KR20020054779A - 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법은, 다수의 모듈로 이루어진 재충전 가능 배터리와 충전 시스템이 구비된 장착된 차량에서 상기 배터리의 충전시, 상기 충전 시스템의 제어수단이 설정된 충전모드에 따라 상기 배터리를 충전하면서 충전되는 상기 각 배터리 모듈들의 전압을 검출하고 그 평균값을 산정하여, 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이를 설정된 전압차의 임계치와 비교하는 단계와; 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 배터리 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크지 않으면 상기 충전모드에 따른 배터리 충전을 계속 수행하고, 상기 산정된 각 배터리 모듈들의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크면 배터리에 오류가 있는 것으로 판정하고 충전모드를 전환하는 단계를 포함하여 이루어져, 배터리의 충전초기 뿐만 아니라 충전이 진행되고 있는 동안에도 각 배터리 모듈의 오류 여부를 진단할 수 있다.

Description

전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법{METHOD FOR DETECTING ERROR OF BATTERY FOR A ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차에서 배터리의 충전시 각 배터리 모듈의 전압을 평균 전압과 비교하여 배터리의 고장 여부를 진단하기 위한 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 재충전 가능 배터리가 장착된다. 그래서 차량이 정차중일 때나 주행 부하가 낮을 때 상기 배터리를 충전하고, 차후 주행시 상기 배터리의 전력을 이용하여 구동력을 발생시키게 된다.

도1에는 상기 전기 자동차의 개략적인 블록이 도시되어 있다.

도1에 따르면, 충전 시스템(10)은 충전모드에 대한 정보를 저장하기 위한 저장매체(11)와, 상기 저장매체에 저장되어 있는 충전모드에 따라 배터리의 충전 상황을 제어하기 위한 제어부(12)와, 상기 제어부(12)의 제어에 따라 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 DC 전류 공급부(13)로 이루어진다.

상기 충전 시스템(10)에서 출력되는 직류 전력은 배터리(14)를 충전시킨다.

그리고 충전된 배터리(14)는 모터 제어기(15)를 거쳐 모터(16)로 방전 전력을 공급하게 된다. 상기 방전 전력에 의해 모터(16)가 회전하게 되면, 상기 모터(17)의 회전력은 적절히 감속되어 구동륜으로 전달된다.

이처럼 반복적으로 충전/방전이 발생되는 배터리(15)의 동작 특성은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 설계에 있어 매우 중요하다.

상기 배터리(15)의 정상적인 충전시 충전시간에 따른 충전전류(Ic)와 배터리 전압(Vb)의 곡선이 도2에 도시되어 있다. 도2에 따르면, 6.6kW급 충전 시스템은 3개의 충전모드를 갖는다.

상기 3개의 충전모드에 따라, 배터리는 모드 충전 초기에 최대전력(Full Power 또는 FP)으로 충전되기 시작하여 제1 모드 이동 조건의 성립시 충전전류를 10.5A로 일정하게 유지하게 되며, 제2 모드 이동 조건의 성립시에는 충전전류를 5.25A로 일정하게 유지하고, 제3 모드 이동 조건의 성립시에 충전전류를 일정 시간만큼 차단하게 된다.

상기 제1, 제2 및 제3 모드 이동 조건은 배터리 전압과 충전전류와 충전시간 및 배터리 온도에 그 성립 여부가 결정된다. 예를 들어, 상기 제1 모드 이동 조건은 배터리 전압이 368V이거나 충전시간이 8시간을 경과하거나 충전 용량이 95Ah인 경우에 성립된다. 도2에서 제1 모드 이동 조건의 성립점은 ⓐ이고, 제2 모드 이동 조건의 성립점은 ⓑ이며, 제3 모드 이동 조건의 성립점은 ⓒ이다.

이처럼 배터리의 충전시 모드간을 이동시키는 이유는 과충전을 차단하고 최적의 작동 온도를 유지시켜 배터리의 신뢰성을 높이기 위함이다.

그래서 정상적인 충전이 이루어지는 경우에는 배터리내 각 모듈간의 전압 차이가 작다. 도3에는 정상적인 배터리의 충전시 경과시간(hour)에 따른 모듈 전압(V)의 곡선이 도시되어 있다.

그러나, 이상 설명한 종래기술에서는 배터리의 충전중 배터리 고장에 대한 대책이 없어 배터리의 고장시에도 충전이 계속되는 문제점이 있었다.

즉, 도4에 도시된 바와 같이, 10번 모듈이 비정상 동작하는 상태에서도 계속 충전되기 때문에 상기 10번 모듈을 내부저항이 극한적으로 올라가게 되면, 내부 압력의 증가로 해당 모듈이 폭발되거나 급격한 온도 상승으로 인한 화재의 위험이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차에서 배터리의 충전시 각 배터리 모듈의 전압을 평균 전압과 비교하여 배터리의 고장 여부를 진단하기 위한 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법을 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 전기 자동차의 개략적인 블록도.

도2는 도1의 충전 시스템에 의한 충전모드에서 충전전류와 배터리 전압의 그래프.

도3은 도2의 충전모드에 따른 충전시 정상적인 모듈 전압의 분포 그래프.

도4는 도2의 충전모드에 따른 충전시 비정상적인 모듈 전압의 분포 그래프.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법의 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 충전 시스템11 : 저장매체

12 : 제어부13 : DC 전류 공급부

14 : 배터리15 : 모터 제어기

16 : 모터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법은, 다수의 모듈로 이루어진 재충전 가능 배터리와 충전 시스템이 구비된 장착된 차량에서 상기 배터리의 충전시, 상기 충전 시스템의 제어수단이 설정된 충전모드에 따라 상기 배터리를 충전하면서 충전되는 상기 각 배터리 모듈들의 전압을 검출하고 그 평균값을 산정하여, 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이를 설정된 전압차의 임계치와 비교하는 단계와; 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 배터리 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크지 않으면 상기 충전모드에 따른 배터리 충전을 계속 수행하고, 상기 산정된 각 배터리 모듈들의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크면 배터리에 오류가 있는 것으로 판정하고 충전모드를 전환하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해 본 발명은, 차량내 배터리에 고유하게 설정된 충전모드가 저장되어 있는 저장매체와 제어수단을 포함하는 충전 시스템에 적용될 수 있다.

그래서 상기 제어수단은 설정된 충전모드에 따라 충전중인 배터리 모듈들의 전압을 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 비교하고, 그 차이가 설정된 전압차의 임계치를 초과하는 경우에는 배터리 오류로 판정한다. 그리고 상기 배터리 오류 판정시에는, 보다 완화된 충전모드로 전환하여 충전을 수행하게 된다.

상기 충전모드 전환에 의해서도 정상적인 충전이 가능하지 않을 경우에는 배터리를 보호하기 위하여 충전을 중단한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도5에는 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법의 순서도가 도시되어 있다.

도5에 따르면, 배터리 모듈들간의 전압차의 임계치(Vd)가 충전 시스템의 저장매체(11, 도1 참조)에 저장되며, 상기 저장매체(11)에는 충전시 배터리 모듈의 전압 평균값을 지시하기 위한 변수(Va)가 저장된다. 상기 Va의 초기값은 0으로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전압차의 임계치(Vd)는 배터리내 각 모듈들의 특성을 고려하여 설정될 수 있는데, 여기서는 1.0V로 설정하기로 한다(ST21).

그러면 제어수단(12, 도1 참조)은 설정된 충전모드에 따라 배터리의 충전을 수행하게 된다. 바람직하게는, 도2에 도시된 바와 같이 3개의 충전모드에 따른 충전을 수행한다(ST22).

상기 충전모드에 따른 배터리의 충전이 수행되면, 충전기는 충전되고 있는각 배터리 모듈의 전압(Vm)을 검출하게 된다(ST23).

상기 ST23에서 검출되는 배터리 모듈의 전압 분포는 도3 또는 도4와 유사하게 될 것이다.

상기 제어수단(12)은 상기 검출된 각 배터리 모듈의 전압(Vm)을 모두 누산한 후, 상기 누산의 결과를 해당 배터리 모듈의 수로 제산함으로써 배터리 모듈의 전압 평균값을 산정하여 상기 설정된 변수(Va)에 할당한다.

이어서, 상기 산정된 배터리 모듈의 전압 평균값(Va)과 각 배터리 모듈의 전압(Vm)간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치(Vd)를 초과하는지 여부를 비교하게 된다(ST24).

상기 단계 ST24에서 |Va-Vm|이 Vd보다 크지 않음이 확인되면, 각 배터리 모듈이 정상 충전 상태에 있는 것으로 판정하고 상기 단계 ST22로 복귀하여 해당 충전모드에 따른 충전을 지속하게 된다.

그리고 상기 단계 ST24에서 |Va-Vm|이 Vd보다 큼이 확인되면, 해당 배터리에 오류가 있는 것으로 판정하게 된다(ST25).

상기 단계 ST25에서 배터리 오류를 판정하게 되면, 제어수단(12)은 배터리에 인가되는 충격을 줄이기 위해 FP와 같은 급속 충전모드에서 CC1과 같은 보다 완화된 충전모드로 전환시키게 된다(ST26).

상기 단계 ST26에서 수행된 충전모드 전환에 의해 정상 충전 상태가 되면, 제어수단(12)은 상기 단계 ST22로 복귀하여 상기 전환된 충전모드에 따른 충전을 지속하게 된다.

한편, 상기 단계 ST26에서 수행된 충전모드 전환에 의해서도 정상 충전 상태가 되지 않으면, 제어수단(12)은 배터리의 파손을 방지하기 위하여 충전을 중단하게 된다(ST28).

경우에 따라서는 상기 단계 ST28에서 충전 중단시 적절한 수단으로 경보음을 발생시켜 운전자에게 배터리 오류를 통지할 수도 있다.

이상 설명한 본 발명의 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법에 따르면, 다수의 모듈로 이루어진 배터리의 충전시 배터리 모듈간의 전압차의 임계치를 설정하여 상기 설정된 전압차의 임계치를 충전중인 배터리 모듈들의 전압차와 비교함으로써, 충전시 배터리 모듈의 오류를 검출할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, 배터리의 충전초기 뿐만 아니라 충전이 진행되고 있는 동안에도 각 배터리 모듈의 오류 여부를 진단할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (2)

1. (a) 다수의 모듈로 이루어진 재충전 가능 배터리와 충전 시스템이 구비된 장착된 차량에서 상기 배터리의 충전시, 상기 충전 시스템의 제어수단이 설정된 충전모드에 따라 상기 배터리를 충전하면서 충전되는 상기 각 배터리 모듈들의 전압을 검출하고 그 평균값을 산정하여, 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이를 설정된 전압차의 임계치와 비교하는 단계와;

   (b) 상기 산정된 전체 배터리 모듈의 전압 평균값과 특정 배터리 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크지 않으면 상기 충전모드에 따른 배터리 충전을 계속 수행하고, 상기 산정된 각 배터리 모듈들의 전압 평균값과 특정 모듈의 전압간의 차이가 상기 설정된 전압차의 임계치 보다 크면 배터리에 오류가 있는 것으로 판정하고 충전모드를 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,

   상기 배터리의 오류가 판정되는 경우, 상기 제어수단은 이전의 충전모드에 비해 낮은 충전전류를 갖는 충전모드로 전환시키거나 이전의 충전모드에 비해 낮은 충전전류를 갖는 충전모드가 더 이상 존재하지 않는 경우에는 충전을 중단시키는 것을 특징으로 전기 자동차용 배터리의 오류 진단방법.