KR20240044926A - 배터리 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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김승현
권동근
이현철
김안수
신채빈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 제어 장치는 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하도록 구성된 측정부 및 상기 충방전 사이클마다 상기 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하고, 상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하며, 상기 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하고, 상기 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING BATTERY}
본 발명은 배터리 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 충방전을 제어하는 장치 및 그 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.
최근 전기 자동차 등에서 고출력이 요구됨에 따라, 이에 탑재되는 배터리팩에는 복수의 배터리 모듈이 포함되고, 각 배터리 모듈에는 서로 직렬 연결된 복수의 배터리가 포함되는 것이 일반적이다. 그런데, 배터리들은 완벽하게 동일한 특성을 가질 수는 없기 때문에, 배터리팩의 충방전이 반복될수록 배터리들 간의 SOC(충전량 또는 충전 상태)에 불균형이 발생할 수 밖에 없다. 이러한 불균형을 억제하기 않고 계속적으로 배터리팩의 충방전을 반복할 경우, 배터리팩의 가용 용량이 감소할 뿐만 아니라, 이에 포함된 배터리들의 퇴화가 가속화된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배터리 간의 SOC 차이를 산출하여 SOC 불균형이 발생하였는지 여부를 판단하고, 산출된 SOC 차이를 보상하기 위하여 높은 SOC의 배터리를 일정 용량 방전시키는 밸런싱(balancing) 기술이 사용되고 있다. 그러나, SOC 차이를 산출하기 어려운 구조를 갖는 배터리의 경우 이러한 종래의 밸런싱 기술을 적용하기에 제약이 따른다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 소정의 타겟값에 연속하여 도달한 횟수에 기반하여 배터리를 방전시킬 수 있는 배터리 제어 장치 및 그 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 제어 장치는 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하도록 구성된 측정부 및 상기 충방전 사이클마다 상기 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하고, 상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하며, 상기 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하고, 상기 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 연속 횟수는, 상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 충방전 사이클의 연속된 횟수에 대응할 수 있다.
상기 제어부는, 이전 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리와 현재 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 비교하여 연속 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 이전 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리가 현재 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달하지 않은 경우, 상기 카운팅값을 초기화하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 상기 타겟 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 배터리의 카운팅값을 초기화하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리를 상기 타겟 배터리로 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 나머지 배터리의 카운팅값을 초기화하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 각각의 충방전 사이클마다, 상기 측정된 전압이 상기 타겟값에 가장 먼저 도달한 배터리의 연속 횟수를 상기 카운팅값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리는 올리빈 구조를 갖는 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다.
상기 타겟값은, SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일의 비평탄 구간에 속할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 카운팅값을 상기 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 제어 방법은, 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하는 전압 측정 단계, 상기 충방전 사이클마다 상기 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하는 전압 인식 단계, 상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하는 카운팅값 산출 단계, 상기 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하는 타겟 배터리 결정 단계 및 상기 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키는 방전 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 횟수에 기반하여 밸런싱의 대상이 되는 타겟 배터리를 결정할 수 있다. 따라서, 간단한 방식으로 배터리를 밸런싱함으로써 배터리의 SOC 불균형이 해소될 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 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리의 전압과 SOC의 대응관계를 나타내는 프로파일을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리의 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 배터리의 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치가 타겟 배터리를 결정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치가 타겟 배터리를 결정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 복수의 충방전 사이클 동안의 복수의 배터리의 전압을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 팩을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 제어 장치를 포함하는 자동차를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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. 또한, 명세서에 기재된 유닛, 모듈 또는 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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 제어 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
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. 여기서, 배터리는 양극 활물질의 종류에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리는 층상 구조, 스피넬(spinel) 구조 또는 올리빈(olivine) 구조 중 적어도 하나의 구조로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리는 층상 구조를 갖는 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리는 NCM 소재의 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리는 올리빈 구조를 갖는 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리는, LFP 소재의 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다.
또한, 배터리는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 배터리 제어 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 배터리에 전기적으로 연결 가능하도록 제공될 수 있다. 측정부(110)는, 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서를 포함할 수 있다.
전압 센서는, 배터리의 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 전압 센서는 배터리의 양단에 걸친 전압을 검출하고, 검출된 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(120)로 출력하도록 구성될 수 있다. 전류 센서는 배터리를 통해 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 나타내는 전류 신호를 제어부(120)에게 출력하도록 구성될 수 있다. 온도 센서는, 배터리의 온도를 검출하고, 검출된 온도를 나타내는 온도 신호를 제어부(120)로 출력하도록 구성될 수 있다.
측정부(110)는 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 충방전 사이클은 충전 및 방전을 한 쌍으로 하는 충방전 과정을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하나의 충방전 사이클은 배터리를 1회 충전한 후 배터리에 충전된 에너지를 전기 부하(예를 들어, 자동차)출력하는 1회의 방전하는 일련의 과정을 의미할 수 있다.
측정부(110)는, 소정의 측정 주기로 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정부(110)는 소정의 시간 간격마다 배터리 각각의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 전압은 배터리의 OCV(개방 회로 전압, open circuit voltage)에 대응할 수 있다.
제어부(120)는, 배터리 제어 장치(100)의 측정부(110) 및 메모리(130)를 포함하는 다른 구성들과 작동적으로 연결되고, 배터리 제어 장치(100)의 다양한 동작들을 제어할 수 있다. 제어부(120)는, 메모리(130)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션들을 실행함으로써 배터리 제어 장치(100)의 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 제어부(120)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리(130)에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다.
제어부(120)는, 충방전 사이클마다 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 내장된 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여 측정부(110)로부터의 수신한 신호를 디지털 신호로 변환함으로써, 배터리의 상태를 나타내는 배터리 정보를 주기적으로 결정하도록 구성된다.
제어부(120)는, 충방전 사이클마다 복수의 배터리 각각에 대하여 측정부(110)에 의해 측정된 전압을 인식할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 배터리는 올리빈 구조를 가질 수 있다.
복수의 배터리는 서로 직렬로 연결되는 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리는 올리빈 구조를 갖는 양극 활물질이 적용된 배터리일 수 있다.
충방전 사이클은 복수의 충방전 사이클들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충방전 사이클은 제1 사이클 및 제2 사이클을 포함할 수 있고, 여기서 제1 사이클은 제1 충전 및 제1 방전을 포함하고, 제2 사이클은 제2 충전 및 제2 방전을 포함할 수 있다. 배터리의 개수를 3개로 가정하고, 충방전 사이클의 횟수를 2개의 사이클로 가정하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이므로 제한되어 해석되지 않는다.
제어부(120)는, 제1 충전 및 제1 방전을 포함하는 제1 사이클 동안에 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리 각각에 대하여 소정의 측정 주기로 측정된 전압을 인식할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 제2 충전 및 제2 방전을 포함하는 제2 사이클 동안에 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리 각각에 대하여 소정의 측정 주기로 측정된 전압을 인식할 수 있다.
제어부(120)는 각각의 충방전 사이클마다 배터리의 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 각각의 배터리를 나타내는 식별 정보를 이용하여, 충방전 사이클마다 배터리의 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식할 수 있다. 미리 설정된 타겟값은 밸런싱 동작의 대상이 되는 배터리를 인식하기 위한 전압값에 대응할 수 있다.
예를 들어, 제어부(120)는, 복수의 배터리 중 제1 배터리가 제1 사이클에서 타겟값에 도달한 것을 인식할 수 있다. 이후 제어부(120)는, 복수의 배터리 중 상기 제1 배터리가 제2 사이클에서 타겟값에 도달한 것을 인식할 수 있다.
다른 예에서, 제2 사이클에서는, 제1 배터리와 상이한 제2 배터리가 타겟값에 도달할 수도 있다. 이 경우, 제어부(120)는, 제1 사이클에서는 제1 배터리가 타겟값에 도달한 것을 인식하고, 제2 사이클에서는 제2 배터리가 타겟값에 도달한 것을 인식할 수 있다.
제어부(120)는, 인식된 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은, 연속되는 복수의 충방전 사이클을 기준으로 할 때 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 연속 횟수를 의미할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 각각의 충방전 사이클마다, 상기 측정된 전압이 타겟값에 가장 먼저 도달한 배터리의 연속 횟수를 상기 카운팅값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 연속 횟수를 충방전 사이클별로 판단하며, 각 충방전 사이클에서 전압이 타겟값에 가장 먼저 도달한 배터리에 대한 연속 횟수를 산출할 수 있다.
어느 하나의 충방전 사이클에서, 둘 이상의 배터리의 전압이 타겟값에 도달할 수 있다. 제어부(120)는, 둘 이상의 배터리 중에서 타겟값에 먼저 도달한 배터리에 대하여 연속 횟수를 카운팅값으로 산출할 수 있다.
예를 들어, 제1 사이클 동안에, 제1 배터리가 먼저 타겟값에 도달하고 그 후에 제2 배터리가 타겟값에 도달할 수 있다. 제어부(120)는, 먼저 타겟값에 도달한 제1 배터리에 대하여 이전 충방전 사이클과 비교하여 연속 횟수를 산출하고, 산출된 연속 횟수를 카운팅값으로 결정할 수 있다.
다양한 예에서, 제어부(120)는, 전압에 타겟값에 도달한 배터리 모두에 대한 카운팅값을 산출할 수도 있다. 보다 상세한 실시예들은 후술하는 도면을 참조하여 설명한다.
연속 횟수는, 인식된 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 충방전 사이클의 연속된 횟수에 대응할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 전압이 제1 사이클 및 제1 사이클에 바로 후속하는 제2 사이클에서 타겟값에 도달하는 경우, 제어부(120)는, 상기 사이클들이 연속된 횟수인 2를 연속 횟수로 결정할 수 있다. 다른 예에서, 배터리의 전압이 제1 사이클, 제2 사이클에 바로 후속하는 제2 사이클 및 제2 사이클에 바로 후속하는 제3 사이클에서 타겟값에 도달하는 경우, 제어부(120)는, 상기 사이클들이 연속된 횟수인 3을 연속 횟수로 결정할 수 있다.
바람직하게, 제어부(120)는, 이전 충방전 사이클에서 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리와 현재 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 비교하여 연속 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 동일한 배터리에 대한 전압이 복수의 충방전 사이클 동안에 연속적으로 타겟값에 도달하는 경우, 충방전 사이클이 연속한 것으로 결정할 수 있다. 또는, 제어부(120)는, 서로 다른 배터리의 전압이 복수의 충방전 사이클 동안에 연속적으로 타겟값에 도달하는 경우, 충방전 사이클이 연속하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 배터리의 전압이 이전 충방전 사이클(예를 들어, 제1 사이클) 및 현재 충방전 사이클(예를 들어, 제2 사이클)에서 타겟값에 도달하는 경우, 이전 충방전 사이클과 현재 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리가 서로 동일하므로, 제어부(120)는 충방전 사이클이 연속한 것으로 결정할 수 있다. 이 경우, 제1 배터리의 연속 횟수는 충방전 사이클의 연속 횟수에 대응하는 2이고, 제어부(120)는 카운팅값을 2로 산출할 수 있다.
다른 예를 들어, 이전 충방전 사이클(예를 들어, 제2 사이클)에서 전압이 타겟값에 도달한 배터리는 제1 배터리이고, 현재 충방전 사이클(예를 들어, 제3 사이클)에서 전압이 타겟값에 도달한 배터리는 제2 배터리일 수 있다. 이전 충방전 사이클과 현재 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리가 서로 상이하므로, 제어부(120)는 충방전 사이클이 연속하지 않은 것으로 결정할 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 타겟 배터리는, 밸런싱 동작의 대상이 되는 배터리를 의미할 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 인식하고, 그 배터리를 타겟 배터리로 결정하거나 또는 그 배터리를 제외한 나머지 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 타겟값의 크기(고SOC 타겟값 또는 저SOC 타겟값)에 따라서, 임계값에 도달한 배터리를 타겟 배터리로 결정하거나 또는 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 이에 관하여 후술하는 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
제어부(120)는, 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 결정된 타겟 배터리를 밸런싱 대상이 되는 배터리로 결정하고, 지정된 시간 동안 타겟 배터리를 방전시키는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치(100)는, 밸런싱 동작이 필요로 되는 전압 차이를 갖는 복수의 배터리들을 식별하지 않고, 방전이 필요한 용량인 SOC 차이를 산출하지 않고도 밸런싱 동작이 필요한 배터리를 결정할 수 있다. 예를 들어, OCV(개방 회로 전압, open circuit voltage)에 따른 SOC 차이가 크지 않은 배터리의 경우, 밸런싱 동작이 필요한 상황인지 여부 및 어느 정도 용량의 방전을 해야하는지 산출하기 어렵다.
일 실시예에 따른 배터리 제어 장치(100)는 둘 이상의 배터리의 전압 차이를 산출하지 않고도, 배터리의 전압이 타겟값에 연속으로 도달하는지 여부에 따라서 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 따라서, OCV에 따른 SOC를 높은 정확도로 추측하기 어려운 상황에서도 쉽고 신속하게 밸런싱 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 제어 장치(100)는 메모리(130)를 더 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 배터리 제어 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리(130)는 제어부(120)의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다. 메모리(130)는, 제어부(120)에 의해서 실행되는 적어도 하나의 프로그램, 어플리케이션, 데이터, 또는 인스트럭션들(instructions)을 저장할 수 있다. 메모리(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 상기 메모리(130)는, 플래시 메모리 타입, 하드 디스크 타입, SSD(Solid State Disk) 타입, SDD(Solid Disk Drive) 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory) 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 메모리(130)의 구체적인 형태로 제한되는 것은 아니다. 또한, 메모리(130)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
특히, 메모리(130)는, 타겟 배터리를 결정하기 위한 임계값 및 타겟 배터리를 방전시키는 지정된 시간에 관한 정보를 저장할 수 있다.
배터리는 충방전 사이클이 증가할수록 퇴화될 수 있다. 따라서, 동일한 시간 동안 배터리를 방전하더라도, 충방전 사이클의 횟수가 큰 상태에서는 충방전 사이클의 횟수가 적은 상태에서보다 방전량이 증가할 수 있다. 메모리(130)는 이러한 배터리의 퇴화를 고려하여 타겟 배터리를 방전시키는 시간에 관한 정보를 저장하고, 제어부(120)는 메모리(130)에 저장된 정보에 기반하여, 전체 충방전 사이클의 횟수에 따라서 타겟 배터리를 방전시키는 지정된 시간을 변경할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 전체 충방전 사이클의 횟수에 따라서 상기 지정된 시간의 길이를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 전체 충방전 사이클의 횟수가 상대적으로 적은 경우 지정된 시간의 길이를 상대적으로 긴 시간으로 설정하고, 전체 충방전 사이클의 횟수가 상대적으로 큰 경우 지정된 시간의 길이를 상대적으로 짧게 설정할 수 있다.
또한, 메모리(130)는, 제어부(120)가 산출한 카운팅값을 저장할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 전술한 카운팅값을 산출할 때마다 메모리(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 메모리(130)에 저장된 카운팅값과 임계값을 비교하여 타겟 배터리를 결정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리의 전압과 SOC의 대응관계를 나타내는 프로파일(R)을 예시적으로 도시한 도면이다. 상기 프로파일(R)은 x축이 SOC(%)를 나타내고, y축이 전압(V)을 나타내는 그래프로 표현될 수 있다.
도 2에 도시된 프로파일(R)을 참조하면, 그래프의 기울기(또는 변화 정도)가 평탄한 평탄 구간(a2) 및 그래프의 기울기가 평탄하지 않은 비평탄 구간(a1, a3)이 도시된다. 특히, 올리빈 구조의 배터리는 비평탄 구간이 두드러지는 프로파일(R)을 가질 수 있다. 여기서, 평탄 구간(a2) 및 비평탄 구간(a1, a3)은 소정의 참조 기울기값(변화율)을 기준으로 구분될 수 있다. 그리고, 평탄 구간은 Plateau 구간 또는 Plat 구간이라고 표현될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 프로파일(R)을 복수의 구간으로 구분하여 기울기가 소정의 참조 기울기값 미만인 구간을 평탄 구간으로 결정하고, 기울기가 상기 소정의 참조 기울기값 이상인 구간을 비평탄 구간으로 결정할 수 있다.
복수의 배터리 중 제1 배터리의 전압 및 제2 배터리의 전압이 평탄 구간인 제2 구간(a2)에 속하는 경우, SOC 차이에 따른 전압 차이가 크지 않으므로, 각각의 배터리의 SOC를 정확하게 추정하기 어려울 수 있다. 따라서, 이 경우, 밸런싱 동작의 수행 여부 및 밸런싱 동작 시에 방전을 필요로 하는 용량을 정확하게 산출하기 어렵다.
다른 예에서, 제1 배터리의 전압이 비평탄 구간인 제1 구간(a1) 또는 제3 구간(a3)에 속하고, 제2 배터리의 전압이 평탄 구간인 제2 구간(a2)에 속하는 경우에는, 제2 배터리의 SOC를 정확히 추정하기 어려우므로 밸런싱 동작 시에 방전을 필요로 하는 용량을 정확하게 추정하기 어렵다.
즉, 배터리의 실제 SOC가 제1 SOC(SOC1)인 경우, 배터리의 전압이 제1 전압(V1)으로 측정되어야 하지만, 측정 오차와 같은 다양한 이유로 배터리의 전압이 제2 전압(V2)으로 측정될 수 있다. 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)은 값의 차이가 작음에도, 배터리의 SOC는 제1 SOC(SOC1)보다 상당히 큰 제2 SOC(SOC2)로 추정될 수 있다. 이 경우, 밸런싱 동작의 수행 여부 및 밸런싱 동작 시에 방전을 필요로 하는 용량을 정확하게 결정할 수 없다.
일 실시예에 따른 제어부(120)는, 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값에 기반하여, 밸런싱 동작을 위한 타겟 배터리를 결정할 수 있다. 특히 타겟값은 프로파일(R)의 비평탄 구간(a1, a3)에 속하는 전압값일 수 있다. 제어부(120)는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 비평탄 구간(a1, a3)에 속하는 타겟값에 기반하여 배터리의 SOC를 정확하게 결정할 수 있으므로, 밸런싱 동작이 필요로 되는 배터리를 정확하게 식별할 수 있다. 이에 관하여 이하의 도면들을 이용하여 자세히 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리의 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 3의 배터리 제어 방법은 배터리 제어 장치(100)에 의해 실행될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명하는 실시예는 어느 하나의 충방전 사이클 중에서 충전 과정에서 수행될 수 있다.
S110 단계는, 직렬로 연결된 복수의 배터리의 전압을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다. 일 예로, 측정부(110)에 의해서 측정된 전압은 OCV일 수 있고, 측정부(110)가 측정된 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(120)로 출력하면, 제어부(120)는 전압 신호에 기반하여 배터리의 전압을 인식할 수 있다. 측정부(110)는, 복수의 배터리 각각의 개별적인 전압을 측정하므로, 제어부(120)는 복수의 배터리 각각에 대한 전압을 인식할 수 있다.
S120 단계는, 복수의 배터리 중에서 측정된 전압에 대응하는 전압값이 미리 설정된 타겟값(고SOC 타겟값)에 도달한 배터리를 인식하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 전압값이 타겟값에 도달한 경우(YES), S130 단계가 진행될 수 있다. 전압값이 타겟값에 도달하지 않은 경우(NO), 다시 S110 단계가 진행될 수 있다.
타겟값은 SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일(R) 상에서 비평탄 구간에 속하는 전압값일 수 있다. 특히, 도 3을 참조하여 설명되는 타겟값은 도 2를 참조하여 설명한 비평탄 구간(a1, a3) 중에서, 상대적으로 높은 SOC 구간에 속하는 고SOC 타겟값일 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 고SOC 타겟값은 비평탄 구간(a3)에 속하는 전압값일 수 있다. 비평탄 구간에 속하는 전압값이 타겟값으로 결정됨으로 써 배터리의 SOC가 정확하게 판단될 수 있다. 따라서 제어부(120)는, 밸런싱 동작의 대상이 되는 배터리를 정확하게 결정할 수 있다.
여기서, 전압값에 타겟값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리는 타겟값 이하의 전압값을 가지는 상태일 수 있다.
한편, 제어부(120)는 직렬로 연결된 복수의 배터리 모두에 대하여 전압이 고SOC 타겟값이 도달하는지 여부를 판단할 수도 있고, 복수의 배터리 중에서 최대 전압값을 갖는 배터리의 전압이 고SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(120)가, 복수의 배터리 중에서 전압이 최대인 배터리를 결정한 후, 결정된 배터리의 전압이 고SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단하는 경우, 저용량의 메모리(130)만으로도 본 발명의 일 실시 구성에 따른 밸런싱 동작(배터리 방전)을 수행할 수 있는 장점이 있다. 한편, 제어부(120)가 복수의 배터리 모두에 대해서 전압이 고SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단하는 경우, 상대적으로 고용량의 메모리(130)가 요구되지만 밸런싱 동작을 필요로 하는 대상을 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 통해 설명한다.
S130 단계는, 배터리의 충전을 종료하는 단계로서 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. S130 단계는 다양한 실시예에 따라 생략될 수도 있음을 유의한다.
S140 단계는, 배터리의 식별자를 저장하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(120)는, 고SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다.
S150 단계는, 충방전 사이클의 연속 여부를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(120)는, 배터리의 전압이, 이전 사이클에서 고SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자와 현재 사이클에서 고SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자를 비교할 수 있다.
예를 들어, 이전 충방전 사이클에서 제1 배터리의 전압이 고SOC 타겟값에 도달하여, 메모리(130)에 제1 배터리의 식별자가 저장되어 있을 수 있다. 그리고, 현재 충방전 사이클에서, 제1 배터리의 전압이 고SOC 타겟값에 도달한 경우, 제어부(120)는, 메모리(130)에 현재 사이클에 대한 제1 배터리의 식별자를 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 기 저장된 제1 배터리의 식별자와 현재 사이클에서 저장한 제1 배터리의 식별자가 동일하므로, 충방전 사이클이 연속된 것으로 판단할 수 있다.
충방전 사이클이 연속된 것으로 판단된 경우(YES), S160 단계가 진행될 수 있다. 충방전 사이클이 연속된 것으로 판단되지 않은 경우(NO), S155 단계가 진행될 수 있다.
S160 단계는, 카운팅값을 1증가시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 카운팅값은 배터리의 전압이 타겟값(고SOC 타겟값)에 도달한 연속 횟수를 나타내는 값일 수 있다. 연속 횟수는 배터리의 전압이 타겟값(고SOC 타겟값)에 도달한 충방전 사이클의 연속된 횟수에 대응할 수 있다.
카운팅값이 1증가된다는 것은 이전 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리와 동일한 배터리가 현재 충방전 사이클에서도 타겟값에 도달하였음을 의미할 수 있다.
S155 단계는, 카운팅값을 초기화시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 이전 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리가 현재 충방전 사이클에서 타겟값에 도달하지 않은 경우, 카운팅값을 초기화하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 이전 충방전 사이클에서 제1 배터리가 타겟값(고SOC 타겟값)에 도달한 경우, 메모리(130)에 제1 배터리의 식별자가 저장된 상태일 수 있다. 현재 충방전 사이클에서 제2 배터리가 타겟값에 도달한 경우, 제어부(120)는, 기 저장된 메모리(130)의 카운팅값을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 카운팅값은 1로 초기화될 수 있다. 카운팅값이 1인 경우, 제2 배터리의 전압이 타겟값에 연속하여 도달한 충방전 사이클의 횟수가 1임을 나타낼 수 있다. 제어부(120)는, 카운팅값을 초기화함으로써, 타겟값에 도달한 연속 횟수를 메모리(130)에 정확하게 기록할 수 있다.
S170 단계는, 카운팅값이 임계값에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 임계값은 밸런싱 동작의 수행 여부를 결정하기 위한 값일 수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달한 경우(YES), S180 단계가 진행될 수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달하지 않은 경우(NO), S110 단계가 진행될수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달하지 않은 경우, 즉 카운팅값이 임계값 미만인 경우는 배터리의 상태가 밸런싱 동작이 필요하지 않은 상태를 의미할 수 있다. 따라서, 다시 충방전 사이클이 진행됨에 따라 전압 측정 단계가 진행될 수 있다.
S180 단계는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 타겟 배터리로 결정하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
카운팅값이 임계값에 도달한 경우는, 배터리의 상태가 밸런싱 동작이 필요한 상태일 수 있다. 예를 들어, 카운팅값이 임계값에 도달하였다는 것은, 충방전 사이클이 반복되는 동안에 동일한 배터리의 전압이 비평탄 구간에 속하는 타겟값에 연속하여 도달한 것으로서, 배터리 간의 전압 차이(SOC 차이)가 크게 발생한 상태임을 의미할 수 있다.
S190 단계는, 결정된 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 결정된 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시키는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 타겟 배터리(카운팅값이 임계값에 도달한 배터리)는 나머지 배터리보다 전압이 높은 상태(충전량이 많은 상태)일 수 있다. 따라서, 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시킴으로써 충전 상태의 불균형이 완화될 수 있다.
S195 단계는, 타겟 배터리의 카운팅값을 초기화하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 타겟 배터리의 카운팅값을 0으로 초기화할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는, 밸런싱 동작을 이미 수행한 타겟 배터리에 대해서 카운팅값을 초기화하여, 밸런싱 동작이 과도하게 빈번히 수행되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 배터리의 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 4의 배터리 제어 방법은 배터리 제어 장치(100)에 의해 실행될 수 있다. 도 4를 참조하여 설명하는 실시예는 어느 하나의 충방전 사이클 중에서 방전 과정에서 수행될 수 있다.
S210 단계는, 직렬로 연결된 복수의 배터리의 전압을 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다. 일 예로, 측정부(110)에 의해서 측정된 전압은 OCV일 수 있고, 측정부(110)가 측정된 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(120)로 출력하면, 제어부(120)는 전압 신호에 기반하여 배터리의 전압을 인식할 수 있다. 측정부(110)는, 복수의 배터리 각각의 개별적인 전압을 측정하므로, 제어부(120)는 복수의 배터리 각각에 대한 전압을 인식할 수 있다.
S220 단계는, 복수의 배터리 중에서 측정된 전압에 대응하는 전압값이 미리 설정된 타겟값(저SOC 타겟값)에 도달한 배터리를 인식하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 전압값이 타겟값에 도달한 경우(YES), S230 단계가 진행될 수 있다. 전압값이 타겟값에 도달하지 않은 경우(NO), 다시 S210 단계가 진행될 수 있다.
타겟값은 SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일(R) 상에서 비평탄 구간에 속하는 전압값일 수 있다. 특히, 도 4를 참조하여 설명되는 타겟값은 도 2를 참조하여 설명한 비평탄 구간(a1, a3) 중에서, 상대적으로 낮은 SOC 구간에 속하는 저SOC 타겟값일 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 저SOC 타겟값은 비평탄 구간(a1)에 속하는 전압값일 수 있다. 비평탄 구간에 속하는 전압값이 타겟값으로 결정됨으로 써 배터리의 SOC가 정확하게 판단될 수 있다. 따라서 제어부(120)는, 밸런싱 동작의 대상이 되는 배터리를 정확하게 결정할 수 있다.
여기서, 전압값에 타겟값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리는 타겟값 이상의 전압값을 가지는 상태일 수 있다.
한편, 제어부(120)는 직렬로 연결된 복수의 배터리 모두에 대하여 전압이 저SOC 타겟값이 도달하는지 여부를 판단할 수도 있고, 복수의 배터리 중에서 최대 전압값을 갖는 배터리의 전압이 저SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(120)가, 복수의 배터리 중에서 전압이 최소인 배터리를 결정한 후, 결정된 배터리의 전압이 저SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단하는 경우, 저용량의 메모리(130)만으로도 본 발명의 일 실시 구성에 따른 밸런싱 동작(배터리 방전)을 수행할 수 있는 장점이 있다. 한편, 제어부(120)가 복수의 배터리 모두에 대해서 전압이 저SOC 타겟값에 도달하는지 여부를 판단하는 경우, 상대적으로 고용량의 메모리(130)가 요구되지만 밸런싱 동작을 필요로 하는 대상을 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 통해 설명한다.
S230 단계는, 배터리의 방전을 종료하는 단계로서 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. S230 단계는 다양한 실시예에 따라 생략될 수도 있음을 유의한다.
S240 단계는, 배터리의 식별자를 저장하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(120)는, 저SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다.
S250 단계는, 충방전 사이클의 연속 여부를 판단하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 제어부(120)는, 배터리의 전압이, 이전 사이클에서 저SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자와 현재 사이클에서 저SOC 타겟값에 도달한 배터리의 식별자를 비교할 수 있다.
예를 들어, 이전 충방전 사이클에서 제1 배터리의 전압이 저SOC 타겟값에 도달하여, 메모리(130)에 제1 배터리의 식별자가 저장되어 있을 수 있다. 그리고, 현재 충방전 사이클에서, 제1 배터리의 전압이 저SOC 타겟값에 도달한 경우, 제어부(120)는, 메모리(130)에 현재 사이클에 대한 제1 배터리의 식별자를 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 기 저장된 제1 배터리의 식별자와 현재 사이클에서 저장한 제1 배터리의 식별자가 동일하므로, 충방전 사이클이 연속된 것으로 판단할 수 있다.
충방전 사이클이 연속된 것으로 판단된 경우(YES), S260 단계가 진행될 수 있다. 충방전 사이클이 연속된 것으로 판단되지 않은 경우(NO), S255 단계가 진행될 수 있다.
S260 단계는, 카운팅값을 1증가시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 카운팅값은 배터리의 전압이 타겟값(저SOC 타겟값)에 도달한 연속 횟수를 나타내는 값일 수 있다. 연속 횟수는 배터리의 전압이 타겟값(저SOC 타겟값)에 도달한 충방전 사이클의 연속된 횟수에 대응할 수 있다.
카운팅값이 1증가된다는 것은 이전 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리와 동일한 배터리가 현재 충방전 사이클에서도 타겟값에 도달하였음을 의미할 수 있다.
S255 단계는, 카운팅값을 초기화시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는 이전 충방전 사이클에서 타겟값에 도달한 배터리가 현재 충방전 사이클에서 타겟값에 도달하지 않은 경우, 카운팅값을 초기화하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 이전 충방전 사이클에서 제1 배터리가 타겟값(저SOC 타겟값)에 도달한 경우, 메모리(130)에 제1 배터리의 식별자가 저장된 상태일 수 있다. 현재 충방전 사이클에서 제2 배터리가 타겟값에 도달한 경우, 제어부(120)는, 기 저장된 메모리(130)의 카운팅값을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 카운팅값은 1로 초기화될 수 있다. 카운팅값이 1인 경우, 제2 배터리의 전압이 타겟값에 연속하여 도달한 충방전 사이클의 횟수가 1임을 나타낼 수 있다. 제어부(120)는, 카운팅값을 초기화함으로써, 타겟값에 도달한 연속 횟수를 메모리(130)에 정확하게 기록할 수 있다.
S270 단계는, 카운팅값이 임계값에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 임계값은 밸런싱 동작의 수행 여부를 결정하기 위한 값일 수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달한 경우(YES), S180 단계가 진행될 수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달하지 않은 경우(NO), S110 단계가 진행될수 있다. 카운팅값이 임계값에 도달하지 않은 경우, 즉 카운팅값이 임계값 미만인 경우는 배터리의 상태가 밸런싱 동작이 필요하지 않은 상태를 의미할 수 있다. 따라서, 다시 충방전 사이클이 진행됨에 따라 전압 측정 단계가 진행될 수 있다.
S280 단계는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리를 타겟 배터리로 결정하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
카운팅값이 임계값에 도달한 경우는, 배터리의 상태가 밸런싱 동작이 필요한 상태일 수 있다. 예를 들어, 카운팅값이 임계값에 도달하였다는 것은, 충방전 사이클이 반복되는 동안에 동일한 배터리의 전압이 비평탄 구간에 속하는 타겟값에 연속하여 도달한 것으로서, 배터리 간의 전압 차이(SOC 차이)가 크게 발생한 상태임을 의미할 수 있다.
S290 단계는, 결정된 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시키는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 결정된 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시키는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 타겟 배터리(카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리보다 전압이 높은 상태(충전량이 많은 상태)일 수 있다. 따라서, 타겟 배터리를 소정의 시간 동안 방전시킴으로써 충전 상태의 불균형이 완화될 수 있다.
S295 단계는, 나머지 배터리의 카운팅값을 초기화하는 단계로, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리인 타겟 배터리의 카운팅값을 0으로 초기화할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는, 밸런싱 동작을 이미 수행한 타겟 배터리에 대해서 카운팅값을 초기화하여, 밸런싱 동작이 과도하게 빈번히 수행되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치(100)가 타겟 배터리를 결정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하여 설명하는 실시예는, 타겟값이 4V이고, 카운팅값이 3인 경우를 가정한다. 타겟값 및 카운팅값은 다양한 실시예에 따라 변경될 수 있으므로, 설명하는 실시예에 제한되어 해석되지 않는다. 또한, 도 5를 참조하여 설명하는 실시예는 제어부(120)가 복수의 배터리 중 전압이 최대인 배터리에 대하여 카운팅값을 산출하는 실시예일 수 있다. 즉, 이 경우, 제어부(120)는 메모리(130)에 하나의 배터리 식별자와 하나의 카운팅값을 저장할 수 있다.
도 5에 도시된 표는, 직렬로 연결된 복수의 배터리(제1 배터리 내지 제5 배터리)에 대하여 복수의 충방전 사이클 동안의 전압값을 나타낸다. 복수의 충방전 사이클은, 제1 사이클 내지 제5 사이클을 포함할 수 있다.
제1 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 4V이고, 제3 배터리의 전압은 3.8V이고, 제4 배터리의 전압은 3.5V이고, 제5 배터리의 전압은 3.5V일 수 있다. 제어부(120)는, 제1 사이클에서 최대 전압값을 가지며 전압이 타겟값에 도달한 제2 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제2 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장하고, 제2 배터리에 대응하여 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제2 배터리는 현재 충방전 사이클에서 처음 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제2 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 4V이고, 제3 배터리의 전압은 3.8V이고, 제4 배터리의 전압은 3.5V이고, 제5 배터리의 전압은 3.5V일 수 있다. 제어부(120)는, 제2 사이클에서 최대 전압값을 가지며 전압이 타겟값에 도달한 제2 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제2 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 이전 충방전 사이클(제1 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자와 현재 충방전 사이클(제2 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자가 동일한 것을 인식할 수 있다. 제어부(120)는 카운팅값을 1증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 충방전 사이클의 연속 횟수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제2 사이클에서 산출된 카운팅값인 2는, 제1 사이클 및 제2 사이클의 개수를 의미할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제3 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 3.5V일 수 있다. 제어부(120)는, 제2 사이클에서 최대 전압값을 가지며 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제4 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 이전 충방전 사이클(제2 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자와 현재 충방전 사이클(제3 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자가 상이한 것을 인식할 수 있다. 제어부(120)는 카운팅값을 초기화할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 충방전 사이클의 연속 횟수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제3 사이클에서 산출된 카운팅값인 1은, 이전 충방전 사이클과 현재 충방전 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 배터리가 각각 상이하므로, 충방전 사이클이 연속되지 않음을 의미할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제4 배터리는 현재 충방전 사이클에서 처음 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제4 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 3.6V일 수 있다. 제어부(120)는, 제4 사이클에서 최대 전압값을 가지며 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제4 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 이전 충방전 사이클(제3 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자와 현재 충방전 사이클(제4 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자가 동일한 것을 인식할 수 있다. 제어부(120)는 카운팅값을 1증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 충방전 사이클의 연속 횟수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제4 사이클에서 산출된 카운팅값인 2는, 제3 사이클 및 제4 사이클의 개수를 의미할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제5 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 3.6V일 수 있다. 제어부(120)는, 제5 사이클에서 최대 전압값을 가지며 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제4 배터리의 식별자를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는, 이전 충방전 사이클(제4 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자와 현재 충방전 사이클(제5 사이클)에서 저장한 배터리의 식별자가 동일한 것을 인식할 수 있다. 제어부(120)는 카운팅값을 1증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는 카운팅값을 3으로 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 충방전 사이클의 연속 횟수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제5 사이클에서 산출된 카운팅값인 3는, 제3 사이클, 제4 사이클 및 제5 사이클의 개수를 의미할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 것을 인식할 수 있다. 이 후, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리, 즉 제4 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다.
제어부(120)는, 결정된 타겟 배터리인 제4 배터리를 소정의 시간동안 방전시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제4 배터리에 대하여 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
제어부(120)는, 타겟 배터리인 제4 배터리에 대한 카운팅값을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 타겟 배터리에 대한 카운팅값을 0으로 초기화할 수 있다. 제어부(120)는, 이미 밸런싱 동작을 수행한 제4 배터리에 대한 카운팅값을 초기화함으로써 동일 배터리에 대한 밸런싱 동작이 과도하게 수행되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리들 간의 전압 차이(충전 용량 차이)가 효과적으로 감소될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명한 실시예는, 타겟값이, SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일(R)의 비평탄 구간 중에서 상대적으로 높은 SOC 구간에 속하는 고SOC 타겟값인 경우에 관한 것이다. 타겟값이 저SOC 타겟값인 경우, 제어부(120)는, 도 4를 참조하여 설명한 방식으로 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지를 타겟 배터리를 결정할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예는, 타겟 배터리가 달라지는 것을 제외하고는 도 5를 참조하여 설명한 실시예와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 배터리들 간의 SOC 차이를 정확하게 산출하지 않고도 밸런싱 동작이 필요한 배터리를 효과적으로 결정할 수 있다. 따라서 신속하게 밸런싱 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 배터리의 상태를 보다 안전한 상태로 유지할 수 있다. 특히, 도 5를 참조하여 설명한 실시예에 따르면 고용량의 메모리(130)가 요구되지 않으므로 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는 향상된 효율을 가질 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치(100)가 타겟 배터리를 결정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하여 설명하는 실시예는, 타겟값이 4V이고, 카운팅값이 3인 경우를 가정한다. 타겟값 및 카운팅값은 다양한 실시예에 따라 변경될 수 있으므로, 설명하는 실시예에 제한되어 해석되지 않는다. 또한, 도 6을 참조하여 설명하는 실시예는, 제어부(120)가 복수의 배터리에 대한 각각의 카운팅값을 산출하는 실시예일 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는, 메모리(130)에 각각의 배터리에 대응하는 복수의 카운팅값을 저장할 수 있다. 여기서, 메모리(130)는, 각각의 배터리에 대응하는 카운팅값을 저장하는 영역을 포함할 수 있고, 예를 들어, 배열(array)의 형태로 카운팅값을 저장할 수 있다.
도 6에 도시된 표는, 직렬로 연결된 복수의 배터리(제1 배터리 내지 제5 배터리)에 대하여 복수의 충방전 사이클 동안의 전압값을 나타낸다. 복수의 충방전 사이클은, 제1 사이클 내지 제5 사이클을 포함할 수 있다.
제1 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 4V이고, 제3 배터리의 전압은 3.8V이고, 제4 배터리의 전압은 3.5V이고, 제5 배터리의 전압은 3.5V일 수 있다. 제어부(120)는, 제1 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 제2 배터리를 인식할 수 있다. 제어부(120)는, 제2 배터리에 대응하여 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제2 배터리는 현재 충방전 사이클에서 처음 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 나머지 배터리의 전압은 타겟값에 도달하지 않았으므로, 제어부(120)는, 각각에 배터리에 대응하는 카운팅값을 0으로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제2 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 4V이고, 제3 배터리의 전압은 3.8V이고, 제4 배터리의 전압은 3.5V이고, 제5 배터리의 전압은 4V일 수 있다. 제어부(120)는, 제2 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 제2 배터리 및 제5 배터리를 인식할 수 있다.
제어부(120)는, 제2 배터리에 대응하는 카운팅값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는 제2 배터리의 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 여기서, 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 충방전 사이클의 연속 횟수를 의미할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제2 배터리는 이전 충방전 사이클 및 현재 충방전 사이클에서 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는, 제5 배터리에 대응하는 카운킹값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제5 배터리의 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제5 배터리는 현재 충방전 사이클에서 처음 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 나머지 배터리의 전압은 타겟값에 도달하지 않았으므로, 제어부(120)는, 각각에 배터리에 대응하는 카운팅값을 0으로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제3 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 4V일 수 있다. 제어부(120)는, 제3 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리 및 제5 배터리를 인식할 수 있다.
제어부(120)는, 제4 배터리에 대응하는 카운킹값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제4 배터리의 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 즉, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 타겟값에 도달한 배터리인 제4 배터리는 현재 충방전 사이클에서 처음 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 카운팅값을 1로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는, 제5 배터리에 대응하는 카운킹값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제5 배터리의 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 카운팅값은 배터리의 전압에 타겟값에 도달한 연속 횟수로서, 제5 배터리의 전압은 이전 충방전 사이클 및 현재 충방전 사이클에서 연속하여 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는, 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 나머지 배터리의 전압은 타겟값에 도달하지 않았으므로, 제어부(120)는, 각각에 배터리에 대응하는 카운팅값을 0으로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제4 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 4V일 수 있다. 제어부(120)는, 제4 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리 및 제5 배터리를 인식할 수 있다.
제어부(120)는, 제4 배터리 및 제5 배터리 각각에 대응하는 카운팅값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제4 배터리의 카운팅값을 2로 산출하고, 제5 배터리의 카운팅값을 3으로 산출할 수 있다. 제4 배터리는 이전 충방전 사이클 및 현재 충방전 사이클에서 연속하여 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 제4 배터리의 카운팅값을 2로 산출할 수 있다. 제5 배터리는, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 연속하는 3회의 충방전 사이클 동안에 연속하여 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 제5 배터리의 카운팅값을 3으로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 것을 인식할 수 있다. 이 후, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리, 즉 제5 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 결정된 타겟 배터리인 제5 배터리를 소정의 시간동안 방전시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제5 배터리에 대하여 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 제어부(120)는, 타겟 배터리인 제5 배터리에 대한 카운팅값을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 타겟 배터리에 대한 카운팅값을 0으로 초기화할 수 있다.
제5 사이클에서, 제1 배터리의 전압은 3.5V이고, 제2 배터리의 전압은 3.8V이고, 제3 배터리의 전압은 3.5V이고, 제4 배터리의 전압은 4V이고, 제5 배터리의 전압은 3.8V일 수 있다. 제어부(120)는, 제4 사이클에서 전압이 타겟값에 도달한 제4 배터리를 인식할 수 있다.
제어부(120)는, 제4 배터리에 대응하는 카운팅값을 1 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제4 배터리의 카운팅값을 3으로 산출할 수 있다. 제4 배터리는, 현재 충방전 사이클을 기준으로, 연속하는 3회의 충방전 사이클 동안에 연속하여 타겟값에 도달하였으므로, 제어부(120)는 제4 배터리의 카운팅값을 3으로 산출할 수 있다. 산출된 카운팅값은 메모리(130)에 저장될 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 것을 인식할 수 있다. 이 후, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리, 즉 제4 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 결정된 타겟 배터리인 제4 배터리를 소정의 시간동안 방전시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는, 제4 배터리에 대하여 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 제어부(120)는, 타겟 배터리인 제4 배터리에 대한 카운팅값을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는, 타겟 배터리에 대한 카운팅값을 0으로 초기화할 수 있다.
도 6를 참조하여 설명한 실시예는, 타겟값이, SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일(R)의 비평탄 구간 중에서 상대적으로 높은 SOC 구간에 속하는 고SOC 타겟값인 경우에 관한 것이다. 타겟값이 저SOC 타겟값인 경우, 제어부(120)는, 도 4를 참조하여 설명한 방식으로 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지를 타겟 배터리를 결정할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예는, 타겟 배터리가 달라지는 것을 제외하고는 도 6을 참조하여 설명한 실시예와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 배터리들 간의 SOC 차이를 정확하게 산출하지 않고도 밸런싱 동작이 필요한 배터리를 효과적으로 결정할 수 있다. 따라서 신속하게 밸런싱 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 배터리의 상태를 보다 안전한 상태로 유지할 수 있다. 특히, 도 6을 참조하여 설명한 실시예에 따르면, 각각의 배터리에 대한 카운팅값을 개별적으로 산출함으로써, 밸런싱 동작이 필요로 되는 배터리를 정확하게 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는 배터리의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 복수의 충방전 사이클 동안의 복수의 배터리의 전압을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 7은 복수의 배터리가 3개인 경우를 예시로하며, 배터리의 개수는 제한되지 않는다.
도 7을 참조하면, 제1 배터리에 대한 전압을 나타내는 제1 전압 그래프(G1), 제2 배터리에 대한 전압을 나타내는 제2 전압 그래프(G2), 제3 배터리에 대한 전압을 나타내는 제3 전압 그래프(G3)가 도시된다. 제1 전압 그래프(G1), 제2 전압 그래프(G2) 및 제3 전압 그래프(G3)의 x축은 시간을 나타내고, y축은 전압을 나타낼 수 있다.
제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리는 복수의 충방전 사이클(b1, b2, b3, b4, b5)을 거칠 수 있다.
제어부(120)는, 복수의 충방전 사이클 동안에 배터리의 전압이 타겟값(Vtg)에 도달하는 배터리를 식별하고, 카운팅값을 산출할 수 있다. 여기서 타겟값(Vtg)은, 고SOC 타겟값(Vtg)일 수 있다. 그리고, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 결정할 수 있다. 예를 들어, 임계값은 5일 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 제1 배터리는 제1 사이클(b1), 제2 사이클(b2), 제3 사이클(b3), 제4 사이클(b4) 및 제5 사이클(b5)에서 전압이 타겟값(Vtg)에 연속하여 도달할 수 있다. 제2 배터리는 제1 사이클(b1), 제2 사이클(b2), 제3 사이클(b3) 및 제4 사이클(b4)에서 전압이 타겟값(Vtg)에 연속하여 도달할 수 있다. 제3 배터리는 제1 사이클(b1), 제2 사이클(b2) 및 제3 사이클(b3)에서 전압이 타겟값(Vtg)에 연속하여 도달할 수 있다.
제어부(120)는, 전술한 도면들을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 배터리의 카운팅값이 5임을 산출하고, 제1 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 타겟 배터리인 제1 배터리를 소정의 시간 동안 방전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 배터리들 간의 SOC 차이를 정확하게 산출하지 않고도 밸런싱 동작이 필요한 배터리를 효과적으로 결정할 수 있다. 따라서 신속하게 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 제어 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 제어 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120) 및 메모리(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(10)을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는, 배터리 팩(10)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100) 및 하나 이상의 배터리(또는, 배터리 셀)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100) 이외에, 배터리 팩(10)에 통상적으로 포함되는 구성요소, 이를테면 하나 이상의 이차 전지, BMS, 전류센서(A), 릴레이, 퓨즈, 팩 케이스 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 적어도 일부 구성요소는, 배터리 팩(10)에 포함되어 있는 종래 구성요소로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 측정부(110)는, 배터리 팩(10)에 포함된 전압 센서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 제어부(120)의 적어도 일부 기능 내지 동작은, 배터리 팩(10)에 포함된 BMS에 의해 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)를 포함하는 자동차를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)는, 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)를 포함할 수 있다. 특히, 전기 자동차의 경우, 배터리 팩이 구동원으로서 매우 중요한 구성요소이므로, 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)가 보다 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 제어 장치(100) 이외에, 다른 다양한 장치, 이를테면, 차체, ECU(Electronic control unit)와 같은 차량 제어 유닛, 모터, 접속 단자, DC-DC 컨버터 등을 더 포함할 수 있다. 이외에, 본 발명에 따른 자동차는, 자동차에 통상적으로 포함된 구성요소를 더 채용할 수 있음은 물론이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 10에서 각 단계의 주체는 전술한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 각 구성요소가 될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 제어 방법은 전압 측정 단계(S310), 전압 인식 단계(S320), 카운팅값 산출 단계(S330), 타겟 배터리 결정 단계(S340) 및 배터리 방전 단계(S350)를 포함할 수 있다.
S310 단계는, 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는, 소정의 측정 주기로 직렬 연결된 복수의 배터리 각각의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정부(110)는 소정의 시간 간격마다 배터리 각각의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 전압은 배터리의 OCV(개방 회로 전압, open circuit voltage)에 대응할 수 있다.
S320 단계는, 충방전 사이클마다 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 측정부(110)에 의해 측정된 전압에 기초하여, 충방전 사이클마다 복수의 배터리 각각이 타겟값에 도달하였는지 여부를 판단하고, 타겟값에 도달한 배터리를 인식할 수 있다.
S330 단계는, 인식된 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 카운팅값은, 연속되는 복수의 충방전 사이클을 기준으로 할 때 배터리의 전압이 타겟값에 도달한 연속 횟수를 의미할 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 전압이 타겟값에 도달한 배터리가, 연속하는 충방전 사이클에서, 연속하여 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출할 수 있다. 제어부(120)가 카운팅값을 산출하는 실시예는 전술한 도면들을 참조하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
S340 단계는, 카운팅값에 기반하여 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다. 타겟 배터리는 밸런싱 동작의 대상이 되는 배터리를 의미할 수 있다.
제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 인식하고, 임계값에 도달한 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제어부(120)는, 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 인식하고, 그 배터리를 제외한 나머지 배터리를 타겟 배터리로 결정할 수 있다.
S350 단계는, 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(120)는, 결정된 타겟 배터리를 밸런싱 대상이 되는 배터리로 결정하고, 지정된 시간 동안 타겟 배터리를 방전시키는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
상기 S310 단계 내지 S350 단계와 관련하여, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 제어 장치(100)의 내용이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 제어 방법의 각 단계에 대한 상세한 설명은 생략한다.
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.
100: 배터리 제어 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 메모리

Claims (14)

  1. 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하도록 구성된 측정부; 및
    상기 충방전 사이클마다 상기 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하고,
    상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하며,
    상기 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하고,
    상기 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키도록 구성된 제어부를 포함하는 배터리 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속 횟수는,
    상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 충방전 사이클의 연속된 횟수에 대응하는 배터리 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이전 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리와 현재 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 비교하여 연속 여부를 결정하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이전 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리가 현재 충방전 사이클에서 상기 미리 설정된 타겟값에 도달하지 않은 경우, 상기 카운팅값을 초기화하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 상기 타겟 배터리로 결정하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 배터리의 카운팅값을 초기화하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카운팅값이 임계값에 도달한 배터리를 제외한 나머지 배터리를 상기 타겟 배터리로 결정하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나머지 배터리의 카운팅값을 초기화하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각각의 충방전 사이클마다, 상기 측정된 전압이 상기 타겟값에 가장 먼저 도달한 배터리의 연속 횟수를 상기 카운팅값으로 산출하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리는 올리빈 구조를 갖는 양극 활물질이 적용된 배터리 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 타겟값은, SOC와 OCV의 대응관계를 나타내는 프로파일(R)의 비평탄 구간에 속하는 배터리 제어 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 카운팅값을 상기 메모리에 저장하도록 구성된 배터리 제어 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 직렬 연결된 복수의 배터리의 충방전 사이클에서 소정의 측정 주기로 상기 복수의 배터리의 전압을 각각 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 충방전 사이클마다 상기 복수의 배터리 중에서 측정된 전압이 미리 설정된 타겟값에 도달한 배터리를 인식하는 전압 인식 단계;
    상기 인식된 배터리의 전압이 상기 타겟값에 도달한 연속 횟수를 나타내는 카운팅값을 산출하는 카운팅값 산출 단계;
    상기 카운팅값에 기반하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 타겟 배터리로 결정하는 타겟 배터리 결정 단계; 및
    상기 타겟 배터리를 지정된 시간 동안 방전시키는 방전 단계를 포함하는 배터리 제어 방법.
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