KR20220030824A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220030824A
KR20220030824A KR1020200112666A KR20200112666A KR20220030824A KR 20220030824 A KR20220030824 A KR 20220030824A KR 1020200112666 A KR1020200112666 A KR 1020200112666A KR 20200112666 A KR20200112666 A KR 20200112666A KR 20220030824 A KR20220030824 A KR 20220030824A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
resistance
battery modules
state
target module
Prior art date
Application number
KR1020200112666A
Other languages
English (en)
Inventor
이동춘
홍성주
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200112666A priority Critical patent/KR20220030824A/ko
Publication of KR20220030824A publication Critical patent/KR20220030824A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • 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
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current 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]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • 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
    • 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
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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

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

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈의 상태를 판단하는 배터리 관리 장치로서, 상기 복수의 배터리 모듈 각각이 충전 또는 방전될 때, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 수신하고, 수신한 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 추정하며, 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하고, 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 타겟 모듈을 결정하며, 결정된 타겟 모듈의 내부 저항과 미리 설정된 참조 저항을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING BATTERY}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 배터리 모듈의 결함을 검출할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 사용 목적에 따라 복수의 배터리를 서로 연결한 배터리 모듈이 사용된다. 예컨대, 용량을 늘리기 위해서 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈이 이용되거나, 출력 전압을 높이기 위해서 복수의 배터리가 직렬로 연결된 배터리 모듈이 이용될 수 있다.
여기서, 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈의 경우, 병렬로 연결된 각각의 배터리를 모니터링하기 위해서는 비용적 측면과 구조적 측면에서 어려움이 있다. 일반적으로, 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩은 충격에 대한 안정성을 높이기 위하여 쉽게 분해 및 분리할 수 없는 구조적 특징을 가지고 있다. 따라서, 복수의 배터리가 병렬로 연결된 배터리 모듈은 배터리 각각의 결함 여부를 검출하는데 어려움이 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈이 복수 구비되고, 일부 배터리 모듈에 포함된 일부 배터리에 결함이 존재할 경우, 복수의 배터리 모듈 간의 용량 차이에 의해 발생되는 돌입 전류에 의해 배터리, 배터리 모듈 및 배터리 팩에 손상이 가해질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 모듈의 결함뿐만 아니라 배터리 모듈에 포함된 이상 셀의 개수까지 검출할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈의 상태를 판단하는 장치로서, 상기 복수의 배터리 모듈 각각이 충전 또는 방전될 때, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 수신하고, 수신한 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 추정하며, 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하고, 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 타겟 모듈을 결정하며, 결정된 타겟 모듈의 내부 저항과 미리 설정된 참조 저항을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각의 저항 편차를 산출하고, 상기 복수의 배터리 모듈 중 산출된 저항 편차가 미리 설정된 기준 편차 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 저항 편차와 상기 기준 편차를 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈의 상태 인자를 가감하고, 상기 상태 인자가 미리 설정된 기준값 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 미만이면 상기 상태 인자를 감산하고, 상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 이상이면 상기 상태 인자를 가산함으로써, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태 인자를 누적하여 가감하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 모듈의 내부 저항이 상기 참조 저항 이상이면, 상기 타겟 모듈의 상태를 결함 상태로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 모듈의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 미리 설정된 복수의 저항 구간 중 상기 타겟 모듈의 상기 산출된 저항 편차가 속하는 저항 구간을 선택하고, 상기 선택된 저항 구간에 기반하여 상기 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 결함 셀의 개수를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결함 셀의 개수가 미리 설정된 참조 개수 이상인 경우, 상기 타겟 모듈에 대한 고장 진단 코드를 생성하고, 생성된 고장 진단 코드를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 모듈의 내부 저항이 상기 참조 저항 미만이면, 상기 타겟 모듈의 상태를 정상 상태로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항을 추정할 때마다, 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 기준 저항을 설정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈의 상태를 판단하는 방법으로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 추정하는 내부 저항 추정 단계; 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하는 기준 저항 설정 단계; 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 타겟 모듈을 결정하는 타겟 모듈 결정 단계; 및 결정된 타겟 모듈과 미리 설정된 저항 테이블을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하는 상태 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 장치는 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 배터리 모듈의 상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 모듈에 포함된 결함 셀의 개수도 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치에 따르면 배터리 모듈의 상태가 보다 다양한 측면에서 판단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 모듈의 상태를 1차적으로 판단하기 위한 기준 저항이 미리 설정되지 않고, 복수의 배터리 모듈의 현재 상태를 반영하여 설정될 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 모듈의 현재 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 획득한 복수의 배터리 모듈의 전압과 전류를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 추정한 복수의 배터리 모듈의 내부 저항을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 판단할 수 있다.
여기서, 배터리 모듈에는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비될 수 있다. 그리고, 배터리 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각이 충전 또는 방전될 때, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 측정부(110)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각이 방전될 때, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 측정할 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압을 측정하기 위한 센싱 라인 및 복수의 배터리 모듈(B)의 전류를 측정하기 위한 센싱 라인과 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(1)에는 제1 배터리 모듈(B1), 제2 배터리 모듈(B2), 및 제3 배터리 모듈(B3)이 포함될 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압을 측정하기 위하여, 제1 내지 제6 센싱 라인(SL6)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제1 배터리 모듈(B1)의 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해 제2 배터리 모듈(B2)의 전압을 측정하며, 제3 센싱 라인(SL3) 및 제6 센싱 라인(SL6)을 통해 제3 배터리 모듈(B3)의 전압을 측정할 수 있다.
바람직하게, 측정부(110)가 제1 센싱 라인(SL1)과 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제1 배터리 모듈(B1)의 전압을 측정할 때, 제1 노드와 제2 배터리 모듈(B2), 제1 노드와 제3 배터리 모듈(B3), 제2 노드와 제2 배터리 모듈(B2) 및 제2 노드와 제3 배터리 모듈(B3)의 연결이 차단될 수 있다. 마찬가지로, 측정부(110)가 제2 배터리 모듈(B2) 또는 제3 배터리 모듈(B3)의 전압을 측정할 때, 제1 노드와 나머지 배터리 모듈 간의 연결 및 제2 노드와 나머지 배터리 모듈 간의 연결이 차단될 수 있다.
또한, 측정부(110)는 제7 센싱 라인(SL7)을 통해 배터리 팩(1)의 충방전 경로 상에 설치된 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 션트 저항 또는 전류계일 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제7 센싱 라인(SL7)을 통해 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전류를 측정할 수 있다. 여기서, 충방전 경로란 복수의 배터리 모듈(B)의 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 대전류 경로를 의미할 수 있다. 즉, 충방전 경로는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 복수의 배터리 모듈(B) 및 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)를 연결하는 경로일 수 있다. 도 2의 실시예에서는 전류 측정 유닛(A)이 복수의 배터리 모듈(B)과 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이에 연결된 것으로 도시되었으나, 이와 달리 전류 측정 유닛(A)은 복수의 배터리 모듈(B)과 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 연결될 수도 있다.
바람직하게, 측정부(110)가 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 측정할 때, 측정 대상이 되는 배터리 모듈만이 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)에 연결될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)가 제1 배터리 모듈(B1)의 전압 및 전류를 측정할 때, 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3)은 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)와 연결이 차단될 수 있다. 이를 위해서, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 일단 또는 양단에 스위칭 소자가 더 구비될 수 있으며, 이러한 스위칭 소자는 측정부(110) 및/또는 제어부(120)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있다.
제어부(120)는 상기 측정부(110)로부터 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 측정부(110)와 통신 가능하도록 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 측정부(110)로부터 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 수신할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 수신한 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정부(110)는 소정의 시간 동안 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전류 및 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 상기 소정의 시간 동안의 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 변화량 및 전류 변화량을 산출하고, 산출된 전압 변화량 및 전류 변화량에 기반하여 내부 저항을 추정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 옴의 법칙(Ohm's law)에 기반하여, “R=△V÷△I"의 수식에 따라 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정할 수 있다. 여기서, R은 내부 저항이고, △V는 소정 시간 동안의 전압 변화량이며, △I는 소정 시간 동안의 전류 변화량이다.
또한, 제어부(120)는 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정하고, 추정된 복수의 내부 저항을 통합하여 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 하나의 기준 저항을 설정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 회귀 분석 알고리즘을 추정된 복수의 내부 저항에 적용하여 하나의 기준 저항을 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(120)는 중앙값 절대 편차(Median absolute deviation, MAD) 또는 평균값 절대 편차(Average absolute deviation, AAD)를 이용하여, 복수의 내부 저항에 대한 하나의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값을 기준 저항으로 설정할 수 있다.
즉, 제어부(120)에 의해 설정된 기준 저항은 복수의 배터리 모듈(B)의 현재 상태가 반영된 저항값일 수 있다. 즉, 제어부(120)는 미리 설정된 저항값을 복수의 배터리 모듈(B)의 현재 상태를 판단하기 위한 기준 저항으로 설정하지 않고, 복수의 배터리 모듈(B)의 현재 상태를 판단하기 위한 시점에 추정된 복수의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 타겟 모듈을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)에 의해 설정된 기준 저항은 복수의 배터리 모듈(B)의 현재 상태가 반영된 저항값이므로, 제어부(120)는 설정된 기준 저항과 복수의 내부 저항 각각의 크기를 비교할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 복수의 내부 저항 중 설정된 기준 저항과 일정 크기 이상 차이가 나는 내부 저항을 선택하고, 선택된 내부 저항에 대응되는 배터리 모듈을 타겟 모듈로 결정할 수 있다.
즉, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각의 저항 편차를 산출하고, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 산출된 저항 편차가 미리 설정된 기준 편차 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부(120)는 결정된 타겟 모듈의 내부 저항과 미리 설정된 참조 저항을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(120)는, 상기 타겟 모듈의 내부 저항과 참조 저항의 대소를 비교할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 타겟 모듈의 내부 저항이 참조 저항 이상이면, 타겟 모듈의 상태를 결함 상태로 판단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(120)는 타겟 모듈의 내부 저항이 참조 저항 미만이면, 타겟 모듈의 상태를 정상 상태로 판단하도록 구성될 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 제어부(120)가 타겟 모듈의 내부 저항을 하나의 참조 저항과 비교한 결과에 따라 타겟 모듈의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하였으나, 제어부(120)는 미리 설정된 2개 이상의 참조 저항을 이용하여 타겟 모듈의 상태를 보다 세부적으로 판단할 수도 있음을 유의한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 판단하기 위하여, 복수의 배터리 모듈(B)의 현재 상태를 반영하는 기준 저항을 설정할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는 기준 저항과 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 1차적으로 비교하여 타겟 모듈을 결정하고, 결정된 타겟 모듈의 내부 저항과 기설정된 참조 저항을 2차적으로 비교하여 타겟 모듈의 상태를 판단할 수 있다.
즉, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(B) 간의 내부 저항을 상대적으로 비교한 후 타겟 모듈에 대해서만 상태를 판단할 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태가 판단되는 경우에 소요되는 시간에 비해 타겟 모듈의 상태 판단되는 경우에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 참조 저항에 기반하여 타겟 모듈의 상태를 판단하기 때문에, 참조 저항에 기반하여 복수의 배터리 모듈(B) 전부의 상태가 판단되는 경우보다 시스템 자원 및 전력이 불필요하게 소모되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 제어부(120)가 배터리 모듈의 상태를 판단하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(130)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)에 의해 타겟 모듈이 결정되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.
상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 상기 산출된 저항 편차와 상기 기준 편차를 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈(B)의 상태 인자를 가감하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상태 인자는 초기에 0으로 설정될 수 있으며, 제어부(120)에 의해 가감되어 0 이상의 자연수로 표현될 수 있는 파라미터이다.
구체적으로, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 중 산출된 저항 편차가 기준 편차 미만인 배터리 모듈의 상태 인자를 감산할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 중 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 배터리 모듈의 상태 인자를 가산할 수 있다.
예컨대, 산출된 저항 편차가 기준 편차 미만인 배터리 모듈의 상태 인자는 제1 크기씩 감소될 수 있다. 반대로, 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 배터리 모듈의 상태 인자는 제2 크기씩 증가될 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 상기 상태 인자가 미리 설정된 기준값 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 기준값이 10이고, 제2 크기가 3이며, 제1 크기가 2라고 가정한다. 또한, 도 2의 실시예에서, 제1 내지 제4 시점에서 배터리 모듈에 대한 내부 저항이 추정되었다고 가정한다.
만약, 제1 내지 제4 시점에서, 제1 배터리 모듈(B1)의 저항 편차가 기준 편차 이상이라면, 제1 배터리 모듈(B1)의 상태 인자는 12일 수 있다. 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 상태 인자 12가 기준값 10보다 크기 때문에, 제1 배터리 모듈(B1)을 타겟 모듈로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항과 참조 저항을 비교하여 제1 배터리 모듈(B1)의 상태를 판단할 수 있다.
이와 달리, 제1 및 제3 시점에서 제2 배터리 모듈(B2)의 저항 편차는 기준 편차 이상이고, 제2 및 제4 시점에서 제2 배터리 모듈(B2)의 저항 편차는 기준 편차 이하이면, 제2 배터리 모듈(B2)의 상태 인자는 2일 수 있다. 제어부(120)는 제2 배터리 모듈(B2)의 상태 인자 2가 기준값 10보다 작기 때문에, 제2 배터리 모듈(B2)을 타겟 모듈로 결정하지 않을 수 있다.
마지막으로, 제1 내지 제4 시점에서, 제3 배터리 모듈(B3)의 저항 편차가 기준 편차 미만이라면, 제3 배터리 모듈(B3)의 상태 인자는 0일 수 있다. 제어부(120)는 제3 배터리 모듈(B3)의 상태 인자 0이 기준값 10보다 작기 때문에, 제3 배터리 모듈(B3)을 타겟 모듈로 결정하지 않을 수 있다.
즉, 제어부(120)는 배터리 모듈의 저항 편차가 기준 편차 이상인 경우가 복수 회 발생하여 상태 인자가 기준값 이상일 때, 해당 배터리 모듈을 타겟 모듈로 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)에 의해 설정되는 기준 저항은 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 추정된 내부 저항에 기반하여 매 시점마다 설정되는 것이다. 따라서, 한 번이라도 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 배터리 모듈을 모두 타겟 모듈로 결정하게 되면, 배터리 모듈의 상태가 잘못 판단될 가능성이 있다.
예컨대, 배터리 모듈의 전압 및/또는 전류의 측정 오차, 노이즈, 및/또는 일시적으로 비균등하게 증가된 사용량 증가 등의 다양한 원인에 따라 배터리 모듈의 내부 저항이 일시적으로 증가될 수 있다. 이러한 예외적인 경우에도, 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 배터리 모듈을 타겟 모듈로 즉시 결정하고, 타겟 모듈의 내부 저항에 기초하여 타겟 모듈의 상태가 판단된다면 판단된 타겟 모듈의 상태와 실제 타겟 모듈의 상태가 상이해지는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 이러한 예외적인 상황에서 배터리 모듈의 상태를 잘못 판단하는 것을 방지하기 위하여, 상기 제어부(120)는, 상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 미만이면 상기 상태 인자를 감산하고, 상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 이상이면 상기 상태 인자를 가산함으로써, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태 인자를 누적하여 가감하도록 구성될 수 있다.
또한, 이를 위해서는, 바람직하게, 기준값은 제2 크기를 초과하도록 미리 설정되고, 제2 크기는 제1 크기 이상으로 미리 설정될 수 있다. 즉, 적어도 2회 이상 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 배터리 모듈이 타겟 모듈로 결정될 수 있도록, 기준값, 제2 크기 및 제1 크기가 설정될 수 있다.
보다 바람직하게, 제2 크기는 제1 크기를 초과하도록 미리 설정될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 예외적인 상황에서의 배터리 모듈의 상태가 잘못 판단되는 것을 방지하기 위해 기준값은 제2 크기를 초과하도록 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(120)에 의해 결함 상태인 배터리 모듈이 보다 신속하게 판단될 수 있도록 제2 크기는 제1 크기를 초과하도록 설정될 수 있다.
예컨대, 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상인 경우와 산출된 저항 편차가 기준 편차 미만인 경우가 매 시점마다 번갈아가며 발생되면, 해당 배터리 모듈의 상태 인자는 점차 증가될 수 있다. 즉, 이러한 배터리 모듈은 나머지 배터리 모듈에 비해 내부 저항의 변동폭이 크기 때문에, 이러한 상태가 반복될수록 해당 배터리 모듈은 결함 상태일 가능성이 높아진다. 따라서, 제2 크기는 제1 크기를 초과하도록 설정될 수 있다.
또한, 제어부(120)는, 상기 타겟 모듈의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 미리 설정된 복수의 저항 구간 중 상기 타겟 모듈의 상기 산출된 저항 편차가 속하는 저항 구간을 선택하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 복수의 저항 구간 각각은 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 결함 상태인 결함 셀의 개수를 결정하기 위하여 미리 설정된 저항 구간일 수 있다. 예컨대, 복수의 저항 구간은 제1 내지 제N+1 저항 구간으로 설정될 수 있다. 여기서, N은 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 총 개수일 수 있다.
제어부(120)는 상기 선택된 저항 구간에 기반하여 상기 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 결함 셀의 개수를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 결함 상태로 판단된 타겟 모듈에 대해 산출된 저항 편차가 제1 저항 구간에 속하면, 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 모두가 정상 셀일 수 있다. 그리고, 결함 상태로 판단된 타겟 모듈에 대해 산출된 저항 편차가 제2 저항 구간에 속하면, 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 1개의 배터리 셀이 결함 셀일 수 있다. 이와 마찬가지로, 결함 상태로 판단된 타겟 모듈에 대해 산출된 저항 편차가 제N+1 저항 구간에 속하면, 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 모두가 결함 셀일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 배터리 모듈의 상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 모듈에 포함된 결함 셀의 개수도 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)에 따르면 배터리 모듈의 상태가 보다 다양한 측면에서 판단될 수 있는 장점이 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 결함 셀의 개수가 미리 설정된 참조 개수 이상인 경우, 상기 타겟 모듈에 대한 고장 진단 코드를 생성하고, 생성된 고장 진단 코드를 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 참조 개수가 2개라고 가정한다. 제어부(120)는 타겟 모듈에 포함된 결함 셀의 개수가 2개인 경우, 타겟 모듈에 대한 고장 진단 코드를 생성할 수 있다.
즉, 앞선 실시예에서, 타겟 모듈에 대해 산출된 저항 편차가 제3 내지 제N+1 저항 구간 중 어느 하나에 포함되는 경우, 제어부(120)는 타겟 모듈에 대한 고장 진단 코드를 생성할 수 있다.
이러한 방식으로 생성된 고장 진단 코드는 외부로 출력됨으로써, 현재 타겟 모듈에 참조 개수 이상의 결함 셀이 포함되었다는 정보를 외부로 전송할 수 있다. 따라서, 타겟 모듈에 대한 교체가 신속하게 진행될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 배터리 모듈에 대한 관리가 신속하게 이루어질 수 있다.
상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 추정할 때마다, 상기 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 기준 저항을 설정하도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 판단하기 위해, 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 판단하고자 할 때마다, 측정부(110)로부터 복수의 배터리 모듈(B)의 전압 및 전류를 수신하여 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정하고, 추정된 복수의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정할 수 있다.
따라서, 제어부(120)는 미리 설정된 기준 저항을 이용하지 않고, 각각의 판단 시점마다 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 반영하는 새로운 기준 저항을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B)의 퇴화를 반영하여 기준 저항을 설정함으로써, 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
예컨대, 기준 저항이 BOL(Beginning of life) 상태의 복수의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈에 대해 미리 설정된 경우, 복수의 배터리 모듈(B)이 퇴화되면 복수의 배터리 모듈(B) 전부가 타겟 모듈로 결정되는 문제가 발생될 수 있다.
이와 달리, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B)의 현재의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정하기 때문에, 복수의 배터리 모듈(B)이 퇴화되더라도 상대적으로 더 퇴화된 타겟 모듈(예컨대, 내부 저항이 더 증가된 타겟 모듈)을 결정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 다른 배터리 모듈에 비해 상대적으로 퇴화 속도가 빠른 타겟 모듈의 상태를 보다 구체적으로 판단할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 획득한 복수의 배터리 모듈(B)의 전압과 전류를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 측정부(110)는 8개의 배터리 모듈 각각이 방전되는 동안 각각의 배터리 모듈의 전압 및 전류를 측정할 수 있다. 구체적으로, 측정부(110)는 3초 동안 8개의 배터리 모듈의 전압 및 전류를 측정할 수 있으며, 각각의 배터리 모듈은 1초 시점부터 3초 시점까지 2초 동안 방전될 수 있다. 제어부(120)는 충방전 경로에 방전 전류가 흐르기 시작한 1초 시점부터 방전 최대 전류가 흐르기 시작한 2초 시점까지의 전압 변화량 및 전류 변화량에 기반하여 각각의 배터리 모듈의 내부 저항을 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 추정한 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 8개의 배터리 모듈 중 6개의 배터리 모듈(M)은 내부 저항이 비슷하지만, 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)의 내부 저항은 6개의 배터리 모듈(M)의 내부 저항과 크게 차이날 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 8개의 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 8개의 배터리 모듈 각각의 내부 저항과 설정된 기준 저항 간의 저항 편차를 산출할 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)에 대해 산출된 저항 편차는 기준 편차 이상이고, 6개의 배터리 모듈(M)에 대해 산출된 저항 편차는 기준 편차 미만일 수 있다. 제어부(120)는 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)의 상태 인자에 제2 크기를 가산하고, 6개의 배터리 모듈(M)의 상태 인자에 제1 크기를 감산할 수 있다.
만약, 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)의 상태 인자에 제2 크기가 가산되어, 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)의 상태 인자가 기준값 이상이 된 경우, 제어부(120)는 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)을 각각 타겟 모듈로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 타겟 모듈로 결정된 2개의 배터리 모듈(TM1, TM2)의 내부 저항과 참조 저항을 비교함으로써, 타겟 모듈(TM1, TM2)의 상태를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 모듈(B) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)에는 충방전부(2)가 연결될 수 있다. 여기서, 충방전부(2)는 배터리 팩(1)에 충전 전류를 인가하여 복수의 배터리 모듈(B)을 충전시키거나, 복수의 배터리 모듈(B)로부터 방전 전류를 인가받을 수 있다. 예컨대, 측정부(110)는 충방전부(2)에 의해 소정의 시간 동안 복수의 배터리 모듈(B)이 방전될 때, 복수의 배터리 모듈(B)의 전압 및 전류를 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 전압 및 전류에 기반하여 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 판단하는 방법이다. 바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명함을 유의한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 측정 단계(S100), 내부 저항 추정 단계(S200), 기준 저항 설정 단계(S300), 타겟 모듈 결정 단계(S400) 및 상태 판단 단계(S500)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류를 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 배터리 모듈(B1), 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3) 각각의 전압 및 전류를 측정할 수 있다.
내부 저항 추정 단계(S200)는 상기 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 추정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 측정부(110)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 제어부(120)는 측정부(110)로부터 제1 배터리 모듈(B1), 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3)의 전압 및 전류를 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 수신한 전압 및 전류에 기반하여 제1 배터리 모듈(B1), 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3) 각각의 내부 저항을 추정할 수 있다.
기준 저항 설정 단계(S300)는 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항, 제2 배터리 모듈(B2)의 내부 저항 및 제3 배터리 모듈(B3)의 내부 저항을 추정한 후, 추정된 3개의 내부 저항에 기반하여 기준 저항을 설정할 수 있다. 제어부(120)는 추정된 3개의 내부 저항에 대한 중앙값 절대 편차를 산출하여 기준 저항을 설정할 수 있다.
타겟 모듈 결정 단계(S400)는 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 타겟 모듈을 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 제어부(120)는 산출한 기준 저항과 제1 배터리 모듈(B1), 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3) 각각의 내부 저항을 비교하여, 각 배터리 모듈에 대한 저항 편차를 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 내지 제3 배터리 모듈(B1 내지 B3) 각각에 대해 산출한 저항 편차와 기준 편차를 비교할 수 있다.
제1 배터리 모듈(B1)에 대해 산출된 저항 편차가 기준 편차 이상이고, 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3)에 대해 산출된 저항 편차는 기준 편차 미만이라고 가정한다. 이 경우, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 상태 인자에 제2 크기를 가산하고, 제2 배터리 모듈(B2) 및 제3 배터리 모듈(B3)의 상태 인자에 제1 크기를 감산할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제2 크기가 가산된 제1 배터리 모듈(B1)의 상태 인자가 기준값 이상이면, 제1 배터리 모듈(B1)을 타겟 모듈로 결정할 수 있다.
상태 판단 단계(S500)는 결정된 타겟 모듈과 미리 설정된 저항 테이블을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 제1 배터리 모듈(B1)이 타겟 모듈로 결정되었다고 가정한다. 제어부(120)는 타겟 모듈로 결정된 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항과 미리 설정된 참조 저항을 비교하여, 제1 배터리 모듈(B1)의 상태를 판단할 수 있다. 여기서, 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항은 내부 저항 추정 단계(S200)에서 추정된 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항일 수 있다.
만약, 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항이 참조 저항 미만이면, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 상태를 정상 상태로 판단할 수 있다. 반대로, 제1 배터리 모듈(B1)의 내부 저항이 참조 저항 이상이면, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 1차적으로 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항끼리 비교하여 타겟 모듈을 결정하고, 2차적으로 결정된 타겟 모듈의 상태를 판단할 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태가 판단되는 경우보다, 결함 상태인 배터리 모듈이 신속하게 판단될 수 있으며, 상태 판단에 소모되는 시스템 자원이 절약될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 배터리 팩
2: 충방전부
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 저장부
B: 복수의 배터리 모듈
B1 내지 B3: 제1 내지 제3 배터리 모듈

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈의 상태를 판단하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각이 충전 또는 방전될 때, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 측정부; 및
    상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 수신하고, 수신한 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 추정하며, 추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하고, 설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 타겟 모듈을 결정하며, 결정된 타겟 모듈의 내부 저항과 미리 설정된 참조 저항을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각의 저항 편차를 산출하고, 상기 복수의 배터리 모듈 중 산출된 저항 편차가 미리 설정된 기준 편차 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 저항 편차와 상기 기준 편차를 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈의 상태 인자를 가감하고, 상기 상태 인자가 미리 설정된 기준값 이상인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 미만이면 상기 상태 인자를 감산하고, 상기 산출된 저항 편차가 상기 기준 편차 이상이면 상기 상태 인자를 가산함으로써, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태 인자를 누적하여 가감하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 모듈의 내부 저항이 상기 참조 저항 이상이면, 상기 타겟 모듈의 상태를 결함 상태로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 모듈의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 미리 설정된 복수의 저항 구간 중 상기 타겟 모듈의 상기 산출된 저항 편차가 속하는 저항 구간을 선택하고, 상기 선택된 저항 구간에 기반하여 상기 타겟 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 결함 셀의 개수를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결함 셀의 개수가 미리 설정된 참조 개수 이상인 경우, 상기 타겟 모듈에 대한 고장 진단 코드를 생성하고, 생성된 고장 진단 코드를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 모듈의 내부 저항이 상기 참조 저항 미만이면, 상기 타겟 모듈의 상태를 정상 상태로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항을 추정할 때마다, 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 기준 저항을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  11. 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈의 상태를 판단하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류를 측정하는 측정 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 및 전류에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 추정하는 내부 저항 추정 단계;
    추정된 복수의 내부 저항으로부터 기준 저항을 설정하는 기준 저항 설정 단계;
    설정된 기준 저항과 상기 복수의 내부 저항 각각을 비교하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 타겟 모듈을 결정하는 타겟 모듈 결정 단계; 및
    결정된 타겟 모듈과 미리 설정된 저항 테이블을 비교하여 상기 타겟 모듈의 상태를 판단하는 상태 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
KR1020200112666A 2020-09-03 2020-09-03 배터리 관리 장치 및 방법 KR20220030824A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200112666A KR20220030824A (ko) 2020-09-03 2020-09-03 배터리 관리 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200112666A KR20220030824A (ko) 2020-09-03 2020-09-03 배터리 관리 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220030824A true KR20220030824A (ko) 2022-03-11

Family

ID=80814257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200112666A KR20220030824A (ko) 2020-09-03 2020-09-03 배터리 관리 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220030824A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023224209A1 (ko) * 2022-05-20 2023-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 방법, 그 방법을 제공하는 배터리 진단 장치 및 배터리 시스템
WO2023244017A1 (ko) * 2022-06-14 2023-12-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023224209A1 (ko) * 2022-05-20 2023-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 방법, 그 방법을 제공하는 배터리 진단 장치 및 배터리 시스템
WO2023244017A1 (ko) * 2022-06-14 2023-12-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 진단 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6056730B2 (ja) 蓄電システム
US7683580B2 (en) Remaining-battery-capacity estimating apparatus, remaining-battery-capacity estimating method, and remaining-battery-capacity estimating computer program
JP7072607B2 (ja) デューティ制御を用いた効果的なバッテリセルのバランシング方法及びシステム
JP7169497B2 (ja) バッテリー管理装置
JP2013200312A (ja) 劣化判定装置、劣化判定方法、及びプログラム
JP7223135B2 (ja) バッテリーパックの状態診断装置及び方法
JP7259085B2 (ja) バッテリー状態診断装置及び方法
JP7293566B2 (ja) バッテリー退化度診断装置及び方法
US20110187378A1 (en) State of charge determination for an electrical accumulator
KR101547004B1 (ko) 배터리 잔존 수명 추정 장치 및 방법
KR20220060814A (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
KR20220030824A (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
JP2023519692A (ja) バッテリー管理装置及び方法
US20230296688A1 (en) Battery Diagnosing Apparatus and Method
JP2022535766A (ja) 電池セル異常劣化診断装置および方法
JP2023524645A (ja) バッテリー管理装置及び方法
KR20220048371A (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
KR102427331B1 (ko) 전류 센서 진단 장치 및 방법
JP7285963B2 (ja) バッテリー管理装置及び方法
KR20220093843A (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
KR20220048370A (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
KR20210073336A (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
JP2023528058A (ja) バッテリー管理装置及び方法
KR20240058619A (ko) 충방전 용량 비율을 이용한 배터리 이상 감지장치 및 방법
JP2023530297A (ja) バッテリー管理装置及び方法