KR20220054127A - 배터리 이상 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 이상 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부 및 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 진단부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 이상 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAULT OF BATTERY}
본 발명은 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 임피던스를 측정하여 배터리 이상 여부를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙으로 이용된다. 그리고 배터리 랙은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
이러한 배터리 랙을 다수 포함하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)은 하나의 배터리 셀이라도 이상이 발생하면 수많은 배터리 셀들을 포함하고 단가가 비싼 에너지 저장 시스템을 폐기하는 상황까지 발생할 수 있다.
그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 저장 시스템의 구동 중에 배터리 모듈을 해체하여 이상 여부를 진단하는 것은 번거로울 수 밖에 없다. 이처럼, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템에 있어서 배터리 셀의 이상을 진단하는 것은 쉽지 않은 일이다. 따라서, 배터리 모듈의 해체 없이도 단시간에 배터리 셀의 이상을 검출하여 안전 사고를 예방할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 자동으로 측정함으로써, 배터리 모듈을 에너지 저장 시스템으로부터 해체할 필요 없이 신속하고 용이하게 배터리의 이상을 진단할 수 있는 배터리 이상 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부 및 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 진단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 단계 및 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치 및 방법에 의하면, 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 자동으로 측정함으로써, 배터리 모듈을 에너지 저장 시스템으로부터 해체할 필요 없이 신속하고 용이하게 배터리의 이상을 진단할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 단일 배터리 셀의 등가 회로를 나타내는 도면이고, 도 3b는 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치를 통해 측정한 배터리 모듈의 교류 임피던스의 파형을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 일반적인 배터리 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 랙(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 랙(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 (+) 단자 측 또는 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 랙(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)(예를 들면, RBMS)을 포함한다. 이 때, 배터리 랙(1)에는 배터리 모듈(10), 센서(12), 스위칭부(14) 및 배터리 관리 시스템(20)이 복수 개 구비될 수 있다.
여기서, 스위칭부(14)는 복수의 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 소자로서, 예를 들면, 배터리 랙(1)의 사양에 따라서 적어도 하나의 릴레이, 마그네틱 접촉기 등이 이용될 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(20)은, 스위칭부(14) 예를 들어, 릴레이 또는 접촉기 등의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10) 각각의 상태를 감시할 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 관리 시스템(20)에서는 이하에서 후술하는 바와 같이 별도의 프로그램을 통해 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 교류 임피던스를 측정하고, 배터리 이상 여부를 검출할 수 있다.
상위 제어기(2)는 배터리 관리 시스템(20)으로 배터리 모듈(10)에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(20)은 상위 제어기(2)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 배터리 셀은 ESS(Energy Storage System)에 이용되는 배터리 모듈(10)에 포함된 구성일 수 있다. 그리고 이러한 경우, 상위 제어기(2)는 복수의 랙을 포함하는 배터리 뱅크의 제어기(BBMS) 또는 복수의 뱅크를 포함하는 ESS 전체를 제어하는 ESS 제어기일 수 있을 것이다. 다만, 배터리 랙(1)은 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 랙(1)의 구성 및 배터리 관리 시스템(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)는 임피던스 측정부(210), 진단부(220), 알람부(230) 및 저장부(240)를 포함할 수 있다.
임피던스 측정부(210)는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 이 때, 임피던스 측정부(210)는 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 동작이 멈출 때마다 자동으로 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 임피던스 측정부(210)는 미리 설정된 주기로 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 교류 임피던스를 측정할 수 있다.
도 2에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)는 스위치를 통해 임피던스 측정부(210)와 배터리 모듈 각각에 대한 스위칭을 수행하는 스위칭부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위칭부는 임피던스 측정부(210)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다. 이 경우, 임피던스 측정부(210)는 내부에 마련된 복수의 채널을 통해 배터리 모듈 각각에 연결되고, 스위칭부의 스위칭에 의해 배터리 모듈의 교류 임피던스를 순차적으로 측정할 수 있다. 이처럼, 임피던스 측정부(210) 내부에 복수의 채널을 확보할 수 있는 경우 스위칭부를 통해 순차적으로 배터리 모듈 각각에 대한 교류 임피던스를 측정할 수 있다.
만약, 임피던스 측정부(210) 내부에 복수의 채널이 확보되어 있지 않은 경우에는 임피던스 측정부(210)는 복수의 와이어(미도시)를 통해 배터리 모듈 각각에 연결될 수 있다. 이 경우, 임피던스 측정부(210)가 복수의 와이어를 통해 배터리 모듈 각각과 순차적으로 연결되도록 제어하는 접속 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이처럼, 임피던스 측정부(210) 내부에 다수의 채널을 확보할 수 없는 경우에는 임피던스 측정부(210)와 배터리 모듈 사이를 직접 연결하여 순차적으로 채널을 변경하고 제어할 수 있도록 별도의 와이어와 제어 장치를 활용할 수 있다.
특히, 임피던스 측정부(210)에서 측정하는 교류 임피던스는 기존의 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)에 의한 측정 방법과는 상이한 것일 수 있다. 즉, 기존의 EIS의 경우 모두 배터리 셀의 단위로 임피던스를 측정하는 것이지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)에서는 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 측정하는 것이다. 예를 들면, 기존의 EIS 측정 방법의 경우 5V 미만의 배터리 셀 단위의 임피던스를 측정하는 반면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)에서는 약 1000V 전압 범위의 고전압 교류 임피던스 측정법을 활용하고 있다.
이러한, 고전압 교류 임피던스 측정법은 기존의 EIS와 같이 배터리 셀의 전극에 측정 장치를 접속하여 측정을 수행하는 것이 아니라, 다수의 배터리 셀이 연결되어 있는 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 +/- 단자와 배터리 랙의 고전압 커넥터 연결부에 직접 접속하여 다수 배터리 셀 전체 합의 교류 임피던스 경향을 측정하는 것이다. 이에 관해서는 도 3a 및 3b에서 후술한다.
진단부(220)는 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 배터리 모듈의 이상 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 진단부(220)는 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스를 서로 비교함으로써 배터리 모듈의 이상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈의 교류 임피던스 중 다른 배터리 모듈의 교류 임피던스에 비해 경향성이 벗어난 배터리 모듈에 대해 이상이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
또한, 진단부(220)는 배터리 모듈의 교류 임피던스가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 교류 임피던스의 기준 범위는 사전에 데이터베이스(예를 들면, 저장부(240))에 저장되어 있는 퇴화도가 심한 배터리 모듈에 대해 측정된 교류 임피던스 값들에 기초하여 설정될 수 있다.
알람부(230)는 진단부(220)에 의해 배터리 모듈 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되면 경고 알람을 제공할 수 있다. 이 때, 알람부(230)는 램프 등을 통해 시각적으로 경고 알람을 제공하거나, 스피커 등을 통해 음성 신호로 경고 알람을 제공할 수 있다. 또한, 알람부(230)는 별도의 디스플레이부(미도시) 상에 경고 알림 메시지를 표시할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 알람부(230)가 이에 제한되는 것은 아니며, 설명한 것 외에도 다양한 방식으로 경고 알림을 제공할 수 있다.
저장부(240)는 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스 데이터를 저장할 수 있다. 이처럼, 저장부(240)에 저장되어 있는 교류 임피던스 데이터들을 이용하여 전술한 것처럼 배터리 이상 판단시 기준 범위를 설정할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(200)가 반드시 저장부(240)를 포함해야 하는 것은 아니며, 외부의 서버(미도시)에 데이터베이스를 마련하고 별도의 통신 모듈(미도시)을 통해 교류 임피던스 데이터를 송수신하도록 구성될 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치에 의하면, 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 자동으로 측정함으로써, 배터리 모듈을 에너지 저장 시스템으로부터 해체할 필요 없이 신속하고 용이하게 배터리의 이상을 진단할 수 있다.
도 3a는 단일 배터리 셀의 등가 회로를 나타내는 도면이고, 도 3b는 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치는 배터리 모듈 또는 배터리 랙에 특정 주파수 범위(예를 들면, 0.1 내지 수 Hz)에서 교류 전류를 인가하고, 주파수 대역별로 전압 응답을 측정하여 임피던스의 크기와 위상을 측정할 수 있다. 또한, 배터리 셀/모듈/랙의 등가 회로의 각 파라미터들의 주파수에 따른 반응에 기초하여 배터리의 각 파라미터 값을 추출할 수 있다.
특히, 본 발명의 이상 검출 장치에 의한 고전압 교류 임피던스 분석 방법의 경우에는 다수의 정상 배터리 셀과 적어도 하나의 이상 배터리 셀이 연결되어 있는 배터리 모듈 또는 배터리 랙을 측정하는 것으로서, 기존의 EIS 측정 방법과는 등가 회로가 상이하여 추출되는 결과값의 종류와 개수가 달라진다.
이에 따라, 먼저 도 3a를 살펴보면, 단일 배터리 셀의 EIS를 측정하는 기존 방식의 경우 전압 범위는 20V 내외이며, 주파수 범위는 0.1 내지 1050hz이다. 또한, 삼전극 측정 방식으로 양극과 음극을 분리하여 측정하며, 노이즈 제거를 통해 Ohmic 저항을 보정할 수 있다.
이러한 종래의 측정 방식은 배터리 셀의 정상 상태(steady state), 즉 화학적 평형 및 양극의 전위 평형 상태에서 측정을 수행하며, 배터리 셀을 기준치와 절대 비교를 통해 이상을 검출한다. 이처럼, 기존의 셀 단위 EIS 측정 방법은 배터리 모듈 또는 배터리 랙을 셀 단위로 분해해야 하며, 삼전극 측정 및 화학적 평형 상태를 형성하는 것이 어렵기 때문에 실제 제품에 적용시 한계점이 있다.
반면, 도 3b와 같이 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위의 등가 회로를 활용하는 본 발명의 고전압 교류 임피던스 측정 방법에서는 전압 범위가 1000V 내외이며, 주파수 범위는 0.1 내지 4000hz이다. 또한, 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀에 대해 이전극 측정 방식을 이용하며 반복 및 재현 측정이 가능하다. 또한, 이러한 방식에 의하면, 컨택터나 와이어 등에 의한 기생 저항을 보정할 수 있으며, 다수 배터리 셀의 직렬 연결에 의해 기생 저항 영향을 최소화할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고전압 교류 임피던스 측정 방법은 동일한 배터리 랙의 모든 배터리 모듈의 충방전이 동시에 끝난 후의 상태에서 측정을 수행하며 배터리 모듈 각각에 대한 상대 비교와 절대 비교 모두 가능하다. 특히, 이러한 방식에 따르면, 도 3b에 나타낸 등가 회로에 따라 배터리 셀의 직렬 연결 개수(N)에 비례하여 배터리 시스템의 임피던스 값이 증가하여, 측정 데이터로부터 Nyquist plot을 획득하고 분석을 수행하는 경우 단일 배터리 셀에 비해 측정 조건에 따른 외부 영향(예를 들면, 센싱 라인 인덕턴스, 접촉 저항 등)을 감소시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고전압 교류 임피던스 측정 방법에 의하면, 배터리 셀 단위로 분해하지 않아도 측정 및 이상을 수행할 수 있고, 즉시 배터리 재사용이 가능하여 ESS의 배터리 모듈이나 랙 또는 자동차 배터리 팩에 즉시 적용할 수 있다. 또한, 배터리를 충방전할 필요가 없어 충방전으로 인한 전력을 절감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치를 통해 측정한 배터리 모듈의 교류 임피던스의 파형을 나타내는 도면이다. 도 4의 그래프에서 x축은 교류 임피던스의 저항 요소(real(Z))(mOhm)를 나타내고, y축은 교류 임피던스의 리액턴스 요소(Imaginary(Z))(mOhm)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, ESS의 동작이 멈출 때마다 자동으로 측정한 배터리 모듈의 고전압 교류 임피던스 값을 나타내고 있다. 이 때, 다른 배터리 모듈의 교류 임피던스 파형에 비해 2호기_Rack4_03번 배터리 모듈의 교류 임피던스 파형의 경향성이 상이한 것을 확인할 수 있다. 즉, 최초에 ESS를 셋업하였을 때는 각 배터리 모듈의 상태가 동일하였으나, ESS를 사용하는 과정에서 2호기_Rack4_03번 배터리 모듈만이 다른 배터리 모듈에 비해 퇴화가 많이 발생한 것을 알 수 있다. 이처럼, 특정 배터리 모듈에 대하여 퇴화가 심하게 발생한 경우에는 정상 배터리 모듈에 대해서도 함께 퇴화가 발생할 수 있어, 더욱 심각한 문제가 생길 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치에서는 배터리 모듈의 측정 교류 임피던스가 다른 배터리 모듈과 비교하여 크게 차이나는 경우나, 또는 사전에 데이터베이스에 구축된 퇴화 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 대해 교체 알람을 발생시킬 수 있다. 이처럼 교체된 배터리 모듈에 대해서는 별도의 충방전 시험을 통해 잔존 수명을 확인하고 추후 배터리 모듈의 이상 검출시 기준 데이터로서 활용할 수 있다. 예를 들면, 데이터베이스에 교체된 배터리 모듈의 잔존 수명과 측정된 교류 임피던스 값을 매칭하여 테이블 형태로 저장함으로써, 추후에 배터리 모듈의 이상 진단시 기준 데이터로 사용할 수 있다.
한편, 퇴화된 배터리 모듈을 교체하는 경우에는 재사용 배터리를 활용하여 배터리를 저렴한 가격으로 교체하고 ESS의 배터리 시스템 전체의 퇴화도를 맞추어 안정적으로 시스템을 운영할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법에서는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정한다(S510). 또한, 단계 S510에서는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 측정할 수 있다. 이 때, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 동작이 멈출 때마다 또는 미리 설정된 주기로 자동으로 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 교류 임피던스를 측정할 수 있다.
특히, 단계 S510에서는 기존의 EIS와 같이 배터리 셀의 전극에 측정 장치를 접속하여 측정을 수행하는 것이 아니라, 다수의 배터리 셀이 연결되어 있는 배터리 모듈 또는 배터리 랙의 +/- 단자와 배터리 랙의 고전압 커넥터 연결부에 직접 접속하여 다수 배터리 셀 전체 합의 교류 임피던스 경향을 측정하는 고전압 교류 임피던스 측정법을 이용할 수 있다.
그리고, 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 배터리 모듈의 이상 여부를 판단한다(S520). 이 경우, 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스를 서로 비교함으로써 배터리 모듈의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 배터리 모듈의 교류 임피던스 중 다른 배터리 모듈의 교류 임피던스에 비해 경향성이 벗어난 배터리 모듈에 대해 이상이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
또한, 단계 S520에서는 배터리 모듈의 교류 임피던스가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 교류 임피던스의 기준 범위는 사전에 데이터베이스에 저장되어 있는 배터리 모듈에 대해 측정된 교류 임피던스 값들에 기초하여 설정될 수 있다.
다음으로, 측정된 교류 임피던스 값에 기초하여 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 검출되었는지 여부를 판단한다(S530). 만약, 배터리 모듈이 정상으로 판단된 경우(NO)에는 단계 S510으로 다시 돌아간다.
반면, 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우(YES), 해당 배터리 모듈의 교체를 위해 경고 알람을 발생시킨다(S540). 이 때, 단계 S540에서는 전술한 것과 같이 램프 등을 통해 시각적으로 경고 알람을 제공하거나, 스피커 등을 통해 음성 신호 등으로 경고 알람을 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 방법에 의하면, 배터리 모듈 또는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 자동으로 측정함으로써, 배터리 모듈을 에너지 저장 시스템으로부터 해체할 필요 없이 신속하고 용이하게 배터리의 이상을 진단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치(600)는 MCU(610), 메모리(620), 입출력 I/F(630) 및 통신 I/F(640)를 포함할 수 있다.
MCU(610)는 메모리(620)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 배터리 임피던스 산출 프로그램, 이상 검출 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 모듈의 이상 검출을 위한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 2의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(620)는 배터리 모듈의 임피던스 산출이나 이상 검출 등에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(620)는 배터리 모듈의 교류 임피던스 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(620)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(620)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(620)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(620)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(720)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(630)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(710) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(640)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(640)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 모듈의 교류 임피던스 측정과 이상 검출을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(620)에 기록되고, MCU(610)에 의해 처리됨으로써, 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 랙 2: 상위 제어기
10: 복수의 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200: 배터리 이상 검출 장치 210: 임피던스 측정부
220: 진단부 230: 알람부
240: 저장부 600: 배터리 이상 검출 장치
610: MCU 620: 메모리
630: 입출력 I/F 640: 통신 I/F

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
    상기 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 진단부를 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스를 서로 비교함으로써 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 배터리 이상 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 상기 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    스위치를 통해 상기 임피던스 측정부와 상기 배터리 모듈 각각에 대한 스위칭을 수행하는 스위칭부를 더 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 내부에 마련된 복수의 채널을 통해 상기 배터리 모듈 각각에 연결되고, 상기 스위칭부의 스위칭에 의해 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스를 순차적으로 측정하는 배터리 이상 검출 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 복수의 와이어를 통해 상기 배터리 모듈 각각에 연결되는 배터리 이상 검출 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 임피던스 측정부가 상기 복수의 와이어를 통해 상기 배터리 모듈 각각과 순차적으로 연결되도록 제어하는 접속 제어부를 더 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템의 동작이 멈출 때마다 자동으로 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 배터리 이상 검출 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 미리 설정된 주기로 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 배터리 이상 검출 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부에 의해 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되면 경고 알람을 제공하는 알람부를 더 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하는 배터리 이상 검출 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 단위로 교류 임피던스를 측정하는 배터리 이상 검출 장치.
  13. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 교류 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 배터리 모듈의 교류 임피던스에 기초하여 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 배터리 이상 검출 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 배터리 모듈 각각의 교류 임피던스를 서로 비교함으로써 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 배터리 이상 검출 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 배터리 모듈의 교류 임피던스가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 상기 배터리 모듈에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 이상 검출 방법.
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WO2024101639A1 (ko) * 2022-11-07 2024-05-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리의 진단 장치 및 방법

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