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JP2021525437A - バッテリー管理装置及び方法 - Google Patents

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JP2021525437A JP2020565404A JP2020565404A JP2021525437A JP 2021525437 A JP2021525437 A JP 2021525437A JP 2020565404 A JP2020565404 A JP 2020565404A JP 2020565404 A JP2020565404 A JP 2020565404A JP 2021525437 A JP2021525437 A JP 2021525437A
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Abstract

本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーのバッテリー電圧を測定するように構成された電圧測定部と、前記バッテリーの少なくとも一側に備えられ、前記バッテリーのバッテリー曲げ度を測定するように構成された曲げ度測定部と、前記電圧測定部から前記バッテリー電圧を受信し、前記曲げ度測定部からバッテリー曲げ度を受信し、前記バッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のいずれかの電圧区間に含まれるかによって基準曲げ度を設定し、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較して、曲げ度の比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成されたプロセッサと、を含む。

Description

本発明バッテリー管理装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーが曲げられた程度を測定した結果に基づいてバッテリーを管理することができるバッテリー管理装置及び方法に関する。
本出願は、2019年1月18日出願の韓国特許出願第10−2019−0007120号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器のみならず、電気的駆動源によって駆動する電気自動車(EV、Electric Vehicle)またはハイブリッド自動車(HEV、Hybrid Electric Vehicle)などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目を集めている。
前記バッテリーパックは、高出力を得るために複数の単位セル(cell)を含む複数のセルアセンブリーを直列に接続した構造を有している。そして、前記単位セルは、正極集電体、負極集電体、セパレーター、活物質及び電解液などを含み、構成要素間の電気化学的な反応によって反復的な充放電が可能である。
一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含め、大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、複数の二次電池が直列及び/または並列に接続した複数のバッテリーモジュールが集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
一方、バッテリーパックは、多様な使用環境で使われるにつれ、多様な外部衝撃に露出し得る。バッテリーパックは、外部衝撃を受けると、特定の方向へ曲げられるなどの変形が発生していまい、内部が損傷する問題点がある。そこで、従来には、バッテリーパックに加えられた外部衝撃を感知する多様な方法の一つとして、スプリングのような弾性体による衝撃感知方法を用いて衝撃を感知している。
しかし、上述したように大容量構造に対する需要が増加するにつれ、バッテリーパックの重さが次第に増加する状況で、スプリングのような弾性体のみで衝撃を感知する方法は限界がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーが曲げられた程度(バッテリー曲げ度)を測定し、測定されたバッテリー曲げ度に応じてバッテリー保護動作を行うことができるバッテリー管理装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の一面によるバッテリー管理装置は、バッテリーのバッテリー電圧を測定するように構成された電圧測定部と、前記バッテリーの少なくとも一側に備えられ、前記バッテリーのバッテリー曲げ度を測定するように構成された曲げ度測定部と、前記電圧測定部から前記バッテリー電圧を受信し、前記曲げ度測定部からバッテリー曲げ度を受信し、前記バッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定し、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較して、曲げ度の比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成されたプロセッサと、を含み得る。
前記プロセッサは、前記バッテリー電圧が前記過放電電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第1参照曲げ度に設定し、前記バッテリー電圧が前記許容電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第2参照曲げ度に設定し、前記バッテリー電圧が前記過充電電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第3参照曲げ度に設定するように構成され得る。
前記第3参照曲げ度は、前記第1参照曲げ度及び前記第2参照曲げ度未満に設定され得る。
前記プロセッサは、前記基準曲げ度を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応して前記基準曲げ度を変更するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリー電圧が変更されて前記バッテリー電圧が属する電圧区間が変更された場合、前記設定された基準曲げ度を変更された電圧区間に対応する参照曲げ度に変更するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリー電圧が属する電圧区間に対応するように基準時間を設定し、前記バッテリー曲げ度が前記基準曲げ度を超過する時点から経過した超過時間と前記基準時間との長短を比較し、時間比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリー電圧が前記過放電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第1参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記許容電圧区間に含まれると、前記基準時間を第2参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記過充電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第3参照時間に設定するように構成され得る。
前記第3参照時間は、前記第1参照時間及び前記第2参照時間未満に設定され得る。
前記プロセッサは、前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応するように前記基準時間を変更するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリー電圧が変更されて前記バッテリー電圧が属する電圧区間が変更された場合、前記設定された基準時間を変更された電圧区間に対応する参照時間に変更するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記基準曲げ度及び前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応するように前記基準曲げ度及び前記基準時間を変更するように構成され得る。
前記バッテリーは、複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーモジュールで構成され得る。
前記電圧測定部は、前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々の電圧を測定するように構成され得る。
前記曲げ度測定部は、前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々に備えられ、前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々の曲げ度を測定するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記バッテリーモジュールに対する曲げ度比較結果及び時間比較結果に基づいて前記バッテリーモジュールの欠陥有無を判断し、前記バッテリーモジュールに欠陥があると判断された場合、前記複数のバッテリーセルの各々に対する曲げ度比較結果及び時間比較結果に基づいて前記複数のバッテリーセルのうち異常セルを検出するように構成され得る。
本発明の他面によるバッテリーパックは、本発明の一面によるバッテリー管理装置を含み得る。
本発明のさらに他面によるバッテリー管理方法は、バッテリーのバッテリー電圧を測定する電圧測定段階と、前記バッテリーのバッテリー曲げ度を測定する曲げ度測定段階と、前記バッテリー電圧が過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定する基準曲げ度設定段階と、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較し、曲げ度比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行う保護動作遂行段階と、を含み得る。
本発明の一面によれば、バッテリーに外部衝撃が加えられるか、またはスウェリング現象が発生した場合、バッテリーに対する保護動作を行うことでバッテリーによって発生し得る事故を防止することができる。
また、本発明の一面によれば、バッテリーの電圧によって基準曲げ度及び/または基準時間を変更することで、バッテリーの現在状態に対応するようにバッテリーの保護動作が行われるという長所がある。
なお、本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及していないさらに他の効果は、特許請求の範囲の記載から当業者にとって明確に理解されるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの例示的構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーの例示的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含む他のバッテリーパックの例示的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置とバッテリーの他の例示的な構成を示す図である。 図5のバッテリーの斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置とバッテリーのさらに他の例示的な構成を示す図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示す図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示す図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図1は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10を概略的に示す図である。図2は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10を含むバッテリーパック100の例示的な構成を示す図である。
図2を参照すれば、バッテリーパック100は、一つ以上のバッテリー110及びバッテリー管理装置10を含み得る。
ここで、バッテリー110は、バッテリーセルまたはバッテリーモジュールであり得る。
即ち、バッテリー110は、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルであり得る。一例で、パウチ型リチウムポリマーセル及び/または円筒状セルをバッテリー110として看做し得る。また、バッテリー110は、一つ以上のバッテリーセルが直列及び/または並列に接続したバッテリーモジュールであり得る。但し、以下では説明の便宜のために、バッテリー110がバッテリーセルであるものとして説明する。
図1及び図2を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、電圧測定部11、曲げ度測定部12及びプロセッサ13を含み得る。
電圧測定部11は、バッテリー110のバッテリー電圧を測定するように構成され得る。このために、電圧測定部11は電圧センサーを備え得る。
電圧測定部11は、バッテリー110のバッテリー電圧を周期的に測定し、測定されたバッテリー電圧を示す測定信号をプロセッサ13に出力し得る。
例えば、図2の実施形態において、電圧測定部11は、複数のセンシングラインを介してバッテリー110の両端に接続し得る。そして、電圧測定部11は、複数のセンシングラインで測定されるバッテリー110の両端電圧に基づき、前記バッテリー電圧を測定し得る。
曲げ度測定部12は、前記バッテリー110の少なくとも一側に備えられ、バッテリー110のバッテリー曲げ度を測定するように構成され得る。このために、曲げ度測定部12は、曲げられる程度によって出力される抵抗値が変わるフレキシブルセンサーを備え得る。
ここで、バッテリー曲げ度とは、バッテリー110が曲げられた程度を意味し得る。例えば、バッテリー110に外力が加えられてバッテリー110が曲げられ得る。また、スウェリング(Swelling)現象によってバッテリー110が膨張し、バッテリー110が曲げられ得る。したがって、曲げ度測定部12は、バッテリー110の一面に付着され、バッテリー110が曲げられた程度に関わるバッテリー曲げ度を測定し、測定したバッテリー曲げ度を出力し得る。
図3は、本発明の一実施形態によるバッテリー110の例示的な構成を示す図である。具体的に、図3は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10の曲げ度測定部12がバッテリー110に付着される形態を例示的に示す図である。
例えば、図3を参照すれば、バッテリー110がパウチ型バッテリーセルである場合、曲げ度測定部12は、バッテリー110の外面に付着され得る。そして、曲げ度測定部12は、外部衝撃及び/またはスウェリング現象によってバッテリー110が曲げられた程度を測定し得る。
曲げ度測定部12は、バッテリー110のバッテリー曲げ度を周期的に測定し、測定されたバッテリー曲げ度を示す測定信号をプロセッサ13に出力し得る。
例えば、曲げ度測定部12は、「0」〜「100」の間の自然数を曲げ度として出力し得る。バッテリー110の外形に変化がない場合、バッテリー曲げ度は「0」として測定され得る。バッテリー110の外形に変化が発生した場合、測定されたバッテリー曲げ度は「0」よりも大きくなる。
プロセッサ13は、電圧測定部11及び曲げ度測定部12と動作可能に結合し得る。そして、プロセッサ13は、電圧測定部11から前記バッテリー電圧を受信し得る。また、プロセッサ13は、前記曲げ度測定部12からバッテリー曲げ度を受信し得る。
例えば、図2の実施形態において、電圧測定部11及び曲げ度測定部12は、プロセッサ13と電気的に接続し得る。そして、電圧測定部11から出力されたバッテリー電圧は、プロセッサ13に入力され得る。また、曲げ度測定部12から出力されたバッテリー曲げ度は、プロセッサ13に入力され得る。
プロセッサ13は、前記バッテリー電圧が過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定するように構成され得る。
即ち、プロセッサ13は、バッテリー110のバッテリー電圧が属する電圧区間に応じて、バッテリー110に対する基準曲げ度を設定できる。
具体的に、プロセッサ13は、電圧測定部11から受信したバッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のいずれかの電圧区間に含まれるかを確認し得る。そして、プロセッサ13は、バッテリー電圧が含まれた電圧区間に応じて基準曲げ度を設定し得る。
ここで、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間は、バッテリー110の電圧仕様によって予め設定された電圧区間であり得る。
過放電電圧区間は、許容電圧区間未満の電圧区間であり得る。そして、過放電電圧区間は、低電圧によってバッテリー110の劣化が加速される電圧区間を意味し得る。例えば、バッテリー110が、通常の4.5V仕様のバッテリーセルであるとすれば、過放電電圧区間は0V以上2V未満の区間であり得る。
また、許容電圧区間は、バッテリー110の充放電が許容される電圧区間であり得る。即ち、許容電圧区間は、バッテリー110の状態が正常状態であると判断される電圧区間であり得る。したがって、バッテリー110のバッテリー電圧が許容電圧区間に含まれると、バッテリー110の劣化が加速しないように正常状態を維持しながら使用できる。例えば、バッテリー110が通常の4.5V仕様のバッテリーセルであるとすれば、許容電圧区間は2V以上4V未満の区間であり得る。
過充電電圧区間は、許容電圧区間を超過した電圧区間であり得る。そして、過充電電圧区間は、高電圧によってバッテリー110の劣化が加速される電圧区間を意味し得る。例えば、バッテリー110が通常の4.5V仕様のバッテリーセルであるとすれば、過充電電圧区間は4V以上6V未満の区間であり得る。
また、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間の各々には、対応する曲げ度が相違に予め設定され得る。
過放電電圧区間に対応する曲げ度は、第1参照曲げ度として設定され得る。許容電圧区間に対応する曲げ度は、第2参照曲げ度に設定され得る。過充電電圧区間に対応する曲げ度は、第3参照曲げ度として設定され得る。
例えば、プロセッサ13は、バッテリー電圧が過放電電圧区間に含まれると、基準曲げ度を第1参照曲げ度として設定し得る。また、プロセッサ13は、バッテリー電圧が許容電圧区間に含まれると、基準曲げ度を第2参照曲げ度として設定し得る。また、プロセッサ13は、バッテリー電圧が過充電電圧区間に含まれると、基準曲げ度を第3参照曲げ度として設定し得る。
プロセッサ13は、前記バッテリー曲げ度と前記基準曲げ度との大小を比較するように構成され得る。
具体的に、基準曲げ度は、バッテリー110のバッテリー電圧が含まれる電圧区間に対応する参照曲げ度として設定され得る。即ち、プロセッサ13は、バッテリー110のバッテリー電圧に基づいて設定された基準曲げ度と、曲げ度測定部12によって測定されたバッテリー曲げ度との大きさを比較し得る。
そして、プロセッサ13は、曲げ度比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成され得る。
具体的に、プロセッサ13は、バッテリー曲げ度が基準曲げ度よりも大きいと、プロセッサ13は、バッテリー110に欠陥があると判断し得る。したがって、プロセッサ13は、欠陥のあるバッテリー110の使用を中断させるために前記保護動作を行い得る。また、バッテリー110の欠陥がテスト段階で検出された場合、プロセッサ13は、欠陥のあるバッテリー110が容易に分類されるように前記保護動作を行い得る。
例えば、図2の実施形態において、バッテリー110に欠陥があり、バッテリー曲げ度が基準曲げ度よりも大きいと仮定する。プロセッサ13は、メインリレー120の動作状態をターンオフ状態に制御することで、バッテリー110の充電及び放電を遮断し得る。
ここで、メインリレー120は、動作状態によってバッテリー110の充電電流及び放電電流が流れる大電流経路を通電または遮断し得る。図2の実施形態において、バッテリーパック100の正極端子P+、バッテリー110及びバッテリーパック100の負極端子P−が接続した経路が大電流経路であり得る。メインリレー120は、前記大電流経路に配置され得る。
即ち、プロセッサ13が行う保護動作とは、バッテリー110が使われないようにバッテリー110に対する大電流経路を遮断する動作であり得る。
プロセッサ13が行うバッテリー110に対する保護動作の他の実施形態は、図4を参照して説明する。
図4は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10を含む他のバッテリーパック100の例示的な構成を示す図である。
図4の実施形態において、バッテリーパック100は、ヒューズ130をさらに含み得る。
望ましくは、ヒューズ130は電流経路に配置され得る。ここで、ヒューズ130は、高電流が流れるか、または過熱されると破断される通常のヒューズ素子であり得る。
例えば、図4の実施形態において、バッテリー110に欠陥があり、バッテリー曲げ度が基準曲げ度よりも大きいと仮定する。プロセッサ13は、保護動作を行うために、図2の実施形態のように、メインリレー120の動作状態をターンオフ状態に制御し得る。また、プロセッサ13は、保護動作を行うために、ヒューズ130を破断し得る。このために、プロセッサ13は、ヒューズ130に高圧信号を出力するか、またはヒューズ130を直接破断できるヒューズ破断ユニット(図示せず)を動作させ得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー110の多様な状態(バッテリー電圧とバッテリー曲げ度)を考慮してバッテリー110の欠陥有無を判断するため、バッテリー110の欠陥有無がより正確に判断される。
また、バッテリー管理装置10は、バッテリー110に欠陥があると判断されると、保護動作を行うことで、欠陥のあるバッテリー110が使われることを予め防止することができる。したがって、欠陥のあるバッテリー110の使用によって発生し得る事故を予防することができる。
望ましくは、前記第3参照曲げ度は、前記第1参照曲げ度と前記第2参照曲げ度未満に予め設定され得る。
ここで、第3参照曲げ度は、過充電電圧区間に対応するように設定された参照曲げ度である。そして、このような参照曲げ度とバッテリー曲げ度との大小比較によって、前記バッテリー110に対する保護動作の遂行有無が決定され得る。
例えば、第1参照曲げ度が60、第2参照曲げ度が50、第3参照曲げ度が30に設定されたと仮定する。そして、曲げ度測定部12によって測定されたバッテリー曲げ度が40であると仮定する。
この場合、バッテリー電圧が過放電電圧区間または許容電圧区間に含まれると、基準曲げ度がバッテリー曲げ度よりも大きいため、プロセッサ13はバッテリー110に対する保護動作を行わない。
逆に、バッテリー電圧が過充電電圧区間に含まれると、基準曲げ度は第3参照曲げ度に設定され得る。即ち、基準曲げ度がバッテリー曲げ度よりも小さい。したがって、プロセッサ13は、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。
通常、バッテリー110の電圧が、許容電圧区間または過放電電圧区間に含まれる場合よりも過充電電圧区間に含まれるとき、バッテリー110の内部エネルギーがさらに高い。即ち、バッテリー電圧が過充電電圧区間に含まれる場合、バッテリー110は、外部衝撃に弱くなり得る。したがって、バッテリー電圧が過充電区間に含まれる場合、バッテリー110に相対的に小さい外部衝撃が加えられても、バッテリー110の発火または爆発などの事故が発生する可能性が高い。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー110の電圧が含まれる電圧区間によって相異なる参照曲げ度を設定することで、バッテリー110の電圧が高いほどバッテリー曲げ度によるバッテリー110の欠陥をより敏感に検出することができる。
より望ましくは、第1参照曲げ度、第2参照曲げ度及び第3参照曲げ度の順に曲げ度が低くなるように設定され得る。
例えば、バッテリー電圧が最も高い過充電電圧区間では、第3参照曲げ度を最も低く設定し、バッテリー110に相対的に小さい衝撃が加えられても保護動作が行われ得る。
また、バッテリー電圧が過放電電圧区間に含まれる場合には、バッテリー110の内部エネルギーが相対的に低いため、第1参照曲げ度を最も高く設定してバッテリー110の状態に応じて保護動作が柔軟に行われ得る。
即ち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー110のバッテリー電圧とバッテリー曲げ度とを共に考慮して保護動作を行うため、バッテリー110の状態に適応的かつ柔軟に保護動作を行うことができる。
前記プロセッサ13は、前記基準曲げ度を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応して前記基準曲げ度を変更するように構成され得る。
電圧測定部11は、周期的にバッテリー110のバッテリー電圧を測定し、プロセッサ13に測定したバッテリー電圧を出力し得る。したがって、プロセッサ13は、以前に受信した以前のバッテリー電圧に基づいて基準曲げ度を設定した後、新しく受信した新規のバッテリー電圧が以前のバッテリー電圧と相違すると、新規のバッテリー電圧に基づいて基準曲げ度を変更し得る。
具体的に、前記プロセッサ13は、前記バッテリー電圧が変更され、前記バッテリー電圧が属する電圧区間が変更された場合、前記設定された基準曲げ度を、変更された電圧区間に対応する参照曲げ度に変更するように構成され得る。
例えば、前述した実施形態のように、過放電電圧区間は0V以上2V未満の区間であり、許容電圧区間は2V以上4V未満の区間であり、過充電電圧区間は4V以上の区間であると仮定する。
第1時点でバッテリー電圧が3Vであれば、プロセッサ13は基準曲げ度を第2参照曲げ度に設定し得る。その後、第2時点でバッテリー電圧が4Vに変更された場合、プロセッサ13は第2参照曲げ度に設定されている基準曲げ度を第3参照曲げ度に変更し得る。このような場合、第2時点における基準曲げ度は、第1時点における基準曲げ度より小さくなるため、バッテリー曲げ度によっては保護動作が行われ得る。
即ち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー電圧の変化に対応するように基準曲げ度を変更することで、バッテリー110状態に対応する適切な保護動作を行うことができるという長所がある。
前記プロセッサ13は、前記バッテリー電圧が属する電圧区間に対応して基準時間を設定するように構成され得る。
具体的に、プロセッサ13は、バッテリー電圧が過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準時間を設定し得る。
望ましくは、過放電電圧区間に対応する参照時間は、第1参照時間として設定され得る。許容電圧区間に対応する参照時間は、第2参照時間として設定され得る。過充電電圧区間に対応する参照時間は、第3参照時間として設定され得る。
例えば、第1参照時間は50msに設定され、第2参照時間は40msに設定され、第3参照時間は30msに設定され得る。
即ち、プロセッサ13は、前記バッテリー電圧が前記過放電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第1参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記許容電圧区間に含まれると、前記基準時間を第2参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記過充電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第3参照時間に設定するように構成され得る。
プロセッサ13は、前記バッテリー曲げ度が前記基準曲げ度を超過する時点から経過した超過時間と前記基準時間との長短を比較するように構成され得る。
具体的に、プロセッサ13は、バッテリー電圧が含まれる電圧区間に応じて基準曲げ度及び基準時間を設定し得る。そして、曲げ度測定部12によって測定されるバッテリー曲げ度が設定された基準曲げ度を超過したときから前記超過時間を測定し得る。望ましくは、超過時間は、バッテリー曲げ度が基準曲げ度以下になるか、またはバッテリー110に対する保護動作が行われるまで測定され得る。
即ち、バッテリー110に対する保護動作が行われる前であり、超過時間が測定されるうちにバッテリー曲げ度が基準曲げ度以下になると、測定される超過時間はリセットされ得る。また、バッテリー110に対する保護動作が行われると、測定される超過時間はリセットされ得る。
プロセッサ13は、時間の比較結果に基づいて前記バッテリー110に対して保護動作を行うように構成され得る。
具体的に、プロセッサ13は、超過時間が基準時間を超過すれば、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。
例えば、基準時間が50msに設定され、第1時点で測定されたバッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過したと仮定する。バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過したため、プロセッサ13は、第1時点を起算点にして超過時間を測定し得る。もし、測定される超過時間が50msを超過した場合、プロセッサ13はバッテリー110に対する保護動作を行い得る。逆に、測定される超過時間が50ms以下であり、バッテリー曲げ度が基準曲げ度以下に変更された場合、プロセッサ13は、測定する超過時間をリセットし得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー曲げ度が維持される時間(前記超過時間)を考慮することで、持続的な外部衝撃またはスウェリング現象が発生したと判断されると、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。
したがって、プロセッサ13は、バッテリー110に対する瞬間的な衝撃が加えられてからバッテリー110の状態が正常状態に戻る状況では、バッテリー110及びバッテリーパック100を長く使用できるように前記保護動作を行わない。
望ましくは、前記第3参照時間は、前記第1参照時間及び前記第2参照時間未満に設定されることができる.
即ち、参照曲げ度と同様に、参照時間も、バッテリー110のバッテリー電圧が含まれる電圧区間に応じて相違に設定され得る。
前述したように、バッテリー電圧が過充電電圧区間に含まれる場合、バッテリー110の内部エネルギーが相対的に高い状態であり得る。このような場合には、バッテリー110に外部衝撃が相対的に短い時間維持されても、バッテリー110が爆発するなどの事故が発生し得る。また、バッテリー110の内部エネルギーが高い状態であるため、爆発などの事故の程度が大きくなり得る。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、第3参照時間を第1参照時間及び第2参照時間よりも短く設定することで、バッテリー電圧を考慮してバッテリー110による事故の発生を防止することができるという長所がある。
前記プロセッサ13は、前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応するように前記基準時間を変更するように構成され得る。
電圧測定部11は、周期的にバッテリー110のバッテリー電圧を測定し、測定したバッテリー電圧をプロセッサ13に出力し得る。したがって、プロセッサ13は、以前に受信した以前のバッテリー電圧に基づいて基準時間を設定した後、新しく受信した新規のバッテリー電圧が以前のバッテリー電圧と相違すると、新規のバッテリー電圧に基づいて基準時間を変更し得る。
具体的に、前記プロセッサ13は、前記バッテリー電圧が変更されて前記バッテリー電圧の属する電圧区間が変更された場合、変更された電圧区間に対応する参照時間に前記設定された基準時間を変更するように構成され得る。
例えば、前述した実施形態のように、過放電電圧区間は0V以上2V未満の区間であり、許容電圧区間は2V以上4V未満の区間であり、過充電電圧区間は4V以上の区間であると仮定する。
第1時点でバッテリー電圧が3Vであれば、プロセッサ13は、基準時間を第2参照時間として設定し得る。以後、第2時点でバッテリー電圧が4Vに変更された場合、プロセッサ13は、第2参照時間として設定されている基準時間を第3参照時間に変更し得る。
このような場合、第2時点における基準時間は、第1時点における基準時間よりも短くなるため、バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過したときから測定される前記超過時間によっては保護動作が行われ得る。
即ち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー電圧の変化に対応するように基準時間を変更することで、バッテリー110の状態に対応する適切な保護動作を行うことができるという長所がある。
より望ましくは、前記プロセッサ13は、前記基準曲げ度及び前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応して前記基準曲げ度及び前記基準時間を変更するように構成され得る。
即ち、基準曲げ度及び基準時間が設定された後、バッテリー電圧が他の電圧区間に含まれるように変更された場合、プロセッサ13は、変更されたバッテリー電圧に含まれる電圧区間に設定された参照曲げ度及び参照時間に、前記基準曲げ度及び前記基準時間を各々変更し得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリー110の状態変化(例えば、バッテリー電圧の変化)に対応するように基準曲げ度及び基準時間を変更し、バッテリー110に対する保護動作を行うことができるという長所がある。したがって、バッテリー管理装置10は、バッテリー110の状態に対応する適切な保護動作を行うことで、バッテリー110による予期せぬ事故を防止することができるという長所がある。
以下では、バッテリー管理装置10を含むバッテリーパック100に関わる多様な実施形態について説明する。前述した内容と重複する内容は省略する。
図5は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10及びバッテリー110の他の例示的構成を示す図である。具体的に、図5は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10の曲げ度測定部12がバッテリーモジュール140に付着される例示を示す図である。
図6は、図5のバッテリーの斜視図である。具体的に、図6は、前記バッテリーモジュール140の斜視図を示す。
ここで、前記バッテリー110は、複数のバッテリーセル110a〜110eが備えられたバッテリーモジュール140で構成され得る。即ち、図5及び図6の実施形態において、複数のバッテリーセル110a〜110eを含むバッテリーモジュール140がバッテリー110として看做され得る。
例えば、図5及び図6を参照すれば、バッテリーモジュール140には、第1バッテリーセル110a、第2バッテリーセル110b、第3バッテリーセル110c、第4バッテリーセル110d及び第5バッテリーセル110eが含まれ得る。
電圧測定部11は、バッテリーモジュール140のバッテリー電圧を測定し、曲げ度測定部12はバッテリーモジュール140のバッテリー曲げ度を測定し得る。特に、図5及び図6を参照すれば、曲げ度測定部12は、バッテリーモジュール140の一面に付着され、バッテリーモジュール140のバッテリー曲げ度を測定し得る。
そして、プロセッサ13は、バッテリー電圧及びバッテリー曲げ度に基づいて、バッテリーモジュール140の保護動作を行い得る。
即ち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10は、バッテリーセルのみならず、バッテリーモジュール140に対しても電圧及び曲げ度に応じて保護動作を行うことができるという長所がある。
図7は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置10とバッテリーのさらに他の例示的な構成を示す図である。
図7の実施形態において、図5及び図6の実施形態と同様に、複数のバッテリーセル110a〜110eを含むバッテリーモジュール140がバッテリー110として看做され得る。
前記電圧測定部11は、前記バッテリーモジュール140及び前記複数のバッテリーセル110a〜110eの各々の電圧を測定するように構成され得る。
例えば、図7の実施形態において、電圧測定部11は、複数のバッテリーセル110a〜110eの電極の各々に接続し得る。そして、電圧測定部11は、バッテリーモジュール140及び複数のバッテリーセル110a〜110eの各々の電圧を測定し得る。
前記曲げ度測定部12は、前記バッテリーモジュール140及び前記複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に備えられ、前記バッテリーモジュール140及び前記複数のバッテリーセル110a〜110eの各々の曲げ度を測定するように構成され得る。
望ましくは、曲げ度測定部12は、バッテリーモジュール140及び複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に付着され得る。
例えば、曲げ度測定部12は、バッテリーモジュール140に付着され得る。第1曲げ度測定部12aは、第1バッテリーセル110aに付着され得る。第2曲げ度測定部12bは、第2バッテリーセル110bに付着され得る。第3曲げ度測定部12cは、第3バッテリーセル110cに付着され得る。第4曲げ度測定部12dは、第4バッテリーセル110dに付着され得る。第5曲げ度測定部12eは、第5バッテリーセル110eに付着され得る。
前記プロセッサ13は、前記バッテリーモジュール140に対する曲げ度比較結果及び時間比較結果に基づいて前記バッテリーモジュール140に欠陥があるかを判断するように構成され得る。
即ち、プロセッサ13は、複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に対するバッテリー曲げ度及び超過時間を、基準曲げ度及び基準時間と比較する前に、バッテリーモジュール140に対する欠陥検出を行い得る。
例えば、バッテリーモジュール140のバッテリー曲げ度が基準曲げ度以下であり、超過時間も基準時間以下である場合、プロセッサ13は、バッテリーモジュール140に欠陥がないと判断し得る。この場合、プロセッサ13は、複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に対する欠陥検出は省略し得る。
即ち、バッテリー管理装置10は、バッテリーモジュール140の欠陥を先に検出した後、バッテリーモジュール140に欠陥が検出された場合に限って複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に対する欠陥を検出することで、バッテリー110の欠陥を検出する総所要時間を短縮することができるという長所がある。
具体的な例として、バッテリーモジュール140のバッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過しており、超過時間も基準時間を超過した場合、プロセッサ13は、バッテリーモジュール140に欠陥があると判断し得る。この場合、プロセッサ13は、複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に対する欠陥検出を行い得る。即ち、プロセッサ13は、欠陥の原因になる異常セルを検出するために、複数のバッテリーセル110a〜110eの各々に対する欠陥検出を行い得る。
その後、複数のバッテリーセル110a〜110eのうちバッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過しており、超過時間が基準時間を超過したバッテリーセルが検出されると、プロセッサ13は、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。そして、プロセッサ13は、検出されたバッテリーセルについての情報を提供することで、欠陥の原因になる異常セルについての情報を提供することができるという長所がある。
図8は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示した図である。ここで、バッテリー管理方法は、バッテリー管理装置10の各構成によって行われ得る。
図8を参照すれば、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理方法は、電圧測定段階S100、曲げ度測定段階S200、基準曲げ度設定段階S300及び保護動作遂行段階S400を含み得る。
電圧測定段階S100は、バッテリー110のバッテリー電圧を測定する段階であって、電圧測定部11によって行われ得る。
例えば、図4の実施形態において、電圧測定部11は、バッテリー110の両端と接続した測定ラインを介してバッテリー110のバッテリー電圧を測定し得る。
曲げ度測定段階S200は、前記バッテリー110のバッテリー曲げ度を測定する段階であって、曲げ度測定部12によって行われ得る。
例えば、図3の実施形態において、曲げ度測定部12は、バッテリー110の一面に付着され、バッテリー110のバッテリー曲げ度を測定し得る。
基準曲げ度設定段階S300は、前記バッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のうちどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定する段階であって、プロセッサ13によって行われ得る。
先ず、プロセッサ13は、電圧測定段階S100で測定されたバッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかを判断し得る。
その後、プロセッサ13は、バッテリー電圧が含まれる電圧区間に対応する参照曲げ度に基づいて基準曲げ度を設定し得る。例えば、バッテリー電圧が許容電圧区間に含まれると、プロセッサ13は、許容電圧に対応する第2参照曲げ度に基づいて、基準曲げ度を設定し得る。即ち、プロセッサ13は、第2参照曲げ度を前記基準曲げ度として設定し得る。
保護動作遂行段階S400は、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較して、曲げ度比較結果に基づいて前記バッテリー110に対して保護動作を行う段階であって、プロセッサ13によって行われ得る。
プロセッサ13は、バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過すれば、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。例えば、図4の実施形態において、プロセッサ13は、前記保護動作として、前記ヒューズ130を破断するか、またはメインリレー120の動作状態をターンオフ状態に制御し得る。
図9は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理方法を概略的に示した図である。ここで、バッテリー管理方法は、バッテリー管理装置10の各構成によって行われ得る。また、以下では、図8の方法で追加または変更された段階のみについて説明する。
図9を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理方法は、基準時間設定段階S500及び保護動作遂行段階S600をさらに含み得る。
基準時間設定段階S500は、基準曲げ度設定段階S300の後、前記バッテリー電圧が過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のいずれか電圧区間に含まれるかによって基準時間を設定する段階であって、プロセッサ13によって行われ得る。
プロセッサ13は、バッテリー電圧が含まれる電圧区間に対応する参照時間に基づいて基準時間を設定し得る。例えば、バッテリー電圧が許容電圧区間に含まれると、プロセッサ13は、許容電圧に対応する第2参照時間に基づいて基準時間を設定し得る。即ち、プロセッサ13は、第2参照時間を前記基準時間として設定し得る。
保護動作遂行段階S600は、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較した曲げ度の比較結果及び前記超過時間と基準時間との長短を比較した時間比較結果に基づいて前記バッテリー110に対して保護動作を行う段階であって、プロセッサ13によって行われ得る。
図9の保護動作遂行段階S600は、図8の保護動作遂行段階S400と一部が相違した段階であり得る。具体的に、図9の保護動作遂行段階S600は、図8の保護動作遂行段階S400に比べて時間比較結果をさらに考慮する点が相異なる。
例えば、プロセッサ13は、バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過しており、バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過した超過時間が基準時間を超過した場合、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。即ち、プロセッサ13は、バッテリー曲げ度が基準曲げ度を超過した状態が基準時間よりも長く持続される場合、バッテリー110に対する保護動作を行い得る。
このようなバッテリー管理方法によれば、外部衝撃が加えられるか、またはスウェリング現象によってバッテリー110による事故の発生を予め防止することができる長所がある。
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
10 バッテリー管理装置
11 電圧測定部
12 曲げ度測定部
13 プロセッサ
100 バッテリーパック
110 バッテリー
120 メインリレー
130 ヒューズ
140 バッテリーモジュール

Claims (15)

  1. バッテリーのバッテリー電圧を測定するように構成された電圧測定部と、
    前記バッテリーの少なくとも一側に備えられ、前記バッテリーのバッテリー曲げ度を測定するように構成された曲げ度測定部と、
    前記電圧測定部から前記バッテリー電圧を受信し、前記曲げ度測定部からバッテリー曲げ度を受信し、前記バッテリー電圧が、過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定し、前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較して、曲げ度の比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成されたプロセッサと、を含むことを特徴とする、バッテリー管理装置。
  2. 前記プロセッサは、
    前記バッテリー電圧が前記過放電電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第1参照曲げ度に設定し、前記バッテリー電圧が前記許容電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第2参照曲げ度に設定し、前記バッテリー電圧が前記過充電電圧区間に含まれると、前記基準曲げ度を第3参照曲げ度に設定するように構成されたことを特徴とする、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記第3参照曲げ度は、
    前記第1参照曲げ度及び前記第2参照曲げ度未満に設定されたことを特徴とする、請求項2に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記プロセッサは、
    前記基準曲げ度を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応して前記基準曲げ度を変更するように構成されたことを特徴とする、請求項2または3に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記プロセッサは、
    前記バッテリー電圧が変更されて前記バッテリー電圧が属する電圧区間が変更された場合、前記設定された基準曲げ度を変更された電圧区間に対応する参照曲げ度に変更するように構成されたことを特徴とする、請求項4に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記プロセッサは、
    前記バッテリー電圧が属する電圧区間に対応するように基準時間を設定し、前記バッテリー曲げ度が前記基準曲げ度を超過する時点から経過した超過時間と前記基準時間との長短を比較し、時間比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行うように構成されたことを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記プロセッサは、
    前記バッテリー電圧が前記過放電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第1参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記許容電圧区間に含まれると、前記基準時間を第2参照時間に設定し、前記バッテリー電圧が前記過充電電圧区間に含まれると、前記基準時間を第3参照時間に設定するように構成されたことを特徴とする、請求項6に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記第3参照時間は、
    前記第1参照時間及び前記第2参照時間未満に設定されたことを特徴とする、請求項7に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記プロセッサは、
    前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応するように前記基準時間を変更するように構成されたことを特徴とする、請求項7または8に記載のバッテリー管理装置。
  10. 前記プロセッサは、
    前記バッテリー電圧が変更されて前記バッテリー電圧が属する電圧区間が変更された場合、前記設定された基準時間を変更された電圧区間に対応する参照時間に変更するように構成されたことを特徴とする、請求項9に記載のバッテリー管理装置。
  11. 前記プロセッサは、
    前記基準曲げ度及び前記基準時間を設定した後、前記バッテリー電圧が変更されると、変更されたバッテリー電圧に対応するように前記基準曲げ度及び前記基準時間を変更するように構成されたことを特徴とする、請求項6から請求項10のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  12. 前記バッテリーは、
    複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーモジュールで構成されたことを特徴とする、請求項6から請求項11のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  13. 前記電圧測定部は、
    前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々の電圧を測定するように構成され、
    前記曲げ度測定部は、
    前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々に備えられ、前記バッテリーモジュール及び前記複数のバッテリーセルの各々の曲げ度を測定するように構成され、
    前記プロセッサは、
    前記バッテリーモジュールに対する曲げ度比較結果及び時間比較結果に基づいて前記バッテリーモジュールの欠陥有無を判断し、前記バッテリーモジュールに欠陥があると判断された場合、前記複数のバッテリーセルの各々に対する曲げ度比較結果及び時間比較結果に基づいて前記複数のバッテリーセルのうち異常セルを検出するように構成されたことを特徴とする、請求項12に記載のバッテリー管理装置。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
  15. バッテリーのバッテリー電圧を測定する電圧測定段階と、
    前記バッテリーのバッテリー曲げ度を測定する曲げ度測定段階と、
    前記バッテリー電圧が過放電電圧区間、許容電圧区間及び過充電電圧区間のどの電圧区間に含まれるかに応じて基準曲げ度を設定する基準曲げ度設定段階と、
    前記バッテリー曲げ度と基準曲げ度との大小を比較し、曲げ度比較結果に基づいて前記バッテリーに対して保護動作を行う保護動作遂行段階と、を含むことを特徴とする、バッテリー管理方法。
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