KR102565138B1 - 정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치 및 방법 - Google Patents

정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하고, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하며, 매칭 영역에 따라 배터리의 충전 상태를 판단하는, 충전 상태 판단 장치를 제공한다.

Description

정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING CHARGING STATE USING A PECULIAR PATTERN IN A NORMAL STATE}
본 발명은 정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리의 충전 상태를 판단하는 충전 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리(LIB)는 가전 제품에서 일반적으로 사용하는 충전식 배터리의 한 예이다. LIB의 양극(캐소드)은 전형적으로 리튬 층간 삽입 화합물을 포함하고 음전극(애드)은 흑연으로 제조되어, 리튬 이온이 충전시에는 양전극으로부터 음전극으로 흐르고 방전시에는 역방향으로 흐른다. LIB는 다른 유형의 충전식 배터리에 비하여 매우 높은 에너지 밀도, 예를 들면 일부 니켈-금속 수소화물 전지보다 2배 이상의 에너지 밀도를 갖는 점이 특징이다. LIB는 또한 고전력 밀도, 광범위의 온도에 걸친 양호한 성능 및 낮은 자기 방전율에 가치가 있다. 더욱이, LIB는 다양한 셀 설계 및 구성(예를 들면, 프리즘, 원통, 평판, 코인 또는 우치(pouch) 설계)에서 사용하는 것뿐만 아니라 액체 유기 전해질 및 중합체 전해질과 함께 사용하는 것에 대한 적응성이 높다.
한편, 이와 같은 배터리의 충전 상태(SoC: State of Charge)를 추정하기 위해서는 일반적으로 임의의 충전 상태에 대응되는 배터리의 개방 전압(OCV: Open Circuit Voltage)을 측정하며, 측정된 개방 전압에 대응되는 충전 상태를 추정하게 된다. 그러나, 이와 같은 기법은 배터리의 충분한 휴지 기간이 요구되며, 배터리가 충분히 휴지되지 않는 경우에는 배터리에 과전압(Over Potential)이 존재하므로 정확한 충전 상태의 추정이 어려운 실정이다.
더욱이, 실제 이용되는 배터리는 배터리의 개방 전압을 측정하기 위한 충분한 휴지 기간을 가지기 어려우며, 이에 따라, 배터리가 충전 동작이나 방전 동작을 수행하는 중에 배터리의 충전 상태를 추정할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 정상 상태로 동작하는 배터리의 전압 변화에 따라 나타나는 특이 패턴을 분석하여 충전 상태를 판단하는 충전 상태 판단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 배터리의 전압을 측정하는 측정부; 하나 이상의 시점에서 측정된 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 배터리가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정하는 정상 상태 판단부; 상기 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하는 특이 패턴 추출부; 사전에 마련되는 기준 패턴과 상기 특이 패턴을 비교하여, 상기 기준 패턴으로부터 상기 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하는 특이 패턴 비교부; 상기 매칭 영역에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 충전 상태 판단부; 및 상기 충전 상태를 출력하는 출력부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 특이 패턴 비교부는, 상기 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출하고, 상기 기준 패턴으로부터 상기 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출하며, 상기 기준 지점을 기점으로 상기 기준 패턴과 상기 특이 패턴의 비교를 수행할 수 있다.
또한, 상기 특이 패턴 비교부는, 상기 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정하고, 상기 초기화 지점과, 상기 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 상기 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 특이 패턴 비교부는, 측정된 전압의 변화량과 상기 변화 정보를 비교하고, 상기 전압의 변화량과 차이가 가장 작은 변화 정보를 결정하며, 결정된 변화 정보에 따른 초기화 지점을 추출할 수 있다.
또한, 상기 측정부는 상기 배터리의 전류를 더 측정하고, 상기 충전 상태 판단부는, 상기 초기화 지점에 매칭된 충전 상태가 추출되는 경우, 상기 배터리로부터 측정된 전류가 적산되는 양을 나타내는 적산 정보를 초기화하고, 상기 충전 상태가 추출된 시점으로부터 측정되는 전류를 적산하여 상기 적산 정보를 갱신하며, 상기 적산 정보에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 추정할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치에서의 충전 상태 판단 방법에 있어서, 측정부가 배터리의 전압을 측정하는 단계; 정상 상태 판단부가 하나 이상의 시점에서 측정된 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 배터리가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정하는 단계; 특이 패턴 추출부가 상기 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하는 단계; 특이 패턴 비교부가 사전에 마련되는 기준 패턴과 상기 특이 패턴을 비교하여, 상기 기준 패턴으로부터 상기 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하는 단계; 충전 상태 판단부가 상기 매칭 영역에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계; 및 출력부가 상기 충전 상태를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 매칭 영역을 추출하는 단계는, 상기 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출하고, 상기 기준 패턴으로부터 상기 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출하며, 상기 기준 지점을 기점으로 상기 기준 패턴과 상기 특이 패턴의 비교를 수행할 수 있다.
또한, 상기 매칭 영역을 추출하는 단계는, 상기 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정하고, 상기 초기화 지점과, 상기 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 상기 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치 및 방법을 제공함으로써, 정상 상태로 동작하는 배터리의 전압 변화에 따라 나타나는 특이 패턴을 분석하여 충전 상태를 판단할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 장치의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 장치의 제어블록도이다.
도3 및 도4는 도2의 충전 상태 판단부에서 충전 상태를 판단하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도5는 도2의 정상 상태 판단부에서 정상 상태를 판단하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도6은 도2의 특이 패턴 추출부에서 특이 패턴을 추출하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도7은 도2의 특이 패턴 비교부에서 특이 패턴을 비교하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도8 및 도9는 도2의 특이 패턴 추출부에서 초기화 지점을 설정하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 장치의 개략도이다.
충전 상태 판단 장치(200)는 배터리(100)의 전압과 전류를 측정할 수 있으며, 충전 상태 판단 장치(200)는 배터리(100)의 전압과 전류에 기초하여 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수 있다.
여기에서, 배터리(100)는 양극, 음극 및 전해질이 마련되는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery)일 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 방전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 음극으로부터 양극으로 이동하도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 배터리(100)는 리튬인산철(LFP: LiFePO4) 등의 리튬 이온 배터리가 이용될 수 있으며, 또한, 배터리(100)는 과전압 특성이 비교적 낮아 안정적인 전압이 공급되는 배터리(100)가 이용될 수 있다.
이때, 배터리(100)는 충전 동작을 수행하는 동안 배터리(100) 내부의 리튬 이온이 양극으로부터 음극으로 이동하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 배터리(100)는 충전 및 재사용이 가능하도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 충전 상태 판단 장치(200)는 배터리(100) 양단의 전위차를 나타내는 전압을 측정할 수 있으며, 이를 위해, 충전 상태 판단 장치(200)는 전압계 등의 공지된 배터리 전압 측정 기법을 이용하여 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 충전 상태 판단 장치(200)는 배터리(100)의 일측에 흐르는 전류를 측정할 수 있으며, 이를 위해, 충전 상태 판단 장치(200)는 전류계 등의 공지된 배터리 전류 측정 기법을 이용하여 배터리(100)의 전류를 측정할 수 있다.
아래에서 충전 상태 판단 장치(200)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 장치의 제어블록도이다.
충전 상태 판단 장치(200)는 측정부(210), 정상 상태 판단부(220), 특이 패턴 추출부(230), 특이 패턴 비교부(240), 충전 상태 판단부(250) 및 출력부(260)를 포함할 수 있다.
또한, 충전 상태 판단 장치(200)는 도 1에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 충전 상태 판단 장치(200)는 충전 상태 판단 장치(200)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
측정부(210)는 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있으며, 또한, 측정부(210)는 배터리(100)의 전류를 측정할 수 있다.
여기에서, 측정부(210)는 배터리(100)의 양극과 음극 간의 전위차를 측정할 수 있으며, 이때, 배터리(100)의 양극과 음극 간의 전위차는 배터리(100)의 전압으로 이해할 수 있다. 또한, 측정부(210)는 배터리(100)의 양극 또는 음극에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
정상 상태 판단부(220)는 하나 이상의 시점에서 측정된 배터리(100)의 전압에 기초하여 배터리(100)가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정할 수 있다.
여기에서, 정상 상태는 배터리(100)의 충전 동작 또는 방전 동작이 일정 시간 간격 동안 지속되어, 일정한 시간 간격 마다 측정되는 배터리(100) 전압의 변화량이 일정하게 나타나는 상태를 의미할 수 있다.
이와 관련하여, 배터리(100)는 방전 동작이 수행되는 경우, 배터리(100)의 양극(Anode) 부근에서 리튬 이온의 농도가 점진적으로 증가하게 될 수 있으며, 배터리(100)는 방전 동작이 수행되는 시점으로부터 일정한 시간 간격이 경과되는 경우에, 배터리(100)의 양극(Anode)과 음극(Cathode) 부근의 리튬 이온의 농도가 일정한 농도 범위 내에 존재하도록 변할 수 있다.
이에 따라, 정상 상태 판단부(220)는 배터리(100) 전압의 변화량이 일정하게 나타나기 시작하는 시점을 정상 시점으로 설정할 수 있다.
특이 패턴 추출부(230)는 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출할 수 있다.
여기에서, 특이 패턴은 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴 중 전압의 변화량이 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 지점을 의미할 수 있으며, 특이 패턴은 배터리(100)에 흐르는 전류에 따른 방전량 또는 충전량에 대해, 사전에 설정되는 크기 간격으로 추출될 수 있다.
이때, 사전에 설정되는 임계 범위는 배터리(100)의 정상 상태에서 나타나는 전압의 변화량이 급격하게 변하는 패턴을 구분하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 특이 패턴은 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴 중 전압의 변화량이 이전에 산출된 전압의 변화량의 10%를 초과하는 지점으로 설정될 수 있다.
특이 패턴 비교부(240)는 사전에 마련되는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하여, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출할 수 있다.
여기에서, 기준 패턴은 이상적인 배터리(100)가 방전 동작 또는 충전 동작을 수행하는 과정에서 나타나는 전압의 변화를 나타내도록 마련될 수 있으며, 예를 들어, 기준 패턴은 정상 상태의 배터리(100)를 수회 이용하여 생성되는 전압의 변화를 나타내도록 설정될 수 있으며, 이는, 기준 패턴을 하나 이상의 배터리(100)를 이용하여 수행되는 실험에 의해 설정할 수도 있는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 기준 패턴은 회로 이론 등에 기초한 일련의 수식에 의해 마련될 수도 있다.
이때, 기준 패턴은 서로 다른 전류가 흐르는 배터리(100)에 대해 각각 생성될 수 있으며, 이러한 경우에, 특이 패턴 비교부(240)는 하나 이상의 기준 패턴과 특이 패턴을 각각 비교할 수도 있다.
한편, 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하는 것은 기준 패턴으로부터 복수개의 분할 구간을 추출하고, 추출된 분할 구간에서의 전압의 변화량과 특이 패턴에서의 전압의 변화량을 비교하는 것일 수 있다.
이때, 분할 구간은 특이 패턴과 동일한 방전량 또는 충전량으로 나타나도록 설정될 수 있으며, 이를 위해, 특이 패턴 비교부(240)는 특이 패턴 내의 인접한 두개의 정보를 추출하고, 추출된 두개의 정보를 이용하여 추출된 두개의 정보 사이의 정보를 산출할 수 있다.
이를 위해, 특이 패턴 비교부(240)는 임의의 두개의 표본 값 사이의 값을 산출하도록 마련되는 내삽(Interpolation) 기법을 이용할 수 있다.
한편, 특이 패턴 비교부(240)는 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 패턴으로부터 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 지점을 기점으로 기준 패턴과 특이 패턴의 비교를 수행할 수 있다.
여기에서, 시작 전압은 특이 패턴이 시작되는 지점에서의 전압을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 시작 전압은 배터리(100)가 방전 동작을 수행하는 경우에, 특이 패턴으로부터 나타나는 전압 중 가장 큰 전압을 의미할 수 있고, 시작 전압은 배터리(100)가 충전 동작을 수행하는 경우에, 특이 패턴으로부터 나타나는 전압 중 가장 작은 전압을 의미할 수도 있다.
이러한 경우에, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하는 과정에서 기준 패턴의 일부분만을 이용하여 비교를 수행하게 되므로 보다 빠른 비교가 가능한 효과가 발생할 수 있다.
이에 따라, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 패턴으로부터 추출된 분할 구간 중 특이 패턴과의 차이가 가장 작은 분할 구간을 매칭 영역으로서 추출할 수 있다.
이를 위해, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 패턴으로부터 추출된 분할 구간과 특이 패턴 간의 평균 제곱근 오차(RMSE: Root Mean Square Error)를 산출할 수 있으며, 이러한 경우에, 특이 패턴 비교부(240)는 산출된 평균 제곱근 오차의 값이 가장 작은 분할 구간을 매칭 영역으로서 추출할 수 있다.
이와 관련하여, 특이 패턴 비교부(240)는 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 초기화 지점과, 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성할 수 있다.
여기에서, 초기화 지점은 추출된 매칭 영역의 가장 처음 지점으로 설정될 수 있으며, 이러한 경우에, 초기화 지점은 추출된 매칭 영역으로부터 나타나는 전압의 크기가 가장 큰 지점, 또는 전압의 크기가 가장 작은 지점으로 설정될 수 있다.
이에 따라, 변화 정보는 매칭 영역이 추출된 기준 패턴에서, 초기화 지점과 초기화 지점에 인접한 지점 간의 전압 변화량을 나타내도록 생성될 수 있다.
특이 패턴 비교부(240)는 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되는 배터리(100)로부터 측정된 전압의 변화량과 변화 정보를 비교할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 전압의 변화량과 차이가 가장 작은 변화 정보를 결정할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 결정된 변화 정보에 따른 초기화 지점을 추출할 수 있다.
이를 위해, 저장부(270)는 변화 정보가 저장되도록 마련될 수 있으며, 이는, 저장부(270)에 서로 다른 매칭 영역에서의 변화 정보가 저장되는 데이터베이스가 마련되는 것으로 이해할 수 있다.
충전 상태 판단부(250)는 매칭 영역에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수 있다. 또한, 충전 상태 판단부(250)는 초기화 지점에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수도 있다.
이를 위해, 저장부(270)는 서로 다른 매칭 영역 또는 초기화 지점에 매칭되도록 임의의 충전 상태가 저장될 수 있으며, 이때, 서로 다른 매칭 영역 또는 초기화 지점에 매칭되는 충전 상태는 기준 패턴에 따라 각각의 매칭 영역 또는 초기화 지점에서 나타나는 배터리(100)의 방전량 또는 충전량에 의해 결정될 수 있다.
이와 관련하여, 충전 상태 판단부(250)는 초기화 지점에 매칭된 충전 상태가 추출되는 경우에, 배터리(100)로부터 측정된 전류가 적산되는 양을 나타내는 적산 정보를 초기화할 수 있고, 충전 상태 판단부(250)는 충전 상태가 추출된 시점으로부터, 배터리(100)에서 측정되는 전류를 적산하여 적산 정보를 갱신할 수 있으며, 충전 상태 판단부(250)는 적산 정보에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
여기에서, 충전 상태 판단부(250)는 배터리(100)의 전체 용량에 대해 적산 정보에 따른 방전량 또는 충전량의 비율에 따라 충전 상태를 산출할 수 있다.
출력부(260)는 충전 상태를 출력할 수 있다. 이때, 출력부(270)는 모니터 등의 디스플레이 기기를 통해 배터리(100)의 충전 상태를 출력할 수 있으며, 이러한 경우에, 출력부(270)는 배터리(100)의 충전 상태를 숫자, 문자 및 그림 형상 등 다양한 방식으로 출력할 수 있다.
도3 및 도4는 도2의 충전 상태 판단부에서 충전 상태를 판단하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도3을 참조하면, 측정부(210)는 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있으며, 정상 상태 판단부(220)는 하나 이상의 시점에서 측정된 배터리(100)의 전압에 기초하여 배터리(100)가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정할 수 있다.
이에 따라, 특이 패턴 추출부(230)는 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 사전에 마련되는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하여, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출할 수 있다.
이를 통해, 충전 상태 판단부(250)는 매칭 영역에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수 있으며, 출력부(260)는 충전 상태를 출력할 수 있다.
도4를 참조하면, 측정부(210)는 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있으며, 정상 상태 판단부(220)는 하나 이상의 시점에서 측정된 배터리(100)의 전압에 기초하여 배터리(100)가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정할 수 있다.
이에 따라, 특이 패턴 추출부(230)는 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 사전에 마련되는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하여, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출할 수 있다.
이때, 특이 패턴 비교부(240)는 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 초기화 지점과, 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성할 수 있다.
이러한 경우에, 특이 패턴 비교부(240)는 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되는 배터리(100)로부터 측정된 전압의 변화량과 변화 정보를 비교할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 전압의 변화량과 차이가 가장 작은 변화 정보를 결정할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 결정된 변화 정보에 따른 초기화 지점을 추출할 수 있다.
이를 위해, 저장부(270)는 변화 정보가 저장되도록 마련될 수 있으며, 이는, 저장부(270)에 서로 다른 매칭 영역에서의 변화 정보가 저장되는 데이터베이스가 마련되는 것으로 이해할 수 있다.
이에 따라, 충전 상태 판단부(250)는 매칭 영역에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수 있다. 또한, 충전 상태 판단부(250)는 초기화 지점에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단할 수도 있으며, 출력부(260)는 충전 상태를 출력할 수 있다.
도5는 도2의 정상 상태 판단부에서 정상 상태를 판단하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도5를 참조하면, 배터리(100)로부터 측정되는 전압(OCV), 2.5 C의 전하에 따른 전류가 흐르는 배터리(100)로부터 측정되는 전압 및 0.5C의 전하에 따른 전류가 흐르는 배터리(100)로부터 측정되는 전압의 변화 패턴을 확인할 수 있다.
이와 같이, 정상 상태는 배터리(100)의 충전 동작 또는 방전 동작이 일정 시간 간격 동안 지속되어, 일정한 시간 간격 마다 측정되는 배터리(100) 전압의 변화량이 일정하게 나타나는 상태를 의미할 수 있다.
도6은 도2의 특이 패턴 추출부에서 특이 패턴을 추출하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
이와 같이, 여기에서, 특이 패턴은 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴 중 전압의 변화량이 사전에 설정되는 임계 범위를 벗어나는 지점을 의미할 수 있다.
이때, 특이 패턴 비교부(240)는 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 패턴으로부터 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출할 수 있으며, 특이 패턴 비교부(240)는 기준 지점을 기점으로 기준 패턴과 특이 패턴의 비교를 수행할 수 있다.
도7은 도2의 특이 패턴 비교부에서 특이 패턴을 비교하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
이와 같이, 특이 패턴 비교부(240)는 사전에 마련되는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하여, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출할 수 있다.
이때, OCV 그래프에서 점선으로 강조된 부분이 특이 패턴인 것으로 이해할 수 있으며, 140A 및 200A 그래프에서 점선으로 강조된 부분이 각각의 기준 패턴에서 특이 패턴과 가장 유사한 영역인 것으로 이해할 수 있다.
도8 및 도9는 도2의 특이 패턴 추출부에서 초기화 지점을 설정하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도8의 사각 형상의 칸은 정상 상태에서 나타나는 전압의 변화량이 급격하게 변하는 패턴을 나타내는 영역으로 이해할 수 있다.
또한, 도9를 참조하면, 매칭 영역이 추출된 기준 패턴에서, 초기화 지점과 초기화 지점에 인접한 지점 간의 전압 변화량을 나타내도록 생성되는 변화 정보의 일 실시예를 확인할 수 있다.
이와 같이, 특이 패턴 비교부(240)는 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정할 수 있고, 특이 패턴 비교부(240)는 초기화 지점과, 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성할 수 있다.
도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태 판단 방법은 도 1에 도시된 충전 상태 판단 장치(200)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 충전 상태 판단 장치(200)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
충전 상태 판단 방법은 배터리의 전압을 측정하는 단계(600), 정상 시점을 설정하는 단계(610), 특이 패턴을 추출하는 단계(620), 매칭 영역을 추출하는 단계(630), 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계(640) 및 충전 상태를 출력하는 단계(650)를 포함할 수 있다.
배터리의 전압을 측정하는 단계(600)는 측정부(210)가 배터리(100)의 전압을 측정하는 단계일 수 있다.
정상 시점을 설정하는 단계(610)는 정상 상태 판단부(220)가 하나 이상의 시점에서 측정된 배터리(100)의 전압에 기초하여 배터리(100)가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정하는 단계일 수 있다.
특이 패턴을 추출하는 단계(620)는 특이 패턴 추출부(230)가 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하는 단계일 수 있다.
매칭 영역을 추출하는 단계(630)는 특이 패턴 비교부(240)가 사전에 마련되는 기준 패턴과 특이 패턴을 비교하여, 기준 패턴으로부터 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하는 단계일 수 있다.
배터리의 충전 상태를 판단하는 단계(640)는 충전 상태 판단부(250)가 매칭 영역에 따라 배터리(100)의 충전 상태를 판단하는 단계일 수 있다.
충전 상태를 출력하는 단계(650)는 출력부(260)가 충전 상태를 출력하는 단계일 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리
200: 충전 상태 판단 장치

Claims (8)

  1. 배터리의 전압을 측정하는 측정부;
    하나 이상의 시점에서 측정된 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 배터리가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정하는 정상 상태 판단부;
    상기 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하는 특이 패턴 추출부;
    사전에 마련되는 기준 패턴과 상기 특이 패턴을 비교하여, 상기 기준 패턴으로부터 상기 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하는 특이 패턴 비교부;
    상기 매칭 영역에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 충전 상태 판단부; 및
    상기 충전 상태를 출력하는 출력부;를 포함하고,
    상기 특이 패턴 비교부는,
    상기 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정하고, 상기 초기화 지점과, 상기 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 상기 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성하고,
    측정된 전압의 변화량과 상기 변화 정보를 비교하고, 상기 전압의 변화량과 차이가 가장 작은 변화 정보를 결정하며, 결정된 변화 정보에 따른 초기화 지점을 추출하는, 충전 상태 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특이 패턴 비교부는,
    상기 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출하고, 상기 기준 패턴으로부터 상기 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출하며, 상기 기준 지점을 기점으로 상기 기준 패턴과 상기 특이 패턴의 비교를 수행하는, 충전 상태 판단 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 배터리의 전류를 더 측정하고,
    상기 충전 상태 판단부는,
    상기 초기화 지점에 매칭된 충전 상태가 추출되는 경우, 상기 배터리로부터 측정된 전류가 적산되는 양을 나타내는 적산 정보를 초기화하고, 상기 충전 상태가 추출된 시점으로부터 측정되는 전류를 적산하여 상기 적산 정보를 갱신하며, 상기 적산 정보에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는, 충전 상태 판단 장치.
  6. 정상 상태에서의 특이 패턴을 이용하는 충전 상태 판단 장치에서의 충전 상태 판단 방법에 있어서,
    측정부가 배터리의 전압을 측정하는 단계;
    정상 상태 판단부가 하나 이상의 시점에서 측정된 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 배터리가 정상 상태로 동작하는 시점인 정상 시점을 설정하는 단계;
    특이 패턴 추출부가 상기 정상 시점 이후에 측정된 전압의 변화 패턴을 분석하여 특이 패턴을 추출하는 단계;
    특이 패턴 비교부가 사전에 마련되는 기준 패턴과 상기 특이 패턴을 비교하여, 상기 기준 패턴으로부터 상기 특이 패턴에 매칭되는 영역인 매칭 영역을 추출하는 단계;
    충전 상태 판단부가 상기 매칭 영역에 따라 상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계; 및
    출력부가 상기 충전 상태를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 매칭 영역을 추출하는 단계는,
    상기 매칭 영역에 나타나는 임의의 지점을 임의의 충전 상태를 나타내는 초기화 지점으로 설정하고, 상기 초기화 지점과, 상기 초기화 지점에 인접하는 하나 이상의 지점을 이용하여 상기 전압의 변화량을 나타내도록 하나 이상의 변화 정보를 생성하고,
    측정된 전압의 변화량과 상기 변화 정보를 비교하고, 상기 전압의 변화량과 차이가 가장 작은 변화 정보를 결정하며, 결정된 변화 정보에 따른 초기화 지점을 추출하는, 충전 상태 판단 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 매칭 영역을 추출하는 단계는,
    상기 특이 패턴 내에 설정되는 시작 지점의 전압인 시작 전압을 추출하고, 상기 기준 패턴으로부터 상기 시작 전압과 가장 인접한 전압이 나타나는 지점인 기준 지점을 추출하며, 상기 기준 지점을 기점으로 상기 기준 패턴과 상기 특이 패턴의 비교를 수행하는, 충전 상태 판단 방법.
  8. 삭제
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