KR20220021730A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부로부터 상기 전압에 대한 전압값 및 상기 용량에 대한 용량값을 수신하고, 상기 전압값과 상기 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 상기 프로파일 생성부로부터 상기 배터리 프로파일을 수신하고, 수신한 상기 배터리 프로파일을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하도록 구성된 프로파일 변환부; 및 상기 배터리 미분 프로파일에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하고, 상기 배터리 셀의 음극에 대해 미리 설정된 음극 프로파일 및 음극 미분 프로파일을 구비하고, 상기 음극 미분 프로파일에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하며, 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일을 조정하고, 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING BATTERY}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 비파괴적으로 배터리 셀에 대한 양극 프로파일을 생성하는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
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 배터리 셀에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리 셀로는 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.
이러한 배터리 셀은 사용될수록 퇴화되기 때문에, 퇴화된 배터리 셀에 대한 충전 상태(SOC, State of charge) 및/또는 건강 상태(SOH, State of health) 등을 정확하게 추정하기 위해서는, 배터리 셀의 퇴화 정도를 분석하기 위한 다양한 프로파일이 필요하다. 예컨대, 배터리 셀에 대한 배터리 프로파일, 양극 프로파일, 및 음극 프로파일이 제공되는 경우, 배터리 셀의 퇴화 정도가 가장 정확하게 분석될 수 있다.
종래에는 배터리 셀의 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 획득하기 위하여, 배터리 셀에서 양극 및 음극을 분해하고, 양극 전극과 음극 전극을 세척한 후 양극 반쪽 셀과 음극 반쪽 셀을 재조립하며, 3 전극 시스템(3 electrode system) 등의 실험 방법을 통해 재조립된 양극 반쪽 셀과 음극 반쪽 셀로부터 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 각각 획득하였다. 이러한 과정을 통해 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 획득하기 위하여 상당한 시간이 소요되었고, 특히, 배터리 셀을 분해할 때 배터리 셀이 폭발할 수 있는 위험에 노출되는 문제가 있었다.
따라서, 신속하고, 비파괴적인 방식으로 배터리 셀의 음극 프로파일 및/또는 양극 프로파일을 획득하기 위한 기술 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 미리 설정된 음극 프로파일을 적절하게 조정함으로써, 비파괴적인 방식으로 배터리 셀에 대한 양극 프로파일, 및 음극 프로파일을 획득할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부로부터 상기 전압에 대한 전압값 및 상기 용량에 대한 용량값을 수신하고, 상기 전압값과 상기 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 상기 프로파일 생성부로부터 상기 배터리 프로파일을 수신하고, 수신한 상기 배터리 프로파일을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하도록 구성된 프로파일 변환부; 및 상기 배터리 미분 프로파일에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하고, 상기 배터리 셀의 음극에 대해 미리 설정된 음극 프로파일 및 음극 미분 프로파일을 구비하고, 상기 음극 미분 프로파일에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하며, 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일을 조정하고, 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 미분 프로파일에서 복수의 기준 피크를 결정하고, 상기 음극 미분 프로파일에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량값이 대응되는 기준 피크의 용량값과 동일해지도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 음극 미분 프로파일의 최소 용량값에 대응되는 오프셋과 상기 음극 미분 프로파일의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 변경하면서 상기 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 음극 프로파일에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일을 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 프로파일의 전압값과 조정된 음극 프로파일의 전압값을 동일한 용량값마다 합산하여 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 프로파일의 전체 용량 구간에서 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간을 선택하고, 상기 배터리 프로파일의 상기 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크를 결정하고, 상기 배터리 프로파일의 상기 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 프로파일의 상기 제1 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제1 기준 피크로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 프로파일의 상기 제2 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제2 기준 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 음극 프로파일은, 상기 용량값과 상기 배터리 셀의 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일일 수 있다.
상기 음극 미분 프로파일은, 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 상기 음극 전압값의 미분 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 상기 전압에 대한 전압값과 및 상기 용량에 대한 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하는 배터리 프로파일 생성 단계; 상기 배터리 프로파일을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하는 배터리 프로파일 변환 단계; 상기 배터리 미분 프로파일에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하는 기준 피크 결정 단계; 미리 구비된 상기 배터리 셀의 음극 미분 프로파일에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하는 음극 미분 프로파일 조정 단계; 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 미리 구비된 상기 배터리 셀의 음극 프로파일을 조정하는 음극 프로파일 조정 단계; 및 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하는 양극 프로파일 생성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 퇴화된 배터리 셀에 대한 배터리 프로파일과 조정된 음극 프로파일을 이용함으로써, 비파괴적인 방식으로 퇴화된 배터리 셀의 양극 프로파일이 용이하게 추정될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 대응되는 배터리 프로파일, 조정된 음극 프로파일, 및 양극 프로파일이 제공될 수 있기 때문에, 배터리 셀의 상태 분석에 필요한 다양한 자료가 제공될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일 및 음극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일, 조정된 음극 프로파일, 및 생성된 양극 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일과 조정된 음극 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110), 프로파일 생성부(120), 프로파일 변환부(130), 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리 셀(B)이란 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리로 간주될 수 있다.
측정부(110)는 배터리 셀(B)의 전압 및 용량을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 양단 전압을 각각 측정하여, 배터리의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 배터리 셀(B)이 충전되는 동안, 배터리 셀(B)에 인가되는 전류와 충전 시간을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정한 배터리 셀(B)의 전류와 충전 시간에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2), 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결되고, 전류 측정 유닛(A)을 통해 배터리 셀(B)의 전류를 측정할 수 있다. 바람직하게, 측정부(110)는 배터리 셀(B)의 전류를 측정하는 동안의 충전 시간을 측정할 수 있는 타이머를 구비할 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 상기 측정부(110)로부터 상기 전압에 대한 전압값(V) 및 상기 용량에 대한 용량값(Q)을 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 전압값의 단위는 [V]이고, 용량값의 단위는 [mAh]일 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 측정부(110)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)와 연결되어, 측정부(110)로부터 측정된 배터리 셀(B)의 전압값 및 용량값을 수신할 수 있다.
또한, 프로파일 생성부(120)는 상기 전압값과 상기 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리 프로파일(Pb)은 측정부(110)에 의해 동일한 시점에 측정된 배터리 셀(B)의 전압값과 용량값 간의 대응 관계를 나타내도록 구성된 프로파일일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일(Pb) 및 음극 프로파일(Pa1)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은 배터리 프로파일(Pb) 및 음극 프로파일(Pa1)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 용량값을 X로 설정하고, 전압값을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
프로파일 변환부(130)는 상기 프로파일 생성부(120)로부터 상기 배터리 프로파일(Pb)을 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 프로파일 변환부(130)는 프로파일 생성부(120)와 통신 가능하도록 연결되고, 프로파일 생성부(120)로부터 배터리 프로파일(Pb)을 수신할 수 있다.
또한, 프로파일 변환부(130)는 수신한 상기 배터리 프로파일(Pb)을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값(dV/dQ) 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환하도록 구성될 수 있다. 여기서, 미분 전압값이란, 배터리 셀(B)의 용량값에 대해 전압값을 미분한 값으로, "dV/dQ"로 표현될 수 있으며, 단위는 [V/mAh]일 수 있다. 즉, 미분 전압값은, 배터리 셀(B)의 용량값에 대한 전압값의 순간 변화율을 나타내는 값일 수 있다.
구체적으로, 프로파일 변환부(130)는 배터리 셀(B)의 용량값과 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을, 배터리 셀(B)의 용량값과 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일(Pb_d)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 4는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 4는 배터리 셀(B)의 용량값을 X로 설정하고, 배터리 셀(B)의 미분 전압값을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
제어부(140)는 상기 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 복수의 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다. 보다 바람직하게, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 2개의 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
먼저, 상기 제어부(140)는, 상기 배터리 프로파일(Pb)의 전체 용량 구간에서 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간을 선택하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간은 서로 중첩되지 않도록 미리 설정될 수 있다. 바람직하게, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간에 대한 정보는 제어부(140) 및/또는 저장부(150)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
구체적으로, 제1 용량 구간과 제2 용량 구간은 배터리의 전기화학적 특성을 고려하여 설정되는 용량 구간일 수 있다. 즉, 배터리 셀(B)이 충전되는 동안 획득된 배터리 셀(B)의 전압값 및 용량값에 따른 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서, 제1 기준 피크(RP1)가 나타날 수 있는 소정의 용량 구간이 제1 용량 구간으로 설정되고, 제2 기준 피크(RP2)가 나타날 수 있는 소정의 용량 구간이 제2 용량 구간으로 설정될 수 있다. 제1 용량 구간과 제2 용량 구간에 대한 보다 구체적인 실시예에 대한 설명은 후술한다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 0% 내지 30%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 제1 용량 구간은 "min" 내지 "min+{(max1-min)×0.3}"구간으로 미리 설정될 수 있다. 또한, 제2 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 40% 내지 60%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 제2 용량 구간은 "min+{(max1-min)×0.4}" 내지 "min+{(max1-min)×0.6}"구간으로 미리 설정될 수 있다.
다음으로, 제어부(140)는 상기 배터리 프로파일(Pb)의 상기 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크(RP1)를 결정하고, 상기 배터리 프로파일(Pb)의 상기 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크(RP2)를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(140)는, 상기 배터리 프로파일(Pb)의 상기 제1 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제1 기준 피크(RP1)로 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(140)는 상기 배터리 프로파일(Pb)의 상기 제2 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제2 기준 피크(RP2)로 결정하도록 구성될 수 있다.
정리하면, 기준 피크는 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이고, 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간 각각에서 미분 전압값이 가장 큰 피크일 수 있다. 또한, 기준 피크를 기준으로 저용량 측의 순간 변화율(용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율)은 양수이고, 기준 피크를 기준으로 고용량 측의 순간 변화율은 음수일 수 있다. 즉, 기준 피크는 X-Y 그래프에서 위로 볼록한 개형을 띠는 포인트일 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(140)는 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크(RP1)를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크(RP2)를 결정할 수 있다.
제어부(140)는 상기 배터리 셀(B)의 음극에 대해 미리 설정된 음극 프로파일(Pa1) 및 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 구비하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 음극 프로파일(Pa1)은, 상기 용량값과 상기 배터리 셀(B)의 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일일 수 있다. 구체적으로, 음극 프로파일(Pa1)은 BOL 상태의 배터리 셀(B)의 충전 과정에서 측정된 배터리 셀(B)의 용량값과 배터리 셀(B)의 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타낼 수 있다. 즉, 음극 프로파일(Pa1)은 BOL 상태의 음극 셀에 대한 프로파일일 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 음극 프로파일(Pa1)은 음극 반쪽 셀(Half cell)의 용량값과 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다. 이와 달리, 배터리 프로파일(Pb)은 풀셀(Full cell)의 용량값과 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일이다
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
또한, 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은, 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 상기 음극 전압값의 미분 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일일 수 있다.
구체적으로, 도 5의 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은 도 3의 음극 프로파일(Pa1)을 용량값과 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 변환한 프로파일이다. 보다 구체적으로, 도 5의 BOL 상태의 배터리 셀(B)의 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은 용량값을 X로 설정하고, 미분 전압값을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다. 즉, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은 BOL 상태의 음극 셀에 대한 미분 프로파일일 수 있다.
예컨대, 음극 프로파일(Pa1)과 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은 저장부(150)에 미리 저장되고, 제어부(140)가 저장부(150)에 접근하여 음극 프로파일(Pa1)과 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 획득할 수 있다. 다른 예로, 음극 프로파일(Pa1)과 음극 미분 프로파일(Pa_d1)은 미리 설정되어 제어부(140)의 내부 메모리에 미리 저장될 수도 있다.
제어부(140)는 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에는 제1 타겟 피크(TP1)와 제2 타겟 피크(TP2)가 미리 설정될 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)가 배터리 미분 프로파일(Pb_d)의 제1 기준 피크(RP1) 및 제2 기준 피크(RP2)에 각각 대응되도록 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정할 수 있다.
제어부(140)는 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일(Pa1)을 조정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 조정된 음극 미분 프로파일에 대한 변환 정보를 음극 프로파일(Pa1)에 적용함으로써, 음극 프로파일(Pa1)을 조정할 수 있다.
제어부(140)는 조정된 음극 프로파일(Pa2)과 상기 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)의 양극 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 프로파일(Pb), 조정된 음극 프로파일(Pa2), 및 생성된 양극 프로파일(Pc)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 6은 배터리 프로파일(Pb), 조정된 음극 프로파일(Pa2) 및 생성된 양극 프로파일(Pc)을 그래프 형태로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 6은 용량값을 X로 설정하고, 전압값을 Y로 설정한 경우의 X-Y 그래프를 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 셀(B)이 퇴화된 경우, 배터리 프로파일(Pb)은 퇴화된 배터리 셀(B)에 대한 퇴화 프로파일일 수 있다. 제어부(140)에 의해 BOL 상태의 배터리 셀(B)에 대한 음극 미분 프로파일(Pa_d1)이 조정됨으로써, 음극 프로파일(Pa1)은 퇴화 프로파일에 대응되도록 조정될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 퇴화된 배터리 셀(B)에 대한 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)에 기반하여, 배터리 셀(B)의 현재 상태에 대응되는 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(B)이 BOL 상태에 대비하여 10% 퇴화되었다고 가정한다. 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 배터리 프로파일(Pb)은 10% 퇴화된 배터리 셀(B)에 대한 프로파일일 수 있다. 또한, 제어부(140)에 의해 조정된 음극 프로파일(Pa2)은 10% 퇴화된 배터리 셀(B)의 음극 프로파일일 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)에 기반하여 10% 퇴화된 배터리 셀의 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다.
구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 배터리 셀(B)에서 양극 및 음극을 분해하고, 샘플링을 위해 양극 셀과 음극 셀을 각각 재조립하며, 재조립된 양극 셀과 음극 셀에 기반하여 양극 프로파일 및 음극 프로파일을 각각 획득하였다. 이러한 과정에서 상당한 시간이 소요되고, 배터리 셀(B)을 분해할 때 배터리 셀(B)이 폭발할 수 있는 위험에 노출되는 문제가 있었다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 음극 프로파일(Pa1)의 개형은 일정하게 유지되는 점에 착안하여, 퇴화된 배터리 셀(B)에 대한 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)을 이용함으로써 퇴화된 배터리 셀(B)의 양극 프로파일(Pc)을 용이하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
즉, 음극 프로파일(Pa1)은 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 그래프의 개형은 일정하게 유지될 수 있다. 다만, 양극 프로파일(Pc)은 배터리 셀(B)이 퇴화됨에 따라 그래프의 개형이 변경되기 때문에, 배터리 프로파일(Pb)만으로는 양극 프로파일(Pc)을 쉽게 추정할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)을 이용하여 양극 프로파일(Pc)을 용이하게 추정할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비파괴적인 방식으로 배터리 셀(B)의 양극 프로파일(Pc)을 추정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(10), 전기 자동차, 및 에너지 저장 장치 등에 설치된 배터리 셀(B)의 양극 프로파일(Pc)을 비파괴적인 방식으로 추정할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(140)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(140)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(140)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(140) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(140)와 연결될 수 있다.
또한, 저장부(150)는 배터리 관리 장치(100)가 양극 프로파일(Pc)을 생성하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(150)는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(150)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(150)는 프로파일 생성부(120), 프로파일 변환부(130), 및 제어부(140)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(150)는 미리 설정된 음극 프로파일(Pa1)과 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 저장할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 양극 프로파일(Pc)을 생성하기 위하여, 저장부(150)에 접근하여 음극 프로파일(Pa1)과 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 획득할 수 있다. 또한, 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 배터리 프로파일(Pb), 제어부(140)에 의해 조정된 음극 프로파일(Pa2), 및 제어부(140)에 의해 생성된 양극 프로파일(Pc)은 서로 맵핑되어 저장부(150)에 저장될 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 서로 대응되는 배터리 프로파일(Pb), 조정된 음극 프로파일(Pa2), 및 양극 프로파일(Pc)을 제공할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 배터리 셀(B)의 특성을 고려하여 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간에 대한 보다 구체적인 실시예를 설명한다.
구체적으로, 도 5의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)는, 방전 과정에서 리튬 이온이 탈리되는 스테이징(Staging) 현상과 관련될 수 있다.
일반적으로, 배터리 셀(B)이 방전될 때, 흑연층 사이에 포함된 리튬 이온이 탈리되는 스테이징 과정이 진행된다. 방전 과정에서의 스테이징 과정은, 리튬 이온의 탈리 반응에 따라 높은 스테이지(stage)에서 낮은 스테이지로 진행된다. 예컨대, 방전 과정에서는 스테이지 Ⅳ, 스테이지 Ⅲ, 스테이지 Ⅱ, 및 스테이지 Ⅰ 순으로 스테이징 과정이 진행된다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1)의 용량(b1)은 스테이지 Ⅲ의 상태가 진행될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 타겟 피크(TP1)의 용량(b1)은 스테이지 Ⅱ 및 스테이지 Ⅲ의 상태가 공존하는 단계에서 스테이지 Ⅲ의 상태로 변환될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다.
또한, 도 5의 실시예에서, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 포함된 제2 타겟 피크(TP2)의 용량(b2)은 스테이지 Ⅱ의 상태가 진행될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량(b2)은 스테이지 Ⅰ 및 스테이지 Ⅱ의 상태가 공존하는 단계에서 스테이지 Ⅱ의 상태로 변환될 때의 음극 용량에 대응될 수 있다.
또한, 배터리 셀(B)의 특성 상, 제1 타겟 피크(TP1)와 제2 타겟 피크(TP2)에 대응되는 용량은, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 크게 변경되지 않을 수 있다. 그리고, 배터리 셀(B)의 퇴화도에 따라, 제1 기준 피크(RP1) 및 제2 기준 피크(RP2) 각각의 용량은 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)의 용량과 동일하거나 유사할 수 있다.
따라서, 제1 용량 구간은 제1 기준 피크(RP1)가 나타날 것으로 예상되는 용량 구간으로서, 제1 타겟 피크(TP1)의 용량이 고려된 일정 구간으로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 제2 용량 구간은 제2 기준 피크(RP2)가 나타날 것으로 예상되는 용량 구간으로서, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량이 고려된 일정 구간으로 설정될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 0% 내지 30%의 용량 구간으로 설정될 수 있다. 또한, 제2 용량 구간은 BOL 배터리 셀(B)의 음극 반쪽 셀의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)에서 40% 내지 60%의 용량 구간으로 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 미분 프로파일(Pb_d)과 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 제어부(140)는, 상기 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 복수의 기준 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 2개의 기준 피크를 결정할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)의 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크(RP1)를 결정하고, 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크(RP2)를 결정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량값이 대응되는 기준 피크의 용량값과 동일해지도록 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 대응되는 기준 피크와 타겟 피크의 용량값이 동일해지도록, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에 맞춰서 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부(140)는, 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)의 최소 용량값에 대응되는 오프셋과 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 변경하면서 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 오프셋은 음극 미분 프로파일(Pa_d1)이 시작되는 최소 용량값(min)을 나타낼 수 있다. 또한, 스케일은 음극 미분 프로파일(Pa_d1)의 전체 용량 구간(min 내지 max1 구간)을 나타낼 수 있다.
예컨대, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제어부(140)는 도 5의 음극 미분 프로파일(Pa_d1)의 스케일을 조정하여 도 7의 음극 미분 프로파일(Pa_d2)을 생성할 수 있다. 즉, 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1)의 용량값은 b1[mAh]이고, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량값은 b2[mAh]이며, 최소 용량값은 min[mAh]이고, 최대 용량값은 max1[mAh]일 수 있다. 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1)의 용량값은 a1[mAh]이고, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량값은 a2[mAh]이며, 최소 용량값은 min[mAh]이고, 최대 용량값은 max2[mAh]일 수 있다. 여기서, a1[mAh]과 b1[mAh]이 상이한 값이고, a2[mAh]와 b2[mAh]가 상이한 값이라고 가정하면, max1[mAh]과 max2[mAh] 또한 상이한 값일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 셀(B)의 음극 프로파일(Pa1)의 개형은 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 유지될 수 있다. 즉, 퇴화된 배터리 셀(B)의 음극 프로파일은 BOL 상태의 배터리 셀(B)의 음극 프로파일(Pa1)에 대비하여 스케일과 오프셋이 변경될 수는 있으나, 개형은 유지될 수 있다.
예컨대, 퇴화된 배터리 셀(B)의 음극 프로파일은 BOL 상태의 배터리 셀(B)의 음극 프로파일(Pa1)에서, 최소 용량값 및/또는 전체 용량 구간의 크기가 달라질 수 있으므로, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 음극 프로파일(Pa1)의 개형은 유지될 수 있다. 즉, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도, 음극 프로파일(Pa1)의 전체 용량 구간 중 일부 용량 구간의 스케일만이 변경되지 않고, 음극 프로파일(Pa1)의 전체 용량 구간의 스케일이 전체적으로 변경되기 때문에, 배터리 셀(B)이 퇴화되더라도 음극 프로파일(Pa1)의 개형은 유지될 수 있다.
따라서, 제어부(140)는 음극 미분 프로파일(Pa_d1)의 오프셋 및 스케일을 조정함으로써, 타겟 피크의 용량값이 대응되는 기준 피크의 용량값과 동일해지도록 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정할 수 있다.
이후, 상기 제어부(140)는, 상기 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 음극 프로파일(Pa1)에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 상기 음극 프로파일(Pa1)을 조정하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(140)에 의해, 음극 프로파일(Pa1)의 오프셋 및 스케일이, 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)의 오프셋 및 스케일에 대응되도록 조정됨으로써, 조정된 음극 프로파일(Pa2)이 생성될 수 있다.
상기 제어부(140)는, 상기 배터리 프로파일(Pb)의 전압값과 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 전압값을 동일한 용량값마다 합산하여 상기 양극 프로파일(Pc)을 생성하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 양극 프로파일과 음극 프로파일 간의 차이에 따라 배터리 프로파일이 생성될 수 있다. 이를 반대로 적용하여, 제어부(140)는 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)을 합산하여 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 용량값이 S[mAh]인 경우, 배터리 프로파일(Pb)의 전압값은 Vb[V]이고, 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 전압값은 Va[V]일 수 있다. 제어부(140)는 "Vb+Va"의 수식을 계산하여, 용량값 S[mAh]에서 전압값이 Vc[V]인 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어부(140)는 배터리 프로파일(Pb)의 전체 용량 구간에 대해 배터리 프로파일(Pb)의 전압값과 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 전압값을 합산하여, 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 비파괴적인 방식으로 배터리 셀(B)의 현재 상태에 대응되는 조정된 음극 프로파일(Pa2) 및 양극 프로파일(Pc)을 추정할 수 있는 장점이 있다. 즉, 배터리 셀(B)이 배터리 팩(10) 등에 설치된 경우에도, 비파괴적으로 배터리 프로파일(Pb), 조정된 음극 프로파일(Pa2), 및 양극 프로파일(Pc)이 각각 생성될 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀(B)의 퇴화 원인 및 퇴화 정도를 분석하기 위한 다양한 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 측정부(110), 프로파일 생성부(120), 프로파일 변환부(130), 제어부(140), 및 저장부(150)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(10)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀(B)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(10)은 배터리 셀(B) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 그리고 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에 충방전부(200)가 연결되어, 배터리 셀(B)을 충전 또는 방전시킬 수 있다. 다른 예로, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(10)에 배터리 셀(B), 배터리 관리 장치(100), 및 충방전부(200)가 모두 포함될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간략히 설명하거나 생략함을 유의한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 측정 단계(S100), 배터리 프로파일 생성 단계(S200), 배터리 프로파일 변환 단계(S300), 기준 피크 결정 단계(S400), 음극 미분 프로파일 조정 단계(S500), 음극 프로파일 조정 단계(S600), 및 양극 프로파일 생성 단계(S700)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 배터리 셀(B)의 전압 및 용량을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 이용하여 배터리 셀(B)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 이용하여 배터리 셀(B)의 전류를 측정하고, 측정 시간과 측정된 전류에 기반하여 배터리 셀(B)의 용량을 측정할 수 있다.
배터리 프로파일 생성 단계(S200)는 상기 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 전압에 대한 전압값과 및 상기 용량에 대한 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)로부터 배터리 셀(B)의 전압값 및 용량값을 수신하고, 대응되는 전압값과 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일(Pb)을 생성할 수 있다.
배터리 프로파일 변환 단계(S300)는 상기 배터리 프로파일(Pb)을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환하는 단계로서, 프로파일 변환부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 4를 참조하면, 프로파일 변환부(130)는 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 도 3의 배터리 프로파일(Pb)을 도 4의 배터리 미분 프로파일(Pb_d)로 변환할 수 있다.
기준 피크 결정 단계(S400)는 상기 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)에서 복수의 기준 피크를 결정할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)가 2개의 기준 피크를 결정하는 경우, 제어부(140)는 배터리 미분 프로파일(Pb_d)의 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크(RP1)를 결정하고, 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크(RP2)를 결정할 수 있다.
음극 미분 프로파일 조정 단계(S500)는 미리 구비된 상기 배터리 셀(B)의 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일(Pa_d1)을 조정하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제어부(140)는 도 5의 음극 미분 프로파일(Pa_d1)에 포함된 제1 타겟 피크(TP1) 및 제2 타겟 피크(TP2)를 제1 기준 피크(RP1) 및 제2 기준 피크(RP2)에 각각 대응되도록 조정하여, 도 7의 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)을 생성할 수 있다. 즉, 제1 타겟 피크(TP1)의 용량값은 b1[mAh]에서 a1[mAh]로 변경되고, 제2 타겟 피크(TP2)의 용량값은 b2[mAh]에서 a2[mAh]로 변경될 수 있다. 그리고, 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)의 최대 용량값은 max2[mAh]일 수 있다. 여기서, a1[mAh]과 b1[mAh]이 상이하고, a2[mAh]와 b2[mAh]가 상이하다고 가정하면, max1[mAh]과 max2[mAh] 또한 상이한 값일 수 있다.
음극 프로파일 조정 단계(S600)는 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 미리 구비된 상기 배터리 셀(B)의 음극 프로파일(Pa1)을 조정하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(140)는 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)의 오프셋 변경 정보 및 스케일 변경 정보를 음극 프로파일(Pa1)에 적용함으로써, 음극 프로파일(Pa1)을 조정된 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되도록 조정할 수 있다. 이를 통해, 음극 미분 프로파일(Pa_d2)에 대응되는 조정된 음극 프로파일(Pa2)이 생성될 수 있다.
양극 프로파일 생성 단계(S700)는 조정된 음극 프로파일(Pa2)과 상기 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 상기 배터리 셀(B)의 양극 프로파일(Pc)을 생성하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(140)는 배터리 프로파일(Pb)과 조정된 음극 프로파일(Pa2)의 동일한 용량값에 대한 전압값을 합산하는 방식으로 양극 프로파일(Pc)을 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 배터리 셀(B)을 분해하지 않고, 배터리 프로파일(Pb)에 기반하여 배터리 셀(B)의 현재 상태에 대한 조정된 음극 프로파일(Pa2) 및 양극 프로파일(Pc)을 획득할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 방법에 따르면, 배터리 프로파일(Pb), 조정된 음극 프로파일(Pa2), 및 양극 프로파일(Pc)이 모두 제공될 수 있기 때문에, 배터리 셀(B)에 대한 다양한 분석 자료가 제공될 수 있다.
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.
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.
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.
10: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 프로파일 생성부
130: 프로파일 변환부
140: 제어부
150: 저장부
200: 충방전부
B: 배터리 셀

Claims (10)

  1. 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 측정부로부터 상기 전압에 대한 전압값 및 상기 용량에 대한 용량값을 수신하고, 상기 전압값과 상기 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부;
    상기 프로파일 생성부로부터 상기 배터리 프로파일을 수신하고, 수신한 상기 배터리 프로파일을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하도록 구성된 프로파일 변환부; 및
    상기 배터리 미분 프로파일에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하고, 상기 배터리 셀의 음극에 대해 미리 설정된 음극 프로파일 및 음극 미분 프로파일을 구비하고, 상기 음극 미분 프로파일에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하며, 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일을 조정하고, 조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 미분 프로파일에서 복수의 기준 피크를 결정하고, 상기 음극 미분 프로파일에 미리 설정된 복수의 타겟 피크의 용량값이 대응되는 기준 피크의 용량값과 동일해지도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 음극 미분 프로파일의 최소 용량값에 대응되는 오프셋과 상기 음극 미분 프로파일의 전체 용량 구간을 나타내는 스케일을 변경하면서 상기 음극 미분 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대한 상기 오프셋 및 상기 스케일의 변경 정보를 상기 음극 프로파일에 적용하여, 상기 조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 상기 음극 프로파일을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 프로파일의 전압값과 조정된 음극 프로파일의 전압값을 동일한 용량값마다 합산하여 상기 양극 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 프로파일의 전체 용량 구간에서 제1 용량 구간 및 제2 용량 구간을 선택하고, 상기 배터리 프로파일의 상기 제1 용량 구간에서 제1 기준 피크를 결정하고, 상기 배터리 프로파일의 상기 제2 용량 구간에서 제2 기준 피크를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 프로파일의 상기 제1 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제1 기준 피크로 결정하고,
    상기 배터리 프로파일의 상기 제2 용량 구간에서 용량값에 대한 미분 전압값의 순간 변화율이 0이면서 미분 전압값이 가장 큰 피크를 상기 제2 기준 피크로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음극 프로파일은,
    상기 용량값과 상기 배터리 셀의 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일이고,
    상기 음극 미분 프로파일은,
    상기 용량값과 상기 용량값에 대한 상기 음극 전압값의 미분 음극 전압값 간의 대응 관계를 나타내도록 미리 설정된 프로파일인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리 셀의 전압 및 용량을 측정하는 측정 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 전압에 대한 전압값과 및 상기 용량에 대한 용량값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성하는 배터리 프로파일 생성 단계;
    상기 배터리 프로파일을 상기 용량값과 상기 용량값에 대한 미분 전압값 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 미분 프로파일로 변환하는 배터리 프로파일 변환 단계;
    상기 배터리 미분 프로파일에서 하나 이상의 기준 피크를 결정하는 기준 피크 결정 단계;
    미리 구비된 상기 배터리 셀의 음극 미분 프로파일에 대해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 피크가 상기 결정된 기준 피크에 대응되도록 상기 음극 미분 프로파일을 조정하는 음극 미분 프로파일 조정 단계;
    조정된 음극 미분 프로파일에 대응되도록 미리 구비된 상기 배터리 셀의 음극 프로파일을 조정하는 음극 프로파일 조정 단계; 및
    조정된 음극 프로파일과 상기 배터리 프로파일에 기반하여 상기 배터리 셀의 양극 프로파일을 생성하는 양극 프로파일 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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