[go: up one dir, main page]

KR102154379B1 - 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법 - Google Patents

퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102154379B1
KR102154379B1 KR1020160086983A KR20160086983A KR102154379B1 KR 102154379 B1 KR102154379 B1 KR 102154379B1 KR 1020160086983 A KR1020160086983 A KR 1020160086983A KR 20160086983 A KR20160086983 A KR 20160086983A KR 102154379 B1 KR102154379 B1 KR 102154379B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuse
battery
current
voltage
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020160086983A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180006178A (ko
Inventor
이원태
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020160086983A priority Critical patent/KR102154379B1/ko
Publication of KR20180006178A publication Critical patent/KR20180006178A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102154379B1 publication Critical patent/KR102154379B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0023—Measuring currents or voltages from sources with high internal resistance by means of measuring circuits with high input impedance, e.g. OP-amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/74—Testing of fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치는, 하나 이상의 배터리 모듈들로 이루어진 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈; 및 상기 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압을 상기 퓨즈의 온도에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING CURRENT USING FUSE}
본 발명은 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 기존의 배터리 분리 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)에서 배터리의 전압 값을 측정하기 위해 사용되는 션트(Shunt) 저항을 이용할 필요 없이, 배터리 팩의 과전류를 차단하기 위해 보호 목적으로 사용하는 퓨즈의 저항을 이용하여 배터리 팩의 전류를 측정함으로써, 배터리 분리 유닛의 부피를 줄이고 가격을 감소시킬 수 있는 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
2차 전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.
*이와 같이 복수 개 집합되는 형태로 사용되는 경우, 과전류가 흐르는 등의 동작 이상이 발생했을 경우 과열에 의하여 단위 셀이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 생길 수 있어, 항상 각 개별 셀의 전압, 온도 등의 여러 상태 값들을 측정 및 모니터링 하여 단위 셀에 과충전 또는 과방전이 인가되는 것을 방지해야 한다는 점이 고려되어야 한다.
이를 위해 과충전 또는 과방전이 인가되는 것을 방지하기 위한 배터리 분리 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)이 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System) 내에 구비된다. 일반적으로 자동차의 배터리 분리 유닛은 션트 저항, 퓨즈, 릴레이, 전류 센서 및 프리차지 회로 등이 포함되며, 보통 1~5개의 퓨즈, 2개 이상의 전류 센서, 3개 이상의 릴레이로 구성이 되어 배터리 팩의 부속 부품 중 타 배터리 부품에 비해 큰 비중을 차지하고 있다. 특히 배터리 분리 유닛 내에서 배터리의 전압을 측정하기 위해 사용되는 션트 저항의 경우 가격적, 크기적으로 큰 부분을 차지하고 있기 때문에 배터리의 고효율화 및 고 에너지 밀도화에 악영향을 끼치게 된다.
따라서, 배터리의 효율 및 에너지밀도 개선을 위해 배터리의 소형화가 필수적인 만큼 배터리 분리 유닛에서 션트 저항이 가지고 있는 부피적, 가격적 단점을 보완해야 할 필요성이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0123981호
본 발명의 목적은, 종래의 배터리 분리 유닛에서 배터리 팩의 전류 값을 측정하기 위해 사용되는 션트 저항을 이용할 필요 없이, 배터리의 과전류로부터 부하를 보호하기 위해 사용되는 퓨즈의 저항을 이용하여 배터리 팩의 전류를 측정함으로써, 배터리 분리 유닛의 부피를 줄이고 비용 절감이 가능한 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치는, 하나 이상의 배터리 모듈들로 이루어진 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈; 및 상기 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압 및 상기 퓨즈의 온도에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 전류 측정 장치는, 상기 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 증폭하는 증폭부;를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 증폭부를 통해 증폭된 상기 퓨즈의 전압에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출할 수 있다.
상기 전류 측정 장치는, 상기 퓨즈의 온도를 측정하는 온도 센싱부;를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 온도 센싱부를 통해 측정된 상기 퓨즈의 온도에 대응하는 상기 퓨즈의 저항 값을 이용하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출할 수 있다.
상기 증폭부는, 하나 이상의 연산증폭기(Operating Amplifier)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 방법은, 퓨즈의 전압을 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 전압 및 상기 퓨즈의 온도에 기반하여 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 전류 측정 방법은, 증폭부가 상기 퓨즈의 전압을 증폭하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 증폭부를 통해 증폭된 상기 퓨즈의 전압에 기반하여 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 측정 방법은, 온도 센싱부가 상기 퓨즈의 온도를 측정하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 온도 센싱부를 통해 측정된 상기 퓨즈의 온도에 대응하는 상기 퓨즈의 저항 값을 이용하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 증폭부는 하나 이상의 연산증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기존의 배터리 분리 유닛에서 배터리의 전압 값을 측정하기 위해 사용되었던 션트 저항을 이용할 필요 없이, 배터리 팩의 과전류를 차단하기 위해 보호 목적으로 사용하는 퓨즈의 저항을 이용하여 배터리 팩의 전류를 측정함으로써, 배터리 분리 유닛의 부피를 줄이고 비용을 감소시킬 수 있는 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 션트 저항 및 퓨즈를 포함하는 종래의 전류 측정 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
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.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치가 전기 자동차(1)에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)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(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
BMS(20)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(도 4의 100)를 포함하거나 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치에 연결되어 동작할 수 있다. BMS(20)는 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(100)에 포함된 퓨즈를 이용하여 배터리의 충방전 전류 값을 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 배터리(10)의 저전압 및 과전압 상태와 같은 동작 이상 상태를 판단할 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
이하에서는 도2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 2은 션트 저항 및 퓨즈를 포함하는 종래의 전류 측정 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 전류 측정 소자에서는 전류를 측정하기 위해 션트 저항(170)에 전류가 흐를 때 발생하는 션트 저항(170) 양단의 전위차를 연산 증폭기(Operating Amplifier)와 같은 증폭부(120)를 통해 증폭시킨 후, 제어부(140)에서 배터리(150)의 충방전 전류를 측정한다.
예를 들면, 100u옴의 션트 저항(170)에 10A의 전류가 흐르면 옴의 법칙(V = I*R)에 의해 1mV의 전위차가 발생하며, 이를 증폭부(120)에 기 설정된 게인(gain)값을 곱한 만큼 증폭되어 출력된다. 반대로 출력 전압이 4.5V인 경우 기 설정된 게인(gain)값으로 나눠주면 0.045V라는 전위차를 알 수 있고, 옴의 법칙(V = I*R)에 의해 450A가 흐른다는 것을 알 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3를 참조하면, 션트 저항(170)을 이용하지 않고 배터리의 과전류로부터 회로를 보호하기 위해 사용되는 퓨즈(110)로 대체하여, 퓨즈(110)의 양단에 인가되는 전위차를 증폭부(120)를 통해 증폭시켜 제어부(140)를 통해 배터리(150)의 충방전 전류를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치에 대해서는 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(100)은 퓨즈(110), 증폭부(120), 온도 센싱부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제 될 수 있다.
퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(100)는 배터러의 전압을 측정하기 위해 설치 했던 션트 저항을 이용하지 않고, 배터리에서 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 사용하는 퓨즈의 저항을 이용하여 배터리의 전압을 측정할 수 있다.
퓨즈(110)는 배터리와 부하를 연결할 수 있고 배터리의 과전류가 흐르는 경우 회로를 단락 시켜 과전류로부터 부하를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 퓨즈(110) 자체 내에 있는 저항을 이용하여 션트 저항(170)을 대신하여 배터리의 전압을 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
일반적으로 퓨즈(110)의 저항이 션트 저항(170)보다 높다. 일 예로 션트 저항(170)은 100u옴, 퓨즈(110)의 저항은 400u옴일 수 있다. 그러나 이는 증폭부(120)의 기 설정된 값을 제어 함으로써 보완할 수 있다. 예를 들어 퓨즈(110)의 저항이 션트 저항(170) 보다 4배 큰 경우, 증폭부(120)에 기 설정된 값을 1/4배 낮춰줌으로써 보완할 수 있다. 이러한 보정을 통해 퓨즈(100)의 저항을 션트 저항(170)에 대체하여 사용할 수 있다. 이때, 퓨즈(110)는 비슷한 목적으로 각 부품을 연결하는 버스바(Busbar) 또는 전선의 길이에 대한 저항치를 사용할 수 있다.
증폭부(120)는 배터리(150)로부터 퓨즈(110)의 양단에 인가되는 전압을 증폭하는 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 증폭부(120)는 퓨즈(110)에 배터리의 전압이 인가되면 퓨즈(110)의 전압 값을 증폭부(120)에 기 설정된 값에 기반하여 이에 비례하여 퓨즈(110) 전압을 증폭할 수 있다. 이때, 증폭부(120)는 하나 이상의 연산 증폭기(Operating Amplifier)일 수 있다. 증폭부(120)가 하나 이상의 연산 증폭기로 구성되어 있는 경우, 퓨즈(110)의 양단에 전위차를 연산 증폭기에 기 설정되어 있는 게인(gain)값에 비례하여 퓨즈(110)의 전압을 증폭 시킬 수 있다.
온도 센싱부(130)는 퓨즈(110)의 온도를 측정하는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로 퓨즈(110)의 저항은 션트 저항(170)에 비해 온도에 따른 저항편차가 크다. 그러나 일반적으로 자동차 어플리케이션(Application)에서는 2개 이상의 전류센서가 사용되어 하나의 전류센서는 보조의 역할로써 높은 정확성이 요구되지 않는 경우도 있으며, 배터리(150)의 전류 측정은 보호 목적 보다 배터리의 잔존 용량을 계산하기 위한 소프트웨어 적인 부분이 크기 때문에, 소프트웨어에 따라 정확성에 대한 요구사항은 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 온도 센싱부(130)를 통해 퓨즈(110)의 온도를 측정하고, 측정된 퓨즈(110)의 온도 값을 제어부(140)에 전달함으로써, 제어부(140)에서 온도 센싱부(130)에서 측정된 퓨즈(110)의 온도 값을 바탕으로 퓨즈(110)의 저항 값을 산출 할 수 있도록 정보를 제공 할 수 있다.
제어부(140)는 퓨즈(110)의 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 전압 및 퓨즈(110)의 온도에 기반하여 배터리(150)의 충방전 전류를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 일 예로 제어부(140)는 전압 측정기능이 있는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit)일 수 있다.
제어부(140)는 온도 센싱부(130)에서 측정된 퓨즈의 온도 값을 통해 산출된 퓨즈의 전류를 캘리브레이션 할 수 있다. 제어부(140)는 퓨즈(110)의 저항 값 및 퓨즈(110)의 양단에 걸리는 전압 값에 기반하여 배터리(150)의 충방전 전류를 산출할 수 있으며, 온도 센싱부(130)를 통해 측정된 퓨즈(110)의 온도 값을 바탕으로 퓨즈(110)의 저항 값을 보정해 줌으로써 산출된 배터리(150)의 충방전 전류 값을 캘리브레이션 할 수 있다. 이와 같이, 제어부(140)는 온도 센싱부(130)로부터 측정된 퓨즈(110)의 온도 값을 바탕으로 퓨즈(110)의 저항 값을 산출하고, 산출된 퓨즈(110)의 저항 값과 증폭부(120)을 통해 증폭된 퓨즈(110)의 전압 값에 기반하여 퓨즈(110)를 통해 흐르는 배터리(150)의 충방전 전류를 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치(100)는 배터리(150)의 충방전 전류를 측정하고 과전류 발생시 배터리를 분리하는 배터리 분리 유닛에서 션트 저항(170)을 사용하지 않고, 퓨즈(110)로 배터리의 전류 값을 측정함으로써, 배터리 분리 유닛의 부피를 줄일 수 있고, 션트 저항(170)을 구비함으로 발생하는 비용을 절감하여 배터리 팩의 소형화를 이룰 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈를 이용한 전류 측정 방법이 시작되면, 먼저 퓨즈의 전압 값을 측정한다(S1100).
단계(S1100)에서 측정된 퓨즈의 전압 값은 증폭부를 통해 증폭부에 기 설정된 값에 비례하여 퓨즈의 전압 값을 증폭시키고(S1200), 온도 센싱부를 통해 퓨즈의 온도 값을 측정한다(S1300)
그리고 나서, 제어부가 온도 센싱부에 의해 측정된 퓨즈의 온도 값을 통해 퓨즈의 저항 값을 산출한다(S1400).
단계(S1100)에서 증폭된 퓨즈의 전압 값과 단계(S1400)에서 산출된 퓨즈의 저항 값에 기반하여 제어부에서 퓨즈의 전류 값을 산출한다(S1500).
전술한 퓨즈를 이용한 전류 측정 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100: 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치
110: 퓨즈
120: 증폭부
130: 온도 센싱부
140: 제어부
150: 배터리
160: 차량부하
170: 션트 저항

Claims (8)

  1. 하나 이상의 배터리 모듈들로 이루어진 배터리 팩에 연결되어 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈;
    상기 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압 및 상기 퓨즈의 온도에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 제어부; 및
    상기 퓨즈의 양단에 걸리는 전압을 증폭하는 증폭부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 증폭부를 통해 증폭된 상기 퓨즈의 전압에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하며,
    상기 증폭부는,
    상기 퓨즈의 저항값에 따라 전압 증폭율이 설정되는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈의 온도를 측정하는 온도 센싱부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센싱부를 통해 측정된 상기 퓨즈의 온도에 대응하는 상기 퓨즈의 저항 값을 이용하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    하나 이상의 연산증폭기(Operating Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 장치.
  5. 퓨즈의 전압을 측정하는 단계;
    제어부가 상기 전압 및 상기 퓨즈의 온도에 기반하여 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계; 및
    증폭부가 상기 퓨즈의 전압을 증폭하는 단계;를 포함하고,
    상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 증폭부를 통해 증폭된 상기 퓨즈의 전압에 기반하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 퓨즈의 전압을 증폭하는 단계는,
    상기 퓨즈의 저항값에 따라 상기 증폭부의 전압 증폭율이 설정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    온도 센싱부가 상기 퓨즈의 온도를 측정하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 온도 센싱부를 통해 측정된 상기 퓨즈의 온도에 대응하는 상기 퓨즈의 저항 값을 이용하여 상기 배터리의 충방전 전류를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    하나 이상의 연산증폭기(Operating Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    퓨즈를 이용한 전류 측정 방법.
KR1020160086983A 2016-07-08 2016-07-08 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법 Active KR102154379B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160086983A KR102154379B1 (ko) 2016-07-08 2016-07-08 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160086983A KR102154379B1 (ko) 2016-07-08 2016-07-08 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180006178A KR20180006178A (ko) 2018-01-17
KR102154379B1 true KR102154379B1 (ko) 2020-09-09

Family

ID=61026033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160086983A Active KR102154379B1 (ko) 2016-07-08 2016-07-08 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102154379B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018208754A1 (de) * 2018-06-04 2019-12-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Kraftfahrzeugbordnetz, Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kraftfahrzeugbordnetzes sowie Sicherungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeugbordnetz
DE102019102792B4 (de) 2019-02-05 2021-08-19 Auto-Kabel Management Gmbh Schmelzvorrichtung, Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug mit Schaltungsanordnung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001194394A (ja) * 1999-12-09 2001-07-19 Sagem Sa 導体を流れる電流を測定するための装置
US20100023286A1 (en) 2008-07-28 2010-01-28 Littelfuse, Inc. Intelligent fuse holder and circuit protection methods
JP2014092399A (ja) 2012-11-01 2014-05-19 Denso Corp 電流計測装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5583415A (en) * 1994-12-27 1996-12-10 Motorola, Inc. Apparatus for simulating high battery temperature for rechargeble battery systems
KR102007777B1 (ko) 2012-05-04 2019-08-06 에스케이이노베이션 주식회사 센싱 어셈블리의 과전류 차단을 위한 마운팅 된 일체형 퓨즈가 포함된 배터리 팩 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001194394A (ja) * 1999-12-09 2001-07-19 Sagem Sa 導体を流れる電流を測定するための装置
US20100023286A1 (en) 2008-07-28 2010-01-28 Littelfuse, Inc. Intelligent fuse holder and circuit protection methods
JP2014092399A (ja) 2012-11-01 2014-05-19 Denso Corp 電流計測装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180006178A (ko) 2018-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101998091B1 (ko) 션트저항을 이용한 전류 측정 장치
KR101678277B1 (ko) 스위치 열화 검출 장치 및 방법
KR101696160B1 (ko) 전압 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법
EP2911267A1 (en) Battery management system
US9373973B2 (en) Apparatus, system, and method of preventing battery rack damage by measuring current
US20110291481A1 (en) Power source apparatus with fuse-implemented over-current cut-off
US20160118819A1 (en) Security system for an accumulator battery module and corresponding method for balancing a battery module
KR20170004499A (ko) 배터리 팩의 전류 측정 방법
CN102315669A (zh) 车辆用的电源装置
JP5154076B2 (ja) 組電池ならびにそれを用いる電池モジュールおよびハイブリッド自動車
KR102154379B1 (ko) 퓨즈를 이용한 전류 측정 장치 및 방법
US20150180091A1 (en) Accumulator battery protected against external short-circuits
US20250192254A1 (en) Battery management system, battery pack, electric vehicle, and battery management method
KR101726775B1 (ko) 콤팩트한 회로 구조의 온도 감지 회로
KR102196351B1 (ko) 임베디드 모듈과 pcm을 이용한 배터리 보호장치
JP4553853B2 (ja) 車両用の電源装置
KR102818350B1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 관리 시스템 및 방법
KR102167922B1 (ko) 소모전류 균등화 시스템 및 방법
CN118922984A (zh) 电池包
KR20220009277A (ko) 무빙 플레이트를 포함하는 배터리 분리 유닛
Olson et al. Lithium-Ion Batteries for Electric and hybrid Electric Vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160708

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20190522

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20160708

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200420

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200818

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20200903

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20200903

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230627

Start annual number: 4

End annual number: 4