KR102661623B1 - 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 배터리의 단자 전압을 하향 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터의 출력단에 연결되며 상기 제1 배터리 보다 낮은 단자 전압을 갖는 제2 배터리; 상기 제2 배터리의 단자에 연결되어 상기 제2 배터리의 전류를 센싱하는 전류 센서; 및 상기 컨버터의 출력 전압, 상기 컨버터의 출력 전류, 상기 제2 배터리의 전압 및 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 상기 제2 배터리의 전류를 추정하는 전류 추정부와, 추정된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류 사이의 차이를 연산하는 전류 비교부를 포함하며, 상기 차이에 기반하여 상기 전류 센서의 오류를 판단하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템이 개시된다.

Description

배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING BATTERY CURRENT SENSOR}
본 발명은 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 보조 배터리에 구비된 전류 센서의 오류를 더욱 정밀하게 진단할 수 있는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 에너지로 구동되는 모터에 의해 동력을 생산하는 친환경 차량의 경우, 주로 차량 동력을 생산하는 모터에 공급하기 위해 고전압의 전기 에너지를 저장하는 고전압 배터리(또는 메인 배터리)와 차량의 전장 부하에 전원을 공급하기 위한 저전압의 전기 에너지를 저장하는 저전압 배터리(또는 보조 배터리)를 갖는다.
친환경 차량은, 안정적인 운행과 관리, 특히 배터리의 방전 방지나 내구 유지 및 차량 연비 향상을 위해서 이러한 배터리들의 전압이나 전류를 모니터링하고 그에 따라 적절하게 차량의 여러 요소들을 제어하게 된다. 이에 따라, 배터리에는 배터리의 전압과 전류를 센싱하기 위한 센서들이 구비되며, 이 센서들에서 출력되는 센싱값이 신뢰할 수 잇는 정확도를 갖는지 판단하는 것이 중요하다.
종래에 배터리에 적용되는 전류 센서는 배터리의 단자에 연결되어 배터리에서 출력되거나 배터리로 입력되는 전류값을 센싱하고 있다. 종래에는, 단순히 전류 센서의 전기적 연결에 단선 또는 단락이 발생하지 않았는지 확인하거나, 전류 센서에서 출력되는 센싱값이 전류 센서가 출력 가능한 정상 범위 내에 있는지 확인하는 수준으로 전류 센서의 오류 진단을 수행하였다. 즉, 전류 센서가 배터리에 흐르는 전류를 센싱한 값이 실제 전류의 크기와 큰 수준의 오차를 갖더라도, 센싱한 값이 사전 설정된 정상 범위 내에 있다고 한다면 해당 전류 센서의 오류를 진단해낼 수 없게 된다.
이러한 종래의 전류 센서 오류 진단 기법에 의하면, 정확한 배터리 전류의 크기에 기반하여 차량을 제어하지 못하게 되므로 배터리의 방전, 열화 또는 차량 연비 저하 등의 문제가 발생하게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2018-0053789 A KR 10-1601516 B1
이에 본 발명은, 차량의 배터리에 구비된 전류 센서의 오류를 더욱 정밀하게 진단할 수 있는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
제1 배터리의 단자 전압을 하향 변환하여 출력하는 컨버터;
상기 컨버터의 출력단에 연결되며 상기 제1 배터리 보다 낮은 단자 전압을 갖는 제2 배터리;
상기 제2 배터리의 단자에 연결되어 상기 제2 배터리의 전류를 센싱하는 전류 센서; 및
상기 컨버터의 출력 전압, 상기 컨버터의 출력 전류, 상기 제2 배터리의 전압 및 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 상기 제2 배터리의 전류를 추정하는 전류 추정부와, 추정된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류 사이의 차이를 연산하는 전류 비교부를 포함하며, 상기 차이에 기반하여 상기 전류 센서의 오류를 판단하는 컨트롤러;
를 포함하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 배터리의 전압은, 상기 제2 배터리에 포함된 복수의 셀의 각각의 전압을 상기 복수의 셀 전압의 연결관계에 기반하여 합산한 전압일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분은, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항 및 상기 제2 배터리의 내부저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자와 각각 도선으로 연결되어, 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자를 상호 전기적으로 연결하는 정션 박스를 더 포함하며, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항은 상기 컨버터와 상기 정션박스를 연결하는 도선의 저항과 상기 제2 배터리의 단자와 상기 정션박스를 연결하는 도선의 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 따른 내부저항값을 사전에 저장한 데이터 맵을 포함하며, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 대한 정보를 입력 받아 상기 데이터 맵에 적용하여 상기 제2 배터리의 내부저항을 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 배터리가 사전 결정된 목표 전류를 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부; 및 상기 컨버터 제어부에 의한 제어가 이루어지는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 목표 전류 사이의 차이가 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 전류 변동 확인부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 컨버터가 사전 설정된 폭과 주기로 스윙하는 전압을 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부; 및 상기 컨버터 제어부에 의한 제어가 이루어지는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류가 상기 컨버터의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 전류 변동 확인부를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
전술한 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템을 이용한 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법에 있어서,
상기 컨버터의 출력 전압, 상기 컨버터의 출력 전류, 상기 제2 배터리의 전압 및 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 상기 제2 배터리의 전류를 추정하는 단계; 및
추정된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류 사이의 차이를 연산한 결과에 기반하여 상기 전류 센서의 오류 발생을 진단하는 단계;
를 포함하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 진단하는 단계에서 연산된 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 배터리가 사전 결정된 목표 전류를 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계; 및 상기 컨버터 제어하는 단계가 수행되는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 목표 전류 사이의 차이가 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 진단하는 단계에서 연산된 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 컨버터가 사전 설정된 폭과 주기로 스윙하는 전압을 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계; 및 상기 컨버터 제어하는 단계가 수행되는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류가 상기 컨버터의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 배터리의 전압은, 상기 제2 배터리에 포함된 복수의 셀의 각각의 전압을 상기 복수의 셀 전압의 연결관계에 기반하여 합산한 전압일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분은, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항 및 상기 제2 배터리의 내부저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항은, 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자와 각각 도선으로 연결되어 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자를 상호 전기적으로 연결하는 정션 박스와 상기 컨버터를 연결하는 도선의 저항과 상기 정션박스와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 추정하는 단계는, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 따른 내부저항값을 사전에 저장한 데이터 맵을 이용하여 상기 제2 배터리의 내부저항을 도출할 수 있다.
상기 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법에 따르면, 센서가 센싱 가능한 상한이나 하한을 벗어 나는 경우 또는 단락 또는 단선이 발생하는 경우와 같이 명백한 오류 발생 상황이 아니라, 센서의 정상 동작 범위에서 출력되는 센싱값에 대한 정확도를 판단할 수 있으므로, 센서가 설치된 환경에서 센싱된 전류 값에 기반하여 관리가 이루어지는 다른 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 제어의 정확도를 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법에 따르면, 진단의 대상이 차량의 보조 배터리에 설치된 센서인 경우, 보조 배터리의 과충방전을 방지하여 내구 특성을 향상시킬 수 있으며, 보조 배터리의 전류를 정확하게 측정함으로써 연비 제어의 정확도를 향상 시킬 수 있다.
더하여, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법에 따르면, 시스템 내에 구비되는 컨트롤러에 알고리즘을 추가하여 전류 센서의 오류 진단이 가능하므로 추가적인 하드웨어가 요구되지 않는다. 즉, 센서 진단을 위해 소요되는 추가 비용을 최소화하고 그에 따른 원가 절감을 가능하게 한다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러 내 컨버터 제어부의 구성을 간략하게 도시한 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러 내 컨버터 제어부에서 수행되는 컨버터 출력 조정 및 그에 따른 보조 배터리 전류의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템은, 고전압 배터리(제1 배터리)(10)와 고전압 배터리(10)의 전압을 하향 변환하여 출력하는 컨버터(20)와, 컨버터(20)의 출력단과 전기적으로 연결되는 보조 배터리(제2 배터리)(30)와, 보조 배터리(30)의 단자에서 입출력 되는 전류를 센싱하는 보조 배터리 전류 센서(60) 및 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
고전압 배터리(10)는 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 휠에 구동력을 제공하는 구동 모터에 에너지를 제공하기 위한 에너지 저장 장치로서, 메인 배터리라 칭하기도 한다.
컨버터(20)는 고전압 배터리(10)의 고전압을 하향 변환하여 전장 부하(50) 전원전압 또는 보조 배터리(60)의 단자전압에 대응되는 저전압으로 출력하는 일종의 에너지 변환 장치이다. 컨버터(20)의 출력 전압은 전장 부하(50)의 전원전압으로 제공되거나 보조 배터리(60)의 충전 전압으로 제공될 수 있다.
여기서, 컨버터(20)는 고전압 배터리(10)의 고전압(예를 들어, 수백 V)을 낮게 변환하여 저전압(예를 들어, 10 내지 15 V)을 출력하므로 저전압 컨버터(Low Voltage Converter: LDC)라고도 할 수 있다.
보조 배터리(30)는 고전압 배터리(20)에 비해 낮은 전압 출력할 수 있도록 마련된 에너지 저장 장치로 저전압 배터리라고도 한다. 보조 배터리(30)는 주로 차량의 전장 부하에 전원전력을 제공하기 위해 마련된다.
보조 배터리(30)가 단위 전압을 생성하는 배터리 셀(미도시)을 복수개 연결하여 구성되는 리튬 배터리와 같은 타입일 경우, 통상 차량의 배터리 관리 시스템(Battery Management System)이 배터리 셀의 전압을 모니터링 하도록 구성된다. 따라서, 보조 배터리(30)의 전체 전압(VBAT)은 보조 배터리(30) 내에 구비된 복수의 배터리 셀의 연결구조를 고려하여 배터리 관리 시스템에서 모니터링된 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 합산한 전압이 될 수 있다.
또한, 보조 배터리(30)가 복수의 배터리 셀로 구현되는 경우 보조 배터리(30) 내부적인 연결관계 등에 의한 내부저항(RBAT)이 존재할 수 있다. 통상, 이 내부저항(RBAT)은 배터리 충전 상태(SOC) 또는 배터리 온도에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
물론, 보조 배터리(30)가 납산 배터리인 경우 단순히 보조 배터리(30)의 단자 전압을 배터리 전압(VBAT)으로 간주하고 별도의 내부저항을 고려하지 않을 수도 있다.
한편, 보조 배터리(30)의 단자는 컨버터(20)의 출력단에 연결되므로, 제어가 가능한 컨버터(20) 출력단에서의 출력되는 전류나 전압에 의해 보조 배터리(30)의 단자 전류가 조정될 수 있다.
보조 배터리 전류 센서(60)는 보조 배터리(30)의 단자에 연결되어 보조 배터리(30)의 단자를 통해 입출력되는 전류의 크기를 센싱한다. 본 발명의 여러 실시형태는, 이 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하기 위해 마련된 것이다.
컨트롤러(100)는 도 1에 도시된 여러 구성요소에서 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하기 위해 필요한 여러 파라미터들을 입력 받아 보조 배터리(30)의 단자에 흐를 것으로 예상되는 전류를 추정하고, 추정된 전류와 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류값을 상호 비교하여 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(100)는, 컨버터(20)의 출력 전압(VLDC), 컨버터(20)의 출력 전류(ILDC), 보조 배터리(30)의 전압(VBAT) 및 컨버터(20)와 보조 배터리(30) 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 보조 배터리(30)의 전류를 추정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러(100)는, 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하기 위해 필요한 여러 파라미터들을 입력 받아 보조 배터리(30)의 단자에 흐를 것으로 예상되는 전류를 추정하는 전류 추정부(110)와, 전류 추정부(110)에서 추정된 전류와 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류를 비교하여 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 1차적으로 진단하는 전류 비교부(130)를 포함할 수 있다.
더하여, 컨트롤러(100)는 전류 비교부(130)에서 1차적으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류 발생을 진단한 경우, 추가적인 진단을 위해 컨버터(20)의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어부(150)와, 컨버터 제어부(150)가 제어에 사용한 목표 전류 또는 목표 전압에 따른 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류의 변화를 확인하여 최종적으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하는 전류 변동 확인부(170)를 포함할 수 있다.
전류 추정부(110)는 컨버터(20)의 출력 전압(VLDC), 컨버터(20)의 출력 전류(ILDC), 보조 배터리(30)의 전압(VBAT) 및 컨버터(20)와 보조 배터리(30) 사이에 존재하는 저항 성분을 입력 받는다. 여기서, 컨버터(20)의 출력 전압(VLDC) 및 컨버터(20)의 출력 전류(ILDC)는 통상적인 친환경 차량의 컨버터(20) 출력단에 마련되는 전압 센서 및 전류 센서에 의해 센싱될 수 있다. 또한, 보조 배터리(30)의 전압(VBAT)은 전술한 바와 같이 배터리 관리 시스템에 의해 연산된 보조 배터리(30)에 포함된 배터리 셀의 전압의 합산 전압이거나 보조 배터리(30)의 단자에 설치된 전압 센서에 의해 검출된 전압이 사용될 수 있다.
컨버터(20)와 보조 배터리(30) 사이에 존재하는 저항 성분은, 컨버터(20)와 보조 배터리(30)를 서로 전기적으로 연결하는 도선 등의 요소에 의한 저항과 보조 배터리(30)가 복수의 배터리 셀을 포함하는 구조에서는 보조 배터리(30)의 내부저항(RBAT)을 포함할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 친환경 차량에서는 컨버터(20)의 출력단과 보조 배터리(30)는 여러 전기적 부품을 하나의 전기적 노드에 연결하도록 마련되는 정션 박스(40)를 통해 전기적 연결을 형성할 수 있다. 참고로, 컨버터(20)나 배터리(30)로부터 전원전력을 제공받는 전장부하(50) 역시 정션 박스(40)를 통해 컨버터(20) 및 배터리(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 컨버터(20)와 보조 배터리(30) 사이의 저항은 컨버터(20)의 출력단과 정션 박스(40) 사이를 연결하는 도선의 저항(RL1) 및 보조 배터리(30)의 단자와 정션 박스(40) 사이를 연결하는 도선의 저항(RL2)를 포함할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 복수의 배터리 셀을 포함하는 보조 배터리(30) 구조에서 내부 저항(RBAT)은 보조 배터리(30)의 충전상태(SOCBAT)와 보조 배터리(30)의 온도(TBAT)에 의해 변동될 수 있으므로, 컨트롤러(100)는 보조 배터리(30)의 충전상태(SOCBAT)와 보조 배터리(30)의 온도(TBAT)에 따른 내부 저항(RBAT)의 크기를 사전에 실험적으로 확인하여 저장한 배터리 저항 맵(111)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(100)는 통상적인 환경차에 마련된 배터리 관리 시스템에 의해 미리 연산되는 보조 배터리(30)의 충전상태(SOCBAT)와 보조 배터리(30)에 마련된 온도 센서에 의해 센싱된 보조 배터리(30)의 온도(TBAT) 정보를 배터리 저항 맵(111)에 입력하여 입력된 충전상태 및 온도에 대응되는 내부 저항(RBAT)의 값을 제공받아 전류 추정부(110)의 전류 추정 연산에 사용할 수 있다.
예를 들어, 전류 추정부(110)는 하기 식에 의해 보조 배터리(30)의 전류를 추정할 수 있다.
[식 1]
VJ = VLDC - ILDC * RL1
[식 2]
IBAT_EST = (VJ - VBAT) / (RL2 + RBAT)
전류 추정부(110)는 식 1과 같이 컨버터(20)의 출력 전압(VLDC)에서 컨버터(20) 정션 박스(40) 사이의 도선 저항(RL1)에 의한 전압 강하분을 차감하여 정션 박스(40)의 전압(VJ)을 도출하고, 이어, 정션 박스(40)의 전압(VJ)와 보조 배터리(30)의 전압(VBAT)의 전위차를 정션 박스(40)와 보조 배터리(30) 사이에 존재하는 저항 성분(RL2 + RBAT)으로 나눔으로써 정션 박스(40)와 보조 배터리(30) 사이에 흐르는 전류를 추정할 수 있다. 식 2에서 추정된 전류가 'IBAT _EST'로 나타난다. 필요에 따라, 상기 식 1 및 식 2의 일부 항에는 실험적인 방법으로 결정되는 보정 계수가 적용될 수도 있다.
전류 비교부(130)는 전류 비교부에서 추정된 보조 배터리(30)의 전류와 보조 배터리(30)의 단자에 설치된 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류의 크기를 비교한다. 이어, 전류 추정부(110)는 추정 전류와 센싱 전류의 차이가 사전 설정된 값보다 큰 경우, 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 있는 것으로 진단할 수 있다. 추정 전류와 센싱 전류의 차이와 비교되는 사전 설정된 값은 실험적인 방법을 통해 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있는 적절한 값을 찾아 사전에 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 전류 비교부(130)의 비교 결과를 통해 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단할 수도 있지만, 더욱 정밀하고 신뢰성 있는 진단을 위해 전류 비교부(130)에서 1차적으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류 발생을 진단한 이후 컨버터(20)의 출력을 변화 시켜 그에 따른 보조 배터리 전류 센서(60)의 출력을 확인하는 과정을 통해 최종적으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류 발생을 진단할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시형태는, 보조 배터리 전류 센서(60)의 진단을 위한 출력을 제공하도록 컨버터(20)를 제어하는 컨버터 제어부(150)와, 컨버터 제어부(150)의 제어에 따른 보조 배터리 전류 센서(60)의 출력을 기반으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 최종적으로 판단하는 전류 변동 확인부(170)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 컨버터 제어부(150)는 배터리 전류를 원하는 목표값이 되도록 컨버터를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러 내 컨버터 제어부의 구성을 간략하게 도시한 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 컨버터 제어부(150)는 보조 배터리(30)의 전류를 원하는 목표치(보조 배터리 전류 지령: IBAT _ CMD)으로 출력하도록 하기 위해, 보조 배터리 전류 지령(IBAT _ CMD)과 보조 배터리 전류 센서(60)의 센싱 전류의 차이를 최소화 하도록 하기 위한 제어값을 PI(비례 적분) 제어기를 통해 산출하고, 이 제어값을 사전에 결정된 컨버터(20)의 전압 지령(VCMD)에 반영하여 최종적인 전압 지령(VCMD *)을 생성한 후, 이 최종적인 전압 지령(VCMD *)을 출력하도록 컨버터(20)를 제어할 수 있다.
여기에서, 제어값은 보조 배터리 전류 지령(IBAT _ CMD)과 보조 배터리 전류 센서(60)의 센싱 전류의 차이를 최소화 하도록 하기 위한 전압값의 형태를 가질 수 있다. 또한, 제어값을 생성하는 제어기는 PI 제어기 외에도 시스템에 요구되는 응답 속도나 제어의 정확도 등을 고려하여 다양한 공지의 제어기(예를 들어, PID(비례 적분 미분) 제어기 등)가 사용될 수 있다.
전류 변동 확인부(170)는, 컨버터 제어부(150)가 보조 배터리 전류 지령(IBAT_CMD)을 출력하도록 보조 배터리(30)를 제어함에 따라 보조 배터리 전류 센서(60)에 센싱된 전류의 변동을 확인하여 최종적으로 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류 발생을 진단할 수 있다.
만약, 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생하지 않은 상태라면, 컨버터 제어부(150)의 제어에 의하면 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류와 보조 배터리 전류 지령(IBAT _ CMD)의 오차는 점차 감소하여 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류가 보조 배터리 전류 지령(IBAT _ CMD)과 거의 일치할 수 있다. 그러나, 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 상태라면, 제어부(150)의 제어에 의하면 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류와 보조 배터리 전류 지령(IBAT_CMD)의 오차는 원하는 범위내에 있지 않게 된다.
따라서, 전류 변동 확인부(170)는 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류와 목표 전류(즉, 보조 배터리 전류 지령(IBAT _ CMD)) 사이의 차이가 사전 설정된 기준값 보다 큰 경우 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 것으로 최종 진단할 수 있다. 여기서 사전 설정된 기준값 역시 실험적인 방법으로 사전에 결정되어 저장될 수 있다.
한편, 컨버터 제어부(150)를 이용하여 보조 배터리(30)의 전류의 크기를 조정할 수 있도록 제어하기 위한 추가 알고리즘을 적용하지 않고 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류를 진단하기 위한 다른 실시형태가 고려될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템의 컨트롤러 내 컨버터 제어부에서 수행되는 컨버터 출력 조정 및 그에 따른 보조 배터리 전류의 관계를 설명하는 그래프이다.
별도의 배터리 전류 제어를 위한 제어 알고리즘을 포함하지 않는 실시형태에서는, 도 4의 상부 그래프와 같이 컨버터 제어부(150)가 일정 폭으로 스윙하는 출력을 제공하도록 컨버터(20)를 제어할 수 있다. 이러한 제어는 컨버터 전압 지령이 일정 폭으로 스윙하도록 변경함으로써 수행될 수 있다.
이어, 전류 변동 확인부(170)는 이러한 컨버터 제어부(150)에 의한 컨버터(20)의 제어가 수행되는 동안 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱되는 센싱 전류의 변동을 확인한다.
보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생하지 않은 상태인 경우에는, 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류가 컨버터(20)의 출력 전압 변동을 추종하여 실질적으로 동일 주기로 일정한 폭을 갖고 스윙되는 형태로 나타날 수 있다. 반대로, 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 경우에는 이러한 스윙의 폭과 주기가 컨버터 출력을 그대로 추종하지 못하게 된다.
즉, 전류 변동 확인부(170)는 보조 배터리(30)의 전류가 컨버터(20)의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 것으로 최종적으로 진달할 수 있다.
본 발명은 전술한 것과 같은 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템을 이용한 진단 방법도 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법은, 컨버터(20)의 출력 전압, 컨버터(20)의 출력 전류, 보조 배터리(30)의 전압 및 컨버터(20)와 보조 배터리(30) 사이에 존재하는 저항 성분 등과 같은 제어 파라미터를 센싱 또는 수집하고(S11) 센싱되거나 수집된 제어 파라미터에 기반하여 보조 배터리(30)의 전류를 추정하는 단계(S11, S12) 및 추정된 보조 배터리(30)의 전류와 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류 사이의 차이를 연산한 결과에 기반하여 보조 배터리 전류 센서(60)의 오류 발생을 진단하는 단계(S13)를 포함하여 구성될 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법은, 1차적인 진단(S13) 결과에 기반하여 진단의 정밀도 및 신뢰성을 더욱 확보하기 위해 추가적인 진단 과정으로서 다음과 같은 단계들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법은, 추정된 보조 배터리(30)의 전류와 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류 사이의 차이가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우(즉, 보조 배터리 전류 센서(60)에 1차적으로 오류가 발생한 것으로 판단한 경우), 추가 진단을 위한 컨버터 제어를 수행하는 단계(S14)와 컨버터 제어를 수행함에 의해 변화되는 보조 배터리 전류 센서(60)의 센싱 전류의 변화를 확인하는 단계(S15) 및 단계(S15)에서의 보조 배터리 전류 센서(60)의 센싱 전류의 변화가 정상적이지 못한 경우 보조 배터리 전류 센서(S60)의 오류를 진단하는 단계(S16)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 단계(S15)는 보조 배터리(30) 사전 결정된 목표 전류를 출력하도록 컨버터를 제어하는 단계일 수 있으며, 단계(S16)은 단계(S15)의 제어가 수행됨에 의해 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류가 목표 전류에 가까워지는지 판단하는 단계일 수 있다. 일정 시간 동안 단계(S15)의 제어가 수행된 이후에 단계(S16)에서 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류와 목표 전류 사이의 차이가 사전 설정된 기준값 보다 큰 경우 단계(S16)과 같이 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 컨버터(20)의 출력을 보조 배터리 목표 전류에 기반하여 제어함으로써 진단하는 기법은 이미 도 3을 통해 상세하게 설명된 바, 이에 대한 중복되는 추가 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에서, 단계(S15)는 컨버터(20)가 사전 설정된 폭과 주기로 스윙하는 전압을 출력하도록 컨버터를 제어하는 단계일 수 있으며, 단계(S16)은 컨버터(20)의 출력을 스윙하도록 제어하는 동안 보조 배터리 전류 센서(60)에 의해 센싱된 전류를 확인하는 단계일 수 있으며, 단계(S16)에서 보조 배터리 전류 센서(60)에서 센싱된 전류가 컨버터(20)의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 보조 배터리 전류 센서(60)에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다(S16).
컨버터(20)의 출력을 스윙 시킨 후 보조 배터리 전류 센서(60)의 센싱 전류를 기반으로 오류를 진단하는 기법은 이미 도 4를 통해 상세하게 설명된 바, 이에 대한 중복되는 추가 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법은, 전류 센서에서 출력되는 센싱값이 센서 자체가 갖는 정상 출력 범위 내에 있는 경우에도 그 값에 대한 정확도를 판단할 수 있다. 즉, 센서가 센싱 가능한 상한이나 하한을 벗어 나는 경우 또는 단락 또는 단선이 발생하는 경우와 같이 명백한 오류 발생 상황이 아니라, 센서의 정상 동작 범위에서 출력되는 센싱값에 대한 정확도를 판단할 수 있으므로, 센서가 설치된 환경에서 센싱된 전류 값에 기반하여 관리가 이루어지는 다른 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 제어의 정확도를 향상시킬 수 있다. 특히, 차량의 보조 배터리에 설치된 센서인 경우, 보조 배터리의 과충방전을 방지하여 내구 특성을 향상시킬 수 있으며, 보조 배터리의 전류를 정확하게 측정함으로써 연비 제어의 정확도를 향상 시킬 수 있다.
더하여, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템 및 방법은, 시스템 내에 구비되는 컨트롤러에 알고리즘을 추가하여 전류 센서의 오류 진단이 가능하므로 추가적인 하드웨어가 요구되지 않는다. 즉, 센서 진단을 위해 소요되는 추가 비용을 최소화하고 그에 따른 원가 절감을 가능하게 한다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 고전압 배터리 20: 컨버터
30: 보조 배터리 40: 정션박스
50: 전장부하 100: 컨트롤러
110: 전류 추정부 130: 전류 비교부
150: 컨버터 제어부 170: 전류 변동 확인부
111: 배터리 저항 맵

Claims (14)

  1. 제1 배터리의 단자 전압을 하향 변환하여 출력하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력단에 연결되며 상기 제1 배터리 보다 낮은 단자 전압을 갖는 제2 배터리;
    상기 제2 배터리의 단자에 연결되어 상기 제2 배터리의 전류를 센싱하는 전류 센서; 및
    상기 컨버터의 출력 전압, 상기 컨버터의 출력 전류, 상기 제2 배터리의 전압 및 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 상기 제2 배터리의 전류를 추정하는 전류 추정부와, 추정된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류 사이의 차이를 연산하는 전류 비교부를 포함하며, 상기 차이에 기반하여 상기 전류 센서의 오류를 판단하는 컨트롤러;
    를 포함하되, 상기 컨트롤러는,
    상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 배터리가 사전 결정된 목표 전류를 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부; 및
    상기 컨버터 제어부에 의한 제어가 이루어지는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 목표 전류 사이의 차이가 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 전류 변동 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 배터리의 전압은, 상기 제2 배터리에 포함된 복수의 셀의 각각의 전압을 상기 복수의 셀 전압의 연결관계에 기반하여 합산한 전압인 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분은, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항 및 상기 제2 배터리의 내부저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자와 각각 도선으로 연결되어, 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자를 상호 전기적으로 연결하는 정션 박스를 더 포함하며,
    상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항은 상기 컨버터와 상기 정션박스를 연결하는 도선의 저항과 상기 제2 배터리의 단자와 상기 정션박스를 연결하는 도선의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 따른 내부저항값을 사전에 저장한 데이터 맵을 포함하며, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 대한 정보를 입력 받아 상기 데이터 맵에 적용하여 상기 제2 배터리의 내부저항을 도출하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 컨버터가 사전 설정된 폭과 주기로 스윙하는 전압을 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부; 및
    상기 컨버터 제어부에 의한 제어가 이루어지는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류가 상기 컨버터의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 전류 변동 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템.
  8. 청구항 1의 배터리 전류 센서의 오류 진단 시스템을 이용한 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법에 있어서,
    상기 컨버터의 출력 전압, 상기 컨버터의 출력 전류, 상기 제2 배터리의 전압 및 상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분에 기반하여 상기 제2 배터리의 전류를 추정하는 단계; 및
    추정된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류 사이의 차이를 연산한 결과에 기반하여 상기 전류 센서의 오류 발생을 진단하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 진단하는 단계에서 연산된 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 제2 배터리가 사전 결정된 목표 전류를 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계; 및
    상기 컨버터 제어하는 단계가 수행되는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류와 상기 목표 전류 사이의 차이가 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서 연산된 상기 차이가 사전 설정된 제1 기준값보다 큰 경우, 상기 컨버터가 사전 설정된 폭과 주기로 스윙하는 전압을 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계; 및
    상기 컨버터 제어하는 단계가 수행되는 동안 상기 전류 센서에 의해 센싱된 상기 제2 배터리의 전류가 상기 컨버터의 출력 전압의 스윙 추이를 추종하는지 않는 경우 상기 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 배터리의 전압은, 상기 제2 배터리에 포함된 복수의 셀의 각각의 전압을 상기 복수의 셀 전압의 연결관계에 기반하여 합산한 전압인 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 제2 배터리 사이에 존재하는 저항 성분은, 상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항 및 상기 제2 배터리의 내부저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항은, 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자와 각각 도선으로 연결되어 상기 컨버터의 출력단 및 상기 제2 배터리의 단자를 상호 전기적으로 연결하는 정션 박스와 상기 컨버터를 연결하는 도선의 저항과 상기 정션박스와 상기 제2 배터리의 단자를 연결하는 도선의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 추정하는 단계는,
    상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 제2 배터리의 충전 상태 및 상기 제2 배터리의 온도에 따른 내부저항값을 사전에 저장한 데이터 맵을 이용하여 상기 제2 배터리의 내부저항을 도출하는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 센서의 오류 진단 방법.
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