WO2019078559A1 - 배터리 온도 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 온도 검출 시스템 및 방법 Download PDF

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장호상
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a battery temperature detection system and method, and more particularly, to a battery temperature detection system and method that calculates a resistance value of a temperature sensing unit based on a magnitude of a voltage applied to a temperature sensing unit connected to a battery, And a battery temperature detection system and method capable of detecting the temperature of the battery connected to the temperature sensing unit based on the resistance value.
  • the secondary battery can be used as a single battery module by connecting a plurality of unit secondary battery cells in an environment requiring a high capacity such as an electric vehicle, an energy storage system, and an uninterruptible power supply.
  • a plurality of battery modules may be used in combination.
  • the battery module When a plurality of battery modules are used together, the battery module may overheat due to an abnormal operation such as an overcurrent and an overvoltage, which may cause the battery module to swell and be damaged.
  • an abnormal operation such as an overcurrent and an overvoltage
  • the conventional battery temperature detection system includes a temperature detection sensor 10 and a temperature detection sensor 10 for detecting the temperature of the battery module for each of a plurality of battery modules in order to solve the above- The temperature of the battery module was measured by installing the temperature measuring circuit 20 which measures the temperature value using the information sensed from the battery module.
  • the temperature measurement circuit 20 since the temperature measurement circuit 20 must be provided for each battery module, there is a problem that the volume of parts increases and the efficiency decreases and the cost increases.
  • the present inventors have found that a plurality of temperature detection sensors commonly use one reference resistor to detect the temperature of the battery module, A battery temperature detection system and a method that do not require a temperature measurement circuit have been developed.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a temperature sensor which is connected to at least one temperature sensing unit connected to each of at least one battery, Detecting a temperature of one or more batteries connected to the one or more temperature sensors based on the calculated resistance value, calculating a resistance value of each of the one or more temperature sensors based on the voltage value of the applied temperature detection voltage A battery temperature detection system and method.
  • a battery temperature detection system includes at least one temperature sensing unit connected to one or more batteries and a temperature sensing unit for connecting the at least one temperature sensing unit to a reference resistance, Detecting the temperature of the one or more batteries connected to the at least one temperature sensing unit based on the calculated resistance value, and calculating a resistance value of the one or more temperature sensing units based on the voltage value of the applied temperature sensing voltage, And a battery management system (BMS) for detecting the battery.
  • BMS battery management system
  • the battery temperature detection system performs multiplexing on the at least one temperature sensing unit, selects at least one temperature sensing unit of the at least one temperature sensing unit,
  • the BMS may include a switch interposed between the reference resistor and the temperature detection voltage source and controlling the supply of the temperature detection voltage from the temperature detection voltage source.
  • the BMS is connected to the at least one temperature sensing unit selected by the connection unit, the reference resistance and the temperature sensing voltage source, and at least one temperature sensing unit not selected from the connection unit is disconnected from the temperature sensing voltage source, If the connection unit does not select any temperature sensing unit, the switch unit may be controlled to shut off the reference resistance and the temperature detection voltage source.
  • the one or more temperature sensing units may each include one or more thermistors.
  • the reference resistor may be connected to a temperature sensing unit located at the foremost end of the at least one temperature sensing unit, and the at least one temperature sensing unit may be connected to the temperature sensing unit, To the sensing unit.
  • the BMS calculates a voltage value of the temperature detection voltage to be applied to the at least one temperature sensing unit connected based on the following Equation 1 when the reference resistance and the at least one temperature sensing unit are connected .
  • Vn is a voltage value of the temperature detection voltage to be applied to the nth temperature sensing unit
  • m is the number of the at least one temperature sensing unit connected
  • Rp is a resistance value of the reference resistance
  • RT is a resistance of the at least one temperature sensing unit Value sum
  • the sum of the resistance values from the nth temperature sensing unit to the mth temperature sensing unit and Vp is the sum of the resistance values of the temperature detection voltage
  • the BMS measures a voltage value of the temperature detection voltage applied to the at least one temperature sensing unit, and calculates a voltage value of the temperature detection voltage and a voltage value of the temperature detection voltage, The resistance value of the at least one temperature sensing unit can be calculated.
  • the BMS sequentially connects the reference resistance and the at least one temperature sensing unit when receiving the battery temperature detection request in a state where the reference resistance and the at least one temperature sensing unit are not connected,
  • the resistance values of the at least one temperature sensing unit connected to each other based on Equation (2) can be calculated.
  • Vn ' is a voltage value of the temperature detection voltage measured by the n-th temperature sensing unit
  • Rp is a resistance value of the reference resistor
  • a battery temperature detection method comprising: connecting a reference resistance to at least one temperature sensing unit connected to one or more batteries, respectively, to apply a temperature detection voltage to the at least one temperature sensing unit; Calculating a resistance value of the at least one temperature sensing unit based on a voltage value of the temperature sensing voltage applied to the sensing unit, and calculating a resistance value of the one or more batteries connected to the at least one temperature sensing unit based on the calculated resistance value And detecting the temperature.
  • the battery temperature detection method may include multiplexing the at least one temperature sensing unit, selecting one or more temperature sensing units of the at least one temperature sensing unit, and connecting the at least one temperature sensing unit to the reference resistance
  • the applying step may include controlling a switch part interposed between the reference resistor and the temperature detection voltage source to control supply of the temperature detection voltage from the temperature detection voltage source .
  • the applying step comprises connecting the selected one or more temperature sensing parts to the reference resistor and the temperature detection voltage source, wherein one or more unselected temperature sensing parts are disconnected from the temperature sensing voltage source, And if not, controlling the switch unit to cut off the reference resistance and the temperature detection voltage source.
  • the one or more temperature sensing units may each include one or more thermistors.
  • the reference resistor may be connected to a temperature sensing unit located at the foremost end of the at least one temperature sensing unit, and the at least one temperature sensing unit may be connected to the temperature sensing unit, To the sensing unit.
  • the calculating step may include calculating a voltage value of the temperature detection voltage to be applied to the at least one temperature sensing unit connected based on Equation (1) when the reference resistance and the at least one temperature sensing unit are connected, And a step of calculating the number of steps.
  • Vn is a voltage value of the temperature detection voltage to be applied to the nth temperature sensing unit
  • m is the number of the at least one temperature sensing unit connected
  • Rp is a resistance value of the reference resistance
  • RT is a resistance of the at least one temperature sensing unit Value sum
  • the sum of the resistance values from the nth temperature sensing unit to the mth temperature sensing unit and Vp is the sum of the resistance values of the temperature detection voltage
  • the calculating step may include: measuring a voltage value of the temperature detection voltage applied to the at least one temperature sensing unit, and comparing the voltage value of the measured temperature detection voltage with the voltage of the calculated temperature detection voltage And calculating a resistance value of the at least one temperature sensing unit based on the value of the at least one temperature sensing unit.
  • the calculating step may include sequentially connecting the reference resistor and the at least one temperature sensing unit when receiving the battery temperature detection request in a state where the reference resistance and the at least one temperature sensing unit are not connected, And calculating the resistance values of the at least one temperature sensing unit connected based on Equation (2) below.
  • Vn ' is a voltage value of the temperature detection voltage measured by the n-th temperature sensing unit
  • Rp is a resistance value of the reference resistor
  • a temperature sensing unit and a reference resistance are sequentially connected to each of the batteries to apply a temperature sensing voltage, and a resistance value of each temperature sensing unit is calculated based on the magnitude of the applied temperature sensing voltage. And the temperature of one or more batteries connected to each of the at least one temperature sensing unit can be detected based on the calculated resistance value.
  • the present invention uses one reference resistor connected to each of the temperature sensing units connected to each battery, so that there is no need to provide a temperature measuring circuit for each temperature sensing unit, and thus a pull- The use of resistors and capacitors can be reduced, thereby reducing the volume of the system and reducing costs.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional battery temperature detection system.
  • FIGS. 2 through 4 are schematic views of components of a battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing components of a battery temperature detection system 100 'according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of detecting a temperature of a battery using the battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6
  • FIGS. 2 through 4 are schematic views of components of a battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery temperature detection system 100 may include a temperature sensing unit 110 and a battery management system (BMS) 120 .
  • BMS battery management system
  • the battery temperature detection system 100 shown in Figs. 2 to 4 is according to one embodiment, and the components thereof are not limited to the embodiment shown in Figs. 2 to 4, and may be added, changed or deleted .
  • the temperature sensing unit 110 may be connected to one or more batteries and may detect the temperature of the connected battery.
  • the temperature sensing unit 110 may include one or more thermistors, respectively.
  • the thermistor is a semiconductor device in which various combinations of oxides such as manganese, nickel, copper, cobalt, chromium, and iron are mixed and sintered.
  • the thermistor may be an element having a characteristic that an electric resistance value varies with temperature. For example, a PTC (positive temperature coefficient thermistor) having a temperature and a resistance value proportional to a characteristic, a negative temperature coefficient thermistor (NTC) having a temperature and a resistance value inversely proportional to each other, and a CIR temperature resistor.
  • PTC positive temperature coefficient thermistor
  • NTC negative temperature coefficient thermistor
  • the temperature sensing unit 110 may include a PTC or NTC and may be configured to detect the temperature of the battery by selecting a temperature value that the BMS 120, described below, matches with the resistance value of the PTC or NTC. have.
  • the one or more temperature sensing portions 110 may be packaged together in a battery module or battery pack that includes a battery of the object whose temperature is to be measured.
  • the BMS 120 may calculate the resistance value of at least one temperature sensing unit 110 by applying a temperature detection voltage to at least one temperature sensing z 110 and may calculate the temperature of one or more batteries based on the calculated resistance value Can be detected.
  • the BMS may include a temperature measurement circuit 121 and a control unit 122.
  • the temperature measuring circuit 121 may be connected to at least one temperature sensing unit 110 to apply a temperature sensing voltage for temperature sensing to each temperature sensing unit 110, ). To this end, the temperature measurement circuit 121 may include a reference resistor 121a and a temperature detection voltage source 121b.
  • the reference resistor 121a may be connected to the temperature sensing unit 110 located at the foremost end of the at least one temperature sensing unit 110.
  • the at least one temperature sensing unit 110 may include a temperature sensing unit 110 And may be sequentially connected to the temperature sensing unit 110 located at the rearmost end.
  • the reference resistor 121a and one or more temperature sensing units 110 may be connected by a daisy chain connection scheme.
  • the switching element 123 may be provided between the reference resistor 121a and the at least one temperature sensing part 110 and the reference resistor 121a may be provided through the on / And one or more temperature sensing portions 110 may be interconnected and short-circuited. 4, the switching element 123 is shown as being interposed only between one or more temperature sensing portions 110. However, the present invention is not limited thereto, and the switching element 123 may be provided between the reference resistance 121a and the front end The temperature sensing unit 110 may be interposed.
  • the reference resistor 121a may be a pull-up resistor connected between the input / output terminal of the temperature measurement circuit 121 for temperature measurement and the temperature detection voltage source 121b, And may be connected to the sensing unit 110 to perform the distribution of the temperature detection voltage applied from the temperature detection voltage source 121b described later.
  • the temperature detection voltage source 121b may be connected to the reference resistor 121a and may output the temperature detection voltage to the at least one temperature sensing unit 110.
  • the temperature detection voltage may refer to a voltage applied to the at least one temperature sensing unit 110 to calculate the resistance value of the at least one temperature sensing unit 110, separately from the voltage output from the battery.
  • the temperature measurement circuit 121 may provide a voltage value of the temperature detection voltage, which is output from the temperature detection voltage source 121b and is applied to each of the one or more temperature sensing units 110, to the control unit 122 described below.
  • the temperature measurement circuit 121 may include an analog-to-digital converter (ADC) (not shown).
  • ADC analog-to-digital converter
  • the temperature measurement circuit 121 may convert a temperature detection voltage applied to one or more temperature sensing units 110 to an analog value through an ADC and provide the digital value to a control unit 122 to be described later.
  • the control unit 122 may calculate the resistance value of one or more temperature sensing units 110 based on the voltage value of the temperature detection voltage applied to each of the at least one temperature sensing unit 110 provided in the temperature measuring circuit 121 And can detect the temperature of one or more batteries connected to one or more temperature sensing units 110 respectively based on the calculated resistance value.
  • the control unit 122 controls the temperature detection unit 110 to be applied to one or more temperature sensing units 110 connected based on Equation (1)
  • the voltage value of the voltage can be calculated.
  • Vn is the voltage value of the temperature detection voltage to be applied to the nth temperature sensing unit 110
  • m is the number of one or more temperature sensing units 110 connected to each other
  • Rp is the resistance value of the reference resistor 121a
  • the sum of the resistance values of at least one temperature sensing unit 110 The sum of the resistance values from the nth temperature sensing unit 110 to the mth temperature sensing unit 110 and Vp is the sum of the resistance values of the temperature detection voltage 110
  • the controller 122 can measure the voltage value Vn 'of the temperature detection voltage applied to the at least one temperature sensing unit 110, and the voltage value Vn' of the measured temperature detection voltage, The resistance value Rn of at least one temperature sensing unit 110 can be calculated based on the voltage value Vn of the temperature detection voltage calculated through Equation (1).
  • control unit 122 measures the voltage value Vn 'of the temperature detection voltage by comparing the voltage value Vn' of the temperature detection voltage applied to each of the one or more temperature sensing units 110 from the temperature measurement circuit 121, May be provided.
  • the temperature detection output from the temperature detection voltage source 121b The voltage VP can be applied to the reference resistor 121a and the two temperature sensing portions 110-1 and 110-2.
  • the temperature measurement circuit 121 may provide the control unit 122 with the voltage values V1 'and V2' of the temperature detection voltage actually applied to the two temperature sensing units 110-1 and 110-2. At this time, the voltage values V1 'and V2' of the temperature detection voltage actually applied to the two temperature sensing units 110-1 and 110-2 may be 3V and 1V, respectively.
  • the controller 122 may calculate the voltage values V1 and V2 of the temperature detection voltage to be applied to the two temperature sensing units 110-1 and 110-2 using Equation (1).
  • the temperature detection unit 110- The voltage value V1 of the temperature detection voltage to be applied to the second temperature sensing unit 110-2 may be 5 (R1 + R2) / (10K? + R1 + R2)
  • the voltage value V2 of the voltage may be 5 * R2 / (10K? + R1 + R2).
  • the controller 122 may detect the temperature of the battery connected to the temperature sensing unit 110 based on the calculated resistance value Rn of the temperature sensing unit 110. For example, when the temperature sensing unit 110 includes a PTC, the BMS 120 empirically measures a resistance value according to a temperature of the PTC, and the measured resistance value matches a temperature value, Or as a look-up table. Thereafter, the controller 122 may calculate the resistance value of the temperature sensing unit 110 including the PTC, and select the temperature value matching the calculated resistance value in the pre-stored data table or the lookup table, The temperature of the battery connected to the battery 110 can be detected. However, the present invention is not limited thereto, and any method of calculating the temperature using the resistance value can be applied. For example, when at least one temperature sensing unit 110 includes a thermistor, the temperature can be detected by substituting the resistance value into a temperature calculation formula that takes into account the components of the thermistor.
  • one or more temperature sensing portion 110 and reference resistor 121a may be unconnected.
  • the control unit 122 receives the battery temperature detection request in a state where the reference resistance 121a and the at least one temperature sensing unit 110 are not connected, the control unit 122 controls the reference resistance 121a and one or more temperatures And the sensing unit 110 may be sequentially connected to calculate the resistance value of one or more temperature sensing units 110 connected based on Equation (2).
  • Vn ' is the voltage value of the temperature detection voltage measured by the n-th temperature sensing unit 110
  • Rp is the voltage value of the temperature sensing unit 110
  • the control unit 122 controls the reference resistance 121a and the temperature sensing unit Thereby connecting the portion 110
  • the battery temperature detection request may be performed when the user of the battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention desires to detect the temperature of the battery, or when the external system desires to obtain temperature information as state information of the battery May refer to a signal to be output.
  • the control unit 122 controls the switching element (not shown) interposed between the reference resistor 121a and the temperature sensing unit 110 located at the forefront to control the reference resistor 121a and the It is possible to connect the temperature sensing unit 110 located at the front end and calculate the resistance value R1 of the temperature sensing unit 110 located at the foremost stage using Equation (2).
  • the resistance value RP of the reference resistor 121a is 10K
  • the voltage value VP of the temperature detection voltage is 5V
  • the resistance value R1 of the temperature sensing portion 110 located at the foremost end is (2.5V * 10K?) / (5V - 2.5V) when the voltage value V1 ' Lt; / RTI >
  • the controller 122 controls the temperature sensing unit 110 disposed between the second temperature sensing unit 110 and the first temperature sensing unit 110
  • the switching element 123 is controlled to connect the second temperature sensing unit 110 to the first temperature sensing unit 110 and the temperature sensing unit 110 positioned at the second position using Equation (2)
  • the resistance value R2 can be calculated. For example, when the voltage value V2 'of the temperature detection voltage applied to the second temperature sensing unit 110 is 1 V, the calculated resistance value R2 of the temperature sensing unit 110 located at the second position is 1V * (10K? + 10K?) / (5V - 1V).
  • the control unit 122 may calculate the resistance value of the temperature sensing unit 110 located at the rearmost position by the above-described method, calculate the resistance value of the temperature sensing unit 110 located at the rearmost end, And the at least one temperature sensing unit 110 can be changed to the off state.
  • a battery temperature detection system 100 ' accordinging to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a view schematically showing components of a battery temperature detection system 100 'according to another embodiment of the present invention.
  • a battery temperature detection system 100 ' according to another embodiment of the present invention includes a connection unit 130 (not shown) for connecting a battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. ) May be additionally provided.
  • connection unit 130 may perform multiplexing with respect to one or more temperature sensing units 110 and may select any one or more temperature sensing units 110 of the at least one temperature sensing unit 110 to generate reference resistors 121a ).
  • the connection unit 130 may be a multiplexer capable of multiplexing.
  • the multiplexing may mean that multiple signals or information streams are simultaneously transmitted in the form of a single composite signal, and that the signals are restored to separate signals on the receiving side.
  • connection unit 130 may be connected to at least one temperature sensing unit 110.
  • the connection unit 130 may be connected to at least one of the one or more temperature sensing units 110 based on the control of the controller 122. [ (110) and selectively connect them.
  • the BMS 120 is connected to the at least one temperature sensing unit 110 selected by the connection unit 130 and the reference resistance 121a and the temperature sensing voltage source 121b, Can be disconnected from the temperature detection voltage source 121b. Also, the BMS 120 may cut off the connection between the reference resistor 121a and the temperature detection voltage source 121b when the connection unit 130 does not select any temperature sensing unit. To this end, the BMS 120 further includes a switch unit 121c interposed between the reference resistor 121a and the temperature detection voltage source 121b and capable of controlling the supply of the temperature detection voltage from the temperature detection voltage source 121b can do.
  • the control unit 122 controls the connection unit 130 to detect a temperature It is possible to connect the sensing unit 110 and the reference resistor 121a and apply the temperature detection voltage to the temperature sensing unit 110 connected thereto. At this time, the resistance value Rn of the connected temperature sensing unit 110 can be calculated using the voltage value VP of the temperature detection voltage, the resistance value RP of the reference resistance 121a, and the voltage distribution law.
  • the resistance value RP of the reference resistor 121a is 10K
  • the voltage VP of the temperature detection voltage is 5V
  • the temperature detection applied to the temperature sensing part 110 connected through the connection part 130 When the voltage value Vn 'of the voltage is 2.5 V, it is possible to calculate that the resistance value Rn of the temperature sensing part 110 connected through the voltage division law is 10 K ?.
  • a battery temperature detection method using the battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of detecting a temperature of a battery using the battery temperature detection system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6
  • a reference resistance is connected to at least one temperature sensing unit (S110), and a temperature sensing voltage is applied to the connected reference resistance and at least one temperature sensing unit (S120). Then, in step S120, a voltage value of the temperature detection voltage applied to one or more temperature sensing units is measured (S130), and a voltage value of a temperature detection voltage to be applied to one or more temperature sensing units is calculated using Equation (1) .
  • the resistance value of at least one temperature sensing unit is calculated through the voltage value of the temperature detection voltage applied to the at least one temperature sensing unit measured in step S130 and the voltage value of the temperature sensing voltage to be applied to the at least one temperature sensing unit calculated in step S140 (S150) and detects the temperature of the battery connected to one or more temperature sensing units by selecting a temperature value matched with the calculated resistance value (S160)

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Abstract

본 발명은 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리와 연결된 온도 감지부에 인가되는 전압의 크기에 기초하여 온도 감지부의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값을 기반으로 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 온도 검출 시스템 및 방법
본 출원은 2017년 10월 16일자 한국 특허 출원 제10-2017-0133982호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리와 연결된 온도 감지부에 인가되는 전압의 크기에 기초하여 온도 감지부의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값을 기반으로 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량을 필요로 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 복수 개 접합함으로써 하나의 배터리 모듈로 사용할 수 있으며, 경우에 따라 배터리 모듈을 복수 개 접합하여 사용할 수 있다.
복수의 배터리 모듈을 함께 사용하는 경우, 과전류 및 과전압 등과 같은 이상 동작으로 인해 배터리 모듈이 과열되고, 이로 인해 배터리 모듈이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 복수 개의 접합되어 사용되는 경우 항상 각 개별 모듈의 전압, 전류 및 온도를 측정 및 검출함으로써, 배터리 모듈에 이상이 발생하는 것을 방지할 필요성이 필요하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 온도 검출 시스템은, 상술된 문제를 해결하기 위하여 같이 복수의 배터리 모듈마다 배터리 모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 센서(10)와 온도 검출 센서(10)로부터 센싱된 정보를 이용하여 온도값을 측정하는 포함하는 온도 측정 회로(20)를 각각 설치함으로써, 배터리 모듈의 온도를 각각 측정하였다. 그러나 종래의 배터리 온도 검출 시스템은 배터리 모듈마다 온도 측정 회로(20)를 설치해야 하기 때문에 부품의 부피가 증가하여 효율을 떨어뜨리고, 비용을 증가시킨다는 문제가 있다.
이에, 본 발명자는 종래의 배터리 온도 검출 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 복수의 온도 검출 센서가 하나의 기준 저항을 공통으로 사용하여 배터리 모듈의 온도를 검출함으로써, 배터리 모듈에 연결된 온도검출 센서마다 온도 측정 회로를 구비할 필요성이 없는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법을 개발하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 하나 이상의 배터리의 온도를 측정하기 위해 하나 이상의 배터리마다 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 하나 이상의 온도 검출 전압을 인가하고, 인가된 온도 검출 전압의 전압값에 기반하여 하나 이상의 온도 감지부 각각의 저항값을 산출하며, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 하나 이상의 배터리들의 온도를 검출할 수 있는 배터리 온도 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템은, 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부 및 상기 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키고, 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하며, 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 온도 검출 시스템은, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있으며, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 온도 검출 전압원 사이에 개재되며, 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 스위치부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 연결부가 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 상기 연결부로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 상기 연결부가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시킬 수있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 저항은, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결될 수 있으며, 상기 하나 이상의 온도 감지부는, 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2018012110-appb-I000001
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
Figure PCTKR2018012110-appb-I000002
는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출할 수 있다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2018012110-appb-I000003
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
Figure PCTKR2018012110-appb-I000004
는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure PCTKR2018012110-appb-I000005
=0)
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 방법은, 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키는 단계, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계 및 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 온도 검출 방법은, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 인가시키는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이에 개재되는 스위치부를 제어하여 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인가시키는 단계는, 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 저항은, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결될 수 있으며, 상기 하나 이상의 온도 감지부는, 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2018012110-appb-I000006
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
Figure PCTKR2018012110-appb-I000007
는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2018012110-appb-I000008
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
Figure PCTKR2018012110-appb-I000009
는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure PCTKR2018012110-appb-I000010
=0)
본 발명은 배터리의 온도를 측정하기 위해 배터리마다 각각 연결된 온도 감지부와 기준 저항을 순차적으로 연결하여 온도 검출 전압을 인가하고, 인가된 온도 검출 전압의 크기에 기반하여 온도 감지부 각각의 저항값을 산출하며, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 하나 이상의 배터리들의 온도를 검출할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 배터리마다 각각 연결된 온도 감지부가 하나의 기준 저항을 공유하여 사용함으로써, 각각의 온도 감지부마다 온도 측정 회로를 구비할 필요성이 없어 온도 측정 회로에 사용되는 풀 업(Pull-up)저항 및 커페시터(Capacitor)의 사용을 줄일 수 있으며, 이에 따라 시스템의 부피를 감소시킬 수 있고, 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 온도 검출 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용하여 배터리의 온도를 검출하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)은 온도 감지부(110) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS, 120)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 내지 4에 도시된 배터리 온도 검출 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 내지 4에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
먼저, 온도 감지부(110)는 하나 이상의 배터리와 각각 연결될 수 있고, 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(110)는 하나 이상의 서미스터(Thermistor)를 각각 포함할 수 있다.
서미스터는 망간, 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물을 각종 조합시켜 혼합 소결한 반도체 소자로써, 온도에 따라 전기 저항값이 변화하는 특성을 가지는 소자일 수 있다. 예를 들어, 온도와 저항값이 비례 특성을 가지는 PTC(positive temperature coefficient thermistor), 온도와 저항값이 반비례 특성을 가지는 내려가는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 및 특정 온도에서 저항값이 급변하는 CIR(critical temperature resistor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 감지부(110) PTC 또는 NTC를 포함할 수 있으며, 후술되는 BMS(120)가 PTC 또는 NTC의 저항값과 매칭되는 온도값을 선택함으로써, 배터리의 온도를 검출하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 온도 감지부(110)는 온도를 측정하고자 하는 대상의 배터리를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 함께 패키징될 수 있다.
BMS(120)는 하나 이상의 온도 감지z(110)에 온도 검출 전압을 인가시켜 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 이를 위해, BMS는 온도 측정 회로(121) 및 제어부(122)를 포함할 수 있다.
온도 측정 회로(121)는 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결되어 각각의 온도 감지부(110)마다 온도 검출을 위한 온도 검출 전압을 인가시킬 수 있고, 인가된 전압값을 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 온도 측정 회로(121)는 기준 저항(121a) 및 온도 검출 전압원(121b)를 포함할 수 있다.
기준 저항(121a)은 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 최전단에 위치한 온도 감지부(110)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 온도 감지부(110)는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)부터 최후단에 위치한 온도 감지부(110)까지 순차적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)는 데이지 체인(Daisy Chain) 결선 방식으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110) 사이에는 각각 스위칭소자(123)가 구비될 수 있고, 스위칭소자(123)의 온/오프 제어를 통해 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)는 상호 연결 및 단락될 수 있다. 도 4에서 스위칭소자(123)는 하나 이상의 온도 감지부(110) 사이에만 개재되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고, 하나 이상의 온도 감지부(110)사이 뿐만 아니라 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)사이에도 개재될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 저항(121a)은 온도 측정을 위한 온도 측정 회로(121)의 입출력 단자와 온도 검출 전압원(121b)사이에 접속되는 풀업저항(Pull-up resistor)일 수 있으며, 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결되어 후술되는 온도 검출 전압원(121b)에서 인가되는 온도 검출 전압의 배분을 수행할 수 있다.
온도 검출 전압원(121b)은 기준 저항(121a)과 연결될 수 있으며, 온도 검출 전압을 출력하여 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가할 수 있다.
여기서, 온도 검출 전압은 배터리로부터 출력되는 전압과는 별도로, 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가하여 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출하기 위해 인가되는 전압을 의미할 수 있다.
온도 측정 회로(121)는 온도 검출 전압원(121b)에서 출력되어 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값을 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정 회로(121)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC, 미도시)를 포함할 수 있다. 온도 측정 회로(121)는 ADC를 통해 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가되는 온도 검출 전압을 디지털 값으로 변환하여 후술되는 제어부(122)에 제공할 수 있다.
제어부(122)는 온도 측정 회로(121)에서 제공되는 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부(110)와 각각 연결된 하나 이상의 배터리의 온도를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2018012110-appb-I000011
여기서, Vn은 n번째 온도 감지부(110)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 개수, Rp는 기준 저항(121a)의 저항값, RT는 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값 총합,
Figure PCTKR2018012110-appb-I000012
는 n번째 온도 감지부(110)부터 m번째 온도 감지부(110)까지의 저항값 총합 및 Vp는 온도 검출 전압의 전압값
또한, 제어부(122)는 하나 이상의 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 각각 측정할 수 있고, 측정된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')과 상술된 수학식 1을 통해 산출된 온도 검출 전압의 전압값(Vn)을 기반으로 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)을 산출할 수 있다.
여기서, 제어부(122)가 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 측정한다는 것은 온도 측정 회로(121)로부터 하나 이상의 온도 감지부(110)마다 각각 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(Vn')을 제공 받는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 기준 저항(121a)과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)가 순차적으로 연결된 경우, 온도 검출 전압원(121b)에서 출력-되는 온도 검출 전압(VP)이 기준 저항(121a)과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 수 있다. 온도 측정 회로(121)는 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')을 제어부(122)에 제공할 수 있다. 이때, 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')이 각각 3V 및 1V일 수 있다. 또한, 제어부(122)는 상술된 수학식 1을 이용하여 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1 및 V2)을 산출할 수 있다. 여기서, 기준 저항(121a)의 저항값(Rp)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압원(121b)에서 출력되는 온도 검출 전압의 전압값(Vp)이 5V인 경우, 최전단에 위치한 온도 감지부(110-1)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1)은 5(R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)가 될 수 있고, 두번째에 위치한 온도 감지부(110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V2)은 5*R2/(10KΩ+ R1 + R2)가 될 수 있다.
이때, 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 실제로 인가되는 온도 검출 전압의 전압값(V1' 및 V2')과 2개의 온도 감지부(110-1 및 110-2)에 인가될 온도 검출 전압의 전압값(V1 및 V2)이 같은 값을 가져야 하기 때문에, '3V = (R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)'및'1V = 5*R2/(10KΩ+ R1 + R2)'의 두 개의 식이 산출될 수 있다.
제어부(122)는 산출된 두 개의 식을 연립 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(122)는 첫번째 식인 '3V = (R1 + R2)/(10KΩ+ R1 + R2)'을 통해 'R1= 15-R-2'를 산출할 수 있고, 이를 두번째 식에 대입함으로써 R1 및 R2의 값을 10KΩ 및 5KΩ로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(122)는 산출된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)을 기반으로 온도 감지부(110)와 연결된 배터리의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(110)가 PTC를 포함하는 경우, BMS(120)는 PTC의 온도에 따른 저항값을 실험적으로 측정하고, 측정된 저항값은 온도값와 매칭하여 데이터 테이블(data table) 또는 룩업 테이블(Look-up table)로 저장할 수 있다. 이후, 제어부(122)는 PTC를 포함하는 온도 감지부(110)의 저항값을 산출할 수 있고, 산출된 저항값과 매칭되는 온도값을 기 저장된 데이터 테이블 또는 룩업 테이블 내에서 선택함으로써 온도 감지부(110)와 연결된 배터리의 온도값을 검출할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 저항값을 이용하여 온도를 산출하는 어떠한 방식이든 적용될 수 있다. 예를 들어서, 하나 이상의 온도 감지부(110)가 서미스터를 포함하는 경우, 서미스터의 성분을 고려한 온도 산출식에 상기 저항값을 대입함으로써 온도를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a)은 연결되지 않은 상태일 수 있다. 이때, 제어부(122)가 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 하나 이상의 온도 감지부(110)의 저항값을 각각 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2018012110-appb-I000013
여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값, Vp는 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부(110)에서 측정되는 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 기준 저항(121a)의 저항값 및
Figure PCTKR2018012110-appb-I000014
는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)부터 n-1번째 온도 감지부(110)까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
Figure PCTKR2018012110-appb-I000015
=0)
예를 들어, 기준 저항(121a)과 하나 이상의 온도 감지부(110)가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 제어부(122)는 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결시킬 수 있다
여기서, 배터리 온도 검출 요청은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)의 사용자가 배터리의 온도를 검출하고자 하는 경우 또는 외부 시스템에서 배터리의 상태 정보로써 온도 정보를 획득하고자 하는 경우에 출력하는 신호를 의미할 수 있다.
제어부(122)는 배터리 온도 검출 요청이 입력되는 경우, 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)사이에 개재된 스위칭소자(미도시)를 제어하여 기준 저항(121a)과 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결할 수 있고, 상술된 수학식 2를 이용하여 최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 기준 저항(121a)의 저항값(RP)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압의 전압값(VP)이 5V이며, 온도 측정 회로(121)에서 측정되는 최전단에 위치한 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(V1')이 2.5V인 경우, 최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)은 (2.5V * 10KΩ) / (5V - 2.5V)으로 10KΩ이 될 수 있다.
최전단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R1)이 산출된 후, 제어부(122)는 두번째에 위치한 온도 감지부(110)와 최전단에 위치한 온도 감지부(110) 사이에 개재된 스위칭소자(123)를 제어하여 두번째에 위치한 온도 감지부(110)와 최전단에 위치한 온도 감지부(110)를 연결하고, 상술된 수학식 2를 이용하여 두번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R2)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 두번째에 위치한 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(V2')이 1V인 경우, 산출된 두번째에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값(R2)은 (1V* (10KΩ+ 10KΩ)) / (5V - 1V)으로 5KΩ이 될 수 있다. 제어부(122)는 상술된 방법으로 최후단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값까지 산출할 수 있고, 최후단에 위치한 온도 감지부(110)의 저항값을 산출한 이후 기준 저항(121a)와 하나 이상의 온도 감지부(110)의 연결 상태를 오프 상태로 변경할 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)은 도 2 내지 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)에 연결부(130)를 추가로 구비할 수 있다.
연결부(130)는 하나 이상의 온도 감지부(110)에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행할 수 있으며, 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 어느 하나 이상의 온도 감지부(110)를 선택하여 기준 저항(121a)과 연결할 수 있다. 일 예로, 연결부(130)는 멀티플렉싱이 가능한 멀티플렉서(Multiplexer)일 수 있다.
여기서, 멀티플렉싱이란 다중 신호나 정보 스트림을 단일 복합신호의 형태로 동시에 보내고, 수신 측에서 별개의 신호들로 복원하는 것을 의미할 수 있다.
연결부(130)의 입력 단자는 하나 이상의 온도 감지부(110)와 연결될 수 있으며, 연결부(130)는 제어부(122)의 제어에 기초하여 하나 이상의 온도 감지부(110) 중 어느 하나 이상의 온도 감지부(110)를 선택하여 선택적으로 연결할 수 있다.
BMS(120)는 연결부(130)가 선택한 하나 이상의 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a) 및 온도 검출 전압원(121b) 연결하되, 연결부(130)로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부(110)는 온도 검출 전압원(121b)과 단절시킬 수 있다. 또한, BMS(120)는 연결부(130)가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 기준 저항(121a)과 온도 검출 전압원(121b) 사이를 차단시킬 수 있다. 이를 위해 BMS(120)는 기준 저항(121a)과 온도 검출 전압원(121b) 사이에 개재되며, 온도 검출 전압원(121b)에서 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어할 수 있는 스위치부(121c)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100`)에서 제어부(122)는 외부로부터 배터리 온도 검출 요청이 입력되는 경우, 연결부(130)를 제어하여 온도를 검출하고자 하는 배터리와 연결된 온도 감지부(110)와 기준 저항(121a)을 연결하고, 연결된 온도 감지부(110)에 온도 검출 전압을 인가할 수 있다. 이때, 연결된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)은, 온도 검출 전압의 전압값(VP), 기준 저항(121a)의 저항값(RP) 및 전압 분배 법칙을 이용하여 산출될 수 있다. 예를 들어, 기준 저항(121a)의 저항값(RP)이 10KΩ이고, 온도 검출 전압의 전앖값(VP)이 5V이며, 연결부(130)를 통해 연결된 온도 감지부(110)에 인가된 온도 검출 전압의 전압값(Vn')이 2.5V인 경우, 전압 분배 법칙을 통해 연결된 온도 감지부(110)의 저항값(Rn)은 10KΩ인 것을 산출할 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용한 배터리 온도 검출 방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 검출 시스템(100)을 이용하여 배터리의 온도를 검출하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 기준 저항과 하나 이상의 온도 감지부 연결하고(S110), 연결된 기준 저항 및 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가한다(S120). 이후, S120단계에서 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 온도 검출 전압의 전압값 측정하고(S130), 수학식 1을 이용하여 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 온도 검출 전압의 전압값 산출한다(S140).
S130단계에서 측정된 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 온도 검출 전압의 전압값과 S140단계에서 산출된 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 온도 검출 전압의 전압값을 통해 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하고(S150), 산출된 저항값과 매칭된 온도값을 선택함으로써 하나 이상의 온도 감지부와 연결된 배터리의 온도를 검출한다(S160)
전술한 배터리 온도 검출 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.
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.

Claims (16)

  1. 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부; 및
    상기 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키고, 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하며, 산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 온도 검출 시스템은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 연결부;를 더 포함하며,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 온도 검출 전압원 사이에 개재되며, 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 연결부가 선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원을 연결하되, 상기 연결부로부터 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 상기 연결부가 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor);를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 저항은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결되며,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는,
    상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
    <수학식 1>
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000016
    여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000017
    는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 시스템.
    <수학식 2>
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000018
    여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000019
    는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000020
    =0)
  9. 하나 이상의 배터리와 각각 연결된 하나 이상의 온도 감지부와 기준 저항을 연결하여 상기 하나 이상의 온도 감지부에 온도 검출 전압을 인가시키는 단계;
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값에 기초하여 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 저항값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부와 각각 연결된 상기 하나 이상의 배터리의 온도를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 온도 검출 방법은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 대한 멀티플렉싱(Multiplexing)을 수행하며, 상기 하나 이상의 온도 감지부 중 어느 하나 이상의 온도 감지부를 선택하여 상기 기준 저항과 연결하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 인가시키는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이에 개재되는 스위치부를 제어하여 상기 온도 검출 전압원에서 상기 온도 검출 전압이 공급되는 것을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인가시키는 단계는,
    선택한 상기 하나 이상의 온도 감지부와 상기 기준 저항 및 상기 온도 검출 전압원 연결하되, 선택되지 않은 하나 이상의 온도 감지부는 상기 온도 검출 전압원과 단절시키며, 어떠한 온도 감지부도 선택하지 않는 경우, 상기 스위치부를 제어하여 상기 기준 저항과 상기 온도 검출 전압원 사이를 차단시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는 하나 이상의 서미스터(Thermistor);를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기준 저항은,
    상기 하나 이상의 온도 감지부 중 최전단에 위치한 온도 감지부와 연결되며,
    상기 하나 이상의 온도 감지부는,
    상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 최후단에 위치한 온도 감지부까지 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결된 경우, 하기의 수학식 1에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
    <수학식 1>
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000021
    여기서, Vn은 n번째 온도 감지부에 인가될 상기 온도 검출 전압의 전압값, m은 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 개수, Rp는 상기 기준 저항의 저항값, RT는 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값 총합,
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000022
    는 n번째 온도 감지부부터 m번째 온도 감지부까지의 저항값 총합 및 Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 하나 이상의 온도 감지부에 인가된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 각각 측정하고, 측정된 상기 온도 검출 전압의 전압값과 산출된 상기 온도 검출 전압의 전압값을 기반으로 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부가 연결되지 않은 상태에서 배터리 온도 검출 요청을 수신하는 경우, 상기 기준 저항과 상기 하나 이상의 온도 감지부를 순차적으로 연결하고, 하기의 수학식 2에 기반하여 연결된 상기 하나 이상의 온도 감지부의 저항값을 각각 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 온도 검출 방법.
    <수학식 2>
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000023
    여기서 Rn은 n번째에 위치한 온도 감지부의 저항값, Vp는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Vn'은 n번째 온도 감지부에서 측정되는 상기 온도 검출 전압의 전압값, Rp는 상기 기준 저항의 저항값 및
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000024
    는 상기 최전단에 위치한 온도 감지부부터 n-1번째 온도 감지부까지의 저항값 총합(단, n=1인 경우
    Figure PCTKR2018012110-appb-I000025
    =0)
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