KR20220030086A - 배터리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩 중 적어도 일부 배터리 팩에서 발생한 릴레이 고장을 간단하면서도 정확하게 검출할 수 있는 배터리 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 시스템은, 서로 전기적으로 병렬로 연결되고, 각각 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 대한 충방전 전류가 흐르도록 구성된 단위 전류 경로 및 상기 단위 전류 경로에 구비된 단위 릴레이를 구비하며, 상기 단위 전류 경로에 흐르는 단위 전류의 크기를 측정하도록 구성된 단위 전류센서가 적어도 하나에 더 구비된 복수의 배터리 팩; 상기 복수의 배터리 팩 각각의 단위 전류 경로에 함께 연결되어 복수의 배터리 팩에 대한 충방전 전류가 통합하여 흐르도록 구성된 통합 전류 경로; 상기 통합 전류 경로에 구비되어 상기 통합 전류 경로에 흐르는 통합 전류의 크기를 측정하도록 구성된 통합 전류센서; 및 상기 단위 전류센서에서 측정된 단위 전류와 상기 통합 전류센서에서 측정된 통합 전류를 비교하여 상기 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 시스템{Battery System}

본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 상태에서 배터리 팩에 포함된 단위 릴레이의 고장 여부를 효과적으로 판별할 수 있도록 구성된 배터리 시스템과 이를 포함하는 자동차 및 전력 저장 시스템 등에 관한 것이다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)과 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이차 전지는 하나 또는 그 이상이 배터리 팩에 구비되어 중대형 장치 등에 장착될 수 있다. 이때, 중대형 장치로 충분한 출력 내지 용량을 제공하기 위해, 각 배터리 팩이 서로 병렬로 연결되어 하나의 배터리 시스템을 구성할 수 있다.

이러한 배터리 시스템에서, 각각의 배터리 팩에는 충방전 전류 경로와 이러한 충방전 전류 경로를 온오프시키는 릴레이(스위치) 등이 포함될 수 있다. 여기서, 각 배터리 팩에 포함된 릴레이는 접점이 접촉 및 분리되는 기계적 방식으로 구현되는 경우가 많은데, 이러한 릴레이는 특정 상태로 고착되어 제대로 작동하지 못하는 고장 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩에 포함된 릴레이는 오픈 상태로 고착되어, 클로우즈되어야 함에도 정상적으로 클로우즈되지 못하고 오픈 상태로 유지되는 오픈 고장이 발생할 수 있다.

이러한 릴레이의 고장 시, 고장 상황은 정확하면서도 신속하게 파악될 필요가 있다. 하지만, 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 상황에서는, 배터리 시스템의 단자 전압, 이를테면 DC 링크 전압을 측정하는 방식으로는 일부 배터리 팩의 릴레이 고장을 제대로 파악할 수 없다. 일부 배터리 팩의 릴레이가 고장난 상황에서도, 병렬 연결의 특성 상, 배터리 시스템의 최종 단자 전압은 정상적인 상황과 거의 동일하기 때문이다.

만일, 일부 배터리 팩의 릴레이 오픈 고장이 제대로 진단되지 못하고 배터리 시스템이 지속적으로 가동되는 경우, 릴레이 오픈 고장이 발생하지 않은 배터리 팩이 적정 수준을 넘어서 무리하게 사용될 수 있다. 따라서, 배터리 시스템의 전반적인 손상 내지 퇴화가 발생할 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 시스템의 용량이 충분히 확보되지 못하는 문제도 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩 중 적어도 일부 배터리 팩에서 발생한 릴레이 고장을 간단하면서도 정확하게 검출할 수 있는 배터리 시스템과 이를 포함하는 자동차 및 전력 저장 시스템 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 서로 전기적으로 병렬로 연결되고, 각각 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 대한 충방전 전류가 흐르도록 구성된 단위 전류 경로 및 상기 단위 전류 경로에 구비된 단위 릴레이를 구비하며, 상기 단위 전류 경로에 흐르는 단위 전류의 크기를 측정하도록 구성된 단위 전류센서가 적어도 하나에 더 구비된 복수의 배터리 팩; 상기 복수의 배터리 팩 각각의 단위 전류 경로에 함께 연결되어 복수의 배터리 팩에 대한 충방전 전류가 통합하여 흐르도록 구성된 통합 전류 경로; 상기 통합 전류 경로에 구비되어 상기 통합 전류 경로에 흐르는 통합 전류의 크기를 측정하도록 구성된 통합 전류센서; 및 상기 단위 전류센서에서 측정된 단위 전류와 상기 통합 전류센서에서 측정된 통합 전류를 비교하여 상기 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성된 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 병렬 연결 개수를 고려하여 상기 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 통합 전류센서에 의한 통합 전류의 측정값을 상기 배터리 팩의 병렬 연결 개수로 나눈 통합 분할값과 적어도 하나의 단위 전류센서에 의한 단위 전류의 측정값을 상호 비교하여, 적어도 하나의 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 단위 전류의 측정값이 상기 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 적어도 하나의 단위 릴레이에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 배터리 팩은, 각각 단위 전류센서를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 단위 전류의 측정값이 상기 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 복수의 단위 전류센서의 측정값을 상호 비교하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 단위 전류센서는, 상기 단위 전류를 복수 회 측정하도록 구성되고, 상기 제어부는, 상기 단위 전류센서에 의해 복수 회 측정된 결과를 기초로, 상기 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 단위 전류센서에 의해 측정된 복수의 단위 전류 측정값에 대한 평균값을 산출하고, 상기 산출된 평균값과 기준값을 비교하여 상기 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 산출된 평균값이 상기 기준값보다 낮은 경우, 해당 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 시스템을 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 시스템을 포함한다.

본 발명에 의하면, 다수의 배터리 팩이 서로 병렬로 연결된 상태에서, 적어도 일부 배터리 팩의 내부에 포함된 릴레이에 고장이 발생한 상황이 효과적으로 파악될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 간단한 구성만으로 일부 배터리 팩의 릴레이에서 오픈 고장이 발생하였는지 여부가 보다 정확하게 진단될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 각 배터리 팩의 사용 여부를 일일이 파악하지 않더라도, 릴레이의 고장 상황이 파악될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 모든 배터리 팩 각각에 흐르는 전류값을 파악하지 않고 일부 배터리 팩에 흐르는 전류값만 파악하더라도, 특정 배터리 팩의 릴레이 고장이 용이하게 검출될 수 있다. 따라서, 이 경우, 일부 배터리 팩에 전류센서가 포함되지 않은 상황이나 일부 배터리 팩의 전류센서에 대한 센싱 정보가 수신되지 않는 상황에서도, 배터리 시스템 내부에 고장이 발생한 릴레이가 포함되어 있는지 여부가 파악될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 적어도 일부 배터리 팩의 릴레이 고장이 신속하면서도 정확하게 파악되어, 다른 배터리 팩이 무리하게 사용되어 손상 내지 퇴화되는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 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 배터리 시스템의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 포함된 배터리 팩의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에서, 하나의 배터리 팩에 구비된 단위 전류센서에 의해 복수 회 측정된 단위 전류 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에서, 서로 다른 배터리 팩에 구비된 단위 전류센서에 의해 복수 회 측정된 단위 전류 측정 결과의 평균값을 각각 기준값과 비교하여 나타낸 그래프이다.

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 아니되며, 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 포함된 배터리 팩(100)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또한, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 배터리 팩(100), 통합 전류 경로(200), 통합 전류센서(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 팩(100)은, 본 발명에 따른 배터리 시스템에 다수 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리 시스템에는, 제1 팩(101), 제2 팩(102) 및 제3 팩(103)의 3개의 배터리 팩(100)이 포함될 수 있다. 다만, 배터리 팩(100)의 개수가 다양하게 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 본 발명에 따른 배터리 시스템에서 이러한 복수의 배터리 팩(100)은 서로 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100) 각각은, 배터리 셀(110), 단위 전류 경로(120) 및 단위 릴레이(130)를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 배터리 셀(110)은, 하나 또는 그 이상의 이차 전지를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 용량 및 출력을 증대시키기 위해, 다수의 이차 전지가 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 형태로 배터리 셀(110)에 포함될 수 있다. 배터리 셀(110)에 포함되는 이차 전지는 리튬 이차 전지일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 이차 전지의 종류로 한정되는 것은 아니다.

상기 단위 전류 경로(120)는, 배터리 셀(110)에 대한 충방전 전류가 흐를 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 전류 경로(120)는, 배터리 셀(110)과 팩 단자 사이에 구비되어, 배터리 셀(110)과 팩 단자 사이에서 배터리 팩(100)의 충전 전류 및 방전 전류가 흐르도록 구성될 수 있다.

상기 단위 릴레이(130)는, 단위 전류 경로(120)에 구비되어 단위 전류 경로(120)를 개폐시키도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 단위 릴레이(130)는, 접점의 접촉과 분리를 통해 단위 전류 경로(120)에 전류가 흐르도록 하거나 흐르지 않도록 하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 릴레이(130)는, 기계식 릴레이이거나 전자식 릴레이일 수 있다. 이러한 단위 릴레이(130)의 구성에 대해서는 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략하며, 본 발명의 배터리 시스템에는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 릴레이가 단위 릴레이(130)로 채용될 수 있다.

또한, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 팩(100) 중 적어도 하나의 배터리 팩(100)은, 단위 전류센서(140)를 더 구비할 수 있다. 이를테면, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템에 포함된 모든 배터리 팩(100)에 단위 전류센서(140)가 구비될 수 있다. 상기 단위 전류센서(140)는, 각 배터리 팩(100)의 단위 전류 경로(120)에 흐르는 단위 전류의 크기를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 제1 팩(101)에 구비된 단위 전류센서(140)는, 제1 팩(101)의 단위 전류 경로(120)에 흐르는 단위 전류, 즉 팩 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 단위 전류센서(140)로는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 전류센서가 채용될 수 있다.

이 밖에도 배터리 팩(100)에는 다른 다양한 구성요소들이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(100)에는, 각 배터리 팩(100)의 전압이나 온도를 측정하는 측정센서, 퓨즈, 배터리 팩(100)의 각 단위 릴레이(130)를 제어하는 BMS(Battery Management System) 등을 더 구비할 수 있다.

상기 통합 전류 경로(200)는, 복수의 배터리 팩(100)에 대한 충방전 전류가 통합하여 흐르도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 통합 전류 경로(200)는, 복수의 배터리 팩(100) 각각의 단위 전류 경로(120)에 함께 통합하여 연결되는 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3의 구성에서, 3개의 배터리 팩(100)(제1 팩(101), 제2 팩(102), 제3 팩(103))의 각 단위 전류 경로(120)는 하나의 통합 단자(210)에 접속되어, 통합 전류 경로(200)로 연결될 수 있다. 그리고, 이러한 통합 전류 경로(200)는, 충방전 시스템과 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 통합 전류 경로(200)는, 배터리 시스템의 충전을 위한 충전 단자나 전력 계통 등의 충전 장치에 연결되어, 각 배터리 팩(100)으로 충전 전원이 공급될 수 있는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 통합 전류 경로(200)는, 배터리 시스템의 방전 전원이 모터나 전력 계통 등 부하에 연결되어, 각 배터리 팩(100)의 방전 전원이 방출될 수 있는 경로를 제공할 수 있다.

상기 통합 전류센서(300)는, 통합 전류 경로(200) 상에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 통합 전류센서(300)는, 통합 전류 경로(200)에 흐르는 통합 전류, 즉 시스템 전류의 크기를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 통합 전류센서(300)는, 상기 단위 전류센서(140)와 마찬가지로, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 전류센서가 채용될 수 있다. 그리고, 이와 같은 전류센서에 대해서는 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 통합 전류센서(300)의 구성에 대해서는 보다 상세한 설명을 생략하며, 본 발명은 이러한 통합 전류센서(300)의 특정 종류로 한정되지 않는다.

상기 제어부(400)는, 단위 전류센서(140)에서 측정된 단위 전류와 통합 전류센서(300)에서 측정된 통합 전류를 서로 비교하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3의 구성을 참조하면, 상기 제어부(400)는, 제1 팩(101)의 단위 전류센서(140), 제2 팩(102)의 단위 전류센서(140) 및 제3 팩(103)의 단위 전류센서(140)와 각각 연결될 수 있다(a1, a2, a3). 따라서, 제어부(400)는, 이들 단위 전류센서(140)들로부터 각 배터리 팩(100)의 단위 전류 경로(120)에 흐르는 단위 전류의 측정값, 다시 말해 각 팩 전류의 측정값을 수신할 수 있다. 한편, 제어부(400)는, 각 단위 전류 측정값을 각각의 단위 전류센서(140)로부터 직접 수신할 수도 있고, 다른 구성요소를 통해 수신할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어부(400)는, 각 배터리 팩(100)에 구비된 BMS(Battery Management System)와 같은 다른 제어 유닛을 통해, 각 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정값을 간접적으로 수신할 수도 있다. 또한, 도 3의 구성에서, 상기 제어부(400)는, 통합 전류센서(300)와 연결되어, 통합 전류 경로(200)에 흐르는 통합 전류의 측정값을 수신할 수 있다.

상기 제어부(400)는, 이와 같이, 통합 전류센서(300)로부터 수신한 통합 전류의 측정값과 단위 전류센서(140)로부터 수신한 단위 전류의 측정값을 서로 비교할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(400)는, 이러한 통합 전류와 단위 전류의 비교 결과를 통해, 적어도 하나의 배터리 팩(100)에 포함된 단위 릴레이(130)에 대한 고장 여부를 판별하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 시스템에 구비된 통합 전류센서(300)와 배터리 팩(100)에 구비된 단위 전류센서(140)의 전류 측정 결과만으로, 배터리 시스템에 포함된 배터리 팩(100) 내부의 릴레이 고장이 간단하면서도 정확하게 파악될 수 있다. 따라서, 배터리 시스템의 전압, 다시 말해 복수의 배터리 팩(100)이 병렬로 연결된 양극 측 통합 전류 경로(200)와 음극 측 통합 전류 경로(200) 사이의 전압에 별다른 변화가 발생하지 않더라도, 배터리 팩(100)의 릴레이 고장이 용이하게 진단될 수 있다.

상기 제어부(400)는, 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 것으로서, 중앙 처리 장치(CPU), 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하거나 이들 용어로 표현될 수 있다. 또한, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(400)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(400)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(400)의 내부 또는 외부에 구비될 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(400)와 연결될 수 있다.

한편, 상기 통합 전류 경로(200), 상기 통합 전류센서(300) 및 상기 제어부(400)는, 도 3에서 J로 표시된 바와 같이, 배터리 팩(100) 외부에 위치하여 복수의 배터리 팩(100)이 접속된 하나의 통합 장치에 포함되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 J로 표시된 바와 같은 통합 장치는, 정션 박스(junction box)일 수 있다. 즉, 이러한 정션 박스에는, 통합 전류 경로(200), 통합 전류센서(300) 및 제어부(400)가 포함될 수 있다.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 통합 전류 경로(200) 상에 구비되어 통합 전류 경로(200)를 개폐하도록 구성된 통합 릴레이(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 통합 릴레이는 제어부(400)의 제어 하에 온오프될 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부 단위 릴레이(130)에 고장이 발생하는 등 배터리 시스템의 비정상적인 상황에서, 상기 제어부(400)는 통합 릴레이를 턴오프시켜 통합 전류 경로에 전류가 흐르지 않도록 하거나 배터리 시스템이 구동되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 경고부를 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 일부 단위 릴레이(130)에 고장이 발생하는 등 배터리 시스템의 비정상적인 상황에서, 경고부는 모니터나 램프, 스피커 등을 이용하여 해당 상황을 사용자나 관리자에게 경고하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부(400)는, 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수를 고려하여 단위 릴레이(130)의 고장 여부를 판별하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 구성을 참조하면, 배터리 시스템에 3개의 배터리 팩(100)이 병렬로 연결된 경우, 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수는 3개라고 할 수 있다. 이때, 상기 제어부(400)는, 단위 릴레이(130)의 고장 여부를 판별함에 있어서, 3개라는 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수를 이용할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수에 대한 정보는, 제어부(400)에 구비된 메모리 등의 저장 장치에 미리 저장될 수도 있고, 제어부(400)의 외부에 위치하는 별도의 장치로부터 제공될 수도 있다. 또는, 상기 제어부(400)는, 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수를 직접 파악할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(400)는, 통합 단자(210)에 접속된 팩 단자의 개수를 감지하여 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수를 파악하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(400)는, 통합 전류센서(300)로부터 수신한 통합 전류의 측정값을 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수로 나누는 형태의 연산을 수행할 수 있다. 이때, 이와 같은 연산으로 도출된 값이 통합 분할값이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 배터리 시스템에서, 통합 전류센서(300)로부터 수신한 통합 전류의 측정값이 Iu라 할때, 상기 제어부(400)는 통합 분할값을 Iu/3으로 연산할 수 있다.

그리고, 제어부(400)는, 적어도 하나의 단위 전류센서(140)로부터 수신한 단위 전류의 측정값을 이러한 통합 분할값과 상호 비교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 제1 팩(101)에 구비된 단위 전류센서(140)로부터 단위 전류의 측정값을 I1으로 수신한 경우, 상기 제어부(400)는 제1 전류 측정값인 I1과 앞서 연산된 통합 분할값인 Iu/3을 서로 비교할 수 있다.

그리고, 제어부(400)는, 이와 같은 단위 전류 측정값과 통합 분할값의 비교 결과를 기초로 단위 릴레이(130)의 고장 여부를 판별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 제어부(400)는, I1과 Iu/3의 값의 크기를 서로 비교함으로써, 적어도 하나의 단위 릴레이(130), 이를테면 도 3에서 제1 팩(101), 제2 팩(102) 및 제3 팩(103) 중 적어도 하나의 배터리 팩(100)에 포함된 단위 릴레이(130)의 고장 여부를 판별할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제어부(400)는 배터리 팩(100)의 병렬 연결 개수만 미리 파악하고 복수의 전류 센서의 측정값을 서로 비교하기만 하면, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 팩(100) 중 적어도 일부 배터리 팩(100)에서 릴레이 고장이 발생한 사실을 파악할 수 있다.

또한, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 팩(100) 중 상황에 따라 일부 배터리 팩(100)은 의도적으로 사용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 배터리 시스템에 연결된 부하의 요청 전류량이 작은 경우, 일부 배터리 팩(100)은 사용되지 않을 수 있다. 이러한 상황에서, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 제어부(400)가 모든 배터리 팩(100)에 대한 사용 여부를 일일이 파악하지 못했다 하더라도, 적어도 일부 배터리 팩(100)의 릴레이에 고장이 발생하였는지 여부가 파악될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 모든 배터리 팩(100)에 전류센서가 포함되어 있지 않은 상황, 또는 모든 배터리 팩(100)의 전류센서로부터 센싱값을 수신하지 못하는 상황에서도, 적어도 일부 배터리 팩(100)의 릴레이에 대한 고장 발생 여부가 파악될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어부(400)는, 단위 전류의 측정값과 통합 분할값을 비교하여, 단위 전류의 측정값이 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 적어도 하나의 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 여기서, 오픈 고장이란, 단위 릴레이(130)의 접점이 떨어진 상태로 유지되어, 클로우즈 제어 신호가 있더라도 제대로 접점이 붙지 못하는 고장을 의미한다고 할 수 있다. 즉, 오픈 고장이란, 단위 릴레이(130)가 오픈된 상태로 고착된 상태의 고장 상황이라 할 수 있다. 그리고, 일정 수준이란, 일부 단위 릴레이(130)에서 고장이 발생하지 않고 배터리 시스템이 정상적인 상황에서도 발생할 수 있는 오차 범위 이내의 전류 차이를 의미한다고 할 수 있다. 이를테면, 일정 수준은, 오차 범위로서, 대략 0.5 A 정도의 수준을 의미할 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 도 3에 도시된 구성과 같이, 제1 팩(101), 제2 팩(102) 및 제3 팩(103)의 3개의 배터리 팩(100)이 존재하고, 통합 전류센서(300)에 의해 측정된 통합 전류 측정값이 30A인 경우, 통합 분할값은, 30A/3, 즉 10A로 연산될 수 있다. 이때, 제1 팩(101)에 구비된 단위 전류센서(140)에 의한 측정값, 즉 제1 팩(101)에 흐르는 단위 전류 측정값이 15A인 경우, 10A와 비교할 때 일정 수준을 벗어나는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 제어부(400)는 복수의 단위 릴레이(130) 중 적어도 하나의 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

특히, 제어부(400)는, 단위 전류 측정값이 통합 분할값보다 큰 경우, 통합 분할값과 비교된 단위 전류의 대상 배터리 팩(100)이 아닌 다른 배터리 팩(100)에 구비된 단위 릴레이(130)가 오픈 고장인 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시예에서, 제1 팩(101)에 흐르는 단위 전류 측정값이 15A로서 통합 분할값인 10A보다 크게 감지된 경우, 제어부(400)는, 제1 팩(101)이 아닌, 제2 팩(102)에 구비된 단위 릴레이(130) 또는 제3 팩(103)에 구비된 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

복수의 배터리 팩(100)이 병렬로 연결된 구성에서, 일부 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)가 오픈 고장인 경우, 해당 배터리 팩(100)으로는 단위 전류가 흐를 수 없다. 반면, 병렬 연결 배터리 팩(100) 전체의 양단 전압은 동일하므로, 일부 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)가 오픈 고장이라 하더라도 통합 전류 경로(200)에 흐르는 전류의 크기는 큰 변화가 없다. 다만, 단위 릴레이(130)가 정상적으로 작동하는 다른 배터리 팩(100)에서는 정상적인 상황보다 많은 전류가 흐를 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 제3 팩(103)의 단위 릴레이(130)가 고장인 경우, 제1 팩(101)과 제2 팩(102)에는 정상적인 상황에서보다 많은 전류가 흐르게 된다.

따라서, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 일부 배터리 팩(100)에 흐르는 단위 전류 센싱만으로도, 배터리 시스템 내에서 단위 릴레이(130)에 문제가 발생한 사실을 인지할 수 있다. 즉, 모든 배터리 팩(100) 각각의 전류 센싱 정보를 다 확인하지 않더라도, 일부 단위 릴레이(130)에 문제가 발생한 사실이 쉽게 파악될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 팩(100)은, 각각 단위 전류센서(140)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 팩(101), 제2 팩(102) 및 제3 팩(103) 모두 각각의 단위 전류센서(140)를 구비할 수 있다.

이때, 제어부(400)는, 단위 전류의 측정값이 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 복수의 단위 전류센서(140)의 측정값을 상호 비교하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 앞선 실시예와 같이, 통합 분할값이 10A이고, 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값이 15A로서 일정 수준 이상으로 크게 감지된 경우, 제어부(400)는, 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값을, 제2 팩(102) 및/또는 제3 팩(103)의 단위 전류 측정값과 비교할 수 있다.

여기서, 제어부(400)는, 적어도 2개의 단위 전류 측정값의 동일성 여부를 비교할 수 있다. 그리고, 이와 같은 동일성 여부의 비교를 통해, 단위 전류 측정값의 정확성 여부가 검증될 수 있다. 예를 들어, 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값이 15A인 경우, 제2 팩(102) 및/또는 제3 팩(103)의 단위 전류 측정값이 15A인지 판단할 수 있다. 만일, 제2 팩(102)의 단위 전류 측정값이 15A인 경우, 이는 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값과 동일하므로, 제어부(400)는 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값이 정확하게 측정되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는, 제1 팩(101)과 제2 팩(102)이 아닌 다른 배터리 팩(100), 이를테면 제3 팩(103)의 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 단위 전류센서(140)의 전류 측정값이 정확한지 검증이 가능하므로, 이를 통한 단위 릴레이(130)의 오픈 고장 여부가 보다 정확하게 판단될 수 있다.

또한, 제어부(400)는, 일부 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정값이 통합 분할값보다 큰 경우, 전류 측정값이 0인 단위 전류센서(140)가 존재하는지 파악할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는, 단위 전류의 크기가 0으로 파악된 배터리 팩(100)에 대하여 단위 릴레이(130)가 오픈 고장인 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 도 3의 실시 구성에서, 제어부(400)는, 제1 팩(101)의 단위 전류센서(140)의 측정값이 15A로서 통합 분할값인 10A보다 큰 경우, 제2 팩(102) 또는 제3 팩(103)의 단위 전류센서(140) 중 측정값이 0인 전류센서가 있는지 파악할 수 있다. 만일, 제3 팩(103)의 단위 전류가 0으로 센싱된 경우, 제어부(400)는 제3 팩(103)의 단위 릴레이(130)가 고장인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 제어부(400)는, 제3 팩(103)에 대하여 교체할 것을 사용자에게 고지하는 등, 사용자에게 경고하거나 배터리 시스템의 전류 차단 등의 관련 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 일부 배터리 팩(100)의 단위 전류가 정상적인 상황보다 큰 경우에만 다른 단위 전류의 크기가 0인지 파악되므로, 불필요한 확인 동작이 수행되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 제어부(400)는, 단위 전류의 측정값이 통합 분할값보다 일정 수준 이상 작은 경우, 해당 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 해당 단위 릴레이(130)란, 통합 분할값과 비교된 대상인 단위 전류가 측정된 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)라 할 수 있다.

예를 들어, 통합 분할값이 10A인 상황에서, 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값이 0인 경우, 제어부(400)는 제1 팩(101)의 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이때, 제어부(400)는, 다른 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정값을 더 비교할 수 있다. 특히, 제어부(400)는, 다른 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정값이 통합 분할값보다 더 크게 측정되는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 제1 팩(101)의 단위 전류 측정값이 0인 경우, 제2 팩(102) 및/또는 제3 팩(103)의 단위 전류 측정값이 10A보다 일정 수준 이상 크게 감지되는지 확인할 수 있다. 그리고, 이러한 제2 팩(102)과 제3 팩(103)의 단위 전류 측정값이 10A보다 일정 수준 이상 큰 값, 이를테면 각각 15A인 경우, 제어부(400)는 제1 팩(101)의 단위 릴레이(130)에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 제2 팩(102)과 제3 팩(103)의 단위 전류 측정값이 통합 분할값인 10A보다 크게 측정되지 않는 경우, 제1 팩(101)의 단위 전류센서(140) 이상일 수도 있으므로, 제어부(400)는 제1 팩(101)의 단위 전류센서(140)로부터 다시 측정값을 전송받는 등, 재검증 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 일부 배터리 팩(100)의 단위 전류가 정상적인 상황보다 작은 경우에만 다른 단위 전류의 크기가 일정 수준 이상인지 파악되므로, 불필요한 확인 동작이 수행되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 일부 배터리 팩(100)의 단위 전류가 일시적으로 낮게 측정되었다 하더라도, 곧바로 단위 릴레이(140)의 고장으로 최종 판단하지 않고, 다른 배터리 팩(100)의 측정 결과를 통해 검증하여 단위 릴레이(140)의 고장 여부가 최종적으로 판단될 수 있다. 따라서, 단위 릴레이(140)의 고장 여부가 보다 정확하게 판단될 수 있다.

또한, 상기 단위 전류센서(140)는, 단위 전류를 복수 회 측정하도록 구성될 수 있다. 특히, 단위 전류센서(140)는, 소정 기간동안 주기적, 또는 비주기적으로 단위 전류를 반복하여 측정하도록 구성될 수 있다.

그리고, 제어부(400)는, 단위 전류센서(140)에 의해 복수 회 측정된 결과를 기초로, 단위 릴레이(130)에 오픈 고장이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 단위 릴레이(130)의 오픈 고장 여부를 판별함에 있어서, 한 번의 단위 전류 측정값이 아닌, 복수의 단위 전류 측정값을 이용하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여, 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에서, 하나의 배터리 팩(100)에 구비된 단위 전류센서(140)에 의해 복수 회 측정된 단위 전류 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 어느 한 단위 전류센서(140)에 의해 12회 측정된 단위 전류값이 12개의 포인트(P1 내지 P12)로서 표시되어 있다. 즉, 각각의 포인트는, 어느 한 시점에서 측정된 단위 전류 측정 결과를 나타낸다고 할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는, 이러한 복수 회 측정된 결과를 고려하여 해당 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)나 다른 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에서 고장이 발생한 것으로 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 4의 측정 결과는, 도 3의 실시예와 같이 3개의 배터리 팩(100)이 포함된 배터리 시스템에서, 제1 팩(101)에 구비된 단위 전류센서(140)에 의해 측정된 결과라 가정될 수 있다. 또한, 3개의 배터리 팩(100)에 구비된 단위 릴레이(130)가 모두 정상적으로 동작하는 상황에서는, 모든 단위 전류센서(140)에서 측정된 값은 10A로 가정될 수 있다. 이러한 상황에서, 제1 팩(101)에 구비된 단위 전류센서(140)에 의해 측정된 결과는, P1 및 P2 포인트에서 10A로서 정상적 상태를 나타낸다고 할 수 있다. 그러나, P3, P4 및 P5 포인트에서는 15A로서 정상적인 상태보다 높은 측정값을 보이고 있다. 그리고, P6 및 P7 포인트에서는, 다시 단위 전류 측정 결과가 10A로서 정상 상태를 보이다가, P8, P9 및 P10 포인트에서는 15A로서 높은 값을 나타내고 있다.

이러한 상황에서, 제어부(400)는, 이처럼 정상적인 상태와 비정상적인 상태가 반복되는 상황을 고려하여, 단위 릴레이(130)의 오픈 고장 여부를 확인할 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 단위 전류센서(140)에 의한 단위 전류 측정 결과가 정상적인 상황과 비정상적인 상황이 반복되는 경우, 적어도 일부 단위 릴레이(130)가 오픈 및 클로우즈 상황이 비의도적으로 반복되고 있다고 해석될 수 있다. 이를테면, 단위 릴레이(130)에 클로우즈 신호가 전달되었음에도, 접점이 계속해서 붙어있지 않고, 붙음과 떨어짐이 반복되는 반오픈(half-open) 상태로 고장이 발생할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, P1, P2, P6, P7, P11, P12 포인트에서는 특정 단위 릴레이가 정상적으로 클로우즈되나, P3, P4, P5, P8, P9, P10 포인트에서는 특정 단위 릴레이가 비정상적으로 오픈된다고 볼 수 있다.

그런데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 단위 릴레이(130)의 고장 상황, 특히 반오픈 고장 상황이 보다 정확하게 확인될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서, P1 포인트나 P2 포인트의 측정 결과만을 기초로 배터리 시스템의 단위 릴레이(130) 이상 유무를 파악하는 경우, 단위 릴레이(130)에 이상이 없는 것으로 파악할 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성의 경우, 소정 기간 동안 수회 측정된 결과(P1~P12)를 활용하여 단위 릴레이(130)의 고장 상황이 파악되므로, 보다 정확한 단위 릴레이(130) 고장이 파악될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성에 의할 경우, 단위 릴레이(130)의 반오픈 고장 상황까지 효과적으로 파악될 수 있다.

특히, 상기 제어부(400)는, 단위 전류센서(140)에 의해 측정된 복수의 단위 전류 측정값에 대한 평균값을 산출하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(400)는, 이와 같이 산출된 평균값과 기준값을 비교하여 단위 릴레이(130)에 오픈 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5 및 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에서, 서로 다른 배터리 팩(100)에 구비된 단위 전류센서(140)에 의해 복수 회 측정된 단위 전류 측정 결과의 평균값을 각각 기준값과 비교하여 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 5에서 직선 m1은, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 팩(100) 중 어느 하나의 배터리 팩(100), 이를테면 도 3의 제1 팩(101)에 대하여 측정된 복수의 단위 전류 측정값에 대한 평균값을 나타낸다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 m1은 도 4에서 12회의 전류 측정 결과에 대한 평균값을 나타낸 것이라 할 수 있다. 이때, 평균값은 복수의 단위 전류 측정값에 대한 대표값이라 할 수 있다. 이러한 평균값은 산술 평균값일 수도 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 제어부(400)는 복수의 측정값에 대한 근사값을 구하는 다양한 방식으로 평균값을 산출할 수 있다. 또한, 평균값은 도 5에 도시된 바와 같이 직선 형태로 구성될 수도 있으나, 곡선이나 꺽인 직선 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

이처럼 평균값이 산출되면, 상기 제어부(400)는, 산출된 평균값과 기준값을 비교할 수 있다. 도 5에서, 기준값은 점선 r0로 표시되어 있다. 이러한 기준값은, 배터리 시스템에 포함된 전체 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)가 모두 정상인 상황에서 각 단위 릴레이(130)에 의해 측정될 수 있는 값이라 할 수 있다. 기준값은, 제어부(400)의 메모리 등에 미리 저장될 수 있다. 상기 제어부(400)는, 산출된 평균값(m1)이 이러한 기준값(r0)보다 일정 수준 이상으로 큰지 또는 작은지를 비교할 수 있다.

그리고, 이러한 비교를 통해, 상기 제어부(400)는, 해당 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130) 또는 다른 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에 고장이 발생하였는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 팩(101)의 단위 전류 평균값(m1)이 기준값(r0)보다 일정 수준 이상으로 큰 경우, 해당 배터리 팩(100)이 아닌 다른 배터리 팩(100), 이를테면 제2 팩(102)이나 제3 팩(103)의 단위 릴레이(130)에 고장, 특히 오픈 고장이나 반오픈 고장이 발생하였다고 판단할 수 있다.

더욱이, 상기 제어부(400)는, 단위 전류 평균값과 기준값의 차이를 고려하여 소정 단위 릴레이(130)에 완전 오픈 고장이 발생한 것인지 반오픈 고장이 발생한 것인지 판단할 수 있다.

예를 들어, 도 5의 구성에서, g1으로 표시된 바와 같이, 제어부(400)는 단위 전류 평균값(m1)과 기준값(r0) 사이의 차이가 미리 정해진 격차 참조값보다 큰지 작은지를 판단할 수 있다. 여기서, 격차 참조값은 완전 오픈 고장이 발생한 상태와 반오픈 고장이 발생한 상태를 구별하기 위해 미리 설정된 값일 수 있다. 그리고, 제어부(400)는, 단위 전류 평균값(m1)이 기준값(r0)보다 큰 상황에서, 이들 사이의 차이(g1)가 격차 참조값보다 큰 경우, 다른 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에 완전 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 단위 전류 평균값(m1)이 기준값(r0)보다 큰 상황에서, 이들 사이의 차이(g1)가 격차 참조값보다 작은 경우, 다른 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에 반오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이를테면, 도 5의 구성에서, 격차 참조값이 4A인 경우, g1이 5A라면, 이는 격차 참조값보다 크므로, 제어부(400)는 제2 팩(102)이나 제3팩에서 단위 릴레이(130)의 완전 오픈 고장이 발생했다고 판단할 수 있다. 반면, g1이 2A라면, 이는 격차 참조값보다 작으므로, 제어부(400)는 제2 팩(102)이나 제3 팩(103)에서 단위 릴레이(130)의 반오픈 고장이 발생했다고 판단할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 단위 전류 평균값과 기준값 사이의 차이를 통해, 단위 릴레이(130)의 정상 상황, 완전 오픈 고장 상황 및 반오픈 고장 상황이 보다 용이하게 구별 파악될 수 있다.

또한, 상기 제어부(400)는, 산출된 평균값이 기준값보다 낮은 경우, 해당 단위 릴레이(130), 즉 단위 전류의 평균값이 산출된 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에서 고장이 발생한 것으로 판별할 수 있다.

예를 들어, 도 6을 참조하면, 직선 m2는, 도 3의 제2 팩(102)에 대하여 측정된 복수의 단위 전류 측정값에 대한 평균값을 나타낸다고 할 수 있다. 그리고, 점선 r0는 앞서 도 5와 마찬가지로 기준값이라 할 수 있다.

도 6의 경우, 제2 팩(102)의 단위 전류 평균값인 직선 m2는 기준값(r0)보다 일정 수준 이상 낮다고 할 수 있다. 따라서, 제어부(400)는, 해당 배터리 팩(100), 즉 제2 팩(102)의 단위 릴레이(130)에 고장이 발생하였다고 판단할 수 있다.

특히, 상기 제어부(400)는, 이러한 제2 팩(102)의 단위 전류 평균값(m2)이 기준값(r0)보다는 낮으나 0보다 큰 값을 갖는 경우, 제2 팩(102)에 반오픈 고장이 발생하였다고 판단할 수 있다.

또는, 상기 제어부(400)는, 도 5의 실시예에서와 마찬가지로, 단위 전류 평균값(m2)과 기준값(r0)의 차이를 고려하여 해당 단위 릴레이(130)에 완전 오픈 고장이 발생한 것인지, 아니면 반오픈 고장이 발생한 것인지 판단할 수 있다.

예를 들어, 도 6의 구성에서, g2로 표시된 바와 같이, 제어부(400)는 단위 전류 평균값(m2)과 기준값(r0) 사이의 차이가 미리 정해진 격차 참조값보다 큰지 작은지를 판단할 수 있다. 여기서, 격차 참조값은, 앞서 도 5의 격차 참조값과는 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서의 격차 참조값은, 도 5의 구성에서의 격차 참조값보다 크게 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 단위 전류 평균값(m2)이 기준값(r0)보다 작은 상황에서, 이들 사이의 격차(g2)가 격차 참조값보다 큰 경우, 해당 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130), 즉 제2 팩(102)의 단위 릴레이(130)에서는 완전 오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 단위 전류 평균값(m2)이 기준값(r0)보다 작은 상황에서, 이들 사이의 차이(g2)가 격차 참조값보다 작은 경우, 해당 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에서는 반오픈 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 도 5 및 도 6의 구성에서, 기준값은 하나의 선으로 도시되어 있으나, 이러한 기준값은 일정 범위 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 기준값은 측정 오차 등을 고려하여 일정 범위로 설정될 수 있다.

또한, 상기 제어부(400)는, 복수 회 측정된 단위 전류 측정 결과에 대하여, 측정 패턴을 기초로 단위 릴레이(130)의 완전 오픈 고장이나 반오픈 고장 등을 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(400)는, 특정 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정 결과가 기준값보다 높은 영역에서 반복적으로 변화하는 경우, 다른 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)가 반오픈 고장이라고 판단할 수 있다. 반면, 상기 제어부(400)는, 특정 배터리 팩(100)의 단위 전류 측정 결과가 기준값보다 낮은 영역에서 반복적으로 변화하는 경우, 해당 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)가 반오픈 고장이라고 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 시스템은, 자동차, 특히 전기 자동차에 탑재될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 시스템을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 시스템의 일부 구성, 이를테면 제어부(400)는, 자동차 측에 마련된 구성, 이를테면 ECU(Electronic Control Unit) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 시스템 이외에, 자동차에 통상적으로 구비되는 차체나 전자 장비 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 시스템 이외에도, 인버터, 모터 및 하나 이상의 ECU 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 배터리 시스템 이외에 자동차의 다른 구성요소 등에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 전력 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전력 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 시스템을 포함할 수 있다. 특히, 전력 저장 시스템의 경우, 통상적으로 거대한 용량을 확보하기 위하여 매우 많은 수의 배터리 팩(100)이 병렬로 연결되는 경우가 많다. 본 발명에 따른 배터리 시스템의 경우, 병렬로 연결된 배터리 팩(100)에서 일부 배터리 팩(100)의 단위 릴레이(130)에 고장이 발생한 경우, 간단하면서도 보다 신속하고 정확한 파악이 가능하므로, 전력 저장 시스템에 채용 시 효과적인 운용이 가능해질 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.

100: 배터리 팩
101: 제1 팩, 102: 제2 팩, 103: 제3 팩
110: 배터리 셀, 120: 단위 전류 경로, 130: 단위 릴레이, 140: 단위 전류센서
200: 통합 전류 경로
210: 통합 단자
300: 통합 전류센서
400: 제어부

Claims (10)

1. 서로 전기적으로 병렬로 연결되고, 각각 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 대한 충방전 전류가 흐르도록 구성된 단위 전류 경로 및 상기 단위 전류 경로에 구비된 단위 릴레이를 구비하며, 상기 단위 전류 경로에 흐르는 단위 전류의 크기를 측정하도록 구성된 단위 전류센서가 적어도 하나에 더 구비된 복수의 배터리 팩;
   상기 복수의 배터리 팩 각각의 단위 전류 경로에 함께 연결되어 복수의 배터리 팩에 대한 충방전 전류가 통합하여 흐르도록 구성된 통합 전류 경로;
   상기 통합 전류 경로에 구비되어 상기 통합 전류 경로에 흐르는 통합 전류의 크기를 측정하도록 구성된 통합 전류센서; 및
   상기 단위 전류센서에서 측정된 단위 전류와 상기 통합 전류센서에서 측정된 통합 전류를 비교하여 상기 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성된 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 병렬 연결 개수를 고려하여 상기 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 통합 전류센서에 의한 통합 전류의 측정값을 상기 배터리 팩의 병렬 연결 개수로 나눈 통합 분할값과 적어도 하나의 단위 전류센서에 의한 단위 전류의 측정값을 상호 비교하여, 적어도 하나의 단위 릴레이의 고장 여부를 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 단위 전류의 측정값이 상기 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 적어도 하나의 단위 릴레이에서 오픈 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 배터리 팩은, 각각 단위 전류센서를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 단위 전류의 측정값이 상기 통합 분할값보다 일정 수준 이상 큰 경우, 복수의 단위 전류센서의 측정값을 상호 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단위 전류센서는, 상기 단위 전류를 복수 회 측정하도록 구성되고,
   상기 제어부는, 상기 단위 전류센서에 의해 복수 회 측정된 결과를 기초로, 상기 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 단위 전류센서에 의해 측정된 복수의 단위 전류 측정값에 대한 평균값을 산출하고, 상기 산출된 평균값과 기준값을 비교하여 상기 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 산출된 평균값이 상기 기준값보다 낮은 경우, 해당 단위 릴레이에 고장이 발생한 것으로 판별하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 시스템을 포함하는 자동차.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 시스템을 포함하는 전력 저장 시스템.

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