WO2021261831A1

WO2021261831A1 - Bms 온도 센서를 활용한 배터리 셀의 온도 이상 상태 진단 시스템 및 방법

Info

Publication number: WO2021261831A1
Application number: PCT/KR2021/007514
Authority: WO
Inventors: 남호철; 윤석진
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2021-12-30
Also published as: US20230056920A1; KR20210158123A; CN115004450A; EP4092810A1; JP2023511211A

Abstract

본 발명은 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 BMS 온도 센서 대비 셀 또는 모듈 표면 온도의 차이를 이용한 배터리 셀의 상대적인 온도 변화에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

BMS 온도 센서를 활용한 배터리 셀의 온도 이상 상태 진단 시스템 및 방법

본 발명은 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 BMS 온도 센서를 활용하여 배터리 셀 또는 모듈의 상대적인 온도 변화에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

스마트폰, 노트북, PDA 등을 포함하는 다양한 휴대용 전자기기에 그 에너지 공급원으로서 사용되는 배터리는, 예를 들어 배터리에 내장된 셀 내부에서 단락이 발생하거나 배터리가 장착된 전자기기에서 전력을 비정상적으로 많이 소모하는 경우 또는 배터리가 장착된 전자기기가 고온의 환경에 노출될 경우 등과 같은 상황에 의해 그 온도가 기준 온도 이상으로 상승할 수 있다.

이와 같이 배터리의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하면, 배터리 셀에 내장된 전해액 또는 활물질 등의 분해에 의해 다량의 가스가 방출되면서 셀의 내부 압력이 급격히 상승하여 셀이 폭발할 위험성이 있다. 또한, 배터리 셀의 전기화학적 특성을 열화 시켜 배터리의 수명을 감소시키는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 배터리 셀의 온도를 측정하여 소정의 기준 값 이상으로 증가하면 온도 이상 상태로 진단하고 배터리의 전류를 차단하여 더 이상의 온도 상승을 방지하였다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술의 경우 배터리 셀의 주변 온도 변화는 전혀 반영하지 않은 채, 단순히 배터리 셀 자체의 절대 온도만을 기준으로 온도 이상 상태를 판단하고 있다. 이는 배터리 셀 자체의 온도가 상승하기 전에는 사전적인 온도 이상 거동을 감지하는 것이 불가능하므로 배터리 셀의 온도 이상 상태를 신속하게 진단할 수 없다는 문제가 있다.

(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2018-0058055호

(특허문헌 2) 일본등록특허공보 제6162884호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 배터리 셀의 주변 온도 변화를 반영한 상대적인 셀 온도 상태로 이상 상태를 진단하여, 보다 신속하게 온도 이상 상태를 진단 및 조치가 가능하도록 하고자 한다.

본 발명에 따른 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템은, 배터리 셀의 주변부에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 셀 주변부 온도를 측정하는 제1 온도 측정부; 배터리 셀의 표면에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 셀 표면 온도를 측정하는 제2 온도 측정부; 상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 셀 주변부 온도와 상기 제2 온도 측정부에서 측정되는 셀 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출부; 상기 온도 편차 산출부에서 산출된 온도 편차를 소정의 온도 이상 상태 조건을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀의 온도 이상 상태를 1차 진단하는 이상 상태 1차 진단부; 상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태가 소정의 지속 시간 동안 지속되는지의 여부에 따라 배터리 셀의 해당 온도 이상 상태를 최종 진단하는 이상 상태 2차 진단부; 상기 이상 상태 2차 진단부의 최종 진단 결과에 대응하는 조치를 취하는 이상 조치부; 상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태로 지속되는 시간을 측정하는 타이머; 상기 이상 상태 1, 2차 진단부에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하기 위한 기준 데이터들을 저장하는 메모리부; 를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템은, 배터리 모듈의 주변부에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 모듈 주변부 온도를 측정하는 제1 온도 측정부; 배터리 모듈의 표면에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 모듈 표면 온도를 측정하는 제2 온도 측정부; 상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 모듈 주변부 온도와 상기 제2 온도 측정부에서 측정되는 모듈 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출부; 상기 온도 편차 산출부에서 산출된 온도 편차를 소정의 온도 이상 상태 조건을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 1차 진단하는 이상 상태 1차 진단부; 상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태가 소정의 지속 시간 동안 지속되는지의 여부에 따라 배터리 모듈의 해당 온도 이상 상태를 최종 진단하는 이상 상태 2차 진단부; 상기 이상 상태 2차 진단부의 최종 진단 결과에 대응하는 조치를 취하는 이상 조치부; 상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태로 지속되는 시간을 측정하는 타이머; 상기 이상 상태 1, 2차 진단부에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하기 위한 기준 데이터들을 저장하는 메모리부; 를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 이상 상태 1차 진단부는, 상기 온도 편차를 낮은 값부터 순차적으로 설정된 적어도 둘 이상의 소정의 편차 기준 값과 비교하는 편차 비교부; 상기 편차 비교부의 비교 결과에 따른 이상 신호를 출력하는 이상 신호 출력부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 편차 비교부는, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지 미만인지를 비교하고, 그 이후 주기부터는, 상기 이상 신호 출력부로부터 출력되는 이상 신호에 따라 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태가 지속되어 소정의 제2 편차 기준 값 및 제3 편차 기준 값 이상인지를 순차적으로 비교하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 이상 신호 출력부는, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면, 이를 나타내는 제1 이상 신호를 출력하고, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 지속되어 소정의 제2 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제2 이상 신호를 출력하며, 상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 지속되어 소정의 제3 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제3 이상 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 이상 상태 2차 진단부는, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제1 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 경고 신호를 출력하고, 그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제2 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정이 제1 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 경고 신호를 출력하며, 그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제2 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제2 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 위험 신호를 출력하고, 그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제3 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제3 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 위험 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 이상 조치부는, 상기 이상 상태 2차 진단부로부터 제1 이상 경고 신호 또는 제2 이상 경고 신호가 출력되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 것을 특징으로 하고, 그 이후 주기에서, 상기 이상 상태 2차 진단부로부터 제1 이상 위험 신호 또는 제2 이상 위험 신호가 출력되면, 배터리 팩 내부의 전원라인을 추가로 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 방법은, 소정의 주기 간격으로, 배터리 셀의 셀 주변부 온도 및 셀 표면 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 온도 측정단계에서 측정되는 셀 주변부 온도와 셀 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출단계; 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인지를 진단하는 제1 이상 경고 상태 진단단계; 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 이상 조치 단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계는, 상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계; 상기 편차 비교 단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 방법은, 소정의 주기 간격으로, 배터리 모듈의 모듈 주변부 온도 및 모듈 표면 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 온도 측정단계에서 측정되는 모듈 주변부 온도와 모듈 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출단계; 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인지를 진단하는 제1 이상 경고 상태 진단단계; 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 이상 조치 단계; 를 포함하여 구성되며, 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계는, 상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계; 상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에서 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후, 상기 온도 편차 산출단계를 통해 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값보다 높은 값인 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인지를 진단하는 제2 이상 경고 상태 진단단계; 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 상기 제1 이상 경고 상태 진단 시의 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입 차단 상태를 유지하는 이상 조치단계; 를 수행하며, 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계는, 상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계; 상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어, 상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에서 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후, 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에서의 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간보다 긴 시간 제2 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 제1 이상 위험 상태 진단단계; 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단되면, 배터리 팩 내부 전원라인을 추가로 차단하는 이상 조치단계; 를 수행하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계에서 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단한 이후, 상기 온도 편차 산출단계를 통해 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제3 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인지를 진단하는 제2 이상 위험 상태 진단단계; 를 수행하며, 상기 제2 이상 위험 상태 진단단계는, 상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값보다 높은 값인 제3 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계; 상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제2 지속 시간보다 긴 시간인 제3 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어, 상기 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제3 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배터리 셀 자체의 절대적인 온도 상태가 아닌 배터리 셀의 주변 온도 변화를 반영한 상대적인 셀 온도 상태로 이상 상태를 진단함으로써, 사전적인 온도 이상 거동을 감지하는 것이 가능하다.

따라서, 배터리 셀의 온도 이상 상태를 보다 신속하게 진단하고 조치할 수 있다. 나아가 배터리의 안정성과 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 셀의 온도 이상 상태 진단 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 단계별 온도 이상 상태 진단 조건의 예시를 보여주는 표이다.

도 3은 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 변화 추이의 예시를 보여주는 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

1. 본 발명에 따른 온도 이상 상태 진단 시스템

도 1은 본 발명에 따른 온도 이상 상태 진단 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 온도 이상 상태 진단 시스템은, 제1 온도 측정부(100), 제2 온도 측정부(200), 온도 편차 산출부(300), 이상 상태 1차 진단부(400), 이상 상태 2차 진단부(500), 이상 조치부(600), 타이머(700) 및 메모리부(800)를 포함하여 구성될 수 있다.

1.1. 제1 온도 측정부(100)

제1 온도 측정부는, 배터리 셀 주변부에 구비되어 소정의 주기 간격으로 셀 주변부 온도를 측정하는 구성이다.

보다 구체적으로, 상기 제1 온도 측정부는 BMS(Battery Management System) PCB Board에 실장되어 배터리 셀의 온도를 간접적으로 측정하는 구성이다. 예를 들어 셀 밸런싱 회로부나 프리차지 회로부 등과 같은 발열원에 근접하여 위치하여, 그 영역에서의 온도를 측정한다. 제1 온도 측정부의 온도 센서는 상술한 것처럼 PCB Board에 실장될 수 있다. 다른 예로, 상기 발열원에 근접하도록 배터리 케이스에 설치될 수도 있다.

한편, 복수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈/배터리 팩의 경우, 제1 온도 측정부는 배터리 모듈 BMS, 팩 BMS 또는 내부 배터리 셀이나 모듈들을 연결하는 버스 바, 회로부 등을 포함하는 전기/화학적 발열원에 인접하여 설치 가능하다.

1.2. 제2 온도 측정부(200)

제2 온도 측정부는, 배터리 셀(10)의 표면에 구비되어 소정의 주기 간격으로 셀 표면 온도를 측정하는 구성이다.

상기 제2 온도 측정부는, 배터리 셀의 주변 영역에 구비되어 셀 주변부의 온도를 측정하는 제1 온도 측정부(100)와는 달리, 배터리 셀 자체에 구비되어 그 표면 온도를 측정한다.

한편, 복수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈/배터리 팩의 경우, 제2 온도 측정부는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 표면에 설치되어 모듈 또는 팩 표면 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.

1.3. 온도 편차 산출부(300)

온도 편차 산출부는, 상기 제1 온도 측정부(100)에서 측정되는 셀 주변부 온도와 상기 제2 온도 측정부(200)에서 측정되는 셀 표면 온도 간에 차이를 산출하는 구성이다.

1.4. 이상 상태 1차 진단부(400)

이상 상태 1차 진단부는, 상기 온도 편차 산출부(300)에서 산출된 셀 주변부와 셀 표면 온도 간의 편차와 소정의 온도 이상 상태 조건을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀의 온도 이상 상태를 1차적으로 진단하는 구성이다. 이와 같은 이상 상태 1차 진단부는, 하기와 같은 세부 구성을 포함하여 구성될 수 있다.

가. 편차 비교부(410)

상기 온도 편차 산출부(300)에서 산출된 온도 편차를 적어도 둘 이상의 소정의 편차 기준 값과 비교하는 구성이다.

여기서, 소정의 편차 기준 값은 낮은 값부터 순차적으로 설정된 제1 내지 제3 편차 기준 값을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지 미만인지를 비교한다. 이후, 후술하는 이상 신호 출력부(420)로부터 제1 이상 제1 이상 신호가 출력되면, 이후에 상기 온도 편차 산출부(300)에서 산출되는 온도 편차를 제1 편차 기준 값 그리고 제1 편차 기준 값보다 높은 값으로 설정된 제2 편차 기준 값과 비교한다. 이후, 후술하는 이상 신호 출력부(420)로부터 제2 이상 신호가 출력된 경우, 이후에 상기 온도 편차 산출부(300)에서 산출되는 온도 편차를 제2 편차 기준 값 그리고 제2 편차 기준 값보다 높은 값으로 설정된 제3 편차 기준 값과 비교할 수 있다.

나. 이상 신호 출력부(420)

이상 신호 출력부는, 상기 편차 비교부(410)의 비교 결과에 따른 이상 신호를 출력할 수 있다.

우선, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면, 이를 나타내는 제1 이상 신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 제1 이상 신호 출력 후 셀 주변부와 셀 표면부 간 온도 편차의 증가 추세가 완화되어 산출되는 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 미만이면, 이를 나타내는 제1 이상 해제 신호를 출력한다.

한편, 상기 제1 이상 신호 출력 후, 셀 주변부와 셀 표면부 간 온도 편차가 증가하는 상태가 지속되어 산출되는 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제2 이상 신호를 출력할 수 있다.

상기 제2 이상 신호 출력 후, 셀 주변부와 셀 표면부 간 온도 편차의 증가 추세가 완화되어 산출되는 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 미만이 되면, 이를 나타내는 제2 이상 해제 신호를 출력한다.

한편, 상기 제2 이상 신호를 출력한 이후에도, 여전히 셀 주변부와 셀 표면부 간 온도 편차가 증가하는 상태가 지속되어 산출되는 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제3 이상 신호를 출력할 수 있다.

1.5. 이상 상태 2차 진단부(500)

이상 상태 2차 진단부는, 상기 이상 신호 출력부(420)로부터 출력된 이상 신호가 그 출력 시점으로부터 해당 상태로 소정의 시간 동안 지속되는지의 여부에 따라 배터리 셀의 해당 온도 이상 상태를 최종 진단한다. 여기서, 상기 출력된 이상 신호에 해당하는 상태로 소정 시간 동안 지속되는지의 여부는, 후술하는 타이머(700)에서 측정되는 시간을 통해 확인할 수 있다.

도 2는 이상 상태 2차 진단부에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 단계별로 진단하는 온도 이상 상태 조건의 예시를 보여주는 표이고, 도 3은 배터리 셀의 셀 주변부 온도 및 셀 표면 온도 상태의 예시를 보여주는 그래프이다. 이들을 참조하여 하기의 세부 구성에 대하여 설명한다.

가. 제1 이상 경고 상태 판단부(510)

제1 이상 경고 상태 판단부는, 상기 이상 신호 출력부(420)로부터 현재 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태임을 나타내는 제1 이상 신호가 출력되면, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 이상이 되는지를 확인하여 이상이 되면 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 경고 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제1 편차 기준 값이 10℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우이면, 상기 온도 편차가 10℃ 이상인 상태로 1초 동안 유지되면 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것이다. 이 때, 후술하는 타이머(700)는 상기 제1 이상 신호가 출력되면, 그 시점으로부터의 지속시간을 측정한다.

한편, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 미만이면 셀 제1 이상 신호가 출력되었더라도 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하지 않는다.

한편, 제1 이상 경고 상태인 것으로 판단한 이후, 상기 이상 신호 출력부(400)로부터 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 미만인 상태임을 나타내는 제1 이상 해제 신호가 출력되면, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 이상이 되면 후술하는 이상 조치부(600)의 조치 등에 의해 배터리 당초 진단한 제1 이상 경고 상태가 해제된 상태인 것으로 판단하고, 이를 나타내는 제1 이상 경고 해제 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제1 편차 기준 값이 10℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우이면, 상기 온도 편차가 10℃ 미만인 상태로 1초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제1 이상 경고 상태가 해제된 것으로 진단하는 것이다.

나. 제2 이상 경고 상태 판단부(520)

제2 이상 경고 상태 판단부는, 도 3에 보이는 것과 같이 상기 제1 이상 경고 상태 판단부(510)에서 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단한 이후에도 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 증가하는 추세가 지속되어 상기 이상 신호 출력부(420)로부터 현재 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태임을 나타내는 제2 이상 신호가 출력되면, 상술한 것과 동일한 방식으로 타이머(700)에서 측정되는 제2 이상 신호가 출력된 시점으로부터의 지속 시간이 소정의 제1 지속 시간이 되면 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 경고 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제2 편차 기준 값이 20℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃ 이상인 상태로 1초 동안 유지되면 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것이다.

한편, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 미만이면 셀 제2 이상 신호가 출력되었더라도 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단하지 않는다.

한편, 제2 이상 경고 상태인 것으로 판단한 이후, 상기 이상 신호 출력부(400)로부터 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 미만인 상태임을 나타내는 제2 이상 해제 신호가 출력되면, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제1 지속 시간인지를 확인하여 이상이 되면 후술하는 이상 조치부(600)의 조치 등에 의해 배터리 당초 진단한 제2 이상 경고 상태가 해제된 상태인 것으로 판단하고, 이를 나타내는 제2 이상 경고 해제 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제2 편차 기준 값이 20℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃ 미만인 상태로 1초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제2 이상 경고 상태가 해제된 것으로 진단하는 것이다.

다. 제1 이상 위험 상태 판단부(530)

제1 이상 위험 상태 판단부는, 상기 제2 이상 경고 상태 판단부(520)에서 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단한 이후에도 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 제2 이상 경고 상태로 지속되어 타이머(700)에서 측정되는 제2 이상 신호가 출력된 시점으로부터의 지속 시간이 소정의 제1 지속 시간보다 긴 시간으로 설정된 소정의 제2 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태보다 높은 위험도를 의미하는 제1 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 위험 신호를

출력한다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제2 편차 기준 값이 20℃이고, 제2 지속 시간이 3초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃인 상태로 1초를 넘어 3초 동안 유지되면 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 것이다.

여기서, 타이머(700)에서 측정되는 시간이 소정의 제2 지속 시간 미만이면 제1 이상 위험 상태로 최종 진단하지 않고, 제2 이상 경고 상태 판단부(520)에서 진단한 제2 이상 경고 상태를 유지한다.

한편, 제2 이상 경고 상태인 것으로 판단한 이후, 상기 이상 신호 출력부(400)로부터 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 미만인 상태임을 나타내는 제2 이상 해제 신호가 출력된 시점으로부터의 지속 시간이 소정의 제2 지속 시간 이상이 되면 후술하는 이상 조치부(600)의 조치 등에 의해 배터리 당초 진단한 제1 이상 경고 상태가 해제된 상태인 것으로 판단하고, 이를 나타내는 제1 이상 위험 해제 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제2 편차 기준 값이 20℃, 제2 지속 시간이 3초로 설정된 경우, 상기 제1 이상 위험 상태 진단 이후의 온도 편차가 20℃ 미만인 상태로 3초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제1 이상 위험 상태가 해제된 것으로 진단하는 것이다.

라. 제2 이상 위험 상태 판단부(540)

제2 이상 위험 상태 판단부는, 상기 제1 이상 위험 상태 판단부(530)에서 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단한 이후에도 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 증가하는 추세가 지속되어, 상기 이상 신호 출력부(420)로부터 현재 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태임을 나타내는 제3 이상 신호가 출력되면, 상술한 것과 동일한 방식으로 타이머(700)에서 측정되는 제3 이상 신호가 출력된 시점으로부터의 지속 시간이 제3 지속 시간 이상이 되는지를 확인하여 이상이 되면 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 위험 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제3 편차 기준 값이 40℃, 제3 지속 시간이 25초로 설정된 경우, 현재 온도 편차가 40℃ 이상인 상태로 25초 동안 유지되면 가장 위험도가 높은 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 것이다.

여기서, 상술한 것처럼 제1 이상 경고 상태, 제2 이상 경고 상태, 제1 이상 위험 상태, 제2 이상 위험 상태는 현재 배터리 셀의 온도 상태에 대한 위험도를 순차적으로 나타내는 것이다.

이에, 제2 이상 위험 상태 판단부에서 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단한 경우는 이상 조치부(600)의 이상 조치 외에 별도의 개선 조치가 필요한 상태이므로, 앞서 설명한 제1, 2 이상 경고 상태 판단부(510, 520)와 제1 이상 위험 상태 판단부(530)와 달리 당초 진단한 제2 이상 상태의 해제 여부는 판단하지 않는다.

1.6. 이상 조치부(600)

이상 조치부는, 배터리 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차의 증가 추세를 차단, 즉 배터리 셀의 온도 상태가 악화되는 것을 방지할 수 있도록 이상 상태 2차 진단부(500)로부터 출력되는 진단 신호에 대응하는 조치를 취하는 구성이다.

이상 상태 2차 진단부(500)로부터 제1 이상 경고 신호나 제2 이상 경고 신호가 출력되면, 배터리 팩 외부 Relay를 차단하여 외부로부터 배터리 팩으로 더 이상의 전류가 유입되지 않도록 차단하는 조치를 취할 수 있다.

한편, 상기와 같이 배터리 팩 외부 Relay를 차단하는 조치를 취한 이후, 상기 이상 상태 2차 진단부(500)로부터 제1 이상 경고 해제 신호 또는 제2 이상 경고 해제 신호가 출력되면, 배터리 팩 외부 Relay의 차단을 해제할 수 있다.

한편, 이상 상태 2차 진단부(500)로부터 제1 이상 위험 신호나 제2 이상 위험 신호가 출력되면, 배터리 팩 내부 Relay를 차단하여 팩 내부의 전원라인을 차단하는 조치를 취할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 제1, 제2 이상 위험 신호가 출력되었다는 것은 제1, 제2 이상 경고 신호보다 배터리 셀의 온도 상태의 위험도가 더 악화된 상태임을 나타내는 것이므로, 팩 내부에 전류가 흐르지 않도록 하여 전류 흐름으로 인한 발열을 최소화함으로써 배터리 셀의 온도가 낮아지도록 하는 것이다.

이후, 상기 이상 상태 2차 진단부(500)로부터 제1 이상 위험 해제 신호가 출력되면, 배터리 팩 내부 Relay의 차단을 해제하여 팩 내부의 전류 흐름을 개방해줄 수 있다.

추가로, 이상 조치부는 상기 이상 상태 2차 진단부(500)의 각 이상 상태 진단 결과를 외부 상위 시스템으로 알림 보고할 수 있다.

1.7. 타이머(700)

타이머는, 이상 신호 출력부(400)에서 이상 신호 또는 이상 해제 신호가 출력되면, 그 출력 시점으로부터 지속되는 시간을 측정한다.

예를 들어, 이상 신호 출력부(400)로부터 제1 이상 신호가 출력되면, 그 출력 시점부터 해당 상태로 유지되는 시간을 측정하는 것이다. 이와 같이 타이머에서 측정하는 지속 시간은, 앞서 설명한 것처럼 이상 상태 2차 진단부(500)에서 이상 신호에 해당하는 온도 이상 상태를 최종 진단하는 기준으로 이용된다.

1.8. 메모리부(800)

메모리부는, 이상 상태 1차 진단부(400)와 이상 상태 2차 진단부(500)에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하기 위한 기준 데이터들을 저장하고 있다.

여기서, 기준 데이터는 소정의 제1 내지 제3 편차 기준 값, 소정의 제1 내지 제3 지속 시간 값을 포함할 수 있다.

한편, 위에서는 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 것에 대해서만 구체적으로 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 복수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈/배터리 팩의 경우에도, 상술한 것과 같은 동일한 방식을 적용하여 배터리 모듈/배터리 팩의 온도 이상 상태를 진단하도록 구성하는 것이 가능하다.

2. 본 발명에 따른 온도 이상 상태 진단 방법

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 방법을 설명한다.

2.1. 온도 측정단계(S100)

온도 측정단계는, 소정의 주기 간격으로 배터리 셀의 셀 주변부 온도 및 셀 표면 온도를 측정하는 단계이다. 배터리 셀의 셀 표면 온도만을 가지고 온도 이상 상태를 진단하는 종래기술과는 달리, 본 발명에서는 셀 표면 온도와 셀 주변부 온도 변화까지 반영하여 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단한다.

이 단계는, 예를 들어 셀 밸런싱 회로부나 프리자치 회로부 등과 같은 발열원에 근접하는 위치에 구비되어 셀 주변부 온도를 측정하는 제1 온도 측정부(100)와 배터리 셀의 셀 표면에 구비되어 셀 자체의 온도를 측정하는 제2 온도 측정부(200)에 의해 수행된다.

2.2. 온도 편차 산출단계(S200)

온도 편차 산출단계는, 상기 온도 측정단계(S100)에서 측정되는 셀 주변부 온도와 셀 표면 온도 간의 차이를 산출하는 단계로서, 상술한 온도 편차 산출부(300)에 의해 진행된다.

2.3. 제1 이상 경고 상태 진단단계(S300)

제1 이상 경고 상태 진단단계는, 상기 온도 편차 산출단계(S200)에서 산출된 셀 주변부와 셀 표면 간의 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지에 따라 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인지를 진단한다.

가. 편차 비교단계(S310)

먼저, 상기 온도 편차 산출단계(S200)에서 산출된 온도 편차를 소정의 제1 편차 기준 값과 비교하며, 이는 상술한 이상 상태 1차 진단부(400)의 편차 비교부(410)에서 수행한다.

나. 지속시간 확인단계(S320)

상기 편차 비교단계(S310)의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면, 그 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인한다. 상기 온도 편차가 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 온도 이상 상태를 진단하는 전체 4단계 중 가장 위험도가 낮은 1단계에 해당하는 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제1 편차 기준 값이 10℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우이면, 상기 온도 편차가 10℃ 이상인 상태로 1초 동안 유지되면 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단(S332)하는 것이다.

그러면, 후술하는 이상 조치단계(S7O0)에서는 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태임에 따라 배터리 셀의 셀 주변부와 셀 표면 간의 온도 편차의 증가를 완화시키기 위하여 배터리 팩 외부 Relay를 차단하는 등의 조치를 취하여 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단할 수 있다.

한편, 상기와 같이 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후 산출되는 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 제1 편차 기준 값 미만인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 상기 진단하였던 제1 이상 경고 상태가 해제된 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제1 편차 기준 값이 10℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우이면, 상기 온도 편차가 10℃ 미만인 상태로 1초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제1 이상 경고 상태가 해제(S334)된 것으로 진단하는 것이다.

그러면, 이상 조치단계(S700)는 제1 이상 경고 상태 진단에 따라 조치를 취하였던 배터리 팩 외부 Relay 차단을 해제할 수 있다.

이와 같은 단계는, 이상 상태 2차 진단부(500)의 제1 이상 경고 상태 판단부(510) 및 타이머(700)에 의해 이루어진다.

2.4. 제2 이상 경고 상태 진단단계(S400)

제2 이상 경고 상태 진단단계는, 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계(S300)에서 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단한 후에도 도 3에 보이는 것과 같이 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 증가하여 제2 이상 경고 상태로 진입한 것인지를 진단하는 단계이다.

가. 편차 비교단계(S410)

편차 비교단계는, 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계(S400) 이후 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값보다 높은 값인 소정의 제2 편차 기준 값 이상인지를 비교한다(편차 비교부, 410)

나. 지속시간 확인단계(S420)

상기 편차 비교단계(S410)의 비교 결과 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상이면, 그 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인한다. 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태보다 위험도가 높은 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제2 편차 기준 값이 20℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃ 이상인 상태로 1초 동안 유지되면 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단(S432)하는 것이다.

그러면, 후술하는 이상 조치단계(S700)에서는 상기 제1 이상 경고 상태 진단단계(S300)에서의 제1 이상 경고 상태 진단에 따라 조치하였던 배터리 팩 외부 Relay 차단 상태를 유지하여, 여전히 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단한다.

한편, 상기와 같이 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후 산출되는 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 제2 편차 기준 값 미만인 상태로 소정의 제1 지속 시간 유지되면, 상기 진단하였던 제1 이상 경고 상태가 해제된 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제2 편차 기준 값이 20℃, 제1 지속 시간이 1초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃ 미만인 상태로 1초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제2 이상 경고 상태가 해제(S434)된 것으로 진단하는 것이다.

그러면, 이상 조치단계(S700)는 제2 이상 경고 상태 진단에 따라 유지하였던 배터리 팩 외부 Relay 차단을 해제할 수 있다.

2.5. 제1 이상 위험 상태 진단단계(S500)

제1 이상 위험 상태 진단단계는, 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계(S400)의 지속시간 확인단계(S420)에서의 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 보다 긴 시간으로 설정된 소정의 제2 지속 시간 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태보다 위험도가 높은 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제2 편차 기준 값이 20℃이고, 제2 지속 시간이 3초로 설정된 경우, 상기 온도 편차가 20℃인 상태로 1초를 넘어 3초 동안 유지되면 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단(S512)하는 것이다.

그러면, 후술하는 이상 조치단계(S700)에서는 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계(S400)의 제2 이상 경고 상태 진단에 따라 유지하였던 배터리 팩 Relay 차단 상태를 여전히 유지함과 동시에, 배터리 팩 내부 Relay를 차단하여 팩 내부의 전류 흐름도 차단할 수 있다.

한편, 상기와 같이 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단한 이후 산출되는 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 제2 편차 기준 값 미만인 상태로 소정의 제2 지속 시간 유지되면, 상기 진단하였던 제1 이상 위험 상태가 해제된 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것처럼 제2 편차 기준 값이 20℃, 제2 지속 시간이 3초로 설정된 경우, 상기 제1 이상 위험 상태 진단 이후의 온도 편차가 20℃ 미만인 상태로 3초 동안 유지되면 당초 진단하였던 제1 이상 위험 상태가 해제(S514)된 것으로 진단하는 것이다.

그러면, 상기 이상 조치단계(S700)에서는 배터리 팩 외부 Relay 차단 상태는 유지하되, 상기 제1 이상 위험 상태 진단에 따라 차단하였던 배터리 팩 내부 Relay를 개방하는 조치를 취할 수 있다.

2.6. 제2 이상 위험 상태 진단단계(S600)

제2 이상 위험 상태 진단단계는, 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계(S500)에서 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단한 후에도 셀 주변부와 셀 표면 간 온도 편차가 증가하여 제2 이상 위험 상태로 진입한 것인지를 진단하는 단계이다.

가. 편차 비교단계(S610)

편차 비교단계는, 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계(S500) 이후 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값보다 높은 값인 소정의 제3 편차 기준 값 이상인지를 비교한다(편차 비교부, 410)

나. 지속시간 확인단계(S620)

상기 편차 비교단계(S610)의 비교 결과 현재 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상이면, 그 상태로 소정의 제2 지속 시간보다 긴 시간인 소정의 제3 지속 시간 동안 유지되는지를 확인한다. 현재 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제3 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태보다 위험도가 높은, 즉 가장 높은 위험 상태인 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 표에 보이는 것과 같이 제3 편차 기준 값이 40℃, 제3 지속 시간이 25초로 설정된 경우, 현재 온도 편차가 40℃ 이상인 상태로 25초 동안 유지되면 가장 위험도가 높은 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단(S630)하는 것이다.

그러면, 후술하는 이상 조치단계(S700)에서는 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계(500)에서의 제1 이상 위험 상태 진단에 따라 조치하였던 배터리 팩 내부 Relay 차단 상태를 유지하여, 결국 배터리 팩 내/외부로의 모든 전류를 차단한 상태가 유지된다.

한편, 상술한 제1 이상 경고 상태 진단단계(S300), 제2 이상 경고 상태 진단단계(S400) 및 제1 이상 위험 상태 진단단계(S500)에서는 각 진단 이후 산출되는 온도 편차 폭이 감소함에 따라 당초 진단하였던 이상 상태를 해제하는 것으로 재 진단하였다. 이와 달리, 가장 위험도가 높은 상태임을 진단하는 제2 이상 위험 상태 진단단계(S600)에서는 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단한 후 해제 여부를 진단하는 동작을 별도로 수행하지 않는다.

2.7. 이상 조치단계(S700)

이상 조치단계는, 상술한 것처럼 단계별로 진행되는 온도 이상 상태 진단 결과에 대응하는 조치를 취한다.

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계(S300)에서 제1 이상 경고 상태로 진단된 경우와 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계(S400)에서 제2 이상 경고 상태로 진단된 경우에는 배터리 팩 외부 Relay를 차단 및 유지하며, 상기 제1 이상 위험 상태 진단단계(S500)에서 제1 이상 위험 상태로 진단된 경우와 상기 제2 이상 위험 상태 진단단계(S600)에서 제2 이상 위험 상태로 진단된 경우에는 배터리 팩 내부 Relay를 추가적으로 차단 및 유지하는 조치를 취할 수 있다.

여기서, 추가적으로 각 이상 상태 진단단계에서의 진단 결과를 외부 상위 시스템으로 알림 보고할 수 있다.

한편, 위에서는 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 과정에 대해서만 구체적으로 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 복수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈/배터리 팩의 경우에도, 상술한 것과 같은 동일한 방식을 적용하여 배터리 모듈/배터리 팩의 온도 이상 상태를 진단하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템에 있어서,

배터리 셀의 주변부에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 셀 주변부 온도를 측정하는 제1 온도 측정부;

배터리 셀의 표면에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 셀 표면 온도를 측정하는 제2 온도 측정부;

상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 셀 주변부 온도와 상기 제2 온도 측정부에서 측정되는 셀 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출부;

상기 온도 편차 산출부에서 산출된 온도 편차를 소정의 온도 이상 상태 조건을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀의 온도 이상 상태를 1차 진단하는 이상 상태 1차 진단부;

상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태가 소정의 지속 시간 동안 지속되는지의 여부에 따라 배터리 셀의 해당 온도 이상 상태를 최종 진단하는 이상 상태 2차 진단부;

상기 이상 상태 2차 진단부의 최종 진단 결과에 대응하는 조치를 취하는 이상 조치부;

상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태로 지속되는 시간을 측정하는 타이머;

상기 이상 상태 1, 2차 진단부에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하기 위한 기준 데이터들을 저장하는 메모리부;

를 포함하여 구성되는 온도 이상 상태 진단 시스템.
배터리 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 시스템에 있어서,

배터리 모듈의 주변부에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 모듈 주변부 온도를 측정하는 제1 온도 측정부;

배터리 모듈의 표면에 구비되어, 소정의 주기 간격으로 모듈 표면 온도를 측정하는 제2 온도 측정부;

상기 제1 온도 측정부에서 측정되는 모듈 주변부 온도와 상기 제2 온도 측정부에서 측정되는 모듈 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출부;

상기 온도 편차 산출부에서 산출된 온도 편차를 소정의 온도 이상 상태 조건을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 이상 상태를 1차 진단하는 이상 상태 1차 진단부;

상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태가 소정의 지속 시간 동안 지속되는지의 여부에 따라 배터리 모듈의 해당 온도 이상 상태를 최종 진단하는 이상 상태 2차 진단부;

상기 이상 상태 2차 진단부의 최종 진단 결과에 대응하는 조치를 취하는 이상 조치부;

상기 이상 상태 1차 진단부에서 온도 이상 상태를 진단한 그 시점으로부터 해당 상태로 지속되는 시간을 측정하는 타이머;

상기 이상 상태 1, 2차 진단부에서 배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하기 위한 기준 데이터들을 저장하는 메모리부;

를 포함하여 구성되는 온도 이상 상태 진단 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 이상 상태 1차 진단부는,

상기 온도 편차를 낮은 값부터 순차적으로 설정된 적어도 둘 이상의 소정의 편차 기준 값과 비교하는 편차 비교부;

상기 편차 비교부의 비교 결과에 따른 이상 신호를 출력하는 이상 신호 출력부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 시스템.
제3항에 있어서,

상기 편차 비교부는,

상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지 미만인지를 비교하고, 그 이후 주기부터는, 상기 이상 신호 출력부로부터 출력되는 이상 신호에 따라 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태가 지속되어 소정의 제2 편차 기준 값 및 제3 편차 기준 값 이상인지를 순차적으로 비교하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 시스템.
제4항에 있어서,

상기 이상 신호 출력부는,

상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면, 이를 나타내는 제1 이상 신호를 출력하고,

상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 지속되어 소정의 제2 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제2 이상 신호를 출력하며,

상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 지속되어 소정의 제3 편차 기준 값 이상이 되면, 이를 나타내는 제3 이상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 시스템.
제5항에 있어서,

상기 이상 상태 2차 진단부는,

온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제1 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제1 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 경고 신호를 출력하고,

그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제2 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정이 제1 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 경고 신호를 출력하며,

그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제2 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제2 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제1 이상 위험 신호를 출력하고,

그 이후 주기에서, 온도 편차가 상기 이상 신호 출력부로부터 제3 이상 신호가 출력된 시점부터 해당 상태로 지속되는 시간이 소정의 제3 지속 시간 이상이 되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 최종 진단하고, 이를 나타내는 제2 이상 위험 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 시스템.
제6항에 있어서,

상기 이상 조치부는,

상기 이상 상태 2차 진단부로부터 제1 이상 경고 신호 또는 제2 이상 경고 신호가 출력되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 것을 특징으로 하고,

그 이후 주기에서, 상기 이상 상태 2차 진단부로부터 제1 이상 위험 신호 또는 제2 이상 위험 신호가 출력되면, 배터리 팩 내부의 전원라인을 추가로 차단하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 시스템.
배터리 셀의 온도 이상 상태를 진단하는 방법에 있어서,

소정의 주기 간격으로, 배터리 셀의 셀 주변부 온도 및 셀 표면 온도를 측정하는 온도 측정단계;

상기 온도 측정단계에서 측정되는 셀 주변부 온도와 셀 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출단계;

상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인지를 진단하는 제1 이상 경고 상태 진단단계;

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 이상 조치 단계;

를 포함하여 구성되며,

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계는,

상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계;

상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어,

상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 방법.
배터리 모듈의 온도 이상 상태를 진단하는 방법에 있어서,

소정의 주기 간격으로, 배터리 모듈의 모듈 주변부 온도 및 모듈 표면 온도를 측정하는 온도 측정단계;

상기 온도 측정단계에서 측정되는 모듈 주변부 온도와 모듈 표면 온도 간의 편차를 산출하는 온도 편차 산출단계;

상기 산출된 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인지를 진단하는 제1 이상 경고 상태 진단단계;

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입을 차단하는 이상 조치 단계;

를 포함하여 구성되며,

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계는,

상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계;

상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어,

상기 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속시간 동안 유지되면, 현재 배터리 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 방법.
제8항 또는 9항에 있어서,

상기 제1 이상 경고 상태 진단단계에서 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후,

상기 온도 편차 산출단계를 통해 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제1 편차 기준 값보다 높은 값인 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인지를 진단하는 제2 이상 경고 상태 진단단계;

상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단되면, 상기 제1 이상 경고 상태 진단 시의 외부로부터 배터리 팩으로의 전류 유입 차단 상태를 유지하는 이상 조치단계;

를 수행하며,

상기 제2 이상 경고 상태 진단단계는,

상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계;

상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어,

상기 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 방법.
제10항에 있어서,

상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에서 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 경고 상태인 것으로 진단한 이후, 상기 제2 이상 경고 상태 진단단계에서의 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제1 지속 시간보다 긴 시간 제2 지속 시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 제1 이상 위험 상태 진단단계;

상기 제1 이상 위험 상태 진단단계에 의해 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단되면, 배터리 팩 내부 전원라인을 추가로 차단하는 이상 조치단계;

를 수행하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 이상 위험 상태 진단단계에서 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제1 이상 위험 상태인 것으로 진단한 이후, 상기 온도 편차 산출단계를 통해 산출되는 현재 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제3 지속 시간 동안 유지되는지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인지를 진단하는 제2 이상 위험 상태 진단단계; 를 수행하며,

상기 제2 이상 위험 상태 진단단계는,

상기 온도 편차 산출단계에서 산출된 현재 온도 편차가 소정의 제2 편차 기준 값보다 높은 값인 제3 편차 기준 값 이상인지를 비교하는 편차 비교단계;

상기 편차 비교단계의 비교 결과, 상기 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상이면 해당 상태로 소정의 제2 지속 시간보다 긴 시간인 제3 지속 시간 동안 유지되는지를 확인하는 지속시간 확인단계; 를 포함하여 구성되어, 상기 온도 편차가 소정의 제3 편차 기준 값 이상인 상태로 소정의 제3 지속시간 동안 유지되면, 현재 배터리 셀 또는 모듈의 온도 상태가 제2 이상 위험 상태인 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 온도 이상 상태 진단 방법.