KR102521752B1 - 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

병렬 연결된 한 세트의 브랜치(branch)(B1,...,BN)를 포함하는 배터리(10)의 어큐뮬레이터(accumulator)(11)의 과충전을 감지하는 과충전 감지 방법으로서,
-(i)배터리의 브랜치를 통해 흐르는 전류의 측정값을 수집하는 단계;
-(ii)수집된 전류의 측정값의 함수로써, 상기 브랜치 세트 중 적어도 하나의 다른 브랜치에 대한, 상기 브랜치 세트 중 하나의 브랜치의 하나 이상의 전류 변화를 식별하는 단계;
-(iii)상기 브랜치의 충전 상태 레벨(level)을 결정하는 단계; 및
-(iv)상기 식별된 하나 이상의 전류 변화 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하는 단계
를 포함하는 과충전 감지 방법.

Description

배터리의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AN OVERCHARGING OF AN ACCUMULATOR OF A BATTERY}

본 발명은 병렬의 브랜치(branch) 한 세트를 포함하는 배터리(battery)의 어큐뮬레이터(accumaulator)의 과충전의 감지에 관한 것으로서, 각 브랜치는 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 포함한다.

이러한 어큐뮬레이터를 포함하는 배터리를 충전하기 위한 충전 조작은, 배터리의 브랜치의 단자에 충전 전압을 가함으로써 수행된다.

일부 어큐뮬레이터, 특히 리튬(Lithium)을 포함하는 것은, 과충전을 지원하지 않는다. 사실, 과충전되는 리튬-이온 어큐뮬레이터는 가스 누출에 해당하는 "배출(venting)"이라고 불리는 현상을 일으킨다(어큐뮬레이터의의 기계적 케이싱(casing) 외장의 외부에, 미세한 전해액 안개가 수반되어 분해될 수 있다(가열, 과압 또는 심지어 폭발)).

그러한 어큐뮬레이터를 포함하는 배터리를 충전하기 위한 충전 조작은, 과충전의 가능한 경우들을 감지하여, 매우 신속하게 충전을 정지시키기 위한 배터리의 모니터링(monitioring)을 수반해야 한다.

통상적으로, 어큐뮬레이터의 단자에 가해진 전압은 모니터링되거나, 배터리를 관리하기 위한 시스템인 BMS(Battery Management System의 축약어)에 의해 제어되고, 이 시스템은 어큐뮬레이터의 전압이 너무 높으면, 경보기를 작동시키거나 또는 충전을 차단할 수 있다. 그러나, 다수의 전자 부품이 필요하기 때문에 이들 BMS에서 오작동이 발생하고, 일반적인 상태(common modes)의 고장을 피하기 위한 여러 가지 다른 모니터링 해결책을 갖는 것이 바람직하다.

배터리에서의 오작동의 발생을 방지하기 위한 다른 해결책은, 예를 들어 EP13008739 A2에 기재된 바와 같이, 브랜치를 통해 흐르는 전류의 측정에 기초한다.

그러나, 종래의 이러한 해결책은 실제로 과충전된 어큐뮬레이터가 없는 경우에도, 충전을 차단하거나 경보기를 울리게 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 병렬 연결된 한 세트의 브랜치를 포함하는 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전의 감지 방법을 제안하고, 각 브랜치는 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 포함하며, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:

- 배터리의 브랜치를 통해 흐르는 전류의 측정값을 수집하는 단계;

- 수집된 전류의 측정값의 함수로써, 상기 브랜치 세트 중 적어도 하나의 다른 브랜치에 대한, 상기 브랜치 세트 중 하나의 브랜치의 하나 이상의 전류 변화를 식별하는 단계;

- 상기 브랜치의 충전 상태 레벨(level)을 결정하는 단계; 및

- 상기 식별된 하나 이상의 전류 변화 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하는 단계.

본 발명은 종래 기술의 해결책에서 발견된 과충전이 잘못 감지되는 경우를 제한하는 것을 가능하게 한다.

특히, 본 발명에서는 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전으로 인한 브랜치들 사이의 전류 변화, 및 상이한 저장 용량을 갖는 배터리의 브랜치들로 인한 전류 변화가 구별되므로, 과충전된 배터리가 없는 경우의 이러한 브랜치의 부적절한 단선과 관련된 종래 기술에서의 문제들을 회피하도록 한다.

일부 구현예들에서, 본 발명에 따른 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하기 위한 과충전 감지 방법은, 또한 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다:

- 과충전의 감지는, 식별된 전류 변화에 대한 하나 이상의 조건을 시험하는 것을 포함하며, 식별된 전류 변화에 대해 시험될 상기 조건은 결정된 충전 상태 레벨의 함수이다;

-상기 브랜치(B1, ..., BN)에서 측정된 전류 및 적어도 다른 브랜치에서 측정된 전류의 함수로써 결정된 기준 전류 간의 차이를 계산하고;

-상기 차이를 문턱값(threshold value)과 비교하며;

-상기 비교 결과 및 결정된 상기 충전 상태 레벨에 기초하여, 상기 브랜치 내의 어큐뮬레이터의 과충전이 감지된다;

-상기 브랜치에서 제1 시점(first time instant)에, 제1 전류 변화 문턱값의 함수로써 제1 전류 변화가 식별되고, 상기 브랜치에서 제2 시점(second time instant)에, 제1 전류 변화 문턱값과 다른 제2 전류 변화 문턱값의 함수로써 제 2 전류 변화가 식별되며, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전은 제1 전류 변화, 상기 제2 전류 변화, 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써 감지된다;

-적어도 충전 상태 레벨의 제1 범위 및 상기 제1 범위 이후의 제2 충전 상태 레벨의 제2 범위가 구별되고, 브랜치의 충전 상태 레벨이 제2 범위에 있다고 결정된 경우, 상기 브랜치에서의 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 먼저 초과하고, 이어서 제2 문턱값을 초과하면, 상기 브랜치 내의 어큐뮬레이터에 과충전이 있는 것으로 감지되고, 상기 제1 및 제2 문턱값이 반대 부호를 가진다;

-상기 제1 문턱 값은 상기 제2 문턱 값의 반대 부호의 값과 동일하고;

-충전 상태 레벨이 제1 범위 내에 있는 것으로 결정된 경우, 상기 브랜치에서 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 초과하자마자, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터에 과충전이 있는 것으로 감지된다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 각각 포함하는 병렬 연결된 한 세트의 브랜치를 포함하는 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전 감지를 위한 컴퓨터 프로그램을 제공하고, 소프트웨어 명령(software instructions)을 포함하는 상기 컴퓨터 프로그램 제품이 연산 수단 상에서 실행될 때, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 단계들을 동작 가능하도록 실행한다.

제3 양태에 따르면, 본 발명은 병렬 연결된 한 세트의 브랜치를 포함하는 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하기 위한 과충전 감지 장치를 제공하며, 각 브랜치는 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 포함하며, 상기 장치는 배터리의 어큐뮬레이터를 통해 흐르는 전류의 측정값을 수집하고; 수집된 전류의 측정값의 함수로써, 상기 브랜치 세트 중 적어도 하나의 다른 브랜치에 대한, 상기 브랜치 세트 중 하나의 브랜치의 하나 이상의 전류 변화를 식별하며; 상기 브랜치의 충전 상태 레벨을 결정하고; 상기 식별된 하나 이상의 전류 변화 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이러한 특징들 및 장점들은 순전히 예시로서 제공되며, 첨부된 도면을 참고로 하여, 다음의 설명을 읽을 때 분명히 명백해질 것이다.
-도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리 시스템의 도면을 나타낸다.
-도 2는 본 발명의 일 구현예에서 배터리의 어큐뮬레이터의 전압의 변화를 어큐뮬레이터의 충전 상태의 함수로써 나타내는 그래프이다.
-도 3은 본 발명의 일 구현예에서 방법의 단계들의 흐름도이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리(10) 시스템의 도면이다.

배터리(10) 시스템은 브랜치(예:B1, B2, ... ,BN)라고도 불리는 N개의 팩(N packs)을 포함하는 배터리를 포함하고, 병렬로 배열된다.

N은 2 이상의 정수이다.

배터리의 양극 단자와 음극 단자 사이의 전압은 각 브랜치의 단자에서의 전압과 동일하다.

각 브랜치는 직렬로 연결된 어큐뮬레이터(11)을 포함한다.

예를 들어, 하나의 브랜치에 있는 어큐뮬레이터의 수는 M과 같고, M은 2 이상의 정수이다.

공지된 바와 같이, 어큐뮬레이터는 에너지를 저장하기에 적합한 기본 에너지 블록(basic energy block)이다.

상기 배터리(10) 시스템은 과충전 모니터링 장치(1)을 포함한다.

일 구현예에서, 상기 배터리(10)은 리튬-이온 타입 배터리이고, 어큐뮬레이터는 LFP(Lithium Iron Phosphate(리튬 철 인산염))기술에 기초한다.

상기 배터리(10)은 예컨대 잠수함을 위한 동력 공급을 보장하기 위한 것일 수 있다.

본 구현예에서, 배터리(10) 시스템은 2₁, 2_i, ..., 2_N으로 표시된, 어큐뮬레이터의 전압을 제어하기 위한 제어 장치를 추가적으로 포함한다.

어큐뮬레이터의 전압을 제어하기 위한 각각의 제어 장치 2_i는, 각각의 브랜치 Bi와 관련되어 있고, 상기 브랜치 Bi(i = 1 내지 N)의 각 어큐뮬레이터(11)의 단자에서 전압을 측정하고 제어하도록 구성된다.

예를 들어, 어큐뮬레이터의 전압을 제어하는 제어 장치 2_i는 브랜치 Bi에 직렬로 배열된 어큐뮬레이터의 단자에서 동작 전압의 밸런싱(balancing)을 수행하여, 브랜치 Bi의 모든 어큐뮬레이터가 동기 하여(synchronous manner) 충전을 마칠 수 있게 하기에 적합하다. 사실, 충전하는 동안 모든 어큐뮬레이터는 그의 고유한 특성의 차이로 인해 동일한 속도로 충전되지 않는다. 따라서, 어큐뮬레이터의 전압을 제어하는 제어 장치 2_i는, 가장 많이 충전된 브랜치 Bi의 어큐뮬레이터를 방전시켜서, 적극적으로 브랜치 Bi의 어큐뮬레이터들에 대한 충전이 균형있게 되도록 한다.

또한, 어큐뮬레이터의 전압을 제어하는 제어 장치 2_i는 브랜치 Bi의 어큐뮬레이터의 전압이 어큐뮬레이터의 상한 전압에 도달하면, 어큐뮬레이터의 브랜치 Bi의 충전이 멈추도록 작동시키는데(다른 구현예들에서는, 어큐뮬레이터의 충전 중 단지 하나만을 정지시키도록 작동시킨다), 예를 들어, 스위치(도시되지 않음)의 구동 방식에 의한다.

배터리(10) 시스템은, 또한 전류 센서 CC1, CC2, ..., CCN을 포함한다.

전류 센서 CCi는 배터리(10) 시스템의 브랜치 Bi(i = 1 내지 N)에 흐르는 전류를 규칙적으로 측정하도록 조절된다.

도 2는 어큐뮬레이터의 충전 상태 E_ch의 함수로서, 어큐뮬레이터(11)의 전압 V의 변화 곡선을 나타낸다.

충전 상태는 공칭 작동 전압 V2에 대응하는 배터리에 저장될 수 있는 최대량에 대한 저장된 에너지의 양을 나타낸다(100% 충전 상태는 안전하지 않은 작동 영역에 진입할 위험이 있으므로 이를 초과하지 않도록 제조자에 의해 설정된, 어큐뮬레이터의 최대 충전 전압에 도달했음을 나타낸다). 물리적으로, 이 최대 전압에 도달하면, LFP의 경우, 이는 리튬 이온 삽입 장소가 모두 채워졌음을 의미한다. 이 레벨을 초과하면 어큐뮬레이터와 그 전극이 손상되기 시작한다.

어큐뮬레이터의 충전 상태는, 예를 들어 백분율로 표시된다.

배터리에 의해 저장되거나 저장 가능한 에너지의 양은, 예를 들어 와트-시(Watt-hour,Wh) 단위로 측정되고, 이는 예를 들어 암페어-시간(ampere-hour,Ah)단위로 측정되는 배터리 용량에 해당한다.

V1은 어큐뮬레이터의 최소 작동 전압 값을 나타내고, V2는 어큐뮬레이터의 최대 전압 값을 나타내며, V3은 과충전시의 어큐뮬레이터의 포화 전압 값을 나타낸다.

LFP기술을 기반으로 하는 리튬 이온 어큐뮬레이터의 경우, 일반적으로 V1 = 2.5V, V2 = 3.6V 및 V3 = 5V이다.

도 2에 나타낸 곡선은 충전 상태의 함수로서, 전압 기울기가 매우 낮은 구역인 전압 안정기(plateau)를 보이고, 그 후 전압은 최대 충전 전압 V2에 도달하기 전 마지막 5 퍼센트(percentage)에 걸쳐 가파른 방식으로 상승한다.

충전이 그 지점을 넘어서 계속되면, 어큐뮬레이터는 상한 전압 V3에서 포화에 도달하게 되고, 그 전압은 "배출"을 시작하기 전에 긴 시간 동안, 충전속도에 따라, 더 높게 또는 더 낮게 유지될 수 있다. 충전속도가 느릴수록, "배출"현상이 일어나기 전에 과충전된 어큐뮬레이터에 의해 소요되는 시간은 길어진다.

브랜치 Bi와 직렬로 연결되어 있는 어큐뮬레이터(11)에 과충전이 있다고 하기 위해서는, 이 어큐뮬레이터(11)이 다음 조건하에 있는 것이 발견되어야 한다　:

-전압 V3에서 포화된다　; 및

-충전 전류가 계속하여 흐른다. 즉, 이 어큐뮬레이터와 직렬로 배열된 다른 어큐뮬레이터가, 팩들의 병렬 배열로 인해 다른 브랜치의 어큐뮬레이터의 전압보다 낮은 전압을 나타낸다.

브랜치 Bi의 어큐뮬레이터(11)이 과충전인 경우, 이는 어큐뮬레이터(11)의 브랜치 Bi내의 어큐뮬레이터의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치 2_i가 적절하게 기능하지 않았고, 밸런싱을 수행하지 않았거나, 또는 어큐뮬레이터의 전압이 상한 전압 V3에 도달했을 때 충전이 정지되도록 작동되지 않았다는 것을 의미한다는 것에 주목해야 한다.

본 발명의 일 구현예에서, 어큐뮬레이터의 공간(V, Ech)은 구별되는 구역들로 세분된다.

각 구역은 충전 단계에 해당한다.

상기 충전 단계는, 충전 상태 값의 하나 이상의 범위에 의해 각각 정의된다.

이 경우, 3개의 구역 I, II 및 III이 고려되며, 도 2에서 쉽게 참고 할 수 있도록 구별했다.

-[0, Ech₁]사이에 포함된 어큐뮬레이터의 충전 상태와 관련된 구역 I은 충전 시작에 해당한다.

-[Ech₁, Ech₃]사이에 포함된 어큐뮬레이터의 충전 상태와 관련된 구역 II는 충전 종료에 해당한다.

-Ech₃보다 큰 어큐뮬레이터의 충전 상태와 관련된 구역 III은 과전압에 해당하고, 따라서 결국 시간이 지남에 따라 과충전에 해당하게 된다; 도 2에서, 어큐뮬레이터의 전압에 의해 포화 전압 V3에 도달한 것에 해당하는 과충전 구역은 빗금으로 표시된다.

LFP기술에 기초한 리튬-이온 어큐뮬레이터의 경우, Ech₁ = 90%, Ech₃ = 100% 이다.

일 구현예에서, 배터리의 각 브랜치의 충전 상태도 고려되며, 어큐뮬레이터에 관하여 상술된 것과 유사하게, 배터리의 브랜치의 충전 단계는 하나 이상의 충전 상태 값의 하나 이상의 범위에 의해 각각 정의된다.

일 구현예에서, 3개의 구역 ZI, ZII 및 ZIII 가 고려된다.

-[0, Ech₁]사이에 포함된 브랜치의 충전 상태와 관련된 구역 ZI 는 충전 시작에 해당한다;

-[Ech₁, Ech₃]사이에 포함된 브랜치의 충전 상태와 관련된 구역 ZII 는 충전 종료에 해당한다;

-브랜치의 충전 상태와 관련된 구역 ZIII 은 Ech₃ 보다 크고, 과전압에 해당하며, 따라서 결국 시간이 지남에 따라 과충전된다.

고려되는 일 구현예에서, 과충전 모니터링 장치(1)은, 도 3을 참조하여 이하에서 설명되는 단계들의 전체 세트(100)를 동작 가능하게 구현할 수 있도록 구성된다.

일 구현예에서, 과충전 모니터링 장치(1)는 메모리 저장 유닛(memory storage unit) 및 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함한다. 상기 메모리 저장 유닛은, 과충전 모니터링 장치(1)의 마이크로프로세서에 의해 실행될 때 실질적으로 단계들의 전체 세트(100)를 수행하는 소프트웨어 명령을 저장한다.

단계들의 전체 세트(100)는 예를 들어, 배터리가 충전되는 동안, 각 반복 시점(iteration time instant) T_n = T₀ + n/F0 에, 과충전 모니터링 장치(1)에 의해 반복되며 여기서 T₀는 배터리 충전 시작의 시점이다.

단계(101)에서, 과충전 모니터링 장치(1)는 각 브랜치 Bi의 전류 센서 CCi(i = 1 내지 N)에 의해 수행되는 실시간 측정값들을 수집할 수 있도록 구성되고, 또한 추가적으로, 과충전 모니터링 장치(1)는 배터리 또는 각 브랜치 Bi의 충전 전류 상태를 결정할 수 있도록 구성된다.

단계(102)에서, 과충전 모니터링 장치(1)는, 단계(101) 에서 수집된 전류 측정값의 함수로써, 적어도 하나의 다른 브랜치에 대한 하나의 브랜치에서의 전류의 변화를 식별할 수 있도록 구성되며, 또한, 상기 식별된 전류 변화와 (배터리 또는 각 브랜치 Bi의)결정된 충전 상태 레벨의 함수로써, 브랜치 Bi의 어큐뮬레이터의 과충전 유무를 감지할 수 있도록 구성된다.

단계(103)에서, 브랜치 Bi₀가 단계(102)에서 과충전된 것으로 감지된 경우에, 과충전 모니터링 장치(1)는 브랜치 Bi₀에서의 충전 정지를 작동하도록 구성된다. 상기 브랜치 Bi₀에서의 충전 정지는, 예를 들어 경보를 발하거나 또는 배터리의 충전 전압을 가하기 위한 전압 인가 단자로부터 브랜치 Bi₀를 분리시키는 스위치(도시되지 않음)를 구동시킴으로써 작동된다.

일 구현예에서, 어큐뮬레이터들은 동일하고 알고 있는 충전 상태에 있도록 하는 방식으로 충전되기 전에 밸런싱이 이루어지고, 충전 상태의 평가는 전류 센서에 의해 수행된다. 예를 들어, 예비 단계에서, 배터리의 재충전 전에, 배터리의 어큐뮬레이터(11)는 어큐뮬레이터의 전압을 제어하는 전압 제어 장치(2_i)에 의해, 고정된 공통의 낮은 방전 레벨(예를 들어, 전압 레벨 V1에 해당)로 밸런싱 된다. 따라서, 일 구현예에서, 과충전 모니터링 장치(1)는, 시간 T₀ 이후로 수집된 전류 측정값에 기초하여, 배터리에 저장된 암페어 총량을 세어서 계산한 배터리의 충전 상태와 동일한 것으로 하여 단계(101)에서의 충전 전류 상태를 결정하도록 구성된다.

이러한 방법에 의하면 실제로 존재하지 않는 과충전을 감지할 위험을 줄일 수 있다.

일 구현예에서, 반복 시점 T_n 에서, 단계(102)에서는 과충전 모니터링 장치(1)에 의해 다음 동작들이 수행된다.

브랜치들 사이의 전류 분포의 차이를 확인하기 위해, 과충전 모니터링 장치(1)는 N개의 브랜치에서 현재 측정된 전류의 총합을 브랜치의 개수 N으로 나눈 값과 동일한 값인, 기준 전류값 I_{ref _ n} 을 계산한다.

그 후, 과충전 모니터링 장치(1)는, 단계(100)에서 현재 수집된 브랜치 Bi에서의 전류 측정값 I_{Bi _n}, 및 기준 전류값 I_{ref _ n}(i = 1 내지 N)간의 차이 ΔI_{Bi _ n} 을 계산한다. 즉

I_{ref _n} = (∑_{i=1 a' N} I_{Bi _n})/N;

ΔI_{Bi _n} = I_{ref _n}-I_{Bi _n}

이다.

그 다음, 과충전 모니터링 장치(1)는 i = 1 내지 N에 대해 다음 조건들 cond(I) 및 cond(II)를 시험하고, 브랜치에서 어큐뮬레이터의 과충전의 유무를 감지하게 된다:

-cond(I): 반복 시점 T_n 에서, 단계(101)에서 결정된 충전 상태가 ZI 와 같고, ΔI_{Bi _n} > Δ_threshold이면, 브랜치 Bi에는 과충전된 어큐뮬레이터 11가 존재한다.

-cond(II) : 구역 ZII 에서 충전하는 동안 레벨이 문턱값 Δ_threshold 을 초과하였다가 이후 문턱값 -Δ_threshold이하로 떨어지면, 브랜치 Bi에 과충전된 어큐뮬레이터(11)가 존재하는 것이다; 조건 cond(II)의 구현은 예를 들어 다음과 같다: 반복 시점 T_n 의 단계(101)에서 결정된 충전 상태가 ZII 와 같고, ΔI_{Bi _n} < -Δ_threshold 이며, 이전 시점(previous time instant), 예를 들어 T_m(T_m<T_n) 에서 구역 ZII 에서 충전하고 있었고 또 ΔI_{Bi _m} > Δ_threshold를 만족하고 있었다면, 브랜치 Bi에 과충전된 어큐뮬레이터(11)가 존재하는 것이다.

문턱값 Δ_threshold은 실험적으로 고정된 양의 값이다.

어떤 실시예에서, 문턱값 Δ_{threshold 　 1} 을 이용하여 cond(I)을 시험하고, 이와 다른 별도의 문턱값 Δ_{threshold 　2} 을 이용하여 이 문턱값 Δ_{threshold 　2} 및 그것의 반대값 -Δ_{threshold　2} 의 초과(cond(II))를 시험할 수 있다. 일 실시예에서, 서로 다른 별개의 양의 문턱값 Δ_{threshold 　2_1} 과 음의 문턱값 -Δ_{threshold 　2_2} 을 채용할 수 있고, 이들 값에 대한 연속적인 초과가 cond(II)에 의해 검출된다.

각각의 i(i=1내지 n)에 대한 이들 조건 cond(I) 및 cond(II)의 시험이 과충전 모니터링 장치(1)에 의한 과충전 감지로 이어지지 않는다면, 이는 시간 순간 T_n 에서 배터리 내의 과충전이 존재하지 않음을 확인하는 결론을 형성한다.

다음의 사례 내용을 고려한다　:

사례 A : 브랜치 Bi₀에 있는 어큐뮬레이터(11)가 구역 ZI 에서 과충전 상태에 들어간다.

이 경우 과충전된(예 : 1.5V 이상) 어큐뮬레이터(11)에 의해 브랜치 Bi₀의 레벨에서 과전압이 발생되고, 이는 다른 브랜치들에게, 브랜치 Bi₀가 다른 브랜치들의 것보다 특정 백분율만큼 더 큰 충전 상태를 갖는다는 착각를 일으킨다. 자연스럽게, 브랜치 Bi₀의 전류는 감소할 것이고, 다른 브랜치들은 이 브랜치 Bi₀에서의 전류 감소와 동등한 추가 전류를 그들 간에 분배하게 된다. 따라서, 다른 브랜치들이 브랜치 Bi₀에 대한 "지연(lag)"을 보완한다.

사례 B : 브랜치 Bi₀의 어큐뮬레이터(11)이 구역 ZII 에서 과충전 상태에 들어간다. 그러면, 브랜치 Bi₀는 그것의 충전에서의 지연을 추정하는데, 그 이유는 결함이 있는 어큐뮬레이터의 과전압으로 인해, 단자에서의 전압 증가가 브랜치 충전 상태에서의 실제 증가와 상응하지 않기 때문이다. 일단 이 어큐뮬레이터의 전압이 포화 전압에 도달하면, 브랜치 Bi₀는 전류의 증가를 수용하여, 충전 상태의 누적 지연을 만회하도록 해야 한다.

사례 C : 구역 ZIII 에서, 다른 브랜치들이 브랜치 Bi₀에 최대 전압을 부과하므로, 브랜치 Bi₀의 어큐뮬레이터들은, 어큐뮬레이터의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치 2i₀ 가 적절하게 기능하지 못하면, 어큐뮬레이터가 5V에서 포화될 수 있는 전압 이상으로 올라가지 못하도록, 충분히 높은 전압을 갖는다.

따라서, 충전 상태가 ZI 인 경우, 문턱값 Δ_threshold 을 ΔI_{Bi0 _n} 만큼 초과하는 것은, 사례 A에서 설명된 바와 같이, 브랜치 Bi₀에서 과충전되는 어큐뮬레이터가 존재하는 것의 특징이다.

충전 상태가 ZII 이고, 브랜치 Bi₀ 에서의 전류 측정값과 기준 전류 I_{ref _ n}사이의 차이가 먼저 Δ_threshold와 동일한 제1 문턱값보다 커지고, 그 후 제2 문턱값 -Δ_threshold보다는 작아지는 경우, 이는 어큐뮬레이터가 제대로 밸런싱이 이루어지지 않았고, 과충전되고 있음을 의미한다.

제1 문턱값을 초과한 후, 제2 문턱값을 초과하면, 적어도 하나 이상의 어큐뮬레이터의 전압 관리에 오작동이 있다고 결정할 수 있다. 만약 과충전을 감지할 때, 제1 문턱값을 초과하는 것을 고려하지 않는다면, 브랜치 Bi₀가 다른 브랜치들보다 전반적으로 낮다면, 과충전은 잘못 보고되었을 수 있고, 브랜치 Bi₀에 어큐뮬레이터의 과충전이 있음을 나타내지 않을 것이다.

배터리가 다른 브랜치보다 낮은 용량을 갖는 하나의 브랜치를 포함하는 경우에, 구역 ZII 에서 사실상 Δ_threshold을 초과할 것이지만, 후속하여 -Δ_threshold을 초과하지는 않을 것이며, 따라서 본 발명은 이러한 경우 과충전의 잘못된 감지를 방지할 것이다.

상술한 일 구현예에서, 하나의 브랜치 Bi에서의 전류 변화에 대하여 시험될 조건은, 브랜치 Bi에서의 전류의 측정값 및 다른 브랜치를 흐르는 전류의 평균값과 동일한 기준 전류값 간의 차이를 계산하는 것을 포함한 다음, 이 차이와 문턱값을비교하는 것을 포함한다. 다른 구현예에서, 하나의 브랜치 Bi에서의 전류 변화에 대해 시험될 조건은 상이한 형태를 취하는데, 예를 들어 기준 전류는 또다른 브랜치에 흐르는 전류와 동일하도록 선택된다.

따라서, 본 발명은 배터리 내의 과충전과 관련된 문제 특히, 배터리의 어큐뮬레이터의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 장치의 오작동을 감지하고 바로잡기 위한 해결책을 제공한다. 따라서, 일 구현예에서, 본 발명은 전류의 측정에만 기초하여, 그리고 어큐뮬레이터의 전압의 측정과 독립적으로, 과충전의 감지를 수행하는 것을 가능하게 한다.

Claims (15)

1. 병렬 연결된 한 세트의 브랜치(branch)(B1,...,BN)를 포함하는 배터리(10)의 어큐뮬레이터(accumulator)(11)의 과충전을 감지하는 과충전 감지 방법으로서,
   각 브랜치는 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 포함하고,
   상기 과충전 감지 방법은, 과충전 감지 장치(1)에 의해 수행되며,
   -(i) 상기 배터리의 한 세트의 브랜치의 모든 브랜치를 통해 흐르는 전류의 측정값을 수집하는 단계;
   -(ii) 수집된 전류의 측정값을 고려하여 상기 한 세트의 브랜치 중 적어도 하나의 다른 브랜치와 비교해서 상기 한 세트의 브랜치 중 하나의 브랜치의 전류 변화를 식별하는 단계;
   -(iii) 전류 변화가 식별된 브랜치의 충전 상태 레벨(level)을 결정하는 단계; 및
   -(iv) 식별된 하나 이상의 전류 변화 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하는 단계
   를 포함하는 과충전 감지 방법.
2. 제1항에 있어서,
   과충전의 감지는, 상기 식별된 전류 변화에 대한 하나 이상의 조건을 시험하는 것을 포함하며, 상기 식별된 전류 변화에 대해 시험될 상기 조건은 상기 결정된 충전 상태 레벨(level)의 함수인, 과충전 감지 방법.
3. 제1항에 있어서,
   -상기 브랜치(B1, ..., BN)에서 측정된 전류, 및 다른 브랜치에서 측정된 하나 이상의 전류의 함수로써 결정된 기준 전류 간의 차이가 계산되고;
   -상기 차이는 문턱값(threshold value)과 비교되고;
   -상기 비교 결과 및 상기 결정된 충전 상태 레벨에 기초하여, 상기 브랜치 내의 어큐뮬레이터의 과충전이 감지되는, 과충전 감지 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 브랜치(B1, ..., BN)에서 제1 시점(first time instant)에 제1 전류 변화 문턱값의 함수로써 제1 전류 변화가 식별되고, 상기 브랜치에서 제2 시점(second time instant)에, 제1 전류 변화 문턱값과 다른 제2 전류 변화 문턱값의 함수로써 제2 전류 변화가 식별되며, 상기 브랜치의 어큐뮬레이터의 과충전은 제1 전류 변화, 제2 전류 변화, 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써 감지되는, 과충전 감지 방법.
5. 제1항에 있어서,
   적어도 충전 상태 레벨의 제1 범위(ZI) 및 상기 제1 범위 이후의 제2 충전 상태 레벨의 제2 범위(ZII)가 구별되고,
   브랜치의 충전 상태 레벨이 제2 범위에 있다고 결정된 경우, 상기 브랜치에서의 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 먼저 초과하고, 이어서 제2 문턱값을 초과하면, 상기 브랜치 내의 어큐뮬레이터에 과충전이 있는 것으로 감지되고, 상기 제1 및 제2 문턱값이 반대 부호를 가지는, 과충전 감지 방법.
6. 제5항에 있어서,
   제1 문턱값은 상기 제2 문턱값의 반대 부호의 값과 동일한, 과충전 감지 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   충전 상태 레벨이 제1 범위에 있는 것으로 결정된 경우, 상기 브랜치에서 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 초과하자마자, 상기 브랜치(B1, ... , BN)의 어큐뮬레이터(11)에 과충전이 있는 것으로 감지되는, 과충전 감지 방법.
8. 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 각각 포함하는 병렬 연결된 한 세트의 브랜치(B1,...,BN)를 포함하는 배터리의 어큐뮬레이터(11)의 과충전 감지를 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서,
   상기 컴퓨터 프로그램은 연산 수단 상에서 실행될 때 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 동작 가능하도록 실행하는 소프트웨어 명령(software instructions)을 포함하는, 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
9. 병렬 연결된 한 세트의 브랜치(B1,...,BN)를 포함하는 배터리(10)의 어큐뮬레이터(11)의 과충전 감지를 위한 과충전 감지 장치(1)로서,
   각 브랜치는 직렬로 배열된 어큐뮬레이터를 포함하고,
   상기 장치는
   상기 배터리의 한 세트의 브랜치의 모든 브랜치를 통해 흐르는 전류의 측정값을 수집하고;
   수집된 전류의 측정값을 고려하여 상기 한 세트의 브랜치 중 적어도 하나의 다른 브랜치와 비교해서 상기 한 세트의 브랜치 중 하나의 브랜치의 전류 변화를 식별하며;
   전류 변화가 식별된 브랜치의 충전 상태 레벨을 결정하고;
   식별된 하나 이상의 상기 전류 변화 및 결정된 충전 상태 레벨의 함수로써 상기 브랜치에서의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하도록 구성된, 과충전 감지 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 장치는, 식별된 전류 변화에 대한 하나 이상의 조건을 시험함으로써, 적어도 상기 과충전을 감지하도록 구성되고,
    식별된 전류 변화에 대해 시험될 상기 조건은 상기 결정된 충전 상태 레벨의 함수인, 과충전 감지 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 브랜치에서 측정된 전류, 및 적어도 다른 브랜치에서 측정된 전류의 함수로써 결정된 기준 전류 간의 차이를 계산하고,
    상기 차이를 문턱값과 비교하며,
    상기 비교 결과 및 결정된 상기 충전 상태 레벨에 기초하여, 상기 브랜치(B1,...,BN)의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하도록 구성된, 과충전 감지 장치.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 브랜치에서, 제1 시점에, 제1 전류 변화 문턱값의 함수로써, 제1 전류 변화를 식별하고,
    상기 브랜치에서, 제2 시점에, 제1 전류 변화 문턱값과 다른 제2 전류 변화 문턱값의 함수로써, 제2 전류 변화를 식별하며,
    상기 제1 전류 변화, 상기 제2 전류 변화, 및 결정된 상기 충전 상태 레벨의 함수로써 상기 브랜치(B1,...,BN)의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하도록 구성된, 과충전 감지 장치.
13. 제9항에 있어서,
    충전 상태 레벨의 제 1범위(ZI), 및 상기 제1 범위에 후속하는, 브랜치의 충전 상태 레벨의 제2 범위(ZII)가 정의되고,
    상기 장치는,
    브랜치의 충전 상태 레벨이 제2 범위에 있다고 결정된 경우, 상기 브랜치에서의 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 먼저 초과하고, 이어서 제2 문턱값을 초과하면, 상기 브랜치 내의 어큐뮬레이터에 과충전이 있는 것으로 감지하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 문턱값은 서로 반대 부호를 가지는, 과충전 감지 장치.
14. 제13항에 있어서,
    제1 문턱값은 제2 문턱값의 반대 부호의 값과 같은, 과충전 감지 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 장치는,
    충전 상태 레벨이 제1 범위 내에 있는 경우, 상기 브랜치에서 식별된 전류 변화가 제1 문턱값을 초과하자마자, 상기 브랜치(B1,...,BN)에서의 어큐뮬레이터(11)에 과충전이 있는 것으로 감지하도록 구성된, 과충전 감지 장치.

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