WO2024054077A1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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홍성주
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to battery management technology, and more specifically, to technology that can efficiently diagnose a battery and thereby improve the performance or protection effect of the battery.
  • lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density.
  • batteries secondary batteries
  • ESS energy storage systems
  • Lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive and negative electrode plate coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • can-type secondary batteries can be divided into prismatic secondary batteries and cylindrical secondary batteries, depending on their shape.
  • a plurality of secondary batteries are electrically connected to each other and stored together inside a module case (module housing) or pack case (pack housing), and can form a battery module or battery pack.
  • each secondary battery included in the battery module or battery pack may be referred to as a battery cell.
  • a representative technology for this is a battery pack or ESS that includes a control device such as a BMS (Battery Management System) to diagnose the battery and take related actions.
  • BMS Battery Management System
  • the present invention was created to solve the above problems, and includes a battery management device and method that can efficiently diagnose a battery and thereby improve battery performance or safety, and application devices such as a battery pack including the same.
  • the purpose is to provide, etc.
  • a battery management device for achieving the above object includes a measurement module that measures state information of a battery; and a control module configured to compare the status information measured by the measurement module with a multi-level diagnostic standard to determine the diagnostic stage of the battery and perform a processing operation corresponding to the determined diagnostic stage.
  • the battery management device may further include a memory that stores the multi-level diagnostic criteria.
  • control module may be configured to classify an abnormal state of the battery into a plurality of diagnostic steps.
  • control module may be configured to determine the diagnostic stage for a plurality of diagnostic items.
  • the battery is configured in the form of a battery pack including a plurality of battery cells
  • the control module as the plurality of diagnostic items, diagnoses overvoltage for at least some battery cells among the plurality of battery cells or the entire battery pack. and low voltage diagnosis.
  • control module may be configured to perform diagnosis including charging and discharging for at least one of the current and temperature of the battery as the plurality of diagnostic items.
  • control module may be configured to perform, as the plurality of diagnostic items, including diagnosis of voltage imbalance between cells during charging and diagnosis of voltage imbalance between cells during rest.
  • control module may be configured to change the diagnostic criteria for at least some of the plurality of diagnostic items according to diagnostic results of other diagnostic items.
  • the measurement module may be configured to change the timing of measuring the state information of the battery for at least some of the plurality of diagnostic items according to the diagnosis results of other diagnostic items.
  • control module may be configured to distinguish the processing operations based on whether or not automatic release is possible for different diagnostic stages.
  • control module may be configured to divide the processing operations into limiting the output of the battery and blocking the output of the battery for different diagnostic stages.
  • control module may be configured to divide the processing operations into providing warning signals and adjusting output for different diagnostic stages.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes a battery management device according to the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention includes a battery management device according to the present invention.
  • a battery provision system includes a battery management device according to the present invention.
  • a battery management method includes measuring state information of the battery; Comparing the measured state information with multi-level diagnostic criteria to determine the diagnostic level of the battery; and performing a processing operation corresponding to the diagnosis step determined in the determination step.
  • more accurate diagnosis of the battery can be made possible and the monitoring function can be strengthened by subdividing the diagnostic criteria.
  • the performance, safety, and protection effect of the battery can be further improved through each step of processing.
  • preemptive response is possible through diagnosis such as warning stage or fault stage before the battery reaches an unusable or unrecoverable state such as failure. You can. Therefore, it is possible to suppress or delay the spread or expansion of a risk factor such as a fault or failure for the battery itself or a vehicle equipped with such a battery.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the functional configuration of a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing the multi-stage diagnosis configuration of a control module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing the multi-stage diagnosis configuration of a control module according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a table showing examples of diagnostic items by a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 5 and 6 are graphs showing voltage measurement results by diagnosis and control according to comparative examples and embodiments of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram schematically showing the configuration of changes in diagnostic criteria according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing the configuration of changes in diagnostic criteria according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a flowchart schematically showing a battery management method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the functional configuration of a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management device includes a measurement module 100 and a control module 200.
  • the measurement module 100 may be configured to measure battery status information.
  • the battery may be a concept including a battery cell representing a single secondary battery, a cell group including a plurality of such battery cells, a battery module, a battery pack, a battery rack, etc.
  • Battery state information may include the internal state and/or external state of the battery.
  • the measurement module 100 is the internal state of the battery, such as battery voltage, current, temperature, SOC (State Of Charge), internal resistance, SOH (State Of Health), charge/discharge state, rest state, and overvoltage.
  • information such as overcurrent status and balancing status can be measured.
  • the measurement module 100 may be equipped with various sensors such as a voltage sensor or a current sensor.
  • the measurement module 100 may measure state information such as temperature, humidity, smoke, etc. around the battery as the external state of the battery.
  • the measurement module 100 may be equipped with sensors such as a temperature sensor, a humidity sensor, and a smoke sensor.
  • the measurement module 100 may also be referred to as a sensor.
  • the measurement module 100 can measure battery status information one-dimensionally by measuring voltage, current, temperature, etc. through a sensor. Additionally, the measurement module 100 may be capable of two-dimensional processing, such as calculation, on information obtained one-dimensionally. For example, the measurement module 100 calculates or estimates the state of the battery, such as SOC, internal resistance, SOH, and imbalance, based on state information such as voltage, current, and temperature, and provides state information of the battery. can be measured.
  • the measurement module 100 may transmit the measured battery status information to the control module 200.
  • the control module 200 may receive measured state information from the measurement module 100. Additionally, the control module 200 may perform battery diagnosis and/or control operations using the status information received in this way.
  • control module 200 may be configured to compare status information measured by the measurement module 100 with diagnostic criteria. Additionally, the control module 200 may determine the diagnostic level of the battery based on the comparison result between the measurement information and the diagnostic criteria. In particular, the control module 200 may determine the diagnostic stage of the battery into multiple diagnostic stages. That is, the control module 200 can diagnose the battery in multiple stages. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the multi-stage diagnosis configuration of the control module 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the diagnosis stage is divided into five stages. Looking more specifically, there are five levels (Level 1 to 5) and each diagnostic stage corresponding to each level is divided into Normal, Warn1, Warn2, Fault, and Failure.
  • Normal, Warn1, Warn2, Fault, and Failure can be referred to or interpreted as normal, warning, danger, defect, and failure, respectively, in that order, but of course, these names or meanings can be modified into various other forms. .
  • the control module 200 may determine which diagnostic stage the battery to be diagnosed (target battery or diagnostic battery) belongs to among a plurality of diagnostic stages. For example, in the embodiment of FIG. 2, the control module 200 may determine that the battery to be diagnosed is in the Warn1 (warning) stage of level 2. Alternatively, in the embodiment of FIG. 2, the control module 200 may determine that the battery to be diagnosed is in the Warn2 (critical) level of level 3.
  • diagnostic criteria may be configured in a multi-stage form. And, through this multi-stage diagnosis standard, a multi-stage diagnosis of the battery can be performed.
  • diagnostic criteria may have multiple reference values.
  • the diagnostic criteria may have two or more reference values.
  • the diagnostic criteria may have four or more reference values.
  • R1, R2, R3, and R4 may be standards for distinguishing between the Normal stage and the Warn1 stage, between the Warn1 stage and the Warn2 stage, between the Warn2 stage and the Fault stage, and between the Fault stage and the Failure stage.
  • each reference value R1, R2, R3, and R4 may be a value representing a specific numerical value or a value representing a specific range.
  • the diagnostic steps can be divided into three or more. That is, the number of diagnostic steps may be one more than the number of reference values. For example, in the embodiment of FIG. 2, since there are four reference values, the diagnostic steps can be divided into five.
  • each diagnostic criterion is shown in a form that distinguishes two neighboring diagnostic stages, but this is only an example, and the diagnostic criteria may be prepared in various other forms.
  • diagnostic criteria can be expressed as the range of each diagnostic step.
  • a value of 0 to 1 is level 1 (Normal)
  • a value of 1 to 2 is level 2 (Warn1)
  • a value of 2 to 3 is level 3 (Warn2), 3 to 4.
  • the diagnostic criteria can be set so that the value of is level 4 (Fault), and the value of 4 or higher is level 5 (Failure).
  • control module 200 can perform multi-stage diagnosis into four diagnosis stages according to three diagnosis criteria.
  • control module 200 may be configured to perform a processing operation corresponding to the determined diagnostic level.
  • the corresponding processing operation may be implemented in various forms or ways.
  • the control module 200 may transmit or store information about the diagnosis stage of the target battery to other components. For example, if the target battery has been diagnosed as being at the Warn1 (warning) level, the control module 200 may transmit information that the target battery has been diagnosed as being at the Warn1 (warning) level to other components.
  • the other components may be components included inside the battery management device according to the present invention, or may be components included in another device existing outside the battery management device.
  • the battery management device is a higher-level control system on the vehicle side, such as a VCU (Vehicle Control Unit) or ECU (Energy Control Unit), and the diagnostic step determined for the target battery. can be transmitted.
  • VCU Vehicle Control Unit
  • ECU Electronicgy Control Unit
  • the control module 200 may transmit a diagnostic signal of the target battery using various wired or wireless communication configurations or methods. For example, the control module 200 may transmit information about the determined diagnostic stage of the target battery to the vehicle-side control system using CAN (Controller Area Network) communication. The control module 200 can define and transmit this diagnostic signal as a 4-bit signal. However, these diagnostic signals may be defined or delivered in various other ways.
  • control module 200 may be configured to control the charging or discharging operation of the battery as a processing operation for the diagnosis stage of the target battery. At this time, the control module 200 can directly perform charge/discharge control for the target battery. Alternatively, the control module 200 may indirectly instruct or control other components located inside or outside the battery management device to perform charge/discharge control. In this case, as in the previously described embodiment, the control module 200 may transmit information about the diagnostic stage to other components and allow the corresponding components to perform charge/discharge control, etc.
  • the control module 200 can perform processing operations for each of multiple diagnostic steps. At this time, the control module 200 may be configured to perform different processing operations for each diagnostic step. Additionally, the control module 200 may perform at least partially the same processing operations for different diagnostic steps. Additionally, processing operations by the control module 200 do not necessarily include only active operations and may also include passive operations. In particular, processing operations by the control module 200 may include not performing any control or communication.
  • control module 200 may transmit the performed processing results to other components.
  • diagnosis and management may be possible not only for a single battery cell, but also for units containing multiple battery cells, such as cell assemblies, battery modules, battery packs, battery racks, and energy storage systems. .
  • the control module 200 includes, at least in part, processors, controllers, application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, and data known in the art. Related operations or functions can be performed by selectively including a processing device, etc. Additionally, these operations may be implemented as software, in which case the program may be stored in internal or external memory. In this respect, the control module 200 may be replaced with terms such as processor, controller, or chipset. Additionally, at least some functions of the measurement module 100 may also be implemented using these known components.
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • the control module 200 does not necessarily have to be physically integrated or located in the same location. For example, some functions of the control module 200 may be performed on the battery pack side, and other functions of the control module 200 may be performed on the vehicle side.
  • control module 200 may be implemented by a battery management system (BMS), which is typically included in a battery pack or ESS.
  • BMS battery management system
  • at least a portion of the control module 200 may be implemented as included in a battery (battery pack).
  • at least a portion of the control module 200 may be located outside the battery.
  • at least some functions of the control module 200 may be implemented by a control device mounted in the vehicle, such as a VCU or ECU.
  • the measurement module 100 may also be implemented as integrated or separate parts or components.
  • the battery diagnosis device may further include a memory 300.
  • the memory 300 may store diagnostic criteria in a multi-tiered form in advance. And, the control module 200 can access the memory 300 and read the stored diagnostic criteria. In addition, the memory 300 may store various data or programs necessary for each component of the battery management device according to the present invention, such as the measurement module 100 and/or the control module 200, to perform its functions. .
  • the memory 300 may be implemented in an integrated form with other components included in the battery management device, such as a component functioning as the control module 200.
  • the memory 300 may be implemented as an internal memory provided to a processor functioning as the control module 200.
  • the type of the memory 300 is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the memory 300 may be implemented as RAM, ROM, register, hard disk, optical recording medium, or magnetic recording medium.
  • diagnostic criteria may be provided from components that exist outside the battery management device.
  • diagnostic criteria may be provided to the control module 200 from a higher level system of the battery management device, such as the vehicle side.
  • the diagnostic criteria may be provided to the control module 200 from a battery provision system communicatively connected to the battery management device, such as a battery charging system or a battery exchange system.
  • the memory 300 may temporarily store the provided diagnostic criteria.
  • the memory 300 may be a volatile memory such as RAM.
  • control module 200 may be configured to classify an abnormal state of the battery into a plurality of diagnostic stages. That is, the control module 200 may be configured to diagnose the battery into a normal state and an abnormal state, and to diagnose the abnormal state by subdividing it into two or more stages.
  • the control module 200 is in an abnormal state rather than a normal state with respect to the battery, at least among the Warn1 stage, Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage. It can be configured to diagnose by dividing it into two or more stages. In a more specific embodiment, the control module 200 may diagnose an abnormal state of the battery by dividing it into four stages (Warn1/Warn2/Fault/Failure). As another example, the control module 200 integrates the Warn1 stage and the Warn2 stage into one such as the Warn stage in the embodiment of FIG. 2, dividing the abnormal state of the battery into a total of three stages (Warn/Fault/Failure). It can be configured to diagnose.
  • multiple abnormal stages diagnosed by the control module 200 may be classified according to the degree of abnormality.
  • multi-level diagnostic criteria can be arranged in the order of increasing severity from normal to abnormal situations.
  • the Warn1 stage, Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage may all be diagnostic stages indicating an abnormal situation of the battery.
  • the Warn1 stage may be located immediately following the Normal stage.
  • the Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage may be located sequentially.
  • the order listed sequentially in a direction gradually moving away from the normal state is Warn1 stage, Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage.
  • the Warn1 stage represents the state in which the degree of abnormality in the battery is the weakest
  • the Failure stage represents the state in which the degree of abnormality in the battery is the most serious.
  • the Warn1 stage and Warn2 stage may be stages given when the normal use range of the battery is exceeded, but the situation is not serious. Additionally, the Warn1 stage may indicate a state with a relatively lower degree of abnormality than the Warn2 stage. In other words, it can be said that the Warn1 stage represents the earliest abnormal state among several abnormal stages.
  • the Warn1 stage may be a diagnostic stage determined when a defect is likely to occur if the battery or related parts continuously maintain the corresponding state.
  • the Warn2 stage may be a diagnostic stage determined when there is a high possibility of a defect occurring if the battery or related components continuously maintain the corresponding state.
  • the Warn1 stage may be referred to as a warning stage
  • the Warn2 stage may be referred to as a risk stage.
  • the Fault stage and Failure stage can be said to represent a state with a more severe degree of abnormality than the Warn1 stage and Warn2 stage.
  • the Fault stage may be a diagnostic stage determined when a defect in the battery or related parts has already occurred and the state is continuously maintained, and there is a very high possibility that a failure of the battery or related devices or parts will occur. .
  • the Failure stage is when the battery or related parts have already failed, when the battery, etc. can no longer be used, when normal recovery is not possible, when use of the battery, etc. must be discontinued immediately, or when inspection at a service center is required. This may be a diagnostic step determined in the most serious situations, such as when necessary.
  • the Fault stage may be referred to as a defect stage
  • the Failure stage may be referred to as a failure stage.
  • the diagnostic criteria may include a plurality of reference values, that is, a first reference value (R1), a second reference value (R2), a third reference value (R3), and a fourth reference value (R4).
  • the first reference value (R1), the second reference value (R2), the third reference value (R3), and the fourth reference value (R4) are between the normal stage and the Warn1 stage, between the Warn1 stage and the Warn2 stage, and between the Warn2 stage and the Fault stage. It may be a reference value for distinguishing between the Fault stage and the Failure stage.
  • first reference value (R1), the second reference value (R2), the third reference value (R3), and the fourth reference value (R4) may be configured in a form in which the numerical value gradually increases or decreases.
  • the numerical value for each reference value may be configured as R1 ⁇ R2 ⁇ R3 ⁇ R4, or R1>R2>R3>R4.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the multi-stage diagnosis configuration of the control module 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the abnormal state of the battery may be located in both directions relative to the normal state.
  • various diagnostic steps are arranged in a vertical direction.
  • the vertical arrangement of each diagnostic stage may be made according to the height of the numerical value. In other words, it may mean that the specific value is higher towards the upper side, and the specific value is lower towards the lower side.
  • Warn1 stage, Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage may be sequentially placed on both sides of the Normal stage, respectively. That is, two Warn1 stages, Warn2 stages, Fault stages, and Failure stages may be placed around the normal stage.
  • diagnostic criteria are specific, such as RN, R1', R1'', R2', R2'', R3', R3'', R4', R4'' It can be set in a form that represents the range. At this time, R1', R2', R3', and R4' may be in a range with values lower than RN. On the other hand, R1'', R2'', R3'', and R4'' may be in a range with values higher than RN.
  • control module 200 may diagnose the battery as abnormal. Additionally, the control module 200 can diagnose and classify to which stage the abnormal state of the battery corresponds.
  • the control module 200 may diagnose that the battery in question is in the Warn1 stage. As another example, if it is determined that the value of a specific diagnostic item falls within the range indicated by R3' or R3'', the control module 200 may diagnose that the battery in question is in the fault stage.
  • diagnosis is performed in several stages according to the degree of abnormality of the battery, thereby enabling more accurate and detailed diagnosis of the abnormal state of the battery, thereby enabling more effective response measures to be taken.
  • a serious failure state such as a failure stage
  • abnormality diagnosis of the battery is made step by step, and proactive measures through such diagnosis may be possible.
  • continuous monitoring of abnormal situations in the battery may be possible, and appropriate corresponding measures may be taken to prevent, suppress, or delay the battery from reaching a serious situation such as the Fault or Failure stage.
  • the control module 200 may be configured to determine a diagnosis level for a plurality of diagnosis items. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 4 .
  • Figure 4 is a table showing examples of diagnostic items by a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • the control module 200 can perform battery diagnosis on a variety of diagnostic items.
  • FIG. 4 includes 14 diagnostic items, and the control module 200 may be configured to diagnose the battery for all or part of these diagnostic items.
  • the plurality of diagnostic items may include diagnosis related to battery voltage, current, temperature, balancing, etc.
  • the control module 200 can perform multi-stage diagnosis for each of these plurality of diagnosis items. For example, for the voltage, current, and temperature of the battery, abnormal situations can be determined in multiple stages, such as Warn1 stage, Warn2 stage, Fault stage, and Failure stage.
  • control module 200 may diagnose some of the plurality of diagnostic items in numbers that are different from other diagnostic items. For example, for diagnostic items related to the voltage and current of the battery, the diagnostic level of an abnormal state can be determined in 4 levels, and for diagnostic items related to the temperature of the battery, the diagnostic level of the abnormal state can be determined in 3 levels. .
  • diagnosis and response can be possible by diagnosing multiple abnormal states for each of the various diagnostic items that determine the state of the battery. Moreover, in this case, diagnosis or response to battery abnormalities can be made more quickly or efficiently.
  • diagnostic items may include cell overvoltage diagnosis.
  • Cell overvoltage diagnosis may be performed in the form of diagnosing whether the voltage for one or more battery cells is higher than normal.
  • the voltage is measured for each of the plurality of battery cells, and the highest voltage among them can be selected as the maximum voltage.
  • cell overvoltage diagnosis can be performed by diagnosing whether the selected maximum voltage is in an overvoltage state higher than the normal voltage state (diagnosis standard).
  • diagnostic items may include cell low voltage diagnosis.
  • Cell low voltage diagnosis may be performed in the form of diagnosing whether the voltage for one or more battery cells is lower than normal. In particular, when a plurality of battery cells are included, the voltage is measured for each of the plurality of battery cells, and the lowest voltage among them may be selected as the lowest voltage. Additionally, cell low voltage diagnosis can be performed by diagnosing whether the selected lowest voltage is in a low voltage state lower than the normal voltage state (diagnosis standard).
  • diagnostic items may include pack overvoltage diagnosis.
  • Pack overvoltage diagnosis may be to diagnose whether the voltage of a battery pack containing a plurality of battery cells is higher than normal.
  • the voltage of the battery pack may mean the voltage at the pack terminal of the battery pack or the average voltage for several battery cells included in the battery pack.
  • pack overvoltage diagnosis can be performed by calculating the average cell voltage for a plurality of battery cells and diagnosing whether an overvoltage state is higher than the normal voltage state (diagnosis standard) with respect to the calculated average cell voltage. .
  • This pack overvoltage diagnosis may be referred to as cell average overvoltage diagnosis when the average voltage of all battery cells is diagnosed as overvoltage.
  • the term 'battery pack' refers not only to a battery pack in which a plurality of battery cells are stored in a pack housing in a narrow sense, but also to a battery module or multiple battery modules stored inside a battery pack in a broad sense.
  • a battery rack in which a battery pack is stored may also be conceptually included.
  • 'battery pack' may be interpreted in this broad sense.
  • diagnostic items may include pack low voltage diagnosis.
  • the pack low voltage diagnosis may be to diagnose whether the voltage of a battery pack containing a plurality of battery cells is lower than normal.
  • the voltage of the battery pack may refer to the voltage at the pack terminal or the average cell voltage.
  • pack low voltage diagnosis may also be referred to as cell average low voltage diagnosis.
  • the measurement module 100 may include a voltage sensor. Additionally, the voltage information measured by the voltage sensor may be transmitted to the control module 200 as battery status information. Additionally, the control module 200 may diagnose an overvoltage or undervoltage condition for the battery cell or battery pack based on voltage information about the battery cell or battery pack transmitted from the voltage sensor.
  • diagnostic items may include charging overcurrent diagnosis.
  • Charging overcurrent diagnosis may be used to diagnose whether the charging current is higher than normal in a situation where battery cells, battery packs, etc. are being charged.
  • the charging current for which overcurrent is diagnosed may be the current flowing in one or more battery cells or the current flowing in the entire battery pack. For example, when charging a battery pack containing multiple battery cells, the largest current among the currents of each battery cell is determined as the maximum charging current, and this maximum charging current is higher than the normal current range (diagnosis standard). It can be diagnosed whether it is present or not.
  • diagnostic items may include discharge overcurrent diagnosis.
  • Discharge overcurrent diagnosis may be to diagnose whether the discharge current is higher than normal in a situation where a battery cell, battery pack, etc. is being discharged.
  • the discharge current for which overcurrent is diagnosed may be the current flowing in one or more battery cells or the current flowing in the entire battery pack. For example, when discharging a battery pack containing multiple battery cells, the largest current among the currents of each battery cell is determined as the maximum discharge current, and this maximum discharge current is higher than the normal current range (diagnosis standard). It can be diagnosed whether it is present or not.
  • the measurement module 100 may include a current sensor. And, the current information measured by the current sensor may be transmitted to the control module 200 as battery status information. Additionally, the control module 200 may diagnose an overcurrent condition for the corresponding battery cell or battery pack based on current information of the cell or pack received from the current sensor.
  • diagnostic items may include high charging temperature diagnosis.
  • the high charging temperature diagnosis may be to diagnose whether the temperature is higher than normal when charging a battery cell or battery pack.
  • the temperature of the plurality of battery cells may be measured during charging, and the highest temperature among the several measured temperatures may be determined as the maximum temperature during charging. And, the diagnosis of high charging temperature can be made based on whether the maximum temperature during charging is higher than the normal temperature range (diagnosis standard).
  • high charging temperature diagnosis may be performed in the form of measuring the temperature of several battery cells during charging and comparing the average value of several temperature measurements with a normal temperature range.
  • high charging temperature diagnosis may be made based on whether the highest temperature measurement value among temperature measurement values measured at different points in time during charging is higher than the normal temperature range.
  • diagnostic items may include high discharge temperature diagnosis.
  • the high discharge temperature diagnosis may be to diagnose whether the temperature is higher than normal when discharging a battery cell or battery pack.
  • the temperature of the plurality of battery cells may be measured during discharging, and the highest temperature among the several measured temperatures may be determined as the maximum temperature during discharging.
  • high discharge temperature diagnosis can be made based on whether the maximum temperature during discharge is higher than the normal temperature range (diagnosis standard).
  • high discharge temperature diagnosis may be performed in the form of measuring the temperature of several battery cells during discharge and comparing the average value of several temperature measurements with a normal temperature range.
  • high discharge temperature diagnosis may be made based on whether the highest temperature measurement value among temperature measurements measured at different points in time during discharge is higher than the normal temperature range.
  • diagnostic items may include low charging temperature diagnosis.
  • the low charging temperature diagnosis may be to diagnose whether the temperature is lower than normal when charging a battery cell or battery pack.
  • the lowest temperature among the several measured temperatures may be determined as the lowest temperature during charging.
  • the low charging temperature diagnosis can be made based on whether the lowest temperature during charging is lower than the normal temperature range (diagnosis standard).
  • low-temperature charging diagnosis may be performed in the form of measuring the temperature of several battery cells during charging and comparing the average value of several temperature measurements with a normal temperature range.
  • low charging temperature diagnosis may be made based on whether the lowest temperature measurement value among temperature measurement values measured at different points in time during charging is lower than the normal temperature range.
  • diagnostic items may include discharge low temperature diagnosis.
  • the discharge low temperature diagnosis may be to diagnose whether the temperature is lower than normal when discharging a battery cell or battery pack.
  • the lowest temperature among the several measured temperatures may be determined as the lowest temperature during discharge. Additionally, low discharge temperature diagnosis can be made based on whether the lowest temperature during discharge is lower than the normal temperature range (diagnosis standard).
  • low-discharge temperature diagnosis may be performed in the form of measuring the temperature of several battery cells during discharge and comparing the average value of several temperature measurements with a normal temperature range.
  • low discharge temperature diagnosis may be made based on whether the lowest temperature measurement value among temperature measurement values measured at different points in time during discharge is higher than the normal temperature range.
  • the measurement module 100 may include a temperature sensor such as a thermistor. At this time, the temperature sensor may be located on the outer or inner surface of a battery cell or battery pack, or in an outer or inner space, and measure the ambient temperature.
  • a temperature sensor such as a thermistor.
  • Temperature information measured by the temperature sensor may be transmitted to the control module 200 as battery status information. Additionally, the control module 200 may diagnose the high/low temperature status of the battery cell or battery pack based on temperature information of the battery cell or battery pack transmitted from the temperature sensor.
  • diagnostic items may include diagnosing voltage imbalance between cells during charging. Diagnosing voltage imbalance between cells during charging may be used to diagnose whether voltage imbalance occurs between multiple battery cells when charging is performed in a battery pack including multiple battery cells.
  • diagnostic items may include diagnosis of voltage imbalance between cells during rest. Diagnosing voltage imbalance between cells during rest may be used to diagnose whether an imbalance in voltage between multiple battery cells occurs in a rest section where charging or discharging is not performed in a battery pack containing a plurality of battery cells.
  • Diagnosis of voltage imbalance between cells during charging or resting may be performed by the control module 200 comparing the voltages of a plurality of battery cells based on voltage measurement information transmitted from a voltage sensor. For example, the control module 200 calculates the voltage difference between a plurality of battery cells, determines whether or to what extent the calculated voltage difference deviates from the reference voltage difference, which is a diagnostic standard, and determines the voltage imbalance between cells. The condition can be diagnosed.
  • diagnostic items may include diagnosis of temperature imbalance between cells. Diagnosing temperature imbalance between cells may be used to diagnose whether temperature imbalance between battery cells occurs during operation of the battery pack in a configuration including a plurality of battery cells, such as a battery pack.
  • a temperature sensor is provided as the measurement module 100, so that the temperature of a plurality of battery cells can be measured. Additionally, the measured temperature information of each cell may be transmitted to the control module 200 as battery state information. Then, the control module 200 can diagnose a temperature imbalance state by comparing the temperatures of each delivered cell. For example, the control module 200 calculates the temperature difference between a plurality of battery cells, determines whether or to what extent the calculated temperature difference deviates from the reference temperature difference, which is a diagnostic standard, and determines the state of temperature imbalance between cells. It can be diagnosed.
  • diagnostic items may include diagnosis of state of charge (SOC) imbalance between cells. Diagnosis of SOC imbalance between cells is performed on the SOC between battery cells when the battery pack is in operation in a configuration that includes a large number of battery cells, such as in a battery pack. This may be to diagnose whether an imbalance has occurred.
  • SOC state of charge
  • a voltage sensor and/or a current sensor may be provided as the measurement module 100, and voltage or current for a plurality of battery cells may be measured and transmitted to the control module 200. Additionally, the control module 200 can calculate the SOC of each cell based on the delivered voltage or current information. Additionally, the control module 200 may compare the SOC of each cell calculated in this way to diagnose the SOC imbalance between cells. For example, the control module 200 calculates the SOC difference between a plurality of battery cells, determines whether or to what extent the calculated SOC difference deviates from the standard SOC difference, which is a diagnostic standard, and determines the SOC difference between cells. Imbalance conditions can be diagnosed.
  • the control module 200 may perform diagnosis on all or at least one of the plurality of diagnostic items as shown in FIG. 4 .
  • the control module 200 provides a plurality of diagnostic items, such as overvoltage for at least some battery cells among the plurality of battery cells or the entire battery pack. It may be configured to perform diagnostics, including low voltage diagnostics. For example, the control module 200 may perform at least cell overvoltage diagnosis, cell undervoltage diagnosis, pack overvoltage diagnosis, and pack undervoltage diagnosis among the plurality of diagnosis items shown in FIG. 4 .
  • the measurement module 100 may include a voltage sensor, measure the voltage of the battery cell and the battery pack, and transmit the measured voltage information to the control module 200. Then, the control module 200 can diagnose both overvoltage and undervoltage states for the battery cell and battery pack based on the voltage information transmitted from the measurement module 100.
  • control module 200 may perform a corresponding operation based on the diagnosis result. For example, when overvoltage or undervoltage for a battery cell or battery pack is diagnosed, the control module 200 may transmit a diagnostic signal containing diagnostic information to a higher level system on the vehicle side.
  • control module 200 may be configured to perform a plurality of diagnostic items, including diagnosis when charging and diagnosis when discharging, for at least one of the current and temperature of the battery.
  • control module 200 may perform at least charging overcurrent diagnosis and discharging overcurrent diagnosis among the plurality of diagnosis items shown in FIG. 4 . Additionally, the control module 200 may perform high-temperature charging diagnosis, high-temperature discharging diagnosis, low-charging temperature diagnosis, and low-discharging temperature diagnosis among the plurality of diagnostic items shown in FIG. 4 .
  • the measurement module 100 may be provided with a current sensor and/or a temperature sensor and transmit measured current or temperature information to the control module 200.
  • the control module 200 can diagnose an overcurrent state, a high temperature state, a low temperature state, etc. for a battery cell or battery pack, based on the current or temperature information transmitted from the measurement module 100.
  • control module 200 can perform both charging and discharging diagnosis when diagnosing conditions such as overcurrent, high temperature, or low temperature.
  • the control module 200 considers both the diagnosis results during charging and the diagnosis results during discharging and performs a comprehensive status diagnosis, thereby enabling more accurate and detailed battery diagnosis.
  • control module 200 may be configured to perform a plurality of diagnostic items, including diagnosis of voltage imbalance between cells during charging and diagnosis of voltage imbalance between cells during rest.
  • control module 200 may perform at least inter-cell voltage imbalance diagnosis during charging and inter-cell voltage imbalance diagnosis during rest among the plurality of diagnostic items shown in FIG. 4 .
  • the measurement module 100 is provided with a voltage sensor or a current sensor and can measure voltage or current for several battery cells. In particular, this measurement can be made both in a charging state and in a resting state of the battery pack. Then, the measurement information is transmitted to the control module 200, so that the control module 200 can diagnose the voltage imbalance between cells during charging and resting, respectively. Additionally, the control module 200 may transmit a diagnostic signal including such diagnostic information to a higher level system, such as a vehicle.
  • diagnostic items may additionally or alternatively include other items in addition to the various items described above with reference to FIG. 4 .
  • the control module 200 may determine the diagnostic stage in multiple stages for at least one of a plurality of diagnostic items. And, the control module 200 may perform a corresponding control operation according to the diagnosis result for the diagnosis item. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 5 and 6.
  • Figures 5 and 6 are graphs showing voltage measurement results during charging by different diagnosis and control for the same type of battery.
  • Figure 6 is example data to which the battery management technology according to an embodiment of the present invention is applied
  • Figure 5 is comparative example data to which the battery management technology according to the present invention is not applied in order to be compared with this example data.
  • FIGS. 5 and 6 may be the result of performing cell overvoltage diagnosis.
  • the vertical axis is the voltage axis and may have units of [mV], and the horizontal axis may represent the measurement cycle. Alternatively, the horizontal axis may be expressed as time, SOC, charged capacity, etc.
  • RA the voltage measurement value.
  • This standard value is set at approximately 4250mV and may be used to classify a failure state.
  • a number of reference values are set for diagnosing battery overvoltage.
  • the number of reference values may be set to four, as indicated by RB1, RB2, RB3, and RB4 in FIG. 6.
  • the four reference values are diagnostic criteria for diagnosing an abnormal state of the battery and may have different values. In particular, it can have gradually higher values from RB1 to RB4. In this case, it can be said that the diagnosis level for the abnormal state of the battery consists of four levels.
  • RB4 may be set to approximately 4250 mV, similar to the reference value set for RA in FIG. 5.
  • RB4 may be a diagnostic standard for classifying a battery failure state.
  • RB3 it has a lower value than RB4, such as 4200mV, and may be a diagnostic standard for distinguishing a fault state before battery failure.
  • RB2 has a lower value than RB3 and may be a diagnostic standard for distinguishing risk (Warn2) before a battery defect.
  • it has a lower value than RB2 and may be a diagnostic standard for distinguishing a warning (Warn1) before a battery is in danger.
  • Multiple diagnostic criteria for multi-stage diagnosis as shown in FIG. 6 may be reflected through source code modification of the diagnostic portion in the software of the control module 200. And, the control module 200 can perform a step-by-step processing routine after multi-stage diagnosis.
  • the control module 200 transmits a warning signal to the upper system as a corresponding processing operation or sends a warning signal to the user. can be displayed. Thereafter, the charging of the battery continues, and when the measured voltage reaches RB2, as indicated by P2, the control module 200 performs a corresponding processing operation to limit or reduce the charging current for the corresponding battery.
  • the increase in voltage can be suppressed. Accordingly, the voltage of the battery in question can be prevented from reaching the failure stage indicated by RB3 as well as the failure stage indicated by RB4. Therefore, in this case, the deterioration of the battery condition to the point where the battery fails or approaches it can be prevented or delayed.
  • control module 200 may perform such multi-stage diagnosis and processing operations on all or at least two of the plurality of diagnosis items shown in FIG. 4.
  • control module 200 may directly provide a display unit or provide related data to an external display device.
  • control module 200 may transmit the diagnosis results to the vehicle-side system, and the vehicle may provide these diagnosis results to the occupants through the vehicle monitor.
  • the control module 200 may be configured to change the diagnostic criteria provided for multi-stage diagnosis.
  • the control module 200 performs diagnosis and control according to multiple diagnostic criteria, the range or value may be changed for all or part of the multiple diagnostic criteria. This implementation configuration will be described in more detail with additional reference to FIG. 7 and the like.
  • Figure 7 is a diagram schematically showing the configuration of changes in diagnostic criteria according to an embodiment of the present invention.
  • the vertical axis represents temperature
  • the horizontal axis may represent measurement rounds or time, as shown in FIG. 6.
  • FIG. 7 may show diagnostic criteria related to high charging temperature diagnosis among the diagnostic items in FIG. 4 .
  • RC4 may have the highest temperature value and RC1 may have the lowest temperature value.
  • the control module 200 may change one or more of the four diagnostic criteria.
  • the control module 200 may change three of the four diagnostic criteria (RC1, RC2, and RC3). Looking more specifically, the control module 200 can change the first diagnostic standard RC1, which distinguishes the warning (Warn1) stage, into a new diagnostic standard RC1' by moving it in the downward direction as indicated by arrow a1. . Additionally, the control module 200 may change the second diagnosis standard RC2, which classifies the risk (Warn2) level, into a new diagnosis standard RC2' by moving it downward as indicated by arrow a2. Additionally, the control module 200 can change the third diagnosis standard RC3, which classifies the fault stage, into a new diagnosis standard RC3' by moving it downward as indicated by arrow a3.
  • abnormal diagnosis results for temperature may vary.
  • the control module 200 determines the battery high temperature diagnosis-related Therefore, it can be determined that it is in a normal state.
  • the control module 200 may diagnose that the battery is in a warning (Warn1) stage, which is one of the abnormal states, as a result of diagnosing the high charging temperature of the battery.
  • control module 200 may change the diagnosis criteria for at least some diagnosis items according to the diagnosis results of other diagnosis items. Furthermore, when another diagnostic item is diagnosed as being at a specific abnormal level, the control module 200 may change the diagnostic criteria for the corresponding diagnostic item.
  • control module 200 may change the diagnosis criteria for the high temperature diagnosis item as shown in FIG. 7 according to the diagnosis result for the overvoltage diagnosis item as shown in FIG. 6 .
  • the control module 200 sets the diagnostic criteria as shown in FIG. 7 when diagnosing high temperature, which is another diagnostic item, for the corresponding battery cell. It can be changed as shown.
  • control module 200 may change the reference value in an upward or downward direction.
  • diagnostic items such as cell overvoltage diagnosis, pack overvoltage diagnosis, charge/discharge overcurrent diagnosis, charge/discharge high temperature diagnosis, etc. may fall into this category.
  • the reference value that serves as the diagnostic standard is set. It can be raised.
  • the abnormal diagnosis standard for a specific diagnostic item can be lowered or relaxed, enabling more rapid diagnosis and preemptive processing of the abnormal situation.
  • an abnormality occurs in the battery, there is a high possibility that it will be diagnosed as abnormal in various diagnostic items. For example, because diagnostic items related to voltage, current, and temperature are highly related to each other, if one of them is diagnosed as abnormal, there is a high possibility that other items will also be diagnosed as abnormal.
  • the control module 200 can diagnose the battery as being at a fault level in the high charging temperature category and perform more active and enhanced response operations. Therefore, in this case, more active and rapid action on high-temperature charging items may be possible.
  • the control module 200 may consider not only one diagnostic item but also the diagnostic results of multiple diagnostic items when changing the diagnostic criteria. For example, when diagnosing cell overvoltage, the control module 200 may change the diagnosis criteria by considering the pack overvoltage diagnosis result, the charging overcurrent diagnosis result, and the charging high temperature diagnosis result. As another example, when diagnosing a cell low voltage, the control module 200 may change the diagnosis criteria by considering the pack low voltage diagnosis result, the discharge low temperature diagnosis result, etc.
  • each diagnostic criterion is shown as being changed only once, but the present invention is not limited to this embodiment.
  • the control module 200 can change at least one diagnostic criterion to two levels or more. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 8 and the like.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing the configuration of changes in diagnostic criteria according to another embodiment of the present invention.
  • the vertical axis represents current
  • the horizontal axis may represent measurement rounds or time, as shown in FIG. 6.
  • three diagnostic criteria may be provided to diagnose battery current, such as charging overcurrent.
  • the overcurrent diagnosis of the battery can be performed by dividing the abnormal state into three stages.
  • RD3 is the highest current value and may be a diagnostic standard for classifying the failure stage.
  • RD2 may be a diagnostic standard for distinguishing between the Fault stage and RD1 between the integrated Warn stage.
  • control module 200 may change the diagnosis criterion RD3 to RD3' or RD3'' according to the diagnosis results of other diagnosis items.
  • control module 200 may first change RD3 to RD3' according to the diagnosis results of other diagnostic items, and then secondarily change it to RD3'' when a certain condition is satisfied.
  • the level of change in the diagnostic criteria may be determined by considering an abnormal level in another diagnostic item.
  • the control module 200 may be configured to increase the level of change in the diagnostic criteria when the abnormal state of other diagnostic items is relatively more serious.
  • the control module 200 determines the defect and failure with respect to the charging overcurrent diagnosis shown in FIG. 8.
  • the diagnostic criteria RD2 and RD3 can be lowered to RD2' and RD3'.
  • the control module 200 uses the diagnosis criteria RD2' and RD3 for the charging overcurrent diagnosis in FIG. 8. ' can be lowered further to RD2'' and RD3''.
  • the Fault stage can be diagnosed immediately without going through the Warn2 stage.
  • the control module 200 may directly lower the diagnosis criteria from RD2 and RD3 to RD2'' and RD3'' for the charging overcurrent diagnosis item in FIG. 8 . That is, each diagnostic standard can be changed to several levels, and the control module 200 can change the diagnostic criteria sequentially according to the level or change it to skip a specific level.
  • the change stage may be determined by considering the diagnosis results of several other diagnostic items together.
  • various other diagnostic items such as cell overvoltage diagnosis item, pack overvoltage diagnosis item, high charging temperature diagnosis item, and voltage imbalance diagnosis item between cells during charging are considered together and the diagnosis criteria are changed. It can be.
  • the control module 200 may determine the level of change in the diagnostic criteria for the charging overcurrent diagnostic item of FIG. 8 according to the number of diagnostic items diagnosed as abnormal, among other diagnostic items.
  • the control module 200 performs the Fault and Failure stages of FIG. 8.
  • the diagnostic criteria for can be changed from RD2 and RD3 to RD2' and RD3', respectively.
  • the control module 200 sets the diagnostic criteria for the defect and failure stages in FIG. 8 to RD2 and RD3 or RD2, respectively. From 'and RD3', it can be changed to RD2'' and RD3''.
  • control module 200 may restore the diagnostic criteria to the previous level when a certain condition is satisfied. For example, in the embodiment of FIG. 8, after the diagnostic criteria for defects and failure stages are changed from RD2' and RD3' to RD2'' and RD3'', if abnormal states for other diagnostic items are released or alleviated, The control module 200 may return the diagnostic criteria from RD2'' and RD3'' to RD2' and RD3'.
  • the diagnostic criteria are adaptively changed according to the diagnosis results of other diagnostic items, thereby enabling more accurate and efficient diagnosis and response to abnormal situations in the battery.
  • the control module 200 may change the diagnostic criteria according to the change rate of the battery state information measured by the measurement module 100.
  • the control module 200 may strengthen the diagnosis criteria when the change rate of battery state information is above a certain level.
  • strengthening the diagnostic criteria may mean lowering the diagnostic criteria for an abnormal state so that the same measurement result can be more easily diagnosed as an abnormal state.
  • the P3 position may be diagnosed as normal, but after strengthening the diagnostic criteria, the P3 position may be diagnosed as abnormal (warning stage).
  • the control module 200 may consider the change rate of the corresponding diagnostic item or the change rate of other diagnostic items. For example, in the process of performing high charging temperature diagnosis as in the embodiment of FIG. 7, the control module 200 may measure the temperature of the battery during charging by time and calculate the temperature change rate over time. At this time, when the temperature change rate, especially the temperature increase rate, is above a certain level, the control module 200 may lower the three diagnostic criteria (RC1, RC2, and RC3) as indicated by arrows a1, a2, and a3.
  • RC1, RC2, and RC3 three diagnostic criteria
  • the change in diagnostic criteria according to the change rate of battery state information may be accomplished in several stages.
  • the control module 200 may change the diagnosis standard RD2 to RD2' or RD2'' according to the change rate of battery state information, such as the current increase rate.
  • the control module 200 may compare the current rise rate with two reference current rates.
  • the two reference current rates could be VR1 and VR2 (VR1 ⁇ VR2).
  • the control module 200 sets the diagnostic standard relatively slightly, such as lowering RD2 to RD2'. It can change.
  • the control module 200 may change the diagnosis criteria relatively much, such as lowering RD2 to RD2''.
  • the measurement module 100 may change the measurement timing when measuring battery state information.
  • the measurement module 100 can measure the voltage, current, temperature, etc. of the battery, and these measurements can be performed at a specific, predetermined time.
  • the measurement module 100 can change the timing of measuring such state information.
  • the measurement module 100 can periodically measure specific state information of the battery, and in this case, the measurement cycle can be changed.
  • the measurement module 100 may be configured to change the timing of measuring battery status information for at least some diagnostic items according to the diagnosis results of other diagnostic items. .
  • the measurement module 100 may reduce the information measurement period compared to a normal state.
  • the measurement module 100 may periodically measure the voltage of a battery cell as battery state information for a cell overvoltage diagnosis item.
  • the measurement module 100 performs a voltage measurement cycle for cell overvoltage diagnosis. can be shortened.
  • the measurement module 100 may receive the diagnosis results of the other diagnosis items from the control module 200 .
  • the measurement module 100 may change the timing of measuring battery status information according to the diagnosis results of other diagnosis items transmitted from the control module 200 in this way.
  • this change in measurement timing of the measurement module 100 may be performed under the control of the control module 200.
  • the control module 200 may transmit a control signal to the measurement module 100 to change the timing of measuring status information for a specific diagnostic item, considering the diagnosis results of other diagnostic items. Then, the measurement module 100 can change the state information measurement timing according to the control signal transmitted from the control module 200 in this way.
  • the measurement module 100 may measure the voltage of a battery cell every 0.02 seconds (s) to diagnose cell overvoltage. That is, the cell voltage measurement period may be 0.02 seconds.
  • information indicating that at least one of the warning/danger/defect/failure stages is in an abnormal stage is received from the control module 200 in the measurement module (100). ) can be transmitted. In this case, the measurement module 100 can shorten the voltage measurement cycle of the battery cell.
  • the measurement module 100 may change the measurement timing differently depending on the diagnosis stage of different diagnosis items. Moreover, as the abnormality of other diagnostic items worsens, the measurement period can be further shortened.
  • the measurement module 100 can shorten the voltage measurement cycle for cell overvoltage diagnosis by 0.002 seconds from 0.02 seconds to 0.018 seconds.
  • a warning level (Warn2) level is diagnosed in the pack overvoltage diagnosis item
  • the measurement module 100 can shorten the voltage measurement cycle for cell overvoltage diagnosis by 0.005 seconds from 0.02 seconds to 0.015 seconds. .
  • the measurement module 100 may change the status information measurement timing by considering the number of diagnostic items diagnosed as abnormal. In particular, the measurement module 100 can further shorten the measurement period when the number of diagnostic items diagnosed as abnormal is large compared to when the number of diagnostic items is small.
  • the measurement module 100 can shorten the voltage measurement period.
  • the measurement module 100 can shorten the voltage measurement cycle for cell overvoltage diagnosis by 0.005 seconds from 0.02 seconds to 0.015 seconds.
  • the measurement module 100 can significantly shorten the voltage measurement cycle for cell overvoltage diagnosis by 0.01 seconds from 0.02 seconds to 0.01 seconds.
  • the timing of measuring battery status information is changed in consideration of the diagnosis results of other diagnosis items, so more efficient diagnosis and response may be possible.
  • the measurement frequency can be lowered to reduce resource consumption due to measurement, and in abnormal situations or situations where there is a high probability that such abnormal situations will occur or worsen, the measurement frequency can be increased to enable more rapid measurement.
  • diagnosis and response can be made more quickly by changing the measurement frequency or cycle.
  • the measurement module 100 changes the measurement timing according to the diagnostic results of the corresponding diagnostic item. You can also change it. In particular, the measurement module 100 may shorten the voltage measurement time or cycle when the abnormal state of the corresponding diagnostic item becomes more serious.
  • the voltage measurement cycle for a cell overvoltage diagnosis item may be 0.02 seconds.
  • the voltage measurement period by the measurement module 100 can be shortened to 0.017 seconds.
  • the voltage measurement cycle by the measurement module 100 can be further shortened to 0.014 seconds.
  • the voltage measurement cycle by the measurement module 100 can be shortened to a much greater level of 0.010 seconds.
  • the control module 200 may be configured to distinguish processing operations based on whether automatic release is possible for different diagnostic stages.
  • automatic release may mean that the control module 200 changes the diagnosis level on its own after the control module 200 determines the diagnosis level.
  • control module 200 can diagnose abnormal conditions in multiple stages for specific diagnostic items. At this time, the control module 200 may be configured to enable automatic release for some diagnostic steps and to disable automatic release for other diagnostic steps.
  • the control module 200 when diagnosis is performed in four stages of warning/danger/defect/failure, the control module 200 automatically disables the warning and danger levels. It can be configured to enable. At this time, the control module 200 diagnoses the measured value or calculated value as a warning level or dangerous level because it exceeds the corresponding diagnostic standard. However, if the measured value or calculated value falls below the diagnostic standard again, the control module 200 diagnoses it as a warning level or critical level. It can be canceled on its own. As a more specific example, with respect to high charging temperature diagnosis, even if the warning level or critical level is diagnosed, if the temperature drops, the control module 200 releases the warning level or critical level and converts it to a normal level. The abnormal level can be lowered to a warning level.
  • the control module 200 may be configured so that automatic release is not possible for defects and failure stages. That is, if the measured value or calculated value exceeds the corresponding diagnostic standard and is diagnosed as a defect stage or failure stage, the control module 200 determines the defect stage or failure stage even if the related measured value or calculated value falls below the diagnostic standard. It cannot be configured to disable itself for diagnosis.
  • the diagnostic status of the defect stage or failure stage may be released by a device or system other than the battery management device according to the present invention. For example, if a fault level is diagnosed, release may be possible only upon request from a higher level system such as the ECU or VCU. Moreover, if it is diagnosed at the failure level, it cannot be released even by a request from a higher level system, and can only be released after an inspection of the battery or battery management device is performed at a service center, etc.
  • control module 200 may be configured to divide processing operations into limiting output to the battery and blocking output for different diagnostic stages.
  • output limitation may mean that charging or discharging of the battery is possible, but reducing the magnitude of the charging/discharging voltage or current, or reducing the charging/discharging time, etc.
  • blocking the output may mean blocking the charging or discharging itself.
  • control module 200 may perform output limitation for warning stages and dangerous stages, and may perform output blocking for defect stages and failure stages. Moreover, the control module 200 may perform different degrees of output limitation for the warning stage and the dangerous stage. For example, the control module 200 may limit the output to a greater extent in the danger phase compared to the warning phase.
  • control module 200 may perform output limiting and/or output blocking control using a switching element such as a FET or relay.
  • the control module 200 may perform all of the output limiting and/or output limiting operations, or a higher level system such as a vehicle-side system may share at least some of the operations.
  • control module 200 may perform different processing operations for different diagnostic items even if they are at the same level of abnormality. For example, when a cell overvoltage item is diagnosed as being at a defect level, the control module 200 may block charging of the corresponding battery cell. As another example, when a cell low voltage item is diagnosed as being at a defect level, the control module 200 may block discharge for the corresponding battery cell.
  • control module 200 may be configured to divide processing operations into providing warning signals and adjusting output for different diagnostic stages.
  • output adjustment may mean or include output limitation and/or output blocking. That is, the control module 200 may output a warning signal for some diagnostic steps and adjust the output for some other diagnostic steps.
  • the control module 200 does not perform separate output limitation or blocking for charging and discharging, but only transmits a warning message to the upper system or user side. You can.
  • the control module 200 may limit output for charging and discharging or block output.
  • the control module 200 may perform a comprehensive diagnosis by considering the diagnosis results of the plurality of diagnosis items together. For example, the control module 200 may perform a comprehensive diagnosis as a result of an overall evaluation of the battery. At this time, the comprehensive diagnosis result may also be provided in multiple stages, such as 4 stages (warning/danger/defect/failure).
  • the battery pack according to the present invention may include the battery management device according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention may further include components typically included in battery packs, such as battery cells, pack housings, fuses, relays, and electronic components such as BMS.
  • components typically included in battery packs such as battery cells, pack housings, fuses, relays, and electronic components such as BMS.
  • BMS battery management device
  • at least some functions, configurations, operations, etc. of the battery management device according to the present invention may be implemented by a BMS or various sensors included in the battery pack.
  • the battery pack according to the present invention may be a public exchangeable battery pack for automobiles, especially electric two-wheeled vehicles. Additionally, the battery management device according to the present invention can be mounted on a public exchangeable battery pack for an electric two-wheeled vehicle.
  • the automobile according to the present invention may include a battery management device according to the present invention or a battery pack according to the present invention.
  • the vehicle according to the present invention is driven by electricity and may include a battery pack for driving.
  • the battery management device according to the present invention may be provided on the battery pack side.
  • the battery management device according to the present invention may be provided in a form in which some functions or components are shared between the battery pack and the vehicle. For example, most of the operations or functions of the control module 200 are performed by the BMS of the battery pack, but some operations or functions may be implemented by a higher-level system on the vehicle side, such as an ECU or VCU.
  • the vehicle according to the present invention may further include other components generally applied to vehicles in addition to the battery management device or battery pack.
  • the vehicle according to the present invention may be an electric two-wheeled vehicle.
  • the battery provision system may include a battery management device according to the present invention.
  • the battery provision system may be a concept that includes a battery charging system that provides a charging service for a discharged battery, a battery exchange system that provides a service for exchanging a discharged battery with a charged battery, etc.
  • the battery provision system may include a battery inspection and repair system, such as a service center that repairs or inspects batteries.
  • the battery provision system may include a battery sales system designed to purchase batteries.
  • Figure 9 is a flowchart schematically showing a battery management method according to an embodiment of the present invention.
  • the entity performing each step may be a component of the battery management device according to the present invention.
  • the battery management method may include a state information measuring step (S110), a diagnostic step determining step (S120), and a corresponding processing operation performing step (S130).
  • the state information measuring step (S110) may be a step of measuring state information of the battery. Step S110 may be performed by the measurement module 100. And, for this step S110, various explanations, such as the function or operation of the measurement module 100 described above, can be applied.
  • the diagnostic level determination step (S120) may be performed in the form of determining the diagnostic level for the battery by comparing the battery status information measured in step S110 with a multi-stage diagnostic standard. This step S120 may be performed by the control module 200 of the battery management device. Additionally, for step S120, various descriptions of the diagnostic configuration of the control module 200 described above may be applied.
  • step S130 processing operations corresponding to the diagnostic step determined in step S120 may be performed.
  • This step S130 may also be performed by the control module 200. Accordingly, for step S130, various descriptions of the processing operation performance configuration of the control module 200 described above may be applied. Alternatively, at least some operations of step S130 may be performed by the measurement module 100. For example, in step S130, the timing of measuring battery state information may be changed as a corresponding processing operation.

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Abstract

본 발명은 배터리를 효율적으로 진단하고 그에 따라 배터리의 성능이나 안전성 등을 향상시킬 수 있는 배터리 관리 기술을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정 모듈; 및 상기 측정 모듈에 의해 측정된 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여 상기 배터리의 진단 단계를 판정하고, 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법
본 출원은 2022년 9월 8일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0114042호 및 2023년 9월 5일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0117881호에 대한 우선권 주장 출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리를 효율적으로 진단하고 이를 통해 배터리의 성능 내지 보호 효과를 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는 전기 이륜차나 전기 자동차와 같은 자동차, 또는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 등과 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리(이차 전지)가 널리 이용되고 있다. 이로 인해, 배터리에 대한 관심이 더욱 증대되고, 관련 연구 개발이 보다 활발하게 이루어지고 있다. 더욱이, 전기 이륜차나 전기 자동차 등에 대하여, 교환형 공용 배터리 팩에 대해서도 상용화 내지 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
리튬 이차 전지는, 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 그리고, 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는, 다시 그 형상에 따라, 각형 이차 전지와 원통형 이차 전지로 구분될 수 있다.
이차 전지는 다수가 서로 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스(모듈 하우징) 내지 팩 케이스(팩 하우징) 내부에 함께 수납되는 형태로, 배터리 모듈 내지 배터리 팩을 구성할 수 있다. 이때, 배터리 모듈이나 배터리 팩에 포함된 각각의 이차 전지는 배터리 셀로 지칭될 수 있다.
배터리 셀이나 배터리 모듈, 배터리 팩과 같은 형태의 배터리에 대하여 안정적인 성능을 보장하고, 이러한 배터리가 탑재된 장치나 이러한 배터리를 이용하는 사용자를 보호하기 위해, 배터리의 상태를 진단하고 그에 적절한 조치를 수행하는 것은 매우 중요하다. 이를 위한 대표적인 기술로서, 배터리 팩이나 ESS 등에는 BMS(Battery Management System)와 같은 제어 장치가 포함되어, 배터리를 진단하고 관련 조치를 수행하는 것을 들 수 있다.
하지만, 종래에는, 진단 항목의 측정치에 대한 단일 기준을 설정하여 정상 상태와 고장 상태와 같이, 이분법적으로 진단의 결과가 판정되고, 그러한 판정 결과에 따른 대응 루틴이 정의되고 있다. 이 경우, 진단 측정치가 고장 상태에 해당하는 기준에 도달하기 이전에는, 배터리의 각 부분에 대한 위험성을 사전에 파악하기 어려운 단점이 존재한다. 그리고, 이로 인해, 배터리가 고장과 같이 사용 불능 또는 복구 불능이 되는 상태에 이르는 것을 사전에 예방 내지 대비하지 못할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리를 효율적으로 진단하고 그에 따라 배터리의 성능이나 안전성 등을 향상시킬 수 있는 배터리 관리 장치와 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩과 같은 응용 장치 등을 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정 모듈; 및 상기 측정 모듈에 의해 측정된 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여 상기 배터리의 진단 단계를 판정하고, 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 상기 다단화된 형태의 진단 기준을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 배터리의 비정상 상태에 대하여 다수의 진단 단계로 구분하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 복수의 진단 항목에 대하여, 상기 진단 단계를 판정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 배터리는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 형태로 구성되고, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 상기 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 또는 상기 배터리 팩 전체에 대한 과전압 진단 및 저전압 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 상기 배터리의 전류 및 온도 중 적어도 하나에 대하여, 충전 시 진단 및 방전 시 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단 및 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목 중 적어도 일부 진단 항목에 대하여, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 상기 진단 기준을 변화시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 측정 모듈은, 상기 복수의 진단 항목 중 적어도 일부 진단 항목에 대하여, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 상기 배터리의 상태 정보 측정 시기를 변화시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 자동 해제 가능 여부로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 상기 배터리의 출력 제한과 상기 배터리의 출력 차단으로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 경고 신호 제공과 출력 조정으로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 또다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 또다른 측면에 따른 배터리 제공 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 또다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 배터리의 상태 정보를 측정하는 단계; 상기 측정된 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여 상기 배터리의 진단 단계를 판정하는 단계; 및 상기 판정 단계에서 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 진단 기준의 세분화를 통해 배터리에 대한 보다 정확한 진단이 가능해지고, 모니터링 기능이 강화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 각 단계 별 처리를 통해, 배터리의 성능이나 안전성, 보호 효과 등이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리에 대하여 고장(Failure)과 같은 사용 불능 또는 복구 불능 상태에 이르기 전에, 경고(warning) 단계나 결함(Fault) 단계 등의 진단을 통해 선제 대응이 가능할 수 있다. 그러므로, 배터리 자체, 또는 이러한 배터리가 장착된 차량 등에 대하여 결함(Fault)이나 고장(Failure)과 같은 위험 요인으로 나아가거나 그러한 상태로 확산 내지 확대되는 것을 억제 또는 지연시킬 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈의 다단 진단 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 모듈의 다단 진단 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의한 진단 항목의 예시를 나타내는 표이다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 진단과 제어에 의한 전압 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 기준 변화 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진단 기준 변화 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 안 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 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에는, 여러 실시예가 포함될 수 있으며, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 경우에는, 상세한 설명을 생략하고, 각 실시예에 대하여 차이점이 있는 부분을 위주로 설명할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 '~모듈'과 같은 용어가 사용될 수 있으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 측정 모듈(100) 및 제어 모듈(200)을 포함한다.
상기 측정 모듈(100)은, 배터리의 상태 정보를 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리는, 하나의 이차 전지를 나타내는 배터리 셀이나, 이러한 배터리 셀이 다수 포함된 셀 그룹, 또는 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 랙 등을 포함하는 개념일 수 있다.
배터리의 상태 정보는, 배터리의 내부 상태 및/또는 외부 상태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 모듈(100)은, 배터리의 내부 상태로서, 배터리의 전압, 전류, 온도, SOC(State Of Charge), 내부 저항, SOH(State Of Health), 충방전 상태, 휴지 상태, 과전압 또는 과전류 상태, 밸런싱 상태와 같은 정보를 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 측정 모듈(100)은, 전압 센서나 전류 센서와 같은 각종 센서를 구비할 수 있다. 다른 예로, 상기 측정 모듈(100)은, 배터리의 외부 상태로서, 배터리 주변의 온도나 습도, 연기 등과 같은 상태 정보를 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 측정 모듈(100)은, 온도 센서, 습도 센서, 연기 센서 등의 센서를 구비할 수 있다. 이러한 측면에서, 상기 측정 모듈(100)은, 센서로 지칭될 수도 있다.
상기 측정 모듈(100)은, 센서를 통해 전압이나 전류, 온도 등을 측정하여, 배터리의 상태 정보를 1차원적으로 측정할 수 있다. 또한, 측정 모듈(100)은, 이와 같이 1차원적으로 획득된 정보에 대하여 연산과 같은 2차원적인 처리가 가능할 수 있다. 예를 들어, 측정 모듈(100)은, 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 기반으로, 배터리의 SOC나 내부 저항, SOH, 불균형(imbalancing) 등의 상태를 계산 내지 추정하여, 배터리의 상태 정보를 측정할 수 있다.
상기 측정 모듈(100)은, 이와 같이 측정된 배터리의 상태 정보를 제어 모듈(200)로 전송할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 측정된 상태 정보를 측정 모듈(100)로부터 수신할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 이와 같이 수신된 상태 정보를 이용하여, 배터리의 진단 및/또는 제어 동작을 수행할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 측정 모듈(100)에 의해 측정된 상태 정보를 진단 기준과 비교하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 이러한 측정 정보와 진단 기준의 비교 결과를 바탕으로, 배터리의 진단 단계를 판정할 수 있다. 특히, 제어 모듈(200)은, 배터리의 진단 단계를 다수의 진단 단계로 판정할 수 있다. 즉, 제어 모듈(200)은, 배터리를 다단으로 진단할 수 있다. 이에 대해서는, 도 2를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈(200)의 다단 진단 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 5개의 단계로 진단 단계가 구분되어 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 5개의 레벨(Level 1~5)과 각 레벨에 대응되는 각각의 진단 단계가, Normal, Warn1, Warn2, Fault, Failure로 구분되어 있다. 여기서, Normal, Warn1, Warn2, Fault 및 Failure는, 각각 순서대로 정상, 경고, 위험, 결함 및 고장 등으로 지칭 내지 해석될 수 있으나, 이러한 명칭이나 의미는 다른 다양한 형태로 수정될 수 있음은 물론이다.
상기 제어 모듈(200)은, 진단 대상이 되는 배터리(대상 배터리 또는 진단 배터리)가, 다수의 진단 단계 중 어느 진단 단계에 속해 있는지 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 제어 모듈(200)은, 진단 대상 배터리가 레벨 2의 Warn1(경고) 단계에 있다고 판정할 수 있다. 또는, 도 2의 실시예에서, 제어 모듈(200)은, 진단 대상 배터리가 레벨 3의 Warn2(위험) 단계에 있다고 판정할 수 있다.
배터리의 다단 진단을 위해, 진단 기준은, 다단화된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 다단화된 형태의 진단 기준을 통해, 배터리의 다단 진단이 이루어질 수 있다.
특히, 진단 기준은 복수의 기준값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 진단 기준은, 2개 이상의 기준값을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 진단 기준은, 4개 이상의 기준값을 가질 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 도 2의 실시 구성과 같이, 5개의 단계로 배터리가 진단되는 경우, R1~R4의 4개의 진단 기준이 구비될 수 있다. 여기서, R1, R2, R3 및 R4는 각각, Normal 단계와 Warn1 단계 사이, Warn1 단계와 Warn2 단계 사이, Warn2 단계와 Fault 단계 사이, Fault 단계와 Failure 단계 사이를 구분하기 위한 기준일 수 있다. 이때, 각각의 기준값(R1, R2, R3 및 R4)은, 특정 수치를 나타내는 값이거나 특정 범위를 나타내는 값일 수 있다.
이와 같이, 진단 기준이 다단화된 형태로서 복수의 기준값을 갖는 경우, 진단 단계는, 3개 이상으로 구분될 수 있다. 즉, 진단 단계의 개수는, 기준값의 개수보다 1개 더 많을 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 기준값이 4개이므로, 진단 단계는 5개로 구분될 수 있다.
한편, 도 2의 실시 구성에서는, 각 진단 기준이 이웃하는 2개의 진단 단계를 구분하는 형태로 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과하며, 진단 기준은 다른 다양한 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 진단 기준은, 각 진단 단계의 범위로서 표현될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 특정 상태 정보에 대하여, 0~1의 값은 레벨 1(Normal), 1~2의 값은 레벨 2(Warn1), 2~3의 값은 레벨 3(Warn2), 3~4의 값은 레벨 4(Fault), 4 이상은 레벨 5(Failure)가 되도록, 진단 기준이 설정될 수 있다.
도 2의 실시 구성에서는, 4개의 진단 기준 및 5개의 진단 단계가 도시되어 있으나, 이러한 진단 기준 내지 진단 단계의 개수는 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 3개의 진단 기준에 따라 4개의 진단 단계로 다단 진단할 수 있다.
이와 같이 대상 배터리의 진단 단계가 판정되면, 상기 제어 모듈(200)은, 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서, 대응되는 처리 동작은 다양한 형태 내지 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 제어 모듈(200)은, 대상 배터리의 진단 단계에 대한 처리 동작으로서, 대상 배터리의 진단 단계에 대한 정보를 다른 구성요소로 전송하거나 저장할 수 있다. 일례로, 대상 배터리가 Warn1(경고) 단계에 있는 것으로 진단되었다면, 제어 모듈(200)은, 대상 배터리가 Warn1(경고) 단계로 진단되었다는 정보를 다른 구성요소로 전달할 수 있다.
여기서, 다른 구성요소는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 내부에 포함된 구성요소일 수도 있고, 배터리 관리 장치의 외부에 존재하는 다른 장치에 포함된 구성요소일 수도 있다. 특히, 대상 배터리가 이륜 자동차와 같은 차량에 장착되는 경우, 배터리 관리 장치는 차량 측 상위 제어 시스템, 이를테면 VCU(Vehicle Control Unit)나 ECU(Energy Control Unit) 등으로, 대상 배터리에 대하여 판정된 진단 단계를 전송할 수 있다.
제어 모듈(200)은, 다양한 유무선 통신 구성 내지 방식으로, 대상 배터리의 진단 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여, 차량 측 제어 시스템으로, 대상 배터리의 판정된 진단 단계에 대한 정보를 송신할 수 있다. 제어 모듈(200)은, 이러한 진단 신호를 4비트의 신호로 정의하여 전달할 수 있다. 그러나, 이러한 진단 신호는 다른 다양한 방식으로 정의 내지 전달될 수 있다.
다른 예로, 제어 모듈(200)은, 대상 배터리의 진단 단계에 대한 처리 동작으로서, 배터리의 충전이나 방전 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 이때, 대상 배터리에 대한 충방전 제어 등은, 제어 모듈(200)이 직접 수행할 수 있다. 또는, 제어 모듈(200)은, 배터리 관리 장치의 내부 또는 외부에 위치한 다른 구성요소가 충방전 제어를 수행하도록 간접적으로 지시 내지 제어할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(200)은, 앞서 설명된 실시예와 같이, 진단 단계에 대한 정보를 다른 구성요소로 전송하고, 해당 구성요소가 충방전 제어 등을 수행하도록 할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 다수의 진단 단계 별로 처리 동작을 수행할 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은, 각 진단 단계마다 서로 다른 처리 동작이 수행되도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 적어도 부분적으로는 동일한 처리 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)에 의한 처리 동작에는, 반드시 능동적인 동작만 포함되는 것은 아니며, 수동적인 동작도 포함될 수 있다. 특히, 제어 모듈(200)에 의한 처리 동작에는, 어떠한 제어나 통신 등을 수행하지 않는 것도 포함될 수 있다.
또한, 제어 모듈(200)은, 대상 배터리의 처리 동작을 직접 수행한 경우, 수행된 처리 결과를 다른 구성요소로 전송할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리에 대한 보다 정확한 진단이 가능할 수 있다. 따라서, 이러한 진단을 바탕으로, 배터리의 성능이 보다 효과적으로 발휘되도록 하고/하거나, 배터리의 파손이나 사용 불능 등, 심각한 상황으로 진행하기 이전에, 신속한 조치가 이루어지도록 할 수 있다. 더욱이, 최근에는 배터리의 안전성에 대한 관심이 증대되고 있는데, 본 발명에 의하면 이러한 배터리의 안전성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 하나의 배터리 셀에 대해서는 물론이고, 셀 어셈블리나 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 랙, 에너지 저장 시스템과 같이 다수의 배터리 셀이 포함된 단위에 대해서도 진단 및 관리가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 제어 모듈(200)은, 적어도 부분적으로, 당업계에 알려진 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함함으로써 관련 동작 내지 기능을 수행할 수 있다. 또한, 이들의 동작은 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 이 경우 프로그램은 내장 또는 외장 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 측면에서, 제어 모듈(200)은, 프로세서나 컨트롤러, 칩셋과 같은 용어로 대체될 수도 있다. 또한, 측정 모듈(100)의 적어도 일부 기능 역시, 이러한 공지의 부품들로 구현될 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 반드시 물리적으로 통합된 형태이거나 동일한 장소에 위치해야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 제어 모듈(200)의 일부 기능은 배터리 팩 측에서 수행되고, 제어 모듈(200)의 다른 일부 기능은 차량 측에서 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 모듈(200)의 적어도 일부는, 통상적으로 배터리 팩이나 ESS 등에 포함되는 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(200)의 적어도 일부는, 배터리(배터리 팩)에 포함된 형태로 구현될 수 있다. 또는, 제어 모듈(200)의 적어도 일부는, 배터리의 외부에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)의 적어도 일부 기능은, VCU나 ECU와 같이 자동차에 탑재된 제어 장치에 의해 구현될 수도 있다. 또한, 측정 모듈(100) 역시, 통합되거나 분리된 부품 내지 구성요소로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치는, 메모리(300)를 더 포함할 수 있다.
특히, 상기 메모리(300)는, 다단화된 형태의 진단 기준을 미리 저장할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 이러한 메모리(300)에 액세스하여, 저장된 진단 기준을 리드(read)할 수 있다. 또한, 메모리(300)는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 각 구성요소, 이를테면 측정 모듈(100) 및/또는 제어 모듈(200)이 그 기능을 수행하는데 필요한 각종 데이터나 프로그램 등을 저장할 수 있다.
메모리(300)는, 배터리 관리 장치에 포함된 다른 구성요소, 이를테면 제어 모듈(200)로서 기능하는 부품에 통합된 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 메모리(300)는, 제어 모듈(200)로 기능하는 프로세서에 제공된 내장 메모리 형태로 구현될 수도 있다.
상기 메모리(300)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리(300)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체로서 구현될 수 있다.
한편, 진단 기준은, 배터리 관리 장치의 외부에 존재하는 구성요소로부터 제공받을 수도 있다. 예를 들어, 진단 기준은, 배터리 관리 장치의 상위 시스템, 이를테면 차량 측으로부터 제어 모듈(200)로 제공될 수 있다. 다른 예로, 진단 기준은, 배터리 관리 장치와 통신 가능하게 연결된 배터리 제공 시스템, 이를테면 배터리 충전 시스템이나 배터리 교환 시스템 등으로부터 제어 모듈(200)로 제공될 수도 있다. 이와 같이, 배터리 관리 장치의 외부로부터 진단 기준이 제공되는 경우, 메모리(300)는 제공된 진단 기준을 일시적으로 저장할 수도 있다. 이때, 메모리(300)는, RAM과 같은 휘발성 메모리가 이용될 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(200)은, 배터리의 비정상 상태에 대하여, 다수의 진단 단계로 구분하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 모듈(200)은, 배터리를 정상 상태와 비정상 상태로 진단하되, 비정상 상태에 대해서는 다시 둘 이상의 여러 단계로 세분화하여 진단하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 실시 구성을 참조하면, 상기 제어 모듈(200)은, 배터리에 대하여, 정상(Normal) 상태가 아닌 비정상 상태로서, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계 중, 적어도 둘 이상의 단계로 구분하여 진단하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적인 일 실시예로, 제어 모듈(200)은, 배터리의 비정상 상태에 대하여, 4개의 단계(Warn1/Warn2/Fault/Failure)로 구분 진단할 수 있다. 다른 예로, 제어 모듈(200)은, 도 2의 실시예에서 Warn1 단계와 Warn2 단계를 Warn 단계와 같이 하나로 통합하여, 배터리의 비정상 상태에 대하여, 총 3개의 단계(Warn/Fault/Failure)로 구분 진단하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 제어 모듈(200)에 의해 구분 진단되는 다수의 비정상 단계는, 비정상 정도에 따라 구분될 수 있다. 이를 위해, 다단화된 형태의 진단 기준은, 정상 상태로부터 비정상 상황이 점점 심각해지는 순서로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 실시예에서, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계는 모두 배터리의 비정상 상황을 나타내는 진단 단계일 수 있다. 이때, 정상(Normal) 단계의 바로 다음에는, Warn1 단계가 위치할 수 있다. 그리고, Warn1 단계의 다음에, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계가 순차적으로 위치할 수 있다. 즉, 정상 상태로부터 점점 멀어지는 방향으로 순차적으로 나열된 순서는, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계이다. 이 경우, Warn1 단계는 배터리에 대한 비정상 정도가 가장 약한 상태를 나타내고, Failure 단계는 배터리에 대한 비정상 정도가 가장 심각한 상태를 나타낸다고 할 수 있다.
이러한 실시 구성에서, Warn1 단계와 Warn2 단계는, 배터리의 정상 사용 범위를 넘어서되, 그 상황이 심각하지 않은 경우에 부여되는 단계일 수 있다. 또한, Warn1 단계는, Warn2 단계보다 상대적으로 비정상 정도가 낮은 상태를 나타낼 수 있다. 즉, Warn1 단계는, 여러 비정상 단계 중에서, 가장 초기 단계의 비정상 상태를 나타낸다고 할 수 있다.
그리고, Warn2 단계는, Warn1 단계보다는 비정상 정도가 심하지만, 출력 차단과 같은 중대한 조치를 취할 만큼 심각한 상황은 아닐 수 있다. 예를 들어, Warn1 단계는, 배터리나 관련 부품이 해당 상태를 지속적으로 유지할 경우, 결함이 발생할 가능성이 있는 경우에 판정되는 진단 단계일 수 있다. 반면, Warn2 단계는, 배터리나 관련 부품이 해당 상태를 지속적으로 유지할 경우, 결함이 발생할 가능성이 높은 경우에 판정되는 진단 단계일 수 있다. 이러한 측면에서, Warn1 단계는 경고 단계, Warn2 단계는 위험 단계로 지칭될 수도 있다.
다음으로, Fault 단계와 Failure 단계는, Warn1 단계 및 Warn2 단계보다는 비정상 정도가 심한 상태를 나타낸다고 할 수 있다. 여기서, Fault 단계는, 배터리나 관련 부품에 대한 결함이 이미 발생하여, 해당 상태가 지속적으로 유지되는 경우, 배터리나 관련 장치 내지 부품의 고장이 발생할 가능성이 매우 높은 경우에 판정되는 진단 단계일 수 있다.
특히, Failure 단계는, 배터리나 관련 부품이 이미 고장이 발생한 경우, 더 이상 배터리 등의 사용이 불가능한 경우, 정상적인 복구가 불가능한 경우, 배터리 등의 사용 중단이 즉각 필요한 경우, 또는 서비스 센터에서의 점검이 필요한 경우 등과 같이 가장 심각한 상황에 판정되는 진단 단계일 수 있다. 이러한 측면에서, Fault 단계는 결함 단계, Failure 단계는 고장 단계로 지칭될 수도 있다.
도 2의 실시 구성에서와 같이, 진단 기준은, 복수의 기준값, 즉 제1 기준값(R1), 제2 기준값(R2), 제3 기준값(R3) 및 제4 기준값(R4)을 구비할 수 있다. 이때, 제1 기준값(R1), 제2 기준값(R2), 제3 기준값(R3) 및 제4 기준값(R4)은, 정상 단계와 Warn1 단계 사이, Warn1 단계와 Warn2 단계 사이, Warn2 단계와 Fault 단계 사이 및 Fault 단계와 Failure 단계 사이를 각각 구분하는 기준치일 수 있다. 그리고, 이러한 제1 기준값(R1), 제2 기준값(R2), 제3 기준값(R3) 및 제4 기준값(R4)은, 수치가 점점 높아지거나 낮아지는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 기준값에 대한 수치는 R1<R2<R3<R4와 같이 구성되거나, R1>R2>R3>R4와 같이 구성될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 모듈(200)의 다단 진단 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리의 비정상 상태가 정상 상태를 기준으로 양 방향에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 3에는, 여러 진단 단계가 상하 방향으로 다수 배치되어 있다. 이때, 각 진단 단계의 상하 방향 배치는 수치의 높낮이에 따라 이루어진 것일 수 있다. 즉, 상부 측으로 갈수록 특정 수치가 높음을 의미하고, 하부 측으로 갈수록 특정 수치가 낮음을 의미할 수 있다.
이 경우, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계는, 정상(Normal) 단계의 양측에 각각 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계는, 정상 단계의 주변에, 각각 2개씩 배치될 수 있다.
한편, 정상 상태와 비정상 상태에 대해서는, 진단 기준으로서 특정 수치 범위가 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성을 참조하면, 진단 기준이, RN, R1', R1'', R2', R2'', R3', R3'', R4', R4''과 같이, 특정 범위를 나타내는 형태로 설정될 수 있다. 이때, R1', R2', R3' 및 R4'은 RN보다 낮은 수치를 갖는 범위일 수 있다. 반면, R1'', R2'', R3'' 및 R4''은 RN보다 높은 수치를 갖는 범위일 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 특정 진단 항목의 수치가, RN으로 표시된 범위를 벗어나게 되면, 제어 모듈(200)은, 해당 배터리에 대하여 비정상 상태로 진단할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 이러한 배터리의 비정상 상태가 어느 단계에 해당하는지 구분하여 진단할 수 있다.
일례로, 특정 진단 항목의 수치가 R1'이나 R1''으로 표시된 범위 내에 해당하는 것으로 판단된 경우, 제어 모듈(200)은 해당 배터리가 Warn1 단계에 있는 것으로 진단할 수 있다. 다른 예로, 특정 진단 항목의 수치가 R3'이나 R3''으로 표시된 범위 내에 해당하는 것으로 판단된 경우, 제어 모듈(200)은 해당 배터리가 Fault 단계에 있는 것으로 진단할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리의 비정상 정도에 따라 여러 단계로 진단이 이루어짐으로써, 배터리의 이상 상태에 대한 보다 정확하고 세밀한 진단이 가능해지고, 이를 통해 보다 효과적인 대응 조치가 취해지도록 할 수 있다. 특히, 본 발명의 상기 실시 구성에 의할 경우, 심각한 고장 상태, 이를테면 Failure 단계에 도달하기 이전에, 배터리의 비정상 진단이 단계적으로 이루어지고, 이러한 진단을 통한 사전 조치가 가능할 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리의 이상 상황에 대하여 지속적인 모니터링이 가능할 수 있으며, 대응되는 적절한 조치를 통해, 배터리가 Fault 단계나 Failure 단계와 같이 심각한 상황에 도달하는 것을 방지, 억제 또는 지연시킬 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목에 대하여, 진단 단계를 판정하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의한 진단 항목의 예시를 나타내는 표이다.
도 4를 참조하면, 제어 모듈(200)은, 다양한 여러 진단 항목에 대하여, 배터리의 진단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 4에는, 14개의 진단 항목이 포함되어 있는데, 제어 모듈(200)은, 이러한 진단 항목의 전부 또는 일부에 대하여 배터리의 진단이 이루어지도록 구성될 수 있다. 특히, 복수의 진단 항목에는, 배터리의 전압, 전류, 온도, 밸런싱 등과 관련된 진단이 포함될 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 이러한 복수의 진단 항목 각각에 대하여, 다단 진단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 전압, 전류 및 온도 각각에 대하여, 비정상 상황을, Warn1 단계, Warn2 단계, Fault 단계 및 Failure 단계와 같이, 다단으로 진단 단계를 판정할 수 있다.
또는, 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목 중 일부 항목에 대해서는, 다른 진단 항목과 다른 개수로 진단할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 전압 및 전류와 관련된 진단 항목에 대해서는 각각 4단계로 비정상 상태의 진단 단계를 판정하고, 배터리의 온도와 관련된 진단 항목에 대해서는 3단계로 비정상 상태의 진단 단계를 판정할 수 있다.
상기와 같은 실시 구성들에 의하면, 배터리의 상태를 판단하는 여러 진단 항목에 대하여, 각각 비정상 상태를 복수로 진단함으로써, 보다 정확하고 효과적인 진단과 대응이 가능할 수 있다. 더욱이, 이 경우, 배터리의 비정상 진단이나 대응이 보다 신속하게 또는 효율적으로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 진단 항목에는 셀 과전압 진단이 포함될 수 있다. 셀 과전압 진단은, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀에 대한 전압이 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 형태로 수행될 수 있다. 특히, 배터리 모듈이나 배터리 팩, 배터리 랙 등에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 다수의 배터리 셀 각각에 대하여 전압이 측정되고, 그 중 가장 높은 전압이 최대 전압으로 선별될 수 있다. 그리고, 선별된 최대 전압에 대하여 정상 전압 상태(진단 기준)보다 높은 과전압 상태에 있는지 여부가 진단됨으로써, 셀 과전압 진단이 수행될 수 있다.
또한, 진단 항목에는 셀 저전압 진단이 포함될 수 있다. 셀 저전압 진단은, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀에 대한 전압이 정상적인 상태보다 낮은 상태에 있는지 여부를 진단하는 형태로 수행될 수 있다. 특히, 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 다수의 배터리 셀 각각에 대하여 전압이 측정되고, 그 중 가장 낮은 전압이 최저 전압으로 선별될 수 있다. 그리고, 선별된 최저 전압에 대하여 정상 전압 상태(진단 기준)보다 낮은 저전압 상태에 있는지 여부가 진단됨으로써, 셀 저전압 진단이 수행될 수 있다.
또한, 진단 항목에는 팩 과전압 진단이 포함될 수 있다. 팩 과전압 진단은, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩의 전압이 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다. 여기서, 배터리 팩의 전압은, 배터리 팩의 팩 단자 측 전압을 의미할 수도 있고, 배터리 팩에 포함된 여러 배터리 셀에 대한 평균 전압을 의미할 수도 있다. 예를 들어, 다수의 배터리 셀에 대한 평균 셀 전압이 산출되고, 산출된 평균 셀 전압에 대하여 정상 전압 상태(진단 기준)보다 높은 과전압 상태에 있는지 여부가 진단됨으로써, 팩 과전압 진단이 수행될 수 있다. 이러한 팩 과전압 진단은, 전체 배터리 셀의 평균 전압에 대하여 과전압 여부가 진단되는 경우, 셀 평균 과전압 진단으로 지칭될 수도 있다.
한편, 본 명세서에서 '배터리 팩'이란 용어에는, 좁은 의미에서 다수의 배터리 셀이 팩 하우징에 수납된 형태의 배터리 팩은 물론이고, 넓은 의미에서 배터리 팩 내부에 수납되는 배터리 모듈이나, 여러 배터리 모듈 내지 배터리 팩이 수납된 배터리 랙 등도 개념적으로 포함될 수 있다. 본 명세서에서는, 특별한 다른 설명이 없는 한, '배터리 팩'은 이와 같이 넓은 의미로 해석될 수 있다.
또한, 진단 항목에는 팩 저전압 진단이 포함될 수 있다. 팩 저전압 진단은, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩의 전압이 정상적인 상태보다 낮은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 팩의 전압은, 팩 단자 측 전압이나 셀 평균 전압을 의미할 수 있다. 더욱이, 셀 평균 전압이 정상 전압 범위(진단 기준)보다 낮은 상태에 있는지 여부가 진단되는 경우, 팩 저전압 진단은 셀 평균 저전압 진단으로 지칭될 수도 있다.
상기 실시 구성에서, 전압을 기반으로 과전압 내지 저전압이 진단되는 경우, 측정 모듈(100)에는 전압 센서가 포함될 수 있다. 그리고, 전압 센서에 의해 측정된 전압 정보는, 배터리의 상태 정보로서 제어 모듈(200)로 전달될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 전압 센서로부터 전달된 배터리 셀 또는 배터리 팩 등의 전압 정보를 바탕으로 해당 배터리 셀이나 배터리 팩에 대한 과전압 내지 저전압 상태를 진단할 수 있다.
또한, 진단 항목에는, 충전 과전류 진단이 포함될 수 있다. 충전 과전류 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등에 대하여 충전이 이루어지는 상황에서, 충전 전류가 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다. 이때, 과전류 여부가 진단되는 충전 전류는, 하나 이상의 배터리 셀에 흐르는 전류일 수도 있고, 전체 배터리 팩에 흐르는 전류일 수도 있다. 예를 들어, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩에 대하여 충전 시, 배터리 셀 각각의 전류 중 가장 큰 전류를 최대 충전 전류로서 판별하고, 이러한 최대 충전 전류가 정상 전류 범위(진단 기준)보다 높은 상태에 있는지 여부가 진단될 수 있다.
또한, 진단 항목에는 방전 과전류 진단이 포함될 수 있다. 방전 과전류 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등에 대하여 방전이 이루어지는 상황에서, 방전 전류가 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다. 이때, 과전류 여부가 진단되는 방전 전류는, 하나 이상의 배터리 셀에 흐르는 전류일 수도 있고, 전체 배터리 팩에 흐르는 전류일 수도 있다. 예를 들어, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩에 대하여 방전 시, 배터리 셀 각각의 전류 중 가장 큰 전류를 최대 방전 전류로서 판별하고, 이러한 최대 방전 전류가 정상 전류 범위(진단 기준)보다 높은 상태에 있는지 여부가 진단될 수 있다.
상기 실시 구성에서, 전류를 기반으로 과전류가 진단되는 경우, 측정 모듈(100)에는 전류 센서가 포함될 수 있다. 그리고, 전류 센서에 의해 측정된 전류 정보는, 배터리의 상태 정보로서 제어 모듈(200)로 전달될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 전류 센서로부터 전달된 셀 또는 팩 등의 전류 정보를 바탕으로 해당 배터리 셀이나 배터리 팩에 대한 과전류 상태를 진단할 수 있다.
또한, 진단 항목에는 충전 고온 진단이 포함될 수 있다. 충전 고온 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등의 충전 시, 온도가 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
더욱이, 배터리 팩에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 다수의 배터리 셀에 대한 온도가 충전 중에 측정될 수 있고, 측정된 여러 온도 중 가장 높은 온도가 충전 시 최대 온도로 판별될 수 있다. 그리고, 충전 고온 진단은, 이러한 충전 시 최대 온도가 정상 온도 범위(진단 기준)보다 높은 상태에 있는지 여부로 진단될 수 있다.
또는, 충전 고온 진단은, 충전 시 여러 배터리 셀에 대한 온도가 측정되고, 여러 온도 측정값에 대한 평균값을 정상 온도 범위와 비교하는 형태로 수행될 수도 있다. 또는, 충전 고온 진단은, 충전 중, 서로 다른 시점에 측정된 온도 측정값 중, 가장 높은 온도 측정값이 정상 온도 범위보다 높은 상태에 있는지 여부로 진단될 수도 있다.
또한, 진단 항목에는 방전 고온 진단이 포함될 수 있다. 방전 고온 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등의 방전 시, 온도가 정상적인 상태보다 높은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
더욱이, 배터리 팩에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 다수의 배터리 셀에 대한 온도가 방전 중에 측정될 수 있고, 측정된 여러 온도 중 가장 높은 온도가 방전 시 최대 온도로 판별될 수 있다. 그리고, 방전 고온 진단은, 이러한 방전 시 최대 온도가 정상 온도 범위(진단 기준)보다 높은 상태에 있는지 여부로 진단될 수 있다.
또는, 방전 고온 진단은, 방전 시 여러 배터리 셀에 대한 온도가 측정되고, 여러 온도 측정값에 대한 평균값을 정상 온도 범위와 비교하는 형태로 수행될 수도 있다. 또는, 방전 고온 진단은, 방전 중, 서로 다른 시점에 측정된 온도 측정값 중, 가장 높은 온도 측정값이 정상 온도 범위보다 높은 상태에 있는지 여부로 진단될 수도 있다.
또한, 진단 항목에는 충전 저온 진단이 포함될 수 있다. 충전 저온 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등의 충전 시, 온도가 정상적인 상태보다 낮은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
더욱이, 다수의 배터리 셀에 대한 온도가 충전 중에 측정되는 경우, 측정된 여러 온도 중 가장 낮은 온도가 충전 시 최저 온도로 판별될 수 있다. 그리고, 충전 저온 진단은, 이러한 충전 시 최저 온도가 정상 온도 범위(진단 기준)보다 낮은 상태에 있는지 여부로 진단될 수 있다.
또는, 충전 저온 진단은, 충전 시 여러 배터리 셀에 대한 온도가 측정되고, 여러 온도 측정값에 대한 평균값을 정상 온도 범위와 비교하는 형태로 수행될 수도 있다. 또는, 충전 저온 진단은, 충전 중, 서로 다른 시점에 측정된 온도 측정값 중, 가장 낮은 온도 측정값이 정상 온도 범위보다 낮은 상태에 있는지 여부로 진단될 수도 있다.
또한, 진단 항목에는 방전 저온 진단이 포함될 수 있다. 방전 저온 진단은, 배터리 셀이나 배터리 팩 등의 방전 시, 온도가 정상적인 상태보다 낮은 상태에 있는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
더욱이, 다수의 배터리 셀에 대한 온도가 방전 중에 측정되는 경우, 측정된 여러 온도 중 가장 낮은 온도가 방전 시 최저 온도로 판별될 수 있다. 그리고, 방전 저온 진단은, 이러한 방전 시 최저 온도가 정상 온도 범위(진단 기준)보다 낮은 상태에 있는지 여부로 진단될 수 있다.
또는, 방전 저온 진단은, 방전 시 여러 배터리 셀에 대한 온도가 측정되고, 여러 온도 측정값에 대한 평균값을 정상 온도 범위와 비교하는 형태로 수행될 수도 있다. 또는, 방전 저온 진단은, 방전 중, 서로 다른 시점에 측정된 온도 측정값 중, 가장 낮은 온도 측정값이 정상 온도 범위보다 높은 상태에 있는지 여부로 진단될 수도 있다.
상기 실시 구성에서, 온도를 기반으로 고온 내지 저온 여부가 진단되는 경우, 측정 모듈(100)에는 써미스터 등의 온도 센서가 포함될 수 있다. 이때, 온도 센서는 배터리 셀이나 배터리 팩 등의 외측 또는 내측 표면이나 외부 또는 내부 공간 등에 위치하여, 주변 온도를 측정할 수 있다.
온도 센서에 의해 측정된 온도 정보는, 배터리의 상태 정보로서 제어 모듈(200)로 전달될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 온도 센서로부터 전달된 배터리 셀 또는 배터리 팩 등의 온도 정보를 바탕으로 해당 배터리 셀이나 배터리 팩에 대한 고온/저온 상태를 진단할 수 있다.
또한, 진단 항목에는 충전 중 셀 간 전압 불균형(imbalance) 진단이 포함될 수 있다. 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단은, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩 등에서, 충전이 이루어질 때, 다수의 배터리 셀 간 전압에 불균형이 발생하였는지를 진단하는 것일 수 있다.
또한, 진단 항목에는 휴지 중 셀 간 전압 불균형(imbalance) 진단이 포함될 수 있다. 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단은, 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩 등에서, 충전이나 방전이 이루어지지 않는 휴지 구간에서, 다수의 배터리 셀 간 전압에 불균형이 발생하였는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
이러한 충전 중 또는 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단은, 전압 센서로부터 전달된 전압 측정 정보를 바탕으로, 제어 모듈(200)이 다수의 배터리 셀에 대한 전압을 비교하는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 다수의 배터리 셀 간 전압차를 계산하고, 계산된 전압차가 진단 기준인 기준 전압차를 벗어나는지 여부 또는 어느 정도 벗어나는지 등을 판단하여, 셀 간 전압 불균형 상태를 진단할 수 있다.
또한, 진단 항목에는 셀 간 온도 불균형 진단이 포함될 수 있다. 셀 간 온도 불균형 진단은, 배터리 팩 등에 다수의 배터리 셀이 포함된 구성에서, 배터리 팩 동작 시 배터리 셀 간 온도 불균형이 발생하였는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
이와 같은 실시 구성의 경우, 측정 모듈(100)로서 온도 센서가 구비되어, 다수의 배터리 셀에 대한 온도가 측정될 수 있다. 그리고, 측정된 각 셀의 온도 정보는, 배터리 상태 정보로서 제어 모듈(200)로 전달될 수 있다. 그러면, 제어 모듈(200)은, 전달된 각 셀의 온도를 서로 비교하여, 온도 불균형 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 다수의 배터리 셀 간 온도차를 계산하고, 계산된 온도차가 진단 기준인 기준 온도차를 벗어나는지 여부 또는 어느 정도 벗어나는지 등을 판단하여, 셀 간 온도 불균형 상태를 진단할 수 있다.
또한, 진단 항목에는 셀 간 SOC(State Of Charge) 불균형 진단이 포함될 수 있다. 셀 간 SOC 불균형 진단은, 배터리 팩 등에 다수의 배터리 셀이 포함된 구성에서, 배터리 팩 동작시 배터리 셀 간 SOC에 불균형이 발생하였는지 여부를 진단하는 것일 수 있다.
이와 같은 실시 구성의 경우, 측정 모듈(100)로서 전압 센서 및/또는 전류 센서가 구비되어, 다수의 배터리 셀에 대한 전압 내지 전류가 측정되어 제어 모듈(200)로 전달될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 전달된 전압 내지 전류 정보를 바탕으로 각 셀의 SOC를 산출할 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)은, 이와 같이 산출된 각 셀의 SOC를 서로 비교하여, 셀 간 SOC 불균형 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 다수의 배터리 셀 간 SOC 차이를 계산하고, 계산된 SOC 차이가 진단 기준인 기준 SOC차를 벗어나는지, 또는 어느 정도 벗어나는지 등을 판단하여, 셀 간 SOC 불균형 상태를 진단할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 바와 같은 복수의 진단 항목의 전체 또는 적어도 하나 이상의 진단 항목에 대한 진단을 수행할 수 있다.
특히, 배터리가 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 형태로 구성될 때, 상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목으로서, 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 또는 상기 배터리 팩 전체에 대한 과전압 진단 및 저전압 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 복수의 진단 항목 중에서, 적어도 셀 과전압 진단, 셀 저전압 진단, 팩 과전압 진단 및 팩 저전압 진단을 수행할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 측정 모듈(100)은, 전압 센서를 구비하여, 배터리 셀과 배터리 팩의 전압을 측정하고, 측정된 전압 정보를 제어 모듈(200)로 전송할 수 있다. 그러면, 제어 모듈(200)은, 측정 모듈(100)로부터 전송된 전압 정보를 바탕으로, 배터리 셀 및 배터리 팩에 대한 과전압 상태와 저전압 상태를 모두 진단할 수 있다.
그리고, 제어 모듈(200)은, 이와 같이 진단한 결과를 바탕으로 대응되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 배터리 셀이나 배터리 팩에 대한 과전압 또는 저전압이 진단된 경우, 진단 정보가 포함된 진단 신호를 차량 측 상위 시스템에 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목으로서, 배터리의 전류 및 온도 중 적어도 하나에 대하여, 충전 시 진단 및 방전 시 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 복수의 진단 항목 중에서, 적어도 충전 과전류 진단 및 방전 과전류 진단을 수행할 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 복수의 진단 항목 중에서, 충전 고온 진단, 방전 고온 진단, 충전 저온 진단 및 방전 저온 진단을 수행할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 측정 모듈(100)은, 전류 센서 및/또는 온도 센서를 구비하여, 측정된 전류 내지 온도 정보를 제어 모듈(200)로 전송할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(200)은, 측정 모듈(100)로부터 전송된 전류나 온도 정보를 바탕으로, 배터리 셀이나 배터리 팩 등에 대한 과전류 상태, 고온 상태, 저온 상태 등을 진단할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 과전류나 고온, 저온 등의 상태를 진단함에 있어서, 충전 시 진단과 방전 시 진단을 모두 수행할 수 있다. 이러한 실시 구성에서, 제어 모듈(200)은, 충전 시 진단 결과와 방전 시 진단 결과를 모두 고려하여, 종합적인 상태 진단을 수행함으로써, 보다 정확하고 세밀한 배터리 진단이 가능할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목으로서, 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단 및 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단을 포함하여 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 복수의 진단 항목 중에서, 적어도 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단 및 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단을 수행할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 측정 모듈(100)은, 전압 센서 내지 전류 센서를 구비하여, 여러 배터리 셀에 대한 전압 내지 전류를 측정할 수 있다. 특히, 이러한 측정은, 배터리 팩의 충전 상황과 휴지 상황 모두에서 측정될 수 있다. 그리고, 측정 정보는 제어 모듈(200)로 전송되어, 제어 모듈(200)은 충전 중 및 휴지 중, 셀 간 전압 불균형 상태를 각각 진단할 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)은, 이러한 진단 정보를 포함하는 진단 신호를 차량 등의 상위 시스템 측으로 전송할 수 있다.
또한, 진단 항목에는, 도 4를 참조로 앞서 설명된 여러 항목 이외에 다른 항목들이 추가로 또는 대체하여 포함될 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목 중 적어도 하나 이상에 대하여, 진단 단계를 다단으로 판정할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 진단 항목에 대한 진단 결과에 따라 대응하는 제어 동작을 수행할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 및 도 6은, 동종의 배터리에 대하여 서로 다른 진단 및 제어에 의한 충전 중 전압 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 특히, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 기술이 적용된 실시예 데이터이고, 도 5는 이러한 실시예 데이터와 비교되기 위해 본 발명에 따른 배터리 관리 기술이 적용되지 않은 비교예 데이터이다. 더욱이, 도 5와 도 6은, 셀 과전압 진단을 수행한 결과일 수 있다.
도 5 및 도 6의 그래프에서, 세로축은 전압 축으로서 [mV] 단위를 가질 수 있고, 가로축은 측정 회차를 의미하는 것일 수 있다. 또는, 가로축은, 시간, SOC, 충전된 용량 등으로 표시될 수도 있다.
먼저, 비교예에 따른 도 5를 살펴보면, 전압 측정값에 대하여, RA로 표시된 바와 같이 하나의 기준치만 설정되어 있다. 이러한 기준치는, 대략 4250mV에서 설정되어 있으며, 고장(Failure) 상태를 구분하는 것일 수 있다.
이러한 도 5의 실시 구성에서는, 단일 기준치(RA)를 통해, 배터리가 고장 상태인지 아닌지만 판별할 수 있다. 따라서, 배터리의 측정 전압이 4250mV를 넘는 경우에는 배터리의 고장 상태로 진단되고, 배터리의 측정 전압이 4250mV를 넘지 않는 경우에는 배터리의 정상 상태로 진단될 수 있다. 이와 같은 구성에서는, 측정 전압이 고장 상태인 4250mV에 도달하기까지 별다른 조치가 취해지지 않게 된다. 예를 들어, 배터리의 측정 전압이 4230mV인 경우에는 배터리가 정상 상태로 진단되므로, 특별한 조치가 취해지지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의할 경우, 배터리의 고장을 미리 예방하거나 억제할 수 없다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 도 6을 살펴보면, 배터리의 과전압 진단을 위해, 다수의 기준치가 설정되어 있다. 예를 들어, 다수의 기준치는, 도 6에서 RB1, RB2, RB3, RB4로 표시된 바와 같이, 4개로 설정될 수 있다. 여기서, 4개의 기준치는, 배터리의 비정상 상태를 진단하는 진단 기준으로서, 서로 다른 값을 가질 수 있다. 특히, RB1에서 RB4로 갈수록 점차 높은 값을 가질 수 있다. 이 경우, 배터리의 비정상 상태에 대한 진단 레벨은 4단계로 구성된다고 할 수 있다.
이러한 실시 구성에서, RB4의 경우, 도 5의 RA로 설정된 기준치와 유사하게 대략 4250mV로 설정될 수 있다. 즉, RB4는, 배터리의 고장(Failure) 상태를 구분하기 위한 진단 기준일 수 있다. 그리고, RB3의 경우, RB4보다 낮은 값, 이를테면 4200mV의 값을 가지며, 배터리의 고장 이전에 결함(Fault) 상태를 구분하기 위한 진단 기준일 수 있다. 또한, RB2의 경우, RB3보다 낮은 값을 가지며, 배터리의 결함 이전에 위험(Warn2)을 구분하는 진단 기준일 수 있다. 그리고, RB1의 경우, RB2보다 낮은 값을 가지며, 배터리의 위험 이전에 경고(Warn1)를 구분하는 진단 기준일 수 있다.
도 6과 같은 다단 진단을 위한 다수의 진단 기준은, 제어 모듈(200)의 소프트웨어에서 진단 부분에 대한 소스 코드 수정 등을 통해 반영될 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 다단 진단 후, 단계 별 처리 루틴을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 실시 구성에서 P1으로 표시된 부분과 같이, 배터리의 충전 중 전압 측정값이 RB1에 도달하면, 제어 모듈(200)은 대응되는 처리 동작으로서 경고 신호를 상위 시스템에 전송하거나 사용자에게 디스플레이할 수 있다. 이후, 배터리의 충전이 계속 이루어져, P2로 표시된 바와 같이, 측정 전압이 RB2에 도달하면, 제어 모듈(200)은 대응되는 처리 동작으로서, 해당 배터리에 대한 충전 전류를 제한하거나 감소시켜 해당 배터리에 대한 전압이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 해당 배터리의 전압은 RB4로 표시된 고장 단계는 물론이고, RB3로 표시된 결함 단계에 이르는 것도 방지될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리의 고장이나 그에 근접하는 단계까지 배터리의 상태가 악화되는 것이 방지되거나 그 속도가 지연될 수 있다.
도 6에서는, 셀 과전압에 대한 다단(4단) 진단이 이루어지는 실시예가 설명되었으나, 다른 다양한 진단 항목에 대해서도, 이러한 다단 진단 및 각 단계 별 처리 동작이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 도 4에 도시된 복수의 진단 항목 전체, 또는 적어도 둘 이상에 대하여 이러한 다단 진단 및 처리 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(200)은, 진단 결과를 사용자에게 제공하기 위해, 디스플레이부를 직접 구비하거나, 외부의 디스플레이 장치로 관련 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은 진단 결과를 차량 측 시스템으로 전송하고, 차량 측에서는 이러한 진단 결과를 차량 모니터를 통해 탑승자에게 제공할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 다단 진단을 위해 구비된 진단 기준을 변화시키도록 구성될 수 있다. 특히, 제어 모듈(200)이 다수의 진단 기준에 따라 진단 및 제어를 수행하는 경우, 다수의 진단 기준 전체 또는 일부에 대하여 그 범위 내지 수치를 변화시킬 수 있다. 이러한 실시 구성에 대해서는, 도 7 등을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 기준 변화 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다. 도 7에서 세로축은 온도를 나타내고, 가로축은 도 6과 같이 측정 회차나 시간 등을 나타낼 수 있다.
도 7을 참조하면, 배터리의 온도에 대한 진단을 위해, 4개의 진단 기준(RC1, RC2, RC3, RC4)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 7은, 도 4의 진단 항목 중, 충전 고온 진단에 관련된 진단 기준을 나타낸 것일 수 있다. 여기서, RC4가 가장 높은 온도값을 가지고, RC1이 가장 낮은 온도값을 가질 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은, 4개의 진단 기준 중 하나 이상을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 제어 모듈(200)은, 4개의 진단 기준 중 3개의 진단 기준(RC1, RC2, RC3)을 변화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 제어 모듈(200)은, 경고(Warn1) 단계를 구분하는 제1 진단 기준 RC1에 대하여, 화살표 a1으로 표시된 바와 같이 하부 방향으로 이동시킴으로써, 신규 진단 기준 RC1'으로 변경시킬 수 있다. 또한, 제어 모듈(200)은, 위험(Warn2) 단계를 구분하는 제2 진단 기준 RC2에 대하여, 화살표 a2로 표시된 바와 같이 하부 방향으로 이동시킴으로써, 신규 진단 기준 RC2'으로 변경시킬 수 있다. 그리고, 제어 모듈(200)은, 결함(Fault) 단계를 구분하는 제3 진단 기준 RC3에 대하여, 화살표 a3로 표시된 바와 같이 하부 방향으로 이동시킴으로써, 신규 진단 기준 RC3'으로 변경시킬 수 있다.
이와 같이 진단 기준이 변화한 경우, 온도에 대한 비정상 진단 결과가 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 7의 실시예에서, 배터리의 측정 온도가 P3에 해당하는 경우, 진단 기준 변화 전에는, 제1 진단 기준 RC1보다 작은 값을 가지므로, 제어 모듈(200)은 해당 배터리 고온 진단 관련하여, 정상 상태라고 판단할 수 있다. 그러나, 진단 기준의 변화 후에는, 제1 진단 기준이 RC1'으로 변경되었고, 측정 온도 P3는 이보다 높은 값을 갖는다. 그러므로, 제어 모듈(200)은, 해당 배터리의 충전 고온 진단 결과로서, 비정상 상태 중 하나인 경고(Warn1) 단계에 있는 것으로 진단할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목에 대하여 진단을 수행할 때, 적어도 일부 진단 항목에 대해서는, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 진단 기준을 변화시킬 수 있다. 더욱이, 제어 모듈(200)은, 다른 진단 항목이 특정 비정상 단계로 진단되는 경우, 해당 진단 항목에 대하여 진단 기준을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 제어 모듈(200)은, 도 6에 도시된 바와 같은 과전압 진단 항목에 대한 진단 결과에 따라, 도 7에 도시된 바와 같은 고온 진단 항목의 진단 기준을 변화시킬 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 특정 배터리 셀에 대하여 셀 과전압 진단 시 위험(Warn2) 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은, 해당 배터리 셀에 대하여 다른 진단 항목인 고온 진단 시, 진단 기준을 도 7에 도시된 바와 같이 변화시킬 수 있다.
제어 모듈(200)은, 진단 기준을 변화시킬 때, 상부 또는 하부 방향으로 기준값을 변화시킬 수 있다.
특히, 측정값이 진단 기준보다 높을 때 비정상으로 진단하는 항목에 대해서는, 다른 진단 항목의 진단 결과가 비정상인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 진단 기준이 되는 기준값을 낮출 수 있다. 예를 들어, 셀 과전압 진단, 팩 과전압 진단, 충방전 과전류 진단, 충방전 고온 진단 등의 진단 항목이 이에 해당될 수 있다.
또한, 측정값이 진단 기준보다 낮을 때 비정상으로 진단하는 항목, 이를테면 셀 저전압, 팩 저전압, 충방전 저온 등의 진단 항목에 대해서는, 다른 진단 항목의 진단 결과가 비정상인 경우, 진단 기준이 되는 기준값을 높일 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다른 진단 항목에 대하여 비정상 진단을 받은 경우, 특정 진단 항목의 비정상 진단 기준을 낮추거나 완화시켜, 비정상 상황에 대한 보다 신속한 진단과 선제적 처리가 가능하도록 할 수 있다. 특히, 배터리에서 이상이 발생하면, 여러 진단 항목들에서 비정상 상태로 진단될 가능성이 높다. 예를 들어, 전압, 전류 및 온도 관련 진단 항목들은, 서로 관련성이 높기 때문에, 어느 하나가 비정상으로 진단된 경우, 다른 항목들도 비정상으로 진단될 가능성이 높다.
다만, 이러한 여러 진단 항목들에 대한 비정상 진단에는 시간차가 존재할 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 특정 진단 항목에서 비정상으로 진단된 경우, 이상이 발생할 개연성이 높은 다른 진단 항목에 대해서도 보다 빠르게 상태 파악이 가능할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 관련 대응이 보다 빠르게 이루어질 수 있다.
예를 들어, 도 7의 실시예에서, 배터리의 측정 온도가 P4에 해당하는 경우, 진단 기준의 변화 전에는, 제2 진단 기준(RC2)보다는 높지만 제3 진단 기준(RC3)보다는 낮으므로, 해당 배터리에 대하여 위험(Warn2) 단계 정도로만 진단될 수 있다. 그러나, 다른 진단 항목, 이를테면 충전 과전류 진단 항목에서 비정상 단계 중 적어도 하나로 진단되어 충전 고온 진단 기준이 도 7에서 화살표(a1~a3)로 표시된 바와 같이 하향 조정된 경우, 측정 온도 P4는 신규한 제3 진단 기준(RC3')보다 높다고 할 수 있다. 따라서, 제어 모듈(200)은, 해당 배터리에 대하여 충전 고온 항목의 결함(Fault) 단계로 진단하고, 보다 적극적이고 강화된 대응 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 이 경우, 충전 고온 항목에 대한 보다 능동적이고 신속한 조치가 가능할 수 있다.
한편, 도 7의 실시예에서는, 충전 고온 진단 내지 방전 고온 진단에 적용될 수 있는 실시 형태를 중심으로 설명되었으나, 이러한 진단 기준 변화는, 다른 다양한 진단 항목에 대해서도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 14개의 진단 항목 전체에 대하여 이러한 진단 기준 변화가 가능할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 도 7의 실시예 등에 도시된 바와 같이, 진단 기준을 변화시킬 때, 하나의 진단 항목뿐 아니라, 여러 진단 항목의 진단 결과를 고려할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 셀 과전압 진단 시, 팩 과전압 진단 결과, 충전 과전류 진단 결과 및 충전 고온 진단 결과 등을 고려하여 진단 기준을 변화시킬 수 있다. 다른 예로, 제어 모듈(200)은, 셀 저전압 진단 시, 팩 저전압 진단 결과, 방전 저온 진단 결과 등을 함께 고려하여 진단 기준을 변화시킬 수 있다.
한편, 도 7의 실시 구성에서는, 각 진단 기준이 한 번만 변화되는 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 특히, 제어 모듈(200)은, 적어도 하나의 진단 기준을 2단 이상으로 변화시킬 수 있다. 이에 대해서는, 도 8 등을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진단 기준 변화 구성을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다. 도 8에서 세로축은 전류를 나타내고, 가로축은 도 6과 같이 측정 회차나 시간 등을 나타낼 수 있다.
도 8을 참조하면, 배터리의 전류에 대한 진단, 이를테면 충전 과전류 진단을 위해, 3개의 진단 기준(RD1, RD2, RD3)이 구비될 수 있다. 이 경우, 배터리의 과전류 진단은, 비정상 상태를 3단계로 구분 진단할 수 있다. 여기서, RD3는 가장 높은 전류값으로서, 고장(Failure) 단계를 구분하는 진단 기준일 수 있다. 그리고, RD2는 결함(Fault) 단계, RD1은 통합 경고(Warn) 단계를 각각 구분하는 진단 기준일 수 있다.
예를 들어, 도 8의 실시 구성에서, 제어 모듈(200)은, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라, 진단 기준 RD3를 RD3'로 변화시키거나, RD3''으로 변화시킬 수 있다. 또는, 제어 모듈(200)은, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라, RD3를 RD3'으로 1차로 변화시킨 후, 다시 일정 조건 만족 시 RD3''으로 2차로 변화시킬 수 있다.
도 8과 같이, 진단 기준이 여러 수준으로 변경 가능한 실시 구성에서, 진단 기준의 변경 수준은, 다른 하나의 진단 항목에서 비정상 단계를 고려하여 결정될 수 있다. 더욱이, 제어 모듈(200)은, 다른 진단 항목의 비정상 상태가 상대적으로 더욱 심각한 경우, 진단 기준의 변경 수준이 더욱 높아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 실시예에서 셀 과전압 진단이 위험(Warn2) 단계로 진단을 받은 경우, 제어 모듈(200)은, 도 8에 도시된 충전 과전류 진단에 대하여, 결함 및 고장에 대한 진단 기준 RD2 및 RD3를, RD2' 및 RD3'으로 낮출 수 있다. 반면, 도 6의 셀 과전압 진단 항목에 대한 진단이 위험(Warn2) 단계에서 결함(Fault) 단계로 변경된 경우, 제어 모듈(200)은, 도 8의 충전 과전류 진단에 대하여, 진단 기준 RD2' 및 RD3'을, RD2'' 및 RD3''으로 더 낮출 수 있다. 이러한 최종 변경 진단 기준인 RD2'' 및 RD3''은, 최초 진단 기준인 RD2 및 RD3에 비해 2단계로 낮아진 것이며, RD2' 및 RD3'에 비해 더 많은 수준으로 변경된 것일 수 있다.
또한, 도 6의 셀 과전압 진단 시, 위험(Warn2) 단계를 거치지 않고 곧바로 결함(Fault) 단계가 진단될 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(200)은, 도 8의 충전 과전류 진단 항목에 대하여, 진단 기준을 RD2 및 RD3로부터 RD2'' 및 RD3''로 곧바로 낮아지도록 할 수 있다. 즉, 각 진단 기준은 여러 수준으로 변경될 수 있는데, 제어 모듈(200)은, 진단 기준을 수준에 따라 순차적으로 변경시킬 수도 있고, 특정 수준을 건너뛰는 형태로 변경시킬 수도 있다.
다른 예로, 도 8과 같이 진단 기준이 여러 단계로 변경되는 실시 형태에서, 변경 단계는, 다른 여러 진단 항목의 진단 결과를 함께 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 8과 관련하여 충전 과전류 진단 시, 셀 과전압 진단 항목, 팩 과전압 진단 항목, 충전 고온 진단 항목, 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단 항목 등 다른 여러 진단 항목들이 함께 고려되어 진단 기준이 변경될 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 다른 여러 진단 항목들 중에서, 비정상 상태로 진단된 개수에 따라, 도 8의 충전 과전류 진단 항목에 대한 진단 기준의 변경 수준을 결정할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 다른 여러 진단 항목들 중, 2개 이하의 진단 항목에서 경고(Warn1) 이상의 비정상 진단을 받은 경우, 제어 모듈(200)은, 도 8의 결함(Fault) 및 고장(Failure) 단계에 대한 진단 기준을 각각, RD2 및 RD3로부터, RD2' 및 RD3'으로 변경할 수 있다. 반면, 다른 여러 진단 항목들 중, 3개 초과의 진단 항목에서 경고 이상의 비정상 진단을 받은 경우, 제어 모듈(200)은, 도 8의 결함 및 고장 단계에 대한 진단 기준을 각각, RD2 및 RD3 또는 RD2' 및 RD3'로부터, RD2'' 및 RD3''으로 변경할 수 있다.
또한, 제어 모듈(200)은, 일정 조건 만족 시, 진단 기준을 이전 수준으로 회복시킬 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 결함 및 고장 단계에 대한 진단 기준이 RD2' 및 RD3'에서 RD2'' 및 RD3''으로 변경된 이후, 다른 진단 항목에 대한 비정상 상태가 해제되거나 완화되면, 제어 모듈(200)은, 진단 기준을 RD2'' 및 RD3''에서 RD2' 및 RD3'로 복귀시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성들에 의하면, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 진단 기준이 적응적으로 변경됨으로써, 배터리의 비정상 상황에 대한 보다 정확하고 효율적인 진단 및 대응이 가능할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 측정 모듈(100)에 의해 측정되는 배터리 상태 정보의 변화 속도에 따라 진단 기준을 변화시킬 수 있다. 특히, 제어 모듈(200)은, 배터리 상태 정보의 변화 속도가 일정 수준 이상인 경우, 진단 기준을 강화시킬 수 있다. 여기서, 진단 기준을 강화시키는 것은, 비정상 상태에 대한 진단 기준을 낮춰, 동일한 측정 결과에 대하여 비정상 상태로 보다 쉽게 진단되도록 하는 것일 수 있다.
예를 들어, 도 7의 충전 고온 진단 항목에서, 3개의 진단 기준인 RC1, RC2 및 RC3을, RC1', RC2' 및 RC3'으로 낮추는 경우, 진단 기준을 강화시킨다고 할 수 있다. 따라서, 진단 기준 강화 전에는 P3 위치가 정상 상태로 진단되지만, 진단 기준 강화 후에는 P3 위치가 비정상 상태(경고 단계)로 진단될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 제어 모듈(200)은, 해당 진단 항목의 변화 속도를 고려할 수도 있고, 다른 진단 항목의 변화 속도를 고려할 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 도 7의 실시예와 같이 충전 고온 진단을 실시하는 과정에서, 충전 중 배터리의 온도를 시간 별로 측정하고, 시간에 따른 온도 변화 속도를 산출할 수 있다. 이때, 온도 변화 속도, 특히 온도 상승 속도가 일정 수준 이상인 경우, 제어 모듈(200)은, 3개의 진단 기준(RC1, RC2 및 RC3)을 화살표 a1, a2 및 a3로 표시된 바와 같이 낮출 수 있다.
더욱이, 이러한 배터리 상태 정보의 변화 속도에 따른 진단 기준 변화는, 여러 단계로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 제어 모듈(200)은, 배터리 상태 정보의 변화 속도, 이를테면 전류 상승 속도에 따라, 진단 기준 RD2를 RD2'으로 변경하거나 RD2''으로 변경할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 전류 상승 속도를 2개의 기준 전류 속도와 비교할 수 있다. 예를 들어, 2개의 기준 전류 속도는, VR1 및 VR2일 수 있다(VR1<VR2). 이때, 전류 상승 속도가 제1 전류 속도 기준값(VR1)보다 크고 제2 전류 속도 기준값(VR2)보다 작으면, 제어 모듈(200)은, RD2를 RD2'으로 낮추는 것과 같이, 진단 기준을 상대적으로 조금 변화시킬 수 있다. 반면, 전류 상승 속도가 제2 전류 속도 기준값(VR2)보다 크면, 제어 모듈(200)은, RD2를 RD2''으로 낮추는 것과 같이, 진단 기준을 상대적으로 많이 변화시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성들에 의하면, 배터리 상태 정보의 변화 속도에 따라 보다 효율적인 진단과 처리가 가능할 수 있다. 특히, 배터리 상태 정보가 빠르게 변화할수록 배터리의 비정상 상태가 심각한 상황이거나 빠른 시간 내에 악화될 가능성이 많을 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 상황에 대하여 신속하게 효과적으로 대응할 수 있다.
상기 측정 모듈(100)은, 배터리의 상태 정보를 측정함에 있어서, 측정 시기를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 측정 모듈(100)은, 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 측정할 수 있으며, 이러한 측정은 미리 정해진 특정 시기에 수행될 수 있다. 측정 모듈(100)은, 이와 같은 상태 정보를 측정하는 시기를 변화시킬 수 있다. 더욱이, 측정 모듈(100)은, 배터리의 특정 상태 정보를 주기적으로 측정할 수 있으며, 이 경우 측정 주기를 변화시킬 수 있다.
더욱이, 측정 모듈(100)은, 복수의 진단 항목에 대하여 진단이 수행되는 경우, 적어도 일부 진단 항목에 대하여, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 배터리의 상태 정보 측정 시기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 특히, 측정 모듈(100)은, 다른 진단 항목의 진단 결과에서 비정상 상태가 진단된 경우, 정상 상태인 경우에 비해 정보 측정 시기를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 측정 모듈(100)은, 도 4의 실시예에서, 셀 과전압 진단 항목을 위해, 배터리의 상태 정보로서 배터리 셀의 전압을 주기적으로 측정할 수 있다. 이러한 상황에서, 다른 진단 항목, 이를테면 팩 과전압 진단 내지 충전 과전류 진단 항목 등에서 위험(Warn2)이나 결함(Fault) 등과 같이 비정상 상태가 진단된 경우, 측정 모듈(100)은 셀 과전압 진단을 위한 전압 측정 주기를 단축시킬 수 있다.
측정 모듈(100)이 다른 진단 항목의 진단 결과를 고려하여 정보 측정 시기를 변화시키는 실시 구성에서, 측정 모듈(100)은, 다른 진단 항목의 진단 결과를 제어 모듈(200)로부터 전송받을 수 있다. 그리고, 측정 모듈(100)은, 이와 같이 제어 모듈(200)로부터 전송된 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라, 배터리의 상태 정보 측정 시기를 변화시킬 수 있다.
또는, 이러한 측정 모듈(100)의 측정 시기 변화는, 제어 모듈(200)의 제어 하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 다른 진단 항목의 진단 결과를 고려하여, 특정 진단 항목에 대한 상태 정보 측정 시기를 변화시키도록 측정 모듈(100)로 제어 신호를 전송할 수 있다. 그러면, 측정 모듈(100)은, 이와 같이 제어 모듈(200)로부터 전송된 제어 신호에 따라 상태 정보 측정 시기를 변화시킬 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 측정 모듈(100)은, 셀 과전압 진단을 위해, 배터리 셀의 전압을 0.02초(s)마다 측정할 수 있다. 즉, 셀 전압 측정 주기는 0.02초일 수 있다. 그런데, 제어 모듈(200)로부터 셀 과전압 진단 이외의 다른 진단 항목, 이를테면 팩 과전압 진단 또는 충전 과전류 진단에 대하여, 경고/위험/결함/고장 단계 중 적어도 하나의 비정상 단계에 있다는 정보가 측정 모듈(100)로 전달될 수 있다. 이 경우, 측정 모듈(100)은, 배터리 셀의 전압 측정 주기를 단축시킬 수 있다.
특히, 측정 모듈(100)은, 다른 진단 항목의 진단 단계에 따라 측정 시기를 다르게 변경시킬 수 있다. 더욱이, 다른 진단 항목의 비정상 상태가 악화될수록, 측정 시기를 더욱 단축시킬 수 있다.
예를 들어, 팩 과전압 진단 항목에서 경고(Warn1) 단계의 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)은 셀 과전압 진단을 위한 전압 측정 주기를 0.02초에서 0.018초로 0.002초만큼 단축시킬 수 있다. 다른 예로, 팩 과전압 진단 항목에서 위험(Warn2) 단계의 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)은 셀 과전압 진단을 위한 전압 측정 주기를 0.02초에서 0.015초로 0.005초만큼 더 많은 수준으로 단축시킬 수 있다.
또한, 측정 모듈(100)은, 비정상 상태로 진단된 진단 항목의 개수를 고려하여, 상태 정보 측정 시기를 변화시킬 수 있다. 특히, 측정 모듈(100)은, 비정상 상태로 진단된 진단 항목의 개수가 많은 경우, 적은 경우에 비해 측정 시기를 더욱 단축시킬 수 있다.
예를 들어, 다른 여러 진단 항목(팩 과전압 진단, 충전 과전류 진단, 충전 고온 진단 등) 중 기준 개수 이상의 진단 항목에서 비정상 상태로 진단된 경우, 기준 개수 미만의 진단 항목에서 비정상 상태로 진단된 경우에 비해, 측정 모듈(100)은, 전압 측정 시기를 단축시킬 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 3개 미만의 다른 진단 항목에서 경고 단계 이상의 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)은 셀 과전압 진단을 위한 전압 측정 주기를 0.02초에서 0.015초로 0.005초만큼 단축시킬 수 있다. 반면, 3개 이상의 다른 진단 항목에서 경고 단계 이상의 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)은 셀 과전압 진단을 위한 전압 측정 주기를 0.02초에서 0.01초로 0.01초만큼 더욱 큰 폭으로 단축시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다른 진단 항목들의 진단 결과를 고려하여 배터리의 상태 정보 측정 시기가 변화되므로, 보다 효율적인 진단 및 대처가 가능할 수 있다. 특히, 정상적인 상황에서는 측정 빈도를 낮추어 측정에 따른 자원 소모를 줄이고, 비정상 상황이나 그러한 비정상 상황이 발생 내지 심화할 개연성이 높은 상황에서는 측정 빈도를 높여 보다 신속한 측정이 가능하도록 할 수 있다. 더욱이, 다른 진단 항목에서 비정상 진단이 이루어진 경우, 관련된 다른 항목에서도 비정상 진단이 이루어질 가능성이 많으므로, 측정 빈도 내지 주기 등을 변화시켜 보다 신속하게 진단 및 대처할 수 있다.
한편 상기 실시 구성에서는, 다른 진단 항목의 진단 결과를 고려하여 특정 진단 항목에 대한 상태 정보 측정 시기를 변경시키는 내용이 설명되었으나, 측정 모듈(100)은, 해당 진단 항목의 진단 결과에 따라 측정 시기를 변경시킬 수도 있다. 특히, 측정 모듈(100)은, 해당 진단 항목의 비정상 상태가 더욱 심각하게 진행되는 경우, 전압 측정 시기나 주기를 단축시킬 수 있다.
예를 들어, 기본적으로는 셀 과전압 진단 항목을 위한 전압 측정 주기가 0.02초일 수 있다. 하지만, 셀 과전압 진단 항목에 대하여 경고(Warn1) 단계에 있다는 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)에 의한 전압 측정 주기는 0.017초로 단축될 수 있다. 그리고, 셀 과전압 진단 항목에 대하여 위험(Warn2) 단계에 있다는 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)에 의한 전압 측정 주기는 0.014초로 더욱 큰 수준으로 단축될 수 있다. 더 나아가, 셀 과전압 진단 항목에 대하여 결함(Fault) 단계에 있다는 진단을 받은 경우, 측정 모듈(100)에 의한 전압 측정 주기는 0.010초로 훨씬 큰 수준으로 단축될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 해당 진단 항목에 대하여 고장 진단과 같이 심각한 상황으로 진행하기 전에, 최대한 신속하고 정확하게 진단 및 대응이 가능하도록 할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 자동 해제 가능 여부로 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다. 여기서, 자동 해제란, 제어 모듈(200)이 진단 단계를 판정한 이후, 제어 모듈(200) 스스로 진단 단계를 변경하는 것을 의미할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, 특정 진단 항목에 대하여 비정상 상태를 다단으로 진단할 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은, 일부 진단 단계에 대해서는 자동 해제가 가능하고, 다른 진단 단계에 대해서는 자동 해제가 불가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 셀 과전압 진단 항목에 대하여, 경고/위험/결함/고장의 4단계로 진단이 수행되는 경우, 제어 모듈(200)은, 경고 및 위험 단계에 대해서는 자동 해제가 가능하도록 구성될 수 있다. 이때, 제어 모듈(200)은, 측정값 내지 연산값이 해당 진단 기준을 넘어서게 되어 경고 단계나 위험 단계로 진단하였으나, 측정값 내지 연산값이 다시 진단 기준 아래로 내려온 경우, 경고 단계나 위험 단계를 자체적으로 해제할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 충전 고온 진단에 대하여, 경고 단계나 위험 단계로 진단된 경우라 하더라도, 온도가 떨어지게 되면, 제어 모듈(200)은, 경고 단계나 위험 단계를 해제하여, 정상 단계로 변환시키거나 경고 단계로 비정상 단계를 낮출 수 있다.
반면, 제어 모듈(200)은, 결함 및 고장 단계에 대해서는, 자동적인 해제가 불가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 측정값 내지 연산값이 해당 진단 기준을 넘어서게 되어 결함 단계나 고장 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은 관련 측정값이나 연산값이 진단 기준 아래로 내려온다 하더라도, 결함 단계나 고장 단계의 진단에 대하여 자체적으로 해제하지 못하도록 구성될 수 없다. 이러한 경우, 결함 단계나 고장 단계의 진단 상황은, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 이외의 다른 장치 내지 시스템에 의해 해제될 수 있다. 예를 들어, 결함 단계로 진단된 경우, ECU나 VCU와 같은 상위 시스템의 요청에 의해서만 해제가 가능할 수 있다. 더욱이, 고장 단계로 진단된 경우에는, 상위 시스템의 요청에 의해서도 해제가 불가하고, 서비스 센터 등에서 배터리나 배터리 관리 장치 등의 점검이 수행된 이후에만 해제될 수 있다.
또한, 제어 모듈(200)은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 배터리에 대한 출력 제한과 출력 차단으로 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다. 여기서, 출력 제한은, 배터리에 대한 충전이나 방전은 가능하되, 충방전 전압이나 전류의 크기를 감소시키거나, 충방전 시간을 감소시키는 것 등을 의미할 수 있다. 그리고, 출력 차단은, 충전이나 방전 자체를 차단시키는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제어 모듈(200)은, 경고 단계와 위험 단계에 대하여 출력 제한을 수행하고, 결함 단계와 고장 단계에 대하여 출력 차단을 수행할 수 있다. 더욱이, 제어 모듈(200)은, 경고 단계와 위험 단계에 대하여, 출력 제한의 정도를 다르게 수행할 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 경고 단계에 비해 위험 단계에, 출력이 더 많이 제한되도록 할 수 있다.
특히, 제어 모듈(200)은, FET나 릴레이와 같은 스위칭 소자를 이용하여, 출력 제한 및/또는 출력 차단 제어를 수행할 수 있다. 또한, 출력 제한 및/또는 출력 제한은 제어 모듈(200)이 그 동작을 모두 수행할 수도 있고, 차량 측 시스템과 같은 상위 시스템이 적어도 일부 동작을 분담할 수도 있다.
또한, 제어 모듈(200)은, 동일한 레벨의 비정상 단계라 하더라도, 서로 다른 진단 항목에 대하여, 서로 다른 처리 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 셀 과전압 항목에 대하여 결함 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은 해당 배터리 셀에 대한 충전을 차단시킬 수 있다. 다른 예로, 셀 저전압 항목에 대하여 결함 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은 해당 배터리 셀에 대한 방전을 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(200)은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 경고 신호 제공과 출력 조정으로 처리 동작을 구분하도록 구성될 수 있다. 여기서, 출력 조정은, 출력 제한 및/또는 출력 차단을 의미하거나 이들을 포함할 수 있다. 즉, 제어 모듈(200)은, 일부 진단 단계에 대해서는 경고 신호를 출력하고, 다른 일부 진단 단계에 대해서는 출력을 조정할 수 있다.
예를 들어, 방전 고온 진단에 대하여 경고 단계나 위험 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은, 충방전에 대한 별도의 출력 제한이나 차단은 수행하지 않고, 경고 메시지만 상위 시스템이나 사용자 측으로 전송할 수 있다. 반면, 방전 고온 진단에 대하여 결함 단계나 고장 단계로 진단된 경우, 제어 모듈(200)은, 충방전에 대한 출력 제한이나 출력 차단을 수행할 수 있다.
상기 제어 모듈(200)은, 복수의 진단 항목에 대하여 진단을 수행한 경우, 복수의 진단 항목에 대한 진단 결과를 함께 고려하여, 종합 진단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(200)은, 배터리에 대한 전체 평가 결과로서, 종합 진단을 수행할 수 있다. 이때, 종합 진단 결과 역시, 다단, 이를테면 4단(경고/위험/결함/고장)으로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 앞서 설명된 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 이외에, 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소, 이를테면 배터리 셀이나 팩 하우징, 퓨즈나 릴레이, BMS와 같은 전장 부품을 더 포함할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 적어도 일부 기능이나 구성, 동작 등은, 배터리 팩에 포함된 BMS나 각종 센서에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 자동차, 특히 전기 이륜차용 교환형 공용 배터리 팩일 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 이러한 전기 이륜차용 교환형 공용 배터리 팩에 탑재될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 자동차는 전기에 의해 구동되며, 구동용 배터리 팩을 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 모두 배터리 팩 측에 마련될 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리 팩과 자동차 측에 일부 기능이나 구성이 분담되는 형태로 마련될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(200)의 동작이나 기능은 배터리 팩의 BMS에 의해 대부분 수행되되, 일부 동작이나 기능은 자동차 측 상위 시스템, 이를테면 ECU나 VCU 등에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는, 배터리 관리 장치나 배터리 팩 이외에, 차량에 일반적으로 적용되는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 자동차는, 전기 이륜차일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 제공 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 제공 시스템은, 방전된 배터리의 충전 서비스를 제공하는 배터리 충전 시스템이나, 방전된 배터리를 충전된 배터리로 교환하하는 서비스를 제공하는 배터리 교환 시스템 등을 포함하는 개념일 수 있다. 또한, 배터리 제공 시스템은, 배터리를 수리하거나 점검하는 서비스 센터 등과 같은 배터리 점검 및 수리 시스템을 포함할 수도 있다. 또한, 배터리 제공 시스템은, 배터리를 구매할 수 있도록 마련된 배터리 판매 시스템을 포함할 수도 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 9에서, 각 단계의 수행 주체는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 구성요소일 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 방법은, 상태 정보 측정 단계(S110), 진단 단계 판정 단계(S120) 및 대응 처리 동작 수행 단계(S130)를 포함할 수 있다.
먼저, 상태 정보 측정 단계(S110)는, 배터리의 상태 정보를 측정하는 단계일 수 있다. S110 단계는, 측정 모듈(100)에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 이러한 S110 단계에 대해서는, 앞서 설명된 측정 모듈(100)의 기능이나 동작 등 여러 설명이 적용될 수 있다.
다음으로, 진단 단계 판정 단계(S120)는, S110 단계에서 측정된 배터리의 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여, 배터리에 대한 진단 단계를 판정하는 형태로 수행될 수 있다. 이러한 S120 단계는, 배터리 관리 장치의 제어 모듈(200)에 의해 수행될 수 있다. 또한, S120 단계에 대해서는, 앞서 설명된 제어 모듈(200)의 진단 구성에 대한 여러 다양한 설명들이 적용될 수 있다.
그리고, 대응 처리 동작 수행 단계(S130)는, S120 단계에서 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행할 수 있다. 이러한 S130 단계 역시, 제어 모듈(200)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, S130 단계에 대해서는, 앞서 설명된 제어 모듈(200)의 처리 동작 수행 구성에 대한 다양한 설명들이 적용될 수 있다. 또는, S130 단계의 적어도 일부 동작은 측정 모듈(100)에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, S130 단계에서, 대응되는 처리 동작으로서 배터리의 상태 정보 측정 시기가 변경될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 관리 방법에 대해서는, 앞서 상세하게 설명된 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에 대한 내용이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
100: 측정 모듈
200: 제어 모듈
300: 메모리

Claims (16)

  1. 배터리의 상태 정보를 측정하는 측정 모듈; 및
    상기 측정 모듈에 의해 측정된 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여 상기 배터리의 진단 단계를 판정하고, 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하도록 구성된 제어 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다단화된 형태의 진단 기준을 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 배터리의 비정상 상태에 대하여 다수의 진단 단계로 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 복수의 진단 항목에 대하여, 상기 진단 단계를 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 형태로 구성되고,
    상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 상기 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 또는 상기 배터리 팩 전체에 대한 과전압 진단 및 저전압 진단을 포함하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 상기 배터리의 전류 및 온도 중 적어도 하나에 대하여, 충전 시 진단 및 방전 시 진단을 포함하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목으로서, 충전 중 셀 간 전압 불균형 진단 및 휴지 중 셀 간 전압 불균형 진단을 포함하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 복수의 진단 항목 중 적어도 일부 진단 항목에 대하여, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 상기 진단 기준을 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 측정 모듈은, 상기 복수의 진단 항목 중 적어도 일부 진단 항목에 대하여, 다른 진단 항목의 진단 결과에 따라 상기 배터리의 상태 정보 측정 시기를 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 자동 해제 가능 여부로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 상기 배터리의 출력 제한과 상기 배터리의 출력 차단으로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 서로 다른 진단 단계에 대하여, 경고 신호 제공과 출력 조정으로 상기 처리 동작을 구분하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 다른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 다른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 다른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 제공 시스템.
  16. 배터리의 상태 정보를 측정하는 단계;
    상기 측정된 상태 정보를 다단화된 형태의 진단 기준과 비교하여 상기 배터리의 진단 단계를 판정하는 단계; 및
    상기 판정 단계에서 판정된 진단 단계에 대응되는 처리 동작을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210040721A (ko) * 2019-10-04 2021-04-14 주식회사 엘지화학 배터리 진단 시스템 및 방법
KR20210084079A (ko) * 2019-12-27 2021-07-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 셀 진단 장치 및 방법
KR20210141211A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
KR20220031411A (ko) * 2020-09-04 2022-03-11 주식회사 엘지에너지솔루션 진단 시스템 및 방법
KR20220036701A (ko) * 2020-09-16 2022-03-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 시스템 진단 장치
KR20220114042A (ko) 2019-12-16 2022-08-17 씨젠 인크. 부형제의 고성능 액체 크로마토그래피 정량 방법
KR20230117881A (ko) 2022-02-03 2023-08-10 박영란 치과용 복합재 및 이의 제조방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007060866A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Mitsubishi Electric Corp 車載用電動機制御装置
JP5133926B2 (ja) * 2009-03-26 2013-01-30 株式会社日立製作所 車両用電池システム
JP2011075458A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Gs Yuasa Corp バッテリ情報記憶装置、バッテリ診断装置、バッテリ充電装置及びバッテリ情報表示装置
US8219333B2 (en) * 2010-06-29 2012-07-10 O2Micro, Inc Battery management systems for protecting batteries from fault conditions
AU2012249306B2 (en) * 2011-04-28 2017-07-20 Zoll Circulation, Inc. Battery management system for control of lithium power cells
KR102046008B1 (ko) * 2017-01-17 2019-11-18 주식회사 엘지화학 배터리 모듈을 위한 외부 진단기 및 모듈 상태 변경 장치
CN110324383B (zh) * 2018-03-30 2021-09-03 比亚迪股份有限公司 云服务器、电动汽车及其中动力电池的管理系统、方法
KR102686403B1 (ko) * 2019-03-06 2024-07-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 시스템 진단 방법
WO2021053976A1 (ja) * 2019-09-19 2021-03-25 住友電気工業株式会社 電池監視システム、電池モジュール、電池管理装置、管理方法、及び車両
ES2977503T3 (es) * 2020-01-22 2024-08-26 Lg Energy Solution Ltd Sistema de diagnóstico de baterías, sistema de alimentación y método de diagnóstico de baterías
WO2021261831A1 (ko) * 2020-06-23 2021-12-30 주식회사 엘지에너지솔루션 Bms 온도 센서를 활용한 배터리 셀의 온도 이상 상태 진단 시스템 및 방법
KR102786688B1 (ko) * 2020-07-24 2025-03-25 주식회사 엘지에너지솔루션 이상 셀 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
KR102849365B1 (ko) * 2020-08-10 2025-08-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 이상 진단 장치 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210040721A (ko) * 2019-10-04 2021-04-14 주식회사 엘지화학 배터리 진단 시스템 및 방법
KR20220114042A (ko) 2019-12-16 2022-08-17 씨젠 인크. 부형제의 고성능 액체 크로마토그래피 정량 방법
KR20210084079A (ko) * 2019-12-27 2021-07-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 셀 진단 장치 및 방법
KR20210141211A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
KR20220031411A (ko) * 2020-09-04 2022-03-11 주식회사 엘지에너지솔루션 진단 시스템 및 방법
KR20220036701A (ko) * 2020-09-16 2022-03-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 시스템 진단 장치
KR20230117881A (ko) 2022-02-03 2023-08-10 박영란 치과용 복합재 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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