KR102422458B1

KR102422458B1 - 전류 센서 진단 장치

Info

Publication number: KR102422458B1
Application number: KR1020190138972A
Authority: KR
Inventors: 최호득; 이화섭
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2039-11-01
Also published as: EP3757594B1; PL3757594T3; US20210231713A1; JP7444064B2; CN111886511B; US11353484B2; EP3757594A4; WO2020091534A1; JP2021515194A; EP3757594A1; KR20200050900A; CN111886511A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치는 이차 전지 셀과 연결된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 장치이다. 본 발명에 따르면, 두 전류 센서의 오프셋 편차 및 전류값을 이용하여 전류 센서들의 에러를 진단함으로써, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러를 진단할 수 있으며, 특히 복수의 전류 센서를 포함하는 다양한 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

Description

전류 센서 진단 장치{APPARATUS FOR DIAGNOSING CURRENT SENSOR}

본 출원은 2018년 11월 02일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2018-0133910에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

본 발명은 전류 센서 진단 장치에 관한 것으로서, 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 두 전류 센서의 상대적 관계를 이용하여 전류 센서 에러를 진단하는 전류 센서 진단 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전류 센서(current sensor)는 홀 센서나 센스 저항 등을 이용하여 직류 전류나 교류 전류를 감지하는 센서를 말한다. 최근, 휴대폰이나 태블릿 PC 등의 모바일 기기는 물론, 전기로 구동되는 차량(EV, HEV, PHEV)이나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 이차 전지 셀의 용도가 확장되면서, 이차 전지 셀의 충·방전 전류를 감지하는 전류 센서의 에러 발생 여부를 정확하게 진단하는 기술에 대한 관심과 요청이 급증하고 있다.

그러나, 한국 공개특허 제10-2010-0099461호에 개시된 바와 같이, 종래 기술들은 배터리 팩의 전압과 전류를 소정 시간 측정하고 그 전압 변화량 및 전류 변화량을 각각 전압 참조값 및 전류 참조값과 비교하여 전류 센서의 에러를 진단하기 때문에, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등에 따라 전혀 다른 참조값들을 사용해야 하며, 다양한 시스템에 적용되기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 일본 공개특허 제1997-023501호에 개시된 바와 같이, 종래 기술은 전류 센서의 출력이 소정 시간 동안 0인 상태로 유지되는 경우에 에러가 발생한 것으로 진단하기 때문에, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러만 진단할 수 있을 뿐, 전류 센서의 오프셋이 변하거나, 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들은 진단할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러 진단에 적용될 수 있고, 전류 센서의 오프셋이 변하거나, 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단할 수 있는, 전류 센서 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치는 이차 전지 셀과 연결된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 장치로서, 상기 이차 전지 셀의 충방전 사이클동안, 동일한 시점에 제1 전류 센서에서 측정된 제1 전류값 및 제2 전류 센서에서 측정된 제2 전류값을 수신하고, 상기 제1 전류 센서가 상기 제1 전류값을 측정할 때마다 상기 제1 전류 센서의 구동 오프셋을 측정하고, 상기 제2 전류 센서가 상기 제2 전류값을 측정할 때마다 상기 제2 전류 센서의 구동 오프셋을 측정하고, 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충방전이 진행되기 전에 상기 제1 전류 센서의 제1 웨이크업 오프셋과 상기 제2 전류 센서의 제2 웨이크업 오프셋을 측정하고, 직전 충방전 사이클에서 측정된 상기 제1 전류 센서의 제1 구동 오프셋 및 상기 제2 전류 센서의 제2 구동 오프셋을 상기 제1 웨이크업 오프셋 및 상기 제2 웨이크업 오프셋과 각각 비교하고, 비교 결과에 기반하여 상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서의 에러 발생 여부를 진단하도록 구성된 제어 유닛을 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제1 전류 센서의 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제2 전류 센서의 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전류 센서 진단 장치는 상기 충방전 사이클별로 상기 제1 전류 센서의 복수의 구동 오프셋과 상기 제2 전류 센서의 복수의 구동 오프셋을 측정된 순서에 따라 저장하도록 구성된 저장 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 저장 유닛에 저장된 상기 제1 전류 센서의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 상기 저장 유닛에 저장된 상기 제2 전류 센서의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성될 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서 중 적어도 하나에 에러가 발생된 것으로 판단되면, 상기 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충전 및 방전이 진행되지 않도록 상기 이차 전지 셀에 연결된 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 제1 구동 오프셋과 상기 제1 웨이크업 오프셋 간의 제1 오프셋 편차와 상기 제2 구동 오프셋과 상기 제2 웨이크업 오프셋 간의 제2 오프셋 편차를 산출하고, 산출된 제1 오프셋 편차 및 제2 오프셋 편차 중에서 적어도 하나가 기설정된 기준 편차 이상이면 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값 중 적어도 하나가 기설정된 임계 전류 이상이면, 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전류 센서 진단 장치에서, 상기 제어 유닛은, 미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 전류값 샘플링부; 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준 전류값을 초과하였는지 판단하는 제1 판단부; 상기 차이값 크기가 상기 기준 전류값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준 전류값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 빈도수 산출부; 및 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 제2 판단부를 포함할 수 있다.

상기 제2 판단부는, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한 경우, 상기 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충전 및 방전이 진행되지 않도록 상기 이차 전지 셀에 연결된 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 전류값 샘플링부는, 상기 제1 판단부로 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 전달하기 직전 시점부터 미리 설정된 기준 시간 이전 시점까지 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 상기 제1 판단부로 전달하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 시스템은 본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 시스템은 상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서를 통해 측정된 전류값에 기반하여 이차 전지 셀의 충전 상태를 추정하는 SOC 추정 유닛; 및 상기 제어 유닛이 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 SOC 추정 유닛으로 충전 상태 추정 중단을 요청하는 에러 정보 처리부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 전류 센서의 오프셋 및 전류값을 이용하여 전류 센서들의 에러를 진단함으로써, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러를 진단할 수 있으며, 복수의 전류 센서를 포함하는 다양한 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 동시에 두 전류 센서가 측정한 전류값들을 상호 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단함으로써, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러는 물론이고, 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단해낼 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

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 전류 센서 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치에서, 복수의 전류 센서 각각의 오프셋 편차에 따라 제어되는 메인 릴레이의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치에서, 제어 유닛을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 두 전류 센서 간의 전류 차이값에 따른 잠정적 에러 판단시 정상 상태 및 에러 상태로 판단되는 전류값 범위를 직교 좌표계로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 실시예들에 있어서, 전류 센서의 전류원으로서 설명되는 이차 전지 셀은, 충전 상태(State of Charge, SOC) 추정 등을 위해 전류 센서를 사용하는 이차 전지 셀들을 총칭하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 이차 전지 셀에 사용된 양극재, 음극재, 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 이차 전지 셀의 내·외부의 구조 등에 따라 이차 전지 셀의 명칭이 변경되더라도 해당 셀은 모두 이차 전지 셀에 포함될 수 있다.

또한, 본 발명은 이차 전지 셀의 전류를 측정하는 전류 센서의 에러를 진단하는 것뿐만 아니라, 다수의 이차 전지 셀을 직렬 연결하여 고전압을 구현한 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 센서, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 전기 모터의 전류를 측정하는 전류 센서 등의 에러를 진단하는 것에도 적용될 수 있는 것임을 미리 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩의 예시적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 배터리 팩은 이차 전지 셀(20), 메인 릴레이(21), 제1 전류 센서(12a), 제2 전류 센서(12b) 및 전류 센서 진단 장치(100)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 전류 센서(12a)는 메인 센서이고, 제2 전류 센서(12b)는 세이프티(Safety) 센서일 수 있다. 즉, 제1 전류 센서(12a)는 이차 전지 셀(20)의 전류를 측정하는데 이용되는 주된 센서이다. 그리고, 제2 전류 센서(12b)는 제1 전류 센서(12a)와 병렬적으로 이차 전지 셀(20)의 전류를 측정하는 센서로서, 제1 전류 센서(12a)에 대한 보충적인 성격의 센서일 수 있다.

여기서, 각각의 전류 센서(12a, 12b)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항으로 구성될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다. 제어 유닛(110)은 홀 센서에서 출력되는 전압 신호 또는 센스 저항의 양쪽 단자 사이에 인가되는 전압을 측정하고, 전압 신호 또는 측정된 전압을 이용하여 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 결정할 수 있다. 제어 유닛(110)은 홀 센서에서 출력되는 전압 신호 또는 센스 저항의 양쪽 단자에 인가되는 전압을 디지털 값으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있다.

홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하는 기술은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

메인 릴레이(21)는 이차 전지 셀(20)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자(P+) 사이에 연결되어, 메인 충방전 경로를 통전시키거나 메인 충방전 경로의 연결을 차단시킬 수 있다. 여기서, 메인 충방전 경로란 배터리 팩의 양극 단자(P+), 메인 릴레이(21), 이차 전지 셀(20) 및 배터리 팩의 음극 단자(P-)를 연결하는 경로로서, 배터리 팩에 전류가 흐르는 대전류 경로일 수 있다.

그리고, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)는 상기 메인 충방전 경로에 배치될 수 있다. 도 1의 실시예에서는 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)가 모두 이차 전지 셀(20)의 음극 단자와 배터리 팩의 음극 단자(P-) 사이에 배치된 예시를 도시하였으나, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)는 메인 충방전 경로 상이라면 제한없이 배치될 수 있다.

제어 유닛(110)은 상기 이차 전지 셀(20)의 충방전 사이클동안, 동일한 시점에 제1 전류 센서(12a)에서 측정된 제1 전류값 및 제2 전류 센서(12b)에서 측정된 제2 전류값을 수신하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 각각의 전류 센서(12a, 12b)는 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 일정 주기마다 동일한 타이밍에 측정하고, 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제어 유닛(110)으로 출력할 수 있다.

도 1을 참조하면, 제어 유닛(110)은 제1 센싱 라인(SL1)을 통해서 제1 전류 센서(12a)와 전기적으로 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 제2 전류 센서(12b)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예컨대, 제어 유닛(110)은 메인 코어 및 세이프티 코어를 별도로 구비할 수 있다. 그리고, 메인 코어는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 전류 센서(12a)와 연결되고, 세이프티 코어는 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제2 전류 센서(12b)와 연결될 수 있다.

그리고, 복수의 전류 센서(12a, 12b)는, 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류를 일정 주기마다 측정할 수 있다. 즉, 제1 전류 센서(12a)는 이차 전지 셀(20)의 제1 전류값을 측정하고, 제2 전류 센서(12b)는 이차 전지 셀(20)의 제2 전류값을 측정할 수 있다.

제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 전류가 흐를 때, 제1 센싱 라인(SL1)을 통해서 제1 전류 센서(12a)에서 측정한 제1 전류값을 수신하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 제2 전류 센서(12b)에서 측정한 제2 전류값을 수신할 수 있다.

제어 유닛(110)은 상기 제1 전류 센서(12a)가 상기 제1 전류값을 측정할 때마다 상기 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋을 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 오프셋이란 일반적으로 사용되는 전류 센서의 자속 밀도에 관련된 값으로서, 제어 유닛(110)이 전류 센서의 오프셋을 측정하는 것에 대한 자세한 설명은 생략한다.

또한, 제어 유닛(110)은 상기 제2 전류 센서(12b)가 상기 제2 전류값을 측정할 때마다 상기 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 측정하도록 구성될 수 있다.

즉, 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)는 동일한 시점에 메인 충방전 경로를 흐르는 전류값을 측정할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 동일한 시점에서 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 각각 측정할 수 있다.

또한, 제어 유닛(110)은 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀(20)의 충방전이 진행되기 전에 상기 제1 전류 센서(12a)의 제1 웨이크업 오프셋과 상기 제2 전류 센서(12b)의 제2 웨이크업 오프셋을 측정하도록 구성될 수 있다.

여기서, 웨이크업 오프셋은 구동 오프셋과 달리 메인 충방전 경로에 전류가 흐르지 않을 때, 제어 유닛(110)이 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 오프셋을 측정한 값이다. 즉, 메인 릴레이(21)의 동작 상태가 턴-오프 상태일 때, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a)의 제1 웨이크업 오프셋 및 제2 전류 센서(12b)의 제2 웨이크업 오프셋을 측정할 수 있다. 이를 위해, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 전류를 인가하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 제어 유닛(110)은 5V 전압 출력 단자를 포함하도록 구성되고, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)는 제어 유닛(110)의 전압 출력 단자에 연결될 수 있다. 그리고, 제어 유닛(110)에 의해서 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 전류가 인가되면, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a)의 제1 웨이크업 오프셋 및 제2 전류 센서(12b)의 제2 웨이크업 오프셋을 측정할 수 있다.

제어 유닛(110)은 직전 충방전 사이클에서 측정된 상기 제1 전류 센서(12a)의 제1 구동 오프셋 및 상기 제2 전류 센서(12b)의 제2 구동 오프셋을 상기 제1 웨이크업 오프셋 및 상기 제2 웨이크업 오프셋과 각각 비교하도록 구성될 수 있다.

즉, 제어 유닛(110)은 현재 충방전 사이클에서 측정된 웨이크업 오프셋과 직전 충방전 사이클에서 측정된 구동 오프셋을 비교할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 웨이크업 오프셋은 이차 전지 셀(20)의 충전 및 방전이 진행되기 전에 제어 유닛(110)에서 출력된 전류에 기반하여 측정된 오프셋이고, 구동 오프셋은 메인 충방전 경로를 흐르는 전류에 기반하여 측정된 오프셋이다. 다만, 오프셋은 복수의 전류 센서(12a, 12b) 자체의 자속 밀도와 관련이 있기 때문에, 전류 센서를 흐르는 전류의 크기에 영향을 적게 받을 수 있다.

제어 유닛(110)은 비교 결과에 기반하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 상기 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 진단하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 하나에 대해서, 구동 오프셋과 웨이크업 오프셋 간의 오프셋 편차가 기설정된 편차 이상이면, 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다. 즉, 이러한 경우, 제어 유닛(110)은 이차 전지 셀(20)이 충전 및 방전되지 않도록 메인 충방전 경로의 연결을 차단시킬 수 있다.

예컨대, 제1 전류 센서(12a)의 제1 구동 오프셋과 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차가 기설정된 편차 이상이라고 가정한다. 이 경우는, 직전 충방전 사이클에서 측정된 제1 구동 오프셋과 현재 충방전 사이클에서(특히, 이차 전지 셀(20)의 충전 및 방전이 시작되기 직전) 측정된 제1 웨이크업 오프셋의 차이가 큰 경우일 수 있다. 이는 곧, 직전 충방전 사이클이 수행되는 기간 동안, 또는 직전 충방전 사이클이 종료된 후 현재 충방전 사이클이 시작될 때까지의 기간 동안 중 적어도 하나에서 제1 전류 센서(12a) 자체에 에러가 발생된 경우라고 볼 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a)의 제1 구동 오프셋과 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차를 토대로 제1 전류 센서에 에러 발생 여부를 진단할 수 있다.

다른 예로, 제2 전류 센서(12b)의 제2 구동 오프셋과 제2 웨이크업 오프셋 간의 편차가 기설정된 편차 이상이라고 가정한다. 이 경우도, 직전 충방전 사이클이 수행되는 기간 동안, 또는 직전 충방전 사이클이 종료된 후 현재 충방전 사이클이 시작될 때까지의 기간 동안 중 적어도 하나에서 제2 전류 센서(12b) 자체에 에러가 발생된 경우라고 볼 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 제2 전류 센서(12b)의 제2 구동 오프셋과 제2 웨이크업 오프셋 간의 편차를 토대로 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 진단할 수 있다.

그리고, 제어 유닛(110)은 상기 제1 전류 센서(12a) 및 상기 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 하나에 에러가 발생된 것으로 판단되면, 상기 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀(20)의 충전 및 방전이 진행되지 않도록 상기 이차 전지 셀(20)에 연결된 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)는 메인 센서와 세이프티 센서의 관계에 있을 수 있다. 즉, 배터리 팩의 안정성 향상을 위하여, 제2 전류 센서(12b)는 제1 전류 센서(12a)에 대한 보완적 성격을 가질 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 하나에 에러가 발생된 것으로 판단된 경우, 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 배터리 팩(1)이 상기 이차 전지 셀(20)로부터 전력을 공급받는 장치에 구비되었다고 가정한다. 이 경우, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)는 메인 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하고, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 의해 측정된 전류값에 기반하여 배터리 팩의 상태를 상시 진단할 수 있다. 즉, 이차 전지 셀(20)로부터 전력을 공급받는 장치(예컨대, 전기 자동차)는 배터리 팩 및 이차 전지 셀(20)의 상태에 따라 큰 사고가 발생될 위험을 가지고 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 보충/보완적 성격의 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생된 것으로 판단되면, 배터리 팩의 안정성 확보를 위하여, 메인 충방전 경로가 통전되지 않도록 메인 릴레이(21)를 제어할 수 있다.

도 1의 실시예에서, 제어 유닛(110)은 메인 릴레이(21)와 제어 라인(CL)을 통해서 연결될 수 있다. 그리고, 제어 유닛(110)은 제어 라인(CL)을 통해 턴-오프 명령 신호 또는 턴-온 명령 신호를 출력함으로써 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 제어할 수 있다.

예컨대, 제어 유닛(110)이 제어 라인(CL)을 통해 턴-오프 명령 신호를 출력한 경우, 메인 릴레이(21)는 해당 신호를 수신하고, 동작 상태가 턴-오프 상태로 전환 또는 유지될 수 있다. 즉, 이 경우, 메인 충방전 경로의 연결이 차단될 수 있다.

다른 예로, 제어 유닛(110)이 제어 라인(CL)을 통해 턴-온 명령 신호를 출력한 경우, 메인 릴레이(21)는 해당 신호를 수신하고, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환 또는 유지될 수 있다. 즉, 이 경우, 메인 충방전 경로가 통전될 수 있다.

도 2를 참조하여, 제1 전류 센서(12a)의 오프셋 편차와 제2 전류 센서(12b)의 오프셋 편차에 기반하여, 제어 유닛(110)이 제어하는 메인 릴레이(21)의 동작 상태에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)에서, 복수의 전류 센서 각각의 오프셋 편차에 따라 제어되는 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 오프셋 편차란 구동 오프셋과 웨이크업 오프셋 간의 편차이다. 즉, 제1 전류 센서(12a)의 오프셋 편차란, 제1 전류 센서(12a)의 제1 구동 오프셋과 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차이다. 보다 구체적으로, 제1 전류 센서(12a)의 오프셋 편차란, 직전 충방전 사이클에서 측정된 제1 구동 오프셋과 현재 충방전 사이클(메인 충방전 경로에 전류가 흐르기 전)에서 측정된 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차이다.

마찬가지로, 제2 전류 센서(12b)의 오프셋 편차란, 제2 전류 센서(12b)의 제2 구동 오프셋과 제2 웨이크업 오프셋 간의 편차이다.

그리고, 기준 편차란 미리 설정된 기준 편차로서, 복수의 전류 센서(12a, 12b)에 에러가 발생하였는지 여부를 판단하기 위한 기준값이다. 즉, 어느 하나의 전류 센서의 오프셋 편차가 기준 편차 이상일 경우, 제어 유닛(110)은 해당 전류 센서에는 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 오프셋 편차가 기준 편차 이상일 경우에는, 전류 센서 자체의 자속 밀도가 크게 변경된 경우로서, 전류 센서에 에러가 발생된 경우일 수 있다.

먼저, 제어 유닛(110)은, 상기 제1 구동 오프셋과 상기 제1 웨이크업 오프셋 간의 제1 오프셋 편차와 상기 제2 구동 오프셋과 상기 제2 웨이크업 오프셋 간의 제2 오프셋 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.

그리고, 제어 유닛(110)은 산출된 제1 오프셋 편차 및 제2 오프셋 편차 중에서 적어도 하나가 기설정된 기준 편차 이상이면 상기 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 제어 유닛(110)은 제1 오프셋 편차 및 제2 오프셋 편차가 모두 기설정된 기준 편차 미만인 경우에만 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 현재 충방전 사이클이 진행되게끔 메인 충방전 경로를 통전시킬 수 있다.

반대로, 제어 유닛(110)은, 제1 오프셋 편차 및 제2 오프셋 편차 중 어느 하나라도 기설정된 기준 편차 이상인 경우에는 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 현재 충방전 사이클이 더 이상 진행되지 않게 메인 충방전 경로의 연결을 차단시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는, 이차 전지 셀(20)을 흐르는 전류를 정확하게 측정하고 안전하게 제어하기 위하여, 메인 센서인 제1 전류 센서(12a) 및 세이프티 센서인 제2 전류 센서(12b)의 상태가 모두 정상일 경우에만 이차 전지 셀(20)의 충전 또는 방전을 진행시키는 장점이 있다.

따라서, 이차 전지 셀(20)의 충방전은 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 상태가 정상일 때에만 수행되기 때문에, 이차 전지 셀(20)에 대해 측정된 전류값에 대한 신뢰도가 높아질 수 있다. 또한, 이차 전지 셀(20)에 대한 잘못된 전류 측정에 기반한 사고가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.

상기 제어 유닛(110)은, 상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a)의 제1 오프셋 편차를 산출할 때, 가장 근접한 시점에서 측정된 제1 구동 오프셋과 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차를 산출할 수 있다.

즉, 제어 유닛(110)은 충방전 사이클에서 제1 전류 센서(12a)가 제1 전류값을 측정할 때마다 제1 구동 오프셋을 측정하기 때문에, 가장 근접한 시점에서 측정된 제1 구동 오프셋과 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차를 산출함으로써, 제1 전류 센서(12a)의 가장 최근 상태를 진단할 수 있다. 이를 위해서, 제어 유닛(110)은 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋, 즉, 직전 충방전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋을 상기 제1 오프셋 편차를 산출하는데 이용되는 제1 구동 오프셋으로 선택할 수 있다.

마찬가지로, 상기 제어 유닛(110)은, 상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성될 수 있다.

제어 유닛(110)은 충방전 사이클에서 제2 전류 센서(12b)가 제2 전류값을 측정할 때마다 제2 구동 오프셋을 측정할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 직전 충방전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 상기 제2 오프셋 편차를 산출하는데 이용되는 제2 구동 오프셋으로 선택할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 가장 최신 상태를 진단함으로써, 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 에러 발생 여부를 판단할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는 상기 충방전 사이클별로 상기 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 상기 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 측정된 순서에 따라 저장하는 저장 유닛(120)을 더 포함할 수 있다.

저장 유닛(120)은, 제어 유닛(110)의 판단 결과 등을 수신하여 저장한다. 저장 유닛(120)은 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예컨대, 저장 유닛(120)은 RAM, ROM, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다.

또한, 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)이 접근할 수 있도록, 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 연결을 통해, 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)이 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생하는 데이터를, 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다. 저장 유닛(120)은 논리적으로 2개 이상으로 분할될 수 있으며, 그 일부 또는 전부는 제어 유닛(110) 내에 포함될 수도 있다.

예컨대, 도 1을 참조하면, 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)과 연결될 수 있다. 저장 유닛(120)과 제어 유닛(110)은 유선 라인 또는 무선 통신을 통해서, 서로 신호를 주고 받을 수 있도록 연결될 수 있다. 바람직하게, 저장 유닛(120)과 제어 유닛(110)은 외부 간섭을 최소화하기 위하여, 유선 라인을 통해서 서로 연결될 수 있다.

제어 유닛(110)은 충방전 사이클에서 측정한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 저장 유닛(120)에게 송신할 수 있다. 저장 유닛(120)은 제어 유닛(110)으로부터 수신한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 저장할 수 있다. 바람직하게, 저장 유닛(120)은 수신한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을, 충방전 사이클별로 저장할 수 있다.

예컨대, 저장 유닛(120)은 제1 충방전 사이클, 제2 충방전 사이클, 및 제N 충방전 사이클 각각에 대해서, 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 각각 별도로 저장할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(110)은 저장 유닛(120)을 통해서, 원하는 충방전 사이클에 저장된 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋만을 선택적으로 참조할 수 있다.

상기 제어 유닛(110)은, 상기 저장 유닛(120)에 저장된 상기 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 상기 저장 유닛(120)에 저장된 상기 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 제어 유닛(110)은 측정한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 측정 순서에 따라 저장 유닛(120)에게 송신할 수 있다.

예컨대, 제어 유닛(110)은 제1 시점에서 측정한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 저장 유닛(120)에게 송신한 후, 제2 시점에서 측정한 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 저장 유닛(120)에게 송신할 수 있다. 그리고, 저장 유닛(120)은 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋과 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 수신한 순서에 따라 저장할 수 있다.

따라서, 제어 유닛(110)은 저장 유닛(120)에 가장 마지막에 저장된 제1 전류 센서(12a)의 복수의 구동 오프셋을 선택함으로써, 직전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋을 선택할 수 있다. 또한, 제어 유닛(110)은 저장 유닛(120)에 가장 마지막에 저장된 제2 전류 센서(12b)의 복수의 구동 오프셋을 선택함으로써, 직전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 선택할 수 있다.

또한, 제어 유닛(110)은 직전 충방전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제1 전류 센서(12a)의 구동 오프셋을 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 선택한 제1 구동 오프셋과 현재 충방전 사이클에서 측정한 제1 웨이크업 오프셋 간의 편차에 기반하여, 제1 전류 센서(12a)의 최신 상태를 진단할 수 있다.

마찬가지로, 제어 유닛(110)은 직전 충방전 사이클에서 가장 최근에 측정된 제2 전류 센서(12b)의 구동 오프셋을 제2 구동 오프셋으로 선택하고, 선택한 제2 구동 오프셋과 현재 충방전 사이클에서 측정한 제2 웨이크업 오프셋 간의 편차에 기반하여, 제2 전류 센서(12b)의 최신 상태를 진단할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는 새로운 충방전 사이클이 진행될 때마다, 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 최신 상태를 진단함으로써, 전류 센서에 발생된 에러에 의한 예상치 못한 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

충방전 사이클이 진행되는 중이라면(충전 및/또는 방전이 이미 진행되고 있는 경우), 전류 센서에 에러가 발생되었다고 하더라도, 메인 충방전 경로의 연결을 바로 차단시킬 수 없는 문제가 있다. 예컨대, 도 1의 실시예에 도시된 배터리 팩(1)이 전기 자동차와 같은 장치에 구비된 경우, 충방전 사이클이 진행하는 중에 메인 충방전 경로의 연결을 차단시키면, 전기 자동차의 시동이 바로 꺼질 수 있는 문제가 있다. 따라서, 전류 센서 진단 장치(100)는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 이차 전지 셀(20)을 이용하는 장치의 구동이 시작될 때(이차 전지 셀(20)의 충전 및 방전이 시작되기 전), 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 에러 발생 여부를 진단하는 장점이 있다.

상기 제어 유닛(110)은, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값 중 적어도 하나가 기설정된 임계 전류 이상이면, 상기 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어 유닛(110)은 제1 전류 센서(12a)에서 측정된 제1 전류값 및 제2 전류 센서(12b)에서 측정된 제2 전류값 중 어느 하나라도 기설정된 임계 전류 이상이면, 배터리 팩에 과전류가 흐르고 있는 것으로 판단할 수 있다.

제어 유닛(110)은 과전류에 의해 배터리 팩 내부 구성 요소가 파손되는 것을 방지하기 위하여, 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어함으로써, 메인 충방전 경로에 전류가 흐르는 것을 차단시킬 수 있다.

즉, 제어 유닛(110)은 이차 전지 셀(20)의 구동이 시작하는 시점에서는 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 오프셋 편차에 기반하여 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 에러 발생 여부를 진단하여 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 제어하고, 이차 전지 셀(20)이 구동 중인 시점에서는 복수의 전류 센서(12a, 12b)에서 측정된 전류값에 기반하여 메인 릴레이(21)의 동작 상태를 제어할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)를 포함하는 BMS를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는 동일 전류를 측정하도록 구성된 복수의 전류 센서(12a, 12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 발생한 에러를 진단하는 장치로서, BMS(Battery Management System)(10)에 포함되는 장치로 구성될 수 있다. 여기서, 동일 전류란 동일한 시점에 이차 전지 셀을 흐르는 전류이다.

실시예에 따라, 전류 센서 진단 장치(100)는 BMS(10)와 연동하는 별개의 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 전류 센서 진단 장치(100)는 BMS(10)와 통신 인터페이스 또는 I/O 인터페이스를 통해 연결될 수 있으며, 전류 센서의 에러 진단 정보를 BMS(10) 측으로 전달할 수 있다.

BMS(10)는, 이차 전지 셀(20)의 충방전 전류, 전압, 및 온도 등을 주기적으로 측정하여 모니터하며, 이차 전지 셀(20)의 SOC를 추정할 수 있다. 그리고, BMS(10)는, 추정 결과에 따라 충전 유닛(30)을 통해 이차 전지 셀(20)을 충전하는 등, 이차 전지 셀(20)에 대한 전반적인 관리를 수행하는 배터리 관리 시스템이다. 이를 위해, BMS(10)는 복수의 전류 센서(12a, 12b), 전압 센서(14), 온도 센서(16), SOC 추정 유닛(18) 등을 포함할 수 있다.

복수의 전류 센서(12a, 12b)는 동일 전류를 측정하도록 구성된다.

일례로, 도 1의 실시예와 같이, 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 상호 직렬로 연결한 직렬 회로가 이차 전지 셀(20)의 충·방전 전류가 흐르는 선로 상에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다.

다른 일례로, 복수의 전류 센서(12a, 12b)가 모두 동일한 등가 저항을 가지도록 설계된다면, 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 상호 병렬로 연결한 병렬 회로가 이차 전지 셀(20)의 충·방전 전류가 흐르는 선로 상에 직렬로 연결되도록 구성될 수도 있다.

복수의 전류 센서(12a, 12b)의 전류 측정 시점은, SOC 추정 과정이 진행되는 동안에는 SOC 추정 유닛(18)에 의해 컨트롤될 수 있으며, 전류 센서 진단 과정이 진행되는 동안에는 전류 센서 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)에 의해 컨트롤될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 전류 센서 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)은 SOC 추정 유닛(18)을 포함하도록 구성될 수도 있다.

전류 센서 진단 과정에서 복수의 전류 센서(12a, 12b)의 전류 측정 시점이 제어 유닛(110)에 의해 컨트롤되는 경우, 각각의 전류 센서(12a, 12b)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 도전 라인을 통해 제어 유닛(110)과 전기적으로 결합될 수 있다. 예컨대, 도 1의 실시예에서, 제1 전류 센서(12a)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해서 제어 유닛(110)과 연결되고, 제2 전류 센서(12b)는 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 제어 유닛(110)과 연결될 수 있다.

BMS(10)는 복수의 전류 센서(12a, 12b)를 통해 측정된 전류값들의 평균값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있으며, 동시에 전류 센서(12a, 12b)의 오류를 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

한편, 전압 센서(14)와 온도 센서(16)는 주로 SOC 추정이나 그 밖에 이차 전지 셀(20)의 관리를 위해 사용되는 센서이다.

전압 센서(14)는, 이차 전지 셀(20)의 전압을 측정한다. 이를 위해, 전압 센서(14)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 SOC 추정 유닛(18)과 전기적으로 결합된다. 전압 센서(14)는 SOC 추정 유닛(18)의 통제 하에, 이차 전지 셀(20)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 일정 주기마다 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 SOC 추정 유닛(18)으로 출력할 수 있다. SOC 추정 유닛(18)은 전압 센서(14)로부터 출력되는 신호에 따라 전압을 결정하고 결정된 전압값을 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장할 수 있다.

전압 센서(14)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로로 구성될 수 있다. 일 예로, 전압 측정 회로는 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다. 이차 전지 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 센서(14)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

온도 센서(16)는, 이차 전지 셀(20)의 온도를 측정한다. 온도 측정 시점은 SOC 추정 유닛(18)에 의해 컨트롤된다. 이를 위해, 온도 센서(16)는 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 SOC 추정 유닛(18)과 전기적으로 결합된다. 온도 센서(16)는 SOC 추정 유닛(18)의 통제 하에, 이차 전지 셀(20)의 온도를 일정 주기마다 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 SOC 추정 유닛(18)으로 출력할 수 있다. SOC 추정 유닛(18)은 온도 센서(16)로부터 출력되는 신호에 따라 이차 전지 셀(20)의 온도를 결정하고 결정된 온도값을 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장할 수 있다.

온도 센서(16)는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)로 구성될 수 있다. 이차 전지 셀의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(16)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

SOC 추정 유닛(18)은, 이차 전지 셀(20)에 대한 SOC 추정을 수행한다. SOC 추정 유닛(18)은 이차 전지 셀(20)이 충전 또는 방전되는 동안 자체 저장하거나 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장된 이차 전지 셀(20)의 충전 전류 또는 방전 전류를 적산하여 이차 전지 셀(20)의 SOC를 측정할 수 있다.

SOC의 초기값은, 일반적으로 이차 전지 셀의 충전 또는 방전이 시작되기 전에 이차 전지 셀(20)의 개방 회로 전압을 측정하고, 개방 회로 전압별로 SOC를 정의한 룩업 테이블을 참조하여 결정될 수 있다.

실시예에 따라, SOC 추정 유닛(18)은 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter)를 이용하여 이차 전지 셀(20)의 SOC를 산출할 수 있다. 확장 칼만 필터는 이차 전지 셀의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 이차 전지 셀의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다.

확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일례로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)의 논문 "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3" (Journal of Power Source 134, 2004, 252-261)를 참조할 수 있으며, 본 명세서의 일부로서 위 논문이 합체될 수 있다.

이차 전지 셀(20)의 SOC는 확장 칼만 필터 이외에도 이차 전지 셀(20)의 전압, 온도 및 전류를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다. 예컨대, SOC 추정 유닛(18)은 측정된 이차 전지 셀(20)의 전류값을 적산하는 전류 적산법을 이용하여, 이차 전지 셀(20)의 SOC를 추정할 수도 있다.

상기 산출된 SOC 값은 SOC 추정 유닛(18)에 저장되거나 BMS(10)에 포함된 저장 유닛(120)에 저장될 수 있다.

충전 유닛(30)은, SOC 추정 유닛(18) 또는 BMS(10)의 저장 유닛(120)에 저장된 SOC 값을 참조하여 이차 전지 셀(20)의 충전과 방전을 전반적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 충전 유닛(30)은 SOC에 따라 출력을 정의한 룩업 테이블을 참조하여 이차 전지 셀(20)의 충전 출력 또는 방전 출력을 제어할 수 있다. 또한, 충전 유닛(30)은 이차 전지 셀(20)의 SOC가 100%에 도달되면 충전을 종료하고, SOC가 0%에 도달되면 방전을 중단할 수 있다. 물론, 충전과 방전이 종료되는 SOC %는 100%보다 낮게 그리고 0% 보다 크게 설정될 수 있다. 상기 룩업 테이블은 SOC 추정 유닛(18) 또는 BMS(10)에 포함된 저장 유닛(120)에 미리 저장될 수 있다.

도 3에는 이차 전지 셀(20)에 충전 전류를 공급하는 전류원과 이차 전지 셀(20)의 방전 전류가 공급되는 부하는 도시되어 있지 않다.

상기 전류원은 상용 전원 또는 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 엔진과 결합된 제너레이터 또는 브레이크와 결합된 회생 충전 장치일 수 있다. 상기 부하는 이차 전지 셀(20)의 방전 전력을 소모하는 디바이스로서 차량의 모터에 결합되거나 또는 각종 전자 디바이스에서 필요로 하는 전력을 공급하는 쌍방향 인버터 등의 전력 변환 회로일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상술한 SOC 추정 유닛(18)은 전류 센서 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)과 통합적으로 구성될 수도 있다. 즉, 상술한 SOC 추정 유닛(18)의 기능을 제어 유닛(110)이 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 장치(100)는, 제어 유닛(110) 및 저장 유닛(120)을 포함하며, 실시예에 따라 출력 유닛(130), 통신 유닛(140) 등을 더 포함할 수 있다.

제어 유닛(110)은, 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 주기적으로 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

출력 유닛(130)은, 제어 유닛(110)의 제어 신호에 따라 시각적 정보를 출력한다. 출력 유닛(130)은 제어 유닛(110)의 제어 신호를 수신할 수 있도록 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 출력 유닛(130)은 시각적 정보를 출력할 수 있다면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예컨대, 출력 유닛(130)은 광신호를 출력하는 LED(Light Emitting Diode)로 구성되거나, 이미지를 표시하는 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 또는 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)를 포함하는 디스플레이 유닛 등으로 구성될 수 있다.

통신 유닛(140)은, 제어 유닛(110)의 제어 신호에 따라 외부 통신 장치와 유선 통신 또는 무선 통신을 수행한다. 통신 유닛(140)은 제어 유닛(110)의 제어 신호와 전송 데이터를 수신하여 외부 통신 장치로 전송하거나, 외부 통신 장치로부터 수신된 데이터를 제어 유닛(110)에 전달할 수 있도록 제어 유닛(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 통신 유닛(140)은 외부 통신 장치와 데이터 통신을 수행할 수 있다면 그 종류에 특별한 제한이 없다.

통신 유닛(140)은 외부 통신 장치의 통신 케이블 단자가 연결되는 통신 포트와 통신 인터페이스 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 통신 유닛(140)은 태그 방식에 의해 제어 유닛(110) 또는 저장 유닛(120)의 데이터를 외부 통신 장치로 전송할 수 있도록 NFC(Near Field Communication) 통신 모듈이나 RFID(Radio Frequency IDentification) 통신 모듈을 포함하거나, 주변 통신 장치와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있도록 블루투스(bluetooth) 통신 모듈, WiFi 통신 모듈 또는 지그비(ZigBee) 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 제어 유닛(110)은 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 주기적으로 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

도 4에는 본 발명에 적용되는 제어 유닛(110)의 일례가 블록도로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 제어 유닛(110)은 전류값 샘플링부(111), 제1 판단부(112), 빈도수 산출부(113) 및 제2 판단부(114)를 포함하며, 실시예에 따라 에러 정보 처리부(115) 등을 더 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 구성요소들은 제어 유닛(110)이 실행하는 프로그램 모듈을 구성하는 요소들일 수 있다. 프로그램 모듈은 저장 유닛(120)에 미리 수록된 후 제어 유닛(110)에 의해 실행될 수 있다. 하나의 구성요소는 다른 구성요소와 통합될 수 있다. 또한, 하나의 구성요소는 2개 이상의 서브 구성요소로 분리될 수 있다. 하나의 구성요소에 의해 생성된 데이터는 별도의 언급이 없더라도 저장 유닛(120)에 저장된 후 다른 구성요소에 의해 참조될 수 있다.

전류값 샘플링부(111)는, 미리 설정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류 센서(12a)를 통해 측정되는 제1 전류값 및 상기 제2 전류 센서(12b)를 통해 측정되는 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하고, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달한다. 본 발명의 실시예에서, 제1 및 제2 전류값의 샘플링 회수는 N회로 미리 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 전류값 샘플링부(111)는, 제1 및 제2 전류값의 샘플링 회수는 N회로 미리 설정될 수 있으며, 샘플링된 N개의 제1 및 제2 전류값 중에서 최근에 샘플링된 M개의 제1 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달한다. 여기서, M은 N미만일 수 있다.

이를 위하여, 전류값 샘플링부(111)는 제1 및 제2 전류값에 샘플링 번호를 매칭시켜 저장할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 다른 실시예에서, 전류값 샘플링부(111)는, 최신에 샘플링된 제1 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달함으로써 판단의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또 다른 실시예에서, 전류값 샘플링부(111)는 제1 및 제2 전류값의 샘플링 회수는 N회로 미리 설정될 수 있으며, 제1 판단부(112)로 제1 및 제2 전류값을 전달하기 직전 시점부터 미리 설정된 기준 시간 이전 시점까지 동안 샘플링된 제1 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 전류값 샘플링부(111)는 M개의 제1 및 제2 전류값이 샘플링되더라도 최근 기준 시간 동안에 샘플링된 제1 및 제2 전류값을 제1 판단부(112)로 전달할 수 있다.

이를 위하여, 전류값 샘플링부(111)는 제1 및 제2 전류값을 샘플링하는 시점의 샘플링 시간을 제1 및 제2 전류값에 매칭시켜 저장할 수 있다.

제1 판단부(112)는, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 수신할 때마다 각각 두 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값을 초과하였는지를 판단한다. 예컨대, 제1 판단부(112)는 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준값, 예컨대 17[A]를 초과하였는지 판단할 수 있다. 상기 기준값은 하나의 예시이므로 다른 값으로 얼마든지 변경될 수 있다.

제1 판단부(112)는, 아래 수학식 1과 같이 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.

[수학식 1]

｜제1 전류값 - 제2 전류값｜ ≤ 17[A]

반면, 제1 판단부(112)는, 아래 수학식 2와 같이 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 판단할 수 있다.

[수학식 2]

｜제1 전류값 - 제2 전류값｜＞ 17[A]

바람직하게, 제1 판단부(112)는 전류 센서의 에러 발생 판단 결과를 N회에 걸쳐서 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

도 5에는 두 전류 센서 간의 전류 차이값에 따른 잠정적 에러 판단시 정상 상태 및 에러 상태로 판단되는 전류값 범위가 직교 좌표계로 도시되어 있다.

도 5의 직교 좌표계에서, X축은 제1 전류값, Y축은 제2 전류값을 나타낸다. 이차 전지 셀(20)이 충전 중일 때 측정되는 전류값에는 양의 값이 할당되고, 이차 전지 셀(20)이 방전 중일 때 측정되는 전류 값에는 음의 값이 할당된다.

도 5를 참조하면, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 즉 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 각각 X 및 Y 좌표로 하는 점이 점선 L1과 점선 L2 사이의 D1 영역에 속하는 경우 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 잠정 판단될 수 있다.

이론적 관점에서 보면, 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 동일 전류를 측정하기 때문에, 제1 전류값 및 제2 전류값을 나타낸 점은 기울기가 1인 직선상에 위치해야 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 하지만, 전류 센서들의 허용 오차 등을 고려하여 제1 전류값 및 제2 전류값에 대응되는 점이 D1 영역에 속하면 해당 전류 센서들(12a, 12b)이 정상 상태로 판단될 수 있다.

반면, 제1 판단부(112)는, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 즉 제1 전류값 및 제2 전류값에 해당하는 점이 점선 L1과 점선 L2 바깥쪽인 D2 영역에 속하는 경우 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 잠정 판단할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 빈도수 산출부(113)는 제1 판단부(112)의 판단 결과들을 N회에 걸쳐 순차적으로 전달받아 제1 전압값과 제2 전압값 간의 차이값 크기가 기준값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 기준값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출한다. 이 경우, 제1 빈도수는 정상 상태로 잠정 판단된 빈도수를 의미하는 것이고 제2 빈도수는 에러 상태로 잠정 판단된 빈도수를 의미하는 것으로 볼 수 있다. 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸친 제1 빈도수와 제2 빈도수의 적산이 완료되면 제 1빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한다.

한편, 다른 실시예에서, 제1 판단부(112)는 전달된 제1 및 제2 전압값에 매칭된 샘플링 번호가 이전에 전류값 샘플링부(111)로부터 전달된 제1 및 제2 전압값에 매칭된 샘플링 번호 이하인지 판단하고, 이하이면 전류값 샘플링부(111)로 제1 및 제2 전압값의 재전달을 요청할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 제1 판단부(112)는 전달된 제1 및 제2 전압값에 매칭된 샘플링 시간이 이전에 전류값 샘플링부(111)로부터 전달된 제1 및 제2 전압값에 매칭된 샘플링 시간 보다 과거인지 판단하고, 과거이면 전류값 샘플링부(111)로 제1 및 제2 전압값의 재전달을 요청할 수 있다.

이를 통해, 제1 판단부(112)는 이전에 전달받은 제1 및 제2 전압값과 중복되지 않고 최신에 샘플링된 제1 및 제2 전압값을 전달받을 수 있다.

제2 판단부(114)는, 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제1 판단부(112)로부터 수신하면 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제1 판단부(112)로부터 수신하면 상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단한다.

제2 판단부(114)는 아래 수학식 3과 같이 에러 판정 비율(R)을 산출할 수 있다.

[수학식 3]

R[%] = [제1 빈도수 ÷ (제1 빈도수 + 제2 빈도수)] Х 100

제2 판단부(112)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 이상인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반면, 제2 판단부(114)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 미만인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단한다. 예컨대, 제2 판단부(114)는 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 이상인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 기준 비율 95% 미만인 경우 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 바람직하게, 제2 판단부(114)는 전류 센서에 대한 에러 판단 정보를 에러 정보 처리부(115)로 전달한다.

에러 정보 처리부(115)는, 상기 제어 유닛(110)으로부터 전류 센서에 에러가 발생되었는지에 대한 판단 결과를 수신할 수 있다. 구체적으로, 에러 정보 처리부(115)는 상기 제2 판단부(114)로부터 수신한 에러 판단 정보가 전류 센서에 에러가 발생되었음을 지시하는 경우, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한다. DTC는 시스템 에러들을 각각 고유한 코드로 나타낸 것이다. 저장 유닛(120)에 저장된 DTC는 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송될 수 있다.

즉, 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장하고, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 DTC와 함께 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송할 수 있다. 이 경우, 외부 장치는 전류 센서의 진단 결과를 판독하는 장치이거나, 이차 전지 셀(20)이 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 탑재된 경우 차량의 전지 디바이스의 동작을 전반적으로 관리하는 ECU일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 출력 유닛(130)을 통해 시각적 정보로 출력할 수 있다. 이 경우, 출력 유닛(130)은 LED를 점등하거나, 디스플레이 유닛을 통해 에러 발생 알림 메시지를 출력할 수 있다.

또한, 에러 정보 처리부(115)는, 상기 제2 판단부(114)로부터 수신한 에러 판정 정보가 전류 센서에 에러가 발생되었음을 지시하는 경우, SOC 추정 유닛(18)으로 SOC 추정 중단을 요청할 수 있다. 중단 요청을 받은 SOC 추정 유닛(18)은 SOC 추정을 중단하고 중단 완료 신호를 제어 유닛(110)으로 전송하거나, 통신 인터페이스를 통해 BMS(10)의 상위 제어 시스템으로 전송할 수 있다.

한편, 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸쳐 적산된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한 이후에, 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋한다. 또한, 전류값 샘플링부(111)는 주기적인 다음 진단 시점이 도래하면 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 대한 전류값 샘플링을 재개한다.

도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 진단 방법이 흐름도로 도시되어 있다. 여기서, 전류 센서 진단 방법은 이차 전지 셀의 전류를 측정하도록 구성된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 방법으로서, 전류 센서 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

이하에서는, 도 6을 참조하여 전류 센서 진단 장치(100)가 수행하는 동작들을 시계열적으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 전류 센서 진단 장치(100)의 제어 유닛(110)은 동일 전류의 전류값을 측정하도록 구성된 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 전류값들을 일정 시점마다 수신하고, 수신된 전류값들을 이용하여 상기 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)의 에러 발생 여부를 판단한다.

제어 유닛(110)은 전류값 샘플링 개시 전 초기치로서 샘플링 횟수(n)는 1로 설정하고, 제1 빈도수 및 제2 빈도수는 각각 0으로 설정할 수 있다.

제어 유닛(110)의 전류값 샘플링부(111)는, 미리 결정된 복수의 샘플링 시점(tn)마다, 상기 제1 전류 센서(12a)를 통해 측정되는 제1 전류값(I1n) 및 상기 제2 전류 센서(12b)를 통해 측정되는 제2 전류값(I2n)을 동일한 타이밍에 샘플링하고, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값(I1n, I2n)을 제1 판단부(112)로 전달한다(S410).

그 다음, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는, 동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값에 대하여 각각 두 전류값들 간의 차이값 크기, ｜I1n - I2n｜가 미리 결정된 기준값, 예컨대 17[A]를 초과하였는지를 판단한다(S420).

제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기 ｜I1n - I2n｜가 기준값 17[A]를 초과하지 않은 경우, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b)가 정상 상태인 것으로 판단하고, 판단 결과를 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 정상 상태로 판단된 횟수를 나타내는 제1 빈도수에 1을 가산하여 제1 빈도수를 누적적으로 산출하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S430).

반면, 제1 전류값과 제2 전류값 간의 차이값 크기 ｜I1n - I2n｜가 기준값 17[A]를 초과한 경우, 제어 유닛(110)의 제1 판단부(112)는 잠정적으로 제1 전류 센서(12a)와 제2 전류 센서(12b) 중 적어도 어느 한 전류 센서가 에러 상태인 것으로 판단하고, 판단 결과를 빈도수 산출부(113)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 에러 상태로 판단된 횟수를 나타내는 제2 빈도수에 1을 가산하여 제2 빈도수를 누적적으로 산출하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S440).

제어 유닛(110)은 미리 결정된 샘플링 횟수(N)만큼 상술한 과정들(S410 내지 S440)을 반복한다(S450, S455).

빈도수 산출부(113)는 N회에 걸친 전류 센서의 에러 진단 결과에 대해 제1 빈도수와 제2 빈도수가 누적 산출되면, 누적 산출된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제어 유닛(110)의 제2 판단부(114)로 전달한다.

제어 유닛(110)의 제2 판단부(114)는, 상기 수학식 3과 같이 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율(R)을 산출하고(S460), 상기 산출된 에러 판정 비율(R)을 미리 결정된 기준 비율, 예컨대 95%와 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단한다(S470).

제2 판단부(112)는 산출된 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 이상인 경우 최종적으로 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 또한, 제어 유닛(110)은 미리 결정된 다음 진단 주기가 도래하면, 상술한 과정들(S400 내지 S470)을 반복할 수 있다(S480). 제어 유닛(110)의 빈도수 산출부(113)는 N회에 걸쳐 누적 산출된 제1 빈도수와 제2 빈도수를 제2 판단부(114)로 전달한 이후에는 제1 빈도수 및 제2 빈도수를 0으로 리셋한다. 제어 유닛(110)의 전류값 샘플링부(111)는 미리 결정된 다음 진단 시기가 도래하면 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b)에 대한 전류값 샘플링을 재개한다.

반면, 제2 판단부(112)는 산출된 에러 판정 비율(R)이 기준 비율 95% 미만인 경우 최종적으로 제1 전류 센서(12a) 및 제2 전류 센서(12b) 중 어느 한 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 판단하고, 전류 센서의 에러 진단 정보를 에러 정보 처리부(115)로 전달한다.

그러면, 제어 유닛(110)의 에러 정보 처리부(115)는, 전류 센서 에러를 나타내는 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한다(S490).

선택적으로, 에러 정보 처리부(115)는 전류 센서 에러를 나타내는 DTC를 생성하여 저장 유닛(120)에 저장한 이후에, 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 상기 DTC와 함께 통신 유닛(140)을 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 에러 정보 처리부(115)는 전류 센서 에러 발생 사실을 알리는 에러 정보를 출력 유닛(130)을 통해 시각적 정보로 출력할 수 있다. 이 경우, 출력 유닛(130)은 LED를 점등하거나, 디스플레이 유닛을 통해 에러 발생 알림 메시지를 출력할 수 있다.

또한, 에러 정보 처리부(115)는, 제2 판단부(114)로부터 전달된 전류 센서의 에러 진단 정보가 전류 센서에 에러가 발생한 것을 지시하는 경우 SOC 추정 유닛(18)으로 SOC 추정 중단을 요청할 수 있다. 중단 요청을 받은 SOC 추정 유닛(18)은 SOC 추정을 중단하고 중단 완료 신호를 제어 유닛(110)으로 전송하거나, 통신 인터페이스를 통해 BMS(10)의 상위 제어 시스템으로 전송할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제어 유닛(110)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(110)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 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(120)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

또한, 제어 유닛(110)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, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, 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 있어서, 이차 전지 셀은 하나의 단위 셀을 지시할 수도 있고, 복수의 단위 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 단위 셀의 집합체를 지시할 수도 있다. 단위 셀의 집합체는 전지 모듈 또는 전지 팩으로 명명될 수 있으며, 본 발명은 단위 셀의 연결 수와 연결 방식 등에 의해 제한되지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 두 전류 센서의 오프셋 편차 및 전류값을 이용하여 전류 센서들의 에러를 진단함으로써, 전류 센서를 사용하는 시스템의 종류, 전류원의 타입이나 전압 특성 등과 무관하게 동일한 방식으로 전류 센서의 에러를 진단할 수 있으며, 특히 2개의 전류 센서를 포함하는 다양한 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 전류 센서 상태 진단 장치는 2개의 전류 센서를 통해 측정된 전류값의 평균값을 전류의 측정값으로 결정할 수 있으며, 동시에 전류 센서의 오류를 신뢰성 있게 진단할 수 있다.

또한, 본 발명은 동시에 두 전류 센서가 측정한 전류값들을 상호 비교하여 전류 센서의 에러 발생 여부를 판단함으로써, 전류 센서가 전혀 작동하지 않는 경우의 에러는 물론 전류 센서의 응답 속도 저하나 위상 지연 등에 따라 전류값에 측정 오차가 발생하는 경우의 에러들도 정확히 진단해낼 수 있다.

또한, 본 발명은 두 전류 센서가 실제 측정한 전류값들 간의 차이값을 기반으로 전류 센서의 에러 발생 여부를 반복적으로 판단하여 판단 결과들을 누적하고, 누적된 판단 결과들을 통해 판단 결과별 빈도수를 산출한 후, 판단 결과별 빈도수를 통해 다시 최종적인 에러 발생 여부를 확률적으로 판단함으로써, 순간적인 전류 변화나 주파수 변화에 강인한 특성을 가지며 에러 진단의 정확성과 신뢰성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명은 고주파 전류가 입력될 경우 전류 센서들 간의 차단 주파수 차이에 따라 측정 전류값들 간에 차이가 발생하여 전류 센서에 에러가 발생한 것으로 오진되는 현상 등을 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어서, '~부' 또는 '~유닛'이라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기보다 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. 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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: BMS
12a: 제1 전류 센서
12b: 제2 전류 센서
14: 전압 센서
16: 온도 센서
18: SOC 추정 유닛
20: 이차 전지 셀
21: 메인 릴레이
30: 충전 유닛
100: 전류 센서 진단 장치
110: 제어 유닛
111: 전류값 샘플링부
112: 제1 판단부
113: 빈도수 산출부
114: 제2 판단부
115: 에러 정보 처리부
120: 저장 유닛
130: 출력 유닛
140: 통신 유닛

Claims

이차 전지 셀과 연결된 복수의 전류 센서의 에러를 진단하는 전류 센서 진단 장치에 있어서,
상기 이차 전지 셀의 충방전 사이클동안, 상기 이차 전지의 충방전 경로에 흐르는 전류에 대하여 동일한 시점에 제1 전류 센서에서 측정된 제1 전류값 및 제2 전류 센서에서 측정된 제2 전류값을 수신하고, 상기 제1 전류 센서가 상기 제1 전류값을 측정할 때마다 상기 제1 전류 센서의 구동 오프셋을 측정하고, 상기 제2 전류 센서가 상기 제2 전류값을 측정할 때마다 상기 제2 전류 센서의 구동 오프셋을 측정하고, 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충방전이 진행되기 전에 상기 제1 전류 센서와 상기 제2 전류 센서 각각에 전류를 인가하여 상기 제1 전류 센서의 제1 웨이크업 오프셋과 상기 제2 전류 센서의 제2 웨이크업 오프셋을 측정하고, 직전 충방전 사이클에서 측정된 상기 제1 전류 센서의 제1 구동 오프셋 및 상기 제2 전류 센서의 제2 구동 오프셋을 상기 제1 웨이크업 오프셋 및 상기 제2 웨이크업 오프셋과 각각 비교하고, 비교 결과에 기반하여 상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서의 에러 발생 여부를 진단하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제1 전류 센서의 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 상기 직전 충방전 사이클에서 가장 마지막에 측정된 상기 제2 전류 센서의 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제2항에 있어서,
상기 충방전 사이클별로 상기 제1 전류 센서의 복수의 구동 오프셋과 상기 제2 전류 센서의 복수의 구동 오프셋을 측정된 순서에 따라 저장하도록 구성된 저장 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 저장 유닛에 저장된 상기 제1 전류 센서의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제1 구동 오프셋으로 선택하고, 상기 저장 유닛에 저장된 상기 제2 전류 센서의 복수의 구동 오프셋 중에서 가장 마지막에 저장된 구동 오프셋을 상기 제2 구동 오프셋으로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서 중 적어도 하나에 에러가 발생된 것으로 판단되면, 상기 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충전 및 방전이 진행되지 않도록 상기 이차 전지 셀에 연결된 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 제1 구동 오프셋과 상기 제1 웨이크업 오프셋 간의 제1 오프셋 편차와 상기 제2 구동 오프셋과 상기 제2 웨이크업 오프셋 간의 제2 오프셋 편차를 산출하고, 산출된 제1 오프셋 편차 및 제2 오프셋 편차 중에서 적어도 하나가 기설정된 기준 편차 이상이면 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값 중 적어도 하나가 기설정된 임계 전류 이상이면, 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
미리 결정된 복수의 샘플링 시점마다, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 동일한 타이밍에 샘플링하는 전류값 샘플링부;
동일한 타이밍에 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값 간의 차이값 크기가 미리 결정된 기준 전류값을 초과하였는지 판단하는 제1 판단부;
상기 차이값 크기가 상기 기준 전류값을 초과하지 않은 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제1 빈도수를 산출하고, 상기 차이값 크기가 상기 기준 전류값을 초과한 것으로 판단된 횟수를 적산하여 제2 빈도수를 산출하는 빈도수 산출부; 및
상기 제1 빈도수와 제2 빈도수의 총합에 대한 상기 제1 빈도수의 비율에 해당하는 에러 판정 비율을 산출하고, 상기 산출된 에러 판정 비율을 미리 결정된 기준 비율과 비교하여 에러 발생 여부를 판단하는 제2 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 판단부는,
상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 이상인 경우, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서에 에러가 발생하지 않은 것으로 판단하고,
상기 산출된 에러 판정 비율이 상기 기준 비율 미만인 경우, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 제2 판단부가 상기 제1 전류 센서 및 상기 제2 전류 센서 중 적어도 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 현재 충방전 사이클에서 상기 이차 전지 셀의 충전 및 방전이 진행되지 않도록 상기 이차 전지 셀에 연결된 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제7항에 있어서,
상기 전류값 샘플링부는,
상기 제1 판단부로 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값을 전달하기 직전 시점부터 미리 설정된 기준 시간 이전 시점까지 샘플링된 제1 전류값 및 제2 전류값을 상기 제1 판단부로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 센서 진단 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제1 전류 센서 또는 상기 제2 전류 센서를 통해 측정된 전류값에 기반하여 이차 전지 셀의 충전 상태를 추정하는 SOC 추정 유닛; 및
상기 제어 유닛이 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서 중 적어도 어느 하나에 에러가 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 SOC 추정 유닛으로 충전 상태 추정 중단을 요청하는 에러 정보 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전류 센서 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.