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JP-2026515041-A - 電池管理装置およびその動作方法

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Abstract

本文書に開示された一実施形態に係る電池管理装置は、複数の電池セルそれぞれの電圧を測定する電圧測定部と、前記複数の電池セルそれぞれに対して電池セルの電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第１偏差を算出し、前記複数の電池セルの平均電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第２偏差を算出し、前記複数の電池セルそれぞれに対して前記第１偏差と前記第２偏差の差である第１診断偏差を算出し、前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して診断電池セルを設定し、前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断するコントローラと、を含むことができる。

Inventors

  • キム ジ ス
  • スン ヨン チュル

Assignees

  • エルジー エナジー ソリューション リミテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240202
Priority Date
20230508

Claims (15)

  1. 複数の電池セルそれぞれの電圧を測定する電圧測定部と、 前記複数の電池セルそれぞれに対して電池セルの電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第１偏差を算出し、前記複数の電池セルの平均電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第２偏差を算出し、前記複数の電池セルそれぞれに対して前記第１偏差と前記第２偏差の差である第１診断偏差を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して診断電池セルを設定し、 前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断するコントローラと、 を含む、電池管理装置。
  2. 前記コントローラは、 前記診断電池セルの第１診断偏差に設定値を乗算した値が、前記最大値を有する電池セルの第１診断偏差超過である場合、前記診断電池セルが正常に診断されたと判断し、 前記診断電池セルの第１診断偏差に設定値を乗算した値が、前記最大値を有する電池セルの第１診断偏差以下である場合、前記診断電池セルが誤診断されたと判断する、請求項１に記載の電池管理装置。
  3. 前記コントローラは、 基準時間ごとに前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差を算出し、 前記基準時間ごとに前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差をアップデートする、請求項１に記載の電池管理装置。
  4. 前記コントローラは、 基準時間ごとに前記診断電池セルの第１診断偏差を算出し、 前記基準時間ごとに前記診断電池セルの第１診断偏差の最大値をアップデートする、請求項１に記載の電池管理装置。
  5. 前記コントローラは、 前記複数の電池セルの電圧のうち最小値が前記診断電池セルの診断時の電圧よりも高くなり、前記診断電池セルの診断が誤診断と判断されない場合、前記診断電池セルが正常に診断されたと判断する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池管理装置。
  6. 前記コントローラは、 基準時間ごとに前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を更新し、 更新された最大値と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池管理装置。
  7. 前記コントローラは、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差中の前記第２偏差に閾値定数を乗算して得られる基準値に基づいて、前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して前記診断電池セルを設定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池管理装置。
  8. 前記コントローラは、 前記第２偏差に第１閾値定数を乗算して得られる値と第２閾値定数のうち最大値を前記基準値に設定し、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差のうち、前記基準値以下の第１診断偏差を除いて前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を、前記第２偏差に第３閾値定数を乗算して得られる値と第４閾値定数のうち最大値で割って正規化して前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差に前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差の最小値を加算して得られる値を前記第３診断偏差で割って前記複数の電池セルそれぞれの歪度を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差に前記歪度を乗算して前記複数の電池セルそれぞれの第４診断偏差を算出し、 前記複数の電池セルそれぞれの第４診断偏差が閾値を超えるか否かに基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して前記診断電池セルを設定する、請求項７に記載の電池管理装置。
  9. 複数の電池セルそれぞれの電圧を測定する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれに対して電池セルの電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第１偏差を算出し、前記複数の電池セルの平均電圧の長期移動平均値と短期移動平均値の偏差である第２偏差を算出し、前記複数の電池セルそれぞれに対して前記第１偏差と前記第２偏差の差である第１診断偏差を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して診断電池セルを設定する動作と、 前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断する動作と、 を含む、電池管理装置の動作方法。
  10. 前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断する動作は、 前記診断電池セルの第１診断偏差に設定値を乗算した値が、前記最大値を有する電池セルの第１診断偏差超過である場合、前記診断電池セルが正常に診断されたと判断し、 前記診断電池セルの第１診断偏差に設定値を乗算した値が、前記最大値を有する電池セルの第１診断偏差以下である場合、前記診断電池セルが誤診断されたと判断する、請求項９に記載の電池管理装置の動作方法。
  11. 基準時間ごとに前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差を算出する動作と、 前記基準時間ごとに前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差をアップデートする動作と、をさらに含む、請求項９に記載の電池管理装置の動作方法。
  12. 基準時間ごとに前記診断電池セルの第１診断偏差を算出する動作と、 前記基準時間ごとに前記診断電池セルの第１診断偏差の最大値をアップデートする動作と、をさらに含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の電池管理装置の動作方法。
  13. 前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を有する電池セルの第１診断偏差と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断する動作は、 基準時間ごとに前記診断電池セルとは異なる電池セルの第１診断偏差のうち最大値を更新する動作と、 更新された最大値と前記診断電池セルの第１診断偏差とを比較し、前記診断電池セルが正常に診断されたか否かを判断する動作と、を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の電池管理装置の動作方法。
  14. 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して診断電池セルを設定する動作は、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差中の前記第２偏差に閾値定数を乗算して得られる基準値に基づいて、前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して前記診断電池セルを設定する動作と、を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の電池管理装置の動作方法。
  15. 前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差に基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して前記診断電池セルを設定する動作は、 前記第２偏差に第１閾値定数を乗算して得られる値と第２閾値定数のうち最大値を前記基準値に設定する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第１診断偏差のうち、前記基準値以下の第１診断偏差を除いて前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第２診断偏差を、前記第２偏差に第３閾値定数を乗算して得られる値と第４閾値定数のうち最大値で割って正規化して前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差に前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差の最小値を加算して得られる値を前記第３診断偏差で割って前記複数の電池セルそれぞれの歪度を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第３診断偏差に前記歪度を乗算して前記複数の電池セルそれぞれの第４診断偏差を算出する動作と、 前記複数の電池セルそれぞれの第４診断偏差が閾値を超えるか否かに基づいて、前記複数の電池セルのうち少なくとも１つの電池セルを診断して前記診断電池セルを設定する動作と、を含む、請求項１４に記載の電池管理装置の動作方法。

Description

本発明は、２０２３年０５月０８日付けの韓国特許出願第１０－２０２３－００５９０２２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。 本文書に開示された実施形態は、電池管理装置およびその動作方法に関する。 電気自動車は、外部から電気の供給を受けて電池セルを充電した後、電池セルに充電された電圧でモータを駆動させて動力を得る。電池セルは、生産および使用段階で様々な充放電により内部変形および変性を受け、物理化学的特性が変化し、内部短絡、外部短絡、リチウム析出によるベント（Ｖｅｎｔｉｎｇ）、または電池セルの電圧が一定レベル以下に減少する低電圧（Ｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ）不良が発生し得る。 電池セルの内部に不良が発生する場合、電池セルの性能が低下し、電解液が漏れることにより発火の可能性が増加するなど、電池セルに直接的な問題が発生し得る。したがって、電池セルの異常有無を判断する技術が必要である。 従来の電池管理装置は、電池セルの平均電圧に対する個別電池セルの電圧の偏差を用いて電池セルの電圧異常を診断していたが、このような方法は、ノイズに弱く、異常な電池セルの診断基準となる閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を一定レベル以下に調整することができず、電気自動車で発生する微細な断線による電池セルの異常電圧を検出できないという限界がある。 本文書に開示された一実施形態に係る電池セルパックを示す図である。本文書に開示された一実施形態に係る電池管理装置の構成を示すブロック図である。本文書に開示された一実施形態に係る電池セルの電圧を示すグラフである。本文書に開示された一実施形態に係るコントローラの電池セルを診断する方法を示すフローチャートである。本文書に開示された一実施形態に係る電池セルの第１診断偏差を示すグラフである。本文書に開示された一実施形態に係る電池セルの第３診断偏差を示すグラフである。本文書に開示された一実施形態に係る電池セルの第３診断偏差の歪度を示すグラフである。本文書に開示された一実施形態に係る電池セルの第４診断偏差を示すグラフである。本文書に開示された他の実施形態に係る電池管理装置を説明するためのフローチャートである。本文書に開示された他の実施形態に係る複数の電池セル間の電圧変曲点の差を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池セルの電圧変曲点の差による第１診断偏差の差を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池セルの電圧変曲点の差による第１診断偏差の差を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池管理装置の誤診断の検出方法を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池管理装置の誤診断の検出方法を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池管理装置の動作方法を説明するための図である。本文書に開示された他の実施形態に係る電池管理装置の動作方法について具体的に説明するための図である。本文書に開示された一実施形態に係る電池管理装置の動作方法を実現するコンピューティングシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。 以下、本文書に開示された一部の実施形態を例示的な図面により詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付するにあたり、同一の構成要素に対しては他の図面上に表示されるときにも可能な限り同一の符号を付するようにしていることに留意しなければならない。また、本文書に開示された実施形態を説明するにあたり、関連する公知の構成または機能に関する具体的な説明が本文書に開示された実施形態に対する理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。 本文書に開示された実施形態の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を用いてもよい。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものにすぎず、その用語により当該構成要素の本質や序列または順番などが限定されることはない。また、特に定義しない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本文書に開示された実施形態が属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有するものと解釈されなければならず、本文書において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。 図１は、本文書に開示された一実施形態に係る電池セルパックを示す図である。 図１を参照すると、本文書に開示された一実施形態に係る電池セルパック１０００は、電池セルモジュール１００、電池管理装置２００、およびリレー３００を含むことができる。様々な実施形態によると、電池セルモジュール１００は、電池セルであってもよく、この場合、電池セルパック１０００は、セルツーパック（ｃｅｌｌ ｔｏ ｐａｃｋ）構造を有することができる。 図１では電池セルモジュール１００が１個であるものと示されているが、実施形態によると、電池セルモジュール１００は、複数で構成されてもよく、電池セルパック１０００は、複数の電池セルモジュールが積層構造を形成してもよい。電池セルモジュール１００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０を含むことができる。図１では複数の電池セルが４個であるものと示されているが、これに限定されず、電池セルモジュール１００は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個の電池セルを含んで構成されることができる。 電池セルモジュール１００は、対象装置（図示せず）に電源を供給することができる。このために、電池セルモジュール１００は、対象装置と電気的に連結されることができる。ここで、対象装置は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０を含む電池セルパック１０００から電源の供給を受けて動作する電気的、電子的、または機械的装置を含むことができ、例えば、対象装置は、電気自動車（ＥＶ）またはエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ、Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよいが、これに限定されない。 複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０は、電気エネルギーを充放電して使用可能な電池セルの基本単位であり、リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）電池、リチウムイオンポリマー（Ｌｉ－ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ－Ｃｄ）電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池などであってもよく、これに限定されない。一方、図１では電池セルモジュール１００が１個であるものと示されているが、実施形態によると、電池セルモジュール１００は、複数で構成されてもよい。 電池管理装置（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２００は、電池セルモジュール１００の状態および／または動作を管理および／または制御することができる。例えば、電池管理装置２００は、電池セルモジュール１００に含まれた複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０の状態および／または動作を管理および／または制御することができる。電池管理装置２００は、電池セルモジュール１００の充電および／または放電を管理することができる。 電池管理装置２００は、リレー３００の動作を制御することができる。例えば、電池管理装置２００は、対象装置に電源を供給するためにリレー３００を短絡させることができる。また、電池管理装置２００は、電池セルパック１０００に充電装置が連結される場合にリレー３００を短絡させることができる。 また、電池管理装置２００は、電池セルモジュール１００および／または電池セルモジュール１００に含まれた複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧、電流、温度などをモニターすることができる。そして、電池管理装置２００を介したモニタリングのために、図示していないセンサや各種測定モジュールが、電池セルモジュール１００や充放電経路、または電池セルモジュール１００などの任意の位置にさらに設けられることができる。電池管理装置２００は、モニターした電圧、電流、温度などの測定値に基づいて、電池セルモジュール１００の状態を示すパラメータ、例えば、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）またはＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を算出することができる。 複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０は、使用期間または使用回数が増加するほど、容量が減少し、内部抵抗が増加するなど、様々な因子が変化し得る。電池管理装置２００は、電池セルが劣化するにつれて変化する様々な因子のデータに基づいて、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０内部の異常現象を診断することができる。 電池セルは、生産段階における不良、複数の充放電による内部変形および変性、または外部衝撃などの様々な原因で不良が発生した場合、正常な電池セルに比べて電圧変化が速くかつ大きく発生し得る。電池管理装置２００は、内部不良が発生した電池セルが休止期に正常な電池セルに比べて電圧変化が速くかつ大きく発生する現象を用いて、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの休止期の電圧データと正常な電池セルの休止期の統計的な正常電圧データとを比較し、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０のうち異常な電池セルを診断することができる。 具体的に、異常な電池セルの場合、正常な電池セルに比べて充電後の休止区間で電圧が下降する現象が発生し、正常な電池セルの電圧挙動に比べて大きい電圧挙動の偏差が発生し、電圧挙動が一方に偏る現象が発生して大きい歪度を有する。電池管理装置２００は、異常な電池セルの、正常な電池セルの電圧挙動に比べて偏差が大きく、歪度が大きいという特性を用いて、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０のうち、異常な電池セルが存在するか否かを判断することができる。 実施形態によると、電池管理装置２００は、充電中の複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０の電圧偏差に基づいて、異常な電池セルが存在するか否かを判断することができる。この場合、電池管理装置２００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０の電圧偏差および電圧変曲点の通過有無を総合的に考慮して異常な電池セルが存在するか否かを判断することができ、電圧変曲点を通過することにより誤診断された電池セルが存在する場合に誤診断を判定することができる。 電池管理装置２００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０の電圧の平均値と、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧との偏差（ｄＶ）を算出することができる。電池管理装置２００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧の偏差を用いて、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０のうち少なくとも１つの電池セルの電圧の異常挙動を判断し、当該電池セルを診断することができる。 電池管理装置２００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧の偏差のうち、ノイズ（Ｎｏｉｓｅ）データと疑われるノイズ電圧データを除いた複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧の偏差データを用いて電池セルを診断することができる。電池管理装置２００は、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧の偏差のうち、ノイズ電圧データを除いた後、複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧偏差データを増幅することができる。電池管理装置２００は、増幅された複数の電池セル１１０、１２０、１３０、１４０それぞれの電圧偏差データを用いて、異常電圧と疑われる異常な電池セルを診断することができる。 また、以下の電池管理装置２００の動作は、電池管理装置２００または電池管理装置２００が搭載された車両と連結