KR20030067862A - 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치 - Google Patents

전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량의 배터리 시스템을 차량에 장착하기 전 내부의 시스템을 점검함으로써 조립 후 수정을 위한 차량 분해 절차를 줄이고 또한 불량을 조립이전 단계에서 확인할 수 있는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량용 배터리 시스템(BMS)의 자가 진단장치에 있어서, 상기 배터리 시스템(BMS)의 제어부(ECU)에서 발생하는 캔(CAN)신호를 분석하여 제어부 상태 및 배터리 시스템을 점검하며, 로그아웃(Logout) 및 로그인(Login)신호를 임의로 발생시켜 배터리 시스템의 제어부 컨트롤러 능력을 점검하고, 배터리 시스템 상태를 표시하는 제어동작을 수행하는 제어부(Micro Controller)와; 상기 제어부(Micro Controller)의 제어동작에 따라 표시 제어 동작을 수행하는 표시부 드라이버와; 상기 표시부 드라이버의 구동에 따라 배터리 시스템의 상태를 표시하는 표시부(LCD)와; 외부 기기와 연결되는 커넥터와 상기 제어부(Micro Controller)의 사이에 연결되어 해당되는 데이터신호를 중계하는 인터페이스부와; 외부의 부가적인 전원인가 없이 장치 자체에서 전원을 공급하는 배터리(Battery)와; 상기 제어부 (Micro Controller)와 배터리의 사이에 연결되는 직류/직류 컨버터(DC to DC Converter)를 포함하여 구성한다.

Description

전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치{ELECTRIC VEHICLE BATTERY SYSTEM SELF TESTER}
본 발명은 전기 차량용 배터리 시스템에 관한 것으로서, 특히 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 차량은 에너지 저장장치로 배터리를 사용한다.
일반적인 전기 차량은 약 12V 모듈 단위로 생산되는 배터리를 직렬로 연결시켜 높은 전압을 발생시키게 된다.
이때 사용되는 모듈의 개수는 필요 전력량에 따라 상이하나 일반적으로 250V에서 350V 사이의 전압을 이용하게 된다.
12V 배터리로 이 같은 높은 전압을 내기 위해서는 20-30개 정도의 모듈을 직렬로 연결하여 사용하게 된다.
이렇게 연결된 배터리를 배터리팩이라고 부르고 이를 배터리 트레이라고 부르는 외부케이스에 배터리 시스템을 구성하는 다른 전장품들과 같이 배치한다.
전기 차량의 차량 제작과정을 보면 다른 공정들은 일반 상용차량 조립과정과 별반 차이가 나지 않는다.
그러나, 배터리 트레이 공정은 차량 조립과는 상당히 차이가 있다.
일단 배터리 트레이 내부 전장품들을 조립 후 차량 보디 아래에 차량을 리프트로 들어올린 후 배터리 트레이 리프트를 올리면서 차량에 장착한다.
이런 이유로 현재 일반적인 전기 차량은 조립 공정이 상당히 복잡하고 어렵다.
이렇게 설치가 어려운데 여기에 배터리 트레이 내부의 복잡한 배선에 의하여 조립후 테스트에서 불량률이 높고, 이의 수정을 위해 다시 배터리 트레이를 내리는 일이 다수 발생한다.
전술한 바와 같이 전기 차량의 개발 및 양산단계에서 완성차 조립 시 배터리 시스템의 하드웨어(H/W)적인 문제점(복잡한 배선 및 높은 전력에 의한 절연문제 등)에 의한 시스템의 복잡성 때문에 차량의 조립이 끝난 후 정상동작을 하지 않는 경우 차량 상태에서 다시 점검 및 원인을 분석 후 다시 차량을 분해하여 정비를 하여야 하는 문제점이 발생한다.
종래 기술에 따른 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치는 차량 외부에 장착되어 있는 시스템이지만 그 무게 및 부피로 인하여 이의 분해 및 재조립은 상당히 힘들다.
또한, 배터리 시스템의 제어부가 보조 배터리 전원에 의해 동작되기 때문에 차량 조립 중에는 점검을 하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
현재 전기 차량은 양산 전단계이기 때문에 간이적으로 개인용 컴퓨터(PC) 및 보조전원장치 보조 와이어링 하네스(W/H)를 이용하여 시스템 조립이전에 이를 확인하여 조립이 실시된다.
이런 방식은 배터리 시스템의 설계자 및 시스템에 대한 지식이 있는 사람이 조립에 참여하여야 한다.
하지만 양산단계에서는 엔지니어가 조립공정에 투입 될 수 없으며 작업자가 스스로 진단을 하고 품질확인을 하게된다.
또한, 차량 정비를 위하여 간단한 시스템 점검기를 이용 고장원인을 판단하기 위해서는 작업자가 쉽게 사용이 가능한 진단기가 필요하다.
본 발명의 목적은 전기 차량의 배터리 시스템을 차량에 장착하기 전 내부의 시스템을 점검함으로써 조립 후 수정을 위한 차량 분해 절차를 줄이고 또한 불량을 조립이전 단계에서 확인할 수 있는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기 차량의 양산단계에서 배터리 시스템을 모듈화 시킬 때 부품 품질 확인용으로 사용할 수 있는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가진단장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단기의 Block도를 보인 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어부와 배터리 각 모듈 전압 센싱용 와이어링 하네스(W/H ; Wiring Harness)와의 중간 연결 커넥터 (Connector) 구성을 도시한 도면.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량용 배터리 시스템(BMS)의 자가 진단장치에 있어서, 상기 배터리 시스템(BMS)의 제어부(ECU)에서 발생하는 캔(CAN)신호를 분석하여 제어부 상태 및 배터리 시스템을 점검하며, 로그아웃(Logout) 및 로그인(Login)신호를 임의로 발생시켜 배터리 시스템의 제어부 컨트롤러 능력을 점검하고, 배터리 시스템 상태를 표시하는 제어동작을 수행하는 제어부(Micro Controller)와; 상기 제어부(Micro Controller)의 제어동작에 따라 표시 제어 동작을 수행하는 표시부 드라이버와; 상기 표시부 드라이버의 구동에 따라 배터리 시스템의 상태를 표시하는 표시부(LCD)와; 외부 기기와 연결되는 커넥터와 상기 제어부(Micro Controller)의 사이에 연결되어 해당되는 데이터신호를 중계하는 인터페이스부와; 외부의 부가적인 전원인가 없이 장치 자체에서 전원을 공급하는 배터리(Battery)와; 상기 제어부(Micro Controller)와 배터리의 사이에 연결되는 직류/직류 컨버터(DC to DC Converter)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 작업자의 손에 올려놓고 배터리 시스템이 차량에 완전히 조립되기 바로 직전에 전기 차량 배터리 시스템을 작업자가 용이하게 점검 가능한 전기 차량용 배터리 시스템 자가 진단장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 제어부(110)(Micro Controller), 표시부 드라이브(120), 표시부(130)(LCD), 인터페이스부(140), 배터리(150)(Battery), 직류/직류 컨버터 (160)(DC to DC Converter)를 포함하여 구성한다.
제어부(110)(Micro Controller)는 배터리 시스템(BMS)의 제어부(ECU)에서 발생하는 캔(CAN)신호를 분석하여 제어부(110)(Micro Controller) 상태 및 배터리 시스템을 점검하며, 로그아웃(Logout) 및 로그인(Login)신호를 임의로 발생시켜 배터리 시스템의 제어부 컨트롤러 능력을 점검하고, 배터리 시스템 상태를 표시하는 제어동작을 수행하는 기능을 한다.
표시부 드라이브(120)는 제어부(110)(Micro Controller)의 제어동작에 따라 표시 제어 동작을 수행한다.
표시부(130)(LCD)는 표시부 드라이브(120)의 구동에 따라 배터리 시스템의 상태를 표시한다.
인터페이스부(140)는 외부 기기와 연결되는 커넥터(Connecter)와 제어부 (110)(Micro Controller)의 사이에 연결되어 해당되는 데이터신호를 중계하는 기능을 한다.
인터페이스부(140)는 캔(CAN) 드라이브로 제어부(110)(Micro Controller)의 캔(CAN) 통신을 지원하는 캔(CAN) 인터페이스(Interface)(142)와; 배터리 시스템 (BMS)의 제어부(ECU)와 개인용 컴퓨터(PC)간의 직렬통신을 지원하는 RS232 인터페이스(Interface)(144)와; 제어부(110)(Micro Controller)와 개인용 컴퓨터(PC)간의 정보교환 및 소프트웨어(S/W) 변경을 지원하는 로그인/로그아웃 인터페이스 (Login/Logout Interface)(146)를 포함하여 구성한다.
배터리(150)(Battery)는 외부의 부가적인 전원인가 없이 장치 자체에서 전원을 공급한다.
직류/직류 컨버터(160)(DC to DC Converter)는 제어부(110)(Micro Controller)와 배터리(150)의 사이에 연결되어 배터리(150)의 직류 전압을 제어부(110)(Micro Controller)의 구동전압으로 변환하는 기능을 한다.
커넥터는 제1 커넥터(Connector 1), 제2 커넥터(Connector 2), 전압 센싱 와이어링 하네스용 배터리 시스템의 제어부 커넥터(Voltage Sensing W/H to BMS ECU Connector)로 구성한다.
먼저, 제1 커넥터는 배터리 시스템의 제어부와 배터리 시스템의 자가 진단기를 연결한다.
제2 커넥터는 추가적인 세부 점검 및 소프트웨어(S/W) 변경 등 필요시 개인용 컴퓨터(PC)와의 직렬통신을 지원하는 커넥터이다.
전압 센싱 와이어링 하네스용 배터리 시스템의 제어부 커넥터(VoltageSensing W/H to BMS ECU Connector)는 도 2에 도시된 바와 같이 전압 센싱 와이어링 하네스(W/H)의 단선 및 비정상 연결 확인을 위한 배터리 시스템의 제어부 전압 센싱용 저항의 임피던스를 변화시키는 커넥터이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예는 전기 차량의 전원을 공급하는 시스템인 배터리 시스템의 안정된 조립공정을 달성하기 위한 장치로서 아래와 같은 시스템 내부 문제를 점검할 수 있다.
1. 배터리 모듈 전압센싱 와이어링 하네스(W/H)의 단선 및 잘못된 결선 점검.
2. 온도 센서의 비정상 동작 점검.
3. 온도 센싱 와이어링 하네스(W/H)의 단선 및 잘못된 결선 점검.
4. 배터리 시스템의 제어부 로그아웃 및 로그인 점검.
5. 배터리 시스템의 제어부 RS232 통신 점검.
6. 차량의 다른 시스템과의 배터리 시스템의 제어부 캔(CAN)통신 점검.
7. 배터리 시스템의 제어부의 정상동작 점검.
8. 위 점검을 사용자의 손바닥에 올려놓고 간단히 점검.
9. 추가적인 전원공급장치가 불필요하며, 자가 진단기 하나로 전원공급 가능함.
본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단 동작을 설명한다.
전압센싱 와이어링 하네스(W/H)의 단선 및 오결선을 확인하기 위해서는 센싱보드에서의 센싱용 임피던스를 변화시켜야 하는데 이를 위하여 전압 센싱 와이어링 하네스용 배터리 시스템의 제어부 커넥터(Voltage Sensing W/H to BMS ECU Connector)를 중간에 연결시켜 일정하게 되어 있는 임피던스를 교번하여 변화를 시켜준다.
이때 만약 단선이나 오결선이 시스템 내부에 발생되어 있으면 측정 전압이 전혀 상이한 값으로 측정됨으로써 배터리 시스템의 제어부에서 캔(CAN) 신호로 비정상 데이터를 보내게 되고, 이때 이 신호를 확인한 제어부(110)(Micro Controller)는 단선 및 오결선 상태를 표시부(130)(LCD)에 표시한다.
온도센서의 단선 및 오결선도 상기한 바와 비슷하게 동작되는데 온도센서는 추가적인 커넥터가 필요없이 문제 발생시 바로 검출이 가능하다.
로그인/로그아웃(Login/Logout)은 제어부(110)(Micro Controller)가 임의 배터리 시스템의 제어부와 인/아웃(In/Out)신호교환으로 동작확인이 가능하다.
캔(CAN) 통신 점검은 배터리 시스템의 제어부가 동작하게 되면 발생하게 되는데 이때 신호가 발생하는지의 여부를 확인함으로써 점검이 가능하다.
휴대용(Portable) 자가 진단기의 큰 특징중 하나인 자체 전원공급이 필요한데 이를 위하여 배터리(150) 및 직류/직류 컨버터(160)(DC to DC Converter)를 사용하여 이를 해결하였고 또한 배터리(150)를 2차 전지로 사용하여 항상 재충전 시켜 사용할 수 있게 한다.
여기서, 중요한 것 중 하나는 배터리(150) 용량을 결정함인데 이때 용량은 배터리 시스템의 제어부 동작을 위한 전원까지 공급 가능하여야 함으로 상당히 큰부하조건을 만족하고 또한 한번 충전으로 사용 지속시간이 최소 1시간 이상 유지되도록 설계를 하여야한다.
본 발명의 실시예에서, 배터리 시스템이 변경이 있을 때 자체 소프트웨어 (S/W)의 버전 업(Version up)이 필요한데 이를 위하여 RS232포트를 구비하고 있으며 간단한 스위치의 변환에 의해 배터리 시스템의 정밀한 진단이 필요할 때는 배터리 시스템의 제어부와의 통신도 지원해준다.
또한, 본 발명의 실시예는 자체 점검장치로 다른 디스플레이(Display) 및 외부 개인용 컴퓨터(PC)와의 연결 없이 사용 가능하게 하기 위하여 자체 표시부(LCD) 창에 현재 시스템의 상황을 보여준다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치는 전기 차량의 조립 및 정비에 있어서 중간 조립단계에서 점검이 가능한바 차량 불량률을 줄일 수 있고 신뢰성 있게 차량을 조립할 수 있다.
또한, 배터리 시스템을 점검하면서 조립함으로써 조립 완료후 다시 배터리 시스템 진단이 필요가 없게 되고 재분해 및 조립과정이 없어지게 됨으로써 추가 정비 시간을 줄일 수 있다.
또한, 배터리 시스템에 대한 비전문가도 용이하게 배터리 시스템 점검을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전기 차량용 배터리 시스템(BMS)의 자가 진단장치에 있어서,
    상기 배터리 시스템(BMS)의 제어부(ECU)에서 발생하는 캔(CAN)신호를 분석하여 제어부 상태 및 배터리 시스템을 점검하며, 로그아웃(Logout) 및 로그인(Login)신호를 임의로 발생시켜 배터리 시스템의 제어부 컨트롤러 능력을 점검하고, 배터리 시스템 상태를 표시하는 제어동작을 수행하는 제어부(Micro Controller)와;
    상기 제어부(Micro Controller)의 제어동작에 따라 표시 제어 동작을 수행하는 표시부 드라이버와;
    상기 표시부 드라이버의 구동에 따라 배터리 시스템의 상태를 표시하는 표시부(LCD)와;
    외부 기기와 연결되는 커넥터와 상기 제어부(Micro Controller)의 사이에 연결되어 해당되는 데이터신호를 중계하는 인터페이스부와;
    외부의 부가적인 전원인가 없이 장치 자체에서 전원을 공급하는 배터리 (Battery)와;
    상기 제어부(Micro Controller)와 배터리의 사이에 연결되는 직류/직류 컨버터(DC to DC Converter)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인터페이스부는
    캔(CAN) 드라이브로 제어부(Micro Controller)의 캔(CAN) 통신을 지원하는 캔(CAN) 인터페이스(Interface)와;
    상기 배터리 시스템(BMS)의 제어부(ECU)와 개인용 컴퓨터(PC)간의 직렬통신을 지원하는 RS232 인터페이스(Interface)와;
    상기 제어부(Micro Controller)와 개인용 컴퓨터(PC)간의 정보교환 및 소프트웨어(S/W) 변경을 지원하는 로그인/로그아웃 인터페이스(Login/Logout Interface )를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커넥터는
    배터리 시스템의 제어부와 배터리 시스템의 자가 진단기를 연결하는 제1 커넥터(Connector 1)와;
    추가적인 세부 점검 및 소프트웨어(S/W) 변경 등 필요시 개인용 컴퓨터(PC)와의 직렬통신을 지원하는 제2 커넥터(Connector 2)와;
    전압 센싱 와이어링 하네스(W/H)의 단선 및 비정상 연결 확인을 위한 배터리 시스템의 제어부 전압 센싱용 저항의 임피던스를 변화시키는 전압 센싱 와이어링 하네스용 배터리 시스템의 제어부 커넥터(Voltage Sensing W/H to BMS ECU Connector)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 배터리 시스템의 자가 진단장치.
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