KR20240028206A - 임피던스 측정 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 측정 장치는, 복수의 배터리 셀들 각각에 대응하는 응답 신호들을 검출하는 복수의 검출 모듈 및 상기 응답 신호들에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 복수의 검출 모듈들 각각은 입력 전원을 대응하는 배터리 셀에 공급하는 공급부 및 상기 입력 전원에 대한 상기 대응하는 배터리 셀의 상기 응답 신호를 검출 시간 동안 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들에 대한 상기 검출 시간을 조절할 수 있다.

Description

임피던스 측정 장치 및 그것의 동작 방법{IMPEDANCE MEASUREMENT DEVICE AND OPERATING METHOD OF THE SAME}

본 문서에 개시된 실시예들은 임피던스 측정 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.

최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.

배터리의 상태를 분석하고, 시간에 따른 배터리의 동작 특성을 검출하기 위해 전기 화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 사용할 수 있다. 전기 화학 임피던스 분광은 배터리가 포함하는 전극에서 화학 반응을 일으킬 때 전기 전달을 방해하는 요소인 임피던스를 신속하고 정확하게 검출할 수 있다.

임피던스를 검출함으로써 배터리의 상태를 신속하게 평가하고, 평가를 바탕으로 배터리의 품질 검사, 잔여 수명 예측 및 배터리 상태에 따른 충전 방식 최적화 등을 수행할 수 있다.

본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 복수의 배터리 셀들에 대한 임피던스를 효과적으로 측정할 수 있는 측정 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.

본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 임피던스 측정 장치가 포함하는 복수의 검출 모듈들의 신호 검출 시간을 분리하여 인접한 검출 모듈들 간의 응답 신호 간섭을 방지하는 측정 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.

본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는 복수의 배터리 셀들 각각에 대응하는 응답 신호들을 검출하는 복수의 검출 모듈 및 상기 응답 신호들에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 복수의 검출 모듈들 각각은 입력 전원을 대응하는 배터리 셀에 공급하는 공급부 및 상기 입력 전원에 대한 상기 대응하는 배터리 셀의 상기 응답 신호를 검출 시간 동안 검출하는 검출부를 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들에 대한 상기 검출 시간을 조절할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 배치 순서에 기초하여 상기 복수의 검출 모듈들을 상기 그룹들로 분류할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들의 상기 검출 시간을 동일하게 설정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 그룹 별로 상기 검출 시간을 순차적으로 설정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 서로 접하도록 배치되는 두개의 검출 모듈들을 서로 다른 그룹으로 분류할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 상기 응답 신호에 영향을 주지 않는 상기 배치 순서를 가지는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 검출 모듈들은 미리 설정된 간격으로 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 입력 전원은 교류 전원일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀들과 복수의 검출 모듈들이 접속하는 단계, 제어 모듈이 상기 복수의 검출 모듈들에 대한 검출 시간을 조절하는 단계, 공급부가 상기 배터리 셀에 상기 검출 시간 동안 입력 전원을 공급하는 단계, 검출부가 상기 입력 전원에 대응하는 배터리 셀의 상기 응답 신호를 상기 검출 시간 동안 검출하는 단계 및 상기 제어 모듈이 상기 응답 신호들에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치의 동작 방법은 상기 제어 모듈이 상기 복수의 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류하는 단계는 상기 제어 모듈이 상기 검출 모듈들의 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 검출 시간을 조절하는 단계는 상기 제어 모듈이 상기 그룹 별로 상기 검출 시간을 순차적으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계는, 상기 복수의 검출 모듈들 중 서로 접하도록 배치되는 두개의 검출 모듈들을 서로 다른 그룹으로 분류하는 단계일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계는, 상기 복수의 검출 모듈들 중 상기 응답 신호에 영향을 주지 않는 배치 순서를 가지는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류하는 단계일 수 있다.

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치 및 그것의 동작 방법은 인접한 검출 모듈들에 의한 응답 신호 왜곡을 방지할 수 있다.

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치가 포함하는 검출 모듈들은 복수의 그룹으로 구분될 수 있다.

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는 상기 그룹 별로 임피던스 검출 시간을 조절할 수 있으며, 인접하는 검출 모듈에 의한 노이즈 영향이 감소된 신호를 검출할 수 있다.

이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.

도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 검출 모듈들을 복수의 그룹으로 분류한 표를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 문서에 개시된 다른 실시 예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치를 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 임피던스 측정 장치(10)는 복수의 배터리 셀들(100a, 100b, 100c 내지 100n)과 접속될 수 있다. 또한, 임피던스 측정 장치(10)는 상기 배터리 셀들(100a, 100b, 100c 내지 100n)에 각각 접속되는 복수의 검출 모듈들(200a, 200b, 200c 내지 200n) 및 상기 검출 모듈들(200a, 200b, 200c 내지 200n)을 제어하고, 상기 배터리 셀들(100a, 100b, 100c 내지 100n)에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 제어 모듈(300)을 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 배터리 셀들(100a 내지 100n) 및 검출 모듈들(200a 내지 200n)의 개수는 임의로 설정될 수 있다.

배터리 셀(100a 내지 100n)은 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 배터리의 기본 단위일 수 있다. 배터리 셀들(100a 내지 100n)은 임피던스 측정 대상의 시료(sample)일 수 있으며, 임피던스 측정 장치(10)는 복수의 시료들의 임피던스를 측정할 수 있도록 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)이 구비될 수 있다.

임피던스 측정 장치(10)는 예시적으로 전기 화학 임피던스 분광 장치(Electrochemical Impedance Spectroscopy)일 수 있다. 전기 화학 임피던스 분광 장치는 비파괴적 검사 방법으로 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 교류 임피던스 스팩트럼을 측정하는 장치일 수 있다. 실시예에 따르면, 측정된 교류 임피던스 스팩트럼을 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 등가 회로 모델과 비교함으로써 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 열화 상태 및 성능을 추정할 수 있다.

전기 화학 임피던스 분광 장치는 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 인가되는 교류(AC) 전원의 주파수를 변경하면서 배터리 셀들(100a 내지 100n)로부터 검출되는 응답 신호의 진폭과 위상 변화에 기초하여 교류 임피던스 스팩트럼을 측정할 수 있다.

임피던스 측정 장치(10)는 임피던스 측정의 대상이 되는 배터리 셀들(100a 내지 100n)과 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 통해 접속될 수 있다. 실시 예에 따르면 하나의 배터리 셀(예를 들어, 100a)은 하나의 검출 모듈(예를 들어, 200a)에 접속될 수 있다.

검출 모듈들(200a 내지 200n)은 배터리 셀(예를 들어, 100a)에 전원을 공급하는 공급부(예를 들어, 210a) 및 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 응답 신호를 검출하는 검출부(예를 들어, 220a)를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면 검출 모듈들(200a 내지 200n)은 미리 설정된 간격으로 구분되어 배치될 수 있으며, 임피던스 측정 장치(10)의 소형화가 요구됨에 따라 상기 미리 설정된 간격이 감소될 수 있다.

검출 모듈들(200a 내지 200n)이 각각 포함하는 공급부(예를 들어, 210a)는 미리 설정된 주파수의 교류 전원을 검출 모듈들(200a 내지 200n)과 각각 접속된 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 공급할 수 있다. 공급부들(210a 내지 210n)을 통해 공급되는 전원의 주파수는 제어 모듈(300)에 의해 설정될 수 있다. 또한, 제어 모듈(300)은 공급부들(210a 내지 210n)을 통해 전원이 공급되는 시간 및 상기 공급되는 전원에 대응하여 응답 신호가 검출되는 시간을 각 검출 모듈들(200a 내지 200n)별로 설정할 수 있다.

실시예에 따르면, 공급부들(210a 내지 210n)은 교류 전원의 주파수 및 진폭을 가변할 수 있는 전원 장치를 포함할 수 있다.

검출부들(220a 내지 220n)은 검출 모듈들(200a 내지 200n)과 각각 접속된 배터리 셀들(100a 내지 100n)로부터 응답 신호를 검출하고, 검출된 응답 신호를 제어 모듈(300)로 송신할 수 있다. 실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 검출부들(220a 내지 220n)이 검출 시간 동안 동작하도록 제어할 수 있다. 검출부들(220a 내지 220n)은 공급부들(210a 내지 210n)을 통해 공급된 교류 전원의 주파수와, 배터리 셀들(100a 내지 100n)로부터 출력된 응답 신호를 대응시켜 제어 모듈(300)로 송신할 수 있다.

제어 모듈(300)은 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 제어하여 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 응답 신호 검출 시간을 조절하고, 수신된 응답 신호에 기초하여 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 각각 대응하는 임피던스를 연산할 수 있다.

제어 모듈(300)은 각각의 배터리 셀(예를 들어, 100a)에 입력된 교류 전원의 주파수와 상기 배터리 셀(110a)로부터 출력된 응답 신호에 기초하여 임피던스를 연산할 수 있다. 또한, 제어 모둘(300)은 연산된 임피던스에 기초하여 각 배터리 셀(예를 들어, 110a)의 교류 임피던스 스팩트럼을 생성하고, 생성된 교류 임피던스 스팩트럼을 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 등가 회로 모델과 비교함으로써 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 열화 상태 및 성능을 추정할 수 있다.

인접한 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)이 포함하는 공급부(예를 들어, 210a 및 210b)가 동일한 검출 시간에 입력 전원을 공급하는 경우, 각 배터리 셀들(100a 및 100b)에 입력되는 교류 전원들이 인접한 배터리 셀들의 응답 신호들에 영향을 줄 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 배터리 셀(100a)에 제1 공급부(210a)가 미리 설정된 주파수의 교류 전원을 입력 전원으로 공급하고, 제1 검출부(220a)가 상기 교류 전원에 대응하는 응답 신호를 검출하는 동안 제1 공급부(210a)와 접하도록 배치되는 제2 공급부(210b)가 제2 배터리 셀(100b)에 교류 전원을 공급할 수 있다.

제2 공급부(210b)가 제2 배터리 셀(100b)에 교류 전원을 공급하는 경우, 공급되는 교류 전원 또는 제2 배터리 셀(100b)이 상기 교류 전원에 대응하여 출력하는 응답 신호에 의해 제1 검출부(220a)가 검출하는 응답 신호에 노이즈가 발생할 수 있다.

응답 신호에 노이즈가 발생하는 경우, 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 임피던스가 부정확하게 연산될 수 있고, 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 정확한 상태를 진단하기 어려울 수 있다. 또한, 임피던스 측정 장치(10)의 신뢰성이 확보되지 않을 수 있다.

예시적으로, 인접한 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b) 상호간에 노이즈의 영향이 최소화 되도록 검출 모듈들(200a 내지 200n)의 위치를 조절할 수 있다. 그러나, 인접한 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b) 간의 이격 거리를 충분히 확보하기 위해서는 임피던스 측정 장치(10)의 소형화에 어려움이 발생할 수 있다.

실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 미리 설정된 개수의 그룹들로 분류할 수 있다. 제어 모듈(300)은 검출 모듈들(200a 내지 200n)의 배치 순서를 기초로 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 분류하고, 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들(200a 내지 200n)에 입력 전원을 공급하는 시간 및 응답 신호를 검출하는 시간을 동일하게 설정할 수 있다. 또한, 제어 모듈(300)은 입력 전원 공급 시간 및 응답 신호 검출 시간을 각 그룹들 별로 순차적으로 설정할 수 있다.

복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)은 미리 설정된 간격으로 배치될 수 있다. 제어 모듈(300)은 미리 설정된 간격으로 배치된 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n) 중 동시에 동작하더라도 노이즈에 의한 응답 신호 왜곡이 발생하지 않는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다. 따라서, 상호간에 접하는 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)은 서로 다른 그룹으로 분류될 수 있다.

실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 그룹 설정을 위해 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 테스트 전원을 입력 전원으로 공급할 수 있다. 제어 모듈(300)은 각각의 배터리 셀(100a 내지 100n)에 테스트 전원이 공급되는 타이밍을 다르게 할 수 있다. 제어 모듈(300)은 테스트 전원에 대응하는 응답 신호를 수신하고, 각 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 대한 제1 테스트 임피던스들을 연산할 수 있다.

테스트 전원의 주파수는 미리 설정된 값일 수 있으며, 전체 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 공급되는 테스트 전원은 동일한 주파수를 가질 수 있다.

상기 제1 테스트 임피던스들은 각 검출 모듈들(200a 내지 200n)이 독립적으로 동작하여 연산되는 것으로 인접하는 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)에 의해 발생하는 노이즈가 배제된 값일 수 있다.

제1 테스트 임피던스를 연산한 이후, 제어 모듈(300)은 검출 모듈들(200a 내지 200n) 중 대응하는 배터리 셀에 테스트 전원을 공급할 두개의 검출 모듈들을 배치 순서에 기초하여 임의로 결정할 수 있다.

예를 들어, 제어 모듈(300)은 제1 검출 모듈(200a)과 제2 검출 모듈(200b)을 테스트 전원을 공급하는 검출 모듈들로 선택하거나, 제1 검출 모듈(200a)과 제3 검출 모듈(200c)을 테스트 전원을 공급하는 검출 모듈들로 선택할 수 있다.

제어 모듈(300)은 선택된 두개의 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)을 통해 검출 모듈(예를 들어, 200a 및 200b)에 접속된 배터리 셀들(예를 들어, 100a 및 100b)에 테스트 전원을 공급하고, 상기 테스트 전원에 대응하는 두개의 응답 신호들을 검출할 수 있다.

제어 모듈(300)은 선택된 두개의 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)로부터 수신되는 응답 신호에 기초하여 제2 테스트 임피던스들을 연산할 수 있다.

제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스를 비교하여 노이즈 발생 여부를 판단할 수 있다. 제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 서로 상이한 경우, 선택된 두개의 검출 모듈들을 서로 다른 그룹으로 분류할 수 있다. 제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 서로 동일하거나, 미리 설정된 오차 범위 내인 경우, 선택된 두개의 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다.

제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스 및 제2 테스트 임피던스의 연산을 통해 동일한 타이밍에 동일한 주파수의 입력 전원을 배터리 셀에 공급하더라도 노이즈 영향이 최소화 되는 검출 모듈들을 찾을 수 있다.

제어 모듈(300)은 노이즈 영향이 최소화 되는 검출 모듈들을 동일 그룹으로 분류하고, 검출 시간을 동일하게 설정함으로써 복수의 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 임피던스 검출 시 발생하는 노이즈를 최소화 하면서도, 임피던스 검출에 걸리는 시간을 감소시킬 수 있다.

검출 모듈들(200a 내지 200n)이 미리 설정된 간격으로 배치됨에 따라, 제어 모듈(300)은 상호 간에 노이즈 영향이 최소화되거나 응답 신호에 영향을 주지 않는 배치 순서를 가지는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다.

제어 모듈(300)은 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 테스트 전원을 입력 전원으로 공급하여 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200b)을 복수의 그룹들로 분류할 수 있으며, 상기 그룹들의 개수 및 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들의 개수는 상기 검출 모듈들(200a 내지 200n)이 배치된 간격 및 임피던스 검출 시 발생하는 노이즈가 최소화되는 검출 모듈들(200a 내지 200b)의 거리에 따라 달라질 수 있다.

도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 검출 모듈들을 복수의 그룹으로 분류한 표를 예시적으로 나타낸 것이다.

도 2를 통해 전체 검출 모듈이 20개일 때, 제1 내지 제20 검출 모듈들을 5개의 그룹으로 구분하고, 각 그룹들이 4개의 검출 모듈들을 포함하는 실시예가 도시된다.

설명의 편의를 위해 제1 내지 제20 검출 모듈들이 일렬로 배치되고, 서로 접하는 검출 모듈들 간의 배치 간격이 일정한 것으로 가정할 수 있다.

도 2에 개시된 표는 검출 모듈들이 노이즈 영향이 최소화되거나, 응답 신호에 영향을 주지않기위해 두 검출 모듈들 사이에 적어도 4개의 검출 모듈들이 배치되어야 하는 실시예를 예시적으로 나타낼 수 있다.

인접한 검출 모듈에 의한 노이즈의 영향력이 최소화 되는 거리는, 도 1에서 설명한 바와 같이, 제어 모듈(도 1의 300)이 각 검출 모듈들에 접속된 배터리 셀들에 테스트 전원을 입력 전원으로 공급하여 제1 테스트 임피던스를 연산하고, 전체 검출 모듈들 중 임의의 두 검출 모듈들에 테스트 전원을 다시 공급하여 제2 테스트 임피던스를 연산함으로써 얻어질 수 있다.

도 2에서는 검출 모듈들이 동일한 그룹에 속하기 위해서 배치 순서 상 5 이상 떨어져 있는 예시적인 경우를 표로 나타낸 것이다.

제어 모듈(도 1의 300)은 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들의 입력 전원 공급 시간 및 응답 신호 검출 시간을 동일하게 설정할 수 있다. 또한, 제어 모듈(도 1의 300)은 각 그룹들 별로 입력 전원 공급 및 응답 신호 검출이 순차적으로 수행되도록 설정할 수 있다.

실시예에 따르면, 제1 그룹에 포함되는 검출 모듈들(제1 검출 모듈, 제6 검출 모듈, 제11 검출 모듈 및 제 16 검출 모듈)이 대응하는 배터리 셀들에 입력 전원을 공급하고, 상기 배터리 셀들의 응답 신호를 검출할 때, 제2 그룹 내지 제5 그룹으로 분류된 검출 모듈들은 입력 전원 공급 및 응답 신호 검출을 수행하지 않을 수 있다.

예시적으로, 제1 그룹의 입력 전원 공급 및 응답 신호 검출이 종료되면, 제2 그룹의 입력 전원 공급 및 응답 신호 검출이 수행될 수 있다. 제어 모듈(도 1의 300)은 전체 그룹들(제1 내지 제5 그룹)에 대한 입력 전원 공급 및 응답 신호 검출이 수행되도록 검출 모듈들을 제어할 수 있으며, 검출된 응답 신호들에 기초하여 전체 배터리 셀들에 대한 임피던스를 연산할 수 있다.

도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.

임피던스 측정 장치(10)에 복수의 배터리 셀들(100a 내지 100n)이 접속될 수 있다(S100).

배터리 셀들(100a 내지 100n)은 임피던스 측정의 대상인 시료일 수 있으며, 임피던스 측정 장치(10)는 복수의 배터리 셀들(100a 내지 100n)과 각각 접속하는 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 포함할 수 있다.

제어 모듈(300)은 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 미리 설정한 개수의 그룹들로 분류할 수 있다(S200).

제어 모듈(300)은 검출 모듈들(200a 내지 200n)의 배치 순서에 기초하여 복수의 그룹들로 분류할 수 있다. 예시적으로, 서로 접하는 두개의 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)은 서로 다른 그룹으로 분류할 수 있다.

제어 모듈(300)이 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 분류하는 방법은 도 4를 통해 설명될 것이다.

제어 모듈(300)은 복수의 검출 모듈들(200a 내지 200n)에 대하여, 검출 시간을 조절 할 수 있다(S300). 검출 시간이란 검출 모듈들(200a 내지 200n)과 접속된 배터리 셀들(100a 내지 100b)로부터 입력 전원에 응답 신호를 검출하는 시간을 의미할 수 있다.

실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들에 대하여, 검출 시간을 동일하게 설정할 수 있다.

제어 모듈(300)은 복수의 검출 모듈들에 대한 검출 시간을 조절할 때, 각 그룹 별로 순차적인 검출 시간을 갖도록 설정할 수 있다.

그룹 별로 순차적인 검출 시간을 가짐에 따라 서로 다른 그룹에 속하는 검출 모듈들은 같은 타이밍에 동작하지 않을 수 있다.

제어 모듈(300)은 검출 모듈(예를 들어, 200a)이 포함하는 공급부(예를 들어, 210a)가 검출 모듈(예를 들어, 200a)에 접속되는 배터리 셀(예를 들어, 100a)에 입력 전원을 공급하도록 할 수 있다(S400).

입력 전원은 미리 설정된 주파수 및 진폭을 갖는 교류 전원일 수 있다.

검출부(예를 들어, 220a)는 입력 전원에 대응하는 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 응답 신호를 검출 시간 동안 검출하고(S500), 입력 전원의 주파수를 응답 신호와 대응시켜 제어 모듈(300)로 전달할 수 있다.

제어 모듈(300)은 응답 신호들에 기초하여 복수의 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 각각 대응하는 임피던스들을 연산할 수 있다(S600).

실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 배터리 셀들(100a 내지 100n) 각각에 대하여, 입력 주파수에 대한 임피던스를 연산하고, 연산된 임피던스에 기초하여 교류 임피던스 스팩트럼을 생성할 수 있다. 제어 모듈(300)은 생성된 교류 임피던스 스팩트럼을 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 등가 회로 모델과 비교함으로써 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 열화 상태 및 성능을 진단할 수 있다.

도 4는 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4를 통해 인접하는 검출 모듈들(200a 내지 200n) 상호 간에 발생할 수 있는 노이즈를 방지하기 위해 제어 모듈(300)이 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 복수의 그룹으로 분류하는 방법이 구체적으로 설명된다.

복수의 배터리 셀들(100a 내지 100n)이 임피던스 측정 장치(10)와 접속된 후(FROM S100), 제어 모듈(300)은 전체 배터리 셀들(100a 내지 100n) 각각에 테스트 전원을 공급하도록 공급부들(210a 내지 210n)을 제어할 수 있다(S210).

테스트 전원은 미리 설정된 주파수를 갖는 전원일 수 있다.

테스트 전원은 각 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 대하여 서로 다른 타이밍에 공급될 수 있다.

제어 모듈(300)은 각 검출 모듈들(200a 내지 200n)로부터 테스트 전원에 대응하는 배터리 셀들(100a 내지 100n)의 응답 신호를 수신할 수 있다.

제어 모듈(300)은 수신한 응답신호들에 기초하여 각 배터리 셀들(100a 내지 100n)에 대한 제1 테스트 임피던스들을 연산할 수 있다(S220).

제1 테스트 임피던스들은 각각의 검출 모듈들(200a 내지 200n)이 서로 다른 타이밍에 동작하여 검출된 응답 신호에 기초하여 연산된 것인 바, 인접하는 검출 모듈들(예를 들어, 200a 및 200b)이 상호간에 미치는 노이즈의 영향이 배제된 값일 수 있다.

제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스를 연산한 후, 검출 모듈들(200a 내지 200n) 중 대응하는 배터리 셀에 테스트 전원을 공급할 임의의 두 검출 모듈들을 결정할 수 있다(S230). 실시예에 따르면, 제어 모듈(300)은 초기에는 상호간에 거리가 가까운 검출 모듈들을 먼저 선택하고, 검출 모듈 결정이 반복되는 경우, 점점 거리가 먼 검출 모듈들을 선택할 수 있다.

제어 모듈(300)은 선택된 두 검출 모듈들이 공급부를 통해 대응하는 배터리 셀들에 테스트 전원을 공급하도록 할 수 있다. 이때, 테스트 전원은 대응하는 두 배터리 셀들에 동시에 공급될 수 있다.

제어 모듈(300)은 두 검출 모듈들을 통해 검출된 응답 신호들에 기초하여 두 배터리 셀들의 제2 테스트 임피던스를 연산할 수 있다(S240).

제2 테스트 임피던스는 두 검출 모듈들이 동시에 동작할 때 연산되는 값인 바, 선택된 두 검출 모듈들이 상호 간에 미치는 노이즈의 영향이 반영된 값일 수 있다.

제어 모듈(300)은 각 배터리 셀들의 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스들이 미리 설정된 오차 범위 내인지 비교할 수 있다(S250). 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 미리 설정된 오차 범위 내인 경우(S250의 YES 경로), 제어 모듈(300)은 선택된 두개의 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다(S260).

실시예에 따르면 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 미리 설정된 오차 범위 내인 경우, 제어 모듈(300)은 선택된 두 검출 모듈들의 거리 및 배치 순서를 이용해 제2 테스트 임피던스를 연산하기 위한 다른 검출 모듈들을 선택하는데 활용할 수 있다.

제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 미리 설정된 오차 범위 내이고, 검출 모듈들 간의 배치 순서 차이가 가장 적게 나는 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 동일한 그룹으로 분류할 수 있다.

또한, 제어 모듈(300)은 제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 미리 설정된 오차 범위 내이고, 검출 모듈들 간의 배치 순서 차이가 가장 적게 나는 검출 모듈들을 찾은 후, 상기 두 검출 모듈들 간의 배치 순서에 기초한 그룹 분류를 전체 검출 모듈들(200a 내지 200n)에 적용하여 검출 모듈들(200a 내지 200n)을 분류할 수 있다.

제1 테스트 임피던스와 제2 테스트 임피던스가 미리 설정된 오차 범위 밖인 경우(S250의 NO 경로), 제어 모듈(300)은 제2 테스트 임피던스를 연산하기 위한 두개의 검출 모듈들을 다시 결정할 수 있다(S230).

도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(1000)은 MCU(1010), 메모리(1020), 입출력 I/F(1030) 및 통신 I/F(1040)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 앞서 설명한 제어 모듈(300) 또는 검출 모듈(예를 들어, 200a)의 동작을 수행하기 위한 시스템일 수 있다.

MCU(1010)는 메모리(1020)에 저장되어 있는 각종 프로그램을 실행하는 프로세서일 수 있다.

예를 들어, MCU(1010)는 제어 모듈(300)이 검출 모듈(예를 들어, 200a) 을 관리 및 제어하는데 필요한 전압, 전류 데이터, 제어 신호 등을 처리할 수 있다.

MCU(1010)는 데이터 및/또는 신호를 처리하는 프로세서일 수 있다. 예시적으로, MCU(1010)는 검출 모듈(예를 들어, 200a)이 배터리 셀(예를 들어, 100a)의 응답 신호를 검출할 수 있도록 배터리 셀(예를 들어, 100a)에 공급되는 전류를 조절할 수 있다. 또한, MCU(1010)는 배터리 팩(100)에서 출력되는 정보에 기초하여 임피던스 연산을 수행하는 프로세서일 수 있다.

메모리(1020)는 제어 모듈(300)이 배터리 셀(예를 들어, 100a) 및 검출 모듈(예를 들어, 200a)을 관리 및 제어하는데 필요한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 제어 모듈(300)이 임피던스를 연산하는데 필요한 각종 프로그램을 저장할 수 있다.

예를 들어, 메모리(1020)는 배터리 셀(예를 들어, 100a) 각각의 전압, 전류, 특성값 데이터와 같은 응답 신호를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 전압, 전류, 특성값 데이터에 기초하여 임피던스를 연산하는 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(1020)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수 있다.

메모리(1020)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(1020)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.

입출력 I/F(1030)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(1010) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.

통신 I/F(1040)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(1040)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀(110)의 임피던스 검출을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.

이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1020)에 기록되고, MCU(1010)에 의해 처리됨으로써, 상기 도 1 내지 도 4의 각 동작들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.

이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 임피던스 측정 장치
100a: 배터리 셀
200a: 검출 모듈
300: 제어 모듈

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀들 각각에 대응하는 응답 신호들을 검출하는 복수의 검출 모듈; 및
   상기 응답 신호들에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 제어 모듈을 포함하고,
   상기 복수의 검출 모듈들 각각은
   입력 전원을 대응하는 배터리 셀에 공급하는 공급부; 및
   상기 입력 전원에 대한 상기 대응하는 배터리 셀의 상기 응답 신호를 검출 시간 동안 검출하는 검출부를 포함하고,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들에 대한 상기 검출 시간을 조절하는 임피던스 측정 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류하는 임피던스 측정 장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 배치 순서에 기초하여 상기 복수의 검출 모듈들을 상기 그룹들로 분류하는 임피던스 측정 장치.
   
4. 제2 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 동일한 그룹에 속하는 검출 모듈들의 상기 검출 시간을 동일하게 설정하는 임피던스 측정 장치.
   
5. 제2 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 그룹 별로 상기 검출 시간을 순차적으로 설정하는 임피던스 측정 장치.
   
6. 제3 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 서로 접하도록 배치되는 두개의 검출 모듈들을 서로 다른 그룹으로 분류하는 임피던스 측정 장치.
   
7. 제3 항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 검출 모듈들 중 상기 응답 신호에 영향을 주지 않는 상기 배치 순서를 가지는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류하는 임피던스 측정 장치.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 검출 모듈들은 미리 설정된 간격으로 배치되는 임피던스 측정 장치.
   
9. 제1 항에 있어서,
   상기 입력 전원은 교류 전원인 임피던스 측정 장치.
   
10. 복수의 배터리 셀들과 복수의 검출 모듈들이 접속하는 단계;
    제어 모듈이 상기 복수의 검출 모듈들에 대한 검출 시간을 조절하는 단계;
    공급부가 상기 배터리 셀에 상기 검출 시간 동안 입력 전원을 공급하는 단계;
    검출부가 상기 입력 전원에 대응하는 배터리 셀의 상기 응답 신호를 상기 검출 시간 동안 검출하는 단계; 및
    상기 제어 모듈이 상기 응답 신호들에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들에 각각 대응하는 임피던스들을 연산하는 단계를 포함하는 임피던스 측정 장치의 동작 방법.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제어 모듈이 상기 복수의 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류하는 단계를 더 포함하는 임피던스 측정 장치의 동작 방법.
    
12. 제11 항에 있어서,
    상기 검출 시간을 조절하는 단계는 상기 제어 모듈이 상기 그룹 별로 상기 검출 시간을 순차적으로 설정하는 단계를 포함하는 임피던스 측정 장치의 동작 방법.
    
13. 제11 항에 있어서,
    상기 검출 모듈들을 복수의 그룹들로 분류하는 단계는 상기 제어 모듈이 상기 검출 모듈들의 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계인 임피던스 측정 장치의 동작 방법.
    
14. 제13 항에 있어서,
    상기 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계는, 상기 복수의 검출 모듈들 중 서로 접하도록 배치되는 두개의 검출 모듈들을 서로 다른 그룹으로 분류하는 단계인 임피던스 측정 장치의 동작 방법.
    
15. 제13 항에 있어서,
    상기 배치 순서에 기초하여 분류하는 단계는, 상기 복수의 검출 모듈들 중 상기 응답 신호에 영향을 주지 않는 배치 순서를 가지는 검출 모듈들을 동일한 그룹으로 분류하는 단계인 임피던스 측정 장치의 동작 방법.

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