KR102556993B1

KR102556993B1 - 배터리 셀의 내부 단락 진단 방법, 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템

Info

Publication number: KR102556993B1
Application number: KR1020200123114A
Authority: KR
Inventors: 전창윤; 타카오 히다카; 정지원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2023-07-17
Also published as: KR20220040190A

Abstract

본 개시는 내부 단락 진단 방법, 그리고 이를 수행하는 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템에 관한 것이다. 상기 내부 단락 진단 장치는, 서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈에 대해 SOC(state of charge)와 관련된 상태값들을 측정하는 측정부, 그리고 상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하며, 상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하고, 상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응한다.

Description

배터리 셀의 내부 단락 진단 방법, 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템{METHOD FOR DIAGNOSING INTERNAL SHORT CIRCUIT OF BATTERY CELL, INTERNAL SHORT CIRCUIT DIAGNOSTIC DEVICE AND BATTERY SYSTEM}

본 발명의 실시 예들은 배터리 셀의 내부 단락 진단 방법, 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템에 관한 것이다.

이차 배터리(secondary battery)는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서, 화학 물질의 전기 에너지로의 비가역적 변환만을 제공하는 일차 배터리(primary battery)와 상이하다. 저용량의 이차 배터리는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원 장치로서 사용되고, 고용량의 이차 배터리는 하이브리드 자동차 등의 전원 장치로서 사용된다.

일반적으로, 이차 배터리 셀은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 그리고 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극, 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 배터리 셀의 충방전을 가능하게 하기 위해, 케이스로 전해액이 주입된다. 원통형 또는 직사각형과 같은 케이스의 형상은 배터리 셀의 용도에 따라 다르다.

배터리 셀 내부의 양극과 음극이 단락되는 내부 단락(internal short circuit)은 배터리 셀을 과열시켜 열폭주, 화재 등 배터리 시스템의 안전문제를 일으키는 원인들 중 하나이다. 따라서, 배터리 셀의 내부 단락 발생을 검출하여 열폭주 등 안전문제를 사전에 예방하기 위한 다양한 기술들이 개발되었다.

그러나, 현 내부 단락 진단 기술들은 다양한 문제들로 인해 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

일 예로, 내부 단락을 검출하기 위해 동일한 배터리 모듈 내 다른 셀을 기준 셀로 사용하는 경우, 셀 밸런싱의 영향으로 내부 단락 진단 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 다른 예로, 대용량 배터리 셀의 경우, 소용량 배터리 셀에 비해 유사 내부 단락 저항의 발생 시 검출이 상대적으로 어려우며, 특히 단락 전류가 낮으면 즉, 내부 단락 저항값이 높으면 내부 단락이 검출되기까지 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, 내부 단락 진단 성능의 정확도를 향상시킨 내부 단락 진단 방법, 그리고 이를 수행하는 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 단락 진단 장치는, 서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈에 대해 SOC(state of charge)와 관련된 상태값들을 측정하는 측정부, 그리고 상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하며, 상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하고, 상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 제어부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 각 셀의 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하고, 산출된 상기 차이값을 이용해 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단할 수 있다.

상기 SOC 기준값은, 상기 복수의 셀의 상기 보정된 SOC들의 평균값일 수 있다.

상기 SOC 기준값은, 상기 복수의 셀 중 어느 하나의 셀의 상기 보정된 SOC일 수도있다.

상기 제어부는, 상기 SOC 기준값을 복수 개 사용하여 상기 차이값을 산출하며, 상기 차이값의 산출에 사용되는 복수의 SOC 기준값은 각각, 서로 다른 셀의 상기 보정된 SOC에 대응할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 셀 중 상기 차이값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정할 수 있다.

상기 제어부는, 서로 다른 복수의 시점에서 상기 각 셀에 대해 상기 차이값을 산출하고, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀의 카운터를 증가시키며, 상기 카운터의 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정할 수도 있다. 여기서, 상기 제어부는, 설정된 시간이 경과하면 상기 각 셀의 상기 카운터를 리셋할 수 있다. 상기 이전 시점은 상기 복수의 시점 중 상기 현재 시점에 가장 인접한 시점일 수 있다. 상기 이전 시점은 상기 복수의 시점 중 첫 번째 시점일 수도 있다.

상기 제어부는, 서로 다른 복수의 시점에서 상기 각 셀에 대해 상기 차이값을 산출하고, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값보다 증가한 셀에 대해 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산하고, 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산한 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정할 수도 있다.

상기 제어부는, 상기 차이값에 기초해 상기 각 셀의 내부 단락 발생을 검출하는 복수의 태스크를 서로 다른 주기로 동작시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은, 서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈, 그리고 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 내부 단락 진단 장치를 포함하는 배터리 관리시스템을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 서로 직렬 연결되는 복수의 셀로 구성된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 내부 단락 진단 방법은, 상기 배터리 모듈에 대해 SOC와 관련된 상태값들을 획득하는 단계, 상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하는 단계, 상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하는 단계, 그리고 상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응할 수 있다.

상기 진단하는 단계는, 상기 각 셀에 대해 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하는 단계, 그리고 산출된 상기 차이값을 이용해 상기 복수의 셀 중 내부 단락이 발생한 셀을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 내부 단락 진단 방법은, 상기 복수의 셀의 상기 보정된 SOC들의 평균값을 상기 SOC 기준값으로 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 내부 단락 진단 방법은, 상기 복수의 셀 중 어느 하나의 셀의 상기 보정된 SOC를 상기 SOC 기준값으로 획득하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기 차이값을 산출하는 단계는, 상기 SOC 기준값을 복수 개 사용하여 상기 차이값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 차이값의 산출에 사용되는 복수의 SOC 기준값은 각각, 서로 다른 셀의 상기 보정된 SOC에 대응할 수 있다.

상기 검출하는 단계는, 상기 복수의 셀 중 상기 차이값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 검출하는 단계는, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀의 카운터를 증가시키는 단계, 그리고 상기 카운터 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 내부 단락 진단 방법은, 설정된 시간이 경과하면 상기 각 셀의 상기 카운터를 리셋하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

상기 검출하는 단계는, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀에 대해, 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산하는 단계, 그리고 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산한 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 내부 단락 진단 성능을 향상시키고 내부 단락을 검출하기까지의 소요 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈을 구성하는 셀의 등가회로이다.
도 3은 도 1의 셀 밸런싱부를 구성하는 셀 밸런싱 회로의 일 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다.
도 5 및 도 6은 내부 단락 진단을 위한 SOC 기준값을 설정하는 예들을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다.
도 8은 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값이 변화하는 일 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법에서 서로 다른 복수의 내부 단락 진단 주기를 사용하는 일 예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.

따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자들, 층들, 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.

본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 다음의 본 발명의 실시 예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 수 있다.

"제1" 및 "제2"의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되지만, 이들 구성요소들은 이 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 내부 단락 진단 방법, 그리고 이를 수행하는 내부 단락 진단 장치 및 배터리 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 배터리 시스템(1)은 배터리 모듈(10), 및 내부 단락 진단 장치(20)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(1)은 배터리 모듈(10), 및 내부 단락 진단 장치(20)를 포함할 수 있다.

배터리 모듈(10)은 서로 직렬 연결되는 복수의 이차 배터리 셀(secondary battery cell)(이하, '셀'이라 명명하여 사용함)을 포함할 수 있다.

배터리 모듈(10)은 외부의 충전 장치(미도시)또는 부하와 연결되며, 충전 장치에 의해 충전되거나 부하에 의해 방전될 수 있다.

도 2는 도 1의 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀의 등가회로이다.

도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)은, 내부 저항(R_C)을 포함할 수 있고, 내부 저항(R_C)은 수 mΩ에서 수백 mΩ의 저항값을 가질 수 있다. 셀(100) 내부에서 양극 및 음극 간의 단락, 양극 집전체(current collector)와 음극 간의 단락 등으로 인해 내부 단락이 발생하면 셀(100) 내부의 스위치(S)가 도통되는 것과 동일한 효과가 발생한다. 셀(100)의 내부 단락 발생으로 스위치(S)가 도통되면, 단락 저항(R_S)에 단락 전류(I_short)가 흐르게 되어 셀(100)이 방전된다. 이때, 단락 저항(R_S)은 수 mΩ에서 수 kΩ까지 넓은 범위의 저항값을 가질 수 있다.

다시, 도 1을 보면, 본 발명의 실시 예에 따른 내부 단락 진단 장치(20)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)의 내부 단락을 검출할 수 있다. 이를 위해, 내부 단락 진단 장치(20)는 측정부(21), 셀 밸런싱부(22), 및 제어부(23)를 포함할 수 있다.

측정부(21)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(100)들의 전압, 배터리 모듈(10)과 외부 장치 사이에 흐르는 충전/방전 전류, 배터리 모듈(10)의 온도 등 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)의 충전 상태(State of Charge, SOC)를 산출하기 위해 필요한 상태값들을 측정할 수 있다.

셀 밸런싱부(22)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(100)들의 셀 밸런싱 기능을 수행하며, 서로 직렬 연결되는 복수의 셀(100) 각각에 연결되는 셀 밸런싱 회로들을 포함할 수 있다.

도 3은 도 1의 셀 밸런싱부(22)를 구성하는 셀 밸런싱 회로의 일 예를 도시한다.

도 3을 참조하면, 셀 밸런싱 회로는 밸런싱 저항(R_B), 및 밸런싱 스위치(S_B)를 포함할 수 있다.

밸런싱 스위치(S_B)는 대응하는 밸런싱 저항(R_B)을 통해 대응하는 셀(100)의 양단 사이에 연결된다. 밸런싱 스위치(S_B)는 후술하는 제어부(23)의 제어에 따라 대응하는 셀(100)의 밸런싱 전류 흐름을 도통하거나 차단시킨다. 밸런싱 스위치(S_B)가 턴 온 되면, 대응하는 밸런싱 저항(R_B)을 통해 밸런싱 전류가 흐르고, 이에 따라 대응하는 셀(100)의 방전이 진행된다. 반면에, 밸런싱 스위치(S_B)가 턴 오프 되면, 대응하는 셀(100)의 밸런싱 전류 흐름이 차단된다.

제어부(23)는 측정부(21)로부터 측정된 상태값들을 수신하고, 이를 토대로 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(100)들의 SOC를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(23)는 셀(100)들 간의 SOC 차이가 소정 수준 이상이면, 셀(100)들 간의 충전 용량 편차를 해소하는 셀 밸런싱을 개시한다. 즉, 제어부(23)는 측정부(21)로부터 수신된 상태값들에 기초하여 밸런싱이 필요한 셀(100)들을 식별하고, 밸런싱이 필요한 셀(100)들에 대해서는 셀 밸런싱 회로에 의해 방전이 진행되도록, 대응하는 밸런싱 스위치(S_B)를 턴 온시킬 수 있다.

또한, 제어부(23)는 각 셀(100)의 SOC 및 밸런싱 량에 기초하여 내부 단락이 발생한 셀을 검출할 수 있다. 셀 밸런싱 기능은 셀(100)들 간에 SOC가 균등해지는 방향으로 동작하므로, 각 셀(100)의 SOC에 기초하여 내부 단락을 검출하는 경우 셀 밸런싱으로 인해 내부 단락을 정확히 검출하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 제어부(23)는 각 셀(100)의 셀 밸런싱 량에 기초하여 각 셀(100)의 SOC를 보정하고, 보정된 SOC를 사용하여 각 셀(100)에서의 내부 단락 발생을 검출할 수 있다. 제어부(23)에서 내부 단락이 발생한 셀(100)을 검출하는 구체적인 방법에 대해서는 후술하는 내부 단락 진단 방법의 실시 예들에서 상세히 설명하기로 한다.

위에서 설명한 배터리 시스템(1)에서 제어부(23)는 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)의 일부일 수 있으며, 이러한 BMS는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서일 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 시스템의 내부 단락 진단 방법에 대해 상세히 설명한다. 후술하는 실시 예들에 따른 내부 단락 진단 방법들은 도 1을 참조하여 설명한 배터리 시스템(1)의 내부 단락 진단 장치(20)에 의해 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다. 또한, 도 5 및 도 6은 내부 단락 진단을 위한 SOC 기준값을 설정하는 예들을 도시한다.

도 4를 참조하면, 내부 단락 진단 장치(20)의 제어부(23)는 내부 단락 진단에 사용되는 SOC를 획득하기 위해, 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 필요한 배터리 모듈(10)의 상태값들을 측정부(21)를 통해 획득한다(S10).

상기 S10 단계에서, 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 필요한 상태값들은, 각 셀(100)의 셀 전압, 충방전 전류, 온도 등을 포함할 수 있다. 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 상태값들을 측정하는 것은, 배터리 시스템(1)이 사용 중인 구간, 즉, 배터리 시스템(1)이 구동(방전) 중이거나, 충전 중인 구간에서 이산적으로 수행될 수 있다. 즉, 상태값들의 측정은 배터리 시스템(1)이 휴지(rest) 구간에 진입하기 이전, 그리고 배터리 시스템(1)의 휴지 구간이 종료된 이후에 수행될 수 있다.

제어부(23)는 상기 S10 단계를 통해 측정된 상태값들이 측정부(21)로부터 수신되면, 이에 기초하여 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)의 SOC를 획득한다(S11). 또한, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 획득된 SOC를 각 셀(100)의 밸런싱 량(Q_B)으로 보정한다(S12).

상기 S12 단계에서, 밸런싱 량(Q_B)은 대응하는 셀이 소정의 시간 구간 동안 셀 밸런싱으로 소모한 총 전하량에 대응할 수 있다. 즉, 소정의 시간 동안 각 셀이 셀 밸런싱 회로에 의해 소모한 전하량을 누적 합산한 값에 대응한다. 본 문서에서 제어부(23)는 배터리 모듈(10)이 사용된 전체 시간 구간, 또는 내부 단락 진단이 진행된 전체 시간 구간에서 각 셀(100)의 밸런싱 량을 누적할 수 있다. 이를 참조하면, i번째 셀의 밸런싱량(Q_B(i))은 아래의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.

[수학식 1]

Q_B(i) = I_B × T(i)

위 수학식 1에서, I_B는 셀 밸런싱 회로에 의한 i번째 셀의 방전 전류값[A]이고, T(i)는 i번째 셀에 대해 셀 밸런싱이 실행된 총 시간([s]) 즉, i번째 셀의 셀 밸런싱 시간을 누적한 값이다. 각 셀(100)의 셀 밸런싱 회로에는 저항값이 이미 알려진 밸런싱 저항(R_B)이 사용된다. 또한, 각 셀(100)의 셀 전압은 측정부(21)를 통해 측정이 가능하다. 따라서, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대응하는 밸런싱 저항(R_B)의 저항값 및 각 셀(100)의 셀 전압으로부터 셀 밸런싱 전류(I_B)를 획득할 수 있다.

상기 S12 단계에서, 배터리 모듈(10)을 구성하는 i번째 셀의 SOC를 SOC(i)라 할 때, i번째 셀의 밸런싱 량(Q_B(i))에 의해 보정된 SOC(SOC_B(i))는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

SOC_B(i) = SOC(i) + (Q_B(i)/FCC/3600)

위 수학식 2에서, FCC는 풀 충전 용량(full charge capacity)([Ah])을 나타내며, 3600은 풀 충전 용량인 FCC[Ah]와 밸런싱 량인 Q_B[As] 간의 단위를 맞추기 위한 것이다.

제어부(23)는 보정된 SOC에 기초해 각 셀(100)의 내부 단락 여부를 식별하기 위해, 내부 단락 진단에 사용되는 적어도 하나의 SOC 기준값(SOC_ref)을 획득한다(S13).

상기 S13 단계에서, SOC 기준값(SOC_ref)은 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀(100)의 SOC 평균값에 대응할 수 있다. 이 경우, 제어부(23)는 아래의 수학식 3과 같이 각 셀(100)의 보정된 SOC를 이용하여 SOC 기준값(SOC_ref)을 산출할 수 있다.

[수학식 3]

SOC_ref = SOC_ave = {SOC_B(1) + SOC_B(2) + … + SOC_B(n)}/n

위 수학식 3에서, n은 배터리 모듈(10)에서 직렬 연결된 셀(100)의 개수를 나타낸다.

상기 S13 단계에서, SOC 기준값(SOC_ref)은 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀(100) 중에서 선택된 기준 셀의 보정된 SOC일 수도 있다. SOC 기준값을 기준 셀의 보정된 SOC로 정할 경우, 기준 셀로 선택된 셀에 내부 단락이 발생하면 내부 단락 진단이 불가능한 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 제어부(23)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀들 중 복수의 셀을 기준 셀로 선택하고, 선택된 기준 셀들의 보정된 SOC들을 SOC 기준값으로 사용할 수도 있다.

상기 S13 단계를 통해 적어도 하나의 SOC 기준값(SOC_ref)이 획득되면, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 보정된 SOC와 SOC 기준값(SOC_ref) 간의 차이값(ΔSOC(i))(이하, 'SOC 차이값'이라 칭함)을 아래의 수학식 4와 같이 산출한다(S14).

[수학식 4]

ΔSOC(i) = SOC_ref - SOC_B(i)

이후, 제어부(23)는 각 셀(100) 별로 산출된 SOC 차이값을 임계값(ΔSOC_th)과 비교하고(S15), SOC 차이값이 임계값(ΔSOC(i) > ΔSOC_th) 초과하면 대응하는 셀에 내부 단락이 발생한 것으로 판정한다(S16).

도 5를 참조하면, i번째 셀에서 내부 단락이 발생하면 셀 밸런싱 시 내부 단락의 영향으로 셀(100)들의 SOC 평균(SOC_ave)이 감소한다. 따라서, 이를 SOC 기준값으로 그대로 사용하여 SOC 차이값을 산출할 경우, 내부 단락이 발생한 셀에 대해 산출된 SOC 차이값이 미세하여 내부 단락 진단이 불가능하거나, 내부 단락 진단이 지연될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 밸런싱 량에 의해 보정된 SOC(SOC_B(i))들을 이용하여 산출된 SOC 평균(SOC_ave)을 SOC 기준값으로 사용할 경우, 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가하여 내부 단락 진단 정확도가 향상되고 빠른 시간 내에 내부 단락 발생을 검출할 수 있다.

마찬가지로, 도 6을 참조하면, 밸런싱 량에 의해 각 셀(100)의 SOC를 보정한 이후에 이들 중에서 SOC 기준값을 선택할 경우, 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가하여 내부 단락 진단 정확도가 향상되고 빠른 시간 내에 내부 단락 발생을 검출할 수 있다.

제어부(23)는 적어도 하나의 셀에서 내부 단락이 검출되면, 경고(alert) 신호, 고장(fault) 신호 등을 상위 시스템(미도시)으로 전송하여 내부 단락 발생을 상위 시스템에 통지할 수 있다.

제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 동작하는 동안 소정의 시간 간격을 두고 상기 S10 단계 내지 S16 단계를 반복해서 수행함으로써, 내부 단락 여부를 지속적으로 진단할 수 있다. 한편, 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 사용 중인 구간, 즉, 배터리 시스템(1)이 구동 중이거나, 충전 중인 구간에서 상기 S10 단계 내지 S16 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 휴지(rest) 구간에 진입하기 직전, 그리고 배터리 시스템(1)의 휴지 구간이 종료된 직후에 상기 S10 단계 내지 S16 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다. 또한, 도 8은 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값이 변화하는 일 예를 도시한다.

도 7을 참조하면, 내부 단락 진단 장치(20)의 제어부(23)는 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 필요한 배터리 모듈(10)의 상태값들을 측정부(21)를 통해 획득한다(S20).

상기 S20 단계에서, 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 필요한 상태값들은, 각 셀(100)의 셀 전압, 충방전 전류, 온도 등을 포함하며, 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 사용 중인 구간, 즉, 배터리 시스템(1)이 구동 중이거나, 충전 중인 구간에서 상태값들을 이산적으로 획득할 수 있다.

제어부(23)는 획득된 배터리 모듈(10)의 상태값들에 기초하여 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)의 SOC를 획득한다(S21). 또한, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 획득된 SOC를 각 셀(100)의 밸런싱 량(Q_B)으로 보정한다(S22).

상기 S22 단계에서, 배터리 모듈(10)을 구성하는 i번째 셀의 보정된 SOC는 전술한 수학식 2와 같이 산출되며, 상기 S23 단계에서 보정에 사용되는 밸런싱 량(Q_B(i))은 전술한 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.

제어부(23)는 각 셀(100)의 SOC가 대응하는 밸런싱 량에 의해 보정되면, 보정된 SOC들에 기초해 적어도 하나의 SOC 기준값(SOC_ref)을 획득한다(S23).

상기 S23 단계에서, SOC 기준값(SOC_ref)은 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀(100)의 SOC 평균값에 대응할 수 있다.

상기 S23 단계에서, SOC 기준값(SOC_ref)은 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀(100) 중에서 선택된 기준 셀의 보정된 SOC일 수도 있다. 이 경우, 제어부(23)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀들 중 복수의 셀을 기준 셀로 선택하고, 선택된 기준 셀들의 보정된 SOC들을 SOC 기준값으로 사용할 수도 있다.

적어도 하나의 SOC 기준값(SOC_ref)이 획득되면, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 보정된 SOC와 각 SOC 기준값(SOC_ref) 간의 SOC 차이값(ΔSOC(i))을 전술한 수학식 4와 같이 산출한다(S24). 또한, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 상기 S24 단계를 통해 산출된 SOC 차이값(이하, '현재 SOC 차이값'이라 칭함)과 이전에 산출된 SOC 차이값(이하, '이전 SOC 차이값'이라 칭함)을 비교하여(S25), 현재 SOC 차이값이 이전 SOC 차이값에 비해 증가했는지를 식별한다.

본 문서에서, '이전 SOC 차이값'은 직전 내부 단락 진단 과정에서 산출된 SOC 차이값(ΔSOC(i))일 수 있다. 즉, '이전 SOC 차이값'은 내부 단락 진단을 위해 각 셀(100)의 SOC 차이값(ΔSOC(i))을 산출한 시점들 중 현재 시점에 가장 인접한 시점에 산출된 SOC 차이값(ΔSOC(i))일 수 있다. 또한, '이전 SOC 차이값'은 각 셀(100)의 SOC 초기값에 의해 산출된 SOC 차이값일 수도 있다. 즉, '이전 SOC 차이값'은 최초로 각 셀의 SOC를 획득한 시점에 산출된 SOC 차이값일 수 있다.

제어부(23)는 상기 S25 단계에서의 비교 결과, 이전에 비해 SOC 차이값이 증가한 셀(100)의 에러 카운터를 증가시킨다(S26). 여기서, 에러 카운터는, 상기 S25 단계에서의 비교 결과 이전에 비해 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가한 것으로 확인된 셀에 대해, SOC 차이값이 증가한 횟수를 카운트하기 위한 카운터이다.

이상적인 경우 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))은 지속적으로 증가한다. 그러나, 실제 환경에서는 내부 단락 전류가 미세하거나, 노이즈, SOC 추정 오차, 측정 오차 등의 영향으로 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가하지 않은 것으로 잘못 검출될 수 있다. 또한, 내부 단락이 발생하지 않은 셀에 대해 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가한 것으로 잘못 검출되는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 이 실시 예에서는 설정된 시간 동안 상기 S20 단계 및 상기 S26 단계를 반복해서 수행한 후에, 에러 카운터에 기초해 내부 단락 발생 여부를 검출하고, 내부 단락이 발생한 셀이 검출되지 않은 경우에는 에러 카운터를 리셋한 뒤 내부 단락 진단 과정을 재 수행한다.

이를 위해, 제어부(23)는 상기 S20 단계를 수행할 때마다 리셋 카운터의 값을 증가시키고, 리셋 카운터의 값이 설정치에 도달했는지를 확인하여(S27) 설정된 시간이 경과했는지를 확인한다. 그리고, 상기 S27 단계에서 리셋 카운터의 값이 설정치에 도달하지 않은 것으로 확인되면, 제어부(23)는 상기 S20 단계 및 상기 S26 단계를 반복 수행한다. 또한, 반복 수행으로 리셋 카운터가 설정치에 도달하면, 제어부(23)는 각 셀(100)의 에러 카운터 값을 확인하여 에러 카운터 값이 임계값을 초과하는 셀이 존재하는지 확인한다(S28).

상기 S28 단계에서 에러 카운터 값이 임계값을 초과하는 셀이 존재하는 것으로 확인되면, 제어부(23)는 해당 셀에 내부 단락이 발생한 것으로 판정한다(S29).

제어부(23)는 적어도 하나의 셀에서 내부 단락이 검출되면, 경고 신호, 고장 신호 등을 상위 시스템(미도시)으로 전송하여 내부 단락 발생을 상위 시스템에 통지할 수 있다.

상기 S28 단계에서, 에러 카운터 값이 임계값을 초과하는 셀이 검출되지 않은 경우, 제어부(23)는 내부 단락 진단 과정을 재수행하기 위해 리셋 카운터 및 각 셀(100)의 에러 카운터를 리셋한다(S30).

제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 동작하는 동안 소정의 시간 간격을 두고 상기 S20 단계 내지 S30 단계를 반복해서 수행함으로써, 내부 단락 여부를 지속적으로 진단할 수 있다. 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 사용 중인 구간, 즉, 배터리 시스템(1)이 구동 중이거나, 충전 중인 구간에서 상기 S20 단계 내지 S30 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 휴지(rest) 구간에 진입하기 직전, 그리고 배터리 시스템(1)의 휴지 구간이 종료된 직후에 상기 S20 단계 내지 S30 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수도 있다.

도 8을 참조하면, i번째 셀에 내부 단락이 발생한 경우, 해당 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))은 시간이 갈수록 더욱 증가함을 알 수 있다. 따라서, 제어부(23)는 전술한 바와 같이 내부 단락 진단 시마다 각 셀(100)에 대해 이전보다 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가한 횟수(에러 카운터)를 카운트하고, 이에 기초하여 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 지속적으로 증가하는 내부 단락 셀을 검출할 수 있다.

한편, 내부 단락이 발생한 셀(100)에서 단락 저항(R_S)의 저항값은 내부 단락의 진행 정도에 따라서 크게 달라진다. 따라서, 내부 단락에 의한 단락 전류(I_short) 즉, 셀의 자가 소비 전류 또한 내부 단락의 진행 정도에 따라서 크게 달라진다. 내부 단락이 서서히 진행되는 동안에는 자가 소비 전류가 매우 작아 내부 단락에 의한 전압 변화가 매우 미세할 수 있다. 이런 경우에는 내부 단락 진단 시점 간의 시간 간격이 짧을 경우 내부 단락을 검출하지 못할 수도 있어, 내부 단락 진단 시점들 간의 간격을 길게 설정할 필요가 있다. 반면에, 내부 단락이 급속히 진행되는 중에는 자가 소비 전류가 매우 커 내부 단락에 의한 전압 변화가 매우 클 수 있다. 이런 경우 내부 단락 진단 시점 간의 시간 간격이 너무 길 경우 내부 단락을 검출하기 전에 발연, 발화 등의 사고로 이어질 수 있어, 내부 단락 진단 시점들 간의 간격을 짧게 설정할 필요가 있다.

또한, 전기 차량과 같은 애플리케이션에 적용되는 배터리 시스템은 차량의 키 오프(Key off) 시에는 BMS의 기능이 일시적으로 정지될 수 있고, 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)과 같은 애플리케이션에 적용되는 배터리 시스템은 휴지 기간 없이 동작할 수 있다.

따라서, 전술한 상황들에서도 모두 내부 단락 진단이 정확히 이루어질 수 있도록, 제어부(23)는 상기 S20 단계 내지 S30 단계를 수행하는 복수의 태스크(task)를 구성하고, 이러한 태스크들이 서로 다른 주기로 내부 단락 진단을 진행할 수 있도록 동작한다. 도 9를 예로 들면, 제어부(23)는 셀(100)들의 내부 단락 진단을 위해 진단 주기가 서로 다른 복수의 진단 태스크들(진단 태스크1~진단 태스크4)을 구성하고, 배터리 시스템(1)이 외부 부하로 전력을 공급하는 구동 구간, 또는 충전 장치에 의해 배터리 시스템(1)이 충전되는 충전 구간 동안 진단 태스크들을 대응하는 진단 주기에 따라 실행시킬 수 있다. 각 진단 태스크의 진단 주기는, 배터리 모듈(10)의 상태값을 측정하는 측정 시점들 간의 간격보다 길게 설정될 수 있다.

전술한 실시 예들에 따르면, 배터리 시스템(1)은 각 셀의 밸런싱 량에 기초하여 보정된 SOC에 기초해 각 셀의 내부 단락 발생을 검출함으로써, 내부 단락 진단 정확도를 향상시키고 내부 단락을 검출하기까지의 소요 시간을 단축할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 내부 단락 진단 방법을 개략적으로 도시한다. 도 10의 내부 단락 진단 방법의 S40 단계 내지 S45 단계는, 도 7을 참조하여 설명한 내부 단락 진단 방법의 S20 단계 내지 S25 단계와 유사하게 수행되므로, 아래에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

도 10을 참조하면, 내부 단락 진단 장치(20)의 제어부(23)는 각 셀(100)의 SOC를 추정하기 위해 필요한 배터리 모듈(10)의 상태값들을 측정부(21)를 통해 획득한다(S40). 또한, 제어부(23)는 획득된 배터리 모듈(10)의 상태값들에 기초하여 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)의 SOC를 획득하고(S41), 각 셀(100)에 대해 획득된 SOC를 각 셀(100)의 밸런싱 량(Q_B)으로 보정한다(S42).

제어부(23)는 각 셀(100)의 SOC가 대응하는 밸런싱 량에 의해 보정되면, 보정된 SOC들에 기초해 적어도 하나의 SOC 기준값(SOC_ref)을 획득한다(S43). 그런 다음, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 보정된 SOC와 각 SOC 기준값(SOC_ref) 간의 SOC 차이값(ΔSOC(i))을 전술한 수학식 4와 같이 산출한다(S44). 또한, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 상기 S44 단계를 통해 산출된 현재 SOC 차이값과 이전에 산출된 이전 SOC 차이값을 비교하여(S45), 현재 SOC 차이값이 이전 SOC 차이값에 비해 증가했는지를 식별한다.

이후, 제어부(23)는 상기 S45 단계에서의 비교 결과 이전에 비해 SOC 차이값이 증가한 셀(100)에 대해서는 SOC 차이값들 간의 차이 즉, SOC 차이값 증가치를 누적 합산한다(S46).

전술한 바와 같이, 미세한 내부 단락 전류, 노이즈, SOC 추정 오차, 측정 오차 등의 영향으로 내부 단락이 발생한 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가하지 않은 것으로 잘못 검출되거나, 내부 단락이 발생하지 않은 셀에 대해 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가한 것으로 잘못 검출될 수도 있다. 따라서, 이 실시 예에서는 설정된 시간 동안 상기 S40 단계 및 상기 S46 단계를 반복해서 수행한 후에, 각 셀(100)에 대해 누적된 SOC 차이값 증가치에 기초해 내부 단락 발생 여부를 검출하고, 내부 단락이 발생한 셀이 검출되지 않은 경우에는 각 셀(100)에 대해 누적된 SOC 차이값 증가치를 리셋한 뒤 내부 단락 진단 과정을 재 수행한다.

이를 위해, 제어부(23)는 상기 S40 단계를 수행할 때마다 리셋 카운터의 값을 증가시키고, 리셋 카운터의 값이 설정치에 도달했는지를 확인하여(S47) 설정된 시간이 경과했는지를 확인한다. 그리고, 상기 S47 단계에서 리셋 카운터의 값이 설정치에 도달하지 않은 것으로 확인되면, 제어부(23)는 상기 S40 단계 및 상기 S46 단계를 반복 수행한다. 또한, 반복 수행으로 리셋 카운터가 설정치에 도달하면, 제어부(23)는 각 셀(100)에 대해 누적 합산된 SOC 차이값 증가치를 확인하여, 누적된 SOC 차이값 증가치가 임계값을 초과하는 셀이 존재하는지 확인한다(S48).

상기 S48 단계에서, 누적된 SOC 차이값 증가치가 임계값을 초과하는 셀이 존재하는 것으로 확인되면, 제어부(23)는 해당 셀에 내부 단락이 발생한 것으로 판정한다(S49).

상기 S48 단계에서, 에러 카운터 값이 임계값을 초과하는 셀이 검출되지 않은 경우, 제어부(23)는 내부 단락 진단 과정을 재수행하기 위해 리셋 카운터 및 각 셀(100)에 대해 누적된 SOC 차이값 증가치를 리셋한다(S50).

제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 동작하는 동안 소정의 시간 간격을 두고 상기 S40 단계 내지 S50 단계를 반복해서 수행함으로써, 내부 단락 여부를 지속적으로 진단할 수 있다. 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 사용 중인 구간, 즉, 배터리 시스템(1)이 구동 중이거나, 충전 중인 구간에서 상기 S40 단계 내지 S50 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(23)는 배터리 시스템(1)이 휴지(rest) 구간에 진입하기 직전, 그리고 배터리 시스템(1)의 휴지 구간이 종료된 직후에 상기 S40 단계 내지 S50 단계를 수행하여 내부 단락 발생 여부를 진단할 수도 있다.

도 8을 참조하면, i번째 셀에 내부 단락이 발생한 경우, 해당 셀의 SOC 차이값(ΔSOC(i))은 시간이 갈수록 더욱 증가함을 알 수 있다. 따라서, 제어부(23)는 전술한 바와 같이 내부 단락 진단 시마다 각 셀(100)에 대해 이전보다 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 증가한 값을 누적 합산하고, 이에 기초하여 SOC 차이값(ΔSOC(i))이 지속적으로 증가하는 내부 단락 셀을 검출할 수 있다.

또한, 제어부(23)는 상기 S40 단계 내지 S50 단계를 수행하는 복수의 태스크를 구성하고, 이러한 태스크들이 서로 다른 주기로 내부 단락 진단을 진행할 수 있도록 동작할 수도 있다.

여기에 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소들은 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상의 배선 또는 전도성 소자들에 의해 구현될 수 있다. 전도성 소자는 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin)들을 포함할 수 있으며, 전도성 중합체(conductive polymers) 또는 세라믹(ceramics)을 포함할 수 있다. 또한 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 또는 빛을 이용한 무선 접속을 통해 전송될 수 있다.

또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.

또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시 예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈에 대해 SOC(state of charge)와 관련된 상태값들을 측정하는 측정부, 그리고
상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하며, 상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하고, 상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 제어부를 포함하고,
상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응하며,
상기 제어부는, 서로 다른 복수의 시점에서 상기 각 셀에 대해 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하고, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀의 카운터를 증가시키며, 상기 카운터의 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는, 내부 단락 진단 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 SOC 기준값은, 상기 복수의 셀의 상기 보정된 SOC들의 평균값인, 내부 단락 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 SOC 기준값은, 상기 복수의 셀 중 어느 하나의 셀의 상기 보정된 SOC인, 내부 단락 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 SOC 기준값을 복수 개 사용하여 상기 차이값을 산출하며,
상기 차이값의 산출에 사용되는 복수의 SOC 기준값은 각각, 서로 다른 셀의 상기 보정된 SOC에 대응하는, 내부 단락 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 복수의 셀 중 상기 차이값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는, 내부 단락 진단 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 설정된 시간이 경과하면 상기 각 셀의 상기 카운터를 리셋하는, 내부 단락 진단 장치.
서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈에 대해 SOC(state of charge)와 관련된 상태값들을 측정하는 측정부, 그리고
상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하며, 상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하고, 상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 제어부를 포함하고,
상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응하며,
상기 제어부는, 서로 다른 복수의 시점에서 상기 각 셀에 대해 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하고, 현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값보다 증가한 셀에 대해 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산하고, 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산한 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는, 내부 단락 진단 장치.
제1항 또는 제9항에 있어서,
상기 이전 시점은 상기 복수의 시점 중 상기 현재 시점에 가장 인접한 시점인, 내부 단락 진단 장치.
제1항 또는 제9항에 있어서,
상기 이전 시점은 상기 복수의 시점 중 첫 번째 시점인, 내부 단락 진단 장치.
제1항 또는 제9항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 차이값에 기초해 상기 각 셀의 내부 단락 발생을 검출하는 복수의 태스크를 서로 다른 주기로 동작시키는, 내부 단락 진단 장치.
서로 직렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈, 그리고
제1항 또는 제9항의 내부 단락 진단 장치를 포함하는 배터리 관리시스템을 포함하는 배터리 시스템.
서로 직렬 연결되는 복수의 셀로 구성된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 내부 단락 진단 방법으로서,
상기 배터리 모듈에 대해 SOC와 관련된 상태값들을 획득하는 단계,
상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하는 단계,
상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하는 단계, 그리고
상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 단계를 포함하고,
상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응하고,
상기 진단하는 단계는,
상기 각 셀에 대해 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하는 단계, 그리고
산출된 상기 차이값을 이용해 상기 복수의 셀 중 내부 단락이 발생한 셀을 검출하는 단계를 포함하며,
상기 검출하는 단계는,
현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀의 카운터를 증가시키는 단계, 그리고
상기 카운터의 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함하는, 내부 단락 진단 방법.
삭제
제14항에 있어서,
상기 복수의 셀의 상기 보정된 SOC들의 평균값을 상기 SOC 기준값으로 획득하는 단계를 더 포함하는 내부 단락 진단 방법.
제14항에 있어서,
상기 복수의 셀 중 어느 하나의 셀의 상기 보정된 SOC를 상기 SOC 기준값으로 획득하는 단계를 더 포함하는 내부 단락 진단 방법.
제14항에 있어서,
상기 차이값을 산출하는 단계는,
상기 SOC 기준값을 복수 개 사용하여 상기 차이값을 산출하는 단계를 포함하며,
상기 차이값의 산출에 사용되는 복수의 SOC 기준값은 각각, 서로 다른 셀의 상기 보정된 SOC에 대응하는, 내부 단락 진단 방법.
제14항에 있어서,
상기 검출하는 단계는,
상기 복수의 셀 중 상기 차이값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함하는, 내부 단락 진단 방법.
삭제
제14항에 있어서,
설정된 시간이 경과하면 상기 각 셀의 상기 카운터를 리셋하는 단계를 더 포함하는, 내부 단락 진단 방법.
서로 직렬 연결되는 복수의 셀로 구성된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 내부 단락 진단 방법으로서,
상기 배터리 모듈에 대해 SOC와 관련된 상태값들을 획득하는 단계,
상기 상태값들에 기초하여 상기 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 SOC를 획득하는 단계,
상기 각 셀의 밸런싱 량을 이용해 상기 SOC를 보정하는 단계, 그리고
상기 밸런싱 량을 이용해 보정된 SOC에 기초하여 상기 각 셀의 내부 단락 발생 여부를 진단하는 단계를 포함하고,
상기 밸런싱 량은 셀 밸런싱에 의해 상기 각 셀이 소모한 전하량을 누적한 값에 대응하고,
상기 진단하는 단계는,
상기 각 셀에 대해 상기 보정된 SOC와 SOC 기준값 간의 차이값을 산출하는 단계, 그리고
산출된 상기 차이값을 이용해 상기 복수의 셀 중 내부 단락이 발생한 셀을 검출하는 단계를 포함하며,
상기 검출하는 단계는,
현재 시점에 산출된 상기 차이값이 이전 시점에 산출된 상기 차이값에 비해 증가한 셀에 대해, 상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산하는 단계, 그리고
상기 현재 시점에 산출된 상기 차이값과 상기 이전 시점에 산출된 상기 차이값 간의 차이를 누적 합산한 값이 임계값을 초과하는 셀에 대해 내부 단락이 발생한 것으로 판정하는 단계를 포함하는, 내부 단락 진단 방법.