KR20240066006A - 배터리의 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리의 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 진단 장치는 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스, 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 측정하는 측정부와; 상기 셀 임피던스, 고정 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리의 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리의 진단 장치 및 진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조립 상태를 진단할 수 있는 배터리의 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
배터리 모듈은 복수의 배터리 셀이 전기적으로 연결되어 형성될 수 있다. 배터리 모듈 내의 복수의 배터리 셀들이 조립 불량으로 제대로 연결되지 못하면, 배터리 모듈의 성능 및 안정성이 저하될 수 있다.
따라서, 최근에는 배터리 모듈을 진단하여 배터리 모듈의 조립 이상 유무를 판별할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 조립 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리 셀 및 적어도 하나의 부품을 포함하는 배터리 모듈의 조립 상태를 검사하는 진단 장치는 상기 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스, 상기 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 상기 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 측정하는 측정부와; 상기 셀 임피던스, 고정 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 셀 임피던스들을 합산하고, 그 합산값에 상기 고정 임피던스를 합산하여 제2 모듈 임피던스를 산출하고, 상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스를 비교하여 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스의 차이가 임계치 이내인 경우, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 양호로 판정하고, 상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 불량으로 판정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 측정부는 상기 복수의 배터리 셀들 마다 상기 셀 임피던스들 측정하는 셀 측정부와; 상기 배터리 모듈의 상기 제1 모듈 임피던스를 측정하는 모듈 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 모듈 측정부는 상기 셀 측정부보다 측정 가능 전압 범위가 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 모듈 측정부는 상기 셀 측정부와 측정 가능 전압 범위가 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 진단 장치는 상기 모듈 측정부와 상기 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하며 복수의 저항들을 포함하는 전압 분배 회로를 더 구비할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전압 분배 회로는 상기 배터리 모듈로부터 입력되는 전압을 상기 복수의 저항들의 저항비에 따라 분배하여 생성된 모듈 전압을 상기 모듈 측정부에 공급할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 진단 장치는 상기 고정 임피던스가 저장된 메모리를 더 구비하며, 상기 제1 모듈 임피던스 및 상기 셀 임피던스는 주파수에 의해 변동되며, 상기 고정 임피던스는 주파수에 의해 변동되지 않는 고정값을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 셀 측정부는, 상기 복수의 배터리셀들을 최초 충전하여 활성화한 이후, 제1 시간이 지난 시점에 상기 셀 임피던스들을 측정하며, 상기 모듈 측정부는, 상기 활성화한 이후, 제2 시간이 지난 시점에 상기 제1 모듈 임피던스를 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 셀 측정부는, 상기 복수의 배터리 모듈의 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 제1 기간이 지난 시점에 상기 셀 임피던스들을 측정하며, 상기 모듈 측정부는, 상기 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 제2 기간이 지난 시점에 상기 제1 모듈 임피던스를 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기간은 상기 제2 기간과 동일한 기간일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리 셀 및 적어도 하나의 부품을 포함하는 배터리 모듈의 조립 상태를 진단하는 진단 방법은 상기 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스, 상기 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 상기 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 측정하는 단계와; 상기 셀 임피던스, 고정 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스들, 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 배터리 모듈의 조립 상태를 판단할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 조립 불량 및 배터리 모듈의 조립 불량 여부를 판단할 수 있으므로, 그에 필요한 적절한 조치를 취할 수 있기에 안전성이 향상될 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리의 진단 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 측정부의 다른 예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 셀 측정부를 통해 측정된 셀 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 모듈 측정부를 통해 측정된 제1 모듈 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리의 진단 장치를 나타내는 블록도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
제1 실시 예에 따른 진단 장치
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리의 진단 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 진단 장치(100)는 배터리 모듈(200)의 조립 공정 이후 배터리 모듈(200)의 조립 상태를 진단할 수 있다.
배터리 모듈(200)은 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)과 적어도 하나의 부품을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 배터리 모듈(200)에 포함되는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
진단 장치(100)는 배터리 모듈(200) 및 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스들을 기반으로 배터리 모듈의 조립 불량을 검출할 수 있다. 진단 장치(100)는 조립된 배터리 모듈(200)에 전기적 신호를 공급한 다음, 소정 시간이 경과한 이후에 배터리 모듈(200) 및 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 임피던스를 측정할 수 있다. 일 예로, 진단 장치(100)는 배터리 모듈(200)을 최초 충전하여 활성화한 이후, 배터리 모듈(200) 및 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 임피던스를 측정할 수 있다. 다른 예로, 진단 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(20)의 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 배터리 모듈(200) 및 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 임피던스를 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 진단 장치(100)는 측정부(120), 제어부(130) 및 메모리(140)를 포함할 수 있다.
측정부(120)는 배터리 모듈(200) 내부의 임피던스들(CZ,MZ1)을 측정하도록 셀 측정부(121) 및 모듈 측정부(122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정부(120)는 전기화학 임피던스 스펙트로스코피(Electrochemical Impedance Spectroscopy; EIS)를 이용하여, 임피던스들(CZ,MZ1)을 측정할 수 있다.
셀 측정부(121)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 셀 임피던스(CZ)를 측정하도록 구성될 수 있다. 셀 측정부(121)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각에 교류 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 셀 측정부(121)는 주파수를 변화시키면서 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각에 교류 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 측정부(121)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각에 교류 전압을 인가시키면서 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각을 충전시키고, 그러한 충전 과정에서 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn) 각각의 셀 임피던스들(CZ1,CZ2,...CZn)을 측정하도록 구성될 수 있다.
모듈 측정부(122)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)을 포함하는 배티리 모듈(200)의 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 측정하도록 구성될 수 있다. 모듈 측정부(122)는 배티리 모듈(200)에 교류 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 모듈 측정부(122)는 주파수를 변화시키면서 배티리 모듈(200)에 교류 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 측정부(122)는 배티리 모듈(200)에 교류 전압을 인가시키면서 배티리 모듈(200)을 충전시키고, 그러한 충전 과정에서 배티리 모듈(200)의 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 측정하도록 구성될 수 있다.
모듈 측정부(122)는 셀 측정부(121)에 비해 측정 가능한 전압 범위가 높을 수 있다. 모듈 측정부(122)에 입력되는 배터리 모듈(200)의 모듈 전압은 셀 측정부(121)에 입력되는 배터리 셀(C1,C2,...Cn)의 셀 전압에 비해 높기 때문에, 모듈 측정부(122)는 측정 가능한 전압의 범위가 높게 설정될 수 있다. 예를 들어, 셀 측정부(121)는 5V미만의 저전압 교류 임피던스인 셀 임피던스를 측정할 수 있다. 모듈 측정부(122)는 1000V이하의 고전압 교류 임피던스인 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 측정할 수 있다.
측정부(120)는 일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이 셀 측정부(121) 및 모듈 측정부(122)가 개별적으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 측정부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 셀 측정부를 생략한 모듈 측정부만을 포함하는 하나로 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 측정부(120)는 도 1에 도시된 모듈 측정부와 동일하게 측정 가능한 전압의 범위가 높게 설정될 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 측정부(120)는 제1 모듈 임피던스(MZ1) 뿐만 아니라, 셀 임피던스(CZ)를 측정할 수 있다.
메모리(340)는 고정 임피던스(FZ)를 저장할 수 있다. 고정 임피던스(FZ)는 복수의 배터리 셀 C1,C2,...,Cn)을 제외한 배터리 모듈(200) 내의 적어도 하나의 부품의 임피던스일 수 있다. 예를 들어, 고정 임피던스(FZ)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)을 제외한 배터리 모듈(200) 내의 모든 부품 각각의 임피던스의 합으로 산출될 수 있다. 고정 임피던스(FZ)는 주파수에 의해 가변되지 않는 고정값을 가질 수 있다. 고정 임피던스(FZ)는 셀 임피던스(CZ) 및 제1 모듈 임피던스(MZ1) 중 적어도 어느 하나를 측정하기 전에 사전 측정을 통해 미리 얻어진 값일 수 있다.
제어부(130)는 셀 임피던스들(CZ), 제1 모듈 임피던스(MZ1) 및 고정 임피던스(FZ)를 기반으로 배터리 모듈(200)의 조립 상태를 판단할 수 있다. 제어부(130)는 측정부(120) 및 메모리(140)와 유선 및/또는 무선을 통해 통신 가능하도록 연결될 수 있다.
제어부(130)는 산출부(131) 및 판단부(132)를 포함할 수 있다. 산출부(131) 및 판단부(132)는 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다.
산출부(131)는 셀 측정부(121)로부터의 셀 임피던스들(CZ), 모듈 측정부(122)로부터의 제1 모듈 임피던스(MZ1), 메모리(140)로부터의 고정 임피던스(FZ)를 수신할 수 있다. 산출부(131)는 수신한 임피던스들(CZ,MZ1,FZ)를 기반으로 제2 모듈 임피던스(MZ2)를 산출할 수 있다.
산출부(131)는 수학식 1과 같이 복수의 배터리 셀들(C1,C2,...,Cn) 각각의 셀 임피던스들(CZ1, CZ2,...,CZn)을 합산하고, 합산된 값에 고정 임피던스(FZ)를 합산함으로써 제2 모듈 임피던스(MZ2)를 산출할 수 있다.
판단부(132)는 산출된 제2 모듈 임피던스(MZ2)와, 모듈 측정부(122)를 통해 측정된 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 비교하여 배터리 모듈(200)의 조립 불량을 검출할 수 있다.
판단부(132)는 제1 모듈 임피던스(MZ1)와 제2 모듈 임피던스(MZ2)를 비교하여 제1 모듈 임피던스(MZ1) 및 제2 모듈 임피던스(MZ2) 간의 차이가 임계치(예: 오차 범위) 이내인지를 판단할 수 있다. 판단부(132)는 제1 모듈 임피던스(MZ1) 및 제2 모듈 임피던스(MZ2) 간의 차이가 임계치 이내인 경우, 배터리 모듈(200) 내에 조립 불량이 발생하지 않은 것으로 판단하여 배터리 모듈(200)을 양품으로 판단할 수 있다. 판단부(132)는 제1 모듈 임피던스(MZ1) 및 제2 모듈 임피던스(MZ2) 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 배터리 모듈(200) 내에 조립 불량이 발생한 것으로 판단하여 배터리 모듈(200)을 불량으로 판단할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 셀 측정부를 통해 측정된 셀 임피던스를 나타내는 그래프이며, 도 4는 도 1에 도시된 모듈 측정부를 통해 측정된 제1 모듈 임피던스를 나타내는 그래프이다. 도 3에서, 가로축은 셀 임피던스의 실수 성분(Zrc)이고, 세로축은 셀 임피던스의 허수 성분(Zic)이라 할 수 있다. 도 4에서, 가로축은 제1 모듈 임피던스의 실수 성분(Zrm)이고, 세로축은 제1 모듈 임피던스의 허수 성분(Zim)이라 할 수 있다. 도 3 및 도 4에서, 가로축과 세로축의 단위는, mΩ 또는 Ω일 수 있다.
셀 임피던스는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 셀들(C1,C2,...,Cn) 각각에 인가되는 교류 신호의 주파수에 따라 가변될 수 있다. 주파수 변화에 따라 셀 임피던스의 실수 성분(Zrc)과 허수 성분(Zic)이 달라지게 되며, 그 교점이 좌표 상의 점인 임피던스 포인트로 표시됨으로써, 셀 임피던스 곡선(CCZ)을 도출할 수 있다. 복수의 배터리 셀들(C1,C2,...,Cn) 각각의 셀 임피던스는 서로 동일하거나 적어도 하나가 나머지와 다른 셀 임피던스 곡선(CCZ)을 도출할 수 있다.
제1 모듈 임피던스는 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(200)에 인가되는 교류 신호의 주파수에 따라 가변될 수 있다. 주파수 변화에 따라 제1 모듈 임피던스의 실수 성분(Zrm)과 허수 성분(Zim)이 달라지게 되며, 그 교점이 좌표 상의 점인 임피던스 포인트로 표시됨으로써, 제1 모듈 임피던스 곡선(CMZ)을 도출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
동작 S11에서, 셀 측정부(예: 도 1의 셀 측정부(121))는 복수의 배터리 셀(예: 도 1의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)) 각각의 셀 임피던스(예: 도 1의 셀 임피던스(CZ))를 수분 내로 측정할 수 있다. 예를 들어, 셀 측정부는 EIS측정법을 이용하여 1~3분 이내로 빠르게 셀 임피던스들을 측정할 수 있다. 측정된 셀 임피던스들은 메모리(예: 도 2의 메모리(140))에 저장되거나, 제어부(예: 도 1의 제어부(130))에 전송될 수 있다.
일 예로, 셀 임피던스는 복수의 배터리 셀 각각을 활성화한 이후, 사전에 지정된 제1 기간이 지난 시점에 측정될 수 있다. 한편, 방전 상태의 배터리셀을 조립한 다음, 1차 충전을 통해 배터리 셀은 활성화될 수 있다.
다른 예로, 셀 임피던스는 복수의 배터리 셀 각각의 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 사전에 지정된 제1 기간이 지난 시점에 측정될 수 있다.
동작 S12에서, 모듈 측정부(예: 도 1의 모듈 측정부(122))는 복수의 배터리 셀과 적어도 하나의 부품을 포함하도록 조립된 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 수분 내로 측정할 수 있다. 예를 들어, 모듈 측정부는 EIS측정법을 이용하여 1~3분 이내로 빠르게 모듈 임피던스들을 측정할 수 있다. 측정된 모듈 임피던스는 제어부에 전송될 수 있다.
일 예로, 제1 모듈 임피던스(MZ1)는 배터리 모듈을 활성화한 이후, 사전에 지정된 제2 기간이 지난 시점에 측정될 수 있다. 제2 기간은 제1 기간과 동일할 수 있다. 한편, 방전 상태의 배터리 모듈을 조립한 다음, 최초 충전을 통해 배터리 모듈은 활성화될 수 있다.
다른 예로, 제1 모듈 임피던스(MZ1)는 배터리 모듈의 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 사전에 지정된 제2 기간이 지난 시점에 측정될 수 있다. 제2 기간은 제1 기간과 동일할 수 있다. 제1 기간 및 제2 기간은 수 초 내지 수 분일 수 있다. 예를 들어, 제1 기간 및 제2 기간은 30초일 수 있다.
동작 S13에서, 제어부는 측정된 셀 임피던스들와, 메모리에 저장된 고정 임피던스를 합산함으로써 제2 모듈 임피던스(MZ2)를 산출할 수 있다. 고정 임피던스는 배터리 모듈 내에 포함되는 적어도 하나의 부품의 임피던스일 수 있다. 적어도 하나의 부품은 배터리 모듈 내에 포함되는 복수의 배터리 셀을 제외한 나머지 부품일 수 있다.
동작 S14에서, 제어부는 측정된 제1 모듈 임피던스(MZ1)와, 산출된 제2 모듈 임피던스(MZ2)를 비교할 수 있다. 제어부는 측정된 제1 모듈 임피던스(MZ1)와, 산출된 제2 모듈 임피던스(MZ2) 차이가 임계치에 포함되는지의 여부를 판단할 수 있다.
동작 S15에서, 비교 결과, 제1 모듈 임피던스(MZ1)와, 제2 모듈 임피던스(MZ2) 차이가 미리 설정된 임계치 이내일 경우, 제어부는 배터리 모듈 내의 조립 불량이 없는 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 배터리 모듈을 양품으로 판정할 수 있다.
동작 S16에서, 비교 결과, 제1 모듈 임피던스(MZ1)와, 제2 모듈 임피던스(MZ2) 차이가 임계치를 벗어날 경우(또는, 초과한 경우), 제어부는 배터리 모듈 내의 조립 불량이 있는 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 배터리 모듈을 불량으로 판정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스(MZ1)는 전술한 바와 같이 개별적으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 셀 임피던스는 복수개의 배터리셀들을 배치한 후 측정될 수 있다. 그런 다음, 복수개의 배터리셀들과 적어도 하나의 부품이 조립되어 배터리 모듈이 형성된 후, 제1 모듈 임피던스(MZ1)가 측정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스(MZ1)는 동시에 측정될 수 있다. 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스(MZ1)는 복수개의 배터리셀들과 적어도 하나의 부품을 조립하여 배터리 모듈을 형성한 후, 측정될 수 있다.
제2 실시 예에 따른 진단 장치
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리의 진단 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 진단 장치는 도 1에 도시된 진단 장치와 대비하여 전압 분배 회로(150)를 더 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 앞서 설명한 진단 장치의 구성 및/또는 동작 중 동일한 구성 및/또는 동작은 이전 설명을 준용할 수 있다.
모듈 측정부(122)는 측정 가능한 전압의 범위가 셀 측정부(121)와 동일하거나 유사할 수 있다. 모듈 측정부(122)는 측정 가능한 전압의 범위가 복수의 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)의 셀 전압과 동일하거나 유사할 수 있다. 배터리 셀(C1,C2,...,Cn)의 셀 전압보다 높은 모듈 전압을 가지는 배터리 모듈(200)의 모듈 임피던스는 모듈 측정부(122)를 통해서 측정되기 어렵다. 이에 따라, 모듈 측정부(122)에는 모듈 측정부(122)의 전단에 연결된 전압 분배 회로(150)를 통해 전압 강하된 조정 전압이 전송될 수 있다. 전압 분배 회로(150)는 배터리 모듈(200)과 모듈 측정부(122) 사이에서, 이들과 전기적으로 연결될 수 있다.
전압 분배 회로(150)는 복수의 저항들을 포함하며, 배터리 모듈(200)의 모듈 전압을 분배하는 저항비를 갖도록 형성될 수 있다. 전압 분배 회로(150)는 복수의 저항들의 저항비에 따라서 모듈 측정부(122)에서 측정 가능한 조정 전압으로 모듈 전압을 낮출 수 있다.
복수의 저항들의 저항비는 진단 장치가 실행되기 전(셀 임피던스를 측정하기 전)에 사전 측정을 통해 미리 얻어진 값일 수 있다. 저항비는 제1 모듈 임피던스(MZ1)와 제2 모듈 임피던스(MZ2)의 차이가 임계치 내에 포함될 수 있도록 복수의 사전 측정을 통해 설정될 수 있다. 예를 들어, 저항비는 제1 모듈 임피던스(MZ1)와 제2 모듈 임피던스(MZ2)가 동일한 값을 가지도록 설정될 수 있다.
모듈 측정부(122)는 전압 분배 회로를 통해 전압 강하된 조정 전압을 이용하여 제1 모듈 임피던스를 측정할 수 있다. 모듈 측정부(122)는 전압 분배 회로를 통해 전압 강하된 조정 전압이 입력되더라도, 전압 강하 전의 모듈 전압으로 인식하고, 모듈 전압에 해당하는 제1 모듈 임피던스(MZ1)를 도출할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 배터리의 진단 장치는 배터리 팩에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전술한 진단 장치 이외에, 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소, 이를테면 하나 이상의 이차 전지, 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS), 전류 센서, 릴레이, 퓨즈, 팩 케이스 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 및 복수의 배터리 모듈은 진단 장치의 대상이 될 수 있다. 진단 장치에 포함되는 제어부 및 메모리의 적어도 일부 기능 내지 동작은, BMS에 의해 구현될 수 있다.
전술한 배터리 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 배터리 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
전술한 진단 장치 및 방법은 각 도면에서 설명한 실시 예로 한정되지 않고, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로, 진단 장치는 제품 출하 전의 검사 공정에 적용될 수 있다. 다른 예로, 진단 장치는 제품 출하 후의 검사 공정에 적용될 수 있다. 다양한 디바이스에 적용된 배터리 팩의 장시간 사용으로 인해 약해진 체결 불량을 진단할 수 있다.
전술한 진단 장치 및 방법은 각 도면에서 설명한 실시 예로 한정되지 않고, 각 도면에서 설명한 구조들이 상호 복합적으로 적용될 수 있다. 일 예로, 본 발명에 따른 진단 장치 및 방법은 전술한 바와 같이 활성화 또는 직류 내부 저항 측정 이후, 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 측정할 수 있다. 다른 예로, 본 발명에 따른 진단 장치 및 방법은 활성화 이후, 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 측정하고, 직류 내부 저항 측정 이후, 셀 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 재측정할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
100: 진단 장치
120: 측정부
121: 셀 측정부
122: 모듈 측정부
130: 제어부
131: 산출부
132: 판단부

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀 및 적어도 하나의 부품을 포함하는 배터리 모듈의 조립 상태를 검사하는 진단 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스, 상기 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 상기 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 측정하는 측정부와;
    상기 셀 임피던스, 고정 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는 제어부를 포함하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 셀 임피던스들을 합산하고, 그 합산값에 상기 고정 임피던스를 합산하여 제2 모듈 임피던스를 산출하고,
    상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스를 비교하여 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스의 차이가 임계치 이내인 경우, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 양호로 판정하고,
    상기 제1 모듈 임피던스와 상기 제2 모듈 임피던스의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 불량으로 판정하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 복수의 배터리 셀들 마다 상기 셀 임피던스들 측정하는 셀 측정부와;
    상기 배터리 모듈의 상기 제1 모듈 임피던스를 측정하는 모듈 측정부를 포함하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모듈 측정부는 상기 셀 측정부보다 측정 가능 전압 범위가 높은, 배터리 모듈의 진단 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 모듈 측정부는 상기 셀 측정부와 측정 가능 전압 범위가 동일한, 배터리 모듈의 진단 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모듈 측정부와 상기 배터리 모듈 사이를 전기적으로 연결하며 복수의 저항들을 포함하는 전압 분배 회로를 더 구비하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전압 분배 회로는 상기 배터리 모듈로부터 입력되는 전압을 상기 복수의 저항들의 저항비에 따라 분배하여 생성된 모듈 전압을 상기 모듈 측정부에 공급하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 임피던스가 저장된 메모리를 더 구비하며,
    상기 제1 모듈 임피던스 및 상기 셀 임피던스는 주파수에 의해 변동되며,
    상기 고정 임피던스는 주파수에 의해 변동되지 않는 고정값을 가지는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀 측정부는,
    상기 복수의 배터리셀들을 최초 충전하여 활성화한 이후, 제1 시간이 지난 시점에 상기 셀 임피던스들을 측정하며,
    상기 모듈 측정부는,
    상기 활성화한 이후, 제2 시간이 지난 시점에 상기 제1 모듈 임피던스를 측정하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀 측정부는,
    상기 복수의 배터리 모듈의 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 제1 기간이 지난 시점에 상기 셀 임피던스들을 측정하며,
    상기 모듈 측정부는,
    상기 직류 내부 저항(DCIR)을 측정한 이후, 제2 기간이 지난 시점에 상기 제1 모듈 임피던스를 측정하는, 배터리 모듈의 진단 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 기간은 상기 제2 기간과 동일한 기간인, 배터리 모듈의 진단 장치.
  13. 복수의 배터리 셀 및 적어도 하나의 부품을 포함하는 배터리 모듈의 조립 상태를 진단하는 진단 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 셀 임피던스, 상기 적어도 하나의 부품의 고정 임피던스 및 상기 배터리 모듈의 제1 모듈 임피던스를 측정하는 단계와;
    상기 셀 임피던스, 고정 임피던스 및 제1 모듈 임피던스를 기반으로, 상기 배터리 모듈의 조립 상태를 판단하는 단계를 포함하는, 배터리 모듈의 진단 방법.
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