KR102487641B1 - 최대 방전 전압 보정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최대 방전 전압 보정 장치는 충전 전원부로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리 셀의 배터리 전압, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 제1 충전 전류로 충전 시 측정된 제1 배터리 전압 및 제2 충전 전류로 충전 시 측정된 제2 배터리 전압 간의 배터리 전압차와 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류 간의 충전 전류차를 이용하여 상기 배터리 셀의 내부 저항을 추정하고, 상기 방전 전류 및 상기 내부 저항에 기초하여 상기 배터리 셀의 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.

Description

최대 방전 전압 보정 장치{Apparatus for correcting maximum discharging voltage}
본 발명은 최대 방전 전압 보정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 셀의 내부 저항을 추정하고, 추정된 내부 저항에 기초하여 최대 방전 전압으로 보정하는 최대 방전 전압 보정 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 대기 오염이 심화되고 화석연료가 고갈되면서 배터리를 사용하여 구동이 가능한 전기 자동차(예컨대, 하이브리드 자동차)가 주목 받고 있다. 배터리는 사용 시간이 증가할수록 용량이 서서히 감소한다. 그 이유는 배터리의 전기화학적 반응이 비가역성을 갖기 때문이다. 휴대폰과 같은 포터블 장치에 사용되는 배터리는 용량이 감소하더라도 기기의 동작 시간이 감소된다는 점 이외에는 특별한 문제가 없다. 하지만 전기 자동차에 사용되는 배터리는 용량이 한계 이하로 떨어지면 배터리의 수명이 다해 자동차가 갑자기 정지할 수 있다. 또한 배터리 용량이 한계 이하로 떨어진 상태에서 용량을 초과한 과충전 또는 과방전이 반복되면 배터리의 안정성에 심각한 문제(예컨대, 폭발)를 초래할 수 있다.
이에 따라, 배터리 관련 업계에서는 배터리 사용에 따른 시효(aging) 효과를 정량적으로 평가하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 배터리의 시효 효과를 정량적으로 평가하기 위해서는 배터리의 사용 시간에 따라 물성이 변화되는 전기화학적 파라미터가 필요한데, 그 중 하나로 배터리의 저항을 들 수 있다. 배터리의 저항은 배터리의 사용 시간에 따라 증가하는 경향이 있으므로 배터리의 저항을 측정하여 배터리 출하 시의 초기 저항과 비교하면 배터리의 시효 효과를 정량적으로 평가하는 것이 가능하다.
하지만, 종래에는 초기에 배터리의 전압과 충방전 전류를 측정하여 오옴의 법칙에 의해 배터리 저항을 간접적으로 계산하고, 계산된 배터리 저항을 반영하여 최대 방전 전압을 설정하였다. 이후, 배터리 전압이 최대 방전 전압에 도달하면 배터리의 방전을 차단하여 배터리의 과방전을 방지함으로써, 배터리의 열화를 예방하였다.
따라서, 배터리의 사용 시간에 따라 배터리 저항의 증가로 인해 배터리 전압은 IR 드롭 효과에 의해 실제 전압과 오차를 보이게 된다. 보다 구체적으로, 배터리 전압은 열화에 따른 IR 드롭 효과로 인해 실제 배터리 전압 보다 낮아짐으로써, 최대 방전 전압에 더 빠르게 도달하게 된다.
이에 따라, 종래에는 배터리의 사용 시간이 증가할 수록 배터리의 용량을 최대로 활용하지 못하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리 셀의 충전 전류의 변화에 따른 배터리 셀의 배터리 전압의 변화를 이용하여 배터리 셀의 내부 저항을 추정하고, 추정된 내부 저항에 기초하여 최대 방전 전압을 보정할 수 있는 최대 방전 전압 보정 장치를 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 최대 방전 전압 보정 장치는 충전 전원부로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리 셀의 배터리 전압, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함한다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 제1 충전 전류로 충전 시 측정된 제1 배터리 전압 및 제2 충전 전류로 충전 시 측정된 제2 배터리 전압 간의 배터리 전압차와 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류 간의 충전 전류차를 이용하여 상기 배터리 셀의 내부 저항을 추정하고, 상기 방전 전류 및 상기 내부 저항에 기초하여 상기 배터리 셀의 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 상기 제1 충전 전류로 충전 시 상기 배터리 셀의 충전 상태가 기준 충전 상태에 도달하면, 미리 설정된 기준 시간 동안 상기 배터리 셀이 상기 제2 충전 전류로 충전되도록 상기 충전 전원부를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 상기 제1 충전 전류로 충전된 횟수에 기초하여 상기 기준 충전 상태를 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 셀이 상기 제2 충전 전류로 충전된 이후, 상기 배터리 셀이 상기 제1 충전 전류로 충전되도록 상기 충전 전원부를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 충전 전류의 전류값이 상기 제1 충전 전류의 전류값 미만이 되도록 상기 충전 전원부를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 추정된 내부 저항 중에서 추정된 시점이 현재로부터 최근인 n개의 내부 저항의 평균을 상기 배터리 셀의 내부 저항으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 추정된 내부 저항과 상기 배터리 셀의 초기 내부 저항 간의 내부 저항차에 의한 강하 전압을 상기 최대 방전 전압에 감산하여 상기 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 하기의 수학식을 이용하여 상기 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
<수학식>
Figure 112018018235158-pat00001
여기서, VUVP'는 보정된 최대 방전 전압, VUVP는 보정 전 최대 방전 전압, Id는 방전 전류, Ri'는 추정된 내부 저항, Ri는 초기 내부 저항이다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 최대 방전 전압 보정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 상기 최대 방전 전압 보정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 최대 방전 전압 보정 장치는 배터리 셀의 충전 전류의 변화에 따른 배터리 셀의 배터리 전압의 변화를 이용하여 배터리 셀의 내부 저항을 추정함으로써, 배터리 셀의 내부 저항에 기초하여 배터리 셀의 열화를 정확하게 진단할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 추정된 내부 저항에 기초하여 최대 방전 전압을 보정함으로써, 배터리 셀의 용량을 최대로 출력하여 배터리 셀의 효율을 향상시킬 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 최대 방전 전압 보정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치, 배터리 팩 및 충전 전원부 간의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치의 센싱부로부터 측정된 배터리 셀의 배터리 전압 및 충전 전류와 프로세서로부터 추정된 배터리 셀의 충전 상태를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치, 배터리 팩 및 부하 간의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100), 배터리 팩 및 충전 전원부(CP) 간의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100)의 센싱부(110)로부터 측정된 배터리 셀(B)의 배터리 전압 및 충전 전류와 프로세서(130)로부터 추정된 배터리 셀(B)의 충전 상태를 도시한 그래프이다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100)는 배터리 팩에 구비된 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정하고, 추정된 내부 저항에 기초하여 배터리 셀(B)의 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100)가 포함된 배터리 팩은 배터리 셀이 하나 이상 포함될 수 있으며, 이러한 복수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있으나, 본 발명에서는 복수의 배터리 셀을 하나의 등가 배터리 셀(B)로 모델링하여 설명하도록 한다.
또한, 배터리 팩은 충방전 경로에 스위치부(R)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 스위치부(R)의 동작 상태에 따라 충방전 경로는 차단되거나 통전될 수 있다.
한편, 배터리 팩은 배터리 셀(C)의 내부 저항이 추정되기 위하여 충방전 경로를 통해 충전 전류가 흐르도록 배터리 팩의 입출력 단자에 충전 전원부(CP)가 연결될 수 있다.
즉, 충전 전원부(CP)는 배터리 팩의 입출력 단자에 연결되어 충전 전류를 배터리 셀(B)로 출력하고, 스위치부(R)는 입출력 단자로 입력된 충전 전류가 충방전 경로를 통해 배터리 셀(C)에 공급되도록 동작 상태가 턴 온으로 제어될 수 있다.
이때, 충전 전원부(CP)는 전류값이 일정한 충전 전류를 출력하고, 이를 위하여 컨버터를 구비할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100)는, 센싱부(110), 메모리부(120), 프로세서(130) 및 알림부(140)를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 프로세서(130)와 동작 가능하게 결합된다. 즉, 센싱부(110)는 프로세서(130)로 전기적 신호를 송신하거나 프로세서(130)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 프로세서(130)에 접속될 수 있다.
센싱부(110)는 프로세서(130)가 후술되는 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정하고, 배터리 셀(B)의 최대 방전 전압을 보정하는데 있어서 이용되는 측정 데이터를 측정할 수 있다.
이를 위하여, 센싱부(110)는 미리 설정된 주기마다 배터리 셀(B)의 양단에 인가되는 배터리 전압, 배터리 셀(B)로 입력되는 충전 전류 및 배터리 셀(B)로부터 출력되는 방전 전류를 반복 측정하고 측정된 배터리 전압, 충전 전류 및 방전 전류를 나타내는 측정 신호를 프로세서(130)로 제공할 수 있다.
센싱부(110)는 배터리 셀(B)의 양단에 인가되는 배터리 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함할 수 있다. 또한, 센싱부(110)는 배터리 셀(B)로 입력되는 충전 전류 및 배터리 셀(B)로부터 출력되는 방전 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서를 더 포함한다.
프로세서(130)는 센싱부(110)로부터 측정 신호가 수신되면, 신호 처리를 통해 배터리 전압, 충전 전류 및 방전 전류를 각각의 디지털 값을 결정하고 메모리부(120)에 저장할 수 있다.
메모리부(120)는 반도체 메모리 소자로서, 프로세서(130)에 의해 생성되는 데이터를 기록, 소거, 갱신하며, 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정하고, 배터리 셀(B)의 최대 방전 전압을 보정하기 위해 마련된 복수의 프로그램 코드를 저장한다. 또한, 메모리부(120)는 본 발명을 실시할 때 사용되는 미리 결정된 각종 파라미터들의 사전 설정 값들을 저장할 수 있다.
메모리부(120)는 데이터를 기록, 소거, 갱신할 수 있다고 알려진 반도체 메모리 소자라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리부(120)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 메모리부(120)는 프로세서(130)의 제어 로직을 정의한 프로그램 코드들을 저장하고 있는 저장매체를 더 포함할 수 있다. 저장매체는 플래쉬 메모리나 하드디스크와 같은 불활성 기억 소자를 포함한다. 메모리부(120)는 프로세서(130)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 프로세서(130)와 일체로 통합되어 있을 수도 있다.
프로세서(130)는 배터리 전압에 기초하여 배터리 셀(B)의 충전 상태(state of charge; SOC)를 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 종래의 충전 상태 추정법을 이용하여 배터리 셀(B)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)의 충전 상태가 시작 충전 상태 이하인지 여부를 판단하고, 판단 결과에 대응하여 내부 저항의 추정을 시작할 수 있다. 여기서, 시작 충전 상태는 "5%"일 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)의 충전 상태가 시작 충전 상태 "5%" 이하 인지 여부를 판단하고, 배터리 셀(B)의 충전 상태가 시작 충전 상태 "5%"이면 내부 저항의 추정을 시작할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 충전 전압부(CP)로부터 제1 충전 전류가 출력되도록 충전 전압부(CP)를 제어하고, 출력된 제1 충전 전류가 배터리 셀(B)에 입력되어 배터리 셀(B)이 충전되도록 스위치부(R)를 제어할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 주기적으로 배터리 전압에 기초하여 배터리 셀(B)의 충전 상태를 추정하고, 배터리 셀(B)의 충전 상태가 기준 충전 상태에 도달하면 충전 전압부(CP)로부터 제2 충전 전류가 출력되도록 충전 전압부(CP)를 제어할 수 있다.
여기서, 기준 충전 상태는 프로세서(130)에 의해 설정될 수 있다. 이에 대해서는 후술하여 설명하도록 한다.
또한, 프로세서(130)는 충전 전압부(CP)로부터 제2 충전 전류가 출력되도록 충전 전압부(CP)를 제어하기 전에, 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전 시 측정된 제1 배터리 전압을 메모리부(120)에 저장시킬 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 제2 충전 전류의 전류값이 제1 충전 전류의 전류값 미만이 되도록 충전 전원부(CP)를 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 배터리 셀(B)의 충전 상태가 기준 충전 상태에 도달하면 미리 설정된 기준 시간 동안 배터리 셀(B)이 제2 충전 전류로 충전되도록 충전 전원부(CP)를 제어할 수 있다.
여기서, 미리 설정된 기준 시간은 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로의 변화에 따른 배터리 전압의 변화가 일정 전압 이상이 될 수 있는 시간으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 기준 시간은 "5분"일 수 있다.
프로세서(130)는 배터리 (B)에 입력되는 충전 전류가 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 변경된 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간이 경과되면 배터리 셀(B)이 제2 충전 전류로 충전 시 측정된 제2 배터리 전압을 메모리부(120)에 저장시킬 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 제1 충전 전류로 충전 시 측정된 제1 배터리 전압 및 제2 충전 전류로 충전 시 측정된 제2 배터리 전압 간의 배터리 전압차와 제1 충전 전류 및 제2 충전 전류 간의 충전 전류차를 이용하여 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 옴의 법칙을 이용하여 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(130)는 하기의 수학식 1을 이용하여 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112018018235158-pat00002
여기서, Ri'는 추정된 내부 저항, V1은 제1 배터리 전압, V2는 제2 배터리 전압, I1은 제1 충전 전류, I2는 제2 충전 전류이다.
한편, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수에 기초하여 기준 충전 상태를 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수에 비례하여 기준 충전 상태를 증가시켜 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수에 비례하여 기준 충전 상태 "20%"씩 증가시켜 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(130)는 "0" 내지 "t1" 동안은 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수가 "1회"이므로 기준 충전 상태를 가장 작은 "30%"로 설정할 수 있다. 이후, 프로세서(130)는 "t2" 내지 "t3" 동안은 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수가 "2회"이므로 기준 충전 상태를 "20%" 증가시켜 "50%"로 설정할 수 있다. 마지막으로, 프로세서(130)는 "t4" 내지 "t5" 동안은 배터리 셀(B)이 제1 충전 전류로 충전된 횟수가 "3회"이므로 기준 충전 상태를 "20%" 더 증가시켜 "70%"로 설정할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(130)는 복수의 충전 상태 구간에서 배터리 셀(B)의 내부 저항을 추정할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 추정된 복수의 내부 저항 간의 평균을 내부 저항으로 결정할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(130)는 총 3개의 내부 저항을 추정하고, 추정된 3개의 내부 저항간의 평균을 산출하여 산출된 결과를 내부 항으로 추정할 수 있다.
이를 통해, 프로세서(130)는 복수의 충전 상태 구간에서 추정된 배터리 셀(B)의 내부 저항의 평균을 내부 저항으로 결정함으로써, 내부 저항의 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 추정된 내부 저항 중에서 추정된 시점이 현재로부터 최근인 n개의 내부 저항의 평균을 배터리 셀(B)의 내부 저항으로 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상술된 n이 2인 경우, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, "t2", "t4", "t6" 시점에 각각 추정된 복수의 내부 저항 중에서 추정된 시점이 현재로부터 최근인 "t4", "t6" 시점에 각각 추정된 2개의 내부 저항의 평균을 배터리 셀(B)의 내부 저항으로 결정할 수 있다.
이를 통해, 다른 실시예에 따른 프로세서(130)는 추정된 복수의 내부 저항 중에서 가장 최근에 추정된 내부 저항을 이용하여 내부 저항으로 결정함으로써, 내부 저항의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이하, 내부 저항에 기초하여 최대 방전 전압을 보정하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 방전 전압 보정 장치(100), 배터리 팩 및 부하(L) 간의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩은 입출력 단자에 부하(L)가 연결될 수 있고, 충방전 경로를 통해 배터리 셀(C)로부터 방전 전류가 출력되어 배터리 셀(C)의 전력이 부하(L)에 공급될 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 방전 전류 및 추정된 내부 저항에 기초하여 배터리 셀(B)의 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(130)는 추정된 내부 저항과 배터리 셀(B)의 초기 내부 저항 간의 내부 저항차에 의한 강하 전압을 최대 방전 전압에 감산하여 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
여기서, 최대 방전 전압은 배터리 셀(B)의 과방전을 방지하기 위하여 배터리 셀(B)의 방전 시 배터리 전압의 최소 전압일 수 있다.
즉, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)의 열화로 인한 내부 저항의 증가로 발생하는 강하 전압을 최대 방전 전압에 감산시켜 최대 방전 전압을 보정함으로써, 배터리 셀(B)의 용량을 최대로 출력시킬 수 있다.
이를 위하여, 프로세서(130)는 하기의 수학식 2를 이용하여 최대 방전 전압을 보정할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112018018235158-pat00003
여기서, VUVP'는 보정된 최대 방전 전압, VUVP는 보정 전 최대 방전 전압, Id는 방전 전류, Ri'는 추정된 내부 저항, Ri는 초기 내부 저항이다.
이후, 프로세서(130)는 배터리 셀(B)이 방전되는 동안 배터리 전압이 보정된 최대 방전 전압 이하인 경우, 스위치부(R)를 턴 오프로 제어하여 충방전 경로를 차단시킴으로써, 배터리 셀(B)이 최대로 용량을 출력한 시점이 후에 과방전되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 프로세서(130)에 의해 실행될 수 있는 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서(130)에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
한편, 알림부(140)는 프로세서(130)의 내부 저항의 추정 결과와 최대 방전 전압의 보정 결과를 프로세서(130)로부터 입력받거나 메모리부(120)에 저장된 내부 저항의 추정 결과와 최대 방전 전압의 보정 결과를 출력받고, 이를 외부로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 알림부(140)는 프로세서(130)의 내부 저항의 추정 결과와 최대 방전 전압의 보정 결과를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부 및 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 최대 방전 전압 보정 장치는, 배터리 팩, 에너지 저장 장치 등의 배터리를 관리하는 배터리 관리 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 본 발명에 따른 최대 방전 전압 보정 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 최대 방전 전압 보정 장치는, 배터리 셀을 구비하여 부하로 전력을 출력하는 배터리 팩에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 최대 방전 전압 보정 장치를 포함할 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.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
100: 배터리 관리 장치
110: 센싱부 120: 메모리부
130: 프로세서 140: 알림부
B: 배터리 셀
R: 스위치부
CP: 충전 전원부 L: 부하

Claims (10)

  1. 충전 전원부로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리 셀의 배터리 전압, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 셀이 제1 충전 전류로 충전되어 상기 배터리 셀의 충전 상태가 미리 설정된 기준 충전 상태에 도달한 제1 시점에서 측정된 제1 배터리 전압과 상기 제1 시점 이후에 미리 설정된 시간 동안 상기 배터리 셀이 제2 충전 전류로 충전된 제2 시점에서 측정된 제2 배터리 전압 간의 배터리 전압차를 산출하고, 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류 간의 충전 전류차를 산출하며, 상기 배터리 전압차와 상기 충전 전류차를 이용하여 상기 배터리 셀의 내부 저항을 추정하고, 상기 방전 전류 및 상기 내부 저항에 기초하여 상기 배터리 셀의 최대 방전 전압을 보정하고,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 충전 상태를 복수 설정하고, 복수의 기준 충전 상태 각각에 상기 배터리 셀의 충전 상태가 도달할 때마다 상기 배터리 셀에 대한 상기 내부 저항을 추정하며, 추정된 복수의 내부 저항의 평균을 상기 배터리 셀의 내부 저항으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 최대 방전 전압 보정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 셀이 상기 제2 충전 전류로 충전된 이후, 상기 배터리 셀이 상기 제1 충전 전류로 충전되도록 상기 충전 전원부를 제어하는 최대 방전 전압 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제2 충전 전류의 전류값이 상기 제1 충전 전류의 전류값 미만이 되도록 상기 충전 전원부를 제어하는 최대 방전 전압 보정 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 결정된 내부 저항과 상기 배터리 셀의 초기 내부 저항 간의 내부 저항차에 의한 강하 전압을 상기 최대 방전 전압에 감산하여 상기 최대 방전 전압을 보정하는 최대 방전 전압 보정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    하기의 수학식을 이용하여 상기 최대 방전 전압을 보정하는 최대 방전 전압 보정 장치.
    <수학식>
    Figure 112022086869230-pat00004

    여기서, VUVP'는 보정된 최대 방전 전압, VUVP는 보정 전 최대 방전 전압, Id는 방전 전류, Ri'는 결정된 내부 저항, Ri는 초기 내부 저항이다.
  9. 제1항, 제4항, 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 최대 방전 전압 보정 장치를 포함하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항, 제4항, 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 최대 방전 전압 보정 장치를 포함하는 배터리 팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102558268B1 (ko) * 2021-10-28 2023-07-24 (주)대한시스템 전지팩 배터리 관리시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2992845B2 (ja) 1991-06-24 1999-12-20 エヌイーシー・メディカルシステムズ株式会社 測定電圧補正装置
JP2000270493A (ja) 1999-03-18 2000-09-29 Seiko Epson Corp 充電時期判別装置、電子機器、充電時期判別方法および電子機器の制御方法
JP2004069573A (ja) 2002-08-08 2004-03-04 Sony Ericsson Mobilecommunications Japan Inc 電圧検出装置および電圧検出方法、並びに電子機器
WO2012042585A1 (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 トヨタ自動車株式会社 電池制御システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010081203A (ko) * 2000-02-11 2001-08-29 서평원 이동 단말기 전원 잔량 측정 방법
KR100444069B1 (ko) * 2002-06-28 2004-08-12 현대자동차주식회사 배터리의 과충전 및 심방전 회피방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2992845B2 (ja) 1991-06-24 1999-12-20 エヌイーシー・メディカルシステムズ株式会社 測定電圧補正装置
JP2000270493A (ja) 1999-03-18 2000-09-29 Seiko Epson Corp 充電時期判別装置、電子機器、充電時期判別方法および電子機器の制御方法
JP2004069573A (ja) 2002-08-08 2004-03-04 Sony Ericsson Mobilecommunications Japan Inc 電圧検出装置および電圧検出方法、並びに電子機器
WO2012042585A1 (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 トヨタ自動車株式会社 電池制御システム

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