KR20240003780A - 배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 한 쌍의 배터리 유닛의 충전 정보를 확보하여 해당 배터리의 고장 상황을 경보하고, 건전성을 계산하는 배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 충방전을 관리하는 배터리 관리부, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하고, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리의 고장 징후를 판단하는 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부를 포함할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 건전성 산출 방법은 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 배터리 관리부로부터 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 배터리 충전 정보를 전달받는 단계, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 고장 징후를 판단하는 단계, 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법{APPARATUS FOR BATTERY MANAGEMENT AND METHOD FOR CACULATING BATTERY HEALTH AND SIGN OF FAILURE}
본 발명은 배터리 셀의 건전성을 평가하는 배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기차 (Electric Vehicle; EV), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)는 배터리에 전력을 저장하고 저장된 전력을 사용하는 구성을 가지며, 많은 수량의 배터리가 소요되고, 다양한 종류의 배터리 중에서 리튬 계열 배터리들이 많이 이용된다. 이러한 배터리들은 영구적으로 사용되지 못하고 일정 사용 시간이 결과하면 성능이 열화되는데, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀 전체가 균등하게 열화되는 경우와 배터리 셀 일부만 열화되는 경우에는 부분적인 과충전 또는 과방전이 발생될 가능성이 높고, 이러한 과충전 또는 과방전은 배터리의 과열로 인한 화재 또는 폭발 가능성이 있다. 이러한 배터리 셀의 부분적인 열화를 감지하고 배터리의 고장 사고를 방지하기 위해 종래에는 충방전 중 생성되는 전압, 전류, 온도 등의 데이터를 취득하고 분석하여 배터리의 잔존 용량, 내부 등가 저항 등의 값을 계산하였으나, 가동중인 전기차 또는 에너지 지장 시스템에서 사용할 수 없어, 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀의 전압 또는 온도를 측정하고 분석하는 새로운 방법이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0136079호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 한 쌍의 배터리 유닛의 충전 정보를 확보하여 해당 배터리의 고장 상황을 경보하고, 건전성을 계산하는 배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법을 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 충방전을 관리하는 배터리 관리부, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하고, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리의 고장 징후를 판단하는 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 건전성 산출 방법은 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 배터리 관리부로부터 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 배터리 충전 정보를 전달받는 단계, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 고장 징후를 판단하는 단계, 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 장기간 전기차용 또는 에너지 저장 장치용으로 사용된 배터리를 재사용하거나 수명 연장 사용하는 과정에 있어서, 안정적으로 배터리의 사용 가능한 방전 전력 용량을 실시간으로 계산할 수 있고, 배터리의 건전성(SOH)를 실시간으로 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 잔존 수명 예측과 더불어 안정적인 배터리 충방전 운영이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 채용한 배터리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법을 개략적으로 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 충전 및 방전 중 전압 편차 발생에 따른 상태 판단을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 배터리 관리부로부터 전달받은 배터리 유닛 전압 데이터를 이용하여 전압 평균, 분산, 최고 및 최저 전압값 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 배터리 관리부로부터 전달받은 배터리 유닛의 온도 데이터를 이용하여 온도 평균, 분산, 최고 및 최저 온도값 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 채용한 배터리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 채용한 배터리 시스템은 적어도 한쌍의 배터리 유닛을 갖는 배터리부(10)의 충방전을 제어하는 배터리 충방전기(20)와 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 배터리부(10)는 한쌍별로 배터리 유닛(제1 내지 제N 배터리 유닛)을 구비할 수 있으며, 상기 배터리 유닛 각각은 배터리 셀 또는 배터리 모듈일 수 있다. 상기 배터리 유닛은 리튬 배터리를 구성할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 배터리 관리부(110) 및 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부(120)를 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 충전 정보를 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부(120)에 전달할 수 있다, 상기 충전 정보는 해당 배터리의 전압, 온도, 충방전 적산 전력, 충전량(SOC) 등을 포함할 수 있다.
배터리 고장 징후 및 건전성 계산부(120)는 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121) 및 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈(122)을 포함할 수 있다. 배터리 관리부(110), 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121) 및 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈(122) 간의 연결은 디지털 데이터 통신으로 연결될 수 있다.
배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 배터리 관리부(110)로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하고, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리의 고장 징후를 판단할 수 있으며, 판단 결과를 배터리 충방전기(20) 및 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈(122)에 전달할 수 있다.
배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈(122)은 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)에 의해 평가된 해당 배터리 유닛의 건전성을 디스플레이할 수 있으며, 해당 배터리 유닛의 고장 상황을 경고할 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 나타내는 플로우차트이다.
도 1과 함께 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 배터리 관리부(110)는 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 온도, 전압, 충전량(SOC), 충방전 전력량 등을 측정할 수 있다.
배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 먼저 초기 상태를 설정하는데, Set_SOC_Alt_Lo, Set_SOC_Alt_Hi, Set_Temp_Devi_Fault, Set_Temp_Devi_Warning, Set_Volt_Devi_Fault, Set_Volt_Devi_Warning, Set_Dischg_Capa, Set_Temp_Devi, Set_Volt_Devi 등의 값을 상수로 설정할 수 있다(S1). 여기서, Set_SOC_Alt_Lo는 전압 변동이 급격해지는 높은 쪽 대체 충전량(SOC) 설정 값, Set_SOC_Alt_Hi는 전압 변동이 급격해지는 낮은 쪽 대체 충전량(SOC) 설정 값, Set_Temp_Devi_Fault는 온도 편차 고장 판단 기준 설정 값, Set_Temp_Devi_Warning는 온도 편차 경고 판단 기준 설정 값, Set_Volt_Devi_Fault는 전압 편차 고장 판단 기준 설정 값, Set_Volt_Devi_Warning는 전압 편차 경고 판단 기준 설정 값, Set_Dischg_Capa는 방전 용량 초기 설정 값, Set_Temp_Devi는 건전성(SOH) 연산에 사용되는 온도 편차 설정 기준, Set_Volt_Devi는 건전성(SOH) 연산에 사용되는 전압 편차 설정 기준을 의미할 수 있으며, SOC는 배터리 관리부(110)로부터 전달받은 충전량 계측 값일 수 있다. 이후, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 충전량 운영 하한과 상한 값(SOC_Op_Lo, SOC_Op_Hi)을 각각 초기 설정된 운영 충전량 하한값 및 상한값SOC_Lmt_Lo, SOC_Lmt_Hi)로 설정할 수 있다(S2). 초기 설정된 운영 충전량 하한값은 예를 들어, 보통 충전량의 5~15% 정도로 설정될 수 있고, 초기 설정된 운영 충전량 상한 값은 예를 들어 보통 충전량의 85~95% 정도로 설정될 수 있다.
다음으로, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 배터리 관리부(110)로부터 충전량(SOC), 배터리 유닛의 온도 및 전압을 입력 받고(S3), 해당 배터리 유닛의 온도 편차 및 전압 편차를 계산하여, 각각의 온도 편차 값(Temp_Devi) 및 전압 편차 값(Volt_Devi)와 온도 편차 최대 값(Temp_Devi_Max) 및 전압 편차 최대값(Volt_Dev_kMax)를 산출할 수 있다(S4).
이후, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 해당 배터리 유닛의 온도 편차 측정 값과 허용 온도 편차 설정 값의 비교 분석을 통해 해당 배터리 유닛의 고장 경고(warning) 상황, 고장(fault) 상황 및 운영 정지(Stop Operation) 상황을 판단할 수 있다(S5~S15).
고장 경고는 온도 편차 측정 값(Temp_Devi_Max)이 온도 편차 경고 설정 값(Set_Temp_Devi_Warning)보다 높은 경우이거나(S5), 온도 편차 측정 값(Temp_Devi_Max)이 설정된 온도 편차 고장 설정 값(Set_Temp_Devi_Fault)보다 높은데(S6) 충전량(SOC)가 대체 충전량(Set_SOC_Alt) 보다 높은 경우이며(S7), 경고가 발생되는 경우에는 운영을 지속하며(S11), 온도 편차 측정 값이 설정된 온도 편차 고장 설정 값보다 높아지면 운영 충전량(SOC) 범위를 조정한다(S7,S8,S12,S13,S14,S15). 고장은 충전량(SOC)가 대체 충전량 범위 내(Set_SOC_Alt_Lo~Set_SOC_Alt_Hi)에서 온도 편차 측정 값이 설정된 온도 편차 고장 설정 값보다 높은 경우이며, 이 때는 고장 상황을 경보하고 운영을 정지한다(S9, S10).
다음으로, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 해당 배터리 유닛의 전압 편차 측정 값과 허용 전압 편차 설정 값의 비교 분석을 통해 경고(warning) 상황, 고장(fault) 상황 및 운영 정지(Stop Operation) 상황을 판단하는데, 상술한 온도 편차과 유사한 과정을 거친다(S16~S26). 경고는 전압 편차 측정 값(Volt_Devi_Max)이 전압 편차 경고 설정 값(Set_Volt_Devi_Warning)보다 높은 경우이거나(S16) 전압 편차 측정 값(Volt_Devi_Max)이 설정된 전압 편차 고장 설정 값(Set_Volt_Devi_Warning)보다 높은데 충전량(SOC)가 대체 충전량(Set_SOC_Alt) 보다 높은 경우이며(S17), 경고가 발생되는 경우에는 운영을 지속하며(S18,S19,S23,S24,S25,S26) 전압 편차 측정 값이 설정된 전압 편차 고장 설정 값보다 높아지면 운영 충전량(SOC) 범위를 조정한다(S23,S24). 충전량(SOC)가 대체 충전량 범위 내(Set_SOC_Alt_Lo~Set_SOC_Alt_Hi)에서 전압 편차 측정 값이 설정된 전압 편차 고장 설정 값보다 높은 경우이며, 이 때는 고장 상황을 경보하고 운영을 정지한다(S20, S21).
다음 과정으로, 충전량(SOC) 운영 범위가 축소된 값을 계산하고(S27), 안정적으로 운영 가능한 충전량(SOC) 범위 값을 이용하여 방전 가능 전력 용량을 갱신할 수 있다(S28). 이는 도 3의 그래프에서 표현한 방전 가능 영역(Discharging possible region)의 전력량과 동일한 값이며, 다음의 수식 1과 같을 수 있다.
(수식 1)
여기서 P(t)는 방전 전력 값이고, Dischg_Capa는 방전 가능 전력 용량이며, t-dis_cut는 방전 중 전압 편차 과다에 따른 방전 중지 시각이고, 상술한 방전 전력 값은 충전 가능 영역에서 충전 가능 전력 값도 유사 과정으로 계산될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 방전 중 충전량 변화와 적산 방전 전력량의 변화에 따른 방전 가능 전력 용량을 나타내는 그래프이다. 도 3에서 좌측의 두 그래프는 충전 상황을 나타냈고, 우측의 두 그래프는 방전 상황을 나타냈다. 상측의 충전 및 방전 상황을 표시한 두 그래프에서 실선은 정상 용량의 배터리의 시간 경과에 따른 전압 변동이고, 점선은 용량이 저하된 배터리의 시간 경과에 따른 전압 변동이다. 하측의 두 그래프는 충전 및 방전 상황 각각에서 정상 용량의 배터리와 용량이 저하된 배터리의 시간 경과에 따른 전압 차의 변동이다.
여기서, SOC_Alt_Lo는 전압 변동이 급격해지는 낮은 쪽 대체 충전량(SOC) 범위 값이며, 예를 들어, 보통 충전량(SOC) 20% 이하이다. SOC_Alt_Hi는 전압 변동이 급격해지는 높은 쪽 대체 충전량(SOC) 범위 값이며, 보통 충전량(SOC) 80% 이상이다. SOC_Lmt_Lo는 초기 설정된 운영 충전량(SOC) 하한 값이며, 보통 충전량(SOC) 5~15% 정도이고, SOC_Lmt_Hi는 초기 설정된 운영 충전량(SOC) 상한 값이며, 보통 충전량(SOC) 85~95% 정도이다. Set_Volt_Devi는 전압 편차 허용 판단 기준이며, 사용자가 설정한다. t_chg_cut는 충전 중 전압 편차 과다에 따른 충전 중지 시각이고, t_dis_cut는 방전 중 전압 편차 과다에 따른 방전 중지 시각을 의미한다.
배터리 관리부(110)는 해당 배터리 유닛의 전압과 온도를 계측할 수 있고, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 계측된 전압, 온도 값에 따라 해당 배터리 유닛의 전압 및 온도 편차 값을 산출할 수 있다(Sk). 배터리 관리부(110)에 계측된 충전 정보와 이를 이용하여 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)이 계산하는 데이터는 다음의 도시된 그래프와 같을 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 배터리 관리부(110)로부터 전달받은 배터리 유닛의 전압 데이터를 이용하여 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)이 계산한 전압 평균, 분산, 최고 및 최저 전압값 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서 배터리 관리부(110)로부터 전달받은 배터리 유닛의 온도 데이터를 이용하여 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)이 계산한 온도 평균, 분산, 최고 및 최저 온도값 데이터를 나타내는 그래프이다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 다음의 수식 2에 따라 건전성(SOH)를 계산할 수 있다(S29).
(수식 2)
여기서, Dischg_Capa : 방전 가능 전력 용량, Set_Dischg_Capa : 방전 용량 초기 설정 값, Set_Temp_Devi : 건전성(SOH) 연산에 사용되는 온도 편차 설정 기준, Set_Volt_Devi : 건전성(SOH)에 사용되는 전압 편차 설정 기준, Set_Time : 초기에 설정되는 최소 인터벌 시간 값, SOC : 배터리 관리부(110)로부터 전달받은 충전량(SOC) 계측 값, Power : 계측된 전력 값, Temp_Devi : 계측된 배터리 유닛의 온도의 편차 값, Volt_Devi : 계측된 배터리 유닛의 전압의 편차 값을 나타낼 수 있다.
다음으로, 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈(122)은 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)로부터 전달받은 건전성(SOH)값을 출력하고(S30), 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈(121)은 저장된 건전성(SOH)값을 갱신한 후(S31) 배터리 관리부(110)로부터 전력, 충전량, 적산 전력 등의 충전 정보를 입력 받아 상술한 일련의 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 방법이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상술한 하나 이상의 실시예를 구현하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스(1100)를 포함하는 시스템(1000)의 예시를 도시한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
컴퓨팅 디바이스(1100)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛(1110) 및 메모리(1120)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세싱 유닛(1110)은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays; FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리(1120)는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 추가적인 스토리지(1130)를 포함할 수 있다. 스토리지(1130)는 자기 스토리지, 광학 스토리지 등을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다. 스토리지(1130)에는 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시예를 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령이 저장될 수 있고, 운영 시스템, 애플리케이션 프로그램 등을 구현하기 위한 다른 컴퓨터 판독 가능한 명령도 저장될 수 있다. 스토리지(1130)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령은 프로세싱 유닛(1110)에 의해 실행되기 위해 메모리(1120)에 로딩될 수 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 입력 디바이스(들)(1140) 및 출력 디바이스(들)(1150)을 포함할 수 있다. 여기서, 입력 디바이스(들)(1140)은 예를 들어 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 또는 임의의 다른 입력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력 디바이스(들)(1150)은 예를 들어 하나 이상의 디스플레이, 스피커, 프린터 또는 임의의 다른 출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 다른 컴퓨팅 디바이스에 구비된 입력 디바이스 또는 출력 디바이스를 입력 디바이스(들)(1140) 또는 출력 디바이스(들)(1150)로서 사용할 수도 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 네트워크(1200)을 통하여 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1300))와 통신할 수 있게 하는 통신접속(들)(1160)을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 접속(들)(1160)은 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속 또는 컴퓨팅 디바이스(1100)를 다른 컴퓨팅 디바이스에 접속시키기 위한 다른 인터페이스를 포함할 수 있다. 또한, 통신 접속(들)(1160)은 유선 접속 또는 무선 접속을 포함할 수 있다.
상술한 컴퓨팅 디바이스(1100)의 각 구성요소는 버스 등의 다양한 상호접속(예를 들어, 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조 등)에 의해 접속될 수도 있고, 네트워크에 의해 상호접속될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "배터리 관리부", "배터리 고장 징후 및 건전성 계산부", "배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈", "배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈" 등과 같은 용어들은 일반적으로 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭하는 것이다. 예를 들어, 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 하나 이상의 구성요소는 프로세스 및/또는 실행의 스레드 내에 존재할 수 있으며, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장기간 전기차용 또는 에너지 저장 장치용으로 사용된 배터리를 재사용하거나 수명 연장 사용하는 과정에 있어서, 안정적으로 배터리의 사용 가능한 방전 전력 용량을 실시간으로 계산할 수 있고, 배터리의 건전성(SOH)를 실시간으로 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 잔존 수명 예측과 더불어 안정적인 배터리 충방전 운영이 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 배터리 관리 장치
110: 배터리 관리부
120: 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부
121: 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈
122: 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈

Claims (10)

  1. 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 충방전을 관리하는 배터리 관리부; 및
    상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하고, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리의 고장 징후를 판단하는 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부
    를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부는
    상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 평가하고, 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 온도 편차와 전압 편차 중 적어도 하나를 계산하여 사전에 설정된 허용 설정값과의 비교 결과에 따라 배터리 고장 징후를 판단하는 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈; 및
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈에 의해 평가된 해당 배터리 유닛의 배터리 고장 징후 및 건전성을 디스플레이하는 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 사용자 인터페이스 모듈
    을 포함하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈은 해당 배터리 유닛의 온도 편차 측정값과 사전에 설정된 허용 온도 편차 설정 값과의 비교 결과에 따라 해당 배터리의 고장 경고 상황, 고장 상황 및 운영 중지 상황을 판단하거나, 해당 배터리 유닛의 전압 편차 측정값과 사전에 설정된 허용 전압 편차 설정 값과의 비교 결과에 따라 해당 배터리의 고장 경고 상황, 고장 상황 및 운영 중지 상황을 판단하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈은 하기의 수식 1에 따라 해당 배터리 유닛의 방전 가능 전력 용량을 계산하는 배터리 관리 장치.
    수식 1

    (여기서, Dischg_Capa는 방전 가능 전력 용량, P(t)는 방전 전력값, t-dis_cut는 방전 중 전압 편차 과다에 따른 방전 중지 시각을 의미한다.)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈은 하기의 수식 2에 따라 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하는 배터리 관리 장치.
    수식 2

    (여기서, Dischg_Capa : 방전 가능 전력 용량, Set_Dischg_Capa : 방전 용량 초기 설정 값, Set_Temp_Devi : 건전성(SOH) 연산에 사용되는 온도 편차 설정 기준, Set_Volt_Devi : 건전성(SOH) 연산에 사용되는 전압 편차 설정 기준, SOC : 상기 배터리 관리부로부터 전달받은 충전량 계측 값, Power : 계측된 전력 값, Temp_Devi : 계측된 해당 배터리 유닛의 온도의 편차 값, Volt_Devi : 계측된 해당 배터리 유닛의 전압의 편차 값을 의미한다.)
  6. 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 배터리 관리부로부터 적어도 한쌍의 배터리 유닛의 배터리 충전 정보를 전달받는 단계;
    상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 고장 징후를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 해당 배터리 유닛의 충방전 용량, 전압 최대 편차 및 온도 최대 편차를 계산하여 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하는 단계
    를 포함하는 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고장 징후를 판단하는 단계는 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 상기 배터리 관리부로부터의 배터리 충전 정보에 기초하여 해당 배터리 유닛의 온도 편차와 전압 편차 중 적어도 하나를 계산하여 사전에 설정된 허용 설정값과의 비교 결과에 따라 배터리 고장 징후를 판단하는 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고장 징후를 판단하는 단계는 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 계산부가 해당 배터리 유닛의 온도 편차 측정값과 사전에 설정된 허용 온도 편차 설정 값과의 비교 결과에 따라 해당 배터리의 고장 경고 상황, 고장 상황 및 운영 중지 상황을 판단하거나, 해당 배터리 유닛의 전압 편차 측정값과 사전에 설정된 허용 전압 편차 설정 값과의 비교 결과에 따라 해당 배터리의 고장 경고 상황, 고장 상황 및 운영 중지 상황을 판단하는 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 건전성을 계산하는 단계는 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈이 하기의 수식 1에 따라 해당 배터리 유닛의 방전 가능 전력 용량을 계산하는 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법.
    수식 1

    (여기서, Dischg_Capa는 방전 가능 전력 용량, P(t)는 방전 전력값, t-dis_cut는 방전 중 전압 편차 과다에 따른 방전 중지 시각을 의미한다.)
  10. 제9항에 있어서,
    상기 건전성을 계산하는 단계는 상기 배터리 고장 징후 및 건전성 평가 모듈이 하기의 수식 2에 따라 해당 배터리 유닛의 건전성을 계산하는 배터리 고장 징후와 건전성 산출 방법..
    수식 2

    (여기서, Dischg_Capa : 방전 가능 전력 용량, Set_Dischg_Capa : 방전 용량 초기 설정 값, Set_Temp_Devi : 건전성(SOH) 연산에 사용되는 온도 편차 설정 기준, Set_Volt_Devi : 건전성(SOH) 연산에 사용되는 전압 편차 설정 기준, SOC : 상기 배터리 관리부로부터 전달받은 충전량 계측 값, Power : 계측된 전력 값, Temp_Devi : 계측된 해당 배터리 유닛의 온도의 편차 값, Volt_Devi : 계측된 해당 배터리 유닛의 전압의 편차 값을 의미한다.)
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