KR102439932B1 - 배터리 이상 검출 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 이상 검출 방법 및 장치가 개시된다. 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득하고, 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성하고, 대표 상태를 제1 상태들에 각각 적용하여, 제2 상태들을 생성하고, 제2 상태들 중 적어도 일부를 증폭시켜, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하고, 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다.

Description

배터리 이상 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING BATTERY FAULT}
아래 실시예들은 배터리 이상을 검출하는 기술에 관한 것이다.
배터리는 모바일 기기 및 전기자동차 등의 전력원으로 사용된다. 배터리가 탑재된 전기자동차 또는 모바일 기기의 사용자가 많아지면서 고도화된 배터리 제어 기술의 요구가 커지고 있다. 배터리를 제어하는데 있어서, 배터리의 이상을 검출하는 기술은 필수적이다.
배터리의 이상을 검출하기 위해 배터리 내 모듈들의 전압들을 비교하거나 전압들의 편차를 활용하는 기법이 제안되고 있다. 그러나, 전압들의 비교 또는 편차를 이용하는 방법은 배터리 이상을 검출하기 위한 기준이 어떻게 설정되는가에 따라 다른 결과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 기준에 따라 노이즈가 배터리 이상으로 검출될 수 있고, 배터리 이상이 발생했음에도 불구하고 배터리 이상이 검출되지 않을 수 있다. 배터리 이상 검출의 부정확한 결과는 배터리를 열화에 노출시켜 배터리의 수명 또는 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 이에, 보다 정교한 검출 성능과 안정적인 검출 성능을 갖는 배터리 이상 검출 기술이 요구된다.
일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법은 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득하는 단계; 상기 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성하는 단계; 상기 대표 상태를 상기 제1 상태들에 각각 적용하여, 제2 상태들을 생성하는 단계; 상기 제2 상태들 중 적어도 일부를 증폭시켜, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 검출 대상 단위들은 상기 배터리 내 모듈들 또는 셀들일 수 있다.
일실시예에 따르면, 검출 대상 단위의 제1 상태는 시간에 따른 전압, SOC(State Of Charge) 또는 온도일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 검출 대상 단위들의 전압들로부터 생성된 제3 상태들, 상기 검출 대상 단위들의 SOC들로부터 생성된 제3 상태들 및 상기 검출 대상 단위들의 온도들로부터 생성된 제3 상태들 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는 상기 제2 상태들을 제2 임계 상태와 각각 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 제2 상태들 중 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 후보 상태에 상기 제2 상태들 중 적어도 하나를 적용하여, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1 상태는 검출 대상 단위의 전압이고, 상기 제2 임계 상태는 0이며, 상기 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계는 상기 제2 상태들 중 0보다 작은 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는 상기 제2 상태들 중 어느 하나의 후보 상태를 제외한 나머지 제2 상태들의 합 및 상기 어느 하나의 후보 상태를 곱하여, 상기 어느 하나의 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는 Cn,t' = V'n,t' * [
Figure 112017071991278-pat00001
]를 이용하여 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 N은 상기 제2 상태들의 수이고, 상기
Figure 112017071991278-pat00002
는 n번째 제2 상태이고, 상기
Figure 112017071991278-pat00003
는 첫번째 제2 상태부터 N번째 제2 상태까지의 합이고, 상기 Cn,t'는 n번째 제2 상태인 후보 상태에 대응하는 제3 상태일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는 상기 제2 상태들 중 어느 하나의 후보 상태의 제곱 및 절대값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 어느 하나의 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 적어도 하나의 제3 상태를 제3 임계 상태와 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 적어도 하나의 제3 상태 중 적어도 일부의 제3 상태를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1 상태는 검출 대상 단위의 전압이고, 상기 제3 임계 상태는 상기 검출 대상 단위들 중 단락(short circuit)이 발생한 제1 검출 대상 단위의 전압 및 상기 검출 대상 단위들 중 상기 제1 검출 대상 단위를 제외한 나머지 검출 대상 단위들의 전압들의 합 사이의 곱에 의해 미리 정의될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 합을 생성하는 단계; 상기 생성된 합을 임계 합과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 수를 카운트하는 단계; 상기 카운트된 수를 임계 수와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 적어도 하나의 제3 상태를 제4 임계 상태와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는 상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 적어도 하나의 검출 대상 단위를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 대표 상태를 생성하는 단계는 상기 제1 상태들로부터 제1 평균 상태를 생성하는 단계; 및 상기 제1 평균 상태로부터 미리 정의된 시간 구간에 따른 제2 평균 상태를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 상태들을 생성하는 단계는 상기 제1 상태들로부터 상기 대표 상태를 각각 뺄셈하여, 상기 제1 상태들을 재설정한 제2 상태들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득하고, 상기 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성하고, 상기 대표 상태를 상기 제1 상태들에 각각 적용하여, 제2 상태들을 생성하고, 상기 제2 상태들 중 적어도 일부를 증폭시켜, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하고, 상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 배터리의 이상을 검출하는 프로세서를 포함한다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성의 예시도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득할 수 있다(101). 배터리 이상 검출 장치는 배터리의 이상(fault)을 검출하는 장치로서, 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 이상 검출 장치는 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있다. BMS는 배터리를 관리하는 시스템으로서, 예를 들어 배터리의 상태를 모니터링하고, 배터리가 동작하는 최적화된 조건을 유지하고, 배터리의 교체시기를 예측하며, 배터리의 문제를 발견하고, 배터리와 관련된 제어 또는 명령 신호를 생성하여 배터리의 상태 또는 동작을 제어할 수 있다.
검출 대상 단위의 제1 상태를 획득하는 것은 검출 대상 단위의 제1 상태를 직접 측정 또는 추정하거나, 측정 또는 추정된 제1 상태를 획득하는 개념을 포함한다. 배터리는 충전에 의해 전력을 저장하는 축전기 또는 2차 전지를 포함하고, 배터리를 채용한 장치는 배터리로부터 부하로 전력을 공급할 수 있다. 부하는 전력을 소비하는 주체로서, 외부로부터 공급되는 전력을 소모할 수 있고, 예를 들어 특정 전압에서 전류가 흐르는 회로를 이용하여 전력을 소비하는 전열기, 전등, 전기자동차의 모터 등을 포함한다.
배터리 내 검출 대상 단위는 배터리 내 구성요소들 중 배터리 이상 검출의 대상이 단위로서, 배터리 이상 검출 장치는 검출 대상 단위 별로 배터리 상태와 관련된 파라미터를 측정, 추정 또는 획득할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리는 셀들을 포함할 수 있다. 여기서 셀은 전력을 저장하는 장치 또는 구성요소의 단위이고, 예를 들어 배터리는 직렬 또는 병렬로 배열된 셀들을 포함할 수 있다. 배터리는 모듈들을 포함할 수 있고, 여기서 모듈들은 직렬 또는 병렬로 배열될 수 있고, 모듈은 셀들을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 검출 대상 단위들은 배터리 내 모듈들 또는 셀들일 수 있다. 설계 의도나 시스템 효율에 따라 검출 대상 단위는 배터리 팩일 수도 있다. 배터리는 복수의 모듈들로 구성된 적어도 하나의 배터리 팩, 배터리 팩 내의 적어도 하나의 모듈, 복수의 셀들로 구성된 적어도 하나의 모듈 및 모듈 내의 적어도 하나의 배터리 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이하에서 배터리는 이러한 예시들을 지칭하는 것으로 해석될 수 있다.
검출 대상 단위의 제1 상태는 검출 대상 단위(예를 들어, 모듈 또는 셀)로부터 측정 또는 추정된 배터리 상태로서, 배터리 상태와 관련된 파라미터로 표현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 제1 상태는 모듈 또는 셀의 따른 전압, SOC(State Of Charge) 또는 온도일 수 있다. SOC는 배터리의 충전 상태를 나타내는 파라미터이다. SOC는 배터리에 저장된 에너지가 어느 정도인지 나타내므로, 퍼센트(%) 단위를 사용하여 0~100 %로 그 양이 표시될 수 있다. 예를 들면, 0%는 완전방전상태이고, 100%는 완전충전상태를 의미할 수 있는데, 이러한 표현 방식은 설계의도나 실시예에 따라 다양하게 변형되어 정의될 수 있다.
일실시예에 따르면, 전압 또는 온도는 센서에 의해 측정될 수 있고, SOC는 배터리 이상 검출 장치 또는 외부 장치에 의해 추정될 수 있다. 모듈 또는 셀의 전압, SOC 또는 온도는 시간에 따른 값들로 표현될 수 있기 때문에, 연속적인 값들로 표현되거나 측정 또는 추정 주기에 따라 이산적인 값들로 표현될 수 있다.
배터리 이상을 검출하는 것은 배터리 자체에서 발생한 이상을 검출하거나 배터리 내 검출 대상 단위들 중 적어도 하나로부터 이상을 검출하는 것을 포함한다. 배터리 이상은 배터리 자체 또는 배터리 내 검출 대상 단위들 중 적어도 하나에 발생한 내부 단락(internal short-circuit) 또는 외부 단락(external short-circuit)일 수 있다. 외부 단락은 전선(wire)의 피복이 벗겨지거나 손상됨에 따라 발생할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 배터리 내 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 검출 대상 단위의 이상을 검출하여 배터리의 오작동, 고장, 또는 열화(aging)을 방지할 수 있고, 이를 통해 안정적인 배터리 운용을 제공하고 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 검출 대상 단위에 단락이 발생하게 된다면, 검출 대상 단위의 저항이 작아짐에 따라 검출 대상 단위에 과전류가 흐르게 되어 검출 대상 단위가 파손될 수 있다. 또한, 단락의 정도가 미세하여 검출 대상 단위가 파손되지 않는 경우라도, 이러한 단락 발생의 누적은 배터리 수명을 줄이거나 갑작스러운 배터리 고장을 일으키는 원인이 될 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 검출 대상 단위들에서 발생한 미세한 단락을 검출하기 위해 검출 대상 단위들의 상태들로부터 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 상태들을 증폭하는 기법을 활용한다. 일실시예에 따르면, 제1 상태는 노이즈 제거의 대상이 되는 검출 대상 단위의 상태일 수 있다.
배터리 상태로부터 노이즈를 제거하지 않거나, 배터리 상태의 증폭 없이 수행하는 배터리 이상 검출 기법은 노이즈와 미세한 단락을 명확히 구분하지 못하므로, 노이즈를 단락으로 오판하거나 미세한 단락의 검출을 누락하는 오류를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 배터리 내 미세한 단락들이 누적되어 배터리의 열화가 가속화될 수 있다. 일실시예에 따르면 배터리 이상 검출 장치는 노이즈 제거 동작과 증폭 동작을 통해 검출 대상 단위에 발생한 노이즈와 미세한 단락을 명확히 구별하여 단락 검출의 정확도를 높일 수 있으므로, 배터리가 미세한 단락에 지속적으로 노출되는 위험을 방지할 수 있다.
검출 대상 단위에 단락이 발생하게 되면, 검출 대상 단위로부터 측정 또는 추정되는 전압과 SOC는 작아지고, 온도는 커지게 된다. 배터리 이상 검출 장치는 단락이 발생한 검출 대상 단위의 제1 상태가 변화하는 특성을 이용하여, 배터리 이상을 검출할 수 있고, 노이즈 제거 동작과 증폭 동작을 통해 노이즈 발생과 미세한 단락 발생 사이의 혼동을 방지할 수 있다. 예를 들어, 배터리 이상 검출 장치는 검출 대상 단위들의 전압들 또는 SOC들 중 미세한 단락 발생으로 인해 표준보다 작은 전압 또는 SOC를 검출할 수 있고, 검출 대상 단위들의 온도들 중 미세한 단락 발생으로 인해 표준보다 큰 온도를 검출할 수 있으며, 이 과정에서 배터리 이상 검출 장치는 노이즈 제거 동작과 증폭 동작을 수행할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 노이즈 제거 동작을 통해 제1 상태들로부터 제2 상태들을 생성할 수 있고, 증폭 동작을 통해 제2 상태들 중 적어도 일부로부터 적어도 하나의 제3 상태를 생성할 수 있다. 제2 상태 및 제3 상태의 생성 동작에 관해 후술하겠다. 이하, 제1 상태가 전압, SOC 또는 온도 중 어느 하나인 경우를 중심으로 실시예가 후술되겠지만, 배터리 이상 검출 장치는 검출 대상 단위들의 전압들로부터 생성된 제3 상태들, 검출 대상 단위들의 SOC들로부터 생성된 제3 상태들 및 검출 대상 단위들의 온도들로부터 생성된 제3 상태들 중 적어도 하나에 기초하여, 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 검출 대상 단위들의 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성할 수 있다(102). 대표 상태는 제1 상태들을 대표하는 상태로서, 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태들로부터 대표 상태를 계산할 수 있다. 예를 들어, 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태들로부터 통계적인 대표 값을 계산하여, 대표 상태를 생성할 수 있다. 여기서, 통계적인 대표 값에는 평균, 중앙값 등 다양한 통계적인 특징 값들이 채용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태들이 평균인 제1 평균 상태를 생성할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태들 중 최대값과 최소값을 제외한 제1 상태들로부터 평균을 계산하여 제1 평균 상태를 생성할 수 있고, 이를 통해 대표값의 왜곡을 피할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제1 평균 상태를 이용하여 제1 상태들에 내재된 노이즈를 제거할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 제1 평균 상태로부터 미리 정의된 시간 구간에 따른 제2 평균 상태를 생성할 수 있다. 제1 평균 상태는 시간에 따른 값으로 표현될 수 있고, 일정 시간 구간에 따른 대표 값의 도출을 위해 배터리 이상 검출 장치는 미리 정의된 시간 구간에서 제1 평균 상태의 평균을 계산하여 제2 평균 상태를 생성할 수 있다. 이를 통해, 배터리 이상 검출 장치는 제2 평균 상태를 이용하여 제1 상태들에 내재된 노이즈를 제거할 수 있다. 일실시예에 따르면, 대표 상태는 제2 평균 상태일 수 있고, 예를 들어 대표 상태는 n개의 모듈들의 전압들을 대표하는 상태로서, 미리 정의된 시간 구간에 따른 n개의 모듈들의 전압들의 평균일 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 대표 상태를 제1 상태들에 각각 적용하여 제2 상태들을 생성할 수 있다(103). 배터리 이상 검출 장치는 대표 상태를 제1 상태들에 각각 적용하여 제1 상태들에 내재된 노이즈들을 제거할 수 있고, 노이즈들이 제거된 제2 상태들을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태들로부터 대표 상태를 각각 뺄셈하여, 제1 상태들을 재설정한 재2 상태들을 생성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 적어도 일부를 증폭시켜, 적어도 하나의 제3 상태를 생성할 수 있다(104). 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들을 제2 임계 상태와 각각 비교할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 비교 결과에 기초하여 제2 상태들 중 적어도 하나의 후보 상태를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태가 검출 대상 단위의 전압인 경우 제2 임계 상태는 0일 수 있다. 이 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 0보다 작은 적어도 하나의 후보 상태를 선택할 수 있다. 단락이 발생한 검출 대상 단위의 전압은 다른 검출 대상 단위의 전압에 비해 상대적으로 낮기 때문이다.
제1 상태가 검출 대상 단위의 SOC 또는 온도인 경우, 제2 임계 상태는 SOC 또는 온도에 대응하는 값으로 정의될 수 있다. 제1 상태가 검출 대상 단위의 SOC인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 제2 임계 상태보다 작은 적어도 하나의 후보 상태를 선택할 수 있다. 단락이 발생한 검출 대상 단위의 SOC는 다른 검출 대상 단위의 SOC에 비해 상대적으로 낮기 때문이다. 제1 상태가 검출 대상 단위의 온도인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 제2 임계 상태보다 큰 적어도 하나의 후보 상태를 선택할 수 있다. 단락이 발생한 검출 대상 단위의 온도는 다른 검출 대상 단위의 온도에 비해 상대적으로 높기 때문이다.
배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 하나의 후보 상태에 제2 상태들 중 적어도 하나를 적용하여 적어도 하나의 제3 상태를 생성할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 후보 상태인 제2 상태로부터 제3 상태를 생성할 수 있고, 후보 상태가 아닌 제2 상태로부터 제3 상태를 생성하는 동작을 생략하거나 후보 상태가 아닌 제2 상태에 대응하는 제3 상태를 미리 정의된 값(예를 들어, 0)으로 설정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성하기 위해, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 중 어느 하나의 후보 상태를 제외한 나머지 제2 상태들의 합을 계산할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 계산된 합과 그 어느 하나의 후보 상태를 곱하여, 그 어느 하나의 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성할 수 있다. 예를 들어, 배터리 이상 검출 장치는 수학식 1을 이용하여 제3 상태를 생성할 수 있다.
Figure 112017071991278-pat00004
여기서, N은 제2 상태들의 수이고, Sn은 n번째 제2 상태이고,
Figure 112017071991278-pat00005
는 첫번째 제2 상태부터 N번째 제2 상태까지의 합이고, Cn은 n번째 제2 상태인 후보 상태에 대응하는 제3 상태이다.
일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 후보 상태의 제곱 또는 절대값 중 적어도 하나를 계산하여, 제2 상태인 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성할 수 있다. 제3 상태를 계산하는 기법은 이에 제한되지 않고, 후보 상태인 제2 상태를 증폭하는 수학적 또는 통계적인 연산들이 채용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다(105). 상술한 바와 같이, 제3 상태는 제2 상태들 중 후보 상태인 제2 상태에 대응한다.
배터리 이상 검출 장치는 적어도 하나의 제3 상태를 제3 임계 상태와 비교할 수 있다. 제3 임계 상태는 제3 상태의 비교 기준이 되는 값으로 사전에 이론적으로 또는 실험적으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 수학식 1에 의해 제3 상태가 정의되고, 제1 상태가 전압인 경우 제3 임계 상태는 (검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 검출 대상 단위의 전압)*(단락이 발생하지 않은 검출 대상 단위들의 전압들의 합)으로 정의될 수 있다. 여기서 단락이 발생한 검출 대상 단위의 전압은 단락의 발생이 시작되는 전압일 수 있다. 제1 상태가 SOC인 경우 제3 임계 상태는 (검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 검출 대상 단위의 SOC)*(단락이 발생하지 않은 검출 대상 단위들의 SOC들의 합)으로 정의될 수 있다. 제1 상태가 온도인 경우 제3 임계 상태는 (검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 검출 대상 단위의 온도)*(단락이 발생하지 않은 검출 대상 단위들의 온도들의 합)으로 정의될 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 비교 결과에 기초하여, 적어도 하나의 제3 상태 중 적어도 일부의 제3 상태를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태가 전압 또는 SOC인 경우 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 중 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태가 온도인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 중 제3 임계 상태보다 큰 제3 상태를 선택할 수 있다. 단락 발생 시 모듈 또는 셀의 전압 또는 SOC는 작아지고, 온도는 올라가기 때문이다.
배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태를 누적시키는 기법을 이용하여 배터리의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 합에 기초하여, 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태의 합과 임계 합을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태가 전압 또는 SOC인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태의 합이 임계 합보다 작은 것에 응답하여 배터리의 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 제1 상태가 온도인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태의 합이 임계 합보다 큰 것에 응답하여 배터리의 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 배터리의 이상이 있다고 판단된 경우, 배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태에 기초하여 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 적어도 하나의 검출 대상 단위를 식별할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 수를 카운트하는 기법을 이용하여 배터리의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 수를 카운트할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 카운트된 수를 임계 수와 비교할 수 있다. 임계 수는 미리 정의될 수 있고, 설계 의도나 배터리 이상 검출의 예민도에 기초하여 변형될 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 비교 결과에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 이상 검출 장치는 카운트된 수가 임계 수를 초과하는 경우에 응답하여 배터리의 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 배터리의 이상이 있다고 판단된 경우, 배터리 이상 검출 장치는 선택된 적어도 일부의 제3 상태에 기초하여 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 적어도 하나의 검출 대상 단위를 식별할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태를 제4 임계 상태와 비교하는 기법을 이용하여 배터리의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 단계(104)에서 생성된 적어도 하나의 제3 상태를 제4 임계 상태와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제4 임계 상태는 상술한 제3 임계 상태보다 단락의 정도가 심한 상태에 대응하는 값으로 설정될 수 있다. 제4 임계 상태의 비교 결과를 이용하는 기법은 제3 상태를 누적시키거나 제3 상태의 수를 카운트하는 기법과 달리 비교 결과로부터 직접적으로 배터리 이상 여부를 판단하기 때문에, 제4 임계 상태는 제3 임계 상태보다 단락 검출에 있어서 보다 보수적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 상태가 전압 또는 SOC인 경우 제4 임계 상태는 제3 임계 상태보다 작게 설정될 수 있고, 제1 상태가 온도인 경우 제4 임계 상태는 제3 임계 상태보다 높게 설정될 수 있다. 제1 상태가 전압 또는 SOC인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태가 제4 임계 상태보다 작은 것에 응답하여 배터리의 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 제1 상태가 온도인 경우, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태가 제4 임계 상태보다 큰 것에 응답하여 배터리의 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 배터리의 이상이 있다고 판단된 경우, 배터리 이상 검출 장치는 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 적어도 하나의 검출 대상 단위를 식별할 수 있다.
이하, 제1 상태가 전압인 경우를 전제로, 도 2 내지 도 4를 참조하여 제3 상태를 누적시키는 기법에 의한 배터리 이상 검출 방법이 설명되고, 도 5 내지 도 6을 참조하여 제3 상태의 수를 카운트하는 기법에 의한 배터리 이상 검출 방법이 설명되고, 도 7 내지 도 8을 참조하여 제3 상태와 제4 임계 상태를 비교하는 기법에 의한 배터리 이상 검출 방법이 설명된다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 N개의 검출 대상 단위들의 제1 상태들 V1,t, V2,t, ... VN,t를 측정할 수 있다(201). V1,t, V2,t, ... VN,t는 N개의 각 검출 대상 단위들의 전압들이고, 시간 t에 따른 전압들로 표현될 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 수학식 2를 이용하여 V1,t, V2,t, ... VN,t로부터 제1 평균 상태 Vmean,t를 계산할 수 있다(202).
Figure 112017071991278-pat00006
여기서, N은 검출 대상 단위들의 수이고,
Figure 112017071991278-pat00007
는 V1,t, V2,t, ... VN,t의 합이고,
Figure 112017071991278-pat00008
는 V1,t, V2,t, ... VN,t 중 최대값이고,
Figure 112017071991278-pat00009
는 V1,t, V2,t, ... VN,t 중 최소값이다.
배터리 이상 검출 장치는 수학식 3을 이용하여 제1 평균 상태 Vmean,t로부터 미리 정의된 시간 구간 t에 따른 제2 평균 상태 Vlocal_mean,t+t를 계산할 수 있다(203).
Figure 112017071991278-pat00010
여기서,
Figure 112017071991278-pat00011
는 미리 정의된 시간 구간 Δt 동안 Vmean,t의 합이다.
일실시예에 따른 대표 상태는 제2 평균 상태 Vlocal_mean,t+Δt이다.
배터리 이상 검출 장치는 수학식 4를 이용하여 대표 상태 Vlocal_mean,t+Δt와 제1 상태들 V1,t, V2,t, ... VN,t로부터 제2 상태들 V'1,t', ... ,V'N,t'를 계산할 수 있다(204).
Figure 112017071991278-pat00012
여기서, Vn,t+Δt는 미리 정의된 시간 구간 t에 n번째 제1 상태이고, V'n,t'는 제2 상태들 중 n번째 제2 상태이다.
배터리 이상 검출 장치는 상술한 과정을 통해 검출 대상 단위들의 제1 상태들(전압들) V1,t, V2,t, ... VN,t로부터 노이즈를 제거하여 제2 상태들 V'1,t', ... ,V'N,t'를 계산할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 V'1,t', ... ,V'N,t'를 제2 임계 상태와 비교하여 제2 상태들 V'1,t', ... ,V'N,t'로부터 제3 상태들 C1,t', ... ,C'N,t'을 계산할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 n=1의 동작을 수행한다(205). 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태 V'n,t'와 제2 임계 상태를 비교할 수 있다(206). 배터리 이상 검출 장치는 제2 임계 상태보다 작은 제2 상태 V'n,t'를 후보 상태로 판별할 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 V'n,t'가 제2 임계 상태보다 작은 경우 수학식 5를 이용하여 제3 상태 Cn,t'를 계산할 수 있다(207).
Figure 112017071991278-pat00013
여기서,
Figure 112017071991278-pat00014
는 n번째 제2 상태이고,
Figure 112017071991278-pat00015
는 첫번째 제2 상태부터 N번째 제2 상태까지의 합이고, Cn,t'는 n번째 제2 상태인 후보 상태에 대응하는 제3 상태이다.
배터리 이상 검출 장치는 제2 상태 V'n,t'가 제2 임계 상태보다 큰 경우 n번째 제3 상태 Cn,t'를 0으로 설정할 수 있다(208).
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'와 제3 임계 상태를 비교할 수 있다(209). 여기서, 제3 임계 상태 CRef는 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112017071991278-pat00016
여기서, I는 N개의 검출 대상 단위들의 전류이고, R은 단락이 발생하지 않은 검출 대상 단위의 저항이고, (R-R')는 단락이 발생한 검출 대상 단위의 저항이다.
일실시예에 따르면, 제3 임계 상태 CRef는 검출 대상 단위들 중 어느 하나에 단락이 발생한 것을 전제로 실험적으로 도출될 수 있고, 수학식 6에서 I(R-R')는 단락이 발생한 검출 대상 단위의 전압을 의미하고, ((N-1)*IR)는 단락이 발생하지 않은 나머지 검출 대상 단위들의 전압들의 합을 의미한다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'가 제3 임계 상태보다 작은 경우 수학식 7을 이용하여 제3 상태들의 합 SUM을 계산할 수 있다(210).
Figure 112017071991278-pat00017
여기서,
Figure 112017071991278-pat00018
는 첫번째 제3 상태부터 N번째 제3 상태까지의 합이다.
제3 상태들의 합 SUM은 후보 상태들에 대응하는 제3 상태들 중 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 누적 합을 의미한다. 후보 상태가 아닌 제2 상태에 대응하는 제3 상태는 0으로 설정되고, 후보 상태에 대응하는 제3 상태들 중 제3 임계 상태보다 큰 제3 상태는 0으로 설정되기 때문이다. 이하, 도 3을 참조하여 제2 상태들과 제3 상태들의 분포의 예시를 설명한다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제2 임계 상태가 0으로 설정되어 있는 경우, 제2 상태들 V'1,t', ... ,V'6,t' 중 제2 상태들 V'2,t', V'4,t' 및 V'6,t'(301)는 제2 임계 상태보다 크고, 제2 상태들 V'1,t', V'3,t' 및 V'5,t'(302)는 제2 임계 상태보다 작다.
배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 V'1,t', V'3,t' 및 V'5,t'(302)를 후보 상태들로 결정할 수 있고, 후보 상태들인 V'1,t', V'3,t' 및 V'5,t'(302)로부터 각각 제3 상태들 C1,t'(304), C3,t'(305) 및 C5,t'(304)를 계산할 수 있다. 예를 들어, C3,t' = V'3,t'*( V'1,t' + V'2,t' + V'4,t' + V'5,t' + V'6,t')으로 계산될 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 V'2,t', V'4,t' 및 V'6,t'(301)에 대응하는 제3 상태들 C2,t', C4,t' 및 C6,t'(303)을 0으로 설정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제3 상태들 C1,t' 및 C5,t'(304)는 제3 임계 상태보다 크고, 제3 상태 C3,t'(305)는 제3 임계 상태보다 작다. 따라서, 배터리 이상 검출 장치는 C1,t' 및 C5,t'(304)를 0으로 재설정하고(미도시), C3,t'(305)를 제3 상태들의 합 SUM에 누적시킬 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 합 SUM과 임계 합을 비교할 수 있다(211). 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 합 SUM이 임계 합보다 작은 경우, 배터리의 이상을 검출할 수 있다(212). 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 합 SUM이 임계 합보다 큰 경우, n=n+1을 수행하고(213), n을 N과 비교하고(214), 비교 결과에 따라 상술한 동작을 반복하거나 배터리 이상 검출 방법을 종료할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 제3 상태들의 합에 따른 배터리 이상 검출 동작의 예시를 설명한다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 합 SUM과 임계 합을 비교하고, 제3 상태들의 합 SUM이 임계 합보다 작아지는 경우 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 도 4를 참조하면, t는 상술한 미리 정의된 구간으로서 제2 상태를 생성하는 주기일 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 누적 합에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 중 적어도 일부의 제3 상태의 수를 카운트하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 도 5를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 C1,t', ... ,C'N,t'과 제3 임계 상태를 비교할 수 있는데, 이 동작은 도 2를 참조하여 설명된 단계(209)와 같다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'가 제3 임계 상태보다 작은 경우 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수(#N)을 카운트할 수 있다(501). 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'가 제3 임계 상태보다 작은 경우 #N의 값을 1씩 늘릴 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수(#N)와 임계 수를 비교할 수 있다(502). 배터리 이상 검출 장치는 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수(#N)가 임계 수보다 큰 경우, 배터리의 이상을 검출할 수 있다(503). 배터리 이상 검출 장치는 #N이 임계 수보다 크지 않은 경우, n=n+1을 수행하고(213), 이후의 동작은 도 2를 참조하여 설명된 동작들과 같다. 이하, 도 6을 참조하여 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수(#N)에 따른 배터리 이상 검출 동작의 예시를 설명한다.
도 6은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수 "5"와 임계 수를 비교하고, 비교 결과에 따라 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제3 임계 상태보다 작은 제3 상태들의 수에 기초하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 중 제4 임계 상태보다 작은 제3 상태가 있는 경우 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 도 7을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들 C1,t', ... ,C'N,t'를 계산할 수 있는데, 이 동작은 도 2를 참조하여 설명된 단계(207)과 같다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'와 제4 임계 상태와 비교할 수 있다(701). 상술한 바와 같이 제4 임계 상태는 제3 임계 상태보다 단락의 정도가 심한 상태에 대응하는 값으로 설정될 수 있으므로, 도 2를 참조하여 설명된 제3 임계 상태보다 작게 설정될 수 있다.
배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'가 제4 임계 상태보다 작은 경우, 배터리의 이상을 검출할 수 있다(702). 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태 Cn,t'가 제4 임계 상태보다 작지 않은 경우, n=n+1을 수행하고(213), 이후의 동작은 도 2를 참조하여 설명된 동작들과 같다. 이하, 도 8을 참조하여 제4 임계 상태보다 작은 제3 상태의 검출에 따른 배터리 이상 검출 동작의 예시를 설명한다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제4 임계 상태(-0.05)보다 작은 제3 상태 C4,t'가 검출되는 경우, 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제4 임계 상태보다 작은 제3 상태의 검출에 따라 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태가 SOC인 경우에도 상술한 동작들을 수행하여 유사한 방식으로 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
도 9a 및 도 9b은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 상태는 온도일 수 있고, 검출 대상 단위들 중 어느 하나의 단락이 발생한 검출 대상 단위의 온도는 나머지 검출 대상 단위들의 온도들보다 높아질 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제1 상태가 온도인 경우, 상술한 바와 같이 제2 상태들 T'1,t', ... ,T'N,t'를 계산할 수 있고, 제1 상태가 전압인 경우와 반대로 비교 동작을 수행하여 배터리의 이상을 검출할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 T'1,t', ... ,T'6,t'과 제2 임계 상태를 비교할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 T'1,t', ... ,T'6,t' 중 제2 임계 상태보다 큰 제2 상태들 T'2,t', T'4,t' 및 T'6,t'(901)을 후보 상태들로 결정할 수 있고, 후보 상태들인 T'2,t', T'4,t' 및 T'6,t'(901)로부터 각각 제3 상태들 C2,t'(905), C4,t'(904) 및 C6,t'(905)를 계산할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치는 제2 상태들 T'1,t', ... ,T'6,t' 중 제2 임계 상태보다 작은 제2 상태들 T'1,t', T'3,t' 및 T'5,t'(902)에 대응하는 제3 상태들 C1,t', C3,t' 및 C5,t'(903)를 0으로 설정할 수 있다.
도 9a을 참조하면, 제3 상태들 C2,t' 및 C6,t'(905)는 제3 임계 상태보다 크고, 제3 상태 C4,t'(904)는 제3 임계 상태보다 작다. 따라서, 배터리 이상 검출 장치는 C4,t'(904)를 0으로 재설정하고(미도시), C2,t' 및 C6,t'(905)를 제3 상태들의 합 SUM에 누적시킬 수 있다.
도 9b를 참조하면, 배터리 이상 검출 장치는 제3 상태들의 합 SUM이 임계 합보다 큰 경우 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 그 밖에, 배터리 이상 검출 장치는 제3 임계 상태보다 큰 제3 상태들의 수에 따라 배터리의 이상을 검출하거나 제4 임계 상태보다 큰 제3 상태의 검출에 따라 배터리의 이상을 검출할 수 있다. 제1 상태가 온도인 경우 배터리 이상 검출 장치가 배터리의 이상을 검출하는 동작에는 상술한 내용들이 적용될 수 있으므로 중복되는 내용은 생략한다.
도 10은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치(1001)는 차량의 배터리(1002)의 이상을 검출할 수 있다. 배터리(1002)는 복수의 검출 대상 단위들(1003)을 포함하고, 배터리 이상 검출 장치(1001)는 측정기(1004)를 이용하여 복수의 검출 대상 단위들(1003)의 제1 상태들을 측정 또는 추정할 수 있다. 배터리 이상 검출 장치(1001)는 BMS(1005)를 이용하여 배터리의 이상을 검출하고, 디스플레이(1006)를 통해 배터리의 이상 발생을 표시할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 이상 검출 장치(1001)는 배터리(1002) 내 복수의 모듈들 중 단락이 발생한 모듈을 식별하고, 식별된 모듈의 정보를 디스플레이(1006)를 표시할 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성의 예시도이다.
도 11을 참조하면, 배터리 이상 검출 장치(1101)는 프로세서(1102) 및 메모리(1103)를 포함한다. 프로세서(1102)는 도 1 내지 도 10를 통하여 전술한 적어도 하나의 장치들을 포함하거나, 도 1 내지 도 10를 통하여 전술한 적어도 하나의 방법을 수행할 수 있다. 메모리(1103)는 배터리 이상 검출 방법이 구현된 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(1103)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다.
프로세서(1102)는 프로그램을 실행하고, 배터리 이상 검출 장치(1101)를 제어할 수 있다. 프로세서(1102)에 의하여 실행되는 프로그램의 코드는 메모리(1103)에 저장될 수 있다. 배터리 이상 검출 장치(1101)는 입출력 장치(도면 미 표시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득하는 단계;
    상기 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성하는 단계;
    상기 대표 상태를 상기 제1 상태들에 각각 적용하여, 제2 상태들을 생성하는 단계;
    상기 제2 상태들 중 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계;
    상기 제2 상태들 중 적어도 일부 및 상기 적어도 하나의 후보 상태에 기초하여, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는
    배터리 이상 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출 대상 단위들은 상기 배터리 내 모듈들 또는 셀들인,
    배터리 이상 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    검출 대상 단위의 제1 상태는 시간에 따른 전압, SOC(State Of Charge) 또는 온도인,
    배터리 이상 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 검출 대상 단위들의 전압들로부터 생성된 제3 상태들, 상기 검출 대상 단위들의 SOC들로부터 생성된 제3 상태들 및 상기 검출 대상 단위들의 온도들로부터 생성된 제3 상태들 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계는
    상기 제2 상태들을 제2 임계 상태와 각각 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 제2 상태들 중 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는
    상기 적어도 하나의 후보 상태에 상기 제2 상태들 중 적어도 하나를 적용하여, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 상태는 검출 대상 단위의 전압이고, 상기 제2 임계 상태는 0이며,
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계는
    상기 제2 상태들 중 0보다 작은 적어도 하나의 후보 상태를 선택하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는
    상기 제2 상태들 중 어느 하나의 후보 상태를 제외한 나머지 제2 상태들의 합 및 상기 어느 하나의 후보 상태를 곱하여, 상기 어느 하나의 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는
    Figure 112022060293042-pat00034

    를 이용하여 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 N은 상기 제2 상태들의 수이고, 상기
    Figure 112022060293042-pat00035
    는 n번째 제2 상태이고, 상기
    Figure 112022060293042-pat00036
    는 첫번째 제2 상태부터 N번째 제2 상태까지의 합이고, 상기 Cn,t'는 n번째 제2 상태인 후보 상태에 대응하는 제3 상태인,
    배터리 이상 검출 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 생성하는 단계는
    상기 제2 상태들 중 어느 하나의 후보 상태의 제곱 및 절대값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 어느 하나의 후보 상태에 대응하는 제3 상태를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 제3 임계 상태와 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 적어도 하나의 제3 상태 중 적어도 일부의 제3 상태를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 상태는 검출 대상 단위의 전압이고,
    상기 제3 임계 상태는
    상기 검출 대상 단위들 중 단락(short circuit)이 발생한 제1 검출 대상 단위의 전압 및 상기 검출 대상 단위들 중 상기 제1 검출 대상 단위를 제외한 나머지 검출 대상 단위들의 전압들의 합 사이의 곱에 의해 미리 정의된,
    배터리 이상 검출 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 합을 생성하는 단계;
    상기 생성된 합을 임계 합과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 선택된 적어도 일부의 제3 상태의 수를 카운트하는 단계;
    상기 카운트된 수를 임계 수와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 적어도 하나의 제3 상태를 제4 임계 상태와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 기초하여, 상기 배터리의 이상을 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 이상을 검출하는 단계는
    상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 검출 대상 단위들 중 단락이 발생한 적어도 하나의 검출 대상 단위를 식별하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 대표 상태를 생성하는 단계는
    상기 제1 상태들로부터 제1 평균 상태를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 평균 상태로부터 미리 정의된 시간 구간에 따른 제2 평균 상태를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 이상 검출 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상태들을 생성하는 단계는
    상기 제1 상태들로부터 상기 대표 상태를 각각 뺄셈하여, 상기 제1 상태들을 재설정한 제2 상태들을 생성하는 단계
    를 포함하는
    배터리 이상 검출 방법.
  18. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제17항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  19. 배터리 내 검출 대상 단위들의 제1 상태들을 획득하고,
    상기 제1 상태들에 기초하여 대표 상태를 생성하고,
    상기 대표 상태를 상기 제1 상태들에 각각 적용하여, 제2 상태들을 생성하고,
    상기 제2 상태들 중 적어도 하나의 후보 상태를 선택하고,
    상기 제2 상태들 중 적어도 일부 및 상기 적어도 하나의 후보 상태에 기초하여, 적어도 하나의 제3 상태를 생성하고,
    상기 적어도 하나의 제3 상태에 기초하여 상기 배터리의 이상을 검출하는 프로세서
    를 포함하는
    배터리 이상 검출 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 검출 대상 단위들은 상기 배터리 내 모듈들 또는 셀들이고,
    검출 대상 단위의 제1 상태는 시간에 따른 전압, SOC(State Of Charge) 또는 온도인,
    배터리 이상 검출 장치.
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