KR101147937B1 - Self healing battery and control method for the same, self healing battery system - Google Patents
Self healing battery and control method for the same, self healing battery system Download PDFInfo
- Publication number
- KR101147937B1 KR101147937B1 KR1020110137570A KR20110137570A KR101147937B1 KR 101147937 B1 KR101147937 B1 KR 101147937B1 KR 1020110137570 A KR1020110137570 A KR 1020110137570A KR 20110137570 A KR20110137570 A KR 20110137570A KR 101147937 B1 KR101147937 B1 KR 101147937B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- switch
- cell
- battery
- switching unit
- cells
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000035876 healing Effects 0.000 title 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 2
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000002498 deadly effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
본 발명은 복수개의 셀을 포함하는 배터리 구조 및 이의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템은 복수개의 셀을 포함하고, 상기 복수개의 셀 각각에 대응하는 스위칭부를 구비하도록 형성되는 배터리, 상기 배터리의 상태를 센싱하는 센싱부, 상기 센싱부에 의해 센싱된 센싱정보를 이용하여, 상기 배터리에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출하도록 형성되는 검출부 및 상기 고장난 셀을 우회하는 전류 이동 경로를 형성하도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a battery structure including a plurality of cells and a control method thereof. A self-healing battery system according to an embodiment of the present invention includes a battery including a plurality of cells, the switching unit corresponding to each of the plurality of cells, a sensing unit for sensing a state of the battery, the sensing unit The sensing unit is configured to detect a failed cell among a plurality of cells included in the battery by using the sensing information sensed by the controller, and to control a switching unit corresponding to the failed cell to form a current movement path bypassing the failed cell. It characterized in that it comprises a control unit.
Description
본 발명은 복수개의 셀을 포함하는 배터리 구조 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery structure including a plurality of cells and a control method thereof.
배터리는 모바일 환경에서 동력을 필요로하는 장치에 동력을 공급하는 에너지원으로 사용되고 있으나, 배터리 자체의 전기화학적 비선형성 및 불안정 특성으로 인해 배터리 과충방전이나 가혹한 운용환경에서 셀 손상으로 인하여 폭발의 위험성을 내재하고 있다. Batteries are used as energy sources to power devices that require power in mobile environments.However, due to the electrochemical nonlinearity and instability of the batteries themselves, there is a risk of explosion due to battery overcharging or cell damage in harsh operating environments. Inherent.
또한, 온도 및 부하조건에 따라 방전율이 변하는 비선형적인 특성으로 인해 최적 충방전량, 부하특성 모니터링 및 배터리 열관리를 통해 배터리의 안정성을 확보를 위한 여러 가지 방법을 시도하고 있으나, 배터리에 포함된 셀 손상에 의한 근본적인 안전성 확보기술은 현재까지 제안되지 않고 있다. In addition, due to the non-linear characteristics of discharge rate varying according to temperature and load conditions, various methods for securing battery stability through optimal charge / discharge amount, load characteristic monitoring, and battery thermal management have been attempted. Fundamental safety technology has not been proposed to date.
특히, 배터리를 동력으로 사용하는 전기추진 시스템 및 무기체계에서 배터리 셀의 물리적/전기화학적 손상으로 인한 배터리 기능 상실은 작전수행 및 임무부하 운용 중단을 초래하여 군 운용 환경에서는 매우 치명적인 요소로 작용한다.In particular, the loss of battery function due to the physical and electrochemical damage of battery cells in the electric propulsion system and the weapon system using the battery as a power, it causes a deadly operation in the military operation environment due to the operation and interruption of the load operation.
현재 개발되고 있는 모든 배터리는 설계 구조상 배터리 셀의 손상은 바로 배터리 기능 상실과 배터리 안전성 문제와 직접 결부되어 생존성과 지속적인 임무수행에 매우 치명적인 한계점을 갖고 있다. For all batteries currently being developed, the design structure of the battery cell damage is directly linked to battery malfunction and battery safety issues, which imposes very critical limitations on survivability and ongoing mission.
따라서, 일부에서는 배터리 셀 손상시 배터리 안전과 보호를 위하여 기본적으로 충방전 전류를 차단하여 충방전 동작을 중단하거나, 비상시 성능 저하된 제한된 배터리 용량으로 운용하여 최종 배터리팩을 교체하여 점검하는 방법을 취하고 있다. Therefore, in some cases, for the sake of battery safety and protection when the battery cell is damaged, the charging / discharging operation is interrupted by blocking the charging / discharging current by default, or by replacing the final battery pack by operating with the limited battery capacity deteriorated in case of emergency. have.
그러므로 배터리 교체와 점검시까지 배터리 운용을 중단해야 하는 심각한 문제점을 안고 있다.Therefore, there is a serious problem of stopping the battery operation until the battery replacement and inspection.
본 발명의 일 목적은 복수개의 셀을 포함하는 배터리에서, 일부 셀이 고장나더라도 계속적으로 사용가능한 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a self-healing battery system and a control method thereof that can be continuously used in a battery including a plurality of cells, even if some cells fail.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자구복구형 배터리 시스템은 복수개의 셀을 포함하고, 상기 복수개의 셀 각각에 대응하는 스위칭부를 구비하도록 형성되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 상태를 센싱하는 센싱부, 상기 센싱부에 의해 센싱된 센싱정보를 이용하여, 상기 배터리에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출하도록 형성되는 검출부 및 상기 고장난 셀을 우회하는 전류 이동 경로를 형성하도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A self-healing battery system according to an embodiment of the present invention includes a battery pack including a plurality of cells, the switching unit corresponding to each of the plurality of cells, a sensing unit for sensing the state of the battery pack, The sensing unit is configured to detect a failed cell among a plurality of cells included in the battery by using the sensing information sensed by the sensing unit, and a switching unit corresponding to the failed cell to form a current movement path bypassing the failed cell. It characterized in that it comprises a control unit for controlling.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 셀의 양극 및 음극 중 어느 하나와 직렬로 연결되는 제1 스위치와, 상기 셀과 상기 제1 스위치가 직렬 연결된 경로와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The switching unit may include a first switch connected in series with any one of a positive electrode and a negative electrode of the cell, and a second switch connected in parallel with a path in which the cell and the first switch are connected in series. It is characterized by.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 검출부에 의해 고장난 셀이 검출되면, 상기 고장난 셀에 대응하는 상기 제1 스위치는 개방되고, 상기 제2 스위치는 단락되도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the faulty cell is detected by the detection unit, the control unit controls the switching unit corresponding to the faulty cell such that the first switch corresponding to the faulty cell is opened and the second switch is shorted. It is characterized by.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위치가 동시에 단락되지 않도록 상기 제1 스위치가 개방상태인지 판별하고, 판별결과, 상기 제1 스위치가 개방상태이면, 상기 제2 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the controller determines whether the first switch is in an open state so that the first and second switches are not shorted at the same time, and if the first switch is in the open state, shorting the second switch. It is characterized by.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 스위치가 단락상태인지 판별하고, 판별결과, 상기 제2 스위치가 단락상태가 아니면, 기 설정된 비상조치루틴을 실행하는 것을 특징으로 한다.The control unit may determine whether the second switch is in a short circuit state, and if the second switch is not in a short circuit state, as a result of the determination, the controller executes a preset emergency action routine.
일 실시 예에 있어서, 상기 센싱정보를 상기 검출부에서 인식가능한 신호로 변환시키고, 변환된 신호를 상기 검출부에 전달하는 인터페이스부를 더 포함하고, 상기 검출부는 상기 인터페이스로부터 전달받은 신호를 이용하여, 기준정보와 상기 센싱정보를 바탕으로, 고장난 셀을 검출하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the sensing unit may further include an interface unit converting the sensing information into a signal recognizable by the detection unit, and transmitting the converted signal to the detection unit, wherein the detection unit uses the signal received from the interface to provide reference information. And detecting a failed cell based on the sensing information.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리의 제어방법은 상기 복수개의 셀의 상태를 센싱하는 단계, 상기 센싱된 센싱정보와 기준정보를 이용하여, 상기 복수개의 셀 중 고장난 셀을 판별하는 단계, 상기 판별결과에 근거하여, 상기 고장난 셀을 후회하는 전류 이동 경로가 형성되도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The control method of a self-recovery battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of sensing the state of the plurality of cells, determining the failed cell of the plurality of cells by using the sensed sensing information and reference information. And controlling the switching unit corresponding to the failed cell so that a current movement path regretting the failed cell is formed based on the determination result.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 셀의 양극 및 음극 중 어느 하나와 직렬로 연결되는 제1 스위치와, 상기 셀과 상기 제1 스위치가 직렬 연결된 경로와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 고장난 셀이 판별되어, 상기 스위칭부가 제어되기 전에는 제1 스위치는 단락되어 있고, 제2 스위치는 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.The switching unit may include a first switch connected in series with any one of a positive electrode and a negative electrode of the cell, and a second switch connected in parallel with a path in which the cell and the first switch are connected in series. The first switch is short-circuited and the second switch is open before the failed cell is determined and the switching unit is controlled.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는 상기 고장난 셀에 대응하는 제1 스위치를 개방하고, 상기 제1 스위치가 개방되었는지 판단하고, 판단결과, 상기 제1 스위치가 개방되었으면, 상기 제2 스위치는 단락되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the controlling of the switching unit may include opening a first switch corresponding to the failed cell, determining whether the first switch is opened, and if the first switch is opened, determining the second switch. The switch is characterized in that it comprises a short circuit.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는 상기 제2 스위치가 단락된 상태에서, 상기 고장난 셀과 병렬로 연결되어 있는 제2 스위치 양단 전압을 측정하는 단계 및 상기 측정된 전압을 제2 기준값과 비교하는 단계를 더 포함하고, 비교결과, 측정된 전압이 제2 기준값보다 크면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 한다.In an exemplary embodiment, the controlling of the switching unit may include: measuring a voltage across a second switch connected in parallel with the failed cell in a state in which the second switch is short-circuited; and measuring the measured voltage as a second reference value. The method may further include a step of comparing with and, and as a result of the comparison, if the measured voltage is greater than the second reference value, the predetermined emergency action routine is executed.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 단계에서, 판단결과, 상기 제1 스위치가 개방되어 있지 않으면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 한다.In an exemplary embodiment, in the controlling of the switching unit, if the first switch is not opened, a predetermined emergency action routine is executed.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는 상기 고장난 셀에 대응하는 제1 스위치를 개방하고, 상기 고장난 셀에 흐르는 전류를 측정하는 단계 및 상기 측정된 전류를 제1 기준값과 비교하는 단계를 포함하고, 비교결과, 상기 측정된 전류가 제1 기준값보다 작으면, 상기 제2 스위치는 단락되고, 상기 측정된 전류가 제1 기준값보다 크면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the controlling of the switching unit may include opening a first switch corresponding to the failed cell, measuring a current flowing through the failed cell, and comparing the measured current with a first reference value. And, as a result of the comparison, if the measured current is less than the first reference value, the second switch is short-circuited, and if the measured current is greater than the first reference value, a predetermined emergency action routine is executed.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는 상기 제2 스위치가 단락된 상태에서, 상기 고장난 셀에 대응하는 전류를 측정하는 단계 및 상기 측정된 전류와 제2 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하고, 비교결과, 상기 측정된 전류가 제2 기준값보다 작으면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 한다.The controlling of the switching unit may further include measuring a current corresponding to the failed cell and comparing the measured current with a second reference value while the second switch is shorted. And, as a result of the comparison, if the measured current is less than the second reference value, the predetermined emergency action routine is executed.
일 실시 예에 있어서, 상기 센싱하는 단계에서는 상기 복수개의 셀 각각에 대응되는 전압과 배터리 팩의 전류 및 온도 중 적어도 하나를 센싱하는 것을 특징으로 한다.The sensing may include sensing at least one of a voltage corresponding to each of the plurality of cells, a current, and a temperature of a battery pack.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리는 복수개의 배터리 셀, 상기 복수개의 배터리 셀 각각에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 상기 복수개의 셀 각각 대응하는 경로와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 복수개의 배터리 셀을 센싱하고, 센싱된 정보를 외부기기로 전송하는 센싱부를 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 센싱된 센싱정보에 근거하여, 상기 외부기기로부터 입력되는 제어신호에 따라, 상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 하나를 우회하는 전류 이동 경로가 형성되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.A battery according to an embodiment of the present invention includes a switch including a plurality of battery cells, a first switch connected in series to each of the plurality of battery cells, and a second switch connected in parallel with a corresponding path of each of the plurality of cells. And a sensing unit configured to sense a plurality of battery cells and transmit the sensed information to an external device, wherein the switching unit is configured to generate the plurality of battery cells according to a control signal input from the external device based on the sensed sensing information. And control to form a current movement path bypassing at least one of the two battery cells.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 배터리 셀은 상기 복수개의 배터리 셀 각각에 연결되는 제1 스위치를 통해 직렬로 연결되고, 상기 제어신호에 따라, 상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 하나 셀은 제1 스위치가 개방되고, 제2 스위치가 단락되어, 상기 적어도 하나의 셀을 우회하는 전류 이동 경로가 형성되는 것을 특징으로 한다.In example embodiments, the plurality of battery cells may be connected in series through a first switch connected to each of the plurality of battery cells, and at least one cell of the plurality of battery cells may be connected to the first switch according to the control signal. Is opened, and the second switch is short-circuited to form a current movement path bypassing the at least one cell.
본 발명의 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법은 복수개의 셀을 포함하는 배터리를 실시간으로 센싱하고, 센싱결과 고장난 셀이 감지되는 경우, 스위칭부를 통해 고장난 셀을 배터리 시스템에서 안전하게 물리적으로 분리함으로써, 상실된 배터리의 기능을 복구시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a self-healing battery system and a control method thereof may sense a battery including a plurality of cells in real time, and if a failed cell is detected as a result of sensing, physically failing the failed cell in the battery system through a switching unit. By separating, the function of the lost battery can be restored.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법은 고장난 셀에 대응되는 스위칭부의 단락 또는 개방상태를 확인함으로써, 고장난 셀을 배터리 시스템에서 안전하게 분리할 수 있다.In addition, the self-healing battery system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention can be safely separated from the battery system by checking the short circuit or open state of the switching unit corresponding to the failed cell.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리의 상세 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 전압 또는 전류를 측정하는 방법을 설명하는 개념도이다.1 and 2 are block diagrams of a self-healing battery system according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a self-healing battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed conceptual view of a self-healing battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control method of a self-healing battery system according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual view illustrating a control method of a self-healing battery system according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a control method of a self-healing battery system according to another embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a method of measuring voltage or current.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a self-healing battery system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템의 블록도이다.1 and 2 are block diagrams of a self-healing battery system according to an embodiment of the present invention.
자가복구형 배터리 시스템은 복수개의 셀을 포함하는 배터리를 실시간으로 센싱하고, 센싱결과 고장난 셀이 감지되는 경우, 스위칭부를 통해 고장난 셀을 배터리 시스템에서 안전하게 물리적으로 분리함으로써, 상실된 배터리의 기능을 복구시킬 수 있는 것으로서, 그 상세한 구성을 도 1을 참조하여 살펴본다.The self-healing battery system senses a battery including a plurality of cells in real time, and when a sensing cell is detected as a result of the sensing, the switching unit may physically separate the failed cell from the battery system to restore the function of the lost battery. As can be seen, a detailed configuration thereof will be described with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 자가복구형 배터리 시스템은 자가복구형 배터리(100)와 제어장치(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a self-healing battery system includes a self-
여기에서, 자가복구형 배터리(100)와 제어장치(200)는 서로 분리가능한 것으로서, 자가복구형 배터리(100)를 제어하기 위해서는 제어장치(200)가 구비될 수 있고, 자가복구형 배터리(100)를 사용하는 시스템에서는 위와 같은 제어장치(200)의 구성을 포함할 수 있다.Here, as the self-
먼저, 자가복구형 배터리(100)의 구성을 살펴보면, 자가복구형 배터리(100)는 배터리 팩(110), 센싱부(120) 및 스위칭부(130)를 포함할 수 있다.First, referring to the configuration of the self-
배터리 팩(110)은 복수개의 셀을 포함하여 구성되며, 복수개의 셀 각각은 에너지원의 역할을 하고, 양극 및 음극을 포함한다. 복수개의 셀들은 초기에 직렬로 연결될 수 있다. The
센싱부(120)는 배터리 팩(110) 자체 또는 배터리 팩에 포함된 복수개의 셀 각각의 전류, 온도 및 셀전압 중 적어도 하나를 실시간 또는 기 설정된 시간간격으로 계속하여 센싱한다. 또한, 센싱부(120)는 센싱된 정보를 제어장치(200)로 전송할 수 있다.The
스위칭부(130)는 복수개의 셀 각각에 모두 구비되며, 스위칭부(130)는, 셀이 1번 부터 n번까지 직렬 연결로 구성되는 배터리 팩(110)에서 모든 단위 셀이 독립적이면서 전기적, 물리적으로 분리 될 수 있는 구조를 갖도록 연결된다.The
예를들어, 스위칭부(130)의 제1 스위치는 m-1번째 단위 셀의 음극과 m번째 단위 셀 양극 상이에 직렬로 연결되고, 스위칭부(130)의 제2 스위치는 m-1번째 단위셀의 음극과 m번째 단위 셀의 음극에 대응되도록 병렬로 연결되는 구조로 배터리 팩(110)을 구성하는 n개의 모든 단위 셀에 대하여 연결될 수 있다.For example, the first switch of the
한편, 스위칭부(130)는 정상적인 동작모드에서는 각 셀을 직렬연결시키는 제1 스위치가 단락되어 있고, 각 셀에 대응되도록 병렬로 연결된 제2 스위치는 개방되어 있다.On the other hand, in the normal operation mode, the
이렇게, 정상적인 동작모드에서는 제1 스위치만 단락되어 있다가, 어느 하나의 셀 고장나면, 스위칭부(130)의 스위치들은 제어장치(200)로부터 인가되는 제어신호에 근거하여, 개방되거나 단락된다.In this manner, in the normal operation mode, only the first switch is short-circuited, and when any one cell fails, the switches of the
즉, 스위칭부(130)는 복수개의 셀 중 적어도 하나의 셀을 다른 셀로부터 전기적, 물리적으로 분리시키는 역할을 할 수 있다. That is, the
배터리 팩(110) 및 스위칭부(130)의 도 3 및 도 4와 함께 보다 자세히 살펴본다.The
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가복구형 배터리의 상세 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a self-recoverable battery according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a detailed conceptual diagram of a self-recoverable battery according to an embodiment of the present invention.
도 3을 살펴보면, 배터리 팩(110)은 셀 1(110a), 셀2(110b), …셀n(110n) 과 같이 복수개의 셀로 구성된다. 그리고, 스위칭부(130)는 도시된 것과 같이, 복수개의 셀 각각에 대응되도록 연결된다.Referring to FIG. 3, the
즉, 셀 1(110a)에는 제1 스위칭 부(130a)가 연결되고, 셀 2(110b)에는 제2 스위칭부(130b)가 각각 연결된다.That is, the
도 4와 함께, 셀과 스위칭부의 연결을 보다 구체적으로 살펴본다. 도시된 것과 같이, 스위칭부(130)는 제1 및 제2 스위치(130', 130")를 포함하고, 각 셀에는 제1 및 제2 스위치(130', 130")가 각각 연결된다.4, the connection between the cell and the switching unit will be described in more detail. As shown, the
제1 스위치(130')는 셀의 양극 및 음극 중 어느 하나에 직렬로 연결되고, 제2 스위치(130")는 제1 스위치(130')를 포함하는 경로 상에 병렬로 연결될 수 있다.The
한편, 이상에서 살펴본 것과 같이, 자가복구형 배터리(100)는 배터리 팩(110), 센싱부(120) 및 스위칭부(130)를 포함하고, 센싱부(120)로부터 센싱된 배터리 팩(110)과 관련된 센싱정보는 제어장치(200)로 전달된다. 그리고, 스위칭부 (130)는 제어장치(200)로부터 인가되는 제어신호에 근거하여, 스위칭부(130)에 포함된 제1 및 제2 스위치가 제어된다.On the other hand, as described above, the self-healing
즉, 제어장치(200)는 센싱정보로부터 배터리 팩(100)에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀이 있는지 판별하고, 고장난 셀이 판별된 경우, 이에 대응하는 스위칭부(130)의 스위치를 제어하는 신호를 자가복구형 배터리(100)로 전달한다.That is, the
한편, 이러한 제어장치(200)는 제어부(210), 인터페이스부(220), 검출부(230)를 포함할 수 있고, 상황에 따라 도 2에 도시된 것과 같이, 신호처리부(240)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the
먼저, 제어부(210)는 제어장치(200) 및 자가복구형 배터리(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 또한, 제어부(210)는 검출부(230)로 부터 전달받은 셀 고장신호에 근거하여, 스위칭 제어신호를 생성하고 생성된 스위칭 제어신호를 스위칭부(130)로 전달한다.First, the
인터페이스부(220)는 '센서 입력 감지부'로 명명될 수 있으며, 센싱부(120)로부터 전달된 센싱정보에 대응되는 센싱신호를 검출부(230)가 인식할 수 있는 신호로 변환시켜준다.The
즉, 인터페이스부(220)는 센싱부(120)로부터 센싱정보가 전달되면, 이를 검출부(230)가 해석가능한 언어로 변환시켜주는 인터페이스 역할을 한다.That is, the
검출부(230)는 '셀 고장 진단부'로 명명될 수 있으며, 센싱부(120)에서 센싱된 배터리 팩(110)에 대한 센싱정보에 근거하여, 배터리 팩(110)에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출한다.The
즉, 검출부(230)는 각 셀에 대하여 기준정보와 센싱정보를 비교하여, 고장난 셀을 판별한고, 검출부(230)는 고장난 셀에 대응하는 정보를 제어부(210)로 전달하여, 제어부(210)에 의해 고장난 셀에 대한 조치가 취해지도록 한다.That is, the
여기에서, 기준정보는 각 배터리 특성마다 다른 정보로서, 배터리가 정상적인 범위에서 동작하는지 판별할 수 있는 기준이 되는 정보이다. 메모리(미도시 됨) 등에는 이러한 기준정보가 미리 저장될 수 있으며, 검출부(230)는 이러한 기준정보 및 센싱정보를 참조하여, 배터리 팩(110)에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 진단할 수 있다.Here, the reference information is information that is different for each battery characteristic, and serves as a reference for determining whether the battery operates in a normal range. Such reference information may be stored in advance in a memory (not shown), and the
한편, 제어부(210)는 검출부(230)에 의해 고장난 셀에 대한 정보를 전달받아, 고장난 셀에 대응하는 스위칭부(130)의 스위칭 동작을 제어한다.On the other hand, the
먼저, 제어부(210)는 자가복구형 배터리(100)의 스위칭부(130)로 고장난 셀에 대응하는 직렬 스위치를 개방시키는 제어신호를 전달한다. 즉, 제어부(210)는 먼저, 배터리 팩(110)에 흐르는 전류를 차단한다. 그리고, 고장난 셀에 대응하는 전압값을 기준값과 비교한 뒤, 일정조건을 만족하면, 고장난 셀에 대응하는 병렬 스위치를 단락시키는 제어신호를 전달하여, 고장난 셀을 다른 셀로부터 차단한다.First, the
또한, 제어부(210)는 고장난 셀에 대응하는 병렬 스위치를 단락시킴으로써, 다른 셀들에 계속적으로 전류가 흐를 수 있도록 고장난 셀을 우회하는 전류 이동 경로를 생성할 수 있다.In addition, the
따라서, 고장난 셀에 대응하는 병렬 스위치에 의해, 배터리 팩(100)에 포함된 다른 복수개의 셀에 전류가 흐르도록 복구될 수 있다.Therefore, by the parallel switch corresponding to the failed cell, the current can be restored to flow to the other plurality of cells included in the
한편, 신호처리부(240)는 도 2에 도시된 것과 같이, 검출부(230) 및 인터페이스(220)로부터 전달받은 정보를 취합하여, 제어부(210)로 전달할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the
이상에서는 자가복구형 배터리 시스템 및 자가복구형 배터리의 구조 등에 대하여 살펴보았다.In the above, the structures of the self-healing battery system and the self-healing battery have been described.
이하에서는, 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법과 함께, 고장난 셀을 포함한 자가복구형 배터리의 제어방법에 대하여 도5, 도 6 및 도 7에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a control method of a self-healing battery including a faulty cell, together with a control method of a self-healing battery system, will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다. 5 is a flowchart illustrating a control method of a self-healing battery system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a control method of a self-recoverable battery system according to an embodiment of the present invention. to be.
먼저, 센싱부(120, 도 1 또는 도 2 참조)는 배터리 팩(110, 도 1 또는 도 2 참조)에 포함된 복수개의 셀의 상태를 센싱한다(S100).First, the sensing unit 120 (see FIG. 1 or FIG. 2) senses the states of a plurality of cells included in the battery pack 110 (see FIG. 1 or FIG. 2) (S100).
여기에서, 센싱부(120)는 위에서 살펴본 것과 같이, 복수개의 셀전압 및 배터리 팩의 전류와 온도를 중 적어도 하나에 대하여 센싱한다.As described above, the
다음으로, 검출부(230, 도 1 또는 도 2 참조)는 센싱부(120)에 의해 센싱된 센싱정보와 기준정보로부터 고장난 셀에 대한 진단을 수행한다(S200).Next, the detector 230 (refer to FIG. 1 or FIG. 2) performs a diagnosis on the failed cell from the sensing information and the reference information sensed by the sensing unit 120 (S200).
여기에서, 검출부(230)는 위에서 살펴본 것과 같이, 센싱부(120)에서 센싱된 배터리 팩(110)에 대한 센싱정보와 기준정보를 근거로, 배터리 팩(110)에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출한다.Here, as described above, the
검출부(230)를 통해 진단 또는 판별결과(S300), 고장난 셀이 있는 경우, 제어부(210, 도 1 또는 도 2 참조)는 고장난 셀에 대응되어 직렬로 연결된 스위치를 개방한다(S400). 이 경우, 다른 셀들에도 전류가 흐르지 않는다.If there is a diagnosis or determination result (S300), a failure cell through the
한편, 검출부(230)를 통해 진단 또는 판별결과(S300), 고장난 셀이 없는 경우, 센싱부(120) 및 검출부(230)는 계속해서 복수개의 셀을 모니터링 한다.On the other hand, when the diagnosis or determination result (S300), the failure cell through the
도 6을 참조하여 설명하면, 도 6은 복수개의 셀 중 어느 하나의 셀을 확대한 것이다. 도 6의 (a)에 도시된 것과 같이, 셀(110)의 제1 스위치(130a)가 단락되고, 제2 스위치(130b)가 개방된 경우, 일반적으로 셀(110)은 정상적으로 동작한다.Referring to FIG. 6, FIG. 6 is an enlarged view of any one of a plurality of cells. As shown in FIG. 6A, when the
여기에서, '정상적으로 동작한다'는 의미는 셀(110)에 전류가 흘러, 셀(110)이외부로 충전 또는 방전을 할 수 있는 상태를 의미한다.Here, the "normally operating" refers to a state in which a current flows in the
한편, 검출부(230)에 의해 진단결과, 셀(110)이 고장난 셀로 판별되면, 제어부(210)는 고장난 셀(110)에 직렬로 연결된 제1 스위치(130a)를 개방한다.On the other hand, if it is determined by the
그리고, 제어부(210)는 고장난 셀(110)의 제1 스위치(130a)가 완전히 개방되었는지 판단한다(S500).In addition, the
즉, 제어부(210)는 고장난 셀(110)의 제1 스위치(130a)가 완전히 개방되었는지 확인하기 위하여, 제1 스위치를 포함하는 고장난 셀의 전압을 측정(300b)하고, 상기 측정전압을 제1 기준값(또는 제1 기준전압)과 비교 판단한다.That is, the
즉, 제어부(210)는 제1 스위치(130a)의 양단 중 고장난 셀(110)과 연결되지 않은 일단과 고장난 셀(110)의 양단 중, 제1 스위치(130a)와 연결되지 않은 일단에 대하여 전압을 측정한다.That is, the
제1 기준전압은 상기 고장 셀(110)의 제1 스위치(130a)가 개방 되었을 때, 제1 스위치(130a)와 직렬 연결된 해당 고장 셀(110a) 간의 개방전압으로서, 센싱된 배터리 팩의 복수 셀 전압, 전류, 배터리 팩과 회로적으로 연결된 부하특성을 고려하여 계산된다. The first reference voltage is an open voltage between the
즉, 상기 제1 스위치를 포함하는 고장난 셀의 양단 측정전압은 제1 스위치가 단락상태에서는 셀 전압이 측정되고 제1 스위치(130a)가 개방되었을 때는 개방전압으로 측정되므로, 상기 측정전압과 고장셀 전압의 제1 기준값과 비교판단하여 제1 스위치(130a)의 단락 및 개방 유무를 판단하는 것이다. That is, the measured voltage of both ends of the failed cell including the first switch is measured as an open voltage when the cell voltage is measured when the first switch is short-circuited and when the
한편, S500단계에서, 비교결과, 제1 스위치를 포함하는 고장난 셀의 측정 전압이 제1 기준값 범위에 있지 않으면 제1 스위치가 개방되지 않은 상태로 판단하여 제어부(210)는 비상조치 루틴을 실행한다(S800). On the other hand, in step S500, as a result of the comparison, if the measured voltage of the faulty cell including the first switch is not within the first reference value range, it is determined that the first switch is not open and the
비상조치 루틴이란, 고장난 셀이 다른 셀들로부터 완전히 차단되지 않아, 배터리 손상 등 시스템 오류를 초래할 가능성이 있는 경우, 실행되는 것으로서, 배터리를 시스템으로 분리하기 위해, 시스템의 파워를 오프시키거나, 배터리를 시스템(예를 들어, 전력망 장치, 제어장치)로부터 분리한다.An emergency action routine is executed when a failed cell is not completely disconnected from other cells, which can lead to a system failure, such as battery damage, to power off the system or to disconnect the battery from the system. Isolate from the system (eg power grid device, control device).
한편, S500단계에서, 판단결과, 제1 스위치를 포함하는 고장난 셀의 측정 전압이 제1 기준값의 범위에 있으면, 제어부(210)는 제2 스위치(130b)를 단락시킨다(S600).In operation S500, when the measured voltage of the failed cell including the first switch is within a range of the first reference value, the
다음으로 제어부(210)는 제2 스위치(130b)가 완전히 단락되었는지 판단한다(S700).Next, the
상기 S700단계는 제2 스위치(130b)가 완전히 단락되었는지 확인하는 것으로서, 제어부(210)는 고장난 셀의 절대값에 대응하는 전압이 제2 기준값보다 작은지 판단한다.The step S700 is to check whether the
제2 기준값은 기생저항 외에 아무런 저항이 없는 경우, 측정될 수 있는 최소의 전압값이다.The second reference value is the minimum voltage value that can be measured when there is no resistance other than the parasitic resistance.
즉, 고장난 셀의 전압에 대응하는 전압의 절대값이 제2 기준값보다 작은경우, 제2 스위치(130b)가 완전히 단락되었음을 확인할 수 있다.That is, when the absolute value of the voltage corresponding to the voltage of the failed cell is smaller than the second reference value, it may be confirmed that the
이상적으로, 고장난 셀에 전압에 대응하는 전압은 '0'이지만, 도선에 포함된 기생저항 등으로 인해 전압강하가 일어나므로, 고장난 셀에 대응하는 전압은 측정될 수 있다.Ideally, the voltage corresponding to the voltage in the failed cell is '0', but since the voltage drop occurs due to the parasitic resistance included in the conductive wire, the voltage corresponding to the failed cell can be measured.
제2 기준값은 실험치이거나, 배터리의 특성에 따라 변경가능하다.The second reference value is an experimental value or can be changed according to the characteristics of the battery.
한편, 제1 스위치(130a)가 개방되었을 때, 셀의 전압이 측정되는 위치는 도 6의 (b) 및 (c)(300b 참조)와 같이, 제1 스위치(130a) 및 셀(110)을 포함하는 경로에 대응하는 위치이다.On the other hand, when the
한편, S700,단계에서 판단결과, 고장난 셀의 전압의 절대값이 제2 기준값보다 작으면, 제어부(210)는 일반적인 배터리의 관리루틴으로 복귀하여, 복수개의 셀을 센싱하는 등 S100단계를 수행한다.On the other hand, if the absolute value of the voltage of the failed cell is less than the second reference value as a result of the determination in step S700, the
또한, 제어부(210)는 S700단계를 통해, 제2 스위치를 완전히 단락시킴으로써, 고장난 셀(110)을 우회하는 전류 이동 경로를 생성하여, 다른 셀들에 계속적으로 전류가 흐를수 있는 경로를 생성한다.In addition, the
또한, S700단계에서 판단결과, 고장난 셀 전압의 절대값이 제2 기준값보다 큰 경우, 제어부(210)는 비상조치 루틴을 실행한다(S800).In operation S700, when the absolute value of the failed cell voltage is greater than the second reference value, the
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 자가복구형 배터리 시스템은 제1 스위치를 개방 후, 제1 스위치가 완전히 개방되었는지 확인한 후 제2 스위치를 단락시킴으로써, 제1 및 제2 스위치가 동시에 단락되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the self-healing battery system according to the present invention prevents the first and second switches from being shorted at the same time by shorting the second switch after opening the first switch and confirming that the first switch is fully opened. can do.
또한, 본 발명에 자가복구형 배터리 시스템은 고장난 셀을 우회할 수 있는 전류 이동 경로를 생성하여, 정상동작할 수 있는 다른 셀들을 이용하여, 배터리를 계속적으로 사용할 수 있도록 해준다.In addition, the self-healing battery system in the present invention creates a current path to bypass the failed cell, allowing the battery to continue using other cells that can operate normally.
한편, 도 5 및 도 6에서는 고장난 셀에 대응하는 전압을 측정하여, 제1 및 제2 스위치가 제어신호에 따라 정상적으로 동작하였는지에 대하여 살펴보았다.5 and 6, the voltage corresponding to the failed cell was measured to see whether the first and second switches normally operated according to the control signal.
이하에서는 고장난 셀에 대응하는 전류를 측정하여, 제1 및 제2 스위치가 제어신호에 따라 정상적으로 동작하였는지에 대하여 살펴본다.Hereinafter, the current corresponding to the failed cell is measured to see whether the first and second switches normally operate according to the control signal.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 다른 자가복구형 배터리 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of a self-healing battery system according to another embodiment of the present invention.
먼저, 센싱부(120, 도 1 또는 도 2 참조)는 배터리 팩(110, 도 1 또는 도 2 참조)에 포함된 복수개의 셀의 상태를 센싱한다(A100).First, the sensing unit 120 (see FIG. 1 or FIG. 2) senses the states of a plurality of cells included in the battery pack 110 (see FIG. 1 or FIG. 2) (A100).
다음으로, 검출부(230)는 센싱정보와 기준정보로부터 고장난 셀이 있는지 진단한다(A200).Next, the
즉, 검출부(230, 도 1 또는 도 2 참조)는 센싱부(120)에 의해 센싱된 센싱정보와 기준정보를 비교한다.That is, the detector 230 (refer to FIG. 1 or FIG. 2) compares the sensing information sensed by the
여기에서, 검출부(230)는 위에서 살펴본 것과 같이, 센싱부(120)에서 센싱된 배터리 팩(110)에 대한 센싱정보에 근거하여, 배터리 팩(110)에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출한다.As described above, the
검출부(230)는 각 셀에 대하여 기준정보와 센싱정보를 비교하여, 기준정보와 대응되지 않는 센싱정보를 갖는 셀을 판별한다.The
검출부(230)를 통해 진단 또는 판별결과(A300), 고장난 셀이 있는 경우, 제어부(210, 도 1 또는 도 2 참조)는 고장난 셀에 대응되어 직렬로 연결된 스위치를 개방한다(A400). 이 경우, 다른 셀들에도 전류가 흐르지 않는다.When the diagnosis or determination result A300 is found through the
한편, 검출부(230)를 통해 진단 또는 판별결과(A300), 고장난 셀이 없는 경우, 센싱부(120) 및 검출부(230)는 계속해서 복수개의 셀을 모니터링 한다.On the other hand, when there is no diagnosis or determination result (A300), a failure cell through the
한편, 검출부(230)에 의해 진단결과, 셀(110)이 고장난 셀로 판별되면, 제어부(210)는 셀(110)에 직렬로 연결된 제1 스위치(130a)를 개방한다.On the other hand, if it is determined by the
그리고, 제어부(210)는 고장난 셀(110)의 제1 스위치(130a)가 완전히 개방되었는지 확인하기 위하여, 고장난 셀의 전류를 측정하여, 고장난 셀의 전류가 제1 기준값보다 작은 판단한다(A500)In addition, the
한편, 여기에서, 제1 기준값과 비교되는 고장난 셀의 전류는, 츨정된 고장난 셀의 전류의 절대값이 될 수 있다.On the other hand, here, the current of the failed cell compared with the first reference value may be the absolute value of the current of the determined failed cell.
여기에서, 제1 기준값은 배터리의 특성에 따라 서로 다른 값으로서, 배터리에 전류가 흐르지 않는 경우, 도선에서 측정되는 전류가 크기이다. 이상적으로 이 경우, 전류의 크기는 '0'이다.Here, the first reference value is a different value according to the characteristics of the battery, and when the current does not flow in the battery, the current measured in the lead is large. Ideally, in this case, the magnitude of the current is '0'.
즉, 고장난 셀의 전류가, 제1 기준값보다 작은 경우, 고장난 셀은 전류가 흐르지 않다는 것이 되고, 이는 제1 스위치(130a)가 완전히 차단되었다는 것을 의미한다.That is, if the current of the failed cell is smaller than the first reference value, the failed cell is said to not flow current, which means that the
한편, A500단계에서, 판단결과, 고장난 셀의 전류가 제1 기준값보다 큰 경우에는 제어부(210)는 비상조치 루틴을 실행한다(A800). On the other hand, in step A500, when it is determined that the current of the failed cell is greater than the first reference value, the
비상조치 루틴이란, 고장난 셀이 다른 셀들로부터 완전히 차단되지 않아, 배터리 손상 등 시스템 오류를 초래할 가능성이 있는 경우, 실행되는 것으로서, 배터리를 시스템으로 분리하기 위해, 시스템의 파워를 오프시키거나, 배터리를 시스템(예를 들어, 제어장치)로부터 분리한다.An emergency action routine is executed when a failed cell is not completely disconnected from other cells, which can lead to a system failure, such as battery damage, to power off the system or to disconnect the battery from the system. Disconnect from the system (eg control).
한편, A500단계에서, 판단결과, 고장난 셀의 전류가 제1 기준값보다 작은 경우에는 제어부(210)는 제2 스위치(130b)를 단락시킨다(A600).In operation A500, when it is determined that the current of the failed cell is smaller than the first reference value, the
그리고, 제어부(210)는 제2 스위치(130b)에 흐르는 전류가 제2 기준값보다 큰지 판단한다(A700).In addition, the
상기 A700단계는 제2 스위치(130b)가 완전히 단락되었는지 확인하는 것으로서, 제2 기준값은 도선에 정상적으로 전류가 흐를때의 최소 전류값이 될 수 이TEk.The step A700 is to check whether the
즉, 제2 스위치(130b)에 흐르는 전류가 제2 기준값보다 큰 경우, 제2 스위치(130b)가 완전히 단락되었음을 확인할 수 있다.That is, when the current flowing through the
제2 기준값은 실험치이거나, 배터리의 특성에 따라 변경가능하다.The second reference value is an experimental value or can be changed according to the characteristics of the battery.
한편, 제1 스위치(130a)가 개방되었을 때, 셀의 전류가 측정되는 위치는 제1 스위치와 직렬로 연결되는 도선 사이이고, 제2 스위치(130b)가 개방되었을 때, 셀의 전류가 측정되는 위치는 제2 스위치와 직렬로 연결되는 도선 사이이다.On the other hand, when the
한편, A700,단계에서 판단결과, 고장난 셀의 전류가 제2 기준값보다 크면, 제어부(210)는 일반적인 배터리의 관리루틴으로 복귀하여, 복수개의 셀을 센싱하는 등 A100단계를 수행한다.On the other hand, if it is determined in step A700 that the current of the failed cell is greater than the second reference value, the
또한, 제어부(210)는 A700단계를 통해, 제2 스위치를 완전히 단락시킴으로써, 고장난 셀(110)을 우회하는 전류 이동경로를 생성하여, 다른 셀들에 계속적으로 전류가 흐를수 있는 경로를 생성한다.In addition, the
또한, A700단계에서 판단결과, 고장난 셀의 전류가 제2 기준값보다 작은 경우, 제어부(210)는 비상조치 루틴을 실행한다(A800).In addition, when it is determined in step A700 that the current of the failed cell is smaller than the second reference value, the
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 자가복구형 배터리 시스템은 제1 스위치를 개방 후, 제1 스위치가 완전히 개방되었는지 확인한 후 제2 스위치를 단락시킴으로써, 제1 및 제2 스위치가 동시에 단락되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the self-healing battery system according to the present invention prevents the first and second switches from being shorted at the same time by shorting the second switch after opening the first switch and confirming that the first switch is fully opened. can do.
또한, 본 발명에 자가복구형 배터리 시스템은 고장난 셀을 우회할 수 있는 전류 이동 경로를 생성하여, 정상동작할 수 있는 다른 셀들을 이용하여, 배터리를 계속적으로 사용할 수 있도록 해준다.In addition, the self-healing battery system in the present invention creates a current path to bypass the failed cell, allowing the battery to continue using other cells that can operate normally.
한편, 전압 또는 전류를 이용하여, 스위치가 차단되었는지 여부를 측정하는 방법에 대하여 살펴보면 아래와 같다. 먼저, 도 7에는 전압 또는 전류를 이용하여, 스위치가 차단되었는지 여부를 측정하는 방법이 도시되어 있다.On the other hand, using a voltage or current, look at how to measure whether the switch is cut as follows. First, FIG. 7 illustrates a method of measuring whether a switch is cut off using a voltage or a current.
먼저, 전류를 이용하여, 스위치의 차단여부를 측정하기 위해서는 도 7의 (a)와 같이, 전류센서(300a)를 제1 스위치(130a) 또는 제2 스위치(130b)가 포함된 도선 사이에 연결한 뒤, 셀에 흐르는 전류를 측정해야 한다.First, in order to measure whether the switch is cut off using a current, as illustrated in FIG. 7A, the
또한, 전압을 이용하여, 스위치의 차단여부를 측정하기 위해서는 도 7의 (b)와 같이, 전압센서(300b)를 제1 및 제2 스위치를 포함하 도선과 병렬로 연결하거나, 셀(110)과 병렬로 연결해야 한다.In addition, in order to measure whether the switch is cut off using a voltage, as illustrated in FIG. 7B, the
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법은 복수개의 셀을 포함하는 배터리를 실시간으로 센싱하고, 센싱결과 고장난 셀이 감지되는 경우, 스위칭부를 통해 고장난 셀을 배터리 시스템에서 안전하게 물리적으로 분리함으로써, 상실된 배터리의 기능을 복구시킬 수 있다. As described above, the self-healing battery system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention sense a battery including a plurality of cells in real time, and when a failed cell is detected as a result of sensing, the failed cell through a switching unit. By physically and safely separating the battery from the battery system, the function of the lost battery can be restored.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자가복구형 배터리 시스템 및 이의 제어방법은 고장난 셀에 대응되는 스위칭부의 단락 또는 개방상태를 확인함으로써, 고장난 셀을 배터리 시스템에서 안전하게 분리할 수 있다.In addition, the self-healing battery system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention can be safely separated from the battery system by checking the short circuit or open state of the switching unit corresponding to the failed cell.
100: 자가복구형 배터리 110: 배터리팩
120: 센싱부 130: 스위칭부
130a: 제1 스위치 130b: 제2 스위치
200: 제어장치 210: 제어부
220: 인터페이스부 230: 검출부
240: 신호처리부 300a: 전류센서
300b: 전압센서100: self-healing battery 110: battery pack
120: sensing unit 130: switching unit
130a:
200: controller 210: controller
220: interface unit 230: detection unit
240:
300b: voltage sensor
Claims (16)
상기 배터리 팩의 상태를 센싱하는 센싱부;
상기 센싱부에 의해 센싱된 센싱정보를 이용하여, 상기 배터리에 포함된 복수개의 셀 중 고장난 셀을 검출하도록 형성되는 검출부; 및
상기 센싱정보를 상기 검출부에서 인식가능한 신호로 변환시키고, 변환된 신호를 상기 검출부에 전달하는 인터페이스부; 및
상기 고장난 셀을 우회하는 전류 이동 경로를 형성하도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 검출부는 기준정보와 상기 센싱정보를 바탕으로, 고장난 셀을 검출하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리 시스템.A battery pack including a plurality of cells and formed to have a switching unit corresponding to each of the plurality of cells;
A sensing unit configured to sense a state of the battery pack;
A detection unit configured to detect a failed cell among a plurality of cells included in the battery by using the sensing information sensed by the sensing unit; And
An interface unit converting the sensing information into a signal recognizable by the detector and transferring the converted signal to the detector; And
A control unit controlling a switching unit corresponding to the failed cell to form a current movement path bypassing the failed cell,
The detecting unit detects a failed cell based on the reference information and the sensing information.
상기 스위칭부는 상기 셀의 양극 및 음극 중 어느 하나와 직렬로 연결되는 제1 스위치와,
상기 셀과 상기 제1 스위치가 직렬 연결된 경로와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리 시스템.The method of claim 1,
The switching unit includes a first switch connected in series with any one of the positive electrode and the negative electrode of the cell;
And a second switch connected in parallel with a path in which the cell and the first switch are connected in series.
상기 검출부에 의해 고장난 셀이 검출되면, 상기 고장난 셀에 대응하는 상기 제1 스위치는 개방되고, 상기 제2 스위치는 단락되도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리 시스템.3. The apparatus of claim 2, wherein the control unit
When the faulty cell is detected by the detection unit, the first switch corresponding to the faulty cell is opened, and the second switch controls the switching unit corresponding to the faulty cell such that the second switch is short-circuited. .
상기 제1 및 제2 스위치가 동시에 단락되지 않도록 상기 제1 스위치가 개방상태인지 판별하고,
판별결과, 상기 제1 스위치가 개방상태이면, 상기 제2 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리 시스템.4. The apparatus of claim 3, wherein the control unit
Determine whether the first switch is in an open state so that the first and second switches are not shorted at the same time,
And as a result of the determination, shorting the second switch if the first switch is in an open state.
상기 제2 스위치가 단락상태인지 판별하고,
판별결과, 상기 제2 스위치가 단락상태가 아니면, 기 설정된 비상조치루틴을 실행하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리 시스템.The method of claim 4, wherein the control unit
Determine whether the second switch is in a short circuit state,
And if it is determined that the second switch is not short-circuited, a predetermined emergency action routine is executed.
상기 복수개의 셀의 상태를 센싱하는 단계;
상기 센싱된 센싱정보와 기준정보를 이용하여, 상기 복수개의 셀 중 고장난 셀을 판별하는 단계;
상기 판별결과에 근거하여, 상기 고장난 셀을 후회하는 전류 이동 경로가 형성되도록 상기 고장난 셀에 대응하는 스위칭부를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 센싱하는 단계에서는 상기 복수개의 셀 각각에 대응되는 전압과 배터리 팩의 전류 및 온도 중 적어도 하나를 센싱하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법.In the control method of the self-recovery battery including a plurality of cells, and having a switching unit corresponding to each of the plurality of cells,
Sensing a state of the plurality of cells;
Determining a failed cell among the plurality of cells by using the sensed sensing information and reference information;
Based on the determination result, controlling the switching unit corresponding to the failed cell to form a current movement path regretting the failed cell;
And in the sensing step, sensing at least one of a voltage corresponding to each of the plurality of cells, a current, and a temperature of a battery pack.
상기 스위칭부는 상기 셀의 양극 및 음극 중 어느 하나와 직렬로 연결되는 제1 스위치와,
상기 셀과 상기 제1 스위치가 직렬 연결된 경로와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 고장난 셀이 판별되어, 상기 스위칭부가 제어되기 전에는 제1 스위치는 단락되어 있고, 제2 스위치는 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법.The method of claim 7, wherein
The switching unit includes a first switch connected in series with any one of the positive electrode and the negative electrode of the cell;
And a second switch connected in parallel with a path in which the cell and the first switch are connected in series, wherein the failed cell is determined, and before the switching unit is controlled, the first switch is shorted and the second switch is opened. Control method of a self-healing battery, characterized in that.
상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는
상기 고장난 셀에 대응하는 제1 스위치를 개방하고, 상기 제1 스위치가 개방되었는지 판단하고,
판단결과, 상기 제1 스위치가 개방되었으면, 상기 제2 스위치는 단락되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법.The method of claim 8,
In the step of controlling the switching unit
Open a first switch corresponding to the failed cell, determine whether the first switch is open,
If it is determined that the first switch is open, the second switch is a short-circuit control method comprising a short circuit.
상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는
상기 제2 스위치가 단락된 상태에서, 상기 고장난 셀과 병렬로 연결되어 있는 제2 스위치 양단 전압을 측정하는 단계 및
상기 측정된 전압을 측정된 전압의 절대값이 제2 기준값과 비교하는 단계를 더 포함하고,
비교결과, 제2 기준값보다 크면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법. 10. The method of claim 9,
In the step of controlling the switching unit
Measuring a voltage across a second switch connected in parallel with the failed cell in a state where the second switch is shorted; and
Comparing the measured voltage with an absolute value of the measured voltage to a second reference value,
Comparison results If greater than the second reference value, the control method of the self-recovery battery, characterized in that the predetermined emergency action routine is executed.
상기 스위칭부를 제어하는 단계에서,
판단결과, 상기 제1 스위치가 개방되어 있지 않으면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법. 10. The method of claim 9,
In the step of controlling the switching unit,
And as a result of the determination, if the first switch is not opened, a preset emergency action routine is executed.
상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는
상기 고장난 셀에 대응하는 제1 스위치를 개방하고, 상기 고장난 셀에 흐르는 전류를 측정하는 단계 및
상기 측정된 전류를 제1 기준값과 비교하는 단계를 포함하고,
비교결과, 상기 측정된 전류가 제1 기준값보다 작으면, 상기 제2 스위치는 단락되고,
상기 측정된 전류가 제1 기준값보다 크면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법.The method of claim 8,
In the step of controlling the switching unit
Opening a first switch corresponding to the failed cell and measuring a current flowing in the failed cell;
Comparing the measured current with a first reference value;
As a result of the comparison, if the measured current is less than the first reference value, the second switch is short-circuited,
And if the measured current is greater than the first reference value, a predetermined emergency action routine is executed.
상기 스위칭부를 제어하는 단계에서는
상기 제2 스위치가 단락된 상태에서, 상기 고장난 셀에 대응하는 전류를 측정하는 단계 및
상기 측정된 전류와 제2 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하고,
비교결과, 상기 측정된 전류가 제2 기준값보다 작으면, 기 설정된 비상조치 루틴이 실행되는 것을 특징으로 하는 자가복구형 배터리의 제어방법.The method of claim 12,
In the step of controlling the switching unit
Measuring a current corresponding to the failed cell with the second switch shorted; and
Comparing the measured current with a second reference value;
As a result of the comparison, when the measured current is less than the second reference value, a preset emergency action routine is executed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110137570A KR101147937B1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Self healing battery and control method for the same, self healing battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110137570A KR101147937B1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Self healing battery and control method for the same, self healing battery system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101147937B1 true KR101147937B1 (en) | 2012-06-01 |
Family
ID=46688372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110137570A KR101147937B1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Self healing battery and control method for the same, self healing battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101147937B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109444751A (en) * | 2018-12-27 | 2019-03-08 | 江苏南自通华电力自动化股份有限公司 | A kind of single battery is broken online support device and method |
US11040633B2 (en) | 2018-05-08 | 2021-06-22 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack for vehicle |
CN113895308A (en) * | 2021-10-14 | 2022-01-07 | 国什能源科技(北京)有限公司 | System solution for safely charging lithium battery of electric bicycle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000133318A (en) * | 1998-08-21 | 2000-05-12 | Sony Corp | Battery pack |
KR100624944B1 (en) | 2004-11-29 | 2006-09-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery pack protection circuit |
JP2010273417A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Honda Motor Co Ltd | Electric vehicle |
JP2011134578A (en) | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Nec Energy Devices Ltd | Transmission system of information of lithium-ion secondary batteries connected in series |
-
2011
- 2011-12-19 KR KR1020110137570A patent/KR101147937B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000133318A (en) * | 1998-08-21 | 2000-05-12 | Sony Corp | Battery pack |
KR100624944B1 (en) | 2004-11-29 | 2006-09-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery pack protection circuit |
JP2010273417A (en) * | 2009-05-20 | 2010-12-02 | Honda Motor Co Ltd | Electric vehicle |
JP2011134578A (en) | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Nec Energy Devices Ltd | Transmission system of information of lithium-ion secondary batteries connected in series |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11040633B2 (en) | 2018-05-08 | 2021-06-22 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack for vehicle |
CN109444751A (en) * | 2018-12-27 | 2019-03-08 | 江苏南自通华电力自动化股份有限公司 | A kind of single battery is broken online support device and method |
CN113895308A (en) * | 2021-10-14 | 2022-01-07 | 国什能源科技(北京)有限公司 | System solution for safely charging lithium battery of electric bicycle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9112247B2 (en) | Battery system | |
US9746526B2 (en) | Battery cell unit and method for determining a complex impedance of a battery cell arranged in a battery cell unit | |
AU2011346099B2 (en) | Power supply device | |
EP3002850B1 (en) | Overcharge protection device and method including diagnostic function | |
US9840157B2 (en) | Battery management system and battery system | |
JP7334734B2 (en) | Failure diagnosis method, storage device management device and system | |
CN104380563B (en) | The battery management system of the robustness with the raising for negative voltage | |
JP6733783B2 (en) | Power supply device and diagnostic method for diagnosing abnormality of power supply device | |
KR101745167B1 (en) | Method of detecting fault battery sell and system performing the same | |
KR101487577B1 (en) | Method and apparatus for detecting default of battery pack, and power relay assembly thereof | |
KR101147937B1 (en) | Self healing battery and control method for the same, self healing battery system | |
CN104521089B (en) | Battery system and the motor vehicle with battery system | |
KR20230149838A (en) | battery monitoring unit | |
JP2019165001A (en) | Health monitoring and safety protection for lithium ion battery modules, and applications | |
CN111095719A (en) | Accumulator device | |
JP2020167770A (en) | Battery module, and operation method for battery module | |
KR20200088153A (en) | apparatus for checking current sensor, and battery pack including the apparatus | |
CN117203542A (en) | Device and method for monitoring the state of a battery and device for protecting a battery | |
JP7348108B2 (en) | battery unit | |
JP2011160639A (en) | Instantaneous voltage drop countermeasure apparatus | |
JP7574993B2 (en) | Power supply management device and method of operating same | |
CN112034346A (en) | Method for fault detection in an electrical energy accumulator system | |
KR20220014766A (en) | Battery management system and control method thereof for protecting battery system | |
CN112034361A (en) | Method for detecting errors in an electrical energy storage system | |
KR20230123838A (en) | Battery management apparatus and operating method of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20111219 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20111220 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20111219 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20120126 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20120504 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120515 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120516 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150504 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150504 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20190226 |