KR102355381B1

KR102355381B1 - 차량 탑재용 충전기의 제어를 통한 배터리 팩의 진단 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102355381B1
Application number: KR1020170134144A
Authority: KR
Inventors: 홍성주; 남호철; 윤석진
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2022-01-26
Also published as: KR20190042340A

Abstract

본 발명은 배터리 팩의 상태를 진단하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 외부 충전장치로부터 전원을 공급받아, 배터리 팩의 충전을 위한 전원으로 변환하여 상기 배터리 팩을 충전시키는 온보드차저(On Board Charger); 상기 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 상기 온보드차저(On Board Charger)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 배터리관리시스템(BMS); 을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 상태 진단 시스템에 관한 것이다.

Description

차량 탑재용 충전기의 제어를 통한 배터리 팩의 진단 시스템 및 그 방법{Diagnosis system and method of a battery pack through control of a vehicle-mounted charger}

본 발명은 배터리 팩의 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차에 탑재되는 차량 탑재용 충전기(OBC)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

배터리는 제품군에 따른 적용이 용이하고, 우수한 보존성 및 높은 에너지 밀도 등의 특성을 가지고 있으며, 또한, 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 일차적 장점뿐만 아니라, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생되지 않는다는 측면에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지 공급원으로 주목받고 있다.

이러한 배터리는 휴대용 기기를 비롯하여 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템 등 다양한 영역에서 응용되고 있으며, 다양한 산업의 기반이 되는 것과 동시에 일상생활에 편의성을 제공해주고 있다.

한편, 전기 자동차는, 휘발유나 가스와 같은 화석 연료의 연소로부터 구동 에너지를 얻는 일반 자동차와 달리, 전기로부터 그 구동 에너지를 얻어 운행되는 자동차로서 배기가스가 없어 대기오염물질의 배출이 적다는 장점을 가지고 있어 친환경 산업의 대표적인 예로 언급된다.

이러한 전기 자동차는, 차량 내부에 탑재되는 차량 탑재용 충전기와 배터리, 그리고 차량 탑재용 충전기로 전원을 공급하는 외부 충전장치로 구성되어 이들로부터 그 구동 에너지를 얻을 수 있다.

한편, 상기 전기 자동차의 핵심기술 중 하나인 배터리관리시스템(BMS)은 배터리의 상태를 모니터링하며, 그 상태에 따라 셀 밸런싱, 충. 방전 제어, 배터리 상태 진단 등의 기능을 하여 배터리가 보다 효율적이고 안전하게 사용될 수 있도록 관리한다.

여기서, 배터리관리시스템(BMS)의 상태를 진단하는 진단 기능은 배터리를 구성하는 부품의 노화 상태, 셀의 수명 등을 진단하는 것으로서 이러한 진단 기능을 통하여 산출된 진단 결과에 대응하여 그에 따른 조치를 취할 수 있어 배터리에 큰 문제가 발생하는 것 방지할 수 있으므로 배터리 문제로 인한 사고 발생을 예방할 수 있고, 배터리를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

이와 같은 배터리의 상태를 진단하는 것은, 전류를 통해 배터리에 발생하는 전압의 변화를 이용하여 수행한다. 일반적으로 이는 시스템(예, 전기 자동차)의 사용에 의한 방전 전류에 따른 전압의 변화를 이용하여 배터리의 상태를 진단한다. 그러나 이러한 방식은 시스템의 사용 환경에 따라 방전 전류가 크게 흔들리거나 끊기게 되는 문제가 발생하여 그에 따른 배터리 팩의 전압의 변화 또한 안정적이지 못하므로 진단 기능을 정상적으로 수행하는 것에 어려움이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량 탑재용 충전기(On Board Charger)의 제어를 통하여 원하는 크기의 전류를 일정하게 인가받아 안정적으로 배터리의 상태를 진단할 수 있는 진단 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 차량 탑재용 충전기(OBC)에 제어를 통하여 원하는 시점에 배터리의 상태를 진단 가능한 진단 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩의 진단 시스템은, 외부 충전장치로부터 전원을 공급받아, 배터리 팩의 충전을 위한 전원으로 변환하여 상기 배터리 팩을 충전시키는 온보드차저(On Board Charger); 상기 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 상기 온보드차저(On Board Charger)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 배터리관리시스템(BMS); 을 포함하여 구성된다.

상기 온보드차저(On Board Charger)는, 상기 배터리 팩과 통신 연결하는 제1 통신부(210); 상기 외부 충전장치로부터 AC 전원을 공급받는 전원 입력부(220); 상기 공급받은 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 배터리 팩으로 출력하는 전원 출력부(230); 상기 배터리관리시스템(BMS)이 설정하는 전류 값에 따라, 그 해당 전류가 배터리 팩으로 출력되도록 상기 전원 출력부를 제어하는 제1 제어부(240); 를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 배터리관리시스템(BMS)은, 상기 온보드차저(On Board Charger)와 통신 연결하는 제2 통신부(310); 상기 제2 통신부를 통하여, 상기 제1 제어부에 배터리 팩의 상태를 진단하기 위한 진단 전류 값을 설정하는 제1 설정부(320); 상기 전원 출력부로부터 인가받은 진단 전류에 대한 배터리 팩의 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 진단부(330); 를 포함하여 구성되며, 상기 진단부는, 상기 진단 전류를 인가받은 후 측정되는 배터리 팩의 전류 값과 상기 설정한 진단 전류 값과의 일치 여부를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 전류를 보정하는 제1 진단 수행부(332); 각각의 배터리 셀의 전압 감소량을 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 제2 진단 수행부(334); 각각의 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)과 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 제3 진단 수행부(336); 상기 배터리 팩의 히터의 정상적인 동작 여부를 확인하는 제4 진단 수행부(338); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 진단 수행부는, 전류 산출식을 이용하여 상기 배터리 팩의 전류 값을 산출하는 전류 값 산출부; 상기 설정한 진단 전류 값과 상기 산출된 제1 전류 값의 일치 여부를 비교하는 전류 값 비교부; 상기 전류 값 비교부의 비교 결과, 일치하지 않는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 제어부에 제1, 2 보정 전류 값을 설정하는 제2 설정부; 상기 설정한 제1, 2 보정 전류 값의 전류를 인가받아, 이에 대한 제1, 2 보정 데이터를 획득하는 보정 데이터 획득부; 상기 설정한 제1, 2 보정 전류 값과 상기 획득한 제1,2 보정 데이터를 이용하여 보정 전류 산출식을 생성하는 보정 전류 산출식 생성부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 생성된 보정 전류 산출식을 이용하여 산출되는 배터리 팩의 전류 값은, 상기 진단 전류 값과 동일한 값으로 산출되는 것을 특징으로 한다.

한편, 제2 진단 수행부는, 각각의 배터리 셀의 전압을 일정 주기 간격으로 측정하는 제1 전압 측정부; 상기 제1 전압 측정부에서 측정되는 전압 값을 저장하는 제1 전압 저장부; 배터리 팩의 방전이 발생한 후의 각각의 배터리 셀의 전압을 측정하는 제2 전압 측정부; 상기 제2 전압 측정부에서 측정된 전압 값을 저장하는 제2 전압 저장부; 상기 배터리 팩의 방전 동작을 감지하여, 제1, 2 전압 측정부로 방전 감지 신호를 출력하는 방전 감지부; 상기 제1 전압 저장부에 저장된 전압 값과 제2 전압 저장부에 저장된 전압 값의 차를 산출하는 전압 감소량 산출부; 상기 산출된 전압 감소량과 기준 값을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 체결성 및 부품 노화 판단부; 를 포함하여 구성되며, 상기 체결성 및 부품 노화 판단부는, 상기 전압 감소량이 기준 값을 초과하는 경우 배터리 팩의 체결성 저하 및 부품이 노화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력되는 경우 동작하지 않고, 상기 제2 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력되는 경우 동작하며, 상기 제2 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력된 후 소정의 제1 시간 후에 동작하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제4 진단 수행부는, 상기 전원 출력부와 히터 사이에 구성되는 전원 인가 스위치; 에 온 또는 오프 신호를 출력하여 전원 인가 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 전원 인가 제어부(3381); 상기 히터의 온도를 일정 주기 간격으로 측정하는 제1 온도 측정부(3382); 상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 온도 값을 입력받아 저장하는 온도 저장부(3383); 상기 전원 인가 스위치의 온 상태에서의 히터의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부(3384); 상기 제2 온도 측정부에서 측정된 온도 값을 입력받는 온도 입력부(3385); 상기 전원 인가 제어부에서 온 신호가 출력되는 것을 감지하여, 상기 제1,2 온도 측정부로 감지 신호를 출력하는 전원 인가 감지부(3386); 상기 온도 저장부에 저장부에 저장된 히터의 온도와 온도 입력부에 입력된 히터의 온도가 동일한지를 비교하여 그 비교 결과에 따라 히터의 정상 동작 여부를 판단하는 동작 판단부(3387); 를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 동작 판단부의 비교 결과, 동일한 것으로 판단되면 히터가 정상적으로 동작하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 경우 동작하지 않으며, 상기 제2 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 경우 동작하고, 상기 제2 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 후, 소정의 제2 시간 후에 히터의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩의 상태를 진단하는 방법은, 온보드차저(OBC)에 진단 전류 값을 설정하는 진단 전류 설정단계; 상기 온보드차저(OBC)로부터 진단 전류를 인가받는 진단 전류 인가단계; 상기 인가받은 진단 전류에 대한 배터리 팩의 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 상태 진단단계; 를 포함하여 구성된다.

상기 상태 진단단계는, 상기 진단 전류 값과 측정되는 배터리 팩의 전류 값의 비교를 통하여 전류 정확도를 판단하는 전류 정확도 판단단계; 상기 측정되는 배터리 팩의 전압과 방전 시 측정되는 배터리 팩의 전압의 차이를 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 체결성 및 부품 노화 판단단계; 상기 배터리 팩의 전압의 변화를 이용하여 각각의 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)과 소정의 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 셀 수명 추정단계; 상기 배터리 팩의 히터의 정상적인 동작 여부를 판단하는 히터 동작 판단단계; 를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전류 정확도 판단단계는, 상기 진단 전류 값과 산출된 배터리 팩의 전류 값이 일치하지 않는 경우, 상기 진단 전류 값과 산출된 배터리 팩의 전류 값이 동일한 값이 되도록 보정하는 전류 보정단계; 를 수행하며, 상기 전류 보정단계는, 상기 온보드차저(OBC)에 보정 전류 값을 설정하는 보정 전류 값 설정단계; 상기 온더보드차처(OBC)로부터 설정한 보정 전류 값에 대한 전류를 인가받는 전류 인가단계; 상기 인가받은 전류에 대한 보정 데이터를 획득하는 보정 데이터 획득단계; 상기 설정한 보정 전류 값과 상기 보정 데이터를 이용하여 보정된 전류 산출식을 생성하는 전류 산출 보정식 생성단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 배터리 팩의 전류 값은, 상기 보정 전류 산출식을 통하여 진단 전류 값과 동일한 값으로 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량 탑재용 충전기(OBC)의 제어를 통하여, 설정하는 값에 따라 원하는 크기의 전류를 일정하게 인가받을 수 있어 안정적으로 배터리의 상태를 진단 가능하므로 보다 정확하게 배터리의 고장, 수명 등을 진단할 수 있고, 이를 통하여 배터리 문제로 인한 사고 발생 등을 예방할 수 있고, 보다 효율적으로 배터리를 사용할 수 있는 효과를 가지고 있다.

도 1은 본 발명에 실시 예에 따른 진단 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 배터리 팩의 전류 정확도를 보정하는 방식을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진단 방법을 나타내는 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하도록 한다.

1. 본 발명에 따른 차량 탑재용 충전기( OBC )의 제어를 통한 배터리 팩의 진단 시스템

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 진단 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

상기 도 1을 참조하면, 외부 충전장치(100)로부터 전원을 공급받아, 배터리 팩을 충전시키기 위한 전원으로 변환하여 배터리 팩을 충전시키는 온보드차저(OBC, 200)와, 상기 배터리 팩과 연결되어 그 상태를 모니터링하고 상기 온보드차저(OBC, 200)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 배터리관리시스템(BMS, 300)으로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 온보드차저(OBC, 200)는 차량 탑재용 충전기로서 배터리관리시스템(BMS, 300)과의 통신 연결되어 상기 배터리관리시스템(BMS, 300)에 의해 제어될 수 있다.

이하, 각 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

1. 1. 온보드차저 ( OBC , 200)

온보드차저(OBC, 200)는, 상기에서 설명한 바와 같이 차량에 탑재되는 충전기로서 외부 충전장치로부터 전원을 공급받아 배터리 팩의 충전을 위한 전원으로 변환하여 배터리 팩을 충전시키는 구성이다.

가. 제1 통신부(210)

상기 온보드차저(OBC, 200)는, CAN 통신으로 배터리관리시스템(BMS, 300)과 통신 연결하는 제1 통신부(210)가 구비되어, 상기 제1 통신부(210)를 통하여 배터리관리시스템(BMS, 300)에 의해 제어되며, 이에 따라 배터리 팩으로 그 상태 를 진단하기 위한 전류를 공급할 수 있다. 이에 대해서는, 이하에서 상세히 설명하도록 한다.

나. 전원 입력부(220)

전원 입력부(220)는, 외부 충전장치(100)로부터 전원을 공급받는 구성이다. 상기 전원입력부(220)는 차량에 마련된 인렛(Inlet)과 외부 충전장치와의 물리적 연결을 통하여 전원을 공급받으며, 이 때, 전원입력부(220)가 외부 충전장치로부터 공급받는 전원은 AC 전원이다.

다. 전원 출력부(230)

전원 출력부(230)는, 상기 전원 입력부(220)가 외부충전장치(100)로부터 공급받은 AC 전원을 배터리 팩의 충전을 위하여 DC 전원으로 변환하는 구성이다. 상기 전원 출력부(230)는, AC 전원을 DC 전원으로 변환한 후, 배터리 팩으로 출력할 수 있다.

라. 제1 제어부(240)

제1 제어부(240)는, 상기 제1 통신부(210)를 통하여 통신 연결된 배터리관리시스템(BMS, 300)의 설정, 제어에 의해 전원 출력부(230)에서 배터리 팩으로 출력되는 전류를 제어할 수 있다.

상기 배터리관리시스템(BMS, 300)가 제1 제어부(240)에 원하는 크기의 전류 값을 설정하면, 제1 제어부(240)는 설정된 크기의 전류가 배터리 팩으로 출력되도록 전원 출력부(230)를 제어할 수 있다. 따라서, 배터리관리시스템(BMS, 300)은 제1 제어부(240)에 의해 설정한 전류를 일정하게 인가 받을 수 있다. 이에 대해서는, 배터리관리시스템(BMS, 300)의 각 구성 설명 시 보다 상세히 설명하도록 한다.

1.2. 배터리관리시스템( BMS , 300)

배터리관리시스템(BMS, 300)은 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 관리하며 온보드차저(OBC, 200)의 제어를 통하여 진단 기능을 수행할 수 있다.

가. 제2 통신부(310)

배터리관리시스템(BMS, 300)은, CAN 통신으로 온보드차저(OBC, 200)와 통신 연결하는 제2 통신부(310)를 통하여 온보드차저(OBC, 200)를 제어할 수 있다.

나. 제1 설정부 (320)

제1 설정부(320)는, 상기 제2 통신부(310)를 통하여 온보드차저(OBC, 200)에 배터리 팩을 진단하기 위한 원하는 크기의 전류 값을 설정할 수 있다. 배터리 팩의 상태 진단을 원하는 시점에 제1 설정부(320)는 제2 통신부(310)를 통하여 제1 제어부(240)에 원하는 크기의 전류 값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 설정부(320)가 제1 제어부(240)에 5A 값을 설정하면 상기 제1 제어부(240)는 전원 출력부(230)를 제어하여 이에 해당하는 전류가 배터리 팩으로 출력되도록 하고, 이에 따라 배터리 팩은 설정한 5A의 전류를 일정하게 공급받을 수 있는 것이다.

이하, 설명에서는 제1 설정부(320)가 배터리 팩의 상태 진단을 위하여 제1 제어부(240)에 설정한 전류 값을 진단 전류 값이라 지칭하여 설명하도록 한다.

여기서, 진단 전류 값은 상기에서 설명한 같이 어느 하나의 값으로 한정하지 않으며 배터리의 상태를 진단하기 위한 원하는 크기의 값으로 설정하는 것이다.

다. 진단부 (330)

진단부(330)는, 상기 제1 설정부(320)에서 설정한 진단 전류 값에 따라 온보드차저(OBC, 200)로부터 그에 해당하는 전류, 즉 인가되는 진단 전류를 통해 발생하는 배터리 팩의 전압 변화량를 이용하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 구성이다. 여기서, 배터리 팩의 상태를 진단하는 것은, 각 배터리 셀의 수명 추정, 배터리 팩의 체결성 및 부품의 노화, 전류 정확도를 진단하는 것을 의미한다.

이와 같이 배터리 팩의 상태를 진단함으로써 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 각 구성은 아래와 같이 구성된다.

1) 제1 진단 수행부 (332)

제1 진단 수행부(332)는, 온보드차저(OBC, 200)로부터 진단 전류를 인가 받은 후에 측정되는 배터리 팩의 전류 값과 상기 진단 전류 값이 일치하는지를 비교하여 전류 정확도를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 배터리 팩의 전류가 상기 진단 전류와 동일한 값으로 획득되도록 보정하는 구성이다.

1-1) 제1 전류 값 산출부(3321)

전류 값 산출부는, 전류 산출식을 이용하여 상기 진단 전류를 인가받은 후 측정된 전압을 이용하여 배터리 팩의 전류 값을 산출하는 구성이다. 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 배터리 팩의 전류를 산출하기 위해서는 우선 온보드차저(OBC, 200)와 배터리 셀들 사이에 구성되는 Shunt Resistor의 양단에 걸린 전압을 측정하고, 그 전압 차를 ADC 값으로 환산한다. 상기 도 2에서 나타내는 것과 같이, 예를 들어 환산된 ADC 값이 X1이라 하면, 이는 1)번 그래프의 Y=aX+b의 식에 X1, Gain(a, 기울기), Offset(b, Y 절편) 값을 이용하여 전류 값 Y를 산출할 수 있으며 도 2를 예로 들면 산출된 전류 값 Y는 1A가 된다.

1-2) 전류 값 비교부(3322)

전류 값 비교부는, 상기 산출된 배터리 팩의 전류 값과 온보드차저(OBC, 200)에 설정한 진단 전류 값이 일치하는지를 비교하는 구성이다. 그 비교 결과 일치하면 전류 정확도에 문제가 없는 것으로 판단하여 별도의 전류 보정을 진행하지 않는다. 반면, 배터리 팩의 전류 값과 진단 전류 값이 일치하지 않는다면 온보드차저(OBC, 200)에서 출력되는 전류 값, 즉 진단 전류 값을 신뢰하고, 배터리 팩의 전류 값이 상기 진단 전류 값과 동일한 값으로 산출될 수 있도록 하기 위하여 후술하는 각 구성을 통하여 전류 보정을 수행할 수 있다.

상기 도 2의 그래프를 참조하면, 예를 들어 전류 값 산출부(3321)에서 산출된 값이 배터리 팩의 전류 값이 1A라면 상기 1A와 제1 제어부(240)에 설정한 진단 전류 값과의 일치 여부를 비교하는 것이다.

1-3) 제2 설정부(3323)

제2 설정부는, 상기 전류 값 비교부(3324)의 비교 결과 일치하지 않으면 온보드차저(OBC, 200)의 제1 제어부(240)에 전류 보정을 위한 제1, 2 보정 전류 값을 설정할 수 있다.

1-4) 보정 데이터 획득부(3324)

상기 도 2의 그래프에서 나타내는 것과 같이, 제1, 2 보정 전류 값을 1A와 5A로 설정한다면, 우선 온보드차저(OBC, 200)의 제1 제어부(240)에 1A를 설정한 후 1A를 인가받아, 상기에서 설명한 바와 동일한 방식으로 ADC 값을 획득할 수 있으며 이를 X’1이라 한다. 또한, 5A를 설정한 후 5A를 인가 받게 되고, 상기와 동일한 방식으로 획득한 ADC 값을 X’2 를 하면, 이 때 X’1, X’2를 각각 제1, 2 보정 데이터라 할 수 있다. 즉, 보정 데이터 획득부는, 상기와 같이 제1, 2 보정 전류 값에 대하여 배터리 팩에서 측정되는 각 ADC 값인 제1, 2 보정 데이터를 획득하는 구성이다.

1-5) 보정 전류 산출식 생성부(3325)

상기 제1, 2 보정 전류 값과 상기 획득한 제1, 2 보정 데이터(X’1, X’2)에 의해 도 2의 그래프와 같이 두 점 K1(X’1, 1A), K2(X’2, 5A)를 각각 획득할 수 있다. 이에 따라 상기 K1(X’1, 1A)와 K2(X’2, 5A)를 이용하여 2)번 그래프의 Y=a’X’+b’에 대한 두 개의 1차 방정식이 생성되고, 방정식의 계산을 통하여 새로운 Gain(a’, 기울기)와 Offset(b’, Y 절편) 값을 산출할 수 있어 새로운 방정식을 생성할 수 있다. 이와 같이 1)번 그래프의 방정식의 전류 보정을 거쳐 생성된 2)번 그래프의 방정식을 보정 전류 산출식이라 지칭하도록 한다.

상기와 같이 두 점을 이용하여 새로운 방정식을 생성/산출하는 방식은 공지의 기술인 2 Point 선형 보간 방식으로 설명할 수 있다.

1-6) 제2 전류 값 산출부(3326)

제2 전류 값 산출부는, 상기 생성된 보정 전류 산출식을 이용하여 배터리 팩의 전류 값을 산출하는 구성이다.

즉, 제1 전류 값 산출부(3321)에서 배터리 팩의 전류 값 산출 시 이용한 전류 산출식이 아닌 상기 보정 전류 산출식을 이용하여 배터리 팩의 전류 값을 산출하면 온보드차저(OBC, 200)로부터 인가받은 전류 값, 즉 설정한 진단 전류 값과 동일한 값을 획득할 수 있다.

2) 제2 진단 수행부(334)

제2 진단 수행부(334)는, 상기 배터리 팩의 전압 감소량을 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 구성으로 그 세부 구성은 아래와 같이 구성될 수 있다.

2-1) 제1 전압 측정부(3341)

제1 전압 측정부는, 각각의 배터리 셀의 전압을 일정 주기 간격으로 측정하는 구성으로 이하 설명에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 전압 측정부에서 측정되는 전압을 제1 전압 값이라 지칭하여 설명하도록 한다.

상기 제1 전압 값은, 상기 온보드차저(OBC, 200)로부터 진단 전류를 인가 받은 후에 측정되는 각 배터리 셀의 전압 값으로 설명할 수 있다.

2-2) 제1 전압 저장부(3342)

제1 전압 저장부는, 상기 제1 전압 측정부에서 일정 주기 간격으로 측정되는 제1 전압 값을 입력받아 저장하는 구성으로 가장 최근 주기의 입력된 제1 전압 값으로 갱신하여 저장한다. 또한, 후술하는 방전 감지부(3345)로부터 방전 감지 신호를 입력받는 경우에는 전압 측정을 중지할 수 있다.

여기서, 상기 제1 전압 저장부는 각 배터리 셀 별로 그에 해당하는 제1전압 값을 저장한다.

2-3) 제2 전압 측정부(3343)

제2 전압 측정부는, 상기 배터리 팩에 방전이 발생한 후에 각각의 배터리 셀의 전압을 측정하는 구성이다. 상기 제2 전압 측정부는 후술하는 방전 감지부(3345)로부터 방전 감지 신호를 입력받은 경우에 동작한다. 이 때, 방전 감지 신호를 입력받은 후 소정의 제1 시간 후에 전압 측정을 수행하도록 설정되며, 상기 소정의 제1 시간은 예를 들어 10초로 설정될 수 있다. 이는 후술하는, 각각의 셀의 직류내부저항(DCIR) 측정을 위한 통상적인 시간과 노이즈 및 계측 오류를 감안한 것으로 이에 한정하는 것은 아니며 시스템 환경이나 사용자의 설정에 따라 달라질 수 있다.

2-4) 제2 전압 저장부(3344)

제2 전압 저장부는, 상기 제2 전압 측정부(3343)에서 측정된 전압을 입력받아 저장하는 구성으로, 이 때 저장된 전압을 제2 전압 값으로 지칭하여 설명하도록 한다.

상기 제2 전압 값은, 상기 온보드차저(200, OBC)로부터 진단 전류를 인가받은 후에 방전이 발생하면, 방전이 발생하기 전과 발생한 후의 전압이 어느 정도 감소되었는지를 확인하고자 측정 및 저장하는 것으로 설명할 수 있다. 즉, 방전이 발생한 후의 측정된 각 배터리 셀의 전압 값이다. 여기서, 상기 제2 전압 저장부는 각 배터리 셀 별로 그에 해당하는 제2전압 값을 저장하는 것이다.

2-5) 방전 감지부(3345)

방전 감지부(3345)는, 배터리 팩에 방전이 발생하는 것을 감지하여 제1, 2전압 측정부(3341, 3343)로 출력하는 구성이다.

2-6) 전압 감소량 산출부(3346)

전압 감소량 산출부는, 상기 제1전압 저장부(3342)와 제 2전압 저장부(3344)에 저장된 제1, 2 전압 값 간의 차이를 산출하는 구성이다.

배터리 팩에 방전이 발생하기 전에 측정된 전압인 제1 전압 값과 방전이 발생한 후에 측정된 전압인 제2 전압 값과의 차이를 산출하면, 방전 시 어느 정도의 전압 양이 감소된 것인지를 확인할 수 있다.

여기서, 제 1전압 저장부(3342)는 상기에서 설명한 바와 같이 가장 최근의 주기에 측정된 전압 값으로 갱신하여 저장함으로써, 상기 제1 전압 값은 방전 감지 신호를 입력 받기 전, 즉 방전이 발생하기 전 가장 최근의 주기에 측정된 각 배터리 셀들의 전압 값이다. 따라서, 전압 값의 차이를 산출할 시 방전이 발생하기 전 가장 최근의 배터리 팩의 전압 상태를 이용할 수 있어 방전 시의 전압 감소량을 보다 정확한 값으로 확인할 수 있다.

2-7) 체결성 및 부품 노화 판단부(3347)

체결성 및 부품 노화 판단부는, 상기 전압 감소량 산출부(3346)에서 산출된 제1 전압 값과 제2 전압 값과의 차, 즉 전압 감소량과 기준 값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 배터리 팩의 체결성 및 부품의 노화를 판단하는 구성이다.

일반적으로, 배터리 팩은 방전 시 배터리 팩의 내부저항 값과 충. 방전 전류가 흐르는 전원 경로(Power Path)의 접촉저항 값을 합산한 값만큼 전압이 감소된다. 상기 전원 경로의 초기 접촉저항 값은 배터리 팩이 조립이 잘 되었을 경우 그 값이 매우 작지만, 배터리 팩의 주변/사용 환경에 따라 전원 경로(Power Path)의 체결성이 느슨해지거나 각 부품이 노화되면 접촉저항이 증가될 수 있다. 상기 접촉저항이 증가하면 배터리 팩의 방전 시 감소되는 전압 양 또한 증가하게 된다.

따라서, 상기 기준 값을 전원 경로(Power Path)의 초기 접촉저항 값, 즉 배터리 팩의 조립이 잘 되었을 경우 측정된 접촉저항 값과 배터리 팩의 내부저항 값을 합산한 값으로 기 설정한 후, 이를 산출된 각 셀들의 전압 감소량과 비교하여 배터리 팩의 전원 경로(Power Parh)의 체결성과 부품 노화를 판단하는 것이다.

각각의 배터리 셀들 중 상기 산출된 전압 감소량이 기준 값을 초과하는 셀이 하나 이상 존재하는 경우, 배터리 팩의 체결성이 느슨해지거나 부품이 노화되어 접촉저항의 증가로 인해 방전 시 감소된 전압 양이 증가한 것으로 판단하여 배터리 팩의 체결성 저하 및 부품이 노화된 것으로 진단할 수 있다.

추가적으로, 배터리 팩의 부품 노화를 진단하는데에 있어서, 온보드차저(OBC, 200)과 배터리 셀들 사이에 전원 경로(Power Path) 상에 구성되는 컨텍터(Contactor)의 접촉 저항 값으로 부품의 노화를 진단할 수도 있다. 일반적으로, 컨텍터(Contactor)는 전원 경로에 전류가 흐르지 않는 상태에서는 떨어져 있으며, 전류가 흐르면 접촉하게 되는데 이 때, 흐르는 전류량이 너무 클 경우 배터리관리시스템(BMS)에서는 이를 감지하여 접촉 상태의 컨텍터를 다시 떨어진 상태가 되도록 제어한다.

이와 같이 컨텍터(Contactor)는 흐르는 전류량에 따라 접촉하고, 떨어지는 동작을 반복하게 되는데 이러한 동작이 반복될수록 그 사용시간에 따라 접촉, 떨어지는 부분(이하, 접촉부)이 노화되며, 노화의 정도가 측정되는 그 저항 역시 증가하게 된다. 따라서, 컨텍터(Contactor) 저항 측정부;를 구성하여, 측정되는 접촉부의 저항 증가 정도에 따라 컨텍터의 노화 상태 즉, 배터리 팩의 부품의 노화를 진단할 수 있다.

3) 제3 진단 수행부 (336)

제3 진단 수행부는, 각각의 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 이를 소정의 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 구성이다. 각 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하는 방식은, 공지의 기술로 전압 변화량을 전류 값으로 나누어 산출한다. 여기서, 전압 변화량은 상기에서 설명한 전압 감소량 산출부(3346)에서 산출된 각 셀의 전압 감소량을 이용할 수 있다. 따라서, 제 3진단 수행부는, 상기 전압 감소량 산출부(3346)에서 산출된 각 셀의 전압 감소량을 방전 시의 배터리 팩의 전류로 나누어 각 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출할 수 있다.

상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)은, 해당 셀의 용량, 온도 및 퇴화 정도에 따라 각각 다른 값을 갖게 된다. 직류내부저항 값은 예를 들어, 셀이 극 저온상태(-10도 이하), 극 상온 상태(60도 이상)이거나 용량이 0%나 100%에 가까울수록 급격히 증가되어 해당 셀의 직류내부저항 값의 추정이 어려운 부분이 있으나 이와 같은 예를 제외하고는 직류내부저항 값이 추정 가능한 안정 범위에서 변화한다. 이 때, 직류내부저항 값이 추정 가능한 안정 범위는 예를 들어 셀의 온도가 20~40도, 용량이 40%~60% 상태일 수 있다. 따라서, 셀이 상기 안정 범위의 상태에서 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 직류내부저항(DCIR)을 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정할 수 있다.

상기 기준 데이터는 셀 수명을 추정하기 위한 데이터 자료로서, 상기 기준 데이터 대비 산출된 직류내부저항(DCIR)의 증가 정도를 기반으로 셀의 수명을 추정할 수 있다. 예를 들면 직류내부저항(DCIR)가 기준 데이터 대비 1.5배 증가한 경우에는 수명 50%, 3배 증가한 경우에는 수명 0% 등과 같이 셀의 수명 추정 결과를 산출할 수 있다, 이와 같이 상기 기준 데이터 및 이를 이용하여 셀의 수명을 추정하는 것은 셀의 스펙과 고객의 요구조건 등에 따라 달라질 수 있다.

4) 제4 진단 수행부 (338)

제4 진단 수행부는, 상기 배터리 팩의 히터가 정상적으로 동작하는지를 진단하는 구성이다, 여기서, 일반적으로 배터리 팩의 히터는 배터리 팩의 전원이 아닌 온보드차저(OBC, 200)로부터 전원으로 동작하는 것으로 온보드차저(OBC, 200)와 히터 사이에 스위치를 구성하여 이 스위치를 온/오프 제어함으로써 히터의 동작을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 스위치를 전원 인가 스위치로 지칭하여 설명하도록 한다.

4-1) 전원 인가 제어부(3381)

전원 인가 제어부는, 상기 전원 인가 스위치에 온 또는 오프 신호를 출력하여 그 온/오프 동작을 제어하는 구성이다.

4-2) 제1 온도 측정부(3382)

제1 온도 측정부는, 상기 히터의 온도를 일정 주기 간격으로 측정하는 구성이다. 여기서, 상기 제1 온도 측정부는 후술하는 전원 인가 감지부(3386)로부터 감지 신호를 입력받는 경우 동작하지 않는다.

4-3) 온도 저장부(3383)

온도 저장부는, 상기 제1 온도 측정부(3382)에서 측정된 히터의 온도 값 입력받아 저장하는 구성이다. 여기서, 온도 저장부는 가장 최근의 주기에 측정된 히터의 온도 값으로 갱신하여 저장할 수 있다.

4-4) 제2 온도 측정부(3384)

제2 온도 측정부(3384)는, 상기 전원 인가 스위치의 온 상태에서의 히터의 온도를 측정하는 구성이다. 상기 전원 인가 스위치가 온 상태인 것은, 히터가 온보드차저(OBC, 200)로부터 전원을 인가 받은 후의 히터의 온도를 측정하는 구성으로 설명할 수 있다. 여기서, 제 2온도 측정부는, 후술하는 전원 인가 감지부(3386)로부터 감지 신호를 입력 받는 경우 동작할 수 있다.

또한, 상기 제 2온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력 받은 후 소정의 제2 시간 후에 동작할 수 있다.

4-5) 온도 입력부(3385)

온도 입력부는, 상기 제2 온도 측정부(3384)에서 측정된 온도 값 즉, 히터가 온보드차저(OBC, 200)로부터 전원을 인가 받은 후의 측정된 히터의 온도 값을 입력받는 구성이다.

4-6) 동작 판단부(3387)

동작 판단부는, 상기 온도 저장부(3383)에 저장된 히터의 온도 값과 온도 입력부(3385)에 입력된 히터의 온도 값을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 히터의 정상적인 동작 여부를 판단하는 구성이다.

상기 온도 저장부(3383)에 저장된 히터의 온도 값과 온도 입력부(3385)에 입력된 히터의 온도, 즉 히터가 온보드차저(OBC, 200)로부터 히터 동작을 위한 전원을 인가받기 전의 측정된 히터의 온도와 인가받은 후의 히터의 온도를 비교하는 것이다. 그 비교 결과 일치하지 않는다면, 히터가 정상적으로 동작하지 않은 것으로 진단할 수 있다. 즉, 히터의 동작을 위한 전원이 인가되었음에 불구하고 전원을 인가받기 전의 히터의 온도와 동일하다면 히터의 하드웨어 부분에 단선이 생긴 것으로 판단하고, 히터가 정상적으로 동작하지 않는 것으로 진단할 수 있다.

여기서, 온도 저장부(3383)에 저장된 히터의 온도 값은 히터에 전원이 인가되기 전 가장 최근에 측정된 히터의 온도 값이고, 제2 온도 측정부(3384)는 감지 신호를 입력받은 후의 소정의 제2 시간, 즉 히터에 전원이 인가된 후 일정 시간이 흐른 후에 히터의 온도를 측정하도록 구성되므로, 동작 판단부에서 이용하는 온도 입력부(3385)에 입력된 히터의 온도 값은 히터에 전원이 인가된 후 일정 시간이 흐른 후에 측정된 온도 값으로써, 이와 같이 측정된 두 온도 값을 이용하여 히터의 정상 동작 여부를 진단하므로 보다 정확한 진단이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 소정의 제2 시간은, 정상적인 동작을 하는 히터에서 전원을 인가받은 후 히터의 온도를 충분히 상승시키는 시간을 고려하여 설정될 수 있다.

상기와 같이 온보드차저(OBC, 200)로부터 설정한 진단 전류를 인가받은 후, 배터리 팩에 발생되는 변화를 바탕으로 배터리 팩의 각 상태를 진단/판단한 제1 진단 수행부(332), 제 2진단 수행부(334), 제3 진단 수행부(336) 및 제4 진단 수행부(338)에서 진단/판단된 각각의 결과, 즉 배터리 팩의 전류 정확도 판단, 각 셀의 수명 추정 결과, 히터의 정상 동작 판단 결과는 그 진단 상태의 정도에 따라 시스템(사용자)에게 제공할 수 있고, 각각의 진단 결과를 저장할 수도 있으며 혹은 그 진단 상태의 정도가 심각한 상태일 경우에는 충전 및 방전을 제한할 수도 있다.

즉, 본 발명에 따라 온보드차저(OBC, 200)의 제어를 통하여 그로부터 인가받은 진단 전류를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하면, 상기 진단한 배터리 팩의 각 진단 상태의 정도에 대응하는 그 조치 동작은 배터리관리시스템의 공지의 기술을 사용한다.

2. 본 발명에 따른 차량 탑재용 충전기( OBC )의 제어를 통한 배터리 팩의 상태를 진단하는 방법

도 3은 본 발명에 따른 차량 탑재용 충전기(OBC, 온보드차저)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 방법을 나타내는 블록도이다.

여기서, 후술하는 단계를 수행하기 전에는 외부 충전장치(100), 온보드차저(OBC, 200) 그리고 배터리 팩과의 물리적인 연결에 결함이 없는지 확인하는 단계, 배터리 팩의 콘택터(Contactor) 상태를 확인하는 단계를 수행하며, 이는 일반적인 단계이며 공지의 기술을 사용한다.

이하, 상기 도 3을 참조하여 각 단계에 대하여 설명하도록 한다.

2.1. 진단 전류 설정단계(S100)

진단 전류 설정단계는, 배터리 팩의 상태를 진단하기 위하여 온보드차저(OBC, 200)로부터 인가받기를 원하는 크기의 전류 값을 설정하는 단계이다. 이는 상기에서 설명한 배터리관리시스템(BMS, 300)의 제1 설정부(320)에 의해 수행되는 것으로 온보드차저(OBC, 200)에 배터리 팩의 상태를 진단하기 위한 원하는 전류 값을 설정하는 단계이며, 이 때 설정하는 값을 진단 전류라 한다.

2.2. 진단 전류 인가단계(S200)

진단 전류 인가단계는, 온보드차저(OBC, 200)로부터 상기 진단 전류 설정단계(S100)에서 설정한 전류 값, 즉 설정한 크기의 전류를 인가 받는 단계이다. 온보드차저(OBC, 200)는 배터리관리시스템BMS, 300)이 설정한 전류 값의 크기의 전류를 배터리 팩으로 출력하므로, 배터리 팩은 원하는 크기의 전류, 즉 진단 전류를 인가 받아 배터리 팩의 상태를 진단할 수 있는 것이다.

2.3. 상태 진단단계(S300)

상태 진단단계는, 상기 진단 전류 인가단계(S200)를 통하여 온보드차저(OBC, 200)로부터 인가 받은 진단 전류를 통해 발생하는 배터리 팩의 전압 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 단계이다. 이는 상기에서 설명한 진단부(330)에 의해 수행되며, 구체적으로는 제1 진단 수행부(331), 제2 진단 수행부(332), 제3 진단 수행부(333) 및 제4 진단 수행부(334)에 의해 수행되며, 그 각 수행단계는 아래와 같이 구성된다.

가. 전류 정확도 판단단계(S310)

상기 진단 전류 설정단계(S100)를 통하여 배터리관리시스템(BMS, 300)이 배터리 팩의 상태를 진단하기 위하여 온보드차저(OBC, 200)에 설정한 전류 값(이하 진단 전류 값)과 배터리 팩에서 측정되는 전압을 이용하여 전류 값을 산출한 후, 이들을 비교하여 전류의 정확도를 판단하는 단계이며, 이는 상기에서 설명한 제1 진단 수행부(331)에 의해 수행된다.

상기 전류 정확도 판단하기 위해서는, 우선 진단 전류를 인가받은 후 측정된 전압을 이용하여 배터리 팩의 전류 값을 산출한다. 상기에서 도 2를 참조하여 설명한 같이, 배터리 팩의 전류를 산출하기 위해서는 우선 온보드차저(OBC, 200)와 배터리 셀들 사이에 구성되는 Shunt Resistor의 양단에 걸린 전압을 측정하고, 그 전압 차를 ADC 값으로 환산한다. 상기 시스템 구성 설명 시 설명한 바와 같이 도 2를 참조하면, 진단 전류를 인가받은 후 배터리 팩의 상기 환산된 ADC 값이 X1이라 하면, 이는 1)번 그래프의 Y=aX+b의 식에 X1, Gain(a, 기울기), Offset(b, 절편) 값을 이용하여 배터리 팩의 전류 값 Y를 산출할 수 있으며, 도 2에서는 1A라 할 수 있다. 이와 같이 배터리 팩의 전류 값이 산출되면, 이를 진단 전류 값, 즉 배터리의 상태를 진단하기 위하여 온보드차저(OBC, 200)에 설정한 전류 값과 일치하는지 비교한다. 그 비교 결과 일치하는 경우 배터리 팩의 전류 정확도에 문제가 없는 것으로 판단한다. 반면, 일치하지 않는 경우 온보드차저(OBC, 200)로부터 인가받은 전류, 즉 진단 전류 값을 신뢰하고 배터리 팩의 전류 정확도를 보정하는 전류 보정단계(S312)를 수행한다.

나. 전류 보정단계(S312)

전류 보정단계는, 배터리 팩의 전류 값이 상기 설정한 진단 전류 값과 동일한 값으로 획득되도록 해당 배터리 팩의 전류 값 산출 시의 전류 산출식을 보정하는 즉, 새로운 전류 산출식을 생성하는 단계이다. 이를 예를 들어 설명하면, 우선 온보드차저(OBC, 200)에 1A를 설정한 후 1A를 인가받아 상기에서 설명한 바와 동일한 방식으로 이에 대한 ADC 값을 획득하고 이를 X’1이라 한다. 또한, 5A를 설정한 후 5A를 인가받아 상기와 동일한 방식으로 ADC 값을 획득하고 이를 X’2 를 하면, 이 때 1A 및 5A를 제1, 2 보정 전류 값, X’1 및 X’2를 제1, 2 보정 데이터로 설명할 수 있다. 상기와 같이 제1, 2 보정 전류 값에 대한 배터리 팩의 각 ADC 값 제1, 2 보정 데이터를 획득하면, 상기 제1, 2 보정 전류 값과 제1, 2 보정 데이터를 이용하여 새로운 방정식을 생성할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 제1 진단 수행부(331)의 각 구성 설명 시 도 2를 참조하여 설명하였으므로 생략하도록 한다.

이와 같이 생성된 보정된 전류 산출식, 즉 새로운 전류 산출식을 이용하여 배터리 팩의 전류 값을 산출하면 상기 배터리 팩의 전류 값이 진단 전류 값과 동일한 값으로 획득될 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 전류 값이 신뢰하는 온보드차저(OBC, 200)로부터 인가 받은 전류 값, 즉 진단 전류 값과 동일한 값으로 획득됨으로써 배터리 팩의 전류 정확도를 향상시킬 수 있다.

다. 체결성 및 부품 노화 판단단계(S320)

진단 전류를 인가 받은 후 측정되는 배터리 팩의 전압과 방전 시 측정되는 배터리 팩의 전압의 차이를 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 단계이다. 이는 제2 진단 수행부(334)에 의해 수행된다.(이하, 제2 진단 수행부(334) 설명 참조)

라. 셀 수명 추정단계(S330)

진단 전류를 인가 받은 후의 발생하는 배터리 팩의 전압 변화량을 이용하여 각 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)과 소정의 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 단계이며, 이는 제3 진단 수행부(S336)에 의해 수행된다. 각 셀의 수명을 추정하는 것은, 상기 제3진단 수행부(336) 설명 시 상세하게 설명하였으므로 생략하도록 한다. (제 3진단 시스템 수행부(336) 내용 참조)

여기서, 상기 기준 데이터는 셀 수명을 추정하기 위한 데이터 자료로서, 상기 기준 데이터 대비 산출된 직류내부저항(DCIR)의 증가 정도를 기반으로 셀의 수명을 추정할 수 있다. 예를 들면 직류내부저항(DCIR)가 기준 데이터 대비 1.5배 증가한 경우에는 수명 50%, 3배 증가한 경우에는 수명 0% 등과 같이 셀의 수명 추정 결과를 산출할 수 있다, 이와 같이 상기 기준 데이터 및 이를 이용하여 셀의 수명을 추정하는 것은 셀의 스펙과 고객의 요구조건 등에 따라 달라질 수 있다.

마. 히터 동작 판단단계(S340)

배터리 팩의 히터의 정상적인 동작 여부를 판단하는 단계이며, 제4 진단 수행부(338)에 의해 수행된다. 히터는 온보드차저로부터 전원을 공급받아 동작하므로, 상기 히터 동작 판단단계(S340)는 히터에 온보드차저로부터 전원이 인가되기 전과 전원이 인가된 후의 히터의 온도를 각각 측정한 후 측정된 두 히터의 온도 값이 일치하는지를 비교한다. 이 때, 그 비교 결과 일치하지 않는다면 히터가 정상적으로 동작한 것으로 판단하고, 일치한다면 히터가 전원을 인가 받았음에도 불구하고 온도가 증가하지 않고 인가받기 전과 동일한 상태인 것으로 히터가 정상적으로 동작하지 않은 것으로 판단/진단한다.

상기와 같이 온보드차저(OBC, 200)로부터 설정한 진단 전류를 인가받은 후, 배터리 팩에 발생되는 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 각 진단단계(S310 내지 S340)을 통하여 진단/판단되는 결과, 즉 배터리 팩의 전류 정확도, 배터리 팩의 체결성 및 부품의 노화상태, 각 배터리 셀의 수명 추정결과 및 히터의 정상 동작 판단 결과는 그 진단 상태의 정도에 따라 시스템(사용자)에게 제공할 수 있고, 각각의 진단 결과를 저장할 수도 있으며 혹은 그 진단 상태의 정도가 심각한 상태일 경우에는 충전 및 방전을 제한하는 단계가 수행될 수 있다.

즉, 본 발명에 따라 온보드차저(OBC, 200)의 제어를 통하여 그로부터 인가받은 진단 전류를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 진단단계(S300)를 수행한 후, 상기 진단한 배터리 팩의 각 진단 상태의 정도에 대응하는 그 조치 동작은 배터리관리시스템의 공지의 기술을 사용한다.

여기서, 상술한 상태진단단계(S300)의 각 세부단계 S310 내지 S340은 각 진단단계의 설명을 위하여 그 순서를 설정하여 설명하였으나 이에 한정하는 것이 아니며 S310 내지 S340의 각 진단단계들은 동일한 시점에 수행될 수도 있고 상기와 다른 순서로 동작할 수도 있다. 즉, 온보드차저(OBC, 200)로부터 진단 전류를 인가받은 후의 배터리 팩의 상태를 진단하는 각 세부단계는 어느 하나의 순서에 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 외부 충전장치
200: 온보드차저(OBC) 210: 제1 통신부
220: 전원 입력부
230: 전원 출력부
240: 제1 제어부
300: 배터리관리시스템(BMS) 310: 제2 통신부
320: 제1 설정부
330: 진단부

Claims

복수 개의 셀들을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 상태를 진단하는 진단 시스템에 있어서,
외부 충전장치로부터 전원을 공급받아, 배터리 팩의 충전을 위한 전원으로 변환하여 상기 배터리 팩을 충전시키는 온보드차저(On Board Charger);
상기 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 상기 온보드차저(On Board Charger)의 제어를 통하여 배터리 팩의 상태를 진단하는 배터리관리시스템(BMS);
을 포함하여 구성되며,
상기 배터리관리시스템(BMS)은,
상기 온보드차저(On Board Charger)와 통신 연결하는 제2 통신부;
상기 제2 통신부를 통하여 상기 온보드차저에 배터리 팩의 상태를 진단하기 위한 진단 전류 값을 설정하는 제1 설정부;
상기 제1 설정부의 설정에 따라 온보드차저로부터 인가 받은 진단 전류에 대한 배터리 팩의 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 진단부;
를 포함하여 구성되며,
상기 진단부는,
상기 진단 전류를 인가 받은 후 측정된 배터리 팩의 전류 값과 상기 설정한 진단 전류 값과의 일치 여부를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 전류를 보정하는 제1 진단 수행부;
각각의 배터리 셀의 전압 감소량을 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 진단하는 제2 진단 수행부;
각각의 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)과 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 제3 진단 수행부;
상기 배터리 팩의 히터의 정상적인 동작 여부를 확인하는 제4 진단 수행부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 온보드차저(On Board Charger)는,
상기 배터리 팩과 통신 연결하는 제1 통신부;
상기 외부 충전장치로부터 AC 전원을 공급받는 전원 입력부;
상기 공급받은 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 배터리 팩으로 출력하는 전원 출력부;
상기 배터리관리시스템(BMS)이 설정하는 전류 값에 따라, 그 해당 전류가 배터리 팩으로 출력되도록 상기 전원 출력부를 제어하는 제1 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 제1 진단 수행부는,
전류 산출식을 이용하여, 상기 배터리 팩의 전류 값을 산출하는 제1 전류 값 산출부;
상기 설정한 진단 전류 값과 상기 산출된 제1 전류 값의 일치 여부를 비교하는 전류 값 비교부;
상기 전류 값 비교부의 비교 결과, 일치하지 않는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 제어부에 제1, 2 보정 전류 값을 설정하는 제2 설정부;
상기 설정한 제1, 2 보정 전류 값의 전류를 인가받아, 이에 대한 제 1, 2 보정 데이터를 획득하는 보정 데이터 획득부;
상기 설정한 제 1, 2 보정 전류 값과 상기 획득한 제1,2 보정 데이터를 이용하여 보정 전류 산출식을 생성하는 보정 전류 산출식 생성부;
를 포함하여 구성되며,

상기 배터리 팩의 전류 값은, 상기 생성된 보정 전류 산출식을 통하여 상기 진단 전류 값과 동일한 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 진단 수행부는,
각각의 배터리 셀의 전압을 일정 주기 간격으로 측정하는 제1 전압 측정부;
상기 제1 전압 측정부에서 측정되는 전압 값을 저장하는 제1 전압 저장부;
배터리 팩의 방전이 발생한 후의 각각의 배터리 셀의 전압을 측정하는 제2 전압 측정부;
상기 제2 전압 측정부에서 측정된 전압 값을 저장하는 제2 전압 저장부;
상기 배터리 팩의 방전 동작을 감지하여, 제1, 2 전압 측정부로 방전 감지 신호를 출력하는 방전 감지부;
상기 제1 전압 저장부에 저장된 전압 값과 제2 전압 저장부에 저장된 전압 값의 차를 산출하는 전압 감소량 산출부;
상기 산출된 전압 감소량과 기준 값을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 체결성 및 부품 노화 판단부;
를 포함하여 구성되며,

상기 체결성 및 부품 노화 판단부는, 상기 전압 감소량이 기준 값을 초과하는 경우 배터리 팩의 체결성 저하 및 부품이 노화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력되는 경우 동작하지 않고,
상기 제2 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력되는 경우 동작하며,
상기 제2 전압 측정부는, 상기 방전 감지 신호가 출력된 후 소정의 제1 시간 후에 동작하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제 4진단 수행부는,
상기 전원 출력부와 히터 사이에 구성되는 전원 인가 스위치; 에 온 또는 오프 신호를 출력하여 전원 인가 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 전원 인가 제어부;
상기 히터의 온도를 일정 주기 간격으로 측정하는 제1 온도 측정부;
상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 온도 값을 입력 받아 저장하는 온도 저장부;
상기 전원 인가 스위치의 온 상태에서의 히터의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부;
상기 제2 온도 측정부에서 측정된 온도 값을 입력 받는 온도 입력부;
상기 전원 인가 제어부에서 온 신호가 출력되는 것을 감지하여, 상기 제1,2 온도 측정부로 감지 신호를 출력하는 전원 인가 감지부;
상기 온도 저장부에 저장부에 저장된 히터의 온도와 온도 입력부에 입력된 히터의 온도가 동일한지를 비교하여 그 비교 결과에 따라 히터의 정상 동작 여부를 판단하는 동작 판단부;
를 포함하여 구성되며,

상기 동작 판단부의 비교 결과, 동일한 것으로 판단되면 히터가 정상적으로 동작하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 경우 동작하지 않으며,
상기 제2 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 경우 동작하고,
상기 제2 온도 측정부는, 상기 감지 신호를 입력받은 후, 소정의 제2 시간 후에 히터의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 시스템.
배터리 팩의 상태를 진단하는 방법에 있어서,
온보드차저(OBC)에 진단 전류 값을 설정하는 진단 전류 설정단계;
상기 온보드차저(OBC)로부터 진단 전류를 인가받는 진단 전류 인가단계;
상기 인가받은 진단 전류에 대한 배터리 팩의 변화를 바탕으로 배터리 팩의 상태를 진단하는 상태 진단단계;
를 포함하여 구성되며,
상기 상태 진단단계는,
상기 진단 전류 값과 측정되는 배터리 팩의 전류 값의 비교를 통하여 전류 정확도를 판단하는 전류 정확도 판단단계;
상기 측정되는 배터리 팩의 전압과 방전 시 측정되는 배터리 팩의 전압의 차이를 이용하여 배터리 팩의 체결성 및 부품 노화 상태를 판단하는 체결성 및 부품 노화 상태 판단단계;
상기 배터리 팩의 전압의 변화를 이용하여 각각의 배터리 셀의 직류내부저항(DCIR)을 산출하고, 상기 산출된 각 셀의 직류내부저항(DCIR)과 소정의 기준 데이터와의 비교를 통하여 각 셀의 수명을 추정하는 셀 수명 추정단계;
상기 배터리 팩의 히터의 정상적인 동작 여부를 판단하는 히터 동작 판단단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법.
삭제
청구항 9에 있어서,
상기 전류 정확도 판단단계는,
상기 진단 전류 값과 측정된 배터리 팩의 전류 값이 일치하지 않는 경우, 상기 진단 전류 값과 측정된 배터리 팩의 전류 값이 동일한 값이 되도록 보정하는 전류 보정단계; 를 수행하며,

상기 전류 보정단계는,
상기 온보드차저(OBC)에 보정 전류 값을 설정하는 보정 전류 값 설정단계;
상기 온보드차저(OBC)로부터 설정한 보정 전류 값에 대한 전류를 인가받는 전류 인가단계;
상기 인가받은 전류에 대한 보정 데이터를 획득하는 보정 데이터 획득단계;
상기 설정한 보정 전류 값과 상기 보정 데이터를 이용하여 보정된 전류 산출식을 생성하는 전류 산출 보정식 생성단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 측정된 배터리 팩의 전류 값은, 상기 보정 전류 산출식을 통하여 진단 전류 값과 동일한 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 방법.