KR100387491B1 - 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 고장 진단방법에 관한 것이다.

본 발명은 다수의 셀로 이루어지는 모듈이 적어도 하나 이상 포함되어 있는 배터리를 충전시키고, 충전되는 배터리의 각 모듈의 전압의 측정한 다음에, 측정되는 각 모듈의 전압의 평균 전압, 최대 전압 또는 최소 전압을 산출한다. 그리고 평균 전압과 최대 전압의 차의 절대값 또는 평균 전압과 최소 전압의 차의 절대값을 산출하고, 산출된 절대값과 설정 전압을 비교하여 고장 발생 여부를 판단하고, 특히, 산출된 절대값이 설정 전압 이상으로 고장이 발생할 것으로 판단되면 배터리에 충격을 완화시킬 수 있는 모드로 충전 모드를 변경한다.

이러한 본 발명에 따르면, 전기 자동차에서 배터리에 고장이 발생할 가능성을 초기에 진단하여 그에 따른 조치를 신속하게 취함으로써, 배터리 수명을 연장시킬 수 있으며, 동작 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 고장 진단방법{METHOD FOR DIAGONOSISING FAILURE OF BATTERY IN ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 배터리 고장 진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차의 배터리의 초기 고장(fail)을 진단하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 원동력으로 이용되고 있는 가솔린 엔진 등의 내연기관은 연료를 실린더 안에서 연소시켜 이때 발생하는 열에너지를 운동 에너지로 변환시켜 자동차의 동력원으로 이용한다.

그러므로 분사된 연료가 연소된 후 배출되는 배기가스에는 연소에 따른 질소 산화물과, 불완전 연소로 인한 일산화탄소나 탄화수소 등 유해 성분을 많이 함유하고 있으므로 인체에 매우 유해하고 대기를 오염시키는 주범이 된다.

특히, 차량 대수가 폭발적으로 증가하고 있는 요즘, 자동차에서 배출되는 배기 가스에 의한 대기 오염을 사회적으로 커다란 문제도 대두되고 있다.

그러므로 심각한 공해 문제로 인하여 배기가스를 배출시키지 않고 한정되어 있는 천연 자원을 사용하지 않는 전기 자동차나 태양열 자동차의 활용 문제가 심각하게 논의되고, 이에 따른 연구 개발이 활발히 진행되어 실용화 단계까지 개발이 진행되고 있다.

상기 전기 자동차는 동력원으로 이용되고 있는 축전지와, 상기 축전지에 의해 동작되어 자동차의 구동력을 발생시키는 모터와, 각 장치 등의 동작을 제어하기 위한 제어장치 등으로 이루어져 있다.

반면 태양열 자동차는, 자동차의 동력원으로 태양열을 이용하여 전압을 발생시키는 태양 전지를 자동차에 장착하여, 발생하는 전압을 축전지에 축전한 후, 구동력을 발생시키는 모터와 기타 다른 제어 장치로 이루어져 있다.

따라서 태양열 자동차가 전기 자동차와 다른 점은 별도의 태양 전지를 이용하여 축전지의 전하를 충전시켜 자동차의 구동 동작을 실행할 수 있도록 한다는 점이다.

그러므로 태양열에 의해 작동되는 태양열 자동차는 오염 물질의 발생이 전혀 없으므로 차세대 자동차로 주목받고 있으므로 실용화 단계까지 주행 성능을 향상시키기 위해 계속적인 개발과 연구가 이루어지고 있다. 따라서 개발 단계에 있는 태양열 자동차의 각 장치의 기능과 성능을 정확하게 판단해야 한다.

이와 같이 천연 자원을 이용하지 않고 배터리에 축적되어 있는 전기나 태양 전지를 이용하는 전기 자동차나 태양열 자동차일 경우 배터리는 자동차의 구동원으로 매우 중요하다.

그러므로 배터리의 상태나 축전 전압 상태 등을 항상 체크하고 판정하여, 배터리의 과도한 방전으로 인한 문제점을 예방할 수 있도록 하고, 비정상 상태일 때 발생할 수 있는 안전 사고 등을 예방할 수 있도록 한다.

종래에는 배터리의 고장 여부를 판단하는 방법으로는, 측정되는 배터리의 최대 전압과 최소 전압의 차의 절대값이 설정 전압 예를 들어 약 1V 이상이면 배터리에 고장이 발생한 것으로 판단하는 방법을 사용하였다. 도 1a 및 도 1b에 이러한 배터리 고장 진단방법을 사용한 경우에 해당하는 전압 측정 상태가 도시되어 있다.

첨부한 도 1a에 도시되어 있듯이, 배터리 전압이 균일하게 분포하는 경우에는 위에 기술된 종래의 진단방법으로 배터리 고장 상태를 판단하는데 문제가 없지만, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이 배터리 전압값이 최대값 또는 최소값 중 어느 한쪽으로 치우치는 경우에 종래의 진단방법으로 배터리 고장 상태를 판단하면, 배터리 고장을 판단하기까지 성능이 저하된 배터리 모듈이 상대적으로 긴 시간 동안 손상(damage)을 입는 환경에 노출되어, 배터리가 완전히 고장나서 사용할 수 없게 될 가능성이 높다.

예를 들어, 종래에는 충전중에 배터리에 고장이 발생하여도 전압값이 충전 모드 변경값을 만족하지 못하면 계속하여 충전이 이루어지며, 이에 따라 배터리 셀에 큰 저항이 발생하여 내부 압력 상승 및 급격한 온도 상승으로 인한 화재 등이 발생할 수 있다.

그러므로 본 발명의 기술적 과제는 전기 자동차에서 배터리의 고장 발생 가능성을 초기에 진단하여 적절한 관리를 하여 배터리를 최적의 상태로 유지시키기 위한 고장 진단방법을 제공하고자 하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 배터리 고장 진단방법을 사용한 경우에 해당하는 전압 측정 상태를 나타낸 예시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법을 구현하기 위한 장치의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법의 동작 순서도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전시의 전압 특성을 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리에 고장이 발생한 경우에 해당하는 전압 상태를 나타내는 그래프이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 배터리 고장 진단방법은, 다수의 셀로 이루어지는 모듈이 적어도 하나 이상 포함되어 있는 배터리의 고장 발생 여부를 진단하는 방법으로, 배터리를 충전시키는 단계; 충전되는 배터리의 각 모듈의 전압의 측정하는 단계; 측정되는 각 모듈의 전압의 평균 전압, 최대 전압 또는 최소 전압을 산출하는 단계; 평균 전압과 최대 전압의 차의 절대값 또는 평균 전압과 최소 전압의 차의 절대값을 산출하는 단계; 산출된 절대값과 설정 전압을 비교하여 고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 절대값이 설정 전압 이상으로 고장이 발생할 것으로 판단되면 배터리에 충격을 완화시킬 수 있는 모드로 충전 모드를 변경하는 단계를 더 포함할수 있다.

이외에도, 상기 고장이 발생할 것으로 판단되면 고장 발생 여부를 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 2에 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법을 구현하기 위한 장치의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 고장 진단방법을 구현하기 위한 장치는, 배터리(10)와, 배터리 충전부(20), 배터리 충전부의 동작을 제어하여 배터리에 소정 전압이 충전되도록 하는 충전 제어부(30), 배터리의 충전 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부(40), 그리고 배터리 상태를 표시하는 표시부(50)를 포함한다.

여기서 충전 제어부(30)는 배터리의 충전 전압을 토대로 배터리 고장 발생 가능성을 진단하고, 진단 결과를 표시부(50)를 통하여 표시하여 운전자가 알 수 있도록 한다. 표시부(50)는 액정 표시 장치나 발광 다이오드와 같이 진단 결과를 가시적으로 나타내는 장치일 수 있으며, 또한 진단 결과를 청각적으로 나타낼 수 있는 부저나 스피커일 수도 있다.

배터리(10)는 다수의 셀로 이루어진 모듈이며, 일반적으로 다수의 모듈이 하나의 팩을 이루어서 전기 자동차에 장착된다.

다음에는 이러한 구조로 이루어지는 장치를 토대로 하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 고장 진단방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 고장 진단방법은 배터리를 구성하는 각 모듈의 성능 저하를 검출하여 배터리에 고장이 발생할 가능성을 초기에 진단하기 위한 것이다. 일반적으로 배터리 모듈의 성능 저하가 모듈을 이루고 있는 각 셀이 동시에 저하되는 것이 아니기 때문에, 모든 셀 중에서 고장이 발생한 셀을 찾은 것은 불가능하다. 그러나 정상적인 충전시에는 배터리의 각 모듈의 전압이 비슷한 값을 가지는 경향이 있으므로, 배터리의 평균 전압과 큰 차이를 가지는 전압을 가지는 모듈이 고장을 일으킬 가능성이 높으며, 본 발명에서는 이러한 개념을 토대로 하여 배터리의 고장 여부를 진단한다.

도 3에 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법의 순서도가 도시되어 있다.

먼저, 충전 제어부(30)는 배터리 충전부(20)를 구동시켜 배터리(10)에 일정 전압을 충전시킨다(S110∼S110).

도 4에 배터리 충전시의 전압 특성을 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 충전시에는 도 4에서와 같이 배터리(10)의 각 모듈의 전압이 균일한 분포를 이루게 된다.

배터리 충전 동작이 이루어지며, 충전 제어부(30)는 배터리 전압 검출부(40)에 의하여 검출되는 배터리 전압을 토대로 하여 배터리 동작 상태를 체크하기 시작한다(S120).

구체적으로, 배터리 전압 검출부(40)는 배터리(10)의 각 모듈의 전압(V_module)을 측정하여 충전 제어부(30)로 제공하며, 충전 제어부(30)는 측정되는 각 모듈의 전압(V_module) 중 최대 전압(V_max)과 최소 전압(V_min) 그리고 평균 전압(V_average)을 산출한다(S130).

그리고, 평균 전압과 최대 전압의 차의 절대값｜(V_average)-(V_max)｜ 또는, 평균 전압과 최소 전압의 차의 절대값 ｜(V_average)-(V_min)｜을 산출한 다음, 절대값과 설정 전압 (V_difference)(허용 배터리 모듈 전압차)와 비교하여 고장이 발생할 가능성 여부를 판단한다(S140).

도 5에 배터리에 고장이 발생한 경우에 해당하는 전압 상태를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 예를 들어, 도 5에서와 같이, 정상적인 충전이 진행되고 있으나 배터리 내부적으로 1개의 모듈에 고장이 발생한 경우, 고정이 발생한 모듈을 구성하고 있는 각 셀 중에 1개의 셀에 고장이 발생된 것이라면 약 1.2V 정도의 전압 강하가 발생한다.

따라서, 평균 전압과 최대 전압의 차의 절대값｜(V_average)-(V_max)｜ 또는, 평균 전압과 최소 전압의 차의 절대값 ｜(V_average)-(V_min)｜이 설정 전압(V_difference)이상인 경우에는 고장이 발생할 가능성이 있는 것으로 판단하여, 충전 제어부(30)는 충전 모드를 변경하여 배터리(10)에 가해지는 충격이 완화되도록 한다(S150∼S160).

또한, 충전 제어부(30)는 배터리 고장이 발생할 가능성이 있는 경우에는 표시부(40)를 통하여 고장 발생 가능성을 경고하여, 운전자가 적절한 조치를 취하도록 한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 고장이 발생할 가능성이 있는 것으로 판단되면, 현재 충전 모드를 배터리에 가해지는 충격이 감소될 수 있는 모드로 변경하여 고장 발생을 미연에 방지하며, 예를 들어 급속 충전 모드인 경우에는 정상 충전 모드 등으로 변환하여 배터리 충전을 수행한다.

이외에도 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에서는 전기 자동차에서 배터리에 고장이 발생할 가능성을 초기에 진단하여 그에 따른 조치를 신속하게 취함으로써, 배터리 수명을 연장시킬 수 있으며, 동작 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 다수의 셀로 이루어지는 모듈이 적어도 하나 이상 포함되어 있는 배터리의 고장 발생 여부를 진단하는 방법에 있어서,

   배터리를 충전시키는 단계;

   충전되는 배터리의 각 모듈의 전압의 측정하는 단계;

   측정되는 각 모듈의 전압의 평균 전압, 최대 전압 또는 최소 전압을 산출하는 단계;

   평균 전압과 최대 전압의 차의 절대값 또는 평균 전압과 최소 전압의 차의 절대값을 산출하는 단계; 및

   산출된 절대값과 설정 전압을 비교하여 고장 발생 여부를 판단하는 단계

   를 포함하는 배터리의 고장 진단방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 절대값이 설정 전압 이상으로 고장이 발생할 것으로 판단되면 배터리에 충격을 완화시킬 수 있는 모드로 충전 모드를 변경하는 단계를 더 포함하는 배터리의 고장 진단방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 고장이 발생할 것으로 판단되면 고장 발생 여부를 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함하는 배터리의 고장 진단방법.