KR20200143019A - 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량 - Google Patents

차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량 Download PDF

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Abstract

고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량을 고려하여 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 사전 예방 진단할 수 있는 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량에 관한 것으로, 배터리 셀 전압을 측정하는 측정부와, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.

Description

차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량 {APPARATUS FOR DIAGNOSING BATTERY FOR VEHICLE AND METHOD FOR DIAGNOSING BATTERY THEREOF AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 차량용 배터리 진단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량을 고려하여 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 사전 예방 진단할 수 있는 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량에 관한 것이다.
일반적으로, 고전압 배터리는, 전동화 차량(HEV/PHEV/BEV/FCEV)의 필수 구성품이며, 차종별 요구사양에 따라 다양한 배터리 팩을 구성할 수 있다.
배터리 팩은, 셀(cell)의 직렬/병렬 조합에 의해 구성될 수 있는데, 배터리 셀은, 충방전 효율 차이 누적 및 자가 방전율(내부 이물에 의한 미세쇼트) 차이로 인하여 전압 편차가 발생할 수 있다.
즉, 배터리 셀은, 동일한 배터리 팩 시스템 내에서도 서로 전압 편차가 발생할 수 있다.
이러한 셀들 간의 전압 편차를 제어하기 위해서는, 셀 단위로 밸런싱 회로를 구축하여 저항 방전을 통해 전압 편차를 억제할 수 있다.
하지만, 셀 단위의 밸런싱 회로를 이용하여 셀들 간의 전압 편차를 억제함에도 불구하고, 셀들 간의 전압 편차가 시스템에 영향을 줄 수 있는 전압 편차까지 증가할 수 있다.
이 경우, 차량은, 셀들 간의 전압 편차가 크게 증가한 후에 배터리 진단을 수행하여 배터리 고장을 표시할 수 있다.
이처럼, 셀들 간의 전압 편차로 인하여 예상치 않은 상황에서 배터리 손상이 발생할 경우, 차량 운전자는, 배터리 손상을 미리 예상하지 못하므로 차량 주행에 어려움을 겪을 수 있다.
따라서, 향후, 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량을 고려하여 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 미리 검출하여 사전 예방 진단을 수행할 수 있는 배터리 진단 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 고전압 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 배터리의 자가 방전율 연산 및 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 연산함으로써, 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량의 비교를 통해 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 미리 검출하여 사전 예방 진단을 수행하고 안전한 배터리 정비를 유도할 수 있는 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량을 제공하는데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치는, 배터리 셀 전압을 측정하는 측정부와, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법은, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법으로서, 제어부가 차량 시동(IG) 온(on)이면 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하는 단계와, 제어부가 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 큰지를 확인하는 단계와, 제어부가 연산된 셀 전압 편차가 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량이 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율보다 더 큰지를 확인하는 단계와, 제어부가 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 크면 셀밸런싱 가능으로 판단하고 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율 이하이면 셀 전압 편차 진단을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법은, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법으로서, 제어부가 차량 시동(IG) 온(on)이면 주차 시간을 산출하는 단계와, 제어부가 측정된 배터리의 셀 전압 및 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율 및 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 연산하고 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하는 단계와, 제어부가 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 큰지를 확인하는 단계와, 제어부가 연산된 셀 전압 편차가 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 큰지를 확인하는 단계와, 제어부가 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 크면 셀밸런싱 가능으로 판단하고 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율 이하이면 셀 전압 편차 진단을 수행하는 단계와, 제어부가 차량 시동(IG) 오프(off)이면 배터리의 셀별 전압을 저장하고 차량 사용 시간을 산출하는 단계와, 제어부가 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하는 단계와, 제어부가 평균 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 상기 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법에서 제공된 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량은, 배터리와, 배터리의 셀 전압을 측정하여 셀 전압 편차를 진단하는 배터리 진단 장치를 포함하고, 배터리 진단 장치는, 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량은, 고전압 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 배터리의 자가 방전율 연산 및 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 연산함으로써, 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량의 비교를 통해 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 미리 검출하여 사전 예방 진단을 수행하고 안전한 배터리 정비를 유도할 수 있다.
즉, 본 발명은, 고전압 배터리의 자가 방전에 의한 지속적인 전압 편차 발생을 시스템에 적용된 셀밸런싱 회로를 통해 전압 편차 억제 가능 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 편차가 지속 증가하는 상태로 판단되는 경우, 과도한 편차로 차량에 이상이 발생하기 전에 미리 고객에게 진단 정보를 제공하여 예방 수리를 진행할 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 배터리의 예방 진단을 통한 차량 상품성 향상에 도움이 될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 2는 배터리 셀의 자가 방전에 의한 전압 편차를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 배터리 셀간의 전압 편차 감소를 위한 셀밸런싱 회로를 보여주는 회로도이다.
도 4는 배터리 사용 시간에 따른 셀간의 전압 편차를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치를 포함하는 차량을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 적용될 수 있는 차량용 배터리 진단 장치 및 그의 배터리 진단 방법과 그를 포함하는 차량에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 셀 전압을 측정하는 측정부(200)와, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 사용 및 주차 시간 연산부(310), 자가 방전율 연산부(320), 학습 저장부(330), 셀 전압 편차 연산부(340), 셀밸런싱 용량 연산부(350), 그리고 셀밸런싱 능력 판정부(360)를 포함할 수 있다.
사용 및 주차 시간 연산부(310)는, 차량의 주차 시간 및 차량 사용 시간을 산출할 수 있다.
그리고, 자가 방전율 연산부(320)는, 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산할 수 있다.
이어, 학습 저장부(330)는, 셀별 자가 방전율 및 셀밸런싱 용량을 학습하여 저장할 수 있다.
다음, 셀 전압 편차 연산부(340)는, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산할 수 있다.
그리고, 셀밸런싱 용량 연산부(350)는, 밸런싱회로 방전율과 일평균 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 연산할 수 있다.
이어, 셀밸런싱 능력 판정부(360)는, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 연산된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 배터리 진단 장치(100)는, 제어부(300)의 제어 신호에 따라 배터리의 셀밸런싱을 수행하는 셀밸런싱 구동부(420)와, 제어부(300)의 제어 신호에 따라 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시하는 진단 표시부(410)를 포함하는 작동부(400)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 진단 장치(100)의 제어부(300)는, 배터리(10)의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 시동(IG) 온(on)이면 주차 시간을 산출하고, 측정된 배터리의 셀 전압 및 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 주차 시간을 산출할 때, 주차 시간 = 직전 시동(IG) 오프(off) 시간 - 시동 온 시간인 수식으로부터 주차 시간을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(300)는, 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 셀별 자가 방전율 = (직전 시동 오프 전압 - 셀 전압) / 주차 시간인 수식으로부터 셀별 자가 방전율을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(300)는, 셀 전압 편차를 연산할 때, 셀 전압 편차 △V = 최대 셀 전압 Vcellmax - 최소 셀 전압 Vcellmin인 수식으로부터 셀 전압 편차를 산출할 수 있다.
다음, 제어부(300)는, 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 셀별 자가 방전율이 연산되면 최대 자가 방전율을 산출할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 최대 자가 방전율을 산출할 때, 최대 자가 방전율 V방전max = Max(셀별 자가 방전율)인 수식으로부터 최대 자가 방전율을 산출할 수 있다.
이어, 제어부(300)는, 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하고, 저장된 셀밸런싱 용량을 추출하며, 추출한 셀밸런싱 용량과 최대 자가 방전율을 비교할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출할 때, 시동(IG) 오프(off)이면 차량 사용 시간을 산출하고, 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하며, 평균 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 평균 사용 시간을 산출하여 학습할 때, 평균 사용 시간 = AVG(n회 사용 시간)인 수식으로부터 평균 사용 시간을 산출할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 셀밸런싱 용량을 산출할 때, 셀밸런싱 용량 = 밸런싱회로 방전율(mV/hr) * (평균 사용 시간/24hr)인 수식으로부터 셀밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
다음, 제어부(300)는, 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 연산된 셀 전압 편차 △V가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱보다 더 큰지를 확인하고, 셀 전압 편차 △V가 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱보다 더 크면 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 연산된 셀 전압 편차 △V가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱보다 더 큰지를 확인할 때, 셀 전압 편차 △V가 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱 이하이면 배터리의 셀 전압 편차를 진단하지 않거나 또는 셀밸런싱을 수행하지 않을 수 있다.
또한, 제어부(300)는, 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 최대 자가 방전율이 셀밸런싱 용량보다 더 작으면 셀밸런싱 가능으로 판단할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 셀밸런싱 가능으로 판단하면 셀밸런싱을 수행하도록 셀밸런싱 구동부(420)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(300)는, 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 최대 자가 방전율이 셀밸런싱 용량 이상이면 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
여기서, 제어부(300)는, 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행하면 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시하도록 진단 표시부(410)를 제어할 수 있다.
다음, 제어부(300)는, 시동(IG) 오프(off)이면 차량 사용 시간을 산출하고, 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하며, 평균 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 평균 사용 시간을 산출하여 학습할 때, 평균 사용 시간 = AVG(n회 사용 시간)인 수식으로부터 평균 사용 시간을 산출할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 셀밸런싱 용량을 산출할 때, 셀밸런싱 용량 = 밸런싱회로 방전율(mV/hr) * (평균 사용 시간/24hr)인 수식으로부터 셀밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(300)는, 시동(IG) 오프(off)이면 배터리의 셀별 전압을 저장할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 고전압 배터리의 주차중 자가방전특성과 고객 사용 특성에 따른 셀밸런싱용량(회로적방전용량*일평균사용비율)을 비교하여 셀 편차의 지속적 증가 여부를 판단 후, 잠재적인 셀 전압편차 발생 배터리를 검출하여 사전 예방진단을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은, 고전압 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 배터리의 자가 방전율 연산 및 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 연산함으로써, 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량의 비교를 통해 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 미리 검출하여 사전 예방 진단을 수행하고 안전한 배터리 정비를 유도할 수 있다.
본 발명은, 고전압 배터리의 자가 방전에 의한 지속적인 전압 편차 발생을 시스템에 적용된 셀밸런싱 회로를 통해 전압 편차 억제 가능 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 편차가 지속 증가하는 상태로 판단되는 경우, 과도한 편차로 차량에 이상이 발생하기 전에 미리 고객에게 진단 정보를 제공하여 예방 수리를 진행할 수 있다.
도 2는 배터리 셀의 자가 방전에 의한 전압 편차를 설명하기 위한 그래프이고, 도 3은 배터리 셀간의 전압 편차 감소를 위한 셀밸런싱 회로를 보여주는 회로도이며, 도 4는 배터리 사용 시간에 따른 셀간의 전압 편차를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리는, 배터리 특성상, 정상적인 배터리 셀의 자가 방전율에 비해 배터리 셀의 자가 방전율이 크므로, 차량의 주차 시간이 증가할수록 지속적으로 전압 편차가 증가할 수 있다.
이와 같이, 전압 편차가 증가하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀밸런싱 회로를 이용하여 전압이 높은 셀을 강제 방전시켜 전압 편차를 축소시킬 수 있다.
하지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀간 전압 편차가 발생하는 경우, 밸런싱 기능의 효과가 고객의 차량 사용 조건에 따라 다를 수 있음을 알 수 있다.
도 4와 같이, 동일한 셀 편차가 발생하더라도, 평균 사용시간(셀밸런싱 작동비율 큼)이 긴 고객 A, B, C는, 편차 감소가 가능하고, 평균 사용시간이 짧은(셀밸런싱 작동비율 작음) 고객 D는, 편차가 지속 증가하게 된다.
즉, 시스템이 하드웨어적으로 가지고 있는 셀 밸런싱 방전율(mV/hr)에 고객의 일평균 사용시간 비율이 곱해지면 해당 배터리에서 편차 감소를 위해 대응 가능한 셀밸런싱 용량이 계산될 수 있다.
셀의 자가방전율이 해당 배터리의(사용조건 고려) 셀밸런싱 용량보다 커지게 되면 밸런싱 회로가 작동하여도 궁극적으로는 편차가 지속 증가하게 되고, 차량 주행중 급격한 진단이 발생할 수 있기 때문에, 본 발명은, 특정 조건(밸런싱용량 < 자가방전율)이 검출되면 미리 사전예방 진단을 통하여 배터리 점검을 유도시킬 수 있다.
예를 들면, 편차유발 배터리셀 자가방전율이 약 1mV/hr이고, 시스템의 셀밸런싱회로 방전율이 약 5mV/hr인 경우, 본 발명의 고객별 진단 판단 여부는, 다음과 같다.
먼저, 일 평균 사용시간 6시간인 고객의 셀밸런싱 용량은, 5mV/hr * (6hr/24hr) = 1.25mV/hr > 1mV/hr(자가방전율)이므로, 셀밸런싱을 수행할 수 있다.
그리고, 일 평균 사용시간이 3시간인 고객의 셀밸런싱 용량은, 5mV/hr * (3hr/24hr) = 0.625mV/hr < 1mV/hr(자가방전율)이므로 진단을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법은 다음과 같다.
먼저, 제어부는, 차량 시동(IG) 온(on)이면(S10) 주차 시간을 산출할 수 있다(S20).
여기서, 제어부는, 주차 시간 = 직전 시동(IG) 오프(off) 시간 - 시동 온 시간인 수식으로부터 주차 시간을 산출할 수 있다.
다음, 제어부는, 주차 시간이 산출되면 측정된 배터리의 셀 전압 및 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 산출할 수 있다(S30).
여기서, 제어부는, 셀별 자가 방전율 = (직전 시동 오프 전압 - 셀 전압) / 주차 시간인 수식으로부터 셀별 자가 방전율을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부는, 셀별 자가 방전율이 산출되면 최대 자가 방전율을 산출할 수 있다(S40).
여기서, 제어부는, 최대 자가 방전율 V방전max = Max(셀별 자가 방전율)인 수식으로부터 최대 자가 방전율을 산출할 수 있다.
또한, 제어부는, 측정된 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산할 수 있다(S50).
여기서, 제어부는, 셀 전압 편차 △V = 최대 셀 전압 Vcellmax - 최소 셀 전압 Vcellmin인 수식으로부터 셀 전압 편차를 산출할 수 있다.
다음, 제어부는, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 큰지를 확인할 수 있다(S60).
여기서, 제어부는, 셀 전압 편차가 셀밸런싱 기준 전압 편차 이하이면 배터리의 셀 전압 편차를 진단하지 않거나 또는 셀밸런싱을 수행하지 않을 수 있다.
이어, 제어부는, 연산된 셀 전압 편차가 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 큰지를 확인할 수 있다(S70).
그리고, 제어부는, 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 크면 셀밸런싱 가능으로 판단할 수 있다(S80).
여기서, 제어부는, 셀밸런싱 가능으로 판단하면 배터리의 셀밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 제어부는, 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율 이하이면 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다(S90).
여기서, 제어부는, 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행하면 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시할 수 있다.
이어, 제어부는, 차량 시동(IG) 오프(off)이면(S100) 배터리의 셀별 전압을 저장할 수 있다(S130).
또한, 제어부는, 차량 시동(IG) 오프(off)이면(S100) 차량 사용 시간을 산출할 수 있다(S110).
그리고, 제어부는, 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습할 수 있다(S120).
여기서, 제어부는, 평균 사용 시간 = AVG(n회 사용 시간)인 수식으로부터 평균 사용 시간을 산출할 수 있다.
이어, 제어부는, 평균 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장할 수 있다(S140).
여기서, 제어부는, 셀밸런싱 용량 = 밸런싱회로 방전율(mV/hr) * (평균 사용 시간/24hr)인 수식으로부터 셀밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치를 포함하는 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차량(1)은, 배터리(10)와, 배터리(10)의 셀 전압을 측정하여 셀 전압 편차를 진단하는 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리 진단 장치(100)는, 배터리(10)의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은, 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법에서 제공된 과정을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 고전압 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 배터리의 자가 방전율 연산 및 차량 사용 시간을 토대로 셀밸런싱 용량을 연산함으로써, 고전압 배터리의 자가 방전율과 고객 특성이 반영된 셀밸런싱 용량의 비교를 통해 고전압 배터리의 전압 편차 불량을 미리 검출하여 사전 예방 진단을 수행하고 안전한 배터리 정비를 유도할 수 있다.
즉, 본 발명은, 고전압 배터리의 자가 방전에 의한 지속적인 전압 편차 발생을 시스템에 적용된 셀밸런싱 회로를 통해 전압 편차 억제 가능 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 편차가 지속 증가하는 상태로 판단되는 경우, 과도한 편차로 차량에 이상이 발생하기 전에 미리 고객에게 진단 정보를 제공하여 예방 수리를 진행할 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 배터리의 예방 진단을 통한 차량 상품성 향상에 도움이 될 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 배터리
100: 배터리 진단 장치
200: 측정부
300: 제어부
400: 작동부

Claims (33)

  1. 배터리 셀 전압을 측정하는 측정부; 그리고,
    상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 상기 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 상기 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 시동(IG) 온(on)이면 상기 주차 시간을 산출하고, 상기 측정된 배터리의 셀 전압 및 상기 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 주차 시간을 산출할 때, 주차 시간 = 직전 시동(IG) 오프(off) 시간 - 시동 온 시간인 수식으로부터 상기 주차 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 셀별 자가 방전율 = (직전 시동 오프 전압 - 셀 전압) / 주차 시간인 수식으로부터 상기 셀별 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 전압 편차를 연산할 때, 셀 전압 편차 △V = 최대 셀 전압 Vcellmax - 최소 셀 전압 Vcellmin인 수식으로부터 상기 셀 전압 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀별 자가 방전율을 연산할 때, 상기 셀별 자가 방전율이 연산되면 최대 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 최대 자가 방전율을 산출할 때, 최대 자가 방전율 V방전max = Max(셀별 자가 방전율)인 수식으로부터 상기 최대 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 상기 연산된 셀 전압 편차 △V가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱보다 더 큰지를 확인하고, 상기 셀 전압 편차 △V가 상기 셀밸런싱 기준 전압 편차 △V밸런싱보다 더 크면 상기 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 상기 최대 자가 방전율이 상기 셀밸런싱 용량보다 더 작으면 셀밸런싱 가능으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배터리의 셀밸런싱을 수행하는 셀밸런싱 구동부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 셀밸런싱 가능으로 판단하면 상기 셀밸런싱을 수행하도록 상기 셀밸런싱 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 최대 자가 방전율과 셀밸런싱 용량을 비교할 때, 상기 최대 자가 방전율이 상기 셀밸런싱 용량 이상이면 상기 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시하는 진단 표시부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행하면 상기 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시하도록 상기 진단 표시부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    시동(IG) 오프(off)이면 상기 차량 사용 시간을 산출하고, 상기 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하며, 상기 평균 사용 시간을 토대로 상기 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 평균 사용 시간을 산출하여 학습할 때, 평균 사용 시간 = AVG(n회 사용 시간)인 수식으로부터 상기 평균 사용 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  15. 제13 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀밸런싱 용량을 산출할 때, 셀밸런싱 용량 = 밸런싱회로 방전율(mV/hr) * (평균 사용 시간/24hr)인 수식으로부터 상기 셀밸런싱 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    시동(IG) 오프(off)이면 상기 배터리의 셀별 전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 주차 시간 및 차량 사용 시간을 산출하는 사용 및 주차 시간 연산부;
    상기 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하는 자가 방전율 연산부;
    상기 셀별 자가 방전율 및 상기 셀밸런싱 용량을 학습하여 저장하는 학습 저장부;
    상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하는 셀 전압 편차 연산부;
    밸런싱회로 방전율과 일평균 차량 사용 시간을 토대로 상기 셀밸런싱 용량을 연산하는 셀밸런싱 용량 연산부; 그리고,
    상기 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 상기 연산된 셀밸런싱 용량과 상기 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행하는 셀밸런싱 능력 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 진단 장치.
  18. 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법에 있어서,
    상기 제어부가, 차량 시동(IG) 온(on)이면 상기 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 큰지를 확인하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 연산된 셀 전압 편차가 상기 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량이 상기 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율보다 더 큰지를 확인하는 단계; 그리고,
    상기 제어부가, 상기 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 크면 셀밸런싱 가능으로 판단하고, 상기 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율 이하이면 셀 전압 편차 진단을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 셀별 자가 방전율을 연산하는 단계는,
    상기 차량 시동(IG) 온(on)이면 상기 주차 시간을 산출하고, 상기 측정된 배터리의 셀 전압 및 상기 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 주차 시간을 산출하는 단계는,
    주차 시간 = 직전 시동(IG) 오프(off) 시간 - 시동 온 시간인 수식으로부터 상기 주차 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  21. 제19 항에 있어서, 상기 셀별 자가 방전율을 연산하는 단계는,
    셀별 자가 방전율 = (직전 시동 오프 전압 - 셀 전압) / 주차 시간인 수식으로부터 상기 셀별 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  22. 제18 항에 있어서, 상기 셀 전압 편차를 연산하는 단계는,
    셀 전압 편차 △V = 최대 셀 전압 Vcellmax - 최소 셀 전압 Vcellmin인 수식으로부터 상기 셀 전압 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  23. 제18 항에 있어서, 상기 셀별 자가 방전율을 연산하는 단계는,
    상기 셀별 자가 방전율이 연산되면 최대 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  24. 제23 항에 있어서, 상기 최대 자가 방전율을 산출하는 단계는,
    최대 자가 방전율 V방전max = Max(셀별 자가 방전율)인 수식으로부터 상기 최대 자가 방전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  25. 제18 항에 있어서, 상기 셀밸런싱 가능으로 판단하는 단계는,
    상기 셀밸런싱 가능으로 판단하면 상기 배터리의 셀밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  26. 제18 항에 있어서, 상기 셀 전압 편차 진단을 수행하는 단계는,
    상기 배터리의 셀 전압 편차 진단을 수행하면 상기 셀 전압 편차 진단에 대한 진단 내용을 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  27. 제18 항에 있어서,
    차량 시동(IG) 오프(off)이면 상기 차량 사용 시간을 산출하는 단계;
    상기 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하는 단계;
    상기 평균 사용 시간을 토대로 상기 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  28. 제27 항에 있어서, 상기 평균 사용 시간을 산출하여 학습하는 단계는,
    평균 사용 시간 = AVG(n회 사용 시간)인 수식으로부터 상기 평균 사용 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  29. 제27 항에 있어서, 상기 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하는 단계는,
    셀밸런싱 용량 = 밸런싱회로 방전율(mV/hr) * (평균 사용 시간/24hr)인 수식으로부터 상기 셀밸런싱 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  30. 제27 항에 있어서,
    상기 차량 시동(IG) 오프(off)이면 상기 배터리의 셀별 전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  31. 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 진단하는 제어부를 포함하는 차량용 배터리 진단 장치의 배터리 진단 방법에 있어서,
    상기 제어부가, 차량 시동(IG) 온(on)이면 주차 시간을 산출하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 측정된 배터리의 셀 전압 및 상기 산출된 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율 및 상기 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 연산하고, 상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 큰지를 확인하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 연산된 셀 전압 편차가 상기 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량이 상기 최대 자가 방전율보다 더 큰지를 확인하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율보다 더 크면 셀밸런싱 가능으로 판단하고, 상기 셀밸런싱 용량이 최대 자가 방전율 이하이면 셀 전압 편차 진단을 수행하는 단계;
    상기 제어부가, 차량 시동(IG) 오프(off)이면 상기 배터리의 셀별 전압을 저장하고, 상기 차량 사용 시간을 산출하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 차량 사용 시간을 토대로 평균 사용 시간을 산출하여 학습하는 단계; 그리고,
    상기 제어부가, 상기 평균 사용 시간을 토대로 상기 셀밸런싱 용량을 산출하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
  32. 제18 항 내지 제31 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  33. 배터리; 그리고,
    상기 배터리의 셀 전압을 측정하여 셀 전압 편차를 진단하는 배터리 진단 장치를 포함하고,
    상기 배터리 진단 장치는,
    상기 배터리의 셀 전압 및 주차 시간을 토대로 셀별 자가 방전율을 연산하고, 상기 배터리 셀 전압을 토대로 셀 전압 편차를 연산하며, 상기 연산된 셀 전압 편차가 미리 설정된 셀밸런싱 기준 전압 편차보다 더 크면 차량 사용 시간을 토대로 산출된 셀밸런싱 용량과 상기 연산된 셀별 자가 방전율 중 최대 자가 방전율을 비교하여 셀밸런싱 가능 여부 판단 또는 셀 전압 편차 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량.
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