KR102408066B1 - 팩 전류 측정부 진단 장치 - Google Patents

팩 전류 측정부 진단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치는 배터리 팩의 팩 전류를 측정하는 팩 전류 측정부; 상기 배터리 팩의 팩 전압을 측정하는 팩 전압 측정부; 상기 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 전압 측정부; 및 상기 팩 전류 측정부, 상기 팩 전압 측정부 및 상기 셀 전압 측정부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 대응하여 상기 팩 전류, 상기 팩 전압 및 상기 셀 전압 중 하나 이상을 이용하여 상기 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단할 수 있다.

Description

팩 전류 측정부 진단 장치{Apparatus for diagnosing pack current measurement unit}
본 발명은 팩 전류 측정부 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩의 팩 전류를 측정하는 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단하는 팩 전류 측정부 진단 장치에 관한 것이다.
배터리 팩은 반복적인 충 방전이 가능한 복수의 이차 전지를 포함한다. 배터리 팩은 몇 개의 이차 전지들을 병렬 연결하고 병렬 연결된 이차 전지들을 다시 직렬로 연결한 구조를 가진다.
배터리 팩은 다양한 종류의 이차 전지로 구성된다. 대표적인 이차 전지가 리튬 이차 전지이다. 리튬 이차 전지는, 다른 전지에 비해 작동 전압과 에너지 밀도가 높고, 충방전 속도가 빠른 고성능 전지이다.
배터리 팩은 다양한 응용 분야에서 사용된다. 대표적인 분야는 전기 자동차 분야나 모바일 디바이스 분야이다. 최근에는, 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 장치 등에도 널리 사용되고 있다.
배터리 팩은 BMS(Battery Management System)라고 불리는 배터리 관리 시스템과 결합된다.
BMS는 배터리 팩의 전류 값을 주기적으로 측정하고, 전류 값이 적정 범위를 벗어나면 배터리 팩의 사용을 통제한다.
일 예로, 전류 값이 너무 크면 배터리 팩이 과열될 수 있다. 이 경우, BMS는 배터리 팩의 충전 또는 방전을 중단시킨다.
BMS는 일종의 컴퓨팅 장치로서 제어부에 해당하는 프로세서와 작업 메모리를 가진다. 또한, BMS는 배터리 팩의 전압, 전류, 온도 등을 측정하는 아날로그 전단 회로를 가진다.
프로세서는 배터리 팩의 각종 동작을 제어하고 모니터하는 프로그램을 실행한다. 그리고, 메모리는 프로그램이 실행되는 동안 생성되는 데이터를 저장한다. 아날로그 전단 회로는 주기적으로 배터리 팩의 전압, 전류 및 온도를 측정하고 각 측정 항목에 대응되는 전기 신호를 생성하여 프로세서로 입력한다. 프로세서는 아날로그 전단회로를 통해 입력되는 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기를 포함한다.
프로세서는 아날로그 전단회로를 통해 단위 시간마다 입력되는 전류 값을 저장하기 위해 메모리의 일부 공간을 전류 값 저장 영역으로 할당한다.
이때, 아날로그 진단 회로 중에서 배터리 팩의 전류를 측정하는 회로는 실시간으로 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하고, BMS는 측정된 충방전 전류를 기초하여 배터리 팩의 충전 상태를 추정한 후 배터리 팩에 요구되는 충방전 전력에 따른 제어 신호에 따라 배터리 팩의 충방전을 제어한다.
따라서, 배터리 팩의 전류를 측정하는 아날로그 진단 회로는 하나의 종류만으로 구성되지 않고, 홀 센서 및 션트 센서와 같은 복수의 종류로 구성된다.
BMS는 복수의 종류의 아날로그 진단 회로로부터 측정된 복수의 배터리 팩의 전류를 수신하여 상호를 비교하여 측정 정확도를 확인하거나 고장 여부를 진단한다.
하지만, 홀 센서 및 션트 센서와 같은 복수의 종류로 구성된 아날로그 진단 회로는 복수의 종류로 센서가 구성됨으로써 배터리 팩의 부피 및 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 팩 전류 측정부로부터 측정된 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위에 포함되면 진단 주기 동안 누적된 팩 전압과 셀 전압을 각각 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압과 비교하여 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단할 수 있는 팩 전류 측정부 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치는 배터리 팩의 팩 전류를 측정하는 팩 전류 측정부; 상기 배터리 팩의 팩 전압을 측정하는 팩 전압 측정부; 상기 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 전압 측정부; 및 상기 팩 전류 측정부, 상기 팩 전압 측정부 및 상기 셀 전압 측정부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함한다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 대응하여 상기 팩 전류, 상기 팩 전압 및 상기 셀 전압 중 하나 이상을 이용하여 상기 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위 내에 포함되는 조건, 상기 배터리 팩의 충방전을 제어하는 릴레이부가 턴 온 상태인 조건 및 상기 팩 전압 측정부와 상기 셀 전압 측정부가 동작 대기 상태인 조건 중 하나 이상을 포함하는 상기 진단 조건에 대하여 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 만족되는지 여부를 판단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 상기 진단 조건을 만족하면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 누적 셀 전압으로 산출하고, 상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압과 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압 간에 대소를 각각 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 진단 주기 동안 상기 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 누적 셀 전압으로 산출하고, 상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압이 충전 기준 전압 이하이면 상기 팩 전류 측정부에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩에 충전되기 위한 최소 충전 전류를 산출하고, 산출된 최소 충전 전류를 이용하여 상기 충전 기준 전류 범위 및 상기 충전 기준 전압을 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 진단 주기 동안 상기 팩 전류가 상기 방전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 셀 전압으로 산출하고, 상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압이 방전 기준 전압 이상이면 상기 팩 전류 측정부에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩에 방전되기 위한 최소 방전 전류를 산출하고, 산출된 최소 방전 전류를 이용하여 상기 방전 기준 전류 범위 및 상기 방전 기준 전압을 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 상기 팩 전류 측정부 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상기 팩 전류 측정부 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 팩 전류 측정부로부터 측정된 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위에 포함되면 진단 주기 동안 누적된 팩 전압과 셀 전압을 각각 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압과 비교하여 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단함으로써, 복수 종류의 팩 전류 측정부를 이용하지 않고 한 종류의 팩 전류 측정부만을 이용하여 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 회로 연결을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 프로세서로부터 선택된 기본 밸런싱 대상 배터리 셀과 심화 밸런싱 대상 배터리 셀을 도시한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩(P)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩(P)의 회로 연결을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)는 복수의 배터리 셀(C)과 릴레이부(R)을 구비하는 배터리 팩(P)에 포함될 수 있다.
복수의 배터리 셀(C)은 이차 전지 셀이 직렬로 연결된 셀 집합체일 수 있다.
릴레이부(R)는 배터리 팩(P)의 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결되어 배터리 팩(P)의 충방전을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 릴레이부(R)는 배터리 팩(P)의 양극 단자와 전기적으로 연결된 제1 릴레이(R1) 및 배터리 팩(P)의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 릴레이(R2)를 구비할 수 있다.
복수의 배터리 셀(C)은 제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)의 동작 상태에 따라 충방전되거나 충방전이 중지될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)는 후술되는 프로세서(150)의 제어 신호에 따라 동작 상태가 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 제어될 수 있다.
예를 들어, 복수의 배터리 셀(C)은 제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)의 동작 상태가 턴 온 상태이면 충방전될 수 있다. 반대로, 복수의 배터리 셀(C)은 제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)의 동작 상태가 턴 오프 상태이면 충방전이 중지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)는 배터리 팩(P)의 팩 전류를 측정하는 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)는 팩 전류 측정부(110), 팩 전압 측정부(120), 셀 전압 측정부(130), 메모리부(140), 프로세서(150) 및 알림부(160)를 포함할 수 있다.
상기 팩 전류 측정부(110)는 상기 프로세서(150)와 동작 가능하게 결합된다. 즉, 상기 팩 전류 측정부(110)는 상기 프로세서(150)로 전기적 신호를 송신하거나 상기 프로세서(150)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 상기 프로세서(150)에 접속될 수 있다.
상기 팩 전류 측정부(110)는 상기 프로세서(150)가 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하는데 이용되는 배터리 팩(P)의 팩 전류를 측정할 수 있다.
이를 위하여, 상기 팩 전류 측정부(110)는 미리 설정된 주기마다 배터리 팩(P)의 양극 단자와 음극 단자로 흘러 들어가거나 양극 단자와 음극 단자로부터 흘러 나오는 팩 전류를 반복 측정하고, 팩 전류를 나타내는 측정 신호를 상기 프로세서(150)로 제공할 수 있다.
상기 팩 전류 측정부(110)는 배터리 팩(P)의 팩 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서를 포함한다. 상기 팩 전류 측정부(110)는 단일 종류의 전류 센서를 구비하여 배터리 팩(P)의 팩 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 팩 전류 측정부(110)는 션트 센서 및 홀 센서 중 어느 하나만을 구비하여 배터리 팩(P)의 팩 전류를 측정할 수 있다.
바람직하게, 상기 팩 전류 측정부(110)는 션트 센서만을 구비할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(P)을 제조하는데 있어서 홀 센서 보다 제품 가격이 낮은 션트 센서만을 사용함으로써 배터리 팩(P)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
상기 팩 전압 측정부(120)는 상기 프로세서(150)가 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하는데 이용되는 배터리 팩(P)의 팩 전압을 측정할 수 있다.
이를 위하여, 상기 팩 전압 측정부(120)는 미리 설정된 주기마다 배터리 팩(P)의 양극 단자와 음극 단자에 인가되는 팩 전압을 반복 측정하고, 팩 전압을 나타내는 측정 신호를 상기 프로세서(150)로 제공할 수 있다.
상기 팩 전압 측정부(120)는 배터리 팩(P)의 팩 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함할 수 있다.
상기 셀 전압 측정부(130)는 상기 프로세서(150)가 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하는데 이용되는 복수의 배터리 셀(C) 각각의 셀 전압을 측정할 수 있다.
이를 위하여, 상기 셀 전압 측정부(130)는 미리 설정된 주기마다 복수의 배터리 셀(C) 각각의 양극 단자와 음극 단자에 인가되는 셀 전압을 반복 측정하고, 각 셀 전압을 나타내는 측정 신호를 상기 프로세서(150)로 제공할 수 있다.
상기 셀 전압 측정부(130)는 복수의 배터리 셀(C) 각각의 셀 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(150)는 상기 팩 전류 측정부(110), 상기 팩 전압 측정부(120), 상기 셀 전압 측정부(130)로부터 측정 신호가 수신되면, 신호 처리를 통해 배터리 팩(P)의 팩 전류, 배터리 팩(P)의 팩 전압, 복수의 배터리 셀(C)의 각 셀 전압에 대해 디지털 값을 결정하고 메모리부(140)에 저장할 수 있다.
상기 메모리부(140)는 반도체 메모리 소자로서, 상기 프로세서(150)에 의해 생성되는 데이터를 기록, 소거, 갱신하며, 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하기 위해 마련된 복수의 프로그램 코드를 저장한다. 또한, 상기 메모리부(140)는 본 발명을 실시할 때 사용되는 미리 결정된 각종 파라미터들의 사전 설정 값들을 저장할 수 있다.
상기 메모리부(140)는 데이터를 기록, 소거, 갱신할 수 있다고 알려진 반도체 메모리 소자라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 메모리부(140)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 상기 메모리부(140)는 상기 프로세서(150)의 제어 로직을 정의한 프로그램 코드들을 저장하고 있는 저장매체를 더 포함할 수 있다. 상기 저장매체는 플래쉬 메모리나 하드디스크와 같은 불활성 기억 소자를 포함한다. 상기 메모리부(140)는 상기 프로세서(150)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 상기 프로세서(150)와 일체로 통합되어 있을 수도 있다.
상기 프로세서(150)는 상기 팩 전류 측정부(110), 상기 팩 전압 측정부(120), 상기 셀 전압 측정부(130) 및 메모리부(140)와 동작 가능하게 결합될 수 있다.
우선, 상기 프로세서(150)는 상기 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 대응하여 배터리 팩(P)의 팩 전류, 배터리 팩(P)의 팩 전압, 복수의 배터리 셀(C)의 각 셀 전압 중 하나 이상을 이용하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
여기서, 진단 조건은 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위 내에 포함되는 조건, 릴레이부(R)의 동작 상태가 턴 온 상태인 조건 및 상기 팩 전압 측정부(120)와 상기 셀 전압 측정부(130)가 동작 대기 상태인 조건 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위 내에 포함되고, 릴레이부(R)의 동작 상태가 턴 온 상태이며, 상기 팩 전압 측정부(120)와 상기 셀 전압 측정부(130)가 동작 대기 상태이면, 상기 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩(P)에 충전되기 위한 최소 충전 전류를 산출하고, 산출된 최소 충전 전류를 이용하여 충전 기준 전류 범위를 설정할 수 있다. 이때, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 용량, 충방전 전압 및 충방전율(C-rate) 중 하나 이상을 이용하여 최소 충전 전류를 산출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(150)는 산출된 최소 충전 전류 이상의 전류 구간을 충전 기준 전류 범위로 설정할 수 있다.
예를 들어, 진단 주기가 "10sec"이고, 미리 설정된 충전 상태가 "SOC5%"인 경우, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 용량, 충방전 전압 및 충방전율(C-rate) 중 하나 이상을 이용하여 진단 주기 "10sec" 동안 미리 설정된 충전 상태 "SOC5%"에 해당하는 최소 전력이 충전되기 위한 최소 충전 전류를 "40A"로 산출할 수 있다. 이에 따르면, 배터리 팩(P)에 진단 주기 "10sec" 동안 최소 충전 전류 "40A"로 충전을 수행하는 경우, 미리 설정된 충전 상태 "SOC5%"만큼 배터리 팩(P)이 충전될 수 있다.
상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩(P)으로부터 방전되기 위한 최소 방전 전류를 산출하고, 산출된 최소 방전 전류를 이용하여 방전 기준 전류 범위를 설정할 수 있다. 이때, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 용량, 충방전 전압 및 충방전율(C-rate) 중 하나 이상을 이용하여 최소 방전 전류를 산출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(150)는 산출된 최소 방전 전류 이하의 전류 구간을 방전 기준 전류 범위로 설정할 수 있다.
예를 들어, 진단 주기가 "10sec"이고, 미리 설정된 충전 상태가 "SOC5%"인 경우, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 용량, 충방전 전압 및 충방전율(C-rate) 중 하나 이상을 이용하여 진단 주기 "10sec" 동안 미리 설정된 충전 상태 "SOC5%"에 해당하는 최소 전력이 방전되기 위한 최소 방전 전류를 "-40A"로 산출할 수 있다. 이에 따르면, 배터리 팩(P)에 진단 주기 "10sec" 동안 최소 방전 전류 "-40A"로 방전을 수행하는 경우, 미리 설정된 충전 상태 "SOC5%"만큼 배터리 팩(P)이 방전될 수 있다.
한편, 상기 프로세서(150)는 상기 팩 전류 측정부(110)로부터 "0A" 이외의 팩 전류가 측정되면 릴레이부(R)의 동작 상태가 턴 온 상태인 것으로 확인할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 프로세서(150)는 릴레이부(R)로 최후에 출력된 제어 신호가 턴 온 제어신호인 경우, 릴레이부(R)의 동작 상태가 턴 온 상태인 것으로 확인할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(150)는 상기 팩 전압 측정부(120)와 상기 셀 전압 측정부(130)로부터 측정 신호가 출력되면 상기 팩 전압 측정부(120)와 상기 셀 전압 측정부(130)가 동작 대기 상태인 것으로 확인할 수 있다.
상기 프로세서(150)는 상술된 진단 조건을 상기 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 만족하지 않는 경우, 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하지 않을 수 있다.
상기 프로세서(150)는 상기 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는지 여부를 주기적으로 판단하고, 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 상술된 진단 조건을 만족하는 것으로 판단되면 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이하, 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 상술된 진단 조건을 만족하는 것으로 판단된 이후, 상기 프로세서(150)가 배터리 팩(P)의 팩 전류, 배터리 팩(P)의 팩 전압, 복수의 배터리 셀(C)의 각 셀 전압 중 하나 이상을 이용하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치(100)의 팩 전류 측정부(110)로부터 측정된 배터리 팩(P)의 팩 전압을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 3을 더 참조하면, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 상술된 진단 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 배터리 팩(P)의 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 복수의 배터리 셀(C)의 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 누적 셀 전압으로 산출할 수 있다.
이후, 상기 프로세서(150)는 산출된 누적 팩 전압 및 누적 셀 전압과 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압 간에 대소를 비교하고 비교 결과에 기초하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 전류 기준 범위를 "40A" 이상으로 설정하고, 방전 전류 기준 범위를 "-40A" 이하로 설정한 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 전류 기준 범위와 방전 전류 기준 범위에 포함되는 "t1 내지 t2" 구간, "t2 내지 t3" 구간 및 "t4 내지 t6" 구간에서 팩 전류 측정부 진단 장치(100)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이때, 상기 프로세서(150)는 진단 주기 마다 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 전기적 상태가 상술된 진단 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 진단 주기 마다 누적 팩 전압 및 누적 셀 전압을 산출하고, 누적 팩 전압 및 누적 셀 전압과 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압을 비교하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 진단 주기는 "10sec"일 수 있으며, 이때, 상기 프로세서(150)는 "10sec" 마다 누적 팩 전압 및 누적 셀 전압과 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압을 비교하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이하, 배터리 팩(P)이 충전 중인 경우, 방전 중인 경우를 나누어 상기 프로세서(150)가 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 누적 팩 전압과 누적 셀 전압을 산출하고, 누적 팩 전압과 누적 셀 전압이 충전 기준 전압 이하이면 상기 팩 전류 측정부(110)에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
여기서, 충전 기준 전압은 진단 주기 동안 충전 전류 기준 범위 내의 충전 전류로 배터리 팩(P)이 충전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압의 최소 전압 변화량 및 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압의 최소 전압 변화량일 수 있다.
다시 말해, 상기 팩 전류 측정부(110)에 고장이 발생하지 않은 경우, 진단 주기 동안 충전 전류 기준 범위 내의 충전 전류로 배터리 팩(P)이 충전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압과 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압은 충전 기준 전압 이상 증가할 수 있다.
예를 들어, 충전 기준 전압은 400mV일 수 있다.
이때, 상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 상술된 최소 충전 전류로 배터리 팩(P)이 충전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압과 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압의 최소 충전 전압을 산출하고, 산출된 최소 충전 전압을 충전 기준 전압으로 설정할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 내에 포함되는 시간이 진단 주기 이내이면 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 프로세서(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 진단 주기 보다 짧은 "t5 내지 t6" 구간 동안 배터리 팩(P)의 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 내에 포함되면 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하지 않을 수 있다.
상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 배터리 팩(P)의 팩 전류가 방전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 누적 팩 전압과 누적 셀 전압을 산출하고, 누적 팩 전압과 누적 셀 전압이 방전 기준 전압 이상이면 상기 팩 전류 측정부(110)에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
여기서, 방전 기준 전압은 진단 주기 동안 방전 전류 기준 범위 내의 방전 전류로 배터리 팩(P)이 방전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압의 최소 전압 변화량 및 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압의 최소 전압 변화량일 수 있다.
다시 말해, 상기 팩 전류 측정부(110)에 고장이 발생하지 않은 경우, 진단 주기 동안 방전 전류 기준 범위 내의 방전 전류로 배터리 팩(P)이 방전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압과 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압은 방전 기준 전압 이상 감소할 수 있다.
예를 들어, 방전 기준 전압은 -400mV일 수 있다.
이때, 상기 프로세서(150)는 진단 주기 동안 상술된 최소 방전 전류로 배터리 팩(P)이 방전되는 경우, 배터리 팩(P)의 팩 전압과 복수의 배터리 셀(P)의 셀 전압의 총 셀 전압의 최소 방전 전압을 산출하고, 산출된 최소 방전 전압을 방전 기준 전압으로 설정할 수 있다.
한편, 상기 프로세서(150)는 배터리 팩(P)의 팩 전류가 방전 기준 전류 범위 내에 포함되는 시간이 진단 주기 이내이면 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단하지 않을 수 있다.
이를 통해, 상기 프로세서(150)는 복수 종류의 팩 전류 측정부(110)를 이용하지 않고 단일 종류의 팩 전류 측정부(110)만을 이용하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단함으로써, 배터리 팩(P) 제조 시 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 프로세서(150)는 팩 전류에 대응되는 팩 전압과 셀 전압을 이용하여 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장 여부를 진단함으로써, 상기 팩 전류 측정부(110)을 정확하게 진단할 수 있다.
상기 프로세서(150)는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 프로세서(150)에 의해 실행될 수 있는 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서(150)에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
상기 알림부(150)는 상기 팩 전류 측정부(110)의 고장이 발생한 것으로 진단되면 진단 결과를 프로세서(150)로부터 입력받거나 메모리부(140)에 저장된 프로세서(150)의 상기 진단 결과를 출력받고, 해당 진단 결과를 외부로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 알림부(150)는 진단 결과를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부 및 진단 결과를 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치는, 배터리 팩에 구비된 배터리 관리 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 본 발명에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 팩 전류 측정부 진단 장치
110: 팩 전류 측정부
120: 팩 전압 측정부
130: 셀 전압 측정부
140: 메모리부
150: 프로세서
160: 알림부
P: 배터리 팩
C: 복수의 배터리 셀
R: 릴레이부

Claims (9)

  1. 배터리 팩의 팩 전류를 측정하는 팩 전류 측정부;
    상기 배터리 팩의 팩 전압을 측정하는 팩 전압 측정부;
    상기 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 전압 측정부; 및
    상기 팩 전류 측정부, 상기 팩 전압 측정부 및 상기 셀 전압 측정부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 팩의 전기적 상태가 진단 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 상기 진단 조건을 만족하면, 소정의 진단 주기 동안의 상기 팩 전압의 변화량 및 상기 셀 전압의 변화량을 상기 배터리 팩의 충방전 상황에 따라 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압과 비교하며, 비교 결과에 기초하여 상기 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단하며,
    상기 프로세서는,
    상기 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩에 충전 또는 방전되기 위한 최소 전류를 산출하고, 산출된 최소 전류로 상기 진단 주기 동안 상기 배터리 팩이 충전 또는 방전될 경우의 상기 배터리 팩의 최소 전압 변화량을 산출하며, 산출된 최소 전압 변화량을 상기 충전 기준 전압 또는 상기 방전 기준 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 또는 방전 기준 전류 범위 내에 포함되는 조건, 상기 배터리 팩의 충방전을 제어하는 릴레이부가 턴 온 상태인 조건 및 상기 팩 전압 측정부와 상기 셀 전압 측정부가 동작 대기 상태인 조건 중 하나 이상을 포함하는 상기 진단 조건에 대하여 상기 배터리 팩의 전기적 상태가 만족되는지 여부를 판단하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 팩의 전기적 상태가 상기 진단 조건을 만족하면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 누적 셀 전압으로 산출하고,
    상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압과 충전 기준 전압 또는 방전 기준 전압 간에 대소를 각각 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 팩 전류 측정부의 고장 여부를 진단하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    진단 주기 동안 상기 팩 전류가 충전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 누적 팩 전압으로 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 누적 셀 전압으로 산출하고,
    상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압이 충전 기준 전압 이하이면 상기 팩 전류 측정부에 고장이 발생한 것으로 진단하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩에 충전되기 위한 최소 충전 전류를 산출하고, 산출된 최소 충전 전류를 이용하여 상기 충전 기준 전류 범위 및 상기 충전 기준 전압을 설정하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    진단 주기 동안 상기 팩 전류가 방전 기준 전류 범위 내에 포함되면, 상기 팩 전압의 변화량을 누적하여 상기 누적 팩 전압을 산출하고, 상기 셀 전압의 총 셀 전압의 변화량을 누적하여 상기 누적 셀 전압을 산출하며,
    상기 누적 팩 전압 및 상기 누적 셀 전압이 방전 기준 전압 이상이면 상기 팩 전류 측정부에 고장이 발생한 것으로 진단하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 진단 주기 동안 미리 설정된 충전 상태에 해당하는 최소 전력이 상기 배터리 팩에 방전되기 위한 최소 방전 전류를 산출하고, 산출된 최소 방전 전류를 이용하여 상기 방전 기준 전류 범위 및 상기 방전 기준 전압을 설정하는 팩 전류 측정부 진단 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치를
    포함하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 팩 전류 측정부 진단 장치를
    포함하는 배터리 팩.
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