WO2023008883A1 - 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법 Download PDF

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voltage
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박희주
김철택
성용철
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to techniques for detecting internal short circuit failures in batteries.
  • a battery system eg, a battery pack
  • at least one battery group ie, a series connection of a plurality of batteries
  • a plurality of batteries may differ in characteristics from each other due to internal and external factors in a manufacturing process and/or a use process. Characteristic deviations among the plurality of batteries cause voltage non-uniformity.
  • the balancer is widely used for the purpose of resolving a voltage non-uniformity state between a plurality of batteries by performing a balancing process (eg, discharging) on each of a plurality of batteries.
  • An internal short-circuit failure refers to a state in which a leakage current path is created due to a side reaction in the battery and/or penetration of foreign substances into the battery.
  • a battery having an internal short circuit failure is detected from among a plurality of batteries by using a voltage imbalance state of the plurality of batteries.
  • the balancing process when executed, the voltage non-uniformity state of the plurality of batteries, which is important information for detecting an internal short-circuit failure, is eliminated. That is, in detecting a battery with an internal short-circuit failure among a plurality of batteries, the balancing process performed in the past acts as an obstacle.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and even in a state in which voltage non-uniformity between a plurality of batteries is resolved by balancing processing, a battery management system that accurately detects a battery with an internal short circuit failure among a plurality of batteries,
  • An object of the present invention is to provide a battery pack, an electric vehicle, and a battery management method.
  • a battery management system includes a battery monitor configured to detect a voltage of each of a plurality of batteries connected in series; a balancer configured to execute balancing processing for each battery; and a control circuit configured to control the balancer based on the voltage of each battery detected by the battery monitor.
  • the control circuit is configured to determine a first voltage value representing a no-load voltage of each battery.
  • the control circuit is configured to compensate for the first voltage value of each battery by using a balancing capacity of each battery by the balancing process executed during a recent reference time.
  • the control circuit is configured to determine a voltage deviation, which is a difference between the compensated first voltage value and a reference voltage value of each battery.
  • the control circuit is configured to compare an amount of change in the voltage deviation of each battery during the reference time with a threshold value to detect an internal short-circuit failure of each battery.
  • the control circuit may be configured to increase a fault count of each battery by one when the amount of change in the voltage deviation of each battery is greater than or equal to the threshold value.
  • the control circuit is configured to detect that each battery has an internal short circuit failure when the failure count of each battery is equal to or greater than a predetermined value.
  • the control circuit may be configured to determine the reference voltage value equal to an average value or a median value of the compensated first voltage values of at least two or more batteries among the plurality of batteries.
  • the balancer may include a plurality of balancing circuits connected in parallel to the plurality of batteries in one-to-one.
  • Each balancing circuit includes a discharge resistor and a discharge switch connected in series.
  • the control circuit may be configured to determine the balancing capacity of each battery cell by accumulating discharge capacities of each battery cell by each balancing process executed within a period of the reference time.
  • the control circuit may be configured to determine the discharge capacity of each battery by each balancing process by applying a capacity estimation function to first balancing data associated with each balancing process.
  • the first balancing data includes a second voltage value representing a no-load voltage of each battery at the start of the balancing process and a duration of the balancing process.
  • the control circuit may be configured to determine the discharge capacity of each battery by each balancing process by applying an SOC-OCV map to the second balancing data of each balancing process.
  • the second balancing data includes a second voltage value representing the no-load voltage of each battery at the start of the balancing process and a third voltage value representing the no-load voltage of each battery at the end of the balancing process.
  • the control circuit may be configured to determine an estimate of the SOC of each battery by applying a SOC-OCV map to the first voltage value of each battery.
  • the control circuit may be configured to compensate for the estimated SOC of each battery by adding the SOC variation corresponding to the balancing capacity to the estimated SOC of each battery.
  • the control circuit may be configured to determine the compensated first voltage value by applying the SOC-OCV map to the estimate of the compensated SOC of each battery.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery management system.
  • An electric vehicle includes the battery pack.
  • a battery management method includes determining a first voltage value representing a no-load voltage of each of a plurality of batteries connected in series; compensating for the first voltage value of each battery by using a balancing capacity of each battery by a balancing process performed during a recent reference time; determining a voltage deviation that is a difference between the compensated first voltage value and a reference voltage value of each battery; and comparing an amount of change in the voltage deviation of each battery for the reference time period with a threshold value to detect an internal short-circuit failure of each battery.
  • the step of detecting an internal short-circuit failure of each battery may include: increasing a failure count of each battery by 1 when the amount of change in the voltage deviation of each battery is greater than or equal to the threshold value; and detecting that each battery has an internal short circuit failure when the failure count of each battery is greater than or equal to a predetermined value.
  • the battery management method may further include determining the reference voltage value equal to an average value or a median value of the compensated first voltage values of at least two or more batteries among the plurality of batteries.
  • Compensating for the first voltage value of each battery may include determining an estimated SOC value of each battery by applying an SOC-OCV map to the first voltage value of each battery; compensating for the estimated SOC value of each battery by adding the SOC change amount corresponding to the balancing capacity to the estimated SOC value of each battery; and determining the compensated first voltage value by applying the SOC-OCV map to the estimated value of the compensated SOC of each battery.
  • the present invention it is possible to accurately detect a battery having an internal short-circuit failure from among the plurality of batteries even in a state in which voltage non-uniformity between the plurality of batteries is resolved by the balancing process.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric vehicle according to the present invention by way of example.
  • FIG. 2 is a diagram referenced to describe an exemplary equivalent circuit of a battery.
  • 3 to 6 are diagrams referenced to explain a principle of detecting an internal short circuit failure of a battery.
  • FIG. 7 and 8 are flowcharts exemplarily illustrating a battery management method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart exemplarily showing a battery management method according to a second embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric vehicle according to the present invention by way of example.
  • an electric vehicle 1 includes a vehicle controller 2 , a battery pack 10 , and an electric load 30 .
  • the charging/discharging terminals P+ and P- of the battery pack 10 may be electrically coupled to the charger 40 through a charging cable or the like.
  • the charger 40 may be included in the electric vehicle 1 or may be provided in a charging station outside the electric vehicle 1 .
  • the vehicle controller 2 (eg, Electronic Control Unit (ECU)) transmits a key-on signal to battery management in response to a start button (not shown) provided in the electric vehicle 1 being switched to the ON-position by the user. configured to transmit to the system 100 .
  • the vehicle controller 2 is configured to transmit a key-off signal to the battery management system 100 in response to the start button being switched to the OFF-position by the user.
  • the charger 40 may communicate with the vehicle controller 2 and supply charging power (eg, constant current, constant voltage, constant power) through the charging/discharging terminals P+ and P- of the battery pack 10 .
  • the battery pack 10 includes a battery group 11 , a relay 20 and a battery management system 100 .
  • the battery group 11 includes a series connected body of a plurality of batteries (B 1 to B N , where N is a natural number equal to or greater than 2). That is, within the battery group 11, a plurality of batteries B 1 to B N ) are connected in series with each other.
  • the plurality of batteries B 1 to B N may include one unit cell manufactured to have the same electrochemical specifications or two or more unit cells connected in series, parallel, or series-parallel.
  • a unit cell is the smallest unit of a power storage element capable of being independently charged and discharged.
  • a type of unit cell is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged, such as a lithium ion cell.
  • the relay 20 is electrically connected in series to the battery group 11 through a power path connecting the battery group 11 and the electric load 30 .
  • the relay 20 is illustrated as being connected between the positive terminal of the battery group 11 and the charge/discharge terminal P+.
  • the relay 20 is controlled on/off in response to a switching signal from the battery management system 100 and/or the vehicle controller 2 .
  • the relay 20 may be a mechanical contactor that is turned on and off by the magnetic force of a coil or a semiconductor switch such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the electric load 30 includes an inverter 31 and an electric motor 32 .
  • the inverter 31 is provided to convert direct current from the battery group 11 included in the battery pack 10 into alternating current in response to a command from the battery management system 100 or the vehicle controller 2.
  • the electric motor 32 is driven using AC power from the inverter 31 .
  • As the electric motor 32 a three-phase AC motor can be used, for example.
  • a state in which the relay 20 is turned on and the battery B is being charged/discharged may be referred to as a load state (cycle state).
  • the no-load voltage is a term that collectively refers to a relaxation voltage and an open circuit voltage (OCV).
  • OCV open circuit voltage
  • the polarization generated in the battery B is naturally resolved and the no-load voltage of the battery B changes.
  • OCV represents the no-load voltage when the battery B is maintained in the no-load state for a predetermined time (eg, 2 hours) or more and the voltage change rate of the battery B becomes less than a predetermined value. That is, OCV is the no-load voltage in a state where the polarization of battery B is negligibly small.
  • the relaxation voltage represents the no-load voltage while the polarization is naturally resolved.
  • the battery management system 100 includes a battery monitor 110 , a balancer 130 and a control circuit 140 .
  • the battery management system 100 may further include a communication circuit 150 .
  • the battery management system 100 includes a battery monitor 110 , a control circuit 140 and a communication circuit 150 .
  • the battery monitor 110 includes a voltage detection circuit 112 .
  • the battery monitor 110 may further include a current detector 114 .
  • the voltage detection circuit 112 is connected to the positive and negative terminals of each of the plurality of batteries B 1 to B N included in the battery group 11, and the voltage across both ends of the battery B (called battery voltage). and to generate a voltage signal representing the detected battery voltage.
  • the current detector 114 is serially connected to the battery group 11 through a current path between the battery group 11 and the inverter 30 .
  • the current detector 114 may be implemented with one or a combination of two or more known current detection elements such as a shunt resistor, a Hall effect element, and the like. Since the plurality of batteries B 1 to B N are connected in series, a common charge/discharge current flows through the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the voltage detection circuit 112 may output a current signal representing the direction and magnitude of the charge/discharge current to the control circuit 140 based on the voltage across the shunt resistor.
  • the current detector 114 may directly generate a current signal representing the charge/discharge current flowing through the battery group 11 and output it to the control circuit 140 .
  • the balancer 130 is configured to perform a balancing process on a battery B requiring balancing among a plurality of batteries B 1 to B N in response to a balancing execution command from the control circuit 140 .
  • the battery B determined to require balancing will be referred to as a 'target battery'.
  • the balancing execution command may include a target time for a target battery B among a plurality of batteries B 1 to B N .
  • the target time means the duration of the balancing process required for the target battery B.
  • the balancer 130 is illustrated as including a plurality of balancing circuits D 1 to D N .
  • the plurality of balancing circuits D 1 to D N may be connected in parallel to the plurality of batteries B 1 to B N in one-to-one.
  • the symbol 'D' will be given to the battery.
  • the balancing circuit D is a series circuit of the discharge resistor 131 and the discharge switch 132.
  • the discharge switch 132 is turned on in response to a balancing execution command. While the discharge switch 132 is turned on, the battery B is discharged by the discharge resistor 131 .
  • the discharge switch 132 may be a semiconductor switch such as MOSFET.
  • Control circuit 140 may be operatively coupled to relay 20 , battery monitor 110 , balancer 130 and communication circuit 150 .
  • relay 20 When two components are operably coupled, it means that the two components are directly or indirectly connected so that signals can be transmitted and received in one direction or both directions.
  • the control circuit 140 may be referred to as a 'battery controller', and in terms of hardware, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs It may be implemented using at least one of (field programmable gate arrays), microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors and electrical units for performing other functions.
  • the control circuit 140 may collect a voltage signal and/or a current signal from the battery monitor 110 .
  • the control circuit 140 may convert and record the analog signal collected from the battery monitor 110 into a digital value using an analog to digital converter (ADC) provided therein.
  • ADC analog to digital converter
  • the battery monitor 110 may transmit a result of converting an analog signal into a digital value by itself to the control circuit 140 .
  • the memory 141 may be, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type (SSD type), a silicon disk drive type (SDD type), or a multimedia card micro type. micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), programmable read-only memory (PROM) At least one type of storage medium may be included.
  • the memory 141 may store data and programs required for arithmetic operations by the control circuit 140 .
  • the memory 141 may store data representing a result of an arithmetic operation performed by the control circuit 140 .
  • the memory 141 may store pre-given functions, logics, and algorithms to be used to detect an internal short-circuit failure of the battery B.
  • the memory 141 may be integrated into the controller 140 .
  • the control circuit 140 may turn on the relay 20 in response to a key-on signal from the vehicle controller 2 .
  • the control circuit 140 may turn off the relay 20 in response to a key-off signal from the vehicle controller 2 .
  • the key-on signal is a signal requesting a transition from a no-load state to a load state.
  • the key-off signal is a signal requesting a transition from a load state to a no-load state.
  • the vehicle controller 2 may be in charge of on/off control of the relay 20 instead of the control circuit 140 .
  • the control circuit 140 is configured to control the balancer 130 based on the voltage of the battery B detected by the battery monitor 110 .
  • the control circuit 140 may monitor the voltages of each of the plurality of batteries B 1 to B N and identify the maximum voltage and minimum voltage of the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the maximum voltage is the maximum among the voltages of the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the minimum voltage is the minimum among the voltages of the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the communication circuit 150 is configured to support wired communication or wireless communication between the control circuit 140 and the vehicle controller 2 .
  • Wired communication may be, for example, contoller area network (CAN) communication
  • wireless communication may be, for example, ZigBee or Bluetooth communication.
  • the type of communication protocol is not particularly limited.
  • the communication circuit 150 may include an output device (eg, a display or a speaker) that provides information received from the control circuit 140 and/or the vehicle controller 2 in a form recognizable by a user (driver). .
  • control circuit 140 operations performed by the control circuit 140 to detect a battery with an internal short circuit failure will be described in detail.
  • the control circuit 140 determines the voltage value of the no-load voltage of the battery B.
  • the control circuit 140 determines the voltage value of the no-load voltage of the battery B to be the same as the voltage value of the voltage of the battery B detected by the battery monitor 110.
  • the control circuit 140 detects the battery voltage of the battery B detected by the battery monitor 110 and the current detected by the detector 114 using a battery state estimation algorithm.
  • the voltage value of the no-load voltage of the battery B may be determined (estimated) based on the charged/discharged current of the battery B. For example, according to Ohm's law, the voltage corresponding to the product of the charge/discharge current of the battery B and the internal resistance of the battery B is subtracted from the battery voltage of the battery B detected by the battery monitor 110 By doing so, the no-load voltage of the battery B can be estimated.
  • control circuit 140 may use a predetermined battery state estimation algorithm regardless of whether the battery B is in an unloaded state or a loaded state, and the state of charge (SOC: State Of) of the battery B After determining the estimated value of charge, an OCV value associated with the estimated SOC of the battery B may be acquired from a given SOC-OCV map (see FIG. 5).
  • SOC State Of
  • an OCV value associated with the estimated SOC of the battery B may be acquired from a given SOC-OCV map (see FIG. 5).
  • a known algorithm eg, a Kalman filter, etc.
  • the control circuit 140 determines a target battery B from among the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the control circuit 140 when the battery group 11 is switched from a load state to a no-load state, determines whether balancing processing for at least one battery B among a plurality of batteries B 1 to B N is required can do. Determination of whether the target battery B exists may be performed periodically from the time when the battery group 11 is switched from the load state to the no-load state, that is, from the start of the no-load state to the continuation of the no-load state.
  • control circuit 140 may set a battery B having a no-load voltage higher than a minimum no-load voltage of the plurality of batteries B 1 to B N by a reference value or higher as the target battery.
  • control circuit 140 may set a battery B having an estimated SOC higher than a minimum SOC of the plurality of batteries B 1 to B N by a reference value or higher as the target battery.
  • the control circuit 140 determines the target capacity of the target battery B equal to the capacity corresponding to the voltage difference (or SOC difference) between the target battery (eg, B i ) and the reference battery (eg, B j ).
  • the reference battery refers to a battery corresponding to the minimum no-load voltage (or minimum SOC) among the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the control circuit 140 may determine the target time for the target battery B using a map given in advance as a correlation between the target capacity and the target time. The correlation between the target capacity and the target time may be determined through experiments on batteries manufactured to have the same electrochemical performance as that of the battery B.
  • the balancer 130 may perform the balancing process for the target battery B for a first time and then stop the balancing process for a second time whenever a balancing execution command is received.
  • the control circuit 140 identifies the target battery B again among the plurality of batteries B 1 to B N for each period in which the balancing process of the balancer 130 is stopped, and performs balancing for the target battery B An execution command may be transmitted to the balancer 130 .
  • the balancing execution command may be a high level voltage that is directly applied to the discharge switch 132 and induces the discharge switch 132 from an off state to an on state.
  • the discharge switch 132 may be maintained in an off state while a balancing execution command is not received.
  • control circuit 140 may output a balancing stop command from the balancer 130 when switching from a no-load state to a load state is requested while balancing the target battery B is being performed.
  • the balancer 130 may terminate the balancing process for all of the plurality of batteries B 1 to B N in response to a balancing stop command.
  • a normal battery refers to a battery having no internal short-circuit failure among a plurality of batteries B 1 to B N
  • a faulty battery refers to a battery having an internal short-circuit failure among a plurality of batteries B 1 to B N .
  • a normal battery may be equivalent as a series circuit of a DC voltage source (V DC ), an internal resistance (R 0 ), and an RC pair (R 1 , C).
  • V DC DC voltage source
  • R 0 internal resistance
  • R 1 , C RC pair
  • I ISC leakage current
  • leakage current When charging a faulty battery, a portion of the charged power is consumed as leakage current (I ISC ) without being stored in the faulty battery. In addition, when discharging the faulty battery, some of the discharging power is consumed as leakage current I ISC without being supplied to the electric load 30 .
  • a decrease in the resistance value of the resistor (R ISC ) means that internal short-circuit failures are intensified, and as the internal short-circuit failure is intensified, the amount of power consumed as leakage current (I ISC ) may increase.
  • the voltage change (i.e., the amount of increase in SOC) of the faulty battery is smaller than that of the normal battery.
  • the voltage change (ie, the amount of SOC degradation) of the faulty battery is larger than that of the normal battery.
  • I ISC leakage current
  • 3 to 6 are diagrams referenced to explain a principle of detecting an internal short circuit failure of a battery.
  • FIG. 3 shows the no-load load of each of the battery B i and the battery B j over a period in which the load state (charging), no-load state, load state (discharge), and no-load state for the battery group 11 are sequentially progressed.
  • the time-dependent change of the voltage is exemplified.
  • the battery B i is a normal battery and the battery B j is a failed battery.
  • a curve 310 represents the no-load voltage of the battery B i
  • a curve 320 represents the no-load voltage of the battery B j
  • the time point tB is the detection timing, that is, the point at which the control circuit 140 detects a failed battery from among the plurality of batteries B 1 to B N .
  • Time point tA is a time point in the past that is ahead of time point tB by the reference time ( ⁇ t REF ).
  • the length of the reference time ⁇ t REF may be predetermined. For ease of understanding, it is assumed that the no-load voltages of the battery B i and the battery B j are the same at time point tA.
  • From time point tA to time point t1 is a charging period, and the no-load voltages of battery B i and battery B j continuously rise. However, the rise of the no-load voltage of the battery B j is slower than that of the battery B i , and the voltage difference between the battery B i and the battery B j gradually increases over the charging period tA to t1 . That is, during the charging period tA to t1, the voltage imbalance state of the plurality of batteries B 1 to B N gradually intensifies.
  • a no-load period from time t1 to time t4 in which charging and discharging of the battery B i and the battery B j are stopped.
  • the no-load voltage of the battery B j gradually drops even during the no-load period t1 to t4 due to leakage current (see FIG. 2 ).
  • time t2 to time t3 is a period during which balancing processing for the battery B i is performed, that is, a balancing period for the battery B i .
  • the control circuit 140 sets a battery B i as a target battery among a plurality of batteries B 1 to B N between time points t1 and time points t2 .
  • the no-load voltage of the battery B j at time t1 is the minimum no-load voltage of the plurality of batteries B 1 to B N
  • the no-load voltage of the battery B i is greater than the no-load voltage of the battery B j . Since it is high, battery B i is set as the target battery. Of course, among the remaining batteries, at least one battery in which a no-load voltage lower than the minimum no-load voltage is detected may be additionally set as a target battery.
  • the balancing process for the battery B i is performed, the no-load voltage of the battery B i continues to drop over the balancing period t2 to t3. That is, during the balancing period t2 to t3 , the voltage imbalance state of the plurality of batteries B 1 to B N is gradually resolved.
  • the no-load voltages of the battery B i and the battery B j continuously fall.
  • the drop of the no-load voltage of the battery B j is faster than that of the battery B i , and the voltage difference between the battery B i and the battery B j gradually increases again over the discharging period t4 to t5 . That is, during the discharging period t4 to t5 , the voltage imbalance state of the plurality of batteries B 1 to B N gradually intensifies.
  • a period from time t5 to time point tB is a no-load period.
  • the no-load voltage of the battery B j gradually drops over the no-load period (t5 to tB).
  • time t6 to time t7 is a balancing period of the battery B i .
  • the control circuit 140 sets a target battery from among the plurality of batteries B 1 to B N between time points t5 and time points t6 . For example, at time t6, as at time t2, the battery B i is set as the target battery.
  • the balancing process for the battery B i is performed, the no-load voltage of the battery B i continues to drop over the balancing period t6 to t7. That is, during the balancing period t6 to t7, the voltage imbalance state of the plurality of batteries B 1 to B N is resolved again.
  • the voltage value of the no-load voltage of each of the plurality of batteries B 1 to B N at the detection timing (time point tB) is compensated by using the balancing capacitance.
  • the compensated voltage value of battery B is an estimate of the no-load voltage of battery B at the detection timing (time point tB) when the balancing process for battery B is not executed over the period tA to tB. indicates Accordingly, even if the voltage imbalance state between the plurality of batteries B 1 to B N at the detection timing (time point tB) is very weak, the battery B j may be detected as a failed battery.
  • the control circuit 140 may detect a failed battery among the plurality of batteries B 1 to B N at each detection timing of a predetermined time interval.
  • the reference time ( ⁇ t REF ) may be 100 times the time interval of two adjacent detection timings, and the period during the latest reference time ( ⁇ t REF ) may be specified using a moving window.
  • the control circuit 140 may detect an internal short circuit failure when the detection execution condition is satisfied.
  • the detection execution condition may be, for example, a no-load state in which balancing processing for all of the plurality of batteries B 1 to B N is stopped.
  • the balancing capacity of the battery B in the period tA to tB is the accumulated value of the discharge capacity of the battery B by the balancing process performed in the period tA to tB, that is, over the period tA to tB. is the total discharge capacity.
  • a balancing capacity of a battery (eg, B j ) in which balancing processing has not been performed even once in the period (tA to tB) is determined to be 0Ah.
  • FIG. 4 is for explanation of the balancing process performed on the battery B i within the no-load period t1 to t4 in FIG. 3 .
  • Curves 410 and 411 respectively show changes in the no-load voltage and discharge capacity of the battery B i over time.
  • the voltage value of the no-load voltage of the battery B i is constant at V2 from the time point t1 to the time point t2, continues to fall from the time point t2 to the time point t3, and reaches V3 at the time point t3.
  • Time t3 is the time when the balancing process for the battery B i is finished.
  • the control circuit 150 may determine the discharge capacity of the battery B i by the balancing process by applying a capacity estimation function to the first balancing data of the balancing process.
  • the first balancing data includes a start voltage value and duration of the balancing process.
  • the starting voltage value represents the no-load voltage of the battery B i at the start time point t2 of the balancing process, and is V2 in FIG. 4 .
  • the capacity estimation function defines the correlation between the starting voltage value, the duration time, and the discharge capacity, and may be determined through experiments on batteries manufactured to have the same electrochemical performance as that of the battery B. Equation 1 below is an example of a capacity estimation function.
  • V start is a starting voltage value
  • ⁇ t BC is a duration time
  • R is a predetermined resistance value of the discharge resistor 131
  • Q dis is a discharge capacity per balancing process.
  • V start /R represents the balancing current flowing through the discharge resistor 131 at the start of the balancing process.
  • Equation 2 is another example of a capacity estimation function.
  • V end is an end voltage value, and the remaining factors are the same as in Equation 1.
  • control circuit 150 may determine the discharge capacity of the battery B i by the balancing process by applying the SOC-OCV map to the second balancing data of the balancing process.
  • the second balancing data includes a start voltage value and an end voltage value of the balancing process.
  • the end voltage value represents the no-load voltage at the end point (t3) of the balancing process, and is V3 in FIG. 4 .
  • 5 is an example of a SOC-OCV map. Referring to FIG. 5 , Z2 is the SOC corresponding to the starting voltage value V2, and Z3 is the SOC corresponding to the ending voltage value V3.
  • the control circuit 140 multiplies the difference between the two SOCs, that is, Z2-Z3 by the full charge capacity (FCC) of the battery B i , and the balancing process performed in the balancing period t2 to t3
  • the discharge capacity of the battery B i may be determined. Since a method for estimating the full charge capacity is widely known, a detailed description thereof will be omitted.
  • the balancing capacity of the battery B can be directly calculated. can also be calculated.
  • the above-described determination of the balancing capacity may be performed each time the balancing process is performed.
  • the control circuit 140 sums the discharge capacity in the balancing period (t2 to t3) and the discharge capacity in the balancing period (t6 to t7) to determine the amount consumed from the battery B i during the period (tA to tB).
  • the balancing capacity of the battery B i which is the total capacity, may be determined.
  • the control circuit 140 may determine an estimated SOC value of each of the plurality of batteries B 1 to B N at a detection timing (time point tB). For example, when the voltage value of the no-load voltage of the battery B i detected at time tB is V i , the control circuit 140 applies the SOC-OCV map to the voltage value V i to obtain the voltage value V i Z i corresponding to may be determined as an estimate of the SOC of the battery B i .
  • the control circuit 140 applies a predetermined voltage compensation logic to the balancing capacities of each of the plurality of batteries B 1 to B N during the latest reference time ⁇ t REF based on the detection timing (time point tB). By applying, the voltage value of the no-load voltage of each of the plurality of batteries B 1 to B N may be compensated. Specifically, the control circuit 140 may determine the SOC change amount ( ⁇ Z i ) of the battery B i by dividing the balancing capacity of the battery B i by the full charge capacity of the battery B i . The control circuit 140 compensates the estimated SOC value of the battery B i from Z i to Z i+ by adding the SOC change amount ⁇ Z i to the estimated SOC value Z i .
  • the control circuit 140 determines a voltage value (V i+ ) corresponding to Z i+ by applying the SOC-OCV map to the compensated SOC estimate (Z i+ ).
  • the voltage value (V i+ ) is a result of compensating the voltage value (V i ) using the balancing capacity of the battery (B i ).
  • the compensated voltage value V j+ of the battery B j is the voltage value detected at time point tB Same as (V j ).
  • the curve 311 is a result of compensating for the curve 310 by applying a change in the balancing capacity of the battery B i over time to the curve 310 . That is, the curve 311 represents the change over time of the no-load voltage of the battery B i when the balancing process for the battery B i is not performed at all during the period tA to tB. Since the balancing process is not performed during the charging period (tA to t1), the curve 310 and the curve 320 completely overlap during the charging period (tA to t1).
  • the above-described series of processes is commonly applied to all of the plurality of batteries B 1 to B N at each detection timing.
  • the control circuit 140 may determine a reference voltage value equal to an average value or a median value of compensated voltage values of two or more batteries among the plurality of batteries B 1 to B N at each detection timing. That is, the reference voltage value may be newly updated at every detection timing.
  • the reference voltage value is determined for a plurality of batteries (B 1 to B N ), (i) all of the plurality of compensated voltage values or (ii) a plurality of compensated voltage values, in order of greater order. It may be an average value or a median value of the measured voltage values.
  • V R is a reference voltage value at a time point tB.
  • the reference voltage value may be a pre-given value regardless of voltage changes of the plurality of batteries B 1 to B N .
  • the control circuit 140 may determine a voltage deviation, which is a difference between the reference voltage value and the compensated voltage value of the battery B, at each detection timing.
  • the control circuit 140 stores a time series representing changes over time in the voltage deviation of the battery B sequentially determined a plurality of times over a period (tA to tB) during the recent reference time ( ⁇ t REF ) ( 141) can be recorded. If the voltage deviation of battery B at several detection timings within the period tA to tB is missing, interpolation is applied to the values of the remaining voltage deviations in the time series, so that the values of the missing voltage deviations can be added to the time series. .
  • curve 610 and curve 620 respectively illustrate the change in the voltage deviation of the battery B i and the voltage deviation of the battery B j over time.
  • the control circuit 140 may determine the amount of change in the voltage deviation of the battery B during the latest reference time ⁇ t REF .
  • ⁇ V iA and ⁇ V iB are voltage deviations of the battery B i at time points tA and tB, respectively, and the amount of change in the voltage deviation of the battery B i is ⁇ V iA - ⁇ V iB .
  • ⁇ V jA and ⁇ V jB are voltage deviations of the battery B j at time points tA and tB, respectively, and the amount of change in the voltage deviation of the battery B j is ⁇ V jA - ⁇ V jB .
  • ⁇ V iB V i+ -VR
  • ⁇ V jB V j+ -VR .
  • the control circuit 140 compares the amount of change in the voltage deviation of the battery B with a threshold value at each detection timing to determine whether the battery B has an internal short circuit failure. For example, at time point tB, if ( ⁇ V iA - ⁇ V iB ) ⁇ threshold ⁇ ( ⁇ V jA - ⁇ V jB ), the battery B i is determined to be a normal battery and the battery B j is determined to be a faulty battery. do.
  • the control circuit 140 compares the change amount of the voltage deviation of the battery B with a threshold value at each detection timing, counts the number of consecutive times that the change amount of the voltage deviation of the battery B is equal to or greater than the threshold value, and When the number of times reaches a predetermined number of times, it can be determined that the battery B has an internal short circuit failure.
  • FIG. 7 and 8 are flowcharts exemplarily illustrating a battery management method according to the first embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 7 may be repeatedly executed at predetermined time intervals. For ease of understanding, it is assumed that the method of FIG. 7 is executed at time point tB.
  • step S700 the control circuit 140 determines a first voltage value representing the no-load voltage of the battery B.
  • V i and V j in FIG. 3 denote first voltage values of the battery B i and the battery Bj, respectively.
  • step S710 the control circuit 140 compensates for the first voltage value of the battery B by using the balancing capacity of the battery B.
  • Step S710 may include steps S810, S820, S830, and S840 shown in FIG. 8 as subroutines.
  • step S810 the control circuit 140 applies the SOC-OCV map to the first voltage value of the battery B to determine an estimated SOC of the battery B.
  • Z i is an estimated SOC of the battery B i corresponding to the first voltage value V i of the battery B i .
  • step S820 the control circuit 140 determines the balancing capacity of the battery B.
  • the balancing capacity of the battery B may be an accumulated value of discharge capacity by balancing processing performed on the battery B during the latest reference time ⁇ t REF .
  • step S830 the control circuit 140 compensates for the estimated SOC of the battery B by adding the SOC variation corresponding to the balancing capacity to the estimated SOC of the battery B.
  • ⁇ Z i is added to Z i to obtain an estimated value Z i+ of the compensated SOC of the battery B i .
  • step S840 the control circuit 140 determines the compensated first voltage value of the battery B by applying the SOC-OCV map to the estimated value of the compensated SOC of the battery B. Referring to FIG. 5 , the compensated first voltage value of the battery B is determined equal to V i+ corresponding to Z i+ .
  • step S720 the control circuit 140 determines a reference voltage value.
  • VR in FIG. 3 is a reference voltage value at a time point tB.
  • step S730 the control circuit 140 determines the voltage deviation of the battery B equal to the difference between the compensated first voltage value of the battery B and the reference voltage value.
  • ⁇ V iB and ⁇ V jB are voltage deviations of the battery B i and voltage deviations of the battery B j , respectively.
  • step S740 the control circuit 140 determines the amount of change in the voltage deviation of the battery B for the latest reference time ( ⁇ t REF ).
  • ⁇ t REF the latest reference time
  • ( ⁇ V iA - ⁇ V iB ) is the amount of change in the voltage deviation of the battery B i
  • ( ⁇ V jA - ⁇ V jB ) is the amount of change in the voltage deviation of the battery B j .
  • step S750 the control circuit 140 determines whether the amount of change in the voltage deviation of the battery B is greater than or equal to a threshold value. If the value of step S750 is "yes", the process proceeds to step S760.
  • control circuit 140 detects that battery B has an internal short circuit failure. Additionally, the control circuit 140 may execute a predetermined protection operation. The protection operation may include outputting a diagnostic message indicating that the battery B has an internal short circuit failure. The diagnostic message may be transmitted to the vehicle controller 2 through the communication circuit 150 . Upon receiving the diagnosis message, the communication circuit 150 may output a warning signal to the user.
  • FIG. 9 is a flowchart exemplarily showing a battery management method according to a second embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 9 may be repeatedly executed at predetermined time intervals. For ease of understanding, it is assumed that the method of FIG. 9 is executed at time point tB.
  • step S910 the control circuit 140 determines whether the amount of change in the voltage deviation of battery B is greater than or equal to a threshold value. If the value of step S910 is "yes”, the process proceeds to step S920. If the value of step S910 is "No”, the process proceeds to step S922.
  • step S920 the control circuit 140 increases the failure count of the battery B by one.
  • step S922 the control circuit 140 resets the failure count of the battery B equal to an initial value (eg, 0).
  • step S930 the control circuit 140 determines whether the failure count of the battery B is greater than or equal to a predetermined value. That is, it is determined whether or not the amount of change in the voltage deviation of the battery B has been continuously counted as a predetermined number of times greater than or equal to a threshold value. If the value of step S930 is "yes", the process proceeds to step S940.
  • control circuit 140 detects that battery B has an internal short circuit failure. As in the first embodiment, the control circuit 140 may execute a predetermined protection operation.
  • the second embodiment is a modified example of the first embodiment, and can prevent erroneous detection of a failed battery.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, and may be implemented through a program that realizes functions corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the above-described embodiment.
  • battery pack B battery

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 모니터, 밸런서 및 상기 밸런서를 제어하는 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정하고, 최근의 기준 시간 동안에 실행된 상기 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 밸런싱 용량을 이용하여, 각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하고, 각 배터리의 상기 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정하고, 상기 기준 시간 동안의 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 각 배터리의 내부 단락 고장을 검출할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
본 발명은 배터리의 내부 단락 고장을 검출하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 7월 26일 자로 각각 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0098141호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원들의 명세서에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등과 같은 어플레케이션들의 고전압 및 대용량이 요구를 충족하기 위해서, 적어도 하나 이상의 배터리 그룹(즉, 복수의 배터리의 직렬 접속체)를 포함하는 배터리 시스템(예, 배터리 팩)이 널리 보급되고 있다.
이러한 배터리 시스템에 있어서, 몇몇 배터리의 고장이 배터리 시스템의 전체적인 성능과 안전성에 악영향을 줄 가능성이 높다. 따라서, 배터리 시스템을 운용함에 있어서, 개별 배터리의 고장을 적절히 검출해내는 것이 중요하다.
복수의 배터리는 제조 공정 및/또는 사용 과정에서의 내외부적 요인들로 인해 상호 간의 특성 편차가 발생한다. 복수의 배터리 간의 특성 편차는 전압 불균일 상태를 유발한다. 밸런서는 복수의 배터리 각각에 대한 밸런싱 처리(예, 방전)를 실행하여, 복수의 배터리 간의 전압 불균일 상태를 해소하기 위한 용도로 널리 활용되고 있다.
한편, 배터리의 다양한 고장 유형 중에서 내부 단락 고장은 화재에 직간접적으로 영향을 끼치는 주요 고장이다. 내부 단락 고장은, 배터리 내에서의 부반응 및/또는 배터리 내로의 이물질 침투 등으로 인해 누설전류의 경로가 생성된 상태를 지칭한다. 종래에는 복수의 배터리의 전압 불균형 상태를 이용하여, 복수의 배터리 중에서 내부 단락 고장인 배터리를 검출하고 있다.
그런데, 밸런싱 처리가 실행되는 경우, 내부 단락 고장을 검출하기 위해 중요한 정보인 복수의 배터리의 전압 불균일 상태가 해소된다. 즉, 복수의 배터리 중에서 내부 단락 고장인 배터리를 검출함에 있어서, 과거에 실시된 밸런싱 처리는 방해 요소로 작용한다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 밸런싱 처리에 의해 복수의 배터리 간의 전압 불균일 상태가 해소된 상태에서도, 복수의 배터리 중에서 내부 단락 고장인 배터리를 정확하게 검출하는 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 전압을 검출하도록 구성되는 배터리 모니터; 각 배터리에 대한 밸런싱 처리를 실행하도록 구성되는 밸런서; 및 상기 배터리 모니터에 의해 검출된 각 배터리의 전압을 기초로 상기 밸런서를 제어하도록 구성되는 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 최근의 기준 시간 동안에 실행된 상기 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 밸런싱 용량을 이용하여, 각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 상기 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정하도록 구성된다. 상기 제어 회로는, 상기 기준 시간 동안의 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하도록 구성된다.
상기 제어 회로는, 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량이 상기 임계값 이상인 경우, 각 배터리의 고장 카운트를 1만큼 증가시키도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 고장 카운트가 소정값 이상인 경우, 각 배터리가 내부 단락 고장인 것으로 검출하도록 구성된다.
상기 제어 회로는, 상기 복수의 배터리 중 적어도 둘 이상의 배터리의 상기 보상된 제1 전압값의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압값을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 밸런서는, 상기 복수의 배터리에 일대일로 병렬 접속되는 복수의 밸런싱 회로를 포함할 수 있다. 각 밸런싱 회로는, 직렬 연결되는 방전 저항 및 방전 스위치를 포함한다.
상기 제어 회로는, 상기 기준 시간 동안의 기간 내에 실행된 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리 셀의 방전 용량을 누산하여, 각 배터리 셀의 상기 밸런싱 용량을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 회로는, 각 밸런싱 처리에 연관된 제1 밸런싱 데이터에 용량 추정 함수를 적용하여, 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 상기 방전 용량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 밸런싱 데이터는, 상기 밸런싱 처리의 시작 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제2 전압값 및 상기 밸런싱 처리의 계속 시간을 포함한다.
상기 제어 회로는, 각 밸런싱 처리의 제2 밸런싱 데이터에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 상기 방전 용량을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 밸런싱 데이터는, 상기 밸런싱 처리의 시작 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제2 전압값 및 상기 밸런싱 처리의 종료 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제3 전압값을 포함한다.
상기 제어 회로는, 각 배터리의 상기 제1 전압값에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 배터리의 SOC의 추정치를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 상기 SOC의 추정치에 상기 밸런싱 용량에 대응하는 SOC 변화량을 합하여, 각 배터리의 상기 SOC의 추정치를 보상하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 회로는, 각 배터리의 상기 보상된 SOC의 추정치에 상기 SOC-OCV 맵을 적용하여, 상기 보상된 제1 전압값을 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함하한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정하는 단계; 최근의 기준 시간 동안에 실행된 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 밸런싱 용량을 이용하여, 각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하는 단계; 각 배터리의 상기 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정하는 단계; 및 상기 기준 시간 동안의 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하는 단계를 포함한다.
각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하는 단계는, 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량이 상기 임계값 이상인 경우, 각 배터리의 고장 카운트를 1만큼 증가시키는 단계; 및 각 배터리의 상기 고장 카운트가 소정값 이상인 경우, 각 배터리가 내부 단락 고장인 것으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 방법은, 상기 복수의 배터리 중 적어도 둘 이상의 배터리의 상기 보상된 제1 전압값의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하는 단계는, 각 배터리의 상기 제1 전압값에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 배터리의 SOC의 추정치를 결정하는 단계; 각 배터리의 상기 SOC의 추정치에 상기 밸런싱 용량에 대응하는 SOC 변화량을 합하여, 각 배터리의 상기 SOC의 추정치를 보상하는 단계; 및 각 배터리의 상기 보상된 SOC의 추정치에 상기 SOC-OCV 맵을 적용하여, 상기 보상된 제1 전압값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 밸런싱 처리에 의해 복수의 배터리 간의 전압 불균일 상태가 해소된 상태에서도, 복수의 배터리 중에서 내부 단락 고장인 배터리를 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리의 예시적인 등가 회로를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3 내지 도 6은 배터리의 내부 단락 고장의 검출 원리를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 차량 컨트롤러(2), 배터리 팩(10), 전기 부하(30)를 포함한다. 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)는, 충전 케이블 등을 통해 충전기(40)에 전기적으로 결합될 수 있다. 충전기(40)는, 전기 차량(1)에 포함된 것이거나, 전기 차량(1) 외부의 충전 스테이션에 마련된 것일 수 있다.
차량 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit)는, 전기 차량(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 차량 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 배터리 관리 시스템(100)에게 전송하도록 구성된다. 충전기(40)는, 차량 컨트롤러(2)와 통신하여, 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)를 통해 충전 전력(예, 정전류, 정전압, 정전력)을 공급할 수 있다.
배터리 팩(10)은, 배터리 그룹(11), 릴레이(20) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.
배터리 그룹(11)은, 복수의 배터리(B1~BN, N은 2 이상의 자연수)의 직렬 접속체를 포함한다. 즉, 배터리 그룹(11) 내에서, 복수의 배터리B1~BN)는 서로 직렬로 연결된다. 복수의 배터리(B1~BN)는, 서로 동일한 전기화학적 사양을 가지도록 제조된 하나의 단위 셀 또는 둘 이상의 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 단위 셀을 포함할 수 있다. 단위 셀은, 독립적으로 충방전이 가능한 축전 요소의 최소 단위이다. 예컨대 리튬 이온 셀과 같이 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 단위 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
이하에서는, 복수의 배터리(B1~BN)에 공통된 내용을 설명함에서 있어서, 배터리에 대해 부호 'B'를 부여하겠다.
릴레이(20)는, 배터리 그룹(11) 및 전기 부하(30)를 연결하는 전력 경로를 통해, 배터리 그룹(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 도 1에서는, 릴레이(20)가 배터리 그룹(11)의 양극 단자와 충방전 단자(P+) 사이에 연결된 것으로 예시되어 있다. 릴레이(20)는, 배터리 관리 시스템(100) 및/또는 차량 컨트롤러(2)으로부터의 스위칭 신호에 응답하여, 온오프 제어된다. 릴레이(20)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
전기 부하(30)는, 인버터(31) 및 전기 모터(32)를 포함한다. 인버터(31)는, 배터리 관리 시스템(100) 또는 차량 컨트롤러(2)로부터의 명령에 응답하여, 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 그룹(11)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다. 전기 모터(32)는, 인버터(31)로부터의 교류 전력을 이용하여 구동한다. 전기 모터(32)로는, 예컨대 3상 교류 모터를 이용할 수 있다.
릴레이(20)가 온되어 배터리(B)가 충방전 중인 상태를 부하 상태(사이클 상태)라고 칭할 수 있다.
릴레이(20)가 온에서 오프로 전환되는 경우, 배터리(B)는 무부하 상태(휴지 상태, 캘린더 상태)가 되며, 무부하 상태에 있는 배터리(B)의 배터리 전압을 무부하 전압(no-load voltage)이라고 칭할 수 있다. 무부하 전압은, 완화 전압(relaxation voltage)과 개방 전압(OCV: open circuit voltage)을 통칭하는 용어이다. 구체적으로, 배터리(B)가 부하 상태로부터 무부하 상태로 전환된 경우, 배터리(B)에 발생된 분극이 자연 해소되면서 배터리(B)의 무부하 전압이 변화한다. OCV는, 배터리(B)가 무부하 상태로 소정 시간(예, 2시간) 이상 유지되어, 배터리(B)의 전압 변화율이 일정값 미만이 된 때의 무부하 전압을 나타낸다. 즉, OCV는, 배터리(B)의 분극이 무시할 수 있을 정도로 작아진 상태에서의 무부하 전압이다. 완화 전압은, 분극이 자연 해소되어 가는 중의 무부하 전압을 나타낸다..
배터리 관리 시스템(100)은, 배터리 모니터(110), 밸런서(130) 및 제어 회로(140)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(100)은, 통신 회로(150)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 배터리 관리 시스템(100)가 배터리 모니터(110), 제어 회로(140) 및 통신 회로(150)를 포함하는 것으로 가정하겠다.
배터리 모니터(110)는, 전압 검출 회로(112)를 포함한다. 배터리 모니터(110)는, 전류 검출기(114)를 더 포함할 수 있다.
전압 검출 회로(112)는, 배터리 그룹(11)에 포함된 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 양극 단자 및 음극 단자에 연결되어, 배터리(B)의 양단에 걸친 전압(배터리 전압이라고 칭할 수 있음)을 검출하고, 검출된 배터리 전압을 나타내는 전압 신호를 생성하도록 구성된다.
전류 검출기(114)는, 배터리 그룹(11)과 인버터(30) 간의 전류 경로를 통해 배터리 그룹(11)에 직렬로 연결된다. 전류 검출기(114)는, 션트 저항, 홀 효과 소자 등과 같은 공지의 전류 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 복수의 배터리(B1~BN)는 직렬 연결되어 있으므로, 복수의 배터리(B1~BN)에는 공통된 충방전 전류가 흐른다.
도 1에서는, 션트 저항이 전류 검출기(114)로서 이용된 것을 예시하고 있다. 이 경우, 전압 검출 회로(112)는, 션트 저항의 양단에 걸친 전압을 기초로, 충방전 전류의 방향 및 크기를 나타내는 전류 신호를 제어 회로(140)에게 출력할 수 있다. 물론, 전류 검출기(114)는, 배터리 그룹(11)을 통해 흐르는 충방전 전류를 나타내는 전류 신호를 직접 생성하여 제어 회로(140)에게 출력할 수도 있다.
밸런서(130)는, 제어 회로(140)로부터의 밸런싱 실시 명령에 응답하여, 복수의 배터리(B1~BN) 중 밸런싱이 필요한 배터리(B)에 대한 밸런싱 처리를 실시하도록 구성된다. 이하에서는, 밸런싱이 필요한 것으로 판정된 배터리(B)를 '타겟 배터리'라고 칭하기로 한다. 밸런싱 실시 명령은, 복수의 배터리(B1~BN) 중 타겟 배터리(B)에 대한 목표 시간을 포함할 수 있다. 목표 시간은, 타겟 배터리(B)에 대해 요구되는 밸런싱 처리의 계속 시간을 의미한다.
도 1에서는, 밸런서(130)의 일 예로서, 밸런서(130)가 복수의 밸런싱 회로(D1~DN)를 포함하는 것으로 예시하고 있다. 복수의 밸런싱 회로(D1~DN)는 복수의 배터리(B1~BN)에 일대일로 병렬 연결될 수 있다. 이하에서는, 복수의 밸런싱 회로(D1~DN)에 공통된 내용을 설명함에서 있어서, 배터리에 대해 부호 'D'를 부여하겠다.
밸런싱 회로(D)는, 방전 저항(131)과 방전 스위치(132)의 직렬 회로이다. 방전 스위치(132)는, 밸런싱 실시 명령에 응답하여, 턴 온된다. 방전 스위치(132)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리(B)는 방전 저항(131)에 의해 방전된다. 방전 스위치(132)는, MOSFET과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
제어 회로(140)는, 릴레이(20), 배터리 모니터(110), 밸런서(130) 및 통신 회로(150)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
제어 회로(140)는, '배터리 컨트롤러'라고 칭할 수 있으며, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어 회로(140)는, 배터리 모니터(110)로부터의 전압 신호 및/또는 전류 신호를 수집할 수 있다. 일 예로, 제어 회로(140)는, 내부에 마련된 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여, 배터리 모니터(110)로부터 수집된 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환 및 기록할 수 있다. 대안적으로, 배터리 모니터(110)는 자체적으로 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환한 결과를 제어 회로(140)에 전달할 수도 있다.
메모리(141)는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리(141)는, 제어 회로(140)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(141)는, 제어 회로(140)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(141)는, 배터리(B)의 내부 단락 고장을 검출하는 데에 이용되도록 미리 주어진 함수, 로직, 알고리즘을 저장할 수 있다. 메모리(141)는, 제어부(140) 내에 집적화될 수 있다.
제어 회로(140)는, 차량 컨트롤러(2)로부터의 키-온 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 온시킬 수 있다. 제어 회로(140)는, 차량 컨트롤러(2)로부터의 키-오프 신호에 응답하여, 릴레이(20)를 턴 오프시킬 수 있다. 키-온 신호는, 무부하 상태로부터 부하 상태로의 전환을 요청하는 신호이다. 키-오프 신호는, 부하 상태로부터 무부하 상태로의 전환을 요청하는 신호이다. 대안적으로, 릴레이(20)의 온오프 제어는, 제어 회로(140) 대신 차량 컨트롤러(2)가 담당할 수 있다.
제어 회로(140)는, 배터리 모니터(110)에 의해 검출된 배터리(B)의 전압을 기초로, 밸런서(130)를 제어하도록 구성된다.
제어 회로(140)는, 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 전압을 모니터링하여, 복수의 배터리(B1~BN)의 최대 전압 및 최소 전압을 식별할 수 있다. 최대 전압은, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 중에서 최대인 것이다. 최소 전압은, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 중에서 최소인 것이다.
통신 회로(150)는, 제어 회로(140)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어 회로(140)와 차량 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 통신 회로(150)는, 제어 회로(140) 및/또는 차량 컨트롤러(2)로부터 수신된 정보를 사용자(운전자)가 인식 가능한 형태로 제공하는 출력 디바이스(예, 디스플레이, 스피커)를 포함할 수 있다.
지금부터, 제어 회로(140)가 내부 단락 고장인 배터리를 검출하기 위해 실행하는 동작들에 대해 구체적으로 설명한다.
제어 회로(140)는, 배터리(B)의 무부하 전압의 전압값을 결정한다.
제어 회로(140)는, 배터리(B)가 무부하 상태인 경우, 배터리 모니터(110)에 의해 검출된 배터리(B)의 전압의 전압값과 동일하게 배터리(B)의 무부하 전압의 전압값을 결정할 수 있다.
제어 회로(140)는, 배터리(B)가 부하 상태인 경우, 배터리 상태 추정 알고리즘을 이용하여, 배터리 모니터(110)에 의해 검출된 배터리(B)의 배터리 전압 및 전류 검출기(114)에 의해 검출된 배터리(B)의 충방전 전류를 기초로, 배터리(B)의 무부하 전압의 전압값을 결정(추정)할 수 있다. 일 예로, 옴의 법칙에 따라, 배터리(B)의 충방전 전류와 배터리(B)의 내부저항의 곱에 대응하는 전압을 배터리 모니터(110)에 의해 검출된 배터리(B)의 배터리 전압으로부터 차감함으로써, 배터리(B)의 무부하 전압을 추정할 수 있다.
대안적으로, 제어 회로(140)는, 배터리(B)가 무부하 상태와 부하 상태 중 어느 상태인지 무관하게, 소정의 배터리 상태 추정 알고리즘을 이용하여, 배터리(B)의 충전상태(SOC: State Of Charge)의 추정치를 결정한 다음, 배터리(B)의 SOC의 추정치에 연관된 OCV의 값을 미리 주어진 SOC-OCV 맵(도 5 참조)으로부터 취득할 수 있다. 배터리 상태 추정 알고리즘으로는 공지의 알고리즘(예, 칼만 필터 등)을 채용할 수 있다.
제어 회로(140)는, 복수의 배터리(B1~BN) 중 타겟 배터리(B)를 결정한다. 제어 회로(140)는, 배터리 그룹(11)이 부하 상태로부터 무부하 상태로 전환되는 경우, 복수의 배터리(B1~BN) 중 적어도 하나의 배터리(B)에 대한 밸런싱 처리가 필요한지 여부를 판정할 수 있다. 타겟 배터리(B)의 존재 여부에 대한 판정은, 배터리 그룹(11)가 부하 상태로부터 무부하 상태로 전환된 시점, 즉 무부하 상태의 시작시부터 무부하 상태의 계속 중에 주기적으로 실시될 수 있다.
일 예로, 제어 회로(140)는, 무부하 전압이 복수의 배터리(B1~BN)의 최소 무부하 전압보다 기준치 이상 높은 배터리(B)를 타겟 배터리로 설정할 수 있다. 다른 예로, 제어 회로(140)는, SOC의 추정치가 복수의 배터리(B1~BN)의 최소 SOC보다 기준치 이상 높은 배터리(B)를 타겟 배터리로 설정할 수 있다.
제어 회로(140)는, 타겟 배터리(예, Bi)와 기준 배터리(예, Bj) 간의 전압차(또는 SOC의 차이)에 대응하는 용량과 동일하게 타겟 배터리(B)의 목표 용량을 결정할 수 있다. 기준 배터리는, 복수의 배터리(B1~BN) 중 최소 무부하 전압(또는 최소 SOC)에 대응하는 배터리를 지칭한다. 제어 회로(140)는, 목표 용량과 목표 시간 간의 상관관계로서 미리 주어진 맵을 이용하여, 타겟 배터리(B)에 대한 목표 시간을 결정할 수 있다. 목표 용량과 목표 시간 간의 상관관계는, 배터리(B)와 동일한 전기화학적 성능을 가지도록 제조된 배터리들에 대한 실험을 통해 결정될 수 있다.
대안적으로, 밸런서(130)는 밸런싱 실시 명령이 수신될 때마다, 타겟 배터리(B)에 대한 밸런싱 처리를 제1 시간 동안 실시한 다음, 제2 시간 동안 밸런싱 처리를 정지할 수 있다. 제어 회로(140)는, 밸런서(130)의 밸런싱 처리가 정지되어 있는 기간마다, 복수의 배터리(B1~BN) 중 타겟 배터리(B)를 다시 식별하고, 타겟 배터리(B)에 대한 밸런싱 실시 명령을 밸런서(130)에게 전달할 수 있다.
밸런싱 실시 명령은, 방전 스위치(132)에 직접 인가되어, 방전 스위치(132)를 오프 상태로부터 온 상태로 유도하는 하이 레벨 전압일 수 있다. 방전 스위치(132)는, 밸런싱 실시 명령이 수신되는 않는 동안에는 오프 상태로 유지될 수 있다.
한편, 제어 회로(140)는, 타겟 배터리(B)에 대한 밸런싱 처리가 실시되는 중에 무부하 상태로부터 부하 상태로의 전환이 요청되는 경우, 밸런서(130)에서 밸런싱 정지 명령을 출력할 수 있다. 밸런서(130)는, 밸런싱 정지 명령에 응답하여, 복수의 배터리(B1~BN) 전체에 대한 밸런싱 처리를 종료할 수 있다.
도 2는 배터리의 예시적인 등가 회로를 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 본 명세서에 있어서, 정상 배터리는 복수의 배터리(B1~BN) 중에서 내부 단락 고장이 없는 배터리를 칭하고, 고장 배터리는 복수의 배터리(B1~BN) 중에서 내부 단락 고장인 배터리를 칭한다.
도 2를 참조하면, 정상 배터리는, 직류 전압원(VDC), 내부 저항(R0) 및 RC 페어(R1, C)의 직렬 회로로서 등가화될 수 있다. 이와 비교할 때, 고장 배터리는, 정상 배터리에 대응하는 직렬 회로의 양단 사이에 추가적 저항(RISC)이 연결된 것으로 등가화될 수 있다. 추가적 저항(RISC)은 누설 전류(IISC)의 경로로서 작용한다. 참고로, 직류 전압원(VDC)의 전압은 배터리(B)의 OCV이고, 배터리 전압은 직류 전압원(VDC), 내부 저항 성분(R0) 및 RC 페어(R1, C)의 직렬 회로의 총 전압이다. RC 페어(R1, C)의 전압이 제로(0 V)인 경우, 완화 전압과 OCV는 동일하다.
고장 배터리의 충전 시, 충전 전력의 일부는 고장 배터리에 저장되지 못한 채로 누설 전류(IISC)로서 소모되어 버린다. 또한, 고장 배터리의 방전 시, 방전 전력 중 일부는 전기 부하(30)에 공급되지 못한 채로 누설 전류(IISC)로서 소모되어 버린다. 저항(RISC)의 저항값 감소는 내부 단락 고장의 심화를 의미하며, 내부 단락 고장이 심화될수록 누설 전류(IISC)로 소모되는 전력량이 증가할 수 있다.
결과적으로, 충전에 있어서, 고장 배터리의 전압 변화(즉, SOC의 상승량)는 정상 배터리보다 작다. 반면, 방전에 있어서, 고장 배터리의 전압 변화(즉, SOC의 저하량)는 정상 배터리보다 크다. 더욱이, 무부하 상태에서도, 고장 배터리에 저장된 에너지가 누설 전류(IISC)로서 소모되어 버린다.
도 3 내지 도 6은 배터리의 내부 단락 고장의 검출 원리를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 배터리 그룹(11)에 대한 부하 상태(충전), 무부하 상태, 부하 상태(방전) 및 무부하 상태가 순차적으로 진행되는 기간에 걸친, 배터리(Bi)와 배터리(Bj) 각각의 무부하 전압의 경시적 변화를 예시하고 있다. 도 3에서는, 배터리(Bi)가 정상 배터리이고, 배터리(Bj)가 고장 배터리인 것으로 가정하고 있다.
도 3을 참조하면, 커브(310)는 배터리(Bi)의 무부하 전압을, 커브(320)는 배터리(Bj)의 무부하 전압을 나타낸다. 시점 tB는, 검출 타이밍 즉, 제어 회로(140)가 복수의 배터리(B1~BN) 중에서 고장 배터리를 검출하는 시점이다. 시점 tA는, 시점 tB로부터 기준 시간(ΔtREF)만큼 앞선 과거의 시점이다. 기준 시간(ΔtREF)의 길이는 미리 정해져 있을 수 있다. 이해를 돕기 위해, 시점 tA에서는, 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 무부하 전압이 동일한 것으로 가정하였다.
시점 tA부터 시점 t1까지는 충전 기간으로서, 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 무부하 전압은 지속 상승한다. 다만, 배터리(Bj)는 배터리(Bi)보다 무부하 전압의 상승이 더디며, 충전 기간(tA~t1)에 걸쳐 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 전압차는 점차 커진다. 즉, 충전 기간(tA~t1) 동안, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 불균형 상태가 점차 심화된다.
시점 t1부터 시점 t4까지는 무부하 기간으로서, 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 충방전이 중단된다. 배터리(Bj)의 무부하 전압은, 누설 전류(도 2 참조)로 인해 무부하 기간(t1~t4)에서도 서서히 하강한다. 한편, 시점 t2부터 시점 t3까지는, 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 실시되는 기간, 즉 배터리(Bi)의 밸런싱 기간이다. 제어 회로(140)는, 시점 t1과 시점 t2 사이에서, 복수의 배터리(B1~BN) 중에서 배터리(Bi)를 타겟 배터리로 설정한다. 일 예로, 시점 t1에서 배터리(Bj)의 무부하 전압이 복수의 배터리(B1~BN)의 최소 무부하 전압인 경우, 배터리(Bi)의 무부하 전압은 배터리(Bj)의 무부하 전압보다 높으므로, 배터리(Bi)는 타겟 배터리로 설정된다. 물론, 나머지 배터리들 중에서, 최소 무부하 전압보다 낮은 무부하 전압이 검출된 적어도 하나의 배터리가 추가적으로 타겟 배터리로 설정될 수 있다. 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 실시됨에 따라, 배터리(Bi)의 무부하 전압은 밸런싱 기간(t2~t3)에 걸쳐 지속 하강한다. 즉, 밸런싱 기간(t2~t3) 동안, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 불균형 상태가 점차 해소된다.
시점 t4부터 시점 t5까지는 방전 기간으로서, 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 무부하 전압은 지속 하강한다. 배터리(Bj)는 배터리(Bi)보다 무부하 전압의 하강이 빠르며, 방전 기간(t4~t5)에 걸쳐 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 전압차는 다시 점차 증가한다. 즉, 방전 기간(t4~t5) 동안, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 불균형 상태가 점차 심화된다.
시점 t5부터 시점 tB까지는 무부하 기간이다. 배터리(Bj)의 무부하 전압은, 무부하 기간(t5~tB)에 걸쳐 서서히 하강한다. 한편, 시점 t6부터 시점 t7까지는 배터리(Bi)의 밸런싱 기간이다. 제어 회로(140)는, 시점 t5과 시점 t6 사이에서, 복수의 배터리(B1~BN) 중에서 타겟 배터리를 설정한다. 일 예로, 시점 t6에서는, 시점 t2에서와 마찬가지로, 배터리(Bi)는 타겟 배터리로 설정된다. 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 실시됨에 따라, 배터리(Bi)의 무부하 전압은 밸런싱 기간(t6~t7)에 걸쳐 지속 하강한다. 즉, 밸런싱 기간(t6~t7) 동안, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 불균형 상태가 다시 해소되어 간다.
도 3을 참조하여 전술된 설명에 따르면, 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 실시될 때마다, 배터리(Bi)와 배터리(Bj) 간의 무부하 전압의 차이가 줄어든다. 따라서, 시점 tB(내부 단락 고장의 검출 타이밍)에서 복수의 배터리(B1~BN)의 무부하 전압을 어떠한 임계치와 비교하는 것만으로는, 배터리(Bj)가 고장 배터리인지 여부를 식별하는 것이 불가하다는 과제가 있다.
본 발명은, 내부 단락 고장의 검출 타이밍(시점 tB)을 기준으로, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의 기간(즉, tA~tB)에서의 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 밸런싱 용량을 이용하여, 검출 타이밍(시점 tB)에서의 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 무부하 전압의 전압값을 보상한다. 배터리(B)의 보상된 전압값은, 기간(tA~tB)에 걸쳐 배터리(B)에 대한 밸런싱 처리가 미실행되었을 경우의 검출 타이밍(시점 tB)에서의 배터리(B)의 무부하 전압의 추정치를 나타낸다. 이에 따라, 검출 타이밍(시점 tB)에서의 복수의 배터리(B1~BN) 간의 전압 불균형 상태가 매우 약하더라도, 배터리(Bj)가 고장 배터리인 것으로 검출될 수 있다.
제어 회로(140)는, 소정의 시간 간격의 검출 타이밍마다, 복수의 배터리(B1~BN) 중 고장 배터리를 검출할 수 있다. 일 예로, 기준 시간(ΔtREF)은 인접한 두 검출 타이밍의 시간 간격의 100배일 수 있고, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의 기간은 무빙 윈도우를 이용하여 특정될 수 있다. 제어 회로(140)는, 검출 실시 조건이 만족되는 경우에 내부 단락 고장의 검출을 실시할 수 있다. 검출 실시 조건은, 예컨대 복수의 배터리(B1~BN) 전부에 대한 밸런싱 처리가 정지되어 있는 무부하 상태일 수 있다.
기간(tA~tB)에서의 배터리(B)의 밸런싱 용량이란, 기간(tA~tB)에서 실시된 밸런싱 처리에 의한 배터리(B)의 방전 용량의 누산값, 즉 기간(tA~tB)에 걸친 총 방전 용량이다. 기간(tA~tB)에서 밸런싱 처리가 단 한번도 실시되지 않은 배터리(예, Bj)의 밸런싱 용량은 0Ah으로 결정된다.
지금부터, 밸런싱 처리가 1회 실시될 때마다의 방전 용량을 결정하는 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 4는, 도 3에서의 무부하 기간(t1~t4) 내에서 배터리(Bi)에 대해 실시된 밸런싱 처리에 관한 설명을 위한 것이다. 커브(410)와 커브(411)는 각각 배터리(Bi)의 무부하 전압 및 방전 용량의 경시적인 변화를 보여준다. 배터리(Bi)의 무부하 전압의 전압값은 시점 t1부터 시점 t2까지 V2로 일정하다가, 시점 t2부터 시점 t3까지 지속 하강하고, 시점 t3에서는 V3에 도달하고 있다. 시점 t3는 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 종료된 시점이다.
제어 회로(150)는, 밸런싱 처리의 제1 밸런싱 데이터에 용량 추정 함수를 적용하여, 밸런싱 처리에 의한 배터리(Bi)의 방전 용량을 결정할 수 있다. 제1 밸런싱 데이터는, 밸런싱 처리의 시작 전압값 및 계속 시간을 포함한다. 시작 전압값은, 밸런싱 처리의 시작 시점(t2)에서의 배터리(Bi)의 무부하 전압을 나타내며, 도 4에서는 V2이다. 계속 시간은, 밸런싱 처리의 시작 시점(t2)부터 종료 시점(t3)까지의 시간 간격을 나타내며, 도 4에서는 ΔtBC = t3 - t2이다.
용량 추정 함수는, 시작 전압값, 계속 시간 및 방전 용량 간의 상관관계를 규정하는 것으로, 배터리(B)와 동일한 전기화학적 성능을 가지도록 제조된 배터리들에 대한 실험을 통해 결정될 수 있다. 하기의 수식 1은 용량 추정 함수의 일 예이다.
<수식 1>
Figure PCTKR2022010982-appb-img-000001
수식 1에 있어서, Vstart는 시작 전압값, ΔtBC는 계속 시간, R은 방전 저항(131)의 미리 정해진 저항값(resistance), Qdis는 밸런싱 처리 당 방전 용량이다. Vstart/R는 밸런싱 처리의 시작 시에 방전 저항(131)을 통해 흐르는 밸런싱 전류를 나타낸다.
하기의 수식 2는 용량 추정 함수의 다른 예이다.
<수식 2>
Figure PCTKR2022010982-appb-img-000002
수식 2에 있어서, Vend는 종료 전압값이고, 나머지 팩터들은 수식 1과 동일하다.
대안적으로, 제어 회로(150)는, 밸런싱 처리의 제2 밸런싱 데이터에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 밸런싱 처리에 의한 배터리(Bi)의 방전 용량을 결정할 수 있다. 제2 밸런싱 데이터는, 밸런싱 처리의 시작 전압값 및 종료 전압값을 포함한다. 종료 전압값은, 밸런싱 처리의 종료 시점(t3)에서의 무부하 전압을 나타내며, 도 4에서는 V3이다. 도 5는 SOC-OCV 맵의 일 예이다. 도 5를 참조하면, Z2는 시작 전압값(V2)에 대응하는 SOC이고, Z3는 종료 전압값(V3)에 대응하는 SOC이다. 제어 회로(140)는, 두 SOC의 차이 즉, Z2-Z3에 배터리(Bi)의 만충전 용량(FCC: Full Charge Capacity)을 곱하여, 밸런싱 기간(t2~t3)에서 실시된 밸런싱 처리에 의한 배터리(Bi)의 방전 용량을 결정할 수 있다. 만충전 용량의 추정법은 널리 공지된 것인바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
대안적으로, 밸런싱 처리의 시작시부터 종료시까지, 방전 저항(131)의 전압과 저항값에 옴의 법칙을 적용하여 주기적으로 계산되는 밸런싱 전류를 적산함으로써, 배터리(B)의 밸런싱 용량을 직접적으로 계산할 수도 있다.
전술된 밸런싱 용량의 결정은, 밸런싱 처리가 1회 실시될 때마다 실행될 수 있다.
기간(tA~tB)에서, 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리는 2회 실시되었다. 따라서, 제어 회로(140)는, 밸런싱 기간(t2~t3)에서의 방전 용량과 밸런싱 기간(t6~t7)에서의 방전 용량을 합하여, 기간(tA~tB) 동안 배터리(Bi)로부터 소모된 총 용량인 배터리(Bi)의 밸런싱 용량을 결정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제어 회로(140)는, 검출 타이밍(시점 tB)에서, 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 SOC의 추정치를 결정할 수 있다. 일 예로, 시점 tB에서 검출된 배터리(Bi)의 무부하 전압의 전압값이 Vi인 경우, 제어 회로(140)는 전압값 Vi에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 전압값(Vi)에 대응하는 Zi를 배터리(Bi)의 SOC의 추정치로서 결정할 수 있다.
제어 회로(140)는, 검출 타이밍(시점 tB)을 기준으로 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의, 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 밸런싱 용량에 후술된 소정의 전압 보상 로직을 적용하여, 복수의 배터리(B1~BN) 각각의 무부하 전압의 전압값을 보상할 수 있다. 구체적으로, 제어 회로(140)는, 배터리(Bi)의 밸런싱 용량을 배터리(Bi)의 만충전 용량으로 나누어, 배터리(Bi)의 SOC 변화량(ΔZi)을 결정할 수 있다. 제어 회로(140)는, SOC의 추정치(Zi)에 SOC 변화량(ΔZi)을 합하여, 배터리(Bi)의 SOC의 추정치를 Zi로부터 Zi+로 보상한다. 제어 회로(140)는, 보상된 SOC의 추정치(Zi+)에 SOC-OCV 맵을 적용하여, Zi+에 대응하는 전압값(Vi+)을 결정한다. 전압값(Vi+)은, 배터리(Bi)의 밸런싱 용량을 이용하여 전압값(Vi)을 보상한 결과이다. 반면, 배터리(Bj)에 대해서는 기간(tA~tB)에 걸쳐 밸런싱 처리가 1회도 실시되지 않았으므로, 배터리(Bj)의 보상된 전압값(Vj+)은 시점 tB에서 검출된 전압값(Vj)과 동일하다.
도 3을 다시 참조하면, 커브(311)는, 커브(310)에 배터리(Bi)의 밸런싱 용량의 경시적 변화를 적용하여, 커브(310)를 보상한 결과이다. 즉, 커브(311)는, 기간(tA~tB) 동안 배터리(Bi)에 대한 밸런싱 처리가 전혀 실시되지 않았을 때의 배터리(Bi)의 무부하 전압의 경시적 변화를 나타낸다. 충전 기간(tA~t1)에서는 밸런싱 처리가 실시되지 않으므로, 커브(310)와 커브(320)는 충전 기간(tA~t1)에서 완전히 겹쳐져 있다. 또한, 방전 기간(t4~t5)에서도 밸런싱 처리가 실시되지 않으므로, 커브(310)와 커브(320)의 차이는 방전 기간(t4~t5)에 걸쳐 동일하게 유지된다. 도 5에서 설명한대로, 검출 타이밍(tB)에서의 배터리(Bi)의 전압값이 Vi로부터 Vi+로 보상됨에 따라, 배터리(Bj)의 전압값(Vj)과의 차이가 확대되었음을 확인할 수 있다.
전술된 일련의 과정들(전압 보상 로직)은, 검출 타이밍마다 복수의 배터리(B1~BN) 모두에 대해 공통적으로 적용된다. 제어 회로(140)는, 검출 타이밍마다, 복수의 배터리(B1~BN) 중 둘 이상의 배터리의 보상된 전압값의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 기준 전압값을 결정할 수 있다. 즉, 기준 전압값은 검출 타이밍마다 새롭게 갱신될 수 있다. 일 예로, 기준 전압값은, 복수의 배터리(B1~BN)에 대해 결정된, (i)복수의 보상된 전압값 모두 또는 (ii)복수의 보상된 전압값 중 큰 순서로 소정 개수의 보상된 전압값의 평균값 또는 중앙값일 수 있다. 도 3을 참조하면, VR는 시점 tB에서의 기준 전압값이다. 대안적으로, 기준 전압값은, 복수의 배터리(B1~BN)의 전압 변화와는 무관하게, 미리 주어진 값일 수 있다.
제어 회로(140)는, 검출 타이밍마다, 기준 전압값과 배터리(B)의 보상된 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로(140)는, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의 기간(tA~tB)에 걸친, 순차적으로 복수회 결정된 배터리(B)의 전압 편차의 경시적 변화를 나타내는 시계열을 메모리(141)에 기록해둘 수 있다. 기간(tA~tB) 내의 몇몇 검출 타이밍에서의 배터리(B)의 전압 편차가 누락되는 경우, 시계열 내의 나머지 전압 편차의 값들에 인터폴레이션을 적용하여, 누락된 전압 편차의 값이 시계열에 추가될 수 있다. 도 6에 있어서, 커브(610) 및 커브(620)는 각각 배터리(Bi)의 전압 편차와 배터리(Bj)의 전압 편차의 경시적 변화를 예시하고 있다.
제어 회로(140)는, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의 배터리(B)의 전압 편차의 변화량을 결정할 수 있다. 도 6에 있어서, ΔViA 및 ΔViB는 각각 시점 tA 및 tB에서의 배터리(Bi)의 전압 편차이며, 배터리(Bi)의 전압 편차의 변화량은 ΔViA - ΔViB이다. 또한, ΔVjA 및 ΔVjB는 각각 시점 tA 및 tB에서의 배터리(Bj)의 전압 편차이며, 배터리(Bj)의 전압 편차의 변화량은 ΔVjA - ΔVjB이다. 참고로, 도 3을 참조하면, ΔViB = Vi+ - VR이고, ΔVjB = Vj+ - VR이다.
제어 회로(140)는, 검출 타이밍마다, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 배터리(B)가 내부 단락 고장인지 여부를 판정한다. 일 예로, 시점 tB에서, (ΔViA - ΔViB) < 임계값 ≤ (ΔVjA - ΔVjB)인 경우, 배터리(Bi)는 정상 배터리로 판정되고, 배터리(Bj)는 고장 배터리로 판정된다.
제어 회로(140)는, 검출 타이밍마다, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량이 임계값 이상인 것으로 연속된 횟수를 카운팅하고, 카운팅된 횟수가 소정 횟수에 도달하면 배터리(B)가 내부 단락 고장인 것으로 판정할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 7의 방법은, 소정의 시간 간격을 두고 반복 실행될 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 7의 방법이 시점 tB에서 실행된 것으로 가정하여 설명하겠다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 단계 S700에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정한다. 예컨대, 도 3의 Vi 및 Vj는 각각 배터리(Bi)와 배터리(Bj)의 제1 전압값을 나타낸다.
단계 S710에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 밸런싱 용량을 이용하여, 배터리(B)의 제1 전압값을 보상한다. 단계 S710은, 서브 루틴으로서 도 8에 도시된 단계 S810, S820, S830 및 S840을 포함할 수 있다.
단계 S810에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 제1 전압값에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 배터리(B)의 SOC의 추정치를 결정한다. 도 5를 참조하면, Zi는 배터리(Bi)의 제1 전압값(Vi)에 대응하는 배터리(Bi)의 SOC의 추정치이다.
단계 S820에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 밸런싱 용량을 결정한다. , 배터리(B)의 밸런싱 용량은, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안에 배터리(B)에 대해 실시된 밸런싱 처리에 의한 방전 용량의 누산값일 수 있다.
단계 S830에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 SOC의 추정치에 밸런싱 용량에 대응하는 SOC 변화량을 합하여, 배터리(B)의 SOC의 추정치를 보상한다. 도 5를 참조하면, Zi에 ΔZi가 더해져, 배터리(Bi)의 보상된 SOC의 추정치(Zi+)가 취득된다.
단계 S840에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 보상된 SOC의 추정치에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 배터리(B)의 보상된 제1 전압값을 결정한다. 도 5를 참조하면, 배터리(B)의 보상된 제1 전압값은, Zi+에 대응하는 Vi+와 동일하게 결정된다.
단계 S720에서, 제어 회로(140)는, 기준 전압값을 결정한다. 도 3의 VR는 시점 tB에서의 기준 전압값이다.
단계 S730에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이와 동일하게 배터리(B)의 전압 편차를 결정한다. 도 6을 참조하면, ΔViB 및 ΔVjB는 각각 배터리(Bi)의 전압 편차와 배터리(Bj)의 전압 편차이다.
단계 S740에서, 제어 회로(140)는, 최근의 기준 시간(ΔtREF) 동안의 배터리(B)의 전압 편차의 변화량을 결정한다. 도 6을 참조하면, (ΔViA - ΔViB)은 배터리(Bi)의 전압 편차의 변화량이고, (ΔVjA - ΔVjB)은 배터리(Bj)의 전압 편차의 변화량이다.
단계 S750에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량이 임계값 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S750의 값이 "예"인 경우, 단계 S760으로 진행한다.
단계 S760에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)가 내부 단락 고장인 것으로 검출한다. 추가적으로, 제어 회로(140)는, 소정의 보호 동작을 실행할 수 있다. 보호 동작은, 배터리(B)가 내부 단락 고장임을 알리는 진단 메시지를 출력을 포함할 수 있다. 진단 메시지는, 통신 회로(150)를 통해 차량 컨트롤러(2)에게 전송될 수 있다. 통신 회로(150)는, 진단 메시지를 수신 시, 사용자에게 경고 신호를 출력할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 9의 방법은, 소정의 시간 간격을 두고 반복 실행될 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 9의 방법이 시점 tB에서 실행된 것으로 가정하여 설명하겠다.
도 9를 참조하면, 단계 S700부터 단계 S740까지의 과정은 제1 실시예와 공통된다. 단계 S740이 실시된 후, 단계 S910으로 이행한다. 단계 S910에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량이 임계값 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S910의 값이 "예"인 경우, 단계 S920으로 진행한다. 단계 S910의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S922로 진행한다.
단계 S920에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 고장 카운트를 1만큼 증가시킨다. 단계 S922에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 고장 카운트를 초기값(예, 0)과 동일하게 리셋한다.
단계 S930에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)의 고장 카운트가 소정값 이상인지 여부를 판정한다. 즉, 배터리(B)의 전압 편차의 변화량이 임계값 이상인 것으로 소정 횟수 연속하여 카운팅되었는지 여부가 판정된다. 단계 S930의 값이 "예"인 경우, 단계 S940으로 진행한다.
단계 S940에서, 제어 회로(140)는, 배터리(B)가 내부 단락 고장인 것으로 검출한다. 제1 실시예에서와 마찬가지로, 제어 회로(140)는, 소정의 보호 동작을 실행할 수 있다.
제2 실시예는 제1 실시예의 변형예로서, 고장 배터리의 오검출을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 전기 차량
10: 배터리 팩 B: 배터리
100: 배터리 관리 시스템
110: 배터리 모니터 130: 밸런서
140: 제어 회로

Claims (14)

  1. 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 전압을 검출하도록 구성되는 배터리 모니터;
    각 배터리에 대한 밸런싱 처리를 실행하도록 구성되는 밸런서; 및
    상기 배터리 모니터에 의해 검출된 각 배터리의 전압을 기초로 상기 밸런서를 제어하도록 구성되는 제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정하고,
    최근의 기준 시간 동안에 실행된 상기 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 밸런싱 용량을 이용하여, 각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하고,
    각 배터리의 상기 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정하고,
    상기 기준 시간 동안의 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량이 상기 임계값 이상인 경우, 각 배터리의 고장 카운트를 1만큼 증가시키고,
    각 배터리의 고장 카운트가 소정값 이상인 경우, 각 배터리가 내부 단락 고장인 것으로 검출하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 복수의 배터리 중 적어도 둘 이상의 배터리의 상기 보상된 제1 전압값의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압값을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸런서는, 상기 복수의 배터리에 일대일로 병렬 접속되는 복수의 밸런싱 회로를 포함하고,
    각 밸런싱 회로는, 직렬 연결되는 방전 저항 및 방전 스위치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 기준 시간 동안의 기간 내에 실행된 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리 셀의 방전 용량을 누산하여, 각 배터리 셀의 상기 밸런싱 용량을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    각 밸런싱 처리에 연관된 제1 밸런싱 데이터에 용량 추정 함수를 적용하여, 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 상기 방전 용량을 결정하도록 구성되되,
    상기 제1 밸런싱 데이터는, 상기 밸런싱 처리의 시작 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제2 전압값 및 상기 밸런싱 처리의 계속 시간을 포함하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    각 밸런싱 처리의 제2 밸런싱 데이터에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 상기 방전 용량을 결정하도록 구성되되,
    상기 제2 밸런싱 데이터는, 상기 밸런싱 처리의 시작 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제2 전압값 및 상기 밸런싱 처리의 종료 시의 각 배터리의 무부하 전압을 나타내는 제3 전압값을 포함하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    각 배터리의 상기 제1 전압값에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 배터리의 SOC의 추정치를 결정하고,
    각 배터리의 상기 SOC의 추정치에 상기 밸런싱 용량에 대응하는 SOC 변화량을 합하여, 각 배터리의 상기 SOC의 추정치를 보상하고,
    각 배터리의 상기 보상된 SOC의 추정치에 상기 SOC-OCV 맵을 적용하여, 상기 보상된 제1 전압값을 결정하도록 구성되는 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량.
  11. 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 무부하 전압을 나타내는 제1 전압값을 결정하는 단계;
    최근의 기준 시간 동안에 실행된 밸런싱 처리에 의한 각 배터리의 밸런싱 용량을 이용하여, 각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하는 단계;
    각 배터리의 상기 보상된 제1 전압값과 기준 전압값 간의 차이인 전압 편차를 결정하는 단계; 및
    상기 기준 시간 동안의 각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량을 임계값과 비교하여, 각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    각 배터리의 내부 단락 고장을 검출하는 단계는,
    각 배터리의 상기 전압 편차의 변화량이 상기 임계값 이상인 경우, 각 배터리의 고장 카운트를 1만큼 증가시키는 단계; 및
    각 배터리의 상기 고장 카운트가 소정값 이상인 경우, 각 배터리가 내부 단락 고장인 것으로 검출하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 중 적어도 둘 이상의 배터리의 상기 보상된 제1 전압값의 평균값 또는 중앙값과 동일하게 상기 기준 전압값을 결정하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    각 배터리의 상기 제1 전압값을 보상하는 단계는,
    각 배터리의 상기 제1 전압값에 SOC-OCV 맵을 적용하여, 각 배터리의 SOC의 추정치를 결정하는 단계;
    각 배터리의 상기 SOC의 추정치에 상기 밸런싱 용량에 대응하는 SOC 변화량을 합하여, 각 배터리의 상기 SOC의 추정치를 보상하는 단계; 및
    각 배터리의 상기 보상된 SOC의 추정치에 상기 SOC-OCV 맵을 적용하여, 상기 보상된 제1 전압값을 결정하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
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