WO2021006566A1 - 배터리 셀 진단 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 셀 진단 장치 및 방법 Download PDF

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battery cell
battery
voltage
soc
measured voltage
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PCT/KR2020/008751
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윤성열
권동근
이현철
김승현
김안수
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주식회사 엘지화학
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a battery cell for detecting an instantaneous voltage fluctuation that may occur due to an internal short circuit of a battery cell.
  • 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. .
  • These lithium-ion batteries are attracting attention as a next-generation energy storage medium as their range of use has 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.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for diagnosing a battery cell capable of detecting an abnormality in a cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of a battery cell.
  • a battery cell diagnosis apparatus includes a voltage measuring unit that measures a voltage of each battery cell of a battery module in an open circuit voltage state of a battery, and stores the measured voltage at predetermined time intervals.
  • the memory, and the battery when the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds a reference value by comparing a current measured voltage for each battery cell with a measured voltage before a preset time It may include an abnormality detector that determines that an abnormality has occurred in the cell.
  • the preset time of the battery cell diagnosis apparatus may be 5 seconds.
  • the abnormality detection unit of the battery cell diagnosis apparatus maintains a state in which the current flowing through the battery module is 0 for 10 seconds or more, and the SOC (State of Charge) of the battery cell is equal to or greater than a preset value. In some cases, abnormality diagnosis of the battery cell may be performed.
  • the abnormality detection unit of the battery cell diagnosis apparatus diagnoses an abnormality of the battery cell when 10 seconds elapse from the time when the charging or discharging of the battery is terminated and the current flowing through the battery module is zero. Can be done.
  • the preset value of the SOC of the battery cell diagnosis apparatus may be 30%.
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time of the battery cell diagnosis apparatus may include both a voltage drop amount and a voltage increase amount of the battery cell.
  • the abnormality detection unit of the battery cell diagnosis apparatus when a state in which the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds a reference value occurs two or more times in succession, the battery It can be determined that an abnormality has occurred in the cell.
  • the reference value of the battery cell diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention may be 10mV.
  • a battery cell diagnosis apparatus includes a voltage measuring unit measuring a voltage of each battery cell of a battery module in an open voltage state of a battery, and a voltage measurement of each battery cell of the battery module based on the measured voltage.
  • An SOC calculator that calculates an SOC, a memory that stores the measured voltage and the calculated SOC at a predetermined time interval, and compares the current SOC with the SOC before a preset time for each battery cell, and the current An abnormality detector configured to determine that an abnormality has occurred in the battery cell when the difference between the SOC and the SOC before the preset time exceeds a reference value.
  • a battery cell diagnosis method includes measuring a voltage of each battery cell of a battery module in an open voltage state of a battery, storing the measured voltage at a predetermined time interval, and the respective battery cells Comparing a current measured voltage and a measured voltage before a preset time, and when the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds a reference value, an abnormality has occurred in the battery cell. It may include the step of determining.
  • the preset time in the battery cell diagnosis method according to an embodiment of the present invention may be 5 seconds.
  • the battery cell diagnosis method measures the current flowing through the battery module and the SOC of the battery cell before the step of comparing the current measured voltage for each battery cell with the measured voltage before a preset time.
  • a state in which the current flowing through the battery module is 0 continues for 10 seconds or more, and the SOC of the battery cell is preset.
  • the value is greater than or equal to the value, comparing the current measured voltage with the measured voltage before a preset time may be performed for each battery cell.
  • the method for diagnosing a battery cell further includes measuring a current flowing through the battery module prior to comparing the current measured voltage for each battery cell with the measured voltage before a preset time, In the step of measuring the current flowing through the battery module, when 10 seconds have elapsed from the time when the charging or discharging of the battery is terminated and the current flowing through the battery module is 0, the current measured voltage for each of the battery cells and in advance Comparing the measured voltage before the set time may be performed.
  • a preset value of the SOC may be 30%.
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time may include both a voltage drop amount and a voltage increase amount of the battery cell.
  • the step of determining that an abnormality has occurred in the battery cell in the step of determining that an abnormality has occurred in the battery cell, the case where the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds a reference value is successively When it occurs two or more times, it may be determined that an abnormality has occurred in the battery cell.
  • a battery cell diagnosis method includes measuring a voltage of each battery cell of a battery module in an open voltage state of a battery, and calculating SOC of each battery cell of the battery module based on the measured voltage. Calculating, storing the calculated SOC at a predetermined time interval, comparing a current SOC for each battery cell with a SOC before a preset time, and the current SOC and before the preset time When the difference in SOC exceeds a reference value, determining that an abnormality has occurred in the battery cell may be included.
  • an abnormality in a cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of the battery cell may be detected early.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a general battery management system.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a battery cell diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B illustrate a method of detecting an abnormality in cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of a battery cell by the battery cell diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a battery cell diagnosis method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an apparatus for diagnosing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, first, or second used in various embodiments may modify various elements regardless of order and/or importance, and the corresponding elements Not limited.
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be renamed to a first component.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a battery control system.
  • a configuration 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 is shown.
  • the battery pack 1 is composed of one or more battery cells, and is connected in series to the battery module 10 capable of charging and discharging, and the + terminal side or the-terminal side of the battery module 10 to provide a battery
  • a switching unit 14 for controlling the charging/discharging current flow of the module 10 and a battery management system that controls and manages to prevent overcharging and overdischarging by monitoring voltage, current, temperature, etc. of the battery module 10 It includes (20).
  • the battery management system 20 is described as being connected to the battery module, it is also connected to each battery cell to monitor and measure the voltage and current temperature of the battery cells.
  • a battery cell management system is disposed for each battery cell, and each of the plurality of battery cell management systems may transmit and receive data with the battery management system 20 that monitors and controls the battery module.
  • the battery cell management system is similar in operation and function to the battery 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 may measure or calculate voltages and currents such as gates, sources, and drains of semiconductor switching elements in order to monitor voltage, current, temperature, etc. of the battery pack module 10, and The current, voltage, temperature, etc. of the battery module may be measured using the sensor 12 provided adjacent to the switching 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 for an ESS or a vehicle. However, it is not limited to these uses.
  • the battery cell diagnosis apparatus may be connected to each of a plurality of battery cells connected in series in the battery module 10 to determine an abnormality of the battery cell.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a battery cell diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell diagnosis apparatus corresponds to the above-described battery cell management system.
  • the battery cell diagnosis apparatus 100 may include a voltage measurement unit 110, a memory 120, an abnormality detection unit 130, and an SOC calculation unit 140. have.
  • the voltage measurement unit 110 may measure the voltage of each battery cell of the battery module in an open voltage state of the battery.
  • the open-circuit voltage of the battery may mean a voltage measured in a state in which the battery cell is not charged or discharged, that is, in a rest state.
  • the voltage measurement unit 110 may measure the voltage of each battery cell in the open voltage state of the battery at regular time intervals. For example, the voltage measurement unit 110 may measure the voltage of the battery cell every second. However, the present invention is not limited thereto, and the voltage measurement unit 110 may measure the voltage at various time intervals set by the user.
  • the memory 120 may store the voltage measured by the voltage measuring unit 210 and the SOC calculated by the SOC calculating unit 140 at predetermined time intervals. For example, the memory 120 may store the voltage measured by the voltage measuring unit 110 and SOC calculated by the SOC calculating unit 140 every second.
  • the abnormality detection unit 130 compares the current measured voltage and the measured voltage before a preset time for each battery cell of the battery, and when the difference between the current measured voltage and the measured voltage before a preset time exceeds a reference value, the battery It can be determined that an abnormality has occurred in the battery cell of.
  • the measured voltage before the preset time may be the measured voltage 5 seconds before the present.
  • the abnormality detection unit 130 may determine a battery cell abnormality of the battery according to the following equation.
  • the above equation shows the case where the reference value is 10mV. However, it is not limited thereto, and the reference value may be appropriately set depending on the case.
  • the reference value may be set in consideration of the error range of the voltage measuring unit 110.
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before a preset time is an absolute value, and may include not only the voltage drop of the battery cell but also the voltage increase of the battery cell.
  • the abnormality detection unit 130 compares the current SOC calculated by the SOC calculation unit 140 for each battery cell with the SOC before a preset time, and the difference between the current SOC and the SOC before the preset time exceeds the reference value. In this case, it can be determined that an abnormality has occurred in the battery cell.
  • the reference value may be 3% of the total SOC.
  • the abnormality detection unit 130 may compare the current measured voltage (or SOC) and the measured voltage (or SOC) before a preset time for each battery cell only when a preset condition is satisfied.
  • the preset condition may include that a state in which the current flowing through the battery module is 0 continues for 10 seconds or more, and that the SOC of the battery cell is equal to or greater than a preset value.
  • the preset value of SOC may include that the SOC is 30% or more. The reason for this is that each battery cell model has an OCV characteristic curve to prevent erroneous detection by excluding the SOC section where the steep slope appears.
  • the abnormality detection unit 130 may perform abnormality diagnosis of the battery cell when 10 seconds elapse from the time when charging or discharging of the battery is terminated and the current flowing through the battery module is zero.
  • the abnormality detection unit 130 may determine that an abnormality has occurred in the battery cell when the difference between the current measured voltage and the measured voltage before a preset time exceeds the reference value two or more times in succession. Through this, the abnormality detection unit 130 may increase the accuracy of detecting an abnormality of a battery cell of the battery.
  • the SOC calculation unit 140 may calculate the SOC of each battery cell of the battery module based on the voltage measured by the voltage measurement unit 110.
  • the SOC calculator 140 may calculate the SOC in consideration of various factors such as current, temperature, and pressure of each battery cell as well as voltage of each battery cell of the battery module.
  • the SOC calculation method of the battery cell may be classified according to a parameter used as a criterion for determining the remaining amount.
  • the Ah method is a method that calculates the used capacity using the relationship between the current and time used and reflects it in the SOC, and the resistance measurement method is based on the relationship between the internal resistance (IR-drop) of the battery and the SOC. Is how to calculate.
  • the voltage measurement method is a method of measuring an open circuit voltage (OCV) of a battery cell terminal and calculating a residual amount based on the relationship between the OCV and SOC measured in advance.
  • SOC may be calculated using a voltage measurement method.
  • the abnormality detector 130 combines the current measured voltage and SOC with the measured voltage and SOC before a preset time for each battery cell of the battery. In comparison, when the difference between the current measured voltage and SOC and the measured voltage and SOC before a preset time exceeds a reference value, it may be determined that an abnormality has occurred in the battery cell.
  • 3A and 3B illustrate a method of detecting an abnormality in cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of a battery cell by the battery cell diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents voltage (V).
  • the lower tables of FIGS. 3A and 3B show the measured voltages of each battery cell of the battery module for each time period and the voltage before a predetermined time.
  • the reference value for detecting an abnormality in cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of the battery cell is 10 mV.
  • the apparatus for diagnosing a battery cell may determine that an abnormal cell voltage behavior occurs due to an instantaneous internal short circuit of the battery cell in 43 seconds.
  • the apparatus for diagnosing a battery cell may determine that an abnormal cell voltage behavior occurs due to an instantaneous internal short circuit of the battery cell in 44 seconds.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage of each battery cell of the battery module may be measured in the open voltage state of the battery (S110).
  • the open-circuit voltage of the battery may mean a voltage measured in a state in which the battery cell is not charged or discharged, that is, in a rest state.
  • the voltage of each battery cell in the open voltage state of the battery can be measured at a constant time, for example, at intervals every second.
  • the voltage of the battery cell can be measured.
  • the measured voltage may be stored at a predetermined time interval (S120).
  • the voltage measured every second may be stored in the memory.
  • the current measured voltage and the measured voltage before a preset time may be compared (S130). In this case, the preset time may be 5 seconds.
  • measuring a current flowing through the battery module and an SOC of the battery cell may be further included.
  • the step of measuring the current flowing through the battery module and the SOC of the battery cell when a state in which the current flowing through the battery module is 0 continues for 10 seconds or more, and the SOC of the battery cell is greater than or equal to a preset value, each battery cell A step of comparing the current measured voltage and the measured voltage before a preset time may be performed.
  • the preset value of SOC may include that the SOC is 30% or more.
  • the step of measuring the current flowing through the battery module before the step of comparing the current measured voltage for each battery cell and the measured voltage before a preset time may be further included.
  • the step of measuring the current flowing through the battery module when 10 seconds elapse from the time when the charging or discharging of the battery is finished and the current flowing through the battery module is 0, the current measured voltage and a preset value for each battery cell A step of comparing the measured voltage before time may be performed.
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before a preset time is an absolute value, and may include not only the voltage drop of the battery cell but also the voltage increase of the battery cell.
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds the reference value, it may be determined that an abnormality has occurred in the battery cell (S140).
  • the difference between the current measured voltage and the measured voltage before the preset time exceeds the reference value two or more times in succession, it may be determined that an abnormality has occurred in the battery cell.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a battery cell diagnosis method according to another embodiment of the present invention.
  • the voltage of each battery cell of the battery module may be measured in the open voltage state of the battery (S210). Further, the SOC of each battery cell of the battery module may be calculated based on the measured voltage (S220). In this case, the SOC may be calculated by considering various factors such as current, temperature, and pressure of each battery cell as well as the voltage of each battery cell of the battery module.
  • the measured voltage and the calculated SOC may be stored at a predetermined time interval (S230).
  • the current SOC and the SOC before a preset time may be compared (S240). If the difference between the current SOC and the SOC before the preset time exceeds the reference value, it may be determined that an abnormality has occurred in the battery cell (S250).
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an apparatus for diagnosing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell diagnosis apparatus 600 includes a microcontroller (MCU) 610 that controls various processes and configurations, an operating system program and various programs (for example, a battery pack abnormality diagnosis program or a battery
  • An input/output interface 630 that provides an input interface and an output interface between a memory 620 in which a pack temperature estimation program) and the like are recorded, and a battery cell module and/or a switching unit (eg, a semiconductor switching device),
  • a communication interface 640 capable of communicating with an external (for example, a host controller) through a wired or wireless communication network may be provided.
  • the computer program according to the present invention may be recorded in the memory 620 and processed by the microcontroller 610 to be implemented as, for example, a module that performs each functional block shown in FIG. 2.
  • an abnormality in cell voltage behavior due to an instantaneous internal short circuit of the battery cell may be detected early.

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치는 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부, 상기 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장하는 메모리, 및 상기 각 배터리 셀에 대한 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하여, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상 검출부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 셀 진단 장치 및 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 07월 05일 자 한국 특허 출원 제10-2019-0081391에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 배터리 셀의 내부 단락으로 발생할 수 있는 순간적인 전압 변동을 검출하기 위한 배터리 셀 진단 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. 이러한 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.
특히, ESS(Energy Storage System) 분야에서 배터리 모듈의 셀 내부에 단락이 발생하는 경우, 배터리뿐만 아니라 ESS 시스템 전체에 손상을 줄 수 있다. 그러나, 종래에는 배터리 셀의 내부 단락을 조기에 검출할 수 있는 방안이 없었다.
또한, 종래에는 배터리 모듈 내 각 셀 양단의 전압을 실시간으로 측정하여 저전압 또는 고전압 등 운영 범위를 벗어나는 부분에 대해서만 검출을 진행해왔다. 따라서, 종래의 ESS 시스템에서는 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동 이상에 대한 검출은 이루어지지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 조기에 검출할 수 있는 배터리 셀 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치는 배터리의 개로 전압(Open Circuit Voltage) 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부, 상기 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장하는 메모리, 및 상기 각 배터리 셀에 대한 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하여, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 미리 설정된 시간은 5초일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 이상 검출부는 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 상기 배터리 셀의 SOC(State of Charge)가 미리 설정된 수치 이상인 경우에 상기 배터리 셀의 이상 진단을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 이상 검출부는, 상기 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 상기 배터리 셀의 이상 진단을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 SOC의 미리 설정된 수치는 30%일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 상기 배터리 셀의 전압 강하량 및 전압 상승량 모두를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 이상 검출부는, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 상태가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 상기 기준치는 10mV일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치는 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부, 상기 측정된 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출하는 SOC 산출부, 상기 측정된 전압과 상기 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장하는 메모리, 및 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교하여, 상기 현재의 SOC와 상기 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법은 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장하는 단계, 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계, 및 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법의 상기 미리 설정된 시간은 5초일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법은 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계 이전에 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 상기 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 상기 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계에서 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 상기 배터리 셀의 SOC가 미리 설정된 수치 이상인 경우에 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법은 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계 이전에 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계에서 상기 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법의 상기 SOC의 미리 설정된 수치는 30%일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법의 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 상기 배터리 셀의 전압 강하량 및 전압 상승량 모두를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법은 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계에서, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법은 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출하는 단계, 상기 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장하는 단계, 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교하는 단계, 및 상기 현재의 SOC와 상기 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치 및 방법에 의하면, 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 조기에 검출할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치에 의해 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 검출하는 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 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 문맥 상 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.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도가 도시된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 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, 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다. 여기서, 배터리 관리 시스템(20)이 배터리 모듈에 연결되어 있는 구성으로 설명하지만, 배터리 셀마다도 연결되어 배터리 셀의 전압, 전류 온도 등을 모니터링하고 측정할 수 있다. 배터리 셀마다 배터리 셀 관리 시스템을 배치하고, 복수의 배터리 셀 관리 시스템 각각은 배터리 모듈을 모니터링하고 제어하는 배터리 관리 시스템(20)과 데이터를 송수신할 수 있다. 배터리 셀 관리 시스템은 배터리 관리 시스템(20)과 동작과 기능이 유사하다.
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 모듈(10)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 배터리 모듈의 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 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 실시 예들에 따른 배터리 셀 진단 장치는 상기 배터리 모듈(10) 내에 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 배터리 셀의 이상을 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 여기서 배터리 셀 진단 장치는 상술된 배터리 셀 관리 시스템에 대응한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치(100)는 전압 측정부(110), 메모리(120), 이상 검출부(130) 및 SOC 산출부(140)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는 배터리의 개로 전압 상태에서 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다. 이 때, 배터리의 개로 전압이란 배터리 셀이 충전 또는 방전이 아닌 상태, 즉 Rest 상태에서 측정된 전압을 의미할 수 있다.
또한, 전압 측정부(110)는 배터리의 개로 전압 상태에서의 각 배터리 셀의 전압을 일정한 시간 간격으로 측정할 수 있다. 예를 들면, 전압 측정부(110)는 매초마다 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전압 측정부(110)는 사용자에 의해 다양하게 설정된 시간 간격으로 전압을 측정할 수 있을 것이다.
메모리(120)는 전압 측정부(210)에서 측정된 전압과 SOC 산출부(140)에서 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(120)는 매초마다 전압 측정부(110)에 의해 측정된 전압과 SOC 산출부(140)에서 산출된 SOC를 저장할 수 있다.
이상 검출부(130)는 배터리의 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하여, 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 배터리의 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압은 현재로부터 5초 이전의 측정 전압일 수 있다. 이러한 경우, 이상 검출부(130)는 다음의 식에 따라 배터리의 배터리 셀 이상을 판단할 수 있다.
Figure PCTKR2020008751-appb-I000001
상기 식은 기준치가 10mV인 경우를 나타낸 것이다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 기준치는 경우에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준치는 전압 측정부(110)의 오차 범위를 고려하여 설정될 수 있다. 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 절대값으로서 배터리 셀의 전압 강하량뿐 아니라 배터리 셀의 전압 상승량도 포함할 수 있다.
이상 검출부(130)는 각 배터리 셀에 대해 SOC 산출부(140)에 의해 산출된 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교하여, 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 기준치는 전체 SOC의 3%일 수 있다.
또한, 이상 검출부(130)는, 미리 설정된 조건을 만족하는 경우에만 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압(또는 SOC)과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압(또는 SOC)의 비교를 수행할 수 있다. 이 때, 미리 설정된 조건은 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 배터리 셀의 SOC가 미리 설정된 수치 이상인 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, SOC의 미리 설정된 수치는 SOC가 30% 이상인 것을 포함할 수 있다. 그 이유는 배터리 셀 모델마다 OCV 특성 곡선을 가지는데, 급격한 기울기가 나타나는 SOC 구간을 제외함으로써 오검출을 방지하기 위함이다.
또한, 이상 검출부(130)는 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 배터리 셀의 이상 진단을 수행할 수 있다.
이상 검출부(130)는 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 상태가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이를 통해, 이상 검출부(130)는 배터리의 배터리 셀의 이상 검출의 정확성을 높일 수 있다.
SOC 산출부(140)는 전압 측정부(110)에서 측정된 전압에 기초하여 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출할 수 있다. SOC 산출부(140)는 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압뿐만 아니라 각 배터리 셀의 전류, 온도, 압력 등 여러 요인을 고려하여 SOC를 산출할 수 있다.
여기서, 배터리 전지의 SOC 산출 방법은 잔존량 판단의 기준으로 사용하는 파라미터에 따라 분류될 수 있다. Ah법은 사용 전류와 시간의 관계를 이용하여 사용된 용량을 구하여 SOC에 반영하는 방법이며, 저항 측정법은 배터리의 내부 저항(IR-drop; Internal Resistance - drop)과 SOC의 관계에 기초하여 잔존량을 계산하는 방법이다. 또한, 전압 측정법은 배터리 전지 단자의 개로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)을 측정하고 미리 측정된 OCV와 SOC 관계에 기초하여 잔존량을 계산하는 방법이다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 경우, 전압 측정법을 이용하여 SOC를 산출할 수 있을 것이다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐 SOC 산출 방법이 상술한 방법들로 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 2의 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치(100)에 따르면, 이상 검출부(130)는 배터리의 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압 및 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압 및 SOC을 함께 비교하여, 현재의 측정 전압 및 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압 및 SOC의 차가 모두 기준치를 초과하는 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이 배터리 셀의 측정 전압과 SOC를 모두 이용함으로써, 배터리의 각 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 검출하는 것에 있어서 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치에 의해 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 검출하는 방법을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b의 상단 그래프에 있어서, 가로 축은 시간(초)을 나타내며, 세로 축은 전압(V)을 나타낸다. 또한, 도 3a 및 도 3b의 하단 표는 시간 별로 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 측정 전압과 일정 시간 이전의 전압을 나타낸다. 이 때, 도 3a 및 도 3b의 예시에서 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 검출하기 위한 기준치는 10mV인 것으로 한다.
도 3a를 참조하면, 43초에 측정한 전압 4.117 V에 대해 4초 이전의 전압이 4.129V이고, 5초 이전의 전압이 4.128V이므로 그 차이는 각각 12mV와 11mV가 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치는 43초에 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 44초에 측정한 전압 4.117V에 대해 5초 이전의 전압이 4.129V이므로 그 차이가 12mV가 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치는 44초에 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 3b의 경우에도 도 3a와 마찬가지로, 37초 내지 40초에 측정한 전압에 대해 일정 시간(예를 들면, 1초 이상) 이전의 전압과의 차이가 10mV 이상이므로, 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 진단하는 경우, 배터리의 개로 전압 상태에서 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다(S110). 이 때, 배터리의 개로 전압이란 배터리 셀이 충전 또는 방전이 아닌 상태, 즉 Rest 상태에서 측정된 전압을 의미할 수 있다.
이 경우, 배터리의 개로 전압 상태에서의 각 배터리 셀의 전압을 일정한 시간, 예를 들면, 매초마다 간격으로 측정할 수 있다 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.
다음으로, 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장할 수 있다(S120). 이 때, 매초마다 측정된 전압을 메모리에 저장할 수 있다. 그리고, 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교할 수 있다(S130). 이 때, 미리 설정된 시간은 5초일 수 있다.
또한, 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하기 전에 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 상기 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계에 있어서, 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 배터리 셀의 SOC가 미리 설정된 수치 이상인 경우에 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행될 수 있다. 이 때, SOC의 미리 설정된 수치는 SOC가 30% 이상인 것을 포함할 수 있다.
또한, 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계 이전에 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계에 있어서, 상기 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 절대값으로서 배터리 셀의 전압 강하량뿐 아니라 배터리 셀의 전압 상승량도 포함할 수 있다.
그리고, 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S140). 이 경우, 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 다른 배터리 셀 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 배터리의 개로 전압 상태에서 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다(S210). 그리고, 측정된 전압에 기초하여 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출할 수 있다(S220). 이 때, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압뿐만 아니라 각 배터리 셀의 전류, 온도, 압력 등 여러 요인을 고려하여 SOC를 산출할 수 있다.
다음으로, 측정된 전압과 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장할 수 있다(S230). 그리고, 각 배터리 셀에 대해 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교할 수 있다(S240). 만약, 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S250).
한편, 도 5에는 나타내지 않았으나, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 측정 전압과 SOC 모두를 비교함으로써 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 조기에 검출하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 배터리 셀 진단 장치(600)는 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 610)와, 운영 체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 팩의 이상 진단 프로그램 또는 배터리 팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(620)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 스위칭부(예로써, 반도체 스위칭 소자)와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(630)와, 유무선 통신망을 통해 외부(예로써, 상위 제어기)와 통신 가능한 통신 인터페이스(640)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(620)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(610)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 진단 장치 및 방법에 의하면, 배터리 셀의 순간적인 내부 단락으로 인한 셀 전압 거동의 이상을 조기에 검출할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 배터리의 개로 전압(Open Circuit Voltage) 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장하는 메모리; 및
    상기 각 배터리 셀에 대한 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하여, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상 검출부를 포함하는 배터리 셀 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미리 설정된 시간은 5초인 배터리 셀 진단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상 검출부는 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 상기 배터리 셀의 SOC(State of Charge)가 미리 설정된 수치 이상인 경우에 상기 배터리 셀의 이상 진단을 수행하는 배터리 셀 진단 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상 검출부는, 상기 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 상기 배터리 셀의 이상 진단을 수행하는 배터리 셀 진단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 SOC의 미리 설정된 수치는 30%인 배터리 셀 진단 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 상기 배터리 셀의 전압 강하량 및 전압 상승량 모두를 포함하는 배터리 셀 진단 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상 검출부는, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 상태가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 셀 진단 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준치는 10mV인 배터리 셀 진단 장치.
  9. 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 측정된 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출하는 SOC 산출부;
    상기 측정된 전압과 상기 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장하는 메모리; 및
    상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교하여, 상기 현재의 SOC와 상기 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 이상 검출부를 포함하는 배터리 셀 진단 장치.
  10. 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정된 전압을 일정 시간 간격으로 저장하는 단계;
    상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 셀 진단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 미리 설정된 시간은 5초인 배터리 셀 진단 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계 이전에 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 상기 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 배터리 모듈에 흐르는 전류 및 상기 배터리 셀의 SOC를 측정하는 단계에서 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 상태가 10초 이상 지속이 되고, 상기 배터리 셀의 SOC가 미리 설정된 수치 이상인 경우에 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행되는 배터리 셀 진단 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계 이전에 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 배터리 모듈에 흐르는 전류를 측정하는 단계에서 상기 배터리의 충전 또는 방전이 종료된 시점부터 10초가 경과되고 상기 배터리 모듈에 흐르는 전류가 0인 경우에 상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 측정 전압과 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압을 비교하는 단계가 수행되는 배터리 셀 진단 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 SOC의 미리 설정된 수치는 30%인 배터리 셀 진단 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차는 상기 배터리 셀의 전압 강하량 및 전압 상승량 모두를 포함하는 배터리 셀 진단 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계에서, 상기 현재의 측정 전압과 상기 미리 설정된 시간 이전의 측정 전압의 차가 기준치를 초과하는 경우가 연속으로 2회 이상 발생한 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 배터리 셀 진단 방법.
  17. 배터리의 개로 전압 상태에서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정된 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 SOC를 산출하는 단계;
    상기 산출된 SOC를 일정 시간 간격으로 저장하는 단계;
    상기 각 배터리 셀에 대해 현재의 SOC와 미리 설정된 시간 이전의 SOC를 비교하는 단계; 및
    상기 현재의 SOC와 상기 미리 설정된 시간 이전의 SOC의 차가 기준치를 초과하는 경우에 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 셀 진단 방법.
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