KR20240037104A - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 측정하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 전압 측정부 및 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우 상기 배터리의 진단을 수행하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
Description
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
전기차는 외부로부터 전기를 공급받아 배터리를 충전한 후, 배터리에 충전된 전압으로 모터를 구동시켜 동력을 얻는다. 전기차의 배터리는 전기를 충전 및 방전하는 과정에서 발생하는 화학적 반응으로 열이 발생할 수 있고, 이러한 열은 배터리 의 성능 및 수명을 손상시킬 수 있다. 따라서 배터리의 온도, 전압 및 전류를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS, Battery Management System)가 구동되어 배터리의 상태를 진단 및 제어한다.
그러나 이러한 배터리 관리 장치는 측정한 배터리 데이터를 기초로 배터리의 수명(SOH, State of Health)을 분석하여 배터리의 퇴화를 진단하기 위해 배터리 데이터를 분석 및 관리하기 위해 상당한 물리적인 시간이 소요되어 실시간으로 배터리의 퇴화를 진단하지 못하고 간과하는 문제가 있다.
본 문서에 개시되는 실시예들의 일 목적은 배터리의 전압 데이터의 임계 카운트 값 초과 여부를 판단하여 배터리의 퇴화를 조기에 진단하고, 배터리 진단의 효율성 및 속도를 향상시켜 화재를 예방할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 측정하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 전압 측정부 및 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우 상기 배터리의 진단을 수행하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 카운트 값을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 단위 시간 당 전압 변화 정보는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 포함하고, 상기 전압 측정부는 상기 배터리의 충전이 시작된 제1 시점부터 상기 배터리의 충전이 완료된 제2 시점까지 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값을 산출하고, 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량과 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수를 가산하여 상기 임계값을 설정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우, 상기 배터리의 퇴화를 진단할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 배터리의 전압을 측정하는 단계, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 단계, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하는 단계 및 상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는지 여부에 기초하여 상기 배터리의 진단을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하는 단계는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 카운트 값을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 단계는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 생성하고, 상기 배터리의 충전이 시작된 제1 시점부터 상기 배터리의 충전이 완료된 제2 시점까지 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값을 산출하고, 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량과 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수를 가산하여 상기 임계값을 설정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는지 여부에 기초하여 상기 배터리의 진단을 수행하는 단계는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우 상기 배터리의 퇴화를 진단할 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 따르면 배터리의 전압 데이터의 임계 카운트 값 초과 여부를 판단하여 배터리의 퇴화를 조기에 진단하고, 배터리 진단의 효율성 및 속도를 향상시켜 화재를 예방할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성에 대해 구체적으로 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전압 데이터를나타내는 도표이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 시간에 따른 배터리 셀의 전압 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성에 대해 구체적으로 대해 설명하기 위한 도면이다.
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도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 시간에 따른 배터리 셀의 전압 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서에 개시된 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 배터리 모듈(100), 배터리 관리 장치(200), 및 릴레이(300)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(100)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 대상 장치(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(100)은 대상 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 대상 장치는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함하는 배터리 팩(1000)으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 대상 장치는 전기 자동차(EV) 또는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)은 전기 에너지를 충방전하여 사용할 수 있는 배터리의 기본 단위로, 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(100)이 한 개인 경우로 도시되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(100)은 복수개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(BMS, Battery Management System) (200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 온도 및 전압 데이터에 기초하여 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 수명 (SOH, State of Health)을 예측할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 배터리 데이터의 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 데이터에 기초하여 배터리의 온도 및 충방전율 별 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 수명(SOH)을 예측할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100) 및/또는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(200)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(100)이나 충방전 경로, 또는 배터리 모듈(100) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(100)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)를 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 릴레이(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(300)를 단락시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(300)를 단락시킬 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 여기서, 셀 밸런싱 타임은 배터리 셀의 밸런싱에 소요되는 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 SOC, 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)은 사용 기간 또는 사용 횟수가 증가할수록 용량이 감소하고, 내부 저항이 증가하고, 배터리의 여러 인자들이 변화할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 배터리가 열화됨에 따라 변화하는 여러 인자들의 데이터를 기초로 배터리의 수명을 산출할 수 있다. 구체적으로 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)이 열화됨에 따라 변화하는 여러 인자들의 데이터를 기초로 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 SOH를 산출할 수 있다. SOH는 배터리의 초기 상태 대비 현재 상태에서의 배터리의 건강 상태 또는 수명 상태를 나타낼 수 있는 지표이다. SOH가 0%에 도달하는 순간을 수명 종료 시점(EOL, End Of Life)으로 정의할 수 있다. 또한, 배터리의 수명 종료 시점은 또한 배터리의 용량이 보증 용량 이하에 도달하는 시점이 될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)이 퇴화하면서 변하는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 내부 저항, 임피던스, 컨덕턴스, 용량, 전압, 자가 방전 전류, 충전 성능 및 충방전 횟수 중 적어도 어느 하나의 인자를 기초로 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 SOH를 산출할 수 있다.
도 2는 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성에 대해 구체적으로 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도 2를 참조하여 배터리 관리 장치(200)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
전압 측정부(210)는 배터리 모듈(100) 내부의 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로 전압 측정부(210)는 특정 주기로 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 반복 측정할 수 있다. 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압 데이터를 생성할 수 있다.
전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 충전이 시작된 제1 시점부터 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 측정을 시작할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 충전이 완료된 제2 시점까지 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 측정을 중단할 수 있다.
전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 초당 전압 변화 량을 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 전압 측정부(210)는 제1 시점부터 제2 시점까지 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 배터리 셀의 전압 변화를 감지할 수 있다. 실시예에 따라, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 전압 변화율이 임계 수치 이상인 배터리 셀을 식별할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전압 데이터를 나타내는 도표이다.
도 3을 참조하면, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 충전 전 전압을 기록할 수 있고, 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만 충전 후 전압을 기록할 수 있다. 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 총 전압 변화량(V)을 산출할 수 있다. 또한, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만충전에 소요된 시간(Sec)을 기록할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 시간에 따른 배터리 셀의 전압 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(220)는 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값(Median)을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만충전에 소요된 시간(Sec) 대비 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 총 전압 변화량(V)에 기초하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 초당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)을 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량과 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차(Median absolute deviation, MAD)를 산출할 수 있다. 구체적으로 컨트롤러(220)는 아래의 [수학식 1]에 기초하여 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 1]은 중앙값의 절대 편차를 산출하는 공식이다. 중앙값의 절대 편차는 관측값에서 중앙값을 뺀 값들의 중앙값을 의미한다. 여기서, i는 관측값의 순번을 각각가리키는 인덱스로서, 1 이상 n 이하일 수 있다. 여기서 median()은 입력된 값들의 중앙값을 출력하는 함수이다.
컨트롤러(220)는 에 시간에 따른 배터리 셀의 단위 시간 당 전압 변화량을 입력할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 에 시간에 따른 배터리 셀의 초당 전압 변화량을 입력할 수 있다. 또한, 컨트롤러(220)는에 배터리 셀 각각의 단위 시간당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)을 입력할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는에 배터리 셀 각각의 초당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)을 입력할 수 있다. 컨트롤러(220)는 [수학식 1]에 시간에 따른 배터리 셀의 단위 시간 당 전압 변화량 및 단위 시간당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)을 입력하여 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수(Scaling)를 가산하여 임계값을 설정할 수 있다. 구체적으로 컨트롤러(220)는 아래의 [수학식 2]에 기초하여 스케일 상수를 설정할 수 있다.
[수학식 2]
[수학식 2]에서 erfcinv(a)는 상보 오차 역함수(Inverse complementary error function)이며, a는 상수이다. 예를 들어, a가 3/2인 경우, erfcinv(3/2)는 입력값 3/2에 대한 상보 오차 역함수의 출력값이다. 컨트롤러(220)는 a에 3/2을 입력하여 스케일 상수를 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차(MAD)에 스케일 상수를 곱하여 '전압 변화량 편차'를 산출할 수 있다. 즉, 컨트롤러(220)는 "* Scaling'을 통해 '전압 변화량 편차'를 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 배터리 셀 각각의 단위 시간당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)에 전압 변화량 편차의 3배 값을 곱한 값을 가산하여 임계값을 산출할 수 있다. 즉, 컨트롤러(220)는 '중앙값 + 3*전압 변화량 편차'를 계산하여 임계값을 산출할 수 있다.
또한, 컨트롤러(220)는 배터리 셀 각각의 단위 시간당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)에 전압 변화량 편차의 3배 값을 곱한 값을 감산하여 하한 임계값을 산출할 수 있다. 즉, 컨트롤러(220)는 '중앙값 - 3*전압 변화량 편차'를 계산하여 하한 임계값을 산출할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하는 지 판단할 수 있다. 여기서 임계값은 극단적인 결과가 나와 ‘비정상’ 이라고 판단할 수 있는 기준으로 정의될 수 있다. 즉, 임계값은 데이터가 특정 통계 모델과 얼마나 상반되는지 나타내는 기준으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 제1 시점부터 제2 시점까지 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 전압 변화량의 중앙값의 임계값 초과 여부를 판단할 수 있다.
컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하는 경우 카운트 값을 증가시킬 수 있다.
컨트롤러(220)는 임계값 초과인 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 카운트 값의 임계 카운트 값 초과 여부를 판단할 수 있다. 즉, 컨트롤러(220)는 소정의 시간 동안 생성된 임계 카운트 값 초과인 배터리의 연속적인 카운트 값이 기 설정된 임계 카운트 값 초과 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우, 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 퇴화를 진단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 배터리 셀의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하여 수 초 내지 수십 초 동안 유지되는 경우, 배터리 셀의 퇴화를 진단할 수 있다.
또한, 컨트롤러(220)는 카운트 값이 임계 카운트 값 초과인 배터리 셀의 배터리 진단 정보를 기록할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)에 따르면 배터리의 전압 데이터의 임계 카운트 값 초과 여부를 판단하여 배터리의 퇴화를 조기에 진단하고, 배터리 진단의 효율성 및 속도를 향상시켜 화재를 예방할 수 있다.
또한 배터리 관리 장치(200)는 임계 카운트 값 이상이 배터리의 전압 데이터의 연속적인 카운트 값이 증가하는 시점 및 추세를 분석하여 배터리 진단의 정확성을 향상시키고 진단 발생을 예측할 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
배터리 관리 장치(200)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(200)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이하에서는 설명의 중복을 피하기 위하여 간략히 설명한다.
도 5를 참조하면 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계(S101), 복수의 배터리 셀들의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 단계(S102), 복수의 배터리 셀들의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계(S103), 복수의 배터리 셀들의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하는 단계(S104) 및 카운트 값이 기준값을 초과하는지 여부에 기초하여 복수의 배터리 셀들의 진단을 수행하는 단계(S105)를 포함할 수 있다.
이하에서는 S101 단계 내지 S105 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
S101 단계에서, 전압 측정부(210)는 배터리 모듈(100) 내부의 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정할 수 있다. S101 단계에서, 구체적으로 전압 측정부(210)는 특정 주기로 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 반복 측정할 수 있다. S101 단계에서, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압 데이터를 생성할 수 있다.
S101 단계에서, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 충전이 시작된 제1 시점부터 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 측정을 시작할 수 있다. S101 단계에서, 또한, 실시예에 따라, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 충전이 완료된 제2 시점에서 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 측정을 중단할 수 있다.
S102 단계에서, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 전압을 측정하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다. S102 단계에서, 예를 들어, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 초당 전압 변화 량을 생성할 수 있다. S102 단계에서, 실시예에 따라, 전압 측정부(210)는 제1 시점부터 제2 시점까지 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다.
S102 단계에서, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 충전 전 전압을 기록할 수 있고, 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만 충전 후 전압을 기록할 수 있다. S102 단계에서, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 총 전압 변화량(V)을 산출할 수 있다. 또한, 전압 측정부(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만충전에 소요된 시간(Sec)을 기록할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 배터리 셀의 전압 변화를 감지할 수 있다. 실시예에 따라, S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 전압 변화율이 임계 수치 이상인 배터리 셀을 식별할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출할 수 있다. S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값(Median)을 산출할 수 있다. S103 단계에서, 실시예에 따라, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 만충전에 소요된 시간(Sec) 대비 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 총 전압 변화량(V)에 기초하여 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각의 초당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)을 산출할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량과 시간에 따른 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차(Median absolute deviation, MAD)를 산출할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 에 시간에 따른 배터리 셀의 단위 시간 당 전압 변화량을 입력할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수(Scaling)를 가산하여 임계값을 설정할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차(MAD)에 스케일 상수를 곱하여 '전압 변화량 편차'를 산출할 수 있다. S103 단계에서, 즉, 컨트롤러(220)는 "* Scaling'을 통해 '전압 변화량 편차'를 산출할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(220)는 배터리 셀 각각의 단위 시간당 전압 변화량의 중앙값(V/Sec)에 전압 변화량 편차의 3배 값을 곱한 값을 가산하여 임계값을 산출할 수 있다. 즉, 컨트롤러(220)는 '중앙값 + 3*전압 변화량 편차'를 계산하여 임계값을 산출할 수 있다.
S104 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하는 지 판단할 수 있다. 여기서 임계값은 극단적인 결과가 나와 ‘비정상’ 이라고 판단할 수 있는 기준으로 정의될 수 있다. 즉, 임계값은 데이터가 특정 통계 모델과 얼마나 상반되는지 나타내는 기준으로 정의될 수 있다. S104 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 제1 시점부터 제2 시점까지 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 전압 변화량의 중앙값의 임계값 초과 여부를 판단할 수 있다.
S104 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하는 경우 카운트 값을 증가시킬 수 있다.
S105 단계에서, 컨트롤러(220)는 임계값 초과인 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 카운트 값의 임계 카운트 값 초과 여부를 판단할 수 있다. S105 단계에서, S105 단계에서, 즉, 컨트롤러(220)는 소정의 시간 동안 생성된 임계 카운트 값 초과인 배터리의 연속적인 카운트 값이 기 설정된 임계 카운트 값 초과 여부를 판단할 수 있다. S105 단계에서, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우, 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 퇴화를 진단할 수 있다. S105 단계에서, 예를 들어, 컨트롤러(220)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 중 어느 하나의 배터리 셀의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값이 임계값을 초과하여 수 초 내지 수십 초 동안 유지되는 경우, 배터리 셀의 퇴화를 진단할 수 있다.
S105 단계에서, 또한, 컨트롤러(220)는 카운트 값이 임계 카운트 값 초과인 배터리 셀의 배터리 진단 정보를 기록할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(2000)은 MCU(2100), 메모리(2200), 입출력 I/F(2300) 및 통신 I/F(2400)를 포함할 수 있다.
MCU(2100)는 메모리(2200)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 배터리 전압 변화량 분석 프로그램)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 1에 나타낸 배터리 관리 장치(200)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(2200)는 설비 제어 장치(200)의 작동에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(2200)는 설비 제어 장치(200)의 작동 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(2200)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(2200)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(2200)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(2200)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(2200)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(2300)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(2100) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(2400)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(2400)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 저항 측정 및 이상 진단을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 배터리 팩
100: 배터리 모듈
110: 제1 배터리 셀
120: 제2 배터리 셀
130: 제3 배터리 셀
140: 제4 배터리 셀
200: 배터리 관리 장치
210: 전압 측정부
220: 컨트롤러
300: 릴레이
200: 컴퓨팅 시스템
2100: MCU
2200: 메모리
2300: 입출력 I/F
2400: 통신 I/F
100: 배터리 모듈
110: 제1 배터리 셀
120: 제2 배터리 셀
130: 제3 배터리 셀
140: 제4 배터리 셀
200: 배터리 관리 장치
210: 전압 측정부
220: 컨트롤러
300: 릴레이
200: 컴퓨팅 시스템
2100: MCU
2200: 메모리
2300: 입출력 I/F
2400: 통신 I/F
Claims (12)
- 배터리의 전압을 측정하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 전압 측정부; 및;
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우 상기 배터리의 진단을 수행하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 카운트 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 단위 시간 당 전압 변화 정보는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 포함하고,
상기 전압 측정부는 상기 배터리의 충전이 시작된 제1 시점부터 상기 배터리의 충전이 완료된 제2 시점까지 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값을 산출하고, 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량과 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수를 가산하여 상기 임계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
- 제5 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우, 상기 배터리의 퇴화를 진단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
- 배터리의 전압을 측정하는 단계;
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 단계;
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계;
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하는 단계; 및
상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는지 여부에 기초하여 상기 배터리의 진단을 수행하는 단계를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 카운트 값을 생성하는 단계는
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 카운트 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보를 생성하는 단계는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 생성하고,
상기 배터리의 충전이 시작된 제1 시점부터 상기 배터리의 충전이 완료된 제2 시점까지 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
- 제9 항에 있어서,
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계는
상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값을 산출하고, 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량과 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값에 기초하여 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화 정보의 임계값 초과 여부를 판단하는 단계는 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 중앙값의 절대 편차에 소정의 스케일 상수를 가산하여 상기 임계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는지 여부에 기초하여 상기 배터리의 진단을 수행하는 단계는 상기 시간에 따른 상기 배터리의 단위 시간 당 전압 변화량의 카운트 값이 임계 카운트 값을 초과하는 경우 상기 배터리의 퇴화를 진단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220115948A KR20240037104A (ko) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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|---|---|
| KR20240037104A true KR20240037104A (ko) | 2024-03-21 |
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Family Applications (1)
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| KR1020220115948A KR20240037104A (ko) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 |
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| KR (1) | KR20240037104A (ko) |
-
2022
- 2022-09-14 KR KR1020220115948A patent/KR20240037104A/ko unknown
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