KR20200122628A - 자동차용 배터리 관리 방법 및 장치 - Google Patents

자동차용 배터리 관리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

배터리 열화정도를 고려한 배터리 관리방법이 개시된다. 본 발명에 따른 배터리 관리방법은 배터리 충전 시작 시의 충전 방식을 결정하는 단계, 상기 배터리의 충전 시작 시의 충전전압, 충전 전류 및 온도 중 적어도 하나를 저장하는 단계 및 상기 결정된 배터리 충전방식이 CC 충전방식이면, 상기 배터리의 충전 전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계, 상기 결정된 배터리 충전방식이 CV 충전방식이면, 상기 배터리의 충전 용량 증가 정도 및 충전완료 시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

자동차용 배터리 관리 방법 및 장치{METHOD FOR MANAGING BATTERY FOR VEHICLE AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 자동차 배터리 관리 방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는 배터리 열화 정도를 파악하고, 파악된 배터리 열화 정도에 관한 정보를 이용하여 배터리 충방전 제어 및 진단을 포함하는 관리의 효율을 높이는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차는 내연기관과는 달리 배터리(battery)에 저장된 전기에너지로 구동모터를 구동하고, 이를 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 무공해 자동차로서, 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경 오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 전기 자동차의 개발이 주목받고 있다.
전기자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는다. 전기자동차는 일반적으로 배터리 전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되는데, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 배터리 전원이 다 소모되면 배터리를 재충전한다. 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동해서 전기발전을 하는 방식으로 배터리를 충전하고 충전된 배터리의 전기를 이용하여 전기모터를 구동한다.
이와 같이 전기 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 배터리의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 배터리의 충방전을 효율적으로 관리해야 한다. 그러나 차량에 탑재된 배터리 제어기인 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에서 배터리 충전과 방전 특성을 적절한 수준으로 관리함에도 불구하고, 배터리 내구 수명이 저하됨에 따라 충분한 충전이 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.
또한 사용자의 실수로 인해 배터리가 오랫동안 방전상태로 방치될 경우, 배터리 내 활물질이 고착화됨으로써, 배터리 수명이 감소(배터리 열화)되는 문제점이 있다. 이와 같은 배터리 열화가 발생한 배터리에 대해 배터리 수명 초기의 잔량 측정 알고리즘을 적용하는 경우에는 배터리 상태 진단에서의 오류가 커지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리 상태 진단의 정확성을 높이기 위한 배터리 열화 정도 결정을 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배터리 상태 진단의 정확성을 높이기 위한 배터리 열화량 추정 방법을 이용한 배터리 관리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화정도 측정방법은, 배터리 충전 시작 시의 충전 방식을 결정하는 단계, 상기 배터리의 충전 시작 시의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 저장하는 단계 및 상기 결정된 배터리 충전방식이 CC 충전방식이면, 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계, 상기 결정된 배터리 충전방식이 CV 충전방식이면, 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 배터리 충전 시작 시의 충전 방식을 결정하는 단계는 상기 배터리의 완전 충전 상태와 상기 배터리의 충전 시작 시의 상태를 비교하는 단계, 상기 비교에 기초하여 CC 충전구간 및 CV 충전구간 중 적어도 하나를 결정하는 단계 및 상기 결정된 충전구간에 기초하여 CC 충전방식 및 CV 충전방식 중 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 배터리의 완전 충전 상태는 상기 배터리의 유효 최대 충전용량 및 유효 최대 출력전압 중 적어도 하나에 의해 결정되고, 상기 배터리의 충전 시작 시의 충전 상태는 배터리 용량 상태 및 출력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정된다.
또한, 상기 CC구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 특정 전압에서의 배터리 용량에 관한 정보의 집합이다.
또한, 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC 구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는 상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 적어도 하나의 전압 별 배터리 용량에 관한 정보를 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가와 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정한다.
또한, 상기 CV구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 CV구간 충전용량 정보 및 CV구간 충전시간 정보의 집합이다.
또한, 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는 상기 CV구간 SOH 맵핑표에서 선택된 CV구간 충전용량 증가 정보와 충전시간 정보 중 적어도 하나를 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 증가 정도 중 적어도 하나를 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법은, 배터리 충전을 시작하는 단계, 상기 배터리의 상태에 기초하여 선택된 CC충전방식 및 CV충전방식 중 적어도 하나를 이용하여 상기 배터리의 열화 정도를 측정하는 단계 및 측정된 상기 배터리의 열화 정도에 기초하여 선택된 배터리 충방전 알고리즘을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법은, 측정된 상기 배터리의 열화 정도에 기초하여 선택된 배터리 진단 알고리즘을 이용하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 선택된 배터리 충전방식이 CC 충전방식이면, 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 CC구간 SOH판정 맵핑표는 배터리의 SOH 별 특정 전압에서의 배터리 용량에 관한 정보의 집합이다.
또한, 상기 배터리의 충전 전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC 구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는 상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 적어도 하나의 전압 별 배터리 용량에 관한 정보를 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가와 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정한다.
또한, 상기 선택된 배터리 충전방식이 CV 충전방식이면, 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 CV구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 CV구간 충전용량 정보 및 CV구간 충전시간 정보의 집합이다.
또한, 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는 상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 CV구간 충전용량 증가 정보와 충전시간 정보 중 적어도 하나를 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 증가 정도 중 적어도 하나를 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화를 고려한 배터리 관리장치는 배터리 제어부, 배터리 상태 저장부, 충전방식 결정부 및 배터리 열화정도 결정부를 포함한다.
또한, 상기 충전방식 결정부는 상기 배터리의 완전 충전 상태와 상기 배터리의 충전 시작 시의 상태를 비교한 결과에 기초하여 CC 충전방식 및 CV 충전방식 중 적어도 하나를 결정한다.
또한, 상기 배터리 열화정도 결정부는 CC구간 SOH판정부 및 CV구간 SOH판정부 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 배터리 제어부는 배터리 열화 정도를 고려하여 배터리 충방전 제어 및 배터리 진단 중 적어도 하나를 수행한다.
본 발명에 의하면, 배터리의 상태 측정 시 배터리 열화 정도를 반영하여 측정의 정확성을 높일 수 있고, 이에 기초하여 배터리의 상태에 적합한 배터리 관리 및 제어가 가능하게 되어 배터리 수명 증대 및 성능 향상이 가능하게 된다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치를 설명하는 블록도.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리의 용량 열화를 설명하는 개념도.
도 3은 종래 기술에 따른 배터리의 저항 열화를 설명하는 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CC-CV 충전방식에서의 배터리 열화 정도를 설명하는 개념도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CC 충전 구간에서의 배터리 열화 정도에 따른 충전 용량의 변화를 설명하는 개념도.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 CC 충전 구간에서의 배터리 열화 정도를 결정하는 방법을 설명하는 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CV 충전 구간에서의 배터리 열화 정도를 결정하는 방법을 설명하는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CV 충전 구간에서의 충전시간과 배터리 열화 정도 관계를 설명하는 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도 결정방법을 설명하는 순서도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도를 고려한 배터리 관리방법을 설명하는 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 몇몇 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 권리범위는 실시예들로부터 관념되는 본 발명의 기술적 사상에 속하는 모든 변경, 변형, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에만, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 제시되는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있으며, 이상적이거나 과도하게 축소된 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이며, 본 명세서에서 어떤 용어의 의미를 정의할 경우 해 용어는 그 정의된 대로 해석되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치를 설명하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치(100)는 배터리 제어부(110), 배터리 상태 저장부(120), 충전방식 결정부(130) 및 배터리 열화정도 결정부(140)를 포함한다.
전기자동차에 탑재되는 배터리는 충전과 방전을 반복함에 따라 그 성능이 퇴화되어 수명을 다하게 된다. 일반적으로 배터리의 노화는 배터리의 내부저항의 변화를 측정함으로써 검출되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 배터리가 처음 공장에서 생산되어 출하될 때는 내부저항이 매우 작다가 충전과 방전을 거듭함에 따라 내부저항이 커지다가 급기야 전자디바이스에 전력을 전달할 수 없을 정도로 내부저항이 커지게 된다.
따라서 배터리의 수명을 늘리기 위해서 충전과 방전을 효과적으로 관리할 필요가 있다. 배터리의 내부저항이 변화함에 따라 배터리의 용량이 변화하고, SOH는 배터리의 내부저항과 온도에 의해 추정이 가능하다
한편 이하의 실시예에서의 SOC(state of charging)는 배터리 충전상태를 의미하고, 일례로 배터리가 완전 충전되어 있는 상태이면 SOC = 100% 이고, 완전방전되어 있는 상태이면 SOC = 0%로 표현할 수 있다. 또한 SOH(state of health)는 배터리의 예상 잔여 수명 또는 초기 생산 당시의 완전 충전용량 대비 열화된 경우에서의 완전 충전용량 또는 열화(deterioration) 정도를 의미한다. 일례로, 새 배터리의 경우는 SOH=100%, 수명이 다한 배터리의 경우는 SOH=0%로 표현할 수 있다.
이하의 본 발명의 실시예들에서는 배터리의 열화 정도 및 SOH는 배터리의 초기 상태 대비 열화된 정도를 의미하며 실시예에 따라 혼용되어 기재될 수 있다(일례로 배터리 열화 정도 또는 SOH가 80%이면 생산 초기 대비 80%의 충전용량 또는 수명을 가진다는 의미일 수 있다). 도 2에 도시된 바와 같이 SOH에 따라 배터리 전압과의 충전용량의 관계를 보면, SOH가 작아질수록 동일한 배터리 전압 에서 배터리 충전용량이 작아진다.
그러므로 배터리 SOC 측정(추정, 판정 등을 포함)시 배터리 SOH(배터리 열화 정도)를 고려하여 측정을 하면 더욱 정확한 SOC 측정이 가능하고, 배터리 충방전 제어 및 상태 진단 등을 수행할 때도 배터리 SOH를 고려하여 수행하면 더욱 정확하고 효율적인 수행이 가능하다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치(100)의 배터리 제어부(110)는 배터리 상태 저장부(120), 충전방식 결정부(130), 및 배터리 열화상태 결정부(140)을 제어하여 배터리 열화 정도를 결정(측정, 추정 등을 포함)하고, 결정된 배터리 열화 정도에 따라 배터리 충방전 제어에 필요한 알고리즘을 선택 및 적용해서 배터리 충방전을 제어하거나, 배터리의 상태를 진단한다.
또한 배터리 제어부(110)는 배터리의 과충전 및 과방전을 억제하여 배터리 셀(cell)간 전압이 균일하게 되도록 제어할 수 있다. 이외에도 배터리 제어부(110)는 배터리 충전량 파악(계산, 측정 등 포함), 배터리의 수명 예측, 셀 밸런싱(balancing), 온도 관리, 진단 알고리즘, 방호(proctection) 알고리즘 선택적용 및 차량 내 통신 등의 기능을 직접 수행하거나 메인 제어부(MCU; main control unit)(미도시됨)와 협업하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 저장부(120)는 배터리의 전압, 전류, 충전용량, 및 온도를 측정하고 그 값을 배터리 상태 정보로서 저장한다. 일반적으로 배터리의 SOH 및 충전용량은 배터리의 온도에도 영향을 받을 수 있으므로 배터리 온도에 따른 전압, 전류 및 충전용량을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전방식 결정부(130)는 배터리의 완전 충전 상태와 충전 시작 시의 배터리의 상태를 비교하고, 그 비교결과에 기초해서 CC 충전구간 및 CV 충전구간 중 어느 구간에 해당하는지를 결정한다. 이후 결정된 충전구간에 기초하여 정전류를 이용하는 CC(constant current) 충전방식 및 정전압을 이용하는 CV(constant voltage) 충전방식 중 하나를 선택(결정을 포함)한다.
일례로 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 충전 시 배터리 상태에 따라 CC 충전구간(410) 또는 CV 충전구간(420) 중 하나를 선택할 수 있다(이때 CC 충전구간(410) 및 CV 충전구간(420)의 길이는 배터리 상태 및 구현 방식에 따라 변경될 수 있다.
한편 배터리의 완전 충전 상태는 상기 배터리의 유효 최대 충전용량 및 유효 최대 출력전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있고, 배터리의 충전 시작 시의 상태는 충전 시작 시의 배터리 용량 상태 및 출력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화정도 결정부(140)는 충전방식 결정부(130)에서 결정된 충전방식과 배터리 상태 저장부(120)에 저장된 배터리 상태 정보에 기초하여 결정된 배터리 충전 방식에 따라 CC 충전방식 SOH판정부(150) 또는 CV 충전방식 SOH판정부(160)를 이용하여 배터리의 열화정도를 결정한다.
즉, 배터리 충전방식이 CC 방식인 경우 배터리 열화정도 결정부(140)의 CC 충전방식 SOH판정부(150)는 배터리의 충전 전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 배터리에 대한 SOH를 결정한다.
CC구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 특정 전압에서의 배터리 용량에 관한 정보의 집합이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CC구간 SOH 맵핑표는 표 1에 기재된 바와 같다. 표 1의 경우는 3.8V에서 4.25V까지의 충전 전압에 대해 복수의 SOH 상태에 대한 배터리 용량에 관한 정보의 집합이고 본 발명은 이에 한정되지 않고 더욱 다양한 전압 범위 및 배터리 SOH에 대한 배터리 용량 정보의 집합으로 표현될 수 있다.
SOH 100% SOH 97.7% SOH 94.5% SOH 88.8% SOH 81.8%
3.8V 9.10Ah 8.67Ah 8.55Ah 8.29Ah 7.81Ah
3.9V 15.50Ah 14.84Ah 14.62Ah 14.16Ah 13.41Ah
4.0V 21.42Ah 20.62Ah 20.30Ah 19.68Ah 18.63Ah
4.1V 26.60Ah 25.68Ah 25.29Ah 24.55Ah 23.30Ah
4.2V 31.27Ah 30.10Ah 29.98Ah 29.16Ah 27.78Ah
4.25V 33.21Ah 32.46Ah 32.07Ah 31.26Ah 29.91Ah
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 CC구간 SOH 맵핑표는 반드시 어떤 특정한 하나의 값으로만 한정되지 않고 일정 범위의 값으로서 표현될 수도 있다. 즉, 3.8V 대신 3.80V~3.85V, 충전용량 9.10Ah 대신 9.05Ah~9.15Ah, SOH 97.7% 대신 SOH 97.5%~97.9%와 같이 일정 범위로 표현될 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 CC충전방식 SOH판정부(150)는 배터리의 충전 전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 배터리에 대한 SOH를 결정함에 있어, CC구간 SOH 맵핑표에서 일정 개수 이상의 전압 별 배터리 용량에 관한 정보와 배터리의 충전 전압 증가에 대한 배터리 용량 증가를 비교하여 배터리의 SOH를 결정할 수 있다.
일례로, 표 1을 참조하면, 배터리의 충전 전압이 3.8V에서 3.9V로 증가할 시의 배터리 용량 증가가 8.67Ah에서 14.84Ah인 경우 즉시 SOH=97.7%로 결정하지 않고 다음 구간(3.9V에서 4.0V로의 구간)에서의 배터리 용량 증가분도 같이 고려하여 배터리 SOH를 결정할 수 있다(몇 개의 구간을 적용할 지는 사용방법 및 환경에 따라 변경이 가능함). 이때 배터리 SOH 결정을 위해 사용되는 전압별 배터리 용량에 관한 정보는 사용 방법 및 환경에 따라 변경이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CC구간 SOH 맵핑표는 도 5a에 도시된 바와 같이 그래프 방식으로 표현할 수도 있다. 또한 일정 전압 구간에서 배터리 충전용량에 대한 SOH를 근사화 수식으로 나타낼 수 있다. [수학식 1]은 배터리 전압이 3.7V에서 4.2V인 경우에서의 충전용량에 대한 SOH 관계가 도 5b에 도시된 경우와 같은 경우 이를 근사화해서 나타낸 식이다.
Figure pat00001
여기서 x는 충전용량을 의미하고, y는 SOH 값이다. R은 [수학식 1]로 표현된 식의 근사화 정도를 나타낸다.
한편, 배터리 충전방식이 CV방식인 경우 배터리 열화정도 결정부(140)의 CV충전방식 SOH판정부(160)는 CV구간 SOH 맵핑표에서의 배터리의 충전용량 증가 정보와 충전 시간 정보 중 적어도 하나를 CV 충전중인 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 증가 정도 중 적어도 하나 간의 비교를 통해 배터리에 대한 SOH를 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CV구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 CV구간 충전용량 정보 및 CV구간 충전시간 정보의 집합이다. 일례로 도 6에 도시된 바와 같이 배터리의 SOH 별 CV구간에서의 충전시간(충전완료 시간)과 CV구간에서의 충전용량 증대에 관한 정보를 모아서 CV구간 SOH 맵핑표를 만들 수 있다.
즉, SOH=100% 기준으로 CV 구간 완료에 어느 정도 시간이 걸리는지에 대한 정보와 어느 정도 충전용량이 증대했는지에 대한 정보 중 적어도 하나를 이용하여 배터리의 SOH를 결정할 수 있다.
[수학식 1]의 경우와 마찬가지로 일정 전압 구간에서 배터리 충전용량에 대한 SOH를 근사화된 식으로 나타낼 수 있다. [수학식 2]는 도 7에 도시된 바와 같이 CV 충전시간에 대한 SOH 관계(710)를 식으로 근사화 한 경우(720)를 나타낸다.
Figure pat00002
여기서 x는 CV 충전시간을 의미하고, y는 SOH 값이다. R은 [수학식 2]로 표현된 식의 근사화 정도를 나타낸다(.
한편, CV구간 SOH 맵핑표는 CC구간 SOH 맵핑표를 이용하는 방식과 마찬가지로 특정 값에 대한 집합 대신 일정 범위에 대한 집합으로 만들 수 있다. 다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도를 측정하는 방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도 결정방법을 설명하는 순서도이다.
도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도 결정방법은 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치를 이용하여 배터리 열화 정도를 결정하는 방법에 대한 일 실시예를 나타낸다.
먼저 충전을 하려는 배터리의 충전 방식을 결정한다(S810). 이를 위해 배터리의 완전 충전 상태와 충전 시작 시의 배터리의 상태를 비교하고, 그 비교결과에 기초해서 CC 충전구간 및 CV 충전구간 중 어느 구간에 해당하는지를 결정한다.
이후 결정된 충전구간에 기초하여 CC 충전방식 및 CV 충전방식 중 적절한 하나를 선택(결정)한다. 다음으로 배터리의 상태에 대한 정보를 저장한다(S820). 저장되는 배터리의 상태 정보는 배터리의 전압, 전류, 충전용량, 및 온도를 포함한다.
다음으로 결정된 충전방식이 무엇인지 판단하여(S830) 결정된 충전방식이 CC 충전방식이면(S840)이면 CC구간 SOH 맵핑표를 호출해서(S850) 충전 중인 배터리의 전압증가와 충전용량 증가의 정보를 호출된 CC구간 SOH 맵핑표 내의 전압별 충전용량에 대한 정보와 비교한다(S860).
이때, 전술한 바와 같이 구현방식에 따라 범위로 표현된 CC구간 SOH 맵핑표를 이용하여 비교할 수도 있고, 일정 개수 이상의 전압별 충전용량 정보를 비교할 수 있다. 이와 같은 비교를 통해 배터리에 대한 SOH를 판정(결정)한다(S870).
한편, 결정된 충전방식이 CV 충전방식이면(S880)이면 CV구간 SOH 맵핑표를 호출해서(S890) CV구간 충전 중인 배터리의 충전시간 증가 정도 및 충전용량 증가 정도 중 적어도 하나를 호출된 CV구간 SOH 맵핑표 내의 SOH 별 충전용량 증가에 대한 정보 및 충전시간 증가에 대한 정보 중 해당하는 하나에 대한 정보와 비교한다(S895).
이때, 전술한 바와 같이 구현방식에 따라 범위로 표현된 CC구간 SOH 맵핑표를 이용하여 비교할 수 있다. 이와 같은 비교를 통해 배터리에 대한 SOH를 판정(결정)한다(S870). 다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도를 고려한 배터리 관리방법에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도를 고려한 배터리 관리방법을 설명하는 순서도이다.
도 9에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도를 고려한 배터리 관리방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리장치 및 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 열화 정도 결정방법에 기초하여 배터리 충방전 제어 및 배터리 진단을 수행하는 방법을 나타낸다.
먼저 배터리 충전을 시작하고(S910) CC 충전방식 또는 CV 충전방식 중 하나의 배터리 충전방식을 결정한다(S920). 배터리 충전방식을 결정하는 방법은 전술한 방법을 적용한다.
이 후 전술한 배터리 상태에 관한 정보를 저장하고(S930), 결정된 배터리 충전방식 및 배터리 상태에 관한 정보에 기초하여 전술한 CC 충전방식에서의 배터리 SOH 결정 또는 CV 충전방식에서의 배터리 SOH 결정을 수행한다(S940).
다음으로 그 결정된 배터리 SOH에 관한 정보에 기초하여 배터리 SOH에 적절한 배터리 충방전 알고리즘을 선택하고 배터리에 대한 충방전을 제어한다(S950). 또는 이와 같은 방법을 통해 결정된 배터리 SOH에 관한 정보에 기초하여 배터리 SOH에 적절한 배터리 진단 알고리즘을 선택해서 이를 이용하여 해당 배터리에 대한 진단을 수행한다(S950).
이와 같은 방법을 통해 배터리의 열화 정도를 고려해서 열화 정도에 최적화된 진단 알고리즘 선택적용 및/또는 충방전 제어를 수행하게 되므로 배터리 SOC 추정 시 보다 정확한 추정을 가능하게 하고, 배터리 열화에 따른 가용 SOC 재설정을 가능하게 하여 배터리 수명을 증대시킬 수 있다. 또한 배터리 잔량에 따른 고장 진단의 정확성이 증가하게 되어 배터리 진단 시의 진단 항목을 수를 줄일 수 있다.
한편, 전술한 각 구성은 각각이 별도의 장치로 설명되었으나, 이는 설명의 편의와 이해의 증진을 위한 예시적 설명에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 배터리 상태 저장부(120)와 충전방식 결정부(130)는 하나의 모듈로 통합되어 구현될 수도 있고, 또는 둘이나 그 이상의 장치로 분할하여 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였다. 그러나 전술한 실시예는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다. 본 발명의 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 교시와 시사로부터 본 발명의 기술적 사상의 범주내의 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여짐이 마땅하다.

Claims (19)

  1. 배터리 충전 시작 시의 충전 방식을 결정하는 단계;
    상기 배터리의 충전 시작 시의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 저장하는 단계; 및
    상기 결정된 배터리 충전방식이 CC 충전방식이면,
    상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계;
    상기 결정된 배터리 충전방식이 CV 충전방식이면,
    상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함하는 배터리 열화정도 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리 충전 시작 시의 충전 방식을 결정하는 단계는
    상기 배터리의 완전 충전 상태와 상기 배터리의 충전 시작 시의 상태를 비교하는 단계;
    상기 비교에 기초하여 CC 충전구간 및 CV 충전구간 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 충전구간에 기초하여 CC 충전방식 및 CV 충전방식 중 하나를 결정하는 단계를 포함하는, 배터리 열화정도 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리의 완전 충전 상태는 상기 배터리의 유효 최대 충전용량 및 유효 최대 출력전압 중 적어도 하나에 의해 결정되고,
    상기 배터리의 충전 시작 시의 충전 상태는 배터리 용량 상태 및 출력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정되는, 배터리 열화정도 측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CC구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 특정 전압에서의 배터리 용량에 관한 정보의 집합인, 배터리 열화정도 측정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC 구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는
    상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 적어도 하나의 전압 별 배터리 용량에 관한 정보를 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가와 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는, 배터리 열화정도 측정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 CV구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 CV구간 충전용량 정보 및 CV구간 충전시간 정보의 집합인, 배터리 열화정도 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는
    상기 CV구간 SOH 맵핑표에서 선택된 CV구간 충전용량 증가 정보와 충전시간 정보 중 적어도 하나를 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 증가 정도 중 적어도 하나를 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는, 배터리 열화정도 측정방법.
  8. 배터리 충전을 시작하는 단계;
    상기 배터리의 상태에 기초하여 선택된 CC충전방식 및 CV충전방식 중 적어도 하나를 이용하여 상기 배터리의 열화 정도를 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 배터리의 열화 정도에 기초하여 선택된 배터리 충방전 알고리즘을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    측정된 상기 배터리의 열화 정도에 기초하여 선택된 배터리 진단 알고리즘을 이용하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 단계를 더 포함하는 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 선택된 배터리 충전방식이 CC 충전방식이면,
    상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 CC구간 SOH판정 맵핑표는 배터리의 SOH 별 특정 전압에서의 배터리 용량에 관한 정보의 집합인, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 전압 증가에 대한 충전용량 증가의 정도를 CC 구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는
    상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 적어도 하나의 전압 별 배터리 용량에 관한 정보를 상기 배터리의 충전전압 증가에 대한 충전용량 증가와 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 선택된 배터리 충전방식이 CV 충전방식이면,
    상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계를 포함하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 CV구간 SOH 맵핑표는 배터리의 SOH 별 CV구간 충전용량 정보 및 CV구간 충전시간 정보의 집합인, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 중 적어도 하나를 CV구간 SOH 맵핑표와의 비교를 통해 상기 배터리에 대한 SOH를 결정하는 단계는
    상기 CC구간 SOH 맵핑표에서 선택된 CV구간 충전용량 증가 정보와 충전시간 정보 중 적어도 하나를 상기 배터리의 충전용량 증가 정도 및 충전시간 증가 정도 중 적어도 하나를 비교하여 상기 배터리의 SOH를 결정하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리방법.
  16. 배터리 제어부;
    배터리 상태 저장부;
    충전방식 결정부; 및
    배터리 열화정도 결정부를 포함하는 배터리 열화를 고려한 배터리 관리장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 충전방식 결정부는 상기 배터리의 완전 충전 상태와 상기 배터리의 충전 시작 시의 상태를 비교한 결과에 기초하여 CC 충전방식 및 CV 충전방식 중 적어도 하나를 결정하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 열화정도 결정부는 CC구간 SOH판정부 및 CV구간 SOH판정부 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리장치.
  19. 제16항에 있어서,
    배터리 제어부는 배터리 열화 정도를 고려하여 배터리 충방전 제어 및 배터리 진단 중 적어도 하나를 수행하는, 배터리 열화를 고려한 배터리 관리장치.
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