KR20210053067A

KR20210053067A - 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20210053067A
Application number: KR1020190138892A
Authority: KR
Inventors: 강수원; 김한솔; 이범희; 이상기
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-05-11

Abstract

본 발명은 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 제1 내지 제n음극 케이블에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항을 산출한다. 그런 다음, 산출된 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하고, 산출된 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단한다. 본 발명에 따르면, 케이블의 초기 비저항, 케이블 길이 등의 사전 정보가 없더라도 통계적인 관점에서 케이블의 열화 여부를 용이하고 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

Description

병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치 및 방법 {Diagnosing Apparatus for Cable Deterioration of Parallel-Connected Multi Battery Pack and Method thereof}

본 발명은 케이블의 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 팩들을 병렬 연결시키는데 사용한 케이블의 열화를 통계적으로 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

배터리는 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 스마트 패드 등의 모바일 디바이스뿐만 아니라 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV)나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 그 용도가 급속도로 확산되고 있다.

전기 자동차에 탑재되는 배터리 시스템은 높은 에너지 용량을 확보하기 위해 병렬 연결된 복수의 배터리 팩을 포함하며, 각 배터리 팩은 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함한다.

본 명세서에서, 배터리 셀은 단위 셀 하나 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 단위 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 단위 셀로 간주될 수 있다.

복수의 배터리 팩은 케이블을 사용하여 병렬로 연결할 수 있다. 이 때, 케이블은 사용 기간이 증가함에 따라 저항이 증가한다. 이물질이 케이블의 접속 지점에 부착되거나 케이블의 표면을 피복하는 피복층의 물성이 변화하기 때문이다. 또한, 케이블의 중간에 릴레이 스위치와 같은 다른 전장 부품이 삽입될 경우 케이블과 전장 부품 사이의 접촉 특성 저하가 케이블의 저항을 증가시키는 원인이 되기도 한다. 또한, 케이블에 가해진 물리적인 충격에 의해 케이블의 길이 방향을 따라서 단면이 국소적으로 변화하면 케이블의 저항이 증가할 수 있다.

케이블의 저항이 증가하면 배터리 팩이 충전 또는 방전되는 동안 에너지가 케이블에서 발생되는 주울 열에 의해 소모될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 팩을 병렬 연결하는데 사용한 케이블의 저항이 편차를 보이면 동일한 량의 충전 또는 방전전류가 복수의 배터리 팩을 통해 흐르더라도 배터리 팩의 충전상태(State of Charge)나 전압이 편차를 보일 수 있다. 케이블에서 생기는 주울 열에 의해 에너지가 소모되기 때문이다. 따라서, 케이블의 저항 편차는 병렬 연결된 배터리 팩의 충전상태 또는 전압의 불균형 상태를 유발시킨다. 이러한 충전상태 또는 전압의 불균형은 충전 또는 방전 초기에 배터리 팩들 상호 간에 흐르는 인-러쉬 전류(in-rush current)의 크기를 증가시킴으로써 전장 부품의 손상이나 팩 내부의 셀을 손상시키는 문제를 야기한다.

종래에는 케이블을 통해 흐르는 전류를 모니터 해서 케이블의 상태를 진단하였다. 전류를 이용한 진단 방법은 케이블의 단선과 같은 극단적인 상황에서만 진단이 가능하고, 케이블의 점진적인 저항 퇴화나 열화, 국소적이 손상 등을 감지하지 못하는 한계가 있다.

또한, 종래의 또 다른 방법으로는, 케이블의 초기 비저항, 케이블의 길이 그리고 시간에 따른 케이블의 퇴화 정도에 대한 데이터를 사전에 수집한 후 케이블의 저항을 실시간으로 모니터해서 초기 비저항과 비교해 보는 방법이 있다.

하지만 이 방법은 케이블의 열화를 진단하는데 필요한 기준 정보를 미리 수집해야 하는 단점이 있다. 또한, 배터리 시스템의 제조 과정에서 케이블의 길이와 배선 경로가 모든 배터리 시스템에서 완전히 동일한 것은 아니므로 하나의 기준 정보만을 가지고 케이블의 열화를 진단하는 것은 신뢰성을 보장할 수 없다는 한계가 있다.

또한, 전기 자동차에 탑재되는 배터리 시스템은 고전압 사양을 가지고 있다. 따라서, 케이블의 발열 또는 외부 충격에 의한 피복층의 손상으로 케이블의 내부 도전층이 노출될 경우 감전으로 인한 인명 사고로 이어질 수 있다.

따라서, 전기차 산업 분야에서는 피복층의 손상이나 외부 충격에 의한 케이블의 손상으로부터 비롯되는 케이블의 열화를 신뢰성 있게 진단할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 케이블의 비저항이나 길이 등과 같이 케이블의 열화를 진단하는데 필요한 데이터를 사전에 수집할 필요가 없는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 배터리 팩을 병렬 연결하는데 사용된 고전위측 케이블과 저전위측 케이블의 열화 여부를 독립적이고 신뢰성 있게 진단할 수 있는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치는, 고전위 병렬 노드 및 저전위 병렬 노드 사이에 제1 내지 제n배터리 팩을 병렬 연결시키는 제1 내지 제n양극 케이블과 제1 내지 제n음극 케이블의 열화를 진단하는 장치이다.

바람직하게, 본 발명에 따른 진단 장치는, 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)을 측정하는 병렬 노드 전압 측정 유닛; 상기 제1 내지 제n배터리 팩의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하는 전극 전압 측정 유닛; 상기 제1 내지 제n배터리 팩을 통해 흐르는 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하는 전류 측정 유닛; 및 상기 병렬 노드 전압 측정 유닛, 상기 전극 전압 측정 유닛 및 상기 전류 측정 유닛과 동작 가능하게 결합된 제어 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 측정 유닛들을 통해서 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 획득하는 제어 로직; 상기 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항을 산출하고 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하는 제어 로직; 및 상기 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단하고 진단된 케이블 정보를 출력하는 제어 로직을 실행하도록 구성될 수 있다.

일 측면에 따르면, 상기 제어 유닛은, 하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 상기 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정하도록 구성될 수 있다.

<수식 1>

Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik

(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 케이블 저항에 해당함; SYS⁺는 고전위 병렬 노드 전압임; Vk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)

<수식 2>

Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik

(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 케이블 저항에 해당함; SYS^-는 저전위 병렬 노드 전압임; Vk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)

다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 진단 장치는, 데이터가 저장되는 저장 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 유닛은, 상기 측정 유닛들을 통해서 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 상기 저장 유닛에 저장하는 제어 로직; 및 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 저장 유닛에 저장하는 제어 로직을 실행하도록 구성될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 진단 장치는, 정보를 표시하는 디스플레이 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 디스플레이 유닛을 통해 표시하는 제어 로직을 실행하도록 구성될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 진단 장치는, 경고 메시지를 청각적으로 출력하는 알림 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 알림 유닛을 통해 청각적으로 출력하는 제어 로직을 실행하도록 구성될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 진단 장치는, 통신 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 통신 유닛을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송하는 제어 로직을 실행하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 소정 배수는 1.5 내지 2.0일 수 있다.

본 발명에 따른 기술적 과제는 상술한 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템 또는 전기 구동 장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법은, (a) 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)을 측정하는 단계; (b) 상기 제1 내지 제n배터리 팩의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하는 단계; (c) 상기 제1 내지 제n배터리 팩을 통해 흐르는 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하는 단계; (d) 상기 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 상기 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 상기 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 상기 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항을 산출하는 단계; (e) 상기 산출된 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하고, 상기 산출된 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단하는 단계; 및 (f) 상기 진단된 케이블 정보를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계는, 하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 상기 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정하는 단계일 수 있다.

<수식 1>

Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik

<수식 2>

Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik

일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 진단 방법은, 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 디스플레이 유닛을 통해 표시하는 단계; 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 알림 유닛을 통해 청각적으로 출력하는 단계; 또는 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 통신 유닛을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 케이블 열화 진단 방식과 달리 케이블의 초기 비저항, 케이블의 길이 등의 사전 정보가 없더라도 통계적인 관점에서 복수의 케이블 저항값을 분석함으로써 열화된 케이블을 용이하고 신뢰성 있게 식별하고 진단할 수 있다. 또한, 열화된 케이블 정보를 제공함으로써 케이블의 교체 등 유지보수가 용이하다는 이점도 있다.

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 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제어 유닛이 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화를 진단하는 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보가 출력되는 방식을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 5개의 배터리 팩이 병렬로 연결된 멀티 배터리 팩 시스템에 본 발명을 적용한 경우 각 배터리 팩의 양극과 음극에 연결된 케이블의 저항을 산출하고 케이블 열화에 대한 진단 결과를 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진단 장치를 포함하는 배터리 시스템에 대한 블록 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진단 장치를 포함하는 전기 구동 장치에 대한 블록 다이어그램이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시 예에 있어서, 배터리 셀은 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다.

한편, 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 이차 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 이차 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.

본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.

또한, 배터리 셀은 하나의 단위 셀 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 지칭할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진단 장치(10)는, 고전위 병렬 노드(11) 및 저전위 병렬 노드(12) 사이에 제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2, P3, …, Pn)을 병렬 연결시키는 제1 내지 제n양극 케이블(C1, C2, C3,…, Cn)과 제1 내지 제n음극 케이블(N1, N2, N3,…, Nn)의 열화를 통계적으로 진단하는 장치이다.

제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2, P3,…, Pn) 각각은 내부에 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함한다. 즉, 제1배터리 팩(P1)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C₁₁-C_1p)을 포함한다. 또한, 제2배터리 팩(P2)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C₂₁-C_2p)을 포함한다. 또한, 제3배터리 팩(P3)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C₃₁-C_3p)을 포함한다. 또한, 제n배터리 팩(Pn)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C_n1-C_np)을 포함한다. 제4배터리 팩부터 제n-1배터리 팩의 도시는 생략되었으나, 도시된 배터리 팩과 동일하게 직렬 연결된 p개의 배터리 셀들을 포함하고 있다. 또한, 특별한 설명이 없는 한 제4배터리 팩 내지 제n-1배터리 팩의 경우도 동일한 구성을 포함하고 있음을 미리 밝혀둔다.

본 발명에 따른 진단 장치(10)는 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)을 각각 측정하는 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)을 포함한다. 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)은 고전위 병렬 노드(11)의 전압(SYS⁺)을 측정하는 고전위 병렬 노드 전압 측정 회로(13a)와 저전위 병렬 노드(12)의 전압(SYS^-)을 측정하는 저전위 병렬 노드 전압 측정회로(13b)를 포함한다.

일 예에서, 고전위 병렬 노드 전압 측정 회로(13a)와 저전위 병렬 노드 전압 측정 회로(13b)는 차동증폭기일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

고전위 병렬 노드 전압 측정회로(13a)의 반전 단자에는 기준 전위가 인가되고, 비반전 단자에는 고전위 병렬 노드(11)의 전압(SYS⁺)이 인가된다. 따라서, 고전위 병렬 노드 전압 측정회로(13a)는 고전위 병렬 노드(11)의 전위에 해당하는 전압을 출력한다. 또한, 저전위 병렬 노드 전압 측정회로(13b)의 반전 단자에는 기준 전위가 인가되고, 비반전 단자에는 저전위 병렬 노드(12)의 전압(SYS^-)이 인가된다. 따라서, 저전위 병렬 노드 전압 측정회로(13b)는 저전위 병렬 노드(12)의 전위에 해당하는 전압을 출력한다.

본 발명에 따른 진단 장치(10)는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺, V2⁺, V3⁺,…, Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-, V2^-, V3^-,…, Vn^-)을 각각 측정하는 전극 전압 측정 유닛(14)을 포함한다.

전극 전압 측정 유닛(14)은 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺, V2⁺, V3⁺,…,Vn⁺)을 각각 측정하는 제1 내지 제n양극 전압 측정회로(14a)와, 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 제1 내지 제n음극 전압(V1^-, V2^-, V3^-, …, Vn^-)을 각각 측정하는 제1 내지 제n음극 전압 측정회로(14b)를 포함한다.

일 예에서, 제1 내지 제n양극 전압 측정회로(14a)와 제1 내지 제n음극 전압 측정회로(14b)는 차동증폭기일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 내지 제n양극 전압 측정회로(14a)에 있어서 반전 단자에는 기준 전위가 인가되고, 비반전 단자에는 대응하는 배터리 팩의 양극 전위가 인가된다. 따라서, 제1 내지 제n양극 전압 측정회로(14a)는 각각 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 양극 전압(V1⁺-Vn⁺)에 해당하는 전압을 출력한다. 또한, 제1 내지 제n음극 전압 측정회로(14b)에 있어서 반전 단자에는 기준 전위가 인가되고, 비반전 단자에는 대응하는 배터리 팩의 음극 전위가 인가된다. 따라서, 제1 내지 제n음극 전압 측정회로(14b)는 각각 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 음극 전압(V1^--Vn^-)에 해당하는 전압을 출력한다.

본 발명에 따른 진단 장치(10)는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)을 통해 흐르는 제1 내지 제n팩 전류(I1-In)를 측정하는 전류 측정 유닛(15)을 포함한다. 전류 측정 유닛(15)은 제1배터리 팩(P1)의 제1팩 전류(I1)를 측정하는 제1전류 측정 회로(A1), 제2배터리 팩(P2)의 제2팩 전류(I2)를 측정하는 제2전류 측정 회로(A2), 제3배터리 팩(P3)의 제3팩 전류(I3)를 측정하는 제3전류 측정 회로(A3) 및 제n배터리 팩(Pn)의 제n팩 전류(In)를 측정하는 제n전류 측정 회로(An)를 포함한다. 물론, 도시되지 않았으나, 제4배터리 팩 내지 제n-1배터리 팩의 팩 전류를 측정하는 전류 측정 회로가 구비되는 것은 자명하다. 팩 전류는 충전전류 또는 방전전류를 일컫는다.

제1 내지 제n전류 측정 회로(A1-An)는 전류의 크기에 상응하는 전압 신호를 출력하는 홀센서일 수 있다. 대안적으로, 제1 내지 제n전류 측정 회로(A1-An)는 센스 저항과 센스 저항 양단에 인가되는 전압에 해당하는 신호를 출력하는 센스저항회로일 수 있다. 센스 저항 양단에 인가되는 전압은 옴의 법칙에 따라 전류의 크기로 변환 가능하다. 전류를 측정하는 회로는 당업계에 널리 알려져 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 진단 장치(10)는 병렬 노드 전압 측정 유닛(13), 전극 전압 측정 유닛(14) 및 전류 측정 유닛(15)과 동작 가능하게 결합된 제어 유닛(20)을 포함한다.

제어 유닛(20)은 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)을 제어하여 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)를 측정하고 측정 결과를 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)으로부터 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(20)은 전극 전압 측정 유닛(14)을 제어하여 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하고 측정 결과를 전극 전압 측정 유닛(14)으로부터 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(20)은 전류 측정 유닛(15)을 제어하여 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하고 측정 결과를 전류 측정 유닛(15)으로부터 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다.

이로써, 제어 유닛(20)은 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 획득할 수 있다.

제어 유닛(20)은 또한 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블(C1-Cn)에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 제1 내지 제n음극 케이블(N1-Nn)에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 산출하여 저장 유닛(30)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(20)은 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하여 저장 유닛(30)에 기록한다.

바람직하게, 제어 유닛(20)은, 하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정하도록 구성될 수 있다.

<수식 1>

Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik

여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수이다. Rk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 케이블 저항에 해당한다. SYS⁺는 고전위 병렬 노드의 전압이다. Vk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 전압이다. Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기이다.

<수식 2>

Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik

여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수이다. Rk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 케이블 저항에 해당한다. SYS^-는 저전위 병렬 노드 전압이다. Vk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 전압이다. Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기이다.

제어 유닛(20)은 또한 상기 수식 1 및 2에 의해 산출되는 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값을 가진 케이블을 열화 케이블로 진단할 수 있다. 소정 배수는 케이블의 열화 상태에 대한 진단 민감도를 고려하여 최적의 값으로 설정할 수 있는데, 예를 들어 1.5 내지 2.0 사이의 값으로 설정할 수 있다.

바람직하게, 제어 유닛(20)은 상기 수식 1 및 2에 의해 산출되는 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 1.5배 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단하고, 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 저장 유닛(30)에 기록할 수 있다.

제어 유닛(20)은 또한 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 저장 유닛(30)으로부터 독출하여 출력할 수 있다.

일 예에서, 본 발명에 따른 진단 장치(10)는 디스플레이 유닛(40)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 디스플레이 유닛(40)을 통해 시각적으로 표시할 수 있다. 일 예에서, 디스플레이 유닛(40)은 액정디스플레이 또는 유기발광다이오드디스플레이일 수 있다.

바람직하게, 케이블 정보는 열화 케이블로 진단된 케이블이 연결되어 있는 배터리 팩의 순번 정보와 해당 케이블이 연결된 전극의 종류에 관한 정보를 포함할 수 있다.

디스플레이 유닛(40)는 반드시 본 발명에 따른 장치(10) 내부에 포함될 필요는 없으며, 다른 장치에 포함된 것일 수 있다. 이러한 경우, 제어 유닛(20)은 디스플레이 유닛(40)과 직접적으로 연결되지 않고 다른 장치에 포함된 제어 수단을 매개로 디스플레이 유닛(40)과 간접적으로 연결된다. 따라서 디스플레이 유닛(40)과 제어 유닛(20)의 전기적 연결은 이러한 간접 연결 방식도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

한편, 제어 유닛(20)이 케이블의 열화에 관한 진단 정보를 디스플레이 유닛(40)을 통해 직접적으로 표시할 수 없는 경우, 진단 정보를 디스플레이 유닛을 포함하는 다른 장치로 제공할 수 있다. 이러한 경우, 제어 유닛(20)은 다른 장치와 데이터 전송이 가능하도록 연결될 수 있고, 다른 장치는 제어 유닛(20)으로부터 케이블의 열화에 관한 진단 정보를 수신할 수 있고, 다른 장치는 자신과 연결된 디스플레이 유닛을 통해 상기 수신된 케이블의 열화에 관한 진단 정보를 그래픽 유저 인터페이스로 표시할 수 있다.

다른 예에서, 본 발명에 따른 진단 장치(10)는 경고 메시지를 청각적으로 출력하는 알림 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 알림 유닛(50)을 통해 청각적으로 출력할 수 있다.

바람직하게, 알림 유닛(50)을 통해 청각적으로 출력되는 케이블 정보는 열화 케이블로 진단된 케이블이 연결되어 있는 배터리 팩의 순번 정보와 해당 케이블이 연결된 전극의 종류에 관한 정보를 포함할 수 있다. 대안적으로, 알림 유닛(50)을 통해 출력되는 정보는 케이블의 점검이 필요하다는 취지의 음성 메시지일 수 있다. 대안적으로, 알림 유닛(50)은 단순히 미리 설정된 경고음을 출력하는 것도 가능하다.

알림 유닛(50)은 소리를 출력할 수 있는 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예에서, 알림 유닛(50)은 스피커 또는 부저일 수 있다.

또 다른 예에서, 본 발명에 따른 진단 장치(10)는 통신 유닛(60)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 통신 유닛(60)을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송할 수 있다.

바람직하게, 통신 유닛(60)은 통신 데이터를 전송 또는 수신할 수 있는 통신 인터페이스일 수 있다. 통신 인터페이스는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay 또는 MOST(Media Oriented Systems Transport) 통신을 지원할 수 있다.

제어 유닛(20)은 케이블의 열화에 관한 진단 정보를 포함하는 통신 데이터를 생성한 후 생성된 통신 데이터를 통신 인터페이스를 통해 출력할 수 있다. 통신 데이터는 통신망을 통해 외부 디바이스에 포함된 제어 유닛으로 전달될 수 있다. 외부 디바이스의 제어 유닛은 상기 통신 데이터를 수신한 후 통신 데이터로부터 진단 정보를 추출하고, 추출된 진단 정보를 외부 디바이스에 연결된 디스플레이 유닛에 시각적으로 표출할 수 있다. 외부 디바이스는 일 예로 케이블의 열화 상태를 진단할 수 있는 전용 진단 장치 또는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)이 탑재되는 부하, 예컨대 자동차의 메인 제어 컴퓨터일 수 있다.

본 발명에 있어서, 저장 유닛(30)은 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 저장 유닛(30)은 RAM, ROM, EEPROM, 레지스터 또는 플래쉬 메모리일 수 있다. 저장 유닛(30)은 또한 제어 유닛(20)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(20)과 전기적으로 연결될 수 있다.

저장 유닛(30)은 또한 제어 유닛(20)이 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다. 저장 유닛(30)은 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 제어 유닛(20) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.

본 발명에 있어서, 제어 유닛(20)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(20)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 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(30)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

또한, 제어 유닛(20)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, 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 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명에 따른 진단 장치(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(100)에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리의 충방전과 관련된 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 당업계에서 Battery Management System으로 불리는 컴퓨팅 시스템이다.

또한, 본 발명에 따른 진단 장치(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 종류의 전기 구동 장치(200)에 탑재될 수 있다.

일 측면에 따르면, 전기구동 장치(200)는, 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 모바일 컴퓨터 장치, 또는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 오디오/비디오 재생 장치 등을 포함한 핸드 헬드 멀티미디어 장치일 수 있다.

다른 측면에 따르면, 전기 구동 장치(200)는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같이 전기에 의해 이동이 가능한 전기 동력 장치, 또는 전기 드릴, 전기 그라인더 등과 같이 모터가 포함된 파워 툴일 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제어 유닛(20)이 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화를 진단하는 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S10에서, 제어 유닛(20)은, 병렬 연결된 멀티 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템이 충전 또는 방전 중일 때 소정 시간이 경과되었는지 판단한다. 소정 시간은 1초 내지 수십 초일 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

만약, 단계 S10에서의 판단 결과가 YES이면 제어 유닛(20)은 프로세스를 S20으로 이행하여 시간 카운트를 개시한다. 반면, 단계 S10에서의 판단 결과가 NO이면 제어 유닛(20)은 프로세스의 이행을 보류한다.

제어 유닛(20)은 단계 S20을 수행한 이후에 단계 S30에서 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)를 제어하여 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)를 측정하고 측정 결과를 병렬 노드 전압 측정 유닛(13)으로부터 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다. 단계 S30 이후에 단계 S40이 진행된다.

제어 유닛(20)은 단계 S40에서 전극 전압 측정 유닛(14)을 제어하여 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하고 측정 결과를 전극 전압 측정 유닛(14)으로부터 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다. 단계 S40 이후에 단계 S50이 진행된다.

제어 유닛(20)은 단계 S50에서 전류 측정 유닛(15)을 제어하여 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하고 전류 측정 유닛(15)으로부터 측정 결과를 입력 받아 저장 유닛(30)에 기록한다. 이로써, 제어 유닛(20)은 고전위 병렬 노드 전압(SYS+)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 획득할 수 있다. 단계 S50 이후에 단계 S60이 진행된다.

제어 유닛(20)은 단계 S60에서 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블(C1-Cn)에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 제1 내지 제n음극 케이블(N1-Nn)에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 산출하여 저장 유닛(30)에 기록한다.

바람직하게, 제어 유닛(20)은, 하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정할 수 있다.

<수식 1>

Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik

<수식 2>

Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik

여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수이다. Rk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 케이블 저항에 해당한다. SYS^-는 저전위 병렬 노드 전압이다. Vk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 전압이다. Ik는 k번?? 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기이다.

단계 S60 이후에 단계 S70이 진행된다.

제어 유닛(20)은 단계 S70에서 상기 수식 1 및 2를 통해 산출한 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 산출하여 저장 유닛(30)에 기록한다. 단계 S70 이후에 단계 S80이 진행된다.

제어 유닛(20)은 단계 S80에서 상기 수식 1 및 2에 의해 산출되는 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값을 가진 케이블을 열화 케이블로 진단하고, 진단된 케이블 정보를 저장 유닛(30)에 기록할 수 있다.

케이블 정보는 열화 케이블로 진단된 케이블이 설치된 배터리 팩의 순번과 전극의 종류에 관한 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 소정 배수는 1.5 내지 2.0 사이에서 설정될 수 있는데, 일 예로 1.5일 수 있다. 단계 S80 이후에 단계 S90이 진행된다.

제어 유닛(20)은 S90에서 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 저장 유닛(30)으로부터 독출하여 출력할 수 있다.

도 3은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보가 출력되는 방식을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 디스플레이 유닛(40)을 통해 시각적으로 표시할 수 있다. 다른 예에서, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 알림 유닛(50)을 통해 청각적으로 출력할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어 유닛(20)은 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 통신 유닛(60)을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송할 수 있다. 디스플레이 유닛(40), 알림 유닛(50) 및 통신 유닛(60)을 통해서 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 출력하는 실시예는 앞서 상술하였다.

본 발명에 따른 진단 방법은 주기적으로 실시될 수 있다. 이를 위해 제어 유닛(20)은 단계 S20에서 카운트를 개시한 시간 카운트 값을 모니터할 수 있으며, 시간 카운트 값이 소정 기준치에 도달되면 케이블에 대한 진단 프로세스의 실행을 다시 개시할 수 있다.

도 4 및 도 5는 5개의 배터리 팩이 병렬로 연결된 멀티 배터리 팩 시스템에 본 발명을 적용한 경우 각 배터리 팩의 양극과 음극에 연결된 케이블의 저항을 산출한 결과와 케이블 열화 진단 결과를 표로 나타낸 것이다.

도 4에는 5개 배터리 팩의 양극과 음극에 연결된 케이블의 저항 값이 나타나있다. 표에서, R+는 양극측에 연결된 케이블의 저항 값이고, R-는 음극측에 연결된 케이블의 저항 값이다. 숫자 1-5는 배터리 팩의 순서 인덱스이다.

도 4에 나타난 총 10개의 저항 값에 대한 평균 값은 117.4 밀리오옴이고, 표준 편차는 17.29밀리오옴이다.

도 5에는 도 4에 나타난 각 저항 값에 대해 수식:(저항값-평균값)/(표준편차)을 적용한 결과를 나타낸 표가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 5번 배터리 팩의 양극 측에 연결된 케이블은 (저항값-평균값)/(표준편차)가 1.59이다. 유사하게, 5번 배터리 팩의 음극 측에 연결된 케이블은 (저항값-평균값)/(표준편차)가 1.76이다. 따라서, 소정 배수가 1.5로 설정되어 있는 경우 5번 배터리 팩의 양극과 음극에 연결된 케이블은 저항 값이 다른 배터리 팩의 양극과 음극에 연결된 케이블보다 임계치 이상으로 크므로 통계적 관점에서 해당 케이블이 열화된 것으로 진단할 수 있다.

반면, 5번 배터리 팩을 제외한 제1 내지 제4배터리 팩의 경우는 양극 및 음극측에 연결된 케이블들의 저항값에 대해서 수식: (저항값-평균값)/(표준편차)를 적용한 결과 계산값이 1.5를 초과하지 않으므로 해당 케이블들은 열화되지 않았다고 진단할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 케이블 열화 진단 방식과 달리 케이블의 초기 비저항, 케이블 길이 등의 사전 정보가 없더라도 통계적인 관점에서 복수의 케이블 저항값을 분석함으로써 상대적으로 열화가 빠르게 진행된 케이블을 용이하고 신뢰성 있게 진단할 수 있다. 또한, 열화된 케이블 정보를 제공함으로써 케이블의 교체 등 유지보수가 용이하다는 이점도 있다.

본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~유닛'이라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 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. 하지만 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

고전위 병렬 노드 및 저전위 병렬 노드 사이에 제1 내지 제n배터리 팩을 병렬 연결시키는 제1 내지 제n양극 케이블과 제1 내지 제n음극 케이블의 열화를 진단하는 장치에 있어서,
고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)을 측정하는 병렬 노드 전압 측정 유닛;
상기 제1 내지 제n배터리 팩의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하는 전극 전압 측정 유닛;
상기 제1 내지 제n배터리 팩을 통해 흐르는 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하는 전류 측정 유닛; 및
상기 병렬 노드 전압 측정 유닛, 상기 전극 전압 측정 유닛 및 상기 전류 측정 유닛과 동작 가능하게 결합된 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 측정 유닛들을 통해서 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 획득하는 제어 로직;
상기 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항을 산출하고 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하는 제어 로직; 및
상기 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단하고 진단된 케이블 정보를 출력하는 제어 로직을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 상기 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
<수식 1>
Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik
(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 케이블 저항에 해당함; SYS⁺는 고전위 병렬 노드 전압임; Vk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)
<수식 2>
Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik
(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 케이블 저항에 해당함; SYS^-는 저전위 병렬 노드 전압임; Vk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)
병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
데이터가 저장되는 저장 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은, 상기 측정 유닛들을 통해서 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터를 상기 저장 유닛에 저장하는 제어 로직; 및
상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 저장 유닛에 저장하는 제어 로직을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
정보를 표시하는 디스플레이 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 디스플레이 유닛을 통해 표시하는 제어 로직을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
경고 메시지를 청각적으로 출력하는 알림 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 알림 유닛을 통해 청각적으로 출력하는 제어 로직을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
통신 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 상기 통신 유닛을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송하는 제어 로직을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 소정 배수는 1.5 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치.
제1항에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 장치를 포함하는 전기 구동 장치.
고전위 병렬 노드 및 저전위 병렬 노드 사이에 제1 내지 제n배터리 팩을 병렬 연결시키는 제1 내지 제n양극 케이블과 제1 내지 제n음극 케이블의 열화를 진단하는 방법에 있어서,
(a) 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-)을 측정하는 단계;
(b) 상기 제1 내지 제n배터리 팩의 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-)을 측정하는 단계;
(c) 상기 제1 내지 제n배터리 팩을 통해 흐르는 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 측정하는 단계;
(d) 상기 고전위 병렬 노드 전압(SYS⁺)과 상기 저전위 병렬 노드 전압(SYS^-), 상기 제1 내지 제n양극 전압(V1⁺~Vn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 전압(V1^-~Vn^-), 및 상기 제1 내지 제n팩 전류(I1~In)를 포함하는 진단 데이터에 옴의 법칙을 적용하여 제1 내지 제n양극 케이블에 대한 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블에 대한 제1 내지 제n음극 케이블 저항을 산출하는 단계;
(e) 상기 산출된 2n개의 저항 값에 대한 평균과 표준편차를 결정하고, 상기 산출된 2n개의 저항 값 중에서 평균과의 차이가 표준 편차의 소정 배수 이상인 저항 값을 식별하고, 식별된 저항 값에 해당하는 케이블을 열화 케이블로 진단하는 단계; 및
(f) 상기 진단된 케이블 정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 (d) 단계는, 하기 수식 1 및 하기 수식 2를 이용하여 상기 제1 내지 제n양극 케이블 저항(R1⁺~Rn⁺)과 상기 제1 내지 제n음극 케이블 저항(R1^-~Rn^-)을 결정하는 단계임을 특징으로 하는,
<수식 1>
Rk⁺ = |SYS⁺-Vk⁺|/Ik
(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 케이블 저항에 해당함; SYS⁺는 고전위 병렬 노드 전압임; Vk⁺는 k번째 배터리 팩의 양극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)
<수식 2>
Rk^- = |Vk^―- SYS^-|/Ik
(여기서, k는 배터리 팩에 대한 인덱스로서, 1 이상 n 이하의 정수임; Rk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 케이블 저항에 해당함; SYS^-는 저전위 병렬 노드 전압임; Vk^-는 k번째 배터리 팩의 음극 전압임; Ik는 k번째 배터리 팩을 통해서 흐르는 전류의 크기임)
병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 (f) 단계는, 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 디스플레이 유닛을 통해 표시하는 단계임을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계는, 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 알림 유닛을 통해 청각적으로 출력하는 단계임을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계는, 상기 열화 케이블로 진단된 케이블 정보를 통신 유닛을 통해 외부 디바이스의 제어 유닛으로 전송하는 단계임을 특징으로 하는 병렬 연결된 멀티 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정 배수는 1.5 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 케이블 열화 진단 방법.