WO2020149557A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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LG Chem Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and method, and more particularly, to a battery management apparatus and method capable of managing a battery according to a result of measuring a degree of bending of the battery.
  • a secondary battery having high applicability according to the product family and having electrical characteristics such as high energy density is not only a portable device but also an electric vehicle (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicle (HEV) driven by an electric driving source, electric power It is widely applied to storage devices (Energy Storage System).
  • EV Electric Vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency enhancement, in that they do not generate any by-products due to the use of energy, as well as a primary advantage that can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • the battery pack has a structure in which a plurality of cell assemblies including a plurality of unit cells are connected in series to obtain high output.
  • the unit cell can be repeatedly charged and discharged by electrochemical reactions between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolyte.
  • the battery pack may be exposed to various external shocks as it is used in various usage environments.
  • an external shock deformation such as bending in a specific direction occurs, and thus the inside is damaged.
  • an impact is detected through an impact detection method using an elastic body such as a spring.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and provides a battery management apparatus and method capable of measuring a degree of battery bending (battery bending degree) and performing a battery protection operation according to the measured battery bending degree. There is a purpose.
  • a battery management apparatus includes a voltage measurement unit configured to measure a battery voltage of a battery; A bending degree measurement unit provided on at least one side of the battery and configured to measure a battery bending degree of the battery; And receiving the battery voltage from the voltage measuring unit, receiving the battery bending degree from the bending degree measuring unit, and in which voltage section of the over-discharge voltage section, allowable voltage section and over-charge voltage section are included in the battery voltage It may include a processor configured to set a reference bending degree in accordance with, compare the magnitude between the battery bending degree and the reference bending degree, and perform a protection operation on the battery based on the bending degree comparison result.
  • the processor sets the reference bending degree to the first reference bending degree when the battery voltage is included in the over-discharge voltage period, and sets the reference bending degree to the second reference bending degree when the battery voltage is included in the allowable voltage period.
  • the reference bending degree may be set to a third reference bending degree.
  • the third reference bending degree may be set to be less than the first reference bending degree and the second reference bending degree.
  • the processor may be configured to change the reference bending degree to correspond to the changed battery voltage when the battery voltage is changed after setting the reference bending degree.
  • the processor may be configured to change the set reference bending degree to a reference bending degree corresponding to the changed voltage period when the voltage section to which the battery voltage belongs is changed by changing the battery voltage.
  • the processor sets a reference time to correspond to a voltage section to which the battery voltage belongs, and compares the long and short times of the reference time and the excess time elapsed from the time when the battery bending degree exceeds the reference bending degree. It can be configured to perform a protection operation on the battery based on the result.
  • the processor sets the reference time as a first reference time when the battery voltage is included in the over-discharge voltage period, and sets the reference time as a second reference time when the battery voltage is included in the allowable voltage period.
  • the reference time may be set as a third reference time.
  • the third reference time may be set to be less than the first reference time and the second reference time.
  • the processor may be configured to change the reference time to correspond to the changed battery voltage when the battery voltage is changed after setting the reference time.
  • the processor may be configured to change the set reference time to a reference time corresponding to the changed voltage section when the voltage section to which the battery voltage belongs is changed by changing the battery voltage.
  • the processor may be configured to change the reference bending degree and the reference time to correspond to the changed battery voltage.
  • the battery may be configured as a battery module provided with a plurality of battery cells.
  • the voltage measurement unit may be configured to measure voltages of each of the battery module and the plurality of battery cells.
  • the bending degree measurement unit may be provided in each of the battery module and the plurality of battery cells to be configured to measure the bending degree of each of the battery module and the plurality of battery cells.
  • the processor determines whether the battery module is defective based on a comparison result of a bending degree with respect to the battery module and a time comparison result, and when it is determined that the battery module is defective, in each of the plurality of battery cells
  • the bending degree may be configured to detect an abnormal cell among the plurality of battery cells based on a comparison result and a time comparison result.
  • the battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery management device according to an aspect of the present invention.
  • a battery management method includes a voltage measurement step of measuring a battery voltage of a battery; A bending degree measurement step of measuring a battery bending degree of the battery; A reference bending degree setting step of setting a reference bending degree according to whether a voltage of the battery is included in an over-discharge voltage period, an allowable voltage period, or an over-charge voltage period; And comparing the magnitude between the battery bending degree and the reference bending degree, and performing a protection operation on the battery based on a comparison result of the bending degree.
  • an accident that may be caused by the battery may be prevented by performing a protection operation on the battery.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing an exemplary configuration of a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an exemplary configuration of another battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing another exemplary configuration of a battery management apparatus and a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of the battery of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing another exemplary configuration of a battery management apparatus and a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view showing an exemplary configuration of a battery pack 100 including a battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 may include one or more batteries 110 and a battery management device 10.
  • the battery 110 may be a battery cell or a battery module.
  • the battery 110 includes a negative terminal and a positive terminal, and may be one independent cell that is physically separable.
  • a pouch-type lithium polymer cell and/or a cylindrical cell may be considered as the battery 110.
  • the battery 110 may be a battery module in which one or more battery cells are connected in series and/or in parallel. However, hereinafter, for convenience of description, it will be described that the battery 110 is a battery cell.
  • the battery management apparatus 10 may include a voltage measurement unit 11, a bending degree measurement unit 12, and a processor 13.
  • the voltage measuring unit 11 may be configured to measure the battery voltage of the battery 110. To this end, the voltage measuring unit 11 may include a voltage sensor.
  • the voltage measurement unit 11 may periodically measure the battery voltage of the battery 110 and output a measurement signal indicating the measured battery voltage to the processor 13.
  • the voltage measuring unit 11 may be connected to both ends of the battery 110 through a plurality of sensing lines.
  • the voltage measuring unit 11 may measure the battery voltage based on the voltage across both ends of the battery 110 measured in a plurality of sensing lines.
  • the bending degree measuring unit 12 may be provided on at least one side of the battery 110 to be configured to measure the battery bending degree of the battery 110. To this end, the bending degree measuring unit 12 may include a flexible sensor in which the output resistance value changes according to the degree of bending.
  • the battery bending degree may mean the degree to which the battery 110 is bent.
  • an external force is applied to the battery 110 and the battery 110 may be bent.
  • the battery 110 may be swollen by the swelling phenomenon, and the battery 110 may be bent.
  • the bending degree measuring unit 12 is attached to one surface of the battery 110, and measures the battery bending degree for the degree of bending of the battery 110 and outputs the measured battery bending degree.
  • FIG. 3 is a diagram showing an exemplary configuration of a battery 110 according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which the bending degree measuring unit 12 of the battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention is attached to the battery 110.
  • the bending degree measurement unit 12 may be attached to the outer surface of the battery 110. Also, the bending degree measuring unit 12 may measure the degree of bending of the battery 110 due to an external shock and/or swelling phenomenon.
  • the bending degree measurement unit 12 may periodically measure the battery bending degree of the battery 110 and output a measurement signal indicating the measured battery bending degree to the processor 13.
  • the bending degree measurement unit 12 may output a natural number between “0” and “100” as a bending degree. If there is no change in the appearance of the battery 110, the battery bending degree may be measured as “0”. When a change in the external shape of the battery 110 occurs, the measured battery bending degree may be greater than “0”.
  • the processor 13 may be operatively coupled with the voltage measuring unit 11 and the bending degree measuring unit 12. In addition, the processor 13 may receive the battery voltage from the voltage measurement unit 11. In addition, the processor 13 may receive the battery bending degree from the bending degree measuring unit 12.
  • the voltage measuring unit 11 and the bending degree measuring unit 12 may be electrically connected to the processor 13.
  • the battery voltage output from the voltage measurement unit 11 may be input to the processor 13.
  • the battery bending degree output from the bending degree measuring unit 12 may be input to the processor 13.
  • the processor 13 may be configured to set a reference bending degree according to whether the battery voltage is included in an over-discharge voltage section, an allowable voltage section, or an over-charge voltage section.
  • the processor 13 may set a reference bending degree for the battery 110 according to a voltage section to which the battery voltage of the battery 110 belongs.
  • the processor 13 may check whether a battery voltage received from the voltage measurement unit 11 is included in an over-discharge voltage section, an allowable voltage section, or an over-charge voltage section. In addition, the processor 13 may set the reference bending degree according to the voltage section including the battery voltage.
  • the over-discharge voltage section, the allowable voltage section, and the over-charge voltage section may be preset voltage sections according to the voltage specifications of the battery 110.
  • the over-discharge voltage section may be a voltage section less than the allowable voltage section.
  • the over-discharge voltage section may refer to a voltage section in which degradation of the battery 110 is accelerated due to undervoltage.
  • the over-discharge voltage section may be a section of 0[V] or more and less than 2[V].
  • the allowable voltage section may be a voltage section in which charging and discharging of the battery 110 is permitted. That is, the allowable voltage section may be a voltage section in which the state of the battery 110 can be determined to be a normal state. Therefore, when the battery voltage of the battery 110 is included in the allowable voltage period, it can be used while maintaining a normal state so that the degradation of the battery 110 is not accelerated.
  • the allowable voltage period may be a period of 2 [V] or more and less than 4 [V].
  • the overcharge voltage section may be a voltage section exceeding the allowable voltage section.
  • the overcharge voltage section may refer to a voltage section in which degradation of the battery 110 is accelerated due to high voltage.
  • the overcharge voltage section may be a section of 4[V] or more and less than 6[V].
  • a corresponding bending degree may be preset in each of the over-discharge voltage section, the allowable voltage section, and the over-charge voltage section.
  • the bending degree corresponding to the over-discharge voltage period may be set as the first reference bending degree.
  • the bending degree corresponding to the allowable voltage section may be set as the second reference bending degree.
  • the bending degree corresponding to the overcharge voltage section may be set as a third reference bending degree.
  • the processor 13 may set the reference bending degree to the first reference bending degree. In addition, when the battery voltage is included in the allowable voltage period, the processor 13 may set the reference bending degree to the second reference bending degree. In addition, when the battery voltage is included in the overcharge voltage section, the processor 13 may set the reference bending degree to the third reference bending degree.
  • the processor 13 may be configured to compare the magnitude between the battery bending degree and the reference bending degree.
  • the reference bending degree may be set as a reference bending degree corresponding to a voltage section in which the battery voltage of the battery 110 is included. That is, the processor 13 may compare the size between the reference bending degree set based on the battery voltage of the battery 110 and the battery bending degree measured by the bending degree measuring unit 12.
  • the processor 13 may be configured to perform a protection operation on the battery based on a result of comparison of the bending degree.
  • the processor 13 may determine that the battery 110 is defective. Accordingly, the processor 13 may perform the protection operation to stop the use of the defective battery 110. In addition, when a defect of the battery 110 is detected in the test step, the processor 13 may perform the protection operation so that the defective battery 110 can be easily classified.
  • the processor 13 may control the operation state of the main relay 120 to a turn-off state, thereby blocking charging and discharging of the battery 110.
  • the main relay 120 may energize or block the large current path through which the charging and discharging currents of the battery 110 flow according to the operating state.
  • a path in which the positive terminal P+ of the battery pack 100, the battery 110, and the negative terminal P ⁇ of the battery pack 100 are connected may be a large current path.
  • the main relay 120 may be arranged in the large current path.
  • the protection operation performed by the processor 13 may be an operation of blocking a large current path to the battery 110 so that the battery 110 is not used.
  • FIG. 4 is a diagram showing an exemplary configuration of another battery pack 100 including the battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 may further include a fuse 130.
  • the fuse 130 may be disposed in a large current path.
  • the fuse 130 may be a general fuse element that is cut when a high current flows or overheats.
  • the processor 13 may control the operation state of the main relay 120 to a turn-off state as in the embodiment of FIG. 2. Also, the processor 13 may blow the fuse 130 in order to perform the protection operation. To this end, the processor 13 may output a high voltage signal to the fuse 130 or operate a fuse cutting unit (not shown) capable of directly cutting the fuse 130.
  • the battery management apparatus 10 determines the presence or absence of a defect in the battery 110 in consideration of various states (battery voltage and battery bending degree) of the battery 110, the battery 110 The presence or absence of defects can be judged more accurately.
  • the battery management apparatus 10 may prevent the defective battery 110 from being used by performing a protection operation. Thus, accidents that may be caused by the use of the defective battery 110 can be prevented.
  • the third reference bending degree may be preset to less than the first reference bending degree and the second reference bending degree.
  • the third reference bending degree is a reference bending degree set to correspond to the overcharge voltage section.
  • it may be determined whether to perform the protection operation on the battery 110.
  • the first reference bending degree is set to 60
  • the second reference bending degree is set to 50
  • the third reference bending degree is set to 30.
  • the battery bending degree measured by the bending degree measuring unit 12 is 40.
  • the processor 13 may not perform a protection operation for the battery 110.
  • the reference bending degree may be set as the third reference bending degree. That is, the reference bending degree may be smaller than the battery bending degree. Accordingly, the processor 13 may perform a protection operation for the battery 110.
  • the internal energy of the battery 110 may be higher. That is, when the battery voltage is included in the overcharge voltage section, the battery 110 may be vulnerable to external shock. Therefore, when the battery voltage is included in the overcharge section, even if a relatively small external impact is applied to the battery 110, it is highly likely that an accident such as ignition or explosion of the battery 110 occurs.
  • the battery management apparatus 10 sets a different reference bending degree according to a voltage section in which the voltage of the battery 110 is included, so that the higher the voltage of the battery 110, the more the battery bending.
  • the defect of the battery 110 according to the figure can be more sensitively detected.
  • the first reference bending degree, the second reference bending degree, and the third reference bending degree may be set such that the bending degree is lowered in order.
  • the third reference bending degree is set to the lowest, so that even when a relatively small impact is applied to the battery 110, a protection operation may be performed.
  • the first reference bending degree is set to the highest, so that the protection operation is flexible according to the state of the battery 110. Can be performed.
  • the battery management apparatus 10 since the battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention performs a protection operation in consideration of both the battery voltage and the battery bending degree of the battery 110, it is adaptive and flexible to the state of the battery 110 The protection operation can be performed.
  • the processor 13 may be configured to change the reference bending degree to correspond to a changed battery voltage when the battery voltage is changed after setting the reference bending degree.
  • the voltage measurement unit 11 may periodically measure the battery voltage of the battery 110 and output the measured battery voltage to the processor 13. Therefore, the processor 13 sets the reference bending degree based on the previously received previous battery voltage, and if the newly received new battery voltage is different from the previous battery voltage, the reference bending degree is changed based on the new battery voltage. Can.
  • the processor 13 may be configured to change the set reference bending degree to a reference bending degree corresponding to the changed voltage period when the voltage section to which the battery voltage belongs is changed by changing the battery voltage.
  • the over-discharge voltage section is a section of 0 [V] or more and less than 2 [V]
  • the allowable voltage section is a section of 2 [V] or more and less than 4 [V]
  • the over-charge voltage section is 4 It is assumed that the section is over [V].
  • the processor 13 may set the reference bending degree to the second reference bending degree. Thereafter, when the battery contact pressure is changed to 4 [V] at the second time point, the processor 13 may change the reference bending degree set as the second reference bending degree to the third reference bending degree. In this case, since the reference bending degree at the second time point becomes smaller than the reference bending degree at the first time point, a protection operation may be performed according to the battery bending degree.
  • the battery management apparatus 10 has an advantage of performing an appropriate protection operation corresponding to the state of the battery 110 by changing the reference bending degree in response to a change in the battery voltage. .
  • the processor 13 may be configured to set a reference time to correspond to a voltage section to which the battery voltage belongs.
  • the processor 13 may set a reference time according to whether a battery voltage is included in an over-discharge voltage section, an allowable voltage section, or an over-charge voltage section.
  • the reference time corresponding to the over-discharge voltage period may be set as the first reference time.
  • the reference time corresponding to the allowable voltage period may be set as the second reference time.
  • the reference time corresponding to the overcharge voltage period may be set as the third reference time.
  • the first reference time may be set to 50 ms, the second reference time to 40 ms, and the third reference time to 30 ms.
  • the processor 13 sets the reference time as the first reference time when the battery voltage is included in the over-discharge voltage section, and sets the reference time as the second reference time when the battery voltage is included in the allowable voltage section.
  • the reference time may be set to a third reference time.
  • the processor 13 may set the reference bending degree and the reference time according to the voltage section including the battery voltage. Then, the excess time can be measured from the time when the battery bending degree measured by the bending degree measuring unit 12 exceeds a set reference bending degree. Preferably, the excess time may be measured until the battery bending degree is less than or equal to the reference bending degree, or a protective operation is performed on the battery 110.
  • the measured excess time may be reset before the protection operation for the battery 110 is performed, and if the battery bending degree becomes less than or equal to the reference bending degree while the excess time is measured. In addition, when the protection operation for the battery 110 is performed, the measured excess time may be reset.
  • the processor 13 may be configured to perform a protection operation on the battery 110 based on a time comparison result.
  • the processor 13 can measure the excess time using the first time point as a starting point. If the measured excess time exceeds 50 ms, the processor 13 may perform a protection operation for the battery 110. Conversely, when the measured excess time is 50 ms or less, and the battery bending degree is changed to a reference bending degree or less, the processor 13 may reset the measuring excess time.
  • the battery management apparatus 10 protects the battery 110 when it is determined that a continuous external shock or swelling phenomenon has occurred by considering the time (the above time) in which the battery bending degree is maintained. You can perform the operation.
  • the processor 13 may be used so that the battery 110 and the battery pack 100 can be used for a long time in a situation in which an instantaneous shock to the battery 110 is applied and the state of the battery 110 returns to a normal state.
  • the protection operation may not be performed.
  • the third reference time may be set to be less than the first reference time and the second reference time.
  • the reference time may be set differently from each other according to a voltage section in which the battery voltage of the battery 110 is included.
  • the internal energy of the battery 110 may be relatively high. In this case, even if an external shock is maintained only for a relatively short period of time, an accident such as an explosion of the battery 110 may occur. In addition, since the internal energy of the battery 110 is high, the degree of accident such as an explosion may be large.
  • the battery management apparatus 10 sets the third reference time to be shorter than the first reference time and the second reference time, thereby causing an accident by the battery 110 in consideration of the battery voltage. There is an advantage that can be prevented.
  • the processor 13 may be configured to change the reference time to correspond to the changed battery voltage.
  • the voltage measurement unit 11 may periodically measure the battery voltage of the battery 110 and output the measured battery voltage to the processor 13. Therefore, the processor 13 may change the reference time based on the new battery voltage if the newly received new battery voltage is different from the previous battery voltage after setting the reference time based on the previous battery voltage previously received. .
  • the processor 13 may be configured to change the set reference time to a reference time corresponding to the changed voltage section when the voltage section to which the battery voltage belongs is changed by changing the battery voltage.
  • the over-discharge voltage section is a section of 0 [V] or more and less than 2 [V]
  • the allowable voltage section is a section of 2 [V] or more and less than 4 [V]
  • the over-charge voltage section is 4 It is assumed that the section is over [V].
  • the processor 13 may set the reference time as the second reference time. Thereafter, when the battery contact voltage is changed to 4[V] at the second time point, the processor 13 may change the reference time set as the second reference time to the third reference time.
  • a protection operation may be performed according to the excess time measured from the time when the battery bending degree exceeds the reference bending degree.
  • the battery management apparatus 10 has an advantage of performing an appropriate protection operation corresponding to the state of the battery 110 by changing a reference time corresponding to a change in the battery voltage.
  • the processor 13 may be configured to change the reference bending degree and the reference time to correspond to the changed battery voltage. have.
  • the processor 13 may refer to the reference bending degree as the reference bending degree and the reference time set in the voltage section including the changed battery voltage. And each of the reference times.
  • the battery management apparatus 10 protects the battery 110 by changing a reference bending degree and a reference time to correspond to a change in the state of the battery 110 (eg, a change in the battery voltage)
  • a change in the state of the battery 110 eg, a change in the battery voltage
  • the battery management apparatus 100 has an advantage of preventing unexpected accidents caused by the battery 110 by performing an appropriate protection operation corresponding to the state of the battery 110.
  • FIG. 5 is a view showing another exemplary configuration of the battery management apparatus 10 and the battery 110 according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the bending degree measuring unit 12 of the battery management apparatus 10 according to an embodiment of the present invention is attached to the battery module 140.
  • FIG. 6 is a perspective view of the battery of FIG. 5. Specifically, FIG. 6 is a diagram illustrating a perspective view of the battery module 140.
  • the battery 110 may be composed of a battery module 140 having a plurality of battery cells 110a to 110e. That is, in the embodiments of FIGS. 5 and 6, the battery module 140 including a plurality of battery cells 110a to 110e may be considered as the battery 110.
  • the battery module 140 includes a first battery cell 110a, a second battery cell 110b, a third battery cell 110c, a fourth battery cell 110d, and 5 may include a battery cell (110e).
  • the voltage measuring unit 11 measures the battery voltage of the battery module 140
  • the bending degree measuring unit 12 may measure the battery bending degree of the battery module 140.
  • the bending degree measurement unit 12 is attached to one surface of the battery module 140 to measure the battery bending degree of the battery module 140.
  • the processor 13 may perform a protection operation of the battery module 140 based on the battery voltage and the battery bending degree.
  • the battery management apparatus 10 has an advantage of performing a protection operation according to a voltage and a bending degree for the battery module 140 as well as the battery cell.
  • FIG. 7 is a view showing another exemplary configuration of a battery management apparatus 10 and a battery according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 140 including a plurality of battery cells 110a to 110e may be considered as the battery 110.
  • the voltage measuring unit 11 may be configured to measure voltages of each of the battery module 140 and the plurality of battery cells 110a to 110e.
  • the voltage measurement unit 11 may be connected to each electrode of the plurality of battery cells 110a to 110e. Then, the voltage measurement unit 11 may measure the voltage of each of the battery module 140 and the plurality of battery cells 110a to 110e.
  • the bending degree measurement unit 12 is provided in each of the battery module 140 and the plurality of battery cells 110a to 110e, respectively, of the battery module 140 and the plurality of battery cells 110a to 110e. It can be configured to measure the bending degree.
  • the bending degree measuring unit 12 may be attached to each of the battery module 140 and the plurality of battery cells 110a to 110e.
  • the bending degree measuring unit 12 may be attached to the battery module 140.
  • the first bending degree measurement unit 12a may be attached to the first battery cell 110a.
  • the second bending degree measurement unit 12b may be attached to the second battery cell 110b.
  • the third bending degree measurement unit 12c may be attached to the third battery cell 110c.
  • the fourth bending degree measurement unit 12d may be attached to the fourth battery cell 110d.
  • the fifth bending degree measurement unit 12e may be attached to the fifth battery cell 110e.
  • the processor 13 may be configured to determine whether there is a defect in the battery module 140 based on a result of comparing the bending degree of the battery module 140 and a time comparison result.
  • the processor 13 may perform defect detection for the battery module 140 before comparing the battery bending degree and the excess time for each of the plurality of battery cells 110a to 110e with the reference bending degree and the reference time. have.
  • the processor 13 may determine that the battery module 140 is not defective. In this case, the processor 13 may omit defect detection for each of the plurality of battery cells 110a to 110e.
  • the battery management apparatus 10 first detects a defect of the battery module 140 and then detects a defect for each of the plurality of battery cells 110a to 110e only when a defect is detected in the battery module 140. By doing so, it is possible to shorten the total time required to detect the defect of the battery 110.
  • the processor 13 may determine that the battery module 140 is defective. In this case, the processor 13 may perform defect detection for each of the plurality of battery cells 110a to 110e. That is, the processor 13 may perform defect detection for each of the plurality of battery cells 110a to 110e in order to detect an abnormal cell causing the defect.
  • the processor 13 protects the battery 110 You can do
  • the processor 13 has an advantage of providing information on an abnormal cell causing a defect by providing information on the detected battery cell.
  • FIG 8 is a view schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management method may be performed by each component of the battery management device 10.
  • a battery management method includes a voltage measurement step (S100), a bending degree measurement step (S200), a reference bending degree setting step (S300), and a protection operation performing step (S400). It can contain.
  • the voltage measuring step S100 is a step of measuring the battery voltage of the battery 110 and may be performed by the voltage measuring unit 11.
  • the voltage measurement unit 11 may measure the battery voltage of the battery 110 through measurement lines connected to both ends of the battery 110.
  • the bending degree measurement step S200 is a step of measuring the battery bending degree of the battery 110 and may be performed by the bending degree measuring unit 12.
  • the bending degree measurement unit 12 is attached to one surface of the battery 110 to measure the battery bending degree of the battery 110.
  • the reference bending degree setting step (S300) is a step of setting a reference bending degree according to whether the battery voltage is included in any of the over-discharge voltage section, the allowable voltage section, and the over-charge voltage section, by the processor 13 Can be performed.
  • the processor 13 may determine in which voltage period the battery voltage measured in the voltage measurement step S100 is included in the overdischarge voltage period, the allowable voltage period, and the overcharge voltage period.
  • the processor 13 may set the reference bending degree based on the reference bending degree corresponding to the voltage section including the battery voltage. For example, when the battery voltage is included in the allowable voltage section, the processor 13 may set the reference bend degree based on the second reference bending degree corresponding to the allowable voltage. That is, the processor 13 may set the second reference bending degree to the reference bending degree.
  • the step of performing a protection operation is a step of comparing the magnitude between the battery bending degree and a reference bending degree, and performing a protection operation on the battery 110 based on the bending degree comparison result, performed by the processor 13 Can be.
  • the processor 13 may perform a protection operation on the battery 110. For example, in the embodiment of FIG. 4, the processor 13 may cut the fuse 130 or control the operation state of the main relay 120 to a turn-off state as the protection operation.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management method may be performed by each component of the battery management device 10. Note that only the steps added or changed in the method of FIG. 8 will be described below.
  • a battery management method may further include a reference time setting step (S500) and a protection operation performing step (S600).
  • the reference time setting step (S500) after the reference bending degree setting step (S300), setting the reference time according to whether the battery voltage is included in an over-discharge voltage section, an allowable voltage section, or an over-charge voltage section As, it can be performed by the processor (13).
  • the processor 13 may set a reference time based on a reference time corresponding to a voltage section in which the battery voltage is included. For example, when the battery voltage is included in the allowable voltage section, the processor 13 may set the reference time based on the second reference time corresponding to the allowable voltage. That is, the processor 13 may set the second reference time as the reference time.
  • the step of performing a protection operation protects the battery 110 based on a result of a comparison of a degree of bending between the battery bending degree and a reference bending degree and a result of a comparison of the length between the excess time and the reference time.
  • a step of performing an operation it may be performed by the processor 13.
  • the step of performing the protection operation of FIG. 9 (S600) may be a part different from the step of performing the protection operation of FIG. 8 (S400). Specifically, the step of performing the protection operation of FIG. 9 (S600) may be different in that the time comparison result is further considered as compared to the step of performing the protection operation of FIG.
  • the processor 13 may perform a protection operation for the battery 110.
  • the processor 13 may perform a protection operation on the battery 110.
  • an external shock is applied or an accident caused by the battery 110 due to a swelling phenomenon can be prevented.

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 배터리 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리의 적어도 일측에 구비되어 상기 배터리의 배터리 굽힘도를 측정하도록 구성된 굽힘도 측정부; 및 상기 전압 측정부로부터 상기 배터리 전압을 수신하고, 상기 굽힘도 측정부로부터 배터리 굽힘도를 수신하며, 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하며, 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2019년 01월 18일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2019-0007120호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법으로서, 더욱 상세하게는 배터리가 구부러진 정도를 측정한 결과에 따라 배터리를 관리할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 및 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로써의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 배터리 팩은 다양한 사용 환경에서 사용됨에 따라 다양한 외부 충격에 노출될 수 있다. 배터리 팩은 외부 충격을 받으면 특정 방향으로 구부러지는 등의 변형이 발생하여 내부가 손상되는 문제점이 있다. 이에, 종래에는 배터리 팩에 가해진 외부 충격을 감지하는 다양한 방법 중 하나의 방법으로써, 스프링과 같은 탄성체에 의한 충격 감지 방법을 통해 충격을 감지하고 있다.
하지만, 상술한 바와 같이 대용량 구조에 대한 수요가 증가함에 따라 배터리 팩의 무게가 점차 증가하는 상황에서, 스프링과 같은 탄성체만으로 충격을 감지하는 방법은 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리가 구부러진 정도(배터리 굽힘도)를 측정하고, 측정된 배터리 굽힘도에 따라 배터리 보호 동작을 수행할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 배터리 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리의 적어도 일측에 구비되어 상기 배터리의 배터리 굽힘도를 측정하도록 구성된 굽힘도 측정부; 및 상기 전압 측정부로부터 상기 배터리 전압을 수신하고, 상기 굽힘도 측정부로부터 배터리 굽힘도를 수신하며, 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하며, 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제1 참조 굽힘도로 설정하고, 상기 배터리 전압이 상기 허용 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제2 참조 굽힘도로 설정하며, 상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제3 참조 굽힘도로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제3 참조 굽힘도는, 상기 제1 참조 굽힘도와 상기 제2 참조 굽힘도 미만으로 설정될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 기준 굽힘도를 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도를 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 굽힘도로 상기 설정된 기준 굽힘도를 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간에 대응되도록 기준 시간을 설정하고, 상기 배터리 굽힘도가 상기 기준 굽힘도를 초과하는 시점으로부터 경과된 초과 시간과 상기 기준 시간의 장단을 비교하고, 시간 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제1 참조 시간으로 설정하고, 상기 배터리 전압이 상기 허용 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제2 참조 시간으로 설정하며, 상기 배터리 전압이 상기 과충전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제3 참조 시간으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제3 참조 시간은, 상기 제1 참조 시간과 상기 제2 참조 시간 미만으로 설정될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 시간으로 상기 설정된 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리는, 복수의 배터리 셀이 구비된 배터리 모듈로 구성될 수 있다.
상기 전압 측정부는, 상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 굽힘도 측정부는, 상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각에 구비되어 상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 굽힘도를 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리 모듈에 대한 굽힘도 비교 결과와 시간 비교 결과에 기반하여 상기 배터리 모듈에 결함이 있는지를 판단하고, 상기 배터리 모듈에 결함이 있는 것으로 판단된 경우, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대한 굽힘도 비교 결과 및 시간 비교 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 중 이상 셀을 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 배터리의 배터리 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 상기 배터리의 배터리 굽힘도를 측정하는 굽힘도 측정 단계; 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하는 기준 굽힘도 설정 단계; 및 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하는 보호 동작 수행 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리에 외부 충격이 가해지거나 배터리 스웰링 현상이 발생된 경우, 배터리에 대한 보호 동작을 수행함으로써 배터리에 의해 발생될 수 있는 사고가 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 전압에 따라 기준 굽힘도 및/또는 기준 시간을 변경함으로써, 배터리의 현재 상태에 대응되도록 배터리의 보호 동작이 수행될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 다른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 배터리의 다른 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 배터리에 대한 사시도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 배터리의 또 다른 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)를 포함하는 배터리 팩(100)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(100)은 하나 이상의 배터리(110)와 배터리 관리 장치(10)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리(110)는 배터리 셀 또는 배터리 모듈일 수 있다.
즉, 배터리(110)는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀일 수 있다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 및/또는 원통형 셀이 배터리(110)로 간주될 수 있다. 또한, 배터리(110)는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈일 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 배터리(110)가 배터리 셀인 것으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 전압 측정부(11), 굽힘도 측정부(12) 및 프로세서(13)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(11)는 배터리(110)의 배터리 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 전압 측정부(11)는 전압 센서를 구비할 수 있다.
전압 측정부(11)는 배터리(110)의 배터리 전압을 주기적으로 측정하고, 측정된 배터리 전압을 나타내는 측정 신호를 프로세서(13)로 출력할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 전압 측정부(11)는 복수의 센싱 라인을 통해 배터리(110)의 양단에 연결될 수 있다. 그리고, 전압 측정부(11)는 복수의 센싱 라인에서 측정되는 배터리(110)의 양단 전압에 기반하여, 상기 배터리 전압을 측정할 수 있다.
굽힘도 측정부(12)는 상기 배터리(110)의 적어도 일측에 구비되어 배터리(110)의 배터리 굽힘도를 측정하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 굽힘도 측정부(12)는 구부러지는 정도에 따라 출력되는 저항값이 변하는 구부림 센서(Flexible sensor)를 구비할 수 있다.
여기서, 배터리 굽힘도란 배터리(110)가 구부러진 정도를 의미할 수 있다. 예컨대, 배터리(110)에 외력이 가해져서 배터리(110)가 구부러질 수 있다. 또한, 스웰링(Swelling) 현상에 의해 배터리(110)가 부풀어 오르면서, 배터리(110)가 구부러질 수도 있다. 따라서, 굽힘도 측정부(12)는 배터리(110)의 일면에 부착되어, 배터리(110)가 구부러진 정도에 대한 배터리 굽힘도를 측정하고, 측정한 배터리 굽힘도를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(110)의 예시적 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)의 굽힘도 측정부(12)가 배터리(110)에 부착되는 예시를 도시한 도면이다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 배터리(110)가 파우치형 배터리 셀인 경우, 굽힘도 측정부(12)는 배터리(110)의 외면에 부착될 수 있다. 그리고, 굽힘도 측정부(12)는 외부 충격 및/또는 스웰링 현상에 의해 배터리(110)가 구부러진 정도를 측정할 수 있다.
굽힘도 측정부(12) 배터리(110)의 배터리 굽힘도를 주기적으로 측정하고, 측정된 배터리 굽힘도를 나타내는 측정 신호를 프로세서(13)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 굽힘도 측정부(12)는 "0" 내지 "100" 사이의 자연수를 굽힘도로 출력할 수 있다. 배터리(110)의 외형에 변화가 없는 경우, 배터리 굽힘도는 "0"으로 측정될 수 있다. 배터리(110)의 외형에 변화가 발생된 경우, 측정된 배터리 굽힘도는 "0"보다 클 수 있다.
프로세서(13)는 전압 측정부(11) 및 굽힘도 측정부(12)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 그리고, 프로세서(13)는 전압 측정부(11)로부터 상기 배터리 전압을 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(13)는 상기 굽힘도 측정부(12)로부터 배터리 굽힘도를 수신할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 전압 측정부(11) 및 굽힘도 측정부(12)는 프로세서(13)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 전압 측정부(11)에서 출력된 배터리 전압은 프로세서(13)에 입력될 수 있다. 또한, 굽힙도 측정부(12)에서 출력된 배터리 굽힘도는 프로세서(13)에 입력될 수 있다.
프로세서(13)는 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하도록 구성될 수 있다.
즉, 프로세서(13)는 배터리(110)의 배터리 전압이 속하는 전압 구간에 따라서, 배터리(110)에 대한 기준 굽힘도를 설정할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(13)는 전압 측정부(11)로부터 수신한 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 프로세서(13)는 배터리 전압이 포함된 전압 구간에 따라 기준 굽힘도를 설정할 수 있다.
여기서, 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간은 배터리(110)의 전압 사양에 따라 미리 설정된 전압 구간일 수 있다.
과방전 전압 구간은 허용 전압 구간 미만의 전압 구간일 수 있다. 그리고, 과방전 전압 구간은 저전압으로 인해 배터리(110)의 퇴화가 가속되는 전압 구간을 의미할 수 있다. 예컨대, 배터리(110)가 일반적인 4.5[V] 사양의 배터리 셀이라고 가정하면, 과방전 전압 구간은 0[V] 이상 2[V] 미만의 구간일 수 있다.
또한, 허용 전압 구간은 배터리(110)의 충방전이 허용되는 전압 구간일 수 있다. 즉, 허용 전압 구간은 배터리(110)의 상태가 정상 상태라고 판단될 수 있는 전압 구간일 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 배터리 전압이 허용 전압 구간에 포함되면, 배터리(110)의 퇴화가 가속되지 않도록 정상 상태를 유지하며 사용될 수 있다. 예컨대, 배터리(110)가 일반적인 4.5[V] 사양의 배터리 셀이라고 가정하면, 허용 전압 구간은 2[V] 이상 4[V] 미만의 구간일 수 있다.
과충전 전압 구간은 허용 전압 구간을 초과한 전압 구간일 수 있다. 그리고, 과충전 전압 구간은 고전압으로 인해 배터리(110)의 퇴화가 가속되는 전압 구간을 의미할 수 있다. 예컨대, 배터리(110)가 일반적인 4.5[V] 사양의 배터리 셀이라고 가정하면, 과충전 전압 구간은 4[V] 이상 6[V] 미만의 구간일 수 있다.
또한, 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 각각에는 대응되는 굽힘도가 서로 상이하게 미리 설정될 수 있다.
과방전 전압 구간에 대응되는 굽힘도는 제1 참조 굽힘도로 설정될 수 있다. 허용 전압 구간에 대응되는 굽힘도는 제2 참조 굽힘도로 설정될 수 있다. 과충전 전압 구간에 대응되는 굽힘도는 제3 참조 굽힘도로 설정될 수 있다.
예컨대, 프로세서(13)는 배터리 전압이 과방전 전압 구간에 포함되면, 기준 굽힘도를 제1 참조 굽힘도로 설정할 수 있다. 또한, 프로세서(13)는 배터리 전압이 허용 전압 구간에 포함되면, 기준 굽힘도를 제2 참조 굽힘도로 설정할 수 있다. 또한, 프로세서(13)는 배터리 전압이 과충전 전압 구간에 포함되면, 기준 굽힘도를 제3 참조 굽힘도로 설정할 수 있다.
프로세서(13)는 상기 배터리 굽힘도와 상기 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 기준 굽힘도는 배터리(110)의 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 대응되는 참조 굽힘도로 설정될 수 있다. 즉, 프로세서(13)는 배터리(110)의 배터리 전압에 기반하여 설정된 기준 굽힘도와 굽힘도 측정부(12)에 의해 측정된 배터리 굽힘도 간의 크기를 비교할 수 있다.
그리고, 프로세서(13)는 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로세서(13)는 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도보다 크면, 프로세서(13)는 배터리(110)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 프로세서(13)는 결함이 있는 배터리(110)의 사용을 중단시키기 위하여 상기 보호 동작을 수행할 수 있다. 또한, 배터리(110)의 결함이 테스트 단계에서 검출된 경우, 프로세서(13)는 결함이 있는 배터리(110)가 용이하게 분류될 수 있도록 상기 보호 동작을 수행할 수도 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리(110)에 결함이 있어서, 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도보다 크다고 가정한다. 프로세서(13)는 메인 릴레이(120)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어함으로써, 배터리(110)의 충전 및 방전을 차단시킬 수 있다.
여기서, 메인 릴레이(120)는 동작 상태에 따라 배터리(110)의 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로를 통전시키거나 차단시킬 수 있다. 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+), 배터리(110) 및 배터리 팩(100)의 음극 단자(P-)가 연결된 경로가 대전류 경로일 수 있다. 메인 릴레이(120)는 상기 대전류 경로에 배치될 수 있다.
즉, 프로세서(13)가 수행하는 보호 동작이란, 배터리(110)가 사용되지 못하도록 배터리(110)에 대한 대전류 경로를 차단시키는 동작일 수 있다.
프로세서(13)가 수행하는 배터리(110)에 대한 보호 동작의 다른 실시예는 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)를 포함하는 다른 배터리 팩(100)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4의 실시예에서, 배터리 팩(100)은 퓨즈(130)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 퓨즈(130)는 대전류 경로에 배치될 수 있다. 그리고, 여기서의 퓨즈(130)는 고전류가 흐르거나 과열되면 절단되는 일반적인 퓨즈 소자일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 배터리(110)에 결함이 있어서, 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도보다 크다고 가정한다. 프로세서(13)는 보호 동작을 수행하기 위하여, 도 2의 실시예와 같이 메인 릴레이(120)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(13)는 보호 동작을 수행하기 위하여, 퓨즈(130)를 절단시킬 수도 있다. 이를 위해 프로세서(13)는 퓨즈(130)에게 고압 신호를 출력하거나, 퓨즈(130)를 직접 절단할 수 있는 퓨즈 절단 유닛(미도시)을 동작시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리(110)의 다양한 상태(배터리 전압과 배터리 굽힘도)를 고려하여 배터리(110)의 결함 유무를 판단하기 때문에, 배터리(110)의 결함 유무가 보다 정확하게 판단될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(10)는 배터리(110)에 결함이 있는 것으로 판단되면 보호 동작을 수행함으로써, 결함이 있는 배터리(110)가 사용되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 결함이 있는 배터리(110)의 사용에 의해 발생될 수 있는 사고들이 예방될 수 있다.
바람직하게, 상기 제3 참조 굽힘도는 상기 제1 참조 굽힘도와 상기 제2 참조 굽힘도 미만으로 미리 설정될 수 있다.
여기서, 제3 참조 굽힘도는 과충전 전압 구간에 대응되도록 설정된 참조 굽힘도이다. 그리고, 이러한 참조 굽힘도와 배터리 굽힘도 간의 대소 비교를 통해서, 상기 배터리(110)에 대한 보호 동작의 수행 여부가 결정될 수 있다.
예컨대, 제1 참조 굽힘도는 60, 제2 참조 굽힘도는 50, 제3 참조 굽힘도는 30으로 설정되었다고 가정한다. 그리고, 굽힘도 측정부(12)에 의해 측정된 배터리 굽힘도가 40이라고 가정한다.
이 경우, 배터리 전압이 과방전 전압 구간 또는 허용 전압 구간에 포함되면, 기준 굽힘도가 배터리 굽힘도보다 크기 때문에, 프로세서(13)는 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행하지 않을 수 있다.
반대로, 배터리 전압이 과충전 전압 구간에 포함되면, 기준 굽힘도는 제3 참조 굽힘도로 설정될 수 있다. 즉, 기준 굽힘도가 배터리 굽힘도보다 작을 수 있다. 따라서, 프로세서(13)는 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다.
일반적으로 배터리(110)의 전압이 허용 전압 구간 또는 과방전 전압 구간에 포함될 때보다 과충전 전압 구간에 포함될 때, 배터리(110)의 내부 에너지가 더 높을 수 있다. 즉, 배터리 전압이 과충전 전압 구간에 포함될 경우, 배터리(110)는 외부 충격에 취약할 수 있다. 따라서, 배터리 전압이 과충전 구간에 포함될 경우, 배터리(110)에 상대적으로 작은 외부 충격이 가해지더라도, 배터리(110)의 발화 또는 폭발 등의 사고가 발생될 가능성이 높다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리(110)의 전압이 포함되는 전압 구간에 따라 서로 다른 참조 굽힘도를 설정함으로써, 배터리(110)의 전압이 높을수록 배터리 굽힘도에 따른 배터리(110)의 결함을 보다 민감하게 검출할 수 있다.
보다 바람직하게, 제1 참조 굽힘도, 제2 참조 굽힘도 및 제3 참조 굽힘도 순으로 굽힘도가 낮아지게 설정될 수 있다.
예컨대, 배터리 전압이 가장 높은 과충전 전압 구간에서는 제3 참조 굽힘도를 가장 낮게 설정하여, 배터리(110)에 상대적으로 작은 충격이 가해지더라도 보호 동작이 수행될 수 있다.
또한, 배터리 전압이 과방전 전압 구간에 포함되는 경우에는 배터리(110)의 내부 에너지가 상대적으로 낮기 때문에, 제1 참조 굽힘도를 가장 높게 설정하여 배터리(110)의 상태에 따라 보호 동작이 유연하게 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리(110)의 배터리 전압과 배터리 굽힘도를 모두 고려하여 보호 동작을 수행하기 때문에, 배터리(110)의 상태에 적응적이고 유연하게 보호 동작이 수행될 수 있다.
상기 프로세서(13)는, 상기 기준 굽힘도를 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도를 변경하도록 구성될 수 있다.
전압 측정부(11)는 주기적으로 배터리(110)의 배터리 전압을 측정하고, 프로세서(13)에게 측정한 배터리 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 프로세서(13)는 이전에 수신한 이전 배터리 전압에 기반하여 기준 굽힘도를 설정한 후에, 새롭게 수신한 신규 배터리 전압이 이전 배터리 전압과 상이하면, 신규 배터리 전압에 기반하여 기준 굽힘도를 변경할 수 있다.
구체적으로, 상기 프로세서(13)는, 상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 굽힘도로 상기 설정된 기준 굽힘도를 변경하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 과방전 전압 구간은 0[V] 이상 2[V] 미만의 구간이고, 허용 전압 구간은 2[V] 이상 4[V] 미만의 구간이며, 과충전 전압 구간은 4[V] 이상의 구간이라고 가정한다.
제1 시점에서 배터리 전압이 3[V]이면, 프로세서(13)는 기준 굽힘도를 제2 참조 굽힘도로 설정할 수 있다. 이후, 제2 시점에서 배터리 접압이 4[V]로 변경된 경우, 프로세서(13)는 제2 참조 굽힘도로 설정되어 있는 기준 굽힘도를 제3 참조 굽힘도로 변경할 수 있다. 이러한 경우, 제2 시점에서의 기준 굽힘도는 제1 시점에서의 기준 굽힘도보다 작아지기 때문에, 배터리 굽힘도에 따라 보호 동작이 수행될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리 전압의 변화에 대응되게 기준 굽힘도를 변경함으로써, 배터리(110) 상태에 대응되는 적절한 보호 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
상기 프로세서(13)는, 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간에 대응되도록 기준 시간을 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로세서(13)는 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 시간을 설정할 수 있다.
바람직하게, 과방전 전압 구간에 대응되는 참조 시간은 제1 참조 시간으로 설정될 수 있다. 허용 전압 구간에 대응되는 참조 시간은 제2 참조 시간으로 설정될 수 있다. 과충전 전압 구간에 대응되는 참조 시간은 제3 참조 시간으로 설정될 수 있다.
예컨대, 제1 참조 시간은 50ms로 설정되고, 제2 참조 시간은 40ms로 설정되며, 제3 참조 시간은 30ms로 설정될 수 있다.
즉, 프로세서(13)는 상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제1 참조 시간으로 설정하고, 상기 배터리 전압이 상기 허용 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제2 참조 시간으로 설정하며, 상기 배터리 전압이 상기 과충전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제3 참조 시간으로 설정하도록 구성될 수 있다.
프로세서(13)는 상기 배터리 굽힘도가 상기 기준 굽힘도를 초과하는 시점으로부터 경과된 초과 시간과 상기 기준 시간의 장단을 비교하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로세서(13)는 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 따라 기준 굽힘도 및 기준 시간을 설정할 수 있다. 그리고, 굽힘도 측정부(12)에 의해 측정되는 배터리 굽힘도가 설정된 기준 굽힘도를 초과할 때부터 상기 초과 시간을 측정할 수 있다. 바람직하게, 초과 시간은 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도 이하가 되거나, 배터리(110)에 대한 보호 동작이 수행될 때까지 측정될 수 있다.
즉, 배터리(110)에 대한 보호 동작이 수행되기 전이고, 초과 시간이 측정되는 중에 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도 이하가 되면, 측정되는 초과 시간은 리셋될 수 있다. 또한, 배터리(110)에 대한 보호 동작이 수행되면, 측정되는 초과 시간은 리셋될 수 있다.
프로세서(13)는 시간 비교 결과에 기초하여 상기 배터리(110)에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 프로세서(13)는 초과 시간이 기준 시간을 초과하면, 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다.
예컨대, 기준 시간이 50ms로 설정되고, 제1 시점에서 측정된 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하였다고 가정한다. 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하였기 때문에, 프로세서(13)는 제1 시점을 기산점으로 삼아서 초과 시간을 측정할 수 있다. 만약, 측정되는 초과 시간이 50ms를 초과한 경우, 프로세서(13)는 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 측정되는 초과 시간이 50ms 이하이고, 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도 이하로 변경된 경우, 프로세서(13)는 측정하는 초과 시간을 리셋할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리 굽힘도가 유지되는 시간(상기 초과 시간)을 고려함으로써, 지속적인 외부 충격 또는 스웰링 현상이 발생되었다고 판단되면 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다.
따라서, 프로세서(13)는 배터리(110)에 대한 순간적인 충격이 가해졌다가 배터리(110)의 상태가 정상 상태로 복귀하는 상황에서는, 배터리(110) 및 배터리 팩(100)이 오래 사용될 수 있도록 상기 보호 동작을 수행하지 않을 수 있다.
바람직하게, 상기 제3 참조 시간은, 상기 제1 참조 시간과 상기 제2 참조 시간 미만으로 설정될 수 있다.
즉, 참조 굽힘도와 마찬가지로, 참조 시간도 배터리(110)의 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 따라 서로 상이하게 설정될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 전압이 과충전 전압 구간에 포함되는 경우, 배터리(110)의 내부 에너지가 상대적으로 높은 상태일 수 있다. 이러한 경우에는, 배터리(110)에 외부 충격이 상대적으로 짧은 시간 동안만 유지되더라도, 배터리(110)가 폭발하는 등의 사고가 발생될 수 있다. 또한, 배터리(110)의 내부 에너지가 높은 상태이므로, 폭발 등의 사고의 정도가 클 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 제3 참조 시간을 제1 참조 시간 및 제2 참조 시간보다 짧게 설정함으로써, 배터리 전압을 고려하여 배터리(110)에 의한 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기 프로세서(13)는, 상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
전압 측정부(11)는 주기적으로 배터리(110)의 배터리 전압을 측정하고, 프로세서(13)에게 측정한 배터리 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 프로세서(13)는 이전에 수신한 이전 배터리 전압에 기반하여 기준 시간을 설정한 후에, 새롭게 수신한 신규 배터리 전압이 이전 배터리 전압과 상이하면, 신규 배터리 전압에 기반하여 기준 시간을 변경할 수 있다.
구체적으로, 상기 프로세서(13)는, 상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 시간으로 상기 설정된 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 과방전 전압 구간은 0[V] 이상 2[V] 미만의 구간이고, 허용 전압 구간은 2[V] 이상 4[V] 미만의 구간이며, 과충전 전압 구간은 4[V] 이상의 구간이라고 가정한다.
제1 시점에서 배터리 전압이 3[V]이면, 프로세서(13)는 기준 시간을 제2 참조 시간으로 설정할 수 있다. 이후, 제2 시점에서 배터리 접압이 4[V]로 변경된 경우, 프로세서(13)는 제2 참조 시간으로 설정되어 있는 기준 시간을 제3 참조 시간으로 변경할 수 있다.
이러한 경우, 제2 시점에서의 기준 시간은 제1 시점에서의 기준 시간보다 짧아지기 때문에, 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과할 때부터 측정되는 상기 초과 시간에 따라 보호 동작이 수행될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리 전압의 변화에 대응되게 기준 시간을 변경함으로써, 배터리(110) 상태에 대응되는 적절한 보호 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
보다 바람직하게, 상기 프로세서(13)는, 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 변경하도록 구성될 수 있다.
즉, 기준 굽힘도 및 기준 시간이 설정된 후, 배터리 전압이 다른 전압 구간에 포함되도록 변경된 경우, 프로세서(13)는 변경된 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 설정된 참조 굽힘도 및 참조 시간으로 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 각각 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리(110)의 상태 변화(예컨대, 배터리 전압의 변화)에 대응되도록 기준 굽힘도 및 기준 시간을 변경하여, 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리(110)의 상태에 대응되는 적절한 보호 동작을 수행함으로써, 배터리(110)에 의한 예기치 못한 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 배터리 관리 장치(10)를 포함하는 배터리 팩(100)에 대한 다양한 실시예에 대해 설명한다. 이상에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략함을 유의한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)와 배터리(110)의 다른 예시적 구성을 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)의 굽힘도 측정부(12)가 배터리 모듈(140)에 부착되는 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 배터리에 대한 사시도를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 상기 배터리 모듈(140)의 사시도를 도시한 도면이다.
여기서, 상기 배터리(110)는, 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e)이 구비된 배터리 모듈(140)로 구성될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e)을 포함하는 배터리 모듈(140)이 배터리(110)로 간주될 수 있다.
예컨대, 도 5 및 도 6을 참조하면, 배터리 모듈(140)에는 제1 배터리 셀(110a), 제2 배터리 셀(110b), 제3 배터리 셀(110c), 제4 배터리 셀(110d) 및 제5 배터리 셀(110e)이 포함될 수 있다.
전압 측정부(11) 배터리 모듈(140)의 배터리 전압을 측정하고, 굽힘도 측정부(12)는 배터리 모듈(140)의 배터리 굽힘도를 측정할 수 있다. 특히, 도 5 및 도 6을 참조하면, 굽힘도 측정부(12)는 배터리 모듈(140)의 일면에 부착되어, 배터리 모듈(140)의 배터리 굽힘도를 측정할 수 있다.
그리고, 프로세서(13)는 배터리 전압 및 배터리 굽힘도에 기반하여, 배터리 모듈(140)의 보호 동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)는 배터리 셀뿐만 아니라, 배터리 모듈(140)에 대해서도 전압 및 굽힘도에 따라 보호 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(10)와 배터리의 또 다른 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 7의 실시예에서, 도 5 및 도 6의 실시예와 마찬가지로, 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e)을 포함하는 배터리 모듈(140)이 배터리(110)로 간주될 수 있다.
상기 전압 측정부(11)는, 상기 배터리 모듈(140) 및 상기 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 전압 측정부(11)는 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e)의 전극 각각에 연결될 수 있다. 그리고, 전압 측정부(11)는 배터리 모듈(140) 및 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
상기 굽힘도 측정부(12)는, 상기 배터리 모듈(140) 및 상기 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 구비되어 상기 배터리 모듈(140) 및 상기 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각의 굽힘도를 측정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 굽힘도 측정부(12)는 배터리 모듈(140) 및 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 부착될 수 있다.
예컨대, 굽힘도 측정부(12)는 배터리 모듈(140)에 부착될 수 있다. 제1 굽힘도 측정부(12a)는 제1 배터리 셀(110a)에 부착될 수 있다. 제2 굽힘도 측정부(12b)는 제2 배터리 셀(110b)에 부착될 수 있다. 제3 굽힘도 측정부(12c)는 제3 배터리 셀(110c)에 부착될 수 있다. 제4 굽힘도 측정부(12d)는 제4 배터리 셀(110d)에 부착될 수 있다. 제5 굽힘도 측정부(12e)는 제5 배터리 셀(110e)에 부착될 수 있다.
상기 프로세서(13)는, 상기 배터리 모듈(140)에 대한 굽힘도 비교 결과와 시간 비교 결과에 기반하여 상기 배터리 모듈(140)에 결함이 있는지를 판단하도록 구성될 수 있다.
즉, 프로세서(13)는 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 대한 배터리 굽힘도 및 초과 시간을 기준 굽힘도 및 기준 시간과 비교하기 전에, 배터리 모듈(140)에 대한 결함 검출을 수행할 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈(140)의 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도 이하이고, 초과 시간도 기준 시간 이하인 경우, 프로세서(13)는 배터리 모듈(140)에 결함이 없는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(13)는 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 대한 결함 검출은 생략할 수 있다.
즉, 배터리 관리 장치(10)는 배터리 모듈(140)의 결함을 먼저 검출한 후, 배터리 모듈(140)에 결함이 검출된 경우에 한하여 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 대한 결함을 검출함으로써, 배터리(110)의 결함을 검출하는 총 소요 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
구체적인 예로, 배터리 모듈(140)의 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하였고, 초과 시간도 기준 시간을 초과한 경우, 프로세서(13)는 배터리 모듈(140)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(13)는 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 대한 결함 검출을 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(13)는 결함에 원인이 되는 이상 셀을 검출하기 위하여, 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 각각에 대한 결함 검출을 수행할 수 있다.
이후, 복수의 배터리 셀(110a 내지 110e) 중 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하였고, 초과 시간이 기준 시간을 초과한 배터리 셀이 검출되면, 프로세서(13)는 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 프로세서(13)는 검출된 배터리 셀에 대한 정보를 제공함으로써, 결함에 원인이 되는 이상 셀에 대한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 배터리 관리 방법은 배터리 관리 장치(10)의 각 구성에 의해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 전압 측정 단계(S100), 굽힘도 측정 단계(S200), 기준 굽힘도 설정 단계(S300) 및 보호 동작 수행 단계(S400)를 포함할 수 있다.
전압 측정 단계(S100)는 배터리(110)의 배터리 전압을 측정하는 단계로서, 전압 측정부(11)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 전압 측정부(11)는 배터리(110)의 양단과 연결된 측정 라인을 통해서 배터리(110)의 배터리 전압을 측정할 수 있다.
굽힘도 측정 단계(S200)는 상기 배터리(110)의 배터리 굽힘도를 측정하는 단계로서, 굽힘도 측정부(12)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 굽힘도 측정부(12)는 배터리(110)의 일면에 부착되어, 배터리(110)의 배터리 굽힘도를 측정할 수 있다.
기준 굽힘도 설정 단계(S300)는 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하는 단계로서, 프로세서(13)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 프로세서(13)는 전압 측정 단계(S100)에서 측정된 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지를 판단할 수 있다.
이후, 프로세서(13)는 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 대응되는 참조 굽힘도에 기반하여, 기준 굽힘도를 설정할 수 있다. 예컨대, 배터리 전압이 허용 전압 구간에 포함되면, 프로세서(13)는 허용 전압에 대응되는 제2 참조 굽힘도에 기반하여, 기준 굽힘도를 설정할 수 있다. 즉, 프로세서(13)는 제2 참조 굽힘도를 상기 기준 굽힘도로 설정할 수 있다.
보호 동작 수행 단계(S400)는 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리(110)에 대해 보호 동작을 수행하는 단계로서, 프로세서(13)에 의해 수행될 수 있다.
프로세서(13)는 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하면, 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 프로세서(13)는 상기 보호 동작으로써, 상기 퓨즈(130)를 절단시키거나 메인 릴레이(120)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 배터리 관리 방법은 배터리 관리 장치(10)의 각 구성에 의해 수행될 수 있다. 또한, 이하에서는 도 8의 방법에서 추가되거나 변경된 단계에 대해서만 설명함을 유의한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 기준 시간 설정 단계(S500) 및 보호 동작 수행 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
기준 시간 설정 단계(S500)는 기준 굽힘도 설정 단계(S300) 이후, 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 시간을 설정하는 단계로서, 프로세서(13)에 의해 수행될 수 있다.
프로세서(13)는 배터리 전압이 포함되는 전압 구간에 대응되는 참조 시간에 기반하여, 기준 시간을 설정할 수 있다. 예컨대, 배터리 전압이 허용 전압 구간에 포함되면, 프로세서(13)는 허용 전압에 대응되는 제2 참조 시간에 기반하여, 기준 시간을 설정할 수 있다. 즉, 프로세서(13)는 제2 참조 시간을 상기 기준 시간으로 설정할 수 있다.
보호 동작 수행 단계(S600)는 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교한 굽힘도 비교 결과 및 상기 초과 시간과 기준 시간 간의 장단을 비교한 시간 비교 결과에 기초하여 상기 배터리(110)에 대해 보호 동작을 수행하는 단계로서, 프로세서(13)에 의해 수행될 수 있다.
도 9의 보호 동작 수행 단계(S600)는 도 8의 보호 동작 수행 단계(S400)와 일부가 상이한 단계일 수 있다. 구체적으로, 도 9의 보호 동작 수행 단계(S600)는 도 8의 보호 동작 수행 단계(S400)에 비하여 시간 비교 결과를 더 고려하는 점이 상이할 수 있다.
예컨대, 프로세서(13)는 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과하였고, 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과한 초과 시간이 기준 시간을 초과한 경우, 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(13)는 배터리 굽힘도가 기준 굽힘도를 초과한 상태가 기준 시간보다 오래 지속되는 경우, 배터리(110)에 대한 보호 동작을 수행할 수 있다.
이러한 배터리 관리 방법에 따르면, 외부 충격이 가해지거나 스웰링 현상에 의해서 배터리(110)에 의한 사고가 발생되는 것이 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
(부호의 설명)
10: 배터리 관리 장치
11: 전압 측정부
12: 굽힘도 측정부
13: 프로세서
100: 배터리 팩
110: 배터리
120: 메인 릴레이
130: 퓨즈
140: 배터리 모듈

Claims (15)

  1. 배터리의 배터리 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
    상기 배터리의 적어도 일측에 구비되어 상기 배터리의 배터리 굽힘도를 측정하도록 구성된 굽힘도 측정부; 및
    상기 전압 측정부로부터 상기 배터리 전압을 수신하고, 상기 굽힘도 측정부로부터 배터리 굽힘도를 수신하며, 상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하며, 상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제1 참조 굽힘도로 설정하고, 상기 배터리 전압이 상기 허용 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제2 참조 굽힘도로 설정하며, 상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 굽힘도를 제3 참조 굽힘도로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 참조 굽힘도는,
    상기 제1 참조 굽힘도와 상기 제2 참조 굽힘도 미만으로 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 굽힘도를 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 굽힘도로 상기 설정된 기준 굽힘도를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간에 대응되도록 기준 시간을 설정하고, 상기 배터리 굽힘도가 상기 기준 굽힘도를 초과하는 시점으로부터 경과된 초과 시간과 상기 기준 시간의 장단을 비교하고, 시간 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 전압이 상기 과방전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제1 참조 시간으로 설정하고, 상기 배터리 전압이 상기 허용 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제2 참조 시간으로 설정하며, 상기 배터리 전압이 상기 과충전 전압 구간에 포함되면 상기 기준 시간을 제3 참조 시간으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 참조 시간은,
    상기 제1 참조 시간과 상기 제2 참조 시간 미만으로 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 시간을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 전압이 변경되어 상기 배터리 전압이 속하는 전압 구간이 변경된 경우, 변경된 전압 구간에 대응되는 참조 시간으로 상기 설정된 기준 시간을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 설정한 후 상기 배터리 전압이 변경되면, 변경된 배터리 전압에 대응되도록 상기 기준 굽힘도 및 상기 기준 시간을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 배터리는,
    복수의 배터리 셀이 구비된 배터리 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하도록 구성되고,
    상기 굽힘도 측정부는,
    상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각에 구비되어 상기 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 굽힘도를 측정하도록 구성되고,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리 모듈에 대한 굽힘도 비교 결과와 시간 비교 결과에 기반하여 상기 배터리 모듈에 결함이 있는지를 판단하고, 상기 배터리 모듈에 결함이 있는 것으로 판단된 경우, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대한 굽힘도 비교 결과 및 시간 비교 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 중 이상 셀을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 배터리의 배터리 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 배터리의 배터리 굽힘도를 측정하는 굽힘도 측정 단계;
    상기 배터리 전압이 과방전 전압 구간, 허용 전압 구간 및 과충전 전압 구간 중 어느 전압 구간에 포함되는지 여부에 따라 기준 굽힘도를 설정하는 기준 굽힘도 설정 단계; 및
    상기 배터리 굽힘도와 기준 굽힘도 간의 대소를 비교하고, 굽힘도 비교 결과에 기초하여 상기 배터리에 대해 보호 동작을 수행하는 보호 동작 수행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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