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KR20140068192A - 건전성 상태를 결정하기 위한 배터리 셀들의 이력 분석 - Google Patents

건전성 상태를 결정하기 위한 배터리 셀들의 이력 분석 Download PDF

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KR20140068192A
KR20140068192A KR1020147009891A KR20147009891A KR20140068192A KR 20140068192 A KR20140068192 A KR 20140068192A KR 1020147009891 A KR1020147009891 A KR 1020147009891A KR 20147009891 A KR20147009891 A KR 20147009891A KR 20140068192 A KR20140068192 A KR 20140068192A
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South Korea
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battery cell
battery
battery cells
health
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데이비드 앨런 화이트
클라우드 레오나르드 주니어 벤클렌슈타인
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싸우쓰웨스트 일렉트로닉 에너지 코포레이션
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Abstract

배터리 셀들은 모니터링될 수 있고, 배터리의 이력 프로파일이 생성될 수 있다. 이력 프로파일은 배터리 셀의 건전성-상태를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 이력 프로파일은 배터리 셀이 안전상 위험을 발생시키는 내부 단락을 발생했던 경우를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이력 프로파일은 배터리 셀이 불평형이었던 횟수의 계수 및 배터리 셀이 불평형이었던 쿨롬들의 수의 계수를 포함할 수 있다. 쿨롬들의 수는 시간의 윈도우에 대하여 계수될 수 있다. 쿨롬들의 수가 쿨롬 임계를 초과하는 경우, 건전성-상태 플래그가 배터리 셀에 대하여 설정될 수 있다. 쿨롬 임계는 부분적으로 배터리 셀이 불평형인 계수된 횟수에 기반하여 조정될 수 있다.

Description

건전성 상태를 결정하기 위한 배터리 셀들의 이력 분석{HISTORICAL ANALYSIS OF BATTERY CELLS FOR DETERMINING STATE OF HEALTH}
본 발명은 재충전가능한 배터리들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 재충전가능한 배터리들의 고장 검출에 관한 것이다.
재충전가능한 배터리들에 의해 전원을 공급받는 디바이스는 디바이스에 의해 사용되는 전압 및/또는 전류 레벨들 달성하기 위해 수개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 재충전가능한 배터리 셀이 1 볼트의 명목상 출력 전압을 가지면, 2 볼트 동작 레벨을 갖는 디바이스는 직렬로 결합된 2개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 재충전가능한 배터리 셀이 100 밀리암페어의 명목상 출력 전류를 가지면, 400 밀리암페어 동작 레벨을 갖는 디바이스는 병렬로 결합된 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 병렬 및 직렬로 결합된 배터리 셀은 디바이스의 원하는 동작 전압 및 전류 레벨들에 도달하도록 결합될 수 있다.
배터리 셀들은 배터리 팩 시스템 모듈을 형성하기 위해 배터리 셀에서 충전 레벨들의 평형을 이루기 위한 회로로 그룹화될 수 있다. 복수의 배터리 팩 시스템 모듈들은 배터리 팩 시스템 모듈들에 결합된 디바이스에서 이용가능한 출력 전압 및 출력 전류를 더 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 결합될 수 있다. 배터리 팩 시스템 모듈 내의 배터리 셀은 배터리 팩 시스템 모듈 내의 평형 회로를 이용함으로써 평형이 이루어질 수 있다(인트라-모듈 평형으로 지칭됨). 배터리 팩 시스템 모듈들은 또한 다른 배터리 팩 시스템 모듈들에 평형이 이루어질 수 있다(인터-모듈 평형으로 지칭됨).
배터리 셀의 평형은 복수의 배터리 팩 시스템 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 건전성(health) 및 정확한 동작을 유지하기 위한 중요한 프로세스이다. 배터리 시스템은 배터리 팩 시스템 모듈들이 서로 불평형이거나 배터리 팩 시스템 모듈 내의 배터리 셀들이 서로 불평형인 경우 원하는 데로 동작하지 않을 수 있다. 예를 들면, 불평형인 배터리 팩 시스템 모듈들 또는 배터리 셀들을 갖는 배터리 시스템으로부터의 출력 전압 및/또는 그의 용량은 원하는 범위를 벗어날 수 있다.
배터리 셀들 및 배터리 팩 시스템 모듈들은 상이한 마모 및 사용 패턴들을 겪을 수 있다. 배터리 셀들 및 배터리 팩 시스템 모듈들이 상이한 마모 및 사용 패턴들을 겪으면, 그것들은 다른 배터리 셀들 및 배터리 팩 시스템 모듈들과 더 불평형일 것이다. 배터리 셀들 또는 모듈들은 다양한 이유들 때문에 다른 셀들 및 모듈들과 불평형일 수 있다.
하나의 이유는 셀들 또는 모듈들의 수명의 차이일 수 있다. 예를 들면, 오래된 셀들 또는 모듈들이 새로운 셀들 또는 모듈들로 교체되면, 셀들 또는 모듈들은 상이한 용량들을 가질 수 있다. 이는 더 오래된 셀들 또는 모듈들이 전형적으로 더 낮은 용량을 갖기 때문에 발생한다. 배터리 셀들 및 모듈들의 용량은 보통 셀 또는 모듈이 수명 말기에 도달할 때까지 수명이 균일하게 감소한다.
다른 이유는 셀들 또는 모듈들이 제조될 때 그것들의 용량의 차이일 수 있다. 셀들 또는 모듈들은 상이한 물질 소스들 및 상이한 표준들로 상이한 공급사들에 의해 제조될 수 있다. 따라서, 각 모듈 또는 셀은 상이한 용량 및 상이한 용량 감쇠율(decay rate)을 가질 수 있다. 심지어 모듈들 또는 셀들이 동일 공급사에 의해 제조되는 경우에도, 시스템에 사용되는 셀들 또는 모듈들은 공급사들의 동일 제조 로트(lot)로부터 획득되지 않을 수 있다.
세 번째 이유는 셀들 또는 모듈들의 상이한 온도일 수 있다. 셀 또는 모듈에 대한 자기 방전율은 셀들의 온도에 비례하므로, 더 높은 온도는 셀 또는 모듈이 더 빠르게 자기-방전하게 한다. 동작 동안 상이한 온도들을 겪는 셀들 또는 모듈들은 용량에서 상이한 감소들을 겪을 수 있다. 상이한 온도들은 디바이스의 다른 컴포넌트들에 근접한 결과일 수 있다.
다른 이유는 모듈에 대한 내부의 상이한 전력 드레인(drain)일 수 있다. 배터리 관리 시스템은 컴포넌트 변형들 또는 모듈의 내부 전력 드레인에 기인하여 모듈의 평형을 초래하는 평균 전류 누설 경로들을 가질 수 있다.
다섯 번째 이유는 셀 또는 모듈에 대한 상이한 물리적 손상일 수 있다. 물리적 손상은 용량을 감소시키거나 내부 단락들을 야기할 수 있다.
다른 이유는 모듈 내의 셀 또는 셀들에 대한 내부 또는 외부의 전류의 상이한 누설일 수 있다. 상이한 누설은 간헐적이거나 연속적일 수 있고, 검출가능한 열의 양을 야기하거나 야기하지 않을 수 있다. 팩 제조 결함은 외부의 상이한 누설 전류의 하나의 이유이다. 셀 결함들 또는 손상은 외부의 상이한 누설 전류의 다른 이유이다. 예를 들면, 내부 셀 단락들은 애노드 덴드라이트들(dendrites), 분리막 덴드라이트들, 제조 금속 플레이크(flake) 결함들, 용접 스플래시(splash) 결함들, 셀 충돌 손상, 과도한 셀 진동 및/또는 충격의 결과로서 발생할 수 있다. 이들 내부 단락들은 셀의 내부 내에서 국부적 열을 발생시킬 수 있다.
심지어, 짧은 간헐적 단락들이 배터리 셀에 대한 지속적인 손상을 야기할 수 있다. 짧은 간헐적 단락들이 전부 연소할 수 있지만, 그것들의 발생은 셀의 내부를 약화시킬 수 있는데, 이는 더 빈번하고 더 심각한 내부 단락들을 초래한다. 시간이 경과하고, 충전 및 방전의 스트레스에 의해, 내부 단락들의 복수의 경우들은 결국 열 폭주 이벤트를 초래하기 충분한 심각한 내부 단락을 초래할 수 있다. 열 폭주 이벤트는 매우 짧은 시간 내에 셀을 파괴할 수 있는 위험한 양의 에너지의 방출이다. 방출된 에너지는 장비를 손상시키거나 조작자들에게 부상을 입힐 수 있다.
배터리 셀들의 내부 단락들 또는 고장에 대한 모니터링을 위한 하나의 종래의 해결책은 모니터링되고 있는 각 셀의 외부 표면 또는 근처에 배치된 온도 모니터이다. 그러나, 내부 단락들은 종종 배터리 셀 주위의 검출가능한 온도 증가를 야기하지 않고 발생한다. 심지어 온도가 즉시 증가하지 않아도, 열 폭주 이벤트는 그럼에도 불구하고 배터리 셀에서 형성되고 있을 수 있다. 배터리 셀들의 향후의 충전 사이클 동안, 내부적으로 단락된 배터리 셀에 결합된 배터리 셀들은 과충전될 수 있고, 그렇지 않으면-건전한 배터리 셀들 상의 추가 스트레스에 기인한 열 폭주 이벤트의 가능성을 증가시킬 수 있다. 스트레스받은 건전한 배터리 셀들과 내부적으로 단락된 배터리 셀로부터의 열의 조합은 외부 온도 센서에 의해 원래 검출되지 않았을 수 있는 열 폭주 이벤트 발생을 초래할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 방법은 복수의 배터리 셀들을 모니텅하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 복수의 배터리 셀들의 적어도 하나의 배터리 셀이 복수의 배터리 셀들의 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 부분적으로 상기 계수된 횟수에 기반하여 적어도 하나의 셀을 고장으로 표시하는 단계를 포함한다.
추가 실시예들에서, 상기 방법은 상기 횟수가 부분적으로 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수에 기반하여 임계값을 초과하는 경우 고장 표시되고 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상기 방법은 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 경우 상기 계수와 관련된 시간을 저장하는 단계- 상기 시간은 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 때를 나타냄 - 및 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 경우의 상기 계수와 관련된 양을 저장하는 단계 - 상기 양은 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 상기 다른 배터리 셀들 사이의 충전 차이를 나타냄-를 포함할 수 있는데, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 고장으로 표시하는 단계는 또한 부분적으로 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 계수된 횟수의 시간 및 양에 기반한다. 상기 방법은 상기 계수된 횟수, 양 정보, 및 시간 정보를 고장 배터리 셀의 적어도 하나의 알려진 이력 프로파일과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 배터리 팩 시스템 모듈들의 배터리 셀들을 모니터링하는 단계 및 고장으로 표시된 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 상기 복수의 배터리 팩 시스템 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 팩 시스템 모듈을 교체하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 내부 단락을 갖는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 고장이라는 메시지를 사용자에게 전송하는 단계 및 고장으로 표시된 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램 물건은 복수의 배터리 셀들을 모니터링하기 위한 코드를 갖는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체를 포함한다. 상기 매체는 또한 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 상기 복수의 배터리 셀들 중 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하기 위한 코드를 포함한다. 상기 매체는 또한 부분적으로 상기 계수된 횟수들에 기반하여 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 고장으로 표시하기 위한 코드를 포함한다.
추가 실시예에 따르면, 장치는 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 배터리 셀들에 결합된 마이크로프로세서를 포함한다. 상기 마이크로프로세서는 복수의 배터리 셀들을 모니터링하도록 구성된다. 상기 마이크로프로세서는 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 상기 복수의 배터리 셀들 중 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하도록 더 구성된다. 상기 마이크로프로세서는 또한 부분적으로 상기 계수된 횟수에 기반하여 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 고장으로 표시하도록 구성된다.
추가 실시예들에서, 상기 장치의 상기 마이크로프로세서는 상기 횟수가 부분적으로 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 상기 복수의 셀들 중 다른 배터리 셀들에 평형이 이루어지는 횟수에 기반하여 임계값을 초과하는 경우, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 고장을 표시하도록 구성될 수 있다. 상기 마이크로프로세서는 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 경우 상기 계수와 관련된 시간을 저장하도록- 상기 시간은 상기 적어도 하나의 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 때를 나타냄 -, 그리고 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 경우 상기 계수와 관련된 양을 저장하도록 - 상기 양은 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 상기 다른 배터리 셀들 사이의 충전 차이를 나타냄 - 구성될 수 있는데, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 고장으로 표시하는 것은 또한, 부분적으로 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 계수된 횟수의 시간 및 양에 기반한다. 상기 프로세서는 상기 계수된 횟수들, 양 정보 및 시간 정보를 고장 배터리 셀의 적어도 하나의 알려진 이력 프로파일과 비교하도록 구성된다. 상기 마이크로프로세서는 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 고장이라는 메시지를 사용자에게 전송하도록 구성될 수 있다. 상기 마이크로프로세서는 고장으로 표시된 적어도 하나의 배터리 셀을 차단하도록 구성된다. 상기 마이크로프로세서 및 상기 복수의 배터리 셀들은 배터리 팩 시스템 모듈의 일부일 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 방법은 배터리 셀들의 어레이 중 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 부분적으로 상기 계수된 횟수들에 기반하여 쿨롬(Coulomb) 임계 레벨을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계를 초과하는 경우 건전성-상태(state-of-health) 플래그를 설정하는 단계를 포함한다.
추가 실시예들에서, 상기 방법은 윈도우에 의해 정의된 기간 동안 상기 쿨롬들의 수를 계수하는 단계 - 상기 윈도우는 복수의 빈들(bins)로 분할됨 -를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 업데이트 기간에 대하여 상기 복수의 빈들 중 가장 최근 빈의 카운터(counter)를 증가시키는 단계, 및 상기 복수의 빈들의 각각을 각 빈 기간 후에 이전의 기간을 나타내는 빈으로 시프트하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 계수된 횟수가 제 1 계수 임계를 초과하는 경우, 상기 쿨롬 임계를 낮은 값으로 설정하는 단계, 및 상기 계수된 횟수가 상기 제 1 계수 임계를 초과하지 않는 경우, 상기 쿨롬 임계를 높은 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 상기 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 계수된 횟수가 제 2 계수를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계에 의해 짧은 단락들(small shorts)을 검출할 수 있고, 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계 레벨을 초과하는 경우, 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계에 의해 상기 배터리 셀의 더 긴 단락들을 검출할 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 건전성-상태 플래그가 제 1 값인 경우, 상기 배터리 셀에 리포트하는 단계, 상기 건전성-상태 플래그가 제 2 값인 경우, 상기 배터리 셀의 충전을 디스에이블하는(disabling) 단계, 및 상기 건전성-상태 플래그가 제 3 값인 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램 물건은 배터리 셀들의 어레이의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하기 위한 코드를 갖는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함한다. 상기 매체는 또한 부분적으로 상기 계수된 횟수에 기반하여 쿨롬 임계 레벨을 결정하기 위한 코드를 포함한다. 상기 매체는 상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하기 위한 코드를 더 포함한다. 상기 매체는 또한 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계를 초과하는 경우 건전성-상태 플래그를 설정하기 위한 코드를 포함한다.
추가 실시예에 따르면, 장치는 메모리를 포함한다. 상기 장치는 또한 프로세스를 포함한다. 상기 프로세서는 배터리 셀들의 어레이의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하도록 구성된다. 상기 프로세서는 또한 부분적으로 상기 계수된 횟수에 기반하여 쿨롬 임계 레벨을 결정하도록 구성된다. 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하도록 더 구성된다. 상기 프로세서는 또한 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계를 초과하는 경우 건전성-상태 플래그를 설정하도록 구성된다.
상술한 것은 다음의 본 발명은 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들을 상당히 폭넓게 서술했다. 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가 특징들 및 장점들이 이하 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들을 수정 및 설계하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음은 당업자에 의해 이해되어야 한다. 이런 등가의 구성들이 첨부된 청구범위들에 개시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 것은 또한 당업자에 의해 이해되어야 한다. 신규한 특징들은 그의 구조 및 동작의 방법 양자에 관하여 본 발명의 특징이라고 생각되는 추가 목적들 및 장점들과 함께 첨부의 도면들과 관련하여 고려되는 경우, 다음의 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있다. 그러나, 도면들의 각각은 도시 및 설명만의 목적으로 제공되고, 본 발명의 한정들의 정의로서 의도되지 않음이 분명하게 이해될 것이다.
본 발명의 더 완전한 이해를 위해, 첨부의 도면들과 함께 취해진 다음 설명들에 대하여 참조가 이제 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들의 평형을 이루는 마이크로프로세서를 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들의 평형을 이루는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 고장인 경우를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불평형인 배터리 셀의 평형을 이루는데 소모되는 시간에 기반하여 배터리 셀이 고장인 경우를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아미도 고장 배터리 셀의 평형 계수 이력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 측정된 계수를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단락들을 검출하기 위한 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이력 데이터에 기반하여 단락들을 검출하기 위한 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 복수의 빈들을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따른 시간상 빈들을 뒤로 시프트 한 후 배터리 셀에 대한 복수의 빈들을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건전성-상태 플래그에 기반하여 취해진 동작들을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단락들을 검출하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
외부 온도 모니터가 열 폭주 이벤트가 발생하기 전에 이를 검출하기에 불충분할 수 있지만, 다른 방법들은 배터리 셀들 또는 모듈들의 내부 단락들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 내부 단락들을 갖는 배터리 셀은 다른 배터리 셀들보다 더 빈번하게 또는 덜 빈번하게 평형이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 전류 드레인을 야기하는 경우, 배터리 셀은 더 빠르게 방전하여 내부 셀 단락이 평형 회로들이 차등 전류(differential current)에게 단락된 배터리 셀은 응답하도록 지시하게 한다. 평형 회로 또는 평형 회로에 대한 외부 모니터는 배터리 셀이 평형이 이루어진 횟수를 추적할 수 있고 열 폭주 이벤트가 발생하기 전에 배터리 셀이 내부 단락됨을 결정할 수 있다. 회로 또는 모니터는 계수가 임계를 초과하는 경우, 시간의 경과에 따라 이상 평형 거동을 검출하기 위한 알고리즘을 구현하는 것, 및/또는 부분적으로 평형이 이루어지고 있는 다른 배터리 셀에 기반하여 하나의 셀의 평형이 평형 동작의 예상된 수를 초과하는 때를 결정하기 위한 차동 시험을 구현하는 것과 같은 임계 검출을 구현함으로써 배터리 셀이 과도하게 평형이 이루어져 있음을 결정할 수 있다. 일 예에서, 얼마나 빈번하게 그리고 얼마나 많이 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과의 평형에 도달하기 위해 충전되거나 방전되는지를 기록하기 위해 시간 및 양은 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 평형이 이루어지는 각 시간에 기록된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들의 평형을 이루는 마이크로프로세서를 도시하는 블록 다이어그램이다. 배터리 시스템(100)의 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)과 통신하도록 결합될 수 있다. 배터리 셀들(120)은, 예를 들면, 리튬-이온 배터리 셀들일 수 있다. 마이크로프로세서(110)는 범용 중앙 처리 유닛("CPU") 또는 마이크로프로세서, 그래픽 처리 유닛("GPU"), 마이크로제어기, 등일 수 있다. 본 실시예들은 마이크로프로세서(110)가, 집적이든 간접이든, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 모듈들 및 동작들을 지원하는 한, 마이크로프로세서(110)의 아키텍처에 의해 한정되지 않는다. 마이크로프로세서(110)는 본 실시예들에 따라 아래에 그리고 도 2 및 도 3에 설명된 바와 같이, 다양한 논리 지시들(instructions)을 실행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120) 내부의 회로망과 직접 통신할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 마이크로프로세서(110)는 전류 측정 저항기 및/또는 전압계와 같은 외부 회로망(도시되지 않음)을 통하여 배터리 셀들(120)을 측정함으로써 배터리 셀들(120)에 관한 정보를 수신할 수 있다. 배터리 셀들(120)은 원하는 출력 전류 및/또는 전압을 획득하기 위해 서로에 직렬 및/또는 병렬로 결합될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀들(120)은 개별적으로 배터리 셀(120a)이나 배터리 셀(120b)의 출력 전류의 두 배의 출력 전류를 제공하기 위해 병렬로 결합된 배터리 셀들(120a, 120b)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 배터리 셀들(120a, 120b)은 배터리 시스템(100)의 출력 전압을 개별적으로 병렬-결합된 배터리 셀들(120a-b, 120c-d, 또는 120e-f) 중 어느 하나의 3배의 출력 전압으로 증가시키기 위해 배터리 셀들(120c, 120d)의 병렬 연결 및 배터리 셀들(120e, 120f)의 병렬 연결과 직렬로 결합될 수 있다.
배터리 시스템(100)은 또한 배터리 셀들(120a-e)을 충전 및 평형을 이루기 위한 충전 회로망 및 평형 회로망(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 평형 회로망의 예들은 "System for Balancing a Plurality of Battery Pack System Modules Connected in Series"이란 명칭으로 White 등에 의해 2009년 4월 2일자로 출원된 미국 특허 제7,880,434호에 설명되고, "Module bypass switch for balancing battery pack system modules"이란 명칭으로 White 등에 의해 2010년 10월 6일자로 출원된 미국 출원번호 제12/899,413호에 설명되는데, 이 둘 모두는 참조로서 본 명세서에서 통합된다. 일 실시예에 따르면, 배터리 시스템(100)은 배터리 팩 시스템 모듈의 일부일 수 있고, 다른 배터리 팩 시스템 모듈들과 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 시스템(100)이 배터리 팩 시스템 모듈의 일부인 경우, 배터리 시스템(100)은 다른 배터리 팩 시스템 모듈들과의 평형을 획득하기 위해 인터-모듈(inter-module) 평형을 통하여 평형이 이루어질 수 있다. 배터리 셀들(120)은 또한 배터리 셀들(120) 사이의 평형을 획득하기 위해 인트라-모듈(intra-module) 평형을 통하여 평형이 이루어질 수 있다.
마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)의 평형을 모니터링 및/또는 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀들의 평형을 이루는 방법을 나타내는 흐름도이다. 방법(200)은 배터리 셀들(120) 중 임의의 하나가 불평형인지를 결정하는 블록(202)에서 개시한다. 배터리 셀들(120) 중 어느 것도 불평형이지 않으면, 방법(200)은 블록(202)에서 유지된다. 배터리 셀들(120) 중 하나가 불평형이면, 방법(200)은 셀들(120) 중 어느 배터리 셀이 불평형인지를 결정하는 블록(204)으로 진행한다. 블록(206)에서, 불평형 배터리 셀에 대응하는 카운터(counter)가 증가한다. 예를 들면, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120a-b, 120c-d, 및 120e-f)에 대한 카운터들을 마이크로프로세서(110) 내부의 레지스터들 또는 마이크로프로세서(110)에 결합된 메모리(도시되지 않음)에 저장할 수 있는데, 이 메모리는 PROM, EPROM, EEPROM, 광학 스토리지, 등일 수 있다. 배터리 셀(120a)이 블록(204)에서 불평형이라고 결정되면, 배터리 셀(120a)에 대한 카운터는 블록(206)에서 증가한다. 도시되지 않지만, 격리 다이오드들이 배터리 셀들(120a 및 120b)에 결합될 수 있고, 배터리 셀들(120a 및 102b)이 개별적으로 충전 및/또는 방전할 수 있게 한다. 블록(208)에서, 배터리 셀들은 평형이 이루어진다. 위의 예에서, 배터리 셀(120a)이 다른 배터리 셀들과 불평형이고, 다른 배터리 셀들보다 낮은 충전 상태라고 결정되면, 전류는 배터리 셀(120a)로 재전송될 수 있다. 대안적으로, 위의 예에서, 다른 배터리 셀들이 배터리 셀(120a)과 평형에 이르도록 방전될 수 있다. 다른 배터리 셀들이 평형에 이르도록 방전된 후, 배터리 셀들의 모두는 전용량(full capacity)으로 충전될 수 있다.
위의 예가 단일 배터리 셀이 블록(204)에서 불평형이라고 결정하는 것을 설명하지만, 마이크로프로세서(110)는 복수의 배터리 셀들이 불평형이라고 결정할 수 있다. 예를 들면, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120a 및 120c)이 다른 배터리 셀들과 불평형이라고 결정할 수 있다. 그 다음, 블록(206)에서, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120a 및 120c)에 대응하는 카운터들을 증가시킬 수 있고, 블록(208)에서 배터리 셀들(120a 및 120c)을 다른 셀들과 평형을 이루게 한다).
일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)을 통하여 충전 및 방전되는 쿨롬들을 계수함으로써 배터리 셀들(120) 중 하나가 다른 배터리 셀들과 불평형인 경우를 결정할 수 있다. 쿨롬 계수에 대한 추가적인 세부사항들은 "Method for determining power supply usage"이란 명칭으로 Benckenstein 등에 의해 2008년 8월 13일자로 출원된 미국 특허 제7,917,315호에서 찾아볼 수 있는데, 이는 참조로서 본 명세서에 통합될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)의 각각의 단자들 양단의 전압을 측정함으로써 배터리 셀들(120) 중 하나가 불평형인 경우를 결정할 수 있다.
마이크로프로세서(110)가 배터리 시스템(100)의 배터리 셀들(120)의 각각이 불평형이었던 횟수에 관한 정보를 갖는 경우, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120) 각각에 대하여 배터리 셀이 고장인지 경고하는지와 같은 건전성-상태를 결정할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 고장인 경우를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 방법(300)은 마이크로프로세서(110)가 배터리 셀들(120) 중 하나에 대한 카운터가 임계 계수를 초과했는지를 결정하는 블록(302)에서 개시한다. 배터리 셀들(120) 중 어느 하나도 평형 동작들의 임계 수를 초과하지 않으면, 방법(200)은 블록(302)에서 유지한다. 배터리 셀들(120) 중 하나 또는 둘 이상이 임계 계수를 초과하는 경우, 방법(300)은 평형 동작들의 임계 수를 초과하는 배터리 셀을 고장으로 표시하도록 블록(304)으로 진행한다. 마이크로프로세서(110)의 임계 레벨은 얼마나 일찍 배터리 셀이 고장으로 표시되는지를 결정하도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 임계 레벨은 배터리 셀 내의 고장들이 더 일찍 검출되도록 더 낮게 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 셀들(120)의 각각은 마이크로프로세서(110)를 동작시키는 사용자에 의해 구성가능한 상이한 임계 레벨들을 가질 수 있다. 예를 들면, 사용자는 배터리 셀들(120)의 각각에 대한 제품, 모델, 및/또는 유형에 관한 정보로 마이크로프로세서(110)를 구성할 수 있고, 각 제품, 모델, 또는 유형은 배터리 셀이 고장 상태에 도달했던 때를 결정하기 위한 상이한 임계 계수를 가질 수 있다.
블록(306)에서, 마이크로프로세서(110)는 결정된 또는 가능한 고장들을 갖는 배터리 셀들의 외부 호스트에 알릴 수 있다. 일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서(110)는 사용자에게 LED에 대응하는 배터리 셀들(120) 중 하나가 고장임을 알리는 제어 패널(도시되지 않음) 상의 발광 다이오드(LED)를 활성화시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)의 고장 조건들에 관하여 사용자들에게 전자적 통지를 발생할 수 있다. 예를 들면, 마이크로프로세서(110)는 관리자에게 배터리 셀들(120) 중 하나가 고장 상태에 이르렀던 때를 알리는 전자적 메일 메시지 또는 텍스트 메시지를 관리자에게 전송할 수 있다. 다른 예에서, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀들(120)의 각각의 건전성-상태에 관한 정보를 갖는 전자적 메일 메시지 또는 텍스트 메시지를 매시간, 매일, 매주와 같은 기간적인 간격들로 전송할 수 있다. 블록(306) 이후에, 마이크로프로세서(110)는 배터리 셀이 임계 계수를 초과하기 위해 대기로 리턴할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레지스터의 하나 또는 둘 이상의 비트들이 건전성-상태 경보 비트들로서 할당될 수 있다. 비트들의 각각은 배터리 셀 또는 배터리 팩 시스템 모듈에 대응할 수 있다. 배터리 셀 또는 배터리 팩 시스템 모듈이 불량 건전성-상태에 있다고 결정되는 경우, 레지스터의 대응하는 비트가 설정될 수 있다. 마이크로프로세서(110)는 그 다음 배터리 셀들 또는 배터리 팩 시스템 모듈 중 하나가 고장이 된 때를 결정하기 위해 비트들을 폴링(poll)할 수 있다. 폴링은 MODUBS 또는 RS-485 프로토콜을 통하여 통신될 수 있다. CAN 버스와 같은, 경보를 포스팅(posting)할 수 있는 통신 버스가 구현되는 경우, 건전성-상태 정보는 폴링되지 않고 통신 버스 상에 직접 포스팅될 수 있다.
복수의 임계 레벨들은 배터리 셀들(120)의 각각에 대하여 설정될 수 있다. 예를 들면, 제 1 임계 레벨은 배터리 셀에 대하여 "경고" 레벨을 나타내도록 설정될 수 있고, 제 2 임계 레벨은 배터리 셀에 대하여 "고장" 레벨을 나타내도록 설정될 수 있다. 따라서, 사용자는 배터리 셀이 "경고" 레벨에 도달되는 경우, 다음 기회에 점검되어야함이 통지될 수 있다. 조치가 사용자에 의해 이루어지지 않고 배터리 셀에 대한 평형 사이클들의 수가 제 2 임계 레벨에 도달하면, 사용자는 "고장"을 통지받을 수 있고, 마이크로프로세서(110)는 사용자가 고장을 알거나 배터리 시스템(100)을 리셋할 때까지 자동적으로 고장 배터리 셀 또는 전체 배터리 시스템(100)을 차단할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 2 및 도 3에서 위에 설명된 평형 계수 방법은 다른 고장 검출 방법들과 결합될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀이 배터리 셀 평형 동작들의 임계 수에 도달하는 경우, 배터리 셀은 "경보"로 표시될 수 있다. 그 다음, 온도 센서가 동일 배터리 셀의 온도의 증가를 검출하면, 배터리 셀은 "고장"으로 표시될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 배터리 셀들(120) 중 하나가 고장인 경우를 결정하기 위한 임계 계수는 다른 배터리 셀들과 비교하여 차이 값으로서 특정될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀들(120) 중 하나가 다른 배터리 셀들 중 하나의 2배만큼 불평형인 경우, 배터리 셀은 임계 계수를 초과했다고 결정될 수 있고, 고장으로 표시될 수 있다.
다른 실시예에서, 배터리 셀들(120) 중 하나가 고장인 경우를 결정하기 위한 임계 계수는 검출 알고리즘에 기반할 수 있다. 예를 들면, 알고리즘은 거동 패턴들에 대하여 배터리 셀들(120)을 검사할 수 있고, 배터리 셀들(120)의 평형 동작들을 내부 단락들에 기인한 알려진 패턴들과 비교할 수 있다. 다른 예에서, 알고리즘은 특정 기간 내의 특정 수의 평형 동작들에 대하여 배터리 셀들(120)을 검사할 수 있다.
배터리 셀들(120) 중 하나가 평형 동작들의 수에 대한 임계 계수를 초과하는 하나의 이유는 배터리 셀이 내부 단락되는 것일 수 있다. 배터리 셀들(120) 중 하나의 내부 단락은 배터리 셀의 감소된 용량, 배터리 셀에 대한 더 느린 충전율, 및/또는 배터리 셀에 대한 더 빠른 방전율을 야기할 수 있다. 배터리 셀들의 내부 단락들은 화재, 또는 더 나쁜 폭발을 야기하는 열 폭주 이벤트들을 초래할 수 있다. 내부 단락에 기인한 화재 및 폭발의 가능성은 배터리 셀들에 의해 전원 공급된 장비의 조작자에게 안전성 위험을 야기한다. 배터리 셀들(120) 중 하나가 내부 단락을 전개하는 경우, 배터리 셀은 다른 배터리 셀들보다 내부 단락으로 배터리 셀의 더 빈번한 평형을 야기하는 위의 증상들 중 하나를 나타낼 수 있다. 따라서, 배터리 셀들(120)의 평형 사이클들 각각의 수의 모니터링은 배터리 셀에 위치된 내부 단락 또는 배터리 셀 내의 다른 고장에 관한 정보를 제공할 수 있다.
위의 예가 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 평형이 이루어지는 횟수들을 계수하는 정수 카운터 계수를 설명하지만, 카운터는 또한, 예를 들면, 누산기(accumulator)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 누산기는 부분적으로 불평형 배터리 셀을 다른 배터리 셀들과 평형이 이루어지게 하기 위해 사용된 충전 또는 전류의 양의 통합된 값에 기반하여 증가할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 누산기는 부분적으로 불평형 배터리 셀을 다른 배터리 셀들과 평형을 이루게 하는데 소요된 시간에 기반하여 증가할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 불평형 배터리 셀의 평형을 이루게 하는데 소요된 시간에 기반하여 배터리 셀이 고장인 경우를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
방법(400)은 배터리 셀들(120) 중 임의의 하나가 다른 배터리 셀들과 불평형인지를 결정하는 블록(402)에서 개시한다. 블록(404)에서, 불평형 배터리 셀은 다른 배터리 셀들에 평형이 이루어진다. 불평형 배터리 셀은 다른 배터리 셀들보다 낮은 충전의 상태일 수 있다. 더 낮은 충전의 상태인 경우, 불평형 배터리 셀은 모든 배터리 셀들이 실질적으로 유사한 충전의 상태일 때까지 다른 배터리 셀들보다 빠르게 충전될 수 있다. 대안적으로, 다른 배터리 셀들은 모든 배터리 셀들이 실질적으로 유사한 충전의 상태일 때까지 더 빠르게 방전될 수 있다.
불평형 배터리 셀은 또한 다른 배터리 셀들보다 높은 충전의 상태일 수 있는데, 이 경우, 불평형 배터리 셀은 평형에 도달하기 위해 방전될 수 있거나, 다른 배터리 셀들이 평형에 도달하기 위해 충전될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 셀이 더 높은 충전된 상태인 경우, 평형은, 배터리 셀이 더 높은 충전 상태에서 불평형이면, 불평형 조건은 내부 단락에 의해 야기될 수 없기 때문에, 배터리 셀의 카운터에 가산되지 않는다. 그러나, 다른 배터리 셀들에 대한 카운터들은, 다른 배터리 셀들이 더 높은 충전 상태로 배터리 셀과 불평형이라고 고려되기 때문에, 증가할 수 있다. 다른 배터리 셀들보다 높은 충전 상태의 하나의 배터리 셀은, 배터리 셀이 다른 배터리 셀들보다 높은 용량을 갖는 경우, 및/또는 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들보다 작은 온도인 경우, 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들만큼 빠르게 자기-방전되지 않도록 발생할 수 있다. 이런 가능성들은 임의의 배터리 셀에 대한 카운터를 증가시킬지의 여부를 결정하는 경우 마이크로프로세서(110)에 의해 고려될 수 있다.
블록(406)에서, 이전에 불평형 배터리 셀의 평형에 소요된 시간이 기록된다. 기록된 시간은 이전에 불평형 배터리 셀을 충전하는데 소요된 시간 또는 다른 배터리 셀들을 방전하는데 소요된 시간 또는 양자일 수 있다. 블록(408)에서, 불평형 배터리 셀에 대응하는 카운터가 블록(406)에서 기록된 시간에 비례하여 증가한다.
블록(410)에서, 이전에 불평형 배터리 셀이 그에 대응하는 카운터에 기반하여 고장인지의 여부가 결정된다. 배터리 셀이 고장인지의 여부의 결정은 부분적으로 배터리 셀에 대응하는 카운터에 기반할 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀은 카운터가 평형에 소모된 시간의 최대 총합과 같은 임계 계수를 초과하면 고장으로 결정될 수 있다. 다른 예에서, 배터리 셀은 부분적으로 카운터의 이력에 기반하여 고장으로 결정될 수 있다. 즉, 카운터가 언제 그리고 얼마나 많이 증가되었는지와 같은 카운터의 이력은 카운터의 이력이 알려진 이력 프로파일에 유사한지의 여부를 결정하기 위해, 알려진 고장 배터리 셀들의 이력 프로파일들과 비교될 수 있다. 일 실시예에서, 상관관계 지수는 알려진 이력 프로파일과 카운터의 이력 사이에서 연산된다. 일 실시예에서, 상관관계 지수가 임계값을 초과하면, 배터리 셀은 고장으로 표시될 수 있다. 블록(410)에서, 배터리 셀들 중 임의의 하나가 고장인지의 여부를 결정하기 위해, 단지 이전에 불평형 배터리 팩들의 카운터만이 조사될 수 있거나, 배터리 팩의 카운터들의 각각이 조사될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가능한 고장 배터리 셀의 평형 계수 이력을 나타내는 그래프이다. 그래프(500)의 선(502)은 알려진 고장 배터리 셀의 이력 프로파일을 나타낸다. 각 시간 증분, ti에서, 배터리 셀은 불평형이라고 결정되고, 배터리 셀은 평형이 이루어지게 하며, 카운터는 증가한다. 배터리 셀은 선(502)의 계단식 패턴에 기반하여 빈번하게 불평형이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 셀의 측정된 계수를 나타내는 그래프이다. 그래프(600)의 선(602)은 배터리 셀에 대하여 측정될 수 있고, 배터리 셀이 고장인지의 여부를 결정하기 위해 도 5의 그래프와 비교될 수 있다. 시간들, t1, t2, t3, t4, 및 t5에서, 측정된 프로파일과 도 5의 이력 프로파일 사이의 상관관계는 셀이 고장이라는 경보를 트리거하기에 충분히 높지 않을 수 있다. 즉, 선(602)에 의해 나타낸 카운터는 도 5의 선(502)에 의해 나타낸 카운터만큼 빠르게 증가하지 않고 있다. 그러나, 시간들 t5와 t8 사이에서, 배터리 셀의 평형의 비율은 증가하고, 도 5의 것과 유사한 계단식 패턴을 나타낸다. 따라서, 배터리 셀은 t5와 t8 사이의 임의의 시간에서 부분적으로 상관관계 지수 연산의 민감도 요인에 기반하여 고장으로 결정될 수 있다. 민감도 요소 및 상관관계 지수 연산은 마이크로프로세서(110)에서 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상관관계 지수 연산은 배터리 셀의 각각에 대하여 고유할 수 있고, 부분적으로 각 배터리 셀의 제품 및 모델에 대응하는 공식에 기반할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 민감도 요인은 또한 부분적으로 각 배터리 셀의 제품 및 모델에 기반할 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 배터리 셀이 블록(410)에서와 같이 고장으로 결정되면, 배터리 셀은 블록(412)에서 고장으로 표시된다. 배터리 셀이 고장으로 표시되는 경우, 배터리 셀은 차단될 수 있거나, 관리자는 고장을 통지받을 수 있다. 배터리 셀이 고장으로 표시된 후, 방법(400)은 블록(402)으로 리턴한다. 어떤 배터리 셀도 블록(410)에서 고장이라고 결정되지 않으면, 방법(400)은 블록(402)으로 리턴한다.
배터리 셀들(120)의 각각 평형 사이클들의 수의 모니터링은 가능한 안전성 위험이 배터리 셀들(120) 중 하나에서 존재하는 경우를 결정하기 위해 더 신뢰할 수 있는 방법이다. 단지 배터리 셀들(120)의 온도만이 모니터링되는 경우, 배터리 셀들(120) 외부의 온도 센서가 온도의 증가를 검출하기 전에, 열 폭주 이벤트는 이미 진행중일 수 있다. 대신, 배터리 셀들(120)의 각각에 대하여 완료된 평형 사이클들의 수를 계수함으로써, 내부 단락은 열 폭주 이벤트에 기인한 온도의 증가가 발생하기 이전에 검출될 수 있다. 따라서, 고장 배터리 셀은 화재 또는 폭발과 같은 추가 문제들이 발생하기 이전에 제거, 교체, 및/또는 디스에이블될 수 있다. 내부 단락 고장들이 논의되었지만, 위에서 설명된 방법은 전해액 누설과 같은 다른 고장들을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 평형 알고리즘들이 배터리 셀들의 단락들을 검출하기 위해 함께 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2개의 평형 알고리즘들이 배터리 셀들의 건전성-상태를 모니터링하기 위해 실행할 수 있다. 배터리 셀의 건전성-상태는 배터리 셀이 고장인지의 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 평형 알고리즘은 배터리 셀 내부의 짧은 단락들을 검출할 수 있다. 다른 평형 알고리즘은 더 긴 단락들 또는 짧은 단락들의 융합을 검출할 수 있다. 알고리즘들은 배터리 셀들에 결합된 프로세서 상에서 및/또는 배터리 셀들에 결합된 회로들에 병렬로 실행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 피드백이 평형 알고리즘들 중 하나 또는 둘 이상의 단락 검출을 개선하기 위해 하나의 평형 알고리즘에서 다른 평형 알고리즘으로 제공될 수 있다.
2개의 평형 알고리즘들 사이의 피드백 메커니즘은 짧은 단락들이 셀 내에서 빈번하게 발생하는 경우 이용할 수 있다. 짧은 단락은 약한 점이 다시 단락의 더 큰 가능성을 갖거나 두 번째 짧은 단락이 약한 점 또는 자국의 영역 내에서 발생할 경우 더 높은 전류 단락의 가능성을 갖도록 셀 전극의 표면 상에 약한 점 또는 자국을 생성할 수 있다. 시간의 경과에 따라 약한 점들 및 자국들이 축적함에 따라, 새로운 짧은 단락의 가능성이 발달하고, 기존의 약한 점들 및 자국들과 상호작용하여 더 긴 단락 증가들을 생성한다.
도 7 및 도 8은 병렬로 동작할 수 있거나 프로세서 상에서 개별적으로 사용될 수 있는 2개의 평형 알고리즘들로서 아래에 설명될 것이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단락들을 검출하기 위한 예시의 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7의 흐름도는 배터리 셀들의 어레이의 개별 배터리 셀들에 대한 건전성-상태 이벤트들을 계수한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이력 데이터에 기반하여 단락들을 검출하기 위한 예시의 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 8은 시간 단락 지속의 시간에서 개별 배터리 셀들에 대하여 발생한 건전성-상태 이벤트들을 계수한다. 도 7의 흐름도에서 계수된 건전성-상태 이벤트들의 수는 부분적으로 건전성-상태 이벤트들이 도 8의 흐름도에서 발생되었던 때를 결정하기 위한 임계 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 7로 돌아와서, 건전성-상태 이벤트들을 계수하기 위한 그리고 배터리 셀의 이력 분석을 위한 임계 레벨을 결정하기 위한 방법(700)이 설명될 것이다. 인트라-모듈 평형이 발생하는 경우(예를 들면, 배터리 팩 시스템 모듈들 사이 대신 배터리 셀들 사이의 평형), 불평형 배터리 셀에 대응하는 카운터는 증가할 수 있다. 카운터가 제 1 임계를 초과하면, 더 낮은 쿨롬 임계가 배터리 셀의 이력 프로파일을 평가하기 위해 할당될 수 있다. 도 8의 이력 프로파일 평가 동안, 배터리 셀의 평형을 이루는 동안 소모된 시간의 양 또는 충전의 양이 도 7의 기록에 비교하여 비교적 짧은 기간에 대하여 기록된다. 평형에 소요된 시간의 양은 부분적으로 배터리 셀이 불평형이었던 쿨롬들의 수를 평가하기 위해 사용될 수 있다. 이런 평가된 쿨롬들의 수가 쿨롬 임계를 초과하는 경우, 건전성-상태 이벤트가 기록될 수 있다. 도 8의 흐름도에 대한 쿨롬 임계는 도 7의 흐름도의 계수에 의해 조정될 수 있다.
방법(700)은 배터리 셀에 대한 셀 평형이 활성화되었는지의 여부를 결정함으로써 블록(702)에서 개시한다. 평형이 활성화되지 않았으면, 방법(700)은 평형이 활성화될 때까지 블록(702)에서 유지한다. 평형이 활성화되면, 방법(700)은 평형이 인터-모듈 평형에 기인하는지의 여부를 결정하기 위해 블록(704)으로 진행한다. 인터-모듈 평형이 발생하면, 현재 모듈들의 배터리 셀들 중 어느 것도 불평형이지 않고, 방법(700)은 다른 평형 활성화를 대기하기 위해 블록(702)으로 리턴한다. 평형이 인터-모듈 평형에 기인하지 않고 인트라-모듈 평형에 기인하면, 방법(700)은 블록(706)으로 진행한다.
블록(706)에서, 카운터는 셀 평형이 활성화되었던 때에 가장 낮은 셀 전압을 갖는 배터리 셀에 대응하여 증가한다. 카운터는 어레이의 각 값이 평형이 배터리 셀들의 어레이의 하나의 배터리 셀에 대하여 발생했던 시간들의 수를 나타내는 값들의 어레이의 일부일 수 있다. 블록(708)에서, 배터리 셀에 대한 카운터가 제 1 계수 임계를 초과했는지의 여부가 결정된다. 일 실시예에 따르면, 모든 카운터들은 블록(708)에서 평가된다. 다른 실시예에 따르면, 단지 블록(706)에서 증가된 카운터에 대응하는 카운터만이 블록(708)에서 평가된다.
배터리 셀에 대한 카운터가 제 1 계수 임계를 초과하면, 방법(708)은 평형 쿨롬 임계를 낮은 값으로 설정하기 위해 블록(712)으로 진행한다. 카운터가 제 1 계수 임계를 초과하지 않으면, 방법(708)은 평형 쿨롬 임계를 높은 값으로 설정하기 위해 블록(710)으로 진행한다. 쿨롬 임계값은 아래에 설명된 도 8에서 참조된다.
블록(710 또는 712)에서 쿨롬 임계의 설정 이후에, 방법(700)은 카운터가 제 2 계수 임계를 초과했는지의 여부를 결정하기 위해 블록(714)으로 진행한다. 제 2 계수 임계가 제 1 계수 임계보다 높을 수 있다. 제 2 계수 임계가 초과되면, 방법은 제 2 임계를 초과하는 카운터에 대응하는 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하기 위해 블록(716)으로 진행한다. 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그의 설정은 다른 방법들을 초기화할 수 있다. 예를 들면, 건전성-상태 플래그의 설정은 사용자 또는 관리자에게 통지하기 위한 개별 방법을 초기화할 수 있다. 건전성-상태 플래그가 블록(716)에서 활성화된 이후, 방법은 다른 평형 활성화를 대기하기 위해 블록(702)으로 진행한다. 카운터가 블록(714)에서 제 2 계수 임계를 초과하지 않았으면, 방법(700)은 다른 평형 활성화를 대기하기 위해 블록(702)으로 진행한다.
일 실시예에 따르면, 건전성-상태 플래그는 복수의 값을 가질 수 있고, 각 값은 배터리 셀의 상태의 상이한 심각성(severity)을 나타낸다. 예를 들면, 건전성-상태 플래그는 부분적으로 배터리 셀에 대한 카운터가 얼마나 많이 계수 임계의 초과인지에 기반하여 설정될 수 있다. 건전성-상태 값들 중 일부 또는 모두는 배터리 셀의 고장을 나타낼 수 있다.
위에서 설명된 도 7의 방법(700)은 배터리 셀들의 어레이의 개별 배터리 셀들에 대한 평형 활성화들을 계수한다. 방법(700)은 또한 배터리 셀에 대한 계수들이 제 1 계수 임계 및 제 2 계수 임계를 초과하는 때를 결정한다. 제 1 계수 임계가 초과되는 경우, 도 8의 건전성-상태 결정 방법의 민감도를 증가시키기 위해 더 낮은 임계 레벨이 쿨롬 임계에 대하여 설정된다. 그렇지 않으면, 쿨롬 임계는 도 8의 건전성-상태 결정 방법의 민감도를 감소시키기 위해 더 높은 값으로 설정된다. 따라서, 도 7의 방법(700)은 도 8의 방법에 일부 피드백을 제공한다. 방법(700)은 배터리 셀에 대한 계수가 제 2 계수 임계를 초과하는 때를 더 결정한다. 제 2 계수 임계가 초과되면, 건전성-상태 플래그는 배터리 셀에 대하여 설정된다. 도 7의 각 배터리 셀에 대한 평형 활성화 카운터들은 예정된 시간에 사용자 또는 관리자에 의해 또는 리셋될 수 있거나, 자동으로 리셋한다.
도 8의 건전성-상태 결정은 배터리 셀에 대한 건전성-상태 정보를 결정하기 위해 배터리의 이력 프로파일을 평가한다. 예를 들면, 도 7의 방법(700)이 단지 활성화들의 수를 계수하는 반면, 도 8의 방법(800)은 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수할 수 있다. 즉, 도 7의 방법(700)에서와 같이 배터리 셀이 불평형인 시간들의 수를 계수하는 대신, 도 8의 방법(800)은 배터리가 불평형인 쿨롬들이 얼마나 많은지를 계수할 수 있다.
방법(800)은 셀 평형이 활성화되는지의 여부를 결정함으로써 블록(802)에서 개시한다. 어떤 셀들도 평형이 아니면, 방법(800)은 셀 평형이 활성화될 때까지 블록(802)에서 유지된다. 평형이 활성화되면, 방법(800)은 평형이 활성화되는 시간에서 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀에 대한 가장 최근 빈(bin)의 카운터를 증가시키기 위해 블록(804)으로 진행한다. 일 실시예에 따르면, 카운터는 누적 값을 획득하기 위해 배터리 셀과 불평형인 배터리 셀들의 각각에 대하여 증가할 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀이 10개의 배터리 셀들의 어레이의 일부이고, 상기 배터리 셀이 다른 9개의 셀들보다 낮은 전압이면, 상기 배터리 셀에 대한 카운터는 9만큼 증가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 빈들은 각 배터리 셀에 대하여 구축된다. 각 빈은 배터리 셀이 평형을 활성화되게 하는 기간의 수의 계수를 포함한다. 도 9a는 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 복수의 빈들을 나타내는 그래프이다. 그래프(900)는 빈들에 대응하는 x-축(902) 및 x-축(902) 상의 빈들의 각각에 대한 계수에 대응하는 y-축(904)을 포함한다. 복수의 빈들(902a-l)은 x-축(902)을 따라 위치된다. 빈들(902a-l)의 각각은 관련된 기간을 가질 수 있다. 예를 들면, 빈들(902a-l)의 각각은 배터리 셀이 450초 기간 동안 평형을 이루었던 횟수를 저장한다. 계수는 업데이트 간격에 의해 분리될 수 있는데, 이는, 예를 들면, 5초일 수 있다. 즉, 매 5초마다, 배터리 셀에 대한 가장 최근 빈, 빈(902l)은 배터리 셀이 불평형이면 증가할 수 있는데, 이는 평형이 활성화되면 모든 배터리 셀들 중 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 빈(902l)에서 126의 계수는, 업데이트 기간이 5초인 경우, 배터리 셀이 빈 기간 동안 630초 동안 불평형이었음을 나타낸다. 배터리 셀이 빈 시간 동안 불평형이었던 쿨롬들의 수는 시간 측정(업데이트 기간으로 곱해진 빈에 대한 계수들의 수)을 평형 기간 동안 다른 배터리 셀들을 통해 흐르는 전류로 곱함으로써 획득될 수 있다. 예를 들면, 4 볼트의 평균 셀 전압을 갖는 다른 배터리 셀들이 불평형 배터리 셀과 평형을 이루기 위해 630초 동안 20 옴 저항을 통하여 방전되는 경우, 불평형 배터리 셀은 대략 126 쿨롬들(35밀리암페어-시간)에 의해 불평형이었다고 결정될 수 있다.
각 빈 기간 후에, 빈들은 시간상 뒤로 시프트되고, 가장 최근 빈은 0으로 리셋된다. 도 9b는 일 실시예에 따라 빈들을 시간상 뒤로 시프트한 후 배터리 셀에 대한 복수의 빈들을 나타내는 그래프이다. 그래프(920)는 도 9a의 그래프(900) 후에, 하나의 빈 기간의 복수의 빈들(992a-1)을 포함한다. 도 9b의 빈(992a)은 도 9a의 빈(902b)의 값을 저장한다. 도 9b의 빈(992b)은 도 9a의 빈(902c)의 값을 저장한다. 빈들(902a-l)의 각각은 빈들(922a-k)로 시프트된다. 도 9a의 빈(902a)은 빈 기간 후에 빠지고, 빈(922l)은 0으로 리셋된다.
도 8을 다시 참조하여, 방법(800)은 그의 카운터가 블록(804)에서 증가되었던 배터리 셀이 시간 윈도우 동안 불평형이었던 쿨롬들의 수를 연산하는 블록(806)으로 진행한다. 시간 윈도우는 빈 기간들의 수로서 정의될 수 있다. 윈도우는 도 9a의 빈 기간들(902a-l)의 일부 또는 모두일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 윈도우가 빈 기간들의 모두인 경우, 쿨롬 양은 빈의 업데이트 기간으로 곱해지진 빈 기간들의 각각의 계수들을 합산하고, 이를 윈도우 기간 동안 평균 평형 계수로 곱함으로써 연산된다.
블록(808)에서, 연산된 쿨롬 양이 쿨롬 임계를 초과하는지의 여부가 결정된다. 쿨롬 임계는 도 7의 방법(700)에 의해 결정된 값일 수 있다. 블록(808)에서 연산된 쿨롬 양이 쿨롬 임계를 초과하면, 방법(800)은 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하기 위해 블록(810)으로 진행하고, 그 다음 블록(812)으로 진행한다. 블록(808)에서 연산된 쿨롬 양이 쿨롬 임계를 초과하지 않으면, 방법(800)은 블록(812)으로 진행한다.
블록(812)에서, 업데이트 기간이 만료되었는지의 여부가 결정된다. 업데이트 기간이 만료되지 않았으면, 방법(800)은 블록(802)에서 유지된다. 업데이트 기간이 만료되었으면, 방법(800)은 블록(814)으로 진행한다. 블록(814)에서, 빈 기간이 만료되었는지의 여부가 결정된다. 빈 기간이 만료되지 않았으면, 방법(800)은 블록(802)으로 다시 진행한다. 빈 기간이 만료되었으면, 방법(800)은 도 9a에서 도 9b로의 시프트에서 도시된 바와 같이, 빈들을 이전의 빈들로 시프트하기 위해 블록(816)으로 진행한다. 블록(816)에서 빈들을 시프트한 후, 방법(800)은 블록(802)으로 진행한다.
위에서 설명된 방법(800)은 구성가능한 파라미터들을 가질 수 있다. 예를 들면, 업데이트 기간, 빈 기간, 윈도우 및 평형 전류/저항은 관리자 또는 사용자에 의해 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 파라미터들은 동작 동안 조정될 수 있다. 예를 들면, 업데이트 기간은 방법(800)의 쿨롬 계수의 더 미세한 해상도를 획득하기 위해 감소할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 방법(800)은 제 1 함수(예를 들면, 시간의 상수로서 쿨롬 계수)와 제 2 함수(예를 들면, 시간의 특정 윈도우에 대하여 상수인 윈도우 함수)의 상호-상관관계일 수 있다. 추가 실시예들에서, 방법(800)은 상이한 제 1 함수 및/또는 상이한 제 2 함수로 상호-상관관계를 수행하기 위해 수정될 수 있다. 예를 들면, 제 2 함수는 함수가 시간 윈도우의 일부에 할당된 가중치를 나타내는 시간의 함수일 수 있다. 따라서, 이런 실시예에 따른 방법의 건전성-상태 결정은 이전의 평형 이벤트들보다 높은 더 최근에 발생한 평형 이벤트들에 가중치를 줄 수 있거나 그 반대일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 함수는 미래 예측된 평형 이벤트들을 포함하기 위한 예측 양을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 2 함수는 부분적으로 배터리 셀을 조사 또는 동작시키는 동안 발견되는 열 폭주 이벤트의 예측인 시간 동안 쿨롬 계수들의 특성 신호(characteristic signature)에 기반한 임의의 함수일 수 있다.
건전성-상태 플래그가 도 7의 방법(700) 또는 도 8의 방법(800)과 같은 위에서 설명된 방법들에 의해 설정된 후, 조치들이 배터리 셀 상에서 수행될 수 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건전성-상태 플래그에 기반하여 취해지는 조치들을 나타내는 흐름도이다. 방법(1000)은 건전성-상태 플래그 값에 기반하여 케이스(case)를 선택하는 블록(1002)에서 개시한다. 건전성-상태 플래그의 값이 "1"과 같은 제 1 값이면, 방법(1000)은 배터리 셀에 리포트하기 위해 블록(1012)으로 진행한다. 리포트는, 예를 들면, 배터리 상에 활성화된 디스플레이 및/또는 사용자 또는 관리자에게 무선으로 또는 다른 방법으로 전송된 메시지일 수 있다. 건전성-상태 플래그의 값이 "2"와 같은 제 2 값인 경우, 방법(1000)은 배터리 셀에 리포트하기 위해 블록(1022)으로 진행하고, 그 다음 배터리 셀에 대한 충전을 디스에이블하기 위해 블록(1024)으로 진행한다. 배터리 셀이 배터리 팩 시스템 모듈의 일부인 경우, 모듈에 대한 방법이 또한 블록(1024)에서 디스에이블될 수 있다. 건전성-상태 플래그의 값이 "3"과 같은 제 3 값인 경우, 방법(1000)은 배터리 셀에 리포트하기 위해 블록(1032)으로 진행하고, 그 다음 충전을 디스에이블하기 위해 블록(1034)으로 진행하며, 그 다음 배터리 셀을 방전시키기 위해 블록(1036)으로 진행한다. 배터리 셀이 배터리 팩 시스템 모듈의 일부인 경우, 모듈은 또한 블록(1036)에서 방전될 수 있다.
도 10이 건전성-상태 플래그에 대한 케이스 문(case statement)을 수행하는 것으로 설명되지만, 케이스 문은 또한 배터리 팩에 대한 구성가능한 설정으로부터 수행될 수 있다. 예를 들면, 건전성-상태 플래그는 부울 값(Boolean value)일 수 있다. 건전성-상태 플래그가 구성가능한 파라미터로 설정되는 경우가 조치의 방침을 결정하기 위해 조사된다. 구성가능한 파라미터가 제 1 값을 갖는 경우, 건전성-상태 플래그를 갖는 배터리 셀이 리포트될 수 있다. 구성가능한 파라미터가 제 2 값을 갖는 경우, 리프트는 배터리 셀에 대하여 생성될 수 있고, 배터리 셀에 대하여 충전 디스에이블될 수 있다. 구성가능한 파라미터가 제 3 값을 갖는 경우, 리포트는 배터리 셀에 대하여 생성될 수 있고, 배터리 셀에 대하여 충전 디스에이블될 수 있으며, 배터리 셀은 방전될 수 있다. 구성가능한 파라미터는 사용자 또는 관리자에 의해 설정되거나 프로세서에 의해 자동으로 선택될 수 있다. 구성가능한 파라미터는 부분적으로 배터리 셀 크기 및 구성에 기반할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단락들을 검출하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다. 방법(1100)은 배터리 셀이 불평형인 횟수를 계수함으로써 블록(1102)에서 개시한다. 방법(1102)은 부분적으로 블록(1102)에서 계수된 횟수에 기반하여 쿨롬 임계 레벨을 결정하기 위해 블록(1104)으로 진행한다. 방법(1104)은 그 다음 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하기 위해 블록(1106)으로 진행한다. 블록(1108)에서, 건전성-상태 플래그는 블록(1106)에서 계수된 쿨롬들의 수가 블록(1104)에서 설정된 쿨롬 임계 레벨을 초과하는 경우 배터리 셀에 대하여 설정될 수 있다.
계수가 배터리 팩 시스템 모듈 내의 배터리 셀들의 인트라-모듈 평형에 대하여 위에서 설명되지만, 상기 방법은 또한 배터리 팩 시스템 모듈들의 평형을 계수하는데 적용될 수 있다. 하나의 배터리 팩 시스템 모듈이 다른 배터리 팩 시스템 모듈들에 비교하여 빈번하게 평형을 이루면, 배터리 팩 시스템 모듈은 고장으로 표시될 수 있고, 사용자에 의해 새로운 배터리 팩 시스템 모듈로 교체될 수 있다.
펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 경우, 도 2, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8, 도 10 및 도 11을 참조하여 위에서 기능들은 컴퓨터-판독가능한 매체 상에 하나 또는 둘 이상의 지시들 또는 코드로서 저장될 수 있다. 예들은 데이터 구조로 인코딩된 컴퓨터-판독가능한 매체들 및 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터-판독가능한 매체들을 포함한다. 컴퓨터-판독가능한 매체들은 물리적인 컴퓨터 저장 매체들을 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 예이고 한정이 아닌 것으로서, 이런 컴퓨터-판독가능한 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스들, 또는 지시들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하기 위해 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 디스크(Disk) 및 디스크(disc)는 콤팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크(DVD), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하고, 여기서, 디스크들(disk)은 통상 자기적으로 데이터를 재생하는 반면, 디스크들(disc)은 레이저들로 광학적으로 데이터를 재생한다. 위의 조합들은 또한 컴퓨터-판독가능한 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
컴퓨터 판독가능한 매체 상의 스토리지뿐만 아니라, 지시들 및/또는 데이터는 통신 장치에 포함된 전송 매체들 상에 신호들로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 통신 장치는 지시들 및 데이터를 나타내는 신호들을 갖는 송수신기를 포함할 수 있다. 지시들 및 데이터는 하나 또는 둘 이상의 프로세서들이 청구범위에 개요가 서술된 기능들을 구현하게 하도록 구성된다.
본 발명 및 그 장점들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 변형예들, 대체예들, 및 개조예들이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에서 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 게다가, 본 출원의 범위는 명세서에서 설명된 프로세스, 머신, 제조, 물질의 구성, 수단들, 방법들, 및 단계들의 특정 실시예들에 한정되도록 의도되지 않는다. 당업자 중 하나가 본 발명으로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하거나 나중에 개발될 프로세스들, 머신들, 제조, 물질의 구성, 수단들, 방법들, 또는 단계들은 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부의 청구범위는 이들 범위 내에 이런 프로세스들, 머신들, 제조, 물질의 구성, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 방법으로서,
    일 어레이의 배터리 셀들 중 일 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수(count)하는 단계;
    계수된 횟수에 부분적으로 기반하여 쿨롬(Coulomb) 임계 레벨을 결정하는 단계;
    상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하는 단계; 및
    계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계 레벨을 초과하는 경우 건전성-상태(state-of-health) 플래그를 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨롬들의 수를 계수하는 단계는 윈도우에 의해 정의된 기간에 걸쳐 상기 쿨롬들의 수를 계수하는 단계 - 상기 윈도우는 복수의 빈들(bins)로 분할됨 - 를 포함하는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쿨롬들의 수를 계수하는 단계는,
    상기 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 업데이트 기간 동안 상기 복수의 빈들 중 가장 최근 빈의 카운터(counter)를 증가시키는 단계; 및
    각 빈 기간 후에 이전의 기간을 나타내는 빈으로 상기 복수의 빈들의 각각을 시프트하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨롬 임계치를 결정하는 단계는,
    상기 계수된 횟수가 제 1 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 낮은 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 계수된 횟수가 상기 제 1 계수 임계치를 초과하지 않는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 높은 값으로 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계는, 상기 배터리 셀의 짧은 단락들(small shorts)을 검출하며, 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계 레벨을 초과하는 경우, 상기 건전성-상태 플래그를 설정하는 단계는 상기 배터리 셀의 더 긴 단락들을 검출하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 건전성-상태 플래그가 제 1 값인 경우, 상기 배터리 셀에 리포트하는 단계;
    상기 건전성-상태 플래그가 제 2 값인 경우, 상기 배터리 셀의 충전을 디스에이블하는(disabling) 단계; 및
    상기 건전성-상태 플래그가 제 3 값인 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 물건으로서,
    상기 컴퓨터 판독가능 매체는,
    일 어레이의 배터리 셀들 중 일 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하기 위한 코드;
    계수된 횟수에 부분적으로 기반하여 쿨롬 임계 레벨을 결정하기 위한 코드;
    상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하기 위한 코드; 및
    계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계치를 초과하는 경우 건전성-상태 플래그를 설정하기 위한 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 쿨롬들의 수를 계수하기 위한 코드는 윈도우에 의해 정의된 기간에 걸쳐 상기 쿨롬들의 수를 계수하기 위한 코드 - 상기 윈도우는 복수의 빈들로 분할됨 - 를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 매체는,
    상기 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 업데이트 기간 동안 상기 복수의 빈들 중 가장 최근 빈의 카운터를 증가시키기 위한 코드; 및
    각 빈 기간 후에 이전의 빈으로 상기 복수의 빈들의 각각을 시프트하기 위한 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 매체는,
    상기 계수된 횟수가 제 1 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 낮은 값으로 설정하기 위한 코드; 및
    상기 계수된 횟수가 상기 제 1 계수 임계를 초과하지 않는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 높은 값으로 설정하기 위한 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 매체는 상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하기 위한 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하기 위한 코드는, 상기 배터리 셀의 짧은 단락들을 검출하며, 상기 계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계 레벨을 초과하는 경우, 상기 건전성-상태 플래그를 설정하기 위한 코드는 상기 배터리 셀의 더 긴 단락들을 검출하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 매체는,
    상기 건전성-상태 플래그가 제 1 값인 경우, 상기 배터리 셀에 리포트하기 위한 코드;
    상기 건전성-상태 플래그가 제 2 값인 경우, 상기 배터리 셀의 충전을 디스에이블하기 위한 코드; 및
    상기 건전성-상태 플래그가 제 3 값인 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키기 위한 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 프로그램 물건.
  15. 장치로서,
    메모리; 및
    적어도 하나의 프로세스를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    일 어레이의 배터리 셀들 중 일 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 횟수를 계수하고;
    계수된 횟수에 부분적으로 기반하여 쿨롬 임계 레벨을 결정하고;
    상기 배터리 셀이 상기 다른 배터리 셀들과 불평형인 쿨롬들의 수를 계수하며; 그리고
    계수된 쿨롬들의 수가 상기 쿨롬 임계치를 초과하는 경우 건전성-상태 플래그를 설정하도록 구성되는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 윈도우에 의해 정의된 기간에 걸쳐 상기 쿨롬들의 수를 계수하도록 추가적으로 구성되며, 상기 윈도우는 상기 메모리에 저장된 복수의 빈들로 분할되는, 장치
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 배터리 셀이 다른 배터리 셀들과 불평형인 각 업데이트 기간 동안 상기 복수의 빈들 중 가장 최근 빈의 카운터를 증가시키고; 그리고
    각 빈 기간 후에 더 오래된 빈으로 상기 복수의 빈들의 각각을 시프트하도록 더 구성된, 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 계수된 횟수가 제 1 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 낮은 값으로 설정하고; 그리고
    상기 계수된 횟수가 상기 제 1 계수 임계치를 초과하지 않는 경우, 상기 쿨롬 임계치를 높은 값으로 설정하도록 추가적으로 구성되는, 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 계수된 횟수가 제 2 계수 임계치를 초과하는 경우, 상기 배터리 셀에 대한 건전성-상태 플래그를 설정하도록 추가적으로 구성되는, 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는
    상기 건전성-상태 플래그가 제 1 값인 경우, 상기 배터리 셀에 리포트하고;
    상기 건전성-상태 플래그가 제 2 값인 경우, 상기 배터리 셀의 충전을 디스에이블하며; 그리고
    상기 건전성-상태 플래그가 제 3 값인 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키도록 추가적으로 구성되는, 장치.
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