KR20230064927A - 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 - Google Patents

배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230064927A
KR20230064927A KR1020210150560A KR20210150560A KR20230064927A KR 20230064927 A KR20230064927 A KR 20230064927A KR 1020210150560 A KR1020210150560 A KR 1020210150560A KR 20210150560 A KR20210150560 A KR 20210150560A KR 20230064927 A KR20230064927 A KR 20230064927A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
bank
resistance
bms
banks
Prior art date
Application number
KR1020210150560A
Other languages
English (en)
Inventor
홍성주
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210150560A priority Critical patent/KR20230064927A/ko
Priority to JP2023549934A priority patent/JP7547004B2/ja
Priority to PCT/KR2022/015397 priority patent/WO2023080466A1/ko
Priority to EP22890201.1A priority patent/EP4261553A4/en
Priority to CN202280011594.9A priority patent/CN116762015A/zh
Priority to US18/271,920 priority patent/US20240120763A1/en
Publication of KR20230064927A publication Critical patent/KR20230064927A/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]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • 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
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • 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
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • 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]
    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • 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]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • 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]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • 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
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • 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
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • 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
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • 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
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • 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)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

배터리 관리 방법은, 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 방법에 있어서, BMS(Battery Management System)가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 도출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 각각에 대하여, 상기 복수의 접촉 저항 중 대응하는 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출하는 단계, 및 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템{BATTERY MANAGEMENT METHOD AND BATTERY SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템에 관한 것이다.
배터리 내에서 복수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 경우, 복수의 배터리 셀의 직병렬 연결 또는 외부 장치와 배터리 간의 배선 연결로 인한 저항 성분이 발생할 수 있다.
복수의 배터리 셀이 병렬 연결되어 배터리 뱅크가 구성된 경우, 배터리 뱅크를 진단하거나, 복수의 배터리 뱅크 간 밸런싱, 또는 배터리 뱅크의 성능을 도출하기 위해서 뱅크 전압을 측정해야 한다. 측정된 뱅크 전압은 저항 성분에 의해 발생하는 전압을 포함할 수 있다.
저항 성분이 포함된 뱅크 전압을 기초하여 배터리 뱅크를 진단, 밸런싱을 수행하게 되면 정확하지 않은 결과가 도출되거나, 배터리 성능에 영향을 줄 수 있다.
복수의 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 복수의 배터리 뱅크 각각의 뱅크 전압을 산출하고, 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 방법을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 관리 방법은, 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 방법에 있어서, BMS(Battery Management System)가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 도출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 각각에 대하여, 상기 복수의 접촉 저항 중 대응하는 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출하는 단계, 및 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크에 각각에 대하여, 배터리 뱅크를 구성하는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀 중 하나의 셀 저항 및 상기 복수의 배터리 셀이 상기 배터리 뱅크로 구성된 후의 상기 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 배터리 뱅크의 상기 원 뱅크 저항으로부터 상기 하나의 셀 저항을 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 셀의 개수로 나눈 합성 저항을 차감하여 상기 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 배터리 뱅크가 상기 BMS에 연결된 상태에서 측정된 상기 배터리 뱅크의 뱅크 전압 및 뱅크 전류에 기초하여 뱅크 저항을 산출하는 단계, 및 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 산출된 뱅크 저항 및 상기 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 산출된 뱅크 저항으로부터 상기 원 뱅크 저항을 차감하여 상기 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 복수의 접촉 저항을 산출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 제1 접촉 저항 및 상기 제2 접촉 저항을 합산하여 상기 배터리 뱅크의 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크 각각의 이상을 진단하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여, 상기 복수의 배터리 뱅크 중 방전이 필요한 배터리 뱅크를 결정하고, 상기 결정된 배터리 뱅크를 방전시키는 단계, 및 상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크의 성능을 도출하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 배터리 뱅크의 성능을 도출하는 단계는, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOC를 추정하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOH를 추정하는 단계, 및 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 SOP를 추정하는 단계를 포함한다.
발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 팩, 및 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 도출하고, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 각각 산출하며, 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하고, 상기 복수의 뱅크 전압 각각에 대하여, 상기 복수의 접촉 저항 중 대응하는 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출하며, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.
상기 BMS는, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 측정하는 뱅크 전압 측정부, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 각각 산출하며, 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하는 접촉 저항 산출부, 및 상기 복수의 대한 뱅크 전압 및 상기 뱅크 전압에서 상기 접촉 저항에 의한 강하 전압을 각각 제거한 보상 뱅크 전압을 산출하는 보상 뱅크 전압 산출부를 포함한다.
상기 접촉 저항 산출부는, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 배터리 뱅크를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 하나의 셀 저항 및 상기 복수의 배터리 셀이 상기 배터리 뱅크로 구성된 후의 상기 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리의 제1 접촉 저항을 산출하고, 상기 배터리 뱅크가 상기 BMS에 연결된 상태에서 측정된 상기 배터리 뱅크의 뱅크 전압 및 뱅크 전류에 기초하여 뱅크 저항을 산출하며, 상기 뱅크 저항 및 상기 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리의 제2 접촉 저항을 산출하고, 상기 제1 접촉 저항 및 상기 제2 접촉 저항을 합산하여 상기 배터리 뱅크의 접촉 저항을 산출한다.
상기 BMS는, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크 각각의 이상을 진단하는 이상 진단부, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여, 상기 복수의 배터리 뱅크 중 방전이 필요한 배터리 뱅크를 결정하고, 상기 결정된 배터리 뱅크를 방전시키는 밸런싱부, 및 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크에 대한 SOC, SOH, 및 SOP를 추정하는 배터리 성능 도출부를 더 포함한다.
상기 배터리 성능 도출부는, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOC를 추정하고, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOH를 추정하며, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 SOP를 추정한다.
본 개시를 통해, 복수의 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 복수의 배터리 뱅크 각각의 뱅크 전압을 산출하고, 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크에 대한 이상 감지, 밸런싱, 배터리 성능 도출 등 배터리를 관리할 수 있는 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리 관리 시스템의 구성을 도식적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 접촉 저항을 산출하는 단계를 설명하기 위한 세부 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
일 실시예에 따른 구성들 중 특정 제어 조건에서 다른 구성을 제어하는 구성에는, 다른 구성을 제어하기 위해 필요한 제어 알고리즘을 구체화한 명령어의 집합으로 구현된 프로그램이 설치될 수 있다. 제어 구성은 설치된 프로그램에 따라 입력 데이터 및 저장된 데이터를 처리하여 출력 데이터를 생성할 수 있다. 제어 구성은 프로그램을 저장하는 비휘발성 메모리 및 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
배터리 시스템(1)은, 배터리 팩(10), 배터리 관리 시스템(20), 전류 센서(30) 및 릴레이(40, 41)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(20)을 이하, BMS(Battery Management System)라 한다. 도 1에서는 배터리 팩(10)의 개수가 1개인 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않으며, 배터리 시스템(1)은 2개 이상의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
외부 장치(2)는 인버터, 컨버터 등의 부하 및 충전 장치를 포함할 수 있다. 외부 장치(2)가 충전기인 경우, 배터리 시스템(1)의 양단은 충전기에 연결되어 충전기로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 외부 장치(2)가 부하인 경우, 배터리 시스템(1)의 양단은 부하에 연결되어 배터리 팩(10)이 공급하는 전력이 부하를 통해 방전될 수 있다.
배터리 팩(10)은, 직렬 연결된 복수의 배터리 뱅크(101-103)를 포함한다. 도 1에서는 배터리 뱅크의 개수가 3개인 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않으며, 배터리 팩(10)은 2개 이상의 배터리 뱅크를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각(예를 들어, 101)은, 병렬 연결된 복수의 배터리 셀(예를 들어, 11-14)을 포함한다. 도 1에는 각 배터리 뱅크(예를 들어, 101)가 4개의 병렬 연결된 배터리 셀(예를 들어, 11-14)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않으며, 각 배터리 뱅크는 2 이상의 병렬 연결된 배터리 셀을 포함할 수 있다.
BMS(20)는, 복수의 배터리 셀(11-22) 각각의 셀 저항, 배터리 팩(10)이 BMS(20)에 연결되기 전 측정된 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 원 뱅크 저항(origin bank resistor), 및 배터리 팩(100)이 BMS(20)에 연결된 후의 복수의 배터리 뱅크(101-103)의 각각의 뱅크 저항에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 접촉 저항을 산출할 수 있다. BMS(20)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압을 측정하고, 측정된 뱅크 전압에서 접촉 저항에 의한 강하 전압을 차감한 보상 뱅크 전압을 도출할 수 있다. BMS(20)는 뱅크 전압 및 보상 뱅크 전압을 이용하여 복수의 배터리 뱅크(101-103)를 관리할 수 있다. 관리는 배터리 뱅크에 대한 이상 진단, 밸런싱, 및 SOC, SOH, 및 SOP 추정을 포함할 수 있다.
BMS(20)는 복수의 배선(111-116)을 통해 복수의 배터리 뱅크(101-103)에 연결되어 있고, 복수의 단자(P1-P6)를 통해 복수의 배터리 뱅크(101-103) 양단 각각의 전압(VS1-VS6)을 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 뱅크(101)의 양극은 배선(111)을 통해 단자(P1)에 연결되어 있고, BMS(20)는 단자(P1)를 통해 배터리 뱅크(101)의 양극 전압(VS1)을 측정할 수 있다. 배터리 뱅크(101)의 음극은 배선(112)을 통해 단자(P2)에 연결되어 있고, BMS(20)는 단자(P2)를 통해 배터리 뱅크(101)의 음극 전압(VS2)을 측정할 수 있다. BMS(20)는 전류 센서(30)로부터 전류 측정 신호(CS)를 획득한다. BMS(20)는 전류 측정 신호(CS)로부터 복수의 배터리 뱅크(101-103)에 흐르는 뱅크 전류를 도출할 수 있다.
전류 센서(30)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(30)는 홀 센서로 구현될 수 있고, 전류 센서(30)는 복수의 배터리 뱅크(101-103)의 뱅크 전류를 감지할 수 있도록 위치할 수 있다.
릴레이(40, 41)의 일단은 배터리 팩(10)의 양극 및 음극에 연결되어 있고, 릴레이(40, 41)의 타단은 외부 장치(2)에서 적어도 하나의 구성과 연결되어 있다. 릴레이(40, 41)의 닫힘 및 개방은 BMS(20)로부터 공급되는 릴레이 제어 신호(RCS1, RCS2)에 따라 제어된다.
도 2는 배터리 관리 시스템의 구성을 도식적으로 나타낸 블록도이다.
BMS(20)는, 뱅크 전압 측정부(201), 접촉 저항 산출부(202), 보상 뱅크 전압 산출부(203), 이상 진단부(204), 밸런싱부(205), 및 배터리 성능 도출부(206)를 포함할 수 있다.
이하에서, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각을 관리하기 위한 BMS(20)의 각 구성의 동작을 도 3에 도시된 순서도에 따라 순차적으로 설명한다.
도 3은, 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타낸 순서도이다.
뱅크 전압 측정부(201)는, 복수의 전압(VS1-VS6)에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 뱅크 전압을 도출한다(S1).
뱅크 전압 측정부(201)는, 복수의 전압(VS1-VS6)으로부터 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압을 도출할 수 있다. 예를 들어, 뱅크 전압 측정부(201)는 전압(VS1)과 전압(VS2) 간의 전압 차에 기초하여 배터리 뱅크(101)의 뱅크 전압을 도출할 수 있다.
접촉 저항 산출부(202)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 내부에 대한 접촉 저항인 제1 접촉 저항 및 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 외부에 대한 접촉 저항인 제2 접촉 저항을 각각 산출하고, 제1 접촉 저항 및 제2 접촉 저항을 합산하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 접촉 저항을 산출할 수 있다(S2).
제1 접촉 저항은, 복수의 배터리 셀(예를 들어, 11-14)이 병렬 연결되어 배터리 뱅크(예를 들어, 101)를 구성하는데 있어, 복수의 배터리 셀(11-14)을 전기적으로 연결하기 위해 구비되는 배선과 같은 전도성 부재(이하, 전기 부재) 등에 대한 저항일 수 있다. 제1 접촉 저항은 주로 배터리 뱅크 내부로부터 기인한 저항 성분을 포함할 수 있다.
제2 접촉 저항은, 복수의 배터리 뱅크(101-103)가 BMS(20)에 연결되기 위해서 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각을 전기적으로 BMS(20)의 복수의 단자(P1-P6)에 연결하기 위해 구비되는 배선과 같은 전도성 부재 등에 대한 저항일 수 있다. 제2 접촉 저항은 주로 배터리 뱅크 외부로부터 기인한 저항 성분을 포함할 수 있다.
접촉 저항 산출부(202)는, 복수의 배터리 셀(11-22) 각각에 대한 셀 저항 및 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각이 BMS(20)에 연결되기 전 측정된 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 원 뱅크 저항에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 제1 접촉 저항을 산출한다. 접촉 저항 산출부(202)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각이 BMS(20)에 연결된 상태에서 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압과 배터리 뱅크 전류에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 저항을 산출하며, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대해서 뱅크 저항과 원 뱅크 저항에 기초하여 제2 접촉 저항을 산출한다. 접촉 저항 산출부(202)는 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 제1 접촉 저항과 제2 접촉 저항을 합산하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 접촉 저항을 산출할 수 있다.
셀 저항은, 복수의 배터리 셀(11-22) 각각의 배터리 셀 단위 저항이다. 배터리 셀 단위 저항은, 배터리 셀이 다른 구성과 연결되지 않았을 때, 배터리 셀의 양단에 인가된 전압 및 배터리 셀에 흐르는 전류에 기초하여 측정될 수 있다. 셀 저항은, 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(11-22) 각각이 모두 동일한 값을 가질 수 있다.
원 뱅크 저항은, 복수의 배터리 셀(11-14)이 4개씩 전기적으로 병렬 연결되어 복수의 배터리 뱅크(101-103)가 구성된 후, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 배터리 뱅크 단위 저항이다. 배터리 뱅크 단위 저항은, 복수의 배터리 뱅크(101-103)가 다른 장치와 연결되지 않았을 때, 배터리 뱅크의 양단에 인가된 전압 및 배터리 뱅크에 흐르는 전류에 기초하여 측정될 수 있다. 원 뱅크 저항은, 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대하여 측정될 수 있다.
뱅크 저항은, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각이 BMS(20)에 연결된 상태에서, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압 및 배터리 뱅크 전류에 기초하여 산출될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 접촉 저항 산출부(202)가 셀 저항, 원 뱅크 저항, 및 뱅크 저항에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 접촉 저항을 산출하는 과정을 설명한다.
도 4는, 접촉 저항을 산출하는 단계를 설명하기 위한 세부 순서도이다.
접촉 저항 산출부(202)는, 셀 저항 및 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 원 뱅크 저항으로부터 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 복수의 제1 접촉 저항을 산출할 수 있다(S21).
[수학식 1]을 참조하면, 복수의 제1 접촉 저항은, 셀 저항 및 복수의 원 뱅크 저항에 기초하여 산출될 수 있다.
Figure pat00001
R1.k은 k번째 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항[Ω]이다. k는 배터리 뱅크 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상, m 이하의 자연수일 수 있다. m은 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크의 총 개수일 수 있다. n은 배터리 뱅크 내에서 병렬 연결된 배터리 셀의 수이다. Ro_bank.k은 k번째 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항[Ω]이다. Rcell은 셀 저항[Ω]이다.
도 1의 예에서, 배터리 뱅크의 총 개수 m은 3이고, 병렬 연결된 배터리 셀의 수 n은 4이다.
배터리 뱅크(101) 각각에는 복수의 배터리 셀(11-14)이 각각 4 개씩 병렬로 연결되어 있으므로, 접촉 저항 산출부(202)는 배터리 뱅크(101)의 원 뱅크 저항으로부터 병렬 연결된 복수의 배터리 셀(11-14)의 합성 저항(Rcell/4)을 차감하여 배터리 뱅크(101)의 제1 접촉 저항을 산출할 수 있다. 배터리 뱅크(102, 103) 각각에 대한 제1 접촉 저항도 위와 동일한 방식으로 산출될 수 있다.
접촉 저항 산출부(202)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 원 뱅크 저항 및 뱅크 저항으로부터 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 복수의 제2 접촉 저항을 산출할 수 있다(S22).
[수학식 2]를 참조하면, 복수의 제2 접촉 저항은, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 원 뱅크 저항 및 뱅크 저항에 기초하여 산출될 수 있다.
Figure pat00002
R2.k은 k번째 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항[Ω]이다. k는 배터리 뱅크 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상, m 이하의 자연수일 수 있다. m은 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크의 총 개수일 수 있다. n은 배터리 뱅크 내에서 병렬 연결된 배터리 셀의 수이다. Rbank.k은 k번째 배터리 뱅크의 뱅크 저항[Ω]이다. Ro_bank.k은 k번째 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항[Ω]이다.
접촉 저항 산출부(202)는, 복수의 제1 접촉 저항 및 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 복수의 최종 접촉 저항을 산출할 수 있다(S23).
[수학식 3]를 참조하면, 복수의 최종 접촉 저항은, 복수의 제1 접촉 저항 및 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 산출할 수 있다.
Figure pat00003
Rtotal.k은 k번째 배터리 뱅크의 최종 접촉 저항[Ω]이다. k는 배터리 뱅크 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상, m 이하의 자연수일 수 있다. m은 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크의 총 개수일 수 있다. n은 배터리 뱅크 내에서 병렬 연결된 배터리 셀의 수이다. R1.k은 k번째 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항[Ω]이다. R2.k은 k번째 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항[Ω]이다.
이하, S23 단계에서 도출된 최종 접촉 저항은, S2 단계의 접촉 저항인 것으로 설명한다.
접촉 저항 산출부(202)가 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하면, 보상 뱅크 전압 산출부(203)는 복수의 뱅크 전압 및 복수의 접촉 저항에 기초하여, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출한다(S3).
보상 뱅크 전압은, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압에서 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 전압을 나타낼 수 있다.
[수학식 4]를 참조하면, 복수의 보상 뱅크 전압은, 복수의 뱅크 전압 및 복수의 접촉 저항에 기초하여 산출할 수 있다.
Figure pat00004
Vc.bank.k는 k번째 배터리 뱅크의 보상 뱅크 전압[V]이다. k는 배터리 뱅크 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상, m 이하의 자연수일 수 있다. m은 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크의 총 개수일 수 있다. n은 배터리 뱅크 내에서 병렬 연결된 배터리 셀의 수이다. VBk는 k번째 배터리 뱅크의 뱅크 전압[V]이다. IB는, 복수의 배터리 뱅크(101-103)의 뱅크 전류[A]이다. Rtotal.k은 k번째 배터리 뱅크의 접촉 저항[Ω]이다.
이하에서는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대하여 뱅크 전압 측정부(201)가 측정한 뱅크 전압 및 보상 뱅크 전압 산출부(203)가 산출한 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 이상 진단부(204)가 복수의 배터리 뱅크(101-103)에 대한 이상 진단, 밸런싱, 배터리 성능(SOC, SOH, 및 SOP)을 도출하여 복수의 배터리 뱅크(101-103)를 관리하는 과정을 설명한다.
이상 진단부(204)는, 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 이상을 진단한다(S4).
예를 들어, 이상 진단부(204)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 뱅크 전압과 소정의 기준 전압을 비교하여 배터리 뱅크에 포함된 복수의 배터리 셀이 과전압 상태 또는 저전압 상태인지 진단할 수 있다.
밸런싱부(205)는, 보상 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 중 방전이 필요한 배터리 뱅크를 결정하고, 결정된 배터리 뱅크를 방전시킬 수 있다(S5).
본 명세서에서 설명되는 밸런싱은 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 뱅크(101-103) 중 보상 뱅크 전압이 소정의 기준 값 이상인 배터리 뱅크에 대한 전하 균등화 동작을 의미할 수 있다. 기준 값은 복수의 배터리 뱅크(101-103)의 보상 뱅크 전압에 기초하여 설정되는 값으로, 복수의 보상 뱅크 전압에 대한 대표값일 수 있다. 대표값은 평균값, 중간값, 최소값 등일 수 있다.
밸런싱부(205)는 결정된 배터리 뱅크를, 배터리 뱅크와 병렬 연결되는 방전 부하(도시하지 않음)에 의해 방전시킬 수 있다.
이하, 배터리 성능 도출부(206)가, 도출된 보상 뱅크 전압 및 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103)에 대한 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), SOP(State Of Power) 등을 추정하여 배터리 성능을 도출하는 단계를 설명한다.
배터리 성능 도출부(206)가, 보상 뱅크 전압 및 배터리 뱅크 전류에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 SOC를 추정한다(S6).
배터리에 대한 SOC는, 배터리에 충전된 잔존 용량을 나타낼 수 있으며, 배터리의 성능을 나타내는 지표 중 하나로 활용될 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)는 뱅크 모델 회로에 보상 뱅크 전압을 적용하여 SOC를 추정하는 모델링 방식을 이용하거나, 모델링 방식과 배터리 뱅크 전류를 적산하는 전류 적산 방식을 함께 이용할 수 있다. 뱅크 모델 회로는 배터리 뱅크를 등가회로 모델링하여 획득될 수 있다. 배터리 성능 도출부(206)가 모델링 방식과 전류 적산 방식을 함께 이용하는 경우 각 방식에 의해 추정된 SOC에 대한 가중치를 배터리 뱅크의 현재 상태를 고려하여 조절할 수 있다. 이 외에도 공지된 다양한 방법 중 하나가 SOC 추정에 이용될 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)가, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 SOH를 추정한다(S7).
배터리에 대한 SOH는, 배터리의 열화 정도 또는 잔존 수명을 나타낼 수 있으며, 배터리의 성능을 나타내는 지표 중 하나로 활용될 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)는 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 SOC에 기초하여 SOH를 추정하거나, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각의 내부 저항에 기초하여 SOH를 추정할 수 있다. 배터리 성능 도출부(206)는 보상 뱅크 전압 및 배터리 뱅크 전류에 기초하여 내부 저항을 도출할 수 있다. 이 외에도, SOH를 추정하는 방법은 공지된 다양한 방법 중 하나가 적용될 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)가, 뱅크 전압 및 배터리 뱅크 전류에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 SOP를 추정한다(S8).
배터리에 대한 SOP는, 배터리에 충전된 가용 출력을 나타낼 수 있으며, 배터리의 성능을 나타내는 지표 중 하나로 활용될 수 있다. 배터리 뱅크에 대한 SOP를 추정하는 방법은, 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 SOP에 기초하여 배터리 팩(10)에 대한 SOP를 도출할 수 있다.
배터리 성능 도출부(206)는, 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대하여 각각 추정된 SOC, SOH, 및 SOP에 기초하여 복수의 배터리 뱅크(101-103) 각각에 대한 성능을 평가할 수 있다. 또한 배터리 성능 도출부(206)는, 배터리 뱅크 각각에 대하여 평가된 성능에 기초하여 배터리 팩(10)의 성능을 평가할 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이 SOC, SOH, 및 SOP를 추정하는 방식은 공지된 다양한 방법 중 하나가 적용될 수 있다. 해당 방식에서 배터리 뱅크의 전압이 이용되는 경우, SOC 및 SOH 추정에는 보상 뱅크 전압이 이용되고, SOP 추정에는 뱅크 전압이 이용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1 : 배터리 시스템
2 : 외부 장치
10 : 배터리 팩
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 : 배터리 셀
101, 102, 103 : 배터리 뱅크
111, 112, 113, 114, 115, 116 : 배선
20 : 배터리 관리 시스템
201 : 뱅크 전압 측정부
202 : 접촉 저항 산출부
203 : 보상 뱅크 전압 산출부
204 : 이상 진단부
205 : 밸런싱부
206 : 배터리 성능 도출부
30 : 전류 센서
40, 41 : 릴레이

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 방법에 있어서,
    BMS(Battery Management System)가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 도출하는 단계;
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계;
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계;
    상기 BMS가 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하는 단계;
    상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 각각에 대하여, 상기 복수의 접촉 저항 중 대응하는 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출하는 단계; 및
    상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크에 각각에 대하여, 배터리 뱅크를 구성하는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀 중 하나의 셀 저항 및 상기 복수의 배터리 셀이 상기 배터리 뱅크로 구성된 후의 상기 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 배터리 뱅크의 상기 원 뱅크 저항으로부터 상기 하나의 셀 저항을 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 셀의 개수로 나눈 합성 저항을 차감하여 상기 배터리 뱅크의 제1 접촉 저항을 산출하는 단계를 더 포함하는, 배터리 관리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 배터리 뱅크가 상기 BMS에 연결된 상태에서 측정된 상기 배터리 뱅크의 뱅크 전압 및 뱅크 전류에 기초하여 뱅크 저항을 산출하는 단계; 및
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 산출된 뱅크 저항 및 상기 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 산출된 뱅크 저항으로부터 상기 원 뱅크 저항을 차감하여 상기 배터리 뱅크의 제2 접촉 저항을 산출하는 단계를 더 포함하는, 배터리 관리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 접촉 저항을 산출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 제1 접촉 저항 및 상기 제2 접촉 저항을 합산하여 상기 배터리 뱅크의 접촉 저항을 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크 각각의 이상을 진단하는 단계;
    상기 BMS가, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여, 상기 복수의 배터리 뱅크 중 방전이 필요한 배터리 뱅크를 결정하고, 상기 결정된 배터리 뱅크를 방전시키는 단계; 및
    상기 BMS가, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크의 성능을 도출하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크의 성능을 도출하는 단계는,
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOC를 추정하는 단계;
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOH를 추정하는 단계; 및
    상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 SOP를 추정하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  9. 복수의 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 팩; 및
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 도출하고, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 각각 산출하며, 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하고, 상기 복수의 뱅크 전압 각각에 대하여, 상기 복수의 접촉 저항 중 대응하는 접촉 저항에 의한 강하 전압 성분을 제거한 복수의 보상 뱅크 전압을 산출하며, 상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크를 관리하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는, 배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 뱅크 전압을 측정하는 뱅크 전압 측정부;
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 내부 저항 성분인 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여 외부 저항 성분인 복수의 제2 접촉 저항을 각각 산출하며, 상기 복수의 제1 접촉 저항 및 상기 복수의 제2 접촉 저항에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대한 복수의 접촉 저항을 산출하는 접촉 저항 산출부; 및
    상기 복수의 대한 뱅크 전압 및 상기 뱅크 전압에서 상기 접촉 저항에 의한 강하 전압을 각각 제거한 보상 뱅크 전압을 산출하는 보상 뱅크 전압 산출부를 포함하는, 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 저항 산출부는,
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 배터리 뱅크를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 하나의 셀 저항 및 상기 복수의 배터리 셀이 상기 배터리 뱅크로 구성된 후의 상기 배터리 뱅크의 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리의 제1 접촉 저항을 산출하고, 상기 배터리 뱅크가 상기 BMS에 연결된 상태에서 측정된 상기 배터리 뱅크의 뱅크 전압 및 뱅크 전류에 기초하여 뱅크 저항을 산출하며, 상기 뱅크 저항 및 상기 원 뱅크 저항에 기초하여 상기 배터리의 제2 접촉 저항을 산출하고, 상기 제1 접촉 저항 및 상기 제2 접촉 저항을 합산하여 상기 배터리 뱅크의 접촉 저항을 산출하는, 배터리 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 복수의 배터리 뱅크 각각의 이상을 진단하는 이상 진단부;
    상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여, 상기 복수의 배터리 뱅크 중 방전이 필요한 배터리 뱅크를 결정하고, 상기 결정된 배터리 뱅크를 방전시키는 밸런싱부; 및
    상기 복수의 뱅크 전압 및 상기 복수의 보상 뱅크 전압 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 배터리 뱅크에 대한 SOC, SOH, 및 SOP를 추정하는 배터리 성능 도출부를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 성능 도출부는,
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대하여, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOC를 추정하고, 상기 복수의 보상 뱅크 전압에 기초하여 SOH를 추정하며, 상기 복수의 뱅크 전압에 기초하여 SOP를 추정하는, 배터리 시스템.
KR1020210150560A 2021-11-04 2021-11-04 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 KR20230064927A (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150560A KR20230064927A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
JP2023549934A JP7547004B2 (ja) 2021-11-04 2022-10-12 バッテリー管理方法およびこれを適用したバッテリーシステム
PCT/KR2022/015397 WO2023080466A1 (ko) 2021-11-04 2022-10-12 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
EP22890201.1A EP4261553A4 (en) 2021-11-04 2022-10-12 BATTERY MANAGEMENT METHOD AND BATTERY SYSTEM USING SAME
CN202280011594.9A CN116762015A (zh) 2021-11-04 2022-10-12 电池管理方法和使用该电池管理方法的电池系统
US18/271,920 US20240120763A1 (en) 2021-11-04 2022-10-12 Method for controlling battery banks and battery system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150560A KR20230064927A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230064927A true KR20230064927A (ko) 2023-05-11

Family

ID=86241345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210150560A KR20230064927A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240120763A1 (ko)
EP (1) EP4261553A4 (ko)
JP (1) JP7547004B2 (ko)
KR (1) KR20230064927A (ko)
CN (1) CN116762015A (ko)
WO (1) WO2023080466A1 (ko)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814883B1 (ko) * 2006-10-16 2008-03-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법
KR102039954B1 (ko) * 2012-03-02 2019-11-05 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈 밸런싱 시스템
KR20140081309A (ko) * 2012-12-21 2014-07-01 넥스콘 테크놀러지 주식회사 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법
KR101642329B1 (ko) * 2013-09-30 2016-07-25 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 배터리 관리 방법
WO2017154112A1 (ja) 2016-03-08 2017-09-14 株式会社東芝 電池監視装置及び方法
KR101989692B1 (ko) * 2017-09-26 2019-06-14 주식회사 포스코아이씨티 배터리 노화 진단 방법 및 시스템
KR20210011236A (ko) 2019-07-22 2021-02-01 주식회사 엘지화학 배터리 저항 진단 장치 및 방법
US11495976B2 (en) 2019-10-01 2022-11-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system and method for controlling battery system
KR20220048213A (ko) 2020-10-12 2022-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법
CN112684344A (zh) 2020-12-03 2021-04-20 珠海银隆电器有限公司 一种主动均衡bms中采集和均衡共线时单体电压校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024508273A (ja) 2024-02-26
EP4261553A1 (en) 2023-10-18
JP7547004B2 (ja) 2024-09-09
EP4261553A4 (en) 2024-07-31
CN116762015A (zh) 2023-09-15
WO2023080466A1 (ko) 2023-05-11
US20240120763A1 (en) 2024-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11124072B2 (en) Battery control device and electric motor vehicle system
US9537325B2 (en) Battery state estimation system, battery control system, battery system, and battery state estimation method
US10725111B2 (en) Battery state detection device, secondary battery system, program product, and battery state detection method
US10686229B2 (en) Battery state detection device, secondary battery system, program product, and battery state detection method
US20110307202A1 (en) System for monitoring the state of a battery
US9450427B2 (en) State of charge determination for an electrical accumulator
KR102572652B1 (ko) 배터리의 충전상태를 추정하는 방법
US20140184236A1 (en) Battery control apparatus and battery system
KR102630222B1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
JP2015524048A (ja) バッテリの充電状態の推定
CN113848479B (zh) 一种融合均衡信息的串联电池组短路及低容量故障诊断方法、系统及设备
EP4382933A1 (en) Battery state estimation method, and battery system for providing method
JP2022044172A (ja) 複数の電池に関する判定装置、蓄電システム、判定方法及び判定プログラム
JP2024534357A (ja) バッテリー診断方法、その方法を提供するバッテリー診断装置およびバッテリーシステム
KR20230064927A (ko) 배터리 관리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
JP7402320B2 (ja) バッテリシステムにおけるバランシングシステムの校正
JP2020190529A (ja) 電圧計測回路
JP2000060011A (ja) 集合電池の状態検出方法及び状態検出装置
KR20230162255A (ko) 배터리 진단 방법, 그 방법을 제공하는 배터리 진단 장치 및 배터리 시스템
KR20230155893A (ko) 배터리 진단 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템
KR20230162256A (ko) 배터리 진단 방법, 그 방법을 제공하는 배터리 진단 장치 및 배터리 시스템
KR20230061046A (ko) 배터리 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
SU1065933A1 (ru) Устройство дл диагностики работоспособности аккумул торов в батарее и определени окончани разр да батареи
JP2021072672A (ja) 電池制御装置及び電池制御方法
KR20230157646A (ko) 내부 저항 평가 장치 및 배터리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination