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KR102362208B1 - 이상 셀 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법 - Google Patents

이상 셀 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법 Download PDF

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KR102362208B1
KR102362208B1 KR1020190147177A KR20190147177A KR102362208B1 KR 102362208 B1 KR102362208 B1 KR 102362208B1 KR 1020190147177 A KR1020190147177 A KR 1020190147177A KR 20190147177 A KR20190147177 A KR 20190147177A KR 102362208 B1 KR102362208 B1 KR 102362208B1
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KR
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cell
voltage change
cells
abnormal cell
change amount
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한민열
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따른 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈의 이상 셀 검출 장치는, 계측 시점을 변경해 가며 상기 복수의 셀의 셀 전압 값들을 계측하는 계측부, 및 상기 셀 전압 값들에 기초하여 소정의 시간 구간에 대해 상기 복수의 셀 각각의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하며, 상기 시간 구간을 변경해 가며 상기 복수의 셀 각각에 대해 산출된 상기 전압 변화량 편차에 기초하여 상기 복수의 셀 중 이상 셀을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

Description

이상 셀 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법{ABNORMAL CELL DETECTION DEVICE, BATTERY SYSTEM AND ABNORMAL CELL DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명의 실시 예는 이상 셀 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법에 관한 것이다.
이차전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서, 화학 물질의 전기 에너지로의 비가역적 변환만을 제공하는 일차 전지와 상이하다. 저용량의 재충전 가능한 전지는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원 장치로서 사용되고, 고용량의 재충전 가능한 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원 장치로서 사용된다.
일반적으로, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 그리고 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극, 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충방전을 가능하게 하기 위해, 케이스로 전해액이 주입된다. 원통형 또는 직사각형과 같은 케이스의 형상은 전지의 용도에 따라 다르다.
이차전지 내부의 양극과 음극이 단락되는 내부단락은 이차전지를 과열시켜 열폭주, 화재 등 배터리 시스템의 안전문제를 일으키는 원인들 중 하나이다. 따라서, 이차전지의 내부단락 발생을 검출하여 열폭주 등 안전문제를 사전에 예방하기 위한 다양한 기술들이 개발되었다. 그러나, 현 내부단락 검출 시스템에서는 배터리 시스템이 방치되는 중에 발생하는 내부단락이나, 미세한 내부단락은 검출이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, 배터리 시스템이 방치되는 중에 발생한 내부단락이나, 미세한 내부단락의 검출이 가능한 이상 셀 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈의 이상 셀 검출 장치는, 계측 시점을 변경해 가며 상기 복수의 셀의 셀 전압 값들을 계측하는 계측부, 및 상기 셀 전압 값들에 기초하여 소정의 시간 구간에 대해 상기 복수의 셀 각각의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하며, 상기 시간 구간을 변경해 가며 상기 복수의 셀 각각에 대해 산출된 상기 전압 변화량 편차에 기초하여 상기 복수의 셀 중 이상 셀을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.
상기 검출부는, 동일한 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 최대이거나, 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출할 수 있다.
상기 검출부는, 각 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
상기 검출부는, 각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하고, 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
상기 검출부는, 각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하고, 각 시간 구간에서 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하며, 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
상기 검출부는, 상기 계측부에 의해 계측된 셀 전압 값들 중 상기 배터리 모듈이 휴지 상태에서 계측된 셀 전압 값들을 이용하여 상기 전압 변화량 및 상기 전압 변화량 편차를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈, 상기 이상 셀 검출 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 셀을 포함하는 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법은, 계측 시점을 변경해 가며 상기 복수의 셀의 셀 전압 값들을 계측하는 단계, 시간 구간을 변경해 가며, 상기 셀 전압 값들로부터 상기 복수의 셀 각각의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하는 단계, 및 각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차에 기초하여 상기 복수의 셀 중 이상 셀을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출하는 단계는, 동일한 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 최대이거나, 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출하는 단계는, 각 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하는 단계, 및 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 검출하는 단계는, 각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하는 단계, 및 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 검출하는 단계는, 각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하는 단계, 각 시간 구간에서 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하는 단계, 및 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 산출하는 단계는, 상기 셀 전압 값들 중 상기 배터리 시스템이 휴지(rest) 상태에서 계측된 셀 전압 값들을 이용하여 상기 전압 변화량 및 상기 전압 변화량 편차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 배터리 시스템의 방치 중에도 셀의 내부단락 발생을 검출할 수 있다. 그리고, 노이즈로 인한 순간적인 전압 흔들림을 내부단락으로 오인식 하는 상황을 회피할 수 있으며, 전압 변화가 상대적으로 미미한 미세 내부단락의 발생 또한 검출하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈을 구성하는 이차전지 셀의 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자들, 층들, 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 다음의 본 발명의 실시예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 수 있다.
"제1" 및 "제2"의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되지만, 이들 구성요소들은 이 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 이상 셀(abnormal cell) 검출 장치, 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 일 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(1)은 배터리 모듈(10), 및 이상 셀 검출 장치(20)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 직렬 및/또는 병렬 연결되는 적어도 하나의 이차전지 셀(cell, 이하 '셀'이라 명명하여 사용함)을 포함할 수 있다.
도 2를 예로 들면, 배터리 모듈(10)은 2 개의 시스템 단자(T+, T-) 사이에 서로 병렬 연결되는 복수의 배터리 서브모듈(11)을 포함한다. 또한, 각 배터리 서브모듈(11)은 서로 직렬 연결되는 복수의 셀 뱅크(cell bank, 13)를 포함하며, 각 셀 뱅크(13)는 서로 병렬 연결되는 복수의 셀, 예를 들어, 두 개의 셀(100)을 포함한다. 도 2는 배터리 모듈(10)의 일 예를 도시한 것으로서, 배터리 모듈(10)의 구성이 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)은 단일의 셀로 구성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 배터리 모듈(10)은, 서로 직렬 연결되는 복수의 셀로만 구성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 배터리 모듈(10)은 각각이 서로 직렬 연결되는 복수의 셀로 구성된 복수의 배터리 서브모듈이 서로 병렬 연결되어 구성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 배터리 모듈(10)은 각각 서로 직렬 및/또는 병렬 연결되는 복수의 셀로 구성된 복수의 배터리 서브모듈이 서로 직렬 연결되어 구성될 수도 있다.
배터리 모듈(10)은 시스템 단자들(T+, T-)을 통해 외부의 충전 장치(미도시)또는 부하와 연결되며, 충전 장치에 의해 충전되거나 부하에 의해 방전될 수 있다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈을 구성하는 이차전지 셀의 등가회로이다.
도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)을 구성하는 각 셀(100)은, 내부저항(RB)을 포함할 수 있고, 내부저항(RB)은 수 mΩ에서 수백 mΩ의 저항 값을 가질 수 있다. 셀(100)에 내부단락이 발생하면 셀(100) 내부의 스위치(S)가 도통되는 것과 동일한 효과가 발생한다. 셀(100)의 내부단락 발생으로 스위치(S)가 도통되면, 단락저항(RS)에 단락 전류(Ishort)가 흐르게 되어 셀(100)이 방전된다. 이때, 단락저항(RS)은 수 mΩ에서 수 kΩ까지 넓은 범위의 저항 값을 가질 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 본 발명의 실시 예에 따른 이상 셀 검출 장치(20)는 배터리 모듈(10)의 내부단락을 검출하고, 내부단락에 의한 위험 상황으로부터 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 보호 기능을 실행할 수 있다. 이를 위해, 이상 셀 검출 장치(20)는 계측부(21), 검출부(22), 제어부(23), 및 메모리(24)를 포함할 수 있다.
계측부(21)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 계측 시점을 변경해 가며 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀들(100)의 전압을 지속적으로 계측하고, 계측된 전압 값(이하, '셀 전압 값'이라 명명하여 사용함)들을 검출부(22)로 전달할 수 있다. 계측부(21)는 이산적으로 계측을 수행할 수 있다. 두 계측 시점 사이에는 소정의 시간 간격이 존재할 수 있으며, 시간 간격의 길이는 동일할 수도, 변경될 수도 있다. 후자의 경우, 계측 시점들 간의 시간 간격은, 배터리 모듈(10)의 상태(충전 중, 방전 중, 휴지 상태), 충/방전 종료 시점으로부터 얼마의 시간이 경과했는지 등에 따라서 변경될 수 있다.
검출부(22)는 계측부(21)로부터 계측된 배터리 모듈(10)의 셀 전압 값들을 수신할 수 있다. 그리고, 수신된 셀 전압 값들에 기초하여, 소정의 시간 구간에 대해 복수의 셀(100) 각각의 전압 변화량을 산출할 수 있다. 즉, 검출부(22)는 각 셀(100)에 대해 서로 다른 두 계측 시점에서 계측된 셀 전압 값들 간의 차이를 산출함으로써, 대응하는 시간 구간에서의 전압 변화량을 산출할 수 있다. 여기서, 검출부(22)는 수신된 셀 전압 값들 중 배터리 모듈(10)이 휴지(rest) 상태인 휴지 구간에서 계측된 전압 값들만 사용하여 전압 변화량을 산출할 수 있다. 배터리 모듈(10)의 휴지 상태는, 배터리 모듈(10)이 충전 중이거나 방전 중이 아닌 상태, 즉, 배터리 모듈(10)이 충전기나 부하와 전기적으로 연결되지 않은 상태를 의미한다. 검출부(22)는 배터리 모듈(10)의 셀 전압 값들 또는 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 값을 모니터링하여 배터리 모듈(10)이 휴지 상태인지를 인지할 수 있다.
검출부(22)는, 전술한 바와 같이, 셀(100) 별로 소정 시간 구간에서의 전압 변화량이 산출되면, 해당 시간 구간에서의 셀(100) 별 전압 변화량 편차를 산출할 수 있다. 여기서, 전압 변화량 편차는, 배터리 모듈(10)을 구성하는 전체 셀(100)들의 전압 변화량들의 평균 값과 각 셀(100)의 전압 변화량 간의 차이 값을 의미한다.
검출부(22)는 시간 구간을 변경해 가며 전술한 방식으로 각 셀(100)의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하고, 산출된 전압 변화량 및 전압 변화량 편차를 각 셀(100)의 셀 전압 값과 함께 메모리(24)에 저장할 수 있다. 이 때, 각 시간 구간의 길이는 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다.
또한, 검출부(22)는 각 시간 구간에서 셀(100) 별로 산출된 전압 변화량 편차를 모니터링하여 배터리 모듈(10)을 구성하는 셀(100)들 중 이상 셀(예를 들어, 내부단락이 발생한 셀)을 검출할 수 있다.
예를 들어, 검출부(22)는 복수의 셀(100)들 중 동일한 시간 구간에서 전압 변화량 편차의 절대 값(이하, '절대 편차'라 명명하여 사용함)이 소정치 이상이거나, 최대인 셀을 이상 셀로 검출할 수 있다.
또한, 예를 들어, 검출부(22)는 각 시간 구간에서 전압 변화량 절대 편차가 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀(100)을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 이상 셀 후보군으로 등록된 셀(100)을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
또한, 예를 들어, 검출부(22)는, 아래의 수학식 1에서와 같이, 각 전압 변화량 편차를 대응하는 시간 구간의 시간 길이로 나누어 전압 변화율 편차를 산출하고, 전압 변화율 편차가 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
[수학식 1]
((B - A) - average(∑B-A)) / t
위 수학식 1에서, 동일 셀에 대해 A 및 B는 서로 다른 계측 시점에서 계측된 셀 전압 값들을 나타내고, average(∑B-A)는 전체 셀들의 전압 변화량 평균을 나타내고, t는 대응하는 시간 구간의 시간 길이를 나타낸다.
또한, 예를 들어, 검출부(22)는 각 시간 구간에서 전압 변화율 절대 편차가 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀(100)을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 이상 셀 후보군으로 등록된 셀(100)을 이상 셀로 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이 이상 셀 또는 이상 셀 후보군이 검출되면, 검출부(22)는 대응하는 셀들이 이상 셀 또는 이상 셀 후보군임을 가리키는 플래그 등을 설정하여, 이상 셀 또는 이상 셀 후보군을 메모리(24)에 등록할 수 있다.
아래 표 1은 이상 셀이 발생한 경우의 셀 전압 변화의 일 예를 나타낸다.
셀 밸런싱 후 방전 후 (A) 방치 후 (B) 전압 변화량
편차
(평균: 0.019)		 방치 후 (C) 전압 변화량 편차
(평균: 0.000)
전압
(V)		 전압
(V)		 전압
(V)		 전압
변화량 (B-A)		 전압
(V)		 전압
변화량 (C-B)
#1 3.560 3.187 3.212 0.025 0.006 3.212 0.000 0.000
#2 3.558 3.181 3.204 0.023 0.004 3.204 0.000 0.000
#3 3.559 3.203 3.224 0.022 0.002 3.224 0.000 0.000
#4 3.561 3.212 3.228 0.017 -0.003 3.228 0.000 0.000
#5 3.560 3.181 3.206 0.026 0.006 3.206 0.000 0.000
#6 3.560 3.202 3.222 0.020 0.001 3.222 0.000 0.000
#7 3.567 3.349 3.328 -0.021 -0.040 3.323 -0.005 -0.005
#8 3.560 3.186 3.204 0.018 -0.001 3.203 -0.001 -0.001
#9 3.561 3.198 3.217 0.019 0.000 3.217 0.000 0.000
#10 3.559 3.183 3.201 0.018 -0.001 3.200 -0.001 -0.001
#11 3.562 3.192 3.218 0.027 0.007 3.218 0.000 0.000
#12 3.561 3.209 3.227 0.018 -0.001 3.226 -0.001 -0.001
#13 3.560 3.186 3.210 0.024 0.005 3.210 0.000 0.000
#14 3.559 3.177 3.199 0.022 0.003 3.199 0.000 0.000
#15 3.561 3.200 3.223 0.023 0.004 3.223 0.000 0.000
#16 3.561 3.192 3.215 0.023 0.004 3.215 0.000 0.000
#17 3.560 3.195 3.214 0.019 0.000 3.214 0.000 0.000
#18 3.560 3.196 3.218 0.023 0.003 3.219 0.001 0.001
#19 3.559 3.185 3.206 0.022 0.002 3.206 0.000 0.000
#20 3.556 3.163 3.181 0.018 -0.001 3.181 0.000 0.000
#21 3.560 3.195 3.214 0.019 0.000 3.214 0.000 0.000
#22 3.560 3.196 3.213 0.017 -0.002 3.214 0.001 0.001
위 표 1에서, 계측 시점 A는 방전 직후의 휴지 구간에 포함되고, 계측 시점 B 및 C는 배터리 시스템(1)이 소정 시간 이상 방치된 상태에서의 휴지 구간에 포함된다. 위 표 1은 복수의 셀(#1~#22)들 중 셀 #7에 내부단락이 발생한 상태에서의 전압 변화를 예로 든 것이다. 위 표 1을 참조하면, 셀 전압 값만으로 이상 셀을 검출할 경우, 복수의 셀(#1~#22)이 밸런싱된 상태에서는 셀 #7의 이상 발생을 검출할 수 없다. 또한, 셀 #20과 같이 셀(100) 특성(열화 등)으로 인해 다른 셀에 비해 셀 전압 값이 상대적으로 낮게 나타나는 셀의 경우, 내부단락이 발생하지 않은 상태임에도 불구하고 이상 셀로 오인식 될 수 있다.
반면에, 실시 예에서와 같이 전압 변화량 편차를 이용하여 이상 셀을 검출할 경우, 셀 #20은 B-A 시간 구간이나 C-B 시간 구간 모두에서 전압 변화량 편차가 다른 셀들과 유사하게 나타나, 이상 셀로 오인식 되지 않을 수 있다. 또한, 실제 내부 단락이 발생한 셀 #7의 경우, B-A 시간 구간이나 C-B 시간 구간 모두에서 전압 변화량 절대 편차가 최고치로 나타남으로써, 이상 셀로 검출될 수 있다.
검출부(22)는 전술한 방식으로 이상 셀이 검출되면, 이상 셀을 통지하는 알람 신호를 제어부(23)로 전달할 수 있다. 이 때, 검출부(22)는 이상 셀로 확인된 셀(100)의 식별정보를 알람 신호에 포함시켜 전송할 수도 있다.
제어부(23)는 검출부(22)로부터 이상 셀 통지를 위한 알람 신호가 수신되면, 이를 상위 제어기(미도시)로 전달하거나, 위험 상황으로부터 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 보호동작들을 실행시킬 수 있다.
또한, 제어부(23)는 상위 제어기로부터 요청이 수신되면, 메모리(24)로부터 각 시간 구간에서의 셀(100) 별 전압 변화량 및 전압 변화량 편차, 또는 각 시간 구간에서의 이상 셀 또는 이상 셀 후보군의 정보를 읽어오고, 이를 상위 제어기로 전달할 수도 있다. 이 경우, 상위 제어기는 각 시간 구간에서의 셀(100) 별 전압 변화량 및 전압 변화량 편차, 또는 각 시간 구간에서의 이상 셀 또는 이상 셀 후보군의 정보를 화면 상에 표시함으로써, 관리자가 셀(100)들의 이상 상태를 확인할 수 있도록 한다.
위에서 설명한 배터리 시스템(1)에서 계측부(21), 검출부(22), 또는 제어부(23)는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4의 이상 셀 검출 방법은, 도 1을 참조하여 설명한 이상 셀 검출 장치(20)에 의해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이상 셀 검출 장치(20)는 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀(100)들의 셀 전압 값들을 지속적으로 계측한다(S11). 그리고, 계측된 셀 전압 값들에 기초하여, 소정의 시간 구간에 대해 복수의 셀(100) 별로 전압 변화량을 산출하고(S12), 이로부터 셀(100) 별 전압 변화량(또는 전압 변화율) 편차를 산출한다(S13). 여기서, 이상 셀 검출 장치(20)는 배터리 모듈(10)이 휴지 상태인 휴지 구간에서 계측된 전압 값들을 사용하여 전압 변화량 및 전압 변화량 편차를 산출할 수 있다.
이상 셀 검출 장치(20)는 상기 S12 단계 및 S13 단계를 통해 셀(100) 별 전압 변화량(또는 전압 변화율) 편차가 산출되면, 이를 모니터링하여 복수의 셀(100) 중 이상 셀을 판정한다(S14).
상기 S14 단계에서, 이상 셀 검출 장치(20)는 복수의 셀(100)들 중 동일한 시간 구간에서 전압 변화량 절대 편차가 소정치 이상이거나 최대인 셀을 이상 셀로 판정할 수 있다.
또한, 상기 S14 단계에서, 이상 셀 검출 장치(20)는 각 시간 구간에서 전압 변화량 절대 편차가 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀(100)을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 이상 셀 후보군으로 등록된 셀(100)을 이상 셀로 판정할 수도 있다.
또한, 상기 S14 단계에서, 이상 셀 검출 장치(20)는 복수의 셀(100)들 중 소정 시간 구간에서의 전압 변화율 편차가 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출할 수도 있다.
또한, 상기 S14 단계에서, 이상 셀 검출 장치(20)는 각 시간 구간에서 전압 변화율 절대 편차가 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀(100)을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 이상 셀 후보군으로 등록된 셀(100)을 이상 셀로 검출할 수 있다.
이상 셀 검출 장치(20)는 상기 S14 단계를 통해 복수의 셀(100) 중 이상 셀이 검출되면(S15), 이를 통지하는 알람 신호를 발생시킨다(S16).
전술한 바에 따르면, 실시 예에 따른 이상 셀 검출 장치(20)는 배터리 시스템(1)의 방치 중에도 셀의 내부단락 발생을 검출할 수 있다. 그리고, 전압 변화량 또는 전압 변화율 편차를 이상 셀 판정에 사용함으로써, 노이즈로 인한 순간적인 전압 흔들림을 내부단락으로 오인식 하는 상황을 회피할 수 있다. 또한, 전압 변화량 편차 또는 전압 변화율 편차의 지속적인 모니터링을 통해 전압 변화가 상대적으로 미미한 미세 내부단락의 발생 또한 검출하는 것이 가능하다.
여기에 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소들은 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상의 배선 또는 전도성 소자들에 의해 구현될 수 있다. 전도성 소자는 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin)들을 포함할 수 있으며, 전도성 중합체(conductive polymers) 또는 세라믹(ceramics)을 포함할 수 있다. 또한 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 또는 빛을 이용한 무선 접속을 통해 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (13)

  1. 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈의 이상 셀 검출 장치로서,
    계측 시점을 변경해 가며 상기 복수의 셀의 셀 전압 값들을 계측하는 계측부, 및
    상기 셀 전압 값들에 기초하여 소정의 시간 구간에 대해 상기 복수의 셀 각각의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하며, 상기 시간 구간을 변경해 가며 상기 복수의 셀 각각에 대해 산출된 상기 전압 변화량 편차에 기초하여 상기 복수의 셀 중 이상 셀을 검출하는 검출부를 포함하며,
    상기 검출부는, 상기 복수의 셀 각각에 대해 상기 시간 구간에 포함된 서로 다른 두 계측 시점에서 계측된 셀 전압 값들을 비교하여 상기 전압 변화량을 산출하고, 상기 복수의 셀의 상기 전압 변화량들의 평균 값과 상기 복수의 셀 각각의 상기 전압 변화량 간의 차이로부터 상기 복수의 셀 각각의 상기 전압 변화량 편차를 산출하며,
    상기 계측부의 계측 시점들 간의 시간 간격은, 상기 배터리 모듈이 충전 또는 방전 중인지 여부, 또는 상기 배터리 모듈의 충방전 종료 시점으로부터 경과한 시간에 따라 변경되는, 이상 셀 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    동일한 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 최대이거나, 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는, 이상 셀 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 검출부는,
    각 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하고, 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는, 이상 셀 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하고, 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는, 이상 셀 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 검출부는,
    각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하고, 각 시간 구간에서 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하며, 하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는, 이상 셀 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 계측부에 의해 계측된 셀 전압 값들 중 상기 배터리 모듈이 휴지(rest) 상태에서 계측된 셀 전압 값들을 이용하여 상기 전압 변화량 및 상기 전압 변화량 편차를 산출하는, 이상 셀 검출 장치.
  7. 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈, 및
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 이상 셀 검출 장치를 포함하는, 배터리 시스템.
  8. 복수의 셀을 포함하는 배터리 시스템의 이상 셀 검출 방법으로서,
    계측 시점을 변경해 가며 상기 복수의 셀의 셀 전압 값들을 계측하는 단계,
    소정의 시간 구간 동안 계측된 상기 셀 전압 값들로부터 상기 복수의 셀 각각의 전압 변화량, 및 전압 변화량 편차를 산출하는 단계, 및
    상기 시간 구간을 변경해가며 상기 복수의 셀 각각에 대해 산출된 상기 전압 변화량 편차에 기초하여, 상기 복수의 셀 중 이상 셀을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 복수의 셀 각각에 대해 상기 시간 구간에 포함된 서로 다른 두 계측 시점에서 계측된 셀 전압 값들을 비교하여 상기 전압 변화량을 산출하는 단계, 및
    상기 복수의 셀의 상기 전압 변화량들의 평균 값과 상기 복수의 셀 각각의 상기 전압 변화량 간의 차이로부터 상기 복수의 셀 각각의 상기 전압 변화량 편차를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 계측하는 단계에서, 계측 시점들 간의 시간 간격은, 상기 복수의 셀이 충전 또는 방전 중인지 여부, 또는 상기 복수의 셀의 충전 또는 방전 종료 시점으로부터 경과한 시간에 따라 변경되는, 이상 셀 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    동일한 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 최대이거나, 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함하는, 이상 셀 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    각 시간 구간에서 상기 전압 변화량 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하는 단계, 및
    하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함하는, 이상 셀 검출 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하는 단계, 및
    상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 소정치 이상인 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함하는, 이상 셀 검출 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    각 시간 구간에서의 상기 전압 변화량 편차로부터 전압 변화율 편차를 산출하는 단계,
    각 시간 구간에서 상기 전압 변화율 편차의 절대 값이 높은 순으로 선택된 적어도 하나의 셀을 이상 셀 후보군으로 등록하는 단계, 및
    하나 이상의 시간 구간에서 상기 이상 셀 후보군으로 등록된 셀을 이상 셀로 검출하는 단계를 포함하는, 이상 셀 검출 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전압 변화량을 산출하는 단계는,
    상기 셀 전압 값들 중 상기 배터리 시스템이 휴지(rest) 상태에서 계측된 셀 전압 값들을 이용하여 상기 전압 변화량을 산출하는 단계를 포함하는, 이상 셀 검출 방법.
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