WO2020166840A1 - 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2020166840A1
WO2020166840A1 PCT/KR2020/001039 KR2020001039W WO2020166840A1 WO 2020166840 A1 WO2020166840 A1 WO 2020166840A1 KR 2020001039 W KR2020001039 W KR 2020001039W WO 2020166840 A1 WO2020166840 A1 WO 2020166840A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery cell
capacity
time
battery
magnetic field
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/001039
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
송현진
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to CN202080007262.4A priority Critical patent/CN113597562B/zh
Priority to EP20756083.0A priority patent/EP3901643A4/en
Priority to US17/420,203 priority patent/US11774515B2/en
Priority to JP2021526503A priority patent/JP2022507511A/ja
Publication of WO2020166840A1 publication Critical patent/WO2020166840A1/ko
Priority to JP2023212493A priority patent/JP2024029001A/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/18—Screening arrangements against electric or magnetic fields, e.g. against earth's field
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell abnormality determination apparatus and method.
  • the secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and includes all of a conventional Ni/Cd battery, a Ni/MH battery, and a recent lithium ion battery.
  • lithium-ion batteries have the advantage of having much higher energy density than conventional Ni/Cd batteries and Ni/MH batteries, and lithium-ion batteries can be manufactured in a small size and light weight, so they are used as power sources for mobile devices.
  • lithium-ion batteries are drawing attention as a next-generation energy storage medium as their range of use has been expanded as a power source for electric vehicles.
  • the secondary battery is generally used as a battery pack including a battery module in which a plurality of battery cells are connected in series and/or in parallel.
  • the state and operation of the battery pack are managed and controlled by the battery management system.
  • a large number of battery cells are connected in series to secure a high voltage.
  • a current sensor is used to measure the charge/discharge current.
  • An object of the present invention is to measure capacity and voltage in units of battery cells to accurately measure whether or not the battery capacity is deteriorated.
  • An apparatus for determining an abnormality in a battery cell includes: a magnetic field measuring unit that measures a magnetic field generated by a current flowing through the battery cell; And a control unit that calculates a capacity of the battery cell by using the current calculated by the magnetic field measured by the magnetic field measurement unit, wherein the control unit determines an abnormality of the battery cell by using the capacity of the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination apparatus further includes a magnetic field shield unit for collecting a magnetic field generated by a current flowing through the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination apparatus further includes a storage unit for storing the capacity at the time of production of the battery cell.
  • the controller calculates the capacity of the battery cell by accumulating and integrating the current for a first time.
  • the controller indicates that the capacity of the battery cell is degraded when the difference between the capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold.
  • the battery cell abnormality determination apparatus further includes a voltage measuring unit for measuring a voltage of the battery cell, wherein the storage unit further stores a full charge/discharge time at the time of production of the battery cell,
  • the controller calculates the full charge/discharge arrival time of the battery cell using the voltage of the battery cell, and the difference between the measured full charge/discharge arrival time of the battery cell and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell is previously When it exceeds the set threshold, it is determined that the internal resistance of the battery cell is increased.
  • the magnetic field measuring unit and the magnetic field shielding unit are provided on either a negative electrode or a positive electrode of the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination device is used for an energy storage device (ESS) or a vehicle battery cell.
  • ESS energy storage device
  • vehicle battery cell ESS
  • a battery pack includes a plurality of battery cells connected in series; And a battery cell abnormality determination device provided in each battery cell, wherein the battery cell abnormality determination device includes: a current measuring unit measuring a current flowing through each connected battery cell; And a controller configured to calculate a capacity of the battery cell using the current, wherein the controller determines an abnormality of the battery cell using the capacity of the battery cell.
  • the current measuring unit measures a current using a magnetic field generated by a current flowing through the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination apparatus further includes a storage unit for storing the capacity at the time of production of the battery cell.
  • the controller calculates the capacity of the battery cell by accumulating and accumulating the current for a first time.
  • the controller determines that the capacity of the battery cell has deteriorated.
  • the storage unit further stores a full charge/discharge time at the time of production of the battery cell
  • the control unit The total charge/discharge arrival time of the battery cell is calculated using the voltage of the battery cell, and the difference between the measured full charge/discharge arrival time of the battery cell and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell is a preset threshold value. If exceeded, it is determined that the internal resistance of the battery cell has increased.
  • the current measuring unit is provided on either a negative electrode or a positive electrode of the battery cell.
  • the battery pack is an ESS or vehicle battery pack.
  • a battery cell abnormality determination method includes measuring a magnetic field generated by a current flowing through the battery cell; Measuring the capacity of the battery cell by accumulating and integrating the current derived from the measured magnetic field; And determining an abnormality of the battery cell by using the measured capacity of the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination method further comprising the step of measuring a voltage of the battery cell, the full charge/discharge arrival time of the battery cell by using the measured voltage of the battery cell Calculating; Determining whether a difference between a full charge/discharge arrival time of the battery cell and a full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold; And determining that the internal resistance of the battery has increased when the difference between the full charge/discharge arrival time of the battery cell and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold.
  • the step of determining that the capacity of the battery cell is deteriorated when the difference between the capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold include more.
  • the battery internal resistance increase signal or the capacity of the battery cell to the outside is deteriorated. It further includes transmitting a signal.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a battery control system.
  • FIG. 2 shows a simplified configuration of a battery cell in a battery module.
  • FIG. 3 is a block diagram of a battery cell abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4C illustrate implementation examples of a battery cell abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of an apparatus for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for determining a battery cell abnormality according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a hardware configuration of a battery management system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term.
  • a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a battery control system including a battery pack 1 and a host controller 2 included in a host system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 is made of one or more battery cells, and is connected in series to a battery module 10 capable of charging and discharging, and a + terminal side or a-terminal side of the battery module 10
  • a switching unit 14 for controlling the charging/discharging current flow of the battery module 10 and a battery that controls and manages to prevent overcharging and overdischarging by monitoring the voltage, current, temperature, etc. of the battery pack 1 It includes a management system (20).
  • the switching unit 14 is a semiconductor switching device for controlling the current flow for charging or discharging the battery module 10, and, for example, at least one MOSFET may be used.
  • the BMS 20 can measure or calculate the voltage and current of the gate, source, and drain of the semiconductor switching element in order to monitor the voltage, current, temperature, etc. of the battery pack 1, and also, semiconductor switching
  • the current, voltage, temperature, etc. of the battery pack can be measured using the sensor 12 provided adjacent to the element 14.
  • the BMS 20 is an interface that receives values obtained by measuring the above-described various parameters, and may include a plurality of terminals and a circuit connected to these terminals to perform processing of input values.
  • the BMS 20 may control ON/OFF of the switching element 14, for example, a MOSFET, and may be connected to the battery module 10 to monitor the state of the battery module 10.
  • the switching element 14 for example, a MOSFET
  • the host controller 2 may transmit a control signal for the battery module to the BMS 20. Accordingly, the operation of the BMS 20 may be controlled based on a signal applied from the host controller.
  • the battery cell of the present invention may be included in a battery pack used in an ESS (Energy Storage System) or a vehicle. However, it is not limited to these uses.
  • the battery cell abnormality determination apparatus is connected to each of a plurality of battery cells connected in series in the battery module 10 to determine abnormality of the battery cell.
  • the current, voltage, and temperature of the battery module 10 itself are measured using the sensor 12, the capacity of the entire battery module 10 is measured.
  • FIG. 2 shows a simplified configuration of a battery cell in a battery module.
  • a plurality of battery cells are connected in series/parallel.
  • the battery module 10 has a pack tray made of a material having high thermal conductivity on the lower surface of the module housing. Such a pack tray may absorb heat generated from each cell of the battery cell assembly.
  • a battery cell abnormality determination device is disposed on the negative electrode terminal and the positive terminal side of the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination device will be described in more detail in FIGS. 3 and 4 below.
  • FIG. 3 is a block diagram of a battery cell abnormality determination apparatus 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell abnormality determination device 300 may be disposed across the negative terminal and the positive terminal of the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination apparatus 300 may be disposed on either a negative electrode tab or a positive electrode tab that is led out from the battery cell.
  • the battery cell abnormality determination device 300 includes a magnetic field shield unit 301, a magnetic field measurement unit 302, a voltage measurement unit 304, a temperature measurement unit 306, a control unit 308, a storage unit 310, and a communication unit. Includes 312.
  • the magnetic field shield unit 301 collects a magnetic field flowing through the battery cell in order to measure the current of the battery cell in units of battery cells.
  • the magnetic field shield part 301 may be formed to surround at least a portion of the battery cell in order to accurately measure a magnetic field generated when a current flows through the battery cell.
  • the magnetic field shield portion 301 may be formed to surround a lower side of a tab (anode or cathode) of a battery cell and a side surface of the battery cell, for example. At this time, the magnetic field shield portion 301 is formed at a certain distance from the tab of the battery cell.
  • the magnetic field measuring unit 302 measures a magnetic field around a battery cell that is generated when a current flows through the battery cell.
  • the magnetic field generated around the battery cell may be shielded by the magnetic field shield part 301.
  • the current of the battery cell may be indirectly calculated by, for example, the Biot-Savart law.
  • the magnetic field strength measured by the magnetic field measurement unit 302 is received by the control unit 308, and the control unit 308 may calculate a current flowing through the corresponding battery cell in real time.
  • a value obtained by accumulating the current flowing through the battery cell calculated in real time for a predetermined time may be derived as the capacity of the corresponding battery cell.
  • the predetermined time may be, for example, about 1 hour as a 1C-rate discharge reference time.
  • the voltage measuring unit 304 measures the voltage of the battery cell. Since the voltage measuring unit 304 measures the voltage of the battery cell, it is disposed across the negative terminal and the positive terminal (between the tabs) of the battery cell. The voltage of the battery cell measured by the voltage measurement unit 304 is transmitted to the control unit 308. The control unit 308 receiving the voltage of the battery cell from the voltage measuring unit 304 calculates a time to reach full charge/discharge of the battery cell by using the voltage of the corresponding battery cell.
  • the full charge/discharge arrival time is a time taken for the battery cell to reach the full charge state from the fully discharged state of the battery cell.
  • the temperature measuring unit 306 may measure the temperature of the battery cell.
  • the temperature measuring unit 306 may be, for example, a thermistor, but is not limited thereto.
  • the battery charge state value S0C may be changed according to the temperature. Therefore, when calculating the capacity of the battery cell according to the current, the capacity of the battery cell may be calculated by referring to the temperature of the battery cell.
  • the change in capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell may be calculated by using the capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment as a reference table.
  • the controller 308 calculates a real-time current of the battery cell by using the magnetic field value of the battery cell received from the magnetic field measurement unit 302. Also, the controller 308 calculates the capacity of the battery cell by accumulating the calculated current of the battery cell for a predetermined time. In this case, the control unit 308 may use the temperature measured by the temperature measurement unit 306 to reflect the calculation of the capacity of the battery cell. A reference table for capacity change of a battery cell according to a temperature of a battery cell determined in advance through an experiment may be used when calculating the capacity of the battery cell.
  • control unit 308 compares the capacity of the derived battery cell with the capacity of the battery cell stored in advance at the time of production. As for the capacity of the battery cell at the time of production of the battery cell, the capacity value of the battery cell measured at the time of production is stored in the storage unit 310. If the difference between the derived capacity of the battery cell and the capacity of the battery cell stored in advance at the time of production exceeds a preset threshold, the controller 308 determines that the capacity of the corresponding battery cell has deteriorated. .
  • control unit 308 calculates a time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell by using the voltage measured by the voltage measurement unit 304.
  • the control unit 308 calculates a time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell by using the voltage measured by the voltage measurement unit 304.
  • the storage unit 310 stores identification information (ID) of a battery cell to which a battery cell abnormality determination device is connected.
  • ID identification information
  • the storage unit 310 stores the initial production capacity of the corresponding battery cell.
  • the initial capacity of production is the capacity of the battery cell at the time of shipment.
  • the storage unit 310 may store a capacity table according to a current of a battery cell at the time of production or a capacity table according to a voltage of a corresponding battery cell.
  • the storage unit 310 stores full charge/discharge arrival time information at the time of production of the corresponding battery cell.
  • the communication unit 312 is a battery management system connected to an external device, for example, a battery module under the control of the control unit 308, and a battery cell capacity deterioration signal or a battery cell internal resistance increase signal together with identification information of the corresponding battery cell.
  • An abnormality of a battery cell means that the difference between the capacity of the battery cell derived by the control unit 308 and the capacity of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell exceeds a preset threshold and the capacity of the corresponding battery cell is degraded It may be the case that it is determined to be one.
  • the abnormality of the battery cell means that the difference between the full charge/discharge arrival time of the battery cell calculated by the control unit 308 and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold, It may be a case in which it is determined that the corresponding battery cell is deteriorated due to an increase in internal resistance of.
  • FIG. 4A to 4C illustrate a simplified implementation example of a battery cell abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a voltage sensing unit generated across a positive terminal and a negative terminal of a battery cell is illustrated.
  • the voltage sensing unit can be viewed as a configuration corresponding to the voltage measuring unit 304 in the configuration of FIG. 3.
  • the voltage sensing unit is disposed across the positive terminal and the negative terminal of the battery cell to sense the voltage of the battery cell.
  • the voltage measured by the voltage sensing unit is transmitted to the measurement/storage circuit.
  • the measurement/storage circuit is arranged above the negative terminal of the battery cell.
  • the measurement/storage circuit may include a configuration corresponding to a magnetic field measurement unit 302, a temperature measurement unit 306, a control unit 308, a storage unit 310, and a communication unit 312.
  • the voltage measured by the voltage sensing unit is transmitted to the measurement/storage circuit, and the full charge/discharge arrival time of the corresponding battery cell is calculated using the voltage of the battery cell transmitted from the control unit 308 of the measurement/storage circuit.
  • the difference between the calculated full charge/discharge arrival time of the battery cell and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the battery cell exceeds a preset threshold, the internal resistance of the corresponding battery cell increases. It is determined that the battery cell has deteriorated.
  • the magnetic field measuring unit 302 of the measurement/storage circuit measures a magnetic field around the battery cell that is generated when a current flows through the battery cell.
  • the magnetic field strength measured by the magnetic field measurement unit 302 is received by the control unit 308, and the control unit 308 may calculate a current flowing through the corresponding battery cell in real time.
  • a value obtained by accumulating the current flowing through the battery cell calculated in real time for a predetermined time may be derived as the capacity of the corresponding battery cell.
  • control unit 308 of the measurement/storage circuit derives the capacity of the battery cell, and the difference between the capacity of the derived battery cell and the capacity of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell exceeds a preset threshold , It is determined that the capacity of the battery cell has deteriorated.
  • the measurement/storage circuit may include a thermistor that can measure the temperature of the battery cell.
  • the thermistor may have a configuration corresponding to the temperature measuring unit 306 of the battery cell abnormality determination apparatus of FIG. 3.
  • the control unit 308 may reflect the temperature of the battery cell measured by the thermistor or the like to determine whether the battery cell is deteriorated.
  • a reference table for capacity change of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment may be used.
  • the storage unit 310 may also be disposed in the measurement/storage circuit.
  • the storage unit 310 stores identification information (ID) of a battery cell to which a battery cell abnormality determination device is connected.
  • ID identification information
  • the storage unit 310 stores the initial production capacity of the battery.
  • the initial production capacity is the capacity at the time of shipment of the battery cell.
  • the storage unit 310 may store a capacity table according to a current of a battery cell at the time of production or a capacity table according to a voltage of a corresponding battery cell.
  • the storage unit 310 stores full charge/discharge arrival time information at the time of production of the corresponding battery cell.
  • the communication unit 312 may also be disposed in the measurement/storage circuit.
  • the communication unit 312 determines that the difference between the capacity of the battery cell derived by the control unit 308 and the capacity of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell exceeds a preset threshold, and the capacity of the corresponding battery cell is degraded.
  • the difference between the calculated time to reach full charge/discharge of the battery cell and the time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell at the time of production exceeds a preset threshold, and the internal resistance of the corresponding battery cell increases.
  • the control unit 308 uses a battery management system connected to an external device, for example, a battery module, and a battery cell capacity deterioration signal or battery cell interior with identification information of the corresponding battery cell. It is possible to transmit a resistance rising signal.
  • a magnetic field shield surrounding a lower surface and a side surface of a tab of a battery cell at a predetermined distance is shown, and a circuit component corresponding to a measurement/storage circuit disposed on the upper surface of the tab of the battery cell is included. PCB is shown.
  • the magnetic field shield functions to collect a magnetic field generated when current flows through a battery cell.
  • the magnetic field measurement unit 302 of the measurement/storage circuit measures the magnetic field generated when the current of the battery cells collected by the magnetic field shield flows.
  • the magnetic field shield may be formed of, for example, nickel alloy (Ni-alloy).
  • the PCB including circuit components corresponding to the measurement/storage circuit disposed on the upper surface of the tab of the battery cell, and the lower surface and the side surface of the tab of the battery cell are formed to be wrapped at a predetermined distance.
  • a side view of the configuration of the magnetic field shield is shown.
  • a circuit is formed on the PCB board attached to the upper surface of the tab of the battery cell, and the PCB board is attached to both sides of the magnetic field shield surrounding the tab of the battery cell.
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic field generated by the current flowing through the battery cell is collected by the magnetic field shield.
  • the collected magnetic field is measured by the magnetic field measuring unit 302, and the measured magnetic field strength is transmitted to the controller 308.
  • the control unit 308 calculates the current flowing through the battery cell in real time by using the measured magnetic field strength (S500). For example, it is possible to indirectly calculate the current of the battery cell using the measured magnetic field according to the Biot-Savart law.
  • the magnetic field strength measured by the magnetic field measurement unit 302 is received by the control unit 308, and the control unit 308 may calculate a current flowing through the corresponding battery cell in real time.
  • the controller 308 calculates the capacity of the battery cell by accumulating and integrating the calculated current for a predetermined time (S502).
  • the equation for accumulating the calculated current for a certain period of time is as follows:
  • the control unit 308 determines whether the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity of the corresponding battery cell stored in the storage unit 310 at the time of production exceeds a preset threshold (S504).
  • the temperature measuring unit 306 may measure the temperature of the battery cell.
  • the temperature measuring unit 306 may be, for example, a thermistor.
  • the battery charge state value S0C may be changed according to the temperature. Therefore, when calculating the capacity of the battery cell according to the current, the capacity of the battery cell may be calculated by referring to the temperature of the battery cell.
  • the change in capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell may be calculated by using the capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment as a reference table.
  • control unit 308 determines that the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the corresponding battery cell stored in the storage unit 310 does not exceed a preset threshold, the current flowing through the battery cell is The measured value of the magnetic field generated is calculated as the current value of the battery cell.
  • control unit 308 determines that the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the corresponding battery cell stored in the storage unit 310 exceeds a preset threshold, the communication unit 312 causes the battery cell To transmit a notification signal of capacity degradation (S506).
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the voltage measuring unit 304 measures the voltage of the battery cell (S600). Since the voltage measuring unit 304 measures the voltage of the battery cell, it is disposed across the negative terminal and the positive terminal of the battery cell. The voltage of the battery cell measured by the voltage measurement unit 304 is transmitted to the control unit 308.
  • the control unit 308 which receives the voltage of the battery cell measured from the voltage measurement unit 304 in real time, measures the time it takes for the battery cell to reach full charge from the fully discharged state using the received voltage of the battery cell . That is, the control unit 308 derives the arrival time of full charge/discharge of the battery cell (S602).
  • control unit 308 compares the derived charging/discharging arrival time of the battery cell with the charging/discharging arrival time of the battery cells stored in advance at the time of production. The control unit 308 determines whether the difference between the derived charge/discharge arrival time of the battery cell and the charge/discharge arrival time of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell exceeds a preset threshold (S604). ).
  • the control unit 308 causes the communication unit 312 to cause the difference between the derived charge/discharge arrival time of the battery cell and the charge/discharge arrival time of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell exceeds a preset threshold.
  • the signal for increasing the internal resistance of the battery cell is transmitted (S606).
  • control unit 308 measures the voltage when the difference between the derived charge/discharge arrival time of the battery cell and the charge/discharge arrival time of the battery cell at the time of production of the previously stored battery cell does not exceed a preset threshold. Allows the unit 304 to measure the voltage of the battery cell.
  • FIG. 7 is a block diagram of an apparatus for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the battery cell abnormality determination apparatus 700 includes a magnetic field shield unit 701, a magnetic field measurement unit 702, a voltage measurement unit 704, a temperature measurement unit 706, and a communication unit 708.
  • the magnetic field shield unit 701 collects a magnetic field flowing through the battery cell in order to measure the current of the battery cell in units of battery cells.
  • the magnetic field shield unit 701 may be formed to surround a lower surface and a side surface of the tab of the battery cell at a predetermined distance in order to accurately measure a magnetic field generated when a current flows through the battery cell.
  • the magnetic field shielding part 701 may be made of, for example, a nickel alloy.
  • the magnetic field measuring unit 702 measures a magnetic field around a battery cell that is generated when a current flows through the battery cell. Using the measured magnetic field, the current of the battery cell may be indirectly calculated by, for example, the Biot-Savart law.
  • the voltage measuring unit 704 measures a voltage of a battery cell. Since the voltage measuring unit 704 measures the voltage of the battery cell, it is disposed across the negative terminal and the positive terminal of the battery cell.
  • the temperature measuring unit 706 may measure the temperature of the battery cell.
  • the temperature measuring unit 306 may be, for example, a thermistor.
  • the capacity of the battery cell may be calculated by referring to the temperature of the battery cell.
  • the change in capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell may be calculated by using the capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment as a reference table.
  • the communication unit 708 stores the magnetic field strength, voltage value, and temperature measured by the magnetic field measurement unit 702, the voltage measurement unit 704, and the temperature measurement unit 706, and a battery management system (BMS, 710). To transfer.
  • the communication unit 708 may transmit the magnetic field strength, voltage value, and temperature of the battery cell wirelessly or wired to the BMS 710.
  • the communication unit 708 transmits identification information of the corresponding battery cell stored in the storage unit 709, the initial production capacity of the corresponding battery cell, and full charge/discharge arrival time information at the time of production of the corresponding battery cell.
  • the storage unit 709 stores identification information (ID) of a battery cell to which a battery cell abnormality determination device is connected.
  • ID identification information
  • the storage unit 709 stores the initial production capacity of the corresponding battery cell.
  • the initial production capacity can be derived from a capacity table according to the voltage of the corresponding battery cell. Accordingly, the storage unit 709 may store a capacity table according to a current of a battery cell at the time of production or a capacity table according to a voltage of a corresponding battery cell.
  • the storage unit 709 stores full charge/discharge arrival time information at the time of production of the corresponding battery cell.
  • the magnetic field shielding unit 701 and the magnetic field measuring unit 702 may be configured with a current measuring unit that directly measures the current of the battery cell. In this case, the current value measured by the current measuring unit is transmitted to the BMS.
  • the communication unit 712 of the BMS 710 receives the magnetic field strength, voltage value, and temperature of a specific battery cell from the battery cell abnormality determination device 700 wirelessly or by wire.
  • the communication unit 712 controls the received magnetic field strength, voltage value, temperature, identification information of the corresponding battery cell, capacity information at the time of production of the corresponding battery cell, and full charge arrival time information at the time of production of the corresponding battery cell. Send to 714.
  • the controller 714 calculates the real-time current of the battery cell by using the received magnetic field value of the battery cell.
  • the control unit 714 calculates the capacity of the battery cell by accumulating the calculated current of the battery cell for a predetermined time. In this case, the control unit 714 may reflect the temperature measured by the temperature measuring unit 706 in the calculation of the capacity of the battery cell.
  • a reference table for capacity change of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment may be used.
  • control unit 714 compares the capacity of the derived battery cell with the capacity of the battery cell stored in advance at the time of production.
  • the capacity of the battery cell at the time of production of the battery cell is stored in the storage unit 709. If the difference between the derived capacity of the battery cell and the capacity of the battery cell stored in advance at the time of production exceeds a preset threshold, the control unit 714 determines that the capacity of the corresponding battery cell has deteriorated. .
  • control unit 714 calculates a time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell by using the voltage measured by the voltage measurement unit 704.
  • the control unit 714 calculates a time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell by using the voltage measured by the voltage measurement unit 704.
  • the storage unit 709 stores the capacity of the battery cell at the time of production and the arrival time of full charge/discharge, but may be stored in a separate storage unit (not shown) of the BMS.
  • the storage unit 709 stores the capacity of the battery cell at the time of production and the full charge/discharge arrival time, and once the BMS receives the capacity and the full charge/discharge arrival time of the corresponding battery cell at the time of production, it is It can be saved with identification information and used later.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for determining a battery cell abnormality according to another embodiment of the present invention.
  • a magnetic field around the battery cell generated is measured (S800).
  • the magnetic field generated around the battery cell may be shielded by the magnetic field shielding part 701.
  • the voltage of the battery cell is measured by the voltage specifying unit 704 (S802). Since the voltage measuring unit 704 measures the voltage of the battery cell, it is disposed across the negative terminal and the positive terminal of the battery cell.
  • the temperature of the battery cell is measured by the temperature measuring unit 706 (S802).
  • the temperature measuring unit 706 may be, for example, a thermistor.
  • the capacity of the battery cell may be calculated by referring to the temperature of the battery cell.
  • the change in capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell may be calculated by using the capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment as a reference table.
  • identification information of the corresponding battery cell is transmitted to the BMS (S806).
  • initial production capacity of the corresponding battery cell is transmitted to the BMS (S806).
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for determining an abnormality in a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the BMS 710 includes the magnetic field strength, voltage, and temperature of the battery cells from the battery cell abnormality determination device of each of the plurality of battery cells, identification information of the corresponding battery cell, the initial capacity of the battery cell, and the production time of the battery cell.
  • the full charge/discharge arrival time information of is received (S900).
  • the communication unit 712 of the BMS 710 may receive information from each battery cell abnormality determination device wirelessly or by wire.
  • the control unit 714 of the BMS 710 calculates a current flowing through the battery cell in real time by using the received magnetic field strength (S902). For example, it is possible to indirectly calculate the current of the battery cell using the measured magnetic field according to the Biot-Savart law.
  • the controller 714 calculates the capacity of the battery cell by accumulating and integrating the calculated current for a predetermined time (S904).
  • the equation for accumulating the calculated current for a certain period of time is as follows:
  • the control unit 714 calculating the capacity of a specific battery cell determines whether the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the corresponding battery cell exceeds a preset threshold (S906).
  • the battery cell may change the battery charge state value S0C according to temperature
  • the capacity of the battery cell may be calculated by referring to the temperature of the battery cell.
  • the change in capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell may be calculated by using the capacity of the battery cell according to the temperature of the battery cell determined in advance through an experiment as a reference table.
  • control unit 714 determines that the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the corresponding battery cell does not exceed a preset threshold, it receives information on the corresponding battery cell from the battery cell abnormality determination device in real time again. do.
  • the control unit 714 determines that the difference between the calculated capacity of the battery cell and the capacity at the time of production of the corresponding battery cell exceeds a preset threshold, the communication unit 712 causes the battery cell to increase the capacity deterioration notification signal. Transfer to the controller 2 (S906).
  • control unit 714 also calculates a time to reach full charge/discharge of the corresponding battery cell by using the received voltage of the specific battery cell. In addition, the control unit 714 determines whether the difference between the calculated full charge/discharge arrival time of the specific battery cell and the full charge/discharge arrival time at the time of production of the corresponding battery cell exceeds a preset threshold (S908).
  • the communication unit 712 To transmit the increase signal of the internal resistance of the battery cell to the host controller 2 (S910).
  • control unit 308 determines that the difference between the derived charge/discharge arrival time of the battery cell and the charge/discharge arrival time of the battery cell at the time of production of the pre-stored battery cell does not exceed a preset threshold. Otherwise, the battery cell information is received again from the battery cell abnormality determination device in real time.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a hardware configuration of a battery management system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management system 1000 includes a microcontroller (MCU) 1010 that controls various processes and configurations, an operating system program and various programs (for example, a battery pack abnormality diagnosis program or a battery pack temperature estimation program).
  • the memory 1040 to be recorded an input/output interface 1030 providing an input interface and an output interface between the battery cell module and/or the semiconductor switching element, and a communication interface 1020 capable of communicating with the outside through a wired/wireless communication network It can be provided.
  • the computer program according to the present invention is recorded in the memory 1040 and processed by the microcontroller 1010 to be implemented as, for example, a module that performs each functional block shown in FIGS. 3 and 7. .
  • references to'one embodiment' of the principles of the present invention and various variations of this expression are related to this embodiment, and that specific features, structures, characteristics, etc. are included in at least one embodiment of the principles of the present invention. it means. Therefore, the expression'in one embodiment' and any other modified examples disclosed throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment.

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및 상기 자기장 측정부에서 측정된 자기장 의하여 산출된 전류를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량을 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단하는 배터리 셀 이상 판단 장치를 포함한다.

Description

배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2019.02.14.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2019-0017277호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 발명은 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
여기서 전기 자동차 및 ESS(Energy Storage System) 등의 응용 분야에서는 많은 수의 배터리 셀을 직렬 연결하는 방식으로 사용하여 높은 전압 확보를 하고 있다. 그리고 많은 수의 배터리 셀을 포함하고 있는 배터리 팩에서는 전류 센서 1개를 사용하여 충방전 전류를 측정하고 있다.
이러한 경우, 배터리 팩 전체의 용량 또는 내부 저항을 통해 배터리의 퇴화 정도를 산출하기 때문에, 특정 배터리 셀의 용량 이상 또는 기타 내부 이상을 판단할 수 없다.
또한, 배터리 팩의 용량과 퇴화 정도를 판단할 때 배터리 셀 단위로 측정이 되지 않아, 그 오차가 클 수 밖에 없다.
본 발명은 배터리 셀 단위로 용량 및 전압을 측정하여 배터리 용량의 퇴화 여부를 오차없이 정확하게 측정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치는, 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및 상기 자기장 측정부에서 측정된 자기장 의하여 산출된 전류를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량을 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 수집하는 자기장 쉴드부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량을 저장하는 저장부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치에서, 상기 제어부는 상기 전류를 제1 시간동안 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 계산한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치에서, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함하고, 상기 저장부는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 시간을 더 저장하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하고, 측정된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 내부 저항이 상승되었다고 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치에서, 상기 자기장 측정부 및 자기장 쉴드부는 상기 배터리 셀의 음극 또는 양극 중 어느 하나에 마련된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치에서, 상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 에너지 저장 장치(ESS)용 또는 차량용 배터리 셀에 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀; 및 각각의 배터리 셀에 마련되는 배터리 셀 이상 판단 장치를 포함하고, 상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 각각 연결된 배터리 셀에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 전류를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량을 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 전류 측정부는 상기 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 생성된 자기장을 이용하여 전류를 측정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량을 저장하는 저장부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 제어부는 상기 전류를 제1 시간동안 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 계산한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고, 상기 저장부는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 시간을 더 저장하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하고, 측정된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 내부 저항이 상승되었다고 판단한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 전류 측정부는 상기 배터리 셀의 음극 또는 양극 중 어느 하나에 마련된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서, 상기 배터리 팩은 ESS용 또는 차량용 배터리 팩이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법은 상기 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 측정하는 단계; 측정된 자기장에서 도출된 전류를 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법에 있어서, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계를 더 포함하고, 측정된 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하는 단계; 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 배터리의 내부 저항이 상승되었다고 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법에 있어서, 상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법에 있어서, 상기 배터리의 내부 저항이 상승되었거나 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단되면, 외부로 상기 배터리 내부 저항 상승 신호 또는 상기 배터리 셀의 용량 퇴화 신호를 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 셀 단위로 용량 및 전압을 측정하여, 배터리 셀의 용량 퇴화와 내부 저항 상승 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 배터리 모듈 내의 배터리 셀의 간략한 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치의 구성도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치의 구현예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수도 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리팩(1)은 하나의 이상의 배터리셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, 배터리팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14) 예를 들어 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 모듈(10) 내에 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 배터리 셀의 이상을 판단한다. 센서(12)를 이용하여 배터리 모듈(10) 자체의 전류, 전압, 온도를 측정하여 배터리 모듈(10) 전체의 용량 퇴화 여부를 측정하기도 하지만, 이는 배터리 셀 단위로 용량 퇴화 여부를 측정하지 못해 정확한 측정이 어렵다. 따라서, 이하에서는 배터리 셀 단위의 용량 퇴화 여부 측정이 가능한 배터리 셀 이상 판단 장치를 살펴보도록 한다.
도 2는 배터리 모듈 내의 배터리 셀의 간략한 구성을 도시한다.
배터리 모듈(10) 내에는 복수의 배터리 셀이 직렬/병렬로 연결되어 있다.
일반적으로 배터리 모듈(10)은 모듈 하우징의 하면에 열 전도성이 높은 재질로 구성되는 팩 트레이가 설치된다. 이러한 팩 트레이는 배터리 셀 어셈블리의 각각의 셀에서 발생한 열을 흡수할 수 있다.
이러한 배터리 셀의 음극 전극 단자 및 양극 단자 측에 배터리 셀 이상 판단 장치가 배치된다. 배터리 셀 이상 판단 장치에는 아래 도 3 및 4에서 더 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치(300)의 구성도이다.
배터리 셀 이상 판단 장치(300)는 배터리 셀의 음극 단자와 양극 단자에 걸쳐서 배치될 수 있다. 특히 배터리 셀 이상 판단 장치(300)는 배터리 셀에서 외부로 도출되는 음극 탭 또는 양극 탭 중 어느 한 쪽에 배치될 수 있다. 이러한 배터리 셀 이상 판단 장치(300)는 자기장 쉴드부(301), 자기장 측정부(302), 전압 측정부(304), 온도 측정부(306), 제어부(308), 저장부(310) 및 통신부(312)를 포함한다.
자기장 쉴드부(301)는 배터리 셀 단위로 배터리 셀의 전류를 측정하기 위하여, 배터리 셀에 흐르는 자기장을 모은다. 자기장 쉴드부(301)는 배터리 셀에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장을 정확하게 측정하기 위하여 배터리 셀의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 구체적으로는 자기장 쉴드부(301)는 예를 들어, 배터리 셀의 탭(양극 또는 음극)의 하부측 및 배터리 셀의 측면부를 감싸도록 형성될 수 있다. 이 때에, 자기장 쉴드부(301)는 배터리 셀의 탭과 일정한 거리를 두고 형성된다.
자기장 측정부(302)는 상기 배터리 셀에 전류가 흐를 때, 발생하는 배터리 셀 주변의 자기장을 측정한다. 배터리 셀 주변에 발생한 자기장은 상기 자기장 쉴드부(301)에 의하여 차폐될 수 있다. 측정된 자기장을 이용하여 예를 들어, 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law) 등에 의하여 배터리 셀의 전류를 간접적으로 산출할 수 있다. 예를 들어, 자기장 측정부(302)에서 측정된 자기장 세기를 제어부(308)에서 수신하고, 제어부(308)는 실시간으로 해당 배터리 셀에 흐르는 전류를 산출할 수 있다. 그리고 실시간으로 산출된 배터리 셀에 흐르는 전류를 일정 시간으로 누적시킨 값을 해당 배터리 셀의 용량으로 도출할 수 있다. 여기서, 일정 시간은 예를 들어, 1C-rate 방전 기준 시간으로서 1시간 정도 일 수 있다.
전압 측정부(304)는 상기 배터리 셀의 전압을 측정한다. 전압 측정부(304)는 배터리 셀의 전압을 측정하기 때문에 배터리 셀의 음극 단자와 양극 단자(탭 사이)에 걸쳐서 배치된다. 전압 측정부(304)에 의하여 측정된 배터리 셀의 전압은 제어부(308)로 전송된다. 전압 측정부(304)로부터 배터리 셀의 전압을 수신한 제어부(308)는 해당 배터리 셀의 전압을 이용하여 배터리 셀의 풀(FULL) 충방전 도달 시간을 산출한다. 여기서, 풀 충방전 도달 시간이란 배터리 셀의 완전 방전 상태에서 배터리 셀이 완전 충전 상태에 이르는 데에 걸리는 시간이다.
온도 측정부(306)는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(306)는 예를 들어 써미스터일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 배터리 셀은 온도에 따라 배터리 충전 상태값(S0C)이 변경될 수 있다. 따라서 전류에 따른 배터리 셀의 용량을 산출할 때, 배터리 셀의 온도도 참고하여 배터리 셀의 용량을 산출할 수 있다. 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화는 미리 실험에 의하여 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량을 참조 테이블로 이용하여 산출할 수 있다.
제어부(308)는 자기장 측정부(302)에서 수신된 배터리 셀의 자기장 값을 이용하여 배터리 셀의 실시간 전류를 산출한다. 또한, 제어부(308)는 산출된 배터리 셀의 전류를 일정 시간 동안 누적시켜 배터리 셀의 용량을 계산한다. 이 때, 제어부(308)는 상기 온도 측정부(306)에서 측정된 온도를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량 계산에 반영할 수 있다. 미리 실험을 통해 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화 참조 테이블을 상기 배터리 셀의 용량 계산 시 이용할 수 있다.
또한, 제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량을 비교한다. 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량은 생산 당시에 측정된 배터리 셀의 용량값이 저장부(310)에 저장되어 있다. 제어부는(308)는 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 용량이 퇴화한 것으로 판단한다.
또한, 제어부(308)는 전압 측정부(304)에서 측정된 전압을 이용하여 해당 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출한다. 제어부(308)는 산출된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 내부 저항의 상승으로 인하여 해당 배터리 셀이 퇴화한 것으로 판단한다.
저장부(310)는 배터리 셀 이상 판단 장치가 각각 연결되어 있는 배터리 셀의 식별 정보(ID)를 저장한다. 또한, 저장부(310)는 해당 배터리 셀의 생산 초기 용량을 저장한다. 생산 초기 용량은 출하 당시의 배터리 셀의 용량이다. 또한, 저장부(310)에는 생산 당시의 배터리 셀의 전류에 따른 용량 테이블 또는 해당 배터리 셀의 전압에 따른 용량 테이블이 저장될 수도 있다. 또한, 저장부(310)에는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 저장한다.
통신부(312)는 제어부(308)의 제어에 의하여 외부 장치, 예를 들어 배터리 모듈에 연결되어 있는 배터리 관리 시스템으로 해당 배터리 셀의 식별 정보와 함께 배터리 셀 용량 퇴화 신호 또는 배터리 셀 내부 저항 상승 신호 등의 배터리 셀의 이상을 나타내는 신호를 전송할 수 있다. 배터리 셀의 이상이란 제어부(308)에 의하여 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하여 해당 배터리 셀의 용량이 퇴화한 것으로 판단된 경우일 수 있다. 또한, 배터리 셀의 이상이란 제어부(308)에 의하여 산출된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하여 해당 배터리 셀의 내부 저항의 상승으로 인하여 해당 배터리 셀이 퇴화한 것으로 판단되는 경우일 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치의 간략한 구현예를 도시한다.
도 4a를 참조하면, 배터리 셀의 양극 단자와 음극 단자에 걸쳐 생성되어 있는 전압 센싱부가 도시되어 있다. 전압 센싱부는 도 3의 구성에서 전압 측정부(304)에 대응하는 구성으로 볼 수 있다. 전압 센싱부는 배터리 셀의 양극 단자와 음극 단자에 걸쳐 배치되어 배터리 셀의 전압을 센싱한다. 전압 센싱부에 서 측정된 전압은 측정/저장 회로로 전송된다.
배터리 셀의 음극 단자 상부 측에 측정/저장 회로가 배치된다. 측정/저장 회로는 도 3의 구성에서, 자기장 측정부(302), 온도 측정부(306), 제어부(308), 저장부(310) 및 통신부(312)에 대응되는 구성을 포함할 수 있다.
전압 센싱부에서 측정된 전압은 측정/저장 회로로 전송되고, 측정/저장 회로의 제어부(308)에서 전송된 배터리 셀의 전압을 이용하여 해당 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출한다. 제어부(308)는 산출된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 내부 저항의 상승으로 인하여 해당 배터리 셀이 퇴화한 것으로 판단한다.
또한, 측정/저장 회로의 자기장 측정부(302)에서 배터리 셀에 전류가 흐를 때, 발생하는 배터리 셀 주변의 자기장을 측정한다. 예를 들어, 자기장 측정부(302)에서 측정된 자기장 세기를 제어부(308)에서 수신하고, 제어부(308)는 실시간으로 해당 배터리 셀에 흐르는 전류를 산출할 수 있다. 그리고, 실시간으로 산출된 배터리 셀에 흐르는 전류를 일정 시간으로 누적시킨 값을 해당 배터리 셀의 용량으로 도출할 수 있다.
측정/저장 회로의 제어부(308)가 배터리 셀의 용량을 도출하고, 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 용량이 퇴화한 것으로 판단한다.
또한, 측정/저장 회로에는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있는 써미스터 등이 포함될 수 있다. 예를 들어, 써미스터는 도 3의 배터리 셀 이상 판단 장치의 온도 측정부(306)에 대응되는 구성일 수 있다.
제어부(308)는 상기 배터리 셀의 용량 퇴화 여부를 판단할 때 써미스터 등에 의하여 측정된 배터리 셀의 온도를 반영하여 판단할 수 있다. 이 때, 미리 실험을 통해 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화 참조 테이블을 이용할 수 있다.
저장부(310) 역시 측정/저장 회로에 배치될 수 있다. 저장부(310)는 배터리 셀 이상 판단 장치가 각각 연결되어 있는 배터리 셀의 식별 정보(ID)를 저장한다. 또한, 저장부(310)는 해당 배터리의 생산 초기 용량을 저장한다. 생산 초기 용량은 해당 배터리 셀의 출하 당시의 용량이다. 따라서, 저장부(310)에는 생산 당시의 배터리 셀의 전류에 따른 용량 테이블 또는 해당 배터리 셀의 전압에 따른 용량 테이블이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(310)에는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 저장한다.
통신부(312) 역시 측정/저장 회로에 배치될 수 있다. 통신부(312)는 제어부(308)에 의하여 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하여 해당 배터리 셀의 용량이 퇴화한 것으로 판단되거나, 산출된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 생산 당시의 해당 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하여 해당 배터리 셀의 내부 저항의 상승으로 인하여 해당 배터리 셀이 퇴화한 것으로 판단되는 경우에, 제어부(308)에 의하여 외부 장치, 예를 들어 배터리 모듈에 연결되어 있는 배터리 관리 시스템으로 해당 배터리 셀의 식별 정보와 함께 배터리 셀 용량 퇴화 신호 또는 배터리 셀 내부 저항 상승 신호를 전송할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 배터리 셀의 탭의 하부면과 측부면을 일정 거리를 두고 감싸는 자기장 쉴드가 도시되어 있고, 배터리 셀의 탭의 상부면에 배치되는 측정/저장 회로에 대응하는 회로 부품이 포함된 PCB 도시되어 있다.
자기장 쉴드는 배터리 셀에 전류가 흐를 때 생성되는 자기장을 모아주는 기능을 한다. 자기장 쉴드에 의하여 모아진 배터리 셀의 전류가 흐를 때 생성되는 자기장을 측정/저장 회로의 자기장 측정부(302)가 측정한다.
자기장 쉴드는 예를 들어 니켈합금(Ni-alloy)로 형성될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 배터리 셀의 탭의 상부 면에 배치되는 측정/저장 회로에 대응하는 회로 부품이 포함된 PCB, 배터리 셀의 탭의 하부면과 측부면을 일정 거리를 두고 감싸도록 형성되어 있는 자기장 쉴드의 구성의 측면도가 도시된다.
배터리 셀의 탭의 상부면에 부착되어 있는 PCB 기판 상에 회로가 형성되어 있고, PCB 기판이 배터리 셀의 탭을 감싸고 있는 자기장 쉴드의 양측 면에 부착되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
자기장 쉴드부에 의하여 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 생성된 자기장이 수집된다. 수집된 자기장은 자기장 측정부(302)에 의하여 측정되고, 측정된 자기장 세기가 제어부(308)로 전송된다. 측정된 자기장 세기를 수신한 제어부(308)는 측정된 자기장 세기를 이용하여 실시간으로 배터리 셀에 흐르는 전류를 산출한다(S500). 예를 들어, 측정된 자기장을 이용하여 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law) 등에 의하여 배터리 셀의 전류를 간접적으로 산출할 수 있다. 예를 들어, 자기장 측정부(302)에서 측정된 자기장 세기를 제어부(308)에서 수신하고, 제어부(308)는 실시간으로 해당 배터리 셀에 흐르는 전류를 산출할 수 있다.
제어부(308)는 산출된 전류를 일정 시간 누적 적산하여 배터리 셀의 용량을 산출한다(S502). 산출된 전류를 일정 시간 누적 적산하는 식은 아래와 같다:
Figure PCTKR2020001039-appb-I000001
제어부(308)는 산출된 배터리 셀의 용량과 저장부(310)에 저장되어 있는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(S504).
여기서 추가적으로, 온도 측정부(306)는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(306)는 예를 들어 써미스터일 수 있다. 배터리 셀은 온도에 따라 배터리 충전 상태값(S0C)이 변경될 수 있다. 따라서 전류에 따른 배터리 셀의 용량을 산출할 때, 배터리 셀의 온도도 참고하여 배터리 셀의 용량을 산출할 수 있다. 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화는 미리 실험에 의하여 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량을 참조 테이블로 이용하여 산출할 수 있다.
제어부(308)가 산출된 배터리 셀의 용량과 저장부(310)에 저장되어 있는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하지 않는다고 판단하면, 다시 배터리 셀에 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장 측정값을 배터리 셀의 전류값으로 산출한다.
제어부(308)가 산출된 배터리 셀의 용량과 저장부(310)에 저장되어 있는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과한다고 판단하면, 통신부(312)로 하여금 배터리 셀의 용량 퇴화 알림 신호를 전송하도록 한다(S506).
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
전압 측정부(304)는 상기 배터리 셀의 전압을 측정한다(S600). 전압 측정부(304)는 배터리 셀의 전압을 측정하기 때문에 배터리 셀의 음극 단자와 양극 단자에 걸쳐서 배치된다. 전압 측정부(304)에 의하여 측정된 배터리 셀의 전압은 제어부(308)로 전송된다.
전압 측정부(304)로부터 측정된 배터리 셀의 전압을 실시간으로 수신한 제어부(308)는 수신된 배터리 셀의 전압을 이용하여, 배터리 셀이 완전 방전 상태에서 완전 충전에 이르는데 걸리는 시간을 측정한다. 즉, 제어부(308)는 배터리 셀의 풀 충방전 도달시간을 도출한다(S602).
또한, 제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 충방전 도달 시간을 비교한다. 제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(S604).
제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하면 통신부(312)로 하여금 배터리 셀의 내부 저항 상승 신호를 전송하도록 한다(S606).
반면에, 제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하지 않으면 전압 측정부(304)로 하여금 배터리 셀의 전압을 측정하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 장치의 구성도이다.
배터리 셀 이상 판단 장치(700)는 자기장 쉴드부(701), 자기장 측정부(702), 전압 측정부(704), 온도 측정부(706) 및 통신부(708)를 포함한다.
자기장 쉴드부(701)는 배터리 셀 단위로 배터리 셀의 전류를 측정하기 위하여, 배터리 셀에 흐르는 자기장을 모은다. 자기장 쉴드부(701)는 배터리 셀에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장을 정확하게 측정하기 위하여 배터리 셀의 탭의 하부면과 측부면을 일정 거리를 두고 감싸도록 형성될 수 있다. 자기장 쉴드부(701)는 예를 들어 니켈 합금으로 구성될 수 있다.
자기장 측정부(702)는 상기 배터리 셀에 전류가 흐를 때, 발생하는 배터리 셀 주변의 자기장을 측정한다. 측정된 자기장을 이용하여 예를 들어, 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law) 등에 의하여 배터리 셀의 전류를 간접적으로 산출할 수 있다.
전압 측정부(704)는 배터리 셀의 전압을 측정한다. 전압 측정부(704)는 배터리 셀의 전압을 측정하기 때문에 배터리 셀의 음극 단자와 양극 단자에 걸쳐서 배치된다.
온도 측정부(706)는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(306)는 예를 들어 써미스터일 수 있다. 배터리 셀은 온도에 따라 배터리 충전 상태값(S0C)가 변경될 수 있으므로, 전류에 따른 배터리 셀의 용량을 산출할 때, 배터리 셀의 온도도 참고하여 배터리 셀의 용량을 산출할 수 있다. 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화는 미리 실험에 의하여 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량을 참조 테이블로 이용하여 산출할 수 있다.
통신부(708)는 자기장 측정부(702), 전압 측정부(704) 및 온도 측정부(706)에서 측정된 각각의 자기장 세기, 전압값 및 온도를 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS, 710)으로 전송한다. 통신부(708)는 BMS(710)로 무선 또는 유선으로 배터리 셀의 자기장 세기, 전압값 및 온도를 전송할 수 있다. 또한 통신부(708)는 저장부(709)에 저장된 해당 배터리 셀의 식별 정보, 해당 배터리 셀의 생산 초기 용량 및 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 함께 전송한다.
저장부(709)는 배터리 셀 이상 판단 장치가 각각 연결되어 있는 배터리 셀의 식별 정보(ID)를 저장한다. 또한, 저장부(709)는 해당 배터리 셀의 생산 초기 용량을 저장한다. 생산 초기 용량은 해당 배터리 셀의 전압에 따른 용량 테이블에 의하여 도출될 수 있다. 따라서, 저장부(709)에는 생산 당시의 배터리 셀의 전류에 따른 용량 테이블 또는 해당 배터리 셀의 전압에 따른 용량 테이블이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(709)에는 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 저장한다.
다만, 자기장 쉴드부(701) 및 자기장 측정부(702) 구성 대신에 바로 배터리 셀의 전류를 측정하는 전류 측정부로 구성될 수도 있다. 이 경우 전류 측정부에서 측정된 전류값이 BMS로 전송이 된다.
BMS(710)의 통신부(712)는 무선 또는 유선으로 배터리 셀 이상 판단 장치(700)로부터 특정 배터리 셀의 자기장 세기, 전압값 및 온도를 수신한다.
통신부(712)는 수신된 배터리 셀의 자기장 세기, 전압값, 온도, 해당 배터리 셀의 식별 정보, 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량 정보, 및 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀충전 도달 시간 정보를 제어부(714)로 전송한다.
제어부(714)는 수신된 배터리 셀의 자기장 값을 이용하여 배터리 셀의 실시간 전류를 산출한다. 제어부(714)는 산출된 배터리 셀의 전류를 일정 시간 동안 누적시켜 배터리 셀의 용량을 계산한다. 이 때, 제어부(714)는 상기 온도 측정부(706)에서 측정된 온도를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량 계산에 반영할 수 있다. 미리 실험을 통해 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화 참조 테이블을 이용할 수 있다.
또한, 제어부(714)는 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량을 비교한다. 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량은 저장부(709)에 저장되어 있다. 제어부는(714)는 도출된 배터리 셀의 용량과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 용량의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 용량이 퇴화한 것으로 판단한다.
또한, 제어부(714)는 전압 측정부(704)에서 측정된 전압을 이용하여 해당 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출한다. 제어부(714)는 산출된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계치를 초과하면, 해당 배터리 셀의 내부 저항의 상승으로 인하여 해당 배터리 셀이 퇴화한 것으로 판단한다.
본 실시예에서는 저장부(709)에 생산 당시의 해당 배터리 셀의 용량 및 풀 충방전 도달 시간을 저장하고 있으나, BMS의 별도의 저장부(미도시)에 저장될 수도 있다.
또는 저장부(709)에 생산 당시의 해당 배터리 셀의 용량 및 풀 충방전 도달 시간이 저장되고, BMS가 생산 당시의 해당 배터리 셀의 용량 및 풀 충방전 도달 시간을 한번 수신하면 이를 해당 배터리 셀의 식별정보와 함께 저장하여 추후에 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
자기장 측정부(702)에 의하여 배터리 셀에 전류가 흐를 때, 발생하는 배터리 셀 주변의 자기장이 측정된다(S800). 배터리 셀 주변에 발생한 자기장은 상기 자기장 쉴드부(701)에 의하여 차폐될 수 있다.
또한, 전압 특정부(704)에 의하여 배터리 셀의 전압이 측정된다(S802). 전압 측정부(704)는 배터리 셀의 전압을 측정하기 때문에 배터리 셀의 음극 단자와 양극 단자에 걸쳐서 배치된다.
또한, 온도 측정부(706)에 의하여 배터리 셀의 온도가 측정된다(S802). 온도 측정부(706)는 예를 들어 써미스터일 수 있다. 배터리 셀은 온도에 따라 배터리 충전 상태값(S0C)가 변경될 수 있으므로, 전류에 따른 배터리 셀의 용량을 산출할 때, 배터리 셀의 온도도 참고하여 배터리 셀의 용량을 산출할 수 있다. 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화는 미리 실험에 의하여 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량을 참조 테이블로 이용하여 산출할 수 있다.
측정된 배터리 셀의 자기장 세기, 전압, 온도와 함께, 해당 배터리 셀의 식별 정보, 해당 배터리 셀의 생산 초기 용량 및 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 BMS로 전송한다(S806).
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 이상 판단 방법의 순서도이다.
BMS(710)는 복수의 배터리 셀 각각의 배터리 셀 이상 판단 장치로부터 배터리 셀의 자기장 세기, 전압, 온도와 함께, 해당 배터리 셀의 식별 정보, 해당 배터리 셀의 생산 초기 용량 및 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간 정보를 수신한다(S900). BMS(710)의 통신부(712)는 무선 또는 유선으로 각각의 배터리 셀 이상 판단 장치로부터 정보를 수신할 수 있다.
BMS(710)의 제어부(714)는 수신된 자기장 세기를 이용하여 실시간으로 배터리 셀에 흐르는 전류를 산출한다(S902). 예를 들어, 측정된 자기장을 이용하여 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law) 등에 의하여 배터리 셀의 전류를 간접적으로 산출할 수 있다.
이어서, 제어부(714)는 산출된 전류를 일정 시간 누적 적산하여 배터리 셀의 용량을 산출한다(S904). 산출된 전류를 일정 시간 누적 적산하는 식은 아래와 같다:
Figure PCTKR2020001039-appb-I000002
특정 배터리 셀의 용량을 산출한 제어부(714)는 산출된 배터리 셀의 용량과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(S906).
여기서 추가적으로, 배터리 셀은 온도에 따라 배터리 충전 상태값(S0C)가 변경될 수 있으므로, 전류에 따른 배터리 셀의 용량을 산출할 때, 배터리 셀의 온도도 참고하여 배터리 셀의 용량을 산출할 수 있다. 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량 변화는 미리 실험에 의하여 결정된 배터리 셀의 온도에 따른 배터리 셀의 용량을 참조 테이블로 이용하여 산출할 수 있다.
제어부(714)가 산출된 배터리 셀의 용량과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하지 않는다고 판단하면, 다시 실시간으로 배터리 셀 이상 판단 장치로부터 해당 배터리 셀의 정보를 수신한다.
그러나, 제어부(714)가 산출된 배터리 셀의 용량과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차이가 미리 설정된 임계값을 초과한다고 판단하면, 통신부(712)로 하여금 배터리 셀의 용량 퇴화 알림 신호를 상위 제어기(2)로 전송하도록 한다(S906).
한편, 제어부(714)는 또한 수신된 특정 배터리 셀의 전압을 이용하여 해당 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출한다. 또한, 제어부(714)는 산출된 특정 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 해당 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(S908).
제어부(714)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 생산 당시의 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하면 통신부(712)로 하여금 배터리 셀의 내부 저항 상승 신호를 상위 제어기(2)로 전송하도록 한다(S910).
반면에, 제어부(308)는 도출된 배터리 셀의 충방전 도달 시간과 미리 저장되어 있는 배터리 셀의 생산 당시의 배터리 셀의 생산 당시의 충방전 도달 시간의 차이가 미리 설정되어 있는 임계값을 초과하지 않으면 다시 실시간으로 배터리 셀 이상 판단 장치로부터 해당 배터리 셀의 정보를 수신한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
배터리 관리 시스템(1000)은, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 1010)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리팩의 이상 여부 진단 프로그램 혹은 배터리팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(1040)와, 배터리셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(1030)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(1020)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1040)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(1010)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 3 및 도 7에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시 예'와 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시 예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시 예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형 예시들은 반드시 모두 동일한 실시 예를 지칭하는 것은 아니다.
본 명세서를 통해 개시된 모든 실시 예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및
    상기 자기장 측정부에서 측정된 자기장 의하여 산출된 전류를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량을 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 수집하는 자기장 쉴드부를 더 포함하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량을 저장하는 저장부를 더 포함하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류를 제1 시간동안 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 계산하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함하고,
    상기 저장부는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 시간을 더 저장하고,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하고,
    측정된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 내부 저항이 상승되었다고 판단하는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 자기장 측정부 및 자기장 쉴드부는 상기 배터리 셀의 음극 또는 양극 중 어느 하나에 마련되는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 에너지 저장 장치(ESS)용 또는 차량용 배터리 셀에 사용되는 배터리 셀 이상 판단 장치.
  9. 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀; 및
    각각의 배터리 셀에 마련되는 배터리 셀 이상 판단 장치를 포함하고,
    상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 각각 연결된 배터리 셀에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 전류를 이용하여 상기 배터리 셀의 용량을 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단하는 배터리 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전류 측정부는 상기 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 생성된 자기장을 이용하여 전류를 측정하는 배터리 팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 셀 이상 판단 장치는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량을 저장하는 저장부를 더 포함하는 배터리 팩.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류를 제1 시간동안 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 계산하는 배터리 팩.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단하는 배터리 팩.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고,
    상기 저장부는 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 시간을 더 저장하고,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하고,
    측정된 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 배터리 셀의 내부 저항이 상승되었다고 판단하는 배터리 팩.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 전류 측정부는 상기 배터리 셀의 음극 또는 양극 중 어느 하나에 마련되는 배터리 팩.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 팩은 ESS용 또는 차량용 배터리 팩인 배터리 팩.
  17. 배터리 셀에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자기장을 측정하는 단계;
    측정된 자기장에서 도출된 전류를 누적 적산시켜 상기 배터리 셀의 용량을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 배터리 셀의 용량을 이용하여 상기 배터리 셀의 이상을 판단하는 단계를 포함하는 배터리 셀 이상 판단 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계를 더 포함하고,
    측정된 상기 배터리 셀의 전압을 이용하여 상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간을 산출하는 단계;
    상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 셀의 풀 충방전 도달 시간과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 풀 충방전 도달 시간의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 배터리의 내부 저항이 상승되었다고 판단하는 단계를 더 포함하는 배터리 셀 이상 판단 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 배터리 셀의 용량과 상기 배터리 셀의 생산 당시의 용량의 차가 미리 설정된 임계치를 초과하면 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단하는 단계를 더 포함하는 배터리 셀 이상 판단 방법.
  20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 배터리의 내부 저항이 상승되었거나 상기 배터리 셀의 용량이 퇴화되었다고 판단되면, 외부로 상기 배터리 내부 저항 상승 신호 또는 상기 배터리 셀의 용량 퇴화 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 배터리 셀 이상 판단 방법.
PCT/KR2020/001039 2019-02-14 2020-01-21 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법 WO2020166840A1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080007262.4A CN113597562B (zh) 2019-02-14 2020-01-21 用于确定电池单元异常的设备和方法
EP20756083.0A EP3901643A4 (en) 2019-02-14 2020-01-21 DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING BATTERY CELL DEFECT
US17/420,203 US11774515B2 (en) 2019-02-14 2020-01-21 Apparatus and method for determining error of a battery cell
JP2021526503A JP2022507511A (ja) 2019-02-14 2020-01-21 バッテリーセルの異常判断装置及び方法
JP2023212493A JP2024029001A (ja) 2019-02-14 2023-12-15 バッテリーセルの異常判断装置及び方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0017277 2019-02-14
KR1020190017277A KR102497448B1 (ko) 2019-02-14 2019-02-14 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020166840A1 true WO2020166840A1 (ko) 2020-08-20

Family

ID=72045023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/001039 WO2020166840A1 (ko) 2019-02-14 2020-01-21 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11774515B2 (ko)
EP (1) EP3901643A4 (ko)
JP (2) JP2022507511A (ko)
KR (1) KR102497448B1 (ko)
CN (1) CN113597562B (ko)
WO (1) WO2020166840A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7404590B2 (ja) 2020-11-23 2023-12-25 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリーパックの診断方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3238873A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 Lg Energy Solution, Ltd. Battery manufacturing method and battery manufacturing system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050121184A (ko) * 2002-10-11 2005-12-26 캐논 가부시끼가이샤 충전지의 내부저항의 검출장치를 수용하는 충전지팩 및검사용 충전지의 내부저항 검출용 프로그램이 기억된 매체
JP2008292403A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 組電池の異常検出方法及びその異常検出装置
JP2015027223A (ja) * 2013-07-29 2015-02-05 株式会社豊田自動織機 電池交換管理システム及び方法
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법
JP2016024170A (ja) * 2014-07-24 2016-02-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329512A (ja) 1998-05-20 1999-11-30 Fuji Photo Film Co Ltd 二次電池の容量劣化判断方法およびその判断装置
TW535308B (en) * 2000-05-23 2003-06-01 Canon Kk Detecting method for detecting internal state of a rechargeable battery, detecting device for practicing said detecting method, and instrument provided with said
EP1263111B1 (en) 2001-05-29 2010-11-24 Canon Kabushiki Kaisha Method, program and apparatus for detecting internal information of a rechargeable battery and apparatus including said detecting apparatus
JP4401734B2 (ja) * 2002-10-11 2010-01-20 キヤノン株式会社 二次電池の内部抵抗検知方法、内部抵抗検知装置、内部抵抗検知プログラム及び該プログラムを収めた媒体
JP3997908B2 (ja) * 2002-12-13 2007-10-24 トヨタ自動車株式会社 電流センサオフセット値算出装置およびその方法
JP5058925B2 (ja) * 2008-09-18 2012-10-24 矢崎総業株式会社 電流センサ
JP5167521B2 (ja) 2008-11-28 2013-03-21 旭化成エレクトロニクス株式会社 組電池及びその組電池を用いた電子機器
JP2010217070A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Toyota Motor Corp 容量推定装置および車両
CN102460893B (zh) * 2009-04-06 2014-11-05 阿克伦大学 电池组管理器单元和使用其来延长电池组的寿命的方法
JP5586219B2 (ja) 2009-12-25 2014-09-10 株式会社東芝 診断装置、電池パック及び電池価値指標の製造方法
WO2011162014A1 (ja) * 2010-06-24 2011-12-29 トヨタ自動車株式会社 電池管理システムおよび電池管理装置および電池の再利用方法および情報通信端末機器
KR101891843B1 (ko) 2010-11-02 2018-09-28 나비타스 솔루션스, 아이엔씨. 스마트 배터리 관리를 위한 무선 배터리 에어리어 네트웍
JP5868026B2 (ja) 2011-05-24 2016-02-24 株式会社東芝 超音波診断装置
JP2012247339A (ja) * 2011-05-30 2012-12-13 Renesas Electronics Corp 半導体集積回路およびその動作方法
US9395418B2 (en) 2011-06-13 2016-07-19 Methode Electronics, Inc. System and method for determining the state of health of electrochemical battery cells
WO2014083856A1 (ja) * 2012-11-30 2014-06-05 三洋電機株式会社 電池管理装置、電源装置およびｓｏｃ推定方法
JP5765375B2 (ja) * 2013-07-25 2015-08-19 トヨタ自動車株式会社 制御装置及び制御方法
KR101738601B1 (ko) 2014-11-03 2017-05-22 주식회사 엘지화학 배터리 용량 퇴화 추정 장치
KR102338460B1 (ko) 2015-01-22 2021-12-13 삼성전자주식회사 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치
KR101750478B1 (ko) 2015-06-01 2017-06-23 주식회사 엘지화학 전지셀의 용량 등급을 산정하는 방법
EP3327895B1 (en) 2015-07-21 2022-03-30 Murata Manufacturing Co., Ltd. Charging method, battery device, charging device, degradation diagnosis method, battery pack, electric vehicle, and electricity storage device
CN105006864A (zh) 2015-08-04 2015-10-28 广州广日电气设备有限公司 储能供电系统和方法
KR102035683B1 (ko) 2015-11-30 2019-10-23 주식회사 엘지화학 배터리 셀 벨런싱 장치 및 방법
KR102225896B1 (ko) 2016-07-29 2021-03-09 주식회사 엘지화학 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법
JP2018068081A (ja) 2016-10-21 2018-04-26 京セラ株式会社 二次電池の充電時間の予測装置および予測方法
JP6624012B2 (ja) 2016-11-04 2019-12-25 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の制御システム
US20210367277A1 (en) * 2018-06-01 2021-11-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Battery management device, battery information processing system, and battery information processing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050121184A (ko) * 2002-10-11 2005-12-26 캐논 가부시끼가이샤 충전지의 내부저항의 검출장치를 수용하는 충전지팩 및검사용 충전지의 내부저항 검출용 프로그램이 기억된 매체
JP2008292403A (ja) * 2007-05-28 2008-12-04 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 組電池の異常検出方法及びその異常検出装置
JP2015027223A (ja) * 2013-07-29 2015-02-05 株式会社豊田自動織機 電池交換管理システム及び方法
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법
JP2016024170A (ja) * 2014-07-24 2016-02-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7404590B2 (ja) 2020-11-23 2023-12-25 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリーパックの診断方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024029001A (ja) 2024-03-05
CN113597562B (zh) 2024-05-24
US20220065944A1 (en) 2022-03-03
EP3901643A4 (en) 2022-03-30
CN113597562A (zh) 2021-11-02
US11774515B2 (en) 2023-10-03
EP3901643A1 (en) 2021-10-27
KR102497448B1 (ko) 2023-02-08
KR20200099364A (ko) 2020-08-24
JP2022507511A (ja) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013147494A1 (ko) 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법
WO2013151355A1 (ko) 고장 자가 진단 기능을 구비한 절연 저항 측정 장치 및 이를 이용한 자가 진단 방법
WO2018080043A1 (ko) 이차 전지 및 그것의 수명 예측 장치
WO2019199058A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2021049753A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2021002658A1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 관리 방법
WO2020055117A1 (ko) 배터리 관리 장치
WO2020105903A1 (ko) 무선 제어 시스템, 무선 제어 방법 및 배터리 팩
WO2019093627A1 (ko) 배터리 온도 추정 장치 및 방법
WO2022055080A1 (ko) 배터리의 충전상태를 추정하는 방법
WO2020166840A1 (ko) 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법
WO2020085722A1 (ko) 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 시스템 및 이를 이용한 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 방법
WO2016056740A1 (ko) 스위치 열화 검출 장치 및 방법
WO2021006566A1 (ko) 배터리 셀 진단 장치 및 방법
WO2020105869A1 (ko) 무선 제어 시스템, 무선 연결 방법 및 배터리 팩
WO2022154354A1 (ko) 배터리 시스템 진단 장치 및 방법
WO2019107982A1 (ko) 배터리 팩
WO2022149890A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 시스템 및 배터리 진단 방법
WO2022149917A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2022145830A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2022025725A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법
WO2019245215A1 (ko) 전류 측정 장치, 전류 측정 방법 및 상기 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩
WO2021230642A1 (ko) 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
WO2019190144A1 (ko) 션트 저항 및 이를 포함하는 전류 검출 장치
WO2019107978A1 (ko) 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20756083

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021526503

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020756083

Country of ref document: EP

Effective date: 20210721

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE