KR20240029775A - 배터리 결함 결정 - Google Patents
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Abstract
셀 그룹을 포함하는 배터리의 상태를 모니터링하는 시스템은 대응하는 셀 그룹과 연관된 셀 모니터링 디바이스(CMD)와 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함한다. 각각의 CMD는 센서 시스템을 사용하여 개개의 셀 그룹에 있는 셀의 속성을 측정하고 측정치를 평가하여 모니터링된 셀에서 결함을 검출한다. CMD가 결함을 검출하면, CMD는 BMS에 후속 송신을 위해, CMD가 결함을 검출한 시기를 나타내는 타임스탬프를 포함하여, 대응하는 셀 그룹이 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자 및 검출된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장한다. 웨이크한 때, BMS는 CMD에 의해 공유되는 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신 및 프로세싱하여 CMD에 의해 검출된 결함(들)에 응답하는 조치(들)를 결정한다.
Description
본 개시는 배터리 기술 및 에너지 셀 분야에 관한 것이다. 특히, 개시된 실시예는 배터리 시스템, 배터리 셀 또는 둘 모두의 상태를 모니터링하고 배터리 시스템, 배터리 셀 또는 둘 모두에서 발생하는 결함을 검출하기 위한 방법, 시스템 및 디바이스에 관한 것이다.
복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 시스템은 다양한 현대 전기 전력 애플리케이션에 사용된다. 예를 들어, 배터리 시스템은 산업용 애플리케이션(예를 들어, 운송, 예를 들어, 전기 차량 및 전력 그리드에 전원 공급) 및 상업용 애플리케이션(예를 들어, 랩톱 컴퓨터, 모바일 디바이스, 의료 디바이스 등을 포함한 전자 디바이스에 전원 공급)에 사용된다. 이러한 애플리케이션의 상대적으로 높은 전력 요구를 고려할 때, 배터리 시스템은 종종 필요한 전력 출력을 달성하기 위해 직렬, 병렬 또는 둘 모두의 혼합으로 함께 결합된 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 셀은 함께 결합되어 배터리 팩을 형성할 수 있고, 배터리 시스템은 하나 이상의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
일부 배터리 셀은 가연성 전해질을 포함하고, 따라서 특정 조건에서 위험할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀은 특정 전압 초과로 과충전되거나 특정 온도를 초과하면 손상될 수 있다. 이어서, 추가로 과충전되면, 이러한 배터리 셀은 열 폭주에 빠질 수 있다. 배터리 셀은 또한 특정 전압 미만으로 방전되면 손상될 수 있다.
또한, 배터리 셀의 수명은, 배터리 셀이 너무 높은 전류로 방전되거나 너무 빨리 충전되면 감소될 수 있다.
그러므로, 배터리 시스템의 안전한 사용은 안전 동작 영역(SOA) 내에서 배터리 시스템을 동작해야 하는 것을 필요로 한다. SOA는 종종 배터리 시스템의 셀이 손상되거나 배터리 시스템 운영자에게 위험을 생성하지 않고 동작할 것으로 예상되는 전압, 전류 및 온도 조건으로 정의된다.
배터리 시스템의 효과적인 사용을 촉진하기 위해, SOA보다 덜 제약적인, 즉 정상 동작 영역(NOA: Normal Operating Area)은 또한 예를 들어, 배터리 셀에 대해 정의된 대응 전압, 전류 및 온도 조건을 사용하여 배터리 셀 배터리 시스템에서 정의되고 시행될 수 있다. NOA를 위반하는 것은 배터리 시스템의 셀 용량, 배터리 시스템의 셀 수명 또는 둘 모두에서 오버타임(overtime)으로 감소할 것으로 예상된다.
다중 셀 구성에서, 배터리 시스템의 셀과 배터리 팩 사이에 발생할 수 있는 충전 및 방전의 불균일은 배터리 시스템의 안전하고 효과적인 사용에 추가적인 난제를 제시할 수 있다.
배터리 시스템의 안전하고 효과적인 동작을 보장하기 위해 배터리 시스템의 성능을 모니터링하고 관리하기 위해 배터리 시스템을 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결하는 것이 일반적이다. BMS는 배터리 시스템 내 배터리 셀의 속성(예를 들어, 전압, 전류, 및 온도)을 측정하고 측정치를 평가하여 배터리 시스템의 상태를 결정하고 치명적인 결함이 발생하기 전에 배터리 시스템의 결함 동작을 식별한다. 예를 들어, BMS는 배터리 셀이 배터리 셀의 제조 사양에 기반하여 정의된 배터리 시스템의 분석 모델을 사용하여 SOA 내에서 동작하는지를 확인하기 위해 측정치를 평가할 수 있다.
BMS는 또한 다양한 2차 데이터를 계산하고, 배터리 시스템의 환경을 제어하고, 배터리 시스템의 균형을 맞출 수 있다.
도 1은 복수의 배터리 팩(1101, 1102, 1103)을 포함하는 공지된 배터리 시스템(100)의 개략도이다. 각각의 팩은 복수의 배터리 셀(115)을 포함한다. 각각의 배터리 팩(1101, 1102, 1103) 내에서, 셀(115)은 직렬로 연결된다. 각각의 배터리 팩(1101, 1102, 1103)은 배터리 팩(1101, 1102, 1103)으로부터 전력이 끌어당겨질 수 있게 하는 단자(116)를 포함한다.
각각의 배터리 팩(1101, 1102, 1103)은 각각 측정 디바이스(MD)(1201, 1202, 1203)를 갖는다. 각각의 MD(1201, 1202, 1203)는 개개의 배터리 팩(1101, 1102, 1103)의 속성(또한 성능 특성으로 지칭될 수 있음), 예를 들어 배터리 셀(115)의 전압, 전류 및 온도를 측정하도록 구성된 센서 어레이를 포함한다. 도 1의 예에서, 배터리 팩(1101, 1102, 1103)은 개개의 단자(116)를 통해 MD(1201, 1202, 1203)에 전력을 공급하도록 배열된다.
배터리 시스템(100)은 또한 배터리 팩(1101, 1102, 1103)에 연결된 BMS(130)를 포함한다. 배터리 시스템(100)에서, BMS(130)는 마스터 디바이스이고, MD(1201, 1202, 1203)는 슬레이브 디바이스이다. MD(1201, 1202, 1203)는 BMS(130)에서 종료되는 통신 채널(125)을 형성하는 직렬(데이지 체인)로 결합된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, BMS(130)는 두 가지 동작 모드를 가질 수 있다: ON 모드(212) 및 OFF 모드(214). 예를 들어, 전기 차량에서 배터리 시스템(100)의 전원을 켜는 것은 BMS(130)의 전원을 킬 것이고, 이에 의해 ON 모드(212)가 활성화된다. 배터리 시스템(100)의 전원을 끄는 것은 BMS(130)의 전원을 끄고 ON 모드(212)가 비활성화되어, BMS(130)가 OFF 모드(214)에 놓이게 된다.
도 2b를 참조하면, ON 모드(212)에서, BMS(130)는 MD(120)를 제어하여 개개의 셀(115)의 속성, 예를 들어 전압 및 온도를 측정한다. BMS(130)는 MD(120)에 의해 제공되는 측정치를 평가하여 (있는 경우) 결함을 포함하여, 개개의 배터리 팩(110)의 상태를 결정하고, 검출된 결함(들)을 포함하여 배터리 팩(110)의 상태를 가능한 교정 조치를 위해 외부 시스템(240)에 보고한다.
OFF 모드(214)에 있는 동안, BMS(130) 및 MD(120)는 비활성화된다. BMS(130)는 MD(120)와 통신하지 않거나, 임의의 측정치를 수신 또는 평가하지 않거나, 또는 외부 시스템(240)에 보고하지 않는다.
도 3a에 도시된 바와 같이, ON 및 OFF 모드(212 및 214)에 더하여, BMS(130)는 또한 TIMED-OFF 모드(316)를 가질 수 있다. BMS(130)는 OFF 모드(214)에서 TIMED-OFF 모드(316)로 주기적으로 전이한다. TIMED-OFF 모드(316)에 있는 동안, BMS(130)는 MD(120)를 사용하여 배터리 셀(115)의 속성을 측정하고 평가한다. BMS(130)는 예를 들어 개개의 전기 차량의 전원이 꺼진 동안 TIMED-OFF 모드(316)로 전이할 수 있다. 이는 BMS(130)가 배터리 시스템(100)의 상태를 모니터링할 수 있게 함과 동시에, 전기 차량의 전원이 꺼진 동안 BMS(130)가 ON 모드(212)로 유지되는 경우 발생할 전력 소모를 방지할 수 있게 한다.
도 3b를 참조하면, BMS(130)는 주기적으로 웨이크(wake)하여 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위해 OFF 모드(214)에서 TIMED-OFF 모드(316)로 전이한다. TIMED-OFF 모드(316)에 있으면, BMS(130)는 각각의 MD(120)에 시그널링하여(예를 들어, 커맨드를 발송함으로써) 웨이크시키고, 개개의 셀(115)의 속성, 예를 들어 전압 및 온도를 측정한다. BMS(130)는 개개의 배터리 팩(110)의 상태와 배터리 팩(110)이 임의의 결함을 경험하는지 여부를 결정하기 위해 MD(120)에 의해 제공되는 속성 측정치를 평가하고, 가능한 교정 조치(들)를 위해 임의의 결함(들)을 포함하여 배터리 팩(110)의 상태를 외부 시스템(240)에 보고한다. 이어서, BMS(130)는 MD(120)에 슬립 상태(sleep state)로 전이하도록 신호하여(예를 들어 커맨드를 전송함으로써) OFF 모드(214)로 전이한다. BMS(130)는 일정한 간격, 예를 들어 15분마다 OFF 모드(214)에서 TIMED-OFF 모드(316)로 전이할 수 있다.
OFF 모드(214)에 있는 동안, BMS(130)는 비활성이므로, MD(120)의 임의의 측정치를 요청, 수신 또는 평가하지 않는다. 그러므로, 하나 이상의 셀(115)이 결함을 발생시키거나 또는 결함을 초래할 수 있는 조건(들), 예를 들어 지연된 결함을 경험하는 경우, BMS(130)는 BMS(130)가 OFF 모드(214)에 있는 동안 그러한 결함 또는 조건을 학습하지 못할 수 있다. 추가로, MD(120)는 BMS(130)가 OFF 모드(214)에 있는 동안 어떠한 측정치도 획득하지 못하므로, BMS(130)는 BMS(130)가 ON 모드(212)로 전이한 후에도, OFF 모드(214) 동안 발생된 결함 또는 결함을 유도할 수 있는 조건을 학습하지 못할 수 있다. 결과적으로, 일부 결함 및 결함을 유도하는 조건은 오랜 시간 기간 검출되지 않은 상태로 유지되거나 전혀 검출되지 않을 수 있다.
본 개시의 양태에 따르면, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹을 셀 모니터링 디바이스(CMD)에 의해 모니터링하는 방법이 제공되고, 방법은: 셀의 CMD에 의해, 셀 그룹의 하나 이상의 속성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서로부터, 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 적어도 하나의 측정치를 수신하는 단계 - CMD는 셀 그룹에 대해 구성된 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델을 포함함 -; 셀 그룹이 결함을 경험했는지 여부를 결정하기 위해 셀 그룹의 대응하는 셀 모델을 사용하여 CMD에 의해 수신된 적어도 하나의 측정치를 프로세싱하는 단계; 셀 그룹에서 제1 결함을 결정한 것에 응답하여, 셀 그룹이 제1 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자, 및 제1 결함과 관련된 결함 데이터를 CMD의 메모리에 저장하는 단계 - 결함 데이터는 제1 결함이 CMD에 의해 결정될 때 생성된 타임스탬프를 포함함 -; CMD의 메모리로부터, 제1 결함과 관련된 결함 표시자 및 결함 데이터를 포함하는 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 검색하는 단계 - 각각의 결함 표시자는 셀 그룹이 대응 결함을 경험했음을 나타냄 -; 및 CMD에 의해, 셀 그룹을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성된 배터리 관리 시스템(BMS) 또는 셀 그룹을 포함하는 배터리에 관한 데이터를 수집하도록 구성된 외부 디바이스로, 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 통신하는 단계를 포함한다.
각각의 결정된 결함에 대해, 관련된 결함 데이터는: 결함을 결정하는 데 사용되는 CMD의 하나 이상의 센서 측정치, 또는 결함을 검출하는 데 사용되는 CMD의 하나 이상의 도출된 측정치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
각각의 결정된 결함에 대해, 결함 표시자는 결함을 식별할 수 있다.
방법은 수신된 적어도 하나의 측정치에 기반하여, 제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나이다.
제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 것은 CMD가 셀 그룹에서 하나 이상의 다른 결함을 결정한 후 미리 정의된 기간 내에 제1 결함을 결정할 때 제1 결함의 심각도 수준을 지연된 위험에서 즉각적인 위험으로 또는 성능저하 위험에서 즉각적인 위험으로 업그레이드하는 것을 포함할 수 있다.
제1 결함의 결함 표시자는 제1 결함의 심각도 수준을 식별할 수 있다.
방법은 어떠한 결함도 셀 그룹에서 결정되지 않을 때 CMD에 의해 수신 및 프로세싱 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 복수의 결함을 검출하기 위해 CMD에 의한 수신, 프로세싱 및 저장 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
수신, 프로세싱 및 저장 단계는 BMS 또는 외부 디바이스와 관계없이 CMD에 의해 반복될 수 있다.
수신 및 프로세싱 단계는 CMD가 제1 모드에 있는지 제2 모드에 있는지 여부, 및/또는 적어도 하나의 측정 유형에 의존하는지 여부에 따라 다양한 주파수로 반복될 수 있다.
제1 결함을 결정하는 단계는: 셀 그룹의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치의 시퀀스를 프로세싱하는 단계 및 시퀀스에서 미리 정의된 개수의 측정치에 기반하여 셀 그룹이 결함을 경험했음을 셀 그룹의 대응하는 셀 모델에 대한 CMD에 의해 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
BMS에 통신하는 것은, 제1 결함 결정에 응답하여, CMD에 의해 BMS에 경고를 송신하는 것; 및 CMD로부터 BMS로 셀 그룹의 상태 업데이트를 송신하는 것을 포함한다. 상태 업데이트는 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함할 수 있다.
상태 업데이트는 BMS로부터 수신된 요청에 응답하여 송신될 수 있다.
경고는 BMS가 하나의 모드에서 다른 모드로 전이하도록 구성된 신호일 수 있다.
경고는 검출된 제1 결함이 즉각적인 위험의 심각도 수준을 갖는 것으로 결정되면 CMD에 의해 BMS로 송신될 수 있다.
BMS에 통신하는 것은 CMD로부터 BMS로 셀 그룹의 상태 업데이트를 송신하는 것을 포함할 수 있다. 상태 업데이트는 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함할 수 있다.
상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 BMS로부터 수신된 요청에 응답하여 CMD에 의해 BMS로 송신될 수 있다.
상태 업데이트는: CMD에 의해 BMS로 송신된 이전 상태 업데이트 이후 셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 미리 정의된 시간 범위 동안 셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는 CMD에 의해 검출된 모든 결함 중 하나에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함할 수 있다. 모든 관련 결함은 개개의 결함 데이터에 포함된 타임스탬프에 기반하여 식별될 수 있다.
제1 결함은 동작 결함일 수 있다. 동작 결함은 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어난 것으로 결정될 때 CMD에 의해 결정될 수 있고, 여기서 안전 및 정상 동작 한계치는 획득된 측정치에 대응하며 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델에 의해 정의된다.
동작 결함은 셀 그룹에서 획득된 적어도 하나의 측정치가 다음 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정될 수 있다: 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하는 것, 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 방전 전류를 초과하는 것, 셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮은 것, 셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하는 것, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하는 것, 또는 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압 미만인 것.
제1 결함은 거동 결함(behavioural fault)일 수 있다. 거동 결함은 셀 그룹의 성능이 셀 그룹의 예상 성능에서 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정될 수 있다. 셀 그룹의 예상 성능은 적어도 하나의 셀 모델, 및/또는 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능에 의해 정의되고, 획득된 측정치는 CMD에 의해 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 개개의 하나 이상의 CMD로부터 수신된다.
거동 결함은 셀 그룹에서 획득된 적어도 하나의 측정치가 다음 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정될 수 있다: 셀 그룹의 온도 변화율이 셀 그룹의 공지된 자극과 현재 상태에 대해 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 것, 또는 셀 그룹의 전압 변화율이 셀 그룹의 공지된 자극과 전류 상태에 대해 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 것.
방법은 CMD에 의해 하나 이상의 이웃 CMD로부터 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 각각 획득되고 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하는 측정치를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
거동 결함은 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 검출된 변화 또는 변화율로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정될 수 있다.
적어도 하나의 센서는 셀 그룹에 인접한 센서, 셀 그룹에 위치된 센서, 셀 그룹 내에 위치된 센서, 셀 그룹과 통합된 센서, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 위치된 센서, 또는 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀과 통합되어 위치된 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 센서는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 센서 및 셀 그룹의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 상이한 센서를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 센서는: 셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 배터리 셀에서 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 셀 그룹 외부의 온도를 측정하기 위한 외부 온도 센서, 셀 그룹에서 온도를 측정하기 위해 CMD와 통합된 온도 센서, 배터리 셀에서 온도를 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합된 온도 센서, 배터리 셀 내의 온도를 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 온도 센서, 배터리 셀 내의 가스 압력을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 가스 압력 센서, 외부 표면 상의 배터리 셀에 의해 가해진 힘을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 또는 그 내부에 통합된 힘 센서, 내부 압력 변화로 인한 셀의 배터리 셀 인클로저(enclosure)의 편향을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 그 내부에 통합된 스트레인 게이지, 셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀에서 습도를 측정하기 위한 습도 센서, 셀 손상의 미리 결정된 화학적 부산물을 측정하기 위한 화학 센서, 또는 셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀을 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
방법은 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 BMS 또는 외부 디바이스에 통신하기 전에 CMD의 메모리로부터 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함할 수 있고, 프로세싱하는 단계는: BMS 또는 외부 디바이스로의 송신을 위해 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 압축하는 단계, 또는 BMS 또는 외부 디바이스로의 송신을 위해 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 암호화하는 단계 중 하나 이상을 포함한다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 프로세서에서 실행될 때, 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하도록 프로세서를 구성하는 컴퓨터 실행가능 명령을 저장하는 저장 매체(예를 들어, 비일시적 저장 매체)가 제공된다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하도록 프로세서를 구성하는 컴퓨터 실행가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 셀 모니터링 디바이스(CMD)가 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부가 제공된다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하고 전술한 회로부, 셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 결함에 관련된 결함 데이터를 저장하기 위한 메모리 및 적어도 하나의 센서를 제어하기 위한 센서 서브시스템을 포함하는 셀 그룹과 조립되도록 구성된 셀 모니터링 디바이스(CMD)가 제공된다.
CMD는 제1 모드 및 제2 모드에서 동작하도록 구성될 수 있고, 여기서 CMD는 셀 그룹이 제2 모드에서 동작하는 동안 보다 제1 모드에서 동작하는 동안 덜 빈번하게 결함을 경험하는지 여부를 결정하기 위해 셀 그룹의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치를 수신하고 프로세싱하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 양태에 따르면, 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 배터리를 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀과 대응 셀 모니터링 디바이스(CMD)를 포함한다. 방법은 BMS가 복수의 셀 그룹 중 셀 그룹("제1 셀 그룹"으로 지칭됨)의 CMD("제1 CMD"로 지칭됨)로부터 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 결함 표시자는 제1 CMD와 연관된 적어도 하나의 센서에 의해 제1 셀 그룹의 하나 이상의 셀에서 획득된 셀 속성의 하나 이상의 측정치에 기반하여 제1 CMD가 제1 셀 그룹에서 결함을 결정했음을 나타낸다. 결함 데이터는 결정된 결함과 관련되고 제1 CMD가 결함을 결정한 시기를 나타내는 타임스탬프를 포함한다. 방법은 BMS가 결함에 응답하는 조치를 결정하기 위해 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 더 포함한다.
방법은, BMS가 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 수신하는 단계 및 BMS가 배터리를 전원에 연결하기 전에 배터리의 상태를 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 배터리의 상태를 조사하는 단계는 결함 표시자와 결함 데이터를 수신하고 프로세싱하는 단계를 포함한다. 방법은 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터의 프로세싱 결과에 응답하여 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 거부하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법은 또한 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터의 프로세싱 결과에 응답하여 배터리가 결함 조건을 경험한다는 경고를 발행하는 단계를 포함할 수 있다.
결함 데이터는 또한 결함을 결정하기 위해 제1 CMD에 의해 사용되는 적어도 하나의 측정치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 측정치는: 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치, 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에 기반하여 도출된 측정치, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
결함 표시자는: 결함 또는 결함의 심각도 수준 중 하나 이상을 나타내고, 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나 이상이다.
수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 것은 BMS에, 제1 CMD로부터 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 저장하는 것을 포함할 수 있다.
방법은, 외부 시스템으로부터, 배터리 상태 업데이트 요청을 수신하는 단계; 및 배터리의 상태 업데이트를 외부 시스템으로 송신하는 단계를 포함할 수 있고, 상태 업데이트는 BMS에 저장된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함한다.
수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 것은: 제1 셀 그룹이 결함을 경험했다는 것을 확인하기 위해 수신된 결함 데이터와 함께 하나 이상의 셀 모델을 사용하는 것을 포함할 수 있고, 하나 이상의 모델은 BMS에 저장되고 제1 그룹의 셀에 대응한다.
수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 것은: 제2 셀 그룹("제2 셀 CMD"로 지칭됨)의 CMD로부터 복수의 셀 그룹 중 다른 셀 그룹("제2 셀 그룹"으로 지칭됨)에 대한 상태 업데이트를 수신하는 것 - 상태 업데이트는: 제2 CMD의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 제2 셀 그룹의 하나 이상의 셀의 하나 이상의 셀 속성의 하나 이상의 측정치, 또는 제2 셀 그룹에서 제2 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함에 관련된 결함 데이터 중 적어도 하나를 포함하고, 결함 데이터는 제2 CMD가 각각 하나 이상의 결함을 결정한 시기를 나타내는 하나 이상의 타임스탬프를 포함함 -; 및 제1 셀 그룹이 결함을 경험한 것을 확인하기 위해 제1 CMD로부터 수신된 결함 데이터를 제2 CMD로부터 수신된 상태 업데이트에 포함된 데이터와 비교하는 것을 포함할 수 있다.
방법은 제1 CMD로부터 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신 시, 상태 요청을 제2 CMD로 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 셀 그룹에 대한 상태 업데이트는 상태 요청에 응답하여 BMS에 의해 수신될 수 있다.
제2 셀 그룹은 제1 셀 그룹에 인접한 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다.
방법은 복수의 셀 그룹 중 각각의 셀 그룹에 대해 수신 및 비교 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
BMS는 제1 셀 그룹이 제 CMD에 의해 BMS에 제공된 상태 업데이트의 일부로서 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터 결함 및 관련 결함 데이터를 경험했다는 것을 제1 CMD가 결정하였다는 것을 나타내는 결함 표시자를 수신할 수 있다. 상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 BMS에 의해 제1 CMD로 전송된 상태 업데이트 요청에 응답하여 BMS에 의해 수신될 수 있다.
제1 CMD에 의한 상태 업데이트는: 제1 CMD로부터 BMS에 의해 수신된 이전 상태 업데이트 이후 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 미리 정의된 시간 기간 동안 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는 BMS가 전원이 꺼지거나, 비활성이거나, 또는 제1 CMD와 통신이 끈긴 동안 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함 중 하나 이상에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함할 수 있다.
BMS는 제1 CMD로부터 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 수신하기 전에 슬립 모드에 있을 수 있다. 방법은: 슬립 모드에 있는 BMS에 의해, 제1 CMD가 결함을 검출했다는 것을 나타내는 경고 신호를 제1 CMD로부터 수신하는 단계; 및 경고 신호에 응답하여, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하기 위해 BMS를 슬립 모드에서 활성 모드로 전이하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 CMD에 의해 결정된 결함은 제1 CMD에 의해 즉각적인 위험으로 분류될 수 있다.
방법은 경고 신호에 응답하여, BMS로부터 제1 CMD로 상태 업데이트 요청을 송신하는 단계를 포함할 수 있고, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 상태 업데이트 요청에 응답하여 제1 CMD로부터 수신될 수 있다.
제1 셀 그룹에서 획득되고 결함 데이터로서 BMS에 의해 수신된 측정치는: 제1 셀 그룹에서 검출된 전압, 셀 그룹 외부에서 검출된 온도, 제1 셀 그룹의 온도, 제1 셀 그룹의 셀 또는 셀 내부의 온도, 제1 셀 그룹의 셀 내부 가스 압력, 제1 셀 그룹의 셀에 의해 셀의 외부 표면에 가해지는 힘, 내부 압력의 변화에 의해 야기되는 제1 셀 그룹의 셀의 셀 인클로저의 편향, 제1 셀 그룹 또는 제1 셀 그룹의 셀의 습도 수준, 셀 손상을 나타내는 미리 결정된 화학물, 또는 제1 셀 그룹을 통하거나 제1 셀 그룹 내의 셀을 통해 흐르는 전류 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 동작 결함 또는 거동 결함일 수 있다.
동작 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어난 것으로 결정될 때 결정될 수 있다. 안전하고 정상적인 동작 한계치는 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하고 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델에 의해 정의될 수 있다.
거동 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 제1 셀 그룹의 예상 성능에서 벗어날 때 결정될 수 있고, 제1 셀 그룹의 예상 성능은: 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델 또는 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 로컬 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 복수의 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능 중 적어도 하나에 의해 정의된다.
동작 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가 다음 조건 중 하나 이상을 충족할 때 결정될 수 있다: 제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하는 것, 제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 방전 전류를 초과하는 것, 셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮은 것, 셀 그룹에서 취해진 온도가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하는 것, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하는 것, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압 미만인 것, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 압력이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 압력을 초과하는 것, 또는 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 압력이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 압력 미만인 것.
거동 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가 다음 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정될 수 있다: 제1 셀 그룹의 온도 변화율이 제1 셀 그룹의 공지된 자극 및 전류 상태에 대해 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는 제1 셀 그룹의 압력 변화율이 제1 셀 그룹의 공지된 자극 및 현재 상태에 대해 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는 제1 셀 그룹의 전압 변화율이 제1 셀 그룹의 공지된 자극 및 현재 상태에 대해 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작음.
방법은: BMS가 대응하는 하나 이상의 이웃 CMD에 의해 제1 그룹에 이웃하는 하나 이상의 셀 그룹에서 획득된 측정치를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 측정치는 제1 셀 그룹에서 획득되고 하나 이상의 인접 CMD로부터 수신된다.
거동 결함은, 제1 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출되는 동안, 시간 기간에 걸쳐 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 결정된 변화 또는 변화율로부터 대응 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, BMS가 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부가 제공된다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 프로세서에서 실행될 때, 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하도록 프로세서를 구성하는 컴퓨터 실행가능 명령을 저장하는 저장 매체(예를 들어, 비일시적 저장 매체)가 제공된다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 전술한 방법 중 임의의 방법을 수행하도록 프로세서를 구성하는 컴퓨터 실행가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 개시에 포함되어 일부를 구성하는 첨부 도면은 개시된 실시예를 예시하고, 설명과 함께, 개시된 실시예를 설명하는 역할을 한다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은 공지된 배터리 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 ON 및 OFF 모드를 갖는 공지된 배터리 관리 시스템에 대한 프로세스 흐름의 예를 묘사한다.
도 3a 및 도 3b는 ON, OFF 및 Timed-OFF 모드를 갖는 공지된 배터리 관리 시스템에 대한 프로세스 흐름의 예를 묘사한다.
도 4는 일부 개시된 실시예에 따른 셀 모니터링 디바이스의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5g는 일부 개시된 실시예에 따른 리튬 이온 셀의 동작 결함의 예를 예시한다.
도 5h 내지 도 5n은 일부 개시된 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 동작 결함의 예를 예시한다.
도 6은 일부 개시된 실시예에 따른 셀 모니터링 디바이스의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 7은 일부 개시된 실시예에 따라, 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 시스템의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 8은 일부 개시된 실시예에 따라, 하나 이상의 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 시스템의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 9는 일부 개시된 실시예에 따른 예시적인 배터리 관리 시스템의 동작 모드를 도시하는 차트를 묘사한다.
도 10은 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템이 ON 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 11은 일부 개시된 실시예에 따라, 배터리 관리 시스템이 안전 슬립 모드 ON 모드 및 안전 슬립(폴링(poll)) 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 12는 일부 개시된 실시예에 따른 예시적인 배터리 관리 시스템의 동작 모드를 도시하는 차트를 묘사한다.
도 13 및 도 14는 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템이 안전 슬립 모드 및 안전 슬립(경고) 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 15는 일부 개시된 실시예에 따라 셀 모니터링 디바이스에 의해 셀 그룹의 상태를 모니터링하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 묘사한다.
도 16은 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템에 의해 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 묘사한다.
도 1은 공지된 배터리 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 ON 및 OFF 모드를 갖는 공지된 배터리 관리 시스템에 대한 프로세스 흐름의 예를 묘사한다.
도 3a 및 도 3b는 ON, OFF 및 Timed-OFF 모드를 갖는 공지된 배터리 관리 시스템에 대한 프로세스 흐름의 예를 묘사한다.
도 4는 일부 개시된 실시예에 따른 셀 모니터링 디바이스의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5g는 일부 개시된 실시예에 따른 리튬 이온 셀의 동작 결함의 예를 예시한다.
도 5h 내지 도 5n은 일부 개시된 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 동작 결함의 예를 예시한다.
도 6은 일부 개시된 실시예에 따른 셀 모니터링 디바이스의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 7은 일부 개시된 실시예에 따라, 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 시스템의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 8은 일부 개시된 실시예에 따라, 하나 이상의 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 시스템의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 9는 일부 개시된 실시예에 따른 예시적인 배터리 관리 시스템의 동작 모드를 도시하는 차트를 묘사한다.
도 10은 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템이 ON 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 11은 일부 개시된 실시예에 따라, 배터리 관리 시스템이 안전 슬립 모드 ON 모드 및 안전 슬립(폴링(poll)) 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 12는 일부 개시된 실시예에 따른 예시적인 배터리 관리 시스템의 동작 모드를 도시하는 차트를 묘사한다.
도 13 및 도 14는 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템이 안전 슬립 모드 및 안전 슬립(경고) 모드에서 동작하는 동안 셀 모니터링 디바이스, 배터리 관리 시스템, 외부 시스템 및 IOT 클라우드 사이의 예시적인 프로세스 흐름을 묘사한다.
도 15는 일부 개시된 실시예에 따라 셀 모니터링 디바이스에 의해 셀 그룹의 상태를 모니터링하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 묘사한다.
도 16은 일부 개시된 실시예에 따라 배터리 관리 시스템에 의해 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 묘사한다.
다음의 설명에서, 본 개시의 특정 양태 및 실시예가 명백해질 것이다. 가장 넓은 의미에서, 본 개시가 이러한 양태 및 실시예의 하나 이상의 특징을 가지지 않고도 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한 이러한 양태 및 실시예가 단지 예시적인 것임이 이해되어야 한다.
다음의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 가능하다면, 동일하거나 유사한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분 또는 컴포넌트를 지칭하기 위해 도면 및 다음 설명에서 사용한다. 여러 예시적인 실시예 및 양태가 본원에 설명되어 있지만, 수정, 적응 및 다른 구현은 가능하다. 예를 들어, 도면에 예시된 부분 및 컴포넌트에 대체, 추가 또는 수정이 이루어질 수 있고, 본원에 설명된 예시적인 방법은 개시된 방법에 단계를 대체, 재정렬, 제거 또는 추가함으로써 수정될 수 있다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 개시된 실시예, 양태 및 예에 제한되지 않는다. 대신, 적절한 범위는 첨부된 청구에 의해 정의된다.
도 1, 도 2a-도 2b 및 도 3a-도 3b를 참조하여 논의된 배터리 시스템과 같은 공지된 배터리 시스템에서, BMS는 시간이 지남에 따라 배터리 시스템 및 이의 배터리 셀의 건전성 상태(SoH)에 대한 제한된 정보만 획득할 수 있다. BMS는 ON 모드 또는 TIMED-OFF 모드에 있는 동안 BMS가 배터리 팩에 연결되고 배터리 팩과 통신하는 기간 동안만 특정 배터리 팩의 속성 측정치를 획득할 수 있다. BMS는 OFF 모드에 있거나, 다른 배터리 팩과 통신하거나, 배터리 시스템에 연결되지 않은 기간 동안 이러한 측정치를 획득할 수 없다. 이는 배터리 팩의 셀에 의해 나타나는 경향을 정확하게 식별하는 BMS 능력을 방해하고, 이는 결국 BMS가 배터리 시스템에 결함을 야기할 수 있는 결함이나 조건을 인식하지 못하게 하거나, BMS가 지연과 함께 그러한 결함과 조건을 검출하게 할 수 있다.
예를 들어, 배터리 팩의 셀(들)의 온도의 급격한 스파이크(spike)는, 개개의 배터리 팩과 배터리 시스템 전체의 건강 잠재적으로 해를 끼치고 결함을 나타낼 수 있지만, BMS가 OFF 모드(214)에 있는 동안 스파이크가 발생하면 검출되지 않을 수 있다. 셀 또는 배터리 팩은 BMS가 OFF 모드(214)에 있는 동안 SOA 외부 온도에 도달할 수 있고, 후속하여 BMS가 다시 ON으로 전환되기 전에 냉각될 수 있다. 이러한 결함은 잠재적으로 치명적인 연쇄 반응을 유발할 수 있다.
이러한 결함의 조기 식별은 배터리 운영자(예를 들어, 차량 운전자)에게 조기 경고를 발행할 수 있고, 결함이 치명적인 수준으로 올라가는 것을 방지할 수 있는 즉각적인 교정 조치(들)의 구현을 촉진할 것이다. 위의 예를 사용하면, 특정 셀이나 배터리 팩의 급격한 온도 스파이크가 발생할 때 또는 직후에 검출되면, 배터리 시스템의 충전을 방지하고 차량의 시동을 방지하는 것은 치명적인 수준으로의 상승(예를 들어, 화재 위험)을 포함한, 배터리 시스템을 통한 결함 전파를 줄이거나 방지할 것이다. 이어서, 정상적으로 기능하고 동작하는 전체 배터리 시스템보다, 개개의 셀이나 배터리 팩을 교체하는 것은 검출된 결함을 치유하기에 충분할 수 있다.
본 개시의 적어도 일부 실시예는 도 1 내지 도 3b를 참조하여 위에서 논의된 종래 기술 시스템의 하나 이상의 단점을 해결하여, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 시스템의 상태를 모니터링하고 그러한 배터리 셀의 결함을 검출하기 위한 솔루션을 제공한다.
본 개시는 배터리 시스템을 형성하는 셀과 배터리 시스템 자체의 상태를 모니터링하고 이러한 배터리 셀에서 발생하는 결함을 검출하기 위한 방법, 시스템 및 디바이스를 설명한다. 본 개시는 셀 그룹을 포함하는 배터리를 포함하는 시스템을 제공하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 셀을 포함한다. 시스템은 또한 대응하는 셀 그룹과 각각 연관된 셀 모니터링 디바이스(CMD), 즉 셀 그룹당 적어도 하나의 CMD를 포함한다. 각각의 CMD는 CMD의 센서 시스템을 사용하여 개개의 셀 그룹의 셀 속성을 측정하도록 동작하고, BMS 또는 외부 디바이스와 관계없이 그리고 CMD가 BMS에 연결되든 BMS와 통신하든 모니터링되는 셀에서 잠재적인 결함을 검출하기 위해 이러한 측정을 프로세싱 및 평가한다. CMD는 대응 셀에 대해 캘리브레이팅(calibrate)된 하나 이상의 셀 모델을 사용하여 CMD가 개개의 셀 그룹에서 획득된 속성 측정치에 기반하여 결함을 검출할 수 있도록 할 수 있다.
CMD는 BMS 또는 외부 디바이스로부터의 상태 업데이트 요청에 대한 응답과 같은 후속 검색을 위해 CMD에서 로컬로 검출된 임의의 결함을 포함하여 획득된 측정치와 관련된 데이터를 저장하도록 동작 가능하다. 예를 들어, CMD가 결함을 검출하면, CMD는 CMD와 연관된(모니터링되는) 셀 그룹이 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자를 저장한다. CMD는 또한 검출된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장한다. 최소한 결함 데이터는 CMD가 결함을 검출한 시기를 나타내는 타임스탬프를 포함한다. 결함 데이터는 또한 관련되거나 CMD가 결함을 결정하도록 유도한 모든 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 결함 데이터는 예를 들어 셀 그룹에서 획득된 측정치, 이러한 측정치의 도출물, 또는 CMD가 결함을 결정하도록 유도한 직접 및 도출 측정치의 조합을 포함할 수 있다.
CMD가 결함을 검출했다는 표시자는 관련 타이밍 정보와 함께 CMD에 저장되고 모니터링되는 배터리 시스템을 충전기와 같은 전원 또는 파워트레인(powertrain)과 같은 부하에 연결하기 위해 배터리 시스템 릴레이를 닫기 전에 BMS가 모니터링되는 셀에 대한 검사를 수행하는 것에 대한 응답과 같이 후속 검색에 이용 가능하다. 그러므로, BMS는 배터리 시스템 릴레이를 닫기 전에 BMS가 통신되지 않는 동안(CMD와 통신이 끊김) 특정 셀 또는 셀이 결함을 경험했음을 인식하게 되므로, 결함이 열 폭주와 같은 치명적인 연쇄 반응을 트리거하기 전에 교정 조치의 구현을 허용한다.
BMS가 슬립 상태이거나 전원이 꺼진 경우와 같이 BMS 또는 임의의 다른 외부 시스템과 독립적으로 연관된 셀의 셀 상태를 모니터링하고, 관련된 임의의 관련 결함을 포함하여 관련 데이터를 저장하기 위해 CMD를 인에이블 및 이용하고, 그리고 이러한 데이터를 후속 검색에 이용하게 함으로써, 본 개시의 방법 및 시스템은 결함의 조기 식별 및 개개의 BMS 또는 외부 시스템에 대한 그러한 결함의 적시 통신을 가능하게 한다. 이것은 결국 배터리 운영자(예를 들어, 차량 운전자)에게 조기 경고를 발행할 수 있게 하거나, 결함이 치명적인 수준으로 올라가는 것을 방지할 수 있는 즉각적인 교정 조치(들)의 구현을 촉진하거나, 또는 둘 모두를 수행한다. 예를 들어, 특정 셀이나 배터리 팩의 급격한 온도 스파이크가 발생할 때 또는 직후에 검출되면, 배터리 시스템의 충전을 방지하고 차량의 시동을 방지하는 것은 치명적인 수준으로의 상승(예를 들어, 화재 위험)을 포함한, 배터리 시스템을 통한 결함 전파를 줄이거나 방지할 것이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 셀 모니터링 디바이스(CMD)(400)의 예시적인 배열의 개략도이다. CMD(400)는 센서 시스템(410), 결함 검출 시스템(FDS)(420), 프로세서 시스템(422)(또한 프로세싱 시스템으로 지칭될 수 있음), 통신 시스템(424), 결함 저장소(426) 및 타이머 또는 클록(428)을 포함한다.
CMD(400)는 배터리 시스템이 배터리 관리 시스템(BMS)(430)에 연결되거나 전기 차량과 같은 특정 디바이스 또는 시스템을 동작시키는 데 사용되는지 여부에도 불구하고, 배터리 시스템의 하나 이상의 배터리 셀과 연관되거나 연결되어 이러한 셀의 상태를 모니터링한다. 예를 들어, CMD(400)는 BMS(430)가 전원이 꺼졌거나, 또는 개개의 배터리 시스템이 저장장치에 있거나 선적 중인 동안, 배터리 시스템이 동작을 지원하도록 설계된 디바이스 또는 시스템에 배터리 시스템이 연결되기 전에, 또는 배터리 시스템이 동작을 지원하도록 설계된 디바이스 또는 시스템에서 배터리 시스템이 분리된 후 같은 다른 이용 가능하지 않은 상태인 동안 하나 이상의 배터리 셀의 상태를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
CMD(400)는 배터리 셀과 통합되거나 배터리 셀 또는 그 컴포넌트에 영구적으로 또는 제거 가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, CMD는 파우치 셀의 가요성 파우치 또는 파우치 셀의 하우징에 부착되도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, CMD(400)는 예를 들어 CMD(400)의 기능을 지원하기 위해 전력을 끌어오기 위해 배터리 셀의 하나 이상의 단자에 전기적으로 결합될 수 있다.
다수의 CMD(400)는 배터리 시스템을 형성하는 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위해 이용된다. 배터리 셀은 그룹으로 나뉘며, 각각의 그룹은 자체 CMD(400)를 갖는다. 셀 그룹은 하나 이상의 셀을 포함한다. 예를 들어, 셀 그룹은 하나의 셀을 포함할 수 있거나, 병렬로 연결된 복수의 셀을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, CMD(400)는 주문형 집적 회로(ASIC)로 구현된다. ASIC 형태의 CMD(400)는 하우징 또는 배터리 셀 또는 셀 그룹의 하나 이상의 컴포넌트 같은 배터리 셀 또는 셀의 그룹에 부착되거나, 배터리 셀 또는 셀의 그룹과 통합되거나 집적되도록 구성될 수 있다.
센서 시스템(410)은 CMD(400)에 의해 모니터링되는 배터리 셀의 상태에 관련된 속성, 이를테면 모니터링되는 배터리 셀의 물리적 특성, 모니터링되는 배터리 셀의 전기적 특성, 모니터링되는 배터리 셀의 화학적 특성, 셀의 상태에 영향을 미치는 환경적 특성, 또는 이들의 임의의 조합을 측정한다. 센서 시스템(410)은 모니터링된 셀과 관련된 센서(411) 그룹을 포함하거나 이에 연결되고 센서(411)를 사용하여 그러한 셀의 상이한 속성의 측정치를 획득하도록 구성된다. 센서 시스템(410)은 또한 셀 그룹 환경의 상이한 속성을 측정하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다.
센서 그룹(411)은 하나 이상의 모니터링되는 셀에서 전압을 측정하도록 구성된 하나 이상의 전압 센서(4141) 및 하나 이상의 모니터링되는 셀의 온도(예를 들어, 하나 이상의 모니터링되는 셀의 온도, 하나 이상의 셀의 셀 표면 온도, 또는 하나 이상의 셀에 인접한 환경의 온도)를 측정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서(4142)를 포함한다. 센서 그룹(411)은 또한 하나 이상의 모니터링된 셀 또는 셀 그룹으로 유입되거나 유출되는 전류를 측정하도록 구성된 하나 이상의 전류 센서(4143)를 포함할 수 있다. 센서 그룹(411)은 하나 이상의 모니터링된 셀의 다른 속성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(4144), 예를 들어 하나 이상의 압력 센서, 하나 이상의 습도 센서 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
특정 센서(414)는: 셀 내(예를 들어, 파우치 셀의 가요성 파우치 내와 같은 셀 인클로저 내), 셀, 그 컴포넌트 또는 그 하우징 상에, 셀에, 예를 들어 셀 또는 셀의 개개의 CMD에 인접하거나, 달리 근접하거나, 센서(414)가 측정하도록 구성된 하나 이상의 셀의 물리적, 전기적, 화학적, 또는 환경적 속성에 따라 셀에 원격으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 가스 압력 센서 형태의 압력 센서는 셀 인클로저 내에 통합되어, 셀 인클로저 내의 가스 압력을 측정할 수 있다. 스트레인 게이지 형태의 압력 센서는 셀 내부 압력의 변화에 인해 야기되는 셀 인클로저의 편향을 모니터링하기 위해 셀에 배치될 수 있다. 전류 센서는 모니터링되는 셀에 배치되어 셀 안팎으로, 또는 셀을 통해 흐르는 전류를 측정할 수 있다(예를 들어, 출력을 측정하기 위해 셀 단자에 전기적으로 연결됨). 전압 센서는 모니터링되는 셀 또는 모니터링되는 셀 그룹에 배치되어 모니터링되는 셀 또는 셀 그룹의 단자 양단의 전압을 측정할 수 있다. 온도 센서는 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀 주변 환경의 온도를 측정하기 위해 CMD(400)와 통합될 수 있다. 일부 센서(414)는 CMD(400)와 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀 둘 모두의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, CMD(400)는 주변 환경의 온도를 측정하기 위해 온도 센서를 이용할 수 있다.
각각의 센서(414)는 대응하는 물리적, 전기적 또는 화학적 셀 속성을 측정하기 위한 하나 이상의 감지 요소와 하나 이상의 감지 요소의 출력을 아날로그-디지털 변환기(ADC)(418)에 의해 변환에 적합한 아날로그 신호로 변환하는 신호 컨디셔닝 회로부의 조합으로 구현될 수 있다. 신호 컨디셔닝 회로부는 하나 이상의 감지 요소와 같은 위치에 배치되거나 개개의 셀 외부를 포함하여 CMD(400)의 다른 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소가 측정하도록 구성된 물리적, 전기적, 화학적 또는 환경적 속성에 따라 감지 요소만이 셀 내, 셀 상 또는 셀에 배치될 수 있고, 개개의 신호 컨디셔닝 회로부는 개개의 셀 외부에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 그룹(411)은 대응 ADC와 통합된 하나 이상의 외부 센서를 포함한다. 이러한 실시예에서, ADC는 디지털 형태로 개개의 측정치를 제공한다. 이러한 측정치는 ADC(418)를 바이패싱하여 FDS(420) 및 프로세서 시스템(422)과 직접 공유될 수 있다.
센서 시스템(410)은 또한 기준 측정치를 제공하기 위한 자가 진단 센서(412)를 포함할 수 있다. 주어진 자극에 대해 센서(414)에 의해 획득된 대응 측정치와 기준 측정치를 비교함으로써, CMD(400)는 센서(414)에 의해 획득된 측정치가 실제 시스템 동작에 맞는지 또는 예를 들어 센서(414)의 내부 문제로 인해 왜곡되었는지 여부를 결정할 수 있다.
센서 시스템(410)은 또한 센서(412 및 414)에 의해 획득된 측정치를 디지털 형태로 변환하기 위한 ADC(418) 및 변환을 위해 센서(414)로부터 ADC(418)로 측정치를 지향하기 위한 스위치(416)(예를 들어, 멀티플렉서)를 포함한다. ADC(418)는 변환된 측정치를 FDS(420), 프로세서 시스템(422) 또는 둘 모두로 출력한다. 일부 실시예에서, 스위치(416)는 하나 이상의 ADC(418)의 구조에 통합된다. 예를 들어, ADC(418)는 센서 측정치를 수신하기 위한 다중 입력을 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, CMD(400)는 하나 초과의 ADC(418)를 포함할 수 있다. CMD(400)는 센서 시스템(410)에 의해 취득된 측정치의 병렬 프로세싱을 구현하기 위해 다수의 ADC(418)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상이한 ADC는 상이한 속성의 측정치를 프로세싱할 수 있다. 이러한 병렬 프로세싱은 전압 및 전류와 같은 상이한 속성의 시간 동기화된 측정치를 취득하고 프로세싱할 수 있으므로, 셀 결함을 검출할 수 있는 정확도가 개선된다. 측정치의 병렬 프로세싱은 또한, 또는 대안적으로 FDS(420)에 의한 프로세싱을 위해 측정치를 디지털 형태로 변환하는 효율성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, CMD(400)는 CMD(400) 내에 리던던시(redundancy)를 도입하기 위해 다수의 ADC(418)를 이용할 수 있다. 이는 결국 예컨대, ADC(418) 중 하나에 의한 장애의 경우에 CMD(400)의 기능적 안전성을 향상시킨다.
FDS(420)는 CMD(400)에 의해 모니터링되는 하나 이상의 셀이 결함을 경험했거나 경험하고 있는지 결정하기 위해 수신된 측정치를 평가하도록 동작 가능하다.
일부 실시예에서, FDS(420)는 CMD(400)를 형성하는 ASIC의 디지털 로직으로 구현된다. 그러한 구현에서, FDS(420) 및 셀 모델(421)의 기능은 ASIC 설계 스테이지에서 식별된다.
일부 실시예에서, FDS(420)는 별도의 메모리(도시되지 않음) 및 펌웨어에 의해 정의된 프로세싱을 갖는 프로세서 시스템(422)과 별도의 프로세서로 구현된다. 이 구현에서, FDS(420)는 마이크로프로세서 또는 내장형 프로세서의 형태를 취할 수 있다. FDS(420)가 별도의 프로세서로 구현되면, CMD(400)는 특정 셀, 또는 셀 유형 사후 설계 및 사후 제조와 함께 동작하도록 적응될 수 있다. 셀의 화학적 성질이나 유형에 대한 지식은 FDS(420)의 전체 기능을 보장하기 위해 CMD(400)의 설계 또는 제조 동안 필요하지 않다. 추가로, FDS는 셀 그룹으로 조립된 후 재프로그래밍되어, 예를 들어 셀 모델(들)의 설정을 수정하거나, 셀 모델(들)을 업데이트하거나, 또는 새로운 셀 모델(들)을 업로드할 수 있다.
일부 실시예에서, 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 FDS(420)를 구현하기 위해 사용된다. 그러한 구현에서, FDS의 프로세스는 CMD(400)를 형성하는 ASIC의 디지털 로직을 사용하여 설계될 수 있는 반면, 셀 모델(들)(421)에 의해 이용될 파라미터는 로컬로 저장된 테이블에 프로그래밍될 수 있다. 이 프로그래밍은 상이한 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 생산 스테이지 동안 또는 CMD(400)가 특정 셀 또는 셀 그룹과 함께 사용되기 전에, 대응 셀 또는 셀 그룹의 화학물을 위해 만들어진 금속 층 마스크는 셀 또는 셀 그룹과 동작하도록 CMD(400)를 구성하기 위해 CMD(400)에 도입될 수 있다. 다른 예는 생산 스테이지 동안 일회성 프로그램 가능 메모리(예를 들어, 폴리 퓨즈)를 CMD(400)에 도입하고 셀 또는 셀 그룹과 함께 CMD(400)를 사용하기 전에 관련 테이블로 이러한 메모리를 프로그래밍하는 것이다. 또 다른 예는 프로세서 시스템(422)에 의해 화학물 특정 테이블을 로드하는 것이다.
도 4가 FDS(420)를 별도의 컴포넌트로 도시하지만, 일부 실시예에서, FDS(420)는 프로세서 시스템(422)과 통합된다.
FDS(420)는 하나 이상의 셀 모델(421)을 이용하여 하나 이상의 모니터링된 셀에 결함이 있는지 수신된 측정치를 평가한다. 셀 모델(421)은 하나 이상의 모니터링된 셀과 관련된 하나 이상의 측정치를 입력으로 수신하고, 이러한 측정치를 평가하여 대응 하나 이상의 셀이 결함을 갖는지 또는 경험하는 중인지 여부를 결정하고, 평가 결과를 출력한다.
하나 이상의 결함을 경험한 셀은 결함 상태에 있다. 본 개시 전반에 걸쳐 논의된 바와 같이, BMS(430)와 같은 BMS 또는 외부 시스템은 CMD(400)에 의해 셀에서 획득된 속성 측정치, 및 CMD(400)에 의해 셀에서 결정된 모든 결함과 같은 CMD(400)에 의해 공유된 데이터에 기반하여 셀이 결함 상태에 있는지 여부를 결정하도록 동작 가능할 수 있다.
상이한 셀 모델(421)은 각각 상이한 셀 속성, 셀 속성의 상이한 조합, 또는 상이한 결함을 평가하도록 동작될 수 있다. 예를 들어, 셀 모델은 셀의 대응하는 셀 속성(cell property)의 측정치가 그 셀에 대한 SOA 또는 NOA를 초과하는지 여부를 평가하도록 동작할 수 있다.
본 개시 전반에 걸쳐 참조된 바와 같이, SOA는 배터리 시스템의 셀이 손상되거나 배터리 시스템 운영자에게 위험을 생성하지 않고 동작할 것으로 예상되는 하나 이상의 조건(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 압력, 또는 본 개시에 설명된 임의의 다른 조건) 또는 이들의 임의의 조합으로 정의될 수 있다. 유사하게, 본 개시 전체에 걸쳐 참조되는 바와 같이, SOA보다 덜 제약적인 NOA는 배터리 시스템의 셀이 시간에 걸쳐 용량, 수명 또는 둘 모두, 오버타임(overtime)의 상당한 (예상보다) 감소 없이 동작할 것으로 예상되는 하나 이상의 조건(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 압력, 또는 본 개시에 설명된 임의의 다른 조건) 또는 이들의 임의의 조합으로 정의될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, FDS(420)는 상이한 셀 속성과 상이한 셀 속성 및 상이한 유형의 결함을 평가하도록 각각 동작 가능한 하나 이상의 셀 모델(421)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 셀 모델은 셀이 SOA 또는 NOA 내에서 동작하는지 여부를 결정하기 위해 셀의 상이한 속성의 조합을 평가하도록 동작할 수 있다. FDS(420)는 또한 FDS(420)가 검출하도록 동작 가능한 다양한 종류의 결함을 결정하도록 구성된 단일 셀 모델을 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 셀 모델(421)은 모니터링된 셀에 대한 제조 사양에 기반하여 설계되거나 정의된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 셀 모델(421)은 셀의 초기 테스트 동안과 같이 수명 초기에 관련 셀의 측정된 속성에 기반하여 정의될 수 있다.
하나 이상의 셀 모델(421)은 하나 이상의 수치 셀 모델, 하나 이상의 분석 셀 모델, 하나 이상의 경험적 모델, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 셀 모델(421)은 하나 이상의 단순 모델, 하나 이상의 복잡한 모델, 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다. 간단한 셀 모델은 하나 이상의 미리 정의된 한계(또는 임계치)에 대해 입력된 하나 이상의 측정치를 검사하고 하나 이상의 측정치가 미리 정의된 한계 중 하나 이상을 초과하는 경우, 예를 들어, 미리 정의된 한계 중 하나보다 높거나 낮은 경우, 또는 미리 정의된 한계 외부에 있거나, 미리 정의된 한계 내에 있는 경우 결함을 표시할 수 있다. 더 복잡한 셀 모델은 예를 들어 하나 이상의 도출 측정치를 결정하고 이러한 도출 측정치를 하나 이상의 임계치(미리 정의된 한계)와 비교함으로써 하나 이상의 측정치를 먼저 프로세싱하고, 이어서 필터(들), 알고리즘(들), 또는 둘 모두를 적용하여 결함을 결정할 수 있다. 더 복잡한 모델은 또한 또는 그 대신, 다른 하나 이상의 셀 속성(예를 들어, 온도)의 측정치에 기반하여 하나 이상의 셀 속성(예를 들어, 전압)에 대한 가변 임계치를 설정할 수 있다.
셀 모델(421)은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 혼합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 임계치나 한계에 대한 검사는 아날로그 또는 디지털 비교기를 사용하여 하드웨어에서 구현될 수 있고, 임계치나 한계 자체는 소프트웨어나 펌웨어에 의해 설정되고 달라질 수 있다. 다른 예는 쿨롱(Amp-초) 카운트를 제공하기 위해 시간이 지남에 따라 전류 센서로부터의 신호를 적분하도록 설계된 셀 모델이다. 신호 적분은 예를 들어 디지털 적분기를 사용하여 디지털 하드웨어에서, 또는 예를 들어 프로세서의 산술 능력을 사용하여 소프트웨어에서 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, FDS(420)는 심각도 수준에 의해 검출된 결함을 분류하도록 동작 가능하다. 심각도 수준은 검출된 결함을 해결하기 위한 교정 조치가 얼마나 긴급하게 구현되어야 하는지를 나타낸다.
FDS(420)는 예를 들어, 세 가지 심각도 수준을 사용하여 결함을 분류할 수 있다. 제1(가장 높은) 심각도 수준은 즉각적인 위험을 나타내는 결함을 나타낸다. 즉각적인 위험 결함은 즉각적이거나 긴급한 교정 조치가 필요한 결함을 포함한다. 예를 들어, FDS(420)는 하나 이상의 셀에서 취해진 온도 측정치, 하나 이상의 셀의 온도가 증가한 비율, 또는 둘 모두에 기반하여 검출된 결함을, 온도 측정치, 온도 증가율, 또는 둘 모두가 즉각적인 열 이벤트(즉, 화재)를 나타내는 경우 즉각적인 위험 결함으로 분류할 수 있다.
제2(중간) 심각도 수준은 지연된 위험을 나타내는 결함을 나타낸다. 지연된 위험 결함은 하나 이상의 모니터링되는 셀이 손상되더라도, 즉각적인 위험을 제시하지 않는 결함을 포함한다. 예를 들어, FDS(420)는 셀이 재충전될 때까지 위험하지 않기 때문에(예를 들어, 아직 자발적으로 발화되지 않음) 미리 정의된 전압 하에 있는 셀의 전압에 기반하여 검출된 결함을 지연된 위험 결함으로 분류할 수 있다.
제3(가장 낮은) 심각도 수준은 성능저하 위험을 나타내는 결함을 나타낸다. 성능저하 위험 결함은 배터리 셀의 동작이나 운영자에게 즉각적인 또는 지연된 안전 위험을 제시하지 않지만, 이러한 배터리 셀의 동작 능력을 감소시킬 수 있는 결함을 포함한다. 예를 들어, FDS(420)는 단일 ADC 장애가 임의의 안전 위험을 제기하지는 않지만, 대응 셀(들)의 동작 능력을 감소시키기 때문에 단일 ADC 장애를 성능저하 위험 결함으로 분류할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, FDS(420)는 다수의 결함이 특정 기간 내에 셀 그룹에서 검출될 때 셀 그룹에서 검출된 결함의 심각도 수준을 하나의 심각도 수준에서 다른 심각도 수준으로 업그레이드할 수 있다. 예를 들어, FDS(420)는 셀 그룹에서 획득된 측정치에 기반한 지연된 위험 결함 또는 성능저하 결함을 검출하고, 미리 정의된 시간 기간 내에서 셀 그룹에서 하나 이상의 다른 결함의 검출된 후 결함이 검출되면 그 결함의 심각도 수준을 즉각적인 위험 수준으로 업그레이드할 수 있다.
일부 실시예에서, FDS(420)는 자신의 유형에 의해 검출된 결함을 분류하도록 동작 가능하다. 결함 유형은 검출된 결함을 해결하기 위해 구현되어야 하는 교정 조치 유형을 나타낼 수 있다.
FDS(420)는 결함을 동작 결함, 거동 결함, 및 시스템 결함의 세 가지 유형으로 분류할 수 있다. 동작 결함은 셀이 SOA(안전 동작 한계로 정의됨) 또는 NOA(정상 동작 한계로 정의됨) 외부에서 동작할 때 발생한다.
배터리 셀이 SOA 외부에서 동작하면, 셀 안전성은 손상되고 즉각적이거나 지연된 위험이 발생할 수 있고, 예를 들어, 셀은 화재가 발생할 수 있다. 셀이 NOA 외부에서 동작하지만 SOA 내에서 동작하는 경우, 위험이 발생할 가능성이 없다. 그러나, 셀 동작 동안 정상 동작 한계를 위반하는 것은 시간이 지남에 따라 셀의 용량이나 셀의 수명이 예상되는 성능저하를 초과하여 감소할 가능성이 있다.
배터리 셀의 SOA와 NOA는 셀의 제조 사양에 기반하여 개개의 동작 한계를 설정하여 정의될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 SOA는 배터리 셀이 손상되거나 운영자에게 위험을 생성하지 않고 동작할 것으로 예상되는 전압, 전류 및 온도 조건으로 정의될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 안전 동작 한계, 정상 동작 한계 또는 둘 모두는 셀의 측정된 속성에 대한 조건, 예를 들어 전압 조건, 온도 조건, 전류 조건, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 정의된다. 이러한 조건의 예는 미리 정의된 전압보다 높거나 낮은 셀에서 측정된 전압, 또는 미리 정의된 온도보다 높거나 낮은 셀의 온도를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 예시적인 실시예에서, 안전 동작 한계, 정상 동작 한계 또는 둘 모두는 다수의 측정된 속성, 계산된 파라미터 또는 이들의 조합의 함수를 사용하여 정의된다. 예를 들어, 안전 동작 한계치는 셀의 충전 상태가 0에 접근하거나 온도가 낮아짐에 따라 감소하는 셀의 가변 최대 방전 전류로 정의될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 안전 동작 한계, 정상 동작 한계, 또는 둘 모두는 조건과 기능의 다양한 조합을 사용하여 정의된다.
거동 결함은 셀이 예상대로 동작하지 않을 때 발생한다. 예를 들어, 거동 결함은 특정 셀의 거동이 이웃 셀의 거동과 다를 때 검출될 수 있고, 예를 들어 검출된 모든 변동이 안전 동작 한계 및 정상 동작 한계 내에 있지만 온도는 이웃 셀의 온도보다 더 많이 변동한다. 거동 결함은 또한, 셀의 측정된 속성이 안전 동작 한계 및 정상 동작 한계 내에 있음에도, 예를 들어 대응 모델에 의해 정의된 대로 셀에서 예상되는 것과 다르게 셀이 주어진 자극에 반응할 때 검출될 수 있다.
시스템 결함은 CMD(400) 내에서 발생하는 결함 또는 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀에 대한 부착으로 인해 발생하는 결함을 포함한다. 시스템 결함은 예를 들어, 내부 고정 기준치의 ADC 측정치가 부정확하거나, 개방 회로가 전압 감지 라인에서 검출될 때 자체 진단 센서(412)에 의해 획득된 기준 측정치에 기반하여 검출될 수 있다.
CMD(400)는 시스템 결함을 식별하기 위해 다양한 수준의 자체 테스트 및 자체 진단을 구현할 수 있다. 이는 ADC 동작 검사, 아날로그 멀티플렉서(MUX) 동작 검사, RAM(Random Access Memory) 및 플래시 메모리의 에러 정정 회로부, 스택 오버플로 검출, 메시지 패킷의 CRC(Cyclic Redundancy Check), 개방 회로 검출, 잠금 또는 런어웨이 동작 시 시스템을 재설정하는 워치도그, CMD(400)의 서브요소 간 통신 장애 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
결함 및 관련 셀 모델에 대한 추가적인 비제한적 예는 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 설명된다.
도 4로 돌아가서, 프로세서 시스템(422)은 일반적으로 CMD(400)의 동작 및 BMS(430)와 같은 제3자, 또는 외부 디바이스 또는 외부 시스템(도시되지 않음)과의 통신을 제어한다. 프로세서 시스템(422)은 적어도 CPU, RAM 및 클록을 실행하기 위한 펌웨어를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서 시스템(422)은 마이크로제어기의 형태를 취한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세서 시스템(422)은 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 임베디드 프로세서 등을 포함하거나, 시스템 온 칩(SoC)에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서 시스템(422)은 Intel®, AMD®, Qualcomm®, Apple®, NVIDIA® 등에 의해 제작된 프로세서 패밀리로부터의 프로세서를 포함한다. 프로세서 시스템(422)은 또한 ARM 아키텍처, 모바일 프로세서 등에 기반할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서 시스템(422)은 사용되지 않을 때 전원이 꺼질 수 있다. 프로세서 시스템(422)은 FDS(420), 통신 시스템(424), 또는 타이머 또는 클록(428)로부터 수신된 신호로 재시작될 수 있다.
통신 시스템(424)은 프로세서 시스템(422)에 의해 BMS(430) 또는 외부 디바이스 또는 시스템과의 통신을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 통신 시스템(424)은 CMD(400)와 외부 디바이스 또는 시스템, 이를테면 트랜시버, 수신기, 송신기, 또는 이들의 조합 사이의 통신을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 컴포넌트를 포함한다. 통신 시스템(424)은 예를 들어 Bluetooth® 또는 근접 무선 통신(NFC) 프로토콜을 사용하는 무선 통신을 지원할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 시스템(424)은 BMS(430)와의 유선 연결, 예를 들어, USB, CANbus, 병렬 버스, 또는 목적에 적합한 다른 유형의 유선 연결을 지원할 수 있다.
프로세서 시스템(422)은 통신 시스템(424)을 사용하여 BMS(430)와 같은 외부 시스템과 임의의 검출된 결함 및 관련 결함 데이터를 포함하여 모니터링된 셀의 상태를 공유한다. CMD(400)는 FDS(420)가 수신된 측정치의 평가를 완료할 때 결함 검출 결과를 공유할 수 있다. 일부 실시예에서, CMD(400)는 시간-시프트, 예를 들어, BMS(430)으로의 임의의 검출된 결함 및 관련 결함 데이터를 포함한 모니터링된 셀의 상태의 통신을 지연한다. 예를 들어, 결과를 공유하는 대신, FDS(420)가 수신된 측정치의 평가를 완료하면, CMD(400)는 미리 스케줄링된 시간까지 또는 CMD(400)가 BMS(430) 또는 외부 디바이스 또는 시스템으로부터 대응 요청을 수신할 때까지 결과를 통신하는 것을 지연시킨다.
이러한 시간 시프트를 가능하게 하기 위해, 프로세서 시스템(422)은 모니터링된 셀의 상태, FDS(420)가 검출하는 모든 결함, 및 관련된 결함 데이터에 관한 데이터를, 있다면 개개의 결함이 검출되는 시기를 나타내는 타이밍 정보와 함께 후속 검색을 위해 결함 저장소(426)에 저장한다. 이어서, 프로세서 시스템(422)은 결함 저장소(426)로부터 관련 데이터를 검색하고 통신 시스템(424)을 통해 검색된 데이터를 제3자, 이를테면 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀을 포함하는 배터리 시스템을 관리하는 BMS(430)) 및 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어, CMD(400)에 의해 모니터링된 셀의 SoH 이력의 후속 분석을 위한 외부 시스템 또는 디바이스와 공유할 수 있다.
결함 저장소(426)는 FDS(420)에 의한 평가 결과와 같이 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀에서 검출된 결함에 관한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 저장 디바이스를 포함하는 메모리이다. 하나 이상의 저장 디바이스는 플래시 메모리(예를 들어, NOR 플래시 또는 NAND 플래시), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 강전기 랜덤 액세스 메모리(FRAM), 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(NVRAM) 및/또는 임의의 다른 적합한 저장 디바이스를 포함하지만, 이에 제한되지 않을 수 있다.
시간이 지남에 따라 CMD(400)에 의해 모니터링되는 셀의 상태를 캡처하기 위해 결함 저장소(426)에 저장된 데이터(본 개시에서 셀 상태 데이터로 지칭됨)는 결함이 하나 이상의 셀에서 결정되었음을 나타내는 결함 표시자, 및 CMD(400)가 결함을 검출한 시기의 타임스탬프와 같은 결정된 결함과 관련된 데이터(본 개시에서 결함 데이터로 지칭됨)를 포함한다. 셀 상태 데이터는 또한 측정치가 센서 시스템(410)으로부터 FDS(420) 또는 프로세서 시스템(422)에 의해 수신된 타이밍을 나타내는 정보와 함께, 결함이 검출되지 않았을 때 모니터링된 셀에서 취해진 측정치, 그러한 측정치의 도출물, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 결함 표시자는 플래그 또는 지정된 비트(예를 들어, "0" 또는 "1" 지정 비트)의 형태를 취하여 CMD(400)가 결함을 결정했음을 나타낸다.
일부 실시예에서, 결함 표시자는 검출된 결함의 유형(예를 들어, 동작 결함, 거동 결함, 또는 시스템 결함), 검출된 결함의 심각도 수준(예를 들어, 즉각적인 위험, 지연된 위험, 또는 성능저하 위험), 검출된 결함의 성질(예를 들어, NOA 또는 SOA를 초과한 속성(들)을 나타냄) 또는 그 임의의 조합을 나타내도록 구성된다. 예를 들어, 결함 표시자는 8 비트를 포함할 수 있는 데, 8 비트는 검출된 결함의 심각도 수준 또는 결함이 발생하지 않았다는 것을 나타내기 위한 2 비트, 검출된 결함의 유형을 나타내기 위한 2 비트, 및 검출된 결함의 성질을 나타내기 위한 4 비트를 포함한다.
일부 실시예에서, 메시지 내의 결함 데이터 또는 CMD(400)에서 BMS(430)로의 업데이트의 존재는 CMD(400)가 결함을 검출했다는 결함 표시자로서 역할을 하는 반면, 결함 데이터의 부재는 결함이 검출되지 않았음을 나타낸다.
결함 데이터는 FDS(420)가 결함을 검출한 시기를 나타내는 타이밍 정보를 포함한다. 예를 들어, 타이밍 정보는 FDS(420)가 결함을 검출했을 때 타이머 또는 클록(428)의 출력에 기반하여 생성된 타임스탬프의 형태를 취할 수 있다. 결함 데이터는 또한 FDS(420)가 결함을 검출하도록 하는 측정치(원본, 도출본, 또는 둘 모두), 결함을 검출하는 것과 관련된 계산, 검출되는 결함과 관련된 다른 데이터(예를 들어, 결함이 검출되기 전에 셀에서 취해진 대응 측정치) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
CMD(400)가 시간 시프트 없이 수신된 측정치에 대해 FDS(420)가 수행한 평가 결과를 송신하도록 동작하는 경우, 이러한 평가 결과는 결함 표시자 및 결함 데이터를 포함한다. 이러한 데이터는 결함 저장소(426)에 저장되는 것으로 설명된 결함 표시자 및 결함 데이터와 동일한 형태를 취할 수 있다.
도 4에서 별개의 컴포넌트로 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, FDS(420)는 프로세싱 시스템(422)과 통합된다.
도 5a 내지 도 5n은 본 개시에 따른 CMD가 검출할 수 있는 다양한 결함의 예를 예시한다. 이 도면의 설명은 개개의 결함을 검출하기 위해 CMD(400)를 참조한다. 그러나, 본 개시 전반에 걸쳐 논의된 다른 CMD 변형은 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 설명된 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, CMD(400)와 같은 CMD는 결함의 존재에 대한 셀 속성의 측정치를 분석하기 위해 하나 이상의 셀 모델을 이용한다. 그러므로, 도 5a 내지 5n을 참조하여 논의된 안전 및 정상 동작 한계 또는 임계치 또는 이들의 다양한 조합은 CMD(400)의 하나 이상의 셀 모델에 의해 정의될 수 있다.
도 5a 내지 도 5n은 리튬 이온 셀의 동작 및 거동 결함의 예를 예시한다. 그러나, 유사한 분석은 상이한 유형의 셀, 예를 들면, Li 공기 Li-S, NiMH, 납-산, 또는 NiCd 같은 이차 셀 화학물, 및 알칼리 또는 리튬과 같은 1차 셀 화학물에 적용될 수 있다.
동작 결함 예
도 5a 내지 도 5g는 본 개시에서 설명된 CMD에 의해 검출될 수 있는 동작 결함의 예를 예시한다.
셀 과전압 결함
도 5a를 참조하여, 셀의 단자 전압이 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최대 안전 전압을 초과하면, 셀은 손상되어 화재가 발생할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 전압 측정치가 최대 안전 동작 전압 한계를 초과하는지 여부를 결정하기 위해 개개의 전압 센서를 사용하여 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 단자 전압을 반복적으로 측정하도록 구성된다.
개개의 셀 모델(421)은 최대 안전 동작 전압 한계(506)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 전압 센서를 사용하여 모니터링된 셀의 전압을 반복적으로 측정하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 센서 시스템(410)은 적어도 10Hz의 주파수로 전압을 측정할 수 있다. FDS(420)는 결함을 검출할지 여부를 결정하기 위해 셀 모델(421)을 사용하여 획득된 측정치를 안전 동작 전압 한계(506)와 비교하도록 동작할 수 있다.
도 5a는 예를 들어, 개개의 제조 사양에 기반하거나 2개의 셀 그룹에서 셀의 초기 테스트 동안, 2개의 셀 그룹에 대해 정의된 최대 안전 전압(506)에 관련한 2개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 셀 단자 전압의 플롯(507 및 508)을 예시한다. 플롯(507)은 개개의 셀 그룹의 셀 단자 전압이 최대 안전 동작 전압(506) 위로 점진적으로 상승하여 계속 상승하는 시나리오를 묘사한다. 플롯(508)은 개개의 셀 그룹의 셀 단자 전압이 최대 안전 동작 전압(506)을 초과한 스파이크를 경험하고 이어서 안전 동작 영역 내로 돌아오는 시나리오를 묘사한다. 각각의 플롯은 결함이 대응하는 셀 그룹에서 발생했음을 나타내고, 따라서 최대 안전 전압(506)을 정의하는 대응하는 셀 모델(421)에 의해 해석된다.
각각의 셀 그룹의 전압이 최대 안전 동작 전압(506)을 초과했기 때문에, 셀 그룹의 셀은 손상되어 화재가 발생할 가능성이 있다. 그러므로, FDS(420) 또는 CMD(400)가 검출된 결함의 심각도 수준을 결정하기 위해 동작할 수 있는 경우, FDS(420) 또는 CMD(400)는 둘 모두의 셀 그룹에 대해 검출된 결함을 즉각적인 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류할 수 있다. 표 1은 특정 유형의 리튬 이온 셀에 대한 최대 안전 전압 한계의 예시적인 예를 제공한다.
표 1
도 5a의 예시적인 시나리오가 최대 안전 동작 전압 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀 단자 전압이 최대 정상 동작 한계를 초과할 때 결함이 검출되는 것을 보장하기 위해 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다. 셀 단자 전압 측정치 또는 이러한 측정치의 시퀀스가 최대 정상 동작 한계를 초과하지만 최대 안전 동작 한계 내에 있는 경우, CMD(400)는 검출된 결함을 성능저하 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류할 수 있다.
셀 과열 결함
도 5b를 참조하여, 셀의 온도가 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최대 안전 온도를 초과하면, 셀은 손상되어 화재가 발생할 가능성이 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 온도가 최대 안전 동작 온도 한계를 초과하는지 여부를 결정하기 위해 개개의 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 모니터링된 셀 그룹의 온도를 반복적으로 측정하도록 구성된다.
개개의 셀 모델(421)은 안전 동작 온도 한계(511)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 예를 들어, 초당 적어도 1회의 주파수로 온도 센서(들)를 사용하여 모니터링된 셀에서 또는 모니터링된 셀의 온도 측정치를 획득하도록 동작할 수 있다. FDS(420)는 결함을 검출할지 여부를 결정하기 위해 셀 모델(421)을 사용하여 획득된 측정치를 안전 동작 온도 한계(511)와 비교하도록 동작할 수 있다.
도 5b는 예를 들어, 셀의 개개의 제조 사양에 기반하거나 셀의 초기 테스트 동안 2개의 셀 그룹의 셀에 대해 정의된 최대 안전 동작 온도(511)와 관련하여 2개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 셀 온도의 플롯(512 및 513)을 도시한다. 플롯(512)은 개개의 셀 그룹의 온도가 최대 안전 동작 온도(511) 위로 점진적으로 상승하여 계속 상승하는 것을 묘사한다. 플롯(513)은 개개의 셀 그룹의 온도가 최대 안전 동작 온도(511)을 초과하고 이어서 SOA 내로 돌아오는 스파이크를 경험했음을 묘사한다. 각각의 플롯은 결함이 개개의 셀 그룹에서 발생했음을 나타낸다.
각각의 셀 그룹의 온도가 최대 안전 동작 온도(511)를 초과했기 때문에, 셀은 손상될 가능성이 있고 화재가 발생할 가능성을 갖는다. 그러므로, 둘 모두의 셀 그룹에 대해 검출된 결함은 즉각적인 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류될 수 있다.
표 2는 특정 유형의 리튬 이온 셀에 대한 최대 안전 온도 한계의 예시적인 예를 제공한다.
표 2
도 5b에 도시된 예가 최대 안전 동작 온도 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀의 동작 온도가 최대 정상 동작 한계를 초과할 때 결함이 검출되는 것을 보장하기 위해 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다. 온도 측정치 또는 이러한 측정치의 시퀀스가 정상 동작 한계를 초과하지만 안전 동작 한계 내에 있는 경우, 검출된 결함은 성능저하 위험 결함의 심각도 수준으로 분류될 수 있다.
셀 과전류 결함
도 5c를 참조하여, 셀을 통해 흐르는 전류가 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최대 안전 전류를 초과하면, 셀은 손상될 수 있어 화재가 발생할 가능성이 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 전류가 최대 안전 동작 전류 한계를 초과하는지 여부를 결정하기 위해 개개의 전류 센서를 사용하여 모니터링된 셀 그룹(하나 이상의 셀)을 통해 (안팎으로) 흐르는 전류를 반복적으로 측정하도록 구성된다.
개개의 셀 모델(421)은 안전 동작 전류 한계(514 및 516)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 매 10 ms의 주파수로 전류 센서를 사용하여 모니터링된 셀의 측정치를 획득하도록 동작할 수 있다. FDS(420)는 셀이 결함을 경험했는지 여부를 결정하기 위해 셀 모델(421)을 사용하여 획득된 측정치를 안전 동작 한계(514 및 516)와 비교하도록 동작할 수 있다.
도 5c는 3개의 셀 그룹에 대한 안전 동작 전류 한계를 정의하는 플롯(5141, 5142, 5161 및 5162)에 관련한 3개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 전류의 플롯(517, 518, 및 519)을 예시한다. 플롯(5141 및 5142 )은 펄스의 최대 안전 지속기간, 즉 안전 시간 펄스 한계를 정의한다. 플롯(5161)은 셀을 통해 흐르는 연속 전류의 최대 안전 한계를 정의하고, 플롯(5162)은 펄스 전류의 최대 안전 한계를 정의한다.
플롯(517)은 개개의 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 안전 시간 펄스 한계(5141 내지 5142 )보다 긴 시간 기간 동안 최대 안전 연속 전류 한계(5161)를 초과했다는 것을 묘사한다. 따라서, 플롯(517)에 의해 표현된 전류가 최대 안전 전류 펄스 한계(5162)를 초과하지 않지만, 플롯(517)은 개개의 셀 그룹에서 결함이 발생했음을 나타낸다.
플롯(518)은 개개의 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 펄스를 경험하였음을 묘사한다. 플롯(518)에 의해 묘사된 펄스의 지속기간이 안전 시간 펄스 한계(5141 내지 5142) 이내였지만, 펄스의 전류 값은 최대 안전 전류 펄스 한계(5162)를 초과하였다. 따라서, 플롯(518)은 또한 개개의 셀 그룹에서 결함이 발생했음을 나타낸다.
플롯(518)과 유사하게, 플롯(519)은 개개의 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 펄스를 경험하였음을 묘사한다. 그러나, 플롯(518)의 스파이크 펄스와 플롯(517)의 과도하게 긴 펄스와는 달리, 플롯(519)의 펄스는 안전 시간 펄스 한계(5141 내지 5142), 최대 안전 연속 전류 한계(5161) 또는 최대 안전 전류 펄스 한계(5162)를 초과하지 않았다. 따라서, 플롯(519)은 결함을 나타내지 않는다.
플롯(517 및 518)에 의해 묘사된 전류가 적어도 하나의 안전 동작 한계를 초과했기 때문에, 개개의 셀은 손상되었을 가능성이 있고 지연 없이 화재가 발생할 가능성이 있다. 그러므로, 검출된 결함은 즉각적인 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류될 수 있다.
표 3은 특정 유형의 셀에 대한 안전 동작 전류 한계의 예시적인 예를 제공한다.
표 3
도 5c에 도시된 예가 안전 동작 전류 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀을 통해 흐르는 전류가 정상 동작 전류 한계를 초과할 때 결함이 결정되도록 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다. 전류 측정치 또는 이러한 전류 측정치의 시퀀스가 정상 동작 한계 중 적어도 하나를 초과하지만 개개의 안전 동작 한계 내에 있는 경우, 검출된 결함은 성능저하 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류될 수 있다.
전류 측정을 위해 도 5c 참조하여 설명된 펄스 시간 제한 접근법은 또한 전압 및 온도와 같은 모니터링된 셀에서 획득된 다른 유형의 측정을 평가하는데 사용될 수 있다. 상이한 유형의 측정은 셀이 결함을 경험하는지 여부를 결정하기 위해 펄스 시간 한계를 가질 수 있다. 예를 들어, 전류 측정(예를 들어, 10초)보다 실질적으로 짧은 지속기간(예를 들어, 1초)의 펄스 시간 한계는 전압 측정을 평가하는데 사용될 수 있다. 전압 펄스는 로드로부터 반환되는 에너지의 임펄스 또는 외부 전기 노이즈에 의해 야기될 수 있다. 도 5a 내지 도 5n을 참조하는 것과 같은 다른 측정들에 대한 참조와 함께 설명된 바와 같이, 필터는 결함이 결정되기 전에 적용될 수 있다.
셀 부족 전압 결함
도 5d를 참조하여, 셀의 단자 전압이 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최소 안전 전압보다 낮을 경우, 셀은 손상될 수 있고 손상은 지연될 위험을 야기할 수 있다. 예를 들어, 과방전은 리튬 도금을 야기하여, 셀이 이후 시간에 후속하여 충전되는 경우 덴드라이트 성장(dendrite growth)과 가능한 열 폭주를 유도할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 전압 측정치가 최소 안전 동작 전압 한계 아래로 떨어지는지 여부를 결정하기 위해, 개개의 전압 센서를 사용하여 모니터링된 셀 그룹의 단자 전압을 반복적으로 측정하도록 구성된다.
각자 셀 모델(421)은 최소 안전 동작 전압 한계(521)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 적어도 매 100 mS 주파수로 전압 센서를 사용하여 모니터링된 셀의 전압 측정치를 획득하도록 동작할 수 있다. FDS(420)는 셀이 결함을 경험했는지 여부를 결정하기 위해 셀 모델(421)을 사용하여 획득된 측정치를 최소 안전 동작 전압 한계(521)와 비교하도록 동작한다.
도 5d는 예를 들어, 개개의 제조 사양에 기반하거나 2개의 셀 그룹의 셀의 초기 테스트 동안 3개의 셀 그룹에 대해 정의된 최소 안전 전압(521)에 대한 3개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 셀 단자 전압의 플롯(522, 523 및 534)을 예시한다. 플롯(522)은 개개의 셀 그룹의 셀 단자 전압이 최소 안전 동작 전압(521) 아래로 점진적으로 떨어져 계속 떨어지는 시나리오를 묘사한다. 플롯(523)은 개개의 셀 그룹의 셀 단자 전압이 최소 안전 동작 전압(521) 미만의 음의 스파이크를 경험하고 이어서 안전 동작 영역 내로 돌아오는 시나리오를 묘사한다.
둘 모두의 플롯(522 및 523)은 대응하는 셀 그룹이 결함을 경험하였음을 나타내며, 따라서 개개의 셀 모델(421)에 의해 해석될 것이다. 각각의 셀 그룹의 전압이 최소 안전 동작 전압(521) 아래로 떨어지기 때문에, 셀 그룹의 셀은 손상될 가능성이 있고, 손상은 지연된 위험을 야기할 수 있다. 그러므로, CMD(400)는 둘 모두의 셀 그룹에 대해 결정된 결함을 지연된 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류할 수 있고, 여기서 FDS(420)는 결정된 결함의 심각도 수준을 결정하도록 동작할 수 있다.
플롯(524)은 각 셀의 셀 단자 전압이 최소 안전 동작 전압 한계(521) 이하로 떨어지지 않고 셀 모델(421)이 플롯(524)과 관련하여 어떠한 결함도 검출하지 않는 시나리오를 묘사한다.
표 4는 특정 유형의 리튬 이온 셀에 대한 최대 안전 전압 한계의 예시적인 예를 제공한다.
표 4
도 5d의 예시적인 시나리오가 안전 동작 전압 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀 단자 전압이 최소 정상 동작 한계 아래로 떨어질 때 결함이 결정되는 것을 보장하기 위해 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다.
셀 부족 온도 결함
도 5e를 참조하여, 셀의 단자 전압이 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최소 안전 전압 아래로 떨어질 경우, 셀은 손상될 수 있고 손상은 지연될 위험을 야기할 수 있다. 예를 들어, 저온 충전은 리튬 도금, 및 후속 덴드라이트 성장을 야기하여, 결국 셀 분리기의 관통과 국소적 단락 회로를 유도할 수 있다. 다른 예로서, 셀 내의 전해질은 셀이 특정 최소 저장 온도 아래로 저장되면 결정화를 시작할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 온도가 최소 안전 동작 온도 한계 아래로 떨어지는지 여부를 결정하기 위해 개개의 온도 센서를 사용하여 하나 이상의 셀의 모니터링된 그룹에서 또는 모니터링된 그룹의 온도를 반복적으로 측정하도록 구성된다.
개개의 셀 모델(421)은 최소 안전 동작 온도 한계(526)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 예를 들어, 초당 적어도 1회의 주파수로 온도 센서(들)를 사용하여 모니터링된 셀에서 또는 모니터링된 셀의 온도 측정치를 획득하도록 동작할 수 있다. FDS(420)는 결함을 검출할지 여부를 결정하기 위해 셀 모델(421)을 사용하여 획득된 측정치를 최소 안전 동작 온도 한계(526)와 비교하도록 동작할 수 있다.
셀 모델(421)은 셀 그룹이 충전, 방전, 또는 셀 그룹의 온도 측정치가 획득될 때 저장되는지에 따라 상이한 최소 안전 동작 온도 한계를 이용할 수 있다.
도 5e는 예를 들어, 셀의 개개의 제조 사양에 기반하거나 셀의 초기 테스트 동안 3개의 셀 그룹의 셀에 대해 정의된 최소 안전 동작 온도(526)와 관련하여 3개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 셀 온도의 플롯(527, 529 및 529)을 예시한다. 플롯(527)은 개개의 셀 그룹의 온도가 최소 안전 동작 온도(526) 아래로 점진적으로 떨어져 계속 떨어지는 것을 묘사한다. 플롯(528)은 개개의 셀 그룹의 온도가 최소 안전 동작 온도(526) 아래로 떨어지고 이어서 SOA 내로 돌아오는 음의 스파이크를 경험했음을 묘사한다.
플롯(527 및 528) 둘 모두는 개개의 셀 그룹에서 결함이 발생했음을 나타낸다. 각각의 셀 그룹의 온도가 최소 안전 동작 온도(526) 아래로 떨어지기 때문에, 셀은 손상될 가능성이 있고, 손상은 지연된 위험을 야기할 수 있다. 그러므로, 둘 모두의 셀 그룹에 대해 검출된 결함은 지연된 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류될 수 있다.
플롯(529)은 개개의 셀의 온도가 최소 안전 동작 온도 한계(526) 아래로 떨어지지 않고 셀 모델(421)이 플롯(529)과 관련하여 어떠한 결함도 결정하지 않는 시나리오를 묘사한다.
표 5는 특정 유형의 리튬 이온 셀에 대한 최대 안전 온도 한계의 예시적인 예를 제공한다.
표 5
도 5e에 도시된 예가 최소 안전 동작 온도 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀의 동작 온도가 정상 동작 한계 아래로 떨어질 때 결함이 검출되는 것을 보장하기 위해 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다.
셀 과압 결함
도 5f를 참조하여, 셀의 내부 압력이 셀의 제조 사양에 의해 명시된 최대 안전 압력을 초과하면, 셀은 손상될 가능성이 있고 화재, 환기, 또는 폭발 가능성이 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 각각의 모니터링된 셀의 내부 압력이 최대 안전 동작 압력 한계를 초과하는지 여부를 결정하기 위해 개개의 압력 센서(예를 들어, 가스 압력 센서, 스트레인 게이지 등)를 사용하여 하나 이상의 모니터링된 셀의 압력을 반복적으로 측정하도록 구성된다.
개개의 셀 모델(421)은 최대 안전 동작 압력 한계(531)를 정의한다. 센서 시스템(410)은 예를 들어, 1 Hz의 주파수로 압력 센서를 사용하여 모니터링된 셀의 압력 측정치를 획득하도록 동작할 수 있다. 센서 시스템(410)은 셀의 내부 압력을 직접, 예를 들어 셀 인클로저 내에 통합된 가스 압력 센서를 사용하여, 또는 간접적으로 압력의 영향을 측정하는 센서를 사용하여 측정할 수 있다. 내부 셀 압력의 영향을 측정하게 하는 센서의 예는 내부 압력 변화에 의해 야기된 외부 표면에 셀에 의해 가해지는 힘을 측정하도록 구성된 힘 센서, 및 내부 압력 변화로 인해 야기된 셀 인클로저의 편향을 모니터링하도록 구성된 스트레인 게이지를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
FDS(420)는 셀 모델(421)을 사용하여 압력 측정치를 최대 안전 동작 압력 한계(531)와 비교하여 결함을 검출할지 여부를 결정하도록 동작할 수 있다. 센서 시스템(410)이 그 효과에 의해 내부 셀 압력을 측정하는 경우, 최대 안전 동작 압력 한계(531)는 측정된 효과에 대한 최대 안전 동작 한계, 예를 들어, 최대 안전 동작 힘 또는 최대 안전 동작 편향을 나타낸다.
셀 압력은 온도에 정비례한다. 그러므로, 셀의 온도가 상승하거나 하강하면 최대 안전 동작 압력 한계가 달라진다. 일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 획득된 압력 측정치를 최대 안전 동작 압력 한계(531)와 비교하기 전에, 센서 시스템(410)이 개개의 압력 측정치를 획득했을 때 존재하는 온도 조건에 대해 획득된 압력 측정치 또는 최대 안전 동작 압력 한계(531), 또는 둘 모두를 보상한다. 예를 들어, 셀 모델(421)은 개개의 센서로부터의 입력으로서 압력 및 온도 측정치 둘 모두를 동시에 수신할 수 있다. 온도 조건에 대한 압력 측정치 또는 최대 안전 동작 압력 한계(531)를 보상함으로써, FDS(420)는 온도 보상이 수행되지 않는 경우보다 획득된 압력 측정치가 결함을 나타내는지 여부를 더 정확하게 평가할 수 있다.
도 5f는 예를 들어, 셀의 개개의 제조 사양에 기반하거나 셀의 초기 테스트 동안 셀에 대해 정의된 최대 안전 동작 압력(531)과 관련하여 2개의 셀 그룹에 대한 시간 경과에 따른 셀 내부 압력의 플롯(532 및 533)을 예시한다. 플롯(532)은 개개의 셀의 내부 압력이 최대 안전 동작 압력(531) 위로 점진적으로 상승하여 계속 상승하는 것을 묘사한다. 플롯(533)은 개개의 셀의 내부 압력이 최대 안전 동작 압력(531)을 초과하고 이어서 SOA 내로 돌아오는 스파이크를 경험했음을 묘사한다. 각각의 플롯은 결함이 개개의 셀 그룹에서 발생했음을 나타낸다.
각각의 셀의 내부 압력이 최대 안전 동작 압력(531)을 초과했기 때문에, 셀은 손상될 가능성이 있고 화재, 환기, 또는 폭발할 가능성을 갖는다. 그러므로, 둘 모두의 셀 그룹에 대해 검출된 결함은 즉각적인 위험 결함의 심각도 수준을 갖는 것으로 분류될 수 있다.
예로서, 셀 모델(421)은 내부 압력이 섭씨 25°C에서 100 kPa를 초과할 경우 셀이 결함을 경험하고 있는 것으로 간주한다. 최대 안전 동작 압력 한계(과압 임계치)는 상이한 셀 및 상이한 셀 제조업체에 따라 다를 수 있다.
도 5f에 도시된 예가 최대 안전 동작 압력 한계를 참조하여 설명되지만, CMD(400)는 셀의 동작 압력이 최대 정상 동작 한계를 초과할 때 결함을 검출하도록 유사한 셀 모델을 사용할 수 있다. 온도 측정치 또는 이러한 압력 측정치의 시퀀스가 정상 동작 한계를 초과하지만 안전 동작 한계 내에 있는 경우, 검출된 결함은 성능저하 위험 결함의 심각도 수준으로 분류될 수 있다.
짧은(짧은) 시간 동안 내부 셀 압력 스파이킹 및 후속하여 더 낮은 압력으로 되돌아가는 것은, 스파이크 동안 내부 압력이 SOA 또는 NOA 범위 내에 남아 있더라도, 개개의 셀에서 지연된 위험(예를 들어, 국소적 단락 회로 또는 덴드라이트 성장으로 인한 가스의 갑작스러운 진화)을 나타낼 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, 개개의 셀 모델은 빠른 증가 및 감소를 위해 셀의 내부 압력 측정치를 분석한다. 이 시나리오는 도 5g에 도시된다.
도 5g는 시간 경과에 따라 내부 압력의 변화로 인해 외부 표면에 셀에 의해 가해지는 힘의 플롯(537)을 예시한다. 플롯(536)은 모니터링된 셀의 내부 압력이 급격히 상승 및 하강하여, 스파이크(538)를 형성함을 반영한다. 도 5g의 예에서, 스파이크(538)는 셀이 경험한 단락 회로 이벤트에 의해 야기되었다. 피크의 스파이크(538)가 최대 안전 동작 한계(536)보다 아래이지만, 이는 셀에 지연된 위험을 야기할 가능성이 있는 이벤트를 반영하고(예를 들어, 단락 회로 이벤트 영역에서 셀이 약화됨), 따라서 대응하는 셀 모델(421)을 사용하여 결함으로 검출된다.
거동 결함 예들(BEHAVIOURAL FAULT EXAMPLES)
일부 실시예에서, 셀 또는 셀 그룹이 예상대로 거동하지 않을 때, CMD(400)와 같은 CMD는 대응하는 거동 결함을 검출하기 위해 동작할 수 있다. 개개의 셀 모델(421)은 셀 또는 셀 그룹의 예상되는 거동을 정의한다. 예를 들어, 셀 모델(421)은 주어진 자극에 응답하는 셀 또는 셀 그룹의 측정된 속성에 대한 기대값 또는 값의 범위를 정의할 수 있다. 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 거동이 개개의 셀 모델(421)에 의해 정의된 셀 거동에서 벗어날 경우, FDS(420)는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 획득된 측정치가 안전 동작 한계 및 정상 동작 한계 내에 있더라도 결함을 검출한다.
하나 이상의 임계치는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 거동이 모델링된 거동으로부터 벗어나는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상이한 임계치는 상이한 셀 속성, 상이한 셀 상태, 상이한 조건 등에 대해 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, CMD(400)는 결함을 식별하기 위해 상이한 셀에서 획득된 측정치를 비교하기 위해 동작할 수 있다. 예를 들어, CMD(400)는 센서 시스템(410)이 CMD(400)에 의해 모니터링되는 동일한 셀 그룹 내의 셀에서 획득하는 측정치를 독립적인 센서(예를 들어, 가스 압력 센서)를 사용하여 비교할 수 있다. 셀 그룹 내의 다른 셀에서 획득된 측정치와 비교했을 때 셀 그룹 내의 한 셀에 의해 나타난 측정치의 이상 또는 편차는, 편차 측정치가 개개의 안전 동작 한계 또는 정상 동작 한계 내에 있더라도 거동 결함을 나타낼 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, CMD(400)는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 획득된 측정치를 CMD(400)에 의해 모니터링되지 않은 이웃 셀에서 획득된 대응하는 측정치와 비교할 수 있다. 이웃 셀에서 획득된 측정치와 비교했을 때 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에 의해 나타난 측정치의 이상 또는 편차는, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 획득된 측정치가 개개의 안전 동작 한계 또는 정상 동작 한계 내에 있더라도, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낼 수 있다. CMD(400)는 인접 셀을 모니터링하는 CMD(들)로부터 직접 또는 BMS(430)을 통해 인접 셀의 측정치를 수신하도록 동작할 수 있다.
도 5h 내지 도 5n은 CMD(400) 같은, 본 개시에 따라 CMD에 의해 검출될 수 있는 거동 결함의 예를 예시한다.
예상되지 않은 셀 온도 변경
모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도 변화율과, 알려진 자극(예를 들어, 전압, 전류, 또는 둘 모두) 및 셀 또는 셀 그룹의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)에 대해 셀 또는 셀 그룹의 열전 모델에 의해 예측된 온도 변화율 사이의 변동은 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 미리 설정된 셀 상태에서의 미리 정의된 자극에 반응하는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에 대한 예상 온도 변화의 열전 모델 및 편차 임계치를 정의한다. 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 온도 변화율이 열전 모델에서 예측한 변화율에서 미리 정의된 편차 임계치 초과만큼 벗어날 경우, CMD(400)의 FDS(420)는 결함을 검출할 수 있다. 예를 들어, 셀 모델(421)이, 1A 전류가 1분 후 25 도에서 30 도까지 온도 상승을 유도해야 한다고 예측하는 반면, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 획득된 대응 측정치가 30초 내에 동일한 상승을 반영하면, CMD(400)의 FDS(420)는 거동 결함을 검출할 것이다.
도 5h는 유사한 시나리오를 예시한다. 도 5h에서, 플롯(542)는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도의 변화를 묘사하고, 플롯(541)은 셀 모델(421)에 의해 정의된 열전 모델에 따라 셀 또는 셀 그룹의 동일한 자극 및 상태에 대한 모델링된 온도 변화를 묘사한다. 플롯(542 및 541)은 각각 측정된 온도가 예측된 온도보다 상당히 빠르게 상승함을 나타내고, 이는 결국 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낸다.
차동 온도 변화
동일한 자극에 노출되는 동일한 유형의 셀 사이의 거동의 변동은 하나 이상의 그러한 셀에서 결함이 발생했음을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 동일한 자극(예를 들어, 전압 및 전류)에 대해 다른 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도 변화율과 다른 하나의 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도 변화율과 개개의 셀 또는 셀 그룹의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)를 고려한 온도 변화율은 변화율이 다른 온도 변화율로부터 벗어나는 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 상이한 셀 또는 셀 그룹의 측정치를 비교할 때 사용하기 위한 하나 이상의 편차 임계치를 정의한다. 예를 들어, 상이한 편차 임계치는 상이한 자극, 셀 상태 또는 둘 모두에 대해 설정될 수 있다.
FDS(420)가, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 온도 변화율이 인접 셀 또는 셀 그룹의 변화율로부터 모델(421)의 대응 편차 임계치 초과만큼 벗어난다고 결정할 때, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다. 예를 들어, CMD(400)가 모니터링하고 셀 또는 셀 그룹의 온도가 40 C로 상승하는 셀 또는 셀 그룹을 제외하고, FDS(420)가, 배터리 시스템의 모든 셀이 일정한 30 C를 유지한다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 결정한다.
도 5j는 4개의 상이한 셀이 동일한 자극에 노출되는 유사한 시나리오를 예시한다. 플롯(546, 547 및 548)은 이러한 4개의 셀 중 3개에서 측정된 온도의 일관된 변화를 묘사한다. 플롯(549)은 플롯(546, 547 및 548)에 묘사된 온도의 변화로부터, 상당히, 즉 미리 정의된 편차 임계치 초과로 벗어나는 온도의 변화를 묘사한다. 특히, 플롯(549)은 대응 셀의 온도가 플롯(546, 547, 548)에 대응하는 다른 3개의 셀의 온도보다 상당히 빠르게 상승함을 도시한다. 따라서, CMD(400)는 플롯(549)에 대응하는 셀에서 거동 결함을 검출할 것이다.
예상되지 않은 전압 변화
모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 전압 변화율과 알려진 자극(예를 들어, 전압, 전류, 또는 둘 모두) 및 셀 또는 셀 그룹의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)에 대해 셀 또는 셀 그룹의 열전 모델에 의해 예측된 온도 변화율 사이의 변동은 셀 또는 셀 그룹에서 발생된 거동 결함을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 미리 설정된 상태에서의 미리 정의된 자극에 반응하는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에 대한 예상 전압 변화의 열전 모델 및 편차 임계치를 정의한다. 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 전압 변화율이 열전 모델에서 예측한 변화율에서 미리 정의된 편차 임계치 초과만큼 벗어날 경우, CMD(400)의 FDS(420)는 결함을 검출할 수 있다. 예를 들어, 셀 모델(421)이, 전류가 0이고 온도가 안정적일 경우, 전압이 한 시간에 50 mV 이하로 강하해야 하는 반면, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 획득된 측정치가 10분 내에 동일한 강하를 반영한다는 것을 예측하면, CMD(400)의 FDS(420)는 거동 결함을 검출할 것이다.
도 5k는 유사한 시나리오를 예시한다. 도 5k에서, 플롯(552)은 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 전압의 변화를 묘사하고, 플롯(551)은 셀 모델(421)에 의해 정의된 열전 모델에 따라 셀 또는 셀 그룹의 동일한 자극 및 상태에 대한 모델링된 전압 변화를 묘사한다. 플롯(552 및 551)은 측정된 전압이 각각 예측된 전압보다 상당히 빨리 떨어진다는 것을 나타내고, 이는 결국 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낸다.
차동 전압 변화
동일한 자극에 노출되는 동일한 유형의 셀 사이의 거동의 변동은 하나 이상의 그러한 셀에서 결함이 발생했음을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 동일한 자극(예를 들어, 전류, 온도 또는 둘 모두)에 대해 다른 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도 변화율과 다른 하나의 셀 또는 셀 그룹에서 측정된 온도 변화율과 개개의 셀 또는 셀 그룹의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)를 고려한 온도 변화율은 변화율이 다른 변화율로부터 벗어나는 셀 또는 셀 그룹에서 거동 결함을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 상이한 셀 또는 셀 그룹의 측정치를 비교할 때 사용하기 위한 하나 이상의 편차 임계치를 정의한다. 상이한 편차 임계치는 상이한 자극, 셀 상태 또는 둘 모두에 대해 설정될 수 있다. 개개의 편차 임계치를 초과하는 비교된 셀의 측정치 간의 차이는 거동 결함을 나타낸다.
FDS(420)가, 모니터링된 셀 또는 셀 그룹의 전압 변화율이 인접 셀 또는 셀 그룹의 변화율로부터 모델(421)의 대응 편차 임계치 초과만큼 벗어난다고 결정할 때, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다. 예를 들어, CMD(400)가 모니터링하고 셀 또는 셀 그룹의 전압이 3.5 V로 강하하는 셀 또는 셀 그룹을 제외하고, FDS(420)가, 배터리 시스템의 모든 셀이 일정한 3.7 V ±50 mV를 유지한다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 결정한다.
도 5l은 4개의 상이한 셀이 동일한 자극에 노출되는 유사한 시나리오를 예시한다. 플롯(556, 557 및 558)은 이러한 4개의 셀 중 3개에서 측정된 전압의 일관된 변화를 묘사한다. 플롯(559)은 플롯(556, 557 및 558)에 묘사된 전압의 변화로부터, 상당히, 즉 미리 정의된 편차 임계치 초과로 벗어나는 전압의 변화를 묘사한다. 특히, 플롯(559)은 플롯(556, 557 및 558)에 묘사된 전압이 서서히 상승하는 동안 대응 셀의 전압이 떨어지는 것을 예시한다. 따라서, CMD(400)는 플롯(559)에 대응하는 셀에서 거동 결함을 검출한다.
일부 실시예에서, 상이한 셀 사이의 셀 전압의 발산은 발산이 발생한 시간 기간과 관련하여 평가된다. 상이한 셀 간 셀 전압의 점진적인 발산은 오랜(연장된) 시간 기간(예를 들어, 며칠에서 몇 달)에 걸쳐 예상되므로, 반드시 결함을 나타내는 것은 아니다. 따라서, 동일한 수준의 발산은 몇 분 또는 몇 시간 동안 검출될 때 거동 결함을 나타낼 수 있지만, 며칠 또는 몇 개월 동안 검출될 때 거동 결함을 나타내지 않는다. 그러므로, 편차 임계치는 발산이 검출되는 시간 기간에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 편차 임계치는 셀 사이의 발산이 검출되는 시간 기간이 증가함에 따라 증가할 수 있다.
예상하지 못한 압력 변화
모니터링된 셀의 내부 압력 변화율과, 알려진 자극(예를 들어, 전압, 온도, 전류, 또는 이들의 조합) 및 셀 또는 셀 그룹의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)에 대해 셀의 모델에 의해 예측된 내부 압력 변화율 사이의 변동은 셀에서의 거동 결함을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 미리 설정된 상태에서의 미리 정의된 자극에 반응하는 모니터링된 셀 또는 셀 그룹에 대한 모델링된 내부 압력 변화, 및 편차 임계치를 정의한다. 모니터링된 셀의 내부 압력 변화율이 개개의 모델(421)에 의해 예측된 변화율에서 미리 정의된 편차 임계치보다 더 많이 벗어나는 경우, FDS(420)는 결함을 검출한다.
일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 미리 정의된 자극 및 미리 설정된 상태에 대한 하나 이상의 임계치를 정의한다. FDS(420)가 모니터링된 셀의 내부 압력 변화율이 대응 임계치를 초과한다고 결정하면, FDS(420)는 결함을 검출한다. 예를 들어, 셀 모델(421)은 압력 임계치의 최대 변화율을 +/-0.1 kPa/s로 설정할 수 있다. FDS(420)가 모니터링된 셀에서의 개개의 측정치에 기반하여, 압력 변화율이 미리 설정된 임계치보다 높다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다.
셀의 내부 압력은 셀 수명 동안 증가할 것으로 예상되고, 여기서 압력은 셀의 SoH에 비례한다. 일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 셀 압력과 SoH 사이의 관계를 설정한다. FDS(420)가 모니터링된 셀에서의 개개의 측정치에 기반하여, 셀 압력이 예상보다 많이 증가했다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다. FDS(420)가 모니터링된 셀에서의 개개의 측정치에 기반하여, 셀이 시간이 지남에 따라 압력이 증가할 것으로 예상될 때 셀 압력이 감소한다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다. 이러한 감소는 셀이 누출이 있음을 나타낸다.
도 5m은 그러한 시나리오를 예시한다. 도 5m에서, 플롯(562)은 셀에서 획득된 개개의 측정치에 기반하여 결정된 셀의 내부 압력의 변화를 묘사한다. 플롯(546)은 셀 모델(421)에 따라 동일한 셀의 내부 압력의 모델링된 변화를 묘사한다. 플롯(562 및 561)은 측정된 셀 압력이 모델링된 셀 압력보다 상당히 빠르게 상승했음을 나타내고, 이는 결국 모니터링된 셀에서의 거동 결함을 나타낸다.
차동 압력 변화
동일한 자극에 노출되는 동일한 유형의 셀 사이의 거동의 변동은 하나 이상의 그러한 셀에서의 결함을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 하나의 셀의 내부 압력이 동일한 자극(예를 들어, 전압, 온도, 전류, 또는 이들의 조합)에 대해 동일한 팩에 있는 다른 셀의 내부 압력과 다른 경우 및 개개의 셀의 상태(예를 들어, 전하 상태, SoH 또는 내부 저항)를 고려하는 것은 내부 압력이 다른 셀로부터 벗어나는 셀에서의 거동 결함을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 셀 모델(421)은 상이한 셀 또는 셀 그룹의 측정치를 비교할 때 사용하기 위한 하나 이상의 편차 임계치를 정의한다. 예를 들어, 상이한 편차 임계치는 상이한 자극, 셀 상태 또는 둘 모두에 대해 설정될 수 있다.
FDS(420)가 모니터링된 셀의 내부 압력이 이웃 셀의 내부 압력으로부터 모델(421)의 대응 편차 임계치 초과로 벗어난다고 결정하면, FDS(420)는 거동 결함을 검출한다. 예를 들어, CMD(400)가 모니터링하고, 셀 압력이 다른 셀의 압력보다 주어진 퍼센티지만큼, 또는 주어진 퍼센티지(예를 들어, 5%의 편차 임계치) 초과로 높거나 낮은 셀을 제외하고, FDS(420)가 배터리 시스템 또는 팩의 모든 셀이 50 kPa의 셀 압력에 있다고 결정하는 경우, FDS(420)는 거동 결함을 결정한다.
도 5n은 4개의 상이한 셀이 동일한 자극에 노출되는 유사한 시나리오를 예시한다. 플롯(566, 567 및 568)은 이러한 4개의 셀 중 3의 내부 압력의 일관된 변화를 묘사한다. 플롯(569)은 플롯(566, 567 및 568)에 묘사된 셀 압력의 변화로부터, 상당히, 즉 미리 정의된 편차 임계치 초과로 벗어나는 개개의 셀의 내부 압력 변화를 묘사한다. 특히, 플롯(569)은 대응 셀의 내부 압력이 개개의 3개의 셀 사이에서 천천히 그리고 일관되게 상승하는 플롯(566, 567, 568)에 대응하는 다른 3개의 셀의 내부 압력보다 상당히 빠르게 상승함을 도시한다. 따라서, CMD(400)는 플롯(569)에 대응하는 셀에서 거동 결함을 검출할 것이다.
일부 실시예에서, 센서 시스템(410)이 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 논의된 다양한 셀 속성을 측정하는 주파수는 구성가능하다. 예를 들어, 특정 셀 속성이 측정되는 주파수는 모니터링된 셀에서 획득된 동일하거나 다른 셀 속성(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 압력, 등), 모니터링된 셀의 검출된 상태, 모니터링된 셀에 의해 나타나는 측정 경향, 모니터링된 셀의 건전성 상태, 모니터링된 셀의 의도된 용도 등의 측정치에 반응하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 주파수는 하나, 일부 또는 모든 이러한 파라미터가, 개개의 셀이 자신의 NOA 내에서 안전하게 동작함을 나타낼 때 감소될 수 있고, 하나, 일부, 또는 모든 파라미터가, 셀이 NOA 또는 SOA에 의해 설정된 경계 내에서 또는 경계 근처에서 동작하는 것을 나타낼 때 증가될 수 있다. 거동 결함의 맥락에서, 셀 속성이 측정되는 주파수는 상이한 셀 또는 셀 그룹의 측정치 간 차이 또는 미리 정의된 거동이 개개의 편차 임계치에 접근함에 따라 증가될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 설명된 셀 모델과 같은 하나 이상의 셀 모델(421)은 결함을 결정하기 전에 획득된 측정치에 필터를 적용하여 잘못된 결함 검출을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 필터는 순차적 측정치의 미리 정의된 숫자(예를 들어, 3 이상, 4 이상, 5 이상 등) 또는 순차적 샘플의 미리 정의된 숫자(예를 들어, 4 중 3, 5 중 4, 6 중 4, 6 중 5 등)가 개개의 셀 모델에 의해 정의된 관련 한계 또는 임계치를 초과, 미만, 외부에 있거나 셀 모델에 의해 정의된 예상 거동에서 벗어나거나, 다른 셀에서 획득된 측정치에서 벗어나는 것을 요구할 수 있다.
다수의 샘플 시나리오는 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 설명되었다. 이러한 시나리오가 셀 그룹을 참조하는 경우, 셀 그룹은 단일 셀 또는 복수의 셀, 예를 들어, 병렬로 연결된 복수의 셀로 이루어질 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 CMD(600)의 배열의 개략도이다. CMD(600)는 도 4를 참조하여 설명된 CMD(400)의 컴포넌트와 유사한 컴포넌트를 포함한다. 그러므로, 도 4 내지 도 5n을 참조하여 센서 시스템(410), FDS(420), 프로세서 시스템(422), 통신 시스템(424), 결함 저장소(426), 및 타이머 또는 클록(428)의 설명은 각각 센서 시스템(610), FDS(620), 프로세서 시스템(622), 통신 시스템(624), 결함 저장소(626) 및 타이머 또는 클록(628)에 적용되고, 따라서 반복되지 않는다. 오히려 도 6의 설명은 CMD(400)와 CMD(600)의 차이점에 초점을 맞추고 있다.
도 4를 참조하여 설명된 기능 이외에, CMD(600)의 FDS(620) 및 센서 시스템(610)은 CMD(600)에 의해 모니터링되는 셀에서 획득된 측정치(예를 들어 전압, 전류, 온도, 압력 등)와 관련된 결함을 결정하기 위한 중복적이고 다양한 메커니즘을 제공한다. 이러한 목적을 위해, ADC(418)과 유사한 하나 이상의 ADC(618)에 추가하여, 센서 시스템(610)은 중복되고 다양한 ADC(619)를 포함한다.
ADC(619)는 FDS(620)에 대한 추가 측정을 제공하며, FDS(620)는 기능 안전 관련 결함(들)을 평가한다. ADC(618) 및 ADC(619)는 상이한 변환 기법을 사용한다. 일부 실시예에서, ADC(618)는 ADC(619)보다 더 빠른 전환율로 더 높은 정밀도를 달성하고, 초당 여러 번, 예를 들어, 10Hz 대신 100Hz 또는 ADC(619)에 의해 지원되는 것보다 더 느린 다른 측정 또는 셀 전압을 지원할 수 있다. 예를 들어, ADC(618)는 최소 16 비트 해상도를 갖는 시그마-델타 아키텍처를 가질 수 있는 반면, ADC(619)는 ADC(618)보다 낮은 해상도, 예를 들어 12-14 비트를 갖는 연속 근사 아키텍처를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, ADC(619)는 FDS(620)가 ADC(618)에 대한 기능 안전 검사를 수행할 수 있게 한다. 이는 CMD(400)에 비해 CMD(600)의 안전성과 신뢰성을 개선한다.
추가적인 하나 이상의 ADC는 CMD(600)에 추가될 수 있고, 추가적인 하나 이상의 ADC는 CMD(600) 내의 리던던시에 기여할 수 있다. 예를 들어, 추가 ADC(들)의 사용은 3 중 2 투표와 같은 기법을 사용하여 신뢰성과 안전성의 추가 향상을 제공할 수 있거나 또는 단일 ADC 장애의 경우 향상된 안전성을 제공할 수 있다.
프로세서 시스템(422)이 FDS(420)에 의한 데이터 통신을 제어하는 CMD(400)와 달리, CMD(600)에서, FDS(620)는 통신 시스템(624)과 직접 데이터를 공유할 수 있다. FDS(620)와 통신 시스템(624) 사이의 직접 통신은 프로세서 시스템(622)으로부터 수신된 대응 셀 상태 정보에 더하여 그리고 별개로, 통신 시스템(624)이 FDS(620)로부터 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터와 같은 셀 상태 정보를 포함할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, CMD(600)은 다양하고 중복된 결함 결정을 제공한다. 프로세서 시스템(622) 및 FDS(420)에 의해 제공된 대응 셀 상태 정보가 매칭하면, BMS(430)는 셀 상태 정보가 정확하다는 것이 보장된다. 프로세서 시스템(422)과 FDS(420)에 의해 제공된 대응 셀 상태 정보 사이의 불일치는 BMS(430)에 CMD(600)가 결함을 경험하고 있고 교정 조치가 필요할 수 있음을 나타낸다.
CMD(600)에서, FDS(620)는 또한 결함 저장소(626)에 직접 액세스하므로 결함 저장소(626)에 직접 셀 상태 정보를 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 FDS(620)가 결함 저장소에 자신의 데이터를 저장하는 것에 대한 전적인 책임을 지게 함으로써 프로세서 시스템(622)에서의 프로세싱 로드를 감소시킨다. 일부 다른 실시예에서, 프로세서 시스템(622)은 프로세서 시스템(622)이 FDS(620)로부터 수신한 셀 상태 정보를 FDS(620)가 결함 저장소(626)에 저장한 대응 셀 상태 정보와 비교함으로써 추가적인 자가 진단 검사를 실행한다.
설명된 바와 같이 CMD(600)가, 추가 ADC(들)를 이용하고, FDS(620)와 통신 시스템(624) 사이의 직접 통신을 허용하고, 결함 저장소(626)에 FDS(620) 직접 액세스를 제공한다는 점에서 CMD(400)와 상이하지만, 이런 차이는 CMD(400)에 개별적으로 또는 임의의 조합으로 도입되어 CMD(400)의 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따라, 배터리 시스템(710)의 상태를 모니터링하기 위한 시스템(700)의 배열의 개략도이다. 배터리 시스템(710)은 셀 그룹(7121 ...712N)을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 셀을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 초과의 셀을 포함하는 각각의 그룹(712i)은 병렬로 연결된 이러한 모든 셀을 갖는다.
시스템(700)은 각각 셀 그룹(CG)(7121 … 712N)의 셀 상태를 모니터링하기 위해 CMD(400) 또는 CMD(600)과 같은 복수의 CMD(7201 …720N)를 포함한다. 시스템(700)은 또한 배터리 시스템(710)의 성능을 모니터링하고 관리하기 위한 BMS(730)를 포함한다. 시스템(700)은 각각의 셀 그룹(712)당 하나의 CMD(720)를 포함한다. 각각의 CMD(720i)는 셀 그룹(712i)의 셀을 모니터링할 수 있기 위해 개개의 셀 그룹((712i)에 부착, 통합, 또는 달리 연관된다.
배터리 시스템(710)의 성능을 모니터링하고 관리하기 위해, BMS(730)는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하여, CMD(720)에 의해 제공된 셀 상태 정보를 모아 프로세싱하기 위해 CMD(7201 … 720N) 각각과 통신하도록 동작한다. BMS(720)는 또한 배터리 시스템(710)의 환경을 제어하고 배터리 시스템(710)의 균형을 잡을 수 있다.
BMS(730)는 BMS(730)와 CMD(720) 간의 통신을 가능하게 하는 CMD 통신 시스템(731), BMS(730) 및 그 컴포넌트의 동작에 영향을 미치도록 구성된 프로세서 시스템(735), 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하여, CMD(720)에서 수신된 셀 상태 정보를 프로세싱하도록 동작할 수 있는 결함 평가 시스템(737), 및 BMS(730)가 다양한 외부 시스템 및 디바이스(740)과 통신할 수 있도록 동작하는 외부 통신 시스템(739)을 포함한다.
BMS(730)는 또한 배터리 시스템(710)의 속성을 측정하기 위해 동작 가능한 센서(733)를 포함한다. 일부 실시예에서, 센서(733)는 배터리 시스템(710)에서 또는 배터리 시스템(710)에 포함된 배터리 팩에서 온도를 측정하기 위한 온도 센서, 배터리 시스템(710) 또는 배터리 시스템(710)에 포함된 배터리 팩의 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 배터리 시스템(710) 또는 배터리 시스템(710)에 포함된 배터리 팩 안팎으로 흐르는 전류를 측정하기위한 전류 센서 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 개별 CMD(720)에 의해 반드시 측정되지 않는 속성을 측정하고, 배터리 팩은 다수의 셀 그룹을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서(733)는 개별 셀 및 셀 그룹의 속성을 측정하여 시스템(700)에 추가적인 리던던시를 도입하여 전반적인 신뢰성과 안전성을 개선할 수 있다.
일부 실시예에서, 결함 평가 시스템(737)은 CMD(720)로부터 셀 상태 정보를 수집하기 위해 동작할 수 있고, 이러한 셀 상태 정보가 결함 표시자를 포함하는 경우, 하나 이상의 결함이 배터리 시스템(710)에서 발생했음을 외부 시스템(740)에 알리고 관련 결함 데이터를 외부 시스템(740)과 공유한다.
외부 시스템 또는 디바이스(740)는 BMS(730)에 의해 수행된 프로세싱 결과를 포함하여 BMS(730)로부터 셀 상태 정보를 수신하고, 수신된 데이터를 프로세싱하여 가능한 교정 조치를 식별하도록 동작할 수 있다. 외부 시스템(740)은 일반적으로 BMS(730), 예를 들어, 차량 엔진 제어 유닛 또는 전기차의 다른 시스템에 근접하거나, 원격, 예를 들어 IOT 서버에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 결함 평가 시스템(737)은 CMD(720)에 의해 검출된 결함을 확인하기 위해 수신된 셀 상태 정보를 분석한다. 예를 들어, CMD(720)가 식별된 결함과 관련된 중복 정보를 공유하는 경우, 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이 BMS(730)은 결함을 확인하기 전에 특정 결함과 관련된 중복 데이터가 매칭하는 것을 보장한다. 추가적으로 또는 대안적으로, CMD(720)는 하나 이상의 CMD(720)에 의해 식별된 개개의 결함을 확인하기 위해 대응하는 하나 이상의 셀 모델을 사용하여 수신된 결함 데이터에 대한 독립적인 분석을 수행할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 결함 평가 시스템(737)은 다수의 CMD로부터 수신된 셀 상태 정보를 비교하여: 결함 확인, 결함 분류, 결함 소스(들) 식별 또는 결함을 식별하기 위한 상이한 셀 그룹의 거동 평가 중 하나 이상을 수행하도록 동작할 수 있다. 결함 평가 시스템(737)은 도 4 내지 도 6 및 각각 CMD(400 및 600)과 그들의 FDS를 참조하여 설명된 것과 동일한 기법을 사용할 수 있고, 다양한 셀 그룹(712)에서 획득된 측정치를 개별적으로 또는 조합하여 평가할 수 있다. 일부 실시예에서, 결함 평가 시스템(737)은 동일한 자극을 경험하는 배터리(710) 시스템 내의 다른 셀 그룹에 대한 결과와 단일 셀 그룹에 대한 결과를 비교함으로써 결함을 결정하기 위해 BMS 수준 결함 분석을 수행하도록 동작할 수 있다.
도 8은 일부 개시된 실시예에 따라, 하나 이상의 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 시스템(800)의 배열의 개략도이다. 시스템(800)은 도 7의 복수의 시스템(7001 내지 700M)을 포함한다. 각각의 시스템(700i)은 대응 BMS(730i) 및 복수의 CMD(720)를 포함하고, 대응 배터리 시스템 또는 배터리 시스템 내의 배터리 팩의 상태를 모니터링한다.
시스템(800)은 또한 BMS(7301)에 의해 BMS(730M)에 제공된 정보에 기반하여 결함을 프로세싱하기 위한 IOT 클라우드 서비스(850)를 포함한다. IOT 클라우드 서비스(850)는 결함 식별 관련 정보뿐만 아니라 결함 데이터 저장을 위한 데이터베이스(852), 외부 시스템(840)에 의한 데이터 검색 같은 데이터베이스(852)를 제어를 위한 데이터베이스 제어기(858), 교정 조치를 식별하는 것을 포함하여 결함 데이터 평가 및 결함 분석을 위한 결함 평가 시스템(856), 및 시스템(7001 내지 700M) 및 IOT 클라우드 서비스(850) 및 외부 시스템(840) 및 IOT 클라우드 서비스(850) 간의 데이터 교환을 가능하게 하는 IOT 통신 시스템(854)을 포함한다. IOT 클라우드 서비스(850)는 많은 애플리케이션의 예상되는 거동에 대한 지식을 유지하고, 이를 통해 NOA 사양의 변경과 같은 애플리케이션 수명을 연장하기 위한 교정 조치를 제안한다. IOT 클라우드 서비스(850)는 인공 지능(AI) 기법, 기계 학습 기법 또는 둘 모두를 이용하여 지식 데이터베이스를 지속적으로 발전시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(800)은 단일 배터리 시스템의 상태를 모니터링하고, 여기서 각각의 시스템(700i)은 배터리 시스템 내의 개개의 배터리 팩의 상태를 모니터링하는 것을 담당한다. 이러한 배열은 CMD(720) 및 BMS(730I)에 의한 속성 측정 및 결함 검출을 병렬로 프로세싱하게 하여, 관련 결함 정보를 단일 시스템(700)보다 빠르게 제공하고 결함 평가 시스템(856)에 경고할 수 있다. 이런 배열은 또한 결함 평가 시스템(856)이 아래의 3개의 상이한 수준에서 결함 데이터를 분석하고 비교할 수 있게 한다: 셀 그룹 수준에서 획득된 속성 측정치에 기반하여, CMD 수준(예를 들어, CMD(400 또는 600) 수준)에서 도출된 평가 결과에 기반하여, 그리고 BMS 수준(예를 들어, BMS(730) 수준)에서 도출된 평가 결과에 기반하여. 시스템(800)은 상이한 시스템(700)으로부터 수신된 정보가 일관된 경우, BMS 수준 분석을 적용할 수 있고, 상이한 시스템(700)에 의해 공유되는 정보가 상이한 경우, CMD 수준 분석 또는 셀 그룹 수준 분석을 검증하는 것으로 이동할 수 있다. 시스템(800)은 모든 셀, CMD 및 BMS의 성능에 대한 지식을 가지므로, 단일 BMS로 식별할 수 없는 결함을 별개로 검출할 수 있다. 이는 결함 평가 시스템(856)에 의한 더 효율적 평가를 허용함과 동시에 필요할 때 안전성과 정확성을 보장한다.
일부 실시예에서, 시스템(800)은 단일 배터리 시스템의 상태를 모니터링하고, 여기서 각각의 시스템(700i)은 개개의 배터리 시스템의 상태를 모니터링하는 것을 담당한다. 상이한 배터리 시스템은 상이한 위치에 위치되고/되거나 상이한 작업을 수행할 수 있다. 이러한 배열은 결함 평가 시스템(856)이 상이한 배터리 시스템에서 수행되는 결함 분석에 기반한 지식을 적용하고 공유하게 한다. 예를 들어, 시스템(800)이 동일한 유형의 다수의 배터리 시스템의 상태를 모니터링하면, 이러한 모든 배터리 시스템에 걸친 결함 검출은 그러한 배터리 시스템 중 하나 이상에서의 경험에 기반하여 개선될 수 있다. 시스템(800)은 결함 검출을 개선하기 위해 기계 학습 또는 AI 기법을 이용할 수 있다. 이 접근법은 또한 특정 유형의 배터리 시스템에 대한 리콜이 적절한 시나리오의 식별 및 리콜의 구현을 가능하게 한다.
도 9는 일부 실시예에 따라, 본 개시에서 설명된 CMD와 함께 동작하도록 적응된 BMS(1030)의 동작 모드를 도시하는 차트(900)를 묘사한다. 도 4 내지 도 8에 대한 BMS(430, 630 및 730)의 설명은 BMS(1030)에 적용되고, 도 4 내지 8에 대한 CMD(400, 600 및 720)의 설명은 CMD(1020)에 적용된다. 도 10 및 도 11은 본 개시에서 설명된 바와 같이 배터리 시스템의 상태를 모니터링하고, 일부 실시예에 따라 도 9에 도시된 동작 모드를 가진 BMS를 포함하는 시스템에서 프로세스 흐름(1000 및 1100)을 도시한다.
도 9를 참조하여, BMS(1030)는 세 가지 모드로 동작할 수 있다: ON 모드(910)(제1 모드), 안전 슬립 모드(920)(제2 모드) 및 안전 슬립(폴링) 모드(930)(제3 모드).
외부 자극은 BMS(1030)에서 ON 모드(910)를 활성화된다. 예를 들어, BMS(1030)에 의해 모니터링되는 배터리 시스템이 전기차에서 사용되는 경우, 키 스위치 또는 점화 스위치를 턴 온하는 것은 BMS(1030)에서 ON 모드(910)를 활성화하는 외부 자극을 제공한다. 다른 외부 자극 또는 원래 자극의 제거는 BMS(1030)가 ON 모드(910)에서 안전 슬립 모드(920)로 전이하게 한다. 전기차의 예에서, 키 스위치 또는 점화 스위치를 턴 오프하는 것은 원래의 자극을 제거하여, BMS(1030)가 안전 슬립 모드(920)으로 전이하게 한다.
안전 슬립 모드(920)에 있는 동안, BMS(1030)는 동작되지 않고 최소 전력만 소모한다. 반복적으로, BMS(1030)는 웨이크하고 안전 슬립 모드(920)에서 안전 슬립(폴링) 모드(930)로 전이하여 CMD(1020)에 의해 제공된 데이터에 기반하여 모니터링되는 배터리 시스템의 상태를 평가한다. 모니터링되는 배터리 시스템에 대한 평가를 완료하고 관련 조치(예를 들어, 외부 시스템에 보고)를 수행하면, BMS(1030)는 다시 안전 슬립 모드(920)로 전이된다. BMS(1030)는 규칙적인 시한의 간격, 예를 들어 매 15분, 랜덤 시간 간격 또는 모니터링된 배터리 시스템의 상태에 기반하여 결정된 시간 간격에 따라 주기적으로 안전 슬립 모드(920)에서 웨이크할 수 있다. 후자의 시나리오에서, 시간 간격은 예를 들어, 획득된 셀 측정치가 대응 SOA 또는 NOA의 경계에 접근하면 감소하고 획득된 셀 측정치가 SOA 또는 NOA 경계에서 더 멀어지거나 셀 측정치가 또한 SOA 또는 NOA 경계 내에 있을 때(예를 들어, 개개의 임계치(들)에 의해 정의됨) 증가한다.
일부 실시예에서, 외부 자극은 BMS(1030)에서, 모드(910)에서 ON 모드(910)를 활성화하는 대신, 제1 안전 슬립 모드(920) 또는 안전 슬립(폴링된) 모드(930)를 활성화하는 데 사용된다.
ON 모드
도 10은 CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT(사물 인터넷) 클라우드(1050) 간의 프로세스 흐름을 예시하고, BMS(1030)는 ON 모드(910)에서 동작하고 있다. 각각의 CMD(1020)는 동작 모드이다. 이것은 각각의 CMD(1020)가 모니터링된 셀의 셀 속성(예를 들어, 온도 및 전압)을 반복적으로 측정하고(단계(1021)), 측정된 셀 속성을 BMS(1030)와 공유하고(단계(1022)), 그리고 있다면 모니터링된 셀에서 결함을 결정하기 위해 측정된 셀 속성을 평가한다(단계(1023)). CMD(1020)가 모니터링된 셀 중 임의의 셀에서 결함이 없다고 결정하면, CMD(1020)는 측정 단계(1021)로 복귀한다. CMD(1020)가 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 결정한 경우, CMD(1020)는 CMD(1020)가 결함을 검출한 시기와 결함이 검출된 측정치를 식별하는 타임스탬프를 포함하여, CMD(1020)가 결함을 검출했음을 나타내는 결함 표시자 및 검출된 결함과 관련된 결함 날짜와 같은 결정된 결함에 관한 데이터를 로컬로 저장한다(단계(1025)). CMD(1020)는 예를 들어, 개개의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 송신함으로써 검출된 결함에 대해 BMS(1030)에 알린다(단계(1029)). 이어서, CMD(1020)는 측정 단계(1021)로 돌아간다.
도 10에 도시된 바와 같이, CMD(1020)는 관련 결함 정보를 CMD(1020)(예를 들어, 도 4를 참조하여 설명된 결함 저장소(426))에 로컬로 저장한 후 검출된 결함에 대해 BMS(1030)와 통신한다. CMD(1020)는 단계(1025)를 저장한 직후 또는 약간의 지연으로 단계(1029)를 알리는 것을 수행할 수 있다. BMS(1030)가 CMD(1020)의 결함 결정에 대해 즉시 학습하지 못하기 때문에 접근법은 BMS(1030)에 의한 결함 검출을 시간 시프트한다.
일부 실시예에서, CMD(1020)는 이러한 결함을 결정하는 즉시 결함에 대해 BMS(1030)와 통신한다. 이러한 실시예에서, CMD(1020)는 단계(1025)를 저장하기 전에 단계(1029)를 알리는 것을 수행하고, 시간 시프트가 없다.
단계(1031)에서, BMS(1030)는 개개의 CMD(1020)에 의해 수행된 분석과 독립적으로 결함에 대해 각각의 CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 프로세싱한다. 추가적으로 또는 대안적으로, BMS(1030)는 다수의 CMD(1020)에 의해 획득된 측정치를 사용하여 CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 집단적으로 분석하여, 예를 들어, 하나의 CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 다른 CMD(1020)로부터 수신된 측정치와 비교하여, CMD(1020)에 의해 검출된 결함이 발생했는지 여부를 결정한다.
BMS(1030)는 결정된 결함 및 관련 데이터를 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)에 통신한다(각각 단계(1033 및 1035)). 일부 실시예에서, BMS(1030)는 시간 시프트가 없는, 즉, 결함이 발생하였다고 결정하는 즉시 검출된 결함에 관하여 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)와 통신한다. 일부 다른 실시예에서, BMS(1030) 시간은 외부 시스템(1040), IOT 클라우드(1050), 또는 둘 모두와의 결정된 결함에 관한 데이터의 공유를 시프트하고, 즉, BMS(1030)가 배터리 시스템에서 결함을 결정하고 그러한 결함에 관한 정보를 외부 시스템(1040), IOT 클라우드(1050) 또는 둘 모두로 통신하는 사이에 지연이 있다. 예를 들어, BMS(1030)는 외부 시스템(1040), IOT 클라우드(1050), 또는 BMS(1030)가 이러한 정보를 BMS(1030)에 로컬로 저장한 후에만 둘 모두와 결정된 결함에 대한 정보를 공유할 수 있다. BMS(1030)는 또한 배터리 시스템에서 검출된 결함에 대한 정보를 공유하기 전에 외부 시스템(1040), IOT 클라우드(1050) 또는 둘 모두로부터 배터리 시스템에 대한 상태 업데이트에 대한 요청을 수신하기 위해 대기할 수 있다.
BMS(1030)는 또한 CMD(1020)에 의해 결정된 결함과 관련하여 외부 시스템(1040), IOT 클라우드(1050) 또는 둘 모두와 통신한다(각각 단계(1037 및 1039)). 일부 실시예에서, BMS(1030)는 CMD(1020)가 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 BMS(1030)로 송신할 때 즉시, 시간 시프트 없이 CMD(1020)에 의해 검출된 결함에 관하여 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)와 통신한다.
일부 다른 실시예에서, BMS(1030)는 CMD(1020)로부터 개개의 데이터를 수신하고 이러한 데이터를 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)로 송신하는 사이에 시간 지연을 가짐으로써 CMD(1020)에 의해 검출된 결함에 관하여 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)와의 통신을 시간 시프트한다. 예를 들어, BMS(1030)는 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)로 전달하기 전에 CMD(120)으로부터 수신된 데이터를 저장할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, BMS(1030)는 또한 이러한 데이터를 CMD(1020)로부터 수신된 대응하는 측정치의 자체 분석과 비교하여 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)에 모니터링된 배터리 시스템에서 검출된 결함에 대해 알리기 전에 CMD(1020)에 의해 검출된 결함을 검증할 수 있다.
모니터링된 배터리 시스템에서 검출된 결함에 관한 데이터를 수신하면, 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)는 대응하는 교정 조치를 식별하고 시행한다(각각 단계(1041 및 1051)). 전기차의 예로 돌아가서, 차량 관리 유닛 형태의 외부 시스템은 차량 대시보드에 경고가 디스플레이되거나 운전자에게 안전한 장소로 조향하라고 명령하는 가청 경고가 울리게 하고, BMS에 파워트레인 같은 전원에서 배터리를 분리하도록 명령한다. IOT 클라우드는 다수의 배터리 시스템의 데이터 분석을 통해 성능저하 위험 결함을 결정할 수 있다. 예를 들어, 특정 유형의 배터리 셀에 대해 너무 넓게 설정된 NOA로 인한 결함은 상이한 사용 프로파일을 갖는 다수의 시스템을 분석하여 결정될 수 있다. 이어서, IOT 클라우드는 차량 성능 NOA를 수정하고, BMS가 자신의 NOA를 변경하고, 셀 CMD가 자신의 NOA를 변경하도록 차량 관리 유닛의 형태의 외부 시스템에 명령할 수 있다.
CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)는 모니터링되는 셀에서 결함을 결정하거나 확인하기 위해 다른 데이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, BMS(1030)는 다수의 CMD로부터 수신된 데이터를 사용하여 CMD 중 하나에 의해 모니터링되는 셀에서의 결함을 확인하거나 결정할 수 있는 반면, 외부 시스템(1040) 또는 IOT 클라우드(1050)는 상이한 배터리를 모니터링하는 다수의 BMS로부터 수신된 데이터를 사용할 수 있다. 일부 상황에서는, CMD(1020)가 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 검출할 수 있지만, BMS(1030), 외부 시스템(1040) 또는 IOT 클라우드는 이웃 셀과 같은 다른 셀과 관련하여 수집된 데이터에 기반하여 다른 결론에 도달할 수 있다. 반대로, CMD(1020)는 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함 없음을 검출할 수 있지만, BMS(1030), 외부 시스템(1040), 또는 IOT 클라우드(1050)는 이웃 셀과 같은 다른 셀과 관련하여 수집된 데이터에 기반하여 다른 결론에 도달할 수 있다. 예를 들어, BMS(1030), 외부 시스템(1040), 또는 IOT 클라우드(1050)는 대응 CMD에 의해 모니터링된 셀에서 획득된 측정치에 의해 입증된 바와 같이 모니터링된 셀에 의해 나타난 특정 거동이, 셀 측정치가 대응 SOA 또는 NOA 내에 있었음에도 불구하고, 이전에 유사한 셀에서 결함을 유도했다는 것을 학습할 때 특정 셀에서 결함을 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, BMS(1030), 외부 시스템(1040), 또는 IOT 클라우드(1050)는 개개의 데이터를 CMD(1020)로 다시 송신하여, 개개의 모니터링된 셀에서 검출된 결함들의 로컬에 저장된 이력을 업데이트한다.
안전 슬립 모드
도 11은 BMS(1030)가 안전 슬립 ON 모드(920) 및 안전 슬립(폴링) 모드(930)에서 동작하는 동안 CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050) 간의 프로세스 흐름을 예시한다. BMS(1030)가 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안 취해진 조치는 구분선(1160) 위에 묘사되는 반면 BMS(1030)가 안전 슬립(폴링) 모드에 있는 동안 취해지는 조치는 구분선(1160) 아래에 설명되어 있다.
안전 슬립 모드(920)는 BMS(1030)의 절전 상태이다. 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안, BMS(1030)는 동작되지 않고 최소 전력만 소모한다. 그러므로, BMS(1030)는 CMD(1020), 외부 시스템(1040) 또는 IOT 클라우드(1050)와 통신하지 않는다.
BMS(1030)가 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안, 각각의 CMD(1020)는 슬립 모니터링 모드(또한 모니터링 모드로 지칭됨)에 있다. 이 모드에서, CMD(1020)는 모니터링된 셀의 셀 속성(예를 들어, 온도 및 전압)을 계속해서 반복적으로 측정하고(단계(1121)), 측정된 셀 속성을 평가하여 (있다면) 모니터링된 셀에서의 결함을 결정한다(단계(1123)). 그러나, CMD(1020)는 일반적으로 동작 모드보다 슬립 모니터링 모드에서 이러한 조치를 덜 빈번하게 수행한다. CMD(1020)는 동작 모드에 있는 동안 상이한 주파수로 모니터링된 셀의 상이한 속성을 측정하고 슬립 모니터링 모드에 있는 동안 이러한 주파수를 다른 수준으로 줄일 수 있다. 이는 CMD(1020)가 (있다면) 모니터링되는 셀에서 결함이 발생하는 것을 결정하기에 충분한 측정치를 계속 수집함과 동시에, CMD(1020)에 의한 전력 소비를 줄이게 한다.
예를 들어, CMD(1020)는 동작 모드에 있는 동안 매 10밀리초(즉, 100 Hz의 주파수)마다, 그리고 슬립 모니터링 모드에 있는 동안 매 500밀리초(즉, 2 Hz의 주파수)마다 모니터링된 셀 그룹의 전압을 측정할 수 있다. 다른 예로서, CMD(1020)는 동작 모드에 있는 동안 매 1초(즉, 1 Hz의 주파수)마다 모니터링된 셀 그룹의 온도를 측정하고, 슬립 모니터링 모드에 있는 동안 매 1초(즉, 1 Hz의 주파수)마다 모니터링된 셀 그룹 또는 개별 셀의 온도를 계속 측정할 수 있다.
CMD(400 및 600)와 유사하게, CMD(1020)가 모니터링된 셀의 다양한 속성을 측정하는 주파수를 구성할 수 있다. 예를 들어, 주파수는 모니터링된 셀에서 획득된 측정치(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 압력, 등), 모니터링된 셀의 검출된 상태, 모니터링된 셀에 의해 나타나는 측정 경향, 모니터링된 셀의 의도된 용도, 모니터링된 셀의 건전성 상태 등에 응답하여 조정될 수 있다.
동작 모드와 유사하게, CMD(1020)가 모니터링된 셀 중 어떤 것에서도 결함이 없다고 결정하면, CMD(1020)는 측정 단계(1121)로 돌아간다. CMD(1020)가 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 결정하는 경우, CMD(1020)는 검출된 결함에 관한 데이터를 CMD(1020)에서 로컬로 저장하여 나중에 BMS(1030)로 송신한다. 이러한 데이터는 결함이 CMD(1020)에 의해 검출된 시기를 나타내는 타임스탬프를 포함하여, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함한다. 결함 데이터는 또한 CMD(1020)가 결함을 검출한 것에 기반한 측정치(직접, 도출, 또는 둘 모두)를 포함할 수 있다. 검출된 결함에 관한 데이터를 저장한 후, CMD(1020)는 측정 단계(1121)로 돌아간다.
BMS(1030)가 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안, 다수의 결함은 모니터링된 셀에서 거의 동시에 또는 시간이 지남에 따라 발생할 수 있다. 이러한 모든 다수의 결함에 관한 정보는 나중에 BMS(1030)와의 통신을 위해 결함 저장소(426 또는 626)와 같은 로컬 저장소에 개개의 CMD(1020)에 의해 저장된다.
안전 슬립(폴링) 모드
반복적으로(예를 들어, 주기적으로), BMS(1030)는 웨이크하여 안전 슬립 모드(920)에서 안전 슬립 모드(폴링됨) 모드(930)으로 전이되어 모니터링되는 배터리 시스템의 상태를 평가한다(단계(1131)). 일부 실시예에서, 안전 슬립(폴링된) 모드(930)는 BMS(1030)에 전원이 공급될 때 ON 모드(910)가 아닌 BMS(1030)에서 개시된다.
안전 슬립(폴링) 모드(930)에 들어가면, BMS(1030)는 이에 따라 CMD(1020)에 개개의 웨이크업(wake-up) 신호를 전송(단계(1133))함으로써 이 CMD(1020)가 안전 모니터링 모드에서 동작 모드로 전이하게 하도록 CMD(1020)에게 알린다. CMD(1020)는 대응하는 신호를 전송함으로써 BMS(1030)에 동작 모드로 전이되었음을 알릴 수 있다(단계(1126)).
단계(1135)에서, BMS(1030)는 각각의 CMD(1020)에 의해 검출된 결함에 관한 데이터, CMD(1020)에 의해 획득된 측정치, 또는 둘 모두를 공유하도록 각각의 CMD(1020)에게 요청한다. BMS(1030)는 가장 최근의 안전 슬립 모드 간격 동안, 특정 개수의 이전의 특정 안전 슬립 모드 간격 동안, 또는 특정 시간 기간 동안 CMD(1020)에 의해 검출된 결함과 관련된 데이터를 공유하도록 CMD(1020)에 요청할 수 있다. 또한 BMS(1030)는 CMD(1020)에 의해 검출된 모든 결함, 즉 CMD(1020)에 의해 검출된 전체 결함의 이력과 관련된 데이터를 공유하도록 CMD(1020)에 요청할 수 있다. 동일한 기간 동안, BMS(1030)는 CMD(1020)에 의해 획득된 측정치를 대응 셀, 임의의 도출된 측정치 또는 둘 모두에서 공유하도록 CMD(1020)에 요청할 수 있다.
응답으로, 각각의 CMD(1020)는 대응하는 로컬 결함 저장소로부터 개개의 데이터를 검색하고(단계(1127)), 이러한 데이터를 BMS(1030)로 송신한다(단계(1129)). CMD(1020)는 이러한 데이터를 BMS(1030)로 송신하기 전에 검색된 데이터를 프로세싱하여, 예를 들어 송신 전에 데이터를 압축 또는 암호화할 수 있다. CMD(1020)는 측정 및 결함과 연관하여 타이밍 정보(예를 들어, 타임스탬프의 형태)를 저장하며, 여기서 타이밍 정보는 측정치가 획득되고 결함이 검출된 시기를 나타낸다. 그러므로, CMD(1020)는 타임스탬프에 의해 표시된 타이밍 정보를 사용하여 임의의 원하는 시간 간격에 대응하는 데이터를 검색할 수 있다.
CMD(1020)가 요청된 데이터를 BMS(1030)로 송신하면, CMD(1020)는 BMS(1030)가 슬립 신호를 전송하여(단계(1130)), CMD(1020)가 슬립 모니터링 모드로 전이하게 될 때까지 도 10을 참조하여 설명된 바와 같은 동작 모드에서 계속 동작한다. 일부 실시예에서, BMS(1030) 및 CMD(1020)가 웨이크업 및 슬립 신호를 교환하는 대신에, BMS(1030) 및 CMD(1020)는 미리 정의된 스케줄에 따라 또는 일정한 간격으로 개개의 모드 사이에서 전이한다.
단계(1137) 및 단계(1139)에서, BMS(1030)는 검출된 결함에 관한 CMD(1020)로부터 수신된 데이터를 각각 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)로 통신한다. 일부 실시예에서, BMS(1030)는 개개의 데이터를 수신하는 즉시 그렇게 하고, 즉 시간 시프트가 없다. 일부 다른 실시예에서, BMS(1030)는 CMD(1020)에 의해 검출된 결함에 관한 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)와의 통신을 시간 시프트시킨다. 예를 들어, BMS(1030)는 CMD(1020)로부터 수신된 데이터를 저장하여 나중에 검색하고 이러한 데이터를 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)로 전달할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, BMS(1030)는 결함에 대해 각각의 CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 개개의 CMD(1020)에 의한 분석과 무관하게 분석하고 이러한 분석의 결과를 CMD(1020)에 의해 제공된 정보와 비교하여 모니터링된 셀에서 검출된 결함에 대해 외부 시스템(1040) 및/또는 IOT 클라우드(1050)와 정보와 통신하기 전에 CMD(1020)에 의해 검출된 결함 및 결함 조건을 검증할 수 있다. BMS(1030)는 또한 다수의 CMS에 의해 획득된 측정치를 사용하여, 예를 들어 하나의 CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 다른 CMD(1020)로부터 수신된 측정치와 비교함으로써, CMD(1020)로부터 수신된 측정치를 집합적으로 분석할 수 있다.
모니터링된 배터리 셀에서 검출된 결함에 관한 데이터를 수신하면, 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)는 대응 교정 조치를 식별하고 시행한다(각각 단계(1141) 및 단계(1151)).
알려진 시스템에서, BMS에 의해 모니터링되는 배터리 시스템으로 차량을 시동하는 작업자는 BMS에 전원을 공급하고, BMS는 모니터링되는 배터리 시스템을 충전기 같은 전원 또는 파워트레인 같은 로드에 연결하기 위해 배터리 시스템 릴레이를 닫기 전에 모니터링되는 배터리 시스템에서 다수의 검사(예를 들어, 셀 측정치가 개개의 SOA 내에 있는지 확인)을 수행하게 한다. 그러나, 이러한 시스템에서, BMS는 검사가 수행될 때 수행된 측정들에 대해서만 인식하고, 따라서 특정 셀 또는 셀이 결함을 경험했다는 것을 인식하지 못할 수 있다. 예를 들어, 특정 셀이 검사 시간에 SOA 내에 자신의 모든 측정치를 가질 수 있지만, 차량 또는 다른 시스템이 시작되기 전의 일부 시점에 SOA 외부에 측정치가 있을 수 있고(예를 들어, 온도 또는 전압 스파이크 또는 하락), 이는 셀이 결함을 경험했음을 나타낸다. 그러나, BMS가 이러한 측정을 인식하지 못하는 경우, BMS는 배터리 시스템 릴레이를 닫는 것을 진행하여, 개개의 결함의 전개를 가능하게 한다.
본 개시에 따라, 예를 들어 도 4 내지 11을 참조하여 설명된 바와 같이, CMD는 BMS와 독립적으로 결함을 검출하고, 관련 데이터를 CMD에 로컬로 저장하고, BMS가 ON 모드 또는 안전 슬립(폴링) 모드로 전이되는 경우와 같이 BMS에서 이러한 이력 데이터를 이용 가능하게 한다. 위의 전기차 시나리오로 돌아가서, 각각의 셀 그룹이 본 개시의 CMD를 갖는 셀 그룹을 포함하는 전기 배터리를 가지는 차량을 시동하는 운전자는 BMS에 전원을 공급한다. 이 스테이지에서, BMS는 BMS에 전원이 공급되는 시간에서 배터리 시스템에서 획득된 셀 측정치뿐만 아니라, BMS에 전원이 공급되기 전에 획득된 셀 측정치에 액세스할 수 있다. 이는 BMS에 전원을 공급하기 전에 CMD에 의해 검출된 모든 결함을 포함한다. 따라서, 알려진 시스템과는 대조적으로, 그리고 본 개시에 따라, BMS는 파워트레인에 대해 릴레이를 닫지 않고 차량 시동을 허용하지 않는 것과 같은, BMS의 전원이 공급되기 전에 때때로 셀이 결함을 경험했다는 것에 대한 응답으로 즉각적인 교정 조치를 취할 수 있다. 이러한 방식으로, 치명적인 결함은 방지될 수 있다.
도 12는 일부 실시예에 따라, 본 개시에서 설명된 CMD와 함께 동작하도록 적응된 BMS(1330)의 동작 모드를 도시하는 차트(1200)를 묘사한다. 도 4 내지 도 11에 대한 BMS(430, 730 및 1030)의 설명은 도 12 내지 14를 참조하여 논의된 차이점을 제외하고 BMS(1030)에 적용할 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 개시에서 설명된 바와 같이 배터리 팩 또는 배터리 시스템의 상태를 모니터링하고, 일부 실시예에 따라 도 12에 도시된 동작 모드를 가진 BMS를 포함하는 시스템에서의 프로세스 흐름(1200 및 1300)을 도시한다. 도 12, 도 13 및 도 14는 배터리 시스템의 상태를 모니터링하는 BMS(1330)를 참조하여 설명되어 있다. 이 설명은 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위해 다수의 BMS(1330)가 사용되는 시나리오에도 유사하게 적용되며, 각각의 BMS(1330)는 배터리 팩과 같은 배터리 시스템을 형성하는 셀의 서브세트의 상태를 모니터링한다.
도 12를 참조하여, BMS(1330)는 4가지 모드에서 동작할 수 있다: ON 모드(1210)(제1 모드), 안전 슬립 모드(1220)(제2 모드), 안전 슬립(폴링) 모드(1230)(제3 모드) 및 안전 슬립(경고) 모드(1240)(제4 모드).
외부 자극은 BMS(1030)에서 ON 모드(1210)를 활성화된다. 예를 들어, BMS(1330)가 전기차의 배터리 시스템을 모니터링하는 경우, 키 스위치 또는 점화 스위치를 턴온하는 것은 BMS(1330)에서 ON 모드(1210)를 활성화하는 외부 자극을 제공한다. 다른 외부 자극 또는 원래 자극의 제거는 BMS(1330)를 ON 모드(1210)에서 안전 슬립 모드(1220)로 전이한다. 전기차의 예에서, 키 스위치 또는 점화 스위치를 턴 오프하는 것은 원래의 자극을 제거하여, BMS(1330)가 안전 슬립 모드(1220)로 전이하게 한다. 안전 슬립 모드(1220)에 있는 동안, BMS(1330)는 동작되지 않고 최소 전력만 소모한다.
반복적으로(예를 들어, 주기적으로), BMS(1330)는 웨이크하고 안전 슬립 모드(1220)에서 안전 슬립(폴링) 모드(1230)로 전이하여 CMD(1320)에 의해 제공된 데이터에 기반하여 모니터링되는 배터리 시스템 또는 배터리 팩의 상태를 평가한다. 일부 실시예에서, 안전 슬립(폴링된) 모드(1230)는 BMS(1330)에 전원이 공급될 때 ON 모드(1210)가 아닌 BMS(1330)에서 개시된다.
모니터링되는 배터리 시스템 평가를 완료하고 관련 조치를 수행하면, BMS(1330)는 안전 슬립 모드(1220)로 전이된다. BMS(1330)는 규칙적인 시한의(timed) 간격, 예를 들어 매 N분(예를 들어, 15 분) 또는 매 M 시간(예를 들어, 3-4 시간), 랜덤 시한의 간격 또는 모니터링된 배터리 시스템의 상태에 기반하여 결정된 시한의 간격으로 안전 슬립 모드(1220)에서 웨이크할 수 있다. 예를 들어, 시간 간격은 획득된 셀 측정치가 개개의 SOA 또는 NOA의 경계에 접근하면 감소하고 획득된 셀 측정치가 SOA 또는 NOA 경계에서 더 멀어지거나 또한 SOA 또는NOA 경계 내에 있을 때 미리 정의된 시간 한계까지 증가한다.
BMS(1330)가 CMD(1320)으로부터 CMD(1320)이 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 검출했음을 나타내는 경고 신호를 수신하면 BMS(1330)는 안전 슬립 모드(1210)에서 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이된다. 일부 실시예에서, CMD(1320)는 미리 결정된 유형의 결함, 예를 들어 즉각적인 위험 심각도 수준을 갖는 결함을 검출할 때에만 이러한 경고를 BMS(1330)로 송신한다.
안전 슬립(경고) 모드(1240)에 있다면, BMS(1330)는 CMD(1320)에 의해 제공되는 데이터에 기반하여 모니터링되는 배터리 시스템의 상태를 평가하고 검출된 결함에 대해 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)와 통신하는 것과 같은 관련 조치를 수행한다. 이어서, BMS(1330)는 안전 슬립 모드(1020)로 돌아갈 수 있다.
ON 모드
BMS(1330)가 ON 모드(1210)에 있는 동안, CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 BMS(1030)가 ON 모드(910)에 있는 동안의 CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)와 동일한 방식으로 동작한다. 그러므로, ON 모드(910)와 관련하여 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 제공된 상세한 설명은 CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)에 적용되고 반복되지 않는다.
안전 슬립(폴링) 모드
BMS(1330)가 안전 슬립(폴링) 모드(1230)에 있는 동안, CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 일반적으로 BMS(1030)가 안전 슬립(폴링) 모드(930)에 있는 동안의 CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)와 동일한 방식으로 동작한다. 그러므로, 안전 슬립(폴링) 모드(930)와 관련하여 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 제공된 상세한 설명은 CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)에 적용되고 반복되지 않는다.
안전 슬립 모드
BMS(1330)가 안전 슬립 모드(1220)에 있는 동안, CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 일반적으로 BMS(1030)가 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안의 CMD(1020), BMS(1030), 외부 시스템(1040) 및 IOT 클라우드(1050)와 동일한 방식으로 동작한다. 그러므로, 안전 슬립 모드(920)와 관련하여 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 제공된 상세한 설명은 CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)에 적용되고 반복되지 않는다.
BMS(1330)가 안전 슬립 모드(920)에 있는 동안, CMD(1320)는 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명된 CMD(1020)와 같이 슬립 모니터링 모드에 있고 유사한 조치를 수행하기 위해 동작 가능한다. 추가적으로 그리고 CMD(1020)와는 달리, CMD(1320)는 또한 그러한 결함을 결정할 때 하나 이상의 모니터링된 셀이 결함을 경험했음을 나타내는 경고 신호를 BMS(1330)에 발행하고 송신하도록 동작 가능하다. 신호 수신에 응답하여, BMS(1330)는 웨이크하고 안전 슬립 모드(1220)에서 안전 슬립(경고 모드)(1240)으로 전이된다.
도 13 및 14는 BMS(1330)가 안전 슬립 모드(1220) 및 안전 슬립(경고) 모드(1230)에 있는 동안 CMD(1320), BMS(1330), 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350) 간의 프로세스 흐름을 예시한다. BMS(1330)가 안전 슬립 모드(1220)에 있는 동안 취해진 조치는 구분선(1360) 위에 묘사되는 반면 BMS(1330)가 안전 슬립(경고) 모드에 있는 동안 취해지는 조치는 구분선(1360) 아래에 설명되어 있다.
안전 슬립 모드(920)로서, 안전 슬립 모드(1220)는 BMS(1330)의 절전 상태이다. 안전 슬립 모드(1220)에 있는 동안, BMS(1330)는 동작되지 않고 최소 전력만 소모한다. 그러므로, BMS(1330)는 CMD(1320), 외부 시스템(1340) 또는 IOT 클라우드(1350)와 통신하지 않는다. 그러나 도 10 및 도 11의 BMS(1030)와 달리, BMS(1330)는 안전 슬립 모드(1220)에 있는 동안 CMD(1320)로부터의 경고 신호를 수신하도록 동작할 수 있다.
CMD(1020)와 유사하게, 각각의 CMD(1320)는 슬립 모니터링 모드에 있고 BMS(1330)는 안전 슬립 모드(1220)에 있다. 이 모드에서, CMD(1320)는 모니터링된 셀의 셀 속성(예를 들어, 온도 및 전압)을 계속해서 반복적으로 측정하고(단계(1321)), 측정된 셀 속성을 평가하여 (있다면) 모니터링된 셀에서의 결함을 결정한다(단계(1323)). CMD(1320)가 모니터링된 셀 중 임의의 셀에서 결함이 없다고 결정하면, CMD(1320)는 측정 단계(1321)로 복귀한다. CMD(1320)가 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 결정하는 경우, CMD(1320)는 검출된 결함에 관한 데이터를 CMD(1320)에서 로컬로 저장한다(단계(1325)).
CMD(1020)와 달리, CMD(1320)는 BMS(1330)에 경고 신호를 발행 및 송신하여 CMD(1320)가 하나 이상의 모니터링된 셀에서 결함을 결정했음을 나타낸다(단계(1324, 1424)). 도 13에 도시된 단계(1324)와 도 14에 도시된 단계(1424)의 차이는 단계(1324)에서, CMD(1320)가 경고 신호만을 송신하는 반면, 단계(1424)에서 CMD(1320)가 또한 관련 타임스탬프를 포함하여, 대응 결함 표시자 및 결정된 결함과 관련된 데이터를 송신한다는 것이다. 단계(1324 및 1424)에서의 경고 신호는 단일 비트의 형태를 취하거나, 결정된 결함에 관련된 추가적인 데이터를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어, 검출된 결함의 심각도 수준을 나타낸다. 단계(1424)에서, 결함 표시자는 별도의 경고 신호가 송신되지 않고 경고 신호로서 역할을 할 수 있다.
일부 실시예에서, CMD(1320)는 결정된 결함의 심각도 수준이 즉각적인 위험인 경우에만 경고 신호를 발행하고, 다른 심각도 수준의 결함을 갖는 동안, CMD(1320)는 CMD(1020)으로 동작한다.
BMS(1330)는 CMD(1320)에서 경고 신호를 수신하고 이러한 신호를 수신하면 안전 슬립 모드(1220)에서 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이하도록 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, BMS는 수신된 경고 신호가, 검출된 결함의 심각도 수준이 즉각적인 위험임을 나타내는 경우에만 안전 슬립 모드(1220)에서 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이한다. 이러한 실시예에서, 수신된 경고 신호가 즉각적인 위험 결함과 관련되지 않을 때, BMS(1330)는 BMS(1330)가 안전 슬립(폴링) 모드로 전이될 때까지 CMD(1320)와의 추가 통신을 지연시킨다.
안전 슬립(경고) 모드
도 13을 참조하여, 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이될 때, BMS(1330)는 BMS(1330)가 경고 신호를 수신한 CMD(1320)에게, 검출된 결함에 관한 데이터를 공유하도록 요청한다(단계(1333)). BMS(1330)는 또한 가장 최근의 안전 슬립 모드 간격 동안, 특정 개수의 이전의 안전 슬립 모드 간격 동안, 또는 임의의 원하는 시간 기간 동안 CMD(1320)에 의해 검출된 결함과 관련된 데이터를 공유하도록 CMD(1320)에 요청할 수 있다. BMS(1330)는 CMD(1320)에 의해 검출된 모든 결함, 즉 CMD(1320)에 저장된 전체 결함 이력과 관련된 데이터를 요청할 수 있다. 유사하게, BMS(1330)는 임의의 원하는 기간 동안 모니터링된 셀에서 CMD(1320)에 의해 획득된 측정치를 공유하도록 CMD(1320)에 요청할 수 있다.
BMS가 안전 슬립(경고) 모드로 전이되면, CMD(1320)는 슬립 모니터링 모드에서 동작 모드로 전이된다. CMD(1320)는 BMS(1330)으로 경고 신호를 전송할 때 또는 BMS(1330)으로부터 개개의 커맨드를 수신할 때, 또는 BMS(1330)으로부터 데이터(결함 데이터, 결함을 검출하지 못한 측정치 또는 둘 모두)에 대한 요청을 수신할 때 독립적으로 동작 모드로 전이될 수 있다. 일부 실시예에서, BMS(1330)는 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이할 때 CMD(1320)로 웨이크업 신호를 전송하여 CMD(1320)가 동작 모드로 전이되게 한다.
BMS(1330)로부터 수신된 데이터에 대한 요청에 응답하여, CMD(1320)는 대응하는 로컬 결함 저장소로부터 개개의 데이터를 검색하고(단계(1327)), 이러한 데이터를 BMS(1330)로 송신한다(단계(1329)). CMD(1320)는 측정치가 획득되고 결함이 검출된 시기를 나타내는 타임스탬프와 같은 타이밍 정보를 저장하므로, CMD(1320)는 타이밍 정보를 사용하여 임의의 원하는 시간 간격에 대응하는 결함 데이터 및 측정치를 검색할 수 있다.
CMD(1320)는 예를 들어 송신 전에 데이터를 압축 또는 암호화하기 위해 이러한 데이터를 BMS(1330)로 송신하기 전에 검색된 데이터를 프로세싱할 수 있다.
CMD(1320)가 요청된 데이터를 BMS(1330)로 송신하면, CMD(1320)는 BMS(1030)가 슬립 신호를 전송하여, CMD(1320)가 슬립 모니터링 모드로 돌아가게 할 때까지 예를 들어 도 10 및 도 11 및 CMD(1020)를 참조하여 설명된 바와 같은 동작 모드에서 계속 동작한다.
단계(1337 및 1339)에서, BMS(1030)는 검출된 결함에 관한 CMD(1320)로부터 수신된 데이터 및/또는 CMD(1320)에 의해 모니터링되는 셀에서 취해진 측정치를 각각 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)로 통신한다. 일부 실시예에서, BMS(1330)는 개개의 데이터를 수신하는 즉시 그렇게 하고, 즉 시간 시프트가 없다.
일부 다른 실시예에서, BMS(1330)는 CMD(1320)에 의해 검출된 결함에 관한 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)와의 통신을 시간 시프트한다. 예를 들어, BMS(1330)는 먼저 CMD(1320)로부터 수신된 데이터를 저장하여 나중에 검색하고 이러한 데이터를 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)로 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, BMS(1330)는 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)로부터 개개의 요청을 수신할 때, 모니터링된 배터리 시스템에서 검출된 결함에 관한 데이터를 외부 시스템(1340) 및/또는 IOT 클라우드(1350)로 송신한다.
일부 실시예에서, 하나의 CMD(1320)로부터 경고 신호를 수신하고 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이할 때, BMS(1330)는 나머지 CMD(1320)에 웨이크업 신호를 송신하여 이들을 동작 모드로 전이한다. 이는 나머지 CMD(1320)가 대응 셀에서 검출된 모든 결함과 관련된 데이터를 공유하게 한다. 이어서, BMS(1330)는 CMD(1320)으로부터 수신된 측정치를 집단적으로 분석할 수 있는데, 예를 들어 경고 신호를 발행한 CMD(1320)에 의해 검출된 결함을 검증하기 위해 나머지 CMD(1320)로부터 수신된 관련 측정치에 대해 경고 신호를 발행한 CMD(1320)로부터 수신된 측정치를 비교함으로써, CMD(1320)로부터 수신된 측정치를 집합적으로 분석할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, BMS(1330)는 개개의 CMD(1320)에 의한 분석과 독립적인 결함에 대해 각각의 CMD(1320)로부터 수신된 측정치를 분석하고, 이러한 분석의 결과를 CMD(1320)에 의해 검출된 결함 및 결함 조건을 검증하기 위해 검출된 결함에 관한 CMD(1320)에 의해 제공되는 정보와 비교할 수 있다.
모니터링된 배터리 셀에서 검출된 결함에 관한 데이터를 수신하면, 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 대응 교정 조치를 식별하고 시행한다(각각 단계(1341) 및 단계(1351)). 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 다수의 BMS로부터 데이터를 수신하고, 따라서 데이터 포인트가 더 많으므로, 체계적인 결함 원인을 식별하고 개개의 BMS보다 더 정확하게 임의의 결함으로부터 결함 원인을 구별할 수 있다. BMS(1330)는 일반적으로 배터리 팩 BMS(1330) 모니터의 거동에 대한 지식만을 가질 것이다. 거동 결함은 그 팩의 모든 셀에 영향을 줄 수 있고 개개의 제조 배치(batch)의 모든 셀에서 체계적인 문제에 의해 트리거될 수 있다. 배터리 팩의 모든 셀이 동일한 방식으로 거동하기 때문에, BMS(1330)는 BMS(1330)가 셀 거동을 잘못된 것으로 식별할 수 있는 데이터를 가지지 않는다. 그러나 외부 시스템(1340) 및 IOT 클라우드(1350)는 다른 유사한 팩과 거동을 비교하여, 임의의 잘못된 거동을 식별할 수 있다.
예를 들어, 제조 결함으로 인해 전체 셀 배치(batch)는 시간이 지남에 따라 증가하는 내부 저항을 갖는다. 결국, 내부 저항은 배터리 팩의 장애로 이어질 것이다. 배터리 팩의 모든 셀이 동일한 문제를 갖기 때문에, 팩 내부 저항은 시간이 지남에 따라 느리게 증가하지만, 우려를 유발하는 방식은 아니다. 그러나, 상이한 시간에서 제조된 다른 팩과 비교할 때, 내부 저항의 증가는 비정상적으로 보이므로, 결함을 나타낼 것이다. 이 비교는 외부 시스템(1340) 또는 IOT 클라우드(1350)와 같이 다수의 배터리 팩에 공통되는 위치에서 가장 잘 수행된다.
특정 배터리 팩의 비정상적인 거동을 식별하면, IOT 클라우드(1350)는 외부 시스템(1340)에 알릴 수 있다. 외부 시스템(1340)은 유사한 관찰 결과를 통해 문제가 되는 배터리 팩을 동작에서 제거하거나, 성능저하를 줄이기 위해 듀티 사이클을 줄이거나, 관련 작업자에게 통지하기로 정할 수 있다.
도 14의 프로세스 흐름은 도 14에 따라, CMD(1320)가 검출된 결함에 관한 경고 신호 외에 CMD(1320)에 의해 검출된 결함과 관련된 데이터를 송신한다(단계(1424))는 점에서 도 13의 프로세스 흐름과 상이하다. BMS(1330)가 경고 신호와 함께 결정된 결함에 관련된 데이터를 수신하기 때문에, BMS(1330)는 CMD(1320)으로부터 그러한 데이터를 요청할 필요가 없다. 도 14의 나머지 단계는 도 13의 대응 단계와 동일하므로, 설명은 반복되지 않는다.
도 15는 일부 실시예에 따라 셀 그룹의 상태를 모니터링하기 위한 방법(1500)의 흐름도를 묘사한다. CMD(400) 및 BMS(430)을 참조하여 설명되었지만, 본 출원에 걸쳐 설명된 CMD 및 BMS 중 임의의 것의 변형은 CMD(600, 720, 1020, 또는 1320) 및 BMS(630, 730, 1030 또는 1330)와 같은 방법(1500)에 관여될 수 있고, 도 4 내지 도 14를 참조하여 설명된다.
셀 그룹은 하나 이상의 셀을 포함한다. 일부 실시예에서, 셀 그룹은 단일 셀, 또는 병렬로 연결된 복수의 셀을 포함한다.
CMD(400)는 셀 그룹 내 하나 이상의 셀 또는 셀 그룹 전체의 하나 이상의 속성, 또는 둘 모두를 측정하여 셀 그룹의 하나 이상의 셀에서 발생하는 임의의 결함을 포함하여 셀 그룹의 상태를 모니터링하도록 동작할 수 있다. CMD(400)는 대응하는 센서를 사용하여 하나 이상의 셀 또는 셀 그룹의 전기적, 물리적, 또는 화학적 속성 또는 이들의 임의의 조합을 측정하기 위해 동작할 수 있다. CMD(400)는 또한 대응하는 하나 이상의 센서를 사용하여 셀 그룹을 둘러싼 환경의 속성을 측정하기 위해 동작하고, 잠재적 결함에 대해 셀 그룹에서 획득된 측정치를 평가할 때 이러한 측정치를 사용할 수 있다.
CMD(400)는 셀 그룹에 로컬이다. 예를 들어, CMD(400)는 셀 그룹에 부착될 수 있고, 셀 그룹과 통합될 수 있고(예를 들어, 셀 그룹을 호스팅하는 하우징과 통합됨), 셀 그룹의 셀 내에 또는 셀 그룹과 통합될 수 있거나, 그렇지 않으면 셀 그룹의 셀 상태를 모너티링하기 위해 셀 그룹에 연결될 수 있다.
단계(1505)에서, CMD(400)는 하나 이상의 센서에 의해 셀 그룹에서 획득된 하나 또는 측정치를 수신한다. 예를 들어, 도 4 내지 도 6을 참조하여 논의된 바와 같이, CMD(400)는 모니터링되는 셀(들)의 물리적 속성, 전기적 속성, 화학적 속성, 환경적 속성, 또는 이들의 임의의 조합을 측정하도록 적응된 상이한 감지 요소 및 하나 이상의 감지 요소의 출력을 ADC에 의한 변환에 적합한 아날로그 신호로 변환하는 대응 컨디셔닝 회로부를 포함하는 센서 시스템을 이용할 수 있다.
CMD(400)는 입력으로 센서 측정치를 수신하고, 입력된 측정치에 기반하여 대응하는 하나 이상의 셀 또는 셀 그룹이 결함을 경험했는지 여부를 결정하는 결과를 출력하도록 구성된 하나 이상의 셀 모델을 포함한다. 예시적인 셀 모델은 본 개시의 다른 곳에, 예를 들어 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된다. 단계(1510)에서, CMD(400)는 대응하는 하나 이상의 셀 모델을 사용하여 수신된 측정치(들)를 프로세싱하여 대응하는 셀 그룹이 결함을 경험했는지 여부를 결정한다. CMD(400)가 결함을 검출하지 않는 경우, 방법(1500)은 단계(1505)로 돌아간다.
도 9 - 도 14를 참조하여 논의된 바와 같이, CMD는 지속적으로 셀 속성을 측정하고 이러한 측정을 평가하여 CMD(400)가 통신 중이거나 BMS(430) 또는 외부 디바이스에 연결되어 있는지 여부에 관계없이 모니터링된 셀 중 임의의 셀이 결함을 경험했는지 여부를 결정한다. CMD(400)가 단계(1505)로 리턴하는 주파수는 예를 들어, CMD(400)가 동작 모드에 있는지 또는 슬립 모니터링 모드에 있는지, 측정되는 속성 또는 속성들의 유형, 최근 측정치가 셀 그룹의 SOA 또는 NOA 경계에 얼마나 근접한지, 셀 그룹의 셀의 건전성 상태 등, 또는 이들의 조합에 따라 달라질 수 있다.
결함을 결정할 때, CMD(400)는 단계(1520)에서 결정된 결함의 심각도 수준을 결정할 수 있다. 심각도 수준에 따른 결함 분류에 대한 세부사항과 이 둘 모두의 다양한 예는 도 5a 내지 도 5n을 참조하여 설명된다.
단계(1525)에서, CMD(400)는 로컬로, 예를 들어, CMD의 메모리(예를 들어, 결함 저장소(426 또는 626)에, 셀 그룹이 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 저장한다. 결함 데이터는 적어도 결함이 CMD(400)에 의해 결정된 시기를 나타내는 타임스탬프와 같은 타이밍 정보를 포함한다. 결함 데이터는 또한 CMD가 결함을 결정하도록 유도한 센서 측정치(실제, 도출된 또는 이 둘의 조합)을 포함할 수 있다.
단계(1530)에서, CMD(400)는 자신의 메모리로부터, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하여, 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 검색한다. 예를 들어, 도 9 내지 도 14를 참조하여, CMD(400)는 셀 그룹을 포함하는 배터리 시스템을 관리하도록 구성된 BMS로부터 수신되거나, 또는 배터리 시스템에 대한 데이터를 수집하도록 구성된 외부 디바이스로부터 수신된 상태 업데이트를 위한 대응 요청에 응답하여 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 검색할 수 있다.
단계(1535)에서, CMD(400)는 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 BMS 또는 외부 디바이스에 통신한다. CMD(400)는 또한 자신의 메모리로부터,모니터링된 셀에서 획득되었지만, CMD(400)가 결함을 검출하지 못한 셀 속성의 측정치를 검색하고 통신할 수 있다.
단계(1535)의 완료 시, 방법은 단계(1505)로 돌아간다.
일부 실시예에서, CMD(400)는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 병렬로 저장 및 통신하거나, 또는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 CMD(400)의 메모리에 저장하기 전에 통신할 수 있다.
도 16은 일부 실시예에 따라 배터리 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 방법을 도시한다. BMS(430) 및 CMD(400)를 참조하여 설명되었지만, 본 출원에 걸쳐 설명된 CMD 및 BMS 중 임의의 것은 도 4 내지 도 14를 참조하여 설명된 BMS(630, 730, 1030, 또는 1330) 및 CMD(600, 720, 1020 또는 1320)와 같은 방법(1600)에 관여될 수 있다. 추가로, 방법(1600)이 배터리 시스템의 상태를 모니터링하는 맥락에서 설명되지만, 방법은 복수의 셀 그룹, 예를 들어 배터리 시스템 또는 배터리 시스템의 서브세트를 형성하는 복수의 셀 그룹의 상태를 모니터링하는 데 유사하게 적용될 수 있다.
방법(1600)은 BMS(430)가 셀 그룹과 연관된 CMD(400)로부터 셀 그룹에 대한 상태 업데이트를 요청하는 단계(1605)로 시작한다. 예를 들어, 도 9 내지 도 14를 참조하여 논의된 바와 같이, BMS(430)는 하나 이상의 셀 그룹의 상태를 모니터링하기 위해 안전 슬립 모드(920, 1220)에서 안전 슬립(폴링) 모드(930, 1230)로 반복적으로 전이할 수 있다. 안전 슬립(폴링) 모드(930,1230)로 전이되면, BMS(430)는 셀 그룹의 대응 CMD(400)에서 모니터링된 셀 그룹에 대한 상태 업데이트를 요청한다. BMS(430)는 각각의 CMD(400)에게 상태 업데이트에 대한 응답에 포함하도록: CMD(400)로부터 BMS에 의해 수신된 이전 상태 업데이트 이후 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, 특정 시간 기간 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, CMD(400)의 수명 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, BMS(430)가 전원이 꺼지거나, 비활성이거나, 그렇지 않으면 CMD(400)와 통신하지 않는 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함을 요청할 수 있다. BMS(430)는 또한 각각의 CMD(400)에게 결함을 CMD 검출하게 하지 않는 동일한 시간 기간 동안 획득된 셀 속성 측정치를 제공하도록 요청할 수 있다.
일부 실시예에서, CMD는 그러한 결함을 검출할 때 검출된 결함에 대해 BMS에 경고한다. 이어서, 방법(1600)은 CMD(400)가 결함을 검출했다는 CMD(400)로부터의 경고를 BMS(430)가 수신하는 것으로 시작할 수 있다. 예를 들어, 도 11 내지 도 14를 참조하여 논의된 바와 같이, BMS(430)는 CMD(400)로부터, CMD(400)가 대응하는 셀 그룹에서 결함을 결정하였음을 나타내는 경고를 수신할 때, 안전 슬립 모드(1220) 모드에서 안전 슬립(경고) 모드(1240)로 전이될 수 있다. 경고에 응답하고 검출된 결함과 관련된 데이터를 수신하기 위해, BMS(430)는 단계(1605)로 진행하고, 여기서 BMS(430)는 예를 들어, 안전 슬립(경고) 모드(1230)로 전이될 때 CMD(400)로부터 상태 업데이트를 요청한다.
일부 실시예에서, 경고는 결함 표시자 및 결함 데이터를 포함하거나 동반될 수 있다. 이러한 실시예에서, BMS(430)는 관련 데이터에 대해 CMD(400)에게 요청할 필요가 없고, 대신 방법(1600)은 CMD(400)가 결함을 검출한 것을 BMS(430)에 경고하는 역할을 하는 단계(1610)로 시작한다.
방법(1600)은 또한 CMD(400)가 예를 들어 도 11 내지 도 14를 참조하여 논의된 바와 같이, 미리 정의된 스케줄에 따라 결함 표시자(들) 및 관련 결함 데이터를 포함한 상태 업데이트를 BMS(430)으로 송신하는 경우, 단계(1605)가 아닌 단계(1610)로 시작될 수 있다.
단계(1610)에서, BMS(430)는 CMD(400)로부터 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 수신한다. 결함 표시자는 CMD(400)의 개개의 센서에 의해 셀 그룹에서 획득된 측정치(들)에 기반하여 CMD(400)가 셀 그룹에서 결함을 검출하거나 결정했음을 나타낸다. 결함 표시자는 또한 결함을 식별하거나, 결함의 심각도 수준을 포함하거나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
결함 데이터는 CMD(400)가 결함을 결정한 시기를 나타내는 타임스탬프와 같은 타이밍 정보를 포함한다. 결함 데이터는 또한 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 획득되고 결함을 결정하기 위해 사용되는 센서 측정치(들), 센서 측정치로부터 도출된 측정치, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. CMD(400)는 단계(1605)에서 BMS(430)에 의해 전송된 요청에 응답하는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 전송할 수 있다.
CMD(400)에 의해 전송된 상태 업데이트는 CMD(400)에 의해 전송된 이전 상태 업데이트 이후 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, 특정 시간 기간 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, CMD(400)의 수명 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함, BMS(430)가 전원이 꺼지거나, 비활성이거나, 그렇지 않으면 CMD(400)와 통신하지 않는 동안 셀 그룹에서 CMD(400)에 의해 결정된 모든 결함을 포함할 수 있다. CMD(400)에 의해 전송된 상태 업데이트는 또한 동일한 시간 기간 동안 획득된 셀 속성 측정치 또는 그러한 측정치의 도출물, 또는 CMD(400)가 어떠한 결함도 검출하지 않는 둘 모두를 포함할 수 있다.
단계(1615)에서, BMS(430)는 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하여 검출된 결함에 반응하는 조치가 필요한지 결정한다. 예를 들어, 조치는 BMS(430)이 배터리 시스템의 상태를 결함 조건으로 업데이트하고 CMD(400)로부터 수신된 데이터를 외부 시스템으로 송신하는 것일 수 있다.
도 9 내지 도 14를 참조하여 논의된 바와 같이, BMS(430)는 BMS(430)에 저장된 대응하는 셀 모드 모델(들)을 사용하여 수신된 결함 데이터를 분석하여 셀 그룹이 결함을 경험했다는 CMD(400)에 의한 결정을 확인할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 도 9 내지 도 14를 참조하여 또한 논의된 바와 같이, BMS는 개개의 하나 이상의 다른 CMD(400)로부터 하나 이상의 다른 셀 그룹에 대한 상태 업데이트를 요청할 수 있고, 상태 업데이트를 수신하면, 제1 CMD(400)에서 수신된 결함 데이터를 하나 이상의 다른 셀 그룹을 모니터링하는 하나 이상의 다른 CMD(400)에서 수신된 상태 업데이트에 포함된 데이터와 함께 분석하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했는지를 확인할 수 있다. 하나 이상의 다른 셀 그룹은 제1 셀 그룹에 인접한 셀 그룹, BMS(430)에 의해 모니터링되는 선택된 수의 셀 그룹 또는 BMS(430)에 의해 모니터링되는 다른 모든 셀 그룹일 수 있다.
단계(1620)에서, BMS(430)는 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱한 결과를 저장한다. 예를 들어, BMS(430)는 배터리 시스템의 상태를 업데이트하여 결함을 경험했거나 결함 조건에 있음을 나타내고, 결함의 유형, 결함이 발생한 위치 및 다른 관련 데이터를 나타낼 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, BMS(430)는 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 저장한다.
단계(1625)에서, BMS(430)는 외부 시스템으로부터, 셀 그룹을 구성하는 배터리 시스템 상의 상태 업데이트에 대한 요청을 수신할 수 있다. 단계(1630)에서, BMS(430)는 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터 및/또는 CMD(400)로부터 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱한 결과를 외부 시스템으로 송신한다.
BMS는 배터리 시스템을 형성하는 배터리 셀의 상태를 모니터링하는 모든 CMD(400)에 대해 단계(1605 내지 1630)를 반복할 수 있다.
본 개시의 다양한실시예의 설명은 예시의 목적으로 제시되었지만, 본 개시의 범위를 총망라하거나 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 개시된 실시예의 많은 수정 및 변동은 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 개시된 실시예로부터 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시의 실시예를 개시하기 위해 본원에서 사용된 용어는 실시예의 원리, 시장에서 발견되는 기술에 대한 실질적인 응용 또는 기술적 개선을 가장 잘 설명하거나, 또는 통상의 기술자가 본원에 개시된 실시예를 이해할 수 있게 하기 위해 선택되었다.
명확성을 위해 별도의 실시예의 맥락에서 설명된 본 개시의 특정 특징이 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있는 것이 인식된다. 반대로, 단일 실시예의 맥락에서 간결성을 위해 설명된 본 개시의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 서브-조합으로 또는 본 개시의 임의의 다른 실시예에 적합한 것으로 제공될 수 있다. 다양한 실시예의 맥락에서 설명된 특정 특징은, 실시예가 이들 요소 없이 동작하지 않는 한, 이들 실시예의 본질적 특징으로 간주되지 않는다.
본 개시가 특정 실시예와 함께 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 통상의 기술자에게 자명할 것이 명백하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상과 넓은 범위에 속하는 모든 이러한 대안, 수정 및 변형을 포함하는 것이 의도된다.
본 개시의 추가 특징은 다음 항목에서 설명된다:
1.
셀 모니터링 디바이스(CMD)에 의해, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹을 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 방법은:
셀 그룹의 CMD에 의해, 셀 그룹의 하나 이상의 속성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서로부터, 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 적어도 하나의 측정치를 수신하는 단계 - CMD는 셀 그룹에 대해 구성된 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델을 포함함 -;
셀 그룹이 결함을 경험했는지 여부를 결정하기 위해 셀 그룹의 대응하는 셀 모델을 사용하여 CMD에 의해 수신된 적어도 하나의 측정치를 프로세싱하는 단계;
셀 그룹에서 제1 결함을 결정한 것에 응답하여, 셀 그룹이 제1 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자, 및 제1 결함과 관련된 결함 데이터를 CMD의 메모리에 저장하는 단계 - 결함 데이터는 제1 결함이 CMD에 의해 결정되었을 때 생성된 타임 스탬프를 포함함 -;
CMD의 메모리로부터, 제1 결함과 관련된 결함 표시자 및 결함 데이터를 포함하여, 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 검색하는 단계 - 각각의 결함 표시자는 셀 그룹이 대응하는 결함을 경험했음을 나타냄 -; 및
CMD에 의해, 셀 그룹을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성된 배터리 관리 시스템(BMS) 또는 셀 그룹을 포함하는 배터리에 관한 데이터를 수집하도록 구성된 외부 디바이스에 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 통신하는 단계를 포함하는, 방법.
2.
항목 1에 있어서, 각각의 결정된 결함에 대해, 관련된 결함 데이터는: 결함을 결정하는 데 사용되는 CMD의 하나 이상의 센서 측정치, 또는 결함을 검출하는 데 사용되는 CMD의 하나 이상의 도출된 측정치 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
3.
항목 1 또는 항목 2에 있어서, 각각의 결정된 결함에 대해, 결함 표시자는 결함을 식별하는, 방법.
4.
항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 수신된 적어도 하나의 측정치에 기반하여, 제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 단계를 더 포함하고, 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나인, 방법.
5.
항목 4에 있어서, 제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 단계는:
CMD가 셀 그룹에서 하나 이상의 다른 결함을 결정한 후 미리 정의된 기간 내에 CMD가 제1 결함을 결정할 때 제1 결함의 심각도 수준을 지연된 위험에서 즉각적인 위험으로 또는 성능저하 위험에서 즉각적인 위험으로 업그레이드하는 단계를 포함하는, 방법.
6.
항목 4 또는 항목 5에 있어서, 제1 결함의 결함 표시자는 제1 결함의 심각도 수준을 식별하는, 방법.
7.
항목 1 내지 항목 6 중 어느 한 항목에 있어서,
어떠한 결함도 셀 그룹에서 결정되지 않을 때 CMD에 의해 수신 및 프로세싱 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
8.
항목 1 내지 항목 7 중 어느 한 항목에 있어서,
복수의 결함을 검출하기 위해 CMD에 의한 수신, 프로세싱 및 저장 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
9.
항목 8에 있어서, 수신, 프로세싱 및 저장 단계는 BMS 또는 외부 디바이스와 관계없이 CMD에 의해 반복되는, 방법.
10.
항목 7 내지 항목 9 중 어느 한 항목에 있어서, 수신 및 프로세싱 단계는 CMD가 제1 모드에 있는지 제2 모드에 있는지 여부, 및/또는 적어도 하나의 측정 유형 중 적어도 하나에 따라 다양한 주파수로 반복되는, 방법.
11.
항목 1 내지 항목 10 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 결함을 결정하는 단계는:
셀 그룹의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치의 시퀀스를 프로세싱하는 단계 및 시퀀스에서 미리 정의된 개수의 측정치에 기반하여 셀 그룹이 결함을 경험했음을 셀 그룹의 대응하는 셀 모델에 대한 CMD에 의해 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
12.
항목 1 내지 항목 11 중 어느 한 항목에 있어서, BMS에 통신하는 단계는:
제1 결함을 결정한 것에 응답하여, CMD에 의해 BMS로 경고를 송신하는 단계; 및
하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하는 셀 그룹의 상태 업데이트를 CMD로부터 BMS로 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
13.
항목 12에 있어서, 상태 업데이트는 BMS로부터 수신된 요청에 응답하여 송신되는, 방법.
14.
항목 12 또는 항목 13에 있어서, 경고는 BMS가 하나의 모드에서 다른 모드로 전이하도록 구성된 신호인, 방법.
15.
항목 12 내지 항목 14 중 어느 한 항목에 있어서, 경고는 검출된 제1 결함이 즉각적인 위험의 심각도 수준을 갖는 것으로 결정되면 CMD에 의해 BMS로 송신되는, 방법.
16.
항목 1 내지 항목 11 중 어느 한 항목에 있어서, BMS에 통신하는 단계는:
하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하는 셀 그룹의 상태 업데이트를 CMD로부터 BMS로 송신하는 단계를 포함하고,
상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 BMS로부터 수신된 요청에 응답하여 CMD에 의해 BMS로 송신되는, 방법.
17.
항목 12 내지 항목 16 중 어느 한 항목에 있어서, 상태 업데이트는:
CMD에 의해 BMS로 송신된 이전 상태 업데이트 이후 셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
미리 정의된 시간 범위 동안 셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는
CMD에 의해 검출된 모든 결함 중 하나에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하고,
모든 관련 결함은 개개의 결함 데이터에 포함된 타임스탬프에 기반하여 식별되는, 방법.
18.
항목 1 내지 항목 17 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 결함은 동작 결함이고, 동작 결함은 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어난 것으로 결정될 때 CMD에 의해 결정되고, 안전 및 정상 동작 한계치는 획득된 측정치에 대응하고 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델에 의해 정의되는, 방법.
19.
항목 18에 있어서, 동작 결함은 셀 그룹에서 획득된 적어도 하나의 측정치가:
셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하거나,
셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 방전 전류를 초과하거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하거나,
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나, 또는
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압보다 낮은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법.
20.
항목 1 내지 항목 17 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 결함은 거동 결함이고, 거동 결함은 셀 그룹의 성능이 셀 그룹의 예상 성능으로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정되고, 셀 그룹의 예상 성능은:
적어도 하나의 셀 모델, 및/또는
하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능에 의해 정의되고, 획득된 측정치는 CMD에 의해 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 개개의 하나 이상의 CMD로부터 수신되는, 방법.
21.
항목 20에 있어서, 거동 결함은 셀 그룹에서 획득된 적어도 하나의 측정치가:
셀 그룹의 온도 변화율이 공지된 자극과 셀 그룹의 현재 상태에 대한 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는
셀 그룹의 전압 변화율이 공지된 자극과 셀 그룹의 현재 상태에 대한 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법.
22.
항목 20 또는 항목 21에 있어서,
CMD에 의해 하나 이상의 이웃 CMD로부터, 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 각각 획득되고 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하는 측정치를 수신하는 단계를 포함하고,
거동 결함은 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 검출된 변화 또는 변화율로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정되는, 방법.
23.
항목 1 내지 항목 22 중 어느 한 항목에 있어서, 적어도 하나의 센서는: 셀 그룹에 인접한 센서, 셀 그룹에 위치된 센서, 셀 그룹 내에 위치된 센서, 셀 그룹과 통합된 센서, 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 위치된 센서, 또는 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀과 통합되어 위치된 센서 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
24.
항목 1 내지 항목 23 중 어느 한 항목에 있어서, 적어도 하나의 센서는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 센서 및 셀 그룹의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 상이한 센서를 포함하는, 방법.
25.
항목 1 내지 항목 24 중 어느 한 항목에 있어서, 적어도 하나의 센서는:
셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 센서,
셀 그룹 외부의 온도를 측정하기 위한 외부 온도 센서,
셀 그룹의 온도를 측정하기 위해 CMD와 통합된 온도 센서,
배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합된 온도 센서,
배터리 셀 내의 온도를 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 온도 센서,
배터리 셀 내의 가스 압력을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 가스 압력 센서,
배터리 셀에 의해 외부 표면에 가해지는 힘을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 하나의 배터리 셀 내에 통합된 힘 센서,
내부 압력 변화에 의해 야기되는 셀의 배터리 셀 인클로저의 편향을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 하나의 배터리 셀 내에 통합된 스트레인 게이지,
셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 습도를 측정하기 위한 습도 센서,
셀 손상의 미리 결정된 화학적 부산물을 측정하기 위한 화학적 센서, 또는
셀 그룹 또는 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀을 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 센서 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
26.
항목 1 내지 항목 25 중 어느 한 항목에 있어서,
하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 BMS 또는 외부 디바이스에 통신하기 전에 CMD의 메모리로부터 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하고, 프로세싱하는 단계는:
BMS 또는 외부 디바이스로 송신하기 위해 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 압축하는 단계, 또는
BMS 또는 외부 디바이스로 송신하기 위해 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 암호화하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
27.
셀 모니터링 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때, 셀 모니터링 디바이스가 항목 1 내지 항목 26 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체.
28.
셀 모니터링 디바이스가 항목 1 내지 항목 26 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부.
29.
하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹과 조립하도록 구성된 셀 모니터링 디바이스(CMD)에 있어서, CMD는:
셀 그룹에서 CMD에 의해 결정된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장하기 위한 메모리;
적어도 하나의 센서를 제어하기 위한 센서 서브시스템; 및
항목 28의 회로부를 포함하는, 셀 모니터링 디바이스.
30.
항목 29에 있어서, CMD는 제1 모드 및 제2 모드에서 동작하도록 구성되고, CMD는 셀 그룹이 제2 모드에서 동작하는 동안 보다 제1 모드에서 동작하는 동안 덜 빈번하게 결함을 경험하는지 여부를 결정하기 위해 셀 그룹의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치를 수신하고 프로세싱하도록 구성된, 셀 모니터링 디바이스.
31.
배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 배터리를 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 상기 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀, 셀 그룹의 셀 모니터링 디바이스(CMD)를 포함하고, 상기 방법은,
복수의 셀 그룹 중 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터, 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신하는 단계 - 결함 표시자는 제1 셀 그룹의 적어도 하나의 센서로부터 획득된 측정치에 기반하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했다고 제1 CMD가 결정했음을 나타내고, 결함 데이터는 결함과 관련되고 타임스탬프를 포함함 -;
결정된 결함에 응답하는 조치가 필요한지를 결정하기 위해 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계; 및
프로세싱된 데이터를 외부 시스템으로 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
32.
항목 31에 있어서,
배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 수신하는 단계;
배터리를 전원에 연결하기 전에 배터리의 상태 검사를 수행하는 단계 - 상태 검사를 수행하는 단계는 수신 및 프로세싱 단계를 포함함 -; 및
결함 표시자 및 결함 데이터를 수신한 것에 대한 응답으로 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 무시하는 단계를 포함하는, 방법.
33.
항목 31 또는 항목 32에 있어서, 결함 데이터는 결함을 결정하기 위해 제1 CMD에 의해 사용되는 하나 이상의 센서 측정치를 포함하는, 방법.
34.
항목 31 내지 항목 33 중 어느 한 항목에 있어서, 결함 표시자는: 결함 또는 결함의 심각도 수준 중 적어도 하나를 식별하고, 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나인, 방법.
35.
항목 31 내지 항목 34 중 어느 한 항목에 있어서,
BMS에, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 저장하는 단계;
BMS에 의해, 외부 시스템으로부터 배터리 상태 업데이트 요청을 수신하는 단계, 및
배터리의 상태 업데이트를 외부 시스템으로 송신하는 단계 - 상태 업데이트는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함함 -를 포함하는, 방법.
36.
항목 31 내지 항목 35 중 어느 한 항목에 있어서, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는:
BMS에 저장된 대응하는 셀 모델을 사용하여 수신된 결함 데이터를 분석하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
37.
항목 31 내지 항목 36 중 어느 한 항목에 있어서, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는:
개개의 하나 이상의 제2 CMD로부터 복수의 셀 그룹 중 하나 이상의 제2 셀 그룹의 상태 업데이트를 요청하는 단계;
하나 이상의 제2 CMD로부터 하나 이상의 제2 셀 그룹의 상태 업데이트를 수신하는 단계 - 상태 업데이트는: 각각 하나 이상의 제2 셀 그룹에서 로컬 센서에 의해 획득된 측정치 또는 하나 이상의 제2 셀 그룹에서 하나 이상의 제2 CMD에 의해 검출된 하나 이상의 결함에 관련된 결함 데이터 중 적어도 하나를 포함하고, 관련 결함 데이터는 대응하는 하나 이상의 타임스탬프를 포함함 -; 및
하나 이상의 제2 CMD로부터 수신된 상태 업데이트에 포함된 데이터와 조합하여 제1 CMD로부터 수신된 결함 데이터를 분석하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
38.
항목 37에 있어서, 하나 이상의 제2 셀 그룹은 제1 셀 그룹 또는 복수의 셀 그룹 중 나머지 셀 그룹에 인접한 셀 그룹인, 방법.
39.
항목 31 내지 항목 38 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹이 결함을 경험했다고 제1 CMD가 결정했음을 나타내는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 제1 CMD에 의해 BMS로 송신되는 상태 업데이트의 일부로서 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터 수신되고, 상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 BMS에 의해 제1 CMD로 전송된 상태 업데이트 요청에 응답하여 BMS에 의해 수신된, 방법.
40.
항목 39에 있어서, 제1 CMD의 상태 업데이트는,
BMS에 의해 제1 CMD로부터 수신된 이전 상태 업데이트 이후 제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
미리 정의된 시간 범위 동안 제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는
BMS가 전원이 꺼졌거나 비활성 상태인 동안 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함 중 하나에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하는, 방법.
41.
항목 31 내지 항목 38 중 어느 한 항목에 있어서, BMS는 제1 CMD로부터 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 수신하기 전에 비활성 모드에 있고, 방법은:
비활성 모드의 BMS에 의해, 제1 CMD로부터 웨이크업 신호를 수신하는 단계;
웨이크업 신호에 응답하여, BMS를 비활성 모드에서 활성 모드로 전이하여 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하는, 방법.
42.
항목 41에 있어서, 제1 CMD에 의해 결정된 결함은 CMD에 의해 즉각적인 위험으로 분류된, 방법.
43.
항목 41 또는 항목 42에 있어서, 웨이크 신호는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 동반되고, 이에 의해 웨이크 신호, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 BMS가 비활성 모드에 있는 동안 BMS에 의해 제1 CMD로부터 수신된, 방법.
44.
항목 41 또는 항목 42에 있어서,
웨이크업 신호에 응답하여, BMS로부터 제1 CMD로 상태 업데이트 요청을 송신하는 단계를 포함하고, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 상태 업데이트 요청에 응답하여 제1 CMD로부터 수신된, 방법.
45.
항목 31 내지 항목 44 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 동작 결함이고, 동작 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어나는 것으로 결정될 때 결정되고, 안전 및 정상 동작 한계치는 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하고 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델에 의해 정의된, 방법.
46.
항목 45에 있어서, 동작 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가:
제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하거나,
제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 방전 전류를 초과하거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하거나,
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나, 또는
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압보다 낮은 조건 중 하나 이상을 충족할 때 결정된, 방법.
47.
항목 31 내지 항목 44 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 거동 결함이고, 거동 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 제1 셀 그룹의 예상 성능에서 벗어날 때 검출될 수 있고, 제1 셀 그룹의 예상 성능은: 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델 또는 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 복수의 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능 중 적어도 하나에 의해 정의된, 방법.
48.
항목 47에 있어서, 거동 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가:
셀 그룹의 온도 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는
제1 셀 그룹의 전압 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정된, 방법.
49.
항목 47 또는 항목 48에 있어서,
BMS에 의해 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 CMD로부터, 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 각각 획득되고 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하는 측정치를 수신하는 단계를 포함하고,
거동 결함은 제1 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 결정된 변화 또는 변화율로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정된, 방법.
50.
항목 37 내지 항목 49 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹에서 획득되고 결함 데이터로서 BMS에 의해 수신된 측정치는: 제1 셀 그룹에서 검출된 전압, 셀 그룹 외부에서 검출된 온도, 제1 셀 그룹의 온도, 제1 셀 그룹의 셀 또는 셀 내부의 온도, 제1 셀 그룹의 셀 내부 가스 압력, 제1 셀 그룹의 셀에 의해 셀의 외부 표면에 가해지는 힘, 내부 압력의 변화에 의해 야기되는 제1 셀 그룹의 셀의 셀 인클로저의 편향, 제1 셀 그룹 또는 제1 셀 그룹의 셀의 습도 수준, 셀 손상을 나타내는 미리 결정된 화학물, 또는 제1 셀 그룹을 통하거나 제1 셀 그룹 내의 셀을 통해 흐르는 전류 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
51.
BMS의 프로세서에 의해 실행될 때, BMS로 하여금 항목 31 내지 항목 50 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체.
52.
배터리 관리 시스템(BMS)이 항목 31 내지 항목 50 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부.
53.
배터리의 셀 모니터링 디바이스와 통신하도록 구성된 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀, 및 셀 그룹의 셀 모니터링 디바이스를 포함하고, 상기 BMS는,
복수의 셀 그룹에서 결정된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장하기 위한 메모리;
항목 52의 회로부를 포함하는, 배터리 관리 시스템.
54.
배터리 관리 시스템(BMS) - 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀을 포함함 -, 및 대응하는 셀 모니터링 디바이스(CMD)에 의해 배터리를 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 방법은:
BMS에 의해 복수의 셀 그룹 중 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터, 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신하는 단계 -
결함 표시자는 제1 CMD의 적어도 하나의 센서에 의해 제1 셀 그룹의 하나 이상의 셀에서 획득된 셀 속성의 하나 이상의 측정치에 기반하여 제1 CMD가 제1 셀 그룹에서 결함을 결정했음을 나타내고,
결함 데이터는 결정된 결함과 관련되고 제1 CMD가 결함을 결정한 시기를 나타내는 타임스탬프를 포함함 -; 및
결함에 응답하는 조치를 결정하기 위해 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하는, 방법.
55.
항목 54에 있어서,
배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 수신하는 단계;
배터리를 전원에 연결하기 전에 배터리의 상태를 검사하는 단계 - 상태를 검사하는 단계는 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신하여 프로세싱하는 단계를 포함함 -; 및
수신된 결함 표시자 및 결함 데이터의 프로세싱에 응답하여 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 거부하는 단계; 및
선택적으로, 배터리가 결함 조건을 경험했다는 경고를 발행하는 단계를 포함하는, 방법.
56.
항목 54 또는 항목 55에 있어서, 결함 데이터는 결함을 결정하기 위해 제1 CMD에 의해 사용되는 적어도 하나의 측정치를 포함하고, 적어도 하나의 측정치는 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치 또는 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에 기반하여 도출된 측정치 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
57.
항목 54 내지 항목 56 중 어느 한 항목에 있어서, 결함 표시자는: 결함 또는 결함의 심각도 수준 중 하나 이상을 나타내고, 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나인, 방법.
58.
항목 54 내지 항목 57 중 어느 한 항목에 있어서, 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는 제1 CMD로부터 수신된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 BMS에 저장하는 단계를 포함하고, 방법은:
외부 시스템으로부터, 배터리 상태 업데이트 요청을 수신하는 단계; 및
배터리 상태 업데이트를 외부 시스템으로 송신하는 단계 - 상태 업데이트는 BMS에 저장된 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함함 -를 포함하는, 방법.
59.
항목 54 내지 항목 58 중 어느 한 항목에 있어서, 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는:
BMS에 저장되고 제1 셀 그룹의 하나 이상의 셀에 대응하는 하나 이상의 셀 모델을 수신된 결함 데이터와 함께 사용하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
60.
항목 54 내지 항목 59 중 어느 한 항목에 있어서, 수신된 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는:
제2 셀 그룹의 CMD로부터, 복수의 셀 그룹 중 제2 셀 그룹에 대한 상태 업데이트를 수신하는 단계 - 상태 업데이트는:
제2 CMD의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 제2 셀 그룹의 하나 이상의 셀의 하나 이상의 셀 속성에 대한 하나 이상의 측정치, 또는
제2 셀 그룹에서 제2 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함과 관련된 결함 데이터 - 결함 데이터는 제2 CMD가 하나 이상의 결함을 각각 결정한 시기를 나타내는 하나 이상의 타임스탬프 중 적어도 하나를 포함함 -; 및
제1 CMD로부터 수신된 결함 데이터와 제2 CMD로부터 수신된 상태 업데이트에 포함된 데이터를 비교하여 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
61.
항목 60에 있어서,
제1 CMD로부터 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신할 때, 제2 CMD로 상태 요청을 송신하는 단계를 포함하고,
제2 셀 그룹에 대한 상태 업데이트는 상태 요청에 응답하여 BMS에 의해 수신된, 방법.
62.
항목 60 또는 항목 61에 있어서, 제2 셀 그룹은 제1 셀 그룹에 인접한 하나 이상의 셀을 포함하거나, 방법은 복수의 셀 그룹 중 각각의 셀 그룹에 대해 수신 및 비교 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
63.
항목 54 내지 항목 62 중 어느 한 항목에 있어서,
제1 셀 그룹이 결함을 경험했다고 제1 CMD가 결정했음을 나타내는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 제1 CMD에 의해 BMS로 제공되는 상태 업데이트의 일부로서 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터 수신되고, 상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 BMS에 의해 제1 CMD로 송신된 상태 업데이트 요청에 응답하여 BMS에 의해 수신되고;
제1 CMD의 상태 업데이트는,
BMS에 의해 제1 CMD로부터 수신된 이전 상태 업데이트 이후 제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
미리 정의된 시간 기간 동안 제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
제1 셀 그룹의 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는
BMS가 전원이 꺼졌거나 비활성 상태인 동안 제1 셀 그룹에서 제1 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하는, 방법.
64.
항목 54 내지 항목 63 중 어느 한 항목에 있어서, BMS는 제1 CMD로부터 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 수신하기 전에 슬립 모드에 있고, 방법은:
슬립 모드에 있는 BMS에 의해, 제1 CMD가 결함을 검출했음을 나타내는 경고 신호를 제1 CMD로부터 수신하는 단계;
경고 신호에 응답하여, BMS를 슬립 모드에서 활성 모드로 전이하여 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하고,
제1 CMD에 의해 결정된 결함은 CMD에 의해 즉각적인 위험으로 분류된, 방법.
65.
항목 64에 있어서,
경고 신호에 응답하여, BMS로부터 제1 CMD로 상태 업데이트 요청을 송신하는 단계를 포함하고, 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 상태 업데이트 요청에 응답하여 제1 CMD로부터 수신된, 방법.
66.
항목 54 내지 항목 65 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹에서 획득되고 BMS에 의해 결함 데이터로서 수신된 측정치는:
제1 셀 그룹에서 검출된 전압,
셀 그룹 외부에서 검출된 온도,
제1 셀 그룹의 온도,
제1 셀 그룹의 셀 또는 셀 내부의 온도,
제1 셀 그룹의 셀 내의 가스 압력,
제1 셀 그룹의 셀에 의해 셀의 외부 표면에 가해지는 힘,
내부 압력의 변화에 의해 야기되는 제1 셀 그룹의 셀 인클로저의 편향,
제1 셀 그룹 또는 제1 셀 그룹의 셀의 습도 수준,
셀 손상을 나타내는 미리 결정된 화학물, 또는
제1 셀 그룹 또는 제1 셀 그룹 내의 셀을 통해 흐르는 전류 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
67.
항목 54 내지 항목 66 중 어느 한 항목에 있어서, 제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 동작 결함 또는 거동 결함이고,
동작 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어나는 것으로 결정될 때 결정되고, 안전 및 정상 동작 한계치는 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하고 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델에 의해 정의되고,
거동 결함은 제1 셀 그룹의 성능이 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 제1 셀 그룹의 예상 성능에서 벗어날 때 결정되고, 제1 셀 그룹의 예상 성능은: 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델 또는 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 로컬 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 복수의 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능 중 적어도 하나에 의해 정의된, 방법.
68.
항목 67에 있어서,
동작 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가:
제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하거나,
제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 방전 전류를 초과하거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮거나,
셀 그룹에서 취해진 온도가 제1 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하거나,
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나,
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압보다 낮거나,
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 압력이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나, 또는
셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀의 셀 압력이 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 압력보다 낮은 조건 중 하나 이상을 충족할 때 결정되고;
그리고
거동 결함은 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가:
셀 그룹의 온도 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는
셀 그룹의 압력 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는
제1 셀 그룹의 전압 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정된, 방법.
69.
항목 67에 있어서,
BMS에 의해, 대응하는 하나 이상의 이웃 CMD에 의해 제1 그룹에 이웃하는 하나 이상의 셀 그룹에서 획득된 측정치를 수신하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 측정치는 제1 셀 그룹에서 획득되고 하나 이상의 인접 CMD로부터 수신된 측정치에 대응하고,
거동 결함은, 제1 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 결정된 변화 또는 변화율로부터 대응 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정된, 방법.
70.
배터리 관리 시스템(BMS)이 항목 54 내지 항목 69 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부.
Claims (53)
- 셀 모니터링 디바이스(CMD)에 의해, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹을 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
상기 셀 그룹의 CMD에 의해, 상기 셀 그룹의 하나 이상의 속성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서로부터, 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 적어도 하나의 측정치를 수신하는 단계 - 상기 CMD는 상기 셀 그룹에 대해 구성된 상기 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델을 포함함 -;
상기 셀 그룹이 결함을 경험했는지 여부를 결정하기 위해 상기 셀 그룹의 대응하는 셀 모델을 사용하여 상기 CMD에 의해 수신된 적어도 하나의 측정치를 프로세싱하는 단계;
상기 셀 그룹에서 제1 결함을 결정한 것에 응답하여, 상기 셀 그룹이 상기 제1 결함을 경험했음을 나타내는 결함 표시자, 및 상기 제1 결함과 관련된 결함 데이터를 상기 CMD의 메모리에 저장하는 단계 - 상기 결함 데이터는 상기 제1 결함이 상기 CMD에 의해 결정되었을 때 생성된 타임 스탬프를 포함함 -;
상기 CMD의 메모리로부터, 상기 제1 결함과 관련된 결함 표시자 및 결함 데이터를 포함하여, 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 검색하는 단계 - 각각의 결함 표시자는 상기 셀 그룹이 대응하는 결함을 경험했음을 나타냄 -; 및
상기 CMD에 의해, 상기 셀 그룹을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성된 배터리 관리 시스템(BMS) 또는 상기 셀 그룹을 포함하는 배터리에 관한 데이터를 수집하도록 구성된 외부 디바이스에 검색된 상기 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 통신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 각각의 결정된 결함에 대해, 관련된 결함 데이터는, 상기 결함을 결정하는 데 사용되는 상기 CMD의 하나 이상의 센서 측정치, 또는 상기 결함을 검출하는 데 사용되는 상기 CMD의 하나 이상의 도출된 측정치 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 결정된 결함에 대해, 상기 결함 표시자는 상기 결함을 식별하는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신된 적어도 하나의 측정치에 기반하여, 제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나인, 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 결함의 심각도 수준을 결정하는 단계는,
상기 CMD가 상기 셀 그룹에서 하나 이상의 다른 결함을 결정한 후 미리 정의된 기간 내에 상기 제1 결함을 결정할 때 상기 제1 결함의 심각도 수준을 상기 지연된 위험에서 상기 즉각적인 위험으로 또는 상기 성능저하 위험에서 상기 즉각적인 위험으로 업그레이드하는 단계를 포함하는, 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 결함의 상기 결함 표시자는 상기 제1 결함의 심각도 수준을 식별하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
어떠한 결함도 상기 셀 그룹에서 결정되지 않을 때 상기 CMD에 의해 수신 및 프로세싱 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 결함을 검출하기 위해 상기 CMD에 의한 수신, 프로세싱 및 저장 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서, 상기 수신, 프로세싱 및 저장 단계는 상기 BMS 또는 상기 외부 디바이스와 관계없이 상기 CMD에 의해 반복되는, 방법.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신 및 프로세싱 단계는 상기 CMD가 제1 모드에 있는지 제2 모드에 있는지 여부, 또는 적어도 하나의 측정 유형 중 적어도 하나에 의존하여 다양한 주파수로 반복되는, 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 결함을 결정하는 단계는,
상기 셀 그룹의 상기 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치의 시퀀스를 프로세싱하는 단계 및 상기 시퀀스에서 미리 정의된 개수의 측정치에 기반하여 상기 셀 그룹이 결함을 경험했음을 상기 셀 그룹의 대응하는 셀 모델에 대한 상기 CMD에 의해 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BMS로 통신하는 단계는,
상기 제1 결함을 결정한 것에 응답하여, 상기 CMD에 의해 상기 BMS로 경고를 송신하는 단계; 및
상기 하나 이상의 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 포함하는 상기 셀 그룹의 상태 업데이트를 상기 CMD로부터 상기 BMS로 송신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서, 상기 상태 업데이트는 상기 BMS로부터 수신된 요청에 대한 응답으로 송신되는, 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 경고는 상기 BMS가 하나의 모드에서 다른 모드로 전이하도록 구성된 신호인, 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경고는 상기 검출된 제1 결함이 즉각적인 위험의 심각도 수준을 갖는 것으로 결정되면 상기 CMD에 의해 상기 BMS로 송신되는, 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BMS로 통신하는 단계는,
상기 하나 이상의 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 포함하는 상기 셀 그룹의 상태 업데이트를 상기 CMD로부터 상기 BMS로 송신하는 단계를 포함하고,
상기 상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 상기 BMS로부터 수신된 요청에 응답하여 상기 CMD에 의해 상기 BMS로 송신되는, 방법. - 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상태 업데이트는,
상기 CMD에 의해 상기 BMS로 송신된 이전 상태 업데이트 이후 상기 셀 그룹에서 상기 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
미리 정의된 시간 범위 동안 상기 셀 그룹에서 상기 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는
상기 CMD에 의해 검출된 모든 결함 중 하나에 관한 상기 하나 이상의 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 포함하고,
상기 모든 관련 결함은 개개의 결함 데이터에 포함된 타임스탬프에 기반하여 식별되는, 방법. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 결함은 동작 결함(operational fault)이고, 상기 동작 결함은 상기 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어난 것으로 결정될 때 상기 CMD에 의해 결정되고, 상기 안전 및 정상 동작 한계치는 상기 획득된 측정치에 대응하고, 상기 셀 그룹의 적어도 하나의 셀 모델에 의해 정의되는, 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 동작 결함은 상기 셀 그룹에서 획득된 상기 적어도 하나의 측정치가,
상기 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하거나,
상기 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 방전 전류를 초과하거나,
상기 셀 그룹에서 취해진 온도가 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮거나,
상기 셀 그룹에서 취해진 온도가 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하거나,
상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나, 또는
상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압보다 낮은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 결함은 거동 결함(behavioural fault)이고, 상기 거동 결함은 상기 셀 그룹의 성능이 상기 셀 그룹의 예상 성능으로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정되고, 상기 셀 그룹의 예상 성능은,
상기 적어도 하나의 셀 모델, 및/또는
상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능에 의해 정의되고, 상기 획득된 측정치는 상기 CMD에 의해 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 개개의 하나 이상의 CMD로부터 수신되는, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 거동 결함은 상기 셀 그룹에서 획득된 상기 적어도 하나의 측정치가,
상기 셀 그룹의 온도 변화율이 공지된 자극과 상기 셀 그룹의 현재 상태에 대한 상기 셀 그룹의 열전 모델(thermo-electrical model)보다 크거나 작거나, 또는
상기 셀 그룹의 전압 변화율이 공지된 자극과 상기 셀 그룹의 현재 상태에 대한 상기 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법. - 제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 CMD에 의해 상기 하나 이상의 이웃 CMD로부터, 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 각각 획득되고 상기 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하는 측정치를 수신하는 단계를 포함하고,
상기 거동 결함은 상기 셀 그룹 및 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 상기 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 검출된 변화 또는 변화율로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정되는, 방법. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 상기 셀 그룹에 인접한 센서, 상기 셀 그룹에 위치된 센서, 상기 셀 그룹 내에 위치된 센서, 상기 셀 그룹과 통합된 센서, 상기 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀에 위치된 센서, 또는 상기 셀 그룹의 하나 이상의 배터리 셀과 통합되어 위치된 센서 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 센서 및 상기 셀 그룹의 전기적, 화학적 또는 물리적 속성을 측정하도록 구성된 상이한 센서를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는,
상기 셀 그룹 또는 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 센서,
상기 셀 그룹 외부의 온도를 측정하기 위한 외부 온도 센서,
상기 셀 그룹의 온도를 측정하기 위해 CMD와 통합된 온도 센서,
상기 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합된 온도 센서,
상기 배터리 셀 내의 온도를 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 온도 센서,
상기 배터리 셀 내의 가스 압력을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀 내에 통합된 가스 압력 센서,
상기 배터리 셀에 의해 외부 표면에 가해지는 힘을 측정하기 위해 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 하나의 배터리 셀 내에 통합된 힘 센서,
내부 압력 변화에 의해 야기되는 셀의 배터리 셀 인클로저의 편향(deflection)을 측정하기 위해 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀과 통합되거나 하나의 배터리 셀 내에 통합된 스트레인 게이지(strain gauge),
상기 셀 그룹 또는 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀의 습도를 측정하기 위한 습도 센서,
셀 손상의 미리 결정된 화학적 부산물을 측정하기 위한 화학적 센서, 또는
상기 셀 그룹 또는 상기 셀 그룹 내의 하나의 배터리 셀을 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 센서 중 하나 이상을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 상기 BMS 또는 상기 외부 디바이스에 통신하기 전에 상기 CMD의 메모리로부터 검색된 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하고, 상기 프로세싱하는 단계는,
상기 BMS 또는 상기 외부 디바이스로 송신하기 위해 상기 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 압축하는 단계, 또는
상기 BMS 또는 상기 외부 디바이스로 송신하기 위해 하나 이상의 결함 표시자 및 대응하는 결함 데이터를 암호화하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 방법. - 셀 모니터링 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 셀 모니터링 디바이스가 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체.
- 셀 모니터링 디바이스가 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된 회로부(circuitry).
- 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹과 조립하도록 구성된 셀 모니터링 디바이스(CMD)에 있어서,
상기 셀 그룹에서 상기 CMD에 의해 결정된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장하기 위한 메모리;
적어도 하나의 센서를 제어하기 위한 센서 서브시스템; 및
제28항의 회로부를 포함하는, 셀 모니터링 디바이스. - 제29항에 있어서, 상기 CMD는 제1 모드 및 제2 모드에서 동작하도록 구성되고, 상기 CMD는 상기 셀 그룹이 상기 제2 모드에서 동작하는 동안 보다 상기 제1 모드에서 동작하는 동안 덜 빈번하게 결함을 경험하는지 여부를 결정하기 위해 상기 셀 그룹의 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 측정치를 수신하고 프로세싱하도록 구성되는, 셀 모니터링 디바이스.
- 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 배터리를 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 상기 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀, 상기 셀 그룹의 셀 모니터링 디바이스(CMD)를 포함하고, 상기 방법은,
상기 복수의 셀 그룹 중 제1 셀 그룹의 제1 CMD로부터, 결함 표시자 및 결함 데이터를 수신하는 단계 - 상기 결함 표시자는 상기 제1 CMD가 상기 제1 셀 그룹의 적어도 하나의 센서로부터 획득된 측정치에 기반하여 상기 제1 셀 그룹이 결함을 경험했다고 결정했음을 나타내고, 상기 결함 데이터는 상기 결함에 관련되고, 타임스탬프를 포함함 -;
결정된 상기 결함에 응답하는 조치가 필요한지를 결정하기 위해 수신된 상기 결함 표시자 및 결함 데이터를 프로세싱하는 단계; 및
프로세싱된 상기 데이터를 외부 시스템으로 송신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제31항에 있어서,
상기 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 수신하는 단계;
상기 배터리를 전원에 연결하기 전에 상기 배터리의 상태 검사를 수행하는 단계 - 상기 상태 검사를 수행하는 단계는 상기 수신 및 프로세싱 단계를 포함함 -; 및
상기 결함 표시자 및 상기 결함 데이터를 수신한 것에 대한 응답으로 상기 배터리를 전원에 연결하라는 커맨드를 무시하는 단계를 포함하는, 방법. - 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 결함 데이터는 상기 결함을 결정하기 위해 상기 제1 CMD에 의해 사용되는 하나 이상의 센서 측정치를 포함하는, 방법.
- 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 표시자는 상기 결함 또는 상기 결함의 심각도 수준 중 적어도 하나를 식별하고, 상기 심각도 수준은 즉각적인 위험, 지연된 위험 또는 성능저하 위험 중 하나인, 방법.
- 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 BMS에, 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 저장하는 단계;
상기 BMS에 의해, 외부 시스템으로부터 배터리 상태 업데이트 요청을 수신하는 단계, 및
상기 배터리의 상태 업데이트를 상기 외부 시스템으로 송신하는 단계 - 상기 상태 업데이트는 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 포함함 -를 포함하는, 방법. - 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는,
상기 BMS에 저장된 대응하는 셀 모델을 사용하여 수신된 상기 결함 데이터를 분석하여 상기 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법. - 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계는,
개개의 하나 이상의 제2 CMD로부터 상기 복수의 셀 그룹 중 하나 이상의 제2 셀 그룹의 상태 업데이트를 요청하는 단계;
상기 하나 이상의 제2 CMD로부터 상기 하나 이상의 제2 셀 그룹의 상태 업데이트를 수신하는 단계 - 상기 상태 업데이트는, 개별적으로 하나 이상의 제2 셀 그룹에서 로컬 센서에 의해 획득된 측정치 또는 상기 하나 이상의 제2 셀 그룹에서 상기 하나 이상의 제2 CMD에 의해 검출된 하나 이상의 결함에 관련된 결함 데이터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 관련 결함 데이터는 대응하는 하나 이상의 타임스탬프를 포함함 -; 및
상기 하나 이상의 제2 CMD로부터 수신된 상태 업데이트에 포함된 데이터와 조합하여 상기 제1 CMD로부터 수신된 결함 데이터를 분석하여 상기 제1 셀 그룹이 결함을 경험했음을 확인하는 단계를 포함하는, 방법. - 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 셀 그룹은 상기 제1 셀 그룹 또는 복수의 셀 그룹 중 나머지 셀 그룹에 인접한 셀 그룹인, 방법.
- 제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 셀 그룹이 결함을 경험했다고 상기 제1 CMD가 결정했음을 나타내는 결함 표시자 및 관련 결함 데이터는 상기 제1 CMD에 의해 상기 BMS로 송신되는 상태 업데이트의 일부로서 상기 제1 셀 그룹의 상기 제1 CMD로부터 수신되고, 상기 상태 업데이트는 주기적으로, 미리 스케줄링된 시간에, 또는 상기 BMS에 의해 상기 제1 CMD로 발송된 상태 업데이트 요청에 응답하여 상기 BMS에 의해 수신되는, 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 제1 CMD의 상태 업데이트는,
상기 BMS에 의해 상기 제1 CMD로부터 수신된 이전 상태 업데이트 이후 상기 제1 셀 그룹의 상기 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
미리 정의된 시간 범위 동안 상기 제1 셀 그룹의 상기 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함,
상기 제1 셀 그룹의 상기 제1 CMD에 의해 결정된 모든 결함, 또는
상기 BMS가 전원이 꺼졌거나 비활성 상태인 동안 상기 제1 셀 그룹에서 상기 제1 CMD에 의해 결정된 하나 이상의 결함 중 하나에 관한 하나 이상의 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 포함하는, 방법. - 제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BMS는 상기 제1 CMD로부터 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터를 수신하기 전에 비활성 모드에 있고, 상기 방법은,
상기 비활성 모드의 상기 BMS에 의해, 상기 제1 CMD로부터 웨이크업 신호(wake-up signal)를 수신하는 단계;
상기 웨이크업 신호에 응답하여, 상기 BMS를 비활성 모드에서 활성 모드로 전이하여 상기 결함 표시자 및 관련 결함 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함하는, 방법. - 제41항에 있어서, 상기 제1 CMD에 의해 결정된 결함은 상기 CMD에 의해 즉각적인 위험으로 분류되는, 방법.
- 제41항 또는 제42항에 있어서, 웨이크 신호는 상기 결함 표시자 및 관련 결함 데이터가 동반되어, 상기 웨이크 신호, 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터는 상기 BMS가 비활성 모드에 있는 동안 상기 BMS에 의해 상기 제1 CMD로부터 수신되는, 방법.
- 제41항 또는 제42항에 있어서,
상기 웨이크업 신호에 응답하여, 상기 BMS로부터 상기 제1 CMD로 상태 업데이트 요청을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 결함 표시자 및 상기 관련 결함 데이터는 상기 상태 업데이트 요청에 응답하여 상기 제1 CMD로부터 수신되는, 방법. - 제31항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 동작 결함이고, 제1 셀 그룹의 성능이 미리 결정된 안전 동작 한계에 의해 정의된 안전 동작 영역을 벗어나거나 미리 결정된 정상 동작 한계에 의해 정의된 정상 동작 영역을 벗어나는 것으로 결정될 때 상기 동작 결함이 결정되고, 상기 안전 및 정상 동작 한계치는 상기 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하고, 상기 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델에 의해 정의되는, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 동작 결함은 상기 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가,
상기 제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 상기 제1 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 충전 전류를 초과하거나,
상기 제1 셀 그룹을 통해 흐르는 전류가 상기 제1 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 방전 전류를 초과하거나,
상기 셀 그룹에서 취해진 온도가 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 온도보다 낮거나,
상기 셀 그룹에서 취해진 온도가 상기 제1 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 온도를 초과하거나,
상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최대 동작 전압을 초과하거나, 또는
상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀의 셀 단자 전압이 상기 셀 그룹의 상기 하나 이상의 배터리 셀에 대해 미리 정의된 최소 동작 전압보다 낮은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법. - 제31항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 셀 그룹에서 결정된 결함은 거동 결함이고, 상기 거동 결함은 상기 제1 셀 그룹의 성능이 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 제1 셀 그룹의 예상 성능에서 벗어날 때 검출될 수 있고, 상기 제1 셀 그룹의 예상 성능은, 상기 제1 셀 그룹에 대응하는 셀 모델 또는 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 센서에 의해 획득된 측정치에 기반하여 결정된 복수의 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 성능 중 적어도 하나에 의해 정의되는, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 거동 결함은 상기 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치가,
상기 셀 그룹의 온도 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작거나, 또는
상기 제1 셀 그룹의 전압 변화율이 공지된 자극과 제1 셀 그룹의 현재 상태에 대한 제1 셀 그룹의 열전 모델보다 크거나 작은 조건 중 적어도 하나를 충족할 때 결정되는, 방법. - 제47항 또는 제48항에 있어서,
상기 BMS에 의해 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 하나 이상의 이웃 CMD로부터, 상기 하나 이상의 이웃 셀 그룹의 센서에 의해 각각 획득되고 상기 제1 셀 그룹에서 획득된 측정치에 대응하는 측정치를 수신하는 단계를 포함하고,
상기 거동 결함은 상기 제1 셀 그룹 및 하나 이상의 이웃 셀 그룹이 동일한 자극에 노출될 때, 시간 기간에 걸쳐 상기 제1 셀 그룹에서 획득된 하나 이상의 측정치에서 결정된 변화 또는 변화율이 동일한 시간 기간에 걸쳐 하나 이상의 이웃 셀 그룹에서 획득된 대응하는 하나 이상의 측정치에서 각각 결정된 변화 또는 변화율로부터 미리 정의된 임계치보다 큰 편차만큼 벗어날 때 결정되는, 방법. - 제37항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결함 데이터로서 상기 제1 셀 그룹에서 획득되고 상기 BMS에 의해 수신된 측정치는, 상기 제1 셀 그룹에서 검출된 전압, 상기 셀 그룹 외부에서 검출된 온도, 상기 제1 셀 그룹의 온도, 상기 제1 셀 그룹의 셀 또는 셀 내부의 온도, 상기 제1 셀 그룹의 셀 내부 가스 압력, 상기 제1 셀 그룹의 셀에 의해 상기 셀의 외부 표면에 가해지는 힘, 내부 압력의 변화에 의해 야기되는 상기 제1 셀 그룹의 셀의 셀 인클로저의 편향(deflection), 상기 제1 셀 그룹 또는 제1 셀 그룹의 셀의 습도 수준, 셀 손상을 나타내는 미리 결정된 화학물, 또는 상기 제1 셀 그룹을 통하거나 제1 셀 그룹 내의 셀을 통해 흐르는 전류 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
- BMS의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 BMS가 제31항 내지 제50항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 배터리 관리 시스템(BMS)이 제31항 내지 제50항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 기능을 실행하도록 구성된, 회로부.
- 배터리의 셀 모니터링 디바이스와 통신하도록 구성된 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리는 복수의 셀 그룹을 포함하고, 각각의 셀 그룹은 하나 이상의 배터리 셀, 및 상기 셀 그룹의 셀 모니터링 디바이스를 포함하고, 상기 BMS는,
상기 복수의 셀 그룹에서 결정된 결함과 관련된 결함 데이터를 저장하기 위한 메모리;
제52항의 회로부를 포함하는, 배터리 관리 시스템.
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