KR20180047179A

KR20180047179A - 배터리 과충전, 과방전 방지 및 배터리 효율 증가 방법

Info

Publication number: KR20180047179A
Application number: KR1020160143007A
Authority: KR
Inventors: 최해인; 강정수; 조영보; 오경진; 이종범
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-10
Also published as: KR102123675B1; US10527656B2; US20180120361A1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 전력을 효율적으로 사용하고, 배터리의 과충전을 방지하기 위한 배터리 파워 테이블 설정 방법은, 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전하여 배터리의 출력이 그 최대 허용전압 이상이 되지 않도록 하는 최대 충전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계, 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시 배터리가 최대 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계, 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 최대 충전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

배터리 과충전, 과방전 방지 및 배터리 효율 증가 방법{METHOD FOR PROCTECT OVERCHARG, OVERDISCHARGGE AND EFFICIENCY INCREASING OF BATTERY PACK}

본 발명은 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 배터리의 사용 효율을 높이기 위한 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 배터리의 사용범위를 정확하게 설정함으로써, 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 배터리의 사용 효율을 높이는 방법에 관한 것이다.

일반적인 전기동력차량, 플러그인하이브리드자동차, 연료전지자동차 등은 전기동력부품을 구동하기 위하여 고전압 배터리가 장착되고, 차량의 구동/제동 상태에 따라서 방전/충전을 수행하게 되며, BMS가 고전압 배터리 내부 온도와 SOC(state of charge) 등을 실시간으로 모니터링하여 제어기를 통해 최적의 사용영역과 최대의 입출력 파워를 제어한다.

이때, 상기 고전압 배터리의 최대 충/방전 파워는 차량에 장착된 구동계 전기동력부품(모터/인버터)의 최대 파워값에 효율을 고려하여 제한되며, 상기 파워 값은 고전압 배터리의 내부 온도 및 SOC에 따라 변하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 온도 및 SOC에 따른 파워 테이블을 생성하여, 배터리의 출력 효율을 높이고, 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고자 한다.

본 발명은 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 배터리를 효율적으로 사용하는 방법을 제공한다.

보다 구체적으로는 배터리의 사용 범위를 정확하게 설정함으써, 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고 배터리의 사용 효율을 높이는 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 전력을 효율적으로 사용하고, 배터리의 과충전을 방지하기 위한 배터리 파워 테이블 설정 방법은, 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전하여 배터리의 출력이 그 최대 허용전압 이상이 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계, 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시 배터리가 최대 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계, 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 1차 테이블 생성 단계의 소정의 시간은, 배터리가 충전하는 동안 배터리의 온도가 변하지 않도록 10초 이내의 짧은 시간일 수 있다.

한편, 상기 디레이팅 테이블 생성 단계는, 상기 2차 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 충전 전력 값을 상기 1차 파워 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 충전 전력 값으로 나누어 디레이팅 테이블을 생성할 수 있다.

한편, 상기 최종 파워 테이블 생성 단계는, 상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출 단계, 상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성 단계, 상기 5차 테이블의 충전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 충전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성 단계를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 6차 테이블을 제품에 맞는 최대 충전 한계 전력 값을 추가로 설정하여 최종 파워 테이블을 생성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리의 전력을 효율적으로 사용하고, 배터리의 과방전을 방지하기 위한 배터리 파워 테이블 설정 방법은 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 방전하여 배터리의 출력이 그 최소 허용 전압 이하가 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계, 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 방전시 배터리가 최소 허용 전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계, 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계, 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 1차 테이블 생성 단계의 소정의 시간은, 배터리가 방전하는 동안 배터리의 온도가 변하지 않도록 10초 이내의 짧은 시간일 수 있다.

한편, 상기 최종 파워 테이블 생성 단계는, 상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출 단계, 상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성 단계, 상기 5차 테이블의 방전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 방전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성 단계를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 6차 테이블을 제품에 맞는 제품 한계 전력 값을 추가로 설정하여 최종 파워 테이블을 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 배터리 파워 관리 시스템은, 배터리 파워 테이블 생성 장치, 배터리를 제어하는 BMS 및 배터리의 온도 및 SOC를 측정하는 배터리 상태 측정부를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 배터리 파워 테이블 생성 장치는, 온도 및 SOC에 따라, 배터리의 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력을 측정하는 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부, 상기 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부에서 측정된 값을 기반으로 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블을 생성하는 테이블 생성부, 상기 테이블 생성부에서 생성된 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블이 저장되는 메모리를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 테이블 생성부는, 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전 또는 방전하여 배터리의 출력이 최대 허용전압 이상 또는 최소 허용전압 이하가 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 또는 방전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성부, 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전 또는 방전시 배터리의 출력이 최대 허용전압 또는 최소 허용 전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성부, 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 또는 방전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성부, 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성부 및 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성부를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 최종 파워 테이블 생성부는, 상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출부, 상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성부, 상기 5차 테이블의 충전 또는 방전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성부를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 6차 테이블을 배터리가 사용되는 제품의 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값을 기반으로 배터리의 충전 또는 방전 전력을 제한하여 최종 파워 테이블을 설정할 수 있다.

본 발명은, 배터리의 사용 범위를 정확히 설정함으로써, 배터리의 상태를 좋게 유지하고, 과충전 및 과방전을 방지하고, 배터리의 사용 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전체적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 최종 파워 테이블 생성 단계의 구체적인 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 관리 시스템의 전체적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 테이블 생성 장치의 구체적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 테이블 생성부의 구체적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최종 파워 테이블 생성부의 구체적인 구성도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

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 있음을 의미한다.

이하에서는 도1 및 도2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 파워 테이블 생성 방법을 설명한다.

<실시예 1>

1. 본 발명의 충전시 배터리 파워 테이블 생성 방법.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 테이블 생성 방법은 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전하여 배터리의 출력이 그 최대 허용전압 이상이 되지 않도록 하는 최대 충전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계(S100), 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시 배터리가 최대 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계(S200), 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 최대 충전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계(S300), 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계(S400), 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계(S500)를 포함하여 구성될 수 있다.

1-1. 본 발명의 1차 테이블 생성 단계

보다 구체적으로, 상기 1차 테이블 생성 단계(S100)는, 소정의 온도에서 배터리의 SOC 값에 따른 OCV 값을 측정하여, 상기 배터리의 SOC 값에 따른 OCV 값에서, 배터리의 출력 전압이 최대 허용 전압에 도달할 때까지 배터리에 충전 가능한 제1 최대 충전 전력을 측정하여, 1차 테이블을 생성할 수 있다.

한편, 상기 1차 테이블은 상기 배터리의 출력 전압이 최대 허용 전압에 도달 할 때까지의 시간을 10초 미만으로 설정하여, 측정된 값으로, 배터리의 온도 변화는 없다고 할 수 있다.

아래 표1은 충전시, 1차 테이블의 구체적인 실시 예이다.

SOC 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	36	73	109	145	181	218	239	255
0	87	175	218	261	300	339	375	411
15	291	364	496	629	739	848	968	1088
25	A:439	555	787	958	1133	1308	1464	1620
35	551	702	958	1214	1439	1663	1890	2117
45	662	847	1157	1467	1740	2013	2336	2658

상기 표1의 A에서의 값은 25도에서 95의 SOC 값을 가진 배터리를 충전시 최대 전압에 도달 할 때까지 충전할 수 있는 최대 충전 전력은 439라는 것을 의미 할 수 있다.

1-2. 본 발명의 2차 테이블 생성 단계

한편, 2차 테이블 생성 단계(S200)는, 상기 1차 테이블에서 측정한 온도와는 서로 독립적인 별개의 값일 수 있으며, 상기 온도에서 SOC가 0인 상태의 배터리를 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시 배터리가 최대 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성 할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 소정의 전력 값은, 배터리 설계시 기설정되어 있는 값인 CP rate일 수 있다.

한편, 아래 표2는 충전시 2차 테이블의 구체적인 실시 예이다.

온도 전력 (CP rate)	-10	-5	0	5	10	15	20	25	…
466.2(2)	80.14	79.28	83.62	85.16	86.25	87.10	87.57	88.92
233.1(1)	82.02	82.65	86.14	88.16	89.53	87.95	92.25	B:93 .12
174.825(0.75)	83.86	84.35	87.62	89.39	90.58	93.67	95.08	C:95 .94
116.55(0.5)	83.78	87.22	89.45	90.00	93.29	95.17	96.33	96.83
77.7(0.33)	85.77	88.34	97.07	92.83	94.75	96.33	97.00	97.72
58.275(0.25)	87.03	89.58	92.40	94.00	95.16	97.30	97.89	98.42
46.62(0.2)	88.23	91.32	93.70	95.40	96.62	97.79	98.40	98.79

상기 표2에서 B지점의 값은, 배터리의 온도가 25에서, 충전 전력 값을 233.1(1 CP rate)으로 배터리를 충전시에, 배터리가 최대 허용전압에 도달 하는 시점에서의 SOC 값은 93.12라는 의미이고, C지점의 값은, 배터리의 온도가 25에서, 충전 전력 값을 174.825(0.75 CP rate)로 배터리를 충전시에, 배터리가 최대 허용전압에 도달 하는 시점에서의 SOC 값은 95.94라는 의미일 수 있다.

1-3. 본 발명의 3차 테이블 생성 단계

한편, 상기 3차 테이블 생성 단계(S300)는, 온도 및 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시, 배터리가 최대 허용 전압에 도달한 시점에서의 충전량을 측정한 2차 테이블을 기반으로, 3차 파워 테이블을 생성할 수 있다.

즉, 3차 테이블은, 온도 및 충전시 소정의 전력 값을 변수로 하는 2차 테이블을 기반으로, 온도 및 SOC의 값을 변수로 하여 제2 최대 충전 전력을 산출한 테이블일 수 있다.

보다 구체적인 산출 방법은, 상기 표2의 B지점 및 C지점에서의 충전 전력과 최대 허용 전압에 도달한 시점에서의 SOC 값의 상관 관계를 기반으로, SOC에 값에 따른 충전 전력을 산출 할 수 있다.

한편, 아래 표 3는 충전시, 3차 테이블의 구체적인 실시 예이다.

충전량(SOC) 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	20	40	93	466	466	466	466	466
0	37	103	338	466	466	466	466	466
15	123	212	466	466	466	466	466	466
25	D:194	406	466	466	466	466	466	466
35	261	466	466	466	466	466	466	466
45	303	466	466	466	466	466	466	466

상기 표3 에서 D 지점에서의 값은, 온도가 25에서, 충전량이 95인 배터리를 최대 허용 전압까지 충전 가능한 전력량은 194라는 것을 의미 할 수 있다.

1-4. 본 발명의 디레이팅 테이블 생성 단계

한편, 상기 디레이팅 테이블을 생성하는 단계(S400)는, 상기 1차 테이블의 온도 및 SOC 값에 대응되는 값을 상기 3차 파워 테이블의 온도 및 SOC 값에 대응되는 값으로 나누어 디레이팅 테이블을 생성할 수 있다.

아래 표 4은 충전시, 디레이팅 테이블의 구체적인 실시 예이다.

SOC 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	0.56	0.55	0.85	3.21	2.57	2.14	1.95	1.83
0	0.43	0.59	1.55	1.79	1.55	1.37	1.24	1.13
15	0.42	0.58	0.94	0.74	0.63	0.55	0.48	0.43
25	D:0.44	0.73	0.59	0.49	0.41	0.36	0.32	0.29
35	0.47	0.66	0.49	0.38	0.32	0.28	0.25	0.22
45	0.46	0.55	0.40	0.32	0.27	0.23	0.20	0.18

상기 표4에서 E지점은, 상기 표3의 D지점의 값을 상기 표1의 A 지점의 값으로 나눈 값일 수 있다.

1-5. 본 발명의 최종 파워 테이블 생성 단계

한편, 상기 최종 파워 테이블 생성 단계(S500)는, 상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출 단계(S510), 상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 파워 테이블을 생성하는 5차 파워 테이블 생성 단계(S520), 상기 5차 파워 테이블의 값들을 기설정되어 있는 배터리 셀의 온도에 따른 최대 허용 전력으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성 단계(S530)를 더 포함하여 구성되며, 추가적으로, 상기 6차 테이블을 제품에 맞는 최대 허용 전력 값으로 설정(S540)하여 최종 파워 테이블을 생성할 수 있다.

아래 표5는 충전시, 상기 표1의 1차 파워 테이블과, 표4의 디레이팅 테이블을 곱하여, 생성한 5차 테이블 생성 단계(S520)의 구체적인 실시 예이다.

SOC 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	20	40	60	58	73	87	96	103
0	37	103	140	105	121	136	151	165
15	122	211	466	253	297	341	389	437
25	E:193	405	488	385	455	526	588	651
35	259	463	469	488	578	668	759	851
45	305	466	489	589	699	809	938	1068

상기 E 지점은, 상기 표1의 A 지점과 상기 표 4의 D지점을 곱하여 산출된 25도에서 SOC 95 상태에서의 충전 가능한 배터리 최대 전력 값일 수 있다.

아래 표6은 충전시, 상기 5차 테이블의 배터리의 온도에 따른 최대 허용 전력 범위가 350인 6차 파워 테이블 생성 단계(S530)의 구체적인 실시 예이다.

SOC 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	20	40	60	58	73	87	96	103
0	37	103	140	105	121	136	151	165
15	122	211	350	253	297	341	350	350
25	193	223	350	350	350	350	350	350
35	259	350	350	350	350	350	350	350
45	225	350	350	350	350	350	350	350

상기 표 6을 살펴보면, 상기 표5에서 350 이상의 값들을 350으로 변경할 수 있다.

한편, 상기 표6은 배터리의 온도에 따른 최대 전력 범위가 350이지만, 실제 배터리가 연결된 전자장치의 최대 허용 전력이 250인 경우에는 아래 표 7과 같이 추가적으로 배터리의 전력을 제품 한계 전력 값인 250으로 설정할 수 있다.

SOC 온도	95	90	85	80	75	70	65	60	…
-10	20	40	60	58	73	87	96	103
0	37	103	140	105	121	136	151	165
15	122	211	250	250	250	250	250	250
25	193	223	250	250	250	250	250	250
35	250	250	250	250	250	250	250	250
45	225	250	250	250	250	250	250	250

상기 표7을 살펴보면 상기 표6에서 350미만 250이상인 충전 가능한 전력값 들을 250으로 변경할 수 있다.

상술한 과정이 끝난 후에, 실제 배터리의 전력 실험을 통해, 배터리의 충전 전력을 측정하여, 상기 측정된 충전 전력이 오차 범위 내의 값을 가지는 경우, 배터리 파워 테이블이 정상적으로 설정된 것으로 판단할 수 있다..

한편, 상기 측정된 충전 전력이 오차 범위 바깥의 값을 가지는 경우에는 상기 데레이팅 테이블에서 산출된 데레이팅 값을 보정하고, 보정된 디레이팅 값을 기반으로 상기 최종 파워 테이블 생성 단계를 반복적으로 수행 할 수 있다.

한편, 배터리의 이와 같이 생성된 최종 파워 테이블을 기반으로, BMS에서 배터리 셀의 온도 및 SOC 값에 따라, 배터리의 최대 충전 전력을 제한하여 운용함으로써 배터리의 효율을 높이고, 배터리의 과충전을 방지하여, 배터리의 상태를 건강하게 유지 할 수 있다

<실시예 2>

2. 본 발명의 방전시 배터리 파워 테이블 생성 방법.

다음은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 방전시 파워 테이블 생성 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 방전시 배터리 파워 테이블 생성 방법은, 상기 배터리 충전시 파워 테이블 생성 방법에서 수행한 절차와 동일한 절차를 통하여 진행된다.

다만, 방전시 1차 테이블 생성 단계(S100)에서는, 소정 온도 및 SOC 를 가지는 배터리에서 배터리의 출력 전압이 최소 허용 전압에 도달하는 동안에 소모되는 배터리 전력을 측정하여 상기 표 1과 같은 표를 생성할 수 있다..

한편, 방전시 2차 테이블 생성 단계(S200)에서는, 소정의 온도 및 SOC가 100인 상태의 배터리를 소정의 전력 값으로 배터리를 방전 시키면서, 배터리의 출력 전압이 최소 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여, 상기 표2와 같은 표를 생성할 수 있다.

이후, 방전시 배터리 파워 테이블 생성 방법은 상술한 배터리 충전시 파워 테이블 생성 방법의 3차 테이블 생성 단계(S300), 디레이팅 테이블 생성 단계(S400) 및 최종 파워 테이블 생성 단계(S500)를 수행하여 방전시 배터리 파워 테이블을 생성 할 수 있다.

<실시예 3>

3. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 관리 시스템

다음은 본 발명의 실시 예로서, 충/방전시 파워 테이블을 생성하여 충/방전 전력을 제어하는 배터리 파워 관리 시스템에 대하여 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 관리 시스템의 구성도이다.

이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 파워 관리 시스템을 설명한다.

본 발명의 배터리 파워 관리 시스템은, 배터리 파워 테이블 생성 장치(100), 배터리를 제어하는 BMS(200) 및 배터리의 온도 및 SOC를 측정하는 배터리 상태 측정부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 배터리 파워 테이블 생성 장치(100)는, 소정의 온도 및 소정의 SOC에 따라, 배터리의 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력을 측정하는 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부(101), 상기 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부(101)에서 측정된 값을 기반으로 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블을 생성하는 테이블 생성부(102), 상기 테이블 생성부(102)에서 생성된 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블이 저장되는 메모리(103)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 테이블 생성부(102)는, 소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전 또는 방전하여 배터리의 출력이 최대 허용전압 이상 또는 최소 허용전압 이하가 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 또는 방전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성부(110), 소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전 또는 방전시 배터리의 출력이 최대 허용전압 또는 최소 허용 전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성부(120), 상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 또는 방전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성부(130), 상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성부(140) 및 상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 최종 파워 테이블 생성부(150)는, 상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출부(151), 상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성부(152), 상기 5차 테이블의 충전 또는 방전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성부(153)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 6차 테이블을 배터리가 사용되는 제품의 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값을 기반으로 배터리의 충전 또는 방전 전력을 제한하여 최종 파워 테이블(154)을 설정할 수 있다.

한편, 상기 BMS는 상기 배터리 파워 테이블 생성 장치에서 생성된 최종 파워 테이블을 기반으로, 배터리의 충전 및 방전을 제어하여, 배터리의 전력을 보다 효율적으로 사용할 수 있으며, 과충전 및 과방전을 방지 할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 배터리 파워 테이블 생성 장치
200 : BMS
300 : 배터리 상태 측정부

Claims

배터리의 전력을 효율적으로 사용하고, 배터리의 과충전을 방지하기 위한 배터리 파워 테이블 설정 방법에 있어서,
소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전하여 배터리의 출력이 그 최대 허용전압 이상이 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계;
소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전시 배터리가 최대 허용전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계;
상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계;
상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계;
상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 1차 테이블 생성 단계에서의 상기 소정의 시간은,
배터리가 충전하는 동안 배터리의 온도가 변하지 않도록 10초 이내의 짧은 시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 충전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 디레이팅 테이블 생성 단계는,
상기 3차 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 제2 최대 충전 전력 값을 상기 1차 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 제1 최대 충전 전력 값으로 나누어 디레이팅 테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 충전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 최종 파워 테이블 생성 단계는,
상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출 단계;
상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성 단계;
상기 5차 테이블의 충전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 충전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성 단계;
를 더 포함하여 구성되며,
상기 6차 테이블을 제품에 맞는 최대 충전 한계 전력 값을 추가로 설정하여 최종 파워 테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 충전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
배터리의 전력을 효율적으로 사용하고, 배터리의 과방전을 방지하기 위한 배터리 파워 테이블 설정 방법에 있어서,
소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 방전하여 배터리의 출력이 그 최소 허용 전압 이하가 되지 않도록 하는 제1 최대 방전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성 단계;
소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 방전시 배터리가 최소 허용 전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성 단계;
상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 방전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성 단계;
상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성 단계;
상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 1차 테이블 생성 단계의 소정의 시간은,
배터리가 방전하는 동안 배터리의 온도가 변하지 않도록 10초 이내의 짧은 시간인 것을 특징으로 하는 방전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 디레이팅 테이블 생성 단계는,
상기 3차 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 제2 최대 방전 전력 값을 상기 1차 테이블의 각각의 온도 및 SOC 값에 대응되는 제1 최대 방전 전력 값으로 나누어 디레이팅 테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 방전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 최종 파워 테이블 생성 단계는,
상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출 단계;
상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성 단계;
상기 5차 테이블의 방전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 방전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성 단계;
를 더 포함하여 구성되며,
상기 6차 테이블을 제품에 맞는 제품 한계 방전 전력 값을 추가로 설정하여 최종 파워 테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 방전시 배터리 파워 테이블 설정 방법.
배터리 파워 테이블 생성 장치;
배터리를 제어하는 BMS; 및
배터리의 온도 및 SOC를 측정하는 배터리 상태 측정부;
를 포함하여 구성되는 배터리 파워 관리 시스템에 있어서,
상기 배터리 파워 테이블 생성 장치는,
소정의 온도 및 소정의 SOC에 따라, 배터리의 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력을 측정하는 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부;
상기 배터리 충전 가능 전력 및 방전 가능 전력 측정부에서 측정된 값을 기반으로 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블을 생성하는 테이블 생성부;
상기 테이블 생성부에서 생성된 1차 내지 3차 테이블, 디레이팅 테이블 및 최종 파워 테이블이 저장되는 메모리;
를 포함하여 구성되고,
상기 BMS는,
상기 배터리 파워 테이블 생성 장치에서 생성된 최종 파워 테이블을 기반으로, 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 관리 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 테이블 생성부는,
소정의 온도에서 소정의 SOC 값을 가지는 배터리가 소정의 시간 동안 충전 또는 방전하여 배터리의 출력이 최대 허용전압 이상 또는 최소 허용전압 이하가 되지 않도록 하는 제1 최대 충전 또는 방전 전력을 측정하여 1차 테이블을 생성하는 1차 테이블 생성부;
소정의 온도에서 소정의 전력 값으로 배터리를 충전 또는 방전시 배터리의 출력이 최대 허용전압 또는 최소 허용 전압에 도달하는 시점에서의 SOC 값을 측정하여 2차 테이블을 생성하는 2차 테이블 생성부;
상기 2차 테이블을 기반으로, 소정의 온도 및 소정의 SOC 값에 따라 제2 최대 충전 또는 방전 전력을 산출하여, 3차 테이블을 생성하는 3차 테이블 생성부;
상기 1차 테이블 및 상기 3차 테이블을 기반으로 디레이팅(derating) 테이블을 생성하는 디레이팅 테이블 생성부; 및
상기 1차 테이블과 디레이팅(derating) 테이블을 기반으로 최종 파워 테이블을 생성하는 최종 파워 테이블 생성부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 관리 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 최종 파워 테이블 생성부는,
상기 디레이팅 테이블에서 소정의 SOC 값에서의 온도에 따른 디레이팅 값들 중에서 최소 값을 검출하는 디레이팅 최소 값 검출부;
상기 디레이팅 최소 값을 상기 1차 파워 테이블에 곱하여 5차 테이블을 생성하는 5차 테이블 생성부;
상기 5차 테이블의 충전 또는 방전 전력 값들을 배터리 제작시 기설정되어 있는 배터리의 온도에 따른 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값으로 제한한 6차 테이블을 생성하는 6차 테이블 생성부;
를 포함하여 구성되며,
상기 6차 테이블을 배터리가 사용되는 제품의 최대 충전 또는 방전 허용 전력 값을 기반으로 배터리의 충전 또는 방전 전력을 제한하여 최종 파워 테이블을 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 파워 관리 시스템.