KR20230088014A

KR20230088014A - 이상 배터리 셀 검출 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20230088014A
Application number: KR1020210176796A
Authority: KR
Inventors: 심명현; 이정빈
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-06-19

Abstract

본 발명은 이상 배터리 셀 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로, 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 이용하여 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 연산하고, 이들 값을 기반으로 이상 배터리 셀을 검출하도록 구성되어, 충방전 전류가 일정하지 않은 상황에서도 향상된 속도 및 정확성으로 이상 배터리 셀을 검출할 수 있는 이상 배터리 셀 검출 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

이상 배터리 셀 검출 방법 및 시스템{Abnormal battery cell detection method and system}

본 발명은 이상 배터리 셀 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 각 배터리 셀의 Z-score 계산 값을 이용하여 충방전 전류가 일정하지 않은 상황에서도 신속하게 이상 배터리 셀을 검출할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

배터리는 스마트폰, 노트북 PC, 태블릿 PC 등의 소형 전자기기 분야뿐만 아니라 전기 자동차, 에너지저장시스템(ESS)에 이르기까지 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

배터리는, 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리관리시스템(Battery Management System, BMS)에 의하여 상태 및 동작이 제어된다.

이러한 배터리의 경우, 복수 개의 배터리 셀을 포함하고 있고, 구조가 복잡하여 배터리 셀 각각에 대한 이상 여부를 진단하여 이상 배터리 셀을 검출하기에 어려움이 있다.

한편, 현재까지는 통상적으로 배터리 셀의 순간적인 전압 변동, 다른 배터리 셀과의 전압 편차, 평균 전압, 평균 전압 변화량 등을 통해 이상 배터리 셀을 검출하였다. 하지만, 전기 자동차(EV)의 경우, 방전 시 운전 패턴에 따라 전류가 일정하지 않고, 신재생 연계형 ESS의 경우에는 기상 환경에 따라 충전 전류가 일정하지 않기 때문에 상술한 기존의 방식으로는 이상 배터리 셀을 검출하기 어려운 문제점이 있다.

JP

2002-334726

A

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 충방전 전류가 일정하지 않은 상황에서도 기존보다 향상된 속도 및 정확성으로 이상 배터리 셀을 검출할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 문제점을 해결하고자, 본 발명은, 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산하는 Z-score 관련 데이터 연산단계; 상기 Z-score 관련 데이터 연산단계에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 조건 충족여부 비교 판단단계; 및 상기 조건 충족여부 비교 판단단계의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 이상 셀 검출단계;를 포함하는 이상 배터리 셀 검출 방법을 제공한다.

이때, 상기 Z-score 관련 데이터 연산단계는, 상기 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 아래의 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산하는 제1 연산단계; 상기 제1 연산단계에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산하는 제2 연산단계; 상기 제1 연산단계에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산하는 제3 연산단계;

를 포함하여 구성될 수 있다.

(수식 1)

여기서, μ는 전체 배터리 셀이 충방전 평균전압 값, σ는 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압의 표준편차를 의미한다.

(수식 2)

(x₁= Z-score slope, n = 사이클 수)

(수식 3)

여기서, n은 해당 사이클 수이고, m은 임의의 상수로 사용자 설정에 따라 변경 가능한 값이다.

또한, 상기 조건 충족여부 비교 판단단계는, 상기 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 조건 비교단계; 상기 조건 비교단계의 비교 결과에 따라 각 배터리 셀에 대한 이상 셀 검출 조건의 충족여부를 판단하는 충족여부 판단단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 조건 충족여부 비교 판단단계의 충족여부 판단단계는,상기 비교 결과, Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 해당 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는, 이상 셀 검출방법은, 매 사이클(cycle)마다, 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상인지를 감지하는 DoD 기준 이상 감지단계; 상기 DoD 기준 이상 감지단계에서 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD가 기준 DoD 값 이상으로 감지된 경우, 상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출하는 충방전 평균전압 산출단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 이상 셀 검출방법을 구현하는 시스템으로서, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산하는 Z-score 데이터 연산부; 상기 Z-score 데이터 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 조건 충족여부 비교 판단부; 및 상기 조건 충족여부 비교 판단부의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 이상 셀 검출부;를 포함하는 이상 배터리 셀 검출 시스템을 제공한다.

이때, 상기 Z-score 데이터 연산부는, 상기 충방전 평균전압 산출부에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 상기 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산하는 제1 연산부; 상기 제1 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 상기 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산하는 제2 연산부; 상기 제1 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 상기 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산하는 제3 연산부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 조건 충족여부 비교 판단부는, 상기 연산된 각 배터리 셀의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 조건 비교부; 상기 조건 비교부의 비교 결과에 따라 각 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 충족여부 판단부;를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 충족여부 판단부는, 상기 비교 결과, Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 그 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단하고 충족 판단신호를 출력하는 것;을 특징으로 하며, 상기 이상 셀 검출부는, 상기 충족여부 판단부로부터 출력되는 충족 판단신호에 해당하는 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 것;을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 이상 셀 검출시스템은, 상기 Z-score 데이터 연산부에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 저장하는 저장부; 를 더 포함할 수 있으며, 매 사이클(cycle)마다, 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상이 되는 경우를 감지하여, 감지된 경우 DoD 기준 이상신호를 출력하는 DoD 기준 이상 감지부; 상기 DoD 기준 이상 감지부로부터 DoD 기준 이상 감지신호가 출력된 경우, 해당 사이클(cycle)에 대한 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출하는 충방전 평균전압 산출부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 계산하고, 상기 계산 값에 기반하여 이상 셀을 검출하도록 구성된다. 이에 따라, 충방전 전류가 일정하지 않은 상황에서도 기존 방식보다 향상된 속도 및 정확성으로 이상 배터리 셀을 검출할 수 있다.

이를 통해, 충방전 전류가 일정하지 않은 전기 자동차(EV)나 신재생 연계형 ESS에서도 이상 배터리 셀 검출이 가능하게 함으로써, 그 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 예시를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 시스템을 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

1. 본 발명에 따른 이상 배터리 셀 검출 방법

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.

1.1. DoD 기준 이상 감지단계(S100)

DoD 기준 이상 감지단계(S100)는, 매 사이클(cycle)마다, 적어도 하나 이상의 셀을 포함하는 배터리(미도시)의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상인지를 감지하는 단계이다.

즉, 매 사이클(cycle)마다 기준 DoD 값 이상으로 충방전 하는 경우를 감지하는 것이다.

여기서, DoD(Depth of Discharge)란 방전심도의 수를 의미한다. 보다 구체적으로, 배터리를 완전 충전상태로 표준조건에서 방전했을 때의 방전용량을 100%로 했을 때, 몇 % 방전했는지를 나타내는 양을 말한다.

예를 들어, 3000mAh 용량의 배터리에 대하여 300mAh 방전하면 DoD는 약 10%가 된다.

1.2. 충방전 평균전압 산출단계(S200)

충방전 평균전압 산출단계(S200)는, 상기 DoD 기준 이상 감지단계(S100)에서 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD가 기준 DoD 값 이상으로 감지된 경우, 상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 구하는 단계이다.

1.3. Z-score 관련 데이터 연산단계(S300)

Z-score 관련 데이터 연산단계(S300)는, 상기 충방전 평균전압 산출단계(S200)에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산하는 단계이다.

여기서, Z-score 관련 데이터는, Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 포함할 수 있다.

1.3.1. 제1 연산단계

먼저, 제1 연산단계는, 상기 충방전 평균전압 산출단계(S200)에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 아래의 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산하는 단계이다.

(수식 1)

1.3.2. 제2 연산단계

제2 연산단계는, 상기 제1 연산단계에서 연산된 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산하는 단계이다.

(수식 2)

(x₁= Z-score slope, n = 사이클 수)

1.3.3. 제3 연산단계

제3 연산단계는, 상기 제1 연산단계에서 연산된 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산하는 단계이다.

(수식 3)

즉, delta Z-score는 사이클 간 Z-score의 편차를 의미하는 것이다.

1.4. 조건 충족여부 비교 판단단계(S400)

조건 충족여부 비교 판단단계(S400)는, 상기 Z-score 관련 데이터 연산단계(S300)에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 단계이다.

이러한 조건 충족여부 비교 판단단계(S400)는, 하기의 세부 단계를 포함할 수 있다.

1.4.1. 조건 비교단계

조건 비교단계는, 상기 Z-score 관련 데이터 연산단계(S300)에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 단계이다.

여기서, 제1, 2 및 3 기준 값 각각은, 사용자 설정에 따라 변경 가능하다.

1.4.2. 충족여부 판단단계

충족여부 판단단계는, 상기 조건 비교단계의 비교 결과에 따라 각 배터리 셀에 대한 이상 셀 검출 조건의 충족여부를 판단하는 단계이다.

상기 비교 결과, 배터리 셀의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 해당 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.

보다 구체적으로, Z-score > 제1 기준 값 또는 Z-score slope > 제2 기준 값 또는 delta Z-score > 제3 기준 값인 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단하는 것이다.

1.5. 이상 셀 검출단계(S500)

이상 셀 검출단계(S500)는, 상기 조건 충족여부 비교 판단단계(S400)의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 단계이다.

즉, Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 해당 기준 값을 초과하는 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 것이다.

도 2 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 방법을 이용한 이상 배터리 셀 검출 예시를 보여주는 실험 그래프이다.

먼저, 도 2의 (a)는 일정 기간 동안 수집된 PV 연계형 ESS(Energy Strorage System)의 셀 별 충전 평균 전압을 보여주는 그래프이고, (b)는 (a)의 셀 별 충전 평균 전압을 위 (수식 1)에 의해 Z-score로 변환하였을 경우 나타나는 그래프이다.

(a)의 경우, PV 연계형 ESS의 데이터로, 충전 전류가 일정하지 않기 때문에 DoD(Depth of Discharge)가 유사한 날들의 데이터만 모았음에도 불구하고 평균전압이 상당히 불규칙적임을 확인할 수 있다. 검정색 실선으로 표시된 불량 셀의 평균전압이 일자에 따라 하강하기는 하지만 단순히 평균 전압이 특성 값 이하일 경우 검출하는 것은 불가능하다. 이에 비해, Z-score로 변환한 데이터의 경우, (b)에 보이는 검정색 실선과 같이 특정 값 이하로 검출하는 것이 가능하다.

도 3은 셀 별 충전 평균 전압 slope(파란색)와 Z-score slope(노란색)을 보여주는 그래프이다. 도 3에서 알 수 있듯히, 단순 평균 전압의 slope로는 불량 셀을 검출할 수 없지만, Z-score로 변환 후의 slope를 사용하는 경우 불량 셀을 검출할 수 있다.

도 4의 (a)는 일정 기간에 대해 수집된 셀 별 충전 평균 전압 편차를 보여주는 그래프이고, (b)는 Z-score 편차(delta Z-score)를 나타나는 그래프이다.

(a)에 보이는 것과 같이 단순 평균 전압 편차의 경우 다른 셀의 편차가 더 크기 때문에 불량 셀을 검출할 수 없지만, (b)처럼 Z-score의 편차를 이용하면 검정색 실선으로 알 수 있듯이 용이하게 불량 셀을 검출 가능하다.

2. 본 발명에 따른 이상 배터리 셀 검출 시스템

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 배터리 셀 검출 시스템을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 이상 배터리 셀 검출 시스템(100)은, 크게 DoD 기준 이상 감지부(110), 충방전 평균전압 산출부(120), Z-score 데이터 연산부(130), 조건 충족여부 비교 판단부(140), 이상 셀 검출부(150) 및 저장부(160)를 포함할 수 있다.

이하, 각 구성에 대하여 설명하도록 한다.

2.1. DoD 기준 이상 감지부(110)

DoD 기준 이상 감지부(110)는, 매 사이클(cycle)마다, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리(미도시)의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상이 되는 경우를 감지한다.

감지된 경우, 예를 들어 이를 나타내는 DoD 기준 이상 감지신호를 출력하는 형태로 구현될 수 있다. 이 때, DoD 기준 이상 감지신호는, 해당 사이클 수(cycle number)를 포함할 수 있다.

2.2. 충방전 평균전압 산출부(120)

충방전 평균전압 산출부(120)는, 상기 DoD 기준 이상 감지부(110)에 의해 배터리(미도시)의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상인 상태로 감지된 경우, 해당 사이클(cycle)에 대한 상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출한다.

예를 들어, 상기 DoD 기준 이상 감지부(110)로부터 DoD 기준 이상 감지신호가 출력되는 경우, 해당 사이클(cycle)에서 측정된 배터리 셀들 각각의 충방전 전압 값을 이용하여 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출하는 형태로 구현될 수 있다.

2.3. Z-score 데이터 연산부(130)

Z-score 데이터 연산부(130)는, 상기 충방전 평균전압 산출부(120)에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산한다.

여기서, Z-score 관련 데이터는, Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 포함한다.

이러한 Z-score 데이터 연산부(130)는, 하기의 세부 구성을 포함할 수 있다.

2.3.1. 제1 연산부(132)

제1 연산부(132)는, 상기 충방전 평균전압 산출부(120)에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 아래의 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산한다.

(수식 1)

2.3.2. 제2 연산부(134)

제2 연산부(134)는, 상기 제1 연산부(132)에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산한다.

(수식 2)

(x₁= Z-score slope, n = 사이클 수)

2.3.3. 제3 연산부(136)

제3 연산부(136)는, 상기 제1 연산부(132)에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산한다.

(수식 3)

2.4. 조건 충족여부 비교 판단부(140)

조건 충족여부 비교 판단부(140)는, 상기 Z-score 데이터 연산부(130)에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 구성이다.

이러한 조건 충족여부 비교 판단부(140)는, 아래의 세부 구성을 포함할 수 있다.

2.4.1. 조건 비교부(142)

조건 비교부(142)는, 상기 Z-score 데이터 연산부(130)에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope. delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 구성이다.

2.4.2. 충족여부 판단부(144)

충족여부 판단부(144)는, 상기 조건 비교부(142)의 비교 결과, 배터리 셀의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 그 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단한다.

즉, 상기 비교 결과, Z-score > 제1 기준 값 또는 Z-score slope > 제2 기준 값 또는 delta Z-score인 경우, 해당 배터리 셀을 이상 셀 검출 조건을 충족하는 배터리 셀로 판단하는 것이다.

판단된 경우, 예를 들어 이를 나타내는 충족 판단신호를 출력하는 형태로 구현될 수 있다. 이 때, 충족 판단신호는, 전체 배터리 셀들 중 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 식별할 수 있는 셀 식별번호를 포함할 수 있다.

2.5. 이상 셀 검출부(150)

이상 셀 검출부(150)는, 상기 조건 충족여부 비교 판단부(140)의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출한다.

예를 들어, 상기 조건 충족여부 비교 판단부(140)의 충족여부 판단부(144)로부터 충족 판단신호가 출력된 경우, 그 충족 판단신호에 포함된 셀 식별번호로 해당 배터리 셀을 식별하여 이상 배터리 셀로 검출하는 형태로 구현될 수 있다.

또한, 이상 셀 검출부(150)는, 이상 배터리 셀이 검출되면, 해당 셀 식별번호를 포함하는 이상 배터리 셀 검출 정보를 표시부(미도시)에 표시하여 사용자에게 알릴 수도 있다.

2.6. 저장부(160)

본 발명의 실시 예에 따른 시스템(100)은, 상기 Z-score 데이터 연산부(130)에서 연산되는 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 저장하는 저장부(160)를 더 포함한다.

저장부(160)는, 배터리 셀 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 해당 셀 식별번호와 사이클 수를 매칭하여 저장할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 이상 배터리 셀 검출 시스템
110: DoD 기준 이상 감지부
120: 충방전 평균전압 산출부
130: Z-score 데이터 연산부
132: 제1 연산부
134: 제2 연산부
136: 제3 연산부
140: 조건 충족여부 비교 판단부
142: 조건 비교부
144: 충족여부 판단부
150: 이상 셀 검출부
160: 저장부

Claims

적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리로부터 이상 배터리 셀을 검출하는 방법에 있어서,
상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산하는 Z-score 관련 데이터 연산단계;
상기 Z-score 관련 데이터 연산단계에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 조건 충족여부 비교 판단단계; 및
상기 조건 충족여부 비교 판단단계의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 이상 셀 검출단계;
를 포함하는 이상 배터리 셀 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 Z-score 관련 데이터 연산단계는,
상기 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 아래의 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산하는 제1 연산단계;
상기 제1 연산단계에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산하는 제2 연산단계;
상기 제1 연산단계에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산하는 제3 연산단계;
를 포함하여 구성되는 이상 배터리 셀 검출 방법.
(수식 1)

(μ는 전체 배터리 셀이 충방전 평균전압 값, σ는 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압의 표준편차)
(수식 2)

(x₁= Z-score slope, n = 사이클 수)
(수식 3)

(n은 해당 사이클 수이고, m은 임의의 상수로 사용자 설정에 따라 변경 가능한 값)
제2항에 있어서,
상기 조건 충족여부 비교 판단단계는,
상기 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 조건 비교단계;
상기 조건 비교단계의 비교 결과에 따라 각 배터리 셀에 대한 이상 셀 검출 조건의 충족여부를 판단하는 충족여부 판단단계;
를 포함하여 구성되는 이상 배터리 셀 검출 방법.
제3항에 있어서,
상기 조건 충족여부 비교 판단단계의 충족여부 판단단계는,
상기 비교 결과, Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 해당 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 하는 이상 배터리 셀 검출 방법.
제1항에 있어서,
매 사이클(cycle)마다, 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상인지를 감지하는 DoD 기준 이상 감지단계;
상기 DoD 기준 이상 감지단계에서 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD가 기준 DoD 값 이상으로 감지된 경우, 상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출하는 충방전 평균전압 산출단계;를 더 포함하는 이상 배터리 셀 검출 방법.
적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
상기 배터리에 포함된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값에 기반하여 배터리 셀들 각각의 Z-score 관련 데이터를 연산하는 Z-score 데이터 연산부;
상기 Z-score 데이터 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score 관련 데이터가 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 비교 판단하는 조건 충족여부 비교 판단부; 및
상기 조건 충족여부 비교 판단부의 비교 판단 결과, 소정의 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단된 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 이상 셀 검출부;
를 포함하는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
제6항에 있어서,
상기 Z-score 데이터 연산부는,
상기 충방전 평균전압 산출부에서 산출된 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압 값을 이용하여, 아래의 수식 1에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score를 연산하는 제1 연산부;
상기 제1 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 2에 의해 배터리 셀들 각각의 Z-score slope를 연산하는 제2 연산부;
상기 제1 연산부에서 연산된 각 배터리 셀의 Z-score를 이용하여, 아래의 수식 3에 의해 배터리 셀들 각각의 delta Z-score를 연산하는 제3 연산부;
를 포함하여 구성되는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
(수식 1)

(μ는 전체 배터리 셀이 충방전 평균전압 값, σ는 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압의 표준편차)
(수식 2)

(x₁= Z-score slope, n = 사이클 수)
(수식 3)

(n은 해당 사이클 수이고, m은 임의의 상수로 사용자 설정에 따라 변경 가능한 값)
제7항에 있어서,
상기 조건 충족여부 비교 판단부는,
상기 연산된 각 배터리 셀의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score가 소정의 제1, 2 및 3 기준 값을 초과하는지를 각각 비교하는 조건 비교부;
상기 조건 비교부의 비교 결과에 따라 각 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 충족여부 판단부;
를 포함하여 구성되는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
제8항에 있어서,
상기 충족여부 판단부는,
상기 비교 결과, Z-score, Z-score slope, delta Z-score 중 어느 하나라도 그 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 셀이 이상 셀 검출 조건을 충족하는 것으로 판단하고 충족 판단신호를 출력하는 것; 을 특징으로 하는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
제9항에 있어서,
상기 이상 셀 검출부는,
상기 충족여부 판단부로부터 출력되는 충족 판단신호에 해당하는 배터리 셀을 이상 배터리 셀로 검출하는 것; 을 특징으로 하는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
제7항에 있어서,
상기 Z-score 데이터 연산부에서 연산된 배터리 셀들 각각의 Z-score, Z-score slope, delta Z-score를 저장하는 저장부; 를 더 포함하는 이상 배터리 셀 검출 시스템.
제7항에 있어서,
매 사이클(cycle)마다, 배터리의 충전 또는 방전 중 DoD(Depth of Discharge)가 기준 DoD 값 이상이 되는 경우를 감지하여, 감지된 경우 DoD 기준 이상신호를 출력하는 DoD 기준 이상 감지부;
상기 DoD 기준 이상 감지부로부터 DoD 기준 이상 감지신호가 출력된 경우, 해당 사이클(cycle)에 대한 전체 배터리 셀의 충방전 평균전압을 산출하는 충방전 평균전압 산출부;를 더 포함하는, 이상 배터리 셀 검출 시스템.