KR20190040888A

KR20190040888A - 배터리의 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190040888A
Application number: KR1020180097417A
Authority: KR
Inventors: 홍성주; 김동현; 윤석진
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-04-19
Also published as: US20200132782A1; JP2020508629A; KR102683336B1; JP7041800B2; EP3627166B1; CN110753849B; EP3627166A1; EP3627166A4; CN110753849A; US11391779B2

Abstract

본 발명은 배터리; 상기 배터리와 연결되어 배터리의 OCV를 측정하는 센싱부; 상기 센싱부와 연결되어 상기 센싱부로부터 측정된 OCV를 이용하여 배터리의 초기 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 배터리의 SOC 및 OCV를 포함하는 데이터를 저장하고, 상기 SOC 추정부와 연결된 메모리부; 및 상기 SOC 추정부 및 메모리부와 연결되고, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 변경된 사용 용량에 따른 변경된 SOC를 재산출하는 연산부를 포함하는 배터리의 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제시한다.

Description

배터리의 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating the capacity of a battery, apparatus and method for managing the battery having the same}

본 발명은 배터리의 용량 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 사용 전압 범위의 축소에 따른 배터리의 용량 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래 들어, 노트북, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대됨에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지(이하, 배터리라 함)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 각광을 받고 있다.

한편, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.

배터리는 AC 전원과 같은 외부 전원이 연결되어 있지 않은 상태에서 이동성 장치에 사용되는 것이므로 시간에 한계가 있다. 그런데, 이러한 배터리의 사용 가능한 시간, 즉 가용 시간을 제대로 예측하지 못하는 경우, 사용자는 큰 어려움을 겪을 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차용 배터리의 가용 시간을 제대로 예측하지 못하는 경우, 운행 중 배터리가 만방전되어 도로 한가운데 자동차가 정지하는 경우가 발생할 수 있다.

이와 같이 사용자가 배터리의 만방전을 예측하지 못해 사용 도중에 갑작스럽게 배터리가 만방전되는 것을 방지하기 위해 배터리의 잔량, 즉 SOC(State Of Charge)를 추정하여 사용자에게 제공하는 기술이 널리 알려져 있다. 배터리의 SOC는 배터리의 만충전 용량(Full Charge Capacity; FCC)에 대한 잔량을 백분율로 표시하는 형태가 일반적이다. 배터리의 SOC를 추정하는 방법으로는 다양한 방식이 이용될 수 있는데, 대표적인 방식은 전류 적산법을 이용하여 SOC를 추정하는 방식이다. 이러한 전류 적산 방식은, 배터리의 입출력 전류를 적산하고 초기 용량에서 가감함으로써 SOC를 구하는 형태이다.

한편, 배터리 팩을 자동차 등에 장착하는 경우 자동차 제조사는 배터리의 수명과 안정성 등을 고려하여 사용 가능 전압 범위를 변경할 수 있다. 예를 들어, 최소 2.0V로부터 최대 4.2V를 사용할 수 있는 배터리에 대하여 최소 2.4V로부터 최대 4.0V로 사용 가능 전압 범위를 축소할 수 있다. 그런데, 전압 범위가 축소됨에 따라 사용할 수 있는 용량이 감소함에도 불구하고 SOC, FCC 산출 알고리즘에 반영되지 못한다. 즉, 사용 범위 축소에 따른 초기 잔량 추정이 이루어지지 않으며, 이는 시간이 지날수록 더 큰 오차를 발생시킨다.

한국공개특허 제2014-0053590호

본 발명은 사용 전압 범위의 변경에 따른 배터리의 용량을 추정할 수 있는 배터리 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 OCV 테이블을 이용한 초기 용량 추정을 사용하여 축소된 사용 전압 범위에 따른 용량을 추정할 수 있는 배터리 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 배터리 용량 추정 장치는 배터리; 상기 배터리와 연결되어 배터리의 OCV를 측정하는 센싱부; 상기 센싱부와 연결되어 상기 센싱부로부터 측정된 OCV를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 배터리의 SOC 및 OCV를 포함하는 데이터를 저장하고, 상기 SOC 추정부와 연결된 메모리부; 및 상기 SOC 추정부 및 메모리부와 연결되고, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 변경된 사용 용량에 따른 변경된 SOC를 재산출하는 연산부를 포함한다.

상기 메모리부는 복수의 초기 SOC 및 복수의 초기 OCV를 매칭하여 저장하고, 복수의 변경된 SOC 및 복수의 변경된 OCV를 매칭하여 저장한다.

상기 연산부는 하기 [수학식 1]에 의해 변경된 용량을 계산한다.

[수학식 1]

여기서, X'는 변경된 용량, X는 초기 용량, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.

상기 연산부는 하기 [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산한다.

[수학식 2]

여기서, I'는 변경된 SOC, I는 초기 SOC, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.

본 발명의 제 2 양태에 따른 배터리 관리 장치는 배터리; 상기 배터리와 연결되어 배터리의 OCV를 측정하는 센싱부; 상기 센싱부와 연결되어 상기 센싱부로부터 측정된 OCV를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 배터리의 SOC 및 OCV를 포함하는 데이터를 저장하고, 상기 SOC 추정부와 연결된 메모리부; 상기 SOC 추정부 및 메모리부와 연결되고, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 변경된 사용 용량에 따른 변경된 SOC를 재산출하는 연산부; 상기 연산부 및 상기 메모리부 중 적어도 하나와 연결되어 SOC를 참고하여 배터리의 상태에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 제어부; 및 상기 배터리와 부하 사이에 마련되어 상기 제어부의 제어 신호에 따라 배터리를 충방전시키는 스위칭부를 포함한다.

상기 연산부는 하기 [수학식 1]에 의해 변경된 용량을 계산하고, 하기 [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

본 발명의 제 3 양태에 따른 배터리의 용량 추정 방법은 배터리의 OCV를 측정하는 과정; 상기 측정된 OCV에 따른 초기 SOC를 추정하는 과정; 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산한 후 변경된 SOC를 계산하는 과정; 및 상기 변경된 SOC에 따른 변경된 OCV를 계산하는 과정을 포함한다.

배터리의 복수의 초기 SOC 및 그에 따른 복수의 초기 OCV를 매칭하여 저장하는 과정을 더 포함한다.

상기 초기 SOC는 상기 측정된 OCV를 상기 초기 OCV와 매칭하여 추정한다.

상기 변경된 SOC를 계산하는 과정은 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 변경 정도를 계산하는 과정과, 상기 SOC 변경 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하는 과정과, 상기 변경된 SOC를 계산하는 과정을 포함한다.

상기 변경된 용량은 하기 [수학식 1]에 의해 계산한다.

[수학식 1]

상기 변경된 SOC는 하기 [수학식 2]를 이용하여 계산한다.

[수학식 2]

상기 변경된 SOC 및 그에 따른 변경된 OCV를 매칭하여 복수의 데이터를 저장하는 과정을 더 포함한다.

본 발명의 제 4 양태에 따른 배터리 관리 방법은 배터리의 OCV를 측정하는 과정; 상기 측정된 OCV에 따른 초기 SOC를 추정하는 과정; 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산한 후 변경된 SOC를 계산하는 과정; 상기 변경된 SOC에 따른 변경된 OCV를 계산하는 과정; 및 상기 변경된 SOC를 참고하여 배터리의 상태에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 과정을 포함한다.

상기 변경된 용량은 하기 [수학식 1]에 의해 계산하고, 상기 변경된 SOC는 하기 [수학식 2]를 이용하여 계산한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

본 발명의 실시 예들은 배터리를 자동차 등에 장착하는 제조사의 필요에 따라 사용 전압 범위가 변경된 배터리 팩의 SOC 및 용량을 OCV 테이블을 이용하여 추정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 제조가 완료되어 사용 전압 범위가 세팅된 배터리 팩에 대하여 제조사의 요청에 따라 사용 전압 범위가 변경될 수 있고, 이 경우 OCV 테이블을 참조하여 현재의 SOC를 산출한 후 전압 사용 범위의 상위 및 하위를 OCV 테이블을 참고하여 SOC 감소 정도를 계산하고, FCC 용량을 SOC 감소 정도만큼 차감하여 산출한 후 축소된 사용 범위에 맞는 새로운 SOC를 산출한다. 이렇게 전압 범위 축소에 따라 변경된 SOC를 추정함으로써 오차 발생을 방지할 수 있고, 그에 따라 안정적인 배터리의 이용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리의 SOC 추정이 적용되는 전기 자동차의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법에 이용되는 초기 OCV 테이블의 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법에 의해 축소된 전압 범위에 따라 변경된 OCV 테이블의 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 6은 초기 OCV 테이블과 변경된 OCV 테이블의 데이터를 비교한 그래프.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법의 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정이 이용되는 전기 자동차의 개략적인 블록도이다.

도 1을 참조하면, 전기 자동차는 전기 에너지를 제공하는 배터리(10)와, 배터리(10)를 관리하는 BMS(20)와, 전기 자동차의 상태를 제어하는 ECU(30)와, 전기 자동차의 주행이 가능하도록 모터(50)를 구동시키는 인버터(40)와, 전기 자동차를 구동하는 모터(50)를 포함할 수 있다.

배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 여기서, 배터리(10)는 적어도 하나의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 패터리 팩은 각각 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 배터리 모듈은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈은 차량이나 배터리 팩 등의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있고, 복수의 배터리 셀 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.

BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 SOC, 수명(State of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어한다. 본 발명에 따른 BMS(20)는 배터리의 SOC를 추정하기 위한 SOC 추정 장치를 포함한다. 또한, BMS(20)는 각 배터리 셀의 충전 상태의 균형을 맞추기 위한 셀 밸런싱을 제어한다. 즉, 충전 상태가 비교적 높은 배터리 셀은 방전시키고 충전 상태가 비교적 낮은 배터리 셀은 충전시킬 수 있다.

ECU(engine controller unit; 30)는 전기 자동차의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 한다. 예를 들어, BMS(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(40)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(10)를 충전시키고, SOC가 55% 이상이면 인버터(40)의 스위치를 제어하여 전력이 모터(50) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(10)를 방전시킨다.

인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 전기 자동차의 주행이 가능하도록 모터(50)를 구동시킨다.

모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 즉, 도 2는 배터리의 초기 SOC를 추정하고 사용자의 전압 범위 축소에 따라 변경된 SOC를 추정하는 장치의 블록도이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 이용되는 OCV 테이블의 예시도로서, 도 3은 초기 OCV 테이블의 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따라 사용 전압 범위의 축소에 따라 보정된 OCV 테이블의 예시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 한편, 도 6은 초기 OCV 테이블과 변경된 OCV 테이블의 데이터를 비교한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 장치는 배터리(10)의 전압 및 전류 등을 센싱하는 센싱부(100)와, 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부(200)와, 배터리(10)의 SOC 및 전압 등의 데이터를 저장하는 메모리부(300)와, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 줄어든 사용 범위에 따른 SOC를 재산출하는 연산부(400)를 포함할 수 있다.

먼저, 배터리(10)는 충방전 가능한 복수의 배티리 셀(11, 12, 13, …, 1n)을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리(10)는 짝수개의 배터리 셀이 연결되거나 홀수개의 배터리 셀이 연결될 수 있다. 즉, n은 짝수일 수 있고, 홀수일 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀은 직렬 연결될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀은 일 단자 및 타 단자를 가지는데, 일 배터리 셀의 일 단자가 타 배터리 셀의 타 단자가 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 배터리 셀(11)의 음극과 제 2 배터리 셀(12)의 양극이 연결될 수 있고, 제 2 배터리 셀(12)의 음극이 제 3 배터리 셀(13)의 양극과 연결될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀은 동일 용량을 가질 수 있고 그에 따라 최대 충전 전압이 동일할 수 있는데, 예를 들어 최대 충전 전압이 4.2V일 수 있다.

1. 센싱부

센싱부(100)는 배터리(10)의 상태를 센싱하기 위해 마련되는데, 예를 들어 배터리(10)의 전압 및 전류 등을 센싱한다. 여기서, 센싱부(100)는 배터리 팩, 배터리 모듈 및 배터리 셀의 전압 및 전류 등을 센싱할 수 있다. 이를 위해 센서부(100)는 복수의 센서를 포함할 수 있는데, 예를 들어 적어도 하나의 전압 센서(미도시) 및 적어도 하나의 전류 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 전압 센서는 배터리 팩, 배터리 모듈 또는 배터리 셀의 적어도 어느 하나의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 센서를 이용하여 배터리 팩의 전압을 측정할 수 있는데, BMS가 인에이블된 후 배터리 팩으로부터 소정 시간 후 안정화된 전압, 즉 OCV를 측정할 수 있다. 전류 센서는 배터리 팩의 전류를 측정할 수 있다. 전류 센서는 예를 들어 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 신호를 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)를 포함할 수 있다. 한편, 센싱부(110)는 배터리(10) 또는 주변 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 온도 센서는 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 일 영역 또는 복수 영역의 온도를 측정할 수 있고, 이를 위하여 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 이렇게 센싱부(100)를 이용하여 배터리(10)의 전압, 전류, 온도 등을 센싱하기 위해 센싱부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 연결 라인을 통해 배터리(10)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(11, 12, 13, 14, …, 1n) 각각이 복수의 연결 라인을 통해 센싱부(100)와 연결될 수 있다. 이를 위한 구체적인 예로서, 제 1 배터리 셀(11)의 양극과 센싱부(100)가 연결 라인을 통해 연결되고, 제 1 배터리 셀(11)과 제 2 배터리 셀(12) 사이가 연결 라인을 통해 센싱부(100)와 연결될 수 있다. 이렇게 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(11, 12, 13, 14, …, 1n) 각각이 연결 라인을 통해 센싱부(100)와 연결되고, 그에 따라 복수의 배터리 셀(11, 12, 13, 14, …, 1n)의 상태를 센싱부(100)가 센싱할 수 있다.

2. SOC 추정부

SOC 추정부(200)는 배터리(10)의 SOC를 추정한다. SOC를 추정하기 위해 다양한 방식이 있을 수 있다. 예를 들어, SOH 추정부(미도시)로부터 추정된 배터리(10)의 용량과 센싱부(100)로부터 측정된 배터리(10)의 전류를 이용하여 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다. 즉, SOC 추정부(200)는 센싱부(100)로부터 측정된 소정 시간 동안의 전류값을 적산하고, 이를 SOH 추정부로부터 추정된 배터리 용량(Capacity)으로 나눠 배터리(10)의 SOC를 추정할 수 있다. 또한, SOC 추정부(200)는 배터리(10)의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 센싱부(100)에서 측정된 OCV를 메모리부(300)에 저장된 초기 OCV 테이블을 참고하여 그에 매칭된 SOC를 추출함으로써 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(100)로부터 측정된 OCV가 3560mV라면 도 3의 OCV 테이블을 참고하여 SOC가 40%임을 추정할 수 있다. 그리고, SOC 추정부(200)는 배터리(10)의 임피던스를 측정하여 SOC를 추정할 수 있는 등 다양한 방법으로 SOC를 추정할 수 있다. 본 발명의 실시 예는 센싱부(100)로부터 측정된 OCV를 메모리부(300)에 저장된 OCV 테이블과 매칭하여 SOC를 추정한다.

3. 메모리부

메모리부(300)는 배터리(10)의 운용을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 특히 메모리부(300)는 SOC와 OCV를 저장할 수 있다. 이때, SOC와 OCV는 매칭되어 저장될 수 있다. 즉, 실험적으로 측정된 다양한 SOC와 그에 따른 OCV가 메모리부(300)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 0%로부터 100%까지의 SOC와 각각의 SOC에 따른 OCV를 측정하고 이들을 매칭하여 저장할 수 있다. 메모리부(300)에 저장된 SOC와 OCV는 다양한 방법으로 측정되어 저장될 수 있다. 하나의 방법으로, 본 발명의 배터리(10)로 이용되는 배터리 셀과 동일 스펙의 배터리 셀을 예를 들어 3V로부터 4.2V까지 0.5C, 50㎃ 컷오프로 충전하고 5시간 유지시킨 후 0.01C로 3V까지 방전시키며, 방전 동안에 주기적으로 배터리 셀의 전압을 측정한다. 이러한 과정을 복수회, 예를 들어 7 내지 8회 반복하여 SOC와 OCV 평균을 산출하여 SOC와 OCV 테이블을 마련할 수 있다. 다른 방법으로, 배터리 셀을 0.001C로 충전(즉 1000시간 동안 충전)하면서 주기적으로 충전 OCV를 측정하고, 다시 0.001C로 방전(즉 1000시간 동안 방전)하면서 주기적으로 방전 COV를 측정하며, 충전 OCV와 방전 OCV의 평균을 산출하고 이때의 SOC를 산출하여 SOC 및 OCV 테이블을 마련할 수 있다. 또다른 방법으로, 기구적 고정물을 이용하여 원통형 배터리 셀을 완전히 고정하고 스크류를 이용하여 차저 및 로더(charger and loader)의 + 및 - 단자와 원통형 배터리 셀의 + 및 - 단자와 접촉시킨다. 이렇게 배터리 셀이 차저 및 로더와 접촉된 구조물을 복수 세트 제작한 후 항온항습 챔버 내에 위치시켜 일정한 온도에서 SOC 및 OCV를 추출한다. 한편, COV와 SOC가 매칭되어 저장되고, 이때의 온도 및 내부 저항 등도 저장될 수 있다. 즉, 메모리부(300)에는 배터리의 주위 온도, 내부 저항 또는 온도에 따른 용량 감소 계수 등을 별도로 구하여 미리 저장될 수 있다. 또한, 메모리부(300)에는 사용 전압 범위의 변경에 따른 새롭게 보정된 OCV 및 SOC가 매칭되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 사용 전압 범위의 축소에 따라 새롭게 추정된 SOC와 그에 따른 OCV가 매칭되어 저장될 수 있다. 이때, 새롭게 보정된 OCV 테이블은 초기 OCV 테이블을 업데이트하여 저장될 수도 있고, 초기 OCV 테이블과는 별도로 저장될 수도 있다. 즉, 새롭게 산출된 SOC 및 OCV 데이터가 초기 OCV 테이블에 덮어씌워 저장될 수도 있고, 새로운 OCV 테이블이 초기 OCV 테이블과는 별도의 데이터로 저장될 수도 있다. 한편, 메모리부(300)는 BMS(20) 내에 구비될 수 있고, BMS(20) 외에 별도로 마련될 수 있다. 메모리부(300)는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리가 이용될 수 있다.

4. 연산부

연산부(400)는 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 그에 따른 SOC를 재산출한다. 이를 위해 연산부(400)는 먼저 사용 전압 범위 변경에 따른 사용 전압 범위의 상위와 하위를 이용하여 SOC 감소 정도를 계산한다. 즉, 연산부(400)는 사용 전압 범위의 상위와 하위를 메모리부(300)의 초기 OCV 테이블을 참고하여 검출하고, 그에 따른 SOC 감소 정도를 계산한다. 예를 들어, 사용 전압 범위가 4.0V 내지 2.4V라면 도 3의 OCV 테이블을 참고하여 해당 전압에 따른 SOC, 즉 90% 및 5%의 검출하고, 그에 따라 SOC 감소 정도가 상위 10% 및 하위 5%임을 계산한다. 또한, 연산부(400)는 FCC 용량을 SOC 감소 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하고, 축소된 사용 범위에 맞는 새로운 SOC를 계산한다. 여기서, 연산부(400)는 [수학식 1]을 이용하여 변경된 용량을 계산하고, [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산한다.

이러한 변경된 용량(X')과 변경된 SOC(I')를 계산하기 위한 개략도를 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시된 바와 같이 최대 전압 및 최소 전압을 각각 Vfc 및 Ve라 표시하고, 최대 및 최소 SOC가 각각 100% 및 0%이다. 또한, 상위 및 하위 용량 차감율을 각각 A% 및 B%라 표시하며, 초기 및 변경된 SOC를 각각 I 및 I'라 한다. 그리고, 변경된 최대 전압 및 최소 전압을 각각 V'fc 및 V'e라 표시하였다. [수학식 1]에 나타낸 바와 같이 변경된 용량(X')은 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)의 합을 1에서 뺀 값을 초기 용량(X)과 곱해서 계산할 수 있다. 또한, [수학식 2]에 나타낸 바와 같이 변경된 SOC(I')는 초기 SOC(I)에서 하위 용량 차감율(B%)을 뺀 값을 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)의 합을 100%에서 뺀 값으로 나누어 계산할 수 있다. 예를 들어, 최대 및 최소 전압이 각각 4.2V 및 2.0V이고, 초기 SOC가 40%이며, 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)이 각각 10% 및 5%라 할 때, 변경된 용량은 수학식 1에 의해 1275mAh로 계산되고, 변경된 SOC는 수학식 2에 의해 41%로 계산된다. 초기 용량 및 초기 SOC와 상위 및 하위 용량 차감율에 따른 수학식 1 및 2로 계산되는 변경된 용량 및 SOC의 예를 표 1에 나타내었다.

	예시 1	예시 2	예시 3	예시 4	예시 5	예시 6	예시 7
초기 용량(mAh)	1500	3000	2800	2200	3000	2400	2400
상위 용량 차감율(%)	10%	15%	7%	0%	2%	10%	10%
하위 용량 차감율(%)	5%	3%	0%	7%	8%	3%	3%
초기 SOC(%)	40%	60%	55%	64%	60%	95%	2%
변경된 용량(mAh)	1275	2460	2604	2046	2700	2088	2088
변경된 SOC(%)	41%	70%	59%	61%	58%	106%	-1%

그런데, 변경된 SOC가 축소된 범위를 넘어서게 되면 오버(over) SOC 또는 언더(under) SOC로 계산된다. 즉, 예시 6과 같이 변경된 SOC가 초기 SOC보다 11% 크고 이는 축소 범위인 10%를 초과하므로 오버 SOC로 계산되고, 예시 7과 같이 변경된 SOC가 초기 SOC보다 3% 작고 이는 축소 범위인 3%와 같으므로 언더 SOC로 계산된다.

한편, 연산부(400)는 이렇게 산출된 사용 전압 변경, 즉 사용 전압 감축에 따른 SOC 및 그에 따른 OCV를 계산하여 메모리부(300)에 저장한다. 즉, 기존의 OCV 테이블에 새롭게 계산된 OCV 테이블을 업데이트하여 저장한다. 이때, 새로운 데이터는 기존 데이터에 덮어쓰기 형태로 저장될 수도 있고, 기존 데이터와는 별도의 데이터로서 저장될 수 있다. 새로운 OCV 테이블은 사용자가 설정한 최대 전압 4V를 SOC 100%로 하고 최소 전압 2.4V를 SOC 0%로 하여 그 사이의 OCV에 의한 SOC를 수학식 1로 계산하여 저장할 수 있다. 이러한 새로운 OCV 테이블의 예가 도 4에 도시되어 있고, 초기 OCV 테이블과 변경된 OCV 테이블의 데이터를 비교한 그래프가 도 6에 도시되어 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 SOC 추정 장치는 센싱부(100), SOC 추정부(200), 메모리부(300) 및 연산부(400)를 포함하여 배터리를 자동차 등에 장착하는 제조사의 필요에 따라 사용 전압 범위가 변경된 배터리의 용량을 OCV 테이블의 초기 SOC를 이용하여 추정할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 제조가 완료되어 사용 전압 범위가 세팅된 배터리에 대하여 제조사의 요청에 따라 사용 전압 범위가 변경될 수 있고, 이 경우 OCV 테이블을 참조하여 현재의 전압 SOC를 산출하고, 제조사의 전압 사용 범위의 상위 및 하위를 OCV 테이블을 참고하여 SOC 감소분을 계산하며, FCC 용량을 감소분만큼 차감하여 산출하고, 축소된 사용 범위에 맞는 새로운 SOC를 재산출한다. 따라서, 사용자의 전압 범위 축소에 따라 변경된 SOC를 추정함으로써 오차 발생을 방지할 수 있고, 그에 따라 안정적인 배터리의 이용이 가능하다.

한편, 상기한 바와 같이 사용 전압 범위가 변경된 배터리(10)의 용량을 본 발명의 SOC 추정 장치를 이용하여 추정하며, 배터리 관리 장치를 이용하여 사용 전압 범위가 변경된 배터리(10)를 충전 및 방전시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 SOC 추정 장치를 포함하는 배터리 관리 장치를 도 7 및 도 8에 도시하였다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 블록도이고, 도 8은 배터리 관리 장치의 스위칭부의 구성을 설명하기 위한 배터리 관리 장치의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀(11, 12, 13, 14, …, 1n)을 포함하는 배터리(10)와, 배터리(10)의 상태를 센싱하는 센싱부(100)와, 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부(200)와, 배터리(10)의 SOC 및 전압 등의 데이터를 저장하는 메모리부(300)와, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 줄어든 사용 범위에 따른 SOC를 재산출하는 연산부(400)와, 재산출된 SOC를 참고하여 배터리(10)의 상태에 따라 배터리(10)의 충방전을 제어하는 제어부(500)와, 제어부(500)의 제어 신호에 따라 배터리(10)와 부하 사이의 연결을 제어하는 스위칭부(600)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 배터리 관리 장치는 센싱부(100), SOC 추정부(200) 및 연산부(400)를 포함하는 SOC 추정 장치에 제어부(500) 및 스위칭부(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, SOC 추정 장치에 대해서는 이미 설명하였으므로 본 발명의 배터리 관리 장치 중 제어부(500) 및 스위칭부(600)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

5. 제어부

제어부(500)는 센싱부(100)로부터 측정된 복수의 배터리 셀 각각의 전압에 따라 제어 신호를 생성하여 배터리(10)와 부하 사이의 스위칭부(600)를 제어함으로써 배터리(10)의 충방전을 제어한다. 따라서, 배터리 셀의 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는 충전 동작을 정지시키기 위한 제 1 설정 전압 및 충전 동작을 실시하기 위한 제 2 설정 전압과 센싱부(100)에서 측정된 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 비교하여 측정 전압이 제 1 설정 전압보다 높거나 같을 경우 배터리 셀의 충전 동작을 정지하기 위한 제어 신호를 생성하고, 측정 전압이 제 2 설정 전압보다 낮거나 같을 경우 배터리 셀의 충전 동작을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제 1 설정 전압은 복수의 배터리 셀 각각의 최대 충전 전압이 4.0V라 할 경우 과충전을 방지하기 위해 예를 들어 3.8V로 설정될 수 있고, 제 2 설정 전압은 복수의 배터리 셀 각각의 과방전을 방지하기 위해 예를 들어 2.4V로 설정될 수 있다. 또한, 제어부(500)는 배터리 셀의 변경된 용량에 따라 배터리 셀의 설정 전압을 변경하여 배터리 셀의 충방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 최대 충전 전압이 4.0V에서 3.8V로 변경되고, 최소 전압이 2.5V로 변경된 경우 제어부(500)는 연산부(400)의 연산 결과 또는 메모리부(300)에 업데이트되어 저장된 데이터를 이용하여 제 1 및 제 2 설정 전압을 변경하여 메모리 셀의 데이터와 비교할 수 있다. 예를 들어, 제 1 설정 전압이 3.8V로 변경되고 최소 충전 전압이 2.5V로 변경될 경우 제 1 설정 전압을 3.6V로 변경하고 최소 충전 전압을 2.6V로 변경하여 메모리 셀의 데이터와 비교할 수 있다. 따라서, 배터리 셀이 최대 충전 전압 및 최소 충전 전압의 변경에 따라 배터리 셀의 충방전을 제어하고 그에 따라 변경된 배터리 셀의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있다.

6. 스위칭부

스위칭부(600)는 배터리(10)와 부하 사이의 전류 경로 사이에 마련되어 제어부(500)에 의해 배터리(10)의 충전 및 방전을 제어한다. 이러한 스위칭부(600)는 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 스위치(610) 및 제 2 스위치(620)를 포함할 수 있다. 즉, 스위칭부(600)는 배터리(10)와 부하 사이에 마련되는데, 제 1 스위치(610)가 배터리(10) 측에 마련되고, 제 2 스위치(620)가 부하 측에 마련될 수 있다. 제 1 및 제 2 스위치(610, 620)는 제어부(500)에서 생성된 제어 신호에 따라 구동되며, 배터리(10)의 충전 및 방전 시 동시에 구동될 수 있고, 어느 하나가 구동될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(610)은 배터리(10)의 충전 시 구동될 수 있고 제 2 스위치(620)는 배터리(10)의 방전 시 구동될 수 있다. 여기서, 부하는 배터리(10)을 충전하기 위한 외부 전원과, 배터리(10)의 방전 전압에 따라 구동되는 배터리(10)가 장착되는 전자기기를 포함할 수 있다. 즉, 배터리(10)의 충전 시 배터리(10)는 외부 전원과 연결되고, 배터리(10)의 방전 시 배터리(10)는 전자기기에 연결될 수 있다.

제 1 스위치(610)는 제 1 FET(610a) 및 제 1 기생 다이오드(610b)를 포함할 수 있다. 제 1 FET(610a)는 소오스 단자 및 드레인 단자가 배터리(10)와 제 1 노드(Q1) 사이에 마련되고, 게이트 단자가 제어부(500)와 연결된다. 따라서, 제 1 FET(610a)는 제어부(500)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 구동되며, 충전 시 배터리(10)로 전류를 인가하는 역할을 한다. 제 1 기생 다이오드(610b)는 제 1 FET(610a)에 병렬 연결된다. 즉, 제 1 기생 다이오드(610b)는 배터리(10)와 제 1 노드(Q1) 사이에 순방향으로 연결된다. 이러한 제 1 기생 다이오드(610b)는 제 1 FET(610a)가 턴오프될 때 배터리(10)의 방전 경로를 설정한다. 즉, 제 1 FET(610a)을 통해 배터리(10)가 충전되고, 제 1 기생 다이오드(610b)를 통해 배터리(10)가 방전될 수 있다.

제 2 스위치(620)는 제 2 FET(620a) 및 제 2 기생 다이오드(620b)를 포함할 수 있다. 제 2 FET(620a)는 소오스 단자 및 드레인 단자가 제 1 노드(Q1)와 부하 사이에 마련되고, 게이트 단자가 제어부(500)와 연결된다. 따라서, 제 2 FET(620a)는 제어부(500)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 구동되며, 방전 시 배터리(10)의 방전 전류를 이와 연결된 전자기기에 인가시키는 역할을 한다. 제 2 기생 다이오드(620b)는 제 2 FET(620a)에 병렬 연결된다. 즉, 제 2 기생 다이오드(620b)는 제 1 노드(Q1)와 부하 사이에 역방향으로 연결된다. 이러한 제 2 기생 다이오드(620b)는 배터리(10)의 충전 시 충전 전류의 경로를 설정한다. 즉, 제 2 FET(620a)를 통해 배터리(10)가 방전되고, 제 2 기생 다이오드(620b)을 통해 배터리(10)가 충전될 수 있다.

이러한 스위칭부(600)는 제 1 FET(610a)의 게이트 단자와 제 2 FET(620a)의 게이트 단자에 제어부(500)가 연결되어 제어부(500)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제 1 및 제 2 FET(610a, 620a)가 각각 구동된다. 제어부(500)는 배터리(10)의 충전 시 제 1 FET(610a)를 턴온시키고, 제 2 FET(620b)를 턴오프시킨다. 따라서, 부하, 즉 외부 전원으로부터 제 2 기생 다이오드(620b) 및 제 1 FET(610a)를 통해 배터리(10)가 충전된다. 또한, 제어부(500)는 배터리(10)의 방전 시 제 2 FET(620a)를 턴온시키고 제 2 FET(610a)를 턴온시킨다. 따라서, 배터리(10)로부터 제 1 FET(610a) 및 제 2 기생 다이오드(620b)를 통해 배터리(10)가 방전된다. 이때, 제 1 및 제 2 FET(610a, 620a)를 각각 턴온시키는 제어 신호는 로직 하이 신호일 수 있고, 제 1 및 제 2 FET(610a, 620a)를 각각 턴오프시키는 제어 신호는 로직 로우 신호일 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는 배터리(10)의 상태를 센싱한 후 배터리(10)의 충방전을 제어할 수 있다. 또한, 배터리 제어 장치는 SOC 추정 장치에 의해 배터리(10)의 용량 및 SOC가 변경된 후 변경된 배터리(10)의 용량에 따라 배터리(10)의 충방전을 제어할 수 있다. 배터리(10)의 용량이 감소된 경우 감소된 용량에 따라 설정 전압을 낮춰 배터리의 충방전을 제어할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SOC 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10은 일부 과정의 상세 흐름도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 SOC 추정 방법은 배터리(10)의 OCV 및 전류를 측정하는 과정(S100)과, 측정된 OCV를 메모리부(300)에 저장된 초기 OCV와 매칭하고 그에 따른 초기 SOC를 추출하는 과정(S200)과, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 줄어든 사용 범위에 따른 SOC를 재산출하는 과정(S300)과, 사용 전압 감축에 따른 산출된 SOC 및 그에 따른 OCV를 계산하여 저장하는 과정(S400)을 포함할 수 있다. 또한, SOC를 재산출하는 과정(S300)은 사용 전압 범위 변경에 따른 사용 전압 범위의 상위와 하위를 이용하여 SOC 감소 정도를 계산하는 과정(S310)과, FCC 용량을 SOC 감소 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하는 과정(S320)과, 축소된 사용 범위에 맞는 새로운 SOC를 계산하는 과정(S330)을 포함할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 SOC 추정 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

S100 : 센싱부(100)를 이용하여 배터리(10)의 전압을 측정한다. 즉, 전압 센서를 이용하여 BMS가 인에이블된 후 배터리 팩으로부터 소정 시간 후 안정화된 전압, 즉 OCV를 측정한다. 또한, 센싱부(100)는 전류 센서를 이용하여 배터리 팩의 전류를 측정할 수도 있다.

S200 : SOC 추정부(200)는 측정 OCV를 메모리부(300)에 저장된 초기 OCV와 매칭하고 그에 따른 초기 SOC를 추정한다. 메모리부(300)에는 배터리(10)의 운용을 위한 다양한 데이터가 저장될 수 있는데, 특히 실험적으로 측정된 다양한 초기 SOC 및 그에 따른 초기 OCV가 매칭되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 0%로부터 100%까지의 SOC와 각각의 SOC에 따른 OCV를 측정하고 이들을 도 3에 도시된 바와 같이 매칭하여 저장될 수 있다. 따라서, 센싱부(100)로부터 측정된 OCV를 메모리부(300)에 저장된 초기 OCV와 비교하고 그에 따라 초기 SOC를 추출할 수 있다.

S300 : 연산부(400)는 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 줄어든 사용 범위에 따른 SOC를 재산출한다. 이러한 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 재산출 과정은 도 7에 도시된 바와 같이 다음과 같다.

S310 : 연산부(400)는 사용 전압 범위 변경에 따른 사용 전압 범위의 상위와 하위를 이용하여 SOC 감소 정도를 계산한다. 즉, 연산부(400)는 사용 전압 범위의 상위와 하위를 메모리부(300)의 초기 OCV 테이블을 참고하여 SOC 감소 정도를 계산한다. 예를 들어, 사용 전압 범위가 4.0V 내지 2.4V라면 도 3의 OCV 테이블을 참고하여 해당 전압에 따른 SOC, 즉 90% 및 5%의 검출하고, 그에 따라 SOC 감소 정도가 상위 10% 및 하위 5%임을 계산한다.

S320 및 S330 : 연산부(400)는 FCC 용량을 SOC 감소 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하고, 축소된 사용 범위에 맞는 새로운 SOC를 계산한다. 여기서, 연산부(400)는 [수학식 1]을 이용하여 변경된 용량을 계산하고, [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산한다. 즉, [수학식 1]에 나타낸 바와 같이 변경된 용량(X')은 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)의 합을 1에서 뺀 값을 초기 용량(X)과 곱해서 계산할 수 있다. 또한, [수학식 2]에 나타낸 바와 같이 변경된 SOC(I')는 초기 SOC(I)에서 하위 용량 차감율(B%)을 뺀 값을 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)의 합을 100%에서 뺀 값으로 나누어 계산할 수 있다. 예를 들어, 최대 및 최소 전압이 각각 4.2V 및 2.0V이고, 초기 SOC가 40%이며, 상위 용량 차감율(A%)과 하위 용량 차감율(B%)이 각각 10% 및 5%라 할 때, 변경된 용량은 수학식 1에 의해 1275mAh로 계산되고, 변경된 SOC는 수학식 2에 의해 41%로 계산된다.

S400 : 연산부(400)는 이렇게 산출된 사용 전압 감축에 따른 SOC 및 그에 따른 OCV를 계산하여 메모리부(300)에 저장한다. 즉, 기존의 OCV 테이블에 새롭게 계산된 OCV 테이블을 업데이트하여 저장한다. 이때, 새로운 데이터는 기존 데이터에 덮어쓰기 형태로 저장될 수도 있고, 기존 데이터와는 별도의 데이터로서 저장될 수 있다. 새로운 OCV 테이블은 사용자가 설정한 최대 전압 4V를 SOC 100%로 하고 최소 전압 2.4V를 SOC 0%로 하여 그 사이의 OCV에 의한 SOC를 수학식 1로 계산하여 저장할 수 있다. 이러한 새로운 OCV 테이블의 예가 도 4에 도시되어 있다.

한편, 상기한 바와 같이 사용 전압 범위가 변경된 배터리(10)의 용량을 본 발명의 SOC 추정 장치를 이용하여 추정하며, 도 7 및 도 8에 도시된 배터리 관리 장치를 이용하여 사용 전압 범위가 변경된 배터리(10)를 충전 및 방전시킬 수 있다. 즉, 제어부(500)은 배터리 셀의 변경된 용량에 따라 배터리 셀의 설정 전압을 변경하여 배터리 셀의 충방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 최대 충전 전압이 4.0V에서 3.8V로 변경되고, 최소 전압이 2.5V로 변경된 경우 제어부(500)는 연산부(400)의 연산 결과 또는 메모리부(300)에 업데이트되어 저장된 데이터를 이용하여 제 1 및 제 2 설정 전압을 변경하여 메모리 셀의 데이터와 비교한 후 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 즉, 배터리 셀이 최대 충전 전압 및 최소 충전 전압의 변경에 따라 배터리 셀의 충방전을 제어하고 그에 따라 변경된 배터리 셀의 과충전 및 과방전을 방지할 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 : 센싱부 200 : SOC 추정부
300 : 메모리부 400 : 연산부
500 : 제어부 600 : 스위칭부

Claims

배터리;
상기 배터리와 연결되어 배터리의 OCV를 측정하는 센싱부;
상기 센싱부와 연결되어 상기 센싱부로부터 측정된 OCV를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부;
배터리의 SOC 및 OCV를 포함하는 데이터를 저장하고, 상기 SOC 추정부와 연결된 메모리부; 및
상기 SOC 추정부 및 메모리부와 연결되고, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 변경된 사용 용량에 따른 변경된 SOC를 재산출하는 연산부를 포함하는 배터리의 용량 추정 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 메모리부는 복수의 초기 SOC 및 복수의 초기 OCV를 매칭하여 저장하고, 복수의 변경된 SOC 및 복수의 변경된 OCV를 매칭하여 저장하는 배터리의 용량 추정 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연산부는 하기 [수학식 1]에 의해 변경된 용량을 계산하는 배터리 용량 추정 장치.
[수학식 1]

여기서, X'는 변경된 용량, X는 초기 용량, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
청구항 3에 있어서, 상기 연산부는 하기 [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산하는 배터리 용량 추정 장치.
[수학식 2]

여기서, I'는 변경된 SOC, I는 초기 SOC, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
배터리;
상기 배터리와 연결되어 배터리의 OCV를 측정하는 센싱부;
상기 센싱부와 연결되어 상기 센싱부로부터 측정된 OCV를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부;
배터리의 SOC 및 OCV를 포함하는 데이터를 저장하고, 상기 SOC 추정부와 연결된 메모리부;
상기 SOC 추정부 및 메모리부와 연결되고, 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산하고 변경된 사용 용량에 따른 변경된 SOC를 재산출하는 연산부;
상기 연산부 및 상기 메모리부 중 적어도 하나와 연결되어 SOC를 참고하여 배터리의 상태에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 제어부; 및
상기 배터리와 부하 사이에 마련되어 상기 제어부의 제어 신호에 따라 배터리를 충방전시키는 스위칭부를 포함하는 배터리 관리 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 연산부는 하기 [수학식 1]에 의해 변경된 용량을 계산하고, 하기 [수학식 2]를 이용하여 변경된 SOC를 계산하는 배터리 용량 추정 장치.
[수학식 1]

여기서, X'는 변경된 용량, X는 초기 용량, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
[수학식 2]

여기서, I'는 변경된 SOC, I는 초기 SOC, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
배터리의 OCV를 측정하는 과정;
상기 측정된 OCV에 따른 초기 SOC를 추정하는 과정;
사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산한 후 변경된 SOC를 계산하는 과정; 및
상기 변경된 SOC에 따른 변경된 OCV를 계산하는 과정을 포함하는 배터리의 용량 추정 방법.
청구항 7에 있어서, 배터리의 복수의 초기 SOC 및 그에 따른 복수의 초기 OCV를 매칭하여 저장하는 과정을 더 포함하는 배터리의 용량 추정 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 초기 SOC는 상기 측정된 OCV를 상기 초기 OCV와 매칭하여 추정하는 배터리의 용량 추정 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 변경된 SOC를 계산하는 과정은 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 변경 정도를 계산하는 과정과,
상기 SOC 변경 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하는 과정과,
상기 변경된 SOC를 계산하는 과정을 포함하는 배터리 용량 추정 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 변경된 용량은 하기 [수학식 1]에 의해 계산하는 배터리 용량 추정 방법.
[수학식 1]

여기서, X'는 변경된 용량, X는 초기 용량, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
청구항 10에 있어서, 상기 변경된 SOC는 하기 [수학식 2]를 이용하여 계산하는 배터리 용량 추정 방법.
[수학식 2]

여기서, I'는 변경된 SOC, I는 초기 SOC, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
청구항 7에 있어서, 상기 변경된 SOC 및 그에 따른 변경된 OCV를 매칭하여 복수의 데이터를 저장하는 과정을 더 포함하는 배터리의 용량 추정 방법.
배터리의 OCV를 측정하는 과정;
상기 측정된 OCV에 따른 초기 SOC를 추정하는 과정;
사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 감소 정도를 계산한 후 변경된 SOC를 계산하는 과정;
상기 변경된 SOC에 따른 변경된 OCV를 계산하는 과정; 및
상기 변경된 SOC를 참고하여 배터리의 상태에 따라 배터리의 충방전을 제어하는 과정을 포함하는 배터리 관리 방법.
청구항 14에 있어서, 상기 변경된 SOC를 계산하는 과정은 사용 전압 범위 변경에 따른 SOC 변경 정도를 계산하는 과정과,
상기 SOC 변경 정도만큼 초기 용량에서 차감하여 변경된 용량을 계산하는 과정과,
상기 변경된 SOC를 계산하는 과정을 포함하는 배터리 관리 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 변경된 용량은 하기 [수학식 1]에 의해 계산하고, 상기 변경된 SOC는 하기 [수학식 2]를 이용하여 계산하는 배터리 용량 추정 방법.
[수학식 1]

여기서, X'는 변경된 용량, X는 초기 용량, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.
[수학식 2]

여기서, I'는 변경된 SOC, I는 초기 SOC, A 및 B는 상위 및 하위 용량 차감율.