WO2011081303A2 - 배터리 팩 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for managing a battery pack, and more particularly, to provide an accurate state information for a vehicle battery pack by detecting an extreme temperature and high current flowing situation that may affect the life and performance of the battery pack.
  • An apparatus and method that can be used.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • hybrid vehicles and electric vehicles worldwide, including the United States, Europe, Japan, and Korea.
  • the most essential component of such a hybrid or electric vehicle is a battery that provides driving power to a vehicle motor.
  • hybrid cars and electric vehicles can obtain driving power through charging and discharging of batteries, users are increasingly increasing in terms of fuel efficiency and emission or reduction of pollutants compared to cars using only engines. .
  • a vehicle battery used in such a hybrid vehicle or an electric vehicle unlike the battery used in general portable electronic products, it may be frequently in an extreme situation due to the nature of being mounted in a vehicle. For example, if the car is driven in the polar regions or in cold winters, the battery can operate in very low temperatures. Or, if the car is running in the equator or hot summer, the battery can operate at very high temperatures.
  • Stopping the battery function can not only cause the vehicle to be inconvenient, but also cause inconvenience to the user, and can cause traffic accidents when the battery function is stopped while driving. In addition, even when servicing a vehicle or a battery pack, it is difficult to accurately understand the operation history of the battery pack, which makes it difficult to accurately diagnose the battery pack status.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides a battery pack management apparatus and method that can provide the status information of the vehicle battery pack to know the appropriate maintenance or replacement time for the vehicle battery pack. It aims to do it.
  • the temperature measuring module for measuring the temperature of the battery pack;
  • a current measuring module measuring charge / discharge current of the battery pack when the measured temperature does not belong to a predetermined temperature range;
  • a time measuring module measuring a time when the measured charge / discharge current is equal to or greater than a predetermined current value;
  • a storage module for accumulating and storing the measured time;
  • a control module for determining a state of the battery pack according to the accumulated stored time and providing the state information to the user.
  • the battery pack according to the present invention for achieving the above object includes the above-described battery pack management apparatus.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes the above-described battery pack management apparatus.
  • the battery pack management method for achieving the above object, (S1) measuring the temperature of the battery pack; (S2) measuring the charge / discharge current of the battery pack when the measured temperature does not belong to a predetermined temperature range; (S3) measuring the time when the measured charge / discharge current is equal to or greater than a predetermined current value; (S4) accumulating and storing the measured time; And (S5) determining the state of the battery pack according to the accumulated stored time and providing the state information to the user.
  • the vehicle battery pack can clearly grasp the history used in the extreme operating conditions and store the related information. This information can be used to clearly identify the factors that can reduce the life and performance of the vehicle battery pack, it can be referenced to determine the state of the battery pack, such as state of health (SOH).
  • SOH state of health
  • the driver or the vehicle mechanic with the state information of the vehicle battery pack accurately and correctly. Therefore, since the driver can predict the replacement or maintenance time of the vehicle battery pack in advance, it is possible to prevent accidents or interruptions caused by unnecessary replacement or maintenance of the battery pack or suspension of the battery pack function.
  • the driver may know that the battery has been used under extreme operating conditions, so that afterwards, the driver may try not to operate the vehicle under conditions that are not good for the life and performance of the battery pack.
  • the vehicle mechanic can clearly know a situation in which the battery pack is operated under a bad condition, etc., so that the battery pack can be accurately diagnosed and maintained.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of a battery pack management apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a connection configuration of a battery pack management apparatus according to an embodiment of the present invention on a charge / discharge path of a battery pack.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a table indicating status information of a battery pack provided to a user by a control module for each warning score given according to a cumulative time.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a battery pack management method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of a battery pack management apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 illustrates a connection configuration of the battery pack management apparatus 100. It is a figure shown on the charging / discharging path
  • the battery pack management apparatus 100 includes a temperature measuring module 110, a current measuring module 120, a time measuring module 130, a storage module 140, and a control module. And 150.
  • the temperature measuring module 110 measures the temperature of the battery pack.
  • the temperature measuring module 110 may be implemented as a thermo coupler.
  • the present invention is not limited by the specific form of the temperature measuring module 110, and various types of temperature measuring module 110 known in the art to which the present invention pertains may be employed.
  • the temperature measuring module 110 is composed of an internal temperature measuring module and an external temperature measuring module, and can measure both the internal temperature and the external temperature of the battery pack.
  • the external temperature and the internal temperature of the battery pack can be considered, it is possible to understand the ambient temperature as a condition under which the battery pack operates.
  • the current measuring module 120 measures the charge / discharge current of the battery pack when the measured temperature does not belong to a predetermined temperature range. That is, when the temperature of the battery pack is measured as being higher or lower than the reference temperature range by the temperature measuring module 110, the measurement of the charge and discharge current of the battery pack is started.
  • the temperature range at which the current measurement module 120 starts the charge / discharge current measurement of the battery pack may be stored in a storage device such as the storage module 140 in advance.
  • the current measuring module 120 may be implemented in various forms.
  • the current may be measured by sensing the voltage applied to the sense resistor installed on the charge / discharge path.
  • various current measurement modules 120 known in the art to which the present invention pertains may be employed, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the current measurement module 120.
  • the current measuring module 120 may determine whether to measure the current in consideration of both the measured internal temperature and the external temperature. For example, when the internal temperature of the battery pack measured by the temperature measuring module 110 is 60 degrees (° C.) or more and the external temperature is higher than the measured internal temperature, the measurement of the current may be started.
  • the time measurement module 130 measures the time when the charge / discharge current of the battery pack measured by the current measurement module 120 is equal to or greater than a predetermined current value. That is, the time when a high current flows in the battery pack is measured in a very high or very low temperature.
  • the time measurement module 130 may measure a time when the charge / discharge current measured by the current measurement module 120 is 10C or more.
  • 'C' refers to the basic current amount of the general battery cell 200
  • 10C refers to 10 times the basic current amount of the general cell 200.
  • the constant current value which is a criterion that the time measurement module 130 starts to measure time, that is, a reference that can be determined as a high current, may be stored in a storage device such as the storage module 140 in advance.
  • the time measuring module 130 may measure a time when a high current of a battery pack or more flows in a predetermined time unit, for example, 10 ms. In this case, fine measurement of the time when a high current flowed is possible.
  • the constant current value or time measurement unit is only one embodiment, and the present invention is not limited to these specific values, which are obvious to those skilled in the art.
  • the storage module 140 accumulates and stores the time measured by the time measurement module 130. That is, the accumulated time is stored how long the high current flows in the battery pack under the extreme temperature conditions.
  • the storage module 140 may store the measured time as a total of 11 seconds. In this case, the storage module 140 may store the individual measurement time together with the accumulated time.
  • the storage module 140 may store data or programs necessary for the temperature measuring module 110, the current measuring module 120, the time measuring module 130, and the control module 150 to perform the function.
  • the predetermined temperature range which is a condition for measuring the current by the current measuring module 120
  • a constant current value which is a condition for measuring the time by the time measuring module 130
  • the storage module 140 may include a volatile memory such as a RAM and a nonvolatile memory such as a hard disk.
  • the cumulative value of the time measured by the time measurement module 130 may be stored in the nonvolatile memory.
  • the driver or the operator can easily grasp the use history of the battery pack through the accumulated value stored in the nonvolatile memory and refer to the maintenance data when the battery pack is later maintained.
  • the control module 150 determines the state of the battery pack according to the time accumulated and stored in the storage module 140, and provides the determined state information to the user. For example, when the accumulated current reaches a predetermined time due to a high current flowing in the battery pack under extreme temperature conditions, the battery pack may provide the user with the status information of the battery pack.
  • the status information refers to information provided so that a user may know that the battery pack is used in an operating condition that may adversely affect the performance or the life of the battery pack. For example, since the battery pack has been used for a predetermined time in a situation in which the battery pack is not good, the user may transmit a message to the user, for example, to be careful when driving the vehicle or to check the battery pack. In addition, a message indicating that the battery pack needs to be replaced may be notified.
  • various methods may be used to provide the state information to the user.
  • the user may be alerted by turning on a warning lamp, such as green or red, or by generating a beep.
  • the message may be transmitted by text through a display device such as an LCD instrument panel provided in the driver's seat.
  • the control module 150 may be connected to a warning lamp, a warning sound generator, a display device, and the like through an interface.
  • Various methods may be used to determine when the control module 150 provides status information of the battery pack to the user.
  • the control module 150 may assign a warning score every predetermined cumulative time.
  • the control module 150 may be stored in the storage module 140 as a high current flows to give a warning point by one point every time the accumulated time reaches 5 seconds. Then, the control module 150 may provide the state information of the battery pack step by step according to the given warning score.
  • the term 'warning score' is merely an example and various terms may be used as a meaning of a score given over time.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a table indicating state information of a battery pack provided to a user by the control module 150 for each warning score given according to a cumulative time.
  • the control module 150 may make a first warning and determine that the warning level is one step.
  • various methods may be used as the first warning method to the user.
  • the first warning may be issued to the user by turning on a green lamp.
  • the first warning may mean that attention is required to use the battery pack, and the meaning of the first warning may be known to the user in advance through a vehicle manual. Alternatively, the meaning may be transmitted as a character or a picture through a vehicle display device.
  • the control module 150 issues a second warning to the user.
  • the user can turn on the lamp to give the user a second warning.
  • a lamp different from the primary warning such as a red lamp
  • This second alert corresponds to information that indicates a more serious step than the first alert, such as requiring a battery pack check.
  • the meaning of the secondary warning may also be transmitted to the user through a vehicle display device or a vehicle user manual.
  • the control module 150 may give a third warning to the user and determine that the warning level is two levels. This third alert may be communicated to the user, meaning that the battery pack is no longer used because the battery pack has reached the end of its life or its performance has deteriorated.
  • the state information may be stored in the storage module 140 such as a nonvolatile memory so that the vehicle mechanic may refer to it.
  • warning score distribution or the status information for each warning score shown in FIG. 3 is merely an example and may be configured in various forms.
  • the control module 150 may block the charge / discharge path of the battery pack when the given warning score reaches a predetermined score, as in the embodiment. For example, in the embodiment of FIG. 3, when the warning score is 10 and it is determined that the warning level is 2, the battery pack may no longer be used by blocking the charge / discharge path of the battery pack. In this case, since the battery pack has been used for a long time under extreme operating conditions, if the battery pack is used continuously, the battery pack may be completely destroyed or the function may stop, resulting in a vehicle accident. Therefore, the use of the battery pack is limited to prevent vehicle accidents in advance. However, in this case, it is preferable to notify the user in advance that the charge / discharge path will be blocked so that the user can prepare for the battery pack stop situation.
  • the control unit blocks the charge / discharge path of the battery pack, it is preferable to accumulate and store the number of times blocked in the storage module 140.
  • the number of interruptions may be stored in the storage module 140 whenever the warning score becomes 10 and the charge / discharge path of the battery pack is blocked. Therefore, the number of interruptions stored in this manner may help the driver or the operator to refer to the history of the battery pack used in the extreme operating conditions to help determine the performance or life of the battery pack.
  • the blocking number may be reflected in calculating a state of health (SOH) through a predetermined conversion formula.
  • SOH state of health
  • the warning score may be given to only 10 points in total, and when the charge and discharge path of the battery pack is blocked, the warning score may be 10 points. This is because the cumulative warning score until initialization can be sufficiently considered through the number of charge / discharge cutoffs of the battery pack. However, without initializing the warning score, warning points such as 11 points and 12 points may be continuously given.
  • control module 150 may block the charge / discharge path by melting the fuse 300 installed on the charge / discharge path of the battery pack, but the present invention is limited to such a blocking form. It doesn't happen.
  • the battery pack according to the present invention may include a battery pack management apparatus as described above.
  • the automobile, in particular the electric vehicle according to the present invention may include the above-described battery pack management apparatus.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a battery pack management method according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature measuring module 110 measures the temperature of the battery pack and outputs the measured temperature data to the control module 150 (S110).
  • both the internal temperature and the external temperature of the battery pack may be measured.
  • the control module 150 controls the current measuring module 120 to measure the charge / discharge current of the battery pack (S120).
  • the charge / discharge current may be measured.
  • the control module 150 measures the time when the high current flows by using the time measuring module 130 (S130). At this time, the reference value that can be determined as a constant current value, that is, a high current may be 10C. Then, the control module 150 accumulates and stores the time measured in step S130 (S140), and determines the state of the battery pack according to the accumulated stored time (S150).
  • the step S150 may give a warning score at a predetermined cumulative time, and may provide status information of the battery pack in stages according to the given warning score.
  • the warning score given in the step S150 may further comprise the step of blocking the charge and discharge path of the battery pack.
  • the number of times that the charge / discharge path is blocked may be accumulated and stored.
  • the step S150 may provide the user with the status information of the battery pack through a warning lamp, an alarm sound generator, a display device.
  • module' refers to a logical structural unit, and it is obvious to those skilled in the art that the present invention does not necessarily represent a component that can be physically separated.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 상기 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도측정 모듈; 상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 전류측정 모듈; 상기 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정하는 시간측정 모듈; 상기 측정된 시간을 누적하여 저장하는 저장 모듈; 및 상기 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 사용자에게 제공하는 제어 모듈;을 포함한다.

Description

배터리 팩 관리 장치 및 방법
본 출원은 2009년 12월 30일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2009-0134432호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 팩 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 수명과 성능에 영향을 미칠 수 있는 극한 온도 및 고전류가 흐르는 상황을 감지하여 차량용 배터리 팩에 대한 올바른 상태 정보를 제공할 수 있는 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.
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.
특히, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 차량용 배터리의 경우, 일반 휴대용 전자제품 등에 사용되는 배터리와 달리 자동차에 장착되는 특성상 극한 상황에 자주 처할 수 있어 문제가 된다. 예를 들어, 극 지방이나 추운 겨울에 자동차가 운행되는 경우, 배터리는 온도가 매우 낮은 상황에서 동작할 수 있다. 또는, 적도 지방이나 더운 여름에 자동차가 운행되는 경우, 배터리는 온도가 매우 높은 상황에서 동작할 수 있다.
이와 같이 극한 온도 상황에서 차량에 높은 구동력을 전달하기 위해 배터리에 고전류가 흐르는 경우, 배터리의 수명과 성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 즉, 배터리의 극한 동작 조건은 정상적인 동작 조건에 비해 배터리의 수명을 감소시키고 성능을 약화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고 종래 기술은 배터리가 과도한 동작조건에 노출되더라도 이에 대한 데이터를 운전자나 정비사에게 제공하지 않고 있다. 때문에, 차량 운전자 등은 극한 동작 조건에서 배터리를 사용하여 배터리의 수명과 성능이 떨어져 감에도 이를 제대로 파악할 수 없다. 그러므로, 배터리의 정비나 교체 시기 등을 미리 파악하기가 어려워 결국에는 배터리의 파괴나 고장 등 배터리의 기능이 정지되는 상황까지 갈 수 있다. 배터리 기능 정지는 차량 운행을 못하게 되어 사용자의 불편을 초래하는 것은 물론, 운행 중 배터리 기능 정지시에는 교통 사고 등을 유발할 수 있으므로 탑승자의 인명과 재산 피해를 가져올 수도 있다. 뿐만 아니라, 차량이나 배터리 팩을 정비하는 경우에도 배터리 팩에 대한 동작 이력을 제대로 파악할 수 없으므로 배터리 팩 상태에 대한 정확한 진단이 어려워지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 차량용 배터리 팩에 대한 적절한 정비나 교체 시기를 알 수 있도록 차량용 배터리 팩의 상태 정보를 제공할 수 있는 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 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 팩 관리 장치는, 상기 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도측정 모듈; 상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 전류측정 모듈; 상기 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정하는 시간측정 모듈; 상기 측정된 시간을 누적하여 저장하는 저장 모듈; 및 상기 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 사용자에게 제공하는 제어 모듈;을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법은, (S1) 상기 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계; (S2) 상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 단계; (S3) 상기 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정하는 단계; (S4) 상기 측정된 시간을 누적하여 저장하는 단계; 및 (S5) 상기 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 사용자에게 제공하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 차량용 배터리 팩이 극한 동작 조건에서 사용된 내력을 명확하게 파악하고 관련 정보를 저장할 수 있다. 이러한 정보는 차량용 배터리 팩의 수명과 성능을 떨어뜨릴 수 있는 요소를 명확하게 파악할 수 있는 자료가 될 수 있으므로, SOH(State Of Health)와 같이 배터리 팩의 상태를 파악하는데 참조될 수 있다.
그러므로, 운전자나 차량 정비자에게 차량용 배터리 팩의 상태 정보를 정확하고 올바르게 제공할 수 있다. 따라서, 운전자는 차량용 배터리 팩의 교체나 정비 시기 등을 미리 예측할 수 있기 때문에, 불필요한 배터리 팩의 교체나 정비, 또는 배터리 팩 기능 정지로 인한 사고나 운행 중단 상황을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 운전자는 극한 동작 조건에서 배터리가 사용되었다는 것을 알 수 있으므로, 이후에는 가급적 배터리 팩의 수명과 성능에 좋지 않은 조건에서 차량을 운행하지 않도록 노력할 수 있다.
그 밖에, 차량 정비자는 배터리 팩이 좋지 않은 조건에서 동작된 상황 등을 명확하게 알 수 있으므로, 차량 정비시 배터리 팩의 정확한 진단 및 정비가 가능하다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 연결 구성을 배터리 팩의 충방전 경로 상에 나타낸 도면이다.
도 3은, 누적 시간에 따라 부여된 경고 점수별로 제어 모듈이 사용자에게 제공하는 배터리 팩의 상태정보를 나타내는 표의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
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 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치(100)의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는, 이러한 배터리 팩 관리 장치(100)의 연결 구성을 배터리 팩의 충방전 경로 상에 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(100)는 온도측정 모듈(110), 전류측정 모듈(120), 시간측정 모듈(130), 저장 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함한다.
상기 온도측정 모듈(110)은 배터리 팩의 온도를 측정한다. 바람직하게, 상기 온도측정 모듈(110)은 열전대(thermo coupler)로 구현할 수 있다. 하지만, 본 발명은 온도측정 모듈(110)의 특정 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 다양한 형태의 온도측정 모듈(110)이 채용될 수 있다.
바람직하게는 상기 온도측정 모듈(110)은 내부 온도 측정 모듈과 외부 온도 측정 모듈로 구성되어, 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩의 외부 온도와 내부 온도를 모두 고려할 수 있으므로, 배터리 팩이 동작하는 조건으로서 주변 온도에 대한 구체적인 파악이 가능하다.
상기 전류측정 모듈(120)은, 상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 배터리 팩의 충방전 전류를 측정한다. 즉, 상기 온도측정 모듈(110)에 의해 배터리 팩의 온도가 기준 온도 범위보다 높거나 낮은 것으로 측정된 경우, 배터리 팩의 충방전 전류의 측정을 개시한다. 이때, 전류측정 모듈(120)이 배터리 팩의 충방전 전류 측정을 개시하는 온도 범위는 상기 저장 모듈(140)과 같은 저장 장치에 미리 저장될 수 있다.
상기 전류측정 모듈(120)은 다양한 형태로 구현 가능하다. 예를 들어, 충방전 경로 상에 설치된 센스 저항에 인가된 전압을 감지하여 전류를 측정할 수 있다. 이 밖에도 본 발명이 속한 기술분야에 공지된 다양한 전류측정 모듈(120)이 채용될 수 있을 것이며, 본 발명은 전류측정 모듈(120)의 구체적인 실시예에 의해 한정되지 않는다.
한편, 온도측정 모듈(110)이 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정하는 경우, 상기 전류측정 모듈(120)은 측정된 내부 온도와 외부 온도를 모두 고려하여 전류 측정 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도측정 모듈(110)에 의해 측정된 배터리 팩의 내부 온도가 60도(℃) 이상이고 외부 온도가 측정된 내부 온도보다 높은 경우 전류의 측정을 개시할 수 있다.
상기 시간측정 모듈(130)은, 이러한 전류측정 모듈(120)에 의해 측정된 배터리 팩의 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정한다. 즉, 온도가 매우 높거나 매우 낮은 상황에서 배터리 팩에 고전류가 흐르는 시간을 측정한다.
예를 들어, 상기 시간측정 모듈(130)은, 전류측정 모듈(120)에 의해 측정된 충방전 전류가 10C 이상인 시간을 측정할 수 있다. 여기서 'C'란 일반적인 배터리 셀(cell)(200)의 기본 전류량을 의미하는 것으로, 10C는 일반적인 셀(200) 기본전류량의 10배를 말한다. 이와 같이 시간측정 모듈(130)이 시간 측정을 개시하는 조건, 즉 고전류로 판단할 수 있는 기준인 일정 전류값은 상기 저장 모듈(140)과 같은 저장 장치에 미리 저장될 수 있다.
상기 시간측정 모듈(130)은 배터리 팩에 기준값 이상의 고전류가 흐르는 시간을 일정 시간 단위, 이를테면 10ms 단위로 측정할 수 있다. 이 경우, 고전류가 흐른 시간의 세밀한 측정이 가능하다.
다만, 상기 일정 전류값이나 시간 측정 단위는 일 실시예에 불과하며 본 발명이 이러한 구체적인 수치에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 저장 모듈(140)은, 상기 시간측정 모듈(130)에 의해 측정된 시간을 누적하여 저장한다. 즉, 극한 온도 조건에서 배터리 팩에 고전류가 흐른 시간이 얼마나 되었는지 누적 시간을 저장한다.
예를 들어, 배터리 팩의 온도가 60도 이상이고 충방전 전류가 10C 이상인 전류를 측정할 경우, 이러한 조건을 만족하는 전류가 측정된 시간이 처음에는 2초, 다음에는 5초, 그 다음에는 다시 4초가 측정되었을 때, 상기 저장 모듈(140)은 측정된 시간을 총 11초로 저장할 수 있다. 이때, 누적 시간과 함께 개별적인 측정 시간도 상기 저장 모듈(140)이 저장할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 저장 모듈(140)은, 온도측정 모듈(110), 전류측정 모듈(120), 시간측정 모듈(130), 제어 모듈(150)이 그 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램을 저장할 수도 있다. 예를 들어, 전류측정 모듈(120)이 전류를 측정하는 조건인 미리 정해진 온도 범위, 시간측정 모듈(130)이 시간을 측정하는 조건인 일정 전류값 등을 저장할 수 있다.
상기 저장 모듈(140)은, RAM과 같은 휘발성 메모리 및 하드 디스크와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 특히, 상기 시간측정 모듈(130)에 의해 측정된 시간의 누적값은 비휘발성 메모리에 저장되는 것이 좋다. 이 경우, 운전자나 정비자가 추후 배터리 팩 정비시, 상기 비휘발성 메모리에 저장된 누적값을 통해 배터리 팩의 사용 이력을 용이하게 파악하여 정비 자료로서 참고할 수 있기 때문이다.
상기 제어 모듈(150)은, 저장 모듈(140)에 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하고, 판단된 상태 정보를 사용자에게 제공한다. 이를테면, 극한 온도 조건에서 배터리 팩에 고전류가 흐른 것으로 누적 저장된 시간이 일정 시간에 도달한 경우 배터리 팩의 상태 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
여기서, 상태 정보란 배터리 팩의 성능이나 수명에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있는 동작 조건에서 배터리 팩이 사용되었다는 것을 사용자가 알 수 있도록 제공하는 정보를 말한다. 예를 들어, 배터리 팩의 사용에 좋지 않은 상황에서 배터리 팩이 일정 시간 이상 사용되었으므로, 앞으로 차량 운행시 주의하라는 의미나 배터리 팩의 점검이 필요하다는 등의 메시지를 사용자에게 전달할 수 있다. 또한, 배터리 팩의 교체가 필요하다는 의미의 메시지를 알릴 수도 있다.
여기서, 상태 정보를 사용자에게 제공하는 방법은 다양한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 녹색이나 적색 등의 경고 램프를 켜거나 경고음을 발생시켜 사용자에게 경고할 수 있다. 또는 운전석에 구비된 LCD 계기판과 같은 디스플레이 장치를 통해 문자로 메시지를 전달할 수도 있다. 이를 위해, 상기 제어 모듈(150)은 인터페이스를 통해 경고 램프, 경고음 발생기, 디스플레이 장치 등과 연결될 수 있다.
상기 제어 모듈(150)이 사용자에게 배터리 팩의 상태 정보를 제공하는 시점을 판단하기 위해 여러 가지 방식이 이용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 모듈(150)은 일정 누적 시간마다 경고 점수를 부여할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(150)은 고전류가 흐른 것으로 저장 모듈(140)에 저장되어 누적된 시간이 5초가 될 때마다 경고 점수를 1점씩 부여하도록 할 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어 모듈(150)은, 부여된 경고 점수에 따라 단계적으로 배터리 팩의 상태 정보를 제공할 수 있다. 다만, 여기서 '경고 점수'라는 용어는 일례에 불과하며 시간에 따라 부여되는 점수의 의미로 다양한 용어가 사용될 수 있다.
도 3은, 누적 시간에 따라 부여된 경고 점수별로 제어 모듈(150)이 사용자에게 제공하는 배터리 팩의 상태정보를 나타내는 표의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 부여된 경고 점수가 3점에 도달하는 경우 제어 모듈(150)은 1차 경고를 하고, 경고레벨 1단계로 판단할 수 있다. 이때, 사용자에게 1차 경고하는 방식으로는 다양한 방식이 이용될 수 있는데, 예를 들어, 녹색 램프를 켜는 방식으로 사용자에게 1차 경고를 할 수 있다. 이러한 1차 경고는 배터리 팩의 사용에 주의가 필요하다는 의미 등이 될 수 있으며, 이와 같은 1차 경고의 의미는 차량 사용 매뉴얼 등을 통해 사용자에게 미리 알려질 수 있다. 또는 차량 디스플레이 장치 등을 통해 문자나 그림 등으로 그 의미가 전달될 수도 있다.
다음으로, 경고점수가 누적되어 5점에 도달하는 경우, 제어 모듈(150)은 사용자에게 2차 경고를 한다. 이때에도 1차 경고와 마찬가지로 램프를 켜서 사용자에게 2차 경고를 할 수 있다. 다만, 1차 경고와 다른 램프, 이를테면 적색 램프를 사용함으로써 사용자가 2차 경고임을 명확하게 파악하도록 하는 것이 좋다. 이러한 2차 경고는 배터리 팩 점검을 필요로 한다는 것과 같이 1차 경고보다 심각한 단계임을 알리는 정보에 해당한다. 이러한 2차 경고의 의미도 차량 디스플레이 장치나 차량 사용 매뉴얼 등을 통해 사용자에게 전달될 수 있다.
그 다음으로, 경고점수가 누적되어 10점이 된 경우, 제어 모듈(150)은 사용자에게 3차 경고를 하고, 경고레벨 2단계로 판단할 수 있다. 이러한 3차 경고는, 배터리 팩의 수명이 다 되었거나 성능이 열화되었으므로 더 이상 배터리 팩을 사용하지 않아야 한다는 의미로 사용자에게 전달될 수 있다. 그리고, 상기 경고레벨 2단계가 된 경우, 이러한 상태 정보는 비휘발성 메모리와 같은 저장 모듈(140)에 저장되어 차량 정비자 등이 참고하도록 하는 것이 좋다.
한편, 도 3에 도시된 경고 점수 분포나 경고 점수별 상태 정보 등은 일 예시에 불과하며 다양한 형태로 구성될 수 있다는 점이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
상기 제어 모듈(150)은 상기 실시예와 같이 경고 점수를 부여하는 경우, 부여된 경고 점수가 일정 점수에 도달하면 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 3의 실시예에서 경고 점수가 10점이 되어 경고레벨 2단계로 판단된 경우 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하도록 하여 더 이상 배터리 팩이 사용되지 못하도록 할 수 있다. 이러한 경우에는 극한 동작 조건에서 배터리 팩이 장시간 사용되었기 때문에 계속 사용되면 배터리 팩이 완전히 파괴되거나 기능이 정지되어 차량 사고 등을 일으킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 사용을 제한시켜 차량 사고 등을 미연에 방지하기 위함이다. 다만, 이때에는 충방전 경로가 차단될 것임을 사용자에게 미리 고지하여 사용자가 배터리 팩 정지 상황에 대비할 수 있도록 하는 것이 좋다.
더욱 바람직하게는, 이와 같이 상기 제어부가 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한 경우 차단시킨 횟수를 저장 모듈(140)에 누적하여 저장하는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 도 3의 실시예에서 경고점수가 10점이 되어 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 때마다 차단 횟수를 상기 저장 모듈(140)에 저장할 수 있다. 따라서, 이와 같이 저장된 차단 횟수를 통해 극한 동작 조건에서 배터리 팩이 사용된 내력을 운전자나 정비자가 참고할 수 있도록 하여 배터리 팩의 성능이나 수명 등을 파악하는데 도움이 되도록 할 수도 있다. 바람직하게는, 상기 차단 횟수는 소정의 변환 수식을 통해 SOH(State Of Health)를 산정하는데 반영되도록 할 수도 있다. 한편, 이러한 차단 횟수는 임의 조작이 불가능하도록 하고, 비휘발성 메모리에 저장되도록 하는 것이 좋다.
또한 상기 도 3의 실시예에서 경고점수는 총 10점까지만 부여하도록 하고, 경고점수가 10점이 되어 배터리 팩의 충방전 경로가 차단된 경우에는 경고 점수를 0점으로 초기화할 수 있다. 초기화되기 전까지의 누적된 경고점수에 대해서는 배터리 팩의 충방전 차단 횟수를 통해 충분히 고려될 수 있기 때문이다. 하지만, 경고점수를 초기화시키지 않고, 11점, 12점과 같이 경고 점수가 계속 부여되는 방식도 무방하다.
한편, 상기 제어 모듈(150)은 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 충방전 경로상에 설치된 퓨즈(300)를 융단시켜 충방전 경로를 차단할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 차단 형태에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 바와 같은 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차, 특히 전기 자동차는 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 온도 측정 모듈(110)은 배터리 팩의 온도를 측정하여 측정된 온도 데이터를 제어 모듈(150)로 출력한다(S110). 여기서, 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도는 모두 측정되는 것이 좋다. 다음으로, 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우에는 상기 제어 모듈(150)은 전류측정 모듈(120)을 제어하여 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정한다(S120). 이때, 상기와 같이 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정하는 경우, 측정된 내부 온도가 60도 이상이고, 외부 온도가 내부 온도보다 높은 경우 충방전 전류를 측정하도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 제어 모듈(150)은 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상의 고전류인 경우 시간측정 모듈(130)을 이용하여 고전류가 흐른 시간을 측정한다(S130). 이때, 일정 전류값, 즉 고전류로 판단될 수 있는 기준값은 10C일 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어 모듈(150)은 상기 S130 단계에서 측정된 시간을 누적하여 저장한 후(S140), 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 제공한다(S150). 여기서, 상기 S150 단계는 일정 누적 시간마다 경고 점수를 부여하고, 부여된 경고 점수에 따라 단계적으로 상기 배터리 팩의 상태 정보를 제공할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 S150 단계에서 부여된 경고 점수가 일정 점수에 도달하는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 충방전 경로가 차단된 횟수를 누적하여 저장할 수 있다. 한편, 상기 S150 단계는 경고 램프, 경보음 발생기, 디스플레이 장치 등을 통해 배터리 팩의 상태 정보를 사용자에게 제공할 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.
한편, 본 명세서에서 '모듈'이라는 용어를 사용하였으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.

Claims (16)

  1. 차량용 배터리 팩을 관리하는 장치에 있어서,
    상기 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도측정 모듈;
    상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 전류측정 모듈;
    상기 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정하는 시간측정 모듈;
    상기 측정된 시간을 누적하여 저장하는 저장 모듈; 및
    상기 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 사용자에게 제공하는 제어 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정 모듈은, 상기 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류측정 모듈은, 상기 측정된 내부 온도가 기준 온도 이상이고 상기 측정된 외부 온도가 상기 측정된 내부 온도보다 높은 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 일정 누적 시간마다 경고 점수를 부여하고, 부여된 경고 점수에 따라 단계적으로 상기 배터리 팩의 상태 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 부여된 경고 점수가 일정 점수에 도달하는 경우 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 충방전 경로 차단시 차단시킨 횟수를 상기 저장 모듈에 누적하여 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 경고 램프, 경고음 발생기 또는 디스플레이 장치를 이용하여 상기 배터리 팩의 상태 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  8. 제1항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 자동차.
  10. 차량용 배터리 팩을 관리하는 방법에 있어서,
    (S1) 상기 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계;
    (S2) 상기 측정된 온도가 미리 정해진 온도 범위에 속하지 않는 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 단계;
    (S3) 상기 측정된 충방전 전류가 일정 전류값 이상인 경우 그 시간을 측정하는 단계;
    (S4) 상기 측정된 시간을 누적하여 저장하는 단계; 및
    (S5) 상기 누적 저장된 시간에 따라 배터리 팩의 상태를 판단하여 그 상태 정보를 사용자에게 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 S1 단계는, 상기 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 S2 단계는, 상기 측정된 내부 온도가 기준 온도 이상이고 상기 측정된 외부 온도가 상기 측정된 내부 온도보다 높은 경우 상기 배터리 팩의 충방전 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 S5 단계는, 일정 누적 시간마다 경고 점수를 부여하고, 부여된 경고 점수에 따라 단계적으로 상기 배터리 팩의 상태 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 S5 단계에서 부여된 경고 점수가 일정 점수에 도달하는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 충방전 경로 차단에 의해 차단된 횟수를 누적하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 S5 단계는, 경고 램프, 경고음 발생기 또는 디스플레이 장치를 이용하여 상기 배터리 팩의 상태 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
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