KR20220050654A - 배터리 상태 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일에 기반하여 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하고, 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 상태 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSGING STATE OF BATTERY}
본 발명은 배터리 상태 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 확률통계적으로 배터리의 상태를 진단할 수 있는 배터리 상태 진단 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 공정에서의 편차 및 출하 후 실사용 환경에서의 편차 등으로 동일 제품이라고 하더라도 전기화학 특성의 격차가 증가할 수 있다. 예컨대, 배터리 간의 격차는 충방전 사이클 중의 거동 편차로 이어지게 되고, 이에 따른 발열 및 전압 차이가 비선형 형태로 가속될 수 있다.
종래에는 고정된 임계값 또는 고정된 임계 범위를 설정하고, 설정된 임계값 또는 임계 범위를 이용하여 비정상 상태의 배터리를 진단하였다. 다만, 이러한 종래의 방식은, 시간 경과에 따른 배터리의 퇴화를 반영하지 못하는 문제가 있다. 또한, 배터리의 퇴화를 반영하여 임계값 또는 임계 범위를 설정하기 위한 수치 결정 모델의 복잡도로 인해, 실제 구현이 매우 어려워지는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하는 을 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 상태 진단 장치는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일에 기반하여 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하고, 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 프로파일 생성부는, 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 정규분포를 나타내는 상기 분포도 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 기준 프로파일은, 상기 복수의 배터리가 BOL 상태일 때 측정된 각각의 전압에 대한 분포도를 나타내는 프로파일일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 프로파일에 대해 설정된 기준 전압에 대응되도록 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 프로파일의 전체 전압 범위에서 상기 기준 전압 내지 상기 기준 프로파일의 평균 전압에 대응되는 기준 밀도를 상기 분포도 프로파일에 적용함으로써 상기 참조 전압을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 분포도 프로파일의 평균 전압을 기준으로 상기 분포도 프로파일에서 상기 기준 밀도에 대응되는 전압을 산출하고, 산출된 전압을 상기 참조 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압 미만인 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압 이상인 배터리의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 상태 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 상태 진단 방법은 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계; 상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일에 기반하여 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하는 참조 전압 설정 단계; 및 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리의 BOL(Beginning of life) 상태와 현재 퇴화 상태를 고려하여, 복수의 배터리 각각의 상태가 진단될 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 상태 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치에 의해 생성된 분포도 프로파일의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 프로파일의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치에 의해 생성된 분포도 프로파일 및 설정된 참조 전압의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 상태 진단 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 상태 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 상태 진단 장치(100)는 측정부(110), 프로파일 생성부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 복수의 배터리 각각의 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 하나의 배터리로 간주될 수 있다. 또한, 배터리는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈일 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리가 배터리 셀인 것으로 설명한다.
구체적으로, 측정부(110)는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하고, 측정된 복수의 전압에 대한 전압 정보를 출력할 수 있다.
프로파일 생성부(120)는 상기 측정부(110)에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 전압 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 측정부(110)와 프로파일 생성부(120)는 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 따라서, 측정부(110)에서 출력된 전압 정보를 프로파일 생성부(120)가 수신할 수 있다.
또한, 프로파일 생성부(120)는 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일(P1)을 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 분포도 프로파일(P1)은 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 상기 프로파일 생성부(120)는, 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 정규분포를 나타내는 상기 분포도 프로파일(P1)을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)에 의해 생성된 분포도 프로파일(P1)의 일 예시를 도시한 도면이다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 프로파일 생성부(120)에 의해 분포도 프로파일(P1)이 생성될 수 있다. 구체적으로, 평균 전압(E1)이 3.0V인 정규분포를 따르는 분포도 프로파일(P1)이 생성될 수 있다.
제어부(130)는 상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일(P2)에 기반하여 상기 분포도 프로파일(P1)에 대한 참조 전압(V1)을 설정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 프로파일 생성부(120)와 제어부(130)는 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 즉, 프로파일 생성부(120)는 생성한 분포도 프로파일(P1)을 출력하고, 제어부(130)가 프로파일 생성부(120)로부터 출력된 분포도 프로파일(P1)을 수신할 수 있다.
구체적으로, 상기 기준 프로파일(P2)은, 상기 복수의 배터리가 BOL(Beginning of life) 상태일 때 측정된 각각의 전압에 대한 분포도를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 복수의 배터리는 BOL 상태일 때 전압이 측정되고, 측정된 전압에 기반하여 기준 프로파일(P2)이 미리 생성될 수 있다.
즉, 기준 프로파일(P2)은 BOL 상태의 복수의 배터리의 전압에 대한 정규분포를 나타내는 프로파일이고, 분포도 프로파일(P1)은 현재 상태의 복수의 배터리의 전압에 대한 정규분포를 나타내는 프로파일일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 프로파일(P2)의 일 예시를 도시한 도면이다. 예컨대, 도 3을 참조하면, 기준 프로파일(P2)은 평균 전압(E2)이 3.4V인 정규분포를 따르는 프로파일일 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 기준 프로파일(P2)의 기준 전압(V2)에 대응되도록 분포도 프로파일(P1)에서 참조 전압(V1)을 설정할 수 있다. 즉, 참조 전압(V1)은 미리 설정된 하한 전압값을 기준으로 설정되는 것이 아니고, 기준 프로파일(P2)의 기준 전압(V2)에 대응되도록 설정될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 복수의 배터리의 BOL 상태를 반영하는 기준 프로파일(P2) 및 기준 전압(V1)에 기반하여, 복수의 배터리의 현재 상태에 대한 참조 전압(V1)을 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)에 의해 생성된 분포도 프로파일(P1) 및 설정된 참조 전압(V1)의 일 예시를 도시한 도면이다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 기준 프로파일(P2)의 평균 전압(E2)은 3.4V이고, 기준 전압(V2)은 3.25V일 수 있다. 또한, 분포도 프로파일(P1)의 평균 전압은 3.0V이고, 참조 전압(V1)은 2.4V일 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압(V1)을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(130)는, 상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압(V1) 미만인 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어부(130)는, 상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압(V1) 이상인 배터리의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 복수의 배터리 중 측정부(110)에 의해 측정된 전압이 2.4V 미만이면, 제어부(130)는 해당 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 복수의 배터리 중 측정부(110)에 의해 측정된 전압이 2.4V 이상이면, 제어부(130)는 해당 배터리의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 미리 설정된 전압값에 기반하여 배터리의 상태를 획일적으로 진단하지 않고, BOL 상태의 배터리에 대한 기준 프로파일(P2)과 현재 상태의 배터리에 대한 분포도 프로파일(P1)을 모두 고려하여 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있다. 즉, 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리의 퇴화를 고려하여 복수의 배터리 각각의 상태를 진단할 수 있기 때문에, 복수의 배터리 각각의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.
보다 구체적으로, 기준 프로파일(P2)은 복수의 배터리가 BOL 상태일 때 측정된 전압에 기반하여 생성된 것으로, 기준 전압(V2)은 BOL 상태이지만 비정상 상태인 배터리를 검출하기 위하여 설정된 전압일 수 있다. 이러한 복수의 배터리가 퇴화된다고 하더라도, 복수의 배터리의 퇴화는 기준 프로파일(P2)에 대응되도록 정규분포를 따를 수 있다. 따라서, 배터리 상태 진단 장치(100)는 기준 프로파일(P2)의 기준 전압(V2)을 고려하여 분포도 프로파일(P1)의 참조 전압(V1)을 설정하고, 설정된 참조 전압(V1)에 기반하여 배터리의 상태를 진단함으로써, 복수의 배터리의 퇴화를 고려하여 복수의 배터리 각각의 상태를 진단할 수 있다.
다른 실시예로, 제어부(130)는 외부로부터 타겟 전압을 수신할 수 있다. 여기서, 타겟 전압은 BOL 상태의 복수의 배터리에 대한 상태 진단을 위해 설정된 전압값일 수 있다. 예컨대, 배터리는 자동차, 에너지 저장 장치(Energy storage system, ESS) 및 가전 제품 등 다양한 제품에 이용될 수 있다. 배터리의 사용처에 따라 배터리의 상태를 진단하기 위한 기준값으로 고려되는 기준 전압(V2)을 적절하게 변경하기 위하여, 제어부(130)는 외부로부터 타겟 전압을 수신한 경우, 상기 타겟 전압을 기준 전압(V2)으로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 타겟 전압에 따라 설정된 기준 전압(V2)에 기반하여, 분포도 프로파일(P1)에서 참조 전압(V1)을 설정하고, 설정된 참조 전압(V1)에 기반하여 배터리의 상태를 진단할 수 있다. 즉, 배터리의 사용 환경에 따라 기준 전압(V2)이 적절하게 설정될 수 있기 때문에, 배터리의 사용 환경에 기반하여 배터리의 상태가 적응적으로 진단될 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 상태 진단 장치(100)에 구비된 제어부(130)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(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 상태 진단 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 저장부(140)는 배터리 상태 진단 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(140)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(140)는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)에는 복수의 배터리에 대한 기준 프로파일(P2) 및 기준 전압(V2)에 대한 정보, 기준 비율에 대한 정보, 및 분포도 프로파일(P1)이 저장될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 저장부(140)에 접근하여 복수의 배터리에 대한 기준 프로파일(P2) 및 기준 전압(V2)에 대한 정보, 기준 비율에 대한 정보를 획득할 수 있다.
한편, 프로파일 생성부(120)는 소정의 진단 주기 또는 진단 명령이 입력된 경우, 분포도 프로파일(P1)을 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)로부터 분포도 프로파일(P1)을 수신할 때마다 기준 프로파일(P2)과 수신한 분포도 프로파일(P1)을 이용하여 복수의 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있다. 즉, 현재 시점에서 생성된 분포도 프로파일(P1)에 기반하여 복수의 배터리의 현재 상태가 진단될 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 기준 프로파일(P2)에 대해 설정된 기준 전압(V2)에 대응되도록 상기 분포도 프로파일(P1)에 대한 참조 전압(V1)을 설정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 산출된 전압을 상기 참조 전압(V1)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(130)는, 상기 기준 프로파일(P2)의 전체 전압 범위에서 상기 기준 전압(V2) 내지 상기 기준 프로파일(P2)의 평균 전압(E2)에 대응되는 기준 밀도(D)를 상기 분포도 프로파일(P1)에 적용함으로써 상기 참조 전압(V1)을 설정하도록 구성될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 기준 프로파일(P2)의 전체 전압 범위에서 기준 전압(V2) 내지 평균 전압(E2)에 대응되는 기준 밀도는 D일 수 있다. 제어부(130)는 기준 밀도(D)를 분포도 프로파일(P1)에 적용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(130)는, 상기 분포도 프로파일(P1)의 평균 전압(E1)을 기준으로 상기 분포도 프로파일(P1)에서 상기 기준 밀도(D)에 대응되는 전압을 산출할 수 있다. 여기서, 산출된 전압이 참조 전압(V1)일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 분포도 프로파일(P1)에 기준 프로파일(P2)의 기준 밀도(D)를 적용한 경우, 분포도 프로파일(P1)의 평균 전압(E1)을 기준으로 기준 밀도(D)에 대응되는 전압이 2.4V로 산출될 수 있다. 즉, 기준 프로파일(P2)에서 기준 밀도(D)에 대응되는 기준 전압(V2)은 3.25V이지만, 분포도 프로파일(P1)에서 기준 밀도(D)에 대응되는 전압은 2.4V일 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 산출된 전압 2.4V를 참조 전압(V1)으로 설정할 수 있다. 이후, 제어부(130)는 측정된 전압이 2.4V 미만인 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하고, 측정된 전압이 2.4V 이상인 배터리의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
예컨대, 복수의 배터리는 사용에 따라 퇴화하며, 복수의 배터리의 퇴화 정도는 각기 상이할 수 있다. 따라서, 도 4의 실시예에서, 기준 프로파일(P2)과 분포도 프로파일(P1)에 동일한 기준 밀도(D)를 적용하더라도, 기준 프로파일(P2)의 평균 전압(E2)과 기준 전압(V2) 간의 전압 차이(0.15V)와 분포도 프로파일(P1)의 평균 전압(E1)과 참조 전압(V1) 간의 전압 차이(0.6V)는 서로 상이할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 기준 프로파일(P2)에 대한 기준 밀도(D)를 분포도 프로파일(P1)에 적용하여 참조 전압(V1)을 산출함으로써, 복수의 배터리의 퇴화를 고려하여 참조 전압(V1)을 설정할 수 있다. 따라서, 배터리 상태 진단 장치(100)는 BOL 상태의 배터리의 정규 분포와 배터리의 퇴화를 종합적으로 고려하여, 배터리의 현재 상태를 진단할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 상태 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 상태 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 상태 진단 장치(100)의 측정부(110), 프로파일 생성부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 상태 진단 장치(100) 및 배터리(B)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 5의 실시예에서, 배터리(B)는 복수 구비될 수 있다. 측정부(110)는 복수의 배터리(B) 각각의 전압을 측정하고, 프로파일 생성부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 복수의 배터리(B)의 전압에 기반하여 분포도 프로파일(P1)을 생성할 수 있다. 제어부(130)는 프로파일 생성부(120)에 의해 생성된 분포도 프로파일(P1)과 배터리(B)에 대해 미리 설정된 기준 프로파일(P2)에 기반하여, 배터리(B) 각각의 상태를 진단할 수 있다.
한편, 측정부(110)는 배터리(B)의 충방전 경로에 구비된 전류 측정 유닛(A)과 연결되어, 배터리(B)의 전류를 측정할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 상태 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
여기서, 배터리 상태 진단 방법의 각 단계는 배터리 상태 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 6을 참조하면, 배터리 상태 진단 방법은 측정 단계(S100), 프로파일 생성 단계(S200), 참조 전압 설정 단계(S300) 및 상태 진단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
프로파일 생성 단계(S200)는 상기 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일(P1)을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 프로파일 생성부(120)는 상기 측정부(110)에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 전압 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(120)는 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일(P1)을 생성할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(120)는 평균 전압(E1)이 3.0V인 정규분포를 따르는 분포도 프로파일(P1)을 생성할 수 있다.
참조 전압 설정 단계(S300)는 상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일(P2)에 기반하여 상기 분포도 프로파일(P1)에 대한 참조 전압(V1)을 설정하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(130)는 기준 프로파일(P2)의 기준 밀도(D)를 분포도 프로파일(P1)에 적용함으로써, 분포도 프로파일(P1)에서 기준 밀도(D)에 대응되는 전압을 2.4V로 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 참조 전압(V1)을 산출한 2.4V로 설정할 수 있다.
상태 진단 단계(S400)는 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압(V1)을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 측정된 전압이 참조 전압(V1) 미만이면, 제어부(130)는 해당 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단할 수 있다. 반대로, 측정된 전압이 참조 전압(V1) 이상이면, 제어부(130)는 해당 배터리의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
이와 같이, 배터리 상태 진단 방법은 미리 설정된 임계값을 이용하여 복수의 배터리의 상태를 획일적으로 판단하지 않고, 복수의 배터리의 BOL 상태를 반영하는 기준 프로파일(P2) 및 현재 상태를 반영하는 분포도 프로파일(P1)에 기반하여 복수의 배터리 각각의 현재 상태를 진단할 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 팩
100: 배터리 상태 진단 장치
110: 측정부
120: 프로파일 생성부
130: 제어부
140: 저장부

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 측정부에 의해 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일에 기반하여 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하고, 상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 생성부는,
    상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 정규분포를 나타내는 상기 분포도 프로파일을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 프로파일은,
    상기 복수의 배터리가 BOL 상태일 때 측정된 각각의 전압에 대한 분포도를 나타내는 프로파일인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 프로파일에 대해 설정된 기준 전압에 대응되도록 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 프로파일의 전체 전압 범위에서 상기 기준 전압 내지 상기 기준 프로파일의 평균 전압에 대응되는 기준 밀도를 상기 분포도 프로파일에 적용함으로써 상기 참조 전압을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 분포도 프로파일의 평균 전압을 기준으로 상기 분포도 프로파일에서 상기 기준 밀도에 대응되는 전압을 산출하고, 산출된 전압을 상기 참조 전압으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압 미만인 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 중 측정된 전압이 상기 참조 전압 이상인 배터리의 상태를 정상 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 상태 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 복수의 배터리 각각의 전압을 측정하는 측정 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압에 대한 분포도 프로파일을 생성하는 프로파일 생성 단계;
    상기 복수의 배터리에 대해 미리 설정된 기준 프로파일에 기반하여 상기 분포도 프로파일에 대한 참조 전압을 설정하는 참조 전압 설정 단계; 및
    상기 측정된 상기 복수의 배터리 각각의 전압과 상기 설정된 참조 전압을 비교하여 상기 복수의 배터리 각각의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 방법.
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