WO2023085730A1

WO2023085730A1 - 배터리의 저항을 추정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템

Info

Publication number: WO2023085730A1
Application number: PCT/KR2022/017453
Authority: WO
Inventors: 이철수
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-05-19
Also published as: KR20230069473A; CN117957454A

Abstract

본 발명은, 배터리의 저항을 추정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 시스템은, 내부저항 값을 알고 있는 신규 배터리 팩 및 내부저항 값의 추정이 필요한 타겟 배터리 팩을 포함하는 배터리, 그리고 1)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 병렬 연결시에 흐르는 제1 보상전류의 전류값, 2)상기 신규 배터리 팩의 신규저항 값, 및 3)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값에 대응하는 제2 보상전류의 전류값, 제1 기준저항 값, 및 제2 기준저항 값에 기초하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는, 마스터 BMS(Battery Management System)를 포함한다.

Description

배터리의 저항을 추정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템

관련 출원(들)과의 상호 인용

본 출원은 2021년 11월 12일자 한국 특허 출원 제10-2021-0155537호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은, 배터리의 저항을 추정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것이다.

반복적인 충전과 방전이 가능한 배터리가 화석 에너지의 대체 수단으로서 각광을 받고 있다. 배터리는 휴대폰, 비디오 카메라, 전동 공구와 같은 전통적인 핸드 헬드 디바이스에 주로 사용되었다. 하지만, 최근에는 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV), 대용량의 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 공급 시스템(UPS) 등으로 그 응용 분야가 점차 증가하는 추세이다.

배터리의 경우, 용량이 감소하면 저항이 증가하고, 그로 인해 열로 소실되는 전기 에너지가 증가한다. 따라서, 배터리의 용량이 임계치 이하로 감소하면 배터리의 성능이 현저하게 떨어지고 발열량이 증가하여 점검 또는 교체가 필요하다.

한편, 병렬 연결된 복수의 배터리 팩(Battery Pack)을 포함하는 배터리 시스템(A)에서, 복수의 배터리 팩 중 성능이 저하된 일부 배터리 팩을 교체하는 경우, 기 탑재되어 소정기간 사용된 배터리 팩(이하, Old Battery Pack)과 새로 탑재된 배터리 팩(New Battery Pack) 간에 퇴화 정도(SOH: State Of Health)가 다를 수 있다.

이 경우, 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)이 얼마나 퇴화되었는지 정확하게 알아야, 새로 탑재된 신규 배터리 팩(New Battery Pack)과 기존 배터리 팩을 효율적으로 사용하기 위한 운영전략 등을 계획할 수 있다.

본 발명은, 배터리 팩의 퇴화 정도를 나타내는 요인(factor) 중 하나인 내부저항(DCIR: Direct Current Internal Resistance)을 추정하는 배터리의 저항을 추정하는 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따른 배터리 시스템은, 내부저항 값을 알고 있는 신규 배터리 팩 및 내부저항 값의 추정이 필요한 타겟 배터리 팩을 포함하는 배터리, 그리고 1)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 병렬 연결시에 흐르는 제1 보상전류의 전류값, 2)상기 신규 배터리 팩의 신규저항 값, 및 3)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값에 대응하는 제2 보상전류의 전류값, 제1 기준저항 값, 및 제2 기준저항 값에 기초하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 마스터 BMS(Battery Management System)를 포함한다.

상기 제2 보상전류는, 상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값을 갖는 제1 기준 배터리 팩 및 제2 기준 배터리 팩이 병렬 연결될 때 흐르는 보상전류이고, 상기 제1 기준저항은, 상기 제1 기준 배터리 팩의 내부저항이고, 상기 제2 기준저항은, 상기 제2 기준 배터리 팩의 내부저항일 수 있다.

상기 배터리 시스템은, 복수의 제2 팩전압 차이값 각각에 대응하는 1)제2 보상전류의 전류값, 및 2)제1 기준저항 값 및 제2 기준저항 값이 매핑되어 기록된 룩업 테이블(Look-Up Table)이 저장되는 메모리를 더 포함할 수 있다.

상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 제2 팩전압 차이값 중 상기 제1 팩전압 차이값과 같은 전압값을 갖는 제2 팩전압 차이값을 선택하고, 상기 제2 팩전압 차이값에 매핑된 상기 제2 보상전류의 전류값, 상기 제1 기준저항 값, 및 상기 제2 기준저항 값을 추출하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정할 수 있다.

상기 마스터 BMS는, 상기 제1 보상전류(I_m)의 전류값, 상기 신규저항 값(R_new), 상기 제2 보상전류(I_d)의 전류값, 상기 제1 기준저항(R_{ref_1}) 값, 및 상기 제2 기준저항(R_{ref_2}) 값을 하기 식(1)에 대입하여, 상기 타겟저항(R_{old_t}) 값을 추정하는, 배터리 시스템.

상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 각각은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 양단 전압인 팩전압을 측정하는 전압센서와, 상기 배터리 모듈 내에 흐르는 팩전류를 측정하는 전류센서와, 온 동작으로 상기 배터리 모듈을 상기 배터리 시스템에 병렬 연결하는 팩 스위치와, 상기 마스터 BMS와 통신하여 상기 전압센서 및 상기 전류센서의 측정 결과를 전송하고 상기 팩 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어신호를 수신하는 슬레이브 BMS를 포함할 수 있다.

상기 마스터 BMS는, 상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 이 병렬 연결되기 전에 측정된 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값, 그리고 병렬 연결된 후에 측정된 상기 제1 보상전류의 전류값을 수신하고, 상기 제1 팩전압 값 및 상기 제2 팩전압 값의 차이값인 상기 제1 팩전압 차이값을 계산할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 저항 추정 방법으로서, 내부저항 값을 알고 있는 신규 배터리 팩 및 내부저항 값의 추정이 필요한 복수의 기존 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서, 타겟 배터리 팩의 내부저항 값을 추정하는 방법으로서, 상기 복수의 기존 배터리 팩 중 소정의 기준에 따라 상기 타겟 배터리 팩을 선정하는 단계, 상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩을 병렬 연결하는 단계, 병렬 연결된 상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩 사이에 흐르는 제1 보상전류의 전류값, 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값, 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값을 수신하는 단계, 그리고 1)상기 제1 보상전류의 전류값, 2)상기 신규 배터리 팩의 신규저항 값, 및 3)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값에 대응하는 제2 보상전류의 전류값, 제1 기준저항 값, 및 제2 기준저항 값에 기초하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계를 포함한다.

상기 제2 보상전류는, 상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값을 갖는 제1 기준 배터리 팩 및 제2 기준 배터리 팩이 병렬 연결될 때 흐르는 보상전류이고, 상기 제1 기준저항은, 상기 제1 기준 배터리 팩의 내부저항이고, 상기 제2 기준저항은, 상기 제2 기준 배터리 팩의 내부저항인, 배터리 저항 추정 방법.

상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계는, 상기 제1 팩전압 값 및 상기 제2 팩전압 값의 차이값인 상기 제1 팩전압 차이값을 계산하는 단계, 그리고, 상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값에 대응하는 상기 제2 보상전류의 전류값, 상기 제1 기준저항 값, 및 상기 제2 기준저항 값을 룩업 테이블에서 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계는, 상기 룩업 테이블에서 추출하는 단계 이후에, 상기 제1 보상전류(I_m)의 전류값, 상기 신규저항 값(R_new), 상기 제2 보상전류(I_d)의 전류값, 상기 제1 기준저항(R_{ref_1}) 값, 및 상기 제2 기준저항(R_{ref_2}) 값을 하기 식(1)에 대입하여, 상기 타겟저항(R_{old_t}) 값을 추정할 수 있다.

상기 수신하는 단계는, 상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 이 병렬 연결되기 전에 측정된 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값, 그리고 병렬 연결된 후에 측정된 상기 제1 보상전류의 전류값을 수신할 수 있다.

본 발명은, 배터리 시스템(A)에서 기 탑재되어 소정기간 사용된 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)을 탈거하지 않고도 간이한 방법으로 기존 배터리 팩의 내부저항(DCIR)을 추정할 수 있다.

본 발명은, 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)이 복수 개인 경우에도, 기존 배터리 팩 각각의 내부저항(DCIR)을 정밀도 높게 추정할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따라 배터리의 저항을 추정하는 배터리 시스템(A)을 설명하는 도면이다.

도 2는 도 1의 배터리 팩의 구성을 상세하게 설명하는 도면이다.

도 3 내지 도 5는 복수의 배터리 팩 중 신규 배터리 팩과 기존 배터리 팩 중 하나를 병렬 연결하여 기존 배터리 팩의 내부저항을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 6은 일 실시예에 따라 배터리의 저항을 추정하는 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 일 실시예에 따라 배터리의 저항을 추정하는 배터리 시스템(A)을 설명하는 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 구성을 상세하게 설명하는 도면이며, 도 3 내지 도 5는 복수의 배터리 팩 중 신규 배터리 팩과 기존 배터리 팩 중 하나를 병렬 연결하여 기존 배터리 팩의 내부저항을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참고하면, 배터리 시스템(A)은, 배터리(10), 릴레이(20), 그리고 마스터 BMS(Master Battery Management System, 이하, 마스터 BMS로 지칭함)(30)를 포함한다.

배터리(10)는, 복수의 배터리 팩(1-N) 그리고, 복수의 배터리 팩(1-N) 각각을 배터리 시스템(A)에 병렬 연결하는 복수의 팩 스위치(SW1-SWN)를 포함한다. 이하, 복수의 배터리 팩(1-N) 중 특정 배터리 팩을 지시할 때 도면 부호 “j”를 이용하고, 해당 배터리 팩(j)에 포함된 배터리 모듈, 전압 센서, 슬레이브 BMS, 및 팩 스위치 각각은 도면 부호 “j1”, “j3”, “j5”, “PSWj”를 이용한다. 또한, 복수의 팩 스위치(SW1-SWN) 중 특정 배터리 팩(j)을 배터리 시스템(A)에 병렬 연결하는 특정 팩 스위치를 지시할 때 도면 부호 “SWj”를 이용한다.

도 2를 참고하면, 배터리 팩(j)은, 배터리 모듈(100j), 전압 센서(200j), 전류센서(300j), 슬레이브 BMS(400j), 그리고 팩 스위치(SWj)를 포함할 수 있다. 도 1에서, 배터리 팩(j)은 팩 스위치(SWj)을 포함하지 않는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 임의의 배터리 팩(j)에 대응하는 팩 스위치(SWj)는 해당 배터리 팩(j)에 포함되는 것으로 설명할 수 있다.

배터리 모듈(100j)은, 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 도 2에는, 직렬 연결된 3개의 배터리 셀(Cell1-Cell3)을 포함하는 배터리 모듈(100j)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리 모듈(100j)은 다양한 수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.

전압 센서(200j)는, 배터리 모듈(100j)과 병렬 연결되어 있다. 전압 센서(200j)는, 배터리 모듈(100j)의 양단 전압인 팩 전압(Vj)을 측정하고, 측정 결과를 슬레이브 BMS(400j)를 통해 마스터 BMS(30)에 전송할 수 있다.

전류센서(300j)는, 배터리 모듈(100j)과 직렬 연결되어 있다. 전류센서(300j)는, 배터리 모듈(100j)에 흐르는 팩 전류(Ij)를 측정하고, 측정 결과를 슬레이브 BMS(400j)를 통해 마스터 BMS(30)에 전송할 수 있다.

슬레이브 BMS(400j)는, 마스터 BMS(30)와 통신하여, 배터리 셀에 관한 다양한 정보, 팩 전압(Vj) 및 팩 전류(Ij)에 대한 정보를 포함하는 데이터를 전송하고, 각종 명령을 수신할 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 BMS(400j)는, 팩 스위치(SWj)의 스위칭(온/오프) 동작을 제어하는 제어신호를 수신할 수 있다.

릴레이(20)는 배터리 시스템(A)과 외부장치(B)를 전기적으로 연결 또는 분리할 수 있다. 구체적으로, 릴레이부(20)가 배터리 시스템(A)과 외부장치(B)를 전기적으로 연결하면, 배터리(10)는 외부장치(B)의 전력으로 충전되거나, 외부장치(B)에 전력을 공급할 수 있다. 외부장치(B)는 배터리(10)가 충전되는 충전모드에서는 충전기, 배터리(10)가 방전되는 방전모드에서는 부하(예를 들어, 차량 모터 등)일 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 3 내지 도 5에서, 마스터 BMS(30)가 배터리 팩(j)의 내부저항(DCIR: Direct Current Internal Resistance)을 추정하는 동안, 릴레이(20)는 오프될 수 있다. 그러면, 마스터 BMS(30)는 외부장치(B)의 영향을 받지 않고, 배터리 팩(j)의 내부저항(DCIR)을 정밀도 높게 추정할 수 있다.

마스터 BMS(30)는, 상위 제어기(미도시)와 통신하여 신규 배터리 팩(New Battery Pack)이 배터리 시스템(A)에 탑재됨을 지시하는 메시지를 수신하면, 복수의 기존 배터리 팩(Old Battery Pack) 중 내부저항(DCIR)의 추정이 필요한 타겟 배터리 팩을 선정할 수 있다.

도 1을 참고하면, 마스터 BMS(30)는, 복수의 제2 팩전압 차이값 각각에 대응하는 복수의 제2 보상전류의 전류값 및 기준저항 값이 매핑되어 기록된 룩업 테이블(Look-Up Table)이 저장되는 메모리(31)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 룩업 테이블은 이하 설명할 표 1과 같은 형태로 메모리(31)에 저장될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 예를 들어, 제1 배터리 팩(1)이 교체된 신규 배터리 팩(New Battery Pack)이고, 제2 내지 제4 배터리 팩(2-4)은 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)이라고 가정하자. 신규 배터리 팩은, 사용하지 않은 배터리 팩으로, 내부저항 값을 알고 있는 배터리 팩일 수 있다. 기존 배터리 팩은, 배터리 시스템(A) 기 탑재되어 소정기간 사용된 배터리 팩으로, 내부저항 값을 모르는 배터리 팩일 수 있다.

일 실시예에 따라, 마스터 BMS(30)는, 복수의 기존 배터리 팩인 제2 내지 제4 배터리 팩(2-4) 중 내부저항 값을 추정할 타겟 배터리 팩을 소정의 기준에 따라 선정할 수 있다. 마스터 BMS(30)는, 타겟 배터리 팩과 신규 배터리 팩이 병렬 연결되도록 각각의 팩 스위치(SWj)를 턴 온할 수 있다. 마스터 BMS(30)는, 타겟 배터리 팩과 신규 배터리 팩 각각의 팩 전압(Vj) 및 병렬 연결된 타겟 배터리 팩과 신규 배터리 팩 사이에 흐르는 보상전류(Im)의 전류값에 기초하여 타겟 배터리 팩의 내부저항(DCIR)을 추정할 수 있다. 보다 상세한 내용은, 이하 도 3내지 도 6과 함께 설명한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참고하여, 배터리 저항 추정 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 설명한다.

도 6을 참고하면, 우선, 마스터 BMS(30)는, 상위 제어기(미도시)와 통신하여 신규 배터리 팩(New Battery Pack)이 배터리 시스템(A)에 탑재됨을 지시하는 메시지를 수신하면, 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)에 대한 내부저항(DCIR) 추정 로직을 수행한다(S100).

이하의 설명을 위해, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 제1 배터리 팩(1)이 교체된 신규 배터리 팩(New Battery Pack)이고, 제2 내지 제4 배터리 팩(2-4)은 기존 배터리 팩(Old Battery Pack)이라고 가정하자. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리(10)는 다양한 개수의 기존 배터리 팩 및 신규 배터리 팩을 포함할 수 있다.

다음으로, 마스터 BMS(30)는, 복수의 기존 배터리 팩(2-4) 중 소정의 기준에 따라 타겟 배터리 팩을 선정한다(S200).

예를 들어, 제2 내지 제4 배터리 팩(2-4) 각각의 내부저항(DCIR) 값이 필요하면, 마스터 BMS(30)는, 제2 배터리 팩(2), 제3 배터리 팩(3), 제4 배터리 팩(4) 순서로, 타겟 배터리 팩을 선정할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 마스터 BMS(30)는, 제2 내지 제4 배터리 팩(2-4)을 랜덤하게 타겟 배터리 팩으로 선정하는 등 다양한 기준을 적용할 수 있다.

다음으로, 마스터 BMS(30)는, 신규 배터리 팩(1) 및 타겟 배터리 팩(j)을 병렬 연결한다(S300).

예를 들어, 도 3을 참고하면, 마스터 BMS(30)는, 신규 배터리인 제1 배터리 팩(1)의 제1 팩 스위치(SW1) 및 타겟 배터리 팩인 제2 배터리 팩(2)의 제2 팩 스위치(SW2)를 턴 온 하여, 제1 배터리 팩(1) 및 제2 배터리 팩(2)을 병렬 연결할 수 있다.

다른 예를 들어, 제2 배터리 팩(2)에 대한 내부저항(DCIR) 추정이 완료되면(이하 설명할 S500 단계), 다음 타겟 배터리 팩인 제3 배터리 팩(3)과 신규 배터리인 제1 배터리 팩(1)을 병렬 연결할 수 있다. 도 4를 참고하면, 마스터 BMS(30)는, 제1 팩 스위치(SW1) 및 제3 팩 스위치(SW3)를 턴 온 하여, 제1 배터리 팩(1) 및 제3 배터리 팩(3)을 병렬 연결할 수 있다.

또 다른 예를 들어, 제3 배터리 팩(3)에 대한 내부저항(DCIR) 추정이 완료되면(이하 설명할 S500 단계), 다음 타겟 배터리 팩인 제4 배터리 팩(4)과 신규 배터리인 제1 배터리 팩(1)을 병렬 연결할 수 있다. 도 5를 참고하면, 마스터 BMS(30)는, 제1 팩 스위치(SW1) 및 제4 팩 스위치(SW4)를 턴 온 하여, 제1 배터리 팩(1) 및 제4 배터리 팩(4)을 병렬 연결할 수 있다.

다음으로, 마스터 BMS(30)는, 신규 배터리 팩(New Battery Pack) 및 타겟 배터리 팩(Target Battery Pack) 각각으로부터, 팩전류 값 및 팩전압 값을 수신한다(S400).

도 3을 참고하면, 마스터 BMS(30)는, 제1 배터리 팩(1)으로부터 제1 팩전류(I1) 값 및 제1 팩전압(V1) 값을 수신한다. 또한, 마스터 BMS(30)는, 제2 배터리 팩(2)으로부터 제2 팩전류(I2) 값 및 제2 팩전압(V2) 값을 수신한다. 이때, 제1 팩전류(I1)는 병렬 연결된 제1 배터리 팩(1)과 제2 배터리 팩(2) 사이에 흐르는 제1 보상전류(Im)이다. 또한, 제2 팩전류(I2)도 병렬 연결된 제1 배터리 팩(1)과 제2 배터리 팩(2) 사이에 흐르는 제1 보상전류(Im)이다. 즉, 제1 보상전류(Im)가 제1 배터리 팩(1)에서 측정되면 제1 팩전류(I1)이고, 제1 팩전류(I1)가 제2 배터리 팩(2)에서 측정되면 제2 팩전류(I2)일 수 있다.

또한, 제1 팩전압(V1) 및 제2 팩전압(V2)은 제1 배터리 팩(1)과 제2 배터리 팩(2)이 병렬 연결되기 이전에 측정된 팩전압일 수 있다. 제1 배터리 팩(1)과 제2 배터리 팩(2)이 병렬 연결되면, 제1 팩전압 차이값(ΔVs)에 의해 제1 보상전류(Im)가 흐르게 된다. 그러면, 셀프 밸런싱 효과에 의해, 제1 배터리 팩(1) 및 제2 배터리 팩(2) 각각의 팩전압의 전압값은 같아질 수 있다.

다음으로, 마스터 BMS(30)는, 제1 보상전류(Im)의 전류값, 제2 보상전류(Id)의 전류값, 신규저항(Rnew)의 저항값, 제1 기준저항(R_{ref_1})의 저항값, 및 제2 기준저항(R_{ref_2})의 저항값에 기초하여, 타겟 배터리 팩의 내부저항(DCIR)인 타겟저항(Rold_t)의 저항값을 추정한다(S500).

보상전류는, 배터리 팩 간의 전압차에 의해 발생하는 전류이며, 병렬 연결된 배터리 팩 간의 전압값을 맞추기 위해 흐르는 전류이다. 일 실시예에 따라, 제1 보상전류(Im)는 병렬 연결된 신규 배터리 팩 및 타겟 배터리 팩 사이에 흐르는 보상전류이다. 제2 보상전류(Id)는, 신규 배터리 팩과 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값(ΔVs)과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값(ΔVd)를 갖는 제1 및 제2 기준 배터리 팩(First and Second Standard Battery Pack) 사이에 흐르는 보상전류이다.

S500단계에서, 우선, 마스터 BMS(30)는, 제1 팩전압 차이값(ΔVs =|V1-V2|)을 계산한다. 예를 들어, 도 3에서, 마스터 BMS(30)는, 제1 배터리 팩(1)의 제1 팩전압(V1)과 제2 배터리 팩(2)의 제2 팩전압(V2)의 차이값인 제1 팩전압 차이값(ΔVs)을 계산할 수 있다. 이때, 제1 팩전압 차이값(ΔVs)은 20V라고 가정한다.

S500단계에서, 마스터 BMS(30)는, 제1 팩전압 차이값(ΔVs = 20V)과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값(ΔVd = 20V)에 대응하는 제2 보상전류(Id)의 전류값(예를 들어, 5A), 제1 기준저항(R_{ref_1})의 저항값(2Ω), 및 제2 기준저항(R_{ref_2})의 저항값(2Ω)을 룩업 테이블(Look-Up Table)에서 추출할 수 있다.

제1 팩전압 차이값(ΔVs)은, 신규 배터리 팩 및 타겟 배터리 팩의 팩전압의 차이값일 수 있다. 제2 팩전압 차이값(ΔVd)은, 제1 기준 배터리 팩(First Standard Battery Pack) 및 제2 기준 배터리 팩(Second Standard Battery Pack)의 팩전압의 차이값일 수 있다.

하기 표 1은, 제2 팩전압의 차이값(ΔVd)에 대응하는, 제2 보상전류(I_diff)의 전류값, 그리고 제1 기준저항(R_{ref_1})의 저항값, 및 제2 기준저항(R_{ref_2})의 저항값이 매핑되어 기록된 룩업 테이블(Look-Up Table)의 일 예시이다.

S500단계에서, 마스터 BMS(30)는, 제1 보상전류(Im)의 전류값, 제2 보상전류(I_diff)의 전류값, 신규저항(Rnew)의 저항값, 제1 기준저항(R_{ref_1})의 저항값, 및 제2 기준저항(Rref_2)의 저항값을 하기 식(1)에 대입하여, 타겟저항(Rold_t)의 저항값을 계산 또는 추정할 수 있다.

구체적으로, 상기 식(1)은 하기 식(2)와 하기 식(3)이 같다는 것을 전제로 도출될 수 있다. 즉, 하기 식(2)는 제1 팩전압 차이값(ΔVs = 20V)에 관한 식이고, 하기 식(3)은 제2 팩전압 차이값(ΔVd = 20V)에 관한 식이다.

상기 식(2)에서, 제1 팩전압 차이값(ΔVs)은 제1 보상전류(Im) 및 병렬 연결된 배터리 팩의 합성 내부저항(Rold_t + Rnew)의 곱을 나타낸다. 이때, 제1 보상전류(Im)의 전류값은 배터리 팩에서 측정된 전류값이고, 신규저항(Rnew)의 저항값은, 기 알려진 저항값일 수 있다.

상기 식(3)에서, 제2 팩전압 차이값(ΔVd)은 제2 보상전류(Id) 및 병렬 연결된 배터리 팩의 합성 내부저항(R_{ref_1}+ R_{ref_2})의 곱을 나타낸다. 이때, 제2 보상전류(Id)의 전류값, 제1 기준저항(R_{ref_1})의 저항값, 및 제2 기준저항(Rref_2)의 저항값은 룩업 테이블(Look-Up Table)을 통해 알 수 있는 값일 수 있다.

또한, 상기 식에서, 신규 배터리 팩, 제1 기준 배터리 팩, 및 제2 기준 배터리 팩이 모두 성능이 동일하고, 사용되지 않은 신규 배터리 팩일 경우, 각각의 배터리 팩의 내부저항(DCIR) 값은 동일할 수 있다. 이 경우, 상기 식(1)은 하기 식(4)와 같이 정리될 수 있다.

예를 들어, 제1 보상전류(Im)의 전류값이 2A, 제2 보상전류(Id)의 전류값이 5A, 신규저항(Rnew), 제1 기준저항(R_{ref_1}), 및 제2 기준저항(R_{ref_2}) 각각의 저항값이 2Ω이라고 가정하자. 그러면, 마스터 BMS(30)는, 타겟저항(Rold_t)의 저항값을 8Ω으로 추정할 수 있다.

다음으로, 마스터 BMS(30)는, 내부저항 값의 추정이 필요한 기존 배터리 팩이 존재하는지를 판단한다(S600).

다음으로 판단결과 존재하면(S600, Yes), 앞서 설명한 S200부터 반복한다. 예를 들어, 제2 배터리 팩(2)을 타겟 배터리 팩으로 선정하여, 제2 배터리 팩(2)의 내부저항(DCIR)의 저항값을 추정이 완료되면, 마스터 BMS(30)는, 제3 배터리 팩(3)을 타겟 배터리 팩으로 선정할 수 있다. 또한, 제3 배터리 팩(3)의 내부저항(DCIR)의 저항값을 추정이 완료되면, 마스터 BMS(30)는, 제4 배터리 팩(4)을 타겟 배터리 팩으로 선정할 수 있다.

다음으로 판단결과 존재하지 않으면(S600, No), 마스터 BMS(30)는, 내부저항 값의 추정 로직을 종료한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims

내부저항 값을 알고 있는 신규 배터리 팩 및 내부저항 값의 추정이 필요한 타겟 배터리 팩을 포함하는 배터리, 그리고

1)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 병렬 연결시에 흐르는 제1 보상전류의 전류값, 2)상기 신규 배터리 팩의 신규저항 값, 및 3)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값에 대응하는 제2 보상전류의 전류값, 제1 기준저항 값, 및 제2 기준저항 값에 기초하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 마스터 BMS(Battery Management System)를 포함하는, 배터리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제2 보상전류는, 상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값을 갖는 제1 기준 배터리 팩 및 제2 기준 배터리 팩이 병렬 연결될 때 흐르는 보상전류이고,

상기 제1 기준저항은, 상기 제1 기준 배터리 팩의 내부저항이고,

상기 제2 기준저항은, 상기 제2 기준 배터리 팩의 내부저항인, 배터리 시스템.
제2항에 있어서,

복수의 제2 팩전압 차이값 각각에 대응하는 1)제2 보상전류의 전류값, 및 2)제1 기준저항 값 및 제2 기준저항 값이 매핑되어 기록된 룩업 테이블(Look-Up Table)이 저장되는 메모리를 더 포함하는, 배터리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 마스터 BMS는,

상기 복수의 제2 팩전압 차이값 중 상기 제1 팩전압 차이값과 같은 전압값을 갖는 제2 팩전압 차이값을 선택하고,

상기 제2 팩전압 차이값에 매핑된 상기 제2 보상전류의 전류값, 상기 제1 기준저항 값, 및 상기 제2 기준저항 값을 추출하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는, 배터리 시스템.
제2항에 있어서,

상기 마스터 BMS는,

상기 제1 보상전류(I_m)의 전류값, 상기 신규저항 값(R_new), 상기 제2 보상전류(I_d)의 전류값, 상기 제1 기준저항(R_{ref_1}) 값, 및 상기 제2 기준저항(R_{ref_2}) 값을 하기 식(1)에 대입하여, 상기 타겟저항(R_{old_t}) 값을 추정하는, 배터리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 각각은,

복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 양단 전압인 팩전압을 측정하는 전압센서와, 상기 배터리 모듈 내에 흐르는 팩전류를 측정하는 전류센서와, 온 동작으로 상기 배터리 모듈을 상기 배터리 시스템에 병렬 연결하는 팩 스위치와, 상기 마스터 BMS와 통신하여 상기 전압센서 및 상기 전류센서의 측정 결과를 전송하고 상기 팩 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어신호를 수신하는 슬레이브 BMS를 포함하는, 배터리 시스템.
제6항에 있어서,

상기 마스터 BMS는,

상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 이 병렬 연결되기 전에 측정된 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값, 그리고 병렬 연결된 후에 측정된 상기 제1 보상전류의 전류값을 수신하고,

상기 제1 팩전압 값 및 상기 제2 팩전압 값의 차이값인 상기 제1 팩전압 차이값을 계산하는, 배터리 시스템.
내부저항 값을 알고 있는 신규 배터리 팩 및 내부저항 값의 추정이 필요한 복수의 기존 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서, 타겟 배터리 팩의 내부저항 값을 추정하는 방법으로서,

상기 복수의 기존 배터리 팩 중 소정의 기준에 따라 상기 타겟 배터리 팩을 선정하는 단계,

상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩을 병렬 연결하는 단계,

병렬 연결된 상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩 사이에 흐르는 제1 보상전류의 전류값, 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값, 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값을 수신하는 단계, 그리고

1)상기 제1 보상전류의 전류값, 2)상기 신규 배터리 팩의 신규저항 값, 및 3)상기 신규 배터리 팩과 상기 타겟 배터리 팩의 제1 팩전압 차이값에 대응하는 제2 보상전류의 전류값, 제1 기준저항 값, 및 제2 기준저항 값에 기초하여, 상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계를 포함하는, 배터리 저항 추정 방법.
제8항에 있어서,

상기 제2 보상전류는, 상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값을 갖는 제1 기준 배터리 팩 및 제2 기준 배터리 팩이 병렬 연결될 때 흐르는 보상전류이고,

상기 제1 기준저항은, 상기 제1 기준 배터리 팩의 내부저항이고,

상기 제2 기준저항은, 상기 제2 기준 배터리 팩의 내부저항인, 배터리 저항 추정 방법.
제9항에 있어서,

상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계는,

상기 제1 팩전압 값 및 상기 제2 팩전압 값의 차이값인 상기 제1 팩전압 차이값을 계산하는 단계, 그리고,

상기 제1 팩전압 차이값과 동일한 전압값인 제2 팩전압 차이값에 대응하는 상기 제2 보상전류의 전류값, 상기 제1 기준저항 값, 및 상기 제2 기준저항 값을 룩업 테이블에서 추출하는 단계를 포함하는, 배터리 저항 추정 방법.
제10항에 있어서,

상기 타겟 배터리 팩의 타겟저항 값을 추정하는 단계는,

상기 룩업 테이블에서 추출하는 단계 이후에,

상기 제1 보상전류(I_m)의 전류값, 상기 신규저항 값(R_new), 상기 제2 보상전류(I_d)의 전류값, 상기 제1 기준저항(R_{ref_1}) 값, 및 상기 제2 기준저항(R_{ref_2}) 값을 하기 식(1)에 대입하여, 상기 타겟저항(R_{old_t}) 값을 추정하는, 배터리 저항 추정 방법.
제8항에 있어서,

상기 수신하는 단계는,

상기 신규 배터리 팩 및 상기 타겟 배터리 팩 이 병렬 연결되기 전에 측정된 상기 신규 배터리 팩의 제1 팩전압 값 및 상기 타겟 배터리 팩의 제2 팩전압 값, 그리고 병렬 연결된 후에 측정된 상기 제1 보상전류의 전류값을 수신하는, 배터리 저항 추정 방법.