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KR20210050396A - 배터리 이상 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 이상 검출 장치 및 방법 Download PDF

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KR20210050396A
KR20210050396A KR1020190134953A KR20190134953A KR20210050396A KR 20210050396 A KR20210050396 A KR 20210050396A KR 1020190134953 A KR1020190134953 A KR 1020190134953A KR 20190134953 A KR20190134953 A KR 20190134953A KR 20210050396 A KR20210050396 A KR 20210050396A
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battery cells
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박기범
김지용
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 시간 측정부, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 저장하는 메모리부 및 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 진단부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 이상 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAILURE OF BATTERY}
본 발명은 배터리 이상 검출 장치 및 방법, 특히, 배터리의 밸런싱 시간을 이용하여 저전압 배터리 셀을 검출하는 배터리 이상 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
배터리 셀은 생산시 이물질 등의 원인으로 인해 저전압의 불량이 발생할 수 있다. 그러나, 종래에는 이러한 배터리 셀의 저전압 이상을 초기 생산시에 검출할 수 없었다. 특히, 저전압 배터리 셀의 경우 시간이 지남에 따라 자가 방전(self-discharge)이 발생하는데, 이 때 배터리 관리 시스템(BMS)에서 정상 배터리 셀의 SOC(State of Charge) 레벨을 감소시켜 밸런싱을 수행하기 때문에 배터리 팩의 성능이 감소하는 문제가 있었다. 이러한 저전압 배터리 셀을 장기간 사용할 경우에는 안전상 문제가 발생할 위험성도 있다.
본 발명은 배터리 셀의 밸런싱 시간을 분석하여 저전압 배터리 셀을 조기에 검출함으로써 배터리의 에너지를 효율적으로 관리하고 안전상 신뢰성을 확보할 수 있는 배터리 이상 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 시간 측정부, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 저장하는 메모리부 및 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 진단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 시간 측정부는 미리 설정된 주기로 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 메모리부는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 진단부는 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 진단부는 상기 복수의 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 시간 측정부는 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀을 검출 대상 배터리 셀로 결정하고, 상기 검출 대상 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 진단부는 상기 검출 대상 배터리 셀의 밸런싱 시간과 상기 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 검출 대상 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 진단부는 상기 배터리 셀의 밸런싱 수행시 SOC(State of Charge)의 패턴을 모델링할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 진단부는 상기 배터리 셀의 미리 설정된 전압 강하량에 해당하는 SOC의 변화량을 산출하고, 상기 SOC의 변화량에 따른 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간에 기초하여 상기 기준치를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 상기 전압 강하량은 상기 배터리 셀의 생산시 사전 결정된 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 상기 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시키는 알람부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법은 미리 설정된 주기로 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장하는 단계 및 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법의 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계는 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법의 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법은 상기 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 이상 검출 장치 및 방법에 따르면, 배터리 셀의 밸런싱 시간을 분석하여 저전압 배터리 셀을 조기에 검출함으로써 배터리의 에너지를 효율적으로 관리하고 안전상 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치에서 기준치를 산출하고 저전압 여부를 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전력 산출 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리 팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14) 예를 들어 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)는 시간 측정부(210), 메모리부(220), 진단부(230) 및 알람부(240)를 포함할 수 있다.
시간 측정부(210)는 배터리의 밸런싱 회로를 통해 복수의 배터리 셀 각각이 밸런싱을 수행한 시간을 측정할 수 있다. 여기서, 배터리의 밸런싱 회로란 각 배터리 셀의 양단에 연결되는 저항과 스위칭 소자로 이루어진 회로로서, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)의 제어에 따라 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하여 저항을 통해 배터리 셀의 밸런싱 전류를 소모시켜 전압을 낮춤으로써, 각 배터리 셀의 전압이 일치하도록 조절하는 회로를 말한다.
시간 측정부(210)는 미리 설정된 주기로 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하여 메모리부(220)에 각 배터리 셀 별로 기록할 수 있다. 따라서, 사용자가 각 배터리 셀 별로 수행된 밸런싱 시간을 용이하게 비교하도록 할 수 있다.
또한, 시간 측정부(210)는 특정 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 예를 들면, 배터리 시스템에 제1 내지 N의 배터리 셀이 포함되어 있는 경우, 제1 배터리 셀을 제외한 제2 내지 N 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간을 산출하고, 제2 배터리 셀을 제외한 제1 및 3 내지 N 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간을 산출하는 것과 같은 방식으로 특정 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리셀들의 평균 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 또한, 산출된 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간은 메모리부(220)에 저장할 수 있다. 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간들은 후술하는 바와 같이, 특정 배터리 셀의 저전압 이상 여부를 검출하는 비교값으로서 사용될 수 있다.
메모리부(220)는 시간 측정부(210)에 의해 측정된 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 저장할 수 있다. 이 때, 메모리부(220)는 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장할 수 있다.
진단부(230)는 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 배터리 셀의 이상을 검출할 수 있다. 전술한 것과 같이, 저전압 배터리 셀의 경우 시간이 경과함에 따라 자가 방전이 발생하므로 다른 배터리 셀과의 SOC 편차가 발생하게 되어 다른 배터리 셀들에 대해 밸런싱이 수행된다. 이에 따라, 저전압 배터리 셀은 다른 정상 배터리 셀에 비해 밸런싱 시간이 상대적으로 짧게 기록된다. 따라서, 진단부(230)는 배터리 셀의 밸런싱 시간을 이용하여 이상 여부(예를 들면, 저전압)를 검출할 수 있다.
진단부(230)는 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 진단부(230)는 각 배터리 셀의 밸런싱 시간을 저전압 배터리 셀에 관하여 사전에 산출된 기준치와 비교하여 배터리 셀의 이상을 검출할 수 있다.
또한, 진단부(230)는 복수의 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 진단부(230)는 배터리 셀의 밸런싱 시간의 절대치뿐 아니라 배터리 셀 간의 밸런싱 시간 차이를 비교하여 배터리 셀의 이상 여부를 검출할 수 있다.
이 경우, 진단부(230)는 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 상술한 제2 기준치를 초과하는 경우, 해당 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
진단부(230)는 배터리 셀의 밸런싱 수행시 SOC의 패턴을 모델링할 수 있다. 예를 들면, 진단부(230)는 배터리 셀의 미리 설정된 전압 강하량에 해당하는 SOC의 변화량을 산출하고, SOC의 변화량에 따른 배터리 셀의 밸런싱 시간에 기초하여 상기 기준치를 결정할 수 있다. 이 때, 전압 강하량은 배터리 셀의 생산시 사전 결정된 값일 수 있다. 이에 관해서는 도 4에서 자세히 후술한다.
알람부(240)는 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 알람부(240)는 배터리 셀의 밸런싱 시간 또는 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 기준치를 초과하는 경우 진단 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 발생시킴으로써, 서비스 센터에서 이상이 발생한 배터리 셀 모듈을 교체하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치에 따르면, 배터리 셀의 밸런싱 시간을 분석하여 저전압 배터리 셀을 조기에 검출함으로써 배터리의 에너지를 효율적으로 관리하고 안전상 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 미리 설정된 주기로 각 배터리 셀의 밸런싱 시간을 측정할 수 있다(S310). 그리고, 배터리 셀의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장할 수 있다(S320). 이 때, 각 배터리 셀 별 밸런싱 시간은 도 2의 메모리부(220)에 저장될 수 있다.
다음으로, 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출할 수 있다(S330). 이 경우, 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 단계 S330에서는 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간을 산출하고, 이를 제2 기준치와 비교할 수 있다.
한편, 도 3에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법은 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치에서 기준치를 산출하고 저전압 여부를 판단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 배터리 셀의 제조 사양에 따라 일정 기간 동안 발생 가능한 전압 강하량을 계산한다(S410). 예를 들면, 배터리 셀의 제조 사양에 따른 전압 강하는 0.2mV/일로 설정될 수 있다. 이 경우, 30일 동안 발생 가능한 전압 강하량은 6mV가 된다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며 배터리 셀의 종류에 따라 제조 사양은 상이할 수 있다.
다음으로, 계산된 전압 강하량에 해당하는 SOC 변화량을 산출한다(S420). 예를 들면, 전술한 바와 같이 전압 강하량이 6mV인 경우에는 해당 SOC 변화량이 약 2%일 수 있다.
또한, 산출된 SOC 변화량만큼 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 시간을 계산한다(S430). 이 때, 계산된 밸런싱 시간은 저전압 배터리 셀을 검출하기 위한 기준값이 될 수 있다. 예를 들면, 30Ah의 배터리 셀을 기준으로 할 때, SOC 1%를 밸런싱을 하는데 통상적으로 10시간이 소요되므로 SOC 2%에 대한 기준 밸런싱 시간은 20시간이 될 수 있다. 그러나, 이는 예시일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 밸런싱 시간의 오차범위를 고려하여 기준 시간을 30시간으로 설정할 수 있다.
단계 S410 내지 S430에서 밸런싱 시간의 기준값을 설정하고 나면, 배터리 셀의 SOC 편차가 산출된 SOC 변화량(예를 들면, 2%) 이내가 되도록 밸런싱을 수행한다(S440).
그리고, 배터리 셀의 밸런싱 스위치가 온 되어 각 배터리 셀 별로 밸런싱이 수행된 시간을 측정하여 메모리에 저장한다(S450). 이 경우, 저전압 배터리 셀에 의한 SOC 편차는 배터리 셀의 사용 초기에는 뚜렷하게 나타나지 않으므로, 일정 기간(예를 들면, 60일) 동안 배터리 셀을 사용한 후에 저전압 셀을 검출하는 것이 바람직하다.
다음으로, 특정 배터리 셀에 있어서 나머지 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 앞서 설정된 기준값을 초과하였는지 여부를 판단한다(S460). 만약, 특정 배터리 셀과 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 앞서 설정된 기준값 이하인 경우(NO)에는 단계 S440으로 되돌아가 배터리 셀의 밸런싱을 계속 수행한다.
만약, 특정 배터리 셀과 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 앞서 설정된 기준값을 초과한 경우(YES), 해당 배터리 셀을 저전압 셀로 검출하여 경고 알람을 발생시킨다(S470). 이 때, 경고 알람은 전술한 것과 같이 DTC 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4에서는 특정 배터리 셀의 밸런싱 시간과 나머지 배터리 셀의 평균 밸런싱 시간과의 차이를 기준값과 비교하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전술한 것과 같이 특정 배터리 셀의 밸런싱 시간의 절대치를 기준값과 비교함으로써 저전압 셀을 검출할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법에 따르면, 배터리 셀의 밸런싱 시간을 분석하여 저전압 배터리 셀을 조기에 검출함으로써 배터리의 에너지를 효율적으로 관리하고 안전상 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치(500)는, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 510)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리팩의 이상 검출 프로그램) 등이 기록되는 메모리(520)와, 배터리셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(530)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(540)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(520)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(510)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 2: 상위 제어기
10: 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200, 500: 배터리 이상 검출 장치 210: 시간 측정부
220: 메모리부 230: 진단부
240: 알람부 510: MCU
520: 메모리 530: 입출력 I/F
540: 통신 I/F

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 시간 측정부;
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 저장하는 메모리부; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 진단부를 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시간 측정부는 미리 설정된 주기로 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 배터리 이상 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메모리부는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장하는 배터리 이상 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 복수의 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 시간 측정부는 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀을 검출 대상 배터리 셀로 결정하고, 상기 검출 대상 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간을 산출하고,
    상기 진단부는 상기 검출 대상 배터리 셀의 밸런싱 시간과 상기 나머지 배터리 셀들의 평균 밸런싱 시간과의 차이가 상기 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 검출 대상 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 배터리 셀의 밸런싱 수행시 SOC(State of Charge)의 패턴을 모델링하는 배터리 이상 검출 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 배터리 셀의 미리 설정된 전압 강하량에 해당하는 SOC의 변화량을 산출하고, 상기 SOC의 변화량에 따른 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간에 기초하여 상기 기준치를 결정하는 배터리 이상 검출 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전압 강하량은 상기 배터리 셀의 생산시 사전 결정된 값인 배터리 이상 검출 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시키는 알람부를 더 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  11. 미리 설정된 주기로 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 측정하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 각 배터리 셀 별로 누적하여 저장하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 시간과 미리 설정된 기준치에 기초하여 상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계를 포함하는 배터리 이상 검출 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계는 상기 배터리 셀의 밸런싱 시간이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 검출하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀 간의 밸런싱 시간의 차이가 미리 설정된 제2 기준치를 초과하는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 검출한 경우 경고 알람을 발생시키는 단계를 더 포함하는 배터리 이상 검출 방법.
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