KR20220100467A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20220100467A
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홍준현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 충전 장치의 연결 상태에 따라 차량의 운행 예정 시각을 획득하고, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 동작 관리부, 및 상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하고, 상기 배터리 팩의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
그런데 리튬 이온 전지가 전기 자동차에 사용되는 경우 저온 또는 고온 환경에서 성능이 떨어지고, 손상이 발생하여 리튬 이온 전지의 SOH(State of Health)에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 전기 자동차의 사용 환경에서 리튬 이온 전지의 손상을 방지하기 위한 대책이 필요한 실정이다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 배터리의 손상을 방지할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 충전 장치의 연결 상태에 따라 차량의 운행 예정 시각을 획득하고, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 동작 관리부, 및 상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하고, 상기 배터리 팩의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동작 관리부는 상기 충전 장치가 차량에 연결된 경우 상기 차량의 운행 예정 시각을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동작 관리부는 상기 운행 예정 시각으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 상기 웨이크업 시점을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동작 관리부는 외부 온도를 고려하여 상기 미리 결정된 시간을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동작 관리부는 차량의 운행 패턴 정보를 이용하여 상기 운행 예정 시각을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 충전 장치가 차량에 연결되면 상기 배터리 팩을 충전할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 온도를 제어하면서 동시에 상기 배터리 팩을 충전할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 온도 제어가 완료된 경우, 상기 배터리 팩의 충전 필요 여부를 판단하고, 충전이 필요한 경우 상기 배터리 팩을 충전할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 충전 장치의 연결 상태에 따라 차량의 운행 예정 시각을 획득하는 단계, 상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계, 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계, 및 측정된 온도에 기초하여 상기 차량의 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계는 상기 운행 예정 시각으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 상기 웨이크업 시점을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계는 외부 온도를 고려하여 상기 미리 결정된 시간을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계 및 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 차량의 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 방법은 차량의 운행 전에 배터리의 온도를 제어함으로써 배터리의 손상을 방지할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 방법, 배터리 관리 시스템은 대상 장치의 파워-온 상태에서 배터리 관리 장치의 보조 배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 '대상 장치'는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있으며, 본 명세서에는 '대상 장치'를 전기 자동차(EV)인 경우를 예로 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110) 및 배터리 관리 장치(120)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(110)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 모듈(110)은 대상 장치에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(110)은 대상 장치(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)은 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(110)이 한 개인 경우로 도시되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(110)은 복수 개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110) 및/또는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(120)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(110)이나 충방전 경로, 또는 배터리 모듈(110) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(110)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)나 SOH(State of Health) 등을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 셀 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC(State of Charge)에 기초하여 셀 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC에 기초하여 셀 밸런싱 대상을 판단할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 대상으로 판단된 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱 시간에 기초하여 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)의 연결 상태를 감지할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)가 배터리 팩(100)에 전기적으로 연결되는 경우 대상 장치(미도시)로부터 운행 예정 시각(Tex)을 획득할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)가 배터리 팩(100)에 연결되기 이전에 대상 장치(미도시)로부터 운행 예정 시각(Tex)을 획득할 수도 있다.
여기서, 운행 예정 시각(Tex)은 대상 장치(ex. 전기 자동차)가 다음 번 운행을 개시하는 시각을 의미할 수 있다. 예를 들어, 운행 예정 시각(Tex)은 대상 장치의 사용자로부터 직접 입력될 수도 있고, 대상 장치에서 차량의 운행 시작 시간 및 운행 종료 시간 등을 기초로 학습된 운행 패턴을 이용하여 생성될 수도 있다. 또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 동작 패턴을 이용하여 대상 장치의 운행 패턴을 파악하고, 파악된 운행 패턴에 기초하여 운행 예정 시각(Tex)을 직접 예측할 수도 있다.
배터리 관리 장치(120)는 운행 예정 시각(Tex)에 기초하여 웨이크업(wake-up) 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 시간은 배터리 관리 장치(120)가 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내로 제어하는 데 충분한 시간으로 설정될 수 있다.
또한, 예를 들어, 미리 결정된 시간은 외부 온도를 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 외부 온도가 소정 온도 범위 이내인 경우 미리 결정된 시간은 임의의 값(ex. 1시간)으로 설정될 수 있고, 외부 온도가 소정 온도 범위 이하 또는 이상인 경우 미리 결정된 시간은 임의의 값보다 더 큰값을 갖도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 외부 온도가 5℃이하 또는 35℃ 이상인 경우 미리 결정된 시간 보다 더 이전 시점으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 이는 외부 온도가 소정 온도 범위 이하 또는 이상인 경우, 배터리 팩(100)의 온도 제어가 필요할 가능성이 높고, 온도 제어에 소요되는 시간 또한 증가할 가능성이 높으므로 운행 예정 시각(Tex) 이전에 온도 제어를 완료하기 위함이다.
배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110) 및/또는 적어도 하나의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 주기적으로 웨이크업되어 배터리 팩(100)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 30분 간격으로 웨이크업되어 배터리 팩(100)의 온도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위를 벗어난 경우 온도 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 온도 제어가 필요한 것으로 판단되는 경우, 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 온도 제어를 통해 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내에 포함되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 BDU(Battery Distribution Unit)를 제어하여 대상 장치의 컴프레셔, PTC(Positive Temperature Coefficient) 및/또는 워터 펌프(water pump)와 같은 온도 제어 장치에 전원을 공급함으로써, 상기 온도 제어 장치의 동작을 통해 배터리 팩(100)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 측정된 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위 이내인 경우 슬립 모드(sleep mode)로 동작할 수 있다. 여기서, 슬립 모드는 배터리 관리 장치(120)의 동작 및 소모 전력을 최소화하는 동작 모드로 정의될 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 장치(120)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)의 온도가 저온인 경우 내부 저항 증가로 인한 성능 저하, 고온인 경우 위험 진단으로 인한 의도적인 성능 제한과 같은 배터리 손상을 방지할 수 있다. 나아가, 차량의 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도를 최적의 온도 범위로 제어함으로써 배터리 팩(100)의 성능이 최적인 상태에서 차량 운행이 가능할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 모듈(110)을 충전시킬 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 곧바로 배터리 팩(100)을 충전시키거나, 설정된 충전 예약 시간에 맞추어 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다. 여기서, 충전 예약 시간은 사용자에 의해 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 충전을 제어하면서 동시에 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행하는 중에 또는 온도 제어가 완료된 경우, 배터리 팩(100)의 충전 필요 여부 또는 충전 완료 여부를 판단할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 충전이 완료되지 않은 경우, 즉 충전이 필요한 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)을 다시 충전할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)의 온도 제어 과정에서 소모된 전원을 재충전할 수 있다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3 내지 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(120)는 동작 관리부(121), 및 컨트롤러(122)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 동작 관리부(121) 및 컨트롤러(122)가 각각 별개의 독립적인 구성으로 도시되나, 실시예에 따라서 동작 관리부(121) 및 컨트롤러(122)는 하나의 구성(ex. 프로세서)으로 실시될 수도 있다.
동작 관리부(121)는 충전 장치(200)의 연결 상태를 감지할 수 있다. 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 배터리 팩(100)에 전기적으로 연결되는 경우 대상 장치(미도시)로부터 운행 예정 시각(Tex)을 획득할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 배터리 팩(100)에 연결되기 이전에 대상 장치(미도시)로부터 운행 예정 시각(Tex)을 획득할 수도 있다. 여기서, 운행 예정 시각(Tex)은 대상 장치(ex. 전기 자동차)가 다음 번 운행을 개시하는 시각을 의미할 수 있다.
동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)에 기초하여 웨이크업(wake-up) 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 시간은 배터리 관리 장치(120)가 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내로 제어하는 데 충분한 시간으로 설정될 수 있다.
또한, 예를 들어, 미리 결정된 시간은 외부 온도를 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 외부 온도가 소정 온도 범위 이내인 경우 미리 결정된 시간은 임의의 값(ex. 1시간)으로 설정될 수 있고, 외부 온도가 소정 온도 범위 이하 또는 이상인 경우 미리 결정된 시간은 임의의 값보다 더 큰 값을 갖도록 변경될 수 있다.
컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위에 포함되지 않는 경우 온도 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 온도 제어가 필요한 것으로 판단되는 경우, 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행할 수 있다. 컨트롤러(122)는 온도 제어를 통해 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내에 포함되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 BDU(Battery Distribution Unit)를 제어하여 대상 장치의 컴프레셔, PTC(Positive Temperature Coefficient) 및/또는 워터 펌프(water pump)와 같은 온도 제어 장치에 전원을 공급함으로써, 상기 온도 제어 장치의 동작을 통해 배터리 팩(100)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)의 온도가 저온인 경우 내부 저항 증가로 인한 성능 저하, 고온인 경우 위험 진단으로 인한 의도적인 성능 제한과 같은 배터리 손상을 방지할 수 있다. 나아가, 차량의 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도를 최적의 온도 범위로 제어함으로써 배터리 팩(100)의 성능이 최적인 상태에서 차량 운행이 가능할 수 있다.
컨트롤러(122)는 측정된 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위 이내인 경우 슬립 모드(sleep mode)로 동작 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 슬립 모드는 컨트롤러(122)의 동작 및 소모 전력을 최소화하는 동작 모드로 정의될 수 있다.
컨트롤러(122)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)의 충전을 제어할 수 있다. 컨트롤러(122)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 곧바로 배터리 팩(100)을 충전시키거나, 설정된 충전 예약 시간에 맞추어 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전을 제어하면서 동시에 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행하는 중에 또는 온도 제어가 완료된 경우, 배터리 팩(100)의 충전 필요 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전이 필요한 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)을 다시 충전할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어 과정에서 소모된 전원을 재충전할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 동작 관리부(121) 및 컨트롤러(122)의 동작에 대해 설명한다.
먼저 도 3을 참조하면, 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다. 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)이 획득되면, 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간 이전 시점으로 배터리 관리 장치(120)의 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정하여 온도 제어 필요 여부를 판단하고, 필요한 경우 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위를 벗어나는 경우 배터리 팩(100)의 온도 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다.
도 4를 참조하면, 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 입력된 충전 예약 시간이 도래하는 시점에 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다. 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)이 획득되면, 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간 이전 시점으로 배터리 관리 장치(120)의 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정하여 온도 제어 필요 여부를 판단하고, 필요한 경우 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다. 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행하는 중에, 배터리 팩(100)의 충전 필요 여부 또는 충전 완료 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전이 필요한 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)을 다시 충전할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어 과정에서 소모된 전원을 다시 재충전할 수 있다.
한편, 도 4에서는 컨트롤러(122)가 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행하는 중에 배터리 팩(100)을 다시 충전하는 경우가 도시되었으나, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어가 완료된 후에 배터리 팩(100)의 충전을 제어할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다. 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)이 획득되면, 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간 이전 시점으로 배터리 관리 장치(120)의 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 한편, 동작 관리부(121)는 외부 온도에 기초하여 외부 온도가 목표 온도 범위 이하 또는 이상인 경우 미리 결정된 시간 이전으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 동작 관리부(121)는 외부 온도가 5℃이하 또는 35℃ 이상인 경우 미리 결정된 시간 보다 더 이전 시점으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다.
컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정하여 온도 제어 필요 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 목표 온도 범위 이내인 경우 슬립 모드(sleep mode)로 동작 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 슬립 모드는 컨트롤러(122)의 동작 및 소모 전력을 최소화하는 동작 모드로 정의될 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)의 소모 전력을 최소화할 수 있으며, 외부 온도에 따라 배터리 팩(100), 배터리 모듈(110), 및/또는 적어도 하나의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 효율적인 온도 제어가 가능할 수 있다.
컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간 이전 시점이 도래하면 다시 웨이크업될 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정하여 온도 제어 필요 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 온도 제어가 필요한 경우 배터리 팩(100)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위를 벗어나는 경우 배터리 팩(100)의 온도 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행하는 중에, 배터리 팩(100)의 충전 필요 여부 또는 충전 완료 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전이 필요한 경우 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)을 다시 충전할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어 과정에서 소모된 전원을 다시 재충전할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 충전 장치 연결 상태를 판단하는 단계(S110), 차량의 운행 예정 시각을 획득하는 단계(S120), 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계(S130), 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계(S140), 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계(S150), 온도 제어 필요 여부를 판단하는 단계(S160), 운행 예정 시각 이전에 배터리 팩의 온도를 제어하는 단계(S170), 충전 완료 여부를 판단하는 단계(S180), 및 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계(S190)를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 S110 단계 내지 S190 단계에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
S110 단계에서, 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)의 연결 상태를 감지할 수 있다. S110 단계의 수행 결과, 충전 장치(200)가 연결된 경우 S120 단계가 수행될 수 있다.
S120 단계에서, 동작 관리부(121)는 충전 장치(200)가 배터리 팩(100)에 전기적으로 연결되는 경우 대상 장치(미도시)로부터 운행 예정 시각(Tex)을 획득할 수 있다. 여기서, 운행 예정 시각(Tex)은 대상 장치(ex. 전기 자동차)가 다음 번 운행을 개시하는 시각을 의미할 수 있다.
S130 단계에서, 컨트롤러(122)는 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 충전 장치(200)가 연결되는 경우 곧바로 배터리 팩(100)을 충전시키거나, 충전 예약 시간이 도래하면 배터리 팩(100)을 충전시킬 수 있다.
S140 단계에서, 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)에 기초하여 웨이크업(wake-up) 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 동작 관리부(121)는 운행 예정 시각(Tex)으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 웨이크업 시점을 결정할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 시간은 배터리 관리 장치(120)가 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내로 제어하는 데 충분한 시간으로 설정될 수 있다.
S150 단계에서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도를 측정할 수 있다.
S160 단계에서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어가 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 측정된 배터리 팩(100)의 온도가 목표 온도 범위에 포함되지 않는 경우 온도 제어가 필요한 것으로 판단할 수 있다. S160 단계의 수행 결과, 배터리 팩(100)의 온도 제어가 필요한 경우 S170 단계가 수행될 수 있다.
S170 단계에서, 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 수행할 수 있다. 컨트롤러(122)는 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도 제어를 완료할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 온도 제어를 통해 배터리 팩(100)의 온도를 목표 온도 범위 내에 포함되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(122)는 BDU(Battery Distribution Unit)를 제어하여 대상 장치의 컴프레셔, PTC(Positive Temperature Coefficient) 및/또는 워터 펌프(water pump)와 같은 온도 제어 장치에 전원을 공급함으로써, 상기 온도 제어 장치의 동작을 통해 배터리 팩(100)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
따라서, 배터리 팩(100)의 온도가 저온인 경우 내부 저항 증가로 인한 성능 저하, 고온인 경우 위험 진단으로 인한 의도적인 성능 제한과 같은 배터리 손상을 방지할 수 있다. 나아가, 차량의 운행 예정 시각(Tex) 이전에 배터리 팩(100)의 온도를 최적의 온도 범위로 제어함으로써 배터리 팩(100)의 성능이 최적인 상태에서 차량 운행이 가능할 수 있다.
S180 단계에서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전 필요 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 충전이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다. S180 단계의 수행 결과, 배터리 팩(100)의 충전이 완료되지 않아 충전이 필요한 경우 S190 단계가 수행될 수 있다.
S190 단계에서, 컨트롤러(122)는 충전 장치(200)로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩(100)을 다시 충전할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(122)는 배터리 팩(100)의 온도 제어 과정에서 소모된 전원을 다시 보충할 수 있다.
한편, 도 5에서는 S180 단계 및 S190 단계가 S170 단계 이후에 수행되는 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라 S170 단계와 동시에 수행될 수도 있다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템(200)은 MCU(210), 메모리(220), 입출력 I/F(230) 및 통신 I/F(240)를 포함할 수 있다.
MCU(210)는 메모리(220)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, SOH 산출 프로그램, 셀 밸런싱 수행 대상 판정 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 복수의 배터리 셀의 SOC, SOH 등을 포함한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(120)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서 또는 도 6를 참조하여 설명한 배터리 관리 방법을 실행하는 프로세서일 수 있다.
메모리(220)는 배터리 셀의 SOH 산출과 셀 밸런싱 수행 대상 판정에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(220)는 배터리 셀 각각의 SOC, SOH 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(220)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(220)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(220)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(230)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(210) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(230)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(230)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 SOH 산출이나 밸런싱 대상의 판정을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 메모리(220)에 기록되고, MCU(210)에 의해 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 관리 시스템
110: 배터리 모듈
111, 112, 113, 114: 복수의 배터리 셀들
120: 배터리 관리 장치
121: 동작 관리부
122: 컨트롤러
300: 컴퓨팅 시스템
310: MCU
320: 메모리
330: 입출력 I/F
340: 통신 I/F

Claims (12)

  1. 충전 장치의 연결 상태에 따라 차량의 운행 예정 시각을 획득하고, 상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 동작 관리부; 및
    상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하고, 상기 배터리 팩의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 관리부는 상기 충전 장치가 차량에 연결된 경우 상기 차량의 운행 예정 시각을 획득하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 관리부는 상기 운행 예정 시각으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 상기 웨이크업 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동작 관리부는 외부 온도를 고려하여 상기 미리 결정된 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 관리부는 차량의 운행 패턴 정보를 이용하여 상기 운행 예정 시각을 획득하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 충전 장치가 차량에 연결되면 상기 배터리 팩을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 온도를 제어하면서 동시에 상기 배터리 팩을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 온도 제어가 완료된 경우, 상기 배터리 팩의 충전 필요 여부를 판단하고, 충전이 필요한 경우 상기 배터리 팩을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 충전 장치의 연결 상태에 따라 차량의 운행 예정 시각을 획득하는 단계;
    상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계;
    상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계;
    배터리 팩의 온도를 측정하는 단계; 및
    측정된 온도에 기초하여 상기 차량의 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계는 상기 운행 예정 시각으로부터 미리 결정된 시간만큼 이전 시점으로 상기 웨이크업 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 운행 예정 시각에 기초하여 웨이크업 시점을 결정하는 단계는 외부 온도를 고려하여 상기 미리 결정된 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전 장치를 통해 공급되는 전원을 이용하여 배터리 팩의 충전을 제어하는 단계 및 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 차량의 운행 예정 시각 이전에 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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