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JP2020521963A - 電圧測定装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

電圧測定装置及び方法が提供される。本発明による電圧測定装置は、バッテリーモジュールに含まれた複数の二次電池それぞれの両端にかかった電圧を測定する装置である。バッテリーモジュールはバスバーをさらに含む。バスバーは複数の二次電池のうち一つの負極端子とバッテリーモジュールの負極端子との間に電気的に連結される。電圧測定装置は、複数の二次電池それぞれの両端と電気的に連結されて複数の二次電池それぞれの両端電圧を受信する複数の電圧入力端子を含む。複数の電圧入力端子のうち一つは、第１基準接地から電気的に分離される基準電圧入力端子である。基準電圧入力端子は、バスバーの一端と連結された第２基準接地と電気的に連結され、第２基準接地に印加された電圧を受信する。

Description

本発明は、電圧測定装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーモジュールに含まれた二次電池の電圧を測定するための装置及び方法に関する。
本出願は、２０１７年１２月１４日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１７２４９１号に基づく優先権を主張し、上記出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池及びリチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いというなどの長所から脚光を浴びている。
バッテリーパックは多様な分野で用いられるが、電気駆動車両またはスマートグリッドシステムのように大きい容量を要する場合が多い。バッテリーパックの容量を増加するためには、二次電池、すなわちバッテリーセル自体の容量を増加させる方法があり得るが、この場合、容量増大の効果が大きくなく、二次電池のサイズ拡張に物理的な制限があるという短所を有する。したがって、通常は多数のバッテリーモジュールを直列及び並列で連結したバッテリーパックが広く用いられる。
このようなバッテリーパックは、バッテリーモジュールを管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を含む場合が多い。さらに、ＢＭＳは、バッテリーモジュールの温度、電圧及び電流などをモニタリングし、モニタリングしたバッテリーモジュールの状態に基づいてバッテリーパックのバランシング動作、冷却動作、充電動作または放電動作などを制御する。例えば、複数の二次電池がバッテリーモジュールに備えられる場合、ＢＭＳは、複数の二次電池の電圧を測定し、測定された二次電池の電圧に基づいて各二次電池のＤＣＩＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）及びＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を推定するようになる。
従来の電圧測定技術の場合、測定の便宜性のため、電圧測定の基準電位とＢＭＳ内の構成要素の動作電位とを同電位にして各二次電池の電圧を測定する技術が使われた。
しかし、従来の電圧測定装置の場合、バッテリーパックに備えられた充放電経路を流れる充放電電流が、充放電経路ではなく、ＢＭＳ内部の構成要素に流れて二次電池の測定電圧値に誤差が発生し、ＤＣＩＲ、ＳＯＣ及びＳＯＨの推定値に誤差が発生する問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールに備えられた各二次電池の電圧を測定する過程で電圧測定の誤差を減らして、電圧測定の信頼性を向上させることができる装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様による電圧測定装置は、正極端子、負極端子、正極端子と負極端子との間に順次に直列で連結される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと連結されて、複数の二次電池それぞれの電圧を測定するための装置である。電圧測定装置は、複数の二次電池それぞれの両端と電気的にそれぞれ連結されて複数の二次電池それぞれの両端電圧を受信する複数の電圧入力端子、及びバッテリーモジュールの負極端子と電気的に連結された第１基準接地と電気的に連結される第１接地端子を含む測定部と、測定部から複数の二次電池それぞれの両端電圧を受信し、第１基準接地と電気的に連結された第２接地端子を含む制御部とを含む。複数の電圧入力端子のうち一つは、バスバーの一端と連結された第２基準接地と電気的に連結され、第２基準接地に印加された電圧を受信する基準電圧入力端子である。基準電圧入力端子は、第１基準接地とは異なる基準電位を有するように、第１基準接地から電気的に分離される。
制御部は、複数の二次電池のうち少なくとも一つの両端電圧を用いて、複数の二次電池のうち少なくとも一つの直流内部抵抗を演算するように構成され得る。
基準電圧入力端子は、第１線路を通じて第２基準接地と電気的に連結される。第１基準接地は、第１線路とは電気的に分離された第２線路を通じて、バッテリーモジュールの負極端子と電気的に連結され得る。
基準電圧入力端子は、バスバーの一端と連結された第２基準接地に印加された電圧を基準電位として有し得る。第１基準接地は、バスバーの他端と連結されたバッテリーモジュールの負極端子に印加された電圧を基準電位として有し得る。
第１線路と第２線路とは、印刷回路基板上で相互電気的に分離され得る。
第１線路及び第２線路は、充放電電流が流れないように構成され得る。
本発明の他の態様による電圧測定装置は、正極端子、負極端子、正極端子と負極端子との間に順次に直列で連結される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと連結されて、複数の二次電池それぞれの電圧を測定するための装置である。電圧測定装置は、複数の二次電池それぞれの両端と電気的にそれぞれ連結されて複数の二次電池それぞれの両端電圧を受信する複数の電圧入力端子、及びバッテリーモジュールと連結された電流センサの両端とそれぞれ連結されて電流センサの両端電圧を受信する複数の電流測定端子を含む測定部と、測定部から同じ測定時刻で測定された複数の二次電池それぞれの両端電圧及び電流センサの両端電圧を受信して、複数の二次電池それぞれの両端電圧に基づいて複数の二次電池それぞれの電圧値を算出し、電流センサの両端電圧を用いて電流値を算出するように構成される制御部とを含む。複数の電圧入力端子のうち一つは、第１基準接地と異なる基準電位を有するように、第１基準接地から電気的に分離される基準電圧入力端子である。基準電圧入力端子は、バスバーの一端と連結された第２基準接地と電気的に連結されて第２基準接地に印加された電圧を受信する。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックは、電圧測定装置を含む。
本発明のさらに他の態様による方法は、正極端子、負極端子、正極端子と負極端子との間に順次に直列で連結される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと連結される電圧測定装置を用いて、複数の二次電池それぞれの電圧を測定するための方法である。方法は、バッテリーモジュールの負極端子と電気的に連結されて第１基準電位を有する第１基準接地とは電気的に分離された第２基準接地に連結される基準電圧入力端子に印加される電圧を第２基準電位にして、複数の二次電池それぞれの両端電圧を受信する段階と、複数の二次電池それぞれの両端電圧のうち少なくとも一つを用いて、複数の二次電池のうち少なくとも一つの直流内部抵抗を演算する段階とを含む。
本発明の態様によれば、電圧測定のための基準電位と電圧測定装置の動作のための基準電位とが電気的に分離されて相異なる電位を有するようになる。また、電圧測定が行われる過程で充放電経路を通じて流れる充放電電流が電圧測定装置内に流れなくなる。したがって、電圧測定過程で電圧測定の信頼性を向上させることができる。
外にも本発明は他の多様な効果を有し、このような本発明の他の効果は下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明確に理解されるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例による電圧測定装置とバッテリーパックの一部構成要素との間の連結構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による電圧測定装置を含む印刷回路基板とバッテリーパックの充放電経路との間の連結構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による電圧測定装置が二次電池の内部抵抗を演算する動作を説明するための参照テーブルである。 本発明の比較例による電圧測定装置とバッテリーパックの一部構成要素との間の連結構成を概略的に示した図である。 本発明の比較例による電圧測定装置によって形成される電流経路を説明するために参照図である。 本発明の比較例による電圧測定装置が二次電池の内部抵抗を演算する動作を説明するための参照テーブルである。 本発明の一実施例による電圧測定方法を概略的に示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「制御部」のような用語は少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。
本明細書において、二次電池は一つの単位セルまたは並列で連結された複数の単位セルを含み得る。単位セルは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルを単位セルとして見なし得る。
図１は、本発明の一実施例による電圧測定装置とバッテリーパック１の一部構成要素との間の連結構成を概略的に示した図である。
図１を参照すれば、バッテリーパック１は、バッテリーモジュールＢＭ、第１電源端子Ｐａｃｋ＋、第２電源端子Ｐａｃｋ−、電圧測定装置２及び電流センサ７０を含む。特に、バッテリーモジュールＢＭ及び電流センサ７０は、バッテリーパック１の第１電源端子Ｐａｃｋ＋とバッテリーパック１の第２電源端子Ｐａｃｋ−との間を電気的に連結する充放電経路上で直列で連結される。例えば、図１に示されたように、バッテリーパック１の第１電源端子Ｐａｃｋ＋はバッテリーモジュールＢＭの正極端子と連結され、バッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−は電流センサ７０の一端と連結され得る。また、電流センサ７０の他端はバッテリーパック１の第２電源端子Ｐａｃｋ−と連結され得る。電流センサ７０は、シャント抵抗であり得る。以下、説明の便宜上、バッテリーモジュールＢＭが６個の二次電池１０を含むと仮定する。勿論、バッテリーモジュールＢＭに含まれる二次電池１０の個数は６個より少なくても良く、多くても良い。
バッテリーモジュールＢＭは、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６及びバスバーＢを含む。複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６は、相互電気的に直列及び／または並列で連結され得る。例えば、図１に示されたように、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６は、バッテリーモジュールＢＭの正極端子及びバッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−との間で相互電気的に直列に連結され得る。
図１に示されたように、バスバーＢは、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６のうち少なくとも一つの一端（例えば、負極端子）とバッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−との間を連結する。特に、バスバーＢは、二次電池１１の一端とバッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−との間を電気的に直列で連結することができる。ここで、バスバーＢは、電流の流れを妨害する抵抗成分である抵抗を有し得る。例えば、バスバーＢは、二次電池１１の一端とバッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−との間に位置する。バスバーＢは、伝導性のある金属材質のプレートであり得る。
図１に示されたように、電圧測定装置２は、測定部１００及び制御部２００を含む。測定部１００は、複数の電圧入力端子Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及び第１接地端子Ｇ１を含む。
複数の電圧入力端子Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６の両端と電気的にそれぞれ連結される。特に、複数の電圧入力端子Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６とそれぞれの二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６の両端との間には複数の電線抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６が位置する。電線抵抗は、バッテリーモジュールＢＭと電圧測定装置２との間を連結する電線の抵抗であり得る。電圧入力端子Ｖ０は、基準電圧入力端子とも称され、基準電線抵抗Ｒ０を有する電線を通じて二次電池１１の負極端子、すなわち、二次電池１１とバスバーＢとの接続点であるノードＮ０に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ１は、第１電線抵抗Ｒ１を有する電線を通じて二次電池１１の正極端子と二次電池１２の負極端子との接続点であるノードＮ１に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ２は、第２電線抵抗Ｒ２を有する電線を通じて二次電池１２の正極端子と二次電池１３の負極端子との接続点であるノードＮ２に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ３は、第３電線抵抗Ｒ３を有する電線を通じて二次電池１３の正極端子と二次電池１４の負極端子との接続点であるノードＮ３に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ４は、第４電線抵抗Ｒ４を有する電線を通じて二次電池１４の正極端子と二次電池１５の負極端子との接続点であるノードＮ４に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ５は、第５電線抵抗Ｒ５を有する電線を通じて二次電池１５の正極端子と二次電池１６の負極端子との接続点であるノードＮ５に電気的に連結される。電圧入力端子Ｖ６は、第６電線抵抗Ｒ６を有する電線を通じて二次電池１６の正極端子とプラス端子Ｐａｃｋ＋との接続点であるノードＮ６に電気的に連結される。ノードＮ０は、第２基準接地とも称される。
これによって、複数の電圧入力端子Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６の両端電圧を受信することができる。特に、複数の電圧入力端子Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端から電圧をそれぞれ受信することができる。具体的に、図１に示されたように、基準電圧入力端子Ｖ０は、基準電線抵抗Ｒ０を有する電線を通じて第２基準接地Ｎ０に電気的に連結され、第２基準接地Ｎ０に印加された電圧を第２基準電位として受信する。同様に、第１電圧入力端子Ｖ１は、第１ノードＮ１から第１ノードＮ１に印加された電圧を受信する。同様に、第２電圧入力端子Ｖ２は、第２ノードＮ２から第２ノードＮ２に印加された電圧を受信する。同様に、第３電圧入力端子Ｖ３は、第３ノードＮ３から第３ノードＮ３に印加された電圧を受信する。同様に、第４電圧入力端子Ｖ４は、第４ノードＮ４から第４ノードＮ４に印加された電圧を受信する。同様に、第５電圧入力端子Ｖ５は、第５ノードＮ５から第５ノードＮ５に印加された電圧を受信する。同様に、第６電圧入力端子Ｖ６は、第６ノードＮ６から第６ノードＮ６に印加された電圧を受信する。
第１接地端子Ｇ１は、バッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−と電気的に連結された基準接地ＢＧと電気的に連結される。基準接地ＢＧは、抵抗ＲＧを有する電線を通じてバッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−に電気的に連結される。特に、第１接地端子Ｇ１は、基準接地ＢＧと直接連結され得る。このような構成によって、測定部１００は、基準接地ＢＧの電位を動作基準電位（「第２基準電位」とも称する）にして動作するようになる。
望ましくは、測定部１００は、複数の電流測定端子Ｋ１、Ｋ２をさらに備えることができる。複数の電流測定端子Ｋ１、Ｋ２は、バッテリーモジュールＢＭと連結された電流センサ７０の両端とそれぞれ連結されて、電流センサ７０の両端電圧を受信する。すなわち、複数の電流測定端子Ｋ１、Ｋ２は、電流センサ７０の両端と連結されて、電流センサ７０の両端から電流センサ７０の両端電圧を受信する。一実施例において、測定部１００は、電流センサ７０の両端電圧を用いて、電流センサ７０に流れる電流の方向、大きさまたは量を測定することができる。例えば、測定部１００は、予め保存された電流センサ７０の抵抗及び電流センサ７０の両端電圧をオームの法則に代入して電流センサ７０に流れる電流を測定することができる。
制御部２００は、測定部１００から複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧を示す電圧信号を受信する。すなわち、制御部２００は、測定部１００に動作可能に結合され、測定部１００から複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６の両端電圧を示す電圧信号を受信する。特に、制御部２００は、予め決められた周期毎に、測定部１００から複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧を示す電圧信号を受信することができる。
望ましくは、制御部２００は、測定部１００から複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧及び電流センサ７０の両端電圧を受信する。特に、制御部２００は、測定部１００から同じ測定時刻または同一測定周期で測定された複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧及び電流センサ７０の両端電圧を受信する。特に、制御部２００は、測定時刻または測定周期が同期化されて同一時点で測定された複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧及び電流センサ７０の両端電圧を示す電圧信号を測定部１００から受信することができる。
また、制御部２００は、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧に基づいて、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの電圧値を算出する。例えば、制御部２００は、二つの電圧入力端子（例えば、Ｖ２、Ｖ１）間の電圧差に基づいて二次電池１２の電圧値を算出することができる。
また、制御部２００は、電流センサ７０の両端電圧を用いて電流値を算出する。例えば、制御部２００は、予め保存された電流センサ７０の抵抗及び電流センサ７０の両端電圧をオームの法則に代入して電流値を算出することができる。
また、制御部２００は、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧を用いて、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６のうち少なくとも一つの直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）を演算する。特に、制御部２００は、充放電前後の二次電池１０の両端電圧及び電流センサ７０に流れる電流量を用いて、二次電池１０の直流内部抵抗を演算する。例えば、制御部２００は、下記の［数１］を用いて直流内部抵抗を演算することができる。
Figure 2020521963
 ここで、ＤＣＩＲｉは二次電池１ｉの直流内部抵抗、Ｉは電流センサ７０に流れる電流の大きさ、ＣＶｉＡは電流センサ７０を通じて電流が流れない間に測定された二次電池１ｉの両端電圧、ＣＶｉＢはＩが電流センサ７０を通じて流れる間に測定された二次電池１ｉの両端電圧をそれぞれ示す。
また、制御部２００は、第２接地端子Ｇ２を含み得る。第２接地端子Ｇ２は、バッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−と電気的に連結された基準接地ＢＧと電気的に連結される。特に、第２接地端子Ｇ２は、基準接地ＢＧと直接連結され得る。このような構成によって、制御部２００は、基準接地ＢＧの電位を動作基準電位にして動作するようになる。
また、基準電圧入力端子Ｖ０は、バスバーＢの一端と連結された第２基準接地Ｎ０と電気的に連結される。特に、基準電圧入力端子Ｖ０は、バスバーＢの一端と直接連結された第２基準接地Ｎ０と連結されて、第２基準接地Ｎ０に印加された電圧を受信することができる。
測定部１００は、第２基準接地Ｎ０に印加された電圧を基準電位（「第１基準電位」とも称する）にして、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端にかかった電圧を測定することができる。具体的に、測定部１００は、第２基準接地Ｎ０に印加された電圧を基準電位にして、残りの電圧入力端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６それぞれに印加された電圧と基準電圧入力端子Ｖ０に印加された電圧との電位差を用いて、二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの電圧を測定することができる。このとき、バッテリーモジュールＢＭと複数の電圧入力端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６との間を連結する電線には電流が流れないため、複数の電線抵抗ＲＧ、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６による電圧降下は発生しない。
例えば、第１二次電池１１の電圧は、第２基準接地Ｎ０と第１ノードＮ１との電位差であるため、基準電圧入力端子Ｖ０と第１電圧入力端子Ｖ１との電位差を用いて測定される。同様に、第２二次電池１２の電圧は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との電位差であるため、第１電圧入力端子Ｖ１と第２電圧入力端子Ｖ２との電位差を用いて測定される。同様に、第３二次電池１３の電圧は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３との電位差であるため、第２電圧入力端子Ｖ２と第３電圧入力端子Ｖ３との電位差を用いて測定される。同様に、第４二次電池１４の電圧は、第３ノードＮ３と第４ノードＮ４との電位差であるため、第３電圧入力端子Ｖ３と第４電圧入力端子Ｖ４との電位差を用いて測定される。同様に、第５二次電池１５の電圧は、第４ノードＮ４と第５ノードＮ５との電位差であるため、第４電圧入力端子Ｖ４と第５電圧入力端子Ｖ５との電位差を用いて測定される。同様に、第６二次電池１６の電圧は、第５ノードＮ５と第６ノードＮ６との電位差であるため、第５電圧入力端子Ｖ５と第６電圧入力端子Ｖ６との電位差を用いて測定される。
特に、基準電圧入力端子Ｖ０は、電圧測定装置２内で基準接地ＢＧと相互電気的に分離される。また、基準電圧入力端子Ｖ０は、基準接地ＢＧと異なる基準電位を有するように構成される。これについては図２を参照して詳しく説明する。
一方、制御部２００は、上述したような動作を実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム及び／またはデータ処理装置などを選択的に含む形態で具現され得る。
望ましくは、制御部２００は、メモリ装置を含むことができる。メモリ装置は、情報を記録し、消去可能な記憶媒体であれば、その種類に特に制限がない。例えば、メモリ装置は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。メモリ装置は、また、制御部２００によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを通じて制御部２００と電気的に連結される。メモリ装置は、また、制御部２００が行う各種の制御ロジックを含むプログラム、及び／または制御ロジックが実行されるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。メモリ装置は論理的に２個以上に分割され得る。
図２は、本発明の一実施例による電圧測定装置２とバッテリーパック１の充放電経路との間の連結構成を概略的に示した図である。以下、上述した実施例と異なる部分を中心に説明し、上述した実施例の説明が同一または類似に適用される部分については詳細な説明を省略する。
図１及び図２を参照すれば、本発明による電圧測定装置２は、印刷回路基板Ｐを含む。特に、印刷回路基板Ｐは、バッテリーパック１の充放電経路Ｌに電気的に連結され得る。例えば、図２に示されたように、第２基準接地Ｎ０は、充放電経路Ｌに位置するバスバーＢの一端と第１線路Ｌ１とが共通に接続する接点であり得る。また、バッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−は、充放電経路Ｌ上のバスバーＢの他端と第２線路Ｌ２とが共通に接続する接点であり得る。ここで、第１線路Ｌ１は、印刷回路基板Ｐ上の基準電圧入力端子Ｖ０と第２基準接地Ｎ０とを電気的に連結する線路であり、第２線路Ｌ２は、印刷回路基板Ｐ上の基準接地ＢＧとバッテリーモジュールの負極端子ＭＶ−とを電気的に連結する線路である。第１線路Ｌ１は抵抗Ｒ０を有し、第２線路Ｌ２は抵抗ＲＧを有する。
望ましくは、基準電圧入力端子Ｖ０には、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端にかかった電圧をセンシングするための基準電位が印加され得る。また、基準接地ＢＧには、電圧測定装置２に含まれる構成要素（１００、２００）の動作のための基準電位が印加され得る。さらに、電圧測定装置２は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）に含まれ得る。ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）などのようなＢＭＳの他の構成要素も基準接地ＢＧから基準電位の印加を受けて動作し得る。特に、基準電圧入力端子Ｖ０は、バスバーＢの一端と連結された第２基準接地Ｎ０に印加された電圧を基準電位として有し、基準接地ＢＧは、バスバーＢの他端と連結されたバッテリーモジュールの負極端子ＭＶ−に印加された電圧を基準電位として有するように構成され得る。
ここで、印刷回路基板ＰにはＢＭＳ内の構成要素がチップまたは回路の形態で取り付けられる。例えば、基準接地ＢＧが回路上に半田付けられる形態で印刷回路基板Ｐに取り付けられ、基準電圧入力端子Ｖ０が印刷回路基板Ｐに接触し得る。例えば、印刷回路基板Ｐは、印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であり得る。
特に、第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２とは、印刷回路基板Ｐ上で電気的に分離される。すなわち、第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２とは、印刷回路基板Ｐ上で相互電気的に分離されるように構成され得る。
望ましくは、第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２上に充放電電流が流れないように構成される。具体的に、第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２は、印刷回路基板Ｐ上で電気的に絶縁して、第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との間に電流が流れないように分離され得る。すなわち、基準電圧入力端子Ｖ０は、第１線路Ｌ１を通じて第２基準接地Ｎ０と電気的に連結され、基準接地ＢＧは、第１線路Ｌ１とＢＭＳ内で電気的に分離された第２線路Ｌ２を通じてバッテリーモジュールの負極端子ＭＶ−と電気的に連結され得る。このような構成によって、本発明による電圧測定装置２は、従来充放電の際に充放電経路を通じてＢＭＳ内に流れる電流経路が生成されず、充放電経路とＢＭＳとの間を電気的に絶縁させることができる。
例えば、図２に示されたように、本発明による電圧測定装置２は、第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２とが印刷回路基板Ｐ上で電気的に分離されて、充放電経路ＬからＢＭＳ内に電流が流れないように、充放電経路ＬとＢＭＳとの間を電気的に絶縁させることができる。例えば、充放電経路Ｌ上で第２基準接地Ｎ０を通過した充放電電流は、第１線路Ｌ１に流れず、バスバーＢに流れるようになる。そして、バスバーＢを通った充放電電流は、第２線路Ｌ２に流れず、バッテリーモジュールの負極端子ＭＶ−を通って流れるようになる。
図３は、本発明の一実施例による電圧測定装置２が二次電池の内部抵抗を演算する動作を説明するための参照テーブルである。
図１及び図３を参照すれば、本発明による電圧測定装置２は、二次電池の内部抵抗を演算することができる。望ましくは、メモリ装置は、二次電池の内部抵抗を演算するために用いる例示的なテーブル３００を含む。テーブル３００は、複数のレコード３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２を含む。それぞれのレコードは、（ｉ）充放電前後の二次電池の電圧、及び（ｉｉ）二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗を含む。例えば、図３のテーブルにおいて、１行目は放電電流が流れない間に測定された二次電池の電圧であり、２行目は放電電流が流れる間に測定された二次電池の電圧であり、３行目は放電前後の二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗である。例えば、第１レコード３０２は、第１二次電池１１の直流内部抵抗に関するレコードである。また、第２レコード３０４は、第２二次電池１２の直流内部抵抗に関するレコードである。同様に、第３〜第６レコード３０６、３０８、３１０、３１２は、順に第３〜第６二次電池１３、１４、１５、１６の直流内部抵抗に関するレコードである。
特に、複数のレコード３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２は、放電前に測定された二次電池の電圧（図３の１行目）、放電後に測定された二次電池の電圧（図３の２行目）、及び放電前後の二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗（図３の３行目）のバラツキが大きくない。
例えば、第１レコード３０２を参照すれば、放電前に測定された二次電池の電圧は２．３３０Ｖであって、第２〜第６レコード３０４、３０６、３０８、３１０、３１２との差が大きくない。また、放電後に測定された二次電池の電圧は２．１７１Ｖであって、第２〜第６レコード３０４、３０６、３０８、３１０、３１２との差が大きくない。また、放電前後の二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗は０．７９５Ωであって、第２〜第６レコード３０４、３０６、３０８、３１０、３１２との差が大きくない。
本発明による電圧測定装置２は、各二次電池に対して内部抵抗の誤差が発生しないように、正確な二次電池の内部抵抗を測定できるという長所がある。具体的に、本発明による電圧測定装置２は、二次電池を充放電するときにも二次電池の電圧を正確に測定することができる。これによって、ＢＭＳに含まれたＭＣＵによって実行される二次電池のＳＯＨ及びＳＯＣの推定信頼性を向上させることができる。
本発明による電圧測定装置２は、ＢＭＳに含まれ得る。このような構成において、本発明による電圧測定装置２の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完するか又は追加することで具現され得る。例えば、本発明による電圧測定装置２の測定部及び制御部は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
図４は、本発明の比較例による電圧測定装置２とバッテリーパック１の一部構成要素との間の連結構成を概略的に示した図である。図５は、本発明の比較例による電圧測定装置２によって形成される電流経路を説明するために参照図である。以下、図１を参照して上述した電圧測定装置２とバッテリーパック１の一部構成要素との間の連結構成の説明が同一または類似に適用される部分については詳細な説明を省略し、上述した実施例と異なる部分を中心に説明する。
図４及び図５を参照すれば、本発明の比較例による電圧測定装置２は、バッテリーパック１の充放電経路ＬとＢＭＳとの間に電流が流れるように構成される。具体的に、本発明の比較例による電圧測定装置２は、充放電経路Ｌから伝達された電流が流れる電流経路が印刷回路基板Ｐ上に形成される。例えば、図４及び図５に示されたように、本発明の比較例による電圧測定装置２の場合、基準電圧入力端子Ｖ０と基準接地ＢＧとが電気的に連結され得る。具体的に、基準電圧入力端子Ｖ０と基準接地ＢＧとは、印刷回路基板Ｐ上で電気的に連結され得る。ここで、基準電圧入力端子Ｖ０と基準接地ＢＧとの間にはパターン抵抗ＲＰが存在する。すなわち、パターン抵抗ＲＰは、印刷回路基板Ｐ上で基準電圧入力端子Ｖ０と基準接地ＢＧとの間を連結するパターンまたは回路の抵抗であり得る。
また、本発明の比較例による電圧測定装置２は、充放電時に第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２を通じて電流が流れるようになる。例えば、図５に示されたように、二つの電流経路が形成されて、第２基準接地Ｎ０からバッテリーモジュールの負極端子ＭＶ−に電流が流れる。具体的に、第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２を通る第１経路Ｉ１、及びバスバーＢを通る第２経路Ｉ２が形成される。
ここで、図１及び図４を参照すれば、図１の本発明の一実施例による電圧測定装置２の場合、基準電圧入力端子Ｖ０と第１電圧入力端子Ｖ１との電位差を通じて測定される第１二次電池１１の電圧は下記の［数２］を用いて演算することができる。
Figure 2020521963
 ［数２］において、Ｖ１は第１電圧入力端子Ｖ１に印加される電圧であり、Ｖ０は基準電圧入力端子Ｖ０に印加される電圧であり、ＣＶ１は第１二次電池１１の両端にかかった電圧である。すなわち、図１に示された本発明の一実施例による電圧測定装置２の場合は、電圧測定の誤差が発生しない。
図４の本発明の比較例による電圧測定装置２の場合、基準電圧入力端子Ｖ０と第１電圧入力端子Ｖ１との電位差を通じて測定される第１二次電池１１の電圧は、下記の［数３］を用いて演算することができる。
Figure 2020521963
 ここで、Ｖ１は第１電圧入力端子Ｖ１に印加される電圧であり、Ｖ０は基準電圧入力端子Ｖ０に印加される電圧であり、ＣＶ１は第１二次電池１１の両端にかかった電圧であり、ＶＢはバスバーＢの両端に印加される電圧である。図５を共に参照すれば、第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２を流れる電流経路が形成されることによって、基準電圧入力端子Ｖ０に印加される電圧が抵抗Ｒ０による電圧降下の影響を受けるため、図４の本発明の比較例による電圧測定装置２の場合は電圧測定の誤差が発生する。
図６は、本発明の比較例による電圧測定装置２が二次電池の内部抵抗を演算する動作を説明するための参照テーブルである。
図６には、本発明の比較例による電圧測定装置２が二次電池の内部抵抗を演算するために用いる例示的なテーブル４００が示されている。テーブル４００は、複数のレコード４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２を含む。それぞれのレコードは、（ｉ）充放電前後の二次電池の電圧、及び（ｉｉ）二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗を含む。例えば、図４及び図６を参照すれば、１行目は放電前に測定された二次電池の電圧であり、２行目は放電後に測定された二次電池の電圧であり、３行目は放電前後の二次電池１０の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗である。例えば、第１レコード４０２は、第１二次電池１１の直流内部抵抗に関するレコードである。また、第２レコード４０４は、第２二次電池１２の直流内部抵抗に関するレコードである。同様に、第３〜第６レコード４０６、４０８、４１０、４１２は、第３〜第６二次電池１３、１４、１５、１６の直流内部抵抗に関するレコードである。
特に、複数のレコード４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２のうち第１レコード４０２は、残りの第２〜第６レコード４０４、４０６、４０８、４１０、４１２と比べて、放電前に測定された二次電池の電圧（図６の１行目）の場合は差が大きくないが、放電後に測定された二次電池の電圧（図６の２行目）及び放電前後の二次電池の電圧と関連する二次電池の直流内部抵抗（図６の３行目）の場合はバラツキが生じている。
例えば、第１レコード４０２を参照すれば、第１レコード４０２の場合、放電後に測定された二次電池の電圧は２．００２Ｖであって、２．０３８Ｖ〜２．０４３Ｖの分布を見せた第２〜第６レコード４０４、４０６、４０８、４１０、４１２と比べて平均的に０．０３８５Ｖの差が発生する。また、第１レコード４０２の場合、直流内部抵抗は０．９４Ωであって、０．７４Ω〜０．７６５Ωの分布を見せた第２〜第６レコード４０４、４０６、４０８、４１０、４１２と比べて平均的に０．１８７５Ωの差が発生する。
したがって、本発明の比較例による電圧測定装置２の場合は、二次電池の電圧測定に誤差が生じ、二次電池の電圧に基づいて計算される内部抵抗の測定にも誤差が発生する問題がある。また、電圧測定に誤差が発生する場合、二次電池のＳＯＨ及びＳＯＣの推定にも誤差が発生し得る。
図７は、本発明の一実施例による電圧測定方法を概略的に示したフロー図である。図７において、各段階の実行主体は、上述した本発明による電圧測定装置２の各構成要素である。
図７に示されたように、段階Ｓ１００において、測定部１００は、バッテリーモジュールＢＭの負極端子ＭＶ−と電気的に連結された第１基準接地ＢＧから、電圧測定装置２内で電気的に分離された基準電圧入力端子Ｖ０に印加される電圧を基準電位にして、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６それぞれの両端電圧を受信する（Ｓ１００）。基準接地ＢＧから提供される基準電位は、基準電圧入力端子Ｖ０から提供される基準電位と相異なる。
制御部２００は、段階Ｓ１１０において、受信された複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６のうち少なくとも一つの両端電圧を用いて、複数の二次電池１１、１２、１３、１４、１５、１６のうち少なくとも一つの直流内部抵抗を演算する（Ｓ１１０）。
また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御部はプログラムモジュールの集合で具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリ装置に保存され、プロセッサによって実行され得る。
また、制御部の多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体はコンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体はＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、ネットワークで連結されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論できる。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
一方、本明細書に使用された「測定部」及び「制御部」などの「〜部」との用語は、論理的な構成単位を示すものであって、物理的に分離可能であるかそれとも物理的に分離されるべき構成要素を示す用語ではない。

Claims (9)

  1. 正極端子と、負極端子と、前記正極端子と前記負極端子との間に順次に直列で接続される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと接続されて、前記複数の二次電池それぞれの電圧を測定するための電圧測定装置であって、
    前記複数の二次電池それぞれと電気的にそれぞれ接続されて前記複数の二次電池それぞれの電圧を受信する複数の電圧入力端子、及び前記バッテリーモジュールの負極端子と電気的に接続された第１基準接地と電気的に接続される第１接地端子を含む測定部と、
    前記測定部から前記複数の二次電池それぞれの電圧を受信し、前記第１基準接地と電気的に接続された第２接地端子を含む制御部と、を含み、
    前記複数の電圧入力端子のうち一つは、前記バスバーの一端と接続された第２基準接地と電気的に接続され、前記第２基準接地に印加された電圧を受信する基準電圧入力端子であり、
    前記基準電圧入力端子は、前記第１基準接地とは異なる基準電位を有するように、前記第１基準接地から電気的に分離される、電圧測定装置。
  2. 前記制御部は、前記複数の二次電池のうち少なくとも一つの電圧を用いて、前記複数の二次電池のうち少なくとも一つの直流内部抵抗を演算するように構成される、請求項１に記載の電圧測定装置。
  3. 前記基準電圧入力端子は、第１線路を通じて前記第２基準接地と電気的に接続され、
    前記第１基準接地は、前記第１線路とは電気的に分離された第２線路を通じて、前記バッテリーモジュールの負極端子と電気的に接続される、請求項１または２に記載の電圧測定装置。
  4. 前記基準電圧入力端子は、前記バスバーの一端と接続された前記第２基準接地に印加された電圧を基準電位として有し、
    前記第１基準接地は、前記バスバーの他端と接続された前記バッテリーモジュールの負極端子に印加された電圧を基準電位として有するように構成される、請求項３に記載の電圧測定装置。
  5. 前記第１線路と前記第２線路とは、印刷回路基板上で相互電気的に分離される、請求項３または４に記載の電圧測定装置。
  6. 前記第１線路及び前記第２線路は、充放電電流が流れないように構成された、請求項５に記載の電圧測定装置。
  7. 正極端子と、負極端子と、前記正極端子と前記負極端子との間に順次に直列で接続される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと接続されて、前記複数の二次電池それぞれの電圧を測定する電圧測定装置であって、
    前記複数の二次電池それぞれと電気的にそれぞれ接続されて前記複数の二次電池それぞれの電圧を受信する複数の電圧入力端子、及び前記バッテリーモジュールと接続された電流センサとそれぞれ接続されて前記電流センサの電圧を受信する複数の電流測定端子を含む測定部と、
    前記測定部から同じ測定時刻で測定された前記複数の二次電池それぞれの電圧及び前記電流センサの電圧を受信して、前記複数の二次電池それぞれの電圧に基づいて前記複数の二次電池それぞれの電圧値を算出し、前記電流センサの電圧を用いて電流値を算出するように構成される制御部と、を含み、
    前記複数の電圧入力端子のうち一つは、第１基準接地とは異なる基準電位を有するように、前記第１基準接地から電気的に分離される基準電圧入力端子であり、
    前記基準電圧入力端子は、前記バスバーの一端と接続された第２基準接地と電気的に接続されて前記第２基準接地に印加された電圧を受信する、電圧測定装置。
  8. 請求項１から７のうちいずれか一項に記載の電圧測定装置を含む、バッテリーパック。
  9. 正極端子と、負極端子と、前記正極端子と前記負極端子との間に順次に直列で接続される複数の二次電池、及びバスバーを含むバッテリーモジュールと接続されて、前記複数の二次電池それぞれの電圧を測定する方法であって、
    前記バッテリーモジュールの負極端子と電気的に接続されて第１基準電位を有する第１基準接地とは電気的に分離された第２基準接地に接続される基準電圧入力端子に印加される電圧を第２基準電位にして、前記複数の二次電池それぞれの電圧を受信する段階と、
    前記複数の二次電池それぞれの電圧のうち少なくとも一つを用いて、前記複数の二次電池のうち少なくとも一つの直流内部抵抗を演算する段階と、を含む、方法。
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