KR20150033372A - 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 셀을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가시켜 그에 따른 전압변화를 측정한 후 측정값을 리포팅하고, 리포팅된 측정값을 근거로 하여 복수의 모듈 간의 전압변화 측정 시점의 일치 여부에 따라 복수의 셀 모듈 간의 전압 측정의 동기화 여부를 판단할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법{Apparatus and method for determining synchronization of measurement of cell modules}
본 발명은 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 셀을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가시켜 그에 따른 전압변화를 측정한 후 측정값을 리포팅하고, 리포팅된 측정값을 근거로 하여 복수의 모듈 간의 전압변화 측정 시점의 일치 여부에 따라 상기 전압변화 측정의 동기화 여부를 판단할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리라 함은, 축전지 또는 2차 전지라고도 하며 배터리 내에서 존재하는 화학물질(예를 들어, 황산 등)이 동판, 아연판 등과 같은 두 개의 판을 이용한 화학적 작용에 의해 전기분해 되면서 전기적 에너지를 발생시키게 되고, 이러한 전기적 에너지를 저장 또는 출력하는 저장장치를 의미한다.
그리고 이러한 배터리는 하나 이상의 셀(cell)들을 모듈화시켜 구성하게 되며, 하나 이상의 셀(cell)들을 각각 직렬연결 또는 병렬시켜 구성할 수 있다.
한편, 이러한 배터리를 제어하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 있어서, ASIC을 통해 상술한 하나 이상의 셀의 전압을 측정하기 위해선 하나의 팩(pack) 내부에 최대 12개의 셀을 안착시켜 1개의 모듈을 구성하고, 모듈별로 각각 전압을 측정하여야 한다.
이때, 셀의 최대 개수를 12개로 설정한 이유는 ASIC가 견딜 수 있는 전압 레벨의 한계점이 존재하기 때문이다.
그런데, 한 개의 모듈 내에 포함된 12개의 셀의 전압 측정은 같은 시점에 이루어 질 수 있지만, 모듈과 모듈 간의 전압 측정은 항상 같은 시점에 이루어 지지 않으며 측정 시점에 차이가 발생할 수 있다.
만약 측정 시점에 차이가 발생하는 경우, 실제로 각각의 모듈 간에 동일한 잔류 전압을 가지고 있음에도 불구하고 측정 시점의 차이로 인해 셀들 간의 전압이 차이가 발생하는 것으로 오인할 수 있으며 이는 불필요한 패시브 밸런싱(Passive balancing)을 야기하는 원인이 될 수 있다.
이에, 본 발명자는 이러한 종래의 셀 전압 측정 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위해, 복수의 셀을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가시켜 그에 따른 전압변화를 측정한 후 측정값을 리포팅하고, 리포팅된 측정값을 근거로 하여 복수의 모듈 간의 전압변화 측정 시점의 일치 여부에 따라 상기 전압변화 측정의 동기화 여부를 판단할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 복수의 셀을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가시켜 그에 따른 전압변화를 측정한 후 측정값을 리포팅하고, 리포팅된 측정값을 근거로 하여 복수의 모듈 간의 전압변화 측정 시점의 일치 여부에 따라 상기 전압변화 측정의 동기화 여부를 판단할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은, 복수로 구비되는 모듈에 일정한 전압을 동시에 인가 또는 차단함으로써 동일한 전압조건을 갖출 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 동일한 전압조건에서 상기 전압의 인가 여부에 따라 복수의 모듈 간의 전압을 각각 동시에 측정함으로써 전압측정 시점을 동일하게 일치시킬 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 전압의 인가 여부에 따른 전압변화값을 측정하고, 해당 측정값을 리포팅(reporting)할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 전압변화 시점이 일치하지 않는 경우 전압 측정부 내부 회로를 리셋(Reset)하거나 또는 전압 측정부로 하여금 전압을 재 측정하도록 제어할 수 있는 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치는 복수로 구비되는 셀(cell)을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가하는 전압 인가부, 상기 복수의 모듈에 대한 상기 전압의 인가 여부에 따른 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화를 측정하여 측정값을 리포팅(reporting)하는 전압 측정부 및 상기 측정값을 근거로 하여 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하여 상기 전압변화 측정의 동기화를 판단하는 동기화 판단부 를 포함한다.
상기 전압 인가부는 마이컴(Micro-computer, Micom)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전압 측정부는 상기 복수의 모듈 각각의 전압을 동시에 측정하는 전압 측정 센서를 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부는 상기 복수의 모듈의 과전압(Over voltage)을 자체 진단(Self-Test)할 수 있다.
상기 전압 측정부는 전압인가 전, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제1 측정값을 리포팅하고 전압인가 중, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제2 측정값을 리포팅하며 전압인가 후, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제3 측정값을 리포팅하여 상기 동기화 판단부에 전달할 수 있다.
상기 동기화 판단부는 상기 전압 측정부를 제어하는 주 조정유닛(Master MCU) 및 보조 조정유닛(Slave MCU)를 제어할 수 있다.
상기 주 조정유닛은 상기 제1 내지 제3 측정값을 근거로 하여 상기 전압변화 시점의 일치 여부를 판단하고, 상기 전압변화 시점이 일치하지 않는 경우, 상기 전압변화 측정이 동기화되지 않은 것(Fail)으로 판단하여 상기 보조 조정유닛을 리셋(Reset)시키거나 또는 상기 전압 측정부로 하여금 상기 복수의 모듈의 전압을 재 측정하도록 할 수 있다.
셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치는 배터리를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 포함될 수 있다.
다른 실시예들 중에서, 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법은 전압 인가부에서 복수로 구비되는 셀(cell)을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가하는 단계, 전압 측정부에서 상기 전압의 인가 여부에 따른 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화를 측정하여 측정값을 리포팅(reporting)하는 단계 및 동기화 판단부에서 상기 측정값을 근거로 하여 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하여 상기 전압변화 측정 동기화 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
전압 측정 센서를 통해 상기 복수의 모듈 각각의 전압을 동시에 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정값을 리포팅 하는 단계는 전압인가 전, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제1 측정값을 리포팅 하는 단계, 전압인가 중, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제2 측정값을 리포팅 하는 단계, 전압인가 후, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제3 측정값을 리포팅하는 단계 및 상기 제1 내지 제3 측정값을 상기 동기화 판단부에 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동기화 여부를 판단하는 단계는 주 조정유닛(Master MCU) 및 보조 조정유닛(Slave MCU)를 통해 상기 전압 측정부를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동기화 여부를 판단하는 단계는 상기 제1 내지 제3 측정값을 근거로 하여 상기 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하는 단계 및 상기 전압변화 측정 시점이 일치하지 않는 경우, 상기 전압변화 측정이 동기화되지 않은 것(Fail)으로 판단하여 상기 보조 조정유닛을 리셋(Reset)시키거나 또는 상기 전압 측정부로 하여금 상기 복수의 모듈의 전압을 재 측정하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치 및 방법은 복수의 모듈에 일정한 전압을 동시에 인가 또는 차단함으로써 동일한 전압조건을 갖출 수 있기 때문에, 복수의 모듈 간의 전압변화 측정 시점이 일치되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 동일한 전압조건에서 상기 전압의 인가 여부에 따라 복수의 모듈 간의 전압을 각각 동시에 측정함으로 전압변화 측정 시점을 동일하게 일치시킬 수 있으며, 그에 따라 복수의 모듈에 있어서 비정상적인 시점에서 전압이 변화되는 모듈을 판별해낼 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 복수의 모듈의 전압변화를 동일한 시점에 측정 함으로써 셀들 간에 전압차이가 발생된 것으로 오인할 가능성이 감소되며, 불필요하게 셀의 전압을 방전시키지 않아도 되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 셀의 실제 잔류 전압을 정확하게 측정할 수 있고, 그에 따라 정확한 SOC 계산이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 ASIC가 셀전압의 과전압(Over voltage) 여부를 자체적으로 진단할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 2는 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전압 인가부(110)로부터의 전압 인가 여부에 따른 복수의 모듈(100)의 정상적인 전압변화 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 3(a)는 전압 인가 전 상태를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 전압 인가 중 상태를 도시한 도면이며, 도 3(c)는 전압 인가 후 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 전압 인가부(110)로부터의 전압 인가 여부에 따른 복수의 모듈(100)의 비정상적인 전압변화 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 4(a)는 전압 인가 전 상태를 도시한 도면이고, 도 4(b)는 전압 인가 중 상태를 도시한 도면이며, 도 4(c)는 전압 인가 후 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치(100)에 수행되는 동기화 판단 방법을 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치(100)는 전압 인가부(110), 전압 측정부(120) 및 동기화 판단부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 전압 인가부(110)는 복수로 구비되는 셀(cell)(미도시)을 포함하는 복수의 모듈(10)에 일정한 전압(예를 들어, 5V)을 인가하는 역할을 수행할 수 있다.
여기에서, 이러한 셀(cell)을 복수로 구비하여 직렬연결 또는 병렬연결 함으로써 배터리를 구성할 수 있으며, 셀의 개수가 많아질수록 배터리의 용량 또한 커질 수 있다.
또한, 셀은 전압 인가부(110)로부터 전압을 인가받는 순간 전압이 상승 또는 하강하게 되지만, 반대로 전압의 인가가 차단되는 경우 셀은 다시 본래의 전압을 회복할 수 있다. 이는, 셀 전압을 변화시켜 전압변화 측정 시점을 측정하기 위함이며, 후술되는 도 2 내지 도 3을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
한편, 하나의 모듈(10)은 복수의 셀들로서 구성할 수 있으며, 바람직하게는 최대 12개의 셀로 구성할 수 있다. 이때, 최대 12개의 셀로 구성하는 이유는 후술되는 전압 측정부(120)가 측정할 수 있는 전압 레벨이 정해져 있기 때문이며, 하나의 모듈(10) 내의 12개의 셀들은 동시에 전압이 측정될 수 있다.
여기에서, 후술되는 전압 측정부(120)에 들어가는 팩(pack)에는 다수의 셀들이 안착될 수 있는데, 하나의 전압 측정부(120)는 최대 12개의 셀들로 구성된 모듈(10)이 복수 개 안착되게 되며, 이때 전압 인가부(110)는 이러한 복수 개의 모듈(10)에 일정한 압력(예를 들어, 5V)를 동시에 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 인가부(110)는 마이컴(Micro-computer, Micom)에 해당할 수 있다.
여기에서, 일반적으로 마이컴이라 하면 마이크로 프로그램을 사용하여 작동시키는 컴퓨터를 의미할 수 있지만 본 발명에서의 마이컴이라 함은, 대규모집적회로(LSI) 또는 반도체 메모리를 복수 개로 구성한 회로에서 중앙 연산 장치의 제어를 받아 일정한 압력(5V)를 순간적으로 인가시키고 또한 차단할 수 있는 장치를 의미할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 인가되는 전압을 5V로 기재하였지만, 해당 전압은 5V에 국한되지 않고 다양한 전압값으로 가변될 수 있음을 유의한다.
다음으로, 전압 측정부(120)는 상술한 전압 인가부(110)로부터 인가되는 전압에 따른 복수의 모듈(10)의 전압변화를 측정하여 측정값을 리포팅(reporting)하는 역할을 수행할 수 있다.
여기에서, 복수의 모듈(10)의 전압변화라 함은 5V의 전압을 인가하기 전 상태에서 복수의 모듈(10)의 전압값, 전압을 인가한 상태에서 복수의 모듈(10)의 전압값, 그리고 전압 인가를 중지한 상태(즉, 복수의 모듈(10)이 가지는 본래의 전압값을 회복한 상태)에서 복수의 모듈(10)의 전압값 변화를 의미할 수 있다.
이는 후술되는 도 3 및 도 4를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
또한, 리포팅이라 함은 측정값을 데이터화하여 후술되는 동기화 판단부(130)에 전달함을 의미할 수 있다.
그리고 측정값이라 함은 5V의 전압을 인가하기 전 상태에서 복수의 모듈(10)의 전압 측정 결과값인 제1 측정값, 5V의 전압을 인가한 상태에서 복수의 모듈(10)의 전압 측정 결과값인 제2 측정값, 5V의 전압 인가를 중지한 상태에서 복수의 모듈(10)의 전압 측정 결과값인 제3 측정값을 의미할 수 있다.
이러한 제1 내지 제3 측정값은 후술되는 동기화 판단부(130)에 전달될 수 있다.
또한, 전압 측정부(120)는 복수의 모듈(10) 각각의 전압을 동시에 측정하기 위해 전압 측정 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
전압 측정 센서는 모듈(10) 내에 포함된 복수의 셀들과 각각 연결될 수 있으며, 각각의 셀들의 과전압(Over voltage) 여부를 자체 진단(Self-Test)하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 전압 측정 센서는 기존의 공지된 기술을 사용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 하며, 전압 측정 센서가 상술한 역할을 수행하는 한 전압 측정 센서의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
마지막으로, 동기화 판단부(130)는 전압 측정부(120)로부터 제1 내지 제3 측정값을 전달받고, 이를 근거로 하여 복수의 모듈(10) 각각의 전압변화 측정에 대한 동기화 여부를 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
여기에서, 전압변화 측정에 대한 동기화 여부라 함은, 복수의 모듈(10) 각각의 전압이 변화되는 시점이 동일한지 여부를 의미할 수 있다.
전압변화 측정이 동일하지 않을 경우, 복수의 모듈(10)이 실제로는 같은 잔류 전압을 갖고 있음에도 불구하고 전압 측정부(120)가 전압변화 측정 시점의 차이로 인해 복수의 모듈(10) 내에 포함된 복수의 셀들 간에 전압 차이가 발생한 것으로 오인할 수 있다.
이는 밸런싱(Balancing), 특히 패시브 밸런싱(Passive Balancing)을 하게 만들어 불필요한 셀전압을 방전, 또는 타 셀들로부터 전압을 인가받음으로써 셀이 과전압으로 인한 셀의 파손 및 폭발 등을 야기할 수 있다.
따라서, 동기화 판단부(130)는 제1 내지 제3 측정값을 통해 전압변화 측정 시점이 일치되었는지를 판단함으로써 복수의 모듈(10) 내에 포함된 복수의 셀들 간의 불필요한 전압 방전 또는 불필요한 전압 충전을 예방할 수 있다.
일 실시예에서, 동기화 판단부(130)는 전압 측정부(120)의 내부 회로를 제어하는 주 조정유닛(Master MCU) 및 보조 조정유닛(Slaver MCU)를 제어하는 역할을 수행할 수 있으며, 이는 후술되는 도 5에서 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 셀 모듈 간의 동기화 판단 장치(100)는 배터리를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 포함될 수 있으며, 이는 도 2를 통해 상세하게 살펴보기로 한다.
도 2는 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 배터리(2), BMS(Battery Management System, 3), ECU(Electronic Control Unit, 4), 인버터(5) 및 모터(6)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(2)는 모터(6)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(2)는 모터(6) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(5)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(2)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
또한, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(2)를 형성할 수도 있다.
BMS(3)는 배터리(2)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(2)를 관리한다. 예컨대, 배터리(2)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(2) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(2)의 교체 시기 추정도 가능하다.
ECU(4)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(6)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(4)는 BMS(3)에 의해 전달받은 배터리(2)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(5)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(5)는 ECU(4)의 제어 신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(6)는 배터리(2)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(4)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
상술한 전기 자동차(1)는 배터리(2)의 전기 에너지를 이용하여 구동되므로, 배터리(2)와 모터(6)는 다양한 회로를 통해 연결될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 셀 모듈 간의 동기화 판단 장치(100)는 배터리(2)의 잔존 용량, 잔존 수명, 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(2) 상태 정보를 추정하고 관리할 수 있으며, 또한 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 제어하거나 나아가 배터리(2)의 교체 시기도 추정할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전압 인가부(110)로부터의 전압 인가 여부에 따른 복수의 모듈(10)의 정상적인 전압변화 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 3(a)는 전압 인가 전 상태를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 전압 인가 중 상태를 도시한 도면이며, 도 3(c)는 전압 인가 후 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 전압 인가부(110)로부터의 전압 인가 여부에 따른 복수의 모듈(10)의 비정상적인 전압변화 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 4(a)는 전압 인가 전 상태를 도시한 도면이고, 도 4(b)는 전압 인가 중 상태를 도시한 도면이며, 도 4(c)는 전압 인가 후 상태를 도시한 도면이다.
먼저, 도 3(a)는 전압 인가부(110)로부터 전압이 인가되기 전 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제1 측정값을 나타낸다.
복수의 모듈(10)의 총 10개가 있고, 각각의 모듈(10)에는 셀이 10개씩 구성되어 있으며, 현 상태에서는 전압이 인가되기 전 상태에 해당하므로 각각의 셀들은 3.8V를 나타내고 있다.
도 3(b)는 전압 인가부(110)로부터 5V의 전압이 인가된 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제2 측정값을 나타낸다.
본래는 하나의 모듈(10) 내의 셀 전체가 5V를 나타내지만, 용이한 이해를 위해 최하단 셀 전압값만이 5V로 변화된 것을 도시하였으며, 10개의 모듈(10) 최하단 셀 전압값이 모두 5V로 변화된 것을 알 수 있다.
도 3(c)는 전압 인가부(110)로부터의 5V 전압이 차단된 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제3 측정값을 나타내며, 10개의 모듈(10) 최하단 셀 전압값이 모두 3.8V로 회복된 것을 알 수 있다.
이는 10개의 모듈(10)이 모두 전압변화 시점이 일치하며, 이는 전압변화의 측정이 동기화 되었음을 나타낸다.
다음으로, 도 4(a)는 전압 인가부(110)로부터 전압이 인가되기 전 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제1 측정값을 나타낸다.
복수의 모듈(10)의 총 10개가 있고, 각각의 모듈(10)에는 셀이 10개씩 구성되어 있으며, 현 상태에서는 전압이 인가되기 전 상태에 해당하므로 각각의 셀들은 3.8V를 나타내고 있다.
도 4(b)는 전압 인가부(110)로부터 5V의 전압이 인가된 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제2 측정값을 나타낸다.
본래는 하나의 모듈(10) 내의 셀 전체가 5V를 나타내지만, 용이한 이해를 위해 최하단 셀 전압값만이 5V로 변화된 것을 도시하였으며, 10개의 모듈(10) 최하단 셀 전압값이 모두 5V로 변화된 것이 아니라 2번째 모듈(10) 최하단 셀 전압값은 아직 3.8V를 유지하는 것을 알 수 있다.
도 4(c)는 전압 인가부(110)로부터의 5V 전압이 차단된 상태에 해당하는 복수의 모듈(10)의 전압을 측정한 제3 측정값을 나타내며, 10개의 모듈(10) 최하단 셀 전압값이 모두 3.8V로 회복된 것이 아니라 2번째 모듈(10) 최하단 셀 전압값이 5V로 변화된 것을 알 수 있다.
이는 2번째 모듈(10) 최하단 셀의 전압변화가 한 타이밍(timing) 지연(delay)된 다는 것을 의미하며, 10개의 모듈(10)이 모두 전압변화 시점이 일치하지 않고 전압변화의 측정이 동기화 되지 않음을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 모듈 간의 동기화 판단 장치(100)에 수행되는 동기화 판단 방법을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 동기화 판단부(130)는 상술한 주 조정유닛(Master MCU) 및 보조 조정유닛(Slaver MCU)를 제어하여 복수의 모듈(10)의 전압변화 측정에 대한 동기화 여부를 판단하게 된다.
먼저, 주 조정유닛에서 과전압 자체 테스트 시작 명령을 보조 조정유닛에 전달한다(S501).
이를 수신한 보조 조정유닛은 전압 측정부(120)로 하여금 복수의 모듈(10) 본래의 전압을 측정하도록 하고, 그에 따른 제1 측정값을 주 조정유닛에 리포팅하도록 한다(S502).
그 다음, 주 조정유닛에서 전압 인가부(110)로 하여금 5V의 전압을 인가하도록 하는 명령을 보조 조정유닛에 전달하고(S503), 이를 수신한 보조 조정유닛은 전압 인가부(110)로 하여금 5V의 전압을 인가하도록 하고 전압 측정부(120)로 하여금 이때의 복수의 모듈(10) 전압을 측정하도록 하여 그에 따른 제2 측정값을 주 조정유닛에 리포팅하도록 한다(S504).
그 다음, 주 조정유닛에서 과전압 자체 전압 테스트 종료 명령을 보조 조정유닛에 전달한다(S505).
이를 수신한 보조 조정유닛은 전압 인가부(110)로 하여금 전압인가를 중단하도록 하고, 전압 측정부(120)로 하여금 이때의 복수의 모듈(10) 전압을 측정하도록 하여 그에 따른 제3 측정값을 주 조정유닛에 리포팅하도록 한다(S506).
동기화 판단부(130)는 주 조정유닛으로부터 제1 내지 제3 측정값을 전달받아 전압변화 측정의 동기화 여부의 판단을 시작한다(S507).
만약, 제2 측정값에 포함된 복수의 모듈(10)의 복수의 셀 전압값이 모두 5V에 해당하는 경우, 동기화 판단부(130)는 복수의 모듈(10)의 전압변화 측정의 동기화가 통과(Pass)된 것으로 판단한다(S508).
반대로, 제2 측정값에 포함된 복수의 모듈(10)의 복수의 셀 전압값이 모두 5V에 해당하지 않는 경우, 동기화 판단부(130)는 제2 측정값과 제3 측정값을 비교하여 제2 측정값에서 5V를 나타내지 않던 셀이 제3 측정값에서 5V를 나타내는지 판단한다(S509)
이때, 제2 측정값에서 5V를 나타내지 않던 셀이 제3 측정값에서 5V를 나타내는 경우, 동기화 판단부(130)는 복수의 모듈(10)의 전압변화 측정의 동기화가 실패(Fail)된 것으로 판단하고, 주 조정유닛으로 하여금 보조 조정유닛을 리셋(Reset)시키도록 한다(S510). 이는 비정상적인 전압변화를 보이는 모듈(10)이 존재하는 것을 나타낸다.
반대로, 제2 측정값에서 5V를 나타내지 않던 셀이 제3 측정값에서 5V를 나타내지 않는 경우, 동기화 판단부(130)는 주 조정유닛으로 하여금 과전압 자체 테스트를 재 시행하도록 한다(S511).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 전기 자동차
2 : 배터리
3 : BMS(Battery Management System)
4 : ECU(Electronic Control Unit)
5 : 인버터
6 : 모터
10 : 모듈
100 : 셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치
110 : 전압 인가부
120 : 전압 측정부
130 : 동기화 판단부

Claims (13)

  1. 복수로 구비되는 셀(cell)을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가하는 전압 인가부;
    상기 복수의 모듈에 대한 상기 전압의 인가 여부에 따른 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화를 측정하여 측정값을 리포팅(reporting)하는 전압 측정부; 및
    상기 측정값을 근거로 하여 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하여 복수의 셀 모듈 간의 전압 측정의 동기화 여부를 판단하는 동기화 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 인가부는,
    마이컴(Micro-computer, Micom)인 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 복수의 모듈 각각의 전압을 동시에 측정하는 전압 측정 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 복수의 모듈의 과전압(Over voltage)을 자체 진단(Self-Test)하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    전압인가 전, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제1 측정값을 리포팅하고,
    전압인가 중, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제2 측정값을 리포팅하며,
    전압인가 후, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제3 측정값을 리포팅하여 상기 동기화 판단부에 전달하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동기화 판단부는,
    상기 전압 측정부를 제어하는 주 조정유닛(Master MCU); 및 보조 조정유닛(Slave MCU);를 제어하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주 조정유닛은,
    상기 제1 내지 제3 측정값을 근거로 하여 상기 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하고,
    상기 전압변화 시점이 일치하지 않는 경우, 상기 복수의 셀 모듈 간의 전압 측정이 동기화되지 않은 것(Fail)으로 판단하여 상기 보조 조정유닛을 리셋(Reset)시키거나 또는 상기 전압 측정부로 하여금 상기 복수의 모듈의 전압을 재 측정하도록 하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    배터리를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 장치.
  9. 전압 인가부에서 복수로 구비되는 셀(cell)을 포함하는 복수의 모듈에 일정한 전압을 인가하는 단계;
    전압 측정부에서 상기 전압의 인가 여부에 따른 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화를 측정하여 측정값을 리포팅(reporting)하는 단계; 및
    동기화 판단부에서 상기 측정값을 근거로 하여 상기 복수의 모듈 각각의 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하여 상기 복수의 셀 모듈 간의 전압 측정 동기화 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정값을 리포팅하는 단계는,
    전압 측정 센서를 통해 상기 복수의 모듈 각각의 전압을 동시에 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 측정값을 리포팅 하는 단계는,
    전압인가 전, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제1 측정값을 리포팅 하는 단계;
    전압인가 중, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제2 측정값을 리포팅 하는 단계;
    전압인가 후, 상기 복수의 모듈의 전압을 측정하여 제3 측정값을 리포팅하는 단계; 및
    상기 제1 내지 제3 측정값을 상기 동기화 판단부에 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 동기화 여부를 판단하는 단계는,
    주 조정유닛(Master MCU); 및 보조 조정유닛(Slave MCU);를 통해 상기 전압 측정부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 동기화 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 내지 제3 측정값을 근거로 하여 상기 전압변화 측정 시점의 일치 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 전압 변화 시점이 일치하지 않는 경우, 상기 복수의 셀 모듈 간의 전압 측정이 동기화되지 않은 것(Fail)으로 판단하여 상기 보조 조정유닛을 리셋(Reset)시키거나 또는 상기 전압 측정부로 하여금 상기 복수의 모듈의 전압을 재 측정하도록 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 간의 측정 동기화 판단 방법.
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