KR100823188B1 - 배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명은 배터리를 이루는 각 전지셀의 전압, 팩전류를 측정하고 측정된 팩전류와 각 전지셀의 전압을 이용하여 각 전지셀의 내부저항을 산출한다. 미리 배터리의 각 전지셀의 출력과 내부저항과의 관계를 정의한 출력-저항 산출함수에 만들고 이 출력-저항 산출함수에 내부저항을 대입하여 각 전지셀의 출력을 산출한다. 그리고 상기 산출한 각 전지셀의 출력에 대한 평균출력을 산출하고 상기 평균출력과 상기 각 전지셀 출력의 차이를 이용하여 고장셀을 검출한다. 이때 평균출력에 비해 현저한 출력 차이를 가지는 전지셀이 고장셀일 것이다.

BMS, 팩전류, 전류센서, 전류 오프셋

Description

배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING ERROR CELL}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법에 관한 순서도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법에 관한 순서도이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히, 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀 중 성능이 저하된 고장셀을 검지하여 전지 셀 각각이 최대한 성능을 가지도록 하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 쉽고 빠르고 정확하게 배터리의 전 지 셀 중 고장셀을 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 복수의 전지셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템은 상기 각 전지셀의 전압과 팩전류를 측정하고 출력하는 센싱부, 및 상기 센싱부로부터 입력되는 각 전지셀 전압과 팩전류를 이용하여 전지셀별 내부저항을 산출하고 상기 전지셀별 내부저항으로 전지셀별 출력(즉, 전력(power))을 산출하여 평균출력을 구하며 상기 평균출력과 상기 전지셀별 출력의 차이를 통해 고장셀을 검출하는 메인 제어부를 포함한다.

상기 메인 제어부는, 상기 센싱부로부터 입력되는 각 전지셀 전압과 팩전류를 이용하여 전지셀별 내부저항을 산출하는 셀별 내부저항 산출부, 상기 전지셀별 내부저항을 자체 저장된 출력-저항 산출함수에 대입하여 각 전지셀의 출력을 산출하는 셀출력 산출부와, 상기 셀출력 산출부로부터 입력되는 전지셀별 출력에 대한 평균출력을 산출하고, 각 전지셀 출력과 상기 평균출력의 차이값을 구하며, 상기 차이값이 설정치 이상인 전지셀을 고장셀로 판정하는 고장셀 검출부를 포함한다.

상기 고장셀 검출부는, 전체 전지셀의 출력 모두를 합산하고 합산 결과를 전체 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출하거나, 전체 전지셀의 출력 중 출력이 가장 큰 N 개와 출력이 가장 낮은 N개를 제외한 나머지 모두를 합산하고 합산 결과를 합산한 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법은, a) 각 전지셀의 전압, 팩전류를 측정하는 단계; b) 상기 측정된 팩전류와 각 전지셀의 전압을 이용하여 각 전지셀의 내부저항을 산출하는 단계; c) 상기 각 전지셀의 내부저항을 기 저장된 출력-저항 산출함수에 대입하여 각 전지셀의 출력을 산출하는 단계; d) 상기 산출한 각 전지셀의 출력에 대한 평균출력을 산출하는 단계; 및 e) 상기 평균출력과 상기 각 전지셀 출력의 차이를 이용하여 고장셀을 검출하는 단계를 포함한다.

상기 d) 단계는, 전체 전지셀의 출력 모두를 합산하고 합산 결과를 전체 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출하거나, 전체 전지셀의 출력 중 출력이 가장 큰 N 개와 출력이 가장 낮은 N개를 제외한 나머지 모두를 합산하고 합산 결과를 합산한 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출한다.

상기 내부저항은 직류(DC) 베이스의 내부 저항(즉, 직류-내부저항)이고, 상기 출력-저항 산출함수는 각 전지셀의 직류 내부저항과 전지셀의 출력을 미리 측정하고 그 상관관계를 2차원 방정식으로 나타낸 함수이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 이의 고장셀 검출 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), ECU(engine controller unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다.

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 줄력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 실시 예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)가 마련되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)와 연결된다.

전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다.

냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.

퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다.

메인 스위치(6)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면BMS(1) 또는 자동차의ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 온오프 한다.

BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Main control unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다.

센싱부(10)는 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 충방전 전류, 각 전지 셀전압, 셀온도 및 주변온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전체 팩전류, 배터리 전체 팩전압, 각 전지 셀의 팩전압, 셀온도 및 주변온도에 대응되는 디지털 데이터에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC), 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 추정하여 배터리(2)의 충방전을 제어한다. 또한, MCU(20)는 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성하고 자동차의 ECU(7)에 전달한다. 따라서 자동차의 ECU는 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 MCU(20)는 충전상태(SOC)를 정확히 추정하기 위해 건강상태(SOH)를 고려한다. MCU(20)는 방전 누적량을 산출하고, 센싱부(10)로부터 입력된 셀온도, 팩전류 및 방전 누적량과 저장된 데이터 테이블을 비교하고, 비교 결과 현재 배터리 셀온도, 팩전류 및 방전 누적량에 해당되는 테이블 영역의 팩전압과 현재 배터리 팩전압을 비교하여 SOC 리셋 여부를 결정한다. 데이터 테이블은 방전 누적량에 따라, 실험적으로 측정한 팩전류, 팩전압 및 셀온도를 나타낸 테이블을 사용할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서 데이터 테이블에 기록된 팩전압을 리셋 팩전압으로 정의한다.

내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다.

셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다.

저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치 로서 EEPROM일 수 있다.

통신부(60)는 자동차의 동력발생장치의 제어부와 통신을 수행한다.

보호회로부(70)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 BMS(1)를 보호하기 위한 회로이다.

파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다.

외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다. 본 발명의 실시 예에서는 냉각팬(4) 및 메인 스위치(6)만이 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다.

ECU(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 충전시키고 이때 팩전류(I)는 '+'값이 될 수 있다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 팩전류(I)는 '-'값이 될 수 있다. 이에 더하여 ECU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOH를 전달받아 자동차의 계기판(미도시) 등의 표시장치에 표시되 도록 할 수 있다.

인버터(8)는 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다. 모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 ECU(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고장셀을 검출하는 배터리 관리 시스템에 대해서 설명한다.

일반적으로, 배터리의 열화는 배터리의 성능을 저하시키는데, 그 요인으로 배터리 사용 기간, 또는 배터리의 온도, 내부저항(IR) 등이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리의 셀 중 고장셀을 검출하기 위해서, 배터리의 열화된 상태를 나타내는 SOH에 밀접한 상관관계를 가지는 DC-IR(직류-내부저항(Internal Resistance))을 이용한다.

SOH는 DC-IR과 음의 상관관계를 나타낸다. 즉, DC-IR이 낮을수록 배터리의 건강상태가 좋고(즉, SOH가 높고), DC-IR이 높을수록 배터리의 건강상태가 나쁘다(즉, SOH가 낮다).

한편, 배터리가 출력할 수 있는 최대 순간 전력(%power)은 그 내부전압(DC-IR)에 반비례하는 것으로 알려져 있으며, 높은 IR을 갖는 배터리는 황산화 상태, 즉 배터리가 열화된 상태인 것을 나타낸다. 예컨데, SOH가 높다는 것은 일정한 충방전 전류에 대비하여 배터리의 출력이 높아 성능이 좋다는 것을 의미하고, SOH가 낮다는 것은 일정한 충방전 전류에 대비하여 배터리의 출력이 낮아 성능이 떨어진다는 것을 의미한다.

그러므로 배터리의 성능은 배터리의 출력으로 유추할 수 있으며, SOH는 배터리의 출력(%power)에 정비례하고, 그에 따라 배터리의 출력은 도 5에 도시된 바와 같이 DC-IR과 음의 상관관계를 가진다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MCU(20)는 셀별 내부저항 산출부(21), 셀출력 파악부(22)와, 고장셀 검출부(23)를 포함한다.

상기 셀별 내부저항 산출부(21)는 센싱부(10)로부터 각 전지셀의 전압과 충방전 전류를 오옴의 법칙에 적용하여 각 전지셀의 DC-IR을 산출한다. 이때, 셀별 내부저항 산출부(21)는 배터리가 보관되어 있을때와 같이 저부하이거나 무부하 상태로 하여 DC-IR을 산출한다.

한편, DC 베이스로 IR를 산출하기 위해, 본 발명의 실시예는 1.0kHz와 같은 낮은 주파수 발진기가 알려진 전압값의 펄스를 각 전지셀에 제공하고 이 펄스(즉, 전압 펄스)에 응답하여 측정된 전지셀 전압을 샘플링하는 방법을 사용할 수 있는데, 이때 셀별 내부저항 산출부(21)는 DC 펄스의 전압값과 배터리 전류 출력을 센싱부(10)로부터 제공받아 DC 펄스의 전압값 변동에 대응하는 전지셀 전압의 변동값으로 DC-IR을 산출한다. 이를 식으로 나타내면, DC-IR =(dV(전압변동)/dt(펄스변동))이다.

상기 셀출력 파악부(22)는 셀별 내부저항 산출부(21)로부터 각 전지셀의 DC-IR을 수신하고, 이를 자체 저장된 출력-저항 산출함수에 대응시켜 각 전지셀의 출 력을 파악한다.

이때 상기 출력-저항 산출함수는 도 5를 기반으로 생성된다. 즉, 본 발명의 실시예는 출력-저항 산출함수를 만들기 위해, 미리 각 전지셀의 DC-IR과 각 전지셀의 출력(%power)을 측정하고 측정한 각 전지셀의 DC-IR과 각 전지셀의 출력의 관계로 출력-저항 산출함수를 만든다. 예컨데, 미리 측정한 각 전지셀의 DC-IR값과 각 전지셀의 출력값이 도 5와 같은 값의 관계를 가지면, 각 전지셀의 출력(y)은 -0.5922x + 156.52라는 출력-저항 산출함수가 만들어진다.

도 5에서, y축은 특정 전지셀의 출력(%power)이고 x축은 DC-IR이다.

상기 고장셀 검출부(23)는 셀출력 파악부(22)로부터 출력되는 각 전지셀의 출력(%power)을 수신하고, 각 전지셀의 평균 출력(Pa)을 구한다. 그런 다음 평균 출력(Pa)과 각 전지셀의 출력(Pc)을 비교(예; Pa-Pc)한 후, 각 전지셀에 대응하는 각각의 비교치(ΔP)를 설정치(Pt)를 비교하여 비교치(ΔP)가 설정치(Pt)보다 큰 것을 고장셀로 판정한다. 여기서, 비교치(ΔP)는 절대값이다.

상기에서, 평균 출력(Pa)을 산출하는 방법은 여러 가지 방법이 있는데, 일예로 2가지 방법을 언급하면, 첫 번째 방법은 전체 전지셀의 모든 출력에 대한 평균을 구하는 방법과, 전체 전지셀의 출력 중 가장 큰 N개와 가장 작은 N개를 제외한 후 평균값을 구하는 방법이 있다.

고장셀 검출부(23)는 고장셀을 검출하면 고장셀 정보를 ECU(7)에 전달하여 자동차의 계기판(미도시) 등의 표시장치에 표시되게 한다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리의 고장셀 검출 방법을 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법에 관한 순서도이다.

센싱부(10)는 전지셀별 전압, 충방전 전류를 측정하고 이를 셀별 내부저항 산출부(21)에 제공한다(S301). 그러면 셀별 내부저항 산출부(21)는 전지셀별 전압과 충방전 전류를 이용하여 각 전지셀의 DC-IR(직류 내부저항)을 산출하고 이를 셀출력 파악부(22)에 제공한다(S302).

셀출력 파악부(22)는 각 전지셀의 DC-IR을 수신하면, 각 전지셀의 DC-IR을 자체 저장된 출력-저항 산출함수에 적용하여 각 전지셀의 출력을 산출한다(S303). 예컨데, 셀출력 파악부(22)에 도 5에 도시된 출력-저항 산출함수(y=-0.5922x + 156.52, 이때 y는 출력, x는 DC-IR)가 저장된 경우, 셀출력 파악부(22)는 각 전지셀의 DC-IR을 변수 x에 대입하여 각 전지셀의 출력인 y를 구한다. 그런 다음, 셀출력 파악부(22)는 각 전지셀의 출력(y)을 고장셀 검출부(23)에 제공한다.

고장셀 검출부(23)는 수신되는 각 전지셀의 출력(y) 모두를 합하고 각 전지셀의 수만큼 나누어 전지셀의 평균 출력(Pa)를 산출한다(S304). 그런 다음, 평균 출력(Pa)과 각 전지셀의 출력(Pc)을 감산하는 연산을 통해 절대값인 셀별 비교치(ΔP)를 구한다(S305).

이후 고장셀 검출부(23)는 고장셀을 검출하기 위해 셀별 비교치(ΔP)를 설정치(Pt)와 비교하여 셀별 비교치(ΔP)가 설정치(Pt)를 초과하는 전지셀이 있는지를 판단한다(S306). 고장셀 검출부(23)는 이 판단에서 설정치(Pt)를 초과하는 전지셀이 없으면 전체 전지셀이 정상이라고 판단하고(S307), 반면에 설정치(Pt)를 초과하 는 전지셀이 있으면 이를 고장셀로 판정한다(S308).

이와 같이 고장셀이 검출되면, 고장셀 검출부(23)는 검출한 고장셀의 식별정보를 ECU(7)에 제공하여 사용자가 확인할 수 있는 표시장치에 표시되게 한다(S309).

이하, 도 4를 참조로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법을 설명하고자 한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법에 관한 순서도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법은 제1 실시예에 따른 방법과 전반적으로 동일하다. 다만, 제2 실시예에 따른 방법은 각 전지셀의 평균 출력(Pa)을 산출하는 방법에서 제1 실시예에 따른 방법과 다르다.

즉, 센싱부(10)가 전지셀별 전압, 충방전 전류를 측정하면(S401), 셀별 내부저항 산출부(21)는 센싱부(10)의 출력(예; 전지셀별 전압과 충방전 전류)를 이용하여 각 전지셀의 DC-IR(직류 내부저항)을 산출한다(S402).

그리고 셀출력 파악부(22)는 각 전지셀의 DC-IR을 출력-저항 산출함수에 적용하여 각 전지셀의 출력(y)을 산출하고(S403). 각 전지셀의 출력(y)을 고장셀 검출부(23)에 제공한다.

고장셀 검출부(23)는 수신되는 각 전지셀의 출력(y) 중에서 출력이 가장 높은 N개과 출력이 가장 낮은 N개를 제외한 나머지 모두를 합하고 합산한 전지셀의 수만큼 합산 결과를 나누어 전지셀의 평균 출력(Pa)를 산출한다(S404).

이렇게 출력이 가장 높은 N개와 출력이 가장 낮은 N개를 제외하여 평균 출력 (Pa)을 구하면 평균 출력은 전체 전지셀의 출력 중 거의 평균에 가깝게 된다. 다시 말해, 출력이 현저히 낮은 전지셀이 많은 경우에도 이 전지셀들의 낮은 출력이 평균에 부가되어 평균값을 낮추고 고장셀의 검출을 어렵게 하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 이러한 평균 출력을 구하는 방법은 출력이 높은 전지셀이 평균에 부가될 소지가 있으나, 열화에 의해 전지셀의 출력이 낮아지는 현실에 따르면 몇 개의 전지셀의 출력이 평균치에 비해 현저히 높은 경우는 거의 없다.

고장셀 검출부(23)는 평균 출력(Pa)를 구하면, 평균 출력(Pa)과 각 전지셀의 출력(Pc)을 감산하는 연산을 통해 절대값인 셀별 비교치(ΔP)를 구한다(S405). 그리고 고장셀 검출부(23)는 고장셀을 검출하기 위해 셀별 비교치(ΔP)를 설정치(Pt)와 비교하여 셀별 비교치(ΔP)가 설정치(Pt)를 초과하는 전지셀이 있는지를 판단하여(S506), 설정치(Pt)를 초과하는 전지셀이 없으면 전체 전지셀이 정상이라고 판단하고(S407), 설정치(Pt)를 초과하는 전지셀이 있으면 이를 고장셀로 판정한다(S408).

이와 같이 고장셀이 검출되면, 고장셀 검출부(23)는 검출한 고장셀의 식별정보를 ECU(7)에 제공하여 사용자가 확인할 수 있는 표시장치에 표시되게 한다(S409).

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에 따르면, 배터리의 열화로 인해 성능이 저하된 전지셀을 차량 운행중 내부저항의 측정을 통해 쉽고 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그의 고장셀 검출 방법을 제공한다.

Claims (12)

1. 복수의 전지셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,

   상기 각 전지셀의 전압과 팩전류를 측정하고 출력하는 센싱부; 및

   상기 센싱부로부터 입력되는 각 전지셀 전압과 팩전류를 이용하여 전지셀별 내부저항을 산출하고 상기 전지셀별 내부저항으로 전지셀별 출력(power)을 산출하여 평균출력을 구하며 상기 평균출력과 상기 전지셀별 출력의 차이를 통해 고장셀을 검출하는 메인 제어부

   를 포함하는 배터리 관리 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메인 제어부는,

   상기 센싱부로부터 입력되는 각 전지셀 전압과 팩전류를 이용하여 상기 전지셀별 내부저항을 산출하는 셀별 내부저항 산출부,

   상기 전지셀별 내부저항을 자체 저장된 출력-저항 산출함수에 대입하여 상기 전지셀별 출력을 산출하는 셀출력 산출부와,

   상기 셀출력 산출부로부터 입력되는 전지셀별 출력에 대한 평균출력을 산출하고, 각 전지셀 출력과 상기 평균출력의 차이값을 구하며, 상기 차이값이 설정치 이상인 전지셀을 고장셀로 판정하는 고장셀 검출부를 포함하는 배터리 관리 시스 템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고장셀 검출부는

   전체 전지셀의 출력 모두를 합산하고 합산 결과를 전체 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출하는 배터리 관리 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 전지셀별 내부저항은 직류-내부저항인 배터리 관리 시스템.
6. 제2항에 있어서,

   상기 출력-저항 산출함수는 상기 전지셀별 직류 내부저항과 전지셀의 출력을 미리 측정하고 그 상관관계를 2차원 방정식으로 나타낸 함수인 배터리 관리 시스템.
7. 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되고, 적어도 하나 이상의 팩을 포함하는 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법에 있어서,

   a) 각 전지셀의 전압, 팩전류를 측정하는 단계;

   b) 상기 측정된 팩전류와 각 전지셀의 전압을 이용하여 각 전지셀의 내부저항을 산출하는 단계;

   c) 상기 각 전지셀의 내부저항을 기 저장된 출력-저항 산출함수에 대입하여 각 전지셀의 출력을 산출하는 단계;

   d) 상기 산출한 각 전지셀의 출력에 대한 평균출력을 산출하는 단계; 및

   e) 상기 평균출력과 상기 각 전지셀 출력의 차이를 이용하여 고장셀을 검출하는 단계;

   를 포함하는 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 d) 단계는,

   전체 전지셀의 출력 모두를 합산하고 합산 결과를 전체 전지셀의 수만큼을 나누어 상기 평균출력을 산출하는 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,

    상기 각 전지셀 내부저항은 직류-내부저항인 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 출력-저항 산출함수는 각 전지셀의 직류-내부저항과 전지셀의 출력을 미리 측정하고 그 상관관계를 2차원 방정식으로 나타낸 함수인 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 e) 단계는 상기 평균출력과 전지셀의 출력의 차이값을 설정된 설정치와 비교하여 설정치 이상의 차이값을 가지는 전지셀을 고장셀로 검출하는 배터리 관리 시스템의 고장셀 검출 방법.

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