KR101725498B1 - 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치는 복수의 배터리 셀의 전류 누설을 진단하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 배터리 제어기; 상기 배터리 제어기와 별도로 상기 복수의 배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 센서; 및 상기 배터리 제어기에서 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교하고, 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출하고, 상기 전류 센서에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 상기 배터리 제어기 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단하는 진단부를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LEAKAGING DIGNOSIS OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 배터리 관리 시스템의 누설을 진단하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 정확한 누설 원인을 파악하는 기술에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 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.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.
배터리 관리 시스템은 배터리 셀과 배터리 셀의 전압을 측정하고 밸런싱을 수행하는 배터리 제어기가 와이어를 통해 연결되어 구성된다. 이때, 상기 배터리 제어기에서 측정된 특정 배터리 셀의 전압이 정상적인 전압에 비해 저전압인 경우가 있다. 이는 특정 배터리 셀의 전류가 누설된 것이다. 이 경우, 전류의 누설 원인이 배터리 셀의 고장 때문인지 또는 배터리 제어기의 고장 때문인지 정확하게 분석할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 배터리의 누설이 발견된 경우 배터리 관리 시스템 자체를 교체해야 하는 문제점도 있다.
미국 특허공개공보 US2014-0070772호
본 발명은 배터리 관리 시스템에서 누설이 발생한 경우, 배터리 셀 자체의 고장인지 또는 배터리 제어기의 고장인지 정확하게 구분하는 진단 장치 및 진단 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치는 복수의 배터리 셀의 전류 누설을 진단하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 배터리 제어기; 상기 배터리 제어기와 별도로 상기 복수의 배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 센서; 및 상기 배터리 제어기에서 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교하고, 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출하고, 상기 전류 센서에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 상기 배터리 제어기 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단하는 진단부를 포함한다.
또한, 상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 중 임의의 배터리 셀에 연결되어 인접한 배터리 셀들의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 단일의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 인접하지 않은 배터리 셀에 공통적으로 연결되어 복수의 배터리 셀 모두의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 홀 센서일 수 있다.
또한, 상기 진단부는 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 상기 배터리 제어기의 셀 밸런싱 동작을 중단시킬 수 있다.
또한, 상기 진단부는 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있다.
또한, 상기 진단부는 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 상기 배터리 제어기의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있다.
또한, 상기 진단부가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려주는 알림부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법은 복수의 배터리 셀, 배터리 제어기 및 전류 센서를 포함하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법에 있어서, 상기 배터리 제어기에서 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 측정하는 전압 측정 단계; 상기 전압 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압이 기 설정된 전압값 미만인지 비교하여 누설 배터리 셀을 검출하는 누설 검출 단계; 상기 누설 판단 단계에서 판단된 상기 누설 배터리 셀의 전류를 상기 전류 센서에서 상기 배터리 제어기와 별도로 측정하는 전류 측정 단계; 상기 전류 측정 단계에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 상기 배터리 제어기 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단하는 누설 진단 단계를 포함한다.
또한, 상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 중 임의의 배터리 셀에 연결되어 인접한 배터리 셀들의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 단일의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 인접하지 않은 배터리 셀에 공통적으로 연결되어 복수의 배터리 셀 모두의 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 센서는 홀 센서일 수 있다.
또한, 상기 누설 진단 단계는 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 상기 배터리 제어기의 셀 밸런싱 동작을 중단시킬 수 있다.
또한, 상기 누설 진단 단계는 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있다.
또한, 상기 누설 진단 단계는 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 상기 배터리 제어기의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있다.
또한, 상기 누설 진단 단계에서 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려주는 알림 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 배터리 관리 시스템에서 누설이 발생한 경우, 배터리 셀 자체의 고장인지 또는 배터리 제어기의 고장인지 정확하게 구분할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 배터리 관리 시스템에서 누설이 발생한 경우, 누설의 정확한 원인을 파악하여 고장난 부품만 교체함으로써, 수리 비용을 절감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 누설 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치(100)는 배터리 관리 시스템(10), 진단부(20) 및 알림부(30)를 포함한다.
배터리 관리 시스템(10)은 복수의 배터리 셀(11,12,13,14), 배터리 제어기(15) 및 전류 센서(16,17,18,19)를 포함한다.
복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 개수는 도 1에 도시된 개수로 한정되지 않는다. 즉, 배터리 셀의 개수는 도 1에 도시된 개수보다 많거나 적을 수 있다.
배터리 제어기(15)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각의 전압을 측정하고, 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 전압 밸런싱을 수행한다.
전류 센서(16,17,18,19)는 배터리 제어기(15)와 별도로 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각에서 배터리 제어기(15)와 연결된 선로로 흐르는 전류를 측정한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에서 전류 센서(16,17,18,19)의 개수는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 개수와 동일하다. 또한, 바람직하게는 전류 센서(16,17,18,19)는 홀 센서일 수 있다. 상기 홀 센서는 자기장의 세기에 따라 전압이 변하는 소자로, 홀 효과를 이용하여 전류를 측정하는 센서를 의미한다. 상기 홀 효과란 도체에 전류가 흐르는 상태에서 전류의 방향과 수직으로 자기장이 형성될 때, 전류가 흐르는 도체 내에서 전류와 수직방향으로 전위차가 발생하는 현상을 의미한다.
진단부(20)는 배터리 제어기(15)에서 측정된 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교한다. 상기 기 설정된 전압값은 배터리 셀의 누설 여부를 판단하는 기준값을 말한다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전압값은 2.5 V 일 수 있다.
진단부(20)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출한다.
진단부(20)는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 배터리 제어기(15)의 셀 밸런싱 동작을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)과 배터리 제어기(15)간에 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류만 흐르게 된다. 따라서, 진단부(20)는 더욱 정확하게 누설의 원인을 분석할 수 있게 된다.
진단부(20)는 전류 센서(16,17,18,19)에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 배터리 제어기(15) 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단한다.
예를 들어, 상기 누설 배터리 셀이 제1 배터리 셀(11)이라 가정한다. 이 경우, 진단부(20)는 제1 전류 센서(16)의 전류값을 읽는다. 그 결과, 진단부(20)는 제1 전류 센서(16)의 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 이 때, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 제1 전류 센서(16)의 전류값에는 상기 센싱 전류외의 다른 전류값이 측정되지 않은 것이므로, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다. 한편, 진단부(20)가 읽은 제1 전류 센서(16)의 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(20)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 마찬가지로, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 제1 전류 센서(16)의 전류값에는 상기 센싱 전류값 뿐만 아니라 다른 전류값이 측정된 것이므로, 상기 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다.
알림부(30)는 진단부(20)가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려준다. 즉, 알림부(30)는 누설의 원인이 배터리 제어기(15)의 고장 때문인지 또는 상기 누설 배터리 셀의 고장 때문인지 여부를 사용자에게 알려준다. 예를 들어, 차량의 AVN(Audio Video Navigation) 등의 비디오 장치에 경고 메시지를 띄우거나 차량의 오디오 장비를 통해서 경고음을 울리는 형태 등을 상정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치(200)는 배터리 관리 시스템(110), 진단부(120) 및 알림부(30)를 포함한다.
배터리 관리 시스템(110)은 복수의 배터리 셀(11,12,13,14), 배터리 제어기(15) 및 전류 센서(116,117)를 포함한다. 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 및 배터리 제어기(15)에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 이하 생략한다.
전류 센서(116,117)는 배터리 제어기(15)와 별도로 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각에서 배터리 제어기(15)와 연결된 선로로 흐르는 전류를 측정한다. 이때, 전류 센서(116,117) 각각은 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 임의의 배터리 셀에 연결되어 인접한 배터리 셀들의 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 센서(116)는 제1 배터리 셀(11)과 배터리 제어기(15)를 연결하는 선로에 연결되어 제1 배터리 셀(11)과 제2 배터리 셀(12)의 전류를 측정하고, 제2 전류 센서(117)는 제3 배터리 셀(13)과 배터리 제어기(15)를 연결하는 선로에 연결되어 제3 배터리 셀(13)과 제4 배터리 셀(14)의 전류를 측정하는 것을 상정할 수 있다.
또한, 바람직하게는 전류 센서(116,117)는 홀 센서일 수 있다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 생략한다.
진단부(120)는 배터리 제어기(15)에서 측정된 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교한다. 상기 기 설정된 전압값은 배터리 셀의 누설 여부를 판단하는 기준값을 말한다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전압값은 2.5 V 일 수 있다.
진단부(120)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출한다.
진단부(120)는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 배터리 제어기(15)의 셀 밸런싱 동작을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)과 배터리 제어기(15)간에 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류만 흐르게 된다. 따라서, 진단부(120)는 더욱 정확하게 누설의 원인을 분석할 수 있게 된다.
진단부(120)는 전류 센서(116,117)에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 배터리 제어기(15) 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단한다.
예를 들어, 상기 누설 배터리 셀이 제1 배터리 셀(11)이라 가정한다. 이때, 제1 전류 센서(116)는 제1 배터리 셀(11), 제2 전류 센서(117)는 제3 배터리 셀(13)에 각각 연결된 것으로 전제한다. 또한, 나머지 배터리 셀(12,13,14)에서는 누설이 없으므로, 나머지 배터리 셀(12,13,14)로부터 흘러나오는 전류는 없다고 전제한다. 이 경우, 진단부(120)는 제1 전류 센서(116)의 전류값을 읽는다. 그 결과, 진단부(120)는 제1 전류 센서(116)의 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 이 때, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 제1 전류 센서(116)의 전류값에는 상기 센싱 전류외의 다른 전류값이 측정되지 않은 것이므로, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다. 한편, 진단부(120)가 읽은 제1 전류 센서(116)의 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(120)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 마찬가지로, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 제1 전류 센서(116)의 전류값에는 상기 센싱 전류값 뿐만 아니라 다른 전류값이 측정된 것이므로, 상기 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다.
다른 예로, 상기 누설 배터리 셀이 제2 배터리 셀(12)이라 가정한다. 이 경우도 진단부(120)는 제1 전류 센서(116)의 전류값을 읽는다. 이때는 상기한 예에서 제1 배터리 셀(11)이 누설된 경우에 측정된 전류와 부호가 다른 전류값이 검출된다. 즉, 제1 배터리 셀(11)이 누설된 경우 전류값이 I 인 경우, 제2 배터리 셀(12)이 누설된 경우는 전류값이 -I 로 측정될 수 있다. 이는 KCL(키리히호프의 전류 법칙)로부터 자명하다. 그 결과, 진단부(120)는 제1 전류 센서(116)의 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 한편, 진단부(120)가 읽은 제1 전류 센서(116)의 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(120)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 이에 대해서는 상술한바, 생략한다.
알림부(30)는 진단부(120)가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려준다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 생략한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치(300)는 배터리 관리 시스템(210), 진단부(220) 및 알림부(30)를 포함한다.
배터리 관리 시스템(210)은 복수의 배터리 셀(11,12,13,14), 배터리 제어기(15) 및 전류 센서(216)를 포함한다. 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 및 배터리 제어기(15)에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 이하 생략한다.
전류 센서(216)는 배터리 제어기(15)와 별도로 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 전류를 측정한다. 이때, 전류 센서(216)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 홀수 배터리 셀에 연결되어 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(216)는 제1 배터리 셀(11) 및 제3 배터리 셀(13)에 연결되는 것을 상정할 수 있다. 한편, 전류 센서(216)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 짝수 배터리 셀에 연결되어 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(216)는 제2 배터리 셀(12) 및 제4 배터리 셀(14)에 연결되는 것을 상정할 수 있다.
전류 센서(216)는 배터리 제어기(15)와 별도로 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각에서 배터리 제어기(15)와 연결된 선로로 흐르는 전류를 측정한다. 이때, 전류 센서(216)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 인접하지 않은 배터리 셀에 공통적으로 연결되어 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 모두의 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(216)는 제1 배터리 셀(11) 및 제3 배터리 셀(13)에 공통적으로 연결되어 전류를 측정하는 것을 상정할 수 있다. 다른 예로, 전류 센서(216)는 제2 배터리 셀(12) 및 제4 배터리 셀(14)에 공통적으로 연결되어 전류를 측정하는 것을 상정할 수 있다.
또한, 바람직하게는 전류 센서(216)는 홀 센서일 수 있다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 생략한다.
진단부(220)는 배터리 제어기(15)에서 측정된 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교한다. 상기 기 설정된 전압값은 배터리 셀의 누설 여부를 판단하는 기준값을 말한다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전압값은 2.5 V 일 수 있다.
진단부(220)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 중 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출한다.
진단부(220)는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 배터리 제어기(15)의 셀 밸런싱 동작을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)과 배터리 제어기(15)간에 복수의 배터리 셀(11,12,13,14)의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류만 흐르게 된다. 따라서, 진단부(220)는 더욱 정확하게 누설의 원인을 분석할 수 있게 된다.
진단부(220)는 전류 센서(216)에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 배터리 제어기(15) 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단한다.
예를 들어, 상기 누설 배터리 셀이 제1 배터리 셀(11)이라 가정한다. 이 경우, 진단부(220)는 전류 센서(216)의 전류값을 읽는다. 이때, 전류 센서(216)는 제1 배터리 셀(11) 및 제3 배터리 셀(13)에 연결된 것으로 전제한다. 또한, 나머지 배터리 셀(12,13,14)에서는 누설이 없으므로, 나머지 배터리 셀(12,13,14)로부터 흘러나오는 전류는 없다고 전제한다. 그 결과, 진단부(220)는 전류 센서(216)의 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 이 때, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 전류 센서(216)의 전류값에는 상기 센싱 전류외의 다른 전류값이 측정되지 않은 것이므로, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다. 한편, 진단부(220)가 읽은 전류 센서(216)의 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(220)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 마찬가지로, 상기 기 설정된 전류값은 배터리 제어기(15)에서 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱 전류를 의미한다. 따라서, 전류 센서(216)의 전류값에는 상기 센싱 전류값 뿐만 아니라 다른 전류값이 측정된 것이므로, 상기 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단할 수 있게 된다.
다른 예로, 상기 누설 배터리 셀이 제2 배터리 셀(12)이라 가정한다. 이 경우, 진단부(220)는 전류 센서(216)의 전류값을 읽는다. 이때는 상기한 예에서 제1 배터리 셀(11)이 누설된 경우에 측정된 전류와 부호가 다른 전류값이 검출된다. 즉, 제1 배터리 셀(11)이 누설된 경우 전류값이 I 인 경우, 제2 배터리 셀(12)이 누설된 경우는 전류값이 -I 로 측정될 수 있다. 이는 KCL(키리히호프의 전류 법칙)로부터 자명하다. 그 결과, 진단부(220)는 전류 센서(216)의 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 한편, 진단부(220)가 읽은 전류 센서(216)의 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(220)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다. 이에 대해서는 상술한바, 생략한다.
알림부(30)는 진단부(220)가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려준다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한바, 생략한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법에 대해 설명한다. 하기의 설명에 있어 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치의 누설 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 배터리 제어기(15)는 복수의 배터리 셀(11,12,13,14) 각각의 전압을 각각 측정한다(S101).
이후, 진단부(20,120,220)는 S101 단계에서 측정된 전압이 기 설정된 전압값 미만인지 비교하여 누설 배터리 셀을 검출한다(S103).
이후, 진단부(20,120,220)는 S103 단계에서 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 배터리 제어기(15)의 셀 밸런싱 동작을 중단한다(S105).
한편, 전류 센서(16,17,18,19,116,117,216)는 상기 누설 배터리 셀의 전류를 배터리 제어기(15)와 별도로 측정한다(S107).
이후, 진단부(20,120,220)는 상기 누설 배터리 셀의 전류가 기 설정된 전류값 이하인지 판단한다(S109).
S109 단계에서 판단 결과 상기 누설 배터리 셀의 전류가 기 설정된 전류값 이하인 경우, 진단부(20,120,220)는 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단한다(S111).
한편, S109 단계에서 판단 결과 상기 누설 배터리 셀의 전류가 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 진단부(20,120,220)는 배터리 제어기(15)의 고장으로 누설된 것으로 진단한다(S113).
이후, 알림부(30)는 진단부(220)가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려준다(S115).
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200, 300 : 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치
10, 110, 210 : 배터리 관리 시스템 11,12,13,14 : 배터리 셀
15 : 배터리 제어기 16,17,18,19,116,117,216 : 전류 센서
20, 120, 220 : 진단부 30 : 알림부

Claims (18)

  1. 복수의 배터리 셀의 전류 누설을 진단하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 배터리 제어기;
    상기 배터리 제어기와 별도로 상기 복수의 배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 센서; 및
    상기 배터리 제어기에서 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기 설정된 전압값과 비교하고, 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀을 검출하고, 상기 전류 센서에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 상기 배터리 제어기 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단하는 진단부를 포함하고,
    상기 진단부는 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단하고, 상기 전류 센서에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 상기 배터리 제어기의 고장으로 누설된 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 중 임의의 배터리 셀에 연결되어 인접한 배터리 셀들의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 단일의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 인접하지 않은 배터리 셀에 공통적으로 연결되어 복수의 배터리 셀 모두의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 홀 센서인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 상기 배터리 제어기의 셀 밸런싱 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 진단부가 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려주는 알림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 장치.
  10. 복수의 배터리 셀, 배터리 제어기 및 전류 센서를 포함하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법에 있어서,
    상기 배터리 제어기에서 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 전압 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압이 기 설정된 전압값 미만인지 비교하여 누설 배터리 셀을 검출하는 누설 검출 단계;
    상기 누설 검출 단계에서 판단된 상기 누설 배터리 셀의 전류를 상기 전류 센서에서 상기 배터리 제어기와 별도로 측정하는 전류 측정 단계;
    상기 전류 측정 단계에서 측정된 전류값을 통해 상기 누설 배터리 셀과 상기 배터리 제어기 중 상기 누설 배터리 셀의 누설 원인을 진단하는 누설 진단 단계를 포함하고,
    상기 누설 진단 단계는 상기 전류 측정 단계에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값 이하인 경우, 상기 누설 배터리 셀 자체의 고장으로 누설된 것으로 진단하고, 상기 전류 측정 단계에서 측정된 전류값이 기 설정된 전류값을 초과하는 경우, 상기 배터리 제어기의 고장으로 누설된 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 전류 센서는 복수의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 전류 센서 각각은 상기 복수의 배터리 셀 중 임의의 배터리 셀에 연결되어 인접한 배터리 셀들의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 전류 센서는 단일의 전류 센서로 구성되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 인접하지 않은 배터리 셀에 공통적으로 연결되어 복수의 배터리 셀 모두의 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 전류 센서는 홀 센서인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 누설 진단 단계는 상기 기 설정된 전압값 미만의 전압값을 갖는 누설 배터리 셀이 검출된 경우, 상기 배터리 제어기의 셀 밸런싱 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 누설 진단 단계에서 진단한 누설의 원인을 사용자에게 알려주는 알림 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 누설 진단 방법.
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