KR20220156306A - Battery management system and method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a battery management system and a method thereof, capable of preventing accidents by sensing warnings of a battery explosion. The system comprises: a temperature sensor which is installed inside a battery pack surrounding battery cells or a battery module to which the battery cells are assembled and measures a temperature of the battery cells or the battery module; a gas sensor which is installed inside the battery pack and senses a concentration of a first gas generated by a pre-explosion phenomenon in the battery cells or the battery module; and a control unit which generates an alarm signal when a temperature signal received from the temperature sensor is greater than or equal to a reference temperature value and when a gas sensing signal received from the gas sensor is determined to be greater than or equal to a reference concentration value.

Description

배터리 관리 시스템 및 방법{Battery management system and method}Battery management system and method {Battery management system and method}

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 폭발의 전조 증상을 감지하여 사고를 예방할 수 있게 하는 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system and method, and more particularly, to a battery management system and method capable of preventing an accident by detecting a precursor symptom of a battery explosion.

전기 자동차에는 급속 충전이나 급속 방전이 가능한 리튬 이온 배터리 등이 채택되어 널리 사용되고 있다.Lithium ion batteries capable of rapid charging or rapid discharging are adopted and widely used in electric vehicles.

이러한 배터리들은 급속 충전이나 급속 방전 과정이 되풀이 되는 과정에서 과충전이나, 과방전이나, 배터리 불량이나, 외부의 충격이나, 기타 알수 없는 원인 등에 의해서 내부의 화학 반응이 급격하게 발생되어 결국 폭발하게 되는 사고가 빈번하게 발생되고 있다. These batteries are an accident in which an internal chemical reaction is rapidly generated due to overcharging, overdischarging, battery failure, external shock, or other unknown causes in the process of repeating rapid charging or rapid discharging, eventually exploding. is occurring frequently.

이러한 배터리 폭발 사고는 운전자에게 직접적인 부상은 물론이고, 각종 화재 사고의 원인이 되며, 이로 인한 주차장 화재 발생, 건물 화재 발생이나 도로 화재 발생 등 2차적인 사고 발생시 대형 사고로 발전할 수 있기에 종래에는 이를 막기 위한 다양한 방법들이 제시된 바 있다.Such battery explosion accidents cause direct injuries to drivers as well as various fire accidents, and can develop into large-scale accidents in the event of secondary accidents such as parking lot fires, building fires, or road fires. Various methods have been proposed to prevent this.

배터리 폭발 사고를 미리 감지할 수 있는 종래의 방법들 중 하나는 배터리에서 발생되는 과도한 열을 접촉식 온도 센서로 미리 감지하여 전원을 차단하거나 충전 및 방전을 중지하는 등의 조치를 취하는 방법이 있었다.One of the conventional methods for detecting a battery explosion accident in advance has been a method of taking measures such as cutting off power or stopping charging and discharging by detecting excessive heat generated from the battery in advance with a contact temperature sensor.

그러나, 이러한 접촉식 온도 센서는 고온에 의해 센싱 기능이 쉽게 상실되는 경우가 빈번했었고, 주변 환경 등에 따라 온도 편차가 크게 발생되어 단순한 온도 측정만으로는 폭발 사고를 정확하게 감지할 수 없어서 오히려 안전 운전에 방해가 되는 등 정확도가 매우 떨어졌었던 문제점들이 있었다.However, these contact-type temperature sensors frequently lose their sensing function due to high temperatures, and large temperature deviations occur depending on the surrounding environment, etc., so it is not possible to accurately detect an explosion accident with only simple temperature measurement, which interferes with safe driving. There were problems such as being very low in accuracy.

배터리 폭발의 경우, 배터리 온도의 급격한 상승 이전에도 전조 현상으로서, 먼저 온도가 상승한 다음, 일산화탄소가 발생하고, 이어서, 휘발성 유기 화합물(VoC, Volatile Organic Compound) 가스 발생, 열폭주(Thermal runway) 현상, 폭발의 순서로 진행된다.In the case of a battery explosion, as a precursor phenomenon even before a rapid rise in battery temperature, the temperature first rises, then carbon monoxide is generated, then VoC (Volatile Organic Compound) gas is generated, thermal runway phenomenon, It proceeds in the order of explosion.

그러나, 이러한 폭발 전조로 발생되는 가스들은 배터리 팩의 외부로 누출되지 않고 배터리 팩 내부에서 발생되는 것으로서, 배터리 팩 내부에 존재하는 가스의 발생을 감지할 수 있는 적절한 수단이나 방법이 개발되지 못하여 이러한 전조 현상을 활용하지 못했었다.However, gases generated from these precursors to explosions are generated inside the battery pack without leaking to the outside of the battery pack, and appropriate means or methods for detecting the generation of gases present inside the battery pack have not been developed. The phenomenon could not be used.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 비접촉식 온도 센서를 이용하여 온도 센서의 데미지를 방지할 수 있고, 온도 센서와 함께 일산화탄소 가스 센서를 적용하여 이상 온도시 일산화탄소의 가스 농도를 측정하여 알림 신호를 보다 정확하게 발생시킬 수 있게 하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been proposed to solve these conventional problems, and it is possible to prevent damage to the temperature sensor by using a non-contact temperature sensor, and to measure the gas concentration of carbon monoxide at an abnormal temperature by applying a carbon monoxide gas sensor together with the temperature sensor. Accordingly, it is intended to provide a battery management system and method capable of generating a notification signal more accurately. However, these tasks are illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 셀 또는 배터리 셀들이 조립된 배터리 모듈을 둘러싸는 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 가스 센서; 및 상기 온도 센서로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 제어부;를 포함할 수 있다.A battery management system according to the spirit of the present invention for solving the above problems is installed inside a battery pack surrounding a battery cell or a battery module in which battery cells are assembled, and measures the temperature of the battery cell or the battery module. temperature Senser; a gas sensor installed inside the battery pack and detecting a concentration of a first gas generated by a pre-explosive phenomenon in the battery cell or the battery module; and a controller configured to generate a notification signal when the temperature signal received from the temperature sensor is equal to or greater than a reference temperature value and the gas detection signal applied from the gas sensor is equal to or greater than the reference concentration value.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 배터리 팩은 전기차에 설치되는 전기차용 배터리 팩일 수 있다.Also, according to the present invention, the battery pack may be a battery pack for an electric vehicle installed in an electric vehicle.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 온도 센서는, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 발생되는 적외선 방사율을 이용하여 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 적외선 온도 센서일 수 있다.Also, according to the present invention, the temperature sensor may be an infrared temperature sensor that measures temperature in a non-contact manner using infrared emissivity generated from the battery cell or the battery module.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 가스 센서는, 일산화탄소 농도를 측정하는 일산화탄소 가스 센서일 수 있다.Also, according to the present invention, the gas sensor may be a carbon monoxide gas sensor that measures the carbon monoxide concentration.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 온도 센서는, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 발생되는 적외선 열에너지를 전기적 온도 신호로 변환시키는 서모파일 소자;를 포함할 수 있다.Further, according to the present invention, the temperature sensor may include a thermopile element that converts infrared thermal energy generated from the battery cell or the battery module into an electrical temperature signal.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 가스 센서는, 일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스 배출구가 형성되고, 내부에 도파 공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버의 일측에 설치되고, 상기 도파 공간에 적외선광을 조사하는 적어도 하나의 적외선 발광 소자; 및 상기 챔버의 타측에 설치되고, 상기 도파 공간을 거쳐서 일산화탄소 분자에 흡수되지 않은 상기 적외선광을 수광하는 적어도 하나의 수광 소자;를 포함할 수 있다.Further, according to the present invention, the gas sensor may include a chamber having a gas inlet formed on one side and a gas outlet formed on the other side, and a waveguide space formed therein; at least one infrared light emitting element installed on one side of the chamber and irradiating infrared light into the waveguide space; and at least one light-receiving element installed on the other side of the chamber and receiving the infrared light not absorbed by carbon monoxide molecules through the waveguide space.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 가스 센서는, 상기 수광 소자에 설치되는 광학 필터;를 더 포함할 수 있다.In addition, according to the present invention, the gas sensor may further include an optical filter installed in the light receiving element.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 온도 센서로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 이상 온도 판별부; 상기 가스 센서로부터 인가받은 비흡수광 특성을 이용하여 일산화탄소 농도치를 측정하고, 측정된 농도치가 기준 농도치 이상인 경우, 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 일산화탄소 판별부; 및 상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 알림 신호 발생부;를 포함할 수 있다.Further, according to the present invention, the control unit may include: an abnormal temperature determination unit for determining that the temperature signal received from the temperature sensor is an abnormal temperature when the temperature signal is equal to or greater than a reference temperature value; a carbon monoxide determination unit that measures a carbon monoxide concentration value using the non-absorbed light characteristic received from the gas sensor, and determines that the carbon monoxide generation state occurs when the measured concentration value is greater than or equal to a reference concentration value; and a notification signal generating unit configured to output a notification signal when the temperature is determined to be the abnormal temperature and the carbon monoxide generation state is determined at the same time.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 온도 센서와, 상기 가스 센서 및 상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 내부에 설치되어 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 배터리 제어 기판에 설치될 수 있다.Also, according to the present invention, the temperature sensor, the gas sensor, and the control unit may be installed on a battery control board that is installed inside the battery pack and manages charging and discharging of the battery.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 배터리 관리 방법은, 배터리 셀 또는 배터리 셀들이 조립된 배터리 모듈을 둘러싸는 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 가스 센서 및 상기 온도 센서로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 제어부를 포함하는 배터리 관리 시스템의 배터리 관리 방법에 있어서, (a) 상기 온도 센서로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 단계; (b) 상기 가스 센서로부터 인가받은 상기 제 1 가스의 농도치가 기준 농도치 이상이면 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 단계; 및 (c) 상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, a battery management method according to the spirit of the present invention for solving the above problems is installed inside a battery pack surrounding a battery cell or a battery module in which battery cells are assembled, and the temperature of the battery cell or the battery module is monitored. A temperature sensor for measuring, a gas sensor installed inside the battery pack and detecting the concentration of a first gas generated by a pre-explosive phenomenon in the battery cell or the battery module, and a temperature signal received from the temperature sensor as a reference temperature In the battery management method of a battery management system including a control unit that determines a gas detection signal received from the gas sensor and generates a notification signal when the gas detection signal is greater than or equal to a reference concentration value, (a) the temperature applied from the temperature sensor determining that the temperature is abnormal if the signal is equal to or greater than the reference temperature; (b) determining that carbon monoxide is generated when the concentration of the first gas applied from the gas sensor is greater than or equal to a reference concentration; and (c) outputting a notification signal when the abnormal temperature is determined and the carbon monoxide generation state is determined at the same time.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비접촉식 온도 센서를 이용하여 온도 센서의 데미지를 방지할 수 있고, 온도 센서와 함께 일산화탄소 가스 센서를 적용하여 이상 온도시 일산화탄소의 가스 농도를 측정하여 알림 신호를 보다 정확하게 발생시킬 수 있으며, 폭발 위험성을 보다 정확하게 판단하여 배터리 폭발을 방지할 수 있는 후속 조치를 신속하게 취할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, damage to the temperature sensor can be prevented by using a non-contact temperature sensor, and a carbon monoxide gas sensor is applied together with the temperature sensor to measure the gas concentration of carbon monoxide at an abnormal temperature. A notification signal can be generated more accurately, and the risk of explosion can be more accurately determined to have the effect of promptly taking follow-up measures to prevent battery explosion. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템을 보다 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a schematic diagram illustrating a battery management system according to some embodiments of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the battery management system of FIG. 1 in more detail.
3 is a flowchart illustrating a battery management method according to some embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. It is provided to fully inform you. In addition, for convenience of description, the size of components may be exaggerated or reduced in the drawings.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 시스템(100)을 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템(100)을 보다 상세하게 나타내는 단면도이다.1 is a schematic diagram showing a battery management system 100 according to some embodiments of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the battery management system 100 of FIG. 1 in more detail.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 시스템(100)은, 크게 온도 센서(10)와, 가스 센서(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIGS. 1 and 2 , the battery management system 100 according to some embodiments of the present invention largely includes a temperature sensor 10, a gas sensor 20, and a control unit 30. can do.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 온도 센서(10)는, 배터리 셀(1) 또는 배터리 셀(1)들이 조립된 배터리 모듈(2)을 둘러싸는 배터리 팩(3)의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)의 온도를 측정하는 센서일 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the temperature sensor 10 is installed inside a battery pack 3 surrounding a battery cell 1 or a battery module 2 in which battery cells 1 are assembled, and , It may be a sensor that measures the temperature of the battery cell 1 or the battery module 2.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 온도 센서(10)는, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)에서 발생되는 적외선 방사율을 이용하여 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 적외선 온도 센서로서, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)에서 발생되는 적외선 열에너지를 전기적 온도 신호로 변환시키는 서모파일 소자(11)를 포함할 수 있다.More specifically, for example, as shown in FIG. 2 , the temperature sensor 10 measures the temperature in a non-contact manner using infrared emissivity generated from the battery cell 1 or the battery module 2. As an infrared temperature sensor, a thermopile element 11 that converts infrared heat energy generated in the battery cell 1 or the battery module 2 into an electrical temperature signal may be included.

즉, 이러한 서모파일 소자(11)를 일종의 비접촉식 적외선 센서로 이용하여 적외선 흡수체와 온도 변환기를 이용하여 측정 대상체에서 발생되는 적외선이 측정 접합부에 입사되면 측정 접합부의 흡수층이 복사 에너지 보다 많이 흡수될 수 있도록 열소스 역할을 하여 측정 접합부와 레퍼런스 접합부 사이의 온도 차이가 제베크 효과에 의해 출력 전압으로 변환될 수 있기 때문에 열에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있다.That is, by using the thermopile element 11 as a kind of non-contact infrared sensor and using an infrared absorber and a temperature converter, when the infrared rays generated from the object to be measured are incident on the measurement junction, the absorption layer of the measurement junction can absorb more radiant energy. Acting as a heat source, it can convert thermal energy into electrical energy because the temperature difference between the measurement junction and the reference junction can be converted into an output voltage by the Seebeck effect.

따라서, 이러한 비접촉 방식의 상기 온도 센서(10)는 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)에서 발생되는 고온의 열에너지에 의해 직접적인 데미지를 입을 가능성이 적기 때문에 온도 측정 기능을 상실하지 않고 온도를 정확하게 측정할 수 있다. Therefore, since the temperature sensor 10 of the non-contact type is less likely to be directly damaged by high-temperature thermal energy generated from the battery cell 1 or the battery module 2, the temperature measurement function is not lost and the temperature sensor 10 does not lose its temperature measurement function. can be accurately measured.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 센서(20)는, 상기 배터리 팩(3)의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 센서일 수 있다.In addition, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the gas sensor 20 is installed inside the battery pack 3 and explodes in the battery cell 1 or the battery module 2. It may be a sensor that senses the concentration of the first gas generated by the precursory phenomenon.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 센서(20)는, 일산화탄소 농도를 측정하는 일산화탄소 가스 센서로서, 일측에 가스 유입구(21a)가 형성되고 타측에 가스 배출구(21b)가 형성되고, 내부에 도파 공간(A)이 형성되는 챔버(21)와, 상기 챔버(21)의 일측에 설치되고, 상기 도파 공간(A)에 적외선광(IR)을 조사하는 적어도 하나의 적외선 발광 소자(22)와, 상기 챔버(21)의 타측에 설치되고, 상기 도파 공간(A)을 거쳐서 일산화탄소 분자에 흡수되지 않은 비흡수된 상기 적외선광(IR)을 수광하는 적어도 하나의 수광 소자(23) 및 상기 수광 소자(23)에 설치되는 광학 필터(24)를 포함할 수 있다.More specifically, for example, as shown in FIG. 2, the gas sensor 20 is a carbon monoxide gas sensor for measuring the concentration of carbon monoxide, and has a gas inlet 21a formed on one side and a gas outlet 21b on the other side. is formed, a chamber 21 in which a waveguide space A is formed, and at least one infrared light installed on one side of the chamber 21 and radiating infrared light IR to the waveguide space A. A light emitting element 22 and at least one light receiving element installed on the other side of the chamber 21 and receiving the unabsorbed infrared light IR that is not absorbed by carbon monoxide molecules through the waveguide space A ( 23) and an optical filter 24 installed on the light receiving element 23.

여기서, 광특성을 보다 정확하게 측정하기 위해서, 상기 적외선 발광 소자(22)를 복수개로 설치하거나 또는 상기 수광 소자(23)를 복수개로 설치하여 파장별 비율 등을 측정하는 등 매우 다양한 형태 및 종류의 상기 가스 센서(20)가 적용될 수 있다. Here, in order to more accurately measure the optical characteristics, a plurality of the infrared light emitting elements 22 or a plurality of the light receiving elements 23 are installed to measure the ratio for each wavelength, etc. A gas sensor 20 may be applied.

따라서, 이러한 상기 가스 센서(20)를 이용하여 상기 소광 소자(23)에 수광된 비흡수광의 파장별 특성이나 파장대별 비율 등을 파악하여 폭발 전조 현상으로 발생되는 일산화탄소의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.Therefore, by using the gas sensor 20, the concentration of carbon monoxide generated by the pre-explosion phenomenon can be accurately measured by grasping the wavelength-specific characteristics or the wavelength-specific ratio of the unabsorbed light received by the light-extinguishing element 23. .

그러나, 본 발명의 상기 가스 센서(20)는 일산화탄소만으로 반드시 국한되지 않는 것으로서, 이외에도 이산화탄소나 휘발성 가스 등 다양한 가스의 농도를 측정하는 가스 센서들이 모두 적용될 수 있다.However, the gas sensor 20 of the present invention is not necessarily limited to only carbon monoxide, and other gas sensors for measuring concentrations of various gases such as carbon dioxide or volatile gases may be applied.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)는, 상기 온도 센서(10)로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서(20)로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 일종의 마이크로프로세서, 집적 회로, 전자 부품, 중앙 처리 장치, 연산 장치, 프로그램이 내장된 저장 장치, 회로 기판, 컴퓨터 등 각종 제어 장치일 수 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 1 and 2 , the controller 30 determines that the temperature signal received from the temperature sensor 10 is equal to or greater than the reference temperature value, and the gas detection signal received from the gas sensor 20 It may be a kind of microprocessor, integrated circuit, electronic component, central processing unit, arithmetic device, storage device with a built-in program, circuit board, computer, etc. that determines and generates a notification signal if it is greater than or equal to the reference concentration.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)는, 상기 온도 센서(10)로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 이상 온도 판별부(31)와, 상기 가스 센서(20)로부터 인가받은 비흡수광 특성을 이용하여 일산화탄소 농도치를 측정하고, 측정된 농도치가 기준 농도치 이상인 경우, 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 일산화탄소 판별부(32) 및 상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 알림 신호 발생부(33)를 포함할 수 있다.More specifically, for example, as shown in FIG. 2, the control unit 30 is an abnormal temperature determination unit for determining an abnormal temperature when the temperature signal received from the temperature sensor 10 is equal to or greater than a reference temperature value ( 31) and the carbon monoxide determination unit 32 for measuring the carbon monoxide concentration value using the non-absorbed light characteristics applied from the gas sensor 20 and determining that the carbon monoxide generation state occurs when the measured concentration value is greater than or equal to the reference concentration value, and the abnormality It may include a notification signal generating unit 33 that outputs a notification signal when the temperature is determined and the carbon monoxide generation state is determined at the same time.

따라서, 이러한 상기 제어부(30)를 이용하여, 상기 온도 센서(10)로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하고, 상기 가스 센서(20)로부터 인가받은 상기 제 1 가스의 농도치가 기준 농도치 이상이면 일산화탄소 발생 상태로 판별하며, 기 이상 온도로 판별되는 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 일련의 과정을 수행할 수 있다.Therefore, by using the controller 30, if the temperature signal received from the temperature sensor 10 is equal to or greater than the reference temperature value, it is determined as an abnormal temperature, and the temperature of the first gas applied from the gas sensor 20 is determined. If the concentration value is equal to or greater than the reference concentration value, it is determined that the carbon monoxide generation state is determined, and when it is determined that the temperature is abnormal and the carbon monoxide generation state is determined, a series of processes of outputting a notification signal may be performed.

이러한, 상기 배터리 팩(3)은 전기차(E)에 설치되는 전기차용 배터리 팩으로서, 복수개의 상기 배터리 셀(1)들이 적재된 복수개의 상기 배터리 모듈(2)을 포함할 수 있다.The battery pack 3 is a battery pack for an electric vehicle installed in the electric vehicle E, and may include a plurality of battery modules 2 loaded with a plurality of battery cells 1 .

여기서, 상기 배터리 셀(1)은, 전기 에너지를 충전 및 방전해서 사용할 수 있는 리튬 이온 배터리의 기본 단위로서, 양극, 음극, 분리막, 전해액을 사각 박스 형태의 알루미늄 케이스에 넣어서 만든 것일 수 있다.Here, the battery cell 1 is a basic unit of a lithium ion battery that can be used by charging and discharging electrical energy, and may be made by putting a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte in a rectangular box-shaped aluminum case.

또한, 상기 배터리 모듈(2)은, 상기 배터리 셀(1)들을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체(Assembly)일 수 있다.In addition, the battery module 2 may be a battery assembly that is bundled in a certain number and placed in a frame in order to protect the battery cells 1 from external shock, heat, vibration, and the like.

또한, 상기 배터리 팩(3)은, 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태로서, 상기 배터리 모듈(2)들, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성되는 것일 수 있다.In addition, the battery pack 3, as the final form of a battery system installed in an electric vehicle, is completed by installing various control and protection systems such as the battery modules 2, BMS (Battery Management System), and cooling system. can

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 상기 온도 센서(10)와, 상기 가스 센서(20) 및 상기 제어부(30)는, 상기 배터리 팩(3)의 내부에 설치되어 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 배터리 제어 기판(4)에 설치될 수 있다.As shown in FIG. 2, the temperature sensor 10, the gas sensor 20, and the controller 30 of the present invention are installed inside the battery pack 3 to charge and discharge the battery. It can be installed on the battery control board 4 that manages.

그러므로, 비접촉식 상기 온도 센서(10)를 이용하여 상기 온도 센서(10)의 데미지를 방지할 수 있고, 상기 온도 센서(10)와 함께 일산화탄소 가스 센서(20)를 적용하여 이상 온도시 일산화탄소의 가스 농도를 측정하여 알림 신호를 보다 정확하게 발생시킬 수 있으며, 폭발 위험성을 보다 정확하게 판단하여 배터리 사용을 정지하거나 냉각 장치를 가동하는 등 배터리 폭발을 방지할 수 있는 후속 조치를 신속하게 취할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent damage to the temperature sensor 10 by using the non-contact temperature sensor 10, and by applying the carbon monoxide gas sensor 20 together with the temperature sensor 10, the gas concentration of carbon monoxide at an abnormal temperature By measuring , the notification signal can be generated more accurately, and the risk of explosion can be determined more accurately, so that follow-up measures can be taken quickly to prevent battery explosion, such as stopping use of the battery or operating a cooling device.

도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a battery management method according to some embodiments of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 관리 방법은, 배터리 셀(1) 또는 배터리 셀(1)들이 조립된 배터리 모듈(2)을 둘러싸는 배터리 팩(3)의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)의 온도를 측정하는 온도 센서(10), 상기 배터리 팩(3)의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀(1) 또는 상기 배터리 모듈(2)에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 가스 센서(20) 및 상기 온도 센서(10)로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서(20)로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 제어부(30)를 포함하는 배터리 팩(3)의 모니터링 시스템(100)의 배터리 관리 방법에 있어서, (a) 상기 온도 센서(10)로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 단계와, (b) 상기 가스 센서(20)로부터 인가받은 상기 제 1 가스의 농도치가 기준 농도치 이상이면 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 단계 및 (c) 상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 3 , a battery management method according to some embodiments of the present invention includes a battery pack (which surrounds a battery cell 1 or a battery module 2 in which the battery cells 1 are assembled). 3) installed inside the battery cell 1 or the temperature sensor 10 for measuring the temperature of the battery module 2, installed inside the battery pack 3, the battery cell 1 Alternatively, the temperature signal received from the gas sensor 20 and the temperature sensor 10 for detecting the concentration of the first gas generated as a pre-explosion phenomenon in the battery module 2 is greater than or equal to a reference temperature value, and the gas sensor ( 20) in the battery management method of the monitoring system 100 of the battery pack 3 including a control unit 30 that determines the gas detection signal applied and generates a notification signal if the gas concentration is equal to or greater than a reference concentration, (a) the temperature If the temperature signal applied from the sensor 10 is equal to or greater than a reference temperature, determining the temperature as an abnormal temperature; and (c) outputting a notification signal when the abnormal temperature is determined and the carbon monoxide generation state is determined at the same time.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

E: 전기차
1: 배터리 셀
2: 배터리 모듈
3: 배터리 팩
10: 온도 센서
11: 서모파일 소자
20: 가스 센서
21: 챔버
21a: 가스 유입구
21b: 가스 배출구
22: 적외선 발광 소자
23: 수광 소자
24: 광학 필터
A: 도파 공간
IR: 적외선광
30: 제어부
31: 이상 온도 판별부
32: 일산화탄소 판별부
33: 알림 신호 발생부
100: 배터리 관리 시스템E: EV
1: battery cell
2: Battery module
3: battery pack
10: temperature sensor
11: thermopile element
20: gas sensor
21: chamber
21a: gas inlet
21b: gas outlet
22: infrared light emitting element
23: light receiving element
24: optical filter
A: waveguide space
IR: infrared light
30: control unit
31: abnormal temperature determination unit
32: carbon monoxide determination unit
33: notification signal generating unit
100: battery management system

Claims (10)

배터리 셀 또는 배터리 셀들이 조립된 배터리 모듈을 둘러싸는 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 가스 센서; 및
상기 온도 센서로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 제어부;
를 포함하는, 배터리 관리 시스템.a temperature sensor installed inside a battery pack surrounding a battery cell or a battery module in which battery cells are assembled, and measuring a temperature of the battery cell or the battery module;
a gas sensor installed inside the battery pack and detecting a concentration of a first gas generated by a pre-explosive phenomenon in the battery cell or the battery module; and
a control unit configured to generate a notification signal when the temperature signal received from the temperature sensor is greater than or equal to a reference temperature value and the gas detection signal applied from the gas sensor is greater than or equal to a reference concentration value;
Including, battery management system. 제 1 항에 있어서,
상기 배터리 팩은 전기차에 설치되는 전기차용 배터리 팩인, 배터리 관리 시스템.According to claim 1,
The battery pack is a battery pack for an electric vehicle installed in an electric vehicle, a battery management system. 제 2 항에 있어서,
상기 온도 센서는, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 발생되는 적외선 방사율을 이용하여 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 적외선 온도 센서인, 배터리 관리 시스템.According to claim 2,
The temperature sensor is an infrared temperature sensor that measures temperature in a non-contact manner using infrared emissivity generated from the battery cell or the battery module. 제 3 항에 있어서,
상기 가스 센서는, 일산화탄소 농도를 측정하는 일산화탄소 가스 센서인, 배터리 관리 시스템.According to claim 3,
The gas sensor is a carbon monoxide gas sensor for measuring the carbon monoxide concentration, the battery management system. 제 3 항에 있어서,
상기 온도 센서는,
상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 발생되는 적외선 열에너지를 전기적 온도 신호로 변환시키는 서모파일 소자;
를 포함하는, 배터리 관리 시스템.According to claim 3,
The temperature sensor,
a thermopile element that converts infrared thermal energy generated from the battery cell or battery module into an electrical temperature signal;
Including, battery management system. 제 4 항에 있어서,
상기 가스 센서는,
일측에 가스 유입구가 형성되고 타측에 가스 배출구가 형성되고, 내부에 도파 공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버의 일측에 설치되고, 상기 도파 공간에 적외선광을 조사하는 적어도 하나의 적외선 발광 소자; 및
상기 챔버의 타측에 설치되고, 상기 도파 공간을 거쳐서 일산화탄소 분자에 흡수되지 않은 상기 적외선광을 수광하는 적어도 하나의 수광 소자;
를 포함하는, 배터리 관리 시스템.According to claim 4,
The gas sensor,
a chamber having a gas inlet on one side, a gas outlet on the other side, and a waveguide space formed therein;
at least one infrared light emitting element installed on one side of the chamber and irradiating infrared light into the waveguide space; and
at least one light receiving element installed on the other side of the chamber and receiving the infrared light not absorbed by carbon monoxide molecules through the waveguide space;
Including, battery management system. 제 6 항에 있어서,
상기 가스 센서는,
상기 수광 소자에 설치되는 광학 필터;
를 더 포함하는, 배터리 관리 시스템.According to claim 6,
The gas sensor,
an optical filter installed on the light receiving element;
Further comprising a battery management system. 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 센서로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 이상 온도 판별부;
상기 가스 센서로부터 인가받은 비흡수광 특성을 이용하여 일산화탄소 농도치를 측정하고, 측정된 농도치가 기준 농도치 이상인 경우, 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 일산화탄소 판별부; 및
상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 알림 신호 발생부;
를 포함하는, 배터리 관리 시스템.According to claim 4,
The control unit,
an abnormal temperature determination unit for determining that the temperature is an abnormal temperature when the temperature signal received from the temperature sensor is equal to or greater than a reference temperature value;
a carbon monoxide determination unit that measures a carbon monoxide concentration value using the non-absorbed light characteristics applied from the gas sensor and determines that a carbon monoxide generation state occurs when the measured concentration value is greater than or equal to a reference concentration value; and
a notification signal generating unit outputting a notification signal when the temperature is determined to be the abnormal temperature and the carbon monoxide generation state is determined at the same time;
Including, battery management system. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 센서와, 상기 가스 센서 및 상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 내부에 설치되어 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 배터리 제어 기판에 설치되는, 배터리 관리 시스템.According to claim 1,
The temperature sensor, the gas sensor, and the control unit are installed on a battery control board installed inside the battery pack to manage charging and discharging of the battery, the battery management system. 배터리 셀 또는 배터리 셀들이 조립된 배터리 모듈을 둘러싸는 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 배터리 팩의 내부에 설치되고, 상기 배터리 셀 또는 상기 배터리 모듈에서 폭발 전조 현상으로 발생되는 제 1 가스의 농도를 감지하는 가스 센서 및 상기 온도 센서로부터 인가받은 온도 신호가 기준 온도치 이상이고, 상기 가스 센서로부터 인가받은 가스 감지 신호를 판별하여 기준 농도치 이상이면 알림 신호를 발생시키는 제어부를 포함하는 배터리 관리 시스템의 배터리 관리 방법에 있어서,
(a) 상기 온도 센서로부터 인가받은 상기 온도 신호가 기준 온도치 이상이면 이상 온도로 판별하는 단계;
(b) 상기 가스 센서로부터 인가받은 상기 제 1 가스의 농도치가 기준 농도치 이상이면 일산화탄소 발생 상태로 판별하는 단계; 및
(c) 상기 이상 온도로 판별되고, 동시에 상기 일산화탄소 발생 상태로 판별되면 알림 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는, 배터리 관리 방법.A temperature sensor installed inside a battery pack surrounding a battery cell or a battery module in which battery cells are assembled, and measuring a temperature of the battery cell or the battery module, installed inside the battery pack, and the battery cell or the battery module. The temperature signal applied from the gas sensor and the temperature sensor for detecting the concentration of the first gas generated by the pre-explosion phenomenon in the battery module is greater than or equal to the reference temperature value, and the gas detection signal applied from the gas sensor is determined to be greater than or equal to the reference concentration value. In the battery management method of a battery management system including a control unit for generating a back notification signal,
(a) determining that the temperature is abnormal when the temperature signal received from the temperature sensor is equal to or greater than a reference temperature value;
(b) determining that carbon monoxide is generated when the concentration of the first gas applied from the gas sensor is greater than or equal to a reference concentration; and
(c) outputting a notification signal when the abnormal temperature is determined and the carbon monoxide generation state is determined at the same time;
Including, battery management method.
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