KR20240016135A - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출하는 산출부 및 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
배터리 셀의 퇴화 속도는 배터리 셀의 생산 편차, 주행 중 노출되는 온도, 전압 등의 요인에 의해 배터리 셀 마다 서로 상이해질 수 있다. 배터리 셀의 용량은 퇴화도에 따라 변하게 되는데, 용량이 작은 배터리 셀이 존재하는 경우 작은 충전 용량만으로 용량이 작은 배터리 셀 충전 타겟 전압에 도달할 수 있다. 이 경우, 다른 배터리 셀들은 배터리 셀 충전 타겟 전압에 도달하지 못할 수 있어 밸런싱이 수행되는 경우 실제 가용 용량이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 배터리 팩의 효율적인 용량 운영을 위하여 각각의 배터리 셀의 SOH를 반영하여 밸런싱을 수행할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 최대 SOH를 가지는 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량을 고려하여 각각의 배터리 셀의 밸런싱 용량을 산출할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 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 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출하는 산출부 및 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량과 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하고, 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량과 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하고, 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 용량과 상기 제1 용량의 차이를 상기 밸런싱 용량으로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산출부는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하고, 상기 제2 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하고, 상기 제2 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOH의 차이가 설정 SOH 이상인 경우 상기 밸런싱 용량을 산출하고, 상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 SOC 및 상기 제2 배터리 셀의 SOC가 설정 SOC 이상인 경우에 상기 밸런싱 용량을 산출하고, 상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량을 산출하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출하는 단계 및 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량과 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하는 단계, 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량과 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하는 단계 및 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 밸런싱 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계 및 상기 제2 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계 및 상기 제2 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, 각각의 배터리 셀의 SOH를 반영하여 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 최대 SOH를 가지는 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량을 고려하여 각각의 배터리 셀의 밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리 팩의 가용 용량을 최대로 하기 위하여 각각의 배터리 셀의 밸런싱을 수행할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 팩의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 산출된 밸런싱 용량을 기초로 밸런싱을 수행하는 예시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐롬도이다.
도 5 내지 도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 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.
도 1은 일반적인 배터리 팩의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 (+) 단자 측 또는 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다. 이 때, 배터리 팩(1)에는 배터리 모듈(10), 센서(12), 스위칭부(14) 및 배터리 관리 시스템(20)이 복수 개 구비될 수 있다.
여기서, 스위칭부(14)는 복수의 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 소자로서, 예를 들면, 배터리 팩(1)의 사양에 따라서 적어도 하나의 릴레이, 마그네틱 접촉기 등이 이용될 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(20)은, 스위칭부(14) 예를 들어, 릴레이 또는 접촉기 등의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10) 각각의 상태를 감시할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(20)은 도 2의 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(20)은 도 2의 배터리 관리 장치(100)와 상이한 다른 시스템일 수 있다. 즉, 도 2의 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(1)에 포함될 수도 있고, 배터리 팩(1) 외부의 다른 장치로 구성될 수도 있다.
상위 제어기(2)는 배터리 관리 시스템(20)으로 배터리 모듈(10)에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(20)은 상위 제어기(2)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 산출부(110) 및 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다. 실시예예 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 도 1의 배터리 관리 시스템(20)에 포함될 수도 있고, 또는 도 1의 배터리 관리 시스템(20)과 상이한 다른 장치일 수도 있다.
산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 전압, 전류, 온도, 충방전 조건 중 적어도 어느 하나에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀의 SOH를 산출하는 방법은 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략하고자 한다.
실시예에 따르면, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 배터리 셀의 기준 용량과 최대 용량의 비율로서 산출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 기준 용량이 100Ah이고 퇴화가 진행된 후 배터리 셀의 최대 용량이 80Ah인 경우, 산출부(110)는 배터리 셀의 SOH를 80%로 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 전압, 전류, 온도, 충방전 조건 중 적어도 어느 하나에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 배터리 셀의 최대 용량과 배터리 셀의 현재 용량의 비율로서 산출할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 배터리 셀의 기준 용량이 100Ah이고 SOH가 80%로 배터리 셀의 최대 용량이 80Ah로 산출되고, 배터리 셀의 현재 용량이 40Ah인 경우, 산출부(110)는 배터리 셀의 SOC를 50%로 산출할 수 있다.
컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량을 산출할 수 있고, 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 기준 용량(기준 용량은 배터리 셀의 출하 시 용량)과 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제1 배터리 셀의 최대 용량(퇴화가 진행되고 충전 완료 후 배터리 셀의 용량)을 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOH와 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀의 기준 용량이 50Ah 제1 배터리 셀의 SOH가 80%이고, 제1 배터리 셀의 SOC가 50%인 경우, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 최대 용량은 50Ah의 80%인 40Ah로 산출할 수 있고, 제1 배터리 셀의 현재 용량은 40Ah의 50%인 20Ah로 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 기준 용량과 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 컨트롤러(120)가 제2 배터리 셀의 최대 용량 및 현재 용량을 산출하는 방법은, 제1 배터리 셀의 최대 용량 및 현재 용량을 산출하는 방법과 동일할 수 있다.
컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 현재 용량과 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하고, 제1 배터리 셀의 최대 용량과 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따라서, 컨트롤러(120)는 제2 용량과 제1 용량의 차이를 밸런싱 용량으로 산출할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 산출된 밸런싱 용량을 기초로 밸런싱을 수행하는 예시를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)의 산출부(110)는 제1 배터리 셀(310)의 SOH, SOC와 제2 배터리 셀(320)의 SOH, SOC를 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)의 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀(310) 및 제2 배터리 셀(320)의 기준 용량, 최대 용량, 현재 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 기준 용량은 배터리 셀의 출하 시 용량일 수 있으므로, 제1 배터리 셀(310) 및 제2 배터리 셀(320)은 50Ah로 같은 용량을 가질 수 있다.
컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀(310)의 최대 용량을 기준 용량 및 SOH에 기반하여 산출할 수 있고, 제1 배터리 셀(310)의 현재 용량을 최대 용량 및 SOC에 기반하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(310)의 기준 용량이 50Ah이고, SOH가 100%이므로, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀(310)의 최대 용량을 50Ah로 산출할 수 있고, SOC가 70%이므로 현재 용량을 35Ah로 산출할 수 있다.
컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀(320)의 최대 용량을 기준 용량 및 SOH에 기반하여 산출할 수 있고, 제2 배터리 셀(320)의 현재 용량을 최대 용량 및 SOC에 기반하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리 셀(320)의 기준 용량이 50Ah이고, SOH가 80%이므로, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀(320)의 최대 용량을 40Ah로 산출할 수 있고, SOC가 90%이므로 현재 용량을 36Ah로 산출할 수 있다.
컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀(310)의 현재 용량(35Ah)과 제2 배터리 셀(320)의 현재 용량(36Ah)의 차이인 제1 용량(-1Ah)을 산출할 수 있고, 제1 배터리 셀(310)의 최대 용량(50Ah)및 제2 배터리 셀(320)의 최대 용량(40Ah)의 차이인 제2 용량(10Ah)을 산출할 수 있고, 제1 용량(-1Ah)과 제2 용량(10Ah)에 기반하여 밸런싱 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제2 용량(10Ah)과 제1 용량(-1Ah)의 차이(11Ah)를 밸런싱 용량으로 산출할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀(310)과 제2 배터리 셀(320)의 밸런싱 용량을 11Ah로 산출할 수 있다.
컨트롤러(120)는 산출된 밸런싱 용량(11Ah)에 기반하여 제2 배터리 셀(320)의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 밸런싱 된 제2 배터리 셀(340)은 현재 용량이 25Ah로 설정될 수 있다. 즉, 밸런싱이 수행된 이후, 제1 배터리 셀(330)과 제2 배터리 셀(340)이 15Ah만큼 충전되면, 제1 배터리 셀(330)과 제2 배터리 셀(340)은 각각의 최대 용량(50Ah, 40Ah)에 대응되는 용량까지 충전될 수 있다. 따라서 제1 배터리 셀(330) 및 제2 배터리 셀(340)을 포함하는 배터리 팩은 제1 배터리 셀(330) 및 제2 배터리 셀(340)의 용량을 최대한으로 사용할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOH를 비교할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOH의 차이가 설정 SOH 이상인 경우 밸런싱 용량을 산출할 수 있고, 밸런싱 용량에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOH의 차이가 설정 SOH 미만인 경우 기존 밸런싱 방법대로 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 따라서, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 기 설정값 이상만큼 SOH의 차이가 발생한 경우 SOH를 고려하여 밸런싱 용량을 설정하여 밸런싱을 수행할 수 있고, 기 설정값 이상만큼 SOH의 차이가 발생하지 않은 경우에는 기존 밸런싱 방법대로 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 실시예에 따르면, 설정 SOH는 5%일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOC 및 제2 배터리 셀의 SOC가 설정 SOC 이상인 경우에 밸런싱 용량을 산출하고, 밸런싱 용량에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 따라서, SOC가 설정 SOC 이하인 경우에는 밸런싱을 수행하지 않음으로서 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀의 용량을 관리할 수 있다. 실시예에 따르면, 설정 SOC는 50%일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량을 산출하고, 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 SOH가 최대인 제1 배터리 셀을 기준으로 다른 배터리 셀들에 대응되는 밸런싱 용량을 산출할 수 있고, 산출된 밸런싱 용량을 기초로 다른 배터리 셀들의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 SOH를 고려하여 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 제어하여 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩이 최대 용량을 활용할 수 있도록 관리할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 산출된 밸런싱 용량을 밸런싱 전류로 나누어 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 산출된 밸런싱 시간은 사용자에게 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀이 운행 중, 충전 중 또는 슬립 중 관계없이 밸런싱 용량을 산출하여 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐롬도이다.
도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 산출하는 단계(S110) 및 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 단계들은 도 2의 배터리 관리 장치(100)를 통해 수행될 수 있다.
복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 산출하는 단계(S110)에서 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 전압, 전류, 온도, 충방전 조건 중 적어도 어느 하나에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀의 SOH를 산출하는 방법은 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략하고자 한다.
실시예에 따르면, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOH를 배터리 셀의 기준 용량과 최대 용량의 비율로서 산출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 기준 용량이 100Ah이고 퇴화가 진행된 후 배터리 셀의 최대 용량이 80Ah인 경우, 산출부(110)는 배터리 셀의 SOH를 80%로 산출할 수 있다.
복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계(S120)에서 컨트롤러(120)는 제`1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 최대 용량은 퇴화가 진행되고 충전 완료 후 배터리 셀의 용량일 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
실시예에 따르면, 도 5 내지 도 7에 도시된 동작들은 도 2의 배터리 관리 장치(100)를 통해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 동작 방법은, 제1 배터리 셀의 현재 용량과 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하는 단계(S210), 제1 배터리 셀의 최대 용량과 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하는 단계(S220) 및 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, S210 단계 내지 S230 단계는 도 4의 S120 단계에 포함될 수 있다.
제1 배터리 셀의 현재 용량과 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하는 단계(S210)에서 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 현재 용량과 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출할 수 있다.
제1 배터리 셀의 최대 용량과 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하는 단계(S220)에서 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 최대 용량과 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출할 수 있다.
제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계(S230)에서 컨트롤러(120)는 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제2 용량과 제1 용량의 차이를 밸런싱 용량으로 산출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 단계(S310), 제1 배터리 셀의 SOH와 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계(S320) 및 제2 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계(S330)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, S320 단계 및 S330 단계는 도 4의 S120 단계에 포함될 수 있다.
복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 단계(S310)에서 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 전압, 전류, 온도, 충방전 조건 중 적어도 어느 하나에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 산출부(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 배터리 셀의 최대 용량과 배터리 셀의 현재 용량의 비율로서 산출할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 배터리 셀의 기준 용량이 100Ah이고 SOH가 80%로 배터리 셀의 최대 용량이 80Ah로 산출되고, 배터리 셀의 현재 용량이 40Ah인 경우, 산출부(110)는 배터리 셀의 SOC를 50%로 산출할 수 있다.
제1 배터리 셀의 SOH와 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계(S320)에서 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 기준 용량(기준 용량은 배터리 셀의 출하 시 용량)과 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제1 배터리 셀의 최대 용량(퇴화가 진행되고 충전 완료 후 배터리 셀의 용량)을 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 SOH와 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출할 수 있다.
제2 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계(S330)에서 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 기준 용량과 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 SOH와 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 동작 방법은, 제1 배터리 셀의 기준 용량과 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계(S410) 및 제2 배터리 셀의 기준 용량과 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계(S420)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, S410 단계 및 S420 단계는 도 4의 S120 단계에 포함될 수 있다.
제1 배터리 셀의 기준 용량과 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계(S410)에서 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 기준 용량(기준 용량은 배터리 셀의 출하 시 용량)과 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제1 배터리 셀의 최대 용량(퇴화가 진행되고 충전 완료 후 배터리 셀의 용량)을 산출할 수 있다.
제2 배터리 셀의 기준 용량과 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계(S420)에서 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 기준 용량과 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출할 수 있다.
도 8은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(1000)은 MCU(1010), 메모리(1020), 입출력 I/F(1030) 및 통신 I/F(1040)를 포함할 수 있다.
MCU(1010)는 메모리(1020)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 배터리 팩 전압 또는 전류 수집 프로그램, 배터리 셀의 현재 용량 산출 프로그램, 배터리 셀의 최대 용량 산출 프로그램, 배터리 셀의 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀의 SOH 산출 프로그램, 밸런싱 용량 산출 프로그램, 배터리 셀 충방전 제어 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 셀의 현재 용량, 최대 용량 또는 배터리 셀의 밸런싱 용량을 포함한 각종 정보를 처리하며, 전술한 도 2에 나타낸 배터리 관리 장치에 포함된 컨트롤러의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(1020)는 배터리 셀의 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀의 SOH 산출 프로그램, 배터리 셀의 밸런싱 용량 산출 프로그램, 배터리 셀의 충방전 제어 프로그램 등 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 배터리 셀의 전류, 전압, SOH, SOC, 현재 용량, 최대 용량, 기준 용량, 밸런싱 용량 등 각종 정보를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(1020)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(1020)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(1020)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(1020)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(1030)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(1010) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(1040)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 배터리 관리 장치는 통신 I/F(1040)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 각종 배터리 셀의 전류, 전압, SOH, SOC, 현재 용량, 최대 용량, 기준 용량, 밸런싱 용량과 같은 정보를 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1020)에 기록되고, MCU(1010)에 의해 처리됨으로써, 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 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.
1: 배터리 팩
2: 상위 제어기
10: 복수의 배터리 모듈
12: 센서
14: 스위칭 부
20: 배터리 관리 시스템
100: 배터리 관리 장치
110: 산출부
120: 컨트롤러
1000: 컴퓨팅 시스템
1010: MCU
1020: 메모리
1030: 입출력 I/F
1040: 통신 I/F

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출하는 산출부; 및
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 컨트롤러; 를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 현재 용량과 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하고,
    상기 제1 배터리 셀의 최대 용량과 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하고,
    상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 밸런싱 용량을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제2 용량과 상기 제1 용량의 차이를 상기 밸런싱 용량으로 산출하는, 배터리 관리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출부는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하고,
    상기 제2 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하고,
    상기 제2 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOH의 차이가 설정 SOH 이상인 경우 상기 밸런싱 용량을 산출하고,
    상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는, 배터리 관리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 SOC 및 상기 제2 배터리 셀의 SOC가 설정 SOC 이상인 경우에 상기 밸런싱 용량을 산출하고, 상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는, 배터리 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량을 산출하고,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하도록 제어하는, 배터리 관리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 밸런싱 용량에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  10. 복수의 배터리 셀 각각의 SOH(State of Health)를 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀의 현재 용량과 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량의 차이인 제1 용량을 산출하는 단계;
    상기 제1 배터리 셀의 최대 용량과 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량의 차이인 제2 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 밸런싱 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 단계; 를 더 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀의 SOH와 상기 제1 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 제2 배터리 셀의 SOH와 상기 제2 배터리 셀의 SOC에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 현재 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 SOH를 갖는 제1 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량과 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 현재 용량 및 최대 용량에 기반하여 밸런싱 용량을 산출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제1 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제1 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 제2 배터리 셀의 기준 용량과 상기 제2 배터리 셀의 SOH에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 최대 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.

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