KR102618639B1 - 펌프 진단 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 펌프 진단 장치는 제어 출력 신호의 출력에 의해 펌프로 입력되는 제어 입력 신호와 상기 제어 출력 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 고장 여부를 진단하며, 상기 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면 배터리 온도와 내부 온도의 크기를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하며, 상기 중단 시간이 경과되는 시점에 상기 펌프의 고장 여부 진단하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

펌프 진단 장치{Apparatus for diagnosing a pump}
본 발명은 펌프 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 펌프를 제어하기 위해 출력되는 제어 출력 신호와 제어 출력 신호에 따라 펌프에 입력되는 제어 입력 신호를 비교하여 펌프의 고장 여부를 진단하는 펌프 진단 장치에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 중대형 배터리 팩은 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 배터리 셀에서 발생한 열을 방출하는 것이 매우 중요하다.
이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로 배터리는 주변 온도 조건 환경에 영향을 받게 되는데, 예를 들어 최적 온도가 유지되지 않는 극저온 또는 극고온 등의 온도 악조건에 노출된 상태에서 충방전 과정이 진행되게 되면, 배터리의 충방전 효율성이 낮아지게 되며 이에 따라 정상 구동에 대한 성능 보장이 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 특히, 리튬이온 이차전지는 고온의 환경에 장시간 노출되는 경우 발화 또는 폭발할 수 있기 때문에 관련업계는 고출력 대용량이면서 냉각 효율이 우수한 중대형 배터리 팩의 개발에 초점을 맞추고 있다.
이에 배터리 모듈에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로서, 펌프를 구동시켜 내부에 냉각수를 유동시킴으로서 배터리 모듈을 냉각시키는 방법이 있다.
이러한 종래의 배터리 모듈 냉각 방법은 배터리 팩의 배터리 관리 장치가 배터리 모듈의 배터리 온도를 지속적으로 모니터링하고, 냉각수를 유동되도록 펌프의 작동을 제어하여 배터리 온도가 기준 온도를 초과하지 않도록 한다.
이때, 펌프에 고장이 발생하면 냉각수가 유동되지 않아 배터리 모듈의 냉각이 중단되어 배터리 모듈 뿐만 아니라 배터리 팩 전체가 과열되는 현상이 발생한다. 이에 따라, 펌프에 고장이 발생하는지 여부를 주기적으로 진단할 수 있는 진단 기술 뿐만 아니라, 펌프의 고장을 1차로 진단한 이후에 고장 여부를 재진단하여 발생된 고장이 일시적인 고장인지, 회복이 불가능한 고장인지를 진단할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 펌프를 제어하기 위해 출력되는 제어 출력 신호와 제어 출력 신호에 따라 펌프에 입력되는 제어 입력 신호를 비교하여 펌프의 고장 여부를 진단할 수 있는 펌프 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면 배터리 모듈의 배터리 온도와 배터리 팩의 내부 온도에 기초해 펌프의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하여 고장이 발생한 펌프의 작동을 제어할 수 있는 펌프 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 펌프 진단 장치는 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 내부 온도와 상기 배터리 모듈의 배터리 온도를 측정하는 센싱부; 및 제어 출력 신호를 출력하여 상기 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 펌프의 작동을 제어하는 프로세서를 포함한다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제어 출력 신호의 출력에 의해 상기 펌프로 입력되는 제어 입력 신호와 상기 제어 출력 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 고장 여부를 진단하며, 상기 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면 상기 배터리 온도와 상기 내부 온도의 크기를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하며, 상기 중단 시간이 경과되는 시점에 상기 펌프의 고장 여부 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제어 출력 신호의 주파수와 상기 제어 입력 신호의 주파수가 상이하면, 제어 입력 신호에 기초하여 상기 펌프의 입력단에 단락 고장 및 개방 고장 중 어느 하나가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면, 상기 내부 온도에 기초하여 기준 중단 시간을 설정하고, 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도와 동일하면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간과 동일하도록 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간 미만이 되도록 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간을 초과하도록 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하거나 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 배터리 온도 대비 상기 내부 온도의 온도 비율을 이용하여 상기 중단 시간을 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하면 상기 온도 비율만큼 기준 시간을 감소시켜 상기 중단 시간을 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 온도 비율만큼 기준 시간을 증가시켜 상기 중단 시간을 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 펌프를 제어하기 위해 출력되는 제어 출력 신호와 제어 출력 신호에 따라 펌프에 입력되는 제어 입력 신호를 비교하여 펌프의 고장 여부를 진단함으로써, 펌프의 입력단에 단락 고장 또는 개방 고장이 발생했는지 여부를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면 배터리 모듈의 배터리 온도와 배터리 팩의 내부 온도에 기초해 펌프의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하여 고장이 발생한 펌프의 작동을 제어함으로써, 펌프의 고장으로 인해 배터리 팩 내부의 회로에 단락 전류가 유입되는 현상을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치, 펌프 및 배터리 팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 프로세서로부터 출력되는 제어 출력 신호와 펌프에 입력되는 제어 입력 신호의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 프로세서로부터 출력되는 제어 출력 신호와 펌프에 입력되는 제어 입력 신호의 다른 예를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 프로세서로부터 출력되는 제어 출력 신호와 펌프에 입력되는 제어 입력 신호의 또 다른 예를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 센싱부로부터 측정되는 배터리 모듈의 배터리 온도와 배터리 팩의 내부 온도의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 센싱부로부터 측정되는 배터리 모듈의 배터리 온도와 배터리 팩의 내부 온도의 다른 예를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치의 센싱부로부터 측정되는 배터리 모듈의 배터리 온도와 배터리 팩의 내부 온도의 또 다른 예를 도시한 그래프이다.
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 아니 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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>과 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100), 펌프(40) 및 배터리 팩(10)의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈(20), 컨택터(30), 펌프(40) 및 펌프 진단 장치(100)를 포함한다.
배터리 모듈(20)은, 양극 단자, 음극 단자 및 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 배터리 모듈(20)에 복수의 배터리 셀(21)이 포함되는 경우, 복수의 배터리 셀(21)은 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀(21)로는 대표적으로 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등을 들 수 있다. 물론, 셀의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
컨택터(30)는, 배터리 팩(10)의 충방전을 제어하기 위해, 배터리 팩(10)의 대전류 경로에 설치된다. 배터리 팩(10)의 대전류 경로는, 배터리 모듈(20)과 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+) 사이의 경로 및 배터리 모듈(20)과 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-) 사이의 경로를 포함할 수 있다. 도 1에는, 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 배터리 모듈(20) 사이에 컨택터(30)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 컨택터(30)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 컨택터(30)는, 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 배터리 모듈(20) 사이에 설치될 수도 있다.
컨택터(30)는, 후술되는 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터의 스위칭 신호에 따라 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 됨으로써, 배터리 모듈(20)을 통한 전류의 흐름을 개폐할 수 있다.
펌프(40)는, 냉각수를 냉각수관(41) 내부에서 순환시켜 배터리 모듈(20)이 냉각되도록 할 수 있다. 이때, 펌프(40)는, 내부에 구비된 입력단(42)을 통해 입력되는 제어 입력 신호(IS)에 따라 작동이 제어될 수 있다. 여기서, 제어 입력 신호(IS)는 후술되는 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)가 펌프(40)의 작동을 제어하기 위해 출력하는 제어 출력 신호(OS)일 수 있다. 즉, 프로세서(120)가 출력한 제어 출력 신호(OS)는 제어 입력 신호(IS)로써 입력단(42)을 통해 펌프(40)로 입력될 수 있다.
이러한 펌프(40)는, 배터리 모듈(20)로부터 구동 전압을 인가받아 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 펌프(40)는 배터리 모듈(20)과 전기적으로 연결된 구동 전압 경로(43)와 전기적으로 연결되어 구동 전압을 인가받을 수 있다. 구동 전압 경로(43)에는 구동 전압을 차단시키거나 인가시키는 스위칭 소자(44)가 설치될 수 있다. 스위칭 소자(44)는 후술되는 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터의 스위칭 신호에 따라 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 됨으로써, 구동 전압을 펌프(40)로 인가시키거나 차단시킬 수 있다.
한편, 배터리 팩(10)은 냉각수가 유동하는 냉각수관(41), 펌프(40)와 배터리 모듈(20)을 전기적으로 연결시키는 구동 전압 경로(43), 구동 전압 경로(43)의 전기적 연결을 제어하는 스위칭 소자(44), 배터리 모듈(20)에서 냉각수로 흡수된 열을 방출시키는 라디에이터(45) 및 공기를 유동시켜 라디에이터(45)를 냉각시키는 팬(46)을 더 포함할 수 있다.
팬(46)은, 후술되는 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터의 팬 제어 신호에 따라 작동이 제어될 수 있다.
펌프 진단 장치(100)는, 펌프(40)의 고장 여부를 진단하고, 펌프(40)의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하여 고장이 발생한 펌프(40)의 작동을 제어할 수 있다.
이를 위하여, 펌프 진단 장치(100)는 센싱부(110), 프로세서(120) 및 알림부(130)를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는, 배터리 모듈(20)을 포함하는 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)와 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)를 측정하도록 구성된다. 이를 위해, 센싱부(110)는, 배터리 온도 센서(111) 및 내부 온도 센서(112)를 포함한다. 배터리 온도 센서(111)는, 배터리 모듈(20)의 표면에 밀착되어 배터리 모듈(20)의 현재 배터리 온도를 측정하도록 구성된다. 또한, 내부 온도 센서(112)는 배터리 팩(10)의 내부 공간 중에서 배터리 모듈(20)과 소정의 거리만큼 이격된 위치에서 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)를 측정하도록 구성된다. 센싱부(110)는, 주기적으로 측정된 배터리 온도(TKZ)와 내부 온도(TCO)를 나타내는 센싱 신호를 프로세서(120)에게 전송할 수 있다.
이하, 프로세서(120)가 펌프(40)의 고장 여부를 진단하는 과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터 출력되는 제어 출력 신호(OS)와 펌프(40)에 입력되는 제어 입력 신호(IS)의 일 예를 도시한 그래프이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터 출력되는 제어 출력 신호(OS)와 펌프(40)에 입력되는 제어 입력 신호(IS)의 다른 예를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 프로세서(120)로부터 출력되는 제어 출력 신호(OS)와 펌프(40)에 입력되는 제어 입력 신호(IS)의 또 다른 예를 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 더 참조하면, 프로세서(120)는 펌프(40)의 작동을 제어하기 위해 제어 출력 신호(OS)를 출력할 수 있다. 여기서, 제어 출력 신호(OS)는 펄스폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호일 수 있다.
프로세서(120)는 출력한 제어 출력 신호(OS)와 제어 출력 신호(OS)의 출력에 의해 펌프(40)로 입력되는 제어 입력 신호(IS)를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 펌프(40)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 프로세서(120)가 출력한 제어 출력 신호(OS)는 제어 입력 신호(IS)로써 입력단(42)을 통해 펌프(40)로 입력될 수 있다. 이에 따라, 펌프(40)의 입력단(42)에 고장이 발생하지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 출력 신호(OS)에 기인한 제어 입력 신호(IS)가 펌프(40)로 입력될 수 있다. 반대로, 펌프(40)의 입력단(42)에 고장이 발생한 경우, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 제어 출력 신호(OS)에 기인하지 않는 제어 입력 신호(IS)가 펌프(40)로 입력될 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 펌프(40)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
프로세서(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 동일하면 펌프(40)의 입력단(42)에 고장이 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 프로세서(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 상이하면 펌프(40)의 입력단(42)에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 상이하면, 제어 입력 신호(IS)에 기초하여 펌프(40)의 입력단(42)에 단락 고장 및 개방 고장 중 어느 하나가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(120)는, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 상이하면, 제어 입력 신호(IS)가 하이(High) 레벨과 로우(Low) 레벨 중 어느 레벨의 신호인지에 기초하여 펌프(40)의 입력단(42)에 단락 고장 및 개방 고장 중 어느 하나가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
예를 들어, 펌프(40)의 입력단(42)에 고전압원과 단락되어 고전압원의 전압이 지속하여 인가되는 단락 고장이 발생한 경우, 특정 주파수의 제어 출력 신호(OS)에 기인하지 않고 하이 레벨의 제어 입력 신호(IS)가 펌프(40)에 입력될 수 있다. 또한, 펌프(40)의 입력단(42)이 단선되어 개방 고장이 발생한 경우, 특정 주파수의 제어 출력 신호(OS)에 기인하지 않고 로우 레벨의 제어 입력 신호(IS)가 펌프(40)에 입력될 수 있다.
이를 이용하여 프로세서(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(120)는, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 상이하고 제어 입력 신호(IS)가 하이 레벨이면, 펌프(40)의 입력단(42)에 단락 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 프로세서(120)는, 제어 출력 신호(OS)의 주파수와 제어 입력 신호(IS)의 주파수가 상이하고 제어 입력 신호(IS)가 로우 레벨이면, 펌프(40)의 입력단(42)에 개방 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 제어 출력 신호(OS)와 제어 입력 신호(IS)를 비교하기 위하여 입력단(42)을 통해 펌프(40)에 입력되는 제어 입력 신호(IS)를 입력받을 수 있다.
이하, 프로세서(120)가 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단한 이후, 펌프(40)의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하여 펌프(40)의 작동을 제어하는 과정을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 센싱부(110)로부터 측정되는 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 5를 더 참조하면, 프로세서(120)는, 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단되면 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 크기를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 펌프(40)의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정할 수 있다.
우선, 프로세서(120)는, 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단되면 내부 온도(TCO)에 기초하여 기준 중단 시간을 설정할 수 있다. 여기서, 기준 중단 시간은 내부 온도(TCO) 별로 미리 정해진 시간일 수 있다. 기준 중단 시간은 내부 온도(TCO)가 높을수록 짧은 시간으로 미리 정해진 시간일 수 있다. 프로세서(120)는, 메모리에 내부 온도(TCO)별로 미리 정해져 저장된 시간 중에서 현재 내부 온도(TCO)에 대응하는 시간을 독출하여 기준 중단 시간으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 내부 온도(TCO)가 50℃이면, 기준 중단 시간을 500msec로 설정할 수 있다.
이후, 프로세서(120)는, 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 크기 비교 결과, 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 동일하면 중단 시간이 기준 중단 시간과 동일하도록 설정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t1)에 내부 온도(TCO) 50℃에 기초하여 기준 중단 시간을 500msec로 설정할 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)와 내부 온도(TCO)의 크기를 비교하고, 비교 결과 배터리 온도(TZK)와 내부 온도(TCO)가 50℃로 동일하므로 중단 시간이 기준 중단 시간 500msec와 동일하도록 중단 시간을 500msec로 설정할 수 있다.
프로세서(120)는, 중단 시간을 설정하면 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t1)부터 중단 시간이 경과되는 시점(t2)까지 펌프(40)가 작동하지 않도록 펌프(40)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(120)는, 중단 시간 동안 펌프(40)의 작동을 제어하기 위한 제어 출력 신호(OS)를 출력하지 않거나 스위칭 소자(44)를 턴 오프 상태로 제어하여 펌프(40)의 구동 전압을 차단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 센싱부(110)로부터 측정되는 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 다른 예를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 진단 장치(100)의 센싱부(110)로부터 측정되는 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 또 다른 예를 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7을 더 참조하면, 프로세서(120)는, 배터리 모듈(20)의 배터리 온도(TZK)와 배터리 팩(10)의 내부 온도(TCO)의 크기 비교 결과, 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하면 중단 시간이 기준 중단 시간 미만이 되도록 설정할 수 있다. 반대로, 프로세서(120)는, 배터리 온도(TZK)와 내부 온도(TCO)의 크기 비교 결과, 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만하면 중단 시간이 기준 중단 시간을 초과하도록 설정할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는 펌프(40)에 고장이 발생하여 펌프(40)의 작동을 중단시킨 시점에 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하는 경우, 배터리 모듈(20)에 대한 냉각이 시급하므로 중단 시간을 기준 중단 시간 미만으로 설정하여 단시간 동안 펌프(40)의 작동을 중단시킬 수 있다.
반대로, 프로세서(120)는 펌프(40)에 고장이 발생하여 펌프(40)의 작동을 중단시킨 시점에 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만인 경우, 배터리 모듈(20)에 대한 냉각을 지연시킬 수 있으므로 중단 시간이 기준 중단 시간을 초과하도록 설정하여 장시간 동안 펌프(40)의 작동을 중단시킬 수 있다.
이러한 중단 시간의 구체적인 설정은 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하거나 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만이면 프로세서(120)가 배터리 온도(TZK) 대비 내부 온도(TCO)의 온도 비율을 이용하여 중단 시간을 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하면 온도 비율만큼 기준 시간을 감소시켜 중단시간을 설정할 수 있다. 반대로, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만하면 온도 비율만큼 기준 시간을 증가시켜 중단 시간을 설정할 수 있다.
이때, 프로세서(120)는 하기의 수학식 1을 이용하여 중단 시간을 설정할 수 있다.
<수학식 1>
ST=(TR)×RST
=(TCO/TZX)×RST
여기서, ST는 중단 시간이고, TR은 배터리 모듈(20)의 배터리 온도 대비 배터리 팩(10)의 내부 온도의 온도 비율이고, RST는 기준 중단 시간이고, TCO는 배터리 팩(10)의 내부 온도이고, TZX는 배터리 모듈(20)의 배터리 온도이다.
예를 들어, 프로세서(120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t3)에 내부 온도(TCO) 50℃에 기초하여 기준 중단 시간을 500msec로 설정할 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)와 내부 온도(TCO)의 크기를 비교하고, 비교 결과 배터리 온도(TZK) 70℃가 내부 온도(TCO) 50℃를 초과하므로 중단 시간이 기준 중단 시간 500msec미만이 되도록 중단 시간을 설정할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK) 70℃ 대비 내부 온도(TCO) 50℃의 온도 비율 "0.714"만큼 기준 시간 500msec를 감소시켜 중단 시간을 357.14msec로 설정할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하여 배터리 모듈(20)에 대한 냉각이 시급한 경우, 중단 시간을 기준 중단 시간 미만으로 설정하여 단시간 동안 펌프(40)의 작동을 중단시킬 수 있다.
프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO)를 초과하는 경우에도 중단 시간을 설정하면 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t3)부터 중단 시간이 경과되는 시점(t4)까지 펌프(40)가 작동하지 않도록 펌프(40)를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 도 7에 도시된 바와 같이, 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t5)에 내부 온도(TCO) 50℃에 기초하여 기준 중단 시간을 500msec로 설정할 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)와 내부 온도(TCO)의 크기를 비교하고, 비교 결과 배터리 온도(TZK) 30℃가 내부 온도(TCO) 50도 미만이므로 중단 시간이 기준 중단 시간 500msec를 초과하도록 중단 시간을 설정할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK) 30℃ 대비 내부 온도(TCO) 50℃의 온도 비율 "1.667"만큼 기준 시간 500msec를 증가시켜 중단 시간을 833.33msec로 설정할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만이어서 배터리 모듈(20)에 대한 냉각을 지연시킬 수 있는 경우, 중단 시간이 기준 중단 시간을 초과하도록 설정하여 장시간 동안 펌프(40)의 작동을 중단시킬 수 있다.
프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 내부 온도(TCO) 미만하는 경우에도 중단 시간을 설정하면 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단된 시점(t5)부터 중단 시간이 경과되는 시점(t6)까지 펌프(40)가 작동하지 않도록 펌프(40)를 제어할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 프로세서(120)는 펌프(40)에 고장이 발생하면 중단 시간을 설정하여 펌프(40)가 작동하지 않도록 함으로써, 특히, 고전압원과 입력단(42)이 단락된 단락 고장으로 인해 배터리 팩(10) 내부의 회로에 고전압이 인가되어 회로가 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 설정된 중단 시간이 경과되는 시점(도 5의 t2, 도 6의 t4, 도 7의 t6)에 펌프(40)의 고장 여부를 다시 진단할 수 있다.
이후, 프로세서(120)는 펌프(40)에 고장이 발생한 것으로 진단되면 상술된 과정을 반복하여 중단 시간을 다시 설정하며, 다시 설정된 중단 시간 동안 펌프(40)가 작동하지 않도록 펌프(40)를 제어할 수 있다.
프로세서(120)는 상술된 펌프(40)의 고장 여부를 진단 과정, 중단 시간을 설정하는 과정 및 펌프(40)가 작동하지 않도록 펌프(40)를 제어하는 과정을 반복하고, 상술된 과정을 반복하는 중에 펌프(40)에 고장이 발생하지 않은 것으로 진단하면 펌프(40)가 작동되도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(120)는, 펌프(40)의 작동을 제어하기 위한 제어 출력 신호(OS)를 출력하거나 스위칭 소자(44)를 턴 온 상태로 제어하여 펌프(40)에 구동 전압을 인가시킬 수 있다.
한편, 프로세서(120)는 반복되는 중단 시간을 누적하여 누적 중단 시간으로 산출하고, 산출된 누적 중단 시간과 기준 누적 시간의 장단을 비교할 수 있다. 프로세서(120)는 누적 중단 시간과 기준 누적 시간의 장단을 비교한 결과, 누적 중단 시간이 기준 누적 시간을 초과하면 배터리 모듈(20)의 충방전이 차단되도록 컨택터(30)를 턴 오프 상태로 제어할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는 펌프(40)에 장시간 고장이 발생하여 작동하지 않는 경우, 배터리 모듈(20)이 과열되어 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
이러한 프로세서(120)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 프로세서(120)에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리는, 릴레이 구동 장치(100)의 전반적인 동작에 요구되는 데이터들, 명령어 및 소프트웨어를 추가적으로 저장할 수 있다. 메모리는, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 알림부(130)는 상기 프로세서(120)의 펌프(40)에 대한 고장 여부의 진단 결과를 입력받아 외부로 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 알림부(130)는 상술된 진단 결과를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부 및 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서(120')에 대해 설명하도록 한다.
도 5 내지 도 7을 다시 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 일 실시예에 따른 프로세서(120) 대비 펌프(40)의 고장 여부를 재진단한 결과 고장이 발생한 것으로 진단되면, 중단 시간을 재설정하는 과정만이 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 펌프(40)의 고장 여부를 진단하는 과정, 최초로 중단 시간을 설정하는 과정 및 펌프(40)의 작동을 제어하는 과정은 일 실시예에 따른 프로세서(120)와 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 중단 시간이 경과되는 시점(도 5의 t2, 도 6의 t4, 도 7의 t6)에 펌프(40)의 고장 여부를 재진단한 결과, 고장이 발생한 것으로 진단되면 경과된 중단 시간 동안 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량을 산출하여 기준 변화량과의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 중단 시간을 다시 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량과 기준 변화량의 대소 비교 결과, 온도 변화량이 기준 변화량과 동일하면 이전에 설정된 중단 시간과 동일하게 중단 시간을 다시 설정할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량과 기준 변화량의 대소 비교 결과, 온도 변화량이 기준 변화량을 초과하면 온도 변화량 대비 기준 변화량의 변화량 비율만큼 이전에 설정된 중단 시간을 감소시켜 중단 시간을 다시 설정할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량과 기준 변화량의 대소 비교 결과, 온도 변화량이 기준 변화량 미만이면 변화량 비율만큼 이전에 설정된 중단 시간을 증가시켜 중단 시간을 다시 설정할 수 있다.
이때, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 하기의 수학식 2를 이용하여 다시 중단 시간을 설정할 수 있다.
<수학식 2>
ST=(VR)×ST'
=(TV/RTV)×ST'
여기서, ST는 중단 시간이고, VR은 이전 중단 시간 동안 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량 대비 기준 변화량의 변화량 비율이고, ST'는 이전 중단 시간이고, TV는 이전 중단 시간 동안 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량이고, RTV는 기준 변화량이다.
예를 들어, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 도 5에 도시된 바와 같이, 이전 중단 시간이 종료된 시점(t2)에 펌프(40)에 고장이 발생된 것으로 재진단하면, 중단 시간 동안(t1 내지 t2) 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량을 20℃/sec로 산출할 수 있다. 이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량 20℃/sec가 기준 변화량 20℃/sec과 동일하므로 이전에 설정된 중단 시간 500msec와 동일하게 중단 시간을 500msec로 다시 설정할 수 있다. 이에 따라, 다시 설정된 중단 시간이 경과되는 시점(t7)과 이전에 설정된 중단 시간이 경과된 시점(t2)은 500msec의 시간차가 발생할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 도 6에 도시된 바와 같이, 이전 중단 시간이 종료된 시점(t4)에 펌프(40)에 고장이 발생된 것으로 재진단하면, 중단 시간 동안(t3 내지 t4) 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량을 42℃/sec로 산출할 수 있다. 이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량 42℃/sec가 기준 변화량 20℃/sec를 초과하므로 변화량 비율 "0.476"만큼 이전에 설정된 중단 시간 357.14msec를 감소시켜 중단 시간을 170.06msec로 다시 설정할 수 있다. 이에 따라, 다시 설정된 중단 시간이 경과되는 시점(t8)과 이전에 설정된 중단 시간이 경과된 시점(t4)은 170.06msec의 시간차가 발생할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 도 7에 도시된 바와 같이, 이전 중단 시간이 종료된 시점(t6)에 펌프(40)에 고장이 발생된 것으로 재진단하면, 중단 시간 동안(t5 내지 t6) 배터리 온도(TZK)의 온도 변화량을 10℃/sec로 산출할 수 있다. 이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(120')는 온도 변화량 6℃/sec가 기준 변화량 20℃/sec 미만이므로 변화량 비율 "3.33"만큼 이전에 설정된 중단 시간 833.33msec를 증가시켜 중단 시간을 2777.76msec로 다시 설정할 수 있다. 이에 따라, 다시 설정된 중단 시간이 경과되는 시점(t9)과 이전에 설정된 중단 시간이 경과된 시점(t6)은 2777.76msec 의 시간차가 발생할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(120)는 배터리 온도(TZK)가 빠르게 증가할수록 중단 시간을 짧게 설정하고, 배터리 온도(TZK)가 천천히 증가할수록 중단 시간을 길게 설정함으로써, 펌프(40)를 통한 배터리 모듈(20)의 냉각이 중단되는 중단 시간 동안 배터리 모듈(20)이 과열되어 소손되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 펌프 진단 장치(100)는 펌프(40)를 포함하는 배터리 팩(10)에 구비되어 배터리를 관리하는 배터리 관리 장치에 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 펌프 진단 장치(100)는 펌프(40)를 포함하는 배터리 팩(10)에 구비하여 전력을 공급받는 자동차에 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치를 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 팩
20: 배터리 모듈
30: 컨택터
40: 펌프
100: 펌프 진단 장치
110: 센싱부
120, 120': 프로세서
130: 알림부

Claims (10)

  1. 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 내부 온도와 상기 배터리 모듈의 배터리 온도를 측정하는 센싱부; 및
    제어 출력 신호를 출력하여 상기 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 펌프의 작동을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 제어 출력 신호의 출력에 의해 상기 펌프로 입력되는 제어 입력 신호와 상기 제어 출력 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 고장 여부를 진단하며, 상기 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면 상기 배터리 온도와 상기 내부 온도의 크기를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 펌프의 작동이 중단되는 중단 시간을 설정하며, 상기 중단 시간이 경과되는 시점에 상기 펌프의 고장 여부 진단하는 펌프 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제어 출력 신호의 주파수와 상기 제어 입력 신호의 주파수가 상이하면, 제어 입력 신호에 기초하여 상기 펌프의 입력단에 단락 고장 및 개방 고장 중 어느 하나가 발생한 것으로 진단하는 펌프 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 펌프에 고장이 발생한 것으로 진단되면, 상기 내부 온도에 기초하여 기준 중단 시간을 설정하고, 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도와 동일하면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간과 동일하도록 설정하는 펌프 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간 미만이 되도록 설정하는 펌프 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 중단 시간이 상기 기준 중단 시간을 초과하도록 설정하는 펌프 진단 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하거나 상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 배터리 온도 대비 상기 내부 온도의 온도 비율을 이용하여 상기 중단 시간을 설정하는 펌프 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 온도가 상기 내부 온도를 초과하면 상기 온도 비율만큼 기준 시간을 감소시켜 상기 중단 시간을 설정하는 펌프 진단 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 온도가 상기 내부 온도 미만이면 상기 온도 비율만큼 기준 시간을 증가시켜 상기 중단 시간을 설정하는 펌프 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 펌프 진단 장치를
    포함하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 펌프 진단 장치를
    포함하는 자동차.
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