KR102055850B1

KR102055850B1 - 전류 센서 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102055850B1
Application number: KR1020170177341A
Authority: KR
Inventors: 천보무; 박명희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-12-13
Also published as: US20190195942A1; KR20190075609A; US10545185B2

Abstract

본 발명은 배터리 모듈과 연결된 충방전 경로 상의 전류 센서를 진단하는 과정에서 진단 효율 상승을 기대할 수 있는 전류 센서 진단 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서를 진단하는 장치로서, 상기 하나 이상의 이차 전지 각각의 양단 및 상기 배터리 모듈의 양단과 각각 연결되어 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 측정하고, 상기 전류 센서의 양단과 각각 연결되어 상기 전류 센서를 흐르는 전류를 측정하는 측정 유닛; 및 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 상기 이차 전지의 양단 전압 간 제1 전압 편차를 확인하는 제1 편차 확인부, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인하는 제2 편차 확인부, 및 상기 제1 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제1 전압 편차와 상기 제2 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제2 전압 편차를 이용하여 상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 진단부를 구비하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

전류 센서 진단 장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosing fault of current sensor}

본 발명은 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리 모듈과 연결된 충방전 경로 상의 전류 센서를 진단하는 과정에서 진단 효율을 향상시킬 수 있는 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

배터리 팩은 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있다는 단점을 가진다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.

이러한 배터리 팩은 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함하는 경우가 많다. 더욱이, BMS는 배터리 모듈의 온도, 전압 및 전류 등을 모니터링하고, 모니터링 된 배터리 모듈의 상태를 기초로 배터리 팩의 밸런싱 동작, 냉각 동작, 충전 동작 또는 방전 동작 등을 제어한다.

배터리 모듈과 연결된 충방전 경로를 흐르는 전류를 모니터링 하기 위해, BMS는, 충방전 경로 상에 구비된 전류 센서의 양단 전압을 측정하고, 측정된 양단 전압을 이용하여 충방전 경로를 흐르는 전류의 양을 연산한다. 여기서, 전류 센서에 고장이 발생하여 전류 센서가 단선 상태(Open circuit)가 되는 경우, BMS는, 잘못된 전류의 양을 연산하게 되고, 잘못된 전류의 양을 기초로 충방전 경로에 과전류가 흐르고 있는 상태인 것으로 판단할 수 있다.

이러한 전류 센서의 단선 여부를 진단하기 위해, BMS의 기능인 전류 센서 진단 모드를 이용하여 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 종래 기술이 개시된바 있으나, 상기 전류 센서 진단 모드를 수행하는 동안에는 BMS가 배터리 모듈에 구비된 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 없다는 문제가 있었다.

특히, BMS는, 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하여 BMS 내의 MCU(Micro Controller Unit) 또는 상부 제어 장치인 ECU(Electronic Control Unit) 등에 미리 정해진 주기 예를 들어, 1ms 단위로 측정된 전압, 전류 및 온도를 전달해야 하는데, 상기 전류 센서 진단 모드를 수행하는 경우에는 일정 시간 예를 들어, 100ms 동안 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 전달하지 못하게 되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈과 연결된 충방전 경로 상의 전류 센서를 진단하는 과정에서 진단 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 전류 센서 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 장치는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서를 진단하는 장치로서, 상기 하나 이상의 이차 전지 각각의 양단 및 상기 배터리 모듈의 양단과 각각 연결되어 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 측정하고, 상기 전류 센서의 양단과 각각 연결되어 상기 전류 센서를 흐르는 전류를 측정하는 측정 유닛; 및 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 상기 이차 전지의 양단 전압 간 제1 전압 편차를 확인하는 제1 편차 확인부, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인하는 제2 편차 확인부, 및 상기 제1 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제1 전압 편차와 상기 제2 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제2 전압 편차를 이용하여 상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 진단부를 구비하는 제어 유닛을 포함한다.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 상기 측정 유닛으로부터 수신하는 통신부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 저장하는 메모리부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 편차 확인부는, 시간차를 두어 측정된 이차 전지의 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압을 비교하여, 상기 제1 양단 전압 및 상기 제2 양단 전압 사이의 편차인 상기 제1 전압 편차를 확인할 수 있다.

또한, 상기 제1 편차 확인부는, 상기 측정 유닛으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우, 상기 제1 전압 편차가 발생하였는지 여부를 확인하고, 상기 진단부는, 상기 제1 편차 확인부에서 상기 제1 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우, 상기 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.

또한, 상기 제2 편차 확인부는, 상기 측정 유닛으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우, 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 비교하여, 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 사이의 편차인 상기 제2 전압 편차를 확인하고, 상기 진단부는, 상기 제2 편차 확인부에서 상기 제2 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우, 상기 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법은, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서를 진단하는 방법으로서, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압, 상기 배터리 모듈의 양단 전압 및 상기 전류 센서를 흐르는 전류를 측정하는 단계; 상기 측정 단계에 의해 측정된 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 제1 전압 편차를 확인하는 단계; 상기 측정 단계에 의해 측정된 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 전압 편차 확인 단계에 의해 확인된 상기 제1 및 제2 전압 편차를 이용하여 상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 전류 센서를 진단하는 동안 지속적으로 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 있다. 그리고, 측정된 전압을 이용하여 전류 센서의 단선 여부를 진단할 수 있다. 따라서, 전류 센서 진단 과정에서 진단 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성요소와 연결된 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '제어 유닛'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본 명세서에서, 이차 전지는 하나의 단위 셀 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 단위 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 단위 셀로 간주될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성요소와 연결된 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, 측정 유닛(200) 및 제어 유닛(100)을 포함한다.

상기 측정 유닛(200)은, 전압 측정부(210) 및 전류 측정부(220)를 포함할 수 있다. 상기 전압 측정부(210)는, 하나 이상의 이차 전지(10) 각각의 양단 및 배터리 모듈(B)의 양단과 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(B)에 서로 직렬 연결된 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)가 구비된 경우, 전압 측정부(210)는, 복수의 이차 전지 각각의 양단과 각각 연결될 수 있다. 또한, 전압 측정부(210)는, 배터리 모듈(B)의 양단 즉, 배터리 모듈(B)의 양극 단자 및 배터리 모듈(B)의 음극 단자와 각각 연결될 수 있다.

또한, 전압 측정부(210)는, 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압 및 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(B)에 서로 직렬 연결된 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)가 구비된 경우, 전압 측정부(210)는, 복수의 이차 전지 각각의 양단과 각각 연결된 단자에 인가된 복수의 전압(V1, V2, V3, V4, V5, V6)을 이용하여 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 전압 측정부(210)는, 각 이차 전지(10)의 양단에서 측정된 전압 사이의 전위차를 이용하여 각 이차 전지(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 이를테면, 전압 측정부(210)는, 제6 측정 전압(V6)과 제5 측정 전압(V5) 사이의 전위차를 이용하여 제1 이차 전지(11)의 양단 전압을 측정할 수 있다.

또한, 전압 측정부(210)는, 배터리 모듈(B)의 양단과 각각 연결된 단자에 인가된 복수의 전압(V0, V7)을 이용하여 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 전압 측정부(210)는, 배터리 모듈(B)의 양단에서 측정된 전압 사이의 전위차를 이용하여 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 이를테면, 전압 측정부(210)는, 제7 측정 전압(V7)과 기준 측정 전압(V0) 사이의 전위차를 이용하여 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 측정 유닛(200)은, 하나 이상의 이차 전지(10) 각각의 양단 및 배터리 모듈(B)의 양단과 각각 연결되어 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압 및 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정할 수 있다.

상기 전류 측정부(220)는, 배터리 모듈(B)과 직렬 연결된 전류 센서(30)의 양단과 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 전류 측정부(220)는, 배터리 모듈(B)의 음극 단자와 전류 센서(30)의 일단이 공통 접속되는 접점과 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(220)는, 전류 센서(30)의 타단과 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

또한, 전류 측정부(220)는, 전류 센서(30)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 특히, 전류 측정부(220)는, 전류 센서(30)의 양단 전압을 측정하고, 측정된 전류 센서(30)의 양단 전압을 이용하여 전류 센서(30)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(220)는, 미리 저장된 전류 센서(30)의 저항 및 전류 센서(30)의 양단 전압을 옴의 법칙에 대입하여 전류 센서(30)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 측정 유닛(200)은, 전류 센서(30)의 양단과 각각 연결되어 전류 센서(30)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 측정 유닛(200)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 통신부(230)를 더 구비할 수 있다. 상기 통신부(230)는, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 다른 구성요소와 통신할 수 있다. 특히, 통신부(230)는, 전압 측정부(210) 및 전류 측정부(220)에 의해 측정된 정보를 전류 센서 진단 장치의 다른 구성요소로 전달할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 측정 유닛(200)은, 미리 정해진 시간 주기 마다 전압 측정부(210) 및 전류 측정부(220)를 통해 전압값 및 전류값을 측정하고, 측정한 전압값 및 전류값을 미리 정해진 시간 주기 마다 통신부(230)를 통해 전류 센서 진단 장치의 다른 구성요소로 전달할 수 있다.

상기 제어 유닛(100)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 편차 확인부(110), 제2 편차 확인부(120) 및 진단부(130)를 구비한다.

상기 제1 편차 확인부(110)는, 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 이차 전지(10)의 양단 전압 간 제1 전압 편차를 확인할 수 있다. 특히, 제1 편차 확인부(110)는, 시간차를 두어 측정된 이차 전지(10)의 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압을 비교하여, 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압 사이의 편차인 제1 전압 편차를 확인할 수 있다.

구체적으로, 제1 편차 확인부(110)는, 미리 정해진 측정 시간차 또는 사용자로부터 입력된 외부 입력 신호에 따른 측정 시간차에 따라 측정된 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압을 이용하여, 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압 간 차이의 절대값인 제1 전압 편차를 확인할 수 있다. 여기서, 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압은, 하나의 이차 전지(10)에 대하여 측정 시각을 달리한 이차 전지(10)의 양단 전압을 의미할 수 있다.

예를 들어, 제1 이차 전지(11)에 대하여 최초 양단 전압을 측정한 후 1ms 이후 양단 전압을 반복적으로 측정한 경우, 최초 측정된 최초 양단 전압이 제1 양단 전압이고 1ms 이후 측정된 양단 전압이 제2 양단 전압일 수 있다. 여기서, 제1 편차 확인부(110)는, 제1 이차 전지(11)의 양단 전압 간 제1 전압 편차를 확인하고자 하는 경우, 1ms의 시간차를 두어 측정 유닛(200)을 통해 측정된 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압을 이용하여 제1 전압 편차를 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 최초 측정된 제1 이차 전지(11)의 양단 전압이 4.0V이고 1ms 후에 측정된 제1 이차 전지(11)의 양단 전압이 3.8V인 경우, 제1 양단 전압은 4.0V이고 제2 양단 전압은 3.8V이므로, 제1 전압 편차는 0.2V일 수 있다.

상기 제2 편차 확인부(120)는, 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산할 수 있다. 특히, 제2 편차 확인부(120)는, 동일 시각에 측정된 복수의 이차 전지(10)의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산할 수 있다. 여기서, 제2 편차 확인부(120)는, 배터리 모듈(B)에 구비된 모든 이차 전지(10)의 각 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산할 수 있다.

예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(B)에 서로 직렬 연결된 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)가 구비된 경우, 제2 편차 확인부(120)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 각각의 양단 전압을 한산하여 합산된 양단 전압을 연산할 수 있다.

또한, 제2 편차 확인부(120)는, 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압을 합산한 합산된 양단 전압과 배터리 모듈(B)의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인할 수 있다. 특히, 제2 편차 확인부(120)는, 동일 시각에 측정된 복수의 이차 전지(10)의 양단 전압을 합산한 합산된 양단 전압과 배터리 모듈(B)의 양단 전압 사이의 편차인 제2 전압 편차를 확인할 수 있다.

예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(B)에 서로 직렬 연결된 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)가 구비된 경우, 제2 편차 확인부(120)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 각각의 양단 전압을 합산한 합산된 양단 전압과 배터리 모듈(B)의 양단 전압 사이의 편차인 제2 전압 편차를 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 이차 전지(11)의 양단 전압은 3.33V이고, 제2 이차 전지(12)의 양단 전압은 3.31V이고, 제3 이차 전지(13)의 양단 전압은 3.29V이고, 제4 이차 전지(14)의 양단 전압은 3.32V인 경우, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 각각의 양단 전압을 합산한 합산된 양단 전압은 13.25V일 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(B)의 양단 전압이 13.5V인 경우, 제2 전압 편차는 0.25V일 수 있다.

상기 진단부(130)는, 제1 전압 편차와 제2 전압 편차를 이용하여 전류 센서(30)의 단선 여부를 진단할 수 있다. 특히, 진단부(130)는, 제1 편차 확인부(110)에 의해 확인된 제1 전압 편차와 제2 편차 확인부(120)에 의해 확인된 제2 전압 편차를 이용하여 전류 센서(30)의 단선 여부를 진단할 수 있다.

예를 들어, 진단부(130)는, 제1 전압 편차가 발생하는 경우 이차 전지(10)에 전류가 흐르는 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 진단부(130)는, 제1 전압 편차가 발생하지 않는 경우 이차 전지(10)에 전류가 흐르지 않는 상태인 것으로 판단할 수 있다. 특히, 진단부(130)는, 제1 전압 편차의 절대값이 미리 설정된 값 이상인 경우를 제1 전압 편차가 발생한 것으로 설정하고, 제1 전압 편차의 절대값이 미리 설정된 값 이하인 경우를 제1 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 설정할 수 있다.

또한, 진단부(130)는, 제2 전압 편차가 발생하는 경우 배터리 모듈(B)에 전류가 흐르는 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 진단부(130)는, 제2 전압 편차가 발생하지 않는 경우 배터리 모듈(B)에 전류가 흐르지 않는 상태인 것으로 판단할 수 있다. 특히, 진단부(130)는, 제2 전압 편차의 절대값이 미리 설정된 값 이상인 경우를 제2 전압 편차가 발생한 것으로 설정하고, 제2 전압 편차의 절대값이 미리 설정된 값 이하인 경우를 제2 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 설정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 제어 유닛(100)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 통신부(150)를 더 구비할 수 있다.

상기 통신부(150)는, 측정 유닛(200)과 통신할 수 있다. 특히, 통신부(150)는, 측정 유닛(200)으로부터 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압 및 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 수신할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 제어 유닛(100)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 메모리부(140)를 더 구비할 수 있다.

상기 메모리부(140)는, 하나 이상의 이차 전지(10)의 양단 전압 및 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 저장할 수 있다. 메모리부(140)는 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리부(140)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 또한, 메모리부(140)는, 제어 유닛(100)의 구성요소에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(100)의 구성요소와 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리부(140)는 또한 제어 유닛(100)에서 수행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다. 메모리부(140)는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 편차 확인부(110) 및 제2 편차 확인부(120)는, 측정 유닛(200)으로부터 과전류가 흐른다는 정보 즉, 과전류 알람 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 측정 유닛(200)은, 전류 센서(30)의 양단 전압을 이용하여 측정한 전류값이 미리 설정된 값 이상인 경우 과전류 알람 신호를 생성하고, 상기 과전류 알람 신호를 제어 유닛(100)으로 전달할 수 있다.

상기 과전류 알람 신호는, 실제 충방전 경로에 과전류가 흐르는 경우와, 전류 센서(30)가 단선 상태인 경우에 측정 유닛(200)을 통해 생성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, 과전류 알람 신호가 생성되는 경우, 실제 과전류로 인해 과전류 알람 신호가 생성되었는지, 또는 전류 센서(30)의 단선으로 인해 과전류 알람 신호가 생성되었는지 여부를 판별할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 편차 확인부(110)는, 측정 유닛(200)으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우, 제1 전압 편차가 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는, 제1 편차 확인부(110)에서 제1 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우, 전류 센서(30)가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 편차 확인부(120)는, 측정 유닛(200)으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우, 합산된 양단 전압과 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 비교하여, 합산된 양단 전압과 배터리 모듈(B)의 양단 전압 사이의 편차인 제2 전압 편차를 확인할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는, 제2 편차 확인부(120)에서 제2 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우, 전류 센서(30)가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.

바람직하게는, 제어 유닛(100)은, 충방전 경로 상에 구비된 스위칭부(50)의 턴 온 및 턴 오프 동작을 제어할 수 있다. 특히, 제어 유닛(100)은, 측정 유닛(200)으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하였으나 진단부(130)에 의해 전류 센서(30)가 단선 상태인 것으로 진단되는 경우, 스위칭부(50)에 턴 오프 명령을 전달하지 않을 수 있다. 상기 스위칭부(50)는, 릴레이(Relay) 또는 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다.

한편, 제어 유닛(100)은, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 측정 유닛(200) 및 제어 유닛(100)은, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 전류 센서 진단 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 3에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 단계 S100에서, 측정 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압, 배터리 모듈의 양단 전압 및 전류 센서를 흐르는 전류를 측정한다.

단계 S110에서, 제어 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 제1 전압 편차를 확인한다. 여기서, 상기 시간차는, 미리 정해진 시간 주기, 사용자의 입력 신호 또는 과전류 알람 신호 등에 따라 설정될 수 있다. 또한, 상기 제1 전압 편차는, 계산된 편차 값의 절대값이 미리 설정된 값 이상인 경우 편차가 발생한 것으로 확인될 수 있다. 이를테면, 상기 미리 설정된 값은 0일 수 있다.

단계 S120에서, 제어 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고, 합산된 양단 전압과 배터리 모듈의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인한다. 여기서, 합산된 양단 전압 및 배터리 모듈의 양단 전압은, 각각 동일 시각에 측정된 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압값의 합산값 및 배터리 모듈의 양단 전압값일 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 S110 및 상기 단계 S120은, 동시에 수행될 수 있다. 또한, 상기 단계 S120은, 상기 단계 S110 이전에 수행될 수도 있다.

단계 S130에서, 제어 유닛은, 제1 및 제2 전압 편차를 이용하여 전류 센서의 단선 여부를 진단한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어 유닛은, 제1 전압 편차가 발생하지 않은 경우 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 제어 유닛은, 제2 전압 편차가 발생하지 않은 경우 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제어 유닛은, 제1 전압 편차 및 제2 전압 편차가 모두 발생하지 않은 경우 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.

본 발명에 따르면, 측정 유닛을 통해 지속적으로 배터리 모듈과 이차 전지 각각의 전압 및 충방전 전류를 측정할 수 있고, 측정된 정보를 지속적으로 상부 제어 장치로 전달하여, 측정된 전압값을 이용하여 전류 센서의 단선 여부를 진단할 수 있다. 따라서, 별도로 마련된 측정 유닛의 전류 센서 진단 기능을 이용하지 않고 측정된 정보를 이용함으로써 전류 센서 진단의 효율을 증가시킬 수 있다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 4에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단계 S200에서, 측정 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압, 배터리 모듈의 양단 전압 및 전류 센서를 흐르는 전류를 측정한다. 여기서, 측정 유닛은, 측정된 전류값이 미리 설정된 값 이상인 경우 충방전 경로에 과전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 측정 유닛은, 과전류가 흐른다는 정보를 제어 유닛으로 전달할 수 있다. 이를테면, 측정 유닛은, 과전류 알람 신호 등을 생성하여 이를 제어 유닛으로 전달할 수 있다.

단계 S210에서, 제어 유닛은, 측정 유닛으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하였는지 여부를 판별한다. 만약, 단계 S210의 판단 결과가 YES이면 프로세스가 단계 S220으로 이행된다. 따라서, 단계 S220 이후의 프로세스를 통해, 제어 유닛은, 충방전 경로에 실제로 과전류가 흐르는지 또는 전류 센서가 단선 되었는지 여부를 판별한다. 한편, 단계 S210의 판단 결과가 NO이면 프로세스가 종료된다.

단계 S220에서, 제어 유닛은, 시간차를 두어 측정된 이차 전지의 제1 및 제2 양단 전압을 비교하여, 제1 및 제2 양단 전압 사이의 편차인 제1 전압 편차를 확인한다. 여기서, 상기 시간차는, 미리 정해진 시간 주기, 사용자의 입력 신호 또는 과전류 알람 신호 등에 따라 설정될 수 있다. 또한, 상기 제1 전압 편차는, 계산된 제1 및 제2 양단 전압 사이의 편차 값의 절대값이 미리 설정된 값 이상인 경우 편차가 발생한 것으로 확인될 수 있다. 이를테면, 상기 미리 설정된 값은 0일 수 있다.

단계 S230에서, 제어 유닛은, 제1 전압 편차가 발생하였는지 여부를 판별한다. 만약, 단계 S230의 판단 결과가 NO이면 프로세스가 단계 S240으로 이행된다. 한편, 단계 S230의 판단 결과가 YES이면 프로세스가 종료된다.

단계 S240에서, 제어 유닛은, 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단한다. 바람직하게는, 제어 유닛은, 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단하는 경우, 단선 알람 신호를 생성하고, 이를 상부 제어 장치에 전달할 수 있다. 이를테면, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치가 전기 자동차에 장착되는 경우, 상기 상부 제어 장치는, ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전류 센서 단선 상태를 과전류 상태로 오 진단하여 불필요하게 릴레이를 턴 오프 하지 않고, 전류 센서의 단선 여부를 신속하게 파악할 수 있다.

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 단계 S300에서, 측정 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압, 배터리 모듈의 양단 전압 및 전류 센서를 흐르는 전류를 측정한다. 여기서, 측정 유닛은, 측정된 전류값이 미리 설정된 값 이상인 경우 충방전 경로에 과전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 측정 유닛은, 과전류가 흐른다는 정보를 제어 유닛으로 전달할 수 있다. 이를테면, 측정 유닛은, 과전류 알람 신호 등을 생성하여 이를 제어 유닛으로 전달할 수 있다.

단계 S310에서, 제어 유닛은, 측정 유닛으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하였는지 여부를 판별한다. 만약, 단계 S310의 판단 결과가 YES이면 프로세스가 단계 S320으로 이행된다. 따라서, 단계 S320 이후의 프로세스를 통해, 제어 유닛은, 충방전 경로에 실제로 과전류가 흐르는지 또는 전류 센서가 단선 되었는지 여부를 판별한다. 한편, 단계 S310의 판단 결과가 NO이면 프로세스가 종료된다.

단계 S320에서, 제어 유닛은, 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고, 합산된 양단 전압과 배터리 모듈의 양단 전압을 비교하여, 합산된 양단 전압과 배터리 모듈의 양단 전압 사이의 편차인 제2 전압 편차를 확인한다. 여기서, 합산된 양단 전압 및 배터리 모듈의 양단 전압은, 각각 동일 시각에 측정된 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압값의 합산값 및 배터리 모듈의 양단 전압값일 수 있다.

단계 S330에서, 제어 유닛은, 제2 전압 편차가 발생하였는지 여부를 판별한다. 만약, 단계 S330의 판단 결과가 NO이면 프로세스가 단계 S340으로 이행된다. 한편, 단계 S330의 판단 결과가 YES이면 프로세스가 종료된다.

단계 S340에서, 제어 유닛은, 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단한다. 바람직하게는, 제어 유닛은, 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단하는 경우, 단선 알람 신호를 생성하고, 이를 상부 제어 장치에 전달할 수 있다. 이를테면, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치가 전기 자동차에 장착되는 경우, 상기 상부 제어 장치는, ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.

또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어 유닛은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

또한, 제어 유닛의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 명세서에서 '측정 유닛', '제어 유닛' 및 '진단부' 등과 같이 '유닛' 및 '부' 라는 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.

10: 이차 전지
30: 전류 센서
50: 스위칭부
100: 제어 유닛
110: 제1 편차 확인부
120: 제2 편차 확인부
130: 진단부
140: 메모리부
150: 통신부
200: 측정 유닛
210: 전압 측정부
220: 전류 측정부
230: 통신부

Claims

하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서를 진단하는 장치에 있어서,
상기 하나 이상의 이차 전지 각각의 양단 및 상기 배터리 모듈의 양단과 각각 연결되어 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 측정하고, 상기 전류 센서의 양단과 각각 연결되어 상기 전류 센서를 흐르는 전류를 측정하는 측정 유닛; 및
상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 상기 이차 전지의 양단 전압 간 제1 전압 편차를 확인하는 제1 편차 확인부, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하고, 상기 합산된 이차 전지의 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 간의 차이인 제2 전압 편차를 확인하는 제2 편차 확인부, 및 상기 제1 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제1 전압 편차와 상기 제2 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제2 전압 편차를 이용하여 상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 진단부를 구비하는 제어 유닛을 포함하고,
상기 측정 유닛은,
상기 전류 센서를 흐르는 전류에 기반하여, 상기 전류 센서에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하도록 구성되고,
상기 진단부는,
상기 측정 유닛에 의해 상기 전류 센서에 과전류가 흐르는 것으로 판단된 경우, 상기 제2 편차 확인부에 의해 확인된 상기 제2 전압 편차와 미리 설정된 값을 비교하고, 비교 결과 상기 제2 전압 편차가 상기 미리 설정된 값 이하일 때, 상기 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 상기 측정 유닛으로부터 수신하는 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압 및 상기 배터리 모듈의 양단 전압을 저장하는 메모리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 편차 확인부는, 시간차를 두어 측정된 이차 전지의 제1 양단 전압 및 제2 양단 전압을 비교하여, 상기 제1 양단 전압 및 상기 제2 양단 전압 사이의 편차인 상기 제1 전압 편차를 확인하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 편차 확인부는, 상기 측정 유닛으로부터 과전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우, 상기 제1 전압 편차가 발생하였는지를 확인하고,
상기 진단부는, 상기 제1 편차 확인부에서 상기 제1 전압 편차가 발생하지 않은 것으로 확인되는 경우, 상기 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
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하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈의 충방전 경로 상에 구비된 스위칭부;
상기 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서; 및
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈과 직렬 연결된 전류 센서를 진단하는 방법에 있어서,
상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압, 상기 배터리 모듈의 양단 전압 및 상기 전류 센서를 흐르는 전류를 측정하는 단계;
상기 측정하는 단계에 의해 측정된 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압에 대하여 시간차를 두어 제1 전압 편차를 확인하는 단계;
상기 측정하는 단계에 의해 측정된 상기 하나 이상의 이차 전지의 양단 전압을 합산하여 합산된 양단 전압을 연산하고 상기 합산된 양단 전압과 상기 배터리 모듈의 양단 전압 간 제2 전압 편차를 확인하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 전압 편차 확인 단계에 의해 확인된 상기 제1 및 제2 전압 편차를 이용하여 상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 단계를 포함하고,
상기 전류 센서의 단선 여부를 진단하는 단계는,
상기 전류 센서에 과전류가 흐르는 것으로 판단된 경우, 상기 제2 전압 편차와 미리 설정된 값을 비교하고, 비교 결과 상기 제2 전압 편차가 상기 미리 설정된 값 이하일 때, 상기 전류 센서가 단선 상태인 것으로 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.