KR20120037154A - 배터리 시스템의 이상 판단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템의 이상 판단 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 시스템의 상부 및 하부에 장착된 상하 진동 측정을 위한 가속도 센서에서 측정되는 가속도를 주파수 분석한 극점 주파수를 통해 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하고, 운전자에게 이를 알림으로써, 차량 사고를 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 배터리 시스템의 상부와 하부에 각각 장착된 가속도 센서에서 측정되는 배터리 상하 진동값에 대한 데이터를 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 수집하는 데이터 수집 단계와, 수집된 상부와 하부 가속도 센서에 대한 데이터들을 주파수 분석한 결과인 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서 극점 주파수를 산출하는 주파수 분석 단계와, 극점 주파수가, 배터리 시스템이 정상 구동할 때의 극점 주파수인 기준 주파수의 정상 범위에 포함되는지 여부를 비교하는 정상 여부 확인 단계 및, 정상 여부 확인 단계에서 극점 주파수가 기준 주파수의 정상 범위에 포함되면 배터리 시스템을 정상인 것으로 판단하는 정상 판단 단계를 개시한다.

Description

배터리 시스템의 이상 판단 방법{METHOD FOR DIAGNOSING ERROR OF BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템의 이상 판단 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리 시스템의 상부 및 하부에 장착된 상하 진동 측정을 위한 가속도 센서에서 측정되는 가속도를 주파수 분석한 극점 주파수를 통해 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하고, 운전자에게 이를 알림으로써, 차량 사고를 방지할 수 있는 배터리 시스템의 이상 판단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 장착되는 배터리는 차량의 각 전장 부품을 구동시키기 위한 전원을 공급한다. 그리고 전기 자동차 및 하이브리드 차량에 장착된 고용량 배터리는 차량의 동력원인 모터로 전원을 공급하며, 배터리 전력에 의해 차량이 구동된다.
이러한 차량의 동력원인 고용량 배터리 및 차량의 전장 부품을 구동시키기 위한 배터리는 차량 주행중의 상하, 좌우 및 앞뒤 진동에 의해서 배터리에 충격이 가해져서 크랙 및 파손 등과 같은 이상이 발생될 수 있다.
이러한 충격에 의해서 배터리에 이상이 발생된 상태로 유지될 경우, 배터리의 출력이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 이로 인해 전장 부품 구동에 이상이 발생되어 각 전장 부품 구동이 용이하지 않거나 모터로 전원이 불균일 하게 인가되어, 사고가 발생될 수 도 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 시스템의 상부 및 하부에 장착된 상하 진동 측정을 위한 가속도 센서에서 측정되는 가속도를 주파수 분석한 극점 주파수를 통해 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하고, 운전자에게 이를 알림으로써, 차량 사고를 방지할 수 있는 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 시스템의 이상 판단 방법은 배터리 시스템의 상부와 하부에 각각 장착된 가속도 센서에서 측정되는 배터리 상하 진동값에 대한 데이터를 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 수집하는 데이터 수집 단계와, 상기 수집된 상부와 하부 가속도 센서에 대한 데이터들을 주파수 분석한 결과인, 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서 극점 주파수를 산출하는 주파수 분석 단계와, 상기 극점 주파수가, 상기 배터리 시스템이 정상 구동할 때의 극점 주파수인 기준 주파수의 정상 범위에 포함되는지 여부를 비교하는 정상 여부 확인 단계 및 상기 정상 여부 확인 단계에서 상기 극점 주파수가, 상기 기준 주파수의 정상 범위에 포함되면 배터리 시스템을 정상인 것으로 판단하는 정상 판단 단계를 포함할 수 있다.
상기 주파수 분석 단계에서는 상기 하부 가속도 센서에서 측정된 가속도를 기준으로 하여, 상기 수집된 상부 가속도 센서에서 측정된 가속도의 변화를 주파수에 따라 분석하여, 주파수에 대한 가속도 변화 파형으로 결과를 산출할 수 있다.
상기 주파수 분석 단계에서는 산출된 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서, 피크 가속도 값을 가질 때의 주파수인 극점 주파수를 산출할 수 있다.
상기 정상 여부 확인 단계에서, 상기 극점 주파수가, 상기 기준 주파수의 정상 범위에 포함되지 않는다면 배터리 시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비정상 판단 단계 및 상기 배터리 시스템이 비정상임을 운전자에게 알리는 알림 단계를 실행할 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 시스템의 이상 판단 방법은 배터리 시스템의 상부 및 하부에 장착된 상하 진동 측정을 위한 가속도 센서에서 측정되는 가속도를 주파수 분석한 극점 주파수를 통해 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하고, 운전자에게 이를 알림으로써, 차량 사고를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 위한 기준 주파수에 대한 파형이다.
도 3은 도 1의 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 위한 주파수 분석의 일예를 도시한 파형이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이 배터리 시스템의 이상 판단 방법은 데이터 수집 단계(S1), 주파수 분석 단계(S2), 정상 여부 확인 단계(S3), 정상 판단 단계(S4), 비정상 판단 단계(S5) 및 알림 단계(S6)를 포함한다.
우선, 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하기 위해서 데이터 수집 단계(S1)를 실행하기 이전에, 정상 구동상태의 배터리 시스템의 상부와 하부에 각각 가속도 센서를 장착하고, 가속도 센서에서 측정된 배터리 상하 진동 값에 대한 데이터를 주파수 분석(FFT)한 기준 결과 파형의 극점 주파수인 기준 주파수를 산출한다.
그리고 도 2를 참조하면, 배터리 시스템의 기준 결과 파형의 일예가 도시되어 있다. 이러한 배터리 시스템의 상부에는 상부 가속도 센서가 장착되고, 하부에는 하부 가속도 센서가 장착된다. 그리고 배터리 시스템의 상부 가속도 센서와 하부 가속도 센서에서는 상하 진동 가속도를 일정 주파수 간격으로 측정한다.
그리고 배터리 시스템의 하부 가속도 센서에서 측정되는 하부 진동 가속도(WA)가 일정 값이 되도록 제어될 때의 상부 진동 가속도를 주파수 분석한 것이 기준 주파수가 된다. 그리고 주파수 분석을 통해서, 하부 가속도 센서에서 측정된 하부 진동 가속도(WA)가 일정하게 유지될 때의 상부 진동 가속도(WS)의 변화를 분석한다. 이와같은 주파수 분석을 통해서 상부 및 하부에서 측정되는 진동 가속도의 차이인 배터리 시스템의 특성을 나타내는 고유 상하 진동 가속도를 주파수에 따른 파형으로 산출한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 하부 진동 주파수 분석 파형(WA)은 주파수 변화에도 일정 값을 가지며, 상부 진동 주파수 분석 파형(WS)은 피크 진동 가속도를 갖는 공진점을 갖는다. 그리고 상부 진동 주파수 분석 파형(WS)에서, 피크 진동 가속도를 갖는 공진점에서의 주파수를 기준 주파수(Wps1, Wps2)값을 산출한다.
그리고 배터리 시스템의 이상 유무를 판단하기 위해서 배터리의 상부와 하부에 각각 장착된 가속도 센서에서 측정되는 배터리 상하 진동값에 대한 데이터를 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 수집하는 데이터 수집 단계(S1)를 실행한다.
이러한 데이터 수집 단계(S1)에서는 배터리의 상부에 장착된 상부 가속도 센서에서 측정된 가속도를 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 상부 가속도 데이터를 주파수 간격으로 수집한다.
그리고 이때 배터리의 하부에 장착된 하부 가속도 센서에서 측정된 가속도를 상부 가속도 센서에서 가속도를 측정할 때와 동일한 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 하부 가속도 데이터를 주파수 간격으로 수집한다.
그리고 이와 같이 데이터 수집 단계(S1)에서 수집된 상부 및 하부 가속도 센서에서 측정된 데이터를 주파수 분석(FFT)하여, 주파수 분석한 결과인 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서 극점 주파수를 산출하는 주파수 분석 단계(S2)를 실행한다.
이러한 주파수 분석 단계(S2)에서는 수집된 하부 가속도 센서에서 측정된 가속도를 기준으로 하여, 수집된 상부 가속도 센서에서 측정된 가속도의 변화를 주파수에 따라 분석하여, 주파수에 대한 가속도 변화 파형으로 결과를 산출한다.
이러한 주파수에 대한 가속도 변화 파형은 도 3에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 이러한 도 3의 결과 파형에서 제1파형(W1)은 배터리 시스템이 정상 상태일 때의 결과 파형의 일예이고, 제2파형(W2)은 배터리 시스템에 크랙이 발생하거나 파손이 발생하였을 경우와 같이 질량, 강성 및 댐핑 계수에 변화가 발생하였을 경우의 결과 파형의 일예이다.
즉 배터리 시스템이 정상 상태일 경우의 결과 파형인 제1파형(W1)은 도 2의 기준 분석 파형의 상부 진동 주파수 분석 파형(WS)과 유사하게 산출된다. 또한 배터리 시스템이 비정상 상태일 경우의 결과 파형인 제2파형(W2)은 도 2의 기준 분석 파형의 상부 진동 주파수 분석 파형(WS)과 피크 가속도 값일 때의 주파수인 극점 주파수가 상이하다.
그리고 이러한 주파수 분석 단계(S2)에서는 산출된 주파수에 대한 가속도 변화 결과 파형에서, 피크 가속도 값을 가질 때의 주파수인 극점 주파수(Wp1, Wp2)를 산출한다.
그리고 주파수 분석 단계(S2)에서 산출된 극점 주파수(Wp1, Wp2)가 기준 주파수(Wps1, Wps2)의 정상 범위에 포함되는지 여부를 비교하는 정상 여부 확인 단계(S3)를 실행한다.
이러한 정상 여부 확인 단계(S3)에서는 산출된 극점 주파수(Wp1, Wp2)가 기준 주파수(Wps1, Wps2)에서 허용 오차(a)를 뺀 값보다 크고 기준 주파수(Wps1, Wps2)에 허용 오차(a)를 더한값 보다 더 작은지 여부를 확인한다. 여기서 허용 오차(a)는 가속도 센서에서 상하 진동 가속도 측정시 발생할 수 있는 노이즈 수준의 오차이다.
그리고 정상 여부 확인 단계(S3)에서 극점 주파수(Wp1, Wp2)가 기준 주파수(Wps1, Wps2)에서 허용 오차(a)를 뺀 값보다 크고 기준 주파수(Wps1, Wps2)에 허용 오차(a)를 더한값 보다 더 작은 것으로 판단되면, 배터리 시스템이 정상인 것으로 판단하는 정상 판단 단계(S4)를 실행한다.
그리고 정상 여부 확인 단계(S3)에서 극점 주파수가 기준 주파수(Wps1, Wps2)에서 허용 오차(a)를 뺀 값 이하이거나, 기준 주파수(Wps1, Wps2)에 허용 오차(a)를 더한 값 이상인 것으로 판단되면 배터리 시스템이 비정상인 것으로 판단(S5)한다.
즉, 비정상 상태인 것으로 판단(S5)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 극점 주파수(Wpx)가 기준 주파수(Wps1, Wps2)에서 허용 오차(a)를 뺀 값 이하이거나, 기준 주파수(Wps1, Wps2)에 허용 오차(a)를 더한 값 이상이면, 배터리 시스템에 크랙이 발생하거나 파손이 발생하였을 경우와 같이 질량, 강성 및 댐핑 계수에 변화에 의해 비정상 상태인 것으로 판단한다.
그리고 배터리 시스템이 비정상인 것으로 판단(S5)되면, 운전자에게 클러스터 등을 통해 배터리 시스템이 비정상 상태임을 알림(S6)으로써, 운전자에게 배터리 시스템 교체 및 수리 등을 유도할 수 있다.
이러한 배터리 시스템의 이상 판단 방법은 배터리 시스템의 상부 및 하부에 장착된 상하 진동 측정을 위한 가속도 센서에서 측정되는 가속도를 주파수 분석한 극점 주파수를 통해 배터리 시스템의 정상 여부를 판단하고, 운전자에게 이를 알림으로써, 차량 사고를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 시스템의 이상 판단 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
S1; 데이터 수집 단계 S2; 주파수 분석 단계
S3; 정상 여부 확인 단계 S4; 정상 판단 단계
S5; 비정상 판단 단계 S6; 알림 단계

Claims (4)

  1. 배터리 시스템의 상부와 하부에 각각 장착된 가속도 센서에서 측정되는 배터리 상하 진동값에 대한 데이터를 일정 주파수 간격으로 제어부에서 수신하여 수집하는 데이터 수집 단계;
    상기 수집된 상부와 하부 가속도 센서에 대한 데이터들을 주파수 분석한 결과인, 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서 극점 주파수를 산출하는 주파수 분석 단계;
    상기 극점 주파수가, 상기 배터리 시스템이 정상 구동할 때의 극점 주파수인 기준 주파수의 정상 범위에 포함되는지 여부를 비교하는 정상 여부 확인 단계; 및
    상기 정상 여부 확인 단계에서 상기 극점 주파수가, 상기 기준 주파수의 정상 범위에 포함되면 배터리 시스템을 정상인 것으로 판단하는 정상 판단 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 이상 판단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 분석 단계에서는
    상기 하부 가속도 센서에서 측정된 가속도를 기준으로 하여, 상기 수집된 상부 가속도 센서에서 측정된 가속도의 변화를 주파수에 따라 분석하여, 주파수에 대한 가속도 변화 파형으로 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 이상 판단 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주파수 분석 단계에서는
    산출된 주파수에 대한 가속도 변화 파형에서, 피크 가속도 값을 가질 때의 주파수인 극점 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 이상 판단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정상 여부 확인 단계에서,
    상기 극점 주파수가, 상기 기준 주파수의 정상 범위에 포함되지 않는다면 배터리 시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비정상 판단 단계; 및
    상기 배터리 시스템이 비정상임을 운전자에게 알리는 알림 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 이상 판단 방법.
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