KR20210099504A - 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 정확하게 검출하기위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 배터리의 충전 프로파일을 계산하고, 충전 프로파일의 충전주기에서 정전압(constant voltage) 및 해당 정전류(constant current)를 식별하고, 정전압 및 정전류 중 적어도 하나를 사용하여 배터리와 관련된 감쇠 상수(decay constant) 및 내부 저항(internal resistance) 중 적어도 하나를 추정하고, 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교 또는 내부 저항과 기설정된 제2 임계값을 비교하고, 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출한다.
Description
본 개시는 하나 이상의 배터리를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이며, 특히, 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
배터리 시스템은 전기 장치에 전력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 셀을 포함하는 배터리를 포함한다. 전기 장치에는 휴대폰, 전기 자동차, 가전 제품 등이 포함될 수 있다. 리튬 이온 배터리와 같은 충전식 배터리의 경우 이러한 배터리의 컨디션/작동 상태를 검출하는 것이 정말 중요하다. 배터리 시스템의 현장에서 수집된 데이터를 사용하여 컨디션/작동 상태를 검출한다.
작동 상태를 검출하기 위한 현재의 접근 방식은 주로 쿨롱 효율(coulomb efficiency), 에너지 효율, 시간 기반 충전 또는 방전 등에 의존한다. 이러한 접근 방식은 셀이 완전히 방전된 상태에서 완전히 충전된 상태로 충전될 때 작동한다. 그러나 실제 응용에서 완전히 방전된 상태에서 셀이 충전되는 경우는 거의 없다. 상태 추정에는 내부 저항을 직접 추정하여 배터리의 내부 단락을 결정하는 것이 포함된다. 그러나 내부 저항을 결정하기 위해 배터리의 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage) 곡선과 OCV 곡선의 정확도에 따라 정확도가 달라질 수 있는 복잡한 알고리즘이 사용된다.
하나 이상의 다른 접근 방식에는 통계적 분류기를 사용하여 분류된 매트릭 전류(Matric current) 및 전압에서 파생된 여러 기능을 사용하는 것이 포함된다. 이러한 통계 분류기는 배터리 시스템에서 훈련되어야 한다. 그러나 접근 방식은 완전 방전 및 충전 상태에서 배터리의 전류 및 전압 측정에서 배터리 및 관련 부하의 이상을 검출한다. 다른 접근 방식으로는 주변 온도에서 배터리 온도 편차를 계산하고 정상 충전 전압에서 전압을 계산하는 방법이 있다. 이러한 편차는 배터리의 내부 단락을 예측하는 데 사용될 수 있다. 그러나 이러한 가정 및 예측이 정확하지 않을 수 있어 배터리 상태에 대한 잘못된 경고가 발생할 수 있다.
본 발명은 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법은, 배터리 시스템에서 배터리의 충전 프로파일을 계산하는 단계; 상기 충전 프로파일의 충전 사이클에서 정전압 및 대응하는 정전류를 식별하는 단계; 상기 정전압 및 상기 정전류 중 적어도 하나를 사용하여 배터리와 관련된 감쇠 상수 및 내부 저항 중 적어도 하나를 추정하는 단계; 상기 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교 또는 상기 내부 저항과 기설정된 제2 임계값을 비교하는 단계; 및 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 충전 프로파일은, 상기 배터리의 방전 상태에 관계없이 계산될 수 있다.
이때, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는, 상기 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고, 상기 기설정된 제1 임계값은, 상기 배터리의 내부 단락을 트리거 하기 위한 감쇠 상수의 최소값을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고, 상기 기설정된 제2 임계값은, 상기 배터리의 내부 단락을 트리거하기 위한 내부 저항의 최소값을 나타낼 수 있다.
이때, 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법은, 상기 배터리의 내부 단락(internal short)이 발생하기 전에 상기 배터리의 결함이 있는 작동 상태를 감지하기 위한 경고를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는, 상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크고, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출할 수 있다.
이때, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는, 상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출할 수 있다.
이때, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출할 수 있다.
이때, 상기 충전 사이클에 대한 상기 감쇠 상수는, 상기 충전 사이클의 상기 정전류에 지수 감쇠 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 추정될 수 있다.
이때, 상기 배터리의 상기 내부 저항은, 상기 정전압, 상기 정전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)-충전 상태(SOC; State of Charge) 모델을 사용하여 결정된 개방 회로 전압을 사용하여 추정될 수 있다.
이때, 상기 내부 저항의 값은, 상기 배터리의 결함 감도를 나타낼 수 있다.
이때, 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법은, 결함이 있는 상기 배터리의 작동 상태의 검출시, 상기 배터리의 내부 단락을 피하기 위한 하나 이상의 구제책을 포함하는 통지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치는, 배터리 시스템에서 배터리의 충전 프로파일을 계산하고, 상기 충전 프로파일의 충전 사이클에서 정전압 및 대응하는 정전류를 식별하고, 상기 정전압 및 상기 정전류 중 적어도 하나를 사용하여 배터리와 관련된 감쇠 상수 및 내부 저항 중 적어도 하나를 추정하고, 상기 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교하거나 또는 상기 내부 저항과 기설정된 제2 임계값을 비교하고, 상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 프로세서를 포함한다.
이때, 상기 충전 프로파일은, 상기 배터리의 방전 상태에 관계없이 계산될 수 있다.
이때, 상기 프로세서는, 상기 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고, 상기 기설정된 제1 임계값은, 상기 배터리의 내부 단락을 트리거 하기 위한 감쇠 상수의 최소값을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 프로세서는, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고, 상기 기설정된 제2 임계값은, 상기 배터리의 내부 단락을 트리거하기 위한 내부 저항의 최소값을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 프로세서는, 상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크고, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출할 수 있다.
이때, 상기 충전 사이클에 대한 상기 감쇠 상수는, 상기 충전 사이클의 상기 정전류에 지수 감쇠 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 추정될 수 있다.
이때, 상기 배터리의 상기 내부 저항은, 상기 정전압, 상기 정전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)-충전 상태(SOC; State of Charge) 모델을 사용하여 결정된 개방 회로 전압을 사용하여 추정될 수 있다.
이때, 상기 내부 저항의 값은, 상기 배터리의 결함 감도를 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따라 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 작동 상태 검출 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 작동 상태 검출 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3a-3c는 일 실시 예에 따라 감쇠 상수를 추정하기 위한 플롯의 예를 도시한 도면이다.
도 4a-4c는 일 실시 예에 따라 내부 저항을 추정하기 위한 플롯의 예를 도시한 도면이다.
도 5a는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5b는 일 실시 예들에 따라 감쇠 상수를 사용하여 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5c는 일 실시 예에 따라 내부 저항을 사용하여 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 일 실시 예들을 따른 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 컴퓨터 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 작동 상태 검출 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3a-3c는 일 실시 예에 따라 감쇠 상수를 추정하기 위한 플롯의 예를 도시한 도면이다.
도 4a-4c는 일 실시 예에 따라 내부 저항을 추정하기 위한 플롯의 예를 도시한 도면이다.
도 5a는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5b는 일 실시 예들에 따라 감쇠 상수를 사용하여 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5c는 일 실시 예에 따라 내부 저항을 사용하여 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 일 실시 예들을 따른 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 컴퓨터 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법 및 시스템을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
본 개시는 배터리의 완전한 충방전주기를 가정하지 않고 배터리의 작동 상태를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 부분 방전 상태에서 배터리를 충전할 수 있는 실생활 조건에서 구현될 수 있다.
본 개시는 배터리의 충전 프로파일 중 정전압 부분을 고려하고 충전 프로파일에서 충전 전류를 측정하는 것이다. 그리고, 충전 전류를 사용한 감쇠 상수와 전체 충전 프로필을 사용한 내부 저항이 추정된다. 감쇠 상수와 내부 저항은 배터리의 작동 상태를 이해하는 데 사용된다. 본 개시는 방전 상태에 대한 독립성이 강하기 때문에 현장 데이터에 구현될 때 사용자가 결함이 치명적이 되기 전에 진행중인 결함에 대해 경고할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따라 배터리 시스템(100)에서 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 작동 상태 검출 장치(101)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(100)은 전기 장치에 전력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다. 배터리 시스템(100)의 배터리를 정기적으로 모니터링 할 필요가 있을 수 있다. 배터리 시스템(100)은 배터리(102)가 안전 작동 영역 밖에서 작동하는 것을 보호하고, 상태를 모니터링하고, 2차 데이터를 계산하고, 데이터를 보고하고, 환경을 제어하고, 배터리(102)를 인증하는 것을 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템은 배터리(102)의 작동 상태 또는 컨디션을 정기적으로 검출하도록 구성될 수 있다. 작동 상태의 검출은 배터리(102)가 정상 상태 또는 결함 상태 중에서 하나임을 검출하는 것을 포함할 수 있다.
리튬 이온 배터리를 갖는 배터리 시스템(100)에서, 결함은 배터리(102)의 내부 단락(internal short)으로 인한 것일 수 있다. 배터리(102)의 내부 단락은 다양한 원인에 의해 유발될 수 있다. 일반적으로 과열된 셀로 인해 내부 단락이 발생할 수 있다. 열은 배터리(102)를 점점 더 손상시켜 단락의 악순환을 생성할 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)의 내부 단락을 예측하도록 구성될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리 관리 시스템의 통합 부분일 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리 시스템(100)(도 1에 도시된 바와 같이)의 배터리(102)와 관련하여 배터리 시스템(100)의 독립된 장치 일 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 프로세서(103), 입/출력 인터페이스(104) 및 메모리(105)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 메모리(105)는 프로세서(103)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 메모리(105)는 프로세서(103)에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하고, 실행시 작동 상태 검출 장치(101)가 배터리(102)의 작동 상태를 검출하게 할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리(105)는 하나 이상의 모듈(106) 및 데이터(107)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 모듈(106)은 본 개시에 개시된 바와 같이 배터리(102)의 작동 상태를 검출하기 위해 데이터(107)를 사용하여 본 개시의 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 하나 이상의 모듈(106) 각각은 메모리(105) 외부에 있을 수 있고 작동 상태 검출 장치(101)와 결합될 수 있는 하드웨어 유닛 일 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 개인용 컴퓨터(PC; Personal Computer), 노트북, 스마트 폰, 태블릿, 전자 책 리더기, 서버, 너트워크 서버 등 다양한 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다.
배터리(102)의 작동 상태를 검출하기 위해, 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)의 충전 프로파일을 계산하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 충전 프로파일은 배터리(102)의 시간 및 상태에 대한 변화 및 전류의 변화를 나타낼 수 있다. 배터리(102)의 상태는 충전 상태 또는 방전 상태 일 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)의 방전 상태에 관계없이 충전 프로파일을 계산하도록 구성될 수 있다. 충전 프로파일은 시간에 대해 배터리(102)에 대해 측정된 전압 및 전류의 변화를 나타내는 플롯(plot) 일 수 있다. 이때, 배터리(102)의 충전 프로파일은 충전 사이클 및 방전 사이클을 포함한다. 그리고, 충전 사이클은 배터리(102)의 충전 동안 시간에 대해 배터리(102)에 대해 측정된 전압 및 전류의 변화를 포함할 수 있다. 그리고, 방전 사이클은 배터리(102)의 방전 동안 시간에 대해 배터리(102)에 대해 측정된 전압 및 전류의 변화를 포함할 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 충전 프로파일의 충전 사이클에서 정전압(constant voltage) 및 대응하는 정전류(constant current)를 식별하도록 구성될 수 있다. 플롯의 판독은 정전압 및 대응하는 정전류를 식별하기 위해 참조될 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)와 관련된 감쇠 상수(decay constant) 및 내부 저항(internal resistance) 중 적어도 하나를 추정하도록 구성될 수 있다. 배터리(102)의 전류는 시간에 따라 기하 급수적으로 감소한다. 감쇠 상수는 배터리(102)의 전류 감소율을 설명하는 양이다. 감쇠 상수는 감쇠 파라미터(decay parameter)라고도 한다. 내부 저항은 회로에 연결될 때 전류 흐름에 저항하는 배터리(102) 내에 존재하는 저항이다. 따라서, 내부 저항은 전류가 배터리(102)를 통해 흐를 때 전압 강하를 일으킨다. 감쇠 상수 및 내부 저항은 작동 상태 검출 장치(101)에 의해 배터리(102)를 결함 및 정상 중 하나로 구별하기 위한 차별화 요소로서 사용될 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 충전 프로파일의 충전 주기만을 이용하여 감쇠 상수를 추정하도록 구성될 수 있다. 감쇠 상수는 충전주기(charging cycle)에서 정전류에 지수 감쇠 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 추정될 수 있다. 지수 감쇠 모델은 일정 기간 동안 일정한 비율로 양을 줄이는 과정을 위한 함수일 수 있다.
내부 저항을 추정하기 위해, 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)의 전체 충전 프로파일을 고려하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 저항은 배터리(102)의 개방 회로 전압-충전 상태 모델(OCV-SOC model; Open Circuit Voltage - State of Charge model)을 고려하여 추정될 수 있다. OCV-SOC 모델은 충전 프로파일로부터 식별된 정전압 및 정전류를 사용하여 구성될 수 있다. 또한, OCV-SOC 모델을 사용하여 배터리(102)와 관련된 개방 회로 전압이 결정될 수 있다.
감쇠 상수 및 내부 저항 중 적어도 하나의 추정시, 작동 상태 검출 장치(101)는 추정된 감쇠 상수 및 내부 저항을 각각 기설정된 제1 임계값 및 기설정된 제2 임계값과 비교하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 작동 상태 검출 장치(101)는 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교하고, 내부 저항을 기설정된 제2 임계값과 비교하도록 구성될 수 있다. 이때, 기설정된 제1 임계값은 내부 단락 저항의 다중값을 갖는 감쇠 상수의 변화를 이해함으로써 유도될 수 있다. 기설정된 제1 임계값은 배터리(102)의 내부 단락을 트리거하기 위한 감쇠 상수의 최소값을 나타낼 수 있다. 유사하게, 기설정된 제2 임계값은 내부 단락 저항의 다중 값을 갖는 내부 저항의 변화를 이해함으로써 유도될 수 있다. 기설정된 제2 임계값은 배터리(102)의 내부 단락을 트리거하기 위한 내부 저항의 최소값을 나타낼 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 비교에 기초하여 배터리(102)의 작동 상태가 결함 및 정상인 것을 검출하도록 구성될 수 있다. 이때, 배터리(102)의 작동 상태는 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같은 것으로 결정될 때 결함이 있는 것으로 검출될 수 있다. 또한, 배터리(102)의 작동 상태는 내부 저항이 기설정된 제2 임계값보다 작거나 같은 것으로 결정될 때 결함이 있는 것으로 검출될 수 있다. 여기서, 내부 저항의 값은 배터리(102)의 결함의 민감도를 나타낼 수 있다.
배터리(102)의 작동 상태는 감쇠 상수 및 내부 저항 중 하나에 의존할 수 있고, 또는 감쇠 상수와 내부 저항 둘 모두에 의존할 수도 있다. 작동 상태 검출 장치(101)은 감쇠 상수 및 내부 저항 중 하나가 각각의 임계값 내에 있지 않더라도 작동 상태가 결함이 있음을 검출하도록 구성될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 크고, 내부 저항이 기설정된 제2 임계값 보다 큰 것으로 결정될 때, 배터리(102)의 정상 작동 상태를 검출하도록 구성될 수 있다.
즉, 작동 상태 검출 장치(101)는 감쇠 상수만을 기초로 배터리(102)의 작동 상태를 검출하도록 구성될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 내부 저항만을 기초로 배터리(102)의 작동 상태를 검출하도록 구성될 수도 있고, 작동 상태 검출 장치(101)는 감쇠 상수 및 내부 저항 모두에 기초하여 배터리(102)의 작동 상태를 검출하도록 구성될 수도 있다.
감쇠 상수 및 내부 저항을 각각 기설정된 제1 임계값 및 기설정된 제2 임계값과 비교함으로써, 배터리(102)에서 완전한 결함이 발생하기 전에 작동 상태 검출 장치(101)는 결함이 있는 배터리(102)의 작동 상태를 검출하도록 구성될 수 있다. 이때, 결함은 배터리(102)의 내부 단락 일 수 있다. 또한, 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)에서 내부 단락이 발생하기 전에 결함이 있는 작동 상태의 검출을 위한 경고를 제공하도록 구성될 수 있다. 경고는 배터리 시스템(100)을 작동할 때 주의하기 위해 배터리 시스템(100)과 관련된 사용자에게 제공될 수 있다. 그리고, 당업자에게 알려진 하나 이상의 기술이 작동 상태에 결함이 있음을 경고하도록 구현될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 결함이 있는 배터리(102)의 작동 상태의 검출시, 배터리(102)의 내부 단락을 방지하기 위한 하나 이상의 구제책을 포함하는 통지를 생성하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 구제책은 배터리(102)의 잘못된 작동 상태로부터의 복구를 제공할 수 있다. 또는 하나 이상의 구제책은 배터리(102)의 추가 결함/내부 단락을 피하기 위해 제공될 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)는 배터리(102)와 통신하는 전용 서버 또는 클라우드 기반 서버 일 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 통신 네트워크(미도시)를 통해 배터리(102)와 통신할 수 있다. 통신 네트워크는 직접 상호 연결, P2P(Peer to Peer) 네트워크, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 무선 네트워크(예를 들어, 무선 애플리케이션 프로토콜 사용), CAN(Controller Area Network), 인터넷, Wi-Fi 등을 포함할 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 복수의 배터리 각각의 작동 상태를 검출하기 위해 복수의 배터리와 연관될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 복수의 배터리를 갖는 복수의 배터리 시스템과 연관될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 전용 통신 네트워크를 통해 배터리 또는 배터리 시스템(100) 각각과 통신할 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)는 배터리 시스템(100)의 통합 부분이거나 또는 배터리 시스템(100)에 외부적으로 연결될 수 있다. 작동 상태 검출 장치(101)의 입/출력 인터페이스(104)는 데이터 송수신을 도울 수 있다. 수신된 데이터는 충전 프로파일, 기설정된 제1 임계값, 기설정된 제2 임계값 등을 포함할 수 있다. 전송된 데이터에는 추정된 감쇠 상수, 내부 저항, 작동 상태, 경고, 알림 등이 포함될 수 있다. 작동 상태를 검출하는 것과 관련된 하나 이상의 다른 데이터가 입/출력 인터페이스(104)를 통해 수신 및 전송될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템(100)에서 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위한 작동 상태 검출 장치(101)의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 작동 상태 검출 장치(101)의 메모리(105)는 데이터(107) 및 하나 이상의 모듈(106)을 포함할 수 있다.
이때, 하나 이상의 모듈(106)은 작동 상태 검출 장치(101)와 관련된, 충전 프로파일 계산 모듈(201), 전압 및 전류 식별 모듈(202), 추정 모듈(203), 비교 모듈(204), 작동 상태 검출 모듈(205), 경고 모듈(206), 통지 모듈(207) 및 하나 이상의 다른 모듈(208)을 포함할 수 있다.
그리고, 메모리(105)의 데이터(107)는 충전 프로파일 데이터(209)(충전 프로파일(209)라고도 함), 정전압 데이터(210)(정전압(210)이라고도 함), 정전류 데이터(211)(정전류(211)이라고도 함), 감쇠 상수 데이터(212)(감쇠 상수(212)이라고도 함), 내부 저항 데이터(213)(내부 저항(213)이라고도 함), 기설정된 제1 임계값(214), 기설정된 제2 임계값(215), 작동 상태 데이터(216)(작동 상태(216)이라고도 함), 경보 데이터(217)(경보(217)이라고도 함), 통지 데이터(218) (통지(218)이라고도 함) 및 작동 상태 검출 장치(101)와 관련된 다른 데이터(219)를 포함할 수 있다.
그리고, 메모리(105)의 데이터(107)는 작동 상태 검출 장치(101)의 하나 이상의 모듈(106)에 의해 처리될 수 있다. 여기서, 하나 이상의 모듈(106)은 전용 유닛으로서 구현될 수 있고, 그러한 방식으로 구현될 때, 상기 모듈은 새로운 하드웨어가 되도록 본 개시에 정의된 기능으로 구성될 수 있다. 여기에서 사용되는 모듈이라는 용어는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 전자 회로, FPGA(Field-Programmable Gate Array), PSoC(Programmable System-on-Chip), 조합 논리 회로 및/또는 설명된 기능을 제공하는 기타 적합한 구성 요소를 가리킬 수 있다.
배터리 시스템은 전기 자동차, 휴대폰, 랩톱, 고정식 에너지 저장 시스템 등에 구현될 수 있다. 이러한 배터리 시스템에 사용되는 배터리는 내부 단락이 발생하기 쉬운 리튬 이온 배터리 일 수 있다. 본 개시는 치명적인 결함을 방지하기 위해 배터리(102)의 내부 단락의 조기 검출을 제공한다. 본 개시의 장치 및 방법은 배터리(102)의 내부 단락이 예측될 수 있는 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하는 것을 포함한다. 배터리(102)의 작동 상태는 또한 배터리의 컨디션 상태, 배터리의 컨디션, 배터리의 상태 등으로 지칭될 수 있다. 검출된 작동 상태(216)는 결함 및 정상 중 하나일 수 있다. 결함이 있는 작동 상태(216)는 배터리(102)가 내부 단락을 겪을 수 있음을 나타낼 수 있다.
배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위해, 충전 프로파일 계산 모듈(201)은 배터리(102)의 충전 프로파일(209)을 계산할 수 있다. 이때, 충전 프로파일(209)은 시간에 대해 배터리(102)에 대해 측정된 전압 및 전류의 변화를 나타내는 플롯(plot) 일 수 있다.
충전 프로파일 (209)의 실시 예는 플롯(300a)으로서 도 3a에 도시된다. 도 3a에서 플롯(300a)은 전기 화학 및 열(ECT; Electrochemical and Thermal) 모델에 대한 구동 사이클의 시뮬레이션이다. 전기 자동차의 회생 제동 중에 구동 사이클의 시뮬레이션이 수행되는 것을 고려할 수 있다. 전압 및 전류의 변화는 플롯(300a)에 표시된다.
충전 프로파일(209)은 전압, 전류 및 시간의 값을 갖는 테이블의 형태 일 수 있다. 당업자에게 알려진 하나 이상의 다른 형태의 충전 프로파일(209)이 충전 프로파일 계산 모듈(201)에 의해 계산될 수 있다. 본 개시에서, 충전 프로파일(209)은 배터리(102)의 방전 상태를 고려하지 않고 계산된다. 따라서, 작동 상태(216)를 검출하기 위한 방법은 배터리(102)의 방전 상태와 무관하다.
충전 프로파일(209)을 계산할 때, 전압 및 전류 식별 모듈(202)은 충전 프로파일(209)로부터 정전압(210) 및 대응하는 정전류(211)를 식별하도록 구성될 수 있다. 플롯(300a)에서 충전 프로파일(209)을 고려한다. 플롯(300a)의 충전 사이클에서 정전압(210)은 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위해 고려된다. 이때, 정전압(210)에 대응하는 정전류(211)가 계산되어 검출에 사용된다. 정전류 및 정전압의 값은 배터리(102)의 유형 및 용량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 4000mAh 배터리의 정전류는 4 암페어이고 정전류 충전은 1 쿨롱 속도 일 수 있다. 리튬 이온 배터리의 정전압 전압은 4 볼트 일 수 있다. 정전압은 또한 배터리(102)의 화학적 성질에 의존할 수 있다.
식별시, 추정 모듈(203)은 배터리(102)와 관련된 감쇠 상수(212) 및 내부 저항(213) 중 적어도 하나를 추정하도록 구성될 수 있다. 감쇠 상수(212) 및 내부 저항 중 적어도 하나는 배터리(102)가 정상 및 결함 중 하나의 상태임을 검출하기 위한 차별화 요소(differentiating factor)로서 사용된다.
추정 모듈(203)은 충전 프로파일(209)의 충전 사이클만을 사용하여 감쇠 상수(212)를 추정하도록 구성될 수 있다.
내부 단락 저항 값이 서로 다른 정전압(210) 동안 충전 전류의 감쇠를 보여주는 도 3b의 플롯(300b)를 고려한다. 도 3b에서 고려되는 내부 단락 저항의 값은 5475옴(ohm) 및 24옴 이다. 추정 모듈(203)은 충전 사이클에서 정전류(211)에 지수 감쇠 모델을 적용함으로써 감쇠 상수(212)를 추정하도록 구성된다.
이때, 지수 감쇠 모델은 아래에 주어진 <수학식 1>로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
I = A * Exp(-t * B)
여기서, I는 정전류(211)이고, A는 함수(function)의 초기값이고, t는 시간 인스턴스(time instant)이고, B는 감쇠 상수이다.
<수학식 1>을 사용하여 결정된 감쇠 상수(212)(B)는 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 추정 모듈(203)은 내부 저항(213)을 추정하도록 구성될 수 있다. 추정 모듈(203)은 내부 저항(213)을 추정하기 위해 배터리(102)의 전체 충전 프로파일(209)을 고려할 수 있다.
배터리(102)의 등가 회로는 내부 저항을 추정하기 위해 고려된다.
도 4a-4c는 일 실시 예에 따라 내부 저항을 추정하기 위한 플롯의 예를 도시한 도면이다.
도 4a는 등가 회로(400a)의 실시 예를 도시한 도면이다.
내부 저항(213)은 배터리(102)의 OCV-SOC 모델을 고려하여 추정될 수 있다. OCV-SOC 모델은 충전 프로파일(209)로부터 식별된 정전압(210) 및 정전류(211)를 사용하여 플롯 될 수 있다. 또한, OCV-SOC 모델을 사용하여 배터리(102)와 관련된 개방 회로 전압이 결정된다. 등가 회로(400a)에서 Vocv는 개방 회로 전압을 나타내고, Ri는 내부 저항(213)을 나타내고, Vt는 배터리(102) 양단의 전압 강하를 나타내고, It 배터리(102)를 통과하는 전류를 나타낸다.
도 4b는 내부 단락의 상이한 값에 대한 충전 프로파일(209)을 나타내는 플롯(400b 및 400c)을 도시한다.
플롯(400b)은 정상 배터리에 대한 충전 프로파일(209)을 나타낸다. 그리고, 플롯(400c)은 결함 배터리에 대한 충전 프로파일(209)을 나타낸다.
내부 저항(213)(Ri)은 아래에 주어진 <수학식 2>와 함께 칼만 필터를 사용하여 추정될 수 있다.
[수학식 2]
Vt= Vocv + Ri x It
여기서, Vocv는 개방 회로 전압을 나타내고, Ri는 내부 저항(213)을 나타내고, Vt는 배터리(102) 양단의 전압 강하를 나타내고, It 배터리(102)를 통과하는 전류를 나타낸다.
<수학식 2>를 사용하여 결정된 내부 저항(213)은 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
감쇠 상수(212) 및 내부 저항(213) 중 적어도 하나를 추정할 때, 비교 모듈(204)은 추정된 감쇠 상수(212)를 기설정된 제1 임계값(214) 및 내부 저항(213)을 기설정된 제2 임계값(215)과 비교하도록 구성될 수 있다.
기설정된 제1 임계값(214)은 내부 단락 저항의 다중 값을 갖는 감쇠 상수(212)의 변화를 이해함으로써 유도될 수 있다.
도 3c는 내부 단락 저항의 다중 값을 갖는 감쇠 상수(212)의 변화를 나타내는 예시적인 플롯(300c 및 300d)을 도시한다.
도 3c를 참조하면, 감쇠 상수(212)의 다양한 값에 대해, 감쇠 상수(212)의 특정값(대략 0.0026) 미만에서 배터리(102)가 내부 단락을 겪는다는 것이 관찰될 수 있다. 그리고, 감쇠 상수(212)의 다양한 값에 대해, 대략 0.0026의 값을 초과하면 배터리(102)가 내부 단락을 겪지 않는다는 것이 관찰될 수 있다. 플롯(300c 및 300d)으로부터, 기설정된 제1 임계값(214)은 0.0026이되도록 유도될 수 있다. 이때, 기설정된 제1 임계값(214)은 배터리(102)의 내부 단락을 트리거(trigger)하는 감쇠 상수(212)의 최소값을 나타낼 수 있다.
유사하게, 기설정된 제2 임계값(215)은 내부 단락 저항의 다중 값을 갖는 감쇠 상수(212)의 변화를 이해함으로써 유도될 수 있다.
도 4c는 내부 단락 저항의 다중 값을 갖는 감쇠 상수(212)의 변화를 나타내는 예시적인 플롯(400d 및 400e)을 도시한다.
도 4c를 참조하면, 내부 저항(213)의 다양한 값에 대해, 내부 저항(213)의 특정 값(약 0.4) 미만에서 배터리(102)가 내부 단락을 겪는 것을 관찰된다. 그리고, 내부 저항(213)의 다양한 값에 대해, 대략 0.4의 값을 초과하면 배터리(102)가 내부 단락을 겪지 않는다는 것이 관찰된다.
플롯(400d 및 400e)으로부터, 기설정된 제2 임계값(215)은 0.4가되도록 유도될 수 있다. 이때, 기설정된 제2 임계값(215)은 배터리(102)의 내부 단락을 트리거하는 감쇠 상수(212)의 최소값을 나타낼 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)의 다른 모듈(208) 중 적어도 하나는 기설정된 제1 임계값(214) 및 기설정된 제2 임계값(215)을 유도하도록 구성될 수 있다. 당업자에게 알려진 하나 이상의 다른 기술은 기설정된 제1 임계값(214) 및 기설정된 제2 임계값(215)을 도출하기 위해 작동 상태 검출 장치(101)에서 구현될 수 있다. 그리고, 기설정된 제1 임계값(214) 및 기설정된 제2 임계값(215)은 메모리(105)에 다시 저장될 수 있다. 그리고, 기설정된 제1 임계값(214) 및 기설정된 제2 임계값(215)을 사용하여, 비교 모듈(204)은 비교를 수행할 수 있다.
비교에 기초하여, 작동 상태 검출 모듈(205)은 배터리(102)의 작동 상태(216)를 결함 및 정상 중 하나로 검출하도록 구성될 수 있다. 배터리(102)의 작동 상태(216)는 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 작거나 같은 것으로 결정될 때 결함이 있는 것으로 검출될 수 있다. 배터리(102)의 작동 상태(216)는 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 작거나 같은 것으로 결정될 때 결함이 있는 것으로 검출될 수 있다. 배터리(102)의 작동 상태(216)는 감쇠 상수(212) 및 내부 저항(213) 중에서 하나에 의존하거나, 또는 감쇠 상수(212) 및 내부 저항(213) 둘 모두에 의존할 수 있다.
작동 상태 감지 모듈(205)은 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 큰 것으로 결정되고 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 큰 것으로 결정될 때, 배터리(102)의 작동 상태(216)가 정상임을 감지하도록 구성될 수 있다.
또한, 작동 상태 감지 모듈(205)은 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 큰 것으로 결정될 때, 배터리(102)의 작동 상태(216)가 정상임을 감지하도록 구성될 수도 있고, 작동 상태 감지 모듈(205)은 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 큰 것으로 결정될 때, 배터리(102)의 작동 상태(216)가 정상임을 감지하도록 구성될 수도 있다.
작동 상태(216)가 결함이 있음을 검출하면, 경고 모듈(206)은 경고(217)를 제공하도록 구성될 수 있다. 경고(217)는 배터리(102)의 내부 단락이 발생하기 전에 사용자에게 즉시 제공될 수 있다. 경고는 배터리(102)가 내부 단락을 겪을 조건에 있음을 나타낼 수 있다. 경고 모듈(206)은 경고(217)를 제공하기 위해 배터리 시스템(100)의 하나 이상의 출력 모듈과 인터페이스 될 수 있다. 하나 이상의 출력 모듈은 배터리 시스템(100)과 관련된 그래픽 사용자 인터페이스(GUI; Graphical User Interface), 스피커, 메시징 모듈 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 휴대폰에 구현된 배터리 시스템(100)의 경우, 작동 상태(216)가 결함이 있는 것으로 감지되면, 경고(217)는 휴대폰의 GUI를 통해 제공되거나 메시지 또는 팝업 알림으로 제공될 수 있다. 추정된 내부 저항(213)의 값은 배터리(102)의 결함의 민감도를 나타낼 수 있다. 경고에는 결함의 감도(sensitivity)도 포함될 수 있다.
경고(217)와 함께, 통지 모듈(207)은 배터리(102)의 내부 단락을 피하기 위해 하나 이상의 구제 수단을 포함하는 통지(218)를 생성하도록 구성될 수 있다. 통지(218)는 하나 이상의 출력 모듈을 통해 경보(217)와 함께 제공될 수 있다. 이때, 하나 이상의 구제 수단은 배터리(102)의 잘못된 작동 상태로부터의 복구를 제공할 수 있다. 예를 들어, 통지(218)는 사용자가 이동 전화를 끄도록 지시할 수 있다. 다른 구제책은 배터리(102)와 관련된 장치의 전력 소비를 줄이고 장치를 절전 모드로 전환하는 것, 배터리(102)를 분리하고 안전한 장소에 보관하는 것 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않다.
작동 상태(216)의 결함이 검출되면, 작동 상태 검출 장치(101)의 다른 모듈(208) 중 적어도 하나는 배터리 시스템(100)의 다른 배터리 또는 서브 시스템과 배터리(102)의 격리를 제공하도록 구성될 수 있다. 격리는 배터리 시스템(100)의 다른 배터리 또는 서브 시스템에 대한 고장난 배터리의 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
다른 데이터(219)는 작동 상태 검출 장치(101)의 다양한 기능을 수행하기 위해 모듈에서 생성된 임시 데이터 및 임시 파일을 포함한 데이터를 저장할 수 있다. 하나 이상의 모듈(106)은 또한 작동 상태 검출 장치(101)의 다양한 기타 기능을 수행하기 위해 다른 모듈(208)을 포함할 수 있다. 이러한 모듈은 단일 모듈 또는 다른 모듈의 조합으로 표현될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 개시에 따른 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a는 일 실시 예에 따라 배터리 시스템(100)에서 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5a를 참조하면, 작동 상태 검출 장치(101)의 충전 프로파일 계산 모듈(201)은 배터리 시스템(100)에서 배터리(102)의 충전 프로파일(209)을 계산할 수 있다(501). 이때, 충전 프로파일(209)은 배터리(102)의 방전 상태에 관계없이 계산된다.
작동 상태 검출 장치(101)의 전압 및 전류 식별 모듈(202)은 충전 프로파일(209)의 충전 사이클에서 정전압(210) 및 대응하는 정전류(211)를 식별할 수 있다(502).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 정전압(210)과 정전류(211) 중 적어도 하나를 사용하여 감쇠 상수(212) 및 배터리(102)와 관련된 내부 저항(213)을 적어도 하나 추정할 수 있다(504).
동작 상태 검출 장치(101)의 비교 모듈(204)은 감쇠 상수(212) 및 내부 저항(213) 중 적어도 하나를 각각 기설정된 제1 임계값(214)및 기설정된 제2 임계값(215)과 비교할 수 있다(504).
작동 상태 검출 장치(101)의 작동 상태 검출 모듈(205)은 비교에 기초하여 배터리(102)의 작동 상태(216)가 결함 및 정상 중 하나임을 검출할 수 있다(505).
도 5b는 일 실시 예들에 따라 감쇠 상수(212)를 사용하여 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5b를 참조하면, 동작 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 충전 사이클의 정전압(210) 영역에서 정전류(211)를 고려할 수 있다(506).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 충전 사이클에서 정전류(211)에 지수 감쇠 모델을 적용할 수 있다(507).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 지수 감쇠 모델을 사용하여 감쇠 상수(212)를 계산할 수 있다(508).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 감쇠 상수(212)를 기설정된 제1 임계값(214)과 비교할 수 있다(509).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 작거나 같은지 확인한다(510).
510단계의 확인결과 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 크면, 작동 상태 검출 유닛(101)의 추정 모듈(203)은 작동 상태(216)가 정상임을 검출할 수 있다(511).
정상 작동 상태(216)의 검출시, 작동 상태(216)가 결함이 있는 것으로 검출될 때까지 506단계에서 511의 단계가 반복될 수 있다.
510단계의 확인결과 감쇠 상수(212)가 기설정된 제1 임계값(214) 보다 작거나 같으면, 작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 결함이 있는 작동 상태(216)를 검출할 수 있다(512).
결함이 있는 작동 상태(216)의 검출시, 경고(217) 및 통지(218)가 배터리(102)에 제공될 수 있다.
도 5c는 일 실시 예에 따라 내부 저항(213)을 사용하여 배터리(102)의 작동 상태(216)를 검출하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5c를 참조하면, 작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 OCV-SOC 모델로부터 OCV를 추정할 수 있다(513).
OCV-SOC 모델은 정전압(210) 및 정전류(211)를 사용하여 유도될 수 있다.
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 OCV를 사용하여 내부 저항(213)을 계산할 수 있다(514).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 내부 저항(213)을 기설정된 제2 임계값(215)과 비교할 수 있다(515).
작동 상태 검출 장치(101)의 추정 모듈(203)은 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 작거나 같은지 확인한다(516).
516단계의 확인결과, 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 큰 경우, 작동 상태 검출 유닛(101)의 추정 모듈(203)은 정상 상태 인 작동 상태(216)를 검출할 수 있다(517). 정상 작동 상태(216)의 검출시, 작동 상태(216)가 결함인 것으로 검출될 때까지 513단계 내지 517단계가 반복될 수 있다.
516단계의 확인결과, 내부 저항(213)이 기설정된 제2 임계값(215) 보다 작거나 같은 경우, 작동 상태 검출 유닛(101)의 추정 모듈(203)은 결함이 있는 작동 상태(216)를 검출할 수 있다(518). 결함이 있는 작동 상태(216)의 검출시, 경고(217) 및 통지(218)가 배터리(102)에 제공될 수 있다.
도 5a, 5b 및 5c에 도시된 방법은 작동 상태 검출 장치(101)에서 프로세스를 실행하기 위한 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 도 5a, 5b 및 5c에 도시된 방법은 컴퓨터 실행 가능 명령어의 일반적인 맥락에서 설명될 수 있다. 일반적으로 컴퓨터 실행 가능 명령에는 특정 기능을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성 요소, 데이터 구조, 절차, 모듈 및 기능이 포함될 수 있다.
도 5a, 5b 및 5c에 도시된 방법이 설명되는 순서는 제한으로 해석되지 않을 수 있으며, 설명된 방법의 단계 중에서 임의의 수를 임의의 순서로 조합하여 방법을 구현할 수 있다. 추가로, 개별 단계는 본 개시에 설명된 주제의 범위를 벗어나지 않고 방법으로부터 삭제될 수 있다. 더욱이, 방법은 임의의 적절한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 6은 일 실시 예들을 따른 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 컴퓨터 시스템(600)의 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 컴퓨터 시스템(600)은 작동 상태 검출 장치(101)을 구현하기 위해 사용된다. 컴퓨터 시스템(600)은 중앙 처리 장치("CPU" 또는 "프로세서")(602)를 포함할 수 있다. 프로세서(602)는 가상 스토리지 영역 네트워크에서 프로세스를 실행하기위한 적어도 하나의 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(602)는 통합 시스템(버스) 컨트롤러, 메모리 관리 제어 유닛, 부동 소수점 유닛, 그래픽 처리 유닛, 디지털 신호 처리 유닛 등과 같은 특수 처리 유닛을 포함할 수 있다.
프로세서(602)는 입/출력 인터페이스(601)를 통해 하나 이상의 입/출력(I/O) 장치(609 및 610)와 통신하도록 배치될 수 있다. 입/출력 인터페이스(601)은 오디오, 아날로그, 디지털, 모나럴(monaural) RCA, 스테레오, IEEE-1394, 직렬 버스, USB(universal serial bus), 적외선, PS/2, BNC, 동축, 컴포넌트, 복합, DVI(digital visual interface), HDMI(high-definition multimedia interface), 무선 주파수 안테나, S-Video, VGA, IEEE 802.n /b/g/n/x, 블루투스, 셀룰러(예를 들어, CDMA(code-division multiple access), HSPA+( high-speed packet access), GSM(global system for mobile communications), LTE(long-term evolution), WiMax 등) 등의 통신 프로토콜/수단을 채택할 수 있다.
입/출력 인터페이스(601)를 사용하여, 컴퓨터 시스템(600)은 하나 이상의 입/출력 장치(609 및 610)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 입력 장치(609)는 안테나, 키보드, 마우스, 조이스틱, (적외선) 리모콘, 카메라, 카드 판독기, 팩스 기계, 동글(dongle), 생체 인식 판독기, 마이크, 터치 스크린, 터치 패드, 트랙볼, 스타일러스, 스캐너, 저장 장치, 트랜시버, 비디오 장치/소스 등이 될 수 있다. 출력 장치(610)는 프린터, 팩스, 비디오 디스플레이(예를 들어, CRT(cathode ray tube), LCD(liquid crystal display), LED(light-emitting diode), 플라즈마(plasma), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic light-emitting diode display), 등), 오디오 스피커 등이 될 수 있다.
일부 실시 예에서, 컴퓨터 시스템(600)은 작동 상태 검출 장치(101)로 구성될 수 있다. 프로세서(602)는 네트워크 인터페이스(603)를 통해 통신 네트워크(611)와 통신하도록 배치될 수 있다. 네트워크 인터페이스(603)는 통신 네트워크(611)와 통신할 수 있다. 그리고, 네트워크 인터페이스(603)는 직접 연결, 이더넷(예를 들어, 트위스트 페어 10/100/1000 Base T), TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol), 토큰 링, IEEE 802.11a/b/g/n/x 등을 포함하는 연결 프로토콜을 사용할 수 있다. 통신 네트워크(611)는 직접 상호 연결(direct interconnection), 근거리 통신망(LAN; local area network), 광역 통신망(WAN; wide area network), 무선 네트워크(예를 들어, 무선 애플리케이션 프로토콜 사용), 인터넷 등을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 네트워크 인터페이스(603) 및 통신 네트워크(611)를 사용하여, 컴퓨터 시스템(600)은 배터리(612)의 작동 상태를 검출하기 위해 배터리(612)와 통신할 수 있다.
통신 네트워크(611)는 직접 상호 연결, 전자 상거래 네트워크, P2P(Peer to Peer) 네트워크, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 무선 네트워크(예를 들어, 무선 응용 프로그램 프로토콜 사용), 인터넷, Wi-Fi 등을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 제1 네트워크와 제2 네트워크는 전용 네트워크이거나 다양한 프로토콜을 사용하는 다른 유형의 네트워크 연결을 나타내는 공유 네트워크 일 수 있다. 예를 들어, HTTP(Hypertext Transfer Protocol), TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol), WAP(Wireless Application Protocol) 등이 서로 통신한다. 또한, 제1 네트워크 및 제2 네트워크는 라우터, 브리지, 서버, 컴퓨팅 장치, 저장 장치 등을 포함하는 다양한 네트워크 장치를 포함할 수 있다.
프로세서(602)는 스토리지 인터페이스(604)를 통해 메모리(605)(예를 들어, 도 6에 도시되지 않은 RAM, ROM 등)와 통신하여 배치될 수도 있다. 스토리지 인터페이스(604)는 SATA(Serial Advanced Technology Attachment), IDE(Integrated Drive Electronics), IEEE-1394, USB(Universal Serial Bus), 파이버 채널, SCSI(Small Computer Systems Interface) 등과 같은 연결 프로토콜을 사용하여 메모리 드라이브, 이동식 디스크 드라이브 등을 포함하는 메모리(605)에 연결될 수 있다. 메모리 드라이브는 드럼, 자기 디스크 드라이브, 광 자기 드라이브, 광학 드라이브, RAID(Redundant Array of Independent Disc), 솔리드 스테이트 메모리 장치(solid-state memory devices), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drives) 등을 더 포함할 수 있다.
운영 체제(607)는 컴퓨터 시스템(600)의 자원 관리 및 운영을 용이하게 할 수 있다. 운영 체제의 예로는 APPLE MACINTOSH OS X, UNIX, UNIX 계열 시스템 배포(예를 들어, BSD(BERKELEY SOFTWARE DISTRIBUTION), FREEBSD, NETBSD, OPENBSD 등), LINUX 배포(예를 들어, RED HAT, UBUNTU, KUBUNTU 등), IBM OS/2, MICROSOFT WINDOWS(XP, VISTA/7/8, 10 등), APPLE IOS, GOOGLE ANDROID, BLACKBERRY OS 등이 있다.
일부 실시 예에서, 컴퓨터 시스템(600)은 웹 브라우저(608) 저장된 프로그램 구성 요소를 구현할 수 있다. 웹 브라우저 (608)는 Microsoft Internet Explorer, Google Chrome, Mozilla Firefox, Apple Safari 등 과 같은 하이퍼텍스트 뷰잉 애플리케이션(hypertext viewing application) 일 수 있다. HTTPS(Hypertext Transport Protocol Secure), SSL(Secure Sockets Layer), TLS (Transport Layer Security) 등을 사용하여 안전한 웹 브라우징을 제공할 수 있다. 웹 브라우저(608)는 AJAX, DHTML, Adobe Flash, JavaScript, Java, API(Application Programming Interface) 등과 같은 기능을 활용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨터 시스템(600)은 메일 서버 저장 프로그램 구성 요소를 구현할 수 있다. 메일 서버는 마이크로 소프트 익스체인지 등과 같은 인터넷 메일 서버일 수 있다. 메일 서버는 ASP, ActiveX, ANSI C ++ / C #, Microsoft .NET, CGI (Common Gateway Interface) 스크립트, Java, JavaScript, PERL, PHP, Python, WebObjects 등과 같은 기능을 활용할 수 있다. 메일 서버는 IMAP(Internet Message Access Protocol), MAPI(Messaging Application Programming Interface), Microsoft Exchange, POP(Post Office Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등과 같은 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨터 시스템(600)은 메일 클라이언트 저장 프로그램 구성 요소를 구현할 수 있다. 메일 클라이언트는 Apple Mail, Microsoft Entourage, Microsoft Outlook, Mozilla Thunderbird 등과 같은 메일보기 응용 프로그램 일 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 배터리 시스템
101: 작동 상태 검출 장치
102: 배터리
103: 프로세서
104: 입/출력 인터페이스
105: 메모리
106: 모듈
107: 데이터
101: 작동 상태 검출 장치
102: 배터리
103: 프로세서
104: 입/출력 인터페이스
105: 메모리
106: 모듈
107: 데이터
Claims (20)
- 배터리 시스템에서 배터리의 충전 프로파일을 계산하는 단계;
상기 충전 프로파일의 충전 사이클에서 정전압 및 대응하는 정전류를 식별하는 단계;
상기 정전압 및 상기 정전류 중 적어도 하나를 사용하여 배터리와 관련된 감쇠 상수 및 내부 저항 중 적어도 하나를 추정하는 단계;
상기 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교 또는 상기 내부 저항과 기설정된 제2 임계값을 비교하는 단계; 및
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계
를 포함하는 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 충전 프로파일은,
상기 배터리의 방전 상태에 관계없이 계산되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는,
상기 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고,
상기 기설정된 제1 임계값은,
상기 배터리의 내부 단락을 트리거 하기 위한 감쇠 상수의 최소값을 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는,
상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고,
상기 기설정된 제2 임계값은,
상기 배터리의 내부 단락을 트리거하기 위한 내부 저항의 최소값을 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리의 내부 단락(internal short)이 발생하기 전에 상기 배터리의 결함이 있는 작동 상태를 감지하기 위한 경고를 제공하는 단계
를 더 포함하는 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는,
상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크고, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출하는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는,
상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출하는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는 단계는,
상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출하는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 충전 사이클에 대한 상기 감쇠 상수는,
상기 충전 사이클의 상기 정전류에 지수 감쇠 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 추정되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리의 상기 내부 저항은,
상기 정전압, 상기 정전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)-충전 상태(SOC; State of Charge) 모델을 사용하여 결정된 개방 회로 전압을 사용하여 추정되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내부 저항의 값은,
상기 배터리의 결함 감도를 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서,
결함이 있는 상기 배터리의 작동 상태의 검출시, 상기 배터리의 내부 단락을 피하기 위한 하나 이상의 구제책을 포함하는 통지를 생성하는 단계
를 더 포함하는 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 방법.
- 배터리 시스템에서 배터리의 충전 프로파일을 계산하고,
상기 충전 프로파일의 충전 사이클에서 정전압 및 대응하는 정전류를 식별하고,
상기 정전압 및 상기 정전류 중 적어도 하나를 사용하여 배터리와 관련된 감쇠 상수 및 내부 저항 중 적어도 하나를 추정하고,
상기 감쇠 상수와 기설정된 제1 임계값을 비교하거나 또는 상기 내부 저항과 기설정된 제2 임계값을 비교하고,
상기 비교를 기반으로 상기 배터리의 작동 상태가 결함 상태인지 정상 상태인지를 검출하는
프로세서를 포함하는 배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 충전 프로파일은,
상기 배터리의 방전 상태에 관계없이 계산되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 감쇠 상수가 기설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고,
상기 기설정된 제1 임계값은,
상기 배터리의 내부 단락을 트리거 하기 위한 감쇠 상수의 최소값을 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 작거나 같으면, 상기 배터리의 작동 상태를 결함으로 검출하고,
상기 기설정된 제2 임계값은,
상기 배터리의 내부 단락을 트리거하기 위한 내부 저항의 최소값을 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 감쇠 상수가 상기 기설정된 제1 임계값보다 크고, 상기 내부 저항이 상기 기설정된 제2 임계값보다 크면, 상기 배터리의 작동 상태를 정상으로 검출하는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 충전 사이클에 대한 상기 감쇠 상수는,
상기 충전 사이클의 상기 정전류에 지수 감쇠 모델(exponential decay model)을 적용함으로써 추정되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 배터리의 상기 내부 저항은,
상기 정전압, 상기 정전류 및 상기 배터리의 개방 회로 전압(OCV; Open Circuit Voltage)-충전 상태(SOC; State of Charge) 모델을 사용하여 결정된 개방 회로 전압을 사용하여 추정되는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 내부 저항의 값은,
상기 배터리의 결함 감도를 나타내는
배터리 시스템에서 배터리의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출 장치.
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