KR20210050397A - 배터리 전압 측정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 전압 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치는 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 부하 측 링크의 (+)단 사이를 연결하는 제1 연결부, 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이를 연결하는 제2 연결부, 상기 배터리 팩의 양단과, 상기 제1 연결부의 부하 측 링크의(+)단 및 제2 연결부의 부하 측 링크의 (-)단을 연결하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부, 상기 복수의 스위치 양단의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고, 상기 스위칭부는, 상기 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치, 상기 배터리 팩의 (-)단과 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치, 상기 배터리 팩의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치 및 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하며, 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 시킬 수 있다.

Description

배터리 전압 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING BATTERY VOLTAGE}
본 발명은 배터리의 전압을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
일반적으로, 이러한 배터리(특히, 고전압 배터리)의 상태를 검출하기 위해서는 배터리 팩 전압의 측정과 배터리 시스템의 DC 링크 전압 측정을 수행한다. 또한, 배터리의 전압을 측정할 때에는 컨택터(contactor)의 융착(welding)을 함께 진단하기도 한다.
그러나, 네거티브(Negative) 컨택터를 진단하기 위한 크로스 체크(cross check)시 컨택터를 오프로 하면 링크의 (-) 단자 측에 배터리 팩의 전압이 걸리게 되어 부하 측 커패시터가 충전된다. 따라서, 다시 컨택터를 온으로 하는 경우 하드 스위칭에 의해 피킹 노이즈(peaking noise)가 발생하여 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 내부의 소자가 손상되는 문제가 있었다.
본 발명은 컨택터의 부하 측 링크 단자 및 배터리 팩의 단자 사이의 스위치와 컨택터의 부하 측 링크의 양단의 스위치를 제어함으로써, 부하 측 커패시터를 방전시켜 피킹 노이즈를 제거하기 위한 배터리 전압 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치는 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 부하 측 링크의 (+)단 사이를 연결하는 제1 연결부, 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이를 연결하는 제2 연결부, 상기 배터리 팩의 양단과, 상기 제1 연결부의 부하 측 링크의(+)단 및 제2 연결부의 부하 측 링크의 (-)단을 연결하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부, 상기 복수의 스위치 양단의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고, 상기 스위칭부는, 상기 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치, 상기 배터리 팩의 (-)단과 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치, 상기 배터리 팩의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치 및 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하며, 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 복수의 스위치는 일단에 저항이 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 온 인 상태에서 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 상태로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 전압 측정부는 상기 제2 연결부가 오프인 상태에서 상기 제1 내지 제4 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 온 인 상태에서 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 미리 설정된 시간 이후에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 상태로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 스위칭 제어부는 상기 스위칭부를 온/오프를 제어하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 상기 제2 연결부는 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터가 모두 방전된 이후에 오프에서 온으로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 부하 측 링크의 (-)단 사이를 연결하는 제2 연결부가 오프인 상태에서, 상기 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치와 상기 배터리 팩의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치를 온 하여 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하는 단계 및 상기 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에, 상기 배터리 팩의 (-)단과, 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이를 연결하는 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치와 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 온 시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 상기 제2 연결부의 접촉 스위치를 온 시키기 전에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 전압 측정 장치 및 방법에 따르면, 컨택터의 부하 측 링크 단자 및 배터리 팩의 단자 사이의 스위치와 컨택터의 부하 측 링크의 양단의 스위치를 제어함으로써, 부하 측 커패시터를 방전시켜 피킹 노이즈를 제거할 수 있다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템과 연결된 차량 측의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a는 종래의 방식에 따라 컨택터 진단시 피킹 노이즈가 발생하는 것을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치를 이용한 컨택터 진단시 측정된 전압을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 (+) 단자 측 또는 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리 팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14) 예를 들어 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치(200)는 연결부(210), 스위칭부(220), 전압 측정부(230) 및 스위칭 제어부(240)를 포함할 수 있다.
연결부(210)는 접촉 스위치를 통해 배터리 팩과 부하 측 사이를 연결할 수 있다. 이 때, 연결부(210)는 복수의 접촉 스위치를 포함할 수 있으며, 각 접촉 스위치는 배터리 팩의 (+) 및 (-) 단자와 부하 측에 각각 연결될 수 있다. 즉, 연결부(210)는 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 과 부하 측 사이를 연결하는 제1 연결부와 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 부하 측 사이를 연결하는 제2 연결부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 연결부는 포지티브 컨택터, 제2 연결부는 네거티브 컨택터일 수 있다.
또한, 연결부(210)는 배터리 팩과 부하 측 사이에서 접촉 스위치를 통해 전력 공급을 제어할 수 있다.
스위칭부(220)는 배터리 팩의 양단과 연결부(210)의 부하 측 링크의 양단을 연결하는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 구체적으로, 스위칭부(220)는 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치, 배터리 팩의 (-)단과 연결부(210)(제1 연결부)의 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치, 배터리 팩의 (+)단과 연결부(210)(제2 연결부)의 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치, 및 연결부(210)(제1 연결부)의 부하 측 링크의 (+)단과 연결부(210)(제2 연결부)의 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 내지 제4 스위치의 일단에는 저항이 포함되어 있을 수 있다. 이러한 스위칭부(220)의 회로 구조에 관해서는 도 3에서 후술한다.
전압 측정부(230)는 스위칭부(220)의 복수의 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정부(230)는 스위칭부(220)의 전술한 제1 내지 제4 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다.
구체적으로, 전압 측정부(230)는 제1 스위치와 제3 스위치가 온 인 상태에서 제1 스위치 및 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 제2 스위치와 제4 스위치가 온 인 상태에서 제2 스위치 및 제4 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다. 이 때, 전압 측정부(230)는 연결부(210)가 오프인 상태에서 제1 내지 제4 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 전압 측정부(230)는 제1 스위치와 제3 스위치가 온 인 상태에서 제1 스위치 및 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 일정 시간 이후에 제2 스위치와 제4 스위치가 온 인 상태에서 제2 스위치 및 제4 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다.
스위칭 제어부(240)는 스위칭부(220)의 복수의 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다. 구체적으로, 스위칭 제어부(240)는 스위칭부(220)의 제1 스위치와 제3 스위치가 함께 온/오프 되도록 제어하고, 제2 스위치와 제4 스위치가 함께 온/오프 되도록 제어할 수 있다. 이 때, 스위칭 제어부(240)는 연결부(제2 연결부)(210)가 오프에서 온으로 전환되기 전에 제2 스위치와 제4 스위치를 온 시킬 수 있다.
또한, 스위칭 제어부(240)는 스위칭부(220)를 온/오프를 제어하여 부하 측 커패시터를 방전시킬 수 있다. 이 경우, 스위칭 제어부(240)는 제2 스위치와 제4 스위치를 온하여 부하 측 커패시터를 방전시킬 수 있다. 그리고, 연결부(210)(제2 연결부)로 하여금 제2 스위치와 제4 스위치를 온하여 부하 측 커패시터가 모두 방전된 이후에 접촉 스위치를 온 시키도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 따르면, 컨택터의 부하 측 링크 단자 및 배터리 팩의 단자 사이의 스위치와 컨택터의 부하 측 링크의 양단의 스위치를 제어함으로써, 부하 측 커패시터를 방전시켜 피킹 노이즈를 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템(300)은 배터리 팩(310), 복수의 스위치(320a 내지 320d), 컨택터(330a, 330b), 퓨즈(340) 및 부하(350)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(310)은 복수의 배터리 셀을 포함하고 있으며, 충방전을 통해 부하(350)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리 팩(310)의 (+)단과 (-)단은 각각 부하에 연결되어 있다. 이 때, 배터리 팩(310)은 고전압 배터리(High Voltage Battery)일 수 있다.
복수의 스위치(320a, 320b, 320c, 320d)는 배터리 팩의 (+)단 및 (-)단과, 컨택터(330a, 330b)의 부하 측 링크의 (+)단 및 (-)단을 각각 연결할 수 있다. 이 때, 복수의 스위치(320a, 320b, 320c, 320d) 각각은 도 3에 나타낸 것과 같이 저항과 함께 단자에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(320a)(HV1)는 배터리 팩(310)의 (+)단과 (-)단에 연결된다. 제2 스위치(320b)(HV2)는 배터리 팩의 (-)단과 컨택터(330a)의 부하(350) 측 링크의 (+)단 사이에 연결된다. 제3 스위치(320c)(HV3)는 배터리 팩(310)의 (+)단과 컨택터(330b)의 부하(350) 측 링크의 (-)단 사이에 연결된다. 제4 스위치(320d)(HV4)는 컨택터(330a)의 부하(350) 측 링크의 (+)단과 컨택터(330b)의 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결된다.
컨택터(330a, 330b)는 스위치를 통해 부하(350) 측으로의 충방전 경로를 선택적으로 온/오프 함으로써 전력의 공급을 제어할 수 있다. 여기서, 컨택터(330a)는 배터리 팩(310)의 (+)단에 연결되는 포지티브 컨택터로서, 메인 스위치(Main+)와, 메인 스위치에 병렬 연결된 프리차지(precharge) 스위치 및 저항을 포함할 수 있다. 또한, 컨택터(330b)는 배터리 팩(310)의 (-)단에 연결되는 네거티브 컨택터로서, 스위치를 통해 부하(350)에 연결되는 전력의 공급을 제어할 수 있다.
퓨즈(340)는 컨택터(330a)의 부하(350) 측 링크의 (+)단에 구비되어 배터리 시스템(300)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 퓨즈(340)는 부하(350) 측 링크의 (-)단에 구비될 수도 있다.
부하(350)는 배터리 팩(310)의 충방전 제어를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들면, 부하(350)는 모터에 의해 구동되는 차량일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템과 연결된 부하(차량) 측의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 의해 동작하는 배터리 시스템과 연결된 부하(450)(차량)는 부하 측 링크의 (+)단 및 (-)단과 그라운드(ground)에 각각 연결된 복수의 저항(451), 부하 측 링크의 (+)단 및 (-)단과 그라운드에 각각 연결된 복수의 Y-커패시터(Y-cap)(452), 부하 측 링크의 양단에 연결된 저항(453) 및 부하 측 링크의 양단에 연결된 커패시터(454)를 포함할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 배터리 시스템에 연결되는 부하(차량)는 복수의 커패시터들을 포함하고 있다. 따라서, 컨택터 진단을 위한 크로스 체크시 컨택터를 오프로 하면 링크의 (-) 단자 측에 배터리 팩의 전압이 걸리게 됨에 따라 부하 측 커패시터가 충전되어 노이즈가 발생하였다.
그러나, 전술한 것과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치에 따르면, 컨택터의 부하 측 링크 단자 및 배터리 팩의 단자 사이의 스위치와 컨택터의 부하 측 링크의 양단의 스위치를 제어함으로써, 부하 측 커패시터들(452, 454)을 방전시켜 피킹 노이즈를 제거할 수 있다.
도 5a는 종래의 방식에 따라 컨택터 진단시 피킹 노이즈가 발생하는 것을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치를 이용한 컨택터 진단시 측정된 전압을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 상단의 그래프는 배터리 팩의 (-)단을 기준으로 측정한 네거티브 컨택터의 부하 측 링크의 (-)단 전압을 나타낸 것이고, 하단의 그래프는 네거티브 컨택터의 부하 측 링크의 (-)단을 기준으로 본 발명에 따른 배터리 시스템에 공급되는 전압을 측정한 것을 나타낸 것이다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 종래의 네거티브 컨택터 진단 방법에 의하면, 네거티브 컨택터를 오프로 하여 측정을 수행한 후 컨택터를 다시 온으로 하면 피킹 노이즈가 나타남을 알 수 있다. 이는 크로스 체크를 위해 컨택터를 오프로 하는 경우 부하 측(-) 링크에 배터리 팩의 전압이 인가되어 차량 측 커패시터가 충전되고, 이후에 다시 컨택터를 온으로 하게 되면 하드 스위칭이 발생하기 때문이다.
그러나, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치 및 방법에서는 컨택터가 오프인 상태에서 배터리 팩의 (+)단과 링크의 (-)단의 크로스 체크와 배터리 팩 양단의 전압을 측정하여 네거티브 컨택터를 진단하고, 일정 시간 이후에 다시 배터리 팩의 (-)단과 링크의 (+)단의 크로스 체크와 링크의 (+)단 및 (-)단의 전압을 측정(즉, 스위치를 온 상태로 함)함으로써 차량 측 커패시터를 방전시켜 피킹 노이즈를 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 접촉 스위치를 통해 배터리 팩과 부하 측 사이를 연결하는 연결부가 오프인 상태에서, 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치와 배터리 팩의 (+)단과 제2 연결부의 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치를 온 하여 제1 스위치 및 제3 스위치 양단의 전압을 측정할 수 있다(S510). 이 때, 제1 및 제2 연결부는 배터리 팩과 차량 사이를 연결하여 배터리 팩과 부하 사이에서 접촉 스위치를 통해 전력 공급을 제어하는 컨택터일 수 있다.
그리고, 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에, 배터리 팩의 (-)단과 제1 연결부의 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치와 제1 연결부의 부하 측 링크의 (+)단과 제2 연결부의 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 온 시킬수 있다(S520). 이 때, 단계 S510과 단계 S520은 일정 시간 간격을 두고 수행될 수 있다.
한편, 도 6에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 연결부의 접촉 스위치를 온 시키기 전에 제2 스위치와 제4 스위치를 온하여 부하 측 커패시터를 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 연결부는 제2 스위치와 제4 스위치를 온하여 부하 측 커패시터가 모두 방전된 이후에 접촉 스위치를 온 시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법에 따르면, 컨택터의 부하 측 링크 단자 및 배터리 팩의 단자 사이의 스위치와 컨택터의 부하 측 링크의 양단의 스위치를 제어함으로써, 부하 측 커패시터를 방전시켜 피킹 노이즈를 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 배터리 전압 측정 장치(600)는, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 610)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 전압 측정 프로그램, 배터리 스위칭 제어 프로그램) 등이 기록되는 메모리(620)와, 배터리셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(630)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(640)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(620)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(610)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 2: 상위 제어기
10: 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200, 600: 배터리 전압 측정 장치 210: 연결부
220: 스위칭부 230: 전압 측정부
240: 스위칭 제어부 310: 배터리 팩
320a-320d: 스위치 330a, 330b: 컨택터(+/-)
340: 퓨즈 350,450: 부하
451: 452:
453: 454:
610: MCU 620: 메모리
630: 입출력 I/F 640: 통신 I/F

Claims (10)

  1. 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 부하 측 링크의 (+)단 사이를 연결하는 제1 연결부;
    접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이를 연결하는 제2 연결부;
    상기 배터리 팩의 양단과, 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 및 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단을 연결하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부;
    상기 복수의 스위치 양단의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고,
    상기 스위칭부는,
    상기 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치;
    상기 배터리 팩의 (-)단과 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치;
    상기 배터리 팩의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치; 및
    상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하며,
    상기 스위칭 제어부는 상기 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 시키는 배터리 전압 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 온 인 상태에서 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 상태로 전환시키는 배터리 전압 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전압 측정부는 상기 제2 연결부가 오프인 상태에서 상기 제1 내지 제4 스위치 양단의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 온 인 상태에서 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하고, 미리 설정된 시간 이후에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온 상태로 전환시키는 배터리 전압 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 스위칭부의 온/오프를 제어하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시키는 배터리 전압 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시키는 배터리 전압 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 연결부는 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터가 모두 방전된 이후에 오프에서 온으로 전환되는 배터리 전압 측정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 일단에 저항이 연결되어 있는 배터리 전압 측정 장치.
  9. 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (-)단과 부하 측 링크의 (-)단 사이를 연결하는 제2 연결부가 오프인 상태에서, 상기 배터리 팩 양단에 연결된 제1 스위치와, 상기 배터리 팩의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제3 스위치를 온 하여 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치 양단의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제2 연결부가 오프에서 온으로 전환되기 전에, 상기 배터리 팩의 (-)단과, 접촉 스위치를 통해 배터리 팩의 (+)단과 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이를 연결하는 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단 사이에 연결된 제2 스위치와, 상기 제1 연결부의 상기 부하 측 링크의 (+)단과 상기 제2 연결부의 상기 부하 측 링크의 (-)단 사이에 연결되는 제4 스위치를 온 시키는 단계를 포함하는 배터리 전압 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 연결부의 접촉 스위치를 온 시키기 전에 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치를 온하여 상기 부하 측 커패시터를 방전시키는 단계를 더 포함하는 배터리 전압 측정 방법.
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