KR20210079261A - Abnormal condition detection system using battery voltage data - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예는 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to an abnormal state pre-detection system using battery voltage data.
일반적으로 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)는 신재생 에너지 시장인 태양광, 풍력 등에서 생산된 에너지를 저장 장치(예를 들면, 배터리)에 저장했다가 필요한 시간대에 전기를 공급하여 전력 사용 효율을 향상시키는 장치를 의미한다. In general, an energy storage system (ESS: Energy Storage System) stores energy produced from solar power, wind power, etc., which are new and renewable energy markets, in a storage device (eg, a battery), and supplies electricity at a necessary time to provide power efficiency device to improve
이러한 에너지 저장 장치는 크게 배터리, PCS(Power Conversion System, AC-DC 변환 기능 및 배전 기능을 수행함) 및 EMS(Energy Management System, 전체 ESS 시스템을 운영하고 관장함) 등을 포함한다. 여기서, 배터리는 BMS(Battery Management System)에 의해 전압, 온도 등이 모니터링 및 관리되고, 또한 BMS는 PCS 및/또는 EMS와 필요한 정보를 주고 받는다.Such energy storage devices include a battery, a Power Conversion System (PCS, performing an AC-DC conversion function and a power distribution function), and an EMS (Energy Management System, which operates and manages the entire ESS system), and the like. Here, voltage, temperature, etc. are monitored and managed by a battery management system (BMS), and the BMS exchanges necessary information with the PCS and/or EMS.
한편, 배터리는 최근 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같은 이차 전지를 포함하는데, 이러한 이차 전지는 주요 재료가 공기 중에서 불안정한 리튬이기 때문에, 배터리의 열화, 발화 또는 폭발 방지와 같은 안전성의 확보가 무엇보다 중요하다. On the other hand, recently, batteries include secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium polymer batteries, and since the main material of these secondary batteries is lithium, which is unstable in air, securing safety such as preventing battery deterioration, ignition or explosion is paramount. It is important.
그러나, 종래의 ESS는 배터리의 전압이나 온도 등이 기준 범위를 벗어났을 경우, 비로소 BMS, PCS 및/또는 EMS가 동작하여 배터리의 충전/방전을 정지시키고, 시스템 경고를 수행하거나 시스템의 가동을 정지시킴으로써, ESS의 안전성이 낮을 뿐만 아니라 ESS에 화재까지 발생하는 문제가 있었다. 즉, 배터리의 이상으로 전압이나 온도 등이 기준 범위를 벗어나기 전 전조(前兆) 현상을 사전에 감지하여 시스템에 경고를 주거나 시스템의 가동을 정지한다면 ESS의 안전성이 더욱 향상될 수 있는데, 아직까지 이러한 배터리의 이상 시 전조 현상을 사전에 감지하여 향후 발생될 문제를 미리 차단하는 기술이 개발되지 않았다.However, in the conventional ESS, when the voltage or temperature of the battery is out of the standard range, the BMS, PCS, and/or EMS operate only to stop the charging/discharging of the battery, performing a system warning, or stopping the operation of the system. By doing so, there was a problem that not only the safety of the ESS was low, but also a fire occurred in the ESS. In other words, the safety of the ESS can be further improved if a warning is given to the system or the operation of the system is stopped by detecting a precursor phenomenon in advance before the voltage or temperature exceeds the standard range due to a battery abnormality. No technology has been developed to prevent problems that may arise in the future by detecting a precursor phenomenon in advance when a battery is abnormal.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of the present invention is only for improving the understanding of the background of the present invention, and thus may include information that does not constitute the prior art.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 배터리의 다양한 전압 데이터를 이용하여 배터리의 이상에 관련된 전조 현상을 감지하고, 이를 사용자에게 경고하거나 시스템 가동을 정지함으로써 시스템 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템을 제공하는데 있다.A problem to be solved according to an embodiment of the present invention is a battery voltage capable of improving system safety by detecting a precursor phenomenon related to an abnormality of a battery using various voltage data of the battery, and warning the user or stopping the system operation. An object of the present invention is to provide a system for detecting anomalies in advance using data.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템은 다수의 배터리 셀 각각의 전압을 감지하여 상기 다수의 배터리 셀 각각에 대한 배터리 전압 데이터를 제공하는 전압 센싱부; 상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀간 전압 편차(Va)를 계산하는 전압 편차 계산부; 상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 변화(Vb)를 계산하는 전압 변화 계산부; 상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 편차의 변화(Vc)와, 상기 전압 변화(Vb)의 기준값에 대한 상기 전압 편차의 변화(Vc)의 비율을 계산하는 전압 편차 변화 계산부를 포함하는 전압 계산부; 및 상기 전압 편차(Va), 상기 전압 변화(Vb), 상기 전압 편차의 변화(Vc) 및 상기 전압 변화(Vb)의 기준값에 대한 상기 전압 편차의 변화(Vc)의 비율을 기준값과 비교하여 시스템 조치 신호를 출력하는 조치 신호 출력부를 포함할 수 있다.An abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention includes: a voltage sensing unit for detecting voltages of a plurality of battery cells and providing battery voltage data for each of the plurality of battery cells; a voltage deviation calculator for calculating a voltage deviation (Va) between each battery cell from the battery voltage data; a voltage change calculator for calculating a voltage change (Vb) of each battery cell according to time of each battery cell from the battery voltage data; A voltage for calculating the ratio of the change (Vc) of the voltage deviation of each battery cell with the lapse of time of each battery cell from the battery voltage data and the change (Vc) of the voltage deviation with respect to the reference value of the voltage change (Vb) a voltage calculator including a deviation change calculator; and comparing the voltage deviation (Va), the voltage change (Vb), the change in voltage deviation (Vc), and the ratio of the change in voltage deviation (Vc) to a reference value of the voltage change (Vb) with a reference value. It may include an action signal output unit for outputting the action signal.
상기 조치 신호 출력부의 시스템 조치 신호는 배터리 가동 상세 데이터를 분석하여 실제 이상 발생 여부를 판단하도록 하는 시스템 경고 신호, 점검된 이상 부위에 대한 조치를 취하도록 하는 시스템 위험 신호 또는 시스템을 셧다운시키도록 하는 시스템 셧다운 신호일 수 있다.The system action signal of the action signal output unit is a system warning signal to analyze the detailed battery operation data to determine whether an actual abnormality has occurred, a system danger signal to take action on the checked abnormality, or a system to shut down the system It may be a shutdown signal.
상기 시스템 경고 신호 및 상기 시스템 위험 신호를 출력하기 위해 설정된 기준값에 비해 상기 시스템 셧다운 신호를 출력하기 위해 설정된 기준값이 더 높을 수 있다.A reference value set for outputting the system shutdown signal may be higher than a reference value set for outputting the system warning signal and the system danger signal.
상기 전압 계산부는 상기 배터리 셀의 충전 시 정전압 충전 구간 진입 시기를 중심으로 SOC ± 10% 구간 및/또는 미리 설정한 전압의 구간에서 동작할 수 있다.The voltage calculator may operate in an SOC±10% section and/or a preset voltage section based on a time of entering a constant voltage charging section during charging of the battery cell.
상기 전압 계산부는 상기 배터리 셀의 방전 시 잔량 SOC 5% 내지 30% 구간 및/또는 미리 설정한 전압의 구간에서 동작할 수 있다.The voltage calculator may operate in a section of 5% to 30% of the remaining amount SOC and/or a section of a preset voltage when the battery cell is discharged.
상기 다수의 배터리 셀은 직렬로 연결된 배터리 셀 또는 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함할 수 있다.The plurality of battery cells may include battery cells connected in series or battery cells connected in parallel.
본 발명의 실시예는 배터리의 다양한 전압 데이터를 이용하여 배터리의 이상에 관련된 전조 현상을 감지하고, 이를 사용자에게 경고하거나 시스템 가동을 정지함으로써 시스템 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention detects a precursor phenomenon related to a battery abnormality using various voltage data of the battery, and warns the user or stops the system operation, thereby improving system safety by using battery voltage data. A detection system is provided.
도 1은 일반적인 ESS 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템에 이용된 배터리의 구성 예를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템 중 전압 계산부 및 조치 신호 출력부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템의 동작 설명을 위한 배터리 전압의 변화 및 이상 상황 판단 위치를 도시한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템의 동작 설명을 위한 배터리의 전압 변화 예를 도시한 그래프 및 표이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템의 동작 설명을 위한 배터리의 전압 변화 예를 도시한 표이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a general ESS system.
2A and 2B are schematic diagrams illustrating a configuration example of a battery used in an abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating the configuration of an abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating the configuration of a voltage calculation unit and an action signal output unit in the abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating a change in battery voltage and an abnormality determination position for explaining the operation of the abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are graphs and tables illustrating an example of a change in voltage of a battery for explaining the operation of an abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
7 is a table illustrating an example of a voltage change of a battery for explaining the operation of the abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 “또는” 및 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the terms “or” and “and/or” include any one and any combination of one or more of those listed items. In addition, in the present specification, "connected" means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected by interposing member C between member A and member B. do.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular forms may include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, “comprise, include” and/or “comprising, including” refer to the recited shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups thereof. It specifies the presence and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers, and/or parts are limited by these terms so that they It is self-evident that These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, a first member, component, region, layer, or portion described below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
도 1은 일반적인 ESS 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a general ESS system.
도 1에 도시된 바와 같이 ESS 시스템은 신재생 에너지원으로부터 에너지를 받아 저장하며, 이를 위해 BMS를 갖는 배터리, PCS 및 EMS를 포함할 수 있다. BMS는 배터리의 상태를 제어하는 장치로서 배터리의 전압, 온도, 충전/방전 상태를 모니터링하고 모듈 내 단위 배터리 셀간의 충방전 정도가 동일해지도록 조절하는 셀 밸런싱, 배터리의 안전을 위한 과충전 방지, 과방전 방지 등의 보호 기능을 수행하고, 또한 보호회로를 통해 과전류 및 단락 시 메인 스위치를 차단하며, PCS 및 EMS와 통신하는 역할도 한다. 일부 예들에서, 배터리는 리튬이온전지, 리튬인산철전지, 리튬 폴리머전지 또는 리튬 금속전지를 포함할 수 있다. PCS는 신재생 에너지원이나 계통으로부터 전기 에너지를 받아 배터리를 충전하거나 또는 계통으로 배터리에 저장된 에너지를 방출하기 위해 전기의 특성(교류/직류, 전압, 주파수 등)을 변환할 수 있다. EMS(또는 PMS)는 배터리 및 PCS의 상태를 모니터링/제어하고, 컨트롤 센터 등에서 ESS를 통합 모니터링하고 제어하기 위한 운영 시스템을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1 , the ESS system receives and stores energy from a renewable energy source, and for this, a battery having a BMS, PCS, and EMS may be included. BMS is a device that controls the state of the battery. It monitors the voltage, temperature, and charge/discharge status of the battery and regulates the charging/discharging level between unit battery cells in the module so that the cell balancing, overcharge prevention for battery safety, and overdischarge. It performs protection functions such as power outage protection, and also blocks the main switch in case of overcurrent or short circuit through the protection circuit, and also serves to communicate with PCS and EMS. In some examples, the battery may include a lithium ion battery, a lithium iron phosphate battery, a lithium polymer battery, or a lithium metal battery. The PCS can receive electrical energy from a renewable energy source or grid and convert the characteristics of electricity (AC/DC, voltage, frequency, etc.) to charge the battery or release the energy stored in the battery to the grid. The EMS (or PMS) may include an operating system for monitoring/controlling the states of the battery and the PCS, and for integrated monitoring and controlling the ESS in a control center or the like.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템에 이용된 배터리의 구성 예를 도시한 개략도이다.2A and 2B are schematic diagrams illustrating a configuration example of a battery used in an abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이상 상태 사전 감지 시스템에서 언급되는 배터리(10)는 다수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 구성을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 배터리 셀 S11, S12, S13, S14가 병렬로 연결되어 제1뱅크(S1)를 구성하고, 배터리 셀 S21, S22, S23, S24가 병렬로 연결되어 제2뱅크(S2)를 구성하며, 배터리 셀 S31, S32, S33, S34가 병렬로 연결되어 제3뱅크(S3)를 구성하고, 배터리 셀 S41, S42, S43, S44가 병렬로 연결되어 제4뱅크(S4)를 구성할 수 있다. 여기서, 제1뱅크(S1) 내지 제4뱅크(S4)는 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이상 상태 사전 감지 시스템에서 언급되는 배터리(10)는 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 구성을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1배터리 셀(S1), 제2배터리 셀(S2), 제3배터리 셀(S3) 및 제4배터리 셀(S4)이 직렬로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 2A , the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100) 중 전압 계산부(120) 및 조치 신호 출력부(130)의 구성을 도시한 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating the configuration of an abnormal state pre-detection
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이상 상태 사전 감지 시스템(100)은 전압 센싱부(110), 전압 계산부(120) 및 조치 신호 출력부(130)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the abnormal state pre-detection
일부 예들에서, 본 발명의 실시예에 따른 이상 상태 사전 감지 시스템(100)은 SOC 추정부(140), 시간 추정부(150) 및/또는 기준값 저장부(160)를 더 포함할 수 있다.In some examples, the abnormal state pre-detection
전압 센싱부(110)는 다수의 배터리 셀 각각의 전압을 감지하고, 다수의 배터리 셀 각각에 대한 배터리 전압 데이터를 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다. 일례로, 도 2a를 다시 참조하면, 전압 센싱부(110)는 제1뱅크(S1) 내지 제2뱅크(S4)의 전압을 각각 센싱하고, 이를 배터리 전압 데이터로 변환하여 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다. 다른 예로, 도 2b를 다시 참조하면, 전압 센싱부(110)는 제1배터리 셀(S1) 내지 제4배터리 셀(S4)의 전압을 각각 센싱하고, 이를 배터리 전압 데이터로 변환하여 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다.The
전압 계산부(120)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전압 편차 계산부(121), 전압 변화 계산부(122) 및 전압 편차 변화 계산부(123)를 포함할 수 있다. The
전압 편차 계산부(121)는 전압 센싱부(110)로부터 제공받은 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀간 전압 편차(Va)를 계산하고 이를 조치 신호 출력부(130)에 제공할 수 있다. 전압 변화 계산부(122)는 전압 센싱부(110) 및/또는 전압 편차 계산부(121)로부터 제공받은 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 변화(Vb)를 계산하고 이를 조치 신호 출력부(130)에 제공할 수 있다. 전압 편차 변화 계산부(123)는 전압 센싱부(110), 전압 편차 계산부(121) 및/또는 전압 변화 계산부(122)로부터 제공받은 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 편차 변화(Vc)를 계산하고 이를 조치 신호 출력부(130)에 제공할 수 있다.The
조치 신호 출력부(130)는 전압 계산부(120)로부터 제공받은 전압 편차(Va), 전압 변화(Vb) 및/또는 상기 전압 편차 변화(Vc)가 미리 설정된 기준값을 벗어날 경우 시스템 조치 신호를 출력할 수 있다. The action
일부 예들에서, 조치 신호 출력부(130)로부터 출력되는 시스템 조치 신호는 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호를 포함할 수 있다. In some examples, the system action signal output from the action
일부 예들에서, 시스템 경고 신호는 배터리 가동 상세 데이터를 분석하여 실제 이상 발생 여부를 판단하도록 하는 신호를 포함할 수 있으며, 이는 EMS에 제공될 수 있다. 이에 따라, EMS는 시스템 화면을 통하여 이러한 상태를 관리자에게 시각적 또는 청각적으로 알릴 수 있다. In some examples, the system warning signal may include a signal to analyze battery operation detailed data to determine whether an actual abnormality has occurred, which may be provided to the EMS. Accordingly, the EMS may visually or audibly notify the manager of this state through the system screen.
일부 예들에서, 시스템 위험 신호는 점검된 이상 부위에 대한 조치를 취하도록 하는 신호를 포함할 수 있으며, 이는 EMS에 제공될 수 있다. 이에 따라, EMS는 시스템 화면을 통하여 이러한 상태를 관리자에게 시각적 또는 청각적으로 알릴 수 있다. In some examples, the system hazard signal may include a signal to take action on the checked anomaly, which may be provided to the EMS. Accordingly, the EMS may visually or audibly notify the manager of this state through the system screen.
일부 예들에서, 시스템 셧다운 신호는 원인을 불문하고 ESS 시스템을 셧다운시켜 사용을 중지하도록 하는 신호를 포함할 수 있다. 이러한 시스템 셧다운 신호는 BMS, PCS 및/또는 EMS에 제공될 수 있으며, 이에 따라 BMS, PCS 및/또는 EMS가 메인 스위치를 턴오프하여 배터리 셀의 충방전이 완전히 중지되도록 할 수 있다. 물론, EMS 시스템 화면을 통해 관리자에게 시각적 또는 청각적으로 시스템 셧다운 정보가 제공될 수 있다.In some examples, the system shutdown signal may include a signal to shut down the ESS system for any cause to cease use. This system shutdown signal may be provided to the BMS, PCS, and/or EMS, so that the BMS, PCS and/or EMS may turn off the main switch to completely stop charging and discharging of the battery cells. Of course, the system shutdown information may be provided to the administrator visually or audibly through the EMS system screen.
SOC 추정부(140)는 전압 센싱부(110)로부터 제공받은 전압 정보를 기초로 하여 배터리 셀의 잔존 용량을 추정하고, 이를 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다. 일부 예들에서, SOC 추정부(140)는 전압 센싱부(110)를 이용하지 않고 다른 알고리즘(예를 들면, 칼만 필터, 스크린, OCV, 다른 형태의 계산 정보)을 통해 추정한 SOC를 전압 계산부(120)에 제공할 수도 있다.The
시간 추정부(150)는 ESS 시스템의 사용 시간을 추정하고, 이를 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 시간 추정부(150)는 ESS 시스템의 사용 날짜 및/또는 충방전 사이클 횟수를 추정하여 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다.The
기준값 저장부(160)는 전압 편차(Va)에 대한 기준값, 전압 변화(Vb)에 대한 기준값 및/또는 전압 편차 변화(Vc)에 대한 기준값을 미리 저장하고 있으며, 이를 전압 계산부(120)에 제공할 수 있다.The reference
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 배터리의 다양한 전압 데이터를 이용하여 배터리의 이상에 관련된 전조 현상을 감지하고, 이를 관리자나 사용자에게 경고하거나 시스템 가동을 정지함으로써 시스템 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100)을 제공할 수 있다.In this way, the embodiment of the present invention detects a precursor phenomenon related to a battery abnormality using various voltage data of the battery, and warns an administrator or user or stops the system operation, thereby improving system safety. It is possible to provide the abnormal
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100)의 동작 설명을 위한 배터리 전압의 변화 및 이상 상황 판단 위치를 도시한 그래프이다. 도 5에서 X축은 경과 시간을 의미하고, Y축은 전압을 의미할 수 있다. 또한, X축의 경과 시간은 정전류(CC) 충전, 정전압(CV) 충전, 휴지 및 방전으로 구분될 수 있다.5 is a graph illustrating a change in battery voltage and an abnormality determination position for explaining the operation of the abnormal
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 전압은 CC 충전 구간에서 시간 경과에 따라 점차 증가하고, CV 충전 구간 및 휴지 구간에서 시간 경과에도 불구하고 일정한 값을 유지할 수 있으며, 방전 구간에서 시간 경과에 따라 점차 감소할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the battery voltage gradually increases with time in the CC charging section, and can maintain a constant value despite the lapse of time in the CV charging section and the idle section, and gradually increases over time in the discharging section can decrease.
일부 예들에서, 본 발명의 실시예에 따른 이상 상태 사전 감지 시스템(100)은 감지된 배터리 전압을 이용하여 지속적으로 전압 계산을 하는 것이 아니라, 일례로, 시간 경과에 따라 대략 2 영역에서 전압 계산을 수행할 수 있다.In some examples, the abnormal
일부 예들에서, 전압 계산부(120)는 배터리 셀의 충전 시 정전압 충전 구간 진입 시기를 중심으로 SOC ± 10% 구간에서 동작할 수 있다. 다른 예들에서, 전압 계산부(120)는 배터리 셀의 방전 시 잔량 SOC 5% 내지 30% 구간에서 동작할 수 있다. 여기서, 전압 계산부(120)는 SOC 잔량을 SOC 추정부(140)로부터 획득할 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.In some examples, the
이와 같이 특정 시간 구간에서 전압 계산을 하는 이유는 상기 특정 구간에서 배터리 셀 이상 발생 시 전압 차이가 가장 크기 때문이다. 즉, 상기 특정 구간에서 배터리 셀의 이상 전조 현상을 가장 확실하게 파악할 수 있기 때문이다. 한편, 상술한 바와 같이, 본원 발명은 전압 편차(Va)에 대한 기준값, 전압 변화(Vb)에 대한 기준값 및/또는 전압 편차 변화(Vc)에 대한 기준값을 미리 설정할 수 있으며, 이에 대하여 각각 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다.The reason for calculating the voltage in the specific time period as described above is that the voltage difference is the largest when an abnormality occurs in the battery cell in the specific period. That is, it is because the abnormal precursor phenomenon of the battery cell can be most reliably detected in the specific section. On the other hand, as described above, in the present invention, the reference value for the voltage deviation (Va), the reference value for the voltage change (Vb), and/or the reference value for the voltage deviation change (Vc) may be preset, and thereto, respectively, a system warning A signal, a system critical signal and/or a system shutdown signal can be output.
일부 예들에서, 전압 편차(Va)에 대한 기준값 및 이에 대한 출력 신호는 다음과 같이 설정될 수 있다. 이러한 예는 본 발명의 이해를 위한 예시일 뿐이며, 하기할 수치 범위로 본 발명이 한정되지 않는다.In some examples, a reference value for the voltage deviation Va and an output signal therefor may be set as follows. These examples are only examples for understanding the present invention, and the present invention is not limited to the following numerical ranges.
도 5에 도시된 설정된 충전 구간에서, 전압 편차 계산부(121)에 의한 전압 편차(Va)가 기준값으로 설정된 대략 10mV 내지 대략 200mV인 경우, 그리고 도 5에 도시된 설정된 방전 구간에서, 전압 편차 계산부(121)에 의한 전압 편차(Va)가 기준값으로 설정된 대략 50mV 내지 대략 300mV인 경우, 조치 신호 출력부(130)는 시스템 경고 신호 및/또는 시스템 위험 신호를 출력할 수 있다. In the set charging section shown in FIG. 5 , when the voltage deviation Va by the
또한, 도 5에 도시된 설정된 충전 구간에서, 전압 편차 계산부(121)에 의한 전압 편차(Va)가 기준값으로 설정된 대략 200mV인 경우, 그리고 도 5에 도시된 설정된 방전 구간에서 전압 편차(Va)가 기준값으로 설정된 대략 300mV인 경우 조치 신호 출력부(130)는 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다. In addition, in the set charging section shown in Fig. 5, when the voltage deviation (Va) by the
여기서, 도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 전압 편차(Va)는 배터리 셀(S1,S2, S3, S4)의 최대 전압과 최소 전압의 차이를 의미할 수 있다.Here, referring back to FIGS. 2A and 2B , the voltage deviation Va may mean a difference between the maximum voltage and the minimum voltage of the battery cells S1 , S2 , S3 , and S4 .
일부 예들에서, 전압 변화(Vb) 및 전압 편차 변화(Vc)에 대한 기준값 및 이에 대한 출력 신호는 다음과 같이 설정될 수 있다. 이러한 예는 본 발명의 이해를 위한 예시일 뿐이며, 하기할 수치 범위로 본 발명이 한정되지 않는다.In some examples, a reference value for the voltage change Vb and the voltage deviation change Vc and an output signal therefor may be set as follows. These examples are only examples for understanding the present invention, and the present invention is not limited to the following numerical ranges.
도 5에 도시된 설정된 충전 구간에서, 전압 계산부(120)는 일정 시간 경과(혹은 일정 사이클 경과) 이후, 각 뱅크의 개별 전지의 전압 편차 변화(Vc)가 해당 시점 전압 변화(Vb)의 기준값으로 설정된 대략 30% 내지 100%인 경우, 조치 신호 출력부(130)는 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다. In the set charging period shown in FIG. 5 , the
또한, 도 5에 도시된 설정된 방전 구간에서, 전압 계산부(120)는 일정 시간 경과(혹은 일정 사이클 경과) 이후, 각 뱅크의 개별 전지의 전압 편차 변화(Vc)가 해당 시점 전압 변화(Vb)의 기준값으로 설정된 대략 30% 내지 100%인 경우, 조치 신호 출력부(130)는 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다.In addition, in the set discharge period shown in FIG. 5 , the
여기서, 전압 계산부(120)는 일정 시간을 시간 추정부(150)로부터 획득할 수 있으며, 사용 일수가 대략 7 내지 180일 사이로 설정되거나, 사이클 수가 대략 20 내지 200 사이클로 설정될 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.Here, the
또한, 여기서 각 뱅크의 개별 전지란 도 2a에서 병렬 연결된 S11 내지 S14로 이루어진 S1, S21 내지 S24로 이루어진 S2, S31 내지 S34로 이루어진 S3, S41 내지 S44로 이루어진 S4를 포함할 수 있으며, 전압 편차 변화(Vc)는 각 전지 S1 내지 S4의 일정 기간 경과(혹은 일정 사이클 경과) 후의 전압 변화를 포함할 수 있다.In addition, here, the individual cells of each bank may include S1 consisting of S11 to S14 connected in parallel in FIG. 2A, S2 consisting of S21 to S24, S3 consisting of S31 to S34, and S4 consisting of S41 to S44, voltage deviation change (Vc) may include a voltage change after a predetermined period (or a predetermined cycle) of each of the cells S1 to S4 has elapsed.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100)의 동작 설명을 위한 배터리의 전압 변화 예를 도시한 그래프 및 표이다. 도 6a에서 X축은 경과 시간이고, Y축은 셀 전압이고, A,B,C,D는 배터리 셀이다.6A and 6B are graphs and tables illustrating an example of a change in voltage of a battery for explaining the operation of the abnormal
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 사이클 수는 0 내지 100 사이클이고, 이때 전압 편차(Va), 일례로 배터리 셀 D의 전압 변화(Vb), 일례로 배터리 셀 D의 전압 편차 변화(Vc)가 측정되었다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 50 사이클부터 배터리 셀 D의 전압 변화(Vb)가 감지 및 계산되었고, 또한 배터리 셀 D의 전압 편차 변화(Vc)도 감지 및 계산되었다.As shown in FIGS. 6A and 6B , the number of cycles is 0 to 100 cycles, wherein the voltage deviation (Va), for example, the voltage change (Vb) of the battery cell D, and the voltage deviation change (Vc) of the battery cell D as an example ) was measured. As shown in FIG. 6B , the voltage change (Vb) of the battery cell D was sensed and calculated from the 50th cycle, and the voltage deviation change (Vc) of the battery cell D was also sensed and calculated.
이러한 예에서, 충전시 조치 신호 출력부(130)에 의한 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호를 출력하기 위한 기준값은 다음과 같이 설정될 수 있다.In this example, a reference value for outputting a system warning signal, a system danger signal, and/or a system shutdown signal by the action
먼저 전압 편차(Va)에 대한 기준값은 시스템 경고 신호 20mV, 시스템 위험 신호 50mV, 시스템 셧다운 신호 200mV로 설정될 수 있다. 또한 전압 변화(Vb)에 대한 기준값은 2개월 및/또는 50사이클에서, 시스템 경고 신호 40%, 시스템 위험 신호 50%, 시스템 셧다운 신호 70%로 설정될 수 있다. First, a reference value for the voltage deviation Va may be set to a system warning signal 20mV, a system danger signal 50mV, and a system shutdown signal 200mV. In addition, the reference value for the voltage change (Vb) may be set at 2 months and/or 50 cycles, a
따라서, 전압 편차(Va)에 대해서는 조치 신호 출력부(130)가 50사이클에서 시스템 경고 신호를 출력하고, 100사이클 까지는 시스템 위험 신호를 출력하지 않는다. 또한, 전압 변화(Vb)에 대해서는 조치 신호 출력부(130)가 50사이클에서 시스템 위험 신호를 출력하고, 100사이클에서는 시스템 셧다운 신호를 출력한다.Therefore, for the voltage deviation Va, the action
한편, 방전의 경우 전압이 낮아지는 형태로 나타나며, 시스템 경고 신호, 시스템 위험 신호 및/또는 시스템 셧다운 신호는 위 조건으로 이루어질 수 있다.On the other hand, in the case of discharge, the voltage appears to be lowered, and the system warning signal, the system danger signal, and/or the system shutdown signal may be made under the above conditions.
다음으로 전압 편차 변화(Vc)로 인한 조치 신호 출력부(130)에 의한 신호 출력은 아래와 같이 이루어질 수 있다.Next, the signal output by the action
도 5에 도시된 설정된 충전 구간에서 조치 신호 출력부(130)는 일정 시간 경과(혹은 일정 사이클 경과) 후의 값이 기준값인 대략 5% 내지 대략 50%보다 커졌을 때 시스템 경고 신호 및/또는 시스템 위험 신호를 출력할 수 있고, 기준값인 대략 30% 내지 대략 200%보다 커졌을 때 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다.In the set charging section shown in Figure 5, the action
도 5에 도시된 설정된 방전 구간에서 조치 신호 출력부(130)는 일정 시간 경과(혹은 일정 사이클 경과) 후의 값이 기준값인 대략 5% 내지 대략 50%보다 커졌을 때 시스템 경고 신호 및/또는 시스템 위험 신호를 출력할 수 있고, 기준값인 대략 30% 내지 대략 200%보다 커졌을 때 시스템 셧다운 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 일정 시간은 사용일수가 대략 7 내지 대략 180일(사이클 수는 대략 20사이클 내지 200사이클) 사이에서 설정될 수 있다.In the set discharge section shown in Figure 5, the action
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템(100)의 동작 설명을 위한 배터리의 전압 변화 예를 도시한 표이다.7 is a table illustrating an example of a change in voltage of a battery for explaining the operation of the abnormal
여기서, 배터리 전압 편차 변화(Vc)는 기준값으로서 50사이클에서 시스템 경고 신호 20%, 시스템 위험 신호 50%, 시스템 셧다운 신호 100%로 설정될 수 있다. 이 경우 최초 설정된 50사이클에서 조치 신호 출력부(130)가 이미 시스템 경고 신호를 출력하고, 80사이클에서 시스템 위험 신호를 출력하며, 90사이클에서 시스템 셧다운 신호를 출력한다.Here, the battery voltage deviation change Vc may be set to 20% of a system warning signal, 50% of a system danger signal, and 100% of a system shutdown signal in 50 cycles as a reference value. In this case, the action
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the abnormal state pre-detection system using battery voltage data according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the claims below. As such, without departing from the gist of the present invention, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs.
100; 이상 상태 사전 감지 시스템
110; 전압 센싱부
120; 전압 계산부
121; 전압 편차 계산부
122; 전압 변화 계산부
123; 전압 편차 변화 계산부
130; 조치 신호 출력부
140; SOC 추정부
150; 시간 추정부
160; 기준값 저장부100; Anomaly pre-detection system
110;
121;
123; voltage
140;
160; reference value storage
Claims (6)
상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀간 전압 편차(Va)를 계산하는 전압 편차 계산부; 상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 변화(Vb)를 계산하는 전압 변화 계산부; 상기 배터리 전압 데이터로부터 각 배터리 셀의 시간 경과에 따른 각 배터리 셀의 전압 편차의 변화(Vc)와, 상기 전압 변화(Vb)의 기준값에 대한 상기 전압 편차의 변화(Vc)의 비율을 계산하는 전압 편차 변화 계산부를 포함하는 전압 계산부; 및
상기 전압 편차(Va), 상기 전압 변화(Vb), 상기 전압 편차의 변화(Vc) 및 상기 전압 변화(Vb)의 기준값에 대한 상기 전압 편차의 변화(Vc)의 비율을 기준값과 비교하여 시스템 조치 신호를 출력하는 조치 신호 출력부를 포함하는, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.a voltage sensing unit configured to sense a voltage of each of the plurality of battery cells and provide battery voltage data for each of the plurality of battery cells;
a voltage deviation calculator for calculating a voltage deviation (Va) between each battery cell from the battery voltage data; a voltage change calculator for calculating a voltage change (Vb) of each battery cell according to time of each battery cell from the battery voltage data; A voltage for calculating a ratio of a change (Vc) of a voltage deviation of each battery cell over time and a change (Vc) of the voltage deviation with respect to a reference value of the voltage change (Vb) from the battery voltage data a voltage calculator including a deviation change calculator; and
System action by comparing the voltage deviation (Va), the voltage change (Vb), the change in voltage deviation (Vc) and the ratio of the change in voltage deviation (Vc) to the reference value of the voltage change (Vb) with a reference value An abnormal state pre-detection system using battery voltage data, including an action signal output unit for outputting a signal.
상기 조치 신호 출력부의 시스템 조치 신호는 배터리 가동 상세 데이터를 분석하여 실제 이상 발생 여부를 판단하도록 하는 시스템 경고 신호, 점검된 이상 부위에 대한 조치를 취하도록 하는 시스템 위험 신호 또는 시스템을 셧다운시키도록 하는 시스템 셧다운 신호인, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.The method of claim 1,
The system action signal of the action signal output unit is a system warning signal to analyze the detailed battery operation data to determine whether an actual abnormality has occurred, a system danger signal to take action on the checked abnormality, or a system to shut down the system Anomaly pre-detection system using battery voltage data, which is a shutdown signal.
상기 시스템 경고 신호 및 상기 시스템 위험 신호를 출력하기 위해 설정된 기준값에 비해 상기 시스템 셧다운 신호를 출력하기 위해 설정된 기준값이 더 높은, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.3. The method of claim 2,
An abnormal state pre-detection system using battery voltage data, wherein a reference value set for outputting the system shutdown signal is higher than a reference value set for outputting the system warning signal and the system danger signal.
상기 전압 계산부는 상기 배터리 셀의 충전 시 정전압 충전 구간 진입 시기를 중심으로 SOC ± 10% 구간 또는 미리 설정한 전압의 구간에서 동작하는, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.The method of claim 1,
The voltage calculator operates in an SOC ± 10% section or a preset voltage section based on a constant voltage charging section entry time during charging of the battery cell, an abnormal state pre-detection system using battery voltage data.
상기 전압 계산부는 상기 배터리 셀의 방전 시 잔량 SOC 5% 내지 30% 구간 또는 미리 설정한 전압의 구간 에서 동작하는, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.The method of claim 1,
The voltage calculator operates in a section of 5% to 30% of the remaining amount SOC or a section of a preset voltage when the battery cell is discharged, an abnormal state pre-detection system using battery voltage data.
상기 다수의 배터리 셀은 직렬로 연결된 배터리 셀 또는 병렬로 연결된 배터리 셀을 포함하는, 배터리 전압 데이터를 이용한 이상 상태 사전 감지 시스템.
The method of claim 1,
The plurality of battery cells includes battery cells connected in series or battery cells connected in parallel, an abnormal state pre-detection system using battery voltage data.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |