KR20220067328A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 장치로서, 상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 복수의 미분 프로파일을 획득하고, 상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하며, 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하며, 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정하도록 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, 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 설정할 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.
일반적으로, 배터리는 충전 및 방전이 반복되는 과정에서, 부반응이 발생되며 점차 퇴화될 수 있다. 예컨대, 높은 C-rate로 충전 및/또는 방전이 진행되면, 배터리의 음극에 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅(Lithium plating)이 발생될 수 있다. 배터리에 리튬 플레이팅이 발생되면, 배터리의 음극 용량이 손실되기 때문에, 배터리의 수명이 감소될 수 있는 문제가 있다.
종래에는 배터리에 대한 프로파일을 분석하여 리튬 플레이팅의 발생 여부 및 발생 시점을 진단하였다. 다만, 퇴화로 인해 내부 저항이 증가된 퇴화 셀의 경우, 발생 시점을 정확히 진단하는데 어려움이 있다. 또한, 종래에는 리튬 플레이팅이 발생된 후에 리튬 플레이팅의 발생 여부 및 발생 시점을 진단하기 때문에, 배터리에 리튬 플레이팅이 발생되는 것을 방지하는 측면에서는 한계가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀에 대응되는 최적의 상한 C-rate를 결정함으로써, 배터리 셀에 리튬 플레이팅이 발생되는 것을 방지할 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 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 장치로서, 상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및 상기 프로파일 생성부로부터 상기 복수의 미분 프로파일을 획득하고, 상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하며, 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하며, 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 피크와 상기 복수의 참조 피크 각각 간의 전압 차이를 산출하고, 산출된 복수의 전압 차이와 미리 설정된 임계 전압을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 상한 C-rate를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 산출된 전압 차이가 상기 임계 전압 이상인 참조 피크를 타겟 피크로 결정하며, 결정된 타겟 피크가 포함된 참조 미분 프로파일에 대응되는 C-rate를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 전압 차이와 상기 복수의 C-rate 간의 대응 관계를 나타내는 전압 프로파일을 생성하고, 생성된 전압 프로파일에서 상기 임계 전압에 대응되는 타겟 C-rate를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 복수의 배터리 프로파일에서 상기 기준 C-rate에 대응되는 기준 배터리 프로파일 및 참조 C-rate에 대응되는 참조 배터리 프로파일을 결정하며, 결정된 기준 배터리 프로파일 및 결정된 참조 배터리 프로파일에 기반하여 상기 임계 전압을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 참조 배터리 프로파일에서 소정의 조건을 만족하는 참조 용량을 선택하고, 상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 전압을 상기 임계 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 참조 배터리 프로파일에서 음극 전압이 0인 지점에 대응되는 용량을 상기 참조 용량으로 선택하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 음극 전압을 상기 임계 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 방법으로서, 상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하는 복수의 배터리 프로파일 획득 단계; 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계; 상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하는 미분 프로파일 구분 단계; 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하는 기준 피크 및 참조 피크 결정 단계; 및 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 상한 C-rate를 결정하는 상한 C-rate 결정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 결정된 상한 C-rate에 따라 배터리 셀의 충전 및 방전이 제어될 수 있기 때문에, 높은 C-rate에 따른 충전 및 방전에 의해 배터리 셀에 부반응이 발생되는 것이 방지될 수 있으며, 배터리 셀의 퇴화가 더디게 진행되어 배터리 셀의 수명이 증대될 수 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 장치에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에 의해 생성된 전압 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 C-rate(Current rate) 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리할 수 있다.
여기서, 배터리 셀은 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.
예컨대, 배터리 셀은 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2), 제3 C-rate(C3), 제4 C-rate(C4) 및 제5 C-rate(C5)로 각각 충전될 수 있다. 즉, 배터리 셀은 SOC(State of charge) 0%에서 100%까지 5개의 C-rate로 완전 충전될 수 있다.
구체적인 예로, 제1 C-rate(C1)는 0.05C이고, 제2 C-rate(C2)는 0.33C이며, 제3 C-rate(C3)는 0.5C일 수 있다. 제4 C-rate(C4)는 0.7C이고, 제5 C-rate(C5)는 1C일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 프로파일 생성부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
배터리 프로파일은 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 예컨대, 전압을 X로 설정하고 용량을 Y로 설정하였을 경우, 배터리 프로파일은 X-Y 그래프 또는 X-Y 테이블로 표현될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 배터리 셀이 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2), 제3 C-rate(C3), 제4 C-rate(C4) 및 제5 C-rate(C5)로 각각 충전된 경우, 프로파일 생성부(110)는 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2), 제3 C-rate(C3), 제4 C-rate(C4) 및 제5 C-rate(C5) 각각에 대응되는 5개의 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
프로파일 생성부(110)는 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
미분 프로파일은 배터리 셀의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 프로파일일 수 있다. 먼저, 복수의 배터리 프로파일 각각에 대하여, 프로파일 생성부(110)는 전압을 기준으로 용량을 미분함으로써 미분 용량을 산출할 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는, 전압과 미분 용량 간의 대응 관계에 따라 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 즉, 전압을 X로 설정하고 미분 용량을 Y로 설정한 경우, 미분 프로파일은 X-Y 그래프 또는 X-Y 테이블로 표현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 프로파일 생성부(110)는 5개의 배터리 프로파일에 기반하여 5개의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 생성할 수 있다. 제1 미분 프로파일(P1)은 제1 C-rate(C1)로 충전된 배터리 셀에 대응되는 미분 프로파일이다. 제2 미분 프로파일(P2)은 제2 C-rate(C2)로 충전된 배터리 셀에 대응되는 미분 프로파일이다. 제3 미분 프로파일(P3)은 제3 C-rate(C3)로 충전된 배터리 셀에 대응되는 미분 프로파일이다. 제4 미분 프로파일(P4)은 제4 C-rate(C4)로 충전된 배터리 셀에 대응되는 미분 프로파일이다. 제5 미분 프로파일(P5)은 제5 C-rate(C5)로 충전된 배터리 셀에 대응되는 미분 프로파일이다.
제어부(120)는 상기 프로파일 생성부(110)로부터 상기 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 생성한 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 제어부(120)로 송신하고, 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 수신함으로써 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 획득할 수 있다.
제어부(120)는 상기 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5)을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 기준 C-rate는 0.1C 미만으로 미리 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5) 중 0.1C 미만의 C-rate에 대응되는 미분 프로파일을 기준 미분 프로파일로 설정하고, 나머지 미분 프로파일을 참조 미분 프로파일로 설정할 수 있다.
만약, 기준 C-rate에 대응되는 미분 프로파일이 복수인 경우, 제어부(120)는 대응되는 C-rate가 가장 작은 미분 프로파일을 기준 미분 프로파일로 설정하고, 나머지 미분 프로파일을 참조 미분 프로파일로 설정할 수 있다.
바람직하게, 기준 C-rate는 0.05C로 미리 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 복수의 미분 프로파일 중 0.05C에 대응되는 미분 프로파일을 기준 미분 프로파일로 설정하고, 나머지 미분 프로파일을 참조 미분 프로파일로 설정할 수 있다.
한편, 복수의 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5) 중에서 기준 C-rate에 대응되는 미분 프로파일이 없는 경우, 제어부(120)는 복수의 미분 프로파일 중에서 C-rate가 가장 작은 미분 프로파일을 기준 미분 프로파일로 설정하고, 나머지 미분 프로파일을 참조 미분 프로파일로 설정할 수 있다.
예컨대, 기준 C-rate가 0.05C로 미리 설정되었고, 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2), 제3 C-rate(C3), 제4 C-rate(C4) 및 제5 C-rate(C5)는 각각 0.05C, 0.33C, 0.5C, 0.7C 및 1C라고 가정한다. 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 C-rate(C1)에 대응되는 제1 미분 프로파일(P1)을 기준 미분 프로파일로 설정하고, 제2 내지 제5 C-rate(C2, C3, C4, C5)에 대응되는 제2 내지 제5 미분 프로파일(P2, P3, P4, P5)을 참조 미분 프로파일로 설정할 수 있다. 즉, 제1 내지 제5 미분 프로파일(P1, P2, P3, P4, P5) 중 제1 미분 프로파일(P1)은 기준 미분 프로파일로 구분되고, 제2 내지 제5 미분 프로파일(P2, P3, P4, P5)은 참조 미분 프로파일로 구분될 수 있다.
제어부(120)는 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
기준 피크와 참조 피크는 서로 대응되는 피크일 수 있다. 즉, 기준 피크와 참조 피크는 각각에 대응되는 미분 프로파일에서 소정의 전압 범위에서 위로 볼록한 개형을 띠는 지점일 수 있다. 여기서, 위로 볼록한 개형을 띠는 지점이란 전압에 대한 미분 용량의 순간 변화율이 0인 지점으로서, 해당 지점을 기준으로 저전위 측의 순간 변화율은 양이고, 고전위 측의 순간 변화율은 음인 지점을 의미한다.
예컨대, 기준 피크와 참조 피크는 대응되는 미분 프로파일에서 3.6V 내지 3.8V에 포함된 피크 중 미분 용량이 가장 큰 지점일 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 미분 프로파일(P1)에는 제1 피크(Pa)가 포함되고, 제2 미분 프로파일(P2)에는 제2 피크(Pb)가 포함되며, 제3 미분 프로파일(P3)에는 제3 피크(Pc)가 포함될 수 있다. 제4 미분 프로파일(P4)에는 제4 피크(Pd)가 포함되고, 제5 미분 프로파일(P5)에는 제5 피크(Pe)가 포함될 수 있다. 즉, 제어부(120)는 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정할 수 있다.
제어부(120)는 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 각각 비교할 수 있다. 즉, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 피크와 상기 복수의 참조 피크 각각 간의 전압 차이를 산출할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 기준 피크인 제1 피크(Pa)의 전압은 Va일 수 있다. 복수의 참조 피크에 해당하는 제2 피크(Pb), 제3 피크(Pc), 제4 피크(Pd) 및 제5 피크(Pe)의 전압은 각각 Vb, Vc, Vd 및 Ve일 수 있다. 제어부(120)는 제1 피크(Pa)의 전압(Va)과 제2 피크(Pb)의 전압(Vb) 간의 제1 전압 차이를 산출하고, 제1 피크(Pa)의 전압(Va)과 제3 피크(Pc)의 전압(Vc) 간의 제2 전압 차이를 산출할 수 있다. 제어부(120)는 제1 피크(Pa)의 전압(Va)과 제4 피크(Pd)의 전압(Vd) 간의 제3 전압 차이를 산출하고, 제1 피크(Pa)의 전압(Va)과 제5 피크(Pe)의 전압(Ve) 간의 제4 전압 차이를 산출할 수 있다.
제어부(120)는 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 산출된 복수의 전압 차이와 미리 설정된 임계 전압(Vth)을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 상한 C-rate를 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 제어부(120)는 산출한 제1 내지 제4 전압 차이 각각을 미리 설정된 임계 전압(Vth)과 비교할 수 있다. 바람직하게, 제어부(120)는 제1 내지 제4 전압 차이 각각과 임계 전압(Vth) 간의 대소를 비교하고, 비교 결과에 따라 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정할 수 있다.
여기서, 상한 C-rate란 배터리 셀 각각에 대해 설정되는 것으로서, 배터리 셀이 충전 및 방전될 때 허용될 수 있는 최대 C-rate를 의미할 수 있다. 즉, 제어부(120)에 의해 결정된 상한 C-rate는 배터리 셀에 대해 허용될 수 있는 최대 C-rate로 설정될 수 있다. 그리고, 결정된 상한 C-rate의 미만의 C-rate로 배터리 셀이 충전 또는 방전될 수 있다.
예컨대, 배터리 셀이 결정된 상한 C-rate 이상으로 충전되는 경우, 배터리 셀에 부반응이 발생될 수 있다. 구체적으로는, 배터리 셀의 음극에 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅이 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교한 결과에 따라 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정함으로써, 충전 및 방전에 따라 배터리 셀에 부반응이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 결정된 상한 C-rate에 따라 배터리 셀의 충전 및 방전이 제어될 수 있기 때문에, 배터리 셀의 퇴화가 더디게 진행되어 배터리 셀의 수명이 증대될 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(120)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(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 저장부(130)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(130)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(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 복수의 배터리 프로파일은 저장부(130)에 저장될 수 있다. 그리고, 프로파일 생성부(110)는 저장부(130)에 접근(access)하여 복수의 배터리 프로파일을 획득할 수 있다. 또한, 프로파일 생성부(110)에 의해 생성된 복수의 미분 프로파일은 저장부(130)에 저장될 수 있다. 제어부(120)는 프로파일 생성부(110)로부터 직접 복수의 미분 프로파일을 수신할 수 있을 뿐만 아니라, 저장부(130)에 접근하여 복수의 배터리 프로파일 및 복수의 미분 프로파일을 획득할 수도 있다.
이하에서는, 제어부(120)가 상한 C-rate를 결정하는 실시예에 대해 설명한다.
예컨대, 제어부(120)는 배터리 셀에 대해 충전이 진행된 복수의 C-rate 중 어느 하나를 상한 C-rate로 결정할 수 있다.
상기 제어부(120)는, 산출된 전압 차이가 상기 임계 전압(Vth) 이상인 참조 피크를 타겟 피크(TP)로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 임계 전압(Vth)이 미리 설정될 수 있다. 그리고, 기준 피크의 전압을 기준으로 전압 차이가 임계 전압(Vth) 이상인 참조 피크는 제5 피크(Pe)일 수 있다. 즉, 제5 피크(Pe)의 전압과 기준 피크의 전압 간의 전압 차이는 임계 전압(Vth)보다 클 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 제5 피크(Pe)를 타겟 피크(TP)로 결정할 수 있다.
만약, 산출된 전압 차이가 임계 전압(Vth) 이상인 참조 피크가 복수인 경우, 제어부(120)는 산출된 전압 차이가 임계 전압(Vth) 이상이고, 산출된 전압 차이가 가장 작은 참조 피크를 타겟 피크(TP)로 결정할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 산출된 전압 차이가 임계 전압(Vth) 이상이고, 대응되는 전압이 가장 작은 참조 피크를 타겟 피크(TP)로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 결정된 타겟 피크(TP)가 포함된 참조 미분 프로파일에 대응되는 C-rate를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제5 피크(Pe)가 타겟 피크(TP)로 결정된 경우, 제어부(120)는 타겟 피크(TP)가 포함된 제5 미분 프로파일(P5)을 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제5 미분 프로파일(P5)에 대응되는 제5 C-rate(C5)를 상한 C-rate로 결정할 수 있다.
다른 예로, 제어부(120)는 배터리 셀에 대해 충전이 진행된 복수의 C-rate에 기반하여 타겟 C-rate(TC)를 결정하고, 결정된 타겟 C-rate(TC)를 상한 C-rate로 결정할 수도 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 전압 차이와 상기 복수의 C-rate 간의 대응 관계를 나타내는 전압 프로파일(Pv)을 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제1 미분 프로파일(P1), 제2 미분 프로파일(P2), 제3 미분 프로파일(P3), 제4 미분 프로파일(P4) 및 제5 미분 프로파일(P5)의 C-rate와 전압 차이에 대한 전압 프로파일(Pv)을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 생성된 전압 프로파일(Pv)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어부(120)는 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2)와 제1 전압 차이, 제3 C-rate(C3)와 제2 전압 차이, 제4 C-rate(C4)와 제3 전압 차이 및 제5 C-rate(C5)와 제4 전압 차이를 나타내는 전압 프로파일(Pv)을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 C-rate(C1)는 기준 미분 프로파일에 대응되는 C-rate이다. 즉, 상기 전압 차이는 기준 피크의 전압에 기반하여 산출되는 것이기 때문에, 제1 C-rate(C1)에 대응되는 전압 차이는 0으로 설정될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 제1 전압 차이는 Vb-Va이고, 제2 전압 차이는 Vc-Va일 수 있다. 또한, 제3 전압 차이는 Vd-Va이고, 제4 전압 차이는 Ve-Va일 수 있다.
제어부(120)는 생성된 전압 프로파일(Pv)에서 상기 임계 전압(Vth)에 대응되는 타겟 C-rate(TC)를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 생성된 전압 프로파일(Pv)에 임계 전압(Vth)을 대입하여, 임계 전압(Vth)에 대응되는 타겟 C-rate(TC)를 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 선택한 타겟 C-rate(TC)를 상한 C-rate로 결정할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 임계 전압(Vth)에 대응되는 타겟 C-rate는 0.8C 내지 1C 이내에 속하는 TC일 수 있다. 제어부(120)는 타겟 C-rate(TC)를 배터리 셀에 대한 상한 C-rate로 결정할 수 있다.
이하에서는, 제어부(120)에 의해 임계 전압(Vth)이 설정되는 내용에 대해 설명한다.
상기 제어부(120)는, 상기 복수의 배터리 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 저장부(130)에 접근하여 복수의 배터리 프로파일을 획득할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀의 음극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 음극 프로파일일 수 있다.
바람직하게, 배터리 프로파일에는 배터리 셀의 양극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 양극 프로파일, 배터리 셀의 음극 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 음극 프로파일 및 배터리 셀(풀 셀)의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 풀 셀 프로파일이 포함될 수 있다. 예컨대, 프로파일 생성부(110)는 풀 셀 프로파일에 기반하여 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 저장부(130)로부터 배터리 프로파일 중 음극 프로파일을 획득할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 C-rate(C1)에 대응되는 제1 음극 프로파일(NP1), 제2 C-rate(C2)에 대응되는 제2 음극 프로파일(NP2) 및 제3 C-rate(C3)에 대응되는 제3 음극 프로파일(NP3)을 획득할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 제4 C-rate(C4)에 대응되는 제4 음극 프로파일(NP4) 및 제5 C-rate(C5)에 대응되는 제5 음극 프로파일(NP5)을 획득할 수 있다.
제어부(120)는 획득된 복수의 배터리 프로파일에서 상기 기준 C-rate에 대응되는 기준 배터리 프로파일 및 참조 C-rate에 대응되는 참조 배터리 프로파일을 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로는, 제어부(120)는 획득된 복수의 음극 프로파일에서 기준 배터리 프로파일 및 참조 배터리 프로파일을 결정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 참조 C-rate는 1C 이상으로 미리 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 복수의 배터리 프로파일 중 1C 이상의 C-rate에 대응되는 배터리 프로파일을 참조 배터리 프로파일로 설정할 수 있다. 만약, 참조 C-rate에 대응되는 배터리 프로파일이 복수인 경우, 제어부(120)는 대응되는 C-rate가 가장 큰 배터리 프로파일을 기준 배터리 프로파일로 설정하고, 나머지 배터리 프로파일을 참조 배터리 프로파일로 설정할 수 있다.
바람직하게, 참조 C-rate는 1C로 미리 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는 복수의 배터리 프로파일 중 1C에 대응되는 배터리 프로파일을 참조 배터리 프로파일로 설정할 수 있다.
한편, 복수의 배터리 프로파일 중에서 참조 C-rate에 대응되는 배터리 프로파일이 없는 경우, 제어부(120)는 복수의 배터리 프로파일 중에서 C-rate가 가장 큰 배터리 프로파일을 참조 배터리 프로파일로 설정할 수도 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 기준 C-rate가 0.05C이고, 참조 C-rate가 1C로 미리 설정되었다고 가정한다. 또한, 제1 C-rate(C1), 제2 C-rate(C2), 제3 C-rate(C3), 제4 C-rate(C4) 및 제5 C-rate(C5)는 각각 0.05C, 0.33C, 0.5C, 0.7C 및 1C라고 가정한다. 제어부(120)는 제1 C-rate(C1)에 대응되는 제1 음극 프로파일(NP1)을 기준 배터리 프로파일로 결정하고, 제5 C-rate(C5)에 대응되는 제5 음극 프로파일(NP5)을 참조 배터리 프로파일로 결정할 수 있다.
제어부(120)는 결정된 기준 배터리 프로파일 및 결정된 참조 배터리 프로파일에 기반하여 상기 임계 전압(Vth)을 설정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 참조 배터리 프로파일에서 소정의 조건을 만족하는 참조 용량을 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 전압을 상기 임계 전압(Vth)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 소정의 조건을 만족하는 참조 용량이 Qr이라고 가정한다. 제어부(120)는 기준 배터리 프로파일에서 참조 용량에 대응되는 전압을 임계 전압(Vth)으로 설정할 수 있다. 즉, 제1 음극 프로파일(NP1)에서 참조 용량(Qr)에 대응되는 전압 Vth가 임계 전압(Vth)으로 설정될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(120)는, 상기 참조 배터리 프로파일에서 음극 전압이 0인 지점에 대응되는 용량을 상기 참조 용량으로 선택하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 소정의 조건을 만족하는 참조 용량이란, 참조 배터리 프로파일에서 0[V]에 대응되는 용량일 수 있다. 그리고, 상기 제어부(120)는, 상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 음극 전압을 상기 임계 전압(Vth)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제5 음극 프로파일(NP5)에서 0[V]에 대응되는 용량은 Qr일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 Qr[mAh]를 참조 용량으로 선택할 수 있다. 그리고, 제1 음극 프로파일(NP1)에서 참조 용량에 대응되는 전압은 Vth일 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 Vth[V]를 임계 전압(Vth)으로 설정할 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, 배터리 관리 장치(100)의 프로파일 생성부(110), 제어부(120) 및 저장부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 관리 장치(100), 측정부 및 충방전부(300)를 포함할 수 있다.
도 5의 실시예에서, 측정부는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다. 측정부는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리 셀의 양극 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리 셀의 음극 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부는 측정된 양극 전압과 음극 전압 간의 차이를 산출하여 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류 측정 유닛(A)과 연결될 수 있다. 전류 측정 유닛(A)은 배터리 셀의 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 전류계 또는 션트 저항일 수 있다.
또한, 충방전 경로란 배터리 셀의 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로일 수 있다. 따라서, 측정부는 전류 측정 유닛(A)과 연결된 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 배터리 셀의 전류를 측정하고, 측정된 전류에 기반하여 배터리 셀의 용량을 측정할 수 있다.
또한, 충방전부(300)는 양단이 배터리 셀의 충방전 경로에 연결될 수 있다. 예컨대, 충방전부(300)의 일단은 충방전 경로에서 배터리 셀의 양극 측에 연결될 수 있다. 또한, 충방전부(300)의 타단은 충방전 경로에서 배터리 셀의 음극 측에 연결될 수 있다. 그리고, 충방전부(300)는 제어부(120)의 제어에 따라, 배터리 셀을 충전 및/또는 방전시킬 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 충방전부(300)는 배터리 셀을 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전시킬 수 있다. 구체적으로, 충방전부(300)는 배터리 셀을 SCO(State of charge) 0%에서 100%까지 충전시킬 수 있다. 측정부는 배터리 셀이 충전되는 동안 전압 및 용량을 측정하고, 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 배터리 프로파일을 생성할 수 있다. 측정부는 생성한 복수의 배터리 프로파일을 배터리 관리 장치(100)로 송신하고, 프로파일 생성부(110)는 측정부로부터 복수의 배터리 프로파일을 수신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 관리 방법은 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 방법으로서, 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 6을 참조하면, 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 프로파일 획득 단계(S100), 미분 프로파일 생성 단계(S200), 미분 프로파일 구분 단계(S300), 기준 피크 및 참조 피크 결정 단계(S400) 및 상한 C-rate 결정 단계(S500)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 프로파일 획득 단계(S100)는 상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
각각의 배터리 프로파일은 대응되는 C-rate로 충전된 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타낼 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 외부로부터 복수의 배터리 프로파일을 수신하거나, 저장부(130)에 접근하여 복수의 배터리 프로파일을 획득할 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 제1 내지 제5 배터리 프로파일을 획득하고, 제1 내지 제5 배터리 프로파일 각각은 제1 내지 제5 C-rate(C5) 각각에 대응될 수 있다.
미분 프로파일 생성 단계(S200)는 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하는 단계로서, 프로파일 생성부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 프로파일 생성부(110)는 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 복수의 미분 프로파일을 생성할 수 있다. 즉, 프로파일 생성부(110)는 하나의 배터리 프로파일에 대해 하나의 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 프로파일 생성부(110)는 제1 배터리 프로파일에 기반하여 제1 미분 프로파일(P1)을 생성하고, 제2 배터리 프로파일에 기반하여 제2 미분 프로파일(P2)을 생성할 수 있다. 프로파일 생성부(110)는 제3 배터리 프로파일에 기반하여 제3 미분 프로파일(P3)을 생성하고, 제4 배터리 프로파일에 기반하여 제4 미분 프로파일(P4)을 생성하며, 제5 배터리 프로파일에 기반하여 제5 미분 프로파일(P5)을 생성할 수 있다.
미분 프로파일 구분 단계(S300)는 상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 기준 C-rate는 0.05C로 설정되었고, 제1 C-rate(C1)는 0.05C이고, 제2 C-rate(C2)는 0.33C이며, 제3 C-rate(C3)는 0.5C일 수 있다. 제4 C-rate(C4)는 0.7C이고, 제5 C-rate(C5)는 1C라고 가정한다. 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 기준 C-rate에 대응되는 제1 미분 프로파일(P1)을 기준 미분 프로파일로 구분하고, 제2 내지 제5 미분 프로파일(P2, P3, P4, P5)을 참조 미분 프로파일로 구분할 수 있다.
기준 피크 및 참조 피크 결정 단계(S400)는 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 제1 내지 제5 미분 프로파일(P5) 각각에서 제1 내지 제5 피크(Pe)를 결정할 수 있다. 그리고, 기준 미분 프로파일인 제1 미분 프로파일(P1)에 포함된 제1 피크(Pa)를 기준 피크로 결정할 수 있다. 또한, 참조 미분 프로파일인 제2 내지 제5 미분 프로파일(P2, P3, P4, P5)에 포함된 제2 내지 제5 피크(Pe)를 참조 피크로 결정할 수 있다.
상한 C-rate 결정 단계(S500)는 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 상한 C-rate를 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제어부(120)는 기준 피크의 전압과 복수의 참조 피크의 전압을 각각 비교하여 전압 차이를 산출하고, 산출된 전압 차이와 임계 전압(Vth)을 비교하며, 비교 결과에 따라 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀에 대하여, 배터리 셀의 퇴화가 가속될 수 있는(즉, 배터리 셀에 부반응이 더욱 발생될 수 있는) 상한 C-rate를 결정함으로써, 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 따라서, 배터리 셀은 상한 C-rate 미만의 C-rate로 충전 및 방전될 수 있으므로, 배터리 셀의 수명이 증대될 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.
1: 배터리 팩
100: 배터리 관리 장치
110: 프로파일 생성부
120: 제어부
130: 저장부
200: 측정부
300: 충방전부

Claims (10)

  1. 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하도록 구성된 프로파일 생성부; 및
    상기 프로파일 생성부로부터 상기 복수의 미분 프로파일을 획득하고, 상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하며, 상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하며, 결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀에 대한 상한 C-rate를 결정하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 피크와 상기 복수의 참조 피크 각각 간의 전압 차이를 산출하고, 산출된 복수의 전압 차이와 미리 설정된 임계 전압을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 상한 C-rate를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    산출된 전압 차이가 상기 임계 전압 이상인 참조 피크를 타겟 피크로 결정하며, 결정된 타겟 피크가 포함된 참조 미분 프로파일에 대응되는 C-rate를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 전압 차이와 상기 복수의 C-rate 간의 대응 관계를 나타내는 전압 프로파일을 생성하고, 생성된 전압 프로파일에서 상기 임계 전압에 대응되는 타겟 C-rate를 상기 상한 C-rate로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 복수의 배터리 프로파일에서 상기 기준 C-rate에 대응되는 기준 배터리 프로파일 및 참조 C-rate에 대응되는 참조 배터리 프로파일을 결정하며, 결정된 기준 배터리 프로파일 및 결정된 참조 배터리 프로파일에 기반하여 상기 임계 전압을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 참조 배터리 프로파일에서 소정의 조건을 만족하는 참조 용량을 선택하고, 상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 전압을 상기 임계 전압으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 참조 배터리 프로파일에서 음극 전압이 0인 지점에 대응되는 용량을 상기 참조 용량으로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 배터리 프로파일에서 상기 참조 용량에 대응되는 음극 전압을 상기 임계 전압으로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 복수의 C-rate 각각으로 복수 회 충전된 배터리 셀을 관리하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 복수의 C-rate마다 상기 배터리 셀의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하는 복수의 배터리 프로파일 획득 단계;
    획득된 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 상기 배터리 셀의 전압과 상기 전압에 대한 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 생성하는 미분 프로파일 생성 단계;
    상기 복수의 미분 프로파일을 미리 설정된 기준 C-rate에 대응되는 기준 미분 프로파일과 복수의 참조 미분 프로파일로 구분하는 미분 프로파일 구분 단계;
    상기 기준 미분 프로파일에서 기준 피크를 결정하고, 상기 복수의 참조 미분 프로파일 각각에서 참조 피크를 결정하는 기준 피크 및 참조 피크 결정 단계; 및
    결정된 기준 피크의 전압과 결정된 복수의 참조 피크의 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀의 상한 C-rate를 결정하는 상한 C-rate 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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