KR102650615B1 - 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법 - Google Patents

전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102650615B1
KR102650615B1 KR1020230135007A KR20230135007A KR102650615B1 KR 102650615 B1 KR102650615 B1 KR 102650615B1 KR 1020230135007 A KR1020230135007 A KR 1020230135007A KR 20230135007 A KR20230135007 A KR 20230135007A KR 102650615 B1 KR102650615 B1 KR 102650615B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric vehicle
battery
battery pack
battery system
voltage
Prior art date
Application number
KR1020230135007A
Other languages
English (en)
Inventor
강병수
홍영선
김형찬
김호성
김우중
김찬훈
박상준
강민준
유동근
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020230135007A priority Critical patent/KR102650615B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102650615B1 publication Critical patent/KR102650615B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/003—Measuring mean values of current or voltage during a given time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/185—Electrical failure alarms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/15—Failure diagnostics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 전기자동차의 배터리 시스템의 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2), 배터리 팩 작동온도 및 배터리 팩 전류(I)를 측정하여 데이터를 얻는 단계; (b) 상기 데이터를 소정의 누적주행거리 별로 분할하여 분할 데이터를 얻는 단계; (c) 상기 분할 데이터의 일부 또는 전부를 상기 배터리 팩 전류의 소정의 전류 구간 별로 평균하여 평준화된 인버터 입력전압 및 평준화된 배터리 팩 전압을 각각 얻는 단계; (d) 식 1에 따른 일차함수의 기울기로부터 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항을 측정하는 단계: 및 (e) 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항이 기준범위를 벗어나는 경우 상기 전기자동차의 배터리 시스템을 열화로 진단하는 단계;를 포함한다. 본 발명은 전기자동차 OBD 데이터를 기반으로 인버터 입력전압과 배터리 팩 전압의 차이를 바탕으로 전기자동차 내부의 인버터부터 배터리 팩 시스템 내부의 연결부에 대한 저항을 계산하고 이를 바탕으로 전기자동차 열화진단 및 고장진단이 가능할 수 있다.

Description

전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법{METHOD FOR MEASURING INTERNAL RESISTANCE AND DIAGNOSING DETERIORATION OF CONNECTIONS IN ELECTRIC VEHICLE BATTERY SYSTEMS}
본 발명은 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법에 관한 것이다.
전기차 및 ESS(에너지저장장치)용 배터리 팩 시스템의 구성은 배터리 단위셀 뿐만 아니라 각 모듈간 연결하는 버스바, 파워릴레이 및 와이어하네스 등으로 구성되어 있다. 배터리 팩 시스템의 성능은 이들 연결부에서 발생하는 저항으로 인해 성능이 저하될 수도 있어 해당 연결부의 저항성분의 특성 파악이 중요하다.
그러나, 기존 전기자동차 BMS(축전지 관리시스템) 데이터는 배터리 단위셀의 전압의 합으로 표시되어 있어 배터리 팩 시스템 내부의 연결부 성능에 대한 측정이 어렵다.
따라서, 배터리 팩 시스템 내부의 연결부에 대한 저항을 계산하여 이를 바탕으로 전기자동차의 열화진단 및 고장진단을 할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 OBD(On-Board Diagnostics) 데이터를 기반으로 인버터 입력전압과 배터리 팩 전압의 차이를 바탕으로 전기자동차 내부의 인버터부터 배터리 팩 시스템 내부의 연결부에 대한 저항을 계산하고 이를 바탕으로 전기자동차 열화진단 및 고장진단을 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 계측된 데이터를 1A 전류 구간에서 계측된 모든 전압차를 평균내어 평준화하고 이를 1A 구간별로 도식화하여 전구간에서 평준화된 값으로 동일한 가중치로 기울기(V-I그래프의 기울기)를 계산하여 정확한 저항을 도출하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 전기자동차의 배터리 시스템의 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2), 배터리 팩 작동온도 및 배터리 팩 전류(I)를 측정하여 데이터를 얻는 단계; (b) 상기 데이터를 소정의 누적주행거리 별로 분할하여 분할 데이터를 얻는 단계; (c) 상기 분할 데이터의 일부 또는 전부를 상기 배터리 팩 전류의 소정의 전류 구간 별로 평균하여 평준화된 인버터 입력전압 및 평준화된 배터리 팩 전압을 각각 얻는 단계; (d) 아래 식 1에 따른 일차함수의 기울기로부터 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항을 측정하는 단계: 및 (e) 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항이 기준범위를 벗어나는 경우 상기 전기자동차의 배터리 시스템을 열화로 진단하는 단계;를 포함하는 전기자동차의 배터리 시스템의 열화진단방법이 제공된다.
[식 1]
y = ax + b
식 1에서
y는 인버터 입력 전압(V1)에서 배터리 팩 전압(V2)을 뺀 값이고,
x는 배터리 팩 전류(I)이고,
a의 절대값은 배터리 시스템 연결부의 내부저항이다.
또한, 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템의 내부 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩 시스템이 배터리 모듈, 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS), 파워릴레이(스위치), 제1 버스바 및 제1 와이어 하네스를 포함하고, 상기 배터리 모듈이 복수개의 배터리 셀, 제2 버스바 및 제2 와이어 하네스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 버스바가 상기 배터리 모듈, 상기 배터리 관리 시스템 및 상기 파워릴레이(스위치)를 서로 연결하고, 상기 제2 버스바가 상기 복수개의 배터리 셀을 서로 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1 와이어 하네스가 상기 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2) 또는 상기 배터리 관리 시스템(BMS)의 전압을 측정하기 위한 전선이고, 상기 제2 와이어 하네스가 상기 배터리 모듈의 전압 또는 상기 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 전선일 수 있다.
또한, 상기 전기자동차 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블, 파워릴레이, 제1 버스바, 제2 버스바, 제1 와이어 하네스, 제2 와이어 하네스, 단자, 커넥터 및 안전 플러그로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩이 복수개의 배터리 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리모듈을 포함할 수 있다.
또한, 단계(a)의 상기 데이터를 자기진단장비(On-board diagnostics, OBD), OBD-Ⅱ 및 CAN(Controller Area Network) 통신 장비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하여 얻을 수 있다.
또한, 단계(b)의 상기 소정의 누적주행거리가 5 내지 2,000 km일 수 있다.
또한, 단계(c)의 상기 소정의 전류 구간이 0.1 내지 20 A일 수 있다.
또한, 상기 단계(d)에서, 상기 내부저항이 식 2에 의해 보정된 보정내부저항일 수 있다.
[식 2]
R2 = R1(1 + α(T2 - T1))
상기 식 2에서,
R1은 배터리 시스템 연결부의 계측된 내부저항이고,
R2은 작동온도 T2로 보정된 보정내부저항이고,
α는 도선의 온도보정계수이고,
T1은 계측된 평균 작동온도이고.
T2는 보정 작동온도이다.
또한, 상기 보정 작동온도(T2)는 20 내지 30℃일 수 있다.
또한, 상기 도선이 구리 도선일 수 있다.
또한, 상기 구리 도선의 온도보정계수(α)가 0.00393/℃일 수 있다.
또한, 단계(e)의 상기 기준범위가 1 내지 20 mΩ일 수 있다.
또한, 상기 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법이 상기 단계 (e) 후에, (f) 열화가 진단되는 경우 알람하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 인버터 입력전압 - 배터리 팩 전압의 차 데이터를 활용하여 주행중인 전기자동차의 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부의 총저항을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 전기자동차 OBD 데이터를 기반으로 인버터 입력전압과 배터리 팩 전압의 차이를 바탕으로 전기자동차 내부의 인버터부터 배터리 팩 시스템 내부의 연결부에 대한 저항을 계산하고 이를 바탕으로 전기자동차 열화진단 및 고장진단이 가능한 효과가 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1a는 전기자동차의 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 측정하기 위한 순서도를 나타낸 것이다.
도 1b는 전기자동차 전장부품 도식을 나타낸 것이며 배터리 팩 시스템 내부 연결부의 해당하는 부품의 위치를 표기한 것이다.
도 2는 누적주행거리 100km별 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
도 3은 평준화된 누적주행거리 100km별 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
도 4는 전기차 누적주행거리별 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
도 5는 작동온도 보정 후 전기차 누적주행거리별 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
도 6은 이상상태의 전기자동차에 대한 누적주행거리별 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하에서 사용될 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1a는 전기자동차의 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 측정하기 위한 순서도를 나타낸 것이고, 도 1b는 전기자동차 전장부품 도식을 나타낸 것이며 배터리 팩 시스템 내부 연결부의 해당하는 부품의 위치를 표기한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 (a) 전기자동차의 배터리 시스템의 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2), 배터리 팩 작동온도 및 배터리 팩 전류(I)를 측정하여 데이터를 얻는 단계; (b) 상기 데이터를 소정의 누적주행거리 별로 분할하여 분할 데이터를 얻는 단계; (c) 상기 분할 데이터의 일부 또는 전부를 상기 배터리 팩 전류의 소정의 전류 구간 별로 평균하여 평준화된 인버터 입력전압 및 평준화된 배터리 팩 전압을 각각 얻는 단계; (d) 아래 식 1에 따른 일차함수의 기울기로부터 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항을 측정하는 단계: 및 (e) 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항이 기준범위를 벗어나는 경우 상기 전기자동차의 배터리 시스템을 열화로 진단하는 단계;를 포함하는 전기자동차의 배터리 시스템의 열화진단방법이 제공된다.
[식 1]
y = ax + b
식 1에서
y는 인버터 입력 전압(V1)에서 배터리 팩 전압(V2)을 뺀 값이고,
x는 배터리 팩 전류(I)이고,
a의 절대값은 배터리 시스템 연결부의 내부저항이다.
전기자동차에서 계측되는 OBD 데이터 중 인버터 입력전압은 고전압 정션블록부에서 계측되며 배터리 팩 전압은 BMS상에서 배터리 팩 시스템 내부의 단위셀의 총합으로 계산되어 출력된다. 이를 통해 전기차 주행중 인가되는 전류량과 식 1과 같이 인버터 입력전압 - 배터리 팩 전압의 차 데이터를 활용하여 주행중인 전기자동차의 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부의 총저항을 측정할 수 있다.
또한, 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템의 내부 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩 시스템이 배터리 모듈, 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS), 파워릴레이(스위치), 제1 버스바 및 제1 와이어 하네스를 포함하고, 상기 배터리 모듈이 복수개의 배터리 셀, 제2 버스바 및 제2 와이어 하네스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 버스바가 상기 배터리 모듈, 상기 배터리 관리 시스템 및 상기 파워릴레이(스위치)를 서로 연결하고, 상기 제2 버스바가 상기 복수개의 배터리 셀을 서로 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1 와이어 하네스가 상기 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2) 또는 상기 배터리 관리 시스템(BMS)의 전압을 측정하기 위한 전선이고, 상기 제2 와이어 하네스가 상기 배터리 모듈의 전압 또는 상기 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 전선일 수 있다.
또한, 상기 전기자동차 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블, 파워릴레이, 제1 버스바, 제2 버스바, 제1 와이어 하네스, 제2 와이어 하네스, 단자, 커넥터 및 안전 플러그로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩이 복수개의 배터리 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리모듈을 포함할 수 있다.
또한, 단계(a)의 상기 데이터를 자기진단장비(On-board diagnostics, OBD), OBD-Ⅱ 및 CAN(Controller Area Network) 통신 장비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하여 얻을 수 있다.
도 2는 누적주행거리 100km별 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것으로, 상기 식 1로 계산된 전기자동차 인버터 입력전압 및 BMS 팩전압 간 전압차를 배터리 팩 전류값으로 분석한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전기자동차에서 배터리 팩의 전류량의 변화에 따라 인버터 입력전압 및 BMS 팩 전압 간 전압차가 변하는 것을 확인할 수 있다. 해당 그래프의 기울기를 측정하면 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항이 측정된다. 하지만 계측되는 값이 배터리 팩 전류가 50A 이하인 부분에 집중되어 있어 기울기의 편차가 심하게 발생하는 문제점이 발생하여 이를 해결하기 위해 도 3과 같은 방법을 수행하였다.
도 3은 평준화된 누적주행거리 100km별 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것으로, 평준화한 전기자동차 인버터 입력전압 및 BMS 팩전압 간 전압차를 배터리 팩 전류값으로 분석한 그래프이고, 기울기의 절대값을 통해 배터리팩 시스템 내부 연결부 저항을 계산하였다.
도 4는 전기차 누적주행거리별 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
계측되는 값이 배터리 팩 전류가 50A 이하인 부분에 집중되어 있어 기울기의 편차가 심하게 발생하는 문제점이 발생하여 계측된 데이터를 1A 전류 구간에서 계측된 모든 전압차를 평균내어 평준화 하였고 이를 1A 구간별로 도식화하면 도 3과 같이 그래프의 기울기를 측정시 전구간에서 평준화된 값으로 동일한 가중치로 기울기가 계산되어 정확한 저항을 도출할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 단계(b)의 상기 소정의 누적주행거리가 5 내지 2,000 km, 바람직하게는 100 km일 수 있다.
또한, 단계(c)의 상기 소정의 전류 구간이 0.1 내지 20 A일 수 있다.
또한, 도 3에서 구해진 누적주행거리 100km당 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항에 대해 그래프를 그리면 도 4와 같이 나타내며 계측된 내부저항이 배터리 팩의 구간별 평균온도에 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 구리금속의 온도보정계수를 활용하여 작동온도를 25℃로 환산한 누적주행거리별 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 단계(d)에서, 상기 내부저항이 식 2에 의해 보정된 보정내부저항일 수 있다.
[식 2]
R2 = R1(1 + α(T2 - T1))
상기 식 2에서,
R1은 배터리 시스템 연결부의 계측된 내부저항이고,
R2은 작동온도 T2로 보정된 보정내부저항이고,
α는 도선의 온도보정계수이고,
T1은 계측된 평균 작동온도이고.
T2는 보정 작동온도이다.
또한, 상기 보정 작동온도(T2)는 20 내지 30℃, 바람직하게는 24 내지 26℃, 보다 바람직하게는 25℃일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 계측된 내부저항은 배터리 팩의 평균 작동온도에 영향을 받는 것을 확인할 수 있다. 전기자동차의 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부는 금속도체로서 금속도체의 온도보정 계수를 통해 온도의 영향성을 최소화할 수 있다. 온도 보정후 계측된 내부저항은 주행거리별로 4~8mΩ 사이에서 유지되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 도선이 구리 도선일 수 있다.
또한, 상기 구리 도선의 온도보정계수(α)가 0.00393/℃일 수 있다.
또한, 단계(e)의 상기 기준범위가 1 내지 20 mΩ, 바람직하게는 10 mΩ일 수 있다.
여기서, 기준범위는 해당 6대의 전기차량 데이터를 통해, 배터리 팩 시스템 내부 연결부 내부저항을 측정하고 그에 따라 배터리 효율을 분석하였을 경우, 10mΩ 이상일 경우 배터리 효율이 4% 감소하였음을 알 수 있었다.
또한, 상기 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법이 상기 단계 (e) 후에, (f) 열화가 진단되는 경우 알람하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩 시스템이 전기자동차 및 에너지 저장장치로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나에 사용될 수 있다.
도 6은 이상상태의 전기자동차에 대한 누적주행거리별 계측된 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항을 나타낸 것이다.
표 1은 배터리 팩 시스템 연결부 저항인자에 따른 배터리 에너지 효율을 나타낸 것이다.
배터리 효율의 경우 모터 출력(W)을 배터리출력(W)으로 나누어 계산하였다.
고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항 배터리 에너지 효율
정상 전기차 4~8mΩ 93.3 %
이상 전기차 11~16mΩ 89.9 %
도 6 및 표 1을 참조하면, 이상상태의 전기자동차에 대한 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템 내부 연결부 저항으로 저항이 11~16mΩ으로 다른 정상 전기자동차의 저항 4~8mΩ과 비교하여 2배이상 높은 것을 확인하였다. 해당 전기차에 대한 배터리 효율을 측정한 결과 정상 전기차 대비 60~120Nm의 모터 출력구간에서의 에너지 효율이 표 1과 같이 상대적으로 낮은 것을 확인하였다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. (a) 전기자동차의 배터리 시스템의 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2), 배터리 팩 작동온도 및 배터리 팩 전류(I)를 측정하여 데이터를 얻는 단계;
    (b) 상기 데이터를 소정의 누적주행거리 별로 분할하여 분할 데이터를 얻는 단계;
    (c) 상기 분할 데이터의 일부 또는 전부를 상기 배터리 팩 전류의 소정의 전류 구간 별로 평균하여 평준화된 인버터 입력전압 및 평준화된 배터리 팩 전압을 각각 얻는 단계;
    (d) 아래 식 1에 따른 일차함수의 기울기로부터 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항을 측정하는 단계: 및
    (e) 상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부의 내부저항이 기준범위를 벗어나는 경우 상기 전기자동차의 배터리 시스템을 열화로 진단하는 단계;를
    포함하는 전기자동차의 배터리 시스템의 열화진단방법.
    [식 1]
    y = ax + b
    식 1에서
    y는 인버터 입력 전압(V1)에서 배터리 팩 전압(V2)을 뺀 값이고,
    x는 배터리 팩 전류(I)이고,
    a의 절대값은 배터리 시스템 연결부의 내부저항이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기자동차의 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블 및 배터리 팩 시스템의 내부 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 팩 시스템이 배터리 모듈, 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS), 파워릴레이(스위치), 제1 버스바 및 제1 와이어 하네스를 포함하고,
    상기 배터리 모듈이 복수개의 배터리 셀, 제2 버스바 및 제2 와이어 하네스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 버스바가 상기 배터리 모듈, 상기 배터리 관리 시스템 및 상기 파워릴레이(스위치)를 서로 연결하고,
    상기 제2 버스바가 상기 복수개의 배터리 셀을 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 와이어 하네스가 상기 인버터 입력전압(V1), 배터리 팩 전압(V2) 또는 상기 배터리 관리 시스템(BMS)의 전압을 측정하기 위한 전선이고,
    상기 제2 와이어 하네스가 상기 배터리 모듈의 전압 또는 상기 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 전선인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전기자동차 배터리 시스템의 연결부가 고전압케이블, 파워릴레이, 제1 버스바, 제2 버스바, 제1 와이어 하네스, 제2 와이어 하네스, 단자, 커넥터 및 안전 플러그로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 복수개의 배터리 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  8. 제1항에 있어서,
    단계(a)의 상기 데이터를 자기진단장비(On-board diagnostics, OBD), OBD-Ⅱ 및 CAN(Controller Area Network) 통신 장비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하여 얻는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  9. 제1항에 있어서,
    단계(b)의 상기 소정의 누적주행거리가 5 내지 2,000 km인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  10. 제1항에 있어서,
    단계(c)의 상기 소정의 전류 구간이 0.1 내지 20 A인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에서, 상기 내부저항이 식 2에 의해 보정된 보정내부저항인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
    [식 2]
    R2 = R1(1 + α(T2 - T1))
    상기 식 2에서,
    R1은 배터리 시스템 연결부의 계측된 내부저항이고,
    R2은 작동온도 T2로 보정된 보정내부저항이고,
    α는 도선의 온도보정계수이고,
    T1은 계측된 평균 작동온도이고.
    T2는 보정 작동온도이다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보정 작동온도(T2)는 20 내지 30℃인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도선이 구리 도선인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구리 도선의 온도보정계수(α)가 0.00393/℃인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  15. 제1항에 있어서,
    단계(e)의 상기 기준범위가 1 내지 20 mΩ인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법이 상기 단계 (e) 후에,
    (f) 열화가 진단되는 경우 알람하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 시스템의 열화진단방법.
KR1020230135007A 2023-10-11 2023-10-11 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법 KR102650615B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230135007A KR102650615B1 (ko) 2023-10-11 2023-10-11 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230135007A KR102650615B1 (ko) 2023-10-11 2023-10-11 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102650615B1 true KR102650615B1 (ko) 2024-03-25

Family

ID=90473643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230135007A KR102650615B1 (ko) 2023-10-11 2023-10-11 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102650615B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220011852A (ko) * 2020-07-21 2022-02-03 현대자동차주식회사 전기자동차용 배터리의 열화도 측정방법
KR20220048213A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220011852A (ko) * 2020-07-21 2022-02-03 현대자동차주식회사 전기자동차용 배터리의 열화도 측정방법
KR20220048213A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011079126B4 (de) Batteriemanagementsystem, Batterie, Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie
CN107923942B (zh) 用于监测电池组中的多个电池单体的状态的方法
US9579977B2 (en) Bus leakage resistance estimation for electric vehicle
DE102015119199A1 (de) Traktionsbatterie-sammelschienenträger für einsteckbatteriezellen
US20170124783A1 (en) A method and arrangement for controlling charging of an electrical storage system in a vehicle
DE102015118976A1 (de) Einflussfaktoren für die elektrische Reichweite-Anzeige und Algorithmen
US7109604B2 (en) Device for distributing electrical energy and method for monitoring the distribution of energy
DE102011079291A1 (de) Batteriemanagementsystem und Verfahren zur Bestimmung der Ladezustände von Batteriezellen, Batterie und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem
US10913357B2 (en) Method and system for monitoring electrical insulation resistance in an electric system
US11214150B2 (en) Method and arrangement for determining the state of charge of a battery pack
US10151801B2 (en) Method and system for monitoring the status of battery cells
DE112013000580T5 (de) Integrierte normenkonforme Datenerfassungsvorrichtung
DE102011079292A1 (de) Batteriemanagementsystem und dazugehöriges Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie mit Batteriemanagementsystem und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem
Kong et al. Comprehensive fault diagnosis and fault-tolerant protection of in-vehicle intelligent electric power supply network
DE102016119015A1 (de) Schätzung der kühlmittelleitfähigkeit in einem mehrspannungs-brennstoffzellensystem ohne trennen der schütze
DE102015109500A1 (de) Voraussage der Entfernung bis zum Entleeren mit Kurzzeitentfernungskompensation
CN105572540A (zh) 自适应的电动汽车高压电安全故障诊断预警定位监测系统
JP2021513727A (ja) 車両オンボードネットワーク用のバッテリー端子
CN111660869A (zh) 电动车电耗计算方法、整车控制器、系统及汽车
EP3309003B1 (de) Traktionsenergiespeichersystem für ein fahrzeug
DE102016106715A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines fahrzeugeigenen Batterieladegeräts
KR102650615B1 (ko) 전기자동차 배터리 시스템의 연결부 내부저항 측정 및 열화진단방법
EP3273507B1 (de) Traktionsenergiespeichersystem für ein fahrzeug
DE102019006155A1 (de) Energieversteilungssystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, sowie Verfahren
DE102011079120B4 (de) Batteriemanagementsystem, Batterie, Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant