KR20220118828A - 배터리 상태 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치는 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하도록 구성된 피크 결정부; 및 상기 피크 결정부에 의해 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하며, 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 상태 진단부를 포함한다.

Description

배터리 상태 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BATTERY STATE}
본 발명은 배터리 상태 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 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.
일반적으로 이러한 배터리는 충전이나 방전이 반복되면서 퇴화가 진행될 수 있다. 예컨대, 배터리의 양극 측에서는 전해액이 산화되거나 결정 구조가 파괴되어, 배터리가 퇴화될 수 있다. 또한, 배터리의 음극 측에서는 금속 리튬이 석출되어 배터리가 퇴화될 수 있다. 따라서, 배터리의 전압 및 용량 지표에 기반하여 배터리의 상태를 비파괴적으로 진단할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리에 대한 전압 및 용량에 기반하여 배터리의 상태를 비파괴적으로 진단할 수 있는 배터리 상태 진단 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 상태 진단 장치는 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부; 상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하도록 구성된 피크 결정부; 및 상기 피크 결정부에 의해 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하며, 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 상태 진단부를 포함할 수 있다.
상기 상태 진단부는, 상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 전압이 대응되는 상기 참조 피크의 전압 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 상태 진단부는, 상기 복수의 타겟 피크 중 기준 피크를 설정하고, 설정된 기준 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 타겟 각각에 대한 전압 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 상태 진단부는, 상기 복수의 타겟 피크에 대응되는 복수의 참조 피크 중 상기 설정된 기준 피크에 대응되는 참조 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 참조 피크 각각에 대한 참조 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 상태 진단부는, 상기 복수의 타겟 피크와 상기 복수의 참조 피크 간의 대응 관계에 기반하여, 대응되는 전압 변화율과 참조 변화율을 비교하고, 변화율 비교 결과 및 상기 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 상태 진단부는, 상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 상기 전압 및 상기 전압 변화율 각각이 대응되는 상기 참조 피크의 상기 전압 및 상기 참조 변화율 각각보다 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
상기 프로파일 획득부는, 서로 다른 복수의 시점에서의 상기 배터리에 대한 미분 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 시점은, 상기 배터리에 대한 복수의 사이클 시점 또는 복수의 퇴화 시점일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 다른 배터리 상태 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 상태 진단 방법은 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계; 상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하는 피크 결정 단계; 상기 피크 결정 단계에서 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하는 비교 단계; 및 상기 비교 단계에서의 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 미분 프로파일에 기반하여 배터리의 상태가 진단될 수 있는 장점이 있다. 특히, 미분 프로파일에 포함된 타겟 피크의 전압 및/또는 전압 변화율에 기반하여 SOH(State of health)의 급락 가능성이 있는 배터리가 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 제1 배터리 및 제2 배터리에 대한 SOH를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리 및 제2 배터리에 대한 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 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.
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, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 프로파일 획득부(110), 피크 결정부(120) 및 상태 진단부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리로 간주될 수 있다.
프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
여기서, 미분 용량은 배터리의 전압에 대한 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 값으로서, dQ/dV로 표현될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 미분 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득할 수 있다. 다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 전압과 용량 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득한 복수의 배터리 프로파일 각각에 기반하여 배터리의 미분 용량을 계산함으로써 미분 프로파일을 획득할 수도 있다.
바람직하게, 프로파일 획득부(110)는 서로 다른 복수의 시점에서의 상기 배터리에 대한 미분 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 복수의 시점은 상기 배터리에 대한 복수의 사이클 시점 또는 복수의 퇴화 시점일 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 배터리의 복수의 SOH(State of health)에 대하여 미분 프로파일을 획득할 수 있다. 여기서, SOH란 배터리의 건강 상태를 나타내는 지표로서, BOL(Beginning of life) 배터리의 SOH는 1일 수 있다. 그리고, 배터리가 퇴화될수록 배터리의 SOH는 낮아질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리(B1) 및 제2 배터리(B2)에 대한 SOH를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 실시예에서, 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)는 사이클이 진행될수록 퇴화되어 SOH가 감소될 수 있다. 즉, 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)는 충방전 사이클이 진행될수록 퇴화될 수 있다.
다만, 제1 배터리(B1)는 사이클이 진행될수록 SOH가 완만하게 감소되는 반면, 제2 배터리(B2)는 사이클이 진행될수록 SOH가 급격하게 감소될 수 있다. 즉, 제1 배터리(B1)는 SOH가 급락(Sudden drop)되지 않는 참조 배터리일 수 있다. 그리고, 제2 배터리(B2)는 상태 진단의 대상이 되는 배터리로서, 약 150 사이클 부근에서 SOH가 급락되는 비정상 배터리일 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 프로파일 획득부(110)는 제2 배터리(B2)의 SOH가 0.99, 0.97, 0.95 및 0.92인 시점에서 미분 프로파일을 획득할 수 있다. 즉, 프로파일 획득부(110)는 제2 배터리(B2)의 SOH에 따른 복수의 시점에서, 제2 배터리(B2)에 대한 미분 프로파일을 획득할 수 있다.
바람직하게, 참조 배터리에 해당하는 제1 배터리(B1)에 대한 미분 프로파일은 저장부(140)에 미리 저장되고, 프로파일 획득부(110)는 상태 진단의 대상이 되는 제2 배터리(B2)에 대한 미분 프로파일을 획득할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 배터리(B1) 및 제2 배터리(B2)에 대한 미분 프로파일을 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3 내지 도 6은 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH에 따른 제1 내지 제4 시점에서의 미분 프로파일을 도시한 도면이다.
도 3은 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH가 0.99인 제1 시점에서의 제1 배터리(B1)에 대한 제1 미분 프로파일(RP1)과 제2 배터리(B2)에 대한 제1 미분 프로파일(DP1)을 도시한 도면이다.
도 4는 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH가 0.97인 제2 시점에서의 제1 배터리(B1)에 대한 제2 미분 프로파일(RP2)과 제2 배터리(B2)에 대한 제2 미분 프로파일(DP2)을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH가 0.95인 제3 시점에서의 제1 배터리(B1)에 대한 제3 미분 프로파일(RP3)과 제2 배터리(B2)에 대한 제3 미분 프로파일(DP3)을 도시한 도면이다.
도 4는 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH가 0.92인 제4 시점에서의 제1 배터리(B1)에 대한 제4 미분 프로파일(RP4)과 제2 배터리(B2)에 대한 제4 미분 프로파일(DP4)을 도시한 도면이다.
즉, 도 2의 실시예를 참조하면, 제1 배터리(B1)의 미분 프로파일과 제2 배터리(B2)의 미분 프로파일은 제1 배터리(B1)와 제2 배터리(B2)의 SOH가 동일한 시점에서 획득된 것일 수 있다.
피크 결정부(120)는 상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 소정의 전압 구간은 배터리에 대해 운용 가능하도록 설정된 전압 구간 중 중앙 부분에 위치한 일부 구간일 수 있다. 예컨대, 배터리에 대해 운용 가능하도록 설정된 전체 전압 구간이 3.3V 이상 4.2V 이하라고 가정한다. 이 경우, 소정의 전압 구간은 전체 전압 구간 중에서 3.6V 내지 3.9V 구간일 수 있다.
예컨대, 피크 결정부(120)는 소정의 전압 구간에서 미분 용량이 0인 지점 중 미분 용량이 가장 큰 지점을 해당 미분 프로파일의 피크로 결정할 수 있다.
도 3의 실시예에서, 피크 결정부(120)는 제2 배터리(B2)에 대한 제1 미분 프로파일(DP1)에서 제1 타겟 피크(TP1)를 결정할 수 있다. 제1 타겟 피크(TP1)에 대응되는 전압은 Vtp1일 수 있다. 한편, 제1 배터리(B1)의 제1 미분 프로파일(RP1)에는 제1 타겟 피크(TP1)에 대응되는 제1 참조 피크(P1)가 포함될 수 있다. 그리고, 제1 참조 피크(P1)에 대응되는 전압은 Vp1일 수 있다.
도 4의 실시예에서, 피크 결정부(120)는 제2 배터리(B2)에 대한 제2 미분 프로파일(DP2)에서 제2 타겟 피크(TP2)를 결정할 수 있다. 제2 타겟 피크(TP2)에 대응되는 전압은 Vtp2일 수 있다. 한편, 제1 배터리(B1)의 제2 미분 프로파일(RP2)에는 제2 타겟 피크(TP2)에 대응되는 제2 참조 피크(P2)가 포함될 수 있다. 그리고, 제2 참조 피크(P2)에 대응되는 전압은 Vp2일 수 있다.
도 5의 실시예에서, 피크 결정부(120)는 제2 배터리(B2)에 대한 제3 미분 프로파일(DP3)에서 제3 타겟 피크(TP3)를 결정할 수 있다. 제3 타겟 피크(TP3)에 대응되는 전압은 Vtp3일 수 있다. 한편, 제1 배터리(B1)의 제3 미분 프로파일(RP3)에는 제3 타겟 피크(TP3)에 대응되는 제3 참조 피크(P3)가 포함될 수 있다. 그리고, 제3 참조 피크(P3)에 대응되는 전압은 Vp3일 수 있다.
도 6의 실시예에서, 피크 결정부(120)는 제2 배터리(B2)에 대한 제4 미분 프로파일(DP4)에서 제4 타겟 피크(TP4)를 결정할 수 있다. 제4 타겟 피크(TP4)에 대응되는 전압은 Vtp4일 수 있다. 한편, 제1 배터리(B1)의 제4 미분 프로파일(RP4)에는 제4 타겟 피크(TP4)에 대응되는 제4 참조 피크(P4)가 포함될 수 있다. 그리고, 제4 참조 피크(P4)에 대응되는 전압은 Vp4일 수 있다.
상태 진단부(130)는 상기 피크 결정부(120)에 의해 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상태 진단부(130)는 복수의 타겟 피크의 전압과 대응되는 참조 피크의 전압의 크기를 직접 비교할 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 제1 타겟 피크(TP1)와 제1 참조 피크(P1)의 전압의 크기를 비교하고, 제2 타겟 피크(TP2)와 제2 참조 피크(P2)의 전압의 크기를 비교할 수 있다. 또한, 상태 진단부(130)는 제3 타겟 피크(TP3)와 제3 참조 피크(P3)의 전압의 크기를 비교하고, 제4 타겟 피크(TP4)와 제4 참조 피크(P4)의 전압의 크기를 비교할 수 있다.
상태 진단부(130)는 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 상태 진단부(130)는, 상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 전압이 대응되는 상기 참조 피크의 전압 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 비정상 상태란 배터리가 퇴화됨에 따라 배터리의 SOH가 급격하게 감소되는 상태를 의미한다. 예컨대, 배터리의 상태가 비정상 상태로 진단되는 경우, 해당 배터리의 SOH는 급락될 수 있음을 의미한다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 타겟 피크(TP1)의 전압(Vtp1)은 제1 참조 피크(P1)의 전압(Vp1) 미만일 수 있다. 마찬가지로, 도 4의 실시예에서, 제2 타겟 피크(TP2)의 전압(Vtp2)은 제2 참조 피크(P2)의 전압(Vp2) 미만일 수 있다. 또한, 도 5의 실시예에서, 제3 타겟 피크(TP3)의 전압(Vtp3)은 제3 참조 피크(P3)의 전압(Vp3) 미만일 수 있다. 또한, 도 6의 실시예에서, 제4 타겟 피크(TP4)의 전압(Vtp4)은 제4 참조 피크(P4)의 전압(Vp4) 미만일 수 있다.
따라서, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)의 상태를 비정상 상태로 진단할 수 있다. 즉, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)에 대응되는 타겟 피크의 전압이 제1 배터리(B1)에 대응되는 참조 피크의 전압보다 작기 때문에, 제2 배터리(B2)의 상태를 SOH가 급락될 수 있는 비정상 상태라고 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리의 타겟 피크에 대응되는 전압과 참조 배터리의 참조 피크에 대응되는 전압을 비교함으로써, 배터리의 상태를 신속하게 진단할 수 있는 장점이 있다. 특히, 배터리 상태 진단 장치(100)는 참조 피크와 타겟 피크의 전압을 비교한 결과에 따라 급락 위험이 있는 배터리를 신속하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 상태 진단 장치(100)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 배터리 상태 진단 장치(100)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 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 및 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 배터리 상태 진단 장치(100)의 각 구성요소에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 저장부(140)는 배터리에 대한 복수의 미분 프로파일을 저장할 수 있다. 이 경우, 프로파일 획득부(110)는 저장부(140)에 접근하여, 배터리에 대한 복수의 미분 프로파일을 획득할 수 있다.
다른 예로, 저장부(140)는 배터리에 대한 복수의 배터리 프로파일을 저장할 수도 있다. 이 경우, 프로파일 획득부(110)는 저장부(140)에 접근하여 배터리에 대한 복수의 배터리 프로파일을 획득하고, 획득한 복수의 배터리 프로파일에 기반하여 복수의 미분 프로파일을 획득할 수 있다.
다른 실시예에서, 상태 진단부(130)는, 상기 복수의 타겟 피크 중 기준 피크를 설정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 복수의 타겟 피크 중에서 대응되는 배터리의 퇴화도가 가장 낮은 타겟 피크를 기준 피크로 설정할 수 있다. 구체적으로, 상태 진단부(130)는 전압이 가장 낮은 타겟 피크를 기준 피크로 설정할 수 있다.
예컨대, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 상태 진단부(130)는 제1 타겟 피크(TP1), 제2 타겟 피크(TP2), 제3 타겟 피크(TP3) 및 제4 타겟 피크(TP4) 중 대응되는 전압이 가장 낮은 제1 타겟 피크(TP1)를 기준 피크로 설정할 수 있다.
상태 진단부(130)는 설정된 기준 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 타겟 각각에 대한 전압 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 기준 피크(TP1)의 전압을 기준으로 제2 타겟 피크(TP2), 제3 타겟 피크(TP3) 및 제4 타겟 피크(TP4) 각각에 대한 전압 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, 제1 타겟 피크(TP1)에 대한 전압 변화율은 0이기 때문에 생략 가능한 것으로 가정한다. 구체적으로, 상태 진단부(130)는 "(제n 타겟 피크의 전압 - 기준 피크의 전압)÷기준 피크의 전압" 또는 "제n 타겟 피크의 전압 - 기준 피크의 전압"의 수식에 따라 전압 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, n은 양수이다.
또한, 상태 진단부(130)는 상기 복수의 타겟 피크에 대응되는 복수의 참조 피크 중 상기 설정된 기준 피크에 대응되는 참조 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 참조 피크 각각에 대한 참조 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 기준 피크(TP1)에 대응되는 제1 참조 피크(P1)의 전압을 기준으로 제2 참조 피크(P2), 제3 참조 피크(P3) 및 제4 참조 피크(P4) 각각에 대한 참조 변화율을 산출할 수 있다. 여기서, 제1 참조 피크(P1)에 대한 참조 변화율은 0이기 때문에 생략 가능한 것으로 가정한다. 여기서, 상태 진단부(130)는 타겟 피크의 전압 변화율을 산출하는 방식을 복수의 참조 피크에 적용하여, 참조 피크 각각에 대한 참조 변화율을 산출할 수 있다.
한편, 참조 피크는 미리 설정된 것이기 때문에, 복수의 참조 피크에 대한 참조 변화율 또한 미리 설정될 수도 있다.
상태 진단부(130)는 상기 복수의 타겟 피크와 상기 복수의 참조 피크 간의 대응 관계에 기반하여, 대응되는 전압 변화율과 참조 변화율을 비교하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 제2 타겟 피크(TP2)에 대한 제2 전압 변화율과 제2 참조 피크(P2)에 대한 제2 참조 변화율을 비교할 수 있다. 또한, 상태 진단부(130)는 제3 타겟 피크(TP3)에 대한 제3 전압 변화율과 제3 참조 피크(P3)에 대한 제3 참조 변화율을 비교할 수 있다. 또한, 상태 진단부(130)는 제4 타겟 피크(TP4)에 대한 제4 전압 변화율과 제4 참조 피크(P4)에 대한 제4 참조 변화율을 비교할 수 있다.
상태 진단부(130)는 변화율 비교 결과 및 상기 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상태 진단부(130)는 상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 상기 전압 및 상기 전압 변화율 각각이 대응되는 상기 참조 피크의 상기 전압 및 상기 참조 변화율 각각보다 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
즉, 상태 진단부(130)는 복수의 타겟 피크와 복수의 참조 피크 간의 전압뿐만 아니라 전압 변화율을 더 고려하여 배터리의 상태를 진단할 수 있다.
구체적으로, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)의 타겟 피크에 대한 전압 변화율이 대응되는 제1 배터리(B1)의 기준 피크에 대한 참조 변화율 미만이고, 제2 배터리(B2)의 타겟 피크의 전압이 대응되는 제1 배터리(B1)의 기준 피크에 대한 전압 미만인 경우, 제2 배터리(B2)의 상태를 비정상 상태로 진단할 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 4의 실시예를 참조하면, 제2 타겟 피크(TP2)에 대한 전압(Vtp2)은 제2 참조 피크(P2)에 대한 전압(Vp2) 미만일 수 있다. 다만, 제2 타겟 피크(TP2)에 대한 전압 변화율은 제2 참조 피크(P2)에 대한 참조 변화율보다 클 수 있다. 따라서, 상태 진단부(130)는 도 3 및 도 4의 실시예에 기반하여서는 제2 배터리(B2)의 상태를 비정상 상태로 진단하지 않을 수 있다.
다른 예로, 도 3 및 도 5의 실시예를 참조하면, 제3 타겟 피크(TP3)에 대한 전압(Vtp3)은 제3 참조 피크(P3)에 대한 전압(Vp3) 미만일 수 있다. 또한, 제3 타겟 피크(TP3)에 대한 전압 변화율은 제3 참조 피크(P3)에 대한 참조 변화율 미만일 수 있다. 마찬가지로, 도 3 및 도 6의 실시예를 참조하면, 제4 타겟 피크(TP4)에 대한 전압(Vtp4)은 제4 참조 피크(P4)에 대한 전압(Vp4) 미만일 수 있다. 또한, 제4 타겟 피크(TP4)에 대한 전압 변화율은 제4 참조 피크(P4)에 대한 참조 변화율 미만일 수 있다. 따라서, 상태 진단부(130)는 도 3, 도 5 및 도 6의 실시예에 기반하여, 제2 배터리(B2)의 상태를 비정상 상태로 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리의 전압뿐만 아니라 전압 변화율을 더 고려함으로써, 배터리의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다. 특히, 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리의 전압과 전압 변화율에 기반하여, SOH의 급락 가능성이 있는 비정상 배터리의 상태를 구체적으로 진단할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리의 수명 주기 동안 배터리의 SOH를 지속적으로 추적하지 않더라도, SOH의 급락 위험이 있는 배터리가 간편하게 선별될 수 있다.
보다 구체적으로, 상태 진단부(130)는 복수의 타겟 피크에 대응되는 전압 변화율의 증감 패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 상태 진단부(130)는 결정된 증감 패턴이 증가 패턴이고, 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 전압 및 전압 변화율 각각이 대응되는 참조 피크의 전압 및 참조 변화율 각각보다 미만인 경우, 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3 내지 도 6의 실시예에서, 제1 내지 제4 타겟 피크(TP1 내지 TP4)에 대응되는 전압은 제2 배터리(B2)가 퇴화될수록 증가될 수 있다. 즉, 제2 시점(SOH 0.97 시점), 제3 시점(SOH 0.95 시점) 및 제4 시점(SOH 0.92 시점)으로 시간이 경과될수록 제2 배터리(B2)의 전압 변화율은 점차 증가될 수 있다. 따라서, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)에 대한 전압 변화율의 증감 패턴을 증가 패턴으로 결정할 수 있다.
이후, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)에 대한 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 전압 및 전압 변화율과 대응되는 참조 피크의 전압 및 참조 변화율을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 제2 배터리(B2)의 상태를 진단할 수 있다.
앞서 설명한 예시와 같이, 제3 타겟 피크(TP3)에 대한 전압(Vtp3)은 제3 참조 피크(P3)에 대한 전압(Vp3) 미만이고, 제4 타겟 피크(TP4)에 대한 전압(Vtp4)은 제4 참조 피크(P4)에 대한 전압(Vp4) 미만일 수 있다. 또한, 제3 타겟 피크(TP3)에 대한 전압 변화율은 제3 참조 피크(P3)에 대한 참조 변화율 미만이고, 제4 타겟 피크(TP4)에 대한 전압 변화율은 제4 참조 피크(P4)에 대한 참조 변화율 미만일 수 있다.
따라서, 상태 진단부(130)는 제2 배터리(B2)의 상태를 비정상 상태로 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리에 대한 전압 변화율의 증감 패턴을 먼저 고려한 후에 타겟 피크와 참조 피크를 구체적으로 비교하기 때문에, 배터리에 대한 상태를 보다 신속하게 진단할 수 있는 장점이 있다. 특히, 배터리 상태 진단 장치(100)는 배터리에 대한 전압 변화율을 증가 패턴으로 결정한 경우 배터리의 퇴화가 점차 가속되고 있는 것으로 판단할 수 있고, 이 경우에 한하여 급락 가능성이 있는 배터리인지 여부를 진단함으로써 배터리의 상태를 보다 신속하고 정확하게 진단할 수 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 프로파일 획득부(110), 피크 결정부(120), 상태 진단부(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, 배터리 상태 진단 장치(100), 측정부(200) 및 하나 이상의 배터리(B)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1), 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 센싱 라인(SL1)은 배터리(B)의 양극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 센싱 라인(SL2)은 배터리(B)의 음극과 측정부(200)에 연결될 수 있다. 측정부(200)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 측정된 배터리(B)의 양극 전압과 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 측정된 배터리(B)의 음극 전압 간의 차이를 계산하여, 배터리(B)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(200)는 제3 센싱 라인(SL3)과 연결된 전류 측정 유닛(A)을 통해서 배터리(B)의 충전 전류 및/또는 방전 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 전류 측정 유닛(A)은 션트 저항 또는 전류계일 수 있다.
측정부(200)에 의해 측정된 배터리(B)의 전압 및 전류는 배터리 상태 진단 장치(100)로 송신될 수 있다.
예컨대, 프로파일 획득부(110)는 측정부(200)로부터 배터리(B)의 전압 및 전류를 수신할 수 있다. 프로파일 획득부(110)는 수신한 배터리(B)의 전압 및 전류에 기반하여 배터리(B)의 전압과 미분 용량 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
다른 예로, 저장부(140)는 측정부(200)로부터 배터리(B)의 전압 및 전류를 수신하여 저장할 수 있다. 프로파일 획득부(110)는 저장부(140)에 접근하여 배터리(B)의 전압 및 전류에 대한 배터리 프로파일을 획득하고, 획득된 배터리 프로파일에 기반하여 미분 프로파일을 생성할 수 있다.
또 다른 예로, 프로파일 획득부(110)는 측정부(200)로부터 배터리(B)의 미분 용량과 전압 간의 대응 관계를 나타내는 미분 프로파일을 직접 수신하여 획득할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 상태 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
바람직하게, 배터리 상태 진단 방법의 각 단계는 배터리 상태 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 상태 진단 방법은 프로파일 획득 단계(S100), 피크 결정 단계(S200), 비교 단계(S300) 및 상태 진단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
프로파일 획득 단계(S100)는 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하는 단계로서, 프로파일 획득부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3 내지 도 6의 실시예에서, 프로파일 획득부(110)는 제2 배터리(B2)에 대한 복수의 미분 프로파일을 획득할 수 있다.
피크 결정 단계(S200)는 상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하는 단계로서, 피크 결정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 3 내지 도 6의 실시예에서, 피크 결정부(120)는 제2 배터리(B2)에 대한 복수의 미분 프로파일 각각에서 타겟 피크를 결정할 수 있다. 구체적으로, 피크 결정부(120)는 제1 미분 프로파일(DP1)에서 제1 타겟 피크(TP1)를 결정하고, 제2 미분 프로파일(DP2)에서 제2 타겟 피크(TP2)를 결정할 수 있다. 또한, 피크 결정부(120)는 제3 미분 프로파일(DP3)에서 제3 타겟 피크(TP3)를 결정하고, 제4 미분 프로파일(DP4)에서 제4 타겟 피크(TP4)를 결정할 수 있다.
비교 단계(S300)는 상기 피크 결정 단계(S200)에서 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하는 단계로서, 상태 진단부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 서로 대응되는 타겟 피크와 참조 피크의 전압 및/또는 전압 변화율을 비교할 수 있다.
상태 진단 단계(S400)는 상기 비교 단계(S300)에서의 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 단계로서, 상태 진단부(130)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 상태 진단부(130)는 비교 결과에 기반하여 SOH의 급락 가능성이 있는 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단할 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 상태 진단 장치
110: 프로파일 획득부
120: 피크 결정부
130: 상태 진단부
140: 저장부
200: 측정부
B: 배터리

Claims (10)

  1. 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하도록 구성된 프로파일 획득부;
    상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하도록 구성된 피크 결정부; 및
    상기 피크 결정부에 의해 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하며, 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 상태 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태 진단부는,
    상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 전압이 대응되는 상기 참조 피크의 전압 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상태 진단부는,
    상기 복수의 타겟 피크 중 기준 피크를 설정하고, 설정된 기준 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 타겟 각각에 대한 전압 변화율을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상태 진단부는,
    상기 복수의 타겟 피크에 대응되는 복수의 참조 피크 중 상기 설정된 기준 피크에 대응되는 참조 피크의 전압을 기준으로 상기 복수의 참조 피크 각각에 대한 참조 변화율을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상태 진단부는,
    상기 복수의 타겟 피크와 상기 복수의 참조 피크 간의 대응 관계에 기반하여, 대응되는 전압 변화율과 참조 변화율을 비교하고, 변화율 비교 결과 및 상기 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진다 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상태 진단부는,
    상기 복수의 타겟 피크 중 적어도 하나의 상기 전압 및 상기 전압 변화율 각각이 대응되는 상기 참조 피크의 상기 전압 및 상기 참조 변화율 각각보다 미만인 경우, 상기 배터리의 상태를 비정상 상태로 진단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 획득부는,
    서로 다른 복수의 시점에서의 상기 배터리에 대한 미분 프로파일을 획득하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 시점은,
    상기 배터리에 대한 복수의 사이클 시점 또는 복수의 퇴화 시점인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 상태 진단 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 배터리의 전압에 대한 상기 배터리의 용량의 변화율을 나타내는 미분 용량과 상기 전압 간의 대응 관계를 나타내는 복수의 미분 프로파일을 획득하는 프로파일 획득 단계;
    상기 복수의 미분 프로파일 각각에서 소정의 전압 구간에 위치한 타겟 피크를 결정하는 피크 결정 단계;
    상기 피크 결정 단계에서 결정된 복수의 타겟 피크의 전압과 상기 복수의 타겟 피크 각각에 대응되도록 미리 설정된 참조 피크의 전압을 비교하는 비교 단계; 및
    상기 비교 단계에서의 전압 비교 결과에 기반하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 방법.
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