WO2022035149A1 - 배터리 이상 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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battery cell
battery
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diagnosing
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임보미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2020-0100131 filed on August 10, 2020, and includes all contents disclosed in the literature of the Korean patent application as a part of this specification.
  • the present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a battery abnormality for diagnosing an abnormality in a battery idle period.
  • the secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and includes all of the conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, and the latest lithium ion batteries.
  • lithium ion batteries have an advantage in that their energy density is much higher than that of conventional Ni/Cd batteries and Ni/MH batteries.
  • lithium ion batteries can be manufactured in a small size and light weight, so they are used as power sources for mobile devices.
  • the lithium ion battery is receiving attention as a next-generation energy storage medium as the 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.
  • diagnostic lists for diagnosing before a fire occurs are provided.
  • This diagnostic list includes various values related to voltage, current, temperature, power, etc. for preventing fire, and in the case of secondary batteries, overvoltage or undervoltage was mainly diagnosed.
  • an abnormality may actually occur in a range other than the upper end or lower end of the voltage. For example, there are cases in which a fire occurs even when an overvoltage or undervoltage warning notification has not occurred. Therefore, there is a need for a new diagnostic item to solve a problem that may cause fire in addition to such overvoltage or undervoltage.
  • the present invention is devised to solve the above problems, and by diagnosing the unstable behavior of voltage in the idle section of the battery through regression analysis, a battery abnormality diagnosis apparatus and method capable of classifying abnormal types in the idle section of the battery is intended to provide
  • An apparatus for diagnosing battery abnormalities includes a voltage obtaining unit obtaining a voltage of a battery cell, an analyzing unit analyzing the voltage of the battery cell to calculate estimation information for estimating the voltage of the battery cell, and and a diagnostic unit configured to analyze the estimated information to diagnose an abnormality in the battery cell.
  • the estimation information may include a voltage estimation equation related to the voltage of the battery cell, and the diagnosis unit may diagnose the abnormality of the battery cell based on a difference value of a slope of the voltage estimation equation with time. there is.
  • the diagnostic unit diagnoses the battery cell as a resting long-time stabilization abnormality when the difference value of the slope is less than a preset first reference value, and when the difference value of the slope is equal to or greater than the first reference value, the battery cell Cells can be diagnosed with rest voltage abnormality after charging or discharging.
  • the first reference value may be determined based on the standard deviation for the difference value of the slope of the voltage estimation formula of the plurality of battery cells included in the battery rack.
  • the diagnosis unit diagnoses the battery cell as being greater than or equal to the idle voltage after charging, and the battery cell If the start voltage of the rest period of ' is equal to or less than the second reference value, it may be diagnosed as being above the rest voltage after discharging.
  • the second reference value may be determined as a voltage when the SOC of the battery cell is 50%.
  • the diagnostic unit when the difference between the slopes is equal to or greater than the first reference value, diagnoses as a quiescent voltage or higher after charging when the current of the battery cell flows in the first direction, and the current of the battery cell is equal to or greater than the first reference value. When it flows in the second direction opposite to the first direction, it can be diagnosed as an abnormality of the rest voltage after discharging.
  • the analyzer may calculate a voltage estimation equation in a rest period after charging or discharging of the battery cell.
  • the diagnostic unit may further include an alarm unit that generates a warning notification when it is determined that an abnormality has occurred in the battery cell.
  • the method for diagnosing a battery abnormality includes obtaining a voltage of a battery cell, analyzing the voltage of the battery cell to calculate estimation information for estimating the voltage of the battery cell, and the estimated information and diagnosing an abnormality in the battery cell by analyzing the .
  • the estimation information includes a voltage estimation equation related to the voltage of the battery cell, and the diagnosing the abnormality of the battery cell is based on a difference value of a slope of the voltage estimation equation with time of the battery cell. Cell abnormalities can be diagnosed.
  • the diagnosing of the abnormality of the battery cell may include diagnosing the battery cell as a resting long-time stabilization abnormality when the difference value of the slope is less than a first reference value, and the difference value of the slope is the first reference value.
  • the battery cell may be diagnosed as having a rest voltage or higher after charging or discharging.
  • the diagnosing of the abnormality of the battery cell may include: when the difference value of the slope is equal to or greater than the first reference value, and when the start voltage of the idle period of the battery cell is greater than a preset second reference value, the idle voltage after charging is greater than or equal to the second reference value , and when the start voltage of the rest period of the battery cell is equal to or less than the second reference value, the battery cell may be diagnosed as being above the rest voltage after discharging.
  • the diagnosing of the abnormality of the battery cell may include diagnosing an abnormality of a rest voltage after charging when the difference value of the slope is equal to or greater than the first reference value, and when a current flows in the battery cell in a first direction, When the current flows in the battery cell in the second direction opposite to the first direction, it may be diagnosed as having an abnormality of the rest voltage after discharging.
  • the apparatus and method for diagnosing battery abnormalities of the present invention by diagnosing the unstable behavior of voltage in the idle period of the battery through regression analysis, it is possible to classify the types of abnormalities in the idle period of the battery.
  • 1 is a block diagram showing the configuration of a general battery rack.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • 3A to 3C are diagrams illustrating classification of long-term resting stabilization by the apparatus for diagnosing battery abnormalities according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4C are diagrams illustrating classification of rest voltage abnormalities after discharging by the apparatus for diagnosing battery abnormalities according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an apparatus for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, first, or second used in various embodiments may modify various components regardless of order and/or importance, do not limit
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be renamed as a first component.
  • 1 is a block diagram showing the configuration of a general battery rack.
  • FIG. 1 it schematically shows a battery control system including a battery rack (1) and the upper controller (2) included in the upper system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rack (1) is made of one or more battery cells and a battery module 10 capable of charging and discharging, the (+) terminal side or the (-) terminal side of the battery module 10 in series
  • the switching unit 14 for controlling the charge/discharge current flow of the battery module 10 connected to the and a battery management system 20 (eg, RBMS).
  • the battery rack 1 may include a plurality of battery modules 10 , sensors 12 , a switching unit 14 , and a battery management system 20 .
  • the switching unit 14 is a device for controlling the current flow for the charging or discharging of the plurality of battery modules 10, for example, according to the specifications of the battery rack (1) at least one relay, magnetic contactor etc. may be used.
  • the battery management system 20 is an interface for receiving measured values of the various parameters described above, and may include a plurality of terminals and a circuit connected to these terminals to process the received values.
  • the battery management system 20 may control ON/OFF of the switching unit 14 , for example, a relay or a contactor, and is connected to the battery module 10 to determine the state of each battery module 10 . can monitor
  • a regression analysis on the voltage of a battery cell may be performed through a separate program, as will be described later. Also, the abnormal type of the battery cell may be classified using the calculated regression equation.
  • the upper controller 2 may transmit a control signal for the battery module 10 to the battery management system 20 . Accordingly, the operation of the battery management system 20 may be controlled based on a signal applied from the upper controller 2 .
  • the battery cell of the present invention may be a configuration included in the battery module 10 used in the ESS (Energy Storage System).
  • the host controller 2 may be a battery bank controller (BBMS) including a plurality of racks or an ESS controller that controls the entire ESS including a plurality of banks.
  • BBMS battery bank controller
  • the battery rack (1) is not limited to this use.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • the battery abnormality diagnosis apparatus 200 of FIG. 2 may be included in a BMS that manages the battery module 10, a BMS that manages the battery rack 1, or a system controller that manages the entire ESS, and includes a plurality of banks included in the plurality of banks. Anomaly diagnosis can be performed by collecting voltage data of each battery module from the rack BMS of
  • the battery abnormality diagnosis apparatus 200 of FIG. 2 may be included in the battery management system 20 or the upper controller 2 of FIG. 1 described above.
  • the abnormality type classification of the battery cell by the battery abnormality diagnosis apparatus 200 indicates that an abnormality has occurred in the battery cell through an abnormality detection algorithm (eg, principal component analysis, etc.) of the battery cell. It may be a process after judgment. That is, hereinafter, the battery abnormality diagnosis apparatus 200 of the present invention will be described on the premise that the occurrence of abnormal behavior in the battery cells has already been detected through a series of processes. However, this is merely exemplary and the present invention is not limited thereto, and the battery abnormality diagnosis apparatus 200 of the present invention may analyze data in real time and classify abnormality types regardless of whether abnormal behavior is detected. .
  • an abnormality detection algorithm eg, principal component analysis, etc.
  • the apparatus 200 for diagnosing battery abnormalities may include a voltage acquisition unit 210 , an analysis unit 220 , a diagnosis unit 230 , and an alarm unit 240 . there is.
  • the voltage obtaining unit 210 may obtain the voltage of the battery cell. For example, the voltage obtaining unit 210 may measure the voltage of the battery cell at regular time intervals. According to an embodiment, the voltage obtaining unit 210 may receive the measured voltage of the battery cell from another device. Also, the voltage obtaining unit 210 may measure a current flowing through the battery cell.
  • the analyzer 220 may analyze the obtained voltage of the battery cell to calculate estimated information related to the voltage of the battery cell.
  • the estimation information may include a voltage estimation equation related to the voltage of the battery cell.
  • the analyzer 220 may calculate a voltage estimation equation of the battery cell by performing a regression analysis on the obtained voltage of the battery cell. In this case, the analyzer 220 may calculate a voltage estimation equation for a rest period after charging or discharging of the battery cell.
  • the analyzer 220 may calculate a voltage estimation equation for the voltage of the battery cell for a set window size (eg, 30 minutes). For example, the analyzer 220 may calculate the voltage estimation equation as follows.
  • Ts is the start time of the idle period
  • Te is the end time of the idle period
  • X is the voltage of the battery cell
  • the diagnosis unit 230 may analyze the voltage estimation equation calculated by the analysis unit 220 to diagnose an abnormality in the battery cell. For example, the diagnosis unit 230 may calculate the slope (a) of the voltage estimation equation and the difference value (a t+1 -a t ) of the slope, and use this for diagnosing abnormalities in the battery cell.
  • the time interval for the difference value of the slope may be a sampling time (eg, 1 second).
  • the diagnosis unit 230 may diagnose the battery cell as abnormal for a long period of resting (relaxation).
  • the first reference value may be determined based on a multiple of the standard deviation ( ⁇ ) for the difference value of the slope of the voltage estimation formula of a plurality of battery cells included in the battery rack.
  • the first reference value may be 6 ⁇ .
  • the long period of resting stabilization of the battery cell is an abnormal type in which it takes a relatively long time for the battery cell to reach a stable state after resting compared to other battery cells.
  • the operation between the positive electrode and the negative electrode in the battery cell is not smooth, and a problem may occur in battery performance.
  • the diagnosis unit 230 may diagnose the battery cell as the quiescent voltage or greater after charging or discharging.
  • the abnormality of the rest voltage after charging or discharging of the battery cell is an abnormal type in which the voltage does not gradually decrease or rise in the rest period after charging and discharging of the battery cell, but in an unstable form.
  • the slope of the voltage of the battery cell may fluctuate outside a certain sigma level.
  • the diagnosis unit 230 diagnoses the battery cell as being greater than or equal to the rest voltage after charging if the start voltage of the idle period of the battery cell is greater than a preset second reference value, , when the start voltage of the rest period of the battery cell is equal to or less than the second reference value, it may be diagnosed as being greater than or equal to the rest voltage after discharging.
  • the second reference value may be determined as a voltage when the SOC of the battery cell is 50%.
  • the diagnosis unit 230 diagnoses as the quiescent voltage or higher after charging when the current flows in the battery cell in the first direction, and the current in the battery cell When it flows in the second direction opposite to the first direction, it can be diagnosed as an abnormality of the rest voltage after discharging.
  • the direction of the current can be expressed as (+) or (-).
  • the alarm unit 240 may generate a warning notification when it is determined that an abnormality has occurred in the battery cell through the diagnosis unit 230 .
  • the alarm unit 240 generates different warning notifications for each of the above-described three battery abnormal types, namely, long-term resting stabilization, abnormal voltage after charging, and abnormal voltage after discharging, so that the user can check each type of abnormality. can be made distinguishable.
  • the alarm unit 240 may include a lamp or a speaker.
  • the battery abnormality diagnosis apparatus 200 may include a storage unit.
  • the storage unit stores various data such as voltage and current data obtained by the voltage obtaining unit 210 , the voltage estimation equation and graph calculated by the analysis unit 220 , and the standard deviation for the difference value of the slope of the voltage estimation equation can
  • the battery abnormality diagnosis apparatus 200 according to an embodiment of the present invention may operate by communicating with an external server through a communication unit (not shown) instead of including a storage unit to transmit/receive the above-described data.
  • the battery abnormality diagnosis apparatus 200 classifies the types of resting long-time stabilization, idling voltage abnormality after charging, and resting voltage abnormality after discharging, but is not limited thereto. Through the above-described statistical method, it will be possible to classify various types of abnormalities.
  • the method for classifying the abnormal type of the battery cell is not limited to the above-described method, and diagnosis may be performed using various other statistical methods.
  • diagnosis may be performed using various other statistical methods.
  • the slope of the voltage estimation equation itself may be used instead of the slope difference value of the voltage estimation equation of the battery cell, and other data such as differential data may be used.
  • the apparatus 200 for diagnosing battery abnormalities by diagnosing an unstable behavior of a voltage in the idle period of the battery, it is possible to classify the types of abnormalities in the idle period of the battery.
  • 3A to 3C are diagrams illustrating classification of long-term resting stabilization by the apparatus for diagnosing battery abnormalities according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a graph showing a voltage estimation equation for the voltage of the battery cell
  • FIG. 3B is a graph showing a slope of the graph of FIG. 3A
  • FIG. 3C is a graph showing a difference value between the slopes of FIG. 3B.
  • the x-axis represents time (m)
  • the y-axis of FIG. 3a is voltage (V)
  • the y-axis of FIG. 3b is the slope (a) of the voltage estimation equation
  • the y-axis of FIG. 3c is the difference value of the slope (diff(a)) is shown.
  • the standard deviation of the difference value of the slope of the voltage estimation equation calculated as shown in FIG. 3A is the first reference value (6 ⁇ in FIG. 3 ) If it is less than, the battery cell can be diagnosed as an abnormality of stabilization for a long period of rest. That is, referring to FIG. 3C , the portion included in the graph region of 6 ⁇ (ie, the graph portion displayed in bold) may be longer than the resting time stabilization of the battery cell.
  • 4A to 4C are diagrams illustrating classification of rest voltage abnormalities after discharging by the apparatus for diagnosing battery abnormalities according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A to 4C an example of the No. 1 bank / No. 6 rack / No. 13 module / No. 8 cell of the ESS battery is shown.
  • FIG. 4A shows a voltage estimation equation for the voltage of such a battery cell as a graph
  • FIG. 4B shows the slope of the graph of FIG. 4A
  • FIG. 4C shows the difference between the slopes of FIG. 4B.
  • the x-axis represents time (m)
  • the y-axis of FIG. 4a is the voltage (V)
  • the y-axis of FIG. 4b is the slope (a) of the voltage estimation equation
  • the y-axis of FIG. 4c is the difference value of the slope (diff(a)) is shown.
  • a portion outside the graph region of 6 ⁇ ie, a portion of the graph indicated in bold
  • the difference value of the slope of the voltage estimation equation of FIG. 4C is greater than or equal to the first reference value, if the start voltage of the idle period of the battery cell is greater than the second reference value (eg, 3.8V), it is diagnosed as more than the idle voltage after charging, and , when the start voltage of the rest period of the battery cell is equal to or less than the second reference value, it may be diagnosed as being greater than or equal to the rest voltage after discharging.
  • the second reference value eg, 3.8V
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • a voltage X of a battery cell is first measured ( S510 ).
  • the voltage of the battery cell may be measured at regular time intervals. Also, the current flowing through the battery cell may be measured together.
  • the voltage of the battery cell is analyzed to calculate estimated information related to the voltage in the idle period (Ts-Te) of the battery cell ( S520 ).
  • the estimation information may include a voltage estimation equation related to the voltage of the battery cell.
  • a voltage estimation equation for the voltage of the battery cell may be calculated for the set window size (eg, 30 minutes).
  • the voltage estimation equation of the battery cell may be the above-mentioned equation (1).
  • a difference value (diff(a)) of the slope a is calculated.
  • the difference value of the slope a may be expressed as a t+1 -a t .
  • the time interval for the difference value of the slope may be a sampling time (eg, 1 second).
  • the difference value (eg, absolute value) of the slope of the voltage estimation equation is equal to or greater than a preset first reference value (6 ⁇ in FIG. 5 ) ( S540 ). If the difference value of the slope of the voltage estimation equation is less than the first reference value (No), the corresponding battery cell may be determined to be stable for a long period of rest ( S550 ).
  • step S560 it is determined whether the start voltage (X Ts ) of the idle period of the battery cell is greater than a preset second reference value (3.8V in FIG. 5 ).
  • start voltage (X Ts ) of the rest period of the battery cell is equal to or less than the second reference value (No)
  • start voltage (X Ts ) of the rest period of the battery cell is greater than the second reference value (Yes)
  • the battery abnormality diagnosis method it is possible to classify an abnormality type in the idle period of the battery by analyzing the unstable behavior of the voltage in the idle period of the battery.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an apparatus for diagnosing a battery abnormality according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 600 for diagnosing battery abnormalities may include an MCU 610 , a memory 620 , an input/output I/F 630 , and a communication I/F 640 .
  • the MCU 610 executes various programs (eg, a regression analysis program, a battery abnormality type classification program, etc.) stored in the memory 620 , and performs regression analysis and abnormality type classification of battery cells through these programs. It may be a processor that processes various data for the purpose and performs the functions of FIG. 2 described above.
  • programs eg, a regression analysis program, a battery abnormality type classification program, etc.
  • It may be a processor that processes various data for the purpose and performs the functions of FIG. 2 described above.
  • the memory 620 may store various programs related to regression analysis of battery cells and classification of abnormal types.
  • the memory 620 may store various data such as measured voltage and current data of the battery cell, a graph according to a voltage estimation equation, and slope data.
  • a plurality of such memories 620 may be provided as needed.
  • the memory 620 may be a volatile memory or a non-volatile memory.
  • RAM random access memory
  • DRAM dynamic random access memory
  • SRAM static random access memory
  • non-volatile memory ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash memory, or the like may be used. Examples of the above-listed memories 620 are merely examples and are not limited to these examples.
  • the input/output I/F 630 is an interface that connects between an input device (not shown) such as a keyboard, mouse, and touch panel, and an output device, such as a display (not shown), and the MCU 610 to transmit and receive data.
  • an input device such as a keyboard, mouse, and touch panel
  • an output device such as a display (not shown)
  • the communication I/F 640 is a configuration capable of transmitting and receiving various data to and from the server, and may be various devices capable of supporting wired or wireless communication. For example, a program or various data for estimating the voltage of a battery cell and diagnosing an abnormality type may be transmitted/received from an external server provided separately through the communication I/F 740 .
  • the computer program according to an embodiment of the present invention may be written in the memory 620 and processed by the MCU 610 to be implemented as, for example, a module that performs each functional block shown in FIG. 2 . there is.

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 이상 진단 장치는 배터리 셀의 전압을 획득하는 전압 획득부, 상기 배터리 셀의 전압을 분석하여 상기 배터리 셀의 전압을 추정하는 추정 정보를 산출하는 분석부, 및 상기 추정 정보를 분석하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 진단부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 이상 진단 장치 및 방법
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2020.08.10.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2020-0100131호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 발명은 배터리의 휴지 구간에서의 이상을 진단하기 위한 배터리 이상 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. 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.
한편, 일반적으로 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)의 이차 전지의 경우 화재가 발생하기 전에 진단을 하기 위한 진단 리스트들이 구비되어 있다. 이러한 진단 리스트에는 화재를 방지하기 위한 전압, 전류, 온도, 전력 등에 관한 여러 값들이 포함되어 있으며, 이차 전지의 경우 주로 과전압(over voltage)이나 저전압(under voltage)에 대하여 진단을 수행하였다.
그러나, 이러한 이차 전지에서는 실질적으로 전압의 상단 또는 하단 외의 범위에서도 이상이 발생하기도 한다. 예를 들어, 과전압이나 저전압에 대한 경고 알림이 일어나지 않았음에도 화재가 발생하는 경우들이 있다. 따라서, 이러한 과전압이나 저전압 이외에도 화재가 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위한 새로운 진단 항목이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 배터리의 휴지 구간에서 전압의 불안정적인 거동을 회귀 분석을 통해 진단함으로써 배터리의 휴지 구간에서의 이상 유형을 분류할 수 있는 배터리 이상 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 이상 진단 장치는 배터리 셀의 전압을 획득하는 전압 획득부, 상기 배터리 셀의 전압을 분석하여 상기 배터리 셀의 전압을 추정하는 추정 정보를 산출하는 분석부, 및 상기 추정 정보를 분석하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 진단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 추정 정보는 상기 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함하고, 상기 진단부는 상기 전압 추정식의 시간에 따른 기울기의 차이값에 기반하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우 상기 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화(relaxation) 이상으로 진단하고, 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우 상기 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 기준치는 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 셀들의 상기 전압 추정식의 기울기의 차이값에 대한 표준 편차에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 미리 설정된 제2 기준치보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 상기 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 기준치는 상기 배터리 셀의 SOC가 50%일 때의 전압으로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 전류가 제1 방향으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 전류가 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분석부는 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 후 휴지 구간에서의 전압 추정식을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 진단부를 통해 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시키는 알람부를 더 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 이상 진단 방법은 배터리 셀의 전압을 획득하는 단계, 상기 배터리 셀의 전압을 분석하여 상기 배터리 셀의 전압을 추정하는 추정 정보를 산출하는 단계, 및 상기 추정 정보를 분석하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 추정 정보는 상기 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함하고, 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 전압 추정식의 시간에 따른 기울기의 차이값에 기반하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 제1 기준치 미만인 경우 상기 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화(relaxation) 이상으로 진단하고, 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우 상기 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 미리 설정된 제2 기준치보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 상기 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀에 전류가 제1 방향으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀에 전류가 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
본 발명의 배터리 이상 진단 장치 및 방법에 따르면, 배터리의 휴지 구간에서 전압의 불안정적인 거동을 회귀 분석을 통해 진단함으로써 배터리의 휴지 구간에서의 이상 유형을 분류할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치에 의해 휴지 장시간 안정화를 분류하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치에 의해 방전 후 휴지 전압 이상을 분류하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 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 일반적인 배터리 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 랙(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 랙(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 랙(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)(예를 들면, RBMS)을 포함한다. 이 때, 배터리 랙(1)에는 배터리 모듈(10), 센서(12), 스위칭부(14) 및 배터리 관리 시스템(20)이 복수 개 구비될 수 있다.
여기서, 스위칭부(14)는 복수의 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 소자로서, 예를 들면, 배터리 랙(1)의 사양에 따라서 적어도 하나의 릴레이, 마그네틱 접촉기 등이 이용될 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(20)은, 스위칭부(14) 예를 들어, 릴레이 또는 접촉기 등의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10) 각각의 상태를 감시할 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 관리 시스템(20)에서는 이하에서 후술하는 바와 같이 배터리 셀의 전압에 관한 회귀 분석을 별도의 프로그램을 통해 수행할 수 있다. 또한, 산출된 회귀식을 이용하여 배터리 셀의 이상 유형을 분류할 수 있다.
상위 제어기(2)는 배터리 관리 시스템(20)으로 배터리 모듈(10)에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(20)은 상위 제어기(2)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 배터리 셀은 ESS(Energy Storage System)에 이용되는 배터리 모듈(10)에 포함된 구성일 수 있다. 그리고 이러한 경우, 상위 제어기(2)는 복수의 랙을 포함하는 배터리 뱅크의 제어기(BBMS) 또는 복수의 뱅크를 포함하는 ESS 전체를 제어하는 ESS 제어기일 수 있을 것이다. 다만, 배터리 랙(1)은 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 랙(1)의 구성 및 배터리 관리 시스템(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2의 배터리 이상 진단 장치(200)는 배터리 모듈(10)을 관리하는 BMS, 배터리 랙(1)을 관리하는 BMS 또는 ESS 전체를 관리하는 시스템 제어기에 포함될 수 있으며, 복수의 뱅크에 포함된 복수의 랙 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압 데이터를 취합하여 이상 진단을 수행할 수 있다. 예를 들면, 도 2의 배터리 이상 진단 장치(200)는 전술한 도 1의 배터리 관리 시스템(20) 또는 상위 제어기(2)에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)에 의한 배터리 셀의 이상 유형 분류는 배터리 셀의 이상 검출 알고리즘(예를 들면, 주성분 분석 등)을 통해 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단한 이후의 과정일 수 있다. 즉, 이하에서는 본 발명의 배터리 이상 진단 장치(200)에 관하여 이미 일련의 과정을 통해 배터리 셀에 이상 거동 발생을 검출한 것을 전제로 하여 설명한다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 배터리 이상 진단 장치(200)는 이상 거동 검출 여부의 판단과는 무관하게 실시간으로 데이터를 분석하여 이상 유형을 분류할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)는 전압 획득부(210), 분석부(220), 진단부(230) 및 알람부(240)를 포함할 수 있다.
전압 획득부(210)는 배터리 셀의 전압을 획득할 수 있다. 예를 들어, 전압 획득부(210)는 일정 시간 간격으로 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 전압 획득부(210)는 측정된 배터리 셀의 전압을 다른 장치로부터 수신할 수 있다. 또한, 전압 획득부(210)는 배터리 셀에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
분석부(220)는 획득된 배터리 셀의 전압을 분석하여 배터리 셀의 전압과 관련된 추정 정보를 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 추정 정보는 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 분석부(220)는 획득된 배터리 셀의 전압에 대해 회귀 분석을 수행하여 배터리 셀의 전압 추정식을 산출할 수 있다. 이 때, 분석부(220)는 배터리 셀의 충전 또는 방전 후 휴지 구간에 대해 전압 추정식을 산출할 수 있다. 또한, 분석부(220)는 설정된 윈도우 사이즈(예를 들면, 30분)에 대해 배터리 셀의 전압에 관한 전압 추정식을 산출할 수 있다. 예를 들어, 분석부(220)는 다음과 같이 전압 추정식을 산출할 수 있다.
y = aXTs-Te + b - 식 (1)
(여기서, Ts는 휴지 구간 시작 시간, Te는 휴지 구간 종료 시간, X는 배터리 셀의 전압)
진단부(230)는 분석부(220)에 의해 산출된 전압 추정식을 분석하여 배터리 셀의 이상을 진단할 수 있다. 예를 들어, 진단부(230)는 전압 추정식의 기울기(a)와 기울기의 차이값(at+1-at)을 산출하고, 이를 배터리 셀의 이상 진단을 위해 사용할 수 있다. 또한, 기울기의 차이값에 대한 시간 간격은 샘플링 시간(예를 들면, 1초)일 수 있다.
구체적으로, 진단부(230)는 전압 추정식의 기울기의 차이값의 표준 편차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화(relaxation) 이상으로 진단할 수 있다. 이 경우, 제1 기준치는 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 셀들의 전압 추정식의 기울기의 차이값에 대한 표준 편차(σ)의 배수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 제1 기준치는 6σ일 수 있다.
여기서, 배터리 셀의 휴지 장시간 안정화란 휴지 후 다른 배터리 셀들과 비교하여 상대적으로 배터리 셀이 안정적인 상태에 도달하는데 시간이 오래 걸리는 이상 유형이다. 이러한 휴지 장시간 안정화가 발생하는 경우 배터리 셀에서 양극과 음극 사이의 동작이 원활하지 못한 것으로서 배터리 성능에 문제가 발생할 수 있다.
또한, 진단부(230)는 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상인 경우 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다. 이 때, 배터리 셀의 충전 후 또는 방전 후 휴지 전압 이상이란 배터리 셀의 충방전 후 휴지 구간에서 전압이 완만하게 하강 또는 상승하는 것이 아니라 불안정한 형태로 나타나는 이상 유형이다. 예를 들면, 배터리 셀의 충방전 후 휴지 전압 이상의 경우 배터리 셀의 전압의 기울기가 일정 시그마 수준 밖으로 변동이 일어날 수 있다.
구체적으로, 진단부(230)는 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상인 경우에 있어서, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 미리 설정된 제2 기준치보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 제2 기준치는 배터리 셀의 SOC가 50%일 때의 전압으로 결정될 수 있다.
또한, 진단부(230)는 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상인 경우에 있어서, 배터리 셀에 전류가 제1 방향으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 배터리 셀에 전류가 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다. 이 때, 전류의 방향은 (+) 또는 (-)로 나타낼 수 있다.
알람부(240)는 진단부(230)를 통해 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 알람부(240)는 전술한 3가지 배터리 이상 유형, 즉 휴지 장시간 안정화, 충전 후 휴지 전압 이상, 방전 후 휴지 전압 이상 각각에 대해 상이한 경고 알림을 발생시켜 사용자로 하여금 각각의 이상 유형을 구분 가능하도록 할 수 있다. 예를 들면, 알람부(240)는 램프나 스피커 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 2에서는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)는 저장부를 포함할 수 있다. 이 때, 저장부는 전압 획득부(210)에서 획득된 전압 및 전류 데이터, 분석부(220)에 의해 산출된 전압 추정식과 그래프, 전압 추정식의 기울기의 차이값에 대한 표준 편차 등 각종 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)는 저장부를 포함하는 대신 통신부(미도시)를 통해 외부의 서버와 통신하여 상술한 데이터들을 송수신하는 방식으로 동작할 수 있다.
또한, 도 2에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)가 휴지 장시간 안정화, 충전 후 휴지 전압 이상, 방전 후 휴지 전압 이상의 유형에 대해서 분류하는 것으로 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니며 상술한 통계적 방법을 통해 다양한 이상 유형에 대해서도 분류할 수 있을 것이다.
그리고, 배터리 셀의 이상 유형을 분류하기 위한 방법도 상술한 방식으로 제한되는 것은 아니고 그 외의 다양한 통계적 방법으로 진단을 수행할 수 있을 것이다. 예를 들면, 배터리 셀의 전압 추정식에 대한 기울기 차이값 대신 전압 추정식의 기울기 자체를 이용할 수 있고, 미분 데이터 등 다른 데이터를 활용할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)에 따르면, 배터리의 휴지 구간에서 전압의 불안정적인 거동을 진단함으로써 배터리의 휴지 구간에서의 이상 유형을 분류할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치에 의해 휴지 장시간 안정화를 분류하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, ESS 배터리의 1번 뱅크/6번 랙/13번 모듈/8번 셀에 대한 예시를 나타낸다. 구체적으로, 도 3a는 이러한 배터리 셀의 전압에 대한 전압 추정식을 그래프로 나타낸 것이고, 도 3b는 도 3a의 그래프의 기울기를 나타낸 것이고, 도 3c는 도 3b의 기울기의 차이값을 나타낸 것이다. 또한, 도 3의 각 그래프에서 x축은 시간(m)을 나타내고, 도 3a의 y축은 전압(V), 도 3b의 y축은 전압 추정식의 기울기(a), 도 3c의 y축은 기울기의 차이값(diff(a))을 나타낸다.
도 3c에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)에서는 도 3a와 같이 산출된 전압 추정식의 기울기의 차이값의 표준 편차가 제1 기준치(도 3에서는 6σ) 미만인 경우 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화 이상으로 진단할 수 있다. 즉, 도 3c를 참조하면 6σ인 그래프 영역 내에 포함되는 부분(즉, 진하게 표시된 그래프 부분)이 배터리 셀의 휴지 장시간 안정화 이상일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치에 의해 방전 후 휴지 전압 이상을 분류하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, ESS 배터리의 1번 뱅크/6번 랙/13번 모듈/8번 셀에 대한 예시를 나타낸다. 도 3과 마찬가지로, 도 4a는 이러한 배터리 셀의 전압에 대한 전압 추정식을 그래프로 나타낸 것이고, 도 4b는 도 4a의 그래프의 기울기를 나타낸 것이고, 도 4c는 도 4b의 기울기의 차이값을 나타낸 것이다. 또한, 도 4의 각 그래프에서 x축은 시간(m)을 나타내고, 도 4a의 y축은 전압(V), 도 4b의 y축은 전압 추정식의 기울기(a), 도 4c의 y축은 기울기의 차이값(diff(a))을 나타낸다.
도 4c에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 진단 장치(200)에서는 도 4a와 같이 산출된 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치(도 4에서 6σ) 이상인 경우, 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다. 즉, 도 4c를 참조하면 6σ인 그래프 영역을 벗어나는 부분(즉, 진하게 표시된 그래프 부분)이 배터리 셀의 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상일 수 있다.
또한, 도 4c의 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상일 때, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 제2 기준치(예를 들면, 3.8V)보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
한편, 도 4c의 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상일 때, 배터리 셀에 전류가 제1 방향(예를 들면, (+) 방향)으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 배터리 셀에 전류가 제2 방향(예를 들면, (-) 방향)으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 방법에서는 먼저 배터리 셀의 전압(X)을 측정한다(S510). 이 때, 단계 S510에서는 일정 시간 간격으로 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 배터리 셀에 흐르는 전류를 함께 측정할 수 있다.
그리고, 배터리 셀의 전압을 분석하여 배터리 셀의 휴지 구간(Ts-Te)에서의 전압과 관련된 추정 정보를 산출한다(S520). 예를 들어, 추정 정보는 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함할 수 있다. 이 때, 설정된 윈도우 사이즈(예를 들면, 30분)에 대해 배터리 셀의 전압에 관한 전압 추정식을 산출할 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀의 전압 추정식은 전술한 식 (1)일 수 있다.
단계 S530에서는 기울기 a의 차이값(diff(a))을 계산한다. 이 때, 기울기 a의 차이값은 at+1-at로 나타낼 수 있다. 이 때, 기울기의 차이값에 대한 시간 간격은 샘플링 시간(예를 들면, 1 초)일 수 있다.
다음으로, 전압 추정식의 기울기의 차이값(예를 들면, 절대값)이 미리 설정된 제1 기준치(도 5에서는 6σ) 이상인지 여부를 판단한다(S540). 만약, 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 미만인 경우(No), 해당 배터리 셀은 휴지 장시간 안정화 이상으로 판단할 수 있다(S550).
한편, 전압 추정식의 기울기의 차이값이 제1 기준치 이상인 경우(Yes), 단계 S560으로 진행한다. 그리고, 단계 S560에서는 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압(XTs)이 미리 설정된 제2 기준치(도 5에서는 3.8V)보다 큰 지 여부를 판단한다.
만약, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압(XTs)이 제2 기준치 이하인 경우(No), 배터리 셀의 방전 후 휴지 전압 이상으로 판단한다(S570). 한편, 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압(XTs)이 제2 기준치보다 큰 경우(Yes), 배터리 셀의 충전 후 휴지 전압 이상으로 판단한다(S580).
한편, 단계 S560 내지 S580의 방법 대신에, 배터리 셀의 전류가 제1 방향(예를 들면, (+) 방향)으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 배터리 셀의 전류가 제1 방향과 반대인 제2 방향(예를 들면, (-) 방향)으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 방법에 따르면, 배터리의 휴지 구간에서 전압의 불안정적인 거동을 분석하여 배터리의 휴지 구간에서의 이상 유형을 분류할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 이상 진단 장치(600)는 MCU(610), 메모리(620), 입출력 I/F(630) 및 통신 I/F(640)를 포함할 수 있다.
MCU(610)는 메모리(620)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 회귀 분석 프로그램, 배터리 이상 유형 분류 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 셀의 회귀 분석과 이상 유형 분류 등을 위한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 2의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(620)는 배터리 셀의 회귀 분석과 이상 유형 분류 등에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(620)는 배터리 셀의 측정 전압 및 전류 데이터, 전압 추정식에 따른 그래프, 기울기 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(620)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(620)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(620)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(620)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(620)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(630)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(610) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(640)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(740)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 전압 추정과 이상 유형 진단을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(620)에 기록되고, MCU(610)에 의해 처리됨으로써, 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 (14)

  1. 배터리 셀의 전압을 획득하는 전압 획득부;
    상기 배터리 셀의 전압을 분석하여 상기 배터리 셀의 전압을 추정하는 추정 정보를 산출하는 분석부; 및
    상기 추정 정보를 분석하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 진단부를 포함하는 배터리 이상 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정 정보는 상기 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함하고,
    상기 진단부는 상기 전압 추정식의 시간에 따른 기울기의 차이값에 기반하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 배터리 이상 진단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우 상기 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화(relaxation) 이상으로 진단하고,
    상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우 상기 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 기준치는 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 셀들의 상기 전압 추정식의 기울기의 차이값에 대한 표준 편차에 기초하여 결정되는 배터리 이상 진단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 미리 설정된 제2 기준치보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 상기 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 기준치는 상기 배터리 셀의 SOC가 50%일 때의 전압으로 결정되는 배터리 이상 진단 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 진단부는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 전류가 제1 방향으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 전류가 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 분석부는 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 후 휴지 구간에서의 전압 추정식을 산출하는 배터리 이상 진단 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부를 통해 상기 배터리 셀에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시키는 알람부를 더 포함하는 배터리 이상 진단 장치.
  10. 배터리 셀의 전압을 획득하는 단계;
    상기 배터리 셀의 전압을 분석하여 상기 배터리 셀의 전압을 추정하는 추정 정보를 산출하는 단계; 및
    상기 추정 정보를 분석하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계를 포함하는 배터리 이상 진단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 추정 정보는 상기 배터리 셀의 전압과 관련된 전압 추정식을 포함하고,
    상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 전압 추정식의 시간에 따른 기울기의 차이값에 기반하여 상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 배터리 이상 진단 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 제1 기준치 미만인 경우 상기 배터리 셀을 휴지 장시간 안정화(relaxation) 이상으로 진단하고,
    상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우 상기 배터리 셀을 충전 또는 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 미리 설정된 제2 기준치보다 크면 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀의 휴지 구간의 시작 전압이 상기 제2 기준치 이하이면 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리 셀의 이상을 진단하는 단계는 상기 기울기의 차이값이 상기 제1 기준치 이상인 경우, 상기 배터리 셀에 전류가 제1 방향으로 흐르는 경우 충전 후 휴지 전압 이상으로 진단하고, 상기 배터리 셀에 전류가 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 흐르는 경우 방전 후 휴지 전압 이상으로 진단하는 배터리 이상 진단 방법.
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