KR20230047796A - 배터리 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치 - Google Patents

배터리 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치 Download PDF

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박혜진
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Abstract

배터리 측정 장치에, 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 제1 단자, 배터리 팩의 음극 단자에 연결되는 제2 단자, 양극 메인 스위치를 통해 배터리 장치의 양극 링크 단자에 연결되는 제3 단자, 음극 메인 스위치를 통해 배터리 장치의 음극 링크 단자에 연결되는 제4 단자, 제1 단자와 제3 단자를 연결하는 제1 배선, 그리고 제2 단자와 제4 단자를 연결하는 제2 배선이 형성되어 있다. 복수의 모듈이 제1 배선 또는 제2 배선 중 적어도 하나에 연결되며, 배터리 장치의 정보를 감지하고, 처리 모듈이 복수의 모듈에 기초해서 배터리 장치의 정보를 측정한다.

Description

배터리 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치{BATTERY MEASUREMENT APPARATUS AND BATTERY APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치에 관한 것이다.
전기 자동차 또는 하이브리드 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 차량으로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.
배터리의 이상 여부를 판단하기 위해 다양한 측정 장치가 배터리에 장착되고 있다. 배터리의 이상 요부를 판단하려면 배터리의 다양한 정보가 측정되어야 하지만, 기존의 측정 장치는 배터리의 일부 정보만 측정할 뿐, 배터리의 다양한 정보를 측정하지 못하고 있다.
본 발명의 어떤 실시예는 배터리의 다양한 정보를 측정할 수 있는 배터리 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리 팩, 양극 메인 스위치 및 음극 메인 스위치를 포함하는 배터리 장치의 배터리 측정 장치가 제공될 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는 상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 제1 단자, 상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되는 제2 단자, 상기 양극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 양극 링크 단자에 연결되는 제3 단자, 그리고 상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 음극 링크 단자에 연결되는 제4 단자를 포함할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는 상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 연결하는 제1 배선과 상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 연결하는 제2 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선 중 적어도 하나에 연결되며 상기 배터리 장치의 정보를 감지하는 복수의 모듈, 그리고 상기 복수의 모듈에 기초해서 상기 배터리 장치의 정보를 측정하는 처리 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은 팩 전압 감지 모듈과 팩 전류 감지 모듈을 포함할 수 있다. 상기 팩 전압 감지 모듈은 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선의 전압에 기초해서 상기 배터리 팩의 전압을 감지할 수 있다. 상기 팩 전류 감지 모듈은 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 흐르는 상기 배터리 팩의 전류를 감지할 수 있다. 상기 처리 모듈은 상기 팩 전압 감지 모듈에 기초해서 상기 배터리 팩의 전압을 측정하고, 상기 팩 전류 감지 모듈에 기초해서 상기 배터리 팩의 전류를 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 팩 전류 감지 모듈은 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 형성되는 션트 저항을 포함하며, 상기 션트 저항에 기초해서 상기 배터리 팩의 전류를 감지할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 상기 양극 링크 단자에 연결되는 제5 단자, 상기 음극 링크 단자에 연결되는 제6 단자, 그리고 상기 제5 단자 및 상기 제6 단자에 연결되며 상기 제5 단자 및 상기 제6 단자의 전압에 기초해서 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 링크 전압을 감지하는 링크 전압 감지 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 처리 모듈은 상기 링크 전압 감지 모듈에 기초해서 상기 링크 전압을 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 장치의 누설 전류를 감지하는 누설 전류 감지 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 누설 전류 감지 모듈은 상기 제1 배선에 흐르는 전류와 상기 제2 배선에 흐르는 전류에 기초해서 상기 누설 전류를 감지할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 장치가 연결되는 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 절연 저항 감지 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 상기 배터리 장치의 프로세서에 연결되는 통신 연결 단자, 그리고 상기 통신 연결 단자에 연결되며 상기 처리 모듈과 상기 프로세서 사이의 통신을 수행하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 상기 배터리 장치의 파워 변환기에 연결되는 파워 연결 단자, 그리고 상기 파워 연결 단자에 연결되며 상기 파워 변환기의 전압을 상기 처리 모듈에 사용될 전압으로 변환하는 파워 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역 및 제4 영역을 포함하는 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선은 상기 제1 영역에 형성되고, 상기 복수의 모듈은 상기 제1 영역, 상기 제2 영역, 상기 제3 영역 또는 상기 제4 영역 중 적어도 일부 영역에 분산되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 처리 모듈은 상기 제1 영역과 상기 제4 영역 사이에 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 팩의 전압을 감지하는 팩 전압 감지 모듈, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 팩 전류 감지 모듈, 그리고 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 장치의 누설 전류를 감지하는 누설 전류 감지 모듈을 포함할 수 있다. 상기 팩 전압 감지 모듈, 상기 팩 전류 감지 모듈 및 상기 누설 전류 감지 모듈은 상기 제1 영역에 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자가 형성된 위치에 인접할 수 있다. 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 연결되며 상기 배터리 장치가 연결되는 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 절연 저항 감지 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 절연 저항 감지 모듈은 상기 제2 영역에 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 상기 양극 링크 단자 및 상기 음극 링크 단자에 연결되는 제1 커넥터를 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 커넥터에 연결되며 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 링크 전압을 감지하는 링크 전압 감지 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 커넥터와 상기 링크 전압 감지 모듈은 상기 제3 영역에 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 측정 장치는 상기 배터리 장치의 프로세서에 연결되는 통신 연결 단자와 상기 배터리 장치의 파워 변환기에 연결되는 파워 연결 단자를 포함하는 제2 커넥터를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는 상기 통신 연결 단자에 연결되며 상기 처리 모듈과 상기 프로세서 사이의 통신을 수행하는 통신 모듈, 그리고 상기 파워 연결 단자에 연결되며 상기 파워 변환기의 전압을 상기 처리 모듈에 사용될 전압으로 변환하는 파워 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 커넥터, 상기 통신 모듈 및 상기 파워 모듈은 상기 제4 영역에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 장치에 연결되는 양극 링크 단자와 음극 링크 단자를 가지는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 배터리 장치는 양극 단자와 음극 단자를 가지는 배터리 팩, 양극 메인 스위치, 음극 메인 스위치, 배터리 측정 장치 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는 상기 양극 단자와 상기 음극 단자에 연결되고, 상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자에 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 배터리 측정 장치에서 측정된 정보를 수신할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는, 상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 제1 단자, 상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되는 제2 단자, 상기 양극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 양극 링크 단자에 연결되는 제3 단자, 상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 음극 링크 단자에 연결되는 제4 단자, 상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 연결하는 제1 배선, 그리고 상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 연결하는 제2 배선을 포함할 수 있다. 상기 배터리 측정 장치는, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선 중 적어도 하나에 연결되며 상기 배터리 장치의 정보를 감지하는 복수의 모듈, 그리고 상기 복수의 모듈에 기초해서 상기 배터리 장치의 상기 정보를 측정하는 처리 모듈을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 장치는 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 모니터링하는 모니터링 회로를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 팩의 전압을 감지하는 제1 모듈, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 제2 모듈, 그리고 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 전압을 감지하는 제3 모듈을 포함할 수 있다. 상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치가 턴온된 경우, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 링크 전압 사이의 차이 및 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 제1 저항을 계산하고, 상기 복수의 배터리 셀의 전압의 합과 상기 배터리 팩의 전압 사이의 차이 및 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 제2 저항을 계산하고, 상기 제1 저항이 제1 저항 임계값보다 작은 조건 및 상기 제2 저항이 제2 저항 임계값보다 작은 조건을 포함하는 복수의 조건이 만족되는 경우에 상기 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되어 상기 배터리 장치의 누설 전류를 판단하는 제4 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 조건은 상기 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작은 조건을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 제1 모듈, 그리고 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 제2 모듈을 포함할 수 있다. 상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치가 턴오프된 경우, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 작은 조건 및 상기 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 큰 조건을 포함하는 복수의 조건이 만족되는 경우에 상기 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되어 상기 배터리 장치의 누설 전류를 판단하는 제3 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 조건은 상기 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작은 조건을 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 배터리 측정 장치에서 배터리 장치의 다양한 정보를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 배터리 측정 장치에서 측정한 정보에 기초해서 배터리 장치의 안정성을 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 측정 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 측정 장치의 배치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 안정성 판단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-)를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전될 수 있다. 외부 장치가 충전기인 경우, 배터리 장치(100)는 충전기를 통해 외부 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 어떤 실시예에서, 부하로 동작하는 외부 장치는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility) 등의 차량일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)의 양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-)가 인버터(10)에 연결되고, 배터리 장치(100)는 인버터(10)를 통해 부하로 동작하는 외부 장치에 연결될 수 있다.
배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), 메인 스위치(121, 122), 배터리 측정 장치(130) 및 프로세서(140)를 포함한다.
배터리 팩(110)은 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-)를 가진다. 배터리 팩(110)은 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)는 배터리 장치의 접지단에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)은 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-) 사이에 직렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 각 배터리 모듈은 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다.
도 1에서는 배터리 팩(110)이 직렬로 연결되는 복수의 배터리 모듈(111, 112)이 포함하는 것으로 가정한다. 이 경우, 배터리 모듈(111)의 양극 단자(M1+)가 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)에 연결되고, 배터리 모듈(112)의 음극 단자(M2-)가 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)에 연결되고, 배터리 모듈(111)의 음극 단자(M1-)가 배터리 모듈(112)의 양극 단자(M2+)에 연결될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(111)에 포함하는 복수의 배터리 셀 중 첫 번째 배터리 셀의 음극이 배터리 모듈(111)의 음극 단자(M1-)에 연결되고, 마지막 배터리 셀의 양극이 배터리 모듈(111)의 양극 단자(M1+)에 연결될 수 있다. 배터리 모듈(112)에 포함하는 복수의 배터리 셀 중 첫 번째 배터리 셀의 음극이 배터리 모듈(112)의 음극 단자(M2-)에 연결되고, 마지막 배터리 셀의 양극이 배터리 모듈(112)의 양극 단자(M2+)에 연결될 수 있다.
메인 스위치(121, 122)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)와 배터리 장치(100)의 양극 링크 단자(P+) 사이에 연결되는 양극 메인 스위치(121)와 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)와 배터리 장치(100)의 음극 링크 단자(P-) 사이에 연결되는 음극 메인 스위치(122)를 포함한다. 메인 스위치(121, 122)는 프로세서(140)에 의해 제어되어서 배터리 팩(110)과 외부 장치 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 양극 메인 스위치(121)와 음극 메인 스위치(122)가 닫히면, 배터리 팩(110)으로부터 외부 장치로 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 배터리 팩(110)으로 전력이 공급될 수 있다. 스위치의 닫힘은 스위치의 온(on)으로 표현할 수 있고, 스위치의 열림은 스위치의 오프(off)라 표현할 수 있다.
배터리 측정 장치(130)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)와 스위치(121, 122) 사이에 연결되고, 배터리 장치(100)의 양극 링크 단자(P+) 및 음극 링크 단자(P-)에 연결될 수 있다. 배터리 측정 장치(130)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)와 양극 메인 스위치(121)를 연결하는 배선 및 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)와 음극 메인 스위치(122)를 연결하는 배선을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치(130)는 배선, 즉 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)를 통해 배터리 팩(110)의 전압을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치(130)는 배터리 장치(100)의 양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-)를 통해 링크 전압(양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-) 사이의 전압)을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 메인 스위치(121, 122)가 닫힌 경우, 배터리 측정 장치(130)는 배터리 팩(110)의 배선을 통해 흐르는 배터리 팩(110)의 전류를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치(130)는 배선을 통해 배터리 장치(100)의 누설 전류를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치(130)의 접지단이 외부 장치의 샤시에 연결되고, 배터리 측정 장치(130)는 배선을 통해 절연 저항을 측정할 수 있다.
프로세서(140)는 배터리 측정 장치(130)로부터 측정 정보를 수신한다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 배터리 측정 장치(130)로부터 배터리 팩(110)의 전압, 배터리 팩(110)의 전류, 링크 전압, 절연 저항 및 누설 전류의 측정 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(140)는 배터리 측정 장치(130)로부터의 측정 정보에 기초해서 배터리 장치(100)의 오류를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 메인 스위치(121, 122)가 닫힌 경우, 프로세서(140)는 링크 전압, 배터리 팩(110)의 전압, 배터리 팩(110)의 전류 및 누설 전류에 기초해서 오류를 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 양극 및 음극 메인 스위치(121, 122)가 열린 경우, 프로세서(140)는 배터리 팩(110)의 전류, 누설 전류 및 절연 저항에 기초해서 오류를 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 예를 들면 마이크로 제어 장치(micro controller unit, MCU)일 수 있다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)는 배터리 모니터링 회로를 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(111, 112)에 각각 대응하는 복수의 배터리 모니터링 회로(151, 152)를 포함할 수 있다. 배터리 모니터링 회로(151, 152)는 배터리 팩(110) 또는 대응하는 배터리 모듈(111, 112)을 모니터링하고, 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 모니터링 회로(151, 152)는 집적 회로(integrated circuit, IC) 형태로 제공될 수 있으며, IC 형태로 제공되는 배터리 모니터링 회로(151, 152)를 배터리 모니터링 IC(battery monitoring IC, BMIC)라 한다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)는 파워 변환기(160)를 더 포함할 수 있다. 파워 변환기(160)는 소정의 전원에 기초해서 배터리 측정 장치(130) 및 프로세서(140)에서 사용될 파워를 생성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정의 전원은 배터리 팩(110)일 수 있으며, 이 경우, 파워 변환기(160)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-)에 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 측정 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 배터리 측정 장치(200)는 복수의 모듈을 포함한다. 복수의 모듈은 배터리 팩(예를 들면, 도 1의 110)의 전압을 감지하는 팩 전압 감지 모듈(210), 링크 단자(예를 들면, 도 1의 P+, P-) 사이의 링크 전압을 감지하는 링크 전압 감지 모듈(220) 및 배터리 팩(110)의 전류를 감지하는 팩 전류 감지 모듈(230)을 포함한다. 어떤 실시예에서, 복수의 모듈은 배터리 장치의 누설 전류를 감지하는 누설 전류 감지 모듈(240)을 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 복수의 모듈은 절연 저항을 감지하는 절연 저항 감지 모듈(250)을 더 포함할 수 있다. 배터리 측정 장치(200)는 복수의 모듈(210-250)을 통해 배터리 팩(110)의 다양한 정보를 모니터링하여서 측정할 수 있다.
배터리 측정 장치(200)는 처리 모듈(260)을 더 포함한다. 처리 모듈(260)은 복수의 모듈(210-250)에서 감지된 정보를 수집하여 배터리 장치의 다양한 정보를 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 모듈(260)은 집적 회로(integrated circuit, IC) 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 처리 모듈(260)은 ASIC(application-specific integrated circuit) 형태로 제공될 수 있다. 처리 모듈(260)은 복수의 모듈(210-250)에서 감지된 정보에 기초해서 배터리 팩(110)의 전압, 배터리 팩(110)의 전류, 링크 전압, 누설 전류 또는 절연 저항을 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 복수의 모듈은 통신 모듈(270)을 더 포함할 수 있다. 통신 모듈(270)은 처리 모듈(260)에서 측정한 정보를 배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 140)로 전달할 수 있다. 어떤 실시예에서, 복수의 모듈은 처리 모듈(260)로 공급되는 파워를 제어하는 파워 모듈(280)을 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 파워 모듈(280)은 누설 전류 감지 모듈(240)로 공급되는 파워를 제어할 수 있다.
배터리 측정 장치(200)는 배선(291, 292)을 더 포함한다. 배선(291)은 배터리 팩(110)의 양극 단자(예를 들면, 도 1의 B+)를 양극 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 121)를 통해 배터리 장치의 양극 링크 단자(P+)에 연결하고, 배선(292)은 배터리 팩(110)의 음극 단자(예를 들면, 도 1의 B-)를 음극 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 122)를 통해 배터리 장치의 음극 링크 단자(P-)에 연결한다.
어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치(200)는 배터리 장치의 다양한 구성요소와의 연결을 위한 복수의 연결 단자를 포함할 수 있다. 복수의 연결 단자는 파워 단자(TMB+, TMP+, TMB-, TMP-)를 포함할 수 있다. 파워 단자(TMB+)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)에 연결되고, 파워 단자(TMP+)는 양극 메인 스위치(121)의 한 단자에 연결될 수 있다. 즉, 파워 단자(TMP+)는 양극 메인 스위치(121)를 통해 양극 링크 단자(P+)에 연결될 수 있다. 배터리 측정 장치(200)에서 배선(291)이 파워 단자(TMB+, TMP+) 사이에 연결되어, 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)를 양극 메인 스위치(121)의 한 단자에 연결할 수 있다. 파워 단자(TMB-)는 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)에 연결되고, 파워 단자(TMP-)는 음극 메인 스위치(122)의 한 단자에 연결될 수 있다. 즉, 파워 단자(TMP-)는 음극 메인 스위치(122)를 통해 음극 링크 단자(P-)에 연결될 수 있다. 배터리 측정 장치(200)에서 배선(292)이 파워 단자(TMB-, TMP-) 사이에 연결되어, 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)를 음극 메인 스위치(122)의 한 단자에 연결할 수 있다. 이러한 파워 단자(TMB+, TMP+, TMB-, TMP-)는 배터리 팩(110)의 전류를 전달하는데 사용될 수 있다.
어떤 실시예에서, 복수의 연결 단자는 링크 연결 단자(TML)를 더 포함할 수 있다. 링크 연결 단자(TML)는 양극 링크 단자(P+)에 연결되는 링크 연결 단자와 음극 링크 단자에 연결되는 링크 연결 단자를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 링크 연결 단자(TML)는 커넥터 형태로 제공될 수 있다.
어떤 실시예에서, 복수의 연결 단자는 통신 연결 단자(TMC)를 더 포함할 수 있다. 통신 연결 단자(TMC)는 배터리 관리 시스템의 프로세서(140)에 연결될 수 있으며, 절연 통신을 제공할 수 있다. 복수의 연결 단자는 파워 연결 단자(TMV)를 더 포함할 수 있다. 파워 연결 단자(TMV)는 배터리 관리 시스템의 파워 변환기(예를 들면, 도 1의 160)에 연결되어, 파워 변환기(160)로부터 배터리 측정 장치를 위한 파워를 공급받을 수 있다. 예를 들면, 파워 연결 단자(TMV)는 배터리 관리 시스템의 파워 변환기(160)로부터 5V 전압을 공급받을 수 있다. 어떤 실시예에서, 연결 단자(TMV, TMC)는 커넥터 형태로 제공될 수 있다.
어떤 실시예에서, 복수의 연결 단자는 접지 연결 단자(TMG)를 더 포함할 수 있다. 접지 연결 단자(TMG)는 절연 저항(도시하지 않음)을 통해 외부 장치의 접지단, 예를 들면 차량의 샤시에 연결될 수 있다.
팩 전압 감지 모듈(210)은 배선(291, 292)에 연결될 수 있다. 배선(291, 292)이 파워 단자(TMB+, TMB-)를 통해 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-)에 연결되므로, 팩 전압 감지 모듈(210)은 배선(291, 292) 사이의 전압차에 기초해서 배터리 팩(110)의 전압을 감지하여 처리 모듈(260)로 전달할 수 있다. 어떤 실시예에서, 팩 전압 감지 모듈(210)은 직렬로 연결된 복수의 저항을 통해 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)의 전압을 분압하고, 분압한 전압을 처리 모듈(260)로 전달할 수 있다. 처리 모듈(260)은 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)의 전압이 분압된 전압과 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)의 전압(즉, 접지단의 전압(0V))의 차이에 기초해서 배터리 팩(110)의 전압을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 팩 전압 감지 모듈(210)은 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)의 전압이 분압된 전압을 디지털 신호로 변환하여 처리 모듈(260)로 전달하는 아날로그 디지털 변환기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
링크 전압 감지 모듈(220)은 링크 연결 단자(TML+, TML-)에 연결될 수 있다. 링크 연결 단자(TML+, TML-)가 양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-)에 연결되므로, 링크 전압 감지 모듈(220)은 링크 연결 단자(TML+, TML-) 사이의 전압차(즉, 양극 링크 단자(P+)와 음극 링크 단자(P-) 사이의 전압차)에 기초해서 링크 전압을 감지할 수 있다. 어떤 실시예에서, 링크 전압 감지 모듈(220)은 직렬로 연결된 복수의 저항(도시하지 않음)을 통해 양극 링크 단자(P+)의 전압을 분압하고 분압한 전압을 처리 모듈(260)로 전달하고, 직렬로 연결된 복수의 저항(도시하지 않음)을 통해 음극 링크 단자(P-)의 전압을 분압하고 분압한 전압을 처리 모듈(260)로 전달할 수 있다. 처리 모듈(260)은 양극 링크 단자(P+)의 전압이 분압된 전압과 음극 링크 단자(P-)의 전압이 분압된 전압의 차이에 기초해서 배터리 팩(110)의 전압을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 링크 전압 감지 모듈(220)은 배터리 팩(110)의 양극 링크 단자(P+)의 전압이 분압된 전압과 음극 링크 단자(P-)의 전압이 분압된 전압을 디지털 신호로 변환하여 처리 모듈(260)로 전달하는 아날로그 디지털 변환기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
배터리 팩 전류 감지 모듈(230)은 배선(291) 또는 배선(292)에 연결되어, 배선(291 또는 292)을 통해 흐르는 전류를 감지하고, 감지한 전류에 해당하는 값을 처리 모듈(260)로 전달할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩 전류 감지 모듈(230)은 배선(292)에 형성된 션트(shunt) 저항(231)에 기초해서 전류를 감지하는 전류 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩 전류 감지 모듈(230)은 션트 저항(231)의 양 단자의 전압을 처리 모듈(260)로 전달하고, 처리 모듈(260)은 션트 저항(231)의 양 단자의 전압에 기초해서 배터리 팩(110)의 전류를 측정할 수 있다.
누설 전류 감지 모듈(240)은 배선(291, 292)에 연결될 수 있다. 누설 전류 감지 모듈(240)은 배선(291)을 통해 흐르는 전류와 배선(292)을 통해 흐르는 전류의 차이에 기초해서 누설 전류를 감지하고, 누설 전류에 해당하는 값을 처리 모듈(260)로 전달할 수 있다. 처리 모듈(260)은 누설 전류 감지 모듈(240)에서 전달되는 값에 기초해서 누설 전류를 측정할 수 있다. 예를 들면, 누설 전류 감지 모듈(240)은 배선(291)을 통해 흐르는 전류와 배선(292)을 통해 흐르는 전류의 차이를 누설 전류로 감지할 수 있다. 어떤 실시예에서, 누설 전류 감지 모듈(240)은 홀 효과(hall effect) 전류 센서를 포함할 수 있다.
절연 저항 감지 모듈(250)은 배선(291, 292) 및 접지 연결 단자(TMG)에 연결될 수 있다. 절연 저항은 배터리 팩(110)의 양극 단자(B+)와 외부 장치의 접지단(예를 들면, 샤시) 사이에 연결되는 양극 절연 저항(도시하지 않음)과 배터리 팩(110)의 음극 단자(B-)와 접지단(예를 들면, 샤시) 사이에 연결되는 음극 절연 저항(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 절연 저항 감지 모듈(250)은 절연 저항의 측정을 위해 접지 연결 단자(TMG)와 배선(291) 사이에 연결되는 저항과 스위치를 포함할 수 있다. 절연 저항 감지 모듈(250)은 접지 연결 단자(TMG)와 배선(292) 사이에 연결되는 저항과 스위치를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 절연 저항 감지 모듈(250)은 스위치의 턴온/턴오프를 통해 절연 저항과 병렬로 연결되는 저항에 기초해서 절연 저항을 감지할 수 있다.
통신 모듈(270)은 처리 모듈(260)에서 측정한 정보, 예를 들면 배터리 팩(110)의 전압, 배터리 팩(110)의 전류, 링크 전압, 누설 전류 또는 절연 저항을 통신 연결 단자(TMC)를 통해 배터리 관리 시스템의 프로세서(140)로 전달할 수 있다. 어떤 실시예에서, 통신 모듈(270)은 절연 통신을 사용할 수 있으며, 예를 들면 절연된 SPI(isolated serial peripheral interface, isoSPI) 통신을 사용할 수 있다. 어떤 실시예에서, 통신 모듈(270)의 IC의 형태로 제공될 수 있다.
파워 모듈(280)은 파워 연결 단자(TMV)를 통해 배터리 관리 시스템의 파워 변환기로부터 전달받은 전압에 기초해서 배터리 측정 장치(200)에서 사용될 전압을 생성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 파워 모듈(280)은 처리 모듈(260)에서 사용될 전압(예를 들면, 5V)의 절연 전원을 제공할 수 있으며, 예를 들면 배터리 관리 시스템의 파워 변환기로부터 전달받은 전압(예를 들면, 5V)을 처리 모듈(260)에서 사용될 전압으로 변환하는 푸시풀(push-pull) 파워 변환기를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 파워 모듈(280)은 누설 전류 감지 모듈(240)에서 사용될 전압의 전원을 제공할 수 있으며, 예를 들면 배터리 관리 시스템의 파워 변환기로부터 전달받은 전압(예를 들면, 5V)을 누설 전류 감지 모듈(240)에서 사용될 전압(예를 들면, 3.3V)으로 변환하는 LDO(low-dropout) 레귤레이터를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 배터리 측정 장치를 통해 배터리 장치의 다양한 정보를 측정하여서 배터리 관리 시스템의 프로세서로 제공할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템은 다양한 정보에 기초해서 배터리 장치의 안정성을 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 측정 장치의 배치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 배터리 측정 장치는 기판(310), 예를 들면 인쇄 회로 기판(printer circuit board, PCB), 복수의 모듈 및 복수의 연결 단자를 포함한다.
기판(310)을 상하좌우로 네 개의 영역(311, 312, 313, 314)으로 나눌 수 있다. 편의상, 도 3에는 영역(311)이 우측 상단 영역, 영역(312)이 좌측 상단 영역, 영역(313)이 좌측 하단 영역, 영역(314)이 우측 하단 영역인 것으로 도시되어 있지만, 영역(311, 312, 313, 314)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 이들 영역(311, 312, 313, 314)을 연결하는 위치(예를 들면, 영역(311)과 영역(314) 사이)에 처리 모듈(326)이 형성될 수 있다.
기판(310)의 영역(311)에 파워 단자(TMB+, TMB-, TMP+, TMP-)가 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(예를 들면, 도 1의 110)의 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)와 연결될 파워 단자(TMB+, TMB-)가 영역(311)의 좌측에 형성되고, 메인 스위치를 통해 양극 링크 단자(P+) 및 음극 링크 단자(P-)와 연결될 파워 단자(TMP+, TMP-)가 영역(311)의 우측에 형성될 수 있다. 영역(311)에는 파워 단자(TMB+, TMB-)와 파워 단자(TMP+, TMP-)를 각각 연결하는 배선이 형성될 수 있다.
어떤 실시예에서, 영역(311), 영역(312), 영역(313) 또는 영역(314) 중 적어도 일부에 복수의 모듈이 분산되어 형성될 수 있다.
영역(311)에서 파워 단자(TMB+, TMB-)와 파워 단자(TMP+, TMP-) 사이에 팩 전류 감지 모듈(323)과 누설 전류 감지 모듈(324)이 형성될 수 있다. 팩 전류 감지 모듈(323)은 파워 단자(TMB-, TMP-) 또는 파워 단자(TMB+, TMP+)와 처리 모듈(326)에 연결될 수 있다. 누설 전류 감지 모듈(324)은 파워 단자(TMB+, TMB-, TMP+, TMP-)와 처리 모듈(326)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 팩 전류 감지 모듈(323)은 파워 단자(TMB-)와 파워 단자(TMP-) 사이에 연결되는 배선 위에 형성되는 션트 저항을 포함할 수 있다. 예를 들면, 누설 전류 감지 모듈(324)은 파워 단자(TMB+, TMB-)와 파워 단자(TMP+, TMP-)를 연결하는 배선에 연결되는 홀 효과 전류 센서를 포함할 수 있다.
영역(311)에서 파워 단자(TMB+, TMB-)와 처리 모듈(326) 사이에 팩 전압 감지 모듈이 형성될 수 있다. 팩 전압 감지 모듈(321)은 파워 단자(TMB+, TMB-)와 처리 모듈(326)에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 팩 전압 감지 모듈(321)은 파워 단자(TMB+)와 처리 모듈(326)의 한 입력 단자를 연결하는 복수의 저항(321)을 포함할 수 있다.
기판(310)의 영역(312) 위에 절연 저항 감지 모듈이 형성되어 파워 단자(TMB+, TMB-)에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 절연 저항 감지 모듈은 스위치(325a)와 저항(325b)을 포함하며, 파워 단자(TMB+, TMB-)에 연결될 수 있다.
기판(310)의 영역(313) 위에 링크 연결 단자(예를 들면, 도 2의 TML+, TML-)와 링크 전압 감지 모듈이 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 링크 연결 단자(예를 들면, 도 2의 TML+, TML-)는 커넥터(333)로 형성될 수 있다. 링크 전압 감지 모듈은 커넥터(333)와 처리 모듈(326)에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 링크 전압 감지 모듈은 커넥터(333)의 한 단자(TML+)와 처리 모듈(326)의 한 입력 단자를 연결하는 복수의 저항(322a) 및 커넥터(333)의 다른 단자(도 2의 TML-)와 처리 모듈(326)의 다른 입력 단자를 연결하는 복수의 저항(322b)을 포함할 수 있다.
기판(310)의 영역(314) 위에 통신 연결 단자(예를 들면, 도 2의 TMC)와 파워 연결 단자(도 2의 TMV)가 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 통신 연결 단자(TMC)와 파워 연결 단자(TMV)는 커넥터(334)로 형성될 수 있다. 영역(314)에서 커넥터(334)와 처리 모듈(326) 사이에 통신 모듈(327)과 파워 모듈(328)이 형성될 수 있다. 통신 모듈(327)은 커넥터(334)의 통신 연결 단자(TMC)와 처리 모듈(326)에 연결되고, 파워 모듈(328)은 커넥터(334)의 파워 연결 단자(TMV)와 처리 모듈(326)에 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 것처럼, 기판(310) 위에 다양한 모듈과 연결 단자를 효율적으로 배치할 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 안정성 판단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 배터리 측정 장치는 배터리 팩의 전류, 배터리 팩의 전압 및 링크 전압을 측정한다(S420). 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치는 누설 전류를 더 측정할 수 있다(S420). 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치는 배터리 장치의 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 121, 122)가 턴온된 경우에(S410), 배터리 팩의 전류, 배터리 팩의 전압 및 링크 전압을 측정할 수 있다(S420). 어떤 실시예에서, 배터리 장치의 메인 스위치(121, 122)가 턴오프된 경우에(S410), 도 5를 참고로 하여 설명할 동작(S520)을 수행할 수 있다.
배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 140)는 배터리 측정 장치에서 측정한 정보에 기초해서 배터리 장치의 상태를 판단한다(S430-S460). 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 배터리 측정 장치에서 측정한 정보가 복수의 조건을 만족하는 경우에 배터리 장치를 정상으로 판단할 수 있다.
프로세서(140)는 배터리 팩의 전압(VPACK)과 링크 전압(VLINK)의 차이를 배터리 팩의 전류(IPACK)로 나눈 값((VPACK-VLINK)/IPACK)과 보호 저항 임계값(RTHP)을 비교할 수 있다(S430). 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩의 전압과 링크 전압의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값으로 배터리 팩의 양극 단자와 양극 링크 단자 사이에 형성되는 저항((VPACK-VLINK)/IPACK)을 계산하고, 계산한 저항((VPACK-VLINK)/IPACK)과 보호 저항 임계값(RTHP)을 비교할 수 있다. 계산한 저항((VPACK-VLINK)/IPACK)이 보호 저항 임계값(RTHP)보다 큰 경우, 프로세서(140)는 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 121 또는 122) 또는 메인 스위치에 연결되는 퓨즈의 저항에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S431).
프로세서(140)는 배터리 모니터링 회로(예를 들면, 도 1의 150)로부터 배터리 셀의 정보를 수신할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 배터리 모니터링 회로로부터 각 배터리 셀의 전압을 수신하고, 배터리 팩에 포함되는 전체 배터리 셀의 전압의 합(VCELL_SUM)을 계산할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 배터리 모니터링 회로로부터 각 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 전압의 합을 수신하고, 배터리 팩에 포함되는 전체 배터리 모듈의 전압의 합(VCELL_SUM)을 계산할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(140)는 배터리 셀의 정보로부터 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 전압의 합(VCELL_SUM)을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는 배터리 팩의 전압(VPACK)과 배터리 셀의 전압의 합(VCELL_SUM)의 차이를 배터리 팩의 전류(IPACK)로 나눈 값((VPACK-VCELL_SUM)/IPACK)과 연결 저항 임계값(RTHC)을 비교할 수 있다(S450). 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩 전압과 배터리 셀의 전압의 합의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값으로 배터리 팩의 양극 단자와 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 단자 사이에 형성되는 연결 저항((VPACK-VCELL_SUM)/IPACK)을 계산하고, 계산한 연결 저항((VPACK-VCELL_SUM)/IPACK)과 연결 저항 임계값(RTHC)을 비교할 수 있다. 계산한 연결 저항((VPACK-VCELL_SUM)/IPACK)이 연결 저항 임계값(RTHC)보다 큰 경우, 프로세서(140)는 배터리 팩의 연결 저항에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S451).
프로세서(140)는 측정 결과에 오류가 없는 경우(예를 들면, 복수의 조건을 만족하는 경우), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S460). 어떤 실시예에서, 복수의 조건은 배터리 팩 전압과 링크 전압의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 보호 저항 임계값보다 작을 조건 및 배터리 팩의 전압과 배터리 셀의 전압의 합의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 연결 저항 임계값보다 작을 조건을 포함할 수 있다. 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩 전압과 링크 전압의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 보호 저항 임계값보다 작고(S430), 배터리 팩의 전압과 배터리 셀의 전압의 합의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 연결 저항 임계값보다 작은 경우(S450), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S460).
어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 측정한 누설 전류과 누설 전류 임계값을 비교할 수 있다(S440). 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 큰 경우, 프로세서(140)는 배터리 팩과 링크 단자를 연결하는 경로에서 전류 누설에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S441). 이 경우, 복수의 조건은 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작을 조건을 더 포함할 수 있다. 따라서, 프로세서(140)는 프로세서(140)는 배터리 팩 전압과 링크 전압의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 보호 저항 임계값보다 작고(S430), 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작고(S440), 배터리 팩의 전압과 배터리 셀의 전압의 합의 차이를 배터리 팩의 전류로 나눈 값이 연결 저항 임계값보다 작은 경우(S450), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S460).
도 5를 참고하면, 배터리 측정 장치는 배터리 팩의 전류와 절연 저항을 측정한다(S520). 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치는 누설 전류를 더 측정할 수 있다(S520). 어떤 실시예에서, 배터리 측정 장치는 배터리 장치의 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 121, 122)가 턴오프된 경우에(S510), 배터리 팩의 전류, 배터리 팩의 전압 및 링크 전압을 측정할 수 있다(S520). 어떤 실시예에서, 배터리 장치의 메인 스위치(121, 122)가 턴온된 경우에(S510), 도 4를 참고로 하여 설명한 동작(S420)을 수행할 수 있다.
배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 140)는 배터리 측정 장치에서 측정한 정보에 기초해서 배터리 장치의 상태를 판단한다(S530-S560). 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 배터리 측정 장치에서 측정한 정보가 복수의 조건을 만족하는 경우에 배터리 장치를 정상으로 판단할 수 있다.
프로세서(140)는 배터리 팩의 전류와 전류 임계값을 비교할 수 있다(S530). 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 큰 경우, 프로세서(140)는 메인 스위치(121, 122)에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S531). 메인 스위치(121, 122)를 턴오프시킨 상태에서 배터리 팩의 전류가 흐르므로, 프로세서(140)는 메인 스위치(121 또는 122)를 오류(예를 들면, 쇼트)로 진단할 수 있다.
프로세서(140)는 측정한 절연 저항과 절연 저항 임계값을 비교할 수 있다(S550). 측정한 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 작은 경우, 프로세서(140)는 절연 저항에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S551).
프로세서(140)는 측정 결과에 오류가 없는 경우(예를 들면, 복수의 조건을 만족하는 경우), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S560). 어떤 실시예에서, 복수의 조건은 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 작을 조건 및 측정한 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 클 조건을 포함할 수 있다. 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 작고(S530), 측정한 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 큰 경우(S550), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S560).
어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 측정한 누설 전류과 누설 전류 임계값을 비교할 수 있다(S540). 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 큰 경우, 프로세서(140)는 배터리 팩과 링크 단자를 연결하는 경로에서 전류 누설에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다(S541). 이 경우, 복수의 조건은 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작을 조건을 더 포함할 수 있다. 따라서, 프로세서(140)는 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 작고(S530), 측정한 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작고(S540), 측정한 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 큰 경우(S550), 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단할 수 있다(S560).
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 배터리 측정 장치에서 측정한 정보에 기초해서 프로세서(140)는 배터리 장치의 안정성을 판단할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩, 양극 메인 스위치 및 음극 메인 스위치를 포함하는 배터리 장치의 배터리 측정 장치로서,
    상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 제1 단자,
    상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되는 제2 단자,
    상기 양극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 양극 링크 단자에 연결되는 제3 단자,
    상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 음극 링크 단자에 연결되는 제4 단자,
    상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 연결하는 제1 배선,
    상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 연결하는 제2 배선,
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선 중 적어도 하나에 연결되며, 상기 배터리 장치의 정보를 감지하는 복수의 모듈, 그리고
    상기 복수의 모듈에 기초해서 상기 배터리 장치의 정보를 측정하는 처리 모듈
    을 포함하는 배터리 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 모듈은
    상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선의 전압에 기초해서 상기 배터리 팩의 전압을 감지하는 팩 전압 감지 모듈, 그리고
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 흐르는 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 팩 전류 감지 모듈을 포함하며,
    상기 처리 모듈은 상기 팩 전압 감지 모듈에 기초해서 상기 배터리 팩의 전압을 측정하고, 상기 팩 전류 감지 모듈에 기초해서 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는
    배터리 측정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 팩 전류 감지 모듈은 상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 형성되는 션트 저항을 포함하며, 상기 션트 저항에 기초해서 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는, 배터리 측정 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 양극 링크 단자에 연결되는 제5 단자,
    상기 음극 링크 단자에 연결되는 제6 단자, 그리고
    상기 제5 단자 및 상기 제6 단자에 연결되며, 상기 제5 단자 및 상기 제6 단자의 전압에 기초해서 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 링크 전압을 감지하는 링크 전압 감지 모듈을 더 포함하며,
    상기 처리 모듈은 상기 링크 전압 감지 모듈에 기초해서 상기 링크 전압을 측정하는
    배터리 측정 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며 상기 배터리 장치의 누설 전류를 감지하는 누설 전류 감지 모듈을 더 포함하는, 배터리 측정 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 누설 전류 감지 모듈은 상기 제1 배선에 흐르는 전류와 상기 제2 배선에 흐르는 전류에 기초해서 상기 누설 전류를 감지하는, 배터리 측정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 장치가 연결되는 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 절연 저항 감지 모듈을 더 포함하는, 배터리 측정 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 배터리 장치의 프로세서에 연결되는 통신 연결 단자, 그리고
    상기 통신 연결 단자에 연결되며, 상기 처리 모듈과 상기 프로세서 사이의 통신을 수행하는 통신 모듈
    을 더 포함하는 배터리 측정 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 배터리 장치의 파워 변환기에 연결되는 파워 연결 단자, 그리고
    상기 파워 연결 단자에 연결되며, 상기 파워 변환기의 전압을 상기 처리 모듈에 사용될 전압으로 변환하는 파워 모듈
    을 더 포함하는 배터리 측정 장치.
  10. 제1항에서,
    제1 영역, 제2 영역, 제3 영역 및 제4 영역을 포함하는 기판을 더 포함하며,
    상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선은 상기 제1 영역에 형성되고,
    상기 복수의 모듈은 상기 제1 영역, 상기 제2 영역, 상기 제3 영역 또는 상기 제4 영역 중 적어도 일부 영역에 분산되어 형성되며,
    상기 처리 모듈은 상기 제1 영역과 상기 제4 영역 사이에 형성되는
    배터리 측정 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 복수의 모듈은
    상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 팩의 전압을 감지하는 팩 전압 감지 모듈,
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 팩 전류 감지 모듈, 그리고
    상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 장치의 누설 전류를 감지하는 누설 전류 감지 모듈을 포함하며,
    상기 팩 전압 감지 모듈, 상기 팩 전류 감지 모듈 및 상기 누설 전류 감지 모듈은 상기 제1 영역에 형성되는
    배터리 측정 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자가 형성된 위치에 인접하며,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 연결되며, 상기 배터리 장치가 연결되는 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 절연 저항 감지 모듈을 더 포함하며,
    상기 절연 저항 감지 모듈은 상기 제2 영역에 형성되는
    배터리 측정 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 양극 링크 단자 및 상기 음극 링크 단자에 연결되는 제1 커넥터를 더 포함하며,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 커넥터에 연결되며 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 링크 전압을 감지하는 링크 전압 감지 모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 커넥터와 상기 링크 전압 감지 모듈은 상기 제3 영역에 형성되는
    배터리 측정 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 배터리 장치의 프로세서에 연결되는 통신 연결 단자와 상기 배터리 장치의 파워 변환기에 연결되는 파워 연결 단자를 포함하는 제2 커넥터,
    상기 통신 연결 단자에 연결되며, 상기 처리 모듈과 상기 프로세서 사이의 통신을 수행하는 통신 모듈, 그리고
    상기 파워 연결 단자에 연결되며, 상기 파워 변환기의 전압을 상기 처리 모듈에 사용될 전압으로 변환하는 파워 모듈을 더 포함하며,
    상기 제2 커넥터, 상기 통신 모듈 및 상기 파워 모듈은 상기 제4 영역에 형성되는
    배터리 측정 장치.
  15. 외부 장치에 연결되는 양극 링크 단자와 음극 링크 단자를 가지는 배터리 장치로서,
    양극 단자와 음극 단자를 가지는 배터리 팩,
    양극 메인 스위치,
    음극 메인 스위치,
    상기 양극 단자와 상기 음극 단자에 연결되고, 상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자에 연결되는 배터리 측정 장치, 그리고
    상기 배터리 측정 장치에서 측정된 정보를 수신하는 프로세서를 포함하며,
    상기 배터리 측정 장치는,
    상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 제1 단자,
    상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되는 제2 단자,
    상기 양극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 양극 링크 단자에 연결되는 제3 단자,
    상기 음극 메인 스위치를 통해 상기 배터리 장치의 음극 링크 단자에 연결되는 제4 단자,
    상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 연결하는 제1 배선,
    상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 연결하는 제2 배선,
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선 중 적어도 하나에 연결되며, 상기 배터리 장치의 정보를 감지하는 복수의 모듈, 그리고
    상기 복수의 모듈에 기초해서 상기 배터리 장치의 상기 정보를 측정하는 처리 모듈을 포함하는
    배터리 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하며,
    상기 배터리 장치는 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 모니터링하는 모니터링 회로를 더 포함하는
    배터리 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 복수의 모듈은
    상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 팩의 전압을 감지하는 제1 모듈,
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 제2 모듈, 그리고
    상기 양극 링크 단자와 상기 음극 링크 단자 사이의 전압을 감지하는 제3 모듈을 포함하며,
    상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치가 턴온된 경우, 상기 프로세서는,
    상기 배터리 팩의 전압과 상기 링크 전압 사이의 차이 및 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 제1 저항을 계산하고,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압의 합과 상기 배터리 팩의 전압 사이의 차이 및 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 제2 저항을 계산하고,
    상기 제1 저항이 제1 저항 임계값보다 작은 조건 및 상기 제2 저항이 제2 저항 임계값보다 작은 조건을 포함하는 복수의 조건이 만족되는 경우에 상기 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단하는
    배터리 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되어 상기 배터리 장치의 누설 전류를 판단하는 제4 모듈을 더 포함하며,
    상기 복수의 조건은 상기 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작은 조건을 더 포함하는
    배터리 장치.
  19. 제15항에서,
    상기 복수의 모듈은
    상기 제1 배선 또는 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 배터리 팩의 전류를 감지하는 제1 모듈, 그리고
    상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되며, 상기 외부 장치와 상기 배터리 팩 사이의 절연을 위한 절연 저항을 측정하는 제2 모듈을 포함하며,
    상기 양극 메인 스위치와 상기 음극 메인 스위치가 턴오프된 경우, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 전류가 전류 임계값보다 작은 조건 및 상기 절연 저항이 절연 저항 임계값보다 큰 조건을 포함하는 복수의 조건이 만족되는 경우에 상기 배터리 장치의 상태를 정상으로 판단하는
    배터리 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 복수의 모듈은, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선에 연결되어 상기 배터리 장치의 누설 전류를 판단하는 제3 모듈을 더 포함하며,
    상기 복수의 조건은 상기 누설 전류가 누설 전류 임계값보다 작은 조건을 더 포함하는
    배터리 장치.
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