KR20160069304A - 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법 - Google Patents

차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 키 온(Key On), 엔진 기동, 차량 내 구동 모터, 에어컨, LDC (Low-Voltage DC-DC Converter) 등 부하 부품의 동작 등의 단계별 절연 저항을 측정하여, 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 필요한지 여부에 따라 정상 주행 또는 릴레이를 차단(OFF)하여 차량 주행을 중지하며, 차량 주행 상태에 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스할 수 있는 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법에 관한 것이다.

Description

차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법{Method for Diagnosing Leakage of Electric Parts and Servicing Guide of Driving State for Vehicle in Battery Management System}
본 발명은 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품의 진단과 그 안내 방법에 관한 것으로서, 특히, 차량 주행 중 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 필요한지 여부에 따라 정상 주행 또는 릴레이를 차단(OFF)하여 차량 주행을 중지하며, 차량 주행 상태에 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스할 수 있는 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법에 관한 것이다.
차량 배터리 시스템의 고장이 발생할 경우 이를 모니터링하는 차량 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)는 시스템의 안전성 확보를 위해 배터리 릴레이를 차단하고 차량 주행을 중지시킬 수 있다. 예를 들어, 배터리 누액/열화, 케이블 단락, 기타 차량 내 고전압 시스템이나 전자 부품에서의 절연 저항의 파괴로 차량 섀시(chassis)에 누전되는 경우, 탑승자의 전기 감전에 대한 안전성 확보를 위하여 해당 차량 상태를 운전자에게 경보하고 차량 주행을 중지시켜야 한다.
법규상으로도 500Ω/V 이상의 절연저항이 요구되고 있으며, 200V 배터리의 경우, 절연저항이 100㏀ 이상으로 유지되어야 하므로, 마진을 고려하여 300㏀ 이상의 절연저항이 유지되도록 하고 그 이하에서는 차량 주행이 금지되도록 관리되고 있다.
그러나, 종래의 배터리 관리 시스템에서는, 차량 주행 중 절연파괴 고장 부품의 위치 파악없이 절연 저항의 파괴만을 판단하여 배터리 릴레이를 차단하므로 어느 부품이 문제인지 확인할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 애프터 서비스를 받는 경우에, 정비소에서는 강제로 고전압 부품 등을 하나씩 동작시키면서 절연저항을 측정하여 고장 부품을 확인하게 되지만, 시간이 지난 후에는 알 수 없는 원인이 제거되어 절연저항 고장 부품이 없게 될 수도 있고, 고장 부품이 확인되더라도 문제 발생 당시의 고장부품인지 여부가 확실하지 않아 대처나 조치가 정확하지 않아 사후 다른 고장 부품이 발생될 수 있는 등 오정비나 과정비의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 차량 키 온(Key On), 엔진 기동, 차량 내 구동 모터, 에어컨, LDC (Low-Voltage DC-DC Converter) 등 부하 부품의 동작 등의 단계별 절연 저항을 측정하여, 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 필요한지 여부에 따라 정상 주행 또는 릴레이를 차단(OFF)하여 차량 주행을 중지하며, 차량 주행 상태에 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스할 수 있는 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 절연 고장의 진단과 안내를 위한 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법은, 차량 주행 전후를 포함한 차량 상태의 각 단계에 대하여 배터리 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정하고, 측정된 상기 절연 저항에 대응된 시정수에 대하여 메모리에 저장된 해당 차량 상태의 기준 시정수 테이블을 참조하여 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하는 단계; 및 상기 고장의 발생에 따라, 해당 고장 부품의 차량 주행에의 필요 여부를 결정하여, 주행 불가 결정에 대하여는 상기 배터리 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이를 오프하고, 주행 가능 결정에 대하여는 상기 릴레이의 접속을 허용하되, 상기 해당 고장 부품에 대한 진단 결과 메시지를 생성하여 차량 내부 표시장치에 제공하는 단계를 포함한다.
상기 기준 시정수 테이블은, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태, 차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태 중 어느 하나 이상의 차량 상태에 대한 기준 시정수값을 포함할 수 있다.
상기 구동 부하는, 구동 모터, HSG(Hybrid Starter Generator) 모터, 또는 에어컨 컴프레서 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기준 시정수 테이블은, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 구동 부하는 배터리 충전을 위한 OBC(On-Board Charger)를 포함할 수 있다.
상기 진단은, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태에서, 상기 릴레이의 접속 전 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고, 상기 결정은 상기 경우에 대응된 배터리 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 포함할 수 있다.
상기 진단은, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고, 상기 결정은 상기 경우에 대응된 상기 고전압 DC 케이블이나 이에 링크된 상기 고전압 부품 또는 상기 LDC의 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 포함할 수 있다.
상기 진단은, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter), 및 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고, 상기 결정은 상기 경우에 대응된 해당 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 포함할 수 있다.
상기 진단에서, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에, 상기 결정은 상기 경우에 대응된 상기 다른 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 절연 고장의 진단과 안내를 위한 차량 배터리 관리 시스템은, 차량 주행 전후를 포함한 차량 상태별 정전용량과 기준 시정수 테이블을 저장한 메모리; CAN(Controller Area Network)으로부터 상기 차량 상태에 대한 정보를 수신하는 차량 정보 수신부; 상기 차량 상태의 각 단계에 대하여 배터리 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정하는 측정부; 상기 정전용량을 이용해 산출한 측정된 상기 절연 저항에 대응된 시정수에 대하여 상기 기준 시정수 테이블을 참조하여 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하고, 상기 고장의 발생에 따라, 해당 고장 부품의 차량 주행에의 필요 여부를 결정하여, 주행 불가 결정에 대하여는 상기 배터리 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이를 오프하고, 주행 가능 결정에 대하여는 상기 릴레이의 접속을 허용하는 제어부; 및 상기 해당 고장 부품에 대한 진단 결과 메시지를 생성하여 차량 내부 표시장치에 제공하는 표시정보 제공부를 포함할 수 있다.
상기 기준 시정수 테이블은, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태, 차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태 중 어느 하나 이상의 차량 상태에 대한 기준 시정수값을 포함할 수 있다.
상기 구동 부하는, 구동 모터, HSG(Hybrid Starter Generator) 모터, 또는 에어컨 컴프레서 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기준 시정수 테이블은, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 구동 부하는 배터리 충전을 위한 OBC(On-Board Charger)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태에서, 상기 릴레이의 접속 전 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 배터리 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 상기 고전압 DC 케이블이나 이에 링크된 상기 고전압 부품 또는 상기 LDC의 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter), 및 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 해당 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 상기 다른 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 배터리 관리 시스템의 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법에 따르면, 차량 키 온(IG On), 엔진 기동, 차량 내 구동 모터, 에어컨, LDC (Low-Voltage DC-DC Converter) 등 부하 부품의 동작 등의 단계별 절연 저항의 파괴 여부를 측정하여, 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 불필요한 경우 우선 차량 주행은 가능하도록 하고 사후 조치할 수 있도록 편의를 제공할 수 있다.
또한, 절연 저항의 파괴 여부의 판단에 간단한 시정수 테이블을 이용하므로 시스템 구현이 용이하다.
그리고, 절연 저항의 파괴에 대하여 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스함으로써, 사후 정비 시에 문제 발생 당시의 고장부품인지 여부를 확실하게 알려줄 수 있으므로 오정비나 과정비 염려없이 정비를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템의 구체적인 블록도이다.
도 3은 도 2의 측정부에 대한 회로도의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 파괴 시의 시정수 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 상태의 각 단계별 진단 시점과 고장 발생에 따른 처리 예를 나타내는 표이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 고전압 부품인 인버터들(11, 13)나 이에 3상 케이블을 통하여 연결된 구동모터(12)나 에어컨(14), LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)(15) 등 차량 내 모든 전자 부품을 포함하는 부하(10)에, 전력 공급과 관리를 담당하는 배터리 시스템(20)에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)은, 각종 센서나 CAN(Controller Area Network)으로부터의 각종 차량 상태 정보를 수집하여, 배터리 시스템(20)이 정상적으로 동작하도록 절연 파괴 등에 의한 고장 발생을 모니터링하고 고전압 릴레이(22)의 개폐를 제어하며 고장 부품의 위치를 적절히 안내할 수 있다. 배터리 시스템(20)은 배터리 관리 시스템(110), 즉, BMS(Battery Management System) 이외에도, 각종 부하(10)에 전력을 공급하기 위한 배터리(21)를 포함하며, 배터리(21)의 양극 및 음극은 배터리 관리 시스템(110)의 제어에 따라 부하(10)의 두 단자와 각각의 고전압 릴레이(22)를 통하여 접속되거나 접속이 차단(또는 오프)될 수 있다.
여기서, 도 1과 같이, 부하(10)에 포함될 수 있는 몇가지 부품들을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부하(10)에는 다른 고전압 부품인 인버터에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받아 스타팅을 지원하는 HSG(Hybrid Starter Generator) 모터, FATC(Full Automatic Temperature Control System, 자동온도조절장치), PTC(Positive temperature coefficient) 히터 등이나, 또는 릴레이(22)를 통해 배터리(21)에 연결되어 배터리(21) 충전을 지원하는 OBC(On-Board Charger, 완속 충전기) 등 다양한 구동 부하가 더 포함될 수 있다.
배터리 관리 시스템(110)은 각종 센서나 CAN(Controller Area Network)으로부터의 각종 감지 신호를 이용하여, 배터리(21) 양극 또는 음극과 차량 섀시(chassis) 간 절연 저항을 감지할 수 있을 뿐만아니라, 기타 부하에서의 단락이나 기타 이상 발생 시 해당 고장에 따라 적절하게 고전압 릴레이(22)를 오프시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서는 차량 키 온(IG On), 엔진 기동, 차량 내 구동 모터(12), 에어컨(14), LDC (Low-Voltage DC-DC Converter)(15) 등 부하 부품의 동작 등의 단계별 절연 저항의 파괴 여부를 측정하여, 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 불필요한 경우 우선 차량 주행은 가능하도록 하고 사후 조치할 수 있도록 편의를 제공하도록 하였으며, 또한, 하기하는 바와 같이 절연 저항의 파괴 여부의 판단에 간단한 시정수 테이블을 이용하므로 시스템 구현이 용이하도록 하였다. 이와에도, 절연 저항의 파괴에 대하여 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스함으로써, 사후 정비 시에 문제 발생 당시의 고장부품인지 여부를 확실하게 알려줄 수 있으므로 오정비나 과정비 염려없이 정비를 용이하게 할 수 있도록 하고자 하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)의 구체적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)은, 제어부(111), 메모리(112), 차량 정보 수신부(113), 측정부(114), 및 표시정보 제공부(115)를 포함할 수 있다. 이와 같은 차량 배터리 관리 시스템(110)의 각부 구성요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다. 제어부(111)는 차량 배터리 관리 시스템(110)의 각부 구성요소들에 대한 전반적인 제어를 담당하는 반도체 프로세서일 수 있으며, 각부 구성요소들의 다른 어느 하나 이상의 기능을 포함하여 기능을 수행하도록 구현될 수도 있다.
먼저, 차량 배터리 관리 시스템(110)의 각부 구성요소들의 기능을 간단히 설명한다.
메모리(112)에는 차량 주행 전후를 포함한 차량의 단계별 각 상태에 대하여 미리 튜닝(tuning)하여 준비된 기준 시정수 테이블이 저장된다. 또한, 메모리(112)에는 차량의 단계별 각 상태에 대한 정전용량도 저장될 수 있다.
차량의 단계별 각 상태에서, 미리 측정하여 알고 있는 각 단계의 절연 저항의 파괴가 없는 정상 상태인 경우에 대하여, 미리 측정한 해당 정전 용량 등과 함께 튜닝(tuning)하여 준비된 기준 시정수 테이블이 메모리(112)에 저장될 수 있다. 시정수는 절연 저항과 정전 용량을 곱한 값에 해당한다.
차량 정보 수신부(113)는 차량 내부의 제어 기기들(또는 장치들) 간 감지 정보나 제어 정보 등 필요한 정보의 송수신이 이루어지는 CAN(Controller Area Network)으로부터 차량 주행 전후를 포함한 차량의 단계별 각 상태에 대하여 차량 상태에 대한 정보를 수신한다.
측정부(114)는 위와 같은 차량 상태의 각 단계에 대하여 배터리(21) 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정한다. 예를 들어, 측정부(114)는 도 3과 같은 회로를 이용할 수 있다. 즉, 도 3에서, 제어 장치(도시되지 않음)의 제어에 따라 제1스위치(SW1)을 닫고 제2스위치(SW1)는 오픈 후, 절연저항 산출부(400)는 배터리(21) 양극과 섀시 간 절연 저항, R1, 및 Ro에 분배되는 전압 중 Ro에 분배된 전압을 입력받아 해당 절연 저항을 산출해 출력할 수 있다. 마찬가지로, 도 3에서, 제어 장치(도시되지 않음)의 제어에 따라 제1스위치(SW1)을 오픈하고 제2스위치(SW1)는 닫은 후, 절연저항 산출부(400)는 배터리(21) 음극과 섀시 간 절연 저항, R2, 및 Ro에 분배되는 전압 중 Ro에 분배된 전압을 입력받아 해당 절연 저항을 산출해 출력할 수 있다. 측정부(114)는 이와 같은 배터리(21) 양극 또는 음극에 대한 해당 절연 저항 중 어느 하나를 이용하거나 또는 이들의 평균값을 이용할 수도 있다.
제어부(111)는 측정부(114)에서 측정된 해당 절연 저항에 대하여 메모리(112)의 해당 차량 상태에 대한 정전용량을 이용해 해당 시정수를 산출할 수 있으며, 측정된 절연 저항에 대응된 시정수에 대하여 메모리(112)의 기준 시정수 테이블을 참조하여 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하고, 진단 결과 고장인 경우 해당 고장의 발생에 따라, 해당 고장 부품의 차량 주행에의 필요 여부를 결정하여, 주행 불가 결정에 대하여는 배터리(21) 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이(22)를 오프하고, 주행 가능 결정에 대하여는 릴레이(22)의 접속을 허용하는(또는 접속하는) 제어를 수행할 수 있다.
표시정보 제공부(115)는 위와 같은 고장 발생에 따른 해당 고장 부품에 대한 진단 결과 메시지를 생성하여 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다. 예를 들어, 진단 결과 메시지로서, 배터리(21), 고전압 DC(Direct Current) 케이블(2), LDC(15), 고전압 부품(11, 13), 3상 케이블(3)로 연결되는 구동 모터(12), 에어컨 컴프레서(14), HSG 모터(미도시), 또는 OBC(미도시) 등의 고장 발생에 대한 적절한 메시지(예, 위치 알림, 해당 부품 오프 필요성 경보 등)가 차량 내부 표시장치에 제공될 수 있다. 차량 내부 표시장치로서, 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말, 또는 텔레메틱스단말이나 그에 페어링된 사용자 이동 단말 등 다양한 형태가 사용될 수 있다.
이하 도 4의 흐름도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)의 동작을 좀더 자세히 설명한다.
먼저, 차량 정보 수신부(113)는 차량 내부의 제어 기기들(또는 장치들) 간 감지 정보나 제어 정보 등 필요한 정보의 송수신이 이루어지는 CAN(Controller Area Network)으로부터 차량 주행 전후를 포함한 차량의 단계별 각 상태에 대하여 차량 상태에 대한 정보를 수신할 수 있다(S10).
이때 측정부(114)는 차량 정보 수신부(113)가 수신하는 차량 상태에 대한 정보에 따른 해당 차량 상태에 대하여 배터리(21) 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정한다(S20).
제어부(111)는 측정부(114)에서 측정된 해당 절연 저항에 대하여 메모리(112)의 해당 차량 상태에 대한 정전용량을 이용해 해당 시정수를 산출할 수 있으며, 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하기 위하여, 메모리(112)의 기준 시정수 테이블에서 해당 차량 상태에 대한 시정수를 추출한다(S21).
메모리(112)의 기준 시정수 테이블은, 도 6을 참조하면, 차량에 시동 키를 꼽고 차량 제어 기기들(예, ECU 등)에 배터리(21) 전원이 인가된 시동전 활성화 상태의 기준 시정수값(예, 배터리-섀시 간 절연저항 Rb와 해당 정전용량 Cb에 대응), 차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블(2)을 통한 하나 이상의 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등)과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)(15)에 배터리(21) 전원이 인가된 차량 레디(ready) 상태의 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl)에 대응), 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하(예, OBC)가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl||Ro)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl+Co)에 대응), 상기 차량 레디 상태에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등) 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블(3)을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하(예, 구동 모터(12), HSG 모터(미도시), 또는 에어컨 컴프레서(14) 등)가 턴온된 상태의 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl||Rk)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl+Ck)에 대응) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 구동 모터(12)가 턴온된 경우, Rk=Rm, Ck=Cm이다. 또한, HSG 모터(미도시)가 턴온된 경우, Rk=Rh, Ck=Ch이다. 또한, 에어컨 컴프레서(14)가 턴온된 경우, Rk=Rc, Ck=Cc이다.
먼저, 제어부(111)가 이와 같은 메모리(112)의 기준 시정수 테이블에서, 위와 같은 차량 상태 중 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들(예, ECU 등)에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태에 대한 시정수(예, 배터리-섀시 간 절연저항 Rb와 해당 정전용량 Cb에 대응)를 추출한 경우(S30), 릴레이(22)의 접속 전 배터리(21) 양극 또는 음극에 대하여 측정한 절연 저항에 대응된 시정수가 메모리(112)의 기준 시정수 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 되면(도 5 참조), 배터리(21)에서의 절연이 파괴된 것으로 판단하고(S31), 이때 주행 불가 결정을 수행하여 배터리(21) 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이(22)를 오프한다(S32). 이때 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 배터리(21) 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, "절연파괴 위치가 배터리입니다. 배터리 관련 절연 상태를 정비하십시요." 등)를 생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90).
또한, 제어부(111)가 이와 같은 메모리(112)의 기준 시정수 테이블에서, 차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블(2)을 통한 하나 이상의 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등)과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)(15)에 배터리(21) 전원이 인가된 차량 레디(ready) 상태의 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl)에 대응)을 추출한 경우(S40), 릴레이(22) 접속 상태의 해당 배터리(21) 양극 또는 음극에 대하여 측정한 절연 저항에 대응된 시정수가 메모리(112)의 기준 시정수 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 되면(도 5 참조), 고전압 DC 케이블(2)이나 이에 링크된 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등)또는 LDC(15)에서의 절연이 파괴된 것으로 판단하고(S41), 이때 주행 불가 결정을 수행하여 배터리(21) 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이(22)를 오프한다(S42). 이때 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 고전압 DC 케이블(2)이나 이에 링크된 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등) 또는 LDC(15) 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, "절연파괴 위치가 고전압 DC 케이블이나 그 링크 단입니다. 고전압 DC 케이블이나 그 링크 단과 관련된 절연 상태를 정비하십시요." 등)를 생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90).
또한, 제어부(111)가 이와 같은 메모리(112)의 기준 시정수 테이블에서, 위와 같은 차량 레디 상태(릴레이(22)의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC 등의 전원 인가상태)에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품(예, 인버터 11, 13 등) 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블(3)을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하(예, 구동 모터(12), HSG 모터(미도시), 또는 에어컨 컴프레서(14) 등)가 턴온된 상태의 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl||Rk)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl+Ck)에 대응)을 추출할 수 있다(S50/S60/S70). 여기서, 구동 모터(12)가 턴온된 경우, Rk=Rm, Ck=Cm이다. 또한, HSG 모터(미도시)가 턴온된 경우, Rk=Rh, Ck=Ch이다. 또한, 에어컨 컴프레서(14)가 턴온된 경우, Rk=Rc, Ck=Cc이다.
이때, 제어부(111)가 해당 상태의 배터리(21) 양극 또는 음극에 대하여 측정한 절연 저항에 대응된 시정수가 메모리(112)의 기준 시정수 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 되면(도 5 참조), 구동 모터(12), HSG 모터(미도시), 또는 에어컨 컴프레서(14) 등 해당 구동 부하의 절연이 파괴된 것으로 판단하고(S51/S61/S71), 이때에는 주행에는 문제가 없으므로 해당 고장 발생에 대하여는 릴레이(22)의 접속을 허용하는 주행 가능 결정을 수행한다(S52/S62/S72).
이때 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 구동 모터(12)의 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, " 절연파괴 위치가 구동 모터입니다. 엔진으로만 주행가능 상태이고 구동 모터의 절연 상태를 정비하십시요.")생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90). 또한, 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 HSG 모터(미도시)의 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, " 절연파괴 위치가 HSG 모터입니다. 정상 주행가능하나 회생 제동 시 충전 불가하니 HSG 절연 상태를 정비하십시요.")생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90). 그리고, 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 에어컨 컴프레서(14)의 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, " 절연파괴 위치가 에어컨 컴프레서 입니다. 정상 주행가능하나 에어컨 동작 불가하니 에어컨 컴프레서 절연 상태를 정비하십시요.")생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90).
이외에도, 제어부(111)가 이와 같은 메모리(112)의 기준 시정수 테이블에서, 위와 같은 차량 레디 상태(릴레이(22)의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC 등의 전원 인가상태)에 더하여, 배터리(21)에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하(예, OBC)가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값(예, 해당 상태의 절연저항(Rb||Ri||Ra||Rl||Ro)와 정전용량(Cb+Ci+Ca+Cl+Co)에 대응)을 추출하는 경우(S80), 해당 상태의 배터리(21) 양극 또는 음극에 대하여 측정한 절연 저항에 대응된 시정수가 메모리(112)의 기준 시정수 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 되면(도 5 참조), OBC(미도시) 등 구동 부하의 절연이 파괴된 것으로 판단하고(S81), 이때에도 주행에는 문제가 없으므로 해당 고장 발생에 대하여는 릴레이(22)의 접속을 허용하는 주행 가능 결정을 수행한다(S82). 이때, 표시정보 제공부(115)는 이와 같은 OBC(미도시) 등 구동 부하의 고장 발생에 따른 해당 진단 결과 메시지(예를 들어, " 절연파괴 위치가 OBC 입니다. 정상 주행가능하나 완속 충전 불가하니 OBC 절연 상태를 정비하십시요.")생성하여 차량 내부 계기판의 클러스터, 내비게이션 단말 등 차량 내부 표시장치에 제공할 수 있다(S90).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 배터리 관리 시스템(110)에서는, 효과적인 절연파괴 고장 부품 진단 및 안내 방법에 따라, 차량 키 온(IG On), 엔진 기동, 차량 내 구동 모터, 에어컨, LDC (Low-Voltage DC-DC Converter) 등 부하 부품의 동작 등의 단계별 절연 저항의 파괴 여부를 측정하여, 절연파괴 고장 부품이 차량 주행에 불필요한 경우 우선 차량 주행은 가능하도록 하고 사후 조치할 수 있도록 편의를 제공할 수 있다. 또한, 절연 저항의 파괴 여부의 판단에 간단한 시정수 테이블을 이용하므로 시스템 구현이 용이하다. 그리고, 절연 저항의 파괴에 대하여 대하여 그 고장 부품별 필요한 안내를 서비스함으로써, 사후 정비 시에 문제 발생 당시의 고장부품인지 여부를 확실하게 알려줄 수 있으므로 오정비나 과정비 염려없이 정비를 용이하게 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
부하(10)
고전압 부품(11, 13)
구동모터(12)
에어컨(14)
LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)(15)
배터리 시스템(20)
릴레이(22)
배터리(21)
제어부(111)
차량 배터리 관리 시스템(110)
메모리(112)
차량 정보 수신부(113)
측정부(114)
표시정보 제공부(115)

Claims (18)

  1. 절연 고장의 진단과 안내를 위한 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법에 있어서,
    차량 주행 전후를 포함한 차량 상태의 각 단계에 대하여 배터리 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정하고, 측정된 상기 절연 저항에 대응된 시정수에 대하여 메모리에 저장된 해당 차량 상태의 기준 시정수 테이블을 참조하여 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하는 단계; 및
    상기 고장의 발생에 따라, 해당 고장 부품의 차량 주행에의 필요 여부를 결정하여, 주행 불가 결정에 대하여는 상기 배터리 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이를 오프하고, 주행 가능 결정에 대하여는 상기 릴레이의 접속을 허용하되, 상기 해당 고장 부품에 대한 진단 결과 메시지를 생성하여 차량 내부 표시장치에 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 시정수 테이블은,
    차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태,
    차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태,
    상기 차량 레디 상태에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태
    중 어느 하나 이상의 차량 상태에 대한 기준 시정수값을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 부하는, 구동 모터, HSG(Hybrid Starter Generator) 모터, 또는 에어컨 컴프레서 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기준 시정수 테이블은,
    상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다른 구동 부하는 배터리 충전을 위한 OBC(On-Board Charger)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진단은, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태에서, 상기 릴레이의 접속 전 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고,
    상기 결정은 상기 경우에 대응된 배터리 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진단은, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고,
    상기 결정은 상기 경우에 대응된 상기 고전압 DC 케이블이나 이에 링크된 상기 고전압 부품 또는 상기 LDC의 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 진단은, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter), 및 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우를 포함하고,
    상기 결정은 상기 경우에 대응된 해당 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 진단에서, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에,
    상기 결정은 상기 경우에 대응된 상기 다른 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템의 고장 부품 진단 방법.
  10. 절연 고장의 진단과 안내를 위한 차량 배터리 관리 시스템에 있어서,
    차량 주행 전후를 포함한 차량 상태별 정전용량과 기준 시정수 테이블을 저장한 메모리;
    CAN(Controller Area Network)으로부터 상기 차량 상태에 대한 정보를 수신하는 차량 정보 수신부;
    상기 차량 상태의 각 단계에 대하여 배터리 양극 또는 음극과 차량 섀시 간 절연 저항을 측정하는 측정부;
    상기 정전용량을 이용해 산출한 측정된 상기 절연 저항에 대응된 시정수에 대하여 상기 기준 시정수 테이블을 참조하여 해당 차량 상태와 연관된 부품의 고장 여부를 진단하고, 상기 고장의 발생에 따라, 해당 고장 부품의 차량 주행에의 필요 여부를 결정하여, 주행 불가 결정에 대하여는 상기 배터리 양극 및 음극에 연결된 각각의 릴레이를 오프하고, 주행 가능 결정에 대하여는 상기 릴레이의 접속을 허용하는 제어부; 및
    상기 해당 고장 부품에 대한 진단 결과 메시지를 생성하여 차량 내부 표시장치에 제공하는 표시정보 제공부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준 시정수 테이블은,
    차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태,
    차량 시동을 걸고 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태,
    상기 차량 레디 상태에 더하여, 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태
    중 어느 하나 이상의 차량 상태에 대한 기준 시정수값을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 부하는, 구동 모터, HSG(Hybrid Starter Generator) 모터, 또는 에어컨 컴프레서 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기준 시정수 테이블은,
    상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에 대한 기준 시정수값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다른 구동 부하는 배터리 충전을 위한 OBC(On-Board Charger)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 차량에 키를 꼽고 차량 제어 기기들에 전원이 인가된 시동전 활성화 상태에서, 상기 릴레이의 접속 전 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 배터리 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter)에 전원이 인가된 차량 레디 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 상기 고전압 DC 케이블이나 이에 링크된 상기 고전압 부품 또는 상기 LDC의 고장 발생에 대한 상기 주행 불가 결정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 차량 시동을 걸고 상기 릴레이의 접속으로 고전압 DC 케이블을 통한 하나 이상의 고전압 부품과 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter), 및 상기 하나 이상의 고전압 부품 중 어느 하나에 연결된 3상 케이블을 통하여 전원을 공급받는 구동 부하가 턴온된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 해당 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차량 레디 상태에 더하여, 배터리에 연결된 어느 하나 이상의 다른 구동 부하가 연결된 상태에서, 상기 배터리 양극 또는 음극에 대하여 측정한 상기 절연 저항에 대응된 시정수가 상기 테이블의 해당 기준 시정수 보다 작게 된 경우에 대응된 상기 다른 구동 부하의 고장 발생에 대한 상기 주행 가능 결정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 시스템.
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