KR20210074702A - Apparatus and method for battery current measurement, and battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 션트 저항기를 이용하여 배터리 전류를 결정하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for determining battery current using a shunt resistor.
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.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable telephones is rapidly increasing and the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, satellites, etc. is in full swing, high-performance batteries that can be repeatedly charged and discharged have been developed. Research is being actively conducted.
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.Currently commercialized batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium batteries. Among them, lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they are free to charge and discharge and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low energy density and high energy density.
션트 저항기는, 옵의 법칙에 따라 배터리 전류를 측정하는 데에 널리 활용되고 있다. 그런데, 션트 저항기는, 배터리 전류가 반복적으로 흐름에 따라 서서히 퇴화된다. 뿐만 아니라, 외부 충격 등이 누적되어 션트 저항기에 결함(예, 크랙)이 발생하거나, 션트 저항기와 배터리 전류의 경로 간의 결합력이 약화될 수 있다. 이러한 다양한 원인으로 인해, 션트 저항기의 실제 저항은 초기 저항보다 증가한다.Shunt resistors are widely used to measure battery current according to Op's law. However, the shunt resistor gradually deteriorates as the battery current repeatedly flows. In addition, a defect (eg, a crack) may occur in the shunt resistor due to accumulation of external shocks, or a coupling force between the shunt resistor and the path of the battery current may be weakened. Due to these various causes, the actual resistance of the shunt resistor increases over the initial resistance.
션트 저항기의 실제 저항 대신 초기 저항을 기초로 연산된 배터리 전류는 실제 배터리 전류와는 상당히 차이를 가질 것임을 자명하며, 이로 인해 배터리를 과충전, 과방전 등과 같은 이상 상황으로부터 적절히 보호할 수 없다.It is self-evident that the calculated battery current based on the initial resistance instead of the actual resistance of the shunt resistor will have a significant difference from the actual battery current, which cannot adequately protect the battery from abnormal situations such as overcharging and overdischarging.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 션트 저항기가 비정상인지 여부를 진단하는 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for diagnosing whether a shunt resistor is abnormal, and a battery pack including the apparatus.
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.Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description, and will become more clearly understood by the examples of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 전류 측정을 위한 장치는, 배터리의 충방전을 위한 전류 경로에 설치되는 션트 저항기; 상기 션트 저항기에 전기적으로 병렬 연결되는 정전류 회로; 및 상기 션트 저항기와 상기 정전류 회로 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 정전류 회로는, 상기 제어부에 의해 진단 명령이 출력되는 경우, 상기 션트 저항기에 기준 전류를 공급하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 기준 전류에 의해 유도된 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하도록 구성된다.An apparatus for measuring battery current according to an aspect of the present invention includes: a shunt resistor installed in a current path for charging and discharging a battery; a constant current circuit electrically connected in parallel to the shunt resistor; and a control unit operatively coupled to the shunt resistor and the constant current circuit. The constant current circuit is configured to supply a reference current to the shunt resistor when a diagnostic command is output by the controller. The controller is configured to diagnose the shunt resistor based on a voltage across the shunt resistor induced by the reference current.
상기 제어부는, 상기 기준 전류에 대응하는 기준 전압값에 대한 진단 전압값의 비율을 나타내는 제1 보상값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 진단 전압값은, 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타낸다. 상기 제어부는, 상기 제1 보상값이 제1 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성하도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to determine a first compensation value representing a ratio of a diagnostic voltage value to a reference voltage value corresponding to the reference current. The diagnostic voltage value represents a voltage across the shunt resistor. The controller may be configured to generate a fault message indicating that the shunt resistor is abnormal when the first compensation value is equal to or greater than a first threshold value.
상기 제어부는, 상기 기준 전류에 대응하는 기준 전압값과 진단 전압값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 보상값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 진단 전압값은, 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타낼 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 보상값이 제2 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성하도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to determine a second compensation value indicating an absolute value of a difference between a reference voltage value corresponding to the reference current and a diagnostic voltage value. The diagnostic voltage value may represent a voltage across both ends of the shunt resistor. The controller may be configured to generate a fault message indicating that the shunt resistor is abnormal when the second compensation value is equal to or greater than a second threshold value.
상기 제어부는, 상기 배터리의 충방전이 정지되어 있는 경우, 상기 진단 명령을 출력하도록 구성될 수 있다.The control unit may be configured to output the diagnosis command when charging and discharging of the battery is stopped.
상기 장치는, 상기 션트 저항기와 상기 정전류 회로 간에 전기적으로 연결되는 진단 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 진단 스위치는, 상기 진단 명령에 응답하여, 턴 온된다.The apparatus may further include a diagnostic switch electrically connected between the shunt resistor and the constant current circuit. The diagnostic switch is turned on in response to the diagnostic command.
상기 장치는, 상기 션트 저항기에 진동을 발생시키는 진동 모터를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 진동 모터에 의해 상기 션트 저항기에 진동이 발생되는 동안, 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압의 변화를 나타내는 복수의 진단 전압값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 복수의 진단 전압값을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하도록 구성될 수 있다.The apparatus may further include a vibration motor for generating vibrations in the shunt resistor. The controller may be configured to determine a plurality of diagnostic voltage values representing a change in voltage across the shunt resistor while vibration is generated in the shunt resistor by the vibration motor. The controller may be configured to diagnose the shunt resistor based on the plurality of diagnostic voltage values.
상기 진동 모터는, 상기 기준 전류에 의해 구동하도록 구성될 수 있다.The vibration motor may be configured to be driven by the reference current.
상기 제어부는, 상기 복수의 진단 전압값의 최대치와 최소치 간의 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성하도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to generate a fault message indicating that the shunt resistor is abnormal when a difference between a maximum value and a minimum value of the plurality of diagnostic voltage values is equal to or greater than a third threshold value.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 전류 측정 장치를 포함한다.A battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery current measuring device.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 전류 측정 방법은, 상기 배터리 전류 측정 장치를 이용한다. 상기 방법은, 상기 제어부가, 상기 정전류 회로에게 상기 진단 명령을 출력하는 단계; 상기 정전류 회로가, 상기 제어부에 의해 상기 진단 명령이 출력되는 경우, 상기 션트 저항기에 상기 기준 전류를 공급하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 기준 전류에 의해 유도된 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타내는 진단 전압값을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하는 단계를 포함한다.A battery current measuring method according to another aspect of the present invention uses the battery current measuring device. The method includes: outputting, by the control unit, the diagnostic command to the constant current circuit; supplying, by the constant current circuit, the reference current to the shunt resistor when the diagnostic command is output by the controller; and diagnosing, by the controller, the shunt resistor based on a diagnostic voltage value representing a voltage across the shunt resistor induced by the reference current.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 전류가 차단되어 있는 동안, 기준 전류에 의한 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 기초로, 션트 저항기가 비정상인지 여부를 진단할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, while the battery current is cut off, it may be diagnosed whether the shunt resistor is abnormal based on the voltage across the shunt resistor by the reference current.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 션트 저항기의 실제 저항을 결정한 다음, 초기치 대신 실제 저항을 기초로 배터리 전류를 결정할 수 있다.Also, according to at least one of the embodiments of the present invention, after determining the actual resistance of the shunt resistor, the battery current may be determined based on the actual resistance instead of the initial value.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 기준 전류를 션트 저항기에 공급함과 동시에 션트 저항기에 진동을 발생시키는 동안, 션트 저항기의 양단에 걸친 전압의 변화를 모니터링함으로써, 션트 저항기가 비정상인지 여부(특히, 션트 저항기와 전류 경로 간의 결합이 느슨해졌는지 여부)를 진단할 수 있다.Further, according to at least one of the embodiments of the present invention, while supplying a reference current to the shunt resistor and simultaneously generating an oscillation in the shunt resistor, monitoring the change in voltage across the shunt resistor to determine if the shunt resistor is abnormal. It can be diagnosed whether the coupling between the shunt resistor and the current path is loose, in particular.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
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 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 정전류 회로의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 진동 모터와 션트 저항기 간의 관계를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 다른 예를 보여주는 순서도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so the present invention is a matter described in such drawings should not be construed as being limited only to
1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram exemplarily showing the configuration of the constant current circuit of FIG. 1 .
3 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram exemplarily showing a relationship between the vibration motor and the shunt resistor of FIG. 3 .
5 is a flowchart illustrating an example of a battery current measuring method using the battery current measuring apparatus according to the first embodiment.
6 is a flowchart illustrating another example of a battery current measuring method using the battery current measuring apparatus according to the first exemplary embodiment.
7 is a flowchart illustrating an example of a battery current measuring method using the battery current measuring apparatus according to the second embodiment.
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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
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. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
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.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. are used for the purpose of distinguishing any one of various components from the others, and are not used to limit the components by such terms.
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 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, a term such as <control unit> described in the specification means a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
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.In addition, throughout the specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another element interposed therebetween. include
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 정전류 회로(110)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 배터리 그룹(20), 스위칭 회로(30) 및 배터리 전류 측정을 위한 장치(100)(이하, '장치(100)'라고 칭할 수 있음)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
배터리 그룹(20)은, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀(21)을 포함한다. 배터리 셀(21)은, 예컨대 리튬 이온 셀 같이, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.The
스위칭 회로(30)는, 배터리 그룹(20)의 충방전을 위한 전류 경로를 개폐하도록 제공된다. 전류 경로는, 제1 전력선(L1)과 제2 전력선(L2)을 포함한다. 스위칭 회로(30)는, 배터리 그룹(20)의 양극 단자와 배터리 팩(10)의 제1 단자 간을 연결하는 제1 전력선(L1)에 설치될 수 있다. 스위칭 회로(30)는, 충전 FET(SWC)(FET: Field Effect Transistor) 및 방전 FET(SWD)을 포함할 수 있다. 충전 FET(SWC) 및 방전 FET(SWD)는, 전류 경로의 노드(N1)와 노드(N2) 간에 직렬 연결된다. 스위칭 회로(30)는, 프리차지 회로를 더 포함할 수 있다. 프리차지 회로는, 충전 FET(SWC) 및 방전 FET(SWD)의 직렬 회로에 병렬 연결된다. 프리차지 회로는, 노드(N1)와 노드(N2) 간에 직렬 연결되는 프리차지 FET(SWP) 및 프리차지 저항기(RP)를 포함한다.The
장치(100)는, 션트 저항기(RS), 정전류 회로(110) 및 제어부(130)를 포함한다. 장치(100)는, 진단 스위치 및 통신부(120) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The
션트 저항기(RS)는, 배터리 그룹(20)의 음극 단자와 배터리 팩(10)의 제2 단자 간을 연결하는 제2 전력선(L2)에 설치될 수 있다. 션트 저항기(RS)의 제1 단과 제2 단은, 제2 전력선(L2)의 노드(N3)와 노드(N4)에 각각 용접 또는 볼트 등을 통해 결합될 수 있다.The shunt resistor (R S) is, may be mounted to the second power line (L 2) connecting the second terminal between the negative electrode terminal and the
정전류 회로(110)는, 션트 저항기(RS)에 기준 전류(IR)(예, 10.0 A)를 공급하도록 구성된다. 기준 전류(IR)는, 소정의 전류 레이트를 가지는 정전류이다. 정전류 회로(110)는, 그것에 전기적으로 연결된 션트 저항기(RS)의 실제 저항에 영향을 받지 않고 션트 저항기(RS)를 통해 기준 전류(IR)가 흐르도록 한다.The constant
도 2를 참조하면, 정전류 회로(110)는, 정전압원(111), 저항기(RC) 및 연산증폭기(113)를 포함한다. 정전압원(111)은, 예컨대 벅 컨버터일 수 있다. 저항기(RC)는, 연산증폭기(113)의 반전 단자와 정전압원 간에 연결된다. 연산 증폭기(113)의 비반전 단자는 접지될 수 있다. 기준 전류(IR)는, 정전압원(111)으로부터의 입력 전압(VIN)이 저항기(RC)의 저항으로 나뉜 것일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the constant
물론, 정전류 회로(110)의 구현이 도 2에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 전류 미러 등과 같이 정전류를 공급할 수 있는 공지의 회로가 정전류 회로(110)로서 이용될 수 있다.Of course, the implementation of the constant
진단 스위치(SWR)는, 정전류 회로(110)와 션트 저항기(RS) 간에 전기적으로 연결된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 진단 스위치(SWR)는, 노드(N4)와 연산증폭기(113)의 출력 단자 간에 연결될 수 있다. 대안적으로, 진단 스위치(SWR)는, 노드(N3)와 연산증폭기(113)의 반전 단자 간에 연결될 수도 있다.Diagnostic switch (SW R) is electrically connected between the constant
진단 스위치(SWR)는, 기준 전류(IR)의 전류 경로(115)를 개폐할 수 있다. 구체적으로, 진단 스위치(SWR)는, 제어부(130)로부터의 진단 명령에 응답하여, 턴 온되고, 이에 따라 정전류 회로(110)로부터의 기준 전류(IR)가 전류 경로(115)를 따라 션트 저항기(RS)를 통해 흐르게 된다. 제어부(130)가 진단 명령의 출력을 중단하는 동안, 진단 스위치(SWR)는 턴 오프되고, 션트 저항기(RS)를 통한 기준 전류(IR)의 흐름은 차단된다.The diagnostic switch SW R may open and close the
통신부(120)는, 외부 디바이스(1)(예, 충전기)와 통신 채널을 통해 결합 가능하도록 제공될 수 있다. 통신부(120)는, 외부 디바이스(1)로부터의 메시지(예, 셧다운 신호)를 제어부(130)로 전송하고, 제어부(130)로부터의 메시지를 외부 디바이스(1)로 전송할 수 있다. 통신부(120)와 외부 디바이스(1) 간의 통신에는, 예를 들어, LAN(local area network), CAN(controller area network)과 같은 유선 네트워크 및/또는 블루투스, 지그비, 와이파이 등의 근거리 무선 네트워크가 활용될 수 있다.The
제어부(130)는, 스위칭 회로(30), 션트 저항기(RS), 정전류 회로(110), 진단 스위치(SWR) 및 통신부(120)에 동작 가능하게 결합될 수 있다.The
제어부(130)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.The
제어부(130)에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법들을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.The
제어부(130)는, 배터리 그룹(20)의 충방전이 정지되어 있는 경우, 진단 명령을 출력할 수 있다. 배터리 그룹(20)의 충방전이 정지되어 있다는 것은, 충전 FET(SWC), 방전 FET(SWD) 및 프리차지 FET(SWP)이 모두 턴 오프되어 있음을 의미한다.The
제어부(130)는, 셧다운 신호에 응답하여, 충전 FET(SWC), 방전 FET(SWD) 및 프리차지 FET(SWP)을 모두 턴 오프시킨 다음, 진단 명령을 출력할 수 있다. 이는, 션트 저항기(RS)를 진단하는 동안, 배터리 전류를 0 A로 하여 기준 전류(IR)만이 션트 저항기(RS)를 통해 흐르도록 하기 위함이다.In response to the shutdown signal, the
제어부(130)는, 한 쌍의 센싱 라인(131, 132)을 가진다. 센싱 라인(131)은 션트 저항기(RS)의 제1 단에 전기적으로 연결된다. 센싱 라인(132)은 션트 저항기(RS)의 제2 단에 전기적으로 연결된다.The
제어부(130)는, 정전류 회로(110)가 션트 저항기(RS)에 기준 전류(IR)를 공급하는 동안 기준 전류(IR)에 의해 유발된 션트 저항기(RS)의 양단에 걸친 전압(VS)(이하, '션트 전압'이라고 칭할 수 있음)을 적어도 1회 측정하고, 측정된 션트 전압을 나타내는 진단 전압값을 결정한다.The
제어부(130)는, 진단 전압값을 기초로, 션트 저항기(RS)를 진단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는, 기준 전압값과 진단 전압값을 비교함으로써, 션트 저항기(RS)가 비정상인지 여부를 판정할 수 있다. The
션트 저항기(RS)의 실제 저항이 임계 저항 미만이고, 션트 저항기(RS)의 제1 단과 제2 단이 각각 노드와 노드에 견고하게 고정되어 있는 경우, 션트 저항기(RS)가 정상이라고 할 수 있다. Is the actual resistance of the shunt resistor (R S) is less than the threshold resistance, as a first stage when the second stage is that is rigidly secured to each node and the shunt resistor (R S) of the shunt resistor (R S) normal can do.
반면, 션트 저항기(RS)의 실제 저항이 임계 저항 이상이거나, 션트 저항기(RS)의 제1 단과 노드 간의 결합 또는 제2 단과 노드 간의 결합이 느슨해진 경우, 션트 저항기(RS)가 비정상이라고 할 수 있다.On the other hand, the shunt resistor of the actual resistance (R S), or more than the threshold resistance, if true the coupling between the first stage and coupled between the node or the second end node of the shunt resistor (R S) loose, the shunt resistor (R S) abnormal It can be said that
기준 전압값은, 기준 전류(IR)에 대응하는 전압을 나타내는 미리 정해진 값이다. 기준 전압값은, 기준 전류(IR)를 나타내는 기준 전류값과 션트 저항기(RS)의 초기 저항의 곱과 동일할 수 있다. 션트 저항기(RS)의 초기 저항은, 션트 저항기(RS)가 퇴화되지 않은 신품이었을 때의 저항을 나타내는 미리 정해진 값이다.The reference voltage value is a predetermined value indicating a voltage corresponding to the reference current I R . The reference voltage value may be equal to the product of the initial resistance of the reference current value and a shunt resistor (R S) representing the reference current (I R). The initial resistance of the shunt resistor (R S) is a predetermined value that indicates the resistance at which the shunt resistor (R S) was not degraded new.
일 예로, 제어부(130)는, 기준 전압값(예, 0.010 V)에 대한 진단 전압값(예, 0.012 V)의 비율을 나타내는 제1 보상값(예, 1.2)을 결정할 수 있다. 그 다음, 제어부(130)는, 제1 보상값(예, 1.2)이 소정의 제1 임계값(예, 1.1) 이상인 경우, 션트 저항기(RS)가 비정상인 것으로 진단할 수 있다.For example, the
다른 예로, 제어부(130)는, 기준 전압값(예, 0.010 V)과 진단 전압값(예, 0.012 V) 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 보상값(예, 0.002 V)을 결정할 수 있다. 그 다음, 제어부(130)는, 제2 보상값(예, 0.002 V)이 소정의 제2 임계값(예, 0.001 V) 이상인 경우, 션트 저항기(RS)가 비정상인 것으로 진단할 수 있다.As another example, the
제어부(130)는, 제1 보상값 또는 제2 보상값을 기초로, 초기 저항을 보정하여, 션트 저항기(RS)의 실제 저항을 결정할 수 있다. 보정된 초기 저항은, 실제 저항을 나타낸다.
일 예로, 초기 저항이 0.001 Ω, 제1 보상값이 1.03인 경우, 실제 저항은 제1 보상값 1.03과 초기 저항 0.001 Ω의 곱인 0.00103 Ω과 동일할 수 있다. 다른 예로, 초기 저항이 0.001 Ω, 제2 보상값이 0.0005 V, 기준 전류 10.0 A인 경우, 실제 저항은 제2 보상값 0.0005 V를 기준 전류 10.0 A로 나눈 값인 저항 증가분 0.00005 Ω과 초기 저항 0.001 Ω의 합인 0.00105 Ω과 동일할 수 있다.For example, when the initial resistance is 0.001 Ω and the first compensation value is 1.03, the actual resistance may be equal to 0.00103 Ω, which is the product of the first compensation value of 1.03 and the initial resistance of 0.001 Ω. As another example, if the initial resistance is 0.001 Ω, the second compensation value is 0.0005 V, and the reference current is 10.0 A, the actual resistance is the second compensation value of 0.0005 V divided by the reference current 10.0 A, the resistance increment of 0.00005 Ω, and the initial resistance of 0.001 Ω It can be equal to the sum of 0.00105 Ω.
제어부(130)는, 실제 저항이 결정된 후 배터리 그룹(20)의 충방전이 진행되면, 옵의 법칙에 따라 실제 저항과 션트 전압(VS)을 기초로, 배터리 전류를 나타내는 충방전 전류값을 결정할 수 있다. 배터리 그룹(20)의 충방전이 진행된다는 것은, 충전 FET(SWC), 방전 FET(SWD) 및 프리차지 FET(SWP) 중 적어도 하나가 턴 온된 것을 의미한다.When the
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 진동 모터(140)와 션트 저항기 간의 관계를 예시적으로 나타낸 도면이다.3 is a diagram exemplarily showing the configuration of the
도 3에 도시된 제2 실시예는 장치(100)가 진동 모터(140)를 더 포함한다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 따라서, 제1 실시예와 공통된 내용에 대하여는 반복된 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.The second embodiment shown in FIG. 3 differs from the first embodiment in that the
도 3을 참조하면, 진동 모터(140)는, 션트 저항기(RS)에 진동을 발생시키도록 제공된다. 진동 모터(140)는, 정전류 회로(110)와 션트 저항기(RS) 간에 전기적으로 연결된다. 예컨대, 진동 모터(140)는, 노드(N3)와 정전류 회로(110)(예, 연산증폭기(1113)의 반전 단자) 간에 전기적으로 연결될 수 있다. 진동 모터(140)는, 션트 저항기(RS)에 접촉하도록 배치될 수 있다.3, the
진동 모터(140)는, 기준 전류(IR)에 의해 구동할 수 있고, 구동 중에 소정의 진동 패턴을 생성한다. 즉, 진단 스위치(SWR)가 턴 온되어 있는 동안, 전류 경로(115)를 통해 공급되는 기준 전류(IR)를 이용하여 진동 모터(140)가 구동할 수 있다. The
션트 저항기(RS)가 정상이라면, 진동 모터(140)로부터 션트 저항기(RS)에 진동이 전달되더라도, 션트 저항기(RS)의 제1 단과 노드(N3) 간의 접촉 면적 및 션트 저항기(RS)의 제2 단(N4)과 노드 간의 접촉 면적은 일정하게 유지된다. 따라서, 진동 발생 중, 기준 전류(IR)에 의해 유도되는 션트 전압(VS)은 일정할 것이다.The shunt resistor (R S) the first end node (N 3), the contact area and the shunt resistor between the normal if, the
반면, 션트 저항기(RS)가 비정상이라면, 진동 발생 중, 션트 저항기(RS)의 제1 단과 노드 간의 접촉 면적 또는 션트 저항기(RS)의 제2 단과 노드 간의 접촉 면적은 일정하게 유지되지 않는다. 따라서, 진동 발생 중, 기준 전류에 의해 유도되는 션트 전압(VS)은 큰 폭으로 변화한다.On the other hand, the shunt resistor (R S) is abnormal if, vibration occurred, the shunt resistor (R S) of the second contact area between the end node of the first contact area or the shunt resistor (R S) between the end node is not kept constant does not Therefore, during the vibration generation, the shunt voltage V S induced by the reference current changes significantly.
제어부(130)는, 진동 모터(140)에 의해 션트 저항기(RS)에 진동이 발생되는 동안, 소정 시간마다 션트 전압(VS)을 측정하고, 시간 경과에 따른 션트 전압(VS)의 변화를 기초로, 션트 저항기(RS)가 정상인지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는, 진동 발생 중 순차적으로 결정된 복수의 진단 전압값 중에서 최대치와 최소치 간의 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 션트 저항기(RS)가 비정상인 것으로 진단할 수 있다.The
도 5는 제1 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치(100)를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating an example of a battery current measuring method using the battery
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 단계 S510에서, 제어부(130)는, 진단 명령을 출력한다. 제어부(130)는, 외부 디바이스로부터의 셧다운 신호에 응답하여, 배터리 그룹(20)의 충방전을 정지시킨 다음, 진단 명령을 출력할 수 있다. 1, 2 and 5 , in step S510 , the
단계 S520에서, 정전류 회로(110)는, 제어부(130)에 의해 진단 명령이 출력되는 경우, 션트 저항기(RS)에 기준 전류(IR)를 공급한다. 기준 전류(IR)는, 적어도 소정의 기준 시간(예, 1초) 동안 전류 경로(115)를 따라 션트 저항기(RS)를 통해 흐를 수 있다.In step S520, the constant
단계 S530에서, 제어부(130)는, 기준 전류(IR)가 션트 저항기(RS)에 공급되는 동안, 션트 저항기(RS)의 양단에 걸친 전압(VS)을 나타내는 진단 전압값을 결정한다.While supplied in step S530, the
단계 S540에서, 제어부(130)는, 기준 전류(IR)에 대응하는 기준 전압값에 대한 진단 전압값의 비율을 나타내는 제1 보상값을 결정한다.In step S540,
단계 S550에서, 제어부(130)는, 제1 보상값이 제1 임계값 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S550의 값이 "예"인 경우, 단계 S560로 진행할 수 있다. 단계 S560의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S570로 진행할 수 있다.In step S550 , the
단계 S560에서, 제어부(130)는, 션트 저항기(RS)가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성한다. 폴트 메시지는, 통신부(120)를 통해 외부 디바이스(1)에게 전송될 수 있다.In step S560, the
단계 S570에서, 제어부(130)는, 제2 보상값을 기초로, 션트 저항기(RS)의 실제 저항을 결정한다.In step S570, the
도 6은 제1 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치(100)를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 다른 예를 보여주는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating another example of a battery current measuring method using the battery
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 제어부(130)는, 진단 명령을 출력한다. 제어부(130)는, 외부 디바이스로부터의 셧다운 신호에 응답하여, 배터리 그룹(20)의 충방전을 정지시킨 다음, 진단 명령을 출력할 수 있다. 1, 2 and 6 , in step S610 , the
단계 S620에서, 정전류 회로(110)는, 제어부(130)에 의해 진단 명령이 출력되는 경우, 션트 저항기(RS)에 기준 전류(IR)를 공급한다. 기준 전류(IR)는, 적어도 소정의 기준 시간(예, 1초) 동안 전류 경로(115)를 따라 션트 저항기(RS)를 통해 흐를 수 있다.In step S620, the constant
단계 S630에서, 제어부(130)는, 기준 전류(IR)가 션트 저항기(RS)에 공급되는 동안, 션트 저항기(RS)의 양단에 걸친 전압(VS)을 나타내는 진단 전압값을 결정한다.While supplied in step S630, the
단계 S640에서, 제어부(130)는, 기준 전류(IR)에 대응하는 기준 전압값과 진단 전압값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 보상값을 결정한다.In step S640,
단계 S650에서, 제어부(130)는, 제2 보상값이 제2 임계값 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S650의 값이 "예"인 경우, 단계 S660로 진행할 수 있다. 단계 S660의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S670로 진행할 수 있다.In step S650 , the
단계 S660에서, 제어부(130)는, 션트 저항기(RS)가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성한다. 폴트 메시지는, 통신부(120)를 통해 외부 디바이스(1)에게 전송될 수 있다.In step S660, the
단계 S670에서, 제어부(130)는, 제2 보상값을 기초로, 션트 저항기(RS)의 실제 저항을 결정한다.In step S670, the
도 7는 제2 실시예에 따른 배터리 전류 측정 장치(100)를 이용한 배터리 전류 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating an example of a battery current measuring method using the battery
도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 단계 S710에서, 제어부(130)는, 진단 명령을 출력한다. 제어부(130)는, 외부 디바이스로부터의 셧다운 신호에 응답하여, 배터리 그룹(20)의 충방전을 정지시킨 다음, 진단 명령을 출력할 수 있다. 3, 4 and 7 , in step S710 , the
단계 S720에서, 정전류 회로(110)는, 제어부(130)에 의해 진단 명령이 출력되는 경우, 션트 저항기(RS) 및 진동 모터(140)에 기준 전류(IR)를 공급한다. 기준 전류(IR)는, 적어도 소정의 기준 시간(예, 1초) 동안 전류 경로(115)를 따라 션트 저항기(RS)와 진동 모터(140)를 통해 흐를 수 있다.In step S720, the constant
단계 S730에서, 제어부(130)는, 기준 전류(IR)가 션트 저항기(RS) 및 진동 모터(140)에 공급되는 동안, 션트 저항기(RS)의 양단에 걸친 전압(VS)의 변화를 나타내는 복수의 진단 전압값을 결정한다.In step S730, the
단계 S740에서, 제어부(130)는, 복수의 진단 전압값 중 최대치와 최소치 간의 차이를 나타내는 전압 변화값을 결정한다.In operation S740 , the
단계 S750에서, 제어부(130)는, 전압 변화값이 제3 임계값 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S750의 값이 "예"인 경우, 단계 S760으로 진행할 수 있다. 단계 S750의 값이 "아니오"인 경우, 도 7에 따른 방법은 종료될 수 있다. 대안적으로, 단계 S750의 값이 "아니오"인 경우, 도 5의 단계 S540 또는 도 6의 단계 S640으로 진행될 수도 있다.In step S750 , the
단계 S760에서, 제어부(130)는, 션트 저항기(RS)가 비정상임(특히, 결합 불량)을 나타내는 폴트 메시지를 생성한다. 폴트 메시지는, 통신부(120)를 통해 외부 디바이스(1)에게 전송될 수 있다.In step S760, the
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. The embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. The implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
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.In the above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below with the technical idea of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims.
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. In addition, since the present invention described above can be various substitutions, modifications and changes within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the above-described embodiments and attachments It is not limited by the illustrated drawings, and all or part of each embodiment may be selectively combined and configured so that various modifications may be made.
10: 배터리 팩
20: 배터리 그룹 21: 배터리 셀
30: 스위칭 회로
100: 배터리 전류 측정 장치
RS: 션트 저항기
110: 정전류 회로
120: 통신부
130: 제어부
140: 진동 모터10: battery pack
20: battery group 21: battery cell
30: switching circuit
100: battery current measuring device
R S : shunt resistor
110: constant current circuit
120: communication department
130: control unit
140: vibration motor
Claims (10)
상기 션트 저항기에 전기적으로 병렬 연결되는 정전류 회로; 및
상기 션트 저항기와 상기 정전류 회로 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하되,
상기 정전류 회로는,
상기 제어부에 의해 진단 명령이 출력되는 경우, 상기 션트 저항기에 기준 전류를 공급하도록 구성되고,
상기 제어부는,
상기 기준 전류에 의해 유도된 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
a shunt resistor installed in a current path for charging and discharging the battery;
a constant current circuit electrically connected in parallel to the shunt resistor; and
a control unit operatively coupled to the shunt resistor and the constant current circuit;
The constant current circuit is
configured to supply a reference current to the shunt resistor when a diagnostic command is output by the control unit;
The control unit is
and diagnose the shunt resistor based on a voltage across the shunt resistor induced by the reference current.
상기 제어부는,
상기 기준 전류에 대응하는 기준 전압값에 대한 진단 전압값의 비율을 나타내는 제1 보상값을 결정하되, 상기 진단 전압값은 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타내고,
상기 제1 보상값이 제1 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
determine a first compensation value representing a ratio of a diagnostic voltage value to a reference voltage value corresponding to the reference current, wherein the diagnostic voltage value represents a voltage across the shunt resistor;
and generate a fault message indicating that the shunt resistor is abnormal when the first compensation value is greater than or equal to a first threshold value.
상기 제어부는,
상기 기준 전류에 대응하는 기준 전압값과 진단 전압값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 보상값을 결정하되, 상기 진단 전압값은 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타내고,
상기 제2 보상값이 제2 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상임을 나타내는 폴트 메시지를 생성하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
determine a second compensation value representing an absolute value of a difference between a reference voltage value corresponding to the reference current and a diagnostic voltage value, wherein the diagnostic voltage value represents a voltage across the shunt resistor;
and generate a fault message indicating that the shunt resistor is abnormal when the second compensation value is greater than or equal to a second threshold value.
상기 제어부는,
상기 배터리의 충방전이 정지되어 있는 경우, 상기 진단 명령을 출력하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
According to claim 1,
The control unit is
and outputting the diagnostic command when charging and discharging of the battery is stopped.
상기 션트 저항기와 상기 정전류 회로 간에 전기적으로 연결되는 진단 스위치를 더 포함하되,
상기 진단 스위치는, 상기 진단 명령에 응답하여, 턴 온되는 배터리 전류 측정 장치.
According to claim 1,
a diagnostic switch electrically coupled between the shunt resistor and the constant current circuit;
The diagnostic switch is turned on in response to the diagnostic command.
상기 션트 저항기에 진동을 발생시키는 진동 모터를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 진동 모터에 의해 상기 션트 저항기에 진동이 발생되는 동안, 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압의 변화를 나타내는 복수의 진단 전압값을 결정하고,
상기 복수의 진단 전압값을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
According to claim 1,
Further comprising a vibration motor for generating vibration in the shunt resistor,
The control unit is
determine a plurality of diagnostic voltage values indicative of a change in voltage across the shunt resistor while vibration is generated in the shunt resistor by the vibration motor;
and diagnosing the shunt resistor based on the plurality of diagnostic voltage values.
상기 진동 모터는,
상기 기준 전류에 의해 구동하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
7. The method of claim 6,
The vibration motor is
A battery current measuring device configured to be driven by the reference current.
상기 제어부는,
상기 복수의 진단 전압값의 최대치와 최소치 간의 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 션트 저항기가 비정상인 것으로 진단하도록 구성되는 배터리 전류 측정 장치.
7. The method of claim 6,
The control unit is
and diagnose that the shunt resistor is abnormal when a difference between a maximum value and a minimum value of the plurality of diagnostic voltage values is equal to or greater than a third threshold value.
A battery pack comprising the battery current measuring device according to any one of claims 1 to 8.
상기 제어부가, 상기 정전류 회로에게 상기 진단 명령을 출력하는 단계;
상기 정전류 회로가, 상기 제어부에 의해 상기 진단 명령이 출력되는 경우, 상기 션트 저항기에 상기 기준 전류를 공급하는 단계; 및
상기 제어부가, 상기 기준 전류에 의해 유도된 상기 션트 저항기의 양단에 걸친 전압을 나타내는 진단 전압값을 기초로, 상기 션트 저항기를 진단하는 단계를 포함하는 배터리 전류 측정 방법.In the battery current measuring method using the battery current measuring device according to any one of claims 1 to 8,
outputting, by the control unit, the diagnostic command to the constant current circuit;
supplying, by the constant current circuit, the reference current to the shunt resistor when the diagnostic command is output by the controller; and
and diagnosing, by the controller, the shunt resistor based on a diagnostic voltage value representing a voltage across the shunt resistor induced by the reference current.
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-
2019
- 2019-12-12 KR KR1020190165695A patent/KR20210074702A/en unknown
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