KR20180031205A

KR20180031205A - 배터리 테스트 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180031205A
Application number: KR1020160119292A
Authority: KR
Inventors: 서세욱
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-03-28
Also published as: US20180080990A1; KR102032505B1; US10718814B2

Abstract

본 발명은 배터리 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치는, 배터리의 프로파일 데이터를 저장하도록 구성된 메모리부; 상기 배터리의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일-상기 특정일은 상기 배터리의 수명 초기 이후의 시점임-을 지정하는 신호를 수신하도록 구성된 인터페이스부; 및 상기 메모리부 및 상기 인터페이스부와 통신 가능하도록 연결되는 프로세서;를 포함한다. 상기 프로파일 데이터는, 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 제1 룩업 테이블; 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리의 등가 회로로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압들과 개로 전압들이 기록된 제2 룩업 테이블; 및 사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 제3 룩업 테이블;을 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 제1 룩업 테이블, 제2 룩업 테이블 및 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측한다.

Description

배터리 테스트 장치 및 방법{Apparatus and method for testing a battery}

본 발명은 배터리 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 퇴화에 따른 미래의 성능을 예측하는 장치 및 방법에 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 이온 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이온 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

따라서, 배터리를 가능한 오래 사용하기 위해서는 과냉, 과열, 과충전, 과방전 등 배터리의 수명 악화를 가속화하는 상황으로부터 배터리를 보호하는 것이 요구된다. 이를 위해, BMS(Battery Management System)에는 충전 종지 전압, 종지 전압 등이 설정된다. 예컨대, BMS는 배터리의 단자 전압이 종지 전압에 도달하면, 배터리와 연결된 전류 경로를 차단하여, 배터리가 더 이상 방전되지 않도록 제어할 수 있다.

그런데, 배터리는 자가 방전 및/또는 충방전 횟수의 증가 등에 따라 전기화학적 반응에 관여하는 화학물질의 비가역적인 소실 즉, 퇴화가 진행되며, 이에 따라 주요한 두 가지 현상이 일어난다. 이 중 하나는 내부 저항의 증가이고, 다른 하나는 실제 용량의 감소이다.

특히, 제조 직후의 초기 내부 저항으로부터 배터리의 실제 내부 저항이 점차 증가함에 따라, 종지 전압 역시 증가한다. 구체적으로, 배터리가 수명 초기(BOL: Beginning Of Life)에 있는 동안에는 배터리의 실제 종지 전압과 초기 종지 전압 간의 차이가 무시할 수 있는 정도로 작으나, 배터리가 수명 중기(MOL: Middle Of Life)로 접어들면서 그 차이는 더 이상 무시해서는 안 될 정도로 커지게 된다.

따라서, 배터리의 퇴화 정도에 따라 종지 전압을 적절히 조절할 필요가 있다. 이를 위해, 배터리의 수명이 다할 때까지 사이클 카운트(cycle count)를 증가시키면서 주기적으로 종지 전압을 기록하고, 그 결과를 동일 사양의 배터리의 종지 전압을 예측하는 데에 활용하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 이때, 배터리는 충방전의 횟수를 나타내는 지표인 사이클 카운트는 배터리로부터 설계 용량만큼이 방전될때마다 1씩 증가된 값을 가질 수 있다.

하지만, 위와 같은 방법은 실제 충방전 실험이 필수적인 것이어서, 긴 시간이 요구되고, 실험 진행을 위한 전력 소모가 크다는 문제가 있다. 예컨대, 설계 용량이 2000mAh인 배터리의 사이클 카운트를 1년 당 200씩 증가시키도록 실험을 진행할 경우, 사이클 카운트가 1000에 도달한 때의 종지 전압을 알기 위해서는 5년이 요구되며, 실험 조건을 조절하더라도 상당한 기간이 소요될 뿐만 아니라, 배터리를 1000회 충전하기 위해 약 2000Ah에 대응하는 전기 에너지가 낭비된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수명 초기에 있는 배터리에 대해 진행된 실제 테스트 결과를 기초로, 미래의 특정일의 성능을 예측하는 장치 및 방법을 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.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.

본 발명의 일 측면에 따른 테스트 장치는, 배터리의 프로파일 데이터를 저장하도록 구성된 메모리부; 상기 배터리의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일-상기 특정일은 상기 배터리의 수명 초기 이후의 시점임-을 지정하는 신호를 수신하도록 구성된 인터페이스부; 및 상기 메모리부 및 상기 인터페이스부와 통신 가능하도록 연결되는 프로세서;를 포함한다. 상기 프로파일 데이터는, 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 제1 룩업 테이블; 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리의 등가 회로로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압들과 개로 전압들이 기록된 제2 룩업 테이블; 및 사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 제3 룩업 테이블;을 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 제1 룩업 테이블, 제2 룩업 테이블 및 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측한다.

상기 프로세서는, 상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 미리 정해진 초기 종지 전압에 대응하는 제1 개로 전압에 연관된 제1 SOC를 선택한다. 또한, 상기 프로세서는, 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제1 SOC에 연관된 폐로 전압과 제2 개로 전압을 선택한다. 또한, 상기 프로세서는, 상기 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일에 대응하는 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택한다. 또한, 상기 폐로 전압, 제2 개로 전압 및 저항 증가율을 기초로, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측한다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 저항 증가율을 이용하여, 상기 폐로 전압과 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산하고, 상기 전압 증가분과 상기 제2 개로 전압의 합에 대응하는 제3 개로 전압을 연산하며, 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제3 개로 전압에 연관된 제2 SOC를 선택하고, 상기 제2 SOC를 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC로 설정할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 하기의 수학식 1:

[수학식 1]

OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S}} + OCV_sim _{_1}

을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산할 수 있다. 수학식 1에서, CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압을 나타낸다.

또한, 상기 프로세서는, 과거 소정 기간 동안의 상기 배터리의 사용 이력에 대응하는 보상 계수를 연산하고, 상기 저항 증가율과 함께 상기 보상 계수을 더 이용하여, 상기 전압 증가분을 연산할 수 있다.

이때, 상기 사용 이력은, 과냉, 과열, 과충전 및 과방전 중 적어도 하나의 발생 횟수 또는 유지 시간을 포함할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 하기의 수학식 2:

[수학식 2]

OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S} Х F_C} + OCV_sim _{_1}

을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산할 수 있다. 수학식 2에서, CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, F_C는 상기 보상 계수, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압을 나타낸다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일의 하한 SOC에 연관된 제4 개로 전압을 선택하고, 상기 제4 개로 전압을 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 종지 전압으로 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 테스트 방법은, 배터리의 프로파일 데이터를 저장하는 단계; 상기 배터리의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일-상기 특정일은 상기 배터리의 수명 초기 이후의 시점임-을 지정하는 신호를 수신하는 단계; 및 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는 단계;를 포함한다. 이 경우, 상기 프로파일 데이터는, 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 제1 룩업 테이블; 상기 수명 초기에 있는 상기 배터리의 등가 회로로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압들과 개로 전압들이 기록된 제2 룩업 테이블; 및 사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 제3 룩업 테이블;을 포함한다.

또한, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는 단계는, 상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 미리 정해진 초기 종지 전압을 나타내는 제1 개로 전압에 연관된 제1 SOC을 선택하는 단계; 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제1 SOC에 연관된 폐로 전압과 제2 개로 전압을 선택하는 단계; 상기 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일에 대응하는 어느 한 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택하는 단계; 상기 저항 증가율을 이용하여, 상기 폐로 전압과 상기 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산하는 단계; 상기 전압 증가분과 상기 제2 개로 전압의 합에 대응하는 제3 개로 전압을 연산하는 단계; 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제3 개로 전압에 연관된 제2 SOC를 선택하는 단계; 및 상기 제2 SOC를 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC로 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 개로 전압을 연산하는 단계는,

하기의 수학식 1:

[수학식 1]

을 이용하되, CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압을 나타낼 수 있다.

또한, 과거 소정 기간 동안의 상기 배터리의 사용 이력에 대응하는 보상 계수를 연산하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전압 증가분을 연산하는 단계는, 상기 저항 증가율과 함께 상기 보상 계수를 이용하여, 상기 폐로 전압과 상기 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산할 수 있다.

또한, 상기 제3 개로 전압을 연산하는 단계는,

하기의 수학식 2:

[수학식 2]

을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산하되, CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_{sim_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, F_C는 상기 보상 계수, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압을 나타낼 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 수명 초기에 있는 배터리에 대해 진행된 실제 테스트의 결과를 기초로, 수명 초기를 벗어난 미래의 특정일에 배터리의 성능을 예측할 수 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 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 실시예에 따른 배터리 테스트 장치의 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리의 전기화학적 특성을 모사하도록 모델링된 예시적인 등가회로를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치의 동작을 설명하는 데에 참조되는 개로 전압 프로파일을 단순화하여 보여준다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치가 배터리의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 데에 활용하는 룩업 테이블들을 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치가 배터리의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테스트 장치가 배터리의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치에 의해 실행되는 프로세스의 단계들을 보여주는 순서도이다.

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.

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 <제어 유닛>과 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.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 테스트 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 테스트 장치(10)의 구성을 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 테스트 장치(10)는, 전압 검출부(101), 온도 검출부(102), 전류 검출부(103), 메모리부(104), 프로세서(105), 인터페이스부(106), 충방전 회로(107) 및 전류 검출 저항(108)를 포함할 수 있다. 이때, 배터리(100)의 양단은 충방전 회로(107)에 연결될 수 있다.

전압 검출부(101)는 프로세서(105)의 명령에 응답하여, 주기적으로 배터리의 단자 전압을 측정하여 프로세서(105)로 출력한다. 전압 검출부(101)는 배터리의 단자 전압을 측정하기 위한 전압 측정 회로를 포함한다. 전압 측정 회로는 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 회로를 사용한다.

온도 검출부(102)는 프로세서(105)의 명령에 응답하여, 주기적으로 배터리 온도를 측정하여 프로세서(105)로 출력한다. 온도 검출부(102)는 공지된 다양한 온도 측정 소자 중 적어도 하나를 포함한다.

전류 검출부(103)는 프로세서(105)의 명령에 응답하여, 주기적으로 전류 검출 저항(108)을 통해 흐르는 전류를 측정하여 프로세서(105)로 출력한다. 전류 검출부(103)에 의해 측정되는 전류는 충전 전류 또는 방전 전류이다.

메모리부(104)는 전압 검출부(101), 온도 검출부(102) 및 전류 검출부(103)에 의해 측정된 배터리 전압, 온도 및 전류 데이터를 저장할 수 있다.

또한, 메모리부(104)는 후술하는 각종 룩업 테이블을 저장한다. 나아가 메모리부(104)는 프로세서(105)가 동작하는데 필요한 프로그램과 배터리의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 프로세스에서 발생되는 다양한 연산 결과값과 사전에 필요한 데이터를 저장한다. 메모리부(104)는 하드웨어적으로, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

인터페이스부(106)는 프로세서(105)와 전기적으로 연결되어, 프로세서(105)로부터 제공되는 신호에 대응하는 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 출력할 수 있다. 이를 위해, 인터페이스부(106)는 디스플레이 장치 및/또는 오디오 장치를 포함할 수 있다.

또한, 인터페이스부(106)는 사용자로부터의 명령을 수신하기 위한 입력 장치를 포함한다. 예컨대, 키보드, 터치스크린, 마이크, 카메라 등이 입력 장치로 사용될 수 있다. 입력 장치는 배터리(100)의 퇴화에 따른 성능을 예측하고자 하는 미래의 특정일을 지정하는 신호를 사용자로부터 입력받을 수 있다.

프로세서(105)는 전압 검출부(101), 온도 검출부(102) 및 전류 검출부(103)를 제어하여 주기적으로 측정된 전압, 온도 및 전류를 나타내는 데이터를 메모리부(104)에 저장할 수 있다. 프로세서(105)에는 RTC(Real Time Clock)이 내장되어, 배터리(100)로부터 측정된 전압, 온도 및 전류 중 적어도 하나가 그것에 연관되어 미리 정해진 적정 범위를 벗어난 상태로 경과된 시간을 측정하고, 측정된 시간을 메모리부(104)에 기록할 수 있다.

또한, 프로세서(105)는 충방전 회로(107)를 제어하여, 배터리(100)가 시간에 따라 미리 정해진 방식으로 충전 또는 방전되도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(105)는 충방전 회로(107)가 0.5C의 정전류를 배터리(100)에 공급하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(105)는 인터페이스부(106)로부터 전송된 상기 특정일에 대한 배터리(100)의 성능 예측 프로세스를 수행하는 과정에서 발생되는 다양한 연산 결과값을 메모리부(104)에 저장한다.

아울러, 프로세서(105)는 예측된 배터리의 성능을 나타내는 정보를 인터페이스부(106)를 통해 시각적 및/또는 청각적 형태로 외부에 출력한다.

프로세서(105)는 하드웨어적으로 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

배터리(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능하고 충전상태를 고려해야 하는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드늄 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등으로 구성할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 구성요소들 중, 메모리부(104), 프로세서(105) 및 인터페이스부(106)를 제외한 구성요소는 테스트 장치(10)로부터 생략될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리(100)의 전기화학적 특성을 모사하도록 모델링된 예시적인 등가회로(200)를 보여준다.

도 2를 참조하면, 등가회로(200)는, 수명 초기(BOL)에 있는 배터리(100)의 전기화학적 특성을 모사하도록 모델링되는 것으로서, 기본적으로 전압원(210), 제1 저항(221), 제2 저항(222) 및 커패시터(230)를 포함하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 전압원(210)은 배터리(100)의 개로 전압(open circuit voltage)을 나타내는 것이고, 제1 저항(221)은 배터리(100)의 내부 저항에 대응하는 저항값을 나타내는 것이다. 또한, 제2 저항(222)과 커패시터(230)는 상호 병렬 연결되어, 각각 배터리(100)의 충방전에 따른 확산 저항값과 확산 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 전압원(210)의 전압은 SOC에 따라 비선형적으로 변화할 수 있다. 또한, 제1 저항(221)의 저항값, 제2 저항(222)의 저항값 및 커패시터(230)의 커패시턴스는 SOC에 따라 달라지는 것들이다.

도 2에 도시된 등가회로(200)의 시뮬레이션에 요구되는 데이터, 프로그램 및 각종 변수는 후술할 성능 예측 프로세스의 수행에 앞서서 메모리부(104)에 미리 저장될 수 있다.

물론, 배터리(100)의 전기화학적 특성을 모사하도록 모델링된 등가 회로가 도 2에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 그 밖에 다양한 형태로 변형 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(10)의 동작을 설명하는 데에 참조되는 개로 전압 프로파일을 단순화하여 보여준다. 도 3에서, 배터리(100)의 개로 전압 프로파일은 수명 초기에 대한 것이다. 본 발명에서 배터리(100)가 수명 초기에 있다는 것은, 사이클 카운트가 미리 정해진 값(예, 200)에 도달하기 전이라는 것을 의미한다. 예컨대, 사이클 카운트가 0~199 내에 있는 상태를 수명 초기, 사이클 카운트가 200~799 내에 있는 상태를 수명 중기, 사이클 카운트가 800 이상인 상태를 수명 말기(EOL: End Of Life)로 구분할 수 있다.

물론, 수명 초기, 수명 중기 및 수명 말기를 서로 구별하기 위한 사이클 카운트는 배터리(100)의 사양 및/또는 사용될 환경 등에 따라 적절히 정해질 수 있다.

도 3를 참조하면, 소정의 전류율(예, 0.5C) 방전 시, 시간에 따른 배터리(100)의 개로 전압 프로파일(OCV_exp)과 등가회로(200)의 개로 전압 프로파일(OCV_sim)을 확인할 수 있다. 여기서, 배터리(100)의 개로 전압 프로파일(OCV_exp)은 배터리(100)로부터 실제 측정된 것이고, 등가회로(200)의 개로 전압 프로파일(OCV_sim)은 시뮬레이션을 통해 획득된 것이다.

우선, 배터리(100)의 개로 전압 프로파일(OCV_exp)을 살펴보면, 초기 종지 전압(V_{T_i}) 근처에서 급격한 전압 강하가 발생한다. 초기 종지 전압이란, 배터리(100)가 수명 초기에 있는 동안의 종지 전압을 칭하는 것으로서, 그 값을 나타내는 데이터는 메모리부(104)에 미리 저장되어 있을 수 있다.

이와 대조적으로, 등가회로(200)의 개로 전압 프로파일(OCV_sim)은 배터리(100)의 전압이 초기 종지 전압(V_{T_i})에 도달하기 전후로 상대적으로 작은 폭의 전압 강하만이 나타난다. 이는, 등가회로(200)가 배터리(100)의 실제 전기화학적 특성을 완벽히 모사하지는 못하기 때문이다. 등가회로(200)의 구성을 보다 정밀히 모델링한다면 배터리(100)의 전기화학적 특성에 보다 가까워질 수는 있으나, 회로 모델링이 복잡해져 시뮬레이션을 위한 연산량이 과도해질 뿐만 아니라, 추가적인 시간과 비용이 투입되어야 한다는 한계가 있다.

이에, 본 발명의 발명자는 수명 초기에 있는 배터리(100)와 그 등가회로(200) 간의 상대적 관계를 기초로, 수명 초기를 벗어난(즉, 퇴화된) 배터리(100)의 성능을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(10)가 배터리(100)의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 데에 활용하는 룩업 테이블들을 예시한다.

도 4는 제1 룩업 테이블(LUT1)을 예시한다. 제1 룩업 테이블(LUT1)은 수명 초기에 있는 배터리(100)로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 데이터 구조를 가진다. 즉, 제1 룩업 테이블(LUT1)은 수명 초기에 있는 배터리(100)의 OCV-SOC 커브를 정의한다. 여기서, OCV는 open circuit volatge의 약자로서 개로 전압을 의미한다.

SOC(Stage of Charge)란, 배터리(100)의 충전 상태를 나타내는 것으로서, 설계 용량에 대한 현재의 잔존 용량을 %로 표현되기도 한다. 예컨대, 설계 용량이 2000mAh이고, 잔존 용량이 1000mAh인 경우, 배터리(100)의 SOC는 50%로 산출될 것이다.

프세세서(105)는 제1 룩업 테이블(LUT1)을 참조하여, 특정 개로 전압에 연관된 SOC를 획득하거나, 특정 SOC에 연관된 개로 전압을 획득할 수 있다. 이때, 제1 룩업 테이블(LUT1)에 기록된 개로 전압의 최대값과 최대값 사이에는 상기 초기 종지 전압이 포함될 수 있다.

프로세서(105)는 배터리(100)의 전압, 전류 및 온도를 기초로 배터리(100)의 SOC를 연산하고, 연산된 SOC를 그에 대응하는 개로 전압과 연관시켜 메모리부(104)에 저장할 수 있다. 현재 SOC를 추정하는 다양한 기법이 널리 공지되어 있는바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 제2 룩업 테이블(LUT2)을 예시한다. 제2 룩업 테이블(LUT2)은 도 2에 도시된 것과 같은 등가회로(200)로부터 SOC 별로 획득된 개로 전압들이 기록된 데이터 구조를 가진다. 즉, 제2 룩업 테이블(LUT2)은 등가회로(200)의 OCV-SOC 커브를 정의한다. 제1 룩업 테이블(LUT1)과 마찬가지로, 프로세서(105)는 제2 룩업 테이블(LUT2)을 참조하여, 각 개로 전압에 연관된 SOC를 획득하거나, 각 SOC에 연관된 개로 전압을 획득할 수 있다.

비록 도시하지는 않았으나, 제2 룩업 테이블(LUT2)에는 등가회로(200)로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압(CCV: Closed Circuit Voltage)들이 더 기록될 수 있다. 이 경우, 제2 룩업 테이블(LUT2)은 등가회로(200)의 OCV-SOC 커브뿐만 아니라, CCV-SOC 커브를 정의할 수 있다. 동일한 SOC에 대한 CCV와 OCV 간의 차이는, 등가 회로(200)에 포함된 저항들(221, 222)에 의한 IR 드롭 현상에 의해 발생하는 것이다. 도 3과 같이 방전 시, SOC 별로 OCV가 CCV보다 크다는 것은 당업자에게 자명한 것이므로, 구체적인 생략은 생략한다.

도 6은 제3 룩업 테이블(LUT3)을 예시한다. 제3 룩업 테이블(LUT3)은 사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 데이터 구조를 가진다. 전술한 바와 같이, 배터리(100)는 퇴화에 따라 내부 저항은 초기 저항으로부터 점차적으로 증가한다. 초기 저항은 배터리(100)의 제조 직후의 내부 저항을 나타내는 것일 수 있다.

또한, 배터리(100)의 퇴화는 반복적인 충방전 등에 의한 것인바, 배터리(100)의 일반적인 사용 환경을 가정한 미리 정해진 실험 환경 하에서 배터리(100)와 동일한 사양인 배터리(100)의 사이클 카운트를 증가시키면서 내부 저항을 측정하고, 측정된 내부 저항을 사이클 카운트에 연관시켜 기록할 수 있다. 또는, 사용 기간별 저항 증가율은, 사전 실험 대신 사용자에 의해 적절히 정해지는 것일 수 있다.

상기 저항 증가율은 초기 저항을 기준으로 내부 저항의 상대적 비율을 나타내는 값으로서, 아래의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다.

[수학식 1]

ΔR_D _{_S} = (R_S - R_i)/R_i Х 100[%]

수학식 1에서, R_i는 초기 저항, R_S은 내부 저항, ΔR_D _{_S}는 저항 증가율을 나타낸다. 예컨대, ΔR_D _{_S}가 20%라는 것은, 배터리(100)의 퇴화에 따라 내부 저항이 초기 저항의 1.2배가 되었음을 의미한다. 내부 저항을 측정하는 기법은 이미 널리 공지된 것인바, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이때, 단위 기간 당 평균적인 충방전 횟수를 미리 정한다면, 사이클 카운트를 사용 기간으로 환산하는 것이 가능하다. 예컨대, 1년 당 사이클 카운트가 100씩 증가하는 것으로 정해진 상태라면, 배터리(100)의 사용 기간이 7년이 되는 시점의 사이클 카운트는 700에 이를 것임을 예상할 수 있다. 또한, 사이클 카운트별 내부 저항은 사전 실험을 통해 이미 알고 있으므로, 배터리(100)의 다양한 사용 기간과 저항 증가율 간의 관계를 정의하는 제3 룩업 테이블(LUT3)을 생성하는 것이 가능하다.

도 6에는 사용 기간이 연(year) 단위로 구분되도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 월/일/시/분/초 등으로 보다 세분화될 수도 있음을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 도 4 내지 도 6에 도시된 룩업 테이블들은, 배터리(100)의 퇴화에 따른 특정일의 성능을 예측하는 프로세스의 실행에 앞서서 메모리부(104)에 미리 저장된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(10)가 배터리(100)의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 먼저 프로세서(105)는 인터페이스부(106)를 통해 배터리(100)의 퇴화에 따른 성능(예, 하한 SOC)를 예측하고자 하는 미래의 특정일을 지정하는 신호를 수신한다. 이하에서는, 지정된 특정일이 배터리(100)의 제조 일자로부터 7년 후인 것으로 가정한다.

프로세서(105)는 메모리부(104)로부터 제1 룩업 테이블(LUT1)을 로딩한다. 프로세서(105)는 로딩된 제1 룩업 테이블(LUT1)을 참조하여, 배터리(100)의 초기 종지 전압과 동일한 제1 개로 전압에 연관된 SOC를 선택한다. 이하에서는, 초기 종지 전압이 2.500V인 것으로 가정한다.

프로세서(105)는 제1 룩업 테이블(LUT1)의 OCV들을 검색하여, 초기 종지 전압인 2.5000V에 가장 가까운 제1 개로 전압에 연관된 SOC인 5.8430%를 선택한다. 이때, 제1 룩업 테이블(LUT1)로부터 선택된 SOC인 5.8430%가 바로 수명 초기에 있는 배터리(100)의 하한 SOC를 나타내는 것일 수 있다.

다음, 프로세서(105)는 메모리부(104)로부터 제2 룩업 테이블(LUT2)을 로딩한다. 프로세서(105)는 로딩된 제2 룩업 테이블(LUT2)을 참조하여, 제1 룩업 테이블(LUT1)로부터 선택된 SOC인 5.8430%에 연관된 폐로 전압인 3.3381V와 제2 개로 전압인 3.4216V를 선택한다.

또한, 프로세서(105)는 메모리부(104)로부터 제3 룩업 테이블(LUT3)을 로딩한다. 프로세서(105)는 로딩된 제3 룩업 테이블(LUT3)을 참조하여, 특정일에 대응하는 어느 한 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택한다. 일 예로, 배터리(100)의 제조 일자가 2016년 1월 1일이고 상기 특정일이 2017년 1월 1일인 경우, 특정일과 제조 일자 간의 차이는 1년이므로, 프로세서(105)는 1년의 사용 기간에 연관된 저항 증가율인 5%를 선택할 수 있다.

이후, 제2 룩업 테이블(LUT2)에서 선택된 폐로 전압 3.3381V과 제2 개로 전압 3.4216V 및 제3 룩업 테이블(LUT2)에서 선택된 저항 증가율 5%를 기초로, 상기 특정일의 하한 SOC를 예측할 수 있다.

프로세서(105)는 저항 증가율 5%를 이용하여, 폐로 전압 3.3381V와 제2 개로 전압 3.4216V 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산할 수 있다. 상기 전압 증가분은, 배터리(100)의 초기 저항 대비 내부 저항의 증가분만큼 등가회로(200)의 개로 전압 프로파일(OCV_sim)을 적어도 부분적으로 보정하기 위한 파마리터로서, 옴의 법칙에 근거하는 것이다. 프로세서(105)는 전압 증가분의 연산이 완료되면, 상기 전압 증가분만큼 제2 개로 전압을 보상하여 제3 개로 전압을 연산할 수 있다.

일 예로, 제3 개로 전압은 아래의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다.

[수학식 2]

CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 제3 개로 전압을 나타낸다.

전술한 가정 하에서, CCV_sim = 3.3381V, OCV_sim _{_1} = 3.4216V, ΔR_D _{_S} = 5%인바, 이를 수학식 2에 대응하면, ΔV = 0.004175V ≒ 0.0042V이고, OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1} ≒ 3.4258V가 된다.

프로세서(105)는 제3 개로 전압의 연산이 완료되면, 제2 룩업 테이블(LUT2)로부터 제3 개로 전압인 3.4258V에 연관된 SOC를 선택한다. 도 5를 참조하면, 프로세서(105)에 의해 제2 룩업 테이블(LUT2)로부터 선택되는 SOC는 5.8784%일 것이다. 제2 룩업 테이블(LUT2)로부터 선택된 5.8784%가 바로 상기 특정일의 하한 SOC로 예측된 값이다. 이는, 수명 초기의 하한 SOC인 5.8430%보다 약 0.0354%포인트만큼 증가한 상태이다. 전술한 바와 같이, BMS는 배터리(100)의 충전 상태가 하한 SOC에 이르면, 배터리(100)의 전류 경로를 차단한다. 본 발명에 따른 테스트 장치(10)는 배터리(100)의 퇴화에 따라 하한 SOC를 점차적으로 증가시킬 수 있으므로, 배터리(100)의 과방전을 방지함과 아울러 갑작스런 전원 차단을 방지할 수 있다.

또한, 테스트 장치(10)는 제1 룩업 테이블(LUT1)을 참조하여, 상기 특정일의 하한 SOC로 예측된 5.8784%에 연관된 제4 개로 전압인 2.537V를 상기 특정일의 종지 전압으로 설정할 수 있다. 이는, 초기 종지 전압 2.5000V보다 약 0.037V 증가한 것으로서, 배터리(100)의 퇴화에 따른 내부 저항의 증가를 잘 반영하고 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테스트 장치(10)가 배터리(100)의 퇴화에 따른 성능을 예측하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하여 설명할 실시예는, 도 7을 참조하여 전술한 실시예와 비교할 때, 테스트 장치(10)가 배터리(100)의 사용 이력을 더 기초로 상기 특정일의 하한 SOC를 예측한다는 점에서 주요한 차이가 있다. 이해를 돕기 위해, 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는 데에 이용되는 저항 증가율, 폐로 전압 및 제2 개로 전압은 도 7에서와 동일한 것으로 가정한다.

사용 이력에는, 단위 주기(예, 단일 사이클 카운트) 당 과냉, 과열, 과충전 및 과방전 중 적어도 하나의 발생 횟수 및/또는 유지 시간을 포함한다. 예를 들어, 1 사이클 당 과열 횟수가 높을수록, 배터리(100)가 가혹하게 사용되었다는 것을 의미한다. 다른 예를 들어, 1 사이클 당 과충전 상태로 유지된 시간이 길수록, 배터리(100)가 가혹하게 사용되었다는 것을 의미한다.

배터리(100)의 과냉 및 과열 여부를 판정하기 위한 상한 온도 및 하한 온도를 정의하는 데이터는 메모리부(104)에 미리 저장될 수 있다. 또한, 배터리(100)의 과방전 및 과충전 여부를 판정하기 위한 종지 전압 및 상한 전압을 정의하는 데이터 역시 메모리에 미리 저장될 수 있다.

이때, 보상 계수는 수명 초기에 있는 배터리(100)의 과거 소정 기간 동안의 사용 이력에 대응하는 것으로서, 배터리(100)가 어느 정도로 가혹하게 사용되었는지는 나타내는 값일 수 있다. 즉, 배터리(100)가 과거 소정 기간 동안 가혹하게 사용되었을수록, 사용 이력을 기초로 프로세서(105)에 의해 연산되는 보상 계수는 증가하게 된다. 메모리부(104)에는 사용 이력 별 보상 계수가 기록된 룩업 테이블을 저장할 수 있다.

프로세서(105)는 저항 증가율 5%과 함께 보상 계수를 추가적으로 이용하여, 폐로 전압 3.3381V와 제2 개로 전압 3.4216V 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산할 수 있다.

도 8은 사용 이력 중, 단위 주기 당 과열 횟수에 따른 보상 계수가 정의된 제4 룩업 테이블(LUT4)을 예시한다. 프로세서(105)는 제4 룩업 테이블(LUT4)을 참조하여, 배터리(100)의 과거 소정 기간 동안의 단위 주기 당 과열 횟수에 대응하는 보상 계수를 선택할 수 있다. 예컨대, 사용 이력이 나타내는 단위 주기 당 과열 횟수가 0.4인 경우, 프로세서(105)에 의해 제4 룩업 테이블(LUT4)로부터 선택되는 보상 계수는 1.1일 것이다.

일 예로, 제3 개로 전압은 아래의 수학식 3에 의해 연산될 수 있다.

[수학식 3]

OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1} = {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S} Х F_C} + OCV_sim _{_1}

CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, F_C는 상기 보상 계수, ΔV은 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 제3 개로 전압을 나타낸다.

전술한 가정 하에서, CCV_sim = 3.3381V, OCV_sim _{_1} = 3. 4216V, ΔR_D _{_S} = 5%, F_C = 1.1인바, 이를 수학식 2에 대응하면, ΔV = 0.0045925 ≒ 0.046V이고, OCV_ECM _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1} = 3.4261925V ≒ 3.4262V가 된다.

프로세서(105)는 제3 개로 전압의 연산이 완료되면, 제2 룩업 테이블(LUT2)로부터 제3 개로 전압 3.4262V에 연관된 SOC를 선택한다. 도 7을 참조하면, 프로세서(105)에 의해 제2 룩업 테이블(LUT2)로부터 선택되는 SOC는 5.8811%일 것이다.

즉, 제3 개로 전압이 3.4262V에 대응하는 것으로 제2 룩업 테이블(LUT2)에 정의된 SOC인 5.8811%가 바로 상기 특정일의 하한 SOC로 예측된 값이다. 이는, 수명 초기의 하한 SOC인 5.8430%보다 약 0.0381%포인트만큼 증가한 상태이다. 또한, 사용 이력에 따른 보상 계수가 적용되지 않았을 경우에 예측된 5.8784%보다 약 0.0027%포인트만큼 증가한 상태이다.

또한, 테스트 장치(10)는 제1 룩업 테이블(LUT1)을 참조하여, 하한 SOC 5.8811%에 연관된 제4 개로 전압인 2.538V를 상기 특정일의 종지 전압으로 설정할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치(10)에 의해 실행되는 프로세스의 단계들을 보여주는 순서도이다.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서, 메모리부(104)는 배터리(100)의 프로파일 데이터를 저장한다. 구체적으로, 프로파일 데이터는 인터페이스부(106)를 통해 수신되는 것일 수 있다. 프로파일 데이터에는 적어도 제1 룩업 테이블(LUT1), 제2 룩업 테이블(LUT2) 및 제3 룩업 테이블(LUT3)이 포함될 수 있다. 프로세서(105)는 인터페이스부(106)를 통해 수신된 프로파일 데이터가 저장하도록 메모리부(104)를 제어할 수 있다.

단계 1020에서, 인터페이스부(106)는 배터리(100)의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일을 지정하는 신호를 수신한다. 이때, 상기 특정일은, 미리 정해지 수명 초기 이후의 시점이다.

단계 1030에서, 프로세서(105)는 제1 룩업 테이블(LUT1)을 참조하여, 미리 정해진 초기 종지 전압을 나타내는 제1 개로 전압에 연관된 제1 SOC을 선택한다.

단계 1040에서, 프로세서(105)는 제2 룩업 테이블(LUT2)을 참조하여, 단계 1030을 통해 선택된 제1 SOC에 연관된 폐로 전압 및 제2 개로 전압을 선택한다.

단계 1050에서, 프로세서(105)는 제3 룩업 테이블(LUT3)을 참조하여, 단계 1020을 통해 지정된 특정일에 대응하는 어느 한 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택한다. 한편, 도 10에는 단계 1050가 단계 1030 및 1040에 후행하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

단계 1060에서, 프로세서(105)는 단계 1050을 통해 선택된 저항 증가율을 이용하여, 폐로 전압과 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산한다. 상기 전압 증가분은 배터리(100)의 퇴화에 따른 내부 저항의 증분만큼 등가회로(200)의 개로 전압 프로파일을 적어도 부분적으로 보정하기 위한 파마리터일 수 있다.

단계 1070에서, 프로세서(105)는 단계 1060을 통해 연산된 전압 증가분과 상기 제2 개로 전압의 합에 대응하는 제3 개로 전압을 연산한다.

단계 1080에서, 프로세서(105)는 제2 룩업 테이블(LUT2)을 참조하여, 제3 개로 전압에 연관된 제2 SOC를 선택한다.

단계 1090에서, 프로세서(105)는 제2 SOC를 상기 배터리(100)의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC로 설정한다. 즉, 제2 SOC가 바로 상기 특정일의 하한 SOC로 예측된 충전 상태를 나타낸다. 전술한 프로세스를 통해 예측된 상기 특정일의 하한 SOC는 인터페이스부에 구비된 디스플레이 장치 및/또는 오디오 장치를 통해 사용자에게 통지될 수 있다.

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: 테스트 장치
101: 전압 검출부
102: 온도 검출부
103: 전류 검출부
104: 메모리부
105: 프로세서
106: 인터페이스부
107: 충방전 회로
108: 전류 검출 저항
200: 등가회로
210: 전압원
221: 제1 저항
222: 제2 저항
230: 커패시터
LUT1: 제1 룩업 테이블
LUT2: 제2 룩업 테이블
LUT3: 제3 룩업 테이블
LUT4: 제4 룩업 테이블

Claims

배터리의 프로파일 데이터를 저장하도록 구성된 메모리부;
상기 배터리의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일-상기 특정일은 상기 배터리의 수명 초기 이후의 시점임-을 지정하는 신호를 수신하도록 구성된 인터페이스부; 및
상기 메모리부 및 상기 인터페이스부와 통신 가능하도록 연결되는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로파일 데이터는,
상기 수명 초기에 있는 상기 배터리로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 제1 룩업 테이블;
상기 수명 초기에 있는 상기 배터리의 등가 회로로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압들과 개로 전압들이 기록된 제2 룩업 테이블; 및
사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 제3 룩업 테이블;을 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 제1 룩업 테이블, 제2 룩업 테이블 및 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는, 배터리 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 미리 정해진 초기 종지 전압에 대응하는 제1 개로 전압에 연관된 제1 SOC를 선택하고,
상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제1 SOC에 연관된 폐로 전압과 제2 개로 전압을 선택하며,
상기 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일에 대응하는 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택하고,
상기 폐로 전압, 제2 개로 전압 및 저항 증가율을 기초로, 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는, 배터리 테스트 장치.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 저항 증가율을 이용하여, 상기 폐로 전압과 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산하고,
상기 전압 증가분과 상기 제2 개로 전압의 합에 대응하는 제3 개로 전압을 연산하며,
상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제3 개로 전압에 연관된 제2 SOC를 선택하고,
상기 제2 SOC를 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC로 설정하는, 배터리 테스트 장치.
제3항에 있어서,
상기 프로세서는,
하기의 수학식 1:
OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S}} + OCV_sim _{_1}
을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산하되,
CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압인, 배터리 테스트 장치.
제3항에 있어서,
상기 프로세서는,
과거 소정 기간 동안의 상기 배터리의 사용 이력에 대응하는 보상 계수를 연산하고,
상기 저항 증가율과 함께 상기 보상 계수을 더 이용하여, 상기 전압 증가분을 연산하는, 배터리 테스트 장치.
제5항에 있어서,
상기 사용 이력은,
과냉, 과열, 과충전 및 과방전 중 적어도 하나의 발생 횟수 또는 유지 시간을 포함하는, 배터리 테스트 장치.
제5항에 있어서,
상기 프로세서는,
하기의 수학식 2:
OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S} Х F_C} + OCV_sim _{_1}
을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산하되,
CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, F_C는 상기 보상 계수, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압인, 배터리 테스트 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일의 하한 SOC에 연관된 제4 개로 전압을 선택하고,
상기 제4 개로 전압을 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 종지 전압으로 설정하는, 배터리 테스트 장치.
배터리의 프로파일 데이터를 저장하는 단계;
상기 배터리의 퇴화에 따른 하한 SOC를 예측하고자 하는 미래의 특정일-상기 특정일은 상기 배터리의 수명 초기 이후의 시점임-을 지정하는 신호를 수신하는 단계; 및
상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는 단계;를 포함하되,
상기 프로파일 데이터는,
상기 수명 초기에 있는 상기 배터리로부터 SOC 별로 사전 측정된 개로 전압들이 기록된 제1 룩업 테이블;
상기 수명 초기에 있는 상기 배터리의 등가 회로로부터 SOC 별로 획득된 폐로 전압들과 개로 전압들이 기록된 제2 룩업 테이블; 및
사용 기간 별로 미리 정해진 저항 증가율이 기록된 제3 룩업 테이블;을 포함하고,
상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC를 예측하는 단계는,
상기 제1 룩업 테이블을 참조하여, 미리 정해진 초기 종지 전압을 나타내는 제1 개로 전압에 연관된 제1 SOC을 선택하는 단계;
상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제1 SOC에 연관된 폐로 전압과 제2 개로 전압을 선택하는 단계;
상기 제3 룩업 테이블을 참조하여, 상기 특정일에 대응하는 어느 한 사용 기간에 연관된 저항 증가율을 선택하는 단계;
상기 저항 증가율을 이용하여, 상기 폐로 전압과 상기 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산하는 단계;
상기 전압 증가분과 상기 제2 개로 전압의 합에 대응하는 제3 개로 전압을 연산하는 단계;
상기 제2 룩업 테이블을 참조하여, 상기 제3 개로 전압에 연관된 제2 SOC를 선택하는 단계; 및
상기 제2 SOC를 상기 배터리의 퇴화에 따른 상기 특정일의 하한 SOC로 설정하는 단계;
를 포함하는, 배터리 테스트 방법.
제9항에 있어서,
상기 제3 개로 전압을 연산하는 단계는,
하기의 수학식 1:
[수학식 1]
OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S}} + OCV_sim _{_1}
을 이용하되,
CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압인, 배터리 테스트 방법.
제9항에 있어서,
과거 소정 기간 동안의 상기 배터리의 사용 이력에 대응하는 보상 계수를 연산하는 단계;를 더 포함하고,
상기 전압 증가분을 연산하는 단계는,
상기 저항 증가율과 함께 상기 보상 계수를 이용하여, 상기 폐로 전압과 상기 제2 개로 전압 간의 차이에 대응하는 전압 증가분을 연산하는, 배터리 테스트 장치.
제11항에 있어서,
상기 제3 개로 전압을 연산하는 단계는,
하기의 수학식 2:
[수학식 2]
OCV_sim _{_2} = ΔV + OCV_sim _{_1}= {(OCV_sim _{_1} - CCV_sim) Х ΔR_D _{_S} Х F_C} + OCV_sim _{_1}
을 이용하여, 상기 제3 개로 전압을 연산하되,
CCV_sim은 상기 폐로 전압, OCV_sim _{_1}은 상기 제2 개로 전압, ΔR_D _{_S}은 상기 저항 증가율, ΔV은 상기 전압 증가분, F_C는 상기 보상 계수, OCV_sim _{_} ₂은 상기 제3 개로 전압인, 배터리 테스트 방법.