KR20240031785A - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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KR20240031785A
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한승훈
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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득하는 정보 획득부 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하고, 상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 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.
리튬 이온 배터리의 SOC(State of Charge)를 추정하는 방법은 개방 회로 전압에 기반하여 추정하거나, 전류 적산법을 통해 추정할 수 있다. 개방 회로 전압과 SOC가 선형적인 관계를 가지지 않는 리튬 이온 배터리의 경우 전류 적산법을 통해 SOC를 추정해야한다. 다만, 전류 적산법은 초기 SOC 값에 존재하는 오차와 SOC를 추정하는 시간 동안 누적되는 전류 값의 오차에 따라서 추정이 실패할 수 있는 단점이 존재한다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 개방 회로 전압과 SOC가 선형적인 관계를 가지고 있지 않은 리튬 이온 배터리의 SOC를 추정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 시간의 경과와 함께 SOC의 참값과 추정값의 오차가 커지는 전류 적산법을 보정할 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 셀의 전압 정보를 획득하는 정보 획득부 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하고, 상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제1 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출하고, 상기 차이에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차이와 방전 전류의 곱을 밸런싱 전류로 나누어 상기 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 상기 제1 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC에서부터 방전 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 산출하고, 상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC에서부터 방전 전류 및 밸런싱 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 SOC는 70%일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압이 전압 변곡점에 도달하지 않은 경우, 전류적산법을 통해 상기 복수의 배터리 셀의 SOC를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 전압 정보의 시간당 기울기를 산출하고, 상기 기울기에 기반하여 상기 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 기울기가 감소하다 증가하는 시점을 상기 전압 변곡점 도달 시점으로 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀은 리튬 황(Li-S) 배터리 셀일 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하는 단계 및 상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제1 배터리의 SOC를 기준 SOC로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC로 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출하는 단계 및 상기 차이에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀은 리튬 황(Li-S) 배터리 셀일 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, 개방 회로 전압과 SOC가 선형적인 관계를 가지고 있지 않은 리튬 이온 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 전류 적산법을 통해 SOC를 추정할 때 SOC를 추정하는 시간 동안 누적되는 오차가 줄도록 보정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 복수의 배터리 셀의 방전 중 평탄 전압 구간에 진입하기 전 전압 변곡점에 도달 여부에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 정확하게 추정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 복수의 배터리 셀의 방전 중 평탄 전압 구간에 진입하기 전 전압 변곡점에 도달 시간에 기반하여 복수의 배터리 셀들이 밸런싱 되기 위한 밸런싱 시간을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 리튬 황 배터리의 SOC를 정확히 추정할 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 셀의 전압 변곡점의 예시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 6은 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 정보 획득부(110) 및 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(100)는 도 1의 배터리 관리 시스템(20)에 포함될 수 있다. 다른 실시예에 따르면 배터리 관리 장치(100)는 도 1의 상위 제어기(2)에 포함될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(100)는 도 1의 배터리 팩(1)에 도시되지 않은 별개 장치에 포함될 수 있다.
정보 획득부(110)는 복수의 배터리 셀에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 정보 획득부(110)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득할 수 있다. 실시예에 따르면, 정보 획득부(110)는 복수의 배터리 셀의 충방전 중 시간에 대응되는 전압 정보를 획득할 수 있다.
컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 시간당 기울기를 산출할 수 있고, 기울기에 기반하여 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전압 변곡점의 예시를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 정보 획득부(110)는 배터리 셀의 전압 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 정보 획득부(110)는 배터리 셀의 방전시 시간당 전압 정보를 획득할 수 있다.
컨트롤러(120)는 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 전압 정보의 시간당 기울기가 감소하다 증가하는 시점을 전압 변곡점 도달 시점으로 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 배터리 셀은 리튬-황(Li-S) 배터리 셀일 수 있다. 리튬-황 배터리 셀은 방전에 따라서 배터리 셀의 전압이 지속적으로 감소하는 것이 아닌 평탄한 구간이 존재할 수 있고, 전압이 평탄한 구간에 진입하기 전 전압 변곡점이 존재할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(120)는 리튬-황 배터리의 전압 정보를 기초로 전압이 평탄한 구간에 진입하기 전 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 배터리 셀의 전압 정보의 시간당 변화량을 산출할 수 잇고, 변화량이 0이 되는 시점을 전압 변곡점 도달 시점으로 산출할 수 있다.
도 3에는 하나의 배터리 셀과 관련된 전압 정보 및 전압 변곡점을 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀 각각의 전압 정보를 획득할 수 있고, 복수의 배터리 셀의 전압 변곡점을 산출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 컨트롤러(120)는 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제1 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 기준 SOC는 70%일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 기준 SOC는 배터리 셀의 제조 시 설정될 수 있다. 실시예에 따르면, 전압 변곡점 도달 시점에 리튬-황 배터리 셀은 특정 용량을 가질 수 있고, 따라서 컨트롤러(120)는 전압 변곡점 도달 시점에 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다.
컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제2 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다. 즉, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 방전 중 어느 하나의 배터리 셀이 전압 변곡점에 도달하면, 전압 변곡점에 도달한 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 기준 SOC는 70%일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 기준 SOC는 배터리 셀의 제조 시 설정될 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀은 첫번째로 전압 변곡점에 도달한 배터리 셀이기 때문에 제2 배터리 셀보다 SOC가 낮을 수 있고, 따라서 제2 배터리 셀은 밸런싱이 수행될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 제2 배터리 셀이 제1 배터리 셀과 SOC가 일치하게 산출된 밸런싱 시간에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이와 방전 전류의 곱을 밸런싱 전류로 나누어 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이와 방전 전류의 곱만큼 용량의 차이가 발생한 상태이기 때문에, 컨트롤러(120)는 해당 차이와 방전 전류의 곱을 밸런싱 전류로 나누어 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 제1 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC에서부터 방전 전류에 기반하여 전류 적산법을 통해 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제1 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있고, 전압 변곡점 도달 시점 이후부터는 방전 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 SOC를 차감하여 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 제2 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC에서부터 방전 전류 및 밸런싱 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제2 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있고, 전압 변곡점 도달 시점 이후부터는 방전 전류 및 밸런싱 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 SOC를 차감하여 산출할 수 있다. 또한, 이 경우 컨트롤러(120)에 의해 산출된 밸런싱 시간 이후에는 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 동일한 SOC를 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 전압이 전압 변곡점에 도달하지 않은 경우 전류 적산법을 통해 복수의 배터리 셀의 SOC를 산출할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 개방 회로 전압과 SOC가 선형적인 관계를 가지고 있지 않은 리튬 이온 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 전류 적산법을 통해 SOC를 추정할 때 SOC를 추정하는 시간 동안 누적되는 오차가 줄도록 보정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀의 방전 중 평탄 전압 구간에 진입하기 전 전압 변곡점에 도달 여부에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 정확하게 추정할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀의 방전 중 평탄 전압 구간에 진입하기 전 전압 변곡점에 도달 시간에 기반하여 복수의 배터리 셀들이 밸런싱 되기 위한 밸런싱 시간을 예측할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 리튬 황 배터리의 SOC를 정확히 추정할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
실시예에 따르면, 도 4에 도시된 동작들은 도 2의 배터리 관리 장치(100)를 통해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득하는 단계(S110), 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하는 단계(S120) 및 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
S110 단계에서, 정보 획득부(110)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 정보 획득부(110)는 복수의 배터리 셀의 충방전 중 시간에 대응되는 전압 정보를 획득할 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀 각각은 리튬 황(Li-S) 배터리 셀일 수 있다.
S120 단계에서, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 시간당 기울기를 산출할 수 있고, 기울기에 기반하여 전압 변곡점 도달 시점을 산출할 수 있다.
S130 단계에서, 컨트롤러(120)는 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출할 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다. 실시예에 따르면, 도 5에 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, 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제1 배터리의 SOC를 기준 SOC로 산출하는 단계(S210), 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제2 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출하는 단계(S220), 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출하는 단계(S230) 및 차이에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는 단계(S240)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, S210 단계 및 S220 단계는 도 4의 S130 단계에 포함될 수 있다.
S210 단계에서, 컨트롤러(120)는 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제1 배터리의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다.
S220 단계에서, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 제2 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출할 수 있다.
S230 단계에서, 컨트롤러(120)는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출할 수 있다.
S240 단계에서, 컨트롤러(120)는 차이에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀은 첫번째로 전압 변곡점에 도달한 배터리 셀이기 때문에 제2 배터리 셀보다 SOC가 낮을 수 있고, 따라서 제2 배터리 셀은 밸런싱이 수행될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)는 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 제2 배터리 셀이 제1 배터리 셀과 SOC가 일치하게 산출된 밸런싱 시간에 기반하여 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 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 셀 전압 또는 전류 수집 프로그램, 배터리 셀 전류적산법 프로그램, 배터리 셀 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀 전압 변곡점 도달 시점 산출 프로그램, 밸런싱 시간 산출 프로그램, 충방전 제어 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 셀의 전압, SOC, 전압 변곡점 도달 시점, 밸런싱 시간 등을 포함한 각종 정보를 처리하며, 전술한 도 2에 나타낸 배터리 관리 장치에 포함된 컨트롤러의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(1020)는 배터리 셀 전압 또는 전류 수집 프로그램, 배터리 셀 전류적산법 프로그램, 배터리 셀 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀 전압 변곡점 도달 시점 산출 프로그램, 밸런싱 시간 산출 프로그램, 충방전 제어 프로그램 등 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 배터리 셀의 전압, SOC, 전압 변곡점 도달 시점, 밸런싱 시간 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 전압, SOC, 전압 변곡점 도달 시점, 밸런싱 시간과 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: 정보 획득부
120: 컨트롤러
1000: 컴퓨팅 시스템
1010: MCU
1020: 메모리
1030: 입출력 I/F
1040: 통신 I/F

Claims (16)

  1. 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득하는 정보 획득부; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하고,
    상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC(State of Charge)를 산출하는 컨트롤러; 를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제1 배터리 셀의 SOC를 기준 SOC로 산출하는, 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC로 산출하는, 배터리 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출하고,
    상기 차이에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는, 배터리 관리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 차이와 방전 전류의 곱을 밸런싱 전류로 나누어 상기 밸런싱 시간을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 상기 제1 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC에서부터 방전 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 산출하고,
    상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점 이후 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC에서부터 방전 전류 및 밸런싱 전류에 기반한 전류 적산법을 통해 산출하는, 배터리 관리 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 SOC는 70%인, 배터리 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압이 전압 변곡점에 도달하지 않은 경우,
    전류적산법을 통해 상기 복수의 배터리 셀의 SOC를 산출하는, 배터리 관리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전압 정보의 시간당 기울기를 산출하고,
    상기 기울기에 기반하여 상기 전압 변곡점 도달 시점을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 기울기가 감소하다 증가하는 시점을 상기 전압 변곡점 도달 시점으로 산출하는, 배터리 관리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬 황(Li-S) 배터리 셀인, 배터리 관리 장치.
  12. 복수의 배터리 셀의 전압 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀의 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 변곡점 도달 시점을 산출하는 단계; 및
    상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 첫번째로 전압 변곡점에 도달하는 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제1 배터리의 SOC를 기준 SOC로 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전압 변곡점 도달 시점에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀과 상이한 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점에 상기 제2 배터리 셀의 SOC를 상기 기준 SOC로 산출하는 단계; 를 더 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점과 상기 제2 배터리 셀의 전압 변곡점 도달 시점의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 차이에 기반하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱 시간을 산출하여 상기 제2 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 제어하는 단계; 를 더 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은 리튬 황(Li-S) 배터리 셀인, 배터리 관리 장치의 동작 방법.

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