KR102221778B1 - 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법은, 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 둘 이상의 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 온도 측정단계에서 측정되는 배터리 모듈의 둘 이상의 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 온도 이상 상태 여부를 판단하는 이상 상태 판단단계; 상기 이상 상태 판단단계의 판단 결과에 따라, 배터리 모듈의 냉각 팬을 동작시키는 냉각 팬 동작단계; 상기 온도 측정단계에서 측정된 둘 이상의 온도 값을 기반으로 상기 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 스웰링 발생 판단단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 스웰링 발생 판단단계는, 상기 냉각 팬 동작단계 후 소정의 시간 후에 동작하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 셀 스웰링 탐지 시스템 및 방법{Battery cell swell detection system and method}

본 발명은 배터리 셀의 스웰링을 탐지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 별도의 추가 장치 없이 배터리 모듈에 기 탑재되어 있는 온도센서를 이용하여 배터리 셀의 스웰링 발생 여부를 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 휴대용 컴퓨터, 휴대폰, 카메라 등의 휴대용 기기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 배터리의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이러한 배터리 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자가방전율이 낮은 리튬 이온 배터리에 대한 많은 연구가 지속적으로 행해지고 있고, 상용화되어 널리 사용되고 있다.

특히, 파우치형 배터리는 고객의 요구에 따라 다양한 형태의 구조변경이 용이하여 제품 응용력이 뛰어나고, 금속 캔 형태의 배터리케이스를 사용하는 배터리에 비해 다품종 소량생산에 유리한 이점을 가지고 있다.

그러나, 파우치형 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 활물질 특성상 사용 시일이 경과하면 그 퇴화도에 따라 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 불가피하게 발생하게 된다.

배터리는 초기 설계와는 다른 운용 방식 및 그 사용 환경에 의해 설계 연한보다 빠른 시기에 특정 퇴화 상태에 이를 수 있고, 이로 인해 스웰링 현상이 발생한 배터리를 계속적으로 사용하게 되는 경우 배터리의 수명 및 안정성에 영향을 줄 수 있으므로 스웰링 현상이 발생한 경우 이를 신속히 감지/탐지하여 대처하여야 배터리의 시스템 성능 유지, 손상 방지, 기타 안전사고 방지 등이 가능하다.

이를 위한 배터리의 스웰링을 감지/탐지하는 종래 기술로는 배터리 모듈에 별도의 추가 센서(예, 압력센서)를 탑재하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 감지하거나, 배터리 모듈에 배터리를 냉각시키는 냉각 팬의 유량을 측정하는 유량계를 탑재하고 유량계에서 측정되는 유량을 주기적으로 검사하여 이를 기반으로 배터리의 스웰링 여부를 판단 또는 배터리 모듈을 회수한 후 직접 분해하여 검사하는 방식으로 수행되었다.

그러나, 이러한 종래 기술들은 배터리 모듈의 셀 스웰링 발생 여부를 원격 탐지할 수 없고, 배터리 모듈에 별도의 추가 장치(예, 유량계 또는 압력센서)가 탑재되어야 하므로 비용이 상승하고, 배터리 모듈의 내부 공간 활용이 효율성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 배터리 모듈을 회수 후 분해하는 검사 방식은 번거롭고 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.

(특허문헌 1) JP2012-110129 A

따라서, 본 발명은 상기의 종래기술로부터 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 추가 장치를 탑재하지 않고 효율적으로 배터리 셀의 스웰링을 탐지하는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템은, 하나 이상의 셀을 포함하여 구성되는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 팬; 상기 배터리 모듈 내에 구비되어, 일정 주기 간격으로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 제1, 2 온도 측정부; 상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정되는 배터리 모듈의 온도에 따라 냉각 팬의 동작 여부를 판단하여 냉각 팬의 동작을 제어하는 냉각 팬 제어부; 상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정된 배터리 모듈의 온도를 이용하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 스웰링 발생 판단부; 를 포함하여 구성된다.

구체적으로는, 상기 냉각 팬 제어부는, 상기 제1, 2 온도 측정부에서 각각 측정된 제1, 2 온도 값 중 최대 온도 값을 추출하는 최대 온도 추출부; 상기 산출된 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값을 비교하는 최대 온도 비교부; 상기 최대 온도 비교부의 비교 결과에 따라 냉각 팬 동작 여부를 판단하는 냉각 팬 동작 여부 판단부; 를 포함하여 구성되며, 상기 냉각 팬 동작 여부 판단 결과에 따라, 상기 냉각 팬의 동작을 제어하는 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각 팬 제어부는, 상기 냉각 팬 동작이 필요한 것으로 판단된 경우, 냉각 팬 동작 온(On) 신호를 생성하여 상기 냉각 팬으로 전달하며, 상기 냉각 팬 동작이 필요하지 않은 것으로 판단된 경우, 냉각 팬 동작 오프(Off) 신호를 생성하여 상기 냉각 팬으로 전달하여 냉각 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스웰링 발생 판단부는, 상기 냉각 팬의 구동 여부를 감지하는 냉각 팬 구동 감지부; 상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정된 제1, 2 온도 값의 차를 산출하는 온도 편차 산출부; 상기 산출된 온도 편차와 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하는 제1 스웰링 비교부; 상기 산출된 온도 편차와 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하는 제2 스웰링 비교부; 를 포함하여 구성되며, 상기 온도 편차 산출부는, 상기 냉각 팬 구동 감지부에 의해 냉각 팬이 구동되는 것으로 감지된 후, 소정의 시간 후에 동작하는 것을 특징으로 한다.

이에, 상기 제1 스웰링 비교부의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단하고, 상기 제2 스웰링 비교부의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀의 스웰링 탐지 방법은, 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 둘 이상의 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 온도 측정단계에서 측정되는 배터리 모듈의 둘 이상의 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 온도 이상 상태 여부를 판단하는 이상 상태 판단단계; 상기 이상 상태 판단단계의 판단 결과에 따라, 배터리 모듈의 냉각 팬을 동작시키는 냉각 팬 동작단계; 상기 온도 측정단계에서 측정되는 둘 이상의 온도 값을 기반으로 상기 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 스웰링 발생 판단단계; 를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 스웰링 발생 판단단계는 상기 냉각 팬 동작단계 후, 소정의 시간 후에 수행되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로는, 상기 이상 상태 판단단계는, 상기 둘 이상의 온도 값 중 최대 온도 값을 추출하는 최대 온도 값 추출단계; 상기 추출된 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값을 비교하는 최대 온도 비교단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값을 초과하는 경우, 배터리 모듈의 온도 이상 상태가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스웰링 발생 판단단계는, 상기 둘 이상의 온도 값 간의 차이를 산출하는 온도 편차 산출단계; 상기 산출된 온도 편차와 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하는 제1 스웰링 비교단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스웰링 발생 판단단계는, 상기 제1 스웰링 비교단계에서의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 이상인 경우, 상기 산출된 온도 편차와 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하는 제2 스웰링 비교단계; 를 수행하는 것을 특징으로 하며, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 별도의 장치를 탑재하지 않고 간단하게 배터리 셀 또는 팩의 스웰링 발생을 감지/탐지할 수 있으므로 배터리 모듈의 제작 비용 절감 효과가 발생될 수 있다.

또한, 그 적용 범위가 한정적이지 않고, 공랭 및 수랭 방식 등 유로에 의해 배터리 팩 냉각을 수행하는 모든 시스템에 적용 가능하여 파우치형 리튬 이온 배터리 이외에도 다양한 형태, 소재의 배터리 셀에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 셀 스웰링에 의한 냉각 유로 협착 현상의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 냉각 유로 협착 현상에 의한 냉각 성능 하락에 따른 모듈 내 온도 편차 이상 상태의 예시를 나타내는 도면이다.
도4 는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법의 순서도이다.

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.

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 구별하는 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.

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. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

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.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템(도 1 참조)

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템은, 다음과 같은 구성을 포함하여 구성될 수 있다.

1.1. 배터리 모듈(100)

배터리 모듈은, 예를 들어 ESS 장치, 각종 휴대용 기기 등에 탑재되어 전원을 공급하는 구성으로, 이는 복수 개의 배터리 셀(110)들을 포함하여 구성될 수 있다.

이 때, 배터리 모듈(100)는 해당 모듈 식별번호가 설정되어 있다. 이에 따라, 복수 개의 배터리 모듈(100)이 직렬 및 병렬로 연결되어 예를 들어 하나의 배터리 랙을 이루는 경우, 각 배터리 모듈마다 설정된 해당 모듈 식별번호를 이용하여 각각의 배터리 모듈을 제어할 수 있다.

1.2. 냉각 팬(200)

냉각 팬은, 후술하는 냉각 팬 제어부(500)의 제어에 따라 동작하여 상기 배터리 모듈(100)이 고온 상태에 계속적으로 노출되지 않도록 하는 구성일 수 있다.

예를 들어, 배터리 모듈의 최대 온도가 소정의 이상 상태 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈이 고온 상태에 노출되어 있어 그 온도를 낮추기 위하여 냉각 팬의 동작이 필요한 것으로 판단됨에 따라 상기 냉각 팬 제어부(500)는 상기 냉각 팬을 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 팬은 배터리 모듈을 냉각하여 고온 상태에 지속적으로 노출되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 냉각 팬은 배터리 모듈이 고온 상태에 진입한 것으로 판단된 경우에만 냉각 팬 제어부(500)의 제어에 의해 구동되는 것이다.

상기 냉각 팬은, 배터리 모듈(100)을 냉각시키기 용이한 위치에 구비될 수 있으며, 상기 배터리 모듈의 내부로 냉매를 투입하거나(Blowing Type) 혹은 배터리 모듈의 외부로 냉매를 배출하여(Suction Type) 배터리 모듈을 냉각시키는 방식 등 공지의 배터리 모듈 냉각 방식을 사용하여 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각 팬(200)은 배터리 모듈(100)이 실장되는 케이스 내부에 배치될 수 있다.

1.3. 제1, 2 온도 측정부(300, 400)

제1, 2 온도 측정부(300, 400)는 도 2에 표기된 A와 같이, 배터리 모듈(100) 내에 구비되어 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 온도를 측정하는 구성일 수 있다. 상기 제1, 2 온도 측정부는 배터리 모듈 내부, 구체적으로는 배터리 모듈 내로 유입되는 냉매가 통과하도록 기 설계된 냉각 유로 상의 비대칭적 지점에 각각 위치되어 배터리 모듈의 온도를 측정할 수 있다.

그러나, 배터리 모듈 내에 제1, 2 온도 측정부, 즉 배터리 모듈 내에 두 개의 온도 센서만이 구성되는 것으로 한정하는 것은 아니며 그 이상의 개수로 구비되어 배터리 모듈의 온도를 측정할 수도 있다. 이와 같은 경우에도 배터리 모듈 내의 기 설계된 냉각 유로 상에 비대칭 지점에 두 개 이상의 온도 센서(A)가 구비되어 배터리 모듈의 온도를 측정할 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 예를 들어 도 2의 A와 같이 위치되어 배터리 모듈의 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 제1, 2 온도 측정부는 도 2의 A가 표기된 그 위치에 한하는 것은 아니며 배터리 모듈 내의 냉각 유로 상에 어느 지점에 위치될 수 있다.

이 때, 제1, 2 온도 측정부는 후에 상세히 설명하겠지만 각 측정되는 온도 값의 편차를 이용하여 배터리 모듈 내의 온도 분포 이상 상태를 파악하는 데에 이용되므로 그 온도 분포 상태를 보다 정확히 판단할 수 있도록 한 지점에 서로 가깝게 위치되는 것보다는 일정 간격 이격되어 위치되는 것이 바람직하다 할 수 있다.

1.4. 냉각 팬 제어부(500)

냉각 팬 제어부는, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에서 측정되는 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 냉각 팬(200)의 동작을 제어하는 구성이며, 그 세부 구성은 하기와 같이 구성될 수 있다.

가. 최대 온도 추출부(510)

우선, 최대 온도 추출부는, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에서 각각 측정된 제1, 2 온도 값을 비교하여 그 중 더 큰 온도 값을 추출하는 구성이다. 즉, 제1, 2 온도 측정 값 중 최대 온도 값을 추출하는 것이다.

상기 최대 온도 추출부에서 상기 제1, 2 온도 값 중 최대 온도 값을 추출하는 이유는, 배터리 모듈 내에서 측정되는 온도 값 중 최대 온도 값과 후술하는 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 판단하는 값인 소정의 이상 여부 판단 값과의 비교를 통하여 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 판단하기 위함이다.

나. 최대 온도 비교부(520)

상술한 바와 같이 상기 최대 온도 추출부(510)를 통하여 배터리 모듈의 최대 온도 값이 추출되면, 상기 추출된 배터리 모듈의 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값을 비교할 수 있다. 여기서, 배터리 모듈의 온도 이상 상태라 함은 배터리 모듈의 고온 상태를 의미하므로, 소정의 이상 상태 판단 값은 배터리 모듈의 고온 상태 여부를 판단할 수 있도록 설정된 온도 값을 의미할 수 있다.

이와 같은 비교를 통한 그 비교 결과에 따라 후술하는 냉각 팬 동작 여부 판단부(530)는 냉각 동작 여부를 판단할 수 있다.

다. 냉각 팬 동작 여부 판단부(530)

냉각 팬 동작 여부 판단부는, 상기 최대 온도 비교부(520)의 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 냉각 팬 동작 여부를 판단할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 냉각 팬(200)은 배터리 모듈(100)이 고온 상태에 계속적으로 노출되지 않도록 배터리 모듈을 냉각시키는 구성이다, 그러므로, 냉각 팬 동작 여부 판단부는, 배터리 모듈의 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값과의 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 이상 상태 여부를 판단하여 냉각 팬 동작 여부를 판단할 수 있다.

예를 들어, 비교 결과 배터리 모듈의 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값을 초과한 경우, 해당 배터리 모듈이 고온 상태에 진입한 것으로 판단하여 배터리 모듈을 냉각시켜야 하는 것으로 판단할 수 있다. 이는 즉, 냉각 팬을 동작시켜야 하는 것으로 판단하는 것이다.

반면, 배터리 모듈의 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값 이하인 경우, 해당 배터리 모듈은 고온 상태가 아닌 적정 온도 상태를 의미하므로 배터리 모듈을 냉각시킬 필요가 없는 것으로 판단하여 냉각 팬을 동작시키지 않는 것으로 판단할 수 있다.

이에, 냉각 팬 제어부는, 상기와 같은 냉각 팬 동작 여부 판단부의 판단 결과에 따라 냉각 팬의 동작을 제어하는 신호를 생성하여 냉각 팬 동작을 제어할 수 있다.

구체적으로는, 냉각 팬을 동작시켜야 하는 것으로 판단된 경우, 냉각 팬 동작 온(On) 신호를 생성하여 냉각 팬(200)으로 전달함으로써 냉각 팬의 동작을 제어할 수 있다. 이에, 상기 냉각 팬 동작 온(On) 신호를 입력 받은 냉각 팬(200)이 동작함으로써 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있다.

반면, 냉각 팬의 동작이 필요 없는 것으로 판단된 경우에는, 냉각 팬 동작 오프(Off) 신호를 생성하여 냉각 팬(200)으로 전달함으로써 냉각 팬의 동작을 제어할 수 있다. 이에, 상기 냉각 팬 동작 오프(Off) 신호를 입력 받은 냉각 팬(200)은 배터리 모듈을 냉각시키는 동작을 수행하지 않게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400)는 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 온도를 측정하므로, 이에 따라 상기 냉각 팬 제어부(500)도 일정 주기 간격으로 상술한 바와 같이 배터리 모듈이 고온 상태인지를 판단하여 냉각 팬(200)의 동작을 제어하여 배터리 모듈이 고온 상태에 지속적으로 노출되지 않도록 제어할 수 있다.

1.5. 스웰링 발생 판단부(600)

스웰링 발생 판단부는, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에서 측정된 배터리 모듈의 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 구성이다. 구체적인 세부 구성은 다음과 같이 구성될 수 있다.

가. 냉각 팬 구동 감지부(610)

냉각 팬 구동 감지부는, 상기 냉각 팬(200)의 냉각 동작 여부를 감지하는 구성이다. 이는, 상기 냉각 팬 제어부(500)와 연결되어, 그로부터 출력되는 냉각 팬 동작 온(On)/오프(Off) 신호에 따라 냉각 팬(200)의 구동 여부를 감지할 수 있다.

상기 냉각 팬 제어부(500)에서 냉각 팬 동작 온(On) 신호가 출력되면, 이를 감지하여 냉각 팬이 구동되는 것으로 확인할 수 있다. 확인되면, 냉각 팬 구동을 알리는 냉각 팬 구동 신호를 생성하여 후술하는 온도 편차 산출부(620)로 출력할 수 있다.

이와 같이 구성되는 이유는, 본 발명은 배터리 모듈 내의 셀의 스웰링 발생에 따른 냉각 유로의 협착을 배터리 모듈의 온도 분포 이상으로 탐지하여 배터리 모듈의 스웰링 발생을 판단하는 원리를 이용한 것이기 때문에 배터리 모듈의 온도 이상 상태(고온 상태)에 따라 냉각 팬(200)이 구동되는 환경에서 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단/탐지할 수 있으므로 이를 수행하기 위한 후술하는 온도 편차 산출부(620)는 냉각 팬 구동 신호를 입력되면 동작하는 것으로 구성되는 것이다.

나. 온도 편차 산출부(620)

온도 편차 산출부(620)는, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에서 측정된 제1, 2 온도 값의 차를 산출하는 구성이며, 상술한 바와 같이 냉각 팬 구동 감지부(610)로부터 냉각 팬 구동 신호를 입력 받은 경우 동작할 수 있다. 이 때, 상기 냉각 팬 구동 신호를 입력 받은 후, 소정의 시간 후에 동작할 수 있다. 그 이유는, 냉각 동작 후, 배터리 모듈 내의 냉각 유량 변화에 따른 온도 분포 이상 상태로 셀 스웰링 발생을 판단하는 원리를 이용하는 것이기 때문에, 배터리 모듈의 냉각 동작이 어느 정도 이루어진 후 그 내부의 온도 분포 상태로 스웰링 여부를 판단하는 것이 보다 향상된 정확성으로 이루어질 수 있으므로, 냉각 팬 구동 신호를 입력 받은 후 소정의 시간이 흐른 후에 온도 편차를 산출함으로써 스웰링 판단에 이용되는 것이 바람직하다 할 수 있다.

한편, 상기 제1, 2 온도 측정부(300, 400) 구성 시 설명한 바와 같이, 예를 들어 배터리 모듈 내에 2개의 온도 센서(제1, 2 온도 측정부) 이상으로 구성되는 경우에는 다음과 같이 온도 편차를 산출할 수도 있다.

예컨대, 배터리 모듈 내에 4개의 온도 센서가 구성되는 경우, 이들을 각각 제1 내지 4 온도 측정부로 지칭하여 설명하도록 한다. 제1 내지 4 온도 측정부에서 각각 측정된 온도 값을 제1 내지 4 온도 값이라 하면, 온도 편차 산출부(620)는 이들로부터 온도 편차 산출 시 제1, 3 온도 측정부를 하나의 그룹(이하, 제1 온도그룹)으로, 제2, 4 온도 측정부를 하나의 그룹(이하, 제2 온도그룹)으로 설정하고, 제1, 3 온도 값의 평균을 산출하여 제1 온도그룹의 대표온도로, 제2, 4 온도 값의 평균을 산출하여 제2 온도그룹의 대표온도로 산출할 수 있다.

이에 따라, 온도 편차 산출부는, 상기와 같이 산출된 제1 온도그룹의 대표온도와 제2 온도그룹의 대표온도의 차를 산출함으로써 온도 편차를 산출할 수 있다.

이와 같은 경우 외에 4개의 온도 센서 이상으로 구성되는 경우에도 상기와 같이 두 개의 온도 그룹으로 분류하고, 각 온도 그룹에 포함되는 온도 값들의 평균을 해당 온도 그룹의 대표온도로 산출함으로써 두 온도 그룹 간의 온도 편차를 산출할 수 있다.

다. 제1 스웰링 비교부(630)

제1 스웰링 비교부는, 상기 온도 편차 산출부(620)에서 산출된 온도 편차와 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하기 위한 값인 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하는 구성이다.

여기서, 상기 소정의 제1 스웰링 판단 값은, 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우의 발생 여부를 판단하기 위하여 설정된 값으로, 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 하한 값을 의미하며, 이는 모듈 팩 크기, 구조, 셀 배치 형태 및 냉각 유로(냉매 통로)의 설계 요소에 따라 실험적으로 추출되어 설정될 수 있다.

상기 스웰링 발생 판단부(600)는, 상기 제1 스웰링 비교부의 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우의 발생 여부를 판단할 수 있다.

그 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우 해당 배터리 모듈에 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 스웰링 제1 경우라 함은, 심각한 스웰링 상태로 해당 배터리 모듈의 냉각이 불가한 상태를 의미할 수 있다.

이 때, 상술한 바와 같이 상기 온도 편차 산출부(620)는, 상기 냉각 팬 구동 감지부(610)에 의해 냉각 팬이 구동되는 것으로 감지된 경우에 동작하는 것으로, 냉각 팬이 구동된다는 것은 제1, 2 온도 값 중 최대 온도 값이 배터리 모듈의 고온 상태 여부를 판단하는 값인 이상 상태 판단 값을 초과한 경우이다. 따라서, 제1, 2 온도 값의 차인 온도 편차가 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 하한 값인 제1 스웰링 판단 값 미만이라는 것은 제1, 2 온도 값 모두가 이상 상태 판단 값을 초과한 상태인 것을 의미하므로 냉각 팬이 구동됨에도 불구하고 배터리 모듈의 고온 상태가 해소되지 않는, 즉 배터리 모듈 내의 냉각 동작이 정상적으로 수행되지 않는 것임을 의미하므로, 이와 같은 경우에 해당하는 스웰링 제1 경우를 심각한 스웰링 상태로 배터리 모듈의 냉각이 불가한 상태임을 의미할 수 있다.

라. 제2 스웰링 비교부(640)

제2 스웰링 비교부는, 상기 온도 편차 산출부(620)에서 산출된 온도 편차와 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하기 위한 값인 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하는 구성이다.

여기서, 상기 소정의 제2 스웰링 판단 값은, 배터리 모듈의 스웰링 제2 경우의 발생 여부를 판단하기 위하여 설정된 값으로, 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 상한 값을 의미하며, 이는 상기에서 설명한 바와 같이 모듈 팩 크기, 구조, 셀 배치 형태 및 냉각 유로(냉매 통로)의 설계 요소에 따라 실험적으로 추출되어 설정될 수 있다.

상기 스웰링 발생 판단부(600)는, 상기 제2 스웰링 비교부의 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 스웰링 제2 경우의 발생 여부를 판단할 수 있다.

그 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 스웰링 제2 경우라 함은, 상기 스웰링 제1 경우보다는 양호한 상태인 중증 스웰링 상태로 해당 배터리 모듈의 일부 냉각 유로가 차폐된 상태임을 의미할 수 있다.

이 때, 상술한 바와 같이 상기 온도 편차 산출부(620)는, 상기 냉각 팬 구동 감지부(610)에 의해 냉각 팬이 구동되는 것으로 감지된 경우에 동작하는 것으로, 냉각 팬이 구동된다는 것은 제1, 2 온도 값 중 최대 온도 값이 배터리 모듈의 고온 상태 여부를 판단하는 값인 이상 상태 판단 값을 초과한 경우이다. 따라서, 제1, 2 온도 값의 차인 온도 편차가 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 상한 값인 제2 스웰링 판단 값을 초과한 것은 제1, 2 온도 값 중 하나의 온도 값이 이상 상태 판단 값을 초과한 상태이고, 다른 하나의 온도 값은 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위에 포함된 상태인 것을 의미하므로 이는 배터리 모듈 내에 발생한 어느 한 셀 스웰링 지점 전까지는 냉각이 동작되나, 냉각 유로 협착으로 인하여 그 지점 이후에는 냉각이 이루어지지 않아 해당 배터리 모듈의 부분의 고온 상태가 해소되지 않은 것을 의미할 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우인 스웰링 제2 경우를 중증 스웰링 상태로 해당 배터리 모듈의 일부 냉각 유로가 차폐된 상태로 판단할 수 있는 것이다.

이와 같이 판단할 수 있는 근거는, 도 2를 참조하면, 배터리 모듈 내의 셀 에 스웰링 현상이 발생하면 팽창된 셀에 의하여, 냉각 팬에 의해 유입되는 냉매가 통과하는 냉각 유로의 협착이 발생하게 되어 그 공간이 부족해짐에 따라 상기 냉각 유로 협착이 발생한 지점 이후 부분의 냉각을 하지 못하게 되어, 배터리 모듈 내의 냉각 유량의 변화가 발생하게 된다. 이에 따라, 도 3을 참조하면 배터리 모듈 내의 냉각 균일도가 저하되어 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위, 즉 제1 스웰링 판단 값 ~ 제2 스웰링 판단 값의 구간을 벗어나는 특이편차 상태인 스웰링 제1 경우 또는 스웰링 제2 경우가 발생하게 되므로, 셀 스웰링으로 인해 발생하는 냉각 유로 협착 현상에 따른 냉각 유량의 변화를 온도 분포 이상 상태로 탐지할 수 있는 원리를 이용한 것이다. 따라서, 냉각 팬 구동 시, 배터리 모듈 내의 비대칭 지점에 위치하는 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에서 각각 측정된 온도 값 차이인 온도 편차를 이용하여 상술한 바와 같이 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단할 수 있다. 상기 도 3은 스웰링 발생 시 나타나는 온도 특이편차 현상을 설명하기 위하여, 복수 개의 배터리 모듈(100a~100e) 중 특정 배터리 모듈(100c, 100e)에서 온도 특이편차 현상이 나타내는 예시를 보이고 있다.

1.6. 메모리부(700)

메모리부는, 배터리 모듈의 온도 이상 상태 및 스웰링 발생 여부를 판단하기 위한 기준 데이터를 저장하는 구성이다. 상기 기준 데이터는, 상기 냉각 팬 제어부(500)에서 배터리 모듈의 온도 이상 상태, 즉 고온 상태 진입 여부를 판단하기 위한 이상 상태 판단 값, 상기 스웰링 발생 판단부(600)에서 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우 발생 여부를 판단하기 위한 제1 스웰링 판단 값 그리고 스웰링 제2 경우 발생 여부를 판단하기 위한 제2 스웰링 판단 값을 포함하여 구성될 수 있다.

1.7. 알림부(800)

본 발명은, 상기 스웰링 발생 판단부(600)에서 배터리 모듈에 포함된 셀에 스웰링이 발생한 것으로 판단되면, 이를 관리자나 사용자에게 알리는 알림부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 알림부는, 상기 스웰링 발생 판단부의 판단 결과에 따라 해당 배터리 모듈의 식별번호, 스웰링 제1 경우 혹은 스웰링 제2 경우의 스웰링 정도 등의 정보를 연계하여 디스플레이함으로써 관리자나 사용자가 인식할 수 있도록 제공할 수 있다.

참고적으로, 상술한 냉각 팬 제어부(500), 스웰링 발생 판단부(600), 메모리부(700) 및 알림부(800)는 배터리관리시스템(BMS)에 포함되는 구성일 수 있다.

또한, 상술한 구성 100 내지 800은 하나의 모듈 팩 케이스 내에 포함되는 구성일 수 있으며, 도 1에는 편의상 하나의 배터리 모듈(100) 만을 도시하였지만, 이는 복수 개의 배터리 모듈로 구성될 수 있으며, 상기에서 설명한 바와 같이 각 배터리 모듈에는 해당 모듈 식별번호가 설정되어 있으므로 냉각 팬 제어부(500) 및 스웰링 발생 판단부(600)는 각 모듈 식별번호를 이용하여 해당 배터리 모듈의 냉각 동작 제어 및 스웰링 발생 여부를 판단할 수 있다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법의 순서도이다. 이를 참조하여 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법을 설명하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 스웰링 탐지 방법은, 배터리 모듈 내에 기 탑재되는 적어도 둘 이상의 온도 센서를 이용하여 측정되는 온도 값의 편차를 산출하고, 이를 기반으로 배터리 모듈 내의 온도 분포 이상 상태를 판단하여 배터리 모듈의 냉각 유로 협착 현상을 파악함으로써 배터리 모듈의 셀 스웰링 발생 여부를 판단/탐지하는 방법이다.

본 발명의 배터리 셀 스웰링 탐지 방법은 아래와 같은 절차에 따라 수행될 수 있다.

2.1. 온도 측정단계(S100)

온도 측정단계는, 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계이다. 이는, 시스템 구성 시 설명한 바와 같이 배터리 모듈(100) 내에 구비되는 둘 이상의 온도 센서(A)를 이용하여 수행될 수 있다.(도 2 참조) 상기 시스템 구성 설명에서는 두 개보다 많은 온도 센서가 구성되는 경우도 설명하였지만, 이하 절차 설명에서는 배터리 모듈 내에 두 개의 온도 센서가 구비된 경우로 가정하여 설명하도록 하며, 이를 제1, 2 온도 측정부(300, 400)로 지칭하여 설명하고, 상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정되는 각 온도 값을 제1, 2 온도 값으로 지칭하여 설명하도록 한다.

구체적으로는, 상기 온도 측정단계(S100)는 배터리 모듈 내의 기 설계된 냉각 유로 상에 비대칭적 위치에 각각 구비되는 제1, 2 온도 측정부(300, 400)에 의해 수행되며, 이에 따라 제1, 2 온도 값을 산출할 수 있다.

2.2. 이상 상태 판단단계(S200)

이상 상태 판단단계는, 상기 온도 측정단계에서 측정되는 제1, 2 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 온도 이상 상태 여부를 판단하는 단계이다. 여기서, 상기 온도 이상 상태라 함은, 배터리 모듈이 고온 상태인 것을 의미하며, 이를 판단하는 세부 절차는 다음과 같이 구성될 수 있다.

가. 최대 온도 값 추출단계(S210)

최대 온도 값 산출단계는, 상기 온도 측정단계(S100)에서 측정된 제1, 2 온도 값 중 더 큰 온도 값, 즉 최대 온도 값을 추출하는 단계이다. 이는, 배터리 모듈 내의 최대 온도 값을 소정의 이상 상태 판단 값과 비교하면 배터리 모듈의 온도 상태가 이상 상태인지, 즉 고온 상태인지를 판단할 수 있기 때문이다.

나. 최대 온도 비교단계(S220)

최대 온도 비교단계는, 상기 최대 온도 값 산출단계(S220)를 통하여 산출된 배터리 모듈의 최대 온도 값을 소정의 이상 상태 판단 값과 비교하는 단계이다. 상기 소정의 이상 상태 판단 값은, 배터리 모듈이 고온 상태인지를 판단할 수 있도록 설정된 온도 값이다.

상기 비교를 통하여 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 이상 상태, 즉 고온 상태를 판단할 수 있다. 상기 배터리 모듈의 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값을 초과하면, 이는 해당 배터리 모듈이 고온 상태에 진입한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 배터리 모듈의 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값 이하인 경우, 해당 배터리 모듈은 적정 온도 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 시스템 구성 시 설명한 냉각 팬 제어부(500)에 의해 수행될 수 있다.

2.3. 냉각 팬 동작단계(S300)

냉각 팬 동작단계는, 상기 이상 상태 판단단계(S200)의 판단 결과에 따라 냉각 팬(200)의 동작시키는 단계이다.

상기 이상 상태 판단단계(S200)의 판단 결과, 배터리 모듈이 고온 상태에 진입한 것으로 판단된 경우 배터리 모듈이 고온 상태에 계속적으로 노출되는 것을 방지하기 위하여 냉각 팬(200)을 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 팬(200)은 해당 배터리 모듈의 냉각 동작을 수행하여 냉각시킴으로써 배터리 모듈의 온도를 낮춰 고온 상태에서 벗어날 수 있도록 할 수 있다. 이는 시스템 구성 시 설명한 냉각 팬 제어부(500)에 의해 수행될 수 있다.

반면, 상기 이상 상태 판단단계(S200)의 판단 결과, 배터리 모듈이 고온 상태가 아닌 것으로 판단된 경우에는 냉각 팬 동작단계(S300)가 수행되지 않고, 상기 온도 측정단계(S100)로 회귀하여 다시 배터리 모듈의 온도 상태를 측정할 수 있다.

2.4. 스웰링 발생 판단단계(S400)

스웰링 발생 판단단계는, 상기 온도 측정단계(S100)에서 측정된 제1, 2 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 단계이며, 그 세부 절차는 다음과 같이 구성될 수 있다. 이 때, 상기 시스템 구성 시 설명한 바와 같이, 스웰링 발생 판단단계는, 상기 냉각 팬 동작단계(S300) 후 소정의 시간 후에 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 상술한 상기 냉각 팬 구동 감지부(610)로부터 냉각 팬 동작단계(S300)가 수행됨을 의미하는 냉각 팬 구동 신호를 입력 받은 후, 소정의 시간 후에 동작하는 것으로 이루어질 수 있다.

가. 온도 편차 산출단계(S410)

상기 제1, 2 온도 값의 차를 산출하는 단계이다. 이는, 배터리 모듈 내의 스웰링 발생에 따른 냉각 유로의 협착 현상을 배터리 모듈의 냉각 유량 변화에 따른 온도 분포이상으로 탐지하여 후술하는 단계를 통하여 배터리 모듈의 스웰링 발생을 판단하기 위함이다. (도 2, 3 참조)

나. 제1 스웰링 판단단계(S420)

제1 스웰링 판단단계는, 상기 온도 편차 산출단계(S410)에서 산출된 배터리 모듈의 온도 편차와 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우 발생 여부를 판단하는 단계이다.

여기서, 상기 소정의 제1 스웰링 판단 값은, 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우의 발생 여부를 판단하기 위하여 설정된 값으로, 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 하한 값을 의미할 수 있다. 이는 모듈 팩 크기, 구조, 셀 배치 형태 및 냉각 유로(냉매 통로)의 설계 요소에 따라 실험적으로 추출되어 설정될 수 있다.

상기 배터리 모듈의 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우, 해당 배터리 모듈은 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 스웰링 제1 경우라 함은, 심각한 스웰링 상태로 해당 배터리 모듈의 냉각이 더 이상 불가한 상태인 것을 의미할 수 있다.

이와 같이, 배터리 모듈이 스웰링 제1 경우로 판단되면, 그 판단 결과를 해당 배터리 모듈의 식별번호와 함께 관리자나 사용자에게 알림 제공할 수 있다. 따라서, 이를 인지한 관리자/사용자가 이에 해당하는 조치를 취할 수 있어 시스템 손상을 방지하여 성능을 유지할 수 잇도록 하고, 해당 배터리 모듈의 스웰링 제1 경우를 탐지하지 못하고 지속되었을 경우 그로 인해 발생할 수 있는 각종 위험 사고를 방지할 수 있다.

다. 제2 스웰링 판단단계(S430)

상기 제1 스웨링 판단단계(S420)에서 상기 배터리 모듈의 온도 편차가 제1 스웰링 판단 값 이상인 경우, 해당 배터리 모듈은 스웰링 제1 경우가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 제2 스웰링 판단단계가 수행될 수 있다.

상기 제2 스웰링 판단단계는, 상기 배터리 모듈의 온도 편차와 소정의 제2 스웰링 판단 값의 비교를 통하여 배터리 모듈의 스웰링 제2 경우 발생 여부를 판단하는 단계이다. 여기서, 상기 소정의 제2 스웰링 판단 값은, 배터리 모듈의 스웰링 제2 경우의 발생 여부를 판단하기 위하여 설정된 값으로, 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위의 상한 값을 의미하며, 이는 상기에서 설명한 바와 같이 모듈 팩 크기, 구조, 셀 배치 형태 및 냉각 유로(냉매 통로)의 설계 요소에 따라 실험적으로 추출되어 설정될 수 있다.

상기 배터리 모듈의 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하여, 그 비교 결과 상기 배터리 모듈의 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 스웰링 제2 경우라 함은, 상기 스웰링 제1 경우보다는 양호한 상태인 중증 스웰링 상태로서, 해당 배터리 모듈의 일부 냉각 유로가 차폐된 상태임을 의미할 수 있다.

이에 따라, 배터리 모듈이 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단되면, 그 판단 결과를 해당 배터리 모듈의 식별번호와 함께 관리자나 사용자에게 알림 제공할 수 있다. 따라서, 이를 인지한 관리자/사용자가 이에 해당하는 조치를 취할 수 있어 시스템 손상을 방지하여 성능을 유지할 수 잇도록 하고, 해당 배터리 모듈의 스웰링 제2 경우를 탐지하지 못하고 지속되었을 경우 그로 인해 발생할 수 있는 각종 위험 사고를 방지할 수 있다.

반면, 배터리 모듈의 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값 이하인 경우에는, 해당 배터리 모듈은 스웰링 제 2 경우도 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 온도 측정단계(S100)로 회귀하여 다시 배터리 모듈의 온도 상태를 탐지할 수 있다.

상기 스웰링 판단단계(S400)는, 상기 냉각 팬 동작단계(S300)를 통하여 냉각 팬이 구동되는 환경에서 수행될 수 있으며, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 시스템 구성 스웰링 발생 판단부(600)를 참조하여 이해할 수 있다.

이와 같이, S100 내지 S400을 통하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단할 수 있는 근거는, 배터리 모듈 내의 셀 스웰링이 발생하면 그로 인하여 배터리 모듈 내의 냉매 통로인 냉각 유로가 협착되는 현상이 발생하게 되어, 배터리 모듈 내의 냉각 유량의 변화가 발생하게 된다. 이에 따라 냉각 팬 동작 시, 냉각 팬에서 배터리 모듈 내로 유입되는 냉매가 통과하는 공간(냉각 유로)이 부족해짐에 따라 셀 스웰링으로 인한 냉각 유로 협착 현상이 발생한 지점 이후 부분의 냉각을 하지 못하게 된다. 이에 따라, 배터리 모듈의 냉각 균일도가 저하되어 배터리 모듈의 정상 판정 허용 범위, 즉 제1 스웰링 판단 값 ~ 제2 스웰링 판단 값의 구간을 벗어나는 특이편차 상태인 스웰링 제1 경우 또는 스웰링 제2 경우가 발생하게 되므로, 셀 스웰링에 의해 나타나는 냉각 유로 협착 현상에 따른 냉각 유량의 변화를 온도 분포 이상 상태로 탐지하는 원리를 이용한 것이다. (도 2, 3 참조)

따라서, 냉각 팬 구동 시, 배터리 모듈 내의 비대칭 지점에 위치하는 온도 센서들을 통하여 측정되는 온도 값의 편차를 이용하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단할 수 있는 것이다.

이에 따라, 배터리 모듈의 스웰링을 감지/탐지하기 위하여 별도의 장치(예, 유량계)를 추가로 탑재하지 않고도 배터리 모듈 내에 기 탑재된 온도 센서를 이용하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단함으로써 스웰링이 발생한 배터리 모듈을 검출하고, 이에 대한 조치를 취할 수 있어 배터리 시스템의 손상을 방지하여 그 성능을 유지시킬 수 있고, 스웰링이 발생한 배터리 모듈을 탐지하지 못하여 유발될 수 있는 각종 안전사고를 예방할 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: 배터리 모듈
200: 냉각 팬
300, 400: 제1, 2 온도 측정부
500: 냉각 팬 제어부
600: 스웰링 발생 판단부

Claims (9)

1. 배터리 셀 스웰링 탐지 시스템에 있어서,
   하나 이상의 셀을 포함하여 구성되는 배터리 모듈;
   상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 팬;
   상기 배터리 모듈 내에 상기 냉각 팬에 의해 유입되는 냉매가 통과하도록 형성된 냉각 유로 상에 상호 소정의 간격이 이격된 위치에 각각 구비되어, 일정 주기 간격으로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 제1, 2 온도 측정부;
   상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정되는 배터리 모듈의 온도에 따라 냉각 팬의 동작 여부를 판단하여 냉각 팬의 동작을 제어하는 냉각 팬 제어부;
   상기 냉각 팬 제어부에 의해 냉각 팬이 구동하면, 상기 제1, 2 온도 측정부에서 냉각 팬 구동 이후 측정된 배터리 모듈의 온도 값들 간의 차이로 냉각 유로의 협착에 따른 배터리 모듈의 온도 분포 이상 상태를 탐지하여 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 스웰링 발생 판단부;
   를 포함하여 구성되는 스웰링 탐지 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 팬 제어부는,
   상기 제1, 2 온도 측정부에서 각각 측정된 제1, 2 온도 값 중 최대 온도 값을 추출하는 최대 온도 추출부;
   상기 산출된 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값을 비교하는 최대 온도 비교부; 및
   상기 최대 온도 비교부의 비교 결과에 따라 냉각 팬 동작 여부를 판단하는 냉각 팬 동작 여부 판단부; 를 포함하여 구성되며,
   상기 냉각 팬 동작 여부 판단 결과에 따라, 상기 냉각 팬의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각 팬 제어부는,
   상기 냉각 팬 동작이 필요한 것으로 판단된 경우, 냉각 팬 동작 온(On) 신호를 생성하여 상기 냉각 팬으로 전달하며,
   상기 냉각 팬 동작이 필요하지 않은 것으로 판단된 경우, 냉각 팬 동작 오프(Off) 신호를 생성하여 상기 냉각 팬으로 전달하여 냉각 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 스웰링 발생 판단부는,
   상기 냉각 팬의 구동 여부를 감지하는 냉각 팬 구동 감지부;
   상기 제1, 2 온도 측정부에서 측정된 제1, 2 온도 값의 차이를 산출하는 온도 편차 산출부;
   상기 산출된 온도 편차와 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하는 제1 스웰링 비교부;
   상기 산출된 온도 편차와 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하는 제2 스웰링 비교부;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 온도 편차 산출부는, 상기 냉각 팬 구동 감지부에 의해 냉각 팬이 구동되는 것으로 감지된 후, 소정의 시간 후에 동작하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 스웰링 비교부의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단하고,
   상기 제2 스웰링 비교부의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 시스템.
6. 배터리 셀의 스웰링 탐지 방법에 있어서,
   배터리 모듈 내에 냉각 팬에 의해 유입되는 냉매가 통과하도록 형성된 냉각 유로 상에 상호 소정의 간격이 이격된 위치에 각각 구비된 둘 이상의 온도 센서에서, 일정 주기 간격으로 배터리 모듈의 둘 이상의 온도를 측정하는 온도 측정단계;
   상기 온도 측정단계에서 측정되는 배터리 모듈의 둘 이상의 온도 값을 이용하여 배터리 모듈의 온도 이상 상태 여부를 판단하는 이상 상태 판단단계;
   상기 이상 상태 판단단계의 판단 결과에 따라, 배터리 모듈의 냉각 팬을 동작시키는 냉각 팬 동작단계;
   상기 냉각 팬 동작단계가 동작한 소정의 시간 후, 상기 온도 측정단계에서 냉각 팬 구동 이후 측정되는 둘 이상의 온도 값 간의 차이로 냉각 유로의 협착에 따른 배터리 모듈의 온도 분포 이상 상태를 탐지하여 상기 배터리 모듈의 스웰링 발생 여부를 판단하는 스웰링 발생 판단단계;
   를 포함하여 구성되는 스웰링 탐지 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 이상 상태 판단단계는,
   상기 둘 이상의 온도 값 중 최대 온도 값을 추출하는 최대 온도 값 추출단계;
   상기 추출된 최대 온도 값과 소정의 이상 상태 판단 값을 비교하는 최대 온도 비교단계; 를 포함하여 구성되며,
   상기 최대 온도 값이 소정의 이상 상태 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 온도 이상 상태가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 스웰링 발생 판단단계는,
   상기 둘 이상의 온도 값 간의 차이를 산출하는 온도 편차 산출단계;
   상기 산출된 온도 편차와 소정의 제1 스웰링 판단 값을 비교하는 제1 스웰링 비교단계; 를 포함하여 구성되며,
   상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 미만인 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제1 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 스웰링 발생 판단단계는,
   상기 제1 스웰링 비교단계에서의 비교 결과, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 스웰링 판단 값 이상인 경우, 상기 산출된 온도 편차와 소정의 제2 스웰링 판단 값을 비교하는 제2 스웰링 비교단계; 를 수행하는 것을 특징으로 하며,
   상기 산출된 온도 편차가 소정의 제2 스웰링 판단 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 모듈에 스웰링 제2 경우가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스웰링 탐지 방법.

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