KR-20260061136-A - BATTERY DAIGNOSTIC APPARATUS AND OPERATING METHOD OF THE SAME

Abstract

본 문서에 개시되는 실시예에 따르면, 배터리 진단 장치는, 복수의 배터리 셀 각각의 전류 및 전압 데이터를 획득하는 정보 획득부 및 상기 배터리 셀 각각에 대하여 상기 전류의 거동에 기초하여 방전 상태인지 여부를 판단하고 상기 방전 상태가 기 설정된 시간 이상인지 여부에 기초하여 대상 구간을 결정하고, 상기 대상 구간에 대응되는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 데이터를 이용하여 등가 회로 모델을 구성하는 적어도 하나의 파라미터의 값을 산출하고, 상기 적어도 하나의 파라미터의 값에 기초하여 상기 대상 구간을 복수의 구간으로 구분하고, 진단하고자 하는 불량 유형에 기초하여 상기 복수의 구간 중 적어도 어느 하나를 분석 구간으로 결정하고, 상기 분석 구간에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태를 진단하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Inventors

• 윤호병

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20260421

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀 각각의 전류 및 전압 데이터를 획득하는 정보 획득부; 및 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대하여 상기 전류의 거동에 기초하여 방전 상태인지 여부를 판단하고 상기 방전 상태가 기 설정된 시간 이상인지 여부에 기초하여 대상 구간을 결정하고, 상기 대상 구간에 대응되는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 데이터를 이용하여 등가 회로 모델을 구성하는 적어도 하나의 파라미터의 값을 산출하고, 상기 적어도 하나의 파라미터의 값에 기초하여 상기 대상 구간을 복수의 구간으로 구분하고, 진단하고자 하는 불량 유형에 기초하여 상기 복수의 구간 중 적어도 어느 하나를 분석 구간으로 결정하고, 상기 분석 구간에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태를 진단하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 진단 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 등가 회로 모델을 구성하는 파라미터들과 전압과의 연관성에 기초하여 상기 대상 구간을 상기 복수의 구간으로 구분하는, 배터리 진단 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 진단하고자 하는 불량 유형이 전극 계면에서의 불량인 경우, 상기 전극 계면과 전해질 용액 사이에 이온이 이동함에 따른 영향을 고려한 저항 성분 및 상기 전극 계면에서의 반대 극성의 전하에 의한 축전 효과를 고려한 컨덴서 성분에 연관되는 구간을 상기 분석 구간으로 결정하는, 배터리 진단 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 분석 구간에 연관되는 파라미터 값이 임계값을 초과하는 셀을 불량으로 판단하는, 배터리 진단 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 임계값은 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 파라미터 값에 기초하여 설정되는, 배터리 진단 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 등가 회로 모델은 랜들스(Randles) 모델 또는 2RC 모델을 포함하는, 배터리 진단 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 대상 구간에 대응되는 상기 배터리 셀 각각의 전압 데이터를 상기 등가 회로 모델에 피팅하여 상기 적어도 하나의 파라미터의 값을 산출하는, 배터리 진단 장치.
8. 복수의 배터리 셀 각각의 전류 및 전압 데이터를 획득하는 단계; 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대하여 상기 전류의 거동에 기초하여 방전 상태인지 여부를 판단하고 상기 방전 상태가 기 설정된 시간 이상인지 여부에 기초하여 대상 구간을 결정하는 단계; 상기 대상 구간에 대응되는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 데이터를 이용하여 등가 회로 모델을 구성하는 적어도 하나의 파라미터의 값을 산출하는 단계; 상기 적어도 하나의 파라미터의 값에 기초하여 상기 대상 구간을 복수의 구간으로 구분하고 진단하고자 하는 불량 유형에 기초하여 상기 복수의 구간 중 적어도 어느 하나를 분석 구간으로 결정하는 단계; 및 상기 분석 구간에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각 상태를 진단하는 단계를 포함하는 배터리 진단 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 대상 구간을 복수의 구간으로 구분하는 단계는, 상기 등가 회로 모델을 구성하는 파라미터들과 전압과의 연관성에 기초하여 상기 대상 구간을 상기 복수의 구간으로 구분하는 것을 특징으로 하는, 배터리 진단 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 구간 중 적어도 어느 하나를 분석 구간으로 결정하는 단계는, 진단하고자 하는 불량 유형이 전극 계면에서의 불량인 경우, 상기 전극 계면과 전해질 용액 사이에 이온이 이동함에 따른 영향을 고려한 저항 성분 및 상기 전극 계면에서의 반대 극성의 전하에 의한 축전 효과를 고려한 컨덴서 성분에 연관되는 구간을 상기 분석 구간으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 배터리 진단 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 셀의 상태를 진단하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 분석 구간에 연관되는 파라미터 값이 임계값을 초과하는 셀을 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 배터리 진단 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 임계값은 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상기 파라미터 값에 기초하여 설정되는, 배터리 진단 방법.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 등가 회로 모델은 랜들스(Randles) 모델 또는 2RC 모델을 포함하는, 배터리 진단 방법.
14. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터 값을 산출하는 단계는, 상기 대상 구간에 상기 배터리 셀 각각의 전압 데이터를 상기 등가 회로 모델에 피팅하여 상기 적어도 하나의 파라미터의 값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 배터리 진단 방법.
15. 청구항 8 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.

Description

배터리 진단 장치 및 그것의 동작 방법{BATTERY DAIGNOSTIC APPARATUS AND OPERATING METHOD OF THE SAME} 본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 진단 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다. 최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다. 배터리 팩에 포함된 배터리 셀에 단선, 음극 노출, 리튬 석출 등과 같은 배터리의 불량이 발생하면 화재 발생의 위험이 존재하기 때문에 화재가 발생하기 전에 불량 배터리 셀을 조기에 검출하고 조치를 취하는 것이 필요하다. 사용중인 배터리의 상태를 진단할 때에는, 배터리 상태 변화를 최소화하기 위해 비파괴 검사를 진행하거나 외부에서 펄스를 인가하였을 때 배터리의 응답을 보고 배터리의 상태를 진단하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나, 이러한 방식은 주로 배터리의 불량이 아닌 퇴화도를 판단하는데 그쳐, 사용 중인 배터리에 대해 단기간에 불량 셀을 진단할 수 없다는 문제가 있었다. 도 1은 일반적인 배터리 팩의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3a 내지 도 3c는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 등가 회로 모델 피팅을 수행하는 일련의 과정의 예시를 보여주는 도면이다. 도 4a는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 등가 회로 모델의 예시를 보여주는 도면이다. 도 4b는 대상 구간을 복수의 구간을 구분하는 예시를 보여주는 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 각 배터리 셀의 파라미터 값과 불량 셀을 진단하는 예시를 보여주는 도면이다. 도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다. 이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 문서에서 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나",“A 또는 B 중 적어도 하나”, "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나” 및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, “기능적으로” 또는 “통신적으로”라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 본 문서에서 설명되는 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다. 본 문서에서 사용되는 용어 "모듈", 또는 “...부”는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다. 본 문서의 다양한 실시 예들은 기기(machine) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램 또는 애플리케이션)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 도 1은 일반적인 배터리 팩의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나 이상의 배터리 셀로 이루어지고 충방전 가능한 복수의 배터리 셀(10)과, 복수의 배터리 셀(10)의 (+) 단자 측 또는 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 복수의 배터리 셀(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다. 이 때, 배터리 팩(1)에는 복수의 배터리 셀(10), 센서(12), 스위칭부(14) 및 배터리 관리 시스템(20)이 복수 개 구비될 수 있다. 여기서, 스위칭부(14)는 복수의 배터리 셀(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 소자로서, 예를 들면, 배터리 팩(1)의 사양에 따라서 적어도 하나의 릴레이, 마그네틱 접촉기 등이 이용될 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(20)은, 스위칭부(14) 예를 들어, 릴레이 또는 접촉기 등의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 복수의 배터리 셀(10)에 연결되어 복수의 배터리 셀(10) 각각의 상태를 감시할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(20)은 도 2의 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(20)은 도 2의 배터리 관리 장치(100)와 상이한 다른 시스템일 수 있다. 즉, 도 2의 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(1)에 포함될 수도 있고, 배터리 팩(1) 외부의 다른 장치로 구성될 수도 있다. 또한, 이하의 배터리 관리 장치(100)의 동작은 차량 내 BMS(Battery management system)에 의해 수행될 수 있음은 물론, 서버, 클라우드, 충전기 또는 충방전기 등 다양한 기기에서 수행될 수 있다. 상위 제어기(2)는 배터리 관리 시스템(20)으로 복수의 배터리 셀(10)에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(20)은 상위 제어기(2)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 정보 획득부(110) 및 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 배터리 진단 장치(100)는 도 1의 배터리 관리 시스템(20)에 포함될 수도 있고, 또는 도 1의 배터리 관리 시스템(20)과 상이한 다른 장치일 수도 있다. 배터리 진단 장치(100)는 배터리 팩의 분해 없이도 전류 인가가 가능한 환경에서 배터리 셀의 전압 거동으로부터 불량 셀을 진단할 수 있다. 또한, 배터리 진단 장치(100)는 배터리 팩이 탑재된 자동차에서 별도의 외부 전원이 연결되지 않는 상황에서도 자체 방진을 통해 파라미터를 추출하여 실시간으로 불량 셀을 진단할 수 있다. 특히, 배터리 진단 장치(100)는 등가 회로 모델의 파라미터를