KR20190073066A

KR20190073066A - 전류 센서 에러 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190073066A
Application number: KR1020170174362A
Authority: KR
Inventors: 박준식
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-26
Also published as: KR102421368B1

Abstract

전류 센서 에러 진단 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 전류 센서 에러 진단 장치는, 미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류 센서를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 제2 전류 센서를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 전류값 샘플링부; 동일한 타이밍에 샘플링된 복수의 제1 전류값 및 제2 전류값들 각각에 대해서 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지 판단하는 제1 판단부; 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 빈도수 산출부; 및 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 제2 판단부를 포함함으로써, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 다양한 시스템에 적용될 수 있고, 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단할 수 있음은 물론, 순간적인 전류 변화나 주파수 변화에 강인한 특성을 가지며 에러 진단의 정확성과 신뢰성을 개선한다.

Description

전류 센서 에러 진단 장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosing current sensor error}

본 발명은 전류 센서 에러 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 두 전류 센서의 상대적 관계를 이용하여 전류 센서 에러를 진단하는 전류 센서 에러 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전류 센서(current sensor)는 홀 센서나 센스 저항 등을 이용하여 직류 전류나 교류 전류를 감지하는 센서를 말한다. 최근, 휴대폰이나 태블릿 PC 등의 모바일 기기는 물론, 전기로 구동되는 차량(EV, HEV, PHEV)이나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 이차 전지 셀의 용도가 확장되면서, 이차 전지 셀의 충·방전 전류를 감지하는 전류 센서의 에러 발생 여부를 정확하게 진단하는 기술에 대한 관심과 요청이 급증하고 있다.

그러나, 한국 공개특허 제10-2010-0099461호에 개시된 바와 같이, 종래 기술들은 배터리 팩의 전압과 전류를 소정 시간 측정하고 그 전압 변화량 및 전류 변화량을 각각 전압 참조값 및 전류 참조값과 비교하여 전류 측정부의 에러를 진단하기 때문에, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등에 따라 전혀 다른 참조값들을 사용해야 하며, 다양한 시스템에 적용되기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 일본 공개특허 제1997-023501호에 개시된 바와 같이, 종래 기술은 전류 센서의 출력이 소정 시간 0 상태로 유지되는 경우에 에러가 발생한 것으로 진단하기 때문에, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러만 진단할 수 있을 뿐, 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들은 진단할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러 진단에 적용될 수 있고, 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단할 수 있음은 물론, 순간적인 전류 변화나 주파수 변화에 강인한 특성을 가지며 에러 진단의 정확성과 신뢰성을 개선할 수 있는, 전류 센서 에러 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 센서 에러 진단 장치는, 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서의 전류값들을 수신하여, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단하는 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛의 판단 결과를 수신하여 저장하는 저장 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류 센서를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 제2 전류 센서를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 전류값 샘플링부; 동일한 타이밍에 샘플링된 복수의 제1 전류값 및 제2 전류값들 각각에 대해서 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지 판단하는 제1 판단부; 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 빈도수 산출부; 및 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 제2 판단부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 판단부는, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 빈도수 산출부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한 이후에, 상기 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋하도록 구성되고, 상기 전류값 샘플링부는, 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 대한 전류값 샘플링을 재개하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 상기 저장 유닛에 저장하는 에러 정보 처리부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 장치는, 시각적 정보를 출력하는 출력 유닛을 더 포함하고, 상기 에러 정보 처리부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 출력 유닛을 통해 시각적 정보로 출력하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 장치는, 유선 통신 또는 무선 통신을 수행하는 통신 유닛을 더 포함하고, 상기 에러 정보 처리부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 통신 유닛을 통해 타 장치로 전송하도록 구성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 상술한 전류 센서 에러 진단 장치를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 에러 정보 처리부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서를 통해 전류값을 측정하여 이차 전지 셀의 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정 유닛으로 SOC 추정 중단을 요청하도록 구성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 센서 에러 진단 방법은, BMS(Battery Management System)의 프로세서가 동일한 이차 전지 셀의 전류를 측정하도록 구성된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 방법으로서, (a) 미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 복수의 전류 센서 중 제1 전류 센서를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 복수의 전류 센서 중 제2 전류 센서를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 단계; (b) 동일한 타이밍에 샘플링된 복수의 제1 전류값 및 제2 전류값들 각각에 대해서 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지 판단하는 단계; (c) 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 단계; 및 (d) 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방법은, 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한 이후에, 상기 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋하고, 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계를 반복하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방법은, (e) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 상기 BMS의 저장 유닛에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방법은, (f) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 BMS의 출력 유닛을 통해 시각적 정보로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방법은, (g) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 BMS의 통신 유닛을 통해 타 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방법은, (h) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서의 전류값을 이용하여 이차 전지 셀의 SOC(State of Charge)를 추정하는 상기 BMS의 SOC 추정 유닛으로 SOC 추정 중단을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 전류 센서의 전류값들만을 이용하여 전류 센서들의 에러를 진단함으로써, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러를 진단할 수 있으며, 복수의 전류 센서를 포함하는 다양한 시스템에 용이하게 적용될 수 있다. 상기 시스템은 복수의 전류 센서를 통해 측정된 전류값들의 평균값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있으며, 동시에 전류 센서의 오류를 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

또한, 동시에 두 전류 센서가 측정한 전류값들을 상호 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단함으로써, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러는 물론 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단해낼 수 있다.

특히, 두 전류 센서가 실제 측정한 전류값들 간의 차이값을 기반으로 전류 센서의 에러 발생 여부를 반복적으로 판단하여 판단 결과들을 누적하고, 누적된 판단 결과들을 통해 판단 결과별 빈도수를 산출한 후, 판단 결과별 빈도수를 통해 다시 최종적인 에러 발생 여부를 확률적으로 판단함으로써, 순간적인 전류 변화나 주파수 변화에 강인한 특성을 가지며 에러 진단의 정확성과 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한, 고주파 전류가 입력될 경우 전류 센서들 간의 차단 주파수 차이에 따라 측정 전류값들 간에 차이가 발생하여 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 오진되는 현상 등을 근본적으로 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 에러 진단 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 제어 유닛의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 3은 두 전류 센서 간의 전류 차이값에 따른 잠정적 에러 판단시 정상 상태 및 에러 상태로 판단되는 전류값 범위를 직교 좌표계로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 에러 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서 설명되는 실시예들에 있어서, 전류 센서의 전류원으로서 설명되는 이차 전지 셀은, SOC 추정 등을 위해 전류 센서를 사용하는 이차 전지 셀들을 총칭하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 이차 전지 셀에 사용된 양극재, 음극재, 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 이차 전지 셀의 내·외부의 구조 등에 따라 이차 전지 셀의 명칭이 변경되더라도 해당 셀은 모두 이차 전지 셀에 포함될 수 있다.

또한, 본 발명은 이차 전지 셀의 전류를 측정하는 전류 센서의 에러를 진단하는 것뿐만 아니라, 다수의 이차 전지 셀을 직렬 연결하여 고전압을 구현한 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 전기 모터의 전류를 측정하는 전류 센서 등의 에러를 진단하는 것에도 적용될 수 있는 것임을 미리 밝혀 둔다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 에러 진단 장치(100)가 블록도로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전류 센서 에러 진단 장치(100)는 동일 전류를 측정하도록 구성된 복수의 전류 센서(12a, 12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 발생한 에러를 진단하는 장치로서, BMS(Battery Management System)(10)에 포함되는 장치로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 전류 센서 에러 진단 장치(100)는 BMS(10)와 연동하는 별개의 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 전류 센서 에러 진단 장치(100)는 BMS(10)와 통신 인터페이스 또는 I/O 인터페이스를 통해 연결될 수 있으며, 전류 센서의 에러 진단 정보를 BMS(10) 측으로 전달할 수 있다.

BMS(10)는, 이차 전지 셀(20)의 충·방전 전류, 전압, 온도 등을 주기적으로 측정하여 모니터하며 이차 전지 셀(20)의 SOC(State of Charge)를 추정하고, 추정 결과에 따라 충전 유닛(30)을 통해 이차 전지 셀(20)을 충전하는 등, 이차 전지 셀(20)에 대한 전반적인 관리를 수행하는 배터리 관리 시스템이다. 이를 위해, BMS(10)는 복수의 전류 센서(12a, 12b), 전압 센서(14), 온도 센서(16), SOC 추정 유닛(18) 등을 포함할 수 있다.

복수의 전류 센서(12a, 12b)는, 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류를 일정 주기마다 측정한다. 복수의 전류 센서(12a, 12b)는 동일 전류를 측정하도록 구성된다. 일례로, 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 상호 직렬로 연결한 직렬 회로가 이차 전지 셀(20)의 충·방전 전류가 흐르는 선로 상에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 다른 일례로, 복수의 전류 센서(12a, 12b)가 모두 동일한 등가 저항을 가지도록 설계된다면, 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 상호 병렬로 연결한 병렬 회로가 이차 전지 셀(20)의 충·방전 전류가 흐르는 선로 상에 직렬로 연결되도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, BMS(10)가 상호 직렬 연결된 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 이용하여 전류를 측정하는 경우, BMS(10)는 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 통해 측정된 전류값들의 평균값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있으며, 동시에 전류 센서의 오류를 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, BMS(10)가 상호 병렬 연결된 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 이용하여 전류를 측정하는 경우, BMS(10)는 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 통해 측정된 전류값들의 합산값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있다.

복수의 전류 센서(12a, 12b)의 전류 측정 시점은, SOC 추정 과정이 진행되는 동안에는 SOC 추정 유닛(18)에 의해 컨트롤될 수 있으며, 전류 센서 에러 진단 과정이 진행되는 동안에는 전류 센서 에러 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)에 의해 컨트롤될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 전류 센서 에러 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)은 SOC 추정 유닛(18)을 포함하도록 구성될 수 있다.

전류 센서 에러 진단 과정에서 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 전류 측정 시점이 제어 유닛(110)에 의해 컨트롤되는 경우, 각각의 전류 센서(12a, 12b)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 도전 라인을 통해 제어 유닛(110)과 전기적으로 결합된다. 각각의 전류 센서(12a, 12b)는 제어 유닛(110)의 통제 하에, 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 일정 주기마다 동일한 타이밍에 측정하고, 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제어 유닛(110)으로 출력할 수 있다. 제어 유닛(110)은 각각의 전류 센서로부터 출력되는 신호에 따라 전류의 크기를 결정하고 결정된 전류값을 자체 저장하거나 저장 유닛(120)에 저장할 수 있다.

각각의 전류 센서(12a, 12b)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항으로 구성될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다. 제어 유닛(110)은 홀 센서에서 출력되는 전압 신호 또는 센스 저항의 양쪽 단자 사이에 인가되는 전압을 측정하고, 전압 신호 또는 측정된 전압을 이용하여 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 결정할 수 있다. 제어 유닛(110)은 홀 센서에서 출력되는 전압 신호 또는 센스 저항의 양쪽 단자에 인가되는 전압을 디지털 값으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있다.

홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하는 기술은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 전압 센서(14)와 온도 센서(16)는 주로 SOC 추정이나 그 밖에 이차 전지 셀(20)의 관리를 위해 사용되는 센서이다.

전압 센서(14)는, 이차 전지 셀(20)의 전압을 측정한다. 이를 위해, 전압 센서(14)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 SOC 추정 유닛(18)과 전기적으로 결합된다. 전압 센서(14)는 SOC 추정 유닛(18)의 통제 하에, 이차 전지 셀(20)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 일정 주기마다 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 SOC 추정 유닛(18)으로 출력할 수 있다. SOC 추정 유닛(18)은 전압 센서(14)로부터 출력되는 신호에 따라 전압을 결정하고 결정된 전압값을 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장할 수 있다.

전압 센서(14)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로로 구성될 수 있다. 일 예로, 전압 측정 회로는 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다. 이차 전지 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 센서(14)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

온도 센서(16)는, 이차 전지 셀(20)의 온도를 측정한다. 온도 측정 시점은 SOC 추정 유닛(18)에 의해 컨트롤된다. 이를 위해, 온도 센서(16)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 SOC 추정 유닛(18)과 전기적으로 결합된다. 온도 센서(16)는 SOC 추정 유닛(18)의 통제 하에, 이차 전지 셀(20)의 온도를 일정 주기마다 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 SOC 추정 유닛(18)으로 출력할 수 있다. SOC 추정 유닛(18)은 온도 센서(16)로부터 출력되는 신호에 따라 이차 전지 셀(20)의 온도를 결정하고 결정된 온도값을 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장할 수 있다.

온도 센서(16)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)로 구성될 수 있다. 이차 전지 셀의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(16)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

SOC 추정 유닛(18)은, 이차 전지 셀(20)에 대한 SOC 추정을 수행한다. SOC 추정 유닛(18)은 이차 전지 셀(20)이 충전 또는 방전되는 동안 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장된 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류를 적산하여 이차 전지 셀(20)의 SOC를 측정할 수 있다.

SOC의 초기값은, 일반적으로 이차 전지 셀의 충전 또는 방전이 시작되기 전에 이차 전지 셀(20)의 개방 회로 전압을 측정하고, 개방 회로 전압별로 SOC를 정의한 룩업 테이블을 참조하여 결정될 수 있다.

실시예에 따라, SOC 추정 유닛(18)은 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter)를 이용하여 이차 전지 셀(20)의 SOC를 산출할 수 있다. 확장 칼만 필터는 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 배터리 셀의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다.

확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일례로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)의 논문 "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3" (Journal of Power Source 134, 2004, 252-261)를 참조할 수 있으며, 본 명세서의 일부로서 위 논문이 합체될 수 있다.

이차 전지 셀(20)의 SOC는 상술한 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 이차 전지 셀(20)의 전압, 온도 및 전류를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.

상기 산출된 SOC 값은 SOC 추정 유닛(18)에 저장되거나 BMS(10)에 포함된 저장 유닛(120)에 저장될 수 있다.

충전 유닛(30)은, SOC 추정 유닛(18) 또는 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장된 SOC 값을 참조하여 이차 전지 셀(20)의 충전과 방전을 전반적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 충전 유닛(30)은 SOC에 따라 출력을 정의한 룩업 테이블을 참조하여 이차 전지 셀(20)의 충전 출력 또는 방전 출력을 제어할 수 있다. 또한, 충전 유닛(30)은 이차 전지 셀(20)의 SOC가 100%에 도달되면 충전을 종료하고, SOC가 0%에 도달되면 방전을 중단할 수 있다. 물론, 충전과 방전이 종료되는 SOC %는 100%보다 낮게 그리고 0% 보다 크게 설정될 수 있다. 상기 룩업 테이블은 SOC 추정 유닛(18) 또는 BMS(10)에 포함된 저장 유닛(120)에 미리 저장될 수 있다.

도 1에는 이차 전지 셀(20)에 충전 전류를 공급하는 전류원과 이차 전지 셀(20)의 방전 전류가 공급되는 부하는 도시되어 있지 않다.

상기 전류원은 상용 전원 또는 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 엔진과 결합된 제너레이터 또는 브레이크와 결합된 회생 충전 장치일 수 있다. 상기 부하는 이차 전지 셀(20)의 방전 전력을 소모하는 디바이스로서 차량의 모터에 결합되거나 또는 각종 전자 디바이스에서 필요로 하는 전력을 공급하는 쌍방향 인버터 등의 전력 변환 회로일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상술한 SOC 추정 유닛(18)은 전류 센서 에러 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)과 통합적으로 구성될 수도 있다. 즉, 상술한 SOC 추정 유닛(18)의 기능을 제어 유닛(110)이 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 에러 진단 장치(100)는, 제어 유닛(110) 및 저장 유닛(120)을 포함하며, 실시예에 따라 출력 유닛(130), 통신 유닛(140) 등을 더 포함할 수 있다.

제어 유닛(110)은, 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 주기적으로 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

저장 유닛(120)은, 제어 유닛(110)의 판단 결과 등을 수신하여 저장한다. 저장 유닛(120)은 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예컨대, 저장 유닛(120)은 RAM, ROM, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다.

또한, 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)이 접근할 수 있도록, 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 연결을 통해, 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)이 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생하는 데이터를, 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다. 저장 유닛(120)은 논리적으로 2개 이상으로 분할될 수 있으며, 그 일부 또는 전부는 제어 유닛(110) 내에 포함될 수도 있다.

출력 유닛(130)은, 제어 유닛(110)의 제어 신호에 따라 시각적 정보를 출력한다. 출력 유닛(130)은 제어 유닛(110)의 제어 신호를 수신할 수 있도록 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 출력 유닛(130)은 시각적 정보를 출력할 수 있다면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예컨대, 출력 유닛(130)은 광신호를 출력하는 LED(Light-Emitting Diode)로 구성되거나, 이미지를 표시하는 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 또는 AMOLED(Active Matrix Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 디스플레이 유닛 등으로 구성될 수 있다.

통신 유닛(140)은, 제어 유닛(110)의 제어 신호에 따라 외부 통신 장치와 유선 통신 또는 무선 통신을 수행한다. 통신 유닛(140)은 제어 유닛(110)의 제어 신호와 전송 데이터를 수신하여 외부 통신 장치로 전송하거나, 외부 통신 장치로부터 수신된 데이터를 제어 유닛(110)에 전달할 수 있도록 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 통신 유닛(140)은 외부 통신 장치와 데이터 통신을 수행할 수 있다면 그 종류에 특별한 제한이 없다.

통신 유닛(140)은 외부 통신 장치의 통신 케이블 단자가 연결되는 통신 포트와 통신 인터페이스 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 통신 유닛(140)은 태그 방식에 의해 제어 유닛(110) 또는 저장 유닛(120)의 데이터를 외부 통신 장치로 전송할 수 있도록 NFC(Near Field Communication) 통신 모듈이나 RFID(Radio Frequency IDentification) 통신 모듈을 포함하거나, 주변 통신 장치와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있도록 블루투스(bluetooth) 통신 모듈, WiFi 통신 모듈 또는 지그비(ZigBee) 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 제어 유닛(110)은 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 주기적으로 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

도 2에는 본 발명에 적용되는 제어 유닛(110)의 일례가 블록도로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 제어 유닛(110)은 전류값 샘플링부(111), 제1 판단부(112), 빈도수 산출부(113) 및 제2 판단부(114)를 포함하며, 실시예에 따라 에러 정보 처리부(115) 등을 더 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 구성요소들은 제어 유닛(110)이 실행하는 프로그램 모듈을 구성하는 요소들일 수 있다. 프로그램 모듈은 저장 유닛(120)에 미리 수록된 후 제어 유닛(110)에 의해 실행될 수 있다. 하나의 구성요소는 다른 구성요소와 통합될 수 있다. 또한, 하나의 구성요소는 2개 이상의 서브 구성요소로 분리될 수 있다. 하나의 구성요소에 의해 생성된 데이터는 별도의 언급이 없더라도 저장 유닛(120)에 저장된 후 다른 구성요소에 의해 참조될 수 있다.

전류값 샘플링부(111)는, 미리 설정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류 센서(12a)를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 제2 전류 센서(12b)를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하고, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달한다. 본 발명의 실시예에서, 제1 및 제2 전류값의 샘플링 회수는 N회로 미리 설정될 수 있다. 제1 판단부(112)는, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 수신할 때마다 각각 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지를 판단한다. 이 경우, 제1 판단부(112)는 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값, 예컨대 17[A]를 초과하였는지 판단할 수 있다. 상기 기준값은 하나의 예시이므로 다른 값으로 얼마든지 변경될 수 있다.

제1 판단부(112)는, 아래 수학식 1과 같이 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.

[수학식 1]

｜제1 전류값 - 제2 전류값｜ ≤ 17 [A]

반면, 제1 판단부(112)는, 아래 수학식 2와 같이 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 판단할 수 있다.

[수학식 2]

｜제1 전류값 - 제2 전류값｜＞ 17 [A]

바람직하게, 제1 판단부(112)는 전류 센서의 에러 발생 판단 결과를 N회에 걸쳐서 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

도 3에는 두 전류 센서 간의 전류 차이값에 따른 잠정적 에러 판단시 정상 상태 및 에러 상태로 판단되는 전류값 범위가 직교 좌표계로 도시되어 있다.

도 3의 직교 좌표계에서, X축은 제1 전류값, Y축은 제2 전류값을 나타낸다. 이차 전지 셀(20)이 충전 중일 때 측정되는 전류값에는 양의 값이 할당되고, 이차 전지 셀(20)이 방전 중일 때 측정되는 전류 값에는 음의 값이 할당된다.

도 3을 참조하면, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 즉 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 각각 X 및 Y 좌표로 하는 점이 점선 L1과 점선 L2 사이의 D1 영역에 속하는 경우 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 잠정 판단될 수 있다.

이론적 관점에서 보면, 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 동일 전류를 측정하기 때문에, 제1 전류값 및 제2 전류값을 나타낸 점은 기울기가 1인 직선상에 위치해야 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 하지만, 전류 센서들의 허용 오차 등을 고려하여 제1 전류값 및 제2 전류값에 대응되는 점이 D1 영역에 속하면 해당 전류 센서들(12a, 12b)이 정상 상태로 판단될 수 있다.

반면, 제1 판단부(112)는, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 즉 제1 전류값 및 제2 전류값에 해당하는 점이 점선 L1과 점선 L2 바깥쪽인 D2 영역에 속하는 경우 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 잠정 판단할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 빈도수 산출부(113)는 제1 판단부(112)의 판단 결과들을 N회에 걸쳐 순차적으로 전달받아 제1 전압값과 제2 전압값 간의 차이값 크기가 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출한다. 이 경우, 제1 빈도수는 정상 상태로 잠정 판단된 빈도수를 의미하는 것이고 제2 빈도수는 에러 상태로 잠정 판단된 빈도수를 의미하는 것으로 볼 수 있다. 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸친 제1 빈도수와 제2 빈도수의 적산이 완료되면 제 1빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한다.

제2 판단부(114)는, 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제1 판단부(112)로부터 수신하면 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제1 판단부(112)로부터 수신하면 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단한다.

제2 판단부(114)는 아래 수학식 3과 같이 에러 판정 비율(R)을 산출할 수 있다.

[수학식 3]

R = [제1 빈도수 / (제1 빈도수 + 제2 빈도수)] × 100 [%]

제2 판단부(112)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 이상인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반면, 제2 판단부(114)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 미만인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단한다. 예컨대, 제2 판단부(114)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 이상인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 기준 비율 95% 미만인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 바람직하게, 제2 판단부(114)는 전류 센서에 대한 에러 판단 정보를 에러 정보 처리부(115)로 전달한다.

에러 정보 처리부(115)는, 상기 제2 판단부(114)로부터 수신한 에러 판단 정보가 전류 센서에 에러가 발생되었음을 지시하는 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한다. DTC는 시스템 에러들을 각각 고유한 코드로 나타낸 것이다. 저장 유닛(120)에 저장된 DTC는 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송될 수 있다.

즉, 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장하고, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 DTC와 함께 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송할 수 있다. 이 경우, 외부 장치는 전류 센서의 진단 결과를 판독하는 장치이거나, 이차 전지 셀(20)이 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 탑재된 경우 차량의 전지 디바이스의 동작을 전반적으로 관리하는 ECU일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 출력 유닛(130)을 통해 시각적 정보로 출력할 수 있다. 이 경우, 출력 유닛(130)은 LED를 점등하거나, 디스플레이 유닛을 통해 에러 발생 알림 메시지를 출력할 수 있다.

또한, 에러 정보 처리부(115)는, 상기 제2 판단부(114)로부터 수신한 에러 판정 정보가 전류 센서에 에러가 발생되었음을 지시하는 경우, SOC 추정 유닛(18)으로 SOC 추정 중단을 요청할 수 있다. 중단 요청을 받은 SOC 추정 유닛(18)은 SOC 추정을 중단하고 중단 완료 신호를 제어 유닛(110)으로 전송하거나, 통신 인터페이스를 통해 BMS(10)의 상위 제어 시스템으로 전송할 수 있다.

한편, 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸쳐 적산된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한 이후에, 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋한다. 또한, 전류값 샘플링부(111)는 주기적인 다음 진단 시점이 도래하면 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 대한 전류값 샘플링을 재개한다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 에러 진단 방법이 흐름도로 도시되어 있다. 이하, 도 4를 참조하여 전류 센서 에러 진단 장치(100)가 수행하는 동작들을 시계열적으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 전류 센서 에러 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)은 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 일정 시점마다 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

제어 유닛(110)은 전류값 샘플링 개시 전 초기치로서 샘플링 횟수(n)는 1로 설정하고, 제1 빈도수 및 제2 빈도수는 각각 0으로 설정할 수 있다.

제어 유닛(110)의 전류값 샘플링부(111)는, 미리 결정된 복수의 샘플링 시점(tn)마다, 상기 제1 전류 센서(12a)를 통해 측정되는 제1 전류값(I1n) 및 상기 제2 전류 센서(12b)를 통해 측정되는 제2 전류값(I2n)을 동일한 타이밍에 샘플링하고, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값(I1n, I2n)을 제1 판단부(112)로 전달한다(S410).

그 다음, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값에 대하여 각각 두 전류값들 간의 차이값 크기, ｜I1n - I2n｜가 미리 결정된 기준값, 예컨대 17[A]를 초과하였는지를 판단한다(S420).

제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기 ｜I1n - I2n｜가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 판단하고, 판단 결과를 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 정상 상태로 판단된 횟수를 나타내는 제1 빈도수에 1을 가산하여 제1 빈도수를 누적적으로 산출하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S430).

반면, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기 ｜I1n - I2n｜가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 판단하고, 판단 결과를 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 에러 상태로 판단된 횟수를 나타내는 제2 빈도수에 1을 가산하여 제2 빈도수를 누적적으로 산출하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S440).

제어 유닛(110)은 미리 결정된 샘플링 횟수(N)만큼 상술한 과정들(S410 내지 S440)을 반복한다(S450, S455).

빈도수 산출부(113)는 N회에 걸친 전류 센서의 에러 진단 결과에 대해 제1 빈도수와 제2 빈도수가 누적 산출되면, 누적 산출된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제어 유닛(110)의 제2 판단부(114)로 전달한다.

제어 유닛(110)의 제2 판단부(114)는, 상기 수학식 3과 같이 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율(R)을 산출하고(S460), 상기 산출된 에러 판정 비율(R)을 미리 결정된 기준 비율, 예컨대 95%와 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단한다(S470).

제2 판단부(112)는 산출된 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 이상인 경우 최종적으로 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 또한, 제어 유닛(110)은 미리 결정된 다음 진단 주기가 도래하면, 상술한 과정들(S400 내지 S470)을 반복할 수 있다(S480). 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸쳐 누적 산출된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한 이후에는 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋한다. 제어 유닛(110)의 전류값 샘플링부(111)는 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 대한 전류값 샘플링을 재개한다.

반면, 제2 판단부(112)는 산출된 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 미만인 경우 최종적으로 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단하고, 전류 센서의 에러 진단 정보를 에러 정보 처리부(115)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S490).

선택적으로, 에러 정보 처리부(115)는 전류 센서 에러를 나타내는 DTC를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한 이후에, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 DTC와 함께 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 에러 정보 처리부(115)는 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 출력 유닛(130)을 통해 시각적 정보로 출력할 수 있다. 이 경우, 출력 유닛(130)은 LED를 점등하거나, 디스플레이 유닛을 통해 에러 발생 알림 메시지를 출력할 수 있다.

또한, 에러 정보 처리부(115)는, 제2 판단부(114)로부터 전달된 전류 센서의 에러 진단 정보가 전류 센서에 에러가 발생한 것을 지시하는 경우 SOC 추정 유닛(18)으로 SOC 추정 중단을 요청할 수 있다. 중단 요청을 받은 SOC 추정 유닛(18)은 SOC 추정을 중단하고 중단 완료 신호를 제어 유닛(110)으로 전송하거나, 통신 인터페이스를 통해 BMS(10)의 상위 제어 시스템으로 전송할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제어 유닛(110)은 상술한 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어 유닛(110)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 발명의 저장 유닛(120)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

또한, 제어 유닛(110)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명에 있어서, 이차 전지 셀은 하나의 단위 셀을 지시할 수도 있고, 복수의 단위 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 단위 셀의 집합체를 지시할 수도 있다. 단위 셀의 집합체는 전지 모듈 또는 전지 팩으로 명명될 수 있으며, 본 발명은 단위 셀의 연결 수와 연결 방식 등에 의해 제한되지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 두 전류 센서의 전류값들만을 이용하여 전류 센서들의 에러를 진단함으로써, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러를 진단할 수 있으며, 특히 2개의 전류 센서를 포함하는 다양한 시스템에 용이하게 적용될 수 있다. 상기 시스템은 2개의 전류 센서를 통해 측정된 전류값의 평균값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있으며, 동시에 전류 센서의 오류를 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

또한, 본 발명은 동시에 두 전류 센서가 측정한 전류값들을 상호 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단함으로써, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러는 물론 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단해낼 수 있다.

또한, 본 발명은 두 전류 센서가 실제 측정한 전류값들 간의 차이값을 기반으로 전류 센서의 에러 발생 여부를 반복적으로 판단하여 판단 결과들을 누적하고, 누적된 판단 결과들을 통해 판단 결과별 빈도수를 산출한 후, 판단 결과별 빈도수를 통해 다시 최종적인 에러 발생 여부를 확률적으로 판단함으로써, 순간적인 전류 변화나 주파수 변화에 강인한 특성을 가지며 에러 진단의 정확성과 신뢰성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명은 고주파 전류가 입력될 경우 전류 센서들 간의 차단 주파수 차이에 따라 측정 전류값들 간에 차이가 발생하여 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 오진되는 현상 등을 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어서, '~부' 또는 '~유닛'이라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 전류 센서 에러 진단 장치 110 : 제어 유닛
111 : 전류값 샘플링부 112 : 제1 판단부
113 : 빈도수 산출부 114 : 제2 판단부
115 : 에러 정보 처리부 120 : 저장 유닛
130 : 출력 유닛 140 : 통신 유닛

Claims

복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 전류 센서 에러 진단 장치에 있어서,
동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서의 전류값들을 수신하여, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단하는 제어 유닛; 및
상기 제어 유닛의 판단 결과를 수신하여 저장하는 저장 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류 센서를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 제2 전류 센서를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 전류값 샘플링부;
동일한 타이밍에 샘플링된 복수의 제1 전류값 및 제2 전류값들 각각에 대해서 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지 판단하는 제1 판단부;
상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 빈도수 산출부; 및
상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 제2 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 판단부는, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 빈도수 산출부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한 이후에, 상기 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋하도록 구성되고,
상기 전류값 샘플링부는, 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 대한 전류값 샘플링을 재개하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 상기 저장 유닛에 저장하는 에러 정보 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 장치는, 시각적 정보를 출력하는 출력 유닛을 더 포함하고,
상기 에러 정보 처리부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 출력 유닛을 통해 시각적 정보로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 장치는, 유선 통신 또는 무선 통신을 수행하는 통신 유닛을 더 포함하고,
상기 에러 정보 처리부는, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 통신 유닛을 통해 타 장치로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 장치.
제1항에 따른 전류 센서 에러 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서를 통해 전류값을 측정하여 이차 전지 셀의 SOC(State of Charge)를 추정하는 SOC 추정 유닛으로 SOC 추정 중단을 요청하는 에러 정보 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
BMS(Battery Management System)의 프로세서가 동일한 이차 전지 셀의 전류를 측정하도록 구성된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 방법에 있어서,
(a) 미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 복수의 전류 센서 중 제1 전류 센서를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 복수의 전류 센서 중 제2 전류 센서를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 단계;
(b) 동일한 타이밍에 샘플링된 복수의 제1 전류값 및 제2 전류값들 각각에 대해서 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지 판단하는 단계;
(c) 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 단계; 및
(d) 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한 이후에, 상기 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋하고, 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
(e) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 상기 BMS의 저장 유닛에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
(f) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 BMS의 출력 유닛을 통해 시각적 정보로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
(g) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 BMS의 통신 유닛을 통해 타 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.
제9항에 있어서,
(h) 상기 (d) 단계에서 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서의 전류값을 이용하여 이차 전지 셀의 SOC(State of Charge)를 추정하는 상기 BMS의 SOC 추정 유닛으로 SOC 추정 중단을 요청하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 에러 진단 방법.