KR20220048372A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 미리 설정된 전압 측정 주기마다 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 미리 설정된 통신 주기마다 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 출력하도록 구성된 통신부; 상기 통신부가 동작되는 경우 상기 통신부에 구동 전원을 제공하도록 구성된 전원부; 상기 전원부의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하도록 구성된 환경 정보 측정부; 및 상기 환경 정보 측정부로부터 측정된 환경 정보를 수신하고, 수신한 환경 정보, 상기 전원부의 용량 및 상기 통신부가 상기 전압 정보를 출력하는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부의 구동 가능 여부를 판단하고, 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부의 동작을 제어하도록 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, 배터리의 전압 정보를 보다 오랜 기간에 걸쳐 수집할 수 있는 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 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 생산 및 조립된 후, 고객에게 인도되기 위하여 유통 과정을 거칠 수 있다. 유통 과정에서 배터리의 자연 방전이 일어날 수 있으며, 특히, 제조 과정에서 결함이 발생된 배터리의 경우에는 정상 배터리보다 더욱 방전될 수 있다. 따라서, 배터리의 유통 과정에서, 배터리의 전압을 측정하여 배터리의 결함을 진단하는 것은 매우 중요한 과정 중 하나이다.
다만, 배터리의 유통 과정에서, 작업자가 배터리 각각의 전압을 측정하는 것은 한계가 있다.
또한, 배터리의 유통 과정에서는 상용 전원이 공급되지 않는 경우가 대다수이기 때문에, 배터리의 전압 측정하고, 측정된 전압을 서버 등으로 출력하기 위해 제공될 수 있는 전력량은 제한적일 수 밖에 없다.
따라서, 배터리의 유통 과정에서의 배터리의 상태를 지속적으로 진단하기 위하여, 불필요한 전력 소모를 줄여, 소비 전력을 획기적으로 줄일 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주변 온도 및 주변 습도를 고려하여 통신 주기 및/또는 전압 측정 주기를 조절함으로써, 한정된 전력으로 보다 오랜 기간 동안 배터리의 전압을 수집할 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 미리 설정된 전압 측정 주기마다 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 미리 설정된 통신 주기마다 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 출력하도록 구성된 통신부; 상기 통신부가 동작되는 경우 상기 통신부에 구동 전원을 제공하도록 구성된 전원부; 상기 전원부의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하도록 구성된 환경 정보 측정부; 및 상기 환경 정보 측정부로부터 측정된 환경 정보를 수신하고, 수신한 환경 정보, 상기 전원부의 용량 및 상기 통신부가 상기 전압 정보를 출력하는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부의 구동 가능 여부를 판단하고, 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전원부가 구동 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 통신부를 동작시켜 상기 전압 정보를 출력시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 환경 정보에 기반하여 상기 전원부에 대한 진단 계수를 산출하고, 산출된 진단 계수, 상기 전원부의 용량, 상기 소모 전류 및 상기 통신 시간에 기반하여 상기 전원부에 대한 가용 한도를 산출하며, 산출된 가용 한도에 따라 상기 전원부의 상기 구동 가능 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 가용 한도는, 상기 산출된 진단 계수가 클수록 감소되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전원부에 대해 미리 설정된 기준 온도와 상기 전원부의 주변의 온도 간의 온도차 및 상기 전원부에 대해 미리 설정된 기준 습도와 상기 전원부의 주변의 습도 간의 습도차에 따라 상기 진단 계수를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 온도를 기준으로 고온 구간과 저온 구간을 구분하고, 상기 전원부의 주변의 온도가 상기 고온 구간에 속하는 경우보다 상기 전원부의 주변의 온도가 상기 저온 구간에 속하는 경우에 상기 진단 계수를 더 크게 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가용 한도를 제1 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 통신 주기의 변경 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 통신 주기를 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 이상이면 상기 전원부가 구동 가능한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 가용 한도와 제2 기준값을 비교하고, 상기 가용 한도가 상기 제2 기준값 미만이면 상기 전원부가 구동 불가능한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 통신 주기 및 전압 측정 주기를 증가시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 전압 측정 주기마다 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 저장하도록 구성된 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 통신부는, 상기 통신 주기마다 상기 저장부에 접근하여 저장된 전압 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 저장 시스템은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 전원부의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하는 환경 정보 측정 단계; 상기 환경 정보 측정 단계에서 측정된 환경 정보, 상기 전원부의 용량 및 통신부에 의해 배터리에 대한 전압 정보가 출력되는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부의 구동 가능 여부를 판단하는 구동 가능 여부 판단 단계; 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부의 동작을 제어하는 통신부 제어 단계를 포함하고, 상기 전원부는, 상기 통신부가 동작되는 경우 상기 통신부에 구동 전원을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전원부의 가용 한도에 따라 통신 주기 및/또는 측정 주기가 변경됨으로써 보다 오랜 기간 동안의 배터리의 전압 정보가 수집될 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 다른 실시예에 따른 배터리 저장 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 구동 가능 여부 판단 단계를 보다 구체적으로 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 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 전압 측정부(110), 통신부(120), 전원부(130), 환경 정보 측정부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는 미리 설정된 전압 측정 주기마다 배터리의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비된 배터리 모듈일 수도 있다.
예컨대, 배터리는 생산된 후 출고되기 전에 소정의 저장 공간에 저장될 수 있다. 전압 측정부(110)는 이러한 배터리에 연결되어, 배터리의 저장 기간 동안 배터리의 전압을 측정할 수 있다.
통신부(120)는 미리 설정된 통신 주기마다 전압 측정부(110)에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
여기서, 통신 주기란 미리 설정된 주기로서, 통신부(120)는 전력 소모를 줄이기 위하여 통신 주기마다 웨이크업 모드로 전환될 수 있다. 그리고, 통신부(120)는 전압 정보를 출력한 후 슬립 모드로 다시 전환될 수 있다.
구체적으로, 통신부(120)는 외부와 통신 가능하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 통신부(120)는 배터리 관리 장치(100) 외부의 전압 정보 수집 장치로 배터리에 대한 전압 정보를 송신할 수 있다. 또한, 통신부(120)는 서버로 전압 정보를 송신할 수도 있다.
전원부(130)는 상기 통신부(120)에 구동 전원을 제공하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 전원부(130)는 통신부(120)에만 구동 전원을 제공할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110), 환경 정보 측정부(140), 제어부(150) 등 배터리 관리 장치(100)의 구성 요소들은 배터리로부터 구동 전원을 제공받을 수 있다.
예컨대, 전원부(130)의 용량은 한정적일 수 있다. 즉, 전원부(130)는 상용 전원에 연결되지 않고, 소정의 용량을 갖는 전력 저장 유닛일 수 있다.
환경 정보 측정부(140)는 상기 전원부(130)의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 환경 정보 측정부(140)는 전원부(130)의 주변의 온도 및 습도를 모두 측정할 수 있다. 즉, 환경 정보 측정부(140)에 의해 전원부(130)의 주변의 온도 및 습도를 모두 포함하는 환경 정보가 측정될 수 있다.
제어부(150)는 상기 환경 정보 측정부(140)로부터 측정된 환경 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(150)는 환경 정보 측정부(140)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(150)는 환경 정보 측정부(140)로부터 측정된 환경 정보를 수신할 수 있다.
제어부(150)는 수신한 환경 정보, 상기 전원부(130)의 용량 및 상기 통신부(120)가 상기 전압 정보를 출력하는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 전원부(130)의 용량은 전원부(130)의 최대 용량일 수 있다. 즉, 전원부(130)의 용량은 BOL(Beginning of life) 상태의 전원부(130)의 최대 용량일 수 있다.
또한, 소모 전류는 통신부(120)가 전압 정보를 출력하는 과정에서 소요되는 전류일 수 있다.
또한, 통신 시간은 통신부(120)가 전압 정보를 출력하는 과정에서 소요되는 시간일 수 있다.
바람직하게, 제어부(150)는 통신부(120)가 웨이크업 모드로 전환되기 전에 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 전원부(130)의 가용 용량이 부족한 경우에는, 통신부(120)가 전원부(130)로부터 충분한 전원을 공급받을 수 없기 때문에, 통신부(120)가 웨이크업 모드로 전환되었다고 하더라도 전압 정보가 출력되지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 통신부(120)가 웨이크업 모드로 전환되기 전에, 전원부(130)의 구동 가능 여부를 미리 판단할 수 있다.
제어부(150)는 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부(120)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(150)는, 상기 전원부(130)가 구동 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 통신부(120)를 동작시켜 상기 전압 정보를 출력시키도록 구성될 수 있다. 즉, 전원부(130)가 구동 가능한 것으로 판단된 경우, 제어부(150)는 통신부(120)를 통신 주기에 따라 웨이크업 모드로 전환시킬 수 있다. 이 경우, 통신부(120)는 전원부(130)로부터 구동 전원을 공급받을 수 있다. 웨이크업 모드로 전환된 통신부(120)는 전압 정보를 외부로 출력할 수 있다.
반대로, 전원부(130)가 구동 불가능한 것으로 판단된 경우, 제어부(150)는 통신부(120)를 슬립 모드로 유지시킬 수 있다. 또한, 제어부(150)는 외부로 알림을 출력하여 전원부(130)가 구동 불가능한 상황임을 외부에 알릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 통신 과정에서 소요되는 소모 전력 및 통신 시간과 통신부(120)에 구동 전원을 공급할 수 있는 전원부(130)의 가용 용량뿐만 아니라, 전원부(130)의 주변의 환경 정보를 더 고려함으로써, 전원부(130)의 구동 가능 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 전원부(130)는 소정의 용량을 갖는 전력 저장 유닛이기 때문에, 구동 시 주변의 온도 및 습도에 따라 성능 편차가 발생될 수 있다. 즉, 최적의 온도와 최적의 습도의 상황에서 전원부(130)가 통신부(120)로 구동 전원을 제공하는 경우보다, 고온 다습한 상황에서 전원부(130)가 통신부(120)로 구동 전원을 제공하는 경우에 소모되는 전력이 클 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 전원부(130)의 주변의 환경 정보를 고려하여 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단함으로써, 통신부(120)에 의한 전압 정보 출력이 중단되거나, 전원부(130)가 한계치 이상으로 과방전되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 전원부(130)의 주변의 환경 정보를 고려함으로써, 전원부(130)의 구동 가능 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(150)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(150)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(150)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(150) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(150)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(160)를 더 포함할 수 있다. 저장부(160)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(160)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(160)는 제어부(150)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(160)는 전압 측정 주기마다 상기 전압 측정부(110)에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 통신부(120)는, 상기 통신 주기마다 상기 저장부(160)에 접근하여 저장된 전압 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 제어부(150)가 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단하는 실시예에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상기 제어부(150)는, 상기 환경 정보에 기반하여 상기 전원부(130)에 대한 진단 계수를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 진단 계수는 전원부(130)의 주변의 환경 정보에 기반하여 산출되는 것으로서, 주변 환경 정보에 의한 전원부(130)의 성능 하락과 관련된 인자일 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 전원부(130)에 대해 미리 설정된 기준 온도와 상기 전원부(130)의 주변의 온도 간의 온도차 및 상기 전원부(130)에 대해 미리 설정된 기준 습도와 상기 전원부(130)의 주변의 습도 간의 습도차에 따라 상기 진단 계수를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 온도는 전원부(130)가 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설정된 최적 온도이고, 기준 습도는 전원부(130)가 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설정된 최적 습도일 수 있다. 예컨대, 기준 온도는 상온인 25℃로 설정되고, 기준 습도는 0%로 설정될 수 있다.
따라서, 기준 온도와 전원부(130)의 주변의 온도 간의 온도차와 기준 습도와 전원부(130)의 주변의 습도 간의 습도차가 클수록 전원부(130)의 성능은 하락될 수 있다. 즉, 온도차 및 습도차가 클수록, 통신부(120)가 전압 정보를 출력하는데 소모되는 전원부(130)의 전력량은 증가될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부(150)는, 상기 기준 온도를 기준으로 고온 구간과 저온 구간을 구분하고, 상기 전원부(130)의 주변의 온도가 상기 고온 구간에 속하는 경우보다 상기 전원부(130)의 주변의 온도가 상기 저온 구간에 속하는 경우에 상기 진단 계수를 더 크게 산출하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 전원부(130)의 성능은 고온보다는 저온에서 더 하락될 수 있다. 예컨대, 전원부(130)의 온도가 25℃에서 50℃로 증가된 경우의 성능 하락폭보다 전원부(130)의 온도가 25℃에서 0℃로 감소된 경우의 성능 하락폭이 더 클 수 있다. 더 나아가, 전원부(130)의 온도가 영하가 되면, 전원부(130)의 성능 하락폭은 더욱 커질 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 전원부(130)의 온도가 저온 구간에 속하는 경우와 고온 구간에 속하는 경우에서 기준 온도와 전원부(130)의 주변의 온도 간의 온도차가 동일하다고 하더라도, 전원부(130)의 온도가 저온 구간에 속하는 경우에는 진단 계수를 더 크게 산출하도록 구성될 수 있다.
제어부(150)는 산출된 진단 계수, 상기 전원부(130)의 용량, 상기 소모 전류 및 상기 통신 시간에 기반하여 상기 전원부(130)에 대한 가용 한도를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 가용 한도란 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단하기 위한 인자로서, 진단 계수, 전원부(130)의 용량, 소모 전류 및 통신 시간에 기반하여 전원부(130)의 가용 시간으로 표현될 수 있다. 또한, 시간의 단위로 표현될 수 있는 전원부(13)의 가용 한도는, 적절한 단위 변환을 통해서 전원부(130)의 잔여 용량, 또는 전원부(130)의 통신 가능 횟수 등으로 표현될 수도 있음을 유의한다.
바람직하게, 상기 가용 한도는, 상기 산출된 진단 계수가 클수록 감소되도록 구성될 수 있다. 즉, 진단 계수가 클수록 전원부(130)의 가용 한도는 줄어들 수 있다. 예컨대, 전원부(130)의 주변의 온도와 기준 온도 간의 온도차 및 전원부(130)의 주변의 습도와 기준 습도 간의 습도차가 클수록 진단 계수는 크게 산출될 수 있고, 이러한 진단 계수에 의해 가용 한도는 감소될 수 있다.
예컨대, 가용 한도는 아래의 수식 1에 따라 산출될 수 있다.
[수식 1]
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수식 1에서, D는 가용 한도이고, C는 전원부(130)의 최대 용량(최초 상태의 최대 용량)이며, I는 소모 전류이고, K는 진단 계수이며, T는 통신 시간일 수 있다. 구체적으로, C의 단위는 [mAh]이고, I의 단위는 [mA]이며, K는 상수이고, T의 단위는 [s] 또는 [h]일 수 있다. 그리고, 상기 수식 1에서, 가용 한도(D)를 초[s] 또는 시간[h]의 단위로 산출하기 위하여, 단위 변환을 위한 적절한 계수가 곱해질 수도 있다.
따라서, 상기 수식 1에 따라 산출되는 가용 한도(D)는 전원부(130)의 현재 용량에 따른 전원부(130)의 가용 시간을 나타낼 수 있다. 이러한 가용 시간은 전원부(130)가 동작될수록(통신부(120)에게 구동 전원을 공급할수록) 감소될 수 있다. 즉, 수식 1에서, 진단 계수(K)와 통신 시간(T)의 곱이 누적되기 때문에, 산출되는 가용 한도(D)는 전원부(130)가 동작될수록 감소될 수 있다.
또한, 수식 1을 참조하면, 가용 한도(D)는 진단 계수(K)가 클수록 더욱 감소될 수 있다. 즉, 전원부(130)의 주변의 환경 정보에 따라 진단 계수(K)가 크게 산출될수록 가용 한도(D)의 감소폭이 증가될 수 있다.
가용 한도가 산출된 이후, 제어부(150)는 산출된 가용 한도에 따라 상기 전원부(130)의 상기 구동 가능 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 가용 한도를 제1 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 통신 주기의 변경 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는, 가용 한도가 제1 기준값 이상이면 전원부(130)가 구동 가능한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 제어부(150)는, 가용 한도가 제1 기준값 미만이면, 통신부(120)의 통신 주기를 증가시키도록 구성될 수 있다. 즉, 가용 한도가 제1 기준값 미만인 경우, 전원부(130)가 기설정된 통신 주기에 따라 통신부(120)에 구동 전원을 정상적으로 공급하지 못하는 경우일 수 있다. 따라서, 가용 한도가 제1 기준값 미만이면, 통신부(120)의 통신 빈도가 감소되도록 기설정된 통신 주기가 증가될 수 있다.
그리고, 제어부(150)는 전원부(130)의 구동 불가능 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 가용 한도와 제2 기준값을 비교할 수 있다. 여기서, 제2 기준값은 제1 기준값 미만으로 설정될 수 있다.
만약, 상기 가용 한도가 상기 제2 기준값 미만이면, 제어부(150)는 상기 전원부(130)가 구동 불가능한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(150)는 산출된 가용 한도와 제1 기준값을 1차로 비교한 후, 가용 한도가 제1 기준값 미만이면 산출된 가용 한도와 제2 기준값을 2차로 비교함으로써, 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단할 수 있다.
정리하면, 가용 한도가 제1 기준값 이상이면, 전원부(130)는 기설정된 통신 주기에 따라 통신부(120)에 구동 전원을 정상적으로 공급할 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 가용 한도가 제1 기준값 이상이면, 전원부(130)가 구동 가능한 것으로 판단할 수 있다.
가용 한도가 제1 기준값 미만 제2 기준값 이상이면, 전원부(130)는 기설정된 통신 주기에 따라서 통신부(120)에 구동 전원을 정상적으로 공급할 수 없지만, 증가된 통신 주기에 따라서는 통신부(120)에 구동 전원을 정상적으로 공급할 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 가용 한도가 제1 기준값 미만 제2 기준값 이상이면, 기설정된 통신 주기를 증가시킨 후, 전원부(130)가 구동 가능한 것으로 판단할 수 있다.
가용 한도가 제2 기준값 미만이면, 전원부(130)의 잔량이 매우 적은 것으로서, 전원부(130)는 기설정된 통신 주기를 증가시키더라도 통신부(120)에 구동 전원을 정상적으로 공급하지 못 할 수 있다. 따라서, 제어부(150)는 가용 한도가 제2 기준값 미만이면, 전원부(130)가 구동 불가능한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부(150)는, 상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 전압 측정 주기를 증가시키도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(150)가 가용 한도를 산출하는 과정에서 통신부(120)가 전압 정보를 출력하는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간이 포함될 수 있다. 그리고, 통신부(120)는 저장부(160)에 저장된 전압 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 즉, 통신부(120)에 의해 출력되는 전압 정보는 저장부(160)에 저장된 것이므로, 저장부(160)에 저장된 전압 정보가 많을수록 상기 소모 전류 및 통신 시간이 증가될 수 있다.
예컨대, 제어부(150)에 의해 산출된 가용 한도가 제1 기준값 미만인 경우는, 전원부(130)의 가용 용량이 얼마 남지 않았기 때문에 통신 주기를 증가시켜야 하는 경우일 수 있다. 다만, 통신 주기가 증가되더라도 전압 측정부(110)에 대한 전압 측정 주기가 그대로 유지된다면, 통신부(120)는 통신 주기마다 기존보다 더 많은 양의 전압 정보를 출력하여야 한다. 즉, 통신 주기가 증가되어 통신부(120)가 웨이크업 모드로 전환되는 주기는 증가됐지만(즉, 빈도는 감소했지만), 웨이크업 모드로 전환된 경우에 출력해야 할 전압 정보의 양이 많아져서 전원부(130)의 전력 소모가 효과적으로 감소되지 않을 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 산출된 가용 한도가 제1 기준값 미만인 경우, 통신 주기 및 전압 측정 주기를 모두 증가시킴으로써, 전원부(130)의 전력 소모를 효과적으로 줄일 수 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, 전압 측정부(110), 통신부(120), 전원부(130), 환경 정보 측정부(140), 제어부(150) 및 저장부(160)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 저장 시스템(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 저장 시스템(1)은 하나 이상의 배터리(B)와 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리(B)는 소정의 저장 공간에 저장될 수 있다. 예컨대, 배터리(B)는 출하 전 창고 등에 저장된 것이거나, 출하 후 유통 과정에서 컨테이너 등에 저장된 것일 수 있다.
즉, 배터리 관리 장치(100)는 저장된 배터리(B)의 전압 정보를 보다 오랜 기간 동안 확보하기 위하여, 전원부(130)의 주변 환경 정보 등을 고려하여 전원부(130)의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단하고, 판단된 구동 가능 여부에 따라 전원부(130)의 한정된 용량을 효과적으로 사용하기 위해, 통신부(120)의 통신 주기 및/또는 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기를 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 관리 방법의 각 단계는 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 방법은 환경 정보 측정 단계(S100), 구동 가능 여부 판단 단계(S200) 및 통신부 제어 단계(S300)를 포함할 수 있다.
환경 정보 측정 단계(S100)는 전원부(130)의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하는 단계로서, 환경 정보 측정부(140)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 환경 정보 측정부(140)는 전원부(130)의 주변의 온도 및 습도를 모두 측정할 수 있다.
구동 가능 여부 판단 단계(S200)는 상기 환경 정보 측정 단계(S100)에서 측정된 환경 정보, 상기 전원부(130)의 용량 및 통신부(120)에 의해 배터리(B)에 대한 전압 정보가 출력되는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부(130)의 구동 가능 여부를 판단하는 단계로서, 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다.
구동 가능 여부 판단 단계(S200)의 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 구동 가능 여부 판단 단계(S200)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
단계 S210은 진단 계수 산출 단계로서, 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(150)는 환경 정보 측정부(140)에 의해 측정된 환경 정보(예컨대, 온도 및 습도)에 기반하여 전원부(130)에 대한 진단 계수를 산출할 수 있다.
단계 S220은 가용 한도 산출 단계로서, 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(150)는 산출한 진단 계수, 전원부(130)의 최대 용량, 통신부(120)에 의한 소모 전류 및 통신부(120)의 통신 시간에 기반하여 전원부(130)에 대한 가용 한도를 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(150)는 수식 1에 기반하여 전원부(130)에 대한 가용 한도를 산출할 수 있다.
단계 S230은 제어부(150)에 의해 수행되는 단계로서, 제어부(150)는 산출한 가용 한도와 제1 기준값을 비교할 수 있다.
단계 S230의 비교 결과가 YES이면, 즉, 가용 한도가 제1 기준값 이상이면 제어부(150)는 전원부(130)가 구동 가능한 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이후, 통신부 제어 단계(S300)가 수행될 수 있다.
반대로, 단계 S230의 비교 결과가 NO이면, 즉, 가용 한도가 제1 기준값 미만이면 단계 S240이 수행될 수 있다.
단계 S240은 제어부(150)에 의해 수행되는 단계로서, 제어부(150)는 산출한 가용 한도와 제2 기준값을 비교할 수 있다.
단계 S240의 비교 결과가 YES이면, 즉, 가용 한도가 제1 기준값 미만 제2 기준값 이상이면, 제어부(150)는 전원부(130)가 구동 가능한 상태인 것으로 판단할 수 있다.
다만, 단계 S240의 비교 결과가 YES인 경우, 제어부(150)에 의해 단계 S250 및 단계 S260이 수행될 수 있다. 단계 S250에서 통신부(120)의 통신 주기가 증가되어, 통신부(120)의 통신 빈도가 감소될 수 있다. 또한, 단계 S260에서 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기가 증가되어, 전압 측정부(110)의 전압 측정 빈도가 감소될 수 있다. 즉, 제어부(150)는 가용 한도가 제1 기준값 미만 제2 기준값 이상인 경우 전원부(130)가 구동 가능한 상태인 것으로 판단하였으나, 전원부(130)의 용량을 효율적으로 사용하기 위하여 통신부(120)의 통신 주기 및 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기를 증가시킬 수 있다.
만약, 단계 S240의 비교 결과가 NO이면, 즉, 가용 한도가 제2 기준값 미만이면, 제어부(150)는 전원부(130)가 구동 불가능한 상태로 판단할 수 있다. 이후, 통신부 제어 단계(S300)가 수행될 수 있다.
통신부 제어 단계(S300)는 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부(120)의 동작을 제어하는 단계로서, 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 전원부(130)가 구동 가능한 상태로 판단된 경우(단계 S230의 비교 결과가 YES인 경우), 제어부(150)는 통신 주기마다 통신부(120)를 동작시킴으로써, 전압 측정부(110)에 의해 측정된 배터리(B)의 전압 정보를 출력할 수 있다.
다른 예로, 전원부(130)가 구동 가능한 상태이지만, 전원부(130)의 가용 한도가 제1 기준값 미만 제2 기준값 이상인 경우(단계 S230의 비교 결과가 NO이고, 단계 S240의 비교 결과가 YES인 경우), 제어부(150)는 통신 주기를 증가시켜서 통신부(120)의 동작 빈도를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기도 증가시킴으로써, 전압 측정부(110)에 의한 배터리(B)의 전압 측정 빈도를 감소시킬 수도 있다.
또 다른 예로, 전원부(130)가 구동 불가능한 상태로 판단된 경우(단계 S240의 비교 결과가 NO인 경우), 제어부(150)는 통신부(120)가 동작하지 못하게 제어하고, 전원부(130)의 충전 또는 교체를 요청하는 알람을 출력할 수 있다.
이와 같은 단계에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 전원부(130)의 한정적인 용량을 효율적으로 활용하여 배터리(B)의 전압을 가능한 오랜 기간 동안 연속적으로 측정함으로써, 배터리(B)의 전압 정보를 최대 효율로 확보할 수 있는 장점이 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.
1: 배터리 저장 시스템
100: 배터리 관리 장치
110: 전압 측정부
120: 통신부
130: 전원부
140: 환경 정보 측정부
150: 제어부
160: 저장부

Claims (13)

  1. 미리 설정된 전압 측정 주기마다 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
    미리 설정된 통신 주기마다 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 출력하도록 구성된 통신부;
    상기 통신부가 동작되는 경우 상기 통신부에 구동 전원을 제공하도록 구성된 전원부;
    상기 전원부의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하도록 구성된 환경 정보 측정부; 및
    상기 환경 정보 측정부로부터 측정된 환경 정보를 수신하고, 수신한 환경 정보, 상기 전원부의 용량 및 상기 통신부가 상기 전압 정보를 출력하는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부의 구동 가능 여부를 판단하고, 상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전원부가 구동 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 통신부를 동작시켜 상기 전압 정보를 출력시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 환경 정보에 기반하여 상기 전원부에 대한 진단 계수를 산출하고, 산출된 진단 계수, 상기 전원부의 용량, 상기 소모 전류 및 상기 통신 시간에 기반하여 상기 전원부에 대한 가용 한도를 산출하며, 산출된 가용 한도에 따라 상기 전원부의 상기 구동 가능 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가용 한도는,
    상기 산출된 진단 계수가 클수록 감소되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전원부에 대해 미리 설정된 기준 온도와 상기 전원부의 주변의 온도 간의 온도차 및 상기 전원부에 대해 미리 설정된 기준 습도와 상기 전원부의 주변의 습도 간의 습도차에 따라 상기 진단 계수를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 온도를 기준으로 고온 구간과 저온 구간을 구분하고, 상기 전원부의 주변의 온도가 상기 고온 구간에 속하는 경우보다 상기 전원부의 주변의 온도가 상기 저온 구간에 속하는 경우에 상기 진단 계수를 더 크게 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가용 한도를 제1 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 통신 주기의 변경 여부를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 통신 주기를 증가시키고,
    상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 이상이면, 상기 전원부가 구동 가능한 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 가용 한도와 제2 기준값을 비교하고, 상기 가용 한도가 상기 제2 기준값 미만이면 상기 전원부가 구동 불가능한 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가용 한도가 상기 제1 기준값 미만이면, 상기 통신 주기 및 상기 전압 측정 주기를 증가시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전압 측정 주기마다 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 대한 전압 정보를 저장하도록 구성된 저장부를 더 포함하고,
    상기 통신부는,
    상기 통신 주기마다 상기 저장부에 접근하여, 저장된 전압 정보를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 저장 시스템.
  13. 전원부의 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 정보를 측정하는 환경 정보 측정 단계;
    상기 환경 정보 측정 단계에서 측정된 환경 정보, 상기 전원부의 용량 및 통신부에 의해 배터리에 대한 전압 정보가 출력되는데 소요되는 소모 전류 및 통신 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 전원부의 구동 가능 여부를 판단하는 구동 가능 여부 판단 단계;
    상기 구동 가능 여부에 대한 판단 결과에 따라 상기 통신부의 동작을 제어하는 통신부 제어 단계를 포함하고,
    상기 전원부는,
    상기 통신부가 동작되는 경우 상기 통신부에 구동 전원을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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