KR102283957B1 - Battery Management System with Battery Short Circuit Detection Algorithm And Battery Management System Fire Prevention Methods Using Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 충방전원과 연결되어 배터리의 충전과 방전을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결되되, 부하전류를 검출하는 전류센서와 각각의 배터리셀의 단자전압을 검출하는 전압센서를 포함하는 배터리팩; 배터리 내부단락검출 알고리즘이 임베딩되어 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 배터리 관리 제어부; 상기 배터리팩과 외부 충방전원사이에 설치된 충방전 양방향 스위치;를 포함하되, 상기 배터리 관리 제어부는 상기 전류센서가 검출한 부하전류와 상기 전압센서가 검출한 각 배터리셀 단자전압에 대한 데이터를 입력받되, 각각의 배터리셀에 대한 배터리셀 추정유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 알고리즘이 내재된 추정 연산부; 상기 추정 연산부가 연산한 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 기반으로 하여 특정 배터리셀의 내부단락 여부를 판별하는 판단연산부;로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법에 관한 것이다. The present invention relates to a battery management system including a battery internal short circuit detection algorithm and a battery management system fire prevention method using the same, and more particularly, in a battery management system connected to an external charging/discharging power source to manage charging and discharging of a battery , The battery management system includes: a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series, the battery pack including a current sensor detecting a load current and a voltage sensor detecting a terminal voltage of each battery cell; a battery management control unit in which a battery internal short circuit detection algorithm is embedded to control the battery management system; A charge/discharge two-way switch installed between the battery pack and an external charging/discharging power source; includes, wherein the battery management control unit receives data about the load current detected by the current sensor and the terminal voltage of each battery cell detected by the voltage sensor. , an estimation operation unit having an algorithm for calculating the estimated induced voltage of the battery cell, the estimated internal resistance of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell for each battery cell; a data storage unit for storing the data calculated by the estimation unit; And a battery management system including a battery internal short-circuit detection algorithm characterized in that consisting of; and a battery management system fire prevention using the same; it's about how

Description

배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법{Battery Management System with Battery Short Circuit Detection Algorithm And Battery Management System Fire Prevention Methods Using Same}Battery Management System with Battery Short Circuit Detection Algorithm And Battery Management System Fire Prevention Methods Using Same

본 발명은 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템(BMS)과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 충방전원과 연결되어 배터리의 충전과 방전을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결되되, 부하전류를 검출하는 전류센서와 각각의 배터리셀의 단자전압을 검출하는 전압센서를 포함하는 배터리팩; 배터리 내부단락검출 알고리즘이 임베딩되어 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 배터리 관리 제어부; 상기 배터리팩과 외부 충방전원사이에 설치된 충방전 양방향 스위치;를 포함하되, 상기 배터리 관리 제어부는 상기 전류센서가 검출한 부하전류와 상기 전압센서가 검출한 각 배터리셀 단자전압에 대한 데이터를 입력받되, 각각의 배터리셀에 대한 배터리셀 추정유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 알고리즘이 내재된 추정 연산부; 상기 추정 연산부가 연산한 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 기반으로 하여 특정 배터리셀의 내부단락 여부를 판별하는 판단연산부;로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법에 관한 것이다. The present invention relates to a battery management system (BMS) including a battery internal short circuit detection algorithm and a battery management system fire prevention method using the same. A system, wherein the battery management system comprises: a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series, the battery pack including a current sensor detecting a load current and a voltage sensor detecting a terminal voltage of each battery cell; a battery management control unit in which a battery internal short circuit detection algorithm is embedded to control the battery management system; A charge/discharge two-way switch installed between the battery pack and an external charging/discharging power source; includes, wherein the battery management control unit receives data about the load current detected by the current sensor and the terminal voltage of each battery cell detected by the voltage sensor. , an estimation operation unit having an algorithm for calculating the estimated induced voltage of the battery cell, the estimated internal resistance of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell for each battery cell; a data storage unit for storing the data calculated by the estimation unit; And a battery management system including a battery internal short-circuit detection algorithm characterized in that consisting of; and a battery management system fire prevention using the same; it's about how

일반적인 배터리의 경우 제작과정 중 내부 결함이 발생하거나 배터리 사용시 발생되는 과방전, 과충전, 과열 또는 기계적 충격 등으로 인해 내부 단락이 발생할 수 있다. In the case of general batteries, internal defects may occur during the manufacturing process, or internal short circuits may occur due to overdischarge, overcharge, overheating, or mechanical shock that occurs during battery use.

내부 단락이 발생하면 배터리는 자가 방전으로 인한 성능 저하를 일으키게 되고 내부 단락이 심해질수록 배터리 내부에서 발생되는 열에 의해 폭발과 화재를 동반하는 열폭주와 같은 위험한 상황이 발생될 수 있다.When an internal short circuit occurs, the battery's performance deteriorates due to self-discharge, and as the internal short circuit becomes severe, dangerous situations such as thermal runaway accompanied by explosion and fire may occur due to the heat generated inside the battery.

도 1을 참조하면 배터리셀에 있어서 양극과 음극을 분리하는 세퍼레이터가 정상인 경우(a)와 세퍼레이터가 손실되어 양극과 음극 사이에 단락이 일어나는 경우(b)를 나타낸 것인데, 특히 (b)에서 세퍼레이터가 어떠한 이유에서건 손실되어 양극과 음극 사이에 이른바 쇼트(단락) 현상이 일어나면 과전류가 흘러 순식간에 열폭주현상이 발생하게 되고, 이대로 방치한다면 본 단락 현상이 일어나는 배터리셀 뿐만이 아니라 주위의 배터리셀까지 동반하여 열폭주하게 되어 전체 배터리 시스템에 대한 대형화재로 연결되기 마련인 것이다. Referring to FIG. 1, the case where the separator separating the positive and negative poles in the battery cell is normal (a) and the case where the separator is lost and a short circuit occurs between the positive and negative poles is shown (b). In particular, in (b), the separator If it is lost for any reason and a so-called short circuit occurs between the anode and the cathode, an overcurrent flows and an instantaneous thermal runaway phenomenon occurs. This leads to thermal runaway, which is bound to lead to a large-scale fire in the entire battery system.

도 2는 배터리 내부 단락이 진행되면서 단락저항이 점점 저감되는 상태를 나타낸 도면인데, 각각 단락 초기 상태(Preliminary Phase), 단락 중간 상태(Meta-Phase), 완전단락상태(Telo-Phase:열폭주 진행 상태)로 나누어 단락저항의 감소값을 나타내었다.2 is a view showing a state in which the short-circuit resistance is gradually reduced as the internal short circuit of the battery progresses. state) to show the reduced value of the short-circuit resistance.

이러한 중요성으로 인해 배터리 내부 단락을 진단하기 위한 많은 기술들이 제안된 바 있다. Due to this importance, many techniques for diagnosing a short circuit inside a battery have been proposed.

기존 배터리 내부 단락을 검출하는 방법에 대해 배터리 내부 단락이 발생하였을 때 단자 전압이 감소하고 내부 열이 증가하는 현상을 이용하여 문턱 값을 설정하고 이를 이용하여 내부 단락을 진단하는 방법을 제안된바 있으나, 문턱 값을 구하기 위해서는 배터리에 임의로 내부 단락을 발생시키는 사전 실험이 요구된다는 단점을 가지고 있으며, 이에 따라 상기 배터리셀 내부단락 검출 방법의 단점을 보완하기 위해 배터리 등가 회로 모델을 이용한 파라미터 추정 기반의 내부 단락 기법들이 제안되고 있다. Regarding the method of detecting the internal short circuit of the existing battery, a method for diagnosing the internal short by setting a threshold value using the phenomenon that the terminal voltage decreases and the internal heat increases when the internal short circuit of the battery occurs has been proposed. , it has a disadvantage that a prior experiment is required to randomly generate an internal short circuit in the battery to obtain a threshold value. Short-circuiting techniques have been proposed.

한국 등록특허 제10-1930647호(발명의 명칭 : 배터리 내부단락 진단장치 및 방법 공고일자 2019.03.11)에 의하면 배터리의 내부단락 발생시 자가 방전 현상으로 인한 배터리의 충전상태(SOC) 변화를 이용하여 배터리의 내부단락 저항을 추정할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 내부 단락 진단 장치는, 테스트 배터리를 개방회로전압(OCV: Open Circuit Voltage)을 갖는 전압원 및 상기 전압원에 직렬로 연결된 내부저항으로 구성된 등가회로모델로 모델링하는 모델링부; 상기 테스트 배터리에 인가되는 부하전류를 상기 등가회로모델의 회귀자(Regressor)로 설정하고, 상기 회귀자를 상기 등가회로모델에 적용하여 획득되는 추정단자전압 및 상기 테스트 배터리에서 측정되는 측정단자전압을 이용하여 상기 개방회로전압을 추정하는 개방회로전압 추정부; 상기 추정된 개방회로전압에 대응되는 상기 테스트 배터리의 충전상태(State of Charge: SOC)를 결정하는 충전상태 결정부; 및 내부단락저항 산출시점이 되면 상기 결정된 충전상태를 이용하여 상기 내부단락저항을 산출하는 내부단락저항 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to Korean Patent Registration No. 10-1930647 (Title of Invention: Battery Internal Short Circuit Diagnosis Device and Method Announcement Date March 11, 2019), when an internal short circuit of the battery occurs, the battery using the change in the state of charge (SOC) due to the self-discharge phenomenon. The battery internal short-circuit diagnosis apparatus according to an aspect of the present invention capable of estimating the internal short-circuit resistance of a modeling unit modeling the equivalent circuit model; The load current applied to the test battery is set as a regressor of the equivalent circuit model, and the estimated terminal voltage obtained by applying the regressor to the equivalent circuit model and the measured terminal voltage measured in the test battery are used. an open circuit voltage estimating unit for estimating the open circuit voltage; a state of charge determining unit for determining a state of charge (SOC) of the test battery corresponding to the estimated open circuit voltage; and an internal short-circuit resistance calculation unit for calculating the internal short-circuit resistance using the determined state of charge when the internal short-circuit resistance calculation time is reached.

하지만, 충방전에 따른 부하전류를 파라메터로 한 것이 아니라 사용자가 임의의 주기로 인가하는 부하전류를 회귀자로 하여 각종 데이터를 추정 연산한다는 점, 더 나아가 내부단락이 일어날 경우 추정되는 내부 유기전압으로부터 추정되어 얻어지는 SOC값으로부터 추정되는 내부단락저항을 산출한다는 3중의 추정기법을 사용한다는 점을 고려하면 계산이 지나치게 복잡하여 연산부에 지나친 부하로 작용하거나, 연산의 오류가 발생될 개연성이 높은 방법이라 할 것이다.However, rather than using the load current according to charging and discharging as a parameter, various data are estimated and calculated using the load current applied by the user at an arbitrary period as a regressor. Considering that the triple estimation technique of calculating the internal short-circuit resistance estimated from the obtained SOC value is used, the calculation is too complicated and it is a method with a high probability of acting as an excessive load on the calculation unit or generating an error in calculation.

따라서 이러한 배터리 내부 단락을 정확하게 검출하여 배터리에 의한 화재를 예방할 수 있는 강인한 배터리 관리 시스템의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a robust battery management system that can accurately detect such a short circuit inside the battery and prevent a fire caused by the battery.

대한민국 등록특허공보 제10-1930647호(2019.03.11)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1930647 (2019.03.11)

본 발명인 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 가진다.A battery management system including a battery internal short circuit detection algorithm of the present invention and a battery management system fire prevention method using the same have been devised to solve the problems of the prior art, and have the following objects.

(1) 본 발명의 목적은 배터리의 내부단락 발생시 센싱되는 부하전류와 배터리셀 단자전압값을 입력받아 최종적으로 배터리셀 유기전압과 내부유효저항을 추정하고 이에 따른 변화량을 사용자가 설정한 시간동안의 평균변화량과 비교하여 특정 값을 초과시 배터리셀의 내부단락 발생을 판단할 수 있는 알고리즘와 이러한 알고리즘이 임베딩되어 구동되는 배터리 관리 제어부가 포함된 배터리 관리 시스템을 제공함에 있다. (1) An object of the present invention is to receive a load current and a battery cell terminal voltage value sensed when an internal short circuit of the battery occurs, and finally estimate the battery cell induced voltage and internal effective resistance, and change the amount of change during the time set by the user. An object of the present invention is to provide a battery management system including an algorithm capable of determining the occurrence of an internal short circuit of a battery cell when a specific value is exceeded compared to an average change amount, and a battery management controller in which the algorithm is embedded and driven.

(2) 본 발명의 또다른 목적은 기존의 방법에 비해 비교적 단순한 연산과정을 거치므로 매우 빠른 배터리셀 내부단락을 판단하게 하여 전체 배터리 관리 시스템의 열폭주를 사전에 방지할 수 있어 배터리 보호와 안정성을 비약적으로 높일 수 있음에 있다. (2) Another object of the present invention is to prevent thermal runaway of the entire battery management system in advance by judging a very fast internal short circuit of the battery cell because it undergoes a relatively simple calculation process compared to the conventional method, thereby protecting the battery and providing stability. can be dramatically increased.

(3) 본 발명의 또다른 목적은 상기 알고리즘에 의해 추정된 배터리셀 유기전압으로 간편하게 배터리셀의 SOC값을 추정하게 하고, 그 변화량으로 배터리 내부단락검출할 수 있는 시스템을 제공함에 있다.(3) Another object of the present invention is to provide a system capable of easily estimating the SOC value of a battery cell using the battery cell induced voltage estimated by the above algorithm, and detecting a short circuit inside the battery with the change amount.

(4) 본 발명의 또다른 목적은 상기 배터리 내부단락검출 알고리즘을 이용하여 조기에 배터리 내부단락검출을 판정하고, 이에 따라 배터리 내부에서 열폭주 발생 이전에 리튬이온 배터리를 안전하게 전기적으로 차단 내지 격리시킴으로써 배터리 화재 폭발을 사전에 예방함에 있다.(4) Another object of the present invention is to determine the internal short circuit detection of the battery early by using the battery internal short circuit detection algorithm, and accordingly electrically cut off or isolate the lithium ion battery before thermal runaway occurs inside the battery. It is to prevent battery fire and explosion in advance.

본 발명인 배터리 관리 시스템(BMS)은 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결되되, 부하전류를 검출하는 전류센서(110)와 각각의 배터리셀의 단자전압을 검출하는 전압센서(120)를 포함하는 배터리팩(100); 배터리 내부단락검출 알고리즘이 임베딩되어 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 배터리 관리 제어부(200); 상기 배터리팩(100)과 외부 충방전원사이에 설치된 충방전 양방향 스위치(300);를 포함한다.A battery management system (BMS) according to the present invention is a battery pack including a plurality of battery cells connected in series, a current sensor 110 for detecting a load current, and a voltage sensor 120 for detecting a terminal voltage of each battery cell (100); a battery management control unit 200 in which a battery internal short circuit detection algorithm is embedded to control the battery management system; and a charge/discharge bidirectional switch 300 installed between the battery pack 100 and an external charge/discharge power source.

상기 배터리 관리 제어부(200)는 상기 전류센서(110)가 검출한 부하전류와 상기 전압센서(120)가 검출한 각 배터리셀 단자전압에 대한 데이터를 입력받되, 각각의 배터리셀에 대한 배터리셀 추정유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 알고리즘이 내재된 추정 연산부(210); 상기 추정 연산부가 연산한 데이터를 저장하는 데이터 저장부(220); 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 기반으로 하여 특정 배터리셀의 내부단락 여부를 판별하는 판단연산부(230);로 구성된다.The battery management control unit 200 receives data on the load current detected by the current sensor 110 and the terminal voltage of each battery cell detected by the voltage sensor 120 , and estimates battery cells for each battery cell. an estimation operation unit 210 having an algorithm for calculating an induced voltage, an estimated internal effective resistance of a battery cell, and an estimated SOC value of a battery cell; a data storage unit 220 for storing the data calculated by the estimation operation unit; and a determination operation unit 230 for determining whether a specific battery cell is internally shorted based on the data stored in the data storage unit.

상기 배터리 관리 제어부(200)는 부하전류 검출과 각각 배터리셀 단자전압 검출과 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값의 연산과 데이터 저장과 배터리셀의 내부단락을 판별함은 사용자가 설정한 샘플링시간 t 마다 실시한다.The battery management control unit 200 detects the load current, detects the battery cell terminal voltage, calculates the battery cell estimated induced voltage, the battery cell estimated internal effective resistance, and the battery cell estimated SOC value, stores data, and determines the internal short circuit of the battery cell, respectively. This is performed every sampling time t set by the user.

상기 추정 연산부(210)와 상기 판단 연산부(230)는 프로그래밍으로 MCU에 임베딩되어 포함된다.The estimation operation unit 210 and the determination operation unit 230 are embedded in the MCU through programming.

상기 데이터 저장부(220)는 상기 MCU의 내부 메모리 또는 외부 메모리를 이용하여 저장됨이 바람직하다.The data storage unit 220 is preferably stored using an internal memory or an external memory of the MCU.

상기 배터리셀 추정 SOC값의 연산은 상기 배터리팩(100)에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 결정한다.The calculation of the battery cell estimated SOC value is determined using an induced voltage and an SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack 100 .

상기 추정 연산부(210)에서 배터리셀 추정 유기전압과 추정 내부유효저항은 수학식

Figure 112019114045975-pat00001
을 목적함수로 하는 순환최소자승법을 이용하여 추정한다.In the estimation operation unit 210, the estimated induced voltage and the estimated internal effective resistance of the battery cell are expressed by Equation
Figure 112019114045975-pat00001
It is estimated using the recursive least squares method with .

상기 수학식에서

Figure 112019114045975-pat00002
는 샘플링시간 t 마다 상기 전압센서에 의해 검출되는 배터리셀 단자전압을 나타내는 것으로서 수학식
Figure 112019114045975-pat00003
로 정의되고,
Figure 112019114045975-pat00004
는 샘플링시간 t 마다 연산되는 배터리셀 추정 단자전압(
Figure 112019114045975-pat00005
)을 나타내는 것으로서, 수학식
Figure 112019114045975-pat00006
로 정의된다. in the above formula
Figure 112019114045975-pat00002
denotes the battery cell terminal voltage detected by the voltage sensor at every sampling time t,
Figure 112019114045975-pat00003
is defined as
Figure 112019114045975-pat00004
is the battery cell estimated terminal voltage (
Figure 112019114045975-pat00005
) as representing the formula
Figure 112019114045975-pat00006
is defined as

Figure 112019114045975-pat00007
는 배터리셀 추정 유기전압을 나타내며,
Figure 112019114045975-pat00008
는 추정 내부유효저항을 나타내며,
Figure 112019114045975-pat00009
은 상기 전류센서에 의해 입력되는 부하전류를 나타내되,
Figure 112019114045975-pat00010
와
Figure 112019114045975-pat00011
는 각각 행렬식으로서 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항에 대한 추정 매개변수와 추정연산자이되, 각각 수학식
Figure 112019114045975-pat00012
및
Figure 112019114045975-pat00013
로 정의된다.
Figure 112019114045975-pat00007
represents the estimated induced voltage of the battery cell,
Figure 112019114045975-pat00008
represents the estimated internal effective resistance,
Figure 112019114045975-pat00009
represents the load current input by the current sensor,
Figure 112019114045975-pat00010
Wow
Figure 112019114045975-pat00011
are the estimated parameters and estimation operators for the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell, respectively, as a determinant,
Figure 112019114045975-pat00012
and
Figure 112019114045975-pat00013
is defined as

Figure 112019114045975-pat00014
는 샘플링 시간에 따른 순환최소자승법의 추정 데이터사이의 신뢰도를 설정하되 과거값들에 비해 현재시점에 가까운 추정시점의 데이터가 상대적으로 높은 비중을 가지도록 설정되는 가중치를 의미하는 것으로서 0에서 1까지 설정될 수 있음을 특징으로 한다.
Figure 112019114045975-pat00014
Sets the reliability between the estimated data of the cyclic least squares method according to the sampling time, but sets the weight from 0 to 1 so that the data at the estimated time point close to the present time has a relatively high weight compared to the past values. characterized by being able to

상기 전류센서(110)에 의해 입력되는 부하전류에 의해

Figure 112019114045975-pat00015
값을 도출하여 By the load current input by the current sensor 110
Figure 112019114045975-pat00015
by deriving the value

(1) 수학식

Figure 112019114045975-pat00016
(1) Equation
Figure 112019114045975-pat00016

(2) 수학식

Figure 112019114045975-pat00017
(2) Equation
Figure 112019114045975-pat00017

(3) 수학식

Figure 112019114045975-pat00018
각각에 제공하여 연산한다.(3) Equation
Figure 112019114045975-pat00018
It is calculated by providing each.

상기 (1) 수학식에서

Figure 112019114045975-pat00019
는 출력편차게인값을 의미하되 구해진
Figure 112019114045975-pat00020
는 (2) 수학식에 입력되며, 상기 (2) 수학식에서
Figure 112019114045975-pat00021
는 공분산을 의미하는 것으로서, 상기 (2) 수학식으로부터 구하여 상기 수학식 (1)에 입력되며, 상기 (3) 수학식은
Figure 112019114045975-pat00022
는 출력편차를 의미하되, 상기 전압센서(120)에 의해 센싱된 배터리셀 단자전압이 입력되어 구해진다.In the above (1) equation
Figure 112019114045975-pat00019
is the output deviation gain value, but
Figure 112019114045975-pat00020
is input in (2) Equation, and in (2) Equation
Figure 112019114045975-pat00021
is the covariance, obtained from the equation (2) and input to the equation (1), and the equation (3) is
Figure 112019114045975-pat00022
denotes an output deviation, and is obtained by inputting the battery cell terminal voltage sensed by the voltage sensor 120 .

상기 (1) 수학식에서 구해진

Figure 112019114045975-pat00023
와 (3) 수학식에서 구해진
Figure 112019114045975-pat00024
를The equation (1) above
Figure 112019114045975-pat00023
and (3) obtained from the equation
Figure 112019114045975-pat00024
cast

(4) 수학식

Figure 112019114045975-pat00025
에 입력하여 연산하되, 초기값으로 설정되거나 전 샘플링때 추정된
Figure 112019114045975-pat00026
를 상기 (3) 수학식에 입력하여 연산된다.(4) Equation
Figure 112019114045975-pat00025
It is calculated by inputting it to , but it is set as an initial value or estimated
Figure 112019114045975-pat00026
is calculated by inputting into the equation (3) above.

상기 (4) 수학식

Figure 112019114045975-pat00027
로부터 샘플링시간 t마다 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항을 도출한다.Equation (4) above
Figure 112019114045975-pat00027
For each sampling time t, the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell are derived from

도출된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 상기 배터리팩(100)에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 SOC값을 추정한다.From the derived battery cell estimated induced voltage, the SOC value is estimated using the induced voltage and SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack 100 .

상기 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법은The battery management system fire prevention method using the battery management system including the battery internal short circuit detection algorithm is

상기 전류센서로부터 부하전류와 전압센서로부터 각각의 배터리셀 단자전압을 검출하는 배터리셀 단자전압 및 부하전류 검출단계(S100);a battery cell terminal voltage and load current detecting step of detecting a load current from the current sensor and a terminal voltage of each battery cell from the voltage sensor (S100);

상기 부하전류와 배터리셀 단자전압을 입력받아 배터리셀 추정 유기전압 및 배터리셀 추정 내부 유효 저항값을 연산하는 배터리셀 추정 유기전압 및 추정 내부 유효 저항값 연산 및 저장 단계(S200);a battery cell estimated induced voltage and estimated internal effective resistance value calculation and storage step (S200) of receiving the load current and the battery cell terminal voltage and calculating the battery cell estimated induced voltage and the battery cell estimated internal effective resistance value;

상기 연산된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 사용된 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 배터리셀 추정 SOC값을 추정하는 SOC 연산 및 저장 단계(S300);an SOC calculation and storage step (S300) of estimating an estimated battery cell SOC value using the induced voltage and SOC characteristic curve for a specific battery used from the calculated battery cell estimated induced voltage;

샘플링 시간 t 동안 각각의 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부 유효저항값, 배터리셀 추정 SOC 값의 변화량을 계산하는 변화량 계산 단계(S400);a change amount calculation step of calculating changes in the estimated induced voltage of each battery cell, the estimated internal effective resistance value of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell during the sampling time t ( S400 );

하기의 (1) 내지 (3) 조건 중 어느 하나를 만족하는지 여부를 판별하는 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계(S500);A specific battery cell internal short determination step (S500) for determining whether any one of the following conditions (1) to (3) is satisfied;

(1) 특정 배터리셀에 대해 추정 유기전압변화량이 1분동안 배터리셀 추정 유기전압 평균 변화량보다 10% 초과하는가?(1) Does the estimated induced voltage change for a specific battery cell exceed the estimated induced voltage average change by 10% for 1 minute?

(2) 특정 배터리셀에 대해 추정 내부 유효저항값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 내부 유효저항값 평균 변화량보다 60% 초과하는가?(2) Does the estimated internal effective resistance value change for a specific battery cell exceed the average change in the battery cell estimated internal effective resistance value by 60% for 1 minute?

(3) 특정 배터리셀에 대해 추정 SOC값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 SOC값 평균 변화량 보다 10% 초과하는가?(3) Does the estimated SOC value change for a specific battery cell exceed the average change in the battery cell estimated SOC value by 10% for 1 minute?

상기 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계에서 어느 하나의 조건이 만족되는 경우 특정 배터리셀에 대해 내부 단락된 것으로 진단하는 특정 배터리셀 내부 단락 판정 단계(S600); 및 a specific battery cell internal short-circuit determination step (S600) of diagnosing that the specific battery cell is internally shorted when any one condition is satisfied in the specific battery cell internal short-circuit determination step; and

배터리셀 내부 단락된 것으로 판정되는 경우 충방전 양방향 스위치를 오프(off)시키는 충방전 양방향 스위치 오프 단계(S700);로 구성된다.When it is determined that the battery cell is short-circuited, the charging/discharging bidirectional switch is turned off (off), the charging/discharging bidirectional switch-off step (S700).

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

(1) 본 발명은 배터리의 내부단락 발생시 센싱되는 부하전류와 배터리셀 단자전압값을 입력받아 최종적으로 배터리셀 유기전압과 내부유효저항을 추정하고 이에 따른 변화량을 사용자가 설정한 시간동안의 평균변화량과 비교하여 특정 값을 초과시 배터리셀의 내부단락 발생을 판단할 수 있는 알고리즘을 활용하여 기존의 방법에 비해 빠른 연산과 정확도로 배터리 내부단락을 검출하여 전체 배터리 시스템의 대형 화재를 예방할 수 있도록 한다.(1) The present invention receives the load current and the battery cell terminal voltage value sensed when an internal short circuit of the battery occurs, and finally estimates the battery cell induced voltage and internal effective resistance, and sets the average change amount for a time set by the user. By using an algorithm that can determine the occurrence of an internal short circuit of a battery cell when a specific value is exceeded compared to the previous method, it is possible to prevent a large-scale fire in the entire battery system by detecting the internal short circuit of the battery with faster operation and accuracy compared to the existing method.

(2) 본 발명은 기존의 방법에 비해 비교적 단순한 연산과정을 거치므로 매우 빠른 배터리셀 내부단락을 판단하게 하여 전체 배터리팩 시스템의 열폭주를 사전에 예방할 수 있어 화재나 폭발로 인한 위해로부터 배터리 관리 시스템의 안정성을 비약적으로 높일 수 있다. (2) Since the present invention undergoes a relatively simple calculation process compared to the conventional method, it is possible to prevent thermal runaway of the entire battery pack system in advance by judging the internal short circuit of the battery cell very quickly, thereby managing the battery from harm caused by fire or explosion. The stability of the system can be dramatically improved.

(3) 본 발명은 상기 알고리즘에 의해 추정된 배터리셀 유기전압으로 간편하게 배터리셀의 SOC값을 추정하게 하고, 그 변화량으로 배터리 내부단락검출할 수 있다.(3) In the present invention, the SOC value of the battery cell can be easily estimated using the battery cell induced voltage estimated by the above algorithm, and the internal short circuit of the battery can be detected by the change amount.

도 1은 배터리셀에 있어서 양극과 음극을 분리하는 세퍼레이터가 정상인 경우(a)와 세퍼레이터가 손실되어 양극과 음극 사이에 단락이 일어나는 경우(b)를 나타낸 도면이다.
도 2는 특정 배터리셀에 있어서 내부단락이 발생한 경우 시간에 대하여 단락저항값의 저감상태를 나타낸 단락저항 저감상태도이다.
도 3은 본 발명인 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리관리시스템(BMS)을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 BMC의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 BMC의 세부 구성중 추정연산부에 이식된 배터리 내부단락검출 알고리즘으로서, 샘플링시간마다 연산되어 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항과 배터리셀 추정 SOC를 구하는 알고리즘을 나타낸 블럭선도이다.
도 6은 배터리셀이 직렬로 서로 연결된 배터리팩중에서 특정 배터리셀이 내부단락된 것과 나머지 배터리셀이 정상인 것을 등가회로로 나타낸 도면이다.
도 7은 배터리셀 추정 유기전압으로부터 배터리셀 추정 SOC 값을 알 수 있도록 특정 배터리셀의 유기전압과 SOC사이의 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명인 배터리 내부단락검출 시스템을 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법을 시계열적으로 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a case in which a separator separating a positive electrode and a negative electrode in a battery cell is normal (a) and a case in which a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode due to the loss of the separator (b).
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the short-circuit resistance is reduced with respect to time when an internal short circuit occurs in a specific battery cell.
3 is a diagram schematically illustrating a battery management system (BMS) including the battery internal short circuit detection algorithm according to the present invention.
4 is a diagram showing the detailed configuration of the BMC including the battery internal short circuit detection algorithm according to the present invention.
5 is a block diagram showing an algorithm for calculating the battery cell estimated induced voltage, the battery cell estimated internal effective resistance, and the battery cell estimated SOC, which is calculated for each sampling time as a battery internal short circuit detection algorithm implanted in the estimation unit among the detailed configurations of the BMC. .
6 is a diagram illustrating an equivalent circuit in which a specific battery cell is internally short-circuited and the remaining battery cells are normal among battery packs in which battery cells are connected in series.
7 is a diagram illustrating a characteristic curve between the induced voltage and SOC of a specific battery cell so that the estimated battery cell SOC value can be known from the battery cell estimated induced voltage.
8 is a time-series diagram illustrating a battery management system fire prevention method using the battery internal short circuit detection system according to the present invention.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.First, prior to entering into the detailed description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "배터리 내부단락검출 시스템과 이를 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, and the definition thereof is "a battery internal short circuit detection system and a battery using the same" according to the present invention. It should be made based on the content throughout this specification describing the "management system fire prevention method".

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or component. It does not exclude the presence or addition of groups.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in the dictionary are further interpreted as having a meaning consistent with the related art literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

도 1은 배터리셀에 있어서 양극과 음극을 분리하는 세퍼레이터가 정상인 경우(a)와 세퍼레이터가 손실되어 양극과 음극 사이에 단락이 일어나는 경우(b)를 나타낸 도면이며, 도 2는 특정 배터리셀에 있어서 내부단락이 발생한 경우 시간에 대하여 단락저항값의 저감상태를 나타낸 단락저항 저감상태도이고, 도 3은 본 발명인 배터리 내부단락검출 알고리즘이 이식된 BMC를 포함한 배터리 관리 시스템을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명인 배터리 내부단락검출 알고리즘이 이식된 BMC의 세부 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 BMC의 세부 구성중 추정연산부에 이식된 배터리 내부단락검출 알고리즘으로서, 샘플링시간마다 연산되어 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항과 배터리셀 추정 SOC를 구하는 알고리즘을 나타낸 블럭선도이고, 도 6은 배터리셀이 직렬로 서로 연결된 배터리팩중에서 특정 배터리셀이 내부단락된 것과 나머지 배터리셀이 정상인 것을 등가회로로 나타낸 도면이며, 도 7은 배터리셀 추정 유기전압으로부터 배터리셀 추정 SOC 값을 알 수 있도록 특정 배터리셀의 유기전압과 SOC사이의 특성곡선을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명인 배터리 내부단락검출 시스템을 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법을 시계열적으로 나타낸 도면이다.1 is a view showing a case in which the separator separating the positive electrode and the negative electrode is normal in the battery cell (a) and when the separator is lost and a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode in the battery cell (b), and FIG. 2 is a specific battery cell It is a short-circuit resistance reduction state diagram showing the reduction state of the short-circuit resistance value with respect to time when an internal short circuit occurs. is a diagram showing the detailed configuration of a BMC to which the battery internal short-circuit detection algorithm of the present invention is implanted, and FIG. 5 is a battery internal short-circuit detection algorithm implanted in the estimation unit among the detailed configurations of the BMC. It is a block diagram showing an algorithm for calculating the battery cell estimated internal effective resistance and the battery cell estimated SOC, and FIG. 6 is an equivalent circuit showing that a specific battery cell is internally shorted and the remaining battery cells are normal among battery packs in which battery cells are connected in series. 7 is a diagram showing a characteristic curve between the induced voltage and SOC of a specific battery cell so that the estimated battery cell SOC value can be known from the battery cell estimated induced voltage, and FIG. 8 is the battery internal short circuit detection system according to the present invention. It is a time-series diagram showing the fire prevention method of the battery management system using

도 3 및 4를 참조하면 본 발명인 배터리 관리 시스템(BMS)은 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결되되, 부하전류를 검출하는 전류센서(110)와 각각의 배터리셀의 단자전압을 검출하는 전압센서(120)를 포함하는 배터리팩(100); 배터리 내부단락검출 알고리즘이 임베딩되어 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 배터리 관리 제어부(200); 상기 배터리팩(100)과 외부 충방전원사이에 설치된 충방전 양방향 스위치(300);를 포함한다. 3 and 4, in the battery management system (BMS) of the present invention, a plurality of battery cells are connected in series, and a current sensor 110 for detecting a load current and a voltage sensor for detecting a terminal voltage of each battery cell ( 120) including a battery pack 100; a battery management control unit 200 in which a battery internal short circuit detection algorithm is embedded to control the battery management system; and a charge/discharge bidirectional switch 300 installed between the battery pack 100 and an external charge/discharge power source.

상기 배터리 관리 제어부(200)는 상기 전류센서(110)가 검출한 부하전류와 상기 전압센서(120)가 검출한 각 배터리셀 단자전압에 대한 데이터를 입력받되, 각각의 배터리셀에 대한 배터리셀 추정유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 알고리즘이 내재된 추정 연산부(210); 상기 추정 연산부가 연산한 데이터를 저장하는 데이터 저장부(220); 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 기반으로 하여 특정 배터리셀의 내부단락 여부를 판별하는 판단연산부(230);로 구성된다.The battery management control unit 200 receives data on the load current detected by the current sensor 110 and the terminal voltage of each battery cell detected by the voltage sensor 120 , and estimates battery cells for each battery cell. an estimation operation unit 210 having an algorithm for calculating an induced voltage, an estimated internal effective resistance of a battery cell, and an estimated SOC value of a battery cell; a data storage unit 220 for storing the data calculated by the estimation operation unit; and a determination operation unit 230 for determining whether a specific battery cell is internally shorted based on the data stored in the data storage unit.

상기 배터리 관리 제어부(200)는 부하전류 검출과 각각 배터리셀 단자전압 검출과 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값의 연산과 데이터 저장과 배터리셀의 내부단락을 판별함은 사용자가 설정한 샘플링시간 t 마다 실시한다.The battery management control unit 200 detects the load current, detects the battery cell terminal voltage, calculates the battery cell estimated induced voltage, the battery cell estimated internal effective resistance, and the battery cell estimated SOC value, stores data, and determines the internal short circuit of the battery cell, respectively. This is performed every sampling time t set by the user.

상기 추정 연산부(210)와 상기 판단 연산부(230)는 프로그래밍으로 MCU에 임베딩되어 포함된다.The estimation operation unit 210 and the determination operation unit 230 are embedded in the MCU through programming.

상기 데이터 저장부(220)는 상기 MCU의 내부 메모리 또는 외부 메모리를 이용하여 저장됨이 바람직하다.The data storage unit 220 is preferably stored using an internal memory or an external memory of the MCU.

상기 배터리셀 추정 SOC값의 연산은 상기 배터리팩(100)에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 결정한다.The calculation of the battery cell estimated SOC value is determined using an induced voltage and an SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack 100 .

도 6을 참조하면 다수의 배터리셀로 구성된 리튬 배터리 팩에서의 내부 단락사고가 난 배터리셀 및 정상적인 배터리셀의 등가회로를 나타낸 것인데, 이러한 등가회로에 대한 수식전개는 다음과 같다.Referring to FIG. 6 , an equivalent circuit of a battery cell having an internal short circuit accident and a normal battery cell in a lithium battery pack composed of a plurality of battery cells is shown.

Figure 112019114045975-pat00028
Figure 112019114045975-pat00028

Figure 112019114045975-pat00029
Figure 112019114045975-pat00029

Figure 112019114045975-pat00030
Figure 112019114045975-pat00030

먼저 수학식 1에서

Figure 112019114045975-pat00031
은 내부단락이 발생한 셀을 제외한 나머지 배터리셀의 유기전압 합을 나타낸 것이고, 수학식 2에서의
Figure 112019114045975-pat00032
은 내부단락이 발생한 배터리셀을 제외한 나머지 배터리셀의 내부저항의 합을 나타낸 것이며, 수학식 3의
Figure 112019114045975-pat00033
는 내부단락이 발생한 배터리셀을 제외한 나머지 배터리셀의 단자전합의 합을 나타낸 것이다.First in Equation 1
Figure 112019114045975-pat00031
is the sum of the induced voltages of the remaining battery cells except for the cell in which the internal short circuit occurred, and in Equation 2,
Figure 112019114045975-pat00032
denotes the sum of the internal resistances of the remaining battery cells except for the battery cells in which the internal short circuit occurred, in Equation 3
Figure 112019114045975-pat00033
is the sum of the terminals of the remaining battery cells except for the battery cells in which the internal short circuit occurred.

Figure 112019114045975-pat00034
Figure 112019114045975-pat00034

Figure 112019114045975-pat00035
Figure 112019114045975-pat00035

Figure 112019114045975-pat00036
Figure 112019114045975-pat00036

상기 수학식 4는 내부단락이 발생한 배터리셀에서의 내부저항에 흐르는 전류와 단락전류의 등가식을 나타낸 것인데, 배터리펙의 셀이 모두 직렬로 연결된 것이므로

Figure 112019114045975-pat00037
는 부하전류를 의미하며, 수학식 5에서
Figure 112019114045975-pat00038
는 내부단락이 발생한 배터리셀의 단자전압을 나타낸 것이고,
Figure 112019114045975-pat00039
는 내부단락이 발생한 배터리셀의 유기전압을 나타낸 것이고,
Figure 112019114045975-pat00040
는 내부단락이 발생한 셀의 (단락저항이 아닌) 내부저항값을 나타내는데, 내부저항과 단락저항의 일종의 합성저항을 의미한다.Equation 4 shows the equivalent expression of the current flowing through the internal resistance and the short-circuit current in the battery cell in which the internal short circuit has occurred, since all the cells of the battery pack are connected in series.
Figure 112019114045975-pat00037
is the load current, and in Equation 5
Figure 112019114045975-pat00038
is the terminal voltage of the battery cell where the internal short circuit occurred,
Figure 112019114045975-pat00039
is the induced voltage of the battery cell where the internal short circuit occurred,
Figure 112019114045975-pat00040
represents the internal resistance value (not the short circuit resistance) of the cell where the internal short circuit occurred, and it means a kind of combined resistance of the internal resistance and the short circuit resistance.

수학식 6은 수학식 4와 수학식 5를 기초로 전개하여 도출된 식으로서, 내부단락이 발생한 배터리셀 단자전압의 변형된 식이다. Equation 6 is an expression developed and derived based on Equations 4 and 5, and is a modified expression of the battery cell terminal voltage at which an internal short circuit occurs.

Figure 112019114045975-pat00041
Figure 112019114045975-pat00041

Figure 112019114045975-pat00042
Figure 112019114045975-pat00042

수학식 7에서

Figure 112019114045975-pat00043
는 배터리팩 전체의 단자전압으로서 수학식3과 수학식 6으로부터 도출된 식이며, 수학식 8은 이를 간단하게
Figure 112019114045975-pat00044
이라는 (내부단락이 발생한 셀을 포함하여)배터리팩의 유기전압의 합과
Figure 112019114045975-pat00045
라는 배터리팩의 전체 내부저항값으로 변환하여 간략하게 나타난 수식이다.in Equation 7
Figure 112019114045975-pat00043
is the terminal voltage of the entire battery pack, and is an expression derived from Equations 3 and 6, and Equation 8 is a simple
Figure 112019114045975-pat00044
is the sum of the induced voltages of the battery pack (including the cell in which the internal short circuit occurred) and
Figure 112019114045975-pat00045
This is a simplified expression converted to the total internal resistance of the battery pack.

상기 추정 연산부(210)에서 배터리셀 추정유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항은 아래 수학식 9에 의해 추정한다.In the estimation operation unit 210, the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell are estimated by Equation 9 below.

Figure 112019114045975-pat00046
Figure 112019114045975-pat00046

즉 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항은 수학식 9를 목적함수로 하는 순환최소자승법을 이용하여 추정하는데, J(n)은 n개의 샘플에 대해 적용된 목적함수를 말한다.That is, the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell are estimated using the cyclic least squares method using Equation 9 as the objective function, where J(n) refers to the objective function applied to n samples.

즉 n개의 샘플에 대한 출력편차값의 제곱의 합이 최소가 되는 매개변수를 추정한다.That is, the parameter for which the sum of the squares of the output deviation values for n samples is the minimum is estimated.

이때, 순환최소자승법의 적용을 위해 초기 측정 단자전압과 임의로 미리 정해진 내부유효저항값을 각각 배터리셀 추정 유기전압 및 배터리셀 추정 내부유효저항의 초기값으로 설정할 수 있다.In this case, in order to apply the cyclic least squares method, the initial measured terminal voltage and an arbitrarily predetermined internal effective resistance value may be set as initial values of the battery cell estimated induced voltage and the battery cell estimated internal effective resistance, respectively.

상기 수학식에서

Figure 112019114045975-pat00047
는 샘플링시간 t 마다 상기 전압센서에 의해 검출되는 배터리셀 단자전압을 나타내는 것으로서 수학식
Figure 112019114045975-pat00048
로 정의되고,
Figure 112019114045975-pat00049
는 샘플링시간 t 마다 연산되는 배터리셀 추정 단자전압(
Figure 112019114045975-pat00050
)을 나타낸다.in the above formula
Figure 112019114045975-pat00047
denotes the battery cell terminal voltage detected by the voltage sensor at every sampling time t,
Figure 112019114045975-pat00048
is defined as
Figure 112019114045975-pat00049
is the battery cell estimated terminal voltage (
Figure 112019114045975-pat00050
) is indicated.

Figure 112019114045975-pat00051
는 샘플링 시간에 따른 순환최소자승법의 추정 데이터사이의 신뢰도를 설정하되 과거값들에 비해 현재시점에 가까운 추정시점의 데이터가 상대적으로 높은 비중을 가지도록 설정되는 가중치를 의미하는 것으로서 0에서 1까지 설정될 수 있다.
Figure 112019114045975-pat00051
Sets the reliability between the estimated data of the cyclic least squares method according to the sampling time, but sets the weight from 0 to 1 so that the data at the estimated time point close to the present time has a relatively high weight compared to the past values. can be

일 예로, β는 0과 1 사이의 값을 가지면서 1에 가까운 값으로 설정될 수 있는바, 예컨대, 샘플링 타임 t = 0.1초 일때 β는 0.995로 설정될 수 있는 것이다.As an example, β may be set to a value close to 1 while having a value between 0 and 1. For example, β may be set to 0.995 when the sampling time t = 0.1 seconds.

하기는 도 6을 참조하여 수식을 전개한 것으로서, 전체적으로는 전류센서로부터 검출된 부하전류와 전압센서에 의해 검출된 배터리셀 단자전압이 입력되어 하기의 수식으로 이루어진 알고리즘이 적용되어 최종적으로 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항과 배터리셀 추정 SOC값을 도출하는 것에 본 발명의 기술적 특징이 있다.The following is a developed formula with reference to FIG. 6, and overall, the load current detected from the current sensor and the battery cell terminal voltage detected by the voltage sensor are input, and the algorithm consisting of the following formula is applied to finally estimate the battery cell There is a technical feature of the present invention in deriving the induced voltage, the estimated internal effective resistance of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell.

Figure 112019114045975-pat00052
Figure 112019114045975-pat00052

이때

Figure 112019114045975-pat00053
는 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. At this time
Figure 112019114045975-pat00053
can be expressed as in Equation (10).

상기 수학식 10에서

Figure 112019114045975-pat00054
는 배터리셀 추정 유기전압을 나타내며,
Figure 112019114045975-pat00055
는 배터리셀 추정 내부유효저항을 나타내며,
Figure 112019114045975-pat00056
은 상기 전류센서(110)에 의해 입력되는 부하전류를 나타내되, 순환최소자승법의 적용을 위해
Figure 112019114045975-pat00057
와
Figure 112019114045975-pat00058
는 각각 행렬식으로서 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항에 대한 추정 매개변수와 추정연산자이되, 하기의 수학식 11과 12로 정의된다. In Equation 10 above
Figure 112019114045975-pat00054
represents the estimated induced voltage of the battery cell,
Figure 112019114045975-pat00055
represents the estimated internal effective resistance of the battery cell,
Figure 112019114045975-pat00056
represents the load current input by the current sensor 110, for application of the cyclic least squares method
Figure 112019114045975-pat00057
Wow
Figure 112019114045975-pat00058
are determinants, respectively, estimated parameters and estimation operators for the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell, and are defined by Equations 11 and 12 below.

Figure 112019114045975-pat00059
Figure 112019114045975-pat00059

Figure 112019114045975-pat00060
Figure 112019114045975-pat00060

도 5를 참조하면 상기 전류센서(110)에 의해 입력되는 부하전류에 의해

Figure 112019114045975-pat00061
값을 도출하여 하기의 수학식 13 내지 15에 제공 내지 입력하여 각각 연산한다.5, by the load current input by the current sensor 110
Figure 112019114045975-pat00061
Values are derived and provided or input to the following Equations 13 to 15 to calculate each.

Figure 112019114045975-pat00062
Figure 112019114045975-pat00062

Figure 112021033564840-pat00110
Figure 112021033564840-pat00110

Figure 112019114045975-pat00064
Figure 112019114045975-pat00064

상기 수학식 13에서

Figure 112019114045975-pat00065
는 출력편차 게인값을 의미하되 구해진
Figure 112019114045975-pat00066
는 수학식 14에 입력되며, 상기 수학식 14에서
Figure 112019114045975-pat00067
는 공분산을 의미하는 것으로서, 상기 수학식 14로부터 구하여 상기 수학식 13에 입력되며, 상기 수학식 15에서
Figure 112019114045975-pat00068
는 실제 측정된 배터리셀 단자전압과 배터리셀 추정 단자전압간의 출력편차를 의미하되, 상기 전압센서(120)에 의해 센싱된 배터리셀 단자전압이 입력되어 구해진다.In Equation 13 above
Figure 112019114045975-pat00065
is the output deviation gain value, but
Figure 112019114045975-pat00066
is input in Equation 14, and in Equation 14,
Figure 112019114045975-pat00067
is the covariance, obtained from Equation 14 and input to Equation 13, and in Equation 15
Figure 112019114045975-pat00068
denotes an output deviation between the actually measured battery cell terminal voltage and the battery cell estimated terminal voltage, and is obtained by inputting the battery cell terminal voltage sensed by the voltage sensor 120 .

상기 수학식 13에서 구해진

Figure 112019114045975-pat00069
와 수학식 15에서 구해진
Figure 112019114045975-pat00070
를 하기의 수학식 16에 입력되어 연산하되, 초기값으로 설정되거나 전 샘플링때 추정된
Figure 112019114045975-pat00071
를 상기 수학식 15에 갱신 입력하여 연산되는 것을 특징으로 한다.obtained from Equation 13
Figure 112019114045975-pat00069
and obtained from Equation 15
Figure 112019114045975-pat00070
is input to the following Equation 16 and calculated, but is set as an initial value or estimated at the time of previous sampling
Figure 112019114045975-pat00071
It is characterized in that it is calculated by updating and inputting Equation (15).

이때 수학식 10은 다음의 수학식 16으로 변환하여 나타낼 수 있다.In this case, Equation 10 can be expressed by converting it to Equation 16 below.

Figure 112019114045975-pat00072
Figure 112019114045975-pat00072

이때

Figure 112019114045975-pat00073
는 부하전류 및 검출되는 배터리셀 단자전압을 포함하는 샘플링 데이터가 얻어질 때마다 하기의 수학식 17에 의해 갱신되는 것이다. At this time
Figure 112019114045975-pat00073
is updated by Equation 17 below whenever sampling data including the load current and the detected battery cell terminal voltage is obtained.

Figure 112019114045975-pat00074
Figure 112019114045975-pat00074

상기 수학식 17으로부터 샘플링시간 t마다 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항을 도출하되, 도출된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 상기 배터리팩에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선(도 7 참조)을 이용하여 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 것을 특징으로 한다.From Equation 17, the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell are derived for each sampling time t, and the induced voltage and SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack from the derived battery cell estimated induced voltage (See FIG. 7 ) to calculate the battery cell estimated SOC value.

도 8을 참조하면 상기 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법은Referring to FIG. 8 , the battery management system fire prevention method using the battery management system including the battery internal short circuit detection algorithm is

상기 전류센서로부터 부하전류와 전압센서로부터 각각의 배터리셀 단자전압을 검출하는 배터리셀 단자전압 및 부하전류 검출단계(S100);a battery cell terminal voltage and load current detecting step of detecting a load current from the current sensor and a terminal voltage of each battery cell from the voltage sensor (S100);

상기 부하전류와 배터리셀 단자전압을 입력받아 배터리셀 추정 유기전압 및 배터리셀 추정 내부 유효 저항값을 연산하는 배터리셀 추정 유기전압 및 추정 내부 유효 저항값 연산단계(S200);a battery cell estimated induced voltage and estimated internal effective resistance value calculation step (S200) of receiving the load current and the battery cell terminal voltage and calculating the battery cell estimated induced voltage and the battery cell estimated internal effective resistance value;

상기 연산된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 사용된 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 배터리셀 추정 SOC값을 추정하는 SOC 연산단계(S300);an SOC calculation step (S300) of estimating an estimated battery cell SOC value using the induced voltage and SOC characteristic curve for a specific battery used from the calculated battery cell estimated induced voltage;

샘플링 시간 t 동안 각각의 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부 유효저항값, 배터리셀 추정 SOC 값의 변화량을 계산하는 변화량 계산 단계(S400);a change amount calculation step of calculating changes in the estimated induced voltage of each battery cell, the estimated internal effective resistance value of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell during the sampling time t ( S400 );

하기의 (1) 내지 (3) 조건 중 어느 하나를 만족하는지 여부를 판별하는 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계(S500);A specific battery cell internal short determination step (S500) for determining whether any one of the following conditions (1) to (3) is satisfied;

(1) 특정 배터리셀에 대해 추정 유기전압변화량이 1분동안 배터리셀 추정 유기전압 평균 변화량보다 10% 초과 여부 판별 조건,(1) Conditions for determining whether the estimated induced voltage change for a specific battery cell exceeds the average induced voltage change of the battery cell by 10% for 1 minute;

(2) 특정 배터리셀에 대해 추정 내부 유효저항값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 내부 유효저항값 평균 변화량보다 60% 초과 여부 판별 조건,(2) Conditions for determining whether the change in the estimated internal effective resistance value for a specific battery cell exceeds the average change in the estimated internal effective resistance value of the battery cell by 60% for 1 minute;

(3) 특정 배터리셀에 대해 추정 SOC값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 SOC값 평균 변화량 보다 10% 초과 여부 판별 조건,(3) Conditions for determining whether the change in the estimated SOC value for a specific battery cell exceeds the average change in the estimated SOC value of the battery cell by 10% for 1 minute;

상기 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계에서 어느 하나의 조건이 만족되는 경우 특정 배터리셀에 대해 내부 단락된 것으로 진단하는 특정 배터리셀 내부 단락 판정 단계(S600); 및 a specific battery cell internal short-circuit determination step (S600) of diagnosing that the specific battery cell is internally shorted when any one condition is satisfied in the specific battery cell internal short-circuit determination step; and

배터리셀 내부 단락된 것으로 판정되는 경우 충방전 양방향 스위치를 오프(off)시키는 충방전 양방향 스위치 오프 단계(S700);로 구성된다.When it is determined that the battery cell is short-circuited, the charging/discharging bidirectional switch is turned off (off), the charging/discharging bidirectional switch-off step (S700).

상기 조건에서 1분은 사용자가 임의로 설정한 시간중에서 선택된 시간을 의미하는 것으로서, 이로 인해 권리범위가 좁아지는 것이 아니다. In the above condition, 1 minute means a time selected from among the time arbitrarily set by the user, and thus the scope of rights is not narrowed.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

(1) 본 발명은 배터리의 내부단락 발생시 센싱되는 부하전류와 배터리셀 단자전압값을 입력받아 최종적으로 배터리셀 유기전압과 내부유효저항을 추정하고 이에 따른 변화량을 사용자가 설정한 시간동안의 평균변화량과 비교하여 특정 값을 초과시 배터리셀의 내부단락 발생을 판단할 수 있는 알고리즘을 활용하여 기존의 방법에 비해 빠른 연산과 정확도로 배터리 내부단락을 검출하여 전체 배터리 시스템의 대형 화재를 예방할 수 있도록 한다.(1) The present invention receives the load current and the battery cell terminal voltage value sensed when an internal short circuit of the battery occurs, and finally estimates the battery cell induced voltage and internal effective resistance, and sets the average change amount for a time set by the user. By using an algorithm that can determine the occurrence of an internal short circuit of a battery cell when a specific value is exceeded compared to the previous method, it is possible to prevent a large-scale fire in the entire battery system by detecting the internal short circuit of the battery with faster operation and accuracy compared to the existing method.

(2) 본 발명은 기존의 방법에 비해 비교적 단순한 연산과정을 거치므로 매우 빠른 배터리셀 내부단락을 판단하게 하여 전체 배터리팩 시스템의 열폭주를 사전에 예방할 수 있어 화재나 폭발로 인한 위해로부터 배터리 관리 시스템의 안정성을 비약적으로 높일 수 있다. (2) Since the present invention undergoes a relatively simple calculation process compared to the conventional method, it is possible to prevent thermal runaway of the entire battery pack system in advance by judging the internal short circuit of the battery cell very quickly, thereby managing the battery from harm caused by fire or explosion. The stability of the system can be dramatically improved.

(3) 본 발명은 상기 알고리즘에 의해 추정된 배터리셀 유기전압으로 간편하게 배터리셀의 SOC값을 추정하게 하고, 그 변화량으로 배터리 내부단락검출할 수 있다.(3) In the present invention, the SOC value of the battery cell can be easily estimated using the battery cell induced voltage estimated by the above algorithm, and the internal short circuit of the battery can be detected by the change amount.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the above-described present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

BMS : 배터리 관리 시스템 100 : 배터리팩
110 : 전류센서 120 : 전압센서
200 : 배터리관리제어부 210 : 추정연산부
220 : 데이터 저장부 230 : 판단연산부
300 : 충방전 양방향 스위치 BMS: battery management system 100: battery pack
110: current sensor 120: voltage sensor
200: battery management control unit 210: estimation operation unit
220: data storage unit 230: judgment operation unit
300: charge/discharge two-way switch

Claims (7)

외부 충방전원과 연결되어 배터리의 충전과 방전을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리셀들이 직렬로 연결되되, 부하전류를 검출하는 전류센서와 각각의 배터리셀의 단자전압을 검출하는 전압센서를 포함하는 배터리팩; 배터리 내부단락검출 알고리즘이 임베딩되어 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 배터리 관리 제어부; 상기 배터리팩과 외부 충방전원사이에 설치된 충방전 양방향 스위치;를 포함하되,
상기 배터리 관리 제어부는 상기 전류센서가 검출한 부하전류와 상기 전압센서가 검출한 각 배터리셀 단자전압에 대한 데이터를 입력받되, 각각의 배터리셀에 대한 배터리셀 추정유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값을 연산하는 알고리즘이 내재된 추정 연산부; 상기 추정 연산부가 연산한 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 기반으로 하여 특정 배터리셀의 내부단락 여부를 판별하는 판단연산부;로 구성되되,
상기 배터리 관리 제어부는 부하전류 검출과 각각 배터리셀 단자전압 검출과 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부유효저항 및 배터리셀 추정 SOC값의 연산과 데이터 저장과 배터리셀의 내부단락을 판별함은 사용자가 설정한 샘플링시간 t 마다 실시하며,
상기 추정 연산부와 상기 판단 연산부는 프로그래밍으로 MCU에 임베딩되어 포함되되,
상기 데이터 저장부는 상기 MCU의 내부 메모리 또는 외부 메모리를 이용하여 저장되며,
상기 추정 연산부에서 배터리셀 추정 유기전압과 추정 내부유효저항은 수학식
Figure 112021033564840-pat00111
을 목적함수로 하는 순환최소자승법을 이용하여 추정하되,
상기 수학식에서
Figure 112021033564840-pat00112
는 샘플링시간 t 마다 상기 전압센서에 의해 검출되는 배터리셀 단자전압을 나타내는 것으로서 수학식
Figure 112021033564840-pat00113
로 정의되고,
Figure 112021033564840-pat00114
는 샘플링시간 t 마다 연산되는 배터리셀 추정 단자전압(
Figure 112021033564840-pat00115
)을 나타내는 것으로서, 수학식
Figure 112021033564840-pat00116
로 정의되되,
Figure 112021033564840-pat00117
는 배터리셀 추정 유기전압을 나타내며,
Figure 112021033564840-pat00118
는 추정 내부유효저항을 나타내며,
Figure 112021033564840-pat00119
은 상기 전류센서에 의해 입력되는 부하전류를 나타내되,
Figure 112021033564840-pat00120
와
Figure 112021033564840-pat00121
는 각각 행렬식으로서 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항에 대한 추정 매개변수와 추정연산자이되, 각각 수학식
Figure 112021033564840-pat00122
및
Figure 112021033564840-pat00123
로 정의되며,
Figure 112021033564840-pat00124
는 샘플링 시간에 따른 순환최소자승법의 추정 데이터사이의 신뢰도를 설정하되 과거값들에 비해 현재시점에 가까운 추정시점의 데이터가 상대적으로 높은 비중을 가지도록 설정되는 가중치를 의미하는 것으로서 0에서 1까지 설정될 수 있으며,
상기 전류센서에 의해 입력되는 부하전류에 의해
Figure 112021033564840-pat00125
값을 도출하여
(1) 수학식
Figure 112021033564840-pat00126

(2) 수학식
Figure 112021033564840-pat00127

(3) 수학식
Figure 112021033564840-pat00128
각각에 제공하여 연산하되,
상기 (1) 수학식에서
Figure 112021033564840-pat00129
는 출력편차게인값을 의미하되 구해진
Figure 112021033564840-pat00130
는 (2) 수학식에 입력되며, 상기 (2) 수학식에서
Figure 112021033564840-pat00131
는 공분산을 의미하는 것으로서, 상기 (2) 수학식으로부터 구하여 상기 (1) 수학식에 입력되며, 상기 (3) 수학식은
Figure 112021033564840-pat00132
는 출력편차를 의미하되, 상기 전압센서에 의해 센싱된 배터리셀 단자전압이 입력되어 구해지되,
상기 (1) 수학식에서 구해진
Figure 112021033564840-pat00133
와 (3) 수학식에서 구해진
Figure 112021033564840-pat00134
를
(4) 수학식
Figure 112021033564840-pat00135
에 입력하여 연산하되, 초기값으로 설정되거나 전 샘플링때 추정된
Figure 112021033564840-pat00136
를 상기 (3) 수학식에 입력하여 연산되며,
상기 (4) 수학식
Figure 112021033564840-pat00137
로부터 샘플링시간 t마다 배터리셀 추정 유기전압과 배터리셀 추정 내부유효저항을 도출하되,
도출된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 상기 배터리팩에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 SOC값을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템.In the battery management system connected to the external charging and discharging power source to manage the charging and discharging of the battery,
The battery management system includes: a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series, the battery pack including a current sensor detecting a load current and a voltage sensor detecting a terminal voltage of each battery cell; a battery management control unit in which a battery internal short circuit detection algorithm is embedded to control the battery management system; A charge/discharge bidirectional switch installed between the battery pack and an external charging/discharging power source; including,
The battery management control unit receives data on the load current detected by the current sensor and the terminal voltage of each battery cell detected by the voltage sensor, the estimated induced voltage of the battery cell for each battery cell, and the estimated internal effective resistance of the battery cell and an estimation operation unit having an algorithm for calculating an estimated SOC value of a battery cell; a data storage unit for storing the data calculated by the estimation unit; and a judgment arithmetic unit for determining whether a specific battery cell has an internal short circuit based on the data stored in the data storage unit;
The battery management control unit detects the load current, detects the battery cell terminal voltage, calculates the battery cell estimated induced voltage, the battery cell estimated internal effective resistance, and the battery cell estimated SOC value, stores data, and determines the internal short circuit of the battery cell, respectively. It is carried out every sampling time t set by
The estimation operation unit and the determination operation unit are embedded in the MCU by programming,
The data storage unit is stored using an internal memory or an external memory of the MCU,
The estimated induced voltage and the estimated internal effective resistance of the battery cell in the estimation operation unit are expressed by the equation
Figure 112021033564840-pat00111
Estimate using the recursive least squares method with
in the above formula
Figure 112021033564840-pat00112
denotes the battery cell terminal voltage detected by the voltage sensor at every sampling time t,
Figure 112021033564840-pat00113
is defined as
Figure 112021033564840-pat00114
is the battery cell estimated terminal voltage (
Figure 112021033564840-pat00115
) as representing the formula
Figure 112021033564840-pat00116
is defined as
Figure 112021033564840-pat00117
represents the estimated induced voltage of the battery cell,
Figure 112021033564840-pat00118
represents the estimated internal effective resistance,
Figure 112021033564840-pat00119
represents the load current input by the current sensor,
Figure 112021033564840-pat00120
Wow
Figure 112021033564840-pat00121
are the estimated parameters and estimation operators for the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell, respectively, as a determinant,
Figure 112021033564840-pat00122
and
Figure 112021033564840-pat00123
is defined as
Figure 112021033564840-pat00124
Sets the reliability between the estimated data of the cyclic least squares method according to the sampling time, but sets the weight from 0 to 1 so that the data at the estimated time point close to the present time has a relatively high weight compared to the past values. can be,
By the load current input by the current sensor
Figure 112021033564840-pat00125
by deriving the value
(1) Equation
Figure 112021033564840-pat00126

(2) Equation
Figure 112021033564840-pat00127

(3) Equation
Figure 112021033564840-pat00128
Provided for each and computed,
In the above (1) equation
Figure 112021033564840-pat00129
is the output deviation gain value, but
Figure 112021033564840-pat00130
is input in (2) Equation, and in (2) Equation
Figure 112021033564840-pat00131
is the covariance, obtained from the above (2) equation and input to the above (1) equation, and the (3) equation is
Figure 112021033564840-pat00132
denotes an output deviation, but is obtained by inputting the battery cell terminal voltage sensed by the voltage sensor,
The equation (1) above
Figure 112021033564840-pat00133
and (3) obtained from the equation
Figure 112021033564840-pat00134
cast
(4) Equation
Figure 112021033564840-pat00135
It is calculated by inputting it to , but it is set as an initial value or estimated
Figure 112021033564840-pat00136
is calculated by inputting in the above (3) equation,
Equation (4) above
Figure 112021033564840-pat00137
For each sampling time t, the estimated induced voltage of the battery cell and the estimated internal effective resistance of the battery cell are derived from
A battery management system including a battery internal short circuit detection algorithm, characterized in that the SOC value is estimated by using the induced voltage and the SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack from the derived battery cell estimated induced voltage. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 배터리셀 추정 SOC값의 연산은 상기 배터리팩에 사용되는 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템.The method according to claim 1,
The battery management system including a battery internal short circuit detection algorithm, characterized in that the calculation of the battery cell estimated SOC value is determined using an induced voltage and an SOC characteristic curve for a specific battery used in the battery pack. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1 또는 3에 따른 배터리 내부단락검출 알고리즘이 포함된 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 시스템 화재예방방법은
상기 전류센서로부터 부하전류와 전압센서로부터 각각의 배터리셀 단자전압을 검출하는 배터리셀 단자전압 및 부하전류 검출단계;
상기 부하전류와 배터리셀 단자전압을 입력받아 배터리셀 추정 유기전압 및 배터리셀 추정 내부 유효 저항값을 연산하는 배터리셀 추정 유기전압 및 추정 내부 유효 저항값 연산 및 저장 단계;
상기 연산된 배터리셀 추정 유기전압으로부터 사용된 특정의 배터리에 대한 유기전압과 SOC 특성곡선을 이용하여 배터리셀 추정 SOC값을 추정하는 SOC 연산 및 저장 단계;
샘플링 시간 t 동안 각각의 배터리셀 추정 유기전압, 배터리셀 추정 내부 유효저항값, 배터리셀 추정 SOC 값의 변화량을 계산하는 변화량 계산 단계;
하기의 (1) 내지 (3) 조건 중 어느 하나를 만족하는지 여부를 판별하는 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계;
(1) 특정 배터리셀에 대해 추정 유기전압변화량이 1분동안 배터리셀 추정 유기전압 평균 변화량보다 10% 초과 여부 판별 조건,
(2) 특정 배터리셀에 대해 추정 내부 유효저항값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 내부 유효저항값 평균 변화량보다 60% 초과 여부 판별 조건,
(3) 특정 배터리셀에 대해 추정 SOC값 변화량이 1분동안 배터리셀 추정 SOC값 평균 변화량 보다 10% 초과 여부 판별 조건,
상기 특정 배터리셀 내부 단락 판별 단계에서 어느 하나의 조건이 만족되는 경우 특정 배터리셀에 대해 내부 단락된 것으로 진단하는 특정 배터리셀 내부 단락 판정 단계; 및
배터리셀 내부 단락된 것으로 판정되는 경우 충방전 양방향 스위치를 오프(off)시키는 충방전 양방향 스위치 오프 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 화재예방방법.The battery management system fire prevention method using the battery management system including the battery internal short circuit detection algorithm according to claim 1 or 3 is
a battery cell terminal voltage and load current detecting step of detecting a load current from the current sensor and a terminal voltage of each battery cell from the voltage sensor;
calculating and storing a battery cell estimated induced voltage and an estimated internal effective resistance value by receiving the load current and the battery cell terminal voltage and calculating a battery cell estimated induced voltage and an estimated battery cell internal effective resistance value;
an SOC calculation and storage step of estimating an estimated battery cell SOC value using the induced voltage and SOC characteristic curve for a specific battery used from the calculated battery cell estimated induced voltage;
a change amount calculation step of calculating changes in the estimated induced voltage of each battery cell, the estimated internal effective resistance value of the battery cell, and the estimated SOC value of the battery cell during the sampling time t;
A specific battery cell internal short determination step of determining whether any one of the following conditions (1) to (3) is satisfied;
(1) Conditions for determining whether the estimated induced voltage change for a specific battery cell exceeds the average induced voltage change of the battery cell by 10% for 1 minute;
(2) Conditions for determining whether the change in the estimated internal effective resistance value for a specific battery cell exceeds the average change in the estimated internal effective resistance value of the battery cell by 60% for 1 minute;
(3) Conditions for determining whether the change in the estimated SOC value for a specific battery cell exceeds the average change in the estimated SOC value of the battery cell by 10% for 1 minute;
a specific battery cell internal short-circuit determination step of diagnosing that the specific battery cell is internally shorted when any one condition is satisfied in the specific battery cell internal short-circuit determination step; and
A battery management system fire prevention method comprising: a charging/discharging bidirectional switch-off step of turning off the charging/discharging bidirectional switch when it is determined that the battery cell is internally short-circuited.
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