KR101714211B1 - 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량에서, 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 추정함으로써, 주행중 차량의 정지(shutdown)를 방지하여 운전자의 안전을 도모할 수 있는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치에 있어서, 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장하는 메모리; 고전압 배터리의 전압을 측정하는 전압센서; 고전압 배터리의 저전류를 측정하는 제 1 모듈과 고전류를 측정하는 제 2 모듈을 구비한 전류센서; 및 상기 전압센서가 정상이면, 전압과 저전류 또는 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하고, 상기 전압센서가 고장이면 저전류 또는 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출한 후 상기 SoC 값에 상응하는 가용파워를 상기 메모리에서 검색하는 제어기를 포함한다.

Description

고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법{APPRATUS FOR ESTIMATING AVAILABLE POWER OF HIGH VOLTAGE BATTERY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량에서, 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 추정하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서, 친환경 차량은 고전압 배터리를 이용하여 전기 모터를 구동시켜 주행하는 차량으로서, HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함한다.
종래의 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치는, 고전압 배터리의 전압을 측정하기 위한 전압센서와 전류를 측정하기 위한 전류센서를 구비하여 고전압 배터리의 가용파워를 추정한다.
이러한 종래의 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치는, 전압센서 또는 전류센서 중 어느 하나의 센서에 고장(측정 불능)이 발생하면, 고장이 발생하지 않은 센서의 측정값을 모니터링 하면서, 직전(전압센서 및 전류센서가 모두 정상상태)에 산출한 가용파워를 일정량 감소시켜 가용파워를 추정한다. 이때, 가용파워 추정 장치는 전압센서에 고장이 발생하면 CAN(Controller Area Network)으로 전압센서의 고장을 알리는 데이터를 전송하고, 전류센서에 고장이 발생하면 CAN으로 전류센서의 고장을 알리는 데이터를 전송한다.
또한, 종래의 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치는 전압센서 및 전류센서 모두가 고장 나면, 고전압 배터리의 보호를 위해 릴레이를 차단하고 더 이상 고전압 배터리를 사용하지 못하게 한다. 즉, 친환경차량을 정지(shut-down)시킨다.
최근 들어, 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량이 개발되었다.
이러한 친환경 차량에서 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 추정할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국등록특허 제10-0579922호(2005.6.8 등록)
상기와 같은 요구에 부응하기 위하여, 본 발명은 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량에서, 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 추정함으로써, 주행중 차량의 정지(shutdown)를 방지하여 운전자의 안전을 도모할 수 있는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치 및 그 방법을 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 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 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 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치에 있어서, 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장하는 메모리; 고전압 배터리의 전압을 측정하는 전압센서; 고전압 배터리의 저전류를 측정하는 제 1 모듈과 고전류를 측정하는 제 2 모듈을 구비한 전류센서; 및 상기 전압센서가 정상이면, 전압과 저전류 또는 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하고, 상기 전압센서가 고장이면 저전류 또는 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출한 후 상기 SoC 값에 상응하는 가용파워를 상기 메모리에서 검색하는 제어기를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 추정하는 방법에 있어서, 메모리가 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장하는 단계; 상기 전압센서가 정상이면, 전압과 저전류 또는 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 단계; 상기 전압센서가 고장이면, 저전류 또는 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 SoC 값에 상응하는 가용파워를 상기 메모리에서 검색하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량에서, 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 추정함으로써, 주행중 차량의 정지(shutdown)를 방지하여 운전자의 안전을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치는, 메모리(10), 전압센서(20), 전류센서(30), 및 제어기(40)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 메모리(10)는 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장한다. 이때, SoC 값의 단위는 퍼센트(%)이다.
다음으로, 전압센서(20)는 고전압 배터리의 전압을 측정한다. 이때, 전압센서(20)는 고장 발생시 전압을 측정하지 못해 제어기(40)로 전압값을 전송하지 못한다.
다음으로, 전류센서(30)는 고전압 배터리의 전류를 측정한다. 이때, 전류센서(30)는 저전류를 측정하는 제 1 모듈(31)과 고전류를 측정하는 제 2 모듈(32)을 구비한다. 여기서, 제 1 모듈(31)는 측정 범위가 일례로 ±30A이고, 제 2 모듈(32)는 측정 범위가 일례로 ±350A이다.
따라서, 전류센서(30)는 제 1 모듈(31)에 고장이 발생하면 저전류를 측정할 수 없고, 제 2 모듈(32)에 고장이 발생하면 고전류를 측정할 수 없다.
다음으로, 제어기(40)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다.
이하, 전압센서(20) 및 전류센서(30)에 고장 발생시, 제어기(40)가 고전압 배터리의 가용파워를 추정하는 과정에 대해 살펴보기로 한다.
1) 전압센서(20)가 정상이고, 전류센서(30)의 제 1 모듈(31)이 고장 시
- 전압센서(20)에 의해 측정된 전압값과 제 2 모듈(32)에 의해 측정된 전류값을 이용하여 가용파워를 추정
2) 전압센서(20)가 정상이고, 전류센서(30)의 제 2 모듈(32)이 고장 시
- 전압센서(20)에 의해 측정된 전압값과 제 1 모듈(31)에 의해 측정된 전류값을 이용하여 가용파워를 추정
3) 전압센서(20)가 정상이고, 전류센서(30)의 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32)이 고장 시
- 전압센서(20)에 의해 측정된 전압값을 모니터링 하면서, 직전(전압센서 및 전류센서가 모두 정상상태)에 산출한 가용파워를 일정량 감소시켜 가용파워를 추정한다.
4) 전압센서(20)가 고장이고, 전류센서(30)의 제 1 모듈(31)이 고장 시
- 제어기(40)는 제 2 모듈(32)에 의해 측정된 고전류를 이용하여 SOC 값을 산출하고, 메모리(10)에 저장된 테이블에서 상기 산출한 SoC 값에 상응하는 가용파워를 검색한다. 이렇게 검색된 가용파워를 가용파워로 추정한다.
5) 전압센서(20)가 고장이고, 전류센서(30)의 제 2 모듈(32)이 고장 시
- 제어기(40)는 제 1 모듈(31)에 의해 측정된 저전류를 이용하여 SOC 값을 산출하고, 메모리(10)에 저장된 테이블에서 상기 산출한 SoC 값에 상응하는 가용파워를 검색한다. 이렇게 검색된 가용파워를 가용파워로 추정한다.
6) 전압센서(20)가 고장이고, 전류센서(30)의 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32)이 고장 시
- 고전압 배터리를 사용하지 못하도록 릴레이를 오프시킨다.
이를 요약해 보면, 전압센서(20)를 기준으로, 전압센서(20)에 고장이 발생하지 않으면 전압센서(20)에 의해 측정된 전압과, 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32) 중 고장이 발생하지 않은 모듈에 의해 측정된 전류를 기반으로 가용파워를 추정한다. 물론, 전압센서(20)와 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32)이 모두에 고장이 발생하면 고전압 배터리의 사용을 금지시킨다.
반면, 전압센서(20)에 고장이 발생하고, 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32) 중 어느 하나의 모듈에 고장이 발생하면, 고장이 발생하지 않은 모듈에 의해 측정된 전류를 이용하여 SoC를 산출하고, 메모리(10)에서 그에 상응하는 가용파워를 읽어온다.
결국, 전압센서(20)가 고장이 아니면 가용파워를 추정하고, 전압센서(20)가 고장이면 메모리(10)에서 가용파워를 읽어온다. 물론 전압센서(20)가 고장이 아니면서 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32)이 모두 고장이면 종래의 방식대로 직전에 산출된 가용파워를 일정량 감소시킨 후 현재의 가용파워로 추정한다. 또한, 전압센서(20)와 제 1 모듈(31) 및 제 2 모듈(32)이 모두 고장이면 고전압 배터리의 사용을 금지시킨다. 즉, 고전압 배터리와 부하와의 연결을 차단한다.
이러한 본 발명은 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 산출하는 친환경 차량에서, 전류센서 또는 전압센서의 고장 시 고전압 배터리의 가용파워를 효율적으로 추정할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에서 SoC 값을 산출하는 기술은 일반적으로 널리 알려진 전류 적산 기법(Current integration method)을 이용한다. 전류 적산 기법은 쿨롬 카운팅(Coulomb counting) 이라고도 하는데, 배터리의 전류를 측정하고 이를 시간에 대해 적분하여 SoC 값을 산출하는 기법이다.
도 2 는 본 발명에 따른 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서(30)와 전압센서(20)를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 추정하는 과정을 나타낸다.
먼저, 메모리(10)가 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장한다(201).
이후, 전압센서(20)가 정상이면, 제어기(40)는 전압센서(20)에 의해 측정된 전압과 저전류 측정 모듈에 의해 측정된 저전류 또는 전압센서(20)에 의해 측정된 전압과 고전류 측정 모듈에 의해 측정된 고전류를 이용하여 가용파워를 추정한다(202).
이후, 전압센서(20)가 고장이면, 제어기(40)는 저전류 측정 모듈에 의해 측정된 저전류 또는 고전류 측정 모듈에 의해 측정된 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출한다(203).
이후, 제어기(40)는 산출된 SoC 값에 상응하는 가용파워를 메모리(10)에서 검색한다(204). 이렇게 검색된 가용파워를 현 시점의 가용파워로 추정한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 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.
10 : 메모리
20 : 전압센서
30 : 전류센서
40 : 제어기

Claims (10)

  1. 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장하는 메모리;
    고전압 배터리의 전압을 측정하는 전압센서;
    고전압 배터리의 저전류를 측정하는 제 1 모듈과 고전류를 측정하는 제 2 모듈을 구비한 전류센서; 및
    상기 전압센서가 정상이면, 전압과 저전류 또는 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하고, 상기 전압센서가 고장이면 저전류 또는 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출한 후 상기 SoC 값에 상응하는 가용파워를 상기 메모리에서 검색하는 제어기
    를 포함하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전압센서가 정상이고 상기 제 1 모듈이 고장이면, 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전압센서가 정상이고 상기 제 2 모듈이 고장이면, 전압과 저전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전압센서가 고장이고 상기 제 1 모듈이 고장이면, 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전압센서가 고장이고 상기 제 2 모듈이 고장이면, 저전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 장치.
  6. 저전류 측정 모듈 및 고전류 측정 모듈을 구비한 전류센서와 전압센서를 기반으로 고전압 배터리의 가용파워를 추정하는 방법에 있어서,
    메모리가 고전압 배터리의 SoC(State of Charge) 값에 상응하는 가용파워가 기록된 테이블을 저장하는 단계;
    상기 전압센서가 정상이면, 전압과 저전류 또는 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 단계;
    상기 전압센서가 고장이면, 저전류 또는 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 SoC 값에 상응하는 가용파워를 상기 메모리에서 검색하는 단계
    를 포함하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용파워 추정 단계는,
    상기 전압센서가 정상이고 상기 저전류 측정 모듈이 고장이면, 전압과 고전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가용파워 추정 단계는,
    상기 전압센서가 정상이고 상기 고전류 측정 모듈이 고장이면, 전압과 저전류를 이용하여 가용파워를 추정하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 SoC 값 산출 단계는,
    상기 전압센서가 고장이고 상기 저전류 측정 모듈이 고장이면, 고전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 SoC 값 산출 단계는,
    상기 전압센서가 고장이고 상기 고전류 측정 모듈이 고장이면, 저전류를 이용하여 SoC 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리의 가용파워 추정 방법.
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