KR20210056301A - 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 가중치를 부여하여 이동평균을 산출하고, 획득되는 전압 데이터를 산출된 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 배터리 셀로부터 인가되는 전압 데이터의 급격한 변동을 신속하게 추종할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing voltage data of battery cell}
본 발명은 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 가중치를 부여하여 이동평균을 산출하고, 획득되는 전압 데이터를 산출된 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 배터리 셀로부터 인가되는 전압 데이터의 급격한 변동을 신속하게 추종할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라, 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hubrid Vehicle) 및 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라, 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로서 주목받고 있다.
한편, 전기 차량 등에 적용되는 이차전지는 고출력을 얻기 위해 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 직렬로 연결하여 구성되는 배터리 팩의 구조로 전기 차량 등에 적용되며, 이러한 기본적인 구조에 더하여, 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어 및 충/방전 제어를 위한 알고리즘이 적용되어 각각의 배터리 셀 및 배터리 팩의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성될 수 있다.
여기서, BMS는 일반적으로, 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩의 충/방전 시, 배터리 셀의 전압을 주기적으로 측정하여 배터리 셀의 충전상태, 용량 열화 상태 및 출력 전압을 감지하고 제어함으로써, 상기 배터리 팩을 과충전이나 과방전과 같은 이상 상황으로부터 보호할 수 있도록 하는 것이 특징이다.
한편, 종래의 BMS에서는 배터리로부터 주기적으로 측정되는 복수의 전압 데이터를 그대로 측정하거나 산술 평균하여 측정하므로, 측정되는 전압 데이터가 미세한 외부 노이즈에도 민감하게 변동되어 전압 데이터 측정에 오류가 빈번하게 발생되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 근래에는, BMS에서 배터리 셀의 전압 데이터를 측정하되, 획득되는 전압 데이터를 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균에 반영하여 측정함으로써, 외부 노이즈로 인한 전압 데이터 측정의 오류를 감소시킬 수 있게 되었다.
다만, 이러한 이동평균을 이용한 전압 데이터 측정 방식은, 외부 노이즈로 인한 BMS의 전압 데이터 측정 오류를 방지할 수는 있으나, 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩의 충/방전으로 인한 급격한 전압 데이터의 변동을 추종하는 데에는 어려움이 있다는 한계가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1671998호
본 발명의 목적은 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 가중치를 부여하여 이동평균을 산출하고, 획득되는 전압 데이터를 산출된 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 배터리 셀로부터 인가되는 전압 데이터의 급격한 변동을 신속하게 추종할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 연속적으로 가중치를 부여하고, 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 전압 데이터의 급격한 변동을 지속적으로 감지할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치는, 하나 이상의 배터리 셀로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득하는 전압데이터 획득부와, 상기 획득한 하나 이상의 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 가중치 처리부와, 상기 가중치를 부여받은 하나 이상의 상기 전압 데이터의 이동평균을 산출하는 이동평균 산출부 및 직전 단계에서 획득한 상기 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 전압데이터 처리부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가중치 처리부는, 상기 획득한 하나 이상의 전압 데이터 중 어느 하나 이상의 상기 전압 데이터를 선택하고, 상기 선택된 전압 데이터의 개수에 근거하여 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가중치 처리부는, 현재 단계에서 측정된 전압값에 대응하는 상기 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압데이터 처리부는,
Figure pat00001
(여기서, c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 이용하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법은, 하나 이상의 배터리 셀로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득하는 단계와, 상기 획득한 하나 이상의 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 단계와, 상기 가중치를 부여받은 하나 이상의 상기 전압 데이터의 이동평균을 산출하는 단계 및 직전 단계에서 획득한 상기 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 단계를 포함를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 단계는, 상기 하나 이상의 전압 데이터 중 어느 하나 이상의 상기 전압 데이터를 선택하는 단계 및 상기 선택된 전압 데이터의 개수에 근거하여 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 단계는, 현재 단계에서 측정된 전압값에 대응하는 상기 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 단계는,
Figure pat00002
(여기서, c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 이용하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 가중치를 부여하여 이동평균을 산출하고, 획득되는 전압 데이터를 산출된 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 배터리 셀로부터 인가되는 전압 데이터의 급격한 변동을 신속하게 추종할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 배터리 셀로부터 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 연속적으로 가중치를 부여하고, 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 전압 데이터의 급격한 변동을 지속적으로 감지할 수 있는 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법의 과정을 설명한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서에 기재된 "이상 상황"이란, 배터리(10)의 과전류, 과전압 및 과열 등과 같은 상황으로 인한 배터리(10) 및 배터리(10)를 구비하는 기기의 오작동 발생 상황을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
다만, 도 1에 도시된 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)는 일 실시예에 따른 것으로, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있음을 유의한다.
또한, 도 1에 도시된 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)는 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야에도 적용될 수 있음을 유의한다.
먼저, 도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)는 전압 데이터 획득부(110), 가중치 처리부(120), 이동평균 산출부(130) 및 전압 데이터 처리부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)는, BMS(Battery management system)에서 하나 이상의 배터리로부터 전압 데이터를 측정하는 BMIC(Battery monitoring integrated circuit)로서 이용될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
먼저, 전압 데이터 획득부(110)는 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩을 포함하는 배터리(10)로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득하는 역할을 할 수 있다.
이때, 상기 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 전지로 구현될 수 있다.
한편, 상기 전압 데이터는 상기 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100)의 외부 노이즈 또는 배터리(10)의 충방전으로 인해 그 값이 변동될 수 있다.
다음으로, 가중치 처리부(120)는 상기 전압 데이터 획득부(110)를 통해 획득한 하나 이상의 전압 데이터 각각에 대응하는 가중치를 산출하고, 해당 전압 데이터에 가중치를 부여하는 역할을 할 수 있다.
여기서, 가중치는, 상기 전압 데이터 획득부(110)를 통해 획득한 하나 이상의 전압 데이터의 개수에 근거하여 산출될 수 있다.
예를 들어, 상기 가중치 처리부(120)는 상기 전압 데이터 획득부(110)로부터 n번째(여기서, n은 양의 정수를 의미한다.)의 전압 데이터를 획득하는 경우, n번째로 획득한 전압 데이터에 n번만큼 가중된 가중치를 부여할 수 있다.
즉, 상기 가중치 처리부(120)는 획득한 전압 데이터의 개수에 근거하여 가중치를 산출하고 부여하므로, 현재 단계에서 측정된 배터리(10)의 전압값에 대응하는 상기 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여할 수 있다.
다만, 상술한 상기 가중치 처리부(120)의 가중치 산출 방법은 일 실시예에 따른 것으로, 그 방법이 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 설정에 따라, 가중치의 산출 방법이 변경될 수 있음에 유의한다.
일 예로, 사용자가 획득한 전압 데이터 각각에 소정의 값만큼 가중된 가중치를 부여하도록 설정하는 경우, 상기 가중치 처리부(120)는 n번째로 획득한 전압 데이터에 소정의 값만큼 가중된 가중치를 부여할 수 있다.
다음으로, 이동평균 산출부(130)는, 상기 가중치를 부여받은 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균을 산출하는 역할을 할 수 있다.
여기서, 상기 이동평균은,
Figure pat00003
(c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 통해 산출될 수 있다.
다만, 상기 이동평균의 산출 방법은 일 실시예에 따른 것으로, 그 방법이 상술한 바에 한정되지 않으며, 가중치를 부여한 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균을 구할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이라도 이용될 수 있음을 유의한다.
다음으로, 전압 데이터 처리부(140)는 상기 전압 데이터 획득부(110)를 통해 획득되는 배터리(10)의 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터를 획득하는 역할을 할 수 있다.
여기서, 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터란, 상기 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100) 및 이를 구비하는 배터리 관리 기기(예를 들어, BMS)에서 배터리(10)의 전압 데이터를 측정하는 경우, 실질적으로 측정하게 되는 배터리(10)의 전압 데이터일 수 있다.
한편, 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터의 값은 전압 데이터 획득부(110)를 통해 획득되는 하나 이상의 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 획득되는 값이므로, 현재까지 획득된 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균 값과 동일할 수 있다.
즉, 상기 전압 데이터 획득부(110)로부터 n번째 획득한 전압 데이터가 상기 전압 데이터 처리부(140)에 의해 상기 이동평균 식에 반영되어 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터로 획득되어 사용됨으로써, 배터리(10)의 전압 데이터를 측정하는 과정에서 상기 하나 이상의 전압 데이터 간의 전압 차 및 전압 변동 값이 완만해질 수 있다.
또한, 획득되는 전압 데이터를 이동평균에 반영하여 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터를 획득하되, 획득되는 전압 데이터의 개수에 근거하여 가중치를 부여받은 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균을 통해 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터를 획득함으로써, 배터리(10)의 충/방전으로 인해 급격하게 변동되는 전압 데이터를 신속하게 추종할 수 있게 된다.
다음으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법의 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
다만, 도 2에 도시된 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법은 일 실시예에 따른 것으로, 그 과정이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 과정이 부가, 변경 또는 삭제될 수 있음을 유의한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법의 배터리 셀 전압 데이터 처리 과정을 개략적으로 설명하면, 먼저, 전압 데이터 획득부(110)에서 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩을 포함하는 배터리(10)로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득(S201)하면, 가중치 처리부(120)는 획득된 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하고, 전압 데이터 각각에 부여(S202)한다.
여기서, 상기 가중치 처리부(120)는 획득되는 하나 이상의 전압 데이터의 개수에 근거하여 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하고 부여함으로써, 현재 단계에서 측정된 배터리(10)의 전압에 대응하는 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여할 수 있다.
이어서, 이동평균 산출부(130)는 가중치를 부여한 하나 이상의 전압 데이터의 이동평균을 산출(S203)한다.
여기서, 상기 이동평균 산출부(130)는
Figure pat00004
(여기서, c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 통해 상기 전압 데이터의 이동평균을 산출할 수 있다.
다음으로, 전압 데이터 처리부(140)는 전압 데이터 획득부(110)로부터 획득되는 전압 데이터를 상기 이동평균 산출부(130)로부터 산출된 이동평균에 반영(S204)하여 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터를 획득(S205)할 수 있다.
여기서, 상기 현재 단계에서 사용되는 전압 데이터란, 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치(100) 및 이를 포함하는 배터리 관리 기기(예를 들어, BMS)에서 배터리(100)의 충전 상태, 용량 열화 상태 및 출력 전압 상태를 감지하기 위해, 실질적으로 측정하는 전압 데이터일 수 있다.
즉, 전압 데이터 획득부(110)를 통해 획득되는 전압 데이터가 획득된 상기 전압 데이터의 개수에 근거하여 가중치를 부여받고, 산출된 이동평균에 반영되어 현재 단계에서 사용되는 실질적인 전압 데이터로 획득됨으로써, 배터리(10)의 충/방전과 같은 전압 변동 상황으로 인한 전압 데이터의 변동을 신속하게 추종할 수 있게 된다.
그 뿐만 아니라, 획득되는 하나 이상의 전압 데이터에 연속적으로 가중치를 부여하고, 이동평균에 반영하여 사용함으로써, 상기 배터리(10)의 전압 데이터 변동을 지속적으로 감지할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
10: 배터리
100: 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치
110: 전압 데이터 획득부
120: 가중치 처리부
130: 이동평균 산출부
140: 전압 데이터 처리부

Claims (4)

  1. 하나 이상의 배터리 셀로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득하는 전압데이터 획득부;
    상기 획득한 하나 이상의 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 가중치 처리부;
    상기 가중치를 부여받은 하나 이상의 상기 전압 데이터의 이동평균을 산출하는 이동평균 산출부; 및
    직전 단계에서 획득한 상기 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 전압데이터 처리부를 포함하고,
    상기 가중치 처리부는,
    상기 획득한 하나 이상의 전압 데이터 중 어느 하나 이상의 상기 전압 데이터를 선택하고, 상기 선택된 전압 데이터의 개수에 근거하여 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하되,
    현재 단계에서 측정된 전압값에 대응하는 상기 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압데이터 처리부는,
    Figure pat00005
    (여기서, c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 이용하여 현재 단계의 상기 전압데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 전압 데이터 처리 장치.
  3. 하나 이상의 배터리 셀로부터 인가되는 전압을 측정하여 전압 데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득한 하나 이상의 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 단계;
    상기 가중치를 부여받은 하나 이상의 상기 전압 데이터의 이동평균을 산출하는 단계; 및
    직전 단계에서 획득한 상기 전압 데이터를 상기 이동평균에 반영하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 가중치를 산출하여 각각의 상기 전압 데이터에 부여하는 단계는,
    상기 하나 이상의 전압 데이터 중 어느 하나 이상의 상기 전압 데이터를 선택하는 단계;
    상기 선택된 전압 데이터의 개수에 근거하여 상기 전압 데이터에 대응하는 가중치를 산출하는 단계; 및
    현재 단계에서 측정된 전압값에 대응하는 상기 전압 데이터에 대해 가장 큰 가중치를 산출하여 부여하는 단계를 포함하는, 배터리 셀 전압 데이터 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 단계는,
    Figure pat00006
    (여기서, c0, c1, cn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 획득한 상기 전압 데이터이고, w0, w1, wn은 각각 최초, 1번째, n번째 단계에서 산출한 상기 가중치 임.)을 이용하여 현재 단계의 상기 전압 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 전압 데이터 처리 방법.




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