KR20160071046A - 배터리 상태 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 배터리 상태 진단 장치에 관한 것으로, 본 명세서의 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부, 상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부의 충전 전압을 측정하는 모니터링부, 상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부를 충전하고, 상기 배터리부의 충전 전압을 측정하는 충전부 및 상기 모니터링부와 상기 충전부에서 각각 측정된 상기 배터리부의 전압을 비교하고, 상기 비교 결과를 통해 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 상태 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF BATTERY CONDITION}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리의 상태를 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리에서 누설 전류가 발생하는지 보다 정확하게 진단하는 기술에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
또한, 이러한 전기 에너지를 이용하는 자동차는 차량 외부에 있는 충전 장치로부터 에너지를 공급받아 배터리를 충전하게 된다. 이 때, 배터리의 충전이 제대로 이루어지고 있는지는 배터리와 연결된 배터리 관리 시스템에서 진단하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 배터리 상태를 진단하는 기술은 배터리 관리 시스템 내에 미세한 누설 전류가 발생할 경우 배터리 상태를 정확하게 진단할 수 없는 문제점이 있다.
본 명세서는 차량에 탑재된 배터리의 상태를 차량 외부에 있는 충전기에서의 측정 값과 차량 내부에 있는 배터리 관리 시스템에서의 측정 값을 비교하여 진단함으로써, 보다 정확한 배터리 상태 진단을 가능하게 함을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 상태 진단 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부, 상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부의 제1 충전 전압을 측정하는 모니터링부, 상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부를 충전하고, 상기 배터리부의 제2 충전 전압을 측정하는 충전부 및 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 비교하고, 상기 비교 결과를 통해 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 충전부는 상기 제어부로부터 상기 배터리부의 충전 전압을 측정하라는 명령을 수신 받으면 상기 제2 충전 전압을 측정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제2 충전 전압을 기준으로 하여 상기 제1 충전 전압과 비교할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교하여 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 클러스터에 경고등이 점등되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 알려줄 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려줄 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 상태 진단 방법은 충전부와 모니터링부에서 각각 배터리부의 제1 충전 전압과 제2 충전 전압을 동시에 측정하는 전압 측정 단계, 제어부에서 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 비교하는 전압 비교 단계 및 상기 전압 비교 단계에서의 비교 결과를 통해 상기 제어부에서 상기 배터리부에 누설 전류가 흐르는지 판단하는 누설 전류 판단 단계를 포함한다.
또한, 상기 전압 측정 단계 이전에 상기 충전부가 상기 제어부로부터 상기 배터리부의 전압을 측정하라는 명령을 수신받는 측정 명령 수신 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 비교 단계는 상기 제2 충전 전압을 기준으로 하여 상기 제1 충전 전압과 비교할 수 있다.
또한, 상기 누설 전류 판단 단계는 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교하여 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단할 수 있다.
또한, 상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 클러스터에 경고등이 점등되도록 하는 경고등 점등 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 알려주는 누설 전류 알림 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려주는 점검 결과 알림 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서는 차량에 탑재된 배터리의 상태를 차량 외부에 있는 충전기에서의 측정 값과 차량 내부에 있는 배터리 관리 시스템에서의 측정 값을 비교하여 진단함으로써, 보다 정확한 배터리 상태 진단을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치의 배터리 상태를 진단하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 1을 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 충전부(10), 배터리부(20), 모니터링부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.
배터리부(20)는 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리부(20)는 고전압 배터리로, 리튬 이온 전지를 포함한다. 이때, 리튬 이온 전지는 양극에 망간계 재료를, 음극에 비정질계 탄소재료를 각각 이용한 복수의 셀로 구성될 수 있다. 예를 들어 96개의 셀이 직렬로 접속 되어 구성될 수 있다. 리튬 이온 전지의 각각의 셀의 정격 용량은 5.5 Ah(Ampere Hour), 정격 전압은 3.6 V(Volt) 일 수 있다.
모니터링부(30)는 배터리부(20)와 연결되어 배터리부(20)의 충전 전압을 측정한다. 이 때 충전 전압은 제1 충전 전압으로 지칭될 수 있다. 또한 이는 배터리부(20)가 충전부(10)에 의해 충전 되는 전압을 의미한다.
충전부(10)는 배터리부(20)와 연결되어 배터리부(20)를 충전하거나 방전한다.
또한, 충전부(10)는 차량 외부에 설치되어 배터리부(20)를 충전 또는 방전하는 경우에만 배터리부(20)와 연결될 수도 있다.
또한, 충전부(10)는 배터리부(20)가 충전 중인 경우 충전 전압을 측정한다. 이 때 충전 전압은 제2 충전 전압으로 지칭될 수 있다. 또한 이는 충전부(10)가 배터리부(20)를 충전하는 전압을 의미한다.
또한, 충전부(10)는 제어부(40)로부터 배터리부(20)의 전압을 측정하라는 명령을 수신 받는 경우에 배터리부(20)의 전압을 측정할 수 있다.
제어부(40)는 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압을 비교한다. 이는 모니터링부(30)에서 측정된 전압과 충전부(10)에서 측정된 전압이 동일한지 비교하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 제어부(40)는 충전부(10)에서 측정된 배터리부(20)의 전압을 기준으로 하여 모니터링부(30)에서 측정된 배터리부(10)의 전압과 비교할 수 있다. 이는 충전부(10)에서 배터리부(20)로 전압을 공급하기 때문에 충전부(10)에서 측정된 전압이 보다 정확한 값을 나타낼 수 있음을 반영한 것이다.
또한, 제어부(40)는 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교할 수 있다. 이는 충전부(10)와 모니터링부(30)에 각각에 탑재된 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 오차 최대값의 합을 통해 비교하는 것을 의미할 수 있다.
제어부(40)는 상기 비교 결과를 통해 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생하는지 판단한다. 즉, 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압이 다른 경우, 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생한다고 판단할 수 있다. 반대로 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압이 같은 경우, 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단할 수 있다. 누설 전류가 발생하는 경우는 배터리부(20)의 전압이 제대로 충전되지 않는 경우를 의미한다. 또한 누설 전류가 발생하지 않는 경우는 배터리부(20)의 전압이 제대로 충전되고 있는 경우를 의미한다.
또한, 제어부(40)는 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 클러스터에 경고등이 점등되도록 할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 이상이 있음을 알려줄 수 있다. 예를 들어, 차량의 AVN 등의 비디오 장치에 경고 메시지를 띄우거나 차량의 오디오 장비를 통해서 경고음을 울리는 형태 등을 상정할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 배터리부(20)에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려 줄 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치의 배터리 상태를 진단하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 방법은 먼저, 차량과 차량의 배터리부(20)에 전기 에너지를 공급하는 충전부(10)가 연결된다(S101).
이후, 차량의 배터리 관리 시스템에서 차량이 충전부(10)에 연결됨을 인식한다(S103).
이후, 제어부(40)는 충전부(10)로 배터리부(20)의 전압을 측정하라는 명령을 송신한다(S105).
이후, 충전부(10)는 배터리부(20)의 전압을 측정하라는 명령을 수신하였음을 확인하는 신호를 제어부(40)로 송신한다(S107).
이후, 충전부(10)와 모니터링부(30)에서 배터리부(20)의 전압을 동시에 각각 측정한다(S109).
이후, 모니터링부(30)에서 측정된 배터리부(20)의 전압을 제어부(40)에서 저장한다(S111).
이후, 충전부(10)는 측정된 배터리부(20)의 전압을 제어부(40)로 전송한다(S113).
이후, 제어부(40)는 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압을 비교한다(S115). 이는 모니터링부(30)에서 측정된 전압과 충전부(10)에서 측정된 전압이 동일한지 비교하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 제어부(40)는 충전부(10)에서 측정된 배터리부(20)의 전압을 기준으로 하여 모니터링부(30)에서 측정된 배터리부(10)의 전압과 비교할 수 있다. 이는 충전부(10)에서 배터리부(20)로 전압을 공급하기 때문에 충전부(10)에서 측정된 전압이 보다 정확한 값을 나타낼 수 있음을 반영한 것이다.
또한, 제어부(40)는 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 배터리부(20)의 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교할 수 있다.
이후, 제어부(40)는 모니터링부(30)와 충전부(10)에서 각각 측정된 전압간 오차가 있는지, 즉 양 전압이 다른지 확인한다(S117). 이는 충전부(10)와 모니터링부(30)에 각각에 탑재된 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 오차 최대값의 합을 통해 확인하는 것을 의미할 수 있다.
이후, 제어부(40)는 S117 단계에서 판단 결과 오차가 없는 경우, 즉 배터리부(20)에서 누설 전류가 없는 경우 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려 준다(S119).
그러나, 제어부(40)는 S117 단계에서 판단 결과 오차가 있는 경우, 즉 배터리부(20)에서 누설 전류가 있는 경우 차량의 운전자에게 이상이 있음을 알려주고, 차량의 클러스터에 경고등을 점등한다(S121). 차량의 운전자에게 이상이 있음을 알려주는 것은 예를 들어, 차량의 AVN 등의 비디오 장치에 경고 메시지를 띄우거나 차량의 오디오 장비를 통해서 경고음을 울리는 형태 등을 상정할 수 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 배터리 상태 진단 장치
10 : 충전부 20 : 배터리부
30 : 모니터링부 40 : 제어부

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부;
    상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부의 제1 충전 전압을 측정하는 모니터링부;
    상기 배터리부에 연결되어 상기 배터리부를 충전하고, 상기 배터리부의 제2 충전 전압을 측정하는 충전부; 및
    상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 비교하고, 상기 비교 결과를 통해 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단하는 제어부를 포함하는 배터리 상태 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전부는 상기 제어부로부터 상기 배터리부의 충전 전압을 측정하라는 명령을 수신 받으면 상기 제2 충전 전압을 측정하는 배터리 상태 진단 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 충전 전압을 기준으로 하여 상기 제1 충전 전압과 비교하는 배터리 상태 진단 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교하여 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단하는 배터리 상태 진단 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 클러스터에 경고등이 점등되도록 하는 배터리 상태 진단 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 알려주는 배터리 상태 진단 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려주는 배터리 상태 진단 장치.
  8. 충전부와 모니터링부에서 각각 배터리부의 제1 충전 전압과 제2 충전 전압을 동시에 측정하는 전압 측정 단계;
    제어부에서 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 비교하는 전압 비교 단계; 및
    상기 전압 비교 단계에서의 비교 결과를 통해 상기 제어부에서 상기 배터리부에 누설 전류가 흐르는지 판단하는 누설 전류 판단 단계를 포함하는 배터리 상태 진단 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전압 측정 단계 이전에 상기 충전부가 상기 제어부로부터 상기 배터리부의 전압을 측정하라는 명령을 수신받는 측정 명령 수신 단계를 더 포함하는 배터리 상태 진단 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 전압 비교 단계는 상기 제2 충전 전압을 기준으로 하여 상기 제1 충전 전압과 비교하는 배터리 상태 진단 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 누설 전류 판단 단계는 상기 제1 충전 전압과 상기 제2 충전 전압을 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환된 디지털 값을 비교하여 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하는지 판단하는 배터리 상태 진단 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 클러스터에 경고등이 점등되도록 하는 경고등 점등 단계를 더 포함하는 배터리 상태 진단 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생한다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 알려주는 누설 전류 알림 단계를 더 포함하는 배터리 상태 진단 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 누설 전류 판단 단계에서 판단 결과 상기 배터리부에서 누설 전류가 발생하지 않는다고 판단한 경우, 차량의 운전자에게 점검 결과 정상 충전된 것을 알려주는 점검 결과 알림 단계를 더 포함하는 배터리 상태 진단 방법.
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