KR101704282B1 - 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법 - Google Patents

셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량용 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간과 셀밸런싱 수행시간을 통해 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계와; 상기 제1단계 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계와; 상기 제2단계의 셀밸런싱 요구시간과 상기 제1단계의 셀밸런싱 잔여시간의 시간편차를 계산하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 계산된 시간편차를 통해 고장 여부를 판단하는 제4단계로 구성되어, 별도의 하드웨어 추가 없이 기존 로직을 이용하여 셀밸런싱 동작 이상 여부를 진단할 수 있으므로 셀밸런싱 제어 안전성을 확보하고 소프트웨어 로직 오류에 의한 고장인지 하드웨어 이상으로 인한 고장인지 판단할 수 있으며, 고장 시 셀밸런싱 수행을 강제 종료하여 과온에 의한 부품 소손 및 발화를 방지하여 안전성을 증대시킬 수 있고, 셀밸런싱 로직이나 회로 오동작에 의한 셀전압 간의 과편차를 방지하여 배터리팩의 성능 저하를 방지하고 상품성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법{Method for diagnosing error of cell balancing}
본 발명은 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법에 관한 것으로서, 특히 이전 주행에서 계산된 셀밸런싱 잔여시간과 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간의 시간편차를 계산하여 셀밸런싱 동작 이상을 진단하기 위한 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다.
따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다.
이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다.
현재는 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.
이와 같이 배터리 엔진을 이용하는 자동차는 동력원 향상을 위해 2차 전지(cell)의 수가 점차 증가되고 있으며, 연결된 다수의 셀 및 팩(pack)을 효율적으로 관리할 수 있는 셀밸런싱 제어방법이 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에 필요하다.
현재 상용차량은 대전력의 전원을 공급하기 위하여 전기차량에 적용되는 배터리 팩의 경우 릴레이가 연결되면, 배터리 팩간 전압 차이는 자연적으로 균형을 맞출 수 있다.
그러나, 종래에는 셀밸런싱을 제어하기 어려워 배터리 팩 내부의 셀간 전압 편차를 좁히지 못하며, 배터리 팩 내부적으로 셀간 전압 편차가 발생된 상황에서 배터리 충방전이 발생하면 배터리 팩 내부 셀간 전압 편차가 더 심화되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 등록특허 제10-1461895호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법에 관한 것으로서, 특히 이전 주행에서 계산된 셀밸런싱 잔여시간과 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간의 시간편차를 계산하여 셀밸런싱 동작 이상을 진단하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간과 셀밸런싱 수행시간을 통해 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계와; 상기 제1단계 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계와; 상기 제2단계의 셀밸런싱 요구시간과 상기 제1단계의 셀밸런싱 잔여시간의 시간편차를 계산하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 계산된 시간편차를 통해 고장 여부를 판단하는 제4단계;를 포함함으로써 달성된다.
상기 제1단계 이전에 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1단계에서 셀밸런싱 잔여시간은 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 수행시간으로 계산되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제3단계에서 시간편차는 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 잔여시간으로 계산되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제4단계에서 시간편차가 일정범위인 경우에는 셀밸런싱을 정상으로 판단하고, 시간편차가 일정범위를 넘는 경우 셀밸런싱을 비정상으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 일정범위는 셀밸런싱 수행시간을 기준으로 시간편차가 90% 이상이면 셀밸런싱 미동작으로 판단하고, 시간편차가 -300% 이하이면 셀밸런싱 과동작으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
시간편차가 -300% 초과, 90% 미만이면 셀밸런싱이 정상 작동으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제4단계 이후 고장 판단 시 주행사이클 3회 연속 고장 여부를 판단하는 제5단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제5단계에서 주행사이클 3회 연속 고장이 아닌 경우 셀밸런싱을 다시 제어하는 제6단계와; 주행사이클 3회 연속 고장인 경우 셀밸런싱을 고장으로 최종 진단하는 제7단계;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제4단계에서 미고장으로 판단 시 셀밸런싱 수행, IG OFF, 셀밸런싱 종료 후 셀밸런싱 잔여시간 저장 단계를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계 이후 진입 조건 만족 시 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간에서 셀밸런싱 수행시간을 차감하여 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계와; 상기 제1단계 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계와; 상기 제2단계의 셀밸런싱 요구시간에서 상기 제1단계의 셀밸런싱 잔여시간을 차감하여 시간편차를 계산하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 계산된 시간편차가 일정범위인 경우 셀밸런싱이 정상인 것으로 판단하고, 일정범위를 넘는 경우 셀밸런싱이 비정상인 것으로 판단하여 고장 여부를 판단하는 제4단계;를 포함함으로써 달성된다.
상기 제4단계에서 상기 일정범위는 셀밸런싱 수행시간을 기준으로 시간편차가 90% 이상이면 셀밸런싱 미동작으로 판단하고, 시간편차가 -300% 이하이면 셀밸런싱 과동작으로 판단하며, 시간편차가 -300% 초과, 90% 미만이면 셀밸런싱이 정상 작동으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 별도의 하드웨어 추가 없이 기존 로직을 이용하여 셀밸런싱 동작 이상 여부를 진단할 수 있으므로 셀밸런싱 제어 안전성을 확보하고 소프트웨어 로직 오류에 의한 고장인지 하드웨어 이상으로 인한 고장인지 판단할 수 있으며, 고장 시 셀밸런싱 수행을 강제 종료하여 과온에 의한 부품 소손 및 발화를 방지하여 안전성을 증대시킬 수 있고, 셀밸런싱 로직이나 회로 오동작에 의한 셀전압 간의 과편차를 방지하여 배터리팩의 성능 저하를 방지하고 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법을 도시하는 흐름도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 셀밸런싱 회로에서 이전 주행의 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계(S10)와, 현재 주행의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계(S20)와, 셀밸런싱 요구시간과 셀밸런싱 잔여시간의 시간편차를 계산하는 제3단계(S30)와, 시간편차를 통해 고장 여부를 판단하는 제4단계(S40)를 포함한다.
우선, 셀밸런싱은 하이브리드 차량용 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 것을 의미하는데 본 발명은 셀밸런싱 작동 고장을 진단하기 위한 방법이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1단계(S10)는 차량의 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간과 셀밸런싱 수행시간을 통해 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 단계이다.
이때, 제1단계(S10)에서 셀밸런싱 잔여시간은 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 수행시간으로 계산한다.
한편, 제1단계(S10) 이전에 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계(S11)를 거쳐 진입 조건 만족 시 제1단계(S10)로 진행하도록 하는 것이 바람직하다.
제2단계(S20)는 제1단계(S10) 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 단계이다.
제3단계(S30)는 제2단계(S20)의 셀밸런싱 요구시간과 제1단계(S10)의 셀밸런싱 잔여시간의 시간편차를 계산하는 단계이다.
이때, 제3단계(S30)에서 시간편차는 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 잔여시간으로 계산한다.
제4단계(S40)는 제3단계(S30)에서 계산된 시간편차를 통해 고장 여부를 판단하는 단계이다.
이때, 제4단계(S40)에서 시간편차가 일정범위인 경우에는 셀밸런싱을 정상으로 판단하고, 시간편차가 일정범위를 넘는 경우에는 셀밸런싱을 비정상으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 정상 또는 비정상을 판단하는 일정범위는 셀밸런싱 수행시간을 기준으로 시간편차가 90% 이상이면 셀밸런싱 미동작으로 판단하고, 시간편차가 -300% 이하이면 셀밸런싱 과동작으로 판단하여 비정상 상태임을 인지하며, 시간편차가 -300% 초과, 90% 미만이면 셀밸런싱이 정상 작동으로 판단하도록 한다.
시간편차와 관련된 셀밸런싱 고장 진단은 아래의 표 1을 참고한다.
이전 주행 현재 주행
셀밸런싱
요구시간		 셀밸런싱
수행시간		 셀밸런싱
잔여시간		 셀밸런싱
요구시간		 잔여시간
시간편차		 고장여부
판단
셀 1 0 sec 300 sec 0 sec 0 sec 0 sec(0%) 정상
셀 2 500 sec 200 sec 200 sec 0 sec(0%) 정상
셀 3 400 sec 100 sec 70 sec -30 sec(-10%) 정상
셀 4 1000 sec 700 sec 980 sec +280 sec(+93%) 셀밸런싱
미동작
셀 5 1200 sec 900 sec 0 sec -900 sec(-300%) 셀밸런싱
과동작
한편, 제4단계(S40) 이후 셀밸런싱 고장 판단 시 주행사이클(driving cycle) 3회 연속 고장 여부를 판단하는 제5단계(S50)로 진행하여 셀밸런싱 고장이 소프트웨어에 의한 로직 오류인지 하드웨어에 의한 고장 발생인지 확인하도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 제5단계(S50)에서 주행사이클 3회 연속 고장이 아닌 경우 셀밸런싱을 다시 제어하는 제6단계(S60)와, 주행사이클 3회 연속 고장인 경우 셀밸런싱 고장으로 최종 진단하는 제7단계(S70)를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 주행사이클 3회 미만에서 셀밸런싱 고장이 발생된 경우 소프트웨어에 의한 제어로직 오류로 판단하여 셀밸런싱을 다시 제어하며, 주행사이클 3회 이상에서 셀밸런싱 고장이 발생된 경우에는 하드웨어에 의한 셀밸런싱 회로고장으로 판단하여 서비스램프를 통해 운전자에게 고장을 알릴 수 있게 한다.
본 발명은 셀밸런싱의 이상 동작 검출 시 동작제어를 통해 셀밸런싱 수행을 재구동시키거나 강제로 종료함으로써 과온으로 인한 회로의 소손 방지와 함께 셀밸런싱의 정상동작 여부를 보장할 수 있게 한다.
한편, 제4단계(S40)에서 셀밸런싱 미고장으로 판단되는 경우 셀밸런싱 수행, IG OFF, 셀밸런싱 종료 후 셀밸런싱 잔여시간 저장 단계를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 하이브리드 차량용 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계(S11) 이후 진입 조건 만족 시 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간에서 셀밸런싱 수행시간을 차감하여 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계(S10)와, 제1단계(S10) 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계(S20)와, 제2단계(S20)의 셀밸런싱 요구시간에서 제1단계(S10)의 셀밸런싱 잔여시간을 차감하여 시간편차를 계산하는 제3단계(S30)와, 제3단계(S30)에서 계산된 시간편차가 일정범위인 경우 셀밸런싱이 정상인 것으로 판단하고, 일정범위를 넘는 경우 셀밸런싱이 비정상인 것으로 판단하여 고장 여부를 판단하는 제4단계(S40)로 이루어져, 별도의 하드웨어 추가 없이 기존 로직을 이용하여 셀밸런싱 동작 이상 여부를 진단할 수 있으므로 셀밸런싱 제어 안전성을 확보하고 소프트웨어 로직 오류에 의한 고장인지 하드웨어 이상으로 인한 고장인지 판단할 수 있으며, 고장 시 셀밸런싱 수행을 강제 종료하여 과온에 의한 부품 소손 및 발화를 방지하여 안전성을 증대시킬 수 있고, 셀밸런싱 로직이나 회로 오동작에 의한 셀전압 간의 과편차를 방지하여 배터리팩의 성능 저하를 방지하고 상품성을 향상시킨다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
S10 : 제1단계 S20 : 제2단계
S30 : 제3단계 S40 : 제4단계

Claims (12)

  1. 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간과 셀밸런싱 수행시간을 통해 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계와;
    상기 제1단계 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계와;
    상기 제2단계의 셀밸런싱 요구시간과 상기 제1단계의 셀밸런싱 잔여시간의 시간편차를 계산하는 제3단계와;
    상기 제3단계에서 계산된 시간편차를 통해 고장 여부를 판단하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계 이전에 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에서 셀밸런싱 잔여시간은 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 수행시간으로 계산되는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계에서 시간편차는 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간 - 셀밸런싱 잔여시간으로 계산되는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계에서 시간편차가 일정범위인 경우에는 셀밸런싱을 정상으로 판단하고, 시간편차가 일정범위를 넘는 경우 셀밸런싱을 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 일정범위는 셀밸런싱 수행시간을 기준으로 시간편차가 90% 이상이면 셀밸런싱 미동작으로 판단하고, 시간편차가 -300% 이하이면 셀밸런싱 과동작으로 판단하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    시간편차가 -300% 초과, 90% 미만이면 셀밸런싱이 정상 작동으로 판단하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계 이후 고장 판단 시 주행사이클 3회 연속 고장 여부를 판단하는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제5단계에서 주행사이클 3회 연속 고장이 아닌 경우 셀밸런싱을 다시 제어하는 제6단계와;
    주행사이클 3회 연속 고장인 경우 셀밸런싱을 고장으로 최종 진단하는 제7단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계에서 미고장으로 판단 시 셀밸런싱 수행, IG OFF, 셀밸런싱 종료 후 셀밸런싱 잔여시간 저장 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  11. 배터리의 복수의 셀 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱회로에서, 최저 셀전압과 다른 셀간의 전압 편차가 일정 수준 이상인지 셀밸런싱 진입 조건을 판단하는 제1-1단계 이후 진입 조건 만족 시 이전 주행에서의 셀밸런싱 요구시간에서 셀밸런싱 수행시간을 차감하여 셀밸런싱 잔여시간을 계산하는 제1단계와;
    상기 제1단계 이후 현재 주행에서의 셀밸런싱 요구시간을 확인하는 제2단계와;
    상기 제2단계의 셀밸런싱 요구시간에서 상기 제1단계의 셀밸런싱 잔여시간을 차감하여 시간편차를 계산하는 제3단계와;
    상기 제3단계에서 계산된 시간편차가 일정범위인 경우 셀밸런싱이 정상인 것으로 판단하고, 일정범위를 넘는 경우 셀밸런싱이 비정상인 것으로 판단하여 고장 여부를 판단하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 일정범위는 셀밸런싱 수행시간을 기준으로 시간편차가 90% 이상이면 셀밸런싱 미동작으로 판단하고, 시간편차가 -300% 이하이면 셀밸런싱 과동작으로 판단하며, 시간편차가 -300% 초과, 90% 미만이면 셀밸런싱이 정상 작동으로 판단하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 고장이 제어오류인지 회로고장인지 진단하는 방법.
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