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JP-2026515043-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、複数の電池バンクそれぞれの電圧を測定する電圧測定部と、前記複数の電池バンクそれぞれの一定周期の間の電圧の変化量である第１電圧を算出し、前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出し、前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するコントローラと、を含むことができる。

Inventors

  • リー スン ジョン
  • キム チェオル タエク

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
20240516
Priority Date
20230517

Claims (18)

  1. 複数の電池バンクそれぞれの電圧を測定する電圧測定部と、 前記複数の電池バンクそれぞれの一定周期の間の電圧の変化量である第１電圧を算出し、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出し、 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診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、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値が下限閾値以下である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を初期化する、請求項１に記載の電池管理装置。
  3. 前記コントローラは、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値が前記下限閾値超過であり、 前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値が上限閾値未満である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を累積する、請求項２に記載の電池管理装置。
  4. 前記コントローラは、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値が前記下限閾値超過であり、 前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値が前記上限閾値以上である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧として算出する、請求項３に記載の電池管理装置。
  5. 前記コントローラは、前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値と前記上限閾値のうち最大値に対する前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧の値を前記複数の電池バンクそれぞれの基準値として算出する、請求項４に記載の電池管理装置。
  6. 前記コントローラは、前記複数の電池バンクそれぞれの基準値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの順位を設定する、請求項５に記載の電池管理装置。
  7. 前記コントローラは、前記複数の電池バンクを前記基準値が高い順に並べた順序に従って順位を設定し、前記複数の電池バンクのうち、第１順位である第１電池バンク、第２順位である第２電池バンクを判断する、請求項６に記載の電池管理装置。
  8. 前記コントローラは、前記第１電池バンクの基準値と前記第２電池バンクの基準値との差である第１偏差を算出し、 前記第１電池バンクの第２電圧と前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値との差である第２偏差を算出し、 前記第１偏差および前記第２偏差に基づいて前記第１電池バンクを診断する、請求項７に記載の電池管理装置。
  9. 前記第１電池バンクの基準値が第１閾値超過であり、前記第１偏差が第２閾値未満であり、前記第２偏差が第３閾値超過である場合、前記第１電池バンクを診断する、請求項８に記載の電池管理装置。
  10. 複数の電池バンクそれぞれの電圧を測定するステップと、 前記複数の電池バンクそれぞれの一定周期の間の電圧の変化量である第１電圧を算出するステップと、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出するステップと、 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するステップと、 を含む、電池管理装置の動作方法。
  11. 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出するステップは、 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値が下限閾値以下である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を初期化する、請求項１０に記載の電池管理装置の動作方法。
  12. 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出するステップは、 前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値が上限閾値未満である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を累積する、請求項１１に記載の電池管理装置の動作方法。
  13. 前記複数の電池バンクの第１電圧のうち最大値および前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧を算出するステップは、 前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧の平均値が前記上限閾値以上である場合、前記複数の電池バンクそれぞれの第１電圧を前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧として算出する、請求項１２に記載の電池管理装置の動作方法。
  14. 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値に対する前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧の値である基準値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの順位を設定するステップは、 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値と前記上限閾値のうち最大値に対する前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧の値を前記複数の電池バンクそれぞれの基準値として算出する、請求項１３に記載の電池管理装置の動作方法。
  15. 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するステップは、 前記複数の電池バンクそれぞれの基準値に基づいて、前記複数の電池バンクそれぞれの順位を設定する、請求項１４に記載の電池管理装置の動作方法。
  16. 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するステップは、 前記複数の電池バンクを前記基準値が高い順に並べた順序に従って順位を設定し、前記複数の電池バンクのうち、第１順位である第１電池バンク、第２順位である第２電池バンクを判断する、請求項１５に記載の電池管理装置の動作方法。
  17. 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するステップは、 前記第１電池バンクの基準値と前記第２電池バンクの基準値との差である第１偏差を算出し、 前記第１電池バンクの第２電圧と前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値との差である第２偏差を算出し、 前記第１偏差および前記第２偏差に基づいて前記第１電池バンクを診断する、請求項１６に記載の電池管理装置の動作方法。
  18. 前記複数の電池バンクの第２電圧の平均値および前記複数の電池バンクそれぞれの第２電圧に基づいて、前記複数の電池バンクのうち少なくとも１つの電池バンクを診断するステップは、 前記第１電池バンクの基準値が第１閾値超過であり、前記第１偏差が第２閾値未満であり、前記第２偏差が第３閾値超過である場合、前記第１電池バンクを診断する、請求項１７に記載の電池管理装置の動作方法。

Description

本発明は、２０２３年０５月１７日付けの韓国特許出願第１０－２０２３－００６４０３１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を充電した後、電池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て物理化学的特性が変化し、電池の正極から出たリチウムイオンが負極内に還元されず、負極の表面に析出する不良が発生し得る。リチウム析出現象が持続的に繰り返される場合、電池の負極と正極との内部短絡（Ｉｎｎｅｒ Ｓｈｏｒｔ）が発生し得、内部短絡が発生した電池は、電圧が一定レベル以下に減少する低電圧（Ｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ）不良または発火可能性が増加する問題が発生し得る。したがって、電池のリチウム析出現象を診断する方法が必要である。 従来のリチウム析出現象の診断方法は、電池のリチウム析出が大量に発生した電池の充電後の休止区間の電圧データを用いていたが、当該方法は、リチウム析出が電池の測定電圧に及ぼす影響が微々たるため、異常電圧の有無を判別することが難しいという問題がある。 本文書に開示された一実施形態に係る電池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バンクの休止期の電圧の変化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バンクの第１電圧の変化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バンクの累積された第１電圧の変化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バンクの基準値の変化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バンクの診断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管理装置の動作方法を示す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電池管理装置の動作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パック１０００は、電池モジュール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、電池モジュール１００は、電池セルであってもよく、この場合、電池パック１０００は、セルツーパック（ｃｅｌｌ ｔｏ ｐａｃｋ）構造を有してもよい。 図１には１個のみの電池モジュール１００が示されているが、電池パック１０００は、複数の電池モジュールが積層構造を形成することができる。電池モジュール１００は、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０を含むことができる。図１には複数の電池バンクが４個であるものと示されているが、これに限定されず、電池モジュール１００は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個の電池バンクを含んで構成されることができる。 電池モジュール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、電池モジュール１００を含む電池パック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。 電池モジュール１００は、複数の電池バンク（Ｂａｎｋ）１１０、１２０、１３０、１４０を含むことができる。ここで、電池バンクは、電池モジュール１００内の複数の電池セルで構成された１つの直列ラインと定義することができる。実施形態によると、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０は、電池モジュール１００内で互いに直列に連結されることができる。図１には複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０が４個であるものと示されているが、これに限定されず、電池モジュール１００は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個の電池バンクを含んで構成されることができる。実施形態によると、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０は、互いに電気的に連結され、セルモジュールアセンブリー（ＣＭＡ、Ｃｅｌｌ Ｍｏｄｕｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を構成されることができる。 複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０は、複数の電池セルを含むことができる。電池セルは、電気エネルギーを充放電して使用可能な電池の基本単位であり、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。様々な実施形態によると、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０それぞれは、単一の電池セルであってもよい。複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０それぞれに含まれた複数の電池セルは、互いに並列に連結されることができる。また、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０内部の並列に連結された電池セルの数は、互いに同一であってもよい。 電池管理装置（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２００は、電池モジュール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、電池モジュール１００に含まれた複数の電池バンク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、電池モジュール１００および／または電池モジュール１００に含まれた複数の電池バンク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、電池モジュール１００や充放電経路、または電池モジュール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。 複数の電池バンク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、電池バンク内部の様々な因子が変化し得る。電池管理装置２００は、電池バンク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、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０内部の異常現象を診断することができる。 具体的に、電池管理装置２００は、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０の電圧データを用いて、複数の電池バンク１１０、１２０、１３０、１４０のうち、電極タブに断線が発生した電池セル、または電極タブの断線とリチウム析出がともに発生した電池セルを含む電池バンクを診断することができる。ここで、リチウム析出は、電池セルの充電中に正極から出たリチウムイオンが負極に化学的に結合することができず、負極の表面にリチウムイオン同士が金属の形態で存在する現象である。正常な電池セルの場合、充電時に電池セルの正極から出たリチウムイオンが負極内に還元されるが、不良電池セルの場合、一部のリチウムイオンが負極の表面からリチウム金属の形態で析出し得る。リチウム析出現象が繰り返されてリチウム副産物が成長すると、正極または正極集電体と接触し、電池セルの負極と正極との内部短絡（Ｉｎｎｅｒ Ｓｈｏｒｔ）が発生し得る。内部短絡が発生した電池バンクの場合、時間の経過とともに自己放電（Ｓｅｌｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）により正常な電池バンクとの電圧偏差現象が発生し得る。 また、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正極タブまたは負極タブに断線が発生し得る。この際、電池セルにリチウム析出現象と電極タブの断線問題がともに発生した場合、断線した電池セルの電極と正常な電池セルの電極がリチウム析出物により互いに連結され得る。ここで、断線した電池セルの負極が正常な電池の負極よりも高い充電量（ＳＯＣ）を有している場合、２つの電池セルの負極がリチウム析出物により接触し、断線した電池セルの負極から正常な電池の負極に充電が発生し得る。したがって、リチウム析出現象と電極タブの断線問題がともに発生した電池セルは、正常な電池セルに比べて電圧変化がより速くかつ大きく発生し得る。 したがって、電池管理装置２００は、電極タブの断線およびリチウム析出現象が同時に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、電池バンクの休止期の電圧データと正常な電池バンクの休止期の統計的な正常な電圧データとを比較し、電極タブの断線およびリチウム析出が発生した電池セルを含む電池バンク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されるサーバ、クラウド、充電器、または充放電器などの様々な機器で行われることができる。 図２は、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。 以下、図２を参照して、電池管理装置２００の構成について具体的に説明する。 図２を参照すると、電池管理装置２００は、電圧測定部２１０およびコントローラ２２０を含むことができる。 電圧測定部２１０は、複数の電池バンク