WO2021137642A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and method, and more particularly, to a battery management apparatus and method capable of detecting a defect in a battery.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they are free to charge and discharge and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low energy density and high energy density.
  • a battery module in which a plurality of batteries are connected to each other according to the purpose of use is used.
  • a battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel may be used to increase capacity, or a battery module in which a plurality of batteries are connected in series to increase an output voltage may be used.
  • a battery module or a battery pack including the battery module has a structural feature that cannot be easily disassembled and separated in order to increase stability against shock. Accordingly, in a battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel, it is difficult to detect whether each of the batteries is defective.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery management apparatus and method capable of detecting not only a defect in a battery module but also the number of abnormal cells included in the battery module.
  • a battery management apparatus includes: a voltage measuring unit configured to measure a voltage of a battery module and output the measured voltage value; a current measuring unit configured to measure the charging current of the battery module and output the measured current value; and receiving the measured voltage value and the measured current value, estimating the state of charge of the battery module based on the measured voltage value and the measured current value, and integrating the rate of change per unit time of the estimated state of charge and a control unit configured to calculate one cumulative change rate and detect whether the battery module is defective by comparing the calculated cumulative change rate and the reference change rate.
  • the battery module may be configured to include a plurality of battery cells connected in parallel.
  • the controller may be configured to compare the calculated cumulative change rate with the reference change rate to detect the number of abnormal cells among a plurality of battery cells included in the battery module.
  • the control unit sets a detection rate according to the number of the abnormal cells based on the number of the plurality of battery cells, and compares the detection rate with a difference between the calculated cumulative rate of change and the reference rate of change. It may be configured to detect the number of abnormal cells.
  • the controller may be configured to detect the number of the abnormal cells according to a value obtained by dividing a difference between the calculated cumulative change rate and the reference rate of change by the detection rate.
  • the control unit calculates the cumulative change rate by accumulating the rate of change per unit time of the charging state from the accumulation start time point at which the estimated state of charge changes to the accumulation end time point, and calculates the accumulated change rate from the accumulation start time to the accumulation end time. It may be configured to set the reference rate of change by accumulating the rate of change of the state.
  • the controller may be configured to determine a point in time when the measured voltage value becomes equal to or greater than a reference voltage value as the accumulation start time.
  • the controller may be configured to determine a point in time when the state of charge of the battery module reaches a preset target value as an accumulation end time of the battery module.
  • the battery module may be configured to include a plurality of battery cells connected in parallel.
  • the control unit calculates a cumulative change rate for each of the plurality of battery modules, compares the cumulative change rate calculated for each of the plurality of battery modules with the reference change rate, and a plurality of battery cells included in each of the plurality of battery modules It may be configured to detect the number of abnormal cells.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention may include the battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a battery management method includes a voltage measuring step of measuring a voltage of a battery module; a current measuring step of measuring a charging current of the battery module; a state of charge estimating step of estimating a state of charge of the battery module based on the measured voltage value and the measured current value; a cumulative change rate calculating step of calculating a cumulative change rate by accumulating the estimated change rate per unit time of the state of charge; and comparing the calculated cumulative change rate and the reference change rate to a defect detection step of detecting whether the battery module is defective.
  • the battery management apparatus has the advantage of detecting a defect in a battery module including a plurality of battery cells connected in parallel by comparing the cumulative change rate for the battery module and the reference change rate for the reference module. have.
  • the battery module not only whether the battery module is defective, but also the number of abnormal cells included in the battery module may be detected. Accordingly, there is an advantage that more specific information about a defect of the battery module can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery module included in a battery pack.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary configuration in which a load is connected to a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a reference state of charge for a reference module and a first state of charge for a battery module.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a change rate per unit time of a reference state of charge.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a change rate per unit time of a first state of charge.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another embodiment of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may be provided in a battery pack 1 .
  • the battery pack 1 may include a battery module 10 , a main relay 20 , a current measuring device 30 , and a battery management device 100 .
  • the battery module 10 may include one or more battery cells connected in series and/or in parallel.
  • the battery cell means one independent cell that has a negative terminal and a positive terminal and is physically separable.
  • a lithium ion battery or a lithium polymer battery may be considered a battery cell.
  • a plurality of battery cells may be connected in parallel.
  • An exemplary configuration of the battery module 10 will be described with reference to FIG. 3 .
  • the battery module 10 may include a plurality of battery cells B1 to B8 connected in parallel.
  • the battery module 10 may include a plurality of battery cells B1 to B8 connected in parallel.
  • eight battery cells are connected in parallel to the battery module 10 .
  • the main relay 20 may be provided between the battery module 10 and the electrode terminals P+ and P- of the battery pack 1 . That is, the main relay 20 may be disposed in a large current path through which the charging current and the discharging current of the battery module 10 flow. In addition, the large current path may be energized or cut off according to the operating state of the main relay 20 .
  • the main relay 20 may be disposed between the positive terminal of the battery module 10 and the positive terminal P+ of the battery pack 1 .
  • the arrangement position of the main relay 20 is not limited to the embodiment of FIG. 2 . That is, in another embodiment, the main relay 20 may be disposed between the negative terminal of the battery module 10 and the negative terminal P- of the battery pack 1 .
  • FIG 4 is a diagram illustrating an exemplary configuration in which a load 2 is connected to a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the operation state of the main relay 20 when the operation state of the main relay 20 is a turn-on state, the large current path is energized and the charging current output from the load 2 may flow into the battery module 10 .
  • the operating state of the main relay 20 may be controlled by the controller 130 .
  • the battery management apparatus 100 may include a voltage measurement unit 110 , a current measurement unit 120 , a control unit 130 , and a storage unit 140 .
  • the voltage measuring unit 110 may be configured to measure the voltage of the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the positive voltage and the negative voltage of the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of the battery module 10 by calculating the potential difference between the measured positive voltage and the negative voltage of the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 110 may be connected to the battery module 10 through the first voltage sensing line VL1 and the second voltage sensing line VL2 .
  • the first voltage sensing line VL1 may be connected to the positive terminal side of the battery module 10
  • the second voltage sensing line VL2 may be connected to the negative terminal side of the battery module 10 .
  • the voltage measuring unit 110 may be configured to output a measured voltage value.
  • the voltage measuring unit 110 may be electrically connected to transmit/receive signals to and from the control unit 130 .
  • the voltage measurement unit 110 may be electrically connected to the control unit 130 .
  • the voltage measurement unit 110 may output the measured voltage value of the battery module 10 to the control unit 130 .
  • the current measuring unit 120 may be configured to measure the charging current of the battery module 10 .
  • the current measuring unit 120 may be connected to the current measuring device 30 provided in the battery pack 1 through the current sensing line CL.
  • the current measuring device 30 may be disposed in a large current path of the battery pack 1 .
  • the current measuring element 30 may be a sense resistor or an ammeter.
  • the current measuring unit 120 may be connected to the current measuring device 30 to measure the current of the battery module 10 by reading a value measured by the current measuring device 30 .
  • the current measuring unit 120 may be connected to the current measuring device 30 through the current sensing line CL to measure the charging current of the battery module 10 .
  • the current measuring unit 120 may be configured to output a measured current value.
  • the current measurement unit 120 may be electrically connected to the control unit 130 to transmit and receive signals.
  • the current measurement unit 120 may be electrically connected to the control unit 130 .
  • the current measurement unit 120 may output the measured current value of the battery module 10 to the control unit 130 .
  • the controller 130 may be configured to receive the measured voltage value and the measured current value.
  • controller 130 may be configured to estimate the state of charge of the battery module 10 based on the measured voltage value and the measured current value.
  • the controller 130 may estimate the initial charging state of the battery module 10 based on the voltage value received from the voltage measuring unit 110 at the time when charging of the battery module 10 starts. Specifically, the controller 130 may estimate the initial state of charge by referring to the voltage-charge state profile stored in the storage unit 140 .
  • the voltage value received from the voltage measuring unit 110 at the time when charging of the battery module 10 starts may be the open-circuit voltage of the battery module 10 .
  • the controller 130 calculates the state of charge of the battery module 10 by integrating the current values received from the current measurement unit 120 during the charging time of the battery module 10 to the initial state of charge. can be estimated
  • controller 130 may be configured to calculate an accumulated change rate by integrating the estimated change rate per unit time of the state of charge.
  • the rate of change per unit time of the state of charge may be a rate of change of the state of charge per second.
  • the rate of change per unit time will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7 .
  • 5 is a diagram schematically illustrating a reference state of charge 200 for a reference module and a first state of charge 300 for the battery module 10 .
  • 6 is a diagram illustrating a change rate per unit time of the reference state of charge 200 .
  • 7 is a diagram illustrating a change rate per unit time of the first state of charge 300 .
  • the reference module is a reference module provided with battery cells in a normal state.
  • the number of battery cells included in the reference module and the number of battery cells included in the battery module 10 may be the same.
  • the reference state of charge 200 refers to the state of charge of the reference module when the reference module is charged with the same charging current as that of the battery module 10 for the same time.
  • the information on the reference charging state 200 may be previously stored in the storage unit 140 .
  • the controller 130 may obtain the corresponding information with reference to the information on the reference charging state 200 stored in the storage 140 .
  • the rate of change per unit time of the state of charge may be an instantaneous rate of change per second of the state of charge. That is, in the embodiment of FIG. 5 , the instantaneous slope of the state of charge may correspond to a rate of change per unit time.
  • controller 130 may calculate the cumulative change rate by adding up the change rates of the state of charge of the battery module per unit time.
  • the controller 130 may calculate the reference rate of change 210 by accumulating the rate of change per unit time of the reference state of charge 200 for the reference module. And, in the embodiment of FIG. 7 , the controller 130 may calculate the cumulative change rate 310 by accumulating the change rate per unit time of the first state of charge 300 for the battery module 10 .
  • the controller 130 may be configured to detect whether the battery module 10 is defective by comparing the calculated cumulative change rate 310 with the reference change rate 210 .
  • the controller 130 may determine that the battery module 10 is defective.
  • the control unit 130 determines whether the battery module 10 is defective by obtaining a difference between the reference rate of change 210 and the cumulative rate of change 310 . can be detected.
  • the state of charge of the battery module 10 and the state of charge of the reference module after time t3 may be substantially the same. That is, in the vicinity of the accumulation end point, by only comparing the state of charge between the battery module 10 and the reference module, it is clearly detected whether the battery module 10 in which the plurality of battery cells B1 to B8 are connected in parallel is defective. have difficulty doing
  • the state of charge of the battery module 10 may increase more rapidly than the state of charge of the reference module. This is because the number of normal cells included in the battery module 10 and the reference module is different, and the plurality of battery cells B1 to B8 are connected in parallel.
  • the rate of change of the state of charge per unit time of the battery module 10 and the reference module may be different from each other. For this reason, when the cumulative change rate 310 for the battery module 10 and the reference change rate 210 for the reference module are compared, it is difficult to detect the battery module 10 and the state of charge of the reference module at the time when the accumulation ends. A defect in the battery module 10 can be clearly detected.
  • the battery management apparatus 100 compares the cumulative change rate 310 with respect to the battery module 10 and the reference change rate 210 with respect to the reference module, whereby a plurality of battery cells B1 connected in parallel to B8), there is an advantage of detecting a defect of the battery module 10 including the.
  • control unit 130 provided in the battery management apparatus 100 is a processor, application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, and registers known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the controller 130 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 130 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 130 , and may be connected to the control unit 130 by various well-known means.
  • the battery management apparatus 100 may further include a storage unit 140 .
  • the storage unit 140 may store programs and data necessary for the control unit 130 to perform the battery management apparatus 100 . That is, the storage unit 140 may store data necessary for each component of the battery management apparatus 100 to perform an operation and function, a program or data generated while an operation and a function are performed.
  • the storage unit 140 is not particularly limited in its type as long as it is a known information storage means capable of writing, erasing, updating, and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit 140 may store program codes in which processes executable by the control unit 130 are defined.
  • the control unit 130 compares the calculated cumulative change rate 310 with the reference rate of change 210 to detect the number of abnormal cells among a plurality of battery cells B1 to B8 included in the battery module 10 .
  • the battery module 10 may include a plurality of battery cells B1 to B8 connected in parallel.
  • the charging state and reference of the battery module 10 at the accumulation end time t3 may be the same, but the cumulative change rate 310 for the battery module 10 and the reference change rate 210 for the reference module may differ by the number of abnormal cells included in the battery module 10 . have.
  • the difference between the cumulative change rate 310 for the battery module 10 and the reference change rate 210 for the reference module may be about 12.5%.
  • the cumulative rate of change 310 may be 56.25.
  • the difference between the reference rate of change 210 and the cumulative rate of change 310 may be 12.5% ((56.25-50) ⁇ 50 ⁇ 100%) based on the reference rate of change 210 .
  • the controller 130 may detect that one battery cell in the battery module 10 is an abnormal cell based on the calculated difference.
  • the difference between the reference change rate 210 for the reference module and the cumulative change rate 310 for the battery module 10 may be 25%.
  • the cumulative rate of change 310 may be 62.5.
  • the difference between the reference rate of change 210 and the cumulative rate of change 310 may be 25% ((62.5-50) ⁇ 50 ⁇ 100%) based on the reference rate of change 210 .
  • the controller 130 may detect that as many as two battery cells in the battery module 10 are abnormal cells based on the calculated difference.
  • the battery management apparatus 100 can detect a defect in the battery module 10 through the difference between the cumulative change rate 310 and the reference change rate 210 as well as the battery module ( The number of abnormal cells included in 10) may be detected. Accordingly, the battery management apparatus 100 has the advantage of more specifically detecting the defect of the battery module 10 .
  • the controller 130 may be configured to set a detection ratio according to the number of abnormal cells based on the number of the plurality of battery cells B1 to B8.
  • the controller 130 may set the detection ratio as a ratio occupied by each battery cell in the battery module 10 . In this case, the controller 130 may set the detection ratio to 12.5% (100 ⁇ 8%).
  • the control unit 130 may be configured to detect the number of the abnormal cells according to a result of comparing the detection rate with the difference between the calculated cumulative change rate 310 and the reference rate of change 210 .
  • the controller 130 may detect the number of abnormal cells included in the battery module 10 as one.
  • the controller 130 may detect two abnormal cells included in the battery module 10 .
  • the battery management apparatus 100 has the advantage of detecting not only whether the battery module 10 is defective, but also the number of abnormal cells included in the battery module 10 . Accordingly, the battery management apparatus 100 has the advantage of providing a more specific and precise defect detection result for the battery module 10 .
  • control unit 130 may be configured to detect the number of abnormal cells according to a value obtained by dividing a difference between the calculated cumulative rate of change 310 and the reference rate of change 210 by the detection rate.
  • the controller 130 may detect that 1.016 abnormal cells are included in the battery module 10 .
  • the controller 130 may determine that one or more cells are included in the battery module 10 .
  • the controller 130 may detect that 2.024 abnormal cells are included in the battery module 10 .
  • the controller 130 may determine that two or more cells are included in the battery module 10 .
  • the battery management apparatus 100 uses a detection ratio set to correspond to the number of a plurality of battery cells B1 to B8 included in the battery module 10 , There is an advantage in that defects can be detected more precisely.
  • the control unit 130 is configured to calculate the cumulative change rate 310 by accumulating the rate of change per unit time of the charging state from the accumulation start time t2 at which the estimated state of charge changes to the accumulation end time t3.
  • the first charging state 300 changes from time t2 .
  • the accumulation start time at which the charging state of the battery module 10 starts to change may be t2.
  • controller 130 may be configured to determine a point in time when the state of charge of the battery module 10 reaches a preset target value as an accumulation end time of the battery module 10 .
  • the operating range of the battery cell may be limited to be narrower than 0% to 100%. Preferably, it may be limited to 3% to 88% of the state of charge of the battery cells.
  • the controller 130 determines that the state of charge of the battery module 10 reaches a preset target value.
  • the time point may be set as the accumulation end time point t3.
  • the controller 130 may set a time when the state of charge of the battery module 10 reaches 85% as the accumulation end time t3. That is, in the embodiment of FIG. 5 , the time t3 when the battery module 10 reaches 85% of the state of charge may be set as the accumulation end time.
  • the charging current flowing into the battery module 10 is gradually reduced, and when the state of charge of the battery module 10 is about 88%, the charging of the battery module 10 may be terminated.
  • the controller 130 may calculate the cumulative change rate 310 by integrating the rate of change of the first state of charge 300 from time t2 to time t3 . That is, the rate of change of the first charging state 300 from 0 seconds to just before t2 may be excluded from the process of calculating the cumulative change rate 310 .
  • controller 130 may be configured to set the reference rate of change 210 by integrating the rate of change of the reference state of charge 200 from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 .
  • the controller 130 may integrate the rate of change of the reference charging state 200 for the reference module from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3. That is, the control unit 130 integrates the rate of change of the reference state of charge 200 of the reference module and the rate of change of the first state of charge 300 of the battery module 10 over the same period, and the reference change rate 210 and the cumulative change rate ( 310) can be calculated.
  • the controller 130 may set the reference change rate 210 by accumulating the rate of change of the reference state of charge 200 from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 .
  • the difference between the reference rate of change 210 and the cumulative rate of change 310 and the detection rate are considered. That is, when the calculation conditions of the reference change rate 210 and the cumulative change rate 310 are different from each other, the accuracy and reliability of detection of the number of abnormal cells included in the battery module 10 are inevitably lowered.
  • the battery management apparatus 100 matches the conditions for calculating the reference change rate 210 and the cumulative change rate 310 to increase the accuracy and reliability of the defect detection of the battery module 10 . can be improved
  • the controller 130 may be configured to determine a point in time at which the measured voltage value becomes equal to or greater than a reference voltage value as the accumulation start time t2.
  • the controller 130 may estimate the state of charge according to the initial voltage of the battery module 10 .
  • the voltage of the battery module 10 reaches the reference voltage value at time t2.
  • the state of charge of the battery module 10 is the same at about 3% until time t2 , but thereafter, the current values received from the current measurement unit 120 are accumulated to estimate the state of charge of the battery module 10 .
  • the controller 130 may determine the accumulation start time t2 as a start point of a period for more accurately estimating the state of charge of the battery module 10 .
  • the controller 130 may calculate the cumulative change rate 310 by accumulating the rate of change of the first state of charge 300 of the battery module 10 from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 .
  • the controller 130 may calculate the reference change rate 210 by accumulating the rate of change of the reference state of charge 200 of the reference module from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 .
  • the battery management apparatus 100 sets the temporal range for calculating the cumulative change rate 310 and the reference change rate 210 as a section capable of accurately estimating the state of charge of the battery module 10 .
  • the accuracy of the defect detection for the battery module 10 can be improved.
  • FIG 8 is a diagram illustrating another embodiment of the battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may include a plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c.
  • the battery module 10 may be configured to include a plurality of battery cells B1 to B8 connected in parallel.
  • the plurality of battery modules 10a , 10b , and 10c may be connected in series with each other.
  • the first battery module 10a, the second battery module 10b, and the third battery module 10c are included in the battery pack 1 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of each of the first battery module 10a, the second battery module 10b, and the third battery module 10c.
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of the first battery module 10a through the first voltage sensing line VL1 and the second voltage sensing line VL2 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of the second battery module 10b through the second voltage sensing line VL2 and the third voltage sensing line VL3 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of the third battery module 10c through the third voltage sensing line VL3 and the fourth voltage sensing line VL4 .
  • the controller 130 may be configured to calculate a cumulative change rate for each of the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c.
  • a charging current may flow into the plurality of battery modules 10a , 10b , and 10c from the load 2 connected to the battery pack 1 .
  • the control unit 130 controls each of the voltage values of the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c measured by the voltage measuring unit 110 and the current measuring unit while the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c are being charged. Based on the current value measured at 120 , the state of charge of each of the plurality of battery modules 10a , 10b , and 10c may be estimated.
  • controller 130 may be configured to compare the accumulated change rate calculated for each of the plurality of battery modules 10a , 10b , and 10c with the reference rate of change.
  • the controller 130 may determine a point in time when all the charging states of the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c change as the accumulation start time.
  • a time point at which the state of charge of any one of the plurality of battery modules 10a , 10b , and 10c reaches a preset target value may be determined as the accumulation end time point.
  • the control unit 130 determines the rate of change of the charging state from the accumulation start time to the accumulation end time for each of the reference module, the first battery module 10a, the second battery module 10b, and the third battery module 10c. can be accumulated.
  • the controller 130 controls the reference change rate for the reference module, the first cumulative change rate for the first battery module 10a, the second accumulated change rate for the second battery module 10b, and the third battery module 10c. It is possible to calculate a third cumulative change rate for
  • the controller 130 may compare the reference rate of change, the first cumulative rate of change, the second cumulative rate of change, and the third cumulative rate of change, respectively.
  • the control unit 130 may calculate a first change rate difference between the reference rate of change and the first cumulative rate of change, a second rate of change difference between the reference rate of change and the second accumulated rate of change, and a third rate of change difference between the reference rate of change and the third cumulative rate of change, respectively. have.
  • controller 130 may be configured to detect the number of abnormal cells among the plurality of battery cells B1 to B8 included in each of the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c.
  • the controller 130 detects whether the first battery module 10a is defective and the number of abnormal cells included in the first battery module 10a based on a result of comparing the first change rate difference with the set detection rate. can do.
  • control unit 130 may detect whether the second battery module 10b is defective and the number of abnormal cells included in the second battery module 10b based on a result of comparing the second change rate difference with the set detection rate.
  • control unit 130 may detect whether the third battery module 10c is defective and the number of abnormal cells included in the third battery module 10c based on the result of comparing the third change rate difference with the set detection rate.
  • the first cumulative change rate, the second accumulated change rate, and the third accumulated change rate since the accumulation start time and the accumulation end time may be set to be the same, the plurality of batteries included in the battery pack 1 Whether each of the modules 10a , 10b , and 10c is defective and the number of abnormal cells included may be detected under the same conditions.
  • the battery management apparatus 100 may more accurately detect the respective defects of the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c even for the battery pack 1 including the plurality of battery modules 10a, 10b, and 10c.
  • the battery pack 1 including the battery management device 100 includes one or more battery modules 10 , the main relay 20 , and the current measuring device 30 in addition to the electrical equipment (relay, fuse, etc.) and a case may be further included.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a battery management method according to another embodiment of the present invention.
  • a battery management method includes a voltage measuring step (S100), a current measuring step (S200), a state of charge estimation step (S300), a cumulative change rate calculation step (S400), and defect detection. It may include a step (S500).
  • the battery management method according to another embodiment of the present invention may be performed by the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage measuring step S100 is a step of measuring the voltage of the battery module 10 , and may be performed by the voltage measuring unit 110 .
  • the voltage measuring unit 110 may measure the voltage of the battery module 10 by measuring the voltage across both ends of the battery module 10 .
  • the current measuring step S200 is a step of measuring the charging current of the battery module 10 , and may be performed by the current measuring unit 120 .
  • the current measuring device 30 may be disposed in the large current path of the battery pack 1 .
  • the current measuring unit 120 may be connected to the current measuring device 30 to measure the current of the battery module 10 through the current measuring device 30 .
  • the current measuring unit 120 may measure the charging current flowing into the battery module 10 .
  • the state of charge estimation step S300 is a step of estimating the state of charge of the battery module 10 based on the measured voltage value and the measured current value, and may be performed by the controller 130 .
  • the controller 130 may receive a voltage value measured from the voltage measurement unit 110 , and may receive a current value measured from the current measurement unit 120 .
  • controller 130 may estimate the initial charging state of the battery module 10 based on the received voltage value. Thereafter, the controller 130 may estimate the state of charge of the battery module 10 by integrating the received current value with the estimated initial state of charge.
  • the controller 130 may estimate the state of charge of the battery module 10 as the initial state of charge.
  • the controller 130 may estimate the state of charge of the battery module 10 by integrating the received current values from the point in time when the voltage value of the battery module 10 becomes equal to or greater than the reference voltage value.
  • the charging state of the reference module may be estimated by integrating current values from time t1.
  • the battery module 10 may estimate the state of charge by integrating current values from time t2.
  • the step of calculating the cumulative change rate ( S400 ) is a step of calculating the accumulated change rate by accumulating the estimated change rate per unit time of the state of charge, and may be performed by the controller 130 .
  • the controller 130 controls the battery module 10 only from the accumulation start time point when the state of charge of the battery module 10 starts to change to the accumulation end time point when the state of charge of the battery module 10 reaches a preset target value.
  • the rate of change of the state of charge can be integrated.
  • the accumulation start time may be t2, and the accumulation end time may be t3.
  • the controller 130 may calculate the cumulative change rate 310 by accumulating the rate of change of the first state of charge 300 of the battery module 10 from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 .
  • control unit 130 accumulates the rate of change of the reference charge state 200 of the reference module from the accumulation start time t2 to the accumulation end time t3 to determine the reference change rate 210 ) can be calculated.
  • the defect detection step S500 is a step of detecting whether the battery module 10 is defective by comparing the calculated cumulative change rate 310 with the reference change rate 210 , and may be performed by the controller 130 .
  • the controller 130 may detect whether the battery module 10 is defective through the difference between the calculated cumulative change rate 310 and the reference change rate 210 . More preferably, the control unit 130 determines whether the battery module 10 is defective and is included in the battery module 10 according to a result of comparing the calculated difference between the calculated cumulative change rate 310 and the reference change rate 210 with the detection rate. The number of abnormal cells can be detected.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 130 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 측정된 전압값을 출력하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리 모듈의 충전 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 출력하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값을 수신하고, 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하며, 산출된 누적 변화율과 기준 변화율과 비교하여 상기 배터리 모듈의 결함 여부를 검출하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2020년 01월 02일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0000395호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 결함을 검출할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 사용 목적에 따라 복수의 배터리를 서로 연결한 배터리 모듈이 사용된다. 예컨대, 용량을 늘리기 위해서 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈이 이용되거나, 출력 전압을 높이기 위해서 복수의 배터리가 직렬로 연결된 배터리 모듈이 이용될 수 있다.
여기서, 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈의 경우, 병렬로 연결된 각각의 배터리를 모니터링하기 위해서는 비용적 측면과 구조적 측면에서 어려움이 있다. 일반적으로, 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩은 충격에 대한 안정성을 높이기 위하여 쉽게 분해 및 분리할 수 없는 구조적 특징을 가지고 있다. 따라서, 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈은 배터리 각각의 결함 여부를 검출하는데 어려움이 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈이 복수 구비되고, 일부 배터리 모듈에 포함된 일부 배터리에 결함이 존재할 경우, 복수의 배터리 모듈 간의 용량 차이에 의해 발생되는 돌입 전류에 의해 배터리, 배터리 모듈 및 배터리 팩에 손상이 가해질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 모듈의 결함뿐만 아니라 배터리 모듈에 포함된 이상 셀의 개수까지 검출할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 측정된 전압값을 출력하도록 구성된 전압 측정부; 상기 배터리 모듈의 충전 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 출력하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값을 수신하고, 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하며, 산출된 누적 변화율과 기준 변화율과 비교하여 상기 배터리 모듈의 결함 여부를 검출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율을 비교하여 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀의 개수에 기반하여, 상기 이상 셀의 개수에 따른 검출 비율을 설정하고, 상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율 간의 차이와 상기 검출 비율을 비교한 결과에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율 간의 차이를 상기 검출 비율로 나눈 값에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 추정된 충전 상태가 변하는 누적 시작 시점부터 누적 종료 시점까지의 상기 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산하여 상기 누적 변화율을 산출하고, 상기 누적 시작 시점부터 상기 누적 종료 시점까지의 기준 충전 상태의 변화율을 적산하여 상기 기준 변화율을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 전압값이 기준 전압값 이상이 되는 시점을 상기 누적 시작 시점으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 모듈의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달한 시점을 상기 배터리 모듈의 누적 종료 시점으로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 복수 구비되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 누적 변화율을 산출하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대해 산출된 누적 변화율을 상기 기준 변화율과 비교하여, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 복수의 배터리 셀 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 상기 배터리 모듈의 충전 전류를 측정하는 전류 측정 단계; 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하는 충전 상태 추정 단계; 추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하는 누적 변화율 산출 단계; 및 산출된 누적 변화율과 기준 변화율과 비교하여 상기 배터리 모듈의 결함 여부를 검출하는 결함 검출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 장치는 배터리 모듈에 대한 누적 변화율과 기준 모듈에 대한 기준 변화율을 비교함으로써, 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 결함 여부뿐만 아니라 배터리 모듈에 포함된 이상 셀의 개수도 검출될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 결함에 대해 보다 구체적인 정보가 제공될 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 후술되는 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 배터리 팩에 구비된 배터리 모듈의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩에 부하가 연결된 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 기준 모듈에 대한 기준 충전 상태와 배터리 모듈에 대한 제1 충전 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 기준 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 도시한 도면이다.
도 7은 제1 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 그리고, 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10), 메인 릴레이(20), 전류 측정 소자(30) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리 모듈(10)에는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비될 수 있다. 그리고, 배터리 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.
바람직하게, 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(10)의 예시적 구성은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 배터리 팩(1)에 구비된 배터리 모듈(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다. 예컨대, 도 3의 실시예와 같이, 배터리 모듈(10)에는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)이 병렬로 연결되어 구비될 수 있다. 이하에서는, 배터리 모듈(10)에 8개의 배터리 셀이 병렬로 연결된 것으로 설명한다.
메인 릴레이(20)는 배터리 모듈(10)과 배터리 팩(1)의 전극 단자(P+, P-) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 메인 릴레이(20)는 배터리 모듈(10)의 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로에 배치될 수 있다. 그리고, 메인 릴레이(20)의 동작 상태에 따라 대전류 경로가 통전되거나 차단될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 메인 릴레이(20)는 배터리 모듈(10)의 양극 단자와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 메인 릴레이(20)의 배치 위치는 도 2의 실시예에 제한되지 않음을 유의한다. 즉, 다른 실시예에서, 메인 릴레이(20)는 배터리 모듈(10)의 음극 단자와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이에 배치될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)에 부하(2)가 연결된 예시적 구성을 도시한 도면이다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태일 경우, 대전류 경로가 통전되어 부하(2)에서 출력된 충전 전류가 배터리 모듈(10)로 유입될 수 있다. 이 때, 메인 릴레이(20)의 동작 상태는 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 배터리 관리 장치(100)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 전압 측정부(110)는 배터리 모듈(10)의 양극 전압과 음극 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는 측정한 배터리 모듈(10)의 양극 전압과 음극 전압 간의 전위차를 산출함으로써, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 전압 측정부(110)는 제1 전압 센싱 라인(VL1)과 제2 전압 센싱 라인(VL2)을 통해 배터리 모듈(10)과 연결될 수 있다. 바람직하게, 제1 전압 센싱 라인(VL1)은 배터리 모듈(10)의 양극 단자 측에 연결되고, 제2 전압 센싱 라인(VL2)은 배터리 모듈(10)의 음극 단자 측에 연결될 수 있다.
전압 측정부(110)는 측정한 전압값을 출력하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 전압 측정부(110)는 제어부(130)와 신호를 송수신할 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 전압 측정부(110)는 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는 측정한 배터리 모듈(10)의 전압값을 제어부(130)에게 출력할 수 있다.
전류 측정부(120)는 상기 배터리 모듈(10)의 충전 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 전류 측정부(120)는 전류 센싱 라인(CL)을 통해서 배터리 팩(1)에 구비된 전류 측정 소자(30)와 연결될 수 있다. 여기서, 전류 측정 소자(30)는 배터리 팩(1)의 대전류 경로에 배치될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 소자(30)는 센스 저항 또는 전류계일 수 있다.
전류 측정부(120)는 전류 측정 소자(30)와 연결되어, 전류 측정 소자(30)에서 측정된 값을 읽음으로써 배터리 모듈(10)의 전류를 측정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 전류 측정부(120)는 전류 센싱 라인(CL)을 통해 전류 측정 소자(30)와 연결되어, 배터리 모듈(10)의 충전 전류를 측정할 수 있다.
전류 측정부(120)는 측정한 전류값을 출력하도록 구성될 수 있다.
전압 측정부(110)와 마찬가지로, 전류 측정부(120)는 제어부(130)와 신호를 송수신할 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 전류 측정부(120)는 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 전류 측정부(120)는 측정한 배터리 모듈(10)의 전류값을 제어부(130)에게 출력할 수 있다.
제어부(130)는 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값을 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 충전이 시작되는 시점에서 전압 측정부(110)로부터 수신한 전압값에 기반하여 배터리 모듈(10)의 초기 충전 상태를 추정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 전압-충전 상태 프로파일을 참조하여, 초기 충전 상태를 추정할 수 있다. 바람직하게, 배터리 모듈(10)의 충전이 시작되는 시점에서 전압 측정부(110)로부터 수신한 전압값은 배터리 모듈(10)의 개방 전압일 수 있다.
제어부(130)는 초기 충전 상태를 추정한 이후, 배터리 모듈(10)의 충전 시간 동안 전류 측정부(120)로부터 수신한 전류값들을 상기 초기 충전 상태에 적산하여 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 추정한 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 충전 상태의 단위 시간당 변화율이란, 1초당 충전 상태의 변화율일 수 있다. 단위 시간당 변화율은 도 5, 6 및 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 기준 모듈에 대한 기준 충전 상태(200)와 배터리 모듈(10)에 대한 제1 충전 상태(300)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6은 기준 충전 상태(200)의 단위 시간당 변화율을 도시한 도면이다. 도 7은 제1 충전 상태(300)의 단위 시간당 변화율을 도시한 도면이다.
여기서, 기준 모듈은 정상 상태의 배터리 셀들이 구비된 참조 모듈이다. 바람직하게, 기준 모듈에 구비된 배터리 셀의 개수와 배터리 모듈(10)에 구비된 배터리 셀의 개수는 동일할 수 있다. 그리고, 기준 충전 상태(200)는 참조 모듈을 배터리 모듈(10)과 동일한 충전 전류로 동일한 시간 동안 충전했을 때의 참조 모듈의 충전 상태를 의미한다. 바람직하게, 기준 충전 상태(200)에 대한 정보는 저장부(140)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 제어부(130)는 저장부(140)에 저장된 기준 충전 상태(200)에 대한 정보를 참조하여 해당 정보를 획득할 수 있다.
예컨대, 도 5, 6 및 7을 참조하면, 충전 상태의 단위 시간당 변화율은 충전 상태의 초당 순간 변화율일 수 있다. 즉, 도 5의 실시예에서, 충전 상태의 순간 기울기가 단위 시간당 변화율에 해당할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 단위 시간당 배터리 모듈의 충전 상태의 변화율을 합산하여 누적 변화율을 산출할 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 제어부(130)는 기준 모듈에 대한 기준 충전 상태(200)의 단위 시간당 변화율을 누적하여 기준 변화율(210)을 산출할 수 있다. 그리고, 도 7의 실시예에서, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 대한 제1 충전 상태(300)의 단위 시간당 변화율을 누적하여 누적 변화율(310)을 산출할 수 있다.
제어부(130)는 산출한 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210)을 비교하여 상기 배터리 모듈(10)의 결함 여부를 검출하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 산출한 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이가 소정의 오차 범위 이상일 경우, 배터리 모듈(10)에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 기준 변화율(210)은 정상 상태의 기준 모듈에 기반하여 산출된 것이기 때문에, 제어부(130)는 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310) 간의 차이를 구하여 배터리 모듈(10)의 결함 여부를 검출할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8) 중 하나의 배터리 셀에 결함이 있다고 가정한다. 배터리 모듈(10) 및 기준 모듈에는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)이 병렬로 연결되었기 때문에, t3 시점 이후에서의 배터리 모듈(10)의 충전 상태와 기준 모듈의 충전 상태는 거의 동일할 수 있다. 즉, 누적 종료 시점 근처에서, 배터리 모듈(10)과 기준 모듈 간의 충전 상태를 비교하는 것만으로는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)이 병렬로 연결된 배터리 모듈(10)의 결함 여부를 명확하게 검출하는데 어려움이 있다.
다만, 배터리 모듈(10)과 기준 모듈에 동일한 충전 전류가 동일한 시간 동안 인가되었을 때, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 기준 모듈의 충전 상태보다 급격하게 증가될 수 있다. 이는 배터리 모듈(10)과 기준 모듈에 포함된 정상 셀의 개수가 상이하며, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)이 병렬로 연결되어 있기 때문이다.
따라서, 배터리 모듈(10)과 기준 모듈의 단위 시간당 충전 상태의 변화율이 서로 다를 수 있다. 이러한 이유로, 배터리 모듈(10)에 대한 누적 변화율(310)과 기준 모듈에 대한 기준 변화율(210)을 비교할 경우, 누적 종료 시점에서의 배터리 모듈(10)과 기준 모듈의 충전 상태로는 검출되기 어려운 배터리 모듈(10)의 결함이 명확하게 검출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈(10)에 대한 누적 변화율(310)과 기준 모듈에 대한 기준 변화율(210)을 비교함으로써, 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)을 포함하는 배터리 모듈(10)의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(130)는 본 발명에서 수행되는 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, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 제어부(130)가 배터리 관리 장치(100)하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(140)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(140)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 산출된 누적 변화율(310)과 상기 기준 변화율(210)을 비교하여 상기 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8) 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)은 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)을 포함할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)에 이상 셀이 포함된 경우, 누적 종료 시점(t3)에서의 배터리 모듈(10)의 충전 상태와 기준 모듈의 충전 상태는 동일할 수 있지만, 배터리 모듈(10)에 대한 누적 변화율(310)과 기준 모듈에 대한 기준 변화율(210)은 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수만큼 차이가 날 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8) 중 제1 배터리 셀(B1)이 이상 셀이라고 가정한다. 이 경우, 배터리 모듈(10)에 대한 누적 변화율(310)과 기준 모듈에 대한 기준 변화율(210) 간의 차이는 약 12.5%일 수 있다. 구체적인 예로, 기준 변화율(210)이 50일 경우, 누적 변화율(310)은 56.25일 수 있다. 이 경우, 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310) 간의 차이는 기준 변화율(210)을 기준으로 12.5%((56.25-50)÷50×100 %)일 수 있다. 제어부(130)는 산출된 차이에 기반하여 배터리 모듈(10)에 1개만큼의 배터리 셀이 이상 셀이라는 것을 검출할 수 있다.
만약, 도 3의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8) 중 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)이 이상 셀이라고 가정한다. 이 경우, 기준 모듈에 대한 기준 변화율(210)과 배터리 모듈(10)에 대한 누적 변화율(310) 간의 차이는 25%일 수 있다. 구체적인 예로, 기준 변화율(210)이 50일 경우, 누적 변화율(310)은 62.5일 수 있다. 이 경우, 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310) 간의 차이는 기준 변화율(210)을 기준으로 25%((62.5-50)÷50×100 %)일 수 있다. 제어부(130)는 산출된 차이에 기반하여 배터리 모듈(10)에 2개만큼의 배터리 셀이 이상 셀이라는 것을 검출할 수 있다.
이렇듯, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이를 통해서 배터리 모듈(10)의 결함을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈(10)의 결함을 보다 구체적으로 검출할 수 있는 장점이 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)의 개수에 기반하여, 상기 이상 셀의 개수에 따른 검출 비율을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예와 같이, 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)의 개수가 8개라고 가정한다. 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에서 각각의 배터리 셀이 차지하는 비율로 상기 검출 비율을 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 12.5%(100÷8 %)로 상기 검출 비율을 설정할 수 있다.
제어부(130)는 상기 산출된 누적 변화율(310)과 상기 기준 변화율(210) 간의 차이와 상기 검출 비율을 비교한 결과에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이가 12.5%이면, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수를 1개로 검출할 수 있다.
다른 예로, 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이가 25%이면, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수를 2개로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈(10)의 결함 여부뿐만 아니라, 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수까지 검출할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈(10)에 대해 보다 구체적이고 정밀한 결함 검출 결과를 제공할 수 있는 장점이 있다.
바람직하게, 상기 제어부(130)는 상기 산출된 누적 변화율(310)과 상기 기준 변화율(210) 간의 차이를 상기 검출 비율로 나눈 값에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 배터리 모듈(10)에 8개의 배터리 셀이 포함되어, 검출 비율이 12.5%로 설정되었다고 가정한다. 만약, 산출된 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이가 12.7%일 때, 12.7%를 12.5%로 나눈 결과는 1.016이다. 이 경우, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 1.016개의 이상 셀이 포함되어 있는 것으로 검출할 수 있다. 바람직하게, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 1개 이상의 이상 셀이 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 산출된 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이가 25.3%일 때, 25.3%를 12.5%로 나눈 결과는 2.024이다. 이 경우, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 2.024개의 이상 셀이 포함되어 있는 것으로 검출할 수 있다. 바람직하게, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)에 2개 이상의 이상 셀이 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)에 개수에 대응되도록 설정된 검출 비율을 이용하여, 배터리 모듈(10)의 결함을 보다 정밀하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 추정된 충전 상태가 변하는 누적 시작 시점(t2)부터 누적 종료 시점(t3)까지의 상기 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산하여 상기 누적 변화율(310)을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5 및 도 7의 실시예에서, 배터리 모듈(10)에는 0초부터 충전 전류가 유입되지만, 제1 충전 상태(300)는 t2 시점부터 변하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 변하기 시작하는 누적 시작 시점은 t2일 수 있다.
그리고, 상기 제어부(130)는 상기 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달한 시점을 상기 배터리 모듈(10)의 누적 종료 시점으로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리 셀은 완전 방전되어 충전 상태가 0%에 도달하거나, 완전 충전되어 충전 상태가 100%에 도달하는 경우, 퇴화가 급격하게 가속될 수 있다. 따라서, 일반적으로 배터리 셀의 가동 범위는 0% 내지 100% 보다 좁게 제한될 수 있다. 바람직하게, 배터리 셀의 충전 상태 3% 내지 88%로 제한될 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 결함을 검출하는 과정에서 배터리 모듈(10)에 퇴화가 가속되는 것을 방지하기 위하여, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달하는 시점을 누적 종료 시점(t3)으로 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 85%에 도달하는 시점을 누적 종료 시점(t3)으로 설정할 수 있다. 즉, 도 5의 실시예에서, 배터리 모듈(10)이 충전 상태가 85%에 도달하는 t3 시점이 누적 종료 시점으로 설정될 수 있다.
이후, 배터리 모듈(10)로 유입되는 충전 전류가 서서히 감소되어, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 약 88%일 때 배터리 모듈(10)의 충전이 종료될 수 있다.
그리고, 도 7의 실시예에서, 제어부(130)는 t2 시점부터 t3 시점까지의 제1 충전 상태(300)의 변화율을 적산하여, 상기 누적 변화율(310)을 산출할 수 있다. 즉, 0초 내지 t2 직전 시점까지의 제1 충전 상태(300)의 변화율은 누적 변화율(310)을 산출하는 과정에서 제외될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 누적 시작 시점(t2)부터 상기 누적 종료 시점(t3)까지의 기준 충전 상태(200)의 변화율을 적산하여 상기 기준 변화율(210)을 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 기준 모듈에 대한 기준 충전 상태(200)의 변화율을 누적 시작 시점(t2)부터 누적 종료 시점(t3)까지 적산할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 기준 모듈의 기준 충전 상태(200)의 변화율과 배터리 모듈(10)의 제1 충전 상태(300)의 변화율을 동일 기간 동안 적산하여, 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310)을 산출할 수 있다.
예컨대, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 기준 충전 상태(200)의 변화율은 t1 시점부터 양의 변화율로 변하는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 제어부(130)는 누적 시작 시점(t2) 시점부터 누적 종료 시점(t3) 시점까지, 기준 충전 상태(200)의 변화율을 누적하여 기준 변화율(210)을 설정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출하는 과정에서, 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310) 간의 차이와 검출 비율이 고려된다. 즉, 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310)의 산출 조건이 서로 상이하면, 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수에 대한 검출의 정확도 및 신뢰도가 낮아질 수밖에 없다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 기준 변화율(210)과 누적 변화율(310)을 산출하는 조건을 일치시킴으로써, 배터리 모듈(10)의 결함 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 측정된 전압값이 기준 전압값 이상이 되는 시점을 상기 누적 시작 시점(t2)으로 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 전압이 기준 전압값 미만일 때에는 배터리 모듈(10)의 초기 전압에 따라 충전 상태를 추정할 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 배터리 모듈(10)의 전압이 t2 시점에서 기준 전압값에 도달하였다고 가정한다. 배터리 모듈(10)의 충전 상태는 t2 시점까지 약 3%로 동일하지만, 이후에는 전류 측정부(120)로부터 수신한 전류값이 적산되어 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 추정될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 셀이 과방전되는 경우 배터리 셀의 퇴화가 가속될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 전압이 기설정된 하한값 미만으로 과방전되는 경우, 배터리 셀의 물리 화학적 작용에 의해 배터리 셀의 충전 상태를 정확하게 추정하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 구간의 시작점으로써 상기 누적 시작 시점(t2)을 결정할 수 있다.
이후, 제어부(130)는 누적 시작 시점(t2)부터 누적 종료 시점(t3)까지, 배터리 모듈(10)의 제1 충전 상태(300)의 변화율을 누적하여 누적 변화율(310)을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 상기 누적 시작 시점(t2)부터 상기 누적 종료 시점(t3)까지, 기준 모듈의 기준 충전 상태(200)의 변화율을 누적하여 기준 변화율(210)을 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 누적 변화율(310) 및 기준 변화율(210)을 산출하는 시간적 범위를 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 정확하게 추정할 수 있는 구간으로 제한함으로써, 배터리 모듈(10)에 대한 결함 검출의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 도 8을 참조하여, 배터리 팩(1)에 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)이 구비된 실시예에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 팩(1)은 복수의 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 모듈(10)은, 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8)을 포함하여 복수 구비되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리 팩(1)에 제1 배터리 모듈(10a), 제2 배터리 모듈(10b) 및 제3 배터리 모듈(10c)이 포함된 것으로 설명한다.
전압 측정부(110)는 제1 배터리 모듈(10a), 제2 배터리 모듈(10b) 및 제3 배터리 모듈(10c) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 전압 측정부(110)는 제1 전압 센싱 라인(VL1) 및 제2 전압 센싱 라인(VL2)을 통해서 제1 배터리 모듈(10a)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는 제2 전압 센싱 라인(VL2) 및 제3 전압 센싱 라인(VL3)을 통해서 제2 배터리 모듈(10b)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정부(110)는 제3 전압 센싱 라인(VL3) 및 제4 전압 센싱 라인(VL4)을 통해서 제3 배터리 모듈(10c)의 전압을 측정할 수 있다.
상기 제어부(130)는, 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각에 대한 누적 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 배터리 팩(1)에 연결된 부하(2)로부터 충전 전류가 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)로 유입될 수 있다. 제어부(130)는 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)이 충전되는 과정에서, 전압 측정부(110)에서 측정한 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각의 전압값과 전류 측정부(120)에서 측정한 전류값에 기반하여, 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각의 충전 상태를 추정할 수 있다.
이후, 제어부(130)는 상기 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각에 대해 산출된 누적 변화율을 상기 기준 변화율과 비교하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)의 충전 상태가 모두 변하는 시점을 누적 시작 시점으로 결정할 수 있다. 그리고, 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 중 어느 하나의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달하는 시점을 누적 종료 시점으로 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 기준 모듈, 제1 배터리 모듈(10a), 제2 배터리 모듈(10b) 및 제3 배터리 모듈(10c) 각각에 대하여 누적 시작 시점부터 누적 종료 시점까지의 충전 상태의 변화율을 누적할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 기준 모듈에 대한 기준 변화율, 제1 배터리 모듈(10a)에 대한 제1 누적 변화율, 제2 배터리 모듈(10b)에 대한 제2 누적 변화율 및 제3 배터리 모듈(10c)에 대한 제3 누적 변화율을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 기준 변화율과 제1 누적 변화율, 제2 누적 변화율 및 제3 누적 변화율을 각각 비교할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 기준 변화율과 제1 누적 변화율 간의 제1 변화율 차이, 기준 변화율과 제2 누적 변화율 간의 제2 변화율 차이 및 기준 변화율과 제3 누적 변화율 간의 제3 변화율 차이를 각각 산출할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B8) 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 제1 변화율 차이와 설정된 검출 비율을 비교한 결과에 기반하여 제1 배터리 모듈(10a)의 결함 여부 및 제1 배터리 모듈(10a)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(130)는 제2 변화율 차이와 설정된 검출 비율을 비교한 결과에 기반하여 제2 배터리 모듈(10b)의 결함 여부 및 제2 배터리 모듈(10b)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 제3 변화율 차이와 설정된 검출 비율을 비교한 결과에 기반하여 제3 배터리 모듈(10c)의 결함 여부 및 제3 배터리 모듈(10c)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출할 수 있다.
기준 변화율, 제1 누적 변화율, 제2 누적 변화율 및 제3 누적 변화율을 산출하는 과정에서, 누적 시작 시점과 누적 종료 시점이 동일하게 설정될 수 있기 때문에, 배터리 팩(1)에 포함된 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각의 결함 여부 및 포함된 이상 셀의 개수가 동일 조건에서 검출될 수 있다.
따라서, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c)이 구비된 배터리 팩(1)에 대해서도, 복수의 배터리 모듈(10a, 10b, 10c) 각각의 결함을 보다 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)은 하나 이상의 배터리 모듈(10), 메인 릴레이(20) 및 전류 측정 소자(30) 외에도 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 전압 측정 단계(S100), 전류 측정 단계(S200), 충전 상태 추정 단계(S300), 누적 변화율 산출 단계(S400) 및 결함 검출 단계(S500)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
전압 측정 단계(S100)는 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하는 단계로서, 전압 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
전압 측정부(110)는 배터리 모듈(10)의 양단 전압을 측정하여, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
전류 측정 단계(S200)는 상기 배터리 모듈(10)의 충전 전류를 측정하는 단계로서, 전류 측정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 배터리 팩(1)의 대전류 경로에는 전류 측정 소자(30)가 배치될 수 있다. 전류 측정부(120)는 전류 측정 소자(30)와 연결되어, 전류 측정 소자(30)를 통해 배터리 모듈(10)의 전류를 측정할 수 있다. 구체적으로, 전류 측정부(120)는 배터리 모듈(10)로 유입되는 충전 전류를 측정할 수 있다.
충전 상태 추정 단계(S300)는 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 제어부(130)는 전압 측정부(110)로부터 측정된 전압값을 수신하고, 전류 측정부(120)로부터 측정된 전류값을 수신할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 수신한 전압값에 기반하여 배터리 모듈(10)의 초기 충전 상태를 추정할 수 있다. 이후, 제어부(130)는 추정한 초기 충전 상태에 수신한 전류값을 적산하여 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 전압값이 기준 전압값 미만인 시점에서는 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 상기 초기 충전 상태로 추정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 전압값이 기준 전압값 이상이 되는 시점부터 수신한 전류값을 적산하여 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 기준 모듈은 t1 시점부터 전류값 적산에 의해 충전 상태가 추정될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)은 t2 시점부터 전류값 적산에 의해 충전 상태가 추정될 수 있다.
누적 변화율 산출 단계(S400)는 추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 변하기 시작하는 누적 시작 시점부터 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달하는 누적 종료 시점까지만 배터리 모듈(10)의 충전 상태의 변화율을 적산할 수 있다.
예컨대, 도 5 및 도 7의 실시예에서, 누적 시작 시점은 t2이고, 누적 종료 시점은 t3일 수 있다. 제어부(130)는 누적 시작 시점(t2)부터 누적 종료 시점(t3)까지의 배터리 모듈(10)의 제1 충전 상태(300)의 변화율을 누적하여 누적 변화율(310)을 산출할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 제어부(130)는 누적 시작 시점(t2)부터 누적 종료 시점(t3)까지의 기준 모듈의 기준 충전 상태(200)의 변화율을 누적하여 기준 변화율(210)을 산출할 수 있다.
결함 검출 단계(S500)는 산출된 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210)을 비교하여 상기 배터리 모듈(10)의 결함 여부를 검출하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 산출한 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이를 통해서 배터리 모듈(10)의 결함 여부를 검출할 수 있다. 보다 바람직하게, 제어부(130)는 산출한 누적 변화율(310)과 기준 변화율(210) 간의 차이를 검출 비율과 비교한 결과에 따라, 배터리 모듈(10)의 결함 여부 및 배터리 모듈(10)에 포함된 이상 셀의 개수를 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
2: 부하
10: 배터리 모듈
20: 메인 릴레이
30: 전류 측정 소자
100: 배터리 관리 장치
110: 전압 측정부
120: 전류 측정부
130: 제어부
140: 저장부

Claims (10)

  1. 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 측정된 전압값을 출력하도록 구성된 전압 측정부;
    상기 배터리 모듈의 충전 전류를 측정하고, 측정된 전류값을 출력하도록 구성된 전류 측정부; 및
    상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값을 수신하고, 상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하며, 산출된 누적 변화율과 기준 변화율과 비교하여 상기 배터리 모듈의 결함 여부를 검출하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율을 비교하여 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀의 개수에 기반하여, 상기 이상 셀의 개수에 따른 검출 비율을 설정하고, 상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율 간의 차이와 상기 검출 비율을 비교한 결과에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 누적 변화율과 상기 기준 변화율 간의 차이를 상기 검출 비율로 나눈 값에 따라 상기 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추정된 충전 상태가 변하는 누적 시작 시점부터 누적 종료 시점까지의 상기 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산하여 상기 누적 변화율을 산출하고, 상기 누적 시작 시점부터 상기 누적 종료 시점까지의 기준 충전 상태의 변화율을 적산하여 상기 기준 변화율을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 전압값이 기준 전압값 이상이 되는 시점을 상기 누적 시작 시점으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 모듈의 충전 상태가 기설정된 목표값에 도달한 시점을 상기 배터리 모듈의 누적 종료 시점으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 복수 구비되도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    복수의 배터리 모듈 각각에 대한 누적 변화율을 산출하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대해 산출된 누적 변화율을 상기 기준 변화율과 비교하여, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 복수의 배터리 셀 중 이상 셀의 개수를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 배터리 모듈의 충전 전류를 측정하는 전류 측정 단계;
    상기 측정된 전압값 및 상기 측정된 전류값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하는 충전 상태 추정 단계;
    추정된 충전 상태의 단위 시간당 변화율을 적산한 누적 변화율을 산출하는 누적 변화율 산출 단계; 및
    산출된 누적 변화율과 기준 변화율과 비교하여 상기 배터리 모듈의 결함 여부를 검출하는 결함 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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