KR20190078095A - Battery management system and method for calculating a full charge capacity of a battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리의 만충전 용량을 산출하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리가 퇴화됨에 따라 변경되는 배터리의 만충전 용량을 업데이트하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery management system and method for calculating a full charge capacity of a battery, and more particularly, to a battery management system and method for updating a full charge capacity of a battery, .
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.2. Description of the Related Art In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has rapidly increased, and electric vehicles, storage batteries for energy storage, robots, and satellites have been developed in earnest. Researches are being actively conducted.
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 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently, commercialized batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, and lithium batteries. Among them, lithium batteries have little memory effect compared to nickel-based batteries, And is attracting attention because of its high energy density.
배터리의 만충전 용량은, 배터리가 완전히 충전된 상태에서 배터리로부터 방전 가능한 전하량을 나타낸다. 예컨대, 만충전 용량이 4000mAh인 배터리는 4000mA의 전류를 1시간 동안 부하에게 일정하게 공급할 수 있다.The full charge capacity of the battery indicates the amount of charge that can be discharged from the battery when the battery is fully charged. For example, a battery with a full charge capacity of 4000 mAh can supply 4000 mA of current constantly to the load for one hour.
그런데, 배터리는 반복적인 충방전 등에 따라 퇴화되므로, 배터리의 만충전 용량은 배터리가 제조된 당시의 만충전 용량으로부터 서서히 감소할 수 밖에 없다. 배터리의 만충전 용량은, 배터리의 충전 상태(SOC: state of charge) 등을 결정하는 데에 필수적인 파라미터 중 하나이다. 따라서, 배터리의 만충전 용량을 적절히 업데이트해야만, 배터리를 보다 안전하게 사용할 수 있다.However, since the battery is degraded due to repetitive charging and discharging, the full charge capacity of the battery gradually decreases from the full charge capacity at the time of manufacture of the battery. The full capacity of the battery is one of the parameters necessary for determining the state of charge (SOC) of the battery and the like. Therefore, it is necessary to update the full charge capacity of the battery appropriately to use the battery more safely.
한편, 배터리를 만충전 상태로부터 만방전 상태까지 방전시키는 동안의 전류 적산량 또는 배터리를 만방전 상태로부터 만충전 상태까지 충전시키는 동안의 전류 적산량에 기초하여, 배터리의 만충전 용량을 업데이트하는 종래 기술이 개시된바 있다.On the other hand, in the conventional art in which the charge accumulation capacity of the battery is updated based on the current accumulation amount while discharging the battery from the full charge state to the full discharge state or the current accumulation amount while charging the battery from the full discharge state to the full charge state, Technology has been disclosed.
그런데, 위와 같은 종래 기술에 따르면, 배터리가 만방전 상태(예, SOC 0%)와 만충전 상태(예, SOC 100%)를 각각 한번씩은 거쳐야만 하는데, 일반적인 사용 환경에서 배터리가 만방전 상태 또는 만충전 상태가 되는 경우는 흔하지 않다. 게다가, 배터리를 의도적으로 만방전 또는 만충전시킬 경우, 불필요하게 배터리의 수명이 단축되는 결과를 낳을 수 있다.However, according to the above conventional technology, the battery has to go through a full discharge state (for example, SOC 0%) and a full charge state (for example,
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리를 만충전 또는 만방전시키지 않고도, 배터리의 만충전 용량을 업데이트하기 위한 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a battery management system and method for updating a full charge capacity of a battery without charging or discharging the battery fully or fully.
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.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It is also to be understood that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.Various embodiments of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량 산출 방법은, 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하는 단계; 상기 정전류 충전 모드에서, 상기 배터리의 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계; 상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태에 도달한 때로부터 제2 충전 상태에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출하는 단계; 및 상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계를 포함한다.The method of calculating the full charge capacity of a battery according to an embodiment of the present invention includes: executing a constant current charge mode for charging a battery with a reference current; Calculating a charging state of the battery periodically based on a terminal voltage and a current of the battery in the constant current charging mode; Calculating an elapsed time from when the charged state of the battery reaches the first charged state to when the charged state of the battery reaches the second charged state; And calculating the full charge capacity of the battery based on the elapsed time and the reference time.
주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계는, 주기적으로 측정되는 상기 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초할 수 있다.The step of periodically calculating the state of charge of the battery may be based on the terminal voltage and current of the battery which is periodically measured.
상기 경과 시간을 산출하는 단계는, 상기 배터리의 충전 상태가 상기 제1 충전 상태에 도달한 제1 시각을 검출하는 단계; 상기 배터리의 충전 상태가 상기 제2 충전 상태에 도달한 제2 시각을 검출하는 단계; 및 상기 제1 시각과 상기 제2 시각 간의 차이로부터, 상기 경과 시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the elapsed time includes: detecting a first time when the charged state of the battery reaches the first charged state; Detecting a second time when the charged state of the battery reaches the second charged state; And calculating the elapsed time from the difference between the first time and the second time.
상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계는, 다음의 수학식:Wherein the step of calculating the full charge capacity of the battery comprises the steps of:
을 이용할 수 있다. 상기 수학식에서, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량이다.Can be used. In the above equation, FCC initial is the initial full charge capacity ,? T elap is the elapsed time ,? T ref is the reference time, and FCC new is the full charge capacity.
상기 방법은, 상기 경과 시간이 미리 정해진 임계 시간 미만인 경우, 상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include increasing the second state of charge if the elapsed time is less than a predetermined threshold time.
상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계는, 상기 경과 시간에 대한 상기 임계 시간의 비율에 기초하여, 상기 제2 충전 상태의 증가량을 산출할 수 있다.The step of increasing the second state of charge may calculate the amount of increase of the second state of charge based on the ratio of the threshold time to the elapsed time.
상기 방법은, 상기 만충전 용량을 나타내는 데이터를 메모리부에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include storing data indicating the full charge capacity in a memory unit.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리의 단자 전압 및 전류를 측정하도록 구성된 센싱부; 및 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행한다. 상기 제어부는, 상기 정전류 충전 모드에서, 상기 센싱부에 의해 측정된 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출한다. 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태가 된 때로부터 제2 충전 상태가 된 때까지의 경과 시간을 산출한다. 상기 제어부는, 상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출한다. A battery management system according to another embodiment of the present invention includes: a sensing unit configured to measure a terminal voltage and a current of a battery; And a control unit operatively coupled to the sensing unit. The control unit executes a constant current charging mode for charging the battery with the reference current. In the constant current charging mode, the control unit periodically calculates the charging state of the battery based on the terminal voltage and the current measured by the sensing unit. The control unit calculates the elapsed time from the time when the charging state of the battery becomes the first charging state to the time when the charging state becomes the second charging state. The control unit calculates the full charge capacity of the battery based on the elapsed time and the reference time.
상기 제어부는, 다음의 수학식:The control unit calculates the following equation:
을 이용하여, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출할 수 있다. 위 수학식에서, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량이다.It is possible to calculate the full charge capacity of the battery. In the above equation, FCC initial is the initial full charge capacity ,? T elap is the elapsed time ,? T ref is the reference time, and FCC new is the full charge capacity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함한다.The battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery management system.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리를 만충전 상태나 만충전 상태로 하지 않고도, 배터리의 만충전 용량을 업데이트할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the full charge capacity of the battery can be updated without setting the battery to the full charge state or the full charge state.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
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 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량을 산출하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 2의 방법에 관련된 경과 시간을 산출하는 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍 챠트를 나타내느 도면이다.
도 5는 도 2의 방법에 관련된 기준 시간을 결정하는 데에 활용하기 위해 메모리에 미리 저장된 예시적인 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a functional block diagram of a battery pack including a battery management system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are flowcharts illustrating a method of calculating the full charge capacity of a battery according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an exemplary timing chart for illustrating an operation of calculating the elapsed time related to the method of FIG. 2; FIG.
5 is a diagram illustrating an exemplary look-up table that is pre-stored in memory for use in determining a reference time associated with the method of FIG.
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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
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. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
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.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
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.Terms including ordinals, such as first, second, etc., are used for the purpose of distinguishing one of the various components from the rest, and are not used to define components by such terms.
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.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise. In addition, the term " control unit " as described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.
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.In addition, throughout the specification, when a portion is referred to as being "connected" to another portion, it is not necessarily the case that it is "directly connected", but also "indirectly connected" .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.1 is a functional block diagram of a battery pack including a battery management system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리(20), 스위칭부(30) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a
배터리(20)는, 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)를 포함한다. 배터리(20)는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있다. 배터리(20)에 복수의 단위 셀이 포함되는 경우, 복수의 단위 셀은 전기적으로 상호 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 각 단위 셀은, 예컨대, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지일 수 있다. 물론, 단위 셀의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The
스위칭부(30)는, 배터리팩(10)를 통해 흐르는 전류, 즉 충전 전류나 방전 전류를 조절하기 위해, 배터리팩(10)의 대전류 경로에 설치된다. 배터리팩(10)의 대전류 경로는, 배터리(20)의 양극 단자(B+)와 배터리팩(10)의 양극 단자(P+) 사이의 경로 및 배터리(20)의 음극 단자(B-)와 배터리팩(10)의 음극 단자(P-) 사이의 경로를 포함할 수 있다. 도 1에는, 배터리팩(10)의 양극 단자(P+)와 배터리(20)의 양극 단자(B+) 사이에 스위칭부(30)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 스위칭부(30)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 스위칭부(30)는, 배터리팩(10)의 음극 단자(P-)와 배터리(20)의 음극 단자(B-) 사이에 설치될 수도 있다.The
스위칭부(30)는, 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32)를 포함할 수 있다. 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32) 각각은, 도시된바와 같이, 전계 효과 트랜지스터 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 충전 스위치(31) 및 방전 스위치(32) 각각은, 배터리 관리 시스템(100)으로부터의 스위칭 신호에 따라 개별적으로 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 됨으로써, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류를 조절할 수 있다.The switching
배터리 관리 시스템(100)은, 메모리부(110), 센싱부(120) 및 제어부(130)를 포함하고, 선택적으로 통신부(140)를 더 포함할 수 있다.The
메모리부(110)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예로, 메모리부(110)는 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 포함할 수 있다. 메모리부(110)는 또한 제어부(130)에 의해 수행 가능한 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부(110)는 또한 제어부(130)에 의해 실행된 제어 로직의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.The
센싱부(120)는, 전압 센서(121) 및 전류 센서(122)를 포함하고, 선택적으로 온도 센서(123)를 더 포함할 수 있다. 전압 센서(121), 전류 센서(122) 및 온도 센서 각각은 제어부(130)에 동작 가능하게 연결될 수 있다.The
전압 센서(121)는, 배터리(20)의 단자 전압 Vbat을 측정하고 측정된 단자 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 단자 전압은, 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-) 간의 전위차에 대응한다. 제어부(130)는, 전압 센서(121)로부터 전송된 전압 신호를 기초로, 측정된 단자 전압을 나타내는 측정 전압값을 메모리부(110)에 저장한다.The
전류 센서(122)는, 배터리(20)를 통해 흐르는 전류 Ibat를 측정하고 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 제어부(130)는, 전류 센서(122)로부터 전송된 전류 신호를 기초로, 측정된 전류를 나타내는 전류값을 메모리부(110)에 저장한다.The
온도 센서(123)는, 배터리(20)의 온도를 측정하고 측정된 온도를 나타내는 온도 신호를 제어부(130)에게 전송한다. 제어부(130)는, 온도 센서(123)로부터 전송된 온도 신호를 기초로, 측정된 온도를 나타내는 온도값을 메모리부(110)에 저장한다.The
제어부(130)는, 메모리부(110), 센싱부(120), 통신부(140) 및 스위칭부(30)에 동작 가능하게 연결되어, 이를 각각의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다. 제어부(130)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), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.The
제어부(130)는, 스위칭부(30)에게 출력되는 스위칭 신호의 듀티비를 제어함으로써, 배터리(20)의 충전을 위해 배터리(20)에 공급되는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 제어부(130)는, 배터리팩(10)이 충전기에 연결되어 있는 중의 적어도 일부의 기간 동안, 소정의 정전류 충전 모드를 선택적으로 실행할 수 있다. 특히, 제어부(130)는, 정전류 충전 모드가 실행되는 동안, 미리 정해진 기준 전류(예, 3A)가 스위칭부(30)를 통해 배터리(20)로 흐르게 할 수 있다. 이에 따라, 배터리(20)는 기준 전류로 충전될 수 있다.The
제어부(130)는, 센싱부(120)로부터 주기적으로 전송되는 센싱 신호 즉, 전압 신호, 전류 신호 및 온도 신호 중 적어도 하나를 이용하여, 주기적으로 배터리의 충전 상태를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는, 칼만 필터(kalman filter)에 기반한 충전 상태 추정 알고리즘을 실행함으로써, 센싱부(120)에 의해 측정된 단자 전압, 전류 및/또는 온도로부터 배터리의 충전 상태를 실시간으로 업데이트할 수 있다. 배터리의 충전 상태를 산출하는 데에는 칼만 필터를 포함한 다양한 공지의 알고리즘이 단독으로 또는 둘 이상 조합되어 사용될 수 있다.The
통신부(140)는, 제어부(130)와 외부 디바이스(1) 사이의 양방향 통신을 지원하도록 구성된다.The
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 만충전 용량을 산출하는 방법을 보여주는 순서도이고, 도 4은 도 2의 방법에 관련된 경과 시간을 산출하는 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍 챠트를 나타내느 도면이며, 도 5는 도 2의 방법에 관련된 기준 시간을 결정하는 데에 활용하기 위해 메모리에 미리 저장된 예시적인 룩업 테이블(500)을 나타낸 도면이다.2 and 3 are flowcharts showing a method of calculating a full charge capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a timing chart showing an example timing for explaining an operation of calculating an elapsed time related to the method of Fig. FIG. 5 is a diagram illustrating an exemplary look-up table 500 previously stored in memory for use in determining a reference time associated with the method of FIG.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S200에서, 제어부(130)는, 배터리(20)를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행한다. 제어부(130)는, 정전류 충전 모드가 실행된 시각 tS부터, 배터리(20)에게 기준 전류 Iref가 공급되도록, 스위칭부(30)에 포함된 충전 스위치(31)에게 출력되는 스위칭 신호의 듀티비를 조절할 수 있다.1 to 5, in step S200, the
단계 S210에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달하였는지 여부를 판정한다. 제1 충전 상태 SOC1는, 고정된 것이거나 소정 조건을 만족하는 경우에 변경 가능한 것일 수 있다. 예컨대, 제1 충전 상태 SOC1는 최초에는 30%이고, 제어부(130)에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 단계 S210의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S220이 진행된다. 단계 S210의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S210이 다시 진행된다.In step S210, the
단계 S220에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달한 제1 시각 t1을 검출한다. 제어부(130)는, 검출된 제1 시각 t1을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장할 수 있다.In step S220, the
단계 S230에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제2 충전 상태 SOC2에 도달하였는지 여부를 판정한다. 제2 충전 상태 SOC2는, 고정된 것이거나 소정 조건을 만족하는 경우에 변경 가능한 것일 수 있다. 예컨대, 제2 충전 상태 SOC2는 최초에는 70%이고, 제어부(130)에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 단계 S230의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S240이 진행된다. 단계 S230의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S230이 다시 진행된다.In step S230, the
단계 S240에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제2 충전 상태 SOC2에 도달한 제2 시각 t2을 검출한다. 제어부(130)는, 검출된 제2 시각 t2을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장할 수 있다.In step S240, the
단계 S250에서, 제어부(130)는, 배터리(20)의 충전 상태가 제1 충전 상태 SOC1에 도달한 때로부터 제2 충전 상태 SOC2에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출한다. 제어부(130)는, 검출된 제1 시각 t1과 제2 시각 t2 간의 차이 즉, 제2 시각 t2에서 제1 시각 t1을 차감하여, 경과 시간을 산출할 수 있다. 즉, 경과 시간은, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.In step S250, the
수학식 1: 경과 시간 = t2 - t1 = ΔTelap Equation 1: elapsed time = t 2 - t 1 =? T elap
배터리(20)가 퇴화될수록 배터리(20)의 만충전 용량은 줄어드므로, 제1 충전 상태로부터 제2 충전 상태까지 기준 전류 Iref로 배터리(20)를 충전하는 데에 소요되는 시간인 ΔTelap 역시 감소할 것이다. 즉, ΔTelap는 배터리(20)의 현재 만충전 용량이 초기의 만충전 용량으로부터 얼마나 줄어들었는지에 대한 정보를 포함하고 있다.
단계 S260에서, 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap이 미리 정해진 임계 시간 이상인지 여부를 판정한다. 검출된 제1 시각 t1 또는 제2 시각 t2에는 오차가 포함될 수 있기 때문에, 충분히 크지 않은 경과 시간 ΔTelap을 기초로 산출되는 배터리(20)의 만충전 용량의 정확도가 낮아질 수 있다. 따라서, 경과 시간 ΔTelap이 임계 시간 미만인 경우에는, 경과 시간 ΔTelap을 증가시키기 위하여 후술할 단계 S270과 같은 조치가 필요하다. 단계 S260의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S280이 진행된다. 단계 S260의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S270이 진행된다.In step S260, the
단계 S270에서, 제어부(130)는, 제2 충전 상태를 증가시킨다. 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap에 대한 임계 시간의 비율에 기초하여, 제2 충전 상태의 증가량을 산출할 수 있다. 즉, 제2 충전 상태의 증가량은, 경과 시간 ΔTelap이 임계 시간 간의 차이에 대응할 수 있다. 이때, 제어부(130)는, 다음의 수학식 2를 이용하여, 증가된 제2 충전 상태를 산출할 수 있다.In step S270, the
수학식 2: Equation 2:
수학식 2에서, SOC2 _old는 이전의 제2 충전 상태, ΔTth는 상기 임계 시간, SOC2_new는 증가된 제2 충전 상태이다. 만약, 단계 S270이 처음 실행된 경우, SOC2 _old로는 미리 주어진 초기값이 이용될 수 있다. 단계 S270은 예컨대, ΔTelap < ΔTth 인 경우에 진행되므로, ΔTth/ΔTelap > 1이다. 수학식 2에 따르면, SOC2 _old는 70%, ΔTth는 370초, ΔTelap는 350초인 경우, SOC2 _new는 SOC2 _old보다 큰 74%가 된다.In Equation (2), SOC 2 _old is a previous second charge state, ΔT th is the threshold time, and SOC 2 - new is an increased second charge state. If, when the step S270 of the first run, roneun SOC 2 _old has previously given initial value can be used. Step S270 is, for example ,? T elap <? T th Lt; th > / DELTA T elap > 1. According to Equation 2, SOC 2 _old is 70%, ΔT th is case 370 seconds, ΔT elap is 350 seconds, SOC 2 _new is large than 74% SOC 2 _old.
단계 S280에서, 제어부(130)는, 경과 시간 ΔTelap 및 기준 시간을 기초로, 배터리(20)의 만충전 용량을 산출한다. 도 5를 참조하면, 메모리부(110)에는, 다수의 SOC 변화량과 다수의 기준 시간 간의 일대일 대응 관계가 정의된 룩업 테이블(500)이 미리 저장되어 있을 수 있다. 룩업 테이블(500)의 각 기준 시간은, 배터리(20)가 퇴화되지 않았은 상태에서 기준 전류 Iref로 배터리(20)의 충전 상태를 제1 충전 상태로부터 SOC 변화량만큼 증가시키는 데에 필요한 시간일 수 있으며, 사전 실험을 통해 경험적으로 미리 정해질 수 있다.In step S280, the
제어부(130)는, 다음의 수학식 3을 이용하여, SOC 변화량을 산출할 수 있다.The
수학식 3: ΔSOC = SOC2-SOC1 Equation 3: ΔSOC = SOC 2 -SOC 1
수학식 3에서, SOC1은 제1 충전 상태, SOC2는 제2 충전 상태, ΔSOC는 SOC 변화량이다. 단계 S270에가 진행된 경우, 수학식 3의 SOC2는 수학식 2의 SOC2 _new와 동일할 수 있다. 단계 S270에가 진행되지 않은 경우, 수학식 3의 SOC2는 수학식 2의 SOC2_old와 동일할 수 있다.In Equation (3), SOC 1 is a first charge state, SOC 2 is a second charge state, and? SOC is an SOC change amount. When proceeding to step S270, the SOC 2 of Equation (3) may be equal to SOC 2 _ new of Equation (2). If in step S270 is not in progress, SOC 2 of the equation (3) may be equal to the SOC 2_old of equation (2).
그 다음, 제어부(130)는, 산출된 SOC 변화량 ΔSOC에 대응하는 어느 하나의 기준 시간을 룩업 테이블(500)로부터 독출할 수 있다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 산출된 SOC 변화량 ΔSOC이 44%인 경우, 440초가 만충전 용량의 업데이트에 활용될 기준 시간으로서 룩업 테이블(500)로부터 독출될 수 있다.Then, the
배터리(20)의 만충전 용량과 초기 만충전 용량 간의 차이는, 기준 시간에 대한 경과 시간 ΔTelap의 비율에 대응할 수 있다. 제어부(130)는, 다음의 수학식 4를 이용하여, 배터리(20)의 만충전 용량을 업데이트할 수 있다. The difference between the full charge capacity of the
수학식 4:Equation 4:
수학식 4에서, FCCinitial은 배터리(20)의 초기 만충전 용량, ΔTref은 ΔSOC에 대응하는 기준 시간, FCCnew은 업데이트된 만충전 용량이다. 초기 만충전 용량 FCCinitial은, 배터리(20)가 퇴화되지 않은 수명 초기(BOL: beginning of life)에서 배터리(20)에 최대로 저장 가능한 전하량을 나타낸다. 초기 만충전 용량 FCCinitial을 나타내는 데이터는, 메모리부(110)에 미리 저장되어 있을 수 있다.In Equation (4), FCC initial is the initial full charge capacity of the
단계 S290에서, 제어부(130)는, 정전류 충전 모드를 중단한다. 이에 따라, 시각 tE부터는 배터리(20)에 대한 기준 전류 Iref의 공급이 차단되거나, 기준 전류 Iref와는 상이한 전류가 배터리(20)를 통해 흐르게 될 수 있다. 이와 함께 또는 별개로, 제어부(130)는 업데이트된 만충전 용량 FCCnew을 나타내는 데이터를 메모리부(110)에 저장하거나, 통신부(140)를 통해 외부 디바이스(1)에게 전송할 수 있다.In step S290, the
단계 S200에 의해 정전류 충전 모드가 개시된 때부터 단계 S290에 의해 정전류 충전 모드가 중단되는 때까지 기간 동안, 제어부(130)는, 센싱부(120)에 의해 주기적으로 측정되는 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초하여, 배터리(20)의 충전 상태를 주기적으로 산출한다. 정전류 충전 모드가 실행되는 중에는, 센싱부(120)에 의해 측정되는 전류는 기준 전류와 동일하거나 무시할 수 있을 정도의 매우 작은 차이만을 가지게 될 것이다. 전술한 바와 같이, 배터리의 충전 상태는, 칼만 필터 등과 같은 다양한 공지의 알고리즘을 활용하여 산출될 수 있다.During the period from the start of the constant current charging mode by the step S200 to the stop of the constant current charging mode by the step S290, the
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. The embodiments of the present invention described above are not only implemented by the apparatus and method but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, The embodiments can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
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. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to be illustrative, The present invention is not limited to the drawings, but all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
10: 배터리팩
20: 배터리
30: 스위칭부
100: 배터리 관리 시스템
110: 메모리
120: 센싱부
130: 제어부
140: 통신부10: Battery pack
20: Battery
30:
100: Battery management system
110: Memory
120: sensing unit
130:
140:
Claims (10)
상기 정전류 충전 모드에서, 상기 배터리의 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계;
상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태에 도달한 때로부터 제2 충전 상태에 도달한 때까지의 경과 시간을 산출하는 단계; 및
상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계;
를 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
Executing a constant current charging mode for charging the battery with a reference current;
Calculating a charging state of the battery periodically based on a terminal voltage and a current of the battery in the constant current charging mode;
Calculating an elapsed time from when the charged state of the battery reaches the first charged state to when the charged state of the battery reaches the second charged state; And
Calculating a full charge capacity of the battery based on the elapsed time and the reference time;
And determining the full charge capacity of the battery.
주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하는 단계는,
주기적으로 측정되는 상기 배터리의 단자 전압 및 전류에 기초하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
The step of periodically calculating the state of charge of the battery includes:
A method for calculating the full charge capacity of a battery based on terminal voltage and current of the battery periodically measured.
상기 경과 시간을 산출하는 단계는,
상기 배터리의 충전 상태가 상기 제1 충전 상태에 도달한 제1 시각을 검출하는 단계;
상기 배터리의 충전 상태가 상기 제2 충전 상태에 도달한 제2 시각을 검출하는 단계; 및
상기 제1 시각과 상기 제2 시각 간의 차이로부터, 상기 경과 시간을 산출하는 단계;
를 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calculating the elapsed time comprises:
Detecting a first time when the charged state of the battery reaches the first charged state;
Detecting a second time when the charged state of the battery reaches the second charged state; And
Calculating the elapsed time from a difference between the first time and the second time;
And determining the full charge capacity of the battery.
상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는 단계는,
다음의 수학식:
을 이용하되, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량인, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
The step of calculating the full charge capacity of the battery includes:
The following equation:
Wherein FCC initial is an initial full charge capacity, DELTA T elap is the elapsed time, DELTA T ref is the reference time, and FCC new is the full charge capacity.
상기 경과 시간이 미리 정해진 임계 시간 미만인 경우, 상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계;
를 더 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
Increasing the second charge state if the elapsed time is less than a predetermined threshold time;
Further comprising the step of calculating the full charge capacity of the battery.
상기 제2 충전 상태를 증가시키는 단계는,
상기 경과 시간에 대한 상기 임계 시간의 비율에 기초하여, 상기 제2 충전 상태의 증가량을 산출하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein increasing the second charge state comprises:
Calculating an increase amount of the second charge state based on a ratio of the critical time to the elapsed time.
상기 만충전 용량을 나타내는 데이터를 메모리부에 저장하는 단계;
를 더 포함하는, 배터리의 만충전 용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
Storing data indicating the full charge capacity in a memory unit;
Further comprising the step of calculating the full charge capacity of the battery.
상기 센싱부에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 배터리를 기준 전류로 충전하기 위한 정전류 충전 모드를 실행하고,
상기 정전류 충전 모드에서, 상기 센싱부에 의해 측정된 단자 전압 및 전류를 기초로, 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 산출하고,
상기 배터리의 충전 상태가 제1 충전 상태가 된 때로부터 제2 충전 상태가 된 때까지의 경과 시간을 산출하며,
상기 경과 시간 및 기준 시간을 기초로, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하는, 배터리 관리 시스템.
A sensing unit configured to measure a terminal voltage and a current of the battery; And
And a control unit operatively coupled to the sensing unit,
Wherein,
A constant current charging mode for charging the battery with a reference current,
Wherein in the constant current charging mode, the charging state of the battery is periodically calculated based on the terminal voltage and the current measured by the sensing unit,
Calculating an elapsed time from when the charged state of the battery becomes the first charged state to when the charged state becomes the second charged state,
And calculates the full charge capacity of the battery based on the elapsed time and the reference time.
상기 제어부는,
다음의 수학식:
을 이용하여, 상기 배터리의 만충전 용량을 산출하되, FCCinitial은 초기 만충전 용량, ΔTelap은 상기 경과 시간, ΔTref은 상기 기준 시간, FCCnew은 상기 만충전 용량인, 배터리 관리 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein,
The following equation:
Wherein the FCC initial is an initial full charge capacity ,? T elap is the elapsed time ,? T ref is the reference time, and FCC new is the full charge capacity.
을 포함하는, 배터리팩.A battery management system according to any one of claims 8 to 9,
And a battery pack.
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Legal Events
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