하고, 최대 전압값(Vmax)과 최소 전압값(Vmin)의 평균을 기준값으로 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 최대 전압값(Vmax)인 425.193[mV]와 최소 전압값(Vmin)인 246.152[mV]의 평균을 산출하고, 산출된 평균값(Vs)인 179.041[mV]를 기준값으로 설정할 수 있다.
위와 동일한 방식으로, 제어부(140)는 100[Hz], 500[Hz], 1000[Hz], 1591[Hz], 1800[Hz] 및 5000[Hz]의 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하고, 각각의 경우에 대해 평균값(Vs)을 산출할 수 있다. 여기서, 100[Hz], 500[Hz], 1000[Hz], 1591[Hz], 1800[Hz] 및 5000[Hz]의 주파수 정보에 대응되는 평균값(Vs)는 기설정된 기준값과 비교의 대상이 되는 타겟 전압값을 가리킨다.
도 6의 실시예에서, 제어부(140)는 기설정된 기준값에 대한 타겟 전압값의 비율인 감쇠율을 산출할 수 있다. 이 경우, 100[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇠율은 약 0%, 500[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇠율은 약 3.02%, 1000[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇠율은 약 16.69%, 1591[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇄율은 약 28.42%, 1800[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇠율은 약 32.34%, 5000[Hz] 주파수 정보에 대응되는 감쇠율은 약 68.96%로 산출될 수 있다.
이 후, 제어부(140)는 산출된 타겟 전압값을 상기 기설정된 기준값과 비교한 결과에 따라 출력 주파수를 선택할 수 있다. 앞선 실시예와 같이, 제어부(140)는 산출한 타겟 전압값이 기설정된 기준값보다 기설정된 비율에 근사하게 차이날 때의 출력 주파수를 선택할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(140)는 산출된 감쇠율이 29.3%와 가장 근사한 1591[Hz] 주파수 정보를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
제어부(140)는 선택한 1591[Hz] 주파수의 크기에 기반하여, 커패시터(C)의 용량을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 선택된 출력 주파수에 기반하여 배터리 셀(B)에 대응되는 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있다. 즉, 출력된 노이즈 신호에 대한 필터링 성능을 확인함으로써, 조립된 배터리 팩(1)을 분리하지 않더라도 간단하게 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)의 결함이 검출될 수 있는 장점이 있다.
다른 실시예로서, 제어부(140)는 산출한 타겟 전압값 및 기설정된 기준값 간의 데시벨(dB) 차이가 기설정된 데시벨 크기에 근사하면, 산출한 타겟 전압값에 기반하여 출력 주파수를 선택할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 아래의 수학식 1을 이용하여 산출한 타겟 전압값 및 기설정된 기준값 간의 데시벨 차이를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
dB = 20×log(Vt÷Vo)
여기서, dB는 데시벨이고, Vo 및 Vt는 전압값으로서, Vo는 기설정된 기준값이고, Vt는 타겟 전압값이다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 10[Hz] 주파수 크기를 가진 노이즈 신호가 신호 출력부(130)에서 출력되었을 때, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 기설정된 기준값이 179.041[mV]이다. 그리고, 1591[Hz] 주파수 크기를 가진 노이즈 신호가 신호 출력부(130)에서 출력되었을 때, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 최대 전압값(Vmax)는 400.439[mV]이고, 최소 전압값(Vmin)은 272.287[mV]이다. 제어부(140)는 측정된 최대 전압값(Vmax)과 최소 전압값(Vmin)에 기반하여, 타겟 전압값을 128.152[mV]로 산출할 수 있다.
그리고 제어부(140)는 수학식 1을 이용하여 기설정된 기준값과 산출한 타겟 전압값 간의 데시벨 크기를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 "20×log(128.152÷179.041)"을 계산한 결과에 기반하여, 기설정된 기준값과 산출한 타겟 전압값 간의 데시벨 차이를 약 -2.9[dB]로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 산출된 데시벨 차이와 기설정된 데시벨 크기를 비교한 결과에 기반하여, 출력 주파수를 선택할 수 있다. 바람직하게, 기설정된 데시벨 크기는 -3[dB]로 미리 설정될 수 있다. 여기서, -3[dB]는 상술한 감쇠율 '-29.3%'에 대응되는 값으로서, 차단 주파수의 정의에 따라 설정된 값일 수 있다.
도 6의 실시예에서, 1591[Hz] 주파수 크기를 가진 노이즈 신호가 신호 출력부(130)에서 출력되었을 때, 제어부(140)에 의해 산출된 데시벨 차이가 약 -2.9[dB]로 기설정된 데시벨 크기인 -3[dB]와 가장 근사하기 때문에, 제어부(140)는 1591[Hz]를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 선택된 출력 주파수에 기반하여 커패시터(C)의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
고, 배터리 셀(B2)의 전압값이 3.5[V]인 경우, 제어부(140)는 상기 수학식 1을 이용하여 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)의 측정된 전압값을 데시벨로 환산할 수 있다. 제어부(140)는 상기 수학식 1을 이용하여 "20×log(4.1)"를 계산한 결과를 통해 제1 배터리 셀(B1)의 전압값을 12.26[dB]로 환산할 수 있다. 제어부(140)는 상기 수학식 1을 이용하여 "20×log(3.5)"를 계산한 결과를 통해 제2 배터리 셀(B2)의 전압값을 10.88[dB]로 환산할 수 있다.
이후, 제어부(140)는, 환산된 데시벨의 크기와 기설정된 기준값을 비교할 수 있다. 여기서, 기설정된 기준값은 저장부(150)에 저장된 특정 데시벨 수치 또는 데시벨 범위일 수 있다. 이하에서는, 기설정된 기준값이 저장부(150)에 저장된 데시벨 수치인 것으로 한정하여 설명한다.
기설정된 기준값은, 배터리 셀(B)의 초기 상태의 출력 전압값이 데시벨로 환산된 값일 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)에 복수의 배터리 셀(B)이 포함되고, 복수의 배터리 셀(B)의 초기 사양이 모두 동일한 경우, 기설정된 기준값은 복수의 배터리 셀(B) 모두에게서 동일할 수 있다. 반대로, 복수의 배터리 셀(B)의 초기 사양이 상이하여 배터리 셀(B) 각각의 초기 상태의 출력 전압값이 상이한 경우, 저장부(150)에는 복수의 배터리 셀(B) 각각에 대하여 상이한 기준값이 저장될 수 있다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 셀(B)의 초기 상태의 출력 전압값은 모두 4[V]이라고 가정하고 설명한다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 저장부(150)에는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)에 대한 기설정된 기준값이 저장될 수 있다. 기설정된 기준값은 상기 수학식 1을 이용하여 산출된 데시벨로서, "20×log(4)"을 계산한 결과인 12.04[dB]일 수 있다.
제어부(140)는 환산된 데시벨의 크기가 기설정된 기준값 이하일 때의 출력 주파수를 선택할 수 있다. 바람직하게, 제어부(140)는 환산된 데시벨의 크기가 기설정된 기준값 보다 기설정된 크기 이하가 될 때의 출력 주파수를 선택할 수 있다. 예컨대, 기설정된 크기는 3[dB]로 미리 설정될 수 있다. 즉, 제어부(140)는 환산된 데시벨 중 기설정된 기준값보다 3[dB] 이하의 크기를 가진 데시벨을 선택하고, 선택된 데시벨과 매칭되는 출력 주파수를 선택할 수 있다.
즉, 바람직하게는, 제어부는 환산된 데시벨 중 기설정된 기준값과 3[dB] 차이나는 데시벨을 선택할 수 있다. 다만, 환산된 데시벨 중 기설정된 기준값과의 차이가 정확하게 3[dB]인 데시벨이 존재하지 않을 경우, 제어부(140)는 환산된 데시벨 중 기설정된 기준값보다 3[dB] 이하의 크기를 가지면서, 가장 큰 크기를 가진 데시벨을 선택할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 제어부(140)는 a[Hz] 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다. 그리고, 신호 출력부(130)에 의해 출력 주파수의 크기가 a[Hz]인 노이즈 신호가 출력됐을 때, 제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 전압값 b[V]를 수신할 수 있다. 제어부(140)는 전압값 b[V]를 c[dB]로 환산하고, 환산한 c[dB]를 기설정된 기준값과 비교할 수 있다. 만약, c[dB]가 기설정된 기준값보다 3[dB] 작은 값이라면, 제어부(140)는 환산된 데시벨의 크기가 기설정된 기준값 보다 기설정된 크기 이하가 될 때의 출력 주파수로서 a[Hz] 주파수를 선택할 수 있다. 여기서, 선택된 출력 주파수는 차단 주파수(cut-off frequency)일 수 있다. 즉, 선택된 출력 주파수는 필터부(120)를 통과하여 전압 측정부(110)로 인가되지 못하는 주파수 대역의 경계 주파수일 수 있다.
제어부(140)는 선택된 출력 주파수에 기반하여 커패시터(C)의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 산출된 데시벨 차이 및 출력 주파수에 기반하여 배터리 셀(B)에 대응되는 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있다. 즉, 출력된 노이즈 신호에 대한 필터링 성능을 확인함으로써, 조립된 배터리 팩(1)을 분리하지 않더라도 간단하게 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)의 결함이 검출될 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는, 선택된 출력 주파수와 노이즈 저항(Rn)의 저항값을 통해서, 배터리 셀(B)에 대응되는 커패시터(C)의 용량을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 필터부(120)에 구비된 로우 패스 필터의 차단 주파수는 하기의 수학식 2를 이용하여 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Fc = 1÷(2×π×Rn×C)
여기서, Fc는 차단 주파수이고, π는 원주율(파이)이고, Rn은 노이즈 저항의 저항값이고, C는 커패시터(C)의 용량(커패시턴스, capacitance)이다.
제어부(140)에 의해 선택된 출력 주파수는 수학식 2의 차단 주파수(Fc)에 대입되고, 노이즈 저항(Rn)의 저항값은 저장부(150)에 미리 저장된 값이다. 따라서 제어부(140)는 상기 수학식 2에, π, 선택한 출력 주파수의 크기 및 노이즈 저항(Rn)의 저항값을 대입하여 커패시터(C)의 용량을 산출할 수 있다.
바람직하게, 커패시터(C)의 초기 상태의 용량인 기준 용량은 저장부(150)에 미리 저장될 수 있다. 제어부(140)는 산출한 커패시터(C)의 용량과 기준 용량을 비교함으로써, 커패시터(C)의 결함 여부를 검출할 수 있다.
일반적으로, 커패시터(C)에 결함이 있는 경우, 커패시터(C)의 용량은 작아지는 경향이 있다. 따라서, 제어부(140)는 산출한 커패시터(C)의 용량이 기준 용량보다 작으면, 커패시터(C)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
바람직하게, 커패시터(C)의 초기 용량의 오차 범위를 고려하여, 제어부(140)는 산출한 커패시터(C)의 용량이 기준 용량보다 10% 미만일 때 커패시터(C)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 비파괴적인 방식을 통해 커패시터(C)의 용량을 산출하고, 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 노이즈 신호 출력, 노이즈 신호 필터링 및 전압 측정을 위한 컴팩트한 회로 구조를 포함하고 있으므로, 커패시터(C) 검출을 위한 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
저장부(150)에는 상기 출력된 노이즈 신호의 출력 주파수 및 상기 전압 측정부(110)에 의해 측정된 전압값이 매핑되어 저장되는 주파수-전압 테이블이 상기 배터리 셀에 대응되게 구비될 수 있다.
즉, 저장부(150)에는 신호 출력부(130)에서 노이즈 신호가 출력될 때마다, 출력된 노이즈 신호의 출력 주파수 및 상기 전압 측정부(110)에 의해 측정된 전압값이 매핑되어 저장되는 주파수-전압 테이블이 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)에 저장된 주파수-전압 테이블의 예시를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 주파수-전압 테이블에는 배터리 셀(B)마다 출력 주파수 및 측정된 전압값이 저장될 수 있다. 바람직하게, 주파수-전압 테이블에는 배터리 셀(B)마다 출력 주파수와 함께, 측정된 최대 전압값 및 최소 전압값의 평균값이 저장될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예를 참조하면, B1은 배터리 셀(B)일 수 있다.
그리고, F0은 10[Hz]이고, F1은 100[Hz]이고, F2는 500[Hz]이고, F3은 1000[Hz]이고, F4는 1591[Hz]이고, F5는 1800[Hz]이고, F6은 5000[Hz]일 수 있다.
그리고, V10은 179.041[mV]이고, V11은 179.148[mV]이고, V12는 173.631[mV]이고, V13은 149.16[mV]이고, V14는 128.152[mV]이고, V15는 121.144[mV]이고, V16은 55.572[mV]일 수 있다.
바람직하게, F0 열에 포함된 전압값은, 각 배터리 셀에 기설정된 기준값일 수 있다. 또한, 배터리 셀(B)마다 산출된 최대 전압값과 최소 전압값의 평균값(Vs)이 주파수-전압 테이블에 저장될 수 있다.
제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 주파수-전압 테이블에서 배터리 셀(B1 내지 B4)마다 감쇠율을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 산출된 감쇠율이 약 29.3%에 가장 근사할 경우에, 대응되는 주파수를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 각각의 배터리 셀(B)에 대해 측정된 전압값 및 출력 주파수를 테이블로 저장함으로써, 사용자에게 출력 주파수별 전압값의 변화 경향에 대한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 사용자는 저장부(150)에 저장된 테이블을 통해서, 커패시터(C)의 퇴화 정도 및/또는 퇴화 진행 속도 등의 경향을 파악할 수 있는 장점이 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 주파수-데시벨 테이블을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)에 저장된 주파수-데시벨 테이블의 예시를 도시한 도면이다.
도 6, 7 및 8을 참조하면, B1은 배터리 셀(B)일 수 있다. 그리고, F1은 100[Hz]이고, F2는 500[Hz]이고, F3은 1000[Hz]이고, F4는 1591[Hz]이고, F5는 1800[Hz]이고, F6은 5000[Hz]일 수 있다.
그리고, dB11은 수학식 1에 V10 및 V11를 대입하여 얻은 값이고, dB12는 수학식 1에 V10 및 V12를 대입하여 얻은 값이고, dB13은 수학식 1에 V10 및 V13을 대입하여 얻은 값이고, dB14는 수학식 1에 V10 및 V14를 대입하여 얻은 값이고, dB15는 수학식 1에 V10 및 V15를 대입하여 얻은 값이고, dB16은 수학식 1에 V10 및 V16을 대입하여 얻은 값일 수 있다.
제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 주파수-데시벨 테이블에서 배터리 셀(B1 내지 B4)마다 -3[dB]에 가장 근사한 값을 선택하고, 선택한 값에 대응되는 주파수를 출력 주파수로 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 각각의 배터리 셀(B)에 대해 측정된 전압값뿐만 아니라, 환산된 데시벨 차이를 출력 주파수와 함께 테이블로 저장함으로써, 사용자에게 출력 주파수별 데시벨 크기의 변화 경향에 대한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 사용자는 저장부(150)에 저장된 테이블을 통해서, 커패시터(C)의 퇴화 정도 및/또는 퇴화 진행 속도 등의 경향을 파악할 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는 주파수 정보를 변경하고, 변경된 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 신호 출력부(130)로 송신하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(140)는 제어 신호에 포함되는 주파수 정보를 변경하고, 신호 출력부(130)는 출력 주파수의 크기를 변경하면서 노이즈 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 신호 출력부(130)는 다양한 주파수를 가지는 노이즈 신호를 출력하며, 이러한 노이즈 신호는 아날로그 신호 또는 펄스 폭 변조 신호를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 6을 참조하면, 제어부(140)는 주파수 정보를 10[Hz], 100[Hz], 500[Hz], 1000[Hz], 1591[Hz], 1800[Hz] 및 5000[Hz]로 변경할 수 있다. 이 때, 제어부는 주파수 정보를 주파수 크기에 따라 순차적으로 변경할 수도 있고, 주파수 크기에 상관없이 임의의 순서에 따라 변경할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 다양한 크기의 주파수를 가진 노이즈 신호를 이용함으로써, 커패시터(C)의 결함을 보다 정확하고 정밀하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는 커패시터(C)의 초기 용량과 노이즈 저항(Rn)의 저항값에 따라 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 주파수 정보를 변경하도록 구성될 수 있다.
저장부(150)에는 커패시터(C)의 초기 용량에 대한 정보가 저장될 수 있다. 예컨대, 저장부(150)에 저장된 커패시터(C)의 초기 용량에 대한 정보가 "C[F]±10%"이고, 노이즈 저항(Rn)의 저항값이 R[Ω]이라고 가정한다. 이 경우, 차단 주파수는 "1÷(2×π×R×C)"로 산출될 수 있다.
그리고, 미리 설정된 주파수 범위는 "1÷{2×π×R×(C×1.1)}" 이상이고, "1÷{2×π×R×(C×0.9)}" 이하의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 미리 설정된 주파수 범위 내에서 주파수 정보를 변경하여, 불필요한 연산에 소요되는 시간을 획기적으로 줄임으로써, 배터리 팩의 결함 검출 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는 상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 주파수 정보를 기설정된 주파수 간격씩 변경하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기설정된 주파수 간격은 전압 측정부(110)에서 측정할 수 있는 최소 전압의 크기에 기반하여 미리 설정된 주파수 간격일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 전압 측정부(110)에서 측정될 수 있는 최소 전압의 크기에 기반하여 설정된 주파수 간격만큼 노이즈 신호에 포함된 출력 주파수를 변경시킴으로써, 배터리 팩의 결함을 검출하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는 상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서 주파수 정보를 변경하기 전에, 상기 미리 설정된 주파수 범위 미만의 주파수 범위에서 선택된 소정의 예비 주파수의 주파수 정보를 제어 신호를 신호 출력부(130)로 송신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 0[Hz], 또는 0[Hz] 보다 크고 상기 미리 설정된 주파수 범위의 최소 주파수보다 작은 범위에 포함된 주파수를 예비 주파수로 선택할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 선택한 예비 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다. 신호 출력부(130)는 예비 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)으로 출력할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 측정된 배터리 셀(B)의 전?陋た? 기반하여, 예비 전압값을 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 예비 전압값은 배터리 셀(B)의 최대 전압값과 최소 전압값 간의 타겟 전압값일 수 있다.
예컨대, 예비 주파수가 z[Hz]로 선택되었고, 신호 출력부(130)가 출력 주파수로 z[Hz]를 가진 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)을 통해 필터부(120)에게 출력하였다고 가정한다. 전압 측정부(110)는 필터링된 노이즈 신호가 포함된 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 전압 측정부(110)로부터 수신한 배터리 셀(B)의 전압값에 기반하여 예비 전압값을 산출할 수 있다. 도 6의 실시예를 예로 들면, 제어부(140)는 기준값 산출에 기반이 된 10[Hz] 근방의 주파수 정보를 가진 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 배터리 셀(B)의 예비 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 필터부(120)에 포함된 커패시터(C)의 결함을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어부(140)가 산출한 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 커패시터(C)의 결함을 검출하는 내용에 대해서는 이미 설명하였으므로, 제어부(140)가 예비 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 커패시터(C)의 결함을 검출하는 내용에 대한 설명은 생략한다. 이 때, 산출된 커패시터(C)가 0에 근사하지 않고, 비정상적으로 큰 값을 가진 경우, 제어부(140)는 도 6의 실시예처럼 주파수 정보를 변경해가며 감쇠율을 산출하지 않고, 즉시 커패시터(C)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는 주파수 정보를 변경하면서 제어 신호를 송신하기 전에, 주파수 범위에 속하지 않은 예비 주파수를 이용하여 커패시터(C)에 중한 결함이 있는지를 미리 판단할 수 있다. 따라서, 커패시터(C)의 중한 결함이 보다 신속하게 검출될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 팩의 결함 검출 장치(100) 이외에, 배터리 셀(B), 각종 전장품(BMS(Battery Management System), 릴레이, 퓨즈 등) 및 팩 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는, 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등과 같이 전기 에너지를 사용하는 다양한 장치에 탑재될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는, 전기 자동차에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 포함된 형태일 수 있으나, 배터리 팩(1)과는 별도의 장치로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)의 적어도 일부는, 자동차의 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 팩의 결함 검출 장치(100) 이외에, 자동차에 통상적으로 구비되는 차체나 전자 장비 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100) 이외에도, 컨택터, 인버터, 모터, 하나 이상의 ECU 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 배터리 팩의 결함 검출 장치(100) 이외에 자동차의 다른 구성요소 등에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치(100)에서 동작되는 방법으로서, 노이즈 신호 출력 단계, 전압 측정 단계 및 결함 검출 단계를 포함할 수 있다.
노이즈 신호 출력 단계는 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력하는 단계로서, 신호 출력부(130)에서 동작될 수 있다.
먼저, 제어부(140)는 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 신호 출력부(130)에게 송신할 수 있다. 신호 출력부(130)는 이 제어 신호가 입력되면, 제어 신호에 포함된 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 노이즈 라인(Ln)을 통해 출력할 수 있다.
예컨대, 신호 출력부(130)가 제어부(140)로부터 a[Hz]에 대한 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 입력 받은 경우, 신호 출력부(130)는 a[Hz] 출력 주파수를 가지는 노이즈 신호를 출력할 수 있다.
전압 측정 단계(S200)는 노이즈 신호가 출력된 이후, 일부 주파수 대역이 필터링된 배터리 셀(B)의 전압을 측정하는 단계로서, 전압 측정부(110)에서 동작될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 필터부(120)는 로우 패스 필터를 구비할 수 있다. 이 경우, 필터부(120)는 노이즈 신호에 포함된 고주파 성분을 필터링할 수 있다. 즉, 필터부(120)는 차단 주파수 이상의 고주파 성분을 필터링할 수 있다. 이 때, 차단 주파수는 노이즈 라인(Ln)에 구비된 노이즈 저항(Rn)의 저항값 및 커패시터(C)의 용량에 따라 결정될 수 있다.
전압 측정부(110)는 배터리 셀(B)과 연결된 센싱 라인을 통해 필터부(120)에 의해 필터링된 노이즈 신호가 인가된 전압을 측정할 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 노드(N)에 인가된 노이즈 신호의 고주파 성분은 커패시터(C)를 통해서 필터링되고, 전압 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 전압을 센싱 라인(L)을 통해 측정할 수 있다. 이 때, 배터리 셀(B)의 전압에는 필터링되지 않은 노이즈 신호가 포함될 수 있다.
예컨대, 도6의 실시예에서, 배터리 셀(B)의 기준 전압이 3.7[V] 즉, 3700[mV]이라고 가정한다. 출력 주파수의 크기가 10[Hz]인 노이즈 신호가 신호 출력부(130)로 부터 출력되었을 때, 신호 출력부(130)에서 출력된 노이즈 신호에 의해 전압 측정부(110)에서는 배터리 셀(B)의 최대 전압값을 425.193[mV]로 측정하고, 최소 전압값을 246.152[mV]로 측정할 수 있다.
제어부(140)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 셀(B)의 최대 전압값 및 최소 전압값의 평균값을 제어 신호에 포함된 주파수 정보(노이즈 신호에 포함된 출력 주파수)와 함께 저장부(150)에 저장할 수 있다. 도 6 및 7을 참조하면, 제어부(140)는 저장부(150)에 구비된 주파수-전압 테이블에, 배터리 셀(B)별로 측정된 평균값(Vs) 및 주파수 정보를 저장할 수 있다.
결함 검출 단계(S300)는 전압 측정 단계(S200)에서 측정된 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 배터리 셀(B)에 대응되는 커패시터(C)의 결함을 검출하는 단계로서, 제어부(140)에서 동작될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(140)는 전압 측정 단계에서 측정된 배터리 셀(B)의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있다.
먼저, 제어부(140)는 기설정된 기준값에 대한 산출된 타겟 전압값의 비율을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 노이즈 신호가 인가됨에 따른 배터리 셀(B)의 감쇠율을 산출할 수 있다. 여기서, 감쇠율은 기설정된 기준값에 대한 산출된 타겟 전압값의 전압 감쇠율이다.
그리고, 제어부(140)는 산출한 타겟 전압값이 기설정된 기준값보다 기설정된 비율에 근사하게 차이날 때의 출력 주파수를 선택할 수 있다.
제어부(140)는 선택한 출력 주파수, 저장부(150)에 저장된 노이즈 저항(Rn)의 저항값 및 π에 대한 값을 상술한 수학식 2에 대입함으로써, 커패시터의 용량을 산출할 수 있다.
제어부(140)는 산출한 커패시터의 용량과 미리 알고 있는 커패시터의 초기 용량을 비교하여 커패시터의 용량의 증감을 산출할 수 있다. 그리고, 커패시터의 용량이 초기 용량으로부터 일정 수준 이상 감소된 경우, 제어부(140)는 커패시터(C)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는 구비된 알람 유닛, 구비된 메시지 송신 유닛 또는 외부 알람 유닛 등을 통해 사용자에게 커패시터(C)의 결함 여부를 알릴 수 있다.
일반적으로 커패시터(C)는 결함이 발생한 경우에 용량이 작아지기 때문에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법에 따라 커패시터(C)의 용량을 산출함으로써 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 비파괴적인 방법을 이용하기 때문에, 배터리 팩(1)을 분해하지 않고도 커패시터(C)의 용량을 산출하고, 커패시터(C)의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
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: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
100: 배터리 팩의 결함 검출 장치
110: 전압 측정부
120: 필터부
130: 신호 출력부
140: 제어부
150: 저장부
160: 라인 분기부

Claims (15)

  1. 센싱 라인을 통해 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
    상기 배터리 셀에 대응되는 형태로 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터를 통해 대응되는 배터리 셀에 대해 상기 전압 측정부에서 측정되는 전압에 포함된 노이즈를 필터링하도록 구성된 필터부;
    노이즈 저항이 구비된 라인을 통해 상기 필터부와 연결되고, 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 상기 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 상기 필터부로 출력하도록 구성된 신호 출력부; 및
    상기 전압 측정부 및 상기 신호 출력부와 연결되고, 상기 주파수 정보가 포함된 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하고, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압값을 수신하고, 수신한 배터리 셀의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 상기 필터부에 포함된 커패시터의 결함을 검출하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 셀이 복수 개 구비된 경우, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 수신하고, 수신한 복수의 배터리 셀 각각의 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응되는 커패시터의 결함을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 배터리 셀과 직렬로 연결된 필터 저항, 및 상기 센싱 라인 상에서 상기 필터 저항과 상기 전압 측정부 사이의 노드에 연결되어 대응되는 상기 배터리 셀과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하고,
    상기 신호 출력부는,
    노이즈 저항이 구비된 노이즈 라인을 통해서 상기 노드와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩 내에 상기 배터리 셀이 복수 개 구비된 경우,
    상기 노이즈 라인의 적어도 일부분을 복수의 분기 라인으로 분기하도록 구성된 라인 분기부를 더 포함하고,
    상기 복수의 분기 라인은,
    상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응되는 노드에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노이즈 저항은,
    상기 노이즈 라인 상에서 상기 라인 분기부와 상기 신호 출력부 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀에 대해 수신한 전압값에 기반하여 타겟 전압값을 산출하고, 산출된 타겟 전압값을 상기 기설정된 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 출력 주파수를 선택하고, 선택된 출력 주파수에 기반하여 상기 커패시터의 결함 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 측정부로부터 상기 배터리 셀에 대한 최대 전압값 및 최소 전압값을 수신하고, 상기 최대 전압값과 상기 최소 전압값의 차이에 기반하여 상기 타겟 전압값을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선택된 출력 주파수와 상기 노이즈 저항의 저항값을 통해서, 상기 배터리 셀에 대응되는 커패시터의 용량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 출력된 노이즈 신호의 출력 주파수 및 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압값이 매핑되어 저장되는 주파수-전압 테이블이 상기 배터리 셀에 대응되게 구비된 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주파수 정보를 변경하고, 변경된 주파수 정보를 포함하는 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 커패시터의 초기 용량과 상기 노이즈 저항의 저항값에 따라 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 상기 주파수 정보를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서, 상기 주파수 정보를 기설정된 주파수 간격씩 변경하도록 구성되고,
    상기 기설정된 주파수 간격은,
    상기 전압 측정부에서 측정할 수 있는 최소 전압의 크기에 기반하여 미리 설정된 주파수 간격인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미리 설정된 주파수 범위 내에서 주파수 정보를 변경하기 전에, 상기 미리 설정된 주파수 범위 미만의 주파수 범위에서 선택된 소정의 예비 주파수의 주파수 정보를 제어 신호를 상기 신호 출력부로 송신하고, 상기 신호 출력부에 의해 상기 예비 주파수에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호가 출력됨에 따라 상기 전압 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압값을 수신하고, 수신한 전압값에 기반하여 예비 전압값을 산출하고, 산출한 배터리 셀의 예비 전압값과 기설정된 기준 전압값에 기반하여 상기 필터부에 포함된 커패시터의 결함을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 주파수 정보가 포함된 제어 신호가 입력되면, 상기 주파수 정보에 대응되는 출력 주파수를 가진 노이즈 신호를 출력하는 노이즈 신호 출력 단계;
    상기 노이즈 신호가 출력된 이후, 일부 주파수 대역이 필터링된 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 및
    상기 전압 측정 단계에서 측정된 전압값과 기설정된 기준값에 기반하여 상기 배터리 셀에 대응되는 커패시터의 결함을 검출하는 결함 검출 단계를 포함하는 배터리 팩의 결함 검출 방법.
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