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KR101655377B1 - 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법 Download PDF

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KR101655377B1
KR101655377B1 KR1020140174374A KR20140174374A KR101655377B1 KR 101655377 B1 KR101655377 B1 KR 101655377B1 KR 1020140174374 A KR1020140174374 A KR 1020140174374A KR 20140174374 A KR20140174374 A KR 20140174374A KR 101655377 B1 KR101655377 B1 KR 101655377B1
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South Korea
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bus bar
voltage
battery
battery module
measuring
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박재성
조세봉
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법은 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 직렬로 연결하는 버스바; 상기 버스바의 양단 간에 걸린 버스바 전압을 측정하고, 상기 제1 및 제2 배터리 모듈 중에서 상기 버스바와 연결된 배터리 셀의 전류를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 버스바 전압 및 상기 버스바와 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 진단부를 포함한다.

Description

배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING FAILURE OF BATTERY BUS BAR}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)로 인해 발생할 수 있는 고장을 진단할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV: electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 절실히 요구되는 실정이다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(10), 차량 전자 장치(20) 및 배터리 제어장치(30)를 포함한다.
배터리 팩(10)은 복수의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하며, 배터리 모듈(11, 12)은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 팩(10)은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치(20)에 공급한다.
배터리 제어장치(30)는 복수의 MCU(31, 32)와 상기 MCU를 제어하는 BCU(33)를 포함할 수 있다. 배터리 제어장치(30)는 배터리 팩과 연결되어 배터리 팩(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩(10)의 충방전 동작을 제어한다.
한편, 복수의 배터리 모듈(11, 12)은 서로 버스바(Bus bar)로 연결될 수 있다. 예컨대, 배터리 팩(10)은 72개의 배터리 셀로 이루어질 수 있다. 배터리 팩(10)은 8개의 배터리 셀로 구성된 9개의 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 배터리 모듈과 배터리 모듈 사이를 연결해 주기 위해 버스바를 이용하여, 하위 배터리 모듈의 양극(+) 단자와 상위 배터리 모듈의 음극(-) 단자는 볼트로 체결되어 전기적으로 연결된다. 버스바는 배터리 모듈과 배터리 모듈을 서로 연결해 주는 금속 물질로 구성될 수 있다. 이러한 버스바는 도체 자체 저항 및 배터리 모듈을 서로 연결하는 접촉 저항 등으로 수mΩ의 저항 성분을 가질 수 있다.
하지만, 버스바의 볼트가 차량 진동 또는 제조 불량으로 느슨하게 풀릴 경우에, 금속의 접촉 저항이 커져 에너지 손실이 발생될 수 있다. 뿐만 아니라, 버스바의 볼트 체결이 완전히 풀리게 될 경우에 배터리 제어장치(30)의 소손 및 차량의 동작이 정지가 되는 문제가 발생될 수 있다.
예를 들어, 차량 모터가 구동될 때 전류가 +200A까지 버스바를 통해 흐르거나, 배터리가 충전될 때 -200A까지 흐를 수 있다. 버스바의 저항 성분으로 인해 수V의 정방향 또는 역방향 전압이 발생하게 된다. 버스바의 저항 성분이 커지는 경우 수십 V의 전압이 버스바 양단에 인가가 되어 배터리 제어장치(30)가 소손될 수 있다.
또한, 종래의 배터리 관리 시스템은 버스바를 배터리 모듈과 배터리 모듈을 구분하는 기점으로만 여겨 버스바의 상태를 파악할 수 없었다.
뿐만 아니라, 배터리 모듈 1과 배터리 모듈 2가 정상적으로 통신을 하기 위해서는 배터리 모듈 2의 최하위(-) 전압과 모듈 1의 최상위(+) 전압이 동일 레벨이어야 한다. 그러나 버스바에 걸리는 전압으로 인해 전압 레벨이 서로 달라질 수 있다. 따라서 배터리 관리 시스템에서 배터리 모듈 간의 통신 에러가 발생될 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 본 명세서는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)로 인해 발생할 수 있는 고장을 진단할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 전압 및 전류를 측정하여 배터리 관리 시스템의 소손을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 전압을 측정하여 버스바의 고장을 검출함으로써, 버스바에 걸리는 전압으로 인해 배터리 모듈 간의 전압 레벨이 서로 달라져 통신 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바; 각각 상기 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 전압을 버스바 전압으로 측정하고, 상기 버스바의 일단에 연결된 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 전류를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 버스바 전압 및 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 진단부를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치가 제공될 수 있다.
삭제
상기 장치는, 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 더 포함하고, 상기 측정부는 상기 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하여 상기 버스바 전압을 측정할 수 있다.
상기 진단부는 상기 측정된 버스바 전압 및 상기 측정된 전류로부터 버스바 저항을 계산하고, 상기 계산된 버스바 저항이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인하여 상기 버스바의 고장을 진단할 수 있다.
상기 진단부는 상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 측정된 버스바의 전압이 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단할 수 있다.
상기 장치는 차량의 계기판에 버스바 경고등을 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 버스바의 고장 진단 결과를 상기 버스바 경고등을 통해 표시할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바; 각각 상기 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하고, 상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 측정부; 및 상기 버스바의 제1 전압과 상기 주기적으로 측정된 버스바의 제2 전압을 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 진단부를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치가 제공될 수 있다.
삭제
상기 장치는 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 더 포함하고, 상기 측정부는 상기 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하여 버스바 전압을 측정할 수 있다.
상기 측정부는 상기 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하고, 상기 버스바의 제2 전압을 차량의 시동 시점, 상기 제1 배터리 모듈의 충전 시점 및 방전 시점 중 적어도 하나의 시점마다 측정할 수 있다.
상기 진단부는 상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 버스바의 제1 전압과 상기 버스바의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단할 수 있다.
차량의 계기판에 버스바 경고등을 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 버스바의 고장 진단 결과를 상기 버스바 경고등을 통해 표시할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제3 측면에 따르면, 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바 전압을 측정하는 단계; 상기 버스바의 일단에 연결된 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 버스바 전압 및 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법이 제공될 수 있다.
상기 버스바 전압을 측정하는 단계는 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하는 단계; 및 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈가 제거된 전압으로부터 버스바 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 버스바의 고장을 진단하는 단계는 상기 측정된 버스바 전압 및 상기 측정된 전류를 이용하여 버스바 저항을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 버스바 저항이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제4 측면에 따르면, 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하는 단계; 상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 단계; 및 상기 버스바의 제1 전압과 상기 주기적으로 측정된 버스바의 제2 전압을 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 단계는 차량의 시동 시점, 상기 제1 배터리 모듈의 충전 시점 및 방전 시점마다 상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정할 수 있다.
상기 버스바의 고장을 진단하는 단계는 상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 버스바의 제1 전압과 상기 버스바의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)로 인해 발생할 수 있는 고장을 진단할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 전압 및 전류를 측정하여 배터리 관리 시스템의 소손을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 전압을 측정하여 버스바의 고장을 검출함으로써, 버스바에 걸리는 전압으로 인해 배터리 모듈 간의 전압 레벨이 서로 달라져 통신 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 제1 및 제2 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 장치의 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 제1 및 제2 실시예에 따른 도 2의 배터리 버스바와 고장 진단 장치 간의 연결을 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 2는 본 명세서의 제1 및 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(200)은 제1 배터리 모듈(201), 제2 배터리 모듈(202), 배터리 버스바(203), 배터리 버스바의 고장 진단 장치(210) 및 배터리 제어 장치(220)를 포함한다.
여기서, 배터리 제어 장치(220)는 제2 배터리 모듈(202)의 전압을 모니터링하고 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 배터리 제어 장치(220)는 측정부(221), 제어부(222) 및 저장부(223)를 포함한다.
또한, 배터리 버스바의 고장 진단 장치(210)는 측정부(211), 진단부(212) 및 저장부(213)를 포함한다. 고장 진단 장치(210)는 제1 배터리 모듈(201)의 전압을 모니터링하고 제어하는 기능과 함께 배터리 버스바(203)의 고장을 진단하는 기능을 수행한다.
이하, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 장치(200)가 포함된 배터리 관리 시스템(200)의 구성요소에 대한 구체적인 구성 및 동작에 대해서 설명하기로 한다.
배터리 관리 시스템(200)은 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)과 연결되어 있다. 제1 배터리 모듈(201)은 복수의 배터리 셀들(C11, C12, C13, C14, C15)을 포함한다. 또한, 제2 배터리 모듈(202)은 복수의 배터리 셀들(C21, C22, C23, C24, C25)을 포함한다.
여기서, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 배터리 모듈(201)은 5개의 배터리 셀(C11, C12, C13, C14, C15)들이 직렬 연결된 경우를 가정하고, 제2 배터리 모듈(202)은 5개의 배터리 셀(C21, C22, C23, C24, C25)들이 직렬 연결된 경우를 가정하여 설명한다. 또한, 상기 배터리 모듈은 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202) 이외의 다른 복수개의 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)은 충전된 고전압 직류 전력을 차량에 구비되어 있는 모터 등에 공급하고, 충전 장치를 통해서 충전 전압을 공급받는다.
각 배터리 셀(C11, C12, C13, C14, C15)은 각 셀에 연결된 스위치(도면에 미도시)를 통해서 방전저항(도면에 미도시)에 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 제어 장치(220)의 측정부(221)는 제2 배터리 모듈(202)에서의 각 셀의 전압을 측정한다. 그리고 배터리 제어 장치(220)의 제어부(222)는 충전 및 방전이 필요한 경우 상기 스위치의 온 오프 동작을 제어하여 방전저항을 통해 배터리 셀의 충전 및 방전 동작을 수행한다. 저장부(223)는 배터리 셀의 충전 및 방전 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
한편, 버스바(203)는 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단 및 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단을 직렬로 연결한다.
여기서, 버스바(203)는 제1 배터리 모듈(201)과 제2 배터리 모듈(202)을 서로 연결하는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버스바(203)는 도체 자체 저항 및 제1 배터리 모듈(201)과 제2 배터리 모듈(202)을 연결하는 접촉 저항 등으로 수mΩ의 저항 성분을 가질 수 있다. 버스바(203)의 양단에 걸리는 전압은 하이브리드 차량에서의 배터리 모듈과 연결된 모터의 구동 과정 또는 배터리 모듈의 충전 과정에 따라 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
배터리 버스바(203)의 고장 진단 장치(210)는 제1 배터리 모듈(201)의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어한다. 즉, 배터리 제어 장치(220)는 복수의 배터리 셀의 전압, 전류, 충전 상태, 온도 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다. 또한, 복수의 배터리 셀을 모니터링한 결과를 통해 배터리 셀을 충전 또는 방전되도록 제어한다.
배터리 버스바(203)의 고장 진단 장치(210)를 구체적으로 설명하기로 한다.
고장 진단 장치(210)의 측정부(211)는 버스바(203)의 양단 간에 걸리는 전압을 측정하고 모니터링한다. 즉, 측정부(211)는 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단과 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단 사이에 걸리는 버스바(203)의 전압을 모니터링한다.
일반적으로, 버스바(203)가 배터리 모듈에 연결되는 조건이 이상적일 경우 버스바(203)에 인가되는 전압은 0이거나 제품 동작에 영향을 미치지 않는 값에 형성된다.
차량이 정상적인 동작 시, 버스바(203)에 흐르는 전류(Ibus)는 0A로 근사화되고, 버스바(203)의 저항치는 수mΩ이다. 그러므로 버스바(203)의 전압도 0V로 근사화된다. 또한, 차량이 충전 또는 방전 동작 시, 버스바(203)에 흐르는 전류(Ibus)는 배터리 관리 시스템(200)의 조건에 따라 다르지만 100A 내지 200A가 흐르고, 버스바(203)의 저항치는 수mΩ이다. 그러므로 버스바(203)의 전압은 200mV로 근사화될 수 있다.
만약, 버스바가 고전압 배터리와 접촉부분에 저항 성분을 가지게 되면 차량 동작에 영향을 미치는 전압값이 형성된다.
버스바(203)의 저항치를 10Ω으로 가정하여 설명하기로 한다. 이때, 차량이 정상적인 동작 시, 버스바(203)에 흐르는 전류(Ibus)는 0A로 근사화되어, 버스바(203)의 전압은 0V로 근사화된다.
반면, 차량이 충전 또는 방전 동작 시, 버스바(203)에 흐르는 전류(Ibus)는 배터리 관리 시스템(200)의 조건에 따라 다르지만 100A 내지 200A가 흐르고, 버스바(203)의 저항치는 수mΩ이다. 그러므로 버스바(203)의 전압은 1,000V로 근사화될 수 있다.
이러한 버스바(203)의 전압은 버스바(203)의 저항(Rbus)를 수 Ω으로 가정한 것이다. 만약, 버스바(203)가 고전압 배터리와 오픈(Open)되어 있다면 저항값은 수 MΩ이상이 될 수 있다. 이러한 버스바(203)의 고장이 발생하게 되면, 버스바(203) 양단은 이상적으로 0V이어야 하나, 수십V에서 kV까지의 전압이 인가되게 될 수 있다. 만약, 해당 전압이 발생하면, 배터리 관리 시스템(200)이 일반적으로 IC(Integrated Circuit)로 이루어지는 경우, IC의 소손이 발생하게 된다.
또한, 측정부(211)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201, 202) 중에서 버스바(203)와 연결된 배터리 셀의 전류를 측정한다. 측정부(211)는 버스바(203)의 일단에 연결된 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단과, 버스바(203)의 타단에 연결된 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단 간에 걸린 전압을 버스바 전압으로 측정할 수 있다.
진단부(212)는 측정부(211)에서 측정된 버스바 전압 및 버스바(203)와 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 버스바의 고장을 진단한다. 진단부(212)는 측정부(211)에서 측정된 버스바 전압 및 측정부(211)에서 측정된 전류로부터 버스바 저항을 계산한다. 그리고 진단부(212)는 그 계산된 버스바 저항이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인하여 버스바(203)의 고장을 진단할 수 있다. 진단부(212)는 제1 배터리 모듈(201) 또는 제2 배터리 모듈(202)이 충방전 상태인 경우, 측정된 버스바의 전압이 기설정된 임계치를 초과하면 버스바(203)를 고장으로 진단할 수 있다.
일례로, 진단부(212)는 버스바(203)에 걸리는 전압 인식을 통해 버스바(203)의 저항치를 확인함으로써 버스바(203)의 오픈 및 풀림 여부를 판별할 수 있다. 이를 통해, 배터리 관리 시스템(200)의 안정이 향상될 수 있다.
저장부(213)는 제1 배터리 모듈(201)에서의 배터리 셀의 충전 및 방전 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(213)는 진단부(212)에서 고장으로 진단된 고장 진단 결과를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(213)는 버스바 저항과 비교하고자 하는 기설정된 저항 범위, 제1 및 제2 전압 간의 기설정된 임계치 등을 저장할 수 있다.
한편, 차량의 계기판에 버스바 경고등(도면에 미도시)을 더 포함할 수 있다. 진단부(212)는 버스바(203)의 고장 진단 결과를 버스바 경고등을 통해 표시할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 실시예에 따른 배터리 버스바(203)의 고장 진단 장치(210)에 대해서 설명하기로 한다.
본 명세서의 제2 실시예에 따른 고장 진단 장치(210)에서는 측정부(211)는 버스바(203)의 양단 간에 걸린 버스바(203)의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정한다. 여기서, 미리 설정된 초기 시점은 차량의 출고 시점, 버스바(201)가 새로 부착된 시점 등이 될 수 있다. 즉, 미리 설정된 초기 시점은 버스바(203)에 의해 배터리 모듈들이 정상적으로 연결된 시점을 나타낸다. 여기서, 측정부(211)는 버스바(203)의 일단에 연결된 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단과, 버스바(203)의 타단에 연결된 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단에 걸린 전압을 버스바 전압으로 측정할 수 있다.
측정부(211)는 버스바(203)의 양단에 걸린 버스바(203)의 제2 전압을 주기적으로 측정한다. 측정부(211)는 버스바(203)의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하고, 버스바(203)의 제2 전압을 차량의 시동 시점, 제1 배터리 모듈(201)의 충전 시점 및 방전 시점 중 적어도 하나의 시점마다 측정하라 수 있다.
한편, 진단부(212)는 버스바(203)의 제1 전압과 주기적으로 측정된 버스바(203)의 제2 전압을 이용하여 버스바(203)의 고장을 진단할 수 있다.
진단부(212)는 제1 배터리 모듈(201) 또는 제2 배터리 모듈(201)이 충방전 상태인 경우, 버스바(203)의 제1 전압과 버스바(203)의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 버스바(203)를 고장으로 진단할 수 있다.
한편, 차량의 계기판에 버스바 경고등(도면에 미도시)이 더 포함될 수 있다. 진단부(212)는 버스바(203)의 고장 진단 결과를 버스바 경고등(도면에 미도시)을 통해 표시할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 제1 및 제2 실시예에 따른 도 2의 배터리 버스바와 고장 진단 장치 간의 연결을 나타낸 회로도이다.
고장 진단 장치(210)는 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단 및 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 필터 회로는 저항 및 커패시터로 이루어져 버스바(203)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거한다. 필터 회로는 고장 진단 장치(210)의 입력핀(P15, P16, P1n)에 각각 연결될 수 있다.
입력핀(P15)과 연결된 필터 회로는 2개의 저항(R151, R152) 및 1개의 커패시터(C151)를 포함할 수 있다. 또한, 입력핀(P16)과 연결된 필터 회로는 2개의 저항(R161, R162) 및 1개의 커패시터(C161)를 포함할 수 있다. 또한, 입력핀(P1n)과 연결된 필터 회로는 2개의 저항(R1n1, R1n2) 및 1개의 커패시터(C1n1)를 포함할 수 있다.
측정부(211)는 저항 및 커패시터로 이루어진 필터 회로를 통해 버스바(203)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하여 버스바 전압을 측정할 수 있다.
한편, 배터리 제어 장치(220)는 제2 배터리 모듈(202)의 C21 배터리 셀과 커패시터(C201 및 C211)를 통해 연결될 수 있다.
도 4는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 방법에 대한 흐름도이다.
고장 진단 장치(210)의 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 셀 전압을 측정한다(S402).
또한, 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 셀 전압을 측정한다(S404).
그리고 고장 진단 장치(210)의 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)과 직렬로 연결된 버스바(203)의 양단 간에 걸린 버스바 전압을 측정한다(S406). 여기서, 측정부(211)는 배터리 모듈의 전압을 측정하는 S402 및 S404 과정과 버스바 전압을 측정하는 S406 과정을 서로 다른 로직에 따라 수행할 수 있다. 버스바(203)의 전압을 측정하는 S406 과정은 고전압 셀에 비해 비교적 적은 전압값을 측정하기 때문에 일반적인 고전압 셀들의 전압을 측정하는 S402 및 S404 과정과 다른 로직으로 수행한다.
또한, 측정부(211)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201, 202) 중에서 버스바(203)와 연결된 배터리 셀의 전류를 측정한다(S408).
진단부(212)는 측정부(211)에서 측정된 버스바 전압 및 측정부(211)에서 측정된 방전 전류를 이용하여 버스바 저항(Rbus=Vbus/I)을 계산한다(S410).
진단부(212)는 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인한다(S412). 즉, 진단부(212)는 버스바 저항(Rbus)이 최저 버스바 저항(Rmin) 및 최대 버스바 저항(Rmax) 사이의 범위에 포함되는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S412), 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함되지 않으면, 진단부(212)는 버스바 고장을 차량의 계기판에 구비된 버스바 경고등을 통해 사용자에게 경고할 수 있다(S412).
반면, 상기 확인 결과(S412), 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함되면, 진단부(212)는 버스바 고장에 대한 진단 과정을 종료한다.
도 4는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 방법에 대한 흐름도이다.
고장 진단 장치(210)의 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 셀 전압을 측정한다(S402).
또한, 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 셀 전압을 측정한다(S404). 이때, 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단 및 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 통해 버스바(203)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거할 수 있다. 이어서, 측정부(211)는 버스바(2503)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈가 제거된 전압으로부터 버스바 전압을 측정할 수 있다.
그리고 고장 진단 장치(210)의 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)과 직렬로 연결된 버스바(203)의 양단 간에 걸린 버스바 전압을 측정한다(S406).
또한, 측정부(211)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201, 202) 중에서 버스바(203)와 연결된 배터리 셀의 전류를 측정한다(S408).
진단부(212)는 측정부(211)에서 측정된 버스바 전압 및 측정부(211)에서 측정된 방전 전류를 이용하여 버스바 저항(Rbus=Vbus/I)을 계산한다(S410).
진단부(212)는 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인한다(S412). 즉, 진단부(212)는 버스바 저항(Rbus)이 최저 버스바 저항(Rmin) 및 최대 버스바 저항(Rmax) 사이의 범위에 포함되는지를 확인한다.
상기 확인 결과(S412), 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함되지 않으면, 진단부(212)는 버스바 고장을 차량의 계기판에 구비된 버스바 경고등을 통해 사용자에게 경고할 수 있다(S412).
반면, 상기 확인 결과(S412), 계산된 버스바 저항(Rbus)이 기설정된 저항 범위에 포함되면, 진단부(212)는 버스바 고장에 대한 진단 과정을 종료한다.
도 5는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 배터리 버스바의 고장 진단 방법에 대한 흐름도이다.
측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)과 직렬로 연결된 버스바(203)의 양단 간에 걸린 버스바(203)의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정할 수 있다(S502).
측정부(211)는 버스바(203)의 양단 걸린 버스바(203)의 제2 전압을 주기적으로 측정한다(S504). 이때, 진단부(212)는 차량의 시동 시점, 제1 배터리 모듈(201)의 충전 시점 및 방전 시점마다 버스바(203)의 제2 전압을 주기적으로 측정할 수 있다. 또한, 측정부(211)는 제1 배터리 모듈(201)의 최상위 단 및 제2 배터리 모듈(202)의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 통해 버스바(203)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거할 수 있다. 이어서, 측정부(211)는 버스바(2503)의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈가 제거된 전압으로부터 버스바 전압을 측정할 수 있다.
진단부(212)는 버스바(203)의 제1 및 제2 전압 간의 차이가 임계치를 초과하는지를 확인한다(S506). 진단부(212)는 제1 배터리 모듈(201) 또는 제2 배터리 모듈(202)이 충방전 상태인 경우, 버스바(203)의 제1 전압과 버스바(204)의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 버스바(203)를 고장으로 진단할 수 있다.
상기 확인 결과(S506), 버스바(203)의 제1 및 제2 전압 간의 차이가 임계치를 초과하면, 진단부(212)는 버스바(203)를 고장으로 판단한다(S508).
그리고 진단부(212)는 버스바(203)의 고장 결과를 차량 전자 장치에 전송한다(S510).
이어서, 차량 전자 장치는 이러한 버스바(203)의 고장으로 인해 차량 고장이 발생하는지를 진단할 수 있다(S512).
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200: 배터리 관리 시스템(BMS)
10: 배터리 팩
11, 12, 13: 배터리 모듈
20: 차량 전자 장치
30: 배터리 제어장치
31, 32: MCU
33: BCU
200: 배터리 관리 시스템(BMS)
201: 제1 배터리 모듈
202: 제2 배터리 모듈
203: 버스바
210: 배터리 제어 장치
211: 측정부
212: 진단부
213: 저장부
220: 고장 진단 장치
221: 측정부
222: 제어부
223: 저장부

Claims (19)

  1. 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바;
    각각 상기 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 전압을 버스바 전압으로 측정하고, 상기 버스바의 일단에 연결된 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 전류를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 버스바 전압 및 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 진단부
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 더 포함하고,
    상기 측정부는 상기 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하여 상기 버스바 전압을 측정하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진단부는
    상기 측정된 버스바 전압 및 상기 측정된 전류로부터 버스바 저항을 계산하고, 상기 계산된 버스바 저항이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진단부는
    상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 측정된 버스바의 전압이 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    차량의 계기판에 버스바 경고등을 더 포함하고,
    상기 진단부는 상기 버스바의 고장 진단 결과를 상기 버스바 경고등을 통해 표시하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  7. 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바;
    각각 상기 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하고, 상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 측정부; 및
    상기 버스바의 제1 전압과 상기 주기적으로 측정된 버스바의 제2 전압을 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 진단부
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 더 포함하고,
    상기 측정부는 상기 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하여 버스바 전압을 측정하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하고, 상기 버스바의 제2 전압을 차량의 시동 시점, 상기 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 충전 시점 및 방전 시점 중 적어도 하나의 시점마다 측정하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 진단부는
    상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 버스바의 제1 전압과 상기 버스바의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    차량의 계기판에 버스바 경고등을 더 포함하고,
    상기 진단부는 상기 버스바의 고장 진단 결과를 상기 버스바 경고등을 통해 표시하는 배터리 버스바의 고장 진단 장치.
  13. 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바 전압을 측정하는 단계;
    상기 버스바의 일단에 연결된 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 버스바 전압 및 상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 셀의 전류를 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버스바 전압을 측정하는 단계는
    상기 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단 및 상기 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단에 각각 연결된 필터 회로를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈를 제거하는 단계; 및
    상기 버스바의 양단 간에 걸린 전압에서 노이즈가 제거된 전압으로부터 버스바 전압을 측정하는 단계
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 버스바의 고장을 진단하는 단계는
    상기 측정된 버스바 전압 및 상기 측정된 전류를 이용하여 버스바 저항을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 버스바 저항이 기설정된 저항 범위에 포함하는지를 확인하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
  16. 복수개의 배터리 모듈 중 2개의 배터리 모듈 사이를 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바 중 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 최상위 단과 상기 대응하는 버스바의 타단에 연결된 배터리 모듈의 최하위 단 사이에 걸린 버스바의 제1 전압을 미리 설정된 초기 시점에 측정하는 단계;
    상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 단계; 및
    상기 버스바의 제1 전압과 상기 주기적으로 측정된 버스바의 제2 전압을 이용하여 상기 버스바의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 단계는
    차량의 시동 시점, 상기 대응하는 버스바의 일단에 연결된 배터리 모듈의 충전 시점 및 방전 시점마다 상기 버스바의 제2 전압을 주기적으로 측정하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 버스바의 고장을 진단하는 단계는
    상기 버스바의 일단 또는 타단에 연결된 배터리 모듈 중 적어도 하나가 충방전 상태인 경우, 상기 버스바의 제1 전압과 상기 버스바의 제2 전압 간의 차이가 기설정된 임계치를 초과하면 상기 버스바를 고장으로 진단하는 배터리 버스바의 고장 진단 방법.
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