KR20230020650A - 전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 - Google Patents

전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 Download PDF

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KR20230020650A
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battery pack
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송창용
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은, 전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 일단과 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 프리차지 저항 및 프리차지 스위치, 상기 배터리 팩의 타단에 연결된 제2 출력단과 상기 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 전류보정 스위치, 상기 배터리 팩에 연결되어 상기 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류 센서, 그리고 소정의 보정조건을 만족하면, 상기 전류 센서에 의해 측정된 제1 팩 전류 및 상기 배터리 팩, 상기 프리차지 저항, 상기 프리차지 스위치, 및 상기 전류보정 스위치로 구성된 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류 간의 비율인 전류보정 이득을 결정하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.

Description

전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템{CURRENT CALIBRATION METHOD FOR CURRENT SENSOR AND BATTERY SYSTEM PROVIDING THE SAME}
본 발명은, 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류센서의 측정 오차를 보정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
배터리 팩(Battery Pack)을 사용하는 전기 자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 등 친환경 자동자에 대한 시대적 관심이 높다. 친환경 자동차의 안전을 보장하고, 기 설정된 성능(performance)을 제공하기 위해, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 배터리 팩(Battery Pack)을 지속적으로 모니터링하고, 관리한다.
만약, 배터리 팩을 과충전하는 경우 발화나 폭발의 위험이 있으므로 위험은 사전에 예측될 수 있어야 한다. 또한, 배터리 팩이 노화(열화)가 많이 되면, 배터리 팩은 친환경 자동차에서 필요한 수준의 전력을 공급하지 못하므로 교체가 필요하다. 이때, 과충전 판단의 기준이 되는 배터리의 충전 상태(State of Charge; SOC)를 추정하거나 배터리의 수명을 예측할 때, BMS는 배터리 팩의 전류(이하, 팩 전류) 값을 사용한다. 따라서, 팩 전류 값은 정밀도 높게 측정되는 것이 필요하다.
한편, 션트 저항(Shunt Resistor)을 포함하여 팩 전류를 측정하는 전류센서는, 션트 저항의 오차로 인해, 실제 팩 전류 값과 전류센서에서 측정된 팩 전류 값 사이에 오차가 발생할 수 있다. 이에, 배터리 조립 공정의 마지막 단계(EOL)에서 전류보정을 수행하여, 전류센서의 오차 문제를 해결하고 있다.
도 6은 종래 배터리 시스템의 구성을 설명하는 도면이다. 도 6을 참고하면, 배터리 조립 공정단계(EOL)에서 전류보정 방법은, 배터리 팩(10)의 양극단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 직렬 연결되는 제1 메인 컨택터(M_SW1) 및 배터리 팩(10)의 음극단과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결되는 제2 메인 컨택터(M_SW2)를 온 하고, 배터리 시스템(1)에 소정의 테스트 전류(Ir)를 인가한다. 이때, BMS(50)는 제1 출력단(OUT1) 및 제2 출력단(OUT2) 사이에 전기적으로 연결되는 외부 장치(예를 들어, 테스트용 충전기)를 제어하여 테스트 전류(Ir)를 배터리 시스템(1)에 인가할 수 있다. 이후, BMS(50)는 전류센서(30)에 의해 센싱되는 센싱 전류(Id)의 제1 전류값(예를 들어, 150A)을 수신한다. BMS(50)는, 테스트 전류(Ir)의 제2 전류값(200A)과 센싱 전류(Id)의 제1 전류값(150A)의 비율(Ir/Id)을 계산하여 전류보정 이득(A)(gain, Ir/Id)을 결정하고, 결정된 전류보정 이득(A)(Ir/Id=200A/150A)을 저장부에 저장한다.
배터리 시스템(1)이 전기 자동차(EV) 등에 탑재된 이후, BMS(50)는 소정의 주기마다 전류센서(30)가 전송하는 제1 전류값(Id)과 전류보정 이득(A)(Ir/Id)을 곱하여(Id* Ir/Id=Ir) 실제 전류값(Ir)을 획득할 수 있다. 즉, BMS(50)는 전류보정 이득(A)을 사용하여 전류센서의 오차를 보정할 수 있다.
그러나, 배터리 시스템이 자동차, 에너지 저장장치 등과 같은 완성 시스템에 탑재된 후, 예를 들어, BMS(50) 보드 고장 등으로 BMS(50)가 교체되면, 전류보정 이득(A)(Ir/Id)이 초기화 되어 전류센서의 오차를 보정할 수 없는 문제가 발생한다. 다른 예를 들어, 전류센서의 장기간 사용으로 션트 저항이 노화되면, 센싱 전류(Id)의 제1 전류값(Id)은 배터리 조립 공정단계(EOL)에서와 달라질 수 있다.
이 경우, 배터리 조립 공정단계(EOL)에서 센싱 전류(Id)의 제1 전류값(Id)에 기초하여 결정된 전류보정 이득(A)(Ir/Id)에 대한 변경이 필요하다. 이때, 제1 출력단(OUT1) 및 제2 출력단(OUT2)을 통해, 배터리 시스템(1)은 완성 시스템(예를 들어, 자동차, 에너지 저장장치)과 전기적으로 연결되어 있으므로, 신뢰할 수 있는 테스트 전류(Ir)를 배터리 시스템(1)에 인가하는 것이 불가능하다. 결국, 전류보정 이득(A)(Ir/Id)을 변경하지 못하여, 전류센서의 오차를 보정할 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명은, 배터리 시스템이 소정의 완성 시스템(자동차 등)에 탑재된 이후에도, 전류센서가 측정한 팩 전류의 오차를 보정할 수 있는 전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 일단과 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 프리차지 저항 및 프리차지 스위치, 상기 배터리 팩의 타단에 연결된 제2 출력단과 상기 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 전류보정 스위치, 상기 배터리 팩에 연결되어 상기 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류 센서, 그리고 소정의 보정조건을 만족하면, 상기 전류 센서에 의해 측정된 제1 팩 전류 및 상기 배터리 팩, 상기 프리차지 저항, 상기 프리차지 스위치, 및 상기 전류보정 스위치로 구성된 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류 간의 비율인 전류보정 이득을 결정하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.
상기 배터리 시스템은, 상기 배터리 팩의 일단과 상기 제1 출력단 사이에, 상기 프리차지 저항 및 상기 프리차지 스위치에 대해 병렬 연결되어 있는 제1 메인 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 전류경로를 구성할 때, 상기 제1 메인 스위치를 오프 하고, 상기 프리차지 스위치 및 상기 전류보정 스위치를 온 할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 배터리 팩을 충전하는 충전모드 또는 상기 배터리 팩이 외부장치로 전력을 공급하는 방전모드에서, 상기 전류보정 스위치를 오프 할 수 있다.
상기 배터리 시스템은, 상기 배터리 팩의 타단과 상기 제2 출력단 사이에 연결되는 제2 메인 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 전류경로를 구성할 때, 상기 제2 메인 스위치를 온 할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 배터리 팩의 팩 전압 값을 상기 프리차지 저항의 저항 값으로 나눠 상기 제2 팩 전류를 산출할 수 있다.
상기 보정 조건은, 상기 전류보정 이득의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생, 및 상위 제어기로부터 상기 전류보정 이득의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전류 보정 방법은, BMS(Battery Management System)가 배터리 팩에 흐르는 팩 전류의 측정 오차를 보정하는 방법으로서, 소정의 보정조건의 만족 여부를 판단하는 단계, 판단결과 상기 보정조건을 만족하면, 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 일단과 제1 출력단 사이에 연결되는 프리차지 저항 및 프리차지 스위치, 상기 배터리 팩의 타단에 연결된 제2 출력단과 상기 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 전류 보정 스위치를 포함하는 전류 경로를 구성하는 단계, 그리고 상기 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류센서에 의해 측정된 제1 팩 전류 및 상기 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류 간의 비율인 전류보정 이득을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 경로를 구성하는 단계는, 상기 전류 경로를 구성할 때, 상기 배터리 팩의 일단과 상기 제1 출력단 사이에 상기 프리차지 저항 및 상기 프리차지 스위치에 대해 병렬 연결되어 있는 제1 메인 스위치를 오프하고, 상기 프리차지 스위치 및 상기 전류보정 스위치는 온 할 수 있다.
상기 전류 경로를 구성하는 단계는, 상기 전류 경로를 구성할 때, 상기 배터리 팩의 타단과 상기 제2 출력단 사이에 연결되는 제2 메인 스위치를 온 할 수 있다.
상기 전류보정 이득을 결정하는 단계는, 상기 배터리 팩의 팩 전압 값을 상기 프리차지 저항 값으로 나눠 상기 제2 팩 전류를 산출할 수 있다.
상기 전류 보정 방법은, 상기 전류보정 이득을 결정하는 단계 이후에, 상기 전류보정 스위치를 턴 오프(turn-off) 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보정 조건은, 상기 전류보정 이득의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생, 및 상위 제어기로부터 상기 전류보정 이득의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은, BMS 보드 교체, 션트 저항의 퇴화 등 이벤트가 발생하는 경우에도, 전류보정 이득(A)을 결정 또는 재결정(갱신)할 수 있다.
본 발명은, 전류센서에 맞춤형 전류보정 이득(A)을 제공함으로써, 팩 전류 값을 정밀도 높게 측정할 수 있다.
본 발명은, 팩 전류값에 기초하는 배터리 팩의 SOC(State Of Charge), 배터리 팩의 교체시점 등을 정밀도 높게 예측할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전류센서의 전류 보정 방법을 제공하는 배터리 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전류 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 BMS(50)의 구성을 상세하게 설명하는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전류센서의 전류 보정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 보정 모드(S300)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
도 6은 종래 배터리 시스템을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전류센서의 전류 보정 방법을 제공하는 배터리 시스템을 설명하는 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 전류 경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1의 BMS(50)의 구성을 상세하게 설명하는 블록도이다.
도 1을 참고하면, 배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10), 전압센서(20), 전류센서(30), 스위치부(40), 전류보정 스위치(C_SW), 그리고, BMS(Battery Management System)(50)를 포함한다.
도 1을 참고하면, 배터리 팩(10)은 배터리 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있으며, 배터리 시스템(1)의 일단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 스위치부(40)가 연결되어 있고, 배터리 시스템(1)의 타단과 제2 출력단(OUT2) 사이에 전류센서(30)가 연결되어 있다. 도 1에서는, 전류센서(30)와 제2 출력단(OUT2) 사이에 제2 메인 스위치(M_SW2)가 연결되도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 시스템(1)은 제2 메인 스위치(M_SW2)를 포함하지 않을 수 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 팩(10)은, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈(battery module)을 구성하고, 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 연결되어 배터리 팩(battery pack)을 구성하고, 소정 개수의 배터리 팩이 병렬 연결되어 배터리 뱅크(battery bank)를 구성하여, 원하는 전력을 외부 장치에 공급할 수 있다. 도 1에는, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)이 직렬 연결된 배터리 팩(10)을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈, 또는 배터리 뱅크 단위로 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 배터리 팩(10)으로 지칭하나, 배터리 팩(10)은 배터리(10)로 지칭될 수 있다.
전압센서(20)는 배터리 팩(10)과 병렬 연결되어 있다. 전압센서(20)는 배터리 팩(10)의 양단(일단과 타단) 사이의 전압인 팩 전압(Vp)을 측정하고, 측정 결과인 팩 전압(Vp) 값을 BMS(50)에 전달할 수 있다.
전류센서(30)는, 배터리 팩(10)과 외부 장치 간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류센서(30)는 배터리 팩(10)에 흐르는 팩 전류(Ip) 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과인 팩 전류(Ip) 값을 BMS(50)에 전달할 수 있다. 이하, 제1 팩 전류(Id)는 전류센서(30)가 측정한 팩 전류(Ip)이고, 제2 팩 전류(Ir)는 전류 경로에서 프리차지 저항(Rp) 값 및 팩 전압(Vp) 값에 기초하여 산출된 팩 전류(Ip)일 수 있다.
일 실시예에 따라, 전류센서(30)는, 션트 저항(Rs, Shunt Resistor)을 포함하여 제1 팩 전류(Id)를 측정할 수 있다. 션트 저항(Rs)은 전류를 측정하기 위해 사용하는 저항일 수 있다. 전류센서는, 션트 저항(Rs)의 양단 전압인 션트 전압(V)을 측정하고, 측정한 션트 전압(V) 값과 션트 저항(Rs) 값을 옴의 법칙(V=Ip*Rs)에 적용하여 제1 팩 전류(Id) 값을 측정할 수 있다.
제1 팩 전류(Id) 값을 정밀하게 측정하기 위해서는, 션트 저항(Rs) 값이 정확해야 한다. 예를 들어, 전류센서(30)의 장기간 사용으로 션트 저항(Rs)이 퇴화되면, 션트 저항(Rs) 값은 변경될 수 있다. 그러면, 전류센서(30)가 측정하는 제1 팩 전류(Id) 값은 실제 팩 전류(Ip) 값과 오차(error)가 발생할 수 있다.
스위치부(40)는, 프리차지 저항(Rp), 프리차지 스위치(P_SW), 제1 메인 스위치(M_SW1)를 포함한다. BMS(50)는 제1 내지 제4 제어신호(CS[1] ~ CS[4])를 생성하여, 프리차지 스위치(P_SW), 제1 메인 스위치(M_SW1), 전류보정 스위치(C_SW), 및 제2 메인 스위치(M_SW2)의 온(ON)/오프(OFF)를 제어할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 시스템(1)은 제2 메인 스위치(M_SW2)를 포함하지 않을 수 있다.
프리차지 저항(Rp, Pre-Charge Resistor) 및 프리차지 스위치(P_SW)는 배터리 팩(10)의 일단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 프리차지 저항(Rp)은 일단이 제1 메인 스위치(M_SW1)의 일단과 연결된다. 프리차지 스위치(P_SW)는 일단이 프리차지 저항(Rp)의 타단과 연결되고, 타단이 제1 메인 스위치(M_SW1)의 타단과 연결된다. 예를 들어, 인에이블(enable) 레벨의 제1 제어신호(CS[1])에 따라 프리차지 스위치(P_SW)가 온 되면, 이하 설명할 프리-차지(Pre-Charge) 로직이 수행될 수 있다.
제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 되면, 배터리 팩(10)으로부터 인버터(미도시)로 전력이 공급되고, 부하(모터 등)가 구동될 수 있다. 배터리 팩(10)과 인버터의 커패시터(미도시)가 제1 메인 스위치(M_SW1)에 의해 연결되기 이전에, 프리차지 스위치(P_SW)가 먼저 턴 온 된다. 그러면, 턴 온 된 프리차지 스위치(P_SW) 및 프리차지 저항(Rp)을 통해 인버터의 커패시터가 프리-차지(Pre-Charge) 된다. 이를 통해, 제1 메인 스위치(M_SW1)의 온 시점에 배터리 팩(10)과 부하가 연결될 때 발생하는 서지 전류가 감소되고, 제1 메인 스위치(M_SW1)가 서지전류에 의해 손상(퇴화 등)되는 것을 예방할 수 있다. 이와 같은 프리차지 기간 동안, 프리차지 스위치(P_SW)는 제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 되기 전에 먼저 온 되고, 제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 상태에서 소정시간 경과하면, 프리차지 스위치(P_SW)는 다시 오프 되어 서지 전류를 감소시킬 수 있다.
제1 메인 스위치(M_SW1)는, 프리차지 저항(Rp) 및 프리차지 스위치(P_SW)와 병렬 연결될 수 있다. 즉, 제1 메인 스위치(M_SW1)는, 배터리 팩(10)의 일단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 인에이블(enable) 레벨의 제2 제어신호(CS[2])에 따라 제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 되면, 이하 설명할 충전모드 또는 방전모드가 수행될 수 있다.
제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 되면, 배터리 팩(10)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전모드 또는 방전모드가 수행될 수 있다. 예를 들어, 외부 장치가 부하(모터 등)인 경우 배터리 팩(10)으로부터 부하로 전력이 공급되는 방전모드가 수행되고, 외부 장치가 외부 충전기인 경우 배터리 팩(10)이 외부 충전기에 의해 충전되는 충전모드가 수행될 수 있다. 제1 메인 스위치(M_SW1)가 오프 되면, 배터리 팩(10)과 외부 장치가 전기적으로 분리된다.
예를 들어, 배터리 시스템(1)이 제2 메인 스위치(M_SW2)를 포함하는 경우, 인에이블(enable) 레벨의 제2 제어신호(CS[2]) 및 제4 제어신호(CS[4])에 따라 제1 메인 스위치(M_SW1)와 제2 메인 스위치(M_SW2)가 온 되면, 배터리 팩(10)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전모드 또는 방전모드가 수행될 수 있다. 제1 메인 스위치(M_SW1) 및 제2 메인 스위치(M_SW2) 중 적어도 하나가 오프 되면, 배터리 팩(10)과 외부 장치는 전기적으로 분리된다.
전류보정 스위치(C_SW)는 제1 출력단(OUT1)과 배터리 팩(10)의 타단에 연결된 제2 출력단(OUT2) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 인에이블(enable) 레벨의 제3 제어신호(CS[3])에 따라 전류보정 스위치(C_SW)가 온 되면, 제1 출력단(OUT1)과 제2 출력단(OUT2)이 연결되어 전류 경로가 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일 실시예에 따라, 제1 팩 전류(Id)에 대한 오차(error) 보정(calibration)이 필요한 경우, BMS(50)는 프리차지 스위치(P_SW) 및 전류보정 스위치(C_SW)는 온 하고, 제1 메인 스위치(M_SW1)는 오프 할 수 있다. 그러면, 도 2에 도시된 전류 경로가 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 시스템(1)이 제2 메인 스위치(M_SW2)를 포함하는 경우, BMS(50)는 제2 메인 스위치(M_SW2) 또한 온 하여, 도 2에 도시된 전류 경로가 구성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 일 실시예에 따라, 전류 경로는 배터리 팩(10), 프리차지 저항(Rp), 프리차지 스위치(P_SW), 및 전류보정 스위치(C_SW)를 포함할 수 있다. 전류 경로는 제1 팩 전류(Id)의 오차 보정에 사용되는 전류보정 이득(A)을 결정하기 위해 구성될 수 있다.
BMS(50)는 보정 조건이 만족되면, 전류 경로를 구성하여 전류보정 이득(A)을 결정할 수 있다. 도 3을 참고하면, BMS(50)는 통신부(51), 저장부(53), 그리고 제어부(MCU)(55)를 포함할 수 있다.
통신부(51)는 배터리 시스템(1) 내부에 위치하는 각종 기기와 통신할 수 있다. 또한, 통신부(51)는 배터리 시스템(1) 외부에 위치하는 각종 기기와 통신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(51)는 전압센서(20)로부터 팩 전압(Vp) 값 및 전류센서(30)로부터 제1 팩 전류(Id) 값을 수신하고, 수신한 팩 전압(Vp) 값 및 제1 팩 전류(Id) 값을 제어부(MCU)(55)에 전달할 수 있다. 다른 예를 들어, 통신부(51)는 배터리 시스템(1) 외부에 위치하는 상위 제어기(미도시)로부터 전류보정 이득(A)의 갱신을 지시하는 메시지를 수신하고, 수신한 메시지를 제어부(MCU)(55)에 전달할 수 있다.
저장부(53)는, 프리차지 저항(Rp) 값, 제1 팩 전류(Id) 값, 제2 팩 전류(Ir) 값, 팩 전압(Vp) 값이 저장될 수 있다. 일 실시예에 따라, 저장부(53)는, 보정 조건 및 전류보정 이득(A)이 저장될 수 있다.
보정 조건은, 전류 경로를 구성하여 전류보정 이득(A)을 결정하기 위한 조건일 수 있다. 전류보정 이득(A)이 이미 저장부(53)에 저장되어 있는 경우, 보정조건은 전류보정 이득(A)을 재결정(갱신)하기 위한 조건일 수 있다. 예를 들어, 보정 조건은, 전류보정 이득(A)의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생(BMS 보드 교체 등), 및 상위 제어기로부터 전류보정 이득(A)의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(MCU)(55)는 보정 조건이 만족되면, 전류 경로를 구성한다. 제어부(MCU)(55)는 전류 경로가 구성된 상태에서, 제1 팩 전류(Id) 값과 제2 팩 전류(Ir) 값에 기초하여 전류보정 이득(A)을 결정할 수 있다. 이때, 제1 팩 전류(Id)는 전류 경로가 구성된 상태에서 전류센서(30)가 측정한 팩 전류(Ip)이다. 제2 팩 전류(Ir)는, 전류 경로에서 전압센서(20)가 측정한 팩 전압(Vp) 값 및 프리차지 저항(Rp) 값에 기초하여 산출되는 팩 전류(Ip)이다. 예를 들어, BMS(50)는 팩 전압(Vp) 값을 프리차지 저항(Rp) 값으로 나누어 제2 팩 전류(Ir) 값을 계산할 수 있다.
제어부(MCU)(55)는 제1 팩 전류(Id) 값에 대한 제2 팩 전류(Ir) 값의 비율을 계산하여 전류보정 이득(A=Ir/Id)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 팩 전류(Id) 값이 150A이고, 제2 팩 전류(Ir) 값이 200A라고 가정하자. 제어부(MCU)(55)는 4/3(200A/150A)을 전류보정 이득(A)으로 결정할 수 있다. 제어부(MCU)(55)는 전류보정 이득(A=Ir/Id=4/3)을 저장부(53)에 저장할 수 있다.
배터리 시스템(1)이 외부 장치와 전기적으로 연결되는 운행모드에서, 제어부(MCU)(55)는 전류센서(30)로부터 수신한 제1 팩 전류(Id) 값에 전류보정 이득(A)(A=Ir/Id)을 곱하여 보정된 팩 전류(Ir=A*Id= Ir/Id*Id) 값을 획득할 수 있다. 보정된 팩 전류(Ir) 값은 배터리 팩(10)에서 실제 출력되는 팩 전류 값에 대응할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 전류센서의 전류 보정 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 5는 도 4의 보정 모드(S300)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
이하 도 1 내지 도 5를 참고하여, 전류센서의 전류 보정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 상세하게 설명한다.
도 4를 참고하면, 우선, BMS(50)는 소정의 보정 조건의 만족 여부를 판단한다(S100).
보정 조건은, 전류 경로를 구성하여 전류보정 이득(A)을 산출하기 위한 조건일 수 있다. 예를 들어, 보정 조건은, 전류보정 이득(A)의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생, 및 상위 제어기로부터 전류보정 이득(A)의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 보정 조건을 만족하지 않으면(S100, No), BMS(50)는 운행모드를 실행할 수 있도록 배터리 시스템(1) 내의 복수의 스위치를 제어한다(S200).
운행모드는, 배터리 시스템(1)의 양 출력단(OUT1, OUT2)이 외부장치와 전기적으로 연결되는 상태일 수 있다. 예를 들어, 운행모드는 외부장치(외부 충전기 등)의 전력으로 배터리 팩(10)을 충전하는 충전모드 또는 배터리 팩(1)에서 방전된 전력을 외부장치(부하)에 공급하는 방전모드 일 수 있다.
도 1을 참고하면, 예를 들어, BMS(50)는 프리차지 스위치(P_SW)가 온 하여 프리-차지(Pre-Charge) 로직을 수행한 이후, 제1 메인 스위치(M_SW1)를 온 하여 배터리 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 연결할 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리 시스템(1)이 제2 메인 스위치(M_SW2)를 더 포함하는 경우, BMS(50)는 프리차지 스위치(P_SW)와 제2 메인 스위치(M_SW2)를 온 하여 프리-차지(Pre-Charge) 로직을 수행한 이후, 제1 메인 스위치(M_SW1)를 온 하여 배터리 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 제1 메인 스위치(M_SW1)가 온 되고 소정 시간 경과 후 프리-차지(Pre-Charge)가 완료되면, 프리차지 스위치(P_SW)는 오프 될 수 있다.
다음으로, 보정 조건을 만족하면(S100, Yes), BMS(50)는 보정모드를 실행할 수 있도록 배터리 시스템(1) 내의 복수의 스위치를 제어한다(S300).
보정모드는, 전류 경로를 구성하여 전류보정 이득(A)을 결정하는 상태일 수 있다. 예를 들어, 보정모드에서, BMS(50)는 배터리 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 분리하고, 배터리 팩(10), 프리차지 저항(Rp), 프리차지 스위치(P_SW), 및 전류보정 스위치(C_SW)를 포함하는 전류 경로를 구성할 수 있다. 전류 경로는 제1 팩 전류(Id)의 오차 보정에 사용되는 전류보정 이득(A)을 결정하기 위해 구성될 수 있다.
S300 단계에서, 도 5를 참고하면, BMS(50)는 배터리 팩(10), 배터리 팩(10)의 일단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 직렬 연결되는 프리차지 저항(RP) 및 프리차지 스위치(P_SW), 배터리 팩(10)의 타단에 연결된 제2 출력단(OUT2)과 제1 출력단(OUT1) 사이에 연결되어 있는 전류 보정 스위치(C_SW)를 포함하는 전류 경로를 구성한다(S310).
도 2를 참고하면, 전류 경로를 구성할 때, BMS(50)는 배터리 팩(10)의 일단과 제1 출력단(OUT1) 사이에 프리차지 저항(RP) 및 프리차지 스위치(P_SW)에 대해 병렬 연결되어 있는 제1 메인 스위치(M_SW1)를 오프 한다. 또한, 전류 경로를 구성할 때, BMS(50)는 프리차지 스위치(P_SW) 및 전류보정 스위치는 온 한다. 예를 들어, 배터리 시스템(1)이 배터리 팩(10)의 타단과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결되는 제2 메인 스위치(M_SW2)를 더 포함하는 경우, BMS(50)는 추가로 제2 메인 스위치(M_SW2)를 온 하여 전류 경로를 구성할 수 있다.
S300 단계에서, BMS(50)는 배터리 팩(10)에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류센서에 의해 측정된 제1 팩 전류(Id) 및 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류(Ir) 간의 비율인 전류보정 이득(A)을 결정한다(S330).
일 실시예에 따라, BMS(50)는 팩 전압(Vp) 값을 프리차지 저항(Rp) 값으로 나눠 제2 팩 전류(Ir) 값을 산출할 수 있다.
예를 들어, 제1 팩 전류(Id) 값이 150A이고, 제2 팩 전류(Ir) 값이 200A라고 가정하자. BMS(50)는 4/3(200A/150A)을 전류보정 이득(A)으로 결정할 수 있다. BMS(50)는 전류보정 이득(A=Ir/Id=4/3)을 저장부(53)에 저장할 수 있다. 이후, 운행모드에서, BMS(50)는 전류센서(30)로부터 수신한 제1 팩 전류(Id) 값에 전류보정 이득(A)(A=Ir/Id)을 곱하여 보정된 팩 전류(Ir=A*Id= Ir/Id*Id) 값을 획득할 수 있다. 보정된 팩 전류(Ir) 값은 배터리 팩(10)에서 실제 출력되는 팩 전류 값에 대응할 수 있다.
S300 단계에서, 전류보정 이득(A)이 결정되면, BMS(50)는 전류보정 스위치(C_SW)를 턴 오프(turn-off) 한다(S350).
BMS(50)는, 전류 경로를 구성하는 경우에만 전류보정 스위치(C_SW)를 온 하고, 전류보정 이득(A)이 결정되면 전류보정 스위치(C_SW)를 오프 할 수 있다. 즉, BMS(50)는, 전류보정 이득(A)을 결정 또는 재결정(갱신)이 필요한 경우에만 전류보정 스위치(C_SW)를 온 할 수 있다.
다음으로, 운행모드(충전모드 또는 방전모드)가 유지되는 경우(S400, Yes), BMS(50)는 S100단계부터 반복한다.
다음으로 운행모드(충전모드 또는 방전모드)가 종료되어 배터리 시스템(1)이 외부장치와 분리되는 것이 필요한 경우(S400, No), BMS(50)는 배터리 시스템(1)을 외부장치와 전기적으로 분리한다(S500).
도 1을 참고하면, 예를 들어, BMS(50)는 제1 메인 스위치(M_SW1)를 오프 하여 배터리 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 분리할 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리 시스템(1)이 제2 메인 스위치(M_SW2)를 더 포함하는 경우, BMS(50)는 제2 메인 스위치(M_SW2)를 추가로 오프 하여 배터리 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 분리할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩,
    상기 배터리 팩의 일단과 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 프리차지 저항 및 프리차지 스위치,
    상기 배터리 팩의 타단에 연결된 제2 출력단과 상기 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 전류보정 스위치,
    상기 배터리 팩에 연결되어 상기 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류 센서, 그리고
    소정의 보정조건을 만족하면, 상기 전류 센서에 의해 측정된 제1 팩 전류 및 상기 배터리 팩, 상기 프리차지 저항, 상기 프리차지 스위치, 및 상기 전류보정 스위치로 구성된 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류 간의 비율인 전류보정 이득을 결정하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 일단과 상기 제1 출력단 사이에, 상기 프리차지 저항 및 상기 프리차지 스위치에 대해 병렬 연결되어 있는 제1 메인 스위치를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 전류경로를 구성할 때, 상기 제1 메인 스위치를 오프 하고, 상기 프리차지 스위치 및 상기 전류보정 스위치를 온 하는, 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 배터리 팩을 충전하는 충전모드 또는 상기 배터리 팩이 외부장치로 전력을 공급하는 방전모드에서,
    상기 전류보정 스위치를 오프 하는, 배터리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 타단과 상기 제2 출력단 사이에 연결되는 제2 메인 스위치를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 전류경로를 구성할 때, 상기 제2 메인 스위치를 온 하는, 배터리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 배터리 팩의 팩 전압 값을 상기 프리차지 저항의 저항 값으로 나눠 상기 제2 팩 전류를 산출하는, 배터리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보정 조건은,
    상기 전류보정 이득의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생, 및 상위 제어기로부터 상기 전류보정 이득의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  9. BMS(Battery Management System)가 배터리 팩에 흐르는 팩 전류의 측정 오차를 보정하는 방법으로서,
    소정의 보정조건의 만족 여부를 판단하는 단계,
    판단결과 상기 보정조건을 만족하면, 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 일단과 제1 출력단 사이에 연결되는 프리차지 저항 및 프리차지 스위치, 상기 배터리 팩의 타단에 연결된 제2 출력단과 상기 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 전류 보정 스위치를 포함하는 전류 경로를 구성하는 단계, 그리고
    상기 배터리 팩에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류센서에 의해 측정된 제1 팩 전류 및 상기 전류 경로에 흐르는 제2 팩 전류 간의 비율인 전류보정 이득을 결정하는 단계를 포함하는, 전류 보정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전류 경로를 구성하는 단계는,
    상기 전류 경로를 구성할 때, 상기 배터리 팩의 일단과 상기 제1 출력단 사이에 상기 프리차지 저항 및 상기 프리차지 스위치에 대해 병렬 연결되어 있는 제1 메인 스위치를 오프하고, 상기 프리차지 스위치 및 상기 전류보정 스위치는 온 하는, 전류 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 경로를 구성하는 단계는,
    상기 전류 경로를 구성할 때, 상기 배터리 팩의 타단과 상기 제2 출력단 사이에 연결되는 제2 메인 스위치를 온 하는, 전류 보정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전류보정 이득을 결정하는 단계는,
    상기 배터리 팩의 팩 전압 값을 상기 프리차지 저항 값으로 나눠 상기 제2 팩 전류를 산출하는, 전류 보정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전류보정 이득을 결정하는 단계 이후에,
    상기 전류보정 스위치를 턴 오프(turn-off) 하는 단계를 더 포함하는, 전류 보정 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 보정 조건은,
    상기 전류보정 이득의 갱신 주기 도달, 기 설정된 이벤트 발생, 및 상위 제어기로부터 상기 전류보정 이득의 갱신을 지시하는 메시지 수신 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 보정 방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102521738B1 (ko) * 2023-03-14 2023-04-17 (주)에너담 무전원 스위치형 전류 센서

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