KR20220009273A - 배터리 관리 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 - Google Patents

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권봉근
이종철
임재환
김잔디
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Abstract

본 발명은, 배터리의 수명을 연장할 수 있는 배터리 관리 방법 및 이를 제공하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 배터리, 그리고 제1 하한SOC(State of Charge)와 제1 상한SOC 사이의 제1 배터리 용량을 사용하는 노멀모드 또는 제2 하한SOC와 제2 상한SOC 사이의 제2 배터리 용량을 사용하는 에코모드에 따라 상기 배터리의 충전을 제어하는 BMS를 포함하고, 상기 제1 하한SOC는, 상기 제2 하한SOC 보다 작고, 상기 제1 상한SOC는, 상기 제2 상한SOC 보다 크다.

Description

배터리 관리 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템{METHOD FOR BATTERY MANAGEMENT AND BATTERY SYSTEM PROVIDING THE SAME}
본 발명은, 배터리의 수명을 연장할 수 있는 배터리 관리 방법 및 이를 제공하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
전기자동차(EV, Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차이다. 전기자동차는 배터리와 전기 모터로만 주행하는 순수 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등을 포함한다.
전기자동차는 배터리로 리튬이온 배터리를 많이 사용하고, 400V 구동 배터리와 12V 보조 배터리를 장착할 수 있다. 최근 양산되어 시장에 보급되는 전기자동차의 경우 1회 완전 충전시에 최대 350km 주행이 가능(예를 들어, 쉐보레 볼트 EV의 경우)하나 이는 차량의 종류에 따라 크게 차이가 난다. 전기자동차 내 사용자의 편의를 위한 다양한 모듈/장치들은 구동시 전력을 소모하기 때문에 전기자동차의 주행 거리에 영향을 줄 수 있다.
배터리의 충전방법으로 완속충전 및 급속충전 방법이 선택적으로 사용되고 있다. 충전 시간의 경우, 완속충전은 4 내지 9시간, 급속충전은 30분 내지 1시간이 소요되는 것으로 알려져 있으며, 배터리 기술의 발전에 따라 완속충전 또는 급속충전 속도가 개선되고 있다. 충전기는 충전 케이블을 전기자동차의 충전 단자에 연결하여 전기 에너지를 충전하며, 통상적으로 고속 또는 저속 충전 타입을 지원한다.
한편, 충방전이 가능한 배터리는 소정 기간 경과하면, 예를 들어, 기 설정된 충방전 사이클에 도달하면 성능이 급격하게 떨어져 교체가 필요하다. 특히, 배터리의 교체시기는 사용자의 사용 패턴에 따라 짧아질 수도, 길어질 수도 있다. 예를 들어, 100% 충방전 횟수가 많아지거나, 완속충전보다 급속충전 방법으로 충전하는 횟수가 많아질수록 배터리의 수명을 단축한다는 많은 연구결과가 나오고 있다.
전기자동차(EV)의 원가에서 배터리가 차지하는 비율은 40%정도로 매우 크다. 배터리의 과충전 또는 과방전이 반복으로 노화가 촉진되어 배터리의 수명이 짧아지면, 배터리의 교체비용이 증가하는 문제가 발생한다. 이는, 사용자가 전기자동차(EV)를 구매할 때 부담으로 작용할 수 있고, 결국 전기자동차를 확대하여 환경보호라는 각국의 정책에 걸림돌이 될 수 있다.
이에, 전기자동차가 이용되는 환경 및 사용자의 성향 등에 따라 배터리의 수명을 연장할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 사용자의 선택으로 에코모드(eco-friendly mode; ECO MODE)가 온 되면, 사용 가능한 배터리 용량을 축소하고, 완속충전 방법으로 배터리를 충전하는 배터리 관리 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 배터리 시스템은, 배터리, 그리고 제1 하한SOC(State of Charge)와 제1 상한SOC 사이의 제1 배터리 용량을 사용하는 노멀모드 또는 제2 하한SOC와 제2 상한SOC 사이의 제2 배터리 용량을 사용하는 에코모드에 따라 상기 배터리의 충전을 제어하는 BMS((Battery Management System)를 포함하고, 상기 제1 하한SOC는, 상기 제2 하한SOC 보다 작고, 상기 제1 상한SOC는, 상기 제2 상한SOC 보다 크다.
상기 BMS는, 상기 배터리의 SOC를 소정 주기마다 추정하여 현재 SOC를 산출하고, 상기 에코모드의 온 상태에서, 상기 현재 SOC가 상기 제2 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하고, 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 에코모드의 온 상태에서, 소정의 기준시간 내에 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 급속충전 방법을 디스에이블시키고, 상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 노멀모드의 온 상태에서, 상기 배터리의 SOC를 소정 주기마다 추정하여 현재 SOC를 산출하고, 상기 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하고, 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 노멀모드의 온 상태에서, 소정의 기준시간 내에 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 급속충전 방법 또는 상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 노멀모드의 온 상태에서, 운전자의 선택에 따른 상기 급속충전 방법 또는 상기 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
상기 BMS는, 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 온 신호를 수신하면 상기 에코모드의 온 상태로 판단하고, 상기 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 오프 신호를 수신하면 상기 노멀모드의 온 상태로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 관리 방법은, BMS((Battery Management System)가 제1 하한SOC(State of Charge)와 제1 상한SOC 사이의 제1 배터리 용량을 사용하는 노멀모드 또는 제2 하한SOC와 제2 상한SOC 사이의 제2 배터리 용량을 사용하는 에코모드에 따라 배터리의 충전을 제어하여 상기 배터리를 관리하는 방법으로서, 상기 에코모드(ECO MODE)가 온 상태인지 판단하는 단계, 상기 판단결과에 따라, 소정 주기마다 추정되는 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC 또는 상기 제2 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계, 그리고 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC 또는 상기 제2 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료하는 단계를 포함하고, 상기 제1 하한SOC는 상기 제2 하한SOC 보다 작고, 상기 제1 상한SOC는 상기 제2 상한SOC 보다 크다.
상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계는, 상기 판단결과 에코모드의 온 상태이면, 상기 현재 SOC가 상기 제2 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계, 상기 진단 결과 도달하면, 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 시작하는 단계, 그리고 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계는, 상기 판단결과 노멀모드의 온 상태이면, 상기 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계, 상기 진단 결과 도달하면, 소정의 기준시간 내에 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 급속충전 방법, 또는 상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 시작하는 단계, 그리고 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 충전을 시작하는 단계는, 운전자의 선택에 따른 상기 급속충전 방법 또는 상기 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
상기 에코모드(ECO MODE)가 온 상태인지 판단하는 단계는, 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 온 신호를 수신하면 상기 에코모드의 온 상태로 판단하고, 상기 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 오프 신호를 수신하면 상기 노멀모드의 온 상태로 판단할 수 있다.
본 발명은, 배터리의 노화를 촉진하는 사용 가능한 배터리 용량의 상한 및 하한 SOC의 사용 및 급속충전 방법의 횟수를 줄여 배터리의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명은, 사용 가능한 배터리 용량을 최대로 사용하여 충전 횟수를 줄이고, 충전 시간이 짧아 배터리의 이용에 편의성을 제공하는 노멀모드 그리고 배터리의 수명을 연장하는 에코모드를 사용자가 상황에 따라 선택할 수 있도록 구성하여, 사용자의 만족도를 높일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 노멀모드를 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 에코모드를 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 사용자의 선택에 따른 노멀모드 또는 에코모드로 배터리를 충전하여 배터리의 수명을 연장하는 방법을 설명하는 순서도이다.
일 실시예에서, 전기 자동차는 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전기를 이용하여 휠을 구동시키는 전기 모터를 구비하는 모든 차량(Vehicle)을 의미한다. 전기 자동차는 EV(Electric Vehicle)뿐만 아니라, PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)를 포함한다. 전기 자동차는 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment)인 충전장치로부터 공급받은 전력으로 배터리를 충전할 수 있다. 충전장치는 급속충전기(Quick Charger, 또는 Fast Charger)와 공공장소에서 교류전력을 공급하는 완속충전스탠드(Charging Stand), 가정 또는 직장 등에서 간단하게 설치하고 교류전력을 공급하는 홈충전기 등을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 시스템(1)은, 배터리(10), 릴레이(20), 전류 센서(30), 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(40)을 포함한다.
배터리(10)는 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함한다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬 연결되어 배터리(10)를 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각은 배선을 통해 BMS(40)에 전기적으로 연결되어 있다.
도 1에서, 배터리(10)는 직렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함하고, 배터리 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있다. 배터리(10)의 양극과 출력단(OUT1) 사이에 릴레이(20)가 연결되어 있고, 배터리(10)의 음극과 출력단(OUT2) 사이에 전류 센서(30)가 연결되어 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
릴레이(20)는 배터리 시스템(1)과 외부 장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 릴레이(20)가 온 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행되고, 릴레이(20)가 오프 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 분리된다. 이때, 외부 장치는 배터리(10)에 전력을 공급하여 충전하는 충전모드에서 충전기, 배터리(10)에 저장된 전력이 방전되는 방전모드에서 부하일 수 있다.
전류 센서(30)는 배터리(10)와 외부 장치간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류 센서(30)는 배터리(10)에 흐르는 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과를 BMS(40)에 전달할 수 있다.
BMS(40)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)에 대한 다양한 정보를 취합 및 분석하여 배터리 셀의 충전 및 방전, 셀 밸런싱, 보호 동작 등을 제어하고, 릴레이(20)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는 사용자의 선택에 따른 노멀모드(NORMAL MODE) 또는 에코모드(ECO MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다.
노멀모드(NORMAL MODE)는, 배터리(10)가 설계된 범위에서 사용 가능한 최대 배터리 용량(Usable Capacity)(이하, 제1 배터리 용량)을 사용하고, 완속충전 방법 또는 급속충전 방법 중 사용자가 선택한 충전방법으로 배터리(10)를 충전한다. 예를 들어, 노멀모드(NORMAL MODE)는, 배터리(10)를 최초 설계된 상태로 사용 및 관리하는 방법이다.
에코모드(ECO MODE)는, 배터리(10)가 설계된 범위에서 사용 가능한 최대 배터리 용량보다 좁은 배터리 용량(이하, 제2 배터리 용량)을 사용하고, 완속충전 방법으로 배터리(10)를 충전한다. 예를 들어, 에코모드(ECO MODE)는 배터리(10)의 수명을 연장하기 위한 배터리 관리방법이며, 사용자의 선택으로 설정될 수 있다. 즉, 에코모드(ECO MODE)는, 배터리 용량의 과도한 사용 및 급속충전 방법을 제한하여 배터리(10)의 노화 속도를 늦추는 배터리 관리 방법이다.
충전상태(state of charge, SOC)는 현재 배터리(10)에 저장된 에너지의 양이며, 단위는 퍼센트(%)이다. 배터리(10)가 완전충전 되면, 충전상태(SOC)는 100%이다. 배터리(10)가 완전방전 되면, 충전상태(SOC)는 0%이다. 완전충전 된 배터리(10)가 방전되기 시작하면, 충전상태(SOC)는 시간이 경과함에 따라 100%, 80%, 60% 등으로 감소한다. 한편, 충전상태(SOC)는 직접 측정이 불가능하며, BMS(40)는 종래 알려진 전류적산법, 전압측정법 등 간접적인 방법으로 충전상태(SOC)를 추정할 수 있다. BMS(40)는, 소정 주기 또는 실시간으로 충전상태(SOC)를 추정할 수 있다.
배터리 용량(Capacity)은, 배터리(10)가 저장할 수 있는 에너지의 총 양이며, 단위는 암페어시(Ah)로 일정한 전류가 얼마 동안 흐를 수 있는지를 나타낸다. 예를 들어, 1A의 전류가 1시간 동안 흐르면 배터리 용량은 1AH이고, 2시간 동안 흐르면 배터리 용량은 2AH이다.
일 실시예에 따라, 제1 배터리 용량은, 배터리(10) 설계 및 생산과정에서 제공되는 제1 하한SOC 및 제1 상한SOC 사이의 범위를 갖는 배터리 용량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 용량은, 0%에서 100%, 또는 설계 마진, 저항, 계산 오차 등을 반영하여 실질적으로 2% 내지 96% 사이의 범위로 정의되는 배터리 용량을 포함할 수 있다. 제2 배터리 용량은, 배터리(10)의 노화 속도를 늦추기 위해 제1 배터리 용량보다 좁은 영역의 배터리 용량을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 배터리 용량은, 제1 하한SOC보다 소정 크기 큰 제2 하한SOC 및 제1 상한SOC보다 소정 크기 작은 제2 상한SOC 사이로 범위를 갖는 배터리 용량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리 용량은, 30%에서 80% 사이의 범위로 정의되는 배터리 용량을 포함할 수 있다.
노멀모드(NORMAL MODE)에서, BMS(40)는, 충전상태(SOC)가 제1 하한SOC(예를 들어, 2%)에 도달하면, 배터리(10)에 전력을 공급하는 충전모드에 진입한다. 배터리(10)에 전력을 공급하여 실시간 충전상태(SOC)가 제1 상한SOC(예를 들어, 96%)에 도달하면, BMS(40)는, 충전모드를 종료할 수 있다. 또한, 에코모드(ECO MODE)에서, BMS(40)는, 충전상태(SOC)가 제2 하한SOC(예를 들어, 30%)에 도달하면, 배터리(10)에 전력을 공급하는 충전모드에 진입한다. 배터리(10)에 전력을 공급하여 실시간 충전상태(SOC)가 제2 상한SOC(예를 들어, 80%)에 도달하면, BMS(40)는, 충전모드를 종료할 수 있다.
완속충전 및 급속충전은 충전속도에 따라 나누는 배터리 충전방법이다. 완속충전은 소정 기준시간을 초과한 후 배터리(10)의 충전을 완료하는 저속 충전방법이다. 급속충전은 소정 기준시간 내에 배터리(10)의 충전을 완료하는 고속 충전방법이다.
한편, 배터리 용량을 최대치로 사용하는 경우, 예를 들어, 제1 하한SOC(예를 들어, 2%)와 제1 상한SOC(예를 들어, 96%)를 반복하여 사용하거나, 또는, 배터리 용량을 확장(1% ~ 97% 또는 0% ~ 99%)하여 사용하는 경우, 배터리(10)의 노화가 촉진될 수 있다. 또한, 배터리(10)를 급속충전 방법으로 충전하는 경우 완속충전 방법으로 충전하는 경우에 비해 배터리(10)의 노화가 촉진될 수 있다.
배터리(10)는 제조된 이후 사용에 의해 노화되며, 저장할 수 있는 에너지의 총 양(배터리 용량)도 감소한다. 배터리 건강상태(State of Health; SOH)는 이상적인 배터리 상태와 현재 배터리 상태를 비교하여 나타내는 성능지수이다. 예를 들어, 배터리(10)가 최초 1000mAH의 배터리 용량을 갖고 있었으나, 소정 기간 사용 후 배터리 용량이 850mAH로 저하될 수 있다. 그러면, 배터리 건강상태(SOH)는 85%가 된다.
참고로, 배터리 건강상태(SOH)가 100%일 때, 배터리(10)의 완전충전 및 완전방전 시의 충전상태(SOC)는 각각 100% 및 0%이다. 또한, 배터리 건강상태(SOH)가 85%일 때, 배터리(10)의 완전충전 및 완전방전 시의 충전상태(SOC)는 각각 100% 및 0%이다. 즉, 충전상태(SOC)는 배터리 건강상태(SOH)와 무관하게 배터리(10)에 채울 수 있는 에너지가 다 채워지면 100%이며, 에너지가 다 방전되면 0%이다. 그러나, 배터리 건강상태(SOH)가 100%인 배터리(10)가 완전충전 된 이후 총 1000mAH 에너지를 공급할 수 있는 반면, 배터리 건강상태(SOH)가 85%인 배터리(10)는 완전충전 이후 총 850mAH 에너지만 공급할 수 있다.
즉, 배터리 용량은 배터리 건강상태(SOH)에 대응하여 감소한다. 예를 들어, 배터리 건강상태(SOH)가 소정 기준치, 예를 들어 80%로 저하되는 시점을 배터리 교체 시점으로 볼 수 있다. 배터리 건강상태(SOH)가 80% 아래로 떨어지면, 배터리 용량이 급격하게 저하되어 배터리(10)는 본래의 역할을 수행할 수 없게 된다.
도 2는 일 실시예에 따른 노멀모드를 설명하는 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 에코모드를 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따라, 사용자 인터페이스(미도시)에 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1)가 구비될 수 있다. 사용자가 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1)를 선택(ON) 또는 비선택(OFF)하면, BMS(40)는 사용자의 선택(ON)에 따른 에코모드(ECO MODE) 또는 비선택(OFF)에 따른 노멀모드(NORMAL MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는 전자 제어 유닛(electronic control unit; ECU)으로부터 제1 키(Key_1)를 선택하는 제1 키 온(ON) 신호 또는 제1 키(Key_1)를 선택하지 않는 제1 키 오프(OFF) 신호를 수신할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 사용자가 조작할 수 있는 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1) 및 노멀모드(NORMAL MODE)를 실행하는 제2 키(Key_2)가 사용자 인터페이스(미도시)에 각각 구비될 수 있다. 사용자가 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1)를 선택(ON)하면, BMS(40)는 에코모드(ECO MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 사용자가 노멀모드(NORMAL MODE)를 실행하는 제2 키(Key_2)를 선택(ON)하면, BMS(40)는 노멀모드(NORMAL MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는 전자 제어 유닛(ECU)으로부터 제1 키(Key_1)를 선택하는 제1 키 온 신호 또는 노멀모드(NORMAL MODE)의 제2 키(Key_2)를 선택하는 제2 키 온 신호를 수신할 수 있다.
도 2의 (A)를 참고하면, 노멀모드(NORMAL MODE)의 온 상태에서, 제1 배터리 용량이 사용 가능한 배터리 용량(이하, 가용 배터리 용량)으로 설정되고, 급속충전이 인에이블(enable)된다. 따라서, BMS(40)는 사용자의 선택에 따라 급속충전 또는 완속충전 방법으로 제1 배터리 용량 범위에서 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다.
도 2의 (B)를 참고하면, 배터리(10)가 노멀모드(NORMAL MODE)로 사용 및 관리되는 경우, 배터리(10)의 교체시점(End of Life; EOL)은 가용 배터리 용량이 최초(100%) 대비 소정 기준값(80%)에 도달하는 시점으로 정해질 수 있다. 즉, 배터리 건강상태(SOH)가 80%가되면, 배터리(10)를 폐기해야 한다. 이때, 교체시점(EOL)은 충방전 사이클 횟수로 정해질 수 있다. 예를 들어, 리튬이온 배터리는 300~500회 충반전 사이클이 경과하면 교체시점(EOL)에 도달한 것으로 판단된다.
도 3의 (A)를 참고하면, 에코모드(ECO MODE)의 온 상태에서, 제2 배터리 용량이 가용 배터리 용량으로 설정되고, 급속충전 방법이 디스에이블(disable)된다. 따라서, BMS(40)는 완속충전 방법으로 제2 배터리 용량 범위에서 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 이때, 제2 배터리 용량은 제1 배터리 용량보다 적은 범위의 배터리 용량으로 설정될 수 있다.
도 3의 (B)를 참고하면, 배터리(10)가 에코모드(ECO MODE)로 사용 및 관리되는 경우, 배터리(10)의 교체시점(EOL+α), 즉, 수명이 노멀모드(NORMAL MODE)로 배터리(10)가 사용 및 관리되는 경우보다 소정기간(α) 연장될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따라 사용자의 선택에 따른 노멀모드 또는 에코모드로 배터리를 충전하여 배터리의 수명을 연장하는 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참고하여, 배터리 관리 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 설명한다.
도 4를 참고하면, BMS(40)는 사용자의 선택에 의해 에코모드(ECO MODE)가 온 상태인지 판단한다(S10).
일 실시예에 따라, 사용자 인터페이스(미도시)에 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1)가 구비될 수 있다. BMS(40)는 사용자가 제1 키(Key_1)를 선택하면 에코모드(ECO MODE)로 판단하고, 사용자가 제1 키(Key_1)를 선택하지 않으면 노멀모드(NORMAL MODE)로 판단할 수 있다. 즉, BMS(40)는 사용자가 아무런 액션을 취하지 않으면, 노멀모드(NORMAL MODE)로 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는 전자 제어 유닛(ECU)으로부터 제1 키(Key_1)의 선택을 지시하는 제1 키 온(ON) 신호 또는 제1 키(Key_1)의 비선택을 지시하는 제1 키 오프(OFF) 신호를 수신할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 에코모드(ECO MODE)를 실행하는 제1 키(Key_1) 및 노멀모드(NORMAL MODE)를 실행하는 제2 키(Key_2)가 사용자 인터페이스(미도시)에 각각 구비될 수 있다. BMS(40)는 사용자가 제1 키(Key_1)를 선택하면 에코모드(ECO MODE)로 판단하고, 제2 키(Key_2)를 선택하면 노멀모드(NORMAL MODE)로 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는 전자 제어 유닛(ECU)으로부터 제1 키(Key_1)를 선택하는 제1 키 온 신호 또는 노멀모드(NORMAL MODE)의 제2 키(Key_2)를 선택하는 제2 키 온 신호를 수신할 수 있다.
다음으로, 에코모드(ECO MODE)가 오프 상태이면(S10, No), BMS(40)는 노멀모드(NORMAL MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어한다(S20).
S20 단계에서, 우선, BMS(40)는 현재 충전상태(SOC)가 제1 배터리 용량의 제1 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단한다(S21).
노멀모드(NORMAL MODE)는, 배터리(10)를 설계된 대로 관리하는 방법이다. 노멀모드(NORMAL MODE)는, 설계된 범위에서 사용 가능한 최대 배터리 용량인, 제1 배터리 용량을 사용한다. 이때, 제1 배터리 용량은, 배터리(10) 설계 및 생산과정에서 제공되는 제1 하한SOC 및 제1 상한SOC 사이의 범위를 갖는 배터리 용량일 수 있다. 이상적인 상태를 전제로, 제1 배터리 용량은 0%에서 100%, 사이의 범위로 정의되는 배터리 용량을 포함할 수 있다. BMS(40)는 소정 주기 또는 실시간으로 충전상태(SOC)를 추정하여 현재 충전상태(SOC)를 산출할 수 있다.
S20 단계에서, 충전상태(SOC)가 제1 하한SOC에 도달하면(S21, Yes), BMS(40)는 배터리(10)에 전력을 공급하는 충전모드에 진입한다(S22).
BMS(40)는 사용자의 선택에 따라 급속충전 또는 완속충전 방법으로 제1 배터리 용량 범위에서 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 급속충전을 선택하면, BMS(40)는 급속충전으로 배터리(10)에 전력이 공급되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라, BMS(40)는 충전방법에 대한 사용자의 선택이 없으면, 전자 제어 유닛(ECU)을 통해 사용자에게 충전방법에 대한 선택을 요청할 수 있다. 전자 제어 유닛(ECU)은, 급속충전 또는 완속충전 중 하나의 충전방법에 대한 선택을 요청하는 메시지가 사용자 인터페이스에 표시되도록 제어할 수 있다.
S20 단계에서, BMS(40)는 현재 충전상태(SOC)가 제1 배터리 용량의 제1 상한SOC에 도달하는지 여부를 진단한다(S23).
충전모드에서 배터리(10)는 외부 장치로부터 전력을 공급받고, 충전상태(SOC)는 시간이 경과함에 따라 증가한다. 예를 들어, 충전상태(SOC)가 0%인 시점에서 충전이 시작되면, 충전상태(SOC)는 시간이 경과함에 따라 10%, 30%, 50%로 점차 증가할 수 있다.
다음으로, 에코모드(ECO MODE)가 온 상태이면(S10, Yes), BMS(40)는 에코모드(ECO MODE)로 배터리(10)의 충전을 제어한다(S30).
S30 단계에서, 우선, BMS(40)는 충전상태(SOC)가 제2 배터리 용량의 제2 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단한다(S31).
에코모드(ECO MODE)는, 배터리(10)의 수명을 연장하기 위한 배터리 관리방법이며, 사용자의 선택으로 설정될 수 있다. 에코모드(ECO MODE)는, 제1 배터리 용량보다 좁은 영역의 배터리 용량인 제2 배터리 용량을 사용한다. 이때, 제2 배터리 용량은, 제1 하한SOC보다 소정 크기 큰 제2 하한SOC 및 제1 상한SOC보다 소정 크기 작은 제2 상한SOC 사이로 범위를 갖는 배터리 용량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리 용량은 30%에서 80%, 사이의 범위로 정의되는 배터리 용량을 포함할 수 있다.
도 3의 (A)를 참고하면, 제1 배터리 용량의 제1 하한SOC는, 제2 배터리 용량의 제2 하한SOC 보다 작고, 제1 상한SOC는, 제2 배터리 용량의 제2 상한SOC 보다 크다.
S30 단계에서, 충전상태(SOC)가 제2 하한SOC에 도달하면(S31, Yes), BMS(40)는 배터리(10)에 전력을 공급하는 충전모드에 진입한다(S32).
에코모드(ECO MODE)에서는 급속충전 방법이 디스에이블(disable)되므로, BMS(40)는 완속충전 방법으로 제2 배터리 용량 범위에서 배터리(10)의 충전을 제어할 수 있다. 충전상태(SOC)가 제2 하한SOC, 예를 들어, 30%에 도달하면, BMS(40)는 배터리(10)가 더 이상 방전되지 않고 충전될 수 있도록 제어할 수 있다.
S30 단계에서, BMS(40)는 충전상태(SOC)가 제2 배터리 용량의 제2 상한SOC에 도달 여부를 진단한다(S33).
다음으로, 현재 충전상태(SOC)가 제1 상한SOC 또는 제2 상한SOC에 도달하면(S23, Yes), BMS(40)는, 충전모드를 종료할 수 있다(S40).
배터리(10)가 제1 상한SOC까지 완전 충전되면, BMS(40)는, 배터리(10)의 충전을 종료할 수 있다. 예를 들어, BMS(40)는, 충전상태(SOC)가 100%가 되면 배터리(10)의 충전을 종료할 수 있다.
배터리(10)가 제2 상한SOC까지 완전 충전되면, BMS(40)는, 배터리(10)의 충전을 종료할 수 있다. 예를 들어, 충전상태(SOC)가 30%인 시점에서 충전이 시작되면, 충전상태(SOC)는 시간이 경과함에 따라 50%, 70%로 점차 증가할 수 있다. 충전상태(SOC)가 제2 상한SOC, 예를 들어, 80%에 도달하면, BMS(40)는 배터리(10)가 더 이상 충전되지 않도록 충전모드를 종료할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 배터리, 그리고
    제1 하한SOC(State of Charge)와 제1 상한SOC 사이의 제1 배터리 용량을 사용하는 노멀모드 또는 제2 하한SOC와 제2 상한SOC 사이의 제2 배터리 용량을 사용하는 에코모드에 따라 상기 배터리의 충전을 제어하는 BMS((Battery Management System)를 포함하고,
    상기 제1 하한SOC는, 상기 제2 하한SOC 보다 작고,
    상기 제1 상한SOC는, 상기 제2 상한SOC 보다 큰, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 배터리의 SOC를 소정 주기마다 추정하여 현재 SOC를 산출하고,
    상기 에코모드의 온 상태에서,
    상기 현재 SOC가 상기 제2 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하고, 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 에코모드의 온 상태에서,
    상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어하는, 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 노멀모드의 온 상태에서,
    상기 배터리의 SOC를 소정 주기마다 추정하여 현재 SOC를 산출하고,
    상기 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하고, 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료하는, 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 노멀모드의 온 상태에서,
    소정의 기준시간 내에 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 급속충전 방법 또는
    상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 노멀모드의 온 상태에서,
    운전자의 선택에 따른 상기 급속충전 방법 또는 상기 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어하는, 배터리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 온 신호를 수신하면 상기 에코모드의 온 상태로 판단하고,
    상기 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 오프 신호를 수신하면 상기 노멀모드의 온 상태로 판단하는, 배터리 시스템.
  8. BMS((Battery Management System)가 제1 하한SOC(State of Charge)와 제1 상한SOC 사이의 제1 배터리 용량을 사용하는 노멀모드 또는 제2 하한SOC와 제2 상한SOC 사이의 제2 배터리 용량을 사용하는 에코모드에 따라 배터리의 충전을 제어하여 상기 배터리를 관리하는 방법으로서,
    상기 에코모드(ECO MODE)가 온 상태인지 판단하는 단계,
    상기 판단결과에 따라, 소정 주기마다 추정되는 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC 또는 상기 제2 하한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계, 그리고
    상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC 또는 상기 제2 상한SOC에 도달하면 상기 배터리의 충전을 종료하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 하한SOC는 상기 제2 하한SOC 보다 작고, 상기 제1 상한SOC는 상기 제2 상한SOC 보다 큰, 배터리 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계는,
    상기 판단결과 에코모드의 온 상태이면, 상기 현재 SOC가 상기 제2 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계,
    상기 진단 결과 도달하면, 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 시작하는 단계, 그리고
    상기 현재 SOC가 상기 제2 상한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리의 충전을 시작하여 제어하는 단계는,
    상기 판단결과 노멀모드의 온 상태이면, 상기 현재 SOC가 상기 제1 하한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계,
    상기 진단 결과 도달하면, 소정의 기준시간 내에 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 급속충전 방법, 또는 상기 소정의 기준시간을 초과한 후 상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하도록 상기 배터리를 충전하는 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 시작하는 단계, 그리고
    상기 현재 SOC가 상기 제1 상한SOC에 도달하는지 여부를 진단하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리의 충전을 시작하는 단계는,
    운전자의 선택에 따른 상기 급속충전 방법 또는 상기 완속충전 방법으로 상기 배터리의 충전을 제어하는, 배터리 관리 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 에코모드(ECO MODE)가 온 상태인지 판단하는 단계는,
    운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 온 신호를 수신하면 상기 에코모드의 온 상태로 판단하고, 상기 운전자의 선택에 따른 상기 에코모드의 키 오프 신호를 수신하면 상기 노멀모드의 온 상태로 판단하는, 배터리 관리 방법.
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