KR20210041981A - 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치 - Google Patents

배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210041981A
KR20210041981A KR1020190124892A KR20190124892A KR20210041981A KR 20210041981 A KR20210041981 A KR 20210041981A KR 1020190124892 A KR1020190124892 A KR 1020190124892A KR 20190124892 A KR20190124892 A KR 20190124892A KR 20210041981 A KR20210041981 A KR 20210041981A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
cell
balancing
capacity
value
Prior art date
Application number
KR1020190124892A
Other languages
English (en)
Inventor
조수호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190124892A priority Critical patent/KR20210041981A/ko
Publication of KR20210041981A publication Critical patent/KR20210041981A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • G01R31/38—Primary cells, i.e. not rechargeable
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H02J7/0032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits disconnection of loads if battery is not under charge, e.g. in vehicle if engine is not running
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 진단 방법이 제공된다. 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 각각 감지하고, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행한다. 배터리 관리 시스템은 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 감지한 셀 전압과 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산한다. 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀에서 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단한다.

Description

배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치{DIAGNOSIS METHOD OF BATTERY PACK, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, BATTERY APPARATUS}
본 발명은 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
배터리에 이상 현상이 발생해서 배터리가 발화에 이를 수 있는 상황이 일어나기 전에 배터리의 충전/방전을 제어하거나 배터리와의 연결을 제어해야 한다. 이를 위해서, 하나의 배터리 셀의 전압이 특정 값 위를 넘는지를 진단하는 과전압(over voltage) 진단, 하나의 배터리 셀의 전압이 특정 값 아래로 내려가는지를 진단하는 부족전압(under voltage) 진단이 수행될 수 있다. 그러나 이러한 진단만으로는 배터리의 이상 현상을 사전에 예방할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 배터리 셀의 이상을 정확하게 추정할 수 있는 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 진단 방법이 제공된다. 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 각각 감지하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행한다. 상기 배터리 관리 시스템은 상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산한다. 상기 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단한다.
상기 밸런싱 용량을 계산할 때, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 감지한 셀 전압을 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기로 나눈 값을 상기 밸런싱 전류로 결정하고, 상기 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간의 곱을 상기 밸런싱 용량으로 계산할 수 있다.
상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단할 때, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하고, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 대푯값에서 상기 누적 밸런싱 용량을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단할 수 있다.
상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단할 때, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최소값을 계산하고, 상기 대푯값에서 상기 최소값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최소값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단할 수 있다.
상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단할 때, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하고, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 누적 밸런싱 용량에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단할 수 있다.
상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단할 때, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최대값을 계산하고, 상기 최대값에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최대값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 연결되는 배터리 관리 시스템이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 감지하는 셀 전압 감시 회로, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로, 그리고 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산하고, 각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 장치가 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 감지하며, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행하고, 상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산하고, 각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 누적 밸런싱 용량을 통해 이상이 있는 배터리 셀을 정확하게 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 회로의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 외부 장치(10)에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치(10)가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하(10)로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 외부 장치(10)가 충전기인 경우, 배터리 장치(100)는 충전기(10)를 통해 외부 전력을 공급받아 충전된다.
부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility)일 수 있다.
배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)(120) 및 스위치(131, 132)를 포함한다.
배터리 팩(110)은 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함한다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
배터리 팩(110)의 복수의 배터리 셀은 각각 배선을 통해 배터리 관리 시스템(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 배터리 관리 시스템(120)은 복수의 배터리 셀에 대한 정보를 포함한 배터리 셀에 관한 다양한 정보를 취합 및 분석하여 배터리 셀의 충전 및 방전, 셀 밸런싱, 보호 동작 등을 제어하고, 스위치(131, 132)의 동작을 제어할 수 있다.
배터리 관리 시스템(120)은 셀 밸런싱 회로(121), 셀 전압 감시 회로(122) 및 프로세서(123)를 포함한다. 셀 밸런싱 회로(121)는 복수의 배터리 셀에 각각 대응하는 복수의 셀 밸런싱 회로를 포함할 수 있다. 각 셀 밸런싱 회로(121)는 대응하는 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행한다. 셀 전압 감시 회로(122)는 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 감지한다. 프로세서(123)는 각 배터리 셀의 셀 전압에 따라 해당 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱 회로(121)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 셀 밸런싱 회로(121)로 전달한다. 프로세서(123)는 각 배터리 셀에서의 밸런싱 용량을 계산하고, 각 배터리 셀의 밸런싱 용량에 기초해서 해당 배터리 셀에 이상이 있는지, 즉 진단이 필요한지를 결정한다.
스위치(131, 132)는 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이에 직렬 연결되어 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이의 전기적 연결을 제어한다. 예를 들면, 스위치(131)는 배터리 팩(110)의 양극 전압이 출력되는 양극 출력 단자(B(+))와 외부 장치(10)에 연결되는 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되고, 스위치(132)는 배터리 팩(110)의 음극 전압이 출력되는 음극 출력 단자(B(-))와 외부 장치(10)에 연결되는 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결될 수 있다. 스위치(131, 132)는 배터리 관리 시스템(120)의 프로세서(124)로부터 공급되는 신호에 의해 동작한다. 스위치(131, 132)는 예를 들면 릴레이일 수 있다.
아래에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로에 대해서 도 2를 참고로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 회로의 한 예를 나타내는 도면이다. 도 2에서는 설명의 편의상 하나의 배터리 셀에 연결되는 셀 밸런싱 회로를 도시한다.
도 2를 참고하면, 셀 밸런싱 회로(200)는 배터리 셀(C1)의 양극 전압이 전달되는 양극 단자(PT)와 배터리 셀(C1)의 음극 전압이 전달되는 음극 단자(NT) 사이에 연결되어 있는 전류 경로를 포함한다. 전류 경로는 배터리 셀(C1)의 양극 단자(PT)과 음극 단자(NT) 사이에 직렬로 연결되는 방전 저항(R1)과 스위치(S1)를 포함한다.
프로세서(도 1의 122)는 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)의 셀 전압 사이의 편차가 커지는 경우, 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(122)는 복수의 배터리 셀의 셀 전압(Vc) 중에서 최대 전압과 최소 전압을 결정하고, 최대 전압과 최소 전압의 차이가 소정의 임계치를 넘는 경우 셀 밸런싱을 수행하는 것을 결정할 수 있다. 이 경우, 프로세서(122)는 셀 밸런싱을 위한 목표 전압을 설정하고, 셀 전압(Vc)이 목표 전압을 넘는 배터리 셀의 셀 밸런싱 회로로 셀 밸런싱을 지시할 수 있다. 그리고 프로세서(122)는 해당 배터리 셀의 셀 전압(Vc)이 목표 전압에 도달하면 셀 밸런싱 회로로 셀 밸런싱의 종료를 지시할 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 배터리 셀(C1)의 셀 밸런싱을 진행하는 경우, 프로세서(122)로부터의 제어 신호에 응답하여서 스위치(S1)가 닫혀서 배터리 셀(C1)이 방전 저항(R1)을 통해 방전된다. 배터리 셀(C1)의 셀 밸런싱을 종료하는 경우, 프로세서(122)로부터의 제어 신호에 응답하여서 스위치(S1)가 열려서 배터리 셀(C1)의 방전이 종료된다.
도 2에 도시한 셀 밸런싱 회로는 하나의 예이며, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 형태의 셀 밸런싱 회로가 사용될 수 있다.
다음, 셀 밸런싱에 기초하여서 배터리 셀을 진단하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 배터리 관리 시스템(도 1의 120)은 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 측정한다(S310). 배터리 관리 시스템(120)은 복수의 배터리 셀의 셀 전압에 기초해서 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행한다(S320).
배터리 관리 시스템(120)은 각 배터리 셀에서 셀 밸런싱에 걸린 밸런싱 시간을 측정하여 저장한다(S330). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 밸런싱 시간의 측정을 위해 타이머를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(120)은 기준 시점부터 각 배터리 셀에서 진행된 밸런싱 시간의 누적 시간을 계산한다(S340). 어떤 실시예에서, 기준 시점은 배터리 셀을 사용하기 시작한 시점일 수 있다.
배터리 관리 시스템(120)는 각 배터리 셀의 누적 밸런싱 시간에 기초해서 각 배터리 셀의 이상 여부를 판단한다(S350). 이에 따라, 배터리 관리 시스템(120)은 이상이 있는 것으로 추정한 배터리 셀에 대해서 진단이 필요하다는 알림을 출력할 수 있다.
한편, 어떤 배터리 셀에서의 밸런싱 시간은 해당 배터리 셀의 전압, 배터리 셀의 양극 단자나 음극 단자에 연결되는 라인의 저항의 크기 등에 따라 밸런싱 시간이 달라질 수 있다. 그러므로 누적 밸런싱 시간만으로 배터리 셀의 이상 여부를 판단하는 경우, 이상 여부 판단이 정확하지 않을 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 측정한다(S410). 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 셀 전압에 기초해서 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고, 셀 밸런싱 회로(도 1의 121)를 통해 해당 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행한다(S420).
배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀에서 셀 밸런싱에 걸린 밸런싱 시간과 셀 밸런싱에 사용된 밸런싱 전류를 측정하고, 밸런싱 시간과 밸런싱 전류의 곱에 기초해서 밸런싱 용량을 계산한다(S430). 어떤 실시예서, 각 배터리 셀에서의 밸런싱 전류는 해당 배터리 셀에서 측정된 셀 전압을 셀 밸런싱 회로의 방전 저항의 크기로 나눈 값으로 결정될 수 있다. 어떤 실시예에서, 밸런싱 용량은 밸런싱 시간과 밸런싱 전류의 곱으로 결정될 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 밸런싱 시간의 측정을 위해 타이머를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 기준 시점부터 각 배터리 셀에서 밸런싱 용량의 누적 용량을 계산한다(S440). 어떤 실시예에서, 기준 시점은 배터리 셀을 사용하기 시작한 시점일 수 있다.
배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량에 기초해서 이상이 있는 것으로 추정되는 배터리 셀이 존재하는지를 판단한다(S450, S460). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량 중 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 적은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다. 즉, 어떤 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량이 다른 배터리 셀에 비해 적으면, 해당 배터리 셀은 퇴화도가 빠른 저전압 셀일 가능성이 높아서 진단이 필요한 것으로 판단될 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀의 누적 배터리 용량과 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 비교하고(S450), 누적 밸런싱 용량의 대푯값보다 소정 값 이상으로 작은 누적 배터리 용량을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S460). 즉, 배터리 관리 시스템은 대푯값에서 누적 밸런싱 용량을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S460). 대푯값은 예를 들면 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 평균값, 중앙값, 최빈값 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 복수의 배터리 셀의 누적 배터리 용량 중 최소값과 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 비교하고(S450), 누적 배터리 용량의 최소값이 누적 밸런싱 용량의 대푯값보다 소정 값 이상으로 작으면 최소값을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S460). 즉, 배터리 관리 시스템은 대푯값에서 최소값을 뺀 값이 소정 값 이상이면, 최소값을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S460).
한편, 배터리 관리 시스템은 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 적은 배터리 셀이 없다면, 복수의 배터리 셀에 이상이 없는 것으로 추정한다(S470).
한 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 이상이 있는 것으로 추정한 배터리 셀에 대해서 진단이 필요하다는 알림을 출력할 수 있다. 따라서, 해당 배터리 셀이 퇴화된 저전압 셀인지 등에 대한 진단이 정확하게 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 배터리 셀에 이상이 있는 것으로 추정한 경우, 배터리 팩(도 1의 110)을 사용하지 않도록 설정하거나 배터리 팩(110)의 공급 전력을 저전력 상태로 변경할 수 있다.
도 4를 참고로 하여 설명한 실시예에서는 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 적은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정하는 것으로 설명하였지만, 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 많은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수도 있다. 이러한 실시예에 대해서 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 5를 참고하면, 도 4를 참고로 하여 설명한 것처럼, 배터리 관리 시스템은 기준 시점부터 각 배터리 셀에서 누적 밸런싱 용량을 계산한다(S410, S420, S430, S440).
다음, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량에 기초해서 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 많은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정한다(S550, S560). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량 중 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 많은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다. 즉, 어떤 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량이 다른 배터리 셀에 비해 많으면, 해당 배터리 셀은 배터리 셀이나 셀 밸런싱 회로에 이상이 있을 가능성이 높아서 진단이 필요한 것으로 판단될 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀의 누적 배터리 용량과 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 비교하고(S550), 누적 밸런싱 용량의 대푯값보다 소정 값 이상으로 큰 누적 배터리 용량을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S560). 즉, 배터리 관리 시스템은 누적 밸런싱 용량에서 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S560). 대푯값은 예를 들면 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 평균값, 중앙값, 최빈값 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 복수의 배터리 셀의 누적 배터리 용량 중 최대값과 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 비교하고(S550), 누적 배터리 용량의 최대값이 누적 밸런싱 용량의 대푯값보다 소정 값 이상으로 크면 최대값을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S560). 즉, 배터리 관리 시스템은 최대값에서 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상이면, 최대값을 가지는 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수 있다(S560).
한편, 배터리 관리 시스템은 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 많은 배터리 셀이 없다면, 복수의 배터리 셀에 이상이 없는 것으로 추정한다(S570).
한 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 이상이 있는 것으로 추정한 배터리 셀에 대해서 진단이 필요하다는 알림을 출력할 수 있다. 따라서, 해당 배터리 셀에 이상이 있는지 또는 해당 배터리 셀의 셀 밸런싱 회로에 이상에 있는지 등에 대한 진단이 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 관리 시스템(120)은 배터리 셀에 이상이 있는 것으로 추정한 경우, 배터리 팩(도 1의 110)을 사용하지 않도록 설정하거나 배터리 팩(110)의 공급 전력을 저전력 상태로 변경할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고로 하여 설명한 실시예에서는 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 적거나 많은 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정하는 것으로 설명하였지만, 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 적은 배터리 셀과 누적 밸런싱 용량이 상대적으로 많은 배터리 셀 모두를 이상이 있는 배터리 셀로 추정할 수도 있다. 이러한 실시예에 대해서 도 6을 참고로 하여 설명한다.
도 6을 참고하면, 도 4를 참고로 하여 설명한 것처럼, 배터리 관리 시스템은 기준 시점부터 각 배터리 셀에서 누적 밸런싱 용량을 계산한다(S410, S420, S430, S440).
다음, 배터리 관리 시스템은 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀의 누적 밸런싱 용량 중 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 적은 배터리 셀이 존재하는지 판단하고(S650), 또한 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 많은 배터리 셀이 존재하는지 판단한다(S651). 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 적거나 많은 배터리 셀이 존재하는 경우, 배터리 관리 시스템은 해당 배터리 셀을 이상이 있는 배터리 셀로 추정한다(S660). 단계 S650, S651 및 S660은 도 4 및 도 5를 참고로 하여 설명한 단계 S450, S460, S550 및 S560과 유사하게 수행될 수 있다.
한편, 배터리 관리 시스템은 다른 배터리 셀에 비해 누적 밸런싱 용량이 일정 정도 이상으로 적거나 많은 배터리 셀이 없다면, 복수의 배터리 셀에 이상이 없는 것으로 추정한다(S670).
도 4 내지 도 6에서 단계 S410은 예를 들면 배터리 관리 시스템의 셀 전압 감시 회로(도 1의 122)에 의해 수행될 수 있고, 단계 S410 내지 S470, S550 내지 S570, S650 내지 S670은 예를 들면 배터리 관리 시스템의 프로세서(도 1의 123)에 의해 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 누적 밸런싱 용량을 통해 이상이 있는 배터리 셀을 정확하게 추정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 진단 방법으로서,
    상기 복수의 배터리 셀의 셀 전압을 각각 감지하는 단계,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행하는 단계,
    상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산하는 단계,
    각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하는 단계, 그리고
    상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 밸런싱 용량을 계산하는 단계는,
    상기 감지한 셀 전압을 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기로 나눈 값을 상기 밸런싱 전류로 결정하는 단계, 그리고
    상기 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간의 곱을 상기 밸런싱 용량으로 계산하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 대푯값에서 상기 누적 밸런싱 용량을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최소값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 대푯값에서 상기 최소값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최소값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 누적 밸런싱 용량에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최대값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 최대값에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최대값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
  7. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 연결되는 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 감지하는 셀 전압 감시 회로,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로, 그리고
    상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산하고, 각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 프로세서는, 상기 감지한 셀 전압을 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기로 나눈 값을 상기 밸런싱 전류로 결정하고, 상기 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간의 곱을 상기 밸런싱 용량으로 계산하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제7항에서,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하고, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 대푯값에서 상기 누적 밸런싱 용량을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제7항에서,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최소값을 계산하고, 상기 대푯값에서 상기 최소값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최소값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  11. 제7항에서,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값을 계산하고, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 누적 밸런싱 용량에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  12. 제7항에서,
    상기 프로세서는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 누적 밸런싱 용량의 대푯값과 최대값을 계산하고, 상기 최대값에서 상기 대푯값을 뺀 값이 소정 값 이상인 경우, 상기 최대값을 가지는 배터리 셀을 상기 진단이 필요한 배터리 셀로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  13. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 그리고
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 각각 감지하며, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀에서 셀 밸런싱을 수행하고, 상기 셀 밸런싱이 수행되는 배터리 셀에서, 상기 감지한 셀 전압과 상기 셀 밸런싱에 사용되는 방전 저항의 크기에 기초해서 결정된 밸런싱 전류와 상기 셀 밸런싱에 걸린 시간에 기초해서 밸런싱 용량을 계산하고, 각 배터리 셀에서 상기 밸런싱 용량을 기준 시점부터 누적하여 누적 밸런싱 용량을 계산하고, 상기 누적 밸런싱 용량에 기초해서 상기 복수의 배터리 셀 중에서 진단이 필요한 배터리 셀을 판단하는 배터리 관리 시스템
    을 포함하는 배터리 장치.
KR1020190124892A 2019-10-08 2019-10-08 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치 KR20210041981A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190124892A KR20210041981A (ko) 2019-10-08 2019-10-08 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190124892A KR20210041981A (ko) 2019-10-08 2019-10-08 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210041981A true KR20210041981A (ko) 2021-04-16

Family

ID=75743682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190124892A KR20210041981A (ko) 2019-10-08 2019-10-08 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210041981A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102215350B1 (ko) 전원 시스템
KR101589198B1 (ko) 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법
EP1837944B1 (en) Electric power supply control apparatus
KR101234059B1 (ko) 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법
US8947023B2 (en) Battery control device and motor drive system
US10622685B2 (en) Problem detection apparatus
EP3958006B1 (en) Battery diagnosis apparatus and method
US20130271146A1 (en) Battery system
JP5097365B2 (ja) 電池パックおよびその断線検知方法
JP7463008B2 (ja) 電池セル診断装置および方法
EP3719917B1 (en) Chargeable battery abnormality detection apparatus and chargeable battery abnormality detection method
KR20210011236A (ko) 배터리 저항 진단 장치 및 방법
KR20100023364A (ko) 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법
JP2019174165A (ja) 電池監視装置および継電器状態の診断方法
KR101858321B1 (ko) 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법
JPH0915311A (ja) 組電池の故障検出装置
JP2023511169A (ja) リレー診断装置、リレー診断方法、バッテリーシステム及び電気車両
KR20200088153A (ko) 전류 센서 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210041981A (ko) 배터리 팩의 진단 방법, 배터리 관리 시스템 및 배터리 장치
JP3997707B2 (ja) 監視装置、制御装置及び電池モジュール
KR102314351B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법
KR20210104458A (ko) 배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법
US11581589B2 (en) Management device, energy storage apparatus, cause analysis method, engine-driven vehicle, and electric vehicle
KR20220036555A (ko) 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 프리차지 전류 측정 방법
JP2021129439A (ja) 電池監視装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination