KR102225667B1 - 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치 - Google Patents

배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 장치는 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하고, 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다.

Description

배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING STATE OF BATTERY}
아래의 실시 예들은 배터리의 상태를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
환경문제와 에너지 자원 문제가 중요시되는 가운데 전기 자동차 (Electric Vehicle)가 미래의 운송 수단으로 각광받고 있다. 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
전기 자동차에서 배터리는 가솔린 자동차의 엔진 및 연료 탱크와 같은 역할을 하므로, 전기 자동차 사용자의 안전을 위하여, 배터리의 상태를 확인하는 것이 중요할 수 있다.
최근에는, 보다 정확하게 배터리의 상태를 확인하면서, 사용자의 편의성을 증대시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 장치는, 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 시간 검출부; 및 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보(SoH)를 추정하는 수명 정보 추정부를 포함할 수 있다.
상기 시간 검출부는, 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨을 검출하는 전압 검출부; 및 상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정하는 시간 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 장치는, 상기 배터리가 충전 상태인지 여부를 판단하는 충전 상태 판단부를 더 포함하고, 상기 시간 검출부는, 상기 충전 상태 판단부에서 상기 배터리가 충전 상태인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 검출할 수 있다.
상기 미리 정해진 참조 정보는, 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보 및 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 포함할 수 있다.
상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명정보는, 룩업 테이블로 구성될 수 있다.
상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보는, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류될 수 있다.
상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보는, 상기 배터리의 충전 속도별로 분류될 수 있다.
상기 수명 정보 추정부는, 상기 복수의 전압 구간 중 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 상기 참조 시간 정보 중 상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
상기 수명 정보 추정부는, 상기 참조 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하고, 상기 매핑되는 시간을 이용하여 상기 참조 수명 정보로부터 상기 부분 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 추출할 수 있다.
상기 시간 검출부는, 상기 매핑되는 전압 구간만큼 상기 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간을 검출하고, 상기 수명 정보 추정부는, 상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 상기 매핑되는 전압 구간만큼 상기 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
상기 수명 정보 추정부는, 상기 복수의 전압 구간 중 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 전압 구간을 보간(interpolation)하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 추출하고, 상기 추출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
상기 수명 정보 추정부는, 상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보 중 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 시간 정보를 보간하여 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 장치는, 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 상태 변화 정보 획득부; 상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출하는 참조 시간 정보 검출부 및 상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출하는 참조 수명 정보 검출부를 포함할 수 있다.
상기 상태 변화 정보 획득부는, 상기 복수의 완전 충방전 횟수에 따른 상기 배터리의 용량 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다.
상기 참조 수명 정보 검출부는, 첫번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량과 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량의 비를 연산하여, 상기 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추출할 수 있다.
상기 참조 시간 정보 검출부는, 상기 배터리가 완전 충전되는 전압 구간을 상기 복수의 전압 구간으로 분류할 수 있다.
상기 참조 시간 정보 검출부는, 상기 참조 시간 정보를 상기 배터리의 충전 속도별로 분류할 수 있고, 상기 참조 수명 정보 검출부는, 상기 참조 수명 정보를 상기 배터리의 충전 속도별로 분류할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 장치는, 상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법은, 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계; 및 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계는, 상기 변화되는 상기 배터리의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및 상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미리 정해진 참조 정보는, 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보 및 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 포함하고, 상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보는, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류될 수 있다.
상기 배터리의 수명 정보를 추정하는 단계는, 상기 복수의 전압 구간 중 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하는 단계; 상기 참조 시간 정보 중 상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하는 단계; 및 상기 매핑되는 시간을 이용하여, 상기 참조 수명 정보로부터 상기 부분 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 방법은, 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계; 상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출하는 단계 및 상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계는, 상기 복수의 완전 충방전 횟수에 따른 상기 배터리의 용량 변화에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 참조 수명 정보를 검출하는 단계는, 첫번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량과 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량의 비를 연산하여, 상기 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법은, 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계; 상기 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 제1 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출하는 단계; 상기 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 제1 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출하는 단계; 부분 충방전이 수행되는 제2 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계; 및 상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보를 이용하여 상기 변화되는 제2 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 제2 배터리의 수명 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 완전 충방전 및 부분 충방전을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 따른 수명 정보의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 일 실시예에 따른 배터리의 충전 속도에 따라 분류되는 미리 정해진 참조 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 정보를 추정하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 배터리 정보를 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13은 다른 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(100)은 배터리(110) 및 배터리 제어 장치(Battery Management System: BMS)(120)를 포함할 수 있다. 배터리(110)는 배터리 시스템(100)이 장착된 구동 수단(예를 들어, 전기 자동차)에 전력을 공급할 수 있고, 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈 각각은 복수의 셀을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈 상호간은 직렬 및 병렬로 혼합 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 배터리 모듈은 리튬 이온 배터리와 같은 2차 전지일 수 있다. 또한, 복수의 배터리 모듈의 용량은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. 또한, 배터리 시스템(100)은 에너지 저장 시스템(Energy Storage System: ESS)를 의미할 수 있다.
배터리 제어 장치(120)는 배터리(110)의 상태를 모니터링하고, 배터리(110)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 제어 장치(120)는 배터리(110)에 포함된 복수의 배터리 모듈의 열제어를 수행할 수 있다. 또한, 배터리 제어 장치(120)는 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 셀 밸런싱을 수행하여 배터리에 포함된 복수의 배터리 모듈간의 충전 상태가 균등하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 배터리의 에너지 효율이 높아지고, 배터리의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치(120)는 복수의 배터리 모듈의 수명 정보(State of Health: SoH), 충전 정보(State of Charge: SoC), 기능 정보(State of Function: SoF) 등을 추정할 수 있다. 여기서, 수명 정보는 배터리(110)의 성능이 제조 시에 비해 어느 정도 열화되었는지를 나타내고, 충전 정보는 배터리(110)에 수용된 전하량에 대한 정보를 나타내고, 기능 정보는 배터리(110)의 성능이 미리 정해진 조건에 얼마나 부합되는지에 대한 정보를 나타낼 수 있다.
배터리 제어 장치(120)는 수명 정보, 충전 정보, 기능 정보를 전자 제어 장치(Electronic Control Unit: ECU)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 제어 장치(120)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 전자 제어 장치(ECU)와 통신을 수행할 수 있다.
수명 정보를 추정하기 위해, 배터리 제어 장치(120)는 소정의 수명 정보 추정 기법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 장치(120)는 배터리(110)의 개방 전압을 측정하여 수명 정보를 추정하는 OCV(Open Circuit Voltage) 기법 또는 배터리(110)의 내부 저항을 측정하여 수명 정보를 추정하는 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 기법을 이용하여 배터리(110)의 수명 정보를 추정할 수 있다. 이 경우, OCV 기법 및 EIS 기법은 배터리(110)가 전기적으로 안정적인 상태에서 수행될 수 있다.
또한, 배터리 제어 장치(120)는 배터리의 부분 충방전을 수행하는 경우, 미리 정해진 참조 정보를 기초로, 정전류 충전 시간(Constant Current Charging Time: CCCT)을 검출하여 배터리(120)의 수명 정보를 추정할 수 있다. 배터리(110)는 정전류/정전압(Constant Current/ Constant Voltage: CC/CV) 충전 방식에 따라 배터리(110)의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 레벨에 도달할 때까지 정전류로 충전될 수 있고, 배터리(110)의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 레벨에 도달한 후, 배터리(110)의 전류가 미리 정해진 전류 레벨로 낮아질때까지 정전압으로 충전될 수 있다. 예를 들어, 배터리(110)의 전압 레벨이 2.7V(Volt) 내지 4.2V 사이인 경우, 배터리의 전압 레벨이 4.2V에 도달할 때까지 배터리(110)는 정전류로 충전될 수 있고, 이후 4.2V의 전압 레벨을 유지하면서 배터리(110)의 전류 레벨이 0.1A(Ampere)에 도달할 때까지 정전압으로 충전될 수 있다. 미리 정해진 참조 정보는, 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보 및 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 완전 충방전은 배터리(110)의 전압 레벨이 완전 충전 레벨 및 완전 방전 레벨에 도달하도록 충방전이 수행되는 것을 의미하고, 부분 충방전은 배터리(110)의 전압 레벨이 완전 충전 레벨 및 완전 방전 레벨 사이에서 충방전이 수행되는 것을 의미할 수 있다. 미리 정해진 참조 정보는 미리 생성되어 배터리 제어 장치(120)에 저장될 수 있다. 일 예로, 미리 정해진 참조 정보는 후술할 도 2의 배터리 정보 전처리 장치(210)에서 생성되어 배터리 제어 장치(120)에 미리 저장될 수 있다. 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는 완전 충방전이 수행되는 횟수에 따라 분류될 수 있다. 여기서, 참조 수명 정보는 참조 시간 정보에 대응할 수 있다. 일 실시예에서, 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는 룩업 테이블(lookup table)로 구성될 수 있고, 배터리(110)의 충전 속도에 따라 분류될 수 있다.
배터리 제어 장치(120)는 시간 검출부(130) 및 수명 정보 추정부(140)를 포함할 수 있다.
시간 검출부(130)는 부분 충방전이 수행되는 배터리(110)의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(110)가 부분 충방전되는 경우, 시간 검출부(130)는 정전류 충전을 통해 변화되는 배터리(110)의 전압 레벨을 검출하고, 배터리(110)의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정할 수 있다.
수명 정보 추정부(140)는 변화되는 배터리(110)의 전압 레벨 및 시간 검출부(130)에 의해 검출된 시간에 대응하는 배터리(110)의 수명 정보를 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 추정할 수 있다. 수명 정보 추정부(140)는 참조 시간 정보로부터, 시간 검출부(130)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하고, 매핑되는 시간을 이용하여 참조 수명 정보로부터 배터리(110)의 수명 정보를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 수명 정보 추정부(140)는 미리 정해진 참조 정보에 포함된 복수의 전압 구간 중 정전류 충전을 통해 변화되는 배터리(110)의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 참조 시간 정보 중 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 시간 검출부(130)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 정보 전처리 장치(210)는 상태 변화 정보 획득부(220), 참조 시간 정보 검출부(230) 및 참조 수명 정보 검출부(240)를 포함할 수 있다. 배터리 정보 전처리 장치(210)는 배터리가 부분 충방전을 수행하는 경우에도, 배터리 제어 장치가 정전류 충전 시간(CCCT)를 측정하여 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있도록, 미리 정해진 참조 정보를 생성하여 배터리 제어 장치에 제공할 수 있다.
상태 변화 정보 획득부(220)는 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 상태 변화에 대한 정보는 배터리의 완전 충전 속도에 따라 분류될 수 있다. 상태 변화 정보 획득부(220)는 제조시 상태의 배터리를 복수의 횟수로 완전 충방전을 수행하고, 배터리를 모니터링하여, 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리의 상태 변화에 대한 정보는 완전 충방전에 따른 배터리의 용량 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 상태 변화 정보 획득부(220)는 완전 충방전을 수행할 때 마다, 배터리의 용량을 측정하여, 완전 충방전 횟수에 따른 배터리의 용량 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상태 변화 정보 획득부(220)는 소정의 데이터베이스 또는 외부 장치로부터 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다.
참조 시간 정보 검출부(230)는 정전류 충전을 통해 배터리가 완전 충전되는 전압 구간을 복수의 전압 구간으로 분류할 수 있다. 여기서, 복수의 전압 구간의 개수는 미리 정해질 수도 있고, 참조 시간 정보 검출부(230)가 복수의 전압 구간의 개수를 설정할 수도 있다. 예를 들어, 정전류 충전을 통해 배터리가 완전 충전되는 전압 구간이 3.4V 내지 4.2V이고, 복수의 전압 구간의 개수가 4개로 설정된 경우, 참조 시간 정보 검출부(230)는 정전류 충전을 통해 배터리가 완전 충전되는 전압 구간을, 제1 구간(3.4V 내지 3.6V), 제2 구간(3.6V 내지 3.8V), 제3 구간(3.8V 내지 4.0V) 및 제4 구간(4.0V 내지 4.2V)로 분류할 수 있다.
또한, 참조 시간 정보 검출부(230)는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 참조 시간 정보 검출부(230)는 상태 변화 정보 획득부(220)에서 획득한 배터리의 상태 변화에 대한 정보를, 완전 충방전이 수행되는 횟수로 분류한 후, 복수의 전압 구간으로 분류하여, 참조 시간 정보를 검출할 수 있다. 또한, 참조 시간 정보 검출부(230)는 참조 시간 정보를 충전 속도별로 분류할 수 있다. 예를 들어, 참조 시간 정보 검출부(230)는 참조 시간 정보를 룩업 테이블로 구성할 수 있고, 룩업 테이블을 충전 속도별로 분류할 수 있다.
참조 수명 정보 검출부(240)는 완전 충방전을 수행할 때 마다 상태 변화 정보 획득부(220)에서 획득된 배터리의 용량 정보를 이용하여 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출할 수 있다. 여기서, 첫번째 완전 충방전은 배터리의 제조후 최초로 수행된 완전 충방전을 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리의 참조 수명 정보는 아래의 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014062464427-pat00001

여기서, SoH는 배터리의 수명 정보를 의미하고, C1은 첫번째 완전 충방전에 따른 배터리의 용량을 나타내고, Ci는 i번째 완전 충방전에 따른 배터리의 용량을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 첫번째 완전 충방전시 배터리의 용량이 30kWh이고, 200번째 완전 충방전시 배터리의 용량이 24kWh인 경우, 참조 수명 정보 검출부(240)는 200번째 완전 충방전이 수행된 배터리의 수명 정보를 0.8로 연산할 수 있다. 일 실시예에서, 참조 수명 정보는 참조 시간 정보와 함께 룩업 테이블로 구성될 수 있다.
또한, 배터리 정보 전처리 장치(210)는 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 저장부(미도시)는 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보를 저장할 수 있다.
배터리 정보 전처리 장치(210)는 저장부(미도시)에 저장된 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보를 도 1의 배터리 제어 장치(120)에 제공할 수 있고, 도 1의 배터리 제어 장치(120)는 배터리 정보 전처리 장치(210)로부터 제공받은 참조 시간 정보 또는 참조 수명 정보를 기초로 부분 충방전이 수행되는 배터리(110)의 수명 정보를 추출할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 시스템(300)은 배터리 팩(310) 및 배터리 정보 추정 장치(320)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 정보 추정 장치(320)는 배터리 제어 장치(BMS)를 나타낼 수 있다.
배터리 팩(310)은 배터리(311) 및 전압 센싱부(312)를 포함할 수 있다. 배터리(311)는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 복수의 배터리 모듈 각각은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 전압 센싱부(312)는 배터리(311)의 전압 레벨을 센싱할 수 있다. 전압 센싱부(312)는 배터리(311) 전체의 전압 레벨뿐만 아니라, 복수의 배터리 모듈 각각의 전압 또는 복수의 셀 각각의 전압 레벨을 측정할 수 있다.
배터리 정보 추정 장치(320)는 제어부(또는, 수명 정보 추정부)(330), 시간 검출부(340), 충전 상태 판단부(350) 및 저장부(360)를 포함할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치(320)는 배터리(311)가 부분 충방전을 수행하는 경우, 배터리(311)의 수명 정보를 추정할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치(320)는 배터리(311) 전체의 수명 정보뿐만 아니라, 배터리(311)에 포함된 복수의 배터리 모듈의 수명 정보를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(311)는 외부의 충전 장치와 연결되어 부분 충방전될 수 있다. 이 경우, 배터리 정보 추정 장치(320)는 외부의 충전 장치로부터 부분 충방전이 수행되는 배터리(311)의 수명 정보를 추출할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 배터리 정보 추정 장치(320)는 배터리(311)의 부분 충방전을 수행하는 충방전부(미도시)를 포함할 수 있다. 충방전부(미도시)는 배터리(311)에 포함된 적어도 복수의 배터리 모듈 상호간의 부분 충방전을 수행할 수 있다. 이 때, 외부의 충전 장치로부터의 전력 공급 없이도, 복수의 배터리 모듈 간에는 충방전이 수행될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(310)은 복수의 배터리 모듈간의 연결을 제어하는 스위칭부(미도시)를 포함할 수 있고, 충방전부(미도시)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 배터리(311)에 포함된 제1 배터리 모듈의 전하를 제2 배터리 모듈에 이동시킬 수 있다. 일 예로, 스위칭부(미도시)는 DC/DC 컨버터일 수 있고, 충방전부(미도시)는 DC/DC 컨버터를 제어하여 제1 배터리 모듈의 직류 전력을 제2 배터리 모듈에 전달할 수 있다. 이에 따라, 제1 배터리 모듈은 부분 방전될 수 있고, 제2 배터리 모듈은 부분 충전될 수 있다. 이 경우, 배터리 정보 추정 장치(320)는 부분 충전되는 제2 배터리 모듈의 수명 정보를 추출할 수 있다.
제어부(330)는 배터리 정보 추정 장치(320)에 포함된 다른 유닛들을 제어하여 배터리(311)의 수명 정보를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(330)는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함할 수 있다.
시간 검출부(340)는 부분 충방전이 수행되는 배터리(311)의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출할 수 있다. 시간 검출부(340)는 전압 검출부(341) 및 시간 측정부(342)를 포함할 수 있다. 전압 검출부(341)는 정전류 충전을 통해 변화되는 배터리(311)의 전압 레벨을 검출할 수 있다. 예를 들어, 전압 검출부(341)는 전압 센싱부(312)로부터 배터리(311)의 전압에 대한 정보를 획득하여 변화되는 배터리(311)의 전압 레벨을 검출할 수 있다. 시간 측정부(342)는 배터리(311)의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 시간 측정부(342)는 RTC(Real Time Clock)를 포함할 수 있다. 시간 측정부(342)는 RTC를 이용하여 전압 센싱부(312)가 배터리(311)의 전압 레벨을 센싱하는 시간을 측정하여, 배터리(311)의 전압 레벨이 변화되는 시간을 획득할 수 있다.
충전 상태 판단부(350)는 배터리(311)가 충전되는지 여부를 판단할 수 있다. 배터리(311)의 전압 레벨은 배터리(311)의 충전에 의해 변화될 수도 있지만, 다른 원인으로 인해 변화될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 시스템(300)이 구동 수단에 장착될 때, 구동 수단이 제동되는 경우, 배터리(311)의 전압 레벨이 일시적으로 변화될 수 있다. 충전 상태 판단부(350)는 배터리(311)의 전압 레벨이 충전에 의해 변화되는지, 다른 원인으로 인해 변화되는지 여부를 판단할 수 있고, 충전 상태 판단부(350)에서 배터리(311)가 충전되는 것으로 판단되는 경우, 시간 검출부(340)는 부분 충전이 수행되는 배터리(311)의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출할 수 있다.
제어부(330)는 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 시간 검출부(340)로부터 검출된 시간에 대응하는 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다. 저장부(360)는 미리 정해진 참조 정보를 포함할 수 있다. 미리 정해진 참조 정보는 도 2의 배터리 정보 전처리 장치(210)로부터 생성되어 저장부(360)에 미리 저장될 수 있다. 미리 정해진 참조 정보는 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보 및 완전 충방전이 수행되는 배터리(311)의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 포함할 수 있다. 이 때, 참조 수명 정보는 참조 시간 정보에 대응할 수 있다. 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는 완전 충방전이 수행되는 횟수에 따라 분류될 수 있다. 일 실시예에서, 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는 룩업 테이블로 구성될 수 있고, 배터리(311)의 충전 속도에 따라 분류될 수 있다. 제어부(330)는 참조 시간 정보로부터 시간 검출부(340)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하고, 매핑되는 시간을 이용하여 참조 수명 정보로부터 배터리(311)의 수명 정보를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(330)는 미리 정해진 참조 정보에 포함된 복수의 전압 구간 중 정전류 충전을 통해 변화되는 배터리(311)의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 참조 시간 정보 중 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 시간 검출부(340)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다. 여기서, 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보는, 매핑되는 전압 구간만큼 배터리(311)의 전압 레벨이 변화되는 복수의 시간이, 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류된 정보를 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 시간 검출부(340)는 매핑되는 전압 구간만큼 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간을 검출하고, 제어부(330)는 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 매핑되는 전압 구간만큼 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
미리 정해진 참조 정보에 포함된 복수의 전압 구간 중 정전류 충전을 통해 변화되는 배터리(311)의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간이 존재하지 않을 경우, 제어부(330)는 복수의 전압 구간을 보간(interpolation)하여, 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 추출하고, 추출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보 중 시간 검출부(340)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간이 존재하지 않을 경우, 제어부(330)는 복수의 시간 정보를 보간하여 시간 검출부(340)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다.
제어부(330)는 시간 검출부(340)에서 검출된 시간과 매핑되는 시간을 이용하여, 참조 수명 정보로부터 배터리(311)의 수명 정보를 추출할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 완전 충방전 및 부분 충방전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 그래프(410)는 완전 충방전이 수행되는 경우의 배터리의 전압 변화를 나타낼 수 있다. 그래프(410)의 가로축은 시간을 의미할 수 있고, 그래프(410)의 세로축은 배터리의 전압 레벨을 의미할 수 있다. 그래프(410)는 정전류 충전 구간을 나타내며, 설명의 편의를 위하여, 정전압 충전 구간에 대해서는 생략한다. 그래프(410)에서, 완전 충전 레벨은 4.2V일 수 있고, 완전 방전 레벨은 2.7V일 수 있다. 그래프(410)에서, 시간(411, 412, 413, 414, 415)동안 배터리는 완전 충전될 수 있고, 시간(421, 422, 423, 424, 425)동안 배터리는 완전 방전될 수 있다. 배터리 정보 전처리 장치는 그래프(410)에 따라 배터리가 완전 충전되는 경우, 시간(411, 412, 413, 414, 415)에 따른 배터리의 변화에 대한 정보를 획득하고, 획득한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 배터리의 전압 레벨이 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출할 수 있다.
그래프(450)는 부분 충방전이 수행되는 경우의 배터리의 전압 변화를 나타낼 수 있다. 그래프(450)의 가로축은 시간을 의미할 수 있고, 그래프(450)의 세로축은 배터리의 전압 레벨을 의미할 수 있다. 그래프(450)에서, 완전 충전 레벨은 4.2V일 수 있고, 완전 방전 레벨은 2.7V일 수 있다. 그래프(450)에서, 시간(451, 452, 453, 454, 455)동안 배터리는 부분 충전될 수 있고, 시간(461, 462, 463, 464, 465)동안 배터리는 부분 방전될 수 있다. 그래프(420)에 따라 배터리가 부분 충전되는 경우, 배터리 정보 추정 장치는 배터리가 부분 충전되는 시간(451, 452, 453, 454, 455) 중 어느 하나를 검출하고, 배터리 정보 전처리 장치로부터 검출되는 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보를 이용하여, 검출된 시간 동안 변화하는 배터리의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 따른 수명 정보의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 그래프(510)는 배터리의 완전 충방전 횟수에 따른 정전류 충전 시간을 나타낸다. 그래프(510)의 가로축은 시간을 의미할 수 있고, 그래프(510)의 세로축은 배터리의 전압 레벨을 의미할 수 있다. 곡선(520)은 첫번째 완전 충방전을 수행하는 경우의 정전류 충전 시간을 나타내고, 곡선(530)은 N번째 완전 충방전을 수행하는 경우의 정전류 충전 시간을 나타낼 수 있다.
완전 충방전이 수행되는 횟수가 증가될수록, 정전류 충전 시간은 짧아질 수 있다. 예를 들어, 3.4V 내지 3.6V의 전압 구간을 나타내는 제1 전압 구간에서 첫번째 완전 충방전을 수행하는 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간이 50분일 경우, 500번째 완전 충방전을 수행하는 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간은 40분일 수 있다. 이는 완전 충방전이 수행되는 횟수가 증가되어 배터리가 열화됨에 따라, 배터리의 용량이 감소되는 것에 기인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 룩업 테이블(610)은 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 참조 시간 정보는 완전 충방전이 수행되는 횟수(611)별로 분류될 수 있다. 룩업 테이블(610)의 참조 시간 정보는 완전 충방전이 수행되는 횟수(611)를 세로축으로, 미리 정해진 복수의 전압 구간(621 내지 624)을 가로축으로 하여 분류될 수 있다. 예를 들어, 룩업 테이블(610)에 따르면, 300번째 충방전이 수행되는 배터리가 4.0V 에서 4.2V로 변화하는 시간은 540분일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 룩업 테이블(610)은 참조 시간 정보에 대응하는 참조 수명 정보(631)를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 그래프(710)는 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨을 나타낼 수 있다. 그래프(710)의 가로축은 시간을 의미할 수 있고, 그래프(710)의 세로축은 배터리의 전압 레벨을 의미할 수 있다.
부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 곡선(720)과 같이 나타나는 경우, 배터리 정보 추정 장치는 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 검출하고, 도 6의 룩업 테이블(610)을 이용하여, 변화하는 배터리의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 배터리의 수명 정보를 추출할 수 있다. 도 6의 룩업 테이블(610)의 전압 구간은 3.4V 내지 3.6V의 제1 구간(621), 3.6V 내지 3.8V의 제2 구간(622), 3.8V 내지 4.0V의 제3 구간(623) 및 4.0V 내지 4.2V의 제4 구간(624)으로 분류될 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 4개의 전압 구간 중 변화하는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출할 수 있다. 예를 들어, 그래프(710)에서, 배터리의 전압 레벨은 3.5V에서 4.05V로 변화할 수 있고, 배터리 정보 추정 장치는 도 6의 룩업 테이블(610)의 4개의 전압 구간 중 3.5V 내지 4.05V의 전압 레벨에 대응되는 제2 구간(622) 및 제3 구간(623)을 변화하는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간으로 검출할 수 있다.
배터리 정보 추정 장치는 제2 구간(622) 및 제3 구간(623)만큼 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간(721)을 검출하고, 도 6의 룩업 테이블(610)에서, 제2 구간(622) 및 제3 구간(623)에 대응하는 복수의 시간 정보(641 내지 646)로부터 시간(721)과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다. 예를 들어, 시간(721)이 360분인 경우, 배터리 정보 추정 장치는 360분과 매핑되는 시간(643, 644)를 추출할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 참조 수명 정보(631) 중 시간(643, 644)과 대응되는 수명 정보(651)를 배터리의 수명 정보로 추출할 수 있다. 이에 따라, 배터리의 수명 정보는 0.9로 추정될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 구간(622) 및 제3 구간(623)에 대응하는 복수의 시간 정보가 시간(641 내지 646)만을 포함하고, 시간(721)이 340분인 경우, 룩업 테이블(610)에는 시간(721)과 매핑되는 시간이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 배터리 정보 추정 장치는 제2 구간(622) 및 제3 구간(623)에 대응하는 복수의 시간 정보(641 내지 646)를 보간할 수 있다. 예를 들어, 배터리 정보 추정 장치는 시간(643, 644)(360분)과 시간(645, 646)(320분)의 평균값으로 340분을 연산하고, 시간(721)을 시간(643, 644)와 시간(645, 646)의 평균값에 매핑할 수 있다. 이에 따라, 배터리의 수명 정보는 수명 정보(651)와 수명 정보(652)의 평균값인 0.85로 추정될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 룩업 테이블(610)의 제1 구간(621) 내지 제4 구간(624) 중 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간이 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 7의 그래프(710)에서, 배터리의 전압 레벨이 3.5V에서 4.05V가 아닌, 3.6에서 3.7V로 변화되는 경우, 제1 구간(621) 내지 제4 구간(624)과, 3.6V에서 3.7V로 변화되는 배터리의 전압 레벨은 매핑되지 못할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 룩업 테이블(610)의 제1 구간(621) 내지 제4 구간(624)을 보간하여, 3.6V에서 3.7V로 변화하는 배터리의 전압 레벨을 매핑할 수 있다. 예를 들어, 배터리 정보 추정 장치는 제2 구간(622) 및 제2 구간(422)에 대응하는 복수의 시간 정보(641, 643, 645)를 분할할 수 있다. 이에 따라, 제2 구간(622)은 3.6V 내지 3.7V의 제2-1 구간 및 3.7V 내지 3.8V의 제2-2 구간으로 분할될 수 있다. 제2-1 구간 및 제2-2 구간 각각에 대응하는 복수의 시간 정보는 복수의 시간 정보(641, 643, 645)의 절반의 시간일 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 3.6V에서 3.7V로 변화하는 배터리의 전압 레벨을 제2-1 구간과 매핑할 수 있다. 이에 따라, 배터리가 3.6V에서 3.7V로 변화되는 시간이 45분으로 검출된 경우, 45분은 시간(643)의 절반이므로, 배터리 정보 추정 장치는 시간(643)과 대응되는 수명 정보(651)를 배터리의 수명 정보로 추정할 수 있다.
도 8는 일 실시예에 따른 배터리의 충전 속도에 따라 분류되는 미리 정해진 참조 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 미리 정해진 참조 정보는 룩업 테이블(810) 및 룩업 테이블(820)을 포함할 수 있다. 룩업 테이블(810)은 배터리가 급속으로 충전되는 경우(예를 들어, 정전류 충전 구간에서 배터리가 3A로 충전되는 경우)의 참조 시간 정보를 나타내고, 룩업 테이블(820)은 배터리가 완속으로 충전되는 경우(예를 들어, 정전류 충전 구간에서 배터리가 1A로 충전되는 경우)의 참조 시간 정보를 나타낼 수 있다. 배터리 정보 전처리 장치는 배터리의 충전 속도별로 룩업 테이블을 생성할 수 있고, 배터리 정보 전처리 장치는 배터리의 충전 속도별로 분류된 복수의 룩업 테이블(810, 820)를 저장하고, 복수의 룩업 테이블(810, 820)을 이용하여 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 정보를 추정하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 제어 장치는 외부로부터 트리거 신호를 수신하고 트리거 신호의 수신에 응답하여 복수의 배터리 모듈에 대한 정보를 추출할 수 있다. 이에 따라, 배터리 제어 장치는 배터리가 전기적으로 안정적인지 여부에 상관 없이, 배터리가 부분 충전을 수행할 때, 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 전자 제어 장치(ECU)는 배터리 및 배터리 제어 장치가 장착된 전기 자동차의 시동이 온(on) 상태일 때, 계기판에 사용자 인터페이스(910)를 디스플레이할 수 있다. 사용자 인터페이스(910)는 트리거 신호를 생성하기 위한 인터페이스(920)를 포함할 수 있다. 사용자로부터 인터페이스(920)가 선택된 경우, 전자 제어 장치(ECU)는 배터리 제어 장치에 트리거 신호를 전송할 수 있다. 배터리 제어 장치는 배터리가 부분 충전을 수행하는지 여부를 판단하고, 배터리가 부분 충전을 수행하는 것으로 판단된 경우, 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하고, 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 배터리의 수명 정보를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 제어 장치는 추출한 배터리의 수명 정보를 전자 제어 장치(ECU)에 전송할 있고, 전자 제어 장치(ECU)는 배터리 제어 장치로부터 수신한 배터리의 수명 정보를 디스플레이할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 배터리 정보를 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전기 자동차(1010)는 배터리 시스템(1020)을 포함할 수 있다. 배터리 시스템(1020)은 배터리(1030) 및 배터리 제어 장치(1040)를 포함할 수 있다. 배터리 제어 장치(1040)는 배터리(1030)의 수명 정보를 추출한 후 무선 인터페이스를 이용하여 단말(1050)에 배터리(1030)에 대한 정보를 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 제어 장치(1040)는 배터리(1030)가 부분 충전되는지 여부를 판단할 수 있고, 배터리(1030)가 부분 충전되는 것으로 판단된 경우, 배터리(1030)의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하고, 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 변화되는 배터리(1030)의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 배터리(1030)의 수명 정보를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 제어 장치(1040)는 무선 인터페이스를 통하여 단말(1050)로부터 트리거 신호를 수신할 수 있고, 트리거 신호의 수신에 응답하여 배터리(1030)가 부분 충전되는지 여부를 판단할 수 있다.
배터리 제어 장치(1040)는 추출한 수명 정보(1061)를 무선 인터페이스를 이용하여 단말(1050)에 전송할 수 있다. 단말(1050)은 사용자 인터페이스(1060)를 이용하여 배터리(1010)의 수명 정보(1061)를 디스플레이할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 배터리 정보 추정 장치는 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출할 수 있다(1110). 이 때, 배터리 정보 추정 장치는 변화되는 배터리의 전압 레벨을 검출하고, 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정하여 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 검출할 수 있다. 미리 정해진 참조 정보는 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보 및 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 포함하고, 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류될 수 있다.
또한, 배터리 정보 추정 장치는 미리 정해진 참조 정보를 이용하여 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다(1120). 배터리 정보 추정 장치는 복수의 전압 구간 중 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 참조 시간 정보 중 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 복수의 전압 구간 중 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 참조 시간 정보 중 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출할 수 있다. 배터리 정보 추정 장치는 매핑되는 시간을 이용하여, 참조 수명 정보로부터 부분 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 추출할 수 있다.
도 11에 도시된 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 설명한 내용은 생략한다.
도 12는 일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 배터리 정보 전처리 장치는 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의, 상태 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다(1210).
또한, 배터리 정보 전처리 장치는 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출할 수 있다(1220).
또한, 배터리 정보 전처리 장치는 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출할 수 있다(1230).
도 12에 도시된 일 실시예에 따른 배터리 정보 전처리 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 설명한 설명은 생략한다.
도 13은 다른 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 배터리 정보 추정 장치는 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 제1 배터리의, 상태 변화에 대한 정보를 획득할 수 있다(1310).
또한, 배터리 정보 추정 장치는 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 제1 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 나타내는 참조 시간 정보를 검출할 수 있다(1320).
또한, 배터리 정보 추정 장치는 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 제1 배터리의 수명 정보를 나타내는 참조 수명 정보를 검출할 수 있다(1330).
또한, 배터리 정보 추정 장치는 부분 충방전이 수행되는 제2 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출할 수 있다(1340).
또한, 배터리 정보 추정 장치는 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보를 이용하여 변화되는 제2 배터리의 전압 레벨 및 검출된 시간에 대응하는 제2 배터리의 수명 정보를 추정할 수 있다(1350).
도 13에 도시된 다른 일 실시예에 따른 배터리 정보 추정 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (27)

  1. 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 시간 검출부; 및
    미리 정해진 참조 정보를 이용하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보(SoH)를 추정하는 수명 정보 추정부
    를 포함하고,
    상기 수명 정보 추정부는,
    상기 미리 정해진 참조 정보 내의 전압 구간들 중에서 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨에 매핑되는 전압 구간을 검출하고, 상기 미리 정해진 참조 정보 내의 참조 시간 정보 중 상기 검출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보를 확인하며, 상기 확인된 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간 정보를 추출하고, 상기 미리 정해진 참조 정보 내의 참조 수명 정보로부터 상기 추출된 시간 정보에 매핑되는 수명 정보를 추출하고, 상기 추출된 수명 정보를 상기 수명 정보로 결정하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간 검출부는,
    상기 변화되는 배터리의 전압 레벨을 검출하는 전압 검출부; 및
    상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정하는 시간 측정부
    를 포함하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리가 충전 상태인지 여부를 판단하는 충전 상태 판단부
    를 더 포함하고,
    상기 시간 검출부는,
    상기 충전 상태 판단부에서 상기 배터리가 충전 상태인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 검출하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보는 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 시간 정보를 포함하고, 상기 참조 수명 정보는 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 포함하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보는,
    룩업 테이블로 구성되는,
    배터리 정보 추정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는,
    상기 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류되는,
    배터리 정보 추정 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 및 참조 수명 정보는,
    상기 배터리의 충전 속도별로 분류되는,
    배터리 정보 추정 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시간 검출부는,
    상기 매핑되는 전압 구간만큼 상기 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간을 검출하고,
    상기 수명 정보 추정부는,
    상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터, 상기 매핑되는 전압 구간만큼 상기 배터리의 전압 레벨이 변화하는 시간과 매핑되는 시간을 추출하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수명 정보 추정부는,
    상기 전압 구간들 중 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간이 존재하지 않을 경우, 상기 전압 구간들을 보간(interpolation)하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨과 매핑되는 전압 구간을 추출하고, 상기 추출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수명 정보 추정부는,
    상기 매핑되는 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보 중 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 시간 정보를 보간하여 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간을 추출하는,
    배터리 정보 추정 장치.
  13. 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 상태 변화 정보 획득부;
    상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 포함하는 참조 시간 정보를 검출하는 참조 시간 정보 검출부; 및
    상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 배터리의 수명 정보를 포함하는 참조 수명 정보를 검출하는 참조 수명 정보 검출부
    를 포함하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상태 변화 정보 획득부는,
    상기 복수의 완전 충방전 횟수에 따른 상기 배터리의 용량 변화에 대한 정보를 획득하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 참조 수명 정보 검출부는,
    첫번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량과 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량의 비를 연산하여, 상기 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추출하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 검출부는,
    상기 배터리가 완전 충전되는 전압 구간을 상기 복수의 전압 구간으로 분류하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 검출부는,
    상기 참조 시간 정보를 상기 배터리의 충전 속도별로 분류하고,
    상기 참조 수명 정보 검출부는,
    상기 참조 수명 정보를 상기 배터리의 충전 속도별로 분류하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보를 저장하는 저장부
    를 더 포함하는,
    배터리 정보 전처리 장치.
  19. 부분 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계; 및
    미리 정해진 참조 정보를 이용하여 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 미리 정해진 참조 정보 내의 전압 구간들 중에서 상기 변화되는 배터리의 전압 레벨에 매핑되는 전압 구간을 검출하는 단계;
    상기 미리 정해진 참조 정보 내의 참조 시간 정보 중 상기 검출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보를 확인하는 단계;
    상기 확인된 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간 정보를 추출하는 단계;
    상기 미리 정해진 참조 정보 내의 참조 수명 정보로부터 상기 추출된 시간 정보에 매핑되는 수명 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 수명 정보를 상기 배터리의 수명 정보로 결정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 정보 추정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계는,
    상기 변화되는 상기 배터리의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및
    상기 배터리의 전압 레벨이 변화되는 시간을 측정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 정보 추정 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 참조 시간 정보는 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 상기 전압 구간들에 따라 변화되는 시간에 대한 시간 정보를 포함하고, 상기 참조 수명 정보는 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 수명 정보를 포함하며,
    상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보는,
    상기 완전 충방전이 수행되는 횟수별로 분류되는,
    배터리 정보 추정 방법.
  22. 삭제
  23. 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계;
    상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 완전 충방전이 수행되는 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간에 따라 변화되는 시간에 대한 정보를 포함하는 참조 시간 정보를 검출하는 단계; 및
    상기 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 배터리의 수명 정보를 포함하는 참조 수명 정보를 검출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 정보 전처리 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 완전 충방전 횟수에 따른 상기 배터리의 용량 변화에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함하는,
    배터리 정보 전처리 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 참조 수명 정보를 검출하는 단계는,
    첫번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량과 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 용량의 비를 연산하여, 상기 복수번째 완전 충방전에 대응하는 상기 배터리의 수명 정보를 추출하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 정보 전처리 방법.
  26. 복수의 횟수로 완전 충방전이 수행되는 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 획득하는 단계;
    상기 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 제1 배터리의 전압 레벨이 정전류 충전을 통해 미리 정해진 복수의 전압 구간들에 따라 변화되는 시간에 대한 시간 정보를 포함하는 참조 시간 정보를 검출하는 단계;
    상기 제1 배터리의 상태 변화에 대한 정보를 기초로, 상기 완전 충방전이 수행되는 횟수 별로, 상기 제1 배터리의 수명 정보를 포함하는 참조 수명 정보를 검출하는 단계;
    부분 충방전이 수행되는 제2 배터리의 전압 레벨이, 정전류 충전을 통해 변화되는 시간을 검출하는 단계; 및
    상기 참조 시간 정보 및 상기 참조 수명 정보를 이용하여 상기 변화되는 제2 배터리의 전압 레벨 및 상기 검출된 시간에 대응하는 상기 제2 배터리의 수명 정보를 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 전압 구간들 중에서 상기 변화되는 제2 배터리의 전압 레벨에 매핑되는 전압 구간을 검출하는 단계;
    상기 참조 시간 정보 중 상기 검출된 전압 구간과 대응하는 복수의 시간 정보를 확인하는 단계;
    상기 확인된 시간 정보로부터 상기 검출된 시간과 매핑되는 시간 정보를 추출하는 단계;
    상기 참조 수명 정보로부터 상기 추출된 시간 정보에 매핑되는 수명 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 수명 정보를 상기 제2 배터리의 수명 정보로 결정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 정보 추정 방법.
  27. 제19항 내지 제21항 및 제23항 내지 제26항 중에서 어느 하나의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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