KR20200002016A

KR20200002016A - 전류 센서 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200002016A
Application number: KR1020190078291A
Authority: KR
Inventors: 장호연; 이상진
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-01-07
Also published as: US11340301B2; EP3748388B1; CN111758042A; EP3748388A1; US20210033679A1; KR102427331B1; EP3748388A4; JP7078293B2; HUE064850T2; PL3748388T3; WO2020005025A1; JP2021511495A

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 구비된 전류 센서를 진단하는 과정에서 효과적으로 전류 센서를 진단할 수 있는 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치는, 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되어, 상기 셀 어셈블리의 양단 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 전류 센서와 전기적으로 연결되어, 상기 전류 센서로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 전압 측정부에 의해 미리 설정된 기준시간에서 측정된 상기 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 전류 측정부에 의해 상기 미리 설정된 기준시간 동안 누적하여 측정된 상기 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하며, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 상기 전류 센서를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

Description

전류 센서 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING CURRENT SENSOR}

본 출원은 2018년 06월 28일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2018-0074998에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

본 발명은 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 구비된 전류 센서가 정상인지 여부를 효과적으로 진단할 수 있는 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차 전지는 고출력, 대용량 이차 전지로서, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

또한, 이차 전지에 대한 많은 수요와 함께 이차 전지와 관련된 주변 부품이나 장치에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다. 즉, 복수의 이차 전지를 연결하여 하나의 모듈로 만든 셀 어셈블리, 셀 어셈블리의 충방전을 제어하고 각 이차 전지의 상태를 모니터링하는 BMS(Battery Management System), 셀 어셈블리와 BMS를 하나의 팩으로 만든 배터리 팩, 셀 어셈블리를 흐르는 충방전 전류를 측정하는 전류 센서 등 다양한 부품과 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

특히, 전류 센서는 충방전 경로상에 구비되어 충방전 전류를 측정하는 센서로서 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 전류 센서는, 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하기 위하여 정확한 전류 측정값을 BMS로 전달하는 것이 중요하다. 또한, BMS가 배터리의 SOC(State of Charge) 또는 SOH(State of Health)를 추정하고, 효과적인 셀 밸런싱 동작을 수행하기 위해서는 전류 센서가 정확한 전류 측정값을 BMS로 전달해야 한다.

이러한, 전류 센서의 정확도는 진단이 어렵다. 따라서, 당업계에서는 전류 센서의 정확도를 진단할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 하지만, 이러한 요구 조건은 진단 회로의 복잡성을 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 전압기준 충전 상태의 변화값과 전류기준 충전 상태의 변화값 간의 오차에 기반하여, 배터리 팩에 구비된 전류 센서의 고장 여부를 효과적으로 진단할 수 있는 개선된 전류 센서 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치는, 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로 상에 구비된 전류 센서를 진단하는 장치로서, 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되어, 상기 셀 어셈블리의 양단 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 전류 센서와 전기적으로 연결되어, 상기 전류 센서로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 전압 측정부에 의해 미리 설정된 적어도 2개의 기준시간 각각에서 측정된 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 전류 측정부에 의해 상기 기준시간 동안 누적하여 측정된 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하며, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 상기 전류 센서를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교하여, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 정상 범위에 속하는 경우 상기 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전류 센서 진단 장치는 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되어, 상기 셀 어셈블리의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 측정 전압 및 상기 온도 측정부에 의해 상기 기준시간 각각에서 측정된 측정 온도를 기초로 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 상기 셀 어셈블리의 측정 온도 간의 차이에 따라 상기 정상 범위를 변경시키도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 상기 셀 어셈블리의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 비교하여 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시로부터 충전 완료 시까지 상기 측정 전류를 적산하여 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전류 센서 진단 장치는 상기 셀 어셈블리의 양단 전압 또는 상기 양단 전압 및 온도에 대응하는 충전 전하량을 정의하는 룩업 테이블을 미리 저장하도록 구성된 메모리 디바이스를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 BMS는 본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전류 센서 진단 방법은 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로 상에 구비된 전류 센서를 진단하는 방법으로서, 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 각각에서 상기 셀 어셈블리의 양단 전압을 측정하고, 상기 기준시간 동안 상기 전류 센서가 구비된 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및 상기 기준시간에서 측정된 셀 어셈블리의 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간 동안 측정된 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하며, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 상기 전류 센서를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전류 센서를 진단하는 단계는, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교하여, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 정상 범위에 속하는 경우, 상기 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 측정하는 단계는, 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서, 상기 셀 어셈블리의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전류 센서를 진단하는 단계는, 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 측정 전압 및 측정 온도를 기초로 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간에서 측정된 상기 셀 어셈블리의 측정 온도 간의 차이에 따라 상기 정상 범위를 변경시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전류 센서를 진단하는 단계는, 상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 상기 셀 어셈블리의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 비교하여 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전류 센서를 진단하는 단계는, 상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시로부터 충전 완료 시까지 상기 측정 전류를 적산하여 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값을 이용하여, 효과적으로 전류 센서를 진단할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전류 센서의 오차를 연산함으로써, 전류 센서의 정확도를 측정할 수 있는 개선된 전류 센서 진단 장치 및 방법이 제공될 수 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 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 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성 요소와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 참조하는 측정 전압을 보여준다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 참조하는 전압-충전 전하량 룩업 테이블을 보여준다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '프로세서'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 배터리 팩에 구비된 전류 센서를 진단하는 장치일 수 있다. 여기서, 전류 센서는, 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서는, 셀 어셈블리의 음극 단자와 배터리 팩의 음극 단자 사이에 구비될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성 요소와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(1)는, 전압 측정부(100), 전류 측정부(200) 및 프로세서(300)를 포함한다.

상기 전압 측정부(100)는, 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 셀 어셈블리(10)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 셀 어셈블리(10)에 구비된 각 셀의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 전압 측정부(100)는, 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전압 측정부(100)는, 셀 어셈블리(10)의 양단으로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정부(100)는, 각 셀의 양단으로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 각 셀의 양단 전압을 측정할 수 있다.

바람직하게는, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전압 측정부(100)는, 프로세서(300)의 통제 하에 시간 간격을 두고 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 셀 어셈블리(10)의 음극 단자 사이의 전위차를 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(100)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다.

상기 전류 측정부(200)는, 전류 센서(30)와 전기적으로 연결되어, 전류 센서(30)로부터 전기적 신호를 수신할 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 전류 센서(30)로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(200)는, 전류 센서(30)의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전류 센서(30)의 일단은, 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 전류 센서(30)의 양단 전압을 측정하고, 전류 센서(30)의 양단 전압을 기초로 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(200)는, 옴의 법칙을 이용하여 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

바람직하게는, 전류 측정부(200)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 프로세서(300)의 통제하에 시간 간격을 두고 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(30)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다.

상기 프로세서(300)는, 전압 측정부(100)로부터 측정 전압을 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 전압 측정부(100)로부터 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 수신할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는, 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간에서 측정된 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 전압 측정부(100)로부터 시간차를 두고 측정 전압을 수신할 수 있다. 여기서, 시간차는, 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 간의 차이일 수 있다. 즉, 기준시간이란 적어도 2개의 서로 다른 시각을 의미할 수 있다. 그리고, 기준시간 동안이란 적어도 2개의 서로 다른 시각 동안을 의미할 수 있다. 예컨대, 기준시간은 t0 및 t1을 의미할 수 있고, 기준시간 동안은 t0 내지 t1 동안을 의미할 수 있다.

예를 들어, 미리 설정된 기준시간이 t0 및 t1인 경우, 프로세서(300)는, t0에 측정된 측정 전압을 전압 측정부(100)로부터 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, t1에 측정된 측정 전압을 전압 측정부(100)로부터 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, t0에 측정된 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 t1에 측정된 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 과정에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

또한, 프로세서(300)는, 전류 측정부(200)로부터 측정 전류를 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 전류 측정부(200)로부터 충방전 경로를 흐르는 측정 전류를 수신할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는, 미리 설정된 기준시간 동안 누적된 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 전류 측정부(200)로부터 수신한 측정 전류를 기초로 기준시간 동안 측정 전류를 적산하여 누적된 측정 전류값을 연산할 수 있다. 여기서, 기준시간은 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 기준시간이 t0 및 t1인 경우, 프로세서(300)는, t0로부터 t1까지 측정된 측정 전류를 전류 측정부(200)로부터 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, t0로부터 t1까지 누적된 측정 전류에 대응하는 충전 전하량을 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 과정에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

또한, 프로세서(300)는, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 전류 센서(30)를 진단하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교한 결과가 정상 범위에 속하는 경우 전류 센서(30)가 정상인 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 프로세서(300)는 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교한 결과가 정상 범위에 속하지 않으면, 전류 센서(30)가 비정상 상태인 것으로 진단할 수 있다. 여기서 정상 범위는 미리 설정된 범위로서, 프로세서(300)가 전류 센서(30)의 상태를 정상 상태라고 진단할 수 있는 기준 범위일 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(1)는, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 온도 측정부(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 온도 측정부(500)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 온도 측정부(500)는, 셀 어셈블리(10)에 장착되어 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 온도 측정부(500)는, 셀 어셈블리(10) 및 셀 어셈블리(10)에 구비된 각 셀의 온도를 측정할 수 있다.

바람직하게는, 온도 측정부(500)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 온도 측정부(500)는, 시간 간격을 두고 셀 어셈블리(10)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(500)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(1)는, 메모리 디바이스(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 메모리 디바이스(400)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(400)는, 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및/또는 온도에 대응되는 충전 전하량을 정의한 룩업 테이블을 미리 저장할 수 있다. 바람직하게, 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블은 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 대응되는 충전 전하량이 정의된 테이블일 수 있다.

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 전압 측정부(100), 전류 측정부(200) 및 온도 측정부(500)로부터 수신한 셀 어셈블리(10)에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여, 셀 어셈블리(10)의 충전 상태(예컨대, 충전 전하량)를 추정하고, 추정된 충전 상태를 모니터링할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는, 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블을 이용하여, 셀 어셈블리(10)가 충전 또는 방전되는 동안 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태를 모니터링할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는, 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 적산하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 셀 어셈블리(10)의 충전 또는 방전이 시작될 때 충전 상태의 초기값은 충전 또는 방전이 시작되기 전에 측정한 셀 어셈블리(10)의 개방 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 이용하여 결정할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(300)는 셀 어셈블리(10)의 온도 및 개방 전압 별로 충전 상태를 정의한 룩업 테이블을 이용하여 셀 어셈블리(10)의 개방 전압에 대응되는 충전 상태를 추정할 수 있다. 예컨대, 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블은 셀 어셈블리(10)의 온도 및 개방 전압에 대응되는 충전 전하량이 정의된 테이블일 수 있다.

다른 측면에서, 프로세서(300)는, 확장 칼만 필터를 이용하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 확장 칼만 필터는 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다. 여기서, 확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일 예로서 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, p. 252-261)을 참조할 수 있다.

셀 어셈블리(10)의 충전 상태는 전술한 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 셀 어셈블리(10)의 전압, 전류 및 온도를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교하여, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값의 차이가 정상 범위 내의 오차인 경우 전류 센서(30)가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값의 차이가 정상 범위에 속하면, 전류 센서(30)가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값의 차이를 이용하여 전류 센서(30)의 측정 오차를 연산할 수 있다.

<수학식 1>

여기서, ΔSOC(V)는 전압기준 충전 전하량의 변화값[Ah]이고, ΔSOC(I)는 전류기준 충전 전하량의 변화값[Ah]이고, ε는 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율을 의미한다. 여기서, ΔSOC(V) 및 ΔSOC(I)의 단위는 [Ah]이고, ε의 단위는 [%]일 수 있다.

예컨대, ΔSOC(V)는 t1에서 측정된 전압기준 충전 전하량과 t0에서 측정된 전압기준 충전 전하량 간의 차이일 수 있다. ΔSOC(I)는 t0 내지 t1동안 누적 적산된 전류기준 충전 전하량일 수 있다.

프로세서(300)는, 오차율(ε)이 정상 범위에 속하는 경우, 전류 센서(30)가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 오차율율(ε)이 정상 범위에 속하지 않는 경우, 전류 센서(30)가 고장 상태인 것으로 진단할 수 있다.

여기서, 정상 범위는 미리 설정된 기준 범위로서, 프로세서(300)는 산출된 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 차이인 오차율(ε)이 정상 범위 내에 속하는지 여부에 따라 전류 센서(30)의 상태를 진단할 수 있다.

정상 범위는 전류가 측정되는 시간 동안 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도에 기반하여 범위가 늘어나거나 줄어들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 셀 어셈블리(10)의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응되는 충전 전하량과 셀 어셈블리(10)의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응되는 충전 전하량을 비교하여 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다.

<수학식 2>

여기서, ΔSOC(V)는 전압기준 충전 전하량의 변화값이고, t0는 충전 시작 시점이고, t1은 충전 완료 시점이고, SOC(t0)는 충전 시작 시점(t0)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압에 대응되는 충전 전하량이고, SOC(t1)는 충전 완료 시점(t1)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압에 대응되는 충전 전하량이다.

또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 셀 어셈블리(10)의 충전 시작 시점(t0)으로부터 충전 완료 시점(t1)까지 측정 전류를 적산하여 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다.

한편, 프로세서(300)는, 셀 어셈블리(10)의 충전 시작 시의 측정 전압 및 측정 온도에 대응되는 충전 전하량과 셀 어셈블리(10)의 충전 완료 시의 측정 전압 및 측정 온도에 대응되는 충전 전하량을 비교하여 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 이 경우, 수학식 2의 SOC(t0)는 충전 시작 시점(t0)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 및 측정 온도에 대응되는 충전 전하량이고, SOC(t1)는 충전 완료 시점(t1)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 및 측정 온도에 대응하는 충전 전하량이다.

<수학식 3>

여기서, ΔSOC(I)는 전류기준 충전 전하량의 변화값이고, t0는 충전 시작 시점이고, t1은 충전 완료 시점이고, I는 측정 전류이다.

예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 양극 단자와 배터리 팩의 음극 단자에 충전 장치(50)가 전기적으로 연결되어, 셀 어셈블리(10)가 충전 장치(50)로부터 충전될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 셀 어셈블리(10)의 충전 시작 시점(t0)으로부터 충전 완료 시점(t1)까지 측정 전류를 적산하여 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다.

그리고, 프로세서(300)는 수학식 2를 통해서 산출된 전압기준 충전 전하량의 변화값(ΔSOC(V))과 수학식 3을 통해서 산출된 전류기준 충전 전하량의 변화값(ΔSOC(I))을 수학식 1에 대입함으로써, 오차율(ε)을 산출할 수 있다.

프로세서(300)는 산출한 오차율(ε)이 정상 범위에 속하는지 여부에 기반하여, 전류 센서(30)의 상태를 진단할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 상위제어장치(70)와 전기적으로 연결되어, 상위제어장치(70)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 전류 센서(30)의 진단 결과를 상위제어장치(70)로 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 전류 센서(30)가 고장 상태인 경우, 상위제어장치(70)로 알람을 전송할 수 있다.

한편, 프로세서(300)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서(300), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

한편, 메모리 디바이스(400)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리 디바이스(400)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(300)에 의해 각각 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 프로세서(300)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(300)가 각각 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 참조하는 측정 전압을 보여주고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 참조하는 전압-충전 전하량 룩업 테이블을 보여준다. 도 3 및 도 4에서, 전압의 단위는 [V], 시간(t)의 단위는 [h], 충전 전하량의 단위는 [Ah]이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 미리 설정된 기준시간 동안 시간차를 두고 수신된 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 전압 측정부(100)로부터 시간차를 두고 측정 전압을 수신할 수 있다. 여기서, 시간차는, 미리 설정된 기준시간의 차이일 수 있다.

예를 들어, 프로세서(300)는, 미리 설정된 기준시간이 t0 및 t1인 경우, 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, t0에 측정된 측정 전압 a[V]를 전압 측정부(100)로부터 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, t1에 측정된 측정 전압 b[V]를 전압 측정부(100)로부터 수신할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는, 도 4의 테이블에 도시된 바와 같이, t0에 측정된 측정 전압 3.2[V]에 대응되는 충전 전하량 10[Ah]와 t1에 측정된 측정 전압 4.0[V]에 대응되는 충전 전하량 40[Ah]를 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값인 30[Ah]를 연산할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는 t0에서 t1동안 셀 어셈블리(10)에 흐르는 전류량을 적산하여, 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산할 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는 전술한 수학식 3을 이용하여, 전류기준 충전 전하량의 변화값을 산출할 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예와 같이, 미리 설정된 기준시간인 t0 및 t1에서, 프로세서(300)에 의해 연산된 전압기준 충전 전하량의 변화값이 30[Ah]이라고 가정한다. 그리고, 프로세서(300)가 수학식 3을 이용하여 t0 내지 t1 동안 연산한 전류기준 충전 전하량의 변화값이 27[Ah]라고 가정한다. 이 경우, 전압기준 충전 전하량의 변화값(30[Ah])과 전류기준 충전 전하량의 변화값(27[Ah])을 수학식 1에 대입하면, 오차율(ε)이 10[%]로 산출될 수 있다. 여기서, 정상 범위가 -5[%] 내지 +5[%]로 설정되었다면, 산출된 오차율(ε)이 정상 범위에 속하지 않기 때문에, 프로세서(300)는 전류 센서(30)가 비정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.

다른 예로, 앞선 예시와 같이, 미리 설정된 기준시간인 t0 및 t1에서, 프로세서(300)에 의해 연산된 전압기준 충전 전하량의 변화값이 30[Ah]이라고 가정한다. 그리고, 프로세서(300)가 수학식 3을 이용하여 t0 내지 t1 동안 연산한 전류기준 충전 전하량의 변화값이 29[Ah]라고 가정한다. 이 경우, 전압기준 충전 전하량의 변화값(30[Ah])과 전류기준 충전 전하량의 변화값(29[Ah])을 수학식 1에 대입하면, 오차율(ε)이 3.3[%]로 산출될 수 있다. 앞선 실시예와 같이, 정상 범위가 -5[%] 내지 +5[%]로 설정되었을 때, 산출된 오차율(ε)이 정상 범위에 속하기 때문에, 프로세서(300)는 전류 센서(30)가 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.

한편, 프로세서(300)는 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 및 측정 온도에 기반하여 전압기준 충전 전하량을 추정할 수 있다.

구체적으로, 프로세서(300)는 메모리 디바이스(400)에 저장된 전압 및 온도에 대응되는 충전 전하량이 정의된 룩업 테이블을 이용하여, 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 및 측정 온도에 대응되는 전압기준 충전 전하량을 추정할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 전압 및 온도에 따라 전압기준 충전 전하량을 추정하고, 추정된 전압기준 충전 전하량 간의 차이를 연산하여 전압기준 충전 전하량의 변화값을 산출할 수 있다.

예컨대, 미리 설정된 기준시간 각각이 t0 및 t1이라고 가정한다. 전압 측정부(100)는 t0 및 t1 각각에서 셀 어셈블리(10)의 전압을 측정할 수 있다. 마찬가지로, 온도 측정부(500)도 t0 및 t1 각각에서 셀 어셈블리(10)의 온도를 측정할 수 있다. 프로세서(300)는 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블을 이용하여, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 전압과 온도에 따른 전압기준 충전 전하량을 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블을 이용하여, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 전압과 온도에 따른 전압기준 충전 전하량을 추정할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는 t0에서의 전압기준 충전 전하량과 t1에서의 전압기준 충전 전하량 간의 차이를 연산하여, 전압기준 충전 전하량의 변화값을 산출할 수 있다.

구체적으로, 도 3 및 도 4의 실시예에서, 프로세서(300)는, t0에 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 3.2[V] 및 측정 온도에 대응되는 충전 전하량 10[Ah]을 추정할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는 t1에 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압 4.0[V] 및 측정 온도에 대응되는 충전 전하량 40[Ah]을 추정할 수 있다. 그리고, 프로세서(300)는 추정된 t0에서의 충전 전하량(10[Ah])과 t1에서의 충전 전하량(40[Ah])을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값인 30[Ah]를 연산할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는 상기 정상 범위를 셀 어셈블리(10)의 온도를 고려하여 설정할 수 있다.

즉, 프로세서(300)는 정상 범위를 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라 늘리거나 줄임으로써, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 차이에 기반하여 전류 센서의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있다.

바람직하게, 프로세서(300)는 미리 설정된 기준시간에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도 간의 차이에 따라서 변경될 수 있다. 즉, 정상 범위는 상기 미리 설정된 기준시간에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라서 변경될 수 있다.

앞서서 설명한 바와 같이, 셀 어셈블리(10)의 충전 전하량은 셀 어셈블리(10)의 온도 및 전압에 기반하여 추정될 수 있다. 그리고, 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도는 각각의 경우에서 서로 상이할 수 있기 때문에, 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라 전압기준 충전 전하량의 변화값이 변경될 수 있다. 따라서, 프로세서(300)는 프로세서(300)는 온도에 따라 전압기준 충전 전하량의 변화값이 변경되는 것을 보정하기 위하여, 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라 정상 범위의 크기를 변경할 수 있다. 이에 대해서는 표 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.

예를 들어, 상기 메모리 디바이스(400)는, 다음의 표 1과 같은 참조 테이블을 저장할 수 있다.

[표 1]

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 디바이스(400)에 의해 저장된 배터리 셀의 온도 및 충전 상태에 따른 전압이 맵핑된 룩업 테이블이다. 즉, 표 1은 일반적으로 배터리 셀이 사용되는 온도 범위(-20[℃] 내지 35[℃])에서 충전 상태(%)를 달리하며 셀 어셈블리(10)의 전압을 측정한 결과이다. 여기서, 셀 어셈블리(10)는 하나의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 표 1을 참조하면, 프로세서(300)는 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]이고, 전압이 3.97[V]일 때, 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 76[%]로 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이고, 전압이 3.968[V]일 때, 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 78%로 추정할 수 있다.

즉, 프로세서(300)는 양 시점에서 셀 어셈블리(10)의 전압이 동일하다고 하더라도, 셀 어셈블리(10)의 온도가 높아질수록, 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 낮게 추정할 수 있다. 바꿔서 말하면, 프로세서(300)는 양 시점에서 셀 어셈블리(10)의 전압이 동일하다고 하더라도, 셀 어셈블리(10)의 온도가 낮을수록, 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 높게 추정할 수 있다.

예컨대, 미리 설정된 기준시간 각각이 t0 및 t1이라고 가정한다. t0에서, 온도 측정부(500)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 -20[℃]이고, 전압 측정부(100)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압이 3.932[V]일 때, 프로세서(300)는 표 1을 참조하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 74[%]로 추정할 수 있다.

또한, t1에서, 온도 측정부(500)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 -20[℃]이고, 전압 측정부(100)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압이 3.968[V]일 때, 프로세서(300)는 표 1을 참조하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 78[%]로 추정할 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(10)의 t0에서의 충전 상태와 t1에서의 충전 상태 간의 차이는 4[%]이다.

즉, 셀 어셈블리(10)의 온도가 t0 및 t1에서 동일할 경우, 측정된 셀 어셈블리(10)의 전압에 따라 충전 상태가 다르게 추정될 수 있다.

한편, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도는 -20[℃]이고, 측정 전압은 3.932[V]로 앞선 실시예와 동일하다고 가정한다. t1에서, 온도 측정부(500)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 35[℃]이고, 전압 측정부(100)에 의해 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 전압이 3.7[V]일 때, 프로세서(300)는 표 1을 참조하여 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 76[%]로 추정할 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(10)의 t0에서의 충전 상태와 t1에서의 충전 상태 간의 차이는 2[%]이다.

앞선 실시예를 참조하면, t0 및 t1에서 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]일 때의 충전 상태 간의 차이가 t0에서 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이고 t1에서 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]일 때의 충전 상태 간의 차이보다 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 높아질수록 측정 전압이 동일하더라도 충전 상태는 낮아질 수 있기 때문에, 미리 설정된 기준시간(적어도 2개의 시각)에서 측정된 셀 어셈블리(10) 온도 간의 차이가 커질수록, 셀 어셈블리(10)의 전압기준 충전 전하량의 변화값은 작아질 수 있다.

따라서, 프로세서(300)는 온도에 따라 전압기준 충전 전하량의 변화값이 변경되는 것을 보정하기 위하여, 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도 간의 차이에 따라 정상 범위의 크기를 변경할 수 있다.

바람직하게, 프로세서(300)는 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 동일하면, 정상 범위의 크기를 기준 크기로 설정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(300)는 -5[%] 내지 5[%] 범위를 정상 범위의 기준 크기로 설정할 수 있다. 이 경우, 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 정상 범위 내에 속하면, 프로세서(300)는 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다.

그리고, 이전 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 이후 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 작으면, 프로세서(300)는 정상 범위의 크기를 기준 크기보다 줄일 수 있다. 예컨대, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]이면, 프로세서(300)는 정상 범위의 크기를 기준 크기보다 줄일 수 있다.

반대로, 이전 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 이후 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 크면, 프로세서(300)는 정상 범위의 크기를 기준 크기보다 늘릴 수 있다. 예컨대, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]이고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이면, 프로세서(300)는 정상 범위의 크기를 기준 크기보다 늘릴 수 있다.

즉, 프로세서(300)는 완료 시점(예컨대, t1)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 시작 시점(예컨대, t0)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 낮으면 정상 범위의 크기를 늘릴 수 있다. 반대로, 프로세서(300)는 완료 시점(예컨대, t1)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 시작 시점(예컨대, t0)에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 높으면 정상 범위의 크기를 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치는 셀 어셈블리(10)가 충전 또는 방전되는 과정에서, 셀 어셈블리(10)의 온도가 변하더라도 셀 어셈블리(10)의 온도에 기반하여 정상 범위를 변경하기 때문에, 전류 센서의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 프로세서(300) 및 메모리 디바이스(400)는, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 전류 센서 진단 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 방법은, 전압 측정 단계(S100), 전류 측정 단계(S110), 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S120), 전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S130) 및 전류 센서 진단 단계(S140)를 포함한다.

전압 측정 단계(S100)는 셀 어셈블리(10)의 양단 전압이 측정되는 단계이다. 즉, 전압 측정 단계(S100)에서는 미리 설정된 기준시간 각각에서 상기 셀 어셈블리(10)의 양단 전압이 측정될 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, 전압 측정 단계(S100)에서는, t0 및 t1 각각의 시간에서의 셀 어셈블리(10)의 양단 전압이 측정될 수 있다.

전류 측정 단계(S110)는 충방전 경로에 흐르는 전류가 측정되는 단계이다. 여기서, 충방전 경로는 셀 어셈블리(10)가 연결된 대전류 경로로서, 진단의 대상이 되는 전류 센서가 설치된 경로일 수 있다. 즉, 전류 측정 단계(S110)에서는 상기 미리 설정된 기준시간 동안 상기 전류 센서가 구비된 충방전 경로를 흐르는 전류가 측정될 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, 전류 측정 단계(S110)에서는, t0 내지 t1 시간 동안 충방전 경로에 흐르는 전류가 측정될 수 있다.

전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S120)는 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압에 기초하여 전압기반 충전 전하량의 변화값이 산출되는 단계이다.

바람직하게, 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출단계(S120)에서는, 상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 상기 셀 어셈블리의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 비교하여 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압에 기반하여 t0에서의 전압기준 충전 전하량이 추정될 수 있다. 그리고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압에 기반하여 t1에서의 전압기준 충전 전하량이 추정될 수 있다. 그리고, 추정된 t0에서의 전압기준 충전 전하량과 추정된 t1에서의 전압기준 충전 전하량 간의 차이에 따라 전압기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S130)는 미리 설정된 기준시간 동안 측정된 전류에 기초하여 전류기준 충전 전하량의 변화값이 산출되는 단계이다.

바람직하게, 전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S130)에서는, 미리 설정된 기준시간 동안 적산된 전류에 기초하여 전류기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, t0에서부터 t1에 이를 때까지 적산된 전류량에 기초하여 전류기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

전류 센서 진단 단계(S140)는 산출된 전압기준 충전 전하량의 변화값과 산출된 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율을 정상 범위와 비교하여 전류 센서를 진단하는 단계이다.

먼저, 전류 센서 진단 단계(S140)에서, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 산출될 수 있다.

그리고, 전류 센서 진단 단계(S140)에서, 산출된 오차율이 정상 범위에 속하는지 여부에 따라서 전류 센서의 상태가 진단될 수 있다.

예컨대, 산출된 오차율이 정상 범위에 속하는 경우, 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단될 수 있다. 반대로, 산출된 오차율이 정상 범위에 속하지 않는 경우, 전류 센서가 고장 상태인 것으로 진단될 수 있다.

도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 6에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법은 전압 및 온도 측정 단계(S200), 전류 측정 단계(S210), 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S220), 전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S230), 정상 범위 변경 단계(S240) 및 전류 센서 진단 단계(S250)가 포함될 수 있다.

전압 및 온도 측정 단계(S200)는 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도가 측정되는 단계이다. 즉, 전압 및 온도 측정 단계(S200)는 도 5의 전압 측정 단계(S100)에서 셀 어셈블리(10)의 온도를 더 측정하는 단계이다.

예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, 전압 및 온도 측정 단계(S200)에서는, t0 및 t1 각각의 시간에서의 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도가 측정될 수 있다.

전류 측정 단계(S210)는 충방전 경로에 흐르는 전류가 측정되는 단계이다. 즉, 전류 측정 단계(S210)는 도 5의 전류 측정 단계(S110)와 동일한 단계로서, 미리 설정된 기준시간 동안 상기 전류 센서가 구비된 충방전 경로를 흐르는 전류가 측정될 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, 전류 측정 단계(S110)에서는, t0 내지 t1 시간 동안 충방전 경로에 흐르는 전류가 측정될 수 있다.

전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S220)는 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 기초하여 전압기반 충전 전하량의 변화값이 산출되는 단계이다.

즉, 도 6의 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S220)에서는 도 5의 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S120)와 달리 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 기초하여 전압기반 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 기반하여 t0에서의 전압기준 충전 전하량이 추정될 수 있다. 그리고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 기반하여 t1에서의 전압기준 충전 전하량이 추정될 수 있다. 그리고, 추정된 t0에서의 전압기준 충전 전하량과 추정된 t1에서의 전압기준 충전 전하량 간의 차이에 따라 전압기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

구체적으로, 전압기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S120)에서, 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 및 온도에 기초하여 전압기준 충전 전하량이 추정될 때, 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블이 이용될 수 있다. 여기서, 메모리 디바이스(400)에 저장된 룩업 테이블은 양단 전압 및 온도에 대응하는 충전 전하량을 정의된 테이블일 수 있다.

전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S230)는 미리 설정된 기준시간 동안 측정된 전류에 기초하여 전류기준 충전 전하량의 변화값이 산출되는 단계이다.

즉, 도 6의 전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S230)는 도 5의 전류기준 충전 전하량의 변화값 산출 단계(S130)와 동일한 단계로서, 미리 설정된 기준시간 동안 적산된 전류에 기초하여 전류기준 충전 전하량의 변화값이 산출될 수 있다.

정상 범위 변경 단계(S240)는 측정된 온도에 기반하여 정상 범위를 변경시키는 단계로서, 정상 범위는 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라 변경될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도와 t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 차이날 경우, 정상 범위는 변경 설정될 수 있다.

여기서 정상 범위는 미리 설정된 범위로서, 프로세서(300)가 전류 센서(30)의 상태를 정상 상태라고 진단할 수 있는 기준 범위일 수 있다.

바람직하게, 정상 범위는 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 동일하면, 기준 크기로 설정될 수 있다. 예컨대, 정상 범위는 -5[%] 내지 5[%]로 설정할 수 있다. 여기서 -5[%] 내지 5[%]가 기준 크기일 수 있다.

만약, 이전 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 이후 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 낮으면, 정상 범위의 크기가 기준 크기보다 줄어들 수 있다. 예컨대, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]이면, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도보다 낮기 때문에, 정상 범위의 크기가 기준 크기보다 줄어들 수 있다.

반대로, 이전 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도가 이후 시각에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 측정 온도보다 높으면, 정상 범위의 크기가 기준 크기보다 늘어날 수 있다. 예컨대, t0에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 35[℃]이고, t1에서 측정된 셀 어셈블리(10)의 온도가 -20[℃]이면, 정상 범위의 크기가 기준 크기보다 늘어날 수 있다.

전류 센서 진단 단계(S250)는 산출된 전압기준 충전 전하량의 변화값과 산출된 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율을 정상 범위와 비교하여 전류 센서를 진단하는 단계이다. 즉, 전류 센서 진단 단계(S250)는 정상 범위 변경 단계(S240)에서 설정된 정상 범위에 산출된 전압기준 충전 전하량의 변화값과 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 속하는지 여부에 따라 전류 센서의 상태가 진단되는 단계이다.

도 6의 전류 센서 진단 단계(S250)에서는, 도 5의 전류 센서 진단 단계(S140)와 마찬가지로, 산출된 오차율이 정상 범위에 속하면 전류 센서의 상태가 정상 상태로 진단될 수 있다. 또한, 산출된 오차율이 정상 범위에 속하지 않으면 전류 센서의 상태가 고장 상태로 진단될 수 있다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 정상 범위는 셀 어셈블리(10)의 온도에 따라 설정이 변경될 수 있기 때문에, 셀 어셈블리(10)의 온도 변화에 따라서 전류 센서의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법과 같은 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 프로세서는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

또한, 프로세서의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, 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 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이상과 같이, 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1: 전류 센서 진단 장치.
10: 셀 어셈블리
30: 전류 센서
50: 충전 장치
70: 상위제어장치
100: 전압 측정부
200: 전류 측정부
300: 프로세서
400: 메모리 디바이스
500: 온도 측정부

Claims

셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로 상에 구비된 전류 센서를 진단하는 장치에 있어서,
상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되어, 상기 셀 어셈블리의 양단 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
상기 전류 센서와 전기적으로 연결되어, 상기 전류 센서로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및
상기 전압 측정부에 의해 적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 전류 측정부에 의해 상기 미리 설정된 기준시간 동안 누적하여 측정된 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하며, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 상기 전류 센서를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교하여, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 정상 범위에 속하는 경우 상기 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제2항에 있어서,
상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결되어, 상기 셀 어셈블리의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 측정 전압 및 상기 온도 측정부에 의해 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 측정 온도를 기초로 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 상기 셀 어셈블리의 측정 온도 간의 차이에 따라 상기 정상 범위를 변경시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 상기 셀 어셈블리의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 비교하여 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시로부터 충전 완료 시까지 상기 측정 전류를 적산하여 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 셀 어셈블리의 양단 전압 또는 상기 양단 전압 및 온도에 대응하는 충전 전하량을 정의하는 룩업 테이블을 미리 저장하도록 구성된 메모리 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함하는 BMS.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로 상에 구비된 전류 센서를 진단하는 방법에 있어서,
적어도 2개의 미리 설정된 기준시간 각각에서 상기 셀 어셈블리의 양단 전압을 측정하고, 상기 미리 설정된 기준시간 동안 상기 전류 센서가 구비된 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및
상기 기준시간에서 측정된 셀 어셈블리의 측정 전압을 기초로 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간 동안 측정된 측정 전류를 기초로 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하며, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 기초로 상기 전류 센서를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.
제9항에 있어서,
상기 전류 센서를 진단하는 단계는,
상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 비교하여, 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값과 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값 간의 오차율이 정상 범위에 속하는 경우, 상기 전류 센서가 정상 상태인 것으로 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 측정하는 단계는,
상기 미리 설정된 기준시간 각각에서, 상기 셀 어셈블리의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 전류 센서를 진단하는 단계는,
상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 측정 전압 및 측정 온도를 기초로 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하고, 상기 미리 설정된 기준시간 각각에서 측정된 상기 셀 어셈블리의 측정 온도 간의 차이에 따라 상기 정상 범위를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.
제9항에 있어서,
상기 전류 센서를 진단하는 단계는,
상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량과 상기 셀 어셈블리의 충전 완료 시의 측정 전압에 대응하는 충전 전하량을 비교하여 상기 전압기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.
제9항에 있어서,
상기 전류 센서를 진단하는 단계는,
상기 셀 어셈블리의 충전 시작 시로부터 충전 완료 시까지 상기 측정 전류를 적산하여 상기 전류기준 충전 전하량의 변화값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 방법.