WO2022025725A1 - 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2022025725A1
WO2022025725A1 PCT/KR2021/010016 KR2021010016W WO2022025725A1 WO 2022025725 A1 WO2022025725 A1 WO 2022025725A1 KR 2021010016 W KR2021010016 W KR 2021010016W WO 2022025725 A1 WO2022025725 A1 WO 2022025725A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
cell
change amount
abnormal
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2021/010016
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
심명현
윤성열
김기웅
김원경
이정빈
임재성
최원빈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Priority to JP2022552472A priority Critical patent/JP7453402B2/ja
Priority to EP25211906.0A priority patent/EP4664130A3/en
Priority to PL21849784.0T priority patent/PL4148446T3/pl
Priority to EP21849784.0A priority patent/EP4148446B1/en
Priority to US17/909,911 priority patent/US12032033B2/en
Priority to CN202180018204.6A priority patent/CN115280170B/zh
Publication of WO2022025725A1 publication Critical patent/WO2022025725A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/003—Measuring mean values of current or voltage during a given time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/30—Measuring the maximum or the minimum value of current or voltage reached in a time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technique for detecting an abnormality in a battery cell.
  • the polarization phenomenon caused by charging and discharging is gradually resolved during rest. Accordingly, as the polarization phenomenon is gradually resolved from the time when charging and discharging of the battery is stopped, the voltage of the battery at rest is the open circuit voltage (OCV) corresponding to the state of charge (SOC) of the battery. It is known that there is a gradual change towards However, depending on the above causes, a voltage change with a much greater width than a normal voltage change due to the resolution of the polarization phenomenon may be induced during rest.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and a battery management device, a battery pack, a battery system, and a battery capable of detecting whether each battery cell is abnormal based on a voltage history of each of a plurality of battery cells
  • the purpose is to provide a management method.
  • a battery management apparatus includes a voltage measuring circuit configured to measure a cell voltage of each of a plurality of battery cells; and a control unit configured to determine the cell voltage of each of the plurality of battery cells and a reference voltage of the plurality of battery cells for each set time in the idle period.
  • the control unit is configured to determine a first cumulative change amount of the cell voltage of each battery cell in the idle period.
  • the control unit is configured to determine a second cumulative change amount of the reference voltage in the idle period.
  • the controller is configured to compare the first accumulated change amount of each of the plurality of battery cells with the second accumulated change amount to determine whether each battery cell is abnormal.
  • the controller may be configured to determine the reference voltage to be the same as an average value or a median value of the cell voltages of the plurality of battery cells.
  • the control unit may be configured to determine the first accumulated change amount of each battery cell by integrating the change amount of the cell voltage of each battery cell for each set time in the idle period.
  • the controller may be configured to determine the second cumulative change amount of the reference voltage by integrating the change amount of the reference voltage for each set time in the idle period.
  • the controller may be configured to determine an anomaly history indicating a time-series change of a difference between the first accumulated change amount and the second accumulated change amount of each battery cell for each set time in the idle period.
  • the control unit may be configured to determine whether each battery cell is abnormal, based on a maximum value and a minimum value of the abnormality history associated with each battery cell.
  • the controller may be configured to determine, among the plurality of battery cells, that each of the battery cells associated with the abnormal history having the maximum value greater than a first threshold value and the minimum value smaller than a second threshold value is abnormal.
  • the controller may include, among the plurality of battery cells, wherein the maximum value is greater than a first threshold value, the minimum value is less than a second threshold value, and an absolute value of a slope between the maximum value and the minimum value is greater than a third threshold value. It may be configured to determine that each battery cell associated with the abnormality history is abnormal.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery management device.
  • a battery system according to another aspect of the present invention includes the battery pack.
  • a battery management method is executed for each set time in the idle period of a plurality of battery cells.
  • the battery management method may include: determining a cell voltage of each of the plurality of battery cells and a reference voltage of the plurality of battery cells; determining a first cumulative change amount of the cell voltage of each battery cell in the idle period; determining a second cumulative change amount of the reference voltage in the idle period; and comparing the first accumulated change amount of each battery cell with the second accumulated change amount to determine whether each of the plurality of battery cells is abnormal.
  • an abnormality history indicating a time-series change of the difference between the first accumulated change amount and the second accumulated change amount of each battery cell for each set time in the idle period determining; and determining whether each battery cell is abnormal based on the maximum and minimum values of the abnormality history associated with each battery cell.
  • Determining whether each of the plurality of battery cells is abnormal may include, among the plurality of battery cells, each battery cell associated with the abnormality history in which the maximum value is greater than a first threshold value and the minimum value is less than a second threshold value. It can be judged to be more than this.
  • the determining of whether each of the plurality of battery cells is abnormal may include, among the plurality of battery cells, the maximum value is greater than a first threshold value, the minimum value is less than a second threshold value, and between the maximum value and the minimum value. It may be determined that each battery cell associated with the abnormality history in which the absolute value of the slope is greater than the third threshold value is abnormal.
  • a battery cell exhibiting a voltage behavior significantly different from that of other battery cells among the plurality of battery cells is identified. above can be determined.
  • FIG. 1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph referenced for explaining a voltage history associated with each of a normal battery cell and an abnormal battery cell.
  • 3 is a graph referenced for setting the accumulated change amount associated with each of a normal battery cell and an abnormal battery cell.
  • FIG. 4 is a graph referenced for explaining an abnormal history related to a battery cell.
  • FIG. 5 is a flowchart exemplarily illustrating a battery management method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart exemplarily illustrating a battery management method according to a second embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • control unit> means a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery system according to the present invention.
  • a battery system 1 includes a battery pack 10 , a switch 20 , and a power conversion system 30 .
  • the battery system 1 is not limited to an energy storage system, and any form may be used as long as it has a charging function and/or a discharging function for the battery pack 10 provided therein, such as an electric vehicle or a battery inspection facility.
  • the battery pack 10 includes a positive terminal (P+), a negative terminal (P ⁇ ), a cell group 11 , and the battery management device 100 .
  • the cell group 11 includes a plurality of battery cells (BC_1 to BC_m, where m is a natural number equal to or greater than 2) electrically connected between the positive terminal P+ and the negative terminal P ⁇ .
  • the plurality of battery cells BC_1 to BC_m are illustrated as being connected in series in FIG. 1 , they may also be connected in parallel or series-parallel.
  • reference numeral 'BC' will be used to refer to a battery cell.
  • the battery cell BC may include a positive electrode lead, a negative electrode lead, at least one positive electrode plate, and at least one negative electrode plate.
  • a positive electrode tab of each positive electrode plate may be coupled to a positive electrode lead, and a negative electrode tab of each negative electrode plate may be coupled to a negative electrode lead.
  • the positive lead and the negative lead of the battery cell BC are electrically coupled to the other battery cell BC through a conductor such as a bus bar.
  • the battery cell BC may be a lithium ion battery cell.
  • the type of the battery cell BC is not particularly limited.
  • the switch 20 is installed in the power line PL for the battery pack 10 . While the switch 20 is on, power transfer from one of the battery pack 10 and the power conversion system 30 to another is possible.
  • the switch 20 may be implemented by combining any one or two or more of known switching devices such as a relay, a Field Effect Transistor (FET), and the like.
  • the controller 140 may turn on/off the switch 20 according to the state of the cell group 11 .
  • the power conversion system ( 30 ) is operatively coupled to the battery management device ( 100 ) through the upper controller ( 2 ). When the two components are operatively coupled, it means that the two components are directly or indirectly connected to transmit/receive signals in one direction or in both directions.
  • the power conversion system 30 may generate DC power for charging the cell group 11 from AC power supplied by the electrical system 40 .
  • the power conversion system 30 may generate AC power from DC power from the battery pack 10 .
  • the battery management apparatus 100 includes a voltage measuring circuit 110 and a controller 140 .
  • the battery management apparatus 100 may further include at least one of a current sensor 120 , a temperature measurement unit 130 , and an interface unit 150 .
  • the voltage measuring circuit 110 is provided to be electrically connectable to the positive lead and the negative lead of the battery cell BC through the voltage sensing channel.
  • the voltage measuring circuit 110 is configured to measure a cell voltage that is a voltage across both ends of the battery cell BC and output a signal representing the measured cell voltage to the controller 140 .
  • the controller 140 may determine a cell voltage of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m based on a signal from the voltage measuring circuit 100 for each set time.
  • the current sensor 120 is electrically connected in series to the cell group 11 through a power line PL.
  • a shunt resistor or a Hall effect element may be used as the current sensor 120 .
  • the current sensor 120 is configured to measure a current flowing through the cell group 11 and output a signal representing the measured current to the controller 140 .
  • the temperature sensor 130 is disposed in an area within a predetermined distance from the cell group 11 .
  • a thermocouple or the like may be used as the temperature sensor 130 .
  • the temperature sensor 130 is configured to measure the temperature of the cell group 11 and output a signal indicating the measured temperature to the controller 140 .
  • the control unit 140 is operatively coupled to the switch 20 , the voltage measurement circuit 110 , the current sensor 120 , the temperature sensor 130 , and/or the interface unit 150 .
  • the controller 140 in hardware, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors (microprocessors) and may be implemented using at least one of electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors microprocessors
  • the controller 140 may have a built-in memory.
  • a program and various data necessary for executing battery management methods according to embodiments to be described later may be stored in the memory in advance.
  • the memory is, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type (Silicon Disk Drive type), and a multimedia card micro type.
  • RAM random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • PROM programmable read-only memory It may include a type of storage medium.
  • the interface unit 150 may be communicatively coupled to the upper controller 2 of the battery system 1 .
  • the interface unit 150 may transmit a message from the upper controller 2 to the controller 140 , and may transmit a message from the controller 140 to the upper controller 2 .
  • the message from the controller 140 may include information for notifying whether the battery cell BC is abnormal.
  • Communication between the interface unit 150 and the upper controller 2 includes, for example, a local area network (LAN), a controller area network (CAN), a wired network such as a daisy chain, and/or a short distance such as Bluetooth, Zigbee, and Wi-Fi.
  • LAN local area network
  • CAN controller area network
  • wired network such as a daisy chain
  • a short distance such as Bluetooth, Zigbee, and Wi-Fi.
  • a wireless network may be utilized.
  • the interface unit 150 may include an output device (eg, a display, a speaker) that provides information received from the control unit 140 and/or the upper controller 2 in a user-recognizable form.
  • the upper controller 2 controls the power conversion system 30 based on cell information (eg, voltage, current, temperature, SOC, and abnormality of a battery cell) collected through communication with the battery management device 100 .
  • cell information eg, voltage, current, temperature, SOC, and abnormality of a battery cell
  • the controller 140 may operate in a diagnostic mode for executing a battery management method to be described below for detecting abnormalities in the battery cells BC during at least a part of the idle period.
  • the start time of the idle period is a time when the cell group 11 is switched from a use state (which may be referred to as a 'cycle state') to an idle state (which may also be referred to as an 'idle mode' or a 'calendar state').
  • the end time of the idle period is the time when the cell group 11 is switched from the idle state to the use state.
  • the idle state refers to a state in which current does not flow through the cell group 11 because the switch 20 is turned off, and the use state refers to a state other than the idle state. That is, in the idle state, both charging and discharging of the battery cells BC are blocked.
  • FIG. 2 is a graph referenced to explain the voltage history associated with each of the normal battery cell and the abnormal battery cell
  • FIG. 3 is a graph referenced for setting the accumulated change amount associated with each of the normal battery cell and the abnormal battery cell
  • 4 is a graph referenced for explaining an abnormal history related to a battery cell.
  • time t 0 is exemplified as referring to a time when the cell group 11 is switched from a discharging mode (or a charging mode) to an idle state, that is, a start time of the idle period.
  • the battery cells BC_x, 1 ⁇ x ⁇ y) of FIG. 1 are normal and the battery cells BC_y, x ⁇ y ⁇ m are abnormal.
  • the curve 201 represents the voltage history of the normal battery cell BC_x
  • the curve 202 represents the voltage history of the abnormal battery cell BC_y
  • the curve 203 represents the reference voltage history.
  • the voltage history of the battery cell BC refers to a time-dependent change of the cell voltage of the battery cell BC, that is, a set (time series) of measured values of the cell voltage.
  • the term 'abnormal' to be diagnosed refers to a state in which the cell voltage of the battery cell BC is abnormally increased (or decreased) compared to other battery cells BC during the idle period.
  • the abnormal state may be due to a tap failure of the battery cell BC.
  • the inventor of the present invention as a result of disassembling and analyzing the battery cell BC in which the above-described abnormal state appears, is in some of the positive tab(s) and/or negative tab(s) included in the battery cell BC. Damage (eg disconnection, crack, tear) was found to be present.
  • resistance between the tap(s) and the lead(s) may vary due to a physical change (eg, swelling pressure) of the battery cell BC and/or a transition in an electrochemical state.
  • a change in resistance affects a process in which the voltage measuring circuit 110 measures a cell voltage, and thus may become one of the cause(s) of the above-described abnormal state.
  • the controller 140 may determine the cell voltage of the battery cell BC every set time (eg, 0.01 second) from the start time t 0 of the idle period.
  • V X [0], V Y [0], and V ref [0] are the cell voltage of the battery cell BC_x, the cell voltage of the battery cell BC_y, and the reference voltage at the start time t 0 .
  • the controller 140 may generate (update) cell voltage data based on the cell voltage of the battery cell BC.
  • the cell voltage data may include information indicating a cell voltage of the battery cell BC, a first voltage change amount, and a first cumulative change amount. That is, the controller 140 may determine the cell voltage of the battery cells BC, the first voltage change amount, and the first cumulative change amount for each set time.
  • the first voltage change amount represents the change amount of the cell voltage of the battery cell BC for each set time.
  • the current first voltage change amount corresponds to (eg, is equal to) the difference between the previous cell voltage and the current cell voltage.
  • the first cumulative change amount represents a total change amount of the cell voltage of the battery cell BC from the start time t 0 of the idle period to the present.
  • the current first cumulative change amount is a result of accumulating the first voltage change amount for each set time in the idle period, and may correspond to (eg, equal to) the difference between the cell voltage at the start time t 0 and the current cell voltage. have.
  • the first cumulative change amount of the cell voltage of the battery cell BC may be expressed by Equation 1 below.
  • Equation 1 n is the number of times the set time has elapsed from the start time t 0 , V cell [i-1] is the (i-1)-th measured cell voltage, and V cell [i] is the i-th measured cell
  • the voltage, ⁇ V cell [i], represents the i-th determined first voltage change amount, and ⁇ V cell_acc [n] represents the first cumulative change amount.
  • V cell [0] may be the cell voltage at the start time t 0 .
  • n is a time index corresponding to the length of time from the start time t 0 to the current time point, and is increased by 1 every time the set time elapses.
  • V cell [i] represents the cell voltage of the battery cell BC measured at time t 0 +( ⁇ t ⁇ i).
  • the cell voltage data may be generated for each set time for each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • the controller 140 may generate reference voltage data of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m based on the cell voltage data individually generated for the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • the reference voltage data may include information indicating a reference voltage, a second voltage change amount, and a second cumulative change amount.
  • the reference voltage may be determined to be the same as the average or median value of the cell voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m for each set time.
  • the second voltage change amount indicates the reference voltage change amount for each set time.
  • the current second voltage change amount corresponds to (eg, is equal to) the difference between the previous reference voltage and the current reference voltage.
  • a curve 203 in FIG. 2 represents a time-series change of the reference voltage.
  • the voltage history 201 of the normal battery cell BC_x roughly coincides with the curve 203 .
  • the second cumulative change amount represents a total change amount of the reference voltage from the start time t 0 of the idle period to the present.
  • the second cumulative change amount of the current session is a result of integrating the second voltage change amount for each set time in the idle period, and may correspond to (eg, equal) the difference between the reference voltage and the current reference voltage at the start time t 0 . have.
  • the second cumulative change amount of the reference voltage of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m may be expressed by Equation 2 below.
  • Equation 2 n is the same as n in Equation 1, V ref [i-1] is the (i-1)-th reference voltage, V ref [i] is the i-th reference voltage, ⁇ V ref [i] ] denotes the i-th determined second voltage change amount, and ⁇ V ref_acc [n] denotes the second cumulative change amount.
  • a curve 301 represents a time-series change of the first cumulative change amount of the battery cell BC_x corresponding to the curve 201 of FIG. 2
  • the curve 302 of FIG. 2 is a curve 202 of FIG. 2
  • the controller 140 may determine whether each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m is abnormal by comparing each of the plurality of first cumulative variations with the second cumulative variation.
  • the plurality of first cumulative change amounts is one-to-one related to the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • the controller 140 determines (updates) the abnormal history associated with the battery cell BC by calculating a difference between the first cumulative change amount and the second accumulated change amount associated with the battery cell BC for each set time,
  • the determined abnormality history can be recorded in the memory. Accordingly, a plurality of abnormal histories associated one-to-one with the plurality of battery cells BC_1 to BC_m may be updated for each set time.
  • the abnormal history associated with the battery cell BC is the difference between the first accumulated change amount of the cell voltage in the battery cell BC and the second accumulated change amount of the reference voltage, that is, ( ⁇ V cell_acc [n] - ⁇ V ref_acc [n]) or It represents the time-series change of ( ⁇ V ref_acc [n] - ⁇ V cell_acc [n]).
  • the controller 140 may determine the maximum and minimum values of the abnormal history associated with the battery cell BC for each set time, and determine whether the battery cell BC is abnormal based on the maximum and minimum values.
  • the curve 401 of FIG. 4 represents the abnormal history of the battery cell BC_x corresponding to the curve 301 of FIG. 3
  • the curve 402 is the battery cell BC_y corresponding to the curve 302 of FIG. 3 .
  • the curve 401 indicates that the abnormal history associated with the battery cell BC_x is located only within the voltage range defined by the first threshold value V TH1 and the second threshold value V TH2 over the rest period.
  • the first threshold value V TH1 may be a positive value
  • the second threshold value V TH2 may have a negative value.
  • the cell voltage of the battery cell BC_y significantly deviates from the behavior of the reference voltage during the idle period.
  • the curve 402 indicates that the maximum value (V max ) and the minimum value (V min ) of the abnormal history associated with the battery cell BC_y are respectively greater than the first threshold value (V TH1 ) and the second threshold value (V TH2 ) indicates a smaller one.
  • the maximum value V max is the difference between the first cumulative change amount of the cell voltage of the battery cell BC_y and the second cumulative change amount of the reference voltage at the time point t A
  • the minimum value V min is the time point t B
  • It is the difference between the first accumulated change amount of the cell voltage of the battery cell BC_y and the second accumulated change amount of the reference voltage.
  • the control unit 140 among the plurality of abnormal histories, the maximum value is greater than the first threshold value (V TH1 ) and the minimum value is less than the second threshold value (V TH2 )
  • the battery cell (eg, BC_y) associated with the abnormal history is more than can be judged as
  • the control unit 140 may control, among the plurality of abnormal histories, the maximum value is greater than the first threshold value (V TH1 ) and the minimum value is less than the second threshold value (V TH2 ), and the absolute value of the slope between the maximum value and the minimum value It may be determined that the battery cell BC associated with each abnormality history having a value greater than the third threshold is abnormal.
  • the slope between the maximum value and the minimum value is a value obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value by the time interval between the two time points at which the maximum value and the minimum value are detected. For example, in the curve 402 , the slope between the maximum value V max and the minimum value V min is equal to (V max - V min )/(t A - t B ).
  • Each of the above-described threshold values may be predetermined according to the results of experiments and/or simulations conducted in advance based on the total number of battery cells BC included in the cell group 11 and specifications of the battery cells BC.
  • FIG. 5 is a flowchart exemplarily illustrating a battery management method according to the first embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 5 may be repeated once every set time from the start time t 0 of the idle period.
  • step S510 the controller 140 uses the voltage measuring circuit 110 to obtain a cell voltage of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m included in the cell group 11 . to determine (measure).
  • the controller 140 determines the reference voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m based on the respective cell voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • the reference voltage may be equal to an average value or a median value of cell voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • step S530 the controller 140 determines the first cumulative change amount ⁇ V cell_acc [n] of the cell voltage of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m (refer to Equation 1).
  • step S540 the controller 140 determines a second cumulative change amount ⁇ V ref_acc [n] of the reference voltage (refer to Equation 2).
  • step S550 the control unit 140 controls each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m, indicating a time-series change of the difference between the first accumulated change amount and the second accumulated change amount of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m. A plurality of associated anomaly histories are determined.
  • step S560 the controller 140 determines the maximum and minimum values of each of the plurality of abnormal histories.
  • step S570 the control unit 140, for each of the plurality of abnormal histories, the maximum value (V max ) is greater than the threshold value (V TH1 ), the minimum value (V min ) is smaller than the second threshold value (V TH2 ) determine whether or not
  • the value of step S570 may be “No”
  • the value of step S570 may be “Yes”. If the value of step S570 is YES, the method proceeds to step S580. That is, step S580 may be executed when it is determined that at least one of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m is abnormal. If the value of step S570 is “No”, the method may end.
  • the controller 140 may execute a predetermined protection function.
  • the protection function may include a function of outputting a diagnostic message.
  • the diagnostic message may include identification information of the battery cell BC determined to be abnormal.
  • the interface unit 150 may transmit a diagnostic message to the upper controller 2 or output visual and/or audio information corresponding to the diagnostic message.
  • the protection function may include a function of prohibiting the turn-on of the switch 20 , that is, a function of blocking the transition from the idle state to the use state of the cell group 11 .
  • Step S610 to S660 and S680 of FIG. 6 are common to steps S510 to S560 and S580 of FIG. 5 , and step S670 is a modification of step S570. Accordingly, in describing the method of FIG. 6 , the same content as that of the method of FIG. 5 may be omitted.
  • step S610 the controller 140 determines (measures) the cell voltage of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • the controller 140 determines the reference voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m based on the respective cell voltages of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • step S630 the controller 140 determines the first cumulative change amount ⁇ V cell_acc [n] of the cell voltage of each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m (refer to Equation 1).
  • step S640 the controller 140 determines a second cumulative change amount ⁇ V ref_acc [n] of the reference voltage (refer to Equation 2).
  • the controller 140 determines a plurality of abnormal histories associated with each of the plurality of battery cells BC_1 to BC_m.
  • step S660 the controller 140 determines the maximum and minimum values of each of the plurality of abnormal histories.
  • step S670 the controller 140, for each of the plurality of abnormal histories, the maximum value (V max ) is greater than the threshold value (V TH1 ), the minimum value (V min ) is less than the second threshold value (V TH2 ) , it is determined whether the absolute value of the slope between the maximum value and the minimum value is greater than a third threshold value. If the value of step S670 is YES, the method proceeds to step S680. When the value of step S670 is “No”, the method may end.
  • step S680 the controller 140 may execute a predetermined protection function.
  • the controller 140 may be configured to execute the above-described diagnostic procedures from a reference time point when a predetermined stabilization time (eg, 5 minutes) has elapsed from the start time point t 0 , instead of immediately executing the diagnostic procedures from the start time point t 0 . .
  • a predetermined stabilization time eg, 5 minutes
  • the start time t 0 described with reference to FIGS. 1 to 7 may be replaced with a reference time.
  • 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.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 전압 측정 회로; 및 휴지 기간에서 설정 시간마다, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 기준 전압을 결정하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 제1 누적 변화량을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서의 상기 기준 전압의 제2 누적 변화량을 결정한다. 상기 제어부는, 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량을 상기 제2 누적 변화량과 비교하여, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정한다.

Description

배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법
본 발명은 배터리 셀의 이상을 검출하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 07월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0096289호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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.
최근, 고전압이 요구되는 배터리 시스템(예, 에너지 저장 시스템, 전기 차량)이 널리 보급됨에 따라, 배터리 팩 내에 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 이상을 정확하게 검출해내는 진단 기술의 필요성이 증대되고 있다.
종래에는, 순간적으로 임계치를 넘어서는 큰 폭의 전압 강하를 나타내는 배터리 셀을 이상인 것으로 검출해내고 있다. 그러나, 배터리 셀의 전압이 서서히 변화하는 경우에는 배터리 셀의 이상을 적절히 검출해내지 못하게 된다.
한편, 배터리는, 충방전으로 인해 발생된 분극 현상이 휴지 중에 점차 해소된다. 따라서, 배터리의 충방전이 중단된 시점으로부터 분극 현상이 조금씩 해소됨에 따라, 휴지 중인 배터리의 전압은, 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)에 대응하는 개방 전압(OCV: Open Circuit Voltage)을 향하여 서서히 변화한다는 사실이 공지되어 있다. 그런데, 이상의 원인에 따라서는, 휴지 중, 분극 현상 해소에 따른 통상적인 전압 변화보다 훨씬 큰 폭의 전압 변화를 유발할 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 배터리 셀 각각의 전압 이력을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 검출할 수 있는 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 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, 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하도록 구성되는 전압 측정 회로; 및 휴지 기간에서 설정 시간마다, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 기준 전압을 결정하도록 구성되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 제1 누적 변화량을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서의 상기 기준 전압의 제2 누적 변화량을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 제1 누적 변화량을 상기 제2 누적 변화량과 비교하여, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성된다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 셀 전압의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 변화량을 적산하여, 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 상기 기준 전압의 변화량을 적산하여, 상기 기준 전압의 상기 제2 누적 변화량을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량과 상기 제2 누적 변화량 간의 차이의 시계열적 변화를 나타내는 이상 이력을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 각 배터리 셀에 연관된 상기 이상 이력의 최대값과 최소값을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작은 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작고, 상기 최대값과 상기 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 관리 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 시스템은 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 복수의 배터리 셀의 휴지 기간에서 설정 시간마다 실행된다. 상기 배터리 관리 방법은, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 기준 전압을 결정하는 단계; 상기 휴지 기간에서의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 제1 누적 변화량을 결정하는 단계; 상기 휴지 기간에서의 상기 기준 전압의 제2 누적 변화량을 결정하는 단계; 및 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량을 상기 제2 누적 변화량과 비교하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는, 상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량과 상기 제2 누적 변화량 간의 차이의 시계열적 변화를 나타내는 이상 이력을 결정하는 단계; 및 각 배터리 셀에 연관된 상기 이상 이력의 최대값과 최소값을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작은 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작고, 상기 최대값과 상기 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리 셀 각각의 전압 이력을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 검출할 수 있다.
특히, 휴지 중에 주기적으로, 각 배터리 셀의 셀 전압의 총 변화량과 복수의 배터리 셀의 기준 전압의 총 변화량을 비교함으로써, 복수의 배터리 셀 중 다른 배터리 셀과는 현저히 다른 전압 거동을 보이는 배터리 셀을 이상으로 판정할 수 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, 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 발명에 따른 배터리 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 정상 배터리 셀과 이상 배터리 셀 각각에 연관된 전압 이력을 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 3은 정상 배터리 셀과 이상 배터리 셀 각각에 연관된 누적 변화량을 설정하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 4는 배터리 셀에 연관된 이상 이력을 설명하는 데에 참조되는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
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 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.
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 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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.
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 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.
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 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1에서는 에너지 저장 시스템을 배터리 시스템(1)의 일 예로서 도시하였다. 도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은, 배터리 팩(10), 스위치(20) 및 전력 변환 시스템(30)를 포함한다. 배터리 시스템(1)이 에너지 저장 시스템으로 한정되는 것은 아니며, 전기 차량 또는 배터리 검사 설비 등과 같이, 그에 구비된 배터리 팩(10)에 대한 충전 기능 및/또는 방전 기능을 갖춘 것이면 어떠한 형태라도 무방하다.
배터리 팩(10)은, 양극 단자(P+), 음극 단자(P-), 셀 그룹(11) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함한다. 셀 그룹(11)은, 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-) 간에 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m, m는 2 이상의 자연수)을 포함한다. 도 1에는 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)이 직렬 연결된 것으로 도시되어 있으나, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수도 있다. 이하에서는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 공통된 내용을 설명함에 있어서, 참조부호 'BC'를 배터리 셀을 지칭하는 것으로 사용하겠다.
배터리 셀(BC)은, 양극 리드, 음극 리드, 적어도 하나의 양극판 및 적어도 하나의 음극판을 포함할 수 있다. 각 양극판의 양극탭은 양극 리드에 결합되고, 각 음극판의 음극탭은 음극 리드에 결합될 수 있다.
배터리 셀(BC)의 양극 리드와 음극 리드는, 버스바 등과 같은 전도체를 통해 다른 배터리 셀(BC)에 전기적으로 결합된다. 배터리 셀(BC)은, 리튬 이온 배터리 셀일 수 있다. 물론, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 배터리 셀(BC)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
스위치(20)는, 배터리 팩(10)을 위한 전력 라인(PL)에 설치된다. 스위치(20)가 온되어 있는 동안, 배터리 팩(10)과 전력 변환 시스템(30) 중 어느 하나로부터 다른 하나로의 전력 전달이 가능하다. 스위치(20)는, 릴레이, 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 등과 같은 공지의 스위칭 디바이스 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합함으로써 구현될 수 있다. 제어부(140)는, 셀 그룹(11)의 상태에 따라 스위치(20)를 온오프 제어할 수 있다.
전력 변환 시스템(power conversion system, 30)은, 상위 컨트롤러(2)를 통해 배터리 관리 장치(100)에 동작 가능하게 결합된다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다. 전력 변환 시스템(30)은, 전기 계통(40)에 의해 공급되는 교류 전력으로부터 셀 그룹(11)의 충전을 위한 직류 전력을 생성할 수 있다. 전력 변환 시스템(30)은, 배터리 팩(10)으로부터의 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는, 전압 측정 회로(110) 및 제어부(140)를 포함한다. 배터리 관리 장치(100)는, 전류 센서(120), 온도 측정부(130) 및 인터페이스부(150) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전압 측정 회로(110)는, 전압 센싱 채널을 통해, 배터리 셀(BC)의 양극 리드와 음극 리드에 전기적으로 연결 가능하도록 제공된다. 전압 측정 회로(110)는, 배터리 셀(BC)의 양단에 걸친 전압인 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압을 나타내는 신호를 제어부(140)에게 출력하도록 구성된다. 제어부(140)는, 설정 시간마다, 전압 측정 회로(100)로부터의 신호를 기초로, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압을 결정할 수 있다.
전류 센서(120)는, 전력 라인(PL)을 통해 셀 그룹(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 예컨대, 션트 저항이나 홀 효과 소자 등이 전류 센서(120)로서 이용될 수 있다. 전류 센서(120)는, 셀 그룹(11)을 통해 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류를 나타내는 신호를 제어부(140)에게 출력하도록 구성된다.
온도 센서(130)는, 셀 그룹(11)으로부터 소정 거리 내의 영역에 배치된다. 예컨대, 열전대 등이 온도 센서(130)로서 이용될 수 있다. 온도 센서(130)는 셀 그룹(11)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 나타내는 신호를 제어부(140)에게 출력하도록 구성된다.
제어부(140)는, 스위치(20), 전압 측정 회로(110), 전류 센서(120), 온도 센서(130) 및/또는 인터페이스부(150)에 동작 가능하게 결합된다.
제어부(140)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(140)에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는, 후술할 실시예들에 따른 배터리 관리 방법들을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터가 미리 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
인터페이스부(150)는, 배터리 시스템(1)의 상위 컨트롤러(2)와 통신 가능하게 결합될 수 있다. 인터페이스부(150)는, 상위 컨트롤러(2)로부터의 메시지를 제어부(140)로 전송하고, 제어부(140)로부터의 메시지를 상위 컨트롤러(2)로 전송할 수 있다. 제어부(140)로부터의 메시지는, 배터리 셀(BC)의 이상 여부를 통지하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 인터페이스부(150)와 상위 컨트롤러(2) 간의 통신에는, 예를 들어, LAN(local area network), CAN(controller area network), 데이지 체인과 같은 유선 네트워크 및/또는 블루투스, 지그비, 와이파이 등의 근거리 무선 네트워크가 활용될 수 있다. 인터페이스부(150)는, 제어부(140) 및/또는 상위 컨트롤러(2)로부터 수신된 정보를 사용자가 인식 가능한 형태로 제공하는 출력 디바이스(예, 디스플레이, 스피커)를 포함할 수 있다. 상위 컨트롤러(2)는, 배터리 관리 장치(100)와의 통신을 통해 수집되는 셀 정보(예, 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, SOC, 이상)를 기초로, 전력 변환 시스템(30)을 제어할 수 있다.
제어부(140)는, 휴지 기간의 적어도 일부 동안, 배터리 셀(BC)의 이상을 검출하기 위한 후술된 배터리 관리 방법을 실행하는 진단 모드에서 동작할 수 있다. 휴지 기간의 시작 시점은, 셀 그룹(11)이 사용 상태('사이클 상태'라고 칭할 수 있음)로부터 휴지 상태('휴지 모드' 또는 '캘린더 상태'라고 칭할 수도 있음)로 전환되는 시점이다. 휴지 기간의 종료 시점은, 셀 그룹(11)이 휴지 상태로부터 사용 상태로 전환되는 시점이다. 휴지 상태란 스위치(20)가 오프되어 셀 그룹(11)을 통해 전류가 흐르지 않는 상태를 지칭하고, 사용 상태는 휴지 상태 외의 상태를 지칭한다. 즉, 휴지 상태에서는, 배터리 셀(BC)의 충전과 방전이 둘 다 차단된다.
도 2는 정상 배터리 셀과 이상 배터리 셀 각각에 연관된 전압 이력을 설명하는 데에 참조되는 그래프이고, 도 3은 정상 배터리 셀과 이상 배터리 셀 각각에 연관된 누적 변화량을 설정하는 데에 참조되는 그래프이고, 도 4는 배터리 셀에 연관된 이상 이력을 설명하는 데에 참조되는 그래프이다. 도 2에 있어서, 시점 t0은 셀 그룹(11)이 방전 모드(또는 충전 모드)로부터 휴지 상태로 전환된 시점 즉, 휴지 기간의 시작 시점을 지칭하는 것으로 예시하였다. 이하에서는, 도 1의 배터리 셀(BC_x, 1 < x < y)이 정상이고, 배터리 셀(BC_y, x < y < m)은 이상인 것으로 가정하여 설명토록 하겠다.
도 2를 참조하면, 커브(201)는 정상인 배터리 셀(BC_x)의 전압 이력을 나타내며, 커브(202)는 이상인 배터리 셀(BC_y)의 전압 이력을 나타내고, 커브(203)는 기준 전압 이력을 나타낸다. 배터리 셀(BC)의 전압 이력이란, 배터리 셀(BC)의 셀 전압의 경시적 변화 즉, 셀 전압의 측정값들의 집합(시계열)을 지칭한다.
본 명세서에 있어서, 진단 대상이 되는 '이상'이란, 휴지 기간 중, 배터리 셀(BC)의 셀전압이 다른 배터리 셀(BC)에 비하여 비정상적으로 상승(또는 하강)하는 상태를 지칭한다. 이상 상태는 배터리 셀(BC)의 탭 불량에 기인한 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발명자는, 전술된 이상 상태가 나타난 배터리 셀(BC)을 분해 분석해본 결과, 배터리 셀(BC)에 포함된 양극 탭(들) 및/또는 음극 탭(들) 중 일부에 손상(예, 단선, 크랙, 찢김)이 존재하는 것을 발견하였다. 탭 불량이 발생한 경우, 배터리 셀(BC)의 물리적 변화(예, 스웰링 압력) 및/또는 전기화학적 상태의 전이 등에 의해, 탭(들)과 리드(들) 간의 저항이 변동할 수 있다. 이러한 저항의 변동은, 전압 측정 회로(110)가 셀 전압을 측정하는 과정에 영향을 주므로, 전술된 이상 상태가 나타나는 원인(들) 중 하나가 될 수 있다.
제어부(140)는, 휴지 기간의 시작 시점 t0부터, 설정 시간(예, 0.01초)마다, 배터리 셀(BC)의 셀 전압을 결정할 수 있다. 도 2에서, VX[0], VY[0] 및 Vref[0]은, 시작 시점 t0에서의, 배터리 셀(BC_x)의 셀 전압, 배터리 셀(BC_y)의 셀 전압 및 기준 전압을 나타낸다. 제어부(140)는, 배터리 셀(BC)의 셀 전압을 기초로, 셀 전압 데이터를 생성(갱신)할 수 있다. 셀 전압 데이터는, 배터리 셀(BC)의 셀 전압, 제1 전압 변화량 및 제1 누적 변화량을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 즉, 제어부(140)는, 설정 시간마다, 배터리 셀(BC)의 셀 전압, 제1 전압 변화량 및 제1 누적 변화량을 결정할 수 있다. 제1 전압 변화량은, 설정 시간마다의, 배터리 셀(BC)의 셀 전압의 변화량을 나타낸다. 예컨대, 현회의 제1 전압 변화량은, 전회의 셀 전압과 현회의 셀 전압 간의 차이에 대응(예, 동일)한다. 제1 누적 변화량은, 휴지 기간의 시작 시점 t0부터 현재까지의, 배터리 셀(BC)의 셀 전압의 총 변화량을 나타낸다. 예컨대, 현회의 제1 누적 변화량은, 휴지 기간에서 제1 전압 변화량을 설정 시간마다 적산한 결과로서, 시작 시점 t0에서의 셀 전압과 현회의 셀 전압 간의 차이에 대응(예, 동일)할 수 있다.
배터리 셀(BC)의 셀 전압의 제1 누적 변화량은 하기의 수식 1으로 나타낼 수 있다.
<수식 1>
Figure PCTKR2021010016-appb-img-000001
수식 1에서, n은 시작 시점 t0으로부터 설정 시간이 경과된 횟수, Vcell[i-1]는 (i-1)번째로 측정된 셀 전압, Vcell[i]는 i번째로 측정된 셀 전압, ΔVcell[i]는 i번째로 결정된 제1 전압 변화량, ΔVcell_acc[n]는 제1 누적 변화량을 나타낸다. Vcell[0]는 시작 시점 t0에서의 셀 전압일 수 있다. 첨언하자면, n은 시작 시점 t0으로부터 현 시점까지의 시간 길이에 대응하는 시간 인덱스로서, 설정 시간이 경과할 때마다 1씩 증가된다. 예컨대, 설정 시간 = Δt인 경우, 시점 t0부터 현 시점까지의 총 경과 시간 = Δtס¿n, 현 시점= t0 +(Δtס¿n). 또한, Vcell[i]은 시점 t0+(Δtס¿i)에서 측정된 배터리 셀(BC)의 셀 전압을 나타낸다.
위와 같이, 셀 전압 데이터는 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각에 대해 설정 시간마다 생성될 수 있다. 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)에 대해 개별적으로 생성된 셀 전압 데이터를 기초로, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 기준 전압 데이터를 생성할 수 있다. 기준 전압 데이터는, 기준 전압, 제2 전압 변화량 및 제2 누적 변화량을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
기준 전압은, 설정 시간마다의, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 셀 전압의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 결정될 수 있다. 제2 전압 변화량은, 설정 시간마다의, 기준 전압의 변화량을 나타낸다. 예컨대, 현회의 제2 전압 변화량은, 전회의 기준 전압과 현회의 기준 전압 간의 차이에 대응(예, 동일)한다. 도 2의 커브(203)는, 기준 전압의 시계열적인 변화를 나타낸다. 도 2로부터 확인할 수 있듯이, 정상인 배터리 셀(BC_x)의 전압 이력(201)은, 커브(203)와 대략적으로 일치한다. 제2 누적 변화량은, 휴지 기간의 시작 시점 t0부터 현재까지의, 기준 전압의 총 변화량을 나타낸다. 예컨대, 현회의 제2 누적 변화량은, 휴지 기간에서 제2 전압 변화량을 설정 시간마다 적산한 결과로서, 시작 시점 t0에서의 기준 전압과 현회의 기준 전압 간의 차이에 대응(예, 동일)할 수 있다.
복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 기준 전압의 제2 누적 변화량은 하기의 수식 2로 나타낼 수 있다..
<수식 2>
Figure PCTKR2021010016-appb-img-000002
수식 2에서, n은 수식 1의 n과 동일하고, Vref[i-1]는 (i-1)번째로 결정된 기준 전압, Vref[i]는 i번째로 결정된 기준 전압, ΔVref[i]는 i번째로 결정된 제2 전압 변화량, ΔVref_acc[n]는 제2 누적 변화량을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 커브(301)는 도 2의 커브(201)에 대응하는 배터리 셀(BC_x)의 제1 누적 변화량의 시계열적 변화를 나타내고, 커브(302)는 도 2의 커브(202)에 대응하는 배터리 셀(BC_y)의 제1 누적 변화량의 시계열적 변화를 나타내며, 커브(303)는 도 2의 커브(203)에 대응하는 기준 전압의 제2 누적 변화량의 시계열적 변화를 나타낸다.
제어부(140)는, 복수의 제1 누적 변화량 각각을 제2 누적 변화량과 비교하여, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 이상 여부를 판정할 수 있다. 복수의 제1 누적 변화량은, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)에 일대일 연관된다.
구체적으로, 제어부(140)는, 설정 시간마다, 배터리 셀(BC)에 연관된 제1 누적 변화량과 제2 누적 변화량 간의 차이를 연산하여 배터리 셀(BC)에 연관된 이상 이력을 결정(갱신)하고, 결정된 이상 이력을 메모리에 기록할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)에 일대일 연관된 복수의 이상 이력이 설정 시간마다 갱신될 수 있다. 배터리 셀(BC)에 연관된 이상 이력은, 배터리 셀(BC)에 셀 전압의 제1 누적 변화량과 기준 전압의 제2 누적 변화량의 차이 즉, (ΔVcell_acc[n] - ΔVref_acc[n]) 또는 (ΔVref_acc[n] - ΔVcell_acc[n])의 시계열적인 변화를 나타낸다.
제어부(140)는, 설정 시간마다, 배터리 셀(BC)에 연관된 이상 이력의 최대값 및 최소값을 각각 결정하고, 최대값 및 최소값을 기초로, 배터리 셀(BC)의 이상 여부를 판정할 수 있다. 도 4의 커브(401)는 도 3의 커브(301)에 대응하는 배터리 셀(BC_x)의 이상 이력을 나타내고, 커브(402)는 도 3의 커브(302)에 대응하는 배터리 셀(BC_y)의 이상 이력을 나타낸다. 배터리 셀(BC_x)은 정상이므로, 휴지 기간 동안, 배터리 셀(BC_x)의 셀 전압은 기준 전압과 거의 유사한 거동을 보인다. 즉, 커브(401)는, 배터리 셀(BC_x)에 연관된 이상 이력이 휴지 기간 전체에 걸쳐 제1 임계값(VTH1)과 제2 임계값(VTH2)에 의해 규정된 전압 범위 내에만 위치함을 나타내고 있다. 제1 임계값(VTH1)은 양의 값이고, 제2 임계값(VTH2)은 음의 값일 수 있다. 배터리 셀(BC_x)과는 달리, 배터리 셀(BC_y)은 이상이므로, 휴지 기간 동안, 배터리 셀(BC_y)의 셀 전압은 기준 전압의 거동과는 상당히 어긋나게 된다. 즉, 커브(402)는, 배터리 셀(BC_y)에 연관된 이상 이력의 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin)이 각각 제1 임계값(VTH1)보다 크고 제2 임계값(VTH2)보다 작은 것을 나타내고 있다. 최대값(Vmax)은 시점(tA)에서의 배터리 셀(BC_y)의 셀 전압의 제1 누적 변화량과 기준 전압의 제2 누적 변화량 간의 차이이고, 최소값(Vmin)은 시점(tB)에서의 배터리 셀(BC_y)의 셀 전압의 제1 누적 변화량과 기준 전압의 제2 누적 변화량 간의 차이이다.
제어부(140)는, 복수의 이상 이력 중에서, 최대값이 제1 임계값(VTH1)보다 크고 최소값이 제2 임계값(VTH2)보다 작은 이상 이력에 연관된 배터리 셀(예, BC_y)이 이상인 것으로 판정할 수 있다.
대안적으로, 제어부(140)는, 복수의 이상 이력 중에서, 최대값이 제1 임계값(VTH1)보다 크고 최소값이 제2 임계값(VTH2)보다 작고, 최대값과 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰 각 이상 이력에 연관된 배터리 셀(BC)이 이상인 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 최대값과 최소값 간의 기울기는, 최대값과 최소값 간의 차이를 최대값과 최소값이 검출된 두 시점 간의 시간 간격으로 나눈 값이다. 예컨대, 커브(402)에 있어서, 최대값(Vmax)과 최소값(Vmin) 간의 기울기는, (Vmax - Vmin)/(tA - tB)와 동일하다.
전술된 각 임계값은, 셀 그룹(11)에 포함된 배터리 셀(BC)의 총 개수, 배터리 셀(BC)의 사양 등을 기초로 사전 시행된 실험 및/또는 시뮬레이션의 결과에 따라 미리 정해진 것일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 5의 방법은 휴지 기간의 시작 시점 t0부터, 설정 시간마다 1회씩 반복될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S510에서, 제어부(140)는, 전압 측정 회로(110)를 이용하여, 셀 그룹(11)에 포함된 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압을 결정(측정)한다.
단계 S520에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압을 기초로, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 기준 전압을 결정한다. 기준 전압은, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 셀 전압의 평균값 또는 중앙값과 동일할 수 있다.
단계 S530에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압의 제1 누적 변화량(ΔVcell_acc[n])을 결정한다(수식 1 참조).
단계 S540에서, 제어부(140)는, 기준 전압의 제2 누적 변화량(ΔVref_acc[n])을 결정한다(수식 2 참조).
단계 S550에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 제1 누적 변화량과 제2 누적 변화량 간의 차이의 시계열적 변화를 나타내는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각에 연관된 복수의 이상 이력을 결정한다.
단계 S560에서, 제어부(140)는, 복수의 이상 이력 각각의 최대값 및 최소값을 결정한다.
단계 S570에서, 제어부(140)는, 복수의 이상 이력 각각에 대하여, 최대값(Vmax)이 임계값(VTH1)보다 크고, 최소값(Vmin)이 제2 임계값(VTH2)보다 작은지 여부를 판정한다. 배터리 셀(BC_x)에 대해서는 단계 S570의 값이 "아니오"인 반면, 배터리 셀(BC_y)에 대해서는 단계 S570의 값이 "예"일 것이다. 단계 S570의 값이 "예"인 경우, 방법은 단계 S580으로 진행한다. 즉, 단계 S580는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 중 적어도 하나의 배터리 셀이 이상인 것으로 판정되는 경우에 실행될 수 있다. 단계 S570의 값이 "아니오"인 경우, 방법은 종료될 수 있다.
단계 S580에서, 제어부(140)는, 소정의 보호 기능을 실행할 수 있다. 보호 기능은, 진단 메시지를 출력하는 기능을 포함할 수 있다. 진단 메시지는, 이상인 것으로 판정된 배터리 셀(BC)의 식별 정보를 포함할 수 있다. 인터페이스부(150)는, 진단 메시지를 상위 컨트롤러(2)에 전달하거나, 진단 메시지에 대응하는 시각적 및/또는 청각적 정보를 출력할 수 있다. 보호 기능은, 스위치(20)의 턴 온을 금지시키는 기능, 즉 셀 그룹(11)의 휴지 상태로부터 사용 상태로의 전환을 차단하는 기능을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6의 방법은 휴지 기간 동안, 설정 시간마다 1회씩 반복될 수 있다. 도 6의 단계 S610 내지 S660 및 S680은 도 5의 단계 S510 내지 S560 및 S580과 공통되며, 단계 S670은 단계 S570의 변형례이다. 따라서, 도 6의 방법을 설명함에 있어서 도 5의 방법과 동일한 내용은 생략될 수 있다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압을 결정(측정)한다.
단계 S620에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압을 기초로, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m)의 기준 전압을 결정한다.
단계 S630에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각의 셀 전압의 제1 누적 변화량(ΔVcell_acc[n])을 결정한다(수식 1 참조).
단계 S640에서, 제어부(140)는, 기준 전압의 제2 누적 변화량(ΔVref_acc[n])을 결정한다(수식 2 참조).
단계 S650에서, 제어부(140)는, 복수의 배터리 셀(BC_1~BC_m) 각각에 연관된 복수의 이상 이력을 결정한다.
단계 S660에서, 제어부(140)는, 복수의 이상 이력 각각의 최대값 및 최소값을 결정한다.
단계 S670에서, 제어부(140)는, 복수의 이상 이력 각각에 대하여, 최대값(Vmax)이 임계값(VTH1)보다 크고, 최소값(Vmin)이 제2 임계값(VTH2)보다 작고, 최대값과 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰지 여부를 판정한다. 단계 S670의 값이 "예"인 경우, 방법은 단계 S680으로 진행한다. 단계 S670의 값이 "아니오"인 경우, 방법은 종료될 수 있다.
단계 S680에서, 제어부(140)는, 소정의 보호 기능을 실행할 수 있다.
한편, 전술된 분극 현상과 관련하여, 정상 배터리 셀에 발생된 분극 현상은 휴지 기간의 초기에 빠르게 해소되는 경향이 있다. 즉, 휴지 기간에 있어서, 정상 배터리 셀(BC_x)의 셀 전압의 변화 속도는 점차 둔화될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는, 전술된 진단 절차들을 시작 시점 t0부터 즉시 실행하는 대신, 시작 시점 t0으로부터 소정의 안정화 시간(예, 5분)이 경과된 기준 시점부터 실행하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 시작 시점 t0은 기준 시점으로 대체될 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.

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하도록 구성되는 전압 측정 회로; 및
    휴지 기간에서 설정 시간마다, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 기준 전압을 결정하도록 구성되는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 휴지 기간에서의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 제1 누적 변화량을 결정하고,
    상기 휴지 기간에서의 상기 기준 전압의 제2 누적 변화량을 결정하고,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 제1 누적 변화량을 상기 제2 누적 변화량과 비교하여, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 셀 전압의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 변화량을 적산하여, 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 상기 기준 전압의 변화량을 적산하여, 상기 기준 전압의 상기 제2 누적 변화량을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량과 상기 제2 누적 변화량 간의 차이의 시계열적 변화를 나타내는 이상 이력을 결정하고,
    각 배터리 셀에 연관된 상기 이상 이력의 최대값과 최소값을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작은 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작고, 상기 최대값과 상기 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하도록 구성되는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템.
  10. 복수의 배터리 셀의 휴지 기간에서 설정 시간마다 실행되는 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 기준 전압을 결정하는 단계;
    상기 휴지 기간에서의 각 배터리 셀의 상기 셀 전압의 제1 누적 변화량을 결정하는 단계;
    상기 휴지 기간에서의 상기 기준 전압의 제2 누적 변화량을 결정하는 단계; 및
    각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량을 상기 제2 누적 변화량과 비교하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는,
    상기 휴지 기간에서 상기 설정 시간마다의 각 배터리 셀의 상기 제1 누적 변화량과 상기 제2 누적 변화량 간의 차이의 시계열적 변화를 나타내는 이상 이력을 결정하는 단계; 및
    각 배터리 셀에 연관된 상기 이상 이력의 최대값과 최소값을 기초로, 각 배터리 셀의 이상 여부를 판정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작은 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하는 배터리 관리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 이상 여부를 판정하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀 중, 상기 최대값이 제1 임계값보다 크고, 상기 최소값이 제2 임계값보다 작고, 상기 최대값과 상기 최소값 간의 기울기의 절대값이 제3 임계값보다 큰 상기 이상 이력에 연관된 각 배터리 셀이 이상인 것으로 판정하는 배터리 관리 방법.
PCT/KR2021/010016 2020-07-31 2021-07-30 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법 Ceased WO2022025725A1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022552472A JP7453402B2 (ja) 2020-07-31 2021-07-30 バッテリー管理装置、バッテリーパック、バッテリーシステム及びバッテリー管理方法
EP25211906.0A EP4664130A3 (en) 2020-07-31 2021-07-30 Battery management apparatus, battery pack, battery system, and battery management method
PL21849784.0T PL4148446T3 (pl) 2020-07-31 2021-07-30 Urządzenie do zarządzania akumulatorem, pakiet akumulatorowy, system akumulatorowy oraz sposób zarządzania akumulatorem
EP21849784.0A EP4148446B1 (en) 2020-07-31 2021-07-30 Battery management apparatus, battery pack, battery system, and battery management method
US17/909,911 US12032033B2 (en) 2020-07-31 2021-07-30 Battery management apparatus, battery pack, battery system, and battery management method
CN202180018204.6A CN115280170B (zh) 2020-07-31 2021-07-30 电池管理装置、电池组、电池系统和电池管理方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0096289 2020-07-31
KR1020200096289A KR102717091B1 (ko) 2020-07-31 2020-07-31 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 배터리 관리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022025725A1 true WO2022025725A1 (ko) 2022-02-03

Family

ID=80035916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/010016 Ceased WO2022025725A1 (ko) 2020-07-31 2021-07-30 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12032033B2 (ko)
EP (2) EP4664130A3 (ko)
JP (1) JP7453402B2 (ko)
KR (1) KR102717091B1 (ko)
CN (1) CN115280170B (ko)
PL (1) PL4148446T3 (ko)
WO (1) WO2022025725A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115742858A (zh) * 2022-12-05 2023-03-07 珠海冠宇电源有限公司 一种电池保护方法、装置、电子设备及电池

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200008A1 (de) * 2022-01-03 2023-07-06 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und System zum effizienten Überwachen von Batteriezellen einer Gerätebatterie in einer geräteexternen Zentraleinheit mithilfe eines digitalen Zwillings
WO2023224414A1 (ko) * 2022-05-18 2023-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 자동차
KR20230167249A (ko) * 2022-05-31 2023-12-08 에스케이이노베이션 주식회사 배터리의 이상 감지 방법 및 이를 실행하는 배터리 관리 시스템
KR20240040991A (ko) * 2022-09-22 2024-03-29 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장기 시험 분석 장치 및 방법
KR20240069508A (ko) * 2022-11-11 2024-05-20 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치 및 그의 동작 방법
WO2025009738A1 (ko) * 2023-07-05 2025-01-09 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리 충방전 시스템
KR20250116366A (ko) * 2024-01-25 2025-08-01 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법
WO2025197446A1 (ja) * 2024-03-22 2025-09-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池状態推定システム、電池状態推定方法、及び電池状態推定プログラム
KR20250152333A (ko) * 2024-04-16 2025-10-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059544A (ja) * 2001-05-29 2003-02-28 Canon Inc 二次電池の内部情報検知方法、内部情報検知装置、内部情報検知プログラム及び該プログラムを収めた媒体
JP2003243048A (ja) * 2002-02-19 2003-08-29 Nippon Soken Inc 二次電池の劣化判定方法
KR20180055123A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 삼성전자주식회사 배터리 상태 추정 방법 및 장치
KR20200026128A (ko) * 2018-08-29 2020-03-10 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR20200077238A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 엘지화학 배터리 수명 예측 방법 및 이를 적용한 배터리 팩
KR20200096289A (ko) 2017-12-14 2020-08-11 도날드슨 컴파니, 인코포레이티드 여과기 주름 가공을 위한 주기적 반경 방향 대칭

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3537120B2 (ja) 1998-02-04 2004-06-14 日本電信電話株式会社 二次電池の劣化判定方法およびその回路
JP2002334728A (ja) 2000-08-15 2002-11-22 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子の作成方法及び光電変換素子
JP2002334726A (ja) * 2001-05-09 2002-11-22 Nissan Motor Co Ltd 組電池の異常セル検出装置および異常セル検出方法
JP4019815B2 (ja) * 2002-06-26 2007-12-12 日産自動車株式会社 組電池の異常診断装置および方法
JP2005322456A (ja) 2004-05-07 2005-11-17 Nissan Motor Co Ltd 異常セル検出装置
JP2007046942A (ja) 2005-08-08 2007-02-22 Nissan Motor Co Ltd 電池故障判定装置
JP2009145137A (ja) 2007-12-12 2009-07-02 Panasonic Corp 二次電池の検査方法
JP2009186235A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Ntt Docomo Inc モバイル機器及び電池情報表示方法
EP2333929A1 (en) * 2008-09-29 2011-06-15 Mitsumi Electric Co., Ltd. Mobile device, battery pack, display control method, and display control program
JP5515524B2 (ja) * 2009-09-01 2014-06-11 日産自動車株式会社 二次電池の劣化状態判別システム、および二次電池の劣化状態判別方法
US8219333B2 (en) * 2010-06-29 2012-07-10 O2Micro, Inc Battery management systems for protecting batteries from fault conditions
JP2013160582A (ja) 2012-02-03 2013-08-19 Ntt Facilities Inc 組電池システムおよび組電池システムの管理方法
JP5832380B2 (ja) 2012-06-07 2015-12-16 カルソニックカンセイ株式会社 組電池のセルの状態推定装置
JP5985280B2 (ja) 2012-07-05 2016-09-06 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の検査方法
JP2015125091A (ja) 2013-12-27 2015-07-06 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 二次電池の検査方法
CN105117615B (zh) * 2015-10-14 2017-11-14 哈尔滨工业大学 基于累积和控制图的卫星电源系统异常检测方法
JP7004650B2 (ja) 2016-07-12 2022-01-21 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン 情報処理装置、制御方法、及びプログラム
KR101916793B1 (ko) 2016-11-23 2018-11-08 현대오트론 주식회사 배터리 밸런싱 장치
KR102252178B1 (ko) 2017-03-23 2021-05-14 주식회사 엘지화학 머신 러닝 기법을 적용한 불량 셀 검출 방법
JP2018179684A (ja) 2017-04-10 2018-11-15 三菱自動車工業株式会社 二次電池の劣化状態推定装置並びにそれを備えた電池システム及び電動車両
CN109613435B (zh) * 2018-12-20 2022-07-05 常州普莱德新能源电池科技有限公司 一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059544A (ja) * 2001-05-29 2003-02-28 Canon Inc 二次電池の内部情報検知方法、内部情報検知装置、内部情報検知プログラム及び該プログラムを収めた媒体
JP2003243048A (ja) * 2002-02-19 2003-08-29 Nippon Soken Inc 二次電池の劣化判定方法
KR20180055123A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 삼성전자주식회사 배터리 상태 추정 방법 및 장치
KR20200096289A (ko) 2017-12-14 2020-08-11 도날드슨 컴파니, 인코포레이티드 여과기 주름 가공을 위한 주기적 반경 방향 대칭
KR20200026128A (ko) * 2018-08-29 2020-03-10 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR20200077238A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 엘지화학 배터리 수명 예측 방법 및 이를 적용한 배터리 팩

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4148446A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115742858A (zh) * 2022-12-05 2023-03-07 珠海冠宇电源有限公司 一种电池保护方法、装置、电子设备及电池

Also Published As

Publication number Publication date
EP4148446A1 (en) 2023-03-15
US12032033B2 (en) 2024-07-09
CN115280170A (zh) 2022-11-01
CN115280170B (zh) 2025-09-26
EP4664130A3 (en) 2026-02-25
EP4148446A4 (en) 2023-10-18
EP4148446B1 (en) 2026-01-28
US20230108798A1 (en) 2023-04-06
PL4148446T3 (pl) 2026-04-13
KR20220015790A (ko) 2022-02-08
JP2023516317A (ja) 2023-04-19
JP7453402B2 (ja) 2024-03-19
KR102717091B1 (ko) 2024-10-11
EP4664130A2 (en) 2025-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022025725A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법
WO2021049753A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2022177291A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 배터리 관리 방법
WO2021054618A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2022080709A1 (ko) 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템, 및 전기 차량
WO2022265358A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
WO2021241886A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
WO2020076127A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2020231086A1 (ko) 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩
WO2018124511A1 (ko) 배터리의 충전 상태를 캘리브레이션하기 위한 배터리 관리 장치 및 방법
WO2021251653A1 (ko) 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량
WO2023287180A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 진단 방법
WO2021230642A1 (ko) 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
WO2013147494A1 (ko) 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법
WO2017095066A1 (ko) 언노운 방전 전류에 의한 배터리 셀의 불량 검출 장치 및 방법
WO2021002658A1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 관리 방법
WO2022149890A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 시스템 및 배터리 진단 방법
WO2018124514A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 리튬인산철 셀의 과전압 보호 방법
WO2022158909A2 (ko) 버스바 진단 장치, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 버스바 진단 방법
WO2021091086A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법 및 에너지 저장 시스템
WO2023038398A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 진단 방법
WO2022030971A1 (ko) 배터리 진단 디바이스, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 진단 방법
WO2022145830A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2022149958A1 (ko) 배터리 제어 장치, 배터리 시스템, 전원 공급 시스템 및 배터리 제어 방법
WO2014084628A1 (ko) 배터리 전류 측정 장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21849784

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022552472

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021849784

Country of ref document: EP

Effective date: 20221205

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2021849784

Country of ref document: EP