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KR-20260060986-A - BATTERY DIAGNOSIS APPARATUS AND BATTERY DIAGNOSIS METHOD

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Abstract

배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법이 제공된다. 상기 배터리 진단 방법은, 충전 모드, 방전 모드 및 휴지 모드 중의 어느 하나에 해당하는 배터리의 현 사용 모드에 의존적 관계를 갖는 기준 온도 팩터를 결정하는 단계; 및 상기 기준 온도 팩터를 이용하여, 상기 배터리의 온도 이상을 진단하는 단계를 포함한다.

Inventors

  • 신현주

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20250507
Priority Date
20241025

Claims (16)

  1. 충전 모드, 방전 모드 및 휴지 모드 중의 어느 하나에 해당하는 배터리의 현 사용 모드에 의존적 관계를 갖는 기준 온도 팩터를 결정하는 단계; 및 상기 기준 온도 팩터를 이용하여, 상기 배터리의 온도 이상을 진단하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는 단계는, 상기 현 사용 모드에 따라, 상기 충전 모드에 연관된 제1 후보 온도 팩터, 상기 방전 모드에 연관된 제2 후보 온도 팩터 및 상기 휴지 모드에 연관된 제3 후보 온도 팩터 중 어느 하나로 상기 기준 온도 팩터를 결정하는, 배터리 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는 단계는, 상기 배터리의 사용 이력 정보로부터 상기 현 사용 모드에 대응하는 관심 데이터를 독출하는 단계; 및 상기 현 사용 모드에 대한 온도 팩터 맵에 상기 관심 데이터를 적용하여, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관심 데이터는, 상기 현 사용 모드가 상기 충전 모드인 경우, 상기 현 사용 모드가 상기 충전 모드로 유지 중의 배터리 온도 이력 데이터 및 SOC 이력 데이터를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 관심 데이터는, 상기 현 사용 모드가 상기 방전 모드인 경우, 상기 현 사용 모드가 상기 방전 모드로 유지 중의 배터리 온도 이력 데이터, SOC 이력 데이터 및 전류 이력 데이터를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 관심 데이터는, 상기 현 사용 모드가 상기 휴지 모드인 경우, 상기 현 사용 모드가 상기 휴지 모드로 유지 중의 배터리 온도 이력 데이터 및 외기 온도 이력 데이터를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는 단계는, 상기 충전 모드, 상기 방전 모드 및 상기 휴지 모드에 개별 연관된 현 제1 가중치, 현 제2 가중치 및 현 제3 가중치를 포함하는 가중치 세트를 결정하는 단계; 및 상기 가중치 세트를 이용하여, 상기 충전 모드, 상기 방전 모드 및 상기 휴지 모드에 개별 연관된 제1 내지 제3 서브 온도 팩터에 대한 가중합 연산을 수행하여, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가중치 세트를 결정하는 단계는, 상기 현 사용 모드가 상기 충전 모드인 경우에 실행되는 하기의 단계들: 상기 현 사용 모드가 상기 충전 모드로 유지된 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제1 가중치를 제1 가중치 강화 맵에 적용하여, 상기 현 제1 가중치를 결정하는 단계; 상기 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제2 가중치를 제2 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제2 가중치를 결정하는 단계; 및 상기 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제3 가중치를 제3 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제3 가중치를 결정하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 가중치 세트를 결정하는 단계는, 상기 현 사용 모드가 상기 방전 모드인 경우에 실행되는 하기의 단계들: 상기 현 사용 모드가 상기 방전 모드로 유지된 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제1 가중치를 제1 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제1 가중치를 결정하는 단계; 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제2 가중치를 제2 가중치 강화 맵에 적용하여, 상기 현 제2 가중치를 결정하는 단계; 및 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제3 가중치를 제3 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제3 가중치를 결정하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 가중치 세트를 결정하는 단계는, 상기 현 사용 모드가 상기 휴지 모드인 경우에 실행되는 하기의 단계들: 상기 현 사용 모드가 상기 휴지 모드로 유지된 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제1 가중치를 제1 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제1 가중치를 결정하는 단계; 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제2 가중치를 제2 가중치 약화 맵에 적용하여, 상기 현 제2 가중치를 결정하는 단계; 및 관심 기간의 시간 길이 및 상기 관심 기간의 시작 시각에서의 이전 제3 가중치를 제3 가중치 강화 맵에 적용하여, 상기 현 제3 가중치를 결정하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 배터리의 온도 이상을 진단하는 단계는, 상기 배터리의 사용 이력 정보를 기초로, 타겟 온도 팩터를 결정하는 단계; 및 상기 타겟 온도 팩터를 상기 기준 온도 팩터와 비교하여, 상기 배터리의 온도 이상을 진단하는 단계; 를 포함하는, 배터리 진단 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 온도 이상에 대한 진단 결과 메시지를 생성하는 단계; 를 더 포함하는, 배터리 진단 방법.
  13. 배터리의 사용 이력 정보를 저장하는 메모리; 및 충전 모드, 방전 모드 및 휴지 모드 중의 어느 하나에 해당하는 상기 배터리의 현 사용 모드에 의존적 관계를 갖는 기준 온도 팩터를 결정하고, 상기 기준 온도 팩터를 이용하여, 상기 배터리의 온도 이상을 진단하는 프로세서; 를 포함하는, 배터리 진단 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 사용 이력 정보로부터 상기 현 사용 모드에 대응하는 관심 데이터를 독출하고, 상기 현 사용 모드에 대한 온도 팩터 맵에 상기 관심 데이터를 적용하여 상기 기준 온도 팩터를 결정하는, 배터리 진단 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 충전 모드, 상기 방전 모드 및 상기 휴지 모드에 개별 연관된 현 제1 가중치, 현 제2 가중치 및 현 제3 가중치를 포함하는 가중치 세트를 결정하고, 상기 가중치 세트를 이용하여, 상기 충전 모드, 상기 방전 모드 및 상기 휴지 모드에 개별 연관된 제1 내지 제3 서브 온도 팩터에 대한 가중합 연산을 수행하여, 상기 기준 온도 팩터를 결정하는, 배터리 진단 장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치; 를 포함하는, 배터리 시스템.

Description

배터리 진단 장치 및 배터리 진단 방법{BATTERY DIAGNOSIS APPARATUS AND BATTERY DIAGNOSIS METHOD} 본 발명은 배터리의 온도 이상을 진단하는 기술에 관한 것이다. 본 출원은 2024년 10월 25일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2024-0147820호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다. 최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 배터리에는 상당량의 에너지가 저장되며, 배터리의 온도가 상승할수록 화재 및 폭발의 위험성이 높아진다. 따라서, 배터리의 온도를 실시간적으로 모니터링하면서, 배터리의 온도 이상이 발견되면 위험 저감을 위한 적절한 조치가 취해질 필요가 있다. 종래에는 단일의 진단 기준을 이용하여 배터리의 온도 이상을 진단하는 방식이 주로 이용되고 있다. 그러나, 배터리의 온도 상태는 배터리의 사용 모드(충전 모드, 방전 모드 또는 휴지 모드)에 적지 않은 의존도를 갖는다. 예를 들어, 휴지 모드에서와는 달리 충전 모드나 방전 모드에서는 배터리 온도가 상승 경향을 갖는 것은 자연스럽기 때문에, 충전 모드나 방전 모드에 대한 진단 기준이 휴지 모드에 대한 진단 기준과 동일하다면, 온도 이상에 대해 잘못된 진단이 수행될 수 있다. 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 도 1은 본 발명에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 배터리 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 3은 도 2를 참조하여 전술된 단계 S210에 포함 가능한 하위 루틴 세트의 일 예를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 4 내지 도 6은 도 3의 하위 루틴 세트에서 이용되는 온도 팩터 맵들을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 도 7은 도 2를 참조하여 전술된 단계 S210에 포함 가능한 하위 루틴 세트의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 8은 충전 모드에 연관된 제1 가중치 강화 맵 및 제1 가중치 약화 맵 각각의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 9는 방전 모드에 연관된 제2 가중치 강화 맵 및 제2 가중치 약화 맵 각각의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 10은 휴지 모드에 연관된 제3 가중치 강화 맵 및 제3 가중치 약화 맵 각각의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 11은 도 7을 참조하여 전술된 단계 S720에 포함 가능한 하위 루틴 세트의 일 예를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 12는 도 11을 설명하는 데에 참조되는 타이밍 챠트이다. 도 13은 도 7을 참조하여 전술된 단계 S720에 포함 가능한 하위 루틴 세트의 일 예를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 14는 도 13을 설명하는 데에 참조되는 타이밍 챠트이다. 도 15는 도 7을 참조하여 전술된 단계 S720에 포함 가능한 하위 루틴 세트의 일 예를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 16은 도 15를 설명하는 데에 참조되는 타이밍 챠트이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 도 1은 본 발명에 따른 배터리 진단 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다. 이해를 돕기 위해, 배터리 진단 장치(100)가 배터리 시스템(1)의 하위 구성으로 포함된 것으로 도시하였다. 도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은, 시스템 컨트롤러(2), 배터리 팩(10), 릴레이(20), 전력 변환기(30) 및 전기 부하(40)를 포함한다. 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)는, 충전 케이블 등을 통해 충전기(3)에 전기적으로 결합될 수 있다. 충전기(3)는, 배터리 시스템(1)에 포함된 것이거나, 충전 스테이션에 마련된 것일 수 있다. 시스템 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit)는, 배터리 시스템(1)에 마련된 시동 버튼(미도시)이 사용자에 의해 ON-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-온 신호를 배터리 진단 장치(100)에게 전송하도록 구성된다. 시스템 컨트롤러(2)는, 시동 버튼이 사용자에 의해 OFF-위치로 전환된 것에 응답하여, 키-오프 신호를 배터리 진단 장치(100)에게 전송하도록 구성된다. 충전기(3)는, 시스템 컨트롤러(2)와 통신하여, 배터리 팩(10)의 충방전 단자(P+, P-)를 통해 정전류 또는 정전압의 충전 전력을 공급할 수 있다. 충전기(3)는, 방전 기능을 가질 수 있으며, 후술된 제1 충전 스테이지(S1)를 개시하기에 앞서서, 차량 컨트로러(2)의 요청에 따라 배터리(11)의 배터리 전압(예, OCV)이 소정의 기준 전압 이하가 되도록 배터리(11)를 방전시킬 수 있다. 배터리 팩(10)은, 배터리(11) 및 배터리 진단 장치(100)을 포함한다. 배터리(11)는, 셀 그룹(12)을 포함하고, 케이스(13)를 더 포함할 수 있다. 케이스(13)는, 배터리(11)의 전체적인 외형을 정의하고, 셀 그룹(12)이 배치될 수 있는 내부 공간을 제공한다. 케이스(13)는, 배터리 시스템(1)에 마련된 배터리 룸에 볼트 등을 통해 고정 체결된다. 셀 그룹(12)은, 케이스(13)로부터 제공된 내부 공간에 배치(수납)되는 것으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(BC)을 포함한다. 배터리 셀(BC)은, 예컨대 리튬 이온 셀과 같이 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 셀 그룹(12)이 복수의 배터리 셀을 가지는 경우, 복수의 배터리 셀은 직렬, 병렬 또는 직병렬이 혼합되어 연결될 수 있다. 릴레이(20)는, 배터리(11) 및 전력 변환기(30)를 연결하는 전력 경로를 통해, 배터리(11)에 전기적으로 직렬 연결된다. 도 1에서는, 릴레이(20)가 배터리(11)의 양극 단자와 충방전 단자(P+) 사이에 연결된 것으로 예시되어 있다. 릴레이(20)는, 배터리 진단 장치(100)으로부터의 스위칭 신호에 응답하여, 온오프 제어된다. 릴레이(20)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 컨택터이거나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다. 전력 변환기(30)는, 배터리 진단 장치(100) 또는 시스템 컨트롤러(2)로부터의 명령에 응답하여, 셀 그룹(12)으로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다. 전기 부하(40)는, 전력 변환기(30)로부터의 교류 전력을 이용하여 구동한다. 전기 부하(40)로는, 예컨대 3상 교류 모터가 이용될 수 있다. 배터리 진단 장치(100)는, 프로세서(150)를 포함한다. 배터리 진단 장치(100)은, 통신 회로(160)를 더 포함할 수 있다. 배터리 진단 장치(100)는, 온도 센서(110), 온도 센서(120), 전압 센서(130) 및 전류 센서(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 냉각 디바이스(170)를 더 포함할 수 있다. 배터리 진단 장치(100)를 '배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이라고 칭할 수 있다. 온도 센서(110)는, 배터리(11)의 온도인 배터리 온도를 측정하고, 측정된 배터리 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 온도 센서(110)는, 배터리(11)의 실제 온도와 근접한 온도를 측정할 수 있도록, 케이스(13) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 온도 센서(110)는 셀 그룹(12)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(BC)의 표면에 부착될 수 있으며, 배터리 셀(BC)의 표면 온도를 배터리 온도로서 검출할 수 있다. 온도 센서(120)는, 배터리(11)로부터 이격된 소정 위치의 외기 온도(예, 실외 온도)를 측정하고, 측정된 외기 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하도록 구성된다. 온도 센서(1