KR20140103753A

KR20140103753A - 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140103753A
Application number: KR1020130017618A
Authority: KR
Inventors: 권호상
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2014-08-27
Also published as: KR101572650B1

Abstract

본 발명은 배터리 뱅크의 불균형 발생 여부를 진단할 수 있는 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치는, 전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들이 직렬로 연결된 배터리 팩의 불균형 여부를 진단하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류를 측정하여 전류값을 출력하는 전류 센서부; 상기 배터리 팩에 포함된 각 배터리 뱅크의 전압을 측정하여 뱅크 전압값을 출력하는 전압 센서부; 및 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 뱅크 전압값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하고, 산출된 시간당 임피던스 변화량의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크는 충전 및 방전 시 비슷한 전압 변화 패턴을 보이는 것에 비해, 배터리 뱅크의 임피더스를 기준으로 불균형 상황의 발생 여부를 판단하기 때문에, 전압에만 의존하여 오판하는 것을 방지할 수 있다.

Description

배터리 뱅크의 불균형 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF BATTERY BANK'S IMBALANCING}

본 발명은 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 뱅크에 포함된 배터리 셀들 중 어느 하나에 이상이 발생하여 불균형 상황이 발생 여부를 진단할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다.

이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며 수요의 형태 역시 다양해지고 있다. 따라서 다양한 요구에 부응할 수 있게 이차 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 있다.

한편, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차가 주행하기 위해서는 고출력을 요구하는 전동 모터를 구동시켜야 한다. 또한, 건물이나 일정 지역에 전력을 공급하는 전력 저장 장치의 경우 전력 수요를 충족시킬 수 있을 만큼 많은 전력을 공급해야 한다. 이처럼 고출력 또는 대용량 전력을 제공하기 위해 이차 전지를 사용하여 단위 배터리 셀을 제조하고, 이러한 배터리 셀의 집합체로 이루어진 배터리 팩을 직렬 또는 병렬로 다수 연결하여 원하는 출력 또는 전력이 공급되도록 하고 있다.

도 1은 배터리 팩(10)의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 1을 참고하면, 6개의 배터리 셀(14)들이 직렬 및 병렬로 연결되어 있다. 조금 더 자세하게는, 한 쌍의 배터리 셀(14)이 병렬로 연결되어 하나의 배터리 뱅크(11, 12, 13)를 구성하고 있다. 본 명세서에서 배터리 뱅크란, 병렬로 연결된 배터리 셀(14) 그룹을 부르는 명칭이다. 그리고, 3개의 배터리 뱅크(11, 12, 13)가 직렬로 연결되어 있다.

한편, 상기 배터리 뱅크(11, 12, 13)의 전압을 각각 V₁, V₂, V₃라고 명명하겠다. 상기 전압 V₁, V₂, V₃을 측정하여, 각 배터리 뱅크(11, 12, 13)의 충전량 등 전기적 상태를 확인할 수 있다.

그러나, 도면에 도시된 바와 같이, 가장 밑에 위치한 배터리 뱅크(13)에 포함된 배터리 셀(14)에서 단선이 발생하였다고 가정해 보겠다. 본 명세서에서 배터리 뱅크(13)에 포함된 배터리 셀(14)에 문제가 발생한 경우를 '불균형'이라고 명명하겠다. 따라서, 배터리 셀(14)에서 단선이 발생하였으므로, 가장 밑에 위치한 배터리 뱅크(12)는 불균형 상황에 놓여있다.

배터리 뱅크(13)에 포함된 배터리 셀(14)들은 서로 병렬로 연결되어 있기 때문에, V₃의 전압은 정상적으로 연결된 다른 배터리 셀(14)의 전압으로 측정될 것이다. 즉, 배터리 셀(14)의 단선과 같은 불균형 상황이 발생하여도, 배터리 뱅크(13)의 전압에는 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 뱅크(13)의 전압 V3만 가지고는 배터리 뱅크(13) 내에 포함된 배터리 셀(14)의 단선과 같은 불균형 상황을 감지할 수 없는 문제가 발생한다.

이러한, 문제점을 해결하기 위해 배터리 셀의 불균형을 이루고 있는지 정확하게 판단할 수 있는 장치 및 방법에 대해 다양한 연구가 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 보다 정확하게 배터리 뱅크의 불균형 발생 여부를 진단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치는, 전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들이 직렬로 연결된 배터리 팩의 불균형 여부를 진단하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류를 측정하여 전류값을 출력하는 전류 센서부; 상기 배터리 팩에 포함된 각 배터리 뱅크의 전압을 측정하여 뱅크 전압값을 출력하는 전압 센서부; 및 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 뱅크 전압값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하고, 산출된 시간당 임피던스 변화량의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 측정된 모든 뱅크 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부는 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부는 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높고 동시에, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에만 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 전압값 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 중 최대값이 상기 산출된 각 전압 변화량 중 최소값에 미리 설정된 참조값을 곱하여 산출된 값 이상인 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다. 상기 미리 설정된 참조값은 10이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 산출된 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 어느 하나 이상이 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 최대값과 최소값의 차이가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단한다.

본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치는, 불균형 상태 발생 여부를 시각적 또는 청각적으로 출력하는 경고부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 어느 한 배터리 뱅크에 불균형 상태가 발생한 경우 상기 경고부를 통해 배터리 뱅크의 불균형 상태 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력한다.

본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치는, 미리 설정된 기준 카운터값을 저장하는 메모리부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제어부는 어느 하나의 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단할 때마다 상기 메모리부에 카운터를 증가시키며, 상기 카운터가 기준 카운터에 도달하였을 때, 상기 배터리 팩의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력한다. 상기 제어 신호는 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 스위치를 턴 오프 시키는 신호일 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치는, 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치; 및

전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들;을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이 때, 상기 다수의 배터리 뱅크들은 전기적으로 직렬 연결된다.

본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법은 전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들이 직렬로 연결된 배터리 팩에서 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하는 방법으로서, (a) 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값과 각각의 배터리 뱅크의 뱅크 전압값을 수신하는 단계; (b) 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 전압값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하는 단계; 및 (c) 산출된 시간당 임피던스 변화량의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높고, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 산출된 각 전압 변화량 중 최대값이 상기 산출된 각 전압 변화량 중 최소값에 미리 설정된 참조값을 곱하여 산출된 값 이상인 경우에 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하는 단계이다. 이때, 상기 미리 설정된 참조값은 10이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량이 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 단계이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 최대값과 최소값의 차이가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 단계이다.

본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법은, (d) 어느 하나의 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단할 때마다 카운터를 증가시키는 단계; 및 (e) 상기 카운터가 미리 설정된 기준 카운터에 도달하였을 때, 상기 배터리 팩의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어 신호는 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 스위치를 턴 오프 시키는 신호일 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법은, (d) 어느 한 배터리 뱅크에 불균형 상태가 발생한 경우 배터리 뱅크의 불균형 상태 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크에서 발생한 불균형 상황의 발생 여부를 진단할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크는 충전 및 방전 시 비슷한 전압 변화 패턴을 보이는 것에 비해, 배터리 뱅크의 임피더스를 기준으로 불균형 상황의 발생 여부를 판단하기 때문에, 전압에만 의존하여 오판하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전압 변화량의 최대값과 최소값이 차이를 직접 비교하여, 측정 오차 또는 실제 배터리 셀의 특성에 의한 임피던스 차이를 분별할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 6은 실험예에 따른 뱅크 전압값에 대한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치(100, 이하 '진단 장치')는 다수의 배터리 셀(14)을 포함하는 배터리 팩(10)에 연결되어 있다.

상기 배터리 팩(10)은 총 6개의 배터리 셀(14)로 구성되어 있다. 그리고, 6개의 배터리 셀(14)은 2개씩 병렬로 연결되어 있다. 본 명세서에서는 전기적으로 병렬로 연결된 배터리 셀(14) 그룹을 배터리 뱅크(11~13)라고 명명한다. 그리고, 상기 배터리 뱅크(11~13)들이 직렬로 연결되어 배터리 팩(10)을 구성한다.

도 2에 도시된 배터리 팩(10)은 본 발명에 따른 진단 장치(100)가 연결될 수 있는 예시적인 배터리 팩이다. 상기 배터리 팩(10)은 총 3개의 배터리 뱅크(11~13)가 직렬로 연결되어 있고, 각 배터리 뱅크(11, 12, 13)에는 각각 2개의 배터리 셀(14)을 포함하는 실시예이다. 그러나, 본 발명이 상기 배터리 뱅크(11~13)의 개수 및 배터리 셀(14)의 개수에 의해서 제한되는 것은 아니다. 각 배터리 뱅크(11~13)에 포함되는 배터리 셀(14)의 개수 및 배터리 팩(10)에 포함되는 배터리 뱅크(11~13)의 개수는 요구되는 배터리 팩(10)의 충방전 용량 또는 출력 전압 등에 의해서 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 각각의 배터리 셀(14)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 진단 장치(100)는 전류 센서부(110), 전압 센서부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.

상기 전류 센서부(110)는 상기 배터리 팩(10)의 충전 또는 방전 전류를 측정하여 전류값을 상기 제어부(130)에게 출력한다. 본 명세서에서는 이해의 편의를 위해 상기 전류값을 'I'로 표시하겠다.

한편, 도 2에 도시된 전류 센서부(110)는 상기 배터리 팩(10)의 저전위 단자에 연결된 저항(R)소자의 양단 전압을 측정하여 상기 배터리 팩(10)의 충전 및 방전 전류를 측정하는 실시예이다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 배터리 팩(10)의 충전 및 방전 전류를 측정하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 다양한 공지의 기술이 존재한다. 따라서, 상기 도 2에 도시된 전류 센서부(110)의 실시예에 본 발명이 제한되지 않는다.

상기 전압 센서부(120)는 배터리 팩(10)에 포함된 각 배터리 뱅크(11~13)의 전압을 측정하여 상기 제어부(130)에게 출력한다. 본 명세서에서 상기 전압 센서부(120)가 출력하는 전압값을 '뱅크 전압값'이라 명명한다. 이해의 편의를 위해, 도면의 가장 상단에 위치한 배터리 뱅크(11)에 대응하는 뱅크 전압값을 'V1'이라고 표시하겠다. 마찬가지로, 도면의 중앙에 위치한 배터리 뱅크(12)에 대응하는 뱅크 전압값을 'V2'라고 표시하겠다. 마지막으로, 도면의 가장 하단에 위치한 배터리 뱅크(13)에 대응하는 뱅크 전압값을 'V3'이라고 표시하겠다. 상기 전압 센싱부(120)의 구체적인 구성 및 작동 원리는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 공지의 기술인바 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 전류 센싱부(110) 및 전압 센싱부(120)는 실시간으로 전류값 및 뱅크 전압값(V1~V3)을 측정하여 상기 제어부(130)에 출력할 수 있다. 또한, 상기 전류 센싱부(110) 및 전압 센싱부(120)는 미리 설정된 주기에 따라 전류값 및 뱅크 전압값(V1~V3)을 측정하여 상기 제어부(130)에 출력할 수 있다. 상기 미리 설정된 주기는 다양하게 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 진단 장치(100)는 메모리부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리부(140)는 상기 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 상기 제어부(130)와 연결될 수 있다. 상기 메모리부(140)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로서, 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

상기 제어부(130)는 상기 뱅크 전압값(V1~V3) 및 전류값(I)을 상기 메모리부(140)에 저장한다.

상기 제어부(130)는 상기 뱅크 전압값(V1~V3)을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출한다. 본 명세서에서 뱅크 전압값 'V1'의 시간당 전압 변화량을 각각 'ΔV1'이라고 표시하겠다. 마찬가지로, 뱅크 전압값 'V2'의 시간당 전압 변화량을 각각 'ΔV2'이라고, 뱅크 전압값 'V3'의 시간당 전압 변화량을 각각 'ΔV3'이라고 표시하겠다. 상기 제어부(130)는 상기 'ΔV1', 'ΔV2' 및 'ΔV3'를 상기 메모리부(140)에 저장한다.

더 나아가, 상기 제어부(130)는 각 뱅크 전압값의 시간당 변화량(ΔV1~ΔV3)과 상기 전류값(I)을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출한다. 임피던스(impedance)는 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 산출할 수 있는바, 산출 공식에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이해의 편의를 위해, 본 명세서에서는 도면의 가장 상단에 위치한 배터리 뱅크(11)의 임피던스 변화량을 'ΔZ1'으로 표시하겠다. 마찬가지로, 도면의 중앙에 위치한 배터리 뱅크(12)의 임피던스 변화량을 'ΔZ2'로 표시하겠다. 마지막으로, 도면의 가장 하단에 위치한 배터리 뱅크(13)의 임피던스 변화량을 'ΔZ3'로 표시하겠다.

상기 제어부(130)는 산출된 시간당 임피던스 변화량(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3)의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크(11, 12, 13)의 불균형 여부를 판단한다. 상기 제어부(130)의 불균형 여부를 판단하는 알고리즘에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 명세서에서 불균형이란, 배터리 뱅크(11~13) 내에 포함된 배터리 셀(14) 사이에서 발생하는 문제를 의미한다. 앞서 간략하게 설명하였듯이, 배터리 뱅크(13)에 포함된 배터리 셀(14)의 단선과 같은 상황도 불균형이다. 또한, 상기 배터리 뱅크(11, 12, 13)에 포함된 배터리 셀(14) 사이에서 충전량의 차이가 발생한 경우도 불균형이다. 또한, 상기 배터리 뱅크(11, 12, 13)에 포함된 배터리 셀(14) 사이의 퇴화 등 다양한 원인에 의해 내부 저항값의 차이가 발생한 경우도 불균형이다. 즉, 불균형이란, 각 배터리 뱅크(11, 12, 13) 내에 포함된 배터리 셀(14)들 사이에 성능, 충전량, 연결상태 등에 차이가 발생한 경우를 의미한다.

본 발명에 따른 진단 장치(100)는 불균형 상태 발생 여부를 시각적 또는 청각적으로 출력하는 경고부(150)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(130)는 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 뱅크(11~13) 중 적어도 어느 하나 이상의 배터리 뱅크에 불균형 상태가 발생한 경우, 상기 경고부(150)를 통해 불균형 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 경고부(150)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 경고부(150)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람, 부저음을 발생시켜 사용자에게 불균형 상태 발생 사실을 경고할 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다. 또한, 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 상기 경고부(150)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 경고부(150)로 채용될 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

상기 제어부(130)는 배터리 뱅크(11, 12, 13) 중 어느 하나 이상을 불균형 상태로 판단할 때, 상기 배터리 팩(10)의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 제어 신호는 배터리 팩(10)의 충전 및 방전을 제어하는 스위치(160)를 턴 오프 시키는 신호가 될 수 있다.

상기 제어부(130)는 이하에서 자세히 설명될 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 상술할 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 상기 메모리부(130)에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법을 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명된 진단 장치(100)의 각 구성 및 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.

먼저 단계 200에서, 상기 제어부(130)는 미리 설정된 기준 전압값(Vref), 기준 전류값(Iref), 참조값(K), 기준 임피던스 변화량(ΔZref) 또는 기준 카운터값(Nref)을 메모리부(140)에 저장한다. 상기 값은 본 발명의 실시예에 따라 모두 상기 메모리부(140)에 저장될 수도 있고, 일부 값만 메모리부(140)에 저장될 수도 있다. 상기 값들의 역할에 대해서는 이하 다양한 실시예에 따라 자세히 설명하도록 한다. 상기 제어부(130)는 단계 200의 프로세스를 마치고, 단계 201로 이행한다.

단계 201에서, 상기 제어부(130)는 상기 전류 센싱부(110)로부터 전류값(I)을 수신하고, 상기 메모리부(140)에 저장한다. 상기 제어부(130)는 단계 201의 프로세스를 마치고, 단계 202로 이행한다.

단계 202에서, 상기 제어부(130)는 상기 뱅크 전압값(V1~V3)을 수신하고, 상기 메모리부(140)에 저장한다. 상기 제어부(130)는 단계 202의 프로세스를 마치고, 단계 203으로 이행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(130)는 측정된 각 뱅크 전압값(V1~V3)이 모두 미리 설정된 기준 전압값(Vref)보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다. 각 배터리 뱅크(11~13)의 출력 전압(V1~V3)이 높을 수록, 각 배터리 뱅크(11~13)의 임피던스 변화 패턴(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3)이 더 명확해질 수 있다.

따라서, 단계 203에서, 상기 제어부(130)는 측정된 각 뱅크 전압값(V1~V3)이 모두 미리 설정된 기준 전압값(Vref)보다 높은지 여부를 판단한다.

만약, 각 뱅크 전압값(V1~V3) 중 적어도 어느 하나라도 미리 설정된 기준 전압값(Vref)보다 낮으면(단계 203의 NO), 상기 제어부(130)는 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하기 적합하지 않다고 판단한다. 그래서, 상기 제어부(130)는 프로세스를 종료한다.

반면, 모든 뱅크 전압값(V1~V3)이 모두 미리 설정된 기준 전압값(Vref)보다 높으면(단계 203의 YES), 상기 제어부(130)는 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하기 적합하다고 판단한다. 상기 제어부(130)는 단계 203의 프로세스를 마치고, 단계 204로 이행한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는, 측정된 배터리 팩(10)의 전류값(I)이 미리 설정된 기준 전류값(Iref)보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다. 상기 배터리 팩(10)의 전류값(I)이 높을 수록, 각 배터리 뱅크(11~13)의 임피던스 변화 패턴(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3)이 더 명확해질 수 있다.

따라서, 단계 204에서, 상기 제어부(130)는 측정된 전류값(I)이 미리 설정된 기준 전류값(Iref)보다 높은지 여부를 판단한다.

만약, 전류값(I)이 미리 설정된 기준 전류값(Iref)보다 낮다면(단계 204의 NO), 상기 제어부(130)는 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하기 적합하지 않다고 판단한다. 그래서, 상기 제어부(130)는 프로세스를 종료한다.

반면, 전류값(I)이 미리 설정된 기준 전류값(Iref)보다 높으면(단계 203의 YES), 상기 제어부(130)는 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하기 적합하다고 판단한다. 상기 제어부(130)는 단계 204의 프로세스를 마치고, 단계 205로 이행한다.

상기 단계 203 및 단계 204는 알고리즘을 수행하는 순서가 바뀌어도 무방하다. 또한 실시예에 따라, 상기 제어부(130)는 상기 단계 203 및 단계 204 중 어느 하나의 단계만 수행할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제어부(130)는, 측정된 각 배터리 뱅크의 전압값(V1~V3)이 모두 미리 설정된 기준 전압값(Vref)보다 높고 동시에, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값(I)이 미리 설정된 기준 전류값(Iref)보다 높은 경우에만 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다. 이 경우, 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법은 상기 단계 203 및 단계 204를 모두 포함한다.

단계 205에서, 상기 제어부(130)는 각 배터리 뱅크의 뱅크 전압값(V1~V3)을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량(ΔV1, ΔV2, ΔV3)을 산출한다. 상기 전압 변화량(ΔV1, ΔV2, ΔV3)을 산출하는 간격은 1초, 3초, 5초 및 10초 등 다양하게 설정될 수 있다. 상기 제어부(130)는 단계 205의 프로세스를 마치고, 단계 206으로 이행한다.

단계 206에서, 상기 제어부(130)는 상기 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량(ΔV1, ΔV2 및 ΔV3)을 상기 메모리부(140)에 저장한다. 상기 제어부(130)는 단계 206의 프로세스를 마치고, 단계 207로 이행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)는 산출된 각 전압 변화량 중 최대값이 상기 산출된 각 전압 변화량 중 최소값에 미리 설정된 참조값(K)을 곱하여 산출된 값 이상인 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단한다.

단계 207에서, 상기 제어부(130)는 산출된 각 전압 변화량 중 최소값(ΔVmin)과 최대값(ΔVmax)을 구별한다. 상기 제어부(130)는 단계 207의 프로세스를 마치고, 단계 208로 이행한다.

단계 208에서, 상기 제어부(130)는 산출된 각 전압 변화량 중 최소값(ΔVmin)에 상기 참조값(K)을 곱한다. 상기 참조값(K)은 다양하게 설정될 수 있으며, 일 예로 상기 참조값(K)은 10이 될 수도 있다. 그리고, 상기 제어부(130)는 상기 최소값(ΔVmin)에 참조값(K)을 곱해서 산출된 값보다 상기 최대값(ΔVmax)이 더 큰 값인지 여부를 판단한다. 단계 208을 통해, 전압 변화량 중 최대값(ΔVmax)의 변화 패턴이 다른 배터리 뱅크의 전압 변화량에 비해 훨씬 큰 변화인지 판단할 수 있다. 다른 배터리 뱅크의 전압 변화량에 비해 훨씬 큰 전압 변화량을 가진 것은 배터리 뱅크의 불균형 상황이 발생한 것으로 추정되기 때문이다.

만약 단계 208에서 'NO'라면, 상기 제어부(130)는 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하기 적합하지 않다고 판단한다. 즉, 상기 제어부(130)는 전압 변화량의 차이가 측정 오차 범위에 속한다거나, 실제 배터리 셀의 특성에 따라 발생할 수 있는 정도의 차이라고 판단할 수 있다. 그래서, 상기 제어부(130)는 프로세스를 종료한다.

만약 단계 208에서 'YES'라면, 상기 제어부(130)는 단계 208의 프로세스를 마치고, 단계 209로 이행한다.

상기 단계 207 및 단계 208은 본 발명에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법의 실시예에 따라서 필수적이지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)가 앞서 단계 206의 프로세스를 마치고, 단계 209로 이행하는 것도 가능하다.

단계 209에서, 상기 제어부(130)는 각 전압 변화량(ΔV1, ΔV2, ΔV3) 및 전류값(I)을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3)을 산출한다. 그리고, 상기 제어부(130)는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3)을 상기 메모리부(140)에 저장한다. 상기 제어부(130)는 단계 209의 프로세스를 마치고, 단계 210으로 이행한다.

단계 210에서, 상기 제어부(130)는 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 뱅크에 불균형이 발생하였는지 여부를 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3) 중 어느 하나가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량(ΔZref) 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)는 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량(ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3) 중 최대값(ΔZmax)과 최소값(ΔZmin)을 판별한다. 그리고, 상기 최대값(ΔZmax)과 최소값(ΔZmin)의 차이가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량(ΔZref) 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단한다.

상기 제어부(130)는 불균형이 발생하지 않은 것으로 판단하면(단계 210의 NO), 상기 제어부(130)는 프로세스를 종료한다. 반면, 상기 제어부()는 불균형이 발생한 것으로 판단하면(단계 210의 YES), 프로세스를 단계 211 또는 단계 212로 이행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)는 단계 211로 이행한다. 단계 211에서 상기 제어부(130)는 상기 경고부(150)를 통해 배터리 뱅크의 불균형 상태 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(130)는 단계 212로 이행한다. 단계 212에서 상기 제어부(130)는 어느 하나의 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단할 때마다 상기 메모리부(130)에 카운터(N)를 증가시킨다. 그리고, 단계 213에서 상기 제어부(130)는 상기 메모리부(140)에 미리 설정되어 저장된 기준 카운터값(Nref)과 일치하는지 판단한다. 일치하지 않다면(단계 213의 NO), 상기 제어부(130)는 프로세서를 단계 201로 이행한다. 따라서, 단계 201 내지 단계 210의 배터리 뱅크의 불균형 발생 여부를 다시 반복 수행한다. 이때마다, 상기 메모리부(130)에 카운터(N)가 증가되어 미리 설정되어 저장된 기준 카운터값(Nref)과 일치하면(단계 213의 YES), 상기 제어부(130)는 프로세서를 단계 214로 이행한다. 단계 214에서, 상기 제어부(130)는 상기 배터리 팩(10)의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력한다. 이때, 제어 신호는 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 스위치를 턴 오프 시키는 신호가 될 수 있다. 본 실시예는 반복적인 진단 과정을 통해 보다 배터리 뱅크의 불균형 발생 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 진단 장치(100)는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치 및 전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이때, 상기 다수의 배터리 뱅크들은 전기적으로 직렬 연결된다.

그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 팩과 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.

상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.

본 발명에 따르면, 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크에서 발생한 불균형 상황의 발생 여부를 진단할 수 있다. 또한, 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는 배터리 뱅크는 충전 및 방전 시 비슷한 전압 변화 패턴을 보이는 것에 비해, 배터리 뱅크의 임피더스를 기준으로 불균형 상황의 발생 여부를 판단하기 때문에, 전압에만 의존하여 오판하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 전압 변화량의 최대값과 최소값이 차이를 직접 비교하여, 측정 오차 또는 실제 배터리 셀의 특성에 의한 임피던스 차이를 분별할 수 있다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 진단 장치(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

<실험예>

본 발명에 대한 이해의 편의를 위해 실험예를 제시하도록 한다.

앞서 도 2에 도시된 바와 같이, 6개의 배터리 셀(14)이 각각 두 개씩 배터리 뱅크(11~13)를 구성하고 있으며, 3개의 배터리 뱅크(11~13)가 직렬 연결된 배터리 팩(10)을 대상으로 실험하였다.

도 6은 실험예에 따른 뱅크 전압값에 대한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 최초 각 배터리 뱅크(11~13)에 대한 뱅크 전압값(V1, V2, V3)을 확인할 수 있다. 본 실험에 사용된 상기 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 셀(14)들은 완충전되어 있다. 상기 배터리 셀(14)의 완충전시 전압은 4170mV이다.

본 실험예에서 1초부터 121초에 해당하는 구간에서는 방전이 개시되지 않았다. 그리고, 121초에서 상기 배터리 팩(10)이 1000mA의 전류를 방전하기 시작했다.

121초에 뱅크 전압값(V1, V2, V3)이 모두 급격하게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 배터리 팩(10)이 방전을 개시하면서 부하 효과(IR drop)에 의해서 뱅크 전압값(V1, V2, V3)이 낮아진 것이다. 그러나, 이 경우, 전압 변화량(ΔV1~ΔV3)은 모두 큰 값을 가지지만, 전압 변화량(ΔV1~ΔV3) 중 최대 전압 변화량(ΔVmax)과 최소값(ΔVmin)의 차이가 미비하다. 따라서, 본 발명에 따른 진단 장치(100)는 임피던스를 산출하지 않는다.

121초부터 241초 구간에는 배터리 팩(10)의 방전에 의해 각 뱅크 전압값(V1, V2, V3)이 완만하게 하강하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 121초부터 241초 구간에서 전압 변화량(ΔV1~ΔV3) 중 최대 전압 변화량(ΔVmax)과 최소값(ΔVmin)의 차이가 미비하다. 따라서, 본 발명에 따른 진단 장치(100)는 임피던스를 산출하지 않는다.

241초에 상기 배터리 팩(10)의 외부에서 충격이 가해져서 가장 하단에 위치한 배터리 뱅크(13)에 포함된 배터리 셀(14) 중 어느 하나의 배선이 단선되는 상황이 발생하였다. 즉, 배터리 뱅크(13)에 불균형 상태가 발생한 것이다.

따라서, 뱅크 전압값(V3)가 급격하게 하강하였고, 그로 인해서 전압 변화량(ΔV3)은 100mV 값을 가진다. 이때, 최대 전압 변화량(ΔVmax)은 ΔV3로서 100mV이고, 최소값(ΔVmin)은 ΔV1으로서 1mV이다. 즉, 최대 전압 변화량(ΔVmax)과 최소 전압 변화량(ΔVmin)의 차이가 100배 정도 차이 난다. 따라서, 본 발명에 따른 진단 장치(100)는 임피던스를 산출을 개시한다.

배터리 뱅크(V3)의 임피던스 변화량(ΔZ3)은 0.1Ω이다. 배터리 뱅크(V1)의 임피던스 변화량(ΔZ1)은 0.001Ω인 것에 비하면 큰 변화인 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 진단 장치(100)는 배터리 뱅크(V3)에 불균형 상황이 발생한 것으로 판단한다.

10 : 배터리 팩 11~13 : 배터리 뱅크
14 : 배터리 셀 100 : 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치
110 : 전류 센서부 120 : 전압 센서부
130 : 제어부 140 : 메모리부
150 : 경고부 160 : 스위치부

Claims

전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들이 직렬로 연결된 배터리 팩의 불균형 여부를 진단하는 장치에 있어서,
상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류를 측정하여 전류값을 출력하는 전류 센서부;
상기 배터리 팩에 포함된 각 배터리 뱅크의 전압을 측정하여 뱅크 전압값을 출력하는 전압 센서부; 및
상기 측정된 각 배터리 뱅크의 뱅크 전압값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하고, 산출된 시간당 임피던스 변화량의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 측정된 모든 뱅크 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높고 동시에, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에만 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 전압값 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 중 최대값이 상기 산출된 각 전압 변화량 중 최소값에 미리 설정된 참조값을 곱하여 산출된 값 이상인 경우에 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제5항에 있어서,
상기 미리 설정된 참조값은 10인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 산출된 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 어느 하나 이상이 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 최대값과 최소값의 차이가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
불균형 상태 발생 여부를 시각적 또는 청각적으로 출력하는 경고부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 어느 한 배터리 뱅크에 불균형 상태가 발생한 경우 상기 경고부를 통해 배터리 뱅크의 불균형 상태 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항에 있어서,
미리 설정된 기준 카운터값을 저장하는 메모리부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 어느 하나의 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단할 때마다 상기 메모리부에 카운터를 증가시키며, 상기 카운터가 기준 카운터에 도달하였을 때, 상기 배터리 팩의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어 신호는, 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 스위치를 턴 오프 시키는 신호인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 뱅크의 불균형 진단 장치; 및
전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들;을 포함하며,
상기 다수의 배터리 뱅크들은 전기적으로 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제12항에 따른 배터리 팩;
상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
제13항에 있어서,
상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
전기적으로 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 뱅크들이 직렬로 연결된 배터리 팩에서 배터리 뱅크의 불균형 여부를 진단하는 방법으로서,
(a) 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값과 각각의 배터리 뱅크의 뱅크 전압값을 수신하는 단계;
(b) 상기 측정된 각 배터리 뱅크의 전압값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하고, 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하는 단계; 및
(c) 산출된 시간당 임피던스 변화량의 변화 패턴을 분석하여 각 배터리 뱅크의 불균형 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 측정된 모든 배터리 뱅크의 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높고, 측정된 배터리 팩의 충전 또는 방전 전류값이 미리 설정된 기준 전류값보다 높은 경우에 각 배터리 뱅크의 시간당 전압 변화량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 산출된 각 전압 변화량 중 최대값이 상기 산출된 각 전압 변화량 중 최소값에 미리 설정된 참조값을 곱하여 산출된 값 이상인 경우에 산출된 각 전압 변화량 및 상기 전류값을 사용하여 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제19항에 있어서,
상기 미리 설정된 참조값은 10인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량이 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 산출된 각 배터리 뱅크의 시간당 임피던스 변화량 중 최대값과 최소값의 차이가 미리 설정된 기준 임피던스 변화량 이상인 경우, 해당 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
(d) 어느 하나의 배터리 뱅크를 불균형 상태로 판단할 때마다 카운터를 증가시키는 단계; 및
(e) 상기 카운터가 미리 설정된 기준 카운터에 도달하였을 때, 상기 배터리 팩의 사용을 중지하는 제어 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제23항에 있어서,
상기 제어 신호는 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 스위치를 턴 오프 시키는 신호인 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.
제15항에 있어서,
(d) 어느 한 배터리 뱅크에 불균형 상태가 발생한 경우 배터리 뱅크의 불균형 상태 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경고할 수 있도록 경고 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 뱅크의 불균형 진단 방법.