WO2024005338A1 - 사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치 - Google Patents

사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2024005338A1
WO2024005338A1 PCT/KR2023/005922 KR2023005922W WO2024005338A1 WO 2024005338 A1 WO2024005338 A1 WO 2024005338A1 KR 2023005922 W KR2023005922 W KR 2023005922W WO 2024005338 A1 WO2024005338 A1 WO 2024005338A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
soh
imbalance
battery cells
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2023/005922
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김예규
김상훈
이병은
이형근
정규진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK On Co Ltd
Original Assignee
SK On Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK On Co Ltd filed Critical SK On Co Ltd
Publication of WO2024005338A1 publication Critical patent/WO2024005338A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0038—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing pulses or pulse trains according to amplitude)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method and device for diagnosing SOH imbalance in a battery device after use.
  • Battery devices applied to electronic devices such as electric vehicles may be used in the form of a battery module or battery pack in which a plurality of unit battery cells are aggregated.
  • the charging capacity of a battery device applied to an electric vehicle may gradually decrease, and a battery device with reduced charging capacity may be removed from the electric vehicle for safety reasons.
  • the battery device may be reused as an electric vehicle battery depending on the SOH (State of Health) of the battery, and may be used for purposes other than electric vehicle batteries through remanufacturing.
  • SOH State of Health
  • One of the problems to be solved by the present invention is to provide a method and device for diagnosing whether the difference in voltage values between battery cells included in a battery device such as a battery module or battery pack is due to an imbalance in SOH.
  • a method for diagnosing a state of health (SOH) imbalance between battery cells included in a battery device after use includes detecting a difference in voltage values between the battery cells; Charging the battery cells for a first period of time, receiving charging voltage values of each of the battery cells from the used battery device, and determining a charging voltage priority based on the charging voltage values; discharging the battery cells for a second period, receiving discharge voltage values of each of the battery cells from the used battery device, and determining a discharge voltage priority based on the discharge voltage values; determining top N battery cells (N is a natural number) with a large voltage difference between the charging voltage value and the discharging voltage value; And among the top N battery cells, if there is a deteriorated battery cell whose discharge voltage rank is lower than the charge voltage rank by more than M rank (M is a natural number), it includes diagnosing that the battery device has an SOH imbalance. do.
  • an apparatus for diagnosing a state of health (SOH) imbalance between battery cells included in a used battery device includes: a control unit that controls the battery cells to be charged for a first period and then discharged for a second period; Sensing for receiving charging voltage values after the battery cells have been charged during the first period from the used battery device, and receiving discharge voltage values after the battery cells have been discharged during the second period from the used battery device.
  • SOH state of health
  • the method for diagnosing SOH imbalance in a used battery device is that among battery cells where the difference between the charging voltage value and the discharging voltage value is relatively large, the discharge voltage value is lower than the charging voltage value even though the charging state is good. SOH imbalance can be diagnosed by selecting battery cells that have fallen significantly.
  • the method for diagnosing the SOH imbalance of a used battery device can diagnose the SOH imbalance without fully charging and discharging the battery cells, and can diagnose the SOH imbalance in a short time.
  • the method for diagnosing the SOH imbalance of a battery device after use determines an effective reuse strategy for the battery device depending on whether the deviation of the voltage value between battery cells is due to the SOH imbalance or the deviation due to the SOC imbalance. You can.
  • Figure 1 is a graph provided to explain various causes of the difference between the charging voltage value and the discharging voltage value.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an SOH imbalance diagnosis system for a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flowchart schematically illustrating a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a flowchart for explaining in detail a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams provided to explain a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 are block diagrams showing an SOH imbalance diagnosis system for a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a block diagram simply showing an SOH imbalance diagnosis device for a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a graph provided to explain various causes of the difference between the charging voltage value and the discharging voltage value.
  • the charger/discharger is electrically connected to a battery device including a plurality of battery cells, and the charger/discharger can charge and discharge battery cells included in the battery device.
  • Figure 1 is a diagram showing terminal voltage values according to the SOC of a battery cell when the battery cell is being discharged.
  • a method of discharging battery cells with a voltage value higher than the reference value or charging battery cells with a voltage value lower than the reference value may be used to balance the battery cells.
  • the balancing method may be effective when battery cells have only SOC imbalance without SOH imbalance. However, if the battery cells have SOH imbalance, it may be difficult to balance the battery cells even using the above balancing method.
  • the voltage value (V11) of the first battery cell and the voltage value (V21) of the second battery cell at the first point in time may be equal to 3.94V.
  • the voltage value (V12) of the first battery cell is 3.74V at the second time point
  • the voltage value (V22) of the second battery cell is 3.62V. It can be.
  • SOC When the voltage of the first battery cell drops from 3.94V to 3.74V, SOC can decrease by 20%. When the voltage of the second battery cell drops from 3.94V to 3.62V, SOC can decrease by 40%. That is, at the same two points in time, the first battery cell may have discharged 20% of its total capacity, and the second battery cell may have discharged 40% of its total capacity. The fact that the SOC of the second memory cell decreases significantly than the SOC of the first memory cell at the same two points in time may mean that the SOH of the second memory cell is lower than the SOH of the first memory cell.
  • the voltage value (V31) of the third battery cell at the first time point may be 3.53V
  • the voltage value (V32) of the third battery cell at the second time point may be 3.08V.
  • the difference between the charging voltage value and the discharging voltage value of the third battery cell may be greater than that of the first and second battery cells.
  • the SOC of the third battery cell may have decreased by 20%, the same as the SOC of the first battery cell.
  • the slope of the terminal voltage graph according to SOC may vary depending on the SOC value or charging voltage value at the time of charging, so the mere fact that there is a deviation in the difference between the charging and discharging voltage values of the battery cells can cause SOH imbalance in the battery device. It's difficult to diagnose.
  • the battery device may need to be handled differently after use, depending on whether the cause of the deviation is an imbalance in SOC or an imbalance in SOH.
  • the cause of the deviation is SOC imbalance
  • the maximum charging capacity of the battery device can be easily recovered if SOC balancing is performed on the battery device.
  • the cause of the deviation is SOH imbalance
  • battery cells included in a battery device may be charged during a first period and then discharged during a second period. Charge voltage values after the battery cells are charged during the first period and discharge voltage values after the battery cells are discharged during the second period may be sensed.
  • the SOH imbalance of the battery device can be diagnosed using the top N battery cells (N is a natural number) with a large voltage difference between the charging voltage value and the discharging voltage value.
  • a difference between the charging voltage value and the discharging voltage value may occur due to SOC imbalance and SOH imbalance even among battery cells discharged during the same period of time.
  • the terminal voltage value of battery cells with relatively low charging voltage values and battery cells with relatively low SOH may drop relatively steeply during the same period.
  • the top N battery cells with a large difference between the charge voltage value and the discharge voltage value may be battery cells whose terminal voltage value dropped relatively steeply during the same period.
  • the battery cell may have a lower SOH than other battery cells.
  • the top N battery cells if there are battery cells whose discharge voltage rank is significantly lower than the critical level compared to the charge voltage rank, it may be diagnosed that there is SOH imbalance between the battery cells.
  • the present invention when there is a difference between the charging and discharging voltage values of battery cells included in a battery device, it is possible to diagnose whether the cause of the voltage difference is SOH imbalance. According to an embodiment of the present invention, by diagnosing the SOH imbalance of a battery device, useless SOC balancing for the battery device can be avoided and a reuse strategy for the battery device can be effectively determined.
  • Figure 2 is a block diagram showing an SOH imbalance diagnosis system for a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are flowcharts showing a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • the SOH imbalance diagnosis system 100 may include a battery device 110 and an SOH imbalance diagnosis device 120.
  • the battery device 110 may be a battery module including a plurality of battery cells, or a battery pack including a plurality of battery modules.
  • the battery device 110 may be a target for diagnosing SOH imbalance between battery cells.
  • the SOH imbalance diagnosis device 120 may diagnose SOH imbalance using battery cells included in the battery device 110 where the voltage difference between the charge voltage and the discharge voltage is relatively large.
  • the SOH imbalance diagnosis device 120 includes a power supply unit 121, a sensing information receiver 122, a memory 123, a determination unit 124, a balancing unit 125, a control unit 126, and a relay unit 127. can do.
  • the power supply unit 121 may be connected to a charging terminal of the battery device 110 to charge the battery cells.
  • the relay unit 127 can control the battery cells to be charged by setting the power supply unit 121 to the on state, and the battery cells can be discharged by setting the power supply unit 121 to the off state. It can be controlled as much as possible.
  • the control unit 126 may control charging or discharging of the battery cells by controlling the relay unit 127. For example, in order to diagnose SOH imbalance of the battery device 110, the control unit 126 may control the relay unit 127 to charge the battery cells for a first period and then discharge them for a second period.
  • the sensing information receiver 122 may obtain voltage values of battery cells from the battery device 110. For example, voltage values of battery cells may be sensed by a sensing board included in the battery device 110, and the sensing information receiver 112 may receive the sensed voltage values from the battery device 110. The sensing information receiver 122 may receive charging voltage values after charging the battery cells during the first period and receive discharge voltage values after discharging the battery cells during the second period. The sensing information receiver 122 may store the charge voltage values and discharge voltage values in the memory 123 .
  • the determination unit 124 may start the SOH imbalance diagnosis by requesting the control unit 126 to control the relay unit 127, and determine the SOH imbalance of the battery device 110 using the charge voltage values and discharge voltage values. It can be diagnosed.
  • the SOH imbalance diagnosis method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 along with FIG. 2.
  • the balancing unit 125 may perform SOC balancing of the battery device 110. If it is determined that the battery device 110 has only SOC imbalance and no SOH imbalance, the determination unit 124 may control the balancing unit 125 to perform SOC balancing of the battery device 110.
  • the battery device 110 after being used in an electric device such as an electric vehicle in step S11 may be received for reuse.
  • a charging terminal (not shown) of the battery device 110 may be connected to the power supply unit 121 of the SOH imbalance diagnosis device 120.
  • the determination unit 124 may set the SOH imbalance diagnosis unit.
  • the determination unit 124 may set the battery module as the SOH imbalance diagnosis unit.
  • the determination unit 124 may set each of the plurality of battery modules as an SOH imbalance diagnosis unit.
  • the sensing information receiver 122 may obtain voltage values of battery cells included in the battery device 110 at any point in time.
  • the sensing information receiver 122 may receive voltage values of battery cells from a sensing board included in the battery device 110, a battery management system (BMS), etc.
  • BMS battery management system
  • the memory 123 may store the voltage value of each battery cell received from the sensing information receiver 122.
  • the determination unit 124 may detect a deviation in voltage values between battery cells based on the voltage values of each battery cell stored in the memory 123 and determine whether the deviation is greater than or equal to a threshold value.
  • step S15 the determination unit 124 may diagnose whether the deviation in voltage values of the battery cells is due to SOH imbalance.
  • the method for diagnosing the cause of the voltage value deviation in step S15 is explained in more detail with reference to FIG. 4.
  • the SOH imbalance diagnosis device 120 can diagnose the cause of the voltage value deviation by performing steps S151 to S159.
  • Diagnosing the cause of the voltage value deviation may begin with the determination unit 124 requesting the control unit 126 to charge and discharge the battery device 110.
  • the SOH imbalance diagnosis device 120 may charge battery cells included in the battery device 110 during a first period.
  • the control unit 126 may control the relay unit 127 to turn on the power supply unit 121 for a first period, thereby controlling the power supply unit 121 to charge the battery cells.
  • the sensing information receiver 122 may sense the charging voltage values of the battery cells. Specifically, the sensing information receiver 122 may obtain the terminal voltage value of each battery cell from the battery device 110. Additionally, the sensing information receiver 122 may determine terminal voltage values after the first period has elapsed as charging voltage values of the battery cells. The sensing information receiver 122 may store the charging voltage values in the memory 123.
  • the SOH imbalance diagnosis device 120 may discharge the battery cells for a second period.
  • the control unit 126 may control the relay unit 127 to turn off the power supply unit 121 for a second period so that the battery cells are discharged.
  • the sensing information receiver 122 may sense the discharge voltage values of the battery cells. Specifically, the sensing information receiver 122 may determine terminal voltage values of battery cells after the second period has elapsed as the discharge voltage values. The sensing information receiver 122 may store the discharge voltage values in the memory 123.
  • the first period is sufficient to be shorter than the time required for the battery cells to be fully charged from a discharged state
  • the second period is shorter than the time required for the battery cells to be fully discharged from a charged state. Even that is enough. For example, even if the time required for full charging and full discharging is about several hours, the first period and the second period may each be determined to be about 10 minutes. Additionally, the lengths of the first period and the second period may be the same, or may be different from each other.
  • the determination unit 124 may determine the top N battery cells with a large voltage difference between the charge voltage value and the discharge voltage value for each diagnostic unit.
  • the determination unit 124 may determine voltage value differences between the battery cells based on the charging and discharging voltage values of the battery cells obtained from the memory 123 .
  • the determination unit 124 may determine the top N battery cells with a large voltage value difference among battery cells included in the entire battery module. Additionally, when the battery device 110 is a battery pack, the determination unit 124 may determine the top N battery cells with large voltage value differences among the battery modules included in the battery pack.
  • the value of N can be determined based on various criteria.
  • the value of N may be determined based on the number of battery cells included in the battery module.
  • the value of N may be determined to be a value corresponding to 50% of the number of battery cells.
  • the value of N may be determined as the number of battery cells whose voltage values are greater than the average of the voltage value differences of the battery cells.
  • the present invention is not limited thereto.
  • step S156 the determination unit 124 may determine the difference between the charging voltage ranking and the discharging voltage ranking for the top N battery cells.
  • the determination unit 124 may determine whether there are battery cells whose discharge voltage rank is lower than the charge voltage rank by more than M ranks (M is a natural number). That is, the determination unit 124 determines whether there are deteriorated battery cells whose discharge voltage value drops significantly compared to other battery cells as a result of discharging the battery cells for the same period of time, even though the charging voltage value is relatively high compared to other battery cells. You can judge whether or not.
  • the value of M can be selected based on various criteria.
  • the value of M may be determined to be a value corresponding to 50% of the number of battery cells included in the battery module.
  • the present invention is not limited to this, and the value of M may be selected to be 20% or more of the number of battery cells. For example, if the number of battery cells is 100, the value of M may be determined as '20', '30', '40', etc. If the value of M is '20', battery cells whose discharge voltage ranking falls 20th or more places compared to the charging voltage ranking may be judged to be deteriorated battery cells.
  • the determination unit 124 determines that there is an SOH deviation in the battery module in step S158 and may perform follow-up measures. .
  • the determination unit 124 reduces the maximum DOD of normal battery cells excluding the deteriorated battery cells in the battery device 110 to increase the battery device 110 to the maximum DOD. It can be reused as a memory module with low charging capacity. For example, when it becomes difficult to reuse the battery device 110 in an electric vehicle because the maximum charging capacity of the battery device 110 removed from the electric vehicle is lowered, the battery device 110 can be reused in the power supply device.
  • the determination unit 124 may reconfigure the battery pack by replacing a battery module containing deteriorated battery cells with a normal battery module.
  • the degree of deterioration may be greater for battery cells whose discharge voltage ranking falls more significantly than their charging voltage ranking.
  • the determination unit 124 may differentiate the degree of deterioration of the battery cells according to the difference in rank among deteriorated battery cells with a rank difference of M rank or higher.
  • the determination unit 124 determines the degree of SOH deviation according to the degree of deterioration of the battery cells, determines how much to reduce the maximum DOD of the battery module, or determines whether the battery module needs to be discarded. .
  • step S159 the determination unit 124 determines that there is no SOH deviation in the battery module, and the balancing unit 125 determines that the The battery module can be controlled to perform SOC balancing.
  • the balancing unit 125 can improve the maximum DOD of battery cells by performing SOC balancing on the battery module.
  • the determination unit 124 can quickly determine whether there is an SOH imbalance in the battery module. For example, whether there is an SOH imbalance can be determined based on the relative sizes of the charging and discharging voltage values of the battery cells, so the charging and discharging voltage values must be in the fully charged state and fully discharged state. It doesn't have to be decided. Accordingly, the time it takes to charge and discharge battery cells to determine charge voltage values and discharge voltage values can be shortened.
  • the determination unit 124 can quickly determine a reuse strategy for the battery module. For example, if there is an SOH deviation in the battery module, the determination unit 124 can determine whether to reuse the battery module and the purpose of the reuse without wasting time performing useless SOC balancing.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams provided to explain a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention. 5A and 5B may show different voltage profiles of battery cells.
  • the charging and discharging voltage values of each of the battery cells (Cell1 to Cell10) included in the battery module are illustrated.
  • the difference in voltage value (dV) the ranking of the voltage value difference, the charging voltage ranking, the discharging voltage ranking, and the difference in ranking determined based on the charging voltage value and the discharging voltage value of each of the battery cells (Cell1-Cell10).
  • (dRank) is shown.
  • the charging voltage value of the battery cell may be a voltage value after charging the battery cell for a first period
  • the discharging voltage value of the battery cell may be a voltage value after charging the battery cell for a second period after the first period. It may be a voltage value after discharging for a period of time.
  • the difference in voltage value may be determined as the difference between the charging voltage value and the discharging voltage value. Additionally, the ranking of the difference in voltage values may be determined according to the relative sizes between the battery cells (Cell1-Cell10). The closer the rank of the voltage value difference is to '1', the larger the voltage value difference is, and the closer the rank of the voltage value difference is to '10', the smaller the voltage value difference can be.
  • N battery cells with a high rank in voltage value difference for example, 5 battery cells (Cell2, Cell6, Cell7, Cell8, Cell9), are selected as candidates for deteriorated battery cells. You can.
  • the candidate battery cells may be deteriorated battery cells whose SOH is relatively low compared to other battery cells, or they may simply be normal battery cells whose SOC in a charged state is relatively low.
  • the charging voltage ranking of the battery cells may be determined based on the relative sizes of the charging voltage values of the battery cells (Cell1-Cell10). The closer the charging voltage rank is to '1', the larger the charging voltage value may be, and the closer the charging voltage rank is to '10', the smaller the charging voltage value may be.
  • the discharge voltage ranking may be determined based on the relative sizes of the discharge voltage values of the battery cells (Cell1-Cell10). The closer the discharge voltage rank is to '1', the larger the discharge voltage value may be, and the closer the discharge voltage rank is to '10', the smaller the discharge voltage value may be.
  • battery cells whose discharge voltage rank is lower than the charge voltage rank by M rank, for example, 5 ranks or more, may be determined as deteriorated battery cells.
  • the discharge voltage rank of a battery cell is significantly lower than the charge voltage rank, this may indicate a case where the charge voltage value of the battery cell was relatively high but was discharged quickly. In other words, the battery cell may have relatively low SOH.
  • the charging voltage rank of the ninth battery cell (Cell9) is '1' and the discharging voltage rank is '10', so the difference in rank (dRank) may be '-9'. That is, the ninth battery cell (Cell9) may be a battery cell whose discharge voltage rank is 9 ranks lower than the charge voltage rank, and the ninth battery cell (Cell9) may be determined to be a deteriorated battery cell. Likewise, in the example of FIG. 5A, the second and eighth battery cells (Cell2 and Cell8) may also be determined to be deteriorated battery cells. And, because the battery cells (Cell1-Cell10) include deteriorated battery cells with relatively low SOH, the battery module including the battery cells (Cell1-Cell10) may be determined to have an SOH imbalance.
  • the charging voltage value, discharge voltage value, voltage difference (dV), voltage value difference rank, charge voltage rank, discharge voltage rank, and The difference in rank (dRank) is exemplified.
  • N with the highest voltage difference rank for example, 5 battery cells (Cell1, Cell2, Cell3, Cell4, Cell6) are candidate batteries. Cells can be selected. Among the candidate battery cells, battery cells whose discharge voltage rank is lower than the charge voltage rank by more than 5 ranks may be determined as deteriorated battery cells.
  • the battery cells among the battery cells (Cell1-Cell10), there may be no battery cells in which the difference (dRank) between the charge voltage rank and the discharge voltage rank is less than '-5'.
  • Candidate battery cells (Cell1, Cell2, Cell3, Cell4, Cell6) may be determined to be only normal battery cells with relatively low SOC.
  • the voltage difference (dV) of the third battery cell (Cell3) is 1.853V, which is larger than that of the first battery cell (Cell1) whose voltage difference rank is '2'. ) can have.
  • the rank difference (dRank) may be '0'. That is, because the charging voltage value of the third battery cell (Cell3) was lower than that of other battery cells, the voltage value may have dropped faster than that of other battery cells even if the SOH was not lower than that of other battery cells. Accordingly, the third battery cell (Cell3) may be determined to be a normal battery cell with a relatively low SOC.
  • the cause of the voltage value deviation of the battery module is SOH imbalance based on the charging and discharging voltage values of the battery cells. You can decide.
  • the SOH imbalance diagnosis system 200 may include a battery module 210, an SOH imbalance diagnosis device 220, and an external power source 230.
  • the battery module 210 may include a plurality of battery cells (BCELL) and a sensing board 211.
  • a plurality of battery cells (BCELL) can be connected to each other in series and parallel to supply power to electric devices such as electric vehicles.
  • the sensing board 211 is connected to each terminal of the battery cells BCELL and can sense the voltage values of the battery cells BCELL.
  • the SOH imbalance diagnosis device 220 includes a power supply unit 221, a sensing information receiver 222, a memory 223, a determination unit 224, a balancing unit 225, a control unit 226, a relay unit 227, and a user It may include an interface 228 and a switch 229.
  • the power supply unit 221, the sensing information receiver 222, the memory 223, the determination unit 224, the balancing unit 225, the control unit 226, and the relay unit 227 are the power supply units described with reference to FIG. 2. It may correspond to (121), the sensing information receiver 122, the memory 123, the determination unit 124, the balancing unit 125, the control unit 126, and the relay unit 127.
  • the external power source 230 may provide power for the power supply unit 221 of the SOH imbalance diagnosis device 220 to charge the battery module 210 to the power supply unit 221 .
  • the power provided by the power supply unit 221 may also be used to drive the SOH imbalance diagnosis device 220 itself.
  • the SOH imbalance diagnosis device 220 determines the SOH of the battery module 210 through a relative comparison of the charging voltage values and discharge voltage values of the battery cells (BCELL) included in the battery module 210. Imbalance can be diagnosed.
  • the SOH imbalance diagnosis device 220 quickly diagnoses SOH imbalance based on charge voltage values and discharge voltage values obtained through short-term charging and discharging without fully charging or fully discharging the battery cells (BCELL). , the reuse strategy of the battery module can be quickly determined.
  • the SOH imbalance diagnosis device 220 may start diagnosing whether the SOH imbalance is present according to the user's selection. For example, when the determination unit 224 detects the voltage deviation of the battery cells (BCELL), the determination unit 224 displays the fact of detecting the voltage deviation to the user through the user interface 228 such as a display to determine whether the user should diagnose SOH imbalance. You can choose.
  • the user interface 228 may receive an SOH imbalance diagnosis request from the user. For example, if the display is a touch screen, a diagnosis request can be received through the display. Alternatively, a diagnosis request may be input through a user interface 228 such as a mouse or keyboard.
  • the switch 229 may provide a trigger signal to start the SOH imbalance diagnosis to the determination unit 224 in response to a diagnosis request input through the user interface 228.
  • the determination unit 224 controls the charging and discharging of the power supply unit 221 through the control unit 226, and the charging and discharging voltage values and discharge voltages of the battery cells (BCELL) according to the charging and discharging results.
  • the sensing information receiver 222 it is possible to diagnose whether the SOH imbalance of the battery module 210 is present.
  • the SOH imbalance diagnosis system 300 may include a battery pack 310, an SOH imbalance diagnosis device 320, and an external power source 330.
  • the battery pack 310 may include a plurality of battery modules (BM1-BMK) and a sensing information transmission unit 311.
  • Each of the plurality of battery modules BM1-BMK may have a structure similar to the battery module 210 described with reference to FIG. 6 .
  • the plurality of battery modules (BM1-BMK) may include battery cells connected to each other in series and parallel, and may include sensing boards (SB1-SBK) that sense the voltage value of each of the battery cells. there is.
  • the sensing information transmitting unit 311 may transmit voltage values obtained from the sensing boards (SB1-SBK) to the SOH imbalance diagnosis device 320.
  • the SOH imbalance diagnosis device 320 includes a power supply unit 321, a sensing information receiver 322, a memory 323, a determination unit 324, a balancing unit 325, a control unit 326, a relay unit 327, and a user It may include an interface 328 and a switch 329. Components included in the SOH imbalance diagnosis device 320 may be substantially the same as components included in the SOH imbalance diagnosis device 220 of FIG. 6 .
  • the power supply unit 321 may be connected to the charging terminal of the battery pack 310 to provide charging voltage to the plurality of battery modules BM1-BMK.
  • the determination unit 324 detects that the battery pack is connected to the power supply unit 321, it can set a diagnostic unit to diagnose SOH imbalance for each of the plurality of battery modules (BM1-BMK) of the battery pack. .
  • the determination unit 324 obtains the charge voltage value and discharge voltage value of the battery cells included in each of the plurality of battery modules (BM1-BMK) from the sensing information receiver 322, and diagnoses SOH imbalance for each battery module. You can. Additionally, a reuse strategy can be determined for each battery module. For example, some battery modules included in the battery pack 310 may be deteriorated battery modules with an SOH imbalance, and other battery modules may be normal battery modules without an SOH imbalance.
  • the determination unit 324 displays information indicating a deteriorated battery module among the battery modules BM1-BMK to the user through the user interface 328, allowing the user to place the deteriorated battery module included in the battery pack 310 in an external normal condition. You may be instructed to replace the battery module. Additionally, the determination unit 324 may control the balancing unit 325 to perform SOC balancing on normal battery modules included in the battery pack 310.
  • the SOH imbalance diagnosis system 400 may include an electric vehicle 410, an SOH imbalance diagnosis device 420, and an external power source 430.
  • the electric vehicle 410 may include a battery pack 411 and a charging terminal 412.
  • the battery pack 411 may include a plurality of battery modules (BM1-BMK) and a battery management system (BMS).
  • the plurality of battery modules BM1-BMK may have a structure similar to the plurality of battery modules BM1-BMK described with reference to FIG. 7 .
  • the battery management system can manage battery cells included in each of the plurality of battery modules (BM1-BMK). For example, a battery management system (BMS) may sense the voltage values of the battery cells, and perform management operations such as internally performing SOC balancing between battery cells in the electric vehicle 410 based on the voltage values. More can be done.
  • the charging terminal 412 is a terminal for charging the battery modules BM1-BMK included in the battery pack 411, and may be exposed to the outside of the electric vehicle 410.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 includes a power supply unit 421, a sensing information receiver 422, a memory 423, a determination unit 424, a balancing unit 425, a control unit 426, a relay unit 427, and a user It may include an interface 428 and a switch 429.
  • Components included in the SOH imbalance diagnosis device 420 may be substantially the same as components included in the SOH imbalance diagnosis devices 220 and 320 of FIGS. 6 and 7 .
  • the power supply unit 421 may charge the battery pack 411 through the charging terminal 412 exposed to the outside of the electric vehicle 410.
  • the sensing information receiver 422 may obtain voltage values of battery cells from a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the sensing information receiver 422 may communicate with the battery management system (BMS) through a wired interface provided with the charging terminal 412, and may communicate with the battery management system (BMS) through a wireless interface. It may be possible.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may diagnose the SOH imbalance of the battery pack 411 that has not been removed from the electric vehicle 410.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 of FIG. 8 may be installed at a charging station for an electric vehicle.
  • the electric vehicle 410 that has arrived at the electric vehicle charging station by the user may be connected to the SOH imbalance diagnosis device 420 through the charging terminal 412.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may further charge the electric vehicle 410 according to the user's request.
  • the external power source 430 may receive three-phase power from a distribution board and provide the received three-phase power to the power supply unit 421.
  • the power supply unit 421 can convert three-phase power into direct current power and then charge the battery pack 411.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for diagnosing SOH imbalance of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • step S21 the electric vehicle 410 may enter the electric vehicle charging station by the user.
  • step S22 the electric vehicle 410 may be connected to the power supply unit 421 through a charging connector (not shown).
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may determine whether there is a voltage deviation in the battery modules included in the battery pack 411.
  • the determination unit 424 may obtain voltage values of battery cells included in the battery modules from the sensing information receiver 422 and detect a voltage deviation based on the obtained voltage values.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may charge the battery pack 411 in step S26.
  • the user interface 428 can receive input of a desired charging amount from the user.
  • the control unit 426 may control the relay unit 427 so that the battery pack 411 can be charged by the amount desired by the user.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may perform diagnosis of the cause of the voltage deviation in step S24. Diagnosis of the cause of the voltage deviation in step S24 may be performed by the method of steps S151 to S159 described with reference to FIG. 4.
  • the diagnosis of the cause of the voltage deviation in step S24 may be triggered when the voltage deviation of the battery modules is detected, or may be triggered by the user's selection. For example, when a voltage deviation of battery modules is detected, the user may be notified through the user interface 428 that the voltage deviation has been detected. Additionally, diagnosis of the cause of the voltage deviation may be triggered in response to a user's request through the user interface 428.
  • the SOH imbalance diagnosis device 420 may inform the user whether the cause of the voltage deviation is only SOC imbalance or SOH imbalance in step S25. For example, user interface 428 may display the cause of the voltage deviation. And, in step S26, the SOH imbalance diagnosis device 420 may charge the battery pack 411.
  • the user when charging the electric vehicle 410, the user can diagnose the voltage difference between battery cells of the battery pack 411 and the cause of the voltage difference. If the cause of the voltage deviation displayed on the SOH imbalance diagnosis device 420 is SOH imbalance, the user can take follow-up measures such as replacing the battery pack 411.
  • FIG. 10 is a block diagram simply showing an SOH imbalance diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
  • the SOH imbalance diagnosis devices 120, 220, 320, and 420 described with reference to FIGS. 2 and 6 to 8 may be one device and may be shown as the SOH imbalance diagnosis device 500 of FIG. 10.
  • the battery SOH estimation device 500 includes a processor 510, a memory 520, a power supply unit 530, a relay unit 540, a sensing information receiver 550, a user interface 560, and May include bus 501.
  • the processor 510, memory 520, power supply unit 530, relay unit 540, sensing information receiver 550, and user interface 560 may communicate with each other through the bus 501.
  • the memory 520 may store data for the processor 510 to diagnose SOH imbalance. For example, a determination unit 521, a balancing unit 522, and a control unit 523 driven by the processor 510 may be loaded into the memory 520. Additionally, the memory 520 can store voltage information 524, such as a charging voltage value and a discharging voltage value.
  • the power supply unit 530 may charge battery cells included in the battery device by supplying power to the battery device. Additionally, the relay unit 540 may control the power supply unit 530 to charge or discharge the battery cell.
  • the sensing information receiver 550 may obtain voltage values of battery cells from the battery device and determine charging voltage values and discharge voltage values.
  • the charging and discharging voltage values determined by the sensing information receiver 550 may be stored in the memory 520 as voltage information 524 .
  • the user interface 560 may display to the user the need for SOH imbalance diagnosis of the battery cells and may receive a request for SOH imbalance diagnosis from the user. Additionally, the user interface 560 may display the SOH imbalance diagnosis result to the user.
  • the processor 510 can diagnose SOH imbalance based on the relative sizes and ranks of the charging and discharging voltage values of battery cells included in the battery device by driving the determination unit 521 and the control unit 523, SOC balancing can be performed by driving the balancing unit 522. Additionally, the processor 510 may control the power supply unit 530, relay unit 540, sensing information receiver 550, and user interface 560 to diagnose SOH imbalance.
  • the determination unit 521 may determine whether there is a deviation in the voltage values of the battery cells based on the voltage information 524 and control the user interface 560 to display the need for SOH imbalance diagnosis.
  • the determination unit 521 may request the control unit 523 to control the relay unit 540 in response to an SOH imbalance diagnosis request received through the user interface 560.
  • the control unit 523 may control the relay unit 540 to turn the power supply unit 530 on during a first period and turn it off during a second period.
  • the determination unit 521 may obtain charging voltage values after the battery cells are charged during the first period and discharge voltage values after the battery cells are discharged during the second period from the sensing information receiver 550.
  • the determination unit 521 may select the top N candidate battery cells among the battery cells included in the battery device with a large difference between the charging voltage values and the discharging voltage values. In addition, if there is a battery cell among the candidate battery cells whose discharge voltage rank is lower than the charge voltage rank by more than M ranks, the determination unit 521 may determine the battery cell as a deteriorated battery cell and determine the SOH imbalance of the battery device. It can be diagnosed.
  • the determination unit 521 can control the user interface 560 to display a diagnosis result when there is an SOH imbalance in the battery device, and when there is no SOH imbalance in the battery device, the balancing unit 522 performs SOC balancing of the battery device. You can control it to perform.
  • the present invention can be applied to diagnostic devices and systems for battery devices, etc.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 SOH(State Of Health) 불균형 진단 방법은, 상기 배터리 셀들 간의 전압값의 편차를 감지하는 단계; 상기 배터리 셀들을 제1 기간 동안 충전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 충전 전압값을 수신하며, 상기 충전 전압값에 기초하여 충전 전압 순위를 결정하는 단계; 상기 배터리 셀들을 제2 기간 동안 방전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 방전 전압값을 수신하며, 상기 방전 전압값에 기초하여 방전 전압 순위를 결정하는 단계; 상기 충전 전압값과 상기 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 배터리 셀들을 결정하는 단계; 및 상기 상위 N개의 배터리 셀들 중, 상기 방전 전압 순위가 상기 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어지는 열화 배터리 셀이 있는 경우, 상기 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단하는 단계를 포함한다.

Description

사용 후 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법 및 장치
본 발명은 사용 후 배터리 장치의 SOH 불균형을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 차량 등의 전자 장치에 적용되는 배터리 장치는, 복수의 단위 배터리 셀들이 집합된 배터리 모듈, 배터리 팩 등의 형태로 사용될 수 있다. 전기 차량에 적용된 배터리 장치의 충전 용량은 점진적으로 감소할 수 있으며, 충전 용량이 감소된 배터리 장치는 안전상의 이유로 상기 전기 차량으로부터 탈거될 수 있다. 사용 후 배터리 장치는 배터리의 SOH(State Of Health)에 따라 다시 전기 차량용 배터리로 재사용(reuse)될 수도 있으며, 재제조(reproducing)를 통해 전기 차량용 배터리 이외의 목적으로 활용될 수 있다.
사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 전압값에 편차가 발생하는 경우가 있다. 배터리 셀들 간 전압값의 편차의 원인이 SOC(State Of Charge)의 불균형인 경우와 SOH의 불균형인 경우에, 사용 후 배터리 장치는 다르게 취급되어야 할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 배터리 모듈, 배터리 팩 등의 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간의 전압값의 편차가 SOH의 불균형으로 인한 것인지 여부를 진단하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 SOH(State Of Health) 불균형 진단 방법은, 상기 배터리 셀들 간의 전압값의 편차를 감지하는 단계; 상기 배터리 셀들을 제1 기간 동안 충전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 충전 전압값을 수신하며, 상기 충전 전압값에 기초하여 충전 전압 순위를 결정하는 단계; 상기 배터리 셀들을 제2 기간 동안 방전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 방전 전압값을 수신하며, 상기 방전 전압값에 기초하여 방전 전압 순위를 결정하는 단계; 상기 충전 전압값과 상기 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 배터리 셀들을 결정하는 단계; 및 상기 상위 N개의 배터리 셀들 중, 상기 방전 전압 순위가 상기 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어지는 열화 배터리 셀이 있는 경우, 상기 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 SOH(State Of Health) 불균형 진단 장치는, 상기 배터리 셀들이 제1 기간 동안 충전된 후 제2 기간 동안 방전되도록 제어하는 제어부; 상기 배터리 셀들이 상기 제1 기간 동안 충전된 후의 충전 전압값들을 상기 사용 후 배터리 장치로부터 수신하고, 상기 배터리 셀들이 상기 제2 기간 동안 방전된 후의 방전 전압값들을 상기 사용 후 배터리 장치로부터 수신하는 센싱 정보 수신부; 및 상기 충전 전압값들 및 방전 전압값들에 기초하여 상기 배터리 셀들의 충전 전압 순위들 및 방전 전압 순위들을 결정하고, 상기 배터리 셀들 중 충전 전압값과 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 후보 배터리 셀들을 결정하고, 상기 후보 배터리 셀들 중 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어진 열화 배터리 셀들이 있는 경우 상기 사용 후 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단하는 판단부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 사용 후 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법은, 충전 전압값과 방전 전압값의 차가 상대적으로 큰 배터리 셀들 중에서, 충전 상태가 양호함에도 불구하고 방전 전압값이 충전 전압값에 비해 크게 떨어진 배터리 셀들을 선별함으로써 SOH 불균형을 진단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사용 후 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법은, 배터리 셀들을 완전 충전 및 완전 방전하지 않고도 SOH 불균형을 진단할 수 있으며, 단시간에 SOH 불균형을 진단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사용 후 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법은, 배터리 셀들 간의 전압값의 편차가 SOH 불균형으로 인한 편차인지, 혹은 SOC 불균형으로 인한 편차인지에 따라 배터리 장치의 효과적인 재사용 전략을 결정할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 충전 전압값과 방전 전압값의 차가 발생하는 다양한 원인을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 시스템을 나타내는 블록도들이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
명세서에 기재된 "..부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 충전 전압값과 방전 전압값의 차가 발생하는 다양한 원인을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.
충방전기는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 장치와 전기적으로 접속되고, 상기 충방전기에 의해 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들이 충전 및 방전될 수 있다. 도 1은 배터리 셀이 방전되는 상황에서 배터리 셀의 SOC에 따른 단자 전압값을 나타내는 도면이다.
배터리 장치의 사용 시간이 경과함에 따라, 배터리 셀들의 단자 전압값, SOC, SOH 등의 전기적 특성의 차이가 발생할 수 있다. 전기적 특성의 차이를 가지는 복수의 배터리 셀들이 하나의 배터리 장치로서 구동되는 경우, 특성이 저하된 배터리 셀에 의해 배터리 장치 전체의 충전 또는 방전 능력이 제한되는 문제점이 발생할 수 있다.
배터리 셀들이 전압값의 편차를 갖는 경우, 배터리 셀들의 밸런싱을 위해 기준값보다 높은 전압값을 갖는 배터리 셀을 방전시키거나, 기준값보다 낮은 전압값을 갖는 배터리 셀을 충전하는 방법이 이용될 수 있다. 상기 밸런싱 방법은 배터리 셀들이 SOH 불균형 없이 SOC 불균형만을 갖는 경우에는 효과적일 수 있다. 그러나, 배터리 셀들이 SOH 불균형을 갖는 경우에는 상기 밸런싱 방법을 이용하여도 배터리 셀들이 밸런싱되기 어려울 수 있다.
배터리 셀들이 SOH 불균형을 갖는 경우, 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값의 차에도 편차가 발생할 수 있다. 도 1의 그래프에서, 제1 시점의 제1 배터리 셀의 전압값(V11) 및 제2 배터리 셀의 전압값(V21)이 3.94V로 동일할 수 있다. 제1 시점 이후로 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀이 방전된 후 제2 시점에서 제1 배터리 셀의 전압값(V12)은 3.74V이고, 제2 배터리 셀의 전압값(V22)은 3.62V일 수 있다.
제1 배터리 셀의 전압이 3.94V에서 3.74V로 떨어질 때 SOC는 20% 감소할 수 있다. 제2 배터리 셀의 전압이 3.94V에서 3.62V로 떨어질 때 SOC는 40% 감소할 수 있다. 즉, 동일한 두 시점에서 제1 배터리 셀은 전체 용량의 20%가 방전되고, 제2 배터리 셀은 전체 용량의 40%가 방전되었을 수 있다. 동일한 두 시점에서 제2 메모리 셀의 SOC가 제1 메모리 셀의 SOC보다 크게 감소했다는 것은, 제2 메모리 셀의 SOH가 제1 메모리 셀의 SOH보다 낮다는 것을 의미할 수 있다.
요컨대, 배터리 셀들이 SOH 불균형을 갖는 경우, 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값의 차에도 편차가 발생할 수 있다. 그러나, 전압값의 차에 편차가 있는 것이 반드시 배터리 셀들이 SOH 불균형을 갖는다는 것을 의미하지는 않는다.
도 1의 그래프에서, 제1 시점의 제3 배터리 셀의 전압값(V31)은 3.53V이고, 제2 시점의 제3 배터리 셀의 전압값(V32)은 3.08V일 수 있다. 동일한 두 시점에서 제3 배터리 셀은 제1 및 제2 배터리 셀에 비해 충전 전압값과 방전 전압값의 차이가 클 수 있다. 그러나, 제3 배터리 셀의 SOC는 제1 배터리 셀의 SOC와 동일하게 20% 감소하였을 수 있다. 즉, SOC에 따른 단자 전압 그래프의 기울기는 충전 시점의 SOC 값 혹은 충전 전압값에 따라 달라질 수 있으므로, 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값의 차에 편차가 있다는 점만으로는 배터리 장치의 SOH 불균형을 진단하기 어렵다.
배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값의 차에 편차가 있는 경우, 상기 편차의 원인이 SOC의 불균형인지, 혹은 SOH의 불균형인지 여부에 따라, 사용 후 배터리 장치는 다르게 취급되어야 할 수 있다. 예를 들어, 편차의 원인이 SOC의 불균형인 경우 상기 배터리 장치에 SOC 밸런싱이 수행되면 상기 배터리 장치의 최대 충전 용량이 쉽게 회복될 수 있다. 반면에, 편차의 원인이 SOH 불균형인 경우 상기 SOC 밸런싱을 수행해도 상기 배터리 장치의 최대 충전 용량이 회복되기 어려울 수 있다. 따라서, 편차의 원인이 SOH 불균형인 경우 무용한 SOC 밸런싱을 수행하는 대신 상기 배터리 장치의 최대 충전 용량을 제한하여 재사용하거나, 상기 배터리 장치를 폐기하는 것이 효과적일 수 있다.
이하에서, 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 장치의 SOH 불균형을 진단할 수 있는 진단 장치 및 진단 방법이 제안된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들이 제1 기간 동안 충전된 후, 제2 기간 동안 방전될 수 있다. 배터리 셀들이 제1 기간 동안 충전된 후의 충전 전압값들과, 제2 기간 동안 방전된 후의 방전 전압값들이 센싱될 수 있다. 충전 전압값과 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 배터리 셀들을 이용하여 상기 배터리 장치의 SOH 불균형이 진단될 수 있다.
제1 내지 제3 배터리 셀을 예로 들어 설명된 바와 같이, 동일한 기간 동안 방전된 배터리 셀들 간에도 SOC 불균형 및 SOH 불균형에 따라 충전 전압값과 방전 전압값의 차에 편차가 발생할 수 있다. 구체적으로, 충전 전압값이 상대적으로 낮은 배터리 셀들과 SOH가 상대적으로 낮은 배터리 셀들은 동일한 기간에 단자 전압값이 상대적으로 가파르게 떨어질 수 있다.
충전 전압값과 방전 전압값의 차가 큰 상위 N개의 배터리 셀들은, 동일한 기간에 단자 전압값이 상대적으로 가파르게 떨어진 배터리 셀들일 수 있다. 상기 상위 N개의 배터리 셀들 중, 충전 전압값이 상대적으로 높았음에도 불구하고 방전 전압값이 크게 떨어진 배터리 셀이 있다면, 상기 배터리 셀은 다른 배터리 셀들에 비해 SOH가 낮은 배터리 셀일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 상위 N개의 배터리 셀들 중, 충전 전압 순위에 비해 방전 전압 순위가 임계 수준보다 크게 떨어진 배터리 셀들이 있는 경우, 상기 배터리 셀들 간에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값에 차이가 있는 경우, 상기 전압값 차의 원인이 SOH 불균형인지 여부를 진단할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 장치의 SOH 불균형을 진단함으로써 상기 배터리 장치에 무용한 SOC 밸런싱을 수행하지 않을 수 있으며, 배터리 장치의 재사용 전략을 효과적으로 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 2를 참조하면, SOH 불균형 진단 시스템(100)은 배터리 장치(110) 및 SOH 불균형 진단 장치(120)를 포함할 수 있다.
배터리 장치(110)는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈, 또는 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 팩일 수 있다. 배터리 장치(110)는 배터리 셀들 간 SOH 불균형이 진단될 대상일 수 있다.
SOH 불균형 진단 장치(120)는 배터리 장치(110)에 포함된 배터리 셀들 중 충전 전압과 방전 전압의 전압 차가 상대적으로 큰 배터리 셀들을 이용하여 SOH 불균형을 진단할 수 있다. SOH 불균형 진단 장치(120)는 전원 공급부(121), 센싱 정보 수신부(122), 메모리(123), 판단부(124), 밸런싱부(125), 제어부(126) 및 릴레이부(127)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(121)는 배터리 장치(110)의 충전 단자에 연결되어 배터리 셀들을 충전할 수 있다. 릴레이부(127)는 전원 공급부(121)를 온(on) 상태로 설정함으로써 상기 배터리 셀들이 충전되도록 제어할 수 있으며, 전원 공급부(121)를 오프(off) 상태로 설정함으로써 상기 배터리 셀들이 방전되도록 제어할 수 있다. 제어부(126)는 릴레이부(127)를 제어함으로써 상기 배터리 셀들의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(126)는 배터리 장치(110)의 SOH 불균형을 진단하기 위해, 배터리 셀들을 제1 기간 동안 충전한 후 제2 기간 동안 방전하도록 릴레이부(127)를 제어할 수 있다.
센싱 정보 수신부(122)는 배터리 장치(110)로부터 배터리 셀들의 전압값들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 배터리 장치(110)에 포함되는 센싱 보드에서 배터리 셀들의 전압값들이 센싱될 수 있으며, 센싱 정보 수신부(112)는 배터리 장치(110)로부터 센싱된 전압값들을 수신할 수 있다. 센싱 정보 수신부(122)는 배터리 셀들을 상기 제1 기간 동안 충전한 후의 충전 전압값들을 수신하고, 상기 배터리 셀들을 상기 제2 기간 동안 방전한 후의 방전 전압값들을 수신할 수 있다. 센싱 정보 수신부(122)는 상기 충전 전압값들과 방전 전압값들을 메모리(123)에 저장할 수 있다.
판단부(124)는 제어부(126)가 릴레이부(127)를 제어하도록 요청함으로써 SOH 불균형 진단을 시작할 수 있으며, 상기 충전 전압값들과 방전 전압값들을 이용하여 배터리 장치(110)의 SOH 불균형을 진단할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 SOH 불균형 진단 방법은 도 2와 함께 도 3 내지 도 4를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이다.
밸런싱부(125)는 배터리 장치(110)의 SOC 밸런싱을 수행할 수 있다. 판단부(124)는 배터리 장치(110)에 SOH 불균형이 없이 SOC 불균형만이 있는 것으로 판단되는 경우, 밸런싱부(125)가 배터리 장치(110)의 SOC 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 단계 S11에서 전기 차량 등의 전기 장치에서 사용된 후의 배터리 장치(110)가 재사용을 위해 입고될 수 있다. 배터리 장치(110)의 충전 단자(도시되지 않음)가 SOH 불균형 진단 장치(120)의 전원 공급부(121)에 연결될 수 있다.
단계 S12에서, 판단부(124)는 SOH 불균형 진단 단위를 설정할 수 있다. 제1 예로, SOH 불균형 진단 장치(120)에 연결된 배터리 장치(110)가 배터리 모듈인 경우, 판단부(124)는 상기 배터리 모듈을 SOH 불균형 진단 단위로 설정할 수 있다. 제2 예로, 배터리 장치(110)가 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 팩인 경우, 판단부(124)는 상기 복수의 배터리 모듈 각각을 SOH 불균형 진단 단위로 설정할 수 있다.
단계 S13에서, 센싱 정보 수신부(122)는 배터리 장치(110)에 포함된 배터리 셀들의 임의 시점의 전압값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 센싱 정보 수신부(122)는 배터리 장치(110)에 포함되는 센싱 보드, BMS(Battery Management System) 등으로부터 배터리 셀들의 전압값을 수신할 수 있다. 메모리(123)는 센싱 정보 수신부(122)에서 수신된 배터리 셀들 각각의 전압값을 저장할 수 있다.
단계 S14에서, 판단부(124)는 메모리(123)에 저장된 배터리 셀들 각각의 전압값에 기초하여 배터리 셀들 간 전압값의 편차를 감지하고, 편차가 임계값 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
단계 S15에서, 판단부(124)는 배터리 셀들의 전압값의 편차가 SOH 불균형으로 인한 것인지 여부를 진단할 수 있다. 단계 S15의 전압값 편차의 원인 진단 방법은 도 4를 참조하여 더욱 자세히 설명된다.
도 2 및 도 4를 함께 참조하면, SOH 불균형 진단 장치(120)는 단계 S151 내지 단계 S159를 수행함으로써 전압값 편차의 원인을 진단할 수 있다.
전압값 편차의 원인 진단은 판단부(124)가 제어부(126)에 배터리 장치(110)의 충전 및 방전을 요청하는 것으로부터 시작될 수 있다. 단계 S151에서, SOH 불균형 진단 장치(120)는 제1 기간 동안 배터리 장치(110)에 포함된 배터리 셀들을 충전할 수 있다. 구체적으로, 제어부(126)는 릴레이부(127)가 전원 공급부(121)를 제1 기간 동안 온(on) 시키도록 제어함으로써 전원 공급부(121)가 상기 배터리 셀들을 충전하도록 제어할 수 있다.
단계 S152에서 센싱 정보 수신부(122)는 상기 배터리 셀들의 충전 전압값들을 센싱할 수 있다. 구체적으로, 센싱 정보 수신부(122)는 배터리 장치(110)로부터 배터리 셀들 각각의 단자 전압값을 획득할 수 있다. 그리고, 센싱 정보 수신부(122)는 상기 제1 기간이 경과한 이후의 단자 전압값들을 배터리 셀들의 충전 전압값들로 결정할 수 있다. 센싱 정보 수신부(122)는 상기 충전 전압값들을 메모리(123)에 저장할 수 있다.
단계 S153에서, SOH 불균형 진단 장치(120)는 제2 기간 동안 배터리 셀들을 방전시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(126)는 릴레이부(127)가 전원 공급부(121)를 제2 기간 동안 오프(off)시키도록 제어함으로써 배터리 셀들이 방전되도록 할 수 있다.
단계 S154에서, 센싱 정보 수신부(122)는 상기 배터리 셀들의 방전 전압값들을 센싱할 수 있다. 구체적으로, 센싱 정보 수신부(122)는 상기 제2 기간이 경과한 이후의 배터리 셀들의 단자 전압값들을 상기 방전 전압값들로 결정할 수 있다. 센싱 정보 수신부(122)는 상기 방전 전압값들을 메모리(123)에 저장할 수 있다.
한편, 상기 제1 기간은 상기 배터리 셀들이 방전 상태에서 완전 충전되는 데 소요되는 시간보다 짧은 시간이라도 충분하며, 상기 제2 기간은 상기 배터리 셀들이 충전 상태에서 완전 방전되는 데 소요되는 시간보다 짧은 시간이라도 충분하다. 예를 들어, 완전 충전 및 완전 방전에 소요되는 시간이 수 시간 정도인 경우라도, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간은 각각 10분 정도로 결정될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간의 길이는 동일할 수도 있으나, 서로 다를 수도 있다.
단계 S155에서, 판단부(124)는 진단 단위별로 충전 전압값과 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개의 배터리 셀들을 결정할 수 있다. 판단부(124)는 메모리(123)로부터 획득한 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값에 기초하여 배터리 셀들의 전압값 차들을 결정할 수 있다. 판단부(124)는 배터리 장치(110)가 배터리 모듈인 경우 상기 배터리 모듈 전체에 포함된 배터리 셀들 중에서 전압값 차가 큰 상위 N개의 배터리 셀들을 결정할 수 있다. 그리고, 판단부(124)는 배터리 장치(110)가 배터리 팩인 경우, 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈을 각각에서 전압값 차가 큰 상위 N개의 배터리 셀들을 결정할 수 있다.
한편, N의 값은 다양한 기준으로 결정될 수 있다. 제1 예로, N의 값은 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들의 개수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, N의 값은 상기 배터리 셀들의 개수의 50%에 해당하는 값으로 결정될 수 있다. 제2 예로, N의 값은 전압값의 차가 상기 배터리 셀들의 전압값 차의 평균보다 큰 배터리 셀들의 개수로 결정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 S156에서, 판단부(124)는 상기 상위 N개의 배터리 셀들에 대해, 충전 전압 순위와 방전 전압 순위의 차를 결정할 수 있다.
단계 S157에서, 판단부(124)는 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어진 배터리 셀들이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 판단부(124)는 충전 전압값이 다른 배터리 셀들에 비해 상대적으로 높았음에도 불구하고, 배터리 셀들을 동일한 기간 동안 방전한 결과 방전 전압값이 다른 배터리 셀들에 비해 크게 떨어진, 열화 배터리 셀들이 있는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, M의 값은 다양한 기준으로 선택될 수 있다. 예를 들어, M의 값은 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들의 개수의 50%에 해당하는 값으로 결정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, M의 값은 배터리 셀들의 개수의 20% 이상의 값으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들의 개수가 100개인 경우 M의 값은 '20', '30', '40' 등의 값으로 결정될 수 있다. 만약 M의 값이 '20'인 경우, 충전 전압 순위에 비해 방전 전압 순위가 20위 이상 떨어진 배터리 셀들이 열화 배터리 셀들로 판단될 수 있다.
상기 순위의 차가 M순위 이상인 열화 배터리 셀들이 있는 경우(단계 S157에서, "예"), 단계 S158에서 판단부(124)는 배터리 모듈에 SOH 편차가 있는 것으로 판단하고, 후속 조치를 수행할 수 있다. 제1 예로, 배터리 장치(110)가 배터리 모듈인 경우, 판단부(124)는 배터리 장치(110)에서 상기 열화 배터리 셀들을 제외한 정상 배터리 셀들의 최대 DOD를 감소시킴으로써 상기 배터리 장치(110)를 최대 충전 용량이 낮은 메모리 모듈로서 재사용할 수 있다. 예를 들어, 전기 차량으로부터 탈거된 배터리 장치(110)의 최대 충전 용량이 낮아져서 배터리 장치(110)를 전기 차량에 재사용하기 어려워진 경우, 배터리 장치(110)를 전원 공급 장치에 재사용할 수 있다. 제2 예로, 배터리 장치(110)가 배터리 팩인 경우, 판단부(124)는 열화 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈을 정상 배터리 모듈로 교체함으로써 상기 배터리 팩을 재구성할 수 있다.
한편, 충전 전압 순위에 비해 방전 전압 순위가 더 크게 떨어지는 배터리 셀일수록 열화된 정도가 클 수 있다. 판단부(124)는 순위의 차가 M순위 이상인 열화 배터리 셀들 중에서도, 순위의 차에 따라 배터리 셀들의 열화 정도에 차등을 둘 수 있다. 판단부(124)는 배터리 셀들의 열화 정도에 따라 SOH 편차의 정도를 결정하고, 배터리 모듈의 상기 최대 DOD를 어느 정도로 감소시킬지를 결정하거나, 상기 배터리 모듈이 폐기될 필요가 있는지 여부를 결정할 수도 있다.
상기 순위의 차가 M순위 이상인 열화 배터리 셀들이 없는 경우(단계 S157에서, "아니오"), 단계 S159에서 판단부(124)는 배터리 모듈에 SOH 편차가 없는 것으로 판단하고, 밸런싱부(125)가 상기 배터리 모듈에 SOC 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 밸런싱부(125)는 배터리 모듈에 SOC 밸런싱을 수행함으로써 배터리 셀들의 최대 DOD를 개선할 수 있다. 상기 배터리 모듈의 SOC 밸런싱이 완료되면, 상기 배터리 모듈을 재사용하기 위해 배터리 모듈 전체의 SOH를 정확하게 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 판단부(124)는 배터리 모듈에 SOH 불균형이 있는지 여부를 신속하게 결정할 수 있다. 예를 들어, SOH 불균형이 있는지 여부는 배터리 셀들의 충전 전압값들 및 방전 전압값들의 상대적인 크기에 기초하여 결정될 수 있으므로, 상기 충전 전압값들과 방전 전압값들은 반드시 완전 충전 상태 및 완전 방전 상태에서 결정되어야 하는 것은 아니다. 따라서, 충전 전압값들과 방전 전압값들을 결정하기 위해 배터리 셀들을 충전 및 방전하는 데 걸리는 시간이 단축될 수 있다.
배터리 모듈에 SOH 불균형이 있는지 여부에 따라 판단부(124)는 배터리 모듈의 재사용 전략을 신속하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 판단부(124)는 배터리 모듈에 SOH 편차가 있는 경우, 무용한 SOC 밸런싱을 수행하는 것에 시간을 낭비하지 않고, 배터리 모듈의 재사용 여부 및 재사용 용도를 결정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다. 도 5a 및 도 5b는 배터리 셀들의 서로 다른 전압 프로파일을 나타낼 수 있다.
도 5a를 참조하면, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 각각의 충전 전압값, 방전 전압값이 예시된다. 그리고, 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 각각의 상기 충전 전압값 및 방전 전압값에 기초하여 결정되는 전압값의 차(dV), 전압값 차의 순위, 충전 전압 순위, 방전 전압 순위, 및 순위의 차(dRank)가 도시된다.
도 3을 참조하여 설명된 바에 따르면, 배터리 셀의 충전 전압값은 배터리 셀을 제1 기간 동안 충전한 후의 전압값일 수 있으며, 배터리 셀의 방전 전압값은 배터리 셀을 상기 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 방전한 후의 전압값일 수 있다.
전압값의 차는 상기 충전 전압값과 방전 전압값의 차이 값으로 결정될 수 있다. 그리고, 전압값의 차의 순위는 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 간의 상대적인 크기에 따라 결정될 수 있다. 전압값의 차의 순위가 '1'에 가까울수록 전압값의 차가 크고, 전압값의 차의 순위가 '10'에 가까울수록 전압값의 차가 작을 수 있다.
어떤 배터리 셀의 전압값의 차가 상대적으로 크다는 것은, 배터리 셀들(Cell1-Cell10)을 동일한 기간 동안 방전한 결과 해당 배터리 셀이 상대적으로 빠르게 방전되었다는 것을 나타낼 수 있다.
10개의 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 중 전압값의 차의 순위가 높은 N개의 배터리 셀들, 예를 들어 5개의 배터리 셀들(Cell2, Cell6, Cell7, Cell8, Cell9)이 열화 배터리 셀들의 후보로 선택될 수 있다. 상기 후보 배터리 셀들은 다른 배터리 셀들에 비해 SOH가 상대적으로 낮은 열화 배터리 셀일 수도 있으나, 단지 충전 상태에서의 SOC가 상대적으로 낮은 정상 배터리 셀일 수도 있다.
상기 후보 배터리 셀들은, 충전 전압 순위와 방전 전압 순위의 차에 기초하여 열화 배터리 셀인지 여부가 결정될 수 있다. 배터리 셀의 충전 전압 순위는 배터리 셀들(Cell1-Cell10)의 충전 전압값의 상대적인 크기에 따라 결정될 수 있다. 충전 전압 순위가 '1'에 가까울수록 충전 전압값이 크고, 충전 전압 순위가 '10'에 가까울수록 충전 전압값이 작을 수 있다. 마찬가지로, 방전 전압 순위는 배터리 셀들(Cell1-Cell10)의 방전 전압값의 상대적인 크기에 따라 결정될 수 있다. 방전 전압 순위가 '1'에 가까울수록 방전 전압값이 크고, 방전 전압 순위가 '10'에 가까울수록 방전 전압값이 작을 수 있다.
상기 후보 배터리 셀들 중 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 M순위, 예를 들어 5순위 이상 떨어진 배터리 셀들이 열화 배터리 셀로 결정될 수 있다.
어떤 배터리 셀의 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 크게 떨어지는 경우는, 해당 배터리 셀의 충전 전압값이 상대적으로 높았으나, 빠르게 방전된 경우를 나타낼 수 있다. 즉, 해당 배터리 셀은 SOH가 상대적으로 낮을 수 있다.
예를 들어, 제9 배터리 셀(Cell9)의 충전 전압 순위는 '1'이고, 방전 전압 순위는 '10'이므로, 순위의 차(dRank)가 '-9'일 수 있다. 즉, 제9 배터리 셀(Cell9)은 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 9순위 떨어진 배터리 셀일 수 있으며, 제9 배터리 셀(Cell9)은 열화 배터리 셀로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 도 5a의 예에서는 제2 및 제8 배터리 셀(Cell2, Cell8)도 열화 배터리 셀로 결정될 수 있다. 그리고, 배터리 셀들(Cell1-Cell10)이 SOH가 상대적으로 낮은 열화 배터리 셀들을 포함하기 때문에, 배터리 셀들(Cell1-Cell10)을 포함하는 배터리 모듈은 SOH 불균형이 있는 것으로 결정될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 각각의 충전 전압값, 방전 전압값, 전압값의 차(dV), 전압값 차의 순위, 충전 전압 순위, 방전 전압 순위 및 순위의 차(dRank)가 예시된다.
도 5a와 마찬가지로, 도 5b의 예에서 10개의 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 중 전압 차의 순위가 높은 N개, 예를 들어 5개의 배터리 셀들(Cell1, Cell2, Cell3, Cell4, Cell6)이 후보 배터리 셀들로 선택될 수 있다. 후보 배터리 셀들 중 후보 배터리 셀들 중 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 5순위 이상 떨어진 배터리 셀들이 열화 배터리 셀로 결정될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 배터리 셀들(Cell1-Cell10) 중 충전 전압 순위와 방전 전압 순위의 차(dRank)가 '-5'보다 작은 배터리 셀들이 없을 수 있다. 후보 배터리 셀들(Cell1, Cell2, Cell3, Cell4, Cell6)은 단지 SOC가 상대적으로 낮은 정상 배터리 셀들로 결정될 수 있다.
예를 들어, 제3 배터리 셀(Cell3)의 전압값의 차(dV)는 1.853V로, 전압값 차의 순위가 '2'인 제1 배터리 셀(Cell1)에 비해서도 큰 전압값의 차(dV)를 가질 수 있다. 그러나, 제3 배터리 셀(Cell3)의 충전 전압 순위는 '10'이고, 방전 전압 순위는 '10'이므로, 순위의 차(dRank)는 '0'일 수 있다. 즉, 제3 배터리 셀(Cell3)은 충전 전압값이 다른 배터리 셀들에 비해 낮았기 때문에, 다른 배터리 셀들에 비해 SOH가 낮지 않더라도 다른 배터리 셀들에 비해 전압값이 빠르게 떨어졌을 수 있다. 따라서, 제3 배터리 셀(Cell3)은 단지 SOC가 상대적으로 낮은 정상 배터리 셀로 결정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀들 간에 전압값 편차가 있는 경우, 배터리 셀들의 충전 전압값과 방전 전압값에 기초하여 배터리 모듈의 전압값 편차의 원인이 SOH 불균형인지 여부를 결정할 수 있다.
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 SOH 불균형 진단 시스템의 다양한 예들이 설명된다.
도 6을 참조하면, SOH 불균형 진단 시스템(200)은 배터리 모듈(210), SOH 불균형 진단 장치(220) 및 외부 전원(230)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(210)은 복수의 배터리 셀들(BCELL) 및 센싱 보드(211)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들(BCELL)은 서로 직렬 및 병렬로 연결되어, 전기 차량 등의 전기 장치로 전력을 공급할 수 있다. 그리고, 센싱 보드(211)는 배터리 셀들(BCELL) 각각의 단자에 연결되어 배터리 셀들(BCELL)의 전압값들을 센싱할 수 있다.
SOH 불균형 진단 장치(220)는 전원 공급부(221), 센싱 정보 수신부(222), 메모리(223), 판단부(224), 밸런싱부(225), 제어부(226), 릴레이부(227), 사용자 인터페이스(228) 및 스위치(229)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(221), 센싱 정보 수신부(222), 메모리(223), 판단부(224), 밸런싱부(225), 제어부(226), 릴레이부(227)는 도 2를 참조하여 설명된 전원 공급부(121), 센싱 정보 수신부(122), 메모리(123), 판단부(124), 밸런싱부(125), 제어부(126) 및 릴레이부(127)에 각각 대응할 수 있다.
외부 전원(230)은 SOH 불균형 진단 장치(220)의 전원 공급부(221)가 배터리 모듈(210)을 충전하기 위한 전력을 전원 공급부(221)로 제공할 수 있다. 전원 공급부(221)로 제공되는 전력은, SOH 불균형 진단 장치(220) 자체를 구동하기 위해서도 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, SOH 불균형 진단 장치(220)는 배터리 모듈(210)에 포함된 배터리 셀들(BCELL)의 충전 전압값들과 방전 전압값들의 상대적인 비교를 통해 배터리 모듈(210)의 SOH 불균형 여부를 진단할 수 있다. SOH 불균형 진단 장치(220)는 배터리 셀들(BCELL)을 완전 충전 또는 완전 방전하지 않고, 단시간의 충전 및 방전을 통해 얻어진 충전 전압값들과 방전 전압값들에 기초하여 SOH 불균형 여부를 신속하게 진단하고, 배터리 모듈의 재사용 전략을 신속하게 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, SOH 불균형 진단 장치(220)는, 배터리 셀들(BCELL)의 전압 편차가 감지되면, 사용자의 선택에 따라 SOH 불균형 여부 진단을 시작할 수 있다. 예를 들어, 판단부(224)는 배터리 셀들(BCELL)의 전압 편차를 감지하면, 디스플레이와 같은 사용자 인터페이스(228)를 통해 전압 편차 감지 사실을 사용자에게 표시함으로써 사용자가 SOH 불균형을 진단할지 여부를 선택하도록 할 수 있다.
사용자 인터페이스(228)는 사용자로부터 SOH 불균형 진단 요청을 입력받을 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이가 터치스크린인 경우, 상기 디스플레이를 통해 진단 요청을 입력받을 수 있다. 혹은, 마우스, 키보드와 같은 사용자 인터페이스(228)를 통해서 진단 요청을 입력받을 수도 있다.
스위치(229)는 사용자 인터페이스(228)를 통해 입력받은 진단 요청에 응하여, 판단부(224)로 SOH 불균형 진단을 시작하기 위한 트리거 신호를 제공할 수 있다. 판단부(224)는 상기 트리거 신호에 응하여, 제어부(226)를 통해 전원 공급부(221)의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 충전 및 방전 결과에 따른 배터리 셀들(BCELL)의 충전 전압값 및 방전 전압값을 센싱 정보 수신부(222)로부터 획득하여 배터리 모듈(210)의 SOH 불균형 여부를 진단할 수 있다.
도 7을 참조하면, SOH 불균형 진단 시스템(300)은 배터리 팩(310), SOH 불균형 진단 장치(320) 및 외부 전원(330)을 포함할 수 있다.
배터리 팩(310)은 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 및 센싱 정보 전달부(311)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 각각은 도 6을 참조하여 설명된 배터리 모듈(210)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK)은 서로 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 셀들을 포함할 수 있으며, 배터리 셀들 각각의 전압값을 센싱하는 센싱 보드들(SB1-SBK)을 포함할 수 있다.
센싱 정보 전달부(311)는 센싱 보드들(SB1-SBK)로부터 획득된 전압값들을 SOH 불균형 진단 장치(320)로 전달할 수 있다.
SOH 불균형 진단 장치(320)는 전원 공급부(321), 센싱 정보 수신부(322), 메모리(323), 판단부(324), 밸런싱부(325), 제어부(326), 릴레이부(327), 사용자 인터페이스(328) 및 스위치(329)를 포함할 수 있다. SOH 불균형 진단 장치(320)에 포함되는 구성들은 도 6의 SOH불균형 진단 장치(220)에 포함되는 구성들과 실질적으로 동일할 수 있다.
전원 공급부(321)는 배터리 팩(310)의 충전 단자에 연결되어 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK)로 충전 전압을 제공할 수 있다. 판단부(324)는 전원 공급부(321)에 배터리 팩이 연결된 것을 감지하면, 배터리 팩의 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 각각에 대해 SOH 불균형 여부를 진단할 수 있도록 진단 단위를 설정할 수 있다.
판단부(324)는 센싱 정보 수신부(322)로부터 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 각각에 포함된 배터리 셀들의 충전 전압값 및 방전 전압값을 획득하고, SOH 불균형 여부를 배터리 모듈별로 진단할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈별로 재사용 전략을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(310)에 포함된 일부 배터리 모듈은 SOH 불균형이 있는 열화 배터리 모듈이고 나머지 배터리 모듈들은 SOH 불균형이 없는 정상 배터리 모듈일 수 있다. 판단부(324)는 사용자 인터페이스(328)를 통해 배터리 모듈들(BM1-BMK) 중 열화 배터리 모듈을 나타내는 정보를 사용자에게 표시함으로써 사용자가 배터리 팩(310)에 포함된 열화 배터리 모듈을 외부의 정상 배터리 모듈로 교체하도록 지시할 수 있다. 그리고, 판단부(324)는 배터리 팩(310)에 포함된 정상 배터리 모듈들에 대해서 SOC 밸런싱을 수행하도록 밸런싱부(325)를 제어할 수 있다.
도 8을 참조하면, SOH 불균형 진단 시스템(400)은 전기 차량(410), SOH 불균형 진단 장치(420) 및 외부 전원(430)을 포함할 수 있다.
전기 차량(410)은 배터리 팩(411) 및 충전 단자(412)를 포함할 수 있다. 배터리 팩(411)은 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 및 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK)은 도 7을 참조하여 설명된 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK)과 유사한 구조를 가질 수 있다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 복수의 배터리 모듈들(BM1-BMK) 각각에 포함된 배터리 셀들을 관리할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(BMS)은 상기 배터리 셀들의 전압값들을 센싱할 수 있으며, 상기 전압값들에 기초하여 배터리 셀들 간의 SOC 밸런싱을 전기 차량(410) 내부적으로 수행하는 등의 관리 동작을 더 수행할 수도 있다.
충전 단자(412)는 배터리 팩(411)에 포함된 배터리 모듈들(BM1-BMK)을 충전하기 위한 단자로서, 전기 차량(410)의 외부로 노출될 수 있다.
SOH 불균형 진단 장치(420)는 전원 공급부(421), 센싱 정보 수신부(422), 메모리(423), 판단부(424), 밸런싱부(425), 제어부(426), 릴레이부(427), 사용자 인터페이스(428) 및 스위치(429)를 포함할 수 있다. SOH 불균형 진단 장치(420)에 포함되는 구성들은 도 6 및 도 7의 SOH 불균형 진단 장치들(220, 320)에 포함되는 구성들과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전원 공급부(421)는 전기 차량(410)의 외부로 노출되는 충전 단자(412)를 통해 배터리 팩(411)을 충전할 수 있다. 그리고, 센싱 정보 수신부(422)는 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 배터리 셀들의 전압값들을 획득할 수 있다. 실시 예에 따라, 센싱 정보 수신부(422)는 충전 단자(412)와 함께 제공되는 유선 인터페이스를 통해 배터리 관리 시스템(BMS)과 통신할 수도 있으며, 무선 인터페이스를 통해 배터리 관리 시스템(BMS)과 통신할 수도 있다. 따라서, SOH 불균형 진단 장치(420)는 전기 차량(410)으로부터 탈거되지 않은 배터리 팩(411)의 SOH 불균형을 진단할 수도 있다.
한편, 도 8의 SOH 불균형 진단 장치(420)는 전기 차량의 충전소에 구비될 수 있다. 사용자에 의해 전기 차량의 충전소에 도달한 전기 차량(410)은 충전 단자(412)를 통해 SOH 불균형 진단 장치(420)에 연결될 수 있다. SOH 불균형 진단 장치(420)는 배터리 팩(411)의 SOH 불균형을 진단한 이후에, 사용자의 요구에 따라 전기 차량(410)의 충전을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 외부 전원(430)은 배전반으로부터 3상전원을 공급받고, 공급받은 3상전원을 전원 공급부(421)로 제공할 수 있다. 전원 공급부(421)는 3상전원을 직류 전원으로 변환한 후 배터리 팩(411)을 충전할 수 있다.
이하에서, SOH 불균형 진단 장치가 전기 차량의 충전소에 구비되는 경우를 예로 들어서 본 발명의 실시 예에 따른 SOH 불균형 진단 방법이 자세히 설명된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 SOH 불균형 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 단계 S21에서, 전기 차량(410)이 사용자에 의해 전기 차량의 충전소로 진입할 수 있다. 단계 S22에서, 전기 차량(410)이 충전 커넥터(도시되지 않음)를 통해 전원 공급부(421)와 연결될 수 있다.
단계 S23에서, SOH 불균형 진단 장치(420)는 배터리 팩(411)에 포함된 배터리 모듈들에 전압 편차가 있는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 판단부(424)는 상기 배터리 모듈들에 포함된 배터리 셀들의 전압값들을 센싱 정보 수신부(422)로부터 획득하고, 획득한 전압값들에 기초하여 전압 편차를 감지할 수 있다.
상기 배터리 모듈들에 전압 편차가 없는 경우(단계 S23에서, "아니오"), SOH 불균형 진단 장치(420)는 단계 S26에서 배터리 팩(411)을 충전할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(428)는 사용자부터 원하는 충전량을 입력받을 수 있다. 제어부(426)는 사용자가 원하는 충전량만큼 배터리 팩(411)이 충전될 수 있도록 릴레이부(427)를 제어할 수 있다.
상기 배터리 모듈들에 전압 편차가 있는 경우(단계 S23에서, "예"), SOH 불균형 진단 장치(420)는 단계 S24에서 전압 편차 원인 진단을 수행할 수 있다. 단계 S24의 전압 편차 원인 진단은 도 4를 참조하여 설명된 단계 S151 내지 단계 S159의 방법으로 수행될 수 있다.
한편, 단계 S24의 전압 편차 원인 진단은 배터리 모듈들의 전압 편차가 감지되면 트리거될 수도 있으나, 사용자의 선택에 의해 트리거될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈들의 전압 편차가 감지되면 사용자 인터페이스(428)를 통해 전압 편차가 감지되었음을 사용자에게 알릴 수 있다. 그리고, 사용자 인터페이스(428)를 통한 사용자의 요청에 응하여 전압 편차 원인 진단이 트리거될 수 있다.
단계 S24의 전압 편차 원인 진단이 완료되면, SOH 불균형 진단 장치(420)는 단계 S25에서 전압 편차 원인이 단지 SOC 불균형인지, 혹은 SOH 불균형인지를 사용자에게 알려줄 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(428)는 상기 전압 편차 원인을 디스플레이할 수 있다. 그리고, 단계 S26에서 SOH 불균형 진단 장치(420)는 배터리 팩(411)을 충전할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자는 전기 차량(410)을 충전할 때 배터리 팩(411)의 배터리 셀들 간 전압 편차 및 상기 전압 편차의 원인을 진단받을 수 있다. 사용자는 SOH 불균형 진단 장치(420)에 디스플레이된 전압 편차의 원인이 SOH 불균형인 경우, 배터리 팩(411)을 교체하는 등의 후속 조치를 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOH 불균형 진단 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명된 SOH 불균형 진단 장치(120, 220, 320, 420)는 하나의 장치일 수 있으며, 도 10의 SOH 불균형 진단 장치(500)로 도시될 수 있다.
도 10을 참조하면, 배터리의 SOH 추정 장치(500)는 프로세서(510), 메모리(520), 전원 공급부(530), 릴레이부(540), 센싱 정보 수신부(550), 사용자 인터페이스(560) 및 버스(501)를 포함할 수 있다. 프로세서(510), 메모리(520), 전원 공급부(530), 릴레이부(540), 센싱 정보 수신부(550) 및 사용자 인터페이스(560)는 버스(501)를 통해 서로 통신할 수 있다.
메모리(520)는 프로세서(510)가 SOH 불균형 여부를 진단하기 위한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(520)에는 프로세서(510)에 의해 구동되는 판단부(521), 밸런싱부(522) 및 제어부(523)가 로드될 수 있다. 그리고, 메모리(520)는 충전 전압값, 방전 전압값 등의 전압 정보(524)를 저장할 수 있다.
전원 공급부(530)는 배터리 장치로 전원을 공급함으로써 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들을 충전할 수 있다. 그리고, 릴레이부(540)는 상기 배터리 셀이 충전 또는 방전되도록 전원 공급부(530)를 제어할 수 있다.
센싱 정보 수신부(550)는 배터리 장치로부터 배터리 셀들의 전압값들을 획득하고, 충전 전압값들 및 방전 전압값들을 결정할 수 있다. 센싱 정보 수신부(550)로부터 결정된 충전 전압값들 및 방전 전압값들은 메모리(520)에 전압 정보(524)로서 저장될 수 있다.
사용자 인터페이스(560)는 배터리 셀들의 전압값들에 편차가 있는 경우, 배터리 셀들의 SOH 불균형 진단의 필요성을 사용자에게 표시할 수 있으며, 사용자로부터 SOH 불균형 진단 요청을 입력받을 수 있다. 그리고, 사용자 인터페이스(560)는 SOH 불균형 진단 결과를 사용자에게 표시할 수도 있다.
프로세서(510)는 판단부(521) 및 제어부(523)를 구동함으로써 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들의 충전 전압값 및 방전 전압값의 상대적인 크기 및 순위에 기초하여 SOH 불균형 여부를 진단할 수 있으며, 밸런싱부(522)를 구동함으로써 SOC 밸런싱을 수행할 수 있다. 그리고, 프로세서(510)는 SOH 불균형 여부를 진단하기 위해 전원 공급부(530), 릴레이부(540), 센싱 정보 수신부(550) 및 사용자 인터페이스(560)를 제어할 수 있다.
판단부(521)는 전압 정보(524)에 기초하여 배터리 셀들의 전압 값들에 편차가 있는지 여부를 판단하고, SOH 불균형 진단의 필요성을 표시하도록 사용자 인터페이스(560)를 제어할 수 있다. 판단부(521)는 사용자 인터페이스(560)를 통해 입력받은 SOH 불균형 진단 요청에 응하여, 제어부(523)가 릴레이부(540)를 제어하도록 요청할 수 있다.
제어부(523)는 릴레이부(540)가 전원 공급부(530)를 제1 기간 동안 온 시키고, 제2 기간 동안 오프 시키도록 제어할 수 있다. 판단부(521)는 센싱 정보 수신부(550)로부터 배터리 셀들이 제1 기간 동안 충전된 후의 충전 전압값들과, 배터리 셀들이 제2 기간 동안 방전된 후의 방전 전압값들을 획득할 수 있다.
판단부(521)는 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 중, 충전 전압값들과 방전 전압값들의 전압값의 차가 큰 상위 N개의 후보 배터리 셀들을 선택할 수 있다. 그리고, 판단부(521)는 상기 후보 배터리 셀들 중 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 M순위 이상 떨어진 배터리 셀이 있는 경우, 상기 배터리 셀을 열화 배터리 셀로 결정할 수 있으며, 상기 배터리 장치의 SOH 불균형을 진단할 수 있다.
판단부(521)는 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 경우 사용자 인터페이스(560)가 진단 결과를 표시하도록 제어할 수 있으며, 배터리 장치에 SOH 불균형이 없는 경우 밸런싱부(522)가 배터리 장치의 SOC 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
110: 배터리 장치
210: 배터리 모듈
310: 배터리 팩
410, 610: 전기 차량
120, 220, 320, 420, 620: SOH 불균형 진단 장치
상술한 바와 같이, 본 발명은 배터리 장치의 진단 장치, 시스템 등에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 SOH(State Of Health) 불균형 진단 방법에 있어서,
    상기 배터리 셀들 간의 전압값의 편차를 감지하는 단계;
    상기 배터리 셀들을 제1 기간 동안 충전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 충전 전압값을 수신하며, 상기 충전 전압값에 기초하여 충전 전압 순위를 결정하는 단계;
    상기 배터리 셀들을 제2 기간 동안 방전하고, 상기 사용 후 배터리 장치로부터 배터리 셀들 각각의 방전 전압값을 수신하며, 상기 방전 전압값에 기초하여 방전 전압 순위를 결정하는 단계;
    상기 충전 전압값과 상기 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 배터리 셀들을 결정하는 단계; 및
    상기 상위 N개의 배터리 셀들 중, 상기 방전 전압 순위가 상기 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어지는 열화 배터리 셀이 있는 경우, 상기 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단하는 단계
    를 포함하는 SOH 불균형 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기간은 상기 배터리 셀들의 완전 충전에 걸리는 시간보다 짧으며,
    상기 제2 기간은 상기 배터리 셀들의 완전 방전에 걸리는 시간보다 짧은
    SOH 불균형 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기간 및 제2 기간은 동일한
    SOH 불균형 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 N 및 M의 값은
    상기 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들의 개수에 기초하여 결정되는
    SOH 불균형 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 M의 값은
    상기 배터리 셀들의 개수의 20% 이상에 해당하는 값으로 결정되는
    SOH 불균형 진단 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 N의 값은
    상기 배터리 셀들의 전압값 차의 평균값보다 큰 전압값 차를 갖는 배터리 셀들의 개수에 기초하여 결정되는
    SOH 불균형 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상위 N개의 배터리 셀들 중 상기 열화 배터리 셀이 없는 경우, 상기 사용 후 배터리 장치의 SOC(State Of Charge) 밸런싱을 수행하는 단계를 더 포함하는
    SOH 불균형 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사용 후 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단된 경우, 상기 사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 중 상기 열화 배터리 셀을 제외한 정상 배터리 셀들의 최대 DOD(Degree Of Discharge)를 감소시키고, 상기 사용 후 배터리 장치를 충전 용량이 낮은 배터리 장치로서 재사용하는 단계를 더 포함하는
    SOH 불균형 진단 방법.
  9. 사용 후 배터리 장치에 포함된 배터리 셀들 간 SOH(State Of Health) 불균형 진단 장치에 있어서,
    상기 배터리 셀들이 제1 기간 동안 충전된 후 제2 기간 동안 방전되도록 제어하는 제어부;
    상기 배터리 셀들이 상기 제1 기간 동안 충전된 후의 충전 전압값들을 상기 사용 후 배터리 장치로부터 수신하고, 상기 배터리 셀들이 상기 제2 기간 동안 방전된 후의 방전 전압값들을 상기 사용 후 배터리 장치로부터 수신하는 센싱 정보 수신부; 및
    상기 충전 전압값들 및 방전 전압값들에 기초하여 상기 배터리 셀들의 충전 전압 순위들 및 방전 전압 순위들을 결정하고, 상기 배터리 셀들 중 충전 전압값과 방전 전압값 간의 전압값 차가 큰 상위 N개(N은 자연수)의 후보 배터리 셀들을 결정하고, 상기 후보 배터리 셀들 중 방전 전압 순위가 충전 전압 순위에 비해 M순위(M은 자연수) 이상 떨어진 열화 배터리 셀들이 있는 경우 상기 사용 후 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는 것으로 진단하는 판단부
    를 포함하는 SOH 불균형 진단 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사용 후 배터리 장치는
    각각이 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 팩이며,
    상기 판단부는
    상기 배터리 모듈들 각각에 대해 상기 후보 배터리 셀들을 결정하고, 상기 열화 배터리 셀들이 있는지 여부를 판단함으로써 SOH 불균형이 있는지 여부를 상기 배터리 모듈들 각각에 대해 결정하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 SOH 불균형 진단 장치는
    사용자 인터페이스; 및
    배터리 모듈의 SOC(State Of Charge)를 밸런싱하는 밸런싱부를 더 포함하고,
    상기 판단부는
    상기 배터리 모듈들 중 SOH 불균형이 있는 열화 배터리 모듈의 정보를 상기 사용자 인터페이스에 표시하며, 상기 배터리 모듈들 중 SOH 불균형이 없는 정상 배터리 모듈의 SOC 밸런싱을 수행하도록 상기 밸런싱부를 제어하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 SOH 불균형 진단 장치는
    상기 사용 후 배터리 장치로 전원을 공급함으로써 상기 배터리 셀들을 충전하는 전원 공급부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전원 공급부를 제어함으로써 상기 배터리 셀들의 충전 및 방전을 제어하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전원 공급부는
    상기 사용 후 배터리 장치가 장착된 전기 차량의 충전 단자를 통해 상기 사용 후 배터리 장치로 전원을 공급하며,
    상기 판단부는
    상기 사용 후 배터리 장치가 상기 전기 차량에 장착된 상태에서 상기 사용 후 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는지 여부를 진단하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 SOH 불균형 진단 장치는
    상기 전원 공급부는
    외부 분전반으로부터 공급되는 3상전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 직류전원을 상기 전기 차량으로 공급하며, 상기 사용 후 배터리 장치에 SOH 불균형이 있는지 여부를 진단한 후에 사용자의 요구에 따라 상기 전기 차량을 충전하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 SOH 불균형 진단 장치는
    사용자 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 판단부는
    상기 배터리 셀들의 임의 시점에서의 전압 편차를 감지하면 상기 사용자 인터페이스를 통해 SOH 불균형 진단의 필요성을 표시하며, 상기 사용자 인터페이스를 통해 사용자로부터 SOH 불균형 진단 요청을 입력받으면 상기 제어부가 상기 전원 공급부를 제어함으로써 상기 배터리 셀들을 제1 기간 동안 충전한 후 제2 기간 동안 방전하도록 함으로써 SOH 불균형 진단을 시작하는
    SOH 불균형 진단 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 사용 후 배터리 장치는
    상기 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈인
    SOH 불균형 진단 장치.
PCT/KR2023/005922 2022-06-30 2023-04-28 사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치 Ceased WO2024005338A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0080319 2022-06-30
KR1020220080319A KR20240003170A (ko) 2022-06-30 2022-06-30 사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024005338A1 true WO2024005338A1 (ko) 2024-01-04

Family

ID=89380902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/005922 Ceased WO2024005338A1 (ko) 2022-06-30 2023-04-28 사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240003170A (ko)
WO (1) WO2024005338A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12201154B2 (en) 2018-01-03 2025-01-21 Cqens Technologies Inc. Heat-not-burn device and method

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4729967A1 (en) * 2024-01-12 2026-04-22 LG Energy Solution, Ltd. Battery managing apparatus and method
CN120936892A (zh) * 2024-01-12 2025-11-11 株式会社Lg新能源 电池管理装置及其方法
KR20250110759A (ko) * 2024-01-12 2025-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR102895821B1 (ko) * 2024-01-12 2025-12-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
US20250264544A1 (en) * 2024-01-12 2025-08-21 Lg Energy Solution, Ltd. Battery managing apparatus and method thereof
KR20250110765A (ko) * 2024-01-12 2025-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
CN121127755A (zh) * 2024-01-12 2025-12-12 株式会社Lg新能源 电池管理装置及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080000390A (ko) * 2006-06-27 2008-01-02 엘지전자 주식회사 다중 배터리 셀 제어방법 및 그를 이용한 휴대형 기기
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법
KR20160067510A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 삼성전자주식회사 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치
KR20160079637A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 삼성전자주식회사 배터리의 성능 상태를 추정하는 방법 및 장치
US20190170826A1 (en) * 2017-12-06 2019-06-06 Cadex Electronics Inc. Battery state-of-health determination upon charging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080000390A (ko) * 2006-06-27 2008-01-02 엘지전자 주식회사 다중 배터리 셀 제어방법 및 그를 이용한 휴대형 기기
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법
KR20160067510A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 삼성전자주식회사 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치
KR20160079637A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 삼성전자주식회사 배터리의 성능 상태를 추정하는 방법 및 장치
US20190170826A1 (en) * 2017-12-06 2019-06-06 Cadex Electronics Inc. Battery state-of-health determination upon charging

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12201154B2 (en) 2018-01-03 2025-01-21 Cqens Technologies Inc. Heat-not-burn device and method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240003170A (ko) 2024-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2023008883A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
WO2022177274A1 (ko) 배터리 상태 진단 장치 및 방법
WO2022158948A2 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2019098722A1 (ko) 배터리 저항 추정 장치 및 방법
WO2022108344A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2013151355A1 (ko) 고장 자가 진단 기능을 구비한 절연 저항 측정 장치 및 이를 이용한 자가 진단 방법
WO2021230642A1 (ko) 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
WO2022103213A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2022124773A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2016052900A1 (ko) 이차 전지의 방전 출력 추정 방법 및 장치
WO2020226441A1 (ko) 배터리 컨트롤러, 무선 배터리 제어 시스템, 배터리 팩 및 배터리 밸런싱 방법
WO2013147494A1 (ko) 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법
WO2022265357A1 (ko) 배터리 soh 추정 장치 및 방법
KR20240003170A (ko) 사용 후 배터리 장치의 soh 불균형 진단 방법 및 장치
WO2022025725A1 (ko) 배터리 관리 장치, 배터리 팩, 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법
WO2023249285A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
WO2023063625A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 팩, 전기 차량, 및 배터리 진단 방법
WO2022145998A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2021091086A1 (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법 및 에너지 저장 시스템
WO2020055117A1 (ko) 배터리 관리 장치
WO2021080247A1 (ko) 병렬 멀티 배터리 팩에 포함된 스위치부의 턴온 동작 제어 장치 및 방법
WO2020218826A1 (ko) 배터리의 미분 전압 커브를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩
WO2022039505A1 (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
WO2024096583A1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
WO2022250390A1 (ko) 배터리 모니터링 장치 및 방법

Legal Events

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

Ref document number: 23831702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23831702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1