KR102521577B1 - 배터리 상태 추정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치는 배터리 셀이 충전할 때의 전압을 측정하고, 측정된 전압이 기준 충전 전압에 도달할 때마다 상기 배터리 셀의 개방 회로 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부에 의해 측정된 개방 회로 전압을 수신하고, 상기 수신한 개방 회로 전압을 기저장된 기준 전압과 비교하여 전압 변동률을 산출하며, 상기 산출된 전압 변동률 및 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하고, 상기 결정된 전압 증감 패턴에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 상태 추정 장치{APPARATUS FOR ESTIMATING STATE OF BATTERY}
본 발명은 하는 배터리 상태 추정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 퇴화 가속 유무 및 퇴화 가속 정도를 판단하는 배터리 상태 추정 장치에 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.
현재 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 충전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는, 이차 전지의 적용 범위가 확대되면서, 스마트폰을 비롯한 소형 휴대 장치는 물론, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차나 전력 저장 장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다.
이러한 이차 전지의 경우, 사용 기간이 증가함에 따라 초기보다 성능이 퇴화된다. 그리고, 이러한 이차 전지의 성능 퇴화의 정도를 추정하는 것을 이차 전지의 SOH(State Of Health)를 추정한다고 하며, 이차 전지의 SOH는 이차 전지의 교체 시기를 결정하는데 있어서 중요한 요소이다.
종래에는 배터리의 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 측정하고, 배터리가 완전 충전되는 시점까지 배터리에 유입되는 전류를 적산하여, 적산된 전류량과 측정된 OCV값을 통해 배터리에 충전된 완전충전용량을 계산하는 장치 및 방법이 개시되었다(특허문헌 1).
다만, 특허문헌 1은 배터리의 완전충전용량의 손실을 측정함으로써, 사후적으로 배터리가 어느 정도 퇴화되었는지에 대한 퇴화도를 판단하는 구성만을 개시하고 있을 뿐, 현재 배터리의 퇴화 진행 속도 등 배터리 퇴화와 관련된 보다 구체적인 정보를 제공하고 있지 않다. 즉, 특허문헌 1은 배터리의 현재 또는 과거 상태를 판단할 수 있는 정보인 배터리 퇴화도만을 제공하고 있을 뿐, 예컨대, 배터리의 예측 퇴화 속도 또는 예측 수명 등과 같이 미래 시점에서의 배터리 상태를 판단하기 위한 구체적인 정보는 전혀 제공하지 않는 문제가 있다.
KR 10-2016-0011448 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 퇴화에 대한 보다 구체적인 정보를 제공할 수 있는 배터리 상태 추정 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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 상태 추정 장치는 배터리 셀이 충전할 때의 전압을 측정하고, 측정된 전압이 기준 충전 전압에 도달할 때마다 상기 배터리 셀의 개방 회로 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부에 의해 측정된 개방 회로 전압을 수신하고, 상기 수신한 개방 회로 전압을 가공한 결과에 기반하여 전압 변동률 및 저항 변동률 중 적어도 하나 이상을 산출하며, 상기 전압 변동률이 산출된 경우 산출된 전압 변동률 및 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하고, 상기 저항 변동률이 산출된 경우 산출된 저항 변동률 및 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정하고, 상기 결정된 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 중 적어도 하나 이상에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴이 모두 결정된 경우, 상기 결정된 전압 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리 셀의 제1 퇴화 가속 정도를 판단하고, 상기 결정된 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 제1 퇴화 가속 정도에 독립적인 상기 배터리 셀의 제2 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신한 개방 회로 전압을 기저장된 기준 전압과 비교하여 상기 전압 변동률을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 기저장된 기준 전압은, 소정의 사이클 시점에서 상기 배터리 셀이 충전되어 상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 기저장된 전압 변동률 데이터는, 상기 전압 측정부에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 상기 제어부에 의해 산출된 과거의 전압 변동률을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기저장된 전압 변동률 데이터 중 상기 배터리 셀의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 전압 변동률과 상기 산출된 전압 변동률 간의 전압 변화율을 산출하고, 상기 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 전압 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴이 전압 증가 패턴으로 결정된 경우, 상기 산출된 전압 변화율에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 증감 패턴이 전압 감소 패턴으로 결정된 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 미만인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 전압 변동률이 기설정된 전압 하한값 초과 기설정된 전압 상한값 미만인 경우, 상기 전압 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신한 개방 회로 전압에 기반하여 내부 저항을 산출하고, 산출된 내부 저항을 기저장된 기준 저항과 비교하여 저항 변동률을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 기저장된 기준 저항은, 소정의 사이클 시점에서 상기 배터리 셀이 충전되어 상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압에 기반하여 산출된 기준 저항을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 기저장된 저항 변동률 데이터는, 상기 전압 측정부에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 상기 제어부에 의해 산출된 과거의 저항 변동률을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기저장된 저항 변동률 데이터 중 상기 배터리 셀의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 저항 변동률과 상기 산출된 저항 변동률 간의 저항 변화율을 산출하고, 상기 산출된 저항 변화율에 기반하여 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴으로 결정된 경우, 상기 산출된 저항 변화율에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저항 증감 패턴이 저항 감소 패턴으로 결정된 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 미만인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값을 초과하는 경우에만, 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 퇴화도뿐만 아니라, 배터리 셀의 퇴화 가속 정도가 추정되기 때문에, 배터리 셀의 현재 퇴화 상태가 보다 정확하게 추정될 수 있을 뿐 아니라, 배터리 셀의 미래 퇴화 상태에 대한 예측이 보다 정확하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 퇴화 가속 정도가 가속 퇴화, 감속 퇴화 및 선형 퇴화로 세분화되어 판단되기 때문에, 배터리 셀의 퇴화 진행 정도가 보다 구체적으로 판단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 지표를 통해 배터리 셀의 퇴화 가속 정도가 측정되기 때문에, 배터리 퇴화 진행 정도가 보다 정확하게 판단되거나 예측될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 개방 회로 전압에 기반한 퇴화 가속 정도 및 내부 저항에 기반한 퇴화 가속 정도에 대한 정보가 각각 제공되기 때문에, 배터리 셀의 보다 구체적인 상태 정보가 제공되는 장점이 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 상태 추정 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 전압 변동률을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 다른 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 또 다른 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 전압 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 저항 변동률을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 저항 변동률을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 저항 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에서 전압 변동률에 기반하여 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하는 과정을 트리 형태로 간략히 도식화한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에서 저항 변동률에 기반하여 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하는 과정을 트리 형태로 간략히 도식화한 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. 또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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 상태 추정 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 복수의 배터리 셀(11)이 포함된 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되어 복수의 배터리 셀(11) 각각의 상태를 추정할 수 있다. 또한, 배터리 상태 추정 장치(100)는 상기 배터리 모듈(10)과 함께 배터리 팩(1000)에 포함될 수 있다. 도 1은 배터리 팩(1000)에 하나의 배터리 모듈(10)과 하나의 배터리 상태 추정 장치(100)가 포함된 예시를 도시하였으나, 배터리 팩(1000)에 포함된 배터리 모듈(10) 및 배터리 상태 추정 장치(100)의 개수는 도 1에 도시된 개수에 국한되지 않는다. 마찬가지로, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11)의 개수도 도 1에 도시된 개수에 국한되지 않는다.
배터리 상태 추정 장치(100)의 구체적인 구성은 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 상태 추정 장치(100)는 전압 측정부(101) 및 제어부(103)를 포함할 수 있다. 전압 측정부(101)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11)이 충전될 때의 전압을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정부(101)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 모듈(10)에 포함된 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)이 충전될 때의 전압을 각각 측정할 수 있다. 구체적으로, 전압 측정부(101)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리 셀(C1)의 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 배터리 셀(C2)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정부(101)는 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제3 배터리 셀(C3)의 전압을 측정하고, 제4 센싱 라인(SL4) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해 제4 배터리 셀(C4)의 전압을 측정할 수 있다.
전압 측정부(101)는 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정부(101)는 배터리 셀(11)의 전압 및 개방 회로 전압을 모두 측정할 수 있다. 특히, 전압 측정부(101)는 측정한 전압이 기준 충전 전압에 도달할 때마다 각 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 기준 충전 전압은 전압 측정부(101)가 개방 회로 전압을 측정할 수 있도록 하기 위해 사용자 등에 의해 미리 설정되어 저장된 전압일 수 있다. 즉, 기준 충전 전압은 전압 측정부(101)에 의해 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압이 측정되기 위한 참조값으로서, 전압 측정부(101)가 언제 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압을 측정해야 하는지 그 시기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 소정의 전압은 4.2V로 설정될 수 있다. 전압 측정부(101)는 다수의 배터리 셀(11)의 전압을 측정하고, 각 배터리 셀(11)의 측정된 전압이 소정의 전압에 도달할 때마다 해당 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 배터리 셀(11) 각각에 대하여, 기준 충전 전압이 V1 [V]로 설정되어 있다고 가정한다. 이때, 전압 측정부(101)는 충전에 의해 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 V1에 도달하면 제1 배터리 셀(C1)의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다. 마찬가지로, 전압 측정부(101)는 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 또는 제4 배터리 셀(C4)의 전압이 V1에 도달하면, V1에 도달한 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다.
제어부(103)는 전압 측정부(101)에 의해 측정된 개방 회로 전압을 수신할 수 있다. 제어부(103)는 배터리 상태 추정 장치(100) 내부에서 전압 측정부(101)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 구성되어, 전압 측정부(101)로부터 측정된 개방 회로 전압을 수신할 수 있다.
제어부(103)는 수신한 개방 회로 전압을 가공한 결과에 기반하여 전압 변동률(voltage regulation) 및/또는 저항 변동률(electric resistance regulation)을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 수신한 개방 회로 전압에 기반하여 전압 변동률 또는 저항 변동률을 산출할 수 있으며, 전압 변동률과 저항 변동률을 모두 산출할 수도 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 제어부(103)는 전압 측정부(101)로부터 제1 배터리 셀(C1)의 개방 회로 전압을 수신하고, 수신한 제1 배터리 셀(C1)의 개방 회로 전압에 기반하여 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변동률 및 저항 변동률 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(103)는 전압 측정부(101)로부터 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 각각의 개방 회로 전압을 수신하고, 수신한 개방 회로 전압에 따라 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 각각의 전압 변동률 및 저항 변동률 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
제어부(103)는 전압 변동률이 산출된 경우 산출된 전압 변동률 및 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 전압 변동률 데이터는 산출된 전압 변동률과 비교되기 위한 참조 데이터로서, 미리 저장될 수 있다. 제어부(103)는 산출한 전압 변동률을 기저장된 전압 변동률 데이터에 추가시켜, 기저장된 전압 변동률 데이터를 갱신시킬 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 갱신된 전압 변동률 데이터에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다.
예컨대, 기저장된 전압 변동률 데이터는 제어부(103)에 의해 과거에 산출된 전압 변동률이 저장된 데이터일 수 있다. 이 경우, 제어부(103)는 상기 기준 전압이 산출된 사이클 시점 이후부터 산출된 모든 전압 변동률에 기반하여 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 전압 증감 패턴은 전압 증가 패턴, 전압 감소 패턴 또는 전압 일정 패턴 등 다양한 패턴을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전압 증감 패턴에는 전압 증가 패턴 및 전압 감소 패턴이 포함되고, 전압 증가 패턴에 전압 일정 패턴 등 전압 감소 패턴을 제외한 패턴이 포함되는 것으로 설명한다.
또한, 제어부(103)는 저항 변동률이 산출된 경우 산출된 저항 변동률 및 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 기저장된 저항 변동률 데이터는, 산출된 저항 변동률과 비교되기 위한 참조 데이터로서, 저장부(105)에 미리 저장될 수 있다. 제어부(103)는 산출한 저항 변동률을 기저장된 저항 변동률 데이터에 추가시켜, 기저장된 저항 변동률 데이터를 갱신시킬 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 갱신된 저항 변동률 데이터에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다.
예컨대, 기저장된 저항 변동률 데이터는 제어부(103)에 의해 과거에 산출된 저항 변동률이 저장된 데이터일 수 있다. 이 경우, 제어부(103)는 상기 기준 저항이 산출된 소정의 사이클 시점 이후부터 산출된 모든 저항 변동률에 기반하여 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 저항 증감 패턴은 저항 증가 패턴, 저항 감소 패턴 또는 저항 일정 패턴 등 다양한 패턴을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 저항 증감 패턴에는 저항 증가 패턴 및 저항 감소 패턴이 포함되고, 저항 증가 패턴에 저항 일정 패턴 등 저항 감소 패턴을 제외한 패턴이 포함되는 것으로 설명한다.
제어부(103)는 결정된 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 중 적어도 하나 이상에 따라 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 전압 증감 패턴이 결정된 경우, 제어부(103)는 전압 증감 패턴에 따라 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 그리고, 저항 증감 패턴이 결정된 경우, 제어부(103)는 저항 증감 패턴에 따라 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 여기서, 퇴화 가속 정도란, 배터리 셀(11)의 퇴화가 점점 빨라지고 있는지, 아니면 점점 늦어지고 있는지 등을 나타내는 정보일 수 있다. 특히, 각각에 대하여 판단할 수 있음.
예컨대, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴을 결정하고, 결정된 전압 증감 패턴에 따라 제1 배터리 셀(C1)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 결정하고, 결정된 저항 증감 패턴에 따라 제1 배터리 셀(C1)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 현재 상태에 기반하여 퇴화도만을 판단하지 않고, 과거의 이력을 종합하여 현재 배터리 셀(11)이 퇴화되고 있는 속도를 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 미래 시점에서 배터리 셀(11)의 상태를 추정할 수 있는 정보를 제공함으로써, 배터리 셀(11)의 수명 예측 또는 미래 상태 판단에 도움이 되는 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 충전 상황에서, 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴에 따른 퇴화 가속 정도 및 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴에 따른 퇴화 가속 정도를 모두 제공함으로써, 배터리 셀(11)에 대한 보다 구체적인 상태 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
특히, 제어부(103)는 배터리 셀(11) 각각에 대해서 퇴화 가속 정도를 독립적으로 판단할 수 있다. 예컨대, 제어부(103)는, 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)에 대하여 각각 별도로 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 중 적어도 하나 이상을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는, 결정된 전압 증감 패턴에 따라 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 각각에 대하여 별도로 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 결정된 저항 증감 패턴에 따라 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 각각에 대하여 별도로 퇴화 가속 정도를 판단할 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11) 각각의 퇴화 가속 정도를 독립적으로 판단할 수 있기 때문에, 배터리 셀(11) 각각의 퇴화도 및 퇴화 가속 정도를 판단하고, 나아가 배터리 셀(11) 각각의 수명을 예측할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11) 각각의 개방 회로 전압을 측정함으로써 손실 용량을 산출하여 배터리 셀(11) 각각의 퇴화 정도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 셀(11) 각각의 퇴화가 얼마나 빨리 이루어지고 있는지에 대한 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도에 따라 배터리 셀(11) 각각의 추후 퇴화 정도를 추정할 수 있고, 추정된 퇴화 정도에 맞춰서 배터리 셀(11) 각각의 제어 조건을 조정할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 동일한 제품라인의 배터리 셀(11)이라 할지라도, 초기 저항 편차 또는 용량 편차 등의 문제로 인해 정확하게 동일한 가용 용량을 가지고 있지 않을 수 있다. 예컨대, 출하 시 배터리 셀의 설정 용량이 1000 mAh이지만, 제1 배터리 셀(C1)의 초기 용량은 900 mAh, 제2 배터리 셀(C2)의 초기 용량은 1000 mAh인 상태로 출하되었다고 가정한다. 동일 기간 동안의 사용에 의해 제1 배터리 셀(C1) 및 제2 배터리 셀(C2)의 현재 가용 용량이 800 mAh으로 동일해진 경우, 제1 배터리 셀(C1)과 제2 배터리 셀(C2)은 동일한 가용 용량을 갖지만, 초기 용량의 차이로 인하여 두 배터리 셀(11)의 퇴화도를 동일하다고 판단하는 것은 배터리 셀(11)의 정확한 상태 추정이라고 볼 수 없다. 또한, 제1 배터리 셀(C1)의 퇴화도가 약 11%, 제2 배터리 셀(C2)의 퇴화도가 20%로 산출되었다고 하더라도, 이렇게 산출된 퇴화도는 초기 용량 대비 현재 용량에 따른 제1 배터리 셀(C1) 및 제2 배터리 셀(C2) 각각의 현재 상태만을 나타내는 지표로 의미가 있을 뿐이고, 현재 제1 배터리 셀(C1) 및 제2 배터리 셀(C2)의 퇴화 가속 정도 또는 퇴화 가속 정도에 따른 예상 수명 등의 미래 상황에 대한 예측 지표로는 적당하지 않다. 즉, 배터리 셀(11)의 초기 용량 등에 대한 현재 용량의 비율은 배터리 셀(11)의 퇴화 정도를 사후적으로 판단하는 지표일 뿐이며, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도, 추후 퇴화 속도 또는 예상 수명 등을 판단하는 지표로 사용하기에는 적절하지 않다는 문제가 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 현재 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단함으로써, 배터리 셀(11)의 현재 상태를 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하여, 배터리 셀(11)의 수명이 더 오래 지속되도록 배터리 셀(11)의 제어 조건을 변경하는 등의 조치를 취할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 제어부(103)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)에서 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(103)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 예컨대, 제어부(103)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)에 구비된 프로세서로서, 판단한 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 디스플레이 장치 등의 출력 장치(output device)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도에 기반하여, 외부 알림 장치를 통해서 사용자에게 배터리 셀(11)의 교체 또는 경고 알림을 제공할 수도 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 저장부(105)를 더 포함할 수 있다. 저장부(105)는 상기 전압 변동률 데이터 및 저항 변동률 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 저장부(105)에는 과거에 제어부(103)로부터 산출된 전압 변동률 데이터 및 저항 변동률 데이터가 저장되어 있을 수 있다. 제어부(103)는 저장부(105)에 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 저장부 (105)에 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정할 수도 있다.
즉, 저장부(105)는 제어부(103)에서 산출한 과거의 전압 변동률 데이터 및 저항 변동률 데이터 등 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 등을 저장할 수 있다. 저장부(105)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. 저장부(105)는 제어부(103)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
제어부(103)는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴이 모두 결정된 경우, 결정된 전압 증감 패턴에 기반하여 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴을 결정하고, 결정한 전압 증감 패턴에 기반하여 제1 배터리 셀(C1)의 제1 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 결정된 저항 증감 패턴에 기반하여 제1 퇴화 가속 정도에 독립적인 배터리 셀(11)의 제2 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성될 수 있다. 앞선 예시에서, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 제1 퇴화 가속 정도와 독립적으로, 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 결정하고, 결정한 저항 증감 패턴에 기반하여 제1 배터리 셀(C1)의 제2 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴을 모두 결정한 경우, 제1 배터리 셀(C1)의 서로 독립적인 제1 퇴화 가속 정도 및 제2 퇴화 가속 정도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(11)의 방전 상황에서는 저항의 변화 요인에 개방 회로 전압이 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)을 방전하는 경우에는 저항의 증감에 개방 회로의 증감이 영향을 미치므로, 개방 회로 전압의 증감과 저항의 증감이 반대로 나타날 수 있다. 즉, 방전 상황에서는 배터리 셀(11)의 저항 변화 요인에 개방 회로 전압이 영향을 미치는 특수성을 고려하여 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하여야 한다. 하지만, 충전 상황에서는 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압의 증감과 저항의 증감이 서로에게 영향을 미치지 않는 독립적인 요인이므로, 제어부(103)는 전압 증감 패턴에 기반하여 제1 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있고, 제1 퇴화 가속 정도와 독립적으로 저항 증감 패턴에 기반하여 제2 퇴화 가속 정도를 판단할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는, 개방 회로 전압과 저항이 서로 영향을 미치지 않는 충전 상황의 특수성을 고려하여, 전압 증감 패턴에 기반한 퇴화 가속 정도 및 저항 증감 패턴에 기반한 퇴화 가속 정도를 모두 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 상태에 대한 다양한 정보를 제공함으로써, 배터리 셀(11)의 상태 판단에 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
이상에서는, 배터리 셀(11)의 충전 상황에서 제어부(103)가 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 각각에 기반하여 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있음을 설명하였다. 이하에서는, 전압 증감 패턴에 기반한 제1 퇴화 가속 정도 판단 및 저항 증감 패턴에 기반한 제2 퇴화 가속 정도 판단에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 전압 증감 패턴에 기반한 제1 퇴화 가속 정도 판단에 대하여 설명한다. 제어부(103)는 수신한 개방 회로 전압을 기저장된 기준 전압과 비교하여 전압 변동률을 산출할 수 있다. 여기서, 기저장된 기준 전압은, 전압 측정부(101)에 의해 측정된 개방 회로 전압과 비교되기 위한 참조값으로서, 저장부(105)에 미리 저장된 값일 수 있다. 즉, 저장부(105)에는 상기 기준 전압이 기저장되어 있고, 제어부(103)는 저장부(105)에 기저장된 기준 전압과 전압 측정부(101)로부터 수신한 개방 회로 전압을 비교하여 전압 변동률을 산출할 수 있다.
예컨대, 기저장된 기준 전압은 소정의 사이클 시점에서 측정된 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압을 포함할 수 있다. 전압 변동률은 기저장된 기준 전압과 제어부(103)가 전압 측정부(101)로부터 수신한 개방 회로 전압을 비교하여 얻어질 수 있다. 특히, 전압 변동률은, 기저장된 기준 전압과 개방 회로 전압의 측정값 간의 비율 또는 차이로 산출될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 상기 소정의 사이클 시점 이후 사이클에서 전압 측정부(101)로부터 측정된 개방 회로 전압을 수신하고, 기저장된 기준 전압에 대한 상기 수신한 개방 회로 전압의 비율을 전압 변동률로 산출할 수 있다.
예컨대, 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 기준 전압이 A1 [V]이라고 가정한다. 또한, 전압 측정부(101)가 제1 시점에서 측정한 제1 배터리 셀(C1)의 개방 회로 전압이 B1 [V]이라고 가정한다. 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 제1 시점의 전압 변동률을 A1과 B1의 차이로 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(C1)의 제1 시점의 전압 변동률은 B1-A1의 계산식으로 산출될 수 있다. 또 다른 예시로는, 제1 배터리 셀(C1)의 제1 시점의 전압 변동률은 (B1/A1)×100의 계산식으로 산출될 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 전압 변동률이 B1-A1의 계산식에 의해 산출된 것으로 한정하여 설명한다.
바람직하게, 기저장된 기준 전압은, 소정의 사이클 시점에서 배터리 셀(11)이 충전되어 배터리 셀(11)의 전압이 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압을 포함할 수 있다. 여기서, 소정의 사이클 시점은 BOL(Begin Of Life)로부터 소정의 사이클 수 이내의 시점으로서, 예컨대, 배터리 셀(11)의 출하 후 첫 번째 충전 시점일 수 있다.
예컨대, 기준 충전 전압이 4.2V로 설정되었다고 가정한다. 이 경우, 전압 측정부(101)는 제1 배터리 셀(C1)의 최초 충전 과정(초기 상태)에서의 전압을 측정하고, 측정한 전압이 4.2V에 도달했을 때의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다.
바람직하게, 기저장된 전압 변동률 데이터는, 전압 측정부(101)에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 제어부(103)에 의해 산출된 전압 변동률을 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 소정의 사이클 시점 이후 현재 시점 이전까지에 있어서, 전압 측정부(101)는 충전에 의해 배터리 셀(11)의 전압이 기준 충전 전압에 도달하면 개방 회로 전압을 측정하고, 제어부(103)는 전압 측정부(101)에 의해 측정된 개방 회로 전압에 따라 전압 변동률을 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 전압 변동률은 저장부(105)에 기저장된 전압 변동률 데이터에 포함될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 전압 변동률 데이터에는 제1 시점 내지 제N-1 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변동률이 포함될 수 있다. 여기서 N은 2 이상의 정수로서, N이 2인 경우에 기저장된 전압 변동률 데이터에는 제1 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변동률만이 포함될 수 있다. 제어부(103)에 의해 제N 시점에서 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변동률이 산출된 경우, 제N 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변동률은 저장부(105)에 기저장된 전압 변동률 데이터에 포함될 수 있다. 이 경우, 저장부(105)에 기저장된 전압 변동률 데이터에는 제1 내지 제N 전압 변동률이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 저장부(105)에 과거 시점에서부터 현재 시점까지 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 현재 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 산출된 전압 변동률을 누적 저장한 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 현재 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴 및 퇴화 가속 정도를 판단하기 때문에, 특정 시점에서의 전압 변동률만으로 배터리 셀(11)의 퇴화도를 판단하는 경우보다 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 및 퇴화도 등을 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이렇게 판단된 퇴화 가속 정도 및 퇴화도는 배터리 셀(11)의 미래 상태를 추정하기 위한 정보로 활용될 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 과거 및 현재 상태뿐만 아니라, 퇴화 가속 정도에 기반하여 미래 상태를 추정할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 기저장된 전압 변동률 데이터 중 배터리 셀(11)의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 전압 변동률의 전압 변화율(rate of change)을 산출할 수 있다. 여기서, 전압 변화율이란 전압 변동률 간의 평균 변화율(average rate of change) 또는 순간 변화율(instantaneous rate of change)을 포함할 수 있다. 그리고, 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 전압 변동률은, 현재 사이클로부터 미리 설정된 사이클 수 이내에 포함된 복수의 전압 변동률을 포함할 수 있다. 예컨대, 제어부(103)는 현재 사이클로부터 50 사이클 이내에 포함된 복수의 전압 변동률의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 전압 변화율 산출에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 전압 변동률을 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 저장부(105)는 매 사이클마다 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 전압 변동률 데이터 및 제2 배터리 셀(C2)에 대해 기저장된 전압 변동률 데이터를 각각 저장할 수 있다. 이하에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 셀(C1)에 대해 미리 설정된 사이클 수를 포함하는 구간을 In 구간으로 설명한다. 마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 배터리 셀(C2)에 대해 미리 설정된 사이클 수를 포함하는 구간을 Jn 구간으로 설명한다. 여기서, n은 양의 정수이다. 예컨대, 미리 설정된 사이클 수가 50인 경우, I1구간은 제1 배터리 셀(C1)의 0 내지 50 사이클이 포함되고, I2구간은 제1 배터리 셀(C1)의 51 내지 100 사이클이 포함될 수 있다. 설명의 편의를 위해서 제1 배터리 셀(C1)의 0 사이클은 I1에 포함되고, 제2 배터리 셀(C2)의 0 사이클은 J1 구간에 포함된 것으로 설명한다.
예컨대, 한 구간에 포함되도록 미리 설정된 사이클 수가 50이라고 가정한다. 도 3에서, 현재 제1 배터리 셀(C1)의 사이클이 300 사이클이라면, 제어부(103)는 저장부(105)에 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 전압 변동률 데이터 중 251 내지 300 사이클을 포함하는 I6 구간에 속한 사이클 각각의 전압 변동률을 추출할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 I6 구간에 속한 사이클 각각의 전압 변동률을 서로 비교하여, I6 구간의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 도 4에서, 현재 제2 배터리 셀(C2)의 사이클이 150 사이클이라면, 제어부(103)는 저장부(105)에 제2 배터리 셀(C2)에 대해 기저장된 전압 변동률 데이터 중 101 내지 150 사이클을 포함하는 J3 구간에 속한 사이클 각각의 전압 변동률을 추출할 수 있다. 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 J3 구간에 속한 사이클 각각의 전압 변동률을 서로 비교하여, J3 구간의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, 전압 변화율은 변화율에 대한 특정 수치를 의미한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 전압 변화율이 0 이상이면 양의 변화율, 전압 변화율이 0 미만이면 음의 변화율이라고 설명한다. 또한, 도 5를 참조하여 제어부(103)가 전압 변화율을 산출하는 예시를 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다. 즉, 도 5는 제1 배터리 셀(C1)에 대해 산출된 전압 변동률 중 I2 구간에 포함된 전압 변동률을 확대 도시한 도면이다.
도 5의 실시예를 참조하면, 제어부(103)는 현재 배터리 셀(11)의 사이클이 속한 구간에 포함된 전압 변동률의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 이때, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간의 전압 변화율에 기반하여, 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간을 복수의 서브 구간으로 구분할 수 있다. 구체적으로, 제어부(103)는 한 구간 내에서 산출한 전압 변화율이 양의 변화율에서 음의 변화율로, 또는 음의 변화율에서 양의 변화율로 변하는 사이클 지점을 기준으로 하나의 구간을 복수의 서브 구간으로 구분할 수 있다. 예컨대, 도 5의 예시에서, 제어부(103)는 I2 구간에 포함된 연속되는 사이클에 대한 평균 변화율 또는 I2 구간에 포함된 연속되는 사이클에 대한 순간 변화율을 산출할 수 있다. 구체적으로, 80 사이클을 기준으로, I21 구간의 전압 변화율은 양의 변화율로 산출되고, I22 전압 변화율은 음의 변화율로 산출될 수 있다. 따라서, 제어부(103)는 80 사이클을 기준으로 제1 배터리 셀(C1)의 I2 구간을 I21 구간 및 I22 구간으로 구분할 수 있다.
즉, 도 5의 실시예에서, 제어부(103)는 I2 구간을 I21 및 I22 구간으로 구분하여 I21 구간과 I22 구간 각각에 대해서 전압 변화율을 산출할 수 있다. 이처럼, 제어부(103)는 하나의 구간을 서브 구간으로 나누어서, 서브 구간마다 전압 변화율을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 다른 구간을 확대 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 전압 변동률 중 또 다른 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 6 및 7을 참조하면, 제어부(103)는 산출한 전압 변화율에 따라 I4 구간 및 I6 구간을 복수의 서브 구간을 구분할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 I4 구간을 I41, I42, I43 및 I44 서브 구간으로 구분하고, I6 구간을 I61 및 I62 서브 구간으로 구분할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 전압 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)에 대해 산출한 전압 변화율에 따라 J1 구간을 복수의 서브 구간을 구분할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 J1 구간을 J11 및 J12 서브 구간으로 구분할 수 있다.
제어부(103)는 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간에 포함된 전압 변동률 간의 변화율을 산출할 때, 현재 사이클이 속한 구간을 하나로만 판단하여 변화율을 산출하지 않을 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 양의 변화율에서 음의 변화율로, 또는 음의 변화율에서 양의 변화율로 전압 변화율이 변하는 사이클 시점을 판단하고, 판단한 사이클 시점을 기준으로 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간을 서브 구간으로 구분할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간을 일률적으로 하나의 구간이라고만 판단하지 않고, 경우에 따라서 서브 구간을 나누어 전압 변화율을 보다 세부적으로 산출하기 때문에, 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제어부(103)는 산출한 전압 변화율에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 전압 증감 패턴은 전압 증가 패턴 및 전압 감소 패턴을 포함할 수 있다. 특히, 제어부(103)는 산출한 변화율이 양의 변화율인 경우에 대한 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 산출한 변화율이 음의 변화율인 경우에 대한 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I1 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 I1 구간에 포함된 전압 변동률에 기반하여 제1 배터리 셀(C1)의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(103)는 I1 구간의 전압 변화율을 0 이상의 값으로 산출할 수 있다. 즉, I1 구간의 전압 변화율이 양의 변화율로 산출될 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 이와 같이 전압 변화율이 양의 변화율로 산출된 결과에 기반하여 현재 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I2 구간 중 I22 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 해당 구간에 포함된 전압 변동률에 기반하여 음의 변화율을 산출할 수 있다. 그리고 제어부(103)는, 산출한 음의 변화율에 기반하여 현재 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 4 도 8을 참조하면, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J1 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 J1 구간에 포함된 전압 변동률에 기반하여 전압 변화율을 산출할 수 있다. 이때, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J11 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 전압 변화율을 0 이상 값으로 산출하고, 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 반대로, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J12 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 전압 변화율을 0 미만의 값으로 산출하고, 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
그리고, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J2 내지 J6 구간 중 어느 하나에 속하는 경우, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 전압 변화율을 음의 변화율로 산출하고, 산출한 음의 변화율에 기반하여 현재 제2 배터리 셀(C2)의 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 현재 상태뿐만 아니라 과거의 상태까지 고려하여 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 전압 변화율을 산출하고, 전압 변화율에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하기 때문에, 배터리 셀(11)의 미래 상태에 대한 추정이 용이한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내더라도, 전압 변화율이 음에서 양 또는 양에서 음으로 변동되는 구간을 서브 구간으로 구분하여 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 보다 구체적이고 세부적으로 결정함으로써, 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴에 따라 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화, 선형(Linear) 퇴화 또는 감속 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다. 여기서, 가속 퇴화는 배터리 셀(11)의 퇴화가 점점 가속화되는 상태이고, 선형 퇴화란 배터리 셀(11)의 퇴화가 가속 퇴화처럼 점점 가속화되지는 않지만, 선형적으로 일정하게 진행되고 있는 상태를 나타낸다. 반대로, 감속 퇴화란 배터리 셀(11)의 퇴화가 점점 느리게 진행되고 있는 상태를 나타낸다. 이하에서는, 전압 증감 패턴에 따른 제1 퇴화 가속 정도 판단에 대해 설명한다.
제어부(103)는 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정한 경우, 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 예시와 같이 도 3을 참조하면, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I1 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 현재 제1 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정한 경우에는 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로만 판단할 수 있다.
앞선 예시와 같이 도 4를 참조하면, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J2 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정할 수 있다. 제어부(103)는 전압 감소 패턴으로 결정된 J2 구간의 전압 변화율에 따라 제2 배터리 셀(C2)의 제1 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
즉, 제어부(103)는 전압 증감 패턴을 전압 감소 패턴으로 결정한 경우, 배터리 셀(11)의 전압 변화율에 기반하여 제1 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(103)는 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정한 경우, 배터리 셀(11)의 전압 변화율을 산출하는 과정을 생략하고 제1 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로만 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴 및 전압 변화율에 따라 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화, 선형 퇴화 또는 감속 퇴화로 세분화하여 판단함으로써, 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 판단 및 진단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 상태 추정 장치(100)는 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정한 경우, 별도로 전압 변화율을 산출하지 않을 수도 있다. 즉, 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정한 경우에 한하여 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하여, 배터리 셀(11) 퇴화 가속 정도를 판단하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.
배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 중 가속 퇴화 및 선형 퇴화는 배터리 셀(11)의 퇴화가 어느 정도로 빠르게 진행되고 있는지에 따라 구분이 가능하다. 이하에서는 가속 퇴화 및 선형 퇴화의 구분 기준에 대해 설명한다. 제어부(103)는 산출한 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 이상인 경우, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(103)는 산출한 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 미만인 경우, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다. 여기서 기설정된 기준 전압 변화율이란, 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴이 전압 감소 패턴으로 결정된 경우, 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 결정하기 위한 기준 변화율이다.
예컨대, 기설정된 기준 전압 변화율은 50 사이클마다 전압 변동률이 1 mV 감소하는 것으로 기설정될 수 있다. 도 5, 6 및 8에 도시된 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I22, I42, I44 또는 I62 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 속하는 구간의 전압 변화율을 기설정된 기준 전압 변화율과 비교할 수 있다. 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 속한 구간의 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 이상이면 선형 퇴화로 판단하고, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 속한 구간의 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 미만이면 가속 퇴화로 판단할 수 있다.
마찬가지로, 도 4 및 도 8에 도시된 실시예에서, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J12, J2, J3, J4, J5 또는 J6 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속하는 구간의 전압 변화율을 기설정된 기준 전압 변화율과 비교할 수 있다. 바람직하게는, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J12, J2 내지 J6 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속하는 구간의 전압 변화율을 기설정된 기준 전압 변화율과 비교할 수 있다.
여기서, 제어부(103)는 J1 구간의 전압 변화율에 기반하여, J1 구간을 J11 구간 및 J12 구간으로 구분할 수 있다. 제어부(103)는 J1 구간의 전압 변화율을 산출하는 과정에서, 전압 증감 패턴이 변하는 지점을 기준으로 J1 구간을 J11 구간과 J12 구간으로 구분할 수 있다. 여기서, J11 구간의 전압 증감 패턴은 전압 증가 패턴이고, J12 구간의 전압 증감 패턴은 전압 감소 패턴이므로, 제어부(103)는 25 사이클을 기준으로 J1 구간을 J11 및 J12 구간으로 구분할 수 있다. 즉, J11 구간 및 J12 구간은 J1 구간의 서브 구간일 수 있다.
예컨대, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J11 구간에 속한다면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속한 구간의 전압 변화율에 기반하여 제2 배터리 셀(C2)의 전압 증감 패턴을 전압 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 제1 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단할 수 있다.
다른 예를 들면, J12, J2 및 J3 구간의 전압 변화율은 기설정된 전압 변화율 미만이고, J4, J5 및 J6 구간의 전압 변화율은 기설정된 전압 변화율 이상이라고 가정한다. 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J12, J2 또는 J3 구간 중 어느 하나에 속하면, 제2 배터리 셀(C2)의 제1 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J4, J5 또는 J6 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제2 배터리 셀(C2)의 제1 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 전압 증가 패턴에 대한 퇴화 가속 정도를 일률적으로 판단하지 않고, 기설정된 기준 전압 변화율과 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간의 전압 변화율을 비교하여, 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 세분화하여 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(11)의 현재 상태가 보다 세분화되고, 구체적으로 진단될 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 배터리 셀(11)에 대해 산출한 전압 변동률이 기설정된 전압 하한값 초과 기설정된 전압 상한값 미만인 경우에 한하여, 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 전압 변동률이 일정 범위 이내인 경우에만 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)의 전압 변동률이 기설정된 상한값 이상인 경우는 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압이 기준치 이상으로 증가한 경우로서, 배터리 셀(11)이 비정상적으로 퇴화하여 급락 위험(sudden drop risk)이 존재하는 경우일 수 있다. 또한, 배터리 셀(11)의 전압 변동률이 기설정된 하한값 이하인 경우는 전기 단락 등으로 인하여 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압이 기준치 이하로 감소한 경우로서, 배터리 셀(11)이 비정상적으로 퇴화된 경우일 수 있다. 따라서 제어부(103)는 배터리 셀(11)이 비정상적으로 퇴화된 경우를 제외하고, 배터리 셀(11)이 정상적으로 퇴화된 경우에 대하여 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다.
배터리 셀(11)의 정상 상태 또는 비정상 상태의 구분이 사전에 처리되지 않는다면, 비정상 상태에서의 전압 증감 패턴에 따라 퇴화 가속 정도가 판단되고, 판단된 퇴화 가속 정도에 따라 배터리 제어 조건이 조정되어, 배터리 셀(11)의 상태를 더욱 악화시킬 수 있는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 상태를 정상 상태 또는 비정상 상태로 먼저 구분한 후, 배터리 셀(11)의 상태가 정상 상태일 경우에 한하여 전압 증감 패턴 및 퇴화 가속 정도를 판단함으로써, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 판단에 소요되는 시간을 단축하고, 배터리 셀(11)의 상태 판단의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서는, 배터리 셀(11)의 충전 상황에서 제어부(103)가 전압 증감 패턴 에 기반하여 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 판단하는 내용에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 저항 증감 패턴에 기반한 제2 퇴화 가속 정도 판단에 대해 구체적으로 설명한다. 여기서, 제2 퇴화 가속 정도는 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴에 따라 판단된 퇴화 가속 정도로서, 앞서 설명한 제1 퇴화 가속 정도와 마찬가지로 가속 퇴화, 선형 퇴화 또는 감속 퇴화 중 어느 하나로 판단될 수 있다.
먼저, 제어부(103)는 전압 측정부(101)에 의해 측정된 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압에 기반하여 배터리 셀(11)의 내부 저항을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(103)는 (|CCVEoC - OCVEoC|)/it1의 계산식에 따라 배터리 셀(11)의 현재 저항을 산출할 수 있다. 여기서, CCVEoC는 배터리 셀(11)의 OCVEoC를 측정한 시점으로부터 t1 시점 이후에 측정한 배터리 셀(11)의 충전 또는 방전 전압이고, OCVEoC는 충전 상황에서 배터리 셀(11)의 전압이 기준 충전 전압에 도달했을 때 측정된 배터리 셀(11)의 개방 회로 전압이며, it1은 t1시간동안 흐른 충전 또는 충전 전류의 양을 의미할 수 있다.
또한, 제어부(103)는 산출한 내부 저항을 기저장된 기준 저항과 비교하여 저항 변동률을 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기저장된 기준 저항은, 제어부(103)에 의해 산출된 배터리 셀(11)의 현재 저항과 비교되기 위한 참조값으로서, 저장부(105)에 미리 저장된 값일 수 있다. 예컨대, 기저장된 기준 저항은 소정의 사이클 시점에서 측정된 배터리 셀(11)의 저항일 수 있다. 제어부(103)는 기저장된 기준 저항에 대한 현재 배터리 셀(11)의 저항에 대한 비율 또는 차이로 저항 변동률을 산출할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 기준 저항이 A2 [Ω]이라고 가정한다. 또한, 제1 시점에서 전압 측정부(101)가 측정한 제1 배터리 셀(C1)의 개방 회로 전압에 기반하여, 제어부(103)가 산출한 제1 배터리 셀(C1)의 현재 저항이 B2 [Ω]이라고 가정한다. 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 제1 시점의 저항 변동률을 A2에 대한 B2의 비율로 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(C1)의 제1 시점의 저항 변동률은 (B2/A2)×100의 계산식으로 산출될 수 있다.
바람직하게, 기저장된 기준 저항은, 저장부(105)에 기저장된 기준 전압에 기반하여 산출된 기준 저항을 포함할 수 있다. 즉, 기저장된 기준 저항은 기저장된 기준 전압에 대응되는 것으로서, 소정의 사이클 시점에서 배터리 셀(11)이 충전되어 배터리 셀(11)의 전압이 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압에 기반하여 산출된 저항일 수 있다. 기저장된 기준 저항은 저장부(105)에 저장될 수 있다.
예컨대, 저장부(105)에는 기준 전압 A1 [V]이 기저장되어 있고, 기준 전압 A1에 기반하여 산출된 기준 저항 A2 [Ω]이 기저장될 수 있다.
바람직하게, 기저장된 저항 변동률 데이터는, 전압 측정부(101)에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 제어부(103)에 의해 산출된 저항 변동률을 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 소정의 사이클 시점 이후부터 현재 이전까지에 있어서, 전압 측정부(101)는 충전에 의해 배터리 셀(11)의 전압이 기준 충전 전압에 도달하면 개방 회로 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 전압 측정부(101)에 의해 측정된 개방 회로 전압에 기반하여 현재 저항을 산출하고, 산출한 현재 저항과 저장부(105)에 기저장된 기준 저항에 따라 배터리 셀(11)의 저항 변동률을 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 저항 변동률은 저장부(105)에 기저장된 저항 변동률 데이터에 포함될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 저항 변동률 데이터에는 제1 시점 내지 제N-1 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 저항 변동률이 포함될 수 있다. 여기서 N은 2 이상의 정수로서, N이 2인 경우에 기저장된 저항 변동률 데이터에는 제1 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 저항 변동률만이 포함될 수 있다. 제어부(103)에 의해 제N 시점에서 제1 배터리 셀(C1)의 저항 변동률이 산출된 경우, 제N 시점에서 산출된 제1 배터리 셀(C1)의 저항 변동률은 저장부(105)에 기저장된 저항 변동률 데이터에 포함될 수 있다. 이 경우, 저장부(105)에 기저장된 저항 변동률 데이터에는 제1 내지 제N 저항 변동률이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 저장부(105)에 과거 시점에서부터 현재 시점까지 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 현재 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 과거에 산출된 저항 변동률을 누적 저장한 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 현재 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 배터리 상태 추정 장치(100)는 결정한 저항 증감 패턴 및 전압 증감 패턴에 기반하여 현재 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하기 때문에, 특정 시점에서의 저항 변동률만으로 배터리 셀(11)의 퇴화도를 판단하는 경우보다 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 또는 퇴화도 등을 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이렇게 판단된 퇴화 가속 정도는 배터리 셀(11)의 미래 상태를 추정하기 위한 정보로 활용될 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 과거 및 현재 상태뿐만 아니라, 퇴화 가속 정도에 기반하여 미래 상태를 추정할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 기저장된 저항 변동률 데이터 중 배터리 셀(11)의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 저항 변동률의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, 저항 변화율이란 저항 변동률 간의 평균 변화율 또는 순간 변화율을 포함할 수 있다. 그리고, 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 저항 변동률은, 현재 사이클로부터 미리 설정된 사이클 수 이내에 포함된 복수의 저항 변동률을 포함할 수 있다. 예컨대, 제어부(103)는 현재 사이클로부터 50 사이클 이내에 포함된 복수의 저항 변동률의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 상기 저항 변화율 산출에 대해서는 도 9 및 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 저항 변동률을 도시한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제2 배터리 셀의 저항 변동률을 도시한 도면이다. 도 9 및 10을 참조하면, 저장부(105)는 매 사이클마다 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 저항 변동률 데이터 및 제2 배터리 셀(C2)에 대해 기저장된 저항 변동률 데이터를 각각 저장할 수 있다. 이하에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 셀(C1)에 대해 미리 설정된 사이클 수를 포함하는 구간을 In 구간으로 설명한다. 마찬가지로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 배터리 셀(C2)에 대해 미리 설정된 사이클 수를 포함하는 구간을 Jn 구간으로 설명한다. 여기서, 도 9에 도시된 In 구간은 도 3에 도시된 In 구간에 대응되고, 도 10에 도시된 Jn 구간은 도 4에 도시된 Jn 구간에 대응될 수 있다.
예컨대, 한 구간에 포함되도록 미리 설정된 사이클 수가 50이라고 가정한다. 도 9에서, 현재 제1 배터리 셀(C1)의 사이클이 300 사이클이라면, 제어부(103)는 저장부(105)에 제1 배터리 셀(C1)에 대해 기저장된 저항 변동률 데이터 중 251 내지 300 사이클을 포함하는 I6 구간에 속한 사이클 각각의 저항 변동률을 추출할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 I6 구간에 속한 사이클 각각의 저항 변동률을 서로 비교하여, I6 구간의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 도 10에서, 현재 제2 배터리 셀(C2)의 사이클이 150 사이클이라면, 제어부(103)는 저장부(105)에 제2 배터리 셀(C2)에 대해 기저장된 저항 변동률 데이터 중 101 내지 150 사이클을 포함하는 J3 구간에 속한 저항 변동률을 추출할 수 있다. 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 J3 구간에 속한 사이클 각각의 저항 변동률을 서로 비교하여, J3 구간의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, 저항 변화율은 변화율에 대한 특정 수치를 의미한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 저항 변화율이 0 이상이면 양의 변화율, 저항 변화율이 0 미만이면 음의 변화율이라고 설명한다.
제어부(103)는 앞서 도 5, 6, 7 및 8을 참조하여 설명한 전압 변화율 산출 예시와 마찬가지로, 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간에 포함된 저항 변동률 간의 저항 변화율을 산출할 때, 현재 사이클이 속한 구간을 하나로만 판단하여 저항 변화율을 산출하지 않을 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 양에서 음 또는 음에서 양으로 저항 변화율이 변하는 사이클 시점을 판단하고, 판단한 사이클 시점을 기준으로 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간을 서브 구간으로 구분할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 한 구간에 속한 저항 변동률의 저항 변화율에 따라, 상기 한 구간을 복수의 서브 구간으로 구분하여, 구분한 서브 구간 각각에 대한 저항 변화율을 산출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에 의해 산출된 제1 배터리 셀의 저항 변동률 중 일 구간을 확대 도시한 도면이다.
예컨대, 도 11의 예시에서, 제어부(103)는 I1 구간에 포함된 연속되는 사이클에 대한 평균 변화율 또는 I1 구간에 포함된 연속되는 사이클에 대한 순간 변화율을 산출할 수 있다. 구체적으로, 10 사이클을 기준으로, I11 구간의 저항 변화율은 음의 변화율로 산출되고, I12 저항 변화율은 양의 변화율로 산출될 수 있다. 따라서, 제어부(103)는 10 사이클을 기준으로 제1 배터리 셀(C2)의 I1 구간을 I11 구간 및 I12 구간으로 구분할 수 있다.
즉, 도 11의 실시예에서, 제어부(103)는 I1 구간을 I11 및 I12 구간으로 구분하여 I11 구간과 I12 구간 각각에 대해서 저항 변화율을 산출할 수 있다. 이처럼, 제어부(103)는 하나의 구간을 서브 구간으로 나누어서, 서브 구간마다 저항 변화율을 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간을 일률적으로 하나의 구간이라고만 판단하지 않고, 경우에 따라서 서브 구간을 나누어 저항 변화율을 보다 세부적으로 산출하기 때문에, 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제어부(103)는 산출한 저항 변화율에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 저항 증감 패턴은 저항 증가 패턴 및 저항 감소 패턴을 포함할 수 있다. 특히, 제어부(103)는 산출한 저항 변화율이 양의 변화율인 경우에 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 산출한 저항 변화율이 음의 변화율인 경우에 저항 증감 패턴을 저항 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 9 및 11을 참조하면, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I1 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 I1 구간에 포함된 저항 변동률에 기반하여 제1 배터리 셀(C1)의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I11 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 I11 구간의 저항 변화율을 0 미만의 값으로 산출할 수 있다. 즉, I11 구간의 저항 변화율이 음의 변화율로 산출될 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 저항 변화율이 음의 변화율로 산출된 결과에 기반하여 현재 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 저항 감소 패턴으로 결정할 수 있다.
반대로, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I12 구간에 속하는 경우, 제어부(103)는 I12 구간의 저항 변화율을 0 이상의 값으로 산출할 수 있다. 즉, I12 구간의 저항 변화율이 양의 변화율로 산출될 수 있다. 제어부(103)는 저항 변화율이 양의 변화율로 산출된 결과에 기반하여 현재 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 마찬가지로, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I2 내지 I6 중 어느 하나에 속하는 경우에도, 제어부(103)는 해당 구간에 포함된 저항 변동률에 기반하여 저항 변화율을 양의 변화율로 산출할 수 있다. 그리고 제어부(103)는, 양의 변화율로 산출된 결과에 기반하여 현재 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다.
다른 예로, 도 10을 참조하면, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J1 내지 J6 구간 중 어느 하나에 속하는 경우, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속한 구간의 저항 변화율을 산출할 수 있다. 이때, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속한 구간의 저항 변화율을 0 이상 값으로 산출할 수 있다. 즉, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속한 구간의 저항 변화율이 양의 변화율로 산출될 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 산출한 저항 변화율에 기반하여 현재 제2 배터리 셀(C2)의 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 산출된 현재 사이클의 저항 변동률과 기저장된 저항 변동률 데이터에 저장된 과거의 저항 변화율에 따라 현재 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정하므로, 배터리 셀(11)의 현재 상태뿐만 아니라 과거의 상태까지 고려하여 배터리 셀(11)의 상태를 추정할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 저항 변화율을 산출하고, 산출한 저항 변화율에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정하기 때문에, 배터리 셀(11)의 미래 상태에 대한 추정이 용이한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정한 경우, 산출한 저항 변화율에 따라 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정한 경우, 제2 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(103)는 저항 증감 패턴을 저항 감소 패턴으로 결정한 경우, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 저항 증감 패턴을 저항 감소 패턴으로 결정한 경우, 제2 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로만 판단할 수 있다.
예컨대, 도 9 및 11의 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I11 구간에 속하면, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 저항 감소 패턴으로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 제2 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단할 수 있다. 반대로, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클 I12 내지 I6 구간 중 어느 하나에 속하면, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)이 속한 구간의 저항 변화율에 따라, 제1 배터리 셀(C1)의 제2 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
다른 예를 들면, 도 10의 실시예에서, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J1 내지 J6 구간 중 어느 하나에 속하면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 저항 증감 패턴을 저항 증가 패턴으로 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)이 속한 구간의 저항 변화율에 따라, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
즉, 배터리 셀(11)의 충전 상황에서는 방전 상황과 달리 개방 회로 전압에 의한 저항의 변화 요인을 고려하지 않기 때문에, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴에 기반하여 제2 퇴화 가속 정도를 판단할 때, 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 고려하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 충전 상황과 방전 상황에서의 차이에 기반하여, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하기 때문에, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도, 퇴화도 등에 대한 구체적인 상태 정보를 판단하고, 판단한 상태 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 중 가속 퇴화 및 선형 퇴화는 배터리 셀(11)의 퇴화가 어느 정도로 빠르게 진행되고 있는지에 따라 구분이 가능하다. 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴이고, 산출한 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 이상인 경우, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(103)는 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴이고, 산출한 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 미만인 경우, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기설정된 기준 저항 변화율이란, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴으로 결정된 경우, 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 결정하기 위한 기준 변화율이다. 예컨대, 기설정된 기준 저항 변화율은 100 사이클마다 저항 변동률이 10% 증가하는 것으로 기설정될 수 있다.
예컨대, 도 9 및 도 11의 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1)의 현재 사이클이 I12 내지 I6 구간 중 어느 하나에 속하고, I12 내지 I6 구간의 저항 변화율은 기설정된 기준 저항 변화율 미만이라고 가정한다. I12 내지 I6 구간의 저항 변화율은 기설정된 기준 저항 변화율보다 작기 때문에, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 제2 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단할 수 있다.
다른 예시로, 도 10의 실시예에서, J1 내지 J3 구간의 저항 변화율은 기설정된 기준 저항 변화율 이상이고, J4 내지 J6 구간의 저항 변화율은 기설정된 기준 저항 변화율 미만이라고 가정한다. 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J1 내지 J3 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속하는 구간의 저항 변화율을 기설정된 기준 저항 변화율과 비교하고, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단할 수 있다. 반대로, 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 J4 내지 J6 구간 중 어느 하나에 속한다면, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)의 현재 사이클이 속하는 구간의 저항 변화율을 기설정된 기준 저항 변화율과 비교하고, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 저항 증가 패턴에 대한 퇴화 가속 정도를 일률적으로 판단하지 않고, 기설정된 기준 저항 변화율과 저항 변화율을 비교하여, 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 세분화하여 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(11)의 현재 상태가 보다 세분화되고, 구체적으로 진단될 수 있는 장점이 있다.
제어부(103)는 산출한 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값을 초과하는 경우에 한하여, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값을 초과하는 경우에만 저항 증감 패턴을 결정하고, 결정한 저항 증감 패턴에 따라 배터리 셀(11)의 제2 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)의 저항 변동률이 기설정된 하한값 이하인 경우는 전기 단락 등으로 인하여 배터리 셀(11)의 내부 저항이 기준치 이하로 감소한 경우로서, 배터리 셀(11)이 비정상적으로 퇴화된 경우이다. 따라서 제어부(103)는 전기 다락 등의 외부 요인에 의해 배터리 셀(11)이 비정상적으로 퇴화된 경우를 제외하고, 배터리 셀(11)이 정상적으로 퇴화된 경우에 한하여 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다.
배터리 셀(11)의 정상 퇴화 또는 비정상 퇴화의 구분이 사전에 처리되지 않는다면, 비정상 퇴화 상태에서의 저항 증감 패턴에 따라 퇴화 가속 정도가 판단되고, 판단된 퇴화 가속 정도에 따라 배터리 제어 조건이 조정되어, 배터리 셀(11)의 상태를 더욱 악화시킬 수 있는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 상태가 정상 퇴화 상태일 경우에 한하여 저항 증감 패턴 및 퇴화 가속 정도를 판단함으로써, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도 판단에 소요되는 시간을 단축하고, 배터리 셀(11)의 상태 판단의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에서 전압 변동률에 기반하여 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하는 과정을 트리 형태로 간략히 도식화한 도면이다.
도 12를 참조하면, 제어부(103)에 의해 결정된 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴에 따라 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도가 판단될 수 있다. 먼저, 제어부(103)에 의해 산출된 배터리 셀(11)의 전압 변동률이 기설정된 전압 하한값 이하이거나, 기설정된 전압 상한값 이상인 경우에는 비정상 퇴화로 판단될 수 있다. 제어부(103)는 배터리 셀(11)이 비정상 퇴화로 판단되면 전압 변동률에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하지 않을 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 전압 변동률이 정상 범위 내에 속하는 경우에만 전압 증감 패턴을 결정하고, 결정된 전압 증감 패턴에 따라서 배터리 셀(11)의 제1 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성될 수 있다.
배터리 셀(11)의 전압 변동률이 기설정된 전압 하한값 초과 기설정된 전압 상한값 미만인 경우, 제어부(103)는 산출한 전압 변동률 및 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 결정한 전압 증감 패턴이 전압 감소 패턴이면 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하고, 결정한 전압 증감 패턴이 전압 증가 패턴이면 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 결정한 전압 증감 패턴이 전압 증가 패턴이면 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로만 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(103)는 결정한 전압 증감 패턴이 전압 감소 패턴이면 배터리 셀(11)의 전압 변화율과 기설정된 기준 전압 변화율을 비교하여 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 세분화할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치에서 저항 변동률에 기반하여 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하는 과정을 트리 형태로 간략히 도식화한 도면이다.
도 13을 참조하면, 제어부(103)는 결정된 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴에 무관하게 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴에 의해서만 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다. 즉, 배터리 셀(11)의 충전 상황에서 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 경우에는, 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴이 서로에게 영향을 미치지 않을 수 있다. 다만, 배터리 셀(11)의 방전 상황에서는 배터리 셀(11) 내부 저항 변화 요인에 개방 회로 전압이 영향을 미치므로, 저항 증감 패턴에 따라 제2 퇴화 가속 정도가 판단될 때, 전압 증감 패턴이 먼저 고려될 수 있다.
제어부(103)에 의해 산출된 배터리 셀(11)의 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값 이하인 경우, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 퇴화 상태를 비정상 퇴화로 판단할 수 있다. 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 퇴화 상태가 비정상 퇴화인 경우에는 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하지 않고, 정상 퇴화인 경우에 한하여, 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단할 수 있다.
제어부(103)에 의해 산출된 배터리 셀(11)의 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값을 초과하는 경우, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 저항 변동률에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴이 저항 감소 패턴으로 결정된 경우, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 제2 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로만 판단할 수 있다. 반대로, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴으로 결정된 경우, 제어부(103)는 저항 변화율에 기반하여 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다. 즉, 배터리 셀(11)의 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴으로 결정된 경우에 한하여, 제어부(103)는 배터리 셀(11)의 현재 사이클이 속한 구간의 저항 변화율에 기반하여, 배터리 셀(11)의 현재 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 퇴화도 즉, 저항 변동률뿐만 아니라 현재 진행되고 있는 퇴화 가속 정도 및 과거의 퇴화 가속 정도의 이력을 판단할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는 배터리 셀(11)의 현재 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있으며, 나아가 배터리 셀(11)의 수명 등 미래 상황을 예측할 수 있는 구체적인 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
즉, 사용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)로부터 배터리 셀(11)의 전압 증감 패턴에 따른 제1 퇴화 가속 정도와 저항 증감 패턴에 따른 제2 퇴화 가속 정도를 각각 획득함으로써, 각각의 배터리 셀(11)의 상태를 보다 구체적으로 확인할 수 있다. 따라서, 배터리 상태 추정 장치(100)는 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 등 다양한 지표를 활용하여 다각적으로 배터리 셀(11)의 퇴화 가속 정도를 판단하고, 판단한 정보를 제공함으로써, 배터리 셀(11)의 상태에 대한 구체적이고 다양한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 배터리 상태 추정 장치(100) 이외에, 배터리 셀, 각종 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 팩 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 배터리 상태 추정 장치(100)는, 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등과 같이 전기 에너지를 사용하는 다양한 장치에 탑재될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)는, 전기 자동차에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 상태 추정 장치(100)는, 배터리 팩(1000)에 포함된 형태일 수 있으나, 배터리 팩(1000)과는 별도의 장치로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 상태 추정 장치(100)의 적어도 일부는, 자동차의 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 상태 추정 장치(100) 이외에, 자동차에 통상적으로 구비되는 차체나 전자 장비 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 상태 추정 장치(100) 이외에도, 컨택터, 인버터, 모터, 하나 이상의 ECU 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 배터리 상태 추정 장치(100) 이외에 자동차의 다른 구성요소 등에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
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.
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 모듈
11: 배터리 셀
100: 배터리 상태 추정 장치
1000: 배터리 팩

Claims (14)

  1. 배터리 셀이 충전할 때의 전압을 측정하고, 측정된 전압이 기준 충전 전압에 도달할 때마다 상기 배터리 셀의 개방 회로 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 전압 측정부에 의해 측정된 개방 회로 전압을 수신하고, 상기 수신한 개방 회로 전압을 가공한 결과에 기반하여 전압 변동률 또는 저항 변동률 중 적어도 하나 이상을 산출하며, 상기 전압 변동률이 산출된 경우 산출된 전압 변동률 및 기저장된 전압 변동률 데이터에 기반하여 전압 증감 패턴을 결정하고, 상기 저항 변동률이 산출된 경우 산출된 저항 변동률 및 기저장된 저항 변동률 데이터에 기반하여 저항 증감 패턴을 결정하고, 상기 결정된 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴 중 적어도 하나 이상에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴 및 저항 증감 패턴이 모두 결정된 경우, 상기 결정된 전압 증감 패턴에 기반하여 상기 배터리 셀의 제1 퇴화 가속 정도를 판단하고, 상기 결정된 저항 증감 패턴에 기반하여 상기 제1 퇴화 가속 정도에 독립적인 상기 배터리 셀의 제2 퇴화 가속 정도를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 추정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신한 개방 회로 전압을 기저장된 기준 전압과 비교하여 상기 전압 변동률을 산출하고,
    상기 기저장된 기준 전압은,
    소정의 사이클 시점에서 상기 배터리 셀이 충전되어 상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압을 포함하도록 구성되고,
    상기 기저장된 전압 변동률 데이터는,
    상기 전압 측정부에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 상기 제어부에 의해 산출된 과거의 전압 변동률을 포함하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기저장된 전압 변동률 데이터 중 상기 배터리 셀의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 전압 변동률과 상기 산출된 전압 변동률 간의 전압 변화율을 산출하고, 상기 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 전압 증감 패턴을 결정하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 증감 패턴이 전압 증가 패턴으로 결정된 경우, 상기 산출된 전압 변화율에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하고,
    상기 전압 증감 패턴이 전압 감소 패턴으로 결정된 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하고,
    상기 산출된 전압 변화율이 기설정된 기준 전압 변화율 미만인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 전압 변동률이 기설정된 전압 하한값 초과 기설정된 전압 상한값 미만인 경우, 상기 전압 증감 패턴을 결정하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신한 개방 회로 전압에 기반하여 내부 저항을 산출하고, 산출된 내부 저항을 기저장된 기준 저항과 비교하여 저항 변동률을 산출하도록 구성되고,
    상기 기저장된 기준 저항은,
    소정의 사이클 시점에서 상기 배터리 셀이 충전되어 상기 배터리 셀의 전압이 상기 기준 충전 전압에 도달했을 때의 개방 회로 전압에 기반하여 산출된 기준 저항을 포함하도록 구성되고,
    상기 기저장된 저항 변동률 데이터는,
    상기 전압 측정부에 의해 개방 회로 전압이 측정될 때마다 상기 제어부에 의해 산출된 과거의 저항 변동률을 포함하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기저장된 저항 변동률 데이터 중 상기 배터리 셀의 현재 사이클로부터 소정의 사이클 수 이내에 포함된 복수의 저항 변동률과 상기 산출된 저항 변동률 간의 저항 변화율을 산출하고, 상기 산출된 저항 변화율에 기반하여 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저항 증감 패턴이 저항 증가 패턴으로 결정된 경우, 상기 산출된 저항 변화율에 따라 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화 또는 선형 퇴화 중 어느 하나로 판단하고,
    상기 저항 증감 패턴이 저항 감소 패턴으로 결정된 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 감속 퇴화로 판단하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 가속 퇴화로 판단하고,
    상기 산출된 저항 변화율이 기설정된 기준 저항 변화율 미만인 경우, 상기 배터리 셀의 퇴화 가속 정도를 선형 퇴화로 판단하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 저항 변동률이 기설정된 저항 하한값을 초과하는 경우에만, 상기 저항 증감 패턴을 결정하도록 구성된,
    배터리 상태 추정 장치.
  13. 제1항 및 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 상태 추정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 및 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 상태 추정 장치를 포함하는 전기 자동차.
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