KR20220060814A - 배터리 진단 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하도록 구성된 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보를 수신하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항 및 저항 편차를 산출하며, 산출된 제1 기준 저항 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부를 타겟 모듈로 선택하며, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항을 산출하고, 산출된 제2 기준 저항 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하며, 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 배터리 모듈의 저항에 기반하여 각각의 배터리 모듈의 상태를 진단할 수 있는 배터리 진단 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.
배터리 셀은 한정적인 용량을 가지고 있기 때문에, 복수의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 배터리 모듈이 주로 사용되고 있다. 다만, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 개수가 많아지면, 배터리 셀 자체의 문제 및/또는 배터리 셀 간의 연결 문제로 인하여 배터리 셀에 대한 이상 상황이 발생될 수 있다.
예컨대, 복수의 배터리 셀 간의 연결 해제, 배터리 셀의 설치 위치에 따른 열 불평형의 누적으로 인한 불균일 퇴화, 및/또는 불균일한 퇴화로 인한 전류 쏠림 현상 등이 발생될 수 있다.
따라서, 배터리 모듈 및 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀에 대한 상태를 정확하고 신속하게 진단하는 기술 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 모듈의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 배터리 진단 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 진단 장치는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하도록 구성된 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보를 수신하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항 및 저항 편차를 산출하며, 산출된 제1 기준 저항 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부를 타겟 모듈로 선택하며, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항을 산출하고, 산출된 제2 기준 저항 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하며, 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 모두 속하는 배터리 모듈의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 또는 상기 제2 저항 구간에 속하지 않는 배터리 모듈의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 상기 제1 기준 저항을 산출하고, 산출된 제1 기준 저항과 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항 간의 차이에 따라 상기 저항 편차를 산출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 기준 저항에서 상기 저항 편차를 감산하여 제1 하한값을 산출하고, 상기 제1 기준 저항에서 상기 저항 편차를 가산하여 제1 상한값을 산출하며, 산출된 상기 제1 하한값 및 상기 제1 상한값에 기반하여 상기 제1 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 제1 기준 저항과 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항 간의 절대 편차를 산출하고, 소정의 스케일 상수를 이용하여 상기 산출된 절대 편차를 상기 저항 편차로 변환하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 기준 저항은, 상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항에 대한 중앙값일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 기준 저항 이하인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 선택하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 배터리 셀의 병렬 연결 개수에 기반하여 병렬 편차를 산출하고, 상기 제2 기준 저항과 산출된 병렬 편차에 따라 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 기준 저항에서 상기 병렬 편차를 감산하여 제2 하한값을 산출하고, 상기 제2 기준 저항에서 상기 병렬 편차를 가산하여 제2 상한값을 산출하며, 산출된 상기 제2 하한값 및 상기 제2 상한값에 기반하여 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 병렬 연결 개수에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 병렬 계수를 산출하고, 산출된 병렬 계수와 상기 제2 기준 저항을 곱하여 상기 병렬 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 기준 저항은, 상기 타겟 모듈의 내부 저항에 대한 평균값일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진다 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하는 저항 측정 단계; 상기 저항 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항 및 저항 편차를 산출하는 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계; 상기 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계에서 산출된 제1 기준 저항 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하는 제1 저항 구간 설정 단계; 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부를 타겟 모듈로 선택하는 타겟 모듈 선택 단계; 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항을 산출하는 제2 기준 저항 산출 단계; 상기 제2 기준 저항 산출 단계에서 산출된 제2 기준 저항 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하는 제2 저항 구간 설정 단계; 및 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 측정된 내부 저항이 제1 저항 구간 및 제2 저항 구간에 속하는지 여부에 따라 배터리 모듈의 상태가 진단되기 때문에, 보다 엄격한 기준으로 배터리 모듈의 상태가 진단될 수 있다. 따라서, 배터리 진단 장치에 의해 진단되는 배터리의 상태에 대한 진단 정확도가 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 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 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 저항 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
저항 측정부(110)는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리 모듈은 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.
저항 측정부(110)는 충전이 시작되는 경우 또는 방전이 종료되는 경우에 배터리 모듈의 저항을 측정할 수 있다. 바람직하게, 저항 측정부(110)는 배터리 모듈의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 저항 측정부(110)는 배터리 모듈의 충전이 시작되는 제1 시점에서 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 배터리 모듈의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 저항 측정부(110)는 제1 시점 및 제2 시점에서 각각 측정된 배터리 모듈의 전압 간의 전압차를 산출할 수 있다. 그리고, 저항 측정부(110)는 산출한 전압차와 배터리 모듈에 대한 충전 전류를 이용하여 배터리 모듈의 내부 저항을 산출할 수 있다. 여기서, 충전 전류(또는 방전 전류)의 크기는 미리 설정된 값이거나, 저항 측정부(110)가 직접 측정한 값일 수 있다. 또한, 저항 측정부(110)는 충전 전류(또는 방전 전류)의 크기를 외부로부터 수신할 수도 있다.
예컨대, 저항 측정부(110)는 제1 시점에서 배터리 모듈의 제1 전압을 측정하고, 제1 시점으로부터 5초가 경과한 제2 시점에서 배터리 모듈의 제2 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 저항 측정부(110)는 제2 전압과 제1 전압 간의 차이에 기반하여 배터리 모듈의 저항을 측정할 수 있다.
이하에서는, 배터리 모듈은 정전류로 충전 및/또는 방전될 수 있다고 가정한다.
이 경우, 저항 측정부(110)는 다음의 수식 1을 통해 배터리 모듈의 저항을 측정할 수 있다.
[수식 1]
여기서, DCIR은 배터리 모듈의 저항[Ω]이고, I는 배터리 모듈에 대한 충전 전류[mA] 또는 방전 전류[mA]이다. △V는 소정의 시간 동안의 배터리 모듈의 전압차[mV]이다. i는 배터리 모듈 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상 n 이하일 수 있다. n은 배터리 진단 장치(100)에 의해 상태가 진단될 복수의 배터리 모듈의 총 개수일 수 있다.
예컨대, 저항 측정부(110)는 충전이 시작되는 제1 시점에서 배터리 모듈의 제1 전압(V1)을 측정할 수 있다. 그리고, 저항 측정부(110)는 제1 시점으로부터 소정의 시간이 경과된 제2 시점에서 배터리 모듈의 제2 전압(V2)을 측정할 수 있다. 저항 측정부(110)는 "V2-V1"를 계산하여, 제1 시점 내지 제2 시점 사이의 배터리 모듈의 전압차를 산출할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈에 대한 충전 전류(I)의 크기는 일정하기 때문에, 저항 측정부(110)는 전압차(△V)와 전류(I)에 기반하여, 배터리 모듈의 저항(DCIR)을 측정할 수 있다.
제어부(120)는 상기 저항 측정부(110)로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
제어부(120)와 저항 측정부(110)는 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 저항 측정부(110)는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하고, 측정된 내부 저항에 대한 저항 정보를 제어부(120)로 송신할 수 있다.
제어부(120)는 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항(R1) 및 저항 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
제1 기준 저항(R1)은 복수의 배터리 모듈의 내부 저항이 모두 고려되어 산출된 값으로서, 복수의 배터리 모듈의 내부 저항을 대표하는 값일 수 있다. 그리고, 저항 편차는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항과 제1 기준 저항(R1)에 기반하여 산출된 값일 수 있다.
예컨대, 제1 기준 저항(R1)은, 복수의 배터리 모듈의 내부 저항을 대표하는 값으로서, 중앙값 또는 평균값 등이 적용될 수 있다. 바람직하게, 제1 기준 저항(R1)은 복수의 배터리 모듈의 내부 저항의 중앙값일 수 있다.
제어부(120)는 산출된 제1 기준 저항(R1) 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 2는 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 그래프의 형태로 나타낸 도면으로, 제1 기준 저항(R1), 제1 상한값(U1) 및 제1 하한값(L1)을 포함한다. 도 2에서 Y축은 내부 저항[Ω]을 나타내며, X축은 배터리 모듈(B)의 일련 번호일 수 있다. 즉, X축의 값은 내부 저항과는 독립적인 값으로서, 복수의 배터리 모듈(B)을 각각을 식별할 수 있는 인자라면 제한 없이 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 기준 저항(R1)을 중심으로 대칭적으로 제1 하한값(L1) 및 제1 상한값(U1)이 설정될 수 있다. 제1 하한값(L1)부터 제1 상한값(U1)까지의 저항 구간이 제1 저항 구간으로 설정될 수 있다. 그리고, 도 2의 실시예에서, 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항은 전부 제1 저항 구간 내에 포함될 수 있다.
제어부(120)는 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 일부를 타겟 모듈로 선택하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 중 2 이상의 배터리 모듈(B)을 타겟 모듈로 선택할 수 있다. 바람직하게, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 기준 저항(R1) 이하인 배터리 모듈(B)을 상기 타겟 모듈로 선택하도록 구성될 수 있다.
제1 기준 저항(R1)은 복수의 배터리 모듈(B)의 중앙값 또는 평균값이 적용될 수 있다. 제1 기준 저항(R1)이 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항의 평균값인 경우, 내부 저항이 평균 이하인 배터리 모듈(B)이 타겟 모듈로 선택될 수 있다. 반대로, 제1 기준 저항(R1)이 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항의 중앙값인 경우, 내부 저항이 하위 50%에 속하는 배터리 모듈(B)이 타겟 모듈로 선택될 수 있다.
제어부(120)는 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항(R2)을 산출하도록 구성될 수 있다.
제2 기준 저항(R2)은 제어부(120)에 의해 선택된 복수의 타겟 모듈의 내부 저항이 모두 고려되어 산출된 값으로서, 복수의 타겟 모듈의 내부 저항을 대표하는 값일 수 있다. 즉, 제2 기준 저항(R2)은 복수의 타겟 모듈의 내부 저항을 대표하는 저항값이고, 제1 기준 저항(R1)은 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 대표하는 저항값일 수 있다.
예컨대, 제2 기준 저항(R2)은, 복수의 타겟 모듈의 내부 저항을 대표하는 값으로서, 중앙값 또는 평균값 등이 적용될 수 있다. 바람직하게, 제2 기준 저항(R2)은 복수의 타겟 모듈의 내부 저항의 평균값일 수 있다.
제어부(120)는 산출된 제2 기준 저항(R2) 및 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리 셀 간의 연결 구조란, 각각의 배터리 모듈(B)에 포함된 복수의 배터리 셀이 서로 연결된 직렬 또는 병렬 구조를 의미한다. 그리고, 제어부(120)에 의해 고려되는 배터리 셀 간의 연결 구조는, 복수의 배터리 셀에 대해 형성된 병렬 연결 구조의 개수일 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈(B)에 총 16개의 배터리 셀이 포함되고, 8개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 2개의 단위 모듈을 형성하며, 2개의 단위 모듈은 서로 병렬로 연결된다고 가정한다. 이 경우, 제어부(120)는 배터리 모듈(B)에 포함된 복수의 배터리 셀 간의 병렬 연결 구조의 개수가 2인 것으로 결정할 수 있다. 바람직하게, 복수의 배터리 모듈(B)은 포함된 복수의 배터리 셀의 연결 구조가 동일한 모듈일 수 있다. 즉, 앞선 실시예에서, 복수의 배터리 모듈(B)은 모두, 16개의 배터리 셀을 포함하고, 16개의 배터리 셀은 8개씩 직렬로 연결되어 2개의 단위 모듈을 형성하며, 형성된 2개의 단위 모듈은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 저항 구간을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 그래프의 형태로 나타낸 도면으로, 제2 기준 저항(R2), 제2 상한값(U2) 및 제2 하한값(L2)을 포함한다. 도 2와 마찬가지로, 도 3에서 Y축은 내부 저항[Ω]을 나타내며, X축은 배터리 모듈(B)의 일련 번호일 수 있다. 즉, X축의 값은 내부 저항과는 독립적인 값으로서, 복수의 배터리 모듈(B)을 각각을 식별할 수 있는 인자라면 제한 없이 적용될 수 있다. 구체적으로, 도 2 및 도 3의 실시예에서, 도시된 복수의 배터리 모듈(B)은 동일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 기준 저항(R2)을 중심으로 대칭적으로 제2 하한값(L2) 및 제2 상한값(U2)이 설정될 수 있다. 제2 하한값(L2)부터 제2 상한값(U2)까지의 저항 구간이 제2 저항 구간으로 설정될 수 있다. 그리고, 도 3의 실시예에서, 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항은 전부 제1 저항 구간 내에 포함될 수 있다.
제어부(120)는 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
제어부(120)는 제1 저항 구간과 제2 저항 구간 중 어느 하나만을 고려하지 않고, 제1 저항 구간과 제2 저항 구간을 모두 고려하여 복수의 배터리 모듈(B)의 상태를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 모두 속하는 배터리 모듈(B)의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 또는 상기 제2 저항 구간에 속하지 않는 배터리 모듈(B)의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예를 참조하면, 복수의 배터리 모듈(B) 중 제1 배터리 모듈(B1) 및 제2 배터리 모듈(B2)은 측정된 내부 저항이 제1 저항 구간 내에 포함될 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(B1) 및 제2 배터리 모듈(B2)은 측정된 내부 저항이 제1 기준 저항(R1)보다 크지만, 제1 상한값(U1)보다는 작을 수 있다.
다만, 도 3의 실시예를 참조하면, 복수의 배터리 모듈(B) 중 제1 배터리 모듈(B1) 및 제2 배터리 모듈(B2)은 측정된 내부 저항이 제2 저항 구간에 포함되지 않을 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(B1) 및 제2 배터리 모듈(B2)은 측정된 내부 저항이 제2 기준 저항(R2)보다 크고, 제2 상한값(U2)보다도 클 수 있다.
따라서, 제어부(120)는 제1 배터리 모듈(B1) 및 제2 배터리 모듈(B2)의 상태를 비정상 상태라고 진단할 수 있다.
즉, 제1 저항 구간은 복수의 배터리 모듈(B)에 대해 설정된 저항 구간이지만, 제2 저항 구간은 복수의 타겟 모듈(T)에 대해서 설정된 저항 구간일 수 있다. 따라서, 제1 저항 구간과 제2 저항 구간은 서로 상이할 수 있다. 배터리 진단 장치(100)는 측정된 내부 저항이 제1 저항 구간 및 제2 저항 구간에 속하는지 여부에 따라 배터리 모듈(B)의 상태를 진단하기 때문에, 보다 엄격한 기준으로 배터리 모듈(B)의 상태를 진단할 수 있다. 또한, 배터리 진단 장치(100)는 2개의 독립된 저항 구간에 기반하여 배터리 모듈(B)의 상태를 진단하기 때문에, 배터리 진단 장치(100)에 의해 진단되는 배터리의 상태에 대한 진단 정확도가 향상될 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 진단 장치(100)는 비정상 상태로 진단된 배터리 모듈(B)에 대한 정보를 저장하거나 외부로 출력할 수 있다. 따라서, 비정상 상태로 진단된 배터리 모듈(B)에 대한 교체 및/또는 정밀 점검이 수행될 수 있다. 즉, 비정상 상태인 배터리 모듈(B)이 지속적으로 사용됨으로써 발생될 수 있는 폭발, 화재 등의 사고가 미연에 방지될 수 있다.
한편, 배터리 진단 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, 배터리 진단 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 진단 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.
예컨대, 저장부(130)는 저항 측정부(110)가 측정한 복수의 배터리 모듈(B)의 저항 정보를 저장할 수 있다. 제어부(120)는 저항 측정부(110)로부터 저항 정보를 직접 수신하거나, 저장부(130)에 접근(access)하여 저장된 저항 정보를 획득할 수도 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 제1 저항 구간을 설정하는 내용에 대해 구체적으로 설명한다.
상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항에 기반하여 상기 제1 기준 저항(R1)을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 저항 측정부(110)에 의해 측정된 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항에 대한 중앙값을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 산출된 중앙값을 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 제1 기준 저항(R1)으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항을 크기 순서대로 정렬하였을 때, 중앙에 위치하는 값을 제1 기준 저항(R1)으로 설정할 수 있다.
제어부(120)는 산출된 제1 기준 저항(R1)과 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항 간의 차이에 따라 상기 저항 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 산출된 제1 기준 저항(R1)과 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항 간의 절대 편차를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(120)는, 제1 기준 저항(R1)과 복수의 모듈 각각의 내부 저항 간의 중앙값 절대 편차(Median absolute deviation, MAD)를 산출할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 아래의 수식 2를 이용하여 제1 기준 저항(R1)과 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항 간의 중앙값 절대 편차를 산출할 수 있다.
[수식 2]
여기서, i는 배터리 모듈(B) 각각을 가리키는 인덱스로서, 1 이상 n 이하일 수 있다. n은 배터리 진단 장치(100)에 의해 상태가 진단될 복수의 배터리 모듈(B)의 총 개수일 수 있다. R1은 제1 기준 저항이고, DCIRi은 i번 째 배터리 모듈(B)의 내부 저항이다. median()은 |DCIRi-R1|에 대한 중앙값을 출력하는 함수로서, D는 중앙값 절대 편차(이하, 절대 편차로 설명함)일 수 있다. 즉, D는 제1 기준 저항(R1)과 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항(DCIRi) 간의 절대 편차일 수 있다.
제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각에 대해 절대 편차(Di)를 산출한 후, 산출된 절대 편차(Di)를 저항 편차(S)로 변환할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 소정의 스케일 상수를 이용하여 상기 산출된 절대 편차를 상기 저항 편차로 변환하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 아래의 수식 3을 이용하여 스케일 상수를 산출할 수 있다.
[수식 3]
여기서, C는 스케일 상수이고, erfcinv(a)는 상보 오차 역함수(Inverse complementary error function)이며, a는 상수이다. 예컨대, a가 3/2인 경우, erfcinv(3/2)는 입력값 3/2에 대한 상보 오차 역함수의 출력값일 수 있다.
제어부(120)는 아래의 수식 4를 이용하여, 절대 편차를 저항 편차로 변환할 수 있다.
[수식 4]
여기서, S는 변환된 저항 편차이고, D는 수식 2에 따른 제1 기준 저항(R1)과 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항에 대한 절대 편차이며, C는 수식 3에 따른 스케일 상수이다.
상기 제어부(120)는 상기 제1 기준 저항(R1)에서 상기 저항 편차를 감산하여 제1 하한값(L1)을 산출할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)에서 저항 편차를 빼서, 제1 하한값(L1)을 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)에서 수식 4에 따른 저항 편차(S)를 빼서 제1 하한값(L1)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R1-S"를 계산하여 제1 하한값(L1)을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 상기 제1 기준 저항(R1)에서 상기 저항 편차를 가산하여 제1 상한값(U1)을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)에서 저항 편차를 더하여, 제1 상한값(U1)을 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)에서 수식 4에 따른 저항 편차(S)를 더하여 제1 상한값(U1)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R1+S"를 계산하여 제1 상한값(U1)을 산출할 수 있다.
마지막으로 제어부(120)는 산출된 상기 제1 하한값(L1) 및 상기 제1 상한값(U1)에 기반하여 상기 제1 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출한 제1 하한값(L1)을 제1 저항 구간의 하한 임계값으로 설정하고, 산출한 제1 상한값(U1)을 제1 저항 구간의 상한 임계값으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R1-S 내지 R1+S"에 해당하는 저항 구간을 제1 저항 구간으로 설정할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 제2 저항 구간을 설정하는 내용에 대해 구체적으로 설명한다.
상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각에 포함된 배터리 셀의 병렬 연결 개수에 기반하여 병렬 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 병렬 편차는 배터리 모듈(B)에 포함된 복수의 배터리 셀의 병렬 연결 개수일 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(B)에 16개의 배터리 셀이 포함되고, 8개의 배터리 셀끼리 직렬로 연결되어 2개의 단위 모듈을 형성하며, 2개의 단위 모듈이 서로 병렬로 연결되었다고 가정한다. 이 경우, 제어부(120)에 의해 산출되는 배터리 모듈(B)에 대한 병렬 연결 개수는 2일 수 있다.
이후, 제어부(120)는 병렬 연결 개수로부터 병렬 계수를 산출하고, 산출된 병렬 계수 및 제2 기준 저항(R2)에 기반하여 병렬 편차를 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 병렬 연결 개수에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 병렬 계수를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 병렬 계수는 배터리 모듈(B)에 포함된 복수의 배터리 셀의 병렬 연결 개수와 관련된 값으로서, 아래의 수식 5에 따라 산출될 수 있다.
[수식 5]
여기서, μ는 병렬 계수이고, m는 병렬 연결 개수이다. b는 상수로서, 예컨대, 0 또는 1일 수 있다. 즉, 병렬 계수(μ)는 병렬 연결 개수(m)의 역수와 관련될 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 산출된 병렬 계수와 상기 제2 기준 저항(R2)을 곱하여 상기 병렬 편차를 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 아래의 수식 6에 따라 병렬 편차를 산출할 수 있다.
[수식 6]
여기서, P는 병렬 편차이고, R2는 제2 기준 저항이며, μ는 수식 5에 따른 병렬 계수이다.
제어부(120)는 상기 제2 기준 저항(R2)과 산출된 병렬 편차에 따라 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 제2 기준 저항(R2)에서 상기 병렬 편차를 감산하여 제2 하한값(L2)을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제2 기준 저항(R2)에서 병렬 편차를 빼서, 제2 하한값(L2)을 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 제2 기준 저항(R2)에서 수식 6에 따른 병렬 편차(P)를 빼서 제2 하한값(L2)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R2-P"를 계산하여 제2 하한값(L2)을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(120)는 상기 제2 기준 저항(R2)에서 상기 병렬 편차를 가산하여 제2 상한값(U2)을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제2 기준 저항(R2)에서 병렬 편차를 더하여, 제2 상한값(U2)을 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 제2 기준 저항(R2)에서 수식 6에 따른 병렬 편차(P)를 더하여 제2 상한값(U2)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R2+P"를 계산하여 제2 상한값(U2)을 산출할 수 있다.
마지막으로, 제어부(120)는 산출된 상기 제2 하한값(L2) 및 상기 제2 상한값(U2)에 기반하여 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 산출한 제2 하한값(L2)을 제2 저항 구간의 하한 임계값으로 설정하고, 산출한 제2 상한값(U2)을 제2 저항 구간의 상한 임계값으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 "R2-P 내지 R2+P"에 해당하는 저항 구간을 제2 저항 구간으로 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 저항 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 진단 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 모듈(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리(10) 및 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 그리고, 충방전부(200)는 배터리 팩(1)에 포함될 수도 있고, 배터리 팩(1)의 외부에 구비되어 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)에 연결될 수도 있다.
도 4의 실시예에서, 배터리(10)에는 복수의 배터리 모듈(B)이 포함될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 모듈(B)은 연결 구조가 동일한 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 병렬 계수(수식 5에 따른 병렬 계수(μ))는 동일할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 저항 측정부(110)는 충방전부(200)에 의해서 배터리(10)의 충전이 시작되거나, 방전이 종료될 때, 배터리(10)의 저항을 측정할 수 있다. 구체적으로, 저항 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리(10)와 연결될 수 있다. 저항 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정한 전압값에 기반하여, 배터리(10)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 저항 측정부(110)는 수식 1에 기반하여 배터리(10)의 내부 저항을 측정할 수 있다. 바람직하게, 저항 측정부(110)는 배터리(10)에 포함된 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 측정할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 저항 측정부(110)에 의해 측정된 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 저항 정보에 기반하여, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태를 진단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복된 내용은 생략하거나 간략히 설명함을 유의한다.
바람직하게, 배터리 진단 방법의 각 단계는 배터리 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 5를 참조하면, 배터리 진단 방법은 저항 측정 단계(S100), 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계(S200), 제1 저항 구간 설정 단계(S300), 타겟 모듈 선택 단계(S400), 제2 기준 저항 산출 단계(S500), 제2 저항 구간 설정 단계(S600) 및 상태 진단 단계(S700)를 포함할 수 있다.
저항 측정 단계(S100)는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 측정하는 단계로서, 저항 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 저항 측정부(110)는 배터리 모듈(B)의 충전이 시작되거나 방전이 종료될 때, 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 저항을 측정할 수 있다. 바람직하게, 저항 측정부(110)는 서로 다른 2개의 시점에서 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 전압을 측정하고, 수식 1에 기반하여 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 저항을 측정할 수 있다.
제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계(S200)는 상기 저항 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B)에 대한 제1 기준 저항(R1) 및 저항 편차를 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 저항 측정부(110)에 의해 측정된 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항을 대표하는 값을 제1 기준 저항(R1)으로 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 내부 저항의 평균값 또는 중앙값을 제1 기준 저항(R1)으로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 수식 2에 따라 절대 편차(D)를 산출하고, 수식 3에 따라 스케일 상수(C)를 산출하며, 수식 5에 따라 저항 편차(S)를 산출할 수 있다.
제1 저항 구간 설정 단계(S300)는 상기 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계(S200)에서 산출된 제1 기준 저항(R1) 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)에 저항 편차(S)를 가산하여 제1 상한값(U1)을 산출하고, 제1 기준 저항(R1)에 저항 편차(S)를 감산하여 제1 하한값(L1)을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 하한값(L1) 내지 제1 상한값(U1)에 대한 저항 구간을 제1 저항 구간으로 설정할 수 있다.
타겟 모듈 선택 단계(S400)는 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 중 일부를 타겟 모듈(T)로 선택하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 배터리 모듈(B) 중 내부 저항이 제1 기준 저항(R1) 이하인 배터리 모듈(B)을 타겟 모듈(T)로 선택할 수 있다.
제2 기준 저항 산출 단계(S500)는 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈(T)에 대한 제2 기준 저항(R2)을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 타겟 모듈(T) 각각의 내부 저항을 대표하는 값을 제2 기준 저항(R2)으로 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 복수의 타겟 모듈(T) 각각의 내부 저항의 평균값 또는 중앙값을 제2 기준 저항(R2)으로 산출할 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는 제1 기준 저항(R1)의 산출 조건과 제2 기준 저항(R2)의 산출 조건을 상이하게 설정할 수 있다. 예컨대, 제1 기준 저항(R1)이 복수의 배터리 모듈(B)의 내부 저항에 대한 중앙값으로 산출된 경우, 제2 기준 저항(R2)은 복수의 타겟 모듈(T)의 내부 저항에 대한 평균값으로 산출될 수 있다.
제2 저항 구간 설정 단계(S600)는 상기 제2 기준 저항 산출 단계(S500)에서 산출된 제2 기준 저항(R2) 및 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리 모듈(B)에 포함된 복수의 배터리 셀의 연결 구조를 고려하여, 수식 5에 따라 병렬 계수(μ)를 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 수식 6에 따라 병렬 편차(P)를 산출할 수 있다.
상태 진단 단계(S700)는 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈(B) 각각의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는, 복수의 배터리 모듈(B) 중 산출된 내부 저항이 제1 저항 구간 및 제2 저항 구간에 모두 속하는 배터리 모듈(B)의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다. 반대로, 제어부(120)는, 복수의 배터리 모듈(B) 중 산출된 내부 저항이 제1 저항 구간 또는 제2 저항 구간에 속하지 않는 배터리 모듈(B)의 상태를 비정상 상태로 진단할 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
10: 배터리
100: 배터리 진단 장치
110: 저항 측정부
120: 제어부
130: 저장부
200: 충방전부
10: 배터리
100: 배터리 진단 장치
110: 저항 측정부
120: 제어부
130: 저장부
200: 충방전부
Claims (13)
- 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하도록 구성된 저항 측정부; 및
상기 저항 측정부로부터 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보를 수신하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항 및 저항 편차를 산출하며, 산출된 제1 기준 저항 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하고, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부를 타겟 모듈로 선택하며, 상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항을 산출하고, 산출된 제2 기준 저항 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하며, 상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 모두 속하는 배터리 모듈의 상태를 정상 상태로 진단하고,
상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 저항 구간 또는 상기 제2 저항 구간에 속하지 않는 배터리 모듈의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항에 기반하여 상기 제1 기준 저항을 산출하고, 산출된 제1 기준 저항과 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항 간의 차이에 따라 상기 저항 편차를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 기준 저항에서 상기 저항 편차를 감산하여 제1 하한값을 산출하고, 상기 제1 기준 저항에서 상기 저항 편차를 가산하여 제1 상한값을 산출하며, 산출된 상기 제1 하한값 및 상기 제1 상한값에 기반하여 상기 제1 저항 구간을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산출된 제1 기준 저항과 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항 간의 절대 편차를 산출하고, 소정의 스케일 상수를 이용하여 상기 산출된 절대 편차를 상기 저항 편차로 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1 기준 저항은,
상기 복수의 배터리 모듈의 내부 저항에 대한 중앙값인 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 산출된 내부 저항이 상기 제1 기준 저항 이하인 배터리 모듈을 상기 타겟 모듈로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 배터리 셀의 병렬 연결 개수에 기반하여 병렬 편차를 산출하고, 상기 제2 기준 저항과 산출된 병렬 편차에 따라 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 기준 저항에서 상기 병렬 편차를 감산하여 제2 하한값을 산출하고, 상기 제2 기준 저항에서 상기 병렬 편차를 가산하여 제2 상한값을 산출하며, 산출된 상기 제2 하한값 및 상기 제2 상한값에 기반하여 상기 제2 저항 구간을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 병렬 연결 개수에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 병렬 계수를 산출하고, 산출된 병렬 계수와 상기 제2 기준 저항을 곱하여 상기 병렬 편차를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제2 기준 저항은,
상기 타겟 모듈의 내부 저항에 대한 평균값인 것을 특징으로 하는 배터리 진단 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
- 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항을 측정하는 저항 측정 단계;
상기 저항 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 내부 저항에 대한 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 제1 기준 저항 및 저항 편차를 산출하는 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계;
상기 제1 기준 저항 및 저항 편차 산출 단계에서 산출된 제1 기준 저항 및 저항 편차에 기반하여 제1 저항 구간을 설정하는 제1 저항 구간 설정 단계;
상기 저항 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부를 타겟 모듈로 선택하는 타겟 모듈 선택 단계;
상기 저항 정보에 기반하여 상기 타겟 모듈에 대한 제2 기준 저항을 산출하는 제2 기준 저항 산출 단계;
상기 제2 기준 저항 산출 단계에서 산출된 제2 기준 저항 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀 간의 연결 구조에 기반하여 제2 저항 구간을 설정하는 제2 저항 구간 설정 단계; 및
상기 측정된 내부 저항, 상기 제1 저항 구간 및 상기 제2 저항 구간에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 진단 방법.
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