KR20240163571A - 배터리 진단 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는 복수의 배터리의 전압을 획득하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하며, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하며, 진단 결과에 따른 하나 이상의 신호를 외부 장치에게 출력하도록 구성된다.
Description
본 출원은 2022년 12월 12일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0172880에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 내부 미세 단락을 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
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. 메모리 효과는 배터리가 부분적으로 방전됐을 때, 배터리를 충전함으로써 발생되는 재충전 가능한 배터리(rechargeable battery)의 에너지 용량 손실이다.
이러한 배터리가 이용되는 에너지 저장 장치는 대규모의 전력을 저장하고, 복수의 부하 설비에 저장된 전력을 제공하는 장치일 수 있다. 예컨대, 에너지 저장 장치는 산업용, 빌딩용 또는 가정용 에너지 관리 시스템과 같은 형태로 사용되고 있으며, 각각의 사용처에서 저장된 전력을 부하 설비에 제공하여 상시 전력망 및/또는 비상 전력망으로 이용되고 있다.
배터리의 내부에 미세 단락이 발생하면, 해당 배터리의 누설 전류가 발생되는 문제가 있다. 예컨대, 복수의 배터리가 배터리 팩에 포함되었다고 가정한다. 어느 배터리에 내부 미세 단락이 발생되어 누설 전류가 발생된 경우, 해당 배터리의 전압은 다른 배터리의 전압에 비해 점차 낮아질 수 있다. 그리고, 미세 단락이 지속되는 경우, 하드 쇼트(Hard short circuit)가 발생되어 배터리 팩에 영구적인 손상이 가해질 수 있다. 하드 쇼트(또는 데드 쇼트, dead short)는 배터리 팩의 복수의 배터리 간의 전압차가 지속적으로 증가하면 발생될 수 있다. 하드 쇼트는 배터리 팩 내부에 서지 전류(surge current)를 유발하여, 스파크, 과열, 회로 손상 등을 초래할 수 있다.
예컨대, 복수의 배터리 간의 전압차가 지속적으로 증가하면, 돌입 전류(inrush current 또는 overcurrent)가 배터리 팩의 내부에 흐를 수 있다. 돌입 전류는 열을 발생시키고, 결과적으로 하드 쇼트를 유발할 수 있다. 또한, 돌입 전류는 배터리 팩 내부의 회로에 영구적인 손상을 유발할 수 있다.
따라서, 배터리의 내부에 미세 단락이 발생되었는지를 미리 진단할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리에 내부 미세 단락이 발생되었는지를 진단할 수 있는 배터리 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 프로세서는 복수의 배터리의 전압을 획득하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하며, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하며, 진단 결과에 따른 하나 이상의 신호를 외부 장치에게 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 프로세서는 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 총합, 크기 또는 패턴 중 적어도 하나에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 프로세서는 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하기 위하여, 미리 설정된 진단 패턴과 각각의 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 비교하도록 구성될 수 있다.
상기 미리 설정된 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량의 패턴 내의 상기 전압 편차 변화량의 총합에 대응되는 제1 진단 패턴; 상기 전압 편차 변화량 각각의 크기에 대응되는 제2 진단 패턴; 상기 전압 편차 변화량의 최대 크기에 대응되는 제3 진단 패턴; 또는 상기 전압 편차 변화량의 증가 패턴에 대응되는 제4 진단 패턴 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 프로세서는 상기 전압 편차 변화량의 패턴이 상기 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응되면, 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 전압 편차 변화량의 총합이 미리 설정된 제1 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량이 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제3 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 복수의 전압 편차 변화량 중 적어도 하나가 미리 설정된 제3 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제3 기준값은 상기 제1 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제1 기준값 미만이고, 상기 제2 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제2 기준값을 초과하도록 구성될 수 있다.
상기 제4 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 전압 편차 변화량이 시간이 경과됨에 따라 증가되는 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 프로세서는 상기 복수의 배터리의 평균 전압을 산출하고, 산출된 평균 전압과 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 외부 장치는 차량 탑재 시스템, 차량 외부 시스템, 차량과 통신하는 하나 이상의 서버 또는 상기 차량과 통신하는 모바일 장치 중 하나에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 복수의 배터리의 측정된 전압을 수신하는 단계; 상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 수신한 전압에 기반하여 전압 편차를 결정하는 단계; 상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 결정된 전압 편차에 기반하여, 전압 편차 변화량을 결정하는 단계; 상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 단계; 및 진단 결과에 따른 하나 이상의 신호를 외부 장치에게 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하기 위하여, 미리 설정된 진단 패턴과 각각의 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 비교하는 비교 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 미리 설정된 진단 패턴은 상기 전압 편차 변화량의 패턴 내의 상기 전압 편차 변화량의 총합에 대응되는 제1 진단 패턴; 상기 전압 편차 변화량 각각의 크기에 대응되는 제2 진단 패턴; 상기 전압 편차 변화량의 최대 크기에 대응되는 제3 진단 패턴; 또는 상기 전압 편차 변화량의 증가 패턴에 대응되는 제4 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 전압 편차 변화량의 총합, 크기 또는 패턴 중 적어도 하나에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 장치는 차량 탑재 시스템, 차량 외부 시스템, 차량과 통신하는 하나 이상의 서버 또는 상기 차량과 통신하는 모바일 장치 중 하나에 대응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 진단 방법은 상기 전압 편차 변화량의 패턴이 상기 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응되면, 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 진단 장치는 소정의 주기마다 배터리의 전압 편차 변화량의 추이를 추적함으로써, 각각의 배터리에 대한 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀에 대한 전압을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 편차 변화량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 제1 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 제2 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 제3 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 제4 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀에 대한 전압을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 편차 변화량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 제1 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 제2 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 제3 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 제4 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
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.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 진단 장치(100)는 전압 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
전압 측정부(110)는 복수의 배터리의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 전압 측정부(110)는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀에 대한 전압을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 실시예에서, 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)가 구비되었다고 가정한다. 전압 측정부(110)는 제1 배터리(Ba)의 전압을 Va로 측정하고, 제2 배터리(Bb)의 전압을 Vb로 측정하며, 제3 배터리(Bc)의 전압을 Vc로 측정하고, 제4 배터리(Bd)의 전압을 Vd로 측정할 수 있다.
그리고, 전압 측정부(110)는 제어부(120)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 전압 측정부(110)와 제어부(120)는 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 전압 측정부(110)는 측정한 전압에 대한 정보를 제어부(120)로 송신할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 배터리의 전압 편차(Voltage deviation)를 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 전압 측정부(110)로부터 복수의 배터리의 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보에 기반하여 복수의 배터리의 전압 편차를 산출할 수 있다.
먼저, 제어부(120)는 복수의 배터리의 평균 전압을 산출하도록 구성될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 내지 제4 배터리(Ba, Bb, Bc, Bd)의 전압에 대한 평균 전압을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "(Va+Vb+Vc+Vd)÷4"의 수식을 계산하여 평균 전압을 Vavg로 산출할 수 있다.
제어부(120)는 후술하는 미리 결정된 주기마다 평균 전압(Vavg)을 산출할 수 있다. t1 시점에 대응되는 평균 전압(Vavg)은 t1 시점에 획득된 복수의 배터리에 대한 복수의 전압 정보에 기초하여 산출될 수 있다. 마찬가지로, t2 시점에 대응되는 평균 전압(Vavg)은 t2 시점에서 획득된 복수의 배터리에 대한 복수의 전압 정보에 기초하여 산출될 수 있다. 따라서, 각각의 시점에 대응되는 평균 전압(Vavg)은 서로 다를 수 있다.
다음으로, 제어부(120)는 산출된 평균 전압과 복수의 배터리 각각의 전압의 차이를 계산하여 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하도록 구성될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 내지 제4 배터리(Ba, Bb, Bc, Bd)의 전압과 평균 전압의 차이를 계산하여, 제1 내지 제4 배터리(Ba, Bb, Bc, Bd)의 전압 편차를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)는 "|Va-Vavg|"의 수식을 계산하여 제1 배터리(Ba)의 전압 편차를 dVa로 산출하고, "|Vb-Vavg|"의 수식을 계산하여 제2 배터리(Bb)의 전압 편차를 dVb로 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 "|Vc-Vavg|"의 수식을 계산하여 제3 배터리(Bc)의 전압 편차를 dVc로 산출하고, "|Vd-Vavg|"의 수식을 계산하여 제4 배터리(Bd)의 전압 편차를 dVd로 산출할 수 있다. 여기서, "||"는 절대값 기호로서, 산출되는 전압 편차는 배터리의 전압과 평균 전압의 차이의 절대값으로 표현될 수 있다.
제어부(120)는 소정의 주기마다 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 소정의 주기는 제어부(120)와 전압 측정부(110)가 서로 통신하는 통신 주기에 대응될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 복수의 배터리 각각에 대하여 소정의 주기마다 전압 편차를 산출할 수 있다. 여기서, 전압 편차는 해당 주기(즉, 해당 주기의 전압 측정 시점)에서 측정된 복수의 배터리의 전압 편차일 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 이전 주기에서 산출된 전압 편차와 현재 주기에서 산출된 전압 편차 간의 전압 편차 변화량을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 소정의 주기마다 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 편차 변화량을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3의 실시예는, t0, t1, t2 및 t3 시점에서 산출된 제1 내지 제4 배터리(Ba, Bb, Bc, Bd)의 전압 편차 중에서 제1 배터리(Ba)의 전압 편차만 도시한 도면이다. 여기서, t0, t1, t2 및 t3는 소정의 주기에 따라 결정된 시점을 의미한다.
한편, 도 3에는 제1 배터리(Ba)의 전압 편차만 도시되었으나, 제2 내지 제4 배터리(Bb, Bc, Bd)의 상태 진단을 위해 제2 내지 제4 배터리(Bb, Bc, Bd)의 전압 편차도 산출되었음을 유의한다.
도 3의 실시예에서, t0 시점에서 산출된 제1 배터리(Ba)의 전압 편차는 dV0이고, t1 시점에서 산출된 제1 배터리(Ba)의 전압 편차는 dV1이며, t2 시점에서 산출된 제1 배터리(Ba)의 전압 편차는 dV2이고, t3 시점에서 산출된 제1 배터리(Ba)의 전압 편차는 dV3이다. 제어부(120)는 소정의 주기마다 배터리에 대한 전압 편차 변화량을 산출하기 위하여, 연속된 시점에서의 전압 편차의 차이를 계산할 수 있다. 제어부(120)는 "dV1-dV0"의 수식에 따라 t0 시점과 t1 시점의 전압 편차 간의 차이를 계산하여, 전압 편차 변화량을 △dV1로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "dV2-dV1"의 수식에 따라 t1 시점과 t2 시점의 전압 편차 간의 차이를 계산하여, 전압 편차 변화량을 △dV2로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 "dV3-dV2"의 수식에 따라 t3 시점과 t2 시점의 전압 편차 간의 차이를 계산하여, 전압 편차 변화량을 △dV3로 산출할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 패턴과 미리 설정된 진단 패턴을 비교하여 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 배터리 각각에 대해 산출된 복수의 전압 편차 변화량의 패턴을 분석하여 해당 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(120)는 전압 편차는 복수의 배터리의 전압에 기반하여 산출하지만, 전압 편차 변화량의 패턴은 하나의 배터리의 복수의 전압 편차 변화량만을 기준으로 판단할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 전압 편차(dV0, dV1, dV2, dV3)는 각각 t0, t1, t2 및 t3 시점에서의 복수의 배터리(Ba, Bb, Bc, Bd)의 전압에 기반하여 산출된 값이다. 반면, 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)는 제1 배터리(Ba)의 전압 편차(dV0, dV1, dV2, dV3)에 기반하여 산출된 값이다. 즉, 전압 편차는 복수의 배터리의 전압에 기인한 값이지만, 전압 편차 변화량은 단일 배터리의 전압 편차에 기인한 값이다.
도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 미리 설정된 진단 패턴 중에서 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 속하는 진단 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 진단 패턴에 대응되도록 제1 배터리(Ba)의 상태를 진단할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(120)는 제2 내지 제4 배터리(Bb, Bc, Bd) 각각의 전압 편차 변화량의 패턴에 기반하여, 제2 내지 제4 배터리(Bb, Bc, Bd) 각각의 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)는 복수의 배터리의 전압 편차와 단일 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 모두 고려하여, 단일 배터리의 상태를 진단할 수 있다. 즉, 배터리 진단 장치(100)는 소정의 주기마다 배터리의 전압 편차 변화량의 추이를 추적함으로써, 각각의 배터리에 대한 상태를 개별적으로 진단할 수 있다.
한편, 배터리 진단 장치(100)에 구비된 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 진단 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)는 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(130)는 제어부(120)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 저장부(130)는 전압 측정부(110)에 의해 측정된 복수의 배터리의 전압 정보를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(130)는 제어부(120)가 소정의 주기마다 산출한 복수의 배터리의 전압 편차 및 전압 편차 변화량을 저장할 수 있다.
제어부(120)는 복수의 배터리 각각에 대하여, 복수의 시점에서 산출된 복수의 전압 편차 변화량의 총합, 크기 및 증가 패턴 중 적어도 하나에 기반하여 대응되는 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 진단 패턴은 복수의 전압 편차 변화량의 총합에 대응되는 제1 진단 패턴, 복수의 전압 편차 변화량 각각의 크기에 대응되는 제2 진단 패턴, 복수의 전압 편차 변화량의 최대 크기에 대응되는 제3 진단 패턴 및 복수의 전압 편차 변화량의 증가 패턴에 대응되는 제4 진단 패턴을 포함하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리(Ba)의 복수의 시점(t1, t2, t3)에서 산출된 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 총합(△dV1+△dV2+△dV3), 크기 및 증가 패턴 중 적어도 하나에 기반하여, 제1 배터리(Ba)의 상태를 진단할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여 진단 패턴에 대한 실시예를 구체적으로 설명한다. 설명의 편의를 위하여, t1 시점에서 산출된 △dV1은 제1 전압 편차 변화량(△dV1)이라고 하고, t2 시점에서 산출된 △dV2는 제2 전압 편차 변화량(△dV2)이라 하며, t3 시점에서 산출된 △dV3은 제3 전압 편차 변화량(△dV3)이라고 한다.
도 4 및 도 5는 제1 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 4는 제1 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5는 도 4에 기초한 제1 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 변화량의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량이 양수이고, 복수의 전압 편차 변화량의 총합이 미리 설정된 제1 기준값(R1) 이상인 경우, 전압 편차 변화량의 패턴이 제1 진단 패턴에 대응되는 것으로 판단하고, 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 양수일 수 있다. 그리고, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 총합은 제1 기준값(R1) 이상일 수 있다. 예컨대, 제1 기준값(R1)은 10mV로 설정될 수 있다. 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 총합은 10mV을 초과할 수 있다.
제어부(120)는 "△dV1+△dV2+△dV3"의 수식을 계산하여 전압 편차 변화량의 총합을 산출하고, 산출된 총합을 제1 기준값(R1)과 비교할 수 있다. 도 5의 실시예에서, 산출된 총합이 제1 기준값(R1) 이상이므로, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
도 6 및 도 7은 제2 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 제2 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 도 6에 기초한 제2 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 변화량의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량이 미리 설정된 제2 기준값(R2) 이상인 경우, 전압 편차 변화량의 패턴이 제2 진단 패턴에 대응되는 것으로 판단하고, 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 양수일 수 있다. 그리고, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 크기는 제2 기준값(R2) 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 기준값(R2)은 제1 기준값(R1) 미만의 값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 제1 기준값(R1)은 10mV로 설정되고, 제2 기준값(R2)은 2mV로 설정될 수 있다.
제어부(120)는 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3) 각각을 제2 기준값(R2)과 비교할 수 있다. 도 7의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)이 모두 제2 기준값(R2) 이상이므로, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
도 8 및 도 9는 제3 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 8은 제3 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9는 도 8에 기초한 제3 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 변화량의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량이 양수이고, 복수의 전압 편차 변화량 중 적어도 하나가 미리 설정된 제3 기준값(R3) 이상인 경우, 전압 편차 변화량의 패턴이 제3 진단 패턴에 대응되는 것으로 판단하고, 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 양수일 수 있다. 그리고, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3) 중 제2 전압 편차 변화량(△dV2)의 크기는 제3 기준값(R3) 이상일 수 있다. 즉, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 최대 크기는 제3 기준값(R3) 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 제3 기준값(R3)은 제1 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제1 기준값(R1) 미만이고, 제2 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제2 기준값(R2)을 초과하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 기준값(R1)은 10mV로 설정되고, 제2 기준값(R2)은 2mV로 설정되며, 제3 기준값(R3)은 6mV로 설정될 수 있다.
제어부(120)는 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 최대 크기를 제3 기준값(R3)과 비교할 수 있다. 도 9의 실시예에서, 제2 전압 편차 변화량(△dV2)이 제3 기준값(R3) 이상이므로, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
도 10 및 도 11은 제4 진단 패턴의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 10은 제4 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11은 도 10에 기초한 제4 진단 패턴의 시간에 따른 전압 편차의 변화량의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량이 양수이고, 복수의 전압 편차 변화량이 시간이 경가됨에 따라 증가되는 경우, 전압 편차 변화량의 패턴이 제4 진단 패턴에 대응되는 것으로 판단하고, 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 11의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 증가 패턴일 수 있다. 즉, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 시간이 경과됨에 따라(즉, t1, t2 및 t3 시점으로 흐름에 따라) 점차 증가될 수 있다. 예컨대, 제1 전압 편차 변화량(△dV1)은 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 미만이고, 제2 전압 편차 변화량(△dV2)은 제3 전압 편차 변화량(△dV3) 미만일 수 있다.
제어부(120)는 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 크기를 서로 비교하여, 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 도 11의 실시예에서, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)은 증가 패턴이므로, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
한편, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량의 패턴이 진단 패턴 중 어느 하나에 대응되면, 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제1 진단 패턴에 대응되지만, 제2 내지 제4 진단 패턴에 대응되지 않을 수 있다. 예컨대, 제2 전압 편차 변화량(△dV2)이 제2 기준값(R2) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제2 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 최대 크기가 제3 기준값(R3) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제3 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 제2 전압 편차 변화량(△dV2)이 제1 전압 편차 변화량(△dV1)보다 작기 때문에, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제4 진단 패턴에 대응되지 않는다.
도 7의 실시예에서, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제2 진단 패턴에 대응되지만, 제1 진단 패턴, 제3 진단 패턴 및 제4 진단 패턴에 대응되지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 총합이 제1 기준값(R1) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제1 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 최대 크기가 제3 기준값(R3) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제3 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 제2 전압 편차 변화량(△dV2)이 제1 전압 편차 변화량(△dV1)보다 작기 때문에, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제4 진단 패턴에 대응되지 않는다.
도 9의 실시예에서, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제3 진단 패턴에 대응되지만, 제1 진단 패턴, 제2 진단 패턴 및 제4 진단 패턴에 대응되지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 총합이 제1 기준값(R1) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제1 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 제1 전압 편차 변화량(△dV1) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)이 제2 기준값(R2) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제2 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 제3 전압 편차 변화량(△dV3)이 제2 전압 편차 변화량(△dV2)보다 작기 때문에, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제4 진단 패턴에 대응되지 않는다.
도 11의 실시예에서, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제4 진단 패턴에 대응되지만, 제1 진단 패턴, 제2 진단 패턴 및 제3 진단 패턴에 대응되지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 전압 편차 변화량(△dV1), 제2 전압 편차 변화량(△dV2) 및 제3 전압 편차 변화량(△dV3)의 총합이 제1 기준값(R1) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제1 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 제1 전압 편차 변화량(△dV1)이 제2 기준값(R2) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제2 진단 패턴에 대응되지 않는다. 또한, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 최대 크기가 제3 기준값(R3) 미만이므로, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제3 진단 패턴에 대응되지 않는다.
일 실시예에서, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴은 제1 내지 제4 진단 패턴 중 어느 하나에 대응될 수 있다. 이처럼, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 어느 하나의 진단 패턴에 대응되면, 배터리 진단 장치(100)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다. 즉, 배터리 진단 장치(100)는 배터리의 상태를 민감하고 엄격하게 진단함으로써, 예상하지 못한 상황에서 배터리에 하드 쇼트가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴을 제1 내지 제4 진단 패턴과 순차적으로 비교할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴을 제1 진단 패턴, 제2 진단 패턴, 제3 진단 패턴 및 제4 진단 패턴과 순차적으로 비교할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제1 진단 패턴에 대응되는지 확인할 수 있다. 만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제1 진단 패턴에 대응되면, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제1 진단 패턴에 대응되지 않으면, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제2 진단 패턴에 대응되는지 확인할 수 있다. 만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제2 진단 패턴에 대응되면, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제2 진단 패턴에 대응되지 않으면, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제3 진단 패턴에 대응되는지 확인할 수 있다. 만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제3 진단 패턴에 대응되면, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제3 진단 패턴에 대응되지 않으면, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제4 진단 패턴에 대응되는지 확인할 수 있다. 만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제4 진단 패턴에 대응되면, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단할 수 있다.
만약, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 제4 진단 패턴에 대응되지 않으면, 제어부(120)는 배터리에 내부 미세 단락이 발생되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
배터리 진단 장치(100)는 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴을 제1 내지 제4 진단 패턴과 순차적으로 비교하는 과정을 통해 배터리에 내부 미세 단락 발생 여부를 진단할 수 있다. 앞선 실시예에서는, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴을 제1 내지 제4 진단 패턴과 순차적으로 비교하는 실시예를 설명하였지만, 경우에 따라서는 복수의 전압 편차 변화량은 복수의 진단 패턴과 어떠한 순서로든 비교될 수도 있다.
일 실시예에서, 제어부(120)는 복수의 전압 편차 변화량이 양수인 경우, 대응되는 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴과 미리 설정된 진단 패턴을 비교하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 내지 제4 진단 패턴은 복수의 전압 편차 변화량이 양수인 경우를 전제로 할 수 있다. 예컨대, 복수의 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)은 모두 양수일 수 있다. 즉, 내부 미세 단락이 발생된 배터리는 시간이 경과될수록 다른 배터리들과의 전압 편차가 점점 증가될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 시스템 자원을 효율적으로 이용하기 위하여, 복수의 전압 편차 변화량이 모두 양수인 배터리에 한하여, 복수의 전압 편차 변화량의 패턴과 미리 설정된 진단 패턴을 비교할 수 있다.
적어도 하나의 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단된 경우, 배터리 진단 장치(100)는 적어도 하나의 배터리의 진단 결과를 포함하는 신호를 외부 장치로 송신할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 진단 장치(100)는 복수의 배터리 각각의 진단 결과를 각각 포함하는 복수의 신호를 전송할 수 있다. 외부 장치는 차량 탑재 시스템(on-board vehicle system), 차량 외부 시스템(external vehicle system), 차량과 통신하는 하나 이상의 서버(server) 또는 상기 차량과 통신하는 모바일 장치(mobile device) 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 진단 장치(100)의 전압 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 진단 장치(100)는, 배터리 팩(10)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 상술한 배터리 진단 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다. 바람직하게, 배터리 팩(10)은 배터리 진단 장치(100)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(10)에는 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)가 포함될 수 있다. 예컨대, 도 12의 실시예에서, 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)는 직렬 연결될 수 있다. 배터리 팩(10)에 포함되는 배터리의 개수 및 배터리의 연결 관계(직렬 및/또는 병렬)는 도 8의 실시예에 의해 제한되지 않음을 유의한다.
제1 배터리(Ba)의 양극 단자는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 제4 배터리(Bd)의 음극 단자는 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
전압 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2), 제3 센싱 라인(SL3), 제4 센싱 라인(SL4) 및 제5 센싱 라인(SL5)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 전압 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 배터리(Ba)의 양극 단자에 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리(Ba)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 전압 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)과 제2 센싱 라인(SL2) 각각에서 측정된 전압에 기반하여, 제1 배터리(Ba)의 전압을 측정할 수 있다.
마찬가지로, 전압 측정부(110)는 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 배터리(Bb)의 전압을 측정하고, 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제3 배터리(Bc)의 전압을 측정하며, 제4 센싱 라인(SL4) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해 제4 배터리(Bd)의 전압을 측정할 수 있다.
배터리 팩(10)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)에는 외부 장치가 연결될 수 있다. 예컨대, 외부 장치는 배터리 팩(10)으로부터 전원을 공급받는 전기차의 모터 등일 수 있다. 다른 예로, 외부 장치는 배터리 팩(10)을 충전시키기 위한 충전 장치일 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차(900)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(910)은 전기 자동차(Electric vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid vehicle, HV)와 같은 자동차(900)에 포함될 수도 있다. 그리고, 배터리 팩(910)은 자동차(900)에 구비된 인버터를 통해 모터에 전력을 공급함으로써, 자동차(900)를 구동시킬 수 있다. 그리고, 배터리 팩(910)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 진단 장치(100)가 포함될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 진단 방법의 각 단계는 배터리 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
전압 측정 단계(S100)는 복수의 배터리의 전압을 측정하는 단계로서, 전압 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 전압 측정부(110)는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 전압 측정부(110)는 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)의 전압을 Va, Vb, Vc 및 Vd로 측정할 수 있다.
전압 편차 산출 단계(S200)는 복수의 배터리의 전압 편차를 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 배터리의 평균 전압을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 산출된 평균 전압과 복수의 배터리 각각의 전압의 차이를 계산하여, 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)의 평균 전압을 Vavg로 산출할 수 있다. 제어부(120)는 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)의 전압과 평균 전압의 차이를 계산하여, 제1 배터리(Ba), 제2 배터리(Bb), 제3 배터리(Bc) 및 제4 배터리(Bd)의 전압 편차를 dVa, dVb, dVc 및 dVd로 산출할 수 있다.
전압 편차 변화량 산출 단계(S300)는 소정의 주기마다 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 복수의 배터리 각각에 대하여, 소정의 주기마다 산출된 전압 편차 간의 변화량을 산출할 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 t1, t2 및 t3 시점에서 제1 배터리(Ba)의 전압 편차 변화량을 △dV1, △dV2 및 △dV3로 산출할 수 있다.
진단 단계(S400)는 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 패턴과 미리 설정된 진단 패턴을 비교하여 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리 각각에 대해 산출된 복수의 전압 편차 변화량의 패턴을 분석하여 해당 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 미리 설정된 진단 패턴 중에서 전압 편차 변화량(△dV1, △dV2, △dV3)의 패턴이 속하는 진단 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 결정된 진단 패턴에 대응되도록 제1 배터리(Ba)의 상태를 진단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 판매자와 구매자 사이에서 상품으로 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기계 판독 저장 장치(machine-readable storage medium, 예컨대, CD-ROM)의 형태로 배포되거나, 애플리케이션 스토어 또는 사용자 장치들 사이의 직접 연결을 통해 온라인으로 배포(예컨대, 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인으로 배포되는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 일시적으로 생성되거나 제조사의 서버의 메모리, 애플리케이션 스토어의 서버 또는 중계 서버 등 기계 판독 저장 장치에 적어도 일시적으로 저장될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 팩
100: 배터리 진단 장치
110: 전압 측정부
120: 제어부
130: 저장부
900: 자동차
910: 배터리 팩
Ba: 제1 배터리
Bb: 제2 배터리
Bc: 제3 배터리
Bd: 제4 배터리
100: 배터리 진단 장치
110: 전압 측정부
120: 제어부
130: 저장부
900: 자동차
910: 배터리 팩
Ba: 제1 배터리
Bb: 제2 배터리
Bc: 제3 배터리
Bd: 제4 배터리
Claims (19)
- 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
상기 하나 이상의 프로세서는,
복수의 배터리의 전압을 획득하고,
상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하며,
상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량을 산출하고,
상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하며,
진단 결과에 따른 하나 이상의 신호를 외부 장치에게 출력하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 총합, 크기 또는 패턴 중 적어도 하나에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하기 위하여, 미리 설정된 진단 패턴과 각각의 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 비교하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 미리 설정된 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량의 패턴 내의 상기 전압 편차 변화량의 총합에 대응되는 제1 진단 패턴;
상기 전압 편차 변화량 각각의 크기에 대응되는 제2 진단 패턴;
상기 전압 편차 변화량의 최대 크기에 대응되는 제3 진단 패턴; 또는
상기 전압 편차 변화량의 증가 패턴에 대응되는 제4 진단 패턴 중 적어도 하나를 포함하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 전압 편차 변화량의 패턴이 상기 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응되면, 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 전압 편차 변화량의 총합이 미리 설정된 제1 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량이 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제3 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 복수의 전압 편차 변화량 중 적어도 하나가 미리 설정된 제3 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 제3 기준값은,
상기 제1 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제1 기준값 미만이고, 상기 제2 진단 패턴에 대응되도록 미리 설정된 제2 기준값을 초과하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제4 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량이 양수이고, 상기 전압 편차 변화량이 시간이 경과됨에 따라 증가되는 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 것을 포함하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는,
상기 복수의 배터리의 평균 전압을 산출하고, 산출된 평균 전압과 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차를 산출하도록 구성된 배터리 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 장치는,
차량 탑재 시스템, 차량 외부 시스템, 차량과 통신하는 하나 이상의 서버 또는 상기 차량과 통신하는 모바일 장치 중 하나에 대응되는 배터리 진단 장치.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 진단 장치를 포함하는 자동차.
- 복수의 배터리의 측정된 전압을 수신하는 단계;
상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 수신한 전압에 기반하여 전압 편차를 결정하는 단계;
상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 결정된 전압 편차에 기반하여, 전압 편차 변화량을 결정하는 단계;
상기 복수의 배터리 각각에 대하여, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 편차 변화량의 패턴에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 단계; 및
진단 결과에 따른 하나 이상의 신호를 외부 장치에게 출력하는 단계를 포함하는 배터리 진단 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하기 위하여, 미리 설정된 진단 패턴과 각각의 배터리의 전압 편차 변화량의 패턴을 비교하는 비교 단계를 더 포함하고,
상기 미리 설정된 진단 패턴은,
상기 전압 편차 변화량의 패턴 내의 상기 전압 편차 변화량의 총합에 대응되는 제1 진단 패턴;
상기 전압 편차 변화량 각각의 크기에 대응되는 제2 진단 패턴;
상기 전압 편차 변화량의 최대 크기에 대응되는 제3 진단 패턴; 또는
상기 전압 편차 변화량의 증가 패턴에 대응되는 제4 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응되는 배터리 진단 방법.
- 제15항에 있어서,
전압 편차 변화량의 총합, 크기 또는 패턴 중 적어도 하나에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 단계를 더 포함하는 배터리 진단 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 외부 장치는,
차량 탑재 시스템, 차량 외부 시스템, 차량과 통신하는 하나 이상의 서버 또는 상기 차량과 통신하는 모바일 장치 중 하나에 대응되는 배터리 진단 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 전압 편차 변화량의 패턴이 상기 진단 패턴 중 적어도 하나에 대응되면, 상기 배터리에 내부 미세 단락이 발생된 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는 배터리 진단 방법.
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