KR102038659B1 - 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102038659B1
KR102038659B1 KR1020190070935A KR20190070935A KR102038659B1 KR 102038659 B1 KR102038659 B1 KR 102038659B1 KR 1020190070935 A KR1020190070935 A KR 1020190070935A KR 20190070935 A KR20190070935 A KR 20190070935A KR 102038659 B1 KR102038659 B1 KR 102038659B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
temperature
charging
current
cell
Prior art date
Application number
KR1020190070935A
Other languages
English (en)
Inventor
신민호
Original Assignee
에이피이엘(주)
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 에이피이엘(주) filed Critical 에이피이엘(주)
Priority to KR1020190070935A priority Critical patent/KR102038659B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102038659B1 publication Critical patent/KR102038659B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • 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]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H02J7/0093—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 형태는 충전기가, 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리를 충전하는 배터리 충전 과정; BMS 모듈이, 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리로부터 감지하여 충전기에 제공하는 배터리 정보 감지 과정; 상기 BMS 모듈이, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 배터리 고장진단 과정;을 포함할 수 있다.

Description

온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법{System battery pulse charging diagnosis using temperature and method for operating the same}
본 발명은 배터리 고장 진단 시스템 및 방법으로서, 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차나, 배터리 시스템의 상용화를 위해서는 충전시간, 수명 등의 개선이 요구된다. 배터리는 화학적인 반응을 일으키는 물질로 배터리의 내부 상태를 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 일반적인 배터리의 고장진단은 배터리의 모델링을 통한 임피던스를 이용하여 배터리의 상태를 파악하지만 이는 배터리의 온도는 고려하지 않아 배터리의 정확도는 감소하게 된다. 즉, 기존에는 배터리 전압인 충전기의 출력 전압 또는 전류에 따라서 CC-CV 충전으로 충전하며, 또한 고장진단은 온도에 상관없이 단지 임피던스나, 보조회로를 통한 다른 알고리즘을 추가하여 예측하기 때문에 배터리 고장진단 정확도가 떨어진다.
이와 같이 기존에는 배터리 충전 시 배터리의 고장진단을 하는 정확한 기법이 없으며, 모델링을 통한 임피던스 분석을 많이 이용하나, 이는 배터리의 충전하며 진단 시에 손상 입은 배터리를 구별하거나, 배터리 상태에 최적화된 충전방식으로 제어하기 어려운 문제가 있다.
또한 일반적으로 충전과 방전을 되풀이하면서 소요되는 시간, 전압을 측정하여 배터리의 상태를 평가하는 기준으로 삼으며 이는 배터리의 내부 상태를 고려하지 못하는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2013-0080302
본 발명의 기술적 과제는 배터리의 고장 진단을 위해 사용되는 임피던스 모델링을 통한 기존의 배터리 고장 진단 방식이 아니라 펄스 충전에 따른 온도를 비교하여 고장진단을 내릴 수 있는 알고리즘을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 충전기가, 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리를 충전하는 배터리 충전 과정; BMS 모듈이, 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리로부터 감지하여 충전기에 제공하는 배터리 정보 감지 과정; 상기 BMS 모듈이, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 배터리 고장진단 과정;을 포함할 수 있다.
상기 배터리 충전 과정은, DC 전류로서 배터리를 충전하는 초기 충전 과정; 상기 DC 전류에 의해 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지 과정; 배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면, DC 전류로서 배터리를 충전하는 DC 전류 재충전 과정; 상기 DC 전류 충전 중지 과정 및 DC 전류 재충전 과정을 반복 수행하는 펄스 충전 과정;을 포함할 수 있다.
상기 배터리 고장진단 과정은, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단함을 특징으로 할 수 있다.
상기 배터리 정보 감지 과정은, 배터리 내에 구비된 각 배터리 셀마다 배터리 셀 온도를 감지하며, 상기 배터리 고장진단 과정은, 각 배터리 셀별로 감지되는 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악할 수 있다.
상기 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악하는 것은, 설정된 임계 온도에 도달한 배터리 셀로부터 (+) 단자 방향으로 접한 배터리 셀을 손상 배터리 셀로서 파악할 수 있다.
파악된 손상 배터리 셀에 접한 인접 배터리 셀에 대해서 미리 설정된 진단 주기별로 배터리 셀 온도를 측정하여 인접 배터리 셀에 대한 손상 여부를 파악할 수 있다.
상기 배터리는, 병렬로 연결된 두 개의 배터리 셀을 하나의 세트로 하는 배터리 셀 세트가 복수개로서 직렬로 연결된 구조를 가지며, 상기 배터리 고장진단 과정이 있은 후, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리가 발생되면, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 과정;을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 복수개의 배터리 셀을 구비한 배터리; 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리를 충전하는 충전기; 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리로부터 감지하여 충전기에 제공하며, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 BMS 모듈;을 포함하며, 상기 배터리 고장진단은, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단할 수 있다.
상기 펄스 충전 방식은, DC 전류로서 배터리를 충전하여 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지를 한 후, 배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면 DC 전류로서 배터리를 재충전하는 DC 전류 재충전을 수행하며, 상기 DC 전류 충전의 중지 및 DC 전류 재충전 과정을 반복 수행하는 방식임을 특징으로 할 수 있다.
상기 배터리는, 병렬로 연결된 두 개의 배터리 셀을 하나의 세트로 하는 배터리 셀 세트가 복수개로서 직렬로 연결된 구조를 가지며, 상기 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템은, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 서멀 릴레이;를 포함하며, 상기 서멀 릴레이는, 각 배터리 셀 세트마다 구비됨을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 배터리의 충전시의 온도를 고려함으로써 배터리의 내부 화학반응을 이용하여 배터리의 내부 상태를 반영하기 때문에 더 정확도 높은 배터리 고장진단을 할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 다른 회로나 알고리즘이 필요하지 않으며, 펄스 충전으로 인한 온도상승률 이상의 범위 이상이 되었을 때를 판별하므로 충전시간의 단축뿐만 아니라 배터리를 운용하는 시스템의 안정성 또한 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 내의 배터리 셀 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 충전 방식을 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 배터리 충전에 따른 고장 셀과 정상 셀간의 온도 비교를 한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 배터리 셀의 고장시에 발생되는 온도 변화를 도시한 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법을 도시한 플로차트.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 과정을 도시한 플로차트.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 온도 상승에 따라 배터리 셀 손상 시에 정상 충전을 위한 스위칭이 이루어지는 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템의 구성도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 스위칭이 이루어지는 예시 그림.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 온도 상승에 따라 배터리 셀 손상 시에 스위칭이 이루어지는 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법을 도시한 플로차트.
이하, 본 발명의 장점 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 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 내의 배터리 셀 개념도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 충전 방식을 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 배터리 충전에 따른 고장 셀과 정상 셀간의 온도 비교를 한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 배터리 셀의 고장시에 발생되는 온도 변화를 도시한 그림이다.
기존에는 충전을 통하여 시간과 전압등을 측정하여 배터리(100)의 상태를 평가하고, 전압만으로 배터리(100)의 내부의 상세한 특성을 반영하지 못하는 단점을 갖는다.
이에 본 발명에서는 CC-CV(Constant Current - Constant Voltage) 충전이 아닌 펄스 충전을 이용하여 배터리(100)의 고장을 진단하도록 한다. 배터리(100)는 충, 방전 시 온도가 상승하며 이를 누적하여 배터리(100)의 온도상승에 따라 고장을 판별하는 기법에 대하여 제안한다.
이를 위하여 본 발명의 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이 배터리(100), 충전기(200), BMS 모듈(300)을 포함한다.
배터리(100)는, 복수개의 배터리 셀을 구비하여 충전 또는 방전이 이루어지는 충방전체이다. 즉, 배터리(100)는, 충전기(200)로부터 전류를 공급받아 배터리 셀을 충전하고, 외부 부하(미도시)로 전류를 공급하여 방전한다. 도시하지는 않았지만 배터리(100)는, 충전기(200)와 배터리(100)를 냉각시키는 냉각 장치, 그리고 배터리(100)에 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지기를 더 포함할 수 있다.
또한 배터리(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이 복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결된 구조를 가질 수 있다. 이밖에 배터리 셀은, 직렬 연결뿐만 아니라, 병렬, 그리고 직렬과 병렬의 혼합 형태 중 어느 하나의 형태로 연결될 수 있으며, 각 배터리 셀은 BMS 모듈(300)과 연결된다.
배터리 셀은 전류가 충전되는 장치로서, 방전되면 재충전하여 사용할 수 있다. 배터리(100)는 충전기(200)로부터 직접 전류를 공급받아 충전될 수 있고, 이때 배터리 셀이 충전되는 방식은 기존의 CC/CV(Constant Current/ Constant Voltage) 방식이 아니라 펄스 충전 방식으로서 이루어지도록 한다.
충전기(200)는, 배터리(100)를 충전시키는 모듈로서, 특히, 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리(100)를 충전시키는 특징을 가진다.
이러한 펄스 충전 방식은, 도 3에 도시한 바와 같이 DC 전류로서 배터리(100)를 충전하여 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지를 한 후, 배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면 DC 전류로서 배터리(100)를 재충전하는 DC 전류 재충전을 수행하며, 상기 DC 전류 충전의 중지 및 DC 전류 재충전 과정(S613)을 반복 수행하는 방식으로 이루어질 수 있다. 즉, 일정한 전류를 가하여 전지전압이 최대에 도달하게되면 충전을 충단하고 배터리(100)의 전압이 감소하여 다시 충전 전류를 감소하는 제어를 반복한다.
이와 같이 충전기(200)를 이용하여 도 3과 같은 펄스 충전을 하는 이유는 다음과 같다. 펄스 충전은 일정한 전류를 가하는 대신에 충전 전압, 충전 전류를 최대치 이상의 전압, 전류를 펄스 형태로 가함으로써, 배터리(100) 내에 충전시의 화학반응인 온도를 변화를 파악하기 쉽기 때문이다. 또한 펄스 충전은 충전과정의 효율이 높고 최대로 충전함으로 충전 시간 또한 단축할 수 있기 때문이다.
BMS(Battery Management System) 모듈은, 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리(100)로부터 감지하여 충전기(200)에 제공한다. 그리고 BMS 모듈(300)은 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행한다.
배터리(100)는 내부 임피던스에 의해 배터리(100)의 상태가 판단되며, 배터리 충전 시 배터리(100)의 열화현상을 일으켜 손실의 가장 큰 원인이 된다. 따라서 본 발명의 온도에 의한 충전 방법을 통한 고장진단은 화학적 에너지와 전기적 에너지의 전환에서 발생하는 온도의 변화를 고려한 고장진단으로서 다른 회로나 복잡한 알고리즘 없이 정확한 고장을 판단할 수 있다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 손상 배터리 셀은 정상 배터리 셀과 다르게 온도가 높고 변동폭이 크게 발생는데, 이를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악하는 것이다. 따라서 배터리 고장진단은, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단할 수 있게 된다.
손상 배터리 셀을 파악함에 있어서, 배터리(100) 내에 구비된 각 배터리 셀마다 감지되는 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악할 수 있게 되는데, 실제로는, 도 5에 도시한 바와 같이 손상된 배터리 셀을 기점으로 온도 상승이 이루어짐을 참고하여 파악한다. 도 5에 도시한 바와 같이 미리 설정된 임계 온도에 도달한 배터리 셀로부터 (+) 단자 방향으로 접한 배터리 셀을 손상 배터리 셀로서 파악할 수 있게 된다. 참고로, 직렬로 연결된 배터리 셀에서 손상된 배터리 셀을 기점으로 온도 상승이 이루지는 것은, 손상된 배터리 셀에서 전류 충전 없이 전류 차단되어 저항이 증가하기 때문에, 손상된 배터리 셀을 기점으로 임계 온도에 도달하게 되는 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법을 도시한 플로차트이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 과정을 도시한 플로차트이다.
본 발명의 실시예에 따른 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법은, 도 6에 도시한 바와 같이 배터리 충전 과정(S610), 배터리 정보 감지 과정(S620), 배터리 고장 진단 과정을 포함할 수 있다.
배터리 충전 과정(S610)은, 충전기(200)가 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리(100)를 충전하는 과정이다.
여기서 펄스 충전 방식으로 배터리 충전하는 배터리 충전 과정(S610)은, 도 3에 도시한 바와 같이 DC 전류로 1차적 충전 후에 구형파 형태로서 반복 충방전 제어를 하는 것이다.
이를 위해 배터리 충전 과정(S610)은, 도 7에 도시한 바와 같이 DC 전류로서 배터리(100)를 충전하는 초기 충전 과정(S611)과, DC 전류에 의해 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지 과정(S612)과, 배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면, DC 전류로서 배터리(100)를 충전하는 DC 전류 재충전 과정(S613)과, DC 전류 충전 중지 과정(S612) 및 DC 전류 재충전 과정(S613)을 반복 수행하는 펄스 충전 과정(S614)을 가질 수 있다.
이와 같이 충전기(200)를 이용하여 도 3과 같은 펄스 충전을 하는 이유는 다음과 같다. 펄스 충전은 일정한 전류를 가하는 대신에 충전 전압, 충전 전류를 최대치 이상의 전압, 전류를 펄스 형태로 가함으로써, 배터리(100) 내에 충전시의 화학반응인 온도를 변화를 파악하기 쉽기 때문이다. 또한 펄스 충전은 충전과정의 효율이 높고 최대로 충전함으로 충전 시간 또한 단축할 수 있기 때문이다.
배터리 정보 감지 과정(S620)은, BMS 모듈(300)이 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리(100)로부터 감지하여 충전기(200)에 제공하는 과정이다.
배터리 고장 진단 과정은, BMS 모듈(300)이 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 과정이다. 즉, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단한다.
이러한 배터리 고장 진단은, 배터리 셀별로 이루어질 수 있는데, 이를 위하여 배터리 정보 감지 과정(S620)은 배터리(100) 내에 구비된 각 배터리 셀마다 배터리 셀 온도를 감지한다. 그리고 배터리 고장진단 과정(S630)은, 각 배터리 셀별로 감지되는 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악한다.
도 4에 도시한 바와 같이 손상 배터리 셀은 정상 배터리 셀과 다르게 온도가 높고 변동폭이 크게 발생는데, 이를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악하는 것이다. 배터리(100) 내에 구비된 각 배터리 셀마다 감지되는 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악함에 있어서, 실제로는, 도 5에 도시한 바와 같이 손상된 배터리 셀을 기점으로 온도 상승이 이루어짐을 참고하여 파악한다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 미리 설정된 임계 온도에 도달한 배터리 셀로부터 (+) 단자 방향으로 접한 배터리 셀을 손상 배터리 셀로서 파악하도록 한다.
나아가, 파악된 손상 배터리 셀에 접한 인접 배터리 셀에 대해서 미리 설정된 진단 주기별로 배터리 셀 온도를 측정하여 인접 배터리 셀에 대한 손상 여부를 파악하도록 할 수 있다. 손상된 배터리 셀은, 인접한 배터리 셀까지 온도상승을 줄 수 있어, 인접한 배터리 셀 또한 다음 충전 시에 온도변화를 판단하여 고장을 판단하도록 하기 위함이다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 직렬로 연결된 배터리 셀이 어느 하나가 손상되면 전체의 배터리 셀에 전류가 도달하지 못하여 배터리 충전 기능을 하지 못하게 된다. 이러한 배터리(100) 전체의 기능 상실을 방지하기 위하여, 본 발명은 배터리 셀의 병렬 구조 하에서, 배터리 셀의 손상에 의한 온도 상승시에 배터리 셀의 스위칭을 발생시켜 배터리 충전 기능이 정상적으로 동작하도록 한다. 이하 도 8 내지 도 10과 함께 상술한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 온도 상승에 따라 배터리 셀 손상 시에 정상 충전을 위한 스위칭이 이루어지는 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템의 구성도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 스위칭이 이루어지는 예시 그림이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 온도 상승에 따라 배터리 셀 손상 시에 스위칭이 이루어지는 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법을 도시한 플로차트이다.
온도 상승에 따라 배터리 셀 손상 시에 정상 충전을 위한 스위칭이 이루어지도록 하기 위하여, 본 발명은 도 8에 도시한 바와 같이 병렬로 연결된 두 개의 배터리 셀을 하나의 세트로 하는 배터리 셀 세트가 복수개로서 직렬로 연결된 구조의 배터리(100) 형태를 가지도록 한다.
그리고 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 서멀 릴레이(10)를 구비하며, 이러한 서멀 릴레이는 각 배터리 셀 세트마다 구비되도록 한다. 참고로, 서멀 릴레이(10)(thermal relay)는, 전류에 의한 전열로 바이메탈을 구부릴 때 생기는 힘을 이용하여 접점을 여는 구조이다.
따라서 도 9(a)에 도시한 바와 같이 정상 동작 시에는 배터리(100) 제1셀에 서멀 릴레이(10)가 스위칭된 형태를 가지다가, 배터리(100) 제2셀이 손상되어 열을 발생시키면 도 9(b)에 도시한 바와 같이 서멀 릴레이(10)가 정상적인 배터리(100) 제2셀에 연결되도록 스위칭한다. 따라서 배터리(100) 제2셀을 통해 정상적인 충전이 이루어질 수 있다.
결국, 도 10에 도시한 바와 같이 배터리 고장진단 과정(S630)이 있은 후, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리(100)가 발생되면, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 과정(S640)이 추가적으로 발생될 수 있다. 이러한 배터리 셀 세트 내의 배터리 셀 스위칭을 통하여 안정적인 배터리(100) 운영이 가능하게 된다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100: 배터리
200: 충전기
300: BMS 모듈

Claims (6)

  1. 충전기가, 외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리를 충전하는 배터리 충전 과정;
    BMS 모듈이, 배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리로부터 감지하여 충전기에 제공하는 배터리 정보 감지 과정; 및
    상기 BMS 모듈이, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 배터리 고장진단 과정;을 포함하며,
    상기 배터리 고장진단 과정은,
    배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단하며,
    상기 배터리는, 병렬로 연결된 두 개의 배터리 셀을 하나의 세트로 하는 배터리 셀 세트가 복수개로서 직렬로 연결된 구조를 가지며, 상기 배터리 고장진단 과정이 있은 후, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리가 발생되면, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 과정을 포함하며,
    상기 배터리 고장진단 과정은, 각 배터리 셀별로 감지되는 배터리 셀 온도를 이용하여 손상 배터리 셀을 파악하며, 파악된 손상 배터리 셀에 접한 인접 배터리 셀에 대해서 미리 설정된 진단 주기별로 배터리 셀 온도를 측정하여 인접 배터리 셀에 대한 손상 여부를 파악함을 특징으로 하는 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 충전 과정은,
    DC 전류로서 배터리를 충전하는 초기 충전 과정;
    상기 DC 전류에 의해 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지 과정;
    배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면, DC 전류로서 배터리를 충전하는 DC 전류 재충전 과정;
    상기 DC 전류 충전 중지 과정 및 DC 전류 재충전 과정을 반복 수행하는 펄스 충전 과정;
    을 포함하는 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 정보 감지 과정은, 배터리 내에 구비된 각 배터리 셀마다 배터리 셀 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 방법.
  5. 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템에 있어서,
    복수개의 배터리 셀을 구비한 배터리;
    외부 전력을 이용하여 펄스 충전 방식으로서 배터리를 충전하는 충전기;
    배터리 온도, 배터리 전압을 포함하는 배터리 정보를 배터리로부터 감지하여 충전기에 제공하며, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도를 이용하여 배터리 고장진단을 수행하는 BMS 모듈;을 포함하며,
    상기 배터리 고장진단은, 배터리 충전이 이루어지는 동안 감지되는 배터리 온도의 변화를 추적하여 배터리 온도가 설정된 임계 온도에 도달한 경우 배터리 고장으로 진단하며,
    상기 배터리는, 병렬로 연결된 두 개의 배터리 셀을 하나의 세트로 하는 배터리 셀 세트가 복수개로서 직렬로 연결된 구조를 가지며,
    상기 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템은, 배터리 셀 세트 내의 손상 배터리 셀에서 발생되는 열에 의하여 배터리 셀 세트 내의 어느 하나의 배터리 셀에 스위칭 연결되도록 하는 서멀 릴레이;를 포함하며,
    상기 서멀 릴레이는, 각 배터리 셀 세트마다 구비됨을 특징으로 하는 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 펄스 충전 방식은,
    DC 전류로서 배터리를 충전하여 배터리 전압이 미리 설정된 최대 전압에 도달하면 DC 전류 충전을 중지하는 DC 전류 충전 중지를 한 후, 배터리 전압이 미리 설정된 최소 전압까지 떨어지면 DC 전류로서 배터리를 재충전하는 DC 전류 재충전을 수행하며, 상기 DC 전류 충전의 중지 및 DC 전류 재충전 과정을 반복 수행하는 방식임을 특징으로 하는 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템.
KR1020190070935A 2019-06-14 2019-06-14 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법 KR102038659B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190070935A KR102038659B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190070935A KR102038659B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102038659B1 true KR102038659B1 (ko) 2019-10-30

Family

ID=68463161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190070935A KR102038659B1 (ko) 2019-06-14 2019-06-14 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102038659B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102122398B1 (ko) 2019-11-21 2020-06-12 권빈 복수 배터리 관리 시스템
KR20210055313A (ko) * 2019-11-07 2021-05-17 송과모터스 주식회사 배터리팩의 보호 방법 및 이를 위한 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001169474A (ja) * 1999-12-02 2001-06-22 Hitachi Ltd 二次電池の充電装置及びそれを用いた充電制御機能付き電池パック
JP3638109B2 (ja) * 2000-02-07 2005-04-13 Ｎｅｃトーキン栃木株式会社 電池パック
JP2011521617A (ja) * 2008-05-27 2011-07-21 ファーム・エッセ・ピ・ア バッテリ充電器とバッテリの間の協働システム
JP2012139057A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Sony Corp 保護回路および充電装置
KR20130080302A (ko) 2012-01-04 2013-07-12 엘지전자 주식회사 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법
KR101674855B1 (ko) * 2016-04-01 2016-11-09 배문수 저온 환경에서의 리튬 배터리 보호 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001169474A (ja) * 1999-12-02 2001-06-22 Hitachi Ltd 二次電池の充電装置及びそれを用いた充電制御機能付き電池パック
JP3638109B2 (ja) * 2000-02-07 2005-04-13 Ｎｅｃトーキン栃木株式会社 電池パック
JP2011521617A (ja) * 2008-05-27 2011-07-21 ファーム・エッセ・ピ・ア バッテリ充電器とバッテリの間の協働システム
JP2012139057A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Sony Corp 保護回路および充電装置
KR20130080302A (ko) 2012-01-04 2013-07-12 엘지전자 주식회사 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법
KR101674855B1 (ko) * 2016-04-01 2016-11-09 배문수 저온 환경에서의 리튬 배터리 보호 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210055313A (ko) * 2019-11-07 2021-05-17 송과모터스 주식회사 배터리팩의 보호 방법 및 이를 위한 장치
KR102321120B1 (ko) 2019-11-07 2021-11-03 송과모터스 주식회사 배터리팩의 보호 방법 및 이를 위한 장치
KR102122398B1 (ko) 2019-11-21 2020-06-12 권빈 복수 배터리 관리 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9490646B2 (en) Device for controlling assembled battery
JP4798548B2 (ja) 電池パック
JP6111275B2 (ja) 電池制御装置
CN108604711B (zh) 借助于占空控制的有效电池平衡的方法和***
US11965936B2 (en) Battery diagnosis apparatus and method
RU2627240C1 (ru) Система управления аккумуляторной батареей и система управления транспортным средством
US20170131360A1 (en) Battery State Detection Device, Secondary Battery System, Program Product, and Battery State Detection Method
US20230275276A1 (en) Slave BMS Inspection System and Method
US11815559B2 (en) Apparatus and method for diagnosing battery cell
KR102038659B1 (ko) 온도를 고려한 배터리의 펄스충전 고장 진단 시스템 및 방법
EP4394404A1 (en) Apparatus and method for diagnosing battery cell
CN110573370B (zh) 用于诊断电池劣化的装置和方法
US11456610B2 (en) Internal short sensing battery control apparatus and battery control method
CN116325284A (zh) 电池管理***、电池组、电动车辆和电池管理方法
CN116324453A (zh) 电池诊断装置、电池***以及电池诊断方法
JP6944647B2 (ja) 電池パックの断線判定システム
US11835586B2 (en) Battery management apparatus and method
KR20210051539A (ko) 배터리 절연 진단 장치
JP5843518B2 (ja) 断線検出装置
CN118043690A (zh) 用于诊断电池电芯的设备及方法
KR20230117775A (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
KR20230021999A (ko) 결함 있는 배터리 셀의 검출 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 관리 시스템
KR20240014216A (ko) 배터리의 내부 단락을 검출하는 방법 및 장치
CN118265919A (en) Battery diagnostic device and method for detecting leakage current

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant