KR20240057271A - 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 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 제1 용량 산출부, 상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 제2 용량 산출부 및 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 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 팩에는 복수의 배터리 셀이 포함될 수 있다. 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 배터리 셀의 출력, 용량 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다. 배터리 셀의 상태를 정확하게 예측하기 위해서는 각각의 배터리 셀 별로 SOC, SOH 등을 예측하는 것이 필요하지만, CPU, 메모리 등의 부족으로 각각의 배터리 셀들의 상태 값들을 저장 및 산출하지 못하는 경우가 발생할 수 있어 복수의 배터리 셀 전체의 평균값을 기준으로 SOC, SOH 등의 값을 산출하여 리포트하는 경우가 발생할 수 있다. 다만 평균값을 기준으로 SOC, SOH 등의 값을 리포트하는 것은 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 잘못 생산되거나, 빠르게 퇴화되는 경우에 부정확해지는 문제가 발생될 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 CPU, 메모리 부족의 이유로 복수의 배터리 셀 각각의 상태 값들을 저장 또는 산출하지 못하는 경우에 보다 정확하게 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀이 잘못 생산되거나 또는 빠르게 퇴화되어 다른 배터리 셀들과 상태가 달라지는 것으로 고려하여 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 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 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 제1 용량 산출부, 상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 제2 용량 산출부 및 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 용량 산출부는, 상기 복수의 배터리 셀의 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출할 수 있고, 상기 제2 용량 산출부는, 상기 제1 배터리 셀의 SOC와 상기 전류적산값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 용량 산출부는, 상기 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하고, 상기 전류적산값을 상기 제1 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출하고, 상기 제2 용량 산출부는, 상기 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 상기 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출하고, 상기 전류적산값을 상기 제2 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 용량과 상기 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하고, 상기 비율을 더 고려하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 용량, 상기 제2 용량 및 상기 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 상기 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출하고, 상기 제3 용량과 상기 제2 용량 또는 상기 제1 용량을 비교하여 상기 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 용량과 상기 제2 용량의 차이에 기반하여 상기 비율을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 용량과 상기 제2 용량의 차이가 설정값 이상인 경우 상기 복수의 배터리 셀에 퇴화도 편차가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀의 방전 직후 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 동작이 수행되지 않는 경우에 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 단계 상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 단계 및 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하는 단계 및 상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 상기 제1 차이로 나눈 값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 상기 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출하는 단계 및 상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 상기 제2 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 단계는, 상기 제1 용량과 상기 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하는 단계 상기 제1 용량, 상기 제2 용량 및 상기 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 상기 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출하는 단계; 및 상기 제3 용량과 상기 제2 용량 또는 상기 제1 용량을 비교하여 상기 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, CPU, 메모리 부족의 이유로 복수의 배터리 셀 각각의 상태 값들을 저장 또는 산출하지 못하는 경우에 보다 정확하게 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀이 잘못 생산되거나 또는 빠르게 퇴화되어 다른 배터리 셀들과 상태가 달라지는 것으로 고려하여 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 기존에 평균 용량 산출에 추가적으로 퇴화가 가장 많이 된 배터리 셀의 용량을 고려하여 평균 용량과 실제 배터리 팩 용량 사이의 간극이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 복수의 배터리 셀 용량 편차 발생 상황을 고객에게 최소한의 계산 및 메모리의 사용으로 안내할 수 있고, 이를 활용하여 더 정확한 상태 값(예: SOC, SOE, SOHC 등)을 산출할 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 복수의 배터리 셀 간 용량 편차를 산출하여 보정하는 예시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐롬도이다.
도 5 및 도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 7은 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 제1 용량 산출부(110), 제2 용량 산출부(120) 및 컨트롤러(130)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.
제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 평균 SOC(State of Charge)와 복수의 배터리 셀의 전류 적산값에 기반하여 제1 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하고, 전류적산값을 제1 차이로 나눈값에 기반하여 제1 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량 산출부(110)는 아래 [수학식 1]을 통해 제1 용량을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
이 경우, 40.8Ah는 예시적인 값으로서 배터리 셀의 용량 보장값(최소 용량값)일 수 있다. 또한, 방전 전 평균 SOC와 방전 후 평균 SOC는 복수의 배터리 셀 전체의 평균으로 산출되는 값일 수 있다.
제2 용량 산출부(120)는 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 용량 산출부(120)는 제1 배터리 셀의 SOC와 전류적산값에 기반하여 제2 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, 제2 용량 산출부(120)는 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC와 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출할 수 있고, 전류적산값을 제2 차이로 나눈값에 기반하여 제2 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 용량 산출부(120)는 아래 [수학식 2]을 통해 제2 용량을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
이 경우, 40.8Ah는 예시적인 값으로서 배터리 셀의 용량 보장값(최소 용량값)일 수 있다. 또한, 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC와 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC는 최소 SOC를 갖는 배터리 셀의 SOC일 수 있다.
컨트롤러(130)는 제1 용량 산출부(110) 및 제2 용량 산출부(120)에서 산출된 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)는 제1 용량과 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하고, 비율을 더 고려하여 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(130)는 제1 용량, 제2 용량 및 비율에 기반하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도의 편차를 고려한 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(130)는 제3 용량과 제2 용량 또는 제1 용량을 비교하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 비율이 x(x는 0과 1사이의 실수)로 설정된 경우, 컨트롤러(130)는 제1 용량에 x를 곱하고, 제2 용량에 (1-x)를 곱하여 합산한 값으로 제3 용량을 산출할 수 있다. 이 경우, x는 배터리 셀의 EOL(End of Life) 용량 기준, 현재 용량 등에 기반하여 설정될 수 있다. 다른 예를 들어, 제3 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이상이거나, 제3 용량과 제1 용량의 차이가 임계값 이상인 경우 컨트롤러(130)는 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차가 발생한 것으로 판단하고 퇴화도 편차가 발생하였음을 사용자에게 안내할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(130)는 제1 용량과 제2 용량의 차이에 기반하여 비율을 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이상인 경우, 컨트롤러(130)는 제2 용량이 제1 용량보다 더 많이 고려되어 제3 용량이 산출되도록 비율을 설정할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이하인 경우, 컨트롤러(130)는 제2 용량이 제1 용량보다 더 많이 고려되어 제3 용량이 산출되도록 비율을 설정할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(130)는 제1 용량과 제2 용량의 차이가 설정값 이상인 경우 복수의 배터리 셀에 퇴화도 편차가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(130)는 제1 용량, 제2 용량 및 설정된 비율에 기반하여 산출된 제3 용량을 기초로 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)는 제3 용량을 기초로 복수의 배터리 셀에 퇴화도 편차가 발생하였는지 여부를 다시 판단할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 복수의 배터리 셀 간 용량 편차를 산출하여 보정하는 예시를 보여주는 도면이다.
도 3에서는 복수의 배터리 셀의 용량 평균값의 완충전 용량이 33Ah이고, 복수의 배터리 셀 중 퇴화가 가장 많이 발생한(즉 방전시 SOC가 가장 낮아지는) 배터리 셀의 완충전 용량이 30Ah이고, 30Ah(전류적산값)를 방전한 경우를 가정하여 서술한다.
도 3을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 용량 평균값(310)에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량 산출부(110)는 제1 용량을 100%*30Ah/((40.8Ah)*((33Ah-3Ah)/33Ah))을 통해 80.88%로 산출할 수 있다.
제2 용량 산출부(120)는 제1 배터리 셀(320)에 대응되는 제2 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 용량 산출부(120)는 제2 용량을 100%*30Ah/((40.8Ah)*((30Ah-0Ah)/30Ah))을 통해 73.53%로 산출할 수 있다.
컨트롤러(130)는 제1 용량(80.88%) 및 제2 용량(73.53%)에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)는 제1 용량(80.88%)과 제2 용량(73.53%)의 차이를 7.35%로 산출할 수 있다. 이 경우 컨트롤러(130)는 차이가 설정값(5%) 이상인 것으로 확인하여 제1 용량(80.88%) 및 제2 용량(73.53%)에 기반하여 제3 용량을 산출할 수 있다. 비율이 0.5로 설정된 경우에 컨트롤러(130)는 제3 용량을 0.5*80.88%+0.5*73.53%를 통해 77.21%로 산출할 수 있다. 컨트롤러(130)는 제3 용량(77.21%)과 제1 용량(80.88%) 또는 제2 용량(73.53%)의 차이에 기반하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있는데, 이 경우 제3 용량(77.21%)과 제1 용량(80.88%) 또는 제2 용량(73.53%)의 차이가 설정값(5%) 이하이므로 퇴화도 편차가 배터리 셀의 교체가 필요할 정도로 발생하지는 않을 것으로 판단할 수 있다.
또한, 컨트롤러(130)는 산출된 제3 용량(77.21%)에 기반하여 배터리 셀의 상태를 나타내는 다른 값(예: SOH, SOE 등)을 산출함으로서 퇴화된 배터리 셀이 존재하는 경우에도 정확하게 배터리 셀의 상태를 나타내는 상태 값을 산출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 컨트롤러(130)는 복수의 배터리 셀의 방전 직후 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어. 방전 직후는 복수의 배터리 셀이 휴지 상태 또는 슬립 상태에 진입하기 이전일 수 있다. 복수의 배터리 셀의 휴지 상태 또는 슬립 상태 이후 안정화된 OCV(개방 회로 전압)는 편차가 크게 발생하지 않을 가능성이 존재하기 때문에, 컨트롤러(130)는 복수의 배터리 셀의 방전(사용) 직후 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하여야 복수의 배터리 셀의 휴지 또는 슬립 이후 보다 정확하게 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
컨트롤러(130)는 복수의 배터리 셀의 밸런싱 동작이 수행되지 않는 경우에 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱이 동작하는 경우 용량에 관계없이 전압 또는 SOC에 편차가 발생한 상황이고, 밸런싱이 수행된 후에는 SOC에 편차가 사라지기 때문에 컨트롤러(130)는 밸런싱 동작이 수행되지 않는 경우에 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하여야 밸런싱 동작이 수행된 후 보다 정확하게 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는, CPU, 메모리 부족의 이유로 복수의 배터리 셀 각각의 상태 값들을 저장 또는 산출하지 못하는 경우에 보다 정확하게 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다.
또한, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀이 잘못 생산되거나 또는 빠르게 퇴화되어 다른 배터리 셀들과 상태가 달라지는 것으로 고려하여 복수의 배터리 셀의 상태를 진단할 수 있다.
또한, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 기존에 평균 용량 산출에 추가적으로 퇴화가 가장 많이 된 배터리 셀의 용량을 고려하여 평균 용량과 실제 배터리 팩 용량 사이의 간극이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀 용량 편차 발생 상황을 고객에게 최소한의 계산 및 메모리의 사용으로 안내할 수 있고, 이를 활용하여 더 정확한 상태 값(예: SOC, SOE, SOHC 등)을 산출할 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐롬도이다. 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 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 단계(S110), 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 단계(S120) 및 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
S110 단계에서, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 평균 SOC와 복수의 배터리 셀의 전류적산값에 기반하여 제1 용량을 산출할 수 있다.
S120 단계에서, 제2 용량 산출부(120)는 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 용량 산출부(120)는 제1 배터리 셀의 SOC와 복수의 배터리 셀의 전류적산값에 기반하여 제2 용량을 산출할 수 있다.
S130 단계에서, 컨트롤러(130)는 제1 용량 및 제2 용량에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 판단할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 구체적으로 보여주는 흐름도이다. 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6에 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 셀의 방전 전 평균 SOC와 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하는 단계(S210), 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 제1 차이로 나눈 값에 기반하여 제1 용량을 산출하는 단계(S220), 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출하는 단계(S230) 및 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 제2 차이로 나눈값에 기반하여 제2 용량을 산출하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
S210 단계에서, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출할 수 있다.
S220 단계에서, 제1 용량 산출부(110)는 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 제1 차이로 나눈 값에 기반하여 제1 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, S210 단계 및 S220 단계는 도 4의 S110 단계에 포함되어 수행될 수 있다.
S230 단계에서, 제2 용량 산출부(120)는 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출할 수 있다.
S240 단계에서, 제2 용량 산출부(120)는 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 제2 차이로 나눈값에 기반하여 제2 용량을 산출할 수 있다.
실시예에 따르면, S230 단계 및 S240 단계는 도 4의 S120 단계에 포함되어 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 동작 방법은 제1 용량과 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하는 단계(S310), 제1 용량, 제2 용량 및 비율에 기반하여 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출하는 단계(S320) 및 제3 용량과 제2 용량 또는 제1 용량을 비교하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
S310 단계에서, 컨트롤러(130)는 제1 용량과 제2 용량에 대응되는 비율을 설정할 수 있다. 실시예에 따르면, 컨트롤러(130)는 제1 용량과 제2 용량의 차이에 기반하여 비율을 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이상인 경우, 컨트롤러(130)는 제2 용량이 제1 용량보다 더 많이 고려되어 제3 용량이 산출되도록 비율을 설정할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이하인 경우, 컨트롤러(130)는 제2 용량이 제1 용량보다 더 많이 고려되어 제3 용량이 산출되도록 비율을 설정할 수 있다.
S320 단계에서, 컨트롤러(130)는 제1 용량, 제2 용량 및 비율에 기반하여 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(130)는 제3 용량과 제2 용량 또는 제1 용량을 비교하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 비율이 x(x는 0과 1사이의 실수)로 설정된 경우, 컨트롤러(130)는 제1 용량에 x를 곱하고, 제2 용량에 (1-x)를 곱하여 합산한 값으로 제3 용량을 산출할 수 있다. 이 경우, x는 배터리 셀의 EOL(End of Life) 용량 기준, 현재 용량 등에 기반하여 설정될 수 있다. 다른 예를 들어, 제3 용량과 제2 용량의 차이가 임계값 이상이거나, 제3 용량과 제1 용량의 차이가 임계값 이상인 경우 컨트롤러(130)는 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차가 발생한 것으로 판단하고 퇴화도 편차가 발생하였음을 사용자에게 안내할 수 있다.
S330 단계에서, 컨트롤러(130)는 제3 용량과 제2 용량 또는 제1 용량을 비교하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)는 제3 용량과 제2 용량 또는 제1 용량의 차이가 임계값 이상인지 여부에 기반하여 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단할 수 있다. 또한, 컨트롤러(130)는 제3 용량에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 나타내는 다른 값(예: SOH, SOE 등)을 산출함으로서, 퇴화된 배터리 셀이 존재하는 경우 제1 용량만에 기반하여 복수의 배터리 셀의 상태를 나타내는 값들을 산출하는 경우 보다 정확하게 적어도 하나의 배터리 셀의 퇴화가 고려된 복수의 배터리 셀의 상태를 나타내는 값들을 산출할 수 있다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 수행하기 위한 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7을 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 용량 산출 프로그램, 배터리 셀의 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀의 상태 판단 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 셀의 용량 또는 배터리 셀의 배터리 셀의 상태 정보 등을 포함한 각종 정보를 처리하며, 전술한 도 2에 나타낸 배터리 관리 장치에 포함된 컨트롤러의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(1020)는 배터리 팩 전압 또는 전류 수집 프로그램, 배터리 셀의 용량 산출 프로그램, 배터리 셀의 SOC 산출 프로그램, 배터리 셀의 상태 판단 프로그램 등 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1020)는 배터리 셀의 용량 또는 배터리 셀의 배터리 셀의 상태 정보 등을 포함한 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 배터리 셀의 용량 또는 배터리 셀의 배터리 셀의 상태 정보 등을 포함한 각종 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 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 제1 용량 산출부;
    상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 제2 용량 산출부; 및
    상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 컨트롤러; 를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 용량 산출부는,
    상기 복수의 배터리 셀의 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출하고,
    상기 제2 용량 산출부는,
    상기 제1 배터리 셀의 SOC와 상기 전류적산값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 용량 산출부는,
    상기 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하고,
    상기 전류적산값을 상기 제1 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출하고,
    상기 제2 용량 산출부는,
    상기 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 상기 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출하고,
    상기 전류적산값을 상기 제2 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출하는, 배터리 관리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 용량과 상기 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하고,
    상기 비율을 더 고려하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는, 배터리 관리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 용량, 상기 제2 용량 및 상기 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 상기 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출하고,
    상기 제3 용량과 상기 제2 용량 또는 상기 제1 용량을 비교하여 상기 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단하는, 배터리 관리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 용량과 상기 제2 용량의 차이에 기반하여 상기 비율을 설정하는, 배터리 관리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 용량과 상기 제2 용량의 차이가 설정값 이상인 경우 상기 복수의 배터리 셀에 퇴화도 편차가 발생한 것으로 판단하는, 배터리 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀의 방전 직후 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는, 배터리 관리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱 동작이 수행되지 않는 경우에 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는, 배터리 관리 장치.
  10. 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 용량 평균값에 대응되는 제1 용량을 산출하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 방전 전 평균 SOC와 상기 복수의 배터리 셀의 방전 후 평균 SOC의 제1 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 상기 제1 차이로 나눈 값에 기반하여 상기 제1 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 최소 SOC(State of Charge)를 갖는 제1 배터리 셀에 대응되는 제2 용량을 산출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀의 방전 전 SOC 와 상기 제1 배터리 셀의 방전 후 SOC의 제2 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 전류적산값을 상기 제2 차이로 나눈값에 기반하여 상기 제2 용량을 산출하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  13. 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 판단하는 단계는,
    상기 제1 용량과 상기 제2 용량에 대응되는 비율을 설정하는 단계;
    상기 제1 용량, 상기 제2 용량 및 상기 비율에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀간 퇴화도의 편차를 고려한 상기 복수의 배터리 셀의 제3 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 제3 용량과 상기 제2 용량 또는 상기 제1 용량을 비교하여 상기 복수의 배터리 셀 간 퇴화도 편차 발생 여부를 판단하는 단계; 를 포함하는, 배터리 관리 장치의 동작 방법.
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