KR102196270B1 - 쇼트 감지방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쇼트 감지방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 셀의 전류 및 전압을 측정하고 측정된 값을 근거로 셀 임피던스를 산출하여 충/방전 시에도 각 배터리 셀에서의 쇼트 발생 여부를 정확하게 확인할 수 있는 쇼트 감지방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

쇼트 감지방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING SHORT OF A BATTERY CELL}
본 발명은 쇼트 감지방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 셀의 전류 및 전압을 측정하고 측정된 값을 근거로 셀 임피던스를 산출하여 충/방전 시에도 각 배터리 셀에서의 쇼트 발생 여부를 정확하게 확인할 수 있는 쇼트 감지방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 노트 PC, GPS, 휴대폰 등의 휴대용 단말기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라, 이들의 구동 전원으로 사용하는 배터리의 소형화 및 고용량화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 동작전압은 휴대용 단말기의 전원으로 널리 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점이 있어 급속하게 신장되는 추세이다.
또한, 리튬 이차 전지는 단위 배터리 셀(cell)이 복수 개 구성되는 어셈블리(assembly)가 복수 개로 이루어지는 구성이다. 또한, 상기 배터리 셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등으로 구성되며, 리튬 이차 전지의 충/방전은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어진다.
따라서 상기 리튬 이차 전지 내에 쇼트가 발생되면 내부에서 일어나는 전기 화학적 반응으로 인하여 발화·파열·폭발 등의 위험이 발생될 수 있다.
이와 같은 쇼트 발생문제를 해결하기 위하여 종래에는 배터리 셀의 전류를 측정하거나 배터리 셀의 전압 감소량을 확인하여 배터리 셀 내/외부에서의 쇼트 발생여부를 확인했다.
그러나 종래의 기술은 쇼트 시 발생되는 전류의 크기에 따라 전압 감소량이 달라지므로 작은 크기의 전류를 발생시키는 쇼트가 발생되는 경우, 배터리 팩에 감지되지 않는 문제가 발생 될 수 있다.
또한, 쇼트 발생여부를 판단하기 위하여 전압 감소량을 확인하는 경우, 배터리 셀의 전압은 일정시간 동안 일정해야 감소량을 확인할 수 있으므로 충/방전 시에는 쇼트 발생을 감지하지 못하는 단점이 있다.
따라서 쇼트로부터 발생되는 전류의 크기에 상관없이 충/방전 시에도 각 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하여 충/방전을 수행하면서도 안전하고 안정적인 배터리 팩을 사용할 수 있도록 하는 기술 개발이 요구된다.
KR 2016-0072874 A
본 발명은 충/방전 시에도 각 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하여 안정적이고 정확하게 배터리 팩을 보호할 수 있는 쇼트 감지방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지방법은 복수 개의 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하는 방법에 있어서, 주기적으로 각 배터리 셀에 흐르는 전류 및 전압을 측정하는 전류 및 전압 측정단계, 상기 전류 및 전압 측정단계에서 측정된 전류 및 전압을 이용하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00001
)를 연산하는 셀 임피던스 연산단계, 상기 셀 임피던스 연산단계에서 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00002
)를 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00003
)와 비교하는 셀 임피던스 비교단계 및 상기 셀 임피던스 비교단계에서의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00004
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00005
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00006
)된 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동하는 보호회로 구동단계를 포함하여 구성된다.
상기 셀 임피던스 비교단계에서, 첫번째 감지주기(n=1)인 경우, 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00007
)를 소정의 값으로 설정하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00008
)와 비교한다.
상기 셀 임피던스 비교단계에서의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00009
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00010
)와 같거나 증가(
Figure 112016121529652-pat00011
된 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00012
)를 저장한다.
본 발명의 실시 예에 따른 쇼트 감지장치는 복수 개의 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하는 장치에 있어서, 각 배터리 셀의 전류를 온/오프 하는 스위치부 및 상기 스위치부에 흐르는 전류를 근거로 셀 임피던스를 산출하여 해당 배터리 셀의 쇼트 발생여부를 확인하는 BMS를 포함하여 구성된다.
상기 BMS는, 상기 스위치부를 통해 흐르는 각 배터리 셀의 전류 및 전압을 측정하는 셀 전류/전압 측정부, 상기 셀 전류/전압 측정부에서 측정된 배터리 셀의 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00013
)를 연산하는 셀 임피던스 연산부, 상기 셀 임피던스 연산부에서 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00014
)와 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00015
)를 비교하는 셀 임피던스 비교부 및 상기 셀 임피던스 비교부의 비교 결과에 따라 보호회로를 구동하는 보호회로 구동부를 포함하여 구성된다.
상기 BMS는, 상기 셀 전류/전압 측정부, 셀 임피던스 연산부, 셀 임피던스 비교부 및 보호회로 구동부의 동작을 소정의 주기간격으로 반복하는 소정의 동작주기를 가지며, 상기 셀 임피던스 비교부의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00016
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00017
)보다 크거나 같은(
Figure 112016121529652-pat00018
경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00019
)를 저장한다.
상기 BMS는, 임시저장소를 구비하여 상기 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00020
)를 저장한다.
상기 임시저장소는, 첫번째 감지주기(n=1)에 사용되는 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00021
)가 소정의 기 설정 값으로 저장된다.
배터리 셀의 온도가 소정범위를 초과하고, 상기 셀 임피던스 비교부의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00022
)이 이전 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00023
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00024
)된 경우, 상기 BMS의 보호회로가 구동되도록 온도 측정부를 추가로 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 쇼트 감지방법 및 장치는 충/방전 시에도 배터리 셀에서의 쇼트 발생 여부를 감지하고 작은 크기의 전류를 가지는 쇼트 발생도 감지하여 배터리 팩을 안정적이고 정확하게 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지장치의 블록도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 쇼트감지방법은 주기적으로 각 배터리 셀의 셀 임피던스를 연산하고 이전 주기에 연산된 셀 임피던스와 비교함에 따라 배터리 팩의 쇼트를 정확하게 감지하는 방법이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지방법은 주기적으로 각 배터리 셀에 흐르는 전류 및 전압을 측정하고(전류 및 전압 측정단계: S110), 측정된 전류 및 전압을 이용하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00025
)를 연산한다(셀 임피던스 연산단계: S120).
상기 셀 임피던스 연산단계(S120)에서 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00026
)를 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00027
)와 비교하여(셀 임피던스 비교단계: S130) 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00028
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00029
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00030
)된 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동한다(보호회로 구동단계: S140).
또한, 상기 셀 임피던스 비교단계(S130)에서, 첫번째 감지주기(n=1)인 경우, 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00031
) 값이 없으므로 소정의 기 설정 값을 설정하여 상기 셀 임피던스 연산단계(S120)에서 연산된 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00032
)와 비교될 수 있도록 한다.
또한, 상기 셀 임피던스 비교단계(S130)에서의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00033
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00034
)보다 같거나 증가(
Figure 112016121529652-pat00035
)된 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00036
)는 저장된다.
또한, 여기서 보호회로는 전체 배터리 팩의 전류를 온/오프 하는 FET를 제어하거나, 내부 쇼트가 발생된 해당 배터리 셀의 FET를 제어하여 구동될 수 있다.
따라서 만약 다수개의 배터리 셀에서 쇼트가 발생되는 경우, 배터리 팩의 FET를 제어하는 것이 용이할 수 있다.
여기서 n은 배터리 셀 쇼트 감지주기이다(n=1,2,3, …).
예를 들면, 만약 현재 세 번째 감지주기인 경우, n은 3이고 산출된 현재 셀 임피던스는 (
Figure 112016121529652-pat00037
)으로 (
Figure 112016121529652-pat00038
)와 비교되어 (
Figure 112016121529652-pat00039
)이 (
Figure 112016121529652-pat00040
)보다 크거나 같으면 (
Figure 112016121529652-pat00041
)을 저장한다.
그 후, 네 번째 감지주기가 되면, n은 4가 되고 산출된 현재 셀 임피던스는 (
Figure 112016121529652-pat00042
)이며, 세 번째 감지주기에서 저장된 (
Figure 112016121529652-pat00043
)과 비교된다.
또한, 상기 셀 임피던스 연산단계(S120)의 연산방법은 아래에서 더욱 상세하게 설명한다.
일반적인 셀 임피던스 연산방법은 (식1)과 같이 셀 간 전압의 변화량에서 전류를 나누는 방식이다.
(식1) Z= (V1-V2)/I
여기서 만약 제1 배터리 셀의 셀 임피던스를 연산하는 경우, V1은 제1 배터리 셀의 양(+)극의 전압이고, V2는 제1 배터리 셀의 음(-)극과 제2 배터리 셀의 양(+)극 사이의 전압이다.
또한, 제2 배터리 셀의 셀 임피던스를 연산하는 경우, V1은 제1 배터리 셀의 음(-)극과 제2 배터리 셀의 양(+)극 사이의 전압이고, V2는 제2 배터리 셀의 음(-)극과 제3 배터리 셀의 양(+)극 사이의 전압이다.
이와 같은 방식은 충/방전 시에도 각 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 실시 예는 셀 임피던스가 감소되는 경우, 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동시키지만 이러한 방법은 일시적으로 셀 임피던스의 값이 작게 감소될 수도 있으므로 단순히 감소된 것으로 쇼트를 진단하는 것이 아니라 감소된 양을 소정 값과 비교하여 쇼트발생여부를 판단할 수 있도록 한다.
주기적으로 각 배터리 셀에 흐르는 전류 및 전압을 측정하고, 측정된 전류 및 전압을 이용하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00044
)를 연산한다.
연산된 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00045
)에서 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00046
)를 빼서 나온 값(
Figure 112016121529652-pat00047
)이 기 설정된 소정 값보다 작은{(
Figure 112016121529652-pat00048
) < 기 설정된 소정 값} 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동한다.
또한, 배터리 셀 쇼트 감지가 첫번째 감지주기(n=1)인 경우, 이전 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00049
)이 없으므로 소정의 정상 셀 임피던스 값을 설정하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00050
)와 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00051
) 간의 차(
Figure 112016121529652-pat00052
)가 산출될 수 있도록 한다.
또한, 연산된 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00053
)에서 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00054
)를 빼서 나온 값(
Figure 112016121529652-pat00055
)이 기 설정된 소정 값보다 크거나 동일한{(
Figure 112016121529652-pat00056
) ≥ 기 설정된 소정 값} 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00057
)는 저장된다.
여기서 기 설정된 소정 값은 쇼트 시 감소되는 셀 임피던스의 값으로써, 일 실시 예로 -4[Ω]으로 설정되지만, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 현재 감지주기의 셀 임피던스가 5[Ω]이고 이전 감지주기의 셀 임피던스가 8[Ω]인 경우, 셀 임피던스의 차가 -3[Ω]이므로 쇼트가 발생되지 않았다고 볼 수 있다.
그래서 이와 같은 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스의 값을 저장하여 감지수행을 중지한다.
만약, 현재 감지주기의 셀 임피던스가 4[Ω]이고 이전 감지주기의 셀 임피던스가 10[Ω]인 경우, 셀 임피던스의 차가 -6[Ω]이므로 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동한다.
또한, 내부 쇼트 발생진단을 좀 더 정확하게 수행하기 위하여 온도측정을 쇼트 발생판단요소로 추가적으로 구성할 수 있다.
따라서 주기적으로 각 배터리 셀에 흐르는 전류, 전압 및 온도를 측정하고, 측정된 전류 및 전압을 이용하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00058
)를 연산한다.
연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00059
)를 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00060
)와 비교하여 현재 감지주기의 셀 임피던스가 이전 감지주기의 셀 임피던스보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00061
)되며 측정된 온도가 소정 범위를 초과하는 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동한다.
만약 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00062
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00063
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00064
)되었지만 측정된 온도가 소정범위를 초과하지 않거나, 측정된 온도가 소정범위를 초과하였지만 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00065
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00066
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00067
)되지 않은 경우에는 배터리 셀에 쇼트가 발생되지 않은 것으로 판단하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00068
)를 저장하고 종료한다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 쇼트 감지장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 쇼트 감지장치는 복수개의 배터리 셀에 개별적으로 구성된 스위치 내/외부에 흐르는 전류를 측정하여 충/방전 시에도 배터리 셀의 쇼트발생 여부를 확인 할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트감지장치(200)는 복수개의 배터리 셀(210)로 구성된 배터리 팩에 있어서, 각 배터리 셀(210)의 전류를 온/오프 하는 스위치부(220) 및 상기 스위치부(220)에 흐르는 전류를 근거로 셀 임피던스를 산출하여 해당 배터리 셀의 쇼트 발생여부를 확인하는 BMS(230)를 포함하여 구성된다.
또한, 셀 임피던스를 산출하여 배터리 셀의 쇼트 발생을 감지하는 BMS(230)는 아래에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 BMS(230)는 상기 스위치부를 통해 흐르는 각 배터리 셀(210)의 전류 및 전압을 측정하는 셀 전류/전압 측정부(231), 셀 전류/전압 측정부(231)에서 측정된 배터리 셀의 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00069
)를 연산하는 셀 임피던스 연산부(232), 셀 임피던스 연산부(232)에서 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00070
)와 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00071
)를 비교하는 셀 임피던스 비교부(233) 및 셀 임피던스 비교부(233)의 비교 결과에 따라 보호회로를 구동하는 보호회로 구동부(234)를 포함하여 구성된다.
또한, BMS(230)는 상기 셀 전류/전압 측정부(231), 셀 임피던스 연산부(232), 셀 임피던스 비교부(233) 및 보호회로 구동부(234)의 동작을 소정의 주기간격으로 반복하는 소정의 동작주기를 가진다.
또한, BMS(230)는 내부 또는 외부에 임시저장소(미도시)를 구비하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00072
)가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00073
)보다 크거나 같은(
Figure 112016121529652-pat00074
)경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00075
)를 저장한다.
또한, 처음으로 배터리 내부 쇼트를 감지하는 첫번째 감지주기(n=1)인 경우, 기 저장된 이전 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00076
)이 없으므로 소정의 기 설정 값을 상기 임시저장소(미도시)에 기 저장하여 사용한다.
또한, 상기 BMS(230)는 온도측정부(미도시)를 추가로 구비하여 온도도 배터리 셀의 쇼트 발생여부 확인요소로 추가됨에 따라 쇼트 감지장치가 더 정확하고 안정적으로 구성될 수 있도록 한다.
또한, 상기 셀 전류/전압 측정부(231) 및 온도 측정부(미도시)는 엄밀하게 말하자면 각각의 구성에서 전류, 전압 및 온도가 측정될 수 있도록 명령하는 구성이다. 따라서 각 배터리 셀에 구비된 전류 센서 및 온도 센서는 주기적으로 전류 및 온도 값을 획득하여 셀 전류/전압 측정부(231)에 전송한다.
또한, 각 배터리 셀의 양(+)극과 음(-)극에 부착된 전압 센서도 주기적으로 전압 값을 획득하여 셀 전류/전압 측정부(231)에 전송한다.
또한, 상기 전류 센서는 상기 스위치부(220) 주위에 부착되어 충/방전 시 스위치부(220) 내부로 흐르는 전류를 측정하고, 충/방전을 수행하지 않는 경우, 스위치부(220) 외부에 흐르는 전류를 측정하여 충/방전 수행과 상관없이 일정주기마다 쇼트 발생여부를 감지할 수 있도록 한다.
쇼트감지장치(200)는 셀 전류/전압 측정부 (231)를 통해 주기적으로 각 배터리 셀(210)의 전류 및 전압을 측정하는데, 셀 임피던스 연산부(232)는 측정된 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00077
)를 연산한다.
상기 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00078
)는 셀 임피던스 비교부(233)를 통해 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00079
)와 비교되어 현재 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00080
)이 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00081
)보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00082
)된 경우, 보호회로 구동부(234)는 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동한다.
만약 현재 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00083
)이 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00084
)보다 크거나 같은(
Figure 112016121529652-pat00085
) 경우, BMS(230)는 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00086
)를 임시저장소(미도시)에 저장한다.
또한, 감지주기의 첫번째(n=1)로 수행되는 경우, 이전 감지주기(
Figure 112016121529652-pat00087
)는 없으므로 소정의 기 설정 값을 임시저장소(미도시)에 기 저장하여 사용한다.
또한, 셀 임피던스의 감소량을 연산하여 배터리 셀 내부 쇼트를 확인하는 쇼트감지장치(200)는 셀 전류/전압 측정부 (231)를 통해 주기적으로 각 배터리 셀(210)의 전류 및 전압을 측정하는데, 셀 임피던스 연산부(232)는 측정된 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00088
)를 연산한다.
또한, 셀 임피던스 감소량 연산부(미도시)는 셀 임피던스 연산부(232) 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00089
)와 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00090
)간의 차(
Figure 112016121529652-pat00091
)가 연산되도록 BMS(230)에 추가로 구성된다.
또한, BMS(230)는 셀 임피던스 감소량 비교부(미도시)도 추가로 구성되어 셀 임피던스 간의 차(
Figure 112016121529652-pat00092
와 기 설정된 소정 값이 비교될 수 있도록 한다.
상기 셀 임피던스 감소량 비교부(미도시)에서의 비교결과로 셀 임피던스 간의 차(
Figure 112016121529652-pat00093
)가 기 설정된 소정 값보다 작은{(
Figure 112016121529652-pat00094
) < 기 설정된 소정 값} 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로 구동부(234)를 통해 보호회로를 구동한다.
상기 기 설정된 소정 값은 별도의 메모리에 저장되어 사용된다.
만약 상기 셀 임피던스 감소량 비교부(미도시)에서의 비교결과로 셀 임피던스 간의 차(
Figure 112016121529652-pat00095
)가 기 설정된 소정 값보다 크거나 같은{(
Figure 112016121529652-pat00096
) ≥ 기 설정된 소정 값} 경우, BMS(230)는 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00097
)를 임시저장소(미도시)에 저장한다.
또한, 배터리 셀 쇼트 감지가 감지주기의 첫번째(n=1)로 수행되는 경우, 이전 감지주기의 셀 임피던스 값(
Figure 112016121529652-pat00098
)이 없으므로 소정의 기 설정 값을 임시저장소(미도시)에 기 저장하여 사용된다.
또한, 배터리 셀 쇼트 감지의 정확성을 상승시키기 위하여 온도 측정부(미도시)가 추가로 구비된 쇼트감지장치(200)는 셀 전류/전압 측정부(231) 및 온도 측정부(미도시)를 통해 주기적으로 각 배터리 셀(210)의 전류, 전압 및 온도를 측정한다.
또한, 셀 임피던스 연산부(232)는 측정된 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00099
)를 연산하고, 연산된 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00100
)는 셀 임피던스 비교부(233)를 통해 이전 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00101
)와 비교된다.
또한, 온도 판단부(미도시)는 BMS(230)에 추가로 구비되어 상기 온도측정부(미도시)에서 측정된 온도가 기 설정된 소정범위를 초과하는지 판단한다.
또한, 상기 셀 임피던스 비교부(233)의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스가 이전 감지주기의 셀 임피던스보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00102
)되고, 상기 온도 판단부(미도시)의 판단결과로 상기 측정된 온도가 기 설정된 소정범위를 초과하는 경우, 해당 배터리 셀은 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로 구동부(234)를 통해 보호회로를 구동시킨다.
만약 상기 셀 임피던스 비교부(233)의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스가 이전 감지주기의 셀 임피던스보다 감소(
Figure 112016121529652-pat00103
)되지만 상기 온도 판단부(미도시)의 판단결과로 상기 측정된 온도가 기 설정된 소정범위를 초과하지 않거나, 상기 온도 판단부(미도시)의 판단결과로 상기 측정된 온도가 기 설정된 소정범위를 초과하지만 상기 셀 임피던스 비교부(233)의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스가 이전 감지주기의 셀 임피던스보다 크거나 같은(
Figure 112016121529652-pat00104
) 경우에는 해당 배터리 셀에는 쇼트가 발생되지 않은 것으로 판단하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
Figure 112016121529652-pat00105
)만 임시저장소(미도시)에 저장하고 종료된다.
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 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
200: 쇼트 감지장치
210: 배터리 셀
220: 스위치
230: BMS
231: 셀 전류/전압 측정부
232: 셀 임피던스 연산부
233: 셀 임피던스 비교부
234: 보호회로 구동부

Claims (9)

  1. 복수 개의 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하는 방법에 있어서,
    주기적으로 각 배터리 셀에 흐르는 전류 및 전압을 측정하는 전류 및 전압 측정단계;
    상기 전류 및 전압 측정단계에서 측정된 전류 및 전압을 이용하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00106
    )를 연산하는 셀 임피던스 연산단계;
    상기 셀 임피던스 연산단계에서 연산된 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00107
    )를 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00108
    )와 비교하는 셀 임피던스 비교단계; 및
    상기 셀 임피던스 비교단계에서의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00109
    )가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00110
    )보다 감소(
    Figure 112020066429902-pat00111
    )된 경우, 해당 배터리 셀에 쇼트가 발생된 것으로 판단하여 보호회로를 구동하는 보호회로 구동단계;를 포함하고,
    상기 셀 임피던스 연산단계는,
    충전 또는 방전시에는 각 배터리 셀의 전류를 온/오프 하는 스위치부의 내부로 흐르는 전류를 측정하고, 충전 및 방전을 수행하지 않는 경우에는 상기 스위치부의 외부로 흐르는 전류를 측정하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(Zn)를 연산하는 쇼트감지방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 임피던스 비교단계에서, 첫번째 감지주기(n=1)인 경우, 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00112
    )를 소정의 기 설정 값으로 설정하여 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00113
    )와 비교하는 것을 특징으로 하는 쇼트감지방법.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 셀 임피던스 비교단계에서의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00114
    )가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00115
    )와 같거나 증가(
    Figure 112016121529652-pat00116
    )된 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00117
    )를 저장하는 것을 특징으로 하는 쇼트감지방법.
  4. 복수 개의 배터리 셀에서 발생되는 쇼트를 감지하는 장치에 있어서,
    각 배터리 셀의 전류를 온/오프 하는 스위치부; 및
    상기 스위치부에 흐르는 전류를 근거로 셀 임피던스를 산출하여 해당 배터리 셀의 쇼트 발생여부를 확인하는 BMS;를 포함하고,
    상기 BMS는 충전 또는 방전시에는 상기 스위치부의 내부로 흐르는 전류를 측정하고, 충전 및 방전을 수행하지 않는 경우에는 상기 스위치부의 외부로 흐르는 전류를 측정하여 각 배터리 셀의 셀 임피던스(Zn)를 산출하는 쇼트 감지장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 스위치부의 내부 또는 외부를 통해 흐르는 각 배터리 셀의 전류 및 전압을 측정하는 셀 전류/전압 측정부;
    상기 셀 전류/전압 측정부에서 측정된 배터리 셀의 전류 및 전압을 이용하여 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00118
    )를 연산하는 셀 임피던스 연산부;
    상기 셀 임피던스 연산부에서 연산된 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00119
    )와 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112020066429902-pat00120
    )를 비교하는 셀 임피던스 비교부; 및
    상기 셀 임피던스 비교부의 비교 결과에 따라 보호회로를 구동하는 보호회로 구동부;
    를 포함하여 구성되는 쇼트 감지장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 셀 전류/전압 측정부, 셀 임피던스 연산부, 셀 임피던스 비교부 및 보호회로 구동부의 동작을 소정의 주기간격으로 반복하는 소정의 동작주기를 가지며, 상기 셀 임피던스 비교부의 비교결과 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00121
    )가 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00122
    )보다 크거나 같은(
    Figure 112016121529652-pat00123
    ) 경우, 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00124
    )를 저장하는 것을 특징으로 하는 쇼트 감지장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 BMS는, 임시저장소를 구비하여 상기 현재 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00125
    )를 저장하는 것을 특징으로 하는 쇼트 감지장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 임시저장소는,
    첫번째 감지주기(n=1)에 사용되는 이전 감지주기의 셀 임피던스(
    Figure 112016121529652-pat00126
    )가 소정의 기 설정 값으로 저장되는 것을 특징으로 하는 쇼트 감지장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    배터리 셀의 온도가 소정범위를 초과하고, 상기 셀 임피던스 비교부의 비교결과로 현재 감지주기의 셀 임피던스 값(
    Figure 112020066429902-pat00127
    )이 이전 감지주기의 셀 임피던스 값(
    Figure 112020066429902-pat00128
    )보다 감소(
    Figure 112020066429902-pat00129
    )된 경우, 상기 BMS의 보호회로가 구동되도록 온도 측정부를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 쇼트 감지장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102103089B1 (ko) * 2018-12-24 2020-04-21 한국해양대학교 산학협력단 접지 분리식 직렬 접속된 다중 배터리의 수명측정 회로
KR20220061863A (ko) * 2020-11-06 2022-05-13 현대자동차주식회사 배터리 진단 시스템 및 그 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196102A (ja) 1999-10-25 2001-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池制御装置
JP2003317810A (ja) 2002-04-18 2003-11-07 Toyota Motor Corp 電池の特性評価方法
JP2010066161A (ja) * 2008-09-11 2010-03-25 Mitsumi Electric Co Ltd 電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パック、並びに電池状態検知方法
JP2010181262A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池の異常検出装置および二次電池装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2958630B2 (ja) * 1997-05-15 1999-10-06 八重洲無線株式会社 バッテリーパックの短絡保護回路
KR101646854B1 (ko) 2014-12-15 2016-08-09 현대오트론 주식회사 연료전지 스택 임피던스 측정 방법 및 이를 실행하는 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196102A (ja) 1999-10-25 2001-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池制御装置
JP2003317810A (ja) 2002-04-18 2003-11-07 Toyota Motor Corp 電池の特性評価方法
JP2010066161A (ja) * 2008-09-11 2010-03-25 Mitsumi Electric Co Ltd 電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パック、並びに電池状態検知方法
JP2010181262A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池の異常検出装置および二次電池装置

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